(57)【要約】【課題】端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザを、特性を劣化させることなく、安定して製造することを目的とする。【解決手段】赤外半導体レーザ装置において、従来のＡｌＧａＡｓより無秩序化しやすいＡｌＧａＩｎＰを障壁層に用いることで、Ｚｎ拡散領域内の活性層１０３へのＺｎ拡散が促進され、無秩序化による端面窓構造を形成するのに要する時間を短縮できるとともに、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５の平均組成化によるウェットエッチングの選択性低下を抑制でき、端面窓構造を有するリッジストライプ型半導体レーザの安定生産が実現できる。【選択図】図１
2007201300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面窓構造を備える半導体レーザ装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成される第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成されてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層およびＰを含有する障壁層とから構成される多重量子井戸構造の活性層と、
前記活性層上に形成される第２導電型クラッド層と
を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体基板上に発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体がモノリシックに形成され端面窓構造を備える２波長半導体レーザ装置であって、
少なくともどちらか一方の半導体レーザ構造体がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層とＰを含有する障壁層とから構成される多重量子井戸構造の活性層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記２つの半導体レーザ構造体がそれぞれ、
第１の第１導電型クラッド層と、
第１導電型エッチング停止層と、
第２の第１導電型クラッド層と、
活性層と、
第２導電型クラッド層と
が積層されて成ることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記障壁層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）よりなることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
一方の半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有し、もう一方の半導体レーザ構造体の活性層がＧａＩｎＰ量子井戸層と障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
不純物を拡散して形成した端面窓構造を備える半導体レーザ装置の製造方法であって、
半導体基板上に、第１導電型クラッド層と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層およびＰを含有する障壁層とから構成される量子井戸構造の活性層と、第２導電型クラッド層とを順次積層してダブルへテロ構造の積層体を形成する工程と、
前記積層体上に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱して前記材料膜から不純物を前記積層体の端面に拡散させる工程と
を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板上に発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体がモノリシックに形成され不純物を拡散して形成した端面窓構造を備える２波長半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、第１の第１導電型クラッド層と、第一の発振波長を有する多重量子井戸構造の活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、リッジストライプを形成するためのエッチング停止層と、第２の第２導電型クラッド層とを順次積層してダブルへテロ構造を有する第１の半導体レーザ構造体を形成する工程と、
前記第１の積層体の一部を除去する工程と、
前記除去された領域に別の第２の第１導電型クラッド層と、第一の積層体とは異なる発振波長を有する多重量子井戸構造の活性層と、第３の第２導電型クラッド層と、リッジストライプを形成するためのエッチング停止層と、第４の第２導電型クラッド層を順次積層してダブルへテロ構造の第２の半導体レーザ構造体を形成する工程と、
前記第１の半導体レーザ構造体及び前記第２の半導体レーザ構造体上に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、
前記半導体基板を加熱して前記材料膜から不純物をダブルへテロ構造の端面に拡散させる工程と
を有し、少なくともいずれかの半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層とＰを含有する障壁層とから構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記障壁層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）よりなることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
一方の前記半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有し、もう一方の前記半導体レーザ構造体の活性層がＧａＩｎＰ量子井戸層と障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記不純物がＺｎであることを特徴とする請求項６または請求項７または請求項８または請求項９のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力動作可能な端面窓構造を備えた半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等の光ディスクをはじめとした情報処理機器のピックアップ光源として、ＡｌＧａＡｓ系混晶を用いた赤外半導体レーザやＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた赤色半導体レーザが実用化されている。いずれも、書き換え型の光ディスクにおいては２００ｍＷ以上の光出力が必要であり、今後も書き換え速度の更なる高速化のために３００ｍＷ〜４５０ｍＷ程度の高出力化が要望されている。半導体レーザ装置の高出力化はレーザ端面における結晶破壊による特性劣化で制限されている。その解決手段としてレーザ端面に窓構造を形成する方法が有効である。これは量子井戸構造を活性層としたダブルへテロ構造において、不純物を拡散させると量子井戸構造を形成する原子が固相拡散し、無秩序化する現象を利用した手法である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、昨今、同一基板上に異なる発振波長の半導体レーザ装置を集積することへの要望が強い。例えば、ＤＶＤプレイヤーやＤＶＤ書き込み装置ではＤＶＤのみならずＣＤディスクからの情報も取り出せるように発振波長が６５０ｎｍと７８０ｎｍの２種類のレーザを搭載する必要があり、光学系の構成が複雑であった。ここで、同一基板上に２種類の波長のレーザを集積できると、ピックアップの小型化が可能になるなど多大なメリットが生まれる。また、このような同一基板上への多波長集積型レーザにおいても高出力化への要望は強い。
【０００４】
図５は従来の端面窓構造を有する赤外半導体レーザ装置を示す斜視図であり、上記の無秩序化現象に基づいて作製される従来の端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置の構造を示す。
【０００５】
図５において、５０１はｎ型ＧａＡｓ基板、５０２はｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層、５０３はＧａＡｓ井戸層とＡｌ０．４０Ｇａ０．６０Ａｓ障壁層とから構成された多重量子井戸構造の活性層、５０４はｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層、５０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、５０６はｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層、５０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、５０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層、５０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層である。５１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。５１１はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、５１２、５１３はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。
【０００６】
次に、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法について図６を用いて説明する。
図６は従来の端面窓構造を有する赤外半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図であり、上記の図５の半導体レーザ装置について、図６（ａ）から図６（ｆ）にその製造方法を示す。
【０００７】
まず、図６（ａ）のようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層５０２（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、ＧａＡｓ井戸層とＡｌ０．４０Ｇａ０．６０Ａｓ障壁層とから構成された多重量子井戸構造の活性層５０３、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層５０４（３．０×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５（３．０×１０１７ｃｍ−３、９ｎｍ）、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層５０６（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層５０７（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０８（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）を順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。
【０００８】
次に、図６（ｂ）に示すように上記積層体の上面にＳｉＯ２膜５１４を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、数十μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に数百μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜５１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウェットエッチングにより除去する。
【０００９】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜５１４及びＺｎＯ膜５１５の上面全体にＳｉＯ２膜５１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理を行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜５１５を拡散源として、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０８の上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０２まで達するようにＺｎを固相拡散させて不純物拡散領域５１１を形成する。これにより端面部においてＧａＡｓ量子井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された多重量子井戸構造の活性層５０３は無秩序化される。この無秩序化された量子井戸はそのバンドギャップが無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、レーザ光に対して非吸収領域として機能する。また、このバンドギャップの増加量は、フォトルミネッセンス（以下ＰＬ）の短波長側への波長シフト量として確認できる。
【００１０】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜５１６、ＺｎＯ膜５１５及びＳｉＯ２膜５１４をウェットエッチングにより除去した後、積層体の上面に再度ＳｉＯ２膜５１７を形成し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、数μｍ幅のストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ２膜５１７からなるストライプをマスクとして、ウェットエッチングによりｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続層を除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層５０６を選択的に除去できるエッチャント、例えば、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとでエッチング速度の著しく異なるエッチャントである硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層５０６のリッジストライプを形成するとともに被エッチング領域においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５を表出させる。
【００１１】
次に、図６（ｅ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ２膜５１７をマスクとして用いて、リッジ側面部にｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層５０９を選択成長させる。その後、ＳｉＯ２膜５１７をウェットエッチングにより除去し、再度ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１０（３．０×１０１８ｃｍ−３、４０００ｎｍ）を成長する。最後に、ｎ側及びｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、図６（ｆ）に示すように一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【００１２】
図７は従来の端面窓構造を有する２波長半導体レーザ装置を示す斜視図であり、同一基板上に端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置と、同じく端面窓構造を有する６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置を集積した従来の２波長半導体レーザの構造図である。
【００１３】
図７において、７０１はｎ型ＧａＡｓ基板である。Ａ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置）において、７０２ａはｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、７０３ａはＧａＡｓ井戸層とＡｌ０．４０Ｇａ０．６０Ａｓ障壁層からなる多重量子井戸構造の活性層、７０４ａはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（３．０×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）、７０５ａはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層（３．０×１０１７ｃｍ−３、９ｎｍ）、７０６ａはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、７０７ａはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、７０８ａはｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２００ｎｍ）、７０９ａはｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、７１０ａはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７０６ａは、レーザの横モード制御のためにリッジ形状のストライプとして形成されている。７１１ａはレーザ共振器端面に端面窓構造を形成するためにＺｎを固相拡散させた不純物拡散領域である。また、７１２、７１３ａはそれぞれｎ側、ｐ側電極である。
【００１４】
また、Ｂ領域（６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置）において、７０２ｂはｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、７０３ｂはＧａＩｎＰ井戸層と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ障壁層からなる多重量子井戸構造の活性層、７０４ｂはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（６．０×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）、７０５ｂはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層（６．０×１０１７ｃｍ−３、９ｎｍ）、７０６ｂはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、７０７ｂはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、７０８ｂはｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２００ｎｍ）、７０９ｂはｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、７１０ｂはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層７０６ｂは、レーザの横モード制御のためにリッジ形状のストライプとして形成されている。７１１ｂはレーザ共振器端面に端面窓構造を形成するためにＺｎを固相拡散させた不純物拡散領域である。また、７１３ｂはｐ側電極である。
【００１５】
次に、従来の２波長半導体レーザ装置の製造方法について図８を用いて説明する。
図８は従来の端面窓構造を有する２波長半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図である。
【００１６】
まず、図８（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層７０２ａ、ＧａＡｓ井戸層とＡｌ０．４０Ｇａ０．６０Ａｓ障壁層から構成された多重量子井戸構造の活性層７０３ａ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層７０４ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層７０５ａ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層７０６ａ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層７０７ａ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７０８ａを順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。
【００１７】
次に、上記ダブルへテロ構造上にＳｉＯ２膜を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、Ａ領域形成領域を覆うマスクパターンを形成する。その後、このマスクパターンを用いて選択的にウェットエッチングし、Ｂ領域形成領域に形成されているダブルへテロ構造を基板に達するまで除去してＡ領域を形成し、マスクパターンであるＳｉＯ２膜をウェットエッチングにより除去する。
【００１８】
次に、図８（ｂ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、前記ｎ型ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層７０２ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ障壁層とから構成される多重量子井戸構造の活性層７０３ｂ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層７０４ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層７０５ｂ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層７０６ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層７０７ｂ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７０８ｂを順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。その後、Ａ領域上の堆積物をウェットエッチングにより除去する。
【００１９】
次に、図８（ｃ）に示すように、再度ＳｉＯ２膜７１４を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向に対し垂直方向に７００μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜７１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウェットエッチングにより除去する。
【００２０】
次に、図８（ｄ）に示すように、Ｓｉ０２膜７１４及びＺｎＯ膜７１５の上面全体にＳｉＯ２膜７１６ａ及び７１６ｂを堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜７１５を拡散源としてｐ型ＧａＡｓキャップ層７０８ａ、７０８ｂ上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７０２ａ、７０２ｂに達するようにＺｎの固相拡散を行い、不純物拡散領域７１１ａ、不純物拡散領域７１１ｂを形成する。これにより、拡散領域内の量子井戸構造の活性層は無秩序化される。この無秩序化された量子井戸はそのバンドギャップが無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、レーザ光に対して非吸収領域として機能する。
【００２１】
次に、図８（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２膜７１６ａ及び７１６ｂ、ＺｎＯ膜７１５及びＳｉＯ２膜７１４をウェットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再度Ｓｉ０２膜７１７ａ及び７１７ｂを堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、例えば、Ａ領域で３μｍ幅、Ｂ領域で２μｍ幅となるストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ２膜からなるストライプをマスクとして、ウェットエッチングによりｐ型ＧａＡｓキャップ層７０８ａ、７０８ｂとｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層７０７ａ、７０７ｂとを除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７０６ａ、７０６ｂを選択的に除去できるエッチャント、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７０６ａ、７０６ｂのリッジストライプを形成するとともに、被エッチング領域においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層７０５ａ、７０５ｂを表出させる。
【００２２】
次に、ＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ２膜７１７ａ、７１７ｂを選択成長のマスクとして用い、リッジの側面にｎ型電流ブロック層７０９ａ、７０９ｂを成長する。その後、リッジストライプ上面のＳｉＯ２膜７１７ａ、７１７ｂをウェットエッチングにより除去し、再度ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層７１０ａ、７１０ｂを積層体の上面全体に成長する。最後に、ｎ側及びｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、図８（ｆ）に示すようなＡ領域、Ｂ領域からなる２種類のレーザを同一基板上に集積した２波長レーザチップとする。
【非特許文献１】エレクトロニクスレターズ、１９８４年、第２０巻３８３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
半導体レーザの高出力化には、レーザ共振器端面での光吸収を抑制する端面窓構造形成技術は必要不可欠な技術である。前述したように、ダブルへテロ構造を有する積層体の上面からＺｎを固相拡散させ、量子井戸構造の活性層を無秩序化することにより、Ｚｎ拡散領域内の活性層のバンドギャップは非拡散領域の活性層のバンドギャップより大きくなる。このバンドギャップの増加量はＰＬ波長の短波長側への波長シフト量として確認できる。ここで、端面窓構造を有する従来の７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置では、６００℃で４５分間の熱処理を行って得られる波長シフト量は１０ｎｍであり、バンドギャップ増加量にすると２０ｍｅＶ程度である。一方、端面窓構造を有する６５０ｎｍ帯ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置では、同様に６００℃で４５分間の熱処理により得られる波長シフト量は４０ｎｍであり、バンドギャップ増加量としては１２０ｍｅＶ程度である。７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザにおいて、同様のエネルギーシフト量を得るためにはアニール時間を５５分と長くする必要がある。この差は、ＡｌＧａＡｓ系とＡｌＧａＩｎＰ系混晶では、無秩序化をおこすことのできる活性層内のＺｎ濃度に差があることに起因する。すなわち、ＡｌＧａＡｓ系混晶ではＺｎ濃度を１０倍程度高くする必要がある。したがって、前述のようにＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とからなる活性層を有する７８０ｎｍ帯系半導体レーザ装置では、活性層を無秩序化するのに要するアニール時間が長くなってしまう。アニール時間を短くする方法としてはアニール温度を上げることが考えられるが、長時間及び高温でのアニールはいずれも端面窓部以外の領域へのドーパントの拡散や点欠陥の発生を誘発するため、動作電流の増加や寿命特性に悪影響を与えるという課題があった。
【００２４】
また、同一基板上に７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ構造体及び６５０ｎｍ帯ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ構造体を備える２波長半導体レーザ装置を作製する場合において、過剰な熱処理を避けるために一回のＺｎ拡散で端面窓構造の同時形成を行っている。しかし、前述のように７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ構造体の活性層は無秩序化の遅いＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層からなる多重量子井戸構造であるため、活性層の無秩序化に要するアニール時間が６５０ｎｍ帯レーザ構造体のそれよりも長くなってしまう。そのため、６５０ｎｍ帯レーザ構造体に対して１０分程度の過剰な熱処理を行うこととなり、その結果、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層に挟まれたｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層の平均組成化が進行してしまう。これにより、Ｚｎ拡散領域において、リッジストライプ形成時のウェットエッチングの選択性が低下し、前記エッチング停止層でエッチングが停止せずにＧａＡｓ基板もしくは活性層近傍までエッチングが進行してしまい、Ｚｎ拡散領域と非拡散領域とでエッチング量が不均一となってしまう。このことはデバイス特性に悪影響を与え、歩留まり低下の要因となっていた。
【００２５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザを、特性を劣化させることなく、安定して製造することを目的とする。さらに、同一基板上に複数の発振波長の異なる半導体レーザ装置を集積し、それぞれに端面窓構造を適用する場合においても、エッチング停止層の選択性を維持しながら端面窓構造を形成するとともに、製造歩留まり及び信頼性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の半導体レーザ装置は、端面窓構造を備える半導体レーザ装置であって、半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成されてＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層およびＰを含有する障壁層とから構成される多重量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形成される第２導電型クラッド層とを有することを特徴とする。
【００２７】
請求項２記載の半導体レーザ装置は、半導体基板上に発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体がモノリシックに形成され端面窓構造を備える２波長半導体レーザ装置であって、少なくともどちらか一方の半導体レーザ構造体がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層とＰを含有する障壁層とから構成される多重量子井戸構造の活性層を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の半導体レーザ装置は、請求項２記載の半導体レーザ装置において、前記２つの半導体レーザ構造体がそれぞれ第１の第１導電型クラッド層と、第１導電型エッチング停止層と、第２の第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層とが積層されて成ることを特徴とする。
【００２９】
請求項４記載の半導体レーザ装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、前記障壁層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）よりなることを特徴とする。
【００３０】
請求項５記載の半導体レーザ装置は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、一方の半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有し、もう一方の半導体レーザ構造体の活性層がＧａＩｎＰ量子井戸層と障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項６記載の半導体レーザ装置の製造方法は、不純物を拡散して形成した端面窓構造を備える半導体レーザ装置の製造方法であって、半導体基板上に、第１導電型クラッド層と、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層およびＰを含有する障壁層とから構成される量子井戸構造の活性層と、第２導電型クラッド層とを順次積層してダブルへテロ構造の積層体を形成する工程と、前記積層体上に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して前記材料膜から不純物を前記積層体の端面に拡散させる工程とを有することを特徴とする。
【００３２】
請求項７記載の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に発振波長の異なる２つの半導体レーザ構造体がモノリシックに形成され不純物を拡散して形成した端面窓構造を備える２波長半導体レーザ装置の製造方法であって、前記半導体基板上に、第１の第１導電型クラッド層と、第一の発振波長を有する多重量子井戸構造の活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、リッジストライプを形成するためのエッチング停止層と、第２の第２導電型クラッド層とを順次積層してダブルへテロ構造を有する第１の半導体レーザ構造体を形成する工程と、前記第１の積層体の一部を除去する工程と、前記除去された領域に別の第２の第１導電型クラッド層と、第一の積層体とは異なる発振波長を有する多重量子井戸構造の活性層と、第３の第２導電型クラッド層と、リッジストライプを形成するためのエッチング停止層と、第４の第２導電型クラッド層を順次積層してダブルへテロ構造の第２の半導体レーザ構造体を形成する工程と、前記第１の半導体レーザ構造体及び前記第２の半導体レーザ構造体上に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して前記材料膜から不純物をダブルへテロ構造の端面に拡散させる工程とを有し、少なくともいずれかの半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層とＰを含有する障壁層とから構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項８記載の半導体レーザ装置の製造方法は、請求項６または請求項７のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法において、前記障壁層が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）よりなることを特徴とする。
【００３４】
請求項９記載の半導体レーザ装置の製造方法は、請求項７記載の半導体レーザ装置の製造方法において、一方の前記半導体レーザ構造体の活性層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）量子井戸層と（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有し、もう一方の前記半導体レーザ構造体の活性層がＧａＩｎＰ量子井戸層と障壁層とから構成される多重量子井戸構造を有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０記載の半導体レーザ装置の製造方法は、請求項６または請求項７または請求項８または請求項９のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法において、前記不純物がＺｎであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、赤外半導体レーザ装置において、従来のＡｌＧａＡｓより無秩序化させるためのＺｎ濃度が低いＡｌＧａＩｎＰを障壁層に用いることで、Ｚｎ拡散領域内の活性層を無秩序化させるために必要なＺｎ拡散量が低減される。その結果、無秩序化による端面窓構造を形成するのに要する時間を短縮でき、特性を劣化させることなく端面窓構造を有するリッジストライプ型半導体レーザの安定生産が実現できる。
【００３７】
また、赤外半導体レーザ及び赤色半導体レーザからなる２波長半導体レーザ装置においても、赤外半導体レーザの障壁層に従来のＡｌＧａＡｓより無秩序化させるためのＺｎ濃度が低いＡｌＧａＩｎＰを障壁層に用いることで、無秩序化させるために必要なＺｎ拡散量が低減され、Ｚｎ拡散領域内の活性層の無秩序化に要するアニール時間の短縮が可能になる。その結果、赤色半導体レーザ領域における過剰な熱処理が回避され、エッチング停止層の選択性低下を抑制できるとともに、１回のＺｎ拡散工程でそれぞれのレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく実施することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、ＧａＡｓ基板上に形成され、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ井戸層（０≦ｘ≦１）を有し、端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ等の半導体レーザにおいて、障壁層に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）等のＰを含む層を用いることにより、Ｚｎ等の不純物の拡散による活性層の無秩序化を促進させ、端面窓構造を形成するのに要するアニール時間を短縮させることができる。例えば、不純物をＺｎとして、６００℃で４５分間の熱処理を行って得られる波長シフト量は４０ｎｍとなり、従来よりも１０分間のアニール時間短縮が可能となる。
【００３９】
また、同一基板上に７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ構造体と６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ構造体が集積され、且つどちらも端面窓構造を有する２波長半導体レーザにおいて、７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザの障壁層に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１）等のＰを含む層を用いることにより、７８０ｎｍ帯半導体レーザの端面窓構造を形成するのに要するアニール時間が短縮できるとともに、同時にＺｎ等の不純物の拡散を行っても、両方のレーザで同程度の活性層の無秩序化をバランス良く行うことが可能になる。不純物をＺｎとして、例えば、６００℃で４５分間の熱処理を行って得られる波長シフト量は７８０ｎｍ帯レーザ構造体と６５０ｎｍ帯レーザ構造体でともに４０ｎｍとなり、従来よりも１０分間のアニール時間短縮が可能となる。また、このアニール時間短縮に伴い、６５０ｎｍ帯半導体レーザにおける過剰な熱処理によるエッチング停止層の平均組成化が抑制され、ウェットエッチング時の選択性の維持が可能となる。その結果、リッジストライプ形成時におけるＺｎ等の不純物の拡散領域と非拡散領域でのエッチング量の不均一が発生しなくなり、再現性良く、特性の良好な２波長半導体レーザが生産できるようになる。
【００４０】
さらに、同一基板上に複数の発振波長の異なる半導体レーザ装置を集積し、少なくとも一つの活性層がＡｌＧａＡｓ系混晶の井戸層を有しかつそれぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、それぞれのエッチング停止層の選択性を維持したまま、いずれのレーザでも同程度のＺｎ拡散をバランス良く行うことが可能となり、特性の良好な多波長半導体レーザを再現性良く、生産できるようになる。
【００４１】
以下に本発明の具体的な実施形態に関して、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
本発明の、第１の実施形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。
【００４２】
図１は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、第１の実施形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置である。図２は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図である。
【００４３】
図１において、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、１０３はＧａＡｓ井戸層３ｎｍとＧａＩｎＰ障壁層４ｎｍから構成された多重量子井戸構造の活性層、１０４はｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（２．８×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）、１０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層９ｎｍ、１０６はｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、１０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、１０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２０ｎｍ）、１０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層である。ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層１０６は、レーザの横モード制御を実現するためにリッジ形状のストライプとして形成されている。１１１はレーザ共振器端面に端面窓構造を形成するためにＺｎを固相拡散させた不純物拡散領域である。また、１１２、１１３はそれぞれｎ側電極、ｐ側電極である。
【００４４】
本構造において、共振器端面部にはリッジ形状のストライプに対して垂直方向にＺｎを拡散した不純物拡散領域１１１が形成されている。この不純物拡散領域１１１内の活性層では多重量子井戸層が無秩序化され、井戸層と障壁層とが平均組成化されることにより、バンドギャップが非拡散領域に対して大きくなっている。例えば、上記構造における量子井戸構造からのＰＬ波長は、非拡散領域では７８０ｎｍに対し、Ｚｎ拡散領域では７４０ｎｍと４０ｎｍ短波長側へシフトしている。このため、非拡散領域で放出されたレーザ光に対して、拡散領域は透明であり、非吸収領域として機能する。これにより、レーザ端面での光吸収が抑制され、安定した高出力動作が可能になる。
【００４５】
上記構成のように、従来のＡｌＧａＡｓより無秩序化しやすいＡｌＧａＩｎＰを障壁層に用いることで、Ｚｎ拡散領域内の活性層の無秩序化が促進され、無秩序化による端面窓構造を形成するのに要する時間を短縮でき、端面窓構造を有するリッジストライプ型半導体レーザの安定生産が実現できる。
【００４６】
次に、本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）１０２、ＧａＡｓ井戸層３ｎｍとＧａＩｎＰ障壁層４ｎｍから構成された多重量子井戸構造の活性層１０３、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（２．８×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）１０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）１０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２００ｎｍ）を順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示すように、上記積層体の上面にＳｉＯ２膜１１４を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に７００μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜１１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウェットエッチングにより除去する。
【００４８】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜１１４及びＺｎＯ膜１１５の上面全体にＳｉＯ２膜１１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理を行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜１１５を拡散源として、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８の上面からｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層１０２まで達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより端面部においてＧａＡｓ量子井戸層とＧａＩｎＰ障壁層とから構成された多重量子井戸構造の活性層１０３は無秩序化される。この無秩序化された量子井戸はそのバンドギャップが無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、レーザ光に対して非吸収領域として機能する。
【００４９】
次に、Ｓｉ０２膜１１６、ＺｎＯ膜１１５及びＳｉ０２膜１１４をウェットエッチングにより除去した後、積層体の上面に再度ＳｉＯ２膜１１７を形成し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、３μｍ幅のストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。その後、図２（ｄ）に示すように、このＳｉＯ２膜１１７からなるストライプをマスクとして、ウェットエッチングによりｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８とｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続層１０７を除去する。次いで、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層１０６を選択的に除去できるエッチャント、例えば、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとでエッチング速度の著しく異なるエッチャントである硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層１０６のリッジストライプを形成するとともに被エッチング領域にｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５を表出させる。
【００５０】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法によりストライプ状のＳｉＯ２膜１１７をマスクとして用いて、リッジ側面部にｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０９を選択成長させる。その後、ＳｉＯ２膜１１７をウェットエッチングにより除去し、図２（ｆ）に示すように、再度、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を上面全体に成長させる。最後に、ｎ側及びｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域１１１内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【００５１】
以上のような製造方法、すなわち障壁層にＧａＩｎＰ等のＰ化合物を用いることによって、活性層の無秩序化が従来のＡｌＧａＡｓを用いた場合よりも少ないＺｎ拡散量でおこるため、端面窓構造を形成する際のアニール時間を著しく短縮することが可能となり、特性を劣化させることなく安定して製造することが可能となる。
（第２の実施形態）
図３は第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、赤外半導体レーザと赤色半導体レーザよりなる２波長半導体レーザ装置である。図２は第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図である。
【００５２】
図３において３０１はｎ型ＧａＡｓ基板である。Ａ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置）において、３０２ａはｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、３０３ａはＧａＡｓ井戸層３ｎｍとＧａＩｎＰ障壁層４ｎｍからなる多重量子井戸構造の活性層、３０４ａはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（２．８×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）、３０５ａはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ａはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、３０７ａはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、３０８ａはｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２００ｎｍ）、３０９ａはｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、３１０ａはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ａは、レーザの横モード制御のためにリッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ａはレーザ共振器端面に端面窓構造を形成するためにＺｎを固相拡散させた不純物拡散領域である。また、３１２、３１３ａはそれぞれｎ側電極、ｐ側電極である。
【００５３】
また、Ｂ領域（６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置）において、３０２ｂはｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）、３０３ｂはＧａＩｎＰ井戸層６ｎｍと（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ障壁層４ｎｍからなる多重量子井戸構造の活性層、３０４ｂはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（６．０×１０１７ｃｍ−３、１５０ｎｍ）、３０５ｂはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ｂはｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、３０７ｂはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、３０８ｂはｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、２００ｎｍ）、３０９ｂはｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、３１０ｂはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。Ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ｂは、レーザの横モード制御のためにリッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ｂはレーザ共振器端面に端面窓構造を形成するためにＺｎを固相拡散させた不純物拡散領域である。また、３１３ｂはｐ側電極である。
【００５４】
この構成により、Ａ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ、装置）において、障壁層にＡｌＧａＡｓよりも低いＺｎ濃度で無秩序化するＡｌＧａＩｎＰ等のＰ化合物を用いているので活性層の無秩序化が促進され、活性層の無秩序化による端面窓構造形成に要するアニール時間の短縮が可能になる。その結果、エッチング停止層３０５ａ及び３０５ｂの選択性低下を抑制できるとともに、１回のＺｎ拡散工程でそれぞれのレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく実施することが出来る。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）３０２ａ、ＧａＡｓ井戸層３ｎｍとＧａＩｎＰ障壁層４ｎｍから構成された多重量子井戸構造の活性層３０３ａ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層（２．８×１０１７ｃｍ−３、１８０ｎｍ）３０４ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ（９ｎｍ）、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）３０６ａ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）３０７ａ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）３０８ａを順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。
【００５６】
次に、上記ダブルへテロ構造上にＳｉＯ２膜を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、Ａ領域形成領域を覆うマスクパターンを形成する。その後、このマスクパターンを用いて選択的にウェットエッチングし、Ｂ領域形成領域に形成されているダブルへテロ構造を基板に達するまで除去してＡ領域を形成し、マスクパターンであるＳｉＯ２膜をウェットエッチングにより除去する。
【００５７】
次に、図４（ｂ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、Ａ領域上を含む前記ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層（１．０×１０１８ｃｍ−３、３０００ｎｍ）３０２ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層６ｎｍと（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ障壁層４ｎｍとから構成される多重量子井戸構造の活性層３０３ｂ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層３０４ｂ（６．０×１０１７ｃｍ−３、１５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ｂ（９ｎｍ）、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ｂ（１．０×１０１８ｃｍ−３、１４００ｎｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ｂ（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８ｂ（２．０×１０１８ｃｍ−３、４０ｎｍ）を順次形成し、ダブルへテロ構造を有する積層体を作製する。その後、Ａ領域上の堆積物をウェットエッチングにより除去する。
【００５８】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ａ，Ｂ両領域上に、再度ＳｉＯ２膜３１４を堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向に対し垂直方向に７００μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜３１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウェットエッチングにより除去する。
【００５９】
次に、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ０２膜３１４及びＺｎＯ膜３１５の上面全体にＳｉＯ２膜３１６ａ及びＳｉＯ２膜３１６ｂを堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜３１５を拡散源としてｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８ａ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８ｂ上面からｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層３０２ａ、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層３０２ｂに達するようにＺｎの固相拡散を行う。これにより、拡散領域内の量子井戸構造の活性層は無秩序化される。この無秩序化された量子井戸はそのバンドギャップが無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、レーザ光に対して非吸収領域として機能する。
【００６０】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ２膜３１６ａ及びＳｉＯ２膜３１６ｂ、ＺｎＯ膜３１５及びＳｉＯ２膜３１４をウェットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再度Ｓｉ０２膜３１７ａ及びＳｉ０２膜３１７ｂを堆積し、ウェットエッチングによりパターニングを行い、例えば、Ａ領域で３μｍ幅、Ｂ領域で２μｍ幅となるストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ２膜からなるストライプをマスクとして、ウェットエッチングによりｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８ａ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８ｂとｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ａ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ｂとを除去する。次いで、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ａ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ｂを選択的に除去できるエッチャント、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ａ、ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層３０６ｂのリッジストライプを形成するとともに、被エッチング領域においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ｂを表出させる。
【００６１】
次に、ＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ２膜３１７ａ、ＳｉＯ２膜３１７ｂを選択成長のマスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層３０９ａ、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層３０９ｂを成長する。その後、リッジストライプ上面のＳｉＯ２膜３１７ａ、ＳｉＯ２膜３１７ｂをウェットエッチングにより除去し、再度ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ａ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ｂを積層体の上面全体に成長する。最後に、ｎ側及びｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、図４（ｆ）に示すようなＡ領域、Ｂ領域からなる２種類のレーザを同一基板上に集積した２波長レーザチップとする。
【００６２】
以上のような製造方法、すなわち、Ａ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ）の活性層において、ＧａＡｓ井戸層と、ＡｌＧａＡｓよりも低いＺｎ濃度で無秩序化するＡｌＧａＩｎＰ等のＰ化合物との多重量子井戸構造とすることによりＡ領域での活性層の無秩序化を促進し、端面窓構造を形成するのに要するアニール時間を短縮することが可能になる。その結果、良好な端面窓構造と形成する条件として、アニール時間はアニール温度６００℃において両領域とも４５分となり、両方のレーザ構造が有する量子井戸よりなる活性層３０３ａ、活性層３０３ｂの無秩序化をよりバランス良く行うことが可能となる。例えば、不純物としてＺｎを用いた場合、量子井戸構造からのＰＬ波長はＡ領域、Ｂ領域において、非拡散領域でそれぞれ７８０ｎｍ、６５０ｎｍに対し、Ｚｎ拡散領域で７４０ｎｍ、６１０ｎｍと短波長化している。したがって、非拡散領域の活性層から放出されたレーザ光に対して拡散領域は透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。さらに、アニール時間短縮に伴い、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ｂの平均組成化によるウェットエッチングの選択性低下が抑制され、再現性良く端面窓構造を有するリッジストライプ型半導体レーザの生産が実現できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、端面窓構造を有するリッジストライプ型半導体レーザの安定生産が実現でき、高出力動作可能な端面窓構造を備えた半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図２】第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図３】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図４】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図５】従来の端面窓構造を有する赤外半導体レーザ装置を示す斜視図
【図６】従来の端面窓構造を有する赤外半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図７】従来の端面窓構造を有する２波長半導体レーザ装置を示す斜視図
【図８】従来の端面窓構造を有する２波長半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【符号の説明】
【００６５】
１０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
１０３    活性層
１０４    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
１０５    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
１０６    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
１０７    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
１０８    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１０９    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１１０    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１    不純物拡散領域
１１２    ｎ側電極
１１３    ｐ側電極
１１４    ＳｉＯ２膜
１１５    ＺｎＯ膜
１１６    ＳｉＯ２膜
１１７    ＳｉＯ２膜
３０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２ａ    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
３０２ｂ    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
３０３ａ    活性層
３０３ｂ    活性層
３０４ａ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
３０４ｂ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
３０５ａ    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
３０５ｂ    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
３０６ａ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
３０６ｂ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
３０７ａ    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
３０７ｂ    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
３０８ａ    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０８ｂ    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０９ａ    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
３０９ｂ    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
３１０ａ    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１０ｂ    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１１ａ    不純物拡散領域
３１１ｂ    不純物拡散領域
３１２    ｎ側電極
３１３ａ    ｐ側電極
３１３ｂ    ｐ側電極
３１４    ＳｉＯ２膜
３１５    ＺｎＯ膜
３１６ａ    ＳｉＯ２膜
３１６ｂ    ＳｉＯ２膜
３１７ａ    ＳｉＯ２膜
３１７ｂ    ＳｉＯ２膜
５０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
５０２    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
５０３    活性層
５０４    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
５０５    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
５０６    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
５０７    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
５０８    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
５０９    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
５１０    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１１    不純物拡散領域
５１２    ｎ側電極
５１３    ｐ側電極
５１４    ＳｉＯ２膜
５１５    ＺｎＯ膜
５１６    ＳｉＯ２膜
５１７    ＳｉＯ２膜
７０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
７０２ａ    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
７０２ｂ    ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐクラッド層
７０３ａ    活性層
７０３ｂ    活性層
７０４ａ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
７０４ｂ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第１クラッド層
７０５ａ    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
７０５ｂ    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
７０６ａ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
７０６ｂ    ｐ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）０．５０Ｉｎ０．５０Ｐ第２クラッド層
７０７ａ    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
７０７ｂ    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
７０８ａ    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
７０８ｂ    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
７０９ａ    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
７０９ｂ    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
７１０ａ    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７１０ｂ    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７１１ａ    不純物拡散領域
７１１ｂ    不純物拡散領域
７１２    ｎ側電極
７１３ａ    ｐ側電極
７１３ｂ    ｐ側電極
７１４    ＳｉＯ２膜
７１５    ＺｎＯ膜
７１６ａ    ＳｉＯ２膜
７１６ｂ    ＳｉＯ２膜
７１７ａ    ＳｉＯ２膜
７１７ｂ    ＳｉＯ２膜
【図１】
2007201300.tif 000003
【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】
2007201300.tif 000009
【図８】
2007201300.tif 000010