JP2006179726A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体レーザ装置において、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図る。
【解決手段】 共振器を構成する半導体レーザ装置の製造方法であって、第２導電型のコンタクト層１０５上に拡散ソース層１０６を積層する工程と、拡散ソース層１０６における共振器の少なくとも一の端面近傍に存在する部分以外の部分を選択的に除去する工程と、選択的に除去する工程の後に、熱処理によって、拡散ソース層１０６における一の端面近傍に存在する部分に含まれる第１導電型のドーパント又は前記第２の導電型のドーパントを少なくとも活性層１０２まで拡散させることにより、活性層１０２における一の端面近傍に、活性層１０２における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域を形成する工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、CD-ROM、DVD-Video、CD-DA及びVCD等の光ディスク装置、光情報処理、光通信、並びに光計測等に使用される半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。

DVD-RAM等の光ディスク装置におけるピックアップ用光源（書き込み用光源）として、又は光情報処理、光通信、及び光計測における光源として半導体レーザ装置が用いられている。例えば、光ディスク装置におけるピックアップ用光源として、可視光６５０ｎｍ帯の波長を有するＡｌＧａＩｎＰ系の赤色半導体レーザ装置が用いられており、DVD-RAM等へのデータの書き込みには、半導体レーザ装置の高出力化が要求される。

しかしながら、活性層を含む複数の半導体層が積層されてなる共振器を構成する半導体レーザ装置では、活性層における端面近傍領域において、界面準位が形成されるので、キャリアの非発光再結合が促進される。このため、活性層における端面近傍領域では、半導体レーザ装置内で発生されたレーザー光を吸収するので、発熱による温度の上昇が起こる。

このため、活性層における端面近傍領域では、光パワー密度の増大に伴って、活性層における端面近傍領域での発熱量が増加するので、温度の上昇が加速される。これにより、最終的には、活性層における端面近傍領域の温度が、各半導体層を構成する結晶の融点まで上昇される。このため、各半導体層における端面近傍領域に存在する部分が溶融されて、レーザ発振動作の停止が引き起こされる。

この問題を解決するために、活性層における端面近傍領域に窓構造を有する半導体レーザ装置が実用化されている。

活性層における端面近傍領域に窓構造を有する半導体レーザ装置では、活性層における端面近傍領域に存在する部分に対して、不純物（ドーパント）の拡散を行う。これにより、活性層における不純物の拡散が施された領域では、活性層の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができる。このため、活性層における端面近傍領域に、活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造を形成することができる。したがって、活性層における端面近傍領域において、レーザ光が吸収されることを防止することができるので、レーザ発振動作の停止が引き起こされることはない。

以下に、活性層における端面近傍領域に窓構造を有する従来の半導体レーザ装置の製造方法について、簡単に説明する。

先ず、第１の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する（例えば、非特許文献１参照）。

第１の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、基板の上に、活性層を含む複数の半導体層を形成する。続いて、スパッタ法により、半導体層における窓構造を形成したい領域の上に、ＺｎＯ膜（拡散源）を選択的に形成する。続いて、アニールにより、拡散源におけるＺｎを拡散源の形成領域直下の活性層まで拡散させる。これにより、活性層におけるＺｎが拡散された領域では、活性層の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができるので、活性層におけるＺｎが拡散された領域に窓構造を形成することができる。

次に、第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。

第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、基板の上に、上層がキャップ層であって活性層を含む複数の半導体層を形成する。続いて、キャップ層における窓構造を形成したい領域に対してエッチングを行うことにより、キャップ層における窓構造を形成したい部分の除去を行う。続いて、ＭＯＣＶＤ法により、半導体層におけるキャップ層が除去された部分の上に、Ｚｎが高濃度にドーピングされた半導体層（拡散源）を形成する。続いて、固層拡散により、拡散源におけるＺｎを拡散源の形成領域直下の活性層まで拡散させる。これにより、活性層におけるＺｎが拡散された領域では、活性層の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができるので、活性層におけるＺｎが拡散された領域に窓構造を形成することができる。

このように、第１の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、スパッタ法によって拡散源を形成するのに対し、第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、ＭＯＣＶＤ法によって拡散源を形成する。

このため、第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、第１の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法と比較して、拡散源におけるＺｎ濃度をより精度良く制御することができるので、活性層に対してより精度良くＺｎの拡散を行うことができる。このため、活性層におけるＺｎが拡散された領域のＺｎ濃度をより精度良く制御することができるので、安定した窓構造の形成が可能である。
特開平１１−２８４２８０ ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．６、ｐ１８７４―１８７９（１９９３）

しかしながら、従来の半導体レーザ装置の製造方法には以下に示す課題が挙げられる。

第１及び第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述したように、複数の半導体層を形成する工程の後に、スパッタ法又はＭＯＣＶＤ法によって拡散源を形成する工程を行う。このように、第１及び第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、複数の半導体層の形成と拡散源の形成とを同一の工程で行うことができない。

例えば、第２の従来例に係る半導体レーザ装置において、ＭＯＣＶＤ法による複数の半導体層の形成の際に、拡散源の形成を行う場合について具体的に説明する。

ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法では、基板に対して加熱が施される。このような加熱条件の下、Ｚｎが高濃度にドーピングされた拡散源の形成を行うと、Ｚｎがマイグレーションを起こすので、拡散源におけるＺｎが共振器の内部領域における各半導体層へ拡散される。このように、元来Ｚｎを拡散するべきでない活性層の領域にまでＺｎが拡散されるので、活性層における非発光再結合中心の原因となる。これにより、半導体レーザ装置の特性が劣化するので、半導体レーザ装置の歩留まりが低下する。

したがって、第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、複数の半導体層の形成と拡散源の形成とを同一の工程で行うことは困難であり、複数の半導体層の形成後に拡散源の形成を別途行う必要がある。

以上のように、第１及び第２の従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法では、複数の半導体層の形成と拡散源の形成とを同一の工程で行うことができない。

前記に鑑み、本発明の目的は、共振器の内部領域へ不純物が拡散されることなく、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行うことにより、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層及び第２導電型のコンタクト層が下から順に積層されてなる、共振器を構成する半導体レーザ装置であって、活性層における共振器の少なくとも一の端面近傍には、活性層における共振器の内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域が形成されており、第２導電型のコンタクト層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含んでいることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置によると、第２導電型のクラッド層の上に、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含む第２導電型のコンタクト層が形成されている。

このように、第２導電型のコンタクト層には、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントが含まれており、第１導電型のドーパントと第２導電型のドーパントとの間にはクーロン引力が働いている。このため、第２導電型のコンタクト層では、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを該コンタクト層内に捕捉することができる。

したがって、本発明に係る半導体レーザ装置では、第２導電型のコンタクト層内へ第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントが拡散されることがあっても、各々のドーパントが該コンタクト層の形成領域以降における各半導体層へ更に拡散されることを防止することができる。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、共振器を構成する半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のコンタクト層及び拡散ソース層を下から順に積層する工程と、第２導電型のコンタクト層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含み、拡散ソース層は、第１導電型のドーパント又は第２の導電型のドーパントを含み、拡散ソース層における共振器の少なくとも一の端面近傍に存在する部分以外の部分を選択的に除去する工程と、選択的に除去する工程の後に、熱処理によって、拡散ソース層における一の端面近傍に存在する部分に含まれる第１導電型のドーパント又は第２の導電型のドーパントを少なくとも活性層まで拡散させることにより、活性層における一の端面近傍に、活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域を形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、第２導電型のクラッド層と拡散ソース層との間に、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含む第２導電型のコンタクト層を形成する。

このように、第２導電型のコンタクト層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含んでおり、第１導電型のドーパントと第２導電型のドーパントとの間にはクーロン引力が働いている。このため、第２導電型のコンタクト層では、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを該コンタクト層内に捕捉することができる。

このため、拡散ソース層の形成の際に、拡散ソース層が加熱されて、拡散ソース層における第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが、拡散ソース層の形成領域直下における第２導電型のコンタクト層内へ拡散されることはあっても、第２導電型のコンタクト層では、拡散ソース層から拡散された第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが、該コンタクト層の形成領域以降における各半導体層へ更に拡散されることを防止することができる。

このため、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行っても、従来例のように、第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが各半導体層における内部領域へ拡散されることがない。

したがって、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、共振器の内部領域へ各々のドーパントが拡散されることなく、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。このため、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

更に、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来と同様に、活性層における端面近傍領域に窓構造を形状良く形成することができるので、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、共振器を構成する半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のキャップ層及び拡散ソース層を下から順に積層する工程と、第２導電型のキャップ層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含み、拡散ソース層は、第１導電型のドーパント又は第２の導電型のドーパントを含み、拡散ソース層における共振器の少なくとも一の端面近傍に存在する部分以外の部分を選択的に除去する工程と、選択的に除去する工程の後に、熱処理によって、拡散ソース層における一の端面近傍に存在する部分に含まれる第１導電型のドーパント又は第２の導電型のドーパントを少なくとも活性層まで拡散させることにより、活性層における一の端面近傍に、活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域を形成する工程と、拡散ソース層及び第２導電型のキャップ層を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、第２導電型のクラッド層と拡散ソース層との間に、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含む第２導電型のキャップ層を形成する。

このように、第２導電型のキャップ層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含んでおり、第１導電型のドーパントと第２導電型のドーパントとの間にはクーロン引力が働いている。このため、第２導電型のキャップ層では、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを該キャップ層内に捕捉することができる。

このため、拡散ソース層の形成の際に、拡散ソース層が加熱されて、拡散ソース層における第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが、拡散ソース層の形成領域直下における第２導電型のキャップ層内へ拡散されることはあっても、第２導電型のキャップ層では、拡散ソース層から拡散された第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが、該キャップ層の形成領域以降における各半導体層へ更に拡散されることを防止することができる。

このため、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行っても、従来例のように、第１導電型のドーパント又は第２導電型のドーパントが各半導体層における内部領域へ拡散されることがない。

したがって、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、共振器の内部領域へ各々のドーパントが拡散されることなく、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。このため、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

更に、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来と同様に、活性層における端面近傍領域に窓構造を形状良く形成することができるので、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることができる。

本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法では、第２導電型のクラッド層の上に、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含む第２導電型の半導体層が形成されている。これにより、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントが共振器の内部領域へ拡散されることなく、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。したがって、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

発明を実施するため最良の形態

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

(第１の実施形態)
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図１(a) 〜(d) 及び図２(a) 〜(c) を参照しながら説明する。

具体的には、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置が共振器を構成する二波長レーザ装置である場合における、半導体レーザ装置の製造方法について説明する。

図１(a) 〜(d) 及び図２(a) 〜(c) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。

図１(a) に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、基板１００の上に、クラッド層１０１、多量子井戸活性層１０２、第１のクラッド層１０３、第２のクラッド層１０４、コンタクト層１０５、及び拡散ソース層１０６を下から順に積層する。基板１００及び各半導体層（１０１〜１０６）における、材料、膜厚、ドーパント、導電型、及びキャリア濃度について、以下に示される表１に記す。

表１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板及び各半導体層についての、材料、膜厚、ドーパント、導電型、及びキャリア濃度を示す表である。

[表１]に示すように、拡散ソース層１０６には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされており、拡散ソース層１０６におけるキャリア濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。

また、コンタクト層１０５には、ｎ型ドーパントとしてＳｉ及びｐ型ドーパントとしてＺｎがドーピングされており、Ｓｉがドーピングされてなるコンタクト層１０５のｎ型キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、Ｚｎがドーピングされてなるコンタクト層１０５のｐ型キャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

ここで、コンタクト層１０５におけるキャリア濃度は、コンタクト層１０５のｎ型キャリア濃度とコンタクト層１０５のｐ型キャリア濃度との差分に相当する。このため、[表１]に示すように、コンタクト層１０５におけるキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、コンタクト層１０５の導電型はｐ型である。

次に、図１(b) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散ソース層１０６における端面近傍領域に存在する部分以外の部分を選択的に除去することにより、コンタクト層１０５における端面近傍領域に拡散源１０７を形成する。

次に、図１(c) に示すように、水素雰囲気中でのアニールを行うことにより、拡散源１０７に含まれるＺｎが、拡散源１０７の形成領域直下におけるクラッド層１０１まで拡散される。

このように、拡散ソース層１０６よりなる拡散源１０７は、前述したように、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされているので、熱処理によって拡散源１０７の形成領域直下における各半導体層（１０１〜１０５）へ容易に拡散される。これにより、活性層１０２における端面近傍領域（すなわち、レーザの出射端面）にＺｎが拡散されたＺｎ拡散領域１０８を形成することができる。

Ｚｎ拡散領域１０８の形成は、拡散源１０７に含まれるＺｎの濃度が高い程、アニール温度が高い程、又はアニール時間が長い程、拡散源１０７の形成領域直下における半導体層へより深くＺｎが拡散されたＺｎ拡散領域１０８を形成することができる。

例えば、ｐ型ドーパントであるＺｎが高濃度にドーピングされてキャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3である拡散ソース層１０６を用いて、拡散ソース層１０６よりなる拡散源１０７の形成後、水素雰囲気中、アニール温度が５００℃であってアニール時間が２００分であるアニールを行う。

これにより、拡散源１０７に含まれるＺｎが、拡散源１０７の形成領域直下における活性層１０２まで充分に拡散される。このため、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８では、活性層１０２の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができる。

このようにして、活性層１０２における端面近傍領域に、活性層１０２における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造を形成することができる。これにより、活性層１０２における端面近傍領域において、レーザー光が吸収されることを防止することができる。

次に、図１(d) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散源１０７の除去を行う。

次に、図２(a) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、コンタクト層１０５及び第２のクラッド層１０４における所望の領域を除去することにより、ストライプ形状のリッジ１０９を形成する。

次に、図２(b) に示すように、ＣＶＤ法により、第１のクラッド層１０３の上に、リッジ１０９を覆うようにしてＳｉＯ₂膜よりなる絶縁膜を形成する。続いて、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、コンタクト層１０５を露出するように、絶縁膜における端面近傍領域に存在する部分以外の部分を選択的に除去することにより、ＳｉＯ₂膜よりなる電流狭窄膜１１１を形成する。

このようにして、コンタクト層１０５におけるＺｎ拡散領域１０８に存在する部分以外の部分が選択的に露出された電流注入領域１１０を形成すると共に、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８に対して垂直な方向にストライプ状の開口部（電流注入領域１１０）を有する電流狭窄膜１１１を形成する。

これにより、第１のクラッド層１０３及びリッジ１０９におけるＺｎ拡散領域１０８を電流狭窄膜１１１によって被覆することができるので、Ｚｎ拡散領域１０８へ電流が注入されることを防止することができる。

このように、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、電流流入領域１１０以外の領域をＳｉＯ₂膜よりなる絶縁膜（電流狭窄膜１１１）によって被覆することにより、電流狭窄構造を形成する。

次に、図２(c) に示すように、蒸着により、電流狭窄膜１１１及び電流注入領域１１０の上にｐ側電極１１２を形成すると共に、基板１００におけるクラッド層１０１が形成されている面と対向している側の面にｎ側電極１１３を形成する。以上のようにして、半導体発光素子が形成される。

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、拡散ソース層１０６と第２のクラッド層１０４との間に、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントがドーピングされたコンタクト層１０５を形成する。

このように、コンタクト層１０５には、ｐ型ドーパントとしてのＺｎ及びｎ型ドーパントとしてのＳｉがドーピングされており、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとの間にはクーロン引力が働いている。このため、コンタクト層１０５では、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントをコンタクト層１０５内に捕捉することができる。

このため、ＭＯＣＶＤ法による各半導体層（１０１〜１０６）の形成の際に、拡散ソース層１０６が加熱されて、拡散ソース層１０６におけるＺｎ（ｐ型ドーパント）が、拡散ソース層１０６の形成領域直下におけるコンタクト層１０５内へ拡散されることはあっても、コンタクト層１０５では、拡散ソース層１０６から拡散されたＺｎをコンタクト層１０５内に捕捉することができる。

このため、コンタクト層１０５では、拡散ソース層１０６から拡散されたＺｎがコンタクト層１０５の形成領域以降における各半導体層（１０１〜１０４）へ更に拡散されることを防止することができる。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、各半導体層（１０１〜１０４）の形成と拡散ソース層１０６との形成とを同一の工程で行っても、各半導体層（１０１〜１０４）と拡散ソース層１０６との間には、コンタクト層１０５が介在されているため、従来例のように、拡散ソース層におけるＺｎが各半導体層における内部領域へ拡散されることがないので、半導体層の形成後に拡散ソース層１０６の形成を別途行う必要がなく、半導体層（１００〜１０４）の形成と拡散ソース層１０６の形成とを同一の工程で行うことができる。

したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、共振器の内部領域へＺｎ（ｐ型ドーパント）が拡散されることなく、各半導体層の形成と拡散ソース層の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。このため、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

更に、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来と同様に、活性層１０２における端面近傍領域に窓構造を形状良く形成することができるので、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、第２のクラッド層１０４の上に、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを含むコンタクト層１０５が形成されている。これにより、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントがコンタクト層１０５の形成領域以降における各半導体層の内部領域へ更に拡散されることを防止することができるので、半導体レーザ装置の更なる歩留まりの向上を図ることができる。

(第２の実施形態)
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図３(a) 〜(e) 及び図４(a) 〜(d) を参照しながら説明する。

具体的には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置が共振器を構成する二波長レーザ装置である場合における、半導体レーザ装置の製造方法について説明する。

図３(a) 〜(e) 及び図４(a) 〜(d) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。

図３(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１００の上に、クラッド層１０１、多量子井戸活性層１０２、第１のクラッド層１０３、第２のクラッド層１０４、コンタクト層１０５、及び拡散ソース層１０６を下から順に積層する。

尚、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板１００及び各半導体層（１０１〜１０６）の材料、膜厚、ドーパント、導電型、及びキャリア濃度は、前述した[表１]に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様である。

前述した[表１]に示すように、拡散ソース層１０６には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされており、拡散ソース層１０６におけるキャリア濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。

また、コンタクト層１０５には、ｎ型ドーパントとしてＳｉ及びｐ型ドーパントとしてＺｎがドーピングされており、Ｓｉがドーピングされてなるコンタクト層１０５のｎ型キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、Ｚｎがドーピングされてなるコンタクト層１０５のｐ型キャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

ここで、コンタクト層１０５におけるキャリア濃度は、コンタクト層１０５のｎ型キャリア濃度とコンタクト層１０５のｐ型キャリア濃度との差分に相当する。このため、前述した[表１]に示すように、コンタクト層１０５におけるキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、コンタクト層１０５の導電型はｐ型である。

次に、図３(b) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散ソース層１０６における端面近傍領域に存在する部分以外の部分を選択的に除去することにより、コンタクト層１０５における端面近傍領域に拡散源１０７を形成する。

次に、図３(c) に示すように、水素雰囲気中でのアニールを行うことにより、拡散源１０７に含まれるＺｎが、拡散源１０７の形成領域直下におけるクラッド層１０１まで拡散される。

このように、拡散ソース層１０６よりなる拡散源１０７は、前述したように、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされているので、熱処理によって拡散源１０７の形成領域直下における各半導体層（１０１〜１０５）へ容易に拡散される。これにより、活性層１０２における端面近傍領域（すなわち、レーザの出射端面）にＺｎが拡散されたＺｎ拡散領域１０８を形成することができる。このため、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８では、活性層１０２の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができる。

このようにして、活性層１０２における端面近傍領域に、活性層１０２における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造を形成することができる。これにより、活性層１０２における端面近傍領域において、レーザー光が吸収されることを防止することができる。

次に、図３(d) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散源１０７の除去を行う。

次に、図３(e) に示すように、リソグラフィ技術を用いて、コンタクト層１０５の上に、所望の形状にパターニングされたＳｉＯ₂膜よりなるマスク（図示せず）を形成する。続いて、エッチング技術を用いて、コンタクト層１０５及び第２のクラッド層１０４におけるマスクが存在する部分以外の部分を選択的に除去する。これにより、ストライプ形状にパターニングされたリッジ１０９を形成する。続いて、マスクにおける端面近傍領域に存在する部分を除去することにより、図３(e) に示すように、ＳｉＯ₂膜よりなる選択マスク層２１４を形成する。

次に、図４(a) に示すように、選択エピタキシャル成長により、リッジ１０９における選択マスク層２１４が存在する部分以外の部分を覆うように半導体層を再成長させる。

これにより、第１のクラッド層１０３の上に、リッジ１０９を埋め込むようにして、膜厚が０．３μｍであるｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる電流狭窄層２１５を形成する。電流狭窄層２１５には、ｎ型ドーパントがドーピングされており、電流狭窄層２１５におけるキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

次に、図４(b) に示すように、選択マスク層２１４の除去を行う。このようにして、コンタクト層１０５におけるＺｎ拡散領域１０８に存在する部分以外の部分が選択的に露出された電流注入領域１１０を形成すると共に、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８に対して垂直な方向にストライプ状の開口部（電流注入領域１１０）を有する電流狭窄層２１５を形成する。

これにより、第１のクラッド層１０３及びリッジ１０９におけるＺｎ拡散領域１０８を電流狭窄層２１５によって被覆することができるので、Ｚｎ拡散領域１０８へ電流が注入されることを防止することができる。

このように、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、電流流入領域１１０以外の領域をｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる埋込層（電流狭窄層２１５）を用いて被覆することにより、電流狭窄構造を形成する。

次に、図４(c) に示すように、エピタキシャル成長により、電流狭窄層２１５の上に、電流注入領域１１０を覆うように半導体層を再成長させる。

これにより、電流狭窄層２１５の上に、電流注入領域１１０を埋め込むようにして、膜厚が２．０μｍであるｐ−ＧａＡｓよりなる埋め込みコンタクト層２１６を形成する。埋め込みコンタクト層２１６には、ｐ型ドーパントがドーピングされており、埋め込みコンタクト層２１６におけるキャリア濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

次に、図４(d) に示すように、蒸着により、電流狭窄層２１５の上にｐ側電極１１２を形成すると共に、基板１００におけるクラッド層１０１が形成されている面と対向している側の面にｎ側電極１１３を形成する。以上のようにして、半導体発光素子が形成される。

このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法と同様に、第２のクラッド層１０４の上に、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを含むコンタクト層１０５が形成されている。

これにより、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、共振器の内部領域へＺｎ（ｐ型ドーパント）が拡散されることなく、各半導体層（１０１〜１０４）の形成と拡散ソース層１０６の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

更に、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来と同様に、活性層１０２における端面近傍領域に窓構造を形状良く形成することができるので、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることができる。

また、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、第２のクラッド層１０４の上に、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを含むコンタクト層１０５が形成されている。これにより、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントがコンタクト層１０５の形成領域以降における各半導体層の内部領域へ更に拡散されることを防止することができるので、半導体レーザ装置の更なる歩留まりの向上を図ることができる。

尚、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法では、電流注入領域１１０以外の領域をＳｉＯ₂膜よりなる絶縁膜（電流狭窄膜１１１）によって被覆するのに対し、本実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法では、電流流入領域１１０以外の領域をｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる埋込層（電流狭窄層２１５）によって被覆することにより、電流狭窄構造を形成する。

このような埋込リッジ構造は既に広く実用化されており、本発明に係る半導体レーザ装置においても、埋め込みリッジ構造を容易に組み入れることができる。

また、本実施形態における半導体レーザ装置では、埋込コンタクト層２１６を形成する必要はなく、電流狭窄層２１５の上にｐ側電極１１２を形成しても良い。

(第３の実施形態)
以下に、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図５(a) 〜(e) 及び図６(a) 〜(d) を参照しながら説明する。

具体的には、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置が共振器を構成する二波長レーザ装置である場合における、半導体レーザ装置の製造方法について説明する。

図５(a) 〜(e) 及び図６(a) 〜(d) は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。

図５(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１００の上に、クラッド層１０１、多量子井戸活性層１０２、第１のクラッド層１０３、第２のクラッド層１０４、及びキャップ層３０５、及び拡散ソース層１０６を下から順に積層する。

尚、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板１００及び各半導体層（１０１〜１０４及び１０６）の材料、膜厚、ドーパント、導電型、及びキャリア濃度は、前述した[表１]に示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様である。

前述した[表１]に示すように、拡散ソース層１０６には、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされており、拡散ソース層１０６におけるキャリア濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。

また、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントがドーピングされた半導体層として、コンタクト層１０５ではなくキャップ層３０５が形成されている。

キャップ層３０５には、ｎ型ドーパントとしてＳｉ及びｐ型ドーパントとしてＺｎがドーピングされており、Ｓｉがドーピングされてなるキャップ層３０５のｎ型キャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、Ｚｎがドーピングされてなるキャップ層３０５のｐ型キャリア濃度は３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

ここで、キャップ層３０５におけるキャリア濃度は、キャップ層３０５のｎ型キャリア濃度とキャップ層３０５のｐ型キャリア濃度との差分に相当する。このため、キャップ層３０５におけるキャリア濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3であって、キャップ層３０５の導電型はｐ型である。

次に、図５(b) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散ソース層１０６における端面近傍領域に存在する部分以外の部分を選択的に除去することにより、キャップ層３０５における端面近傍領域に拡散源１０７を形成する。

次に、図５(c) に示すように、水素雰囲気中でのアニールを行うことにより、拡散源１０７に含まれるＺｎが、拡散源１０７の形成領域直下におけるクラッド層１０１まで拡散される。

このように、拡散ソース層１０６よりなる拡散源１０７は、前述したように、ｐ型ドーパントとしてＺｎが高濃度にドーピングされているので、熱処理によって拡散源１０７の形成領域直下における各半導体層（１０１〜１０４及び３０５）へ容易に拡散される。これにより、活性層１０２における端面近傍領域（すなわち、レーザの出射端面）にＺｎが拡散されたＺｎ拡散領域１０８を形成することができる。このため、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８では、活性層１０２の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができる。

このようにして、活性層１０２における端面近傍領域に、活性層１０２における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造を形成することができる。これにより、活性層１０２における端面近傍領域において、レーザー光が吸収されることを防止することができる。

次に、図５(d) に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術を用いて、拡散源１０７及びキャップ層３０５の除去を行う。

次に、図５(e) に示すように、リソグラフィ技術を用いて、第２のクラッド層１０４の上に、所望の形状にパターニングされたＳｉＯ₂膜よりなるマスク（図示せず）を形成する。続いて、エッチング技術を用いて、第２のクラッド層１０４におけるマスクが存在する部分以外の部分を選択的に除去する。これにより、ストライプ形状にパターニングされたリッジ１０９を形成する。続いて、マスクにおける端面近傍領域に存在する部分を除去することにより、図５(e) に示すように、ＳｉＯ₂膜よりなる選択マスク層２１４を形成する。

次に、図６(a) に示すように、選択エピタキシャル成長により、リッジ１０９における選択マスク層２１４が存在する部分以外の部分を覆うように半導体層を再成長させる。

これにより、第１のクラッド層１０３の上に、リッジ１０９を埋め込むようにして、膜厚が０．３μｍであるｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる電流狭窄層２１５を形成する。電流狭窄層２１５には、ｎ型ドーパントがドーピングされており、電流狭窄層２１５におけるキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

次に、図６(b) に示すように、選択マスク層２１４の除去を行う。このようにして、第２のクラッド層１０４におけるＺｎ拡散領域１０８に存在する部分以外の部分が選択的に露出された電流注入領域１１０を形成すると共に、活性層１０２におけるＺｎ拡散領域１０８に対して垂直な方向にストライプ状の開口部（電流注入領域１１０）を有する電流狭窄層２１５を形成する。

これにより、第１のクラッド層１０３及びリッジ１０９におけるＺｎ拡散領域１０８を電流狭窄層２１５によって被覆することができるので、Ｚｎ拡散領域１０８へ電流が注入されることを防止することができる。

このように、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、電流流入領域１１０以外の領域をｎ−Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる埋込層（電流狭窄層２１５）を用いて被覆することにより、電流狭窄構造を形成する。

次に、図６(c) に示すように、エピタキシャル成長により、電流狭窄層２１５の上に、電流注入領域１１０を覆うように半導体層を再成長させる。

これにより、電流狭窄層２１５の上に、電流注入領域１１０を埋め込むようにして、膜厚が２．０μｍであるｐ−ＧａＡｓよりなる埋め込みコンタクト層２１６を形成する。埋め込みコンタクト層２１６には、ｐ型ドーパントがドーピングされており、埋め込みコンタクト層２１６におけるキャリア濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3である。

次に、図６(d) に示すように、蒸着により、電流狭窄層２１５の上にｐ側電極１１２を形成すると共に、基板１００におけるクラッド層１０１が形成されている面と対向している側の面にｎ側電極１１３を形成する。以上のようにして、半導体発光素子が形成される。

このように、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述した本発明の第１及び第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同様に、第２のクラッド層１０４と拡散ソース層１０６との間に、ｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントを含む半導体層、具体的にはキャップ層３０５を形成する。

これにより、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、共振器の内部領域へＺｎ（ｐ型ドーパント）が拡散されることなく、各半導体層（１０１〜１０４）の形成と拡散ソース層１０６の形成とを同一の工程で行うことができるので、半導体レーザ装置における製造のバラツキを低減することができる。このため、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置の製造コストの低減と共に更なる歩留まりの向上を図ることができる。

更に、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来と同様に、活性層１０２における端面近傍領域に窓構造を形状良く形成することができるので、半導体レーザ装置の高出力化及び信頼性を低下させることなく、半導体レーザ装置の製造コストの低減を図ることができる。

尚、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述した本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同様に、図６(c) に示すように、電流狭窄層２１５の上に、電流注入領域１１０を覆うように埋め込みコンタクト層２１６を形成する。

このため、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、半導体レーザ装置内にキャップ層３０５が形成されている必要はなく、図５(d) に示すように、ＭＯＣＶＤ法による各半導体層（１０１〜１０６）の形成後に、キャップ層３０５の除去を行っても良い。

本発明は、窓構造を有する半導体レーザ装置及びその製造方法に有用である。

(a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(c) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(e) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(d) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(e) は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(d) は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す要部工程断面図である。

符号の説明

１００ 基板
１０１ クラッド層
１０２ 活性層
１０３ 第１のクラッド層
１０４ 第２のクラッド層
１０５ コンタクト層
１０６ 拡散ソース層
１０７ 拡散源
１０８ Ｚｎ拡散領域
１０９、３０９ リッジ
１１０ 電流注入領域
１１１ 電流狭窄膜
１１２ ｐ側電極
１１３ ｎ側電極
２１４ 選択マスク層
２１５ 電流狭窄層
２１６ 埋め込みコンタクト層
３０５ キャップ層

Claims (3)

1. 基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層及び第２導電型のコンタクト層が下から順に積層されてなる、共振器を構成する半導体レーザ装置であって、
   前記活性層における前記共振器の少なくとも一の端面近傍には、前記活性層における前記共振器の内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域が形成されており、
   前記第２導電型のコンタクト層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含んでいることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 共振器を構成する半導体レーザ装置の製造方法であって、
   基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のコンタクト層及び拡散ソース層を下から順に積層する工程と、
   前記第２導電型のコンタクト層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含み、
   前記拡散ソース層は、前記第１導電型のドーパント又は前記第２の導電型のドーパントを含み、
   前記拡散ソース層における前記共振器の少なくとも一の端面近傍に存在する部分以外の部分を選択的に除去する工程と、
   前記選択的に除去する工程の後に、熱処理によって、前記拡散ソース層における前記一の端面近傍に存在する部分に含まれる前記第１導電型のドーパント又は前記第２の導電型のドーパントを少なくとも前記活性層まで拡散させることにより、前記活性層における前記一の端面近傍に、前記活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
3. 共振器を構成する半導体レーザ装置の製造方法であって、
   基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層、活性層、第２導電型のクラッド層、第２導電型のキャップ層及び拡散ソース層を下から順に積層する工程と、
   前記第２導電型のキャップ層は、第１導電型のドーパント及び第２導電型のドーパントを含み、
   前記拡散ソース層は、前記第１導電型のドーパント又は前記第２の導電型のドーパントを含み、
   前記拡散ソース層における前記共振器の少なくとも一の端面近傍に存在する部分以外の部分を選択的に除去する工程と、
   前記選択的に除去する工程の後に、熱処理によって、前記拡散ソース層における前記一の端面近傍に存在する部分に含まれる前記第１導電型のドーパント又は前記第２の導電型のドーパントを少なくとも前記活性層まで拡散させることにより、前記活性層における前記一の端面近傍に、前記活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓構造領域を形成する工程と、
   前記拡散ソース層及び前記第２導電型のキャップ層を除去する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。

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