JP3832200B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関するものであり、特に高出力動作可能な端面窓構造を備えた１チップ多波長半導体レーザ装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等の光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源として、ＡｌＧａＡｓ系混晶を用いた赤外半導体レーザ装置やＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた赤色半導体レーザ装置が実用化されている。いずれも書き換え型の光ディスクにおいては３０ｍＷ以上の光出力が必要であり、今後の高速化、小型化を実現するためには、５０ｍＷから２００ｍＷ程度の更に高光出力が要望されている。半導体レーザ装置の高出力化はレーザ端面における結晶破壊による特性劣化で制限されており、特にＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた半導体レーザ装置においては切実な問題となっている。高出力化を実現する手段として、レーザ共振器端面にレーザ光に対して透明な材料を形成した端面窓構造が有効である。中でも、量子井戸構造を活性層としたダブルヘテロ構造において、不純物を拡散させると量子井戸構造を形成する原子が固相拡散し無秩序化する現象を利用した端面窓構造が、例えば、スズキらの文献（エレクトロニクスレターズ、第２０巻３８３項、１９８４年）に記載されている。
【０００３】
また、昨今、同一基板上に異なる波長の半導体レーザ装置を集積することへの要望が強い。例えば、ＤＶＤプレーヤーやＤＶＤ−ＲＯＭ装置ではＣＤおよびＤＶＤディスクからの情報を取り出せるよう発振波長７８０ｎｍと発振波長６５０ｎｍの２種類のレーザが必要であり、光学系の構成が複雑であった。ここで、同一基板上に２種類の波長のレーザを集積できるとピックアップの小型化が可能となるなど多大なメリットが生まれる。このような同一基板上への多波長集積型レーザにおいても高出力化への展開が考えられている。
【０００４】
図５は、上記の無秩序化現象に基づいて作製される従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の構造図である。図５において、５０１はｎ型ＧａＡｓ基板、５０２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、５０３はＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、５０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、５０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、５０６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、５０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、５０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層、５０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、５１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。５１１はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、５１２、５１３はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。図６は、従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置の構造図である。図６において、６０１はｎ型ＧａＡｓ基板、６０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、６０３はＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、６０４はｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層、６０５はｐ型ＧａＡｓエッチング停止層、６０６はｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層、６０７はｐ型ＧａＡｓキャップ層、６０８はｎ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層、６０９はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。６１０はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、６１１、６１２はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。
【０００５】
次に、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法について説明する。上記の図５の半導体レーザ装置について、図７（ａ）から（ｆ）にその製造方法を示す。図７において図５と同一部分は同一符号で示している。まず、図７（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０２、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層５０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層５０７、５０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【０００６】
次に、上記ダブルヘテロ構造の上面にＳｉＯ2膜５１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数十μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に数百μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜５１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜５１５をウエットエッチングにより除去する（図７（ｂ））。
【０００７】
次に、図７（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜５１４およびＺｎＯ膜５１５の上面全体にＳｉＯ2膜５１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜５１５を拡散源として、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０８の上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０２まで達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域５１１が形成され、この内部において、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層５０３は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【０００８】
次に、ＳｉＯ2膜５１４、ＺｎＯ膜５１５およびＳｉＯ2膜５１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜５１７を形成し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数μｍ幅のストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜５１６からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層５０７をリッジ状に除去する。ついで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えばＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとでエッチング速度の著しく異なるエッチング液である硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６のリッジストライプを形成するとともにストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５を表出させる（図７（ｄ））。
【０００９】
次に、図７（ｅ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜５１６を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層５０９を埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜５１６をウエットエッチングにより除去し、再度ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１０を積層体の上面全体に形成する。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域５１１内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする（図７（ｆ））。
【００１０】
ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置も同様の製造方法で作製することができる。
【００１１】
ここで、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置では、ｎ型クラッド層に達するまでＺｎを固相拡散させるためのアニール時間は、例えば、６００℃のアニール温度においてＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置が２０分であるのに対しＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置は１１０分であった。この差は、ＡｌＧａＩｎＰ系とＡｌＧａＡｓ系混晶内でのＺｎの拡散速度差によるものである。Ｚｎの拡散速度はＡｌＧａＡｓに比べ、ＡｌＧａＩｎＰでは１０倍以上速い。ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置においても７００℃のアニール温度においては２０分程度アニール時間を短縮できる。しかしながら、長時間のアニールや高温でのアニールは端面窓構造領域以外の部分においてもドーパントの拡散や、点欠陥の発生を誘発するため、動作電流の上昇や寿命特性に悪影響を与える。従って、できるだけ低温で、かつ、短時間でアニールすることが必要であった。
【００１２】
また、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用する場合に、例えば、上記のＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置とＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置を集積する場合に、ダブルへテロ構造の層構造や材料が異なるため端面窓構造を形成する際のＺｎ拡散条件が異なるため、両者のレーザにおいて同時に同程度のＺｎ拡散濃度を導入して端面窓構造部として機能させること、さらには、良好な特性を得ることが出来なくなる。従って、同時にＺｎ拡散を施しても、両方のレーザにおいて同程度のＺｎ拡散が行えるようにする必要があった。
【００１３】
本発明は上記の様な問題を解決するためになされたもので、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法を提供するとともに、製造歩留まりおよび信頼性を確保することを目的とする。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板上に形成された複数のダブルへテロ構造と、前記複数のダブルへテロ構造の各々の上に形成された前記ダブルへテロ構造中の活性層に拡散する不純物の量を制御する拡散制御膜とを有し、前記複数のダブルヘテロ構造の各々は前記半導体基板に順次形成された第一導電型クラッド層と、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造よりなる活性層と、第二導電型クラッド層とを含み、前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌ f1 Ｇａ 1 − f1 − g1 Ｉｎ g1 Ｐ（０≦ｆ１≦１、０≦ｇ１≦１）よりなる層を有し、前記別の第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌ f2 Ｇａ 1 − f2 − g2 Ｉｎ g2 Ｐ（０≦ｆ２≦１、０≦ｇ２≦１）よりなる層を有し、前記複数のダブルヘテロ構造のうち１つがＡｌ y1 Ｇａ 1 − y1 − z1 Ｉｎ z1 Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の１つがＡｌ t Ｇａ 1 − t Ａｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、前記複数の拡散制御膜はそれぞれＡｌxＧａ1 − xＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなるものである。
【００２０】
この構成により、複数の拡散制御膜の各々はＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなるので、活性層に拡散する不純物の量を制御することができて活性層における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに前記複数のダブルヘテロ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができる。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置は、かかる構成につき、Ａｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜と、前記ＡｌtＧａ1-tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０≦ｘ２≦１）よりなる拡散制御膜とを有し、Ａｌ組成がｘ１≦ｘ２であるることにより、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてＡｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板の上に第１の第一導電型クラッド層と、量子井戸構造を有する第１の活性層と、第１の第二導電型クラッド層と、Ａｌz1Ｇａ1 − z1Ａｓ（０≦ｚ１≦１）よりなる前記第１の活性層に拡散する不純物の量を制御する第１の拡散制御膜とを順次積層して第１の多層構造を形成する工程と、前記第１の多層構造の一部を少なくとも前記第１の活性層まで除去する工程と、前記第１の多層構造の少なくとも前記第１の活性層まで除去された部分の上に第２の第一導電型クラッド層と、量子井戸構造を有する第２の活性層と、第２の第二導電型クラッド層と、Ａｌz2Ｇａ1 − z2Ａｓ（０≦ｚ２≦１）よりなる前記第２の活性層に拡散する不純物の量を制御する第２の拡散制御膜とを順次積層して第２の多層構造を形成する工程と、前記第１及び前記第２の拡散制御膜の上の所定の領域に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して前記材料膜から前記第１及び前記第２の拡散制御膜を介して前記不純物を前記第１および前記第２の多層構造中に拡散させる工程とを有するものである。
【００２７】
この構成により、複数の多層構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をよりバランスよく行うことができる。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記第１の多層構造はＡｌy1Ｇａ1 − y1 − z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第１の活性層を有し、前記第２の多層構造は前記ＡｌtＧａ1 − tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第２の活性層を有し、前記Ａｌ組成がｘ１≦ｘ２であることにより、Ａｌx1Ｇａ1 − x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてＡｌy1Ｇａ1 − y1 − z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記第１の第二導電性クラッド層の少なくとも一部にＡｌf1Ｇａ1 − f1 − g1Ｉｎg1Ｐ（０≦ｆ１≦１、０≦ｇ１≦１）よりなる層を形成し、前記第２の第二導電性クラッド層の少なくとも一部にＡｌf2Ｇａ1 − f2 − g2Ｉｎg2Ｐ（０≦ｆ２≦１、０≦ｇ２≦１）よりなる層を形成するものである。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、材料膜としてＺｎまたはＭｇを含有する材料膜を形成したことにより、無秩序化された活性層の結晶性を良好にできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において便宜上一部にハッチングを施してある。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本発明の、第１の実施の形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
【００３３】
図１および図２は本発明の第１の実施の形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。
【００３４】
図１において、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０３はＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、１０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、１０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、１０６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、１０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、１０８はｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、１０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、１１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６は、リッジ形状のストライプとして形成されている。１１１はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板１０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、１１２、１１３はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の主面は、（１００）面から[０１１]方向に８°傾斜した基板である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層側の界面（すなわち境界面）におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下である。なお、ここでＡｌＧａＡｓとはＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）を表し、ＡｌＧａＩｎＰとはＡｌyＧａ1-y-zＩｎyＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）を表し、ｘ、ｙ、ｚは上記各層ごとに決まった値を有する。このことは以下の実施の形態においても同様である。
【００３５】
本構造において、共振器端面部にはリッジ形状のストライプと直交した方向（垂直方向）にＺｎを固相拡散した不純物拡散領域１１１が形成されている。この領域内の活性層１０３では量子井戸活性層が無秩序化され、井戸層と障壁層とが平均組成化されることにより、バンドギャップが不純物非拡散領域に比べて拡大している。例えば、上記構造における量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長は非拡散領域で７８０ｎｍに対し、拡散領域で７４０ｎｍと８０ｍｅＶ程度短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域から放出されるレーザ光は不純物拡散領域１１１において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。
【００３６】
上記構成により、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８を有しているので、活性層１０３に拡散する不純物の量および活性層への不純物の拡散時間を制御することができて活性層１０３における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８は活性層とは反対側の界面におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下であるので、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８そのものの抵抗率を著しく小さくすることができ、導電性が良好なｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８が得られ、半導体レーザ装置のしきい値電流密度等の低減を実現することができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層１０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜１１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に７００μｍ間隔で形成する（上記ストライプと直交方向）。その後、スパッター法によりＺｎＯ膜１１５（本発明における不純物拡散源となる材料膜）を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜１１５をウエットエッチングにより除去する。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜１１４およびＺｎＯ膜１１５の上面全体にＳｉＯ2膜１１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜１１５を拡散源としてｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２に達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域１１１が形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域１１１内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【００４１】
次に、ＳｉＯ2膜１１４、ＺｎＯ膜１１５およびＳｉＯ2膜１１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜１１７を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、３μｍ幅となるストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜１１７からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８とｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７とをリッジ状に除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６のリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５を表出させる（図２（ｄ））。
【００４２】
次に、図２（ｅ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜１１７を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層１０９を埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜１１７をウエットエッチングにより除去し、再度、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を積層体の上面全体に形成する（図２（ｆ））。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域１１１内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【００４３】
以上のような製造方法、すなわち、クラッド層もしくはクラッドの一部にＡｌＧａＡｓに代わるアニール速度の速いＡｌＧａＩｎＰ層を用いることによって、アニール時間はアニール温度６００℃において２０分となり、図６に示す従来例と比較して著しい時間の短縮が可能となった。また、その結果として端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置において、熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、動作電流が５ｍＡ低減できるなど特性の改善が可能となった。
【００４４】
また、上記実施の形態において、活性層１０３につきＧａＡｓ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＡｓ井戸層を用いてもよい。
【００４５】
なお、上記固相拡散源としてのＺｎに代えてＭｇを固相拡散源に用いてもよい。
【００４６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る端面窓構造を有する６５０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の２波長の集積型半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
【００４７】
図３および図４は本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。
【００４８】
図３において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板である。Ａ領域（６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置）において３０２ａはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０３ａはＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、３０４ａはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、３０５ａはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ａはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、３０７ａはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、３０８ａはｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、３０９ａはｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、３１０ａはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａは、リッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ａはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板３０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、３１２、３１３ａはそれぞれｎ側、ｐ側電極である。また、Ｂ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置）において、３０２ｂはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０３ｂはＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、３０４ｂはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、３０５ｂはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ｂはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、３０７ｂはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、３０８ｂはｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、３０９ｂはｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、３１０ｂはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ｂは、リッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ｂはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板３０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、３１２、３１３ｂはそれぞれｎ側、ｐ側電極である。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の主面は、（１００）面から[０１１]方向に８°傾斜した基板である。
【００４９】
この構成により、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂを用いているので、それぞれの活性層３０３ａ、３０３ｂに拡散する不純物の量を制御することができて活性層３０３ａ、３０３ｂにおける欠陥の数を著しく少なくすることができるとともにそれぞれのレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ａ、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層３０４ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【００５２】
次に、上記ダブルヘテロ構造上にＳｉＯ2膜を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば３００μｍ幅のストライプ開口部を３００μｍ間隔で形成する。その後、ウエットエッチングによりストライプ開口部のダブルへテロ構造を基板に達するまで除去してＡ領域を形成する。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ｂ、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層３０４ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。その後、ＳｉＯ2膜上の堆積物およびＳｉＯ2膜をウエットエッチングにより除去する。
【００５４】
次に、図４（ｃ）に示すように、再度ＳｉＯ2膜３１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に７００μｍ間隔で形成する（上記ストライプと直交方向）。その後、スパッター法によりＺｎＯ膜３１５（本発明における不純物拡散源となる材料膜）を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウエットエッチングにより除去する。
【００５５】
次に、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2膜３１４およびＺｎＯ膜３１５の上面全体にＳｉＯ2膜３１６（本発明における誘電体膜）を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜３１５を拡散源としてｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂ上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ａ、３０２ｂに達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域３１１ａ、３１１ｂが形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【００５６】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2膜３１４、ＺｎＯ膜３１５およびＳｉＯ2膜３１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜３１７を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、Ａ領域で３μｍ幅、Ｂ領域で２μｍ幅となるストライプ３１７ａ、３１７ｂをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜３１７からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂとｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ａ、３０７ｂとをリッジ状に除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、３０６ｂを選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、３０６ｂのリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、３０５ｂを表出させる。
【００５７】
次に、図４（ｆ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜３１７を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層３０９ａ、３０９ｂを埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜３１７をウエットエッチングにより除去し、再度、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ａ、３１０ｂを積層体の上面全体に形成する。更に、Ａ領域とＢ領域を電気的に分離するため、ｎ型ＧａＡｓ基板に達するような分離溝を形成する。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域３１１ａ、３１１ｂ内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、Ａ領域、Ｂ領域からなる２種類レーザを同一基板上に形成した２波長レーザチップとする（図４（ｇ））。
【００５８】
上記製造方法によれば、上記複数のレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層３０３ａ、３０３ｂの無秩序化をよりバランスよく行うことができる。
【００５９】
ここで、不純物としてのＺｎを量子井戸構造の活性層に固相拡散させることで、拡散領域内の量子井戸構造は無秩序化を誘発され、端面窓構造部として機能する。しかし、Ｚｎが過剰に存在すると自由キャリア吸収の増大を招き、動作電流の増加や、ひいては信頼性の低下をもたらすので、Ａ、Ｂ領域においてＺｎの拡散濃度にバラツキがあってはならない。適切なＺｎの拡散濃度としては、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂの、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ａ、３１０ｂ側の表面におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下であればよく、より最適にはキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2のオーダーであればよい。
【００６０】
以上のような製造方法、すなわち、Ａ、Ｂ領域ともにクラッド層もしくはクラッドの一部にＡｌＧａＡｓに代わるアニール速度の速いＡｌＧａＩｎＰ層を用いることによって、良好な端面窓構造を形成する条件として、アニール時間はアニール温度６００℃において両領域とも２０分となった。例えば、量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長はＡ領域およびＢ領域においてそれぞれ非拡散領域で６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対し、拡散領域で６１０ｎｍ、７４０ｎｍと短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。このように、同時にアニールを実施しても、両領域において熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、本来の特性を維持できるとともに、ウエハー面内で再現性よく良好な特性を得ることが可能となった。
【００６１】
なお、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ａの上に形成されたＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａと、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ｂの上に形成されたＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂについて、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成をＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成よりも小さくするのがよい。なぜならば、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された活性層３０３ａのほうがＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された活性層３０３ｂよりも不純物が拡散しやすいためであり、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成をＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成よりも小さくすることによりＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａからの不純物の拡散を抑えて活性層３０３ａに拡散する不純物の量を制御することができるためである。
【００６２】
なお、上記実施の形態において、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とからなる活性層３０３ｂの上に形成される第二クラッド層、または活性層３０３ｂの下にある第一クラッド層について、ＡｌＧａＩｎＰを用いる代わりにＡｌＧａＡｓを用いてもよい。その場合、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成を、例えば活性層３０３ｂの上に形成される第二クラッド層のＡｌ組成よりも大きくしたり、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成よりもずっと大きなものにすれば（例えばＡｌ組成を１０倍以上にする等）、上記２つのレーザ構造、すなわち赤色レーザ構造と赤外レーザ構造とにおけるＺｎ拡散の仕方を同様なものにでき、Ｚｎ拡散の時間を短縮することができる。
【００６３】
また、上記実施の形態において、活性層３０３ａにつきＧａＩｎＰ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＩｎＰ井戸層を用いてもよく、活性層３０３ｂにつきＧａＡｓ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＡｓ井戸層を用いてもよい。
【００６４】
なお、上記実施の形態において、ｎ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜は製造工程において最終工程まで存在しているように記述しているが、Ｚｎ拡散を終了した過程でエッチングにより除去してもなんら差し支えない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＡｌＧａＡｓよりなる拡散制御膜を用い、クラッド層もしくはクラッド層の一部にＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いることにより端面窓構造を形成するためのＺｎ拡散を制御できるようになり、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法が可能となった。
【００６６】
とりわけ同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積する場合においても、しきい値電流や動作電流の低減や歩留まりの向上、ひいては信頼性の改善に極めて有用であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図５】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の斜視図
【図６】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置の斜視図
【図７】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【符号の説明】
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３ 量子井戸構造の活性層
１０４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層
１０５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層
１０７ ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
１０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜
１０９ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層
１１０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１ 不純物拡散領域
１１２ ｎ側電極
１１３ ｐ側電極
３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３０３ 活性層
３０４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層
３０５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
３０６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層
３０７ ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
３０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜
３０９ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層
３１０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１１ 不純物拡散領域
３１２ ｎ側電極
３１３ ｐ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関するものであり、特に高出力動作可能な端面窓構造を備えた１チップ多波長半導体レーザ装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等の光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源として、ＡｌＧａＡｓ系混晶を用いた赤外半導体レーザ装置やＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた赤色半導体レーザ装置が実用化されている。いずれも書き換え型の光ディスクにおいては３０ｍＷ以上の光出力が必要であり、今後の高速化、小型化を実現するためには、５０ｍＷから２００ｍＷ程度の更に高光出力が要望されている。半導体レーザ装置の高出力化はレーザ端面における結晶破壊による特性劣化で制限されており、特にＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた半導体レーザ装置においては切実な問題となっている。高出力化を実現する手段として、レーザ共振器端面にレーザ光に対して透明な材料を形成した端面窓構造が有効である。中でも、量子井戸構造を活性層としたダブルヘテロ構造において、不純物を拡散させると量子井戸構造を形成する原子が固相拡散し無秩序化する現象を利用した端面窓構造が、例えば、スズキらの文献（エレクトロニクスレターズ、第２０巻３８３項、１９８４年）に記載されている。
【０００３】
また、昨今、同一基板上に異なる波長の半導体レーザ装置を集積することへの要望が強い。例えば、ＤＶＤプレーヤーやＤＶＤ−ＲＯＭ装置ではＣＤおよびＤＶＤディスクからの情報を取り出せるよう発振波長７８０ｎｍと発振波長６５０ｎｍの２種類のレーザが必要であり、光学系の構成が複雑であった。ここで、同一基板上に２種類の波長のレーザを集積できるとピックアップの小型化が可能となるなど多大なメリットが生まれる。このような同一基板上への多波長集積型レーザにおいても高出力化への展開が考えられている。
【０００４】
図５は、上記の無秩序化現象に基づいて作製される従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の構造図である。図５において、５０１はｎ型ＧａＡｓ基板、５０２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、５０３はＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、５０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、５０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、５０６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、５０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、５０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層、５０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、５１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。５１１はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、５１２、５１３はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。図６は、従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置の構造図である。図６において、６０１はｎ型ＧａＡｓ基板、６０２はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、６０３はＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層、６０４はｐ型ＡｌＧａＡｓ第一クラッド層、６０５はｐ型ＧａＡｓエッチング停止層、６０６はｐ型ＡｌＧａＡｓ第二クラッド層、６０７はｐ型ＧａＡｓキャップ層、６０８はｎ型ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層、６０９はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。６１０はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域である。また、６１１、６１２はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。
【０００５】
次に、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法について説明する。上記の図５の半導体レーザ装置について、図７（ａ）から（ｆ）にその製造方法を示す。図７において図５と同一部分は同一符号で示している。まず、図７（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０２、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層５０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層５０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層５０７、５０８はｐ型ＧａＡｓキャップ層を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【０００６】
次に、上記ダブルヘテロ構造の上面にＳｉＯ2膜５１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数十μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に数百μｍ間隔で形成する。その後、スパッタ法によりＺｎＯ膜５１５を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜５１５をウエットエッチングにより除去する（図７（ｂ））。
【０００７】
次に、図７（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜５１４およびＺｎＯ膜５１５の上面全体にＳｉＯ2膜５１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜５１５を拡散源として、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０８の上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０２まで達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域５１１が形成され、この内部において、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された量子井戸構造の活性層５０３は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【０００８】
次に、ＳｉＯ2膜５１４、ＺｎＯ膜５１５およびＳｉＯ2膜５１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜５１７を形成し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、数μｍ幅のストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜５１６からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層５０７をリッジ状に除去する。ついで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えばＡｌＧａＩｎＰとＧａＩｎＰとでエッチング速度の著しく異なるエッチング液である硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層５０６のリッジストライプを形成するとともにストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層５０５を表出させる（図７（ｄ））。
【０００９】
次に、図７（ｅ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜５１６を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層５０９を埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜５１６をウエットエッチングにより除去し、再度ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１０を積層体の上面全体に形成する。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域５１１内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする（図７（ｆ））。
【００１０】
ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置も同様の製造方法で作製することができる。
【００１１】
ここで、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置では、ｎ型クラッド層に達するまでＺｎを固相拡散させるためのアニール時間は、例えば、６００℃のアニール温度においてＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置が２０分であるのに対しＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置は１１０分であった。この差は、ＡｌＧａＩｎＰ系とＡｌＧａＡｓ系混晶内でのＺｎの拡散速度差によるものである。Ｚｎの拡散速度はＡｌＧａＡｓに比べ、ＡｌＧａＩｎＰでは１０倍以上速い。ＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置においても７００℃のアニール温度においては２０分程度アニール時間を短縮できる。しかしながら、長時間のアニールや高温でのアニールは端面窓構造領域以外の部分においてもドーパントの拡散や、点欠陥の発生を誘発するため、動作電流の上昇や寿命特性に悪影響を与える。従って、できるだけ低温で、かつ、短時間でアニールすることが必要であった。
【００１２】
また、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用する場合に、例えば、上記のＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置とＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置を集積する場合に、ダブルへテロ構造の層構造や材料が異なるため端面窓構造を形成する際のＺｎ拡散条件が異なるため、両者のレーザにおいて同時に同程度のＺｎ拡散濃度を導入して端面窓構造部として機能させること、さらには、良好な特性を得ることが出来なくなる。従って、同時にＺｎ拡散を施しても、両方のレーザにおいて同程度のＺｎ拡散が行えるようにする必要があった。
【００１３】
本発明は上記の様な問題を解決するためになされたもので、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法を提供するとともに、製造歩留まりおよび信頼性を確保することを目的とする。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板上に形成された複数のダブルへテロ構造と、前記複数のダブルへテロ構造の各々の上に形成された前記ダブルへテロ構造中の活性層に拡散する不純物の量を制御する拡散制御膜とを有し、前記複数のダブルヘテロ構造の各々は前記半導体基板に順次形成された第一導電型クラッド層と、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造よりなる活性層と、第二導電型クラッド層とを含み、前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌ f1 Ｇａ 1 − f1 − g1 Ｉｎ g1 Ｐ（０≦ｆ１≦１、０≦ｇ１≦１）よりなる層を有し、前記別の第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌ f2 Ｇａ 1 − f2 − g2 Ｉｎ g2 Ｐ（０≦ｆ２≦１、０≦ｇ２≦１）よりなる層を有し、前記複数のダブルヘテロ構造のうち１つがＡｌ y1 Ｇａ 1 − y1 − z1 Ｉｎ z1 Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の１つがＡｌ t Ｇａ 1 − t Ａｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、前記複数の拡散制御膜はそれぞれＡｌxＧａ1 − xＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなるものである。
【００２０】
この構成により、複数の拡散制御膜の各々はＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなるので、活性層に拡散する不純物の量を制御することができて活性層における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに前記複数のダブルヘテロ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができる。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置は、かかる構成につき、Ａｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜と、前記ＡｌtＧａ1-tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０≦ｘ２≦１）よりなる拡散制御膜とを有し、Ａｌ組成がｘ１≦ｘ２であるることにより、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてＡｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板の上に第１の第一導電型クラッド層と、量子井戸構造を有する第１の活性層と、第１の第二導電型クラッド層と、Ａｌz1Ｇａ1 − z1Ａｓ（０≦ｚ１≦１）よりなる前記第１の活性層に拡散する不純物の量を制御する第１の拡散制御膜とを順次積層して第１の多層構造を形成する工程と、前記第１の多層構造の一部を少なくとも前記第１の活性層まで除去する工程と、前記第１の多層構造の少なくとも前記第１の活性層まで除去された部分の上に第２の第一導電型クラッド層と、量子井戸構造を有する第２の活性層と、第２の第二導電型クラッド層と、Ａｌz2Ｇａ1 − z2Ａｓ（０≦ｚ２≦１）よりなる前記第２の活性層に拡散する不純物の量を制御する第２の拡散制御膜とを順次積層して第２の多層構造を形成する工程と、前記第１及び前記第２の拡散制御膜の上の所定の領域に不純物の拡散源となる材料膜を形成する工程と、前記半導体基板を加熱して前記材料膜から前記第１及び前記第２の拡散制御膜を介して前記不純物を前記第１および前記第２の多層構造中に拡散させる工程とを有するものである。
【００２７】
この構成により、複数の多層構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をよりバランスよく行うことができる。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記第１の多層構造はＡｌy1Ｇａ1 − y1 − z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第１の活性層を有し、前記第２の多層構造は前記ＡｌtＧａ1 − tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の第２の活性層を有し、前記Ａｌ組成がｘ１≦ｘ２であることにより、Ａｌx1Ｇａ1 − x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜からの不純物の拡散を抑えてＡｌy1Ｇａ1 − y1 − z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層に拡散する不純物の量を制御することができる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、前記第１の第二導電性クラッド層の少なくとも一部にＡｌf1Ｇａ1 − f1 − g1Ｉｎg1Ｐ（０≦ｆ１≦１、０≦ｇ１≦１）よりなる層を形成し、前記第２の第二導電性クラッド層の少なくとも一部にＡｌf2Ｇａ1 − f2 − g2Ｉｎg2Ｐ（０≦ｆ２≦１、０≦ｇ２≦１）よりなる層を形成するものである。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、かかる構成につき、材料膜としてＺｎまたはＭｇを含有する材料膜を形成したことにより、無秩序化された活性層の結晶性を良好にできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において便宜上一部にハッチングを施してある。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本発明の、第１の実施の形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
【００３３】
図１および図２は本発明の第１の実施の形態に係る端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。
【００３４】
図１において、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１０３はＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、１０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、１０５はｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、１０６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、１０７はｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、１０８はｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、１０９はｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、１１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６は、リッジ形状のストライプとして形成されている。１１１はレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板１０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、１１２、１１３はそれぞれｎ側、ｐ側電極である。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の主面は、（１００）面から[０１１]方向に８°傾斜した基板である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層側の界面（すなわち境界面）におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下である。なお、ここでＡｌＧａＡｓとはＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）を表し、ＡｌＧａＩｎＰとはＡｌyＧａ1-y-zＩｎyＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）を表し、ｘ、ｙ、ｚは上記各層ごとに決まった値を有する。このことは以下の実施の形態においても同様である。
【００３５】
本構造において、共振器端面部にはリッジ形状のストライプと直交した方向（垂直方向）にＺｎを固相拡散した不純物拡散領域１１１が形成されている。この領域内の活性層１０３では量子井戸活性層が無秩序化され、井戸層と障壁層とが平均組成化されることにより、バンドギャップが不純物非拡散領域に比べて拡大している。例えば、上記構造における量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長は非拡散領域で７８０ｎｍに対し、拡散領域で７４０ｎｍと８０ｍｅＶ程度短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域から放出されるレーザ光は不純物拡散領域１１１において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。
【００３６】
上記構成により、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８を有しているので、活性層１０３に拡散する不純物の量および活性層への不純物の拡散時間を制御することができて活性層１０３における欠陥の数を著しく少なくすることができるとともに、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８は活性層とは反対側の界面におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下であるので、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８そのものの抵抗率を著しく小さくすることができ、導電性が良好なｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８が得られ、半導体レーザ装置のしきい値電流密度等の低減を実現することができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、図２（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層１０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜１１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に７００μｍ間隔で形成する（上記ストライプと直交方向）。その後、スパッター法によりＺｎＯ膜１１５（本発明における不純物拡散源となる材料膜）を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜１１５をウエットエッチングにより除去する。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜１１４およびＺｎＯ膜１１５の上面全体にＳｉＯ2膜１１６を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜１１５を拡散源としてｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２に達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域１１１が形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域１１１内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【００４１】
次に、ＳｉＯ2膜１１４、ＺｎＯ膜１１５およびＳｉＯ2膜１１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜１１７を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、３μｍ幅となるストライプをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜１１７からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８とｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７とをリッジ状に除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０６のリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５を表出させる（図２（ｄ））。
【００４２】
次に、図２（ｅ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜１１７を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層１０９を埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜１１７をウエットエッチングにより除去し、再度、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を積層体の上面全体に形成する（図２（ｆ））。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域１１１内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【００４３】
以上のような製造方法、すなわち、クラッド層もしくはクラッドの一部にＡｌＧａＡｓに代わるアニール速度の速いＡｌＧａＩｎＰ層を用いることによって、アニール時間はアニール温度６００℃において２０分となり、図６に示す従来例と比較して著しい時間の短縮が可能となった。また、その結果として端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置において、熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、動作電流が５ｍＡ低減できるなど特性の改善が可能となった。
【００４４】
また、上記実施の形態において、活性層１０３につきＧａＡｓ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＡｓ井戸層を用いてもよい。
【００４５】
なお、上記固相拡散源としてのＺｎに代えてＭｇを固相拡散源に用いてもよい。
【００４６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る端面窓構造を有する６５０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯の２波長の集積型半導体レーザ装置およびその製造方法について説明する。
【００４７】
図３および図４は本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置およびその製造工程を示す斜視図である。
【００４８】
図３において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板である。Ａ領域（６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置）において３０２ａはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０３ａはＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、３０４ａはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、３０５ａはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ａはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、３０７ａはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、３０８ａはｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、３０９ａはｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、３１０ａはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａは、リッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ａはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板３０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、３１２、３１３ａはそれぞれｎ側、ｐ側電極である。また、Ｂ領域（７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置）において、３０２ｂはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０３ｂはＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された量子井戸構造の活性層、３０４ｂはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層、３０５ｂはｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層、３０６ｂはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層、３０７ｂはｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、３０８ｂはｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜、３０９ｂはｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層、３１０ｂはｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ｂは、リッジ形状のストライプとして形成されている。３１１ｂはレーザ端面に端面窓構造を形成するためにＺｎの固相拡散により設けられた不純物拡散領域（図においてｎ型ＧａＡｓ基板３０１とは異なるハッチングがされた領域）である。また、３１２、３１３ｂはそれぞれｎ側、ｐ側電極である。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１の主面は、（１００）面から[０１１]方向に８°傾斜した基板である。
【００４９】
この構成により、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂを用いているので、それぞれの活性層３０３ａ、３０３ｂに拡散する不純物の量を制御することができて活性層３０３ａ、３０３ｂにおける欠陥の数を著しく少なくすることができるとともにそれぞれのレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層の無秩序化をバランスよく行うことができる。
【００５０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ａ、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層３０４ａ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【００５２】
次に、上記ダブルヘテロ構造上にＳｉＯ2膜を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば３００μｍ幅のストライプ開口部を３００μｍ間隔で形成する。その後、ウエットエッチングによりストライプ開口部のダブルへテロ構造を基板に達するまで除去してＡ領域を形成する。
【００５３】
次に、図４（ｂ）に示すようにＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ｂ、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層３０４ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ｂ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂを順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。その後、ＳｉＯ2膜上の堆積物およびＳｉＯ2膜をウエットエッチングにより除去する。
【００５４】
次に、図４（ｃ）に示すように、再度ＳｉＯ2膜３１４を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば５０μｍ幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向と垂直方向に７００μｍ間隔で形成する（上記ストライプと直交方向）。その後、スパッター法によりＺｎＯ膜３１５（本発明における不純物拡散源となる材料膜）を全面に堆積し、ストライプ開口部以外のＺｎＯ膜をウエットエッチングにより除去する。
【００５５】
次に、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2膜３１４およびＺｎＯ膜３１５の上面全体にＳｉＯ2膜３１６（本発明における誘電体膜）を堆積した後、窒素雰囲気中で熱処理によるアニールを行い、ストライプ開口部にあるＺｎＯ膜３１５を拡散源としてｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂ上面からｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２ａ、３０２ｂに達するようにＺｎを固相拡散させる。これにより、不純物拡散領域３１１ａ、３１１ｂが形成され、この内部において量子井戸構造の活性層は無秩序化される。不純物拡散領域内の無秩序化された量子井戸は、そのバンドギャップが、無秩序化されていない領域の量子井戸のバンドギャップより大きくなり、端面窓構造部として機能する。
【００５６】
次に、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2膜３１４、ＺｎＯ膜３１５およびＳｉＯ2膜３１６をウエットエッチングにより除去した後の積層体の上面に、再びＳｉＯ2膜３１７を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば、Ａ領域で３μｍ幅、Ｂ領域で２μｍ幅となるストライプ３１７ａ、３１７ｂをレーザの共振器となる方向に形成する。このＳｉＯ2膜３１７からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂとｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層３０７ａ、３０７ｂとをリッジ状に除去する。次いで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、３０６ｂを選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば、硫酸を用いてエッチングを行い、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層３０６ａ、３０６ｂのリッジストライプを形成するとともに、ストライプ間隔においてｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層３０５ａ、３０５ｂを表出させる。
【００５７】
次に、図４（ｆ）に示すようにＭＯＶＰＥ法により、ストライプ状のＳｉＯ2膜３１７を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層３０９ａ、３０９ｂを埋込み成長する。その後、ＳｉＯ2膜３１７をウエットエッチングにより除去し、再度、ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ａ、３１０ｂを積層体の上面全体に形成する。更に、Ａ領域とＢ領域を電気的に分離するため、ｎ型ＧａＡｓ基板に達するような分離溝を形成する。最後にｎ側およびｐ側に電極を形成し、不純物拡散領域３１１ａ、３１１ｂ内でリッジストライプと垂直方向に積層体を劈開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、Ａ領域、Ｂ領域からなる２種類レーザを同一基板上に形成した２波長レーザチップとする（図４（ｇ））。
【００５８】
上記製造方法によれば、上記複数のレーザ構造が有する量子井戸構造よりなる活性層３０３ａ、３０３ｂの無秩序化をよりバランスよく行うことができる。
【００５９】
ここで、不純物としてのＺｎを量子井戸構造の活性層に固相拡散させることで、拡散領域内の量子井戸構造は無秩序化を誘発され、端面窓構造部として機能する。しかし、Ｚｎが過剰に存在すると自由キャリア吸収の増大を招き、動作電流の増加や、ひいては信頼性の低下をもたらすので、Ａ、Ｂ領域においてＺｎの拡散濃度にバラツキがあってはならない。適切なＺｎの拡散濃度としては、ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａ、３０８ｂの、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１０ａ、３１０ｂ側の表面におけるキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2以上１０15ｃｍ-2以下であればよく、より最適にはキャリアの面濃度が１０13ｃｍ-2のオーダーであればよい。
【００６０】
以上のような製造方法、すなわち、Ａ、Ｂ領域ともにクラッド層もしくはクラッドの一部にＡｌＧａＡｓに代わるアニール速度の速いＡｌＧａＩｎＰ層を用いることによって、良好な端面窓構造を形成する条件として、アニール時間はアニール温度６００℃において両領域とも２０分となった。例えば、量子井戸構造からのフォトルミネッセンス波長はＡ領域およびＢ領域においてそれぞれ非拡散領域で６５０ｎｍ、７８０ｎｍに対し、拡散領域で６１０ｎｍ、７４０ｎｍと短波長シフトしている。従って、不純物非拡散領域において透明であり、端面での光吸収が著しく抑制され、安定した高出力動作が達成される。このように、同時にアニールを実施しても、両領域において熱処理による欠陥の導入等が抑制でき、本来の特性を維持できるとともに、ウエハー面内で再現性よく良好な特性を得ることが可能となった。
【００６１】
なお、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ａの上に形成されたＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａと、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された歪量子井戸構造の活性層３０３ｂの上に形成されたＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂについて、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成をＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成よりも小さくするのがよい。なぜならば、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とから構成された活性層３０３ａのほうがＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とから構成された活性層３０３ｂよりも不純物が拡散しやすいためであり、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成をＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成よりも小さくすることによりＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａからの不純物の拡散を抑えて活性層３０３ａに拡散する不純物の量を制御することができるためである。
【００６２】
なお、上記実施の形態において、ＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＡｓ障壁層とからなる活性層３０３ｂの上に形成される第二クラッド層、または活性層３０３ｂの下にある第一クラッド層について、ＡｌＧａＩｎＰを用いる代わりにＡｌＧａＡｓを用いてもよい。その場合、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ｂのＡｌ組成を、例えば活性層３０３ｂの上に形成される第二クラッド層のＡｌ組成よりも大きくしたり、ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜３０８ａのＡｌ組成よりもずっと大きなものにすれば（例えばＡｌ組成を１０倍以上にする等）、上記２つのレーザ構造、すなわち赤色レーザ構造と赤外レーザ構造とにおけるＺｎ拡散の仕方を同様なものにでき、Ｚｎ拡散の時間を短縮することができる。
【００６３】
また、上記実施の形態において、活性層３０３ａにつきＧａＩｎＰ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＩｎＰ井戸層を用いてもよく、活性層３０３ｂにつきＧａＡｓ井戸層の代わりに障壁層と異なる組成のＡｌＧａＡｓ井戸層を用いてもよい。
【００６４】
なお、上記実施の形態において、ｎ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜は製造工程において最終工程まで存在しているように記述しているが、Ｚｎ拡散を終了した過程でエッチングにより除去してもなんら差し支えない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＡｌＧａＡｓよりなる拡散制御膜を用い、クラッド層もしくはクラッド層の一部にＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いることにより端面窓構造を形成するためのＺｎ拡散を制御できるようになり、同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積し、それぞれに端面窓構造を適用するような場合においても、良好な特性が得られる端面窓構造の形成方法が可能となった。
【００６６】
とりわけ同一基板上に複数の波長の異なる半導体レーザ装置チップを集積する場合においても、しきい値電流や動作電流の低減や歩留まりの向上、ひいては信頼性の改善に極めて有用であることが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置を示す斜視図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【図５】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の斜視図
【図６】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯赤外半導体レーザ装置の斜視図
【図７】従来の端面窓構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系６５０ｎｍ帯赤色半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す斜視図
【符号の説明】
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３ 量子井戸構造の活性層
１０４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層
１０５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層
１０７ ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
１０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜
１０９ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層
１１０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１ 不純物拡散領域
１１２ ｎ側電極
１１３ ｐ側電極
３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３０３ 活性層
３０４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層
３０５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
３０６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層
３０７ ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層
３０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜
３０９ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層
３１０ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１１ 不純物拡散領域
３１２ ｎ側電極
３１３ ｐ側電極
Claims (2)
- 半導体基板上に形成された複数のダブルへテロ構造と、前記複数のダブルへテロ構造の各々の上に形成された前記ダブルへテロ構造中の活性層に拡散する不純物の量を制御する拡散制御膜とを有し、
前記複数のダブルヘテロ構造の各々は前記半導体基板に順次形成された第一導電型クラッド層と、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造よりなる活性層と、第二導電型クラッド層とを含み、
前記第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌf1Ｇａ1-f1-g1Ｉｎg1Ｐ（０≦ｆ１≦１、０≦ｇ１≦１）よりなる層を有し、前記別の第二導電型クラッド層の少なくとも一部にＡｌf2Ｇａ1-f2-g2Ｉｎg2Ｐ（０≦ｆ２≦１、０≦ｇ２≦１）よりなる層を有し、
前記複数のダブルヘテロ構造のうち１つがＡｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、別の１つがＡｌtＧａ1-tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層を有し、
前記複数の拡散制御膜はそれぞれＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなる半導体レーザ装置。 - 前記Ａｌy1Ｇａ1-y1-z1Ｉｎz1Ｐ（０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０≦ｘ１≦１）よりなる拡散制御膜と、前記ＡｌtＧａ1-tＡｓ（０≦ｔ≦１）よりなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層の上に形成されたＡｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０≦ｘ２≦１）よりなる拡散制御膜とを有し、
前記Ａｌ組成がｘ１≦ｘ２である請求項１記載の半導体レーザ装置。
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