(57)【要約】【課題】  不純物の固相拡散によって発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体のそれぞれの活性層の出射端部におけるバンドギャップの拡大処理を同時に行うことができ、生産性に優れた高信頼性の２波長型の半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】  第２活性層４４よりも不純物が拡散しにくい材料系を用いて形成される第１活性層２４に積層して形成される第２クラッド層２５の第１部分５１に、第１活性層２４に拡散させるべき不純物をドーピングして赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ半導体基板２１上に形成しておくことによって、第１および第２コンタクト層２７，４７から第１および第２活性層２４，４４に不純物をそれぞれ拡散させるとともに、第１部分５１からも第１活性層２４に不純物を拡散させることができ、予め定める不純物を拡散させるための温度を揃えることができる。【選択図】      図１
2008066415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層と、第１活性層と、少なくとも前記第１活性層に接する領域に、予め定める不純物が予め定める濃度でドーピングされた第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とが、この順番で前記半導体基板側から積層される第１半導体レーザ構造体を形成する第１構造体形成工程と、
前記半導体基板上に、第１導電型の第３クラッド層と、第１活性層における発振波長とは異なる発振波長の光を放出可能であって、前記第１活性層よりも前記予め定める不純物の拡散係数が大きな第２活性層と、第２導電型の第４クラッド層と、第２導電型の第２コンタクト層とが、この順番で前記半導体基板側から積層される第２半導体レーザ構造体を形成する第２構造体形成工程と、
前記第１および第２コンタクト層にそれぞれ積層して、前記予め定める不純物を含む不純物拡散源を形成する拡散源形成工程と、
予め定める温度の雰囲気中で、前記予め定める不純物を第１および第２活性層に拡散させて、第１および第２活性層のうち、レーザ光の出射端部に残余の部分よりもバンドギャップが大きく、発振波長の光について非吸収となる窓領域を形成する窓領域形成工程と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２】
前記第１および第２コンタクト層ならびに前記第２および第４クラッド層をエッチングしてリッジ部を形成するリッジ形成工程と、
前記第１および第２半導体レーザ構造体ならびに半導体基板上に積層して電気絶縁性を有する絶縁膜を形成し、前記絶縁膜のうちコンタクト層に積層される部分であって、かつ前記出射端部に積層される部分を除く残余の部分を除去して、第１および第２コンタクト層を露出させる絶縁膜形成工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１構造体形成工程では、前記第２クラッド層を、予め定める不純物が予め定める濃度でドーピングされる第１部分と、前記第１部分に積層される第２部分とに少なくとも分けて形成することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１部分を、前記予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、
前記予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、
前記予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことを特徴とすることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１部分を、前記予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＩｎＰによって形成し、
前記第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、
前記予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、
前記予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２部分と、前記第４クラッド層とを、（ＡｌＸＧａ1-x）ＹＩｎ1-YＰ(記号Ｘは、０＜Ｘ＜１であり、記号Ｙは、０＜Ｙ＜１である)によって、その層厚および組成が相互に等しく、かつＭｇを１.０×１０17ｃｍ-3以上５．０×１０１8ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングして形成することを特徴とする請求項４または５記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記窓領域形成工程において、前記窓領域を、前記第１および第２の半導体レーザ構造体のそれぞれの出射端面から１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜を、前記窓領域に重なるように第１および第２コンタクト層に積層して形成することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板のうち、前記第１および第２の半導体レーザ構造体が設けられる部分の間に溝を形成し、前記溝に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１および第２半導体レーザ構造体の出射端面をそれぞれ覆うように誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記誘電体膜形成工程では、第１および第２半導体レーザ構造体の少なくともいずれか一方の出射端面上に、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第１誘電体膜と、酸窒化アルミニウムによって形成される第２誘電体膜と、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第３誘電体膜とを積層して形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに発振波長が異なる２つの半導体レーザ構造体を含みモノシリック構造を有する２波長型の半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）レコーダの急速な普及によって、ＤＶＤの大規模な記録媒体としての役割が大きくなり、ＤＶＤ記録速度競争は激しさを増している。さらに、ＤＶＤ系の記録媒体に限らず、ＣＤ（Compact Disk）系の記録媒体にも記録できるレコーダが各社から発売されている。しかしながら現行のＤＶＤおよびＣＤの両方について、記録に対応したレコーダについては、それぞれ別体で作製されるＤＶＤ用の半導体レーザ素子とＣＤ用の半導体レーザ素子とを搭載したものばかりである。ＤＶＤ用の半導体レーザ素子とＣＤ用の半導体レーザ素子とを個別に設けると、レンズなどの光学系もＤＶＤ用とＣＤ用とで個別に必要となる。したがってＤＶＤ用の半導体レーザ素子とＣＤ用の半導体レーザ素子とを個別に備える光ピックアップ装置は、ＤＶＤのみに対応する光ピックアップ装置およびＣＤのみの対応する光ピックアップ装置と比較して、部品点数、サイズおよびコストの３点が劣っており、すなわち部品点数が増加し、サイズが大きくなり、コストが高くなる。
【０００３】
パーソナルコンピュータおよびＤＶＤレコーダの小型化および低コスト化に伴い、光ピックアップ装置の小型化および低コスト化を実現する手段として、一つの半導体レーザ素子を用いてＤＶＤ系およびＣＤ系の記録媒体に高速に記録できるようにすることが有効である。
【０００４】
記録媒体に高速で記録するためには、半導体レーザ素子の高出力化が必要不可欠であるが、半導体レーザ素子の最高出力は、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）によって決定される。ＣＯＤとは、端面コート膜とレーザの共振器端面との深い界面準位に起因する非発光再結合が起こり、端面近傍で発熱が生じ、発熱に伴いバンドギャップは更に小さくなり、さらに非発光再結合が増加し、バンドギャップが小さくなるという正帰還によって最終的には高い温度でレーザ端面が溶け出し、レーザ発振が停止する現象である。
【０００５】
前記ＣＯＤによってレーザ発振が停止してしまうことを防止するために、半導体レーザ素子の出射端部に不純物拡散を行い、端面近傍のバンドギャップを広げ、光吸収を低減する端面窓構造を有する半導体レーザ素子が開発されている。ＤＶＤ用およびＣＤ用のモノリシック２波長型の半導体レーザ素子の高出力化には、ＤＶＤ用のレーザ光を発振する半導体レーザ構造体およびＣＤ用のレーザ光を発振する半導体レーザ構造体について、共に端面窓構造を形成することが有効である。
【０００６】
図１１は、従来の技術の半導体レーザ素子１の端面窓構造の作製方法を説明するための断面図である。ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子１の端面窓構造の作製方法では、ｎ型ＧａＡｓ基板２の上にｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、ＡｌＧａＩｎＰ層およびＧａＩｎＰ層を交互に積層した多重量子井戸（Multiple Quantum Well：略称ＭＱＷ）層４と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、ＧａＩｎＰバンド不連続解消層６と、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層７とをこの順番で積層して形成される半導体レーザ素子１の、前記コンタクト層７の出射部８付近にのみＺｎＯ膜９を積層し、ＧａＡｓコンタクト層７とＺｎＯ膜９とをＳｉＯ2膜を積層して、加熱処理することによってＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰに対するＺｎの拡散係数が非常に大きいことを利用して、Ｚｎが多重量子井戸層４まで拡散させて、多重量子井戸層４のＡｌおよびＧａの組成比を変化させることによって、多重量子井戸層４のバンドギャップを広げている（たとえば非特許文献１参照）。この方法を用いることによってＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子については、出力を大幅に向上させることが可能となり、パルス出力が３５０ｍＷ超クラスの半導体レーザ素子が製品化されている。
【０００７】
ＣＤ用の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子については、ＡｌＧａＡｓ系の３元材料を基本に多重量子井戸層およびクラッド層が構成される。たとえばｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓクラッド層と、ＡｌＧａＡｓ層およびＧａＡｓ層を交互に積層した多重量子井戸層と、ｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層と、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層とをこの順番で積層して形成される半導体レーザ素子の、前記コンタクト層の出射部付近にのみＺｎＯ／ＳｉＯ膜を接触させて、加熱処理を行うことによってＺｎが多重量子井戸層まで拡散させて、半導体レーザ素子の出射部付近の多重量子井戸層のＡｌおよびＧａの組成比を変化させることによって、この部分のバンドギャップを広げている（たとえば特許文献１参照）。しかしながら、ＣＤ用の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子については、ＡｌＧａＡｓに対するＺｎの拡散係数が、ＡｌＧａＩｎＰ系などのリンを含むリン系材料に対するＺｎの拡散係数と比較して小さいので、活性層である多重量子井戸層まで到達するＺｎ拡散を行うことが難しい。したがって、端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を生産性よく量産することが困難であり、最大出力はパルス出力が３３０ｍＷクラスの半導体レーザ素子しか製品化されていない。
【０００８】
２波長型で高出力の半導体レーザ素子では、前述した単波長型の半導体レーザ素子よりも高い出力が必要とされ、開発当初からＣＤ用およびＤＶＤ用の半導体レーザ構造体に、共に端面窓構造が採用されている。
【０００９】
２波長型の半導体レーザ素子を製造する第１の従来の技術では、ＣＤ用の半導体レーザ構造体のクラッド層をＡｌＧａＩｎＰの４元材料によって形成することによって、Ｚｎの拡散係数を向上させて、ＣＤ用およびＤＶＤ用の半導体レーザ構造体に、共に端面窓構造を形成している（たとえば特許文献２参照）。
【００１０】
しかしながら、第１の従来の技術では、ＣＤ用の半導体レーザ構造体およびＤＶＤ用の半導体レーザ構造体の多重量子井戸層は、それぞれＡｌＧａＡｓ系とＡｌＧａＩｎＰ系であり、多重量子井戸層の混晶化を起こす温度が異なっており、双方のレーザで安定した窓構造の形成はできないことがわかっている。
【００１１】
このような問題に鑑み、２波長型の半導体レーザ素子を製造する第２の従来の技術では、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層とｐ型のＧａＩｎＰ不連続緩和層との間に、ｐ型のＡｌＧａＡｓ拡散制御膜を形成することによって、ＤＶＤレーザ構造体のＺｎの拡散を遅くし、もともとＺｎの拡散係数が低いＡｌＧａＡｓ系の材料を用いて形成される７８０ｎｍ帯の光（赤外光）を出射する半導体レーザ構造体と６５０ｎｍ帯ＤＶＤ用半導体レーザ構造体においてＺｎの拡散深さをそろえ同時に端面窓構造を形成している（たとえば特許文献３参照）。
【００１２】
また前記問題に鑑み、２波長型の半導体レーザ素子を製造する第３の従来の技術では、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層の厚みをＣＤ用およびＤＶＤ用の半導体レーザ構造体において異ならせる、またはｐ型のＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度をＣＤ用およびＤＶＤ用の半導体レーザ構造体において異ならせることによって、Ｚｎの拡散深さを両半導体レーザ構造体において端面窓構造を形成している（たとえば特許文献４参照）。
【００１３】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics Vol．29 No.9 September，1990,ppL1666~L1668
【特許文献１】特開平５−２18５９３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５５１４号公報
【特許文献３】特開２００２−２６４４７号公報
【特許文献４】特開２００６−１００５17号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら第２および第３の従来の技術を用いたとしても、２波長型の半導体レーザ素子のそれぞれの半導体レーザ構造体において、Ｚｎの固相拡散によって端面窓構造を同時に形成することは、依然として困難である。
【００１５】
第２の従来の技術では、６５０ｎｍ帯半導体レーザ側にｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜を用いることによって、２つの問題が生じる。１つは、発振するレーザ光の閉じ込めを考慮すると、ＡｌＧａＡｓ拡散制御層を挟むことによって積層方向の屈折率が変化し、２つのレーザで放射角を同じに合わせることができない。
【００１６】
もうひとつは第１のレーザ、第２のレーザのｐクラッド層の組成比を変化させるため、エッチング工程を別々に行う必要があり、生産工程上複雑になり、歩留まり低下などの要因になることである。
【００１７】
第３の従来の技術では、ＣＤ用の半導体レーザ構造体とＤＶＤ用の半導体レーザ構造体とにおいて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の層厚を異ならせたり、キャリア濃度を異ならせたりしても、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のＺｎの拡散係数の差を埋めることはできず、ＣＤ用の半導体レーザ構造体とＤＶＤ用の半導体レーザ構造体においてｐ型のＧａＡｓコンタクト層の層厚またはキャリア濃度が異ならせるためには製造工程が複雑となり、実用的ではない。
【００１８】
したがって本発明の目的は、不純物の固相拡散によって発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体のそれぞれの活性層の出射端部におけるバンドギャップの拡大処理を同時に行うことができ、生産性に優れた高信頼性の２波長型の半導体レーザ素子の製造方法および半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、半導体基板上に、第１導電型の第１クラッド層と、第１活性層と、少なくとも前記第１活性層に接する領域に、予め定める不純物が予め定める濃度でドーピングされた第２導電型の第２クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とが、この順番で前記半導体基板側から積層される第１半導体レーザ構造体を形成する第１構造体形成工程と、
前記半導体基板上に、第１導電型の第３クラッド層と、第１活性層における発振波長とは異なる発振波長の光を放出可能であって、前記第１活性層よりも前記予め定める不純物の拡散係数が大きな第２活性層と、第２導電型の第４クラッド層と、第２導電型の第２コンタクト層とが、この順番で前記半導体基板側から積層される第２半導体レーザ構造体を形成する第２構造体形成工程と、
前記第１および第２コンタクト層にそれぞれ積層して、前記予め定める不純物を含む不純物拡散源を形成する拡散源形成工程と、
予め定める温度の雰囲気中で、前記予め定める不純物を第１および第２活性層に拡散させて、第１および第２活性層のうち、レーザ光の出射端部に残余の部分よりもバンドギャップが大きく、発振波長の光について非吸収となる窓領域を形成する窓領域形成工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
【００２０】
また本発明は、前記第１および第２コンタクト層ならびに前記第２および第４クラッド層をエッチングしてリッジ部を形成するリッジ形成工程と、
前記第１および第２半導体レーザ構造体ならびに半導体基板上に積層して電気絶縁性を有する絶縁膜を形成し、前記絶縁膜のうちコンタクト層に積層される部分であって、かつ前記出射端部に積層される部分を除く残余の部分を除去して、第１および第２コンタクト層を露出させる絶縁膜形成工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記第１構造体形成工程では、前記第２クラッド層を、予め定める不純物が予め定める濃度でドーピングされる第１部分と、前記第１部分に積層される第２部分とに少なくとも分けて形成することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記第１部分を、前記予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、
前記予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、
前記予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことを特徴とすることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記第１部分を、前記予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＩｎＰによって形成し、
前記第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、
前記第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、
前記予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、
前記予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記第２部分と、前記第４クラッド層とを、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ(記号Ｘは、０＜Ｘ＜１であり、記号Ｙは、０＜Ｙ＜１である)によって、その層厚および組成が相互に等しく、かつＭｇを１.０×１０17ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングして形成することを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記窓領域形成工程において、前記窓領域を、前記第１および第２の半導体レーザ構造体のそれぞれの出射端面から１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成することを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記絶縁膜を、前記窓領域に重なるように第１および第２コンタクト層に積層して形成することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記半導体基板のうち、前記第１および第２の半導体レーザ構造体が設けられる部分の間に溝を形成し、前記溝に前記絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記第１および第２半導体レーザ構造体の出射端面をそれぞれ覆うように誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程をさらに含むことを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記誘電体膜形成工程では、第１および第２半導体レーザ構造体の少なくともいずれか一方の出射端面上に、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第１誘電体膜と、酸窒化アルミニウムによって形成される第２誘電体膜と、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第３誘電体膜とを積層して形成することを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前述の半導体レーザ素子の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、第１および第２構造体形成工程において、第２活性層よりも不純物が拡散しにくい材料系を用いて形成される第１活性層に積層して形成されるクラッド層に、第１活性層に拡散させるべき不純物をドーピングして第１および第２半導体レーザ構造体をそれぞれ半導体基板上に形成し、拡散源形成工程おいて不純物拡散源を第１および第２コンタクト層に積層しておくことによって、窓領域形成工程において、コンタクト層から第１および第２活性層に不純物をそれぞれ拡散させるとともに、第１半導体レーザ構造体では、第２クラッド層からも第１活性層に不純物を拡散させることができる。これによって、第２活性層と比較して予め定める不純物の拡散係数が小さい、すなわち不純物が拡散しにくい第１活性層に、窓領域形成工程において、不純物が拡散しやすくなり、出射端部における結晶構造の無秩序化を容易化させて、発振波長の光について非吸収となる窓領域を容易に形成することができるようになる。したがって、発振波長のそれぞれ異なる第１および第２活性層をそれぞれ有する第１および第２半導体レーザ構造体について、予め定める不純物を拡散させるための温度を揃えることができ、窓領域を同時に形成することができるので、製造工程を削減することができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、第１および第２レーザ構造体において、窓領域を同時に形成するためにコンタクト層の厚みおよびキャリア濃度を互いに異ならせる必要がないので、製造プロセスが複雑化することがない。
【００３２】
さらに、第１および第２半導体レーザ構造体のそれぞれについて、個別に不純物を拡散させる場合には、一方の半導体レーザ構造体については、２回も熱処理されることになってしまうので、所望の特性を得ることが難しいという問題があるが、本発明では、第１および第２半導体レーザ構造体の窓領域を形成する工程を同時に行うことができるので、このような問題が発生しない。
【００３３】
また本発明によれば、第１および第２半導体レーザ構造体のリッジ部を同時に形成することができるので、リッジ導波路型の半導体レーザ構造体を形成するときの製造工程数の増加を抑制することができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００３４】
また絶縁膜形成工程において形成される絶縁膜によって電流ブロック層が形成されるので、リッジ部のみに電流を注入させることができ、実屈折率導波型の半導体レーザ素子を実現することができる。前記絶縁膜によって、第１および第２半導体レーザ構造体間で短絡電流が流れることを防止することができ、半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また本発明によれば、第２クラッド層を、予め定める不純物が予め定める濃度でドーピングされる第１部分と、この第１部分に積層される第２部分とに少なくとも分けて形成することによって、第２クラッド層の厚みと、予め定める不純物の濃度とを、１層で調整するよりも、調整の自由度が向上し、作製しやすくなる。また、第１および第２の半導体レーザ構造体のクラッド層の組成を同一とすることによって、リッジ型導波路の形成を第１および第２半導体レーザ構造体において同時に行うことが可能である。
【００３６】
また本発明によれば、第１部分を、予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＡｓによって形成し、第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことによって、前述した効果を達成することができる。一般的にＡｌＧａＡｓ系の材料はＺｎの拡散係数が小さく、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料はＺｎ拡散係数が大きいため、ＡｌＧａＡｓ系の活性層を用いる７８０ｎｍ帯半導体レーザは、６５０ｎｍ帯半導体レーザに比べ、不純物の固相拡散により混晶が困難であるという問題がある。そこで本発明では、ＡｌＧａＡｓ系の活性層の直上のクラッド層にＺｎドープしたＡｌＧａＡｓを用い、７８０ｎｍ帯半導体レーザに、より不純物を加えてＡｌＧａＡｓ系の活性層の混晶化をしやすくなることを見出した。予め定める不純物の濃度が１.０×１０17ｃｍ-3未満であれば、多重量子井戸構造の混晶化に十分な不純物拡散が得られないという問題があり、１.０×１０18ｃｍ-3以上であれば、ｎクラッド層を超えて不純物が拡散し、拡散した不純物を介して電流リークが発生し、半導体レーザの電流―電圧特性の悪化するという問題がある。
【００３７】
また本発明によれば、第１部分を、予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＩｎＰによって形成し、第１活性層を、ＡｌＧａＡｓによって形成し、前記第２活性層を、ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰの量子井戸構造に形成し、前記予め定める温度を、５００℃以上６００℃未満に選び、前記予め定める不純物を、ＺｎまたはＳｉに選ぶことによって、前述した効果を達成することができる。予め定める不純物の濃度が１.０×１０17ｃｍ-3未満であれば、多重量子井戸構造の混晶化に十分な不純物拡散が得られないという問題があり、１.０×１０18ｃｍ-3以上であれば、ｎクラッド層を超えて不純物が拡散し、拡散した不純物を介して電流リークが発生し、無効電流が発生することにより半導体レーザの電流―電圧特性の悪化するという問題がある。
【００３８】
また本発明によれば、第２部分と、第４クラッド層とを、（ＡｌXＧａ1-X）YＩｎ1-YＰ(記号Ｘは、０＜Ｘ＜１であり、記号Ｙは、０＜Ｙ＜１である)によって、その層厚および組成が相互に等しく、かつＭｇを１.０×１０17ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングして形成することによって、第１および第２半導体レーザ構造体のリッジ型導波路を一度に形成できる。予め定める不純物の濃度が１.０×１０17ｃｍ-3未満であれば、半導体レーザ発振に必要なキャリア濃度が確保できないという問題があり、５．０×１０18ｃｍ-3以上であれば、不純物が多すぎて結晶性が悪化し、蛍光寿命τが短くなり、半導体レーザの寿命が短くなるという問題がある。
【００３９】
また本発明によれば、領域形成工程において、窓領域を、第１および第２の半導体レーザ構造体のそれぞれの出射端面から１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成することによって、端面損傷を確実に抑制することができ、高出力であっても、高い信頼性の半導体レーザ素子を実現することができる。窓領域が出射端面から１０μｍ未満であれば、レーザ端面を分割する際の精度により、ズレが起こると出射端面に窓領域がなくなるという問題があり、１００μｍを超えると窓領域はバンドギャップが変化しているため、レーザ共振器方向に屈折率変化が起こり、放射角を制御できないという問題がある。
【００４０】
また本発明によれば、窓領域に重なるように第１および第２コンタクト層に積層して形成することによって、窓領域に流入する電流を抑制することができ、レーザ発振に寄与しない電流の消費を抑制して、外部量子効率を向上させることができる。
【００４１】
また本発明によれば、第１および第２の半導体レーザ構造体が設けられる部分の間に溝を形成し、この溝に絶縁膜を形成することによって、第１および第２の半導体レーザ構造体間の短絡を確実に抑制することができ、より信頼性の向上された半導体レーザ素子を作製することができる。
【００４２】
また本発明によれば、誘電体膜形成工程において、第１および第２半導体レーザ構造体の出射端面をそれぞれ覆うように誘電体膜を形成することによって、第１および第２半導体レーザ構造体の出射端面を保護することができる。
【００４３】
また本発明によれば、第１および第２半導体レーザ構造体の出射端面上に、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第１誘電体膜と、酸窒化アルミニウムによって形成される第２誘電体膜と、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第３誘電体膜とを積層して形成することによって、コート膜に応力の強い酸窒化アルミニウムを挟み、活性層に圧縮応力をかけてバンドギャップをひろげ、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００４４】
また本発明によれば、安定して異なる波長の２つのレーザ光を高い出力で発振することができ、かつ歩留まりの向上された信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子２０の構成を示す断面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、図３は図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。半導体レーザ素子２０は、モノリシックに構成される２波長型の半導体レーザ素子であり、半導体基板２１上に、赤外光を出力する第１半導体レーザ構造体である赤外半導体レーザ構造体２０Ａと、赤色光を出力する第２半導体レーザ構造体である赤色半導体レーザ構造体２０Ｂとを含んで構成される。半導体基板２１は、第１導電型となるように形成される。本実施の形態では、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。半導体基板２１は、ｎ型のガリウム砒素（ＧａＡｓ）によって形成され、具体的には、シリコン（Ｓｉ）をドーピングしたＧａＡｓによって形成される。半導体基板２１の不純物の濃度は、０．３×１０18／ｃｍ3以上２．０×１０１8／ｃｍ3未満に選ばれる。半導体基板２１の不純物の濃度が０．３×１０18／ｃｍ3以下ではキャリアが不足するため、半導体レーザの抵抗が大きくなり、２．０×１０18／ｃｍ3以上ではＳｉ不純物過多の状態で不純物が活性層まで拡散し、半導体レーザの電流―光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）が悪化する。
【００４６】
赤外半導体レーザ構造体２０Ａは、半導体基板２１の厚み方向の一表面２１ａ上に形成される。赤外半導体レーザ構造体２０Ａは、ｎ型の第１バッファ層２２と、ｎ型の第１クラッド層２３と、量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する第１活性層２４と、ｐ型の第２クラッド層２５と、ｐ型の第１中間層２６と、ｐ型の第１コンタクト層２７とを含んで構成される。ｎ型の第１バッファ層２２と、ｎ型の第１クラッド層２３と、第１活性層２４と、ｐ型の第２クラッド層２５と、ｐ型の第１中間層２６と、ｐ型の第１コンタクト層２７とは、半導体基板２１側からこの順番で積層されて形成される。
【００４７】
第２クラッド層２５は、ｐ型の第１部分３１と、ｐ型の第１エッチングストップ層３２と、リッジ状に形成されるリッジ部であるｐ型の第２部分３３とを含んで構成される。ｐ型の第１部分３１と、ｐ型の第１エッチングストップ層３２と、ｐ型の第２部分３３とは、半導体基板２１側からこの順番で積層されて形成される。
【００４８】
第１バッファ層２２は、ＳｉをドーピングしたＧａＡｓによって形成される。ｎ型の第１バッファ層２２の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ１に選ばれる。予め定める濃度Ｔ１は、０．３×１０18／ｃｍ3以上２．０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第１バッファ層２２の厚さは、予め定める厚さｈ１に選ばれる。予め定める厚さｈ１は、第１半導体レーザ構造体２０Ａと第２半導体レーザ構造体２０Ｂの高さをあわせるために、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に選ばれる。
【００４９】
第１クラッド層２３は、ＳｉをドーピングしたＡｌZ1Ｇａ1−Z1Ａｓ（記号Ｚ１は、０＜Ｚ１＜１である）によって形成される。本実施の形態では、Ｚ１＝０．４に選ばれる。第１クラッド層２３の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ２に選ばれる。予め定める濃度Ｔ２は、１．０×１０17／ｃｍ3以上５．０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第１クラッド層２３の厚さは、予め定める厚さｈ２に選ばれる。予め定める厚さｈ２は、１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ２を前述の範囲とすることによって、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂにおいて、屈折率からレーザ光の放射角を合わせかつ、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの発光点高さをあわせることができる。
【００５０】
第１活性層２４は、Ａｌｘ１Ｇａｘ１Ａｓから成る層と、Ａｌｘ２Ｇａｘ２Ａｓから成る層とが厚み方向に交互に積層されて形成される。ここでｘ１＞ｘ２であり、第１活性層２４の厚さは、予め定める厚さｈ３に選ばれる。予め定める厚さｈ３は、２０ｎｍ以上１００ｎｍ未満に選ばれる。また第１活性層２４のうちＡｌｘ１Ｇａｘ１Ａｓから成る層の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満に選ばれ、Ａｌｘ２Ｇａｘ２Ａｓから成る層の厚さは、３ｎｍ以上２０ｎｍ未満に選ばれる。このように範囲を選ぶことによって、赤外半導体レーザ構造体２０Ａの発振波長を７５０ｎｍ〜８５０ｎｍとすることができる。第１活性層２４は、発振するレーザ光の波長が、７５０ｎｍ以上８５０ｎｍ未満となるように形成される。
【００５１】
第２クラッド層２５のうち第１部分３１は、亜鉛（Ｚｎ）がドーピングされたＡｌZ2Ｇａ1−Z2Ａｓ（記号Ｚ２は、０＜Ｚ２＜１である）によって形成される。本実施の形態では、Ｚ１＝０．４に選ばれる。第１部分３１の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ３に選ばれる。予め定める濃度Ｔ３は、１.０×１０17／ｃｍ3以上１.０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第１部分３１の厚さは、予め定める厚さｈ４に選ばれる。予め定める厚さｈ４は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ４は、ＡｌZ2Ｇａ1−Z2Ａｓの屈折率から放射角を調整するために前述の範囲で設定される。
【００５２】
第２クラッド層２５のうち第１エッチングストップ層３２は、不純物をドーピングしないＧａＩｎＰによって形成される。またエッチングストップ層３２の厚さは、予め定める厚さｈ５に選ばれる。予め定める厚さｈ５は、５ｎｍ以上１００ｎｍ未満に選ばれる。エッチングストップ層３２は、半導体レーザプロセス上でリッジ型導波路の形成時のエッチングの終点とさせるため、前述の範囲より厚いと活性層から発する光に対して屈折率が変化し、所望の特性が得られず、薄いとエッチングの終点として利用することができない。
【００５３】
第２クラッド層２５のうち第２部分３３は、Ｍｇをドーピングした（ＡｌX1Ｇａ1-X1）Y1Ｉｎ1-Y1Ｐ(記号Ｘ１は、０＜Ｘ１＜１であり、記号Ｙは、０＜Ｙ１＜１である)によって形成される。本実施の形態では、Ｘ１＝０．７に選ばれ、Ｙ１＝０．５に選ばれる。したがって、第２部分３３は、Ｍｇをドーピングした(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第２部分３３の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ５に選ばれる。予め定める濃度Ｔ５は、１．０×１０17／ｃｍ3以上５．０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第２部分３３の厚さは、予め定める厚さｈ６に選ばれる。予め定める厚さｈ６は、１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ６が、１０００ｎｍ未満であった場合は、光がコンタクト層まで広がり、光の吸収が起こりレーザ発振が安定して行えず、２０００ｎｍ以上だと、レーザ放射角調整が困難である。第２部分３３は、半導体基板２１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向において、第１エッチングストップ層３２の中央部に設けられる。半導体基板２１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向における第２部分３３の幅は、１μｍ〜３μｍの範囲である。この第２部分３３の幅はレーザの‖放射角（平行方向放射角）、抵抗および外部微分特性などの諸特性で最適な幅が設定される。
【００５４】
第１中間層２６は、第２クラッド層２５と第１コンタクト層２７との格子不整合を緩和するために設けられ、バンド不連続性を緩和するために設けられ、不純物をドーピングしないＧａＩｎＰによって形成される。また第１中間層２６の厚さは、予め定める厚さｈ７に選ばれる。予め定める厚さｈ７は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ７が、上記の範囲外であった場合、１０ｎｍ未満ではバンド不連続を緩和する効果が無く、５０ｎｍ以上となり厚すぎると、他の層との格子不整合が大きくなる。
【００５５】
第１コンタクト層２７は、ＺｎをドーピングしたＧａＡｓによって形成される。コンタクト層２７の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ７に選ばれる。予め定める濃度Ｔ７は、１．０×１０19／ｃｍ3以上に選ばれる。また第１コンタクト層２７の厚さは、予め定める厚さｈ８に選ばれる。予め定める厚さｈ８は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に選ばれる。コンタクト層の役目は金属の電極と半導体のオーミック接合を形成できればよいため、キャリア濃度は大きいほどよい。また、コンタクト層はクラッド層以下の層（クラッド層を含むコンタクト層よりも基板側の層）を保護するため、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が望ましい。
【００５６】
赤色半導体レーザ構造体２０Ｂは、半導体基板２１の厚み方向の一表面２０ａ上に赤外半導体レーザ構造体２０Ａに予め定める距離Ｌ１離間して形成される。予め定める距離Ｌ１は、５μｍ以上５０μｍ未満に選ばれる。予め定める距離Ｌ１が小さすぎると、赤外半導体レーザ構造体２０Ａと赤色半導体レーザ構造体２０Ｂの電極を分離するのが困難になり、大きすぎると、赤色半導体レーザ構造体２０Ａの発光点と赤外半導体レーザ構造体２０Ｂの発光点の間が１１０μｍ程度に治まらず、２つのレーザをひとつのレンズで集光するのが困難になる。
【００５７】
赤色半導体レーザ構造体２０Ｂは、ｎ型の第２バッファ層４２と、ｎ型の第３クラッド層４３と、量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する第２活性層４４と、ｐ型の第４クラッド層４５と、ｐ型の第２中間層４６と、ｐ型の第２コンタクト層４７とを含んで構成される。ｎ型の第１バッファ層４２と、ｎ型の第３クラッド層４３と、量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する第２活性層４４と、ｐ型の第４クラッド層４５と、ｐ型の第２中間層４６と、ｐ型の第２コンタクト層４７とは、半導体基板２１側からこの順番で積層されて形成される。
【００５８】
ｐ型の第４クラッド層４５は、ｐ型の第３部分５１と、ｐ型の第２エッチングストップ層５２と、リッジ状に形成されるリッジ部であるｐ型の第４部分５３とを含んで構成される。ｐ型の第３部分５１と、ｐ型の第２エッチングストップ層５２と、ｐ型の第２部分５３とは、半導体基板２１側からこの順番で積層されて形成される。
【００５９】
第２バッファ層４２は、第１バッファ層２２と同様の物質によって、同様の厚さに形成される。
【００６０】
第３クラッド層４３は、Ｓｉをドーピングした（ＡｌX2Ｇａ1-X2）Y2Ｉｎ1-Y2Ｐ(記号Ｘ２は、０＜Ｘ２＜１であり、記号Ｙ２は、０＜Ｙ２＜１である)によって形成される。本実施の形態では、Ｘ２＝０．７に選ばれ、Ｙ２＝０．５に選ばれる。したがって、第３クラッド層４３は、Ｓｉをドーピングした(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第３クラッド層４３の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ１１に選ばれる。予め定める濃度Ｔ１１は、１．０×１０17／ｃｍ3以上５．０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第３クラッド層４３の厚さは、予め定める厚さｈ１１に選ばれる。予め定める厚さｈ１１は、１０００ｎｍ以上５０００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ１１を前記範囲に選ぶことによって、屈折率からレーザ光の放射角を合わせかつ、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの発光点高さをあわせることができる。
【００６１】
第２活性層４４は、ＧａＩｎＰから成る層と、ＡｌＧａＩｎＰから成る層とが厚み方向に交互に積層されて形成される。第２活性層４４の厚さは、予め定める厚さｈ１２に選ばれる。予め定める厚さｈ１２は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に選ばれる。また第２活性層４４のうちＧａＩｎＰから成る層の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ未満に選ばれ、ＡｌＧａＩｎＰから成る層の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ未満に選ばれる。この範囲に選ぶことによって、赤色レーザの発振波長を６３０ｎｍ〜６８０ｎｍとすることができる。
【００６２】
第４クラッド層４５のうち第３部分５１は、Ｍｇがドーピングされた（ＡｌX3Ｇａ1-X3）Y3Ｉｎ1-Y3Ｐ(記号Ｘ３は、０＜Ｘ３＜１であり、記号Ｙ３は、０＜Ｙ３＜１である)によって形成される。本実施の形態では、Ｘ３＝０．７に選ばれ、Ｙ３＝０．５に選ばれる。したがって、第３部分５１は、Ｍｇをドーピングした(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第３部分５１の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ１２に選ばれる。予め定める濃度Ｔ１２は、１．０×１０17／ｃｍ3以上５．０×１０18／ｃｍ3未満に選ばれる。また第３部分５１の厚さは、予め定める厚さｈ１３に選ばれる。予め定める厚さｈ１３は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ１３は、(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐの屈折率から赤色レーザの放射角を制御するためにこの範囲で無ければならない。
【００６３】
第４クラッド層４５のうち第２エッチングストップ層５２は、不純物をドーピングしないＧａＩｎＰによって形成される。第２エッチングストップ層５２は、第１エッチングストップ層３２と同様の物質および厚さに形成される。
【００６４】
第４クラッド層４５のうち第４部分５３は、Ｍｇがドーピングされた（ＡｌX4Ｇａ1-X4）Y4Ｉｎ1-Y4Ｐ(記号Ｘ４は、０＜Ｘ４＜１であり、記号Ｙ４は、０＜Ｙ４＜１である)によって形成される。本実施の形態では、Ｘ４＝０．７に選ばれ、Ｙ４＝０．５に選ばれる。したがって、第４部分５３は、Ｍｇをドーピングした(Ａｌ0.7Ｇａ0.3)0.5Ｉｎ0.5Ｐによって形成される。第４部分５３の不純物の濃度は、予め定める濃度Ｔ１３に選ばれる。予め定める濃度Ｔ１３は、１．０×１０17／ｃｍ3以上５．０×１０18／ｃｍ3以下に選ばれる。また第４部分５３の厚さは、予め定める厚さｈ１４に選ばれる。予め定める厚さｈ１４は、１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ未満に選ばれる。予め定める厚さｈ１４が１０００ｎｍ未満であった場合は、光がコンタクト層まで広がり、光の吸収が起こりレーザ発振が安定して行えなく、２０００ｎｍ以上だと、レーザ放射角調整が困難となる。第４部分５３は、半導体基板２１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向において、第２エッチングストップ層５２の中央部に設けられる。半導体基板２１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向における第２部分３３の幅は、１μｍ〜３μｍの範囲である。この第２部分３３の幅はレーザの‖放射角、抵抗および外部微分特性などの諸特性で最適な幅が設定される。
【００６５】
第２中間層４６は、第４クラッド層４５と第２コンタクト層４７とのバンド不連続性を緩和するために設けられ、不純物をドーピングしないＧａＩｎＰによって形成される。第２中間層４６は、第１中間層２６と同様の物質によって形成され、同様の厚さに形成される。
【００６６】
第２コンタクト層４７は、ＺｎをドーピングしたＧａＡｓによって形成される。第２コンタクト層４７は、第１コンタクト層２７と同様の物質によって形成され、同様の厚みに形成される。
【００６７】
第１コンタクト層２７には、第１電極２８が積層して形成され、第２コンタクト層４７には、第２電極４８が積層して形成される。第１および第２電極２８，４８は、第１および第２コンタクト層２７，４７とそれぞれオーミック接合される。第１および第２電極２８，４８は、同様の物質によって形成され、同様の厚さに形成される。第１および第２電極２８，４８は、たとえばＡｕＺｎ、Ｔｉ、ＭｏまたはＡｕから成る膜によって形成される。
【００６８】
半導体基板２１の厚み方向の他表面２１ｂ上には、第３電極２９が形成される。第３電極２９は、第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共通の電極である。第３電極２９は、Ａｕ膜、Ｇｅ膜およびＮｉ膜を、半導体基板２１側からこの順番で積層して形成される。
【００６９】
第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂが設けられる部分の間には、溝６１が形成される。溝６１の前記半導体基板２１の厚み方向の深さは、２０μｍ以上５０μｍ未満に選ばれる。溝６１は、第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振方向の両端部間にわたって形成される。
【００７０】
第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの出射方向の両端部７０Ａ，７０Ｂには、それぞれ不純物が拡散されて形成される窓領域７１Ａ，７１Ｂがそれぞれ形成される。窓領域７１Ａ，７１Ｂは、前記不純物がドーピングされることによって無秩序化されており、第１活性層２４のうち窓領域７１Ａに含まれる部分のバンドギャップＥｇ１と、残余の部分のバンドギャップＥｇ２との関係は、以下の式（１）で表される。
Ｅｇ１＞Ｅｇ２                                                  …（１）
【００７１】
第２活性層４４のうち窓領域７１Ｂに含まれる部分のバンドギャップＥｇ３と、残余の部分のバンドギャップＥｇ３との関係は、以下の式（２）で表される。
Ｅｇ３＞Ｅｇ４                                                  …（２）
【００７２】
このような窓領域７１Ａ，７１Ｂでは、それぞれの活性層２４，４４における発振波長の光について非吸収となる。
【００７３】
窓領域７１Ａ，７１Ｂは、第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂから予め定める範囲Ｌ２に形成され、本実施の形態では、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成される。
【００７４】
また窓領域７１Ａ，７１Ｂは、第１および第２コンタクト層２７，４７から少なくとも第１および第３クラッド層２３，４３にわたって形成され、半導体レーザ素子２０のうち、電流ブロック層６２を除く部分において、図１の仮想線で分割される部分のうち第１および第２活性層２４，４４を含む部分である。窓領域７１Ａ，７１Ｂは、第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの発振方向および半導体基板２１の厚み方向にそれぞれ垂直な方向の両端部において、半導体基板２１まで到達して、相互に連なる。半導体レーザは活性層で所望の光を放出し、クラッド層に挟まれ、光が閉じ困り、共振器方向に反射を繰り返し、最終的に出射端面から放出されるため、第１および第２活性層２４，４４を含む領域で窓領域７１Ａ，７１Ｂが形成されなければ意味が無い。
【００７５】
第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂには、それぞれ電流ブロック層６２が形成される。電流ブロック層６２は、第１および第２電極２８，４８のうち、前記端部７１Ａ、７１Ｂを除く残余の部分が露出するように、第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂおよび半導体基板２１を覆って形成される。電流ブロック層６２は、第１および第２電極２８，４８のうち、前記窓領域７１Ａ，７１Ｂに重なるように形成される。電流ブロック層６２は、前述した溝６１にも形成される。
【００７６】
第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂには、共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂに誘電体を主体とする複数の誘電体膜が積層されて形成される積層誘電体膜７３Ａ，７３Ｂがそれぞれ形成される。積層誘電体膜７３Ａ，７３Ｂは、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＳＩｎ膜、ＡｌＯＮＭgＦ2膜、ＳｉＯ2膜、ＴｉＯ2膜、Ｔａ2Ｏ5膜、およびＨＦＯ2膜などの複数の誘電体膜が共振方向に積層されて構成される。
【００７７】
第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振器長、すなわち共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂ間の距離（共振器長）は、予め定める長さＰ１に選ばれる。予め定める長さＰ１は、発振波長の半波長の整数倍に選ばれ、本実施の形態では、18６５μｍに選ばれる。共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂのうち、レーザ光が主として出射される出射端面の反射率は、赤外半導体レーザ構造体２０Ａで６％、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂで６％に設定し、共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂのうち、出射端面とは反対側となる反射面の反射率は、赤外半導体レーザ構造体２０Ａで９５％、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂで９５％に設定する。
【００７８】
端面コート膜である積層誘電体膜７３Ａ，７３Ｂは、本実施の形態では、第１〜第３誘電体膜７６，７７，７８がそれぞれ積層されて形成される。第１〜第３誘電体膜７６，７７，７８は、端面７２Ａ，７２Ｂに第１誘電体膜７６が積層され、第１誘電体膜７６の端面７２Ａ，７２Ｂとは反対側に第２誘電体膜７７が積層され、第２誘電体膜７７の端面７２Ａ，７２Ｂとは反対側に第３誘電体膜７８が積層される。第１誘電体膜７６は、厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍに選ばれ、Ａｌ２Ｏ３によって形成される。第２誘電体膜７７は、厚さが３０ｎｍ〜６０ｎｍに選ばれ、酸窒化アルミニウム（ＡｌX5ＯX6ＮX7：Ｘ５は、０．３＜Ｘ５＜０．４５に選ばれ、Ｘ６は、０．３＜Ｘ６＜０．４５に選ばれ、Ｘ７は、０＜Ｘ７＜０．２に選ばれる。第３誘電体膜７７は、厚さが、７０ｎｍ〜３００ｎｍに選ばれ、Ａｌ２Ｏ３によって形成される。
【００７９】
次に、前述した構造の半導体レーザ素子２０を製造方法について説明する。
図４は、半導体レーザ素子２０の製造方法を示すフローチャートである。図５および図６は、半導体レーザ素子２０の製造方法を説明する断面図であり、図５（１）および（２）は、ステップｓ１における断面図であり、図５（３）および図６（１）は、ステップｓ２における断面図であり、図６（２）は、ステップｓ４終了後の断面図であり、図６（３）は、ステップｓ５における断面図である。図７は、ステップｓ３における斜視図であり、図８は、ステップｓ４における斜視図である。
【００８０】
半導体レーザ素子２０の製造を開始すると、ステップｓ０からステップｓ１に移り、ステップｓ１では、赤外半導体レーザ構造体２０Ａの前駆体を形成する。ステップｓ１では、まずｎ型のＧａＡｓから成る半導体基板２１の前駆体である基材１５１の厚み方向の一表面１５１ａ上に積層して、第１バッファ層２２を形成するためのＧａＡｓ膜を予め定める厚さｈ１となるように形成して、このＧａＡｓ膜にＳｉを予め定める濃度Ｔ１となるようにドーピングする。基材１５１は、板状に形成され、一表面１５１ａは平面に形成される。
【００８１】
次にＳｉがドーピングされたＧａＡｓ膜８１に積層して、第１クラッド層２３を形成するためのＳｉを予め定める濃度Ｔ２となるようにドーピングしたＡｌＧａＡｓ膜を形成する。
【００８２】
次にＳｉがドーピングされたＡｌＧａＡｓ膜８２に積層して、第１活性層２４を形成するためのＡl0.2Ｇａ0.8Ａｓから成る膜とＡl0.1Ｇａ0.9Ａｓから成る膜とを、Ａl0.2Ｇａ0.8Ａｓから成る膜の厚さが１０ｎｍとなり、かつＡl0.1Ｇａ0.9Ａｓから成る膜の厚さが７．５ｎｍとなるように交互に積層して、予め定める厚さｈ３となるように形成する。
【００８３】
次にＡl0.2Ｇａ0.8Ａｓから成る膜とＡl0.1Ｇａ0.9Ａｓから成る膜との積層膜８３に積層して、第１部分３１形成するためのＺｎを予め定める濃度Ｔ３となるようにドーピングしたＡｌＧａＡｓ膜を、予め定める厚さｈ４となるように形成する。
【００８４】
次にＺｎがドーピングされたＡｌＧａＡｓ膜８４に、第１エッチングストップ層３２を形成するためのＧａＩｎＰ膜を、予め定める厚さｈ５となるように形成する。
【００８５】
次にＧａＩｎＰ膜８５に積層して、第２部分３３を形成するためのＭｇを予め定める濃度Ｔ６となるようにドーピングされた(ＡｌX1Ｇａ1-X1）Y1Ｉｎ1-Y1Ｐ膜を、予め定める厚さｈ６となるように形成する。
【００８６】
次にＭｇがドーピングされた（ＡｌX1Ｇａ1-X1）Y1Ｉｎ1-Y1Ｐ膜８６に積層して、第１中間層２６を形成するためのＧａＩｎＰ膜を、予め定める厚さｈ７となるように形成する。
【００８７】
次にＧａＩｎＰ膜８７に、第１コンタクト層２７を形成するためのＺｎを予め定める濃度Ｔ７となるようにドーピングしたＧａＡｓ膜８８を、予め定める厚さｈ８と成るように形成する。
【００８８】
前述した各半導体膜８１〜８８は、ＭＯＣＶＤ（Metal Oxide CVD）装置などを用いてエピタキシャル成長によって成膜される。
【００８９】
次にＺｎがドーピングされたＧａＡｓ膜８８に積層して、絶縁膜であるＳｉＯ2膜を成膜し、リソグラフィ技術、エッチング技術を用いて、ＳｉＯ2膜のうち、図４（１）に示すように、予め定める第１部位８９を除く部分を除去する。この前記予め定める第１部位８９は、赤外半導体レーザ構造体２０Ａが形成されるべき部分に重なるように選ばれる。ＳｉＯ2膜は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）またはスパッタリングなどによって成膜される。ＳｉＯ2膜のうち予め定める第１部位８９の、基材１５１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向の幅は、予め定める幅Ｗ１となるように選ばれる。予め定める幅Ｗ１は、７０μｍ〜９０μｍに選ばれる。
【００９０】
次に前記予め定める第１部位８９をマスクとして、ＧａＡｓ膜８１からＧａＡｓ膜８８までの各膜を塩酸系のエッチング液によってエッチングして、基材１５１の厚み方向の一表面１５１ａを露出させて、図４（２）に示すように赤外半導体レーザ構造体２０Ａの前駆体９１を形成する。赤外半導体レーザ構造体２０Ａの前駆体９１は、略直方体形状を有する。
【００９１】
次にステップｓ２に移り、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂの前駆体を形成する。ステップｓ２では、まず、基材１５１上および赤外半導体レーザ構造体２０Ａの前駆体９１に積層して、第２バッファ層４２を形成するためのＧａＡｓ膜を予め定める厚さｈ１となるように形成して、このＧａＡｓ膜にＳｉを予め定める濃度Ｔ１となるようにドーピングする。
【００９２】
次にＳｉがドーピングされたＧａＡｓ膜１０１に積層して、第３クラッド層４３を形成するためのＳｉを予め定める濃度Ｔ１１となるようにドーピングした（ＡｌX2Ｇａ1-X2）Y2Ｉｎ1-Y2Ｐ膜を予め定める厚さｈ１１となるように形成する。
【００９３】
次にＳｉがドーピングされた（ＡｌX2Ｇａ1-X2）Y2Ｉｎ1-Y2Ｐ膜１０２に積層して、第２活性層４４を形成するためのＧａＩｎＰから成る膜と、ＡｌＧａＩｎＰから成る膜とを、ＧａＩｎＰから成る膜の厚さが５ｎｍとなり、かつＡｌＧａＩｎＰから成る膜の厚さが（６．３ｎｍとなるように交互に積層して、予め定める厚さｈ１２となるように形成する。
【００９４】
次にＧａＩｎＰから成る膜と、ＡｌＧａＩｎＰから成る膜から成る膜との積層膜１０３に積層して、第３部分５１形成するためのＭｇを予め定める濃度Ｔ１２となるようにドーピングした（ＡｌX3Ｇａ1-X3）Y3Ｉｎ1-Y3Ｐ膜を、予め定める厚さｈ１３となるように形成しする。
【００９５】
次にＭｇがドーピングされた（ＡｌX3Ｇａ1-X3）Y3Ｉｎ1-Y3Ｐ膜に１０４に、第２エッチングストップ層５２を形成するためのＧａＩｎＰ膜を、予め定める厚さｈ５となるように形成する。
【００９６】
次にＧａＩｎＰ膜１０５に積層して、第４部分５３を形成するためのＭｇを予め定める濃度Ｔ１３となるようにドーピングした（ＡｌX4Ｇａ1-X4）Y4Ｉｎ1-Y4Ｐ膜を、予め定める厚さｈ１４となるように形成する。
【００９７】
次にＭｇがドーピングされた（ＡｌX4Ｇａ1-X4）Y4Ｉｎ1-Y4Ｐ膜１０６に積層して、第２中間層４６を形成するためのＧａＩｎＰ膜を、予め定める厚さｈ７となるように形成する。
【００９８】
次にＧａＩｎＰ膜１０７に、第２コンタクト層４７を形成するためのＧａＡｓ膜を、予め定める厚さｈ８と成るように形成し、このＺｎを予め定める濃度Ｔ７となるようにドーピングしたＧａＡｓ膜１０８を形成する。
【００９９】
前述した各半導体膜１０１〜１０８は、ＭＯＣＶＤ装置などを用いてエピタキシャル成長によって成膜される。
【０１００】
次にＺｎがドーピングされたＧａＡｓ膜１０８に積層して、絶縁膜であるＳｉＯ2膜を成膜し、リソグラフィ技術、エッチング技術を用いて、ＳｉＯ2膜のうち、図４（３）に示すように、予め定める第２部位１０９を除く部分を除去する。この前記予め定める第１部位１０９は、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂが形成されるべき部分に重なるように選ばれる。ＳｉＯ2膜は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）またはスパッタリングなどによって成膜される。ＳｉＯ2膜のうち予め定める第２部位１０９の、基材１５１の厚み方向および共振方向にそれぞれ垂直な方向の幅は、予め定める幅Ｗ２となるように選ばれる。予め定める幅Ｗ２は、７０μｍ〜９０μｍに選ばれる。
【０１０１】
次に前記予め定める第２部位１０９をマスクとして、ＧａＡｓ膜１０１からＧａＡｓ膜８７までの各膜をリン酸系のエッチング液によってエッチングして、基材１５１の厚み方向の一表面１５１ａおよび赤外半導体レーザ構造体２０Ａの前駆体９１を露出させて、図５（１）に示すように赤色半導体レーザ構造体２０Ｂの前駆体１１１を形成する。赤色半導体レーザ構造体２０Ｂの前駆体１１１は、略直方体形状を有する。
【０１０２】
次に予め定める第１および第２部位８９，１０９を、エッチング液によって除去して、ステップｓ３に移る。
【０１０３】
ステップｓ３では、不純物を拡散させる。各前駆体９１，１１１の第１および第２コンタクト層２７，４７の前駆体９４，１１４にそれぞれ積層して、ＺｎＯ膜およびＳｉＯ2膜を、この順番で積層する。赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振方向にレーザ共振器長、すなわち共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂ間の距離を、予め定める長さＰ１としたときに、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、前記ＧａＡｓ膜８８，１０８に積層して、前記共振方向に予め定める距離Ｌ３離間して、前記共振方向の幅が、予め定める幅Ｗ３となり、かつＺｎＯ膜およびＳｉＯ2膜からなる積層膜１２１をそれぞれ形成する。積層膜１２１は、不純物拡散源である。積層膜１２１は、共振方向および基材１５１の厚み方向に垂直な方向の両端部間にわたって、ＧａＡｓ膜８８，１０８上に形成される。前記予め定める長さＰ１は、基板全体を横断する長さに十分な１００ｍｍに選ばれ、予め定める距離Ｌ３は、18０５μｍに選ばれ、予め定める幅Ｗ３は、６０μｍに選ばれる。
【０１０４】
積層膜１２１は、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振方向の両端部にそれぞれ形成される。各積層膜１２１は、共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂの部分上にも形成される。
【０１０５】
次に、基材１５１の表面からのＡｓ抜けを防止するために、ＳｉＯ2膜によって前記前駆体９１，１１１ならびに基材１５１の一表面１５１ａのうち、露出する部分をカバーして、熱処理を行うことによってＺｎの固相拡散によって窓領域７１Ａ，７１Ｂを形成するための窓構造を形成する。熱処理では、予め定める温度Ｑ１の雰囲気に、予め定める時間ｔ１放置する。前記予め定める温度Ｑ１は、５００℃以上５２５℃未満に選ばれる。予め定める時間ｔ１は、２０分以上１００分未満に選ばれ、好ましくは３０分程度に選ばれる。
【０１０６】
前記予め定める温度Ｑ１は、５００℃以上５２５℃未満として、予め定める時間ｔ１を３０分程度としたときの、第１および第２活性層２４，４４の発光波長のシフト量をＰＬ（フォトルミネッセンス）法で確認したところ、第１活性層２４で５０ｎｍ、第２活性層４４で６０ｎｍ程度であった。
【０１０７】
ステップｓ３が終了した後、すなわち窓領域７１Ａ，７１Ｂを含む窓構造部17１Ａ，17１Ｂを形成した後、ＺｎＯ膜およびＳｉＯ2膜の積層膜１２１をフッ酸（ＨＦ）系のエッチング液で除去し、ＳｉＯ2膜によって前駆体９１，１１１および基材１５１の一表面１５１ａのうち露出する部分を覆い、再びリソグラフィ技術、ドライエッチング技術を用いて、リッジ部を形成するためのＳｉＯ2から成るストライプ状のストライプ膜１２２を第１および第２コンタクト層２７，４７の前駆体９４，１１４にそれぞれ積層して形成する。各ストライプ膜１２２は、各第１および第２コンタクト層２７，４７の、共振方向および基材１５１の厚み方向にそれぞれ垂直な幅は、予め定める幅Ｗ４に選ばれる。予め定める幅Ｗ４は、１μｍ以上２μｍ未満に選ばれる。各ストライプ膜１２２は、各第１および第２コンタクト層２７，４７の、共振方向および基材１５１の厚み方向にそれぞれ垂直な方向の中央部に形成され、前記共振方向および半導体基板２１の厚み方向にそれぞれ垂直な方向に予め定める間隔Ｗ５をあけて形成される。予め定める間隔Ｗ５は、１１０μｍに選ばれる。
【０１０８】
次に、ストライプ膜１２２をマスクとして、ドライエッチングを行い第１および第２コンタクト層２７，４７の前駆体９４，１１４（ＧａＡｓ膜８８，１０８）と、第１および第２中間層２６，４６の前駆体９５，１１５（ＧａＩｎＰ膜８７，１０７）と、第２部分３２の前駆体９６（（ＡｌX1Ｇａ1-X1）Y1Ｉｎ1-Y1Ｐ膜８６）と、第４部分５３の前駆体９７（（ＡｌX4Ｇａ1-X4）Y4Ｉｎ1-Y4Ｐ膜１０６）とをエッチングし、図６（２）に示すように、第１および第２エッチングストップ層２５，４５の前駆体９８，９９（ＧａＩｎＰ膜８５，１０５）を露出させて、リッジ部を形成する。ドライエッチング技術としては反応性イオンエッチングなどを用いることが好ましく、誘導結合プラズマエッチング装置などによって精度よくエッチングすることが好ましい。ステップｓ４によって、赤外半導体レーザ構造体２０Ａと、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂのリッジ部を同時に形成することが可能となる。またステップｓ４では、同時にエッチングによって溝６１が形成される。
【０１０９】
次にステップｓ５に移り、電流ブロック層６２を形成するための絶縁体膜１２３を形成する。ステップｓ５では、ＳｉＯ2膜、ＳＩｎ膜またはＡｌＩｎＰ膜などの絶縁体膜１２３によって、前駆体９１，１１１ならびに基材１５１の一表面１５１ａのうち露出する部分を覆う。ＳｉＯ2、ＳＩｎ膜およびＡｌＩｎＰ膜は、Ｐ−ＣＶＤ装置またはＥＣＲスパッタリング装置によって成膜することが好ましい。次に前記絶縁体膜１２３のうち、前記リッジ部の頂上部に積層され、かつ窓構造部17１Ａ，17１Ｂを除く部位に積層される部分を、リソグラフィ技術およびエッチング技術によって除去する。
【０１１０】
次にステップｓ６に移り、第１および第２コンタクト層２７，４７とオーミック接合を取るための第１および第２電極２８，４８を形成する。ステップｓ６では、第１および第２コンタクト層２７，４７とオーミック接合をとるため、ＡｕＺｎ、Ｔｉ、ＭｏまたはＡｕなどから成る金属膜を、前記絶縁体膜１２３および第１および第２コンタクト層２７，２８の前駆体９４，１１４のうち、絶縁体膜１２３から露出する部分に、蒸着またはスパッタリングによって積層して形成する。前記金属膜のうち、絶縁体膜１２３に積層される部分を、リソグラフィ技術およびエッチング技術によって除去する。これによって、第１および第２電極２８，４８の前駆体１４５，１４６が形成される。
【０１１１】
次に基材１５１の厚み方向の他表面１５１ｂを研磨して、第３電極２９を形成するための金属膜を形成する。この金属膜は、基材１５１側からＡｕ膜、Ｇｅ膜およびＮｉ膜がこの順番で積層されて形成される。Ａｕ膜、Ｇｅ膜およびＮｉ膜は、蒸着などによって成膜する。
【０１１２】
次にステップｓ７に移り、前駆体９１，１１１ならびに基材１５１を、共振器の長さで、かつ窓構造部１４１Ａ，１４１Ｂが形成される部分でへき開して分断する。これによって、出射端面７２Ａ，７２Ｂに窓領域７０Ａ，７０Ｂがそれぞれ形成された、前述した第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂが形成される。
【０１１３】
次にステップｓ８に移り、第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振器方向の端面７２Ａ，７２Ｂに第１〜第３誘電体膜７６，７７，７８を成膜して、積層誘電体膜７３Ａ，７３Ｂをそれぞれ形成する。第１〜第３誘電体膜７６，７７，７８は、ＥＣＲスパッタリング装置またはＥＢ（Electron Beam）蒸着装置によって成膜することが好ましい。第１〜第３誘電体膜７６，７７，７８の材料および厚みは、前述したように選ばれる。
【０１１４】
ステップｓ８が終了すると、ステップｓ９に移り、半導体レーザ素子２０の作製工程を終了する。
【０１１５】
ＭＯＣＶＤ（Metal Oxide CVD）によってＡｌＧａＩｎＰ系材料を積層する場合では、Ｚｎをドーピングするよりも、拡散定数が小さなＭｇをドーピングすることによってドーパントの拡散を減少させることができ、これによって高信頼性を確保することができ、ＡｌＧａＡｓ系材料の積層する場合では、同様の理由で炭素（Ｃ）がｐ型のドーパント材料として用いられることが多い。本実施の形態では、Ｚｎをドーパントとして用いるが、活性層に隣接するＡｌＧａＡｓによって形成されるクラッド層もしくはＡｌＧａＩｎＰによって形成されるクラッド層に、Ｚｎをドーピングすることによって、窓領域７１Ａ，７１Ｂの形成時に、Ｚｎを制御性よく活性層に拡散させることが可能となる。
【０１１６】
Ｚｎをドーピングすることの問題点としては、ＺｎのＡｌＧａＩｎＰ系材料およびＡｌＧａＡｓ系材料における拡散係数が、ＭｇおよびＣなどと比較してが大きいので、昇温により活性層にＺｎが拡散し、半導体レーザ素子の基本的な特性である閾値電流および外部微分効率などに悪影響を及ぼすことがある。
【０１１７】
そこで、２波長型の半導体レーザ素子２０の赤外半導体レーザ構造体２０Ａの１．０×１０18／ｃｍ3の濃度でＺｎドーピングされたＡｌＧａＡｓから成る第１活性層２４を用いて窓形成時の昇温による影響として、赤外半導体レーザ構造体２０Ａの閾値電流変化およびＰＬスペクトルの変化を測定した。
【０１１８】
図９は、窓形成温度と閾値電流の関係を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸を窓形成時の温度（予め定める温度Ｑ１）とし、縦軸を閾値電流とする。各測定点は、５つの素子ずつについて測定したときの平均の値である。予め定める長さＰ１は、18６５μｍとした。予め定める幅Ｗ１を、８０μｍとし、Ｗ２を８０μｍとし、Ｗ３を６０μｍとし、Ｗ４を２μｍとし、予め定める間隔Ｗ５を１１０μｍとした。また予め定める距離Ｌ１を、３０μｍとした。
【０１１９】
共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂのうち、レーザ光が主として出射される出射端面の反射率は、赤外半導体レーザ構造体２０Ａで６％、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂで６％に設定し、共振方向の端面７２Ａ，７２Ｂのうち、出射端面とは反対側となる反射面の反射率は、赤外半導体レーザ構造体２０Ａで９５％、赤色半導体レーザ構造体２０Ｂで９５％に設定した。
測定に用いられた赤外半導体レーザ構造体２０Ａの各構成を、以下の表１に示す。
【０１２０】
【表１】
2008066415.tif 000003
【０１２１】
図９を参照すると判るように、窓領域を形成するときの温度は、５２５℃以下であれば、第１半導体レーザ構造体２０Ａの閾値電流を６０ｍＡとすることができ、Ｚｎの第１活性層２４に対する悪影響を可及的に抑えることができる。
【０１２２】
図１０は、窓形成温度と活性層波長シフトの関係を示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸を窓形成時の温度（予め定める温度Ｑ１）とし、縦軸を第１活性層２４の波長シフト量とする。各測定点は、５つの素子ずつについて測定したときの平均の値である。ここでいう第１活性層２４の波長シフトは、第１活性層２４のうち窓領域７１Ａを除く残余の領域におけるＰＬ発光波長から、窓領域７１ＡにおけるＰＬ発光波長を差し引いたものであり、この波長シフト量が大きければ大きいほど窓領域７１Ａにおける光吸収は少ないことを表す指標である。
【０１２３】
図１０を参照すると判るように、窓領域７１Ａを形成することによって波長シフト量を５０ｎｍ以上にするためには、窓形成時の昇温を５００℃以上にする必要がある。
【０１２４】
以上の結果をまとめると、赤外半導体レーザ構造体２０Ａにおいて第１部分３１にのみＺｎをドーピングして、窓形成時の昇温（予め定める温度Ｑ１）を５００℃以上５２５℃以下で行うことによって、ドーパントであるＺｎが第１活性層２４に与える悪影響を抑制して、赤外半導体レーザ構造体２０Ａにおいて良好な窓領域７１Ａを形成することができることがわかった。
【０１２５】
以上のように半導体レーザ素子の製造方法によれば、第２活性層４４よりも不純物が拡散しにくい材料系を用いて形成される第１活性層２４に積層して形成される第２クラッド層２５の第１部分５１に、第１活性層２４に拡散させるべき不純物をドーピングして赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ半導体基板２１上に形成し、拡散源形成工程である拡散処理において、不純物拡散源であるＺｎＯ膜およびＳｉＯ2膜からなる積層膜１２１を第１および第２コンタクト層２７，４７の前駆体９４，１１４に積層しておくことによって、窓領域形成工程であるステップＳ３の処理において、第１および第２コンタクト層２７，４７の前駆体９４，１１４から第１および第２活性層２４，４４に不純物をそれぞれ拡散させるとともに、赤外半導体レーザ構造体２０Ａでは、第１部分５１からも第１活性層２４に不純物を拡散させることができる。これによって、第２活性層４４と比較して予め定める不純物の拡散係数が小さい、すなわち不純物が拡散しにくい第１活性層２４に、窓領域形成工程において、不純物が拡散しやすくなり、出射端部における結晶構造の無秩序化を容易化させて、発振波長の光について非吸収となる窓領域を容易に形成することができるようになる。したがって、発振波長のそれぞれ異なる第１および第２活性層２４，４４をそれぞれ有する赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂについて、予め定める不純物を拡散させるための温度を揃えることができ、窓領域を同時に形成することができるので、製造工程を削減することができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、赤色および赤外レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂにおいて、窓領域を同時に形成するためにコンタクト層の厚みおよびキャリア濃度を互いに異ならせる必要がないので、製造プロセスが複雑化することがない。
【０１２６】
さらに、赤色および赤外半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂのそれぞれについて、個別に不純物を拡散させる場合には、一方の半導体レーザ構造体については、２回も熱処理されることになってしまうので、所望の特性を得ることが難しいという問題があるが、本発明では、赤色および赤外半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの窓領域を形成する工程を同時に行うことができるので、このような問題が発生しない。
【０１２７】
また第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａおよび２０Ｂのリッジ部を同時に形成することができるので、リッジ導波路型の半導体レーザ構造体を形成するときの製造工程数の増加を抑制することができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【０１２８】
また絶縁体膜１２３によって電流ブロック層６２が形成されるので、リッジ部のみに電流を注入させることができ、実屈折率導波型の半導体レーザ素子２０を実現することができる。前記絶縁体膜１２３によって、第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂ間で短絡電流が流れることを防止することができ、半導体レーザ素子２０の信頼性を向上させることができる。
【０１２９】
また第２クラッド層２５を、第１部分５１と、この第１部分５１に積層される第２部分５３とに少なくとも分けて形成することによって、第２クラッド層２５の厚みと、予め定める不純物の濃度とを、１層で調整するよりも、調整の自由度が向上し、作製しやすくなる。
【０１３０】
また窓領域７１Ａ，７１Ｂを、第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの出射端面７０Ａ，７０Ｂから１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲に形成することによって、端面損傷を確実に抑制することができ、高出力であっても、高い信頼性の半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１３１】
また窓領域７１Ａ，７１Ｂに重なるように第１および第２コンタクト層２７，４７に積層して形成することによって、窓領域７１Ａ，７１Ｂに流入する電流を抑制することができ、レーザ発振に寄与しない電流の消費を抑制して、外部量子効率を向上させることができる。
【０１３２】
また第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂが設けられる部分の間に溝６１を形成し、この溝６１に絶縁体膜１２３（電流ブロック層６２）を形成することによって、第１および第２の半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂ間の短絡を確実に抑制することができ、より信頼性の向上された半導体レーザ素子を作製することができる。
【０１３３】
また第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの共振方向の端面７０Ａ，７０Ｂをそれぞれ覆うように積層誘電体膜７３Ａ，７３Ｂを形成することによって、第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの出射端面を保護することができる。
【０１３４】
また第１および第２半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂの出射端面上に、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第１誘電体膜と、酸窒化アルミニウムによって形成される第２誘電体膜と、Ａｌ２Ｏ３によって形成される第３誘電体膜とを積層して形成することによって、コート膜に応力の強い酸窒化アルミニウムを挟み、活性層に圧縮応力をかけてバンドギャップをひろげることによって、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【０１３５】
また本発明によれば、安定して異なる波長の２つのレーザ光を高い出力で発振することができ、かつ歩留まりの向上された信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することができる。
【０１３６】
また本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂをモノリシックに形成し、かつ窓領域を形成する際、赤外および赤色半導体レーザ構造体２０Ａ，２０Ｂともに同一の熱処理で活性層の無秩序化が可能であるので、プロセスの簡素化のみならず、過剰な熱処理を伴わないので、高出力かつ高信頼性の２波長型の半導体レーザ素子が得られ、特に記録用光ディスク装置などに適用する上で有用である。
【０１３７】
また本発明の他の実施の形態では、前述した実施の形態において、前述した予め定める温度Ｑ１を、５００℃以上６００℃未満としてもよい。他の条件は、前述の実施の形態と同じ条件で、第１および第２活性層２４，４４の発光波長のシフト量をＰＬ（フォトルミネッセンス）法で確認したところ、第１活性層２４で７５ｎｍ、第２活性層４４で６０ｎｍ程度であった。このような条件で半導体レーザ素子を形成しても、前述の実施の形態の半導体レーザ素子２０とほぼ同様の特性の半導体レーザ素子を形成することができ、前述した半導体レーザ素子２０の作成方法とほぼ同様の効果を達成することができる。
【０１３８】
本発明の他の実施の形態では、前述実施の形態において、第１部分５１を、予め定める不純物を１.０×１０17ｃｍ-3以上１.０×１０18ｃｍ-3未満の濃度となるようにドーピングしたＡｌＧａＩｎＰによって形成してもよい。このような構成であっても前述した実施の形態と同様な効果を達成することができる。
【０１３９】
前述した各実施の形態では、予め定める不純物をＺｎとしているが、予め定める不純物は、Ｓｉであってもよい。表２に、不純物をＳｉとした場合の構成を示す。
【０１４０】
【表２】
2008066415.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子２０の構成を示す断面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】半導体レーザ素子２０の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】半導体レーザ素子２０の製造方法を説明する断面図である。
【図６】半導体レーザ素子２０の製造方法を説明する断面図である。
【図７】ステップｓ３における斜視図である。
【図８】ステップｓ４における斜視図である。
【図９】窓形成温度と閾値電流の関係を示すグラフである。
【図１０】窓形成温度と活性層波長シフトの関係を示すグラフである。
【図１１】従来の技術の半導体レーザ素子１の端面窓構造の作製方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１４２】
２０  半導体レーザ素子
２１  半導体基板
２２  第１バッファ層
２３  第１クラッド層
２４  第１活性層
２５  第２クラッド層
２６  第１中間層
２７  第１コンタクト層
３１  第１部分
３３  第２部分
４２  第２バッファ層
４３  第３クラッド層
４４  第２活性層
４５  第４クラッド層
４６  第２中間層
４７  第２コンタクト層
５１  第３部分
５３  第４部分
７１Ａ，７１Ｂ  窓領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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