(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層であるリッジストライプとが積層され、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層が形成され、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成された半導体レーザ素子において、
上記光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を有し、
上記領域は、II族原子及びVI族原子を含み、
上記II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのうちのいずれか１つであることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記VI族原子が硫黄であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
上記光出射端面近傍の上記活性層の領域に無秩序化領域が形成され、その無秩序化領域のバンドギャップが上記活性層の中央部のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、
上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、
光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、
上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程と、
上記光出射端面に、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成する工程と、
上記誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させる工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記光出射端面の温度が１５０℃以上かつ３００℃以下になるように加熱処理を施した後、上記誘電体膜を形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
請求項５または６に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記光出射端面に形成された表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザ素子が広汎に利用されている。とりわけ、高出力な７８０ｎｍ帯ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子は、ＭＤ(Mini Disc)プレーヤやＣＤ-Ｒ(Compact Disc - Recordable)ドライブ等のディスクヘの書き込み用光源として用いられている。
【０００３】
従来、半導体レーザレーザ素子としては、図１１(ａ),(ｂ)に示すようなものがある。この半導体レーザ素子は次のようにして製造される。
【０００４】
まず、有機金属気相成長法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層１０３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１０４、光ガイド層１０５、多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層１０６、光ガイド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層１０８、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１０９、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１１０、ｐ型ＧａＡｓ保護層１１１を順次形成する。
【０００５】
次に、上記ｐ型ＧａＡｓ保護層１１１の表面にストライプ形状のマスク形成後、ウェットエッチングにより、上記マスクで覆われていない領域においてｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１０９が現れるまでエッチングを行って、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１１０とｐ型ＧａＡｓ保護層１１１とからなる電流通路のリッジストライプ１５０を形成する。上記リッジストライプ１５０形成後、リッジストライプ１５０上に形成されたマスクを除去した後に、再度、有機金属気相成長法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層１１２、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１３、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１１４を順次形成して、リッジストライプ１５０側面側に電流狭窄領域を設ける。この時、上記リッジストライプ１５０上に不要なｎ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層１１２、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１３、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１１４が形成されるので、電流狭窄領域上にマスク形成し、リッジストライプ１５０上の不要層を除去する。不要層除去後、電流狭窄領域上に形成されたマスクを除去した後に、再度、有機金属気相成長法を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１５を形成する。その後、ｐ側電極１１６及びｎ側電極１１７を形成し、任意の共振器長となるように複数のバーに分割する。
【０００６】
バー分割後、直ちに、複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、前面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3膜１１８を形成し、後面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜１１９を形成する。その後、上記バーをチップに分割すると、図１１(ａ),(ｂ)に示す半導体レーザ素子が完成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザ素子においては、駆動電流を増加させて光出力を増大させていくと、突然、光出力が低下し、非可逆的な破壊が生じる。このような現象は、光学損傷(ＣＯＤ;Catastrophic Optical Damage)といわれ、光出射端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴って発生する。
【０００８】
上記ＣＯＤの原因は、光出射端面近傍の活性層領域がレーザ光に対する吸収領域になっているためである。この光出射端面では、結晶内部と異なり、格子原子の結合の手が結晶表面に向かった部分で多く取り残されている。つまり上記光出射端面には、未結合手(ダングリング・ボンド)が存在し、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在する。上記光出射端面近傍の活性層領域に注入されたキャリアはこの非発光再結合によって失われるので、光出射端面近傍の活性層領域の注入キャリア密度は、活性層の中央部に比べて少ない。その結果、上記活性層領域の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【０００９】
このように、上記光出射端面近傍の活性層領域において、光出力密度が高くなると、局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップが縮小する。その結果、更に吸収係数が大きくなって温度が上昇するという正帰還がかかるために、活性層の吸収領域の温度はついに融点にまで達して、ＣＯＤが発生する。
【００１０】
図１１に示した従来の半導体レーザ素子では、ＣＯＤの発生抑制のために、光出射端面保護膜としてＡｌ2Ｏ3膜１１８,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜１１９のような熱伝導率の高い誘電体膜を使用し、光出射端面近傍のＭＱＷ活性層１０６の領域の温度上昇を抑制している。しかし、上記光出射端面保護膜と活性層との境界近傍には、非発光再結合中心となる点欠陥や酸素などの不純物が多く存在しているため、吸収領域が発生する。したがって、上記ＣＯＤの臨界光出力は高くならないので、高出力動作での長期信頼性の低下を招いてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題について検討した結果、高出力動作での長期信頼性に優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ素子は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層であるリッジストライプとが積層され、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層が形成され、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成された半導体レーザ素子において、上記光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を有し、上記領域は、II族原子及びVI族原子を含み、上記II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのうちのいずれか１つであることを特徴としている。
【００１３】
上記構成の半導体レーザ素子によれば、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を光出射端面に形成し、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を形成することによって、高出力駆動時における活性層から誘電体膜側へのIII族原子及びV族原子等の拡散が抑制される。つまり、高出力駆動時における活性層の領域の光出射端面の点欠陥の抑制が可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、上記光出射端面近傍の活性層において局所的発熱が抑えられ、ＣＯＤの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるＣＯＤの臨界光出力の低下を抑えることができる。
【００１４】
【００１５】
上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成され、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、II族原子とIII族原子とV族原子とVI族原子とを含む領域を有することによって、高出力駆動時における活性層から誘電体膜側へのIII族原子及びV族原子等の拡散の抑制が可能となる。また、上記活性層から誘電体膜側へIII族原子及びV族原子等が拡散したとしても、III族原子及びV族原子等の空孔を、光出射端面近傍の誘電体膜中に存在しているII族原子及びVI族原子が補完してくれるので、点欠陥の発生を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、上記光出射端面近傍の活性層において局所的発熱が抑えられ、ＣＯＤの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるＣＯＤの臨界光出力の低下をより抑えることができる。
【００１６】
【００１７】
上記II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つであることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【００１８】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記VI族原子が硫黄であることを特徴としている。
【００１９】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、上記VI族原子が硫黄であることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【００２０】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することを特徴としている。
【００２１】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有することによって、光出射端面近傍の活性層の領域に極わずか存在する非発光再結合中心によるキャリア損失の抑制と、光出射端面に存在するII族原子,VI族原子によって発生する表面リーク電流の抑制とが可能となるので、動作電流を低減する効果があると共に、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍の上記活性層の領域に無秩序化領域が形成され、その無秩序化領域のバンドギャップが上記活性層の中央部のバンドギャップよりも大きいことを特徴としている。
【００２３】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子によれば、光出射端面近傍の活性層の領域に形成された無秩序化領域が活性層の中央部よりも大きなバンドギャップを有するので、光出射端面近傍の活性層の領域に存在するII族原子,VI族原子によるレーザ吸収が低減され、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【００２４】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程とを有することを特徴としている。
【００２５】
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆することによって、光出射端面のダングリングボンドが減少するので、光出射端面の表面準位の低減と、光出射端面への酸素原子の付着抑制という効果が得られ、且つ、光出射端面に誘電体膜を形成するまでの間に、VI族原子の離脱,蒸発の抑制、及び、光出射端面への酸化膜の再形成の抑制という効果が得られる。つまり、極力表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心を低減することが可能となり、且つ、高出力駆動時における非発光再結合中心の増殖を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくくなる。したがって、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【００２６】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第一導電型の基板上に、第一導電型の第一クラッド層と、活性層と、第二導電型の第二クラッド層と、第二導電型の第三クラッド層とを積層し、ウェットエッチングにより上記第二導電型の第三クラッド層をリッジストライプに成形し、上記リッジストライプを両側面側から挟むように第一導電型の電流狭窄層を形成する半導体レーザ素子の製造方法において、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、上記表面酸化膜が除去された上記光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆する工程と、上記光出射端面に、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成する工程と、上記誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させる工程とを有することを特徴としている。
【００２７】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後、その光出射端面に、活性層を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成して、その誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させることによって、光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、II族原子,III族原子,V族原子,VI族原子を含む領域が形成されるので、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【００２８】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面の温度が１５０℃以上かつ３００℃以下になるように加熱処理を施した後、上記誘電体膜を形成することを特徴としている。
【００２９】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面の温度が１５０℃以上かつ３００℃以下になるように加熱処理を行うことによって、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後において光出射端面に付着した水分を蒸発させることができ、且つ、光出射端面近傍のIII族原子,V族原子,II族原子,VI族原子の再蒸発を抑制することができる。したがって、上記活性層の領域の光出射端面の点欠陥が増殖せず、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を安定に得ることできる。
【００３０】
また、上記光出射端面の温度が１５０℃未満になるように加熱処理を行った場合、光出射端面に被覆したII,VI族原子上に付着した水分が完全に蒸発しない状態で誘電体膜が形成されるために、光出射端面に酸化膜が形成される。その結果、高出力駆動時に酸化膜の増殖が発生し、その酸化膜の増殖に伴ってIII族原子,VI族原子が酸化膜側へ拡散してしまって、活性層の領域の光出射端面に集中して点欠陥が増殖してしまう。
【００３１】
また、上記光出射端面の温度が３００℃を越えるように加熱処理を行った場合、光出射端面近傍のII族原子,III族原子,V族原子,VI族原子が蒸発して、光出射端面に多くの点欠陥を形成してしまう。
【００３２】
また、一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去することを特徴としている。
【００３３】
上記一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において、表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去するので、活性層領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、表面酸化膜が除去された光出射端面にVI族原子を被覆する工程とを同時に行うことができる。したがって、作業工程数が減少し、生産性を向上させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３５】
(第１実施形態)
図１(ａ)は本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図１(ｂ)は上記半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。また、図２〜５は上記半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【００３６】
上記図１(ａ),(ｂ)に示す半導体レーザ素子の製造方法を以下にて説明する。
【００３７】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、第一導電型の第一クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層４、光ガイド層５、活性層としての多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層６、光ガイド層７、第二導電型の第二クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層８、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層９、第二導電型の第三クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１０、ｐ型ＧａＡｓ保護層１１を順次積層する。
【００３８】
次に、上記ｐ型ＧａＡｓ保護層１１上に所望の幅のストライプ形状のマスクを形成して、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって上記ストライプ形状のマスクで覆われていない領域のｐ型ＧａＡｓ保護層１１とｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１０の一部とをエッチングする。続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１０を取り除くために、弗化水素酸によってｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層９が表出するまでエッチングを行なうと、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層１０とｐ型ＧａＡｓ保護層１１とからなる電流通路のリッジストライプ５０が形成される。
【００３９】
上記リッジストライプ５０を形成した後、リッジストライプ５０上に形成されたマスクを除去し、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１２、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１３、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１４を順次積層する。
【００４０】
その後、上記リッジストライプ５０上に形成された１２〜１４(ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１２,ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１３,ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１４)の不要層を除去するために、リッジストライプ５０の外側領域にマスクを形成する。そして、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ５０上に形成されたｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１３およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層１４をエッチング除去した後、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ５０上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１２をエッチング除去する。上記リッジストライプ５０上の不要層を除去した後、リッジストライプ５０の外部領域に形成されたマスクを除去する。
【００４１】
そして、不要層除去後に最表面となったｐ型ＧａＡｓ保護層１１とｐ型ＧａＡｓ平坦化層１４との表面上に、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５を形成する。その後、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１５の表面にｐ側金属電極１６を蒸着し、ｎ型ＧａＡｓ基板１の表面にｎ側金属電極１７を蒸着する。
【００４２】
このような半導体レーザ素子構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が８００μｍとなるように、リッジストライプ５０が延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割すると、図２に示すバー２１になる。
【００４３】
そして、上記バー２１を、硫酸と過酸化水素水との混合溶液に１０秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。この処理により、光出射端面に形成されている表面酸化膜２０,２０が除去された状態になる。
【００４４】
次に、上記表面酸化膜２０,２０が除去されたバー２１を、硫化アンモニウム溶液に１０秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。この処理により、上記光出射端面が硫黄(Ｓ)原子２５,２５で被覆されて、図３に示すバー２２になる。
【００４５】
次に、上記バー２２を、酢酸亜鉛溶液に３０秒間浸漬して純水で洗浄した後、乾燥させる。この処理により、上記光出射端面が硫黄(Ｓ)原子２５,２５と亜鉛(Ｚｎ)原子２６,２６で被覆されて、図４に示すバー２３になる。
【００４６】
その後、上記複数のバー２３を整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー２３の端面温度つまり光出射端面の温度が例えば２５０℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面に誘電体膜としてのＡｌ2Ｏ3膜１８を形成する一方、後面側の光出射端面に誘電体膜としてのＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜１９を形成すると、図５に示すバー２４になる。このバー２４をチップに分割すると、図１(ａ),(ｂ)に示す本発明の半導体レーザ素子が完成する。
【００４７】
また、上記本実施形態の半導体レーザ素子との比較のために、バー分割後、直ちに、複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、前面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3膜１１８を形成し、後面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜１１９を形成した後、バーをチップに分割して得られる従来の図１１(ａ),(ｂ)に示す半導体レーザ素子も同時に作製した。
【００４８】
上記本実施形態の製造方法によって得られた図１(ａ),(ｂ)の半導体レーザ素子と、図１１(ａ),(ｂ)の従来の半導体レーザ素子とにおいて、ＭＱＷ活性層６,１０６近傍の光出射端面(前面)に成膜されたＡｌ2Ｏ3膜１８,１１８における不純物原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置(ＳIＭＳ)で測定し、その測定結果を図６,７に示している。図６は本実施形態の半導体レーザ素子の測定結果を示し、図７は図１１(ａ),(ｂ)の従来の半導体レーザ素子の測定結果を示している。なお、図６,７において、縦軸は１秒間当りの２次イオン検出数(ｃ/ｓ)を示し、横軸はＡｌ2Ｏ3膜表面からの深さ(Å)を示している。
【００４９】
図６に示すように、上記本実施形態の半導体レーザ素子の光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜１８中には、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面から約４００Åの範囲で、III族原子であるＧａとV族元素であるＡｓとが存在している。一方、図７に示すように、従来の半導体レーザ素子の光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜１１８中には、ＧａとＡｓとが存在していない。また、従来の半導体レーザ素子では、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面で酸素原子のピークが見られるが、本発明の本実施形態の半導体レーザ素子では、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面で酸素原子のピークが見られない。
【００５０】
また、上記本実施形態及び従来の半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【００５１】
その結果、上記本実施形態及び従来の半導体レーザ素子の発振波長は共に７８５ｎｍであったが、最大出力試験の結果では、本実施形態の半導体レーザ素子の最大光出力が２７０ｍＷであり、従来の半導体レーザ素子の最大光出力が２２０ｍＷであった。つまり、上記本実施形態の半導体レーザ素子の方が従来よりも約２０％最大光出力が向上した。
【００５２】
また、６０℃８５ｍＷの信頼性試験の結果では、従来の半導体レーザ素子の平均寿命が１９０時間であるのに対し、本実施形態の半導体レーザ素子が約３０００時間となって、従来よりも約１５倍も平均寿命が向上した。
【００５３】
上記本実施形態の半導体レーザ素子の寿命が従来の半導体レーザ素子の寿命より向上したのは、高出力駆動時におけるＭＱＷ活性層６から誘電体膜側へのIII族原子(Ｇａ)及びV族原子(Ａｓ)の拡散が抑制されて、高出力駆動時におけるＭＱＷ活性層６の領域の光出射端面の点欠陥の抑制が可能となったためであると考えられる。
【００５４】
以上より、上記光出射端面を保護する光出射端面保護膜として、Ａｌ2Ｏ3膜１８,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜１９の誘電体膜を形成し、光出射端面近傍の誘電体膜中にIII族原子(Ｇａ)及びV族原子(Ａｓ)を含む領域を形成することによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【００５５】
上記第１実施形態では、誘電体膜を形成するためにＡｌ2Ｏ3を用いたが、例えばＡｌｘＯｙ, ＳｉｘＯｙ,ＡｌｘＮｙ, ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)のうちの少なくとも１つを用いても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、上記第１実施形態では、ＡｌＧａＡｓを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばＡｌＧａIｎＰ,IｎＧａＡｓ,IｎＧａＡｓＰ等のうちの少なくとも１つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【００５７】
また、上記第１実施形態では、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いたが、表面酸化膜が除去できる例えば弗化水素酸等の溶液を用いても同様の効果が得られる。
【００５８】
また、上記第１実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をVI族原子で被覆する工程において硫化アンモニウム溶液を用いたが、例えば、硫化砥素溶液、硫化ガリウム溶液、硫化アルミニウム溶液のいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００５９】
また、上記第１実施形態では、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Ｚｎ)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
また、上記第１実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００６１】
(第２実施形態)
本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして製作される。
【００６２】
上記第１実施形態に記載の半導体レーザ素子構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が８００μｍとなるように、リッジストライプが延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。そのバー分割により形成された複数のバーに対して以下の処理を施す。まず、硫化アンモニウム溶液に６０秒間浸潰した後、純水で洗浄を行う。そして、酢酸亜鉛溶液に３０秒間浸漬した後、純水で洗浄を行って、乾燥をさせる。
【００６３】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面の温度が例えば２５０℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面に誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3膜を形成し、後面側の光出射端面に誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜を形成して、バーをチップに分割する。
【００６４】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子において、ＭＱＷ活性層近傍の光出射端面(前面)に成膜されたＡｌ2Ｏ3膜における不純物原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置(ＳＩＭＳ)で測定し、その測定結果を図８に示している。なお、図８では、縦軸が１秒間当りの２次イオン検出数(ｃ/ｓ)を示し、横軸がＡｌ2Ｏ3膜表面からの深さ(Å)を示している。
【００６５】
図８から判るように、上記光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜中には、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面から約４００Åの範囲で、III族原子であるＧａとV族原子であるＡｓとが高濃度存在しており、且つ、VI族原子であるＳとII族原子であるＺｎも存在している。
【００６６】
このように、上記半導体レーザ素子の光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜にＳ原子とＺｎ原子とが存在しているのは、硫化アンモニウム溶液を用いて、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と、表面酸化膜が除去された光出射端面をＳ原子で被覆する工程を同時に行った結果、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面に存在する自然酸化膜を完全に除去できて、光出射端面にＡｌ2Ｏ3膜を形成中にＡｌ2Ｏ3膜側へのＧａ,Ａｓ原子の拡散が活発になり、それに伴つて光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面に存在するＳ原子とＺｎ原子とが拡散したためだと考える。
【００６７】
また、上記半導体レーザ素子の特性測定を行うと、半導体レーザ素子の発振波長が７８５ｎｍ、８５ｍＷでの動作電流が１１０ｍＡであり、半導体レーザ素子の最大光出力が３００ｍＷであった。この結果から判るように、半導体レーザ素子の最大出力が第１実施形態よりも向上した。
【００６８】
また、６０℃８５ｍＷの信頼性試験を行ったところ、本実施形態の半導体レーザ素子では約４０００時間となって第１実施形態の半導体レーザ素子より平均寿命が向上した。
【００６９】
このように、上記本実施形態の半導体レーザ素子の平均寿命が第１実施形態の半導体レーザ素子より向上したのは、高出力駆動前に、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中にＧａ原子,Ａｓ原子,Ｚｎ原子及びＳ原子を含む領域を形成しているので、高出力駆動時にＭＱＷ活性層から誘電体膜側へ拡散した少数のIII族原子(Ｇａ)及びV族原子(Ａｓ)の空孔を、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に存在しているII族原子(Ｚｎ)及びVI族原子(Ｓ)が補完し、点欠陥の発生を抑制したためだと考える。
【００７０】
以上より、上記光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中にＧａ原子,Ａｓ原子,Ｚｎ原子及びＳ原子を含む領域を形成したので、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【００７１】
また、図８に示すように、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面には酸素原子のピークは存在していないことから、硫化アンモニウム溶液には、光出射端面に形成されている表面酸化膜を除去する作用を持っている事が明らかである。したがって、硫化アンモニウム溶液を用いることにより、ＭＱＷ活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と表面酸化膜が除去された光出射端面をＳ原子で被覆する工程を同時に行うことが可能となり、作業工程数の減少による生産性の向上が可能となることが判る。
【００７２】
上記第２実施形態では、誘電体膜を形成するためにＡｌ2Ｏ3を用いたが、例えばＡｌｘＯｙ, ＳｉｘＯｙ,ＡｌｘＮｙ, ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)のうちの少なくとも１つを用いても同様の効果が得られる。
【００７３】
また、上記第２実施形態では、ＡｌＧａＡｓを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばＡｌＧａIｎＰ,IｎＧａＡｓ,IｎＧａＡｓＰ等のうちの少なくとも１つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【００７４】
また、上記第２実施形態では、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Ｚｎ)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００７５】
また、上記第２実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００７６】
(第３実施形態)
本発明の第３実施形態では、誘電体膜であるＡｌ2Ｏ3膜およびＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜を光出射端面に形成する工程おいて、最適な誘電体膜を形成するための光出射端面の温度の検討を行っている。
【００７７】
上記第３実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして製作される。
【００７８】
上記第１実施形態に記載の半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が８００μｍとなるように、リッジストライプが延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。そのバー分割により形成された複数のバーを、硫化アンモニウム溶液に６０秒間浸漬し、純水で洗浄を行い、次に、酢酸亜鉛溶液に３０秒間浸漬し、純水で洗浄し、乾燥させる。
【００７９】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、そのバー端面温度つまり光出射端面の温度がそれぞれ１００℃,１５０℃,２００℃,２５０℃,３００℃,３５０℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ2膜を形成し、後面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜を形成して、バーをチップに分割する。その結果、上記光出射端面の温度がそれぞれ１００℃,１５０℃,２００℃,２５０℃,３００℃,３５０℃になるように加熱されて作製された６種類の半導体レーザ素子ができる。
【００８０】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長は全て７８５ｎｍであり、半導体レーザ素子の最大光出力も全て２７０ｍＷ〜３００ｍＷであり、第１,第２実施形態とほとんど差が無い。
【００８１】
また、６０℃８５ｍＷの信頼性試験を行った結果を図９に示す。なお、図９において、縦軸が平均寿命(ｈ)を示し、横軸がバー端面温度(℃)を示している。
【００８２】
図９から判るように、バー端面温度が１５０℃〜３００℃の範囲内では、平均寿命が３０００時間以上と良好な結果であるのに対して、１５０℃未満または３００℃を越えると急激に半導体レーザ素子の平均寿命が悪くなっている。この理由は、上記バー端面温度が１５０℃未満になる加熱処理を施した後にＡｌ2Ｏ3膜の形成を行うと、光出射端面に被覆したII族原子のＺｎ,VI族原子のＳ上に付着した水分が完全に蒸発しない状態でＡｌ2Ｏ3膜が形成されるために、光出射端面/Ａｌ2Ｏ3膜界面に酸化膜が形成される。その結果、高出力駆動時に酸化膜の増殖が発生し、その酸化膜の増殖に伴ってIII族原子のＧａ原子,V族原子のＡｓ原子が酸化膜側へ拡散してしまう。その結果、上記活性層の領域の光出射端面に集中して点欠陥が増殖する。一方、上記バー端面温度が３００℃を越える加熱処理を施した後にＡｌ2Ｏ3膜の形成を行うと、光出射端面に添加したII族原子のＺｎ,VI族原子のＳ、及び、光出射端面近傍のIII族原子のＧａ,V族原子のＡｓが蒸発して、光出射端面に多くの点欠陥を形成しながらのＡｌ2Ｏ3膜の形成となる。
【００８３】
したがって、本実施形態において、上記バー端面温度が１５０℃未満または３００℃を越えると急激に半導体レーザ素子の平均寿命が悪くなっているのは、上記のようにＭＱＷ活性層の領域の光出射端面に点欠陥が存在しているためだと考えられる。
【００８４】
また、最大光出力試験ではほとんど差が無いのに信頼性試験で差があるのは、高出力駆動前では、活性層領域の光出射端面における非発光再結合中心となる量がほぼ同じであるが、高出力駆動時における非発光再結合中心の増加率が異なっているために、最大光出力の低下率も異なるためだと考える。
【００８５】
以上より、活性層領域の光出射端面に誘電体膜を形成する工程において、活性層領域の光出射端面温度が１５０℃以上かつ３００℃以下になるように加熱を行うことによって、高出力駆動での長期信頼性が高い半導体レーザ素子を安定して作成可能であることが判る。
【００８６】
上記第３実施形態では、誘電体膜を形成するためにＡｌ2Ｏ3を用いたが、例えばＡｌｘＯｙ, ＳｉｘＯｙ,ＡｌｘＮｙ, ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)のうちの少なくとも１つを用いても同様の効果が得られる。
【００８７】
また、上記第３実施形態では、ＡｌＧａＡｓを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばＡｌＧａIｎＰ,IｎＧａＡｓ,IｎＧａＡｓＰ等のうち少なくとも１つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【００８８】
また、上記第３実施形態では、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Ｚｎ)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００８９】
また、上記第３実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【００９０】
(第４実施形態)
図１０(ａ)は本発明の第４実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図１０(ｂ)は図１０(ａ)のＢ−Ｂ線から見た断面図である。
【００９１】
上記図１０(ａ),(ｂ)に示す半導体レーザ素子の製造方法を以下にて説明する。
【００９２】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２、第一導電型の第一クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層２０３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層２０４、光ガイド層２０５、活性層としての多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層２０６、光ガイド層２０７、第二導電型の第二クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層２０８、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層２０９、第二導電型の第三クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層２１０、ｐ型ＧａＡｓ保護層２１１を順次積層する。
【００９３】
その後、上記ｐ型ＧａＡｓ保護層２１１上に所望の幅のストライプ形状のマスクを形成し、硫酸と過酸化水素水の混合溶液によって上記マスクで覆われていない領域のｐ型ＧａＡｓ保護層２１１とｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層２１０の一部とをエッチングする。続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層２１０を、弗化水素酸によってｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層２０９が表出するまでエッチングを行なって、ｐ型ＧａＡｓ保護層２１１とｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層２１０とからなる電流通路のリッジストライプ２５０を形成する。
【００９４】
そして、上記リッジストライプ２５０形成後、リッジストライプ２５０上に形成されたマスクを除去し、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層２１２、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１３、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層２１４を順次積層する。
【００９５】
その後、光出射端面近傍に電流非注入領域を作製するために、リッジストライプ２５０の外側領域、及び、リッジストライプ２５０上のｐ型ＧａＡｓ平坦化層２１４の表面かつ光出射端面近傍にマスクを形成し、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、光出射端面近傍を除くリッジストライプ２５０上に形成されたｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１３、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層２１４をエッチング除去し、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、光出射端面近傍を除くリッジストライプ２５０上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層２１２をエッチング除去する。上記光出射端面近傍を除くリッジストライプ２５０上に形成された不要層を除去した後、リッジストライプ２５０の外側領域、及び、リッジストライプ２５０上のｐ型ＧａＡｓ平坦化層２１４の表面かつ光出射端面近傍に形成されたマスクを除去すると、リッジストライプ２５０上のｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層２１２及びｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１３からなる電流非注入領域２５１が形成される。
【００９６】
そして、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１５を形成して、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１５の表面にｐ側金属電極２１６を蒸着し、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の表面にｎ側金属電極２１７を蒸着する。
【００９７】
このような半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が８００μｍとなるように、リッジストライプ２５０が延びる方向に対して直行する方向に壁開し、バー状に分割する。
【００９８】
上記バー分割により形成された複数のバーに対して、硫化アンモニウム溶液に６０秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う。次に、酢酸亜鉛溶液に３０秒間浸漬し、純水で洗浄を行った後、乾燥させる。
【００９９】
そして、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面の温度が例えば２５０℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3膜２１８を、後面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜２１９を形成し、バーをチップに分割すると、図１０(ａ),(ｂ)に示す半導体レーザ素子になる。
【０１００】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長が７８５ｎｍであり、８５ｍＷでの動作電流が１０５ｍＡである。また、６０℃８５ｍＷの信頼性試験を行ったところ、平均寿命が約５０００時間と向上した。
【０１０１】
上記光出射端面近傍に電流非注入領域２５１を持つことによって平均寿命が向上したのは、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜２１８中にII族原子(Ｚｎ),VI族原子(Ｓ)が存在することにより発生した光出射端面に沿って流れる表面リーク電流が無くなり、動作電流の低減による、６０℃８５ｍＷでの半導体レーザ素子の発熱を抑制できたためだと考える。
【０１０２】
以上より、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域２５１を持つことによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【０１０３】
上記第４実施形態では、誘電体膜を形成するためにＡｌ2Ｏ3を用いたが、例えばＡｌｘＯｙ, ＳｉｘＯｙ,ＡｌｘＮｙ, ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)のうちの少なくとも１つを用いても同様の効果が得られる。
【０１０４】
また、上記第４実施形態では、ＡｌＧａＡｓを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばＡｌＧａIｎＰ,IｎＧａＡｓ,IｎＧａＡｓＰ等のうちの少なくとも１つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、上記第４実施形態では、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Ｚｎ)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、上記第４実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【０１０７】
また、上記第４実施形態では、リッジストライプ２５０上に形成された不要層を利用して、光出射端面近傍に電流非注入領域２５１を形成したが、光出射端面近傍へのＳｉ原子のイオン注入による方法で電流非注入領域を形成しても同様の効果が得られる。
【０１０８】
(第５実施形態)
本発明の第５実施形態の半導体レーザ素子では、光出射端面近傍の活性層に無秩序化領域を形成している。
【０１０９】
上記第５実施形態の半導体レーザ素子は次のようにして作製される。
【０１１０】
まず、有機金属気相成長法による第一の結晶成長で、第一導電型の基板としてのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、第一導電型の第一クラッド層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層、光ガイド層、活性層としての多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層、光ガイド層、第二導電型の第二クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層、第二導電型の第三クラッド層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層、ｐ型ＧａＡｓ保護層を順次積層する。
【０１１１】
次に、上記半導体レーザ素子の光出射端面近傍、かつ、ｐ型ＧａＡｓ保護層の表面にストライプ状のＳｉＯ2膜を形成する。そして、９００℃まで急激な温度上昇を行なうことによって、上記ＳｉＯ2膜下のｐ型ＧａＡｓ保護層にＧａ空孔を形成する。その後、１分間９００℃で保持して、Ｇａ空孔を多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層まで拡散させる。これにより、上記多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層の光出射端面近傍が無秩序化されて、無秩序化領域が形成される。この上記多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層の光出射端面近傍に形成された無秩序化領域のバンドギャップは、多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層の中央部のバンドギャップより大きくなっている。
【０１１２】
その後、上記ｐ型ＧａＡｓ保護層の表面に形成されたＳｉＯ2膜を除去して、所望の幅のストライプ形状のマスクを形成する。そして、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって上記マスクで覆われていない領域のｐ型ＧａＡｓ保護層とｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層の一部とをエッチングする。
【０１１３】
続いて、上記マスクで覆われていない領域の残されたｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層を除去するために、弗化水素酸によってｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層が表出するまでエッチングを行なって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層とｐ型ＧａＡｓ保護層とからなる電流通路のリッジストライプを形成する。
【０１１４】
上記リッジストライプ形成後、リッジストライプ上に形成されたマスクを除去する。そして、有機金属気相成長法による第二の結晶成長で、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層、第一導電型の電流狭窄層としてのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層を順次積層する。
【０１１５】
その後、上記リッジストライプ上に形成された不要層を除去するために、リッジストライプ外側領域にマスクを形成して、アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ上に形成されたｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層をエッチング除去する。さらに、硫酸と過酸化水素水との混合溶液によって、リッジストライプ上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層をエッチング除去する。上記リッジストライプ上に形成された不要層を除去した後、リッジストライプの外部領域に形成されたマスクを除去する。
【０１１６】
不要層除去後に最表面となったｐ型ＧａＡｓ保護層とｐ型ＧａＡｓ平坦化層との上に、有機金属気相成長法による第三の結晶成長で、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層を形成する。その後、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層上にｐ側金属電極を蒸着すると共に、ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ側金属電極を蒸着する。
【０１１７】
このような半導体レーザ構造が複数形成されたウエハ(基板)を、共振器長が８００μｍとなるように、リッジストライプに直行した方向に壁開し、バー状に分割する。
【０１１８】
そして、上記バー分割により形成された複数のバーに対して、硫化アンモニウム溶液に６０秒間浸漬した後、純水で洗浄を行う処理を行って、光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する。
【０１１９】
次に、上記表面酸化膜が除去された複数のバーを酢酸亜鉛溶液に３０秒間浸潰して純水で洗浄した後、それら複数のバーを乾燥させる。
【０１２０】
その後、上記複数のバーを整列させて電子ビーム蒸着機に入れ、バー端面温度つまり光出射端面が例えば２５０℃になるように加熱した後に、前面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3膜を形成し、後面側の光出射端面にＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜を形成する。そして、上記バーをチップに分割して、半導体レーザ素子を作製した。
【０１２１】
上記製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った結果、半導体レーザ素子の発振波長は７８５ｎｍであった。また、６０℃８５ｍＷの信頼性試験を行ったところ、平均寿命が約５０００時間と向上していることが判った。
【０１２２】
以上より、上記光出射端面近傍のＭＱＷ活性層の領域に無秩序化領域を形成することによって、高出力駆動での長期信頼性を向上できることが判る。
【０１２３】
上記第５実施形態では、誘電体膜を形成するためにＡｌ2Ｏ3を用いたが、例えばＡｌｘＯｙ, ＳｉｘＯｙ,ＡｌｘＮｙ, ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)のうちの少なくとも一つを用いても同様の効果が得られる。
【０１２４】
また、上記第５実施形態では、ＡｌＧａＡｓを含む半導体レーザ素子を用いたが、例えばＡｌＧａIｎＰ,IｎＧａＡｓ,IｎＧａＡｓＰ等のうちの少なくとも１つを含む半導体レーザ素子を用いても同様の効果が得られる。
【０１２５】
また、上記第５実施形態では、光出射端面近傍のＡｌ2Ｏ3膜,Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜中に含まれるII族原子として亜鉛(Ｚｎ)原子を用いたが、ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【０１２６】
また、上記第５実施形態では、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子で被覆する工程において酢酸亜鉛溶液を用いたが、例えば、塩化亜鉛、塩化ベリリウム、塩化マグネシウム、硫酸亜鉛、硫酸ベリリウム、硫酸マグネシウムのうちのいずれか１つを用いても同様の効果が得られる。
【０１２７】
また、上記第５実施形態では、光出射端面近傍の活性層領域に形成された無秩序化領域を、Ｇａ空孔の拡散による方法によって形成したが、Ｚｎ原子などの不純物拡散による方法によって形成しても同様の効果が得られる。
【０１２８】
また、上記第５実施形態では、光出射端面近傍の活性層領域に無秩序化領域のみを形成しているが、光出射端面近傍の活性層領域に無秩序化領域を形成すると共に、光出射端面近傍かつリッジストライプ上に電流非注入領域を形成しても同様の効果が得られる。
【０１２９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の半導体レーザ素子は、活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を光出射端面に形成し、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、III族原子及びV族原子を含む領域を形成するので、高出力駆動時における活性層の領域の光出射端面の点欠陥の発生が抑制されて、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、ＣＯＤの臨界光出力が高く、且つ、高出力駆動時におけるＣＯＤの臨界光出力の低下を抑えることができる。したがって、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【０１３０】
また、上記活性層の領域を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜が光出射端面に形成され、その光出射端面近傍の誘電体膜中に、II族原子とIII族原子とV族原子とVI族原子とを含む領域を形成することによって、活性層から誘電体膜側へIII族原子及びV族原子等が拡散したとしても、III族原子及びV族原子等の空孔を、光出射端面近傍の誘電体膜中に存在しているII族原子及びVI族原子が補完してくれるので、点欠陥の発生をより効果的に抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、ＣＯＤの臨界光出力をより高くすることができる。つまり、高出力駆動時におけるＣＯＤの臨界光出力の低下をより抑えることができる。
【０１３１】
また、上記II族原子が亜鉛,ベリリウム,マグネシウムのいずれか１つであることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【０１３２】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記VI族原子が硫黄であることによって、非発光再結合中心の増加をより効果的に抑制することが可能となるので、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【０１３３】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍に形成された電流非注入領域を有するので、光出射端面近傍の活性層の領域に極わずか存在する非発光再結合中心によるキャリア損失が抑制され、光出射端面に存在するII族原子,VI族原子によって発生する表面リーク電流が抑制され、動作電流を低減できると共に、高出力駆動での長期信頼性を向上させることができる。
【０１３４】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子は、上記光出射端面近傍の活性層の領域に形成された無秩序化領域のバンドギャップが活性層の中央部のバンドギャップより大きいので、光出射端面近傍の活性層の領域に存在するII族原子,VI族原子によるレーザ吸収が低減され、高出力駆動での長期信頼性をより向上させることができる。
【０１３５】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆することによって、光出射端面のダングリングボンドが減少するので、光出射端面の表面準位の低減と、光出射端面への酸素原子の付着抑制という効果が得られ、且つ、光出射端面に誘電体膜を形成するまでの間に、VI族原子の離脱,蒸発の抑制、及び、光出射端面への酸化膜の再形成の抑制という効果が得られる。つまり、極力表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心を低減することが可能となり、且つ、高出力駆動時における非発光再結合中心の増殖を抑制することが可能となる。その結果、上記活性層の中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、光出射端面近傍の活性層領域が吸収領域になりにくく、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【０１３６】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記光出射端面に形成された表面酸化膜を除去して、その表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後、その光出射端面に、活性層を保護する光出射端面保護膜としての誘電体膜を形成して、その誘電体膜中にIII族原子及びV族原子を拡散させることによって、光出射端面近傍の上記誘電体膜中に、II族原子,III族原子,V族原子,VI族原子を含む領域が形成されるので、高出力動作での長期信頼性により優れた半導体レーザ素子を製造することができる。
【０１３７】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記光出射端面の温度が１５０℃以上かつ３００℃以下になるように加熱処理を行うことによって、表面酸化膜が除去された光出射端面をII族原子及びVI族原子で被覆した後において光出射端面に付着した水分を蒸発させることができ、且つ、光出射端面近傍のIII族原子,V族原子,II族原子,VI族原子の再蒸発を抑制することができる。したがって、上記活性層の領域の光出射端面の点欠陥が増殖せず、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を安定に得ることできる。
【０１３８】
一実施形態の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上記活性層の領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程において、表面酸化膜を硫化アンモニア溶液で除去するので、活性層領域の光出射端面に形成された表面酸化膜を除去する工程と表面酸化膜が除去された光出射端面にVI族原子を被覆する工程とを同時に行えて、作業工程数の減少により生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１(ａ)は本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図１(ｂ)は上記半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。
【図２】  図２は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】  図３は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】  図４は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】  図５は上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】  図６上記第１実施形態の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図７】  図７は従来の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図８】  図８は本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子の不純物原子の深さ方向分布を示す図である。
【図９】  図９は本発明の第３実施形態の半導体レーザ素子におけるバー端面温度と平均寿命の関係を示す図である。
【図１０】  図１０(ａ)は本発明の第４実施形態の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図１０(ｂ)は図１０(ａ)のＢ−Ｂ線から見た断面図である。
【図１１】  図１１(a)は従来の半導体レーザ素子を光出射端面側から見た断面図であり、図１１(ｂ)は上記従来の半導体レーザ素子を側面側から見た断面図である。
【符号の説明】
１,１０１,２０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２,１０２,２０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３,２０３,１０３  ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層
４,１０４,２０４  ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層
５,７,１０５,１０７,２０５,２０７  光ガイド層
６,１０６,２０６  多重量子井戸(ＭＱＷ)活性層
８,１０８,２０８  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層
９,１０９,２０９  ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層
１０,１１０,２１０  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層
１１,１１１,２１１  ｐ型ＧａＡｓ保護層
１２,１１２,２１２  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層
１３,１１３,２１３  ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
１４,１１４,２１４  ｐ型ＧａＡｓ平坦化層
１５,１１５,２１５  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１６,１１６,２１６  ｐ側金属電極
１７,１１７,２１７  ｎ側金属電極
１８,２１８  III族,V族原子を含む領域を持つＡｌ2Ｏ3膜
１９,２１９  III族,V族原子を含む領域を持つＡｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜
１１８  Ａｌ2Ｏ3膜
１１９  Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3/Ｓｉ/Ａｌ2Ｏ3膜
５０,１５０,２５０  リッジストライプ
２５１  電流非注入領域
【図１】
0003641403.tif 000002
【図２】
0003641403.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003641403.tif 000006
【図６】
0003641403.tif 000007
【図７】
0003641403.tif 000008
【図８】
0003641403.tif 000009
【図９】
0003641403.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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