(57)【要約】【課題】  量子井戸活性層の無秩序化を効率良くかつ再現性良く行なうことができるとともに、各半導体層内のドーパント濃度を再現性良く所望の値にすることのできる半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】  多重量子井戸活性層１３上にｐ型不純物を濃度Ｃ１で含有するｐ型第１クラッド層１４を備える半導体レーザ素子を製造するに際し、多重量子井戸活性層１３上に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い低不純物濃度半導体層２５を形成した後に、多重量子井戸活性層１３の無秩序化と気相法または液相法によるｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０の形成とを行い、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填することによって、含有されるｐ型不純物の濃度が前記濃度Ｃ１になるようにｐ型第１クラッド層１４を形成する。【選択図】      図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板と、前記第１導電型半導体基板上に設けられ前記第１導電型半導体基板よりも小さいバンドギャップを有する活性層と、前記活性層上に設けられ、第２導電型不純物を濃度Ｃ１で含有し、前記活性層よりも大きいバンドギャップを有する第２導電型半導体層とを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型半導体基板上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）低不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填することによって、含有される第２導電型不純物の濃度が前記濃度Ｃ１になるように第２導電型半導体層を形成する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】
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する端面窓部を形成する工程をさらに含み、
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程を、
前記端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なう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】
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程では、
第２導電型不純物を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部が投影される領域を除く領域に補填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４】
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板上に、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程とをさらに含み、
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程では、
前記第１導電型半導体基板の温度を、５５０℃以上、１０００℃以下に保持することを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とをさらに含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねる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７】
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項２または３記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程では、
前記第１導電型半導体基板を、５５０℃以上、１０００℃以下の温度でアニールすることを特徴とする請求項６または７記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程は、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする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１０】
前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記誘電体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする請求項２または３記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記誘電体層を形成する工程では、
前記誘電体層を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域上に形成することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第１導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関し、より詳細には出射端面近傍に窓構造を有する半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンパクトディスク（Compact Disk；略称ＣＤ）およびデジタルバーサタイルディスク（Digital Versatile Disk；略称ＤＶＤ）などの光ディスク装置における情報処理用光源として、各種の半導体レーザ素子が広範に利用されている。特に、最大光出力が３０ｍＷ以上の高出力の半導体レーザ素子は、書込み可能な記録媒体であるＣＤ−Ｒ（
Recordable）／ＲＷ（ReWriteable）、ミニディスク（Mini Disk；略称ＭＤ）、光磁気（Magneto Optical：略称ＭＯ）ディスク、ＤＶＤ±Ｒ／ＲＷなどの種々の規格に基づく光ディスク装置への書込み用光源として用いられている。これらの記録媒体への書込み速度を向上するために、半導体レーザ素子には、更なる高出力化が強く求められている。
【０００３】
半導体レーザ素子の最大光出力を決定する因子の一つは、レーザ共振器端面近傍の活性層での光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷（Catastrophic Optical Damage；略称ＣＯＤ）と呼ばれる破壊現象の起こり易さである。レーザ共振器端面近傍の活性層では、レーザ光の吸収によってキャリアが生成され、この生成されたキャリアが発熱を伴って再結合するので、光出力密度が増加すると、キャリアの再結合時の発熱で活性層を構成する半導体結晶が溶融し、ＣＯＤが発生する。したがって、ＣＯＤが起こりにくい、すなわちＣＯＤを起こさない光出力の限界値であるＣＯＤレベルが高い半導体レーザ素子ほど、高い光出力を得ることができる。
【０００４】
ＣＯＤレベルを向上させ、半導体レーザ素子の高出力化を実現する一つの技術としては、レーザ共振器端面近傍の活性層にレーザ光を吸収しにくい構造、すなわちレーザ光に対して透明となるような窓構造を設ける技術が知られており、現在、広く研究開発が行われている。窓構造とは、レーザ共振器端面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する部分が設けられる構造をいう。
【０００５】
半導体レーザ素子の活性層としては、量子井戸構造を有する量子井戸活性層が多用されている。量子井戸活性層では、レーザ共振器端面近傍の量子井戸構造を無秩序化することによって窓構造を形成することができる。量子井戸構造を無秩序化する方法としては、種々の方法が挙げられるけれども、現在では、空孔または不純物を拡散もしくは注入する方法が主流になっている。
【０００６】
先行技術の一つでは、量子井戸構造の無秩序化に空孔の拡散を利用する半導体レーザ素子の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。以下、特許文献１に開示の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。図８は、従来の半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【０００７】
まず、図８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５２、多重量子井戸活性層５３およびｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４を順次エピタキシャル結晶成長させる。なお、多重量子井戸活性層５３は、アルミニウムおよびガリウムの割合が異なる２種類のＡｌＧａＡｓ混晶層を交互に成長させることによって形成される。
【０００８】
次いで、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４の表面にＳｉＯ２膜５５を形成した後、図８（ｂ）に示すように多重量子井戸活性層５３のレーザ発振に寄与する活性領域５３ａとなるべく予め定められる部分が投影される領域のＳｉＯ２膜５５を除去し、レーザ共振器端面となるべく予め定められる面５６ａ，５６ｂに略垂直な方向に延び、前記面５６ａ，５６ｂに達しない開口部５５ａを形成する。Ａｓ雰囲気下、開口部５５ａが形成されたＳｉＯ２膜５５を備えるｎ型ＧａＡｓ基板５１を８００℃以上の温度でアニールする。このアニールによって、ＳｉＯ２膜５５に接するｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４表面から、Ｇａ原子がＳｉＯ２膜５５中に吸い上げられ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４中に空孔が発生する。ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４中に発生した空孔は、アニールによって多重量子井戸活性層５３内部まで拡散されて多重量子井戸構造を無秩序化させる。すなわち、ＳｉＯ２膜５５の開口部５５ａを除く部分が投影される領域の多重量子井戸活性層５３の多重量子井戸構造が無秩序化され、レーザ共振器端面となるべく予め定められる面５６ａ，５６ｂ近傍の多重量子井戸活性層５３に端面窓部５３ｂが形成される。多重量子井戸発生層５３の多重量子井戸構造が無秩序化された領域では、実効的な禁制帯幅すなわちバンドギャップが広がるので、多重量子井戸発生層５３の端面窓部５３ｂは、多重量子井戸発生層５３内部の活性領域５３ａで発生する発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。
【０００９】
アニール後には、図示しないけれども、ＳｉＯ２膜５５を除去し、露出したｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４上にｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層を順次結晶再成長させる。次いで、多重量子井戸活性層５３の活性領域５３ａが投影される領域を除く領域のｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層、すなわち図８（ｂ）に示す工程においてＳｉＯ２膜５５に接していたｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層に、プロトン注入法によってプロトンを注入し、電流ブロック層を形成する。次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の上層およびｎ型ＧａＡｓ基板５１の下層に電極をそれぞれ形成することによって、半導体レーザ素子を得る。
【００１０】
また、別の先行技術では、量子井戸構造の無秩序化にＺｎの拡散を利用する半導体レーザ素子の製造方法が提案されている（特許文献２および３参照）。
【００１１】
特許文献２に開示の技術では、Ｚｎの拡散源として、Ｚｎを高濃度に含んだ半導体層を用いている。以下、特許文献２に開示の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。特許文献２に開示の技術では、まず、前述の図８（ａ）に示す工程と同様にして、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ＩｎＧａＰ井戸層とＩｎＧａＡｌＰ障壁層とから成る多重量子井戸活性層、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＰ通電容易層およびｎ型ＧａＡｓキャップ層を順次結晶成長させる。次いで、多重量子井戸活性層の端面窓部となるべく予め定められる領域が投影される領域のｐ型ＩｎＧａＰ通電容易層およびｎ型ＧａＡｓキャップ層を除去し、露出したｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層上に、Ｚｎを高濃度に含んだｐ型ＧａＡｓ層を選択的に結晶成長させる。その後、アニールを行なうことによって、ｐ型ＧａＡｓ層からＺｎを多重量子井戸活性層およびｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層を介してｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層の途中まで拡散させ、多重量子井戸活性層の多重量子井戸構造を選択的に無秩序化する。これによって端面窓部を形成し、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を得ている。
【００１２】
また特許文献３に開示の半導体レーザ素子の製造方法では、Ｚｎの拡散源として、ＺｎＯ薄膜を用い、特許文献２に開示の方法と同様にして半導体レーザ素子を製造している。
【００１３】
【特許文献１】特開平９−２３０３７号公報（第７頁，第１−２図）
【特許文献２】特開平１１−２８４２８０号公報（第６頁，第１図）
【特許文献３】特開平１１−１４５５５３号公報（第３−４頁，第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
半導体レーザ素子を構成する各半導体結晶層には、所望の導電型を持たせるために、ドーパントとなる不純物が導入されている。前述の特許文献１、２または３に開示の半導体レーザ素子の製造方法では、量子井戸活性層の無秩序化のための不純物また空孔の拡散を、量子井戸活性層上のドーパントを含む層たとえば図８（ｂ）に示すｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層５４を介して行なうので、ドーパントの存在によって不純物また空孔の拡散が阻害され、拡散の機構が複雑化する。このため、量子井戸活性層の無秩序化を効率良く行なうことができず、また無秩序化の再現性が低下することがある。このような量子井戸活性層の無秩序化の不安定性は、ＣＯＤレベルの低下を招き、半導体レーザ素子の信頼性を低下させる。
【００１５】
また、前述の各半導体結晶層中のドーパントとなる不純物の濃度は、所望の特性を得るために、厳密に設計されている。前述のように、特許文献１、２または３に開示の技術では、量子井戸活性層上にドーパントとなる不純物を設計濃度で含有する半導体結晶層を形成した後に、量子井戸活性層の無秩序化のための不純物また空孔の拡散を行なうので、不純物または空孔の拡散によって、各半導体結晶層内に存在するドーパントの拡散が誘起され、各層のドーパント濃度が設計値から外れる場合が多い。特に、空孔または不純物を拡散させるために高温のアニールを施す場合には、この高温のアニールによって半導体結晶層内部のドーパントが各層の境界を超えて大量に拡散するので、ドーパント濃度の設計値からのずれが大きくなりやすく、均質な半導体レーザ素子を安定して製造することは困難である。
【００１６】
ドーパント濃度の設計値からのずれは、高出力時の動作電流および駆動電圧の上昇、ならびにそれに伴う長期信頼性の悪化を引起こす。特に、ｐ型エピタキシャル結晶成長層では、ｐ型の導電性を付与するためのｐ型ドーパントとして、拡散係数の特に大きいＺｎ原子、Ｍｇ原子またはＢｅ原子などが一般に用いられるので、量子井戸活性層の無秩序化の際に発生するドーパント濃度の設計値からのずれが大きくなりやすく、その素子特性に与える影響は深刻である。
【００１７】
本発明の目的は、出射端面近傍に窓構造を形成するための量子井戸活性層の無秩序化を効率良くかつ再現性良く行なうことができるとともに、各半導体層内のドーパント濃度を再現性良く所望の値にすることのできる半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、第１導電型半導体基板と、前記第１導電型半導体基板上に設けられ前記第１導電型半導体基板よりも小さいバンドギャップを有する活性層と、前記活性層上に設けられ、第２導電型不純物を濃度Ｃ１で含有し、前記活性層よりも大きいバンドギャップを有する第２導電型半導体層とを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型半導体基板上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）低不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填することによって、含有される第２導電型不純物の濃度が前記濃度Ｃ１になるように第２導電型半導体層を形成する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。
【００１９】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に、活性層の残余の部分よりも大きいバンドギャップを有する端面窓部を形成する工程をさらに含み、
前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程を、
前記端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なうことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程では、
第２導電型不純物を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部が投影される領域を除く領域に補填することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板上に、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程とをさらに含み、
前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記気相法または液相法によって半導体層を形成する工程では、
前記第１導電型半導体基板の温度を、５５０℃以上、１０００℃以下に保持することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程と、
前記高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とをさらに含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ３が前記濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）高不純物濃度半導体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と高不純物濃度半導体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記高不純物濃度半導体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記第１導電型半導体基板をアニールする工程では、
前記第１導電型半導体基板を、５５０℃以上、１０００℃以下の温度でアニールすることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程は、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記低不純物濃度半導体層を形成する工程の後であって前記端面窓部を形成する工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含み、
前記端面窓部を形成する工程は、
前記活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に、前記活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層を形成する工程と、
前記拡散供給層と誘電体層と低不純物濃度半導体層とを備える第１導電型半導体基板をアニールする工程とを含み、
前記第１導電型半導体基板をアニールする工程は、
前記誘電体層から前記低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填する工程を兼ねることを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記誘電体層を形成する工程では、
前記誘電体層を、前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域上に形成することを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記第１導電型半導体基板をアニールする工程の前に、
前記低不純物濃度半導体層の前記端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、前記低不純物濃度半導体層に拡散されて第１導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、半導体レーザ素子の活性層上に設けられ第２導電型不純物を濃度Ｃ１で含有するように設計される第２導電型半導体層を形成する際には、第２導電型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）低不純物濃度半導体層を活性層上に形成した後に、低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、含有される第２導電型不純物の濃度が前記濃度Ｃ１になるように第２導電型半導体層を形成する。低不純物濃度半導体層における第２導電型不純物の濃度Ｃ２は、前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、低不純物濃度半導体層を形成した後の工程において、低不純物濃度半導体層に他の層から第２導電型不純物を拡散し流入させることによって、第２導電型半導体層における第２導電型不純物の濃度を、設計値である前記濃度Ｃ１になるように調整することができる。すなわち、本発明の半導体レーザ素子の製造方法では、第２導電型半導体層に含有される第２導電型不純物の濃度の設計値からのずれを回避することができる。また、前述のように低不純物濃度半導体層における第２導電型不純物の濃度Ｃ２は前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、第２導電型不純物を濃度Ｃ１で含有する第２導電型半導体層が第２導電型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合に比べて次のような利点がある。低不純物濃度半導体層が第２導電型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合、低不純物濃度半導体層から他の層へ流出する第２導電型不純物の量が少ないので、他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができる。したがって、所望の特性を有する半導体レーザ素子を安定して得ることができる。
【００３１】
また本発明によれば、レーザ光が出射される端面近傍の活性層に端面窓部を有する半導体レーザ素子を製造するに際し、低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の補填を、他の層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散が発生しやすい端面窓部を形成する工程よりも後に、または該工程に伴って行なう。このことによって、第２導電型半導体層に含有される第２導電型不純物の濃度の設計値からのずれを確実に回避することができる。また活性層に端面窓部を形成する際に活性層上に設けられている低不純物濃度半導体層は、第２導電型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、活性層上に第２導電型不純物を前記濃度Ｃ１で含有する第２導電型半導体層が設けられている状態で活性層に端面窓部を形成する場合に比べ、活性層への空孔または不純物の拡散を容易に行なうことができ、端面窓部を効率良くかつ再現性良く形成することができる。したがって、ＣＯＤレベルが高く、高出力で信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３２】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層の端面窓部が投影される領域には第２導電型不純物が補填されないので、第２導電型半導体層の端面窓部が投影される領域は、第２導電型半導体層の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。したがって、低不純物濃度半導体層の全領域に第２導電型不純物を補填する場合に比べ、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。
【００３３】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第２導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ２よりも高い濃度Ｃ３（Ｃ３＞Ｃ２）で含有する高不純物濃度半導体層が設けられた状態で、気相法または液相法による半導体層の形成を行なう。このことによって、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填することができるので、第２導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程を、気相法または液相法によって半導体層を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００３４】
また本発明によれば、気相法または液相法によって半導体層を形成する際の第１導電型半導体基板の温度は５５０℃以上、１０００℃以下に保持されるので、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散が速やかに起こる。したがって、低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の補填を効率良く行なうことができる。
【００３５】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第２導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ２よりも高い濃度Ｃ３（Ｃ３＞Ｃ２）で含有する高不純物濃度半導体層が設けられた状態で、第１導電型半導体基板をアニールする。このことによって、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填することができるので、第２導電型半導体層を形成することができる。
【００３６】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に第２導電型不純物を低不純物濃度半導体層に含有される第２導電型不純物の濃度Ｃ２よりも高い濃度Ｃ３（Ｃ３＞Ｃ２）で含有する高不純物濃度半導体層が設けられ、かつ活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層が設けられた状態で、第１導電型半導体基板をアニールする。このアニールによって、レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に拡散供給層から空孔または不純物を拡散させ、端面窓部を形成することができるとともに、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散を促し、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填して第２導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程を、端面窓部を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００３７】
また本発明によれば、第１導電型半導体基板は５５０℃以上、１０００℃以下の温度でアニールされるので、高不純物濃度半導体層から低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の拡散が速やかに起こる。したがって、低不純物濃度半導体層への第２導電型不純物の補填を効率良く行なうことができる。
【００３８】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられた状態で、第１導電型半導体基板をアニールする。このことによって、誘電体層から低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填することができるので、第２導電型半導体層を形成することができる。
【００３９】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層上に低不純物濃度半導体層に拡散されて第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられ、かつ活性層のうちレーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層上に活性層に空孔または不純物を拡散させて供給する拡散供給層が設けられた状態で、第１導電型半導体基板をアニールする。このアニールによって、レーザ光が出射される端面となるべく予め定められる面近傍の活性層に拡散供給層から空孔または不純物を拡散させ、端面窓部を形成することができるとともに、誘電体層から低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填して第２導電型半導体層を形成することができる。したがって、低不純物濃度半導体層に第２導電型不純物を補填し、第２導電型半導体層を形成する工程を、端面窓部を形成する工程と別に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００４０】
また本発明によれば、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上には第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層が形成されないので、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域には第２導電型不純物が補填されない。このことによって、第２導電型半導体層の端面窓部が投影される領域は、第２導電型半導体層の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。したがって、低不純物濃度半導体層の全領域上に第２導電型不純物となる原子を含む誘電体層を形成し、低不純物濃度半導体層の全領域に第２導電型不純物を補填する場合に比べ、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。
【００４１】
また本発明によれば、第１導電型半導体基板は、低不純物濃度半導体層の端面窓部となるべく予め定められる部分が投影される領域上に、低不純物濃度半導体層に拡散されて第１導電型不純物となる原子を含む誘電体層が設けられた状態でアニールされる。このことによって、低不純物濃度半導体層の端面窓部が投影される領域に、低不純物濃度半導体層の残余の領域に補填される第２導電型不純物と逆導電型の第１導電型不純物を補填することができるので、第２導電型半導体層の端面窓部が投影される領域の導電率を、第２導電型半導体層の残余の領域に比べ、さらに低くすることができる。したがって、活性層の端面窓部に流入する無効電流量を一層低下させ、閾値電流をより小さくすることができるので、動作電流をさらに小さくし、電力消費量を一層少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子１の構成を模式的に示す斜視図である。本実施の形態において例示する半導体レーザ素子１は、電流狭窄および光閉じ込め構造として、リッジストライプ構造を有する屈折率導波型の半導体レーザ素子である。
【００４３】
半導体レーザ素子１は、第１導電型半導体基板であるｎ型半導体基板１１と、ｎ型半導体基板１１上に順次積層されるｎ型クラッド層１２、多重量子井戸（Multi-Quantum-Well；略称ＭＱＷ）活性層１３、第２導電型半導体層であるｐ型第１クラッド層１４およびｐ型エッチングストップ層１５と、ｐ型エッチングストップ層１５の上層に設けられるリッジ１８と、リッジ１８の長手方向側面に設けられるｎ型電流ブロック層１９と、リッジ１８およびｎ型電流ブロック層１９の上層に設けられるｐ型平坦化層２０およびｐ型コンタクト層２１と、ｐ型コンタクト層２１の上層に設けられるｐ側電極２２と、ｎ型半導体基板１１の下層に設けられるｎ側電極２３と、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面２４ａに設けられる図示しない前面反射膜と、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面２４ａに対向する端面２４ｂに設けられる図示しない後面反射膜とを含んで構成される。リッジ１８は、ｐ型第２クラッド層１６とｐ型キャップ層１７とを含んで構成される。
【００４４】
ＭＱＷ活性層１３は、図示しないけれども、障壁層と障壁層よりもバンドギャップの小さい井戸層とが交互に積層されて成る多重量子井戸構造を有し、ｎ型半導体基板１１、ｎ型クラッド層１２およびｐ型第１クラッド層１４よりも小さいバンドギャップを有する。ＭＱＷ活性層１３を構成する障壁層および井戸層は、ｎ型不純物またはｐ型不純物を含んでもよく、また含まなくてもよい。レーザ共振器端面２４ａ，２４ｂ近傍のＭＱＷ活性層１３には、ＭＱＷ活性層１３のレーザ発振に寄与する活性領域１３ａよりも大きいバンドギャップを有する端面窓部１３ｂが設けられる。ｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域には、ｐ型不純物が濃度Ｃ１で含有される。
【００４５】
ｎ型半導体基板１１、ｎ型クラッド層１２、ＭＱＷ活性層１３、ｐ型第１クラッド層１４、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６、ｐ型キャップ層１７、ｎ型電流ブロック層１９、ｐ型平坦化層２０およびｐ型コンタクト層２１を構成する半導体材料としては、たとえばＧａｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｙ≦１）およびＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）などの３元材料、ならびに（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）などの４元材料などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料が挙げられる。また他の化合物半導体材料を用いることもできる。なお、以下では、ＧａｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｙ≦１）をＧａＩｎＰ、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ≦１）をＡｌＧａＡｓ、（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）をＡｌＧａＩｎＰと記載することがある。
【００４６】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料で構成される場合、ｎ型半導体基板１１、ｎ型クラッド層１２およびｎ型電流ブロック層１９は、各層を構成する半導体材料に対してｎ型の導電性を付与するｎ型不純物として、たとえばＳｉ、ＳｎなどのＩＶ族元素、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅなどのＶＩ族元素を含有する。またｐ型第１クラッド層１４、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６、ｐ型キャップ層１７、ｐ型平坦化層２０およびｐ型コンタクト層２１は、各層を構成する半導体材料に対してｐ型の導電性を付与するｐ型不純物として、たとえばＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＨｇなどのＩＩ族元素を含有する。
【００４７】
図２は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子１の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。以下では、ウエハ状のｎ型半導体基板１１から複数の半導体レーザ素子１を同時に作製する場合を示す。なお、図２には、１つの半導体レーザ素子１が形成される領域のみを記載する。
【００４８】
図２Ａ（ａ）は、ｎ型半導体基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ＭＱＷ活性層１３、低不純物濃度半導体層２５、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６およびｐ型キャップ層１７を形成した状態を示す図である。ウエハ状のｎ型半導体基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ＭＱＷ活性層１３、低不純物濃度半導体層２５、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６およびｐ型キャップ層１７を順次エピタキシャル結晶成長させる。各半導体層の成長法としては、有機金属気相成長（Metalorganic chemical vapor deposition；略称ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy；略称ＭＢＥ）法、ガスソースＭＢＥ法および原子線エピタキシ（Atomic layer Epitaxy；略称ＡＬＥ）法などの気相法、ならびに液相成長（Liquid Phase Epitaxy；略称：ＬＰＥ）法などの液相法などが挙げられる。
【００４９】
低不純物濃度半導体層２５は、前述の図１に示すｐ型第１クラッド層１４となる層であり、含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低く（Ｃ２＜Ｃ１）なるように、ｐ型不純物を含んでまたは含まずに形成される。ｐ型第２クラッド層１６は、含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ３が低不純物濃度半導体層２５に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２よりも高く（Ｃ３＞Ｃ２）なるように形成される。
【００５０】
図２Ａ（ｂ）は、ＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成した状態を示す図である。ｐ型キャップ層１７の表面にプラズマＣＶＤ法などによって拡散供給層２６を形成する。拡散供給層２６は、ｐ型キャップ層１７を構成する半導体材料から原子を吸い上げ、ｐ型キャップ層１７中に空孔を発生させることのできる誘電体材料などで形成される。たとえばｐ型キャップ層１７がＧａＡｓから成る場合には、拡散供給層２６としてＳｉＯｘ（ｘは２近傍の実数）膜を形成する。ＳｉＯｘ膜によってｐ型キャップ層１７からＧａ原子を吸い上げさせ、空孔を発生させることができる。
【００５１】
次いで、形成された拡散供給層２６のうち、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域の拡散供給層２６をフォトリソグラフィ法によって除去する。これによって、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域のｐ型キャップ層１７上に、レーザ共振器端面２４ａ，２４ｂとなるべく予め定められる面に平行な方向に延びるストライプ状の拡散供給層２６のパターン２６ａが形成される。各拡散供給層２６の幅ｄ１および幅ｄ１と隣合う拡散供給層２６間の距離ｄ２との和（ｄ２＋ｄ１）すなわち拡散供給層２６の形成ピッチＳは、形成する端面窓部１３ｂの幅およびレーザ共振器の長手方向の長さに応じて決定される。
【００５２】
次いで、拡散供給層２６のパターン２６ａが形成されたｎ型半導体基板１１をラピッドサーマルアニール（Rapid Thermal Anneal；略称ＲＴＡ）法などによってアニールする。このアニールによって、拡散供給層２６に接するｐ型キャップ層１７中に空孔が発生し、ＭＱＷ活性層１３の内部まで拡散され、拡散供給層２６が投影される領域のＭＱＷ活性層１３すなわち拡散供給層２６の下方に存在するＭＱＷ活性層１３の多重量子井戸構造が無秩序化される。この無秩序化によって、レーザ共振器端面２４ａ，２４ｂとなるべく予め定められる面近傍のＭＱＷ活性層１３のバンドギャップが、ＭＱＷ活性層１３の残余の部分のバンドギャップよりも大きくなり、拡散供給層２６に平行な方向に延びるストライプ状の端面窓部１３ｂが形成される。
【００５３】
このＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成するためのアニールは、低不純物濃度半導体層２５上に、ｐ型不純物を低不純物濃度半導体層２５に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２よりも高い濃度Ｃ３（Ｃ３＞Ｃ２）で含有する高不純物濃度半導体層であるｐ型第２クラッド層１６が設けられた状態で行われる。したがって、このアニールによって、ＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成するとともに、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散を促し、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填することができる。このアニールは、５５０℃以上、１０００℃以下の温度で行なわれることが好ましい。アニールを前記温度範囲で行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散が速やかに起こり、低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の補填を効率良く行なうことができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、拡散供給層２６として、ｐ型キャップ層１７中に空孔を発生させ、ＭＱＷ活性層１３に拡散させて供給することのできる材料から成る層を用いたけれども、これに限定されることなく、ｐ型キャップ層１７にｐ型不純物またはｎ型不純物を供給し、ｐ型キャップ層１７、ｐ型第２クラッド層１６、ｐ型エッチングストップ層１５および低不純物濃度半導体層２５を介して、ＭＱＷ活性層１３まで拡散させて供給することのできる材料から成る層を用いてもよい。たとえば、Ｚｎなどのｐ型不純物を含む半導体層、ｐ型不純物となる原子を含むＺｎＯ膜などの誘電体層、またはｎ型不純物となる原子を含むＳｉ膜などの誘電体層を拡散供給層２６として用いることができる。拡散供給層２６としてｐ型不純物またはｎ型不純物の供給源となる層を用いた場合、アニールによって拡散供給層２６からｐ型不純物またはｎ型不純物が、拡散供給層２６が投影される領域のＭＱＷ活性層１３まで拡散される。これによって、拡散供給層２６が投影される領域のＭＱＷ活性層１３の多重量子井戸構造が無秩序化され、端面窓部１３ｂが形成される。
【００５５】
図２Ｂ（ｃ）は、リッジ１８を形成した状態を示す図である。図２Ａ（ｂ）に示す拡散供給層２６を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、レーザ共振器端面２４ａ，２４ｂとなるべく予め定められる面に垂直な方向に延びるストライプ状のリッジ１８が形成されるように、ｐ型キャップ層１７およびｐ型第２クラッド層１６をｐ型エッチングストップ層１５が露出するまでエッチングして除去する。
【００５６】
図２Ｂ（ｄ）は、ｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成した状態を示す図である。リッジ１８の長手方向側面およびｐ型エッチングストップ層１５の表面に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ＡＬＥ法などの気相法またはＬＰＥ法などの液相法などによって半導体結晶を成長させ、ｎ型電流ブロック層１９を形成する。このとき、リッジ１８の頂部を構成するｐ型キャップ層１７の表面にもｎ型電流ブロック層１９が成長する。次いで、ｎ型電流ブロック層１９の表面に、同様にして半導体結晶を成長させ、ｐ型平坦化層２０を形成する。
【００５７】
この気相法または液相法による結晶成長は、リッジ１８が形成されたｎ型半導体基板１１の加熱を伴って行われる。このとき、低不純物濃度半導体層２５の上層にはリッジ１８が設けられており、リッジ１８の底部を構成するｐ型第２クラッド層１６は含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ３が低不純物濃度半導体層２５に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２よりも高い（Ｃ３＞Ｃ２）。したがって、気相法または液相法によってｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する際には、前述の図２Ａ（ｂ）に示す工程においてアニールを施す際と同様に、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散が促され、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物が補填される。これによって、端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域にｐ型不純物を前記濃度Ｃ１で含有するｐ型第１クラッド層１４が形成される。
【００５８】
気相法または液相法によって半導体結晶を成長させる際には、リッジ１８が形成されたｎ型半導体基板１１の温度を、５５０℃以上、１０００℃以下に保持することが好ましい。リッジ１８が形成されたｎ型半導体基板１１の温度を前記温度範囲に保持して気相法または液相法による結晶成長を行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散が速やかに起こり、低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の補填を効率良く行なうことができる。
【００５９】
図２Ｃ（ｅ）は、ｐ型キャップ層１７の上層に当たる領域のうち端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域のｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を除去した状態を示す図である。フォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ１８の頂部を構成するｐ型キャップ層１７の上層に当たる領域のうち、端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域に形成されたｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を選択的に除去する。これによって、ｐ型キャップ層１７の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域が露出する。このｐ型キャップ層１７の露出した領域が投影される領域のＭＱＷ活性層１３が、活性領域１３ａとなる。
【００６０】
図２Ｃ（ｆ）は、ｐ型コンタクト層２１、ｐ側電極２２およびｎ側電極２３を形成した状態を示す図である。ｐ型キャップ層１７の露出した面およびｐ型平坦化層２０の表面に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法、ＡＬＥ法などの気相法またはＬＰＥ法などの液相法などによって半導体結晶を成長させ、ｐ型コンタクト層２１を形成する。なお、ｐ型コンタクト層２１を形成する際には、通常、ｎ型半導体基板１１の温度を約５００℃と低く保持して気相法または液相法による結晶成長を行なうので、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散はほとんど起こらない。次いで、形成されたｐ型コンタクト層２１の表面にｐ側電極２２を形成し、ｎ型半導体基板１１の表面にｎ側電極２３を形成する。
【００６１】
このようにしてｐ側電極２２およびｎ側電極２３が形成されたｎ型半導体基板１１を、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂがレーザ共振器端面２４ａ，２４ｂ近傍にくるように、リッジ１８の長手方向に垂直な面で切断する。基板を切断する際のピッチＷ１すなわち切断された基板のリッジ１８の長手方向に平行な方向の幅Ｗ１は、半導体レーザ素子１のレーザ共振器の長手方向の長さ、すなわちレーザ共振器端面２４ａ，２４ｂ間の距離に実質的に等しくなる。次いで、図示しないけれども、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面２４ａとなるべく予め定められる面に、反射率がたとえば８％程度と低い前面反射膜を設け、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面２４ａに対向する端面２４ｂとなるべく予め定められる面に、反射率がたとえば９０％程度と高い後面反射膜を設ける。次いで、リッジ１８が１つ含まれるように、リッジ１８の長手方向に平行な面で切断する。これによって、半導体レーザ素子１となる領域毎に分割し、図１に示す半導体レーザ素子１を得る。
【００６２】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域にｐ型不純物を濃度Ｃ１で含有するように設計されるｐ型第１クラッド層１４は、図２Ａ（ａ）に示す工程において含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）低不純物濃度半導体層２５をＭＱＷ活性層１３上に形成した後に、図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程と、図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程とにおいて、低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填することによって形成される。低不純物濃度半導体層２５におけるｐ型不純物の濃度Ｃ２は、前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、このように低不純物濃度半導体層２５を形成した後の工程において、低不純物濃度半導体層２５に他の層すなわちｐ型第２クラッド層１６からｐ型不純物を拡散し流入させることによって、ｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域におけるｐ型不純物の濃度を、設計値である前記濃度Ｃ１になるように調整することができる。すなわち、ｐ型第１クラッド層１４におけるｐ型不純物の濃度が他の層からのｐ型不純物の拡散によって設計値よりも過剰になることを回避することができる。したがって、ｐ型第１クラッド層１４に含有されるｐ型不純物の濃度の設計値Ｃ１からのずれを回避することができる。
【００６３】
特に、本実施の形態では、低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の補填を、他の層たとえばｐ型第２クラッド層１６からの低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の拡散が発生しやすい図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程に伴って行なうとともに、端面窓部１３ｂを形成する工程の後の図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程において行なうので、ｐ型第１クラッド層１４に含有されるｐ型不純物の濃度の設計値Ｃ１からのずれを確実に回避することができる。
【００６４】
また、前述のように低不純物濃度半導体層２５におけるｐ型不純物の濃度Ｃ２は前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、ｐ型不純物を濃度Ｃ１で含有するｐ型第１クラッド層１４が図２Ａ（ｂ）に示す工程または図２Ｂ（ｄ）に示す工程のようにｐ型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合に比べて次のような利点がある。本実施の形態のように、低不純物濃度半導体層２５が図２Ａ（ｂ）に示す工程または図２Ｂ（ｄ）に示す工程においてｐ型不純物の拡散されるような高温下に晒される場合、低不純物濃度半導体層２５から他の層たとえばＭＱＷ活性層１３へ流出するｐ型不純物の量が少なくなるので、他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができる。
【００６５】
このように、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、ｐ型第１クラッド層１４に含有されるｐ型不純物の濃度の設計値Ｃ１からのずれを回避することができ、さらに他の層における不純物の濃度の設計値からのずれを抑えることができるので、所望の特性を有する半導体レーザ素子１を安定して得ることができる。
【００６６】
また、本実施の形態では、前述のように図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程と図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程とにおいてｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填してｐ型第１クラッド層１４を形成する。したがって、低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填し、ｐ型第１クラッド層１４を形成する工程を別個に設ける必要がないので、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００６７】
また、図２Ａ（ｂ）に示すＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成する工程では、以下のような利点がある。ＭＱＷ活性層１３上に設けられている低不純物濃度半導体層２５は、前述のようにｐ型不純物の濃度Ｃ２が前記濃度Ｃ１よりも低い（Ｃ２＜Ｃ１）ので、ＭＱＷ活性層１３上にｐ型不純物を前記濃度Ｃ１で含有するｐ型第１クラッド層１４が設けられている状態でＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成する場合に比べ、ＭＱＷ活性層１３への空孔または不純物の拡散を容易に行なうことができ、端面窓部１３ｂを効率良くかつ再現性良く形成することができる。したがって、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子１は、ＣＯＤレベルが高く、高出力で信頼性が高い。
【００６８】
また、図２Ａ（ｂ）に示す工程において、拡散供給層２６が投影される領域では、ｐ型キャップ層１７で発生した空孔がｐ型第２クラッド層１６に流入し、拡散されるｐ型不純物を捕捉する。このため、低不純物濃度半導体層２５の拡散供給層２６が投影される領域、すなわち低不純物濃度半導体層２５の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域には、ｐ型第２クラッド層１６からのｐ型不純物の拡散がほとんど起こらず、ｐ型不純物が補填されないので、ｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域は、ｐ型第１クラッド層１４の残余の領域に比べ、導電率が低くなる。
【００６９】
このようにｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域の導電率がｐ型第１クラッド層１４の残余の領域の導電率よりも低いと、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する電流量は少なくなる。しかしながら、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂは、レーザ発振に寄与しない領域であり、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する電流はレーザ発振に寄与しない無効な電流であるので、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する電流量は少ない方が好ましい。ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する電流量を少なくすることによって、閾値電流を小さくすることができる。
【００７０】
したがって、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子１は、低不純物濃度半導体層２５の全領域にｐ型不純物を補填して製造される半導体レーザ素子すなわち含有されるｐ型不純物の濃度が全ての領域で等しいｐ型第１クラッド層１４を備える半導体レーザ素子に比べ、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する無効電流量が低く、閾値電流が小さいので、動作電流が小さく、電力消費量が少ない。
【００７１】
また、本実施の形態とは異なるけれども、拡散供給層２６として前述のｎ型不純物の供給源となる層を用いる場合、低不純物濃度半導体層２５の拡散供給層２６が投影される領域には、図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程において、ｐ型第２クラッド層１６からｐ型不純物が補填されないだけでなく、低不純物濃度半導体層２５の残余の領域に補填されるｐ型不純物と逆導電型のｎ型不純物が補填される。これによって、ｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域の導電率を、ｐ型第１クラッド層１４の残余の領域に比べ、さらに低くすることができるので、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する無効電流量を一層低下させ、閾値電流をより小さくすることができる。したがって、半導体レーザ素子１の動作電流をさらに小さくし、電力消費量を一層少なくすることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１４となる低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の補填を、図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程におけるアニールと図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程における基板温度の昇温によるアニール効果との二つを利用して行なうけれども、これに限定されることなく、いずれか一方のみを利用して行ってもよく、また別工程としてアニール工程を設けて行なってもよい。たとえば、図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程におけるアニールの温度を９５０℃以上とし、図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程における基板温度を５５０℃未満として、端面窓部１３ｂを形成する工程におけるアニール効果のみを利用してもよい。また図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程における基板温度を５５０℃未満とし、図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程の後にアニール工程を設けてもよい。このように図２Ｂ（ｄ）に示すｎ型電流ブロック層１９およびｐ型平坦化層２０を形成する工程における基板温度を５５０℃未満とすることによって、ｎ型半導体基板１１およびｎ型半導体基板１１上に設けられる各半導体層への熱損傷を抑えることができる。
【００７３】
また本実施の形態では、ｐ型不純物の供給源をｐ型第２クラッド層１６とし、ｐ型第２クラッド層１６を形成した後の加熱を伴う工程においてｐ型不純物の拡散を促し、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填するけれども、これに限定されることなく、他の方法を用いてもよい。たとえば、図２Ａ（ａ）に示す工程において結晶成長させる際に、ｐ型不純物を濃度Ｃ３で含有するｐ型第２クラッド層１６に代えて、ｐ型不純物を含有しない半導体層（以下、ノンドープ半導体層と称する）を形成しておき、図２Ａ（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程の後に、ノンドープ半導体層上にｐ型不純物となる原子を含むＺｎＯ膜などの誘電体膜を形成し、アニールによってドーパントたとえばＺｎを拡散させて、ノンドープ半導体層および低不純物濃度半導体層２５へのｐ型不純物の補填を行ってもよい。
【００７４】
図３は、本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子２の構成を模式的に示す斜視図である。半導体レーザ素子２は、実施の第１形態の半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子１と類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７５】
半導体レーザ素子２において注目すべきは、ｐ型キャップ層１７０の端面窓部１３ｂが投影される領域１７０ｂに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ４が、ｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域１７０ａに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ５よりも低い（Ｃ４＜Ｃ５）ことである。
【００７６】
図４は、本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子２の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法は、実施の第１形態の半導体レーザ素子の製造方法と類似するので、同様の工程については説明を省略し、異なる工程について以下に説明する。
【００７７】
図４（ａ）は、ｎ型半導体基板１１上に、ｎ型クラッド層１２、ＭＱＷ活性層１３、低不純物濃度半導体層２５、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６および第２低不純物濃度半導体層２７を形成した状態を示す図である。図４（ａ）に示す工程では、ｐ型キャップ層１７に代えて第２低不純物濃度半導体層２７を形成すること以外は前述の図２Ａ（ａ）に示す工程と同様にして、ｎ型半導体基板１１上にｎ型クラッド層１２、ＭＱＷ活性層１３、低不純物濃度半導体層２５、ｐ型エッチングストップ層１５、ｐ型第２クラッド層１６および第２低不純物濃度半導体層２７を順次エピタキシャル結晶成長させる。第２低不純物濃度半導体層２７は、図３に示すｐ型キャップ層１７０となる層であり、含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ６が前記濃度Ｃ５よりも低く（Ｃ６＜Ｃ５）なるように、ｐ型不純物を含んでまたは含まずに形成される。
【００７８】
図４（ｂ）は、ＭＱＷ活性層１３に端面窓部１３ｂを形成した状態を示す図である。図２Ａ（ｂ）に示す工程と同様にして、第２低不純物濃度半導体層２７の表面にストライプ状の拡散供給層２６のパターン２６ａを形成する。次いで、拡散供給層２６のパターン２６ａの開口部２６ｂすなわち第２低不純物濃度半導体層２７の拡散供給層２６が形成されていない表面に、ｐ型不純物供給層２８を形成する。ｐ型不純物供給層２８は、ｐ型不純物となる原子を含む誘電体材料、たとえばＺｎＯなどで形成される。
【００７９】
次いで、ｐ型不純物供給層２８が形成されたｎ型半導体基板１１をＲＴＡ法などによってアニールする。このアニールによって、実施の第１形態と同様に、拡散供給層２６が投影される領域のＭＱＷ活性層１３の多重量子井戸構造を無秩序化し、端面窓部１３ｂを形成することができるとともに、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５にｐ型不純物を補填することができる。また、本実施形態では、第２低不純物濃度半導体層２７の拡散供給層２６が形成されていない表面にはｐ型不純物供給層２８が形成されているので、図４（ｂ）に示す工程におけるアニールによってｐ型不純物供給層２８からｐ型不純物供給層２８に隣接する第２低不純物濃度半導体層２７へのｐ型不純物の拡散を促し、ｐ型不純物供給層２８から第２低不純物濃度半導体層２７の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く領域にｐ型不純物を補填することができる。これによって、端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域にｐ型不純物を前記濃度Ｃ５で含有するｐ型キャップ層１７０が形成される。
【００８０】
以上に述べた工程以外は実施の第１形態と同様にして、図３に示す半導体レーザ素子２を得る。
【００８１】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、図４（ａ）に示す工程においてｐ型不純物の濃度Ｃ６が前記濃度Ｃ５よりも低い（Ｃ６＜Ｃ５）第２低不純物濃度半導体層２７を形成した後に、図４（ｂ）に示す工程において低不純物濃度半導体層２７上にｐ型不純物供給層２８が形成された状態でアニールを施すことによって、ｐ型不純物供給層２８から第２低不純物濃度半導体層２７の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域にｐ型不純物を補填することができる。したがって、第２低不純物濃度半導体層２７のうち端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域を除く第２低不純物濃度半導体層２７におけるｐ型不純物の濃度、すなわち図３に示すｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域１７０ａにおけるｐ型不純物の濃度を、設計値である前記濃度Ｃ５になるように調整することができる。
【００８２】
また本実施の形態では、前述のように図４（ｂ）に示す端面窓部１３ｂを形成する工程においてｐ型不純物供給層２８から第２低不純物濃度半導体層２７にｐ型不純物を補填するので、第２低不純物濃度半導体層２７にｐ型不純物を補填し、ｐ型キャップ層１７０を形成する工程を別個に設ける必要がない。したがって、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
【００８３】
また、図４（ｂ）に示す工程では、第２低不純物濃度半導体層２７の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域上には拡散供給層２６が形成されており、ｐ型不純物供給層２８は形成されていないので、第２低不純物濃度半導体層２７の端面窓部１３ｂとなるべく予め定められる部分が投影される領域にはｐ型不純物が補填されない。すなわち、ｐ型キャップ層１７０の端面窓部１３ｂが投影される領域１７０ｂに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ４は、形成時に第２低不純物濃度半導体層２７に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ６に略等しくなる。したがって、ｐ型キャップ層１７０の端面窓部１３ｂが投影される領域１７０ｂに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ４を、ｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域１７０ａに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ５よりも低く（Ｃ４＜Ｃ５）することができる。
【００８４】
このように、ｐ型キャップ層１７０の端面窓部１３ｂが投影される領域１７０ｂに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ４を、ｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域１７０ａに含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ５よりも低く（Ｃ４＜Ｃ５）することによって、ｐ型キャップ層１７０の端面窓部１３ｂが投影される領域の導電率を、ｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域１７０ａの導電率に比べ、低くすることができる。したがって、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、第２低不純物濃度半導体層２７の全領域上にｐ型不純物供給層２８を形成し第２低不純物濃度半導体層２７の全領域にｐ型不純物を補填する場合、または実施の第１形態のように図２Ａ（ａ）に示す工程において含有されるｐ型不純物の濃度が全ての領域で等しいｐ型キャップ層１７を形成する場合に比べ、ＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂに流入する無効電流量を低下させ、閾値電流を小さくすることができるので、動作電流を小さくし、電力消費量を少なくすることができる。
【００８５】
また、図４（ｂ）に示す工程において、拡散供給層２６は、含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ６がｐ型キャップ層１７０の活性領域１３ａが投影される領域に含有されるｐ型不純物の濃度Ｃ５よりも低い（Ｃ６＜Ｃ５）第２低不純物濃度半導体層２７上に形成されるので、実施の第１形態のように、拡散供給層２６がｐ型不純物を設計値である前記濃度Ｃ５で含有するｐ型キャップ層１７上に形成される場合に比べ、空孔がトラップされることが少ない。したがって、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、実施の第１形態の半導体レーザ素子の製造方法に比べ、ＭＱＷ活性層１３への空孔の拡散がさらに容易であり、端面窓部１３ｂを効率良くかつ再現性良く形成することができるので、レーザ共振器のレーザ光が出射される端面２４ａ近傍におけるＣＯＤがより高いレベルで抑制され、一層高出力で高い信頼性を有する半導体レーザ素子２を得ることができる。
【００８６】
以上に述べた実施の第１形態および第２形態の半導体レーザ素子の製造方法では、第１導電型半導体基板としてｎ型半導体基板１１を用いているので、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としているけれども、第１導電型半導体基板としてｐ型半導体基板を用い、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。なお、実施の第２形態において第２導電型をｎ型とする場合には、図４（ｂ）に示す工程において、ｐ型不純物供給層２８に代えて、ｎ型不純物となる原子を含む誘電体材料、たとえばＳｉなどから成るｎ型不純物供給層を形成する。
【００８７】
また実施の第１形態および第２形態の半導体レーザ素子の製造方法では、活性層として多重量子井戸構造を有する多重量子井戸活性層１３を備える半導体レーザ素子を製造しているけれども、これに限定されることなく、単量子井戸構造を有するものなど他の量子井戸構造を有する活性層を備える半導体レーザ素子を製造する際にも本発明の半導体レーザ素子の製造方法を用いることができる。
【００８８】
なお、実施の第１形態または第２形態において、ｎ型半導体基板１１上に設けられる各層の厚み、各層を構成する材料の組成および含有される不純物の濃度は、特に限定されるものではなく、本発明の効果が発揮されるように任意に選択される。たとえば、ｐ型エッチングストップ層１５の厚みは、ｐ型第２クラッド層１６から低不純物濃度半導体層２５への不純物の拡散が充分に起こるように、ｐ型第２クラッド層１６の厚みに比べて極めて小さくなるように、たとえばｐ型第２クラッド層１６の厚みの１００分の１（１／１００）以下に選択される。
【００８９】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、以上に述べた実施の第１形態または第２形態のようにリッジストライプ構造を有する半導体レーザ素子の製造に用いることができるけれども、これに限定されることなく、本発明の効果が発揮される構造を有するもの、すなわち半導体層を形成した後に、形成された半導体層が他の層から不純物が流入するような高温下などに晒される工程を経て製造されるものであれば、他の異なる構造を有するものの製造に用いられてもよい。たとえば、ＳＡＳ（Self Aligned Structure）構造またはＢＨ（Buried Heterostructure）構造などの種々の電流狭窄および光閉じ込め構造を有する半導体レーザ素子を製造する際にも、本発明の半導体レーザ素子の製造方法を用いることができる。
【実施例】
【００９０】
（実施例１）
本実施例では、図２に示す各工程に従って、ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。具体的には、以下のようにして半導体レーザ素子を作製した。なお、ｐ型不純物にはＺｎ原子を用い、ｐ型第１クラッド層１４の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域に含有されるＺｎ原子の濃度（以下、ドーパント濃度とも称する）を１×１０１８ｃｍ−３とした。
【００９１】
まず、ウエハ状のｎ型ＧａＡｓ基板１１（厚み：３００μｍ）上に、ＭＯＣＶＤ法によって、以下の層すなわち、
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２（厚み：２μｍ、ドーパント濃度：５×１０１７ｃｍ−３、ドーパント：Ｓｉ）、
ノンドープＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１３（厚み：０．１μｍ）、
低不純物濃度半導体層２５として、ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５（厚み：０．２μｍ）、
ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１５（厚み：３ｎｍ、ドーパント濃度：２×１０１８ｃｍ−３、ドーパント：Ｚｎ）、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６（厚み１．２μｍ、ドーパント濃度：２．５×１０１８ｃｍ−３、ドーパント：Ｚｎ）、
ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７（厚み０．８μｍ、ドーパント濃度：３×１０１８ｃｍ−３、ドーパント：Ｚｎ）を順次エピタキシャル結晶成長させた。
【００９２】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７の表面に、プラズマＣＶＤ法によって、拡散供給層２６としてＳｉＯｘ膜２６（ｘは２近傍の実数、厚み：０．５μｍ）を形成した後、フォトリソグラフィ法によってレーザ共振器端面２４ａ，２４ｂとなるべく予め定められる面に平行な方向に延びるストライプ状のＳｉＯｘ膜２６のパターン２６ａ（幅ｄ１：４０μｍ、ピッチＳ：８００μｍ）を形成した。次いで、ＲＴＡ法によってアニールを施し、ＳｉＯｘ膜２６の下層のＭＱＷ活性層１３を無秩序化し、端面窓部１３ｂを形成した。このときのアニール条件は、温度９５０℃、昇温速度１００℃／ｓｅｃ、保持時間６０ｓｅｃとした。
【００９３】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７の表面に形成されたＳｉＯｘ膜２６を除去した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７とｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６とを［０１１］方向に延びた幅２．５μｍのストライプ状リッジ１８に加工した。
【００９４】
次に、ＭＯＣＶＤ法によって２回目の結晶成長を行い、ストライプ状リッジ１８の側面および上面を、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１９（厚みｔ１：１．０μｍ、ドーパント濃度：１×１０１８ｃｍ−３、ドーパント：Ｓｉ）およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０（厚みｔ２：１．０μｍ、ドーパント濃度：１×１０１８ｃｍ−３、ドーパント：Ｚｎ）で埋め込んだ。この２回目のＭＯＣＶＤ時には、基板温度を７５０℃に保ち、成長時間を約３０分間とした。
【００９５】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、リッジ１８の端面窓部１３ｂが投影される領域を除く領域上に形成されたｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１９およびｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０を選択的に除去した。次いで、ＭＯＣＶＤ法によって３回目の結晶成長を行い、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１（厚みｔ３：３μｍ、ドーパント濃度：３×１０１９ｃｍ−３、ドーパントＺｎ）を形成した。この３回目のＭＯＣＶＤは、基板温度を約５００℃に保持して行なった。次いで、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１の表面にｐ側電極２２としてＡｕＺｎ／ＭｏＡｕ膜（厚み：０．２μｍ）を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の表面にｎ側電極２３としてＡｕＧｅ／ＭｏＡｕ膜（厚み：０．２μｍ）を形成した。
【００９６】
最後に、チップ端面すなわちレーザ共振器端面２４ａ，２４ｂから２０μｍまでの部分のＭＱＷ活性層１３が端面窓部１３ｂになるように、ウエハを８００μｍピッチでレーザバーに分割し、Ａｌ２Ｏ３から成る前面反射膜（反射率：８％）およびＡｌ２Ｏ３／Ｓｉから成る後面反射膜（反射率：９０％）を設け、リッジ１８の長手方向に平行な面で２００μｍピッチで切断した。以上のようにして、レーザ共振器の長手方向の長さが８００μｍである半導体レーザ素子を作製した。
【００９７】
＜評価＞
〔ＰＬ測定〕
ウエハのＲＴＡ前にＭＱＷ活性層１３のフォトルミネッセンス（photoluminescence；略称ＰＬ）測定を行ったところ、ＰＬピーク波長λｉは７７５ｎｍであった。またＲＴＡ後にＭＱＷ活性層１３のＰＬ測定を行ったところ、端面窓部１３ｂにおけるＰＬピーク波長λｗは７４０ｎｍ、端面窓部１３ｂを除く部分すなわち活性領域１３ａとなる部分を含む部分（以下、内部活性領域と称する）におけるＰＬピーク波長λａは７７０ｎｍとなり、端面窓部１３ｂのＰＬピーク波長λｗの方が、内部活性領域のＰＬピーク波長λａよりも３０ｎｍ短波長側にシフトしていた。このことは、端面窓部１３ｂの方が、内部活性領域よりも大きいバンドギャップを有することを示している。このことから、実施例１で得られた半導体レーザ素子は、レーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層１３の方がレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層１３よりもバンドギャップが大きく、出射端面に窓構造を有することが確認された。
【００９８】
〔ドーパント濃度〕
２次イオン質量分析装置（Secondary Ion Mass Spectrometer；略称ＳＩＭＳ）を用い、１回目のＭＯＣＶＤ成長直後、ＲＴＡ法によるアニール直後および２回目のＭＯＣＶＤ成長直後に、半導体結晶層中におけるＺｎ濃度の深さ方向の分布を測定した。ＲＴＡ法によるアニール直後および２回目のＭＯＣＶＤ成長直後の測定は、ＭＱＷ活性層１３の内部活性領域が投影される領域（以下、領域Ａと称する）とＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂが投影される領域（以下、領域Ｂと称する）とのそれぞれにおいて行なった。図５は、実施例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。図５Ａは領域Ａの測定結果を示し、図５Ｂは領域Ｂの測定結果を示す。図５において、実線で示されるグラフは１回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはＲＴＡ直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは２回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示す。また図５において、縦軸はＺｎ原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、下横軸はｐ型ＧａＡｓキャップ層１７の表面からの深さ（μｍ）である。また図５の上横軸に示す番号は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に形成される各半導体層の番号に対応し、上横軸と実線、破線または点線で示されるグラフとを参酌することによって、各半導体層中におけるＺｎ濃度を知ることができる。
【００９９】
図５Ａから、ＭＱＷ活性層１３の内部活性領域が投影される領域Ａでは、ＲＴＡによって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６からＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１４となるノンドープＡｌＧａＡｓ層２５にＺｎが拡散し、その結果ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５におけるＺｎ濃度が８×１０１７ｃｍ−３まで補填されていることが判る。また、２回目のＭＯＣＶＤ成長によって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６からノンドープＡｌＧａＡｓ層２５へのＺｎの拡散がさらに起こり、最終的にノンドープＡｌＧａＡｓ層２５におけるＺｎ濃度がｐ型第１クラッド層１４の設計値である１×１０１８ｃｍ−３まで補填され、設計通りのドーパント濃度が実現できていることが判る。これは、２回目のＭＯＣＶＤ成長時に基板温度を７５０℃という高温に保つことによって、アニールと同等の効果がもたらされ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６からの更なるＺｎの拡散が促されたものと考えられる。またＭＱＷ活性層１３における不必要なＺｎのパイルアップも見られなかった。
【０１００】
対照的に、図５Ｂに示すＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂが投影される領域Ｂでは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６からのノンドープＡｌＧａＡｓ層２５へのＺｎの拡散はほとんど見られず、ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５におけるＺｎ濃度の増加はほとんど見られない。これは、ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５の上方から拡散してくる空孔によって、Ｚｎが捕捉されてしまうためであると考えられる。
【０１０１】
〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度２５℃における閾値電流値Ｉｔｈ２５は３０ｍＡとなり、雰囲気温度７０℃における閾値電流値Ｉｔｈ７０は４４ｍＡとなった。また下記式（１）で表される指数Ｔ０を求めたところ、約１２０であった。
Ｔ０＝（７０−２５）／（ｌｎＩｔｈ７０−ｌｎＩｔｈ２５）        …（１）
【０１０２】
ここで、Ｔ０とは閾値電流の温度依存性を表すパラメータであり、その数値が大きいほど、半導体レーザ素子の温度依存性は小さい。なお、ｌｎＩｔｈ７０はＩｔｈ７０の自然対数値を示し、ｌｎＩｔｈ２５はＩｔｈ２５の自然対数値を示す。
【０１０３】
また、信頼性の評価として、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度７０℃において光出力１２０ｍＷで連続して作動させたところ、いずれの半導体レーザ素子も５０００時間以上安定に作動し、作動中に動作電流が増大するような劣化現象は全く見られなかった。
【０１０４】
（比較例１）
１回目のＭＯＣＶＤ成長時に、ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５に代えて、ドーパント（Ｚｎ）濃度を設定値である１．０×１０１８ｃｍ−３としたｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０４（厚み：０．２μｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして半導体レーザ素子を作製した。なお、以下では、ｎ型ＧａＡｓ基板１１をｎ型ＧａＡｓ基板１０１と記載し、ｎ型クラッド層１２をｎ型クラッド層１０２と記載し、ＭＱＷ活性層１３をＭＱＷ活性層１０３と記載し、ｐ型エッチングストップ層１５をｐ型エッチングストップ層１０５と記載し、ｐ型第２クラッド層１６をｐ型第２クラッド層１０６と記載し、ｐ型キャップ層１７をｐ型キャップ層１０７と記載する。
【０１０５】
＜評価＞
〔ＰＬ測定〕
ウエハのＲＴＡ後におけるＭＱＷ活性層１０３のＰＬ測定を行ったところ、端面窓部１０３ｂのＰＬピーク波長λｗは７５５ｎｍ、内部活性領域のＰＬピーク波長λａは７７５ｎｍとなり、そのピーク波長の差（λａ−λｗ）は２０ｎｍであった。この値は、実施例１におけるピーク波長の差（λａ−λｗ）３０ｎｍよりも１０ｎｍ小さい。このことから、比較例１では、内部活性領域と端面窓部１０３ｂとにおいて充分なバンドギャップエネルギーの差が得られていないことが判った。これは、Ｚｎの存在によって空孔の拡散が阻害され、ＭＱＷ活性層１０３の無秩序化が充分に起こらなかったためであると考えられる。
【０１０６】
〔ドーパント濃度〕
ＳＩＭＳを用い、実施例１における評価と同様にして、半導体結晶層中におけるＺｎ濃度の深さ方向の分布を測定した。図６は、比較例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。図６ＡはＭＱＷ活性層１０３の内部活性領域が投影される領域Ａの測定結果を示し、図６ＢはＭＱＷ活性層１０３の端面窓部１０３ｂが投影される領域Ｂの測定結果を示す。図６において、実線で示されるグラフは１回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはＲＴＡ直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは２回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示す。また図６において、縦軸はＺｎ原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、下横軸はｐ型ＧａＡｓキャップ層１０７の表面からの深さ（μｍ）である。また図６の上横軸に示す番号は、図５と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に形成される各半導体層の番号に対応する。
【０１０７】
図６Ａから、ＭＱＷ活性層１０３の内部活性領域が投影される領域Ａでは、ＲＴＡ後からＺｎの著しい拡散が見られ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０４におけるＺｎ濃度は、設計値から大きくずれていることが判る。またこの拡散によって、ＭＱＷ活性層１０３におけるＺｎのパイルアップが起こり、さらにｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２までＺｎが拡散していることが判る。
【０１０８】
〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度２５℃における閾値電流値Ｉｔｈ２５は４５ｍＡとなり、雰囲気温度７０℃における閾値電流値Ｉｔｈ７０は７７ｍＡとなり、いずれも実施例１で得られた半導体レーザ素子よりも大きな値であった。また前述の指数Ｔ０は約８４となり、実施例１で得られた半導体レーザ素子よりも小さな値であった。
【０１０９】
また、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度７０℃において光出力１２０ｍＷで連続作動させたところ、作動開始から５０時間以内に全ての半導体レーザ素子が劣化し、頓死に至った。
【０１１０】
これは、比較例１では、図６Ａに示すようにＭＱＷ活性層１０３に多大な量のＺｎが拡散したためであると考えられる。すなわち、ＭＱＷ活性層１０３のＺｎ濃度が設計値よりも高くなり、閾値電流値の上昇および熱特性の悪化を招き、半導体レーザ素子の信頼性が悪化したものと考えられる。
【０１１１】
（実施例２）
本実施例では、図４に示す各工程に従って、ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子を作製した。すなわち、実施例１において、１回目のＭＯＣＶＤ成長時に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１７に代えて、第２低不純物濃度半導体層２７としてノンドープＧａＡｓ層２７（厚み：０．８μｍ）を形成し、ＲＴＡ法によるアニールの前に、ＳｉＯｘ膜２６の開口部２６ａにｐ型不純物供給層２８としてＺｎＯ膜２８（厚み：０．５μｍ)を形成する以外は、実施例１と同様にして半導体レーザ素子を作製した。ただし、ＲＴＡ法によるアニールの条件は、温度９００℃、昇温速度１００℃／ｓｅｃ、保持時間６０ｓｅｃとした。
【０１１２】
＜評価＞
〔ＰＬ測定〕
ウエハのＲＴＡ後におけるＭＱＷ活性層１３のＰＬ測定を行ったところ、端面窓部１３ｂのＰＬピーク波長λｗは７３０ｎｍとなり、実施例１よりもアニール温度が低かったにも拘らず、実施例１で得られた半導体レーザ素子よりも１０ｎｍ短波長化していた。これは、ＳｉＯｘ膜２６の下層のＧａＡｓ層２７がノンドープであったので、空孔の拡散が阻害されることなく行われたためであると考えられる。なお、内部活性領域のＰＬピーク波長λａは実施例１と同じ７７０ｎｍであった。
【０１１３】
〔ドーパント濃度〕
ＳＩＭＳを用い、実施例１における評価と同様にして、半導体結晶層中におけるＺｎ濃度の深さ方向の分布を測定した。図７は、実施例２におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。図７ＡはＭＱＷ活性層１３の内部活性領域が投影される領域Ａの測定結果を示し、図７ＢはＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂが投影される領域Ｂの測定結果を示す。図７において、実線で示されるグラフは１回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示し、破線で示されるグラフはＲＴＡ直後の濃度分布を示し、点線で示されるグラフは２回目のＭＯＣＶＤ成長直後の濃度分布を示す。また図７において、縦軸はＺｎ原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であり、下横軸はノンドープＧａＡｓ層２７の表面からの深さ（μｍ）である。また図７の上横軸に示す番号は、図５と同様に、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に形成される各半導体層の番号に対応する。
【０１１４】
図７Ａから、ＭＱＷ活性層１３の内部活性領域が投影される領域Ａでは、ＲＴＡによるＺｎＯ膜２８からのＺｎの拡散によって、ｐ型キャップ層１７０となるノンドープＧａＡｓ層２７にＺｎが供給され、その結果Ｚｎ濃度が実施例１のｐ型キャップ層１７におけるドーパント濃度である３×１０１８ｃｍ−３まで補填されていることが判る。また実施例１と同様に、２回目のＭＯＣＶＤ成長によって、ノンドープＡｌＧａＡｓ層２５におけるＺｎ濃度がｐ型第１クラッド層１４の設計値である１×１０１８ｃｍ−３まで補填され、設計通りのドーパント濃度が実現されていることが判る。
【０１１５】
一方、図７Ｂに示すＭＱＷ活性層１３の端面窓部１３ｂが投影される領域Ｂでは、ノンドープＧａＡｓ層２７におけるＺｎ濃度の増加はなく、また実施例１と同様にｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１６からのノンドープＡｌＧａＡｓ層２５へのＺｎの拡散はほとんど見られない。
【０１１６】
〔素子特性〕
得られた半導体レーザ素子の閾値電流値を求めたところ、雰囲気温度２５℃における閾値電流値Ｉｔｈ２５は２７ｍＡとなり、雰囲気温度７０℃における閾値電流Ｉｔｈ７０は３８ｍＡとなり、いずれも実施例１で得られた半導体レーザ素子よりも小さな値であった。また前述の指数Ｔ０は約１３０となり、実施例１で得られた半導体レーザ素子よりも大きな値であった。
【０１１７】
また、同じ条件で作製した複数の半導体レーザ素子を雰囲気温度７０℃において光出力１２０ｍＷで連続して作動させたところ、いずれの半導体レーザ素子も５０００時間以上安定に作動し、作動中に動作電流が増大するような劣化現象は全く見られなかった。
【０１１８】
以上のように、不純物を設計値よりも低い濃度で含有する半導体層を形成した後に、該半導体層に不純物を補填することによって、含有される不純物の濃度を設計値になるように調整することができ、含有される不純物の濃度の設計値からのずれを回避することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子１の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子１の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子１の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子１の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法によって得られる半導体レーザ素子２の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の他の形態である半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子２の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【図５Ａ】実施例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図５Ｂ】実施例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図６Ａ】比較例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図６Ｂ】比較例１におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図７Ａ】実施例２におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図７Ｂ】実施例２におけるＺｎ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザ素子の製造方法による半導体レーザ素子の製造における各工程の状態を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１，２  半導体レーザ素子
１１  ｎ型半導体基板
１２  ｎ型クラッド層
１３  多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
１４  ｐ型第１クラッド層
１５  ｐ型エッチングストップ層
１６  ｐ型第２クラッド層
１７，１７０  ｐ型キャップ層
１８  リッジ
１９  ｎ型電流ブロック層
２０  ｐ型平坦化層
２１  ｐ型コンタクト層
２２  ｐ側電極
２３  ｎ側電極
２４ａ，２４ｂ  レーザ共振器端面
２５  低不純物濃度半導体層
２６  拡散供給層
２７  第２低不純物濃度半導体層
２８  ｐ型不純物供給層
【図１】
2005223287.tif 000003
【図２Ａ】
2005223287.tif 000004
【図２Ｂ】
2005223287.tif 000005
【図２Ｃ】
2005223287.tif 000006
【図３】
2005223287.tif 000007
【図４】
2005223287.tif 000008
【図５Ａ】
2005223287.tif 000009
【図５Ｂ】
2005223287.tif 000010
【図６Ａ】
2005223287.tif 000011
【図６Ｂ】
2005223287.tif 000012
【図７Ａ】
2005223287.tif 000013
【図７Ｂ】
2005223287.tif 000014
【図８】
2005223287.tif 000015