JP2009302473A - 半導体レーザ素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる窓構造を含む高出力半導体レーザ素子を改善する。
【解決手段】半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板（１）上において下部層（２−４）、活性層（５ａ）、ＡｌＧａＡｓ上部第１層（６）、およびＡｌＧａＩｎＰ上部第２層（７）をこの順で含む化合物半導体積層構造（２０ａ）を有し、半導体積層構造は共振器端面を有し、活性層は相対的に小さな禁制帯幅を有する井戸層と相対的に大きな禁制帯幅を有する障壁層とが交互に積層された量子井戸構造を有し、下部層、上部第１層、および上部第２層は井戸層に比べて大きな禁制帯幅を有し、共振器端面部において不純物の拡散によって活性層が無秩序化されており、井戸層と障壁層とがＧａＡｓ基板に対して互いに異なる歪を有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ディスクシステムや光磁気ディスクシステムなどの光情報処理装置などに使用される半導体レーザ素子に関し、特にいわゆる窓構造を有する半導体レーザ素子の改善に関するものである。

近年では、記録再生可能なＣＤディスクやＤＶＤディスクの普及により、記録に必要な高出力のレーザ光を照射し得る赤外レーザや赤色レーザの需要が拡大し続けている。現在では、ＤＶＤの記録とＣＤの記録との両方が可能なドライブが一般的となっている。最近では、青色レーザまたは青紫色レーザを含めて一つのドライブで３種類のレーザを搭載することが要求されており、このことによってドライブの構造が複雑化することが確実となっている。

ドライブの動作の高速化のためには、より高出力のレーザが求められている。また、複数の波長の光を一つの光学系で扱うために、光学系の設計は複数の波長の光の各々に最適な設計にすることができずに中間的な設計となっている。したがって、各波長の光の利用効率も低下し、その利用効率低下を補うように高出力のレーザが求められている。

ところで、ＣＤ用に用いられる波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザの高出力化を可能にするために、いわゆる窓構造を有する半導体レーザ素子が例えば特許文献１の特開２００２−２６４４７号公報において提案されている。

図１０において、先行技術による窓構造を有する半導体レーザ素子の一例が模式的斜視図で示されている。この半導体レーザ素子においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層３、ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層４、量子井戸活性層５、ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層８、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層９、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１が順次積層されて、半導体積層構造２０が形成されている。

量子井戸活性層５は、２層のＡｌＧａＡｓ井戸層とこれらに挟まれた１層のＡｌＧａＡｓ障壁層で構成されている。この活性層５における組成比と層厚は、波長７８０ｎｍの光が発振するように設定されている。

共振器端面部には、窓部１２が不純物拡散によって形成されている。この窓部１２においては、活性層５中の量子井戸が無秩序化されている。

上部第２クラッド層９からキャップ層１１までの層は、レーザ発光領域に対応する領域にストライプ状リッジ１３が形成されるように、部分的にエッチング除去されている。

ストライプ状リッジ１３が形成された半導体積層構造２０の表面は、電流を注入するためのリッジ頂面以外の領域においてＳｉＯ₂絶縁膜１４によって覆われている。

そして、露出されているリッジ頂面を覆うようにｐ側電極１５が形成され、基板１の下面上にはｎ側電極１６が形成されている。

図１１は、図１０に示されているような半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。この図において、まずｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層３、ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層４、量子井戸活性層５、ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層８、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層９、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１がＭＯＣＶＤ法（有機金属気相堆積法）によって順次積層され、半導体積層構造２０が形成される。

図１２は、図１１に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、半導体積層構造２０上において、共振器端面に対応する部分にのみにＺｎＯ膜１２ｚを形成する。その後に熱処理を行い、ＺｎＯ膜１２ｚから共振器端面にのみＺｎを拡散させ、活性層５に含まれる井戸層と障壁層を混晶化して無秩序化させる。

図１３は、図１２に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、ＺｎＯ膜１２ｚが除去され、共振器方向にストライプ状のＳｉＯ₂マスク１４ｍを形成する。そして、エッチングストップ層８より上の上部第２クラッド層９からキャップ層１１までがドライエッチングによって部分的除去される。こうして、ストライプ状リッジ１３が形成される。

その後マスク１４ｍが除去され、図１０に示されているように、ストライプ状リッジ１３が形成された半導体積層構造２０の表面は、電流を注入するためのリッジ頂面以外の領域においてＳｉＯ₂絶縁膜１４によって覆われる。そして、露出されているリッジ頂面を覆うようにｐ側電極１５が形成され、基板１の下面上にはｎ側電極１６が形成される。その後、窓部１２を通って基板を劈開して共振器端面を形成するとともにチップ分割を行なって、図１０の半導体レーザ素子が完成する。

図１０の半導体レーザ素子以前の技術にしたがって窓構造を含まない赤外レーザ素子においては、通常は、半導体積層構造に含まれるバッファ層、クラッド層、エッチングストップ層、中間層などがＡｌＧａＡｓ（砒化物）系材料で形成されている。しかし、このような半導体積層構造において図１２に示されているような方法で窓構造を形成しようとすれば、ＡｌＧａＡｓ層中におけるＺｎの拡散速度が遅いので、窓構造の形成が非常に困難である。

これに対して、図１０の半導体レーザ素子では、活性層５より上側の上部第１クラッド層７から中間層１０までがＡｌＧａＩｎＰ（燐化物）系材料で形成されている。ＡｌＧａＩｎＰ（燐化物）系材料においては、ＡｌＧａＡｓ（砒化物）系材料に比べて、Ｚｎの拡散速度が１０倍程度速い。したがって、熱処理によってＺｎの拡散を容易に行なうことができ、これによって窓構造を形成することができる。
特開２００２−２６４４７号公報

本発明者は、図１０の半導体レーザ素子に関して、Ｚｎの拡散熱処理の前と後において、原子濃度の変化をＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）によって調べた。その結果、Ｚｎの拡散熱処理を行なえば、量子井戸活性層５が無秩序化されるだけでなく、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の上部第１クラッド層７からＡｌＧａＡｓ材料の上部ガイド層６へＩｎ元素が顕著に拡散することが判明した。

図１４と図１５のグラフは、それぞれＺｎの拡散熱処理の前と後におけるＩｎ、Ａｓ、およびＰの原子濃度分布を示している。すなわち、これらのグラフの横軸はＳＩＭＳ測定における測定深さ（μｍ）を表し、縦軸は原子濃度（ａ．ｕ．：任意単位）を表している。また、これらのグラフにおける一点鎖線はＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層７とＡｌＧａＡｓ上部ガイド層６との界面を表し、実線の曲線はＩｎ原子の濃度分布を表し、点線の曲線はＡｓ原子の濃度分布を表し、そして破線の曲線はＰ原子の濃度分布を表している。

図１４と図１５の比較から分かるように、Ｚｎの拡散熱処理後においては、ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層７からＡｌＧａＡｓ上部ガイド層６側へＩｎ原子が顕著に拡散している。特に、上部第１クラッド層７と上部ガイド層６との界面からそのガイド層側へ１０〜２０ｎｍ程度の範囲においてＩｎ原子濃度がピーク状に高いいわゆるパイルアップの状態となっている。他方、Ｐ原子とＡｓ原子に関しては、いずれかの層への顕著な拡散は認められない。

ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層６は、Ｉｎが付加さればその禁制帯幅が小さくなり、Ｐが付加されればその禁制帯幅が大きくなる。上部ガイド層６内でＩｎがパイルアップしている領域では、拡散によるＰ原子濃度の増大が小さいので、上部ガイド層６の禁制帯幅は小さくなる。このことによって、上部ガイド層６中の一部においてでもその禁制帯幅が７８０ｎｍの波長の光を吸収するほどに小さくなれば、その波長のレーザ発振光が窓部１２において吸収され、レーザ素子が高出力動作時に劣化する。

以上のような先行技術における状況に鑑み、本発明は、窓構造を含む高出力半導体レーザ素子を改善することを目的としている。

本発明の第１の態様による半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上において下部層、活性層、ＡｌＧａＡｓ上部第１層、およびＡｌＧａＩｎＰ上部第２層をこの順で含む化合物半導体積層構造を有し、半導体積層構造は共振器端面を有し、活性層は相対的に小さな禁制帯幅を有する井戸層と相対的に大きな禁制帯幅を有する障壁層とが交互に積層された量子井戸構造を有し、下部層、上部第１層、および上部第２層は井戸層に比べて大きな禁制帯幅を有し、共振器端面部において不純物の拡散によって活性層が無秩序化されており、井戸層と障壁層とがＧａＡｓ基板に対して互いに異なる歪を有することを特徴としている。

なお、井戸層はＩｎを含み、障壁層に含まれるＩｎの濃度は井戸層に比べて小さい値からゼロまでの範囲内にあることが好ましい。また、井戸層がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（ｘ＞０；ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であり、障壁層がＡｌＧａＡｓであることが好ましい。特に、井戸層はＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（ｘ＞０；０．２≧ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であることが好ましく、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（０．２≧ｘ＞０；ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であることも好ましい。共振器端面部において活性層を無秩序化させる不純物は、Ｚｎであることが好ましい。このような半導体レーザ素子において、７７０〜７９０ｎｍの発振波長を好ましく得ることができる。

上述の第１の態様の半導体レーザ素子を製造するための方法では、共振器端面部に対応する領域において、上部第２層側から不純物を拡散させて活性層を無秩序化させることができる。

本発明の第２態様による半導体レーザ素子は、１つのＧａＡｓ基板上において互いに異なる発振波長を有する複数の半導体レーザ部を含み、各半導体レーザ部は活性層とその両端の共振器端面を含み、かつ活性層は共振器端面部において不純物の拡散によって無秩序化されており、複数の半導体レーザ部に含まれる第１種の半導体レーザ部は上述の第１の態様の半導体レーザ素子に対応する第１種の化合物半導体積層構造を有し、複数の半導体レーザ部に含まれる第２種の半導体レーザ部は、下部層、この下部層より禁制帯幅の小さいＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層、およびこの活性層に隣接しかつ禁制帯幅のより大きいＡｌＧａＩｎＰ上部層をこの順で含む第２種の化合物半導体積層構造を有していることを特徴としている。

この第２の態様の半導体レーザ素子を製造するための方法では、ＧａＡｓ基板上において第１種化合物半導体積層構造を形成し、基板上の第１種のストライプ状領域上に第１種半導体積層構造を残すようにこの第１種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、第１種ストライプ状領域上に残された第１種半導体積層構造と基板を覆うように第２種化合物半導体積層構造を形成し、第１種ストライプ状領域上の第１種半導体積層構造をそのまま保持しかつ第１種ストライプ状領域に対して平行でかつ隔てられている第２種のストライプ状領域上に第２種半導体積層構造を残すようにこの第２種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、共振器端面部に対応する領域において第１種と第２種の半導体積層構造の上面から不純物を拡散させて活性層を無秩序化させることができる。この製造方法において、第１種と第２種の化合物半導体積層構造の形成順を逆にしてもよい。

以上のような本発明によれば、上部ガイド層と上部クラッド層との界面近傍において、レーザ発振光を吸収する領域が窓部の形成に伴って形成されることを回避することができる。すなわち、共振器端面部に吸収領域を生じることなく窓構造を有する高出力半導体レーザ素子が得られる。

（実施形態１）
図１の模式的斜視図は、本発明の実施形態１による窓構造を有する半導体レーザ素子を示している。この図１の半導体レーザ素子は、図１０の半導体レーザ素子に比べて、半導体積層構造２０が半導体積層構造２０ａに変更されていることのみにおいて異なっている。半導体積層構造２０ａは、半導体積層構造２０に比べて、量子井戸活性層５が量子井戸活性層５ａに変更され、これに伴って窓部１２が窓部１２ａに改善されていることにおいて顕著に異なっている。半導体積層構造２０ａに含まれる活性層５ａ以外の層は半導体積層構造２０に含まれる活性層５以外の層と同じ元素の組合せで形成されており、それらの組成比は微調整され得る。

より具体的には、量子井戸活性層５ａは、量子井戸活性層５に比べて、２層の井戸層の材料がＡｌＧａＡｓからＩｎＡｌＧａＡｓに変更されていることにおいて異なっており、それらの井戸層に挟まれた１層の障壁層の材料はＡｌＧａＡｓから変更されていない。ただし、活性層５ａにおける組成比と層厚も、波長７８０ｎｍの光が発振するように設定されている。また、このように活性層５ａが活性層５から変更されたことによって、窓部１２ａにおいては窓部１２に比べて元素濃度分布が少し異なっている。

図１の半導体レーザ素子も、図１１から図１３を参照して説明された方法と同様の方法によって作製することができる。すなわち、ＭＯＣＶＤで活性層５を形成する代わりに活性層５ａを形成する変更を行なうことによって、図１の半導体レーザ素子を作製することができる。

本実施形態１による図１の半導体レーザ素子は、共振器端面部に窓構造１２ａを有し、７８０ｎｍの波長にて高出力まで発振させることができる。この理由は、以下のように考えることができる。

上述のように、図１においては、活性層５ａに含まれる井戸層がＩｎＡｌＧａＡｓで形成され、障壁層がＡｌＧａＡｓで形成されている。ここで、ＡｌＡｓ結晶は、ＧａＡｓ結晶に比べて、ほぼ同じ格子定数を有しかつ大きな禁制帯幅を有している。他方、ＩｎＡｓ結晶は、ＧａＡｓ結晶に比べて、大きな格子定数を有しかつ小さな禁制帯幅を有している。したがって、ＩｎＡｌＧａＡｓ混晶においては、Ａｌ濃度を増大させれば禁制帯幅が増大するが、格子定数はほとんど変化しない。他方、ＩｎＡｌＧａＡｓ混晶において、Ｉｎ濃度を増大させれば、禁制帯幅が減少するとともに格子定数が増大する。

すなわち、活性層５ａに含まれるＡｌＧａＡｓ障壁層は、ＧａＡｓ基板１に比べて、ほぼ同等の格子定数を有している。したがって、ＡｌＧａＡｓ障壁層は、ＧａＡｓ基板１から格子定数差に基づく応力を受けなくて内部歪を生じない。他方、Ｉｎを含むＩｎＡｌＧａＡｓ井戸層は、ＧａＡｓ基板に比べて、大きな格子定数を有している。したがって、ＧａＡｓ基板１に拘束されているＩｎＡｌＧａＡｓ井戸層は圧縮歪を含むことになる。

このように井戸層と障壁層との間で内部歪を異ならせた場合、無秩序化のための不純物の拡散熱処理を行なう際に、互いの歪量の差を緩和する方向に活性層５ａ内で構成元素が動きやすくなる。したがって、従来のようにＡｌＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層との間で内部歪にほとんど相違がない場合に比較して、活性層５ａの窓部における無秩序化のための不純物拡散熱処理は短時間または低温度で完了させることが可能になる。また、このような熱処理の時間の短縮または温度の低減に伴って、上部ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７から上部ＡｌＧａＡｓガイド層６へのＩｎの拡散も抑制され、従来に比べて上部ガイド層における禁制帯幅の縮小も少なくなり、この部分における発振光の吸収も抑制することができる。

なお、本実施形態１では障壁層が無歪で活性層が歪を含む例が説明されたが、要は障壁層と活性層との間において互いに歪状態が異なっていれば、本発明の効果を得ることができる。

他方、本実施形態１のように半導体レーザ素子の活性層に含まれる量子井戸層が歪を含む場合、井戸層が無歪の場合に比べて、活性層における利得が向上して低い閾値電流でレーザ発振させることができる。その結果、レーザ発振の消費電力を低減させることができる。

ところで、Ａｌを含む化合物半導体層においては、Ａｌの混晶比の増大に伴って不純物としての酸素の濃度が増大する傾向にある。これは、Ａｌが酸素と結合しやすいことに起因して、化合物半導体層の堆積時にＡｌとともに酸素が取込まれる傾向があることによる。他方、井戸層はレーザ発振時にキャリアが注入される層であるので、不純物準位の増大に伴って非発光再結合が増大し、半導体レーザ素子の劣化を引き起こしやすくなる。具体的には、井戸層のＡｌ混晶比（III族元素におけるＡｌの比率）を０．２以下にすれば半導体レーザ素子の劣化が抑制され、そのレーザ素子を光ディスク用などに使用する場合の十分な信頼性を確保することができる。また、Ａｌ混晶比を０．１４以下にすれば、レーザ素子のさらに高出力の動作において十分な信頼性を確保することができる。

前述のように、ＩｎＡｌＧａＡｓ井戸層の格子定数は、Ｉｎ混晶比（III族元素におけるＩｎの比率）の増大に伴って増大する。したがって、井戸層のＩｎ混晶比があまりに大きくなれば、井戸層とＧａＡｓ基板との格子定数差も大きくなり過ぎ、井戸層内に転位などの格子欠陥が生じやすくなる。これらの格子欠陥も、半導体レーザ素子の劣化を早めるように作用する。具体的には、井戸層のＩｎ混晶比を０．２以下にすればレーザ素子の劣化が抑制され、そのレーザ素子を光ディスク用などに使用する場合の十分な信頼性を確保することができる。

また、前述のように窓部形成のためには不純物を熱処理によって拡散させるが、拡散速度の大きな不純物の場合には熱処理の温度低減や時間短縮が可能である。この観点から、窓部形成のための不純物拡散に用いられる元素として、Ｚｎが好ましく用いられ得る。

さらに、活性層の組成や厚さなどを調整して発振波長を７７０〜７９０ｎｍの範囲内に設定し、これに適合するように他の層の組成比や厚さも微調整とすることによって、その井戸層を含む半導体レーザ素子がＣＤ用の光ディスク装置における光源として使用され得る。

（実施形態２）
図２の模式的斜視図は、本発明の実施形態２による多波長半導体レーザ素子を示している。この多波長半導体レーザ素子においては、一つのＧａＡｓ基板１上に第１の半導体レーザ部３１と第２の半導体レーザ部３２が形成されている。これらの半導体レーザ部は基板上で互いに分離されており、互いに異なる波長の光を発振する。本実施形態２では、第１半導体レーザ部３１は、実質的に図１の半導体レーザ素子と同じ構造を有している。

他方、第２半導体レーザ部３２は、第１半導体レーザ部３１に比べて、半導体積層構造２０ａが半導体積層構造２０ｂに変更されていることのみにおいて異なっている。半導体積層構造２０ｂは、半導体積層構造２０ａに比べて、量子井戸活性層５ａが量子井戸活性層５ｂに変更されるとともに、活性層５ａを挟む上下のガイド層４と６が活性層５ｂを挟む上下のガイド層４ａと６ａに変更されていることにおいて顕著に異なっている。半導体積層構造２０ｂに含まれる活性層５ｂおよび上下ガイド層４ａと６ａ以外の層は半導体積層構造２０ａで対応する層と同じ元素の組合せで形成されており、それらの組成比は微調整され得る。

より具体的には、量子井戸活性層５ｂは、量子井戸活性層５ａに比べて、２層の井戸層の材料がＩｎＡｌＧａＡｓからＧａＩｎＰに変更され、これらの井戸層に挟まれた１層の障壁層の材料がＡｌＧａＡｓからＡｌＧａＩｎＰに変更されていることにおいて異なっている。ただし、活性層５ｂにおける組成比と層厚は、波長６６０ｎｍの光が発振するように設定されている。また、上下のガイド層４ａと６ａは、上下のガイド層４と６に比べて、それらの材料がＡｌＧａＡｓからＡｌＧａＩｎＰに変更されていることにおいて異なっている。

図３は、図２に示されているような多波長半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。この図において、まずｎ型ＧａＡｓ基板１上に、半導体積層構造２０ａがＭＯＣＶＤ法によって形成される。

図４は、図３に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、半導体積層構造２０ａがウエットエッチングによって部分的に除去される。より具体的には、基板１上において、幅８０〜１２０μｍの第１のストライプ状領域３１ａに半導体積層構造２０ａが残され、他の領域において基板上面が露出される。

図５は、図４に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、基板１の露出された上面と残された半導体積層構造２０ａとを覆うように、半導体積層構造２０ｂがＭＯＣＶＤ法によって形成される。

図６は、図５に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、半導体積層構造２０ｂがウエットエッチングによって部分的に除去される。より具体的には、基板１上において半導体積層構造２０ａをそのまま保持しつつ、第１ストライプ領域３１ａでそこから隔てられた平行幅８０〜１２０μｍの第２のストライプ状領域３２ａに半導体積層構造２０ｂが残され、半導体積層構造２０ｂが半導体積層構造２０ａから分離される。

図７は、図６に続く工程を説明するための模式的断面図である。ここで、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中の線７Ｘ−７Ｘに沿った断面図を示している。この図７においては、半導体積層構造２０ａと２０ｂ上において、共振器端面に対応する部分にのみにＺｎＯ膜１２ｚを形成する。その後に熱処理を行い、ＺｎＯ膜１２ｚから共振器端面にのみＺｎを拡散させて窓部１２ａと１２ｂを形成して、これらの窓部内で活性層５ａと５ｂに含まれる井戸層と障壁層を混晶化して無秩序化させる。

図８は、図７に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、ＺｎＯ膜１２ｚが除去される。そして、半導体積層構造２０ａと２０ｂにおいて、図１３の場合と同様の方法によって、リッジ部１３ａと１３ｂがそれぞれ形成される。

図９は、図８に続く工程を説明するための模式的断面図である。この図においては、基板１の上面側において、リッジ部１３ａと１３ｂの頂面以外を覆うようにＳｉＯ₂絶縁膜１４が形成される。

その後、露出されているリッジ頂面を覆うようにｐ側電極１５が形成されて基板１の下面上にはｎ側電極１６が形成される。そして、窓部１２ａを通って基板を劈開して共振器端面を形成するとともにチップ分割を行なって、図２に示されているような多波長半導体レーザ素子が完成する。

こうして得られる図２の多波長半導体レーザ素子においては、それぞれ７８０ｎｍと６６０ｎｍの波長で発振し得る第１半導体レーザ部３１と第２半導体レーザ部の両方が共振器端面部に窓構造１２ａを有するので、いずれの波長においても高出力まで発振させることができる。したがって、例えばＤＶＤとＣＤの両方に記録するドライブに関して、図２のような高出力の多波長半導体レーザ素子レーザを用いることによって、１つの光学系でドライブを作製することができる。

なお、本実施形態２において第２半導体レーザ部３２に含まれるＧａＩｎＰ量子井戸とＡｌＧａＩｎＰ障壁層において、Ｉｎ濃度の増大に伴って格子定数が増大するとともに禁制帯幅が減少し、Ａｌ濃度を調整することによって格子定数を変化させることなく禁制帯幅を調整することができる。換言すれば、量子井戸活性層５ｂにおいて、井戸層と障壁層の歪を同等にして、井戸層の禁制帯幅を小さくしかつ障壁層の禁制帯幅を大きくすることができる。

本実施形態２におけるように、複数の半導体レーザ部３１と３２において同時に窓部の形成を行なう場合には、それぞれの窓部の形成に望まれる熱処理条件を近似させることが好ましい。例えば、活性層５ａ上にＡｌＧａＡｓ層６が形成されている半導体レーザ部３１においては、ＡｌＧａＡｓ層６中の不純物の拡散速度が遅いので、活性層上にＡｌＧａＩｎＰ層６ａが形成されている半導体レーザ部３２に比べて、活性層中の無秩序化のための熱処理に長い時間を要する。したがって、特に活性層上にＡｌＧａＡｓ層６が形成されている半導体レーザ部３１に本発明による活性層の歪を適用して必要な熱処理時間を短くすることによって、両方の半導体レーザ部における窓部形成に必要な熱処理条件を近似させることができる。これによって、いずれの波長の半導体レーザ部３１と３２も高出力で発振し得る多波長半導体レーザ素子を安定して製造することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、ＣＤ用として高出力まで安定して発光する半導体レーザ素子を容易に提供することができる。そして、このような高出力半導体レーザ素子をＣＤドライブに用いることによって、ＣＤドライブの高速化を図ることが可能となる。

また本発明によれば、ＣＤ用とＤＶＤ用に２波長の光を高出力で出射し得る多波長半導体レーザ素子を容易に提供することができる。そして、複数の波長の光を共通の光学系で扱うマルチ光ディスクドライブにこのような高出力多波長半導体レーザ素子を用いることによって、マルチ光ディスクドライブの高速化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態による半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 本発明の他の実施形態による多波長半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 図２の多波長半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的断面図である。 図３に続く工程を説明するための模式的断面図である。 図４に続く工程を説明するための模式的断面図である。 図５に続く工程を説明するための模式的断面図である。 図６に続く工程を説明するための模式的断面図である。 図７に続く工程を説明するための模式的断面図である。 図８に続く工程を説明するための模式的断面図である。 従来の半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。 図１０の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための模式的斜視図である。 図１１に続く工程を説明するための模式的斜視図である。 図１２に続く工程を説明するための模式的斜視図である。 従来の半導体レーザ素子の製造におけるＺｎ拡散熱処理前のＩｎ、Ａｓ、およびＰの原子濃度分布を示すグラフである。 従来の半導体レーザ素子の製造におけるＺｎ拡散熱処理後のＩｎ、Ａｓ、およびＰの原子濃度分布を示すグラフである。

符号の説明

１ ｎ型ＧａＡｓ基板、２ ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層、３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層、４ ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層、４ａ ＡｌＧａＩｎＰ下部ガイド層、５，５ａ，５ｂ 量子井戸活性層、６ ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層、６ａ ＡｌＧａＩｎＰ上部ガイド層、７ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層、８ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、９ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層、１０ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、１１ ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１２，１２ａ，１２ｂ 窓部、１２ｚ ＺｎＯ膜、１３，１３ａ，１３ｂ リッジ部、１４ ＳｉＯ₂膜、１４ｍ ＳｉＯ₂マスク、１５ ｐ側電極、１６ ｎ側電極、２０，２０ａ，２０ｂ 半導体積層構造、３１，３２ 半導体レーザ部、３１ａ，３２ａ ストライプ状領域。

Claims (11)

1. ＧａＡｓ基板上において下部層、活性層、ＡｌＧａＡｓ上部第１層、およびＡｌＧａＩｎＰ上部第２層をこの順で含む化合物半導体積層構造を有し、
   前記半導体積層構造は共振器端面を有し、
   前記活性層は相対的に小さな禁制帯幅を有する井戸層と相対的に大きな禁制帯幅を有する障壁層とが交互に積層された量子井戸構造を有し、
   前記下部層、前記上部第１層、および前記上部第２層は前記井戸層に比べて大きな禁制帯幅を有し、
   前記共振器端面部において不純物の拡散によって前記活性層が無秩序化されており、
   前記井戸層と前記障壁層とが前記ＧａＡｓ基板に対して互いに異なる歪を有することを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記井戸層はＩｎを含み、前記障壁層に含まれるＩｎの濃度は前記井戸層に比べて小さい値からゼロまでの範囲内にあ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。
3. 前記井戸層がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（ｘ＞０；ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であり、前記障壁層がＡｌＧａＡｓであることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記井戸層がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（ｘ＞０；０．２≧ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
5. 前記井戸層がＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＡｓ（０．２≧ｘ＞０；ｙ＞０；１≧ｘ＋ｙ）であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
6. 前記共振器端面部において前記活性層を無秩序化させる前記不純物がＺｎであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
7. 発振波長が７７０〜７９０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
8. 請求項１から７のいずれかの半導体レーザ素子を製造するための方法であって、前記共振器端面部に対応する領域において、前記半導体積層構造の上面から前記不純物を拡散させて前記活性層を無秩序化させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
9. １つのＧａＡｓ基板上において互いに異なる発振波長を有する複数の半導体レーザ部を含み、
   各前記半導体レーザ部は活性層とその両端の共振器端面を含み、かつ前記活性層は前記共振器端面部において不純物の拡散によって無秩序化されており、
   前記複数の半導体レーザ部に含まれる第１種の半導体レーザ部は請求項１ないし７のいずれかの半導体レーザ素子に対応する第１種の化合物半導体積層構造を有し、
   前記複数の半導体レーザ部に含まれる第２種の半導体レーザ部は、下部層、この下部層より禁制帯幅の小さいＡｌＧａＩｎＰ量子井戸活性層、およびこの活性層に隣接しかつ禁制帯幅のより大きいＡｌＧａＩｎＰ上部層をこの順で含む第２種の化合物半導体積層構造を有していることを特徴とする半導体レーザ素子。
10. 請求項９の半導体レーザ素子を製造するための方法であって、
    前記ＧａＡｓ基板上において前記第１種化合物半導体積層構造を形成し、
    前記基板上の第１種のストライプ状領域上に前記第１種半導体積層構造を残すようにこの第１種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、
    前記第１種ストライプ状領域上に残された前記第１種半導体積層構造と前記基板を覆うように前記第２種化合物半導体積層構造を形成し、
    前記第１種ストライプ状領域上の前記第１種半導体積層構造をそのまま保持しかつ前記第１種ストライプ状領域に対して平行でかつ隔てられている第２種のストライプ状領域上に前記第２種半導体積層構造を残すようにこの第２種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、
    前記共振器端面部に対応する領域において前記第１種と前記第２種の半導体積層構造の上面から前記不純物を拡散させて前記活性層を無秩序化させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
11. 請求項９の半導体レーザ素子を製造するための方法であって、
    前記ＧａＡｓ基板上において前記第２種化合物半導体積層構造を形成し、
    前記基板上の第２種のストライプ状領域上に前記第２種半導体積層構造を残すようにこの第２種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、
    前記第２種ストライプ状領域上に残された前記第２種半導体積層構造と前記基板を覆うように前記第１種化合物半導体積層構造を形成し、
    前記第２種ストライプ状領域上の前記第２種半導体積層構造をそのまま保持しかつ前記第２種ストライプ状領域に対して平行でかつ隔てられている第１種のストライプ状領域上に前記第１種半導体積層構造を残すようにこの第１種半導体積層構造を部分的にエッチング除去し、
    前記共振器端面部に対応する領域において前記第１種と前記第２種の半導体積層構造の上面から前記不純物を拡散させて前記活性層を無秩序化させることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。

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