JPH1168226A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層への電流通路上の一部に高抵抗領域を
形成し、活性層に対して電流非注入領域が設けられ、該
電流非注入領域を可飽和吸収層として作用させた自励発
振型の低雑音半導体レーザ素子において、雑音特性の歩
留まりを向上させ、信頼性の高い半導体レーザ素子の構
造、製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層への電流通路に選択的に高抵抗領
域を形成して、電流非注入領域を形成してなる半導体レ
ーザ素子において、前記高抵抗領域がＡｌを含む半導体
層に形成されたＡｌの酸化物であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ディスク等の光源
に用いられる高信頼性かつ低雑音の半導体レーザに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザの従来例（特開平６−８５
３８３号公報）について説明する。まず、図１６、１７
に従来例の半導体レーザ素子の端面からみた断面図と共
振器長方向のストライプ内断面図を示し、これらの図を
用いて説明する。

【０００３】ｎ−ＧａＡｓ基板１６０１上に第１回目の
ＭＯＣＶＤ成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１６０
２、ｎ−Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａｓ第１クラッド層１６０
３、ノンドープＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ活性層１６０４、
ｐ−Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａｓ第２クラッド層１６０５、ｐ
−ＧａＡｓ保護層１６０６、ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電
流光閉じ込め層１６０７、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６
０８が形成されている。ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流光
閉じ込め層１６０７、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１６０８
の中央部は底面の幅が２μｍとなるようにストライプ状
に除去され、このストライプ溝１６０９およびｎ−Ｇａ
Ａｓ電流阻止層１６０８上にはｐ−Ａｌ_0.55Ｇａ_0.45Ａ
ｓ第３クラッド層１６１０およびｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層１６１１が積層されている。

【０００４】ストライプ溝１６０９上のｐ−Ａｌ_0.55Ｇ
ａ_0.45Ａｓ第３クラッド層１６１０およびｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１６１１においてその一部分にホウ素イオ
ンまたは酸素イオンを注入後、高温熱処理（４００〜８
００℃）することで高抵抗領域１６１２が形成されてい
る。高抵抗領域１６１２は２０μｍ×２０μｍの大きさ
で設定されている。そして、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１
６１１表面および基板１６０１にはそれぞれ、ｐ型電極
１６１３、ｎ型電極１６１４が形成されている。へき開
により共振器長を４００μｍとなるようにする。光出射
端面をＡｌ₂Ｏ₃単層膜コーティングにより１２％、反対
側の端面をＡｌ₂Ｏ₃とＳｉの多層膜コーティングにより
７５％の反射率にする。

【０００５】高抵抗領域１６１２は１０⁴〜１０⁸Ω・ｃ
ｍ程度の抵抗率を有し、直下の活性層部分には電流が注
入されない。この電流が注入されない活性層部分は可飽
和吸収領域となり、自励発振が起こる。その結果、レー
ザ光の縦モードスペクトルの幅が拡がってレーザ光の可
干渉性が低下し、戻り光に対する雑音を受けにくくな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示す例では熱処理の温度により以下にあげるような問題
点がある。まず、熱処理温度が４００〜６５０℃では低
温であるため高抵抗領域１６１２の形成に用いるイオン
注入の工程で発生した結晶欠陥を完全に回復させるのは
困難である。そのため、残留した欠陥により信頼性が低
下するという問題も生じる。

【０００７】一方、熱処理温度が６００℃〜８００℃で
はドーパントであるＺｎの拡散が生じ、高抵抗領域の長
さにばらつきが発生し、所望の可飽和吸収量が変化する
ので特性にばらつきが生じる。

【０００８】本発明は上記の問題を解決することを目的
としたものである。つまり、活性層への電流通路上の一
部に高抵抗領域を形成し、活性層に対して電流非注入領
域が設けられ、該電流非注入領域を可飽和吸収層として
作用させた自励発振型の低雑音半導体レーザ素子におい
て、雑音特性の歩留まりを向上させ、信頼性の高い半導
体レーザ素子の構造及びその製造方法を提供することを
目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る半導体レーザ素子は、活性層への電流通路に選択的
に高抵抗領域を形成して、電流非注入領域を形成してな
る半導体レーザ素子において、前記高抵抗領域がＡｌを
含む半導体層に形成されたＡｌの酸化物であることによ
って上記の目的を達成する。

【００１０】高抵抗領域をＡｌの酸化物（γ−Ａｌ
₂Ｏ₃）にすることによって、４００〜６００℃程度の加
熱処理で高抵抗領域を形成することが可能となる。

【００１１】この発明（請求項２）に係る半導体レーザ
素子は、前記高抵抗領域が、半導体レーザ素子の共振器
方向のほぼ中央部に形成されてなることによって上記の
目的を達成する。

【００１２】高抵抗領域を共振器方向のほぼ中心に形成
することによって、高抵抗領域下方の電流注入されない
活性層の部分（可飽和吸収領域）が戻り光にさらされな
いので、戻り光との干渉の影響がなく、より、安定な自
励発振特性が得られる。

【００１３】この発明（請求項３）に係る半導体レーザ
素子は、前記高抵抗領域が、半導体レーザ素子の共振器
端面の少なくとも一方に形成されてなることによって上
記の目的を達成する。

【００１４】高抵抗領域を共振器端面に設けることによ
って、端面に形成されたＡｌの酸化物（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）
が熱伝導率の大きな結晶であることから、端面からの放
熱がよく、信頼性が向上する。

【００１５】この発明（請求項４）に係る半導体レーザ
素子の製造方法は、活性層への電流通路上に形成したＡ
ｌを含む半導体層の所望領域を露出させ、酸化性雰囲気
下で加熱することにより、前記Ａｌを含む半導体層を選
択的に酸化して高抵抗領域を形成してなることによって
上記目的を達成する。

【００１６】前記露出されるＡｌを含んだ半導体層の所
望領域は、共振器端面であってもよいし、端面ではなく
単に活性層の上方であってもよい。

【００１７】また、より好ましくは、Ａｌを含む半導体
層が他の層に比べて充分大きな選択酸化比を取るため
に、そのＡｌ比が他の層に比べて高Ａｌ比であることが
望ましく、具体的には０．９以上であることが望まし
い。

【００１８】以下に本発明の作用を記載する。

【００１９】本発明の半導体レーザ素子において活性層
への電流通路上に形成されたＡｌを含む半導体層の一部
分を４００〜６００℃で熱酸化することで形成された高
抵抗領域はその酸化前の結晶に含まれるドーパントや熱
処理温度によらず、ほぼγ−Ａｌ₂Ｏ₃の多結晶で熱的に
安定かつ絶縁性に優れた結晶である。従って、酸化領域
の共振器方向の長さを調節することで、可飽和吸収量を
再現性よくかつ後工程に左右されず、調整することがで
きるので、ばらつきの少ない雑音特性を有する半導体レ
ーザ素子が得られる。

【００２０】また、結晶欠陥の発生はみられらないので
信頼性の劣化のない半導体レーザ素子が得られる。

【００２１】また、該高抵抗領域の共振器内での形成位
置により、さらに効果が明確になる。まず、該高抵抗領
域を共振器方向の中央部に設けた場合で可飽和吸収領域
（該高抵抗領域下の電流注入されない活性層部分）が戻
り光にさらされないので戻り光との干渉の影響がなく、
より安定な自励発振特性が得られる。

【００２２】該高抵抗領域を共振器端面に設けた場合、
端面に形成されたＡｌの酸化物（γ−Ａｌ₂Ｏ₃）は熱伝
導率の大きな結晶なので端面からの放熱が良く、信頼性
が向上する。

【００２３】また、該高抵抗領域を活性層への電流通路
上に高Ａｌ比層の一部を酸化し、かつ共振器端面に形成
した場合には高Ａｌ比層の選択酸化比が他の層よりも大
きくなるので酸化温度が低減でき、高温における酸化物
の変質が抑えられるので信頼性が向上する。なお高Ａｌ
比層のＡｌ比は他の層に比べ十分大きな選択酸化比をと
るには０．９以上が望ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１および図２を用いて
第１の実施例を説明する。本実施例では、本発明を自己
整合型レーザに適用した例を示す。

【００２６】ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に第１回目のＭ
ＯＣＶＤ成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２
（層厚０．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド
層１０３（層厚１．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア
濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、量子井戸活性層１０４、ｐ−
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層１０５（層厚０．３
μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層１０６（層厚
０．００３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流光閉じ込め
層１０７（層厚０．６μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア
濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１０
８（層厚０．３μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度３
×１０¹⁸ｃｍ^-3）を積層形成する。該ｎ−ＧａＡｓ電流
阻止層１０８に３μｍ幅のストライプ溝状のレジストパ
ターンを形成し、これをマスクとして、ｎ−ＧａＡｓ電
流阻止層１０８、ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流光閉じ込
め層１０７をエッチング除去し、ストライプ溝１０９を
形成する。エッチングについて、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止
層１０８はアンモニア系のエッチャントにより、ｎ−Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流光閉じ込め層１０７はＨＦ系のエ
ッチャントにより行う。エッチングは、最終的にｐ−Ｇ
ａＡｓエッチストップ層１０６で停止する。

【００２７】次にレジストを除去し、第２回目のＭＯＣ
ＶＤ法により、ストライプ溝１０９を埋めるようにｐ−
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３クラッド層１１０（層厚１．２
μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１（層厚１．０
μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3）を積層形成する。

【００２８】次に前記ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１
上に５０μｍ間隔で２５０μｍ幅のＳｉ₃Ｎ₄膜を前記ス
トライプ方向に垂直に形成する。これをマスクにして該
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１１をエッチングし、溝１
１２を形成する。このようにして作製したウエハを、純
水を８０℃程度に加熱し、窒素ガスをバブリングするこ
とで発生した水蒸気中で４００〜６００℃の加熱するこ
とで熱酸化を行う。ここでは、４７０℃、６０分で行っ
た。図２の共振器方向のストライプ部中央断面図に示す
ようにｐ−第３クラッド層１１０の一部が溝１１２から
酸化され、高抵抗（酸化）領域１１３が形成される。酸
化速度はＡｌ比に比例し、Ａｌを含まないＧａＡｓはほ
とんど酸化されない。従って、酸化はＡｌを含まないｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層１０８及びｐ−ＧａＡｓエッチス
トップ層１０６で停止する。

【００２９】なお、熱酸化温度を４００℃未満とした時
には酸化速度が低下し、所望の酸化領域を得るのに数時
間かかり、６００℃よりも大きくした時には素子寿命が
劣化した。

【００３０】そして、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を除去し、成長層およ
び高抵抗領域１１３の外方面上及び基板１０１の外方面
上にそれぞれｐ型電極１１４、ｎ型電極１１５を形成
し、１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空中で４５０℃、２分のア
ニールを行う。高抵抗領域１１３両端から共振器方向へ
各々、１００μｍ離れたところに劈開端面がくるように
劈開する。（素子の共振器長は２５０μｍとする）光出
射端面をＡｌ₂Ｏ₃単層膜コーティングにより３０％、反
対側の端面をＡｌ₂Ｏ₃とＳｉの多層膜コーティングによ
り７５％の反射率にする。

【００３１】本実施例の素子の光出力５ｍＷ時の波長ス
ペクトルについて図３に、戻り光量に対する相対雑音強
度特性を図４に示す。相対雑音強度特性は最大値と最小
値について示してある。図３、図４より本実施例では可
飽和吸収の効果により、明らかに縦モードが多モード化
して自励振動が生じ、相対雑音強度の最小値と最大値と
の間が小さく、戻り光量に対しあまり変動が見られず、
可干渉性雑音が抑制されていることがわかる。戻り光量
が０．１〜１０％の間で最大相対雑音強度は−１４０ｄ
Ｂ／Ｈｚを得ている。

【００３２】また、本実施例および高抵抗領域１１５を
酸素イオン注入後熱処理（６００℃）により形成した比
較例に関して信頼性の評価を行った。走行条件としては
７０℃、５ｍＷでそれぞれ２０個ずつで行った。本実施
例および比較例につきそれぞれ１０００ｈｒまでのエー
ジング特性を図５（ａ）、（ｂ）に示す。本実施例にお
いては２０個すべて安定に走行しているのに対し、従来
例では２００ｈｒまでに頓死あるいは光出力の大幅な低
下が見られた。

【００３３】以下表１に素子寿命の結果について示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】また、本実施例および比較例について最大
相対雑音強度のばらつきを５０個の素子で評価したとこ
ろ図６（ａ）、（ｂ）に示す結果となった。本実施例で
は、−１４０〜−１４５ｄＢ／Ｈｚの間に分布している
のに対して、比較例については、ばらつきが大きく−１
１０〜−１４５ｄＢ／Ｈｚの間で分布していた。また、
しきい値電流についてのばらつきを調べたところ、実施
例では、ほとんどばらつきは見られなかったが、最大相
対雑音強度のばらつきの大きい比較例ではしきい値電流
についても大きなばらつきを生じていた。

【００３６】本実施例における量子井戸活性層１０４は
ノンドープであり、Ａｌ_0.11Ｇａ_0.89Ａｓウェル層（層
厚８０Å）およびＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓバリア層（層厚
８０Å）を３対積層した量子井戸構造と量子井戸構造の
両側をはさむＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ光ガイド層（層厚２
５０Å）から構成されている。

【００３７】上記実施例では活性層に量子井戸層を用い
たが、低混晶のＡｌＧａＡｓバルク結晶を用いても本発
明の効果は得られる。

【００３８】（実施の形態２）図７、図８を用いて第２
の実施例を説明する。本実施例では、本発明をリッジ型
レーザに適用した例を示す。

【００３９】ｎ−ＧａＡｓ基板７０１上に第１回目のＭ
ＯＣＶＤ成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層７０２
（層厚０．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド
層７０３（層厚１．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア
濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、量子井戸活性層７０４、ｐ−
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層７０５（層厚０．３
μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層７０６（層厚
０．００３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３クラッド層
７０７（層厚０．９μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃
度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長し、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層７０８（層厚０．７μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア
濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を積層形成する。ストライプ状
のレジストパターンをマスクとしてｐ−キャップ層７０
８を凸状のストライプ（上面幅２．０μｍ）に加工す
る。ストライプに加工したｐ−キャップ層７０８をマス
クにしてｐ−第３クラッド層７０７をリッジストライプ
（底面幅２．０μｍ）に加工する。

【００４０】その際、リッジストライプ周辺はエッチス
トップ層７０６でエッチングが停止するようになってい
る。そして、レジストを除去する。

【００４１】次に、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法により
リッジ周辺を埋めるようにしてｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ
電流光閉じ込め層７０９（層厚０．６μｍ、ドーパント
Ｓｉ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−ＧａＡｓ
電流阻止層７１０（層厚０．６μｍ、ドーパントＳｉ、
キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層７０８直上に成長した不要層をエッチングにより除
去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層７０８を０．３μｍ厚さ
に調整する。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７１１（層厚１
μｍ、ドーパントＺｎ、１×１０¹⁹ｃｍ^-3）を第３回目
のＭＯＣＶＤ成長法により積層形成する。

【００４２】次に前記ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７１１
上に５０μｍ間隔で２５０μｍ幅のＳｉ₃Ｎ₄膜を前記ス
トライプ方向に垂直に形成する。これをマスクにして該
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７１１をエッチングし、溝７
１２を形成する。このようにして作製したウエハを、純
水を８０℃程度に加熱し、窒素ガスをバブリングするこ
とで発生した水蒸気中で４００〜６００℃の加熱するこ
とで熱酸化を行う。ここでは、４７０℃、６０分で行っ
た。図８の共振器方向のストライプ部中央断面図に示す
ようにｐ−第３クラッド層７０７の一部が溝７１２から
酸化され、高抵抗（酸化）領域７１３が形成される。酸
化速度はＡｌ比に比例し、Ａｌを含まないＧａＡｓはほ
とんど酸化されない。従って、酸化はＡｌを含まないｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層７１０及びｐ−ＧａＡｓエッチス
トップ層７０６で停止する。

【００４３】なお、熱酸化温度を４００℃未満とした時
には酸化速度が低下し、所望の高抵抗領域を得るのに数
時間かかり、６００℃よりも大きくした時には素子寿命
が劣化した。

【００４４】そして、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を除去し、成長層およ
び高抵抗領域７１３の外方面上及び基板７０１の外方面
上にそれぞれｐ型電極７１４、ｎ型電極７１５を形成
し、１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空中で４５０℃、２分のア
ニールを行う。溝７１２から共振器方向へ各々、１００
μｍ離れたところに劈開端面がくるように劈開する。
（素子の共振器長は２５０μｍとする）光出射端面は劈
開端面側とし、その端面にはＡｌ₂Ｏ₃単層膜コーティン
グにより３０％の、反対側のドライエッチング端面には
Ａｌ₂Ｏ₃とＳｉの多層膜コーティングにより７５％の反
射膜を形成する。

【００４５】本実施例の素子の光出力５ｍＷ時の波長ス
ペクトルについて図９に、戻り光量に対する相対雑音強
度特性を図１０に示す。相対雑音強度特性は最大値と最
小値について示してある。

【００４６】図９、図１０より本実施例では可飽和吸収
の効果により、明らかに縦モードが多モード化して自励
振動が生じ、相対雑音強度の最小値と最大値との間が小
さく、戻り光量に対しあまり変動が見られず、可干渉性
雑音が抑制されていることがわかる。戻り光量が０．１
〜１０％の間で最大相対雑音強度は−１４０ｄＢ／Ｈｚ
を得ている。

【００４７】また、本実施例および高抵抗領域７１５を
酸素イオン注入後熱処理により形成した比較例に関して
信頼性の評価を行った。走行条件としては７０℃、５ｍ
Ｗでそれぞれ２０個ずつで行った。本実施例および比較
例につきそれぞれ１０００ｈｒまでのエージング特性を
図１１（ａ）、（ｂ）に示す。本実施例においては２０
個すべて安定に走行しているのに対し、従来例では２０
０ｈｒまでに頓死あるいは光出力の大幅な低下が見られ
た。

【００４８】以下表２に素子寿命の結果について示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】また、本実施例および比較例について最大
相対雑音強度のばらつきは小さく、−１３５〜−１４５
ｄＢ／Ｈｚの間に分布していた。

【００５１】（実施の形態３）図１２、図１３を用いて
説明する。本実施形態では、実施形態２における高抵抗
領域を共振器端面に形成した例を示す。

【００５２】ｎ−ＧａＡｓ基板１２０１上に第１回目の
ＭＯＣＶＤ成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１２０
２（層厚０．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッ
ド層１２０３（層厚１．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャ
リア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、量子井戸活性層１２０
４、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層１２０５
（層厚０．３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層１２０
６（層厚０．００３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃
度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３ク
ラッド層１２０７（層厚０．９μｍ、ドーパントＺｎ、
キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長し、ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層１２０８（層厚０．７μｍ、ドーパントＺ
ｎ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を積層形成する。

【００５３】ストライプ状のレジストパターンをマスク
としてｐ−キャップ層１２０８を凸状のストライプ（上
面幅２．０μｍ）に加工する。ストライプに加工したｐ
−キャップ層１２０８をマスクにしてｐ−第３クラッド
層１２０７をリッジストライプ（底面幅２．０μｍ）に
加工する。

【００５４】その際、リッジストライプ周辺はエッチス
トップ層１２０６でエッチングが停止するようになって
いる。そして、レジストを除去する。

【００５５】次に、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法により
リッジ周辺を埋めるようにしてｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ
電流光閉じ込め層１２０９（層厚０．６μｍ、ドーパン
トＳｉ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−ＧａＡ
ｓ電流阻止層１２１０（層厚０．６μｍ、ドーパントＳ
ｉ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層１２０８直上に成長した不要層をエッチングに
より除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１２０８を０．３
μｍ厚さに調整する。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２１
１（層厚１μｍ、ドーパントＺｎ、１×１０¹⁹ｃｍ^-3）
を第３回目のＭＯＣＶＤ成長法により積層形成する。

【００５６】該ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２１１上に
１０μｍ間隔で２５０μｍ幅のＳｉ₃Ｎ₄膜を前記ストラ
イプ方向に垂直に形成する。これをマスクにして塩素ガ
スを用いた反応性イオンビームエッチングによりｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１２０１に到達するまで成長層をエッチング
する。

【００５７】この時、形成された溝１２１２の側面は鏡
面となるようにし、共振器端面とする。

【００５８】このようにして作製したウエハを、純水を
８０℃程度に加熱し、窒素ガスをバブリングすることで
発生した水蒸気中で４００〜６００℃の加熱をすること
で熱酸化を行う。

【００５９】ここでは、５００℃、１５分で行った。そ
の際、図１３の共振器方向のリッジ部中央断面図に示す
ように溝１２１２の側面から酸化され、端面近傍に高抵
抗（酸化）領域１２１３が形成される。各層の酸化領域
の長さはＡｌ比に応じて異なるので電流通路となる層の
うち、最も高Ａｌ比となる層の酸化領域の長さにより規
定する。

【００６０】本実施例において電流通路となる層のうち
高Ａｌ比となる層は第１〜第３クラッド層（Ａｌ比は
０．５で共通）であり、同層での酸化領域長さを高抵抗
領域１２１３の長さとする。ここでは２５μｍとした。

【００６１】次に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を除去し、成長層の外方
面上及び基板１２０１の外方面上にそれぞれｐ型電極１
２１４、ｎ型電極１２１５を形成し、１０^-5Ｔｏｒｒ程
度の真空中で４５０℃、２分のアニールを行う。溝１２
１２においてバー状に分割し、光出射端面をＡｌ₂Ｏ₃単
層膜コーティングにより３０％、反対側の端面をＡｌ₂
Ｏ₃とＳｉの多層膜コーティングにより７５％の反射率
にする。同バーをチップ化する。

【００６２】本実施例の素子の戻り光量が０．１〜１０
％の間で光出力３ｍＷ時の最大相対雑音強度は−１４２
ｄＢ／Ｈｚなっており、良好な雑音特性が得られてい
る。また、２０個の素子を別し、走行条件７０℃、５ｍ
Ｗとして信頼性の評価を行った。２０個すべて安定に走
行し、１００００ｈｒ以上の素子寿命が得られている。

【００６３】（実施の形態４）図１４、図１５を用いて
説明する。本実施形態では、実施形態２において高抵抗
領域を共振器端面に選択酸化層となる高Ａｌ比層を酸化
して形成した例を示す。

【００６４】ｎ−ＧａＡｓ基板１４０１上に第１回目の
ＭＯＣＶＤ成長法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層１４０
２（層厚０．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャリア濃度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッ
ド層１４０３（層厚１．５μｍ、ドーパントＳｉ、キャ
リア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、量子井戸活性層１４０
４、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層１４０５
（層厚０．３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ選択酸化層１
４０６、ｐ−ＧａＡｓエッチストップ層１４０７（層厚
０．００３μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア濃度１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３クラッド層
１４０８（層厚０．９μｍ、ドーパントＺｎ、キャリア
濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を成長し、ｐ−ＧａＡｓキャッ
プ層１４０９（層厚０．７μｍ、ドーパントＺｎ、キャ
リア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）を積層形成する。

【００６５】ストライプ状のレジストパターンをマスク
としてｐ−キャップ層１４０９を凸状のストライプ（上
面幅２．０μｍ）に加工する。ストライプに加工したｐ
−キャップ層１４０９をマスクにしてｐ−第３クラッド
層１４０８をリッジストライプ（底面幅２．０μｍ）に
加工する。

【００６６】その際、リッジストライプ周辺はエッチス
トップ層１４０７でエッチングが停止するようになって
いる。そして、レジストを除去する。

【００６７】次に、第２回目のＭＯＣＶＤ成長法により
リッジ周辺を埋めるようにしてｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ
電流光閉じ込め層１４１０（層厚０．６μｍ、ドーパン
トＳｉ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ−ＧａＡ
ｓ電流阻止層１４１１（層厚０．６μｍ、ドーパントＳ
ｉ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ−キャップ層
１４０９直上に成長した不要層をエッチングにより除去
し、ｐ−キャップ層１４０９を０．３μｍ厚さに調整す
る。

【００６８】ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４１２（層厚
１μｍ、ドーパントＺｎ、１×１０¹⁹ｃｍ^-3）を第３回
目のＭＯＣＶＤ成長法により積層形成する。

【００６９】該ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４１２上に
１０μｍ間隔で２５０μｍ幅のＳｉ₃Ｎ₄膜を前記ストラ
イプ方向に垂直に形成する。これをマスクにして塩素ガ
スを用いた反応性イオンビームエッチングによりｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１４０１に到達するまで成長層をエッチング
する。

【００７０】この時、形成された溝１４１３の側面は鏡
面となるようにし、共振器端面とする。このようにして
作製したウエハを、純水を８０℃程度に加熱し、窒素ガ
スをバブリングすることで発生した水蒸気中で４００〜
６００℃の加熱をすることで熱酸化を行う。

【００７１】ここでは、４００℃、５分で行った。その
際、図１５の共振器方向のリッジ部中央断面図に示すよ
うに選択酸化層１４０９が溝１４１３から酸化され、端
面近傍に高抵抗（酸化）領域１４１４が形成される。溝
１４１３において露出している選択酸化層１４０６以外
の各層は同層に比べてＡｌ比が小さくかつ酸化温度が低
く、酸化時間も短かいのでほとんど酸化されない。なお
高抵抗領域１４１３の長さは２５μｍとした。

【００７２】次に、Ｓｉ₃Ｎ₄膜を除去し、成長層の外方
面上及び基板１４０１の外方面上にそれぞれｐ型電極１
４１５、ｎ型電極１４１６を形成し、１０^-5Ｔｏｒｒ程
度の真空中で４５０℃、２分のアニールを行う。溝１４
１３においてバー状に分割し、光出射端面をＡｌ₂Ｏ₃単
層膜コーティングにより３０％、反対側の端面をＡｌ₂
Ｏ₃とＳｉの多層膜コーティングにより７５％の反射率
にする。同バーをチップ化する。

【００７３】本実施例の素子の戻り光量が０．１〜１０
％の間で光出力３ｍＷ時の最大相対雑音強度は−１４２
ｄＢ／Ｈｚなっており、良好な雑音特性が得られてい
る。また、２０個の素子を選別し、走行条件７０℃、５
ｍＷとして信頼性の評価を行った。２０個すべて安定に
走行し、２００００ｈｒ以上の素子寿命が得られてい
る。

【００７４】なお、本発明は以上に述べた実施の形態に
限定されるものではなく、前記以外の層厚、Ａｌ混晶
比、キャリア濃度においても、発明の効果を有するかぎ
り適用可能である。

【００７５】また、成長法については、ＭＯＣＶＤ法以
外にＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＬＰＥ（液相エ
ピタキシー）法、ＭＯＭＢＥ法、ＡＬＥ法（原子線エピ
タキシー）法においても、本発明の効果を有する限り適
用可能である。

【００７６】また、本発明はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
材料に対する適用例について述べたが、それ以外にＡｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料についても同様である。

【００７７】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、電流狭搾
層にはさまれた電流注入路であるストライプ部上のＡｌ
を含む半導体層の一部分を熱酸化することで高抵抗領域
が形成され、活性層に電流非注入領域が形成されてい
る。その結果、光ディスク等の応用において有効な自励
発振型の低雑音レーザを信頼性を維持しつつ、再現性よ
く得ることができる。

【００７８】さらに、該高抵抗領域を共振器中央部ある
いは端面部に形成することで可飽和吸収量を安定かつ制
御性よく提供でき、特性歩留りを改善できる。

【００７９】また、該高抵抗領域を端面部に形成する場
合において高Ａｌ比層の一部分を熱酸化することによ
り、酸化温度が低減でき信頼性もより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による半導体レーザ素子
を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１による半導体レーザ素子
の共振器方向のストライプ部中央断面図である。

【図３】本発明の実施の形態１による半導体レーザ素子
の波長スペクトルである。

【図４】本発明の実施の形態１による半導体レーザ素子
の戻り光量に対する相対雑音強度特性である。

【図５】（ａ）は本発明の実施の形態１による半導体レ
ーザ素子のエージング特性であり、（ｂ）は従来例の半
導体レーザ素子のエージング特性である。

【図６】（ａ）は本発明の実施の形態１による半導体レ
ーザ素子の相対雑音強度の分布を示す図であり、（ｂ）
は従来例の半導体レーザ素子の相対雑音強度の分布を示
す図である。

【図７】本発明の実施の形態２による半導体レーザ素子
を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態２による半導体レーザ素子
の共振器方向のリッジ部中央断面図である。

【図９】本発明の実施の形態２による半導体レーザ素子
の波長スペクトルである。

【図１０】本発明の実施の形態２による半導体レーザ素
子の戻り光量に対する相対雑音強度特性を示す図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態２による半導体レーザ素
子のエージング特性を示す図である。

【図１２】本発明の実施の形態３による半導体レーザ素
子を示す断面図である。

【図１３】本発明の実施の形態３による半導体レーザ素
子を示す共振器方向のストライプ部中央断面図である。

【図１４】本発明の実施の形態４による半導体レーザ素
子を示す断面図である。

【図１５】本発明の実施の形態４による半導体レーザ素
子を示す共振器方向のリッジ部中央断面図である。

【図１６】従来例の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。

【図１７】従来例の半導体レーザ素子を示す共振器方向
のストライプ部中央断面図である。

【符号の説明】

１、１０１、７０１、１２０１、１４０１、１６０１
ｎ−基板 ２、１０２、７０２、１２０２、１４０２、１６０２
バッファ層 ３、１０３、７０３、１２０３、１４０３、１６０３
ｎ−第１クラッド層 ４、１０４、７０４、１２０４、１４０４、１６０４
量子井戸活性層 ５、１０５、７０５、１２０５、１４０５、１６０５
ｐ−第２クラッド層 ６、１４０６ ｐ−ＡｌＧａＡｓ選択酸化層 ７、１０６、７０６、１２０６、１４０７、１６０６
エッチストップ層 ８、１０７、７０９、１２０９、１４１０、１６０７
電流光閉じ込め層 ９、１０８、７１０、１２１０、１４１１、１６０８
ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 １０、７０８、１２０８、１４０９ ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層 １１、１０９、１６０９ ストライプ溝 １２、１１０、７０７、１２０７、１４０８、１６１０
ｐ−第３クラッド層 １３、１１１、７１１、１２１１、１４１２、１６１１
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １４、１１２、７１２、１２１２、１４１３ 溝 １５、１１３、７１３、１２１３、１４１４、１６１２
高抵抗領域 １６、１１４、７１４、１２１４、１４１５、１６１３
ｐ側電極 １７、１１５、７１５、１２１４、１４１６、１６１４
ｎ側電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層への電流通路に選択的に高抵抗領
   域を形成して、電流非注入領域を形成してなる半導体レ
   ーザ素子において、 前記高抵抗領域がＡｌを含む半導体層に形成されたＡｌ
   の酸化物であることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記高抵抗領域は、半導体レーザ素子の
   共振器方向のほぼ中央部に形成されてなることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記高抵抗領域は、半導体レーザ素子の
   共振器端面の少なくとも一方に形成されてなることを特
   徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 活性層への電流通路上に形成したＡｌを
   含む半導体層の所望領域を露出させ、酸化性雰囲気下で
   加熱することにより、前記Ａｌを含む半導体層を選択的
   に酸化して高抵抗領域を形成してなることを特徴とする
   請求項１、２、又は３のいずれかに記載の半導体レーザ
   素子の製造方法。