(57)【要約】【課題】  低閾値でかつ温度特性にも優れた半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  この半導体レーザの製造方法は、以下のステップ（１）〜（３）を備えている。（１）活性層４０を備えた積層体１０を作製する。  活性層４０は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えている。井戸層は、InGaAsを主体とした結晶から構成されている。障壁層は、InAlAsを主体とした結晶から構成されている。（２）積層体１０の一部を、活性層４０を含めてエッチングにより除去する。（３）除去後に残存した活性層４０の側面に接して、InAlAsを主体とする層８１をエピタキシャル成長させる。  InAlAsを主成分とする層８１により、井戸層からのキャリアの溢れ出しを減少させることができる。【選択図】図５
2005251998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と阻止層とを備え、
前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えており、
前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接しており、
かつ、前記井戸層における電子に対する、前記阻止層によるエネルギー障壁の高さは、前記井戸層における電子に対する、前記障壁層によるエネルギー障壁の高さの半分よりも高い
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
活性層と阻止層とを備え、
前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えており、
前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接しており、
かつ、前記阻止層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
活性層と阻止層とを備え、
前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えており、
前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接しており、
かつ、前記阻止層には、前記井戸層内の電子に対するエネルギー障壁を生じさせる不純物が拡散されている
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
前記不純物はZn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記阻止層は、前記活性層の側面に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記井戸層におけるInGaAsを主体とした結晶は、さらにAlを含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記障壁層におけるInAlAsを主体とした結晶は、さらにGaを含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶に代えて、GaAsを主体とした結晶を備えている
ことを特徴とする請求項１〜５および７のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
以下のステップを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存した活性層の側面に接して、InAlAsを主体とした層を成長させるステップ。
【請求項１０】
以下のステップを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存した活性層の側面部に不純物を拡散させるステップ。
【請求項１１】
以下のステップを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存する活性層の側面に接して、InAlAsを主体とした結晶、InP系を主体とした結晶またはこれらの混晶を主成分とする埋め込み層を埋め込み成長するステップ、
ただし前記埋め込み層の少なくとも一部は、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を含む層を有する。
【請求項１２】
以下のステップを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記活性層よりも表面側における前記積層体の一部を除去するステップ；
（３）InAlAs系結晶、InP系結晶またはこれらの混晶を主成分とする埋め込み層を前記除去部分に成長させるステップ、
ただしこの埋め込み層の少なくとも一部に、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を含んでいる。
【請求項１３】
以下のステップを備えることを特徴とする半導体レーザの製造方法：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記活性層よりも表面側における前記積層体の一部を除去するステップ；
（３）前記除去部分から前記活性層の側面部に至るまで、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を拡散させるステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、現在主流となっている、InGaAsP系多重量子井戸構造を活性層とする光通信・光インターコネクション用長波長半導体レーザのチップ１の外観図である。このチップ１では、発振閾値を下げるために、活性層２を細くエッチング加工している（図１（ｂ）参照）。ついで、エッチングで除去した部分をInP層（埋め込み層）３で埋めることにより、いわゆる「埋め込み構造」を構成する。図１（ｂ）における矢印は、電流が活性領域に集中している様子を示している。活性層２の幅Ｌ１は、例えば２μm以下である。このようにすると、導波路としては、基本モードの光の伝播は可能だが高次モードは伝播できない特性を持つ。
【０００３】
このレーザでは、共振器長Ｌ２を通常の250μmから200μmに短くし、さらに端面反射率を高くした場合、閾値を25℃で2.7mA程度に低減できる。図２に、このレーザの閾値温度特性を示す。閾値は、温度上昇と共に上昇する。この上昇の程度を表す指標として用いられる特性温度(To)は、室温付近で58Kであり、高温領域では更に急激な閾値上昇を伴っている。この様に、現在の光通信用光源の主流を成すInGaAsP系半導体レーザでは、通信用半導体レーザの規格の最高温度である85℃における閾値は25℃のときのほぼ3倍以上になるのが一般的である。
【０００４】
これは、活性層となる多重量子井戸構造を構成する、バンドギャップの狭い井戸層とこれを上下に挟むバンドギャップの広い障壁層のうち、井戸層に閉じ込められている電子が温度上昇に伴い障壁層を乗り越えて溢れ出すことで説明されている。温度特性を改善するには、井戸層に閉じ込めた電子が溢れ出さない様に、障壁層の障壁を高くしなければならない。InPに比べInAlAsの電子親和力が小さいので、量子井戸構造をInGaAsP系に代えてInAlGaAs系材料を用いて構成すれば、障壁を高くでき、（逆の表現をすれば井戸が深くなり、）閉じ込めた電子の溢れ出しを軽減できるので、発振閾値の温度特性は大きく改善できると予想される。
【０００５】
図3は、InAlGaAs系多重量子井戸を活性層とする従来のリッジストライプ型半導体レーザの閾値温度特性を示している。常温付近の特性温度は150Kより大きく、予想通り温度特性が改善されていて、85℃に於ける閾値は25℃での閾値の1.7倍程度である。この他に発表されているデータでも、この種の構成における特性温度(To)は70〜100Kが多く、従来のInGaAsP系に比べて改善されていて、上記予測が立証されている。
【０００６】
この様に、活性層をInAlGaAs系の多重量子井戸構造に変えることは、温度特性の改善に有効である。しかし、リッジストライプ型レーザは、横方向にキャリア閉じ込め機構が無く、低閾値化に限界がある。そこで、この活性層の材料変更だけでなく、無効電流を低減するためレーザの構造をリッジストライプ構造から埋め込みストライプ構造へ転換することも検討されている。下記非特許文献１では、InAlGaAs系多重量子井戸活性層をInP:Feで埋め込み，共振器長(L)を200μm、端面反射率を前40%, 後70%として、25℃に於ける閾値（Ith）8mA, 85℃に於ける閾値18mA，特性温度(To)として74Kを得ている。しかし、この値は、リッジストライプ型のレーザで得られている閾値6.5mA(温度25℃), 13mA(温度85℃)、特性温度(To)91Kより劣っている。
【０００７】
図4は、上記文献記載のレーザの特性がリッジストライプ型に比べて劣る原因を物理的に説明する図である。図示の例における活性層２では、井戸層４がInGaAs、障壁層５がInAlAsである多重量子井戸構造となっている（図４（ａ）参照）。この活性層２は、エッチングと埋め込み層の埋め込みとによりストライプ構造となっており、その側面には、InPからなる埋め込み層３が配置されている。このときの、障壁層５および井戸層４におけるエネルギーダイアグラムを図４（ｂ）に示す。さらに、同図(c)には、障壁層５、井戸層４および埋め込み層３における接続部分のエネルギーダイアグラムを示す。同図(c)に見る様に、井戸層４の基底状態から障壁層５を見るのに比べ、埋め込み層３の障壁を見ると、この障壁は、組成がInPであるが故に低く、電子は簡単に溢れ出せる。このため、せっかく活性層にInAlGaAs多重量子井戸活性層を採用しても、埋め込み層３に溢れ出し口を設けたことになって、温度特性は改善されないことになる。
【非特許文献１】土屋朋信，清水淳一郎，佐藤宏，中原宏治，青木雅博；”メトロ系ネットワーク用InGaAlAs-MQWレーザ”，第118回結晶工学分科会研究会(2003)「次世代ブロードバンドネットワークを築く結晶工学」予稿集pp5-9，2003年4月25日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであって、低閾値でかつ温度特性にも優れた半導体レーザおよびその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る半導体レーザは、活性層と阻止層とを備える。前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備える。前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備える。前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備える。前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接している。さらに、前記阻止層は、前記井戸層における電子に対する、前記阻止層によるエネルギー障壁の高さが、前記井戸層における電子に対する、前記障壁層によるエネルギー障壁の高さの半分よりも高いものとなっている。当然のことながら、井戸層における電子に対する、阻止層によるエネルギー障壁の高さは、前記井戸層における電子に対する、前記障壁層によるエネルギー障壁の高さとほぼ同等かそれ以上であってもよい。
【００１０】
請求項２に係る半導体レーザは、活性層と阻止層とを備える。前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備える。前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備える。前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備える。前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接している。さらに、前記阻止層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている。
【００１１】
請求項３に係る半導体レーザは、活性層と阻止層とを備える。前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備える。前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備える。前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている。前記阻止層は、前記活性層の側面に隣接している。さらに、前記阻止層には、前記井戸層内の電子に対するエネルギー障壁を生じさせる不純物が拡散されている。
【００１２】
請求項４記載の半導体レーザは、請求項３に記載のものにおいて、前記不純物をZn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせとしている。
【００１３】
請求項５記載の半導体レーザは、請求項１〜４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記阻止層を、前記活性層の側面に埋め込む構成としている。
【００１４】
請求項６記載の半導体レーザは、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、前記井戸層におけるInGaAsを主体とした結晶が、さらにAlを含んでいるものである。
【００１５】
請求項７記載の半導体レーザは、請求項１〜６のいずれか１項に記載のものにおいて、前記障壁層におけるInAlAsを主体とした結晶が、さらにGaを含んでいるものである。
【００１６】
請求項８記載の半導体レーザは、請求項１〜５および７のいずれか１項に記載のものにおいて、前記井戸層が、InGaAsを主体とした結晶に代えて、GaAsを主体とした結晶を備えているものである。
【００１７】
請求項９記載の、半導体レーザの製造方法は、以下のステップを備えている：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存した活性層の側面に接して、InAlAsを主体とした層を成長させるステップ。
【００１８】
請求項１０記載の、半導体レーザの製造方法は、以下のステップを備えている：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存した活性層の側面部に不純物を拡散させるステップ。
【００１９】
請求項１１記載の、半導体レーザの製造方法は、以下のステップを備えている：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記積層体の一部を、前記活性層を含めて除去するステップ；
（３）前記除去後に残存する活性層の側面に接して、InAlAsを主体とした結晶、InP系を主体とした結晶またはこれらの混晶を主成分とする埋め込み層を埋め込み成長するステップ、
ただし前記埋め込み層の少なくとも一部は、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を含む層を有する。
【００２０】
請求項１２記載の、半導体レーザの製造方法は、以下のステップを備えている：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記活性層よりも表面側における前記積層体の一部を除去するステップ；
（３）InAlAs系結晶、InP系結晶またはこれらの混晶を主成分とする埋め込み層を前記除去部分に成長させるステップ、
ただしこの埋め込み層の少なくとも一部に、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を含んでいる。
【００２１】
請求項１３記載の、半導体レーザの製造方法は、以下のステップを備えている：
（１）活性層を備えた積層体を作製するステップ、
ただし前記活性層は、井戸層と、この井戸層を挟む二つの障壁層とを備えており、
前記井戸層は、InGaAsを主体とした結晶を備えており、
前記障壁層は、InAlAsを主体とした結晶を備えている；
（２）前記活性層よりも表面側における前記積層体の一部を除去するステップ；
（３）前記除去部分から前記活性層の側面部に至るまで、Zn, Cd, Si, Geのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせからなる不純物を拡散させるステップ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、低閾値でかつ温度特性にも優れた半導体レーザを提供しうるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態…請求項１，２，６，７，９に対応）
本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの製造方法を図5に基づいて説明する。まず、同図(a)に示す様に、積層体１０を用意する。この積層体１０は、第１導電型基板２０と、第１導電型クラッド層３０と、活性層４０と、第２導電型クラッド層５０と、高キャリア濃度層６０とを、エピタキシャル成長を用いて順次積層した構造となっている。
【００２４】
第１導電型基板２０は、この例ではp-InP結晶から構成されている。第１導電型クラッド層３０としては、厚さ１μmのp-InP結晶が用いられている。
【００２５】
活性層４０においては、厚さ6nmのIn0.52Ga0.48As層を井戸層４１（図７（ａ）参照）とし、厚さ10nmのIn0.52Al0.48As層を障壁層４２とする５重の量子井戸構造を採用した（図７（ａ）では３重構造までを示す）。
【００２６】
発振波長を短くする場合には、井戸層４１にAlを加えGaをその分減らして作製すればよい。また、この実施形態では、一番下と一番上の障壁層４２の厚さを、井戸層４１の間の障壁層４２よりも厚くした（図示省略）。
【００２７】
第２導電型クラッド層５０としては、厚さ１μmのn-InP結晶が用いられている。高キャリア濃度層６０としては、厚さ0.2μmでキャリア密度が6×1019cm-3のP-InGaAsP層が用いられている。高キャリア濃度層６０は、低抵抗電極を得るために使用されている。
【００２８】
この積層体１０の上面に、図５(b)に示すように、エッチングマスク７０を成膜する。このマスク７０は、例えば、SiO2、SiNまたはAl2O3から構成される。このマスク７０の形状は、この例では、幅7μmのストライプ状（帯状）とした。
【００２９】
ついで、同図(c)に示されるように、積層体１０の上面からエッチングを行った。このエッチングにより、活性層４０を含む積層体１０が、約2.8μmの厚さで、選択的に除去された。本実施形態では、エッチャントがマスク７０の裏側に回り込むため、活性層４０の幅（図５（ｃ）中左右方向の幅）が1.7μm程度になった。
【００３０】
ついで、同図(d)に示されるように、無添加InAlAs層８１を成長させ、その上に、InP層８２を成長させた。本実施形態では、無添加InAlAs層８１とInP層８２とが、阻止層８０を構成している。
【００３１】
この後の工程は、通常の半導体レーザと同様なので図示を省略する。工程の一例においては、表面のマスク層７０を除去した後、n型半導体に対する低抵抗電極（例えばNiやAu）を上面に形成する。また、裏面研磨工程において、第１導電型基板２０を所定の厚さ（例えば100μm）まで研磨し、さらにエッチングする。その後、この裏面にp型InPに対する低抵抗電極(例えば、Au/ZnとAu)を形成する。ついで、適切な共振器長(例えば250μm)に積層体１０を劈開して分離し、必要に応じ端面コーティングし、端面反射率を、例えば前面30%、後面60%として、チップを得る。このチップを、Si製のサブマウント上にダイボンディングし、金線でワイヤボンディングを行う。
【００３２】
このようにして得られた半導体レーザの発振閾値の温度特性を図6に示す。この図で判るように、本実施形態の半導体レーザによれば、特性温度としてほぼ100Kを実現しており、先に述べた非特許文献１の技術の欠点を克服できている。
【００３３】
さらに、本実施形態に係る半導体レーザにおける活性層の構造とそのエネルギーバンドダイアグラムを図7に示す。図７(b)と図4(c)とを対比して明らかなように、本実施形態では、阻止層８０の無添加InAlAs層８１が活性層４０に隣接する部分では、InAlAs層８１が障壁層４２とほぼ同等の障壁として作用するので、井戸層４１からのキャリアの溢れ出しは殆ど無くなる。これにより、温度特性の向上が達成されていると考えられる。また、この実施形態の半導体レーザは、埋め込みストライプ構造を採用しており、低閾値化を図ることもできる。
【００３４】
なお、前記第１実施形態では、In0.52Ga0.48As層を井戸層４１とし、In0.52Al0.48As層を障壁層４２としたが、活性層４０の組成としてはこれに限られない。例えば、厚さ6nmのInAlGaAs層を井戸層４１とし、厚さ10nmのIn0.52Al0.33Ga0.15As層を障壁層４２とする５重の量子井戸構造を採用してもよい。井戸層４１におけるAlとGaの割合は、この例では、発振波長が1.31μmとなる様に調整されている。このように、井戸層４１にAlが添加されたり、障壁層４２にGaが添加されたりするというように、若干の調整をすることや、InとAlおよびGaとの組成比の合計との比率を変えたり、PやSbなどの他の成分を加えて、層間に歪みを生ぜしめることは許容される。
【００３５】
（第２実施形態…請求項３〜７および１０に対応）
本発明の第２実施形態を、図８を参照しながら説明する。本実施形態でも、同図（ｃ）に示されるエッチング工程までは、第１実施形態と同様なので、同一符号を付して説明を省略する。第２実施形態では、エッチング工程後、InAlAs層８１の成長に代えて、除去部分の表面全体に亜鉛(Zn)を拡散する（図８(d)参照）。この拡散の方法としては、この例では封管法を用いて、650℃で30分拡散した。この拡散工程において、Znは、活性層４０の側面部（つまり幅方向における端部）を含めて、深さ約0.7μmまで高濃度に拡散する。これにより得られた拡散領域が、この実施形態では、活性層４０と隣接する阻止層２８０となっている。
【００３６】
本実施形態では、拡散領域を得る方法として封管法を用いたが、代わりに、
（１）ZnO膜をスパッター法で成膜し、更にSiO2膜で覆ってから熱処理してZnを拡散させる方法、
（２）MOVPE装置の中にウエハを置き、分解を避けるためTBP或はPH3及びTBAs或はAsH3を流しつつDEZnを流すことでZnを拡散させる方法
など、種々の方法を採用することができる。
【００３７】
本実施形態のように、ウエハ表面にZnを付着および拡散させると、Znが拡散する過程で、多重量子井戸構造を構成している、Al組成の大きな障壁層４２からAl組成の少ない井戸層４１へAl原子の、逆にGa組成の多い井戸層４１からGa組成の少ない障壁層４２へGa原子の移動が起こり、組成が平均化する。一般に井戸層４１が薄く障壁層４２が厚いので、井戸層４１のAlとGaの組成比は障壁層４２のそれに近づく。即ち、Znが拡散し無秩序化した領域（阻止層２８０の領域）では井戸層４１のバンドギャップは広くなり、活性層４０の井戸底にいる電子から見ると、上下方向の障壁層４２で閉じ込められるだけでなく、無秩序化された阻止層２８０によって左右にも閉じ込められる事になる。なお、このようにして得られる阻止層２８０の障壁高さは、障壁層４２よりも若干低くても良い。要するに、井戸層４１にあるキャリアに対して、InPの場合より実質的に大きな閉じ込め効果を発揮できればよい。
【００３８】
本実施形態の半導体レーザにおける閾値の特性温度は、約90K程度であった。この値は、前記した第１実施形態に比べれば低いが、従来技術に比べれば十分改善できていると言える。本実施形態の半導体レーザでは、活性層４０に平行な方向の遠視野(放射角)は、拡散時間を長くするか拡散温度を上げると広くなり、逆に拡散時間を短くあるいは拡散温度を低くすると狭くなった。また、活性層４０の幅を、第１実施形態と同じく1.7μmとするか、またはそれ以上とした場合には、高次モードが発振する場合がある。これを防ぐため、本実施形態では、実効活性層幅を小さくする必要から、拡散時間を長くするか、あるいは拡散温度を高く設定することがある。この場合には、遠視野（放射角）が広がり、最高出力も10mW程度に低く抑えられることがありうる。
【００３９】
第２実施形態における他の構成および利点は、前記した第１実施形態と基本的に同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。
【００４０】
（第３実施形態…請求項３〜７および１１に対応）
つぎに、本発明の第３実施形態を、図9を参照しながら説明する。この実施形態でも、同図（c）のエッチング工程までは、前記した第１実施形態および第２実施形態と同様である。この第３実施形態では、エッチング工程後に、同図(d)に示されるように、Znを5×1018cm-3程度以上の高濃度に含んだInP層３８１を0.1μm成長させ、その後、Sを1×1018cm-3含んだn-InP層２８２を0.3μm、Znを3×1017cm-3含んだp-InP層３８３を0.2μm、最後にSを1×1018cm-3含んだn-InP層３８４を2.6μm成長させた。本実施形態では、これらの層３８１〜３８４が、阻止層３８０を構成している。この後の工程は、前記した第１実施形態と同様である。
【００４１】
第３実施形態に係る半導体レーザの閾値の特性温度は、前記した第２実施形態のそれと殆ど同じ90K前後となった。ただし、第３実施形態では、活性層４０の幅が1.7μmでも放射角は半値全角で22°程度であり、さらに、動作全電流範囲で基本横モードを維持でき、最高光出力が20mWを超えても安定に動作した。
【００４２】
この第３実施形態では、阻止層３８０における第一の層３８１がZnを高濃度に含んでいるため、埋め込み成長中に、Znが、活性層４０及びクラッド層３０・５０，あるいは基板２０へ、僅かな厚さではあるが拡散する。特に量子井戸活性層４０の側面部へ拡散したZnは、前記第２実施形態で説明した様に、Al原子とGa原子とを互いに拡散させ平均化させるため、この部分における量子井戸構造は消失（無秩序化）する。この無秩序化する範囲は、この実施形態では、通常0.1〜0.2μm程度と狭いが、電子の量子効果を考えても電子を溢れ出させないという観点からは十分な値である。つまり、本実施形態では、活性層４０の両側における一部が、不純物Znの拡散によって無秩序領域４４となる。この無秩序領域４４は、阻止層３８０の一部を構成する。本実施形態では、無秩序領域４４により、第２実施形態と同様に、井戸層４１へのキャリアの閉じ込めを行うことができる。
【００４３】
更に、レーザ発振した際における、光の感じる横方向屈折率について考察する。前に記した第２実施形態では、活性層４０の両側における無秩序化された領域の外側は、空気か、あるいは、拡散源に使ったZnO/SiO2層である。空気やZnO/SiO2層の屈折率は、高々1.7程度であり、クラッド層３０・５０の屈折率3.3程度に比べて小さい。すると、高次横モードの遮断幅は、1.4μm程度となる。
【００４４】
これに対して、第３実施形態の半導体レーザでは、無秩序化された領域の外側の領域もクラッド層３０・５０と同類の結晶層なので、その屈折率が3.3程度と高い。これにより、活性層４０の高次横モード遮断幅が1.9μm程度と広くなる。この結果、第２実施形態で低く抑えられた最大出力や広く広がった放射角も大幅に改善され、第１実施形態のレーザに近づけることができる。
【００４５】
なお、前記第３実施形態では、埋め込み工程において、Znを高濃度に含んだInP層３８１を最初に成長させたが、これに代えて、Znを高濃度に含んだInAlAs層を最初に成長させても良い。あるいは、最初に、不純物を殆ど含まないInP或はInAlAsを極薄く、例えば0.05μm成長し、その次に、Znを高濃度に含んだInP或はInAlAs層を成長させても良い。つまり、不純物を含む層は、活性層４０に接していなくても、不純物を拡散できる程度にこれに近接していればよい。
【００４６】
更にまた、エッチング工程後、単にDEZnなどの亜鉛(Zn)源材料とＶ族元素ガスを流し、III族源を流さずに、既存層（エッチングされた活性層やクラッド層）にZnを高濃度に供給することによっても、同様の効果を生ぜしめることが可能である。
【００４７】
（第４実施形態…請求項３〜７および１２に対応）
本発明の第４実施形態を、図１０を参照しながら説明する。この実施形態では、マスク７０を形成する工程までは、第１〜第３実施形態と同様である。第４実施形態では、同図（c）に示されるように、エッチングを、活性層４０の上にあるp-InP層(第２導電型クラッド層）５０の除去までに止めている。
【００４８】
ついで、同図（d）に示されるように、その後の埋め込み工程において、Znを5×1018cm-3程度以上の高濃度に含んだInAlGaAs層４８１を成長させ、その後750℃で熱処理して、Znを拡散させる。これにより、活性層４０の両側部分には、同図(e)に示す様に、多重量子井戸構造が無秩序化された無秩序領域４８２が形成される。本実施形態では、無秩序領域４８２およびInAlGaAs層４８１により阻止層４８０が形成されている。
【００４９】
このように無秩序領域４８２が形成されると、活性層４０の周辺の状況としては、前記した第３実施形態と同様となる。つまり、無秩序領域４８２により、キャリアの閉じ込めが行われる。これにより、特性温度(To)を90K程度にできる。
【００５０】
なお、同図(d)の埋め込み工程において、埋め込み層として、前記のZn含有InAlGaAs層を成長させる代わりに、前記第３実施形態と同様に導電型の異なる層を多層に成長させたり、最初に無添加のInAlGaAsを成長させたりしても、前記と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
この第４実施形態に係る半導体レーザにおける、閾値以外の特性は、前に記した第３実施形態と殆ど同じである。しかし、本実施形態では、製作工程において次のような利点がある。
【００５２】
まず、本実施形態では、活性層４０と第２導電型クラッド層５０との材料・組成の違いを利用して、活性層４０の直上でエッチングを止めることができる。第２導電型クラッド層５０はn-InPなので、HCl系の薬品に速やかに溶解する。これに対し、InAlGaAs系（井戸層４１のInまたは障壁層４２のGaは零であってもよい）の活性層４０は、HCl系薬品に対する溶解が遅い。この性質を使って、図９(c)のエッチング工程を、HCl系のエッチャントを用いて行えば、高い精度において、活性層４０の直上でエッチングを止める事ができる。
【００５３】
また、活性層４０の直上でエッチングを止めるために、活性層４０の上面にエッチング阻止層（図示せず）を形成しておいても良い。このようなエッチング阻止層は、例えば、InGaAsP層により構成できる。
【００５４】
このエッチング後、Znを高濃度に含んだ層４８１を成長させ、不純物であるZnを拡散させれば、活性層４０の側面を大気に曝すことなく、選択的にZnを高濃度に拡散させることができる。これにより、活性層４０に対して、比較的容易に無秩序領域４８２を形成でき、特性ばかりでなく信頼性にも優れた半導体レーザを提供することができる。
【００５５】
（第５実施形態…請求項３〜７および１３に対応）
次に、本発明の第５実施形態を、図11を参照しながら説明する。この第５実施形態は、基本的に、前記した第２実施形態と同様であるが、第５実施形態では、図１１図（c）におけるエッチングを、活性層４０の上にあるp-InP層(第２導電型のクラッド層）５０で止めている。この点は第４実施形態と同様である。ただし、第４実施形態と異なり、この第５実施形態では、エッチング後に埋め込み層を形成せずに、第２実施形態と同様に、Znを高濃度に拡散させている。第５実施形態では、これにより、活性層４０の端部を無秩序化して、阻止層５８０を得ている。
【００５６】
この第５実施形態では、得られる半導体レーザの閾値特性温度は、第２実施形態の半導体レーザと殆ど同じ90K程度である。但し、第５実施形態では、活性層４０をエッチングしていないため、発振横モードの高次モード遮断幅を、第２実施形態に比べて大幅に改善でき、第３あるいは第４実施形態で得られるものに近付けることができる。
【００５７】
また、前に記した第４実施形態では、エッチングで露出させた活性層４０の表面に埋め込み層を再成長させる必要がある。これに対して、第５実施形態では、再成長工程を省略して、拡散により阻止層８０を得ることができるので、一般的には製造工程が簡略となる。
【００５８】
また、前に記した第４実施形態と同様に、活性層４０の直上でエッチングを止めるために、活性層４０の上面にInGaAsP層などのエッチング阻止層（図示せず）を形成しておいても良い。
【００５９】
また、第１導電型基板２０がp-GaAsまたはn-GaAs、各クラッド層がAlGaAs、活性層４０がAlGaAs多重量子井戸構造であってもよい。この場合は、いわゆる短波長レーザを構成することができる。活性層４０がAlGaAs多重量子井戸構造であるということは、井戸層および障壁層がGaAsを主体とする結晶により構成されていることになる。
【００６０】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１２を参照しながら説明する。この第６実施形態は、基本的に、前記した第５実施形態と同様である。ただし、第６実施形態では、クラッド層５０の上面にエッチング停止層９０を形成し、その上に保護層１００を形成している（図１２（ａ）参照）。エッチング停止層９０は、例えば、n-GaAs結晶を、保護層１００は、例えば、n-Al0.54Ga0.55Asをエピタキシャル成長させることにより形成される。
【００６１】
第６実施形態では、積層体１０の上面にエッチングマスク７０（図１２（ｂ）参照）を形成した後、エッチングにより、保護層１００を選択的に除去する（図１２（ｃ）参照）。
【００６２】
ついで、図１１（ｄ）と同様に、Znを拡散させる（図１２（ｄ）参照）。これにより、活性層４０の側面を含んだ領域が無秩序化されて、阻止層６８０が形成される。この阻止層６８０の機能は、第５実施形態における阻止層５８０と同様である。本実施形態では、クラッド層５０を薄く形成しているので、不純物が拡散する領域の広さや不純物濃度を正確に制御することが容易となる。
【００６３】
ついで、第６実施形態では、保護層１００をエッチングにより除去する（図１２（ｅ）参照）。この工程では、エッチング停止層９０により、それ以下の層は保護される。
【００６４】
ついで、第２のエピタキシャル工程として、まずエッチング停止層９０をガスにより除去し、続いて、ガスの種類を代えて、上クラッド層１１０を成長させる（図１２（ｆ）参照）。ついで、高キャリア濃度層６０を成長させる。
【００６５】
その後、高キャリア濃度層６０の上面に、Au-NiおよびAuからなる負電極１２０と、Ti/Pt/Auからなる正電極１３０とを形成する（図１２（ｇ）参照）。
【００６６】
第６実施形態の半導体レーザによれば、上クラッド層１１０の下面にできるp-n接合は、バンドギャップの広いAl0.45Ga0.55Asにあるため、中心部の活性層４０を挟むp-n接合に較べて拡散電位が高い。したがって、活性層４０以外には電流が流れにくくなり、電流を活性層に集中して流すことができる。
【００６７】
また、この実施形態では、上クラッド層１１０を形成しているので、薄いクラッド層５０から光がしみ出し、高キャリア濃度層６０に吸収されることを防止でき、レーザーとしての閾値の向上や微分効率の低下を防止することができる。
【００６８】
さらに、この実施形態では、保護層１００を形成しているので、エッチングマスク形成工程や拡散工程において活性層４０の中央部に結晶転移が生じたり不本意な不純物が拡散したりすることを防止することもできる。
【００６９】
第６実施形態における他の構成および利点は、第５実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００７０】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を、図１３を参照しながら説明する。この第７実施形態は、基本的に、前記した第６実施形態と同様である。ただし、第７実施形態では、保護層１００を形成しない（図１３（ａ）参照）。
【００７１】
さらに、第７実施形態では、積層体１０の上面にエッチングマスク７０（図１３（ｂ）参照）を形成した後、エッチングを行わずに、Znを選択的に除去拡散させる（図１３（ｃ）参照）。これにより、活性層４０の側面を含んだ領域が無秩序化されて、阻止層７８０が形成される。この阻止層７８０の機能は、第６実施形態における阻止層６８０と同様である。
【００７２】
ついで、第７実施形態では、マスク７０をエッチングにより除去する（図１２（ｄ）参照）。この工程では、エッチング停止層９０により、その下の層は保護される。
【００７３】
ついで、第２のエピタキシャル工程として、まずエッチング停止層９０をガスにより除去し、続いて、ガスの種類を代えて、上クラッド層１１０を成長させる（図１３（ｅ）参照）。ついで、高キャリア濃度層６０を成長させる。
【００７４】
その後、高キャリア濃度層６０の上面に、Au-NiおよびAuからなる負電極１２０と、Ti/Pt/Auからなる正電極１３０とを形成する（図１３（ｆ）参照）。
【００７５】
第７実施形態の半導体レーザによれば、第６実施形態に較べて工程が簡略化できるという利点がある。
【００７６】
第７実施形態における他の構成および利点は、第６実施形態と同様なので、これ以上の説明を省略する。
【００７７】
なお、前に記した各実施形態では、第１導電型基板２０としてp-InPを用いたが、これに代えて、第１導電型基板２０をn-InPとし、さらに、第１導電型クラッド層３０をn-InP、第２導電型クラッド層５０をp-InPとしても、本発明に係る半導体レーザを作製出来るし。
【００７８】
さらに、前記した各実施形態では、拡散する不純物としてZnを例示したが、Siとしても良い。Siを使う場合は、拡散温度が高くなり、また、導電型がn型となる。要するに、不純物としては、拡散後に得られた拡散領域が阻止層の機能を発揮できるものであればよい。
【００７９】
さらに、前記した各実施形態では、活性層４０として、多重量子井戸構造としたが、多重でなく、量子井戸が１個であっても良い。さらに、量子井戸構造として、井戸層４１に応力を加えてバンド構造を修正した歪量子井戸構造を用いても良い。
【００８０】
さらに、本発明は、InAlGaAs系多重量子井戸活性層を挟む両クラッド層が、p,n両導電型の一方のみである場合にも適用できる。即ち、
（１）n-InAlGaAs層を上下のクラッド層とし、埋め込み成長する層（阻止層）をp-InAlGaAsとすること、
（２）n-InAlGaAs層を上下のクラッド層とし、Znなどの不純物を拡散すること、
も可能である。
【００８１】
さらに、活性層２０の幅を狭くエッチングすることは必須でない。例えば、一方の側面のみをエッチングで除去し、この除去部分に対して、前記各実施形態のように、埋め込み成長あるいは選択拡散を行うことも可能である。この場合は、いわゆるTJS型のレーザとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】従来用いられている、InGaAsP系多重量子井戸構造活性層を持つ埋込みストライプ型半導体レーザのチップ外観図であり、図（ａ）は全体図、図（ｂ）は活性層部分の拡大図である。
【図２】InGaAsP系埋込みストライプ型半導体レーザの発振閾値の典型的な温度依存性を示すグラフである。
【図３】AlInGaAs系多重量子井戸構造活性層を持つリッジストライプ型半導体レーザの発振閾値の温度依存性を示すグラフである。
【図４】活性層をAlGaInAs系多重量子井戸構造とし、埋め込み層をInPとした半導体レーザの電子閉じ込め状況の模式図である。図（ａ）は、活性層と埋め込み層との境界部分の拡大図、図（ｂ）は、上下の井戸層を障壁層で挟んだ状態におけるエネルギーバンド図、図（ｃ）は、左側に障壁層と井戸層との接合部、右側に井戸層と埋め込み層との接合部を配した状態におけるエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の第１実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図６】図５に示す半導体レーザの発振閾値の温度依存性を示すグラフである。
【図７】図５に示す半導体レーザの電子閉じ込め状況の模式図である。図（ａ）は、活性層と埋め込み層との境界部分の拡大図、図（ｂ）は、中心に配置された井戸層と障壁層と埋め込み層との界面における、電子の感じるエネルギーバンド図である。
【図８】本発明の第２実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第４実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図１１】本発明の第５実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第６実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の第７実施形態における半導体レーザの製作工程およびその構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  積層体
２０  第１導電型基板
３０  第１導電型クラッド層
４０  活性層
４１  井戸層
４２  障壁層
４４  無秩序領域
５０  第２導電型クラッド層
６０  高キャリア濃度層
７０  エッチングマスク
８０・２８０・３８０・４８０・５８０・６８０・７８０  阻止層
８１  無添加InAlAs層
８２  InP層
９０  エッチング阻止層
１００  保護層
１１０  上クラッド層
１２０  負電極
１３０  正電極
３８１  Zn含有InP層
３８２  S含有n-InP層
３８３  Zn含有p-InP層
３８４  S含有n-InP層
４８１  InAlGaAs層
４８２  無秩序領域
【図１】
2005251998.tif 000003
【図２】
2005251998.tif 000004
【図３】
2005251998.tif 000005
【図４】
2005251998.tif 000006
【図５】
2005251998.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005251998.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005251998.tif 000011
【図１０】
2005251998.tif 000012
【図１１】
2005251998.tif 000013
【図１２】
2005251998.tif 000014
【図１３】
2005251998.tif 000015