(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波層を有する半導体積層部を備え、
前記半導体積層部は、前記半導体積層部の最表面と前記光導波層との間に、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、原子空孔の拡散を促進する機能を有する第２不純物とを含み、
前記半導体積層部は、前記不純物のうち、少なくとも一方の含有量が異なり、かつ前記積層方向に延伸する２つ以上の領域を含み、
前記２つ以上の領域のうち、少なくとも１つの領域は、前記第１不純物と前記第２不純物の両方を含み、
前記２つ以上の領域は、互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記半導体積層部の前記２つ以上の領域は、前記第１不純物の含有量が異なり、
前記２つ以上の領域のうち、前記第１不純物の含有量が多い領域において、前記光導波層のバンドギャップエネルギーが小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記半導体積層部の前記２つ以上の領域は、前記第２不純物の含有量が異なり、
前記２つ以上の領域のうち、前記第２不純物の含有量が多い領域において、前記光導波層のバンドギャップエネルギーが大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記２つ以上の領域の境界のうち、少なくとも１つの境界は、前記光導波層における光の導波方向に沿って形成され、
前記２つ以上の領域ごとに実効屈折率が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記半導体積層部は、前記光導波層として活性層を備え、
前記２つ以上の領域の境界のうち、少なくとも１つの境界は、前記光導波層における光の導波方向を横切って形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記半導体積層部は、前記光導波層として、原子空孔拡散による混晶度と、バンドギャップエネルギーとが異なる少なくとも２つの活性層を有し、
当該半導体光素子は、前記少なくとも２つの活性層から少なくとも２つの互いに異なる波長のレーザ光を発振することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記半導体積層部の最表層領域に、前記第１不純物と、前記第２不純物とを含み、前記最表層領域において、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数が小さい不純物の含有量が多いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光素子。
【請求項８】
活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む前記積層方向に延伸する非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた前記積層方向に延伸する窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、
前記半導体積層部の最表面と前記活性層との間に前記原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、前記原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を含み、
前記非窓領域は、前記第１不純物の含有量が、前記窓領域の前記第１不純物の含有量よりも多く、かつ、前記第２不純物を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む前記積層方向に延伸する非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた前記積層方向に延伸する窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、
前記半導体積層部の最表面と前記活性層との間に前記原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、前記原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を含み、
前記窓領域は、前記第２不純物の含有量が、前記非窓領域の前記第２不純物の含有量よりも多く、かつ、前記第１不純物を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記窓領域の前記第１不純物の含有量は、前記非窓領域の前記第１不純物の含有量よりも３．５×１０１３ｃｍ−２以上少ないことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記窓領域の前記第２不純物の含有量は、前記非窓領域の前記第２不純物の含有量よりも３．５×１０１３ｃｍ−２以上多いことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第１不純物は、Ｃ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｂｅのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第２不純物は、Ｓｉ、Ｃ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅのうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記窓領域と前記非窓領域とは、前記最表面と前記活性層との間の厚さが異なることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記半導体積層部の前記非窓領域における最表面に位置し、かつ前記窓領域からは離間した電流注入領域を有することを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記半導体積層部は、前記非窓領域における最表層に、前記第１不純物を含有するコンタクト層を有することを特徴とする請求項８、１０、１２〜１５のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記半導体積層部の最表層領域に、前記第１不純物と、前記第２不純物とを含み、前記最表層領域において、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数が小さい不純物の含有量が多いことを特徴とする請求項８〜１６のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
電流注入幅１μｍあたりの最大光出力は、８０ｍＷ／μｍ以上であることを特徴とする請求項８〜１６のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、
前記半導体積層部の非窓領域における最表層領域に、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物と、原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物とを含み、前記最表層領域において、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数が小さい不純物の含有量が多いことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記非窓領域において、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の大きい不純物は、最表面側から前記活性層に向かって減少する濃度分布を有し、前記非窓領域の最表層領域における前記拡散係数が大きい不純物と前記拡散係数が小さい不純物の含有量の総和が、前記窓領域の最表層領域における前記拡散係数が小さい不純物のドーピング量よりも多くなっていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
前記第１不純物は、前記窓領域よりも前記非窓領域に多く含有されることを特徴とする請求項１９または２０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２２】
前記半導体積層部の前記非窓領域における最表面に位置し、かつ前記窓領域からは離間した電流注入領域を有することを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２３】
請求項８〜２２のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザモジュールであって、
前記半導体レーザ素子の温度を調整せずに動作させることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２４】
光導波層を有する半導体積層部を備え、
互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なる２つ以上の領域を含む半導体光素子の製造方法であって、
前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、
前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、
２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である第１の領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、
を含み、
前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層に原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物を含む第２不純物含有層を形成する工程と、前記第２不純物含有層の表層に原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物を含む第１不純物含有層を形成する工程と、前記第１の領域において前記形成した第１不純物含有層の少なくとも一部を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項２５】
光導波層を有する半導体積層部を備え、
互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なる２つ以上の領域を含む半導体光素子の製造方法であって、
前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、
前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、
前記２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である第１の領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、
を含み、
前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層に原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物を含む第１不純物含有層を形成する工程と、前記第１不純物含有層の表層に原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物を含む第２不純物含有層を形成する工程と、前記２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である前記第１の領域とは別の第２の領域において前記形成した第２不純物含有層の少なくとも一部を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
【請求項２６】
前記半導体積層部の最表層領域における不純物の含有量を、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の小さい不純物を多くする工程を含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項２７】
前記半導体積層構造形成工程は、前記半導体積層構造の最表層に前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の小さい不純物を含む不純物含有層を形成する工程と、該拡散係数の小さい不純物を含む不純物含有層の層上に拡散係数の大きい不純物を含む不純物含有層を形成する工程を含み、
前記熱処理工程後に前記形成した拡散係数の大きい不純物を含有する層を除去することによって、前記半導体積層部の前記最表層領域における拡散係数が小さい不純物の含有量を、拡散係数の大きい不純物の含有量よりも多くすることを特徴とする請求項２６に記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項２８】
前記誘電体膜は、一様な媒質からなることを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一つに記載の半導体光素子の製造方法。
【請求項２９】
活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、
前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、
前記窓領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、
を含み、
前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層領域における不純物の含有量を、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物とのうち、拡散係数の小さい不純物を多くする工程を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３０】
前記半導体積層構造形成工程は、前記半導体積層構造の最表層に前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の小さい不純物を含む不純物含有層を形成する工程と、該拡散係数の小さい不純物を含む不純物含有層の層上に拡散係数の大きい不純物を含む不純物含有層を形成する工程を含み、
前記熱処理工程後に前記形成した拡散係数の大きい不純物を含有する層を除去することによって、前記半導体積層部の前記最表層領域における拡散係数が小さい不純物の含有量を、拡散係数の大きい不純物の含有量よりも多くすることを特徴とする請求項２９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３１】
前記半導体積層構造形成工程は、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の大きい不純物を含む不純物含有層を形成する工程と、拡散係数の大きい不純物を含有する層上であって前記半導体積層部の最表層に拡散係数の小さい不純物を含む不純物含有層を形成する工程とを含み、該工程によって、前記半導体積層部の前記最表層領域における前記拡散係数が小さい不純物の含有量を、拡散係数の大きい不純物の含有量よりも多くすることを特徴とする請求項２９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３２】
前記半導体積層構造形成工程は、前記第１不純物を、前記窓領域よりも前記非窓領域に多く含有させる工程を含むことを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３３】
半導体積層構造において、第１領域と、原子空孔の拡散によって前記第１領域より混晶度が大きくされた第２領域と、を有する半導体素子の製造方法であって、
原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物または原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を添加し、前記半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造のうち、前記第１領域よりも、前記第２領域を、熱処理によって前記混晶化がされやすい状態とする第１熱処理準備工程と、
前記第１領域の最表面と前記第２領域の最表面とを、一様な媒質に接触させる第２熱処理準備工程と、
前記第２領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、
を含み、
前記第１熱処理準備工程は、前記第１不純物の量を前記第１領域より前記第２領域において少なくする工程、または、前記第２不純物の量を前記第２領域より前記第１領域において少なくする工程のうち、少なくとも一方の工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３４】
前記媒質は、誘電体膜、半導体膜、金属膜、気体のいずれか１つであることを特徴とする請求項３３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３５】
前記第１熱処理準備工程は、前記半導体積層構造の一部をエッチングで除去することによって、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物の量を前記第１領域より前記第２領域において少なくする、および／または、原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物の量を前記第２領域より前記第１領域において少なくするように段差部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項３３または３４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３６】
前記段差部は傾斜面を有することを特徴とする請求項３５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３７】
前記傾斜面は、前記半導体積層構造の積層方向に対して、３０度以上の傾斜角度を有することを特徴とする請求項３６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３８】
前記第１熱処理準備工程は、前記第１領域の最表面の表面粗さと、前記第２領域の最表面の表面粗さとに差をつける工程を含むことを特徴とする請求項３３〜３７のいずれか一つに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３９】
前記第１熱処理準備工程において前記第１領域と前記第２領域の最表面のドーピング種とドーピング濃度を同一とする工程を含む請求項３８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４０】
前記第１熱処理準備工程において、前記第１領域の最表面の表面粗さと、前記第２領域の最表面の表面粗さとの差を、平均表面粗さとして２ｎｍ以上とすることを特徴とする請求項３８または３９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４１】
前記半導体積層構造形成工程において、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物または原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を添加し、かつ前記第１領域における前記半導体積層部の最表層として、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の小さい方の不純物を多く含有するコンタクト層を形成することを特徴とする請求項３３〜４０のいずれか１つに記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の設計は、異なる物性を有する複数の半導体を、領域ごとに組み合わせることによって、所望の用途に応じた機能を有する半導体素子とすることをその本質の一つとする。素子設計において、例えばバンドギャップや屈折率等の物性が重要である。このような半導体の物性は、積層する半導体の材料やドーピングする不純物の種類や濃度、組み合わせ等を変えることによって、所望の値に設計することができる。【０００３】
物性を変化させる方法の１つに半導体の混晶化がある。混晶化の方法には、原子空孔の拡散によって半導体を混晶化させるＩＦＶＤ（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ  Ｆｒｅｅ  Ｖａｃａｎｃｙ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）法や、不純物の拡散によって半導体を混晶化させる不純物拡散法などがある。これらの方法は、例えば半導体レーザ素子に利用されている。半導体レーザ素子において、光出力が増加すると、端面においてレーザ光の吸収により熱が発生する場合がある。この場合、発熱によって端面が溶融し、レーザ素子の機能が停止してしまうＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）と呼ばれる現象が発生するおそれがあり、信頼性上問題となる。この問題を解決するための技術として、混晶化による端面透明化技術が開示されており、この技術の採用によってＣＯＤが発生する光出力限界を向上させることができる。【０００４】
混晶化による端面透明化技術とは、半導体素子の端面近傍の半導体領域のバンドギャップエネルギーを、半導体の混晶化により拡大することによって、端面近傍を発光波長に対して透明化し、レーザ光の吸収を抑制する技術である（たとえば特許文献１〜５参照）。この透明化した領域は窓領域と呼ばれている。また、透明化されていない領域は非窓領域と呼ばれている。【０００５】
また、混晶度を半導体の積層方向に延伸する領域ごとに変えることにより、種々の機能を有する半導体光素子を実現する技術が提案されている（たとえば特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２４２７１８号公報
【特許文献２】特開平９−２３０３７号公報
【特許文献３】特開平１０−２００１９０号公報
【特許文献４】特開２００１−１５８５９号公報
【特許文献５】特開２０１１−１０３４９４号公報
【特許文献６】特開平６−７７５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体レーザ素子をはじめとする半導体光素子の特性向上のためには、領域間のバンドギャップエネルギーの差をさらに拡大することが求められている。特に、従来のＩＦＶＤ法による混晶化ではバンドギャップ差が拡大しづらいことが課題となっていた。【０００８】
また、従来のＩＦＶＤ法による端面透明化技術を用いた半導体レーザ素子では、投入する電力に対する光出力の割合である電力変換効率が低くなる場合がある。【０００９】
また、従来のＩＦＶＤ法による混晶化による端面透明化技術を用いた半導体素子の製造方法では、混晶度の異なる非窓領域と窓領域とを形成するために、組成の異なる２枚以上の誘電体膜を半導体上部に形成する工程を含む必要があった。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体光素子は、光導波層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記半導体積層部の最表面と前記光導波層との間に、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、原子空孔の拡散を促進する機能を有する第２不純物とを含み、前記半導体積層部は、前記不純物のうち、少なくとも一方の含有量が異なり、かつ前記積層方向に延伸する２つ以上の領域を含み、前記２つ以上の領域のうち、少なくとも１つの領域は、前記第１不純物と前記第２不純物の両方を含み、前記２つ以上の領域は、互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なることを特徴とする。【００１２】
本発明に係る半導体レーザ素子は、活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む前記積層方向に延伸する非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた前記積層方向に延伸する窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、前記半導体積層部の最表面と前記活性層との間に前記原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、前記原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を含み、前記非窓領域は、前記第１不純物の含有量が、前記窓領域の前記第１不純物の含有量よりも多く、かつ、前記第２不純物を含むことを特徴とする。【００１３】
本発明に係る半導体レーザ素子は、活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む前記積層方向に延伸する非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた前記積層方向に延伸する窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、前記半導体積層部の最表面と前記活性層との間に前記原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物と、前記原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物を含み、前記窓領域は、前記第２不純物の含有量が、前記非窓領域の前記第２不純物の含有量よりも多く、かつ、前記第１不純物を含むことを特徴とする。【００１４】
本発明に係る半導体レーザ素子は、活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子であって、前記半導体積層部の非窓領域における最表層領域に、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物と、原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物とを含み、前記最表層領域において、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数が小さい不純物の含有量が多いことを特徴とする。【００１５】
本発明に係る半導体レーザモジュールは、上記の半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザモジュールであって、前記半導体レーザ素子の温度を調整せずに動作させることを特徴とする。【００１６】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、光導波層を有する半導体積層部を備え、互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なる２つ以上の領域を含む半導体光素子の製造方法であって、前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である第１の領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、を含み、前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層に原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物を含む第２不純物含有層を形成する工程と、前記第２不純物含有層の表層に原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物を含む第１不純物含有層を形成する工程と、前記第１の領域において前記形成した第１不純物含有層の少なくとも一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。【００１７】
本発明に係る半導体光素子の製造方法は、光導波層を有する半導体積層部を備え、互いに、前記光導波層の原子空孔拡散による混晶度と、前記光導波層のバンドギャップエネルギーとが異なる２つ以上の領域を含む半導体光素子の製造方法であって、前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、前記２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である第１の領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、を含み、前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層に原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１導電型の第１不純物を含む第１不純物含有層を形成する工程と、前記第１不純物含有層の表層に原子空孔拡散を促進する機能を有する第１導電型の第２不純物を含む第２不純物含有層を形成する工程と、前記２つ以上の領域のうち少なくとも１つの領域である前記第１の領域とは別の第２の領域において前記形成した第２不純物含有層の少なくとも一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。【００１８】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、活性層を有する半導体積層部を備え、前記半導体積層部は、前記活性層の一部を含む非窓領域と、少なくともレーザ光出射側端面に隣接する領域に形成され、前記活性層の他の一部を含み、原子空孔が拡散されて前記非窓領域よりもバンドギャップエネルギーが高くされた窓領域とを有する端面発光型の半導体レーザ素子の製造方法であって、前記半導体積層部を形成する半導体積層部形成工程と、前記半導体積層部に誘電体膜を形成する膜形成工程と、前記窓領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、を含み、前記半導体積層部形成工程は、前記半導体積層部の最表層領域における不純物の含有量を、前記第１不純物と前記第２不純物とのうち、拡散係数の小さい不純物を多くする工程を含むことを特徴とする。【００１９】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、半導体積層構造において、第１領域と、原子空孔の拡散によって前記第１領域より混晶度が大きくされた第２領域と、を有する半導体素子の製造方法であって、前記半導体積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造のうち、前記第１領域よりも、前記第２領域を、熱処理によって前記混晶化がされやすい状態とする第１熱処理準備工程と、前記第１領域の最表面と前記第２領域の最表面とを、一様な媒質に接触させる第２熱処理準備工程と、前記第２領域において前記原子空孔を生成し拡散させる熱処理工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、混晶化に伴う課題の少なくとも一つが解決された半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す半導体レーザ素子のｘ−ｙ面における断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示す半導体レーザ素子のｘ−ｚ面における断面図である。
【図３】図３は、半導体レーザ素子の製造方法のフロー図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子における促進膜のＧａ原子の吸収による原子空孔生成過程を説明する図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１２】図１２は、熱処理を行う前後の半導体積層部の各層のＣ濃度を表す二次イオン質量分析結果の図である。
【図１３】図１３は、熱処理を行う前と、熱処理後の窓領域および非窓領域との半導体レーザ素子のフォトルミネッセンス波長を表すスペクトルである。
【図１４】図１４は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１５】図１５は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１６】図１６は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１７】図１７は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１８】図１８は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図２１】図２１は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２２】図２２は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２３】図２３は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２４】図２４は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２５】図２５は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図２６】図２６は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２７】図２７は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２８】図２８は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図２９】図２９は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図３０】図３０は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図３１】図３１は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図３２】図３２は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図３３】図３３は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図３４】図３４は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図３５】図３５は、促進種および抑制種の含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す概略図である。
【図３６】図３６は、非窓領域と窓領域とのｐ型半導体層領域における促進種の含有量を変化させた場合のバンドギャップエネルギーの変化を表す概略図である。
【図３７】図３７は、非窓領域と窓領域とのｐ型半導体層領域における抑制種の含有量を変化させた場合のバンドギャップエネルギーの変化を表す概略図である。
【図３８】図３８は、窓領域のｐ型半導体層領域に促進種が含有され、非窓領域のｐ型半導体層領域に抑制種が含有される場合の不純物の含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す概略図である。
【図３９】図３９は、実施例１に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。
【図４０】図４０は、ｐ型半導体層領域にＣおよびＺｎの２種類が含有される場合の窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有層のエッチング量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。
【図４１】図４１は、実施例２に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。
【図４２】図４２は、ｐ型半導体層領域にＣおよびＺｎの２種類が含有される場合の窓領域のｐ型半導体層領域におけるＣ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。
【図４３】図４３は、実施例３および実施例４に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。
【図４４】図４４は、ｐ型半導体層領域にＺｎのみが含有され、Ｚｎが促進種として機能する場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。
【図４５】図４５は、ｐ型半導体層領域にＺｎのみが含有され、Ｚｎが抑制種として機能する場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。
【図４６】図４６は、実施例５に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。
【図４７】図４７は、ｐ型半導体層領域にＣのみが含有される場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＣ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。
【図４８】図４８は、実施の形態６に係る半導体レーザモジュールの筐体を切り欠いて示した側面図の一例である。
【図４９】図４９は、実施の形態７に係る半導体光素子の模式的な斜視図である。
【図５０】図５０は、実施の形態７に係る半導体光素子のｘ−ｙ面における断面図である。
【図５１】図５１は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５２】図５２は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５３】図５３は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５４】図５４は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５５】図５５は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５６】図５６は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５７】図５７は、実施の形態７に係る半導体光素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図５８Ａ】図５８Ａは、実施の形態８に係る半導体レーザ素子のｘ−ｙ面における断面図である。
【図５８Ｂ】図５８Ｂは、実施の形態８に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図５９】図５９は、半導体レーザ素子の製造方法のフロー図である。
【図６０】図６０は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６１】図６１は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６２】図６２は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６３】図６３は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６４】図６４は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６５】図６５は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６６Ａ】図６６Ａは、ＲＴＡの前後におけるＣおよびＺｎの含有量の変化を説明する概略図である。
【図６６Ｂ】図６６Ｂは、ＲＴＡの前後におけるＣおよびＺｎの含有量の変化を説明する概略図である。
【図６６Ｃ】図６６Ｃは、ＲＴＡの前後におけるＣおよびＺｎの含有量の変化を説明する概略図である。
【図６７】図６７は、実施例６に係る半導体レーザ素子と比較例６に係る半導体レーザ素子との電流−電圧特性を示す図である。
【図６８】図６８は、実施例６に係る半導体レーザ素子と比較例６に係る半導体レーザ素子との電流−光出力特性を示す図である。
【図６９】図６９は、実施の形態９に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図７０】図７０は、実施の形態９に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７１】図７１は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図７２】図７２は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７３】図７３は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７４】図７４は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７５】図７５は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７６】図７６は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７７】図７７は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図７８】図７８は、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図７９】図７９は、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図８０Ａ】図８０Ａは、実施の形態１２に係る製造方法で製造することができる半導体素子のｘ−ｙ面における断面図である。
【図８０Ｂ】図８０Ｂは、実施の形態１２に係る製造方法で製造することができる半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図８１】図８１は、半導体素子の製造方法のフロー図である。
【図８２】図８２は、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図８３】図８３は、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図８４】図８４は、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図８５】図８５は、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図８６】図８６は、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図８７】図８７は、実施例１０における第２領域のｐ型コンタクト層のエッチング量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を表す図である。
【図８８】図８８は、実施の形態１０に係る半導体積層構造の第１領域の最上面と第２領域の最上面との上に、一様に誘電体膜が形成されている様子を表す断面ＳＥＭ写真である。
【図８９】図８９は、変形例１に係る製造方法による半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図９０】図９０は、変形例１に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９１】図９１は、変形例２に係る製造方法による半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図９２】図９２は、変形例２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９３】図９３は、変形例２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９４】図９４は、変形例３に係る半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図９５】図９５は、変形例３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９６】図９６は、変形例３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９７】図９７は、変形例３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図９８】図９８は、変形例４に係る半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図９９】図９９は、変形例４に係る半導体素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１００】図１００は、変形例５に係る半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図１０１】図１０１は、変形例５に係る半導体素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図１０２】図１０２は、実施の形態１３に係る製造方法で製造することができる半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。
【図１０３】図１０３は、実施の形態１３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図１０４】図１０４は、実施の形態１３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図１０５】図１０５は、実施の形態１３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図１０６】図１０６は、実施例１１における第２領域の平均表面粗さとバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を表す図である。
【図１０７】図１０７は、実施の形態１４に係る製造方法で製造することができる半導体素子のｘ−ｙ面における断面図である。
【図１０８】図１０８は、実施の形態１４に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図１０９】図１０９は、実施の形態１４に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図１１０】図１１０は、実施の形態１４に係る半導体素子の製造方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２３】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る半導体光素子について説明する。本実施の形態１に係る半導体光素子は、半導体レーザ素子であって、リッジ構造を有しており、これによって光の幅方向の閉じ込めと電流狭窄構造とを実現するものである。
【００２４】
図１は、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。以下では、図１に示すように、半導体の積層方向に垂直かつレーザ光の出射方向に垂直な方向をｘ軸、半導体の積層方向をｙ軸、レーザ光の出射方向をｚ軸とする。図１に示すように、この半導体レーザ素子１００は、素子本体１の光出射端面側に形成された反射率が例えば１０％以下の低反射率膜２と、光出射端面側と対向する後端面側に形成された反射率が例えば９０％以上の高反射率膜３とを有している。そして、半導体レーザ素子１００は低反射率膜２を介してレーザ光Ｌを出射する。
【００２５】
図２Ａは、図１に示す半導体レーザ素子のｘ−ｙ面における断面図であり、図２Ｂは、図１に示す半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。図２Ａに示すように、この半導体レーザ素子１００は、ｎ側電極である下部電極４を底面に形成したｎ型のＧａＡｓからなる基板５と、基板５上に順次形成された、ｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８を有するｎ型半導体層領域９と、活性層１０と、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３を有するｐ型半導体層領域１４とからなる半導体積層部１５とを備えている。ここで、ｐ型コンタクト層１３は、ｐ型コンタクト層１３ａとｐ型コンタクト層１３ｂとの２層からなる。また、ｐ型コンタクト層１３は断面が台形であり、ｚ軸方向に延伸したストライプ形状を有している。これによって半導体レーザ素子１００はリッジ構造となっている。また、半導体レーザ素子１００は、ｐ型半導体層領域１４上に形成された絶縁膜１６と、絶縁膜１６が形成されていないリッジ構造の台形の上底を介してｐ型コンタクト層１３に接触するｐ側電極である上部電極１７とを備えている。
【００２６】
ｎ型バッファ層６は、ＧａＡｓからなり、基板５上に高品質のエピタキシャル層の積層構造を成長するための緩衝層である。ｎ型クラッド層７とｎ型ガイド層８とは、積層方向に対する所望の光閉じ込め状態を実現するように、屈折率と厚さが設定されたＡｌＧａＡｓからなる。なお、ｎ型ガイド層８のＡｌ組成は、２０％以上４０％未満であることが望ましい。また、ｎ型クラッド層７は、ｎ型ガイド層８よりも屈折率が小さくなっている。また、ｎ型ガイド層８の厚さは、５０ｎｍ以上、たとえば１０００ｎｍ程度であることが望ましい。ｎ型クラッド層７の厚さは、１μｍ以上、３μｍ程度が望ましい。また、これらのｎ型半導体層領域９は、ｎ型ドーパントとしてたとえば珪素（Ｓｉ）を含む。
【００２７】
活性層１０は、下部バリア層１０ａ、量子井戸層１０ｂ、上部バリア層１０ｃを備え、単一の量子井戸（ＳＱＷ）構造を有する。下部バリア層１０ａおよび上部バリア層１０ｃは、量子井戸層１０ｂにキャリアを閉じ込める障壁の機能を有し、故意にドーピングをしない高純度のＡｌＧａＡｓからなる。量子井戸層１０ｂは、故意にドーピングをしない高純度のＩｎＧａＡｓからなる。量子井戸層１０ｂのＩｎ組成および膜厚、下部バリア層１０ａおよび上部バリア層１０ｃの組成は、所望の発光中心波長（たとえば０．９８μｍ）に応じて設定される。なお、活性層１０の構造は、量子井戸層１０ｂとその上下に形成されたバリア層の積層構造を所望の数だけ繰り返した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造でもよいし、下部バリア層１０ａおよび上部バリア層１０ｃの無いバルク構造としてもよい。また、上記では、故意にドーピングをしない高純度層での構成を説明したが、量子井戸層１０ｂ、下部バリア層１０ａおよび上部バリア層１０ｃに故意にドナーやアクセプタが添加される場合もある。
【００２８】
ｐ型ガイド層１１およびｐ型クラッド層１２は、上述のｎ型クラッド層７およびｎ型ガイド層８と対になり、積層方向に対する所望の光閉じ込め状態を実現するように、屈折率と厚さが設定されたＡｌＧａＡｓからなる。ｐ型ガイド層１１のＡｌ組成は、２０％以上４０％未満であることが望ましい。ｐ型クラッド層１２はｐ型ガイド層１１よりも屈折率が小さくなっている。層中の光のフィールドをｎ型クラッド層７の方向にずらして導波路損失を小さくするために、ｐ型クラッド層１２のＡｌ組成はｎ型クラッド層７に比べて若干大きめに設定される。そして、ｐ型ガイド層１１のＡｌ組成は、ｐ型クラッド層１２のＡｌ組成に比べ小さく設定される。また、ｐ型ガイド層１１の厚さは、５０ｎｍ以上、例えば１０００ｎｍ程度であることが望ましい。ｐ型クラッド層１２の厚さは、１〜３μｍ程度が望ましい。また、これらのｐ型半導体層領域１４は、ｐ型ドーパントとして炭素（Ｃ）を含む。ｐ型ガイド層１１のＣ濃度は、例えば０．１〜１．０×１０１７ｃｍ−３に設定され、０．５〜１．０×１０１７ｃｍ−３程度が好適である。ｐ型クラッド層１２のＣ濃度は、例えば１．０×１０１７ｃｍ−３以上に設定される。
【００２９】
ｐ型コンタクト層１３は、ｐ型の不純物として、例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５．０×１０２０ｃｍ−３程度のＣがドーピングされたＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１３ａと、ｐ型の不純物として例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５．０×１０２０ｃｍ−３程度の亜鉛（Ｚｎ）がドーピングされたＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１３ｂとからなる。なお、ＣおよびＺｎは製造過程におけるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）による原子空孔の拡散を促進、または、抑制する機能を有する。また、ＣおよびＺｎそれ自体がＲＴＡにより拡散される場合があるが、本実施の形態１において、ＲＴＡの温度や時間等の条件は、ＣおよびＺｎがＲＴＡにより活性層１０まで拡散されることがないように調整されている。また、絶縁膜１６はたとえばＳｉＮｘからなる。また、上部電極１７は、ｐ型コンタクト層１３の半導体材料とオーミック接触する金属材料からなる。
【００３０】
上部電極１７は、絶縁膜１６により窓領域１５ｂにおいて、半導体積層部１５の最表面であるｐ型コンタクト層１３と離間している。これによって、半導体レーザ素子１００は、非窓領域１５ａ上へ選択的に電流注入領域が形成される。なお、絶縁膜１６によらず、非窓領域１５ａの直上部に選択的に上部電極１７を形成することによって、窓領域１５ｂへの電流の注入を抑制してもよい。
さらに、この半導体レーザ素子１００は、絶縁膜１６により上部電極１７とｐ型半導体層領域１４の接触面積を制限することによって電流狭窄構造が実現されている。すなわち、上部電極１７からｐ型半導体層領域１４を介して注入されるホールキャリアは、その電流経路が半導体積層部１５の最表面であるｐ型コンタクト層１３に接する開口部１６ａにより狭窄された電流注入領域に限られ、電流密度が高められた状態で効率よく活性層１０に注入され、レーザ光Ｌのレーザ発振に利用される。
【００３１】
ここで、半導体積層部１５は、非窓領域１５ａと、活性層１０のバンドギャップエネルギーが非窓領域１５ａよりも大きい窓領域１５ｂとを有している。非窓領域１５ａおよび窓領域１５ｂは、半導体積層部１５において、積層方向に延伸している２つの領域である。図２Ｃは、図１に示す半導体レーザ素子のｘ−ｚ面における断面図である。図２Ｃに示すように、窓領域１５ｂは、非窓領域１５ａを囲むように、半導体レーザ素子１００の四方の端面領域に形成されている。すなわち、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの境界は、半導体レーザ素子１００における光の導波方向に対して、半導体レーザ素子１００の中央部では光の導波方向に沿って形成され、半導体レーザ素子１００の両端部では光の導波方向を横切って形成されている。なお、この窓領域１５ｂは、ＲＴＡによる原子空孔の拡散によって十分に混晶化された領域であり、非窓領域１５ａよりも混晶度が大きい。これによって、窓領域１５ｂの活性層１０のバンドギャップエネルギーと非窓領域１５ａの活性層１０のバンドギャップエネルギーとの差がたとえば１０ｍｅＶ以上とされている。なお、１ｅＶは約１．６０×１０−１９ジュールである。
【００３２】
なお、窓領域とは、活性層の中央付近の、電流を注入されて発光するべき領域のバンドギャップエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい領域であって、十分に混晶化されている領域である。また、非窓領域とは、窓領域でない領域であって、混晶化が抑制された領域である。したがって、非窓領域と窓領域との原子空孔拡散による混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差が大きいほど、窓領域におけるレーザ光の吸収が少なくなり、ＣＯＤの発生が抑制される。
【００３３】
さらに、半導体レーザ素子１００は、電流注入領域と窓領域１５ｂとが離間し、窓領域１５ｂへの電流注入が抑制された構造である。窓領域１５ｂに電流を注入してしまうと、注入された電流によって発熱が生じる。ここで、半導体については、一般に温度が上昇するとバンドギャップが狭くなることが知られている。したがって、窓領域１５ｂに電流を注入すると、窓領域１５ｂのバンドギャップが狭くなる。すると、活性層１０の混晶化による窓領域１５ｂと非窓領域１５ａとのバンドギャップエネルギーの差が小さくなってしまう場合がある。
本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、半導体積層部１５の非窓領域１５ａにおける最表面に位置し、かつ窓領域１５ｂからは離間した電流注入領域を形成することで、窓領域１５ｂと非窓領域１５ａとのバンドギャップエネルギー差の減少が防止されるので、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えた半導体レーザ素子を実現している。
【００３４】
つぎに、この半導体レーザ素子１００の動作について説明する。まず、下部電極４と上部電極１７の間に電圧を印加して、ｎ型半導体層領域９とｐ型半導体層領域１４とから活性層１０にキャリアを注入する。このとき、上部電極１７からｐ型半導体層領域１４を介して注入されるホールキャリアは、その電流経路が絶縁膜１６により開口部１６ａに狭窄されて、電流密度が高められた状態で効率よく活性層１０に注入される。このとき、電流が注入される幅である開口部１６ａの幅を電流注入幅とする。電流を注入された活性層１０は所定の発光中心波長を有する光を発光する。発光した光は、ｘ軸方向はリッジ構造によって、ｙ軸方向はガイド層とクラッド層との屈折率差によって、活性層１０の近傍に閉じ込められて導波しながら、活性層１０の光増幅作用と、低反射率膜２と高反射率膜３とが形成する光共振器によってレーザ発振する。これによって、図１に示すように半導体レーザ素子１００はレーザ光Ｌを出射する。
【００３５】
なお、半導体レーザ素子１００は、電流注入幅が、例えば６μｍで５００ｍＷ以上の光強度でシングルモード発振する構成であってよい。このとき、半導体レーザ素子１００の電流注入幅１μｍあたりの最大光出力は、８０ｍＷ／μｍ以上となる。また、半導体レーザ素子１００は、電流注入幅が、例えば１００μｍで１１Ｗ以上の光強度でマルチモード発振する構成であってよい。このとき、半導体レーザ素子１００の電流注入幅１μｍあたりの最大光出力は、１１０ｍＷ／μｍ以上となる。このように、高出力なレーザにおいては、単位電流注入幅あたりの光出力が非常に大きくなるため、ＣＯＤが発生しやすくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、ＣＯＤの発生が抑制されているため、このような高出力下においても信頼性の高い半導体レーザ素子を実現することができる。
【００３６】
ここで、図２Ｂに示すように、半導体レーザ素子１００の窓領域１５ｂにはｐ型コンタクト層１３ｂが形成されていない。つまり、窓領域１５ｂと非窓領域１５ａとの半導体積層部１５の最表面と活性層１０の間であるｐ型半導体層領域１４の厚さが異なる。これは、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとに一様にＺｎをドーピングしたｐ型コンタクト層１３ｂを形成した後、ＲＴＡを行う前に窓領域１５ｂにおけるｐ型コンタクト層１３ｂを、エッチング等によって除去したためである。これによって、ＲＴＡを行った後においても、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量が、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量よりも多い状態とすることができる。
また、Ｚｎは後述する理由により、Ｃとともにドーピングされた場合、活性層１０の混晶化を抑制する機能を有する第１不純物である。したがって、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量が、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量より多いことによって、非窓領域１５ａの混晶化が抑制され、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの原子空孔拡散による混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差が大きくなり、端面におけるレーザ光の吸収が減少し、ＣＯＤが抑制される。
ここで、上述したように、窓領域１５ｂの活性層１０のバンドギャップエネルギーと非窓領域１５ａの活性層１０のバンドギャップエネルギーとの差は、たとえば１０ｍｅＶ以上とされている。このような十分なバンドギャップエネルギーの差は、窓領域１５ｂの第１不純物の含有量を、非窓領域１５ａの第１不純物の含有量よりも３．５×１０１３ｃｍ−２以上少なくする、または、窓領域１５ｂの第２不純物の含有量を、非窓領域１５ａの第２不純物の含有量よりも３．５×１０１３ｃｍ−２以上多くすることによって実現することができる。なお、ｐ型半導体層領域１４における不純物含有量は、不純物を含有するｐ型ガイド層１１〜ｐ型コンタクト層１３の不純物の総和であり、各不純物含有層のドーピング濃度と層厚との積分によって求められる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量が、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量よりも多いことによって、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えた半導体レーザ素子を実現することができる。
【００３８】
つぎに、この半導体レーザ素子１００の製造方法の一例について説明する。図３は、半導体レーザ素子の製造方法のフロー図である。図３に示すように、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の製造方法は、半導体積層部形成工程（ステップＳ１０１）と、促進膜形成工程（ステップＳ１０２）と、抑制膜形成工程（ステップＳ１０３）と、熱処理工程（ステップＳ１０４）と、リッジ構造形成工程（ステップＳ１０５）とを含むものである。
【００３９】
以下、各工程について説明する。なお、各工程において示した数値は例示であり、本実施の形態１はこの数値に限定されるものではない。
（半導体積層部形成工程）
まず、ステップＳ１０１の半導体積層部形成工程について説明する。この工程では、はじめに、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、基板５上にｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８、活性層１０、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３をエピタキシャル成長する。ここで、ｐ型コンタクト層１３ａには、ｐ型の第２不純物であるＣ（Ｃ２１）がドーピングされており、ｐ型コンタクト層１３ｂには、ｐ型の第１不純物であるＺｎ（Ｚｎ２２）がドーピングされている。
【００４０】
つぎに、図５および図６に示すように、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い窓領域１５ｂに対応する領域のｐ型コンタクト層１３ｂを除去する。さらに、図７に示すように、フォトレジスト１３１を除去する。これによって、基板５からｐ型コンタクト層１３によって構成される半導体積層部１５が形成される。
【００４１】
（促進膜形成工程）
つぎに、ステップＳ１０２の促進膜形成工程について説明する。この工程では、原子空孔拡散によって混晶化を行い、窓領域１５ｂを形成するため、促進膜３２を形成する。この方法は、ＩＦＶＤ法とも呼ばれる。まず、半導体積層部１５の上面に、ＳｉＮ絶縁膜である促進膜３２を形成する。つぎに、図８に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、非窓領域１５ａを形成すべき領域の促進膜３２を除去する。これによって、窓領域１５ｂとなる領域の上面に、促進膜３２が形成される。
【００４２】
（抑制膜形成工程）
つぎに、ステップＳ１０３の抑制膜形成工程について説明する。この工程では、図９に示すように、ＳｉＮ絶縁膜である抑制膜３３を形成する。
ここで、促進膜３２は、例えば屈折率が１．９の疎なＳｉＮ絶縁膜であり、抑制膜３３は、例えば屈折率が２．０の緻密なＳｉＮ絶縁膜である。ただし、ＲＴＡの条件によって、促進膜３２と抑制膜３３とのうち、どちらが緻密なＳｉＮ絶縁膜で、どちらが疎なＳｉＮ絶縁膜であるかの関係が入れ替わることがあることに留意すべきである（特許文献５参照）。
また、本実施の形態１においては、促進膜を形成後、非窓領域１５ａを形成すべき領域の促進膜を除去し、抑制膜を形成したが、抑制膜を形成後、窓領域１５ｂを形成すべき領域の抑制膜を除去し、促進膜を形成しても構わない。また、本実施の形態１において、促進膜または抑制膜として、ＳｉＮｘからなる膜を用いたが、促進膜または抑制膜として、ＳｉＯｘ、ＺｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＯｘＮｙ、ＴｉＯｘ、ＴｉＮｘ、ＴｉＯｘＮｙ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ等からなる膜を用いることができる。
【００４３】
（熱処理工程）
つぎに、ステップＳ１０４の熱処理工程について説明する。この工程では、ＲＴＡにより短時間の熱処理を行う。ここで、ＲＴＡによる熱処理を行うと、図１０に促進膜３２の場合について例示すように、促進膜３２および抑制膜３３によってＧａ原子２４が吸収され、ｐ型コンタクト層１３ａ、１３ｂの表面上に原子空孔２３が発生する。この原子空孔２３が拡散種として拡散し、各半導体層、特に活性層１０が混晶化される。このとき、ｐ型コンタクト層１３ａに接するように促進膜３２が形成されている領域においては、疎な促進膜３２によって活性層１０の混晶化が促進され、図１１に示すように窓領域１５ｂが形成される。
【００４４】
これに対し、ｐ型コンタクト層１３ｂに接するように抑制膜３３が形成されている領域においては、緻密な抑制膜３３によって活性層１０の混晶化が抑制され、図１１に示すように非窓領域１５ａが形成される。
【００４５】
ここで、ＲＴＡによって、図１０に示す促進膜３２および抑制膜３３によるＧａ原子２４の吸収による原子空孔生成過程と並行して、ドーピングされた不純物による混晶化を促進する過程と、ドーピングされた不純物による混晶化を抑制する過程とが進行する。混晶化を促進する過程は、ドーピングされた不純物が熱拡散により空孔拡散を増進させる、あるいは、ドーピングされた不純物が熱拡散してＧａ原子２４のキックアウト現象を引き起こすことによると想定される。また、混晶化を抑制する過程は、ドーピングされた不純物が熱拡散して原子空孔２３を埋めることによると想定される。これらの過程がＲＴＡによって同時に進行するが、不純物の種類や濃度、不純物の組み合わせ、ＲＴＡの温度や時間、促進膜および抑制膜の条件等によって、どの過程による効果が支配的となるかが決まる。
【００４６】
そこで、本実施の形態１において、不純物の種類や濃度、不純物の組み合わせ、ＲＴＡの温度や時間、促進膜および抑制膜の条件等は、窓領域１５ｂの活性層１０と、非窓領域１５ａの活性層１０との混晶度の差が大きくなるように最適化されている。また、ＲＴＡの温度や時間等の条件は、不純物がＲＴＡにより活性層１０まで拡散しないように調整されている。これは、活性層１０に不純物が導入され、不純物の光吸収により半導体レーザ素子の出力特性が劣化することを防止するためである。
【００４７】
以下において、ドーピングすることによって原子空孔２３の拡散、生成またはその両方を促進することにより混晶化を促進する第２不純物を促進種、ドーピングすることによって原子空孔２３の拡散、生成またはその両方を抑制することにより混晶化を抑制する第１不純物を抑制種とする。このとき、ｐ型半導体層領域１４に含有される促進種の量を増やすにつれて、混晶化は促進され、混晶度、および、バンドギャップエネルギーはより増大する。一方、ｐ型半導体層領域１４に含有される抑制種の量を増やすにつれて、混晶化は抑制され、混晶度、および、バンドギャップエネルギーの増大も抑制される。
【００４８】
本実施の形態１において、Ｃ２１は促進種として機能し、Ｚｎ２２は抑制種として機能する。このとき、エッチングによりｐ型コンタクト層１３ｂが除去されることで抑制種であるＺｎ２２が減らされている窓領域１５ｂにおいては、Ｃ２１による混晶化の促進が顕著となる。一方で、抑制種であるＺｎ２２をより多く含む非窓領域１５ａにおいては、Ｚｎ２２により混晶化が抑制される。このように非窓領域１５ａにおけるｐ型半導体層領域１４に抑制種であるＺｎ２２がより多く含まれるように、不純物の含有量に差をつけることで、混晶度に差がつき、バンドギャップエネルギーの差も大きくなる。したがって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとにおいてＺｎ２２の含有量に差をつけない従来技術よりもＣＯＤの発生を抑制する効果が顕著となる。
【００４９】
なお、本熱処理による活性層１０の混晶化は、原子空孔拡散によって、ＳＱＷの組成が変わり、バンドギャップエネルギーが変わるのであって、熱処理によってＣやＺｎ等の不純物を活性層１０に導入するわけではない。すなわち、故意にドーピングをしない高純度のＩｎＧａＡｓからなる量子井戸層１０ｂは、ＡｌＧａＡｓからなる下部バリア層１０ａおよび上部バリア層１０ｃ等からの原子空孔拡散によって混晶化する。このように混晶度が増大すると、活性層１０のバンドギャップエネルギーが増大する。
【００５０】
図１２は、熱処理を行う前後の半導体積層部の各層のＣ濃度を表す二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）結果の図である。横軸は半導体積層部におけるスパッタリング時間を示しており、破線の位置が活性層の位置に対応する。また、縦軸において、１Ｅ＋１７は１×１０１７を示している。図１２に示すように、熱処理（ＩＦＶＤプロセス）によって活性層１０のＣ濃度は変化しておらず、不純物が活性層１０に導入されていないことがわかる。次に、図１３は、熱処理を行う前と、熱処理後の窓領域および非窓領域との半導体レーザ素子のフォトルミネッセンス波長（ＰＬ波長）を表すスペクトルである。図１３から、窓領域のＰＬ波長が非窓領域のＰＬ波長より短くなっていることが分かる。つまり図１３は、窓領域のバンドギャップエネルギーおよび混晶度が、非窓領域のバンドギャップエネルギーおよび混晶度より大きくなっていることを示す。なお、熱処理の前後でＰＬ波長の半値幅は、熱処理前では１６．４ｎｍ、熱処理後の非窓領域では１６．５ｎｍ、熱処理後の窓領域では１６．７ｎｍとほとんど変化していない。たとえば、活性層１０に不純物が導入された場合なら、不純物準位が形成されるため、そのＰＬ波長の半値幅は広がるはずであるから、この結果からも活性層１０に不純物が導入されていないことがわかる。つまり、図１２、図１３から、窓領域における活性層の混晶化は不純物拡散ではなく、原子空孔拡散により起きていると言える。
【００５１】
（リッジ構造形成工程）
つぎに、ステップＳ１０５のリッジ構造形成工程について説明する。この工程では、図１４に示すように、促進膜３２、抑制膜３３を除去した後に、フォトリソグラフィ工程によってｐ型コンタクト層１３上にレジストからなるリッジ構造形成のためのストライプパターンＰ１を形成する。つぎに、図１５に示すように、ｐ型コンタクト層１３を台形状にエッチングし、その後ストライプパターンＰ１を除去し、図１６に示すリッジ構造を形成する。さらに、絶縁膜１６を形成し、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行って、図１７に示すように、上部電極１７がｐ型コンタクト層１３に接触するための開口部１６ａを形成する。
【００５２】
その後、上部電極１７と、基板５の底面の下部電極４とを形成し、基板５をへき開してそのへき開面に低反射率膜２と高反射率膜３とを形成し、さらに素子ごとにカッティングすることによって、半導体レーザ素子１００が完成する。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００は、ｐ型コンタクト層１３にドーピングする不純物の種類、濃度、さらには組み合わせによって、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４における不純物の含有量と、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４における不純物の含有量とに差をつけることによって、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えている。
【００５４】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ素子について説明する。図１８は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００から、窓領域１５ｂにおけるｐ型コンタクト層１３ａと、非窓領域１５ａにおけるｐ型コンタクト層１３ｂとを除去した構造である。
【００５５】
図１９は、実施の形態２に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。図１９に示すように、本実施の形態２に係る半導体積層部１５は、図３に示した実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の製造方法の一例において、熱処理工程を終えた後、さらにエッチングを行い、窓領域１５ｂに対応する領域のｐ型コンタクト層１３ａと、非窓領域１５ａに対応する領域のｐ型コンタクト層１３ｂとを除去している。その後、実施の形態１と同様に、リッジ構造形成工程等を施し、最終的な半導体レーザ素子２００となる。
【００５６】
ここで、本実施の形態２に係る半導体レーザ素子２００においては、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層１３ａと、非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層１３ｂとを除去する以前に、ＲＴＡによって、すでに活性層１０の混晶化が行われている。したがって、ｐ型コンタクト層１３ａにドーピングされたＣ２１は促進種として、ｐ型コンタクト層１３ｂにドーピングされたＺｎ２２は抑制種として、すでにそれぞれの機能を果たしている。このとき、Ｚｎ２２は拡散しやすいため、ｐ型コンタクト層１３ｂのＺｎ２２の濃度は低下している。そのため、ｐ型コンタクト層１３ｂが上部電極１７と接すると、上部電極１７から注入された電流に対する抵抗が高くなってしまう。これにより発光効率の悪化を招くこととなる。一方で、Ｃ２１はＺｎ２２に比べ拡散しにくい原子であるため、ＲＴＡを行った後もｐ型コンタクト層１３ａにドーピングされたＣ２１は、濃度がほとんど低下していない。そこで、エッチング等によりｐ型コンタクト層１３ｂを除去し、ｐ型コンタクト層１３ａを最表面に露出させ、上部電極１７と接させることで、抵抗の増加を防いでいる。また、窓領域１５ｂの表面は、ｐ型コンタクト層１３ａとしてもよいが、ＡｌＧａＡｓから成る抵抗の高いｐ型クラッド層１２とすることで、非窓領域１５ａへの電流注入効果を更に高めることができるのでより好ましい。
【００５７】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザ素子について説明する。図２０は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態３に係る半導体レーザ素子３００は、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００において、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層１３ｂが除去された構造とは異なり、非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層３１３ｂが除去された構造である。なお、ｐ型コンタクト層３１３ｂは、ｐ型コンタクト層３１３ａとともにｐ型コンタクト層３１３を構成している。また、ｐ型コンタクト層３１３ａにはＺｎ２２がドーピングされ、ｐ型コンタクト層３１３ｂにはＣ２１がドーピングされている。半導体レーザ素子３００は、ＲＴＡを行う前に非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層３１３ｂを除去することで、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＣ２１の含有量を、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＣ２１の含有量よりも多くしている。
【００５８】
ここで、本実施の形態３に係る半導体レーザ素子３００においては、非窓領域１５ａに対応する領域も含め一様にＣ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３１３ｂを形成した後、ＲＴＡを行う前に非窓領域１５ａに対応する領域におけるｐ型コンタクト層３１３ｂを、エッチング等によって除去している。これによって、ＲＴＡによりＣ２１が拡散された後においても、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＣ２１の含有量が、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＣ２１の含有量よりも多い状態とすることができる。
また、Ｃ２１はＺｎ２２とともにドーピングされることにより、活性層１０の混晶化を促進する促進種として機能する。したがって、窓領域１５ｂのＣ２１の含有量が多いことによって、窓領域１５ｂの混晶化が促進され、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差が大きくなり、端面におけるレーザ光の吸収が減少し、ＣＯＤが抑制される。
【００５９】
図２１〜図２４は、実施の形態３に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図２１に示すとおり、実施の形態１における半導体積層部形成工程において、実施の形態１と逆に、ｐ型コンタクト層３１３ａにＺｎ２２をドーピングし、ｐ型コンタクト層３１３ｂにＣ２１をドーピングしている。ここで、図２２に示すとおり、窓領域１５ｂに対応する領域にフォトレジスト１３１を形成する。つぎに、図２３に示すとおり、エッチングによって非窓領域１５ａに対応する領域のｐ型コンタクト層３１３ｂを除去する。その後、図２４に示すとおり、実施の形態１と同様に、促進膜形成工程と抑制膜形成工程とによって、促進膜３２と抑制膜３３とを形成する。そして、実施の形態１と同様に、熱処理工程とリッジ構造形成工程との工程を行い、最終的な半導体レーザ素子３００となる。
【００６０】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザ素子について説明する。図２５は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態４に係る半導体レーザ素子４００において、ｐ型コンタクト層４１３は積層方向には１層のみで形成されているが、非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層４１３ａにおいてはＺｎ２２を多く含有し、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層４１３ｂにおいてはＣ２１を多く含有する構造である。
【００６１】
ここで、本実施の形態４に係る半導体レーザ素子４００においては、非窓領域１５ａで含有量の多いＺｎ２２は抑制種として機能し、窓領域１５ｂで含有量の多いＣ２１は促進種として機能する。したがって、非窓領域１５ａの混晶化が抑制され、かつ、窓領域１５ｂの混晶化が促進され、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差が大きくなり、端面におけるレーザ光の吸収が減少し、ＣＯＤが抑制される。
【００６２】
図２６〜３０は、実施の形態４に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図２６に示すとおり、実施の形態１における半導体積層部形成工程において、Ｃ２１をドーピングしたｐ型コンタクト層４１３ｂを、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの両方に対応する領域に一様に形成する。つぎに、図２７に示すとおり、窓領域１５ｂに対応する領域にフォトレジスト１３１を残す。つぎに、図２８に示すとおり、エッチングによって非窓領域１５ａに対応する領域のｐ型コンタクト層４１３ｂを除去し、窓領域１５ｂに対応する領域のみにｐ型コンタクト層４１３ｂを形成する。さらに、図２９に示すとおり、フォトレジスト１３１をマスクとして用いて、エッチングした非窓領域１５ａに対応する領域のみにＺｎ２２をドーピングしたｐ型コンタクト層４１３ａを形成する。その後、図３０に示すとおり、実施の形態１と同様に、促進膜形成工程と抑制膜形成工程とによって、促進膜３２と抑制膜３３とを形成する。そして、実施の形態１と同様に、熱処理工程とリッジ構造形成工程との工程を行い、最終的な半導体レーザ素子４００となる。
【００６３】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザ素子について説明する。図３１は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態５に係る半導体レーザ素子５００は、ｐ型コンタクト層５１３ａにおいて、窓領域１５ｂにＣ２１を多く含有し、ｐ型コンタクト層５１３ｂにおいて、非窓領域１５ａにＺｎ２２を多く含有する構造である。ただし、本実施の形態５は、実施の形態４と異なり、イオン注入によってＣ２１およびＺｎ２２の含有量に差をつけている。
【００６４】
ここで、本実施の形態５に係る半導体レーザ素子５００においては、実施の形態４と同様に、非窓領域１５ａで含有量の多いＺｎ２２は抑制種として機能し、窓領域１５ｂで含有量の多いＣ２１は促進種として機能する。したがって、非窓領域１５ａの混晶化が抑制され、かつ、窓領域１５ｂの混晶化が促進され、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差が大きくなり、端面におけるレーザ光の吸収が減少し、ＣＯＤが抑制される。
【００６５】
図３２は、実施の形態５に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、図３２に示すとおり、実施の形態１における半導体積層部形成工程において、不純物をドーピングしていないＧａＡｓ層としてｐ型コンタクト層５１３となる層をｐ型クラッド層１２上に形成する。つぎに図３３に示すとおり、非窓領域１５ａに対応する領域のｐ型コンタクト層５１３ｂとなる部分にＺｎ２２を、窓領域１５ｂに対応する領域のｐ型コンタクト層５１３ａとなる部分にＣ２１を、それぞれイオン注入することによって選択的にドーピングする。これによって、ｐ型コンタクト層５１３が形成される。その後、図３４に示すとおり、実施の形態１と同様に、促進膜形成工程と抑制膜形成工程とによって、促進膜３２と抑制膜３３とを形成する。そして、実施の形態１と同様に、熱処理工程とリッジ構造形成工程との工程を行い、最終的な半導体レーザ素子５００となる。
【００６６】
以上の実施の形態によって説明したように、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子は、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４に促進種の不純物を多く含有させ、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４に抑制種の不純物を多く含有させることによって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差を大きくしている。これによって、従来技術より大きいバンドギャップエネルギー差を備えＣＯＤの発生を抑制する効果が顕著となり、信頼性の高い半導体レーザ素子が実現できる。
【００６７】
ここで、本実施の形態によって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における不純物含有量を変化させた場合に、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーがどのように変化するかを、概略図によって説明する。
【００６８】
図３５は、ｐ型半導体層領域１４における促進種および抑制種の含有量を変化させた場合の、熱処理によるバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）の変化を表す概略図である。図３５に示すとおり、促進種はｐ型半導体層領域１４におけるその含有量を増やす（紙面右方向）とＥｇシフト量が増大し、バンドギャップエネルギーが増大（紙面上方向）する。一方、抑制種はｐ型半導体層領域１４におけるその含有量を増やす（紙面右方向）とＥｇシフト量が減少し、バンドギャップエネルギーが減少（紙面下方向）する。
【００６９】
図３６は、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における促進種の含有量を変化させた場合の、熱処理によるバンドギャップエネルギーの変化を表す概略図である。抑制膜によって混晶化が抑制され、Ｅｇシフト量が小さい方が非窓領域１５ａ、促進膜によって混晶化が促進され、Ｅｇシフト量が大きい方が窓領域１５ｂである。図３６に示すとおり、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における促進種の含有量を変化させると、それぞれ含有量を増やすほどＥｇシフト量が増大する。ここで、従来技術に係る半導体レーザ素子においては、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの不純物含有量が同じであるので、ΔＥｇＡ１またはΔＥｇＡ２が非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差（ΔＥｇ）であった。一方、本発明の実施の形態の一つに係る半導体レーザ素子においては、非窓領域１５ａの促進種の含有量を小さくし、窓領域１５ｂの促進種の含有量を大きくしているので、ΔＥｇをΔＥｇＡ１またはΔＥｇＡ２より大きいΔＥｇＡ３とすることができる。したがって、本実施の形態により、従来技術より非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差を大きくし、ＣＯＤの発生をより顕著に抑制することができる。
【００７０】
また、図３７は、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における抑制種の含有量を変化させた場合の、熱処理によるバンドギャップエネルギーの変化を表す概略図である。図３７が示すように、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における抑制種の含有量を変化させると、それぞれ含有量を増やすほどＥｇシフト量が減少する。ここで、従来技術に係る半導体レーザ素子においては、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの不純物含有量が同じであるので、ΔＥｇＢ１またはΔＥｇＢ２が非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差（ΔＥｇ）であった。一方、本発明の実施の形態の一つに係る半導体レーザ素子においては、非窓領域１５ａの抑制種の含有量を大きくし、窓領域１５ｂの抑制種の含有量を小さくしているので、ΔＥｇをΔＥｇＢ１またはΔＥｇＢ２より大きいΔＥｇＢ３とすることができる。
【００７１】
さらに、本発明の実施の形態の一つに係る半導体レーザ素子においては、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における不純物の含有量を適宜変化させている。したがって、例えば、促進種をドーピングした場合のＥｇシフト量が、抑制種をドーピングした場合のＥｇシフト量よりも大きい場合、図３６と図３７とから、図３８の関係図となる。このとき、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４に促進種が多く含有されており、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４に抑制種が多く含有されているとすると、窓領域１５ｂと非窓領域１５ａとのバンドギャップエネルギーの差をΔＥｇＣとすることができる。このように、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４と非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４において、促進種および抑制種の両方の含有量を変化させることによって、窓領域１５ｂと非窓領域１５ａとのバンドギャップエネルギーの差をさらに大きくすることができる。
【００７２】
このように、促進種および抑制種のｐ型半導体層領域１４における含有量に差をつけることで、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差を大きくすることができる。これによって、本実施の形態における半導体レーザ素子は、より大きいバンドギャップエネルギー差を備え、端面におけるレーザ光の吸収を減少させ、ＣＯＤを抑制し、より高い信頼性を有する半導体レーザ素子とすることができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態において、半導体積層部は、半導体層の積層方向に延伸している窓領域と非窓領域との２つの領域としたが、非窓領域内において、原子空孔拡散による混晶度と、バンドギャップエネルギーとが異なる少なくとも２つの活性層を備えていてもよい。このとき、半導体レーザ素子は、上記少なくとも２つの活性層から少なくとも２つの互いに異なる波長のレーザ光を発振することができる。すなわち、上記の実施の形態において、混晶化は半導体レーザ素子の発振波長に対する窓領域の透明化を目的としているが、非窓領域の混晶化によって、半導体レーザ素子の発振波長を変化させることができる。これによって、複数の領域の原子空孔による混晶度を互いに異なる値とし、複数の領域のバンドギャップエネルギーに差をつけると、複数の発光波長（およびレーザ発振波長）を有する半導体レーザ素子を実現することができる。
【００７４】
例えば、非窓領域を、積層方向に延伸するｎ個の領域（面方向領域）とする場合、第１面方向領域から第ｎ面方向領域までの各領域のエッチング量を変えることで、ｎ個の波長のレーザ光を発振することができる波長可変半導体レーザ素子を製造することができる。また、ｎ個の領域にｍ種類の組成や材料の異なる誘電体膜を形成し熱処理することで、最大でｎ×ｍ個の波長のレーザ光を発振することができる波長可変半導体レーザ素子を実現することができる。なお、ここで、ｎ、および、ｍは１以上の整数である。
【００７５】
したがって、例えば、８個のレーザ発振波長を有した波長可変半導体レーザ素子は、促進種、抑制種、または、その両方の含有量が互いに異なる２つの領域にそれぞれ材料や屈折率等の異なる４種類の誘電体膜をつける、または、促進種、抑制種、または、その両方の含有量がそれぞれ異なる４つの領域にそれぞれ材料や屈折率等の異なる２種類の誘電体膜をつける、または、促進種、抑制種、またはその両方の含有量がそれぞれ異なる８つの領域に１種類の誘電体膜をつけることにより実現する。
【００７６】
また、上記実施の形態において、半導体レーザモジュールの光導波方向の光の閉じ込めをリッジ構造によって実現しているが、本発明はこれに限られない。埋め込み型のレーザ構造であってもよく、たとえば、自己整合構造（ＳＡＳ：  Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造であってよい。ただし、本明細書において、ＳＡＳ構造等では、内部の電流を狭窄している領域の幅を電流注入幅とする。
【００７７】
つぎに、本発明の実施例に係る半導体レーザ素子として、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４におけるＣまたはＺｎの含有量を変化させた場合のバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した結果の一例について説明する。
【００７８】
（実施例１）
図３９は、実施例１に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。本実施例１に係る半導体レーザ素子において、ｐ型ガイド層６１１、ｐ型クラッド層６１２、ｐ型コンタクト層６１３ａには、Ｃがドーピングされている。ｐ型コンタクト層６１３ｂは、Ｚｎが均一にドーピングされた層である。なお、図３９以降では、半導体レーザ素子の構造において、活性層１０やｎ型半導体層領域９など、ｐ型半導体層領域以外の構造は、半導体レーザ素子１００と同様の構造をしているので、省略して記載している。
【００７９】
本実施例１では、実施の形態１における半導体積層部形成工程において、実施の形態１のようにｐ型コンタクト層１３ｂを全て除去するのではなく、図３９に示すように、ｐ型コンタクト層６１３ｂの一部のみをエッチングにより除去した。そして、図３９のエッチング量Ｄを変化させることにより、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎ含有量を変化させた。また、ＲＴＡは８３５℃で３０秒間行った。
【００８０】
図４０は、ｐ型半導体層領域にＣおよびＺｎの２種類が含有される場合の窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有層のエッチング量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。本実施例１では、エッチング量Ｄを変化させた実施例１−１〜１−３と、エッチングをしていない比較例１とのバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した。
【００８１】
図４０に示すとおり、窓領域１５ｂにおけるｐ型コンタクト層６１３ｂのエッチング量を増やすと、ｐ型半導体層領域１４のＺｎ含有量は小さくなり、バンドギャップエネルギーのシフト量は増加した。したがって、このときＺｎは抑制種として機能していることがわかる。また、ｐ型コンタクト層６１３ｂの最表層のＺｎ濃度は一定であるが、バンドギャップエネルギーのシフト量がエッチング量により変化している。つまり、バンドギャップエネルギーのシフト量は、Ｚｎ濃度ではなく、Ｚｎ含有量に依存している。このように、窓領域の最表層のＺｎ濃度と非窓領域の最表層のＺｎ濃度が一定であってもバンドギャップエネルギーの差が得られる。
【００８２】
（実施例２）
図４１は、実施例２に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。本実施例２に係る半導体レーザ素子は、Ｃをドーピングしたｐ型ガイド層７１１および、ｐ型クラッド層７１２を積層した後、Ｚｎをドーピングしたｐ型コンタクト層７１３ａを積層した。さらに、図４１に示すように、窓領域１５ｂのみにＣをドーピングしたｐ型コンタクト層７１３ｂを選択的に積層させた。これによって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域におけるＣ含有量に差をつけた。また、ＲＴＡは８５０℃で３０秒間行った。
【００８３】
図４２は、ｐ型半導体層領域にＣおよびＺｎの２種類が含有される場合の窓領域のｐ型半導体層領域におけるＣ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。ここでは、本実施例２と、非窓領域１５ａおよび窓領域１５ｂとのいずれにもｐ型コンタクト層７１３ｂを積層していない比較例２とのバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した。
【００８４】
図４２に示すとおり、窓領域１５ｂにおけるｐ型半導体層領域のＣ含有量を増やすと、バンドギャップエネルギーのシフト量は増加した。したがって、このときＣは促進種として機能していることがわかる。
【００８５】
（実施例３）
図４３は、実施例３に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。本実施例３に係る半導体レーザ素子は、ｐ型半導体層領域を構成するｐ型ガイド層８１１〜ｐ型コンタクト層８１３の全てにＺｎのみをドーピングし、Ｃはドーピングしていない。また、実施例１と同様に、ｐ型コンタクト層８１３のエッチング量Ｄを変化させることにより、ｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量を変化させている。ただし、本実施例３は、非窓領域１５ａにおけるエッチング量を変化させている点で、窓領域１５ｂをエッチングした実施例１と異なる。これによって、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＺｎ含有量を変化させている。また、ＲＴＡは８２５℃で３０秒間行った。本実施例３では、エッチング量Ｄを変化させた実施例３−１、３−２と、エッチングをしていない比較例３とのバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した。
【００８６】
図４４は、ｐ型半導体層領域にＺｎのみが含有され、Ｚｎが促進種として機能する場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。図４４に示すとおり、非窓領域１５ａにおけるｐ型半導体層領域１４のＺｎ含有量を増やすと、バンドギャップエネルギーのシフト量は増加した。したがって、このときＺｎは促進種として機能していることがわかる。
【００８７】
（実施例４）
実施例４は実施例３と同様に、図４３に示す構造によって、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量を変化させている。ＲＴＡは８３０℃で３０秒間行った。ただし、実施例３における抑制膜であるＳｉＮの屈折率は１．９であるのに対し、本実施例４における抑制膜であるＳｉＮの屈折率は２．０とより緻密な膜である。本実施例４では、エッチング量Ｄを変化させた実施例４−１、４−２と、エッチングをしていない比較例４とのバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した。
【００８８】
図４５は、ｐ型半導体層領域にＺｎのみが含有され、Ｚｎが抑制種として機能する場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＺｎ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。図４５に示すとおり、非窓領域１５ａにおけるｐ型半導体層領域１４のＺｎ含有量を増やすと、バンドギャップエネルギーのシフト量は減少した。したがって、このときＺｎは抑制種として機能していることがわかる。このようにＺｎの１種類のみを不純物としてドーピングした場合でも、抑制膜の条件によって促進種として機能するか、抑制種として機能するか、その機能が変わることがある。また、不純物の種類と濃度、促進膜および抑制膜の密度および屈折率の他に、ＲＴＡの温度や時間等も、不純物の機能に影響を与えることがある。
【００８９】
（実施例５）
図４６は、実施例５に係る半導体レーザ素子の構造を説明する概略図である。本実施例５に係る半導体レーザ素子は、実施例３および４と逆に、ｐ型半導体層領域１４を構成するｐ型ガイド層９１１、ｐ型クラッド層９１２、ｐ型コンタクト層９１３の全てにＣのみをドーピングし、非窓領域１５ａにおけるｐ型コンタクト層９１３のエッチング量Ｄを変化させている。これによって、非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４におけるＣ含有量を変化させている。また、ＲＴＡは８２５℃で３０秒間行った。本実施例５では、エッチング量Ｄを変化させた実施例５−１、５−２と、エッチングをしていない比較例５とのバンドギャップエネルギーのシフト量を測定した。
【００９０】
図４７は、ｐ型半導体層領域にＣのみが含有される場合の非窓領域のｐ型半導体層領域におけるＣ含有量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を示す図である。図４７に示すとおり、非窓領域１５ａにおけるｐ型半導体層領域１４のＣ含有量を増やすと、バンドギャップエネルギーのシフト量は増加した。したがって、このときＣは促進種として機能していることがわかる。
【００９１】
なお、本実施例１〜５では、ｐ型コンタクト層のエッチング量または不純物含有層を選択的に積層させることによって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４における不純物含有量に差をつけたが、不純物含有層を選択的に濃度を変えて積層させる方法や、拡散源により選択的に不純物を拡散させる方法、イオン注入により選択的に不純物を注入する方法等によって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｐ型半導体層領域１４の不純物含有量に差をつけることもできる。
【００９２】
以上の実施例が示すように、ｐ型半導体層領域に含有される不純物の種類、ドーピング量、組み合わせ、誘電体膜の密度および屈折率等によって、その不純物が促進種として機能するか、抑制種として機能するかが決まる。したがって、適宜促進種と抑制種とを組み合わせ、促進種はｐ型半導体層領域の窓領域１５ｂにおける含有量を多くし、抑制種はｐ型半導体層領域の非窓領域１５ａにおける含有量を多くすることで、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度、および、バンドギャップエネルギーの差を大きくすることができ、端面におけるレーザ光の吸収が減少し、ＣＯＤを抑制することができる。
【００９３】
また、上記の窓領域、非窓領域のように、混晶度およびバンドギャップエネルギーが異なる２つ以上の領域がある場合に、２つ以上の領域のうち、少なくとも１つの領域が、第１不純物と第２不純物の両方を含み、かつ２つの不純物のうち、少なくとも一方の含有量が異なることが好ましい。これによって、単に２つ以上の領域の混晶度のみに差を付けた場合や、不純物を１種類のみとし、その含有量に差を付けた場合と比較して、非常に大きいエネルギーバンドギャップ差を得ることができる。その理由は、上述したように抑制種、例えばＺｎが、熱拡散して原子空孔を埋めることにより混晶化を抑制すると想定されるので、有る程度空孔が存在する方が、その抑制効果を発揮できる。したがって、促進種としてたとえばＣも含むことにより、抑制種の抑制効果を高めることができる。
【００９４】
なお、２つ以上の領域のうち、少なくとも１つの領域が、第１不純物と第２不純物の両方を含み、かつ２つの不純物のうち、少なくとも一方の含有量が異なるという条件を実現するには、たとえば、以下のようにすればよい。すなわち、窓領域となる領域と非窓領域となる領域にＺｎとＣの両方を含有させ、かつ、２つの領域でＺｎ、Ｃまたはその両方の含有量に差を付ければよい。このとき、領域間でバンドギャップエネルギーの差が大きくなるように差をつけることが好ましい。
【００９５】
なお実施の形態１では、図６のように窓領域となる領域においてコンタクト層１３ｂのみが完全に除去されているが、窓領域となる領域においてコンタクト層１３ｂがわずかに残ったり、非窓領域となる領域におけるコンタクト層１３ａがわずかにエッチングされてもよい。ただし、図４０と図４７からわかるように、含有量に対するバンドギャップエネルギーのシフト量の変化はＣよりＺｎの方が大きいので、コンタクト層１３ａがわずかにエッチングされた方が、コンタクト層１３ｂのみが完全に除去されている場合に近い大きなバンドギャップエネルギー差が得られやすい。
【００９６】
また実施の形態３では、図２３のように非窓領域となる領域においてコンタクト層３１３ｂのみが完全に除去されているが、非窓領域となる領域においてコンタクト層３１３ｂがわずかに残ったり、窓領域となる領域におけるコンタクト層３１３ａがわずかにエッチングされてもよい。ただし、図４０と図４７からわかるように含有量に対するバンドギャップエネルギーのシフト量の変化はＣよりＺｎの方が大きいので、コンタクト層３１３ｂがわずかに残っている方が、コンタクト層３１３ｂのみが完全に除去されている場合に近い大きなバンドギャップエネルギー差が得られやすい。
【００９７】
なお、上記実施の形態において説明した半導体レーザ素子を、制御装置や光学素子等とともにパッケージ上に搭載し、半導体レーザモジュールとすることができる。ここで、半導体レーザモジュールは、通常は半導体レーザ素子の温度を適正な温度に制御するための冷却または加熱を行う温度調整機構を備えている。しかしながら、上記実施の形態の半導体レーザ素子は、より大きいバンドギャップエネルギー差を備え、ＣＯＤを抑制し、より高い信頼性を有する半導体レーザ素子であるため、温度を調整せずに安定して動作させることもできる。そのため、半導体レーザモジュールは必ずしも半導体レーザ素子の温度調整をするための温度調整機構を備える必要がない。このため、簡易な構成でありかつ低コストなアンクールの半導体レーザモジュールを実現できる。
【００９８】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６に係る半導体レーザモジュールについて説明する。実施の形態６に係る半導体レーザモジュールは、たとえば実施の形態１〜５及び後述する実施の形態のいずれか１つに記載のＣＯＤを抑制し、より高い信頼性を有する半導体レーザ素子を搭載した半導体レーザモジュールである。図４８は、実施の形態６に係る半導体レーザモジュールの筐体を切り欠いて示した側面図の一例である。半導体レーザモジュール１０００は、たとえば、本実施形態１に係る半導体レーザ素子１００と同一の半導体レーザ素子１００１を搭載し、半導体レーザ素子１００１が出力するレーザ光を光ファイバ１００８から出力させる。半導体レーザモジュール１０００は、筐体１００２と、底板部１００３と、筒状孔部１００４と、ベース部１００５と、マウント部１００６と、ファイバ固定部１００７と、光ファイバ１００８と、スリーブ部１００９と、受光部１０１０とを備える。
【００９９】
筐体１００２、底板部１００３、および筒状孔部１００４は、金属で形成される。筐体１００２、底板部１００３、および筒状孔部１００４は、一例として、アルミニウム（Ａｌ）で形成され、内部を密封する。筐体１００２、底板部１００３、および筒状孔部１００４は、バタフライ型のパッケージを形成してよい。
【０１００】
ベース部１００５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、銅タングステン（ＣｕＷ）、Ｓｉ、またはダイヤモンドを含む材料から形成されてよい。マウント部１００６は、ベース部１００５と同じ材料で形成されてよい。
【０１０１】
ファイバ固定部１００７は、ベース部１００５の上面に載置され、光ファイバ１００８を固定する。ファイバ固定部１００７は、樹脂、低融点ガラス、または接着剤等を用いて光ファイバ１００８を固定してよい。
【０１０２】
光ファイバ１００８は、筐体１００２の外部より筒状孔部１００４を介して筐体１００２内に挿入される。光ファイバ１００８は、図中のＬで示した一端が非球面状に加工されて集光レンズを形成したレンズドファイバでよく、当該一端が半導体レーザ素子１００１の光出力端面の近傍に固定されて半導体レーザ素子１００１の光出力を集光する。これによって、光ファイバ１００８は、半導体レーザ素子１００１の光出力を、筐体１００２の外部へと伝送することができる。
【０１０３】
スリーブ部１００９は、筐体１００２と光ファイバ１００８の間に設けられ、光ファイバ１００８を筐体１００２に固定する。スリーブ部１００９は、樹脂、低融点ガラス、または接着剤等を用いて光ファイバ１００８を固定してよい。
【０１０４】
受光部１０１０は、光ファイバ１００８と対向する側とは反対側からの半導体レーザ素子１００１の光出力を受光して、半導体レーザ素子１００１の光出力をモニタする。受光部１０１０は、半導体レーザ素子１００１の高反射膜側に設けられてよい。受光部１０１０は、フォトダイオードでよい。以上の本実施形態６に係る半導体レーザモジュール１０００によれば、半導体レーザ素子１００１がＣＯＤの発生を抑制した発熱の生じにくい構成であるため、温度調整機構を備えず、温度調整をせずに安定した動作させることができる半導体レーザモジュールを実現することができる。
【０１０５】
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７に係る半導体光素子について説明する。図４９は、実施の形態７に係る半導体光素子の模式的な斜視図である。図４９に示すとおり、本実施の形態７に係る半導体光素子１１００は、素子本体１１０１からなり、低反射率膜および高反射率膜からなる共振構造を有さず、入射された光を閉じ込めながらｚ軸方向に導波させる半導体光導波路として機能する。
【０１０６】
図５０は、図４９に示す半導体光素子のｘ−ｙ面における断面図である。半導体光素子１１００は、基板１１０５と、基板１１０５上に順次形成された、例えばＩｎＰからなる下部クラッド層１１０７、コア層１１１０と、上部クラッド層１１１２とからなる半導体積層部１１１５とを備えている。さらに、半導体積層部１１１５は、混晶化抑制領域１１１５ａと、混晶化促進領域１１１５ｂとからなる。
【０１０７】
半導体光素子１１００は、コア層１１１０と、コア層１１１０を挟みコア層より屈折率の小さい半導体からなる下部クラッド層１１０７および上部クラッド層１１１２とによって、ｙ軸方向で光を閉じ込める構造である。さらに、半導体光素子１１００は、混晶化抑制領域１１１５ａと、混晶化抑制領域１１１５ａを挟み、混晶化されたことにより混晶化抑制領域１１１５ａより屈折率が小さい混晶化促進領域１１１５ｂとによって、ｘ軸方向で光を閉じ込める構造である。したがって、この半導体光素子１１００は、光をｚ軸方向に導波させる半導体光導波路として機能する。
【０１０８】
つぎに、この半導体光素子１１００の製造方法の一例について説明する。本実施の形態７に係る半導体光素子１１００の製造方法は、実施の形態１と同様に、図３に示すように、半導体積層部形成工程と、促進膜形成工程と、抑制膜形成工程と、熱処理工程とを含むものである。
【０１０９】
（半導体積層部形成工程）
まず、半導体積層部形成工程について説明する。この工程では、はじめに、図５１に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１１０５上に下部クラッド層１１０７と、コア層１１１０と、上部クラッド層１１１２とを積層し、さらに、促進種として、たとえば、Ｃ２１をドーピングした促進種含有層１１１３ａと、抑制種として、たとえば、Ｚｎ２２をドーピングした抑制種含有層１１１３ｂとを備える不純物含有層１１１３を積層する。
【０１１０】
つぎに、図５２および図５３に示すように、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を行い、フォトレジスト１３１を用いて混晶化促進領域１１１５ｂに対応する第２領域１１２５ｂの抑制種含有層１１１３ｂを除去する。一方で、混晶化抑制領域１１１５ａに対応する第１領域１１２５ａの抑制種含有層は除去しない。つぎに、図５４に示すように、フォトレジスト１３１を除去する。これによって、基板１１０５から不純物含有層１１１３によって構成される半導体積層構造１１２５が形成される。
【０１１１】
（促進膜形成工程）
つぎに、促進膜形成工程について説明する。この工程では、原子空孔拡散によって混晶化を行い、混晶化促進領域１１１５ｂを形成するため、第２領域１１２５ｂの上面に促進膜３２を形成する。まず、半導体積層構造１１２５の上面に、ＳｉＮ絶縁膜である促進膜３２を形成する。つぎに、図５５に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、混晶化抑制領域１１１５ａを形成すべき領域の促進膜３２を除去する。これによって、第２領域１１２５ｂの上面に、促進膜３２が形成される。
【０１１２】
（抑制膜形成工程）
つぎに、抑制膜形成工程について説明する。この工程では、図５６に示すように、ＳｉＮ絶縁膜である抑制膜３３を形成する。
【０１１３】
（熱処理工程）
つぎに、熱処理工程について説明する。この工程では、たとえば、８５０℃、３０秒間のＲＴＡを行う。ここで、ＲＴＡによる熱処理を行うと、促進膜３２および抑制膜３３によって、原子空孔が半導体層中に拡散し、各半導体層が混晶化される。これによって、図５７に示す通り、混晶度の異なる混晶化抑制領域１１１５ａと混晶化促進領域１１１５ｂとが形成される。混晶化抑制領域１１１５ａと混晶化促進領域１１１５ｂとは、互いに実効屈折率が異なる。その後、不純物含有層１１１３をエッチング等によって除去し、最終的な半導体光素子１１００が完成する。
【０１１４】
以上説明したように、本実施の形態７に係る半導体光素子１１００により、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えた半導体光素子を実現することができる。このように、本発明は実施の形態１のような半導体レーザ素子だけでなく、本実施の形態７のような半導体光導波路にも適用することができる。
【０１１５】
ここで、一般に、半導体材料のバンドギャップエネルギーと屈折率とには相関がある。したがって、本実施の形態７では、より大きいバンドギャップエネルギー差を得ることが可能なので、選択・設定可能な屈折率差の範囲が広がることとなる。これにより、所望の屈折率差を実現するための材料や導波路構造等の選択肢が増え、光導波路設計の自由度を増大させることができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態７において、半導体層の積層方向に延伸している第１領域１１２５ａと第２領域１１２５ｂとの混晶度に差をつけることによって、ｘ軸方向の光の閉じ込め構造を実現したが、第２領域１１２５ｂの外側に、さらに混晶度の異なる第３領域を形成し、ｘ軸方向の光の閉じ込めを改善してもよい。また、例えば第１領域の厚さを、ｘ軸方向に連続的に変化させることによって、混晶度が連続的に変化する構成としてもよい。このような場合にも、本実施の形態７と同様の作用によって、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えた半導体光素子を実現することができる。
【０１１７】
また、実施の形態７において、第１領域１１２５ａと第２領域１１２５ｂとの境界は、光の導波方向に沿って形成されているが、各領域の境界は、光の導波方向を横切って形成されていてもよい。例えば、光の導波方向において屈折率の異なる層を交互に形成して、グレーティング構造を作製してもよい。
【０１１８】
また、実施の形態７は、実施の形態１〜５の半導体レーザ素子と組み合わせて適用してもよい。その場合は、各領域ごとに混晶度、またはバンドギャップエネルギーが異なってもよい。
【０１１９】
また、実施の形態７は、アクティブデバイスの活性層を混晶化させ、パッシブ導波路を作製してもよく、アクティブデバイスとパッシブ導波路のモノリシック集積化にも適用できる。
【０１２０】
以上の結果が示すように、本発明の実施の形態に係る半導体光素子は、混晶度の異なる領域を形成することにより、より大きいバンドギャップエネルギー差を備えた半導体光素子を実現できることが実証された。
【０１２１】
（実施の形態８）
つぎに、本発明の実施の形態８に係る半導体レーザ素子について説明する。
【０１２２】
図５８Ａは、実施の形態８に係る半導体レーザ素子のｘ−ｙ面における断面図であり、図５８Ｂは、本発明の実施の形態８に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。図５８Ａに示すように、この半導体レーザ素子２１００は、下部電極４を底面に形成した基板５と、基板５上に順次形成された、ｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８を有するｎ型半導体層領域９と、活性層１０と、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層２０１３を有するｐ型半導体層領域１４とからなる半導体積層部１５とを備えている。また、ｐ型コンタクト層２０１３は断面が台形であり、ｚ軸方向に延伸したストライプ形状を有している。これによって半導体レーザ素子２１００はリッジ構造となっている。また、半導体レーザ素子２１００は、ｐ型半導体層領域１４上に形成された絶縁膜１６と、絶縁膜１６が形成されていないリッジ構造の台形の上底を介してｐ型コンタクト層２０１３に接触するｐ側電極である上部電極１７とを備えている。
【０１２３】
上部電極１７と接触する半導体積層部１５の最表層領域を含むｐ型コンタクト層２０１３は、原子空孔の拡散を促進する機能を有するｐ型の第２不純物として、Ｃを含有する。さらに、ｐ型コンタクト層２０１３は、原子空孔の拡散を抑制する機能を有するｐ型の第１不純物として、亜鉛（Ｚｎ）を含有する。
【０１２４】
また、半導体積層部１５は、非窓領域１５ａと、活性層１０のバンドギャップエネルギーが非窓領域１５ａよりも大きい窓領域１５ｂとを有している。
【０１２５】
窓領域のバンドギャップエネルギーは混晶化によって高くなる方が好ましく、非窓領域のバンドギャップエネルギーは混晶化によって高くならない方が好ましい。このため、窓領域および非窓領域に混晶化を促進または抑制する不純物が、適宜濃度を選択してドーピングされている。
【０１２６】
本実施の形態８においてはＣが促進種として機能し、Ｚｎが抑制種として機能するが、不純物が促進種または抑制種のどちらとして機能するかは、不純物の種類や濃度、組み合わせ、さらにＲＴＡの温度や時間などの条件によって決まる。
【０１２７】
ここで、最表層領域とは、半導体積層部１５の最表層の領域であって、上部電極１７と接触して最初に電流が注入される領域であり、半導体積層部１５の最表面から注入電流に対するコンタクト抵抗に影響を及ぼす深さまでを表す領域である。また、最表層領域は、ほぼ同一条件でエピタキシャル成長された、例えば最表層から０〜２００ｎｍ程度の深さの領域である。ただし、最表層領域の成長中にドーピングされる不純物は、成長中に変更されてもよい。本実施の形態８では、最表層領域とは、ｐ型コンタクト層２０１３のことを意味する。また、不純物含有量は、表面からの深さとその深さでの不純物濃度との積分によって求められる。
本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００において、上部電極１７と接する半導体積層部１５の最表層領域は、Ｃをドーピングされたｐ型コンタクト層２０１３からなる。上部電極と接する半導体積層部の最表層領域が、Ｚｎをドーピングされたｐ型コンタクト層からなる場合と、Ｃに比べて拡散係数の大きいＺｎは、活性層を混晶化するためのＲＴＡによって、ｐ型コンタクト層からｐ型半導体層領域内に拡散する。これによって、ｐ型コンタクト層において、Ｚｎの濃度が減少する。そして、Ｚｎが減少したｐ型コンタクト層と、上部電極とが接触させられると、オーミック接触においてアクセプタとなるＺｎが少ないためにコンタクト抵抗が高くなる。コンタクト抵抗が高くなると、投入電力に対する電力変換効率が低くなるので、半導体レーザ素子の性能を下げる直接的な原因となる。
【０１２８】
本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００は、Ｃを含有するｐ型コンタクト層２０１３と上部電極１７とを接触させる構造とした。ＣはＺｎより拡散係数が小さく、熱によって拡散しにくいからである。このとき、上部電極１７は、アクセプタであるＣの濃度がほとんど減少していないｐ型コンタクト層２０１３とオーミック接触する。これによって、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００は、ＲＴＡによりコンタクト抵抗が高くなることを抑制している。さらに、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００の最表層領域には、製造過程におけるＲＴＡによって拡散されたＺｎも含有されている。これによって、コンタクト抵抗はさらに減少する。
【０１２９】
以上説明したように、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００は、上部電極１７と拡散係数の小さいＣを含有するｐ型コンタクト層２０１３とを接触させることにより、ＲＴＡによってコンタクト抵抗が高くなることを抑制している。さらに、ＲＴＡによって拡散されたＺｎによってコンタクト抵抗を下げている。したがって、ＲＴＡによる窓領域における活性層の混晶化によってＣＯＤの発生を抑制し、信頼性が高く、かつ、コンタクト抵抗が低いため、電力変換効率の高い半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１３０】
つぎに、この半導体レーザ素子２１００の製造方法の一例について説明する。図５９は、半導体レーザ素子の製造方法のフロー図である。図５９に示すように、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００の製造方法は、半導体積層構造形成工程（ステップＳ２１０１）と、促進膜形成工程（ステップＳ２１０２）と、抑制膜形成工程（ステップＳ２１０３）と、熱処理工程（ステップＳ２１０４）と、不純物拡散層除去工程（ステップＳ２１０５）と、リッジ構造形成工程（ステップＳ２１０６）とを含むものである。
【０１３１】
以下、各工程について説明する。なお、各工程において示した数値は例示であり、本実施の形態はこの数値に限定されるものではない。
（半導体積層構造形成工程）
まず、ステップＳ２１０１の半導体積層構造形成工程にこの工程では、はじめに、図６０に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板５上にｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８、活性層１０、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層２０１３をエピタキシャル成長する。ここで、ｐ型コンタクト層２０１３には、混晶化を促進する機能を有する促進種であり第１導電型の第２不純物であるＣ（Ｃ２１）が、例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３程度ドーピングされている。好ましくは、１．０×１０１９ｃｍ−３より多くドーピングされている方がよい。さらに、図６１に示すように、半導体積層部１５上に、不純物拡散層３１を形成し、半導体積層構造を形成する。不純物拡散層３１は、ＧａＡｓからなり、活性層１０の混晶化を抑制する機能を有する抑制種であり第１導電型の第１不純物であるＺｎ（Ｚｎ２２）が、例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３程度ドーピングされている。
【０１３２】
（促進膜形成工程）
つぎに、ステップＳ２１０２の促進膜形成工程について説明する。この工程では、原子空孔拡散によって混晶化を行い、窓領域１５ｂを形成するため、促進膜３２を形成する。この方法は、ＩＦＶＤ法とも呼ばれる。まず、半導体積層部１５の上面に、ＳｉＮ絶縁膜である促進膜３２を形成する。つぎに、図６２に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て、非窓領域１５ａを形成すべき領域の促進膜３２を除去する。これによって、窓領域１５ｂとなる領域の上面に、促進膜３２が形成される。
【０１３３】
（抑制膜形成工程）
つぎに、ステップＳ２１０３の抑制膜形成工程について説明する。この工程では、図６３に示すように、ＳｉＮ絶縁膜である抑制膜３３を形成する。
【０１３４】
（熱処理工程）
つぎに、ステップＳ２１０４の熱処理工程について説明する。この工程では、ＲＴＡにより短時間の熱処理を行う。これにより、ｐ型コンタクト層２０１３に接するように促進膜３２が形成されている領域においては、促進膜３２によって活性層１０の混晶化が促進され、図６４に示すように、窓領域１５ｂが形成される。ｐ型コンタクト層１３に接するように抑制膜３３が形成されている領域においては、抑制膜３３によって活性層１０の混晶化が抑制され、図６４に示すように非窓領域１５ａが形成される。
【０１３５】
Ｃ２１とＺｎ２２とが併せてドーピングされている本実施の形態８においては、Ｃ２１が活性層１０の混晶化を促進する機能を有する第２不純物として機能し、Ｚｎ２２が活性層１０の混晶化を抑制する機能を有する第１不純物として機能する。Ｃ２１とＺｎ２２とが、それぞれ促進種または抑制種として機能することで、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差を大きくすることができ、ＣＯＤの発生を抑制することができる。
【０１３６】
ここで、ＲＴＡによって、拡散係数の大きいＺｎ２２はｐ型半導体層領域１４内に拡散され、不純物拡散層３１におけるＺｎ２２の濃度は大幅に減少している。一方で、Ｃ２１は拡散係数が小さいため、ｐ型コンタクト層２０１３のＣ２１の濃度はほとんど減少していない。
【０１３７】
（不純物拡散層除去工程）
つぎに、ステップＳ２１０５の不純物拡散層除去工程について説明する。この工程では、図６５に示すように、不純物拡散層３１をエッチングによって除去する。
【０１３８】
ここで、ＲＴＡによるｐ型半導体層領域１４の各層におけるＣ２１およびＺｎ２２の含有量の変化について説明する。図６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃは、ＲＴＡの前後におけるＣおよびＺｎの含有量の変化を説明する概略図である。図６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃの横軸は、Ｃ２１およびＺｎ２２の各層における含有量を表している。ＲＴＡを行う前は、各層へのＣ２１およびＺｎ２２のドーピングにより、図６６Ａに示すような濃度分布であるとする。つぎに、ＲＴＡを行うと、拡散係数の大きい不純物であるＺｎ２２は多量に拡散され、図６６Ｂのように、最表面側から内側に向かって減少する濃度分布を有する。このとき、拡散係数は、例えば９００℃においてＺｎ２２が１０−８ｃｍ２／ｓ程度であるのに対し、Ｃ２１は１０−１５ｃｍ２／ｓ程度であり、Ｃ２１の拡散係数は、Ｚｎ２２の拡散係数に対して無視できるほど小さい。したがって、ＲＴＡによる拡散後のＣ２１およびＺｎ２２の含有量の総和は、図６６Ｃのようになる。
【０１３９】
ＲＴＡ後において、図６６Ｃに示すように、不純物拡散層３１の最表層領域はＺｎ２２の濃度が低下しており、ここに上部電極１７を接触させるとコンタクト抵抗が大きい。そこで、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子においては、不純物拡散層３１を除去し、ｐ型コンタクト層２０１３を上部電極１７と接触させている。このとき、拡散係数の大きい不純物であるＺｎ２２と拡散係数の小さい不純物であるＣ２１との含有量の総和が、拡散係数が小さい不純物であるＣ２１のドーピング量より多くなっている。これによって、オーミック接触においてアクセプタとなる原子が、ＲＴＡ後の不純物拡散層３１の最表層領域よりも大きくなるだけでなく、ｐ型コンタクト層２０１３のＣ２１のドーピング量よりも大きくなる。したがって、Ｃ２１を含有するｐ型コンタクト層２０１３のみを形成し、不純物拡散層３１によるＺｎ２２の拡散を行わない場合よりも、コンタクト抵抗を小さくすることができる。
【０１４０】
たとえば、設計において、不純物拡散層３１のＺｎ濃度を１．０×１０１９ｃｍ−３とし、その下層のｐ型コンタクト層２０１３のＣ濃度を２．０×１０１９ｃｍ−３とする。このとき、ＲＴＡ熱処理によって拡散したＺｎは、不純物拡散層３１のエッチング後、ｐ型コンタクト層２０１３の表層からの深さが１００〜２００ｎｍ程度の領域に、設計における不純物拡散層３１のＺｎ濃度の約１０％程度存在することが実験的にわかっている。したがって、このときのｐ型コンタクト層２０１３のＣ濃度とＺｎ濃度の総和は２．１×１０１９ｃｍ−３程度である。
【０１４１】
（リッジ構造形成工程）
ステップＳ２１０６のリッジ構造形成工程については、実施の形態１の場合と同様の手順で行うことができる。さらに、絶縁膜１６を形成し、開口部１６ａを形成する。その後、上部電極１７と下部電極４とを形成し、基板５をへき開してそのへき開面に低反射率膜２と高反射率膜３とを形成し、さらに素子ごとにカッティングすることによって、半導体レーザ素子２１００が完成する。
【０１４２】
以上説明したように、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００は、拡散係数が小さくＲＴＡによって濃度がほとんど減少しないＣ２１をドーピングしたｐ型コンタクト層１３と上部電極１７とを接触させることで、ＲＴＡによってコンタクト抵抗が高くなることを抑制している。さらに、本実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００は、ＲＴＡによって拡散されたＺｎ２２が最表層領域に含有されることで、コンタクト抵抗が低くなる。これによって、信頼性が高く、さらに、電力変換効率の高い半導体レーザ素子２１００を実現することができる。
【０１４３】
（実施例６）
つぎに、本実施の形態８に係る実施例として、半導体レーザ素子２１００の電流−電圧特性と電流−光出力特性を測定した。
【０１４４】
実施例６は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００を、ヒートシンク上に半田で接合し、さらに、半導体レーザ素子２１００を載置したヒートシンクをＣｕＷからなるサブマウント上に、半田で接合した。半田は、Ｓｎ−Ｐｂ半田であってよく、Ａｕ−Ｓｎ半田であってもよい。ここに、下部電極４と上部電極１７とから電流を注入し、注入した電流は電流計で、印加した電圧は電圧計で測定した。また、光出力は、フォトダイオードで検出した。なお、光出力は、ＣＣＤ等で検出してもよい。
【０１４５】
また比較例６として、実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００の製造方法において、熱処理工程の後にＺｎをドーピングした不純物拡散層３１を除去する不純物拡散層除去工程を行わず、そのままリッジ構造形成工程を行い、不純物拡散層３１上に上部電極を形成した半導体レーザ素子についても、同様の測定を行った。なお、比較例６に係る半導体レーザ素子において、不純物拡散層３１を除去していないこと以外の、各層の厚さやドーピングした不純物の濃度、ＲＴＡの条件は実施例１に係る半導体レーザ素子２１００と同一である。
【０１４６】
図６７は、実施例６に係る半導体レーザ素子と比較例６に係る半導体レーザ素子との電流−電圧特性を示す図である。ここで、オームの法則より電圧Ｅ［Ｖ］、抵抗Ｒ［Ω］、電流Ｉ［Ａ］の関係は、次式のとおりである。
Ｅ＝Ｒ×Ｉ・・・（１）
したがって、図６７の傾きである抵抗Ｒについて、実施例６に係る半導体レーザ素子２１００の抵抗Ｒは、比較例６に係る半導体レーザ素子の抵抗Ｒより小さいことがわかる。
【０１４７】
図６８は、実施例６に係る半導体レーザ素子と比較例６に係る半導体レーザ素子との電流−光出力特性を示す図である。図６８に示すように、電流が大きくなると、本実施例１に係る半導体レーザ素子２１００は、比較例６にかかる半導体レーザ素子よりも光出力が高いことがわかる。
【０１４８】
つぎに、半導体レーザ素子に対する投入電力ＰＥ［Ｗ］は、次式によって求められる。
ＰＥ＝Ｅ×Ｉ・・・（２）
【０１４９】
さらに、半導体レーザ素子の投入された電力に対する光出力である電力変換効率Ｅｆ［％］は、規格化した光出力をＰＯとすると、次式で求められる。なお、光出力は、ＬＤ駆動電流として２０［Ａ］の電流を注入したときの、フォトダイオードで検出した値を１として規格化している。
Ｅｆ＝（ＰＯ／ＰＥ）×１００％・・・（３）
【０１５０】
これにより、電力変換効率Ｅｆを算出することができる。例えばＬＤ駆動電流が１６［Ａ］において、実施例６の電力変換効率Ｅｆは２．９０［％／Ｗ］となる。同様にＬＤ駆動電流が１６［Ａ］において、比較例６の電力変換効率Ｅｆは、２．５４［％／Ｗ］となる。したがって、本実施例６は比較例６に比べ、電力変換効率Ｅｆが１４［％］程度改善している。同様に、ＬＤ駆動電流が２０［Ａ］においては、実施例６の電力変換効率Ｅｆが２．６１［％／Ｗ］、比較例６の電力変換効率Ｅｆが２．１３［％／Ｗ］であり、２３［％］程度改善している。
【０１５１】
以上により、本実施例６に係る半導体レーザ素子２１００は、Ｃをドーピングしたｐ型コンタクト層２０１３と上部電極１７とを接触させることにより、コンタクト抵抗が高くなることを抑制し、電力変換効率の高い半導体レーザ素子であることが実証できた。
【０１５２】
（実施の形態９）
つぎに、本発明の実施の形態９に係る半導体レーザ素子について説明する。図６９は、実施の形態９に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態９に係る半導体レーザ素子２２００は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００と異なり、ｐ型コンタクト層２２１３が、ｐ型コンタクト層２２１３ａとｐ型コンタクト層２２１３ｂとの２層からなる。また、ｐ型コンタクト層２２１３ａにＺｎをドーピングし、ｐ型コンタクト層２２１３ｂにＣをドーピングした構造である。
【０１５３】
本実施の形態９に係る半導体レーザ素子２２００は、拡散係数の小さいＣがドーピングされたｐ型コンタクト層２２１３ｂが、半導体積層部１５の最表層領域に形成されている。このため、実施の形態８のように、熱処理工程の後にＺｎをドーピングした不純物拡散層３１を除去する不純物拡散層除去工程は行わなくても、拡散係数の小さいＣがドーピングされたｐ型コンタクト層２２１３ｂと上部電極１７とを接触させることができる。これによって、ＲＴＡによるコンタクト抵抗が高くなることを抑制することができる。
【０１５４】
図７０は、実施の形態９に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。図７０に示すように、本実施の形態９に係る半導体積層構造は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００の製造方法の一例の半導体積層構造形成工程において、ｐ型コンタクト層を２層とし、下層のｐ型コンタクト層２２１３ａにＺｎ２２をドーピングし、上層のｐ型コンタクト層２２１３ｂにＣ２１をドーピングしている。一方で、不純物拡散層３１は形成しない。その後、実施の形態８と同様に、促進膜形成工程によって、促進膜を形成する。さらに、抑制膜形成工程によって、抑制膜を形成する。そして、熱処理工程を行い混晶化によって非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとを形成する。その後、不純物拡散層除去工程は行わず、リッジ構造形成工程を行い、最終的な半導体レーザ素子２２００となる。
【０１５５】
（実施例７）
実施例７として、本実施の形態９に係る半導体レーザ素子２２００の構造を有する半導体レーザ素子を製造し、実施例６と同様に、電流、電圧、光出力を測定した。これを、比較例６に係る半導体レーザ素子の電力変換効率を比較したところ、本実施例７に係る半導体レーザ素子において、比較例６より電力変換効率が高いことを確認することができた。
【０１５６】
（実施の形態１０）
つぎに、本発明の実施の形態１０に係る半導体レーザ素子について説明する。図７１は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態１０に係る半導体レーザ素子２３００は、実施の形態８に係る半導体レーザ素子２１００から、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層（ｐ型コンタクト層３１３）が除去された構造である。
【０１５７】
図７２〜図７７は、実施の形態１０に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。はじめに、実施の形態８における半導体積層構造形成工程と同様に、基板５上にｐ型クラッド層１２までを形成し、さらに、Ｃ２１をドーピングしたｐ型コンタクト層２３１３を形成する。つぎに、図７２に示すように、Ｚｎ２２をドーピングした不純物拡散層３１を形成する。ここで、実施の形態１に係る半導体レーザ素子１００の製造方法と異なり、非窓領域１５ａに対応する領域に抑制膜３３を形成する。そして、図７３に示すように、抑制膜３３をマスクとして、エッチングによって窓領域１５ｂに対応する領域の不純物拡散層３１を除去する。これによって、第１不純物であるＺｎ２２を、窓領域１５ｂよりも非窓領域１５ａに多く含有させている。その後、図７４に示すように、促進膜３２を形成する。つぎに、図７５に示すように、ＲＴＡによって、活性層１０が混晶化された窓領域１５ｂと、活性層の混晶化が抑制された非窓領域１５ａとを形成する。つぎに、図７６に示すように、促進膜３２と抑制膜３３とを除去する。さらに、図７７に示すように、エッチングにより窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層３１３と、非窓領域１５ａの不純物拡散層３１とを除去する。そして、実施の形態８と同様に、リッジ構造形成工程等を行い、最終的な半導体レーザ素子２３００となる。
【０１５８】
ここで、本実施の形態１０に係る半導体レーザ素子２３００は、ＲＴＡの前に窓領域１５ｂに対応する領域の不純物拡散層３１を除去することで、第１不純物であるＺｎ２２を、窓領域１５ｂのｐ型半導体層領域１４よりも非窓領域１５ａのｐ型半導体層領域１４に多く含有させている。また、ＺｎはＣとともにドーピングされることによって、混晶化を抑制する抑制種として機能する。これによって、ｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量が多い非窓領域１５ａでは混晶化が抑制され、ｐ型半導体層領域１４におけるＺｎの含有量が少ない窓領域１５ｂでは混晶化が抑制されない。したがって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差が大きくなり、端面によるレーザ光吸収が抑制され、ＣＯＤの発生が抑制される。
【０１５９】
さらに、本実施の形態１０に係る半導体レーザ素子２３００は、ＲＴＡ後に窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層２３１３と、非窓領域１５ａの不純物拡散層３１とを除去している。これによって、拡散係数の大きいＺｎがドーピングされた不純物拡散層３１を除去し、拡散係数の小さいＣがドーピングされたｐ型コンタクト層２３１３を上部電極１７と接触させている。その結果、ＲＴＡによりコンタクト抵抗が高くなることを抑制することができる。また、抑制種である第１不純物の拡散係数が、第２不純物の拡散係数より大きいことで、非窓領域１５ａにおける混晶化の抑制と、コンタクト抵抗の低減とを同時に実現できるので、より好ましい。また、窓領域１５ｂの表面は、ｐ型コンタクト層２３１３ａとしてもよいが、ＡｌＧａＡｓから成る抵抗の高いｐ型クラッド層１２とすることで、非窓領域１５ａへの電流注入効果を更に高めることができるのでより好ましい。また、非窓領域の最表層領域における不純物の含有量の総和が、窓領域の最表層領域における不純物のドーピング量よりも多くなっていることで、電流注入効果を更に高めることができるのでより好ましい。
【０１６０】
非窓領域１５ａと窓領域１５ｂの最表層領域における不純物濃度の関係を整理すると、ＲＴＡ前は非窓領域１５ａの最表層領域における不純物濃度が、窓領域１５ｂの最表層領域における不純物濃度より小さいが、ＲＴＡ後は窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層２３１３と、非窓領域１５ａの不純物拡散層３１とを除去することによって、非窓領域１５ａの最表層領域における不純物濃度が窓領域１５ｂの最表層領域における不純物濃度より大きくなる。
【０１６１】
（実施例８）
実施例８として、本実施の形態１０に係る半導体レーザ素子２３００の構造を有する半導体レーザ素子を製造し、実施例６と同様に、電流、電圧、光出力を測定した。これを、比較例に係る半導体レーザ素子の電力変換効率を比較したところ、本実施例８に係る半導体レーザ素子において、比較例より電力変換効率が高いことを確認することができた。
【０１６２】
（実施の形態１１）
つぎに、本発明の実施の形態１１に係る半導体レーザ素子について説明する。図７８は、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子のｙ−ｚ面における断面図である。本実施の形態１１に係る半導体レーザ素子２４００において、ｐ型コンタクト層２４１３は積層方向には１層のみで形成されているが、ｐ型コンタクト層２４１３には、ＣとＺｎとが両方ドーピングされている。
【０１６３】
図７９は、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する図である。図７９に示すように、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子２４００は、半導体積層構造形成工程において、ｐ型コンタクト層２４１３にＣ２１とＺｎ２２との、両方をドーピングする。また、不純物拡散層３１は形成しない。その後、実施の形態８と同様に、促進膜形成工程〜リッジ構造形成工程の工程等を行い（ただし、不純物拡散層除去工程は行わない。）、最終的な半導体レーザ素子２４００となる。
【０１６４】
ここで、実施の形態１１に係る半導体レーザ素子２４００のｐ型コンタクト層２４１３において、ＲＴＡによって、拡散係数の大きいＺｎは濃度が著しく減少するが、拡散係数の小さいＣは濃度があまり減少しない。したがって、Ｚｎのみをドーピングしたｐ型コンタクト層が上部電極と接触する構造に比べ、コンタクト抵抗が高くなりにくい構造である。
【０１６５】
（実施例９）
本実施例９として、本実施の形態１１に係る半導体レーザ素子２４００の構造を有する半導体レーザ素子を製造し、実施例６と同様に、電流、電圧、光出力を測定した。これを、比較例に係る半導体レーザ素子の電力変換効率を比較したところ、本実施例６に係る半導体レーザ素子において、比較例より電力変換効率が高いことを確認することができた。
【０１６６】
以上の結果が示すように、本実施例に係る半導体レーザ素子は、ＲＴＡによるコンタクト抵抗の上昇を抑制することができ、発光効率の高い半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１６７】
なお、上記実施の形態では、ｐ型コンタクト層に半導体積層部の最表層領域が含まれるものとしたが、半導体積層部の最表層領域は、上部電極と接しコンタクト抵抗に影響する領域のことであって、最表層領域がｐ型クラッド層およびそれより下の層までを指す場合もある。
【０１６８】
また、上記実施の形態では、第１導電型がｐ型である場合、ｐ型の第１不純物または第２不純物として、ＣおよびＺｎを例に説明したが、ＭｇやＢｅ等であってもよく、２以上の複数の不純物をドーピングしてもよい。ここで、拡散係数の大きさは、Ｚｎ＞Ｂｅ＞Ｍｇ＞Ｃの順番であるので、適宜最表層領域に含有される不純物を選択することができる。なお、上述したように、拡散係数は、例えば９００℃においてＺｎが１０−８ｃｍ２／ｓ程度、Ｃは１０−１５ｃｍ２／ｓ程度である。拡散係数は半導体の結晶の種類や構成原子によっても異なるが、拡散係数が大きい不純物として使用するものの拡散係数は、１０−６〜１０−１０ｃｍ２／ｓの範囲であることが好ましい。拡散係数が小さい不純物として使用するものの拡散係数は、１０−１１〜１０−１６ｃｍ２／ｓの範囲であることが好ましい。また、拡散係数が小さい不純物と大きい不純物とでの拡散係数の差は、１０１ｃｍ２／ｓ以上であることが好ましい。
【０１６９】
また、第１導電型がｎ型である場合、ｎ型の第１不純物または第２不純物として、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ等であってもよく、２以上の複数の不純物をドーピングしてもよい。このとき、半導体積層部１５の最表層領域において拡散係数の小さい不純物の含有量を多くすることによって、ＲＴＡによるコンタクト抵抗の上昇を抑制することができる。ここで、拡散係数の大きさは、Ｓｎ＞Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ＞Ｓｅ＞Ｃの順番であるので、適宜最表層領域に含有される不純物を選択することができる。
【０１７０】
（実施の形態１２）
図８０Ａは、本発明の実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子である半導体レーザ素子のｘ−ｙ面における断面図である。また、図８０Ｂは、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。図８０Ａに示すとおり、この半導体素子３１００は、下部電極４を底面に形成した基板５と、基板５上に順次形成された、ｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８を有するｎ型半導体層領域９と、活性層１０と、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層３０１３を有するｐ型半導体層領域１４とからなる半導体積層部１５とを備えている。また、ｐ型コンタクト層３０１３は断面が台形であり、ｚ軸方向に延伸したストライプ形状を有している。これによって半導体素子３１００はリッジ構造となっている。また、半導体素子３１００は、ｐ型半導体層領域１４上に形成された絶縁膜１６と、絶縁膜１６が形成されていないリッジ構造の台形の上底を介してｐ型コンタクト層３０１３に接触するｐ側電極である上部電極１７とを備えている。
【０１７１】
ｐ型コンタクト層３０１３は、例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３程度のＣがドーピングされたＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層３０１３ａと、例えば１．０×１０１７〜５．０×１０１９〜５×１０２０ｃｍ−３程度のＺｎがドーピングされたＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層３０１３ｂとからなる。ただし、ＣおよびＺｎは製造過程におけるＲＴＡにより、ｐ型半導体層領域１４内に拡散されている。
【０１７２】
なお、本実施の形態１２においてはＣが促進種として機能し、Ｚｎが抑制種として機能する。
【０１７３】
半導体素子３１００は、レーザ光が出射する端面が窓領域として混晶化されているため、窓領域のバンドギャップエネルギーが非窓領域のバンドギャップエネルギーより大きく、窓領域が発光波長に対して透明化され、レーザ光の吸収が抑制される。したがって、ＣＯＤの発生が抑制された、信頼性の高い半導体レーザ素子となる。
【０１７４】
次に、本実施の形態１２として、この半導体素子３１００の製造方法について説明する。図８１は、半導体素子の製造方法のフロー図である。図８１に示すとおり、本実施の形態１２に係る半導体素子３１００の製造方法は、半導体積層構造形成工程（ステップＳ３１０１）と、第１熱処理準備工程（ステップＳ３１０２）と、第２熱処理準備工程（ステップ３１０３）と、熱処理工程（ステップＳ３１０４）と、リッジ構造形成工程（ステップＳ３１０５）とを含むものである。
【０１７５】
以下、各工程について説明する。なお、各工程において示した数値は例示であり、本実施の形態はこの数値に限定されるものではない。
（半導体積層構造形成工程）
まず、ステップＳ３１０１の半導体積層構造形成工程について説明する。この工程では、はじめに、図８２に示すとおり、ＭＯＣＶＤ法により、基板５上にｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８、活性層１０、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層３０１３をエピタキシャル成長する。ここで、ｐ型コンタクト層３０１３ａには、Ｃ２１がドーピングされており、ｐ型コンタクト層３０１３ｂには、Ｚｎ２２がドーピングされている。半導体積層構造２５のうち、非窓領域１５ａとなる領域を第１領域２５ａ、窓領域１５ｂとなる領域を第２領域２５ｂとする。これによって、活性層１０を有する半導体積層構造２５が形成される。
【０１７６】
（第１熱処理準備工程）
次に、ステップＳ３１０２の第１熱処理準備工程について説明する。この工程では、半導体積層構造２５の一部をエッチングで除去することによって、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物であるＺｎ２２の量を、第１領域２５ａよりも、第２領域２５ｂの方が少ない状態とする。好ましくは、第２領域２５ｂにおいて、Ｚｎを含むｐ型コンタクト層３０１３ｂを完全に除去する。これによって、後で行う熱処理の際に、半導体積層構造２５のうち、非窓領域１５ａとなる第１領域２５ａよりも、窓領域１５ｂとなる第２領域２５ｂにおいて、活性層１０が混晶化されやすい状態となる。
【０１７７】
まず、図８３に示すとおり、フォトリソグラフィ工程によって、半導体積層構造２５の第１領域２５ａの上面に、フォトレジスト１３１を形成する。次に、図８４に示すとおり、エッチングによって第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３０１３ｂを除去する。ここで、第１領域２５ａと第２領域２５ｂとの境界は、図８４のようにｙ軸に対して傾斜を有する傾斜面Ｓが形成されていることが望ましい。この境界の傾斜面Ｓは、半導体積層構造２５の積層方向であるｙ軸に対して、３０度以上の傾きを有することがより好適である。３０度以上の傾きとすることで、傾斜面Ｓに対して、平面に対するものと同等の膜質、膜厚の誘電体膜が形成可能となる。なお、エッチングレートを小さくするほど、ｙ軸に対する傾斜を大きくすることができる。特に、エッチングレートを３ｎｍ／ｓｅｃよりも小さくすることで、第１領域２５ａと第２領域２５ｂとの境界のｙ軸に対する傾きを３０度以上とすることができる。
【０１７８】
その後、フォトレジスト１３１を除去する。このとき、混晶化を抑制するＺｎ２２は、第１領域２５ａよりも第２領域２５ｂにおいて少ない状態となる。また、後述するように、第１領域２５ａよりも、第２領域２５ｂの方が、熱処理によって活性層１０が混晶化されやすい状態となる。
【０１７９】
（第２熱処理準備工程）
次に、ステップＳ３１０３の第２熱処理準備工程について説明する。この工程では、第１領域２５ａの最表面と第２領域２５ｂの最表面とを、一様な媒質に接触させる。すなわち、図８５に示すとおり、一部がエッチングされた半導体積層構造２５の最表面に、ＳｉＮ絶縁膜からなる誘電体膜３４を一様に形成する。ただし、第１領域の最表面および第２領域の最表面以外の領域は、必ずしも一様な媒質に接触している必要はない。なお、誘電体膜３４の形成前に、表面付着物を除去するために硫酸等によって表面を洗浄しておくことが好ましい。
【０１８０】
（熱処理工程）
次に、ステップＳ３１０４の熱処理工程について説明する。この工程では、ＲＴＡによる短時間の熱処理を行う。ＲＴＡは、例えば、８５０℃で３０秒間行う。ここで、ＲＴＡによる熱処理を行うと、誘電体膜３４によってＧａ原子が吸収され、ｐ型コンタクト層３０１３の表面上に原子空孔が発生する。この原子空孔が拡散種として拡散し、各半導体層、特に活性層１０が混晶化される。
【０１８１】
本実施の形態１２において、Ｃ２１が促進種である第２不純物として機能し、Ｚｎ２２が抑制種である第１不純物として機能する。このとき、第１領域２５ａにおいては、Ｃ２１が活性層１０の混晶化を促進するとともに、Ｚｎ２２が活性層１０の混晶化を抑制する。一方で、第２領域２５ｂにおいては、Ｃ２１が活性層１０の混晶化を促進するが、Ｚｎ２２による活性層１０の混晶化が抑制される過程は生じない。したがって、Ｚｎ２２によって活性層１０の混晶化が抑制された第１領域２５ａと、Ｚｎ２２を含まない第２領域２５ｂとの活性層１０の混晶度に差がつく。具体的には、第２領域２５ｂの混晶度が第１領域２５ａの混晶度よりも大きくなる。その結果、第１領域２５ａから形成される非窓領域１５ａと第２領域２５ｂから形成される窓領域１５ｂとの活性層１０のバンドギャップエネルギーに差をつけることができる。
【０１８２】
したがって、本実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法において、誘電体膜３４は第１領域２５ａと第２領域２５ｂとに一様に形成されているが、非窓領域１５ａに対し窓領域１５ｂが透明化され、ＣＯＤの発生を抑制した半導体レーザ素子を実現することができる。これによって、図８６に示すとおり、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとが形成される。その後、誘電体膜３４を除去する。
【０１８３】
ここで、非窓領域と窓領域とを形成する際に、誘電体膜等からなる抑制膜と促進膜と形成する方法を用いる場合は、組成の異なる２枚の膜を形成する必要がある。
【０１８４】
これに対して、本実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法においては、半導体積層構造２５の第１領域２５ａと第２領域２５ｂとに所定の差をつける。これによって、第１領域２５ａと第２領域２５ｂとに対して形成する膜が、第１領域２５ａの最表面に接触する領域と第２領域２５ｂの最表面に接触する領域とで組成が一様な誘電体膜３４の１枚のみであっても、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとを形成することができる。したがって、本実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法は、組成の異なる２枚の膜を形成する方法に比べ、製造工程にかかる手間を大幅に削減することを可能とした。
【０１８５】
また、平面的な半導体積層構造上に抑制膜と促進膜との２枚の膜を形成すると、抑制膜と促進膜との境界に段差が生じ、誘電体膜が連続でない破断部が形成される。その結果、破断部の直下では半導体積層構造の最表面が誘電体膜で覆われない領域が生じる場合がある。この状態で熱処理を行うと、半導体積層構造の破断部の直下の最表面に表面荒れが生じる。これによって、製造された半導体素子の性能が悪化する場合がある。
【０１８６】
本実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法においては、誘電体膜３４を１枚のみ作製することで、半導体積層構造の表面を隙間無く覆うことができる連続的な膜を容易に形成することができる。したがって、熱処理を施しても、誘電体膜３４で覆われていない、破断部直下の表面から半導体の組成元素が蒸発して表面荒れが生じるおそれが少ない。このように、実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法は、熱処理による表面荒れの発生を防止または抑制することができる。なお、第１領域２５ａと第２領域２５ｂとの境界の斜面が緩やかでないと、誘電体膜３４が１枚のみであっても、破断部が生じる場合がある。このため、この境界の傾斜は、半導体積層構造２５の積層方向であるｙ軸に対して、３０度以上の傾きを有することが好ましい。
【０１８７】
また、促進膜と抑制膜とを用いる場合は、たとえば半導体積層構造の最表面にまず促進膜を一様に形成し、第１領域の最表面の促進膜をフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程によって除去し、その上に抑制膜を形成する。このとき、促進膜がエッチングにより完全に除去されずに残存する場合がある。この場合、残存した促進膜の上に抑制膜を形成すると、抑制膜は活性層の混晶化を抑制する効果を十分に発揮することができない。そのため、非窓領域と窓領域とのバンドギャップエネルギーに十分な差をつけることができず、ＣＯＤの発生を抑制することができなくなる場合がある。
【０１８８】
これに対して、本実施の形態１２に係る半導体素子の製造方法においては、熱処理の前に誘電体膜を除去する工程を含まないことができる。このため、不十分なエッチングによって、十分にＣＯＤの発生を抑制できないことが生じることを防止または抑制できる。
【０１８９】
（リッジ構造形成工程）
ステップＳ３１０５のリッジ構造形成工程については、実施の形態１の場合と同様の手順で行うことができる。さらに、絶縁膜１６を形成し、開口部１６ａを形成する。
【０１９０】
その後、上部電極１７と下部電極４とを形成し、基板５をへき開してそのへき開面に低反射率膜２と高反射率膜３とを形成し、さらに素子ごとにカッティングすることによって、半導体素子３１００が完成する。
【０１９１】
以上説明したように、本実施の形態１２に係る半導体素子３１００の製造方法は、より簡易な工程で混晶度の異なる領域を形成することができる。
【０１９２】
（実施例１０）
次に、本実施の形態１２に係る製造方法による半導体素子３１００の実施例１０として、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３０１３ｂのエッチング量と、活性層１０の混晶度との関係性を測定した。図８７は、実施例１０における第２領域のｐ型コンタクト層のエッチング量とバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を表す図である。第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３０１３ｂをエッチングにより除去すると、第２領域２５ｂに含まれる混晶化を抑制する機能を有する抑制種であるＺｎ２２の含有量が減少し、エッチングしない状態よりも活性層１０が混晶化される。したがって、図８７に示すとおり、バンドギャップエネルギーのシフト量が大きくなる。なお、ｐ型コンタクト層３０１３ｂにおけるＺｎ２２の含有量は、ドーピング濃度と層厚との積分によって求められる。
【０１９３】
一方で、非窓領域１５ａとなる第１領域２５ａは、エッチングされていないため、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３０１３ｂのエッチング量が大きくなるほど、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差ΔＥｇ１が大きくなる。特に、第２領域２５ｂを１２０ｎｍエッチングした場合、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差ΔＥｇ１は９０ｍｅＶ以上となり、十分にＣＯＤの発生を抑制することができることが実証された。
【０１９４】
さらに、本実施の形態１２に係る実施例１０において、誘電体膜３４に破断部が生じていないことを確認した。これは、実施例１０においては破断部直下の表面荒れの問題が発生しないことを意味する。図８８は、実施の形態１０に係る半導体積層構造の第１領域の最上面と第２領域の最上面との上に、一様に誘電体膜が形成されている様子を表す断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｒｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真である。図８８の傾斜は、高さ２００ｎｍ、幅４００ｎｍであり、半導体積層構造２５の積層方向であるｙ軸に対して、６０度の傾きを有する。また、半導体積層構造２５の上に、誘電体膜３４として、厚さ３０ｎｍのＳｉＮ膜が形成されている。図８８の断面ＳＥＭ写真から、誘電体膜３４が破断部を有さず、一様に形成されていることを確認できる。このように、本実施の形態１０に係る半導体素子の製造方法は、誘電体膜３４に破断部がないことによって、表面荒れが生じないことが実証できた。
【０１９５】
（変形例１）
次に、本実施の形態１２の変形例１に係る半導体素子の製造方法について説明する。
【０１９６】
変形例１に係る製造方法による半導体素子３２００は、図８９に示すとおり、熱処理後にＺｎ２２が減少したｐ型コンタクト層３２１３ｂをエッチングによって除去した構造である。本変形例１に係る半導体素子３２００の製造方法は、熱処理工程まで実施の形態１２と同一の工程である。その後、図９０に示すとおり、実施の形態１２に係る半導体素子３１００の製造方法のリッジ構造形成工程と同様に、誘電体膜３４を除去した後、さらにエッチングによって、ｐ型コンタクト層３２１３ｂを除去する。その後の工程は実施の形態１２に係る半導体素子３１００の製造方法と同一である。これによって、拡散係数の小さいＣ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３２１３ａが上部電極１７と接触し、最終的な半導体素子３２００となる。
【０１９７】
（変形例２）
次に、本実施の形態１２の変形例２に係る半導体素子の製造方法について説明する。はじめに、本変形例２に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子について説明する。図９１は、変形例２に係る製造方法による半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。図９１に示すとおり、本変形例２に係る製造方法による半導体素子３３００は、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と異なり、ｐ型コンタクト層がＺｎ２２をドーピングされたｐ型コンタクト層３３１３の１層からなる構造である。このように、ｐ型コンタクト層３３１３が１層であっても、第１領域２５ａと第２領域２５ｂとにおける抑制種として機能するＺｎ２２の含有量を変えることによって、１枚の誘電体膜３４で混晶度の異なる領域を形成することができる。
【０１９８】
次に、本変形例２に係る半導体素子３３００の製造方法について説明する。図９２および図９３は、変形例２に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。図９３に示すとおり、本変形例２に係る半導体素子３３００の製造方法は、半導体積層構造として、ｐ型クラッド層１２の上にＺｎ２２をドーピングしたｐ型コンタクト層３３１３の１層のみが形成される。そして、実施の形態１２と同様にフォトレジスト工程およびエッチング工程により、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３３１３を除去する。さらに、その上にＳｉＮｘからなる誘電体膜３４を一様に形成し、熱処理することによって、図９３に示すとおり、混晶度の異なる非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとを形成し、その後、実施の形態１２と同様に、リッジ構造形成工程を行い、最終的な半導体素子３３００となる。
【０１９９】
（変形例３）
次に、本実施の形態１２の変形例３に係る半導体素子の製造方法について説明する。はじめに、本変形例３に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子について説明する。図９４は、変形例３に係る製造方法による半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。図９４に示すとおり、本変形例３に係る半導体素子３４００は、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と同様に、ｐ型コンタクト層３４１３が２層からなる構造である。しかしながら、本変形例３に係る半導体素子３４００は、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と異なり、ｐ型コンタクト層３４１３ａにはＺｎ２２がドーピングされており、ｐ型コンタクト層３４１３ｂにはＣ２１がドーピングされている。さらに、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層３０１３ｂがエッチングされた実施の形態１２と異なり、非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層３４１３ｂが、エッチングにより除去されている。
【０２００】
ここで、ＣＯＤの発生を抑制するためには、非窓領域１５ａの活性層１０と窓領域１５ｂの活性層１０との混晶度に差をつけ、非窓領域１５ａのバンドギャップエネルギーより窓領域１５ｂのバンドギャップエネルギーを大きくすればよい。したがって、原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物であるＺｎ２２の量を第１領域２５ａより第２領域２５ｂにおいて少なくする工程、または、原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物であるＣ２１の量を第２領域２５ｂより第１領域２５ａにおいて少なくする工程を含み、その後熱処理を行えばよい。このうち、実施の形態１２は原子空孔拡散を抑制する機能を有する第１不純物であるＺｎ２２の量を第１領域２５ａより第２領域２５ｂにおいて少なくする工程を含むが、本変形例３は原子空孔拡散を促進する機能を有する第２不純物であるＣ２１の量を第２領域２５ｂより第１領域２５ａにおいて少なくする工程を含む。これによって、本変形例３においても、１枚の誘電体膜３４で混晶度の異なる領域を形成することができる。
【０２０１】
次に、本変形例３に係る半導体素子３４００の製造方法について説明する。図９５〜図９７は、変形例３に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。図９５に示すとおり、本変形例３に係る半導体素子３４００の製造方法のｐ型コンタクト層３４１３は、Ｚｎ２２がドーピングされたｐ型コンタクト層３４１３ａと、Ｃ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３４１３ｂとからなる。次に、図９６に示すとおり、フォトリソグラフィ工程によって、半導体積層構造２５の第２領域２５ｂの上面に、フォトレジスト１３１を形成する。そして、エッチングによって、第１領域２５ａのｐ型コンタクト層３４１３ｂを除去し、その上に誘電体膜３４を一様に形成し、図９７の状態とする。この状態で熱処理を行うと、促進種であるＣ２１を含むｐ型コンタクト層３４１３ｂを有する第２領域２５ｂにおいて、活性層１０の混晶化が促進される。これにより、窓領域１５ｂのバンドギャップエネルギーは、ｐ型コンタクト層３４１３ｂを除去された非窓領域１５ａのバンドギャップエネルギーより大きくなる。したがって、１枚の誘電体膜３４によって、混晶度の異なる非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとが形成され、その後、実施の形態１２と同様に、リッジ構造形成工程等を行い、最終的な半導体素子３４００となる。
【０２０２】
（変形例４）
次に、本実施の形態１２の変形例４に係る半導体素子の製造方法について説明する。はじめに、本変形例４に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子について説明する。図９８は、変形例４に係る製造方法による半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。図９８に示すとおり、本変形例４に係る半導体素子３５００は、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と異なり、ｐ型コンタクト層３５１３は、非窓領域１５ａにＺｎ２２がドーピングされたｐ型コンタクト層３５１３ａが形成され、窓領域１５ｂにＣ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３５１３ｂが形成されている。これによって、非窓領域１５ａはＺｎ２２によって活性層１０の混晶化が抑制され、窓領域１５ｂにＣ２１によって活性層１０の混晶化が促進されるため、実施の形態１２と変形例３とを合わせた効果が期待できる。
【０２０３】
次に、本変形例４に係る半導体素子３５００の製造方法について説明する。図９９は、変形例４に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。本変形例４に係る半導体素子３５００の製造方法は、はじめに、Ｚｎ２２がドーピングされたｐ型コンタクト層３５１３ａを形成し、フォトグラフィ工程およびエッチング工程によって、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３５１３ａを除去する。つぎに、第２領域２５ｂにＣ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３５１３ｂを選択的に再成長させる。そして、その上に誘電体膜３４を一様に形成し、図９９の状態とする。この状態で実施の形態１２と同様に、熱処理工程およびリッジ構造形成工程等を行い、最終的な半導体素子３５００となる。
【０２０４】
（変形例５）
次に、本実施の形態１２の変形例５に係る半導体素子の製造方法について説明する。はじめに、本変形例５に係る半導体素子の製造方法で製造することができる半導体素子について説明する。図１００は、変形例５に係る半導体素子のｙ−ｚ面における断面図である。図１００に示すとおり、本変形例５に係る半導体素子３６００は、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と同様に、ｐ型コンタクト層３６１３は、Ｃ２１がドーピングされたｐ型コンタクト層３６１３ａと、Ｚｎ２２がドーピングされたｐ型コンタクト層３６１３ｂとからなる。
【０２０５】
次に、本変形例５に係る半導体素子３６００の製造方法について説明する。図１０１は、変形例５に係る半導体素子の製造方法の一例を説明する図である。本変形例５に係る半導体素子３６００の製造方法は、ｐ型コンタクト層３６１３として、不純物をドーピングしていない状態のｐ型コンタクト層３６１３ａおよびｐ型コンタクト層３６１３ｂを積層させる。次に、イオン注入によって、ｐ型コンタクト層３６１３ａにＣ２１を、ｐ型コンタクト層３６１３ｂにＺｎ２２をドーピングする。このとき、抑制種であるＺｎ２２は、第１領域２５ａに多く含まれるように選択的にドーピングし、促進種であるＣ２１は、第２領域２５ｂに多く含まれるように選択的にドーピングする。そして、その上に誘電体膜３４を一様に形成し、図１０１の状態とする。この状態で実施の形態１２と同様に、熱処理工程およびリッジ構造形成工程等を行い、最終的な半導体素子３６００となる。なお、イオン注入は同一の層にＣ２１およびＺｎ２２の２種類をドーピングしてもよい。
【０２０６】
なお、本実施の形態１２において、不純物を含有する半導体層をエッチング等によって選択的に除去すること、所望の不純物を含む不純物含有層を選択的に再成長させること、選択的にイオン注入することによって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度に差をつけた。しかしながら、本発明の実施の形態はこれに限らず、半導体積層構造２５の上に、抑制種または促進種の元素の単体、または、抑制種または促進種を含有する化合物を、選択的に堆積し、熱処理で拡散させること等によって、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとの混晶度に差をつけることもできる。
【０２０７】
（実施の形態１３）
次に、本実施の形態１３に係る半導体素子の製造方法について説明する。はじめに、本発明の実施の形態１３に係る製造方法で製造することができる半導体素子について説明する。図１０２に示すように、本実施の形態１３に係る製造方法で製造することができる半導体素子３７００は、ｐ型コンタクト層３７１３を除いて、実施の形態１２に係る半導体素子３１００と同一の構造である。ｐ型コンタクト層３７１３は、半導体素子３１００と同様に、Ｃ２１をドーピングされたｐ型コンタクト層３７１３ａとＺｎ２２をドーピングされたｐ型コンタクト層３７１３ｂとからなるが、半導体素子３１００と異なり、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂはエッチングにより除去されていない。さらに、窓領域１５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最表面は、非窓領域１５ａのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最表面より、表面粗さが大きくされている。なお、この半導体素子３７００の動作は、半導体素子３１００と同様であり、ＣＯＤの発生が抑制された半導体レーザ素子として動作する。
【０２０８】
次に、この半導体素子３７００の製造方法の一例について説明する。本実施の形態１３に係る半導体素子３７００の製造方法は、実施の形態１２と同様に、図８１に示す半導体積層構造形成工程と、第１熱処理準備工程と、第２熱処理準備工程と、熱処理工程と、リッジ構造形成工程とを含むものである。
【０２０９】
（半導体積層構造形成工程）
まず、半導体積層構造形成工程について説明する。この工程では、はじめに、図１０３に示すとおり、ＭＯＣＶＤ法により、活性層１０を有する半導体積層構造２５を形成する。半導体積層構造２５は、半導体素子３１００の半導体積層構造２５と同一であり、ｐ型コンタクト層３７１３ａには、Ｃ２１がドーピングされており、ｐ型コンタクト層３７１３ｂには、Ｚｎ２２がドーピングされている。半導体積層構造２５のうち、非窓領域１５ａとなる領域を第１領域２５ａ、窓領域１５ｂとなる領域を第２領域２５ｂとする。
【０２１０】
（第１熱処理準備工程）
次に、第１熱処理準備工程について説明する。この工程では、第１領域２５ａの最表面の表面粗さと、第２領域２５ｂの最表面の表面粗さとに差をつける。誘電体膜３４と接する半導体積層構造２５の最表面の表面粗さが大きいと、熱処理の際に、半導体積層構造２５の誘電体膜３４との界面に原子空孔が生じ易くなり、活性層１０の混晶化が促進される。
【０２１１】
まず、図１０４に示すとおり、フォトリソグラフィ工程によって、半導体積層構造２５の第１領域２５ａの上面に、フォトレジスト１３１を形成する。次に、表面粗さを大きくする表面処理として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のプラズマ処理によって、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最表面を選択的にエッチングする。ＲＩＥのエッチングガスは、例えばプラズマ化したＯ２ガスであるＯ２プラズマを用いることができる。これによって、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最表面の表面粗さを、例えば平均表面粗さとして３ｎｍ以上まで増大させる。一方、フォトレジスト１３１のマスクによって、エッチングを受けない第１領域２５ａのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最表面の表面粗さは平均表面粗さとして１ｎｍ程度である。
【０２１２】
次に、フォトレジスト１３１を除去する。これによって、第１領域２５ａの最表面よりも第２領域２５ｂの最表面の表面粗さを大きくすることができる。このとき、第１領域２５ａよりも第２領域２５ｂの方が、熱処理によって活性層１０が混晶化されやすい状態となる。このように第１領域２５ａの最表面よりも第２領域２５ｂの最表面の表面粗さを大きくすることで、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂを大きくエッチングしなくてもバンドギャップエネルギー差を得ることができる。このとき第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂは残っていてもよい。これにより、実施の形態１２より第１領域２５ａと第２領域２５ｂの境界の被覆性が向上する。なお、フォトレジストが付いた試料を導入できない装置を使用する場合や、フォトレジストが変質してしまう工程を行う場合に、フォトレジスト１３１に代えて誘電体膜をマスクとして使用することができる。また、表面粗さは、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｘ線反射率測定法等によって測定することができる。
【０２１３】
（第２熱処理準備工程）
次に、第２熱処理準備工程について説明する。この工程では、図１０５に示すとおり、半導体積層構造２５の最表面に一様な誘電体膜３４を形成する。ここで、表面付着物を除去するため、誘電体膜３４を形成する前に、硫酸等によって表面を洗浄することが好ましい。ただし、第１領域２５ａおよび第２領域２５ｂの表面粗さに影響を与えないように留意する。
【０２１４】
（熱処理工程）
次に、熱処理工程について説明する。この工程は、実施の形態１２と同様に、例えば、８５０℃、３０秒間のＲＴＡを行う。ＲＴＡによって、表面粗さの大きい第２領域２５ｂは活性層１０の混晶化が促進され、窓領域１５ｂとなり、表面粗さの小さい第１領域２５ａは非窓領域１５ａとなる。
【０２１５】
（リッジ構造形成工程）
リッジ構造形成工程については、実施の形態１２の場合と同様の手順で行うことができる。さらに、絶縁膜１６、開口部１６ａ、下部電極４、上部電極１７を形成する。その後、基板５をへき開してそのへき開面に低反射率膜２と高反射率膜３とを形成し、さらに素子ごとにカッティングすることによって、半導体素子３７００が完成する。
【０２１６】
以上説明したように、本実施の形態１３に係る半導体素子３７００の製造方法は、より簡易な工程で混晶度の異なる非窓領域と窓領域とを形成することができる。
【０２１７】
（実施例１１）
次に、本実施の形態１３に係る製造方法による半導体素子３７００の実施例１１として、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂの表面粗さと、活性層１０の混晶度との関係性を測定した。図１０６は、実施例１１における第２領域の平均表面粗さとバンドギャップエネルギーのシフト量との関係を表す図である。図１０６が示すとおり、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層３７１３ｂの最上面の表面粗さを増大させると、活性層１０の混晶化が促進され、バンドギャップエネルギーのシフト量が大きくなることがわかる。
【０２１８】
一方で、非窓領域１５ａとなる第１領域２５ａは、エッチングされず表面粗さが変わらないため、第２領域２５ｂのｐ型コンタクト層１３ｂの表面粗さが大きくなるほど、第１領域２５ａの表面粗さと第２領域２５ｂの表面粗さとの差が大きくなり、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差ΔＥｇ２は大きくなる。そして、第１領域２５ａの平均表面粗さが１．０ｎｍ、第２領域２５ｂの平均表面粗さを３．０ｎｍ以上として、第１領域２５ａの平均表面粗さと第２領域２５ｂの平均表面粗さとの差を２．０ｎｍ以上とした場合、非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのバンドギャップエネルギーの差ΔＥｇ２は６０ｍｅＶ以上となり、十分にＣＯＤの発生を抑制することができる。特に、第２領域２５ｂの平均表面粗さが４．５ｎｍで、第１領域２５ａの平均表面粗さと第２領域２５ｂの平均表面粗さとの差を３．５ｎｍとした場合、ΔＥｇ２は８５ｍｅＶ以上となり、よりいっそうＣＯＤの発生を抑制することができることが実証された。
【０２１９】
なお、本実施の形態１３における表面処理として、Ｏ２プラズマを用いたＲＩＥを例示したが、硫酸、過酸化水素、クエン酸等によるウェットエッチング、硫酸、塩酸、フッ酸、リン酸、酒石酸等による酸処理、アンモニア、現像液（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等）等によるアルカリ処理、アセトン、エタノール、メタノール、メチルエチルケトン、ＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）等による有機洗浄、研磨等による機械的な処理、レーザ加工、電子ビーム照射等による物理的な処理によって、第１領域と第２領域との表面粗さに差をつけることができる。さらに、本発明の実施の形態はこれに限らず、表面処理によって、第１領域と第２領域との表面粗さに差をつける方法であれば、１枚の誘電体膜で混晶度の異なる領域を形成することができる。
【０２２０】
（実施の形態１４）
次に、本実施の形態１４に係る半導体素子の製造方法について説明する。本発明の実施の形態１４に係る製造方法によれば、実施の形態７と同様の構成の半導体素子を製造することができる。
【０２２１】
図１０７は、本実施の形態１４に係る製造方法で製造することができる半導体素子のｘ−ｙ面における断面図である。半導体素子３８００は、基板３８０５と、基板３８０５上に順次形成された、例えばＧａＡｓからなる下部クラッド層３８０７、コア層３８１０と、上部クラッド層３８１２とからなる半導体積層部３８１５とを備えている。さらに、半導体積層部３８１５は、混晶化抑制領域３８１５ａと、混晶化促進領域３８１５ｂとからなる。
【０２２２】
半導体素子３８００は、コア層３８１０と、コア層３８１０を挟みコア層より屈折率の小さい半導体からなる下部クラッド層３８０７および上部クラッド層３８１２とによって、ｙ軸方向に光を閉じ込める構造である。さらに、半導体素子３８００は、混晶化抑制領域３８１５ａと、混晶化抑制領域３８１５ａを挟み混晶化され混晶化抑制領域３８１５ａより屈折率が小さい混晶化促進領域３８１５ｂとによって、ｘ軸方向に光を閉じ込める構造である。したがって、この半導体素子３８００は、光をｚ軸方向に導波させる半導体光導波路として機能する。
【０２２３】
次に、この半導体素子３８００の製造方法の一例について説明する。本実施の形態１４に係る半導体素子３８００の製造方法は、実施の形態１２と同様に、図８１に示す半導体積層構造形成工程と、第１熱処理準備工程と、第２熱処理準備工程と、熱処理工程とを含むものである。
【０２２４】
（半導体積層構造形成工程）
この工程では、はじめに、図１０８に示すとおり、ＭＯＣＶＤ法により、基板３８０５上に、下部クラッド層３８０７と、コア層３８１０と、上部クラッド層３８１２とを積層し、さらに、促進種をドーピングした促進種含有層３８１３ａと、抑制種をドーピングした抑制種含有層３８１３ｂとを備える不純物含有層３８１３を積層し、半導体積層構造３８２５を形成する。
【０２２５】
（第１熱処理準備工程）
この工程では、半導体積層構造３８２５の第２領域３８２５ｂにおける抑制種含有層３８１３ｂをエッチングで除去することによって、抑制種が第１領域３８２５ａよりも、第２領域３８２５ｂの方が少ない状態とする。これによって、後で行う熱処理の際に、半導体積層構造３８２５のうち、混晶化抑制領域３８１５ａとなる第１領域３８２５ａよりも、混晶化促進領域３８１５ｂとなる第２領域３８２５ｂにおいて、混晶化されやすい状態となる。
【０２２６】
まず、フォトリソグラフィ工程によって、半導体積層構造３８２５の第１領域３８２５ａの上面に、フォトレジスト１３１を形成する。次に、図１０９に示すとおり、エッチングによって第２領域３８２５ｂの抑制種含有層３８１３ｂを除去する。
【０２２７】
さらに、フォトレジスト１３１を除去する。これによって、抑制種が、第１領域３８２５ａよりも第２領域３８２５ｂにおいて少ない状態となる。このとき、第１領域３８２５ａよりも、第２領域３８２５ｂの方が、熱処理によって半導体積層部３８１５が混晶化されやすい状態となる。なお、第１領域３８２５ａと第２領域３８２５ｂとの境界は、図のように傾斜面を有していてもよいが、傾斜面を有していなくてよい。なぜなら、不純物含有層３８１３は、後の行程にて除去されるため、半導体積層構造３８２５は熱処理による表面荒れの影響をほとんど受けないからである。
【０２２８】
（第２熱処理準備工程）
この工程では、図１１０に示すとおり、半導体積層構造３８２５の最表面に一様な誘電体膜３４を形成する。ここで、表面付着物を除去するため、誘電体膜３４を形成する前に、硫酸等によって表面を洗浄することが好ましい。
【０２２９】
（熱処理工程）
この工程は、実施の形態１２と同様に、例えば、８５０℃、３０秒間のＲＴＡを行う。ここで、ＲＴＡによる熱処理を行うと、誘電体膜３４によってＧａ原子が吸収され、不純物含有層３８１３の表面上に原子空孔が発生する。この原子空孔が拡散種として拡散し、各半導体層が混晶化される。これによって、混晶度の異なる混晶化抑制領域３８１５ａと混晶化促進領域３８１５ｂとが形成される（図１０７参照）。その後、不純物含有層３８１３をエッチング等によって除去し、最終的な半導体素子３８００が完成する。
【０２３０】
以上説明したように、本実施の形態１４に係る製造方法は、より簡易な工程で混晶度の異なる領域を形成することができる。このように、本発明は実施の形態１２および１３のような半導体レーザ素子、他の実施の形態の半導体レーザー素子や半導体素子だけでなく、本実施の形態１４のような半導体光導波路にも適用することができる。
【０２３１】
なお、本実施の形態１４において、実施の形態７の場合と同様に、第２領域の外側に、さらに混晶度の異なる第３領域を形成し、ｘ軸方向の光の閉じ込めを改善してもよい。また、例えば抑制種含有層の厚さを、ｘ軸方向に連続的に変化させることによって、混晶度が連続的に変化する構成としてもよい。このような場合にも、上記の実施の形態と同様に、１枚の誘電体膜で混晶度の異なる領域を形成することができる。
【０２３２】
以上の結果が示すように、本発明の実施の形態に係る半導体素子の製造方法は、１枚の誘電体膜で混晶度の異なる領域を形成することができ、製造工程が簡易であるだけでなく、さらに、十分にＣＯＤの発生を抑制することができることが実証された。
【０２３３】
なお、上記実施の形態において、半導体素子として半導体レーザ素子および半導体光導波路を製造する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、トランジスタやダイオードなどの電子デバイスとしての半導体素子の製造にも適用可能である。
【０２３４】
また、上記実施の形態においては、熱処理を行う際に、半導体積層構造の最表面を一様なＳｉＮｘである誘電体膜と接触させたが、本発明はこれに限らず、半導体積層構造の最表面に、誘電体膜として、ＳｉＯｘ、ＺｎＯｘ、ＡｌＯｘ、ＡｌＮｘ、ＡｌＯｘＮｙ、ＴｉＯｘ、ＴｉＮｘ、ＴｉＯｘＮｙ、ＴａＯｘ、ＨｆＯｘ等、金属膜として、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｐｔ等、半導体膜として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＺｎＳｅ等を一様に形成して熱処理を行うことによっても、半導体積層構造に混晶度に差をつけた領域を形成することができる。さらに、本発明は、一様な媒質は一様な膜に限らず、Ｎ２、Ａｓ、アルシン等のＡｓ化合物、Ａｒ等の一様な気体雰囲気に半導体積層構造の最表面を接触させ、その気体雰囲気中で熱処理することによっても、半導体積層構造に混晶度に差をつけた領域を形成することができる。
【０２３５】
また、実施の形態１２および実施の形態１４においては、不純物含有層の選択的なエッチングによって、第１領域よりも、第２領域において、熱処理によって活性層が混晶化されやすい状態とし、実施の形態１３においては、半導体積層構造の誘電体膜と接する最表面の表面粗さに差をつけることによって、第１領域よりも、第２領域において、熱処理によって活性層が混晶化されやすい状態とした。しかしながら、実施の形態１２および実施の形態１４のような選択的なエッチングと実施の形態１３のような表面粗さに差をつけることの両方を行うことによって、より半導体積層構造に混晶度に差をつけた領域を形成でき、たとえばＣＯＤの発生が抑制された半導体レーザ素子を実現することができる。
【０２３６】
また、上記実施の形態では、ｐ型の不純物としてＣおよびＺｎを例に説明したが、第１不純物は、ＭｇやＢｅ等であってもよく、第２不純物は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ等であってもよく、それぞれ２以上の複数の不純物をドーピングしてもよい。
【０２３７】
また、上記実施の形態においては、リッジ構造を有する半導体レーザ素子を例に説明したが、もちろん、リッジ構造を有する半導体レーザ素子に限らず、適用可能である。上述の実施の形態では、基板５上にｎ型バッファ層６、ｎ型クラッド層７、ｎ型ガイド層８、活性層１０、ｐ型ガイド層１１、ｐ型クラッド層１２、ｐ型コンタクト層１３を形成した構造を説明してきたが、基板５上に順次、ｐ型バッファ層、ｐ型クラッド層、ｐ型ガイド層、活性層、ｎ型ガイド層、ｎ型クラッド層、ｎ型コンタクト層を形成した構造であってもよい。この場合には、ｎ型のドーパントについて非窓領域１５ａと窓領域１５ｂとのｎ型半導体層領域における不純物の含有量に差をつけてもよい。ｎ型のドーパントとしてはＳｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ等を用いることができる。
また所望の発振波長に応じてＩｎＰ等の他の材料の基板や、他の材料系から積層構造を構成することもできる。
【０２３８】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２３９】
本発明に係る半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法は、混晶化技術を適用する半導体素子に利用して好適なものである。
【符号の説明】
【０２４０】
１、１１０１  素子本体
２  低反射率膜
３  高反射率膜
４  下部電極
５、１１０５、３８０５  基板
６  ｎ型バッファ層
７  ｎ型クラッド層
８  ｎ型ガイド層
９  ｎ型半導体層領域
１０  活性層
１０ａ下部バリア層
１０ｂ  量子井戸層
１０ｃ  上部バリア層
１１、６１１、７１１、８１１、９１２  ｐ型ガイド層
１２、６１２、７１２、９１２  ｐ型クラッド層
１３、１３ａ、１３ｂ、３１３、３１３ａ、３１３ｂ、４１３、４１３ａ、４１３ｂ、５１３、５１３ａ、５１３ｂ、６１３ａ、６１３ｂ、７１３ａ、７１３ｂ、８１３、９１３、２０１３、２０１３ａ、２０１３ｂ、２２１３、２２１３ａ、２２１３ｂ、２３１３、２４１３、３０１３、３０１３ａ、３０１３ｂ、３２１３ａ、３２１３ｂ、３３１３、３４１３、３４１３ａ、３４１３ｂ、３５１３、３５１３ａ、３５１３ｂ、３６１３、３６１３ａ、３６１３ｂ、３７１３、３７１３ａ、３７１３ｂ  ｐ型コンタクト層
１４  ｐ型半導体層領域
１５、１１２５  半導体積層部
１５ａ  非窓領域
１５ｂ  窓領域
１６  絶縁膜
１６ａ  開口部
１７  上部電極
２１  Ｃ
２２  Ｚｎ
２３  原子空孔
２４  Ｇａ原子
２５、３８２５  半導体積層構造
２５ａ、１１２５ａ、３８２５ａ  第１領域
２５ｂ、１１２５ｂ、３８２５ｂ  第２領域
３１  不純物拡散層
３２  促進膜
３３  抑制膜
３４  誘電体膜
１００、２００、３００、４００、５００、１００１、２１００、２２００、２３００、２４００  半導体レーザ素子
１３１  フォトレジスト
１０００  半導体レーザモジュール
１００２  筐体
１００３  底板部
１００４  筒状孔部
１００５  ベース部
１００６  マウント部
１００７  ファイバ固定部
１００８  光ファイバ
１００９  スリーブ部
１０１０  受光部
１１００  半導体光素子
１１０７、３８０７  下部クラッド層
１１１０、３８１０  コア層
１１１２、３８１２  上部クラッド層
１１１３、３８１３  不純物含有層
１１１３ａ、３８１３ａ  促進種含有層
１１１３ｂ、３８１３ｂ  抑制種含有層
１１１５、３８１５  半導体積層部
１１１５ａ、３８１５ａ  混晶化抑制領域
１１１５ｂ、３８１５ｂ  混晶化促進領域
３１００、３２００、３３００、３４００、３５００、３６００、３７００、３８００  半導体素子
Ｄ  エッチング量
ΔＥｇＡ１、ΔＥｇＡ２、ΔＥｇＡ３、ΔＥｇＢ１、ΔＥｇＢ２、ΔＥｇＢ３、ΔＥｇＣ  バンドギャップエネルギーの差
Ｌ  レーザ光
Ｐ１  ストライプパターン
Ｓ  傾斜面
【図１】
0005731084.tif 000002
【図２Ａ】
0005731084.tif 000003
【図２Ｂ】
0005731084.tif 000004
【図２Ｃ】
0005731084.tif 000005
【図３】
0005731084.tif 000006
【図４】
0005731084.tif 000007
【図５】
0005731084.tif 000008
【図６】
0005731084.tif 000009
【図７】
0005731084.tif 000010
【図８】
0005731084.tif 000011
【図９】
0005731084.tif 000012
【図１０】
0005731084.tif 000013
【図１１】
0005731084.tif 000014
【図１２】
0005731084.tif 000015
【図１３】
0005731084.tif 000016
【図１４】
0005731084.tif 000017
【図１５】
0005731084.tif 000018
【図１６】
0005731084.tif 000019
【図１７】
0005731084.tif 000020
【図１８】
0005731084.tif 000021
【図１９】
0005731084.tif 000022
【図２０】
0005731084.tif 000023
【図２１】
0005731084.tif 000024
【図２２】
0005731084.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0005731084.tif 000028
【図２６】
0005731084.tif 000029
【図２７】
0005731084.tif 000030
【図２８】
0005731084.tif 000031
【図２９】
0005731084.tif 000032
【図３０】
0005731084.tif 000033
【図３１】
0005731084.tif 000034
【図３２】
0005731084.tif 000035
【図３３】
0005731084.tif 000036
【図３４】
0005731084.tif 000037
【図３５】
0005731084.tif 000038
【図３６】
0005731084.tif 000039
【図３７】
0005731084.tif 000040
【図３８】
0005731084.tif 000041
【図３９】
0005731084.tif 000042
【図４０】
0005731084.tif 000043
【図４１】
0005731084.tif 000044
【図４２】
0005731084.tif 000045
【図４３】
0005731084.tif 000046
【図４４】
0005731084.tif 000047
【図４５】
0005731084.tif 000048
【図４６】
0005731084.tif 000049
【図４７】
0005731084.tif 000050
【図４８】
0005731084.tif 000051
【図４９】
0005731084.tif 000052
【図５０】
0005731084.tif 000053
【図５１】
0005731084.tif 000054
【図５２】
0005731084.tif 000055
【図５３】
0005731084.tif 000056
【図５４】
0005731084.tif 000057
【図５５】
0005731084.tif 000058
【図５６】
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【図５７】
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【図５８Ａ】
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【図５８Ｂ】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６Ａ】
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【図６６Ｂ】
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【図６６Ｃ】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０Ａ】
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【図８０Ｂ】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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