(57)【要約】【課題】光学破壊による端面劣化を抑制できるとともに低閾値電流な半導体レーザを歩留良く生産できる構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザにおいては、一方の端面から共振器方向の距離が２μｍ以内の位置の量子井戸活性層５０４のバンドギャップに相当する光の波長をλｗ（ｎｍ）とし、共振器長をＬとして、一方の端面から共振器方向の距離が（３／１０）Ｌ以上、（７／１０）Ｌ以下の位置の量子井戸活性層５０４のバンドギャップに相当する光の波長をλａ(ｎｍ)とし、共振器方向において、光の波長がλｗ＋２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する量子井戸活性層５０４の位置から、光の波長がλａ−２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する量子井戸活性層５０４の位置との間を遷移領域とし、遷移領域の長さをＬｔとしたとき、λａ−λｗ＞１５ｎｍであり、Ｌｔが２５μｍ未満となるものである。【選択図】図１
2010199520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上部に設けられた活性層と、を備え、
少なくとも一方の端面近傍領域の前記活性層が不純物の拡散により混晶化されているとともに、前記端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップが前記端面近傍領域以外の領域の前記活性層のバンドギャップより大きい、半導体レーザであって、
一方の端面から共振器方向の距離が２μｍ以内の位置の前記活性層のバンドギャップに相当する光の波長をλｗ（ｎｍ）とし、共振器長をＬとして、一方の前記端面から前記共振器方向の距離が（３／１０）Ｌ以上、（７／１０）Ｌ以下の位置の前記活性層のバンドギャップに相当する光の波長をλａ(ｎｍ)とし、
さらに、共振器方向において、光の波長がλｗ＋２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する前記活性層の位置から、光の波長がλａ−２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する前記活性層の位置との間を遷移領域とし、前記遷移領域の長さをＬｔとしたとき、
λａ−λｗ＞１５ｎｍであり、
Ｌｔが２５μｍ未満である、半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層の上部に設けられたクラッド層と、
前記クラッド層の上部に設けられたキャップ層と、をさらに備え、
前記キャップ層の前記不純物に対する固溶限界濃度が、前記クラッド層の前記固溶限界濃度より高い、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記キャップ層を構成する材料は、ＧａＡｓを含む、請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記クラッド層を構成する材料は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓを含む、請求項２または３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記活性層を構成する材料は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓを含む、請求項１から４のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記不純物は、Ｚｎである、請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記活性層の上部に設けられた電流ブロック層を、さらに備え、自励発振する、請求項１から６のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記遷移領域の長さＬｔが、１２μｍ以下かつ１μｍ以上である、請求項１から７のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項９】
リッジ型のストライプ、またはリッジ埋め込み型のストライプを有する、請求項１から８のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記端面近傍領域と前記端面近傍領域以外の領域との間の前記キャップ層に溝が設けられている、請求項２から９のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記共振器長Ｌが、５００μｍ以下である、請求項１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
基板の上部に活性層を形成した後、前記活性層の端面近傍領域に不純物を拡散させ、この活性層を混晶化させる工程を含む、半導体レーザの製造方法であって、
前記活性層を混晶化させる工程は、
半導体層Ａおよび半導体層Ｂを準備し、
前記半導体層Ａの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、前記半導体層Ｂの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとしたとき（Ｍａ＞Ｍｂ）、前記活性層の上部に、前記半導体層Ｂおよび前記半導体層Ａをこの順で積層する工程と、
前記端面近傍領域となる予定領域と前記端面近傍領域以外となる予定領域との間の前記半導体層Ａに溝を形成する工程と、
前記端面近傍領域となる予定領域の前記半導体層Ａの表面のみに接するように前記不純物を含む層を形成する、または前記端面近傍領域となる予定領域の前記半導体層Ａの表面のみを前記不純物を含むガスに晒すとともに、前記半導体層Ａと前記半導体層Ｂとを介して前記端面近傍領域となる予定領域の前記活性層に前記不純物を拡散させる工程と、を含む、半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
前記半導体層Ａをキャップ層とし、前記半導体層Ｂをクラッド層としたとき、
前記端面近傍領域以外となる予定領域において、前記クラッド層の上部に前記キャップ層を残す、請求項１２に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１４】
前記端面近傍領域となる予定領域において、前記クラッド層の上部に前記キャップ層を残す、請求項１２または１３に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】
前記端面近傍領域となる予定領域において、前記クラッド層の上部の前記キャップ層を除去し、前記クラッド層の上部に電流ブロック層を形成する、請求項１２または１３に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１６】
前記電流ブロック層は、単層または多層構造である、請求項１５に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】
前記溝を形成する工程において、
前記溝の内部に、前記不純物の拡散を防止する層を形成する工程を含む、請求項１２から１６のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１８】
前記不純物は、Ｚｎである、請求項１２から１７のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１９】
前記半導体層Ｂを構成する材料は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓを含む、請求項１２から１８のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項２０】
前記半導体層Ａを構成する材料は、ＧａＡｓを含む、請求項１２から１９のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項２１】
前記不純物を含む層は、スパッタリング法により形成したＺｎＯ膜である、請求項１２から２０のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項２２】
自励発振する、請求項１２から２１のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項２３】
半導体層Ａを介して半導体層Ｂに不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、
前記半導体層Ａおよび前記半導体層Ｂを準備し、
前記半導体層Ａの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、前記半導体層Ｂの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとしたとき(Ｍａ＞Ｍｂ)、
前記半導体層Ｂの上部に前記半導体層Ａを積層する工程と、
前記半導体層Ａに溝を形成して、前記半導体層Ｂの上部に第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ａとを形成する工程と、
前記第１の半導体層Ａの表面のみに接するように、前記不純物を含む層を形成するとともに、前記第１の半導体層Ａを介して前記半導体層Ｂに前記不純物を拡散させる工程を含む、不純物拡散方法。
【請求項２４】
前記不純物は、Ｚｎである、請求項２３に記載の不純物拡散方法。
【請求項２５】
前記半導体層Ｂを構成する材料は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓを含む、請求項２３または２４に記載の不純物拡散方法。
【請求項２６】
前記半導体層Ａを構成する材料は、ＧａＡｓを含む、請求項２３から２５のいずれかに記載の不純物拡散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及び半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザにおいては、光学破壊による端面劣化を防止する技術として、レーザ発振光に対して光吸収の無い窓構造を端面に設ける技術が知られている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、不純物の拡散を抑制する点を改善した半導体レーザが記載されている。
図１６に、この半導体レーザの製造プロセスを示す。はじめに、ＺｎＯ２０１を選択エッチングし、利得領域００４となるｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９を選択エッチングする(図１６(ａ))。次いで、ウェハ全面に誘電体膜２０２を形成する(図１６（ｂ）)。その後、熱処理（アニール）によってＺｎＯ２０１中のＺｎを活性層１０４まで固相拡散させる（図１６(ｃ)）。
以上により、この半導体レーザにおいては、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９と接する部分のみから、Ｚｎが拡散することになり、全面にコンタクト層が設けられている状態で拡散させる場合と比較して、不純物の拡散が抑制されている。
さらに同文献によれば、Ｚｎ拡散領域の両側に不純物を含有した仕切領域を設けることで、アニールによる窓領域の両側における利得領域内の活性層への不純物拡散を抑制するものとされている。
【０００４】
また、特許文献１に記載の半導体レーザにおいては、図１６(ａ)、(ｂ)、および(ｃ)に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９が、活性層１０４の上部のＺｎＯ２０１が形成された窓となる領域にのみ形成され、他の大部分の利得領域においては、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９が除去されている。特許文献１の明細書または他の図面等の記載から、上述の窓以外の部分では、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層１０７が表面に露出した状態で、その後の製造工程が進むことになる。
【０００５】
ところが、ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰが、ＧａＡｓと比べて、熱処理やプラズマプロセスなどにより表面近傍に欠陥を生じやすいことは、技術常識等から知られている。このため、露出した状態のｐ型ＧａＩｎＰクラッド層１０７等においては、製造工程における熱履歴により結晶欠陥が発生している懸念がある。さらには、このような欠陥は熱処理により結晶の内部にまで拡散し、結晶を構成する元素を相互拡散させたりもする。そのため、利得領域の活性層１０４においては、結晶の相互拡散により混晶化が進み、バンドキャップが変化してしまっている可能性がある。
かりに、Ｚｎの横方向拡散を抑制できたとしても、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０９のない領域の利得領域の活性層の混晶化を再現性良く抑制することは難しい。
【０００６】
なお、特許文献１には、活性層のバンドギャップに関する詳しい記述がないが、ＺｎＯ２０１が成膜されていない領域である利得領域においても、活性層は混晶化によって、バンドギャップが広がってしまっている可能性が高い。
【０００７】
特許文献２には、プロセスダメージによる結晶欠陥の発生を改善した半導体レーザが記載されている。
図１７に、この半導体レーザの製造プロセスを示す。はじめに、ｎ型ＧａＡｓ基板２上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、活性層４と、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、ｐ型エッチングストップ層６と、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７と、ｐ型障壁緩和層８と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９とを順次積層し、共振器端面近傍のｐ型ＧａＡｓキャップ層９を除去して開口部を形成した後、この開口部にＺｎＯ層１１を形成し、次に、熱処理を行って、ＺｎＯ層１１に含まれるＺｎを活性層４まで拡散を行って窓領域Ｍを形成し、次に、共振器方向に窓領域Ｍを覆うようにしたストライプ状の絶縁膜マスクパターン１６を形成し、次に選択エッチング液を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９のみをエッチング除去した後、リッジ部１７を形成するものである。同文献によれば、生産歩留まりを向上させることができるものとされている。
【０００８】
また、特許文献２に記載の半導体レーザの製造方法においては、図１７(Ｄ)に示すように、ＺｎＯ層１１とｐ型ＧａＡｓキャップ層９とが接するように、同層に設けられた状態で、熱処理を行って、ＺｎＯ層１１に含まれるＺｎを活性層４まで拡散を行っている。このとき、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９を介して、Ｚｎが共振器方向に拡散することにより、活性層の非利得領域が拡大し、これが閾値電流値の上昇を引き起こす要因となっていた。
この活性層において非利得領域の体積が大きいと、利得が不足しがちになることから、閾値電流値の上昇を引き起こすことがあった。特に共振器長が比較的短い、光ディスク再生用のレーザでは、影響が顕著である。また、自励発振レーザのような、利得と損失の微妙なバランスを利用するデバイスでは、極端に自励発振が起きにくくなるという懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３１９１２０号公報
【特許文献２】特開２００７−３１８０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、上記文献記載の従来技術は、以下の点で課題を有していた。
第一に、不純物が活性層の共振器方向に拡散することにより、非利得領域が拡大し、これが閾値電流値の上昇をもたらす要因となっていた。
第二に、プロセスダメージによる結晶欠陥が発生することにより、活性層の混晶化を再現性良く制御することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、
基板と、
前記基板の上部に設けられた活性層と、を備え、
少なくとも一方の端面近傍領域の前記活性層が不純物の拡散により混晶化されているとともに、前記端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップが前記端面近傍領域以外の領域の前記活性層のバンドギャップより大きい、半導体レーザであって、
一方の端面から共振器方向の距離が２μｍ以内の位置の前記活性層のバンドギャップに相当する光の波長をλｗ（ｎｍ）とし、共振器長をＬとして、一方の前記端面から前記共振器方向の距離が（３／１０）Ｌ以上、（７／１０）Ｌ以下の位置の前記活性層のバンドギャップに相当する光の波長をλａ(ｎｍ)とし、
さらに、共振器方向において、光の波長がλｗ＋２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する前記活性層の位置から、光の波長がλａ−２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する前記活性層の位置との間を遷移領域とし、前記遷移領域の長さをＬｔとしたとき、
λａ−λｗ＞１５ｎｍであり、
Ｌｔが２５μｍ未満である、半導体レーザが提供される。
【００１２】
λａ−λｗ＞１５ｎｍであり、遷移領域の長さＬｔが、２５μｍ未満である、半導体レーザにおいては、その製造過程において、Ｌｔを小さくして、端面近傍領域の活性層のバンドギャップ変化を急峻にすることにより、閾値電流値を低減することができる。
【００１３】
本発明によれば、
基板の上部に活性層を形成した後、前記活性層の端面近傍領域に不純物を拡散させ、この活性層を混晶化させる工程を含む、半導体レーザの製造方法であって、
前記活性層を混晶化させる工程は、
半導体層Ａおよび半導体層Ｂを準備し、
前記半導体層Ａの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、前記半導体層Ｂの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとしたとき（Ｍａ＞Ｍｂ）、前記活性層の上部に、前記半導体層Ｂおよび前記半導体層Ａをこの順で積層する工程と、
前記端面近傍領域となる予定領域と前記端面近傍領域以外となる予定領域との間の前記半導体層Ａに溝を形成する工程と、
前記端面近傍領域となる予定領域の前記半導体層Ａの表面のみに接するように前記不純物を含む層を形成する、または前記端面近傍領域となる予定領域の前記半導体層Ａの表面のみを前記不純物を含むガスに晒すとともに、前記半導体層Ａと前記半導体層Ｂとを介して前記端面近傍領域となる予定領域の前記活性層に前記不純物を拡散させる工程と、を含む、半導体レーザの製造方法が提供される。
【００１４】
本発明の半導体レーザの製造方法によれば、端面近傍領域の活性層のバンドギャップ変化が急峻な上記半導体レーザを製造することができる。
すなわち、半導体層Ａに溝を形成して、端面近傍領域となる予定領域と端面近傍領域以外となる予定領域とを分離し、端面近傍領域となる予定領域の半導体層Ａの表面のみに不純物を含む層または不純物を含むガスを接触させた状態で、不純物を拡散させることにより、溝を越えて、端面近傍領域以外となる予定領域の半導体層Ａに不純物が拡散することを抑制することができる。
また、Ｍａ＞Ｍｂであるため、半導体層Ａの一定以上の領域に渡って不純物濃度が飽和して、半導体層Ｂに不純物が拡散することになる。その結果、半導体層Ａ中への拡散開始と同時に、不純物が半導体層Ｂ中の共振器方向に拡散することを抑制することができる。
さらに、端面近傍領域以外となる予定領域の半導体層Ａを残したまま、後の製造工程を実施することにより、プロセスダメージによる結晶欠陥の発生を防ぐことができる。
【００１５】
本発明によれば、
半導体層Ａを介して半導体層Ｂに不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、
前記半導体層Ａおよび前記半導体層Ｂを準備し、
前記半導体層Ａの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、前記半導体層Ｂの前記不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとしたとき(Ｍａ＞Ｍｂ)、
前記半導体層Ｂの上部に前記半導体層Ａを積層する工程と、
前記半導体層Ａに溝を形成して、前記半導体層Ｂの上部に第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ａとを形成する工程と、
前記第１の半導体層Ａの表面のみに接するように、前記不純物を含む層を形成するとともに、前記第１の半導体層Ａを介して前記半導体層Ｂに前記不純物を拡散させる工程を含む、不純物拡散方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学破壊による端面劣化を抑制できるとともに低閾値電流な半導体レーザを歩留良く生産できる構造およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例における半導体レーザ構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例における半導体レーザ構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図４】本発明の第１の実施例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図５】半導体レーザ端面から共振器方向に向かっての活性層のフォトルミネッセンス波長（バンドギャップ）の変化を示すグラフである。
【図６】半導体レーザの可干渉性（自励発振の強さ）を示すヒストグラムである。
【図７】本発明の実施例と比較例との半導体レーザの製造方法におけるＺｎ拡散工程の違いを説明した構造図である。
【図８】本発明の第２の実施例における半導体レーザ構造を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施例における半導体レーザ構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１１】本発明の第２の実施例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１２】本発明の第３の実施例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１３】比較例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１４】比較例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１５】比較例の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１６】従来発明の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【図１７】従来発明の半導体レーザの製造工程を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１９】
(第１の実施例)
本発明の第１の実施例について、図１および図２を用いて、説明する。
図１は、第１の実施例における半導体レーザの構成の斜視図を示す。図２は、内部の構造をわかりやすくするために、図１の構造の一部を取り除いた場合の斜視図を示す。また、図中の色の濃い部分は、Ｚｎ拡散領域５１１を示す。
【００２０】
第１の実施例の半導体レーザは、端面に窓構造を有する自励発振型半導体レーザである。
この半導体レーザは、基板(ｎ型ＧａＡｓ基板５０１)と、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の上部に設けられた活性層(量子井戸活性層５０４)と、を備えるものである。半導体レーザの窓構造においては、少なくとも一方の端面近傍領域の量子井戸活性層５０４が、不純物の拡散により混晶化されているとともに、端面近傍領域の量子井戸活性層５０４のバンドギャップが当該端面近傍領域以外の領域の量子井戸活性層５０４のバンドギャップより大きいものである。本実施例においては、不純物としてＺｎを用いているが、これに限定されことなく、各種の金属などを用いることができる。
【００２１】
図１に示すように、Ｚｎ拡散領域５１１は、Ｚｎが拡散されて高濃度となっている領域である。Ｚｎ拡散領域５１１においては、それ以外の部分に比べて、量子井戸活性層５０４のバンドギャップが広い。
【００２２】
また、半導体レーザにおいては、一方の端面から共振器方向の距離が２μｍ以内の位置の量子井戸活性層５０４のバンドギャップに相当する光の波長をλｗ（ｎｍ）とし、共振器長をＬとして、一方の端面から共振器方向の距離が（３／１０）Ｌ以上、（７／１０）Ｌ以下の位置の量子井戸活性層５０４のバンドギャップに相当する光の波長をλａ(ｎｍ)とし、
さらに、共振器方向において、光の波長がλｗ＋２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する量子井戸活性層５０４の位置から、光の波長がλａ−２（ｎｍ）に相当するバンドギャップを有する量子井戸活性層５０４の位置との間を遷移領域とし、遷移領域の長さをＬｔとしたとき、
λａ−λｗ＞１５ｎｍであり、Ｌｔが２５μｍ未満となるものである。
【００２３】
さらに、本実施例の半導体レーザは、図１および図２に示す、ｎ型ＧａＩｎＰヘテロ障壁緩和層５０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７、ｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層５１３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４ならびに、不図示のｎ電極およびｐ電極を備えるものである。
【００２４】
また、量子井戸活性層５０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５からなるダブルヘテロ構造が形成されている。電流ブロック層は、単層でもよく、または多層構造でもよい。本実施例においては、電流ブロック層として多層構造(ｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層５１３)を用いている。
【００２５】
図１および図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上にｎ型ＧａＩｎＰヘテロ障壁緩和層５０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３、量子井戸活性層５０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４が積層されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５には、リッジ部(リッジ型のストライプ)が形成されている。このリッジ脇(リッジ状のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の側壁)に、ｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層５１３からなる電流狭窄構造が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の下部に不図示のｎ電極および、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４の上部にｐ電極が形成されている。
【００２６】
ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７には、図２に示すように、端面近傍領域と端面近傍領域以外の領域との間に溝(分離溝)が形成されている。この溝により、端面近傍領域には、ｎが拡散しているｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７が形成されるとともに、利得領域の量子井戸活性層５０４の上部には、Ｚｎ拡散工程以前の工程から含まれていた以外のＺｎを含まないｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７が形成されている。
【００２７】
以上の構成により、リッジ脇部に可飽和吸収領域を形成する自励発振型半導体レーザを構成することができる。なお、リッジ部とリッジ両脇の屈折率差およびリッジ幅は適宜調整できる。また、共振器長Ｌは、特に限定されないが、たとえば５００μｍ以下とすることができる。なお、本実施例の半導体レーザにおいては、リッジ型のストライプ、またはリッジ埋め込み型のストライプを有する構造としてもよい。
【００２８】
次に、図３および図４を参照して第１の実施例の製造方法を説明する。
図３および図４は、本発明の第１の実施例の半導体レーザの製造工程の手順を示す。尚、ここに示す図は、ウェハの中の半導体レーザ１素子に相当する分について示したもので、実際の製作は、この素子を多数個２次元的につないだウェハの形態で行われる。
【００２９】
本実施例の半導体レーザの製造工程は、基板(ｎ型ＧａＡｓ基板５０１)の上部に活性層(量子井戸活性層５０４)を形成した後、量子井戸活性層５０４の端面近傍領域に不純物を拡散させ、この量子井戸活性層５０４を混晶化させる工程を含むものである。これにより、不純物を拡散させた当該端面近傍領域の量子井戸活性層５０４に窓構造を形成することができる。
さらに、この量子井戸活性層５０４を混晶化させる工程は、以下の工程(１)から(３)を含むものである。
工程(１)半導体層Ａおよび半導体層Ｂを準備し、半導体層Ａの不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、半導体層Ｂの不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとして（Ｍａ＞Ｍｂ）、量子井戸活性層５０４の上部に、半導体層Ｂおよび半導体層Ａをこの順で積層する工程、
工程(２)端面近傍領域となる予定領域と端面近傍領域以外となる予定領域との間の半導体層Ａに溝を形成する工程、
工程(３)端面近傍領域となる予定領域の半導体層Ａの表面のみに接するように、不純物を含む層を形成するとともに、半導体層Ａと半導体層Ｂとを介して端面近傍領域となる予定領域の量子井戸活性層５０４に不純物を拡散させる工程。
【００３０】
半導体層Ａを構成する材料は、ＧａＡｓを含むものであればよい。半導体層Ｂを構成する材料は、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓを含むものであればよい。
本実施例では、半導体層Ａをｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７とし、半導体層Ｂをｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５とし、不純物はＺｎとして説明する。
【００３１】
以下、工程(１)、(２)および(３)について詳述する。
［工程(１)］
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１に、ｎ型ＧａＩｎＰヘテロ障壁緩和層５０２（厚さ０.０２μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３（厚さ１.２μｍ）、量子井戸活性層５０４（厚さ０.００６μｍのＧａＩｎＰ井戸層と厚さ０.００５μｍのＡｌＧａＩｎＰ障壁層からなる７重量子井戸）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５（厚さ１.２μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６（厚さ０.０２μｍ）、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７（厚さ０.３μｍ）をＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）でエピタキシアル成長させる。
【００３２】
［工程(２)］
続いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の上にＳｉＯ２膜（厚さ０.１μｍ）をＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)法で成膜した後、フォトリソグラフィー、ウェットエッチングを用いて、該ＳｉＯ２膜の一部を開口する。
【００３３】
ここで、開口部の共振器方向の長さは、７.５μｍで、開口部の端面に近い方の端が端面から１２.５μｍの距離に位置するものである。さらに、ウェットエッチングでｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のうち開口部直下に当たる部分を除去する。
【００３４】
このようにして、図３(ａ)に示すように、共振器方向に対して直角方向にわたって、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７に溝を形成している。これにより、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のうち、端面近傍領域となる予定領域と端面近傍領域以外（利得領域）となる予定領域とを分離することができる。
【００３５】
［工程(３)］
次に、該ＳｉＯ２膜を全て除去した後、再び、ＣＶＤ法でＳｉＯ２膜５０８（厚さ０.２μｍ）を成膜し、レーザチップにヘキ開したときに端面となる位置を中心に、その近傍のみを開口する。このとき、開口部の共振器方向の長さは、２０μｍである。
続けて、ＺｎＯ膜５０９（厚さ０.１μｍ）、およびＳｉＯ２膜５１０（厚さ０.１μｍ）をスパッタ法で成膜する。
【００３６】
このようにして、図３(ａ)に示すように、溝の内部に不純物の拡散を防止する層(ＳｉＯ２膜５０８)を形成することができる。ＳｉＯ２膜５０８は、溝を埋め込むようにして形成されてもよい。ＳｉＯ２膜５０８により、Ｚｎがｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を共振器方向に拡散することを防ぐものである。不純物の拡散を防止する層としては、ＳｉＯ２膜５０８に限られず、各種の材料を用いることができる。
【００３７】
次いで、５８０℃で２０分間の熱処理を行い、ＺｎＯ膜５０９からｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６、量子井戸活性層５０４にＺｎを拡散させ、さらに量子井戸活性層５０４の下方０.２μｍのあたりまでＺｎを拡散させる(図３(ａ))。
【００３８】
このとき、ＺｎＯ膜５０９は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７が除去されている領域より端面側でのみ半導体と接しているので、Ｚｎは、この除去領域(溝)を越えて共振器内部方向へ拡散することは無い。また、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６の表面がｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の表面に比べて、熱処理、プラズマ処理などのプロセスに対して安定でないことを考慮すると、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を除去する領域の大きさは、０で無い範囲で小さいほうが良く、半導体レーザへ適用する場合には、共振器方向の長さを２〜１５μｍとするのが適当である。また、ＳｉＯ２膜５０８などの広い面積に渡って半導体と接する膜は、スパッタリング法よりもダメージの小さいＣＶＤ法で成膜することが望ましい。
【００３９】
本実施例の以後の工程においては、端面近傍領域以外となる予定領域において、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の上部にｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を残すことができる(図２)。さらには、端面近傍領域となる予定領域においても、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の上部にｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を残すことができる(図２)。これにより、プロセスダメージを減少させることができる。
【００４０】
次に、ＳｉＯ２膜５０８、ＺｎＯ膜５０９、およびＳｉＯ２膜５１０をウェットエッチングで除去した後、新たにＳｉＯ２膜５１２（厚さ０.２μｍ）を成膜し、フォトリソグラフィーとウェットエッチングとを用いて、ＳｉＯ２膜５１２を幅３〜５μｍのストライプに加工し、ウェットエッチングにより、量子井戸活性層５０４の上０.２〜０.４μｍまで半導体を除去することで、リッジ状のストライプを形成する（図３(ｂ)）。
【００４１】
次いで、ストライプ状のＳｉＯ２膜５１２を残したまま、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ両脇にｎ型ＡｌＩｎＰまたはｎ型ＧａＡｓまたはそれらの組合せからなるｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層５１３（厚さ１.０μｍ）を積層する(図４(ａ))。
【００４２】
続いて、ストライプ状のＳｉＯ２膜５１２をウェットエッチングで除去し、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４（厚さ２μｍ）を積層する(図４(ｂ))。
【００４３】
この後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４の上部に、ｐ電極を形成し、ウェハ全体を厚さが１００μｍ程度になるように加工する。その後、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の下部にｎ電極を形成する。そして、Ｚｎを拡散した領域(Ｚｎ拡散領域５１１)が端面を含むようにウェハをヘキ開し、さらに個片化する。以上の工程により、本実施例の半導体レーザチップが得られる。
【００４４】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の有無によって、横拡散の程度が大きく異なることに関して、表１を用いて説明する。
【００４５】
表１は、ＺｎのＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰに対する固溶限界濃度と本発明の効果の実証に用いたデバイスに適用したｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５のＺｎ濃度を示すものである。この表からｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の方は、Ｚｎを追加して取り込む余地が大きいのに対して、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の方は取り込む余地がほとんどないことがわかる。したがって、ＺｎＯ膜５０９からｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７に拡散したＺｎは、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６やｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５へは進めずに、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７中を横方向に拡散することになる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のある一定以上の領域に渡ってＺｎ濃度が飽和してきて初めて、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６やｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５中に元々存在するＺｎを押し出すようにして縦方向のＺｎ拡散が進む。
【００４６】
このように、本実施例の拡散工程においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７中への拡散開始と同時に、Ｚｎがｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５中の共振器方向に次々と拡散することを抑制することができる。
【００４７】
なお、表１の出典は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層についてはジャーナル・オブ・クリスタル・グロース１６７号（１９９６年）１７ページに掲載された論文、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層については当方の実験である。前記論文では、Ｚｎ化合物を含む蒸気相と、不純物としてＺｎを含むＧａＡｓ半導体からなる固相との間の濃度平衡関係から、ＧａＡｓに対するＺｎの固溶限界濃度を推定する方法が記載されている。
またＡｌＧａＩｎＰへのＺｎの固溶限界濃度はＳＩＭＳ測定による積層方向のＺｎ濃度プロファイルから見積もった。これに用いた手法は、フィジカ・ステータス・ソリディ・（ａ）の１４９号（１９９５年）５５７ページに記載されている。
【００４８】
【表１】
2010199520.tif 000003
【００４９】
続いて、活性層のバンドギャップに相当する光の波長の測定結果について説明する。
図５は、本実施例の半導体レーザ(図５(ａ))および後述する比較例の半導体レーザ(図５(ｂ))の活性層のバンドギャップに相当する光の波長の測定結果を示す。グラフの横軸は、端面から共振器内部に向かう方向の距離を、縦軸はフォトルミネッセンス光のピーク波長を示している。また、端面位置（横軸が０μｍの位置）での波長をλｗ(ｎｍ)、横軸が１００μｍの位置での波長をλａ(ｎｍ)としている。図５中のＬｔは、前述の遷移領域の長さを示す。
【００５０】
また、波長λｗおよび波長λａは、各範囲内の任意の位置の量子井戸活性層５０４のバンドギャップに相当する光の波長である。この光の波長は、フォトルミネッセンス光のピーク波長を測定することにより得られる。
【００５１】
本実施例においては、波長λａは、利得領域で測定すればよく、一方の端面から共振器方向の距離が、３／１０Ｌ以上、７／１０Ｌ以下の位置または４／１０Ｌ以上、６／１０Ｌ以下の位置で測定してもよい。たとえば、波長λａは、端面から共振器方向の距離が１００μｍ以上から１５０μｍ以内の任意の部分において測定してもよい。
【００５２】
なお、測定の障害となる光吸収層などは、必要に応じて一部除去をするなどの処理をして測定を行っている。
【００５３】
遷移領域においては、利得領域の活性層のバンドギャップとは異なるため、レーザ発振に対する利得を発生しない。さらに、半導体の吸収スペクトルはピーク波長を中心に広がりを持っているため、遷移領域の一部は、利得領域で発生するレーザ発振光に対して吸収損失を発生する。したがって、レーザ発振を効率良く行うためには、Ｌｔは小さいほうが良い。
【００５４】
図５(ａ)に示すように、本実施例の半導体レーザにおいては、横軸の距離に対する波長の変化が急峻である。他方、図５(ｂ)に示すように、比較例の半導体レーザにおいては、横軸の距離に対する波長の変化が緩やかである。
Ｌｔにおいては、図５(ａ)は１２μｍを示し、図５(ｂ)は４６μｍを示す。
【００５５】
このように、本実施例の半導体レーザにおいては、比較例と比較してＬｔが小さいため、吸収損失を抑制し、閾値電流値を低く制御することができるものである。
【００５６】
本実施例の作用効果について説明する。
本実施例の半導体レーザは、両側の端面近傍領域の量子井戸活性層５０４が混晶化されているとともに、端面近傍領域の量子井戸活性層５０４のバンドギャップが利得領域(端面近傍領域以外の領域)の量子井戸活性層５０４のバンドギャップより大きい窓構造を備えている。このバンドギャップが拡大した領域は、レーザ発振光に対して光吸収の無い透明な窓として機能するため、光学破壊(ＣＯＤ)が生じるレベルを飛躍的に高めることができる。これにより、安定性に優れた半導体レーザを実現することができる。
【００５７】
半導体レーザにおいては、λａ−λｗ＞１５ｎｍとすることにより、端面近傍領域の量子井戸活性層５０４に十分量の不純物を拡散させることができる。これにより、量子井戸活性層５０４のバンドギャップが、利得領域より大きい窓構造を形成することができ、ＣＯＤの発生を抑制することができる。
【００５８】
さらに、λａ−λｗ＞１５ｎｍの条件に加えて、遷移領域の長さＬｔが、２５μｍ未満である場合には、図５に示すように、端面から共振器方向に向かっての量子井戸活性層５０４のバンドギャップの変化は、急峻な変化となっている。そのため、非利得化した非利得領域を小さくして利得領域を拡大でき、かつ導波損失も抑えられるという効果が得られる。その結果、十分な利得を得ることにより、閾値電流値を低減することができる。特に共振器長が比較的短い、光ディスク再生用のレーザでは、この効果が顕著である。
【００５９】
また、遷移領域の長さＬｔは短いほうが光吸収による損失が低減されるが、短すぎると、拡散／非拡散領域の界面で急激な屈折率変化が生じ、散乱による導波光の損失が増してしまう。このため、Ｌｔは、１μｍ以上とすることが望ましく、さらには３μｍ以上とすることが望ましい。
【００６０】
本実施例においては、自励発振型半導体レーザの場合には、遷移領域の長さＬｔが１２μｍ以下かつ１μｍ以上が好ましい。
【００６１】
以上のように、本実施例においては、端面近傍において活性層のバンドギャップが、レーザ発振光を吸収しない程度に広げられている半導体レーザにおいて、端面から共振器方向に向かって活性層のバンドギャップが変化している領域を小さくすることで、すなわち、端面近傍領域のバンドギャップの変化の仕方を急峻にすることで、閾値電流値を低減し、さらには安定した自励発振ができる構造を実現することができる。
【００６２】
なお、仮にＬｔが２５μｍ未満であっても、λａ−λｗが１５ｎｍ以下である場合には、非利得領域と利得領域とバンドギャップ差が小さくなり、ＣＯＤの発生を十分に抑制することができない。
【００６３】
（比較例）
次に、比較例として、特許文献２に記載の半導体レーザに相当する半導体レーザの説明をする。この比較例の半導体レーザは、以下の工程により製造されるものである。
まず、図１３(ａ)に示すように、１回目のエピタキシアル成長で、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層１００２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００３、量子井戸活性層１００４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００５、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層１００６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７を順次積層した後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７上に、ＣＶＤ、フォトリソグラフィーを用いて、ＬＤチップの端面近傍に相当する領域に開口を有するＳｉＯ２膜１００８を形成し、さらにスパッタリング法により、ＺｎＯ膜１００９とＳｉＯ２膜１０１０を形成する。次いで、６００℃前後の温度で１０〜３０分加熱すると、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７とＺｎＯ膜１００９が接している部分から、半導体側にＺｎ原子が拡散し、図１３(ａ)の色の濃い部分で示したようなＺｎ拡散領域１０１１が形成される。次いで、ＳｉＯ２膜１００８、ＺｎＯ膜１００９、ＳｉＯ２膜１０１０を除去した後、続けて、図１３(ｂ)に示すように、ＣＶＤ、フォトリソグラフィーにより形成したＳｉＯ２ストライプ１０１２をエッチングマスクとして、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより、量子井戸活性層１００４の上０.２〜０.４μｍのところまで、半導体をエッチングで除去しリッジを形成する。続けて、図１４(ａ)(ｂ)に示すように、レジスト膜１０１５を形成して、フォトリソグラフィーとエッチングにより、端面近傍部のＳｉＯ２ストライプ１０１２とｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７を除去する。続けて、レジスト膜１０１５を除去した後、２回目、３回目のエピタキシアル成長で、図１５(ａ)(ｂ)に示すように、ｎ型電流ブロック層１０１３、ｐ型コンタクト層１０１４を形成した後、上下に電極を形成してから、Ｚｎ拡散領域１０１１に端面が含まれるように個片化する。以上の工程により、比較例の半導体レーザチップが得られる。
【００６４】
（実施例と比較例との比較）
次に、比較例と対比しつつ本実施例の効果について説明する。
【００６５】
比較例の半導体レーザにおいては、前述の製造工程により作製されると、Ｚｎが共振器方向に拡散して、活性層の非利得領域が拡大し、遷移領域の長さＬｔが２５μｍ以上になる。これが閾値電流値の上昇を引き起こす要因となっていた。
すなわち、比較例の半導体レーザにおいては、Ｌｔが２５μｍ以上であるとき、端面から共振器内部へ向かっての活性層のバンドギャップの減少のしかたが緩やかとなると、非利得領域の体積が大きくなり、利得が不足しがちになることから、閾値電流値の上昇を引き起こすことがあった。特に共振器長が比較的短い、光ディスク再生用のレーザでは、影響が顕著である。また、自励発振レーザのような、利得と損失の微妙なバランスを利用するデバイスでは、極端に自励発振が起きにくくなるという懸念がある。
【００６６】
これに対して、本実施例の半導体レーザにおいては、その製造工程において、上述の通り、λａ−λｗ＞１５ｎｍかつ、Ｌｔが２５μｍ未満と小さい半導体レーザの構造が実現できるため、端面から共振器方向に向かっての量子井戸活性層５０４のバンドギャップの変化は、急峻な変化となっている。これにより、非利得領域を小さくして利得領域を拡大でき、かつ導波損失も抑えられるという効果が得られる。その結果、十分な利得を得ることにより、閾値電流値を低減することができる。特に共振器長が比較的短い、光ディスク再生用のレーザでは、効果が顕著である。さらに、本実施例においては、利得と損失のバランスを維持することができるので、自励発振型半導体レーザにおいては、安定した自励発振を実現することができる。
【００６７】
次に、比較例の製造方法と対比しつつ本実施例の製造方法の効果について説明する。
【００６８】
本実施例の半導体レーザの製造工程と比較例の半導体レーザの製造工程との相違点は、Ｚｎを拡散させる工程にある(図７(ａ)(ｂ))。上記の図５(ａ)および（ｂ）のフォトルミネッセンスピーク波長のカーブは、それぞれ、図７(ａ)および（ｂ）に示す構造に対応している。
【００６９】
比較例の半導体レーザの製造工程においては、図７（ｂ）に示すように、量子井戸活性層１００４上部にｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７が全面に渡って形成されている。そのため、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７とＺｎＯ膜１００９とが接している状態で、加熱処理すると、Ｚｎがｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７を介して拡散する結果、量子井戸活性層１００４の共振器方向にＺｎが拡散することになる。そして、Ｚｎ拡散領域１０１１が拡大するとともに、量子井戸活性層１００４の非利得領域も拡大する。
【００７０】
これに対して、本実施例の半導体レーザの製造工程においては、図７(ａ)に示すように、最上部にあるｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の一部が除去されて分離溝が形成されている。この分離溝により、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のうち、端面近傍予定領域と利得予定領域とを分離することができる。ＺｎＯ膜５０９は、端面近傍予定領域のｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のみに接しているため、この分離溝を越えて、利得予定領域のｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７にＺｎが拡散することを防ぐことができる。さらには、利得予定領域のｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７側にＺｎが拡散しないように、ＳｉＯ２膜５０８が挿入されている。
【００７１】
図７に示すように、熱処理後にＺｎが拡散する部分は、Ｚｎ拡散領域１０１１とＺｎ拡散領域５１１とになる。図７(ｂ)では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層の途切れがないために、Ｚｎが横方向に大きく拡散する。他方、図７(ａ)では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層を除去した領域の境界近傍までしかＺｎが横方向に拡散していない。そのため、本実施例の共振器方向のＺｎ拡散領域５１１の長さは、Ｚｎ拡散領域１０１１の長さよりも小さくなる。
【００７２】
このように、本実施例においては、Ｚｎ拡散領域５１１が、比較例のＺｎ拡散領域１０１１より、Ｚｎの共振器方向の拡散が抑制された状態で形成されている。そのため、本実施例の製造過程において、遷移領域Ｌｔを小さくする、つまり、窓領域から共振器内部へ向かっての活性層のバンドギャップ変化を急峻にすることができる。
【００７３】
また、本実施例においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を全面的に除去して同様にＺｎＯ膜５０９、ＳｉＯ２膜５０８を成膜した場合でも、Ｚｎの横方向拡散は抑えられる。しかしながら、ＧａＡｓ(ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７)以外の、ＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層等の半導体からなる層(ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５、ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層５０６等)を露出させた場合には、製造過程での熱処理、プラズマ処理等によるダメージを受けやすく、半導体表面から内部に欠陥が拡散して、量子井戸活性層５０４の混晶化ひいてはワイドバンドギャップ化を引き起こしてしまうことがある。本実施例においては、Ｚｎの拡散源であるＺｎＯ膜５０９をスパッタリング法で容易に成膜できるが、スパッタリング法は、ＣＶＤ法などと比べて、下地である半導体結晶へのダメージが大きく、特に注意が必要である。本実施例において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を部分的にしか除去しないのは、これらの事情を鑑みてのことである。
【００７４】
以上のように、本実施例では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を部分的に除去してからＺｎを拡散するというと工程を採用しているので、Ｚｎの共振器方向への拡散が抑えられる。また、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を除去する領域を必要最小限にしているため、熱処理、プラズマ処理等を経た際に半導体に入る欠陥等の結晶品質の劣化を抑え、ひいては無用な領域の活性層のワイドバンドギャップ化を抑制できるという利点が得られる。
【００７５】
次に、自励発振動作を行うＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの場合において、比較例と対比しつつ本実施例の効果について、図６を用いて説明する。
【００７６】
図６は、自励発振の安定性の指標となる干渉スペクトルを測定し、その１次ピーク強度と０次ピーク強度との比である可干渉性を求めた結果を示す。各グラフは、１００個以上の半導体レーザ素子に関する測定値をヒストグラム化したものである。一般に、可干渉性が小さいほど自励動作が安定しているとみなすことができる。
【００７７】
図６(ａ)は、Ｌｔの小さい本実施例の構造の結果であり、図６(ｂ)は、Ｌｔの大きい比較例の構造の結果である。それぞれ、図５中の(ａ)、(ｂ)に示したフォトルミネッセンスピーク波長を持つ素子と同一構造を有する素子のものである。
【００７８】
比較例の半導体レーザの構造においては、Ｌｔが大きいため、自励発振動作が不安定になる結果、可干渉性が大きくなることがわかる。
これに対して、本実施例の半導体レーザの構造においては、Ｌｔが小さいため、自励発振動作が安定する結果、可干渉性が小さくなることがわかる。
【００７９】
以上のように、実施例の半導体レーザにおいては、Ｌｔを小さくして、利得と損失を巧妙にバランスさせることにより、安定した自励発振を実現させることができる。
また、損失領域や非利得領域の増大により、自励発振が困難になる点、自励発振は利得と損失の大小関係に影響されやすい点、または他の特性面の点を鑑みると、遷移領域の長さＬｔは小さいほうがよい。
【００８０】
（第２の実施例）
続いて、本発明の第２の実施例について、図８から図１１を用いて、説明する。
図８は、第２の実施例における半導体レーザの構成の斜視図を示す。図９は、内部の構造をわかりやすくするために、図８の構造の一部を取り除いた場合の斜視図を示す。
図１０、図１１は、第２の実施例の半導体レーザの製造工程の手順を示す。
【００８１】
第２の実施例においては、端面近傍領域のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５上部に電流が注入しない構造を設ける点が、第１の実施例と異なるものである。
【００８２】
第２の実施例においては、第１の実施例の図３(ｂ)に相当する工程を実施した後、図１０(ａ)に示す工程を実施する。具体的には、図３(ｂ)に示すｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の凹部より端面側に残っていた、ＳｉＯ２膜５１２、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７をフォトリソグラフィなどの手法を用いて除去する。続いて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の上部にｎ型電流ブロック層５１５を積層する(図１０(ｂ))。
【００８３】
これにより、端面近傍領域において、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の上部のｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を除去し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５の上部にｎ型電流ブロック層５１５を形成することができる。
【００８４】
さらにＳｉＯ２膜５１２を除去後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１６を積層する(図１１)。さらに、第１の実施例と同様にして、レーザチップまでの加工を実施する。以上の工程により、第２の実施例の半導体レーザを得ることができる。
【００８５】
第１の実施例においては、端面近傍領域では、Ｚｎを下方に拡散させることにより、ｐｎ接合部がｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３の途中にある。通常に半導体レーザに用いる構成として、クラッド層のバンドギャップは活性層のバンドギャップよりも大きく、第２の実施形態でも同様の構成となっている。このため、所謂リモート接合となっている端面近傍は、積極的に電流非注入とするような構造を設けなくても、他の領域に比べて電流が流れにくくなっている。しかし、一定以上の電圧がかかると、リモート接合である端面近傍でもｐｎ接合がターンオンし、電流が流れる。このような状況は、半導体レーザが通常使用される電圧域において容易に発生してしまい、且つ活性層のバンドギャップが大きい端面近傍は電流が注入されても利得を発生しない。その結果、半導体レーザの閾値電流値の上昇をもたらす。また、端面近傍に電流が流れることが、端面の劣化を促進し、半導体レーザの長時間動作に支障を来す可能性もある。窓構造を設けることによる効果をより発揮させるには、第２の実施例のように、積極的に電流をブロックする構造を端面近傍に設けるほうが望ましい。
【００８６】
さらに、他の実施形態としては、ｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層５１３およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１４、またはｎ型電流ブロック層５１５およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１６を積層しない構造である、所謂リッジ構造にすることもできる。
【００８７】
（第３の実施例）
続いて、本発明の第３の実施例について、図１２を用いて、説明する。
図１２は、本発明の第３の実施例の半導体レーザの製造工程の手順を示す。
第３の実施例では、図３(ｂ)まで第１の実施例と同じ工程を経る。それ以降、図１２(ａ)に示すように、ＣＶＤ、フォトリソグラフィー、エッチングを経て、ＳｉＯ２膜５１２とｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７のうち端面近傍領域となる予定領域を除去する。さらに、図１２(ｂ)に示すように、レジスト５１７、ＳｉＯ２膜５１２を全面除去した後、ＣＶＤ、フォトリソグラフィ、エッチングを経て、電流注入を行いたい領域のみにＳｉＯ２膜５１８を開口する。この後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７およびＳｉＯ２膜５１８の上部にコンタクト層を形成し、第１の実施例と同様にして、レーザチップまでの加工を実施する。以上により、第３の実施例の半導体レーザを得ることができる。
【００８８】
第１、第２の実施例では、リッジ形成後の結晶成長の分だけ熱履歴が加わるが、第３の実施例では、それが無いので、Ｚｎ拡散をより制御しやすいという利点がある。
但し、リッジ脇にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５が露出した後のＳｉＯ２膜形成は、結晶品質の低下を極力抑えるために、ＣＶＤなどの低ダメージでのプロセスが望ましい。
【００８９】
なお、上述の半導体レーザの製造方法における不純物を拡散する方法を一般の場合に拡張して考えることができる。つまり、不純物Ｃに対する固溶限界が大きく異なる固体Ａと固体Ｂがあり、固体Ａの固溶限界が大きいとき、固体Ａ側から固体Ｂ側に向かって不純物Ｃを拡散する場合には、固体Ａの一部を除去することによって、不純物Ｃの横方向拡散を抑えることができる。
【００９０】
すなわち、不純物拡散方法は、半導体層Ａを介して半導体層Ｂに不純物を拡散させる不純物拡散方法とすることができ、この不純物拡散方法は、以下の工程(１)から(３)を含むものである。
工程(１)半導体層Ａおよび半導体層Ｂを準備し、半導体層Ａの不純物に対する固溶限界濃度をＭａとし、半導体層Ｂの不純物に対する固溶限界濃度をＭｂとしたとき(Ｍａ＞Ｍｂ)、半導体層Ｂの上部に半導体層Ａを積層する工程、
工程(２)半導体層Ａに溝を形成して、半導体層Ｂの上部に第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ａとを形成する工程、
工程(３)第１の半導体層Ａの表面のみに接するように、不純物を含む層を形成するとともに、第１の半導体層Ａを介して半導体層Ｂに不純物を拡散させる工程。
ここで、半導体層Ａ、半導体層Ｂ、および不純物は上述したものと同様のものを用いることができる。
【００９１】
なお、本実施例の半導体レーザは、発振閾値電流、効率、自励動作特性を損なうことなく、高いＣＯＤレベル、ＥＳＤ（Eｌectrostatic Discharge：静電気放電）レベルを実現することができる。
【００９２】
なお、本発明の実施例の半導体レーザとしては、たとえば、光ディスク装置の光源として用いることができる。また、本発明の実施例の自励発振型半導体レーザは、たとえば、ＤＶＤ再生用光源として用いることができる。
【００９３】
なお、上述の工程(３)においては、ＳｉＯ２膜５０８に開口を形成し、この開口部を不純物を含むガスに晒して、端面近傍領域となる予定領域のｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７の表面のみに、当該ガスが接するようにしてもよい。これにより、ＺｎＯ膜５０９を形成した場合と同様に、量子井戸活性層５０４の共振器方向にＺｎが拡散することを抑制することができる。
不純物を含むガスとしては、Ｚｎを含むガスであれば特に限定されず、たとえば、ＤＥＺ（ジエチルジンク）等を用いることができる。
【００９４】
当然ながら、上述した実施例および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施例および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【符号の説明】
【００９５】
５０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
５０２    ｎ型ＧａＩｎＰヘテロ障壁緩和層
５０３    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５０４    量子井戸活性層
５０５    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５０６    ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層
５０７    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
５０８    ＳｉＯ２膜
５０９    ＺｎＯ膜
５１０    ＳｉＯ２膜
５１１    Ｚｎ拡散領域
５１２    ＳｉＯ２膜
５１３    ｎ型ＡｌＩｎＰ/ＧａＡｓ電流ブロック層
５１４    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１５    ｎ型電流ブロック層
５１６    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１７    レジスト
５１８    ＳｉＯ２膜
１００１    ｎ型ＧａＡｓ基板
１００２    ｎ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層
１００３    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１００４    量子井戸活性層
１００５    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１００６    ｐ型ＧａＩｎＰへテロ障壁緩和層
１００７    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１００８    ＳｉＯ２膜
１００９    ＺｎＯ膜
１０１０    ＳｉＯ２膜
１０１１    Ｚｎ拡散領域
１０１２    ＳｉＯ２ストライプ
１０１３    ｎ型電流ブロック層
１０１４    ｐ型コンタクト層
１０１５    レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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