JP2003060297A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 熱アニール処理による量子井戸活性層内のバ
ンドギャップのばらつき、および、Ｐ型ドーパントのＺ
ｎの量子井戸活性層への拡散を抑制する 【解決手段】 Ｐ型ＧａＡｓキャップ層上にプラズマＣ
ＶＤ法によってＳｉＯ₂絶縁膜を形成して、そのＳｉＯ₂
絶縁膜上の導波路の端面近傍の領域に、炭酸ガスレー
ザ、ＹＡＧレーザまたは赤外ランプのいずれかを用いて
局所的に熱アニール処理を行う。炭酸ガスレーザによる
熱アニール処理では、直径６０μｍのビームを走査す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光情報処
理等に利用される半導体レーザおよびその製造方法に関
し、特に、レーザ光出射側端面近傍における活性層のバ
ンドギャップがレーザ光の波長に対応するバンドギャッ
プよりも広い窓構造を有する半導体レーザおよびその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年、ＣＤ−Ｒ／ＲＷおよびＤＶＤ−Ｒ／
ＲＷに代表される光ディスクヘの情報の書き込みスピー
ドを向上させるために、光出力が１００ｍＷを超える半
導体レーザの実現が期待されている。

【０００３】半導体レーザの高出力化および高出力化に
伴う信頼性に対する課題は、レーザ光の出射側端面（共
振器端面）部分の劣化の抑制および半導体レーザ駆動
（発振）時の低電流化である。これらの課題に対して
は、レーザ光の出射側端面近傍の活性層を量子井戸構造
とし、その活性層の結晶状態を無秩序化した窓構造半導
体レーザが提案されている。窓構造半導体レーザが提案
された理由は、従来の半導体レーザの誘電体膜によるレ
ーザ光の出射側端面の保護では、所謂、ＣＯＤ（Ｃａｔ
ａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：致
命的光学損傷）による端面破壊が生じ、良好な高出力特
性を得ることが困難であったためである。

【０００４】したがって、半導体レーザの高出力時に生
じる半導体レーザのレーザ光の出射側端面のＣＯＤレベ
ルを向上させるために、レーザ光の出射側端面を窓構造
とし、レーザ光の出射側端面での光吸収を無くすことに
よって、高出力動作が可能な半導体レーザが実現でき
る。

【０００５】このような窓構造を有する半導体レーザの
構造を、次に、に説明する。

【０００６】図３（ａ）〜（ｆ）は、従来の半導体レー
ザの製造方法における各工程を示す斜視図である。

【０００７】まず、図３（ａ）に示すように、Ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１００１上に、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１００
２、Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００３、量子井戸構
造を有するノンドープ量子井戸活性層１００４、第１Ｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００５、Ｐ型ＧａＡｓエッ
チングストップ層１００６、第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層１００７、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００８を、
ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル）法またはＭ
ＢＥ（分子線エピタキシャル）法によって、順番に形成
する。

【０００８】次に、図３（ｂ）に示すように、Ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層１００８上に、プラズマＣＶＤ法によっ
て、ＳｉＯ₂絶縁膜１００９を積層した後に、フォトリ
ソグラフィー技術によって、ＳｉＯ₂絶縁膜１００９を
レーザ光の導波路の両側の端面近傍に所定の幅を有した
ストライプ状パターンにする。その後、昇温速度８０℃
／秒以上、温度８００〜１０００℃、処理時間１０〜６
０秒の条件により熱アニール処理を行う。これにより、
ストライプ状のＳｉＯ₂絶縁膜１００９の下方のＰ型Ｇ
ａＡｓキャップ層１００８の表面から、Ｇａ原子がＳｉ
Ｏ₂絶縁膜１００９中に吸い上げられ、Ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層１００８に生じたＧａ空孔がＰ型ＧａＡｓキャ
ップ層１００８の下方のノンドープ量子井戸活性層１０
０４に拡散することによって、ノンドープ量子井戸活性
層１００４の結晶状態が無秩序化され、ノンドープ量子
井戸活性層１００４のバンドギャップが大きくなる。こ
のバンドギャップが大きくなったノンドープ量子井戸活
性層１００４は、レーザ光に対して透明な窓領域として
機能するために、窓構造量子井戸層１０１４となる。

【０００９】次に、ＳｉＯ₂絶縁膜１００９を除去し、
Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００８上に、フォトレジスト
を塗布しフォトリソグラフィー技術およびエッチングに
よって、導波路形成領域以外のＰ型ＧａＡｓキャップ層
１００８および第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００
７を除去する。そして、図３（ｃ）に示すように、Ｐ型
ＧａＡｓエッチングストップ層１００６上の中央部に、
第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００７およびＰ型Ｇ
ａＡｓキャップ層１００８から成るリッジ構造の導波路
を形成する。

【００１０】次に、フォトレジストを除去した後、図３
（ｄ）に示すように、前述の第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層１００７およびＰ型ＧａＡｓキャップ層１００８
から成るリッジ構造の導波路を埋め込むように、Ｎ型電
流ブロック層１０１０をＰ型ＧａＡｓエッチングストッ
プ層１００６上の全面にわたって形成する。

【００１１】次に、図３（ｅ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術およびエッチングによって、Ｎ型電流
ブロック層１０１０のリッジ構造の導波路上の凸部を除
去し、Ｎ型電流ブロック層１０１０およびリッジ構造の
導波路の上面を平坦化する。

【００１２】次に、図３（ｆ）に示すように、Ｎ型電流
ブロック層１０１０上にＰ型ＧａＡｓコンタクト層１０
１１を積層し、Ｎ型ＧａＡｓ基板１００１の下面に研磨
およびエッチング処理を行い、半導体レーザを構成する
ウエハの厚さを約１００μｍに加工する。その後、Ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１０１１の上面およびＮ型ＧａＡ
ｓ基板１００１の下面に、それぞれＰ型電極１０１２お
よびＮ型電極１０１３を蒸着し、半導体レーザを構成す
るウエハをバー状に分割しレーザ光の出射端面に反射膜
を塗布する。

【００１３】これにより、図３（ｆ）に示すようにレー
ザ光の導波路の端面近傍に形成された窓構造量子井戸層
１０１４を有し、導波路の端面にＣＯＤによる破壊を生
じない窓構造半導体レーザが得られる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノンド
ープ量子井戸活性層１００４では、温度８００〜１００
０℃の熱アニール処理が行われると前述の窓構造量子井
戸層１０１４以外にも熱アニール処理によるＧａ空孔の
拡散が生じる。このため、ノンドープ量子井戸活性層１
００４における窓構造量子井戸層１０１４以外の領域の
バンドギャップも、その形成当初の値より大きくなる。
窓構造量子井戸層１０１４以外のノンドープ量子井戸活
性層１００４内のバンドギャップの値が大きくなると、
最終的な半導体レーザにおけるレーザ光の発振波長に影
響するために、熱アニール処理によってノンドープ量子
井戸活性層１００４内のバンドギャップの値のシフト量
を予測して、ノンドープ量子井戸活性層１００４の混晶
比および層厚を設定する必要がある。

【００１５】また、ノンドープ量子井戸活性層１００４
内のバンドギャップの値のシフト量に、ばらつきが発生
するとレーザ光の発振波長に影響するために、半導体レ
ーザの製造工程における歩留まりの低下および特性面の
品質の低下を生じる。

【００１６】さらに、温度８００〜１０００℃の熱アニ
ール処理を行うと、半導体レーザを構成するウエハ内の
Ｐ型半導体層に対して、Ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜
鉛）を用いた場合には、Ｚｎの拡散を促進させることに
なり、半導体レーザの信頼性が低下する。具体例とし
て、図３（ａ）に示す第１Ｐ型ＡＩＧａＡｓクラッド層
１００５に、Ｚｎが約１×１０¹⁸／ｃｍ³の濃度にて添
加されているが、熱アニール処理後には、１〜５×１０
¹⁷／ｃｍ³の濃度に低下する。Ｐ型ドーパントであるＺ
ｎは、主に、第１Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００５
の下方のノンドープ量子井戸活性層１００４およびＮ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層１００３に拡散する。ノンドー
プ量子井戸活性層１００４に拡散したＰ型ドーパントで
あるＺｎは、ノンドープ量子井戸活性層１００４の結晶
状態を乱すとともに、第１Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１００５のキャリア濃度を低下させ、半導体レーザの温
度特性の低下および信頼性の低下を生じる。

【００１７】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、熱アニール処理による量子井戸活
性層内のバンドギャップのばらつき、および、Ｐ型ドー
パントのＺｎの量子井戸活性層への拡散を抑制した半導
体レーザおよびその製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決させるための手段】本発明の半導体レーザ
の製造方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型
半導体バッファ層、第１導電型半導体クラッド層、量子
井戸活性層、第２導電型の第１半導体クラッド層、第２
導電型半導体エッチングストップ層、第２導電型の第２
半導体クラッド層、第２導電型半導体キャップ層を順番
に形成する工程と、該第２導電型半導体キャップ層上
に、絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜の所定の領域
に、光源または熱源を走査して高温処理を行う工程と、
第２導電型半導体キャップ層および第２導電型の第２半
導体クラッド層をリッジ構造の導波路に加工する工程
と、該リッジ構造の導波路を第１導電型半導体電流阻止
層および第２導電型半導体平坦化層により埋め込み、そ
の後、該リッジ構造の導波路上の凸部領域を除去し平坦
化する工程と、該リッジ構造の導波路および該第２導電
型半導体平坦化層の上面に第２導電型半導体コンタクト
層を形成する工程と、を包含することを特徴とする。

【００１９】前記絶縁膜の所定の領域の下方の前記量子
井戸活性層内に窓構造量子井戸層が形成されている。

【００２０】前記窓構造量子井戸層のバンドギャップに
相当する光の波長（λｗ）と、該窓構造量子井戸層以外
の前記量子井戸活性層のバンドギャップに相当する光の
波長（λａ）との差（△λ＝λａ−λｗ）が、１０ｎｍ
≦△λ≦５０ｎｍの範囲である。

【００２１】前記絶縁膜の厚さが１００ｎｍ〜１０００
ｎｍの範囲である。

【００２２】前記絶縁膜がシリコン酸化膜またはシリコ
ン窒化膜である。

【００２３】前記絶縁膜がスパッタ法またはプラズマＣ
ＶＤ法のいずれか一方により形成される。

【００２４】前記窓構造量子井戸層の幅が１０μｍ〜１
００μｍである。

【００２５】前記光源が炭酸ガスレーザまたはＹＡＧレ
ーザである。

【００２６】前記熱源が赤外ランプである。

【００２７】本発明の半導体レーザは、第１導電型半導
体基板上に、第１導電型半導体クラッド層と、量子井戸
活性層と、第２導電型の第１半導体クラッド層と、第２
導電型半導体エッチングストップ層と、第２導電型の第
２半導体クラッド層と、第２導電型半導体キャップ層と
を有する半導体レーザであって、該第２導電型半導体キ
ャップ層上に絶縁膜が形成され、該絶縁膜の所定の領域
が光源または熱源の走査によって高温処理されることに
よって、該絶縁膜の所定の領域の下方の該量子井戸活性
層内に窓構造量子井戸層が形成されていることを特徴と
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００２９】図１（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ本発明の
実施形態である半導体レーザの製造方法における各工程
を示す斜視図である。

【００３０】まず、図１（ａ）に示すように、Ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１０１上に、厚み０．５μｍのＮ型ＧａＡｓバ
ッファ層１０２、厚み３．５μｍのＮ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層１０３を順番に形成する。

【００３１】Ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層１０３
上には、厚み８ｎｍのＡｌ_0.1Ｇａ_{0 .9}Ａｓ量子井戸層と
厚み５ｎｍのＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓバリア層とを交互に
形成して、２層の量子井戸層と２層のバリア層とが周期
的に積層された多重量子井戸構造の活性層を成長させ、
ノンドープＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓガイド層を含むノンドー
プＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４を形成する。

【００３２】ノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１
０４上には、厚み０．２μｍの第１Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層１０５、厚み０．００３μｍのＰ型Ｇａ
Ａｓエッチングストップ層１０６、厚み１．３μｍの第
２Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層１０７、厚み０．
８μｍのＰ型ＧａＡｓキャップ層１０８を順番に形成す
る。尚、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に積層される各半導
体層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル）法
によって成長させる。

【００３３】次に、図１（ｂ）に示すように、Ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層１０８上に、プラズマＣＶＤ法を用いて
厚み５００ｎｍのＳｉＯ₂絶縁膜１０９を形成する。そ
の後、導波路の端面近傍の２ヶ所のＳｉＯ₂絶縁膜１０
９上に、炭酸ガスレーザを用いて局部的に熱アニール処
理を行う。本実施形態では、半導体レーザチップの導波
路の長さを８００μｍとして、炭酸ガスレーザの直径６
０μｍのビームを走査する。この場合、炭酸ガスレーザ
の光出力は、半導体レーザを構成するウエハの表面温度
が９００℃となるように設定する。これを図２に示す。

【００３４】これにより、炭酸ガスレーザのビームが照
射されたＳｉＯ₂絶縁膜１０９の下方のＰ型ＧａＡｓキ
ャップ層１０８の表面から、Ｇａ原子がＳｉＯ₂絶縁膜
１０９中に吸い上げられ、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０
８に生じたＧａ空孔がＰ型ＧａＡｓキャップ層１０８の
下方のノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４に
拡散することによって、ノンドープＡｌＧａＡｓ量子井
戸活性層１０４の結晶状態が無秩序化され、ノンドープ
ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４のバンドギャップが
大きくなる。このバンドギャップが大きくなったノンド
ープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４は、レーザ光に
対して透明な窓領域として機能するために、窓構造量子
井戸層１０４ａとなる。

【００３５】ここで、従来の半導体レーザの製造方法で
は、図３を参考に説明すると熱アニール後の窓構造量子
井戸層１０１４のバンドギャップに相当する光の波長
（λｗ）と、窓構造量子井戸層１０１４以外の導波路領
域のノンドープ量子井戸活性層１００４のバンドギャッ
プに相当する光の波長（λａ）との差（△λ＝λａ−λ
ｗ）について、下記の手順で評価している。 （１）熱アニール後、ＳｉＯ₂絶縁膜１００９をフッ酸
（ＨＦ）によりエッチングする。 （２）Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００８をアンモニア
水、過酸化水素水および純水の混合液によりエッチング
する。 （３）第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００７をフッ
酸によりエッチングする。 （４）顕微フォトルミネッセンスを用いて、窓構造量子
井戸層１０１４および窓構造量子井戸層１０１４以外の
導波路領域のノンドープ量子井戸活性層１００４のそれ
ぞれのフォトルミネッセンスのピーク波長（λｗおよび
λａ）を測定し△λ（＝λａ−λｗ）を求める。

【００３６】この場合、例えば窓構造量子井戸層１０１
４以外の導波路領域のノンドープ量子井戸活性層１００
４のピーク波長がλａ＝７６７ｎｍであると、窓構造量
子井戸層１０１４のピーク波長はλｗ＝７４０ｎｍとな
る。窓構造量子井戸層１０１４では、ＳｉＯ₂絶縁膜１
００９の下方のＰ型ＧａＡｓキャップ層１００８に生じ
たＧａ空孔の拡散によって、窓構造量子井戸層１０１４
の結晶状態が無秩序化されピーク波長が△λ＝２７ｎｍ
短波長側にシフトする。

【００３７】ところが、ＭＯＣＶＤ法により成長させた
ノンドープ量子井戸活性層１００４の形成当初のピーク
波長は、上記の方法で測定したところλａ＝７７０ｎｍ
であり、熱アニール処理を行うことによって、窓構造量
子井戸層１０１４以外のノンドープ量子井戸活性層１０
０４においてもピーク波長が３ｎｍ短波長側にシフトす
る知見が得られた。また、顕微フォトルミネッセンスで
は、活性層におけるフォトルミネッセンスの光強度によ
り結晶性の良否を判断できるが、窓構造量子井戸層１０
１４以外のノンドープ量子井戸活性層１００４のフォト
ルミネッセンスの光強度は、熱アニール処理を行うこと
により形成時の光強度に対して約４０％低下する。

【００３８】上記の光強度の低下は、熱アニール処理を
行うことにより第１Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００
５および第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００７にド
ーピングされているＺｎ（亜鉛）が活性層であるノンド
ープ量子井戸活性層１００４に拡散していることにより
生じると予測できる。

【００３９】これに対して、本発明の半導体レーザの製
造方法では、図１を参考に説明するとノンドープＡｌＧ
ａＡｓ量子井戸活性層１０４内の窓構造量子井戸層１０
４ａとなる領域のみを炭酸ガスレーザのビームを走査し
て熱アニール処理を行い、顕微フォトルミネッセンスを
用いて、窓構造量子井戸層１０４ａおよび窓構造量子井
戸層１０４ａ以外の導波路領域のノンドープＡｌＧａＡ
ｓ量子井戸活性層１０４のそれぞれのフォトルミネッセ
ンスのピーク波長（λｗおよびλａ）を測定すると、λ
ｗ＝７４０ｎｍおよびλａ＝７７０ｎｍである。

【００４０】窓構造量子井戸層１０４ａ以外の導波路領
域のノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４のフ
ォトルミネッセンスのピーク波長（λａ）および光強度
は、ＭＯＣＶＤ法により成長させたノンドープＡｌＧａ
Ａｓ量子井戸活性層１０４の形成当初のフォトルミネッ
センスのピーク波長および光強度と同じデータとなり、
良好な結果を示した。これにより、本発明の半導体レー
ザの製造方法は、炭酸ガスレーザによる熱アニール処理
を行う領域（窓構造量子井戸層１０４ａ）以外では、熱
アニール処理の影響をほとんど受けないことが確認でき
た。

【００４１】次に、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂
絶縁膜１０９をフッ酸（ＨＦ）によりエッチングして除
去する。

【００４２】次に、図１（ｄ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて、導波路の端面近傍に形成さ
れたストライプ状の窓構造量子井戸層１０４ａと直交し
て導波路用のレジストマスク１１０を、窓構造量子井戸
層１０４ａおよびノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性
層１０４の中央部に形成する。その後、硫酸、過酸化水
素水および純水の混合液によるエッチング処理およびフ
ッ酸によるエッチング処理を行い、レジストマスク１１
０の両側のＰ型ＧａＡｓキャップ層１０８および第２Ｐ
型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層１０７をそれぞれ除去
する。そして、Ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１０
６上の中央部に、Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８および
第２Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層１０７から成る
リッジ構造の導波路を形成する。リッジ構造の導波路の
底面の幅は、２．５μｍである。その後、リッジ構造の
導波路上のレジストマスク１１０を除去する。

【００４３】次に、図１（ｅ）に示すように、Ｐ型Ｇａ
Ａｓエッチングストップ層１０６上に、Ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層１０８および第２Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラ
ッド層１０７から成るリッジ構造の導波路を埋め込むよ
うに、ＭＯＣＶＤ法により厚み１．０μｍのＮ型Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流阻止層１１２および厚み１．１μｍ
のＰ型ＧａＡｓ平坦化層１１３を順番に形成する。

【００４４】次に、図１（ｆ）に示すように、リッジ構
造の導波路上に形成されたＮ型Ａｌ _0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流
阻止層１１２およびＰ型ＧａＡｓ平坦化層１１３から成
る凸部の領域をフォトリソグラフィー技術および硫酸、
過酸化水素水、純水の混合液によるエッチングによって
除去し、Ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１１３およびリッジ構造
の導波路の上面を平坦化する。

【００４５】次に、図１（ｇ）に示すように、Ｐ型Ｇａ
Ａｓ平坦化層１１３およびリッジ構造の導波路上に、Ｍ
ＯＣＶＤ法により厚み５０μｍのＰ型ＧａＡｓコンタク
ト層１１４を形成する。その後、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０
１の下面に研磨およびエッチング処理を行い、半導体レ
ーザを構成するウエハの厚さを１００μｍに加工する。

【００４６】次に、図１（ｈ）に示すように、Ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１１４の上面およびＮ型ＧａＡｓ基板
１０１の下面に蒸着によりそれぞれＰ側電極１１５およ
びＮ側電極１１６を形成する。その後、半導体レーザを
構成するウエハをバー状に分割して、レーザ光の出射側
端面に反射膜をコーティングする。この場合、反射膜
は、出射前面側には反射率１２％のＡｌ₂Ｏ₃をコーティ
ングし、出射後面側には反射率９０％のＡｌ₂Ｏ₃および
Ｓｉの多層膜をコーティングする。反射膜のコーティン
グは、電子ビーム蒸着機により行う。

【００４７】このように本発明の製造方法によって製造
された半導体レーザのチップ（素子）をステムパッケー
ジにダイボンドし、半導体レーザの諸特性を評価した。
発振閾値電流は３０ｍＡ、出力１２０ｍＷにおける駆動
電流は１４５ｍＡ、活性層に対して垂直方向のビーム広
がり角は１６°、活性層に対して水平方向のビーム広が
り角は８．５°、発振波長は７８２．５ｎｍ、ＣＯＤに
よる端面破壊が生じる光出力は３００ｍＷであり、従来
の製造方法によって製造された半導体レーザとほぼ同等
の特性値が得られた。

【００４８】発振波長に関しては、半導体レーザを構成
する２インチウエハ内より無作為に１００個のチップを
選択しステムパッケージ内に組み込んで発振波長を測定
すると、最小値は７８０．７ｎｍ、最大値は７８４．４
ｎｍ、発振波長の平均値は７８２．５ｎｍであり、発振
波長のばらつきは±２ｎｍ以内であった。従来の製造方
法による半導体レーザでは、発振波長のばらつきが±
３．５ｎｍであり、本実施形態の半導体レーザの発振波
長のばらつきは、小さくなり改善されている。この理由
は、従来の製造方法による半導体レーザの窓構造量子井
戸層１０１４以外のノンドープ量子井戸活性層１００４
における高速昇温および高温の熱アニール処理によるＧ
ａ空孔の拡散によって生じるノンドープ量子井戸活性層
１００４内のバンドギャップの値のシフト量のばらつき
が緩和され、ノンドープ量子井戸活性層１００４内の発
振波長のばらつきが抑制されたものと考えられる。

【００４９】本発明の製造方法により製造された半導体
レーザの発振閾値電流の温度特性における特性温度（Ｔ
０）は１４０Ｋであり、従来の製造方法により製造され
た半導体レーザでは、特性温度（Ｔ０）が１００〜１１
０Ｋである。半導体レーザの発振閾値電流は、特性温度
（Ｔ０）が高いほど発振閾値電流の温度依存性が小さく
なり温度変化に対して安定となる。これにより、本発明
の製造方法により製造された半導体レーザの特性温度
（Ｔ０＝１４０Ｋ）は、従来の製造方法により製造され
た半導体レーザの特性温度（Ｔ０＝１００〜１１０Ｋ）
より高くなっており改善されていることが確認できる。
本発明の製造方法により製造された半導体レーザの特性
温度（Ｔ０）は、第１Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド
層１０５からノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１
０４へのＰ型ドーパントであるＺｎの拡散が抑制された
ために向上したと考える。

【００５０】本発明の製造方法により製造された半導体
レーザのチップ（素子）１０個に対して、通電を行い温
度７０℃、光出力１２０ｍＷの条件にて連続発振させた
結果は、５００時間で１０個中故障したチップ（素子）
はなく、信頼性においても良好であることが確認でき
た。

【００５１】これにより、図１（ｈ）に示すレーザ光の
導波路の端面近傍に形成された窓構造量子井戸層１０４
ａを有し、レーザ光の発振波長のばらつきおよび発振閾
値電流の温度特性が改善されて、信頼性の良好な窓構造
半導体レーザが実現できる。

【００５２】尚、本実施形態では、炭酸ガスレーザを光
源として用いたが、例えば赤外ランプ等の熱源を用いて
局部的に熱アニール処理を行うことも可能である。熱ア
ニール処理を行うために、マスクおよびフォトリソグラ
フィーでステッパー装置を使用するのと同様に縮小パタ
ーンを、ウエハ上にエリア分割して熱アニール処理する
方法でも、窓構造領域を精度良く効果的にアニールする
ことができる。

【００５３】また、本実施形態では、Ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層１０８上に形成する絶縁膜にをＳｉＯ₂膜を用い
たが、シリコン窒化膜を用いてもほぼ同様の結果が得ら
れた。絶縁膜の成膜には、プラズマＣＶＤ法またはスパ
ッタ法を使用すれば良い。

【００５４】また、本実施形態では、窓構造領域の幅
（導波路方向の長さ）を３０μｍとしているが、窓構造
領域の幅として最小約１０μｍであれば十分な窓効果が
得られる。

【００５５】また、本実施形態では、レーザ光源とし
て、半導体レーザを構成するウエハ表面において約８０
０℃以上の温度を得ることのできる長波長帯域のＹＡＧ
レーザを用いても良い。

【００５６】

【発明の効果】本発明の半導体レーザの製造方法は、第
２導電型半導体キャップ層上に絶縁膜を形成して、その
絶縁膜の所定の領域に、光源または熱源を走査して高温
処理を行うことにより、熱アニール処理による量子井戸
活性層内のバンドギャップのばらつき、および、Ｐ型ド
ーパントのＺｎの量子井戸活性層への拡散を抑制するこ
とができる。

【００５７】本発明の半導体レーザは、第２導電型半導
体キャップ層上に絶縁膜が形成され、その絶縁膜の所定
の領域が光源または熱源の走査によって高温処理され
て、その絶縁膜の所定の領域の下方の量子井戸活性層内
に窓構造量子井戸層が形成されることによって、レーザ
光の発振波長のばらつきおよび発振閾値電流の温度特性
が改善されるとともに、信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施形態である半
導体レーザの製造方法における各工程を示す斜視図であ
る。

【図２】図１（ｂ）における炭酸ガスレーザのビームの
照射の一例を示す斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）は、従来の半導体レーザの製造
方法における各工程を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０１ Ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２ Ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １０３ Ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層 １０４ ノンドープＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層 １０４ａ 窓構造量子井戸層 １０５ 第１Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層 １０６ Ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層 １０７ 第２Ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層 １０８ Ｐ型ＧａＡｓキャップ層 １０９ ＳｉＯ₂絶縁膜 １１０ レジストマスク １１２ Ｎ型Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流阻止層 １１３ Ｐ型ＧａＡｓ平坦化層 １１４ Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １１５ Ｐ型電極 １１６ Ｎ型電極 １００１ Ｎ型ＧａＡｓ基板 １００２ Ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １００３ Ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １００４ ノンドープ量子井戸活性層 １００５ 第１Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 １００６ Ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層 １００７ 第２Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２ １００８ Ｐ型ＧａＡｓキャップ層 １００９ ＳｉＯ₂絶縁膜 １０１０ Ｎ型電流ブロック層 １０１１ Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １０１２ Ｐ型電極 １０１３ Ｎ型電極 １０１４ 窓構造量子井戸層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
   半導体バッファ層、第１導電型半導体クラッド層、量子
   井戸活性層、第２導電型の第１半導体クラッド層、第２
   導電型半導体エッチングストップ層、第２導電型の第２
   半導体クラッド層、第２導電型半導体キャップ層を順番
   に形成する工程と、 該第２導電型半導体キャップ層上に、絶縁膜を形成する
   工程と、 該絶縁膜の所定の領域を、光源または熱源の走査によっ
   て高温処理を行う工程と、 第２導電型半導体キャップ層および第２導電型の第２半
   導体クラッド層をリッジ構造の導波路に加工する工程
   と、 該リッジ構造の導波路を第１導電型半導体電流阻止層お
   よび第２導電型半導体平坦化層により埋め込み、その
   後、該リッジ構造の導波路上の凸部領域を除去し平坦化
   する工程と、 該リッジ構造の導波路および該第２導電型半導体平坦化
   層の上面に第２導電型半導体コンタクト層を形成する工
   程と、 を包含することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜の所定の領域の下方の前記量
   子井戸活性層内に窓構造量子井戸層が形成されている請
   求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
3. 【請求項３】 前記窓構造量子井戸層のバンドギャップ
   に相当する光の波長（λｗ）と、該窓構造量子井戸層以
   外の前記量子井戸活性層のバンドギャップに相当する光
   の波長（λａ）との差（△λ＝λａ−λｗ）が、１０ｎ
   ｍ≦△λ≦５０ｎｍの範囲である請求項１に記載の半導
   体レーザの製造方法。
4. 【請求項４】 前記絶縁膜の厚さが１００ｎｍ〜１００
   ０ｎｍの範囲である請求項１に記載の半導体レーザの製
   造方法。
5. 【請求項５】 前記絶縁膜がシリコン酸化膜またはシリ
   コン窒化膜である請求項１に記載の半導体レーザの製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記絶縁膜がスパッタ法またはプラズマ
   ＣＶＤ法のいずれか一方により形成される請求項１に記
   載の半導体レーザの製造方法。
7. 【請求項７】 前記窓構造量子井戸層の幅が１０μｍ〜
   １００μｍである請求項２に記載の半導体レーザの製造
   方法。
8. 【請求項８】 前記光源が炭酸ガスレーザまたはＹＡＧ
   レーザである請求項１に記載の半導体レーザの製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記熱源が赤外ランプである請求項１に
   記載の半導体レーザの製造方法。
10. 【請求項１０】 第１導電型半導体基板上に、第１導電
    型半導体クラッド層と、量子井戸活性層と、第２導電型
    の第１半導体クラッド層と、第２導電型半導体エッチン
    グストップ層と、第２導電型の第２半導体クラッド層
    と、第２導電型半導体キャップ層とを有する半導体レー
    ザであって、 該第２導電型半導体キャップ層上に絶縁膜が形成され、
    該絶縁膜の所定の領域が光源または熱源の走査によって
    高温処理されることによって、該絶縁膜の所定の領域の
    下方の該量子井戸活性層内に窓構造量子井戸層が形成さ
    れていることを特徴とする半導体レーザ。