JP2004119817A

JP2004119817A - 半導体レーザ素子およびその製造方法

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Publication number: JP2004119817A
Application number: JP2002283247A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Okubo; 大久保　伸洋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15
Also published as: CN1235319C; CN1497810A; US20040066822A1; US7027474B2

Abstract

【課題】高出力時の駆動電流を低減し、ＣＯＤの発生が無く、長期信頼性に優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】本発明にかかるレーザ半導体素子は、半導体基板、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層および第二導型の保護層を含み、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長により小さい半導体レーザ素子であって、該レーザ共振器端面近傍領域の活性層には、第二導電性を有する第１の不純物原子と第二導電性を有する第２の不純物原子とが混在し、かつ、該第１の不純物原子が該第２の不純物原子より高濃度に存在していることを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用などに用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に高出力動作特性に優れた窓構造半導体レーザ素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として各種の半導体レーザが広汎に利用されている。特に、高出力半導体レーザは、ＤＶＤプレーヤ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブなどのディスクへの書き込み用光源として用いられており、さらなる高出力化が求められている。
【０００３】
半導体レーザの高出力化を制限している要因の一つは、レーザ共振器端面近傍の活性領域において光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷（ＣＯＤ；Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ）である。
【０００４】
ＣＯＤの発生は、レーザ共振器端面近傍の活性層領域がレーザ光に対する吸収領域になることに由来する。レーザ共振器端面では、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在し、レーザ共振器端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの非発光再結合によって失われるので、レーザ共振器端面近傍の活性層の注入キャリア濃度は中央部に比べて少ない。その結果、中央部の高いキャリア濃度によって作られるレーザ光の波長に対して、レーザ共振器端面近傍の活性領域は吸収領域になる。光出力密度が高くなると吸収領域での局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップエネルギーが縮小する。その結果、さらに吸収係数が大きくなって温度が上昇するという正帰還がかかり、レーザ共振器端面近傍の吸収領域の温度はついに半導体材料の融点にまで達し、ＣＯＤが発生する。
【０００５】
半導体レーザの高出力化の一つの方法として、前記ＣＯＤレベルを向上させるために、レーザ共振器端面近傍の多重量子井戸構造活性層を無秩序化して窓構造とする方法が提案されている（たとえば、特許文献１または特許文献２参照。）。
【０００６】
この窓構造を有する従来の半導体レーザ素子の構造概略図を図１８に示す。図１８において、図１８（ｃ）は光出射端面を含む斜視図であり、図中のＢはレーザ共振器端面近傍の窓領域を示し、図中のＡは該窓領域以外のレーザ発振領域（内部領域）を示す。また、図１８（ａ）は図１８（ｃ）のＡ領域における断面図、図１８（ｂ）は図１８（ｃ）のＢ領域における断面図である。
【０００７】
図１８に示すように、窓構造を有する従来の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００２、ＭＱＷ活性層（バリヤ層とウエル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる多重量子井戸活性層）１００３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４およびｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層１００５が順次配置され、該ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４およびｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層１００５によってレーザ共振導波路となるストライプ状のリッジ１００８が形成され、その側面を埋めるようにｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１００９が配置され、リッジ１００８またはｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１００９の上にはｐ型ＧａＡｓ第二コンタクト層１０１０およびｐ側電極１０１１が配置され、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１の下側にはｎ側電極１０１２が配置されている。
【０００８】
また、レーザ共振端面近傍領域のリッジ１００８には、不純物拡散源膜であるＺｎＯ膜１００６からのＺｎ原子の拡散によって無秩序化された窓構造領域１０１３が形成されている。
【０００９】
図１９〜図２２に窓構造を有する従来の半導体レーザ素子の製造工程図を示す。まず、図１９に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００２、アンドープのＭＱＷ（多重量子井戸；Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ）活性層１００３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４、ｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層１００５を順次形成する。ここで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４では、ｐ型不純物としてＺｎ原子がドーピングされている。
【００１０】
次に、図２０に示すように、前記ウエハ上に、不純物拡散源膜であるＺｎＯ膜１００６を全面に形成し、その後、半導体レーザの共振器端面に水平方向に伸びるストライプ状のレジストマスク１０２１を形成し、該窓領域Ｂ以外のレーザ発振領域に形成されたＺｎＯ膜１００６をエッチングする。
【００１１】
次に、レジストマスク１０２１を除去し、さらに前記ウエハ上にＳｉＯ_２膜１００７を全面に形成した後に、半導体レーザの共振器端面に垂直に伸びるストライプ状のレジストマスク（図示せず）を形成し、電流ブロック領域に形成されたＳｉＯ２膜１００７をエッチングする。その後、前記レジストマスク（図示せず）を除去し、図２１に示すように、ｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層１００５およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４の一部をエッチングし、リッジ１００８を形成する。
【００１２】
その後、図２２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１００９の埋め込み成長を行ない、さらにその後、ＳｉＯ２膜１００７を除去し、第二ＧａＡｓコンタクト層１０１０の成長を行なった後、該電流ブロック層成長時の５００℃以上で約３０分間熱処理することにより、不純物拡散源膜であるＺｎＯ膜１００６からＺｎ原子がｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層１００５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４さらにＭＱＷ活性層１００３に熱拡散すると、該ＭＱＷ活性層１００３が無秩序化されて、窓構造領域１０１３が形成される。その後、ｐ型電極１０１１およびｎ型電極１０１２を形成し、その後該ウエハをへき開して、図１８に示す半導体レーザ素子を得る。
【００１３】
上述のように、従来の窓構造半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍に形成された窓領域Ｂにおいて、レーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるようにＺｎＯ膜１００６を形成し、熱拡散によりＭＱＷ活性層１００３へのＺｎ原子の拡散を行なっている。
【００１４】
また、窓領域ＢへのＺｎ原子の拡散を促進するともに内部領域Ａの活性層へのＺｎ原子の拡散を抑制するため、上記不純物拡散源膜１００６の上にＳｉ原子を含有する層を設けることも提案されている（たとえば、特許文献３参照。）。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１６２０８６号公報
【００１６】
【特許文献２】
特開平１１−２８４２８０号公報
【００１７】
【特許文献３】
特開２００１−９４２０６号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光出射端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーをレーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるようにするためには、高温でのアニールを長時間行なう必要があるが、上記の従来方法では、不純物拡散源膜であるＺｎＯ膜１００６から拡散する不純物原子と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００４層にドーピングされている不純物原子が、ともにＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が大きいＺｎ原子であるため、内部領域においてもＺｎ原子がＭＱＷ活性層１００３に拡散するので、高出力時の駆動電流または駆動電圧の上昇と長期信頼性の低下を招いていた。特許文献３の方法を用いても、上記の理由から、内部領域Ａの活性層へのＺｎ原子の拡散抑制は十分ではなかった。
【００１９】
一方、アニール温度を低下するかまたはアニール時間を短縮すれば、内部領域のＭＱＷ活性層へのＺｎ原子の拡散を抑制するできるが、窓領域ＢでのＭＱＷ活性層１００３へのＺｎ原子の拡散が不十分となり、レーザ共振器端面近傍領域の活性層においてレーザ光を吸収し、ＣＯＤが発生しやすくなるとともに、高出力駆動時の最大光出力の低下を引き起こし、十分な長期信頼性が得られない。
【００２０】
上記問題点を解決するため、本発明は、高出力時の駆動電流を低減し、かつ、長期信頼性に優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を目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる半導体レーザ素子は、半導体基板、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層および第二導型の保護層を含み、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さい半導体レーザ素子であって、該レーザ共振器端面近傍領域の活性層には、第二導電性を有する第１の不純物原子と第二導電性を有する第２の不純物原子とが混在し、かつ、該第１の不純物原子が該第２の不純物原子より高濃度に存在していることを特徴とする。また、本発明にかかる半導体レーザ素子は、さらに、レーザ共振器端面近傍領域の第二クラッド層、および保護層においても、第二導電性を有する第１の不純物原子が第二導電性を有する第２の不純物原子より高濃度に存在していることが好ましい。
【００２２】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、レーザ共振器端面近傍領域の活性層における第２の不純物原子の濃度は１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、第１の不純物原子は活性層に近接した第二クラッド層に含まれる不純物原子と同一であることが好ましく、第一クラッド層はＳｉ原子を含むことが好ましく、半導体基板はＧａＡｓを含み、該半導体基板に積層される半導体層はＡｌＧａＩｎＰ系材料を含むことが好ましい。さらに、本発明にかかる半導体レーザ素子において、第１の不純物原子はＢｅであること、第２の不純物原子はＺｎまたはＭｇであることが好ましい。
【００２３】
本発明にかかる半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、該ウエハの表面に、該不純物拡散源膜の膜厚より厚く、かつ、Ｓｉ原子を含む誘電体膜を形成する工程と、該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、前記半導体レーザ素子の製造方法において、不純物拡散源膜はＺｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）を含むことが好ましく、誘電体膜はＳｉ_ｘＯ_ｙ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙまたはＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ、ｙおよびｚは１以上の数）のいずれかを含むことが好ましく、不純物拡散源膜の膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
本発明にかかる半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子とＳｉ原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、前記半導体レーザ素子の製造方法において、不純物拡散源膜はＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｘ、ｙおよびｚは１以上の数）を含むことが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる半導体レーザ素子は、半導体基板、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層および第二導型の保護層を含み、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さい半導体レーザ素子であって、該レーザ共振器端面近傍領域の活性層には、第二導電性を有する第１の不純物原子と第二導電性を有する第２の不純物原子とが混在し、かつ、該第１の不純物原子が該第２の不純物原子より高濃度に存在しているものである。
【００２８】
ここで、第一導電型または第二導電型とは、レーザ半導体素子を構成する各層の導電型を意味し、たとえば第１導電型をｎ型とすると第二導電型はｐ型となり、第１導電型をｐ型とすると第二導電型はｎ型となる。第一導電性または第二導電性とは、レーザ半導体素子を構成する各層に拡散された不純物原子の導電性を意味し、たとえば第一導電性をｎ型導電性とすると第二導電性はｐ型導電性となり、第一導電性をｐ型導電性とすると第二導電性はｎ型導電性となる。なお、第一導電型と第一導電性、第二導電型と第二導電性は、それぞれ同一の型を意味し、第一導電型と第一導電性をｎ型とすると、第二導電型と第二導電性はｐ型となる。
【００２９】
また、第１の不純物原子とは、クラッド層およびＭＱＷ活性層を構成する材料、特にＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が小さい不純物原子をいい、代表的なものとしてＢｅが挙げられる。第２の不純物原子とは、クラッド層およびＭＱＷ活性層を構成する材料、特にＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が大きい不純物原子をいい、ＺｎまたはＭｇなどが挙げられる。Ｚｎ原子はＭｇ原子に比べ、拡散定数が大きく拡散量の制御性に優れている点から、より好ましい。
【００３０】
第１および第２の２つの不純物原子によって活性層を無秩序化するため、活性層を無秩序化する工程におけるアニール温度の低温化が可能となり、レーザ共振器内部領域の第二クラッド層に存在する第１の不純物原子の活性層への拡散を抑制することが可能となり、高出力時の駆動電流を低減できるからである。また、第１の不純物原子が第２の不純物原子より高濃度に存在することにより、ウエハ面内における窓領域の波長シフトのバラツキを抑制することができるからである。
【００３１】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、レーザ共振器端面近傍領域の第二クラッド層、および保護層においても、第二導電性を有する第１の不純物原子が第二導電性を有する第２の不純物原子より高濃度に存在していることが好ましい。第２の不純物原子の拡散定数は、第１の不純物原子に比べて大きいため、上記構成により、レーザ共振器内部領域側への第２の不純物原子の拡散を抑制することができ、レーザ共振器内部領域の活性層の無秩序化および結晶性の劣化を防止できるため、発振波長の短波長化を抑制し、高出力駆動における長期信頼性を向上することができるからである。
【００３２】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、レーザ共振器端面近傍領域（窓領域）の活性層における第２の不純物原子の濃度は、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。第２の不純物原子の濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であると、レーザ共振器内部領域の活性層への第１および第２の不純物原子の拡散を制御できるが、ウエハ面内での窓領域に波長シフト量のバラツキが大きくロット間の再現性が低下する。他方、第２の不純物原子の濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えると、窓領域の波長シフト量の制御は可能であるが、内部領域の活性層に第１および第２の不純物原子が拡散し、駆動電流の増大を招くからである。
【００３３】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、第１の不純物原子は活性層に近接した第二クラッド層に含まれる不純物原子と同一であることが好ましい。かかる構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層に近接する第二クラッド層に活性層を無秩序化する第二導電性を有する第１の不純物原子が存在するので、アニール温度の低温化またはアニール時間の短縮化が可能となり、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性が向上し、ＣＯＤの発生を防止することができるからである。
【００３４】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、第一クラッド層はＳｉ原子を含むことが好ましい。かかる構成とすることにより、第一導電型の第一クラッド層への、第二導電性を有する第１および第２の不純物原子の拡散を抑制できるので、高出力時の駆動電流の低減を図ることができるからである。
【００３５】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、半導体基板はＧａＡｓを含み、該半導体基板に積層される半導体層はＡｌＧａＩｎＰ系材料を含むことが好ましい。上記材料を用いることにより、所望の発振波長を持つ半導体レーザ素子が得られるからである。
【００３６】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、第１の不純物原子はＢｅであることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ系材料におけるＢｅ原子の拡散定数は小さいので、上記構成とすることにより、窓領域形成時にアニールを行なっても、レーザ共振器内部領域の活性層への拡散を抑制することができ、高出力時の駆動電流の低減、長期信頼性の向上およびＣＯＤ防止を図れるからである。
【００３７】
また、本発明にかかる半導体レーザ素子において、第２の不純物原子はＺｎまたはＭｇであることが好ましい。Ｚｎ原子はＭｇ原子に比べ、拡散定数が大きく拡散量の制御性に優れている点から、より好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ系材料におけるＺｎ原子またはＭｇ原子の拡散定数はＢｅ原子に比べて大きいので、上記構成とすることにより、窓領域形成時のアニール温度の低温化が可能となり、レーザ共振器内部領域の活性層への拡散を抑制することができ、高出力時の駆動電流の低減、長期信頼性の向上およびＣＯＤ防止を図れるからである。
【００３８】
本発明にかかる半導体レーザ半導体素子の製造方法は、半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、該ウエハの表面に、該不純物拡散源膜の膜厚より厚く、かつ、Ｓｉ原子を含む誘電体膜を形成する工程と、該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、備える。
【００３９】
本発明のかかる構成により、不純物拡散源膜に含まれる第２の不純物原子を加速的に拡散できるので、アニール温度の低温化が図れるからである。またアニール温度の低温化によって、レーザ共振器内部領域の活性層への第二導電性を示す第１の不純物原子の拡散を抑制することができるからである。
【００４０】
また、前記半導体レーザ素子の製造方法において、不純物拡散源膜はＺｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）を含むことが好ましい。パウダー状で非晶質に近いＺｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）膜を用いることにより、窓領域を形成するアニール時において、エピタキシャルされた各層間における熱膨張係数の差によるストレスの発生を抑制できるからである。また、第２の不純物原子の拡散とともに第１の不純物原子の拡散を促進して、レーザ共振器端面近傍領域（窓領域）の活性層を無秩序化することができるからである。
【００４１】
また、前記半導体レーザ素子の製造方法において、誘電体膜はＳｉ_ｘＯ_ｙ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙまたはＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ、ｙおよびｚは１以上の数）のいずれかを含むことが好ましい。誘電体膜中にＺｎ原子の拡散を抑制するＳｉ原子を含むため、かかる構成により、効率良くＺｎ原子をレーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）まで拡散させることが可能となるからである。
【００４２】
また、前記の半導体レーザ素子の製造方法において、不純物拡散源膜の膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が５ｎｍ未満であると不純物拡散源膜中の不純物原子の数が減少するため、膜厚が５０ｎｍを超えるとパウダー状で非晶質に近い性状のため、いずれの場合も不純物拡散源膜としての機能が低下するからである。
【００４３】
本発明にかかる半導体レーザ半導体素子の製造方法は、本発明にかかる半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子とＳｉ原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、備える。かかる構成により、工程の簡略化を行なうことができるとともに、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）への第１および第２の不純物原子の拡散を促進し、レーザ共振器内部領域の活性層への第１の不純物原子の拡散を抑制できるからである。
【００４４】
また、前記の半導体レーザ素子の製造方法において、第２の不純物原子とＳｉ原子を含む不純物拡散源膜は、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｚ、ｙおよびｚは１以上の数）であることが好ましい。かかる膜を用いることにより、アニール時のＺｎ原子の外部拡散を抑制し、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）へのＺｎ原子の拡散を促進できるからである。
【００４５】
［第１の実施の形態］
本発明の実施の形態を、図面に基づいて以下に詳細に説明する。図１に本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子の構造概略図を示す。ここで、図１（ａ）は光出射端面を含む斜視図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩａ−Ｉａ’線における断面図を、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ’線における断面図を示す。
【００４６】
図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ（ｙおよびｚはｙ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）バッファ層１０２、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ（ｘ、ｙおよびｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）第１クラッド層１０３、ＭＱＷ活性層（バリヤ層とウエル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる多重量子井戸活性層）１０４、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５およびｐ型エッチングストップ層１０６が順次配置され、該ｐ型エッチングストップ層１０６上に、共振器方向にリッジストライプ形状のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９が配置され、該ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７の側面を埋めるようにｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ（ｘおよびｚはｘ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）電流ブロック（狭窄）層１１０が配置され、該ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９またはｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０の上にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１およびｐ側電極１１２が配置され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下側にはｎ側電極１１３が配置されている。
【００４７】
ここで、ＭＱＷ活性層１０４において、窓領域（レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層）１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長は、活性領域（レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層）１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくなるように設計されている。また、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の窓領域の上側には電流非注入領域１１４が設けられており、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９によってレーザ共振導波路となるストライプ状のリッジ１１５が形成されている。
【００４８】
図２〜図７に本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子の製造工程図を示す。まず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）上に、順次分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にて、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰバッファ層１０２（キャリア濃度１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層１０３（キャリア濃度１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ＭＱＷ活性層１０４、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型エッチングストップ層１０６（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８（キャリア濃度５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９（キャリア濃度１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を成長させた。このとき、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰバッファ層１０２およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層１０３の各層にはキャリア原子としてＳｉ原子が含まれ、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５、ｐ型エッチングストップ層１０６、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の各層にはキャリア原子としてｐ型導電性を有するＢｅ原子が含まれている。
【００４９】
次に、図３に示すように、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の表面にリッジストライプと直交する方向に幅６０μｍ、膜厚３５ｎｍのストライプ状の不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数、以下同じ）膜１１６を形成した後、ウエハ全面にＳｉ原子を含む誘電体膜であるＳｉ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数、以下同じ）膜１１７を膜厚が２００ｎｍになるように形成した。なお、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６のストライプのピッチは、共振器長と同じ８００μｍとした。
【００５０】
次に、前記Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６が形成された前記ウエハを窒素雰囲気下、温度５１０℃、保持時間２時間の条件でアニールを行ない、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６に含まれるＺｎ原子を窓領域１０４Ｂまで拡散させるとともに、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５、ｐ型エッチングストップ層１０６、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の各層に含まれるＢｅ原子をＭＱＷ活性層１０４全体に拡散させ、窓領域１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長を活性領域１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくさせた。
【００５１】
その後、図４に示すように、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９上に形成されたＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６およびＳｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７を除去し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９上にレーザ共振器端面に垂直方向に伸びたストライプ状のレジストマスク１１８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層１０６に到達するように、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１５に加工した。
【００５２】
次に、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９上に形成されたストライプ上のレジストマスク１１８を除去し、図５に示すように、２回目のＭＢＥ法により、リッジ１１５の側面をｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０で埋め込んだ。
【００５３】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いてリッジ１１５の側面に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０の表面にレジストマスク（図示せず）を形成し、公知のエッチング技術を用いてレジストマスク（図示せず）開口部のリッジ１１５上に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０を選択的に除去した。
【００５４】
次に、ｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０上に形成されたレジストマスク（図示せず）を除去し、図６に示すように、再度、公知のフォトレジストリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域にレーザ共振器内部領域に幅７４０μｍのレジストマスク１２０を形成し、レジストマスク１２０開口部のｐ型ＧａＡｓ保護層１０９およびｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８を選択的に除去した。なお、レジストマスク１２０の開口部は、窓領域１０４Ｂの真上に位置するように形成されている。
【００５５】
その後、図７に示すように、レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク１２０を除去し、３回目のＭＢＥ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１を形成した。このとき、図６において選択的に除去されたｐ型ＧａＡｓ保護層１０９およびｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８の部分に、レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７とレーザ共振器内部領域におけるｐ型ＧａＡｓ保護層１０９との間で生じたバンドギャップエネルギー差によって、電流非注入領域１１４が形成される。この電流非注入領域１１４は、窓領域１０４Ｂの真上に位置するため、窓領域１０４Ｂへの電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流を低減する。
【００５６】
次に、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央部分にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域および電流非注入領域を有した半導体レーザ素子を作製した。
【００５７】
上記製造方法によって、図３に示した工程を終了しさらにアニールした後に得られた本実施形態における半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域でのＢｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向の濃度分布を図８に、レーザ共振器内部領域でのＢｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向の濃度分布を図９に示す。Ｂｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向の分布は、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）により測定した。図８および図９において、横軸にｐ型ＧａＡｓ保護層１０９からの深さ（μｍ）を、縦軸に不純物原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）をとり、破線はＢｅ原子の、実線はＺｎ原子の深さ方向の濃度分布を表している。
【００５８】
図８に示すように、窓領域１０４Ｂには、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５、ｐ型エッチングストップ層１０６、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の各層から拡散したＢｅ原子と、不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６から拡散したＺｎ原子が混在しており、このうちＺｎ原子の濃度は８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。また、窓領域１０４Ｂからｐ型ＧａＡｓ保護層１０９までの各層において、Ｂｅ原子がＺｎ原子より高濃度存在していることが確認できた。
【００５９】
すなわち、上記製造方法を用いることにより、窓領域１０４Ｂ、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５）、および第二導電型の保護層（ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９）において、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の濃度を第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度より高濃度にできることを確認した。
【００６０】
また、図９に示すように、活性領域１０４Ａからｐ型ＧａＡｓ保護層１０９までの各層において、Ｚｎ原子の混入は見られなかった。このことから、レーザ共振器端面領域に第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）を含む不純物拡散膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）を形成する工程と、該不純物拡散源膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）の膜厚より厚く、かつ、Ｓｉ原子を含む誘導体膜（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７）を形成する工程を備える上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）への、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散抑制と、レーザ共振器内部領域（活性領域１０４Ａ、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層１０７およびｐ型ＧａＡｓ保護層１０９の各層）への、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の拡散抑制ができることを確認した。
【００６１】
上記本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法における、図３に示した工程を終了しさらにアニールした後のウエハの一部について、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法を用いて、窓領域１０４Ｂと活性領域１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００６２】
また、比較のために、上記本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法において、Ｓｉ原子を含む誘電体膜であるＳｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７の膜厚を２０ｎｍに変更して不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６（膜厚３５ｎｍ）より薄くした場合の第１の比較用ウエハ（比較形態１）と、Ｓｉを含む誘電体膜であるＳｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７をＳｉ原子を含まない誘電体膜であるＡｌ_ｘＯ_ｙ膜（ｘおよびｙは１以上の数、以下同じ）に変更した場合の第２の比較用ウエハ（比較形態２）についても、同時にＰＬ法にて、窓領域１０４Ｂと活性領域１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００６３】
その結果、本実施形態における窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは活性領域１０４Ａからの発光スペクトルよりも３８ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。また、比較形態１においては窓領域からの発光スペクトルは活性領域からの発光スペクトルよりも５ｎｍ短波長側に波長シフトし、比較形態２においては窓領域からの発光スペクトルは活性領域からの発光スペクトルよりも１０ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【００６４】
このことから、アニール条件が同じである場合、レーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）を含む不純物拡散源膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）を形成する工程と、該不純物拡散源膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）の膜厚より厚く、かつ、Ｓｉ原子を含む誘導体膜（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７）を形成する工程を備える上記製造方法を用いることにより、不純物拡散源膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）に含まれる第２の不純物原子（Ｚｎ原子）を加速的に拡散させることができるため、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできることが確認できた。特に、不純物拡散源膜（Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６）の上に、Ｓｉ原子を含む誘電体膜（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７）を形成する工程を備えることにより、アニール時のＺｎ原子の外部拡散を抑制でき、効率良くＺｎ原子を窓領域１０４Ｂまで拡散できる。
【００６５】
また、不純物拡散膜源としてＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６を用いることは、窓領域１０４Ｂへの第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の拡散とともに第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散をも促進し、窓領域の無秩序化を促進するため、窓領域１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長を活性領域１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくする観点からも好ましい。
【００６６】
次に、上記本実施形態における半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域に形成する不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚と、活性領域のピーク波長に対する窓領域のピーク波長の低波長側への波長シフト量の関係を図１０に示す。図１０の横軸は不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚（ｎｍ）を表し、縦軸は活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量（ｎｍ）を表す。図１０に示すように、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚において、活性領域波長に対する窓領域の波長は３０ｎｍ以上低波長側へシフトした。
【００６７】
これは、不純物拡散膜源であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜が、パウダー状で非晶質に近い物質であり、不純物拡散源膜としての機能が発現するためにはある程度薄い膜厚でＳｉ原子を含む誘電体膜と半導体膜に挟まれている必要があり、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚が５０ｎｍを超える場合は不純物拡散源膜としての機能が低下するからである。また、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚が５ｎｍ未満である場合は、不純物拡散源膜に十分なＺｎ原子が存在しないため、アニールによってＺｎ原子が窓領域１０４Ｂまで到達しないからである。
【００６８】
また、上記製造方法を用いて、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲で製造された半導体レーザ素子の最大光出力試験を行なったところ、３００ｍＷの光出力においてもＣＯＤは発生しなかった。
【００６９】
次に、上記の本実施形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行なった。また、比較のために、上記の本実施形態の製造方法において、アニール時間を２時間から１時間に短縮し、Ｚｎ原子を窓領域１０４Ｂまで拡散させずに、窓領域１０４ＢにはＢｅ原子のみが存在する第３の比較用半導体レーザ素子（比較形態３）と、アニール温度を５１０℃から６５０℃に上げて、窓領域１０４ＢにおけるＢｅ原子濃度をＺｎ原子濃度より低濃度にした第４の比較用半導体レーザ素子（比較形態４）の特性測定も同時に行なった。
【００７０】
その結果、連続出力波（ＣＷ；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）５０ｍＷにおける、本実施形態および比較形態３の半導体レーザ素子の発振波長は６５５ｎｍ、比較形態４の半導体レーザ素子の発振波長は６５０ｎｍであった。また、ＣＷ５０ｍＷにおける、本実施形態および比較形態３の半導体レーザ素子の駆動電流は９０ｍＡ、比較形態４の半導体レーザ素子の駆動電流は１５０ｍＡであった。さらに、最大出力試験を行なうと、本実施形態および比較形態３の半導体レーザ素子は３００ｍＷの光出力においてもＣＯＤは発生しなかったが、比較形態４の半導体レーザ素子は２５０ｍＷでＣＯＤが発生した。また、雰囲気温度７０℃下５０ｍＡの信頼性試験を行なうと、比較形態３の半導体レーザ素子の平均寿命は１０００時間、比較形態４の半導体レーザ素子の平均寿命は１００時間であるのに対し、本実施形態の半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間であった。
【００７１】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）には第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）と第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）とが混在し、かつ、該第１の不純物原子（Ｂｅ原子）が該第２の不純物原子（Ｚｎ原子）より高濃度に存在する構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子において、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上を確認できた。かかる駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上は、上記構成を有することにより、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）において、第２の不純物原子（Ｚｎ原子）とともに第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散を促進して窓領域を無秩序化するため、アニール温度に低温化が可能となり、第１の不純物原子（Ｂｅ原子）のレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）への拡散が抑制されたことによるものである。
【００７２】
また、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層１０５）、および第二導電型の保護層（ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９）において、第１の不純物原子（Ｂｅ原子濃度）が、第二導電性を有する第２の不純物原子濃度（Ｚｎ原子濃度）より高濃度である構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子において、発振波長の短波長化の抑制と長期信頼性の向上を確認できた。かかる発振波長の短波長化の抑制と長期信頼性の向上は、上記構成を有することにより、レーザ共振器端面近傍領域に存在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）のレーザ共振器内部領域側への拡散を抑制し、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）によるレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）の無秩序化および結晶性劣化を抑制したことによるものである。
【００７３】
また、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）が、前記活性層に近接した第二導電型の第二クラッド層に含まれる不純物原子と同一である構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子において、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上を確認できた。かかる駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上は、上記構成を有することにより、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の活性層まで拡散する距離を短くでき、その結果、アニール温度の低温化が可能となり、レーザ共振器内部領域において、第二導電型の第二クラッド層に存在する第二導電性を示す第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の活性層（活性領域１０４Ａ）への拡散を抑制したことによるものである。
【００７４】
また、第一導電型の第一クラッド層（ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層１０３）がＳｉ原子を含む構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子において、駆動電流の低電流化を確認できた。かかる駆動電流の低電流化は、第一導電型の第一クラッド層（ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層１０３）に含まれるＳｉ原子が、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）に混在する、第二導電性を有する第１及び第２の不純物原子（Ｂｅ原子及びＺｎ原子）の第一導電型の第一クラッド層（ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層１０３）側への拡散を抑制し、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）での無効電流を低減したことによるものである。
【００７５】
また、第二導電性を有する第１の不純物原子が、Ｂｅである構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子において、駆動電流の低電流化を確認できた。かかる駆動電流の低電流化は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が小さいＢｅ原子を用いることにより、窓領域形成時に行われるアニール時の、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）への拡散を抑制したことによるものである。
【００７６】
また、第二導電性を有する第２の不純物原子が、亜鉛（Ｚｎ）である構成としている、本実施の形態の半導体レーザ素子において、長期信頼性の向上を確認できた。かかる長期信頼性の向上は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が大きいＺｎ原子を用いることにより、窓領域形成時に行われるアニール温度の低温化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）への第二導電性を有する第１及び第２の不純物原子（Ｂｅ原子及びＺｎ原子）の拡散が促進され、ＣＯＤの発生が抑制されたことによるものである。
【００７７】
また、第二導電性を有する第２の不純物原子を含む不純物拡散源膜が、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）である構成を有する本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法において、長期信頼性の向上を確認できた。かかる長期信頼性の向上は、パウダー状で非晶質に近い物質である、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）膜を用いることにより、窓領域を形成するアニール時において、各物質（各結晶）間での熱膨張係数差に由来するエピタキシャルされたウエハへのストレスの発生を抑制したことによるものである。
【００７８】
本実施形態では、不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚より厚く、且つ、Ｓｉ原子を含む誘電体膜として、Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７を用いたが、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ又はＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ，ｙおよびｚは１以上、以下同じ）膜を用いても、Ｚｎ原子の拡散を抑制する効果があるＳｉ原子を含むので、アニール時のＺｎ原子の外部拡散（Ｚｎ原子抜け）を抑制でき、効率よくＺｎ原子をレーザ共振器端面近傍領域の活性層まで拡散させることが可能となり、再現性良く、所望の半導体レーザ素子を得られる効果が得られる。
【００７９】
本実施形態では、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）に混在している、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度を８×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としたが、前記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）に混在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である場合、第二導電性を有する第１，第２の不純物原子（Ｂｅ，Ｚｎ原子）のレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）への拡散を制御出来るが、ウエハ面内でのレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）の波長シフト量のバラツキが大きく、ロット間のレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）の波長シフト量の再現性が得られない。また、前記に混在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である場合、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）の波長シフト量の制御は可能であるが、第二導電性を有する第１，第２の不純物原子（Ｂｅ，Ｚｎ原子）がレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）へ拡散してしまい、駆動電流の増大を招いてしまう。従って、前記レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）に混在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内で適宜調整することにより、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）によるレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）の波長シフト量を制御することができ、また、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域１０４Ｂ）に存在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）がレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域１０４Ａ）へ拡散しないように制御できるので、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が可能となる。
【００８０】
本実施形態では、リッジ１１５内部のレーザ共振器端面近傍領域のｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層１０８、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０９を選択的に除去して形成された、電流非注入領域１１４としているが、リッジ１１５上に形成されたレーザ共振器端面近傍領域のｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０を電流非注入領域１１４として用いても、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【００８１】
本実施形態では、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６及びＳｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７を形成直後にアニールを１回実施しているが、２回目のＭＢＥ法によって、リッジ１１５の側面をｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層１１０で埋め込んだ後に、２回目のアニールを行えば、リッジ１１５内部に存在するＢｅ原子を活性化することができ、本実施の形態の半導体レーザ素子の長期信頼性の向上が可能となる。
【００８２】
［第２の実施の形態］
図１１に本発明にかかる第２の実施の形態における半導体レーザ素子の構造概略図を示す。ここで、図１１（ａ）は光出射端面を含む斜視図を、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＩａ−Ｉａ’線における断面図を、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ’線における断面図を示す。
【００８３】
図１１に示すように、本実施形態の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ（ｙおよびｚはｙ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）バッファ層２０２、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ（ｘ、ｙおよびｚはｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）第１クラッド層２０３、ＭＱＷ活性層（バリヤ層とウエル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる多重量子井戸活性層）２０４、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層２０５およびｐ型エッチングストップ層２０６が順次配置され、該ｐ型エッチングストップ層２０６上に、共振器方向にリッジストライプ形状のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層２０９が配置され、該ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７の側面を埋めるようにｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ（ｘおよびｚはｘ＋ｚ＝１を満たす０〜１の数、以下同じ）電流ブロック（狭窄）層２１０が配置され、該ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９またはｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０の上にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１およびｐ側電極２１２が配置され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下側にはｎ側電極２１３が配置されている。
【００８４】
ここで、ＭＱＷ活性層２０４において、窓領域（レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層）２０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長は、活性領域（レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層）２０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくなるように設計されている。また、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の窓領域の上側にはｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０からなる電流非注入領域２１４が設けられており、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層２０９によってレーザ共振導波路となるストライプ状のリッジ２１５が形成されている。
【００８５】
図１２〜図１７に本発明にかかる第２の実施の形態における半導体レーザ素子の製造工程図を示す。まず、図１２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）上に、順次分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にて、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰバッファ層２０２（キャリア濃度１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層２０３（キャリア濃度１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ＭＱＷ活性層２０４、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層２０５（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型エッチングストップ層２０６（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７（キャリア濃度２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８（キャリア濃度５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）およびｐ型ＧａＡｓ保護層２０９（キャリア濃度１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を成長させた。このとき、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１、ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰバッファ層２０２およびｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層２０３の各層にはキャリア原子としてＳｉ原子が含まれ、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層２０５、ｐ型エッチングストップ層２０６、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の各層にはキャリア原子としてｐ型導電性を有するＢｅ原子が含まれている。
【００８６】
次に、図１３に示すように、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅６０μｍ、膜厚３５ｎｍのストライプ状の不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｘ，ｙおよびｚは１以上の数、以下同じ）膜２１６を形成する。なお、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６のストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした。
【００８７】
次に、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６が形成された前記ウエハを、第１の実施の形態と同じアニール条件（窒素雰囲気、温度５１０℃、保持時間２時間）にてアニールを行い、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６に含まれるＺｎ原子をＭＱＷ活性層２０４まで拡散させるとともに、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層２０５、ｐ型エッチングストップ層２０６、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層２０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８およびｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の各層に含まれるＢｅ原子も、同時にＭＱＷ活性層２０４まで拡散させ、窓領域（レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層）２０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長を活性領域（レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層）２０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さくさせた。
【００８８】
その後、図１４に示すように、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９上に形成されたＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６を除去し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９上にレーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスク２１７を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層２０６に到達するように、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９とｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８とｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第３クラッド層２０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ２１５に加工した。
【００８９】
次に、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９上に形成されたストライプ状のレジストマスク２１７を除去し、図１５に示すように、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第３クラッド層２０７、ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９からなるリッジ２１５の側面をｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０で埋め込んだ。
【００９０】
その後、図１６に示すように、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ２１５の側面に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０、およびリッジ２１５上に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０の幅６０μｍのストライプ状のレーザ共振器端面近傍領域にレジストマスク２１８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク２１８開口部のｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０を選択的に除去した。
【００９１】
本実施形態における半導体レーザ素子の製造方法においては、リッジ２１５上に形成されたｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０を除去する工程が、電流非注入領域２１４の形成工程を兼ねるので、工程数の削減が可能となっており、さらに、前記プロセスによって形成された電流非注入領域２１４が、窓領域２０４Ｂの直上に位置しているので、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域でのキャリア損失を抑えられるので、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【００９２】
その後、レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク２１８を除去し、図１７に示すように、３回目のＭＢＥ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１を形成した。さらに、該ウエハの上面にはｐ電極２１２を、下面にはｎ電極２１３を形成した。
【００９３】
次に、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した半導体レーザ素子を作製した。
【００９４】
上記製造方法において、図１３に示した工程を終了しさらにアニールした後に得られた本実施形態の半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域でのＢｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）装置で測定した結果、窓領域２０４Ｂには、Ｂｅ原子とＺｎ原子とが混在しており、このうちＺｎ原子の濃度は、２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。また、窓領域２０４Ｂからｐ型ＧａＡｓ保護層２０９までの各層において、Ｂｅ原子がＺｎ原子より高濃度存在していることを確認した。
【００９５】
すなわち、上記製造方法を用いることにより、窓領域１０４Ｂにおいて、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）と第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）とを混在させ、且つ、第二導電性を有する第１の不純物原子（Ｂｅ原子）を第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）より高濃度にできることを確認した。
【００９６】
また、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第２クラッド層２０５）、及び第二導電型の保護層（ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９）において、第二導電性を有する第１の不純物原子濃度（Ｂｅ原子濃度）を第二導電性を有する第２の不純物原子濃度（Ｚｎ原子濃度）より高濃度にできることを確認した。
【００９７】
また、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第２クラッド層２０５）に存在する、第二導電性を示す第１の不純物原子（Ｂｅ原子）の活性層への拡散を抑制できることを確認した。
【００９８】
上記の本実施形態の製造方法において、図１３に示した工程を終了しさらにアニールした後のウエハの一部を、ＰＬ法にて窓領域２０４Ｂと活性領域２０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００９９】
また、比較のために、レーザ共振器端面近傍領域にＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６を形成し、その上に、前記Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７を形成する、第１の実施の形態の製造方法を用いた、図３に示した工程を終了しさらにアニールした後のウエハも同時に、ＰＬ法にて、窓領域１０４Ｂと活性領域１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【０１００】
その結果、本実施形態における窓領域２０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域２０４Ａからの発光スペクトルよりも５０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、第１の実施の形態における窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルよりも３８ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【０１０１】
このことから、アニール条件が同じである場合、レーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）とＳｉ原子を含むＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６を形成する工程を備える本実施の形態の製造方法を用いることにより、工程の簡略化を行うことができ、且つ、アニール時のＺｎ原子の外部拡散（Ｚｎ原子抜け）の抑制と、窓領域２０４Ｂへの拡散促進が可能となり、効率良く、窓領域２０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長を活性領域１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできることが確認できた。
【０１０２】
上記の本実施形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。また、比較のために、レーザ共振器端面近傍領域にＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６を形成し、その上に、前記Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜１１７を形成する、第１の実施の形態の製造方法を用いた半導体レーザ素子も同時に特性測定も同時に行った。
【０１０３】
その結果、ＣＷ５０ｍＷでの発振波長は本実施形態及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子ともに６５５ｎｍであり、ＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は本実施の形態及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子ともに９０ｍＡであった。
【０１０４】
また、最大光出力試験の結果は、本実施形態及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子ともに３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであり、これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、第１の実施の形態の半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間、本実施の形態の半導体レーザ素子では約３０００時間と平均寿命が１．５倍も向上した。このことより、レーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）とＳｉ原子を含むＺｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜を形成する工程を備える本実施形態の製造方法を用いた半導体レーザ素子では、更なる長期信頼性の向上が可能であることが確認できた。
【０１０５】
本実施形態では、窓領域２０４Ｂに混在している、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度を２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としたが、前記窓領域２０４Ｂに混在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）の濃度を１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲内で適宜調整することにより、第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）による窓領域２０４Ｂの波長シフト量を制御することができ、また、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域２０４Ｂ）に存在する第二導電性を有する第２の不純物原子（Ｚｎ原子）がレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域２０４Ａ）へ拡散しないように制御できるので、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が可能となる。
【０１０６】
本実施形態では、アニール時において、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の上には何も成膜されていないが、Ａｌ_ｘＯ_ｙ，Ｓｉ_ｘＯ_ｙ，Ｓｉ_ｘＮ_ｙ，Ｓｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ等の誘電体膜がレーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層２０９の上に形成されていても、上記と同様の効果が得られる。
【０１０７】
本実施形態では、リッジ２１５上に形成されたレーザ共振器端面近傍領域のｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０を電流非注入領域２１４としているが、リッジ２１５内部のレーザ共振器端面近傍領域のｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層２０８、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０９を選択的に除去して形成された、電流非注入領域であっても、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【０１０８】
本実施の形態では、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜２１６を形成直後にアニールを１回実施しているが、２回目のＭＢＥ法によって、リッジ２１５の側面をｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層２１０で埋め込んだ後に、２回目のアニールを行えば、リッジ２１５内部に存在するＢｅ原子を活性化することができ、本実施形態の半導体レーザ素子の長期信頼性の向上が可能となる。
【０１０９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体レーザ素子の窓領域への第２の不純物原子および第１の不純物原子の拡散が促進されるため、窓領域の無秩序化の際のアニール温度を下げることができる。また、本発明によれば、活性領域への第２の不純物原子の拡散が抑制されるため、活性領域における無秩序化および結晶性劣化を抑制して、発振波長の短波長化を抑制し、高出力時の駆動電流が低減し、高出力駆動においてもＣＯＤの発生がなく、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子の構造概略図である。
【図２】本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子の製造工程図である。
【図３】図２の後に続く製造工程図である。
【図４】図３の後に続く製造工程図である。
【図５】図４の後に続く製造工程図である。
【図６】図５の後に続く製造工程図である。
【図７】図６の後に続く製造工程図である。
【図８】本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域でのＢｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向の濃度分布を示す図である。
【図９】本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子およびＺｎ原子の深さ方向の濃度分布を示す図である。
【図１０】本発明にかかる第１の実施の形態における半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域に形成する不純物拡散源膜であるＺｎ_ｘＯ_ｙ膜１１６の膜厚と、活性領域のピーク波長に対する窓領域のピーク波長の低波長側への波長シフト量の関係を示す図である。
【図１１】本発明にかかる第２の実施の形態における半導体レーザ素子の構造概略図である。
【図１２】本発明にかかる第２の実施の形態における半導体レーザ素子の製造工程図である。
【図１３】図１２の後に続く製造工程図である。
【図１４】図１３の後に続く製造工程図である。
【図１５】図１４の後に続く製造工程図である。
【図１６】図１５の後に続く製造工程図である。
【図１７】図１６の後に続く製造工程図である。
【図１８】窓構造を有する従来の半導体レーザ素子の構造概略図である。
【図１９】窓構造を有する従来の半導体レーザ素子の製造工程図である。
【図２０】図１９の後に続く製造工程図である。
【図２１】図２０の後に続く製造工程図である。
【図２２】図２１の後に続く製造工程図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００１　ｎ型ＧａＡｓ基板、１０２，２０２　ｎ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰバッファ層、１０３，２０３　ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層、１０４，２０４，１００３　ＭＱＷ活性層、１０４Ａ，２０４Ａ　活性領域、１０４Ｂ，２０４Ｂ　窓領域、１０５，２０５　ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第二クラッド層、１０６，２０６　ｐ型エッチングストップ層、１０７，２０７　ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第三クラッド層、１０８，２０８　ｐ型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層、１０９，２０９　ｐ型ＧａＡｓ保護層、１１０，２１０　ｎ型Ａｌ_ｘＩｎ_ｚＰ電流ブロック層、１１１，２１１　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１２，２１２，１０１１　ｐ側電極、１１３，２１３，１０１２　ｎ側電極、１１４，２１４　電流非注入領域、１１５，２１５，１００８　リッジ、１１６　Ｚｎ_ｘＯ_ｙ膜、１１７　Ｓｉ_ｘＯ_ｙ膜、１１８，１２０，２１７，２１８，１０２１　レジストマスク、２１６　Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ膜、１００２　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１００４　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１００５　ｐ型ＧａＡｓ第一コンタクト層、１００９　ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、１０１０　ｐ型ＧａＡｓ第二コンタクト層、１０１３　窓構造領域。

Claims

半導体基板、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層および第二導型の保護層を含み、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さい半導体レーザ素子であって、該レーザ共振器端面近傍領域の活性層には、第二導電性を有する第１の不純物原子と第二導電性を有する第２の不純物原子とが混在し、かつ、該第１の不純物原子が該第２の不純物原子より高濃度に存在していることを特徴とする半導体レーザ素子。
レーザ共振器端面近傍領域の第二クラッド層、および保護層においても、第二導電性を有する第１の不純物原子が第二導電性を有する第２の不純物原子より高濃度に存在してい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。
レーザ共振器端面近傍領域の活性層における第２の不純物原子の濃度が、１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ素子。
第１の不純物原子が、活性層に近接した第二クラッド層に含まれる不純物原子と同一であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
第一クラッド層が、Ｓｉ原子を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
半導体基板がＧａＡｓを含み、該半導体基板に積層される半導体層がＡｌＧａＩｎＰ系材料を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
第１の不純物原子が、Ｂｅであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
第２の不純物原子が、ＺｎまたはＭｇであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、
該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、
該ウエハの表面に、該不純物拡散源膜の膜厚より厚く、かつ、Ｓｉ原子を含む誘電体膜を形成する工程と、
該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、
備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
不純物拡散源膜が、Ｚｎ_ｘＯ_ｙ（ｘおよびｙは１以上の数）を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
誘電体膜が、Ｓｉ_ｘＯ_ｙ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙまたはＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ（ｘ、ｙおよびｚは１以上の数）のいずれかを含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
不純物拡散源膜の膜厚が、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
半導体基板上に、Ｓｉ原子を含有する第一導電型の第１クラッド層、活性層、第二導電性を有する第１の不純物原子を含む第二導電型の第二クラッド層、第二導電型の通電容易層および第二導電型の保護層を含む積層構造を成長させる工程と、
該積層構造を成長させたウエハのレーザ共振器端面近傍領域に第二導電性を有する第２の不純物原子とＳｉ原子を含む不純物拡散源膜を形成する工程と、
該ウエハをアニールし、レーザ共振器端面近傍領域の該第二クラッド層に含まれる該第１の不純物原子とレーザ共振器端面近傍領域の該不純物拡散源膜に含まれる該第２の不純物原子とを活性層に拡散させることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程とを、
備えたことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
不純物拡散源膜が、Ｚｎ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚ（ｘ、ｙおよびｚは１以上の数）を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。