JP2000340884A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窓層内部に及び窓層と活性領域との界面に欠
陥の発生しない作製法によって、高出力状態で長時間動
作させても高い信頼性を示す端面出射型半導体レーザ素
子を提供すること。 【解決手段】 活性領域を含む半導体レーザ多層構造ウ
エハの一部分をストライプ状に除去することにより、該
多層構造ウエハに開口部を形成する工程と、該開口部を
形成した多層構造ウエハを真空装置中において分子線ビ
ームで照射しながら熱処理し、該開口部内に該活性領域
の清浄な端面を形成する工程と、該熱処理した多層構造
ウエハを大気に曝さずに、続いて該真空装置中でレーザ
光を吸収しない高抵抗材料を該開口部内で成長させて窓
層を形成し、該活性領域の清浄な端面を埋め込む工程
と、該ストライプ状の開口部に対して垂直方向に、電流
注入用ストライプを作製する工程と、該ストライプ状の
開口部内に、該成長させたレーザ光を吸収しない高抵抗
材料からなるレーザ光の出射端面を形成する工程と、を
含む半導体レーザの作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高出力状態で長時
間動作させても高い信頼性を示す端面出射型半導体レー
ザ素子に関し、特に、レーザ出射端面近傍にレーザ光に
対して吸収のない窓領域を作製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、小型、高効率、高速変
調、広い波長選択範囲、高信頼性、低価格などの優れた
特徴を持ち、さまざまな分野（例えば、光ディスク、光
通信）において応用され、大きな市場が見込まれてい
る。情報処理、通信などの分野の更なる発展が期待され
るため、これまで以上に高出力・高信頼性を持つ半導体
レーザが要求される。例えば、書き込み可能な追記型光
ディスク装置や消去可能な書き換え型光ディスク装置の
光源として、半導体レーザ素子を用いる場合、５０ｍＷ
以上の高い出力で長期間信頼性良く安定して動作するこ
とが要求される。また、固体レーザ励起光源として用い
る場合には、１００ｍＷ以上の高出力が要求される。

【０００３】一般に、半導体レーザの高出力特性は、端
面破壊的光学損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｉｃ Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）によって支配される。
レ−ザ端面には多くの非発光再結合準位が存在し、これ
らの準位を介した再結合により端面近傍での温度が上昇
する。端面近傍の温度の上昇は実効的なバンドギャップ
の減少を招くため、レーザ端面部における発振光の吸収
が増加する。この光の吸収は新たなキャリアを生成し、
非発光準位を介した再結合は加速され、更なる端面温度
の上昇をもたらす。このようないわゆるフィードバック
ループは、ある光出力以上では暴走状態となり、端面温
度が活性層材料の融点までに到達し、その結果、端面Ｃ
ＯＤが発生する。

【０００４】高出力レーザを得るためには、ＣＯＤレベ
ルを如何に低下させるかが重要な課題となる。端面近傍
の光吸収を避けるため、端面付近に発振光を吸収しない
窓層を設ける手段が用いられている。窓層を形成するた
め、端面近傍の活性領域の有効バンドギャップを大きく
する方法（例えば、登録特許：第２７５８５９８号、Ｚ
ｎ（亜鉛）を端面近傍に拡散させる）や端面にバンドギ
ャップの大きい材料を成長させる方法（例えば、登録特
許第１８８４５９５号、ＺｎＳＳｅを端面上へ再成長さ
せる；登録特許第２６７２８７２号、ＧａＡｌＡｓを端
面上へ再成長させる）が用いられる。しかし、従来の技
術ではＣＯＤ低下を制御できても、本質的な端面部での
温度上昇を制御することはできない。以下にこれらの従
来法を詳しく説明する。

【０００５】拡散によって端面近傍のバンドギャップを
広げる例を、図４（登録特許：第２７５８５９８号の第
１図を参照）に示す。この方法では、ｎ−ＧａＡｓ基板
１上に形成されたｎ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層２、Ｇａ_0.5Ｉｎ_{0 .5}Ｐ活性層３、ｐ−（Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４からなるダブル
ヘテロ構造半導体レーザの共振器端面（レーザ出射端
面）８およびその付近にのみ、亜鉛を１．５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3ドープし、ｐ⁺型（亜鉛拡散領域５）とする。この
ように、この方法では、半導体レーザ端面近傍のエネル
ギーバンドギャップを大きくし、この領域での光吸収を
御制し、端面におけるＣＯＤレベルを低下させる。

【０００６】レーザ共振器端面上へ窓層を成長させる例
を、図５（登録特許第１８８４５９５号参照）に示す。
この方法では、半絶縁Ｎ⁺−ＧａＡｓ基板２上に形成さ
れたｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層３、アンドープ
Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ活性層４、ｐ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａ
ｓクラッド層５からなるダブルヘテロ構造半導体レーザ
の共振器端面上に、ＺｎＳＳｅ単結晶膜９を成長させ
る。ここで、ＺｎＳＳｅのバンドギャップは大きいた
め、レーザ光を吸収しない。そのことにより、端面の劣
化を御制することができる。

【０００７】しかし、従来の技術ではＣＯＤ低下を制御
できても、本質的な端面部での温度上昇を制御すること
はできない。例えば、図４に示す構造では、拡散によっ
て窓層結晶内部に欠陥が生じ、光の吸収が増加する。更
に、レーザゲインに寄与しない窓部にも電流が流れる。
これらにより、発振閾値の上昇、効率の低下、信頼性の
劣化などが生じる。また、窓部に流れる電流を御制する
には、電流制限領域を設けるために絶縁構造をとるな
ど、構造が複雑になり、製作工程が複雑になる。一方、
劈開端面上へＺｎＳＳｅ窓層を再成長させた構造では、
窓層と活性層との界面に欠陥などが存在する。なぜな
ら、エッチングによって活性層の端面を作り出す際、そ
の端面での欠陥の発生が避けられないからである。ま
た、劈開によって端面を作り出す場合でも、端面上に付
着していた酸素や不純物を完全に除去することはできな
い。このまま窓層を成長させれば、これらの欠陥に起因
するリーク電流が流れ、また非発光再結合によって界面
から温度が上昇し、最終的にはレーザ素子の破壊まで至
る。更に、端面上への窓層の再成長は、端面を得るため
に必須の劈開を行った後に行われるので、量産性の低下
を招く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窓層
内部に及び窓層と活性領域との界面に欠陥の発生しない
作製法によって、高出力状態で長時間動作させても高い
信頼性を示す端面出射型半導体レーザ素子を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、活性領域を含
む半導体レーザ多層構造ウエハの一部分をストライプ状
に除去することにより、該多層構造ウエハに開口部を形
成する工程と、該開口部を形成した多層構造ウエハを真
空装置中において分子線ビームで照射しながら熱処理
し、該開口部内に該活性領域の清浄な端面を形成する工
程と、該熱処理した多層構造ウエハを大気に曝さずに、
続いて該真空装置中でレーザ光を吸収しない高抵抗材料
を該開口部内で成長させて窓層を形成し、該活性領域の
清浄な端面を埋め込む工程と、該ストライプ状の開口部
に対して垂直方向に、電流注入用ストライプを作製する
工程と、該ストライプ状の開口部内に、該成長させたレ
ーザ光を吸収しない高抵抗材料からなるレーザ光の出射
端面を形成する工程と、を含む半導体レーザの作製方法
である。そのことにより、上記目的が達成される。

【００１０】１つの実施態様において、上記半導体レー
ザ多層構造ウエハは、レーザ導波路に対して垂直な方向
での各層の幅に関係なく、少なくとも上記活性領域とそ
れを挟む２つのクラッド層とを含み、該２つのクラッド
層のバンドギャップが該活性領域のバンドギャップより
も大きく、かつ該２つのクラッド層が、それぞれｎ−型
およびｐ−型ドーピングされている。

【００１１】１つの実施態様において、上記ストライプ
状の開口部の深さは上記活性領域の上面から上記多層構
造ウエハの内部までの範囲である。

【００１２】１つの実施態様において、上記真空装置は
真空チャンバーを含み、該真空チャンバーの圧力は１．
０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下である。

【００１３】１つの実施態様において、上記分子線ビー
ムは、砒素（Ａｓ）の分子線（Ａｓ ₂、Ａｓ₄）ビーム、
燐（Ｐ）の分子線（Ｐ₂、Ｐ₄）ビームまたは窒素（Ｎ）
の分子線（Ｎ₂、Ｎ₄）ビームの少なくとも１種を含む。

【００１４】１つの実施態様において、上記レーザ光を
吸収しない高抵抗材料の成長を、上記熱処理を行った真
空チャンバー中で行う。

【００１５】１つの実施態様において、上記熱処理を行
った後、上記ウエハを、１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の
圧力に保ったまま、該熱処理を行った真空チャンバーと
は異なる真空チャンバーへ移し、そして１．０×１０^-5
Ｔｏｒｒ以下で前記レーザ光を吸収しない高抵抗材料を
成長させる。

【００１６】１つの実施態様において、上記レーザ光を
吸収しない高抵抗材料は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−
ＶＩ族半導体または誘電体からなる。

【００１７】１つの実施態様において、上記窓層の厚み
は、上記活性領域の厚みよりも大きく、かつ該活性領域
は１種類の高抵抗材料のみに接する。

【００１８】１つの実施態様において、上記レーザ光の
出射端面を、上記ストライプ状の開口部に対して平行な
方向に該開口部内の窓層を劈開するか、または窓層をエ
ッチングすることによって得る。

【００１９】上記目的を達成するため、本発明は、再蒸
発現象を利用し、以下に示すような方法で窓層を形成す
る。

【００２０】例えば、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにつ
いて、まず、ウェットエッチング法又はドライエッチン
グ法によって、レーザダブルヘテロ層を含む多層構造ウ
エハに、第１回目のストライブ状開口を形成する。開口
の深さは活性領域までとする。開口の周期はレーザ共振
器長と同じである。次に、このウエハを、分子線エピタ
キシー（ＭＢＥ）の成長室（圧力が１．０×１０^-5Ｔｏ
ｒｒ以下）へと導入して、砒素分子線ビームにより照射
しながら昇温する。ある温度となったら、そのまま一定
の時間（例えば、数分間ないし１時間）放置する。この
熱処理によって開口部に露出していた活性領域が再蒸発
される。その後、ウエハ温度を下げ、活性領域の発光エ
ネルギーよりも広いバンドギャップを持つ高抵抗窓層を
結晶成長させる。成長終了後、ウエハをＭＢＥ装置から
取り出し、そして電流注入用のストライプを作製し、電
極を蒸着する。その後、第１回目のストライプ状開口内
に沿って劈開する。この劈面をレーザ素子の共振器端面
とすれば、端面近傍はレーザ光を吸収しない。

【００２１】上記の熱処理の温度は重要なパラメータで
ある。ＭＢＥ法で結晶成長を行う際の基板表面での化学
平衡について検討した報告がある（Ｈ．Ｓｅｋｉら：
Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．７８，
ｐ．３４２（１９８６））。これによれば、基板の温度
がある温度を越えると、再蒸発が発生する。この再蒸発
の発生する温度を再蒸発温度（Ｔ）といい、この再蒸発
温度は、Ｔ_AlAs＞Ｔ_GaAsとわかった。例えば、Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓ（Ａｌ組成０≦ｘ≦１）レーザの場合、活性
層のＡｌ組成はクラッド層のＡｌ組成よりも小さいの
で、再蒸発温度はＴ活性層＜Ｔクラット゛層である。従っ
て、熱処理の温度ＴウェハがＴ活性層＜Ｔウェハ＜Ｔクラット゛層
であれば、活性領域のみが再蒸発される。この再蒸発温
度の違いを利用したレーザ作製法も検討されていた（例
えば、登録特許：第１６４５９５４号参照）。この方法
では、ＭＢＥチャンバーは超高真空となっているので、
再蒸発後の活性領域端面は酸素や他の不純物による汚染
がない。その上に直接結晶成長を行い、再成長膜と活性
領域との界面を高品質に保つことができる。また、再成
長後は窓層に対して不純物の拡散などのプロセスを必要
としないので、窓層内部にも欠陥がない。

【００２２】このような方法は、他の半導体レーザへも
応用することができる。例えば、再蒸発温度はＴ_AlAs＞
Ｔ_GaAs＞Ｔ_InAsであるので、Ｉｎ_xＧａ_l-xＡｓ（Ｉｎ組
成０≦ｘ≦１）からなる活性層（活性領域）と、Ａｌ_x
Ｇａ_l-xＡｓ（Ａｌ組成０≦ｘ≦１）からなるクラッド
層とを含む半導体レーザへの適用も十分可能である。ま
た、図４に示した可視半導体レーザの場合、活性層はＧ
ａ_xＩｎ_1-xＰ（Ｇａ組成ｘ≒０．５）からなり、それを
挟むクラッド層は（Ａ１_xＧａ_1-x）_1-yＩｎ_yＰ（Ａｌ組
成ｘ≒０．４、Ｉｎ組成ｙ≒０．５）からなる。再蒸発
温度はＴ_AlP＞Ｔ_{G aP}＞Ｔ_InPであるので、活性層の再蒸
発温度は比較的に低い。従って、上記の方法はこのよう
な可視半導体レーザにも利用することができる。

【００２３】もちろん、Ａｌ_xＧａ_l-xＮ（Ａｌ組成０≦
ｘ≦１）からなるクラッド層とＩｎ _xＧａ_1-xＮ（Ｉｎ組
成０≦ｘ≦１）からなる活性層とを有する半導体レーザ
についても、同様な考えで上記方法を利用することがで
きる。

【００２４】以下本発明の作用について説明する。

【００２５】本発明によれば、活性領域の再蒸発は真空
中で行われるので、完全に清浄な活性領域の端面が得ら
れる。その後、大気に曝すことなく、続いてレーザ光を
吸収しない窓層が真空中で形成されるので、窓層だけで
はなく、活性領域と窓層との界面の高晶質が期待され
る。よって、レーザ素子の共振器端面の劣化が少なく、
これまでに実現できなかった高信頼性・高出力の半導体
レーザが得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。

【００２７】（実施の形態１）図１に、本発明の一実施
形態のＡｌＧａＡｓ高出力半導体レーザの作製法を示
す。

【００２８】まず、従来の方法により、面方位（１０
０）のｎ−ＧａＡｓ基板３０上にｎ−ＧａＡｓバッファ
層３１と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる下部クラッド
層３２（Ａｌ組成ｘ＝０．６）と、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓか
らなる活性層３３（Ａｌ組成ｘ＝０．１４）と、ｐ−Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる上部クラッド層３４（Ａｌ組成
ｘ＝０．６）と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３５とを順
次成長させてダブルヘテロウエハ６０を形成する。ここ
で、従来の方法とは、ＭＢＥ法、有機金属気相エピタキ
シー（ＭＯＣＶＤ）法、気相エピタキシー（ＶＰＥ）
法、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法などを含む結晶成長
方法である。続いて、コンタクト層３５の上に第１回目
のＳｉＯ₂膜３６を蒸着する。そして、リソグラフィー
によりＳｉＯ₂膜３６に幅５〜１００μｍの第１回目の
ストライプ状の開口を形成する。隣接している開口中心
間の距離はレーザ素子の共振器長と同じようにする。続
いて、ＳｉＯ₂膜３６をマスクとして、エッチングによ
って活性層３３上部の構造を除去し、開口部５０を形成
する（図１ａ）。

【００２９】続いて、上記ウエハ６０をホルダーにマウ
ントし、圧力が１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下であるＭＢ
Ｅ成長室へ導入する。ウエハ６０を砒素分子線ビームで
照射しながら、一定の温度（例えば、７４０℃）にて一
定の時間（例えば、１０分）熱処理する。この間、開口
部５０内に露出している活性層３３は再蒸発し、清浄な
活性層端面３３ａが現れる（図１ｂ）。この熱処理によ
り、ＡｌＧａＡｓクラッド層３４もまた再蒸発するが、
ＡｌＧａＡｓの再蒸発速度はＡｌの組成が小さいほど早
いので、活性層３３の再蒸発の方が顕著である。ＡｌＧ
ａＡｓの再蒸発速度のＡｌ組成の依存性を、図６に示す
（例えば、登録特許第２８１０２５４号を参照）。活性
層３３を再蒸発させた後、そのまま成長室において結晶
成長を行い、図１ｃに示すように、活性層端面３３ａ、
開口部５０、およびＳｉＯ₂膜３６上に、高抵抗のＡｌ_x
Ｇａ_1-xＡｓ層３７（すなわち、窓層；Ａｌ組成０．１
４＜ｘ≦１）と高抵抗のＧａＡｓ層３８とを順次形成す
る。高抵抗ＡｌＧａＡｓ層３７の厚みは活性層３３より
も厚く、活性層３３の端面３３ａは高抵抗層３７のみに
よって埋められるようにする。

【００３０】続いて、上記ウエハ６０をＭＢＥから取り
出し、第２回目のＳｉＯ₂膜３９を蒸着し、リソグラフ
ィーにより上記第１回目のストライプ状の開口と直交す
る方向に、幅１〜５μｍの第２回目のストライプ状の開
口を形成する。次いで、このＳｉＯ₂膜３９をマスクと
して、高抵抗ＧａＡｓ層３８、ＡｌＧａＡｓ層３７およ
びＳｉＯ₂膜３６を除去する。その後、ウエハ６０を所
定の厚み（例えば、１００μｍ）まで研磨し、電極層４
０および４１を蒸着する。続いて、第１回目のストライ
プ状開口中心部に沿って劈開し、ウエハ６０をレーザ素
子を多数含むバーに分割し、素子７０が得られる。得ら
れる劈面は、活性層の再蒸発に続いて再成長させたレー
ザ光を吸収しない高抵抗ＡｌＧａＡｓ層３７からなり、
レーザの共振器端面となる。得られた素子７０の導波路
に垂直な方向での内部励起領域の断面図、および素子７
０の立体構造をそれぞれ図１ｄ、および図１ｅに示す。

【００３１】本実施の形態１で示した構造は一例であ
り、各層の組成および濃度、ならびにストライブ状開口
の幅は、実際の状況に応じて設定される。ここで、Ｓｉ
Ｏ₂膜の代わりに他の誘電体膜（例えば、ＳｉＮ_x）を使
ってもよい。図１ｅからわかるように、二つのＳｉＯ₂
膜３６および３９は、高抵抗の再成長層３７とともに、
第２回目のストライプ状の開口以外の部分の電流の流れ
を最小限にブロックすることができ、それによりリーク
電流が最小限に御制される。この後、従来の方法で、共
振器端面上に多層誘電体膜を蒸着することによって、端
面の反射率を制御し得る、高出力・高信頼性のレーザ素
子が得られる。

【００３２】本実施の形態１では、活性層の再蒸発を砒
素分子線ビーム照射中で行ったが、砒素とガリウム（Ｇ
ａ）の二種類の原子（または分子）が同時に存在するビ
ーム照射中で行ってもよい。

【００３３】また、活性領域が量子井戸構造からなる場
合においても、量子井戸領域の組成とクラッド層の組成
とが異なるのであれば、本実施の形態１の方法を適用す
ることができる。また、本実施の形態１では、活性層の
再蒸発後、同じチャンバー内で窓層を成長させたが、ウ
エハを１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の真空中に維持した
まま再蒸発を行ったチャンバーと異なるチャンバーへと
搬送し、新しいチャンバー中で窓層を成長させることも
もちろん可能である。

【００３４】また、本実施の形態１では、第２回目のＳ
ｉＯ₂膜３９を蒸着し、電流注入用のストライプ状の開
口を形成したが、もちろん、高抵抗材料を成長させた
後、第１回目のＳｉＯ₂膜３６上の高抵抗材料層３７お
よび３８をエッチングにより除いてから、第１回目のＳ
ｉＯ₂膜３６に、第１回目のストライプ状の開口と直交
する方向に電流注入用のストライプ状の開口を作製する
ことも可能である。

【００３５】本実施の形態１では、開口部５０をＶ溝の
ようにエッチングしたが、エッチング方法によってＵ型
の開口部ももちろん適用できる。また、開口部５０は活
性層３３の内部または活性層３３とｎクラッド層３２と
の界面で止まるようにしてもよい。また、再成長させた
高抵抗窓層は、他のＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族または
誘電体材料からなっても良い。また、共振器端面は劈開
によって得たが、窓層をエッチングすることによって得
ても良い。

【００３６】（実施の形態２）活性層３３の再蒸発を、
砒素分子線ビームの代わりに燐分子線ビームおよび／ま
たはガリウム分子線ビームの代わりにインジウム（Ｉ
ｎ）分子線ビームを用いて行うこと以外は、（実施の形
態１）と同様にして、活性層３３がＧａＩｎＰ混晶から
なり、クラッド層３２および３４がＡｌＧａＩｎＰ混晶
からなる半導体レーザを作製する。

【００３７】（実施の形態３）活性層３３の再蒸発を、
砒素分子線ビームの代わりに窒素分子線ビームおよび／
またはガリウム分子線ビームの代わりにインジウム（Ｉ
ｎ）分子線ビームを用いて行うこと以外は、（実施の形
態１）と同様にして、活性層３３がＧａＩｎＮ混晶から
なり、クラッド層３２および３４がＡｌＧａＩｎＮ混晶
からなる半導体レーザを作製する。

【００３８】（実施の形態４）図２に、本発明の別の実
施形態のＡｌＧａＡｓ高出力半導体レーザの作製法を示
す。

【００３９】まず、従来の方法により、面方位（１０
０）のｎ−ＧａＡｓ基板３０上にｎ−ＧａＡｓバッファ
層３１と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる下部クラッド
層３２（Ａｌ組成ｘ＝０．６）と、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓか
らなる活性層３３（Ａｌ組成ｘ＝０．１４）と、ｐ−Ａ
ｌ_xＧａ_1-xＡｓからなる上部クラッド層３４（Ａｌ組成
ｘ＝０．６）と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３５を順次
成長させてダブルヘテロウエハ６０を形成する。ここ
で、従来の方法とは、ＭＢＥ法、有機金属気相エピタキ
シー（ＭＯＣＶＤ）法、気相エピタキシー（ＶＰＥ）
法、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法などを含む結晶成長
方法である。続いて、コンタクト層３５の上に第１回目
のＳｉＯ₂膜３６を蒸着装置を使って蒸着する。次い
で、リソグラフィーによりＳｉＯ₂膜３６に幅５〜１０
０μｍの第１回目のストライプ状の開口を形成する。隣
接している開口中心間の距離はレーザ素子の共振器長と
同じようにする。続いて、ＳｉＯ₂膜３６をマスクとし
て、エッチングによって活性層３３を含む構造を除去
し、開口部５０を形成する（図２ａ）。

【００４０】続いて、上記ウエハ６０をホルダーにマウ
ントし、圧力が１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下であるＭＢ
Ｅ成長室へ導入する。砒素分子線ビームにより照射しな
がら、ウエハ６０を一定の温度（例えば、７４０℃）に
て一定の時間（例えば、１０分）熱処理する。この間、
開口部５０内に露出している活性層３３は再蒸発され、
清浄な活性層端面３３ａが得られる（図２ｂ）。活性層
３３を再蒸発させた後、そのまま成長室において結晶成
長を行い、（実施の形態１）に記述したように活性層端
面３３ａ、開口部５０およびＳｉＯ₂膜３６上に、高抵
抗Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層３７（Ａｌ組成０．１４＜ｘ≦
１）と高抵抗ＧａＡｓ層３８とを順次形成する。その
後、実施の形態１と同じプロセスを経て、高抵抗ＡｌＧ
ａＡｓからなる共振器端面を持つレーザ素子を得る。

【００４１】本実施の形態４で示した構造は一例であ
り、各層の組成および濃度、ならびにストライブ状開口
の幅は、実際の状況に応じて設定される。ここで、Ｓｉ
Ｏ₂膜の代わりに他の誘電体膜（例えば、ＳｉＮ_x）を使
ってもよい。（実施の形態１）と同様に、二つのＳｉＯ
₂膜３６および３９は、高抵抗の再成長層３７ととも
に、第２回目のストライプ状の開口以外の部分の電流の
流れを最小限にブロックすることができ、それによりリ
ーク電流が最小限に御制される。この後、従来の方法
で、共振器端面上に多層誘電体膜を蒸着することによっ
て、端面の反射率を制御し得る、高出力・高信頼性のレ
ーザ素子が得られる。

【００４２】本実施の形態４では、活性層３３の再蒸発
を砒素分子線ビーム照射中で行ったが、砒素とガリウム
（Ｇａ）の二種類の原子（または分子）が同時に存在す
るビーム照射中で行ってもよい。

【００４３】また、活性領域が量子井戸構造からなる場
合においても、量子井戸領域の組成とクラッド層の組成
とが異なるのであれば、本実施の形態４の方法を適用す
ることができる。また、本実施の形態４では、活性層３
３の再蒸発後、同じチャンバー内で窓層を成長させた
が、ウエハを１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の真空中に維
持したまま再蒸発を行ったチャンバーと異なるチャンバ
ーへと搬送し、新しいチャンバー中で窓層を成長させる
ことももちろん可能である。

【００４４】本実施の形態４では、開口部５０をＶ溝の
ようにエッチングしたが、エッチング方法によってＵ型
の開口部ももちろん適用できる。また、再成長させた高
抵抗窓層は、他のＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族または誘
電体材料からなっても良い。また、共振器端面は劈開に
よって得たが、窓層をエッチングすることによって得て
も良い。

【００４５】（実施の形態５）活性層３３の再蒸発を、
砒素分子線ビームの代わりに燐分子線ビームおよび／ま
たはガリウム分子線ビームの代わりにインジウム（Ｉ
ｎ）分子線ビームを用いて行うこと以外は、（実施の形
態４）と同様にして、活性層３３がＧａＩｎＰ混晶から
なり、クラッド層３２および３４がＡｌＧａＩｎＰ混晶
からなる半導体レーザを作製する。

【００４６】（実施の形態６）活性層３３の再蒸発を、
砒素分子線ビームの代わりに窒素分子線ビームおよび／
またはガリウム分子線ビームの代わりにインジウム（Ｉ
ｎ）分子線ビームを用いて行うこと以外は、（実施の形
態４）と同様にして、活性層３３がＧａＩｎＮ混晶から
なり、クラッド層３２および３４がＡｌＧａＩｎＮ混晶
からなる半導体レーザを作製する。

【００４７】（実施の形態７）本発明の方法は、リッジ
型レーザ、溝埋め込み型レーザなどへも適用することが
でき、これらのレーザの性能を更に向上させることが期
待できる。以下に、図３を参照して、リッジ型レーザの
一実施形態を説明する。

【００４８】図３ａは、従来のリッジ型レーザ構造の導
波路に垂直方向での内部励起領域の断面図である（登録
特許第２７７８１７８号参照）。まず、ｎ−ＧａＡｓ
（１００）基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層１
２、ｎ−（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4）_{0. 5}Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１
３、Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層１４、ｐ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0
.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層１５、ｐ−（Ａｌ_0.6Ｇａ
_0.4）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１６、ｐ−Ｇａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐキャップ層１７を順次成長させて（第１回目の結
晶成長）ダブルヘテロウエハを形成する。続いて、キャ
ップ層１７上に写真蝕刻により幅５μｍの第１回目のス
トライプ状のＳｉＯ₂膜マスク（図示せず）を形成す
る。続いて、図３ａに示すように、光ガイド層１５の途
中までエッチングする。続いて、第２回目の結晶成長に
よって、ストライプ状のＳｉＯ₂膜マスクを除くメサ部
にｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流阻止層１８を成長させ
る。その後、ＳｉＯ₂膜マスクを除去し、第３回目の結
晶成長によって全面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９を
成長形成し、次いで、コンタクト層１９上にｐ側電極２
０、およびｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ側電極２１を形
成する。最後に、劈開により反射端面を形成することに
よって、レーザ素子７０が完成される。得られた素子７
０の導波路方向での内部励起領域の断面図を、図３ｂに
示す。

【００４９】ここで、上記第３回目の結晶成長を行う前
に、本発明による端面窓層を成長させる工程を導入する
ことができる。つまり、第２回目の結晶成長が終了した
後、キャップ層１７上に写真蝕刻により第２回目のスト
ライプ状のＳｉＯ₂膜マスクを形成する。ここで、第２
回目のストライプ状のＳｉＯ₂膜マスクは、第２回目の
結晶成長時の第１回目のストライプ状のＳｉＯ₂膜マス
クと直交し、開口の周期はレーザ共振器長と同じように
する。その後、エッチングにより（実施の形態１）と同
じようなストライプ溝を作成する。続いて、上記ウエハ
を、圧力が１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下のＭＢＥチャン
バー中へ導入し、燐分子線ビームで照射しながら昇温
し、活性層１４の再蒸発可能な温度において、燐分子線
ビームで照射しながら一定時間の熱処理を行う。これに
よって清浄な端面１４ａが形成される。その後、レーザ
光を吸収しない高抵抗の材料（例えば、（Ａｌ_0.4Ｇａ
_0.6） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐ）の第３回目の結晶成長を行って窓
層２２を形成し、端面１４ａを埋め込む。その後、Ｓｉ
Ｏ₂膜マスクを除去し、第４回目の結晶成長（つまり、
従来の方法における第３回目の結晶成長）によって全面
にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９を成長形成し、次い
で、コンタクト層１９上にｐ側電極２０、およびｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１１上にｎ側電極２１を形成する。最後に、
劈開により反射端面を形成することによって、レーザ素
子７０が完成される。得られた素子７０の導波路方向で
の内部励起領域の断面図を、図３ｃに示す。一方、導波
路に垂直方向での内部励起領域の断面図は、従来のレー
ザ素子７０の断面図（図３ａ）と同じである。

【００５０】本実施の形態７では、本発明による端面窓
層を成長させる工程を、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１９
を成長させる前に導入したが、もちろん、コンタクト層
１９を成長させた後に導入することもできる。

【００５１】本実施の形態７で示した構造は一例であ
り、各層の組成および濃度、ならびにストライブ状開口
の幅は、実際の状況に応じて設定される。本実施の形態
７では、活性層１４の再蒸発を、燐の分子線ビーム照射
中で行ったが、燐とインジウム（Ｉｎ）の二種類の原子
（又は分子）が同時に存在するビーム照射中で行っても
よい。また、活性領域が量子井戸構造からなる場合にお
いても、量子井戸領域の組成とクラッド層の組成とが異
なるのであれば、本実施の形態７の方法を適用すること
ができる。また、本実施の形態７では、活性層の再蒸発
後、同じチャンバー内で窓層を成長させたが、ウエハを
１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の真空中に維持したまま再
蒸発を行ったチャンバーと異なるチャンバーへと搬送
し、新しいチャンバー中で窓層を成長させることももち
ろん可能である。

【００５２】本実施の形態７では、開口をＶ溝のように
エッチングしたが、エッチング方法によってＵ型の開口
ももちろん適用できる。また、開口部は活性層１４の内
部または活性層１４とｎクラッド層１３との界面で止ま
るようにしてもよい。また、再成長させた高抵抗窓層
は、他のＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族または誘電体材料
からなっても良い。また、共振器端面は劈開によって得
るとしたが、窓層をエッチングすることによって得ても
良い。

【００５３】（実施の形態８）活性層１４の再蒸発を、
燐分子線ビームの代わりに砒素分子線ビームおよび／ま
たはインジウム分子線ビームの代わりにガリウム（Ｇ
ａ）分子線ビームを用いて行うこと以外は、（実施の形
態７）と同様にして、活性層１４がＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ混
晶（Ａｌ組成０≦ｘ≦１）からなり、クラッド層１３お
よび１６がＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ混晶（Ａｌ組成ｙ＞ｘ）か
らなる半導体レーザを作製する。

【００５４】（実施の形態９）活性層１４の再蒸発を、
燐分子線ビームの代わりに窒素分子線ビームを用いて行
うこと以外は、（実施の形態７）と同様にして、活性層
１４がＧａＩｎＮ混晶からなり、クラッド層１３および
１６がＡｌＧａＩｎＮ混晶からなる半導体レーザを作製
する。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、活性領域の再蒸発は真
空中で行われるので、完全に清浄な活性領域の端面が得
られる。その後、大気に曝すことなく、続いてレーザ光
を吸収しない窓層が真空中で形成されるので、窓層だけ
ではなく、活性領域と窓層との界面の高晶質が期待され
る。よって、レーザ素子の共振器端面の劣化が少なく、
これまでに実現できなかった高信頼性・高出力の半導体
レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の半導体レーザの作製方法
を説明する図である。

【図２】本発明の別の実施形態の半導体レーザの作製方
法を説明する図である。

【図３】本発明の窓層の作製方法のリッジ型レーザへの
応用を説明する図であり、（ａ）は従来のリッジ型レー
ザ構造の導波路に垂直方向での内部励起領域の断面図で
あり、（ｂ）は従来のリッジ型レーザ構造の導波路方向
での内部励起領域の断面図であり、（ｃ）は本発明の方
法により得られるリッジ型レーザの導波路方向での内部
励起領域の断面図である。

【図４】従来の拡散により窓層が作製された半導体レー
ザの断面図である。

【図５】従来のＺｎＳＳｅ再成長により窓層が作製され
た半導体レーザの断面図である。

【図６】ＡｌＧａＡｓの再蒸発速度と温度との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１、１１、３０ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド ４ ｐ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ５ Ｚｎ拡散領域 ８ 端面 ９ Ｐ⁺−ＧａＡｓ １２、３１ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １３ ｎ−（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ３、１４ Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層 １４ａ、３３ａ 清浄な活性層端面 １５ ｐ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層 １６ ｐ−（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 １７ ｐ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐキャップ層 １８ ｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流阻止層 １９ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ６、２０、４０ ｐ側電極 ７、２１、４１ ｎ側電極 ２２ 高抵抗（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層 ３２ ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓクラッド層（Ａｌ組成ｘ＝
０．６） ３３ Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ活性層（Ａｌ組成ｘ＝０．１
４） ３４ ｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓクラッド層（Ａｌ組成ｘ＝
０．６） ３５ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ３６、３９ ＳｉＯ₂膜 ３７ 高抵抗Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（Ａｌ組成０．１４＜
ｘ≦１） ３８ 高抵抗ＧａＡｓ層 ５０ 開口部 ５１ 電極 ５２ 半絶縁性ＧａＡｓ基板結晶 ５３ ｎ−Ｇａ_0.6Ａｌ_0.4Ａｓ ５４ アンドープＧａ_0.95Ａｌ_0.05Ａｓ ５５ ｐ−Ｇａ_0.6Ａｌ_0.4Ａｓ ５６ ｐ−ＧａＡｓ ５７ 酸化膜 ５８ 端面保護膜 ６０ ダブルヘテロウエハ ６１ 砒素分子線ビーム ７０ 素子

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性領域を含む半導体レーザ多層構造ウ
   エハの一部分をストライプ状に除去することにより、該
   多層構造ウエハに開口部を形成する工程と、 該開口部を形成した多層構造ウエハを真空装置中におい
   て分子線ビームで照射しながら熱処理し、該開口部内に
   該活性領域の清浄な端面を形成する工程と、 該熱処理した多層構造ウエハを大気に曝さずに、続いて
   該真空装置中でレーザ光を吸収しない高抵抗材料を該開
   口部内で成長させて窓層を形成し、該活性領域の清浄な
   端面を埋め込む工程と、 該ストライプ状の開口部に対して垂直方向に、電流注入
   用ストライプを作製する工程と、 該ストライプ状の開口部内に、該成長させたレーザ光を
   吸収しない高抵抗材料からなるレーザ光の出射端面を形
   成する工程と、 を含む半導体レーザの作製方法。
2. 【請求項２】 前記半導体レーザ多層構造ウエハが、レ
   ーザ導波路に対して垂直な方向での各層の幅に関係な
   く、少なくとも前記活性領域とそれを挟む２つのクラッ
   ド層とを含み、該２つのクラッド層のバンドギャップが
   該活性領域のバンドギャップよりも大きく、かつ該２つ
   のクラッド層が、それぞれｎ−型およびｐ−型ドーピン
   グされている、請求項１に記載の半導体レーザの作製方
   法。
3. 【請求項３】 前記ストライプ状の開口部の深さが前記
   活性領域の上面から前記多層構造ウエハの内部までの範
   囲である、請求項１に記載の半導体レーザの作製方法。
4. 【請求項４】 前記真空装置が真空チャンバーを含み、
   該真空チャンバーの圧力が１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下
   である、請求項１に記載の半導体レーザの作製方法。
5. 【請求項５】 前記分子線ビームが、砒素（Ａｓ）の分
   子線（Ａｓ₂、Ａｓ₄）ビーム、燐（Ｐ）の分子線
   （Ｐ₂、Ｐ₄）ビームまたは窒素（Ｎ）の分子線（Ｎ ₂、
   Ｎ₄）ビームの少なくとも１種を含む、請求項１に記載
   の半導体レーザの作製方法。
6. 【請求項６】 前記レーザ光を吸収しない高抵抗材料の
   成長を、前記熱処理を行った真空チャンバー中で行う、
   請求項４に記載の半導体レーザの作製方法。
7. 【請求項７】 前記熱処理を行った後、前記ウエハを、
   １．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の圧力に保ったまま、該熱
   処理を行った真空チャンバーとは異なる真空チャンバー
   へ移し、そして１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ以下で前記レー
   ザ光を吸収しない高抵抗材料を成長させる、請求項４に
   記載の半導体レーザの作製方法。
8. 【請求項８】 前記レーザ光を吸収しない高抵抗材料
   が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体または誘
   電体からなる、請求項１に記載の半導体レーザの作製方
   法。
9. 【請求項９】 前記窓層の厚みが、前記活性領域の厚み
   よりも大きく、かつ該活性領域が１種類の高抵抗材料の
   みに接する、請求項１に記載の半導体レーザの作製方
   法。
10. 【請求項１０】 前記レーザ光の出射端面を、前記スト
    ライプ状の開口部に対して平行な方向に該開口部内の窓
    層を劈開するか、または該窓層をエッチングすることに
    よって得る、請求項１に記載の半導体レーザの作製方
    法。