JP4253516B2 - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用などに用いられる半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものであり、特に高出力動作の特性に優れた窓構造半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザが広汎に利用されている。とりわけ、高出力半導体レーザは、ＤＶＤプレーヤ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ等のディスクへの書き込み用光源として用いられており、さらなる高出力化が強く求められている。
【０００３】
半導体レーザの高出力化を制限している要因の一つは、レーザ共振器端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷（ＣＯＤ；Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）である。
【０００４】
前記ＣＯＤの発生原因は、レーザ共振器端面近傍の活性層領域がレーザ光に対する吸収領域になっているためである。レーザ共振器端面では、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在する。レーザ共振器端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの非発光再結合によって失われるので、レーザ共振器端面近傍の活性層の注入キャリア密度は中央部に比べて少ない。その結果、中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、レーザ共振器端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【０００５】
光出力密度が高くなると吸収領域での局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップエネルギーが縮小する。その結果、更に吸収係数が大きくなって温度上昇する、という正帰還がかかり、レーザ共振器端面近傍の吸収領域の温度はついに融点にまで達し、ＣＯＤが発生する。
【０００６】
前記ＣＯＤレベルの向上のために、半導体レーザの高出力化の一つの方法として、特開平３−２０８３８８号公報（特許文献１）に記載されている、活性層の無秩序化による窓構造を利用する手法がとられてきた。
【０００７】
この窓構造を有する半導体レーザの従来技術として、特開平３−２０８３８８号公報に記載されている半導体レーザ素子の構造図を図８に示す。
図８において、図８（ａ）は励起領域（活性領域）における半導体レーザの断面図であり、図８（ｂ）は不純物拡散領域（窓領域）おける半導体レーザの断面図である。
【０００８】
また、１００1はｎ型ＧａＡｓ基板、１００２はｎ型ＧａＡｓバッファー層、１００３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１００４はアンドープＧａＩｎＰ活性層、１００５はｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層、１００６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層、１００７はｐ型ＧａＡｓキャップ層、１００８はｎ型ＧａＡｓブロック層、１００９はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１０１１はｐ側電極、１０１２はｎ側電極である。
【０００９】
次に前記従来の半導体レーザ素子の製造方法を図９に示す工程図を参照して説明する。
【００１０】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００1上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１００２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００３、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層１００５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層１００６、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバリア層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７を成長温度６６０℃で順次形成する。前記ｐ型導電性を有する各層１００５〜１００７では、ｐ型不純物としてＺｎ原子がドーピングされている。
【００１１】
次に、図９（ａ）に示すようにｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７上に誘電体膜１０１３を蒸着し、フォトリソグラフィー法を用いてストライプ状にパターニングした後に、不純物拡散源としてＺｎＡｓ２を用いた、封管拡散法でＺｎ不純物を拡散した。これにより、不純物拡散領域のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４に高濃度のＺｎ原子が拡散し、該活性層のバンドギャップエネルギーが増大する。
【００１２】
次に、図９（ｂ）に示すように該誘電体膜１０１３及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７の上に再びフォトリソグラフィー法でレジストストライプマスク１０１４を形成した後、図９（ｃ）に示すように誘電体膜１０１３、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバリア層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層１００６を順次化学的エッチング処理で除去し、リッジを形成する。
【００１３】
次に、図９（ｄ）に示すように該レジストストライプマスク１０１４を除去した後、誘電体膜１０１３をマスクとしてｎ型ＧａＡｓブロック層１００８をＭＯＶＰＥ法を用いて成長温度６６０℃で選択成長した。これにより、リッジの外側の領域及び不純物拡散領域の上にｎ型ＧａＡｓブロック層が形成され、該領域への電流注入が阻止される。
【００１４】
次に、誘電体膜１０１３を除去し、ＭＯＶＰＥ法を用いて成長温度６６０℃でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１００９を形成した後、ｐ型電極１０１１／ｎ型電極１０１２を形成し、その後ウエハをへき開して、図８の半導体レーザ素子を得る。なお本発明においては、「ウエハ」とは、基板を含めその上に形成される各層製造工程を経て形成された積層構成体全体をいう。
【００１５】
【特許文献１】
特開平３−２０８３８８号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窓構造半導体レーザ素子では、不純物拡散領域（窓領域）において、レーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が比較的大きいＺｎ原子を含む、ＺｎＡｓ２を不純物拡散源として用いた、封管拡散法により、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散を行っている。
【００１７】
しかしながら、上記従来方法では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が比較的大きいＺｎ原子を、励起領域（活性領域）の１００５〜１００７の各層に第二導電性を有する不純物原子として用い、且つ、不純物拡散領域（窓領域）ではアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へ拡散させる不純物原子として用いている。
【００１８】
その結果、レーザ共振器端面近傍に形成された窓領域に光出射端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーをレーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、不純物拡散領域（窓領域）において、前記アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散を行うと、励起領域（活性領域）においても、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層１００５に存在する、第二導電性を有する不純物原子であるＺｎ原子が、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へ大量に拡散するので、高出力時の駆動電流の上昇と長期信頼性の低下を招いてしまう。
【００１９】
また、励起領域（活性領域）のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４に、第二導電性を有する不純物原子であるＺｎ原子が拡散しないような条件での、前記拡散を行えば、不純物拡散領域（窓領域）でのアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散が不十分となり、共振器端面近傍領域において、レーザ光を吸収してしまう。
【００２０】
その結果、光出射端面近傍の活性層領域でＣＯＤが発生しやすくなり、高出力駆動時の最大光出力の低下を引き起こし、十分な長期信頼性が得られない。
【００２１】
本発明は、上記の問題について検討した結果、高出力時の駆動電流を低減し、且つ、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、
半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を有し、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくされている、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体レーザ素子において、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にはＡｓ原子が含まれている構成としている。
【００２３】
上記構成とすることにより、レーザ共振器内部領域の第二導電性を有する不純物原子が活性層へ拡散しないように、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を加速的に拡散させることができるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００２４】
本発明において、ＡｌＧａＩｎＰ系材料とは、ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下）、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下）を意味するものである。そして本発明のクラッド層、活性層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を適宜使用して構成されている。
【００２５】
本発明レーザー素子に使用される半導体基板は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であり、ＡｌＧａＩｎＰ系材料との格子整合のし易さから）GaAsが好ましい。
また、本明細書において、第一導電型とは、上記基板と活性層との間に形成されるｎ型またはｐ型の導電型を意味している。第二導電型とは、活性層上基板とは反対側に形成されるｎ型またはｐ型の導電型を意味している。第一導電型がｎ型である場合は、第二導電型はｐ型となる。本発明においては、活性層の上方での電流狭窄（電流ブロック）の観点から第一導電型がｎ型で、第二導電型がｐ型である構成の素子に好適に適用できる。
【００２６】
また、本発明においてレーザ共振器端面近傍領域とは、レーザ光が出射されるレーザ共振器端面の近傍の半導体基板及び半導体基板の上方に形成された各層を指し、レーザ共振器内部領域とは、前記レーザ共振器端面近傍領域以外の半導体基板及び半導体基板の上方に形成された各層を指しており、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長の大小はフォトルミネッセンス法（PL法）に基づいて比較される。
【００２７】
本発明の半導体レーザ素子においては、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にはＡｓ原子が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下含まれるようにし、該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度より高濃度存在する構成を有している。
【００２８】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層を無秩序化する工程において、レーザ共振器端面近傍領域に比べて、レーザ共振器内部領域の活性層への第二導電性を有する不純物原子の拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流が低減された半導体レーザ素子を得られる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ素子では、
前記レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である構成が好ましい。
【００３０】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子の拡散促進が可能となり、且つ、フォトルミネッセンスのピーク波長が非常に大きいＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層への変質を阻止できるので、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３１】
本発明の半導体レーザ素子では、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子である構成とすることが好ましい。第二導電性を有する不純物は、ｐ型の場合、Ｂｅ，Ｚｎ，Ｍｇ等のＩＩ族原子、好ましくはＢｅ原子であり、ｎ型の場合、Ｓｉ，Ｓｅ原子が使用可能である。
【００３２】
レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子がＢｅで、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子がＺｎ及びＢｅの場合に、窓領域形成時にＺｎ拡散させる場合等がある。上記構成とすることにより、該活性層への拡散制御を行う必要がある第二導電性を有する不純物原子が、１種類だけとなるので、前記第二導電性を有する不純物原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制と、前記レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長の制御を行いやすくすることができる。その結果、高出力駆動における長期信頼性の向上と駆動電流の低電流化を行いやすくなっている。
【００３３】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子は、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であることが好ましい。II族原子としては、Be、Mg、Zn、好ましくはBeである。
【００３４】
Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子の拡散定数は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料にＡｓ原子を含ませることにより、飛躍的に拡散定数が大きくすることができるので、上記構成とすることにより、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３５】
前記Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子として、Ｂｅ原子を適用すると、Ｂｅ原子は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が小さく、Ａｓ原子が含まれるＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が大きいので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化と同時に、Ｂｅ原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制が可能となり、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３６】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下にすることが好ましい。
【００３７】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ十分拡散させることができ、且つ、レーザ共振器内部領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子の活性層への拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３８】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層上方に、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層が配置されており、且つ、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層と第二導電型のＧａＡｓコンタクト層の間に第二導電型のＧａＩｎＰ中間層が配置されている構成とすることが好ましい。
【００３９】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域における第二導電型の第二クラッド層と第二導電型のＧａＡｓコンタクト層の間でバンドギャップエネルギー差が生じ、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域でのキャリア損失を抑えられ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得られる。
【００４０】
本発明の半導体レーザ素子では、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層が配置されている構成とすることが好ましい。
【００４１】
上記構成とすることにより、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層がレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層へのＡｓ原子拡散源として働き、且つ、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域でのキャリア損失を抑えられ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得られる。
【００４２】
本発明の半導体レーザ素子は、
半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を含む、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる積層構造を成長させる工程と、
前記ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程と、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程を経て製造される。
【００４３】
上記製造工程を経ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層に、第二導電性を有する不純物原子を加速的に拡散させることができ、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮が可能となる。その結果、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、且つ、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に存在する、第二導電性を有する不純物原子の活性層への拡散を抑制できるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００４４】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程は、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射する工程と、該ウエハを加熱する工程を含む。
【００４５】
上記構成を経ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を含有させることができ、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造することが可能となる。
【００４６】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハを加熱する工程が、第一導電型の電流ブロック層を形成する工程によって兼ねられていてもよい。
【００４７】
上記製法を採ることにより、半導体レーザ素子のリッジの側面を第一導電型の電流ブロック層で埋め込むと同時に、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を含有させることができるので、製造工程の簡略化が可能である。また、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００４８】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハを加熱する工程が、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層を形成する工程で兼ねられていてもよい。
【００４９】
上記製法を採ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度を高濃度にすることができるので、更なるウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００５０】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程が、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層を形成する工程で兼ねられていてもよい。
【００５１】
上記製法を採ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）を、レーザ共振器端面近傍領域の活性層に拡散することができ、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００５２】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程は、分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）法を用いることに行うことが好ましい。
【００５３】
【発明の実施の形態】
[第１の実施の形態]
図１は本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子の構造の説明図である。図１において、図１（ａ）は光出射端面を含む斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はｎ型ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層、１０３はn型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、１０４はバリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層（ＭＱＷ活性層）、１０５はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層、１０６はｐ型エッチングストップ層、１０７は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層、１０８はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層、１０９はリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック（狭窄）層、１１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１１はp側電極、１１２はｎ側電極である。
【００５４】
また、図１において、１０４Ａはレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）、１０４Ｂはレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さい領域（窓領域）、１１３はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層が除去された電流非注入領域、１１４はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるストライプ状のリッジである。なお、ＭＱＷ活性層１０４は井戸層ＧａｙＩｎｚＰ（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、障壁層ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ＝０．２６，Y＝０．２５，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、井戸層数４層の積層構成からなる。
【００５５】
次に製造方法について第２図に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）上に順次、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にてｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層１０２（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層１０３（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約２μｍ）、ＭＱＷ活性層１０４、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｐ型エッチングストップ層１０６、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚１．２μｍ）、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８（キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．０５μｍ）をエピタキシャル成長させる（第２図（ａ））。この時、１０１〜１０３の各層にはＳｉ原子が、１０５〜１０８の各層にはｐ型導電性を有するＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【００５６】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７４０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク１１５（膜厚約2000Å）を形成する（第２図（ｂ））。前記ＳｉＯ２マスク１１５は、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないために形成されたものである。
【００５７】
その後、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行う。これにより、レーザ共振器端面近傍領域のウエハ表面近傍にＡｓ原子の拡散源が形成される。
【００５８】
次に、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に形成された、ＳｉＯ２マスク１１５を除去し、その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の上に、レーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスク１１６を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層１０６に到達するように、ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する（第２図（ｃ））。
【００５９】
次に、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の上に形成されたストライプ状のレジストマスク１１６を除去し、その後、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込む。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。（第２図（ｄ））
【００６０】
上記ウエハのｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。
【００６１】
結果を図３に示す。図３の縦軸はＡｓ原子濃度（ｃｍ−３）、横軸はｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からの深さ（μｍ）である。また、図３において、破線がレーザ共振器内部領域、実線がレーザ共振器端面近傍領域におけるＡｓ原子の深さ方向分布を示している。
【００６２】
図３から判るように、レーザ共振器端面近傍領域の１０５〜１０８の各層にはＡｓ原子が存在しており、且つ、レーザ共振器端面近傍領域の１０５〜１０８の各層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の１０５〜１０８の各層に比べて高濃度になっている。
【００６３】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行い、その後、リッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込む、２回目のＭＢＥ成長を行う、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７にＡｓ原子を拡散させることが可能であることが明らかである。
【００６４】
さらに、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７でのＡｓ原子濃度を、レーザ共振器内部領域でのＡｓ原子濃度より高濃度にすることが可能であることが明らかである。
【００６５】
次に、上記２回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【００６６】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ１１４の側面に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９の表面にレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク開口部のリッジ１１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９を選択的に除去する。
【００６７】
ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９上に形成されたレジストマスクを除去し、再度、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域に幅７４０μｍのレジストマスク１１８を形成し、レジストマスク１１８開口部のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８を選択的に除去する（第２図（ｅ））。
【００６８】
なお、レジストマスク１１８の開口部は、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂの直上に位置するように形成されている。これにより、レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０の間でバンドギャップエネルギー差が生じ、電流非注入領域１１３が形成される。また、前記プロセスによって形成された電流非注入領域１１３が、窓領域１０４Ｂの直上になっているので、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【００６９】
その後、レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク１１８を除去し、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成する（第２図（ｆ））。
【００７０】
上記製造方法によって得られた本実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向分布を図４に示す。
【００７１】
図４に示されたＢｅ原子の深さ方向分布は、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した結果であり、図４の縦軸はＢｅ原子濃度（ｃｍ−３）、横軸はｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からの深さ（μｍ）である。また、図４において、破線がレーザ共振器内部領域、実線がレーザ共振器端面近傍領域におけるＢｅ原子の深さ方向分布を示している。
【００７２】
図４から判るように、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）へのＢｅ原子の拡散は見られない。また、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂには、１０５〜１０８の各層から拡散させたＢｅ原子が存在している。
【００７３】
次に、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、３回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、フォトルミネッセンス法（ＰＬ法）にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００７４】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた場合、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルよりも４０ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【００７５】
これは、レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子が、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であるので、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７にＡｓ原子を含ませることにより、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子の拡散定数を飛躍的に大きくすることができ、３回目のＭＢＥ成長時のウエハ加熱により、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来るのである。
【００７６】
上面にはｐ電極１１１、下面にはｎ電極１１２を形成する。
次に、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した半導体レーザ素子が作製される。
【００７７】
上記の本実施の形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【００７８】
また、比較のために、上記の本実施の形態の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域に、Ｚｎ原子をｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層１０３の途中まで拡散させる、従来技術の半導体レーザ素子も同時に特性測定も同時に行った。
【００７９】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子及び従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６５５ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１００ｍＡ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１３０ｍＡであった。
【００８０】
また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態及び従来技術の半導体レーザ素子は３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、従来技術の半導体レーザ素子の平均寿命は１０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約５０００時間と平均寿命が向上した。
【００８１】
以上より、本実施の形態の半導体レーザ素子では、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が実現されていることが明らかである。
【００８２】
レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）にＡｓ原子が含まれている、本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器内部領域の第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が活性層へ拡散しないように、ウエハへの加熱温度（アニール温度）の低温化や加熱時間（アニール時間）の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）を加速的に拡散させることができるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。
【００８３】
その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られ、高出力駆動における長期信頼性の向上が可能となっている。
【００８４】
また、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）でのＡｓ原子濃度が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７でのＡｓ原子濃度より高濃度存在する、本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域の活性層を無秩序化する工程において、レーザ共振器端面近傍領域に比べて、レーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流の低電流化が可能となっている。
【００８５】
また、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）である、本実施の形態の半導体レーザ素子では、該活性層１０４Ａ，１０４Ｂへの拡散制御を行う必要がある第二導電性を有する不純物原子が、１種類だけとなるので、前記第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）のレーザ共振器内部領域の活性層１０４Ａへの拡散抑制と、前記レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長の制御を行いやすくすることができる。その結果、高出力駆動における長期信頼性の向上と駆動電流の低電流化を行いやすくなっている。
【００８６】
本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子として、ＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が小さく、Ａｓ原子が含まれるＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が大きい、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であるＢｅ原子を用いているので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化と同時に、Ｂｅ原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制が可能となり、その結果、高出力時の駆動電流の低電流化が可能となっている。Be以外にも、Mgも使用できるが、活性層への拡散抑制の観点からBeが好ましい。
【００８７】
本実施の形態では、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ＳｉＯ２マスク１１５を形成しているが、ＳｉaＮb，ＳｉaＯbＮc（a，b，cは１以上）等の誘電体膜であれば、上記と同様の効果が得られる。
【００８８】
本実施の形態では、リッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８を選択的に除去して形成された、電流非注入領域１１３としているが、リッジ１１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９をレーザ共振器端面近傍領域のみ残しておく、製造方法によって得られる電流非注入領域を用いても、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【００８９】
[第２の実施の形態]
本実施の形態では、第１の実施の形態に記載の本発明の半導体レーザ素子における、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係について検討する。
【００９０】
第１の実施の形態に記載の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１７ｃｍ−３，５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３，５×１０１９ｃｍ−３，１×１０２０ｃｍ−３，５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となるように、イオン化されたＡｓ原子の照射量（ドーズ量）を変化させて、９枚のウエハのレーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、前記９条件でのイオン化されたＡｓ原子の照射を行った。
【００９１】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、９枚のウエハのｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する。
【００９２】
その後、前記９枚のウエハを、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込んだ。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。
【００９３】
上記２回目のＭＢＥ成長後の９枚のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲では、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかったが、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となっているウエハでは、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して、長波長側に波長シフトしていた。
【００９４】
その後、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成した。
【００９５】
上記３回目のＭＢＥ成長後の９枚のウエハの一部を用いて、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００９６】
前記レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係を第５図に示す。この時の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度を２×１０１８ｃｍ−３としており、また、活性領域の波長に対して窓領域の波長は全て短波長側へシフトしていた。第５図の縦軸は活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量（ｎｍ）、横軸はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度（ｃｍ−３）である。
【００９７】
第５図から判るように、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲において、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた。これは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で形成されている半導体膜へのＡｓ原子の混入量の増加に伴い、Ｐ原子より質量数が小さいＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散速度も速くなるのだが、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下である場合、急激にＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散速度が低下することにより、ＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散が促進されないので、Ｂｅ原子がレーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４Ｂまで到達していないのである。また、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上である場合、レーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４ＢへのＡｓ原子の混入量が急激に増加するために、フォトルミネッセンスのピーク波長が非常に大きいＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層となるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４ＢにＢｅ原子が十分に拡散して、前記活性層を無秩序化しても、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長はレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくならないである。
【００９８】
第１の実施の形態に記載の製造方法を用い、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１７ｃｍ−３，５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３，５×１０１９ｃｍ−３，１×１０２０ｃｍ−３，５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となるように製造された、９種類の半導体レーザ素子の最大光出力試験を行った。
【００９９】
その結果、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲で製造された５種類の半導体レーザ素子では、３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであったが、５×１０１７ｃｍ−３以下及び５×１０２０ｃｍ−３以上となるように製造された、４種類の半導体レーザ素子では１５０ｍＷ以下の光出力において、共振器端面にてＣＯＤが発生した。
【０１００】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲である、上記半導体レーザ素子にすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【０１０１】
[第３の実施の形態]
本実施の形態では、第１の実施の形態に記載の本発明の半導体レーザ素子における、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度について検討する。
【０１０２】
第１の実施の形態に記載の製造方法において、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３，７．５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，２．５×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，７．５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３となるように、７枚のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に順次、ＭＢＥ法にて１０２〜１０８の各層を前記７条件でのエピタキシャル成長を行った。
【０１０３】
次に、前記７枚のウエハのレーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク１１５を形成し、その後、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行う。
【０１０４】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、７枚のウエハのｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する。
【０１０５】
その後、前記７枚のウエハを、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込んだ。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。
【０１０６】
上記７枚のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【０１０７】
その後、上記７枚のウエハは、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成した。
【０１０８】
上記３回目のＭＢＥ成長後の７枚のウエハの一部を用いて、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
その結果、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である５種類のウエハにおいて、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた。
【０１０９】
これは、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上である場合、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４ＢにＢｅ原子が十分に拡散して、前記活性層を無秩序化するので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長はレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくなるのである。
【０１１０】
第１の実施の形態に記載の製造方法を用いて、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３，７．５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，２．５×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，７．５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３となっている、７種類の半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【０１１１】
その結果、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が５×１０１８ｃｍ−３以下である５種類の半導体レーザ素子において、ＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）が１２０ｍＡ以下であった。また、最大光出力試験を行ったところ、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた、第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である５種類の半導体レーザ素子では、３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。
【０１１２】
このことから、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である、上記半導体レーザ素子にすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）拡散による無秩序化と、レーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散抑制が両立することができるので、高出力時の駆動電流が低減され、長期信頼性に優れたＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【０１１３】
[第４の実施の形態]
図６は本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子の構造の説明図である。図６において、（ａ）は光出射端面を含む斜視図、（ｂ）は図６（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、（ｃ）は図６（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、２０１はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２はｎ型ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層、２０３はn型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、２０４はバリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層（ＭＱＷ活性層）、２０５はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層、２０６はｐ型エッチングストップ層、２０７は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層、２０８はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層、２０９はリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック（狭窄）層、２１０はｎ型ＧａＡｓ電流非注入層、２１１はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、２１２はp側電極、２１３はｎ側電極である。
【０１１４】
図６において、２０４Ａはレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）、２０４Ｂはレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層２０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さい領域（窓領域）、２１４はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８からなるストライプ状のリッジである。ＭＱＷ活性層２０４は井戸層ＧａｙＩｎｚＰ（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、障壁層ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ＝０．２６，Y＝０．２５，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、井戸層数４層の積層構成からなる。
【０１１５】
次に製造方法について第７図に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板２０１（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）上に順次、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にてｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層２０２（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層２０３（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約２μｍ）、ＭＱＷ活性層２０４、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｐ型エッチングストップ層２０６、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚１．２μｍ）、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８（キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．０５μｍ）をエピタキシャル成長させる（第７図（ａ））。この時、２０１〜２０３の各層にはＳｉ原子が、２０５〜２０８の各層にはｐ型導電性を有するＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【０１１６】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８の上に、レーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層２０６に到達するように、ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ２１４に加工する。
【０１１７】
次に、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８の上に形成されたストライプ状のレジストマスクを除去する。その後、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８からなるリッジ２１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９で埋め込む（第７図（ｂ））。
【０１１８】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ２１４の側面に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面にレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク開口部のリッジ２１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９を選択的に除去する。
【０１１９】
次に、ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２１０の上に形成されたレジストマスクを除去する。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７４０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク２１７を形成し、その後、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行う（第７図（ｃ））。
【０１２０】
次に、成長温度５００℃、成長時間１時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ＳｉＯ２マスク２１７で覆われていない、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成する（第７図（ｄ））。これにより、Ａｓ原子をレーザ共振器端面近傍領域に拡散させ、且つ、電流非注入層（領域）を同時に形成する。
【０１２１】
上記ウエハのレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。また、前記本実施の形態の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行わずに、レーザ共振器端面近傍領域にｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成した場合の比較用ウエハも同時に測定した。
【０１２２】
その結果、本実施の形態の製造方法によって得られたウエハでは、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０８の各層にはＡｓ原子が存在しており、且つ、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０８の各層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の２０５〜２０８の各層に比べて高濃度になっている。しかし、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行わない比較用ウエハでは、レーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８にはＡｓ原子が存在しているが、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０７の各層にはＡｓ原子は存在していなかった。
【０１２３】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７にＡｓ原子を拡散させるには、少なくとも、該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射する工程を少なくとも含むことが必要であることを明らかである。
【０１２４】
上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７でのＡｓ原子濃度を、レーザ共振器内部領域でのＡｓ原子濃度より高濃度にすることが可能であることが明らかである。
【０１２５】
次に、上記３回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域２０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域２０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【０１２６】
その後、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に形成された、ＳｉＯ２マスク２１７を除去し、次に、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、４回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１を形成する（第７図（ｅ））。
【０１２７】
上記製造方法によって得られた本実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。
【０１２８】
その結果、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）へのＢｅ原子の拡散は見られなかった。また、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂには、２０５〜２０８の各層から拡散させたＢｅ原子が存在していた。
【０１２９】
次に、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、４回目のＭＢＥ成長（ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１の形成）後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０４Ａのそれぞれの波長を測定した。また、比較として、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法において、３回目のＭＢＥ成長（ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０の形成）の代りに、基板温度５００℃でのアニールを１時間行い、その後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１のＭＢＥ成長を行った、比較用ウエハの一部も、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）のそれぞれの波長を測定した。
【０１３０】
その結果、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０が形成されていない、比較用ウエハの場合、窓領域からの発光スペクトルは、活性領域からの発光スペクトルよりも２０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０が形成されている、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いたウエハの場合、窓領域２０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域２０４Ａからの発光スペクトルよりも４０ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【０１３１】
これは、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射し、その後、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７の上方に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成することにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７でのＡｓ原子濃度が高濃度となっていると考えられ、その結果、該第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が加速的に拡散した結果である。
【０１３２】
以上から、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射し、その後、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７の上方に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成することにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域２０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域２０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来ることが明らかである。
【０１３３】
次に、該ウエハ上面にはｐ電極２１２、下面にはｎ電極２１３を形成し、その後、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した半導体レーザ素子が作製される。上記の本実施の形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【０１３４】
また、比較のために、レーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層を選択的に除去して電流非注入領域が形成される、第１の実施の形態の製造方法を用いた半導体レーザ素子も同時に特性測定も同時に行った。
【０１３５】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６５５ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は９０ｍＡ、第１の実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１００ｍＡであった。
【０１３６】
また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態の半導体レーザ素子及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子は３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、第１の実施の形態の半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約３０００時間と平均寿命が向上した。このことより、本実施の形態の半導体レーザ素子では、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が実現されていることが明らかである。
【０１３７】
本実施の形態の半導体レーザ素子では、イオン化されたＡｓ原子のウエハへの照射後からｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１の形成までに該半導体レーザ素子へ与える熱エネルギー（成長温度５００℃，成長時間１時間の３回目のＭＢＥ成長と、成長温度６００℃，成長時間２時間の４回目のＭＢＥ成長）が、第１の実施の形態の製造方法を用いた場合（成長温度５００℃，成長時間２時間の２回目のＭＢＥ成長と、成長温度６００℃，成長時間２時間の３回目のＭＢＥ成長）に比べて、低減されているため、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層２０５，２０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）のレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域２０４Ａ）への拡散が更に抑制された結果、駆動電流の低電流化が実現されている。また、前記駆動電流の低電流化により、高出力駆動時における該半導体レーザ素子の素子温度の上昇を抑制することができるので、高出力駆動における長期信頼性の向上が可能となっている。
【０１３８】
本実施の形態では、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ＳｉＯ２マスク２１７を形成しているが、ＳｉaＮb，ＳｉaＯbＮc（a，b，cは１以上）等の誘電体膜であれば、上記と同様の効果が得られる。
【０１３９】
本実施の形態では、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成しているが、リッジ２１４内部のレーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８を選択的に除去して、その後、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成した場合でも、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくすることができ、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子（ＡｌＧａＩｎＰ系）とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子構造の光出射端面を含む斜視図。
【図１ｂ】 図１ａのＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図。
【図１ｃ】 図１ａのＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図。
【図２ａ】〜【図２ｆ】 本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向の分布を示す図。
【図４】 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向の分布を示す図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法における、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係を示す図。
【図６ａ】 本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子構造の光出射端面を含む斜視図。
【図６ｂ】 図６ａのＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図。
【図６ｃ】 図６ａのＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図。
【図７ａ】〜【図７ｅ】 本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【図８ａ】〜【図８ｂ】 従来技術の半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図。
【図９ａ】〜【図９ｄ】 従来技術の半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００1…ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２，２０２…ｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層
１０３，２０３…n型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第1クラッド層
１０４，２０４…ＭＱＷ活性層
１０４Ａ，２０４Ａ…活性領域
１０４Ｂ，２０４Ｂ…窓領域
１０５，２０５…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層
１０６，２０６…ｐ型エッチングストップ層
１０７，２０７…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層
１０８，２０８…p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層
１０９，２０９…ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層
１１０，２１１，１００９…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１，２１２，１０１１…ｐ側電極
１１２，２１３，１０１２…ｎ側電極
１１４，２１４…ストライプ状のリッジ
１１５，２１７…ＳｉＯ２マスク
１１６，１１８…レジストマスク
２１０…ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層
１００２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１００３…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１００４…アンドープＧａＩｎＰ活性層
１００５…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層
１００６…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層
１００７…ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１００８…ｎ型ＧａＡｓブロック層
１０１３…誘電体膜
１０１４…レジストストライプマスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用などに用いられる半導体レーザ素子及びその製造方法に関するものであり、特に高出力動作の特性に優れた窓構造半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク装置用光源として、各種の半導体レーザが広汎に利用されている。とりわけ、高出力半導体レーザは、ＤＶＤプレーヤ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ等のディスクへの書き込み用光源として用いられており、さらなる高出力化が強く求められている。
【０００３】
半導体レーザの高出力化を制限している要因の一つは、レーザ共振器端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷（ＣＯＤ；Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）である。
【０００４】
前記ＣＯＤの発生原因は、レーザ共振器端面近傍の活性層領域がレーザ光に対する吸収領域になっているためである。レーザ共振器端面では、表面準位または界面準位といわれる非発光再結合中心が多く存在する。レーザ共振器端面近傍の活性層に注入されたキャリアはこの非発光再結合によって失われるので、レーザ共振器端面近傍の活性層の注入キャリア密度は中央部に比べて少ない。その結果、中央部の高い注入キャリア密度によって作られるレーザ光の波長に対して、レーザ共振器端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【０００５】
光出力密度が高くなると吸収領域での局所的発熱が大きくなり、温度が上がってバンドギャップエネルギーが縮小する。その結果、更に吸収係数が大きくなって温度上昇する、という正帰還がかかり、レーザ共振器端面近傍の吸収領域の温度はついに融点にまで達し、ＣＯＤが発生する。
【０００６】
前記ＣＯＤレベルの向上のために、半導体レーザの高出力化の一つの方法として、特開平３−２０８３８８号公報（特許文献１）に記載されている、活性層の無秩序化による窓構造を利用する手法がとられてきた。
【０００７】
この窓構造を有する半導体レーザの従来技術として、特開平３−２０８３８８号公報に記載されている半導体レーザ素子の構造図を図８に示す。
図８において、図８（ａ）は励起領域（活性領域）における半導体レーザの断面図であり、図８（ｂ）は不純物拡散領域（窓領域）おける半導体レーザの断面図である。
【０００８】
また、１００1はｎ型ＧａＡｓ基板、１００２はｎ型ＧａＡｓバッファー層、１００３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１００４はアンドープＧａＩｎＰ活性層、１００５はｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層、１００６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層、１００７はｐ型ＧａＡｓキャップ層、１００８はｎ型ＧａＡｓブロック層、１００９はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１０１１はｐ側電極、１０１２はｎ側電極である。
【０００９】
次に前記従来の半導体レーザ素子の製造方法を図９に示す工程図を参照して説明する。
【００１０】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００1上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファー層１００２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１００３、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層１００５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層１００６、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバリア層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７を成長温度６６０℃で順次形成する。前記ｐ型導電性を有する各層１００５〜１００７では、ｐ型不純物としてＺｎ原子がドーピングされている。
【００１１】
次に、図９（ａ）に示すようにｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７上に誘電体膜１０１３を蒸着し、フォトリソグラフィー法を用いてストライプ状にパターニングした後に、不純物拡散源としてＺｎＡｓ２を用いた、封管拡散法でＺｎ不純物を拡散した。これにより、不純物拡散領域のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４に高濃度のＺｎ原子が拡散し、該活性層のバンドギャップエネルギーが増大する。
【００１２】
次に、図９（ｂ）に示すように該誘電体膜１０１３及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７の上に再びフォトリソグラフィー法でレジストストライプマスク１０１４を形成した後、図９（ｃ）に示すように誘電体膜１０１３、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１００７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバリア層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層１００６を順次化学的エッチング処理で除去し、リッジを形成する。
【００１３】
次に、図９（ｄ）に示すように該レジストストライプマスク１０１４を除去した後、誘電体膜１０１３をマスクとしてｎ型ＧａＡｓブロック層１００８をＭＯＶＰＥ法を用いて成長温度６６０℃で選択成長した。これにより、リッジの外側の領域及び不純物拡散領域の上にｎ型ＧａＡｓブロック層が形成され、該領域への電流注入が阻止される。
【００１４】
次に、誘電体膜１０１３を除去し、ＭＯＶＰＥ法を用いて成長温度６６０℃でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１００９を形成した後、ｐ型電極１０１１／ｎ型電極１０１２を形成し、その後ウエハをへき開して、図８の半導体レーザ素子を得る。なお本発明においては、「ウエハ」とは、基板を含めその上に形成される各層製造工程を経て形成された積層構成体全体をいう。
【００１５】
【特許文献１】
特開平３−２０８３８８号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窓構造半導体レーザ素子では、不純物拡散領域（窓領域）において、レーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が比較的大きいＺｎ原子を含む、ＺｎＡｓ２を不純物拡散源として用いた、封管拡散法により、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散を行っている。
【００１７】
しかしながら、上記従来方法では、ＡｌＧａＩｎＰ系材料における拡散定数が比較的大きいＺｎ原子を、励起領域（活性領域）の１００５〜１００７の各層に第二導電性を有する不純物原子として用い、且つ、不純物拡散領域（窓領域）ではアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へ拡散させる不純物原子として用いている。
【００１８】
その結果、レーザ共振器端面近傍に形成された窓領域に光出射端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーをレーザ発振波長に相当するバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、不純物拡散領域（窓領域）において、前記アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散を行うと、励起領域（活性領域）においても、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層１００５に存在する、第二導電性を有する不純物原子であるＺｎ原子が、アンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へ大量に拡散するので、高出力時の駆動電流の上昇と長期信頼性の低下を招いてしまう。
【００１９】
また、励起領域（活性領域）のアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４に、第二導電性を有する不純物原子であるＺｎ原子が拡散しないような条件での、前記拡散を行えば、不純物拡散領域（窓領域）でのアンドープＧａＩｎＰ活性層１００４へのＺｎ原子の拡散が不十分となり、共振器端面近傍領域において、レーザ光を吸収してしまう。
【００２０】
その結果、光出射端面近傍の活性層領域でＣＯＤが発生しやすくなり、高出力駆動時の最大光出力の低下を引き起こし、十分な長期信頼性が得られない。
【００２１】
本発明は、上記の問題について検討した結果、高出力時の駆動電流を低減し、且つ、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、
半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を有し、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくされている、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体レーザ素子において、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にはＡｓ原子が含まれている構成としている。
【００２３】
上記構成とすることにより、レーザ共振器内部領域の第二導電性を有する不純物原子が活性層へ拡散しないように、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を加速的に拡散させることができるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００２４】
本発明において、ＡｌＧａＩｎＰ系材料とは、ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下）、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下）を意味するものである。そして本発明のクラッド層、活性層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を適宜使用して構成されている。
【００２５】
本発明レーザー素子に使用される半導体基板は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であり、ＡｌＧａＩｎＰ系材料との格子整合のし易さから）GaAsが好ましい。
また、本明細書において、第一導電型とは、上記基板と活性層との間に形成されるｎ型またはｐ型の導電型を意味している。第二導電型とは、活性層上基板とは反対側に形成されるｎ型またはｐ型の導電型を意味している。第一導電型がｎ型である場合は、第二導電型はｐ型となる。本発明においては、活性層の上方での電流狭窄（電流ブロック）の観点から第一導電型がｎ型で、第二導電型がｐ型である構成の素子に好適に適用できる。
【００２６】
また、本発明においてレーザ共振器端面近傍領域とは、レーザ光が出射されるレーザ共振器端面の近傍の半導体基板及び半導体基板の上方に形成された各層を指し、レーザ共振器内部領域とは、前記レーザ共振器端面近傍領域以外の半導体基板及び半導体基板の上方に形成された各層を指しており、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長の大小はフォトルミネッセンス法（PL法）に基づいて比較される。
【００２７】
本発明の半導体レーザ素子においては、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にはＡｓ原子が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下含まれるようにし、該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度より高濃度存在する構成を有している。
【００２８】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層を無秩序化する工程において、レーザ共振器端面近傍領域に比べて、レーザ共振器内部領域の活性層への第二導電性を有する不純物原子の拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流が低減された半導体レーザ素子を得られる。
【００２９】
本発明の半導体レーザ素子では、
前記レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下である構成が好ましい。
【００３０】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子の拡散促進が可能となり、且つ、フォトルミネッセンスのピーク波長が非常に大きいＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層への変質を阻止できるので、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３１】
本発明の半導体レーザ素子では、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子である構成とすることが好ましい。第二導電性を有する不純物は、ｐ型の場合、Ｂｅ，Ｚｎ，Ｍｇ等のＩＩ族原子、好ましくはＢｅ原子であり、ｎ型の場合、Ｓｉ，Ｓｅ原子が使用可能である。
【００３２】
レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子がＢｅで、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子がＺｎ及びＢｅの場合に、窓領域形成時にＺｎ拡散させる場合等がある。上記構成とすることにより、該活性層への拡散制御を行う必要がある第二導電性を有する不純物原子が、１種類だけとなるので、前記第二導電性を有する不純物原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制と、前記レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長の制御を行いやすくすることができる。その結果、高出力駆動における長期信頼性の向上と駆動電流の低電流化を行いやすくなっている。
【００３３】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子は、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であることが好ましい。II族原子としては、Be、Mg、Zn、好ましくはBeである。
【００３４】
Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子の拡散定数は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料にＡｓ原子を含ませることにより、飛躍的に拡散定数が大きくすることができるので、上記構成とすることにより、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３５】
前記Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子として、Ｂｅ原子を適用すると、Ｂｅ原子は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が小さく、Ａｓ原子が含まれるＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が大きいので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化と同時に、Ｂｅ原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制が可能となり、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３６】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下にすることが好ましい。
【００３７】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ十分拡散させることができ、且つ、レーザ共振器内部領域において、第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子の活性層への拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００３８】
本発明の半導体レーザ素子では、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層上方に、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層が配置されており、且つ、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層と第二導電型のＧａＡｓコンタクト層の間に第二導電型のＧａＩｎＰ中間層が配置されている構成とすることが好ましい。
【００３９】
上記構成とすることにより、レーザ共振器端面近傍領域における第二導電型の第二クラッド層と第二導電型のＧａＡｓコンタクト層の間でバンドギャップエネルギー差が生じ、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域でのキャリア損失を抑えられ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得られる。
【００４０】
本発明の半導体レーザ素子では、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層が配置されている構成とすることが好ましい。
【００４１】
上記構成とすることにより、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層がレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層へのＡｓ原子拡散源として働き、且つ、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域でのキャリア損失を抑えられ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得られる。
【００４２】
本発明の半導体レーザ素子は、
半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を含む、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる積層構造を成長させる工程と、
前記ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程と、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程を経て製造される。
【００４３】
上記製造工程を経ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層に、第二導電性を有する不純物原子を加速的に拡散させることができ、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮が可能となる。その結果、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、且つ、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に存在する、第二導電性を有する不純物原子の活性層への拡散を抑制できるので、高出力時の駆動電流が低減され、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【００４４】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程は、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射する工程と、該ウエハを加熱する工程を含む。
【００４５】
上記構成を経ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を含有させることができ、ウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造することが可能となる。
【００４６】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハを加熱する工程が、第一導電型の電流ブロック層を形成する工程によって兼ねられていてもよい。
【００４７】
上記製法を採ることにより、半導体レーザ素子のリッジの側面を第一導電型の電流ブロック層で埋め込むと同時に、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を含有させることができるので、製造工程の簡略化が可能である。また、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００４８】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハを加熱する工程が、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層を形成する工程で兼ねられていてもよい。
【００４９】
上記製法を採ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度を高濃度にすることができるので、更なるウエハへの加熱温度の低温化や加熱時間の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００５０】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程が、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層を形成する工程で兼ねられていてもよい。
【００５１】
上記製法を採ることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）を、レーザ共振器端面近傍領域の活性層に拡散することができ、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくできるので、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を製造できる。
【００５２】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、
該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程は、分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）法を用いることに行うことが好ましい。
【００５３】
【発明の実施の形態】
[第１の実施の形態]
図１は本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子の構造の説明図である。図１において、図１（ａ）は光出射端面を含む斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はｎ型ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層、１０３はn型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、１０４はバリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層（ＭＱＷ活性層）、１０５はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層、１０６はｐ型エッチングストップ層、１０７は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層、１０８はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層、１０９はリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック（狭窄）層、１１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１１はp側電極、１１２はｎ側電極である。
【００５４】
また、図１において、１０４Ａはレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）、１０４Ｂはレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さい領域（窓領域）、１１３はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層が除去された電流非注入領域、１１４はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるストライプ状のリッジである。なお、ＭＱＷ活性層１０４は井戸層ＧａｙＩｎｚＰ（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、障壁層ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ＝０．２６，Y＝０．２５，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、井戸層数４層の積層構成からなる。
【００５５】
次に製造方法について第２図に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）上に順次、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にてｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層１０２（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層１０３（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約２μｍ）、ＭＱＷ活性層１０４、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｐ型エッチングストップ層１０６、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚１．２μｍ）、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８（キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．０５μｍ）をエピタキシャル成長させる（第２図（ａ））。この時、１０１〜１０３の各層にはＳｉ原子が、１０５〜１０８の各層にはｐ型導電性を有するＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【００５６】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７４０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク１１５（膜厚約2000Å）を形成する（第２図（ｂ））。前記ＳｉＯ２マスク１１５は、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないために形成されたものである。
【００５７】
その後、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行う。これにより、レーザ共振器端面近傍領域のウエハ表面近傍にＡｓ原子の拡散源が形成される。
【００５８】
次に、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に形成された、ＳｉＯ２マスク１１５を除去し、その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の上に、レーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスク１１６を形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層１０６に到達するように、ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する（第２図（ｃ））。
【００５９】
次に、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の上に形成されたストライプ状のレジストマスク１１６を除去し、その後、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込む。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。（第２図（ｄ））
【００６０】
上記ウエハのｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。
【００６１】
結果を図３に示す。図３の縦軸はＡｓ原子濃度（ｃｍ−３）、横軸はｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からの深さ（μｍ）である。また、図３において、破線がレーザ共振器内部領域、実線がレーザ共振器端面近傍領域におけるＡｓ原子の深さ方向分布を示している。
【００６２】
図３から判るように、レーザ共振器端面近傍領域の１０５〜１０８の各層にはＡｓ原子が存在しており、且つ、レーザ共振器端面近傍領域の１０５〜１０８の各層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の１０５〜１０８の各層に比べて高濃度になっている。
【００６３】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行い、その後、リッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込む、２回目のＭＢＥ成長を行う、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７にＡｓ原子を拡散させることが可能であることが明らかである。
【００６４】
さらに、上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７でのＡｓ原子濃度を、レーザ共振器内部領域でのＡｓ原子濃度より高濃度にすることが可能であることが明らかである。
【００６５】
次に、上記２回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【００６６】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ１１４の側面に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９の表面にレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク開口部のリッジ１１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９を選択的に除去する。
【００６７】
ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９上に形成されたレジストマスクを除去し、再度、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域に幅７４０μｍのレジストマスク１１８を形成し、レジストマスク１１８開口部のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８を選択的に除去する（第２図（ｅ））。
【００６８】
なお、レジストマスク１１８の開口部は、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂの直上に位置するように形成されている。これにより、レーザ共振器端面近傍領域におけるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０の間でバンドギャップエネルギー差が生じ、電流非注入領域１１３が形成される。また、前記プロセスによって形成された電流非注入領域１１３が、窓領域１０４Ｂの直上になっているので、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【００６９】
その後、レーザ共振器内部領域に形成されたレジストマスク１１８を除去し、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成する（第２図（ｆ））。
【００７０】
上記製造方法によって得られた本実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向分布を図４に示す。
【００７１】
図４に示されたＢｅ原子の深さ方向分布は、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した結果であり、図４の縦軸はＢｅ原子濃度（ｃｍ−３）、横軸はｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からの深さ（μｍ）である。また、図４において、破線がレーザ共振器内部領域、実線がレーザ共振器端面近傍領域におけるＢｅ原子の深さ方向分布を示している。
【００７２】
図４から判るように、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）へのＢｅ原子の拡散は見られない。また、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂには、１０５〜１０８の各層から拡散させたＢｅ原子が存在している。
【００７３】
次に、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、３回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、フォトルミネッセンス法（ＰＬ法）にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００７４】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた場合、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルよりも４０ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【００７５】
これは、レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子が、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であるので、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７にＡｓ原子を含ませることにより、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子の拡散定数を飛躍的に大きくすることができ、３回目のＭＢＥ成長時のウエハ加熱により、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来るのである。
【００７６】
上面にはｐ電極１１１、下面にはｎ電極１１２を形成する。
次に、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した半導体レーザ素子が作製される。
【００７７】
上記の本実施の形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【００７８】
また、比較のために、上記の本実施の形態の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域に、Ｚｎ原子をｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層１０３の途中まで拡散させる、従来技術の半導体レーザ素子も同時に特性測定も同時に行った。
【００７９】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子及び従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６５５ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１００ｍＡ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１３０ｍＡであった。
【００８０】
また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態及び従来技術の半導体レーザ素子は３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、従来技術の半導体レーザ素子の平均寿命は１０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約５０００時間と平均寿命が向上した。
【００８１】
以上より、本実施の形態の半導体レーザ素子では、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が実現されていることが明らかである。
【００８２】
レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）にＡｓ原子が含まれている、本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器内部領域の第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が活性層へ拡散しないように、ウエハへの加熱温度（アニール温度）の低温化や加熱時間（アニール時間）の短縮を行っても、レーザ共振器端面近傍領域において、第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）を加速的に拡散させることができるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化が可能となり、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さく出来る。
【００８３】
その結果、レーザ光の波長に対する吸収領域がレーザ共振器端面近傍には形成されないので、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られ、高出力駆動における長期信頼性の向上が可能となっている。
【００８４】
また、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）でのＡｓ原子濃度が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７でのＡｓ原子濃度より高濃度存在する、本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域の活性層を無秩序化する工程において、レーザ共振器端面近傍領域に比べて、レーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散を抑制することができるので、高出力時の駆動電流の低電流化が可能となっている。
【００８５】
また、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）である、本実施の形態の半導体レーザ素子では、該活性層１０４Ａ，１０４Ｂへの拡散制御を行う必要がある第二導電性を有する不純物原子が、１種類だけとなるので、前記第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）のレーザ共振器内部領域の活性層１０４Ａへの拡散抑制と、前記レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層１０４Ｂのフォトルミネッセンスのピーク波長の制御を行いやすくすることができる。その結果、高出力駆動における長期信頼性の向上と駆動電流の低電流化を行いやすくなっている。
【００８６】
本実施の形態の半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層（ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７）に含まれる第二導電性を有する不純物原子として、ＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が小さく、Ａｓ原子が含まれるＡｌＧａＩｎＰ系材料での拡散定数が大きい、Ｐ原子の質量数より小さい質量数となるＩＩ族原子であるＢｅ原子を用いているので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層の無秩序化と同時に、Ｂｅ原子のレーザ共振器内部領域の活性層への拡散抑制が可能となり、その結果、高出力時の駆動電流の低電流化が可能となっている。Be以外にも、Mgも使用できるが、活性層への拡散抑制の観点からBeが好ましい。
【００８７】
本実施の形態では、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ＳｉＯ２マスク１１５を形成しているが、ＳｉaＮb，ＳｉaＯbＮc（a，b，cは１以上）等の誘電体膜であれば、上記と同様の効果が得られる。
【００８８】
本実施の形態では、リッジ１１４内部のレーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８を選択的に除去して形成された、電流非注入領域１１３としているが、リッジ１１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９をレーザ共振器端面近傍領域のみ残しておく、製造方法によって得られる電流非注入領域を用いても、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【００８９】
[第２の実施の形態]
本実施の形態では、第１の実施の形態に記載の本発明の半導体レーザ素子における、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係について検討する。
【００９０】
第１の実施の形態に記載の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１７ｃｍ−３，５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３，５×１０１９ｃｍ−３，１×１０２０ｃｍ−３，５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となるように、イオン化されたＡｓ原子の照射量（ドーズ量）を変化させて、９枚のウエハのレーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８の表面に、前記９条件でのイオン化されたＡｓ原子の照射を行った。
【００９１】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、９枚のウエハのｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する。
【００９２】
その後、前記９枚のウエハを、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込んだ。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。
【００９３】
上記２回目のＭＢＥ成長後の９枚のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲では、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかったが、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となっているウエハでは、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して、長波長側に波長シフトしていた。
【００９４】
その後、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成した。
【００９５】
上記３回目のＭＢＥ成長後の９枚のウエハの一部を用いて、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
【００９６】
前記レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係を第５図に示す。この時の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度を２×１０１８ｃｍ−３としており、また、活性領域の波長に対して窓領域の波長は全て短波長側へシフトしていた。第５図の縦軸は活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量（ｎｍ）、横軸はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度（ｃｍ−３）である。
【００９７】
第５図から判るように、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲において、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた。これは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で形成されている半導体膜へのＡｓ原子の混入量の増加に伴い、Ｐ原子より質量数が小さいＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散速度も速くなるのだが、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下である場合、急激にＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散速度が低下することにより、ＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散が促進されないので、Ｂｅ原子がレーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４Ｂまで到達していないのである。また、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が１×１０２０ｃｍ−３以上である場合、レーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４ＢへのＡｓ原子の混入量が急激に増加するために、フォトルミネッセンスのピーク波長が非常に大きいＩｎＧａＡｓＰ系ＭＱＷ活性層となるので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４ＢにＢｅ原子が十分に拡散して、前記活性層を無秩序化しても、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長はレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくならないである。
【００９８】
第１の実施の形態に記載の製造方法を用い、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１７ｃｍ−３，５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３，５×１０１９ｃｍ−３，１×１０２０ｃｍ−３，５×１０２０ｃｍ−３，１×１０２１ｃｍ−３となるように製造された、９種類の半導体レーザ素子の最大光出力試験を行った。
【００９９】
その結果、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲で製造された５種類の半導体レーザ素子では、３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであったが、５×１０１７ｃｍ−３以下及び５×１０２０ｃｍ−３以上となるように製造された、４種類の半導体レーザ素子では１５０ｍＷ以下の光出力において、共振器端面にてＣＯＤが発生した。
【０１００】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の範囲である、上記半導体レーザ素子にすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さくでき、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【０１０１】
[第３の実施の形態]
本実施の形態では、第１の実施の形態に記載の本発明の半導体レーザ素子における、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度について検討する。
【０１０２】
第１の実施の形態に記載の製造方法において、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３，７．５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，２．５×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，７．５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３となるように、７枚のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に順次、ＭＢＥ法にて１０２〜１０８の各層を前記７条件でのエピタキシャル成長を行った。
【０１０３】
次に、前記７枚のウエハのレーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ストライプ状のＳｉＯ２マスク１１５を形成し、その後、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行う。
【０１０４】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、７枚のウエハのｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１４に加工する。
【０１０５】
その後、前記７枚のウエハを、成長温度５００℃、成長時間２時間の条件下で、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層１０８からなるリッジ１１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層１０９で埋め込んだ。また、この時、Ａｓ原子の拡散源が形成されたレーザ共振器端面近傍領域において、Ａｓ原子をｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５まで拡散させる。
【０１０６】
上記７枚のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域１０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域１０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【０１０７】
その後、上記７枚のウエハは、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０を形成した。
【０１０８】
上記３回目のＭＢＥ成長後の７枚のウエハの一部を用いて、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）１０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０４Ａのそれぞれの波長を測定した。
その結果、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である５種類のウエハにおいて、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた。
【０１０９】
これは、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上である場合、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域）１０４ＢにＢｅ原子が十分に拡散して、前記活性層を無秩序化するので、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長はレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくなるのである。
【０１１０】
第１の実施の形態に記載の製造方法を用いて、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が、５．０×１０１７ｃｍ−３，７．５×１０１７ｃｍ−３，１×１０１８ｃｍ−３，２．５×１０１８ｃｍ−３，５×１０１８ｃｍ−３，７．５×１０１８ｃｍ−３，１×１０１９ｃｍ−３となっている、７種類の半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【０１１１】
その結果、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が５×１０１８ｃｍ−３以下である５種類の半導体レーザ素子において、ＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）が１２０ｍＡ以下であった。また、最大光出力試験を行ったところ、活性領域の波長に対して窓領域の波長が３０ｎｍ以上短波長側へシフトしていた、第二導電型の第二クラッド層１０５，１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上である５種類の半導体レーザ素子では、３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。
【０１１２】
このことから、第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５，ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層１０７での第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である、上記半導体レーザ素子にすることにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域１０４Ｂ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）拡散による無秩序化と、レーザ共振器内部領域の活性層（活性領域１０４Ａ）への第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）の拡散抑制が両立することができるので、高出力時の駆動電流が低減され、長期信頼性に優れたＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得られる。
【０１１３】
[第４の実施の形態]
図６は本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子の構造の説明図である。図６において、（ａ）は光出射端面を含む斜視図、（ｂ）は図６（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、（ｃ）は図６（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、２０１はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２はｎ型ＧａｙＩｎｚＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層、２０３はn型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、２０４はバリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層（ＭＱＷ活性層）、２０５はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層、２０６はｐ型エッチングストップ層、２０７は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層、２０８はp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層、２０９はリッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック（狭窄）層、２１０はｎ型ＧａＡｓ電流非注入層、２１１はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、２１２はp側電極、２１３はｎ側電極である。
【０１１４】
図６において、２０４Ａはレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）、２０４Ｂはレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長がレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層２０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よりも小さい領域（窓領域）、２１４はｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８からなるストライプ状のリッジである。ＭＱＷ活性層２０４は井戸層ＧａｙＩｎｚＰ（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、障壁層ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ（ｘ＝０．２６，Y＝０．２５，Z＝０．４９）（膜厚５０Å）、井戸層数４層の積層構成からなる。
【０１１５】
次に製造方法について第７図に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板２０１（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）上に順次、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にてｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層２０２（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層２０３（キャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約２μｍ）、ＭＱＷ活性層２０４、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚約０．２μｍ）、ｐ型エッチングストップ層２０６、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７（キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３）（ｘ＝０．３６，Y＝０．１５，Z＝０．４９）（膜厚１．２μｍ）、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８（キャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３）（Y＝０．５１，Z＝０．４９）（膜厚約０．０５μｍ）をエピタキシャル成長させる（第７図（ａ））。この時、２０１〜２０３の各層にはＳｉ原子が、２０５〜２０８の各層にはｐ型導電性を有するＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【０１１６】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８の上に、レーザ共振器端面に垂直方向へ伸びたストライプ状のレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型エッチングストップ層２０６に到達するように、ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８とｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７を約３μｍ幅のストライプ状のリッジ２１４に加工する。
【０１１７】
次に、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８の上に形成されたストライプ状のレジストマスクを除去する。その後、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７、p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８からなるリッジ２１４の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９で埋め込む（第７図（ｂ））。
【０１１８】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ２１４の側面に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面にレジストマスクを形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク開口部のリッジ２１４上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９を選択的に除去する。
【０１１９】
次に、ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２１０の上に形成されたレジストマスクを除去する。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７４０μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク２１７を形成し、その後、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、イオン化されたＡｓ原子の照射を行う（第７図（ｃ））。
【０１２０】
次に、成長温度５００℃、成長時間１時間の条件下で、３回目のＭＢＥ法によって、ＳｉＯ２マスク２１７で覆われていない、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成する（第７図（ｄ））。これにより、Ａｓ原子をレーザ共振器端面近傍領域に拡散させ、且つ、電流非注入層（領域）を同時に形成する。
【０１２１】
上記ウエハのレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。また、前記本実施の形態の製造方法において、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行わずに、レーザ共振器端面近傍領域にｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成した場合の比較用ウエハも同時に測定した。
【０１２２】
その結果、本実施の形態の製造方法によって得られたウエハでは、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０８の各層にはＡｓ原子が存在しており、且つ、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０８の各層でのＡｓ原子濃度は、レーザ共振器内部領域の２０５〜２０８の各層に比べて高濃度になっている。しかし、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子の照射を行わない比較用ウエハでは、レーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８にはＡｓ原子が存在しているが、レーザ共振器端面近傍領域の２０５〜２０７の各層にはＡｓ原子は存在していなかった。
【０１２３】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７にＡｓ原子を拡散させるには、少なくとも、該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射する工程を少なくとも含むことが必要であることを明らかである。
【０１２４】
上記製造方法を用いることにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７でのＡｓ原子濃度を、レーザ共振器内部領域でのＡｓ原子濃度より高濃度にすることが可能であることが明らかである。
【０１２５】
次に、上記３回目のＭＢＥ成長後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０４Ａのそれぞれの波長を測定した。その結果、この時点では、窓領域２０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域２０４Ａからの発光スペクトルに対して波長シフトしていなかった。
【０１２６】
その後、レーザ共振器内部領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に形成された、ＳｉＯ２マスク２１７を除去し、次に、成長温度６００℃、成長時間２時間の条件下で、４回目のＭＢＥ法によって、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１を形成する（第７図（ｅ））。
【０１２７】
上記製造方法によって得られた本実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向分布を２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）で測定した。
【０１２８】
その結果、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）へのＢｅ原子の拡散は見られなかった。また、レーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂには、２０５〜２０８の各層から拡散させたＢｅ原子が存在していた。
【０１２９】
次に、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、４回目のＭＢＥ成長（ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１の形成）後のウエハの一部を、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）２０４Ｂとレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０４Ａのそれぞれの波長を測定した。また、比較として、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法において、３回目のＭＢＥ成長（ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０の形成）の代りに、基板温度５００℃でのアニールを１時間行い、その後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１のＭＢＥ成長を行った、比較用ウエハの一部も、ＰＬ法にてレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）のそれぞれの波長を測定した。
【０１３０】
その結果、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０が形成されていない、比較用ウエハの場合、窓領域からの発光スペクトルは、活性領域からの発光スペクトルよりも２０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０が形成されている、上記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いたウエハの場合、窓領域２０４Ｂからの発光スペクトルは、活性領域２０４Ａからの発光スペクトルよりも４０ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【０１３１】
これは、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射し、その後、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７の上方に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成することにより、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７でのＡｓ原子濃度が高濃度となっていると考えられ、その結果、該第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）が加速的に拡散した結果である。
【０１３２】
以上から、レーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射し、その後、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層２０５及びｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層２０７の上方に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成することにより、レーザ共振器端面近傍領域の活性層（窓領域２０４Ｂ）のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域２０４Ａ）のフォトルミネッセンスのピーク波長より十分小さく出来ることが明らかである。
【０１３３】
次に、該ウエハ上面にはｐ電極２１２、下面にはｎ電極２１３を形成し、その後、６０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域のほぼ中央にスクライブラインを入れて、共振器の長さにバー状に分割し、最後にバーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して、長さ８００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した半導体レーザ素子が作製される。上記の本実施の形態の製造方法によって得られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
【０１３４】
また、比較のために、レーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層を選択的に除去して電流非注入領域が形成される、第１の実施の形態の製造方法を用いた半導体レーザ素子も同時に特性測定も同時に行った。
【０１３５】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６５５ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は９０ｍＡ、第１の実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１００ｍＡであった。
【０１３６】
また、最大光出力試験の結果は、本実施の形態の半導体レーザ素子及び第１の実施の形態の半導体レーザ素子は３００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであった。これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、第１の実施の形態の半導体レーザ素子の平均寿命は２０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約３０００時間と平均寿命が向上した。このことより、本実施の形態の半導体レーザ素子では、駆動電流の低電流化と長期信頼性の向上が実現されていることが明らかである。
【０１３７】
本実施の形態の半導体レーザ素子では、イオン化されたＡｓ原子のウエハへの照射後からｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１１の形成までに該半導体レーザ素子へ与える熱エネルギー（成長温度５００℃，成長時間１時間の３回目のＭＢＥ成長と、成長温度６００℃，成長時間２時間の４回目のＭＢＥ成長）が、第１の実施の形態の製造方法を用いた場合（成長温度５００℃，成長時間２時間の２回目のＭＢＥ成長と、成長温度６００℃，成長時間２時間の３回目のＭＢＥ成長）に比べて、低減されているため、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層２０５，２０７に含まれる第二導電性を有する不純物原子（Ｂｅ原子）のレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域２０４Ａ）への拡散が更に抑制された結果、駆動電流の低電流化が実現されている。また、前記駆動電流の低電流化により、高出力駆動時における該半導体レーザ素子の素子温度の上昇を抑制することができるので、高出力駆動における長期信頼性の向上が可能となっている。
【０１３８】
本実施の形態では、レーザ共振器内部領域に、イオン化されたＡｓ原子が照射されないように、ＳｉＯ２マスク２１７を形成しているが、ＳｉaＮb，ＳｉaＯbＮc（a，b，cは１以上）等の誘電体膜であれば、上記と同様の効果が得られる。
【０１３９】
本実施の形態では、レーザ共振器端面近傍領域となるp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８及びｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層２０９の表面に、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成しているが、リッジ２１４内部のレーザ共振器端面近傍領域のp型ＧａｙＩｎｚＰ中間層２０８を選択的に除去して、その後、ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層２１０を形成した場合でも、窓領域への電流注入を防ぎ、発光に寄与しない無効電流が低減されるので、上記と同様の効果が得られる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくすることができ、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子（ＡｌＧａＩｎＰ系）とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子構造の光出射端面を含む斜視図。
【図１ｂ】 図１ａのＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図。
【図１ｃ】 図１ａのＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図。
【図２ａ】〜【図２ｆ】 本発明の第１の実施の形態に関する半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＡｓ原子の深さ方向の分布を示す図。
【図４】 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ素子のリッジ内部のレーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域でのＢｅ原子の深さ方向の分布を示す図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法における、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層１０５でのＡｓ原子濃度と活性領域の波長に対する窓領域の波長シフト量の関係を示す図。
【図６ａ】 本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子構造の光出射端面を含む斜視図。
【図６ｂ】 図６ａのＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図。
【図６ｃ】 図６ａのＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図。
【図７ａ】〜【図７ｅ】 本発明の第４の実施の形態に関する半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【図８ａ】〜【図８ｂ】 従来技術の半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図。
【図９ａ】〜【図９ｄ】 従来技術の半導体レーザ素子の製造方法の説明図。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００1…ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２，２０２…ｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層
１０３，２０３…n型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第1クラッド層
１０４，２０４…ＭＱＷ活性層
１０４Ａ，２０４Ａ…活性領域
１０４Ｂ，２０４Ｂ…窓領域
１０５，２０５…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層
１０６，２０６…ｐ型エッチングストップ層
１０７，２０７…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層
１０８，２０８…p型ＧａｙＩｎｚＰ中間層
１０９，２０９…ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層
１１０，２１１，１００９…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１，２１２，１０１１…ｐ側電極
１１２，２１３，１０１２…ｎ側電極
１１４，２１４…ストライプ状のリッジ
１１５，２１７…ＳｉＯ２マスク
１１６，１１８…レジストマスク
２１０…ｎ型ＧａＡｓ電流非注入層
１００２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１００３…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１００４…アンドープＧａＩｎＰ活性層
１００５…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰインナークラッド層
１００６…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰアウタークラッド層
１００７…ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１００８…ｎ型ＧａＡｓブロック層
１０１３…誘電体膜
１０１４…レジストストライプマスク
Claims (9)
- 半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を有し、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくされている、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体レーザ素子において、
レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子Ｂｅ濃度が、１×１０ １８ ｃｍ −３ 以上５×１０ １８ ｃｍ −３ 以下、
該レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子が含まれており、該Ａｓ原子濃度が、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層でのＡｓ原子濃度より高濃度存在し、該Ａｓ原子濃度が、１×１０ １８ ｃｍ −３ 以上１×１０ ２０ ｃｍ −３ 以下であり、そして
レーザ共振器端面近傍領域の活性層にはＢｅが拡散存在しており、レーザ共振器内部領域の活性層にはそのようなＢｅがみられない、
ことを特徴とする半導体レーザ素子。 - レーザ共振器端面近傍領域及びレーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層上方に、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層が配置されており、且つ、レーザ共振器内部領域の第二導電型の第二クラッド層と第二導電型のＧａＡｓコンタクト層の間に第二導電型のＧａＩｎＰ中間層が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
- レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 半導体基板上方に、第一導電型の第一クラッド層、活性層、第二導電型の第二クラッド層を含む、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる積層構造を成長させる工程、
レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程、
レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程を含むことを特徴とする、半導体レーザ素子の製造方法。 - レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層にＡｓ原子を拡散させる工程は、
ウエハのレーザ共振器端面近傍領域にイオン化されたＡｓ原子を照射する工程と、
該ウエハを加熱する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - ウエハを加熱する工程が、第一導電型の電流ブロック層を形成する工程で兼ねられていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- ウエハを加熱する工程が、レーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層の上方に、第一導電型のＧａＡｓ電流非注入層を形成する工程で兼ねられていることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程が、第二導電型のＧａＡｓコンタクト層を形成する工程で兼ねられていることを特徴とする、請求項４に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
- 該ウエハのレーザ共振器端面近傍領域の第二導電型の第二クラッド層に含まれる第二導電性を有する不純物原子を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長をレーザ共振器内部領域の活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長より小さくする工程が、分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）法を用いることによって行われることを特徴とする、請求項４又は請求項８に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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