(57)【要約】  【課題】  電流ブロック層を誘電体で形成した半導体レーザにおいて、光閉じ込め効率を向上させ、レーザ発振閾値が低く、高温、高出力発振時の電流特性の良いリッジ型ストライプ構造レーザ及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  第１導電型のクラッド層１０３と、第２導電型のクラッド層１０７と、２つのクラッド層の間に配置された活性層１０５とを備え、第２導電型のクラッド層は共振器方向に伸びた少なくとも１本のリッジ構造を有し、少なくともリッジ構造の側面を覆うように電流ブロック層１１２が設けられる。電流ブロック層は、水素が添加された第一誘電体膜１１１を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のクラッド層と、第２導電型のクラッド層と、前記２つのクラッド層の間に配置された活性層とを備え、前記第２導電型のクラッド層は共振器方向に伸びた少なくとも１本のリッジ構造を有し、少なくとも前記リッジ構造の側面を覆うように電流ブロック層が設けられた半導体レーザにおいて、
前記電流ブロック層は、水素が添加された第一誘電体膜を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記電流ブロック層は、前記第一誘電体膜と前記リッジ構造との間に、水素の拡散を防止するための第二誘電体膜を備えた請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第一誘電体膜はアモルファスシリコンである請求項１または２記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記水素を含むアモルファスシリコン層の膜厚が０．１μｍ以上である請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記第一誘電体膜の両側に前記第二誘電体膜を備えた請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記第二誘電体膜が、窒素またはアルミニウムを含む請求項２または５記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記第二誘電体膜が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはこれらを含む化合物、または窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉＮ）により形成されている請求項２または５記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記第一誘電体膜と前記第二誘電体膜が隣接している請求項２または５記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記第二誘電体膜の膜厚が２ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である請求項２または５記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第二誘電体膜の膜厚が５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である請求項９記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法であって、前記第一誘電体膜を、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法またはＥＣＲ−ＣＶＤ法を用いて形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクシステムの光源などに用いられる半導体レーザに関し、特に誘電体膜で電流狭窄した埋め込み成長を行わないリッジ型ストライプ構造を有する半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤやＣＤの普及に伴い半導体レーザは各種の分野で用いられ、その製造コスト低減やリードタイムの短縮が強く求められている。
【０００３】
半導体レーザで一般的に用いられている埋め込みリッジ型ストライプ構造を、図６に示す（特許文献１参照）。この構造は、以下に示す方法で形成される。
【０００４】
まず、第１導電型基板２０１上に、バッファ層２０２、第１導電型クラッド層２０３、ガイド層２０４、活性層２０５、ガイド層２０６、第２導電型クラッド層２０７、ヘテロバッファ層２０８、およびキャップ層２０９を、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）を用いてエピタキシャル成長させる。
【０００５】
その上に絶縁層（図示せず）を形成し、これをストライプパターンに加工した後、そのストライプパターンをマスクとして、第２導電型クラッド層２０７をエッチングによりリッジ形状に加工する。次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて第１導電型電流ブロック層２１０を選択成長させる。ストライプパターンを除去した後、ＭＯＣＶＤ法を用いて第２導電型コンタクト層２１１を成長させる。さらに、ｎ側電極２１２およびｐ側電極２１３をそれぞれ形成する。
【０００６】
この構造は、製造工程においてＭＯＣＶＤプロセスを３回用いるため、製造コストの低減が困難であった。
【０００７】
次に、誘電体膜を電流ブロック層として用いたリッジ型ストライプ構造半導体レーザを図７（ａ）に示す（特許文献２参照）。この構造を作製する工程では、まず、第１導電型基板３０１上に、バッファ層３０２、第１導電型クラッド層３０３、ガイド層３０４、活性層３０５、ガイド層３０６、第２導電型クラッド層３０７、ヘテロバッファ層３０８、およびキャップ層３０９を、ＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル成長させる。その上に絶縁層（図示せず）を形成し、これをストライプパターンに加工した後、そのストライプパターンをマスクとして、第２導電型クラッド層３０７をエッチングによりリッジ形状に加工する。さらにリッジの両サイドに、誘電体膜からなる電流ブロック層３１０を設ける。さらに、ｎ側電極３１１およびｐ側電極３１２をそれぞれ形成する。
【０００８】
このように誘電体膜を用いたリッジ型ストライプ構造では、ＭＯＣＶＤプロセスを１回のみ用いれば良いため、図６の例の場合と比べて製造コストの低減が可能である。また、成長回数の低減により、製造工程のリードタイムの短縮を図れる利点もある。特にモノリシック二波長レーザにおいては、結晶成長回数や製造工程は更に複雑化するため、図７の構造を採用することで大幅なコスト削減と製造リードタイムの短縮を実現可能であると考えられる。
【特許文献１】特開平６−２３７０３８号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７に示した、エピタキシャル成長を１回のみ用いて作製されるリッジ型ストライプ構造のレーザでは、電流ブロック層に例えば酸化シリコン膜（以下ＳｉＯ2という）や窒素化シリコン膜（以下ＳｉＮという）のような、ＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層と比較すると屈折率がかなり小さい誘電体膜を使用している。例えば、６５０ｎｍの波長の光に対する屈折率は、ＳｉＯ2＝１．５、ＳｉＮ＝２．０であるのに対して、ＡｌＧａＡｓ＝３．１〜４．１、ＡｌＧａＩｎＰ＝３．２〜３．６である。
【００１０】
従って、電流ブロック層と、リッジ部やクラッド層を構成する半導体層の屈折率との差が大きくなる。そのため、出射光の広がり角を調整するには、図７（ａ）に示すリッジ部の外側の第２導電型クラッド層３０７の膜厚Ｈを厚くして、光の閉じ込めを強める必要がある。これに伴い図７（ｂ）に示すように、活性層３０５に注入される電流のうち発光領域３１３の外に漏れ出る無効な成分３１４が増加し、動作電流が増大する課題が発生する。動作電流の増大は半導体レーザ素子の温度特性を低下させ、高温での信頼性を著しく低下させる恐れがある。
【００１１】
そこで、発明者等は上記課題を解決するために、発振波長に対する吸収係数が十分小さく、屈折率がＳｉＯ2やＳｉＮより高い誘電体膜を電流ブロック層とすることを検討した。各種誘電体材料について、図８（ａ）に屈折率の波長依存性を、図８（ｂ）に吸収係数の波長依存性を示す。検討の結果、水素化アモルファスシリコンを用いると、ＳｉＯ2やＳｉＮと比較して屈折率が高く、また、６００ｎｍ以上の波長の光に対して吸収係数も十分小さいことが分かった。
【００１２】
そこで、この材料を電流ブロック層とした半導体レーザの作製を検討したところ、次のような問題が生じることがわかった。
【００１３】
図７（ａ）に示した構造の半導体レーザを例として説明する。この半導体レーザの製造工程においては、電流ブロック層３１０を形成した後、キャップ層３０９の上部を露出させるように電流ブロック層３１０の一部を除去する。次に基板裏面にＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉからなるｎ側電極３１１を、基板表面にＣｒ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ側電極３１２を形成して、裏面でのオーミック接合をとるためのアロイ処理を行う。
【００１４】
しかし、このアロイ処理の際、電流ブロック層３１０やｐ側電極３１２が浮き上がって剥離するおそれが大であることが判明した。この現象の原因は、電流ブロック層３１０として水素が添加されたアモルファスシリコン膜を用いた場合、半導体レーザを２００℃以上の高温状態に曝すことによって、アモルファスシリコン膜中の水素が拡散し、クラッド層３０７と電流ブロック層３１０との間に溜まり、膨張して、火脹れ状の膜剥離に至ることであると考えられる。
【００１５】
このような膜剥離が起こると、電流ブロック層の絶縁が保たれず、無効電流がレーザに多く流れて動作電流が増加してしまう。また、剥離状態がひどいと電極自体が飛び散ってしまうおそれもある。
【００１６】
さらに、半導体レーザとサブマウントとの実装工程においても、同様の不良が生じると考えられる。高出力半導体レーザの実装に関して、図９を参照して説明する。実装の工程では、まず図９（ａ）に示すように、高出力半導体レーザ４０１をコレット４０４により保持して、サブマウント４０３等の部材上に、半田材４０２を介して載置する。その際、サブマウント４０３は半田材４０２の融点以上に加熱しておく。図９（ｂ）に示す状態まで高出力半導体レーザ４０１を降下させた後、サブマウント４０３と半導体レーザ４０１を圧接して接合する。その後図９（ｃ）に示すようにコレット４０４を上昇させる。
【００１７】
以上の工程において、サブマウント４０３と半導体レーザ４０１を圧接して接合する際に、コレット４０４の荷重と高出力半導体レーザ素子４０１の形状に起因する残留応力が発生し易い。これは、高出力半導体レーザ素子４０１の共振器長は０．５〜１ｍｍであり、通常、高出力半導体レーザ素子４０１の幅寸法に比べて、共振器長が相当に大きい構成となっていることに起因する。
【００１８】
半導体レーザは、通常、放熱性を良くするために発光領域に近い面がサブマウントに接合されるため（以下、ジャンクションダウンという）、半導体レーザ素子内部に発生する残留応力も、サブマウントとの接合面付近に集中する。そのため、残留応力による歪によって、レーザ特性の悪化や長期動作時の信頼性低下を招く。
【００１９】
従って、残留応力を緩和するため、２００℃以上の高温下で高出力半導体レーザ４０１の実装を行ったり、あるいは一旦実装した後に、コレット４０４を離した荷重の無い状態で、半田材４０２の再溶融可能な温度（〜３５０℃）での再加熱を行うことにより、残留応力を緩和する方法等が行われている。
【００２０】
しかしながら、これらの構造および条件を満足させて高出力半導体レーザを作製した場合、上述のように、水素が添加された膜からなる電流ブロック層が２００℃以上の高温状態に曝されてしまい、水素添加膜中の水素が拡散して、火脹れ状に膜剥離が起こってしまう。
【００２１】
また、水素添加アモルファスシリコン膜は、加熱による水素の脱離によって屈折率が変化し、吸収係数低減を目的とするにもかかわらず吸収係数が増大してしまう。その結果、光閉じ込め効果が変動してしまい、レーザ特性の悪化を招くこととなる。
【００２２】
本発明は、以上の従来例の欠点を克服して、発振波長に対する吸収係数が十分小さく、クラッド層との屈折率の差が小さい光閉じ込めに適した誘電体膜を電流ブロック層に備え、レーザ発振閾値が低く、高温、高出力発振時の電流特性の良いリッジ型ストライプ構造半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
また、水素が添加された誘電体膜を電流ブロック層に用いた場合に、水素の拡散によって電流ブロック層等に障害が発生することを抑制可能な半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の半導体レーザは、上記課題を解決するために、第１導電型のクラッド層と、第２導電型のクラッド層と、前記２つのクラッド層の間に配置された活性層とを備え、前記第２導電型のクラッド層は共振器方向に伸びた少なくとも１本のリッジ構造を有し、少なくとも前記リッジ構造の側面を覆うように電流ブロック層が設けられ、前記電流ブロック層は、水素が添加された第一誘電体膜を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体レーザの製造方法は、上記構成の半導体レーザを製造する際に、前記第一誘電体膜を、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法またはＥＣＲ−ＣＶＤ法を用いて形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
上記構成の半導体レーザは、水素が添加されることにより、発振波長に対して屈折率が高く、吸収係数が十分小さい特性を有する第一誘電体膜を電流ブロック層に適用することで、リッジ部内外での屈折率差を低減できる。それにより活性層への無効電流が低減され、素子の閾値電流を低減でき、高温、高出力発振時の電流特性の良い半導体レーザ素子を高歩留まりで製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の半導体レーザにおいて、電流ブロック層は、第一誘電体膜とリッジ構造との間に、水素の拡散を防止するための第二誘電体膜を備えることが望ましい。それにより、水素添加により、発振波長に対して屈折率が高く、吸収係数が十分小さい特性を持たせた第一誘電体膜から、水素が拡散して電流ブロック層等における障害が発生することを抑制することができる。
【００２８】
第一誘電体膜はアモルファスシリコンであることが望ましい。アモルファスシリコンの膜厚は０．１μｍ以上であることが望ましい。
【００２９】
さらに好ましくは、第一誘電体膜の両側に第二誘電体膜を備える。
【００３０】
また、第二誘電体膜には、窒素またはアルミニウムを含むことが望ましい。特に、第二誘電体膜が、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはこれらを含む化合物、または窒化アルミニウムチタン（ＡｌＴｉＮ）により形成されていることが望ましい。
【００３１】
また、第一誘電体膜と第二誘電体膜が隣接してもよい。
【００３２】
また、第二誘電体膜の膜厚は、好ましくは２ｎｍ以上、５０ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とする。
【００３３】
また、以上のいずれかの構成の半導体レーザを製造する際には、第一誘電体膜および第二誘電体膜を、電子サイクロトロン共鳴（以下、ＥＣＲという）スパッタリング法、あるいはＥＣＲ−ＣＶＤ法を用いて形成することが望ましい。
【００３４】
以下に、本発明の実施の形態における半導体レーザおよびその製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるＡｌＧａＩｎＰ系レーザの断面模式図である。本実施の形態の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０４、多重量子井戸活性層１０５、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層１０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９、および積層電流ブロック層１１２が形成され、さらにｎ型基板１０１の裏面にｎ側電極１１３、コンタクト層１０９上にｐ側電極１１４が形成されたリッジ型ストライプ構造を有する。
【００３６】
各層の具体的な例を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１は、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板からなる。ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２は、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ層（Ｓｉ濃度：ｎ＝２×１０18ｃｍ-3、膜厚ｔ＝０．５μm）からなる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３は、Ｓｉドープのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層（キャリア濃度：１×１０18 ｃｍ-3、ｔ＝１．５μｍ）からなる。ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０４は、ノンドープの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層（ｔ＝２５ｎｍ）からなる。
【００３７】
多重量子井戸活性層１０５は、ノンドープの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐウェル（ｔ＝５ｎｍ：３層）とノンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐウェル（ｔ＝６ｎｍ：４層）からなる。ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層１０６は、ノンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層（ｔ＝２５ｎｍ）からなる。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０７は、Ｚｎドープのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層（キャリア濃度：１×１０18 ｃｍ-3、ｔ＝１．３μｍ）からなる。
【００３８】
ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層１０８は、Ｚｎドープのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層（キャリア濃度：１×１０18 ｃｍ-3、ｔ＝５０ｎｍ）からなる。ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９は、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓ層（キャリア濃度：１×１０19 ｃｍ-3、ｔ＝２００ｎｍ）からなる。積層電流ブロック層１１２は、窒化シリコン膜１１０（ｔ＝１０ｎｍ）と水素化アモルファスシリコン膜 １１１（ｔ＝１００ｎｍ）からなる。
【００３９】
また、リッジ部を挟むようにリッジ部より高い一対の凸部１１５が形成され、ジャンクションダウンで組立を行う場合のリッジ部へのダメージ低減を図っている。
【００４０】
さらに、図示しないが、レーザの共振器端面には、Ｚｎ拡散により多重量子井戸構造を混晶化することでバンドギャップを拡大し、発振波長の光吸収を低減し端面光損傷を抑制する窓構造が形成されている。
【００４１】
次に、図１に示した半導体レーザの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態における半導体レーザの製造方法の各工程の一例を示す断面図である。
【００４２】
上記クラッド層１０３、１０７、活性層１０５等の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法を用いて行い、原料ガスとして、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓを結晶成長させる際には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム(ＴＭＩｎ)、ホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）を用いた。
【００４３】
ｐ型、ｎ型ドーピングを行う際には、それぞれジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、モノシラン（ＳｉＨ4）を用いた。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１は、抵抗加熱式ヒータを用いて加熱し、成長温度は６６０℃、成長雰囲気圧力は４６６６Ｐａ（＝３５Ｔｏｒｒ）とした。また、成長速度は２μｍ／時程度とした。
【００４４】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１をＭＯＣＶＤ反応炉内に載置し、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０３、ノンドープの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１０４、活性層１０５、ノンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層１０６、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０７、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層１０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９を順次成長させて、図２（ａ）に示すヘテロ構造基板を作製した。ヘテロ構造基板をＭＯＣＶＤ反応炉から取り出した後、共振器端面となる領域にＺｎＯ膜を選択的に形成し、熱拡散を行なうことで多重量子井戸構造を混晶化し、端面窓構造を作製した。
【００４５】
次に図２（ｂ）に示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いて酸化シリコン膜１１６を０．３μｍ堆積した。次に、この酸化シリコン膜１１６をフォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、幅２μｍのストライプパターンに加工した。このパターンをマスクとして、硫酸系エッチャントを用いてｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９を、塩酸系エッチャントを用いてｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層１０８を、硫酸系または、塩酸系エッチング液を用いてｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０７を選択的にエッチングして、図２（ｂ）に示されるようなメサ構造を形成した。
【００４６】
次に、図２（ｃ）に示すように、ストライプパターンを弗酸系エッチャントを用いて全面除去し、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いて、窒化シリコン膜１１０（ｔ＝１０ｎｍ）と水素化アモルファスシリコン膜１１１（ｔ＝１００ｎｍ）をこの順に堆積し、電流ブロック層１１２を形成した。
【００４７】
窒化シリコン膜１１０は、水素化アモルファスシリコン膜１１１の高温（＞２００℃）での水素拡散をバリアする機能を有し、５ｎｍ以上の膜厚であれば、３５０℃以上まで水素脱離を抑制できる。一方、窒化シリコン膜１１０の厚みが２ｎｍ以下であると、本実施の形態の目的である水素に対するバリア性を損なう可能性があるため好ましくない。また、バリア性の観点から、窒化シリコン膜の厚みは５ｎｍ以上がより好ましいが、窒化シリコン膜の厚みが５０ｎｍより大になると、応力による膜剥離が生じるため、５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、この膜厚範囲であれば、光閉じ込め特性に大きく影響しない。
【００４８】
その後、フォトリソグラフィーとエッチング工程により、リッジ構造におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９の上部の窒化シリコン膜１１０と水素化アモルファスシリコン膜１１１をエッチングにより除去した。エッチングには一例として、ＣＦ4ガスを用いたドライエッチングを用いた。この際、共振器端面近傍の窓領域の電流ブロック層１１２は残留させ、窓領域に無効電流が注入されることを抑制できるようにした。
【００４９】
最後に、基板１０１の裏面にＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉからなるｎ側電極１１３を、水素化アモルファスシリコン膜１１１とキャップ層１０９の表面にＣｒ／Ａｕ／Ｐｔからなるｐ側電極１１４を形成して、図１に示した構造の半導体レーザを得た。
【００５０】
なお、ｎ側電極のオーミック接合を得るために行うアロイ処理の温度は、以下の実験結果も考慮した上で３５０℃以下とした。
【００５１】
すなわち、本実施の形態における半導体レーザの高温実装時の挙動について、電流ブロック層中に窒化シリコン膜を含まない場合との比較を行った。比較実験は、上記電極形成の際のアロイ処理を３５０℃、１０分、窒素雰囲気中で行い、各半導体レーザのｐ側電極の表面状態を顕微鏡により観察することにより行った。
【００５２】
その結果、電流ブロック層中に窒化シリコン膜を有する半導体レーザでは、ｐ側電極の浮き上がりは見られなかった。これに対し、電流ブロック層中に窒化シリコン膜を含まない半導体レーザでは、ｐ側電極の浮き上がりが多数みられた。さらに、これらの浮き上がりが、リッジ部の側面と水素化アモルファスシリコン膜との間の剥離によって生じていることが確認された。
【００５３】
以上の結果より、本実施の形態における窒化シリコン膜を水素に対するバリア層として用いた半導体レーザは、３５０℃程度の高温状態に晒されても、電流ブロック層の剥離が発生しないことが確認された。
【００５４】
次に、本実施の形態における半導体レーザの特性を、従来の技術における半導体レーザと比較して説明する。
【００５５】
図３は、実施の形態１における半導体レーザの電流−光出力特性を示す図であり、（ａ）は２５℃、（ｂ）は７５℃での測定結果である。また、測定は半導体レーザにパルス電流（パルス周期２００ｎｓｅｃ、デューティー比５０％）を流して行った。
【００５６】
図３（ａ）に示すように、本実施の形態の構造を用いて作製した赤色半導体レーザの閾値電流は、従来のＳｉＮ膜を電流ブロック層として用いた赤色半導体レーザの約７割に低減できた。また、図３（ｂ）に示すように高温での動作電流値も低減され、高出力発振時の電流特性の良い半導体レーザ素子を実現することができた。
【００５７】
また、図４に、水素化アモルファスシリコンを電流ブロック層に適用した場合の、膜厚と半導体レーザの内部ロスとの関係を示す。この内部ロスは０．１／ｃｍ-1を超えないことが実用上望ましいが、水素化アモルファスシリコンの膜厚が０．１μｍ以上であれば、内部ロスは十分小さくなることが判る。従って、水素化アモルファスシリコンの膜厚は、０．１μｍ以上であることが望ましい。
【００５８】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２における半導体レーザの構造を示す断面図である。基本的な構造は図１に示した半導体レーザと同様であるので、同様の要素については同一の参照番号を付して、具体的な説明を省略する。この半導体レーザは、電流ブロック層１１７が、水素化アモルファスシリコン膜１１１を窒化シリコン膜１１０で挟んだ３層構造である点で、実施の形態１で示した半導体レーザとは異なる。
【００５９】
水素化アモルファスシリコン膜中の水素が熱的に外方拡散する際、リッジ部との界面への拡散が窒化シリコン膜によって防止されることは、実施の形態１で示した。この場合、水素はそれとは反対側、すなわち、ｐ側電極１１４との界面にも拡散する。
【００６０】
この水素は電極材料であるＣｒ／Ｐｔ／Ａｕにより外部への拡散が防止されると考えられるが、一方、金属材料において、その成膜方法により水素のような軽元素の透過の状態が変化することが知られている。電極材料が水素拡散に対するバリアにならない場合には、水素の脱離によって、アモルファスシリコン膜の屈折率や吸収係数が変動することとなり、所望の特性が得られないことがある。また、急激に水素が脱離するような状態であれば、電極と電流ブロック層との間で水素がたまり電極剥がれ等を起こす場合もあり得る。
【００６１】
本実施の形態によれば、リッジ部との界面だけでなく、電極との界面への水素拡散も防止できるため、上記のような問題は生じず、安定したレーザ特性が得られる。
【００６２】
また、本実施の形態に示した構造にすることにより、次のような利点も生じる。
【００６３】
通常、アモルファスシリコンは酸化されやすく、その表面には自然酸化膜が形成されるため、３５０℃程度の熱処理を加えても、自然酸化膜が抑止層となりシリコンと電極最下層部の金属材料であるＣｒとが反応することはほとんど無い。
【００６４】
しかし、ｐ側電極１１４とキャップ層１０９とのオーミック接合を良好なものとするために電極材料形成前処理を行う際、上記自然酸化膜が除去されてしまう場合がある。この場合、３００℃程度の熱処理でもＣｒとシリコンとは反応してしまう。このようなシリサイド化反応が起これば、電流ブロック層による絶縁が取れなくなり、また屈折率、吸収係数の変動、電極材料の変質などの影響によりレーザが正常に動作しなくなってしまう。
【００６５】
本実施の形態の構造によれば、上記のシリサイド化反応も防止できるという顕著な効果を有する。
【００６６】
なお、実施の形態１および２において、水素化アモルファスシリコンの成膜方法としては、リッジ部斜面の被覆率を向上するため、ＥＣＲ−ＣＶＤ装置を用いることが好ましいが、基板の回転機構とターゲットからスパッタされる原子を斜めに基板上に入射させる機構を有するＥＣＲスパッタ装置も用いてもよい。ＥＣＲ装置を用いることにより、素子に対する成膜時のダメージを極力減らすことができ、水素化アモルファスシリコン膜の水素拡散のバリア層として機能する窒素化シリコン膜を、緻密で均等に形成できるという利点がある。しかし、リッジ部表面を均一に被覆できるのであれば、他の装置、例えば、上記ＥＣＲスパッタ装置と同様の機構を有するマグネトロンスパッタ装置を用いることも可能である。
【００６７】
なお、実施の形態１および２では、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを例として説明したが、クラッド層の屈折率が電流ブロック層よりも低い材料系のレーザ、例えばＡｌＧａＡｓ系レーザに本実施の形態の技術を適用しても、良好な特性を有する半導体レーザが得られる。さらに、半導体レーザの構造はリッジタイプであれば、本実施の形態に示した形状に限らず、本発明を適用できる。
【００６８】
また、実施の形態１及び２では、水素に対してバリア性のある材料として、窒化シリコンを用いた場合について説明したが、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、または、それらの化合物についても、水素バリア性の効果を確認した。また、窒化チタンや窒化アルミニウムチタン（ＴｉＡｌＮ）でも水素バリア性の効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
電流ブロック層として水素化アモルファスシリコン膜を用い、さらに水素拡散バリア層を設けることによって、製造コストを低減しつつ、高出力が得られる半導体レーザを得ることができ、記録用ＤＶＤやＣＤ機器などに適用する上で特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１における半導体レーザの構造を示す断面図
【図２】実施の形態１における半導体レーザの製造工程を示す断面図
【図３】実施の形態１における半導体レーザの電流特性を示す説明図
【図４】実施の形態１における半導体レーザの内部ロスと水素化アモルファスシリコン膜の膜圧との関係を示す図
【図５】実施の形態２における半導体レーザの構造を示す断面図
【図６】従来の技術における埋め込みリッジ型ストライプ構造の半導体レーザの断面図
【図７】従来の技術における誘電体膜電流ブロック層を有するストライプ構造の半導体レーザの断面図
【図８】各種誘電体材料について、（ａ）は屈折率、（ｂ）は吸収係数の光波長依存性をそれぞれ示す図
【図９】従来の技術における半導体レーザの実装工程説明図
【符号の説明】
【００７１】
１０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０４  ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
１０５  多重量子井戸活性層
１０６  ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
１０７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０８  ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層
１０９  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１０  窒化シリコン膜
１１１  水素化アモルファスシリコン膜
１１２、１１７  積層電流ブロック層
１１３  ｎ側電極
１１４  ｐ側電極
１１５  凸部
１１６  酸化シリコンマスク
２０１、３０１  第１導電型基板
２０２、３０２  バッファ層
２０３、３０３  第１導電型クラッド層
２０４、３０４  光ガイド層
２０５、３０５  活性層
２０６、３０６  光ガイド層
２０７、３０７  第２導電型クラッド層
２０８、３０８  ヘテロバッファ層
２０９、３０９  キャップ層
２１０  第１導電型電流ブロック層
２１１  第２導電型コンタクト層
２１２、３１１  ｎ側電極
２１３、３１２  ｐ側電極
３１０  誘電体電流ブロック層
３１３  発光領域
３１４  無効電流成分
【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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