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JP2005142463A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子およびその製造方法 Download PDF

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Hironobu Narui
啓修 成井
Takayuki Kawasumi
孝行 河角
Takeshi Nagatake
剛 長竹
Yuuichi Kuromizu
勇一 黒水
Takahiko Kawasaki
孝彦 河崎
Noriko Kobayashi
紀子 小林
Masataka Shiosaki
政貴 汐先
Jugo Otomo
重吾 御友
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Abstract

【課題】 寿命などの素子特性および信頼性を向上させることができる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 電流狭窄層１８は、活性層１５の電流注入領域１５Ａに対応してＡｌＡｓなどよりなる未酸化領域１８Ａと、非電流注入流域１５Ｂに対応して酸化アルミニウムよりなる酸化領域１８Ｂとを有している。酸化領域１８Ｂは、ＡｌＡｓなどよりなる未酸化層を形成したのち未酸化層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化させることにより形成されたものである。酸化領域１８Ｂの厚さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。片側の酸化領域１８Ｂの幅は、未酸化領域１８Ａの幅の１倍以上、または７倍以下が好ましい。電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離は、５０ｎｍ以上、または５００ｎｍ以下が好ましく、１８０ｎｍ以上であればより好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸化により形成された電流狭窄層を備えた半導体発光素子およびその製造方法に係り、特に、波長が６００ｎｍないし７００ｎｍ付近の赤色レーザに好適な半導体発光素子およびその製造方法に関する。
ＡｌＧａＩｎＰを母材とした半導体レーザは、波長が６００ｎｍないし７００ｎｍの赤色の発光を得ることができ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などによる高密度記録の光源として広く用いられている。
このようなＡｌＧａＩｎＰを用いた赤色レーザは、一般に、電流狭窄のため、ｐ型半導体層の一部をエッチングなどにより除去して、帯状の突部（リッジ）を形成するようにしている。リッジの上に電極を直接形成するとリーク電流が発生してしまうので、リッジの側面には、ｎ型ＧａＡｓ層またはｎ型ＡｌＩｎＰ層とｎ型ＧａＡｓ層との積層構造などの埋め込み層を形成したり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または窒化ケイ素（ＳｉＮ）などよりなる絶縁層を形成し、リーク電流を抑制している。
しかし、従来のリッジによる電流狭窄では、次のようないくつかの問題があった。例えば、埋め込み層の材料として用いられるｎ型ＧａＡｓは、禁制帯幅が１．４２ｅＶ（８７３ｎｍ）であるために、波長６００ｎｍないし７００ｎｍの光を吸収し、活性層で発生する光の吸収損失が大きくなってしまう。また、二酸化ケイ素などの誘電体材料は半導体との格子定数の差が大きいので、活性層の近傍に絶縁層が存在することにより活性層に大きな歪みがかかってしまう。このような光の吸収損失または活性層の歪みは、発振電流量の増大を招き、素子の信頼性の低下に大きく影響していた。
発振電流量を低くする方法として、リッジの底辺の幅を小さくすることで活性層の電流注入領域を狭め、発光する部分の体積を小さくすることが考えられる。しかしながら、通常、リッジは化学的エッチングにより形成されるため、リッジの底辺の幅を小さくするにはリッジの上辺の幅をそれ以上に小さくする必要がある。例えばリッジの底辺の幅を２μｍないし３μｍ程度にすると、リッジの上辺の幅は１．０μｍ以下となる。そのため、動作電圧が増加して消費電力が大きくなってしまう。消費電力の増加は、素子寿命に大きな影響を及ぼし、実用化を図る上で極めて重大な問題となる。
このような問題を解決するため、アルミニウム（Ａｌ）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の一部を、３７５℃以上の温度で、水蒸気により酸化することにより電流狭窄層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献３および非特許文献１参照。）。
米国特許第５２６２３６０号明細書 米国特許第５３７３５２２号明細書 特許第３０９７８６３号公報 Ｊ．Ｍ．ダレサス（J.M. Dallesasse ）、外１名，自然酸化膜ストライプ形状Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓ量子井戸へテロ構造レーザ（Native-oxide stripe-geometry Al x Ga1-x As-GaAs quantum well heterostructure lasers ），「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters ）」，（米国），American Institute of Physics ，１９９１年１月２８日，第５８巻，第４号，ｐ．３９４−３９６
しかしながら、酸化により形成された電流狭窄層は、体積が収縮し、活性層を含む上下の半導体層に歪みを生じさせる。この歪みは、素子特性および信頼性に悪影響を及ぼし、特に寿命は著しく劣化してしまう。そのため、酸化による電流狭窄層を用いる場合には、素子構造、酸化温度などの諸条件において更に改良の余地がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、酸化による電流狭窄層を用いて寿命などの素子特性および信頼性を向上させることができる半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
本発明による半導体発光素子は、活性層と、この活性層の一面側に、活性層の電流注入領域を制限する電流狭窄層とを備えたものであって、電流狭窄層は、活性層の電流注入領域に対応して半導体よりなる未酸化領域と、活性層の電流注入領域以外の領域に対応して未酸化領域よりも導電性の低い酸化領域とを有し、この酸化領域が、半導体よりなる未酸化層を形成したのち未酸化層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化することにより形成されたものである。
本発明による半導体発光素子の製造方法は、基板に、活性層、および電流狭窄層となる層を含む複数の半導体層を形成する工程と、電流狭窄層となる層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化することにより、半導体よりなる未酸化領域と、この未酸化領域よりも導電性の低い酸化領域とを有する電流狭窄層を形成する工程とを含むものである。
本発明の半導体発光素子、または本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、電流狭窄層における酸化領域を、２４０℃以上３７５℃未満の最適の温度条件で形成されたものとしたので、素子寿命を長くして、素子特性および信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構造を表すものである。この半導体レーザは、例えば、基板１１の一面側に、バッファ層１２，ｎ型クラッド層１３，ｎ型ガイド層１４，活性層１５，ｐ型ガイド層１６，第１ｐ型クラッド層１７，電流狭窄層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０がこの順に積層された構成を有している。この半導体レーザは、活性層１５の材料として、例えば短周期型周期律表における３Ｂ族元素と５Ｂ族元素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた赤色レーザであり、３Ｂ族元素としてはアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種が挙げられ、５Ｂ族元素としては窒素（Ｎ），リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）のうちの少なくとも１種が挙げられる。
また、この半導体レーザでは、ｐ側コンタクト層２０，第２ｐ型クラッド層１９，電流狭窄層１８，第１ｐ型クラッド層１７，ｐ型ガイド層１６，活性層１５，ｎ型ガイド層１４およびｎ型クラッド層１３の一部が、二本の平行な溝により三本の帯状の突部となっており、これらの三本の帯状の突部のうち中央の突部が半導体レーザとして機能するものである。中央の突部の幅Ｗｓｔは、例えば３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１０μｍ以下であればより好ましい。ｐ側コンタクト層２０と後述するｐ側電極２２との接触面積を広くして接触抵抗を低くし、駆動電圧を低くすることができるからである。
基板１１は、例えば、積層方向Ａにおける厚さ（以下、単に厚さという）が４３０μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。バッファ層１２は、例えば、厚さが０．０５μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｎ型クラッド層１３は、例えば、厚さが１．４μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.70ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｎ型ガイド層１４は、例えば、厚さが０．１μｍであり、不純物を添加しないＡｌ0.47ＧａＩｎＰ混晶、または、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.47ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。
活性層１５は、例えば、厚さが３０ｎｍであり、ＧａＩｎＰ混晶層とＡｌＧａＩｎＰ混晶層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有している。この活性層１５は、電流が注入される電流注入領域１５Ａと、この電流注入領域１５Ａ以外の非電流注入領域１５Ｂとを有している。このうち電流注入領域１５Ａは発光領域として機能する。
ｐ型ガイド層１６は、例えば、厚さが０．１μｍであり、不純物を添加しないＡｌ0.47ＧａＩｎＰ混晶、または、亜鉛（Ｚｎ）あるいはマグネシュウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１ｐ型クラッド層１７は、例えば、亜鉛またはマグネシュウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.70ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。第１ｐ型クラッド層１７の厚さは、後述する電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離に応じて、例えば０．０５μｍ以上０．５μｍ以下とされている。
電流狭窄層１８は、活性層１５の電流注入領域１５Ａを制限するものであり、電流注入領域１５Ａに対応した半導体よりなる未酸化領域１８Ａと、非電流注入流域１５Ｂに対応して未酸化領域１８Ａよりも導電性の低い酸化領域１８Ｂとを有している。未酸化領域１８Ａおよび電流注入領域１５Ａは帯状に形成されており、また、酸化領域１８Ｂは未酸化領域１８Ａの両側に帯状に形成されている。
未酸化領域１８Ａは、例えば短周期型周期律表における３Ｂ族元素と５Ｂ族元素とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されており、３Ｂ族元素としては少なくともアルミニウム（Ａｌ）、５Ｂ族元素としては例えば少なくともヒ素（Ａｓ）が含まれている。具体的には、未酸化領域１８Ａは、例えばＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓにより構成されている。酸化領域１８Ｂは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む絶縁性酸化物、具体的には、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯx ）により構成されている。酸化領域１８Ｂは、後述するように、上述したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えばＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓよりなる未酸化層を形成したのち未酸化層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化させることにより形成されたものである。
第２ｐ型クラッド層１９は、例えば、厚さが１．１μｍであり、亜鉛またはマグネシュウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.70ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層２０は、例えば、厚さが０．３μｍであり、亜鉛またはマグネシュウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
ｐ側コンタクト層２０の表面には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または窒化ケイ素（ＳｉＮ）よりなる絶縁層２１が形成されている。絶縁層２１には、中央の突部の上面に開口が設けられている。
絶縁層２１の表面には、ｐ側電極２２が形成されている。ｐ側電極２２は、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、絶縁層２１の開口を介してｐ側コンタクト層２０と電気的に接続されている。本実施の形態では、上述したように中央の突部の幅Ｗｓｔが広く、電流狭窄層１８の酸化領域１８Ｂにより電流狭窄を行うようにしているので、ｐ側コンタクト層２０とｐ側電極２２との接触面積を広くすることが可能であり、その接触面積はできるだけ広くすることが好ましい。接触抵抗を低くし、駆動電圧を低くすることができるからである。
基板１１の一面と対向する他面側には、ｎ側電極２３が形成されている。ｎ側電極２３は、例えばＡｕＧｅ：Ｎｉおよび金（Ａｕ）を順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、基板１１と電気的に接続されている。
更に、この半導体レーザでは、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層１５において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームＬＢとして積層方向Ａに対して垂直な方向に出射するようになっている。
図２は、図１に示した半導体レーザをレーザビームＬＢが出射される側から見た構成を表す正面図である。積層方向Ａにおける酸化領域１８Ｂの厚さＴは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。１０ｎｍよりも薄いと酸化領域１８Ｂの電流阻止機能が低下し、また、１０００ｎｍよりも厚いと耐電圧性が弱くなるおそれがあるからである。更に、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であればより好ましい。なお、未酸化領域１８Ａの厚さは、酸化領域１８Ｂの厚さと略同じである。
未酸化領域１８Ａの幅ＷＡは、例えば約２μｍとすることが好ましい。また、未酸化領域１８Ａの片側における酸化領域１８Ｂの幅ＷＢは、未酸化領域１８Ａの幅ＷＡの１倍以上であることが好ましい。レーザビームＬＢのＮＦＰ（Near Field Pattern）は未酸化領域１８Ａの幅ＷＡすなわち電流注入領域１５Ａの幅の約３倍に広がるので、未酸化領域１８Ａの片側における酸化領域１８Ｂの幅ＷＢを未酸化領域１８Ａの幅ＷＡの１倍以上とすれば、ＮＦＰがｐ側電極２２に達してレーザビームＬＢの吸収損失が生じてしまうことを防止することができるからである。
また、未酸化領域１８Ａの片側における酸化領域１８Ｂの幅ＷＢは、未酸化領域１８Ａの幅ＷＡの７倍以下であることが好ましい。７倍よりも大きいと、酸化領域１８Ｂの歪みによる影響が大きくなり、素子特性の劣化が早まるおそれがあるからである。
電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄは、５０ｎｍ以上であることが好ましい。５０ｎｍよりも小さいと製造歩留りが低下するおそれがあるからである。更に、電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄは、１８０ｎｍ以上であればより好ましい。吸収係数が小さくなり、レーザビームＬＢの吸収損失を抑えることができるからである。
電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄは、５００ｎｍ以下であることが好ましい。５００ｎｍよりも大きいと漏れ電流が増大し、発振電流量が上昇してしまうからである。
この半導体レーザは、次のようにして製造することができる。
図３、図４、図６および図７は本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を工程順に表すものである。まず、図３（Ａ）に示したように、例えば、上述した厚さおよび材料よりなる基板１１を用意し、この基板１１の一面側に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属気相成長）法により、バッファ層１２，ｎ型クラッド層１３，ｎ型ガイド層１４，活性層１５，ｐ型ガイド層１６，第１ｐ型クラッド層１７を順次成長させる。
次いで、同じく図３（Ａ）に示したように、第１ｐ型クラッド層１７の上に、上述したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる未酸化層１８Ｃを形成する。続いて、この未酸化層１８Ｃの上に、上述した厚さおよび材料よりなる第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順次成長させる。
次いで、図３（Ｂ）に示したように、例えば、ｐ側コンタクト層２０の上に二酸化ケイ素よりなるマスク層３１およびフォトレジスト層３２を形成し、このフォトレジスト層３２を利用してフォトリソグラフィ技術によりマスク層３１を選択的に除去し、ｐ側コンタクト層２０を露出させる。
続いて、図４（Ａ）に示したように、例えば、マスク層３１の開口部から、反応性イオンエッチングなどにより、ｐ側コンタクト層２０，第２ｐ型クラッド層１９，未酸化層１８Ｃ，第１ｐ型クラッド層１７，ｐ型ガイド層１６，活性層１５，ｎ型ガイド層１４およびｎ型クラッド層１３の一部を選択的に除去して、三本の帯状の突部を形成する。このとき、溝の深さは、中央の突部の側面に未酸化層１８Ｃを露出させることができる程度とすることが好ましい。また、中央の突部の幅Ｗｓｔを、上述したように例えば３μｍ以上５０μｍ以下、更には５μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。このようにすれば、ｐ側コンタクト層２０とｐ側電極２２との接触面積を広くして接触抵抗を低くし、駆動電圧を低くすることができるからである。そののち、フォトレジスト層３２を除去する。
フォトレジスト層３２を除去したのち、図４（Ｂ）に示したように、例えば水蒸気中で加熱することにより未酸化層１８Ｃの一部を酸化させ、未酸化領域１８Ａおよび酸化領域１８Ｂを有する電流狭窄層１８を形成する。ここで、酸化の温度は、例えば２４０℃以上３７５℃未満の温度とする。３７５℃以上の温度では、後述の実施例で説明するように、エージング特性が極端に悪化し、寿命などの信頼性が著しく低下してしまうからである。また、２４０℃よりも低い温度では酸化速度が約０．１ｎｍ／ｓｅｃよりも遅くなり、酸化領域１８Ｂの形成に要する時間が長くなってしまうからである。
すなわち、酸化速度が０．１ｎｍ／ｓｅｃの場合、例えば、幅ＷＢが１μｍの酸化領域１８Ｂを形成するための所要時間は約２．７時間、幅ＷＢが５０μｍの酸化領域１８Ｂを形成するための所要時間は約１３８時間となる。このことから、０．１ｎｍ／ｓｅｃよりも遅い酸化速度での作業は実際には困難であり非現実的であることが予想される。そこで、酸化速度が約０．１ｎｍ／ｓｅｃとなる温度を調べたところ、図５に示したように、約２４０℃で酸化速度が約０．１ｎｍ／ｓｅｃとなり、酸化の温度の下限は約２４０℃であることが分かった。
更に、酸化の温度は、３００℃以上３７０℃以下であれば好ましく、３２０℃以上３６５℃以下であればより好ましい。
なお、酸化領域１８Ｂの幅ＷＢは、予め算出した所要時間が経過したところで酸化を停止させることにより制御してもよく、酸化の進行をモニタ等で観察して幅ＷＢが適切な値となったところで酸化を停止させるようにしてもよい。
酸化領域１８Ａおよび酸化領域１８Ｂを有する電流狭窄層１８を形成したのち、図６（Ａ）に示したように、マスク層３１を除去し、図６（Ｂ）に示したように、基板１１の全面にわたって、例えば蒸着法により、上述した材料よりなる絶縁層２１を形成する。
絶縁層２１を形成したのち、図７（Ａ）に示したように、絶縁層２１の上に図示しないフォトレジスト層を形成して例えばフォトリソグラフィによりパターニングし、このフォトレジスト層をマスクとして例えば化学エッチャントによるエッチングまたはドライエッチングにより絶縁層２１を選択的に除去して、中央の突部の上面に開口を形成する。そののち、図示しないフォトレジスト層を除去する。
絶縁層２１に開口を形成したのち、図７（Ｂ）に示したように、基板１０の上全面に、例えば真空蒸着法によりチタン，白金および金を順次積層し、合金化して、ｐ側電極２２を形成する。ｐ側電極２２を形成したのち、基板１１を所定の厚さとなるように研削し、同じく図７（Ｂ）に示したように、ｐ側電極２２と同様にして、基板１１の反対側の全面に、例えば真空蒸着法により金，ＡｕＧｅおよび金を順次積層し、合金化してｎ側電極２３を形成する。
ｎ側電極６０およびｐ側電極７０を形成したのち、基板１１を所定の大きさに整え、共振器長方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザが完成する。
この半導体レーザでは、ｎ側電極２３とｐ側電極２２との間に所定の電圧が印加されると、電流狭窄層１８の酸化領域１８Ｂにより電流狭窄され、活性層１５の電流注入領域１５Ａに電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームＬＢとして外部に射出される。ここでは、電流狭窄層１８の酸化領域１８Ｂが、２４０℃以上３７５℃未満の最適の温度条件で形成されているので、素子寿命が長くなり、素子特性および信頼性が向上する。
このように本実施の形態では、電流狭窄層１８の酸化領域１８Ｂが、２４０℃以上３７５℃未満の最適の温度条件で形成されているので、素子寿命を長くして、素子特性および信頼性を向上させることができる。
また、酸化による電流狭窄層１８を用いているので、中央の突部の幅Ｗｓｔを広くすることができる。よって、ｐ側コンタクト層２０とｐ側電極２２との接触面積を大きくし、接触抵抗を低くして発振電流量を低減させることができる。更に、従来のような埋め込み層などが不要となるので、結晶成長工程が簡単になり製造コストの低減が期待できる。加えて、従来ではリッジを形成するためにエッチングストップ層が必要であったが、本実施の形態ではエッチングストップ層も不要になるので、活性層１５への光の閉じ込め効率が高くなり、発振電流量を低くすることができる。更にまた、酸化による電流狭窄層１８を用いることにより、従来のリッジによる電流狭窄を用いた構造に比べて、ＴＥ／ＴＭ（Transverse electric/Transverse magnetic ）偏光比を高くすることができ、信号対雑音比（Signal to Noise ratio ；Ｓ／Ｎ）を向上させることができる。
また、本実施の形態では、積層方向Ａにおける酸化領域１８Ｂの厚さＴを、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下としたので、酸化領域１８Ｂの電流阻止機能を高めると共に耐電圧性を強めることができる。
更に、本実施の形態では、未酸化領域１８Ａの片側における酸化領域１８Ｂの幅ＷＢを、未酸化領域１８Ａの幅ＷＡの１倍以上としたので、ｐ側電極２２によるレーザビームＬＢの吸収損失を抑制し、発振電流量を低減させることができる。
加えて、本実施の形態では、未酸化領域１８Ａの片側における酸化領域１８Ｂの幅ＷＢを、未酸化領域１８Ａの幅ＷＡの７倍以下としたので、酸化領域１８Ｂの歪みによる影響を小さくして、素子特性を向上させることができる。
更にまた、本実施の形態では、電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄを、５０ｎｍ以上としたので、製造歩留りを高めることができる。更に、電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄを、１８０ｎｍ以上とすれば、吸収係数が小さくなり、レーザビームＬＢの吸収損失を抑えて発振電流量を低減させることができる。
加えてまた、本実施の形態では、電流狭窄層１８と活性層１５との間の距離Ｄを、５００ｎｍ以下としたので、漏れ電流を抑制し、発振電流量を低減させることができる。
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
上記実施の形態と同様にして、半導体レーザを作製した。その際、酸化領域１８Ｂを形成するための酸化の温度を３６０℃とした。得られた半導体レーザについて、加速エージング試験を行った。試験条件としては、試験開始（０ｈ）から０．５ｈ後までは通電を行わず２５℃に維持し、０．５ｈ後から２．５ｈ後までは通電を行わず２５℃から７０℃まで昇温させ、２．５ｈ後から７０℃で通電させた。その結果を図８に示す。
（比較例１）
酸化の温度を３７５℃としたことを除き、上記実施例１と同様にして半導体レーザを作製した。得られた半導体レーザについて、上記実施例１と同様にして加速エージング試験を行った。その結果を図８に併せて示す。なお、比較例１は、同様の条件で２回行ったが、いずれも同様の結果となった。
図８から分かるように、実施例１によれば、通電開始後の駆動電流の上昇が緩やかであったのに対し、比較例１では通電を開始したとたんに駆動電流が急上昇し、駆動が不可能となった。すなわち、電流狭窄層１８の酸化領域１８Ｂを３６０℃以下の温度で酸化させることにより形成するようにすれば、エージング特性を著しく改善し、寿命などの素子特性および信頼性を向上させることができることが分かった。なお、実施例１は３６０℃のみであるが、３７５℃未満であれば比較例１よりもエージング特性を向上させることができると考えられる。酸化の温度の下限については、前述のように酸化速度および所要時間を考慮して２４０℃以上とすることが好ましい。
（実施例２〜４）
上記実施の形態と同様にして、半導体レーザを作製した。その際、活性層１５と電流狭窄層１８との間の距離Ｄを、実施例２では１２０ｎｍ、実施例３では２１０ｎｍ、実施例４では２２０ｎｍと変化させた。得られた実施例２〜４の半導体レーザについて、吸収係数を調べた。その結果を図９に示す。また、図９には、実施例２ないし実施例４の結果に基づいて距離Ｄと吸収係数との相関関係を表す曲線を併せて示す。なお、従来のリッジによる電流狭窄を用いた半導体レーザにおける吸収係数は８ｃｍ-1以下であり、これも図９に併せて示す。
図９から分かるように、活性層１５と電流狭窄層１８との間の距離Ｄを２１０ｎｍとした実施例３および２２０ｎｍとした実施例４の吸収係数は、従来構造よりも低くなったのに対して、１２０ｎｍとした実施例２の吸収係数は、従来構造よりも高くなった。また、吸収係数が従来構造と同じ８ｃｍ-1となる距離Ｄは、約１８０ｎｍであった。すなわち、活性層１５と電流狭窄層１８との間の距離Ｄを１８０ｎｍ以上とすれば、吸収係数を従来構造よりも低くすることができることが分かった。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電流狭窄層１８を第１ｐ型クラッド層１７と第２ｐ型クラッド層１９との間に設けた場合について説明したが、電流狭窄層１８は、例えばｎ型クラッド層１３の中に設けるようにしてもよい。ただし、ｐ型半導体層のほうが比抵抗が高いので、ｐ型半導体層の中に設けるほうが望ましい。
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、第１ｐ型クラッド層１７，電流狭窄層１８および第２ｐ型クラッド層１９を直接積層した場合について説明したが、第１ｐ型クラッド層１７と電流狭窄層１８との間に、または、電流狭窄層１８と第２ｐ型クラッド層１９との間に、ＡｌＧａＡｓ混晶などよりなる中間層を設けてもよい。このような中間層は、電流狭窄層１８と第１ｐ型クラッド層１７または第２ｐ型クラッド層１９との格子定数の差を緩和することができるため好ましい。
更に、例えば、上記実施の形態および実施例において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、活性層１５の材料はＡｌＩｎＰでもよい。
加えて、例えば、上記実施の形態および実施例では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
本発明は、図１に示したような端面発光型の半導体レーザのみならず、垂直共振器型（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）といわれる面発光レーザにも適用可能である。
本発明による半導体発光素子は、例えば、光ファイバ通信あるいは光配線の光源、レーザプリンタの光源、または光ディスク用途に適用することができる。
本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す斜視図である。 図１に示した半導体レーザをレーザビームが射出される側から見た正面図である。 図１に示した半導体レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。 図３に続く工程を表す断面図である。 酸化の温度と酸化速度との関係を表す図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 本発明の実施例の結果を表す図である。 本発明の実施例の結果を表す図である。
符号の説明
１１…基板、１２…バッファ層、１３…ｎ型クラッド層、１４…ｎ型ガイド層、１５…活性層、１５Ａ…電流注入領域、１５Ｂ…非電流注入領域、１６…ｐ型ガイド層、１７…第１ｐ型クラッド層、１８…電流狭窄層、１８Ａ…未酸化領域、１８Ｂ…酸化領域、１８Ｃ…未酸化層、１９…第２ｐ型クラッド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…絶縁層、２２…ｐ側電極、２３…ｎ側電極、３１…マスク層、３２…フォトレジスト層

Claims (13)

  1. 活性層と、この活性層の一面側に、前記活性層の電流注入領域を制限する電流狭窄層とを備えた半導体発光素子であって、
    前記電流狭窄層は、前記活性層の電流注入領域に対応して半導体よりなる未酸化領域と、前記活性層の電流注入領域以外の領域に対応して前記未酸化領域よりも導電性の低い酸化領域とを有し、
    前記酸化領域は、前記半導体よりなる未酸化層を形成したのち前記未酸化層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化することにより形成された
    ことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記活性層で発生した光は、前記活性層と前記電流狭窄層との積層方向に対して垂直な方向に出射する
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記活性層と前記電流狭窄層との積層方向における前記酸化領域の厚さは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  4. 前記活性層と前記電流狭窄層との積層方向における前記酸化領域の厚さは、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  5. 前記電流狭窄層の未酸化領域および前記電流注入領域は帯状に形成され、前記酸化領域は前記未酸化領域の両側に帯状に形成された
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  6. 前記未酸化領域の片側における前記酸化領域の幅は、前記未酸化領域の幅の１倍以上である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  7. 前記未酸化領域の片側における前記酸化領域の幅は、前記未酸化領域の幅の７倍以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  8. 前記活性層は、３Ｂ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種と、５Ｂ族元素のうち窒素（Ｎ），リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）のうちの少なくとも１種とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成された
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  9. 前記未酸化領域は、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）と、５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成され、前記酸化領域は、アルミニウム（Ａｌ）を含む絶縁性酸化物により構成された
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  10. 前記電流狭窄層と前記活性層との間の距離は、５０ｎｍ以上である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  11. 前記電流狭窄層と前記活性層との間の距離は、１８０ｎｍ以上である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  12. 前記電流狭窄層と前記活性層との間の距離は、５００ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  13. 基板に、活性層、および電流狭窄層となる層を含む複数の半導体層を形成する工程と、
    前記電流狭窄層となる層の一部を２４０℃以上３７５℃未満の温度で酸化することにより、半導体よりなる未酸化領域と、この未酸化領域よりも導電性の低い酸化領域とを有する電流狭窄層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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