特開 2024-101862 窒化物半導体レーザ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101862

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】窒化物半導体レーザ素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/22 20060101AFI20240723BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H01S5/22

H01S5/343 610

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006031

(22)【出願日】2023-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】難波江 宏一

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA06

5F173AC03

5F173AC13

5F173AC35

5F173AF98

5F173AH22

5F173AJ04

5F173AJ10

5F173AP32

5F173AP33

(57)【要約】

【課題】第２エピ層の平坦性が改善された半導体レーザを提供する。
【解決手段】窒化物半導体レーザ素子において、活性層１１６を含む第１エピ層１０４、開口部１０７を有する電流狭窄層１０６、第２エピ層１０８は、半導体基板１０２上に形成される。第１エピ層１０４は、電流狭窄層１０６との界面近傍に、不純物の深さ方向の濃度分布が極大値を示す不純物濃度極大部１３０を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板上に形成された、活性層を含む第１エピ層、開口部を有する電流狭窄層、第２エピ層を備え、
前記電流狭窄層は、前記第１エピ層との界面近傍に、不純物の深さ方向の濃度分布が極大値を示す不純物濃度極大部を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。

【請求項2】

前記電流狭窄層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項3】

前記不純物濃度極大部は、前記電流狭窄層から前記活性層までの間における前記濃度分布の最大値であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項4】

前記不純物濃度極大部の前記極大値は、前記電流狭窄層に含まれる前記不純物の濃度の平均値よりも１桁以上高いことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項5】

前記極大値を有する前記不純物は、ＭｇまたはＢであることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項6】

前記不純物濃度極大部において、前記濃度分布の半値全幅が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項7】

前記極大値を有する前記不純物がＭｇであって、その面密度が２×１０^１２ｃｍ^－２以上かつ１×１０^１５ｃｍ^－２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項8】

前記極大値を有する前記不純物がＢであって、その面密度が２×１０^１２ｃｍ^－２以上かつ１×１０^１５ｃｍ^－２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項9】

前記電流狭窄層は、素子上面の面積に対する配置面積の割合が、５％以上、４０％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項10】

前記開口部と前記電流狭窄層の素子表面における段差は、前記電流狭窄層の厚さの４倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【請求項11】

前記開口部と前記電流狭窄層の素子表面における段差は、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、窒化物半導体レーザ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザ（レーザダイオード）は、活性層のキャリア密度を局所的に高めるために、電流狭窄構造を有する。電流狭窄構造として、インナーストライプ型構造が知られている（特許文献１～３）。インナーストライプ型の半導体レーザは、ＡｌＮ層等を含む電流狭窄層を結晶成長によって埋め込んだものである。インナーストライプ型構造は、ドライエッチングでクラッド層の一部をエッチングして作製する一般的なリッジ型構造に比べて以下のメリットがある。

【0003】

・リッジ型構造で必要とされるドライエッチング起因のダメージや形状や寸法のばらつきが少ない。
・横モード特性に重要な横方向の光閉じ込め構造を結晶成長で精密に作りこむことができる。
・ｐ型コンタクト面積やｐクラッド層の電流経路を広げやすく、素子抵抗の低減に有利である。

【0004】

これらの理由から、インナーストライプ型構造は、ビーム品質が優れた高効率な半導体レーザの作製技術として注目されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－７８２１５号公報

【特許文献2】特開２００６－１２１１０７号公報

【特許文献3】国際公開ＷＯ２００７／０６６６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者らは、従来のインナーストライプ型構造の半導体レーザについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0007】

インナーストライプ構造の半導体レーザ用のウエハは、以下の製造プロセスで製造される。
１． 活性層を含む第１エピ層を半導体基板上に結晶成長する。
２． 第１エピ層の表面に、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を形成する。
３． 電流狭窄層の上に、第２エピ層を再成長する。

【0008】

従来の方法を用いてＧａＮ系半導体レーザ用ウエハを作製する場合、第２エピ層の再成長時において、選択成長効果により、開口部の上の部分の成長速度が、電流狭窄層（非開口部）の上の部分の成長速度よりも相対的に高くなる。その結果、第２エピ層の平坦性が悪化し、素子特性のばらつきや信頼性が低下の原因となる問題があった。

【0009】

本開示は係る状況においてなされてものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、第２エピ層の平坦性が改善された半導体レーザの提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示のある態様は、窒化物半導体レーザ素子に関する。窒化物半導体レーザ素子は、半導体基板上に形成された、活性層を含む第１エピ層、開口部を有する電流狭窄層、第２エピ層を備える。電流狭窄層は、第１エピ層との界面近傍に、不純物の深さ方向の濃度分布が極大値を示す不純物濃度極大部を有する。

【0011】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0012】

本開示のある態様によれば、第２エピ層の平坦性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る半導体レーザ素子の素子構造を示す断面図である。

【図2】比較技術に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図3】実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。

【図4】実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。

【図5】実施形態に係る半導体レーザ素子の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像および鳥瞰ＳＥＭ像を示す図である。

【図6】比較技術に係る半導体レーザ素子の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像および鳥瞰ＳＥＭ像を示す図である。

【図7】段差とＡｌＮ層の厚みの比と、動作電圧および素子寿命の関係を示す図である。

【図8】半導体レーザ素子の深さ方向のＭｇの濃度分布を示す図である。

【図9】半導体レーザ素子の深さ方向のＢの濃度分布を示す図である。

【図10】不純物濃度極大部付近の拡大図である。

【図11】面積比ｒと、平坦性、電流狭窄効果の関係を示す図である。

【図12】実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、または、実施形態の基本的な理解を目的としている。同概要は、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0015】

（実施形態の概要）
一実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子は、半導体基板上に形成された、活性層を含む第１エピ層、開口部を有する電流狭窄層、第２エピ層を備える。電流狭窄層は、第１エピ層との界面近傍に、不純物の深さ方向の濃度分布が極大値を示す不純物濃度極大部を有する。

【0016】

この構成では、電流狭窄層の形成前に、第１エピ層の表面にパイルアップした不純物が、その後形成される電流狭窄層に取り込まれ、電流狭窄層が第１エピ層との界面に不純物濃度極大部を持つ。その後、電流狭窄層、第２エピ層を形成すると、電流狭窄層の開口部と非開口部の選択成長効果が弱まり、第２エピ層の平坦性が改善される。

【0017】

一実施形態において、電流狭窄層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｎを含んでもよい。ただし、ｘ，ｙは、０≦ｘ＋ｙ≦１，０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１を満たす。

【0018】

一実施形態において、不純物濃度極大部は、電流狭窄層から活性層までの間における濃度分布の最大値であってもよい。つまり不純物濃度極大部は、濃度分布の極大値かつ最大値を有してもよい。

【0019】

一実施形態において、不純物濃度極大部の極大値は、電流狭窄層に含まれる不純物の濃度の平均値よりも１桁以上高くてもよい。

【0020】

一実施形態において、極大値を有する不純物は、ＭｇまたはＢであってもよい。

【0021】

不純物濃度極大部において、濃度分布の半値全幅が１０ｎｍ以下であってもよい。

【0022】

一実施形態において、極大値を有する不純物がＭｇであって、その面密度が２×１０^１２ｃｍ^－２以上かつ１×１０^１５ｃｍ^－２以下であってもよい。

【0023】

一実施形態において、極大値を有する不純物がＢであって、その面密度が２×１０^１２ｃｍ^－２以上かつ１×１０^１５ｃｍ^－２以下であってもよい。

【0024】

一実施形態において、電流狭窄層は、素子上面の面積に対する配置面積の割合が、５％以上、４０％未満であってもよい。

【0025】

一実施形態において、開口部と非開口部の素子表面における段差は、電流狭窄層の厚さの４倍以下であってもよい。

【0026】

一実施形態において、開口部と非開口部の素子表面における段差は、３００ｎｍ以下であってもよい。

【0027】

（実施形態）
以下、好適な実施の形態をもとにして、図面を参照しながら、本開示について説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示の本質的なものであるとは限らない。

【0028】

図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

【0029】

（実施形態）
図１は、実施形態に係る半導体レーザ素子１００の素子構造を示す断面図である。

【0030】

半導体レーザ素子１００は、インナーストライプ型の電流狭窄構造を有する。半導体レーザ素子１００は、化合物半導体基板１０２、第１エピ層１０４、電流狭窄層１０６、第２エピ層１０８を備える。第１エピ層１０４、電流狭窄層１０６、第２エピ層１０８は、化合物半導体基板１０２の上に順に形成されている。

【0031】

化合物半導体基板１０２はたとえばｎ型ＧａＮ基板である。

【0032】

第１エピ層１０４は、バッファ層１１０、ｎ型クラッド層１１２、ｎ側ガイド層１１４、活性層１１６、ｐ側第１ガイド層１１８、電子ブロック層１２０、ｐ側第２ガイド層１２２を備える。

【0033】

バッファ層１１０は、たとえばｎ型ＧａＮ層である。ｎ型クラッド層１１２は、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ層あるいはＡｌＧａＩｎＮ層である。ｎ側ガイド層１１４は、たとえばｎ型ＧａＮ層である。

【0034】

活性層１１６は、たとえばＡｌＩｎＧａＮからなる量子井戸構造を有しており、単一量子井戸でもよいし、井戸数が複数の多重量子井戸としてもよい。さらに量子井戸構造を有しない単層のＡｌＧａＩｎＮ層で構成してもよい。

【0035】

ｐ側第１ガイド層１１８およびｐ側第２ガイド層１２２は、たとえばｐ型ＧａＮ層であり、それらの間には、電子ブロック層１２０が挟まれる。

【0036】

第１エピ層１０４の上には、電流狭窄層１０６が形成される。電流狭窄層１０６は、紙面奥行き方向に伸びるストライプ状の開口部１０７を有している。電流狭窄層１０６の材料としては、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（ただし、ｘ，ｙは、０≦ｘ＋ｙ≦１，０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１を満たす実数である）を用いることができる。たとえば電流狭窄層１０６は、ＡｌＮ（ｘ＝１，ｙ＝０）を用いることができる。

【0037】

第２エピ層１０８は、ｐ型クラッド層１２４、ｐ型コンタクト層１２６、１２８を含む。ｐ型クラッド層１２４は、たとえばｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮからなる歪超格子層（ＳＬＳ：Strained-Layer Superlattice）であり、コンタクト層１２６，１２８はそれぞれ、ｐ型ＧａＮ層および高濃度ｐ型ＧａＮ層である。

【0038】

電流狭窄層１０６は、第１エピ層１０４との界面近傍に、不純物の深さ方向の濃度分布が極大値を示す不純物濃度極大部１３０を有している。本実施形態において、不純物濃度極大部１３０は、ＭｇおよびＢ（ホウ素）の少なくとも一方を含む。

【0039】

以上が半導体レーザ素子１００の構成である。半導体レーザ素子１００の利点は、比較技術との対比によって明確となる。そこではじめに比較秘術について説明する。

【0040】

（比較技術）
図２は、比較技術に係る半導体レーザ素子１００Ｒの断面図である。半導体レーザ素子１００Ｒの断面構造は、基本的には実施形態の半導体レーザ素子１００と同様であるが、第１エピ層１０４に、不純物濃度極大部１３０が形成されない点で、実施形態と異なっている。

【0041】

比較技術に係る半導体レーザ素子１００Ｒは、第１エピ層１０４、電流狭窄層１０６の順で形成される。そして、電流狭窄層１０６の上に、ｐ型クラッド層１２４を含む第２エピ層１０８が再成長によって形成される。

【0042】

比較技術では、第２エピ層１０８の再成長時において、選択成長効果により、開口部１０７の上の部分の成長速度が、電流狭窄層１０６（非開口部）の上の部分の成長速度よりも相対的に高くなる。その結果、開口部１０７の近傍の段差Δｈによって、第２エピ層１０８の平坦性が悪化し、素子特性のばらつきや信頼性が低下の原因となる問題があった。

【0043】

図３は、実施形態に係る半導体レーザ素子１００の断面図である。実施形態では、電流狭窄層１０６は、第１エピ層１０４との界面に不純物濃度極大部１３０を有している。不純物濃度極大部１３０によって、第２エピ層１０８を再成長する際の選択成長の効果が抑制され、ｐ型クラッド層１２４を平坦化することができ、ひいては素子特性のばらつきを低減し、信頼性を改善できる。

【0044】

続いて半導体レーザ素子１００の製造方法を説明する。

【0045】

図４は、実施形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法を説明する図である。はじめに、従来同様のプロセスにより、化合物半導体基板１０２、ｎ型半導体層１５０、活性層１１６、ｐ型半導体層１５２の積層体を形成する（Ｓ１００）。ｎ型半導体層１５０は、図１のバッファ層１１０、ｎ型クラッド層１１２、ｎ側ガイド層１１４に対応する。ｐ型半導体層１５２は、図１のｐ側第１ガイド層１１８、電子ブロック層１２０、ｐ側第２ガイド層１２２に対応する。

【0046】

続いて、ｐ型半導体層１５２の表層に、不純物であるＭｇ、Ｂを堆積させる（Ｓ１０２）。この不純物は、炉内に残留している不純物であってもよい。ステップＳ１００の完了後、積層体を炉内に適切な時間、置いておくことにより、ｐ型半導体層１５２の表層に不純物１３１が積み上がる（パイルアップ）。

【0047】

続いて、電流狭窄層１０６の形成プロセスに移る。はじめに、後に電流狭窄層１０６となるＡｌＮ層１５４を形成する（Ｓ１０４）。ＡｌＮ層１５４の形成に際し、ｐ型半導体層１５２の表面に堆積した不純物が、ＡｌＮ層１５４に取り込まれ、不純物濃度極大部１３０を形成する。続いて酸化膜１５６を形成する（Ｓ１０６）。続いて、ストライプ状の開口を有するように、レジスト１５８をパターニングする（Ｓ１０８）。

【0048】

続いて、酸化膜１５６のレジスト１５８によって覆われてない部分をドライエッチによって除去する（Ｓ１１０）。そして、ウェットエッチングにより、ＡｌＮ層１５４に開口部を形成する。これにより図１の電流狭窄層１０６が形成される（Ｓ１１２）。

【0049】

そして、酸化膜１５６を除去した後に、第２エピ層１６０を再成長する（Ｓ１１４）。

【0050】

以上が半導体レーザ素子１００の製造方法である。次に実施形態に係る半導体レーザ素子１００のサンプルを作成し、評価した結果を説明する。

【0051】

図５は、実施形態に係る半導体レーザ素子１００の断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像および鳥瞰ＳＥＭ像を示す図である。図６は、比較技術に係る半導体レーザ素子１００Ｒの断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像および鳥瞰ＳＥＭ像を示す図である。図６の比較技術では、開口部１０７付近の高さが、その周囲に比べて０．３μｍほど高くなっている。これに対して、図５の実施形態では、平坦性が著しく改善されていることがわかり、段差はわずかに０．１μｍ程度である。

【0052】

図７は、段差とＡｌＮ層の厚みの比と、動作電圧および素子寿命の関係を示す図である。動作電圧および素子寿命はＡ～Ｄの４段階で評価した。動作電圧に関して、Ａ～Ｄは、Ａが最も低く、Ｄが最も高いことを表す指標値である。動作電圧Ｖｏｐについては、たとえば素子長８００μｍ、開口幅１．５μｍの素子の場合の動作電圧Ｖｏｐでは、以下のように指標値を付すことができる。
Ａ： Ｖｏｐ≦５．０Ｖ
Ｂ： ５．０Ｖ＜Ｖｏｐ≦５．５Ｖ
Ｃ： ５．５Ｖ＜Ｖｏｐ≦６．０Ｖ
Ｄ： ６．０Ｖ＜Ｖｏｐ

【0053】

寿命τに関して、Ａ～Ｄは、Ａが最も長く、Ｄが最も短いことを表す指標値である。寿命はたとえば定光出力動作試験（ＡＰＣ動作試験）によって評価することができる。動作電圧Ｖｏｐの例の場合と同様の寸法の素子を想定した場合、動作電流が試験開始時に比べて３０％上昇するまでの時間を寿命τと定義することができ、その場合、寿命τの判断基準は以下のように定めることができる。
Ａ: τ≧１５，０００ｈ
Ｂ： １５，０００ｈ＞τ≧１０，０００ｈ
Ｃ： １０，０００ｈ＞τ≧５，０００ｈ
Ｄ： ５，０００ｈ＞τ

【0054】

まとめると、開口部１０７と電流狭窄層１０６（非開口部）の素子表面における段差は、電流狭窄層１０６の厚さの４倍以下とすることが望ましく、開口部１０７と電流狭窄層１０６の素子表面における段差は、３００ｎｍ以下とすることが望ましい。言い換えると、この条件を満たすように、不純物濃度極大部１３０の濃度分布を調節するとよい。

【0055】

続いて作製したサンプルについて、深さ方向の不純物濃度を解析した結果を説明する。

【0056】

図８は、半導体レーザ素子１００の深さ方向のＭｇの濃度分布を示す図である。この濃度分布は、図８の左の断面図において、Ｂ－Ｂ線に沿って測定したものである。測定したサンプルは、第１エピ層１０４および電流狭窄層１０６を形成した段階の構造体である。電流狭窄層１０６の直下においても、Ｍｇの濃度分布は極大点ｐ１を有していることが分かる。極大点ｐ２は、電子ブロック層１２０の直下、ｐ側第１ガイド層１１８の最表層付近に位置している。

【0057】

なお、図８において、電流狭窄層１０６の表層付近において不純物濃度が高くなっているが、これは分析サンプルの表面汚染の影響によるもので、実際の第２エピ層１０８の形成時には問題にならない。

【0058】

図９は、半導体レーザ素子１００の深さ方向のＢの濃度分布を示す図である。この濃度分布は、図９の左の断面図において、Ｂ－Ｂ線に沿って測定したものである。測定したサンプルは、第１エピ層１０４および電流狭窄層１０６を形成した段階の構造体である。電流狭窄層１０６の直下においても、Ｂの濃度分布は極大点ｐ１を有していることが分かる。極大点ｐ２は、電子ブロック層１２０の直下、ｐ側第１ガイド層１１８の最表層付近に位置している。なお、図９において、電流狭窄層１０６の表層付近において不純物濃度が高くなっているが、これは分析サンプルの表面汚染の影響によるもので、実際の第２エピ層１０８の形成時には問題にならない。

【0059】

図８および図９から分かるように、不純物濃度の極大値ｐ１は、電流狭窄層１０６に含まれる不純物の濃度の平均値よりも１桁以上高くなっている。

【0060】

図１０は、不純物濃度極大部付近の拡大図である。ピーク濃度（極大値）をｎ_ｐとするとき、ピーク濃度の１／２となる幅を半値全幅Ｗとする。異なる条件下でいくつかのサンプルを作製して評価したところ、半値全幅Ｗ＜１０ｎｍの場合に、顕著な平坦化の効果が得られ、Ｗ＞１０ｎｍの場合、平坦化の効果が低減した。このことから、Ｗ＜１０ｎｍであることが好ましい。

【0061】

また、図１０においてハッチングを付した部分の積分値を、１分子層の厚み（ＧａＮ：０．２５９ｎｍ）で割った値を、面密度ｄとする。このとき、Ｍｇの面密度ｄ_ＭＧに関して、以下の条件を満たすときに、顕著な平坦化の効果が得られた。
２×１０^１２ｃｍ^－２＜ｄ_ＭＧ＜１×１０^１５ｃｍ^－２

【0062】

Ｂの面密度ｄ_Ｂに関しても同様に、以下の条件を満たすときに、顕著な平坦化の効果が得られた。
２×１０^１２ｃｍ^－２＜ｄ_Ｂ＜１×１０^１５ｃｍ^－２

【0063】

したがって、不純物の面密度ｄは、
２×１０^１２ｃｍ^－２＜ｄ＜１×１０^１５ｃｍ^－２
の範囲とすることが好ましい。

【0064】

続いて、電流狭窄層１０６の面積を変化させて、平坦性および電流狭窄効果について評価した。半導体レーザ素子１００の全面に対する電流狭窄層１０６の占有率、すなわち半導体レーザ素子１００の面積に対する電流狭窄層１０６の面積の比ｒをとする。図１１は、面積比ｒと、平坦性、電流狭窄効果の関係を示す図である。平坦性および電流狭窄効果はＡ～Ｄの４段階で評価した。Ａ～Ｄは、Ａが最も優れており、Ｄが最も悪いことを表す。

【0065】

平坦性は、開口部と電流狭窄層の段差（Δｈ）と電流狭窄層の厚さ(ｔ)の比ｒ（Δｈ／ｔ）を指標として以下のように評価できる。
Ａ： ｒ（Δｈ／ｔ）≦２．０
Ｂ： ２．０＜ｒ（Δｈ／ｔ）≦４．０
Ｃ： ４．０＜ｒ（Δｈ／ｔ）≦６．０
Ｄ： ６．０＜ｒ（Δｈ／ｔ）

【0066】

電流狭窄効果については、 開口部以外へのリーク電流（Ｌ）と全注入電流（Ｔ）の比ｒ（Ｌ／Ｔ）を指標として以下のように評価できる。
Ａ： ｒ（Ｌ／Ｔ）≦１０％
Ｂ： １０％＜ｒ（Ｌ／Ｔ）≦２５％
Ｃ： ２５％＜ｒ（Ｌ／Ｔ）≦５０％
Ｄ： ５０％＜ｒ（Ｌ／Ｔ）

【0067】

この結果から、５％≦ｒ＜４０％の範囲において、平坦化の効果が得られるとともに、必要な電流狭窄効果が得られている。より好ましくは、１０％≦ｒ＜３０％の範囲とすれば、平坦化と電流狭窄効果を高い程度で両立できる。

【0068】

（変形例）
上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。

【0069】

（変形例１）
実施形態では、不純物としてＢとＭｇの両方を含む構造を説明したが、本開示はそれに限定されない。すなわち不純物濃度極大部１３０は、Ｂのみについて形成されてよいし、Ｍｇのみについて形成されてもよい。あるいは、Ｂ、Ｍｇ以外の不純物を高濃度で第１エピ層１０４の表層近傍に形成してもよい。

【0070】

（変形例２）
実施形態では、端面発光レーザを説明したが、本開示の適用はそれに限定されない。たとえば本開示は、垂直共振器型面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）にも適用可能である。

【0071】

図１２は、実施形態に係るＶＣＳＥＬ２００の断面図である。ＶＣＳＥＬ２００は、半導体基板２０２、ｎ電極Ｅｎ、ｐ電極Ｅｐ、第１エピ層２０４、電流狭窄層２０６、第２エピ層２０８を備える。第１エピ層２０４は、ｎ型ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層２１２ｎ側ガイド層２１４、活性層２１６、ｐ側ガイド層２１８を含む。第２エピ層２０８は、ｐ型ＤＢＲ層２２０を含む。電流狭窄層２０６は、第１エピ層２０４との界面に不純物濃度極大部２３０を有する。電流狭窄層２０６は矩形または円形の開口部を有する。

【0072】

ＶＣＳＥＬの場合、電流狭窄層２０６の上にｐ型ＤＢＲ層２２０が形成される。不純物濃度極大部２３０を形成しない場合、電流狭窄層２０６の開口部周辺においてｐ型ＤＢＲ層２２０に大きな段差が生ずるが、不純物濃度極大部２３０を形成することで、ｐ型ＤＢＲ層２２０を平坦化できる。

【0073】

実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0074】

１００ 半導体レーザ素子
１０２ 化合物半導体基板
１０４ 第１エピ層
１０６ 電流狭窄層
１０８ 第２エピ層
１１０ バッファ層
１１２ ｎ型クラッド層
１１４ ｎ側ガイド層
１１６ 活性層
１１８ ｐ側第１ガイド層
１２０ 電子ブロック層
１２２ ｐ側第２ガイド層
１２４ ｐ型クラッド層
１２６，１２８ ｐ型コンタクト層
１３０ 不純物濃度極大部
１５０ ｎ型半導体層
１５２ ｐ型半導体層
１５４ ＡｌＮ層
１５６ 酸化膜
１５８ レジスト
１６０ 第２エピ層
２００ ＶＣＳＥＬ
２０２ 半導体基板
２０４ 第１エピ層
２０６ 電流狭窄層
２０８ 第２エピ層
２１２ ｎ型ＤＢＲ層
２１６ 活性層
２２０ ｐ型ＤＢＲ層
２３０ 不純物濃度極大部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】