(57)【要約】      （修正有）【課題】端面破壊を生じる光出力が十分高く、しきい値電流の低い高効率な半導体レーザを提供する。【解決手段】第１導電型の半導体基板１０１、第１導電型の下クラッド層１０３、量子井戸活性層１０４、第２導電型の第１上クラッド層１０５、リッジ形状を有する第２導電型の第２上クラッド層１０６、リッジの周囲の第１上クラッド層上に形成された第１導電型の電流ブロック層１０７、レーザ共振器端面近傍の下クラッド層、量子井戸活性層および第１上クラッド層に不純物を注入して形成された注入領域を備える。ウェル層の膜厚が５ｎｍ以下であり、注入領域における不純物の濃度のピークが、量子井戸活性層の端から第１上クラッド層側に１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に位置し、注入領域の量子井戸活性層に注入された不純物の濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下である。【選択図】図１
2008263216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、
前記下クラッド層上に形成されバリア層およびウェル層が交互に積層された量子井戸活性層と、
前記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の第１上クラッド層と、
前記第１上クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ形状を有する第２導電型の第２上クラッド層と、
前記第２上クラッド層のリッジの周囲の前記第１上クラッド層上に形成された第１導電型の電流ブロック層と、
レーザ共振器端面近傍の前記下クラッド層、前記量子井戸活性層および前記第１上クラッド層に不純物を注入することにより形成された注入領域とを備え、
前記ウェル層の膜厚が５ｎｍ以下であり、
前記注入領域における前記不純物の濃度のピークが、前記量子井戸活性層の端から前記第１上クラッド層側に１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に位置し、
前記注入領域の前記量子井戸活性層に注入された前記不純物の濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記不純物がＳｉであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記不純物がイオン注入により導入されたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記不純物が注入された前記量子井戸活性層のバンドギャップは、前記不純物が注入されていない前記量子井戸活性層のバンドギャップと比較して３５meV以上大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下クラッド層、バリア層とウェル層が交互に積層されている量子井戸活性層、および第２導電型の第１上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程と、
レーザの共振器端面近傍の領域の前記量子井戸活性層に対し、前記第１上クラッド層上部から不純物のイオン注入を行う工程と、
イオン注入を行った領域の前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、
前記第１上クラッド層上にストライプ状のリッジ形状を有する第２導電型の第２上クラッド層を形成する工程と、
前記リッジ周囲の前記第１上クラッド層上に第１導電型の電流ブロック層を形成する工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
前記イオン注入を行う工程および無秩序化する工程は、前記不純物の濃度の最も大きい位置が前記第１上クラッド層側の前記量子井戸活性層の端から１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に離れ、かつ前記量子井戸活性層に含まれる前記不純物濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下となるように行うことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下クラッド層、バリア層とウェル層が交互に積層されている量子井戸活性層、および第２導電型の第１上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程と、
レーザの共振器端面近傍の領域の前記量子井戸活性層に対し、前記第１上クラッド層上部から不純物のイオン注入を行ない、イオン注入を行った領域の前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、
ストライプ溝領域を有する第１導電型の電流ブロック層を形成する工程と、
前記ストライプ溝領域と前記電流ブロック層の上に第２導電型の第２上クラッド層を形成する工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
前記イオン注入を行う工程および無秩序化する工程は、前記不純物の濃度の最も大きい位置が前記第１上クラッド層側の前記量子井戸活性層の端から１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に離れ、かつ前記量子井戸活性層に含まれる前記不純物濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下となるよう行うことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記不純物としてＳｉを用いることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記ウェル層の膜厚を５ｎｍ以下に形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
無秩序化された前記量子井戸活性層のバンドギャップは、無秩序化されていない前記量子井戸活性層のバンドギャップと比較して３５meV以上大きいことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面部分に窓構造を有する高出力動作が可能な半導体レーザ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高倍速ＣＤ―Ｒ/ＲＷや録再型ＤＶＤ等の光ディスクシステムの光源として高出力半導体レーザが積極的に開発されているが、その高出力化は共振器端面の端面破壊によって阻害されている。共振器端面には表面準位が多く、端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの表面準位を介した非発光再結合により失われるので、活性層端面近傍のキャリア密度は内部に比べて小さくなる。従って注入キャリア密度の高い活性層内部で発生するレーザ光に対して、活性層の端面近傍領域は光吸収領域となる。この吸収により吸収領域の温度が上昇し、バンドギャップが狭くなる。この結果、活性層の端面近傍領域のレーザ光に対する吸収係数は増大し、吸収されるレーザ光量がさらに増大して光吸収領域の温度はさらに上昇する。これは正帰還過程であり、ついに端面破壊に至る。
【０００３】
この端面破壊を抑制するために、共振器端面での光吸収を低減できるよう活性層の端面近傍でのバンドギャップを広げた窓構造を備えた素子が提案されている。例えば特許文献１には、活性層端面領域にＳｉイオンを注入しその後アニールすることにより、ＡｌＧａＡｓ量子井戸を無秩序化して窓構造を形成した半導体レーザが開示されている。ここで無秩序化するとは、量子井戸を構成するバンドギャップの小さなウェル層と、ウェル層をはさむバンドギャップの大きなバリア層の各々の構成元素を拡散させて混晶化することである。無秩序化により、量子井戸のバンドギャップは無秩序化前より大きくなる。
【０００４】
図９(a)に、従来例の半導体レーザの斜視図を、図９(b)に、図９(a)のA−A’における模式的断面図を示す。９０１はｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板である。半導体基板９０１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層９０２、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる下クラッド層９０３、ＡｌＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる量子井戸活性層９０４、膜厚が０．０５〜０．５μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第１上クラッド層９０５がこの順に形成されている。この第１上クラッド層９０５の上に、リッジ型のｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第２上クラッド層９０６が形成され、リッジの側面および底面にｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層９０７が形成され、リッジの上面および電流ブロック層９０７の上にｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層９０８が形成されている。９０９はｎ側電極、９１０はｐ側電極である。９１１はイオン注入領域、すなわち下クラッド層９０３と量子井戸活性層９０４と第１上クラッド層９０５の端面近傍領域に選択的にＳｉイオンを注入した領域である。特許文献１には、第１上クラッド層９０５形成後に、端面近傍領域にＳｉイオンを加速電圧６０〜６００keVで注入し、その後７００℃以上でアニールすることが記載されている。但し、注入されたＳｉ濃度のプロファイルについての記述はない。
【０００５】
注入されたＳｉ濃度のプロファイルについては、特許文献２に開示されている。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板からｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１上クラッド層までのＤＨ構造、および第１上クラッド層形成後のＳｉイオン注入は上記従来例と同様である。図１０に、この従来例における注入されたＳｉ濃度のプロファイルを示す。量子井戸活性層の中央付近にＳｉ濃度のピークがあり、ピーク濃度は１×１０18cm-3である。またウェル層の膜厚は８ｎｍ、バリア層の膜厚は５〜８ｎｍである。
【特許文献１】特開平８−１１１５６０号公報
【特許文献２】特開平６−３０２９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者が、従来例のように第１上クラッド層形成後、端面近傍領域に対して、量子井戸活性層の中央付近にＳｉ濃度のピークがあり、ピーク濃度は１×１０18cm-3となるようにＳｉイオン注入を行ったところ、端面破壊を生じさせる光出力を増加させることはできなかった。またしきい値電流が増加し、スロープ効率が低下した。
【０００７】
この原因として次のことが考えられる。すなわち、注入されたＳｉの濃度ピークが活性層の中央付近にあるので、注入によるダメージは活性層付近が最も大きい。従ってアニール工程でも注入時に生じた結晶欠陥が回復せず、活性層に結晶欠陥が残存している。そのため注入されたＳｉがこの結晶欠陥に捕獲されてしまう確率が大きくなるので、アニール時のＳｉの拡散が抑制される。また、注入されたＳｉの濃度ピークが活性層の中央付近にあるので、活性層付近のＳｉの濃度勾配は緩やかでありアニール時のＳｉの拡散が抑制される。これらに起因して量子井戸のウェル層とバリア層の構成元素の相互拡散が弱まるので、無秩序化し難くくなり、量子井戸のバンドギャップの増加が抑制され、窓効果が小さくなる。
【０００８】
また、活性層に残存している結晶欠陥によりレーザ光が吸収されてしまうことも、窓効果が小さくなる原因となる。またＳｉのピーク濃度が１×１０18cm-3と大きいので、Ｓｉイオン注入領域の自由キャリア吸収が増加するとともに、Ｓｉイオン注入領域の抵抗が低下するので、この領域に電流が流れやすくなり無効電流が増加してしまう。さらにウェル層の膜厚が８ｎｍと大きいので、無秩序化による量子効果の程度が小さくなり、量子井戸のバンドギャップの増加が抑制され、窓効果が小さくなってしまう。
【０００９】
本発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、活性層端面領域に不純物を注入しその後アニールすることにより、量子井戸を無秩序化して窓構造を形成した半導体レーザにおいて、端面破壊を生じる光出力が十分高く、しきい値電流の低い高効率な半導体レーザ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】
【００１０】
本発明の半導体レーザは、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１導電型の下クラッド層と、前記下クラッド層上に形成されバリア層およびウェル層が交互に積層された量子井戸活性層と、前記量子井戸活性層上に形成された第２導電型の第１上クラッド層と、前記第１上クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ形状を有する第２導電型の第２上クラッド層と、前記第２上クラッド層のリッジの周囲の前記第１上クラッド層上に形成された第１導電型の電流ブロック層と、レーザ共振器端面近傍の前記下クラッド層、前記量子井戸活性層および前記第１上クラッド層に不純物を注入することにより形成された注入領域とを備え、前記ウェル層の膜厚が５ｎｍ以下であり、前記注入領域における前記不純物の濃度のピークが、前記量子井戸活性層の端から前記第１上クラッド層側に１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に位置し、前記注入領域の前記量子井戸活性層に注入された前記不純物の濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下であることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、不純物の濃度の最も大きい部位が量子井戸活性層から十分に離れているので、量子井戸活性層への注入ダメージが抑制され、また、量子井戸活性層付近の不純物の濃度勾配が大きいので、アニール時の不純物の拡散が促進され、無秩序化が進むため、窓効果が大きくなる。また、量子井戸活性層の不純物の濃度が低いので、自由キャリアによる吸収は小さくなるとともに、端面近傍領域に流れる無効電流を抑制できる。これらの結果、端面破壊を生じさせる光出力を顕著に向上させることができる。
【００１２】
本発明の半導体レーザの製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下クラッド層、バリア層とウェル層が交互に積層されている量子井戸活性層、および第２導電型の第１上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程と、レーザの共振器端面近傍の領域の前記量子井戸活性層に対し、前記第１上クラッド層上部から不純物のイオン注入を行う工程と、イオン注入を行った領域の前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、前記第１上クラッド層上にストライプ状のリッジ形状を有する第２導電型の第２上クラッド層を形成する工程と、前記リッジ周囲の前記第１上クラッド層上に第１導電型の電流ブロック層を形成する工程とを含み、前記イオン注入を行う工程および無秩序化する工程は、前記不純物の濃度の最も大きい位置が前記第１上クラッド層側の前記量子井戸活性層の端から１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に離れ、かつ前記量子井戸活性層に含まれる前記不純物濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下となるように行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体レーザの他の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下クラッド層、バリア層とウェル層が交互に積層されている量子井戸活性層、および第２導電型の第１上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程と、レーザの共振器端面近傍の領域の前記量子井戸活性層に対し、前記第１上クラッド層上部から不純物のイオン注入を行ない、イオン注入を行った領域の前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、ストライプ溝領域を有する第１導電型の電流ブロック層を形成する工程と、前記ストライプ溝領域と前記電流ブロック層の上に第２導電型の第２上クラッド層を形成する工程とを含み、前記イオン注入を行う工程および無秩序化する工程は、前記不純物の濃度の最も大きい位置が前記第１上クラッド層側の前記量子井戸活性層の端から１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲に離れ、かつ前記量子井戸活性層に含まれる前記不純物濃度が２×１０17cm-3以上１×１０18cm-3以下となるよう行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、端面近傍において注入されたＳｉの濃度ピークが量子井戸活性層から離れており、量子井戸活性層のＳｉ濃度が低い。これにより端面近傍の量子井戸活性層を、イオン注入のダメージが少ない状態で無秩序化することができる。また端面近傍の量子井戸活性層での自由キャリア吸収と、そこを流れる無効電流を抑制することができる。またウェル層の膜厚が薄いので、無秩序化によるバンドギャップ増加をより大きくすることができる。従って端面破壊の発生する光出力が高く、かつしきい値電流が小さくスロープ効率の高い、高効率な半導体レーザを提供できる顕著な効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００１６】
すなわち、上記構成の半導体レーザにおいて、前記不純物としてＳｉを用いることができる。また前記不純物はイオン注入により導入すればよい。また、前記不純物が注入された前記量子井戸活性層のバンドギャップは、前記不純物が注入されていない前記量子井戸活性層のバンドギャップと比較して３５meV以上大きいことが好ましい。
【００１７】
上記の製造方法において、前記不純物としてＳｉを用いることができる。また好ましくは、前記ウェル層の膜厚を５ｎｍ以下に形成する。また、無秩序化された前記量子井戸活性層のバンドギャップは、無秩序化されていない前記量子井戸活性層のバンドギャップと比較して３５meV以上大きいことが好ましい。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１(a)に第１の実施の形態における半導体レーザの斜視図を示し、図１(b)に図１(a)のA−A’における模式的断面図を示す。１０１はｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板、１０２はｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層である。１０３は、ｎ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる下クラッド層（ｎ＝１×１０18cm-3、膜厚１．５μｍ）である。１０４は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓウェル層（膜厚８nm）とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓバリア層（膜厚５nm）からなる量子井戸活性層である。量子井戸活性層１０４は、図示を省略するが、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓからなる光ガイド層（膜厚１５nm）で挟まれている。１０５は、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第１上クラッド層（ｐ＝７×１０17cm-3、膜厚０．１μｍ）である。１０６は、ｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第２上クラッド層（ｐ＝１×１０18cm-3、膜厚１．５μｍ）である。１０７は、ｎ型のＡｌ0.56Ｇａ0.44Ａｓからなる電流ブロック層（ｎ＝１×１０18cm-3、膜厚１．５μｍ）である。１０８は、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層（ｐ＝１×１０19cm-3、膜厚３．０μｍ）である。１０９はｎ側電極、１１０はｐ側電極である。１１１はイオン注入領域、すなわち下クラッド層１０３、量子井戸活性層１０４、および第１上クラッド層１０５の端面近傍領域に選択的にＳｉイオンを注入した領域である。
【００２０】
次に図２および図３を参照して、本実施形態における半導体レーザの製造方法について説明する。まず図２(a)に示すように、１回目の有機金属気層成長（以下、ＭＯＣＶＤ成長と称する）により、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１０２、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる下クラッド層１０３、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓウェル層とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓバリア層からなる量子井戸活性層１０４、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層、およびｐ型のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第１上クラッド層１０５を順次形成する。
【００２１】
次に図２(b)に示すように、第１上クラッド層１０５上にフォトレジスト２０１を塗布し、フォトリソグラフィ技術により、窓領域を形成する部分にフォトレジストの開口部分２０２を形成する。開口部分２０２は５０μｍ角である。図２(c)はウェハを上面から見た図であり、図２(c)中の破線で囲まれた部分が、図２(b)に示される個々の半導体レーザ素子に対応する。次にこのレジスト２０１をマスクとしてイオン注入を行う。無秩序化を生じさせるイオン種としてはＳｉが良い。なお、ウェハの上面から全面にＳｉをイオン注入しても、フォトレジスト２０１で覆われた領域ではフォトレジスト中でＳｉが止まるため、結晶中までイオン注入されることはない。
【００２２】
レジストを除去後、図３(a)に示すように、２回目のＭＯＣＶＤ成長により、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２上クラッド層１０６を成長させる。その後図３(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術によりストライプ状のＳｉＮマスク３０１を形成し、フッ酸系のエッチャントにより第２上クラッド層１０６をエッチングして、リッジ領域を形成する。次に図３(c)に示すように、３回目のＭＯＣＶＤ成長でｎ型のＡｌ0.56Ｇａ0.44Ａｓからなる電流ブロック層１０７を選択成長する。次にＳｉＮマスク３０１をエッチング除去した後、図３(d)に示すように、４回目のＭＯＣＶＤ成長によりｐ型ＧａＡｓコンタク層１０８を形成し、その後ｎ側電極１０９、ｐ側電極１１０を形成する。
【００２３】
なお、Ｓｉをイオン注入しただけでは量子井戸活性層１０４の無秩序化はおこらず、なんらかの熱処理（アニール）によりＳｉ原子を拡散させることにより無秩序化が生じる。本実施形態では、イオン注入以後のＭＯＣＶＤ成長工程が熱処理（アニール）を兼ねている。図４に、無秩序化する前の量子井戸活性層１０４近傍の詳細構造を示す。量子井戸活性層１０４は、２つのウェル層４０１、およびバリア層４０２から構成される２重量子井戸である。量子井戸活性層１０４は、光ガイド層４０３に挟まれている。また図４に示すように、量子井戸活性層１０４の基準点を、半導体基板１０１に最も近いウェル層の中心と最も遠いウェル層の中心の中間点とする。
【００２４】
図５に、注入領域１１１における、注入されたＳｉ原子の濃度の深さ方向のプロファイルを示す。このプロファイルは、端面近傍における量子井戸活性層１０４の無秩序化の状態、すなわち端面破壊が生じる光出力を決める重要なパラメータである。図５に示されるプロファイルは、すべての製造工程を終了した後の最終的なＳｉ原子の濃度プロファイルである。Ｓｉ原子の濃度ピークは１×１０18cm-3であり、ピーク位置は量子井戸活性層１０４の端のうち、半導体基板と対向する側の端から５０ｎｍの位置にある。また量子井戸活性層１０４中のＳｉ濃度は５×１０17cm-3である。このＳｉ濃度プロファイルを得るためには、第１上クラッド層１０５の膜厚が０．１μｍであるので、加速電圧は７０keV、ドーズ量は１×１０13cm-2とすればよい。
【００２５】
本実施の形態では、注入されたＳｉの濃度ピークが量子井戸活性層１０４の端から５０ｎｍ離れているので、量子井戸活性層１０４への注入ダメージは小さく、アニール後に量子井戸活性層１０４に残存している注入により生じた結晶欠陥は少ない。従って注入されたＳｉがこの結晶欠陥に捕獲される確率は小さく、アニール時のＳｉの拡散が促進される。また、注入されたＳｉの濃度ピークが量子井戸活性層１０４から離れているので、量子井戸活性層１０４付近のＳｉの濃度勾配は大きく、アニール時のＳｉの拡散が促進される。これらにより量子井戸のウェル層とバリア層の構成元素の相互拡散が大きくなり、無秩序化が進むため窓効果が大きくなる。また、量子井戸活性層１０４に残存している結晶欠陥が少ないため、欠陥によるレーザ光の吸収も小さい。本発明者らの実験によると、Ｓｉ濃度のピークが量子井戸活性層１０４の端から１０ｎｍ以上離れていれば、量子井戸活性層１０４への注入ダメージが抑制され、端面破壊を生じさせる光出力を顕著に向上させることができる。一方Ｓｉ濃度のピークを量子井戸活性層１０４から離した場合に量子井戸活性層１０４のＳｉ濃度を確保するためには、Ｓｉ注入のドーズ量を増加させる必要がある。その結果、自由キャリアによる光吸収が大きくなってしまうため、動作電流が増加する。従って、Ｓｉ濃度のピークは、量子井戸活性層１０４の端から１００ｎｍ未満の範囲にあることが望ましい。
【００２６】
また本実施の形態では、量子井戸活性層１０４中のＳｉ濃度は５×１０17cm-3と低いので、自由キャリアによる吸収は小さくなるとともに、端面近傍領域に流れる無効電流を抑制できる。本発明者らの実験によると、量子井戸活性層１０４に注入されたＳｉ濃度は１×１０18cm-3以下であれば、自由キャリア吸収を低減できるとともに、端面近傍領域に流れる無効電流を抑制できる。ただし、量子井戸活性層１０４を無秩序化するためには２×１０17cm-3以上のＳｉ濃度が必要である。
【００２７】
本実施の形態の半導体レーザを動作させたところ、窓構造の顕著な効果があり、端面破壊が生じる光出力は３４０ｍＷと、従来より１００ｍＷ増大した。またしきい値電流は２５ｍＡ、スロープ効率は１．０Ｗ／Ａと、高効率なレーザ特性が得られた。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図６(a)に第２の実施の形態における半導体レーザの斜視図を示し、図６(b)に図６(a)のA−A’での模式的断面図を示す。６０１はｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板、６０２はｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層である。６０３は、ｎ型のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる下クラッド層（ｎ＝１×１０18cm-3、膜厚２．５μｍ）である。６０４は、Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ａｓウェル層（膜厚３ｎｍ、ウェルの数は２）とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓバリア層（膜厚５ｎｍ）からなる量子井戸活性層である。量子井戸活性層６０４の両側には、図示しないが、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層（膜厚１５ｎｍ）が設けられている。６０５は、ｐ型のＡｌ0.55Ｇａ0.55Ａｓからなる第１上クラッド層（ｐ＝７×１０17cm-3、膜厚０．１μｍ）である。６０６は、ｐ型のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる第２上クラッド層（ｐ＝１×１０18cm-3、膜厚２．５μｍ）である。６０７は、ｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる電流ブロック層（ｎ＝１×１０18cm-3、膜厚０．６μｍ）である。６０８は、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層（ｐ＝１×１０19cm-3、膜厚２．０μｍ）である。６０９はｎ側電極、６１０はｐ側電極である。６１１はイオン注入領域、すなわち下クラッド層６０３、量子井戸活性層６０４、および第１上クラッド層６０５の端面近傍領域に選択的にＳｉイオンを注入した領域である。
【００２９】
次に図７および図８を参照して、本実施の形態における半導体レーザの製造方法を説明する。まず１回目の有機金属気層成長（以下、ＭＯＣＶＤ成長）により、図７(a)に示すように、ｎ型のＧａＡｓ半導体基板６０１の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層６０２、ｎ型Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ下クラッド層６０３、Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ａｓウェル層とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓバリア層からなる量子井戸構造活性層６０４、およびｐ型のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる第１上クラッド層６０５を順次形成する。
【００３０】
次に図７(b)に示すように、第１上クラッド層６０５上にフォトレジスト７０１を塗布し、フォトリソグラフィ技術により窓領域を形成する部分にフォトレジストの開口部分７０２を形成する。開口部分７０２は５０μｍ角である。図７(c)はウェハを上面から見た図であり、図７(c)中の破線で囲まれた部分が、図７(b)に示される個々の半導体レーザ素子に対応する。次にこのレジストをマスクとしてイオン注入を行う。無秩序化を生じさせるイオン主としてはＳｉが良い。なお、ウェハの上面から全面にＳｉをイオン注入しても、フォトレジスト７０１で覆われた領域ではフォトレジスト中でＳｉが止まるため、結晶中までイオン注入されることはない。
【００３１】
レジストを除去後、図８(a)に示すように、２回目のＭＯＣＶＤ成長によりｎ型のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる電流ブロック層６０７を成長させる。その後図８(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術によりストライプ状の開口部を有するレジストマスク８０１を形成し、フッ酸系のエッチャントにより電流ブロック層６０７をエッチングしてストライプ領域を形成する。そしてレジストマスク８０１を除去後、図８(c)に示すように、３回目のＭＯＣＶＤ成長でストライプ領域と電流ブロック層６０７の上に、ｐ型のＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓからなる第２上クラッド層６０６と、ｐ型ＧａＡｓコンタク層６０８を形成する。その後ｎ側電極６０９、ｐ側電極６１０を形成する。
【００３２】
なお、Ｓｉをイオン注入しただけでは量子井戸活性層６０４の無秩序化はおこらず、なんらかの熱処理（アニール）によりＳｉ原子を拡散させることにより無秩序化が生じる。本実施の形態では、イオン注入以後のＭＯＣＶＤ成長工程が熱処理（アニール）を兼ねている。すべての製造工程を終了した後の最終的な、イオン注入されたＳｉ原子の濃度プロファイルは、第１の実施の形態と同じである。すなわちＳｉ原子の濃度ピークは１×１０18cm-3であり、ピーク位置は量子井戸活性層６０４の端から５０ｎｍの位置にある。また量子井戸活性層６０４のＳｉ濃度は５×１０17cm-3である。このＳｉ濃度プロファイルを得るためには、第１上クラッド層の膜厚が０．１μｍであるので、加速電圧は７０keV、ドーズ量は１×１０13cm-2とすればよい。
【００３３】
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、量子井戸活性層６０４のウェル層の膜厚が３ｎｍと薄い点、およびストライプ領域を有する電流ブロック層６０７を形成してから第２上クラッド層６０６を形成しているため、ＭＯＣＶＤ成長の回数が第１の実施の形態より１回少ない３回でよい点である。
【００３４】
本実施の形態ではウェル層の膜厚が３ｎｍと薄いため量子効果が大きくなり、端面近傍の量子井戸活性層の無秩序化によるバンドギャップの増加が大きい。無秩序化による量子井戸活性層のバンドギャップの増加は、第１の実施の形態では３５ｍｅＶであるのに対して、本実施の形態では６５ｍｅＶと増大した。本発明者らの実験によると、ウェル層の膜厚を５ｎｍ以下にすることにより、無秩序化によるバンドギャップの増加を顕著に増大することができる。
【００３５】
本実施の形態の半導体レーザを動作させたところ、窓構造の顕著な効果があり端面破壊が発生しなかった。またしきい値電流は２５ｍＡ、スロープ効率は１．０Ｗ／Ａと、高効率なレーザ特性が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、端面破壊の発生する光出力が高く、かつしきい値電流が小さくスロープ効率の高い、高効率な半導体レーザを提供でき、高倍速ＣＤ―Ｒ/ＲＷや録再型ＤＶＤ等の光ディスクシステムの光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザを示し、(a)は斜視図、(b)はその断面図
【図２】図１に示す半導体レーザの製造方法を示す説明図であり、(a)および(b)は半導体レーザの斜視図、(c)はウェハの平面図
【図３】図１に示す半導体レーザの製造方法を示す正面図
【図４】量子井戸活性層の説明図
【図５】イオン注入領域における注入されたＳｉ原子濃度の深さ方向のプロファイルを示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態における半導体レーザを示し、(a)は斜視図、(b)はその断面図
【図７】図６に示す半導体レーザの製造方法を示す説明図であり、(a)および(b)は半導体レーザの斜視図、(c)はウェハの平面図
【図８】図６に示す半導体レーザの製造方法を示す正面図
【図９】従来の半導体レーザを示し、(a)は斜視図、(b)はその断面図
【図１０】図９に示す半導体レーザのイオン注入領域における注入されたＳｉ原子濃度の深さ方向のプロファイルを示す図
【符号の説明】
【００３８】
１０１、６０１、９０１  半導体基板
１０２、６０２、９０２  バッファ層
１０３、６０３、９０３  下クラッド層
１０４、６０４、９０４  量子井戸活性層
１０５、６０５、９０５  第１上クラッド層
１０６、６０６、９０６  第２上クラッド層
１０７、６０７、９０７  電流ブロック層
１０８、６０８、９０８  コンタクト層
１０９、６０９、９０９  ｎ側電極
１１０、６１０、９１０  ｐ側電極
１１１、６１１、９１１  イオン注入領域
２０１、７０１、８０１  レジストマスク
２０２、７０２  開口部
３０１  ＳｉＮマスク
４０１  ウェル層
４０２  バリア層
４０３  光ガイド層
【図１】
2008263216.tif 000003
【図２】
2008263216.tif 000004
【図３】
2008263216.tif 000005
【図４】
2008263216.tif 000006
【図５】
2008263216.tif 000007
【図６】
2008263216.tif 000008
【図７】
2008263216.tif 000009
【図８】
2008263216.tif 000010
【図９】
2008263216.tif 000011
【図１０】
2008263216.tif 000012