(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する両端面がそれぞれひとつの平面を形成する半導体レーザチップの上記端面に、下クラッド層と上クラッド層との間に設けられた活性層を含むストライプ状の光導波路の端面が上記平面と同一平面上に現われるように形成し、上記光導波路の端面における光反射によりレーザ発振を起こす半導体レーザ装置において、
上記光導波路の端面とその近傍にのみ選択的に形成された不純物拡散領域と、
上記不純物拡散領域の上に形成された電流ブロック層とを備え、
上記光導波路方向における上記電流ブロック層の長さを上記光導波路方向における上記不純物拡散領域の長さより長く、かつその差が上記上クラッド層の層厚より大きくなるように形成したことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
上記活性層がＧａＩｎＰ系の半導体材料で形成され、上記不純物に亜鉛が用いられたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板に、第１導電型の下クラッド層と活性層と第２導電型の上クラッド層とを含む多層構造を、対向する両端面がそれぞれひとつの平面を形成する半導体レーザチップとして形成する工程と、
上記半導体レーザチップの両端面のそれぞれ選択された領域にのみ不純物を拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、
上記活性層を含むストライプ状の光導波路を、その両端面が上記半導体レーザチップの両端面の上記不純物拡散領域に、上記平面と同一平面上に現われるように形成する工程と、
上記不純物拡散領域の上に、上記不純物拡散領域の上記光導波路方向の長さよりも長く電流ブロック層を形成し、かつ上記光導波路方向における上記電流ブロック層と上記不純物拡散領域の長さの差が、上記上クラッド層の層厚より大きくなるように形成する工程と、
を含む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】
上記不純物を拡散する工程として、上記多層構造の上に、光導波路の端部を形成する位置に開口を有する誘電体膜を形成し、これを拡散マスクとして上記開口から上記選択された領域に上記不純物を拡散することを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項５】
上記半導体基板にＧａＡｓ系半導体材料を用い、上記活性層にＧａＩｎＰ系の半導体材料を用い、上記下クラッド層及び上クラッド層にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用い、上記不純物に亜鉛を用いたことを特徴とする請求項３又は４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、端面窓構造を有する半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクを用いた記憶装置は、取り扱う情報量の増大と共にその需要が増している。現在一般に用いられている光ディスクドライブ装置は信号の読みとりを半導体レーザで行い、信号の記録は磁気で行う方式が主流を占めている。一方、信号の読みとり及び記録を全て半導体レーザで行うディスクドライブは、装置構成がシンプルに出来るため今後主流を占めると予想される。
信号の記録を半導体レーザで行うには、半導体レーザの光出力を増大させる必要があるが、一般に半導体レーザの出力を増大させるとレーザ端面の結晶が溶融・破壊する端面劣化が進行しやすくなる。この端面劣化を抑制する方法のーつとして窓構造レーザが良く知られている。
【０００３】
図１６及び図１７は、従来の窓構造半導体レーザのレーザチップの一例を示す図である。図１６は、半導体レーザチップの斜視図、図１７は光導波路に垂直な端面での端面図である。
図１６及び図１７において、１はｎ−ＧａＡｓからなる半導体基板、２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層、３はＧａＩｎＰからなる活性層、４はｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上クラッド層、５ａはｐ−ＧａＩｎＰ層、６はｎ−ＧａＡｓからなる電流ブロック層、７はｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層、８ａは亜鉛などを拡散した不純物拡散領域を示す。また、Ａは光導波路を示す。
【０００４】
このように、従来の窓構造半導体レーザは、例えば特開平３−２０８３８８号公報に示されるように、両側のレーザ端面部において、その全面に亜鉛（Ｚｎ）などの不純物を拡散した不純物拡散領域８ａを形成していた。これは、レーザ端面の窓部に不純物を拡散しレーザ端面部のエネルギーバンドギャップを増大させることにより、レーザ端面部での光吸収を抑制し、端面劣化を防止しようとするものである。
しかし、Ｚｎを拡散した不純物領域８ａは高濃度のＰ型になるため、拡散を行わない他の領域に比べ抵抗が低くなり、窓部の拡散領域８ａにリーク電流が流れ易くなるという問題があった。そして、この対策として、拡散領域８ａに無効電流が流れるのを抑制するため、電流ブロック層６を窓部の拡散領域８ａの上を覆うように形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１７は、従来の半導体レーザの端面の拡散領域８ａに流れるリーク電流の様子を示している。従来の半導体レーザでは，レーザ端面の全面に不純物の拡散領域８ａが形成されているため、コンタクト層７から電流ブロック層６を掻い潜って拡散領域８ａに流れるリーク電流は、図示矢印Ｃのように、拡散領域８ａの全面に広がるため、リーク電流を効果的に抑制できないという問題があった。
【０００６】
また、亜鉛の拡散がｎ−ＡｌＧａＩｎＰの下クラッド層２とｎ−ＧａＡｓの半導体基板１の界面または界面より下まで到達している場合には、亜鉛を拡散したレーザ端面の窓部の拡散領域８ａにのみＧａＡｓのｐ−ｎ接合が形成されてしまう。半導体基板１を形成するＧａＡｓの方が、クラッド層２、４を形成するＡｌＧａＩｎＰや活性層３を形成するＧａＩｎＰより、結晶のバンドギャップエネルギーが小さいため、ｐ−ｎ接合が半導体基板１のレーザ端面の拡散領域に形成されると、Ｚｎを拡散していない他の領域より電流が流れやすいという問題が生じる。不純物拡散領域８ａが、レーザ端面の全体に形成されている場合には、この問題はさらに大きくなる。
窓部の不純物拡散領域８ａはレーザ発振には寄与しないため、不純物拡散領域８を流れる電流は、全てリーク電流となりレーザ特性を悪化させる。
【０００７】
この発明は、上述のようなレーザ端面の不純物拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制し、レーザ特性のすぐれた半導体レーザ装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
この発明の半導体レーザ装置は、対向する両端面がそれぞれひとつの平面を形成する半導体レーザチップの上記端面に、下クラッド層と上クラッド層との間に設けられた活性層を含むストライプ状の光導波路の端面が上記平面と同一平面上に現われるように形成し、上記光導波路の端面における光反射によりレーザ発振を起こす半導体レーザ装置において、
上記光導波路の端面とその近傍にのみ選択的に形成された不純物拡散領域と、
上記不純物拡散領域の上に形成された電流ブロック層とを備え、
上記光導波路方向における上記電流ブロック層の長さを上記光導波路方向における上記不純物拡散領域の長さより長く、かつその差が上記上クラッド層の層厚より大きくなるように形成したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、この発明の半導体レーザ装置は、上記活性層がＧａＩｎＰ系の半導体材料で形成され、上記不純物に亜鉛が用いられたことを特徴とするものである。
【００１０】
次に、この発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板に、第１導電型の下クラッド層と活性層と第２導電型の上クラッド層とを含む多層構造を、対向する両端面がそれぞれひとつの平面を形成する半導体レーザチップとして形成する工程と、
上記半導体レーザチップの両端面のそれぞれ選択された領域にのみ不純物を拡散して不純物拡散領域を形成する工程と、
上記活性層を含むストライプ状の光導波路を、その両端面が上記半導体レーザチップの両端面の上記不純物拡散領域に、上記平面と同一平面上に現われるように形成する工程と、
上記不純物拡散領域の上に、上記不純物拡散領域の上記光導波路方向の長さよりも長く電流ブロック層を形成し、かつ上記光導波路方向における上記電流ブロック層と上記不純物拡散領域の長さの差が、上記上クラッド層の層厚より大きくなるように形成する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明の半導体レーザ装置の製造方法は、上記不純物を拡散する工程として、上記多層構造の上に、光導波路の端部を形成する位置に開口を有する誘電体膜を形成し、これを拡散マスクとして上記開口から上記選択された領域に上記不純物を拡散することを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明の半導体レーザ装置の製造方法は、上記半導体基板にＧａＡｓ系半導体材料を用い、上記活性層にＧａＩｎＰ系の半導体材料を用い、上記下クラッド層及び上クラッド層にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用い、上記不純物に亜鉛を用いたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。なお、図中、同一の符号は同一又は相当部分を示す。
実施の形態１．
図１〜図３は、この発明の実施の形態１による窓構造半導体レーザを説明するための図である。図１は、半導体レーザチップの斜視図、図２は光導波路の方向での光導波路の中心を含む断面図、図３は半導体レーザチップの光導波路に垂直な面での端面図を示す。
図において、１はｎ−ＧａＡｓからなる半導体基板、２は約１．５μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層、３は約０．１μｍ厚のＧａＩｎＰからなる活性層、４及び４ａは両方で約１．５μｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上クラッド層、５ａは約０．１μｍ厚のｐ−ＧａＩｎＰからなるバッファ層、６はｎ−ＧａＡｓからなる電流ブロック層、７はｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層、８は亜鉛（Ｚｎ）などの不純物を拡散した不純物拡散領域を示す。Ａは、光導波路を示し、活性層３の中心線に沿ってその近傍の上下のクラッド層２、４、４ａを含む領域により形成されている。この半導体チップは、光導波路Ａで励起・発光した光が、光導波路Ａの端面で反射してレーザ発光を生じる。
【００１６】
図１〜図３に示されるように、この実施の形態の半導体レーザにおいては、不純物拡散領域８は、光導波路Ａの端面部分にのみ、あるいはその近傍を含む領域にのみ選択的に形成されている。
また、図２の断面図に示されるように、不純物拡散領域８は、光導波路Ａの端面において光導波路Ａに沿った方向には長さＬ０に形成されている。この不純物拡散領域８の長さＬ０は、通常１０〜２０μｍ程度とする。また、電流ブロック層６は、レーザ端面において不純物拡散領域８の上で光導波路Ａに沿った方向には、長さＬ１に形成されている。そして、この実施の形態の場合には、両者は同じ長さになっている。
【００１７】
以上のように形成したこの実施の形態の半導体レーザでは、図２及び図３の矢印Ｃに示されるように、電流はコンタクト層７から電流ブロック層６を掻い潜って不純物拡散層８に流れるものの、低抵抗の不純物拡散領域８がレーザ端面の全面に広がっておらず、光導波路Ａの端面部分にのみ、あるいはその近傍を含む領域にのみ形成されているので、矢印Ｃのようにリーク電流の流路が制限され、不純物拡散領域８を横方向に広がって流れるリーク電流成分を抑制できる。
【００１８】
なお、この実施の形態１ではＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた半導体レーザについて説明したが、他の材料を用いたいわゆる窓構造半導体レーザにも適用でき、同様の効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
図４〜図１２は、この発明の実施の形態２による半導体レーザチップの製造方法を示す図である。
以下、図４〜図１２及び図１を参照して、図１〜図３に示した構造の半導体レーザチップの製造方法を説明する。
先ず、図４に示すように、はじめに、ｎ−ＧａＡｓからなる半導体基板１の上に、約１．５μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層２、約０．１μｍ厚のＧａＩｎＰからなる活性層３、約１．５μｍ厚のｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上クラッド層４、約０．１μｍ厚のｐ−ＧａＩｎＰからなるバッファ層５を順次結晶成長する。結晶成長には有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等を用いる。
【００２０】
次に、図５に示すように、ｐ−ＧａＩｎＰのバッファ層５の上にＳｉＮ膜などの誘電体膜９を約５０ｎｍの厚さに形成した後、レーザの端面に相当する部分に幅数十μｍ程度、奥行き１０〜２０μｍ程度の矩形状の切り欠き部９ａを形成するようにパターニングを施す。
【００２１】
次に、図６に示すように、拡散源となるＺｎＯ膜１２を、ＳｉＮ膜９の上に切り欠き部９ａを埋めるようにして１００ｎｍの厚さ成膜する。続いて、ＺｎＯ膜１２の上に、キャップ層となるＳｉＯ２膜１３を１００ｎｍの厚さ成膜する。
【００２２】
次に、図７に示すように、図６のように形成したチップに熱処理を行うことで、ＳｉＮ膜９の切り欠き部９ａの部分から下層に向かって、ｐ−ＧａＩｎＰ層５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層４、ＧａＩｎＰ層３、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層２の中へと選択的に亜鉛を拡散して不純物拡散領域８を形成する。その後、Ｚｎ０膜１２及びＳｉＯ２膜１３を除去する。
次に、図８に示すように、光導波路Ａを形成する領域の上方で、ＳｉＮ膜９の上に幅約３μｍのストライプ状のレジストパターン１４を形成する。なおこの時、ＳｉＮ膜９の切り欠き部９ａでは、結晶表面に直接レジストパターン１４が形成される。
【００２３】
次に、図９に示すように、レジストパターン１４をマスクに、ＳｉＮ膜９を幅約３μｍのストライプ状にパターニングする。なお、ＳｉＮ膜９の切り欠き部９ａでレジストパターン１４に覆われておらず不純物拡散領域８が露出している部分には予めレジストを埋めてマスクをしておく。
次に、図１０に示すように、レジストパターン１４をマスクに、ｐ−ＧａＩｎＰ層５をウェットエッチングにより除去し、レジストパターン１４の下に光導波路の一部となるｐ−ＧａＩｎＰ層５ａを形成する。その後、レジストパターン１４を除去する。
【００２４】
次に、図１１に示すように、ｐ−ＧａＩｎＰ層（バッファ層）５ａをエッチングマスクとして、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層（上クラッド層）４をウェットエッチングで所定の厚さに除去し光導波路Ａの一部となるｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層４ａを形成する。
次に、図１２に示すように、ＳｉＮ膜９を選択成長マスクとしてｎ−ＧａＡｓ層（電流ブロック層）６をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層（上クラッド層）４、４ａ及びｐ−ＧａＩｎＰ（バッファ層）層５ａの上に埋め込み成長する。この時、亜鉛を拡散して不純物拡散領域８となっているｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層（上クラッド層）４ａ及びｐ−ＧａＩｎＰ層（バッファ層）５ａの上にはＳｉＮ膜９がないため、不純物拡散領域８の上にもｎ−ＧａＡｓ層（電流ブロック層）６が成長する。
【００２５】
次に、図１に示すように、ＳｉＮ膜９を除去し、ｐ−ＧａＡｓのコンタクト層７をウェハ全面に結晶成長する。
最後に、ｎ−ＧａＡｓの半導体基板１及びｐ−ＧａＡｓのコンタクト層７にそれぞれオーミック電極を形成しレーザチップが完成する。
【００２６】
以上のように、この実施の形態２によれば、低抵抗の不純物拡散領域８を光導波路Ａ近傍の端面のみに限定して形成するため、不純物拡散領域８を横方向に広がって流れるリーク電流成分を抑制できる。
【００２７】
この実施の形態２ではＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系を用いたレーザについて示したが、他の材料でも同様のプロセスを用いる窓構造半導体レーザであれば同様の効果が期待できるのは言うまでもない。
【００２８】
実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３による半導体レーザを説明するための図で、レーザチップの光導波路の中心線に沿った方向での断面図を示す。この実施の形態の半導体レーザ装置のその他の構造は、実施の形態１の図１の斜視図に示されるものと同様である。
図１３において、符号１〜８は、図１及び図２と同一又は相当部分を示すので、説明は省略する。Ｌ０は亜鉛などの不純物拡散領域８の光導波路Ａの方向での長さ、Ｌ１はｎ−ＧａＡｓの電流ブロック層６の長さを示す。
【００２９】
この実施の形態では、ｎ−ＧａＡｓの電流ブロック層６の光導波路Ａ方向での長さＬ１が、不純物拡散領域８の光導波路Ａ方向での長さＬ０より長く形成されていることに特徴がある（Ｌ１＞Ｌ０）。不純物拡散領域８の光導波路Ａ方向での長さＬ０は、通常１０〜２０μｍとし、電流ブロック層６の光導波路Ａ方向での長さＬ１は、通常２０〜３０μｍとする。すなわち、長さＬ１は長さＬ０より、すくなくとも数μｍ以上長くし、通常は５〜１０μｍ程度長くする。電流ブロック層６の長さＬ１が、不純物拡散領域８の長さＬ０より、上クラッド層４の厚さ（約１．５μｍ）分以上長いと十分にリーク電流を阻止できる。
コンタクト層７からのリーク電流は、電流ブロック層６を掻い潜って不純物拡散層８に流れようとするが、このように電流ブロック層６が長いのでリーク電流を抑制する効果が得られる。
【００３０】
実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４による半導体レーザの製造方法を説明するための図である。
この実施の形態４の製造方法は、実施の形態２の製造方法の一部を変更したものである。すなわち、実施の形態２の図７の工程において、図１４（ａ）に示すように、切り欠き部９ａの光導波路Ａの方向での長さＬ１が１０〜２０μｍ程度のＳｉＮ膜９を用いて亜鉛などの不純物を拡散した後、図１４（ｂ）に示すように切り欠き部９ａを光導波路Ａに沿った方向へさらに数μｍ以上〜１０μｍ程度エッチングして長さを長くする。その後、実施の形態２の図８以降と同様の工程を経て、電流ブロック層６を形成すれば、電流ブロック層６の光導波路Ａの方向での長さを、不純物拡散領域８の長さより長く形成することができる。
【００３１】
図１５は、この実施の形態の半導体レーザの他の製造方法を説明するための図である。この製造方法も、実施の形態２の製造方法の一部を変更したものである。
すなわち、実施の形態２の図１１の工程において、図１５（ａ）に示すように、ＳｉＮ膜９が光導波路Ａの方向で端部が１０〜２０μｍ程度の長さＬ１だけ切り欠かれた状態にあるのを、図１５（ｂ）に示すように、更に数μｍ以上〜１０μｍ程度エッチングして切り欠きを長くする。言い換えれば、図１１の状態におけるＳｉＮ膜９の全長を短くする。
その後、実施の形態２の図１２と同様の工程により、電流ブロック層６を形成すれば、電流ブロック層６の光導波路Ａの方向での長さを、不純物拡散領域８の長さより長く形成することができる。
【００３２】
なお、この実施の形態では不純物拡散領域８の上にｎ−ＧａＡｓの電流ブロック層６を形成したが、ｎ−ＧａＡｓの電流ブロック層６を形成する代わりに、不純物拡散層８の上で、電流ブロック層を形成したいｐ−ＧａＡｓのコンタクト層７にプロトン注入を行い高抵抗層を形成して電流ブロック層として機能させることも出来る。
【００３３】
以上説明したようなこの実施の形態の製造方法によれば、ｎ−ＧａＡｓの電流ブロック層６の光導波路Ａ方向での長さが、不純物拡散領域８の光導波路Ａ方向での長さより長く形成されるので、ｐ−ＧａＡｓのコンタクト層７からｐ−ＡｌＧａＩｎＰの上クラッド層４ａを経由して不純物拡散領域８に流れ込む電流を抑制することが出来る。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば半導体レーザ端面の不純物拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制し、レーザ特性のすぐれた半導体レーザ装置及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による亜鉛拡散型の窓構造半導体レーザ装置の斜視図。
【図２】  この発明の実施の形態１による亜鉛拡散型の窓構造半導体レーザ装置の断面図。
【図３】  この発明の実施の形態１による亜鉛拡散型の窓構造半導体レーザ装置の端面図。
【図４】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図５】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図６】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図７】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図８】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図９】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１０】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１１】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１２】  この発明の実施の形態２による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１３】  この発明の実施の形態３による亜鉛拡散型の窓構造半導体レーザ装置の断面図。
【図１４】  この発明の実施の形態４による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１５】  この発明の実施の形態４による窓構造半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図。
【図１６】  従来のＺｎ拡散型窓構造レーザを示す斜視図。
【図１７】  従来のＺｎ拡散型窓構造レーザを示す端面図。
【符号の説明】
１  半導体基板（ｎ−ＧａＡｓ基板）、  ２  下クラッド層（ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層）、  ３  活性層（ＧａＩｎＰ層）、  ４、４ａ  上クラッド層（ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層）、  ５、５ａ  バッファ層（ｐ−ＧａＩｎＰ層）、  ６  電流ブロック層（ｎ−ＧａＡｓ層）、  ７  コンタクト層（ｐ−ＧａＡｓ層）、  ８不純物拡散領域（亜鉛拡散領域）、  ９  誘電体膜（ＳｉＮ膜）、  １２  ＺｎＯ膜、  １３  ＳｉＯ2膜。
【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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