JP4011640B2 - 半導体レーザ，及び半導体レーザの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は半導体レーザ，及び半導体レーザの製造方法に関し、特に端面部分に窓構造を有する高光出力動作が可能な半導体レーザ，及び半導体レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は本願発明者が特願平5-84738 号に提案した従来の半導体レーザの構造を示す断面図であり、図４(a) は半導体レーザ全体を示す斜視図、図４(b) は図１(a) のIVａ−IVａ断面における断面図，即ち半導体レーザの共振器長方向の断面図であり、図１(c) は図１(a) のIVｂ−IVｂ断面における断面図，即ち、リッジ構造領域を含む共振器幅方向の断面図である。図において、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓウエル層（図示せず）とアルミ組成比ｚが０．３〜０．３５であるＡｌｚＧａ1-ｚＡｓバリア層（図示せず）から構成されている活性層として機能する量子井戸構造で、両端に厚さ０．２〜０．３μｍの上記バリア層と同じ組成の光ガイド層を備え、その間に厚さ約８０オングストロームのウエル層と厚さ５０〜８０オングストロームのバリア層が交互に合わせて３層、即ちウエル層２層とバリア層１層が積層されて構成されている。４は厚さが０．２〜０．３μｍであるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５は厚さが約２００オングストロームであるｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７は厚さが２〜３μｍのｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極、１０は厚さ０．８〜１．３μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１１は厚さが約０．７μｍのｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、１２はリッジ構造で、ｎ側電極９側の共振器幅方向の幅が約４μｍ，ｐ側電極８側の共振器幅方向の幅が約５〜６μｍとなるような逆台形形状に形成されており、その共振器長方向においてはリッジ構造１２の端部がレーザ共振器端面に達しない長さとなるように形成されている。１４はシリコン（Ｓｉ）のイオン注入によりディスオーダされた量子井戸構造層、３０は半導体レーザの発光領域、３１は半導体レーザの窓構造領域、ｄはレーザ共振器長方向におけるレーザ共振器端面とリッジ構造１２との距離、即ち非点収差を示している。また、このレーザ素子の大きさは、共振器長方向の長さが３００〜６００μｍ、幅が約３００μｍである。
【０００３】
図５は従来の半導体レーザの製造方法を半導体レーザの１チップについて示す工程図であり、図において、図４と同一符号は同一又は相当する部分を示し、２０ａは絶縁膜，２５はＳｉのイオン注入を示している。
【０００４】
次に、製造方法を図５について説明する。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１上に、下クラッド層２、量子井戸構造層３、第１上クラッド層４、エッチングストッパ層５、第２上クラッド層１０、及び第１コンタクト層１１を順次エピタキシャル結晶成長させ、半導体積層構造を得る。成長後の半導体積層構造の斜視図を図５(a) に示す。次に、この半導体積層構造上の全面に絶縁膜２０ａを形成する。材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等を用いる。この絶縁膜を図５(b) に示すように、半導体レーザの共振器端面から約２０μｍの間隔をあけて、共振器幅方向の長さが約５〜６μｍとなるようにストライプ状にパターニングする。
【０００５】
この絶縁膜２０ａはリッジエッチングのマスクとして機能するもので、図５(c) に示すように、この絶縁膜２０ａをマスクとしてリッジ構造１２が形成されるようエッチングを行う。このエッチングはｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０はエッチングできるが、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５はエッチングされないような選択エッチャントを用いることにより、再現性良くリッジ構造１２を形成できる。このようなエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液が挙げられる。リッジ構造１２を形成した後、エッチングにより露出した面の上方から量子井戸構造層３にシリコンのイオン注入２５を行なう。このイオン注入は、半導体積層構造の上面に対して同時に行なわれるが、リッジ構造１２の上部には絶縁膜２０ａが形成されており、この高さの分だけリッジ構造１２の第１コンタクト層１１の上面と絶縁膜２０ａの上面とが該絶縁膜２０ａにより離されているため、イオンはリッジ構造１２には達せず、該リッジ構造１２にはイオン注入がなされないが、リッジ構造１２の下方領域以外の領域の量子井戸構造層３にはシリコンがイオン注入された領域が形成される。イオン注入しただけでは量子井戸構造層３にはディスオーダは起こらず、なんらかの熱処理によりシリコン原子を結晶中で拡散させて初めてディスオーダが生じるので、イオン注入後、半導体積層構造をアニールするか、又はこの工程以後の結晶成長時の熱を利用して該半導体積層構造を加熱することによって、シリコン原子が拡散され、ディスオーダされた量子井戸構造層１４が形成される。このディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ共振器端面近傍部が窓構造として機能する窓構造領域３１となる。ここでは、まず、アニールを行いディスオーダされた量子井戸構造層１４を形成する。次に、図５(d) のように、リッジ構造１２を埋め込むようにｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６を選択成長させる。なお、リッジ部分１２上には、上記絶縁膜２０が結晶成長時のマスクともなるため、結晶成長はおこらない。次に、ウエットあるいはドライエッチングにより絶縁膜２０を除去した後、さらにｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７を結晶成長し、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１側にｎ側電極９、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７側にｐ側電極８を形成し、図４(a) に示す窓構造を有する半導体レーザが得られる。
【０００６】
次に動作について説明する。図４(a) に示すリッジ構造を有する半導体レーザ１５において、ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６により埋め込まれている領域では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４と、ｎ型電流ブロック層６と、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でそれぞれｐｎｐ接合が形成されており、ｐ側電極１０８側が正になるよう電圧を印加しても、該ブロック層６を有する領域には上記ｐｎｐ接合のうちのいずれかの接合が逆バイアスとなるため電流は流れない。つまりｎ型電流ブロック層６は文字通り電流をブロックする機能を果たすものとなる。よって、ｐ側電極８側に正、ｎ側電極９側に負となるように電圧を印加すると、ホールはリッジ構造１２のｐ型第１コンタクト層１１、ｐ型第２上クラッド層１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層６を経てリッジ構造１２下部の量子井戸構造層３に、また電子はｎ型ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２を経て、量子井戸構造層３に集中して注入され、該量子井戸構造層内で電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。そしてキャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。
【０００７】
ここで、リッジ構造１２が形成されている領域、即ち、レーザ光が生ずる発光領域３０に導波される光について説明する。半導体レーザの縦方向、つまり基板１の成長面と垂直な方向では、活性層となる量子井戸構造層３は、該量子井戸構造層３よりもバンドギャップエネルギーが大きい第２上クラッド層１０と下クラッド層２により挟み込まれているため、半導体レーザの縦方向に屈折率分布が生じ、光は量子井戸構造層３近傍に閉じ込められて量子井戸構造層３に沿って導波される。また、半導体レーザの横方向、即ち共振器幅方向においては、リッジ構造１２の両側の領域には、該リッジ構造１２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が上記リッジ構造１２を挟みこむように形成されているため、半導体レーザの横方向において屈折率分布が生じ、レーザ光は第２上クラッド層１０と電流ブロック層６との屈折率差により横方向に閉じ込められ、リッジ構造１２に沿って導波される。
【０００８】
次に窓構造について説明する。一般にコンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスク装置の光源として用いられる０．８μｍ帯の波長のレーザ光を発するＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザでは、その最大光出力は、レーザ共振器端面破壊が発生する光出力で決定される。即ち、端面破壊は、端面領域の表面凖位の影響で端面近傍のバンドギャップエネルギーが実効的に大きくなることによって生じるレーザ光の吸収によって発生した熱で、半導体レーザの量子井戸構造層を構成する結晶自体が溶融するために発生するものであり、この端面破壊が発生すると共振器の機能を果たさなくなるからである。よって高光出力動作を実現するためには、より高い光出力でも端面破壊が生じない工夫が必要である。このためには端面領域でレーザ光を吸収しにくくする構造、つまりレーザ光に対して“透明”となるような窓構造を設けることが非常に有効である。この窓構造は、端面近傍の領域のバンドギャップエネルギーがレーザ光を発する量子井戸構造層のバンドキャップエネルギーよりも高くなるようにして形成される。図４(a) に示す従来の半導体レーザ１５においては、活性層が量子井戸構造層３となっており、このレーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層３の近傍部はＳｉのイオン注入によりディスオーダされており、このディスオーダはＳｉ等の不純物を拡散させることにより、量子井戸構造層３を構成する厚さの非常に薄い各層の構成原子を混じりあわせてほぼ均一な組成の層とするもので、ディスオーダされた領域の量子井戸構造層１４は、その他の領域の量子井戸構造層３よりも実効的なバンドギャップエネルギーが大きくなる。このため、上記従来の半導体レーザにおいては、レーザ光の導波路となるリッジ構造１２の下方の量子井戸構造層３よりもレーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層のほうがバンドギャップエネルギーが大きくなっており、この端面近傍が窓構造として機能する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窓構造を有するリッジ構造の半導体レーザは以上のように構成されており、レーザ共振器端面破壊を防止するには非常に有効であるが、以下のような問題があった。すなわち、半導体レーザの縦方向においては、発光領域３０と、窓構造領域３１とのいずれの領域においても、活性層である量子井戸構造層３は、該量子井戸構造層３よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２とｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０とにより，または上記上クラッド層２とｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６とにより挟み込まれているため、縦方向の屈折率分布が存在しており、これによりレーザ光は半導体レーザの端面に達するまで量子井戸構造層３に沿って広がらずに進み、レーザ端面から出射された時点で広がりながら出射される。
【００１０】
また、半導体レーザ１５の横方向においては、発光領域３０は、上述したように、リッジ構造１２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０の両側部に、該第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が設けられているので、横方向に屈折率分布が生じ、第２上クラッド層１０の下方の領域に光が閉じ込められて、リッジ構造１２の下方の量子井戸構造層３において発生した光はリッジ構造１２に沿って導波される。
【００１１】
しかしながら、窓構造領域３１においては、光が導波されるリッジ構造１２の延長上の領域にも、導波路領域以外の領域と，同じ電流ブロック層６が形成されており、横方向においては屈折率分布が存在しないため、横方向の屈折率分布の存在する発光領域３０では、横方向に閉じ込められて広がらずに導波されたレーザ光が、該窓構造領域３１では横方向に広がりながら導波される。この結果、縦方向と横方向においてレーザ光の広がり始める地点が異なり、リッジ端部とレーザ端面との距離の非点収差ｄが発生する。通常の半導体レーザを用いた装置においては、半導体レーザから出射された光をレンズにより集光してスポット径の非常に小さい光として利用されることが多く、このような場合においては、スポット径を微細なものとすることが望まれるが、このような非点収差ｄが発生すると、上記レーザ出射光を集光するレンズの焦点が半導体レーザの縦方向と横方向とで非点収差分だけずれてしまうため、縦方向と横方向の焦点を同時に合わせることができず、結果的にスポット径の大きなレーザ光しか得られないという問題があった。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、窓構造を有しており、かつ、スポット径の小さなレーザ光を得ることができる半導体レーザ、及び半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザは、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層と、この電流ブロック層，及び上記リッジ構造上に配置された第２導電型第２コンタクト層とを備えたものである。
【００１４】
また、上記半導体レーザにおいて、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１，第２のコンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたものである。
【００１５】
また、この発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記第１上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成し、さらに、上記第２の絶縁膜を除去した後、上記リッジ構造上，及び電流ブロック層上に第２導電型の第２コンタクト層を形成するようにしたものである。
【００１６】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１，第２のコンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたものである。
【００１７】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたものである。
【００１８】
【作用】
この発明においては、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層とを備えたから、上記量子井戸構造活性層のレーザ共振器端面近傍の領域をその他の領域よりもそのバンドギャップエネルギーを大きくして、これを窓構造とすることができるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００１９】
また、この発明においては、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなるものとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向に屈折率分布を形成することができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無の差による非点収差をなくすことができる。
【００２０】
また、この発明においては、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記第１上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成するようにしたから、上記量子井戸構造活性層のレーザ共振器端面近傍の領域をその他の領域よりもそのバンドギャップエネルギーを大きくして、これを窓構造とすることができるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００２１】
また、この発明においては、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなるものとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００２２】
また、この発明においては、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたから、制御性よく容易にエッチングを行なうことができる。
【００２３】
【実施例】
実施例１．
図１は本発明の第１の実施例による半導体レーザの構造を示す断面図であり、図１(a) は半導体レーザ全体を示す斜視図、図１(b) は図１(a) のＩａ−Ｉａ断面における断面図，即ち半導体レーザの共振器長方向の断面図であり、図１(c) は図１(a) のＩｂ−Ｉｂ断面における断面図，即ちリッジ構造領域を含む共振器幅方向の断面図である。図において、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓウエル層（図示せず）とアルミ組成比ｚが０．３〜０．３５であるＡｌｚＧａ1-ｚＡｓバリア層（図示せず）から構成されている活性層として機能する量子井戸構造層で、両端に厚さ０．２〜０．３μｍの上記バリア層と同じ組成の光ガイド層を備え、その間に厚さ約８０オングストロームのウエル層と厚さ５０〜８０オングストロームのバリア層が交互に３層、即ちウエル層２層とバリア層１層が積層されて構成されている。４は厚さが０．０５〜０．５μｍであるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５は厚さが約２００オングストロームであるｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７は厚さが２〜３μｍのｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極、１０は厚さ０．８〜１．３μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１１は厚さが約０．７μｍのｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、２２はリッジ構造で、ｎ側電極９側の共振器幅方向の幅が約４μｍ，ｐ側電極８側の共振器幅方向の長さが約５〜６μｍとなるような逆台形形状に形成されており、その共振器長方向においてはその端部がレーザ共振器端面に達する長さに形成されており、そのレーザ共振器端面近傍以外の領域はｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０と該第２上クラッド層１０上に形成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１とにより構成され、そのレーザ共振器端面近傍部分は上記ｐ型第２上クラッド層１０と組成が等しく導電型が反対であるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａと、該第１埋込み層１０ａ上に形成された、上記ｐ型第１コンタクト層１１と組成が等しく導電型が反対であるｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａとにより構成されている。１４はシリコン（Ｓｉ）のイオン注入によりディスオーダされた量子井戸構造層３を示している。本実施例の半導体レーザの大きさは共振器長方向の長さが３００〜６００μｍ、幅が約３００μｍとなっている。
【００２４】
図２は本実施例１の半導体レーザの製造方法を半導体レーザの１チップについて示す工程図であり、図において、図１と同一符号は、同一又は相当する部分を示し、２０は第１の絶縁膜，２１は第２の絶縁膜、２５はＳｉのイオン注入、３２は台状構造で、その共振器幅方向の長さは、上記第１のリッジ構造よりも長く、その共振器長方向の長さは、上記第２上クラッド層１０と第１コンタクト層１１の共振器長方向の長さと等しく、この台状構造３２のレーザ出射端面側の端部とレーザ出射端面との距離は両側とも約２０μｍとなっている。
【００２５】
次に、製造方法について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１上に、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層２、量子井戸構造層３、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０、ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１を順次エピタキシャル結晶成長させて、半導体積層構造を得る。成長後の半導体積層構造の斜視図を図２(a) に示す。
【００２６】
続いて、半導体積層構造の上面にＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等の絶縁膜２０を形成し、該絶縁膜２０に窓構造領域３１とする領域で一部途切れているストライプ形状のパターニングを行なう。このストライプ状の絶縁膜２０の幅は、その後工程で形成するリッジ構造２２の幅よりも広い値となるようにする。この絶縁膜２０はエッチングのマスクとして機能する。図２(b) に絶縁膜２０のパターニング後の斜視図を示す。
【００２７】
次にこの絶縁膜２０をマスクとしてエッチングを行なう。このエッチングによりｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０のみをエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でエッチングを止めて、台状構造３２を形成する。このエッチングストッパ層５はエッチング時にエッチングをこの層５でストップさせる機能を有するもので、ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層７とｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層６をエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でストップするような選択エッチングとしては、酒石酸と過酸化水素の混合液を用いることによってこれを実現できる。さらに、図２(c) に示すように、上記エッチングの後に、上記エッチングにより除去した領域から量子井戸構造層３にイオン注入２５を行う。ここで、ディスオーダを生じさせるためのイオン種としてはＳｉが適当である。この結果、第１のリッジ構造３２の下部領域以外の量子井戸構造層３にはＳｉイオンが注入された領域が形成される。なお、このイオン注入は上記半導体積層構造の上面の全領域に対して行なわれるが、台状構造３２に対しては、これはその上部に絶縁膜２０を有しており、その表面の第１コンタクト層１１と絶縁膜２０の表面との間には絶縁膜２０の厚さ分だけの距離があるため、イオン注入が行なわれない。ここで、イオン注入しただけでは量子井戸構造層３のディスオーダは起こらず、なんらかの熱処理によりＳｉ原子を結晶中で拡散させて始めてディスオーダが生じる。この熱処理としてはウエハにＡｓ圧をかけながら７００℃以上でアニールする方法が一般的である。このような熱処理を行なうことで、量子井戸構造層３ではＳｉが拡散しウエル層のディスオーダが生じて、そのＳｉイオンが注入された領域がディスオーダされた量子井戸構造層領域１４となり、このディスオーダされた領域１４の実効的バンドギャップエネルギーは、台状構造３２の下方に位置するディスオーダされていない量子井戸構造層３の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きくなり、このディスオーダされた量子井戸構造層領域１４のレーザ共振器端面近傍がレーザ光の窓構造部として機能する窓構造領域３１となる。ここで、本実施例では、台状構造３２以外の領域の半導体積層構造の表面から量子井戸構造層３までの距離、すなわちｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４の層厚は上述したように０．０５〜０．５μｍであるので、イオン注入時の加速電圧は６０〜６００ｋｅＶ程度とする。また、このイオン注入は、上記第１上クラッド層４の導電型がイオン注入によって反転させないような条件に設定する。
【００２８】
その後、第１の絶縁膜２０を選択成長マスクとしてｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａを、それぞれｐ型第２上クラッド層１０，及びｐ型第１コンタクト層１１と同じ高さとなるように成長させる。図２(d) はその埋込み成長後の斜視図である。この選択成長後、第１の絶縁膜２０を除去する。除去方法としてはフッ酸系エッチャントによるウェットエッチングあるいはＣＦ4 ガスによるドライエッチング等の方法が挙げられる。
【００２９】
次に、再度、半導体積層構造全面に第２の絶縁膜２１を形成し、幅約５〜６μｍのストライプ状にパターニングする。その材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。この第２の絶縁膜２１のストライプは、上記第１コンタクト層１１上を経てレーザ共振器端面に達するよう伸びている。この絶縁膜１６はリッジエッチングのマスクとして機能する。図２(e) に絶縁膜１６のパターニング後の斜視図を示す。
【００３０】
続いて、この絶縁膜１６をリッジエッチングのマスクとして再度選択エッチングを行ない、第２のリッジ構造２２を形成する。このエッチングにおいても、上記台状構造３２を形成する際のエッチングと同様に、第１コンタクト層１０，第２上クラッド層１１，ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１０ｂをエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でエッチングを止める。よってエッチングストッパ層５は２度のエッチングのストッパ層として機能する。図２(f) にエッチング後の斜視図を示す。
【００３１】
さらに、図２(g) に示すように、第２の絶縁膜２１をマスクとして選択再成長を行い、リッジ構造２２を埋め込むようにｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６を形成する。この時、リッジ構造２２部分に対しては上記第２の絶縁膜２１が結晶成長時のマスクとなり、この上には結晶成長は行なわれない。
【００３２】
最後に、図示していないが、ウェットあるいはドライエッチングにより第２の絶縁膜２１を除去した後、さらにｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層１１を結晶成長し、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１側にｎ側電極１３、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層１１側にｐ側電極１２を形成することにより、図１(a) に示すような窓構造を有する半導体レーザが得られる。
【００３３】
次に動作について説明する。図１(a) に示すリッジ構造を有する半導体レーザ１６において、ストライプ状のリッジ構造２２が形成されている領域以外の領域である、ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されている領域では、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４と，ｎ型電流ブロック層６と，ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でｐｎｐ接合が形成されており、ｐ側電極８側が正になるよう電圧を印加しても上記ｐｎｐ接合のうちのいずれかの接合が逆バイアスとなるため電流は流れない。つまり、ｎ型電流ブロック層６は文字通り電流をブロックする機能を果たすものとなる。また、リッジ構造２２のレーザ共振器端面近傍においては、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４と、ｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａ及びｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層と、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でｐｎｐ接合か形成されており、よって、ｐ側電極８側に正、ｎ側電極９側に負となるように電圧を印加すると、ホールはｐ側電極８より、リッジ構造２２の共振器端面近傍を除いた領域であるｐ型第１コンタクト層１１、ｐ型第２上クラッド層１０、ｐ型第１上クラッド層６を経てリッジ構造２２の下方に位置する量子井戸構造層３へ、また電子はｎ側電極９よりｎ型ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層２を経て、リッジ構造２２の下部の量子井戸構造層３に注入され、リッジ構造２２のｐ型第２上クラッド層１０下部の量子井戸構造層３内で電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。そしてキャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。これにより、ｐ型第２上クラッド層１０の下方の領域がこの半導体レーザの発光領域３０となる。
【００３４】
本実施例の半導体レーザにおいては、レーザ共振器端面近傍のディスオーダされた量子井戸構造層１４が、発光領域３０の量子井戸構造層３よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するものとなっているため、該ディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ端面近傍の領域においては、レーザ光が吸収されず、このディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ共振器端面近傍が窓構造部として機能する。これにより、レーザ光の吸収による端面破壊を防ぐことができ、通常の窓構造部を有しない半導体レーザの２〜３倍の光出力でも充分実用に耐え得る高信頼性の半導体レーザを得ることができる。
【００３５】
ここで、この半導体レーザは、その縦方向，即ち半導体基板１の成長面と垂直な方向については、リッジ構造２２の下方に位置する量子井戸構造層３は、その発光領域３０部分がｐ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０とｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２により挟み込まれ、また、その窓構造領域３１部分がｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａとｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２により挟み込まれて、そのいずれの領域も上下をバンドギャップエネルギーの大きい半導体層で挟み込まれた構造となっている。このため、この半導体レーザ１６はその縦方向において屈折率分布を生じ、レーザ光はその縦方向において量子井戸構造層３近傍に閉じ込められて量子井戸構造層３に沿って、広がらずに導波されレーザ共振器端面より出射される。
【００３６】
また、この半導体レーザ１６は、その横方向、即ち共振器幅方向については、まず、上記発光領域３０では、リッジ構造２２の共振器幅方向の両側の領域にはリッジ構造２２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されているため、リッジ構造２２下方の量子井戸構造層３とその両側の量子井戸構造層３とにわたって屈折率分布が生じ、リッジ構造２２の下部の量子井戸構造層３において発生したレーザ光は、第２上クラッド層１０と電流ブロック層６との屈折率差によりリッジ構造２２の下方に閉じ込められ、リッジ構造２２に沿って広がらずに導波される。一方、リッジ構造２２のｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａにより構成される領域, 即ち窓構造領域３１では、リッジ構造２２の共振器幅方向の両側の領域には、リッジ構造２２を構成するｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されているため、量子井戸構造層３のリッジ構造２２の下部の領域とその両側の領域とにわたって屈折率分布が生じ、発光領域３０において発生した光は、窓構造領域３１においてもリッジ構造２２の下方に閉じ込められてリッジ構造２２に沿って、広がらずに導波され、レーザ共振器端面から出射される。このため、従来の半導体レーザにおいては、縦方向と横方向において非点収差が存在し、レーザ光が縦方向においてはレーザ共振器端面より広がって出射され、横方向においては窓構造領域より広がって導波および出射されてしまい、スポット径を小さくすることができなかったが、本実施例においては、このような非点収差をなくして、レーザ光を半導体レーザの内部においては縦方向と横方向ともに広がらないように導波させて、レーザ共振器端面から出射させることができ、縦方向と横方向ともにレーザ光の焦点を合わせることができ、スポット径を小さくすることができる。
【００３７】
なお、発光領域３０上のリッジ構造２２と、窓構造領域３１上のリッジ構造２２とは、バンドギャップエネルギーの等しい材料により構成されているため、レーザ特性に影響を与えることはない。
【００３８】
このように本発明の第１の実施例では、レーザ共振器端面近傍の活性層である量子井戸構造層３をディスオーダするとともに、レーザ共振器端面近傍領域がｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａと、その上のｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａからなり、その他の領域がｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０と、その上のｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１からなるリッジ構造２２を設け、このリッジ構造２２を上記ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６で埋め込む構成としたから、レーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層のバンドギャップエネルギーを発光領域の量子井戸構造層のバンドギャップエネルギーよりも大きくして窓構造を形成できるととともに、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無の差による非点収差をなくすことができ、窓構造を備えた、スポット径の小さい半導体レーザを提供することができる効果がある。
【００３９】
実施例２．
図３は本発明の第２の実施例による半導体レーザの製造方法の主要工程を示す斜視図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当する部分を示しており、４２は絶縁膜である。
【００４０】
本実施例２は、上記実施例１において示した半導体レーザの製造方法において、台状構造３２を形成する代わりに、図３に示すように、レーザ共振器端面近傍に開口部を有する絶縁膜４２をマスクとして、半導体積層構造を選択的にエッチングストッパ層５に達するまでエッチングし、該エッチングにより除去された領域にＳｉイオン注入２５を行い、量子井戸構造層をディスオーダした後、上記エッチングにより除去した領域にｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａとｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａとを形成し、上記図２(e) に示す工程以降と同様の工程により半導体レーザを形成するようにしたものであり、このような実施例においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、上記実施例１，２においては半導体基板としてｎ型の基板を用いるようにしたが、本発明はｐ型の基板を用いた場合においても適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４２】
また、上記実施例１，２においては、活性層である量子井戸構造層として３層構造の量子井戸構造層を用いるようにしたが、本発明は例えば多重量子井戸構造層等のその他の構造の量子井戸構造層にも適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４３】
さらに、上記実施例１，２においては、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザについて説明したが、本発明はその他のＩｎＰ系等の材料を用いた半導体レーザについても適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層とを備えたから、レーザ共振器端面近傍を窓構造とすることができるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４５】
また、この発明によれば、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４６】
また、この発明によれば、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記台上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成するようにしたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４７】
また、この発明によれば、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４８】
また、この発明によれば、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたから、制御性よく容易にエッチングを行なうことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例による半導体レーザの構造を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施例による半導体レーザの製造方法を示す工程図である。
【図３】 本発明の第２の実施例による半導体レーザの製造方法の主要工程を示す図である。
【図４】 従来の半導体レーザの構造を示す図である。
【図５】 従来の半導体レーザの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３ 量子井戸構造層（活性層）、４ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５ ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６ ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７ ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８ ｐ側電極、９ ｎ側電極、１０ ｐ側Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１０ａ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層、１１ ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、１１ａ ｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層、１２，２２ リッジ構造、１４ ディスオーダされた量子井戸構造層、２０，２０ａ，２１，４２ 絶縁膜、２５ Ｓｉイオン注入、３０ 発光領域、３１ 窓構造領域、３２ 台状構造。
【産業上の利用分野】
この発明は半導体レーザ，及び半導体レーザの製造方法に関し、特に端面部分に窓構造を有する高光出力動作が可能な半導体レーザ，及び半導体レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は本願発明者が特願平5-84738 号に提案した従来の半導体レーザの構造を示す断面図であり、図４(a) は半導体レーザ全体を示す斜視図、図４(b) は図１(a) のIVａ−IVａ断面における断面図，即ち半導体レーザの共振器長方向の断面図であり、図１(c) は図１(a) のIVｂ−IVｂ断面における断面図，即ち、リッジ構造領域を含む共振器幅方向の断面図である。図において、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓウエル層（図示せず）とアルミ組成比ｚが０．３〜０．３５であるＡｌｚＧａ1-ｚＡｓバリア層（図示せず）から構成されている活性層として機能する量子井戸構造で、両端に厚さ０．２〜０．３μｍの上記バリア層と同じ組成の光ガイド層を備え、その間に厚さ約８０オングストロームのウエル層と厚さ５０〜８０オングストロームのバリア層が交互に合わせて３層、即ちウエル層２層とバリア層１層が積層されて構成されている。４は厚さが０．２〜０．３μｍであるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５は厚さが約２００オングストロームであるｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７は厚さが２〜３μｍのｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極、１０は厚さ０．８〜１．３μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１１は厚さが約０．７μｍのｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、１２はリッジ構造で、ｎ側電極９側の共振器幅方向の幅が約４μｍ，ｐ側電極８側の共振器幅方向の幅が約５〜６μｍとなるような逆台形形状に形成されており、その共振器長方向においてはリッジ構造１２の端部がレーザ共振器端面に達しない長さとなるように形成されている。１４はシリコン（Ｓｉ）のイオン注入によりディスオーダされた量子井戸構造層、３０は半導体レーザの発光領域、３１は半導体レーザの窓構造領域、ｄはレーザ共振器長方向におけるレーザ共振器端面とリッジ構造１２との距離、即ち非点収差を示している。また、このレーザ素子の大きさは、共振器長方向の長さが３００〜６００μｍ、幅が約３００μｍである。
【０００３】
図５は従来の半導体レーザの製造方法を半導体レーザの１チップについて示す工程図であり、図において、図４と同一符号は同一又は相当する部分を示し、２０ａは絶縁膜，２５はＳｉのイオン注入を示している。
【０００４】
次に、製造方法を図５について説明する。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１上に、下クラッド層２、量子井戸構造層３、第１上クラッド層４、エッチングストッパ層５、第２上クラッド層１０、及び第１コンタクト層１１を順次エピタキシャル結晶成長させ、半導体積層構造を得る。成長後の半導体積層構造の斜視図を図５(a) に示す。次に、この半導体積層構造上の全面に絶縁膜２０ａを形成する。材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等を用いる。この絶縁膜を図５(b) に示すように、半導体レーザの共振器端面から約２０μｍの間隔をあけて、共振器幅方向の長さが約５〜６μｍとなるようにストライプ状にパターニングする。
【０００５】
この絶縁膜２０ａはリッジエッチングのマスクとして機能するもので、図５(c) に示すように、この絶縁膜２０ａをマスクとしてリッジ構造１２が形成されるようエッチングを行う。このエッチングはｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０はエッチングできるが、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５はエッチングされないような選択エッチャントを用いることにより、再現性良くリッジ構造１２を形成できる。このようなエッチャントの例として酒石酸と過酸化水素の混合液が挙げられる。リッジ構造１２を形成した後、エッチングにより露出した面の上方から量子井戸構造層３にシリコンのイオン注入２５を行なう。このイオン注入は、半導体積層構造の上面に対して同時に行なわれるが、リッジ構造１２の上部には絶縁膜２０ａが形成されており、この高さの分だけリッジ構造１２の第１コンタクト層１１の上面と絶縁膜２０ａの上面とが該絶縁膜２０ａにより離されているため、イオンはリッジ構造１２には達せず、該リッジ構造１２にはイオン注入がなされないが、リッジ構造１２の下方領域以外の領域の量子井戸構造層３にはシリコンがイオン注入された領域が形成される。イオン注入しただけでは量子井戸構造層３にはディスオーダは起こらず、なんらかの熱処理によりシリコン原子を結晶中で拡散させて初めてディスオーダが生じるので、イオン注入後、半導体積層構造をアニールするか、又はこの工程以後の結晶成長時の熱を利用して該半導体積層構造を加熱することによって、シリコン原子が拡散され、ディスオーダされた量子井戸構造層１４が形成される。このディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ共振器端面近傍部が窓構造として機能する窓構造領域３１となる。ここでは、まず、アニールを行いディスオーダされた量子井戸構造層１４を形成する。次に、図５(d) のように、リッジ構造１２を埋め込むようにｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６を選択成長させる。なお、リッジ部分１２上には、上記絶縁膜２０が結晶成長時のマスクともなるため、結晶成長はおこらない。次に、ウエットあるいはドライエッチングにより絶縁膜２０を除去した後、さらにｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７を結晶成長し、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１側にｎ側電極９、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７側にｐ側電極８を形成し、図４(a) に示す窓構造を有する半導体レーザが得られる。
【０００６】
次に動作について説明する。図４(a) に示すリッジ構造を有する半導体レーザ１５において、ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６により埋め込まれている領域では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層４と、ｎ型電流ブロック層６と、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でそれぞれｐｎｐ接合が形成されており、ｐ側電極１０８側が正になるよう電圧を印加しても、該ブロック層６を有する領域には上記ｐｎｐ接合のうちのいずれかの接合が逆バイアスとなるため電流は流れない。つまりｎ型電流ブロック層６は文字通り電流をブロックする機能を果たすものとなる。よって、ｐ側電極８側に正、ｎ側電極９側に負となるように電圧を印加すると、ホールはリッジ構造１２のｐ型第１コンタクト層１１、ｐ型第２上クラッド層１０、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層６を経てリッジ構造１２下部の量子井戸構造層３に、また電子はｎ型ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２を経て、量子井戸構造層３に集中して注入され、該量子井戸構造層内で電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。そしてキャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。
【０００７】
ここで、リッジ構造１２が形成されている領域、即ち、レーザ光が生ずる発光領域３０に導波される光について説明する。半導体レーザの縦方向、つまり基板１の成長面と垂直な方向では、活性層となる量子井戸構造層３は、該量子井戸構造層３よりもバンドギャップエネルギーが大きい第２上クラッド層１０と下クラッド層２により挟み込まれているため、半導体レーザの縦方向に屈折率分布が生じ、光は量子井戸構造層３近傍に閉じ込められて量子井戸構造層３に沿って導波される。また、半導体レーザの横方向、即ち共振器幅方向においては、リッジ構造１２の両側の領域には、該リッジ構造１２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が上記リッジ構造１２を挟みこむように形成されているため、半導体レーザの横方向において屈折率分布が生じ、レーザ光は第２上クラッド層１０と電流ブロック層６との屈折率差により横方向に閉じ込められ、リッジ構造１２に沿って導波される。
【０００８】
次に窓構造について説明する。一般にコンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスク装置の光源として用いられる０．８μｍ帯の波長のレーザ光を発するＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザでは、その最大光出力は、レーザ共振器端面破壊が発生する光出力で決定される。即ち、端面破壊は、端面領域の表面凖位の影響で端面近傍のバンドギャップエネルギーが実効的に大きくなることによって生じるレーザ光の吸収によって発生した熱で、半導体レーザの量子井戸構造層を構成する結晶自体が溶融するために発生するものであり、この端面破壊が発生すると共振器の機能を果たさなくなるからである。よって高光出力動作を実現するためには、より高い光出力でも端面破壊が生じない工夫が必要である。このためには端面領域でレーザ光を吸収しにくくする構造、つまりレーザ光に対して“透明”となるような窓構造を設けることが非常に有効である。この窓構造は、端面近傍の領域のバンドギャップエネルギーがレーザ光を発する量子井戸構造層のバンドキャップエネルギーよりも高くなるようにして形成される。図４(a) に示す従来の半導体レーザ１５においては、活性層が量子井戸構造層３となっており、このレーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層３の近傍部はＳｉのイオン注入によりディスオーダされており、このディスオーダはＳｉ等の不純物を拡散させることにより、量子井戸構造層３を構成する厚さの非常に薄い各層の構成原子を混じりあわせてほぼ均一な組成の層とするもので、ディスオーダされた領域の量子井戸構造層１４は、その他の領域の量子井戸構造層３よりも実効的なバンドギャップエネルギーが大きくなる。このため、上記従来の半導体レーザにおいては、レーザ光の導波路となるリッジ構造１２の下方の量子井戸構造層３よりもレーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層のほうがバンドギャップエネルギーが大きくなっており、この端面近傍が窓構造として機能する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窓構造を有するリッジ構造の半導体レーザは以上のように構成されており、レーザ共振器端面破壊を防止するには非常に有効であるが、以下のような問題があった。すなわち、半導体レーザの縦方向においては、発光領域３０と、窓構造領域３１とのいずれの領域においても、活性層である量子井戸構造層３は、該量子井戸構造層３よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２とｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０とにより，または上記上クラッド層２とｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６とにより挟み込まれているため、縦方向の屈折率分布が存在しており、これによりレーザ光は半導体レーザの端面に達するまで量子井戸構造層３に沿って広がらずに進み、レーザ端面から出射された時点で広がりながら出射される。
【００１０】
また、半導体レーザ１５の横方向においては、発光領域３０は、上述したように、リッジ構造１２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０の両側部に、該第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が設けられているので、横方向に屈折率分布が生じ、第２上クラッド層１０の下方の領域に光が閉じ込められて、リッジ構造１２の下方の量子井戸構造層３において発生した光はリッジ構造１２に沿って導波される。
【００１１】
しかしながら、窓構造領域３１においては、光が導波されるリッジ構造１２の延長上の領域にも、導波路領域以外の領域と，同じ電流ブロック層６が形成されており、横方向においては屈折率分布が存在しないため、横方向の屈折率分布の存在する発光領域３０では、横方向に閉じ込められて広がらずに導波されたレーザ光が、該窓構造領域３１では横方向に広がりながら導波される。この結果、縦方向と横方向においてレーザ光の広がり始める地点が異なり、リッジ端部とレーザ端面との距離の非点収差ｄが発生する。通常の半導体レーザを用いた装置においては、半導体レーザから出射された光をレンズにより集光してスポット径の非常に小さい光として利用されることが多く、このような場合においては、スポット径を微細なものとすることが望まれるが、このような非点収差ｄが発生すると、上記レーザ出射光を集光するレンズの焦点が半導体レーザの縦方向と横方向とで非点収差分だけずれてしまうため、縦方向と横方向の焦点を同時に合わせることができず、結果的にスポット径の大きなレーザ光しか得られないという問題があった。
【００１２】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、窓構造を有しており、かつ、スポット径の小さなレーザ光を得ることができる半導体レーザ、及び半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザは、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層と、この電流ブロック層，及び上記リッジ構造上に配置された第２導電型第２コンタクト層とを備えたものである。
【００１４】
また、上記半導体レーザにおいて、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１，第２のコンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたものである。
【００１５】
また、この発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記第１上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成し、さらに、上記第２の絶縁膜を除去した後、上記リッジ構造上，及び電流ブロック層上に第２導電型の第２コンタクト層を形成するようにしたものである。
【００１６】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１，第２のコンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたものである。
【００１７】
また、上記半導体レーザの製造方法において、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたものである。
【００１８】
【作用】
この発明においては、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層とを備えたから、上記量子井戸構造活性層のレーザ共振器端面近傍の領域をその他の領域よりもそのバンドギャップエネルギーを大きくして、これを窓構造とすることができるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００１９】
また、この発明においては、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなるものとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向に屈折率分布を形成することができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無の差による非点収差をなくすことができる。
【００２０】
また、この発明においては、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記第１上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成するようにしたから、上記量子井戸構造活性層のレーザ共振器端面近傍の領域をその他の領域よりもそのバンドギャップエネルギーを大きくして、これを窓構造とすることができるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００２１】
また、この発明においては、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなるものとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、該窓構造が形成された領域においても横方向の屈折率分布を得ることができ、レーザ光を共振器端面間の全体のリッジ構造の下方にて横方向に閉じ込めることができ、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無による非点収差をなくすことができる。
【００２２】
また、この発明においては、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたから、制御性よく容易にエッチングを行なうことができる。
【００２３】
【実施例】
実施例１．
図１は本発明の第１の実施例による半導体レーザの構造を示す断面図であり、図１(a) は半導体レーザ全体を示す斜視図、図１(b) は図１(a) のＩａ−Ｉａ断面における断面図，即ち半導体レーザの共振器長方向の断面図であり、図１(c) は図１(a) のＩｂ−Ｉｂ断面における断面図，即ちリッジ構造領域を含む共振器幅方向の断面図である。図において、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓウエル層（図示せず）とアルミ組成比ｚが０．３〜０．３５であるＡｌｚＧａ1-ｚＡｓバリア層（図示せず）から構成されている活性層として機能する量子井戸構造層で、両端に厚さ０．２〜０．３μｍの上記バリア層と同じ組成の光ガイド層を備え、その間に厚さ約８０オングストロームのウエル層と厚さ５０〜８０オングストロームのバリア層が交互に３層、即ちウエル層２層とバリア層１層が積層されて構成されている。４は厚さが０．０５〜０．５μｍであるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５は厚さが約２００オングストロームであるｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６は厚さが１．５〜２μｍであるｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７は厚さが２〜３μｍのｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８はｐ側電極、９はｎ側電極、１０は厚さ０．８〜１．３μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１１は厚さが約０．７μｍのｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、２２はリッジ構造で、ｎ側電極９側の共振器幅方向の幅が約４μｍ，ｐ側電極８側の共振器幅方向の長さが約５〜６μｍとなるような逆台形形状に形成されており、その共振器長方向においてはその端部がレーザ共振器端面に達する長さに形成されており、そのレーザ共振器端面近傍以外の領域はｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０と該第２上クラッド層１０上に形成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１とにより構成され、そのレーザ共振器端面近傍部分は上記ｐ型第２上クラッド層１０と組成が等しく導電型が反対であるｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａと、該第１埋込み層１０ａ上に形成された、上記ｐ型第１コンタクト層１１と組成が等しく導電型が反対であるｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａとにより構成されている。１４はシリコン（Ｓｉ）のイオン注入によりディスオーダされた量子井戸構造層３を示している。本実施例の半導体レーザの大きさは共振器長方向の長さが３００〜６００μｍ、幅が約３００μｍとなっている。
【００２４】
図２は本実施例１の半導体レーザの製造方法を半導体レーザの１チップについて示す工程図であり、図において、図１と同一符号は、同一又は相当する部分を示し、２０は第１の絶縁膜，２１は第２の絶縁膜、２５はＳｉのイオン注入、３２は台状構造で、その共振器幅方向の長さは、上記第１のリッジ構造よりも長く、その共振器長方向の長さは、上記第２上クラッド層１０と第１コンタクト層１１の共振器長方向の長さと等しく、この台状構造３２のレーザ出射端面側の端部とレーザ出射端面との距離は両側とも約２０μｍとなっている。
【００２５】
次に、製造方法について説明する。まず、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１上に、ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層２、量子井戸構造層３、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０、ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１を順次エピタキシャル結晶成長させて、半導体積層構造を得る。成長後の半導体積層構造の斜視図を図２(a) に示す。
【００２６】
続いて、半導体積層構造の上面にＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等の絶縁膜２０を形成し、該絶縁膜２０に窓構造領域３１とする領域で一部途切れているストライプ形状のパターニングを行なう。このストライプ状の絶縁膜２０の幅は、その後工程で形成するリッジ構造２２の幅よりも広い値となるようにする。この絶縁膜２０はエッチングのマスクとして機能する。図２(b) に絶縁膜２０のパターニング後の斜視図を示す。
【００２７】
次にこの絶縁膜２０をマスクとしてエッチングを行なう。このエッチングによりｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０のみをエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でエッチングを止めて、台状構造３２を形成する。このエッチングストッパ層５はエッチング時にエッチングをこの層５でストップさせる機能を有するもので、ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層７とｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層６をエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でストップするような選択エッチングとしては、酒石酸と過酸化水素の混合液を用いることによってこれを実現できる。さらに、図２(c) に示すように、上記エッチングの後に、上記エッチングにより除去した領域から量子井戸構造層３にイオン注入２５を行う。ここで、ディスオーダを生じさせるためのイオン種としてはＳｉが適当である。この結果、第１のリッジ構造３２の下部領域以外の量子井戸構造層３にはＳｉイオンが注入された領域が形成される。なお、このイオン注入は上記半導体積層構造の上面の全領域に対して行なわれるが、台状構造３２に対しては、これはその上部に絶縁膜２０を有しており、その表面の第１コンタクト層１１と絶縁膜２０の表面との間には絶縁膜２０の厚さ分だけの距離があるため、イオン注入が行なわれない。ここで、イオン注入しただけでは量子井戸構造層３のディスオーダは起こらず、なんらかの熱処理によりＳｉ原子を結晶中で拡散させて始めてディスオーダが生じる。この熱処理としてはウエハにＡｓ圧をかけながら７００℃以上でアニールする方法が一般的である。このような熱処理を行なうことで、量子井戸構造層３ではＳｉが拡散しウエル層のディスオーダが生じて、そのＳｉイオンが注入された領域がディスオーダされた量子井戸構造層領域１４となり、このディスオーダされた領域１４の実効的バンドギャップエネルギーは、台状構造３２の下方に位置するディスオーダされていない量子井戸構造層３の領域のバンドギャップエネルギーよりも大きくなり、このディスオーダされた量子井戸構造層領域１４のレーザ共振器端面近傍がレーザ光の窓構造部として機能する窓構造領域３１となる。ここで、本実施例では、台状構造３２以外の領域の半導体積層構造の表面から量子井戸構造層３までの距離、すなわちｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４の層厚は上述したように０．０５〜０．５μｍであるので、イオン注入時の加速電圧は６０〜６００ｋｅＶ程度とする。また、このイオン注入は、上記第１上クラッド層４の導電型がイオン注入によって反転させないような条件に設定する。
【００２８】
その後、第１の絶縁膜２０を選択成長マスクとしてｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａを、それぞれｐ型第２上クラッド層１０，及びｐ型第１コンタクト層１１と同じ高さとなるように成長させる。図２(d) はその埋込み成長後の斜視図である。この選択成長後、第１の絶縁膜２０を除去する。除去方法としてはフッ酸系エッチャントによるウェットエッチングあるいはＣＦ4 ガスによるドライエッチング等の方法が挙げられる。
【００２９】
次に、再度、半導体積層構造全面に第２の絶縁膜２１を形成し、幅約５〜６μｍのストライプ状にパターニングする。その材質としてはＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 等が用いられる。この第２の絶縁膜２１のストライプは、上記第１コンタクト層１１上を経てレーザ共振器端面に達するよう伸びている。この絶縁膜１６はリッジエッチングのマスクとして機能する。図２(e) に絶縁膜１６のパターニング後の斜視図を示す。
【００３０】
続いて、この絶縁膜１６をリッジエッチングのマスクとして再度選択エッチングを行ない、第２のリッジ構造２２を形成する。このエッチングにおいても、上記台状構造３２を形成する際のエッチングと同様に、第１コンタクト層１０，第２上クラッド層１１，ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１０ｂをエッチングし、ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層５でエッチングを止める。よってエッチングストッパ層５は２度のエッチングのストッパ層として機能する。図２(f) にエッチング後の斜視図を示す。
【００３１】
さらに、図２(g) に示すように、第２の絶縁膜２１をマスクとして選択再成長を行い、リッジ構造２２を埋め込むようにｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６を形成する。この時、リッジ構造２２部分に対しては上記第２の絶縁膜２１が結晶成長時のマスクとなり、この上には結晶成長は行なわれない。
【００３２】
最後に、図示していないが、ウェットあるいはドライエッチングにより第２の絶縁膜２１を除去した後、さらにｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層１１を結晶成長し、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１側にｎ側電極１３、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層１１側にｐ側電極１２を形成することにより、図１(a) に示すような窓構造を有する半導体レーザが得られる。
【００３３】
次に動作について説明する。図１(a) に示すリッジ構造を有する半導体レーザ１６において、ストライプ状のリッジ構造２２が形成されている領域以外の領域である、ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されている領域では、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４と，ｎ型電流ブロック層６と，ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でｐｎｐ接合が形成されており、ｐ側電極８側が正になるよう電圧を印加しても上記ｐｎｐ接合のうちのいずれかの接合が逆バイアスとなるため電流は流れない。つまり、ｎ型電流ブロック層６は文字通り電流をブロックする機能を果たすものとなる。また、リッジ構造２２のレーザ共振器端面近傍においては、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層４と、ｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａ及びｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層と、ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層７との間でｐｎｐ接合か形成されており、よって、ｐ側電極８側に正、ｎ側電極９側に負となるように電圧を印加すると、ホールはｐ側電極８より、リッジ構造２２の共振器端面近傍を除いた領域であるｐ型第１コンタクト層１１、ｐ型第２上クラッド層１０、ｐ型第１上クラッド層６を経てリッジ構造２２の下方に位置する量子井戸構造層３へ、また電子はｎ側電極９よりｎ型ＧａＡｓ半導体基板１、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層２を経て、リッジ構造２２の下部の量子井戸構造層３に注入され、リッジ構造２２のｐ型第２上クラッド層１０下部の量子井戸構造層３内で電子とホールの再結合が発生し、誘導放出光が生ずる。そしてキャリアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレーザ発振が生ずる。これにより、ｐ型第２上クラッド層１０の下方の領域がこの半導体レーザの発光領域３０となる。
【００３４】
本実施例の半導体レーザにおいては、レーザ共振器端面近傍のディスオーダされた量子井戸構造層１４が、発光領域３０の量子井戸構造層３よりも大きなバンドギャップエネルギーを有するものとなっているため、該ディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ端面近傍の領域においては、レーザ光が吸収されず、このディスオーダされた量子井戸構造層１４のレーザ共振器端面近傍が窓構造部として機能する。これにより、レーザ光の吸収による端面破壊を防ぐことができ、通常の窓構造部を有しない半導体レーザの２〜３倍の光出力でも充分実用に耐え得る高信頼性の半導体レーザを得ることができる。
【００３５】
ここで、この半導体レーザは、その縦方向，即ち半導体基板１の成長面と垂直な方向については、リッジ構造２２の下方に位置する量子井戸構造層３は、その発光領域３０部分がｐ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０とｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２により挟み込まれ、また、その窓構造領域３１部分がｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａとｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層２により挟み込まれて、そのいずれの領域も上下をバンドギャップエネルギーの大きい半導体層で挟み込まれた構造となっている。このため、この半導体レーザ１６はその縦方向において屈折率分布を生じ、レーザ光はその縦方向において量子井戸構造層３近傍に閉じ込められて量子井戸構造層３に沿って、広がらずに導波されレーザ共振器端面より出射される。
【００３６】
また、この半導体レーザ１６は、その横方向、即ち共振器幅方向については、まず、上記発光領域３０では、リッジ構造２２の共振器幅方向の両側の領域にはリッジ構造２２を構成するｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されているため、リッジ構造２２下方の量子井戸構造層３とその両側の量子井戸構造層３とにわたって屈折率分布が生じ、リッジ構造２２の下部の量子井戸構造層３において発生したレーザ光は、第２上クラッド層１０と電流ブロック層６との屈折率差によりリッジ構造２２の下方に閉じ込められ、リッジ構造２２に沿って広がらずに導波される。一方、リッジ構造２２のｎ型Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａにより構成される領域, 即ち窓構造領域３１では、リッジ構造２２の共振器幅方向の両側の領域には、リッジ構造２２を構成するｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６が形成されているため、量子井戸構造層３のリッジ構造２２の下部の領域とその両側の領域とにわたって屈折率分布が生じ、発光領域３０において発生した光は、窓構造領域３１においてもリッジ構造２２の下方に閉じ込められてリッジ構造２２に沿って、広がらずに導波され、レーザ共振器端面から出射される。このため、従来の半導体レーザにおいては、縦方向と横方向において非点収差が存在し、レーザ光が縦方向においてはレーザ共振器端面より広がって出射され、横方向においては窓構造領域より広がって導波および出射されてしまい、スポット径を小さくすることができなかったが、本実施例においては、このような非点収差をなくして、レーザ光を半導体レーザの内部においては縦方向と横方向ともに広がらないように導波させて、レーザ共振器端面から出射させることができ、縦方向と横方向ともにレーザ光の焦点を合わせることができ、スポット径を小さくすることができる。
【００３７】
なお、発光領域３０上のリッジ構造２２と、窓構造領域３１上のリッジ構造２２とは、バンドギャップエネルギーの等しい材料により構成されているため、レーザ特性に影響を与えることはない。
【００３８】
このように本発明の第１の実施例では、レーザ共振器端面近傍の活性層である量子井戸構造層３をディスオーダするとともに、レーザ共振器端面近傍領域がｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａと、その上のｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａからなり、その他の領域がｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０と、その上のｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層１１からなるリッジ構造２２を設け、このリッジ構造２２を上記ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａ，及びｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層１０よりもバンドギャップエネルギーの大きいｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層６で埋め込む構成としたから、レーザ共振器端面近傍の量子井戸構造層のバンドギャップエネルギーを発光領域の量子井戸構造層のバンドギャップエネルギーよりも大きくして窓構造を形成できるととともに、レーザの縦方向と横方向の屈折率分布の有無の差による非点収差をなくすことができ、窓構造を備えた、スポット径の小さい半導体レーザを提供することができる効果がある。
【００３９】
実施例２．
図３は本発明の第２の実施例による半導体レーザの製造方法の主要工程を示す斜視図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当する部分を示しており、４２は絶縁膜である。
【００４０】
本実施例２は、上記実施例１において示した半導体レーザの製造方法において、台状構造３２を形成する代わりに、図３に示すように、レーザ共振器端面近傍に開口部を有する絶縁膜４２をマスクとして、半導体積層構造を選択的にエッチングストッパ層５に達するまでエッチングし、該エッチングにより除去された領域にＳｉイオン注入２５を行い、量子井戸構造層をディスオーダした後、上記エッチングにより除去した領域にｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層１０ａとｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層１１ａとを形成し、上記図２(e) に示す工程以降と同様の工程により半導体レーザを形成するようにしたものであり、このような実施例においても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、上記実施例１，２においては半導体基板としてｎ型の基板を用いるようにしたが、本発明はｐ型の基板を用いた場合においても適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４２】
また、上記実施例１，２においては、活性層である量子井戸構造層として３層構造の量子井戸構造層を用いるようにしたが、本発明は例えば多重量子井戸構造層等のその他の構造の量子井戸構造層にも適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４３】
さらに、上記実施例１，２においては、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザについて説明したが、本発明はその他のＩｎＰ系等の材料を用いた半導体レーザについても適用できるものであり、このような場合においても上記実施例と同様の効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、この下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、この量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、この第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層とを備えたから、レーザ共振器端面近傍を窓構造とすることができるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４５】
また、この発明によれば、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４６】
また、この発明によれば、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させ、この第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に第１の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を第１の除去工程により除去し、この第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行った後、このイオン注入領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせ、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、該第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させ、さらに、上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、該第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させ、上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成し、これをマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を第２の除去工程により除去してリッジ構造を形成した後、上記第２の除去工程で露出した上記台上クラッド層上に、上記リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を形成するようにしたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４７】
また、この発明によれば、上記半導体基板をｎ型ＧａＡｓとし、上記下クラッド層をｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）とし、上記量子井戸構造活性層を、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とにより構成された、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものとし、上記第１，第２の上クラッド層を、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第１コンタクト層をｐ型ＧａＡｓとし、上記第１の半導体層をｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓとし、上記第２の半導体層をｎ型ＧａＡｓとし、上記電流ブロック層をｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）としたから、レーザ共振器端面近傍に窓構造を形成できるとともに、非点収差をなくすことができ、窓構造を備えたスポット径の小さい半導体レーザを提供できる効果がある。
【００４８】
また、この発明によれば、上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長させる工程をさらに含み、上記第１の除去工程を、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにし、上記第２の除去工程を、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングして行なうようにしたから、制御性よく容易にエッチングを行なうことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例による半導体レーザの構造を示す図である。
【図２】 本発明の第１の実施例による半導体レーザの製造方法を示す工程図である。
【図３】 本発明の第２の実施例による半導体レーザの製造方法の主要工程を示す図である。
【図４】 従来の半導体レーザの構造を示す図である。
【図５】 従来の半導体レーザの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッド層、３ 量子井戸構造層（活性層）、４ ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１上クラッド層、５ ｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチングストッパ層、６ ｎ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層、７ ｐ型ＧａＡｓ第２コンタクト層、８ ｐ側電極、９ ｎ側電極、１０ ｐ側Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２上クラッド層、１０ａ ｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１埋込み層、１１ ｐ型ＧａＡｓ第１コンタクト層、１１ａ ｎ型ＧａＡｓ第２埋込み層、１２，２２ リッジ構造、１４ ディスオーダされた量子井戸構造層、２０，２０ａ，２１，４２ 絶縁膜、２５ Ｓｉイオン注入、３０ 発光領域、３１ 窓構造領域、３２ 台状構造。
Claims (5)
- 第１導電型の半導体基板上に配置された第１導電型下クラッド層と、
該下クラッド層上に配置された、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、
レーザ共振器端面近傍の上記量子井戸構造活性層に、不純物の導入により形成されたディスオーダ領域と、
該量子井戸構造活性層上に配置された第２導電型の第１上クラッド層と、
該第１上クラッド層上に配置された、半導体レーザの共振器長方向に伸びる、そのレーザ共振器端面近傍を除いた領域部分が、第２導電型の第２上クラッド層と、該第２上クラッド層上に配置された第２導電型の第１コンタクト層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍の領域部分が、上記第２上クラッド層と材料が同じで上記第２上クラッド層と高さが同じである第１導電型の第１の半導体層と、該第１の半導体層上に配置された上記第１コンタクト層と材料が同じである第１導電型の第２の半導体層とからなる、レーザ共振器端面に達する長さのリッジ構造と、
上記第１上クラッド層上に上記リッジ構造を埋め込むように配置された上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型電流ブロック層と、
該電流ブロック層，及び上記リッジ構造上に配置された第２導電型第２コンタクト層とを備えたことを特徴とする半導体レーザ。 - 請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記半導体基板はｎ型ＧａＡｓからなり、
上記下クラッド層はｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）からなり、
上記量子井戸構造活性層は、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とからなり、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものであり、
上記第１，第２の上クラッド層は、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなり、
上記第１，第２のコンタクト層は、ｐ型ＧａＡｓからなり、
上記第１の半導体層は、ｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなり、
上記第２の半導体層は、ｎ型ＧａＡｓからなり、
上記電流ブロック層は、ｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）からなることを特徴とする半導体レーザ。 - 第１導電型の半導体基板上に第１導電型下クラッド層と、バリア層とウエル層が交互に積層されてなる量子井戸構造活性層と、第２導電型の第１上クラッド層と、第２導電型の第２上クラッド層と、第２導電型の第１コンタクト層とを順次エピタキシャル成長させる工程と、
該第１コンタクト層上のレーザ共振器端面近傍となる領域上を除いたレーザ発光領域となる領域を含む領域上に、第１の絶縁膜を形成する工程と、
上記第１の絶縁膜をマスクとして、レーザ共振器端面近傍となる領域上の上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を除去する第１の除去工程と、
上記第１の除去工程により除去された領域の下方の量子井戸構造活性層に、上記第２上クラッド層上から該第２上クラッド層の導電型を反転させない濃度で不純物のイオン注入を行う工程と、
上記イオン注入を行なった領域の量子井戸構造活性層を熱処理によりディスオーダさせる工程と、
上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１の除去工程により除去された領域を埋め込むように、上記第２上クラッド層と同じ材料からなる第１導電型の第１半導体層を、上記第２上クラッド層と同じ高さに再結晶成長させる工程と、
上記第１半導体層上に、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層と同じ材料からなる第１導電型の第２半導体層を、上記第１コンタクト層と同じ高さに再結晶成長させる工程と、
上記第１の絶縁膜を除去した後、上記第１コンタクト層のレーザ発光領域となる領域上の領域を含むよう、上記第１コンタクト層上，及び第２半導体層上に、レーザ共振器端面に達する長さのストライプ状の第２の絶縁膜を形成する工程と、
上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を除去してリッジ構造を形成する第２の除去工程と、
上記第２の除去工程で露出した上記第１上クラッド層上に、該リッジ構造を埋め込むように上記第２上クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい第１導電型の電流ブロック層を結晶成長する工程と、
上記第２の絶縁膜を除去した後、上記リッジ構造上，及び電流ブロック層上に第２導電型の第２コンタクト層を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 請求項３に記載の半導体レーザの製造方法において、
上記半導体基板はｎ型ＧａＡｓからなり、
上記下クラッド層はｎ型ＡｌｘＧａ1-ｘＡｓ（ｘ＞０）からなり、
上記量子井戸構造活性層は、ＡｌｙＧａ1-ｙＡｓ（ｙ＞０）バリア層とＡｌｚＧａ1-ｚＡｓ（ｙ＞ｚ≧０）ウエル層とからなり、その実効的なバンドギャップエネルギーが上記下クラッド層よりも小さいものであり、
上記第１，第２のクラッド層は、実効的なバンドギャップエネルギーが上記量子井戸構造活性層よりも大きいｐ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなり、
上記第１，第２のコンタクト層は、ｐ型ＧａＡｓからなり、
上記第１の半導体層は、ｎ型ＡｌｗＧａ1-ｗＡｓからなり、
上記第２の半導体層は、ｎ型ＧａＡｓからなり、
上記電流ブロック層は、ｎ型ＡｌｖＧａ1-ｖＡｓ（ｖ＞ｗ）からなることを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 請求項３に記載の半導体レーザの製造方法において、
上記第２導電型の第１上クラッド層と第２導電型の第２上クラッド層との間に第２導電型エッチングストッパ層をエピタキシャル成長する工程をさらに含み、上記第１の除去工程は、上記第１の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層及び第２上クラッド層を、上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングすることにより行なうものであり、
上記第２の除去工程は、上記第２の絶縁膜をマスクとして、上記第１コンタクト層，第２半導体層，第２上クラッド層，及び第１半導体層を、上記エッチングストッパ層まで選択的にエッチングすることにより行なうものであることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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