(57)【要約】【課題】  多重量子井戸層がＡｌＧａＡｓ系材料によって構成され、赤外光を出射する半導体レーザ素子において、端面窓構造を用いてＣＯＤレベルを向上させることができ、出力の向上された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  １つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層１６と、多重量子井戸層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ多重量子井戸層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する活性層５と、活性層５の厚み方向の両側にそれぞれ設けられる第１クラッド層４およびＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８と、活性層５およびＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層６とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する半導体レーザ素子であって、
前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層と、
前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるｐ型およびｎ型クラッド層と、
前記活性層とＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される前記クラッド層との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層は、前記多重量子井戸層のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成され、
前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記Ｉｎ拡散防止層は、ＧａｘＡｓｙＰｚによって構成され、ＧａｘＡｓｙＰｚの組成比を示すｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ＜０．５、０＜ｚ＜０．５、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記Ｉｎ拡散防止層は、ＡｌｕＡｓｖＰｗによって構成され、ＡｌｕＡｓｖＰｗの組成比を示すｕ、ｖ、ｗが、０＜ｕ≦０．５、０＜ｖ＜０．５、０＜ｗ＜０．５、かつｕ＋ｖ＋ｗ＝１の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記Ｉｎ拡散防止層のバンドギャップは、ｐ型クラッド層のバンドギャップよりも大きく選ばれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記Ｉｎ拡散防止層の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記多重量子井戸層は、少なくとも３層以上の井戸層を含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記多重量子井戸層の井戸層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記ｐ型クラッド層の、前記多重量子井戸層とは反対側に設けられ、ＧａＡｓによって構成され、かつ厚さが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ばれる高導電性のコンタクト層が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層、前記多重量子井戸層および前記Ｉｎ拡散防止層が形成され、ＧａＡｓによって構成される基板を含み、
前記Ｉｎ拡散防止層の格子定数をΔａとし、前記基板、前記多重量子井戸層、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する活性層と、前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層とを有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層の前駆体との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、
前記活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化して、前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを形成することを特徴とする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】
本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）レコーダの急速な普及によって、ＤＶＤ系のメディアは大規模な記録媒体としての役割が大きくなり、ＤＶＤ系のメディアへの記録速度を向上させるための競争は激しさを増している。更に、ＤＶＤ系のメディアだけではなく、従来から用いられているＣＤ（Compact Disk）系のメディアにも記録できるレコーダが各社から発売されている。しかしながら現行のＤＶＤ系メディアおよびＣＤ系メディアの両方の記録に対応したレコーダについては、各々ＤＶＤ用の半導体レーザ素子およびＣＤ用の半導体レーザ素子の２つの半導体レーザ素子を搭載したものばかりであり、レンズ等の光学系が個別に必要となり、ＤＶＤのみ、またはＣＤのみに対応した光ピックアップ装置よりも部品点数、サイズ、製造コストの３点が劣っており、すなわち部品点数が多くなり、サイズが大きくなり、製造コストが高くなっている。パーソナルコンピュータ、ＤＶＤレコーダの小型化、低コスト化に伴い、小型化、低コスト化を実現する手段としては、一つの半導体レーザ素子を用いてＤＶＤ系メディアおよびＣＤ系メディアに、共に高速で情報を記録することができる半導体レーザ素子が有効である。
【０００３】
記録媒体に高速で情報を記録するためには、半導体レーザ素子の高出力化が必要不可欠であるが、半導体レーザ素子の最高出力は、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）によって決定される。ＣＯＤとは、端面コート膜とレーザの共振器端面との深い界面準位に起因する非発光再結合が起こることによって、光出射端面近傍で発熱が生じ、発熱に伴いバンドギャップは更に小さくなり、さらに非発光再結合が増加し、バンドギャップが小さくなるという正帰還によって最終的には高い温度で半導体レーザ素子の光出射端面が溶け出し、レーザ発振が停止する現象をいう。
【０００４】
前記ＣＯＤを防止するために、半導体レーザ素子の光出射端面に不純物拡散を行い、光出射端面近傍のバンドギャップを広げ、光吸収を低減した端面窓構造が開発されている。ＤＶＤおよびＣＤ用のモノリシック２波長半導体レーザ素子の高出力化には、ＤＶＤ用のレーザ光、ＣＤ用のレーザ光を出射する端面に、共に端面窓構造を設けることが有効である。ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子における窓構造の作成方法は、レーザ光が出力される窓端面近傍にＺｎ（亜鉛）拡散を行い、このＺｎ拡散をした窓層のみを高エネルギー化することによって端面窓構造を形成している（たとえば非特許文献１参照）。
【０００５】
図２７は、化合物半導体の格子定数とバンドギャップとの相関図である。具体的に、端面窓構造を有する半導体レーザ素子は、導電型ＧａＡｓ基板の一表面上に、ＡｌＧａＩｎＰから成る導電型クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰから成る層とＧａＩｎＰから成る層とを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）層を積層し、更にはその上にＡｌＧａＩｎＰから成る導電型クラッド層を積層し、その上にＧａＩｎＰから成るバンド不連続解消層を積層し、一番上には高導電型ＧａＡｓ層を積層したウェーハの上部から半導体レーザ素子における出射部を形成すべき部分の付近にのみＺｎＯから成る半導体層を積層し、高温（主に５００℃）に加熱することによって作製することができる（たとえば特許文献１参照）。このような作製方法では、ＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰに対するＺｎの拡散係数が非常に大きいことを利用して、Ｚｎを多重量子井戸層まで拡散させ、図２７に示すように多重量子井戸層のＡｌおよびＧａの組成比を変化させることによってレーザ光の出射部におけるバンドギャップを広げることができる。この作製方法を用いて、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯半導体レーザ素子については出力を大幅に上げることが可能となり、パルス３５０ｍＷ超クラスの半導体レーザ素子が製品化されている。
【０００６】
また他の従来の技術では、赤外光を出射するＣＤ用のレーザ部のクラッド層をＡｌＧａＩｎＰの４元化合物半導体で構成することによって、Ｚｎの拡散係数を向上させ、ＣＤおよびＤＶＤ用のレーザ光を出射するそれぞれの端面に、共に端面窓構造を形成する技術が開示されている（たとえば特許文献２参照）。
【０００７】
図２８は、特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子の厚み方向における各位置におけるＩｎ，Ｐ，Ａｌ，ＡｓおよびＧａの相対カウント数を示すグラフである。図２８において横軸は、基準面からの位置を示し、縦軸は、相対カウント数を示す。相対カウント数とは、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass 
Spectrometer）測定で観測された２次イオンの数であり、ａ．ｕ（任意単位）と同義である。また同図において、薄い実線はＩｎを示し、２点鎖線はＰを示し、１点鎖線はＡｌを示し、濃い実線はＡｓを示し、破線はＧａを示す。また図２９は、特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子において端面窓構造を形成しない場合におけるＣＯＤレベルを示すグラフである。図２９において横軸は、端面窓においてＭＱＷ層がどれだけ無秩序したかを示すパラメータΔλを示し、縦軸はＣＯＤが発生するレベルを示す。Δλとは、ＭＱＷ層の波長を、無秩序化された窓を形成した部分のＰＬ波長から差し引いた値である。
【０００８】
【特許文献１】特開５−２１８５９３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５５１４号公報
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics Vol．29 No.9 September，1990，ppL1666〜L1668
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載される端面窓構造の形成方法を用いて半導体レーザ素子を作製した結果、Ｚｎを固相拡散させて、活性層を突き抜けるほどＺｎを拡散させた結果、ＭＱＷ層は無秩序化されたが、ＡｌＧａＩｎＰから成るクラッド層とＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層の間でＡｌとＧａとの相互拡散のみならず、Ｉｎも拡散してしまい、クラッド層とＭＱＷ層との間にＡｌＧａＩｎＡｓが形成された。ＡｌＧａＩｎＡｓのバンドギャップは、ＭＱＷ層のバンドギャップより小さくなるので光吸収が発生してしまい、図２９に示すようにＣＯＤレベルは窓形成を行わない場合よりも低下した。
【００１０】
したがって本発明の目的は、多重量子井戸層がＡｌＧａＡｓ系材料によって構成され、赤外光を出射する半導体レーザ素子において、端面窓構造を用いてＣＯＤレベルを向上させることができ、出力の向上された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】
【００１１】
本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する半導体レーザ素子であって、
前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層と、
前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるｐ型およびｎ型クラッド層と、
前記活性層とＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成される前記クラッド層との間に設けられ、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１２】
また本発明は、前記ｐ型クラッド層は、前記多重量子井戸層のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成され、
前記ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層は、ＧａｘＡｓｙＰｚによって構成され、ＧａｘＡｓｙＰｚの組成比を示すｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ＜０．５、０＜ｚ＜０．５、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層は、ＡｌｕＡｓｖＰｗによって構成され、ＡｌｕＡｓｖＰｗの組成比を示すｕ、ｖ、ｗが、０＜ｕ≦０．５、０＜ｖ＜０．５、０＜ｗ＜０．５、かつｕ＋ｖ＋ｗ＝１の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層のバンドギャップは、ｐ型クラッド層のバンドギャップよりも大きく選ばれることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記Ｉｎ拡散防止層の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記多重量子井戸層は、少なくとも３層以上の井戸層を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記多重量子井戸層の井戸層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ばれることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記ｐ型クラッド層の、前記多重量子井戸層とは反対側に設けられ、ＧａＡｓによって構成され、かつ厚さが、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ばれる高導電性のコンタクト層が設けられることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層、前記多重量子井戸層および前記Ｉｎ拡散防止層が形成され、ＧａＡｓによって構成される基板を含み、
前記Ｉｎ拡散防止層の格子定数をΔａとし、前記基板、前記多重量子井戸層、前記ｐ型クラッド層、前記ｎ型クラッド層のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層を有する活性層と、前記活性層の厚み方向の両側にそれぞれ設けられ、少なくとも一方がＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層とを有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層の前駆体との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、
前記活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化して、前記多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ前記多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層と、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸層と、多重量子井戸層のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつ多重量子井戸層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部とを有する活性層の間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層が設けられている。このような構成の半導体レーザ素子は、活性層の前駆体と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成されるクラッド層との間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層を形成しておき、活性層の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化することによって、多重量子井戸層と窓領域部とが形成される。Ｉｎ拡散防止層が設けられていることによって、前記固相拡散を行ったときに、窓領域部において、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からのＩｎの相互拡散が抑制され、なおかつＡｌ，Ｇａの相互拡散を生じさせることができ、これによって赤外光を出射する半導体レーザ素子において、ＣＯＤレベルを向上させて、出力の向上を図ることができる。
【００２３】
また赤外レーザ素子のＡｌＧａＡｓ系材料から成る活性層に対して窓構造を形成するときの不純物の拡散と、無秩序化とを容易に行うことができるので、たとえば、赤色光を出射する半導体レーザ素子と赤外光を出射する半導体レーザ素子とをモノリシックに同一基板上に形成する場合には、Ｚｎの拡散の温度を２つの半導体レーザ素子間で揃えることができ、窓構造形成工程およびリッジ形成工程を１回で行えるため、工程数を削減して、生産性を向上させることができ、ひいては製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子１の構成を示す断面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た、共振器方向における断面図である。前記共振器方向とは、レーザ光が共振する方向であり、図１において紙面に垂直な方向である。半導体レーザ素子１は、赤外光を出射可能である。半導体レーザ素子１は、その構成として、半導体基板２と、バッファ層３と、第１クラッド層４と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９と、絶縁層１０と、コンタクト電極１１と、下地電極１２と、めっき電極１３と、裏面電極１４とを含んで構成される。半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部には、高濃度に不純物が導入された窓構造部１８が形成されている。
【００２５】
半導体基板２は、不純物がドーピングされたＧａＡｓ（ガリウム砒素）によって構成される。半導体基板２の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉ（シリコン）が用いられる。
【００２６】
バッファ層３は、半導体基板２の厚み方向の一表面２ａ上に積層されている。バッファ層３は、不純物がドーピングされたＧａＡｓによって構成される。半導体基板２の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。
【００２７】
第１クラッド層４は、バッファ層３の厚み方向の一表面３ａ上に積層されている。第１クラッド層４は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）によって構成される。第１クラッド層４の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。
【００２８】
活性層５は、第１クラッド層４の厚み方向の一表面４ａ上に積層される。活性層５は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される多重量子井戸（Multiple Quantum 
Well：以下、ＭＱＷという）層１６と、ＭＱＷ層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつＭＱＷ層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する。窓領域部１９は、窓構造部１８に含まれている。
【００２９】
ＭＱＷ層１６は、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成される。ＭＱＷ層１６は、少なくとも３層以上の井戸層を含んで構成されることが望ましく、井戸層は１０層以下が望ましい。このような範囲に選ぶことによって、レーザ発振を好適に行わせることができる。ＭＱＷ層１６において、各井戸層は、井戸層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有するバリア層によって挟まれている。井戸層およびバリア層は、ともにＡｌＧａＡｓによって形成されるが、その組成比を異ならせている。このようにＭＱＷ層１６を構成することによって、７８０ｎｍ帯で発振させ、赤外光を出射することができる。
【００３０】
ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さは、３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ばれる。ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さが３ｎｍ未満になると、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）によって井戸層を形成するときの厚さのばらつきの影響を受けやすくなってしまい、レーザ光の放射角の制御が難しくなってしまう。またＭＱＷ層１６の井戸層の厚さが５ｎｍを超えると、拡散温度に対する拡散距離が短くなってしまい、窓構造部１８を形成するときに不純物として用いられるＺｎ（亜鉛）が拡散しにくくなる。したがってＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを３ｎｍ以上５ｎｍ以下に選ぶことによって、放射角の制御が容易で、かつ不純物の拡散が容易となる。
【００３１】
Ｉｎ拡散防止層６は、活性層５の厚み方向の一表面５ａ上に積層される。Ｉｎ拡散防止層６は、ＡｌＡｓＰ（アルミニウムガリウムリン）もしくはＧａＡｓＰ（ガリウム砒素リン）によって構成される。Ｉｎ拡散防止層６が、ＧａｘＡｓｙＰｚによって構成される場合、ＧａｘＡｓｙＰｚの組成比を示すｘ、ｙ、ｚが、０＜ｘ≦０．５、０＜ｙ＜０．５、０＜ｚ＜０．５、かつｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係を満たすように選ばれ、好ましくは、ｘ＝０．５、ｙ＝０．２５、ｚ＝０．２５に選ばれる。
【００３２】
またＩｎ拡散防止層６が、ＡｌｕＡｓｖＰｗによって構成される場合、ＡｌｕＡｓｖＰｗの組成比を示すｕ、ｖ、ｗが、０＜ｕ≦０．５、０＜ｖ＜０．５、０＜ｗ＜０．５、かつｕ＋ｖ＋ｗ＝１の関係を満たすように選ばれ、好ましくは、ｕ＝０．５、ｖ＝０．２５、ｗ＝０．２５に選ばれる。
【００３３】
図３は、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５と、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５とのＰ（リン）の組成比を変化させた場合の臨界膜厚を示すグラフである。図３において横軸はＰの組成比ｘを示し、縦軸は結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚（単位：ｎｍ）を示す。図３において、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５の場合を点線で示し、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５の場合を実線で示す。またここでは、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５またはＡｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５を、ＭＱＷ層１６を構成するＡｌ０．２Ｇａ０．３Ａｓ０．５に積層される場合について示している。Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５と、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５との厚さが１０ｎｍ程度の臨界膜厚を確保するためには、ｘ＝０．５すなわちＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５およびＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５の組成が望ましい。図３におけるＰの組成比を、下地となるＭＱＷ層１６の格子定数をａとし、ＡｌＡｓＰまたはＧａＡｓＰの格子定数をΔａとして、格子定数の相違に直すと図４に示すグラフになる。図４において、横軸は、Δａをａで除算した値を示し、縦軸は臨界膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また図４において、Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５の場合を点線で示し、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５の場合を実線で示す。このようなグラフから、Ｉｎ拡散防止層６としてＡｌＡｓＰまたはＧａＡｓＰを用いる場合において、４ｎｍ〜１０ｎｍの間の臨界膜厚を必要とするならば、Δａ／ａの範囲は、１．８＜Δａ／ａ＜３．６であることが分かる。
【００３４】
Ｉｎ拡散防止層６の格子定数をΔａとし、ＭＱＷ層１６の格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように、Ｉｎ拡散防止層６を構成するＡｌＡｓＰもしくはＧａＡｓＰの組成比が選ばれる。これによって、Ｉｎ拡散防止層６の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができる。Ｉｎ拡散防止層６の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれる。
【００３５】
図５は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図である。図５において横軸は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さ（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は、受光素子によって入力した光を測定して得られる入射光パワー（任意単位）を示す。また図６は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１の外部微分効率を示す図である。図６において横軸は、Ｉｎ拡散防止層６の厚さ（単位：ｎｍ）を示し、縦軸は、外部微分効率（任意単位）を示す。図５および図６から、Ｉｎ拡散防止層６が１０ｎｍ以上では歪が大きくなり、レーザの外部微分効率が低下し、Ｉｎ拡散防止層６が３ｎｍ以下では窓領域部１９を形成するときにＩｎの拡散が起こり、ＣＯＤレベルが低下したと考えられる。したがって、Ｉｎ拡散防止層６の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に選ぶことによって、外部微分効率が低下することなく、ＣＯＤレベルと高い状態とすることができる。
【００３６】
またＩｎ拡散防止層６のバンドギャップは、第２クラッド層８のバンドギャップよりも大きく選ばれている。これによってＩｎ拡散防止層６の光吸収による外部微分効率の低下が抑制できる。
【００３７】
エッチングストップ層７は、Ｉｎ拡散防止層６の厚み方向の一表面６ａ上に積層される。エッチングストップ層７は、不純物がドーピングされたＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）によって構成される。エッチングストップ層７の導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎ（亜鉛）が用いられる。
【００３８】
第２クラッド層８は、エッチングストップ層７の厚み方向の一表面７ａ上に積層され、リッジ形状の導波路を形成する。第２クラッド層８は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＩｎＰ、または不純物がドーピングされたＧａＩｎＰによって構成される。第２クラッド層８の導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎが用いられる。第２クラッド層８は、ＭＱＷ層１６のバンドキャップよりも大きいバンドギャップを有し、すなわちＭＱＷ層１６の屈折率よりも低い屈折率を有する。Ｉｎ拡散防止層６の格子定数をΔａとし、第２クラッド層８の格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように選ばれる。これによって、同様に第２クラッド層８の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができる。
【００３９】
第２クラッド層８をＡｌＧａＩｎＰ系材料によって構成する利点について、図２７を参照して説明する。仮にＡｌＧａＡｓ系の材料を用いて第２クラッド層８を構成した場合、ＡｌＧａＡｓとの格子定数は、第２クラッド層８に積層されるコンタクト層９に含まれるＧａＡｓの格子定数とは殆んど一致（差は約２％ほど）しているため、ＡｌＧａＡｓの組成が変動しやすい。ＡｌＧａＡｓの組成が変動するということは、屈折率が変動する。図７は、横軸に(ＡｌｘＧａ１−ｘ)０．５Ａｓ０．５のＡｌの組成比ｘを示し、縦軸に波長７８０ｎｍにおける屈折率を示すグラフである。つまり第２クラッド層８として仮にＡｌＧａＡｓを用いる場合は、クラッド層を構成するＡｌＧａＡｓの屈折率が安定しないため、半導体レーザ素子の基本機能である放射角の特性をコントロールし難いという問題がある。ここで、図２７を参照して、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰのグラフを見ると、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰの組成で、ＧａＡｓに格子整合する組成比は一律に決まることが判る。そのためＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰは、これらＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰを成長した後にＸ線回折などによって組成を一律にコントロールしやすいという利点がある。そのため第２クラッド層８として、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰを用いれば半導体レーザ素子の放射角を安定して制御することが可能となる。
【００４０】
コンタクト層９は、第２クラッド層８の厚み方向の一表面８ａに積層され、第２クラッド層８とともにリッジ形状の導波路を形成する。コンタクト層９は、中間層９Ａと、キャップ層９Ｂとを含んで構成される。中間層９Ａは、第２クラッド層８とキャップ層９Ｂとの間に設けられる。中間層９Ａは、不純物がドーピングされたＧａＩｎＰによって構成され、キャップ層９Ｂは、不純物がドーピングされたＧａＡｓによって構成される。中間層９Ａおよびキャップ層９Ｂの導電型は、ｐ型であり、不純物としてはＺｎが用いられる。コンタクト層９を構成する中間層９Ａおよびキャップ層９Ｂは、高導電性を有し、その導電率は、１／Ω・ｍ〜１０５／Ω・ｍ程度に選ばれる。またコンタクト層９の厚さは、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ばれる。コンタクト層９の厚さを５０ｎｍ以下にすると、コンタクト層９に積層される下地電極１２とのオーミック接合が取れなくなり、またコンタクト層９の厚さが３００ｎｍを超えて大きくなり過ぎると、不純物であるＺｎが拡散しにくく、窓領域部１９の形成を阻害してしまう。したがって、コンタクト層９の厚さを５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に選ぶことによって、下地電極１２とのオーミック接合を好適に行うことができ、かつ窓領域部１９の形成しやすくすることができる。
【００４１】
絶縁層１０は、コンタクト層９の厚み方向の一表面９ａが露出するように、コンタクト層９と、第２クラッド層８と、エッチングストップ層７の厚み方向の一表面７ａのうち、第２クラッド層８が形成される部分を除く残余の部分とを覆って積層されている。絶縁層１０は、電気絶縁性を有し、第２クラッド層８およびコンタクト層９を含むリッジ導波路の側面およびエッチングストップ層７を覆って、コンタクト層９に効率的に電流を流すための電流ブロック層として機能する。絶縁層１０は、ＳｉＯ２（二酸化シリコン）によって構成される。
【００４２】
コンタクト電極１１は、コンタクト層９の厚み方向の一表面９ａのうち、共振器方向の端部（窓構造部１８）を除く部分に積層される。コンタクト電極１１は、ＡｕＺｎ（金と亜鉛との合金）から成る膜と、Ａｕ（金）から成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番で積層される積層膜によって構成される。
【００４３】
下地電極１２は、コンタクト電極１１の厚み方向の一表面１１ａおよび絶縁層１０の厚み方向の一表面１０ａを覆って積層される下地電極１２は、Ｔｉ（チタン）から成る膜とＡｌ（アルミニウム）から成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番で積層される積層膜によって構成される。下地電極１２は、電界めっきを行うときの、めっき電極として用いられる。
【００４４】
めっき電極１３は、リッジ形状の導波路を覆うように、下地電極１２に積層される。めっき電極１３は、Ａｕによって構成される。
【００４５】
裏面電極１４は、半導体基板２の厚み方向の他表面２ｂ上に積層される。ＡｕＧｅ（金とゲルマニウムとの合金）とＮｉとの合金から成る膜と、Ｍｏから成る膜と、Ａｕから成る膜とが、半導体基板２側から記載した順番に積層される積層膜によって構成される。
【００４６】
窓構造部１８は、半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部に形成され、第１クラッド層４の活性層５に隣接する部分と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９との、共振器方向の両端部で、半導体基板２の厚み方向および共振器方向に垂直な方向の両端部間にわたって高濃度に不純物であるＺｎが導入されて設けられる。活性層５のうち、窓構造部１８に含まれる領域が窓領域部１９であり、残余の部分がＭＱＷ層１６である。
【００４７】
次に半導体レーザ素子１および半導体レーザ素子１を含む半導体レーザ装置を製造する方法について説明する。半導体レーザ素子１は、半導体レーザ素子１に含まれる各半導体層、絶縁層および各電極となる膜を基板上に形成した後、個片化することによって製造される。したがって、以下の説明では、個片化する前の各半導体層、絶縁層および各電極の前駆体については、個片化された半導体レーザ素子１に含まれる各半導体層、絶縁層および各電極とそれぞれ同様の参照符号を付すことにする。以後、製造過程において、個片化する前の半導体レーザ素子１の前駆体をウェーハという。
【００４８】
図８は、半導体レーザ装置の製造工程を示すフローチャートである。製造工程を開始すると、ステップｓ０からステップｓ１に移り、ステップｓ１では、成膜工程を行う。成膜工程では、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置によって、ｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂを、記載した順番で順次積層する。また、ＡｌＧａＡｓ系ＭＱＷ層１６は、その厚さが３ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、四重量子井戸でもかまわない。以下、ｐ型を「ｐ−」と記載し、ｎ型を「ｎ−」と記載する場合がある。
【００４９】
ステップｓ１が終了すると、ステップｓ２に移って、窓領域形成工程を行う。図９は、窓領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図９（１）は共振器方向の断面図であり、図９（２）は図９（１）の切断面線Ａ−Ａから見た出射端面における断面図である。窓領域形成工程では、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂの厚み方向の一表面上の全面に積層してＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を成膜し、リソグラフィー技術およびウェットエッチング技術を用いて、成膜されたＡｌ２Ｏ３のうち窓構造を形成すべき部分に積層される部分を除去して、マスク２１を形成する。マスク２１は、たとえば、成膜されたＡｌ２Ｏ３に積層したフォトレジストを、フォトリソグラフィー技術を用いて幅６０μｍ、ピッチ１２６０μｍのストライプ状にパターニングし、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、Ｈ３ＰＯ４（リン酸）によって露出する部分のＡｌ２Ｏ３を除去し、成膜されたＡｌ２Ｏ３に開口部を作成した後、有機洗浄によってフォトレジストを除去して形成される。次に、マスク２１の厚み方向の一表面の全面およびｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂのうちマスク２１から露出する部分を覆うように、ＺｎＯとＳｉＯ２との混合膜２２をスパッタリングによって蒸着する。次に前記混合膜２２に積層してカバーとしてＳｉＯ２膜２３、混合膜２２の厚み方向の一表面の全面にわたって蒸着して形成する。前記ＳｉＯ２の蒸着は、Ｐ−ＣＶＤ（Plasma−Chemical Vapor Deposition）装置またはスパッタリング装置などを用いて行われる。
【００５０】
ステップｓ２が終了すると、ステップｓ３に移って、アニール工程を行う。図１０は、アニール工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１０（１）は共振器方向の断面図であり、図１０（２）は図１０（１）の切断面線Ｂ−Ｂから見た出射端面における断面図である。アニール工程では、予め定める第１の温度で、予め定める第１の時間にわたってウェーハにアニールを行いＺｎがＭＱＷ層１６を突き抜ける程度、すなわちｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂのうちマスク２１から露出する部分と、ｎ−ＧａＡｓ基板２との間の領域であって、混合膜２２からｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４のＭＱＷ層１６寄りの部分までの範囲にＺｎを拡散させる。アニール工程において混合膜２２からのＺｎが拡散した領域を、Ｚｎ拡散領域３０として示す。予め定める第１の温度は、たとえば５３２℃に設定され、予め定める第１の時間は、たとえば２時間に設定される。
【００５１】
図１１は、ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合と、井戸層の厚さを７．５ｎｍの二重量子井戸構造とした場合とにおけるＺｎの拡散のしやすさを示す図である。図１１において横軸は、拡散温度（単位：℃）を示し、縦軸は、ＭＱＷ層１６とＩｎ拡散防止層６との界面を基準位置（０）としたときの厚み方向における拡散距離（単位：μｍ）である。本実験はｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層、厚さが７．５ｎｍの二重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａ、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂを、記載した順番で順次積層した半導体レーザ素子構造の上に５０ｎｍのＺｎＯ、２００ｎｍのＳｉＯ２をスパッタ蒸着で順次積層したのち、アニール炉にて５３０℃程度で２時間加熱した後、上記ウエハを壁開したのち半導体レーザ構造素子のＭＱＷ層からのＺｎの拡散距離を走査型電子顕微鏡にて測定をおこなった結果である。また図１１においては、白抜き丸印（○）は、ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合の測定値を示し、白抜き四角印（□）は、井戸層の厚さが７．５ｎｍの二重量子井戸構造の場合の測定値を示し、白抜き三角印（△）は、井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合であって、拡散源との間に薄いキャップ層９Ｂを介在させた場合の測定値を示す。また各場合における測定値を結ぶ指数曲線についても示している。図１１から判るようにＭＱＷ層１６の井戸層の厚みが薄くなれば、同じＺｎ拡散温度でもＺｎがより拡散しやすくなり、ＭＱＷ層１６の無秩序化が起こりやすい。またＭＱＷ層１６の構造が同じであっても、キャップ層９Ｂが設けられている場合と、設けられていない場合とでは、拡散距離が変化する。
【００５２】
図１２は、コンタクト層９の厚さと、予め定める拡散温度で活性層５におけるＺｎの拡散距離を示すグラフである。図１２のグラフにおいて横軸は、コンタクト層の厚さ（単位：μｍ）を示し、縦軸は、活性層におけるＺｎの拡散距離（任意単位）を示している。図１２から、コンタクト層９の厚みが大きくなると、ＭＱＷ層１６における拡散距離が短くなることが判る。
【００５３】
ステップｓ３が終了すると、ステップｓ４に移って、除去工程を行う。図１３は、除去工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１３（１）は共振器方向の断面図であり、図１３（２）は図１３（１）の切断面線Ｃ−Ｃから見た出射端面における断面図である。除去工程では、アニールが終了したウェーハに、ＨＦ（フッ化水素）を用いてウェットエッチングを予め定める時間行って、ウェーハの表面に形成されているマスク２１、混合膜２２およびＳｉＯ２膜２３を除去する。予め定める時間は、３０秒程である。
【００５４】
ステップｓ４が終了すると、ステップｓ５に移って、リッジ形成用ストライプ形成工程を行う。図１４は、リッジ形成用ストライプ形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１４（１）は共振器方向の断面図であり、図１４（２）は図１４（１）の切断面線Ｄ−Ｄから見た出射端面における断面図である。リッジ形成用ストライプ形成工程では、再びウェーハ表面全体、すなわちＺｎ拡散領域３０を含むｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂの厚み方向の一表面上の全面にわたってＳｉＯ２を蒸着する。そしてフォトリソグラフィー技術を用いてＳｉＯ２に、出射端面に平行となるようにレジストのストライプを形成する。レジストのストライプの形成にはステッパーを用い、ストライプの幅は１μｍ〜２μｍとなるように形成される。前記レジストのストライプをマスクとして、反応性イオンエッチングを行い、レジストのストライプに沿ってＳｉＯ２から成るストライプ２６を形成し、有機洗浄およびアッシングによってレジストを除去する。
【００５５】
ステップｓ５が終了すると、ステップｓ６に移って、リッジ形成工程を行う。図１５は、リッジ形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１５（１）は共振器方向の断面図であり、図１５（２）は図１５（１）の切断面線Ｅ−Ｅから見た出射端面における断面図である。リッジ形成工程では、ストライプ２６をマスクとして誘導結合プラズマエッチングを行い、ＧａＩｎＰエッチングストップ層７までエッチングを行い、リッジストライプ２７を形成する。その後、ストライプ２６を、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウェットエッチングで除去する。
【００５６】
ステップｓ６が終了すると、ステップｓ７に移って、蒸着工程を行う。図１６は、蒸着工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１６（１）は共振器方向の断面図であり、図１６（２）は図１６（１）の切断面線Ｆ−Ｆから見た出射端面における断面図である。蒸着工程では、再びウェーハの厚み方向の一表面の全体にＳｉＯ２を蒸着させて、ＳｉＯ２膜２９を形成する。ＳｉＯ２膜２９は、ＧａＩｎＰエッチングストップ層７およびリッジストライプ２７を覆う。
【００５７】
ステップｓ７が終了すると、ステップｓ８に移って、非注入領域形成工程を行う。図１７は、非注入領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１７（１）は共振器方向の断面図であり、図１７（２）は図１７（１）の切断面線Ｇ−Ｇから見た出射端面における断面図である。非注入領域形成工程では、ＳｉＯ２膜２９の、リッジストライプ２７の厚み方向の一表面に積層された部分のうち、Ｚｎを拡散してＭＱＷ層１６を無秩序化した領域（Ｚｎ拡散領域３０）に積層される部分を除く残余の部分を除去し、電流非注入領域を形成するための絶縁層１０を形成する。絶縁層１０は、少なくとも窓領域部１９を覆うように形成され、すなわちＺｎ拡散領域を覆うように設けられる。絶縁層１０を形成するためには、ＢＨＦなどでウェットエッチングするか、もしくは反応性イオンエッチングでＳｉＯ２を除去するのが望ましい。
【００５８】
ステップｓ８が終了すると、ステップｓ９に移って、コンタクト電極形成工程を行う。図１８は、コンタクト電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１８（１）は共振器方向の断面図であり、図１８（２）は図１８（１）の切断面線Ｈ−Ｈから見た出射端面における断面図である。コンタクト電極形成工程では、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９Ｂとの電気的なコンタクトをとるために、非注入領域形成工程においてＳｉＯ２を除去した部分のみにＡｕＺｎと、Ａｕとを順番に蒸着してコンタクト電極１１を形成する。コンタクト電極１１は、たとえばリフトオフなどによって形成する。
【００５９】
ステップｓ９が終了すると、ステップｓ１０に移って、裏面電極形成工程を行う。図１９は、裏面電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図１９（１）は共振器方向の断面図であり、図１９（２）は図１９（１）の切断面線Ｉ−Ｉから見た出射端面における断面図である。裏面電極形成工程では、ｎ−ＧａＡｓ基板２を、厚み方向の他表面側から削ってその厚みを小さくして、スパッタリングまたはＥＢ（Electron Beam）蒸着などによって、ＡｕとＧｅとの合金から成るＡｕＧｅ膜と、Ｎｉから成るＮｉ膜と、Ｍｏから成るＭｏ膜と、Ａｕから成るＡｕ膜とを、記載した順番で蒸着によって形成して、裏面電極（Ｎ側電極）１４を形成する。このとき裏面電極１４とｎ−ＧａＡｓ基板２との間のオーミック接合をとるために、裏面電極１４を形成した後、予め定める第２の温度で、予め定める第２の時間にわたってウェーハをアニールするのが望ましい。予め定める第２の温度は、たとえば４４０℃に選ばれ、予め定める第２の時間は、たとえば１５分程度に選ばれる。
【００６０】
ステップｓ１０が終了すると、ステップｓ１１に移って、下地電極形成工程を行う。図２０は、下地電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図２０（１）は共振器方向の断面図であり、図２０（２）は図２０（１）の切断面線Ｊ−Ｊから見た出射端面における断面図である。下地電極形成工程では、コンタクト電極１１および絶縁層１０の厚み方向の一方の表面に、Ｔｉから成る膜３１、Ａｕから成る膜３２をスパッタ装置などで記載した順番に蒸着によって形成し、下地電極１２を形成する。Ｔｉは、複数回に分けて蒸着される。
【００６１】
ステップｓ１１が終了すると、ステップｓ１２に移って、めっき電極形成工程を行う。図２１は、めっき電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図であり、図２１（１）は共振器方向の断面図であり、図２１（２）は図２１（１）の切断面線Ｋ−Ｋから見た出射端面における断面図である。めっき電極形成工程では、Ｔｉ膜およびＡｕ膜から成る下地電極１２を下地として電解めっきによってＡｕから成るめっき電極１３を形成する。めっき電極１３は、共振器長さに分割するときのために、Ｚｎ拡散領域３０には積層して形成しない。
【００６２】
ステップｓ１２が終了すると、ステップｓ１３に移って、バー分割工程を行う。図２２は、バー分割工程が終了した後のバーの断面図であり、図２２（１）は共振器方向の断面図であり、図２２（２）は図２２（１）の切断面線Ｌ−Ｌから見た出射端面における断面図である。バー分割工程では、窓構造部１８に重なる位置、すなわちＺｎ拡散領域３０に重なる位置で、Ａｕから成る膜３２の厚み方向の一表面部に、共振器長さおきにケガキをいれ、ウェーハを分割して、厚み方向および共振器方向にそれぞれ垂直な方向に半導体レーザ素子１が連なった状態のバーを複数形成する。本実施の形態では、共振器の長さが１２６０μｍとなるように分割する。
【００６３】
ステップｓ１３が終了すると、ステップｓ１４に移って、端面処理工程を行う。端面処理工程では、分割して得られたバーの共振器端面である出射端面および反射端面に、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置またはＥＢ蒸着装置などを用いて、これらの端面における反射率が非対称となるようにコート膜を形成する。本実施の形態では、出射端面の反射率が１０％となるように、出射端面にはＡｌ２Ｏ３膜を約８０ｎｍ蒸着し、反射端面については、ＳｉＯ２膜とＴａ２Ｏ５膜とを積層したマルチコート膜を蒸着によって形成して、反射率を９０％とする。
【００６４】
ステップｓ１４が終了すると、ステップｓ１５に移って、チップ分割工程を行う。チップ分割工程では、端面処理工程においてコーティングの終わったバーを分割して、一つ一つの半導体レーザ素子１である半導体レーザチップを形成する。本実施の形態ではチップ幅Ｗ＝２３０μｍで分割を行う。
【００６５】
ステップｓ１５が終了すると、ステップｓ１６に移って、パッケージ工程を行う。パッケージ工程では、半導体レーザチップチップを、ｐ側であるめっき電極１３を、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）を材料としたサブマウントに接合させ、半導体レーザチップの付いたサブマウントをステムといわれる端子に接合して、半導体レーザチップを保護する意味合いでキャップをつける。これによって、半導体レーザ装置が完成する。
【００６６】
以上のように半導体レーザ素子１では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料またはＧａＩｎＰ系材料によって構成される第２クラッド層８と、１つ以上のＡｌＧａＡｓ系材料によって構成されるＭＱＷ層１６と、ＭＱＷ層１６のうち光を導波する部分を共振器方向の両側から挟み、かつＭＱＷ層１６のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する窓領域部１９とを有する活性層５の間に、ＧａＡｓＰまたはＡｌＡｓＰによって構成されるＩｎ拡散防止層６が設けられている。このような構成の半導体レーザ素子１は、活性層５の前駆体と、第２クラッド層８との間に、Ｉｎ拡散防止層６を形成しておき、活性層５の前駆体における光を導波する部分の共振器方向の両端部を固相拡散によって無秩序化することによって、ＭＱＷ層１６と窓領域部１９とが形成される。Ｉｎ拡散防止層６が設けられていることによって、前記固相拡散を行ったときに、窓領域部１９において、第２クラッド層８からのＩｎの相互拡散が抑制され、なおかつＡｌ，Ｇａの相互拡散を生じさせることができ、これによって赤外光を出射する半導体レーザ素子において、ＣＯＤレベルを向上させて、出力の向上を図ることができる。
【００６７】
図２３は、前述の製造工程によって作製された複数の半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図であり、図２４は、複数の比較例の半導体レーザ素子のＣＯＤ試験結果を示す図である。図２３および図２４において、横軸は半導体レーザ素子に与えられる電流Ｉｆ（単位：ｍＡ）を示し、縦軸は半導体レーザ素子から出射される光を受光素子によって受光させることによって測定される光パワーＰｏ（ｍＷ）を示す。また比較例の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子１からＩｎ拡散防止層６を省略して形成したものであって、その他の層および電極は、半導体レーザ素子１と同様の材料で、同様のプロセスによって作製したものである。図２３および図２４を見ると判るように、半導体レーザ素子１は、Ｉｎ拡散防止層６を備えない半導体レーザ素子と比較して、約１．５倍のＣＯＤレベルを有する。したがって、Ｉｎ拡散防止層６を備えることによって、ＣＯＤレベルを向上させることができることが判る。
【００６８】
また半導体レーザ素子１では、ＡｌＧａＡｓ系材料から成る活性層に対して窓構造を形成するときの不純物の拡散と、無秩序化とを容易に行うことができるので、赤色光を出射する本実施の形態の半導体レーザ素子１と赤外光を出射する半導体レーザ素子とをモノリシックに同一基板上に形成する場合に、Ｚｎの拡散の温度を２つの半導体レーザ素子間で揃えることができ、窓構造形成工程およびリッジ形成工程を１回で行えるため、工程数を削減して、生産性を向上させることができ、ひいては製造コストの低減を図ることができる。
【００６９】
図２５は、本発明の実施の他の形態の半導体レーザ素子４０の構成を示す断面図である。図２６は、図２５の切断面線ＸＸＶ−ＸＸＶから見た、共振器方向における断面図である。本実施の形態の半導体レーザ素子４０は、前述した図１に示す実施の形態の半導体レーザ素子１とは、第１クラッド層４を形成する材料と、第１クラッド層４と活性層５との間にもＩｎ拡散防止層が設けられる点のみが異なり、他の構成は同様であるので、半導体レーザ素子４０において、半導体レーザ素子１と同様の部分には、同様の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
半導体レーザ素子４０は、その構成として、半導体基板２と、バッファ層３と、第１クラッド層４と、Ｉｎ拡散防止層４１と、活性層５と、Ｉｎ拡散防止層６と、エッチングストップ層７と、第２クラッド層８と、コンタクト層９と、絶縁層１０と、コンタクト電極１１と、下地電極１２と、めっき電極１３と、裏面電極１４とを含んで構成される。半導体レーザ素子１の共振器方向の両端部には、高濃度に不純物が導入された窓構造部１８が形成されている。
【００７１】
第１クラッド層４は、不純物がドーピングされたＡｌＧａＩｎＰによって構成される。本実施の形態では、第１クラッド層４は、第２クラッド層８と同様の材料によって構成されている。ただし第１クラッド層４の導電型は、ｎ型であり、不純物としてはＳｉが用いられる。
【００７２】
Ｉｎ拡散防止層４１は、Ｉｎ拡散防止層６と同様の材料によって形成され、その厚み、バンドギャップおよび格子定数についても、Ｉｎ拡散防止層６と同様に形成される。Ｉｎ拡散防止層４１の格子定数をΔａとし、第１クラッド層４、半導体基板２、およびＭＱＷ層１６のそれぞれの格子定数をａとしたときに、Δａをａで除算した値であるΔａ／ａが、１．８＜Δａ／ａ＜３．６を満たすように選ばれる。これによって、第１クラッド層４の結晶構造を維持しながら成膜できる臨界膜厚を十分な大きさとすることができ、Ｉｎ拡散防止層４１およびＭＱＷ層１６を結晶歪が抑制される。
【００７３】
半導体レーザ素子４０の製造方法については、まずＭＯＣＶＤ装置によって、ｎ型ＧａＡｓ基板２の厚み方向の一表面２ａ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、ｎ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層４１と、厚さが５ｎｍの三重量子井戸層を含むＡｌＧａＡｓ系のＭＱＷ層１６と、厚さが３ｎｍ以上１０ｎｍで、かつＡｌ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５もしくはＧａ０．５Ａｓ０．２５Ｐ０．２５によって構成されるＩｎ拡散防止層６と、アンドープのＧａＩｎＰエッチングストップ層７と、ｐ型(Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、ｐ型Ｇａ０．２５Ｉｎ０．２５Ｐ０．５中間層９Ａと、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９Ｂとを、記載した順番で順次積層する。その後の製造プロセスは、前述した実施の形態の半導体レーザ素子１の製造プロセスと同様であるので、その説明を省略する。
【００７４】
以上の半導体レーザ素子４０では、前述した実施の形態の半導体レーザ素子１と同様の効果を達成することができ、さらにｎ−クラッド層についても、組成を一律にコントロールしやすくなるので、さらに放射角を安定して制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子１の構成を示す断面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た、共振器方向における断面図である。
【図３】Ｇａ０．５(Ａｓ１−ｘＰｘ)０．５と、Ａｌ０．５（Ａｓ１−ｘＰｘ）０．５とのＰ（リン）の組成比を変化させた場合の臨界膜厚を示すグラフである。
【図４】図３におけるＰの組成比を、下地となるＭＱＷ層１６の格子定数をａとし、ＡｌＡｓＰまたはＧａＡｓＰの格子定数をΔａとして、格子定数の相違に直したグラフである。
【図５】Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図である。
【図６】Ｉｎ拡散防止層６の厚さを変化させたときの半導体レーザ素子１の外部微分効率を示す図である。
【図７】横軸に(ＡｌｘＧａ１−ｘ)０．５Ａｓ０．５のＡｌの組成比ｘを示し、縦軸に波長７８０ｎｍにおける屈折率を示すグラフである。
【図８】半導体レーザ装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図９】窓領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１０】アニール工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１１】ＭＱＷ層１６の井戸層の厚さを５ｎｍの三重量子井戸構造とした場合と、井戸層の厚さを７．５ｎｍの二重量子井戸構造とした場合とにおけるＺｎの拡散のしやすさを示す図である。
【図１２】コンタクト層９の厚さと、予め定める拡散温度で活性層５におけるＺｎの拡散距離を示すグラフである。
【図１３】除去工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１４】リッジ形成用ストライプ形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１５】リッジ形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１６】蒸着工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１７】非注入領域形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１８】コンタクト電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図１９】裏面電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図２０】下地電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【００７６】
【図２１】めっき電極形成工程が終了した後のウェーハの断面図である。
【図２２】バー分割工程が終了した後のバーの断面図である。
【図２３】前述の製造工程によって作製された半導体レーザ素子１のＣＯＤ試験結果を示す図である。
【図２４】比較例の半導体レーザ素子のＣＯＤ試験結果を示す図である。
【図２５】本発明の実施の他の形態の半導体レーザ素子４０の構成を示す断面図である。
【図２６】図２５の切断面線ＸＸＶ−ＸＸＶから見た、共振器方向における断面図である。
【図２７】化合物半導体の格子定数とバンドギャップとの相関図である。
【図２８】従来の技術の端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子の厚み方向における各位置におけるＩｎ、Ｐ、Ａｌ、ＡｓおよびＧａの相対カウント数を示すグラフである。
【図２９】従来の技術の端面窓構造の形成方法を用いて作製した半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子において端面窓構造を形成しない場合におけるＣＯＤレベルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１，４０      半導体レーザ素子
２      半導体基板
３      バッファ層
４      第１クラッド層
６，４１      Ｉｎ拡散防止層
７      エッチングストップ層
８      第２クラッド層
９      コンタクト層
９Ａ    中間層
９Ｂ    キャップ層
１０    絶縁層
１１    コンタクト電極
１２    下地電極
１３    めっき電極
１４    裏面電極
１６    ＭＱＷ層
１８    窓構造部
１９    窓領域部
３０    Ｚｎ拡散領域
【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２９】
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【図２８】
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