(57)【要約】【課題】光出射端面に窓領域を有する半導体レーザであって、精度良く容易に製造され得るものを提供すること。【解決手段】基板１００上に、下クラッド層１０１、活性層１０２、第１上クラッド層１０３がこの順に積層されている。上記第１上クラッド層１０３の上方に第２上クラッド層１０６がリッジとして形成されている。光出射端面に沿った領域で活性層１０２のうちリッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、光出射端面に沿った領域で活性層１０２のうちリッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さく、活性層１０２のうち光出射端面に沿った領域以外の内部のエネルギバンドギャップよりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射端面を通してレーザ光を出射する半導体レーザであって、
基板上に、下クラッド層、レーザ光を発生する活性層、第１上クラッド層がこの順に積層され、
上記第１上クラッド層の上方に第２上クラッド層がリッジとして形成され、
上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さく、上記活性層のうち上記光出射端面に沿った領域以外の内部のエネルギバンドギャップよりも大きいことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であり、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトは１５ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体レーザに関し、より詳しくは、光出射端面に、レーザ光吸収の少ない窓領域を有する半導体レーザに関する。このような半導体レーザは、光ディスクドライブなどの高出力の用途に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクドライブなどに用いられるような高出力の半導体レーザでは、光出射端面が強い光密度のために劣化し、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）と呼ばれる損傷を引き起こす場合がある。この対策として、光出射端面に、活性層内部に比してレーザ光吸収の少ない窓領域を設けることが提案されている。
【０００３】
光出射端面に窓領域を有する高出力の従来の半導体レーザとしては、図２３に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１（特表平９−５０６４７８号公報）参照。）。この半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ導電型バッファ層１１、ｎ導電型第１クラッド層２′、第１分離制限層２″、活性層３、第２分離制限層４″、ｐ導電型第２クラッド層４′およびエッチングストップ層（厚さ０．０１μｍ）５を備えている。このエッチングストップ層５上に、II−II線方向にストライプ状に延びるメサ１２を構成するように、ｐ導電型第２クラッド層４０、ｐ導電型中間層９およびｐ導電型第１コンタクト層１０が設けられている。メサ１２の両側に相当する領域はｎ型電流ブロック層１３で埋め込まれている。メサ１２およびｎ型電流ブロック層１３上に第２コンタクト層６、電極７が設けられている。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には電極８が形成されている。
【０００４】
図２４（図２３のII−II線断面に相当する）に示すように、活性層３は、量子井戸層３′とバリア層３″との積層からなっている。活性層３のうち光出射端面５０，５１近傍の部分が、活性層内部３Ａに比してレーザ光吸収の少ない窓領域３Ｂになっている。
【０００５】
この半導体レーザは次のようにして作製されている。図２５に示すように、まずＯＭＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によってｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ導電型バッファ層１１からコンタクト層１０までを成長する。次に、酸化シリコンからなるマスク層３０を、光出射端面５０，５１に沿って開口部３１，３２を有するように形成する。この状態のウエハを砒化亜鉛とともに密封カプセルに挿入して６００℃で加熱して、コンタクト層１０の表面側からＺｎ原子５９を、活性層３を越えるように拡散する。これにより、活性層３のうち光出射端面５０，５１近傍部分を混晶化して、活性層内部３Ａに比してエネルギバンドギャップが大きく、したがってレーザ光吸収の少ない窓領域３Ｂとする。マスク３０を取り除いた後、図２６に示すように、光出射端面５０，５１に垂直に延びるストライプ状のマスク４０を形成する。次いで、半導体層１０、９、４０のうちマスク４０の両側に相当する部分をエッチングストップ層５に達するまでエッチングして、マスク４０の直下にメサ１２を形成する。この後、図２３に示したように、ＯＭＶＰＥ法によってブロック層１３をメサ１２の両側に配置し、表面側を平坦化するとともにマスク４０を除去した後、再びＯＭＶＰＥ法によって第２コンタクト層６を形成する。そして、コンタクト層６の表面、基板１の裏面にそれぞれ電極７，８を形成する（作製完了）。
【特許文献１】特表平９−５０６４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記製造方法では、不純物拡散により活性層３を混晶化して窓領域３Ｂを形成する工程で、エッチングストップ層５も混晶化される。このため、メサ１２を形成するエッチング工程でエッチングストップ層５と第２クラッド層（下部）４′がエッチングされて、メサ１２の加工精度が低下するという問題がある。さらにエッチングが極端に進行すると、電流ブロック層１３とｎ型クラッド層１１が電気的に短絡してしまうという問題がある。これらの製造プロセス上の問題を回避するためにアニール温度や時間を低減すると、こんどは逆に、窓領域３Ｂが十分に混晶化されず、光吸収を抑制する効果が得られにくくなるという問題が生ずる。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、光出射端面に窓領域を有する半導体レーザであって、精度良く容易に製造され得るものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
光出射端面を通してレーザ光を出射する半導体レーザであって、
基板上に、下クラッド層、レーザ光を発生する活性層、第１上クラッド層がこの順に積層され、
上記第１上クラッド層の上方に第２上クラッド層がリッジとして形成され、
上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さく、上記活性層のうち上記光出射端面に沿った領域以外の内部のエネルギバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
一実施形態の半導体レーザでは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であり、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトは１５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
一実施形態の半導体レーザでは、上記活性層のうち上記光出射端面に沿った部分に拡散された上記不純物はＺｎであることを特徴とする。
【００１１】
一実施形態の半導体レーザでは、上記第１上クラッド層および第２上クラッド層が含む上記不純物はＢｅまたはＣであることを特徴とする。
【００１２】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、
上記量子井戸層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなり、
上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００１３】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、
上記量子井戸層はＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなり、
上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００１４】
別の局面では、本発明の半導体レーザは、光出射端面を通してレーザ光を出射する半導体レーザであって、基板上に、下クラッド層、レーザ光を発生する活性層、第１上クラッド層、エッチングストップ層がこの順に積層され、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層がリッジとして形成され、少なくとも上記リッジの下部にあたる上記エッチングストップ層から上記活性層までの上記光出射端面に沿った部分に、不純物が拡散されて上記活性層の混晶化が行われ、上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記光出射端面に沿った領域で上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さく、上記活性層のうち混晶化されていない内部における部分のエネルギバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
一実施形態の半導体レーザでは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であり、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトは１５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
一実施形態の半導体レーザでは、上記エッチングストップ層から上記活性層までの上記光出射端面に沿った部分に拡散された上記不純物はＺｎであることを特徴とする。
【００１７】
一実施形態の半導体レーザでは、上記第１上クラッド層および第２上クラッド層が含む上記不純物はＢｅまたはＣであることを特徴とする。
【００１８】
一実施形態の半導体レーザでは、上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、上記量子井戸層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００１９】
一実施形態の半導体レーザでは、上記エッチングストップ層はＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００２０】
一実施形態の半導体レーザでは、上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、上記量子井戸層はＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００２１】
一実施形態の半導体レーザでは、上記エッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦０．３である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、ｘ＜ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００２２】
さらに別の局面では、本発明の半導体レーザは、光出射端面を通してレーザ光を出射する半導体レーザであって、基板上に、下クラッド層、レーザ光を発生する活性層、第１上クラッド層、エッチングストップ層がこの順に積層され、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層が上記光出射端面に対して垂直に延びるリッジとして形成され、上記第２上クラッド層の両側に相当する領域に電流阻止層が埋め込まれ、少なくとも上記リッジの下部にあたる上記エッチングストップ層から活性層までの上記光出射端面に沿った部分に、不純物が拡散されてレーザ光吸収を抑制するための混晶化が行われ、上記光出射端面に沿った領域で、上記エッチングストップ層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記エッチングストップ層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体レーザでは、上記光出射端面に沿った領域で、上記エッチングストップ層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記エッチングストップ層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも小さい。したがって、上記光出射端面に沿った領域で、上記エッチングストップ層のうち上記リッジの両側に相当する部分は、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層がリッジ状に形成されるとき、エッチングを停止する機能を有効に果たすことができる。したがって、この半導体レーザは精度良く容易に作製される。
【００２４】
一実施形態の半導体レーザは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の半導体レーザでは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きい上記活性層のうち上記光出射端面に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分のエネルギバンドギャップが、上記活性層のうち上記光出射端面に沿い、かつ上記リッジの両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きい。したがって、上記活性層のうち上記光出射端面に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分は、窓領域としてＣＯＤを有効に抑制することができる。また、活性層内部は混晶化されていないため、製造が容易になる。なお、活性層内部においてはＣＯＤが問題にならないため、活性層内部の混晶化は不要である。
【００２６】
一実施形態の半導体レーザは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であり、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトは１５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の半導体レーザでは、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの直下に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であるから、従来の半導体レーザに比べて最大光出力が１．４１倍以上増大する。また、上記光出射端面に沿った領域で、上記活性層のうち上記リッジの両側に相当する部分の上記混晶化によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトは１５ｎｍ以下であるから、製造が極めて容易となる。
【００２８】
一実施形態の半導体レーザは、上記第１上クラッド層が含む不純物はＢｅまたはＣであり、上記エッチングストップ層から活性層までの上記光出射端面に沿った部分に拡散された上記不純物はＺｎであることを特徴とする。
【００２９】
Ｚｎは拡散しやすく、拡散によって活性層の混晶化を容易に引き起こす。また、ＢｅまたはＣはＺｎに比べて拡散定数が小さいので、第１上クラッド層が含む不純物（ＢｅまたはＣ）が活性層へ拡散する現象を回避しながら、Ｚｎを活性層へ容易に拡散させることができる。したがって、製造が極めて容易となる。
【００３０】
一実施形態の半導体レーザは、上記第２上クラッド層が含む不純物はＢｅまたはＣであることを特徴とする。
【００３１】
ＢｅまたはＣはＺｎに比べて拡散定数が小さいので、第２上クラッド層が含む不純物（ＢｅまたはＣ）が活性層へ拡散する現象を回避しながら、Ｚｎを活性層へ容易に拡散させることができる。したがって、製造が極めて容易となる。
【００３２】
一実施形態の半導体レーザは、上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、上記量子井戸層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００３３】
上記量子井戸層およびバリア層をなす（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰは、拡散されるＺｎ濃度が１０１８ｃｍ−３台というような比較的低い量で容易に混晶化する。したがって、製造が極めて容易となる。
【００３４】
なお、この明細書では、化合物半導体の組成を表すためにｘ，ｙ，ｚを用いているが、これらのｘ，ｙ，ｚは各化合物半導体間でそれぞれ異なる値をとり得るものである。
【００３５】
さらに、一実施形態の半導体レーザは、上記エッチングストップ層はＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００３６】
上記エッチングストップ層をなすＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）は、上記第１および第２上クラッド層をなす（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）をウェットエッチングで除去する際に、選択的に残すことができる。したがって、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層をリッジ状に形成する工程が容易になる。
【００３７】
一実施形態の半導体レーザは、上記活性層は量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成され、上記量子井戸層はＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００３８】
上記量子井戸層をなすＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）、上記バリア層をなすＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）は、Ｚｎ拡散によって容易に混晶化する。したがって、製造が極めて容易となる。
【００３９】
さらに、一実施形態の半導体レーザは、上記エッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦０．３である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、ｘ＜ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００４０】
上記エッチングストップ層をなすＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦０．３である。）は、上記第１および第２上クラッド層をなすＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、ｘ＜ｙ≦１である。）をウェットエッチングで除去する際に、選択的に残すことができる。したがって、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層をリッジ状に形成する工程が容易になる。
【００４１】
また、本発明の半導体レーザ製造方法は、光出射端面を通してレーザ光を出射する半導体レーザを作製する半導体レーザ製造方法であって、基板上に少なくとも、下クラッド層、レーザ光を発生する活性層、第１上クラッド層、エッチングストップ層、第２上クラッド層をこの順に積層する工程と、上記エッチングストップ層が上記第２上クラッド層のためのエッチングを停止させる機能を維持する条件下で、レーザ光吸収を抑制するための不純物を、上記光出射端面を形成すべき領域に沿って上記第２上クラッド層に拡散させる第１アニール工程と、上記第２上クラッド層を上記光出射端面に対して垂直に延びるリッジ状に残すように、上記エッチングストップ層に達するまでエッチングするエッチング工程と、上記リッジ状の第２上クラッド層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に拡散された上記不純物を、上記エッチングストップ層を通して上記活性層まで再拡散して、上記活性層のうち形成すべき光出射端面に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分を混晶化する第２アニール工程を有することを特徴とする。
【００４２】
本発明の半導体レーザ製造方法では、図２１（ａ）に例示するように、基板上に少なくとも、下クラッド層７１、レーザ光を発生する活性層７２、第１上クラッド層７３、エッチングストップ層７４、第２上クラッド層７６がこの順に積層される。第１アニール工程は、上記エッチングストップ層が上記第２上クラッド層のためのエッチングを停止させる機能を維持する条件下、例えば低温または短時間という条件下で行われる。図２１（ｂ）に例示するように、不純物８９が例えば固体拡散源８１から第２上クラッド層７６まで拡散されるが、エッチングストップ層７４までは実質的に拡散されない。したがって、上記第２上クラッド層７６をリッジ状に加工するエッチング工程では、図２１（ｃ）に例示するように上記エッチングストップ層７４がそのエッチングを有効に停止させることができる。この結果、リッジの加工精度が上昇するとともに、層間の電気的短絡が防止される。また、第２アニール工程では、図２２（ｄ１）（ｄ２）に例示するように、活性層のうち形成すべき光出射端面に沿い、かつ上記リッジ７６の直下に相当する部分７２Ｂが十分に混晶化される。この混晶化された部分７２Ｂは、半導体レーザ完成後に光出射端面においてレーザ光吸収の少ない窓領域として働き、ＣＯＤを抑制することができる。以上により、本発明の半導体レーザ製造方法によれば、光出射端面に窓領域を有する半導体レーザを精度良く容易に製造できる。
【００４３】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿った部分の上記第１アニール工程によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１５ｎｍ以下であり、上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分の上記第２アニール工程によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であることを特徴とする。
【００４４】
上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿った部分の上記第１アニール工程によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１５ｎｍ以下であれば、上記第１アニール工程による上記エッチングストップ層の混晶化が少ない。したがって、上記第１アニール工程後に、上記エッチングストップ層が上記第２上クラッド層のためのエッチングを停止させる機能を維持することができる。また、上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分の上記第２アニール工程によるフォトルミネッセンス波長の短波長側へのシフトが１８ｎｍ以上であれば、上記第２アニール工程によってその部分が十分に混晶化されたことになる。この混晶化された部分は、半導体レーザ完成後に光出射端面においてレーザ光吸収の少ない窓領域として働き、ＣＯＤを抑制することができる。
【００４５】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記エッチング工程後で上記第２アニール工程前に、上記基板上に、上記第２上クラッド層から外部への上記不純物の蒸発を防止する不純物蒸発防止層を設ける工程を有することを特徴とする。
【００４６】
図２２（ｄ１）に例示するように上記第２上クラッド層上に何も設けられていない状態では、上記第２アニール工程で上記第２上クラッド層７６から外部へ上記不純物８９の一部が蒸発する。これに対して図２２（ｄ２）に例示するように、この一実施形態の半導体レーザ製造方法では、上記第２アニール工程は、上記基板上に、上記第２上クラッド層７６から外部への上記不純物８９の蒸発を防止する不純物蒸発防止層８５を設けた状態で行われる。これにより、上記第２上クラッド層７６から外部への上記不純物８９の蒸発を防止できる。したがって、上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分７２Ｂの上記第２アニール工程による混晶化をさらに促進することができる。
【００４７】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記不純物蒸発防止層は酸化シリコン、窒化シリコンまたはアルミナからなることを特徴とする。
【００４８】
酸化シリコン、窒化シリコンまたはアルミナは緻密であるから、上記不純物の蒸発を防止するのに適している。しかも、酸化シリコン、窒化シリコンまたはアルミナは、下地の半導体層を侵さないエッチャントで選択的に除去することができる。したがって、半導体レーザを精度良く容易に製造できる。
【００４９】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記不純物蒸発防止層は化合物半導体層からなることを特徴とする。
【００５０】
一般に半導体レーザでは、上記エッチングストップ層上に電流阻止層などの化合物半導体層が形成される。この一実施形態の半導体レーザ製造方法では、上記不純物蒸発防止層としてそのような化合物半導体層を利用している。したがって、製造工程を簡略化することができる。
【００５１】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記不純物蒸発防止層をなす化合物半導体層は、上記第２上クラッド層の導電型と異なる導電型を持つことを特徴とする。
【００５２】
この一実施形態の半導体レーザ製造方法では、上記不純物蒸発防止層をなす化合物半導体層は、上記第２上クラッド層の導電型と異なる導電型を持つ。したがって、その化合物半導体層を利用して、上記リッジの両側に相当する領域や上記光出射端面に沿った部分に、無効電流を抑制するための電流阻止層を形成できる。
【００５３】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記不純物蒸発防止層を、上記第２アニール工程で上記不純物を再拡散する温度に満たない温度で形成することを特徴とする。
【００５４】
この一実施形態の半導体レーザ製造方法によれば、上記不純物蒸発防止層が完全に形成されるまでの間に、上記不純物蒸発防止層を形成するための温度によって上記不純物が蒸発するのが防止される。
【００５５】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第１上クラッド層が含む不純物はＢｅまたはＣであり、上記活性層のうち上記光出射端面を形成すべき領域に沿い、かつ上記リッジの直下に相当する部分に拡散される上記不純物はＺｎであることを特徴とする。
【００５６】
Ｚｎは拡散しやすく、拡散によって活性層の混晶化を容易に引き起こす。また、ＢｅまたはＣはＺｎに比べて拡散定数が小さいので、第１上クラッド層が含む不純物（ＢｅまたはＣ）が活性層へ拡散する現象を回避しながら、Ｚｎを活性層へ容易に拡散させることができる。したがって、製造が極めて容易となる。
【００５７】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第２上クラッド層が含む不純物はＢｅまたはＣであることを特徴とする。
【００５８】
ＢｅまたはＣはＺｎに比べて拡散定数が小さいので、第２上クラッド層が含む不純物（ＢｅまたはＣ）が活性層へ拡散する現象を回避しながら、Ｚｎを活性層へ容易に拡散させることができる。したがって、製造が極めて容易となる。
【００５９】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記活性層を量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成し、上記量子井戸層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きい（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００６０】
上記量子井戸層およびバリア層をなす（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰは、拡散されるＺｎ濃度が１０１８ｃｍ−３台というような比較的低い量で容易に混晶化する。したがって、製造が極めて容易となる。
【００６１】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記エッチングストップ層はＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００６２】
上記エッチングストップ層をなすＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）は、上記第１および第２上クラッド層をなす（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）をウェットエッチングで除去する際に、選択的に残すことができる。したがって、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層をリッジ状に形成する工程が容易になる。
【００６３】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第２上クラッド層を硫酸、塩酸またはリン酸でエッチングすることを特徴とする。
【００６４】
硫酸、塩酸またはリン酸は、上記第２上クラッド層をエッチングするが、上記エッチングストップ層を実質的にエッチングしないエッチング液である。したがって、上記第２上クラッド層をリッジ状に残すように、エッチングストップ層に達するまでエッチングするエッチング工程で、リッジを精度良く形成することができる。
【００６５】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第１アニール工程を４５０℃乃至５７０℃で１０分以上または５５０℃乃至６５０℃で１０分以下の条件で行い、上記第２アニール工程を５７０℃乃至７５０℃で１０分以上または６５０℃乃至８５０℃で１０分以下の条件で行うことを特徴とする。
【００６６】
上記第１アニール工程の条件であれば、上記エッチングストップ層がＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）からなる場合、上記エッチングストップ層は混晶化されない。また、上記第２アニール工程の条件であれば、上記活性層が良好に活性化される。ただし、第２アニール工程の条件以上の温度条件では、第２上クラッド層中の不純物（特にｐ型のもの）が活性層まで拡散してしまい、レーザ発振閾値などの特性が劣化するおそれがある。
【００６７】
なお、本発明は、第１アニール工程の４５０℃乃至５７０℃で１０分以上という条件は通常のアニール炉を用い、５５０℃乃至６５０℃で１０分以下という条件はＲＴＡ法（Rapid Thermal Anneal）を用いて行うことができる。
【００６８】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記活性層を量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成し、上記量子井戸層はＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなり、上記バリア層は上記量子井戸層よりもＡｌ含有率（ｘ）の大きいＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００６９】
上記量子井戸層をなすＩｎｚＧａ１−ｚＡｓ（ただし、０≦ｚ≦１である。）またはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）、上記バリア層をなすＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）は、Ｚｎ拡散によって容易に混晶化する。したがって、製造が極めて容易となる。
【００７０】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記エッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦０．３である。）からなり、上記第１および第２上クラッド層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、ｘ＜ｙ≦１である。）からなることを特徴とする。
【００７１】
上記エッチングストップ層をなすＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦０．３である。）は、上記第１および第２上クラッド層をなすＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、ｘ＜ｙ≦１である。）をウェットエッチングで除去する際に、選択的に残すことができる。したがって、上記エッチングストップ層上に第２上クラッド層をリッジ状に形成する工程が容易になる。
【００７２】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第２上クラッド層をフッ酸またはバッファードフッ酸でエッチングすることを特徴とする。
【００７３】
フッ酸またはバッファードフッ酸は、上記第２上クラッド層をエッチングするが、上記エッチングストップ層を実質的にエッチングしないエッチング液である。したがって、上記第２上クラッド層のうち上記リッジの両側に相当する部分を上記エッチングストップ層に達するまでエッチングするエッチング工程で、リッジを精度良く形成することができる。
【００７４】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第２アニール工程を、分子線エピタキシによる半導体層形成時に基板温度を上げることにより行うことを特徴とする。
【００７５】
分子線エピタキシは、水素を用いない高真空中での半導体形成手法である。したがって、上記第２アニール工程を、分子線エピタキシによる半導体層形成時に基板温度を上げることにより行えば、水素の混入による不純物不活性化を抑制することができる。
【００７６】
一実施形態の半導体レーザ製造方法は、上記第２アニール工程を窒素中で行うことを特徴とする。
【００７７】
この一実施形態の半導体レーザ製造方法によれば、水素の混入による不純物不活性化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００７８】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザは、光出射端面に窓領域を有する半導体レーザであって、精度良く容易に製造され得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
以下、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）をＡｌＧａＩｎＰと、ＧａｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｙ≦１である。）をＧａＩｎＰと、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１である。）をＡｌＧａＡｓとそれぞれ略記することがある。
【００８０】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の端面窓型半導体レーザの素子構造を示している。また、図２は図１のＡ−Ａ′線に沿った断面、図３は図１のＢ−Ｂ′線に沿った断面をそれぞれ示している。
【００８１】
図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１０１、レーザ光を発生する活性層１０２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１上クラッド層１０３、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０４がこの順に積層されている。活性層１０２はアンドープ量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成されている。光出射端面１５０，１５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ１０５は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２上クラッド層１０６とｐ型ＧａＡｓキャップ層１０７で構成されている。リッジ１０５の両側に相当する領域には、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層１０８が形成されている。図２から分かるように、この電流阻止層１０８は、光出射端面１５０，１５１近傍領域ではリッジ１０５上にも延在して（延在した部分を１０８Ｂで示す。）、活性層１０２の光出射端面１５０，１５１近傍部分１０２Ｂを覆っている。これにより、活性層１０２の光出射端面１５０，１５１近傍部分１０２Ｂへの無効電流の注入を防いでいる。また、図２，図３から分かるようにＡ−Ａ′方向に関して光出射端面１５０，１５１近傍領域以外の内部領域では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０とが接触して電気的に接続されている。
【００８２】
この半導体レーザでは、光出射端面１５０，１５１に沿った領域で、活性層１０２のうちリッジ１０５の直下に相当する部分１０２Ｂのエネルギバンドギャップが、活性層１０２のうちリッジ１０５の両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きくなっている。これにより、その部分１０２Ｂはレーザ光吸収の少ない窓領域となっている。
【００８３】
この半導体レーザは次のようにして作製される。
【００８４】
まず図４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）で、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下クラッド層１０１（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）、３つのアンドープＧａＩｎＰ層（厚さ６ｎｍ）を４つのアンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（厚さ８ｎｍ）で挟んだ構造を持つ活性層１０２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１上クラッド層１０３（キャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐエッチングストップ層１０４（厚さ６ｎｍ、キャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２上クラッド層１０６（厚さ０．２μｍ、キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０７（キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）をこの順に形成する。ここで、ｎ型ドーパントはＳｉ、ｐ型ドーパントはＢｅである。
【００８５】
次に図４（ｂ）に示すように、キャップ層１０７上に、光出射端面１５０，１５１を形成すべき領域に沿ってストライプ状に厚さ５０ｎｍの不純物拡散源としてのＺｎＯ（酸化亜鉛）層１３１を形成する。さらに、基板１００上の全域に、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）層１３２を形成する。
【００８６】
次に、５１０℃、２時間のアニール（第１アニール）を行って、光出射端面１５０，１５１を形成すべき領域に沿って、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層１３１からキャップ層１０７、第２上クラッド層１０６にＺｎを拡散させる。このアニール条件ではｐ型ドーパントとして用いているＢｅは、光出射端面１５０，１５１近傍領域以外の領域には殆ど拡散しない。
【００８７】
ここで重要なのは、この第１アニール工程ではエッチングストップ層１０４、活性層１０２とも混晶化には至らないということである。例えば図６は、第１アニール工程における温度を様々に変化させたときの、活性層のフォトルミネッセンス波長のシフト量（図６中に●で示す）を示している。第１アニール終了時点での活性層のフォトルミネッセンス波長は、第１アニール前のフォトルミネッセンス波長に比べ、短波長側へ２ｎｍのシフトしか示していないことが確認された。また、エッチングストップ層１０４が次に述べるエッチング工程でエッチングを停止させる機能は、この第１アニール工程による活性層１０２の波長シフト量が１５ｎｍ以下であれば正常に維持されたが、この第１アニール工程による活性層１０２の波長シフト量が１５ｎｍを超えると失われた。
【００８８】
上記ＳｉＯ２層１３２、ＺｎＯ層１３１をバッファードフッ酸で除去した後、図４（ｃ）に示すように、キャップ層１０７を硫酸・過酸化水素水・水の混合溶液で、ｐ型上クラッド層１０３の硫酸でそれぞれ選択的にエッチングして、キャップ層１０７とｐ型上クラッド層１０３との一部からなり、底面の幅が４μｍで光出射端面１５０，１５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ１０５を形成する。このエッチング工程では、ｐ型エッチングストップ層１０４は硫酸によっては実質的にエッチングされないため、その下に存在するｐ型第１上クラッド層１０３がエッチングされることはない。
【００８９】
図５（ｄ）に示すように、基板１００上の全域に、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層１０８をＭＢＥ法で形成する。
【００９０】
この後、リッジ１０５中に拡散されたＺｎが次に述べる第２アニール工程で外部に放出されるのを防止するために、電流阻止層１０８上に、不純物蒸発防止層としての厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）層１３０を形成する。
【００９１】
引き続き、窒素中で、６８０℃、１時間のアニール（第２アニール）を行う。これにより、リッジ１０５のうち光出射端面１５０，１５１を形成すべき領域に拡散されたＺｎ原子を、エッチングストップ層１０４を通して活性層１０２まで再拡散して、エッチングストップ層１０４、活性層１０２のうち形成すべき光出射端面１５０，１５１に沿い、かつリッジ１０５の直下に相当する部分１０４Ｂ，１０２Ｂを混晶化する。図６中に示すように、活性層１０２の混晶化された部分１０２Ｂのフォトルミネッセンス波長は、混晶化されない内部１０２Ａに対して短波長側へ７０ｎｍシフトすることが確認された。この混晶化された部分１０２Ｂは、半導体レーザ完成後に光出射端面においてレーザ光吸収の少ない窓領域として働き、ＣＯＤを抑制することができる。このアニール条件ではｐ型ドーパントとして用いているＢｅは、光出射端面１５０，１５１近傍領域以外の領域には殆ど拡散しない。
【００９２】
図５（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２層１３０をバッファードフッ酸で除去する。そして、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層１０８のうちリッジ１０５上で、かつ光出射端面１５０，１５１近傍領域以外の領域に存する部分を除去する。つまり、基板１００上に形成したｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層１０８のうち光出射端面１５０，１５１近傍領域に存する部分１０８Ｂと、リッジ１０５の両側に相当する領域に存する部分（１０８で示す）とをそのまま残す。
【００９３】
その後、図１に示すように、基板１００上の全域にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０（厚さ４μｍ）を形成し、さらに基板１００の裏表にそれぞれ電極１１５、１１６を形成する（ウエハ作製完了）。この後、光出射端面１５０，１５１を形成すべき領域に沿って、つまり活性層１０２の混晶化された部分１０２Ｂが共振器端面になるようにウエハの劈開を行う。そして、一方の端面１５０には光出射端面として反射率８％、反対側の端面１５１には反射率９１％となるようコーティングを行う（レーザチップ作製完了）。なお、共振器長は８００μｍ、活性層１０２の混晶化された部分１０２Ｂの長さは光出射端面１５０、反対側の端面１５１とも２５μｍとした。
【００９４】
各レーザチップをステムにマウントし、電流を印加して特性を調べた。波長６５４ｎｍで最大光出力２６５ｍＷが得られ、ＣＯＤが生じないことを確認できた。また、エッチングストップ層がエッチング時に破壊された場合に生じるリーク電流は観測されなかった。
【００９５】
この作用効果を裏付けるため、リッジ１０５が存在する領域における深さ方向のＺｎ濃度プロファイルをＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）で測定した。ただしリッジ１０５の幅は、ＳＩＭＳ分析の都合上５００μｍ幅とした。図９は、５１０℃、２時間の第１アニール後、および第２アニール後のＺｎ濃度プロファイルを示している。この図９から、第１アニール終了時にはＺｎがエッチングストップ層１０４に混晶化される濃度レベルまで達していないこと、第２アニール終了後にはＺｎが活性層１０２を越えて混晶化される濃度レベルまで拡散していることが分かる。
【００９６】
図６〜図７は、本実施形態におけるアニール条件等における活性層のフォトルミネッセンス波長シフトの結果を示している。ここで、エッチングストップ層のフォトルミネッセンスよりも活性層のフォトルミネッセンスの方が測定しやすいこと、活性層とエッチングストップ層は第１上クラッド層厚である０．２μｍしか離れておらず同程度に混晶化されることより、エッチングストップ層の機能を活性層のフォトルミネッセンスで評価する。活性層のフォトルミネッセンス波長シフト１５ｎｍのところに線が引いてあるが、波長シフトが１５ｎｍ以下であればエッチングストップ層１０４はエッチングを停止させる機能を有し、波長シフトが１５ｎｍを超えればエッチングストップ層１０４はエッチングを停止させる機能を有しない。図６に示すように、不純物蒸発防止層としてのＳｉＯ２層１３０を設けた場合、第２アニール後には第１アニール後に対し波長シフトが大幅に増大している。例えば、第１アニール温度が４５０℃以上であれば、第２アニール後に波長シフトが１８ｎｍ以上になることが分かる。
【００９７】
一方、図７に示すように、不純物蒸発防止層としてのＳｉＯ２層１３０を設けない場合、第２アニール後であっても、第１アニール後に対し波長シフトが若干増大するだけである。例えば、第１アニール温度を５２０℃とすれば、エッチングストップ層の機能を保ちながら活性層の波長シフト量として１８ｎｍが得られることがわかる。このことより、第１アニール条件を５２０℃、２時間とし、不純物蒸発防止層としてのＳｉＯ２層１３０を省略した比較例の素子を作製した。この場合、活性層のフォトルミネッセンス波長は第２アニール後に１８ｎｍとなり、最大光出力１７４ｍＷでＣＯＤが生じた。しかし、窓層を設けない場合（最大光出力１２０ｍＷ）に比べて最大光出力が向上していることを確認した。図１０は、活性層の波長シフト量と最大光出力との関係を示している。本実施例の半導体レーザは次世代ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷの書き込み速度向上を主目的としているが、１世代ごとに書き込み速度を２倍にする必要があり、対応する半導体レーザの光出力は従来の素子に対して１．４１倍に向上させる必要がある。この図１０から、波長シフト量が１８ｎｍ以上であれば、この要求が満たされることが分かる。
【００９８】
本実施形態では、不純物蒸発防止層としてＳｉＯ２層１３０を採用したが、これに限られるものではない。不純物蒸発防止層としては、窒化シリコンやアルミナも採用することができる。これらの材料は、ＳｉＯ２と同様にＺｎの外部への蒸発を防止する緻密なマスク材料として好適に用いることができる。実際に不純物蒸発防止層として窒化シリコン、アルミナを採用して半導体レーザを作製したところ、第２アニール後の波長シフト量は窒化シリコンの場合７５ｎｍ、アルミナの場合７３ｎｍであった。また、窒化シリコン、アルミナは、ＳｉＯ２と同様に、フッ酸などで下地の化合物半導体層をエッチングせずに除去することができる。
【００９９】
また本実施形態では、ｐ型ドーパントをＢｅとしたが、その他の拡散係数の少ないドーパント、特にＣを用いることにより、活性層へのｐ型ドーパントの拡散を抑制して良好な素子特性（レーザ発振閾値など）を得ることができる。
【０１００】
また本実施形態では、第２上クラッド層のエッチャントとして硫酸を用いたが、リン酸、塩酸であっても第２上クラッド層をエッチングしてエッチングストップ層を殆どエッチングしない（エッチングレート比が１０倍以上）ので、好適に用いることができる。
【０１０１】
また本実施形態では、アニール工程のために通常のアニール炉を用いたが、ＲＴＡ炉を用いることもできる。ＲＴＡとは昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒ときわめて急速なアニールのことであり、その場合、温度保持時間として２０秒〜１０分間程度が適当である。保持時間が少ないために、温度を通常のアニールよりも上げる必要がある。
【０１０２】
図８は、第１アニールの時間を１０分間に変えた場合、２０秒に変えた場合の活性層のフォトルミネッセンス波長シフトの結果を示している。第１アニールの時間を１０分間に変えた場合、第１アニール温度が５７０℃以下で波長シフトが１５ｎｍ以下になることが分かる。温度保持時間２０秒の場合、第１アニールとしては５５０℃〜６５０℃が適当であり、第２アニールとしては６５０℃〜８５０℃が適当である。ＲＴＡは作業時間が短い利点を有し、温度均一性に注意すれば好適に用いることができる。
【０１０３】
（第２実施形態）
図１１は第２実施形態の端面窓型半導体レーザの素子構造を示している。また、図１２は図１１のＡ−Ａ′線に沿った断面、図１３は図１１のＢ−Ｂ′線に沿った断面をそれぞれ示している。
【０１０４】
図１１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、下クラッド層２０１、レーザ光を発生する活性層２０２、第１上クラッド層２０３、エッチングストップ層２０４がこの順に積層されている。活性層２０２はアンドープ量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成されている。光出射端面２５０，２５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ２０５は、第２上クラッド層２０６とｐ型ＧａＡｓキャップ層２０７で構成されている。リッジ２０５の両側に相当する領域には、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層２０８およびｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９が形成されている。図１２から分かるように、これらの電流阻止層２０８，２０９は、光出射端面２５０，２５１近傍領域ではリッジ２０５上にも延在して（延在した部分を２０８Ｂ，２０９Ｂで示す。）、活性層２０２の光出射端面２５０，２５１近傍部分２０２Ｂを覆っている。これにより、活性層２０２の光出射端面２５０，２５１近傍部分２０２Ｂへの無効電流の注入を防いでいる。また、図１２，図１３から分かるようにＡ−Ａ′方向に関して光出射端面２５０，２５１近傍領域以外の内部領域では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０とが接触して電気的に接続されている。
【０１０５】
この半導体レーザでは、光出射端面２５０，２５１に沿った領域で、活性層２０２のうちリッジ２０５の直下に相当する部分２０２Ｂのエネルギバンドギャップが、活性層２０２のうちリッジ２０５の両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きくなっている。これにより、この部分２０２Ｂはレーザ光吸収の少ない窓領域となっている。この部分２０２Ｂは、後述するようにリッジ２０５の第２上クラッド層２０６に含まれていた不純物が拡散することによって形成される。したがって、活性層２０２内では、リッジ２０５から離れるに従いバンドギャップがなだらかに小さくなっている。レーザ光の光密度分布もリッジ２０５から離れるに従いなだらかに減少していくが、それに対する光吸収が抑制されるため好都合である。
【０１０６】
この半導体レーザは次のようにして作製される。
【０１０７】
まず図１４（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）で、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下クラッド層２０１（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）、３つのアンドープＧａＩｎＰ層（厚さ６ｎｍ）を４つのアンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（厚さ８ｎｍ）で挟んだ構造を持つ活性層２０２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１上クラッド層２０３（キャリア濃度０．７×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐエッチングストップ層２０４（キャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２上クラッド層２０６（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０７（キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）をこの順に形成する。ここで、ｎ型ドーパントはＳｉ、ｐ型ドーパントは第１上クラッド層についてはＣ，それ以外のｐ型層についてはＺｎである。
【０１０８】
次に図１４（ｂ）に示すように、キャップ層２０７上に、光出射端面２５０，２５１を形成すべき領域に沿ってストライプ状に厚さ５０ｎｍの不純物拡散源としてのＺｎＯ（酸化亜鉛）層２３１を形成する。さらに、基板２００上の全域に、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）層２３２を形成する。
【０１０９】
次に、５１０℃、２時間のアニール（第１アニール）を行って、光出射端面２５０，２５１を形成すべき領域に沿って、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層２３１からキャップ層２０７、第２上クラッド層２０６にＺｎを拡散させる。ここで重要なのは、この第１アニール工程ではＧａＩｎＰエッチングストップ層２０４、活性層２０２とも混晶化には至らないということである。
【０１１０】
上記ＳｉＯ２層２３２、ＺｎＯ層２３１をバッファードフッ酸で除去した後、図１４（ｃ）に示すように、キャップ層２０７を硫酸・過酸化水素水・水の混合溶液で、ｐ型上クラッド層２０３の硫酸でそれぞれ選択的にエッチングして、キャップ層２０７とｐ型上クラッド層２０３との一部からなり、底面の幅が３μｍで光出射端面２５０，２５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ２０５を形成する。このエッチング工程では、ｐ型エッチングストップ層２０４は硫酸によっては実質的にエッチングされないため、その下に存在するｐ型第１上クラッド層２０３がエッチングされることはない。
【０１１１】
図１５（ｄ）に示すように、基板２００上の全域に、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層２０８（０．６μｍ）、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９（２．０μｍ）をこの順にＭＢＥ法で形成する。
【０１１２】
ここで、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層２０８は、基板温度４９０℃で成長し、不純物の外部への拡散を阻止する不純物蒸発防止層としても機能する。また、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９を成長させる段階では、成長開始時において基板温度４９０℃とし、ｎ型ＧａＡｓが０．２μｍ程度成長した後は基板温度を６３０℃まで上昇させる。このように基板温度を６３０℃とすることにより、リッジ２０５のうち光出射端面２５０，２５１を形成すべき領域に拡散されたＺｎ原子を、エッチングストップ層２０４を通して活性層２０２まで再拡散して、エッチングストップ層２０４、活性層２０２のうち形成すべき光出射端面２５０，２５１に沿い、かつリッジ２０５の直下に相当する部分２０４Ｂ，２０２Ｂを混晶化する。実際に、活性層２０２の混晶化された部分２０２Ｂのフォトルミネッセンス波長は、混晶化されない内部２０２Ａに対して短波長側へ４５ｎｍシフトすることが確認された。この混晶化された部分２０２Ｂは、半導体レーザ完成後に光出射端面においてレーザ光吸収の少ない窓領域として働き、ＣＯＤを抑制することができる。
【０１１３】
図１５（ｅ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層のうちリッジ２０５上で、かつ光出射端面２５０，２５１近傍領域以外の領域に存する部分を除去する。つまり、基板２００上に形成したｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層のうち光出射端面２５０，２５１近傍領域に存する部分２０９Ｂ，２０８Ｂと、リッジ２０５の両側に相当する領域に存する部分（２０９，２０８で示す）とをそのまま残す。
【０１１４】
その後、図１１に示すように、基板２００上の全域にｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０（厚さ４μｍ）を形成し、さらに基板２００の裏表にそれぞれ電極２１５、２１６を形成する（ウエハ作製完了）。この後、光出射端面２５０，２５１を形成すべき領域に沿って、つまり活性層２０２の混晶化された部分２０２Ｂが共振器端面になるようにウエハの劈開を行う。そして、一方の端面２５０には光出射端面として反射率８％、反対側の端面２５１には反射率９１％となるようコーティングを行う（レーザチップ作製完了）。なお、活性層２０２の混晶化された部分２０２Ｂの長さは光出射端面２５０、反対側の端面２５１とも２０μｍとした。
【０１１５】
各レーザチップをステムにマウントし、電流を印加して特性を調べた。波長６５６ｎｍで最大光出力２２５ｍＷが得られ、ＣＯＤが生じないことを確認できた。また、エッチングストップ層がエッチング時に破壊された場合に生じるリーク電流は観測されなかった。
【０１１６】
なお、本実施形態においては、まず比較的低温でｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層２０８を形成し、第２アニールのための基板温度でｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０９を形成したが、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流阻止層２０８を形成する段階でその途中から第２アニールのための基板温度としてもよい。このように電流阻止層形成時の基板温度を利用して第２アニールを行うことにより、第１実施形態に比して製造工程を簡略化することができる。電流阻止層の形成手法としては、ＭＢＥ法以外にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いてもよい。
【０１１７】
（第３実施形態）
図１６は第３実施形態の端面窓型半導体レーザの素子構造を示している。また、図１７は図１６のＡ−Ａ′線に沿った断面、図１８は図１６のＢ−Ｂ′線に沿った断面をそれぞれ示している。
【０１１８】
図１６に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層３０１、レーザ光を発生する活性層３０２、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層３０３、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層３０４（厚さ３ｎｍ）がこの順に積層されている。活性層３０２はアンドープ量子井戸層とバリア層とを交互に積層して形成されている。光出射端面３５０，３５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ３０５は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層３０６とｐ型ＧａＡｓキャップ層３０７で構成されている。リッジ３０５の両側に相当する領域には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流阻止層３０８が形成されている。図１７から分かるように、この電流阻止層３０８は、ｐ型ＧａＡｓ層３０９とともに、光出射端面３５０，３５１近傍領域ではリッジ３０５上にも存在して（これらの部分を３０８Ｂ，３０８Ｂで示す。）、活性層３０２の光出射端面３５０，３５１近傍部分３０２Ｂを覆っている。これにより、活性層３０２の光出射端面３５０，３５１近傍部分３０２Ｂへの無効電流の注入を防いでいる。また、図１７，図１８から分かるようにＡ−Ａ′方向に関して光出射端面３５０，３５１近傍領域以外の内部領域では、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０とが接触して電気的に接続されている。
【０１１９】
この半導体レーザでは、光出射端面３５０，３５１に沿った領域で、活性層３０２のうちリッジ３０５の直下に相当する部分３０２Ｂのエネルギバンドギャップが、活性層３０２のうちリッジ３０５の両側に相当する部分のエネルギバンドギャップよりも大きくなっている。これにより、この部分３０２Ｂはレーザ光吸収の少ない窓領域となっている。
【０１２０】
この半導体レーザは次のようにして作製される。
【０１２１】
まず図１９（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、ＭＢＥ法で、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下クラッド層３０１（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）、２つのアンドープＧａＡｓ層（厚さ１０ｎｍ）を３つのアンドープＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層（厚さ８ｎｍ）で挟んだ構造を持つ活性層３０２、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第１上クラッド層３０３（キャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層３０４（キャリア濃度２．０×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２上クラッド層３０６（キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０７（キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３）をこの順に形成する。ここで、ｎ型ドーパントはＳｉ、ｐ型ドーパントはＢｅである。
【０１２２】
次に図１９（ｂ）に示すように、キャップ層３０７上に、光出射端面３５０，３５１を形成すべき領域に沿ってストライプ状に厚さ５０ｎｍの不純物拡散源としてのＺｎＯ（酸化亜鉛）層３３１を形成する。さらに、基板３００上の全域に、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）層３３２を形成する。
【０１２３】
次に、６８０℃、２時間のアニール（第１アニール）を行って、光出射端面３５０，３５１を形成すべき領域に沿って、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層３３１からキャップ層３０７、第２上クラッド層３０６にＺｎを拡散させる。このアニール条件ではｐ型ドーパントとして用いているＢｅは、光出射端面３５０，３５１近傍領域以外の領域には殆ど拡散しない。
【０１２４】
上記ＳｉＯ２層３３２、ＺｎＯ層３３１をバッファードフッ酸で除去した後、図１９（ｃ）に示すように、キャップ層３０７を硫酸・過酸化水素水・水の混合溶液で、ｐ型上クラッド層３０３を硫酸でそれぞれ選択的にエッチングして、キャップ層３０７とｐ型上クラッド層３０３との一部からなり、底面の幅が４μｍで光出射端面３５０，３５１に対して垂直にストライプ状に延びるリッジ３０５を形成する。このエッチング工程では、ｐ型エッチングストップ層３０４は硫酸によっては実質的にエッチングされないため、その下に存在するｐ型第１上クラッド層３０３がエッチングされることはない。
【０１２５】
図２０（ｄ）に示すように、基板３００上の全域に、リッジ３０５の両側に相当する領域に、ｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流阻止層３０８およびｐ型ＧａＡｓ層３０９をＭＯＣＶＤ法で形成する。この層はリッジ３０５の上部も覆っている。
【０１２６】
この後、リッジ３０５中に拡散されたＺｎが次に述べる第２アニール工程で外部に放出されるのを防止するために、ｐ型ＧａＡｓ層３０９上に、不純物蒸発防止層としての厚さ５００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）層３３０を形成する。
【０１２７】
引き続き、窒素中で、９５０℃、１分間のＲＴＡ（第２アニール）を行う。これにより、リッジ３０５のうち光出射端面３５０，３５１を形成すべき領域に拡散されたＺｎ原子を、エッチングストップ層３０４を通して活性層３０２まで再拡散して、エッチングストップ層３０４、活性層３０２のうち形成すべき光出射端面３５０，３５１に沿い、かつリッジ３０５の直下に相当する部分３０４Ｂ，３０２Ｂを混晶化する。この混晶化された部分３０２Ｂは、半導体レーザ完成後に光出射端面においてレーザ光吸収の少ない窓領域として働き、ＣＯＤを抑制することができる。このアニール条件ではｐ型ドーパントとして用いているＢｅは、光出射端面３５０，３５１近傍領域以外の領域には殆ど拡散しない。したがって、Ｂｅが活性層３０２に到達してレーザ発振閾値を上昇させるといったことがない。
【０１２８】
図２０（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２層３３０をバッファードフッ酸で除去する。そして、ｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流阻止層３０８およびｐ型ＧａＡｓ層３０９のうちリッジ３０５上で、かつ光出射端面３５０，３５１近傍領域以外の領域に存する部分を除去する。つまり、基板２００上に形成したｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ電流阻止層３０８、ｐ型ＧａＡｓ層３０９のうち光出射端面３５０，３５１近傍領域に存する部分３０９Ｂ，３０８Ｂと、リッジ３０５の両側に相当する領域に存する部分（３０９，３０８で示す）とをそのまま残す。
【０１２９】
その後、図１６に示すように、基板３００上の全域にｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０（厚さ４μｍ）を形成し、さらに基板３００の裏表にそれぞれ電極３１５、３１６を形成する（ウエハ作製完了）。この後、光出射端面３５０，３５１を形成すべき領域に沿って、つまり活性層３０２の混晶化された部分３０２Ｂが共振器端面になるようにウエハの劈開を行う。そして、一方の端面３５０には光出射端面として反射率１２％、反対側の端面３５１には反射率９５％となるようコーティングを行う（レーザチップ作製完了）。なお、共振器長は８００μｍとし、活性層３０２の混晶化された部分３０２Ｂの長さは光出射端面３５０、反対側の端面３５１とも２５μｍとした。
【０１３０】
各レーザチップをステムにマウントし、電流を印加して特性を調べた。波長７８６ｎｍで最大光出力３２５ｍＷが得られ、ＣＯＤが生じないことを確認できた。また、エッチングストップ層がエッチング時に破壊された場合に生じるリーク電流は観測されなかった。
【０１３１】
なお、本実施形態においては、ｐ型ドーパントをＢｅとしたが、その他の拡散係数の少ないドーパント、特にＣを用いることにより、活性層へのｐ型ドーパントの拡散を抑制して良好な素子特性（レーザ発振閾値など）を得ることができる。
【０１３２】
また本実施形態では、ｐ型エッチングストップ層３０４はＧａＡｓからなるものとしたが、エッチャントとしてフッ酸またはバッファードフッ酸を用いる場合は、混晶比ｘが０．３以下のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓとしても侵されることはない。エッチングストップ層の材料としてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≦０．３）を採用した場合、ｘが増加するにつれてエッチングストップ層のバンドギャップが増加するため、活性層で発した光を再吸収する率が低減される。
【０１３３】
また本実施形態では、第１アニールは通常のアニール炉を用い、第２アニールはＲＴＡとしたが、この組み合わせは任意である。
【０１３４】
また本実施形態では、活性層３０２はＡｌＧａＡｓ系としたが、これに限られるものではない。Ｉｎを加えたＩｎＧａＡｓ量子井戸層をＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓバリア層で囲んだものとすることにより、発振波長を例えば９８０ｎｍとしてもよい。
【０１３５】
上述の各実施形態で述べた材料系以外の他の材料系を用いる場合であっても、本発明は、エッチングストップ層を有する窓型半導体レーザ全般に適用できる。ＣＯＤを起こしにくいとされているＡｌを含まない系、たとえばＧａＩｎＡｓＰ系クラッドとＩｎＧａＡｓ系活性層を組み合わせることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体レーザの斜視図である。
【図２】図１に示す半導体レーザのリッジに沿った断面図である。
【図３】図１に示す半導体レーザのリッジに垂直な方向の断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の半導体レーザの製造工程を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態の半導体レーザの製造工程を説明する図である。
【図６】第１アニールの条件を変えた場合の、活性層フォトルミネッセンス波長シフトの結果を示す図である。
【図７】第１アニールの条件を変えた場合の、活性層フォトルミネッセンス波長シフトの結果を示す図である。
【図８】第１アニールの条件を変えた場合の、活性層フォトルミネッセンス波長シフトの結果を示す図である。
【図９】第１実施形態におけるリッジ部分の深さ方向のＺｎ濃度分布を示す図である。
【図１０】第１実施形態の半導体レーザの、活性層の波長シフト量と最大光出力との関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の半導体レーザの斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の半導体レーザのリッジに沿った断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の半導体レーザのリッジに垂直な方向の断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の半導体レーザの斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態の半導体レーザのリッジに沿った断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態の半導体レーザのリッジに垂直な方向の断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施形態の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図２１】本発明を半導体レーザ製造方法における不純物拡散の様子を模式的に示す図である。
【図２２】本発明を半導体レーザ製造方法における不純物拡散の様子を模式的に示す図である。
【図２３】従来例の半導体レーザの斜視図である。
【図２４】図２３に示す半導体レーザのリッジに沿った断面図である。
【図２５】従来例の半導体レーザの製造工程を説明する図である。
【図２６】従来例の半導体レーザの製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１００，２００，３００  基板
１０２，２０２，３０２  活性層
１０４，２０４，３０４  エッチングストップ層
１０５，２０５，３０５  リッジ
１０６，２０６，３０６  第２上クラッド層
【図１】
2008263250.tif 000003
【図２】
2008263250.tif 000004
【図３】
2008263250.tif 000005
【図４】
2008263250.tif 000006
【図５】
2008263250.tif 000007
【図６】
2008263250.tif 000008
【図７】
2008263250.tif 000009
【図８】
2008263250.tif 000010
【図９】
2008263250.tif 000011
【図１０】
2008263250.tif 000012
【図１１】
2008263250.tif 000013
【図１２】
2008263250.tif 000014
【図１３】
2008263250.tif 000015
【図１４】
2008263250.tif 000016
【図１５】
2008263250.tif 000017
【図１６】
2008263250.tif 000018
【図１７】
2008263250.tif 000019
【図１８】
2008263250.tif 000020
【図１９】
2008263250.tif 000021
【図２０】
2008263250.tif 000022
【図２１】
2008263250.tif 000023
【図２２】
2008263250.tif 000024
【図２３】
2008263250.tif 000025
【図２４】
2008263250.tif 000026
【図２５】
2008263250.tif 000027
【図２６】
2008263250.tif 000028