(57)【要約】【課題】赤色半導体レーザにおいてレーザ光断面形状を円形にするとともに、共振器端面の破壊の防止と高出力化を図る。【解決手段】主面の一部に帯状の傾斜面有するｎ型ＧａＡｓ基板と、この基板の主面に順次重ねて形成されるｎ型クラッド層，３周期の量子井戸構造の活性層，ｐ型クラッド層（中層に電流ブロック層を含む）及びｐ型コンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられるｐ側電極と、前記基板裏面に設けられるｎ側電極とを有し、前記傾斜面上の活性層部分からレーザ光を出射する半導体レーザ素子であり、共振器の端面部分に窓部及び電流非注入層を設けて、共振器端面部分の熱的破壊を抑止する。これにより、共振器端面破壊が起き難くなる。また、高出力も可能になる。レーザ光の遠視野像のアスペクト比は１．５よりも小さくなり、レーザ光断面形状を円形に近くすることができる。【選択図】　　　　図１
2004119675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程からなる半導体発光装置の製造方法
（ａ）半導体基板上面に傾斜面を形成する工程と、
（ｂ）前記半導体基板上の上面に複数の半導体層を形成する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記複数の半導体層の最上層端部に、第１不純物を選択的に形成する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後、熱処理を行い前記第１不純物を拡散させ、端面窓構造を形成する工程。
【請求項２】
請求項１において、前記半導体基板および前記複数の半導体層は、ＩＩＩ族およびＶ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記工程（ｃ）の前記第１不純物はスパッタリングによって形成することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２において、前記工程（ｃ）の第１不純物はＺｎであることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２において、前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記半導体基板上にｎ型クラッド層を形成する工程と、
（ｂ２）前記ｎ型クラッド層上に活性層を形成する工程と、
（ｂ３）前記活性層上にｐ型クラッド層を形成する工程
を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、前記工程（ｂ）は、
（ｂ４）前記ｐ型クラッド層上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をＰ型およびＮ型にする第２および第３不純物を含む電流ブロック層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記第２および第３不純物はそれぞれＺｎおよびＳｅであることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５において、前記工程（ｄ）の熱処理によって、前記不純物は前記活性層まで拡散することを特徴とする半導体発光装置の製造方法
【請求項９】
請求項５の工程（ｂ１）〜（ｂ３）において、各層は結晶成長によって形成されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６において、前記工程（ｃ）は、
（ｃ１）前記複数の半導体層の最上層にスパッタッタリングで第１不純物を形成する工程と、
（ｃ２）前記複数の半導体層の最上層端部を除く部分の前記第１不純物を削除する工程からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項６において、前記工程（ｄ）の後、さらに
（ｅ）前記端面窓構造領域の上層に、電流非注入層を選択的に形成する工程を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記電流非注入層はｎ型半導体層からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１において、前記電流非注入層は、前記ｐ型クラッド層よりも抵抗率の高い高抵抗層からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１において、前記電流非注入層はプロトン打ちこみによって形成されることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１において、前記半導体基板に平行な面内における、前記端面窓構造の平面積は、前記電流非注入層の平面積よりも小さいことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１６】
以下の工程からなる半導体発光装置の製造方法
（ａ）半導体基板上面に傾斜面を形成する工程と、
（ｂ）前記半導体基板上に、結晶成長によりｎ型クラッド層を形成する工程と、（ｃ）前記ｎ型クラッド層上に、結晶成長により活性層を形成する工程と、
（ｄ）前記活性層上に、結晶成長によりｐ型クラッド層を形成する工程と、
（ｅ）前記ｐ型クラッド層上に、ＺｎとＳｅを含む電流ブロック層を形成する工程と、
（ｆ）前記電流ブロック層上に、半導体層を形成する工程と、
（ｇ）前記半導体層上に、Ｚｎをスパッタリングする工程と、
（ｈ）前記半導体層端面部を除く部分から前記Ｚｎを除去する工程と、
（ｉ）前記工程（ｈ）の後、熱処理を行い前記不純物を前記活性層まで拡散させ、端面窓構造領域を形成する工程と、
（ｊ）前記工程（ｉ）の後、前記端面窓構造領域の上部に、選択的に電流非注入層を形成する工程。
【請求項１７】
請求項１６において、前記電流非注入層はｎ型半導体層からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６において、前記電流非注入層は前記ｐ型クラッド層より抵抗率の高い高抵抗層からなることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１９】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記半導体基板上に形成された、傾斜面を有するｎ型クラッド層と、
（ｃ）前記ｎ型クラッド層上に形成された、傾斜面を有する活性層と、
（ｄ）前記活性層上に形成された、傾斜面を有するｐ型クラッド層と
を有し、前記活性層の端面から光を放出する半導体装置であって、
前記活性層の端面部に、Ｚｎ拡散によって形成された端面窓構造を有する半導体発光装置。
【請求項２０】
前記半導体発光装置は、さらに
（ｅ）前記ｐ型クラッド層上にＺｎとＳｅを含む電流ブロック層を有することを特徴とする請求項１９記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
前記半導体発光装置は、さらに
（ｆ）前記窓構造の上部に電流非注入層を有することを特徴とする請求項２０記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
前記電流非注入層は、ｎ型半導体層からなることを特徴とする請求項２１記載の半導体発光装置。
【請求項２３】
前記電流非注入層は、前記ｐ型クラッド層よりも抵抗率の高い高抵抗層からなることを特徴とする請求項２１記載の半導体発光装置。
【請求項２４】
前記端面窓構造が形成された領域内の前記活性層のバンドギャップは、前記端面窓構造が形成されていない領域内の前記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１９記載の半導体発光装置。
【請求項２５】
前記半導体発光装置は、６５０ｎｍ帯の波長の光を出射し、光出力が５０ｍＷ以上、かつアスペクト比が１．５以下であることを特徴とする請求項１９記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ素子等の半導体発光装置及びその製造方法に係わり、特に、主面に傾斜面（斜面）を有し、その傾斜面上に形成した多層半導体層の端面からレーザ光を出射させる斜面構成の赤色半導体レーザ素子の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
０．６μｍ帯の赤色半導体レーザ（半導体レーザ素子）は各種情報処理装置の光源として期待されている。例えば、６５０ｎｍ帯の半導体レーザはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）用の発光源として使用され、６３０ｎｍ帯の半導体レーザは計測装置等の光源として使用されている。
ＤＶＤ−ＲＡＭ用赤色高出力半導体レーザは、ＤＶＤ−ＲＡＭの高速化や大容量化に伴い、５０ｍＷ以上の高出力動作とともに、６０℃以上の高温動作で安定な単一横モード特性を実現する必要がある。
【０００３】
このような５０ｍＷ級の高出力半導体レーザとして、リッジ導波型のストライプ構造の半導体レーザ（半導体レーザ素子）が知られている。また、レーザ光を出射する共振器の端面部分の劣化破壊を防止するために、共振器端面での光吸収を少なくするために共振器端面部分での禁制帯幅（バンドギャップ）を広げる、いわゆる端面窓構造が導入されている。端面窓構造の作製方法としては、Ｚｎを量子井戸活性層に拡散させて量子井戸活性層を無秩序化し、相対的に禁制帯幅を数１０から数１００ｍｅＶ程度広げ、端面での光吸収を防止する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
市販されているＤＶＤ−ＲＡＭ用赤色高出力半導体レーザでは、動作温度６０℃で５０ｍＷ（連続動作）の光出力のものである。しかし、６５０ｎｍ帯高出力半導体レーザでは、垂直方向拡がり角（θ⊥）＝１７〜２２度で、水平方向拡がり角（θ／／）＝８〜９度であることから、アスペクト比（θ⊥／θ／／）は１．５以上である。
【０００５】
アスペクト比が大きいレーザ光はビーム断面形状（ビーム形状）が楕円形となることから、ＤＶＤにおいては、その光路の途中に形状修正光学系を配置してビーム形状の円形化を図っている。このため、ＤＶＤの小型化及び低コスト化が妨げられている。
一方、光出力が２０ｍＷ級程度の低出力赤色半導体レーザでは、レーザ光の水平方向拡がり角（θ／／）に対する垂直方向拡がり角（θ⊥）のアスペクト比を１．５よりも小さくしてレーザ光形状が円形に近くなるものが実現している。この半導体レーザは、主面に段差を有する段差基板を基に形成されている。段差基板の主面にはストライプ状に段差が延在し、この段差の上下の端に連なる平坦面はそれぞれ同じ結晶面となっている。また、段差は前記両平坦面に連なる斜面（傾斜面）になっている。この斜面は平坦面に対して所定の角度を有する。また、基板の主面には活性層を含む多層半導体層が形成され、ストライプ状（帯状）に延在する斜面の幅が共振器の幅となる。斜面はホトレジストを使用して形成でき、狭い幅に形成できる。この結果、斜面構成のものは共振器幅の狭い半導体レーザが実現でき、レーザ光の水平方向拡がり角を大きくでき（θ／／＝１６．０°，θ⊥＝１５．２°）、アスペクト比を１．５よりも小さくすることができる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
また、前記斜面構成の半導体レーザにおいて、共振器端面での熱暴走による破壊レベル（ＣＯＤレベル）を向上するために、共振器を形成する半導体層の一部の組成元素（Ａｓ）の濃度を共振器端部で共振器中央部より低くしてバンドギャップを広くしてＣＯＤレベルを向上させているものが知られている。Ａｓの濃度を低くするため、（１）基板の両側部分（共振器端部）で斜面を一方向に折り曲がるように延在させ、この構造によってＡｓの濃度を共振器端部で共振器中央部より低くしたり、（２）共振器の端部分にＰイオンまたはＮイオンを活性層に到達するように深くイオン注入して余剰のＡｓを放出させたりしている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
〔特許文献１〕
特開２０００−１２９６０号公報（第４−６頁、図５及び図７）
〔非特許文献１〕
Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｖｏｌ．４５　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．　１９９９（Ｐ．４５−４８　、第７図、第８図）
〔非特許文献２〕
エレクトロニクス　　レターズ（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ），１９ｔｈ，Ｍａｒｃｈ，１９９８，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．６（Ｐ．５５１　、Ｆｉｇ３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記非特許文献１に記載されているリッジ導波路構成のＤＶＤ−ＲＡＭ用赤色レーザでは、端面窓構造を採用しても光出力は最大でも８０ｍＷ程度（非特許文献１の第８図）である。また、アスペクト比を１に近似させることができる斜面構成の低出力赤色レーザでは、光出力は非特許文献２の半導体レーザでは２０ｍＷ程度、特許文献１の半導体レーザでは６０ｍＷ（リニアー部分での最大出力は３６ｍＷ程度）程度である。
【０００９】
本発明者においては、段差基板を使用して６３０ｎｍ帯の半導体レーザ（半導体レーザ素子）を製造した。この６３０ｎｍ帯の半導体レーザ素子は、計測機器用の光源として使用できる。アスペクト比は１又は１に近似し、ビーム形状は円形化するものである。
【００１０】
しかし、光出力の増大を図ったところ、静電破壊やサージ電流破壊により、長期寿命試験で不良が発生するものがあった。この不良は、共振器で発生した光が吸収されて熱に変換されることで共振器端面近傍が劣化すると考えられる。
【００１１】
そこで、本発明者は共振器端面での光吸収を抑え、静電破壊、サージ電流破壊を抑制するために、共振器端面部の活性層の禁制帯幅を増加させることを検討した。斜面を基板の両側（共振器端部）で一方向に折り曲げる構造は加工が複雑になる。また、共振器の端部分に活性層に到達するように深くイオン注入して余剰のＡｓを放出させる方法は、イオン打ち込み時のイオンに加える加速電圧が数十ｋＶと高く、そのエネルギーによる結晶へのダメージが大きいため、その後結晶性を回復させるための熱処理を施しても結晶性は回復し難い。その結果、閾値の増加やスロープ効率の低下を含む特性劣化を招くおそれがある。
【００１２】
また、段差基板の主面に活性層を含む多層半導体層を形成し、その後共振器端面部分に対応する箇所にＺｎを拡散させる場合、特許文献１のように活性層の上の全体としてのＰ−クラッド層の厚さが１．８５μｍと厚いと、Ｚｎを活性層へ拡散させるための熱処理時間が長くなる。その結果、窓部以外の領域で、ｐクラッド層中のＺｎが活性層へ拡散し、レーザ特性の悪化をもたらす可能性がある。それは、発光部となる傾斜面部が（４１１）Ａ面に相当するため、平坦面に比べてＺｎの拡散速度が速く、拡散の制御が困難なためである。そこで、再現性良くＺｎを拡散させ、窓構造を形成し、共振器端面部への電流の供給を抑えて共振器端面部の発熱を抑止させることを考えてさらなるレーザ光出力増大を図ることを思い立った。
【００１３】
本発明の目的は、ビーム形状が円形または円形に近似した形状になる高出力の赤色半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１６】
（１）主面に一端から他端まで帯状に延在する傾斜面を有するｎ型ＧａＡｓ半導体基板と、
いずれの層もＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰ若しくはこれらの組み合わせからなり、前記半導体基板の主面上に順次形成される、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、電流ブロック層、ｐ型第２クラッド層、ｐ型コンタクト層を有し、前記電流ブロック層は前記傾斜面に対応する部分がＺｎによるｐ型領域になり、他の部分はＳｅによるｎ型領域になり、前記傾斜面上の活性層によって形成される共振器端からレーザ光を出射するように構成された多層半導体層と、
前記共振器の端面部分にＺｎを拡散して形成される禁制帯幅が大きな窓部と、
前記半導体基板の下面に設けられた下面電極と、
前記多層半導体層上に形成された上面電極と、
前記共振器端面部分の活性層に電流を流さないように前記窓部上部（ｐ型第２クラッド層とｐ型コンタクト層との間）に設けられたｎ型半導体層からなる電流非注入層とを有することを特徴とする。
【００１７】
前記活性層は、障壁層となるアンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（例えば、ｘ＝０．４、ｙ＝０．５８、厚さ３ｎｍ）と、井戸層となるアンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ（例えば、ｚ＝０．４６、厚さ６ｎｍ）を繰り返し積層した圧縮歪み構成の多重量子井戸構造になっている。また、電流非注入層は窓部よりも広くなっている。
【００１８】
このような半導体レーザ素子は、
半導体基板の主面に帯状に延在する傾斜面を形成する工程と、
前記半導体基板の主面に、活性層を含み、端面からレーザ光を出射するための共振器を構成する多層半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板の主面に不純物をスパッタによって選択的に形成して前記共振器の端面部分上に拡散源層を形成する工程と、
熱処理によって前記拡散源層から不純物を前記共振器の端面部分に拡散させて禁制帯幅が大きな窓部を形成する工程と、
前記多層半導体層上に上面電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に下面電極を形成する工程と、
前記半導体基板を前記共振器に直交する方向にそれぞれ切断して短冊体を形成する工程と、
前記短冊体を前記共振器と共振器の間でそれぞれ分割してチップ化する工程とによって製造される。
【００１９】
また、前記不純物としてＺｎを活性層まで拡散する。前記多層半導体層の形成時、前記活性層上にｐ型第１クラッド層、前記傾斜面に対応する部分がＺｎによるｐ型領域になり他の部分はＳｅによるｎ型領域になる電流ブロック層、ｐ型第２クラッド層を形成する。前記多層半導体層の形成の後、前記窓部上部に前記共振器端面部分の活性層に電流を流さない電流非注入層を設ける。前記電流非注入層は窓構造領域よりも広く形成する。
【００２０】
上記した手段（１）によれば、（ａ）半導体基板の主面に帯状の傾斜面を形成した後、多層半導体層を形成することから光導波路は実屈折率導波構造になり、傾斜面上の活性層に比較して、その活性層の両側にあるクラッド層の屈折率は小さくなって光閉じ込め効果が生じるため、発光部（共振器：光導波路）の幅が狭くなり、水平方向拡がり角θ／／が拡大し、アスペクト比（垂直方向拡がり角／水平方向拡がり角）を１に近似させることができ、レーザ光断面形状を円形にすることができる。
【００２１】
（ｂ）共振器端を窓部構造とすることによって光吸収率を低くすることができるため、共振器端面部分の熱破壊が発生し難くなり、半導体レーザ素子の長寿命化が達成できる。
【００２２】
（ｃ）共振器端を窓構造とすることによって光吸収率を低くすることができるため、その分さらに光出力の増大を図ることができ、高出力の半導体レーザ素子を提供することができる。
【００２３】
（ｄ）上記（ａ），（ｃ）のように、共振器は実屈折率導波構造となるとともに端面窓構造となることから、レーザ光形状（レーザ光断面形状）が円形で高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【００２４】
（ｅ）共振器端面部上に電流非注入層が設けられていることから、共振器端面部の活性層には電流が流れないようになり、多量の電流が流れることによる共振器端面部分の破壊が防止できる。これにより、半導体レーザ素子の長寿命化及び高出力化が達成できる。
【００２５】
（ｆ）共振器端面部分での光吸収が少なくなることから、レーザ光の発光が効率良くなり、動作電流が低減できるため、低消費電力化できる。
【００２６】
（ｇ）半導体レーザ素子を光源として組み込む光電子装置において、レーザ光のビーム形状を円形にすることができるため、従来必要としていた、レーザ光のビーム形状を楕円形から円形に修正する形状修正光学系が不要になり、光電子装置の小型化と製造コストの低減を図ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
（実施形態１）
図１乃至図９は本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体発光装置の一つである半導体レーザ素子に係わる図である。本実施形態１では第１導電型としてｎ型（Ｎ型）、第２導電型としてｐ型（Ｐ型）の波長が６５０〜６６０ｎｍ帯の半導体レーザ素子の例について説明する。本実施形態１の半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上に複数の半導体層を形成するが、この各半導体層はＩＩＩ族及びＶ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である。
【００２９】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図１乃至図３に示す構造になっている。図１は半導体レーザ素子の外観を示す模式的斜視図、図２は共振器に沿う方向の断面図、図３は要部を示す模式図である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、半導体レーザ素子１はｎ型（ｎ−）のＧａＡｓ基板２を基にして製造されている。ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面はその中央に段差を有し、この段差部分は傾斜面１０になっている。ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面（図では上面）は結晶面（１００）から結晶軸〔１１１〕方向に対して１０度傾斜（オフ）した面となり、前記傾斜面１０は９．５度の傾斜面となり、傾斜面１０は（４１１）Ａ面相当になっている。例えば、傾斜面１０の幅は２．４μｍ程度となる。傾斜面１０の上面には、後述するように、傾斜面１０の長さ方向に傾斜面１０の幅と略幅が同じになる共振器が延在するようになる。前記傾斜面１０はエッチングによって安定して得られる結晶面である。
【００３１】
本実施形態１の半導体レーザ素子１は、前記傾斜面１０を有するｎ−ＧａＡｓ基板２の主面に、順次半導体層を積層形成して製造されたものである。即ち、図２及び図３に示すように、半導体レーザ素子１は、ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層３、活性層４、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型（ｐ−）第１クラッド層（クラッド層）５、ＺｎやＳｅを含むＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層（ブロック層）６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−第２クラッド層（クラッド層）７、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流非注入層８、ＧａＡｓからなるｐ−コンタクト層９を順次重ねて形成した構造になっている。前記電流非注入層８は、共振器の端面部分、即ち半導体レーザ素子１の端面部分に数μｍの長さで共振器の延在方向に形成されている。
【００３２】
活性層４は量子井戸構造となり、井戸層はアンドープ（ｕ）−ＧａＩｎＰ層からなり、障壁層はｕ−ＡｌＧａＩｎＰ層からなっている。量子井戸は井戸層が３周期となり、井戸層と井戸層との間には障壁層が位置する構造になっている。
【００３３】
ｎ−クラッド層３はｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．３５≦ｘ≦１、０．４≦で、ここでは例えば、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５３）からなっている。ｎ−クラッド層３は厚さ１．３μｍ、キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ−３になっている。
【００３４】
活性層４は、厚さ６ｎｍのアンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ（０．３≦ｚ≦１、ここでは例えば、ｚ＝０．４６）の井戸層と、厚さ３ｎｍのアンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０＜ｘ≦１、０．３≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝０．４、ｙ＝０．５８）の障壁層とからなり、井戸層が３周期となる多重井戸構造（ＭＱＷ）になっている。
【００３５】
また、井戸層となるアンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の歪み量は、＋１．０％であり、圧縮歪みになっている。圧縮歪みとは、ＧａＡｓ基板２の格子定数に対して、アンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の格子定数が大きい状態を表す。歪み量ｍは、レーザ光の発振波長が６５０〜６６８ｎｍになるように調整するが、０％＜ｍ≦２．０％の間の値を取ることができる。
【００３６】
ｐ型第１クラッド層５は、ｎ−クラッド層３と同一組成のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層からなり、厚さは０．２μｍ、キャリア濃度は６Ｅ１７ｃｍ−３になっている。
【００３７】
電流ブロック層６は第２及び第３不純物となるＺｎとＳｅを含む厚さ０．４μｍのＡｌＧａＩｎＰからなっている。電流ブロック層６のキャリア濃度は、Ｚｎ，Ｓｅの添加により傾斜面１０上ではｐ型で６Ｅ１７ｃｍ−３、１０度オフ面上では、ｎ型で８Ｅ１７ｃｍ−３になっている。傾斜面１０上のｐ型領域は電流が流れ、ｎ型の領域は電流ブロック層として作用する。
【００３８】
ｐ−第２クラッド層７は厚さ０．５μｍ、キャリア濃度１Ｅ１８ｃｍ−３になっている。第２不純物としてはＺｎ以外にＭｇ，Ｃが使用できる。
【００３９】
電流非注入層８はｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなっている。また、この電流非注入層８及びｐ−第２クラッド層７上には、厚さ０．４μｍのｐ−コンタクト層９が設けられている。
【００４０】
傾斜面１０を（４１１）Ａ面相当としてあることによって、活性層４の傾斜面１０に重なる活性層部分が発光部となる。発光部の両側に位置するクラッド層は発光部よりも屈折率が低い低屈折率の半導体層である。この発光部が共振器（光導波路）になる。
【００４１】
ｐ−コンタクト層９上には上面電極としてｐ側電極１５が設けられ、ＧａＡｓ基板２の裏面には下面電極としてｎ側電極１６が設けられている。
【００４２】
共振器端面部分、即ち半導体レーザ素子１の両端部分にはｎ−クラッド層３からｐ−第２クラッド層７に掛けて第１不純物としてＺｎが拡散されて窓部１７（端面窓構造）が形成されている。この窓部１７は半導体レーザ素子１の端から共振器方向に沿って１０μｍ程度内側まで設けられている。この窓部１７はＺｎ拡散によって禁制帯幅が広がり、光吸収が少なくなり、熱に起因する共振器端面部分の破壊防止が可能になる。このため、より高出力化が可能になる。共振器端面部分の禁制帯幅（バンドギャップ）が、図４（ｂ）に示すように、井戸層及び障壁層が四角形状に対面していたものが、共振器端面部分にＺｎを拡散することによって、井戸層及び障壁層ともに波状に変形して無秩序化され、バンドギャップが大きくなり、光の吸収率が低くなる。即ち、Ｚｎの濃度を５×１０１８ｃｍ−３程度として高抵抗とする。
【００４３】
なお、高抵抗とは、ドーパントの濃度が非常に高く、結晶中でドーパントがｎ型不純物としてだけでなく、ｎ型キャリアを打ち消す働きをする程度の濃度を入れた場合、キャリア濃度をＣ−Ｖ測定（容量−電圧）により求めると、１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度しか示さない状態になる。これは、電気を流さない状態であり、高抵抗になる。
【００４４】
また、この窓部１７による共振器端面部分の破壊をさらに抑止できるように、前記電流非注入層８が共振器端面部分上に形成されている。この電流非注入層８は電流を通さない（電流の流れを阻止する）ｎ型半導体層からなっている。端面窓構造領域の上部（上層）に形成される電流非注入層８は、電流非注入を効果的にするため、電流非注入層８は共振器方向に沿って窓部１７よりも広く（長く）形成されている。例えば、窓部１７の半導体レーザ素子１の端面からの長さが１０μｍ程度の場合、電流非注入層８の長さは３０μｍ程度になる。
【００４５】
半導体レーザ素子１は、例えば、導波路（共振器）に沿う長さ方向の寸法は９００μｍであり、幅は２５０μｍ、厚さ（高さ）は１００μｍの直方体になっている。
【００４６】
また、図示はしないが、導波路（共振器）の端面の一方の出射面（前方出射面）には、反射率が８％となるＳｉＯ２／ＳｉＮＸの２層膜が設けられ、他方の出射面（後方出射面）には、反射率が９２％となるＳｉＮＸ／ＳｉＯ２の多層膜（１０層）が設けられている。
このような半導体レーザ素子１は以下のようにして製造する。本実施形態１の半導体レーザ素子は、図５のフローチャートに示すように、基板（半導体基板）用意（Ｓ１０１）、傾斜面形成（Ｓ１０２）、多層半導体層形成（Ｓ１０３）、窓部形成（Ｓ１０４）、電流非注入層形成（Ｓ１０５）、コンタクト層形成（Ｓ１０６）、ｐ側電極（ｐ−電極）形成（Ｓ１０７）、裏面研磨（Ｓ１０８）、ｎ側電極（ｎ−電極）形成（Ｓ１０９）、劈開（Ｓ１１０）、反射膜形成（Ｓ１１１）、チップ化（Ｓ１１２）の各工程を経て製造される。
【００４７】
半導体レーザ素子１の製造においては、図６（ａ）に示すように、半導体基板（ＧａＡｓ基板）２を用意する。ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面（上面）は結晶の（００１）面から結晶の〔１１１〕Ａ方向に１０°傾斜した面（以下、１０°ＯＦＦ
面と記載）になっている。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、前記ｎ−ＧａＡｓ基板２の平坦な主面に結晶の〔０１−１〕（ゼロ　イチ　イチ　バー）方向に延びるストライプ形状（帯状）のホトレジストマスク２０を所定間隔（例えば、２５０μｍ程度）離して複数作製し、フッ酸系のエッチング液でウェットエッチングを行い、図６（ｃ）に示すように、傾斜面１０を作製する（Ｓ１０２）。図７（ａ），（ｂ）はホトレジストマスク２０を設けた図と、前記ホトレジストマスク２０をエッチング用マスクとしてＧａＡｓ基板２の主面をエッチングして段差基板を形成した図である。ホトレジストマスク２０の両側にそれぞれ傾斜面が形成されるが、右側の右下がりの傾斜面１０を半導体レーザ素子１の製造用に使用する。傾斜面１０はＧａＡｓ基板２の平坦な主面に対して角度θを有して傾斜している。角度θは、例えば９．５度になっている。この面は（４１１）Ａ面に相当する。また、傾斜面１０の幅は２．４μｍである。この傾斜面１０はエッチング条件を変えることによって他の角度も選択できる。傾斜面１０を形成した後、ホトレジストマスク２０は除去する。
【００４９】
つぎに、図６（ｃ）に示すように、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による結晶成長各工程によって、ＧａＡｓ基板２の主面に順次連続してｎ−クラッド層３，活性層４，ｐ型（ｐ−）第１クラッド層５，ＺｎとＳｅを含む電流ブロック層６，ｐ−第２クラッド層７からなる半導体層を順次形成して多層半導体層を形成する（Ｓ１０３）。
【００５０】
即ち、まずｎ−クラッド層３として、ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰからなるｎ−クラッド層３を形成する。ここで、混晶比ｘは０．３５≦ｘ≦１であり、混晶比ｙは０．４≦ｙ≦１である。例えば、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５３である。ｎ−クラッド層３の厚さは１．３μｍであり、キャリア濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３である。
【００５１】
つぎに、アンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ（０．３≦ｚ≦１、ここでは例えば、ｚ＝０．４６、厚さ６ｎｍ）の井戸層と、アンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０＜ｘ≦１、０．３≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝０．４、ｙ＝０．５８、厚さ３ｎｍ）の障壁層を交互に重ね、井戸層が３周期になる活性層４を形成する。このとき、井戸層となるアンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の歪み量は、＋１．０％であり、圧縮歪みになっている。圧縮歪みとは、ＧａＡｓ基板２の格子定数に対して、アンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の格子定数が大きい状態を表す。歪み量ｍは、レーザ光の発振波長が６５０〜６６８ｎｍになるように調整するが、０％＜ｍ≦２．０％の間の値を取ることができる。
【００５２】
つぎに、ｎ−クラッド層３と同一組成の厚さ０．２μｍ、キャリア濃度が６Ｅ１７ｃｍ−３になるｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ（ｐ−）−第１クラッド層５を積層し、その上に同じ組成のＡｌＧａＩｎＰからなる厚さ０．４μｍの電流ブロック層６を形成する。即ち、ｐ型クラッド層５上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をｐ型およびＮ型にする第２および第３不純物を含む電流ブロック層６を形成する。具体的には、電流ブロック層６には第２不純物としてＺｎが、また第３不純物としてＳｅが添加され、キャリア濃度は傾斜面１０に対面する部分ではｐ型で６Ｅ１７ｃｍ−３となり、１０°ＯＦＦ面に対面する部分ではｎ型で８Ｅ１７ｃｍ−３になる。電流ブロック層６は傾斜面１０に対応する部分ではｐ型伝導性を示し、１０°ＯＦＦ面ではｎ型伝導性を示すので、電流ブロック層の効果を持つ。この電流ブロック層６の上に、同じ組成のｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ−第２クラッド層７を形成する。ｐ−第２クラッド層７は、厚さ０．８μｍ、キャリア濃度１Ｅ１８ｃｍ−３になっている。つぎに、厚さ０．４μｍのｎ−ＧａＡｓキャップ層２１を積層した。第２不純物であるＺｎのかわりにＭｇ、Ｃも使用できる。
結晶成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）からＧａＡｓ基板２（ここではウエハとも呼称する）を取り出した後、ｎ−ＧａＡｓキャップ層２１をウェットエッチングにより除去した後、スパッタ装置でＺｎ拡散源をウエハの主面全域にスパッタして拡散源層２２を形成する。その後、拡散源層２２を常用のホトリソグラフィ技術とエッチング技術によって、図６（ｄ）に示すように、拡散源層２２が共振器端面部になる部分に選択的に形成する。このスパッタでは、ウエハの主面に拡散源層２２を形成すればよく、従来のように活性層に到達するように深く不純物を打ち込む必要がないことから、多層半導体層の各層の打ち込みによるダメージは発生しなくなる。なお、スパッタで選択的に拡散源層２２を形成する方法を採用してもよい。
【００５３】
つぎに、熱処理を行い、Ｚｎを拡散させて、図６（ｅ）に示すように、傾斜面１０を越えてＧａＡｓ基板２表層部分にまで到達する窓部１７を形成する（Ｓ１０４）。窓部１７の形成後、拡散源層２２を除去する。端面窓構造（窓部１７）が形成された領域内の活性層４のバンドギャップは、端面窓構造が形成されていない領域内の活性層４のバンドギャップよりも大きくなる。Ｚｎの拡散領域は、共振器端面から共振器中央部へ向かって１０μｍ程度の長さを持ち、深さ方向は活性層４を超えてＧａＡｓ基板２の表層に達する程度である。このＺｎ拡散により、Ｚｎが拡散した部分の活性層４の発光波長は、拡散していない部分の活性層の発光波長に比べて２０ｎｍ以上短波長化している。
窓構造領域における電流ブロック層６においては、窓構造形成時にｐ型不純物であるＺｎが拡散することにより、１０°ＯＦＦ面に対応する部分の導電型がｎ型からｐ型に変化する可能性がある。その場合、窓構造領域の電流ブロック層６が電流ブロック層として機能しなくなるので、電流狭窄効果が無くなる。そのため、レーザ発振させるために、電流注入を行うと、窓部分が電流リークの原因となり、閾値の増加、発光効率の低下等が起こる。そこで、本実施形態１では、これを対策するために、電流非注入層８を導入している。電流非注入層８は、窓構造部分に電流が流れないようにするための層で、窓構造領域（窓部１７）よりも広い領域に形成する。その作製法は幾つかあるが、端面部にｐ型のコンタクト層と異なる導電型（ｎ型）の層（高抵抗層を含む）を設けることが特徴である。これにより、低アスペクト比で高出力で特性の良好なレーザ素子の作製が可能となる。高抵抗層は不純物の濃度は７×１０Ｅ１０１７ｃｍ−３程度以上が必要である。前記電流非注入層８は、前記ｐ型クラッド層（ｐ−第２クラッド層７）よりも抵抗率の高い高抵抗層からなっている。
【００５４】
つぎに、図６（ｆ）に示すように、共振器の端面部分であって、段差部分に電流非注入層８を設ける（Ｓ１０５）。即ち、結晶成長装置でＳｉを添加したＧａＡｓ層をｐ−第２クラッド層７上に積層した後、選択的にエッチングして除去し、共振器端面部分上に選択的に電流非注入層８を形成する。この電流非注入層８は拡散源層２２が設けられた箇所に設けられるとともに、図２に示すように、窓部１７の長さより長く共振器中央に延在するように設けられる。窓部１７の共振器中央に向かって、共振器の端から１０μｍ程度延在する場合には、電流非注入層８は３０μｍ程度長く延在するように設けられる。これは、確実に共振器端面部分に電流を流させないようにするためである。
【００５５】
つぎに、図６（ｇ）に示すように、再び、結晶成長装置によりｐ−ＧａＡｓからなるｐ−コンタクト層９を成膜した。ｐ−コンタクト層９作製後、図６（ｈ）に示すように、上面電極であるｐ側電極１５を蒸着によって形成し（Ｓ１０７）、ついでウエハの裏面を研磨して所定厚さとした（Ｓ１０８）後、ウエハの裏面に下面電極であるｎ側電極１６を蒸着によって形成した（Ｓ１０９）。
【００５６】
つぎに、図示しないが、ウエハを共振器に直交する方向に所定間隔で劈開によって分断して短冊体を形成した後、劈開面のそれぞれに反射膜等を形成する。短冊体の幅は９００μｍとなり、半導体レーザ素子１の共振器の長さになる。反射膜の例としては、例えば、レーザ光を出射する前方出射面になる面には、ＳｉＯ２膜／ＳｉＮＸの２層膜（反射率８％）、後方出射面になる面にはＳｉＮＸ／ＳｉＯ２の多層膜（１０層）（反射率９２％）のコーティングを行う。
【００５７】
その後、図６（ｉ）に示すように、再び短冊体を２５０μｍ間隔で切断して半導体レーザ素子１を製造する。傾斜面１０は幅２５０μｍの半導体レーザ素子１の幅において略中央に位置する。これによって、例えば、幅２５０μｍ、長さ９００μｍ、厚さ（高さ）１００μｍの半導体レーザ素子１を複数製造することができる。
図８（ａ），（ｂ）に本実施形態１の半導体レーザ素子１の２５℃と７０℃での電流−光出力特性を示す。図８（ａ）に示すように、２５℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は３４ｍＡ、効率は０．６２Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは８０ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１８ｍＡ、効率は０．９５Ｗ／Ａであり光出力が飽和するのは１４０ｍＷである。
【００５８】
また、図８（ｂ）に示すように、７０℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は６４ｍＡ、効率は０．４８Ｗ／Ａであり、光出力が飽和するのは４０ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子では閾値は４５ｍＡ、効率は０．８１Ｗ／Ａで、光出力が飽和するのは７５ｍＷである。２５℃での特性同様、従来素子よりも優れている。
【００５９】
本素子の遠視野像を図９（ａ），（ｂ）に示す。図９（ａ）は水平方向遠視野像（θ／／）であり、図９（ｂ）は垂直方向遠視野像（θ⊥）である。遠視野像は、レーザ光の強度分布を角度で示したもので、半値全角で表示する。θ／／は、従来方法で作製したレーザ素子は８．４°であり、本発明によるレーザ素子は１４．５°である。θ⊥は、従来法で作製したものは２１．２度であり、本発明によるものは２０．８度である。
【００６０】
従って、アスペクト比は、従来方法で作製した素子は２．５１で、本発明による素子は１．４３であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。また、発振波長は、２５℃で６５９ｎｍであったので、本発明により、６５０ｎｍ帯半導体レーザでレーザ光形状が真円に近い半導体レーザが作製できた。
【００６１】
さらに、静電破壊電圧を測定したが、従来素子では３０Ｖであった破壊電圧が本素子では６０Ｖまで向上していた。
また、本構造を６３０ｎｍ帯半導体レーザに適用したところ、窓構造を作製することができ、光出力と静電破壊電圧を向上させることができた。光出力は従来の２６ｍＷに比較して４８ｍＷ程度と高出力になり、静電破壊電圧は従来の３０Ｖに比較して６０Ｖ程度と向上した。
本実施形態１によれば以下の効果を有する。（１）ＧａＡｓ基板２の主面に帯状の傾斜面１０を形成した後、多層半導体層を形成することから光導波路は実屈折率導波構造になり、傾斜面１０上の活性層４に比較してその活性層の両側のクラッド層の屈折率は小さくなって光閉じ込め効果が生じるため、発光部（共振器：光導波路）の幅が狭くなり、水平方向拡がり角θ／／が拡大し、アスペクト比（垂直方向拡がり角／水平方向拡がり角）を１に近似させることができ、レーザ光断面形状を円形にすることができる。
【００６２】
（２）共振器端を窓部構造とすることによって光吸収率を低くすることができるため、共振器端面部分の熱破壊が発生し難くなり、半導体レーザ素子１の長寿命化が達成できる。
【００６３】
（３）共振器端を窓構造（窓部１７）とすることによって光吸収率を低くすることができるため、その分さらに光出力の増大を図ることができ、高出力の半導体レーザ素子１を提供することができる。
【００６４】
（４）上記（１），（３）のように、共振器は実屈折率導波構造となるとともに端面窓構造となることから、レーザ光形状（レーザ光断面形状）が円形で高出力の半導体レーザ素子１を実現できる。
【００６５】
（５）共振器端面部上に電流非注入層８が設けられていることから、共振器端面部の活性層４には電流が流れないようになり、多量の電流が流れることによる共振器端面部分の破壊が防止できる。これにより、半導体レーザ素子１の長寿命化及び高出力化が達成できる。
【００６６】
（６）共振器端面部分での光吸収が少なくなることから、レーザ光の発光が効率良くなり、動作電流が低減できるため、低消費電力化できる。
【００６７】
（７）半導体レーザ素子１を光源として組み込む光電子装置において、レーザ光のビーム形状を円形にすることができるため、従来必要としていた、レーザ光のビーム形状を楕円形から円形に修正する形状修正光学系が不要になり、光電子装置の小型化と製造コストの低減を図ることができる。
（８）従来の半導体素子では、ｎ型クラッド層３．０μｍであり、ｐ型クラッド層は合計で１．８５μｍとなっており、ｎ型クラッド層の１／２以上の厚さをｐ型クラッド層は有している。これに対して、本実施形態１では、ｎ型クラッド層の厚さ以下にｐ型クラッド層の厚さを制御している。このように薄くすることによって安定な窓部形成を実現できる。
【００６８】
（実施形態２）
図１０及び図１１は本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子に係わる図である。本実施形態２は実施形態１の半導体レーザ素子１において、傾斜面１０の幅を２．１μｍとし、活性層４の井戸層の厚さを５．５ｎｍとし、井戸層の歪み量を＋１．１％として圧縮歪みにしてある。傾斜面１０の幅を２．１μｍとしたことで、θ／／を拡大できるので、一層アスペクト比の低減を図ることができる効果がある。
【００６９】
また、本実施形態２では実施形態１のように電流非注入層８を設けず、共振器端面部分上のｐ−コンタクト層９にプロトンを選択的に打ち込んで高抵抗層３０を形成してある。この高抵抗層３０が実施形態１の電流非注入層を形成することになる。
【００７０】
高抵抗層３０の形成は、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９上に絶縁膜を形成し、共振器端面部のみｐ−コンタクト層９が露出するように絶縁膜をパターニングし、その後、プロトンのイオン打ち込みを行い、絶縁膜を除去する。プロトンのイオン打ち込みを行った部分はイオン打込みによるダメージを受けて高抵抗層となり、電流を流しても共振器端面部のみ電流は流れない。絶縁膜除去後、ｐ側電極１５を形成する。
【００７１】
また、本実施形態１の半導体レーザ素子１は、前方出射面にＳｉＯ２／ＳｉＮＸの２層膜（反射率８％）を、後方出射面にＳｉＮＸ／ＳｉＯ２の多層膜（反射率９０％）が設けられている。
【００７２】
図１２（ａ），（ｂ）に本素子の２５℃と７０℃での電流−光出力特性を示す。図１２（ａ）に示すように、２５℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は３３ｍＡ、効率は０．６５Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは８３ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１６ｍＡ、効率は０．９８Ｗ／Ａであり、光出力が飽和するのは１４６ｍＷである。
【００７３】
また、図１２（ｂ）に示すように、７０℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は６２ｍＡ、効率は０．４９Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは４２ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子では閾値は３９ｍＡ、効率は０．８３Ｗ／Ａで、光出力が飽和するのは７８ｍＷである。２５℃での特性同様、従来素子よりも優れている。
【００７４】
本素子の遠視野像を図１３（ａ），（ｂ）に示す。図１３（ａ）に示すように、θ／／は、従来方法で作製したレーザ素子は９．６°であり、本発明によるレーザ素子は１５．８°である。図１３（ｂ）に示すように、θ⊥は、従来法で作製したものは２０．３度であり、本発明によるものは１９．８度である。
【００７５】
従って、アスペクト比は、従来方法で作製した素子は２．１１で、本発明による素子は１．２５であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。
【００７６】
さらに、静電破壊電圧を測定したが、従来素子では３０Ｖであった破壊電圧が本素子では、６０Ｖまで向上していた。
また、本構造を６３０ｎｍ帯半導体レーザに適用したところ、窓構造を作製することができ、光出力と静電破壊電圧を向上させることができた。
【００７７】
本実施形態においては、プロトンの代わりに他の不純物（例えば、Ｓｉ）を打ち込んでも同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（実施形態３）
図１４及び図１５は本発明の他の実施形態（実施形態３）の半導体レーザ素子に係わる図であり、図１４は半導体レーザ素子の外観を示す斜視図、図１５は断面図である。
【００７９】
本実施形態３の半導体レーザ素子１は、実施形態１の半導体レーザ素子１において、傾斜面１０の幅を１．４μｍとし、活性層４の井戸層の厚さを５．０ｎｍとし、井戸層の歪み量を＋０．９％として圧縮歪みにしてある。また、ｐ−第２クラッド層７の厚さを１．４μｍとする。
傾斜面１０の幅を１．４μｍとすることで、θ／／を拡大でき、また、活性層４の井戸層の厚さを５．０ｎｍとすることでθ⊥を低減できるので、一層アスペクト比を低減し、レーザ光形状を円形にすることができる。
【００８０】
また、本実施形態３では実施形態１のように電流非注入層８を設けず、共振器端面部分上のｐ−第２クラッド層７に高抵抗層３５を形成する。この高抵抗層３５はＳｉを打ち込むことによって形成でき、実施形態１と同様な電流非注入層になる。この高抵抗層３５は、Ｚｎ拡散による窓部１７の形成後形成する。即ち、窓部１７の形成後、Ｚｎ拡散源を除去した後、ｐ−第２クラッド層７上に絶縁膜をつけ、窓構造部分に該当するｐ−第２クラッド層７が露出するように絶縁膜をパターニングする。その後、Ｓｉのイオン打ち込みを行い、イオン打ち込み領域を形成する。Ｓｉのイオン打ち込みを行った部分は、Ｓｉとｐ型不純物とが補償し合うので、ｐ型伝導を示さず、高抵抗層３５となり、電流を流しても共振器端面部のみ電流は流れない。
【００８１】
また、本実施形態３の半導体レーザ素子１においては、前方出射面にはＳｉＯ２／ＳｉＮＸの２層膜（反射率８％）が形成され、後方出射面にＳｉＮＸ／ＳｉＯ２の多層膜（反射率９０％）が形成されている。
図１６（ａ），（ｂ）に本素子の２５℃と７０℃での電流−光出力特性を示す。図１６（ａ）に示すように、２５℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は３３ｍＡ、効率は０．６５Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは８３ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１５ｍＡ、効率は１．１２Ｗ／Ａであり、光出力が飽和するのは１５２ｍＷである。
【００８２】
また、図１６（ｂ）に示すように、７０℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は６２ｍＡ、効率は０．４９Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは４２ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子では閾値は３６ｍＡ、効率は０．８８Ｗ／Ａで、光出力が飽和するのは８２ｍＷである。２５℃での特性同様、従来素子よりも優れている。
【００８３】
本素子の遠視野像を図１７（ａ），（ｂ）に示す。図１７（ａ）に示すように、θ／／は、従来方法で作製したレーザ素子は９．６°であり、本発明によるレーザ素子は１７．６°である。図１７（ｂ）に示すように、θ⊥は、従来法で作製したものは１９．４度であり、本発明によるものは１８．５度である。
【００８４】
従って、アスペクト比は、従来方法で作製した素子は２．０２で、本発明による素子は１．０５であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。また、発振波長は、２５℃で６５４ｎｍであったので、本発明により、６５０ｎｍ帯半導体レーザでレーザ光形状が真円に近い半導体レーザが作製できた。
【００８５】
さらに、静電破壊電圧を測定したが、従来素子では３０Ｖであった破壊電圧が本素子では、６０Ｖまで向上していた。
また、本構造を６３０ｎｍ帯半導体レーザに適用したところ、窓構造を作製することができ、光出力と静電破壊電圧を向上させることができた。
【００８６】
（実施形態４）
図１８及び図１９は本発明の他の実施形態（実施形態４）の半導体レーザ素子に係わる図であり、図１８は半導体レーザ素子の外観を示す斜視図、図１９は断面図である。
【００８７】
本実施形態４の半導体レーザ素子１は、実施形態１の半導体レーザ素子１において、電流ブロック層を２層として、活性層４に近接する電流ブロック層のｎ型領域が、窓部１７を形成する際の熱処理で仮に反転してｐ型になっても、ｐ側電極１５に寄った上側の第２の電流ブロック層が傾斜面１０から外れる部分でｎ型領域を維持するため、第２の電流ブロック層は正常に作用し安定した動作が可能になる。
【００８８】
本実施形態４の半導体レーザ素子１は、実施形態１の半導体レーザ素子１において、傾斜面１０の幅を１．４μｍとし、活性層４の井戸層の厚さを５．０ｎｍとし、井戸層の歪み量を＋０．９％として圧縮歪みにしてある。
【００８９】
また、Ｚｎ及びＳｅを添加した電流ブロック層６の厚さを０．３μｍとし、ｐ−第２クラッド層７は厚さ０．０５μｍでキャリア濃度が６Ｅ１０１７ｃｍ−３になるようにしてある。
電流ブロック層を２層構造にすると、クラッド層が厚くなるので、素子抵抗が増加することになる。それを回避するために、ｐ−第２クラッド層７の厚さを薄くし、熱処理後に再度形成するｐクラッド層と電流ブロック層の厚さを合わせても、クラッド層全体の厚さは約１μｍに抑えることとした。このため、素子抵抗は、従来と同じである６Ω程度にできている。
【００９０】
電流ブロック層を２層の構成とするため、図１８及び図１９に示すように、ｐ−第２クラッド層７とｐ−コンタクト層９との間に下層から上層に向かって、ｐ−第２クラッド層７と同じ組成のｐ−第３クラッド層４０，電流ブロック層６と同じ組成・構造の第２の電流ブロック層４１、ｐ−第２クラッド層７と同じ組成のｐ−第４クラッド層４２が形成されている。
【００９１】
ｐ−第３クラッド層４０は厚さ０．０５μｍ、キャリア濃度は６Ｅ１７ｃｍ−３となっている。電流ブロック層４１は厚さ０．４μｍとなり、キャリア濃度は傾斜面部分ではｐ型で６Ｅ１７ｃｍ−３、１０°ＯＦＦ面ではｎ型で８Ｅ１７ｃｍ−３になっている。電流ブロック層４１は傾斜面部ではｐ型伝導性を示し、１０度ＯＦＦ面ではｎ型伝導性を示すので電流ブロック層の効果を持つ。ｐ−第４クラッド層４２は、厚さ０．０５μｍ、キャリア濃度１Ｅ１８ｃｍ−３である。
【００９２】
また、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９は厚さ１．５μｍになっている。このｐ−コンタクト層９上にｐ側電極１５が形成されている。
【００９３】
本実施形態１の半導体レーザ素子１では、前方出射面にＳｉＯ２／ＳｉＮＸからなる２層膜（反射率８％）が設けられ、後方出射面にＳｉＮＸ／ＳｉＯ２からなる多層膜（反射率９０％）が設けられている。上記各半導体層及び膜は結晶成長装置によって所定層ごとに形成することができる。
図２０（ａ），（ｂ）に本素子の２５℃と７０℃での電流−光出力特性を示す。図２０（ａ）に示すように、２５℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は３３ｍＡ、効率は０．６５Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは８３ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１５ｍＡ、効率は１．１２Ｗ／Ａであり光出力が飽和するのは１５２ｍＷである。
【００９４】
また、図２０（ｂ）に示すように、７０℃では、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は６２ｍＡ、効率は０．４９Ｗ／Ａであり、光出力の破壊レベルは４２ｍＷであるが、本発明により作製したレーザ素子では閾値は３６ｍＡ、効率は０．８８Ｗ／Ａで、光出力が飽和するのは８２ｍＷである。２５℃での特性同様、従来素子よりも優れている。
【００９５】
本素子の遠視野像を図２１（ａ），（ｂ）に示す。図２１（ａ）に示すθ／／は、従来方法で作製したレーザ素子は９．６°であり、本発明によるレーザ素子は１７．６°である。図２１（ｂ）に示す。θ⊥は、従来法で作製したものは１９．４度であり、本発明によるものは１８．５度である。
【００９６】
従って、アスペクト比は、従来方法で作製した素子は２．０２で、本発明による素子は１．０５であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。また、発振波長は、２５℃で６５４ｎｍであったので、本発明により、６５０ｎｍ帯半導体レーザでレーザ光形状が真円に近い半導体レーザが作製できた。
【００９７】
さらに、静電破壊電圧を測定したが、従来素子では３０Ｖであった破壊電圧が本素子では、６０Ｖまで向上していた。
また、本構造を６３０ｎｍ帯半導体レーザに適用したところ、窓構造を作製することができ、光出力と静電破壊電圧を向上させることができた。
【００９８】
本実施形態４の半導体レーザ素子１では、電流ブロック層が２層になる構造であることから、窓構造形成で電流ブロック層６がブロック層の効果を持たなくても、電流ブロック層４１でブロック層の効果が得られるため、レーザ特性を悪化させることはない。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０１００】
（１）ビーム形状が円形または円形に近似した形状になる高出力の赤色半導体レーザ素子を提供することができる。
【０１０１】
（２）赤色半導体レーザ（赤色半導体レーザ素子）において、レーザ光の遠視野像のアスペクト比を１．５以下にすることができる。
【０１０２】
（３）赤色半導体レーザにおいて、窓部を共振器端面部分に設けることから共振器端面の熱破壊が起き難くなる。
【０１０３】
（４）赤色半導体レーザにおいて、電流非注入層を共振器端面部分に設けることから共振器端面の熱破壊が起き難くなる。
【０１０４】
（５）赤色半導体レーザにおいて、窓部及び電流非注入層を共振器端面部分にそれぞれ設けることから共振器端面の熱破壊が起き難くなる。
【０１０５】
（６）上記（３）乃至（５）から高出力の半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子の外観を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態１の半導体レーザ素子の共振器方向に沿う模式的断面図である。
【図３】本実施形態１の半導体レーザ素子の一部を示す模式的拡大断面図である。
【図４】本実施形態１の半導体レーザ素子のＺｎ拡散による活性層の井戸層と障壁層の無秩序化状態を示す模式図である。
【図５】本実施形態１の半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態１の半導体レーザ素子の各製造工程でのウエハを示す模式的断面図である。
【図７】本実施形態１の半導体レーザ素子の製造において、傾斜面の形成方法を示す模式図である。
【図８】本実施形態１の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフである。
【図９】本実施形態１の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子の外観を示す模式的斜視図である。
【図１１】本実施形態２の半導体レーザ素子の共振器方向に沿う模式的断面図である。
【図１２】本実施形態２の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフである。
【図１３】本実施形態２の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。
【図１４】本発明の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子の外観を示す模式的斜視図である。
【図１５】本実施形態３の半導体レーザ素子の共振器方向に沿う模式的断面図である。
【図１６】本実施形態３の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフである。
【図１７】本実施形態３の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施形態（実施形態４）である半導体レーザ素子の外観を示す模式的斜視図である。
【図１９】本実施形態４の半導体レーザ素子の共振器方向に沿う模式的断面図である。
【図２０】本実施形態４の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフである。
【図２１】本実施形態４の半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラフである。
【符号の説明】
１…半導体レーザ素子、２…半導体基板（ＧａＡｓ基板）、３…ｎ−クラッド層、４…活性層、５…ｐ−第１クラッド層、６…電流ブロック層、７…ｐ−第２クラッド層、８…電流非注入層、９…ｐ−コンタクト層、１０…傾斜面、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１７…窓部、２０…ホトレジストマスク、２１…ｎ−ＧａＡｓキャップ層、２２…拡散源層、３０…高抵抗層、３５…高抵抗層、４０…ｐ−第３クラッド層、４１…電流ブロック層、４２…ｐ−第４クラッド層。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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