(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶組成が相互に異なる半導体薄膜が複数積層されて構成される半導体積層膜を有する基板を有し、前記半導体積層膜の一部が光導波路を構成する光半導体素子の製造方法であり、前記基板上に前記半導体積層膜を形成した後、前記半導体積層膜の光導波路形成領域の一部の全幅に亘ってレーザ光を照射して前記半導体積層膜を構成する各半導体薄膜相互を混晶化させて混晶化部を形成する光半導体素子の製造方法であって、前記混晶化部を形成する領域上の前記基板の表面に中央が盛り上がる集光効果を発生させるレンズ状絶縁膜を形成し、その後前記レンズ状絶縁膜部分にレーザ光を照射させて前記混晶化部を形成することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子，光半導体素子の製造方法，光半導体装置，光ディスクシステムおよび光磁気ディスクシステムに係わり、特に、光通信・光情報処理分野で使われる高出力の半導体発光素子（半導体レーザ）およびスラブ光導波路等の光導波路の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザの製造方法は、文献１「公開特許公報；特開平５−６７８３５号」に記載されている。
【０００３】
文献１に記載の半導体レーザにおいては、光出力端面部における光吸収を低減するため、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子構造に亜鉛（Ｚｎ）を意図的に熱拡散させる。これにより、光出力端面部付近の半導体のエネルギーバンドギャップをＺｎを拡散させない部分より大きくしている。
【０００４】
また、文献２「公開特許公報；特開昭６３−１４６４８２号（特公昭６３−５２４８０号）」に報告されている半導体装置においても同様に、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子構造中に亜鉛（Ｚｎ）を意図的に熱拡散させた部分を設け、この部分での半導体のエネルギーバンドギャップをＺｎを拡散させない部分よりも大きくしている。
【０００５】
また、文献３「ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス（Journal of Applied Physics）、第６４巻、Ｎｏ．７、１９８８年１０月１日、pp.3439-3444」には、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子構造にＳｉを意図的に拡散させ、この部分の半導体のエネルギーバンドギャップをＳｉを拡散させない部分よりも大きくしている。
【０００６】
一方、光半導体素子としての半導体レーザは、光ディスクシステムの光源として使用されている。図１９は、従来の光ディスクシステムに用いられている光学系の配置と光路を示す模式図である。
【０００７】
半導体レーザを用いた半導体発光素子６６から出た光６０はコリメートレンズ６５、偏光ビームスプリッター６４、４分の１波長（λ／４）板６３、対物レンズ６２を通過して、光ディスク６１に到達する。
【０００８】
光ディスク６１の情報記録部にて反射した光は、対物レンズ６２、４分の１波長板６３を通り、偏光ビームスプリッター６４で、光路が直角に曲げられ、収束レンズ６７、シリンドリカルレンズ６８を通過後、光検出器６９に到達する。
【０００９】
このような光ディスクシステムの光学系については、たとえば、日経ＢＰ社発行「日経エレクトロニクス」1983年10月10日号、P184（P173〜P194）に記載されている。この文献には、ビデオディスク用のレーザとして、高周波モジュールを付加した半導体レーザ・パッケージが記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体超格子構造にＺｎやＳｉ等を部分的に拡散させ、その部分の半導体のエネルギーバンドギャップを大きくする方法においては、半導体中に拡散させる物質（拡散源）を、（１）素子の製造工程において基板上に新たに付着する工程（不純物堆積処理工程）、（２）基板上に付着した拡散源を所望の位置およびサイズに加工する工程（パターン形成工程）、（３）熱拡散後に拡散源の残存物を除去する複雑な工程（拡散および後処理工程）がそれぞれ必要である。
【００１１】
一方、光ディスクシステムにおいては、半導体発光素子６６（半導体レーザ）から出た光６０は、分散性が大きい。そこで、半導体発光素子６６から出た光６０を光ディスク６１に集光して有効に使うために、光路の途中にいくつかのレンズを配置している。
【００１２】
本発明の目的は、光導波路の一部を混晶化部に形成する簡易な技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、局所的加熱によって光導波路の一部を混晶化部に形成する技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、半導体積層膜に形成される光導波路の一部に半導体積層膜を構成する各半導体薄膜相互による混晶化部を形成する手法として外部から不純物を供給することなくレーザ光の照射で行う技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、高光出力の光半導体素子および光半導体装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、光源と光ディスク間にレンズを一つしか配置しない光ディスクシステムや光磁気ディスクシステムを提供することにある。
【００１７】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１９】
（１）結晶組成が相互に異なる半導体薄膜が複数積層されて構成される半導体積層膜を有する基板を有し、前記半導体積層膜の一部が光導波路を構成する光半導体素子であって、前記光導波路の一部は前記各半導体薄膜相互の溶融による中間的組成の混晶化部になっている。
【００２０】
前記半導体積層膜は半導体発光素子（半導体レーザ）の光導波路を構成し、かつ前記混晶化部は前記光導波路の一端または両端に設けられている。前記半導体積層膜は超格子積層膜である。前記半導体積層膜は、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰの組み合わせ、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの組み合わせ、ＩｎＧａＡｓとＧａＡｓの組み合わせ、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰの組み合わせ、ＧａＮとＩｎＧａＮの組み合わせ、ＡｌＧａＮとＧａＮの組み合わせを少なくとも含む構造からなっている。
【００２１】
このような光半導体素子は以下の方法によって製造される。
【００２２】
結晶組成が相互に異なる半導体薄膜が複数積層されて構成される半導体積層膜を有する基板を有し、前記半導体積層膜の一部が光導波路を構成する光半導体素子の製造方法であって、前記基板上に前記半導体積層膜を形成した後、前記半導体積層膜の光導波路形成領域の一部の全幅に亘ってレーザ光を照射して前記半導体積層膜を構成する各半導体薄膜相互を混晶化させて混晶化部を形成する。
【００２３】
また、前記混晶化部を１箇所または２箇所形成し、前記混晶化部を横切るように劈開を行い、この劈開面を光の出射面とさせる半導体発光素子（半導体レーザ）を製造する。
【００２４】
（２）前記手段（１）の構成において、混晶化部を光導波路の一部に設けた構造であり、スラブ光導波路等の光を案内する光導波路（部品）を構成する。
【００２５】
（３）前記手段（１）または手段（２）の構成の光半導体素子において、前記混晶化部には前記各半導体薄膜の接合面を通して結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素（たとえば、ＺｎやＳｉ等）が前記半導体積層膜を構成する各半導体薄膜相互の混晶による量よりも多く含まれている。
【００２６】
このような光半導体素子は以下の方法によって製造される。
【００２７】
前記手段（１）の構成の光半導体素子の製造方法において、前記レーザ光照射中少なくとも前記レーザ光を照射する半導体薄膜部分にＺｎやＳｉ等の不純物（前記元素）を含むガスを所望時間供給する。
【００２８】
（４）密閉構造のパッケージと、前記パッケージ内に組み込まれる光半導体素子と、前記光半導体素子の光導波路端と光学的に接続され前記パッケージの内外に亘って光を伝送する光伝送手段とを有する光半導体装置であって、前記光半導体素子は前記手段（１）乃至手段（３）のいずれか１の構成になっている。
【００２９】
（５）記録，読み出し用に光を用いた光ディスクシステムであって、前記光を発光する光源は前記手段（１）または（３）の光半導体素子または前記手段（４）の光半導体装置で構成され、かつ前記光源と光ディスクとの光路途中には光収束用レンズを１つだけ配設した構成になっている。
【００３０】
（６）記録，読み出し用に光を用いた光磁気ディスクシステムであって、前記光を発光する光源は前記手段（１）または（３）の光半導体素子または前記手段（４）の光半導体装置で構成され、かつ前記光源と光ディスクとの光路途中には光収束用レンズを１つだけ配設した構成になっている。
【００３１】
（７）前記手段（１）乃至（３）のいずれか１の構成の光半導体素子の製造方法であって、前記混晶化部を形成する領域上の前記基板の表面に中央が盛り上がる集光効果を発生させるレンズ状絶縁膜を形成し、その後前記レンズ状絶縁膜部分にレーザ光を照射させて前記混晶化部を形成する。
【００３２】
（８）前記手段（１）乃至（３）のいずれか１の構成の光半導体素子の製造方法であって、前記半導体積層膜上に直接または半導体層を介して絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上からレーザ光を照射させて前記絶縁膜に含まれる不純物（前記元素）を前記半導体積層膜内に拡散させながら前記混晶化部を形成する。前記半導体層は前記光導波路に沿って延在するリッジになっている。
【００３３】
前記（１）によれば、（ａ）基板表面にレーザ光を照射して半導体積層膜（超格子積層膜）を局部的に加熱、溶融し、超格子層の組成を所望の構造（各半導体薄膜相互の中間的組成）に変化させて混晶化部を形成するため、混晶化部のエネルギーバンドギャップは他の光導波路部分のエネルギーバンドギャップよりも大きくなり、混晶化部での光の吸収による損失が発生しなくなる。したがって、半導体レーザの一面または両面に前記混晶化部を設けた構造では、レーザ光出射面の劣化が起き難くなり、半導体レーザの寿命が長くなる。また、このことは半導体レーザの高出力化が達成できることにもなる。
【００３４】
（ｂ）前記混晶化部の形成においては、従来技術のようにＺｎやＳｉ等の結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素の供給を行わず、単にレーザ光照射でのみ行うことができ、従来のような不純物堆積処理工程，パターン形成工程，拡散および後処理工程を必要としなくなり、高精度かつ高歩留りで安価に混晶化部を形成することができる。したがって、半導体レーザの製造コストの低減が達成できる。
【００３５】
前記（２）によれば、光導波路の一部にエネルギーバンドギャップが大きい前記混晶化部が設けられていることから、光導波路の混晶化部での光吸収が発生しなくなり、光導波路での光損失の低減が達成できる。
【００３６】
前記（３）によれば、前記混晶化部は、ＺｎやＳｉ等の拡散源を含む物質を気体状態で半導体基板表面の所望の領域に供給しながらその領域をレーザ光照射で局所的に加熱することによって形成するため、従来のようにＺｎやＳｉ等の拡散源を含む膜を半導体基板表面上に付着していた方法に比べて拡散物質の供給方法が容易になる特長を有する。
【００３７】
前記（４）によれば、光半導体装置は出射面の一面または両面に前記混晶化部を設けた構造の半導体発光素子（半導体レーザ）が組み込まれていることから、光半導体装置の長寿命化または高出力化が達成できる。
【００３８】
前記（５）によれば、光ディスクシステムにおいて、光源に高出力の光半導体素子または光半導体装置を使用することから、半導体レーザ素子から出射したレーザ光の一部を無駄にする単一の光収束用レンズの構成でも、光ディスクの情報記録部での記録，読み出しが確実にできる。特に、光ディスクにレンズを近接させた構成では、光ディスク面でのスポット光の直径を小さくでき、情報記録の大容量化が可能になる。
【００３９】
前記（６）によれば、光磁気ディスクシステムにおいて、光源に高出力の光半導体素子または光半導体装置を使用することから、半導体レーザ素子から出射したレーザ光の一部を無駄にする単一の光収束用レンズの構成でも、光ディスクの情報記録部での記録，読み出しが確実にできる。特に、光ディスクにレンズを近接させた構成では、光ディスク面でのスポット光の直径を小さくでき、情報記録の大容量化が可能になる。
【００４０】
前記（７）によれば、混晶化部の形成において、前記混晶化部を形成する領域上の前記基板の表面に中央が盛り上がる集光効果を発生させるレンズ状絶縁膜を形成し、その後前記レンズ状絶縁膜部分にレーザ光を照射させて前記混晶化部を形成することから、前記レンズ状絶縁膜によってレーザ光を所定の半導体積層膜部分に集光させることができ、高精度に混晶化部を形成することができる。
【００４１】
前記（８）によれば、混晶化部の形成において、前記半導体積層膜上に直接または半導体層を介して絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜上からレーザ光を照射させて前記絶縁膜に含まれる不純物（前記元素）を前記半導体積層膜内に拡散させながら前記混晶化部を形成することから、レーザ光による混晶化と不純物拡散による混晶化が同時に行え、高精度に混晶化部を形成することができる。特に、前記半導体層が前記光導波路に沿って延在するリッジになっている場合には、前記リッジがレーザ光照射の目安として利用でき、混晶化部の形成位置の高精度化が達成できる。
【００４２】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態と実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態および実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００４３】
（実施形態１）
図１乃至図５は本発明の一実施形態（実施形態１）である光半導体素子（半導体レーザ素子）およびその製造方法に係わる図である。
【００４４】
図１は光導波路になる部分の一部をレーザ光照射によって局部的に加熱溶融して混晶化部を形成する模式図である。
【００４５】
図１で、基板１は、たとえば、ＧａＡｓ基板であり、この基板上に、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰからなる超格子積層膜（半導体積層膜）２をＭＯＣＶＤや、ＭＢＥなどの結晶成長法により形成する。
【００４６】
ここで、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ超格子層は、ＧａＩｎＰの厚さ５ｎｍ、ＡｌＧａＩｎＰの厚さ４ｎｍ程度の厚さで、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとを交互に繰り返し、井戸層を３層とした構造とし、その上下を当該超格子層２よりもエネルギーギャップの大きいＡｌＧａＩｎＰ３および４にて挟んだ構造とする。この超格子層２を含んだ基板表面から、レーザ光１５を基板表面に垂直に照射した。
【００４７】
ここで、レーザ光１５のスポットサイズは、１０μｍ、照射パワー１００ｍＷにて、スキャン速度１μｍ／ｓで直線状に１ｍｍ行った。
【００４８】
図２では、レーザ光照射部の断面を模式的に示した。この図で、レーザ照射により形成された、溶融部５は、結晶組成が、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの中間的な組成になっており、溶融前の状態に比較して、エネルギーバンドギャップが８０ｍｅＶ程度増大していることが判明した。
【００４９】
（実施例１）
つぎに、半導体レーザ素子の製造技術に本発明を適用した例について説明する。本実施例１では、半導体レーザ素子の前方出射面部分を混晶化部にした例について説明する。
【００５０】
図３は半導体レーザ素子の構造を示す模式的斜視図であり、図４（ａ）は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面に現れた活性層のエネルギーバンドギャップ分布を示すグラフである。
【００５１】
半導体レーザ素子２０は、図３に示すような構造になっている。図３で各部分は、ＧａＡｓ基板１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２、活性層２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２４、エッチング停止層２５、ｎ型ＧａＡｓブロック層２７、ｐ型ＧａＡｓ埋め込み層２６、リッジ８、および、素子端面の混晶化部９である。
【００５２】
前記活性層２３は前述のようなＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの量子井戸からなるＭＱＷ構造（超格子積層膜：半導体積層膜）である。
【００５３】
また、リッジ８はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４２の両側をエッチングして形成される。
【００５４】
また、前記混晶化部９は、後述するように、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの量子井戸からなるＭＱＷ構造をレーザ光で部分的に溶融して、結晶組成を平均化した部分であり、レーザ光を照射しない部分よりもエネルギーバンドギャップを大きくした領域である。
【００５５】
前記混晶化部９では、図４（ｂ）に示すように活性層のエネルギーバンドギャップが大きくなっている。すなわち、混晶化部９は、結晶組成が、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの中間的な組成になっており、エネルギーバンドギャップは、レーザ光照射によって溶融させない部分の１．９０７ｅＶから８０ｍｅＶ程度増大して１．９８０ｅＶとなっている。
【００５６】
半導体レーザ素子２０は素子端面部に混晶化部９が存在することにより、この部分が素子内部から発光した光に対して透明になる。
【００５７】
作製した素子に電流を流し、光出力をテストしたところ、５０ｍＷの光出力で連続動作させ、寿命４０００時間が確認できた。一方、混晶化部を形成しない素子では、５０ｍＷの光出力で、瞬時に素子の劣化が起こった。したがって、混晶化部を導入した素子では、素子動作時、混晶化部端面での光吸収による、発熱が抑えられ、端面発熱による素子の劣化を防止できる。
【００５８】
なお、この半導体レーザ素子２０は、結晶欠陥密度を１０2 〜１０3 ｃｍ~2以下となるように、その製造途中で５００℃，１時間（水素雰囲気）の熱処理が行われている。
【００５９】
つぎに、図５（ａ）〜（ｅ）を参照しながら半導体レーザ素子２０の製造方法について説明する。
【００６０】
最初に図５（ａ）に示すような混晶化部９を形成した基板１を用意する。この基板１は、図１に示すレーザ光照射による方法で形成された基板１である。
【００６１】
すなわち、基板１はＧａＡｓ基板からなり、この基板１の上面にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２，活性層２３，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２４，エッチング停止層２５，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４２が順次形成されている。前記活性層２３は前述のような井戸層が３層となるＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの量子井戸からなるＭＱＷ構造になっている。
【００６２】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜等によるストライプ状のマスク１６を形成した後、このマスク１６をエッチングマスクとしてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４２をエッチング停止層２５まで部分的に除去してストライプ状のリッジ８を形成する。
【００６３】
つぎに、図５（ｂ）に示すように、エッチングして露出したエッチング停止層２５上にｎ型ＧａＡｓブロック層２７を埋め込み形成する。
【００６４】
つぎに、前記マスク１６を除去してリッジ８およびｎ型ＧａＡｓブロック層２７上にｐ型ＧａＡｓ埋め込み層２６を形成する（図５（ｃ）参照）。
【００６５】
前記リッジ８の下の活性層２３部分が光導波路となることから、前記混晶化部９はこの光導波路の一部の全幅を横切るように形成されている。
【００６６】
つぎに、基板１の表裏面にそれぞれ電極２８，２９を形成し、その後、混晶化部９を含むように、基板１の劈開を行う。図５（ｃ）の二点鎖線部分が劈開する部分である。
【００６７】
つぎに、半導体レーザ素子２０の前方出射面に反射率１９％のＳｉＮ／ＳｉＯ2 保護膜３０を、後方出射面に反射率９０％のＳｉＮ／ＳｉＯ保護膜３１を形成し、半導体レーザ素子２０を製造する。
【００６８】
また、光導波路部分の結晶欠陥密度を１０2 〜１０3 ｃｍ~2以下となるように、５００℃で１時間（水素雰囲気）の熱処理を行う。
【００６９】
本実施例１による半導体レーザ素子２０によれば、印加電圧２．５〜３．５Ｖ，電流１２０〜１８０ｍＡで光出力が５０〜７０ｍＷになる。混晶化部を設けない従来製品では印加電圧３〜４Ｖ，電流１５０〜３００ｍＡで光出力が２０〜３０ｍＷとなる。本実施例１の半導体レーザ素子２０は従来と同程度あるいはより低い印加電圧および電流で従来の２倍以上の光出力が得られることが分かる。
【００７０】
本実施例１の半導体レーザ素子２０は、たとえば、図６に示すような封止容器（パッケージ）に組み込まれて使用される。
【００７１】
図６は一部を切り欠いた半導体レーザ装置（光半導体装置）の斜視図である。
【００７２】
半導体レーザ装置（光半導体装置）３５は、アセンブリの主体部品となるパッケージ本体３６と、このパッケージ本体３６の表面側に取り付けられる蓋体３７とを有している。パッケージは、パッケージ本体３６と蓋体３７によって形成される。
【００７３】
前記パッケージ本体３６は数ｍｍの厚さの円形の金属板からなり、その表面の中央から外れた部分には銅製のヒートシンク３８が鑞材等で固定されている。
【００７４】
前記ヒートシンク３８の前記パッケージ本体３６の中央に面する側面（前面）の先端側にはシリコン等からなるサブマウント３９が固定されている。
【００７５】
半導体レーザ素子２０は前記サブマウント３９に導電性の接合材を介して固定されている。
【００７６】
また、前記パッケージ本体３６の中央には、前記半導体レーザ素子２０の後方出射面から出射されるレーザ光をモニターする受光素子４０が固定されている。この受光素子４０は、レーザ光が半導体レーザ素子２０の出射面に到達しないように、傾斜した面に固定されている。
【００７７】
また、前記パッケージ本体３６には３本のリード４１が固定されている。２本のリード４１は絶縁体４７を介してパッケージ本体３６に貫通状態で固定されている。残りの１本のリード４１はパッケージ本体３６の裏面に突き合わせ状態で固定されている。
【００７８】
パッケージ本体３６の表面側に突出したリード４１の先端と、前記半導体レーザ素子２０の上面の電極や受光素子４０の上面の電極は、導電性のワイヤ４３で電気的に接続されている。受光素子４０の裏面の電極はパッケージ本体３６を介して１本のリード４１に電気的に接続される。また、半導体レーザ素子２０の裏面の電極はサブマウント３９，ヒートシンク３８およびパッケージ本体３６を介して１本のリード４１に電気的に接続される。
【００７９】
他方、前記蓋体３７はキャップ構造からなるとともに、その中央にレーザ光４４を透過させる光透過窓４５を有している。この光透過窓４５は、蓋体３７に設けた穴の部分に透明ガラス板４６を重ねて固定することによって形成される。
【００８０】
このような光半導体装置３５では、本実施例１の半導体レーザ素子２０を組み込んでいることから、光出力が５０〜７０ｍＷと高出力になる。
【００８１】
本実施形態１および本実施例１によれば、以下の効果を奏する。
【００８２】
（１）基板１の表面にレーザ光１５を照射して半導体積層膜（超格子積層膜）２を局部的に加熱、溶融し、超格子層の組成を所望の構造（各半導体薄膜相互の中間的組成）に変化させて混晶化部９を形成するため、混晶化部９のエネルギーバンドギャップは他の光導波路部分のエネルギーバンドギャップよりも大きくなり、混晶化部９での光の吸収による損失が発生しなくなる。したがって、半導体レーザ素子２０の一面の前方出射面に混晶化部９を設けた構造では、前方出射面の劣化が起き難くなり、半導体レーザ（半導体レーザ素子２０）の寿命が長くなる。また、このことは半導体レーザの高出力化が達成できることにもなる。
【００８３】
（２）前記混晶化部９の形成においては、従来技術のようにＺｎやＳｉ等の結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素の供給を行わず、単にレーザ光照射でのみ行うことができ、従来のような不純物堆積処理工程，パターン形成工程，拡散および後処理工程を必要としなくなり、高精度かつ高歩留りで安価に混晶化部を形成することができる。したがって、半導体レーザ（半導体レーザ素子２０）の製造コストの低減が達成できる。
【００８４】
（実施例２）
本実施例２の半導体レーザ素子２０は、混晶化部９を半導体レーザ素子２０の前後の出射面部分に形成した例である。
【００８５】
半導体レーザ素子２０の両端面に混晶化部９を形成することにより、片方の端面にのみ混晶化部を設けた素子に比較して、素子の光出力レベルを更に５０から８０％増加することができた。
【００８６】
（実施例３）
本実施例３では、前記実施例１においてリッジパターンを形成した後にレーザ光照射による混晶化部を形成する例について説明する。
【００８７】
図１２では、半導体レーザ素子製造用のエピタキシャル膜にフォトリソグラフィーとエッチングにより、リッジ８を形成後、表面をＳｉＯ２やＳｉＮなどの絶縁膜８５で被覆する。その後、リッジ８の所望の場所に基板の外からレーザ光１５を照射して加熱する。図の二点鎖線で示す部分内がレーザ光１５で照射された領域である。
【００８８】
レーザ光１５を照射された結晶部では、結晶内にあらかじめドープしてあった亜鉛などの不純物元素が拡散して、ヘテロ接合部分の混晶化を起こしたり、あるいは、レーザ光１５によって供給された熱そのもので、ヘテロ接合部が溶融する現象で、その部分のエネルギーバンドギャップがレーザ光照射前よりも大きくなる。
【００８９】
この工程は、基板上でのレーザ光照射位置をコンピュータ制御により正確に位置合わせし、しかも、リッジパタン形成後に行うところが特徴である。すなわち、図１や図３に示すように、溶融部５や混晶化部９を形成してからリッジ８を形成する場合に比べて、リッジパタンの形成精度が向上する。従って、素子の製造歩留まりが大きく向上する。
【００９０】
またこの例では、絶縁膜８５に含まれるＳｉを混晶化部９内に拡散することもできる。
【００９１】
これらのことから、レーザ光１５による混晶化と不純物拡散による混晶化が同時に行え、高精度に混晶化部９を形成することができる。
【００９２】
また、前記レーザ光１５の照射時、リッジ８がレーザ光照射の目安として利用でき、混晶化部の形成位置の高精度化が達成できる。
【００９３】
（実施形態２）
図９は本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造において、基板上に積層した半導体超格子をレーザ光照射と不純物拡散を利用して局部的に混晶化する状態を示す模式的斜視図である。また、図１０は図９のＣ−Ｃ線に沿う断面での説明図である。
【００９４】
前記実施形態１および実施例１では、レーザ光１５のみを基板１の表面に照射して、照射部の加熱溶融によって混晶化部９を形成したが、本実施形態２では、レーザ光１５を照射しながら、照射部にガス状の拡散物質を供給した。
【００９５】
図９に示すように、拡散物質は、レーザ光照射部に局部的に供給されるようにパイプ７を用いて供給量を制御して行う。供給する拡散物質には、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ超格子積層膜のヘテロ接合面から、結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素である亜鉛（Ｚｎ），ベリリウム（Ｂｅ），シリコン（Ｓｉ）等の気体化合物を用いた。
【００９６】
Ｚｎの気体化合物では、たとえば、ジメチル亜鉛（（ＣＨ３）２Ｚｎ），Ｂｅでは、ジメチルベリリウム（（ＣＨ３）２Ｂｅ），シリコンでは、モノシラン（ＳｉＨ４）である。
【００９７】
本実施形態２の方法によれば、ジメチル亜鉛の供給量１ｃｃ/ 分程度にて、実施形態１の場合よりも、照射するレーザ光１５のパワーが半分の５０ｍＷの時、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰからなる超格子積層膜２の組成がヘテロ接合界面から混ざり合うことが判明した。
【００９８】
図１０に示す拡散部６がこの領域に相当する。この部分では、レーザ光照射中に外部から供給したＺｎ（結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素）が結晶基板表面から内部へ拡散し、超格子積層膜２のヘテロ接合界面で、結晶組成の混合化を促進する。
【００９９】
本実施形態２による混晶化部９には、各半導体薄膜の接合面を通して結晶組成を混ぜ合わせるように作用する元素（たとえば、ＺｎやＳｉ等）が前記半導体積層膜を構成する各半導体薄膜相互の混晶による量よりも多く含まれている。
【０１００】
拡散部６（混晶化部９）のフォトルミネッセンスを調べたところ、拡散部以外の領域に比べて、発光ピークエネルギーが７０ｍｅＶ程度短波長側へシフトすることが分かった。
【０１０１】
本実施形態２によれば、前記混晶化部９は、ＺｎやＳｉ等の拡散源を含む物質を気体状態で半導体基板表面の所望の領域に供給しながらその領域をレーザ光照射で局所的に加熱することによって形成するため、従来のようにＺｎやＳｉ等の拡散源を含む膜を半導体基板表面上に付着していた方法に比べて拡散物質の供給方法が容易になる特長を有する。
【０１０２】
（実施形態３）
図１１〜図１３は本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の製造に係わる図である。図１１は基板上に積層した半導体超格子を基板上に形成したレンズ状絶縁膜でレーザ光を集光させて局部的に混晶化する状態を示す模式的斜視図、図１２は図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面での説明図、図１３は基板上にレンズ状絶縁膜を形成する方法を示す模式的断面図である。
【０１０３】
本実施形態３では、レーザ光１５を照射する基板１の表面に光を集光する効果を奏する長いレンズ状の絶縁膜（レンズ状絶縁膜８１）を形成し、このレンズ状絶縁膜８１により、基板表面に照射するレーザ光１５を絞って、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ超格子積層膜２の局所的溶融により、エネルギーバンドギャップを大きくするものである。
【０１０４】
図１２は、あらかじめＳｉＯ2 などの絶縁膜からなる長いレンズ状絶縁膜８１を形成した基板表面上にレーザ光１５を照射して、レンズ状絶縁膜８１に照射されたレーザ光１５がレンズ効果で光束が絞られＡｌＧａＩｎＰ膜上に大きな光密度で照射される様子を模式的に示す。ここで、長いレンズ状絶縁膜８１は、たとえば、図１３に示すようにシャドウマスク８２を用いたＳｉＯ2 のＣＶＤ法等によりマスク開口部８３を基板１の特定の場所にあわせることで形成することができる。
【０１０５】
図１２でマスク開口部８３の寸法を１０μｍ程度、シャドウマスクと基板表面との距離を１０μｍにすると、ＣＶＤで形成される長いレンズ状の絶縁膜パタンの裾野は３０μｍ程度になる。また、絶縁膜の最も厚い部分が１μｍ程度あればレンズ効果を起こさせることができ、高精度に溶融部５（混晶化部９）を形成することができる。
【０１０６】
図１１および図１２に示した実施形態３では、ＡｌＧａＩｎＰ結晶部分は、絶縁膜により保護され，結晶表面からのリン原子の離脱を防止できる、すなわち、結晶表面の劣化を防止できることも大きな特徴である。
【０１０７】
（実施形態４）
図１４は本発明の他の実施形態（実施形態４）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【０１０８】
本実施形態４では、光ディスクシステムの光源として本発明による半導体レーザ素子を組み込んだ例について説明する。
【０１０９】
図１４は、本発明による光ディスクシステムに用いられている光学系の配置と光路を示す模式図である。
【０１１０】
光源（半導体発光素子６６）から出た光６０はコリメートレンズ６５、偏光ビームスプリッター６４、４分の１波長（λ／４）板６３を通過して、光ディスク６１に到達する。
【０１１１】
光ディスク６１の情報記録部にて反射した光は、４分の１波長板６３を通り、偏光ビームスプリッター６４で、光路が直角に曲げられ、収束レンズ６７、シリンドリカルレンズ６８を通過後、光検出器６９に到達する。
【０１１２】
半導体発光素子６６としては、本発明による前記各実施形態も実施例による光出力が５０〜７０ｍＷとなる高出力の半導体レーザ素子２０が使用される。半導体レーザ素子２０は、たとえば、図６に示されるような光半導体装置３５として使用される。
【０１１３】
本実施形態４の光ディスクシステムによれば、光源に高出力の半導体レーザ素子２０を使用することから、半導体レーザ素子から出射したレーザ光の一部を無駄にする単一の光収束用レンズの構成でも、光ディスクの情報記録部での記録，読み出しが確実にできる。
【０１１４】
すなわち、光路の途中にあるレンズはたとえ１つでも省くことにより、光学系の組み立て調整が容易になり、システムの製造時間短縮、製造コスト低減に寄与する。
【０１１５】
（実施形態５）
図１５は本発明の他の実施形態（実施形態５）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【０１１６】
本実施形態５では、前記実施形態４の光ディスクシステムにおいて、コリメートレンズ６５を光ディスク６１側に配置した構成になっている。このように、光ディスク６１にレンズ（コリメートレンズ６５）を近接させた構成では、光ディスク面でのスポット光の直径を小さくでき、情報記録の大容量化が達成できる。このことは、光ディスク６１の小型化も可能になる。
【０１１７】
（実施形態６）
図１６は本発明の他の実施形態（実施形態６）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【０１１８】
本実施形態６の光ディスクシステムは、４分の１波長（λ／４）板６３の光ディスク６１側の面にレンズ７０を張り合わせた構造になっていることから光学系の組み立て調整を容易にすることが可能である。
【０１１９】
また、組み立てスペースが小さくなり、光ディスクシステムの小型化が達成できる。
【０１２０】
（実施形態７）
図１７は本発明の他の実施形態（実施形態７）における光磁気ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【０１２１】
前記実施形態４〜実施形態６では、記録面に凹凸を設けた光ディスク装置の光学系への適用例を述べたが、記録媒体に磁性物質を用いた光磁気ディスクにも同様に適用できる。
【０１２２】
半導体発光素子６６から発光された光６０は、偏光ビームスプリッター６４、対物レンズ６２を通過して、光磁気ディスク９３ディスク６１の光磁気ディスク記録面９０に到達する。
【０１２３】
また、光磁気ディスク記録面９０にて反射した光は、対物レンズ６２を通り、偏光ビームスプリッター６４で、光路が直角に曲げられ、図示しない光検知器に導かれる。
【０１２４】
書き込み時には、高出力の光６０が光磁気ディスク記録面９０に照射され、光磁気ディスク記録面９０が加熱される。この状態でコイル９１に印加される電流の方向によって磁化の向きが変わり、情報が記録される。読み出し時には低光出力で磁化の向き（相変化）を光磁気ディスク記録面９０での反射光量の違いで検出する。
【０１２５】
（実施形態８）
図１８は本発明の他の実施形態（実施形態８）である光導波路を示す模式的断面図である。
【０１２６】
本実施形態８は、スラブ光導波路等の光導波路９５に本発明を適用したものである。
【０１２７】
図１８に示すように、ＧａＡｓからなる基板１の上面のＩｎＰ１４とＩｎＰ１３との間に半導体積層膜を形成する。この例では、半導体レーザ素子製造の場合と異なり、半導体積層膜は必ずしも超格子積層膜である必要はない。たとえば、半導体積層膜として、ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＡｓ１２を形成する。
【０１２８】
このＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＡｓ１２は、積層膜平面導波路を構成する。
【０１２９】
そこで、前記実施形態１の場合と同様の方法により、前記基板１の上面からレーザ光１５を照射して局部的に加熱溶融して溶融部５（混晶化部９）混晶化部を形成する。
【０１３０】
本実施形態８の光導波路９５では、混晶化部９ではＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＡｓ１２で構成される光導波路の一部がそのエネルギーバンドギャップが他の光導波路部分よりも大きくなることから、透明の領域になり、この領域での光の損失を防止できるため、光損失の小さい光導波路９５を製造することができる。
【０１３１】
本実施形態１の光導波路９５は、前記半導体レーザ素子を製造する場合における各実施形態や実施例の手法を適用することができる。
【０１３２】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、前記実施形態および実施例では、半導体結晶（半導体積層膜）は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰヘテロ接合の場合を記述したが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ，ＧａＮ／ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合などの系においても適用できることはいうまでもない。
【０１３３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０１３４】
（１）本発明によれば従来よりも簡単な製造方法で光導波路の一部にエネルギーバンドギャップが大きくなる混晶化部を形成できる。
【０１３５】
（２）この結果、半導体レーザの高出力化を容易に達成できる。
【０１３６】
（３）また、光の損失の少ない光導波路を提供することができる。
【０１３７】
（４）また、本発明による半導体レーザを用いることにより、光ディスクシステムや、光磁気ディスクシステムの光学系を簡素にすることができ、光ディスクシステムや光磁気ディスクシステムの組み立て工程の短縮やコスト低減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である光半導体素子（半導体レーザ素子）の製造において、基板上に積層した半導体超格子をレーザ光照射によって局部的に混晶化する状態を示す模式的斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の実施例１の半導体レーザ素子の構造を示す模式的斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図とその断面に現れた活性層のエネルギーバンドギャップ分布を示すグラフである。
【図５】本実施例１の半導体レーザ素子製造における各工程での基板等を示す模式的断面図である。
【図６】本実施例１の半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図７】本実施例２の半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図８】本実施例３の半導体レーザ素子製造における混晶化方法を示す模式的斜視図である。
【図９】本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の製造において、基板上に積層した半導体超格子をレーザ光照射と不純物拡散を利用して局部的に混晶化する状態を示す模式的斜視図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面での説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の製造において、基板上に積層した半導体超格子を基板上に形成したレンズ状絶縁膜でレーザ光を集光させて局部的に混晶化する状態を示す模式的斜視図である。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面での説明図である。
【図１３】本実施形態３において基板上にレンズ状絶縁膜を形成する方法を示す模式的断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態（実施形態４）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【図１５】本発明の他の実施形態（実施形態５）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【図１６】本発明の他の実施形態（実施形態６）における光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【図１７】本発明の他の実施形態（実施形態７）における光磁気ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【図１８】本発明の他の実施形態（実施形態８）である光導波路を示す模式的断面図である。
【図１９】従来の光ディスクシステムのピックアップ部を示す模式図である。
【符号の説明】
１…基板、２…ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ超格子積層膜（半導体積層膜）、３，４…ＡｌＧａＩｎＰ、５…溶融部、６…拡散部、７…パイプ、８…リッジ、９…混晶化部、１２…ＧａＩｎＰＡｓ／ＧａＩｎＡｓ、１３，１４…ＩｎＰ、１５…レーザ光、１６…マスク、２０…半導体レーザ素子、２２…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２３…活性層、２４…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２５…エッチング停止層、２６…ｐ型ＧａＡｓ埋め込み層、２７…ｎ型ＧａＡｓブロック層、３０…ＳｉＮ／ＳｉＯ2 保護膜、３１…ＳｉＮ／ＳｉＯ保護膜、３５…光半導体装置、３６…パッケージ本体、３７…蓋体、３８…ヒートシンク、３９…サブマウント、４０…受光素子、４１…リード、４２…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４３…ワイヤ、４４…レーザ光、４５…光透過窓、４６…透明ガラス板、４７…絶縁体、６１…光ディスク、６２…対物レンズ、６３…４分の１波長板、６４…偏光ビームスプリッター、６５…コリメートレンズ、６６…半導体発光素子、６７…収束レンズ、６８…シリンドリカルレンズ、６９…光検出器、７０…レンズ、８１…長いレンズ状絶縁膜、８２…シャドウマスク、８３…マスク開口部、８５…絶縁膜、８６…バッファー層、８７…キャップ層、９０…光磁気ディスク記録面、９１…コイル、９３…光磁気ディスク、９５…光導波路。
【図１】
0003681535.tif 000002
【図２】
0003681535.tif 000003
【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】
0003681535.tif 000008
【図８】
0003681535.tif 000009
【図９】
0003681535.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003681535.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003681535.tif 000014
【図１４】
0003681535.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0003681535.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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