【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ、特に垂直方向の放射角が狭く光ファイバやレンズ等の光学系との結合効率が高く、かつ基本横モード発振の安定性に優れた半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における光通信技術や光情報処理技術は各種の分野において中心的な役割をはたすようになっており、例えば光ファイバを用いたデジタル光通信はデータ通信密度の飛躍的な増大を可能とし、また光ディスクやレーザプリンターは光情報処理の応用範囲を著しく拡大している。 このような光通信技術や光情報処理技術の発展は光源である半導体レーザの進歩に負うところが大きく、小型かつ高効率という優れた特徴を利用してコンパクトディスクやビデオディスク、光通信網などの光源として幅広く応用されている。 周知のごとく、半導体レーザはＰＮ接合を用いて、活性層に多数のキャリアを注入することにより励起状態を実現させレーザ発振を行うものである。 そして、最近の半導体技術の進歩、特に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法の進歩により１０Ａ程度以下の原子オーダに至る極薄膜のエピタキシャル成長層の制御が可能になったことに伴い、２００Ａ程度以下の量子井戸を活性領域とする半導体レーザが実現され、高効率・低駆動電流化が進んだ（参考文献：WTTsang,in Semiconduct
ors and Semimetals vol.24,"pp.397 edited by R.Ding
le,Academic Press,San Diego(1987))。

【０００３】半導体レーザの大きな特徴はガスレーザや一般の固体レーザに比べて小型で高効率な点である。 しかしながら、実際にシステムに組み込んで応用する場合には何らかの光学系のレーザ光を結合させなければならない。 システム側からみれば光学系との結合特性を含めた総合的な半導体レーザの特性が問題となるが、一般に半導体レーザの光の出射角度が３０度以上と広くまた放射パターンが等方的でなく１：２から１：３以上と空間的に非対象であるため高い結合効率を実現するのは容易ではない。 特に最近では光ディスクメモリの記録時の高速化、光通信における光ファイバ増幅器の励起や固体レーザの励起等の応用において、高効率な光結合特性がますます重要になっている。 また、これらの高出力を必要とする応用においては結合効率が低ければその文半導体レーザの光出力を増加させる必要があり、このために生じる半導体レーザの信頼性の低下によってシステム全体の信頼性も低下させることになってしまう。 更にこれらの応用分野においては安定な単一横モードが重要でありそのためには屈折率導波法の半導体レーザ構造が不可欠となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザにおいては、半導体の多層構造を基板上にエピタキシャル成長して光導波層を含む動作層を形成しており、従って基板に垂直な方向では屈折率が大きく異なる多層構造により強く光を閉じ込めて導波しているため、一般に１μｍ以下の光スポット径となると同時に回折により放射角度は２
０−３０度程度以上と大きくなる。 これに対して基板に水平な方向では、埋め込み構造を除くほとんどの屈折率導波型の半導体光レーザにおいて、層厚の変化等による伝搬定数の違いに基づく等価的な屈折率変化により光を閉じ込めて導波しているので光の閉じ込めが弱い。 かつこの導波構造は主にフォトリソグラフィ法を用いた半導体のプロセスにより作製するための導波路の幅は一般に２−５μｍ程度であり、このため光スポット径も同程度に広がると同時に回折が弱いので出射角度は１０度程度以下と狭くなる（参考文献：L.Figueroa,in Handbook o
f Microwave and Optical Components Vol.3,Optical C
omponent,"pp.246-252 edited by K.Chang. Wiley-Inte
rscience Publication,New York(1990))。 光の閉じ込めが強い場合には導波路の幅を２．５μｍ程度以下と小さくしないと、空間的ホールバーニングや高次横モードの影響により高出力まで安定な基本横モードを保つことができず、従って光の密度が高くなって信頼性に悪影響を及ぼす。

【０００５】このような半導体レーザのもつ光出射特性より、光学系への結合効率を上げるためには、まず基板に垂直な方向の出射角度を小さくすることが重要となる。 一般に垂直方向出射角度を小さくするためには活性領域近傍の屈折率の高い層の厚みを薄くして光を周囲の弓折率の低いクラッド領域へしみ出させて光スポット径を大きくする方法がとられる。 しかしながら、この方法でけではスポット径を大きくするほど活性層に閉じ込められる光子の量が少なくなるため、いわゆる光の閉じ込め係数（confinement factor) が小さくなって発振開始に必要な閾値電流が増加してしまう。 特に活性層に量子井戸を用いている場合には注入キャリアの増加に伴う利得の飽和が著しいため閉じ込め係数の減少に伴う閾値電流の増加は極めて大きい。 一般には量子井戸の個数を２
ないし３程度に最適化することによって利得の飽和を補償する方法がとられるが、この場合も閾値電流は量子井戸の個数が増すと共に増加する。 このような従来の半導体レーザのもつ欠点を改善するため最近、クラッド層中の活性層の近傍にクラッド層より屈折率の低い層を挿入する構造（Depressed-Index Clad Structure) によって光の強度分布を活性層側とクラッド層内の活性層から離れた部分へシフトさせることにより基板に垂直な方向の出射角度を小さくする方法が提案されている（参考文献：(1)ExtendedAbstracts(The 52nd Autumn Meeting,1
991) ；The Japan Sosiety of Applied Physics Part3,
pp.972,(2)Extended Abstracts(The 53rd Autumn Meeti
ng,1992）； The Japan Sosiety of Applied Physics P
art3,pp.930）。

【０００６】しかし、この方法を採用した場合の屈折率導波型レーザにおける横方向の光閉じ込めや基本横モードの安定性についてはこれまでほとんど考察されておらず、垂直方向の遠視野像を小さくする有効な構造とこれに適した屈折率導波構造を同時に実現して安定な基本横モード発振を実現する必要があった。

【０００７】本発明は、上記の従来の半導体レーザの問題点に鑑みてなされたものであり、垂直方向の放射角度が小さく、低閾値電流でかつ安定な基本横モード発振を実現した高出力半導体レーザを提供することを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、ＳＣＨ（Separate Confinemente Hetero
structure ）構造やＧＲＩＮ−ＳＣＨ（GRaded Index S
CH）構造などを含む、基本的にはＤＨ（Double Heteros
tructure）構造を有する半導体レーザにおいて、活性層を含むより屈折率の高い領域に光を閉じ込めるためのクラッド領域中の比較的活性領域の近くに、少なくとも隣接するクラッド層より屈折率の低い層を挿入して垂直方向の狭い放射角度を得ると同時に、半導体レーザの作製時にクラッド層とこれに挿入した低屈折率層に対して異なるエッチング速度を有する選択的なエッチング法を用いて層に水平な横方向の光導波路構造を作製できる導波路構造をとったことを特徴とする。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図に基づいて詳細に説明する。 図１に本発明の一実施例であるＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの断面を模式的に示す。 （１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１（Ｓｉ＝２×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ）上にｎ−ＧａＡｓバッファ層２（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．７μｍ）、ｎ
−Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.15 Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０
¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層４（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，２．６μｍ）、
ｎ−Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１
０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓ
クラッド層６（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．２μ
ｍ）、ノンドープＡｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層７
（０．０３６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８
（０．０１μｍ）、ノンドープＡｌ _{0. 2} Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層９（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55
Ａｓクラッド層１０（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．２
μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層１１（Ｂ
ｅ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.45 Ｇ
ａ _0.55 Ａｓクラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，
１．２μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.15 Ａｓ低屈折率層１
３（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ１４（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 ，０．１μ
ｍ）を分子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。
ＭＢＥ成長の後、ｐ−ＧａＡｓキャップ１４上にプラズマＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をストライプ状にフォトリソグラフィを用いて形成したものをマスクとして最初にＨ ₂ ＳＯ ₄ 、Ｈ ₂ Ｏ ₂ 、Ｈ ₂ Ｏを混合したＡｌ混晶比に対して選択性をもたないエッチング液によりｐ−
Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１２の途中ｐ−Ａｌ
_0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００ｎｍ程度の距離までエッチングしリッジストライプ上部となるメサ形状を形成する。 次にＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１２に対してはＡｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓの５倍程度のエッチング速度の選択性を有する酒石酸［tartaric acid
］，Ｈ ₂ Ｏ ₂ ，Ｈ ₂ Ｏを混合したエッチング液を用いてメサストライプ外の残りのｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓ
クラッド層１２を除去してｐ−Ａｌ _0.6 Ｇａ _{0. 3} Ａｓ低屈折率層１１上部にてエッチングを止めてリッジ形状を完成する。 この選択性を有するエッチングプロセスによりリッジの形状およびリッジ以外の部分のエッチングの残りの厚みを制御性良く、かつウエハ内で均一に作製することができる。 次にエッチング用マスクに用いたＳｉ
Ｎｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶＤにより、
ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチングにより、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライプ状の窓を形成する。 最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層側にＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオーミック電極を形成する。

【００１０】このようにして作製したウエハを、共振器長５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ ₂ Ｏ
₃膜、後端面に反射率９５％のＡｌ ₂ Ｏ ₃とアモルファスＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップに切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマウントして素子が完成する。

【００１１】次に理論計算により本発明を説明する。 計算はＧａＡｓ層によるレーザ光の吸収を考慮したＭａｘ
ｗｅｌｌの電磁界方程式を用いた。 横モードについては等価屈折率近似を用いて計算した。 上記実施例の層構造の場合、垂直方向の遠視野像の半値全幅は約２１度が得られる。 リッジストライプ外のエッチングが完全にｐ−
Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層１１上部にて停止した場合のストライプ内外の等価屈折率の差は０．００５が得られ、リッジストライプ底部の幅を４μｍ程度以下に小さくとれば高出力まで安全な基本モード発振が可能である。 この時の活性層内の光閉じ込め係数［optical co
nfinement factor］は２．６％である。 低屈折率層５および１１が無い場合には遠視野像の半値全幅２６度と大きく、光閉じ込め係数は２．３％と小さくなり特性は劣化する。 本発明の特徴はこのような低屈折率挿入の長所を損なうことなく容易に横モードの安定な条件を実現可能にしたことにある。 すなわち遠視野像の広がり角をほとんど変えることなくストライプ内外の屈折率の差を制御できることである。 この様子を図２の計算結果に示す。 図２の横軸は図１の実施例の構造を有するリッジ導波路型半導体レーザに置いてリッジ作製のエッチングの深さを変えたときのＳＣＨ領域とＳｉＮｘ膜との距離ｔ
をとっている。 縦軸はストライプ内外の等価屈折率の差である。 図１に示す実施例においては図２中に示すｔ
＝０．３μｍのところにエッチング時に制御されるためリッジストライプ内外の等価屈折率の差は約０．００５
が再現性良くウエハ内で均一に得られる。 挿入する低屈折率層とＳＣＨ領域との距離、すなわちＡｌ _0.45 Ｇａ
_0.55 Ａｓクラッド層６および１０の厚みを変えた場合、
遠視野像の広がり角が変化するが、Ａｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａ
ｓ光ガイド層７および９の厚みを変えることによって所望の広がり角に保つことが可能である。 例えば、上記実施例の場合から、Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層６および１０の厚みを０．１５μｍに減らしても、Ａｌ _0.2
Ｇａ _0.3 Ａｓ光ガイド層７および９の厚みを０．０４μ
ｍへ増せば広がり角は２１度に保つことができる。 さらにこの時、リッジ作製時のエッチング深さを変えて図２
中のｔを変化させた場合、等価屈折率差のｔ依存性は前記のＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層６および１０の厚みが０．２μｍの場合とほとんど同じである。 従って、
本発明の構造を用いれば、図２中で示すｔ＝０．１５
μｍの位置に制御され、ストライプ内外の屈折率差は約０．００７が得られる。 垂直方向の遠視野像の半値全角が２０−２３度の範囲で計算したところ、等価屈折率の依存性は図２の太線の範囲に入った。 従って本発明を用いればＡｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層７および９の厚みを結晶成長時に精密に設定することにより、所望の広がり角においてストライプ内外の等価屈折率差を極めて制度良く設計して実現することが可能である。 これは以上の実施例の説明の場合に限らず、遠視野像と近視野像とは一定の関係を持って結ばれているので、同様の広がり角を有する場合には挿入する低屈折率層の位置を変えても導波光の強度が減衰した裾（evanescencent wave）
の分布があまり変わらないため、ストライプ内外の等価屈折率差とｔとの関係はほぼ同じになる。 このように、
垂直方向の遠視野像の広がり角と横方向の光導波路の基本パラメータである等化屈折率差を独立に制御できるところに本発明の特徴がある。

【００１２】図３に本発明の第２の実施例であるＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸レーザの断面を模式的に示す。 ２１−３２の各層は図１に示す第一実施例の１−１
２の各層と同じである。 従って本実施例においては、第１の実施例と同様のエッチングによりｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ
_0.55 Ａｓクラッド層３２の成長後メサストライプをエッチングにより形成し次にエッチング時に使用したＳｉＮ
ｘマスクを残したままＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層３２より高いＡｌ混晶比を持つｎ−Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 Ａ
ｓ層３３によりメサ以外の部分を埋め混む。 さらにＳｉ
Ｎｘマスクを除去した後、３回目の結晶成長によりｐ−
Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層３４、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１４を成長する。 最後にｐ−ＧａＡｓキャップ層側にＡｕＺｎ／Ａｕ３６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ３７を真空蒸着後、４６０℃で５分間アニールしてオーミック電極を形成する。 本実施例ではストライプ外でＡｌ _0.7 Ｇａ _0.3 Ａｓ層３３の屈折率がＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層３２の屈折率より約０．１５小さいことを利用して等価屈折率差を作り付けているが、これは第一の実施例の場合のＳｉＮｘとＡｌ
_0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層との屈折率差約１．４と比べて小さいためストライプ内外における等価屈折率差も小さくなり、自励発振を伴う光ディスク用レーレーザなどのように等価屈折率差の小さい領域で高精度の制御を要求される場合に適している。

【００１３】上記第一および第二の実施例においてはエッチングによるメサストライプの形成を基本とする素子構造について示したが、図４に示す第三の実施例のようにストライプ部をエッチングした後、再成長によって埋める形の素子構造も可能である。

【００１４】上記実施例においてはＧａＡｓ量子井戸活性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作製方法をもって適応可能である。 さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わせることにより適応可能である。 また上記実施例においては挿入した低屈折率層が単層の場合のみについて説明したが、例えばＡｌ _0.6 Ｇａ _0.4 Ａｓ層の代わりにＧａ
Ａｓ（０．９ｎｍ）、ＡｌＡｓ（１．５ｎｍ）を交互に積層した超格子のような多層構造によって置き換えることも可能である。 さらにクラッド層など他の層についても多層構造を用いることが可能なことはいうまでもない。 光導波路としてのレーザの基本構造についても通常のＤＨ（Double Heterostructure）構造や図１、図３のようなＳＣＨ構造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded I
ndex SCH) 構造をはじめとした種々の構造を用いることができることは言うまでもない。

【００１５】以下、この発明の第四実施例を図に基づいて詳細に説明する。 図５に本発明の第四実施例であるＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの断面を模式的に示す。 本実施例の基本的な導波路構造は図１に示す本発明の第一実施例と同様のリッジ導波路型である。 （１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１
（Ｓｉ＝２×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ）上にｎ−ＧａＡｓバッファ層２（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．７μｍ）、ｎ−Ａ
ｌ _0.7 Ｇａ _0.15 Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃ
ｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層４（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，２．６μｍ）、ｎ−
Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸
ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層６（Ｓｉ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．２μｍ）、ノンドープＡｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層７（０．０３
６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８（０．０１
μｍ）、ノンドープＡｌ _0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層９
（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１０（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．２μｍ）、ｐ
−Ａｌ _x Ｇａ _1-x Ａｓ低屈折率層１１´（Ｂｅ＝１×１
０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓ
クラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，１．２μ
ｍ）、ｐ−Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.15 Ａｓ低屈折率層１３（Ｓｉ
＝１×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャップ１４（Ｂｅ＝１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 ，０．１μｍ）を分子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。 ここで図１に示す第一実施例との違いは第一実施例においてはｐ
−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１はＡｌ混晶比０．６の一定組成の層であったのに対して、本実施例においては図６に示すようにｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１
２との界面付近約２０ｎｍの間に徐々に組成を増やして最終的にＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓ１２との界面においては０．８のＡｌ混晶比となるように組成を変えていることである。

【００１６】図１に示す第一実施例においてはＡｌ _0.45
Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１２と低屈折率層Ａｌ _0.6 Ｇａ
_0.3 Ａｓ１１との界面においてエッチングを停止する。
このときの最終エッチングとして例えばクエン酸や酒石酸とＨ ₂ Ｏ ₂ 、Ｈ ₂ Ｏを混合したエッチング液による選択的なエッチング法がある。 しかしながら図１２に示すように、いずれのエッチング液を用いてもＡｌ _0.45 Ｇａ
_0.55 Ａｓのエッチング速度はＡｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓの５
倍程度であり、必ずしも大きくない。 また発振波長あるいは光学的特性の要請からこれらの層のＡｌ混晶比を変えた場合、例えばクラッド層のＡｌ混晶比をさらに０．
５まで増した場合、さらに選択比が小さくなってしまうこともある。

【００１７】ＭＢＥ成長の後、ｐ−ＧａＡｓキャップ１
４上にプラズマＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をストライプ状にフォトリソグラフィを用いて形成したものをマスクとして最初にＨ ₂ ＳＯ ₄ 、Ｈ ₂ Ｏ ₂ 、Ｈ ₂ Ｏを混合したＡｌ混晶比に対して選択性をもたないエッチング液によりｐ−Ａｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１２の途中ｐ−Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００
ｎｍ程度の距離までエッチングしリッジストライプ上部となるメサ形状を形成する。 次にＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓ
クラッド層１２に対してはＡｌ _0.6 Ｇａ _0.3 Ａｓの５倍程度、さらにＡｌ _0.8 Ｇａ _0.2 Ａｓより５０倍程度速いエッチング速度の選択性を有するクエン酸［citric aci
d ］、Ｈ ₂ Ｏ ₂ 、Ｈ ₂ Ｏを混合したエッチング液を用いてメサストライプ外の残りのＡｌ _0.45 Ｇａ _0.55 Ａｓクラッド層１２を除去してｐ−Ａｌ _{0. 6} Ｇａ _0.3 Ａｓ低屈折率層１１´上部にてエッチングを止めてリッジ形状を完成する。 ここでｐ−Ａｌ _x Ｇａ _1-x Ａｓ低屈折率層１１
´の最終的な界面のＡｌ混晶比が０．８であることから極めて再現性良くリッジ形状およびリッジ以外の部分のエッチングの残りの厚みを制御でき、かつウエハ内で均一に作製することができる。 次にエッチング用マスクに用いたＳｉＮｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶ
Ｄにより、ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチングにより、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライプ状の窓を形成する。 最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオーミック電極を形成する。

【００１８】このようにして作製したウエハを、共振器超５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ ₂ Ｏ
₃膜、後端面に反射率９５％のＡｌ ₂ Ｏ ₃とアモルファスＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップに切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマウントして素子が完成する。

【００１９】上記実施例においては低屈折率層内の界面近傍で徐々に組成を変化させることにより界面における組成の差を大きくしたが、図７に示すように隣接するクラッド層内において逆にエッング速度が速くなる方向に組成を変化させることによりさらに選択性が向上する。
また例えばクラッド層の混晶比がさらに大きい時などのように、場合によってはクラッド層側の組成のみ変化させる方が効果が大きい場合も考えられる。 さらに組成を徐々に変化させるかわりに、図８に示すように極めて薄い層を界面に挿入することにより界面における組成の差を大きくとることができる。 この場合も図９に示すように隣接するクラッド層において逆の方向に組成が変化するように薄層を挿入することでさらに選択性を向上できる。 これらの各層はＭＢＥ法などで作製する場合、組成の異なる数オングストローム程度の薄層を交互に積層した超格子層で置き換えることも可能である。 ＭＯＣＶＤ
法などのようにガスフローを用いる場合は徐々に組成を変える方が一般的に作りやすい。

【００２０】素子構造としては図５に示すリッジ導波路型以外にも図１０や図１１に示した埋め込み再成長を用いた各種構造に適応できる。 なお図１０及び図１１においては簡単のためにエッチング停止に用いる低屈折率層及びクラッド層はそれぞれ反層として示してあるが、上述したように組成変化あるいは界面に薄層を挿入して選択比を向上させてあることは言うまでもない。

【００２１】上記実施例においてはＧａＡｓ量子井戸活性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作製方法をもって適応可能である。 さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わせることにより適応可能である。 光導波路としてのレーザの基本構造についても通常のＤＨ（Double Heterostr
ucture）構造や図１、図１０、図１１のようなＳＣＨ構造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index SCH) 構造をはじめとした種々の構造を用いることができることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば低閾値電流・高微分効率でかつビーム広がり角度が小さく光学系への結合効率を高めた低屈折率層挿入法の屈折率導波単一横モード半導体レーザを高い制御性をもって均一性良く製造することが可能となり、光ファイバ増幅器や半導体レーザ励起固体レーザなどの半導体レーザを用いたシステムの小型化・高効率化に極めて大きな効果がある。

【００２３】また光ディスクなどの応用に対しては本発明を用いることにより作り付けの屈折率差を精密に制御できるため自励振動に基づく低コヒーレンス光を得やすくなるので戻り光雑音の低減に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザの第一実施例の断面模式図である。

【図２】リッジ作製のエッチングの深さと、ＳＣＨ領域とＳｉＮｘ膜との距離との関係を示すグラフである。

【図３】本発明に係る半導体レーザの第二実施例の断面模式図である。

【図４】本発明に係る半導体レーザの第三実施例の断面模式図である。

【図５】本発明に係る半導体レーザの第四実施例の断面模式図である。

【図６】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布を示す説明図である。

【図７】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布の他の例を示す説明図である。

【図８】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例を示す説明図である。

【図９】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例を示す説明図である。

【図１０】本発明に係る半導体レーザの他の実施例の断面模式図である。

【図１１】本発明に係る半導体レーザの他の実施例の断面模式図である。

【図１２】エッチング速度のＡｌ混晶比依存性を示す説明図である。

【符号の説明】

１，２１，４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２，２２，４３ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３，５，２３，２５，４５ ｎ−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層 ４，６，２４，２６，４４，４６ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ７，９，２７，２９，４７，４９ アンドープＡｌＧａ
Ａｓ光ガイド層 ８，２８，４８，１０８ ＧａＡｓ量子井戸層 １０，１２，３０，３２，３４，５０，５３，１０ ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １１，１１´，１３，３１，５１，５７ ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ低屈折率層 ３３，５２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層 １４，３５，５４ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １５ ＳｉＮｘ膜 １６，３６，５５ ｐ−電極 １７，３７，５６ ｎ−電極