(57)【要約】【課題】窓構造によりレーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制しながら、温度特性をより向上させることが可能な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この半導体レーザ素子は、レーザ光の出射端面部に窓構造を有する活性層４と、活性層４の表面上に形成され、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有するｐ型クラッド層５とを備え、ｐ型クラッド層５に含有されるＺｎの不純物濃度は、ｐ型クラッド層５に含有されるＭｇの不純物濃度よりも大きい。【選択図】図１
2007123837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の出射端面部に窓構造を有する活性層と、
前記活性層の表面上に形成され、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有するｐ型層とを備え、
前記ｐ型層に含有される前記Ｚｎの不純物濃度は、前記ｐ型層に含有される前記Ｍｇの不純物濃度よりも大きい、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記Ｍｇおよび前記Ｚｎは、少なくとも前記ｐ型層の前記出射端面部以外の領域において、少なくとも前記ｐ型層の前記活性層近傍の部分まで所定の値以上の不純物濃度を有するように導入されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層の少なくとも前記出射端面部以外の領域に、前記Ｍｇおよび前記Ｚｎが導入されている、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層の少なくとも前記出射端面部に、前記Ｍｇおよび前記Ｚｎが導入され、
前記活性層の前記出射端面部に導入される前記Ｚｎの不純物濃度は、前記活性層の前記出射端面部に導入される前記Ｍｇの不純物濃度よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層を前記ｐ型層とにより挟み込むように前記活性層の表面上に形成されるｎ型層をさらに備え、
前記ｐ型層の前記出射端面部に導入される前記Ｚｎが前記活性層を介して前記ｎ型層まで拡散することにより、前記窓構造が形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層の前記出射端面部および前記出射端面部以外の領域に前記Ｚｎが導入され、
前記活性層の前記出射端面部の前記Ｚｎの不純物濃度は、前記活性層の前記出射端面部以外の領域の前記Ｚｎの不純物濃度よりも大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記窓構造を有する活性層と、前記ＭｇおよびＺｎを含有するｐ型層とを含む第１レーザ素子部と、
第２レーザ素子部と、
前記第１レーザ素子部および前記第２レーザ素子部が表面上に形成される単一の基板とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１レーザ素子部は、赤色半導体レーザ素子または赤外半導体レーザ素子のいずれか一方を構成する、請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
単一の基板上に、第１活性層および第２活性層を形成する工程と、
前記第１活性層および前記第２活性層の表面上に、それぞれ、ＭｇとＭｇよりも大きい不純物濃度を有するＺｎとを不純物として含有する第１ｐ型層および第２ｐ型層を形成する工程と、
前記第１活性層および前記第１ｐ型層と、前記第２活性層および前記第２ｐ型層とに、同時にＺｎ拡散を行うことにより、前記第１活性層および前記第２活性層のレーザ光の出射端面部に、それぞれ窓構造を同時に形成する工程とを備えた、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】
この発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、レーザ光の出射端面部に窓構造を備えた半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録可能なＤＶＤシステムにおいて、２層記録を可能にするためには、ディスク上に照射されるレーザ光の強度を向上させる必要がある。このようにディスク上に照射されるレーザ光の強度を向上させるためには、光源である半導体レーザの高出力化を図る必要がある。
【０００３】
また、半導体レーザの高出力化には、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ：レーザ光出射端面劣化）レベルの向上が不可欠である。ここで、ＣＯＤは、以下に示すサイクルで発生することが知られている。まず、高密度に表面準位が存在する出射端面部に電流が注入されると、この準位を介して非発光再結合が生じる。このため、出射端面部が発熱する。この発熱により、出射端面部の活性層のエネルギーギャップが減少するので、光吸収が拡大する。これにより、さらに発熱が増大する。このようなサイクルによって、出射端面部の温度が上昇するので、結晶が融解し、その結果、出射端面部が破壊される。
【０００４】
このようなＣＯＤを抑制する半導体レーザ素子としては、従来、Ｚｎ拡散による窓構造を備えた半導体レーザ素子が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。上記非特許文献１のＺｎ拡散による窓構造を備えた半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子の出射端面部に不純物（Ｚｎ）を導入することにより、従来の一例による半導体レーザ素子の図３１に示したＺｎ拡散前のＺｎ濃度のプロファイル、および、図３２に示したＺｎ拡散後のＺｎ濃度のプロファイルから明らかなように、ｐ型クラッド層の出射端面部に導入されたＺｎが活性層を介してｎ型クラッド層まで押し出されるように拡散する。このとき、活性層の井戸層および障壁層の構成原子が相互拡散されることによって、活性層の量子井戸構造が無秩序化される。それによって、活性層の出射端面部のバンドギャップが他の領域よりも広がるので、出射端面部における光吸収が低減される。これにより、出射端面部の温度上昇を抑制することができるので、ＣＯＤが低減される。
【０００５】
一方、従来のＡｌＧａＩｎＰ系からなる赤色半導体レーザ素子では、活性層およびｐ型クラッド層間の伝導帯側のバンド不連続値が小さいので、活性層に供給された電子が熱により活性層からｐ型クラッド層へオーバーフローしやすい。このため、高温時に、通電した電流値に対して光出力値が低下しやすいので、温度によって光出力値が変化しないことの指標となる特性である温度特性を向上させるのが困難であるという不都合がある。このような不都合を解消して温度特性を向上させるためには、ｐ型クラッド層のキャリア（ホール）濃度を高濃度化して、活性層およびｐ型クラッド層間の伝導帯側のバンド不連続値を大きくする必要がある。このため、従来の赤色半導体レーザ素子では、不純物としてＺｎを導入することによりｐ型クラッド層のキャリア（ホール）濃度を高濃度化していた。
【０００６】
つまり、従来では、ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層の出射端面部にＺｎを導入することによりＺｎ拡散による窓構造を形成するとともに、ｐ型クラッド層に不純物としてＺｎを導入することによりｐ型クラッド層のキャリア（ホール）濃度の高濃度化を図っていた。
【０００７】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．２９，ＮＯ．６，ｐ１８７４−１８７７，１９９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の赤色半導体レーザ素子のように、不純物としてＺｎを導入することによりｐ型クラッド層のキャリア（ホール）濃度を高濃度化する構造では、Ｚｎのドーピング可能量（導入量）に限界があるため、ｐ型クラッド層に導入する不純物（Ｚｎ）のドープ量をより多くするのが困難であるという不都合があった。このため、半導体レーザ素子の温度特性をより向上させるのが困難であるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、窓構造によりレーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制しながら、温度特性をより向上させることが可能な半導体レーザ素子およびそ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および発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による半導体レーザ素子は、レーザ光の出射端面部に窓構造を有する活性層と、活性層の表面上に形成され、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有するｐ型層とを備え、ｐ型層に含有されるＺｎの不純物濃度は、ｐ型層に含有されるＭｇの不純物濃度よりも大きい。
【００１１】
この第１の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、活性層の表面上に、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有するｐ型層を設けることによって、ＭｇはＺｎに比べて高濃度までドープすることができるので、ｐ型層に不純物としてＺｎのみを含有する場合に比べて、ｐ型層におけるキャリア濃度を大きくすることができる。これにより、活性層とｐ型層との間の伝導帯側のバンド不連続値を大きくすることができるので、活性層に供給された電子が熱によりｐ型層にオーバーフローするのを抑制することができる。これにより、高温時に、通電した電流値に対して光出力値が低下するのを抑制することができるので、温度特性をより向上させることができる。また、活性層の表面上に形成されるｐ型層に含有されるＺｎの不純物濃度を、ｐ型層に含有されるＭｇの不純物濃度よりも大きくすることによって、ＺｎはＭｇに比べて拡散しやすいので、出射端面部におけるｐ型層の不純物を活性層に十分に拡散させやすくすることができる。これにより、出射端面部における活性層の結晶構造を十分に無秩序化することができるので、出射端面部における活性層のバンドギャップを十分に大きくすることができる。このため、活性層の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができるので、活性層の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができる。
【００１２】
上記構成において、好ましくは、ＭｇおよびＺｎは、少なくともｐ型層の出射端面部以外の領域において、少なくともｐ型層の活性層近傍の部分まで所定の値以上の不純物濃度を有するように導入されている。このように構成すれば、ｐ型層の活性層近傍の部分までキャリア濃度を大きくすることができるので、活性層に供給された電子が熱によりｐ型層にオーバーフローするのをより抑制することができる。
【００１３】
上記構成において、好ましくは、活性層の少なくとも出射端面部以外の領域に、ＭｇおよびＺｎが導入されている。このように構成すれば、ｐ型層の活性層近傍の部分までキャリア濃度を、容易に、大きくすることができるので、活性層に供給された電子が熱によりｐ型層にオーバーフローするのを、容易に、抑制することができる。
【００１４】
上記構成において、好ましくは、活性層の少なくとも出射端面部に、ＭｇおよびＺｎが導入され、活性層の出射端面部に導入されるＺｎの不純物濃度は、活性層の出射端面部に導入されるＭｇの不純物濃度よりも大きい。このように構成すれば、ＺｎはＭｇに比べて拡散しやすいので、出射端面部における活性層の不純物を拡散させやすくすることができる。これにより、出射端面部における活性層の結晶構造を、容易に、十分に無秩序化することができるので、出射端面部における活性層のバンドギャップを、容易に、十分に大きくすることができる。その結果、容易に、活性層の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができる。
【００１５】
上記構成において、好ましくは、活性層をｐ型層とにより挟み込むように活性層の表面上に形成されるｎ型層をさらに備え、ｐ型層の出射端面部に導入されるＺｎが活性層を介してｎ型層まで拡散することにより、窓構造が形成される。このように構成すれば、活性層の出射端面部に、容易に、窓構造を形成することができる。
【００１６】
上記構成において、好ましくは、活性層の出射端面部および出射端面部以外の領域にＺｎが導入され、活性層の出射端面部のＺｎの不純物濃度は、活性層の出射端面部以外の領域のＺｎの不純物濃度よりも大きい。このように構成すれば、活性層の出射端面部以外の領域において、Ｚｎが拡散して結晶構造が無秩序化するのを抑制しながら、活性層の出射端面部のみをＺｎにより十分に拡散させて結晶構造を無秩序化することができる。
【００１７】
上記構成において、好ましくは、窓構造を有する活性層と、ＭｇおよびＺｎを含有するｐ型層とを含む第１レーザ素子部と、第２レーザ素子部と、第１レーザ素子部および第２レーザ素子部が表面上に形成される単一の基板とをさらに備える。このように、２つのレーザ素子部を備えた２波長の半導体レーザ素子に本発明を適用してもよい。
【００１８】
上記第１レーザ素子部と第２レーザ素子部と基板とを備える構成において、第１レーザ素子部を、赤色半導体レーザ素子または赤外半導体レーザ素子のいずれか一方を構成するように形成してもよい。
【００１９】
この発明の第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法は、単一の基板上に、第１活性層および第２活性層を形成する工程と、第１活性層および第２活性層の表面上に、それぞれ、ＭｇとＭｇよりも大きい不純物濃度を有するＺｎとを不純物として含有する第１ｐ型層および第２ｐ型層を形成する工程と、第１活性層および第１ｐ型層と、第２活性層および第２ｐ型層とに、同時にＺｎ拡散を行うことにより、第１活性層および第２活性層のレーザ光の出射端面部に、それぞれ窓構造を同時に形成する工程とを備えている。
【００２０】
この第２の局面による半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、第１活性層および第２活性層の表面上に、それぞれ、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有する第１ｐ型層および第２ｐ型層を設けることによって、ＭｇはＺｎに比べて高濃度までドープすることができるので、第１ｐ型層および第２ｐ型層に不純物としてＺｎのみを含有する場合に比べて、第１ｐ型層および第２ｐ型層におけるキャリア濃度を大きくすることができる。これにより、第１活性層と第１ｐ型層との間、および、第２活性層と第２ｐ型層との間の伝導帯側のバンド不連続値を大きくすることができるので、第１活性層および第２活性層に供給された電子が、それぞれ、熱により第１ｐ型層および第２ｐ型層にオーバーフローするのを抑制することができる。これにより、高温時に、通電した電流値に対して光出力値が低下するのを抑制することができるので、温度特性をより向上させることができる。また、第１活性層の表面上に形成される第１ｐ型層および第２活性層の表面上に形成される第２ｐ型層に含有されるＺｎの不純物濃度を、第１ｐ型層および第２ｐ型層に含有されるＭｇの不純物濃度よりも大きくすることによって、ＺｎはＭｇに比べて拡散しやすいので、出射端面部における第１ｐ型層および第２ｐ型層の不純物を、それぞれ、第１活性層および第２活性層に十分に拡散させやすくすることができる。これにより、出射端面部における第１活性層および第２活性層の結晶構造を十分に無秩序化することができるので、出射端面部における第１活性層および第２活性層のバンドギャップを十分に大きくすることができる。このため、第１活性層および第２活性層の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができるので、第１活性層および第２活性層の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができる。また、第１活性層および第２活性層のレーザ光の出射端面部に、それぞれ窓構造を同時に形成することによって、半導体レーザ素子の製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図２は、図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の活性層の詳細を示した拡大断面図である。図３は、図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子のＡ点における深さ方向に対するＭｇおよびＺｎの不純物濃度を示した図である。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００２３】
本発明の第１実施形態による赤色半導体レーザ素子では、図１に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、約０．３μｍの厚みを有するｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層２が形成されている。また、バッファ層２上には、約２．５μｍの厚みを有するＳｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３が形成されている。なお、ｎ型クラッド層３は、本発明の「ｎ型層」の一例である。
【００２４】
ここで、第１実施形態では、ｎ型クラッド層３上には、所定の不純物濃度を有するＭｇおよびＺｎが導入された活性層４が形成されている。この活性層４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。また、活性層４は、図２に示すように、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＩｎＰからなる２つの光ガイド層４ａの間に、約６ｎｍの厚みを有する３つのＧａＩｎＰからなる井戸層４ｂと、約４ｎｍの厚みを有する２つのＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層４ｃとが交互に積層された歪補償多重量子井戸構造を有する。
【００２５】
また、第１実施形態では、活性層４上には、図１に示すように、約１．５μｍの厚みを有するとともに、活性層４近傍の部分までＭｇおよびＺｎが同時にドープされたｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層５が形成されている。なお、ｐ型クラッド層５は、本発明の「ｐ型層」の一例である。このｐ型クラッド層５には、図３に示すように、ＭｇおよびＺｎの活性層４近傍でのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるように、ＭｇおよびＺｎがドープされている。
【００２６】
また、ｐ型クラッド層５には、図１に示すように、台形形状を有する凸部５ａが形成されている。また、凸部５ａの上面上の全面に接触するように、約０．１μｍの厚みを有するとともに、ＭｇおよびＺｎが同時にドープされたｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型コンタクト層６が形成されている。そして、ｐ型クラッド層５の凸部５ａとｐ型コンタクト層６とによって、所定の方向（図１のＸ方向）に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部が構成されている。
【００２７】
また、第１実施形態では、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型コンタクト層６の出射端面部には、不純物としてＺｎが導入されたＺｎ拡散領域２０が形成されている。具体的には、このＺｎ拡散領域２０は、ｐ型クラッド層５の出射端面部に導入されたＺｎが活性層４を介してｎ型クラッド層３まで押し出されるように拡散されている。これにより、活性層４の井戸層４ｂおよび障壁層４ｃの構成原子が相互拡散されるので、活性層４の出射端面部は、多重量子井戸構造が無秩序化されている。それによって、活性層４の出射端面部のバンドギャップが他の部分のバンドギャップに比べて拡大された窓構造が形成されている。なお、Ｚｎ拡散領域２０に位置するｐ型クラッド層５および活性層４には、Ｚｎに加えて、Ｍｇも導入されている。
【００２８】
また、第１実施形態では、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４のＺｎの不純物濃度は、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４以外の領域のＺｎの不純物濃度よりも大きい。また、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４のＺｎの不純物濃度は、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４のＭｇの不純物濃度よりも大きい。
【００２９】
また、ｐ型コンタクト層６上には、約０．３μｍの厚みを有するとともに、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる下側キャップ層７が形成されている。また、ｐ型クラッド層５の上面と、ｐ型クラッド層５の凸部５ａの側面と、ｐ型コンタクト層６の側面と、下側キャップ層７の上面以外の側面および出射端面部側の上面とを覆うように、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＩｎＰ層、および、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ層からなる電流ブロック層８が形成されている。このように、出射端面部の上面を覆うように電流ブロック層８が形成されることにより、リッジ部の出射端面部上に電流が注入されない端面電流非注入構造が形成されている。
【００３０】
また、電流ブロック層８および下側キャップ層７上には、約１．０μｍの厚みを有するとともに、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる上側キャップ層９が形成されている。なお、下側キャップ層７および上側キャップ層９により、キャップ層が形成されている。また、上側キャップ層９上には、Ｃｒ層およびＡｕ層からなるｐ側電極１０が形成されている。また、ＧａＡｓ基板１の裏面には、Ａｕ層、Ｇｅ層、Ｎｉ層およびＡｕ層からなるｎ側電極１１が形成されている。
【００３１】
第１実施形態では、上記のように、活性層４上に、不純物としてＭｇおよびＺｎを含有するｐ型クラッド層５を設けることによって、ＭｇはＺｎに比べて高濃度までドープすることができるので、ｐ型クラッド層５に不純物としてＺｎのみを含有する場合に比べて、ｐ型クラッド層５におけるキャリア濃度を大きくすることができる。これにより、活性層４とｐ型クラッド層５との間の伝導帯側のバンド不連続値を大きくすることができるので、活性層４に供給された電子が熱によりｐ型クラッド層５にオーバーフローするのを抑制することができる。これにより、高温時に、通電した電流値に対して光出力値が低下するのを抑制することができるので、温度特性をより向上させることができる。また、活性層４上に形成されるｐ型クラッド層５に含有されるＺｎの不純物濃度を、ｐ型クラッド層５に含有されるＭｇの不純物濃度よりも大きくすることによって、ＺｎはＭｇに比べて拡散しやすいので、出射端面部におけるｐ型クラッド層５の不純物を活性層４に十分に拡散させやすくすることができる。これにより、出射端面部における活性層４の多重量子井戸構造を十分に無秩序化することができるので、出射端面部における活性層４のバンドギャップを十分に大きくすることができる。このため、活性層４の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができるので、活性層４の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、ＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるように、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の部分までＭｇおよびＺｎをドープすることによって、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の部分までキャリア濃度を大きくすることができるので、活性層４に供給された電子が熱によりｐ型クラッド層５にオーバーフローするのをより抑制することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、活性層４に、ＭｇおよびＺｎを導入することによって、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の部分までキャリア濃度を、容易に、大きくすることができるので、活性層４に供給された電子が熱によりｐ型クラッド層５にオーバーフローするのを、容易に、抑制することができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、活性層４の出射端面部のＺｎの不純物濃度を、活性層４の出射端面部のＭｇの不純物濃度よりも大きくすることによって、ＺｎはＭｇに比べて拡散しやすいので、出射端面部における活性層４のＺｎを拡散させて、出射端面部における活性層４の多重量子井戸構造を、容易に、十分に無秩序化することができる。これにより、出射端面部における活性層４のバンドギャップを、容易に、十分に大きくすることができるので、容易に、活性層４の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、ｐ型クラッド層５の出射端面部のＺｎが活性層４を介してｎ型クラッド層３まで拡散することにより、窓構造を形成することによって、ｐ型クラッド層５の出射端面部のＺｎを、容易に、活性層４に十分に拡散させることができるので、活性層４の出射端面部に、容易に、窓構造を形成することができる。
【００３６】
また、第１実施形態では、活性層４の出射端面部のＺｎの不純物濃度を、活性層４の出射端面部以外の領域のＺｎの不純物濃度よりも大きくすることによって、活性層４の出射端面部以外の領域において、Ｚｎが拡散して多重量子井戸構造が無秩序化するのを抑制しながら、活性層４の出射端面部のみをＺｎにより十分に拡散させて多重量子井戸構造を無秩序化することができる。
【００３７】
図４〜図１０は、図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１、図２および図４〜図１０を参照して、本発明の第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００３８】
まず、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６および下側キャップ層７を順次成長させる。
【００３９】
具体的には、ＧａＡｓ基板１上に、約０．３μｍの厚みを有するｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層２を成長させる。この後、バッファ層２上に、約２．５μｍの厚みを有するとともに、Ｓｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３を成長させる。
【００４０】
続いて、図２に示すように、ｎ型クラッド層３（図４参照）上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層４ａを成長させる。この後、光ガイド層４ａ上に、約６ｎｍの厚みを有するＧａＩｎＰからなる３層の井戸層４ｂと、約４ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層４ｃとを交互に成長させる。そして、井戸層４ｂ上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層４ａを成長させることにより活性層４を形成する。
【００４１】
その後、活性層４上に、図４に示すように、約５０ｎｍの厚みを有するアンドープのＡｌＧａＩｎＰと、ＭｇおよびＺｎが同時にドープされたｐ型ＡｌＧａＩｎＰとからなる約１．５μｍの厚みを有するｐ型クラッド層５を成長させる。このとき、ｐ型クラッド層５には、ＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎをドープする。そして、ｐ型クラッド層５上に、約０．１μｍの厚みを有するとともに、ＭｇおよびＺｎが同時にドープされたｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型コンタクト層６を成長させる。その後、ｐ型コンタクト層６上に、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる下側キャップ層７を成長させる。
【００４２】
そして、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、下側キャップ層７上の所定の領域（出射端面部以外の領域）に、ＳｉＮ層１２を形成する。その後、ＳｉＮ層１２をマスクとして、下側キャップ層７をエッチングすることにより、下側キャップ層７の出射端面部を除去する。
【００４３】
そして、図６に示すように、下側キャップ層７のエッチングされた部分（出射端面部）に、ＺｎＯからなる拡散ソース１３を成長させる。その後、約５００℃の温度で約２０分熱処理を行うことによって、ｐ型クラッド層５の出射端面部に含まれるＺｎを、活性層４を介してｎ型クラッド層３まで拡散させる。そして、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型コンタクト層６の出射端面部に、窓構造を有するＺｎ拡散領域２０が形成される。このとき、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が無秩序化されて、Ｚｎ拡散領域２０の活性層４のバンドギャップが大きくなる。つまり、第１実施形態では、予め結晶成長時にＭｇおよびＺｎが同時にドープされたｐ型クラッド層５の出射端面部に、さらにＺｎを拡散ソース１３から拡散させることによって、窓構造を有するＺｎ拡散領域２０を形成する。
【００４４】
その後、図７に示すように、拡散ソース１３（図６参照）およびＳｉＮ層１２（図６参照）を除去するとともに、ｐ型コンタクト層６および下側キャップ層７の所定の領域に、所定の方向（図５のＸ方向）に延びるＳｉＯ２層１４を形成する。
【００４５】
そして、図８に示すように、ＳｉＯ２層１４をマスクとして、下側キャップ層７、ｐ型コンタクト層６、および、ｐ型クラッド層５の上面から所定の厚み分をエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層５の凸部５ａとｐ型コンタクト層６とにより、所定の方向（図６のＸ方向）に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部が形成される。その後、図９に示すように、ＳｉＯ２層１４の所定の領域を除去する。
【００４６】
そして、図１０に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型クラッド層５の上面と、ｐ型クラッド層５の凸部５ａの側面と、ｐ型コンタクト層６の上面および側面と、下側キャップ層７の上面および側面と、ＳｉＯ２層１４（図９参照）の側面とを覆うように、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＩｎＰ層、および、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ層からなる電流ブロック層８を成長させる。このとき、リッジ部の出射端面部に電流が注入されない端面電流非注入構造が形成される。その後、ＳｉＯ２層１４（図９参照）を除去する。
【００４７】
そして、図１に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、全面を覆うように、約１．０μｍの厚みを有するとともに、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる上側キャップ層９を成長させる。これにより、下側キャップ層７および上側キャップ層９からなるキャップ層が形成される。この後、不純物を活性化するために約５００℃の温度で約２０分の熱処理を行う。そして、電子ビーム蒸着法を用いて、上側キャップ層９上に、Ｃｒ層およびＡｕ層からなるｐ側電極１０を形成する。その後、電子ビーム蒸着法を用いて、ＧａＡｓ基板１の裏面上に、Ａｕ層、Ｇｅ層、Ｎｉ層およびＡｕ層からなるｎ側電極１１を形成する。最後に、約４５０℃の温度で約１５分の電極アロイ処理を行う。ここで、前述した窓構造作製のための熱処理、電流ブロック層８や上側キャップ層９の結晶成長、不純物の活性化のための熱処理および電極アロイ処理の熱履歴によって、ｐ型クラッド層５の出射端面部以外の領域のＭｇおよびＺｎが、活性層４に拡散される。なお、ｐ型クラッド層５の出射端面部以外の領域のＺｎが活性層４に拡散される量は、ｐ型クラッド層５の出射端面部のＺｎが活性層４に拡散される量に比べて小さいので、活性層４の出射端面部以外の領域のＺｎの不純物濃度は、活性層４の出射端面部のＺｎの不純物濃度よりも小さくなる。以上のようにして、第１実施形態による赤色半導体レーザ素子が形成される。
【００４８】
図１１〜図１４は、図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。次に、図１１〜図１４を参照して、第１実施形態の赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００４９】
まず、図１１を参照して、ｐ型クラッド層５に導入する不純物の組成に対する電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を調べた比較実験について説明する。なお、この比較実験では、第１実施形態に対応する実施例１による試料Ａと、比較例１〜３による試料Ｂ〜Ｄとを作製するとともに、それらの作製した試料Ａ〜Ｄについて電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を評価した。
【００５０】
実施例１による試料Ａは、上記した第１実施形態による製造プロセスにより作製した。すなわち、実施例１による試料Ａは、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるように、ｐ型クラッド層５にＭｇおよびＺｎをドープすることにより作製した。また、比較例１による試料Ｂは、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＺｎのドーズ量が約６×１０１７ｃｍ−３になるように、ｐ型クラッド層にＺｎのみをドープすることにより作製した。また、比較例２による試料Ｃは、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＭｇのドーズ量が約６×１０１７ｃｍ−３になるように、ｐ型クラッド層にＭｇのみをドープすることにより作製した。また、比較例３による試料Ｄは、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約５×１０１７ｃｍ−３および約１×１０１７ｃｍ−３になるように、ｐ型クラッド層にＭｇおよびＺｎをドープすることにより作製した。なお、比較例１〜３による試料Ｂ〜Ｄは、上記以外の条件を実施例１による試料Ａと同様にして作製した。これらの試料Ａ〜Ｄについて、温度：８０℃、パルス幅：３０ｎｓ、動作パルスの比（デューティ比）：３３％の条件において、電流−光出力を測定した。その結果を図１１に示す。
【００５１】
図１１を参照して、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにｐ型クラッド層５にＭｇおよびＺｎがドープされた第１実施形態に対応する実施例１は、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＺｎのドーズ量が約６×１０１７ｃｍ−３になるようにｐ型クラッド層にＺｎのみがドープされた比較例１に比べて、所定の電流値に対する光出力値が大きくなることが判明した。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、第１実施形態に対応する実施例１では、ｐ型クラッド層５に、ＺｎのみならずＭｇもドープすることによって、ｐ型クラッド層５のキャリア濃度を大きくすることができたので、活性層４とｐ型クラッド層５との間の伝導帯側のバンド不連続値を大きくすることができたと考えられる。これにより、活性層４に供給された電子が熱によりｐ型クラッド層５にオーバーフローするのを抑制することができたので、高温（８０℃）時に、所定の電流値に対して光出力値が低下するのを抑制することができたと考えられる。
【００５２】
また、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにｐ型クラッド層５にＭｇおよびＺｎがドープされた第１実施形態に対応する実施例１は、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＭｇのドーズ量が約６×１０１７ｃｍ−３になるようにｐ型クラッド層にＭｇのみがドープされた比較例２、および、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約５×１０１７ｃｍ−３および約１×１０１７ｃｍ−３になるようにｐ型クラッド層にＭｇおよびＺｎがドープされた比較例３に比べて、ＣＯＤレベルが向上することが判明した。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例１では、Ｍｇに比べて拡散しやすいＺｎのドーズ量をＭｇのドーズ量よりも多くすることによって、出射端面部におけるｐ型クラッド層５の不純物を活性層４に十分に拡散させることができたと考えられる。これにより、出射端面部における活性層４の多重量子井戸構造を十分に無秩序化することができたので、出射端面部における活性層４のバンドギャップを十分に大きくすることができたと考えられる。このため、活性層４の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができたので、活性層４の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができたと考えられる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができたと考えられる。
【００５３】
次に、図１２および図１３を参照して、ｐ型クラッド層５に導入する不純物のトータル量に対するエージング特性と、活性層フォトルミネッセンススペクトルとを調べた比較実験について説明する。なお、この比較実験では、第１実施形態に対応する実施例２による試料Ｅと、比較例４による試料Ｆとを作製するとともに、それらの作製した試料ＥおよびＦについてエージング特性と、活性層フォトルミネッセンススペクトルとを調べた。
【００５４】
実施例２による試料Ｅは、上記実施例１と同様の製造プロセスにより作製した。すなわち、実施例２による試料Ｅは、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の領域におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎをドープすることにより作製した。また、比較例４による試料Ｆは、ｐ型クラッド層の活性層近傍の領域におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１．５×１０１７ｃｍ−３および約７×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎをドープすることにより作製した。なお、比較例４による試料Ｆは、上記以外の条件を実施例２による試料Ｅと同様にして作製した。これらの試料ＥおよびＦについて、温度：８０℃、パルス：８０ｍＷの条件における時間−動作電流を測定するとともに、活性層フォトルミネッセンススペクトルを測定し、活性層フォトルミネッセンススペクトルの最大値が１．０になるように規格化を行った。その結果を図１２および図１３にそれぞれ示す。
【００５５】
まず、図１２を参照して、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の領域におけるにＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎがドープされた第１実施形態に対応する実施例２は、ｐ型クラッド層の活性層近傍の領域におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１．５×１０１７ｃｍ−３および約７×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎがドープされた比較例４に比べて、長時間安定動作することが判明した。具体的には、第１実施形態に対応する実施例２は、約９５０時間以上安定動作した。一方、比較例４は、約４００時間動作した後、劣化した。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例２では、ｐ型クラッド層５の出射端面部以外の領域においてｐ型クラッド層５から活性層４に拡散する不純物の濃度が、所定の値よりも小さく、赤色半導体レーザ素子の信頼性に悪影響を及ぼさなかったためであると考えられる。一方、比較例４では、ｐ型クラッド層の出射端面部以外の領域においてｐ型クラッド層から活性層に拡散する不純物の濃度が、所定の値よりも大きくなり、赤色半導体レーザ素子の信頼性に悪影響を及ぼしたためであると考えられる。したがって、ｐ型クラッド層の活性層近傍におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量は、それぞれ、約１．５×１０１７ｃｍ−３未満および約７×１０１７ｃｍ−３未満に設定するのが好ましいと考えられる。
【００５６】
次に、図１３を参照して、ｐ型クラッド層５の活性層４近傍の領域におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１×１０１７ｃｍ−３および約５×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎがドープされた第１実施形態に対応する実施例２は、ｐ型クラッド層の活性層近傍の領域におけるＭｇおよびＺｎのドーズ量がそれぞれ約１．５×１０１７ｃｍ−３および約７×１０１７ｃｍ−３になるようにＭｇおよびＺｎがドープされた比較例４に比べて、活性層フォトルミネッセンススペクトルの半値幅を小さくすることができることが判明した。具体的には、第１実施形態に対応する実施例２による半値幅（Ｗ１）は、約１２ｎｍであり、比較例４の半値幅（Ｗ２）は、約１４ｎｍであった。これにより、第１実施形態に対応する実施例２では、赤色半導体レーザ素子の記録密度を向上させることが可能である。
【００５７】
次に、図１４を参照して、出射端面部における窓構造の有無に対する電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を調べた比較実験について説明する。なお、この比較実験では、第１実施形態に対応する実施例３による試料Ｇと、比較例５による試料Ｈとを作製するとともに、それらの作製した試料ＧおよびＨについて電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を評価した。
【００５８】
実施例３による試料Ｇは、上記した第１実施形態による製造プロセスにより作製した。すなわち、実施例３による試料Ｇは、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型コンタクト層６の出射端面部に窓構造を有するＺｎ拡散領域２０を形成することにより作製した。また、比較例５による試料Ｈは、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層の出射端面部に窓構造を有するＺｎ拡散領域を形成せずに作製した。なお、比較例５による試料Ｈは、上記以外の条件を実施例３による試料Ｇと同様にして作製した。これらの試料ＧおよびＨについて、約２５℃の温度において連続通電することにより、電流−光出力を測定した。その結果を図１４に示す。
【００５９】
図１４を参照して、出射端面部に窓構造が形成された第１実施形態に対応する実施例３は、出射端面部に窓構造が形成されていない比較例５に比べて、ＣＯＤレベルが向上することが判明した。具体的には、実施例３では、駆動電流が約７００ｍＡの場合にも、素子の損傷は見られなかった。その一方、比較例５では、駆動電流が約１５０ｍＡのときに、素子の損傷が見られた。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例３では、出射端面部においてｐ型クラッド層５の不純物を活性層４に拡散させる窓構造形成工程を行うことにより、出射端面部における活性層４の多重量子井戸を十分に無秩序化することができたので、出射端面部の活性層４のバンドギャップを十分に大きくすることができたと考えられる。このため、活性層４の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができたので、活性層４の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができたと考えられる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができたと考えられる。なお、実施例３では、駆動電流が約４５０ｍＡ〜約５００ｍＡ付近のときをピークとして、光出力値の低下が見られた。これは、駆動電流の増加により、素子の発熱量が増加することによって、発光効率が低下したためであると考えられる。
【００６０】
（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態による赤外半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図１５を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、本発明の半導体レーザ素子を赤外半導体レーザ素子に適用する場合について説明する。
【００６１】
この第２実施形態による赤外半導体レーザ素子では、図１５に示すように、ｎ型クラッド層２３上には、上記第１実施形態と同様、所定の不純物濃度を有するＭｇおよびＺｎが導入された活性層２４が形成されている。また、活性層２４は、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる２つの光ガイド層（図示せず）の間に、約４ｎｍの厚みを有する２つのＧａＡｓからなる井戸層（図示せず）と、約３ｎｍの厚みを有する１つのＡｌＧａＡｓからなる障壁層（図示せず）とが交互に積層された多重量子井戸活性層を有する。なお、ｎ型クラッド層２３は、本発明の「ｎ型層」の一例である。
【００６２】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、凸部２５ａを有するｐ型クラッド層２５およびｐ型コンタクト層２６の出射端面部には、不純物としてＺｎが導入されたＺｎ拡散領域４０が形成されている。具体的には、このＺｎ拡散領域４０は、ｐ型クラッド層２５の出射端面部に導入されたＺｎが活性層２４を介してｎ型クラッド層２３まで押し出されるように拡散されている。これにより、活性層２４の井戸層（図示せず）および障壁層（図示せず）の構成原子が相互拡散されるので、活性層２４の出射端面部は、多重量子井戸構造が無秩序化されている。それによって、活性層２４の出射端面部のバンドギャップが他の部分のバンドギャップに比べて拡大された窓構造が形成されている。なお、ｐ型クラッド層２５は、本発明の「ｐ型層」の一例である。
【００６３】
なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００６４】
また、第２実施形態の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
次に、図１５を参照して、本発明の第２実施形態による赤外半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００６６】
第２実施形態では、図１５に示すように、上記第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型クラッド層２３上に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる２つの光ガイド層（図示せず）を成長させる。この後、光ガイド層（図示せず）上に、約４ｎｍの厚みを有する２つのＧａＡｓからなる井戸層（図示せず）と、約３ｎｍの厚みを有する１つのＡｌＧａＡｓからなる障壁層（図示せず）とを交互に成長させる。そして、井戸層（図示せず）上に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる２つの光ガイド層（図示せず）を成長させることにより活性層２４を形成する。
【００６７】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５およびｐ型コンタクト層２６の出射端面部に、窓構造を有するＺｎ拡散領域４０を形成する。このとき、Ｚｎ拡散領域４０の活性層２４の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造が無秩序化されて、Ｚｎ拡散領域４０の活性層２４のバンドギャップが大きくなる。
【００６８】
なお、第２実施形態のその他の製造プロセスは、上記第１実施形態の製造プロセスと同様である。
【００６９】
図１６は、図１５に示した第２実施形態による赤外半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。次に、図１６を参照して、第２実施形態の赤外半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００７０】
ここで、図１６を参照して、出射端面部における窓構造の有無に対する電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を調べた比較実験について説明する。なお、この比較実験では、第２実施形態に対応する実施例４による試料Ｉと、比較例６による試料Ｊとを作製するとともに、それらの作製した試料ＩおよびＨについて電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を評価した。
【００７１】
実施例４による試料Ｉは、上記した第２実施形態による製造プロセスにより作製した。すなわち、実施例４による試料Ｉは、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５およびｐ型コンタクト層２６の出射端面部に窓構造を有するＺｎ拡散領域４０を形成することにより作製した。また、比較例６による試料Ｊは、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層の出射端面部に窓構造を有するＺｎ拡散領域を形成せずに作製した。なお、比較例６による試料Ｊは、上記以外の条件を実施例４による試料Ｉと同様にして作製した。これらの試料ＩおよびＨについて、約２５℃の温度において連続通電することにより、電流−光出力を測定した。その結果を図１６に示す。
【００７２】
図１６を参照して、出射端面部に窓構造が形成された第２実施形態に対応する実施例４は、出射端面部に窓構造が形成されていない比較例６に比べて、ＣＯＤレベルが向上することが判明した。具体的には、実施例４では、駆動電流が約７００ｍＡの場合にも、素子の損傷は見られなかった一方、比較例６では、駆動電流が約２５０ｍＡのときに、素子の損傷が見られた。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例４では、出射端面部においてｐ型クラッド層２５の不純物を活性層２４に拡散させる窓構造形成工程を行うことにより、出射端面部における活性層２４の多重量子井戸を十分に無秩序化することができたので、出射端面部における活性層２４のバンドギャップを十分に大きくすることができたと考えられる。このため、活性層２４の出射端面部で光が吸収されるのを十分に抑制することができたので、活性層２４の出射端面部が高温になるのを十分に抑制することができたと考えられる。その結果、レーザ光の出射端面部が熱により破壊されるのを十分に抑制することができたと考えられる。
【００７３】
ここまでは、１つの基板に１つの半導体レーザ素子を形成した実施形態について説明したが、本発明は、１つの基板に複数の半導体レーザ素子を形成することも可能である。以下、１つの基板に複数の半導体レーザ素子を形成する場合について説明する。
【００７４】
（第３実施形態）
図１７は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。図１７を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、１つのＧａＡｓ基板１に、６６０ｎｍ帯の発振波長を有するとともに、ＤＶＤ−Ｒ用として用いられる高出力の赤色半導体レーザ素子と、７８０ｎｍ帯の発振波長を有するとともに、ＣＤ−Ｒ用として用いられる高出力の赤外半導体レーザ素子とを形成した２波長の半導体レーザ素子に本発明を適用する場合について説明する。
【００７５】
この第３実施形態による半導体レーザ素子では、図１７に示すように、上記第１実施形態による赤色半導体レーザ素子、および、上記第２実施形態による赤外半導体レーザ素子が、１つのＧａＡｓ基板１に形成されている。具体的には、赤色半導体レーザ素子を構成する赤色半導体レーザ素子部（バッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６、下側キャップ層７、電流ブロック層８、上側キャップ層９およびｐ側電極１０）と、赤外半導体レーザ素子を構成する赤外半導体レーザ素子部（バッファ層２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ型コンタクト層２６、下側キャップ層７、電流ブロック層８、上側キャップ層９およびｐ側電極１０）とが、Ｙ方向に所定の間隔を隔てて、Ｘ方向に延びるように形成されている。なお、ＧａＡｓ基板１は、本発明の「基板」の一例である。また、赤色半導体レーザ素子部は、本発明の「第１レーザ素子部」の一例であり、赤外半導体レーザ素子部は、本発明の「第２レーザ素子部」の一例である。また、活性層４は、本発明の「第１活性層」の一例であり、活性層２４は、本発明の「第２活性層」の一例である。また、ｐ型クラッド層５は、本発明の「第１ｐ型層」の一例であり、ｐ型クラッド層２５は、本発明の「第２ｐ型層」の一例である。
【００７６】
なお、第３実施形態のその他の構造は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００７７】
図１８〜図２９は、図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１７〜図２９を参照して、本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００７８】
まず、図１８に示すように、上記第２実施形態と同様のプロセスを用いて、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ型コンタクト層２６および下側キャップ層７を順次成長させる。
【００７９】
ここで、第３実施形態では、図１９に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、赤外半導体レーザ素子部に対応する部分以外のバッファ層２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ型コンタクト層２６および下側キャップ層７を除去する。
【００８０】
そして、図２０に示すように、上記第１実施形態と同様のプロセスを用いて、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６および下側キャップ層７を順次成長させる。
【００８１】
その後、第３実施形態では、図２１に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、赤色半導体レーザ素子部に対応する部分以外のバッファ層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型コンタクト層６および下側キャップ層７を除去する。
【００８２】
そして、第３実施形態では、図２２に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の下側キャップ層７上の所定の領域（出射端面部以外の領域）に、それぞれＳｉＮ層１２を同時に形成する。その後、ＳｉＮ層１２をマスクとして、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の下側キャップ層７を同時にエッチングすることにより、下側キャップ層７の出射端面部を除去する。
【００８３】
そして、第３実施形態では、図２３に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の下側キャップ層７（図２２参照）のエッチングされた部分（出射端面部）に、それぞれ、ＺｎＯからなる拡散ソース１３を同時に成長させる。その後、約５００℃の温度で約２０分間熱処理を行うことによって、赤色半導体レーザ素子部のｐ型クラッド層５および赤外半導体レーザ素子部のｐ型クラッド層２５の出射端面部に含まれるＺｎを、それぞれ、活性層４および２４を介してｎ型クラッド層３および２３まで同時に拡散させる。そして、赤色半導体レーザ素子部の出射端面部および赤外半導体レーザ素子部の出射端面部に、それぞれ、窓構造を有するＺｎ拡散領域２０および４０が同時に形成される。
【００８４】
その後、図２４に示すように、拡散ソース１３（図２３参照）およびＳｉＮ層１２（図２２参照）を除去するとともに、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の所定の領域に、所定の方向（図１７のＸ方向）に延びるＳｉＯ２層１４を、それぞれ、同時に形成する。
【００８５】
そして、図２５に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、ＳｉＯ２層１４をマスクとして、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の下側キャップ層７、ｐ型コンタクト層６、２６、ｐ型クラッド層５および２５の上面から所定の厚み分を、それぞれ、同時にエッチングする。これにより、ｐ型クラッド層５の凸部５ａおよびｐ型クラッド層２５の凸部２５ａとｐ型コンタクト層６とにより、所定の方向（図１７のＸ方向）に延びるストライプ状（細長状）のリッジ部が形成される。その後、図２６に示すように、ＳｉＯ２層１４の所定の領域を除去する。
【００８６】
そして、図２７に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、ｐ型クラッド層５および２５の上面と、ｐ型クラッド層５の凸部５ａおよびｐ型クラッド層２５の凸部２５ａの側面と、ｐ型コンタクト層６および２６の上面および側面と、下側キャップ層７の上面および側面と、ＳｉＯ２層１４（図２６参照）の側面とを覆うように、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＩｎＰ層、および、約０．４μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ層からなる電流ブロック層８を成長させる。その後、ＳｉＯ２層１４（図２６参照）を除去する。
【００８７】
そして、図２８に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の全面を覆うように、約１．０μｍの厚みを有するとともに、Ｚｎがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる上側キャップ層９を成長させる。
【００８８】
その後、第３実施形態では、図２９に示すように、エッチング技術を用いて、赤色半導体レーザ素子部と赤外半導体レーザ素子部との間の電流ブロック層８および上側キャップ層９を除去する。これにより、ＧａＡｓ基板１上の赤色半導体レーザ素子部と赤外半導体レーザ素子部とが分離される。
【００８９】
そして、図１７に示すように、上記第１および第２実施形態と同様のプロセスを用いて、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の上側キャップ層９上に、Ｃｒ層およびＡｕ層からなるｐ側電極１０を、それぞれ、同時に形成する。これにより、赤色半導体レーザ素子を構成する赤色半導体レーザ素子部（２〜１０）と、赤外半導体レーザ素子を構成する赤外半導体レーザ素子部（２、２３〜２６、７〜１０）とが形成される。
【００９０】
なお、第３実施形態のその他の製造プロセスは、上記第１および第２実施形態の製造プロセスと同様である。
【００９１】
第３実施形態では、上記のように、活性層４および２４の出射端面部に、それぞれ、窓構造を有するＺｎ拡散領域２０および４０を同時に形成することによって、半導体レーザ素子の製造プロセスを簡略化することができるとともに、製造時間を短縮することができる。
【００９２】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。
【００９３】
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９４】
たとえば、上記第１〜第３実施形態では、半導体レーザ素子の一例としてＡｌＧａＩｎＰ赤色半導体レーザ素子およびＡｌＧａＡｓ赤外半導体レーザ素子に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、ＧａＮ系青紫色半導体レーザ素子にも適用可能である。また、１つの基板に複数の半導体レーザ素子を形成する場合には、赤色半導体レーザ素子、赤外半導体レーザ素子および青紫色半導体レーザ素子を組み合わせて形成してもよい。この場合、赤色半導体レーザ素子、赤外半導体レーザ素子および青紫色半導体レーザ素子を有する３波長の半導体レーザ素子を得ることも可能である。
【００９５】
また、上記第１〜第３実施形態では、下側キャップ層および電流ブロック層の上に上側キャップ層を設けるとともに、上側キャップ層上にｐ側電極を設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、下側キャップ層および電流ブロック層の上に上側キャップ層を設けることなく、下側キャップ層および電流ブロック層の上にｐ側電極を直接設けてもよい。
【００９６】
また、上記第３実施形態では、赤色半導体レーザ素子部および赤外半導体レーザ素子部の両方の出射端面部に窓構造を形成するとともに、両方の出射端面部上に端面電流非注入構造を形成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、図３０に示した第３実施形態の変形例のように、赤色半導体レーザ素子部（２〜１０）の出射端面部に窓構造を形成するとともに、出射端面部上に端面電流非注入構造を形成し、かつ、赤外半導体レーザ素子部（２、３３〜３６、７、３８、９および１０）の出射端面部に窓構造を形成しないとともに、出射端面部上に端面電流非注入構造を形成しなくてもよい。この場合、赤外半導体レーザ素子部の活性層３４を、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＡｓからなる２つの光ガイド層（図示せず）の間に、約４ｎｍの厚みを有する３つのＧａＡｓからなる井戸層（図示せず）と、約８ｎｍの厚みを有する２つのＡｌＧａＡｓからなる障壁層（図示せず）とが交互に積層された多重量子井戸活性層を有するように形成してもよい。また、赤外半導体レーザ素子部のｎ型クラッド層３３を約２．５μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＡｓにより形成するとともに、ｐ型クラッド層３５を、約１．５μｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＡｓにより形成してもよい。また、赤外半導体レーザ素子部の電流ブロック層３８を、約０．６μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＡｓ層、および、約０．３μｍの厚みを有するｎ型ＧａＡｓ層により形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の活性層の詳細を示した拡大断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子のＡ点における深さ方向に対するＭｇおよびＺｎの不純物濃度を示した図である。
【図４】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１２】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１３】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１４】図１に示した第１実施形態による赤色半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１５】本発明の第２実施形態による赤外半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図１６】図１５に示した第２実施形態による赤外半導体レーザ素子の効果を確認するために行った実験を説明するための図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図１８】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図１９】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２０】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２１】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２２】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２３】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２４】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２５】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２６】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２７】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２８】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図２９】図１７に示した第３実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図３０】第３実施形態の変形例による半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。
【図３１】従来の一例による半導体レーザ素子の出射端面部におけるＺｎ拡散前のＺｎ濃度のプロファイルを示した図である。
【図３２】従来の一例による半導体レーザ素子の出射端面部におけるＺｎ拡散後のＺｎ濃度のプロファイルを示した図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  ＧａＡｓ基板（基板）
３、２３  ｎ型クラッド層（ｎ型層）
４  活性層（第１活性層）
５  ｐ型クラッド層（ｐ型層、第１ｐ型層）
２４  活性層（第２活性層）
２５  ｐ型クラッド層（ｐ型層、第２ｐ型層）
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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