JP3871623B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - 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し、特に、半導体レーザ装置の高出力化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度記録可能なＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）装置は、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｄｅｏ）機器やＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｏｒ）等の分野で急速に普及している。特に、書き込み可能なＤＶＤ装置（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなど）は、ＰＣ等に搭載される大容量記憶装置、およびポストＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ Ｔａｐｅ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）としてのＤＶＤレコーダなどの用途に大いに期待されている。
【０００３】
上記のＤＶＤ装置のピックアップ光源には、波長６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが用いられている。特に、近年の光ディスクの高密度化・大容量化に伴って、光ディスクへの書き込み速度を向上させるために、ピックアップ光源には８０ｍＷを越える高出力動作が要求されている。
【０００４】
しかしながら、半導体レーザ装置を高出力化すると、出力が飽和する課題がある。特に、高温での動作においてこの課題は顕著である。これは、赤色レーザのｐ型クラッド層を構成するＡｌＧａＩｎＰ系材料において、伝導帯の電子に対するバンド障壁を充分に確保することができないという材料上の制約があるからである。このために、高温、高出力動作条件下では、電子のオーバーフローが増大し、注入電流のうち発光に寄与しない成分が増大する。
【０００５】
電子のオーバーフローを抑制するためには、ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度を高くし、電子に対するバンド障壁を大きくすること、すなわちｐ型クラッド層へのｐ型不純物の高濃度ドーピングが効果的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中では、一般的にｐ型不純物の拡散係数が大きいので、固相拡散の影響が無視できない。例えばＺｎは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中での拡散係数が１×１０-13〜６×１０-13ｃｍ2ｓ-1であり、赤外レーザに用いられているＡｌＧａＡｓ材料中での拡散係数に比べて２桁程度大きいことが報告されている。さらに、不純物の拡散係数は、ドーピング濃度の２乗に比例するため、高濃度ドーピングにおいてこの影響は顕著となる。
【０００７】
図３は、従来の半導体レーザ装置における活性層およびクラッド層のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。図３に示すように、活性層には意図的に不純物を添加していないにも関わらず、Ｚｎが混入している。これは、半導体レーザ装置を作製するための結晶成長、熱処理などのプロセス中に、ｐ型クラッド層に添加された不純物が活性層中に拡散したためである。また、半導体レーザ装置の動作中にも、同様の不純物の拡散が生じる。活性層に不純物が拡散すると、非発光再結合中心が形成されるので、半導体レーザ装置の特性が低下する。また、結晶欠陥が生成するため半導体レーザ装置の寿命が短くなる。
【０００８】
上述した活性層への不純物拡散のために、ｐ型クラッド層へのｐ型不純物の高濃度ドーピングは困難であった。
【０００９】
そこで、活性層への不純物拡散を抑制するための方法として、特開２０００−２８６５０７号公報には、アンドープのスペーサ層をｐ型クラッド層と光ガイド層の間に設けることによって、不純物をスペーサ層において吸収させる方法が開示されている。ＡｌＧａＩｎＰ系レーザにおいて、この方法を用いてｐ型クラッド層のドーピング濃度を高濃度にする場合、不純物拡散を抑制するためのスペーサ層の層厚を充分大きくする必要がある。しかしながら、スペーサ層の厚さが大きくなるにつれて直列抵抗が高くなり、動作電流が増大する、あるいは、スペーサ層の影響によって所望のビーム形状を得ることが困難になるという不具合がある。
【００１０】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に形成されたリンを含む化合物半導体からなる活性層と、上記活性層上に形成された化合物半導体からなるガイド層と、上記ガイド層上に形成されたヒ素を含む化合物半導体からなるドーパント拡散防止層と、上記ドーパント拡散防止層上に形成され、ドーパントを含む化合物半導体からなるクラッド層とを備える。
【００１２】
ヒ素を含むドーパント拡散防止層をクラッド層と活性層との間に設けた構造とすることによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止することができる。このため、ドーパントが高濃度で注入されたクラッド層を設けることができる。さらに、ガイド層をドーパント拡散防止層と活性層との間に設けた構造とすることによって、活性層に含まれるリンとドーパント拡散防止層に含まれるヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。従って、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【００１３】
上記クラッド層における上記ドーパントの濃度は、５×１０17atoms・cm-3以上１×１０19atoms・cm-3以下であることが好ましい。
【００１４】
このことによって、電子のオーバーフローが抑制され、高温、高出力動作が可能な赤色半導体レーザ装置が得られる。
【００１５】
クラッド層から活性層へのドーパントの拡散が抑制・防止されるので、ドーパントが高濃度で注入されたクラッド層を設けることが可能となる。従って、ドーパントの濃度が設計通りの濃度となっている半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１６】
本発明は、上記ドーパントが亜鉛である場合に、特にクラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止する高い効果が得られる。
【００１７】
上記ガイド層の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
上記ドーパント拡散防止層の厚さは、２ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
上記ドーパント拡散防止層の厚さは、５０ｎｍ以下であってもよい。
【００２０】
上記半導体基板は、ＧａＡｓから形成されており、上記活性層は、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から形成されており、上記ドーパント拡散防止層は、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）から形成されていてもよい。
【００２１】
上記ドーパント拡散防止層は、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ＜１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層とが交互に堆積されている層であることが好ましい。
【００２２】
ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層との界面は、ヘテロ接合界面となる。ヘテロ接合界面が繰り返される構造とすることによって、ドーパントの拡散を抑制する効果を向上させることができる。
【００２３】
上記ドーパント拡散防止層を形成する化合物半導体は、さらに炭素、ベリリウムまたはマグネシウムを含むことが好ましい。
【００２４】
このことによって、ドーパント拡散防止層の導電型をｐ型にすることができる。従って、ドーパント拡散防止層の電気抵抗が減少し、半導体レーザ装置の消費電力を低減することができる。
【００２５】
上記ドーパント拡散防止層を形成する化合物半導体は、さらにシリコンまたはセレニウムを含むことが好ましい。
【００２６】
このことによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散をさらに抑制・防止する効果が向上する。
【００２７】
上記活性層は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体から形成された２つの層が交互に堆積されている第１領域と、上記互いにバンドギャップが異なる化合物半導体が混晶化されている第２領域とを有し、上記第２領域は、上記第１領域と互いに隣接していることが好ましい。
【００２８】
活性層の第１領域は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体から形成された２つの層が交互に堆積された多重量子井戸構造となっている。活性層の第２領域は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体が混晶化されており、第１領域の２種類のバンドギャップと異なるバンドギャップの単一量子井戸構造となっている。このため、第１領域から放出されたビームは、そのエネルギーに対応するバンドギャップが存在しない活性層の第２領域を通過する際に、ほとんど吸収されない。つまり、ビームの劣化が抑制された半導体レーザ装置が得られる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に、リンを含む化合物半導体からなる活性層と、化合物半導体からなるガイド層とを順に堆積する工程（ａ）と、基板上に、ヒ素を含む化合物半導体からなるドーパント拡散防止層を堆積する工程（ｂ）と、基板上に、ドーパントを含む化合物半導体からなる第１クラッド層を堆積する工程（ｃ）とを含む。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、ヒ素を含むドーパント拡散防止層をクラッド層と活性層との間に設けることによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止することができる。このため、クラッド層にドーパントを高濃度で添加することができる。さらに、ガイド層をドーパント拡散防止層と活性層との間に設けることによって、活性層に含まれるリンとドーパント拡散防止層に含まれるヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。従って、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【００３１】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を堆積する工程（ｄ）と、上記電流ブロック層にストライプ状の開口部を形成する工程（ｅ）と、基板上に、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層を堆積する工程（ｆ）とをさらに含んでもよい。
【００３２】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、エッチングストップ層と、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層と、キャップ層とを順に堆積する工程（ｇ）と、上記キャップ層上に開口部を有するマスクを形成する工程（ｈ）と、上記マスクを用いて、上記開口部内の領域に位置する上記第２クラッド層および上記キャップ層を除去し、上記開口部内に上記エッチングストップ層を露出させる工程（ｉ）と、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を形成する工程（ｊ）とをさらに含んでもよい。
【００３３】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、第１開口部を有する第１マスクを形成する工程（ｋ）と、上記第１マスクを用いて、上記第１開口部内の領域に位置する上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが除去された第２領域と、上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが堆積された第１領域とを形成する工程（ｌ）と、上記第１マスクを除去した後に、基板上に、上記第１クラッド層を再度堆積し、さらにエッチングストップ層と、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層と、キャップ層とを順に堆積する工程（ｍ）と、基板の上記第２領域上に、ドーパント拡散用マスクを形成し、熱処理を行なう工程（ｎ）と、上記ドーパント拡散用マスクを除去した後、基板の上記第１領域上と基板の上記第２領域上とを横切る第２開口部を有する上記第２マスクを形成する工程（ｏ）と、上記第２マスクを用いて、上記第２開口部内の領域に位置する上記第２クラッド層および上記キャップ層を除去し、上記第２開口部内に上記エッチングストップ層を露出させる工程（ｐ）と、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を形成する工程（ｑ）とをさらに含んでもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１から図１１を参照しながら説明する。なお、簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置１０は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００３７】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【００３８】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【００３９】
電流ブロック層１０５には、ｐ型第１クラッド層１０４に到達する開口部１２０が、紙面に垂直な方向に延びるストライプ状に形成されている。開口部１２０において、ｐ型第１クラッド層１０４とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。開口部１２０を通じて電流が活性層１０２に注入されてレーザ発振を生じる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【００４１】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置１０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【００４４】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【００４５】
まず、図２（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【００４６】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、キャップ層１１０をエッチングによって除去した後、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜を紙面に垂直な方向に延びるストライプ状にパターニングし、このレジスト膜をマスクとして電流ブロック層１０５をエッチングする。このことによって、電流ブロック層１０５に、紙面に垂直方向に延びるストライプ状の開口部１２０を形成する。
【００４８】
続いて、図２（ｃ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。次に、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。ここで、ｐ型第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図２（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【００４９】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置１０の動作を説明する。
【００５０】
ｎ型電極１０８とｐ側電極１０９との間に電圧を印加し、ｎ型電極１０８とｐ側電極１０９との間に電流を注入すると、注入された電流はｐ型ＡｌＧａＩｎＰｐ型第２クラッド層１０６におけるｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層１０５により狭窄され、活性層１０２において発振波長が６５０ｎｍであるレーザ光が放射される。
【００５１】
なお、上述のようにして得られた本実施形態の半導体レーザ装置１０を動作させたところ、７０℃の環境温度下においても熱飽和することなく、１００ｍＷの出力が得られた。
【００５２】
本実施形態の半導体レーザ装置１０には、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このことによって、ｐ型第１クラッド層１０４、電流ブロック層１０５、およびキャップ層１１０の堆積時に、ｐ型第１クラッド層１０４から活性層１０２へのｐ型不純物（本実施形態ではＺｎ）の拡散を抑制・防止することができる。
【００５３】
一般的に、ＡｌＧａＡｓ系材料中でのｐ型不純物の拡散係数は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中での不純物の拡散係数よりも小さく、例えば不純物がＺｎである場合、拡散係数が２桁程度小さい。従って、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３をｐ型第１クラッド層１０４とガイド層１０２ｂとの間に設けることによって、効果的に不純物の拡散を抑制・防止することができる。
【００５４】
同様に、ｐ型第２クラッド層１０６、コンタクト層１０７の堆積時において、ｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型第２クラッド層１０６、およびコンタクト層１０７から活性層１０２への不純物の拡散を抑制・防止することも、勿論可能である。
【００５５】
ここで、本実施形態の半導体レーザ装置１０において、活性層１０２への不純物の拡散を抑制する効果を以下に具体的に説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態の半導体レーザ装置１０のｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、拡散防止層１０３およびｐ型第１クラッド層１０４の二次イオン質量分析（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：以下、ＳＩＭＳと称する）プロファイルを示す。
【００５７】
図４に示すように、ｐ型第１クラッド層１０４に２×１０18atoms・cm-3程度の高濃度のＺｎをドーピングしているにも関わらず、拡散防止層１０３によって活性層１０２への不純物の拡散が、図３に示す従来の半導体レーザ装置の場合に比べて効果的に抑制されていることがわかる。
【００５８】
本実施形態の半導体レーザ装置１０では、拡散防止層１０３により、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７から、活性層１０２中へのｐ型不純物（本実施形態ではＺｎ）の混入は見られない。つまり、活性層１０２へのｐ型不純物の拡散が効果的に防止されている。
【００５９】
さらに、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３は、動作中においてもｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７から、活性層１０２へのｐ型不純物の拡散も抑制・防止することが可能である。したがって、本実施形態の半導体レーザ装置１０は、動作中に劣化することがなく、高い信頼性を備える。
【００６０】
なお、本実施形態に示すように、拡散防止層１０３は、ｐ型第１クラッド層１０４等に注入される不純物として、Ｚｎのような拡散係数の大きい不純物に対する拡散防止効果が特に大きいが、これに限定されない。例えば、ｐ型第１クラッド層１０４等に添加される不純物として、Ｂｅ、Ｍｇ、ＳｉまたはＣなどの不純物を添加した場合にも同様の拡散防止効果が得られる。
【００６１】
拡散防止層１０３は、厚さが２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。このことによって、効果的に活性層１０２への不純物の拡散を抑制・防止することが可能である。拡散防止層１０３の厚さが２ｎｍ未満であると、ｐ型不純物が拡散防止層１０３を突き抜け、活性層１０２に到達するおそれがある。また、拡散防止層１０３の厚さが５０ｎｍより大きくなると、基板に垂直な方向の光の分布が大きな影響を受ける。このため、所望のビーム形状を得るための設計マージンが小さくなる。
【００６２】
本実施形態では、活性層１０２は、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成されており、拡散防止層１０３は、ＡｌＧａＡｓから構成されている。元素含有比率を考慮した場合、活性層１０２は、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から形成されており、拡散防止層１０３は、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）から形成されていればよい。
【００６３】
また、拡散防止層１０３は、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層とが交互に堆積されている層であることが好ましい。これは、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層との界面（ヘテロ接合界面）が繰り返される構造となるからである。このことによって、不純物の拡散を抑制する効果を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体は、ＡｌＧａＡｓであるが、さらに、シリコンまたはセレンを含むことが好ましい。このことによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散をさらに抑制・防止する効果が向上する。
【００６５】
特に、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、炭素、ベリリウムまたはマグネシウムのいずれか１つの元素を含むものを用いることによって、拡散防止層１０３の導電型をｐ型にすることができる。このことによって、拡散防止層１０３の電気抵抗が減少し、半導体レーザ装置１０の消費電力を低減することができる。
【００６６】
具体的には、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらに炭素を含むものを用いる場合、炭素の濃度は１×１０17〜１×１０20atmos・cm-3の範囲内であることが好ましい。また、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらにベリリウムを含むものを用いる場合、ベリリウムの濃度は１×１０17〜１×１０19atmos・cm-3の範囲内であることが好ましく、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらにマグネシウムを含むものを用いる場合、マグネシウムの濃度は１×１０17〜１×１０19atmos・cm-3の範囲内であることが好ましい。
【００６７】
なお、さらに炭素を含む化合物半導体からなる拡散防止層１０３を形成するためには、上述した半導体レーザ装置１０の製造方法の図２（ａ）に示す工程において、拡散防止層１０３を堆積する際に、炭素をドーピングすればよい。ベリリウムまたはマグネシウムについても、全く同じ方法を適用すればよい。
【００６８】
本実施形態において、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂの厚さを３０ｎｍとしたが、ガイド層１０２ｂの厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。このことによって、活性層１０２と拡散防止層１０３との間のリンとヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。ガイド層１０２ｂの厚さが１０ｎｍ未満になると、活性層１０２と拡散防止層１０３との間のリンとヒ素との相互拡散を防止する効果が発揮できない。また、ガイド層１０２ｂの厚さが５０ｎｍより大きくなると、ガイド層１０２ｂの電気抵抗が増大し、半導体レーザ装置１０の消費電力が大きくなる。
【００６９】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１０の構成において、ｐ型第１クラッド層１０４の不純物濃度が５×１０17atoms・cm-3〜１×１０19atoms・cm-3の範囲内であることが好ましい。このことによって、電子のオーバーフローが抑制され、高温、高出力動作が可能な赤色半導体レーザ装置を実現することができる。不純物濃度が５×１０17atoms・cm-3以下であると、電子のオーバーフローが顕著となる。従って、動作電流が増大し、温度特性が低下する。逆に、不純物濃度が１×１０19atoms・cm-3以上であると結晶性が低下し、半導体レーザ装置の信頼性の低下を招く。
【００７０】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【００７１】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルクの活性層を用いてもよい。
【００７２】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【００７３】
（実施形態２）
図５は、本実施形態の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【００７４】
図５に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置５０は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００７５】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【００７６】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【００７７】
電流ブロック層１０５には、紙面に垂直な方向に延び、エッチングストップ層１３０に到達する開口部１２１が形成されている。開口部１２１において、エッチングストップ層１３０とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。電流が開口部１２１を通じて活性層１０２に注入されることによって、レーザ発振が生じる。
【００７８】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【００７９】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置５０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表２に示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、エッチングストップ層１３０、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【００８２】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図６および図７を参照しながら説明する。図６（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【００８３】
まず、図６（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【００８４】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４およびｐ型第２クラッド層１０６を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【００８５】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ＳｉＯ2膜を形成する。さらに、ＳｉＯ2膜をフォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによってパターニングすることによって、紙面に垂直方向に延びるストライプ状のＳｉＯ2マスク１４０を形成する。続いて、ＳｉＯ2マスク１４０をマスクとするエッチングを行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１０６およびキャップ層１１０を除去する。
【００８６】
次に、図７（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。このとき、酸化膜であるＳｉＯ2マスク１４０の上には電流ブロック層１０５が堆積しない。
【００８７】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、キャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１４０をエッチングによって除去した後、得られた基板上に、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。
【００８８】
次に、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。このことによって、図５に示す本実施形態の半導体レーザ装置５０が得られる。
【００８９】
本実施形態の半導体レーザ装置５０の動作は、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と全く同様であるのでここでは説明を省略する。
【００９０】
本実施形態の半導体レーザ装置５０には、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と同様に、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このため、上記実施形態１と全く同様の効果が得られる。
【００９１】
また、本実施形態においても、拡散防止層１０３、ガイド層１０２ｂ、およびｐ型第１クラッド層１０４の構成を上記実施形態１と同様の構成としてもよい。
【００９２】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【００９３】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルクの活性層を用いてもよい。
【００９４】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【００９５】
（実施形態３）
図８は、本実施形態の半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。
【００９６】
図８に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置８０は、共振器端面側領域１１２と、内部領域１１３とを備える構造（いわゆる窓構造）を有する。
【００９７】
共振器端面側領域１１２は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとが混晶化された混晶化活性層１１１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００９８】
内部領域１１３は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００９９】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【０１００】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【０１０１】
電流ブロック層１０５には、エッチングストップ層１３０に到達する開口部１２１が、紙面に垂直な方向に延びるストライプ状に形成されている。開口部１２１において、エッチングストップ層１３０とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。
【０１０２】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【０１０３】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置８０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、混晶化活性層１１１、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、エッチングストップ層１３０、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【０１０６】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９〜図１１は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【０１０７】
まず、図９（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【０１０８】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【０１０９】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを行なって、共振器端面側領域１１２にある拡散防止層１０３およびｐ型第１クラッド層１０４を除去する。
【０１１０】
続いて、図９（ｃ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。ここで、ｐ型第２クラッド層１０６を形成する際にも、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図９（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【０１１１】
次に、図１０（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、スパッタ法などによりＺｎＯ膜を堆積する。続いて、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを行なって、ＺｎＯ膜のうちの内部領域１１３に位置する部分を除去することによって、ＺｎＯ拡散源１４５を形成する。次に、基板上にＳｉＯ2膜１４７を、例えばＣＶＤ法などにより堆積する。
【０１１２】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板を熱処理する。このことによって、ＺｎＯ拡散源１４５からＺｎが活性層１０２まで拡散し、活性層１０２を構成するＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの間で元素が相互に置換される（混晶化）。このことによって混晶化活性層１１１が形成される。続いて、ＺｎＯ拡散源１４５およびＳｉＯ2膜１４７をエッチングにより除去する。
【０１１３】
次に、図１１（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ＳｉＯ2膜を形成する。さらに、ＳｉＯ2膜をフォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによってパターニングすることによって、共振器端面側領域１１２と内部領域１１３とを横切る方向に延びるストライプ状のＳｉＯ2マスク１５０を形成する。続いて、ＳｉＯ2マスク１５０をマスクとするエッチングを行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１０６およびキャップ層１１０を除去する。
【０１１４】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。このとき、酸化膜であるＳｉＯ2マスク１５０の上には電流ブロック層１０５がほとんど堆積しない。続いて、ＳｉＯ2マスク１５０およびキャップ層１１０をエッチングにより除去する。
【０１１５】
次に、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図９（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【０１１６】
続いて、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。このことによって、図８に示す本実施形態の半導体レーザ装置８０が得られる。
【０１１７】
本実施形態の半導体レーザ装置８０の動作は、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と全く同様であるのでここでは説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態の半導体レーザ装置８０には、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０および上記実施形態２の半導体レーザ装置５０と同様に、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このため、上記実施形態１と全く同様の効果が得られる。
【０１１９】
また本実施形態においても、拡散防止層１０３、ガイド層１０２ｂ、およびｐ型第１クラッド層１０４の構成を上記実施形態１と同様の構成としてもよい。
【０１２０】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【０１２１】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルク型量子井戸構造の活性層を用いてもよい。
【０１２２】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【０１２３】
特に、本実施形態の半導体レーザ装置８０は、図８に示すように、共振器端面側領域１１２で活性層が混晶化された、いわゆる窓構造を有する。混晶化活性層１１１は、内部領域１１３における活性層１０２より大きなバンドギャップを有するため、共振器端面側領域１１２での光吸収が抑制される。このため、本実施形態の半導体レーザ装置８０では、端面破壊レベルが向上し、長時間動作における内部の構造の劣化が非常に小さくなる。つまり、本実施形態によれば、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【０１２４】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置８０では、図８に示すように、共振器端面側領域１１２において、電流ブロック層１０５に開口部１２１が形成されている。さらに、共振器端面側領域１１２にはＺｎが拡散されているので、共振器端面側領域１１２全体の抵抗が低下している。このため、共振器端面側領域１１２では、開口部１２１を通じてレーザ発振に寄与しないリーク電流が流れることがある。
【０１２５】
このことを防止するために、共振器端面側領域１１２においてのみ、電流ブロック層１０５に開口部１２１を形成しない構成、つまり、共振器端面側領域１１２においてのみ、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５を形成する構成としてもよい。このことを以下に説明する。
【０１２６】
図１２（ａ）は、半導体レーザ装置９０の構造を表す斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）中に示す線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【０１２７】
図１２（ａ）に示すように、半導体レーザ装置９０は、半導体レーザ装置８０とほぼ同じ構造を有する。図１２（ｂ）に示すように、半導体レーザ装置９０の内部領域１１３の構造は、半導体レーザ装置８０と全く同じであり、電流ブロック層１０５に開口部１２１が形成されている。但し、図１２（ａ）に示すように、共振器端面側領域１１２においてのみ、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成されている点が異なる。
【０１２８】
半導体レーザ装置９０では、共振器端面側領域１１２において、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成されているので、共振器端面側領域１１２にリーク電流が流れることが防止される。
【０１２９】
半導体レーザ装置９０の製造方法は、上述した半導体レーザ装置８０の製造方法とほぼ同じである。但し、図１１（ｂ）に示す工程の直前に、共振器端面側領域１１２に位置するキャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１５０を除去する点でのみ異なる。
【０１３０】
図１１（ｂ）に示す工程の直前に、共振器端面側領域１１２に位置するキャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１５０を除去すれば、図１１（ｂ）に示す工程で、共振器端面側領域１１２に位置するｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成される。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態１の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図３】図３は、従来の半導体レーザ装置のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図４】図４は、実施形態１の半導体レーザ装置のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図５】図５は、実施形態２の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、実施形態２の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、実施形態２の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図８】図８は、実施形態３の半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）中に示す線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【符号の説明】
１０、５０、８０、９０ 半導体レーザ装置
１００ 基板
１０１ ｎ型クラッド層
１０２ａ、１０２ｂ ガイド層、
１０２ 活性層
１０３ 拡散防止層
１０４ ｐ型第１クラッド層
１０５ 電流ブロック層
１０６ ｐ型第２クラッド層
１０７ コンタクト層
１０８ ｎ側電極
１０９ ｐ側電極
１１０ キャップ層
１１１ 混晶化活性層
１１２ 共振器端面側領域
１１３ 内部領域
１２０、１２１ 開口部
１３０ エッチングストップ層
１４０、１５０ ＳｉＯ2マスク
１４５ ＺｎＯ拡散源
１４７ ＳｉＯ2膜
【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し、特に、半導体レーザ装置の高出力化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高密度記録可能なＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）装置は、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｄｅｏ）機器やＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｏｒ）等の分野で急速に普及している。特に、書き込み可能なＤＶＤ装置（ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなど）は、ＰＣ等に搭載される大容量記憶装置、およびポストＶＴＲ（Ｖｉｄｅｏ Ｔａｐｅ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）としてのＤＶＤレコーダなどの用途に大いに期待されている。
【０００３】
上記のＤＶＤ装置のピックアップ光源には、波長６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザが用いられている。特に、近年の光ディスクの高密度化・大容量化に伴って、光ディスクへの書き込み速度を向上させるために、ピックアップ光源には８０ｍＷを越える高出力動作が要求されている。
【０００４】
しかしながら、半導体レーザ装置を高出力化すると、出力が飽和する課題がある。特に、高温での動作においてこの課題は顕著である。これは、赤色レーザのｐ型クラッド層を構成するＡｌＧａＩｎＰ系材料において、伝導帯の電子に対するバンド障壁を充分に確保することができないという材料上の制約があるからである。このために、高温、高出力動作条件下では、電子のオーバーフローが増大し、注入電流のうち発光に寄与しない成分が増大する。
【０００５】
電子のオーバーフローを抑制するためには、ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度を高くし、電子に対するバンド障壁を大きくすること、すなわちｐ型クラッド層へのｐ型不純物の高濃度ドーピングが効果的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中では、一般的にｐ型不純物の拡散係数が大きいので、固相拡散の影響が無視できない。例えばＺｎは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中での拡散係数が１×１０-13〜６×１０-13ｃｍ2ｓ-1であり、赤外レーザに用いられているＡｌＧａＡｓ材料中での拡散係数に比べて２桁程度大きいことが報告されている。さらに、不純物の拡散係数は、ドーピング濃度の２乗に比例するため、高濃度ドーピングにおいてこの影響は顕著となる。
【０００７】
図３は、従来の半導体レーザ装置における活性層およびクラッド層のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。図３に示すように、活性層には意図的に不純物を添加していないにも関わらず、Ｚｎが混入している。これは、半導体レーザ装置を作製するための結晶成長、熱処理などのプロセス中に、ｐ型クラッド層に添加された不純物が活性層中に拡散したためである。また、半導体レーザ装置の動作中にも、同様の不純物の拡散が生じる。活性層に不純物が拡散すると、非発光再結合中心が形成されるので、半導体レーザ装置の特性が低下する。また、結晶欠陥が生成するため半導体レーザ装置の寿命が短くなる。
【０００８】
上述した活性層への不純物拡散のために、ｐ型クラッド層へのｐ型不純物の高濃度ドーピングは困難であった。
【０００９】
そこで、活性層への不純物拡散を抑制するための方法として、特開２０００−２８６５０７号公報には、アンドープのスペーサ層をｐ型クラッド層と光ガイド層の間に設けることによって、不純物をスペーサ層において吸収させる方法が開示されている。ＡｌＧａＩｎＰ系レーザにおいて、この方法を用いてｐ型クラッド層のドーピング濃度を高濃度にする場合、不純物拡散を抑制するためのスペーサ層の層厚を充分大きくする必要がある。しかしながら、スペーサ層の厚さが大きくなるにつれて直列抵抗が高くなり、動作電流が増大する、あるいは、スペーサ層の影響によって所望のビーム形状を得ることが困難になるという不具合がある。
【００１０】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板と、上記半導体基板上に形成されたリンを含む化合物半導体からなる活性層と、上記活性層上に形成された化合物半導体からなるガイド層と、上記ガイド層上に形成されたヒ素を含む化合物半導体からなるドーパント拡散防止層と、上記ドーパント拡散防止層上に形成され、ドーパントを含む化合物半導体からなるクラッド層とを備える。
【００１２】
ヒ素を含むドーパント拡散防止層をクラッド層と活性層との間に設けた構造とすることによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止することができる。このため、ドーパントが高濃度で注入されたクラッド層を設けることができる。さらに、ガイド層をドーパント拡散防止層と活性層との間に設けた構造とすることによって、活性層に含まれるリンとドーパント拡散防止層に含まれるヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。従って、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【００１３】
上記クラッド層における上記ドーパントの濃度は、５×１０17atoms・cm-3以上１×１０19atoms・cm-3以下であることが好ましい。
【００１４】
このことによって、電子のオーバーフローが抑制され、高温、高出力動作が可能な赤色半導体レーザ装置が得られる。
【００１５】
クラッド層から活性層へのドーパントの拡散が抑制・防止されるので、ドーパントが高濃度で注入されたクラッド層を設けることが可能となる。従って、ドーパントの濃度が設計通りの濃度となっている半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１６】
本発明は、上記ドーパントが亜鉛である場合に、特にクラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止する高い効果が得られる。
【００１７】
上記ガイド層の厚さは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
上記ドーパント拡散防止層の厚さは、２ｎｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
上記ドーパント拡散防止層の厚さは、５０ｎｍ以下であってもよい。
【００２０】
上記半導体基板は、ＧａＡｓから形成されており、上記活性層は、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から形成されており、上記ドーパント拡散防止層は、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）から形成されていてもよい。
【００２１】
上記ドーパント拡散防止層は、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ＜１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層とが交互に堆積されている層であることが好ましい。
【００２２】
ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層との界面は、ヘテロ接合界面となる。ヘテロ接合界面が繰り返される構造とすることによって、ドーパントの拡散を抑制する効果を向上させることができる。
【００２３】
上記ドーパント拡散防止層を形成する化合物半導体は、さらに炭素、ベリリウムまたはマグネシウムを含むことが好ましい。
【００２４】
このことによって、ドーパント拡散防止層の導電型をｐ型にすることができる。従って、ドーパント拡散防止層の電気抵抗が減少し、半導体レーザ装置の消費電力を低減することができる。
【００２５】
上記ドーパント拡散防止層を形成する化合物半導体は、さらにシリコンまたはセレニウムを含むことが好ましい。
【００２６】
このことによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散をさらに抑制・防止する効果が向上する。
【００２７】
上記活性層は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体から形成された２つの層が交互に堆積されている第１領域と、上記互いにバンドギャップが異なる化合物半導体が混晶化されている第２領域とを有し、上記第２領域は、上記第１領域と互いに隣接していることが好ましい。
【００２８】
活性層の第１領域は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体から形成された２つの層が交互に堆積された多重量子井戸構造となっている。活性層の第２領域は、互いにバンドギャップが異なる化合物半導体が混晶化されており、第１領域の２種類のバンドギャップと異なるバンドギャップの単一量子井戸構造となっている。このため、第１領域から放出されたビームは、そのエネルギーに対応するバンドギャップが存在しない活性層の第２領域を通過する際に、ほとんど吸収されない。つまり、ビームの劣化が抑制された半導体レーザ装置が得られる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に、リンを含む化合物半導体からなる活性層と、化合物半導体からなるガイド層とを順に堆積する工程（ａ）と、基板上に、ヒ素を含む化合物半導体からなるドーパント拡散防止層を堆積する工程（ｂ）と、基板上に、ドーパントを含む化合物半導体からなる第１クラッド層を堆積する工程（ｃ）とを含む。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、ヒ素を含むドーパント拡散防止層をクラッド層と活性層との間に設けることによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散を抑制・防止することができる。このため、クラッド層にドーパントを高濃度で添加することができる。さらに、ガイド層をドーパント拡散防止層と活性層との間に設けることによって、活性層に含まれるリンとドーパント拡散防止層に含まれるヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。従って、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【００３１】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を堆積する工程（ｄ）と、上記電流ブロック層にストライプ状の開口部を形成する工程（ｅ）と、基板上に、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層を堆積する工程（ｆ）とをさらに含んでもよい。
【００３２】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、エッチングストップ層と、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層と、キャップ層とを順に堆積する工程（ｇ）と、上記キャップ層上に開口部を有するマスクを形成する工程（ｈ）と、上記マスクを用いて、上記開口部内の領域に位置する上記第２クラッド層および上記キャップ層を除去し、上記開口部内に上記エッチングストップ層を露出させる工程（ｉ）と、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を形成する工程（ｊ）とをさらに含んでもよい。
【００３３】
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、第１開口部を有する第１マスクを形成する工程（ｋ）と、上記第１マスクを用いて、上記第１開口部内の領域に位置する上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが除去された第２領域と、上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが堆積された第１領域とを形成する工程（ｌ）と、上記第１マスクを除去した後に、基板上に、上記第１クラッド層を再度堆積し、さらにエッチングストップ層と、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層と、キャップ層とを順に堆積する工程（ｍ）と、基板の上記第２領域上に、ドーパント拡散用マスクを形成し、熱処理を行なう工程（ｎ）と、上記ドーパント拡散用マスクを除去した後、基板の上記第１領域上と基板の上記第２領域上とを横切る第２開口部を有する上記第２マスクを形成する工程（ｏ）と、上記第２マスクを用いて、上記第２開口部内の領域に位置する上記第２クラッド層および上記キャップ層を除去し、上記第２開口部内に上記エッチングストップ層を露出させる工程（ｐ）と、基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を形成する工程（ｑ）とをさらに含んでもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１から図１１を参照しながら説明する。なお、簡単のため、各実施形態に共通する構成要素は、同一の参照符号で示す。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置１０は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００３７】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【００３８】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【００３９】
電流ブロック層１０５には、ｐ型第１クラッド層１０４に到達する開口部１２０が、紙面に垂直な方向に延びるストライプ状に形成されている。開口部１２０において、ｐ型第１クラッド層１０４とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。開口部１２０を通じて電流が活性層１０２に注入されてレーザ発振を生じる。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【００４１】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置１０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表１に示す。
【００４２】
【表１】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【００４４】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【００４５】
まず、図２（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【００４６】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、キャップ層１１０をエッチングによって除去した後、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜を紙面に垂直な方向に延びるストライプ状にパターニングし、このレジスト膜をマスクとして電流ブロック層１０５をエッチングする。このことによって、電流ブロック層１０５に、紙面に垂直方向に延びるストライプ状の開口部１２０を形成する。
【００４８】
続いて、図２（ｃ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。次に、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。ここで、ｐ型第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図２（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【００４９】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置１０の動作を説明する。
【００５０】
ｎ型電極１０８とｐ側電極１０９との間に電圧を印加し、ｎ型電極１０８とｐ側電極１０９との間に電流を注入すると、注入された電流はｐ型ＡｌＧａＩｎＰｐ型第２クラッド層１０６におけるｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流ブロック層１０５により狭窄され、活性層１０２において発振波長が６５０ｎｍであるレーザ光が放射される。
【００５１】
なお、上述のようにして得られた本実施形態の半導体レーザ装置１０を動作させたところ、７０℃の環境温度下においても熱飽和することなく、１００ｍＷの出力が得られた。
【００５２】
本実施形態の半導体レーザ装置１０には、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このことによって、ｐ型第１クラッド層１０４、電流ブロック層１０５、およびキャップ層１１０の堆積時に、ｐ型第１クラッド層１０４から活性層１０２へのｐ型不純物（本実施形態ではＺｎ）の拡散を抑制・防止することができる。
【００５３】
一般的に、ＡｌＧａＡｓ系材料中でのｐ型不純物の拡散係数は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料中での不純物の拡散係数よりも小さく、例えば不純物がＺｎである場合、拡散係数が２桁程度小さい。従って、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３をｐ型第１クラッド層１０４とガイド層１０２ｂとの間に設けることによって、効果的に不純物の拡散を抑制・防止することができる。
【００５４】
同様に、ｐ型第２クラッド層１０６、コンタクト層１０７の堆積時において、ｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型第２クラッド層１０６、およびコンタクト層１０７から活性層１０２への不純物の拡散を抑制・防止することも、勿論可能である。
【００５５】
ここで、本実施形態の半導体レーザ装置１０において、活性層１０２への不純物の拡散を抑制する効果を以下に具体的に説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態の半導体レーザ装置１０のｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、拡散防止層１０３およびｐ型第１クラッド層１０４の二次イオン質量分析（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：以下、ＳＩＭＳと称する）プロファイルを示す。
【００５７】
図４に示すように、ｐ型第１クラッド層１０４に２×１０18atoms・cm-3程度の高濃度のＺｎをドーピングしているにも関わらず、拡散防止層１０３によって活性層１０２への不純物の拡散が、図３に示す従来の半導体レーザ装置の場合に比べて効果的に抑制されていることがわかる。
【００５８】
本実施形態の半導体レーザ装置１０では、拡散防止層１０３により、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７から、活性層１０２中へのｐ型不純物（本実施形態ではＺｎ）の混入は見られない。つまり、活性層１０２へのｐ型不純物の拡散が効果的に防止されている。
【００５９】
さらに、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３は、動作中においてもｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７から、活性層１０２へのｐ型不純物の拡散も抑制・防止することが可能である。したがって、本実施形態の半導体レーザ装置１０は、動作中に劣化することがなく、高い信頼性を備える。
【００６０】
なお、本実施形態に示すように、拡散防止層１０３は、ｐ型第１クラッド層１０４等に注入される不純物として、Ｚｎのような拡散係数の大きい不純物に対する拡散防止効果が特に大きいが、これに限定されない。例えば、ｐ型第１クラッド層１０４等に添加される不純物として、Ｂｅ、Ｍｇ、ＳｉまたはＣなどの不純物を添加した場合にも同様の拡散防止効果が得られる。
【００６１】
拡散防止層１０３は、厚さが２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。このことによって、効果的に活性層１０２への不純物の拡散を抑制・防止することが可能である。拡散防止層１０３の厚さが２ｎｍ未満であると、ｐ型不純物が拡散防止層１０３を突き抜け、活性層１０２に到達するおそれがある。また、拡散防止層１０３の厚さが５０ｎｍより大きくなると、基板に垂直な方向の光の分布が大きな影響を受ける。このため、所望のビーム形状を得るための設計マージンが小さくなる。
【００６２】
本実施形態では、活性層１０２は、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成されており、拡散防止層１０３は、ＡｌＧａＡｓから構成されている。元素含有比率を考慮した場合、活性層１０２は、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から形成されており、拡散防止層１０３は、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）から形成されていればよい。
【００６３】
また、拡散防止層１０３は、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層とが交互に堆積されている層であることが好ましい。これは、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ≦１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層との界面（ヘテロ接合界面）が繰り返される構造となるからである。このことによって、不純物の拡散を抑制する効果を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体は、ＡｌＧａＡｓであるが、さらに、シリコンまたはセレンを含むことが好ましい。このことによって、クラッド層から活性層へのドーパントの拡散をさらに抑制・防止する効果が向上する。
【００６５】
特に、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、炭素、ベリリウムまたはマグネシウムのいずれか１つの元素を含むものを用いることによって、拡散防止層１０３の導電型をｐ型にすることができる。このことによって、拡散防止層１０３の電気抵抗が減少し、半導体レーザ装置１０の消費電力を低減することができる。
【００６６】
具体的には、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらに炭素を含むものを用いる場合、炭素の濃度は１×１０17〜１×１０20atmos・cm-3の範囲内であることが好ましい。また、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらにベリリウムを含むものを用いる場合、ベリリウムの濃度は１×１０17〜１×１０19atmos・cm-3の範囲内であることが好ましく、拡散防止層１０３を形成する化合物半導体として、さらにマグネシウムを含むものを用いる場合、マグネシウムの濃度は１×１０17〜１×１０19atmos・cm-3の範囲内であることが好ましい。
【００６７】
なお、さらに炭素を含む化合物半導体からなる拡散防止層１０３を形成するためには、上述した半導体レーザ装置１０の製造方法の図２（ａ）に示す工程において、拡散防止層１０３を堆積する際に、炭素をドーピングすればよい。ベリリウムまたはマグネシウムについても、全く同じ方法を適用すればよい。
【００６８】
本実施形態において、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂの厚さを３０ｎｍとしたが、ガイド層１０２ｂの厚さは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。このことによって、活性層１０２と拡散防止層１０３との間のリンとヒ素との相互拡散を抑制・防止することができる。ガイド層１０２ｂの厚さが１０ｎｍ未満になると、活性層１０２と拡散防止層１０３との間のリンとヒ素との相互拡散を防止する効果が発揮できない。また、ガイド層１０２ｂの厚さが５０ｎｍより大きくなると、ガイド層１０２ｂの電気抵抗が増大し、半導体レーザ装置１０の消費電力が大きくなる。
【００６９】
また、本実施形態の半導体レーザ装置１０の構成において、ｐ型第１クラッド層１０４の不純物濃度が５×１０17atoms・cm-3〜１×１０19atoms・cm-3の範囲内であることが好ましい。このことによって、電子のオーバーフローが抑制され、高温、高出力動作が可能な赤色半導体レーザ装置を実現することができる。不純物濃度が５×１０17atoms・cm-3以下であると、電子のオーバーフローが顕著となる。従って、動作電流が増大し、温度特性が低下する。逆に、不純物濃度が１×１０19atoms・cm-3以上であると結晶性が低下し、半導体レーザ装置の信頼性の低下を招く。
【００７０】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【００７１】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルクの活性層を用いてもよい。
【００７２】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【００７３】
（実施形態２）
図５は、本実施形態の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【００７４】
図５に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置５０は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００７５】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【００７６】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【００７７】
電流ブロック層１０５には、紙面に垂直な方向に延び、エッチングストップ層１３０に到達する開口部１２１が形成されている。開口部１２１において、エッチングストップ層１３０とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。電流が開口部１２１を通じて活性層１０２に注入されることによって、レーザ発振が生じる。
【００７８】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【００７９】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置５０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表２に示す。
【００８０】
【表２】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、エッチングストップ層１３０、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【００８２】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図６および図７を参照しながら説明する。図６（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【００８３】
まず、図６（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【００８４】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４およびｐ型第２クラッド層１０６を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【００８５】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ＳｉＯ2膜を形成する。さらに、ＳｉＯ2膜をフォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによってパターニングすることによって、紙面に垂直方向に延びるストライプ状のＳｉＯ2マスク１４０を形成する。続いて、ＳｉＯ2マスク１４０をマスクとするエッチングを行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１０６およびキャップ層１１０を除去する。
【００８６】
次に、図７（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。このとき、酸化膜であるＳｉＯ2マスク１４０の上には電流ブロック層１０５が堆積しない。
【００８７】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、キャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１４０をエッチングによって除去した後、得られた基板上に、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。
【００８８】
次に、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。このことによって、図５に示す本実施形態の半導体レーザ装置５０が得られる。
【００８９】
本実施形態の半導体レーザ装置５０の動作は、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と全く同様であるのでここでは説明を省略する。
【００９０】
本実施形態の半導体レーザ装置５０には、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と同様に、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このため、上記実施形態１と全く同様の効果が得られる。
【００９１】
また、本実施形態においても、拡散防止層１０３、ガイド層１０２ｂ、およびｐ型第１クラッド層１０４の構成を上記実施形態１と同様の構成としてもよい。
【００９２】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【００９３】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルクの活性層を用いてもよい。
【００９４】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【００９５】
（実施形態３）
図８は、本実施形態の半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。
【００９６】
図８に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置８０は、共振器端面側領域１１２と、内部領域１１３とを備える構造（いわゆる窓構造）を有する。
【００９７】
共振器端面側領域１１２は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとが混晶化された混晶化活性層１１１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００９８】
内部領域１１３は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ（厚さ３０ｎｍ）、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成される量子井戸からなる活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ（厚さ３０ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６、およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７が順に積層された構造を有している。
【００９９】
なお、本実施形態において、活性層１０２の構造は、ＧａＩｎＰ層をＡｌＧａＩｎＰ層でサンドイッチした構造の繰り返しとなっている。
【０１００】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の下面の上には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００とオーミック接触する金属（例えばＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの合金）からなるｎ側電極１０８が形成されている。また、コンタクト層１０７の上には、コンタクト層１０７とオーミック接触する金属（例えばＣｒ、Ｐｔ、Ａｕの合金）からなるｐ側電極１０９が形成されている。
【０１０１】
電流ブロック層１０５には、エッチングストップ層１３０に到達する開口部１２１が、紙面に垂直な方向に延びるストライプ状に形成されている。開口部１２１において、エッチングストップ層１３０とｐ型第２クラッド層１０６とが接触している。
【０１０２】
なお、本実施形態では、ＡｌＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を意味する。ＧａＩｎＰは、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰにおいてｘ＝０であるもの意味する。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）を意味する。
【０１０３】
上述の本実施形態の半導体レーザ装置８０が備える各層の具体的な組成、厚さおよび不純物濃度を表３に示す。
【０１０４】
【表３】
本実施形態では、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰで表される材料からなるｎ型クラッド層１０１、ガイド層１０２ａ、活性層１０２、混晶化活性層１１１、ガイド層１０２ｂ、ｐ型第１クラッド層１０４、エッチングストップ層１３０、電流ブロック層１０５およびｐ型第２クラッド層１０６では、Ｉｎの組成比を表すｙの値が約０．５となっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１００に格子整合させるためには、Ｉｎの組成比を表すｙの値が０．４５≦ｙ≦０．５５の範囲内であることが好ましい。勿論、他の基板を用いる場合は、基板に応じてｙの値を変化させればよく、上記の範囲内に限られない。
【０１０６】
次に、この半導体レーザ装置の製造方法について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９〜図１１は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【０１０７】
まず、図９（ａ）に示す工程で、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１００を用意する。次に、基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０１、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ａ、活性層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層１０２ｂ、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。なお、活性層１０２は、ＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＰ層とを交互に堆積することによって形成される。
【０１０８】
なお、上記工程でｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法としては、原料ガス中にＺｎ（ＣＨ3）2を混在させてＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後にイオン注入によってＺｎを導入する方法、アンドープのＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後に固相拡散源としてＺｎＯを用い、固相拡散させることによって導入する方法などの当業者に公知の方法が用いられる。
【０１０９】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを行なって、共振器端面側領域１１２にある拡散防止層１０３およびｐ型第１クラッド層１０４を除去する。
【０１１０】
続いて、図９（ｃ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３０、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層１０６およびＧａＡｓからなるキャップ層１１０を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって順に堆積する。ここで、ｐ型第２クラッド層１０６を形成する際にも、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図９（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【０１１１】
次に、図１０（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、スパッタ法などによりＺｎＯ膜を堆積する。続いて、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを行なって、ＺｎＯ膜のうちの内部領域１１３に位置する部分を除去することによって、ＺｎＯ拡散源１４５を形成する。次に、基板上にＳｉＯ2膜１４７を、例えばＣＶＤ法などにより堆積する。
【０１１２】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板を熱処理する。このことによって、ＺｎＯ拡散源１４５からＺｎが活性層１０２まで拡散し、活性層１０２を構成するＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの間で元素が相互に置換される（混晶化）。このことによって混晶化活性層１１１が形成される。続いて、ＺｎＯ拡散源１４５およびＳｉＯ2膜１４７をエッチングにより除去する。
【０１１３】
次に、図１１（ａ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ＳｉＯ2膜を形成する。さらに、ＳｉＯ2膜をフォトリソグラフィ法およびウェットエッチングによってパターニングすることによって、共振器端面側領域１１２と内部領域１１３とを横切る方向に延びるストライプ状のＳｉＯ2マスク１５０を形成する。続いて、ＳｉＯ2マスク１５０をマスクとするエッチングを行なうことによって、ｐ型第２クラッド層１０６およびキャップ層１１０を除去する。
【０１１４】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、上記工程で得られた基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。このとき、酸化膜であるＳｉＯ2マスク１５０の上には電流ブロック層１０５がほとんど堆積しない。続いて、ＳｉＯ2マスク１５０およびキャップ層１１０をエッチングにより除去する。
【０１１５】
次に、上記工程で得られた基板上に、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を、例えばＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法などによって堆積する。ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０７を形成する際には、ｐ型不純物としてＺｎを導入する。Ｚｎの導入方法は、図９（ａ）に示す工程でｐ型第１クラッド層１０４を形成する際に用いられる方法と同様であり、当業者に公知の方法が用いられる。
【０１１６】
続いて、コンタクト層１０７上にｐ側電極１０９を、電子線蒸着法などを用いて形成する。同様に、基板１００側にもｎ側電極１０８を、電子線蒸着法などを用いて形成する。このことによって、図８に示す本実施形態の半導体レーザ装置８０が得られる。
【０１１７】
本実施形態の半導体レーザ装置８０の動作は、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０と全く同様であるのでここでは説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態の半導体レーザ装置８０には、上記実施形態１の半導体レーザ装置１０および上記実施形態２の半導体レーザ装置５０と同様に、ガイド層１０２ｂとｐ型第１クラッド層１０４との間に拡散防止層１０３が設けられている。このため、上記実施形態１と全く同様の効果が得られる。
【０１１９】
また本実施形態においても、拡散防止層１０３、ガイド層１０２ｂ、およびｐ型第１クラッド層１０４の構成を上記実施形態１と同様の構成としてもよい。
【０１２０】
なお、本実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いているが、これに限定されず、ｐ型基板（例えば、ｐ型ＧａＡｓ基板）を用いてもよい。
【０１２１】
また、本実施形態において、活性層１０２として、多重量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これに限定されない。例えば、単一量子井戸構造やバルク型量子井戸構造の活性層を用いてもよい。
【０１２２】
また、本実施形態において、ｎ型電流ブロック層１０５として、ＡｌＧａＩｎＰからなる実屈折率導波型構造のｎ型電流ブロック層を用いているが、これに限定されない。例えば、ＧａＡｓからなる複素屈折率導波型構造の電流ブロック層を用いてもよい。
【０１２３】
特に、本実施形態の半導体レーザ装置８０は、図８に示すように、共振器端面側領域１１２で活性層が混晶化された、いわゆる窓構造を有する。混晶化活性層１１１は、内部領域１１３における活性層１０２より大きなバンドギャップを有するため、共振器端面側領域１１２での光吸収が抑制される。このため、本実施形態の半導体レーザ装置８０では、端面破壊レベルが向上し、長時間動作における内部の構造の劣化が非常に小さくなる。つまり、本実施形態によれば、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【０１２４】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置８０では、図８に示すように、共振器端面側領域１１２において、電流ブロック層１０５に開口部１２１が形成されている。さらに、共振器端面側領域１１２にはＺｎが拡散されているので、共振器端面側領域１１２全体の抵抗が低下している。このため、共振器端面側領域１１２では、開口部１２１を通じてレーザ発振に寄与しないリーク電流が流れることがある。
【０１２５】
このことを防止するために、共振器端面側領域１１２においてのみ、電流ブロック層１０５に開口部１２１を形成しない構成、つまり、共振器端面側領域１１２においてのみ、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５を形成する構成としてもよい。このことを以下に説明する。
【０１２６】
図１２（ａ）は、半導体レーザ装置９０の構造を表す斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）中に示す線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【０１２７】
図１２（ａ）に示すように、半導体レーザ装置９０は、半導体レーザ装置８０とほぼ同じ構造を有する。図１２（ｂ）に示すように、半導体レーザ装置９０の内部領域１１３の構造は、半導体レーザ装置８０と全く同じであり、電流ブロック層１０５に開口部１２１が形成されている。但し、図１２（ａ）に示すように、共振器端面側領域１１２においてのみ、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成されている点が異なる。
【０１２８】
半導体レーザ装置９０では、共振器端面側領域１１２において、ｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成されているので、共振器端面側領域１１２にリーク電流が流れることが防止される。
【０１２９】
半導体レーザ装置９０の製造方法は、上述した半導体レーザ装置８０の製造方法とほぼ同じである。但し、図１１（ｂ）に示す工程の直前に、共振器端面側領域１１２に位置するキャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１５０を除去する点でのみ異なる。
【０１３０】
図１１（ｂ）に示す工程の直前に、共振器端面側領域１１２に位置するキャップ層１１０およびＳｉＯ2マスク１５０を除去すれば、図１１（ｂ）に示す工程で、共振器端面側領域１１２に位置するｐ型第２クラッド層１０６を覆うように電流ブロック層１０５が形成される。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、高温、高出力動作が可能で、且つ、信頼性の高い半導体レーザ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態１の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図３】図３は、従来の半導体レーザ装置のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図４】図４は、実施形態１の半導体レーザ装置のＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図５】図５は、実施形態２の半導体レーザ装置の断面図を示す図である。
【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、実施形態２の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図７】図７（ａ）および（ｂ）は、実施形態２の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す図である。
【図８】図８は、実施形態３の半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の半導体レーザ装置の製造工程における断面構造を模式的に表す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、半導体レーザ装置の構造を表す斜視図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）中に示す線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【符号の説明】
１０、５０、８０、９０ 半導体レーザ装置
１００ 基板
１０１ ｎ型クラッド層
１０２ａ、１０２ｂ ガイド層、
１０２ 活性層
１０３ 拡散防止層
１０４ ｐ型第１クラッド層
１０５ 電流ブロック層
１０６ ｐ型第２クラッド層
１０７ コンタクト層
１０８ ｎ側電極
１０９ ｐ側電極
１１０ キャップ層
１１１ 混晶化活性層
１１２ 共振器端面側領域
１１３ 内部領域
１２０、１２１ 開口部
１３０ エッチングストップ層
１４０、１５０ ＳｉＯ2マスク
１４５ ＺｎＯ拡散源
１４７ ＳｉＯ2膜
Claims (5)
- 半導体基板上に、リンを含む化合物半導体からなる活性層と、化合物半導体からなるガイド層とを順に堆積する工程（ａ）と、
基板上に、ヒ素を含む化合物半導体からなるドーパント拡散防止層を堆積する工程（ｂ）と、
基板上に、ドーパントを含む化合物半導体からなる第１クラッド層を堆積する工程（ｃ）と、
を含む半導体レーザ装置の製造方法において、
上記工程（ｃ）の後に、基板上に、第１開口部を有する第１マスクを形成する工程（ｋ）と、
上記第１マスクを用いて、上記第１開口部内の領域に位置する上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが除去された第２領域と、上記ドーパント拡散防止層と第１クラッド層とが堆積された第１領域とを形成する工程（ｌ）と、
上記第１マスクを除去した後に、基板上に、上記第１クラッド層を再度堆積し、さらにエッチングストップ層と、ドーパントを含む化合物半導体からなる第２クラッド層と、キャップ層とを順に堆積する工程（ｍ）と、
基板の上記第２領域上に、ドーパント拡散用マスクを形成し、熱処理を行なう工程（ｎ）と、
上記ドーパント拡散用マスクを除去した後、基板の上記第１領域上と基板の上記第２領域上とを横切る第２開口部を有する第２マスクを形成する工程（ｏ）と、
上記第２マスクを用いて、上記第２開口部内の領域に位置する上記第２クラッド層および上記キャップ層を除去し、上記第２開口部内に上記エッチングストップ層を露出させる工程（ｐ）と、
基板上に、化合物半導体からなる電流ブロック層を形成する工程（ｑ）と、
をさらに含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記工程（ｑ）の直前に、上記第２領域上に位置する上記キャップ層および上記第２マスクを除去する工程（ｒ）をさらに含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 請求項１または２に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記工程（ｎ）は、ドーパント拡散用マスクを形成した後であって、熱処理を行なう前に、基板上に、さらにＳｉＯ２膜を堆積し、
上記工程（ｏ）は、上記ドーパント拡散用マスクを除去するときに、さらに上記ＳｉＯ２膜を除去することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記半導体基板は、ＧａＡｓから形成されており、
上記活性層は、（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から形成されており、
上記ドーパント拡散防止層は、ＡｌwＧａ1-wＡｓ（０＜ｗ＜１）から形成された層とＧａＡｓから形成された層とが交互に堆積されている層であることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
上記ドーパント拡散防止層を形成する化合物半導体は、さらにシリコンまたはセレンを含む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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