(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、第一導電型の下クラッド層、下ガイド層、井戸層とバリア層からなる量子井戸活性層、上ガイド層および第二導電型の上クラッド層を順次設けた半導体レーザ装置の製造方法において、
上記複数の層のうち少なくとも一つの層はＶ族元素としてＰを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるＰ系層であり、
このＰ系層を第一の成長温度で結晶成長させる工程と、
上記Ｐ系層の上において、Ｖ族元素としてＰを含まずＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるＡｓ系層を上記第一の成長温度とほぼ同一の成長温度で成長を開始し、その後、第二の成長温度まで上げながら成長させる工程と
を備え、
上記第一の成長温度が６００℃以上６８０℃以下であり、
上記第二の成長温度が７００℃以上７８０℃以下である
ことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、上記Ａｓ系層を成長させる前に、上記Ｐ系層の直上に、一層または複数層の別のＡｓ系層を上記第一の成長温度とほぼ同一の温度で成長させ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３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、上記Ｐ系層は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰであ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４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の半導体レーザ装置の製造方法において、上記Ａｓ系層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＡｓであることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置において、量子井戸構造（井戸層およびバリア層）をＡｌフリー（Ａｌ非存在）にし、高出力化・長寿命化を目指す開発がなされてきている。これは、共振器端面にＡｌが存在すると、その共振器端面において表面準位が生じて、光学損傷（ＣＯＤ）が起きやすくて高出力化・長寿命化・高信頼性に対して不利だからである。
【０００３】
たとえば、Japan Journal of Applied Physics Vol. 38 (1999) ｐp.  L387-L389に、活性領域がＡｌフリーの半導体レーザ装置に関する報告がなされている。この半導体レーザ装置は、図１１に示すように、ＧａＡｓ基板３０１上に、ＧａＡｓバッファ層３０２、Ａｌ０．６３Ｇａ０．３７Ａｓ下クラッド層３０３、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ下ガイド層３０４、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６Ｐバリア層３０５、Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ａｓ０．７５Ｐ０．２５井戸層３０６、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６Ｐバリア層３０７、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ上ガイド層３０８、Ａｌ０．６３Ｇａ０．３７Ａｓ上クラッド層３０９およびキャップ層３１０を順次積層してなる。
【０００４】
一般的に、Ａｌフリー半導体層とＡｌＧａＡｓ系層とでは最適な成長温度が異なる。たとえば、ＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓＰなどは、ＡｌＧａＡｓ系に比べて成長温度が低い。そこで、Ａｌフリー半導体層を積層した後にＡｌＧａＡｓ系層を積層する場合は、Ａｌフリー半導体層を積層した後に結晶成長を中断し、昇温してからＡｌＧａＡｓ系層を成長させる必要がある。
【０００５】
ところが、結晶成長の中断中にＡｌフリー半導体層が最表面となって露出したままなので、温度が上昇すると、Ｐが脱離（再蒸発）してしまい、Ａｌフリー半導体層−ＡｌＧａＡｓ系層界面において、粗さが大きくなってしまう。
【０００６】
この問題を防ぐために、上記従来の半導体レーザ装置は、一定温度でＡｌフリー半導体層とＡｌＧａＡｓ系層を連続的に成長させている。このため、結晶成長の中断がなくて、Ａｌフリー層が中断時に最表面に露出されることがないという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ装置では、上記ＡｌＧａＡｓ系層を連続的に結晶成長させときの成長温度が７２０℃であり、この温度はＡｌフリー半導体層に対しては高温である。たとえば、ＩｎＧａＡｓＰの最適成長温度は約６５０℃といわれている。よって、連続成長といえども、成長温度が７２０℃ではＰが脱離しやすく、表面が粗れるという問題が残っており、半導体レーザ装置の劣化のしやすさ・信頼性の悪化につながっていた。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、たとえば、ＧａＡｓ基板上に積層されたＰを含むＡｌフリーのＰ系半導体層である量子井戸活性層の上に、主成分としてＰを含まない非Ｐ系半導体層が積層されている半導体レーザ装置において、上記Ｐ系半導体層と非Ｐ系半導体層との界面の結晶性を改善して、高出力・高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【００１０】
本明細書では、第一導電型とはｎ型またはｐ型を言い、第一導電型がｎ型であるときは、第二導電型はｐ型になり、第一導電型がｐ型であるときは、第二導電型はｎ型になる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、
ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、第一導電型の下クラッド層、下ガイド層、井戸層とバリア層からなる量子井戸活性層、上ガイド層および第二導電型の上クラッド層を順次設けた半導体レーザ装置の製造方法において、
上記複数の層のうち少なくとも一つの層はＶ族元素としてＰを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるＰ系層であり、
このＰ系層を第一の成長温度で結晶成長させる工程と、
上記Ｐ系層の上において、Ｖ族元素としてＰを含まずＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるＡｓ系層を上記第一の成長温度とほぼ同一の成長温度で成長を開始し、その後、第二の成長温度まで上げながら成長させる工程と
を備え、
上記第一の成長温度が６００℃以上６８０℃以下であり、
上記第二の成長温度が７００℃以上７８０℃以下である
ことを特徴としている。
【００２７】
上記発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、上記Ｐ系層の上において、つまり、上記Ｐ系層の直上または上記Ｐ系層の上に層を介在させて上に、上記Ａｓ系層を、上記Ｐ系層の成長温度である第一の成長温度とほぼ同一の成長温度で成長を開始し、その後、第二の成長温度まで上げながら成長させるので、上記Ｐ系層からのＰの脱離を低減して、上記Ｐ系層と上記Ａｓ系層との間の界面の粗さの大きさを２０Å以下にまで下げることができる。したがって、本発明によれば、高信頼性・長寿命な高出力の半導体レーザ装置を作製できる。
さらに、上記発明によれば、上記Ｐ系層は、成長により適した６００℃以上６８０℃以下の第一の成長温度で成長するので、結晶性が良好になって、Ａｓ系層との界面が改善される。したがって、高信頼性・長寿命な高出力の半導体レーザ装置を作製することができる。
さらにまた、上記発明によれば、上記Ａｓ系層は、成長により適した７００℃以上７８０℃以下の第二の成長温度で成長するので、結晶性が良好になって、Ｐ系層との界面が改善される。したがって、高信頼性・長寿命な高出力の半導体レーザ装置を作製することができる。
【００２８】
また、１実施の形態では、上記Ａｓ系層を成長させる前に、上記Ｐ系層の直上に、一層または複数層の別のＡｓ系層を上記第一の成長温度とほぼ同一の温度で成長させる。
【００２９】
上記実施の形態では、上記Ｐ系層の直上に、一層または複数層の上記別のＡｓ系層を上記Ｐ系層の成長温度である第一の成長温度とほぼ同一の温度で成長させるから、上記Ｐ系層からより好適にＰの脱離を低減して、Ｐ系層の界面の粗さの大きさを２０Å以下にまで下げることができる。したがって、高信頼性・長寿命な高出力の半導体レーザ装置を作製できる。
【００３０】
また、１実施の形態では、上記Ｐ系層は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる。
【００３１】
また、１実施の形態では、上記Ａｓ系層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＡｓからなる。
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法に係る半導体レーザ装置の構造を示したものである。この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下クラッド層１０３、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一下ガイド層１０４、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二下ガイド層１２４、多重歪量子井戸活性層１０５、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二上ガイド層１２６、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一上ガイド層１０６、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第一上クラッド層１０７およびｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層１０８を順次積層している。このエッチングストップ層１０８上に、メサストライプ形状のｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第二上クラッド層１０９およびＧａＡｓ保護層１１０を設けると共に、上記メサストライプ形状のｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第二上クラッド層１０９およびＧａＡｓ保護層１１０の両側を、ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第一ブロック層１１２、ｎ−ＧａＡｓ第二ブロック層１１３およびｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１４からなる光・電流狭窄領域で埋め込み、さらに、全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層１１６を設けている。この半導体レーザ装置は、メサストライプ部１２１ａと、そのメサストライプ部１２１ａの両側方のメサストライプ部側方部１２１b，１２１ｂとを有する。
【００３７】
次に、図２〜図４を参照しながら、上記半導体レーザ装置の作製方法を説明する。
【００３８】
まず、図２に示すように、（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下クラッド層１０３（層厚２．０μｍ）、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一下ガイド層１０４（層厚４３ｎｍ）、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二下ガイド層１２４（層厚２．０ｎｍ）、図示しないＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６９Ｐ０．３１圧縮歪井戸層（歪０．３５％、層厚６０Å、２層）とＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８引張歪バリア層（歪−１．０％、基板側から層厚５５Å・５０Å・５５Åの３層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層１０５、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二上ガイド層１２６（層厚２．０ｎｍ）、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一上ガイド層１０６（層厚４３ｎｍ）、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第一上クラッド層１０７（層厚０．２３５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層１０８（層厚３０Å）、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第二上クラッド層１０９（層厚１．２μｍ）およびＧａＡｓ保護層１１０（層厚０．７５μｍ）を順次有機金属化学気相成長法にて結晶成長させる。
【００３９】
また、上記有機金属化学気相成長法による成長温度は、図５の成長温度プロファイルに示すように、上記バッファ層１０２から上記下クラッド層１０３までが７５０℃である。そして、上記第一下ガイド層１０４の成長温度は、成長開始時には７５０℃であるが、成長とともに徐々に成長温度を下降させて、終了時までに６５０℃に降温させておく。そして、６５０℃の成長温度で、上記第二下ガイド層１２４、上記量子井戸活性層１０５および上記第二上ガイド層１２６を順次積層する。上記第一上ガイド層１０６の成長温度は、成長開始時は６５０℃であり、成長と同時に成長温度の上昇を開始して、成長終了時まで徐々に昇温して、成長終了時に７５０℃にする。
【００４０】
次に、７５０℃の成長温度で、上記第一上クラッド層１０７、エッチングストップ層１０８、第二上クラッド層１０９および保護層１１０を順次成長して、積層する。
【００４１】
さらに、図２に示すように、前述のメサストライプ部１２１ａを形成する部分に、レジストマスク１１１をストライプ方向が（０１１）方向を持つように写真工程により作製する。
【００４２】
次に、図３に示すように、上記レジストマスク部１１１以外の部分をエッチングし、その後、上記レジストマスク１１１を除去して、メサストライプ部１２１ａを形成する。上記エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液およびフッ酸を用いて二段階で行い、エッチングストップ層１０８直上まで行う。ＧａＡｓはフッ酸によるエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。エッチングの深さは１．９５μm、メサストライプ部１２１ａの幅はエッチングストップ層１０８直上で約２．５μmである。
【００４３】
続いて、図４に示すように、上記エッチングストップ層１０８および保護層１１０上に、ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第一ブロック層１１２（層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第二ブロック層１１３（層厚０．３μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１４（層厚１．０５μｍ）を順次有機金属結晶成長させて、光・電流狭窄領域を形成する。その後、写真工程により、上記メサストライプ部側方部１２１ｂ，１２１ｂ上にのみレジストマスク１１５を形成する。
【００４４】
続いて、上記メサストライプ部１２１ａ上の平坦化層１１４、第二ブロック層１１３および第一ブロック層１１２をエッチングにより除去する。このエッチングには、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液および硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、二段階でエッチングを行う。その後、上記レジストマスク１１５を除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１６（層厚２．０μｍ）を積層する。このようにして、図１に示す構造の半導体レーザ装置を作製することができる。
【００４５】
本実施の形態１においては、上記多重歪量子井戸活性層１０５のＧａＡｓＰからなる上記バリア層を積層した直後に、ＡｌＧａＡｓからなる上記第二上ガイド層１２６を積層しているが、この第二上ガイド層１２６はＰ系層に適した成長温度である６５０℃のままで成長させているので、上記バリア層からのＰの脱離を低減して界面の粗さの大きさを２０Å以下にまで下げることができた。ここでいう界面の粗さを示した模式図を図６に示す。本実施の形態１の半導体レーザ装置を信頼性試験にかけたところ、８５℃、２００ｍＷでも、５０００時間以上安定に動作することが確認された。このことにより、高出力化・高信頼性化・長寿命化という効果が得られることが分る。
【００４６】
また、本実施の形態１においては、上記Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二上ガイド層１２６の形成は、低温（６５０℃）でのＡｌＧａＡｓの成長によっているが、この温度より高い成長温度にて積層する上記Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一上ガイド層１０６よりもＡｌ混晶比が低いので、活性なＡｌへの酸素の付着が低減されることからも上記と同様な効果が得られた。
【００４７】
また、本実施の形態１においては、上記ＡｌＧａＡｓからなる第二下ガイド層１２４と、上記多重歪量子井戸活性層１０５のＧａＡｓＰからなる上記バリア層との界面では、成長温度に変化がなく、また、成長中断もないので、ＡｌＧａＡｓ第二下ガイド層１２４が低温のまま最表面で露出している時間が少なくて、活性なＡｌへの酸素の付着が低減されることからも上記と同様な効果が得られた。また、低温で、ＡｌＧａＡｓ第二下ガイド層１２４とＡｌフリーな半導体層（多重歪量子井戸活性層１０５のＧａＡｓＰからなるバリア層）との連続成長をするために、上記第一下ガイド層１０４を積層する際に、成長温度を７５０℃から６５０℃へと徐々に下げている。低温で、ＡｌＧａＡｓ第二下ガイド層１２４の成長を行うと、高温時よりもＡｌへ酸素が付着しやすいのだが、低温成長させる上記Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第二下ガイド層１２４では、Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ第一下ガイド層１０４よりもＡｌ混晶比を下げているため、酸素の付着が低減して、このことからも上記と同様な効果が得られた。
【００４８】
また、本実施の形態１においては、ＧａＡｓ基板１０１上に、上記ＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪井戸層を含む多重歪量子井戸活性層１０５を設けているため、特に７８０ｎｍ帯において高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現された。また、上記圧縮歪井戸層の圧縮歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。ここでいう歪量とは、ＧａＡｓ基板１０１の格子定数をａＧａＡｓ、井戸層の格子定数をａ１とすると、（ａ１−ａＧａＡｓ）／ａＧａＡｓで表される。この値が正であれば圧縮歪、負であれば引張歪と呼ばれる。
【００４９】
また、本実施の形態１においては、７８０ｎｍ帯として上記圧縮歪井戸層の組成比を変化させて圧縮歪量を増加させた場合、圧縮歪量３．５％を越える領域においては試作された半導体レーザ装置の信頼性が悪くなる傾向が見られたため、安定した膜厚で半導体レーザ装置を作製するためには、上記圧縮歪井戸層の圧縮歪量は３．５％以内であることが望ましい。
【００５０】
また、本実施の形態１においては、上記ＩｎＧａＡｓＰからなる引張歪バリア層を用いて、圧縮歪を有する上記圧縮歪井戸層に対してその圧縮歪量を補償しているので、より安定した結晶をもつ多重歪量子井戸活性層１０５を作製することができて、高信頼性を有する半導体レーザ装置を実現することができた。また、上記引張歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。また、上記引張歪量を増加させた場合、引張歪量３．５％を越える領域においては試作された半導体レーザ装置の信頼性が悪くなる傾向が見られたため、安定した膜厚で半導体レーザ装置を作製するためには、上記引張歪バリア層の引張歪量は３．５％以内であることが望ましい。
【００５１】
また、本実施の形態１においては、上記第二上ガイド層１２６および上記下第二ガイド層１２４がＡｌＧａＡｓからなり、かつ、上記多重歪量子井戸活性層１０５は、上記両ガイド層１２６，１２４に接する部分がＧａＡｓＰ引張歪バリア層（障壁層）であることにより、発光再結合のおこるＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層にはＡｌＧａＡｓは隣接させないことによって信頼性を確保しながら、キャリアのオーバーフローはＡｌＧａＡｓのコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）により十分に抑制する効果を得ることができた。通常、高信頼性を得るためにＡｌフリーの半導体レーザ装置を作る場合、ガイド層、クラッド層までＩｎＧａＰなどで全てＡｌフリーな層とする。しかし、本実施の形態１では、発振波長７８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪井戸層に対するコンダクションバンドのエネルギー差（ΔＥｃ）、バレンスバンドのエネルギー差（ΔＥｖ）がバランスよく得られるＡｌ混晶比が０．２より大きいＡｌＧａＡｓを、ガイド層１２４，１２６として、信頼性に影響のない範囲まで可能な限り圧縮歪井戸層に近づけて設けている。また、上記圧縮歪井戸層とガイド層１２４，１２６との間には、ＡｌフリーであるＧａＡｓＰ系の薄い引張歪バリア層を設けている。これにより、上記効果を得ている。また、上記圧縮歪井戸層とその両側の引張歪バリア層のみをＡｌフリーとし、ガイド層１２４，１０４，１２６，１０６およびクラッド層１０３，１０７，１０９等の外側の層はＡｌを含む層にすることで、十分高い信頼性を得ることができる。発光部である上記圧縮歪井戸層に隣接する引張歪バリア層をＡｌフリーにすることが信頼性に対して最も良い影響を与えて、上記圧縮歪井戸層の外側には、Ａｌを含む層を若干離しておくことで高い信頼性が得られた。
【００５２】
また、本実施の形態１の半導体レーザ装置は、リッジ構造（半導体レーザ装置の積層構造において、上クラッド層までがメサストライプ形状であり、メサストライプ両側に光・電流狭窄層を設けている構造）を有しているが、ＢＨ構造（半導体レーザの積層構造において、下クラッドの一部までがメサストライプ形状であり、メサストライプ両側に光・電流狭窄層を設けている構造）を有していても同様の効果が得られる。
【００５３】
また、上記実施の形態１においては、井戸層およびバリア層にＰ系層を用いているが、バリア層に、例えばＡｌＧａＡｓからなるＡｓ系層を用いてもよい。図７に実施の形態１の半導体レーザ装置の変形例を示す。
【００５４】
図７の半導体レーザ装置において、多重歪量子井戸活性層５０５以外の構成部は、図１に示す半導体レーザ装置の構成部と同一である。したがって、図７において、図１の半導体レーザ装置の構成部と同一構成部については、同一参照番号を付して、説明を省略する。
【００５５】
上記多重歪量子井戸活性層５０５は、図示しないＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ０．６９Ｐ０．３１圧縮歪井戸層（歪０．３５％、層厚６０Å、２層）とＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓバリア層（基板側から層厚５５Å・５０Å・５５Åの３層）を交互に配置してなる。
【００５６】
この変形例の半導体レーザ装置の作用効果は、実施の形態１の半導体レーザ装置の作用効果と同様である。
【００５７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２の半導体レーザ装置の製造方法に係る半導体レーザ装置の断面図である。この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下クラッド層２０３、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ下ガイド層２０４、多重歪量子井戸活性層２０５、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ上ガイド層２０６、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第一上クラッド層２０７およびｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２０８を順次積層している。このエッチングストップ層２０８上に、メサストライプ形状のｐ−Ａｌ０．４７８Ｇａ０．５２２Ａｓ第二上クラッド層２０９およびＧａＡｓ保護層２１０を設けると共に、上記メサストライプ形状のｐ−Ａｌ０．４７８Ｇａ０．５２２Ａｓ第二上クラッド層２０９およびＧａＡｓ保護層２１０の両側を、ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第一ブロック層２１２、ｎ−ＧａＡｓ第二ブロック層２１３およびｐ−ＧａＡｓ平坦化層２１４からなる光・電流狭窄領域で埋め込み、さらに、全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層２１６を設けている。この半導体レーザ装置は、メサストライプ部２２１ａと、そのメサストライプ部２２１ａの両側方のメサストライプ部側方部２２１b，２２１ｂとを有する。
【００５８】
次に、図８および９を参照しながら、上記半導体レーザ装置の作製方法を説明する。
【００５９】
まず、図８に示すように、（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下クラッド層２０３（層厚２．５μｍ）、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ下ガイド層２０４（層厚０．１μｍ）、図示しないＩｎ０．２６８６Ｇａ０．７３１４Ａｓ０．５５４４Ｐ０．４４５６圧縮歪井戸層（歪０．３９５％、層厚８０Å、２層）とＩｎ０．１７６Ｇａ０．８２４Ａｓ０．６８４Ｐ０．３１６引張歪バリア層（基板側から層厚２１５Å・７９Å・２１５Åの３層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層２０５、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ上ガイド層２０６（層厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第一上クラッド層２０７（層厚０．２３５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２０８（層厚３０Å）、ｐ−Ａｌ０．４７８Ｇａ０．５２２Ａｓ第二上クラッド層２０９（層厚１．２８μｍ）、ＧａＡｓ保護層２１０（層厚０．７５μｍ）を順次有機金属化学気相成長法にて結晶成長させる。
【００６０】
また、上記有機金属化学気相成長法による成長温度は、図９の成長温度プロファイルに示すように、上記バッファ層２０２から下クラッド層２０３までが７５０℃である。そして、上記下ガイド層２０４の成長温度は、成長開始時は７５０℃であるが、成長とともに徐々に成長温度を下降させて、成長終了時までに６５０℃に降温させておく。そして、６５０℃の成長温度で、上記圧縮歪井戸層と引張歪バリア層とからなる量子井戸活性層２０５を積層する。上記上ガイド層２０６の成長温度は、成長開始時は６５０℃であり、成長と同時に成長温度の上昇を開始して、成長終了時まで徐々に昇温して、成長終了時に７５０℃にする。
【００６１】
次に、７５０℃の成長温度で、上記第一上クラッド層２０７、エッチングストップ層２０８、第二上クラッド層２０９および保護層２１０を順次成長して、積層する。
【００６２】
さらに、図示しないが、前述のメサストライプ部２２１ａを形成する部分に、レジストマスクをストライプ方向が（０１１）方向を持つように写真工程により作製する。その後、上記レジストマスク部以外の部分をエッチングし、その後、レジストマスクを除去して、メサストライプ部２２１ａを形成する。上記エッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液およびフッ酸を用いて二段階で行い、エッチングストップ層２０８直上まで行う。ＧａＡｓはフッ酸によるエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。エッチングの深さは２．０３μm、メサストライプ部２２１ａの幅はエッチングストップ層２０８直上で約２．５μmである。
【００６３】
続いて、上記エッチングストップ層２０８および保護層２１０上に、ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第一ブロック層２１２（層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第二ブロック層２１３（層厚０．３μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層２１４（層厚１．１３μｍ）を順次有機金属結晶成長させて、光・電流狭窄領域を形成する。その後、図示しないが、写真工程により、上記メサストライプ部側方部２２１ｂ，２２１ｂ上にのみレジストマスクを形成する。
【００６４】
続いて、上記メサストライプ部２２１ａ上の平坦化層２１４、第二ブロック層２１３および第一ブロック層２１２をエッチングにより除去する。このエッチングには、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液および硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いて、二段階でエッチングを行う。その後、上記レジストマスクを除去し、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１６（層厚２．０μｍ）を積層する。このようにして、図８に示す構造の半導体レーザ装置を作製することができる。
【００６５】
本実施の形態２においては、上記多重歪量子井戸活性層２０５のＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層を積層した直後に、ＡｌＧａＡｓからなる上記上ガイド層２０６を積層しているが、この上ガイド層２０６はＰ系層に適した成長温度である６５０℃で成長を開始しているので、上記バリア層からのＰの脱離を低減して界面の粗さの大きさを２０Å以下にまで下げることができた。本実施の形態２の半導体レーザ装置を信頼性試験にかけたところ、８５℃、２００ｍＷでも、５０００時間以上安定に動作することが確認された。このことにより、高出力化・高信頼性化・長寿命化という効果が得られたことが分る。
【００６６】
また、本実施の形態２においては、上記上ガイド層２０６は、成長開始時は低温でのＡｌＧａＡｓ成長であるが、徐々に温度をあげながら、よりＡｌＧａＡｓに適した成長温度で積層されているため、活性なＡｌへの酸素の付着が低減されることからも上記と同様な効果が得られた。
【００６７】
また、本実施の形態２においては、上記ＡｌＧａＡｓからなる下ガイド層２０４と、上記多重歪量子井戸活性層２０５のＩｎＧａＡｓＰからなる引張歪バリア層との界面では成長の中断がないので、ＡｌＧａＡｓ層が低温のまま最表面で露出している時間が少なくなって、活性なＡｌへの酸素の付着が低減されることからも上記と同様な効果が得られた。
【００６８】
また、本実施の形態２においては、ＧａＡｓ基板２０１上に、上記ＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪井戸層を含む多重歪量子井戸活性層２０５を設けているため、特に７８０ｎｍ帯において高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現された。また、上記圧縮歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。
【００６９】
また、本実施の形態２においては、７８０ｎｍ帯として上記圧縮歪井戸層の組成比を変化させて圧縮歪量を増加させた場合、圧縮歪量３．５％を越える領域においては試作された半導体レーザ装置の信頼性が悪くなる傾向が見られたため、安定した膜厚で半導体レーザ装置を作製するためには、上記圧縮歪井戸層の圧縮歪量は３．５％以内であることが望ましい。
【００７０】
また、本実施の形態２においては、上記ＩｎＧａＡｓＰからなる引張歪バリア層を用いて、圧縮歪を有する上記圧縮歪井戸層に対してその圧縮歪量を補償しているので、より安定した結晶をもつ多重歪量子井戸活性層２０５を作製することができて、高信頼性の半導体レーザ装置を実現することができた。また、上記引張歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。また上記引張歪量を増加させた場合、引張歪量３．５％を越える領域においては試作された半導体レーザ装置の信頼性が悪くなる傾向が見られたため、安定した膜厚で半導体レーザ装置を作製するためには、上記引張歪バリア層の引張歪量は３．５％以内であることが望ましい。
【００７１】
また、本実施の形態２においては、上記上ガイド層２０６および下ガイド層２０４がＡｌＧａＡｓからなり、かつ、上記多重歪量子井戸活性層２０５は、上記両ガイド層２０６，２０４に接する部分がＩｎＧａＡｓＰ引張歪バリア層（障壁層）であることにより、発光再結合のおこるＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層にはＡｌＧａＡｓは隣接させないことによって信頼性を確保しながら、キャリアのオーバーフローはＡｌＧａＡｓのコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）により十分に抑制する効果を得ることができた。通常、高信頼性を得るためにＡｌフリーの半導体レーザ装置を作る場合、ガイド層、クラッド層までＩｎＧａＰなどで全てＡｌフリーな層とする。しかし、本実施の形態２では、発振波長７８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪井戸層に対するコンダクションバンドのエネルギー差（ΔＥｃ）、バレンスバンドのエネルギー差（ΔＥｖ）がバランスよく得られるＡｌ混晶比が０．２より大きいＡｌＧａＡｓを、ガイド層２０４，２０６として、信頼性に影響のない範囲まで可能な限り圧縮歪井戸層に近づけて設けている。また、上記圧縮歪井戸層とガイド層２０４，２０６との間には、ＡｌフリーであるＩｎＧａＡｓＰ系の薄い上記バリア層を設けている。これにより、上記効果を得ている。また、上記圧縮歪井戸層とその両側のバリア層のみをＡｌフリーとし、ガイド層２０４，２０６およびクラッド層２０３，２０７，２０９等の外側の層はＡｌを含む層にすることで、十分高い信頼性を得ることができる。発光部である上記圧縮歪井戸層に隣接する領域をＡｌフリーにすることが信頼性に対して最も良い影響を与えて、上記圧縮歪井戸層の外側には、Ａｌを含む層は若干離しておくことで高い信頼性が得られた。
【００７２】
また、本実施の形態２においては、半導体レーザ装置はリッジ構造を有しているが、ＢＨ構造を有していても同様の効果が得られる。
【００７３】
上記実施の形態１および２においては、各半導体層を有機金属化学気相成長法で形成したが、たとえばガスソースや有機金属ソースの分子線エピタキシー法等の他の方法で形成してもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態１および２では、井戸層の層数を２としているが、井戸層の層数は任意の数であってもよく、また、井戸層の層厚も、実施の形態１および２に示すものに限られない。
【００７５】
また、上記実施の形態１および２では、リッジ構造の半導体レーザ装置であるが、本発明は、ＢＨ構造は勿論のこと、ブロードエリア構造の半導体レーザ装置にも適用できる。
【００７６】
また、上記実施の形態１および２では、電流ブロック層１１２，１１３，２１２，２１３からなるｐｎ逆接合の半導体埋め込み構造を用いているが、高抵抗層埋め込み構造や、絶縁体膜埋め込み構造などを用いてもよい。
【００７７】
（参考例）
図１０は、本発明の参考例の光ディスク記録再生装置の構造を示したものである。この光ディスク記録再生装置は、光ディスク４０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生するためのものであり、発光素子として、先に説明した実施の形態１の半導体レーザ装置と同じ半導体レーザ装置４０２を備えている。
【００７８】
この光ディスク記録再生装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、上記半導体レーザ装置４０２から出射されたデータ信号がのったレーザ光は、コリメートレンズ４０３により平行光とされて、ビームスプリッタ４０４を透過する。このビームスプリッタ４０４を透過したレーザ光は、λ／４偏光板４０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ４０６で集光されて、光ディスク４０１に照射されて、この光ディスク４０１にデータが記録される。
【００７９】
一方、読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク４０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク４０１の表面で反射されて、データ信号がのった再生光となる。この再生光は、レーザ光照射用対物レンズ４０６、λ／４偏光板４０５を経た後、ビームスプリッタ４０４で反射されて、９０°角度を変えた後、再生光用対物レンズ４０７で集光され、信号検出用受光素子４０８に入射する。この信号検出用受光素子４０８内で、入射したレーザ光の強弱によって、レーザ光にのったデータ信号が電気信号に変換されて、信号光再生回路４０９において元のデータが再生される。
【００８０】
上記参考例の光ディスク記録再生装置は、従来よりも高い光出力で動作する上記半導体レーザ装置４０２を用いているため、ディスクの回転数を従来より高速化してもデータの読み書きが可能である。したがって、特に、書き込み時に問題となっていた光ディスクへのアクセス時間が、従来の半導体レーザ装置を用いた光ディスク記録再生装置よりも格段に短くなって、より快適に操作できる光ディスク記録再生装置を提供することができた。
【００８１】
なお、ここでは、本実施形態による半導体レーザ装置を光ディスク記録再生装置に適用した例について説明したが、本発明の半導体レーザ装置を、波長７８０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【００８２】
【発明の効果】
【００８３】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、上記Ｐ系層の上において、上記Ａｓ系層を、上記Ｐ系層の成長温度である第一の成長温度とほぼ同一の成長温度で成長を開始し、その後、第二の成長温度まで上げながら成長させるので、上記Ｐ系層からのＰの脱離を低減して、上記Ｐ系層と上記Ａｓ系層との間の界面の粗さの大きさを２０Å以下にまで下げて、上記界面の結晶性を良好にでき、したがって、高信頼性・長寿命・高出力な半導体レーザ装置を作製できる。
【００８４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置をストライプ方向に対して垂直な面で切断した断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の成長温度プロファイル図である。
【図６】  本発明の製造方法による半導体レーザ装置のＰを含む半導体層とＰを含まない半導体層の界面を示す概略断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例を示す断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置をストライプ方向に対して垂直な面で切断した断面図である。
【図９】  本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の成長温度プロファイル図である。
【図１０】  参考例に係る光ディスク記録再生装置の概略図である。
【図１１】  従来の半導体レーザ装置の断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１    基板
１０２，２０２    バッファ層
１０３，２０３    下クラッド層
１０４    第一下ガイド層
１０５，２０５，５０５    多重歪量子井戸活性層
１０６    第一上ガイド層
１０７，２０７    第一上クラッド層
１０８，２０８    エッチングストップ層
１０９，２０９    第二上クラッド層
１１０，２１０    保護層
１１２，２１２    第一ブロック層
１１３，２１３    第二ブロック層
１１４，２１４    平坦化層
１１６，２１６    キャップ層
１２１ａ，２２１ａ  メサストライプ部
１２１ｂ，２２１ｂ  メサストライプ部側方部
１２４  第二下ガイド層
１２６  第二上ガイド層
２０４  下ガイド層
２０６  上ガイド層
４０１  光ディスク
４０２  半導体レーザ装置
４０３  コリメートレンズ
４０４  ビームスプリッタ
４０５  偏光板
４０６  レーザ光照射用対物レンズ
４０７  再生光用対物レンズ
４０８  信号検出用受光素子
４０９  信号光再生回路
【図１】
0004038046.tif 000002
【図２】
0004038046.tif 000003
【図３】
0004038046.tif 000004
【図４】
0004038046.tif 000005
【図５】
0004038046.tif 000006
【図６】
0004038046.tif 000007
【図７】
0004038046.tif 000008
【図８】
0004038046.tif 000009
【図９】
0004038046.tif 000010
【図１０】
0004038046.tif 000011
【図１１】
0004038046.tif 000012