(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１バリア層、多重量子井戸層および第２バリア層が順次積層された本体を備え、上記第１バリア層、多重量子井戸層および第２バリア層が、Ａｌを含む化合物半導体で構成された端面窓型半導体レーザ装置において、
上記第１，第２バリア層の端面近傍が化学的に安定な酸化物になっていると共に、上記多重量子井戸層の光出射端面近傍は、組織が無秩序で量子井戸構造が無秩序化されており、且つ、レーザ光に対して透明な電気的絶縁領域であり、
上記多重量子井戸層は、量子井戸層と、この量子井戸層を挟む障壁層とからなり、
上記量子井戸層の上記光出射端面近傍の部分のバンドギャップエネルギは、上記量子井戸層の上記光出射端面近傍以外の部分のバンドギャップエネルギに比べて大きくなっており、
上記多重量子井戸層において上記量子井戸構造が無秩序化されている上記光出射端面近傍では、上記無秩序化された量子構造によって、上記量子井戸層のバンドギャップエネルギが上記障壁層のバンドギャップに等しくなっていることを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法であって、
上記第１，第２バリア層の端面近傍は、加熱された水蒸気中で強制的に酸化されて化学的に安定な酸化物になっていることを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の端面窓型半導体レーザ装置において、
上記本体の端面上に、Ａｌを含む化合物半導体の化学的に安定な酸化物からなる端面保護膜を設けたことを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１または３のいずれか１つに記載の端面窓型半導体レーザ装置において、
上記化合物半導体は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを含有することを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１、３、４のいずれか１つに記載の端面窓型半導体レーザ装置において、
上記本体は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ基板、ＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ基板およびＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板のいずれか１つを含むことを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１、３、４、５のいずれか１つに記載の端面窓型半導体レーザ装置において、
上記本体の一方の端面上に誘電体薄膜からなる光透過膜を設けると共に、上記本体の他方の端面上に誘電体多層膜からなる高反射膜を設けていることを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項３に記載の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法であって、
上記端面保護膜を形成するためにＭＢＥ法を用いることを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法であって、
両面に電極が形成されると共に、複数の上記本体を整列した状態で且つ非分割状態で含むウェハを短冊状にへき開して、上記本体を複数整列した状態で含むレーザバーを作製し、
このレーザバーのへき開面上に、上記端面保護膜の材料の上記化合物半導体を４５０℃以下の温度でＭＢＥ法により設けることを特徴とする端面窓型半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法において、
上記端面保護膜の材料の上記化合物半導体を、水蒸気酸化炉中で強制酸化して化学的に安定な酸化膜に変化させることにより、上記端面保護膜を得ていることを特徴とする端面窓型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、例えば高出力動作をする端面窓型半導体レーザ装置、特に書き込み可能な光ディスク（ＣＤ−Ｒ（Compact Disk Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ（Digital Versatile Disc Recordable）、ＭＯ（Magnet Optical）等）などの光情報処理用の光源として用いるのに最適な端面窓型半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ−ＲやＤＶＤなどの光ディスクへの書き込みの高速化に対応するために、その書き込み用光源として５０ｍＷ以上の光出力を有する可視光半導体レーザ装置が要求されている。このような高出力半導体レーザ装置では、レーザ光を出射する光出射端面での大きな光密度により、半導体結晶が溶融したり欠陥が増殖する光学損傷（Catastrophic Optical Damage：以下、ＣＯＤと略称する）が起こり問題となっている。このＣＯＤは、半導体レーザ装置の光出射端面が吸着した酸素原子等の深い準位にレーザ光が吸収されて発熱を起こすために発生する。したがって、半導体レーザ装置の光出射端面に酸素等の深い準位がなく、しかもレーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を光出射端面上に形成すれば、その半導体層はレーザ光に対して透明になり、光出射端面での光吸収による発熱は起こらなくなるのでＣＯＤを抑制することができる。このような半導体レーザ装置は端面窓型半導体レーザ装置と呼ばれており、高出力レーザでは必要な構造である（特公昭５５−２７４７４号公報および特開昭５２―７４２９２号公報参照）。
【０００３】
図４は従来の端面窓型半導体レーザ装置の一例における共振器方向の概略断面図である。この端面窓型半導体レーザ装置によれば、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層４０２、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層４０３、ＡｌＧａＡｓ量子井戸層４０５、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層４０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層４０８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層４０９が順次積層されてなるウェハを共振器長が３００〜１０００μｍになるようにへき開してレーザバーを作製し、レーザバーのへき開面にＡｌＧａＡｓ窓層４１６，４１７をＭＯＣＶＤ（有機金属金属気相成長）法またはＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法により形成した後に、レーザバー状態で、p型ＧａＡｓキャップ層４０９上にｐ型電極４１０を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板４０１下にｎ型電極４１１を形成している。また、上記ＡｌＧａＡｓ窓層４１６上にＡｌ２Ｏ３光透過膜４１４を設けると共に、ＡｌＧａＡｓ窓層４１７上にＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ光反射多層膜４１５を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の端面窓型半導体レーザ装置は以下（１）〜（３）のような問題点を有しており実用化に到っていない。
【０００５】
（１）ＡｌＧａＡｓ窓層４１６，４１７におけるＡｌ組成比を大きくする程、窓効果が大きくなるが、Ａｌは大気中の酸素や水分と反応しやすくＡｌ酸化物が形成される。この酸化物は化学的に不安定であり長時間のレーザ動作中に光吸収が起こるようになり窓効果がなくなってくる。特に、窓層をＡｌＡｓを用いて形成した場合は、窓層と大気中の酸素との反応が激しく、窓層は短時間で不安定な酸化物に変質してしまう。
【０００６】
（２）ＡｌＧａＡｓ窓層４１６，４１７はノンドープであっても完全な電気的絶縁膜にはならず、動作時にＡｌＧａＡｓ窓層４１６，４１７を通して電流リークが発生する。
【０００７】
（３）レーザバー状態で電極を形成するので、電極を形成しない端面に金属が付着しないようにマスク蒸着等のプロセスが必要であり量産性が悪い。
【０００８】
本発明は、これらの問題点の認識に基づくものである。すなわち、その目的は、長期間わたって安定に窓効果を発揮し、レーザバー状態で電極形成する必要の無い量産性に優れた端面窓型半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の端面窓型半導体レーザ装置の一例は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層、ＡｌＡｓ第１バリア層、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層、ＡｌＡｓ第２バリア層、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層およびｐ型ＧａＡｓキャップ層が順次エピタキシャル成長されたウェハの両面に電極を形成した後に、共振器長が３００〜１０００μｍになるようにへき開してレーザバーを作製し、レーザバーを水蒸気酸化炉内で３００〜４５０℃に加熱する。このとき、上記第１，第２バリア層は端面から約１０μｍの距離まで水蒸気により化学的に非常に安定な酸化膜（ＡｌｖＯｗＡｓ）に変化する（ｖ，ｗは負でない整数）。これと同時に、この端面から約１０μｍの酸化膜（ＡｌｖＯｗＡｓ）の間に挟まれた活性層（量子井戸層）は無秩序化されバンドギャップが広がりレーザー光に対して透明な窓領域となる。
【００１０】
一般的に高出力レーザでは、光出射端面にはＡｌ２Ｏ３等の誘電体薄膜による光透過膜（反射率１０％程度）を、その光出射端面と反対側の後端面にはＡｌ２Ｏ３とａ−Ｓｉの多層膜による高反射膜（反射率９５％程度）を電子ビーム蒸着機等により形成する。このようなプロセスを本発明の端面窓型半導体レーザ装置に適用することにより、光出射端面からの光取り出し効率を大きくする。このプロセスの後、電極上に廻り込んだ誘電体薄膜は両端面をレジスト等で保護した後、フッ酸等で除去される。
【００１１】
このようにして、従来の課題を解決した量産性に優れた端面窓型高出力レーザが可能となった。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するため、本発明の端面窓型半導体レーザ装置は、
基板上に、第１バリア層、多重量子井戸層および第２バリア層が順次積層された本体を備え、上記第１バリア層、多重量子井戸層および第２バリア層が、Ａｌを含む化合物半導体で構成された端面窓型半導体レーザ装置において、
上記第１，第２バリア層の端面近傍が化学的に安定な酸化物になっていると共に、上記多重量子井戸層の光出射端面近傍は、組織が無秩序で量子井戸構造が無秩序化されており、且つ、レーザ光に対して透明な電気的絶縁領域であり、
上記多重量子井戸層は、量子井戸層と、この量子井戸層を挟む障壁層とからなり、
上記量子井戸層の上記光出射端面近傍の部分のバンドギャップエネルギは、上記量子井戸層の上記光出射端面近傍以外の部分のバンドギャップエネルギに比べて大きくなっており、
上記多重量子井戸層において上記量子井戸構造が無秩序化されている上記光出射端面近傍では、上記無秩序化された量子構造によって、上記量子井戸層のバンドギャップエネルギが上記障壁層のバンドギャップに等しくなっていることを特徴としている。
【００１３】
上記構成の端面窓型半導体レーザ装置によれば、上記量子井戸層の光出射端面近傍は、組織が無秩序で、且つ、光を透過するから、長時間のレーザ動作中に光吸収が生じず、長期間わたって安定に窓効果を発揮することできる。
【００１４】
また、上記量子井戸層の光出射端面近傍は電気的絶縁領域となるから、量子井戸層の光出射端面近傍を通して電流リークが発生することもない。
【００１５】
また、上記量子井戸層の光出射端面近傍が無秩序化されていることでＣＯＤの発生を阻止できるから、レーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を本体の端面上に設けなくてもよい。したがって、ＣＯＤの発生を阻止するための半導体層を本体の端面上に設けない分、量産性を向上させることができる。
【００１６】
本発明の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法は、本発明の端面窓型半導体レーザ装置を製造する方法であって、上記第１，第２バリア層の端面近傍は、加熱された水蒸気中で強制的に酸化されて化学的に安定な酸化物になっている。
【００１７】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置は、上記本体の端面上に、Ａｌを含む化合物半導体の化学的に安定な酸化物からなる端面保護膜を設けている。
【００１８】
上記実施形態の端面窓型半導体レーザ装置によれば、上記本体の端面上に端面保護を設けているから、例えば、汚染物質から本体の端面を保護することができる。
【００１９】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置は、上記化合物半導体は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを含有する。
【００２０】
上記実施形態の端面窓型半導体レーザ装置によれば、上記化合物半導体が、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを含有する場合、その化合物半導体を強制的に酸化、つまり急速酸化することにより、化合物半導体が化学的に安定な化合物半導体酸化膜に変化する。したがって、上記第１，第２バリア層の端面近傍を化学的に安定な酸化物で構成する観点上、化合物半導体は、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを含有するのが好ましい。
【００２１】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置は、上記本体は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ基板、ＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ基板およびＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板のいずれか１つを含む。
【００２２】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置は、上記本体の一方の端面上に誘電体薄膜からなる光透過膜を設けると共に、上記本体の他方の端面上に誘電体多層膜からなる高反射膜を設けている。
【００２３】
上記実施形態の端面窓型半導体レーザ装置によれば、上記本体の一方の端面上に誘電体薄膜からなる光透過膜を設けると共に、本体の他方の端面上に誘電体多層膜からなる高反射膜を設けているから、光出射端面からの光取り出し効率を高めることができる。
【００２４】
本発明の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法は、本発明の端面窓型半導体レーザ装置を製造する方法であって、上記端面保護膜を形成するためにＭＢＥ法を用いることを特徴としている。
【００２５】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法は、両面に電極が形成されると共に、複数の上記本体を整列した状態で且つ非分割状態で含むウェハを短冊状にへき開して、上記本体を複数整列した状態で含むレーザバーを作製し、このレーザバーのへき開面上に、上記端面保護膜の材料の上記化合物半導体を４５０℃以下の温度でＭＢＥ法により設けている。
【００２６】
上記実施形態の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法によれば、両面に電極が形成されたウエハを用いてレーザバーを作製しているから、レーザバーの状態なってから電極を設ける必要がない。したがって、上記レーザバーの状態で電極を形成する際に必要だったマスク蒸着などのプロセスが不要であり、量産性は良好である。
【００２７】
一実施形態の端面窓型半導体レーザ装置の製造方法は、上記端面保護膜の材料の上記化合物半導体を、水蒸気酸化炉中で強制酸化して化学的に安定な酸化膜に変化させることにより、上記端面保護膜を得ている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１に、本発明の実施例１の端面窓型半導体レーザ装置としてのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置の共振器方向（ストライプ方向）の概略断面図を示す。このＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置の本体１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１と、このｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０２、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層１０３、ＡｌＡｓ第１バリア層１０４、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５、ＡｌＡｓ第２バリア層１０６、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９とを有している。上記ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５は、ＡｌＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とからなっている。
【００３０】
上記ＡｌＡｓ第１バリア層１０４およびＡｌＡｓ第２バリア層１０６の端面近傍１０４ａ，１０６ａは、化学的に安定な酸化物になっている。そして、これらの安定な酸化物に挟まれたＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５、つまりＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａは、組織が無秩序で、且つ、レーザ光を透過する。
【００３１】
本明細書中で「安定な酸化物」とは、加熱された水蒸気中で、Ａｌを含む化合物半導体を強制的に酸化して形成される酸化物程度のものを指す。
【００３２】
また、上記本体１０において光出射側の端面１０ａ上には、誘電体薄膜からなるＡｌ２Ｏ３光透過膜１１４を設けると共に、本体１０において端面１０ａと反対側の端面１０ｂ上には、誘電体多層膜からなる高反射膜の一例としてのＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ光反射多層膜１１５を設けている。そして、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９上にはｐ型電極１１０が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１下にはｎ型電極１１１が形成されている。
【００３３】
図５は、上記本体１０の中央部におけるｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０２からｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０８までのバンドギャップを表わした図である。図５では、ウェル（量子井戸）層１０５ｂが３層からなる場合を示しているが、ウェル（量子井戸）層１０５ｂは１層または２層以上の複数層でもよい。図５の縦軸は、各層を構成する結晶のバンドギャップエネルギーＥｇであり、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ系材料の場合、Ａｌの混晶比に対応する。そして、図５の横軸は基板からの距離である。
【００３４】
上記ウェル層１０５ｂは、両側のバリア（障壁）層１０５ｃに比べ、Ａｌの混晶比ｘが小さい結晶が用いられているので、Ｅｇが小さい。そのため、上記ウェル層１０５ｂは井戸のように見える。また、上記ウェル層１０５ｂの厚さが電子のド・ブロイ波長に比して同等または充分薄い２００Å以下程度とされるので、ウェル層１０５ｂは量子井戸と呼ばれる。また、本明細書中の「多重」とは、バリア層で分離されたウェル層を複数用いていることを意味している。
【００３５】
また、上記ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層１０３，ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７は、図５の横軸方向へのレーザ光の閉じ込めの程度を調整する層である。
【００３６】
また、上記本体１０の端面１０ａ，１０ｂは、レーザ光に対し部分反射鏡となって内部で発生した光の一部を再度内部に戻すことによりレーザ発振を発生させる。その端面１０ａ，１０ｂは結晶構造が途切れており、各層のエネルギーギャップが小さくなっている。そのため内部で発生した光のうち、端面１０ａ，１０ｂを透過する光の一部はウェル層１０５ｂそのものに吸収され、これが熱となって端面１０ａ，１０ｂの温度を上昇させる。このような光吸収や温度上昇は発光層近傍が最も大きいが、光はｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０２からｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０８まで広がっているので、クラッド層やガイド層でも温度上昇が生じる。
【００３７】
図６は、上記本体１０の端面１０ａ，１０ｂ近傍におけるｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０２からｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０８までのバンドギャップを表わした図である。図６の縦軸は各層を構成する結晶のバンドギャップエネルギーＥｇであり、図６の横軸は基板からの距離である。
【００３８】
上記本体１０の端面１０ａ，１０ｂ近傍では、ウェル層１０５ｂ，バリア層１０５ｃの周期構造が無くなり、バンドギャップエネルギーＥｇはウェル層１０５ｂとバリア層１０５ｃの平均的な値となっている。つまり、上記ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａは、量子井戸構造が無秩序化されている。このような無秩序化は、端面１０ａ，１０ｂから拡散した酸素原子によって生じる。この無秩序化により、端面１０ａ，１０ｂ近傍でのウェル層１０５ｂによる光吸収がなくなるので、より高いレーザ出力が得られる。
【００３９】
上記量子井戸構造の無秩序化は、高解像電子線像（ＨＲＴＥＭ）により観察される。なお、このような無秩序化が起こる原因については、歪説、不純物拡散説等があるが完全には解明されていない。
【００４０】
また、上記ＡｌＡｓ第１バリア層１０４およびＡｌＡｓ第２バリア層１０６の端面近傍１０４ａ，１０６ａは酸化膜となって、その端面近傍１０４ａ，１０６ａのバンドギャップエネルギーＥｇが、ＡｌＡｓ第１バリア層１０４およびＡｌＡｓ第２バリア層１０６の中央部のバンドギャップエネルギーＥｇよりも大きくなっている。
【００４１】
上記構成のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置によれば、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａは、組織が無秩序で、且つ、光を透過するから、長時間のレーザ動作中に光吸収が生じず、長期間わたって安定に窓効果を発揮することできる。
【００４２】
上記ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａは電気的絶縁領域となるから、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａを通しての電流リークを防げる。
【００４３】
また、上記ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａが無秩序化されていることでＣＯＤの発生を阻止できるから、レーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を本体１０の端面１０ａ上に設けなくてもよい。したがって、ＣＯＤの発生を阻止するための半導体層を設けない分、量産性を向上させることができる。
【００４４】
以下、上記ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置の製造プロセスについて説明する。なお、以下の説明では、レーザチップ状態で用いた参照番号と同一の参照番号を、ウエハ状態においても用いている。
【００４５】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．４〜０．６）からなる第１クラッド層１０２を形成し、その第１クラッド層１０２上に、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．３〜０．４）からなる第１ガイド層１０３、ＡｌＡｓ第１バリア層１０４、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．１）ウェル層とＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．４〜０．６）バリア層とからなるＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５、ＡｌＡｓ第２バリア層１０６、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．３〜０．４）からなる第２ガイド層１０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成比ｘ＝０．４〜０．６）からなる第２クラッド層１０８、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０９をＭＢＥ法により順次エピタキシャル成長する。これにより得られたウェハにリッジ型ストライプを形成した後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９上にｐ型電極１１０を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１下にｎ型電極１１１を形成する。このようにｐ，ｎ型電極が形成されたウエハは、複数の本体１０を整列した状態で且つ非分割状態で含んでいる。
【００４６】
次に、共振器長Ｌが８００μｍとなるようにウェハを短冊状にへき開して、本体１０を複数整列した状態で含む短冊状のレーザバーを作製する。引き続いて、このレーザーバーを酸化炉中のホルダーに設置し、窒素ガス中で４５０℃に加熱する。このとき、気化器で発生させた水蒸気を酸化炉内に導入した。このように水蒸気中でレーザバーを加熱することにより、ＡｌＡｓ第１バリア層およびＡｌＡｓ第２バリア層は端面から水蒸気により急速酸化される。そして、ＡｌＡｓ第１バリア層およびＡｌＡｓ第２バリア層は、約３０分で端面からの距離約１０μｍの部分が酸化された。急速酸化されたＡｌＡｓ第１，第２バリア層は化学的に非常に安定で高抵抗の酸化膜（ＡｌｖＯｗＡｓ）に変化する（ｖ，ｗは負でない整数）。これと同時に、その２つの酸化膜（ＡｌｖＯｗＡｓ）に挟まれた量子井戸層は無秩序化される。この量子井戸層において無秩序化された領域は、バンドギャップが広がりレーザ光に対して透明な完全な窓領域となる。さらに、上記無秩序化された領域は高抵抗なので、量子井戸層の光出射端面近傍で電流が流れないという効果もある。
【００４７】
次に、上記光出射端面からの光取出し効率を大きくするために、レーザバーの光出射側のへき界面上にＡｌ２Ｏ３の光透過膜（反射率１０％程度）を、光出射側と反対側のへき界面上にＡｌ２Ｏ３とａ−Ｓｉの多層膜による光反射多層膜（反射率９５％程度）を電子ビーム蒸着機により形成した。このプロセスの後、電極表面上に廻り込んで付着したＡｌ２Ｏ３、ａ−Ｓｉは、光透過膜および光反射多層膜をフォトレジストで保護した後、フッ酸液に浸けることにより除去する。このように作製されたレーザバーを分割すると、レーザチップが完成する。すなわち、図１に示すＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置が完成する。
【００４８】
このＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置（レーザチップ）をφ５．６ｍｍのパッケージに実装し、Ｉ−Ｌ（電流−光出力）特性を測定した。このＩ−Ｌ特性の測定結果によると、ＣＷ駆動で発振波長λ＝７８３ｎｍ、しきい値電流Ｉｔｈ＝２８ｍＡ、スロープ効率η＝１．０２Ｗ／Ａであり、端面破壊（ＣＯＤ）する最大光出力は３２０ｍＷであった。これに対して、従来型の半導体レーザ装置では、端面破壊する最大光出力は２１０ｍＷであった。したがって、上記ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置は、その従来型の半導体レーザ装置の約１．５倍の光出力が得られたことになる。
【００４９】
また、本発明の製造方法で製造された２０個の半導体レーザ装置に対して信頼性試験をＣＷ１５０ｍＷ、７０℃の条件で行ったところ、現在約１０００時間で故障した装置は１つもない。これに対して、同じ条件（ＣＷ１５０ｍＷ、７０℃）で、２０個の従来型の半導体レーザ装置の信頼性試験を行った所、１００時間以内にすべての装置が故障した。
【００５０】
上記実施例１では、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層１０５の光出射端面近傍１０５ａはレーザ光を透過していたがが、レーザ光を略透過するものであってもよい。
【００５１】
また、上記実施例１では、第１，第２バリア層をＡｌＡｓで構成し、多重量子井戸層をＡｌＧａＡｓで構成していたが、第１，第２バリア層および多重量子井戸層を、クラッド層よりＡｌを多く含有する化合物半導体で構成すれば、これらの層の酸化が早く本実施例と同じ効果が得られる。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを用いて、第１，第２バリア層および多重量子井戸層を構成してもよい。
【００５２】
上記本体１０は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ基板を含んでいたが、ＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ基板またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板を含んでもよい。
【００５３】
（実施例２）
図２に、本発明の実施例２の端面窓型半導体レーザ装置としてのＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置の共振器方向（ストライプ方向）の断面図を示している。このＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザの本体２０は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１と、このｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に順次積層されたｎ型ＩｎＧａＡｌＰ第１クラッド層２０２、ＩｎＧａＡｌＰ第１ガイド層２０３、ＡｌＰ第１バリア層２０４、ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５、ＡｌＰ第２バリア層２０６、ＩｎＧａＡｌＰ第２ガイド層２０７、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ第２クラッド層２０８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９とを有している。上記ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５は、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とからなっている。
【００５４】
上記ＡｌＰ第１バリア層２０４およびＡｌＰ第２バリア層２０６の端面近傍２０４ａ，２０６ａは、化学的に安定な酸化物になっている。そして、これらの安定な酸化物に挟まれたＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５、つまりＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５の光出射端面近傍２０５ａは、組織が無秩序で、且つ、レーザ光を透過する。
【００５５】
また、上記本体２０において光出射側の端面２０ａ上には、誘電体薄膜からなるＡｌ２Ｏ３光透過膜２１４を設けると共に、本体２０において端面２０ａと反対側の端面２０ｂ上には、誘電体多層膜からなる高反射膜の一例としてのＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ光反射多層膜２１５を設けている。そして、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９上にはｐ型電極２１０が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１下にはｎ型電極２１１が形成されている。
【００５６】
上記構成のＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置によれば、ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５の光出射端面近傍２０５ａは、組織が無秩序で、且つ、光を透過するから、長時間のレーザ動作中に光吸収が生じず、長期間わたって安定に窓効果を発揮することできる。
【００５７】
また、上記ＡｌＰ第１バリア層２０４およびＡｌＰ第２バリア層２０６の端面近傍２０４ａ，２０６ａは高抵抗であるから、その端面近傍２０４ａ，２０６を通して電流リークが発生するのを阻止することができる。
【００５８】
また、上記ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５の光出射端面近傍２０５ａが無秩序化されていることでＣＯＤの発生を阻止できるから、レーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を本体２０の端面２０ａ上に設けなくてもよい。したがって、ＣＯＤの発生を阻止するための半導体層を設けない分、量産性を向上させることができる。
【００５９】
以下、上記ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置の製造プロセスについて説明する。
【００６０】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＩｎＧａＡｌＰからなる第１クラッド層を形成し、その第１クラッド層上に、ＩｎＧａＡｌＰからなる第１ガイド層、ＡｌＰ第１バリア層、ＩｎＧａＰウェル層とＩｎＧａＡｌＰバリア層とからなるＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層、ＡｌＰ第２バリア層、ＩｎＧａＡｌＰからなる第２ガイド層、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰからなる第２クラッド層、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層をＭＢＥ法により順次エピタキシャル成長する。これにより得られたウェハにリッジ型ストライプを形成した後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層上にｐ型電極を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板下にｎ型電極を形成する。このようにｐ，ｎ型電極が形成されたウエハは、複数の本体２０を整列した状態で且つ非分割状態で含んでいる。
【００６１】
次に、共振器長Ｌが６００μｍとなるようにウエハを短冊状にへき開して、本体２０を複数整列した状態で含む短冊状のレーザーバーとよばれるものを作製する。引き続いて、このレーザーバーを酸化炉中のホルダーに設置し、窒素ガス中で４５０℃に加熱する。このとき、気化器で発生させた水蒸気を酸化炉内に約１０分間導入した。このように水蒸気中でレーザバーを加熱することにより、ＡｌＰ第１バリア層およびＡｌＰ第２バリア層は端面から水蒸気により急速酸化される。そして、ＡｌＰ第１バリア層およびＡｌＰ第２バリア層は、約３０分で端面からの距離約１０μｍが酸化された。急速酸化されたＡｌＰ第１，第２バリア層は化学的に非常に安定で高抵抗の酸化膜（ＡｌｘＯｙＰ）に変化する。これと同時に、その２つの酸化膜（ＡｌｘＯｙＰ）に挟まれた量子井戸層は無秩序化される。この無秩序化された領域は、バンドギャップが広がりレーザ光に対して透明な完全な窓領域となる。
【００６２】
次に、上記光出射端面からの光取出し効率を大きくするために、レーザバーの光出射側のへき界面上にＡｌ２Ｏ３の光透過膜（反射率１０％程度）を、光出射側と反対側のへき界面上にＡｌ２Ｏ３とａ−Ｓｉの多層膜による光反射多層膜（反射率９５％程度）を電子ビーム蒸着機により形成した。このプロセスの後、電極表面上に廻り込んで付着したＡｌ２Ｏ３、ａ−Ｓｉは、光透過膜および光反射多層膜をフォトレジストで保護した後、フッ酸液に浸けることにより除去する。このように作製されたレーザバーを分割すると、レーザーチップが完成する。すなわち、図２に示すＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置が完成する。
【００６３】
このＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置（レーザチップ）をφ５．６ｍｍのパッケージに実装し、Ｉ−Ｌ（電流‐光出力）特性を測定した。このＩ−Ｌ特性の測定結果によると、ＣＷ駆動で発振波長λ＝６６５ｎｍ、しきい値電流Ｉｔｈ＝３５ｍＡ、スロープ効率η＝１．１Ｗ／Ａであり、端面破壊（ＣＯＤ）する最大光出力は１７０ｍＷであった。これに対して、従来型の半導体レーザ装置では、端面破壊する最大光出力は８５ｍＷであった。したがって、上記ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置は、その従来型の半導体レーザ装置の約２倍の光出力が得られたことになる。
【００６４】
また、本発明の製造方法で製造された２０個の半導体レーザ装置で信頼性試験をＣＷ１００ｍＷ、６０℃の条件で行ったところ、現在約１０００時間で故障した素子はない。これに対して、同じ条件（ＣＷ１００ｍＷ、６０℃）で、２０個の従来型の半導体レーザ装置の信頼性試験を行った所、１００時間以内にすべての素子が故障した。
【００６５】
上記実施例２では、ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層２０５の光出射端面近傍２０５ａはレーザ光を透過していたが、レーザ光を略透過するものであってもよい。
【００６６】
また、上記実施例２では、第１，第２バリア層をＡｌＰで構成し、多重量子井戸層をＩｎＧａＡｌＰで構成していたが、第１，第２バリア層および多重量子井戸層を、Ａｌを含有する化合物半導体で構成してもよい。例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＮおよびＡｌＧａＮの少なくとも１つを用いて、第１，第２バリア層および多重量子井戸層を構成してもよい。
【００６７】
上記本体２０は、ＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ基板を含んでいたが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ基板またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ基板を含んでもよい。
【００６８】
（実施例３）
実施例３において実施例１，２と違うのは、ＭＢＥ法により両端面にもＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、そのＡｌＡｓ層を水蒸気酸化炉中で急速酸化することにより化学的に安定なＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌｘＯｙＡｓ）を形成したことである。
【００６９】
以下、実施例３の端面窓型半導体レーザ装置について具体的に説明する。
【００７０】
図３に、実施例３の端面窓型半導体レーザ装置としてのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置の共振器方向（ストライプ方向）の概略断面図を示す。このＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置の本体３０は、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１と、このｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層３０２、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層３０３、ＡｌＡｓ第１バリア層３０４、ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層３０５、ＡｌＡｓ第２バリア層３０６、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層３０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層３０８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０９とを有している。上記ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層３０５は、ＡｌＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層とからなっている。
【００７１】
上記ＡｌＡｓ第１バリア層３０４およびＡｌＡｓ第２バリア層３０６の端面近傍３０４ａ，３０６ａは、化学的に安定な酸化物になっている。そして、これらの安定な酸化物に挟まれたＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層３０５、つまりＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層３０５の光出射端面近傍３０５ａは、組織が無秩序で、且つ、レーザ光を透過する。
【００７２】
また、上記本体３０の両端面３０ａ，３０ｂ上には、化学的に安定な酸化物からなる端面保護膜の一例としてのＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌｘＯｙＡｓ）３１６，３１７を設けている。このＡｌＡｓ酸化膜（ＡｌｘＯｙＡｓ）３１６，３１７は、ＡｌＡｓ層をエピタキシャル成長させ、そのＡｌＡｓ層を水蒸気酸化炉中で急速酸化（強制酸化）することにより形成される。そして、上記ＡｌＡｓ酸化膜３１６上には、誘電体薄膜からなるＡｌ２Ｏ３光透過膜３１４を設けると共に、ＡｌＡｓ酸化膜３１７上には、誘電体多層膜からなる高反射膜の一例としてのＡｌ２Ｏ３／ａ−Ｓｉ光反射多層膜３１５を設けている。また、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０９上にはｐ型電極３１０が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１下にはｎ型電極３１１が形成されている。
【００７３】
上記構成のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置は、上記実施例１のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置と同様の効果を奏すると共に、ＡｌＡｓ酸化膜３１６，３１７をレーザー端面結晶に設けているから、レーザー端面結晶に吸着される酸素や汚れを防止できる。
【００７４】
このように、レーザー端面結晶に酸素が吸着せず、レーザー端面結晶が汚れないので、実施例１のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置よりもさらに高出力動作に効果的である。実際に、実施例１のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置に比べて信頼性歩留りが１．５倍程向上した。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の端面窓型の高出力半導体レーザ装置は、比較的簡単な製造プロセスで端面窓層が形成できるので量産性に優れている。また、レーザ端面での破壊または劣化が防止できるので、特に１００ｍＷ以上の光出力で使用する用途、例えばＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒなどの光ディスクへの情報の高速書込み用の光源として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施例１の端面窓型半導体レーザ装置の共振器方向（ストライプ方向）の断面図である。
【図２】  図２は本発明の実施例２の端面窓型半導体レーザ装置の共振器方向の概略断面図である。
【図３】  図３は本発明の実施例３の端面窓型半導体レーザ装置の共振器方向の概略断面図である。
【図４】  図４は従来の端面窓型半導体レーザ装置の共振器方向の概略断面図である。
【図５】  図５は実施例１の端面窓型半導体レーザ装置の本体の中央部のバンドギャップを表わした図である
【図６】  図６は実施例１の端面窓型半導体レーザ装置の本体の端面近傍のバンドギャップを表わした図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０  本体
１０４，３０４  ＡｌＡｓ第１バリア層
１０４ａ，３０４ａ  ＡｌＡｓ第１バリア層の端面近傍
１０５，３０５  ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層
１０５ａ，３０５ａ  ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸層の光出射端面近傍
１０６，３０６  ＡｌＡｓ第２バリア層
１０６ａ，３０６ａ  ＡｌＡｓ第２バリア層の端面近傍
２０４  ＡｌＰ第１バリア層
２０４ａ  ＡｌＰ第１バリア層の端面近傍
２０５  ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層
２０５ａ  ＩｎＧａＡｌＰ多重量子井戸層の光出射端面近傍
２０６  ＡｌＰ第２バリア層
２０６ａ  ＡｌＰ第２バリア層の端面近傍
【図１】
0004249920.tif 000002
【図２】
0004249920.tif 000003
【図３】
0004249920.tif 000004
【図４】
0004249920.tif 000005
【図５】
0004249920.tif 000006
【図６】
0004249920.tif 000007