JP4671793B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、CD-ROM、DVD-Video、CD-DA及びVCD等の光ディスク装置、光情報処理、光通信、並びに光計測等に用いられる、半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
光ディスク装置のピックアップ用光源、並びに光情報処理、光通信、及び光計測の光源として、半導体レーザ装置が用いられている。例えば、DVD-RAMへの読み込み又は書き込みを行うためのピックアップ用光源として、波長650nm帯のAlGaInP系の赤色レーザが用いられている。また、例えば、CD-Rへの読み込み又は書き込みを行うためのピックアップ用光源として、波長780nm帯のAlGaAs系の赤外レーザが用いられている。
DVD-RAMとCD-Rとの双方に対応するためには、１つのドライブに赤色レーザと赤外レーザとの双方が必要であり、このため、DVD用の光集積ユニットとCD用の光集積ユニットとの双方を備えたドライブが一般的に普及している。しかしながら、近年では、ドライブの小型化及び低コスト化、並びに光学系組立工程の簡素化等の要請により、DVD-RAMとCD-Rとの双方に対応することが可能な、１つの光集積ユニットを備えたドライブが求められている。
このため、近年では、同一基板上に、波長650nm帯のAlGaInP系の赤色レーザ及び波長780nm帯のAlGaAs系の赤外レーザが集積されてなる、二波長レーザ装置が実用化されつつある（例えば、特許文献１参照）。ピックアップ用光源として、二波長レーザ装置を利用することにより、１つの光集積ユニット上に、DVD／CD両用のレーザを備えた光ディスク装置を実現することができる。
また、DVD-RAM及びCD-R等へのデータの書き込みには、半導体レーザ装置の高出力化が要求される。
しかしながら、半導体レーザ装置では、活性層における出射端面近傍領域において、界面準位が形成されるので、キャリアの非発光再結合が促進される。このため、活性層における出射端面近傍領域では、半導体レーザ装置内で発生するレーザ光を吸収するので、発熱による温度の上昇が起こる。
光出力密度の増大に伴って、活性層における出射端面近傍領域では、より多くのレーザ光を吸収するので、発熱による温度の上昇が加速される。これにより、最終的には、活性層における出射端面近傍領域の温度が、各半導体層を構成する結晶の融点にまで上昇されるので、各半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分が溶融されて、レーザ発振動作の停止が引き起こされる。
このように、半導体レーザ装置では、高出力密度の動作時に、各半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分が、損傷を受ける（以下、光学損傷と記す）。
この問題を解決するために、窓構造を有する半導体レーザ装置が実用化されている。
以下に、窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法について簡単に説明する（例えば、非特許文献１参照）。
まず、基板の上に、多重量子井戸構造を有する活性層を含む複数の半導体層を形成する。続いて、スパッタ法により、複数の半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分の上に、ＺｎＯ膜を選択的に形成する。続いて、アニールにより、ＺｎＯ膜に含まれるＺｎを、活性層におけるＺｎＯ膜の下方に存在している部分中にまで拡散させる。
これにより、活性層におけるＺｎが拡散された領域では、活性層の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図ることができるので、活性層における出射端面近傍領域に、活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓領域を形成することができる。
このように、窓構造を有する半導体レーザ装置では、活性層における出射端面近傍領域に、活性層における内部領域のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する窓領域が形成されている。
このため、窓構造を有する半導体レーザ装置では、活性層における出射端面近傍領域において、半導体レーザ装置内で発生するレーザ光が吸収されることはないので、レーザ発振動作の停止が引き起こされることを防止することができる。
以上のように、二波長レーザ装置において、高出力動作が可能な赤外レーザ及び赤色レーザを実現するためには、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分と赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分との双方に、窓領域を形成する必要がある。
特開２００１−５７４６２ ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．６、ｐ１８７４−１８７９（１９９３）
しかしながら、二波長レーザ装置の製造方法では、赤外レーザに窓領域を形成するためのＺｎ拡散工程、及び赤色レーザに窓領域を形成するためのＺｎ拡散工程の各々を同一の工程で行う場合、すなわち、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ窓領域及び赤色レーザ窓領域の各々を形成する場合、以下に示す課題が発生する。
前述したように、赤外レーザ及び赤色レーザよりなる二波長レーザ装置では、赤外レーザ活性層としてAlGaAs混晶を用いると共に、赤色レーザ活性層としてAlGaInP混晶を用いる。
ここで、AlGaAs混晶におけるＺｎ拡散速度は、AlGaInP混晶におけるＺｎ拡散速度よりも非常に小さい。
このため、AlGaAs混晶よりなる赤外レーザ活性層に対して、窓構造としての機能を果たすために必要な量のＺｎを拡散させるように、Ｚｎ拡散工程の条件を調整した場合、AlGaInP混晶よりなる赤色レーザ活性層に対して、Ｚｎが過剰に拡散される。
これにより、赤色レーザ半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分の結晶性が著しく劣化する。更には、赤色レーザ半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分中に過剰に拡散されたＺｎが、基板にまで到達することにより、半導体レーザ装置において、電気的短絡が発生する。
反対に、AlGaInP混晶よりなる赤色レーザ活性層に対して、窓構造としての機能を果たすために必要な量のＺｎを拡散させるように、Ｚｎ拡散工程の条件を調整した場合、AlGaAs混晶よりなる赤外レーザ活性層に対して、窓構造としての機能を果たすために必要な量のＺｎを拡散させることができない。
このため、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に、良好な窓領域を形成することができないので、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域において、半導体レーザ装置内で発生するレーザ光が吸収されることにより、赤外レーザ半導体層における出射端面近傍領域に存在している部分が溶融されて、赤外レーザの発振動作の停止が引き起こされる。
このように、二波長レーザ装置の製造方法では、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ及び赤色レーザのうちのいずれか一方のレーザに良好な窓領域を形成することはできるが、他方のレーザに良好な窓領域を形成することができない。
上記に対し、二波長レーザ装置の製造方法では、赤外レーザに窓領域を形成するためのＺｎ拡散工程、及び赤色レーザに窓領域を形成するためのＺｎ拡散工程の各々を別途の工程で行う場合、すなわち、２度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ窓領域及び赤色レーザ窓領域の各々を形成する場合、以下に示す課題が発生する。
二波長レーザ装置の製造方法では、２度のＺｎ拡散工程によって、製造工程数が増加するので、二波長レーザ装置の製造コストが増大する。更には、二波長レーザ装置の製造方法では、２度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ及び赤色レーザのうちのいずれか一方のレーザに対して、２度のＺｎ拡散工程が施されるので、二波長レーザ装置の歩留まりが低下する。
前記に鑑み、本発明の目的は、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分、及び赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分に対して、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎを拡散させることにより、赤外レーザ窓領域と赤色レーザ窓領域との双方が良好に形成された、半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することである。
前記の課題を解決するために、本発明に係る第１の半導体レーザ装置は、基板上に、第一導電型の第１のクラッド層、出射端面近傍に第１の窓領域を有する第１の活性層、及び第二導電型の第１のクラッド層が下から順に積層されてなる、第１の波長のレーザ光を放出する第１の素子と、基板上に、第一導電型の第２のクラッド層、出射端面近傍に第２の窓領域を有する第２の活性層、及び第二導電型の第２のクラッド層が下から順に積層されてなる、第２の波長のレーザ光を放出する第２の素子とを備え、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数及び第二導電型の第２のクラッド層の格子定数は、第１の活性層における第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度と第２の活性層における第２の窓領域に含まれる不純物の拡散速度との差異が補償されるように調整された定数であることを特徴とする。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置によると、第１の活性層における第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度と第２の活性層における第２の窓領域に含まれる不純物の拡散速度との差異を補償するように、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数及び第二導電型の第２のクラッド層の格子定数が調整されているので、第二導電型の第１のクラッド層における第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度、及び第二導電型の第２のクラッド層における第２の窓領域に含まれる不純物の拡散速度が調整されている。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、第１の活性層における第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度と第２の活性層における第２の窓領域に含まれる不純物の拡散速度との差異を補償するように、第二導電型の第１のクラッド層を通過して第１の活性層中へ拡散される第１の窓領域に含まれる不純物の実効的なドーズ量、及び第二導電型の第２のクラッド層を通過して第２の活性層中へ拡散される第２の窓領域に含まれる不純物の実効的なドーズ量が調整されている。
したがって、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、１度の不純物拡散工程によって、第１の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び第２の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量の不純物が拡散されているため、出射端面近傍領域に良好な第１の窓領域を有する第１の活性層を実現すると共に、出射端面近傍領域に良好な第２の窓領域を有する第２の活性層を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第１の活性層はＡｌＧａＡｓを含む層であり、第２の活性層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、第二導電型の第１のクラッド層及び第二導電型の第２のクラッド層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、第１の窓領域に含まれる不純物及び第２の窓領域に含まれる不純物には、Ｚｎが含まれており、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数は基板の格子定数よりも小さく、且つ第二導電型の第２のクラッド層の格子定数よりも小さいことが好ましい。
このようにすると、ＡｌＧａＡｓよりなる第１の活性層（すなわち、赤外レーザ活性層）における第１の窓領域（すなわち、赤外レーザ窓領域）に含まれる不純物（すなわち、Ｚｎ）の拡散速度とＡｌＧａＩｎＰよりなる第２の活性層（すなわち、赤色レーザ活性層）における第２の窓領域（すなわち、赤色レーザ窓領域）に含まれる不純物（すなわち、Ｚｎ）の拡散速度との差異を補償するように、第二導電型の第１のクラッド層（すなわち、赤外レーザ第二導電型クラッド層）の格子定数が基板の格子定数よりも小さく、且つ第二導電型の第２のクラッド層（すなわち、赤色レーザ第二導電型クラッド層）の格子定数よりも小さくなるように調整されている。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層におけるＺｎ拡散速度との差異を補償するように、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整されているので、赤外レーザ第二導電型クラッド層を通過して赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量が、赤色レーザ第二導電型クラッド層を通過して赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量よりも多くなるように調整されている。
したがって、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎ（例えば、2×1018 [cm-3 ]以上）が拡散されているため、出射端面近傍領域に良好な赤外レーザ窓領域を有する赤外レーザ活性層を実現すると共に、出射端面近傍領域に良好な赤色レーザ窓領域を有する赤色レーザ活性層を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第二導電型の第１のクラッド層の基板に対する格子不整値は、-3.0×10-3 以上であって且つ -5.0×10-4 未満であり、第二導電型の第２のクラッド層の基板に対する格子不整値は、-5.0×10-4 以上であって且つ 2.0×10-3 以下であることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第１のクラッド層）の格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第２のクラッド層）の格子不整値よりも小さくなるように調整することができる。
ここで、第二導電型のクラッド層の基板に対する格子不整値とは、基板の格子定数をa0、第二導電型のクラッド層の格子定数をa1、及び第二導電型のクラッド層のポアソン比をμとしたときの、μ×(a1−a0)／a0で表される式を用いて算出される数値である。これらの値は、Ｘ線回折装置を用いて、容易に実測することができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第二導電型の第１のクラッド層は、一般式が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で表される化合物を含んでおり、第二導電型の第２のクラッド層は、一般式が（ＡｌtＧａ1-t）uＩｎ1-uＰ（０≦ｔ≦１，０≦ｕ≦１）で表される化合物を含んでおり、ｘとｔとは、ｘ＜ｔの関係を満たしていることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第１のクラッド層）におけるＡｌの組成比ｘと赤色レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第２のクラッド層）におけるＡｌの組成比ｔとが、ｘ＜ｔの関係を満たしている場合においても、組成比ｙ及び組成比ｕを調整することにより、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整することができる。
例えば、赤外レーザ第二導電型クラッド層の基板に対する格子不整値が、-3.0×10-3 以上であって且つ -5.0×10-4 未満の範囲を満たすと共に、赤色レーザ第二導電型クラッド層の基板に対する格子不整値が、-5.0×10-4 以上であって且つ 2.0×10-3 以下の範囲を満たすように、組成比ｙ及び組成比ｕを調整する。
このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、組成比ｘと組成比ｔとがｘ＜ｔの関係を満たしている場合においても、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも小さくなることはない。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物は、第１の窓領域に含まれる不純物とは異なる元素であり、第二導電型の第１のクラッド層における第１の第二導電型不純物の拡散速度は、第二導電型の第１のクラッド層における第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度よりも小さいことが好ましい。
このようにすると、赤色レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第２のクラッド層）に含まれる第２の第二導電型不純物だけでなく、赤外レーザ第二導電型クラッド層（すなわち、第二導電型の第１のクラッド層）に含まれる第１の第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
具体的には、赤外レーザ第二導電型クラッド層における第１の第二導電型不純物の拡散速度が、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ（すなわち、第１の窓領域に含まれる不純物）拡散速度よりも小さくなるように、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物としてＺｎとは異なる元素を選択することにより、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物が、赤外レーザ第二導電型クラッド層を通過して赤外レーザ活性層における内部領域にまで拡散されることを防止することができるので、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
また、具体的には、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、前述したように、赤色レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度が、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも小さくなるように調整されているため、赤色レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物としてＺｎを選択しても、赤色レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物Ｚｎが、赤色レーザ第二導電型クラッド層を通過して赤色レーザ活性層における内部領域にまで拡散されることがないので、赤色レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物Ｚｎの高濃度化を図ることができる。
このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の高濃度化を図ると共に、赤色レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層及び赤色レーザ活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、赤外レーザ活性層及び赤色レーザ活性層内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
更には、本発明に係る第１の半導体レーザ装置では、赤外レーザ第二導電型クラッド層に高濃度に含まれる第１の第二導電型不純物が、赤外レーザ第二導電型クラッド層を通過して、赤外レーザ活性層における内部領域にまで拡散されることがないため、赤外レーザ活性層において、キャリアの非発光再結合が促進されることはないので、半導体レーザ装置の特性が劣化することを防止することができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第１の第二導電型不純物にはＭｇが含まれていることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層における第１の第二導電型不純物（すなわち、Ｍｇ）の拡散速度は、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも小さいので、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物Ｍｇの高濃度化を図ることができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の濃度、及び第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の濃度は、6×1017 cm-3 以上であって且つ 1.6×1018 cm-3 以下であることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物（例えば、Ｍｇ）の高濃度化を図ると共に、赤色レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物（例えば、Ｚｎ）の高濃度化を図ることができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置において、第１の活性層及び第２の活性層のうちの少なくとも１つは、量子井戸構造であることが好ましい。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第一導電型の第１のクラッド層、第１の活性層、及び第二導電型の第１のクラッド層を下から順に積層する工程（Ａ）と、基板上に、第一導電型の第２のクラッド層、第２の活性層、及び第二導電型の第２のクラッド層を下から順に積層する工程（Ｂ）と、熱処理によって、不純物を少なくとも第１の活性層及び第２の活性層まで拡散させることにより、第１の活性層における出射端面近傍領域に第１の窓領域を形成すると共に第２の活性層における出射端面近傍領域に第２の窓領域を形成する工程（Ｃ）とを備え、工程（Ａ）は、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数を調整する工程であり、且つ工程（Ｂ）は、第二導電型の第２のクラッド層の格子定数を調整する工程であることを特徴とする。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法によると、工程（Ａ）において、第二導電型の第１のクラッド層を形成する際に、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数を予め調整すると共に、工程（Ｂ）において、第二導電型の第２のクラッド層を形成する際に、第二導電型の第２のクラッド層の格子定数を予め調整することにより、第１の活性層における不純物拡散速度と第２の活性層における不純物拡散速度との差異を補償するように、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数及び第二導電型の第２のクラッド層の格子定数を予め調整することができる。
これにより、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、第１の活性層における不純物拡散速度と第２の活性層における不純物拡散速度との差異を補償するように、第二導電型の第１のクラッド層における不純物拡散速度、及び第二導電型の第２のクラッド層における不純物拡散速度を予め調整することができるので、工程（Ｃ）において、第二導電型の第１のクラッド層を通過して第１の活性層中へ拡散される不純物の実効的なドーズ量、及び第二導電型の第２のクラッド層を通過して第２の活性層中へ拡散される不純物の実効的なドーズ量を調整することができる。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、１度の不純物拡散工程によって、第１の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び第２の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量の不純物を拡散させることができるので、第１の活性層における出射端面近傍領域に良好な第１の窓領域を形成すると共に、第２の活性層における出射端面近傍領域に良好な第２の窓領域を形成することができる。
このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、第１の窓領域と第２の窓領域との双方を良好に形成することができるため、第１の活性層における出射端面近傍領域及び第２の活性層における出射端面近傍領域において、光学損傷が発生することを防止することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
また、このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、１度の不純物拡散工程によって、第１の窓領域と第２の窓領域との双方を形成することができるので、半導体レーザ装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、第１の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び第２の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量の不純物を拡散させることができる。
すなわち、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、従来例のように、第１の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び第２の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中のうちのいずれか一方に、不純物が過剰に拡散されることがない。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に不純物が過剰に拡散されることにより、該部分の結晶性が著しく劣化することを防止すると共に、活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に過剰に拡散された不純物が、基板にまで到達することがないので、電気的短絡が発生することを防止することができる。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法において、工程（Ａ）は、第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の濃度を更に調整する工程であり、且つ工程（Ｂ）は、第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の濃度を更に調整する工程であることが好ましい。
このようにすると、工程（Ａ）において、第二導電型の第１のクラッド層を形成する際に、第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の濃度を調整すると共に、工程（Ｂ）において、第二導電型の第２のクラッド層を形成する際に、第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の濃度を調整することにより、第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の高濃度化を図ると共に第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
このため、本発明に係る第１の半導体レーザ装置の製造方法では、第１の活性層及び第２の活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、第１の活性層及び第２の活性層内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、基板上に、第一導電型のクラッド層、出射端面近傍に窓領域を有する活性層、及び第二導電型のクラッド層を備え、第二導電型のクラッド層の格子定数は、活性層における窓領域に含まれる不純物の拡散速度に基づいて調整されており、且つ第二導電型のクラッド層に含まれる第二導電型不純物は、窓領域に含まれる不純物とは異なる元素であり、第二導電型のクラッド層における第二導電型不純物の拡散速度は、第二導電型のクラッド層における窓領域に含まれる不純物の拡散速度よりも小さいことを特徴とする。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置によると、活性層における窓領域に含まれる不純物の拡散速度に基づいて、第二導電型のクラッド層の格子定数が調整されているため、第二導電型のクラッド層における窓領域に含まれる不純物の拡散速度が調整されているので、第二導電型のクラッド層を通過して活性層中へ拡散される、窓領域に含まれる不純物の実効的なドーズ量が調整されている。
このため、本発明に係る第２の半導体レーザ装置では、活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量の不純物が容易に拡散されているので、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する活性層を容易に実現することができる。
更には、本発明に係る第２の半導体レーザ装置によると、第二導電型のクラッド層における第二導電型不純物の拡散速度が、第二導電型のクラッド層における窓領域に含まれる不純物の拡散速度よりも小さくなるように、第二導電型のクラッド層に含まれる第二導電型不純物として、窓領域に含まれる不純物とは異なる元素を選択することにより、第二導電型のクラッド層に含まれる第二導電型不純物が、第二導電型のクラッド層を通過して活性層中に拡散されることを防止することができるので、第二導電型のクラッド層に含まれる第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
このため、本発明に係る第２の半導体レーザ装置では、活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、活性層内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置において、活性層はＡｌＧａＡｓを含む層であり、第二導電型のクラッド層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、窓領域に含まれる不純物には、Ｚｎが含まれており、第二導電型のクラッド層の格子定数は、基板の格子定数よりも小さいことが好ましい。
このようにすると、ＡｌＧａＡｓよりなる活性層（すなわち、赤外レーザ活性層）における窓領域に含まれる不純物（すなわち、Ｚｎ）の拡散速度に基づいて、第二導電型のクラッド層（すなわち、赤外レーザ第二導電型クラッド層）の格子定数が、基板の格子定数よりも小さくなるように調整されているので、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散の促進が図られている。
このため、本発明に係る第２の半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎ（例えば、2×1018 [cm-3 ]以上）が容易に拡散されているので、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する赤外レーザ活性層を容易に実現する。
更には、このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層における第二導電型不純物の拡散速度が、赤外レーザ第二導電型クラッド層における窓領域に含まれる不純物（すなわち、Ｚｎ）の拡散速度よりも小さくなるように、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第二導電型不純物として、Ｚｎとは異なる元素を選択することにより、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第二導電型不純物が、赤外レーザ第二導電型クラッド層を通過して赤外レーザ活性層中に拡散されることを防止することができるので、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第二導電型不純物の高濃度化を図ることができる。
このため、本発明に係る第２の半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、赤外レーザ活性層内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置において、第二導電型不純物にはＭｇが含まれていることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層における第二導電型不純物（すなわち、Ｍｇ）の拡散速度は、赤外レーザ第二導電型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも小さいので、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第二導電型不純物Ｍｇの高濃度化を図ることができる。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置において、第二導電型不純物の濃度は、6×1017 cm-3 以上であって且つ1.6×1018 cm-3 以下であることが好ましい。
このようにすると、赤外レーザ第二導電型クラッド層に含まれる第二導電型不純物（例えば、Ｍｇ）の高濃度化を図ることができる。
本発明に係る第２の半導体レーザ装置において、活性層は、量子井戸構造であることが好ましい。
本発明に係る第１の半導体レーザ装置及びその製造方法によると、第二導電型の第１のクラッド層の格子定数及び第二導電型の第２のクラッド層の格子定数が調整されているため、１度の不純物拡散工程によって、第１の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び第２の活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量の不純物を拡散させることができるので、出射端面近傍領域に良好な第１の窓領域を有する第１の活性層を実現すると共に、出射端面近傍領域に良好な第２の窓領域を有する第２の活性層を実現することができる。
このように、本発明に係る第１の半導体レーザ装置及びその製造方法では、第１の窓領域と第２の窓領域との双方を良好に形成することができるため、第１の活性層における出射端面近傍領域及び第２の活性層における出射端面近傍領域において、光学損傷が発生することを防止することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
更には、本発明に係る第１の半導体レーザ装置及びその製造方法では、１度の不純物拡散工程によって、第１の窓領域と第２の窓領域との双方を形成することができるので、半導体レーザ装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図１(a) 〜(d) 、図２(a) 及び(b) 、並びに図３(a) 〜(d) を参照しながら説明する。
図１(a) 〜(d) 、図２(a) 及び(b) 、並びに図３(a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程断面図である。
ここで、図１(a) 〜(d) 及び図３(a) 〜(d) は、半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程断面図であって、具体的には、図４で示すIIId-IIId線における要部工程断面図であり、図２(a) は、半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程上面図であって、図２(b) は、半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程斜視図である。
まず、図１(a) に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、基板１００の上に、赤外レーザｎ型クラッド層１０１、量子井戸構造を有する赤外レーザ活性層１０２、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を下から順に積層する。
このとき、ＭＯＣＶＤ法による赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）の形成条件を調整することにより、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数は、容易に且つ高精度に制御されており、具体的には、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が、-2.0×10-3 ±0.5×10-3 の範囲内を満たすように設定されている。
次に、図１(b) に示すように、赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）における所望の領域を選択的に除去することにより、基板１００を露出させる。
次に、図１(c) に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、露出された基板１００の上に、赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）を覆うように、赤色レーザｎ型クラッド層１０４、量子井戸構造を有する赤色レーザ活性層１０５、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を下から順に積層する。
このとき、ＭＯＣＶＤ法による赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）の形成条件を調整することにより、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数は、容易に且つ高精度に制御されており、具体的には、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値が、0±0.5×10-3 の範囲内を満たすように設定されている。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値よりも小さくなるように設定されている。ここで、ｐ型クラッド層（１０３又は１０６）の基板１００に対する格子不整値とは、基板１００の格子定数をa0、ｐ型クラッド層（１０３又は１０６）の格子定数をa1、及びｐ型クラッド層（１０３又は１０６）のポアソン比をμとしたときの、μ×(a1−a0)／a0で表される式を用いて算出される数値である。これらの値は、Ｘ線回折装置を用いて、容易に実測することができる。
次に、図１(d) に示すように、赤色レーザｎ型クラッド層１０４、赤色レーザ活性層１０５、赤色レーザｐ型クラッド層１０６における、赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）の上面及び側面に存在している部分を選択的に除去する。
次に、図２(a) に示すように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３における出射端面近傍領域２００ａ以外の部分の上に、例えば、SiO2 よりなる絶縁膜２０１ａを形成すると共に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６における出射端面近傍領域２００ｂ以外の部分の上に、例えば、SiO2 よりなる絶縁膜２０１ｂを形成する。ここで、出射端面近傍領域（２００ａ及び２００ｂ）の共振器方向の長さｌは20μmであって、全体の共振器方向の長さＬは1300μmである。
次に、図２(b) に示すように、絶縁膜（２０１ａ及び２０１ｂ）をマスクとして、窒素雰囲気であって且つ６００°の温度の下、１２０分間の加熱を施すことにより、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域に存在している部分、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域に存在している部分にＺｎを拡散させる。
これにより、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域に存在している部分、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域に存在している部分の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図る。このようにして、赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）における出射端面近傍領域に赤外レーザ窓領域を形成すると共に、赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）における出射端面近傍領域に赤色レーザ窓領域を形成する。
次に、図３(a) に示すように、絶縁膜（２０１ａ及び２０１ｂ）を除去した後、赤外レーザｐ型クラッド層１０３における所望の領域を選択的にエッチングすることにより、ストライプ形状のリッジ１０３ａを形成すると共に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６における所望の領域を選択的にエッチングすることにより、ストライプ形状のリッジ１０６ａを形成する。ここで、断面形状がメサ（台地）形状である、リッジ（１０３ａ及び１０６ａ）の上辺の幅（ｗａ及びｗｂ）は1μmであって、リッジの下辺の幅（Ｗａ及びＷｂ）は3μmである。
次に、図３(b) に示すように、選択エピタキシャル成長により、基板１００の上に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａの上面以外の部分、及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるリッジ１０６ａの上面以外の部分を埋め込むようにして、半導体層を再成長させる。このようにして、基板１００の上に、リッジ１０３ａの上面及びリッジ１０６ａの上面を露出させるように、電流ブロック層１０７を形成する。
次に、図３(c) に示すように、エピタキシャル成長により、赤外レーザｐ型クラッド層１０３、赤色レーザｐ型クラッド層１０６、及び電流ブロック層１０７の上に、半導体層を再成長させる。このようにして、基板１００の上に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａの上面及び赤色レーザｐ型活性層１０６におけるリッジ１０６ａの上面を覆うように、コンタクト層１０８を形成する。
次に、図３(d) に示すように、コンタクト層１０８及び電流ブロック層１０７における、赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）と赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）との境界近傍領域に存在している部分に対してエッチングを行う。
これにより、基板１００を露出させるように、電流ブロック層１０７及びコンタクト層１０８における、赤外レーザの素子形成領域以外の部分及び赤色レーザの素子形成領域以外の部分を選択的に除去する。
このように、赤外レーザと赤色レーザとの素子分離を行うことにより、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の上に、電流ブロック層１０７ａ及びコンタクト層１０８ａを形成すると共に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の上に、電流ブロック層１０７ｂ及びコンタクト層１０８ｂを形成する。
続いて、図３(d) に示すように、蒸着法を用いて、コンタクト層１０８ａにおける出射端面近傍領域（図２(a)：２００ａ参照）以外の部分上に、赤外レーザｐ側電極１０９ａを形成すると共に、コンタクト層１０８ｂにおける出射端面近傍領域（図２(a)：２００ｂ参照）以外の部分上に、赤色レーザｐ側電極１０９ｂを形成する。
続いて、図３(d) に示すように、蒸着法を用いて、基板１００における赤外レーザｎ型クラッド層１０１及び赤色レーザｎ型クラッド層１０４が形成されている側の面と相対している側の面の上に、ｎ側電極１１０を形成する。
以上のようにして、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を製造する。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置について、表１及び図４を参照しながら説明する。
表１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板及び各半導体層についての、材料、導電型、膜厚、及びキャリア濃度を示す表である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す斜視図である。
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板及び各半導体層についての、材料、導電型、膜厚、及びキャリア濃度について、以下に示す[表１]に記す。
Figure 0004671793
但し、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の膜厚において、膜厚1.4[μm]とは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａ部分の膜厚であり、また、膜厚0.2[μm]とは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａ以外の部分の膜厚である。
同様に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の膜厚において、膜厚1.4[μm]とは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるリッジ１０６ａ部分の膜厚であり、また、膜厚0.2[μm]とは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるリッジ１０６ａ以外の部分の膜厚である。
但し、電流ブロック層（１０７ａ及び１０７ｂ）の膜厚は、電流ブロック層における基板１００に対して垂直な方向に再成長させた部分の膜厚を言う。
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を構成する材料である、(Al0.7 Ga0.3 )y In1-y P：Zn におけるｙは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が、-2.0×10-3 ±0.5×10-3 を満たす値となるように設定されている。
一方、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を構成する材料である、(Al0.7 Ga0.3 )u In1-u P：Zn におけるｕは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値が、0±0.5×10-3 を満たす値となるように設定されている。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値は、-3.0×10-3 以上であって且つ -5.0×10-4 未満の範囲内に調整されており、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値は、-5.0×10-4 以上であって且つ 2.0×10-3 以下の範囲内に調整されている。
すなわち、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値よりも小さくなるように調整されている。
以下に、AlGaInPよりなるｐ型クラッド層における、格子不整値とＺｎ拡散速度との関係について、図５を参照しながら説明する。
図５は、AlGaInPよりなるｐ型クラッド層における、格子不整値とＺｎ拡散深さとの相関性を示す図である。
具体的には、Ｚｎ拡散の条件（窒素雰囲気・６００℃の温度・１２０分間の加熱）が一定の下、AlGaInPよりなるｐ型クラッド層の格子不整値を変えながら、該ｐ型クラッド層に対してＺｎ拡散を行った場合における、該ｐ型クラッド層のＺｎ拡散深さを測定する。
ここで、図５の横軸は、ｐ型クラッド層の格子不整値を示しており、格子不整値はＥを用いて表されており、例えば、-3.0E-03とは、-3.0×10-3 のことである。
また、図５の縦軸は、ｐ型クラッド層におけるＺｎが注入される側の面を基準、すなわち、0[μm]としてプロットしており、基準とされた面からｐ型クラッド層内にＺｎが拡散された領域までの深さ方向に沿った距離、すなわち、ｐ型クラッド層におけるＺｎ拡散深さ[μm]を示している。
図５に示すように、ｐ型クラッド層の格子不整値が0以上（具体的には、0.0E＋00〜約1.7E−03）の場合、Ｚｎ拡散深さは、ｐ型クラッド層の格子不整値に依存することなく、ほぼ一定の値（具体的には、約0.1[μm]）を示す。
このように、ｐ型クラッド層の格子不整値が0以上、すなわち、圧縮応力の場合、Ｚｎ拡散速度は、ほぼ一定の値を示し、ｐ型クラッド層の格子不整値に殆ど依存しない。
一方、図５に示すように、ｐ型クラッド層の格子不整値が0以下（具体的には、-2.0E−03〜0.0E＋00）の場合、Ｚｎ拡散深さは、ｐ型クラッド層の格子不整値が小さくなるに従って、ほぼ一定の割合で大きくなる。
例えば、図５に示すように、ｐ型クラッド層の格子不整値が0（すなわち、0.0E＋00）の場合のＺｎ拡散深さは約0.1[μm]であるのに対し、ｐ型クラッド層の格子不整値が-2.0×10-3 （すなわち、-2.0E−03）の場合のＺｎ拡散深さは約0.3[μm]であり、ｐ型クラッド層の格子不整値が0 から-2.0×10-3 へ変化することにより、Ｚｎ拡散深さは0.1[μm]から0.3[μm]へ変化している。
このように、ｐ型クラッド層の格子不整値が0以下、すなわち、引張り応力の場合、Ｚｎ拡散速度は、ｐ型クラッド層の格子不整値が小さくなるに従って、ほぼ一定の割合で大きくなる。
本発明では、(Al0.7 Ga0.3 )y In1-y Pよりなる赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子不整値が０よりも小さく、且つ(Al0.7 Ga0.3 )u In1-u Pよりなる赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子不整値よりも小さくなるように調整する。これにより、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整することができる。
ここで、本発明の効果を有効に説明するために、従来例に係る半導体レーザ装置及び本発明に係る半導体レーザ装置について、以下に示す測定を行った。
但し、以下の測定に用いた従来例に係る半導体レーザ装置では、赤色レーザ活性層に対して、窓構造としての機能を果たすために必要な量のＺｎが拡散されるように、Ｚｎ拡散工程の条件が調整された下、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ窓領域と赤色レーザ窓領域との双方が形成されている場合を具体例に挙げて説明する。
まず、従来例に係る半導体レーザ装置及び本発明に係る半導体レーザ装置について、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓecondary Ｉon Ｍass Ｓpectroscopy）の測定による評価を行った。
以下に、ＳＩＭＳの測定結果について、図６及び図７を参照しながら説明する。
図６は、従来例に係る半導体レーザ装置の窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示す図である。
また、図７は、本発明に係る半導体レーザ装置の窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示す図である。
図６及び図７に示すスペクトルＡは、赤外レーザ窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示しており、図６及び図７に示すスペクトルＢは、赤色レーザ窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示している。
また、図６及び図７に示す横軸は、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合では、赤外レーザ活性層における赤外レーザｐ型クラッド層が形成されている側の面を基準、すなわち、0[μm]としてプロットしており、基準とされた面から各半導体層までの深さ方向に沿った距離、すなわち、各半導体層における深さ[μm]を示している。
同様に、図６及び図７に示す横軸は、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合では、赤色レーザ活性層における赤色レーザｐ型クラッド層が形成されている側の面を基準、すなわち、0[μm]としてプロットしており、基準とされた面から各半導体層までの深さ方向に沿った距離、すなわち、各半導体層における深さ[μm]を示している。
ここで、各半導体層とは、図６及び図７に示すように、ｐ型クラッド層、活性層、及びｎ型クラッド層のことであり、具体的には、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合では、赤外レーザｐ型クラッド層、赤外レーザ活性層、及び赤外レーザｎ型クラッド層における、Ｚｎが拡散されてなる窓領域に存在している部分であり、同様に、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合では、赤色レーザｐ型クラッド層、赤色レーザ活性層、及び赤色レーザｎ型クラッド層における、Ｚｎが拡散されてなる窓領域に存在している部分である。
従来例に係る半導体レーザ装置における、ＳＩＭＳの測定結果について以下に説明する。
従来例に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層の格子不整値と赤色レーザｐ型クラッド層の格子不整値とが互いに等しいので、図６に示すように、ｐ型クラッド層の領域では、赤外レーザ及び赤色レーザのいずれの場合においても、ほぼ同様のスペクトルを示す。
しかしながら、前述したように、AlGaAs混晶よりなる赤外レーザ活性層におけるＺｎ拡散速度は、AlGaInP混晶よりなる赤色レーザ活性層におけるＺｎ拡散速度よりも非常に小さい。
このため、図６に示すように、活性層の領域では、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合、赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度が急激に減少しているのに対し、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合、赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度が急激に減少することはなく、赤色レーザ活性層中へ充分な量のＺｎが拡散されている。
具体的には、図６に示すように、活性層の領域では、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合、深さが進むに従い、赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度が、約1017 [cm-3 ]にまで急激に減少しているのに対し、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合、深さが進むに従い、赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度が増加しており、赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度は、約5×1019 [cm-3 ]である。
ここで、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する活性層を実現するためには、活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎ（具体的には、2×1018 [cm-3 ]以上）を拡散させることにより、活性層におけるＺｎが拡散された領域の無秩序化によるバンドギャップの拡大を図らなければならない。このため、活性層における窓領域に存在している部分のＺｎ濃度が、2E18[cm-3 ]、すなわち、2×1018 [cm-3 ]以上の濃度を満たす必要がある。
従来例に係る半導体レーザ装置では、図６に示すように、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合、赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度は、約5×1019 [cm-3 ]であり、2×1018 [cm-3 ]以上の濃度を満たしているのに対し、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合、赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度は、約1017 [cm-3 ]にまで急激に減少しているので、2×1018 [cm-3 ]以上の濃度を満たしていない。
このように、従来例に係る半導体レーザ装置では、赤色レーザの場合、赤色レーザ活性層中には、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されているのに対し、赤外レーザの場合、赤外レーザ活性層中には、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されていないことが確認された。
本発明に係る半導体レーザ装置における、ＳＩＭＳの測定結果について以下に説明する。
本発明に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層の格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層の格子不整値よりも小さくなるように調整されているため、赤外レーザｐ型クラッド層におけるＺｎ拡散速度は、赤色レーザｐ型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整されているので、図７に示すように、ｐ型クラッド層の領域では、深さが進むに従い、赤外レーザｐ型クラッド層のＺｎ濃度が、赤色レーザｐ型クラッド層のＺｎ濃度よりも増加している。
このように、本発明に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整されているので、赤外レーザｐ型クラッド層を通過して赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量が、赤色レーザｐ型クラッド層を通過して赤色レーザ活性層中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量よりも多くなるように調整されている。
このため、本発明に係る半導体レーザ装置では、図７に示すように、活性層の領域では、赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度が急激に減少しているにもかかわらず、赤外レーザ活性層中へ拡散されるＺｎ濃度は、2×1018 [cm-3 ]以上の濃度を満たしており、赤外レーザ活性層中には、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されていることが確認された。
次に、従来例に係る半導体レーザ装置及び本発明に係る半導体レーザ装置について、電流−光出力特性の測定による評価を行った。
以下に、電流−光出力特性の測定結果について、設計光出力が２００[mW]である二波長レーザ装置を具体例に挙げて、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８は、従来例に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について示す図である。
また、図９は、本発明に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について示す図である。
図８及び図９に示すスペクトルＡは、赤外レーザの電流−光出力特性について示しており、図８及び図９に示すスペクトルＢは、赤色レーザの電流−光出力特性について示している。
従来例に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について以下に説明する。
従来例に係る半導体レーザ装置では、図８に示すように、赤色レーザ（：スペクトルＢ参照）の場合では、電流が増加するに従い、光出力が一定の割合で増加しており、電流が約290[mA]の付近では、光出力が設計光出力値である200[mW]に到達している。
一方、従来例に係る半導体レーザ装置では、図８に示すように、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合では、電流が増加するに従い、光出力が一定の割合で増加しており、電流が約200[mA]の付近では、約170[mA]の光出力値まで達してはいるものの、電流が約200[mA]以降では、光出力が急激に減少している。
このように、従来例に係る半導体レーザ装置では、前述した図６に示すように、赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中には、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されているため、赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域において、光学損傷が発生することを防止することができるので、レーザ発振動作の停止を引き起こすことなく、設計光出力値である200[mW]を達成することができる。
一方、従来例に係る半導体レーザ装置では、前述した図６に示すように、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中には、窓構造としての機能を果たすために必要な量のＺｎが拡散されていないため、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域において、光学損傷が発生することによって、レーザ発振動作の停止が引き起こされるので、設計光出力値である200[mW]を達成することができない。
本発明に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について以下に説明する。
本発明に係る半導体レーザ装置では、図９に示すように、赤外レーザ（：スペクトルＡ参照）の場合においても、電流が増加するに従い、光出力が一定の割合で増加しており、電流が約240[mA]の付近では、光出力が設計光出力値である200[mW]に到達している。
このように、本発明に係る半導体レーザ装置では、前述した図７に示すように、赤色レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中だけでなく、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中にも、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されているため、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域において、光学損傷が発生することを防止することができるので、レーザ発振動作の停止を引き起こすことなく、設計光出力値である200[mW]を達成することができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、赤外レーザ活性層１０２におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層１０５におけるＺｎの拡散速度との差異を補償するように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数が基板１００の格子定数よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数よりも小さくなるように調整されているので、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整されている。
このため、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層１０２におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層１０５におけるＺｎ拡散速度との差異を補償するように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を通過して赤外レーザ活性層１０２中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を通過して赤色レーザ活性層１０５中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量よりも多くなるように調整されている。
したがって、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されている（図７参照）ため、出射端面近傍領域に良好な赤外レーザ窓領域を有する赤外レーザ活性層１０２を実現すると共に、出射端面近傍領域に良好な赤色レーザ窓領域を有する赤色レーザ活性層１０５を実現することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供する（図９参照）ことができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、[表１]に示すように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を構成する材料は、(Alx Ga1-x )y In1-y P（Ａｌの組成比ｘ＝０．７）であり、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を構成する材料は、 (Alt Ga1-t )u In1-u P（Ａｌの組成比ｔ＝０．７）である場合を具体例として挙げている。
しかしながら、本発明はこれに限定されることはなく、半導体レーザ装置の設計上の理由により、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＡｌの組成比ｘ、及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＡｌの組成比ｔは適宜調整されている。
一般に、半導体層におけるＡｌの組成比が小さくなる程、該半導体層におけるＺｎ拡散速度は小さくなる。
しかしながら、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、組成比ｘと組成比ｔとが、ｘ＜ｔの関係を満たしている場合においても、組成比ｙ及び組成比ｕを調整することにより、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように調整することができる。
具体的には、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が、-3.0×10-3 以上であって且つ -5.0×10-4 未満の範囲を満たすと共に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値が、-5.0×10-4 以上であって且つ 2.0×10-3 以下の範囲を満たすように、組成比ｙ及び組成比ｕを調整する。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、組成比ｘと組成比ｔとが、ｘ＜ｔの関係を満たしている場合においても、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度よりも小さくなることはない。
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、図１(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法による赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）の形成工程の際に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数を容易に且つ高精度に制御すると共に、図１(c) に示すように、ＭＯＣＶＤ法による赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）の形成工程の際に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数を容易に且つ高精度に制御することにより、赤外レーザ活性層１０２におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層１０５におけるＺｎ拡散速度との差異を補償するように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数が基板１００の格子定数よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数よりも小さくなるように予め調整することができる。
これにより、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザ活性層１０２におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層１０５におけるＺｎ拡散速度との差異を補償するように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度よりも大きくなるように予め調整することができるので、図２(b) に示すように、Ｚｎ拡散工程の際に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を通過して赤外レーザ活性層１０２中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量が、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を通過して赤色レーザ活性層１０５中へ拡散されるＺｎの実効的なドーズ量よりも多くなるように調整することができる。
このため、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、１度のＺｎ拡散工程によって、図７に示すように、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域２００ａに存在している部分中、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域２００ｂに存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎを拡散させることができるので、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域２００ａに良好な赤外レーザ窓領域を形成すると共に、赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域２００ｂに良好な赤色レーザ窓領域を形成することができる。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザ窓領域と赤色レーザ窓領域との双方を良好に形成することができるため、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域２００ａ及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域２００ｂにおいて、光学損傷が発生することを防止することができるので、図９に示すように、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
また、このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、図２(b) に示すように、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ窓領域と赤色レーザ窓領域との双方を形成することができるので、半導体レーザ装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、図７に示すように、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域２００ａに存在している部分中、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域２００ｂに存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎを拡散させることができる。
このため、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来例のように、赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）における出射端面近傍領域２００ｂに存在している部分中に、Ｚｎが過剰に拡散されることがないので、赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）における出射端面近傍領域２００ｂに存在している部分の結晶性が著しく劣化することを防止することができる。
更には、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、従来例のように、赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）における出射端面近傍領域２００ｂに存在している部分中に過剰に拡散されたＺｎが、基板１００にまで到達することがないので、半導体レーザ装置において、電気的短絡が発生することを防止することができる。
尚、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法では、二波長レーザ装置を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、三波長レーザ装置等のモノリシック集積レーザ装置においても、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法と同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
今後、DVD-RAM等へのデータの書き込みの更なる高速化及び多層化へ対応するために、半導体レーザ装置に求められる光出力は、300[mW]〜400[mW]の光出力であり、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置が求められている。
そこで、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様に、１度のＺｎ拡散工程によって、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する赤外レーザ活性層及び赤色レーザ活性層を実現することを目的とするだけでなく、更には、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
ここで、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現するためには、活性層内へより多くの電流が注入されなければならない。
しかしながら、活性層内へ注入される電流が増加するに従って、発光に寄与しない電流（以下、無効電流と記す）が増加する。無効電流は発熱を引き起こす原因となるので、活性層内に発生する無効電流が増加するに従って、活性層内の温度が上昇する。
このため、活性層内において、発熱による光出力飽和（以下、熱飽和と記す）が引き起こされるため、所望の光出力を達成することができないので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現することができない。したがって、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現するためには、活性層内に発生する無効電流の低減を図ることが必要である。
そこで、無効電流の低減を図るための手段として、ｐ型クラッド層に含まれる不純物の高濃度化が挙げられる。
これにより、ｐ型クラッド層において、擬フェルミ準位のシフトを図ることができるため、ｐ型クラッド層内から活性層内へ注入される電子に対するエネルギー障壁を高めることができるので、活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができる。
このように、ｐ型クラッド層に含まれる不純物の高濃度化を図ることにより、活性層内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、活性層内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現することができる。
そこで、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、ｐ型クラッド層に含まれる不純物の高濃度化を図ることにより、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供する。
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置について、350[mW]の光出力動作が可能な二波長レーザ装置を具体例に挙げて説明する。
ここで、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素は、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素と同様であるので、本実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した図４を参照しながら説明する。したがって、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様の説明は繰り返し行わない。
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における、基板及び各半導体層についての、材料、導電型、膜厚、及びキャリア濃度について、以下に示す[表２]に記す。
Figure 0004671793
但し、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の膜厚において、膜厚1.4[μm]とは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａ部分の膜厚であり、また、膜厚0.2[μm]とは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるリッジ１０３ａ以外の部分の膜厚である。
同様に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の膜厚において、膜厚1.4[μm]とは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるリッジ１０６ａ部分の膜厚であり、また、膜厚0.2[μm]とは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるリッジ１０６ａ以外の部分の膜厚である。
但し、電流ブロック層（１０７ａ及び１０７ｂ）の膜厚は、電流ブロック層における基板１００に対して垂直な方向に再成長させた部分の膜厚を言う。
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置について、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と比較しながら、以下に詳細に説明する。
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数は、赤外レーザ活性層１０２におけるＺｎ拡散速度と赤色レーザ活性層１０５におけるＺｎ拡散速度との差異を補償するように調整されている。
具体的には、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を構成する材料である、(Al0.7 Ga0.3 )y In1-y P：Mgにおけるｙは、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が、-2.0×10-3 ±0.5×10-3 を満たす値となるように設定されている。
一方、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を構成する材料である、(Al0.7 Ga0.3 )u In1-u P：Znにおけるｕは、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値が、0±0.5×10-3 を満たす値となるように設定されている。
このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値よりも小さくなるように調整されている。
このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様に、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域に存在している部分中、及び赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎが拡散されているので、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様の効果を得ることができる。
更には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と比較して、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物の高濃度化が図られている。
前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３のキャリア濃度が5×1017 [cm-3 ]であり、赤色レーザｐ型クラッド層１０６のキャリア濃度が3×1017 [cm-3 ]である（前述した[表１]参照）。
これに対し、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、[表２]に示すように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３のキャリア濃度が1.5×1018 [cm-3 ]であり、赤色レーザｐ型クラッド層１０６のキャリア濃度が1.5×1018 [cm-3 ]である。
このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物Ｍｇの濃度、及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物Ｚｎの濃度は、6×1017 [cm-3 ]以上であって且つ 1.6×1018 [cm-3 ]以下の範囲内に調整されている。
このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザ活性層１０２及び赤色レーザ活性層１０５内に発生する無効電流の低減を図ることができるため、赤外レーザ活性層１０２及び赤色レーザ活性層１０５内において、熱飽和が引き起こされることを防止することができるので、より一層高出力（例えば、350[mW]の光出力）動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
ここで、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物としてＺｎを用いる（前述した[表１]参照）のに対し、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、[表２]に示すように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物としてＭｇを用いる。
このように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるｐ型不純物（例えば、Ｍｇ）拡散速度が、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度よりも小さくなるように、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物として、Ｚｎとは異なるｐ型不純物が選択されている。
このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物Ｍｇが、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を通過して、赤外レーザ活性層１０２における内部領域にまで拡散されることを防止することができるので、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物Ｍｇの高濃度化を図ることができる。
更には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物Ｍｇが、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を通過して、赤外レーザ活性層１０２における内部領域にまで拡散されることがないため、赤外レーザ活性層１０２において、キャリアの非発光再結合が促進されることはないので、半導体レーザ装置の特性が劣化することを防止することができる。
一方、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、[表２]に示すように、赤色レーザｐ型クラッド層１０６に高濃度に含まれるｐ型不純物としてＺｎを用いる。しかしながら、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、赤色レーザｐ型クラッド層１０６におけるＺｎ拡散速度が、赤外レーザｐ型クラッド層１０３におけるＺｎ拡散速度よりも小さくなるように調整されているため、赤色レーザｐ型クラッド層１０６に高濃度に含まれるｐ型不純物Ｚｎが、赤色レーザｐ型クラッド層１０６を通過して、赤色レーザ活性層１０５における内部領域にまで拡散されることがないので、赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物Ｚｎの高濃度化を図ることができる。
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について簡単に説明する。
尚、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素は、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成要素と同様であるので、本実施形態に係る半導体レーザ装置は、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同様の工程を経て製造することができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述した図１(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法による赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）の形成工程の際に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数を容易に且つ高精度に制御するだけでなく、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物Ｍｇの濃度を容易に且つ高精度に制御する。
同様に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述した図１(c) に示すように、ＭＯＣＶＤ法による赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）の形成工程の際に、赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数を容易に且つ高精度に制御するだけでなく、赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物Ｚｎの濃度を容易に且つ高精度に制御する。
これにより、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の格子定数が基板１００の格子定数よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の格子定数よりも小さくなるように調整すると共に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物Ｍｇ及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物Ｚｎの高濃度化を図ることができる。
このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同様に、赤外レーザｐ型クラッド層１０３の基板１００に対する格子不整値が０よりも小さく、且つ赤色レーザｐ型クラッド層１０６の基板１００に対する格子不整値よりも小さくなるように調整するので、前述した図２(b) に示すように、１度のＺｎ拡散工程によって、赤外レーザ活性層１０２における出射端面近傍領域２００ａに良好な窓領域を形成すると共に赤色レーザ活性層１０５における出射端面近傍領域２００ｂに良好な窓領域を形成することができるので、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同様の効果を得ることができる。
更には、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に含まれるｐ型不純物Ｍｇ及び赤色レーザｐ型クラッド層１０６に含まれるｐ型不純物Ｚｎの高濃度化を図ることができるため、赤外レーザ活性層１０２及び赤色レーザ活性層１０５内に発生する無効電流の低減を図ることができるので、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置と比較して、より一層高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物としてＭｇを用いる。
このため、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法では、ＭＯＣＶＤ法による赤外レーザ半導体層（１０１〜１０３）の形成工程（前述した図１(a) 参照）後に行われる、ＭＯＣＶＤ法による赤色レーザ半導体層（１０４〜１０６）の形成工程（前述した図１(c) 参照）及びＺｎ拡散工程（前述した図２(b) 参照）等の際に、熱（例えば、Ｚｎ拡散工程では６００℃の熱）によって、赤外レーザｐ型クラッド層１０３に高濃度に含まれるｐ型不純物Ｍｇが、赤外レーザｐ型クラッド層１０３を通過して、赤外レーザ活性層１０２における内部領域にまで拡散されることを防止することができる。
尚、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置では、二波長レーザ装置を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、三波長レーザ装置等のモノリシック集積レーザ装置、又は単体の赤外レーザ装置に対しても本発明を有効に適用することができる。
例えば、単体の赤外レーザ装置に対して本発明を適用した場合、赤外レーザ活性層におけるＺｎ拡散速度に基づいて、赤外レーザｐ型クラッド層の格子定数が、基板の格子定数よりも小さくなるように調整することにより、赤外レーザ活性層におけるＺｎ拡散の促進を図ることができる。
このため、赤外レーザ活性層における出射端面近傍領域に存在している部分中に、窓構造としての機能を果たすために適度な量のＺｎ（例えば、2×1018 [cm-3 ]以上）を容易に拡散させることができるので、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する赤外レーザ活性層を容易に実現することができる。
更には、単体の赤外レーザ装置に対して本発明を適用した場合、前述した本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置と同様に、赤外レーザｐ型クラッド層に含まれるｐ型不純物Ｍｇの高濃度化を図ることにより、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現することができる。
このように、単体の赤外レーザ装置に対して本発明を適用することにより、出射端面近傍領域に良好な窓領域を有する赤外レーザ活性層を容易に実現すると共に、高出力動作が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
本発明は、窓構造を有する半導体レーザ装置及びその製造方法に有用である。
(a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程断面図である。 (a) 及び(b) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程図である。 (a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す要部工程断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構造を示す斜視図である。 AlGaInPよりなるｐ型クラッド層における、格子不整値とＺｎ拡散深さとの相関性を示す図である。 従来例に係る半導体レーザ装置の窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示す図である。 本発明に係る半導体レーザ装置の窓領域における、ＳＩＭＳの測定結果を示す図である。 従来例に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について示す図である。 本発明に係る半導体レーザ装置における、電流−光出力特性について示す図である。
符号の説明
１００ 基板
１０１ 赤外レーザｎ型クラッド層
１０２ 赤外レーザ活性層
１０３ 赤外レーザｐ型クラッド層
１０３ａ リッジ
１０４ 赤色レーザｎ型クラッド層
１０５ 赤色レーザ活性層
１０６ 赤色レーザｐ型クラッド層
１０６ａ リッジ
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 電流ブロック層
１０８、１０８ａ、１０８ｂ コンタクト層
１０９ａ 赤外レーザｐ側電極
１０９ｂ 赤外レーザｐ側電極
１１０ ｎ側電極
２００ａ、２００ｂ 出射端面近傍領域
２０１ａ、２０１ｂ 絶縁膜
ｌ、Ｌ 長さ
ｗａ、ｗｂ、Ｗａ、Ｗｂ 幅



Claims (9)

  1. 基板上に、第一導電型の第１のクラッド層、出射端面近傍に第１の窓領域を有する第１の活性層、及び第二導電型の第１のクラッド層が下から順に積層されてなる、第１の波長のレーザ光を放出する第１の素子と、
    前記基板上に、第一導電型の第２のクラッド層、出射端面近傍に第２の窓領域を有する第２の活性層、及び第二導電型の第２のクラッド層が下から順に積層されてなる、第２の波長のレーザ光を放出する第２の素子とを備え、
    前記第１の活性層はＡｌＧａＡｓを含む層であり、
    前記第２の活性層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、
    前記第二導電型の第１のクラッド層及び前記第二導電型の第２のクラッド層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、
    前記第１の窓領域に含まれる不純物及び前記第２の窓領域に含まれる不純物には、Ｚｎが含まれており、
    前記第二導電型の第１のクラッド層の格子定数は前記基板の格子定数よりも小さく、且つ前記第二導電型の第２のクラッド層の格子定数よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記第二導電型の第１のクラッド層の前記基板に対する格子不整値は、-3.0×10-3 以上であって且つ -5.0×10-4 未満であり、
    前記第二導電型の第２のクラッド層の前記基板に対する格子不整値は、-5.0×10-4 以上であって且つ 2.0×10-3 以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記第二導電型の第１のクラッド層は、一般式が（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で表される化合物を含んでおり、
    前記第二導電型の第２のクラッド層は、一般式が（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｕＩｎ１−ｕＰ（０≦ｔ≦１，０≦ｕ≦１）で表される化合物を含んでおり、
    前記ｘと前記ｔとは、ｘ＜ｔの関係を満たし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装置。
  4. 前記第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物は、前記第１の窓領域に含まれる不純物とは異なる元素であり、
    前記第二導電型の第１のクラッド層における前記第１の第二導電型不純物の拡散速度は、前記第二導電型の第１のクラッド層における前記第１の窓領域に含まれる不純物の拡散速度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記第１の第二導電型不純物にはＭｇが含ま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装置。
  6. 前記第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の濃度、及び前記第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の濃度は、6×1017 cm-3 以上であって且つ 1.6×1018 cm-3 以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記第１の活性層及び前記第２の活性層のうちの少なくとも１つは、量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  8. 基板上に、第一導電型の第１のクラッド層、第１の活性層、及び第二導電型の第１のクラッド層を下から順に積層する工程（Ａ）と、
    前記基板上に、第一導電型の第２のクラッド層、第２の活性層、及び第二導電型の第２のクラッド層を下から順に積層する工程（Ｂ）と、
    熱処理によって、不純物を少なくとも前記第１の活性層及び前記第２の活性層まで拡散させることにより、前記第１の活性層における出射端面近傍領域に第１の窓領域を形成すると共に前記第２の活性層における出射端面近傍領域に第２の窓領域を形成する工程（Ｃ）とを備え、
    前記第１の活性層はＡｌＧａＡｓを含む層であり、
    前記第２の活性層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、
    前記第二導電型の第１のクラッド層及び前記第二導電型の第２のクラッド層はＡｌＧａＩｎＰを含む層であり、
    前記第１の窓領域に含まれる不純物及び前記第２の窓領域に含まれる不純物には、Ｚｎが含まれており、
    前記工程（Ａ）は、前記第二導電型の第１のクラッド層の格子定数を調整する工程であり、且つ
    前記工程（Ｂ）は、前記第二導電型の第２のクラッド層の格子定数を調整する工程であり、
    前記工程（Ａ）及び前記工程（Ｂ）において、前記第二導電型の第１のクラッド層の格子定数を、前記基板の格子定数よりも小さく、且つ前記第二導電型の第２のクラッド層の格子定数よりも小さくすることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
  9. 前記工程（Ａ）は、前記第二導電型の第１のクラッド層に含まれる第１の第二導電型不純物の濃度を更に調整する工程であり、
    前記工程（Ｂ）は、前記第二導電型の第２のクラッド層に含まれる第２の第二導電型不純物の濃度を更に調整する工程であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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