CN102545057A - 半导体激光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于高输出化的半导体激光元件。半导体激光二极管(70)包括：基板(1)；及半导体叠层结构体(2)，其通过结晶成长而形成在基板(1)上。半导体叠层结构体(2)包括：n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层14及p型(AIx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层(17)；n侧Alx2Ga(1-x2)As导引层(15)及(p)侧Alx2Ga(1-x2)As导引层(16)，其等夹在这些包覆层(14)、(17)之间；以及活性层(10)，其夹在这些导引层(15)、(16)之间。活性层(10)由包含AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层的量子井层(221)与包含Alx4Ga(1-x4)As层的阻障层(222)交替重复叠层复数个周期而构成。

Description

半导体激光元件
技术领域
本发明涉及半导体激光元件。
背景技术
为增大硬盘装置(HDD：Hard disc Drive，硬盘驱动)的存储容量而需要向磁盘的微小区域写入信号。为既确保信号的热稳定性又于微小区域记录信号而需要热性稳定的记录媒体，但如此一来会产生覆写需要较强的磁场的问题。当前在现有的GMR(GiantMagneto Resistance，巨磁电阻)方式下记录密度趋于饱和，因而希望实现“热助记录”方式。“热助记录”方式为以激光二极管(半导体激光元件)为热源暂时性减弱保持磁场的力而进行写入的方式。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2006-269581号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]H.C.Casey Jr.，D.D.Sell，and M.B.Panish，“Refractive index of AlxGa1-xAsbetween 1.2 and 1.8eV”，Applied Physics Letters，Vol.24，No.2，63-65(1974)
[非专利文献2]Hidenao Tanaka，Yuichi Kawamura，and Hajime Asahi，“Refractiveindices of In0.49Ga0.51-xAlxP lattice matched to GaAs”，Journal of Applied Physics59(3)，985-986(1986)
发明内容
[发明所欲解决的问题]
为与现有的滑动触头制作步骤保持亲和性，“热助记录”方式的记录装置中所使用的半导体激光元件与先前的光读头用的半导体激光元件不同，需要以较小的芯片尺寸获得较高的输出。
此外，半导体激光元件的安装空间有限，因不同的光学系统设计，也有时不仅需要实现先前的半导体激光元件的通常的TE(Tranverse Electric，横电)偏光，还要实现TM(Tranverse Magnetic，横磁)偏光。
本发明的目的在于提供一种适于高输出化的半导体激光元件。
[解决问题的技术手段]
本发明的半导体激光元件包括：p型包覆层及n型包覆层；p侧导引层及n侧导引层，其等夹在上述p型包覆层及n型包覆层之间；活性层，其夹在上述p侧导引层及n侧导引层之前，且包含至少一个量子井层。上述p型包覆层及n型包覆层分别包含(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P层(0≤x1≤1)。上述p侧导引层及n侧导引层分别包含Alx2Ga(1-x2)As层(0≤x2≤1)，且上述量子井层包含AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层(0≤x3≤1，0≤y≤0.3)。而且，上述AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/4以下的组成。
如量子井层为AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层般包含砷系化合物半导体的半导体激光元件中，若由例如作为磷系化合物半导体的InGaAlP形成导引层，则存在量子井层的折射率与导引层的折射率的差过大的顾虑。如此一来，光封闭效果过大，从而导致激光谐振器端面部分上的光密度变大。其结果，易于引起端面光学损伤(COD：Catastrophic OpticalDamage，灾变性光学损伤)。
端面光学损伤是指在为使半导体激光以高输出进行动作而增加注入电流的情形时，因自身的光输出而导致激光谐振器端面受到破坏的现象。端面光学损伤是限制高输出化的主要原因。
端面的光学损伤以如下方式产生。在半导体激光的端面(解理面)存在多个界面态。当电子与空穴经由该界面态进行非发光再耦合时，伴随再耦合而释放的能量成为热量。半导体中随着温度上升，该能隙变窄，因此被释放的数量加热的端面的能隙变窄。在半导体激光内部电子与空穴再耦合而产生的感应释放光因端面的能隙变窄而被吸收并再次成为热量，从而使端面的能隙变得更窄。通过该重复，端面快速地成为高温、熔融而停止振荡。
本发明的构成中，量子井层包含作为砷系化合物半导体的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层，p侧导引层及n侧导引层分别包含作为砷系化合物半导体的Alx2Ga(1-x2)As层(0≤x2≤1)。因此，与由作为磷系化合物半导体的InGaAlP形成导引层的情形相比，可减小导引层与量子井层的折射率差。其结果，可防止光封闭效果变得过大，从而可降低激光谐振器端面部分上的光密度。由此，可抑制端面光学损伤，从而可实现高输出化。
进而，形成p侧导引层及n侧导引层的Alx2Ga(1-x2)As(0≤x2≤1)层由于带隙的调整幅度较大，因此出射光束的设计较为容易。例如，可输出横剖面的纵横比接近1的光束，即横剖面接近圆形的光束。
此外，上述构成中，量子井层包含AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层(0≤x3≤1，0≤y≤0.3)。AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3与作为量子井层使用的其他材料例如InGaP相比带隙较小。因此，可增大包覆层与活性层之间的带隙差。由此，可实现温度特性良好、即在温度变化时阈值电流或动作电流的变动较少的半导体激光元件。
此外，本发明的构成中，上述AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/4以下的组成。其原因在于，若P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)大于1/4，则会因P组成的增大而导致在量子井层中产生的拉伸畸变增大，从而存在产生裂痕或泄漏电流的顾虑。
在量子井层包含AlGaAsP层的半导体激光元件中，包覆层通常由AlGaAs层形成。本发明的构成中，量子井层由AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层形成，相对于此，包覆层由(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P层形成。因此，可增大包覆层与活性层之间的带隙差，从而可提高温度特性。此外，如以下详细说明般，由于易于使锌扩散，因此易于制作端面窗口结构。
为抑制端面光学损伤(COD)而考虑制作使锌等杂质在激光谐振器端面部分扩散而扩大活性层的带隙的端面窗口结构。为制作该端面窗口结构，于使锌等杂质扩散的情形时，若应扩散杂质的区域含有磷则可加快扩散速度。
如上所述，本发明的构成中，p型包覆层及n型包覆层分别包含含有磷的(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P层。因此，易于使锌等杂质扩散，从而易于制作端面窗口结构。由此，可实现适于高输出化的半导体激光元件。此外，由于使In组成相对于(Alx1Ga(1-x1))组成的比为0.49/0.51，因此p型包覆层及n型包覆层与GaAs基板晶格匹配，从而可获得高品质的结晶。其结果，可获得可靠性高的半导体激光元件。
具体而言，上述半导体激光元件较佳为具有上述Alx2Ga(1-x2)As层满足x2≥0.4的组成。其原因在于，若x2小于0.4，则即便于激光谐振器端面部分制作端面窗口结构，亦无法充分扩大端面部分上的活性层的带隙。
对该方面更详细地进行说明。当在激光谐振器端面部分制作端面窗口结构时，端面部分上的活性层的带隙成为导引层的带隙与量子井层的带隙的平均值。因此，为通过制作端面窗口结构而充分扩大端面部分上的活性层的带隙，必须使导引层的带隙为特定值(具体而言为1.8eV)以上。另一方面，Al组成x2越大则形成导引层的Alx2Ga(1-x2)As层的带隙越大。而且，通过使Al组成x2为0.4以上，可使导引层的带隙为上述特定值以上。
在半导体激光元件的安装空间有限的情形时，也有时需要TM模式振荡。该情形时，上述半导体激光元件，具体而言上述AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层较佳为具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/9以上且1/4以下的组成。根据该构成，在活性层产生拉伸畸变，与TE模式(Tranverse Electric)相比可提高TM(TranverseMagnetic)模式的比率(强度比)。量子井层的晶格常数越小，则可在量子井层产生越大的拉伸畸变。P组成相对于As组成的比越大则形成量子井层的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层的晶格常数越小。
P组成相对于As组成的比较佳为1/9以上的原因在于，若该比未达1/9，则在量子井层中产生的拉伸畸变不充分，因此与TE模式相比难以增大TM模式的比率。另一方面，P组成相对于As组成的比较佳为1/4以下的原因在于，如上所述若该比大于1/4，则因P组成增大而导致在量子井层产生的拉伸畸变增大，从而存在产生裂痕或泄漏电流的顾虑。
在需要TE模式振荡的情形时，减少AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层中的P组成即可。该情形时，较佳为制造上使P组成为零。
此外，从寿命的观点考虑，较佳为量子井层未含有Al。即，从寿命的观点考虑，较佳为y＝0。
此外，具体而言，上述半导体激光元件较佳为振荡波长为770nm以上且830nm以下，且上述量子井层的膜厚为9nm以上且14nm以下。
其原因在于，为使半导体激光元件以TM模式振荡，增厚活性层以减小TE模式与TM模式的相对振荡阈值电流即可。在上述量子井层中的Al组成(y)为0时，在振荡波长为770nm以上且830nm以下的范围内成为TM模式。
此外，具体而言较佳为，上述半导体激光元件在激光谐振器的端面部分形成有扩大上述活性层的带隙的端面窗口结构。当在激光谐振器的端面部分形成有端面窗口结构时，可在该端面部分扩大活性层的带隙。因此，在内部电子与空穴再耦合而产生的感应释放光难以在激光谐振器的端面部分被吸收，因而可抑制发热。由此，可抑制端面光学损伤，从而可实现高输出化。
从量产性的观点考虑，较佳为端面窗口结构通过在激光谐振器的端面部分选择性地扩散例如Zn而形成。也可使用在激光谐振器的端面部分埋入其他材料(例如与包覆层为相同的材料)或者使端面部分的活性层变薄的方法等形成端面窗口结构。
本发明的半导体激光元件包括：包含磷系化合物半导体的p型包覆层及n型包覆层；夹在上述p型包覆层与n型包覆层之间且包含砷系化合物半导体的p侧导引层及n侧导引层；以及夹在上述p侧导引层与n侧导引层之间且包含含有砷系化合物半导体的量子井层的活性层。
本发明的一实施方式中，上述半导体激光元件为包含GaAs基板且以TM模式振荡者。
本发明的一实施方式中，上述半导体激光元件的谐振器长度为200μm以上且600μm以下。
本发明的一实施方式中，上述半导体激光元件的芯片宽度为50μm以上且250μm以下。
本发明的一实施方式中，上述半导体激光元件的芯片厚度为30μm以上且150μm以下。
附图说明
图1是用以说明本发明的一实施方式的半导体激光二极管的构成的俯视图。
图2是沿图1的II-II线的剖面图。
图3是沿图1的III-III线的剖面图。
图4是用以说明上述半导体激光二极管的活性层的构成的图解剖面图。
图5是用以说明包覆层、导引层及活性层的带隙的能带图，图5A是表示本实施方式的带隙的能带图，图5B是表示导引层包含InGaAlP的情形时的带隙的能带图。
图6是用以说明包覆层、导引层及活性层的带隙的能带图，图6(a)是表示谐振器端面部间的中央部的各层的带隙的能带图，图6(b)是表示形成在谐振器端面部的端面窗口结构中的各层的带隙的能带图。
图7是表示半导体激光二极管的制造步骤的剖面图。
图8是表示半导体激光二极管的制造步骤的剖面图。
图9是表示半导体激光二极管的制造步骤的剖面图。
图10是表示半导体激光二极管的制造步骤的剖面图。
[符号的说明]
1    基板
2    半导体叠层结构
3    n型电极
4    p型电极
10   活性层
11   n型半导体层
12   p型半导体层
13   n型GaAs缓冲层
14   n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层
15   n侧Alx2Ga(1-x2)As导引层
16   p侧Alx2Ga(1-x2)As导引层
17   p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层
18   p型InGaP带不连续缓和层
19   p型GaAs接触层
40   端面窗口结构
70   半导体激光二极管
221  量子井层
222  阻障层
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是用以说明本发明的一实施方式的半导体激光二极管的构成的俯视图，图2是沿图1的II-II线的剖面图，图3是沿图1的III-III线的剖面图。
该半导体激光二极管70为法布里-珀罗型，其包括：基板1；半导体叠层结构体2，其通过结晶成长而形成在基板1上；n型电极3，其以接触于基板背面(与半导体叠层结构体2为相反侧的表面)的方式形成；以及p型电极4，其以接触于半导体叠层结构体2的表面的方式形成。
基板1在该实施方式中由GaAs单晶基板构成。GaAs基板1的表面的面方位相对于(100)面而具有10°的倾斜角。形成半导体叠层结构体2的各层磊晶成长在基板1上。磊晶成长是指在保持来自基底层的晶格的连续性的状态下的结晶成长。与基底层的晶格不匹配通过结晶成长的层的晶格的畸变吸收，从而保持与基底层的界面上的晶格的连续性。
半导体叠层结构体2包括活性层10、n型半导体层11、p型半导体层12、n侧导引层15及p侧导引层16。n型半导体层11相对于活性层10而配置在基板1侧，p型半导体层12相对于活性层10而配置在p型电极4侧。n侧导引层15配置在n型半导体层11与活性层10之间，p侧导引层16配置在活性层10与p型半导体层12之间。这样形成双异质结。从n型半导体层11经由n侧导引层15向活性层10注入电子，并从p型半导体层12经由p侧导引层16向活性层10注入空穴。这些电子与空穴在活性层10中再耦合而产生光。
n型半导体层11由从基板1侧依序叠层n型GaAs缓冲层13(例如100nm厚)及n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层(0≤x1≤1)14(例如3000nm厚)而构成。另一方面，p型半导体层12由在p型导引层16上叠层p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层(0≤x1≤1)17(例如1600nm厚)、p型InGaP带不连续缓和层18(例如50nm厚)及p型GaAs接触层19(例如300nm厚)而构成。
n型GaAs缓冲层13是为提高GaAs基板1与n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层14的粘结性而设置的层。n型GaAs缓冲层13通过在GaAs掺杂例如作为n型掺杂剂的Si而形成n型半导体层。
p型GaAs接触层19为用以获取与p型电极4欧姆接触的低电阻层。p型GaAs接触层19通过在GaAs掺杂例如作为p型掺杂剂的Zn而形成p型半导体层。
n型包覆层14与p型包覆层17是产生将来自活性层10的光封闭在其等之间的光封闭效果的层。n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层14通过在(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P掺杂例如作为n型掺杂剂的Si而形成n型半导体层。p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层17通过在(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P掺杂例如作为p型掺杂剂的Zn而形成p型半导体层。n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层14与n侧导引层15相比带隙较宽，p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层17与p侧导引层16相比带隙较宽。由此，可进行良好的光封闭及载流子封闭，从而可实现高效的半导体激光二极管。
为可实现高输出化，重要的是抑制端面光学损伤。由此，较佳为如后述般通过在激光谐振器端面部分扩散锌等杂质而制作扩大活性层10的带隙的端面窗口结构40。为制作端面窗口结构40，在扩散锌等杂质的情形时，若应扩散杂质的区域不包含磷则扩散速度较速。该实施方式中，n型包覆层14及p型包覆层17分别包含含有磷的(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P层。因此，易于使锌等杂质扩散，因而易于制作端面窗口结构40。由此，可实现适于高输出化的半导体激光二极管。
此外，该实施方式中的n型包覆层14及p型包覆层17使In组成相对于(Alx1Ga(1-x1))组成的比为0.49/0.51，因此与GaAs基板1晶格匹配，从而可获得高品质的结晶。其结果，可获得可靠性高的半导体激光元件。
n侧导引层15包含Alx2Ga(1-x2)As(0≤x2≤1)层(例如50nm厚)，且通过叠层在n型半导体层11上而构成。p侧导引层16包含Alx2Ga(1-x2)As(0≤x2≤1)层(例如50nm厚)，且通过叠层在活性层10上而构成。
n侧Alx2Ga(1-x2)As导引层15及p侧Alx2Ga(1-x2)As导引层16为在活性层10产生光封闭效果的半导体层，且与包覆层14、17一起形成向活性层10的载流子封闭结构。由此，活性层10中的电子及空穴的再耦合的效率提高。
Alx2Ga(1-x2)As的折射率对应于Al组成x2而发生变化。例如，当入射光的能量(光子能量)为1.38eV时，x2＝0的情形时的折射率(GaAs的折射率)成为3.590，x2＝1的情形时的折射率(AlAs的折射率)成为2.971(参照上述非专利文献1)。因此，AlxGa(1-x)As中，折射率的调整幅度较宽。
形成n侧导引层15及p侧导引层17的Alx2Ga(1-x2)As(0≤x2≤1)，如上所述由于带隙(折射率)的调整幅度较大，因此出射光束的设计较为容易。例如，可输出横剖面的纵横比接近1的光束，即横剖面接近圆形的形状的光束。
形成导引层15、16的Alx2Ga(1-x2)As层较佳为具有满足x2≥0.4的组成。其原因在于，当x2小于0.4时，即便在激光谐振器端面部分制作端面窗口结构，亦无法充分扩大端面部分上的活性层的带隙。下文叙述关于此的详细情况。
活性层10具有例如包含AlGaAsP的多重量子井(MQW：multiple-quantum well)结构，其为用以通过电子与空穴再耦合而产生光且使该产生的光放大的层。
活性层10在该实施方式中如图4所示具有如下多重量子井结构，该多重量子井结构由包含非掺杂AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层(0≤x3≤1，0≤y≤0.3)的量子井(well)层(例如13nm厚)221与包含非掺杂Alx4Ga(1-x4)As层(0≤x4≤1)层的阻障(barrier)层(例如7nm厚)222交替重复叠层复数个周期而构成。无畸变状态下的AlGaAsP层的晶格常数小于GaAs基板1的晶格常数，因此在包含AlyGa(1-y)Asx3P(1-x3)层的量子井层221产生拉伸应力(拉伸畸变)。由此，半导体激光二极管70可以TM模式振荡。另外，TM模式的输出光成为磁场方向与光传输方向垂直(电场方向与光传输方向平行)的TM波。
量子井层221的膜厚较佳为9nm以上且14nm以下。其原因在于，为以TM模式振荡，增厚活性层以减小TE模式与TM模式的相对振荡阈值电流即可。
于使半导体激光二极管70以TE模式振荡的情形时，减小量子井层221中的P组成即可。该情形时，较佳为制造上使P组成为零。
形成量子井层221的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3与作为量子井层使用的其他材料例如InGaP相比带隙较小。因此，可增大包覆层14、17与活性层10之间的带隙差。由此，可实现温度特性良好、即在温度发生变化时阈值电流或动作电流的变动较少的半导体激光二极管。
形成量子井层221的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层，较佳为具有P组成X3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/4以下的组成。其原因在于，若使该比大于1/4，则因P组成增大而导致在量子井层221产生的拉伸畸变增大，从而存在产生裂痕或泄漏电流的顾虑。
进而，AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层较佳为具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/9以上的组成。其原因在于，与TE模式相比提高TM模式的比率(强度比)。为使半导体激光元件70以TM模式振荡而必须在量子井层221产生拉伸畸变。量子井层221的晶格常数越小，可在量子井层221产生越大的拉伸畸变。P组成相对于As组成的比越大，则形成量子井层221的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层的晶格常数越小。
如图3所示，p型半导体层12中的p型包覆层17、p型带不连续缓和层18及p型接触层19通过除去其一部分而形成脊状条纹30。更具体而言，蚀刻除去p型包覆层17、p型带不连续缓和层18及p型接触层19的一部分而形成观察横剖面时呈大致矩形的脊状条纹30。
p型接触层19的侧面、p型带不连续缓和层18的露出面及(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层17的露出面由电流阻挡层6覆盖。
半导体叠层结构体2包括由脊状条纹30的长度方向两端的解理面形成的一对端面(解理面)31、32。该一对端面31、32相互平行。这样，通过n侧导引层15、活性层10及p侧导引层16而形成设上述一对端面31、32为谐振器端面的法布里-珀罗谐振器。即，在活性层10产生的光一面在谐振器端面31、32之间往返，一面通过感应释放而放大。然后，经放大的光的一部分从谐振器端面31、32作为激光光出射至元件外。
谐振器长度例如为200μm以上且600μm以下，该实施方式中为300μm。此外，该半导体激光二极管70的芯片宽度例如为50μm以上且250μm以下，该实施方式中为120μm。此外，芯片厚度例如为30μm以上且150μm以下，该实施方式中为50μm。
n型电极3包含例如AuGe/Ni/Ti/Au合金，且以该AuGe侧配置在基板1侧的方式欧姆接合于基板1。p型电极4以覆盖p型接触层19及电流阻挡层6的露出面的方式形成。p型电极4包含例如Ti/Au合金，且以该Ti侧配置在p型接触层19上的方式欧姆接合于p型接触层19。如图1及图2所示，在谐振器的端面部分形成扩大活性层10的带隙的端面窗口结构40。该端面窗口结构40通过例如在谐振器的端面部分扩散锌(Zn)而形成。
根据该构成，将n型电极3及p型电极4连接于电源，并从n型半导体层11及p型半导体层12将电子及空穴注入至活性层10，由此可在该活性层10内产生电子及空穴的再耦合，从而可产生例如振荡波长为770nm以上且830nm以下的光。该光一面沿导引层15、16在谐振器端面31、32之间往返一面通过感应释放而放大。然后，从作为激光出射端面的谐振器端面31向外部出射输出更多的激光。
图5A是用以说明包覆层14、17、导引层15、16及活性层10的各层的带隙的能带图。图5B是用以说明由作为磷系化合物半导体的InGaAlP形成导引层的情形时的各层的带隙的能带图。
该实施方式的半导体激光二极管70中，活性层10内的量子井层221包含作为砷系化合物半导体的AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层(0≤x3≤1，0≤y≤0.3)。该实施方式的半导体激光二极管70中，包覆层14、17由磷系化合物半导体((Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P(0.5≤x1≤1))形成，另一方面，导引层15、16不由磷系化合物半导体而由砷系化合物半导体(Alx2Ga(1-x2)As(0≤x2≤1))形成。
如对图5A及图5B加以对比所示，在由作为砷系化合物半导体的Alx2Ga(1-x2)As形成导引层15、16的情形时(图5A)，与由作为磷系化合物半导体的InGaAlP形成导引层的情形时(图5B)相比，可减小导引层15、16的带隙Eu。因此，本实施方式的半导体激光二极管70中，可减小导引层15、16的带隙Eu与量子井层221的带隙Eg的差(Eu-Eg)。
通常，在为半导体的情形时，带隙差越小则折射率差越小，因此可防止光封闭效果变得过大，从而可缓和激光谐振器端面部分上的光密度。由此，可抑制端面光学损伤，从而可实现高输出化。此外，Alx2Ga(1-x2)As导引层15、16与包含InGaAlP的导引层相比热传导率较高，因此也具有可效率佳地散发热量的优点。由此，在可使半导体激光二极管70的控制稳定化的方面，也有助于抑制端面光学损伤。
图6(a)是表示谐振器端面部间的中央部的各层的带隙的能带图。图6(b)是表示形成在谐振器端面部的端面窗口结构中的带隙的能带图。
上述实施方式中，在谐振器的端面部分形成有扩大活性层10的带隙的端面窗口结构40。因此，如图6(b)所示，在谐振器的端面部分中，活性层10的带隙Eg成为谐振器中央部的活性层10的带隙Eg(参照图6(a))与导引层15、16(阻障层222)的带隙Eu(参照图6(a))的平均值。即，在谐振器的端面部分中，与这些中间部分相比，活性层10的带隙Eg变大。因此，在内部电子与空穴再耦合而产生的感应释放光难以在谐振器的端面部分被吸收，从而可抑制发热。由此，可抑制端面光学损伤的产生，从而可实现高输出化。
详细说明形成导引层15、16的Alx2Ga(1-x2)As层较佳为具有满足x2≥0.4的组成的原因。当在激光谐振器端面部分制作端面窗口结构40时，端面部分上的活性层10的带隙成为导引层15、16的带隙与量子井层221的带隙的平均值。因此，为提供制作端面窗口结构40而充分扩大端面部分的活性层10的带隙，必须使导引层15、16的带隙成为特定值(具体而言为1.8eV左右)以上。另一方面，就形成导引层15、16的Alx2Ga(1-x2)As层的带隙而言，其中所含的Al组成越多，即x2越大则其带隙越大。而且，可通过使x2为0.4以上而使导引层15、16的带隙为上述特定值以上。
图7～图10是表示图1～图3所示的半导体激光二极管70的制造方法的横剖面图。
受限，如图7所示，在GaAs基板1上通过有机金属化学气相沉积法(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)而依序成长n型GaAs缓冲层13、n型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层14、n侧Alx2Ga(1-x2)As导引层15、活性层10、p侧Alx2Ga(1-x2)As导引层16、p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层17、p型InGaP带不连续缓和层18及P型GaAs接触层19。另外，活性层10通过使包含AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层的量子井层221与包含Alx4Ga(1-x4)As层的阻障层222交替重复叠层复数个周期进行成长而形成。
其次，参照图1在相当于半导体激光二极管70的端面附近的区域使ZnO(氧化锌)图案化。然后，以例如500～650℃进行约8小时的退火处理，由此使Zn在相当于半导体激光二极管70的端面附近的区域扩散。此时，以使Zn的扩散越过活性层10及n侧导引层15到达n型包覆层14的方式进行退火处理。由此，在相当于半导体激光二极管70的端面附近的区域形成端面窗口结构40。
继而，将ZnO层除去。然后，如图8所示将条纹状的绝缘膜作为遮罩54进行蚀刻，由此将P型GaAs接触层19、InGaP带不连续缓和层18及p型(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P包覆层17的一部分除去。如此一来，如图9所示，形成在顶面叠层有遮罩层54的脊状条纹30。
然后，如图10所示，使电流阻挡层6在表面成膜。此时，遮罩层54作为遮罩发挥功能。因此，脊状条纹30的顶面未由电流阻挡层6覆盖。
其后，将遮罩层54除去。继而，以覆盖电流阻挡层6及P型GaAs接触层19的露出面的方式，形成与p型GaAs接触层19欧姆接触的p型电极4。此外，形成与GaAs基板1欧姆接触的n型电极3。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明可进而以其他形态实施。例如，也可设为在量子井层中未添加P而以TE模式振荡的半导体激光二极管。
此外，可在权利要求书中记载的事项的范围内实施各种设计变更。

Claims (10)

1.一种半导体激光元件，其包括：
p型包覆层及n型包覆层；
p侧导引层及n侧导引层，其等夹在上述p型包覆层及n型包覆层之间；以及
活性层，其夹在上述p侧导引层及n侧导引层之间，且包含至少一个量子井层；且
上述p型包覆层及n型包覆层分别包含(Alx1Ga(1-x1))0.51In0.49P层(0≤x1≤1)，
上述p侧导引层及n侧导引层分别包含Alx2Ga(1-x2)As层(0≤x2≤1)，
上述量子井层包含AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层(0≤x3≤1，0≤y≤0.3)，
上述AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/4以下的组成。
2.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于：
上述Alx2Ga(1-x2)As层具有满足x2≥0.4的组成。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光元件，其特征在于：
上述AlyGa(1-y)As(1-x3)Px3层具有P组成x3相对于As组成(1-x3)的比x3/(1-x3)满足1/9以上且1/4以下的组成。
4.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于：
振荡波长为770nm以上且830nm以下，且上述量子井层的膜厚为9nm以上且14nm以下。
5.根据权利要求1所述的半导体激光元件，其特征在于：
在激光谐振器的端面部分形成有扩大上述活性层的带隙的端面窗口结构。
6.一种半导体激光元件，其包括：
p型包覆层及n型包覆层，其等包含磷系化合物半导体；
p侧导引层及n侧导引层，其等夹在上述p型包覆层及n型包覆层之间，且包含砷系化合物半导体；以及
活性层，其夹在上述p侧导引层及n侧导引层之间，且包含含有砷系化合物半导体的量子井层。
7.根据权利要求1或6所述的半导体激光元件，其特征在于：
该半导体激光元件包含GaAs基板，且以TM模式振荡。
8.根据权利要求1或6所述的半导体激光元件，其特征在于：
谐振器长度为200μm以上且600μm以下。
9.根据权利要求1或6所述的半导体激光元件，其特征在于：
芯片宽度为50μm以上且250μm以下。
10.根据权利要求1或6所述的半导体激光元件，其特征在于：
芯片厚度为30μm以上且150μm以下。
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