JPH08125280A - 半導体レーザ装置，及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ共振器端面における光学損傷を確実に
防ぐことにより、高出力で、長寿命な半導体レーザ装置
を提供すること，及びこの半導体レーザ装置の製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】 レーザ共振器端面１２近傍の、活性層５の発
振領域を含む領域にＡｌイオン注入領域１０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体レーザ装置，及
びその製造方法に関し、特に高出力動作と、長期間の安
定動作を実現す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。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ装置，特に赤外線
や，可視光を出射する半導体レーザ装置においては、主
としてレーザ光の出射端面及び反射端面（以下レーザ共
振器端面と称す）で起こる光学損傷（Catastrophic Opt
ical Damage:ＣＯＤ）が、半導体レーザを高出力化及び
長寿命化する上での問題であった。この光学損傷は、レ
ーザ共振器端面近傍の活性層が光を吸収して発熱するこ
とにより、そのバンドギャップが小さくなって、より光
を吸収するようになり、さらに発熱するということが繰
り返されることで生じ、半導体レーザ装置を破壊するも
のである。そこで、従来の半導体レーザ装置において
は、例えば特開平３−２７６７８７号公報に記載されて
いる半導体レーザ装置のように、レーザ共振器端面にい
わゆる窓構造を導入することにより上記問題点の回避を
図っていた。

【０００３】図６は特開平３−２７６７８７号公報に記
載されている半導体レーザ装置の構造を示す共振器長方
向の断面図であり、図において、７１はｎ−ＧａＡｓ基
板，６１はｎ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐク
ラッド層，５０１はＧａ0.5Ｉｎ0.5 Ｐ活性層，４１は
ｐ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層，
２はｐ−ＧａＡｓキャップ層，１はｐ側電極，８はｎ側
電極，１０２はレーザ出射端面及び反射端面，１０１は
端面１０２近傍の活性層５０１部分の鉄（Ｆｅ）濃度が
１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3である鉄拡散領域である。

【０００４】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
−ＧａＡｓ基板７１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属熱分
解気相成長法）により、ｎ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5
Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層６１，アンドープのＧａ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ活性層５０１，ｐ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐクラッド層４１，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２
１を順次形成する。このとき、活性層５０１の成長条件
は、温度６５０℃，気相中Ｖ族原料対III 族原料比（Ｖ
/III比）を４００として不純物ドーピングなしで行われ
る。その後、端面１１２の近傍にのみ、高抵抗化のため
の不純物である鉄をフエロセン蒸気を原料として拡散さ
せて拡散領域１０２を形成した後、へき開によりレーザ
出射端面及び反射端面１０２を形成し、ｐ側電極１をｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１上に形成し、さらに，ｎ側電
極８をｎ−ＧａＡｓ基板７１の裏面側に形成して、図６
に示すような半導体レーザ装置が得られる。

【０００５】この従来の半導体レーザ装置は、Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ層が、特定の条件，例えば温度６５０℃，Ｖ
/III比を４００とした条件による成長においては、結晶
成長中に自然超格子が形成され、バンドギャップがＧａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層が混晶である場合に対して小さくなる
よう形成される性質を利用し、この自然超格子が形成さ
れた活性層５０１の端面１０２近傍に、不純物として鉄
（Ｆｅ）をドープすることにより無秩序化して均一な組
成の混晶とし、バンドギャップが活性層５０１の他の部
分よりも大きくなるようにして、この鉄を拡散させた領
域を光の吸収が起こらない窓構造としたものである。な
お、不純物として鉄が用いられているのは、上記窓構造
部に流れるレーザ発光に寄与しない電流を防いで、半導
体レーザ装置の発振閾値の上昇や効率低下等を防ぐため
である。このような窓構造を端面１０２近傍に備えた従
来の半導体レーザ装置においては、活性層５０１で発生
した光がこの窓構造において吸収されず、共振器端面に
おける光学損傷（ＣＯＤ）を抑えることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
半導体レーザ装置においては、自然超格子が形成された
活性層５０１を、半導体層を高抵抗にする不純物をドー
プすることにより無秩序化し、活性層５０１のレーザ共
振器端面近傍のバンドギャップを活性層５０１の他の領
域のバンドギャップよりも大きくして、いわゆる窓構造
を形成するようにしているが、自然超格子が形成された
活性層５０１を無秩序化するために不純物をドープして
いるので、端面近傍部に不純物による新たな準位が形成
され、これにより光が吸収されて非発光再結合が起こ
り、ＣＯＤが誘発され、高出力で、長寿命な半導体レー
ザ装置が得られないという問題があった。

【０００７】また、不純物として、鉄やクロムのような
半導体を高抵抗にする不純物、すなわち深い準位を作る
不純物をドープしているが、通常レーザ共振器端面とな
る（１１０）へき開端面において形成される表面準位の
影響でバンドギャップが移動することによりバルク中で
は深かった不純物準位も、端面では比較的浅くなること
があり、このような場合には、端面近傍の活性層の準位
が浅くなった部分が非発光再結合の中心となってＣＯＤ
を誘発するといった問題があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解決する
ために行なわれたものであり、レーザ共振器端面におけ
る光学損傷を確実に防ぐことにより、高出力で、長寿命
な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

【０００９】また、レーザ共振器端面における光学損傷
を確実に防ぐことにより、高出力で、長寿命な半導体レ
ーザ装置を製造することができる半導体レーザ装置の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザ装置は、化合物半導体材料からなり、多重量子井戸
構造または超格子構造を有する活性層と、この活性層の
発振領域のレーザ共振器端面近傍に、該活性層を構成す
る元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注
入して、多重量子井戸構造または超格子構造を無秩序化
してなるイオン注入領域とを備えたものである。

【００１１】また、上記半導体レーザ装置において、上
記イオン種を、上記活性層のバンドギャップを大きくす
る元素としたものである。

【００１２】また、上記半導体レーザ装置において、上
記イオン種は、上記活性層を構成する各元素が属する族
と同一の各族に属する元素が、互いに等量となるよう含
まれているものである。

【００１３】また、上記半導体レーザ装置において、上
記活性層がIII-Ｖ族化合物半導体材料からなり、上記イ
オン種はIII 族元素またはＶ族元素の少なくとも一方を
含むものである。

【００１４】また、上記半導体レーザ装置において、上
記活性層がII−VI族化合物半導体材料からなり、上記イ
オン種はII族元素またはVI族元素の少なくとも一方を含
むものである。

【００１５】また、上記半導体レーザ装置において、上
記活性層がＡｌＧａＡｓからなり、上記イオン種をＡｌ
としたものである。

【００１６】また、上記半導体レーザ装置において、上
記活性層がＡｌＧａＡｓからなり、上記イオン種をＳｂ
（アンチモン）としたものである。

【００１７】また、この発明に係る半導体レーザ装置の
製造方法は、多重量子井戸構造または超格子構造を有す
る化合物半導体材料からなる活性層を有するダブルヘテ
ロ構造を備えた半導体層であって、上記活性層の発振領
域のレーザ共振器端面となる領域近傍に、該活性層を構
成する元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオ
ン注入して、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面
を形成する領域近傍を無秩序化し、上記イオン注入した
領域をアニールしてなる半導体層を形成する工程と、こ
の半導体層を所定位置においてへき開してレーザ共振器
端面を形成する工程とを含むものである。

【００１８】また、上記半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、上記半導体層を形成する工程は、第１導電型半
導体基板上に第１導電型クラッド層と，多重量子井戸構
造を有する化合物半導体材料からなる活性層と、第１の
第２導電型クラッド層と、第２の第２導電型クラッド層
と、第２導電型キャップ層を形成し、半導体レーザ装置
の共振器端面となる領域近傍の、上記活性層の発振領域
上の領域の上記第２導電型キャップ層と，第２の第２導
電型クラッド層とを、上記第２導電型キャップ層上に形
成した第１の絶縁膜パターンをマスクとしてエッチング
除去して凹部を形成した後、上記絶縁膜パターンをマス
クとして、上記活性層に、該活性層を構成する元素と同
じ族に属する元素をイオン種としてイオン注入し、上記
イオン注入した領域をアニールした後、上記凹部を埋め
込むように第２導電型埋め込み層を形成し、上記第１の
絶縁膜パターンを除去した後、該第２導電型埋め込み層
と，上記第２導電型キャップ層と，第２の第２導電型ク
ラッド層とを、上記第２導電型キャップ層表面に形成さ
れた第２の絶縁膜パターンをマスクとしてエッチングす
ることにより、リッジ形状に成形し、このリッジ形状に
成形された上記第２導電型埋め込み層と，第２導電型キ
ャップ層と，第２の第２導電型クラッド層とを埋め込む
ように第１導電型ブロック層を形成し、上記第２の絶縁
膜パターンを除去した後、上記第１導電型ブロック層
と，第２導電型キャップ層と，第２導電型埋め込み層と
の表面に第２導電型コンタクト層を形成する工程を含
み、上記レーザ共振器端面を形成する工程は、上記半導
体層を上記活性層のイオン注入した領域を含む位置でへ
き開して行なわれるものである。

【００１９】また、この発明に係る半導体レーザ装置の
製造方法は、多重量子井戸構造または超格子構造を有す
る化合物半導体材料からなる活性層を有するダブルヘテ
ロ構造を備えた半導体層を形成する工程と、該半導体層
を所定位置においてへき開してレーザ共振器端面を形成
する工程と、該レーザ共振器端面に上記活性層を構成す
る元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注
入して、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形
成する領域近傍の多重量子井戸構造を無秩序化する工程
と、上記イオン注入した領域をアニールする工程とを備
えたものである。

【００２０】

【作用】この発明においては、活性層の発振領域のレー
ザ共振器端面近傍に、該活性層を構成する元素と同じ族
に属する元素をイオン種としてイオン注入して、活性層
の多重量子井戸構造または超格子構造を無秩序化してな
るイオン注入領域を備えるようにしたから、レーザ共振
器端面近傍の活性層を不純物レベルを形成することなく
無秩序化でき、レーザ共振器端面近傍における光学損傷
（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすことができる。

【００２１】また、上記イオン種を、上記活性層のバン
ドギャップを大きくする元素としたから、レーザ共振器
端面近傍のバンドギャップエネルギーを更に大きくする
ことができ、レーザ共振器端面近傍における光学損傷
（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすことができる。

【００２２】また、上記イオン種は、上記活性層を構成
する各元素が属する族と同一の各族に属する元素が、互
いに等量となるよう含まれるようにしたから、活性層を
構成するそれぞれの元素が属する族の原子数を等しい状
態に保つことができ、余剰の元素による不純物レベルの
形成を抑えることができる。

【００２３】また、上記活性層がIII-Ｖ族化合物半導体
材料からなり、上記イオン種はIII族元素またはＶ族元
素の少なくとも一方を含むようにしたから、レーザ共振
器端面近傍の活性層を不純物レベルを形成することなく
無秩序化でき、レーザ共振器端面近傍における光学損傷
（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすことができる。

【００２４】また、上記活性層がII−VI族化合物半導体
材料からなり、上記イオン種はII族元素またはVI族元素
の少なくとも一方を含むようにしたから、レーザ共振器
端面近傍の活性層を不純物レベルを形成することなく無
秩序化でき、レーザ共振器端面近傍における光学損傷
（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすことができる。

【００２５】また、上記活性層がＡｌＧａＡｓからな
り、上記イオン種をＡｌとしたから、レーザ共振器端面
近傍の活性層を不純物レベルを形成することなく無秩序
化できるとともに、レーザ共振器端面近傍のバンドギャ
ップエネルギーを更に大きくすることができ、レーザ共
振器端面近傍における光学損傷（ＣＯＤ）の起こる可能
性をさらに減らすことができる。

【００２６】また、上記活性層がＡｌＧａＡｓからな
り、上記イオン種をＳｂ（アンチモン）としたから、レ
ーザ共振器端面近傍の活性層を不純物レベルを形成する
ことなく無秩序化できるとともに、さらに活性層に圧縮
歪みを与えることができ、レーザ共振器端面近傍におけ
る光学損傷（ＣＯＤ）の起こる可能性をさらに減らすこ
とができる。

【００２７】また、この発明においては、多重量子井戸
構造または超格子構造を有する化合物半導体材料からな
る活性層を有するダブルヘテロ構造を備えた半導体層を
形成する工程において、上記活性層の発振領域のレーザ
共振器端面となる領域近傍に、該活性層を構成する元素
と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注入し
て、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形成す
る領域近傍を無秩序化する工程と、上記イオン注入した
領域をアニールする工程とを含むようにしたから、レー
ザ共振器端面近傍の活性層を不純物レベルを形成するこ
となく無秩序化できるとともに、アニールにより、イオ
ン注入によって発生した格子欠陥を回復させることがで
き、レーザ共振器端面近傍における光学損傷（ＣＯＤ）
の起こる可能性を減らすことができる半導体レーザ装置
を提供することができる。

【００２８】また、上記半導体層を形成する工程を、第
１導電型半導体基板上に第１導電型クラッド層と，多重
量子井戸構造を有する化合物半導体材料からなる活性層
と、第１の第２導電型クラッド層と、第２の第２導電型
クラッド層と、第２導電型キャップ層を形成し、半導体
レーザ装置の共振器端面となる領域近傍の、上記活性層
の発振領域上の領域の上記第２導電型キャップ層と，第
２の第２導電型クラッド層とを、上記第２導電型キャッ
プ層上に形成した第１の絶縁膜パターンをマスクとして
エッチング除去して凹部を形成した後、上記絶縁膜パタ
ーンをマスクとして、上記活性層に、該活性層を構成す
る元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注
入し、上記イオン注入した領域をアニールする工程を含
むものとしたから、レーザ共振器端面近傍の活性層を不
純物レベルを形成することなく無秩序化できるととも
に、アニールにより、イオン注入によって発生した格子
欠陥を回復させることができ、レーザ共振器端面近傍に
おける光学損傷（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすこと
ができる半導体レーザ装置を提供することができる。

【００２９】また、この発明においては、多重量子井戸
構造または超格子構造を有する化合物半導体材料からな
る活性層を有するダブルヘテロ構造を備えた半導体層を
所定位置においてへき開してレーザ共振器端面を形成し
た後、該レーザ共振器端面に上記活性層を構成する元素
と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注入し
て、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形成す
る領域近傍の多重量子井戸構造を無秩序化する工程と、
上記イオン注入した領域をアニールする工程とを備えた
から、レーザ共振器端面近傍における光学損傷（ＣＯ
Ｄ）の起こる可能性を減らすことができる半導体レーザ
装置を容易に提供することができる。

【００３０】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の第１の実施例による半導体レ
ーザ装置の構造を示す斜視図であり、図において、７は
ｎ−ＧａＡｓ基板，５は所望の波長でレーザ発振するよ
うにバンドギャップ，層厚，及び層数等を設定したＡｌ
ＧａＡｓ多重量子井戸活性層で、本実施例１においては
特に波長が７８０ｎｍのものを用いている。６は活性層
５に電荷を閉じ込め、さらに活性層５で発生した光を閉
じ込めるように、基板７と活性層５の間に設けられたｎ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層，４は活性層５に電荷を閉じ
込め、さらに活性層５で発生した光を閉じ込めるよう活
性層５上に設けられたｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド
層，９は活性層５での発振によって得られるレーザ光の
モードを単一化させるために活性層５の所定幅の領域に
キャリアを集中させて注入させることができるようにｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層４上に設けられたリッジ部
で、上記活性層５の該リッジ部９の下部近傍領域がレー
ザ発振に寄与する発振領域となっている。３はホールを
リッジ部９に集中させるとともに、その他の部分でホー
ルの移動を抑えるために上記リッジ部９を埋め込むよう
に設けられたｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層，２はリッジ
部９及びブロック層３上に設けられたｐ−ＧａＡｓコン
タクト層，１はｐ−ＧａＡｓコンタクト層２にホールを
注入するために、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２上に設け
られたｐ側電極，８はｎ−ＧａＡｓ基板７に電子を注入
するために、該ｎ−ＧａＡｓ基板７の裏面側に設けられ
たｎ側電極，１２はレーザ光の出射端面及び反射端面
（以下レーザ共振器端面と称す），１０はレーザ共振器
端面１２近傍の活性層５の発振領域に設けられた、活性
層５のレーザ共振器端面１２近傍のバンドギャップを活
性層５のその他の領域に比べて大きくして、光学損傷を
抑えるためのＡｌ（アルミ）イオン注入領域である。

【００３１】また、図２は、図１に示した半導体レーザ
装置の活性層５の近傍領域Ａの構造を示す拡大図であ
り、図において、図１と同一符号は同一または相当する
部分を示しており、５１は発振したレーザ光を導波する
３００オングストローム厚のＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓガイ
ド層，５２はレーザ光を発振する１００オングストロー
ム厚のＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓウエル層，５３はウエル層
を分離する８０オングストローム厚のＡｌ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓバリア層であり、本実施例１の半導体レーザ装置の
活性層５は２層のガイド層５１の間に３層のウエル層５
２と２層のバリア層５３が交互に挟み込まれて構成され
ている。

【００３２】また、図３は図１に示した半導体レーザ装
置のＩ−Ｉ線による断面図であり、図において、図１と
同一符号は同一又は相当する部分を示しており、９ａは
ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層，９ｂはｐ−ＧａＡｓ
キャップ層，９ｃはｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込み層であ
り、このｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９ａ，ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層９ｂ，及びｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込み
層９ｃがリッジ部９を構成している。

【００３３】また、図４は本発明の第１の実施例による
半導体装置の製造方法を説明するための斜視図であり、
図において、図１及び図３と同一符号は同一または相当
する部分を示しており、１５はＳｉＮ，ＳｉＯＮ等から
なる第１の絶縁膜，１６はＳｉＮ，ＳｉＯＮ等からなる
ストライプ形状の第２の絶縁膜である。

【００３４】次に製造方法について図４を用いて説明す
る。まず、図４(a) に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板７
上にｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６，ＡｌＧａＡｓ多重
量子井戸活性層５，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９ａ，ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層９ｂを順次、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成
長法）やＭＢＥ（分子線エピタキシ法）を用いてエピタ
キシャル成長させる。

【００３５】続いて、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９ｂ上に
第１の絶縁膜１５を形成し、ドライエッチングによりこ
れをパターニングして、レーザ共振器端面となる領域近
傍の、活性層５の発振領域となる領域の上部に開口部を
形成する。さらに、該第１の絶縁膜１５をマスクとして
ｐ−ＧａＡｓキャップ層９ｂをアンモニアと過酸化水素
をエッチャントとして選択的にエッチングし、その後、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９ａをｐ−ＡｌＧａＡ
ｓ第１クラッド層６の界面まで、酒石酸と過酸化水素を
エッチャントとしてエッチングして凹部１７を形成する
（図４(b))。この凹部１７は後工程において行うイオン
注入を容易に行えるようにするために設けられたもので
ある。この時、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層６の界
面でエッチングを止めるために、あらかじめ、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓ第２クラッド層９ａとｐ−ＡｌＧａＡｓ第１ク
ラッド層６との界面にエッチングストッパ層（図示せ
ず）を設けておくようにしても良い。

【００３６】次に、図４(c) に示すように、上記第１の
絶縁膜１５をマスクとして、活性層５近傍にＡｌイオン
を１×１０¹⁹〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度イオン注入してＡ
ｌイオン注入領域を形成し、その後、アニールを行う。
このアニールを行うことにより、イオン注入により結晶
中の原子がはじき出されて生じる活性層５中の結晶欠陥
を回復させることができる。なお、このアニールは上記
凹部１７の表面からＡｓが抜けるのを防ぐため、Ａｓ圧
下で行うようにする。

【００３７】続いて、ＡｌＧａＡｓ埋め込み層９ｃを上
記凹部１７を埋め込むように選択成長させ（図４(d))，
第１の絶縁膜１５を除去した後、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層９ｂ上，及びｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込み層９ｃ上に、
共振器長方向に伸びるストライプ状の第２の絶縁膜１６
を設け、これをマスクとしてｐ−ＧａＡｓキャップ層９
ｂ，ＡｌＧａＡｓ埋め込み層９ｃ，及びｐ−ＡｌＧａＡ
ｓ第２クラッド層９ａを選択的にｐ−ＡｌＧａＡｓ第１
クラッド層６との界面までエッチングしてリッジ部９を
形成する（図４(e))。

【００３８】その後、図４(f) に示すように該リッジ部
９を埋め込むようにｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層３を選
択再成長させた後、第２の絶縁膜１６を除去し、リッジ
部９上，およびｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層３上にｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２を形成し、さらに該ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２上にｐ側電極１を，またｎ−ＧａＡｓ
基板７の裏面にｎ側電極８を形成した後、へき開により
レーザ共振器端面１２を形成して、図１に示すような半
導体レーザ装置を得る。

【００３９】次に動作について説明する。ｐ側電極１が
正，ｎ側電極８が負となるように電流を印加すると、ホ
ールがｐ−ＧａＡｓコンタクト層２，リッジ部９，ｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層４を経て活性層５に，また、電
子がｎ−ＧａＡｓ基板７，ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
６を経て活性層５に注入され、該活性層５の発振領域、
即ち活性層５のリッジ部９の下部近傍領域においてホー
ルと電子の発光再結合が起こり、発光した光により共振
器端面１２間で、波長７８０ｎｍ，エネルギーに換算す
ると１．５９ｅＶのレーザ光が発振し、レーザ共振器端
面１２からレーザ光が出射される。

【００４０】本実施例１の半導体レーザ装置において
は、図１に示すように、レーザ共振器端面１２近傍の活
性層５のリッジ部９下部近傍にＡｌイオンがイオン注入
されることにより、Ａｌイオン注入領域１０内の活性層
５が無秩序化され、その組成が平均化されてＡｌ0.243
Ｇａ0.657 Ａｓ程度になり、バンドギャップは１．７２
７ｅＶとなり、活性層５で発光される光を吸収しない値
となる。さらにＡｌイオンを１×１０¹⁹〜１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3程度イオン注入しているので、Ｇａに対してバンド
ギャップが大きくなるＡｌ組成が増加することによりバ
ンドギャップはさらに０．０１２ｅＶ程度拡大してい
る。この結果、活性層５の発振領域で発振したレーザ光
は、該活性層５のＡｌイオンが注入されたバンドギャッ
プの広いレーザ共振器端面１２近傍で吸収されなくな
る。従って、レーザ共振器端面１２近傍において光吸収
によるキャリアの励起は起こらず、励起されたキャリア
の非発光再結合による発熱も起こりにくくなり、光学損
傷（ＣＯＤ）の起こる可能性を減らすことができる。さ
らに、本実施例１においてはイオン注入されたＡｌは無
秩序化により混晶した活性層５のIII 族サイトにはいる
ため、イオン注入したＡｌによって無秩序化された活性
層５中に不純物レベルが形成されることはない。したが
って、上述した特開平３−２７６７８７号公報で示した
半導体レーザ装置のように、活性層を無秩序化する際に
化合物半導体材料のバンドギャップエネルギー中に不純
物レベルを作るＣｒ（クロム），Ｆｅ，Ｚｎ（亜鉛），
Ｓｉ（シリコン）等のイオン種を使用していないため、
無秩序化された活性層５中に不純物レベルが形成される
ことはなく、不純物レベルに起因した非発光再結合によ
る発熱をより起こりにくくすることができ、光学損傷
（ＣＯＤ）の起こる可能性を確実に減らすことができ
る。

【００４１】このように本実施例によれば、レーザ共振
器端面１２近傍の多重量子井戸活性層５の発振領域を含
む領域にＡｌをイオン注入したイオン注入領域１０を形
成することにより、多重量子井戸活性層５中に不純物レ
ベルを形成することなく、レーザ共振器端面１２近傍の
多重量子井戸活性層５の発振領域を無秩序化するととも
に、Ａｌ組成を増加させてバンドギャップを増加させる
ことができるから、レーザ共振器端面１２近傍における
光学損傷（ＣＯＤ）の起こる可能性を確実に減らすこと
ができ、高出力動作が可能で、長時間安定に動作させる
ことができる半導体レーザ装置を提供することができ
る。

【００４２】実施例２．図５は本発明の第２の実施例に
よる半導体レーザ装置の構造を示す斜視図であり、図に
おいて、図１と同一符号は同一または相当する部分を示
しており、１３はＡｌイオン注入領域である。また、図
７は図５に示した半導体レーザ装置のII−II線による断
面図であり、図において、図５と同一符号は同一又は相
当する部分を示している。

【００４３】上記実施例１においては、図４に示したよ
うに、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層の表面から活性
層５の発振領域のレーザ共振器端面１２近傍となる領域
にＡｌイオン注入を行い、アニールしてＡｌイオン注入
領域１０を形成した後、へき開を行うことにより、端面
近傍におけるＣＯＤを抑えることができる半導体レーザ
装置を得るようにしたが、本実施例２においては、ｎ−
ＧａＡｓ基板７上にｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６，Ａ
ｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層５，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第
１クラッド層６，ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９
ａ，ｐ−ＧａＡｓキャップ層９ｂを順次エピタキシャル
成長させ、該ｐ−ＧａＡｓキャップ層９ｂの表面にスト
ライプ形状の絶縁膜（図示せず）を形成し、これをマス
クとして、エッチングによりｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラ
ッド層９ａ，及びｐ−ＧａＡｓキャップ層９ｂからなる
リッジ部９を形成し、該リッジ部９を埋め込むようにｎ
−ＡｌＧａＡｓブロック層３を形成した後、上記ストラ
イプ状の絶縁膜を除去し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
２，ｐ側電極１，およびｎ側電極８を形成し、へき開を
行ってレーザ共振器端面１２を形成した後、この共振器
端面１２に全面的にＡｌイオンをイオン注入し、アニー
ルを行うことにより、図５に示すような共振器端面１２
にイオン注入領域１３を設けるようにしたものである。

【００４４】このような半導体レーザ装置においても、
活性層５の発光領域の共振器端面１２近傍を含むように
イオン注入領域１３を形成することができるとともに、
Ａｌイオン注入のために凹部１７を形成する必要がない
から、上記実施例１と同様の効果を奏するとともに、製
造工程を簡略化して、高出力動作が可能で、長時間安定
に動作させることができる半導体レーザ装置を容易に提
供することができる。

【００４５】なお、上記実施例１及び２においては、端
面１２近傍の活性層５に注入するイオン種としてＡｌを
用いた場合について説明したが、本発明はその他のＳｂ
（アンチモン）等のIII 族元素，またはＰ（リン）等の
Ｖ族元素のイオン種を注入する場合，あるいはこれらの
イオン種と上記Ａｌを組み合わせて注入する場合につい
ても適用できるものである。即ち、III 族元素（あるい
はＶ族元素）を注入する場合、イオン注入によって活性
層を無秩序化することによって活性層５の端面１２近傍
のバンドギャップエネルギーを大きくすることができる
とともに、注入したイオンが活性層５のIII 族サイト
（あるいはＶ族サイト）に入り、上述した従来の半導体
レーザ装置のように、活性層を無秩序化するために拡散
された不純物が新たな準位を形成して非発光再結合を起
こすことがないため、ＣＯＤが起こりにくい半導体レー
ザを得ることができる。

【００４６】ただし、活性層５のバンドギャップエネル
ギーが大きくなるようなイオン種を注入する場合は、活
性層５の端面１２近傍のバンドギャップエネルギーをさ
らに大きくすることができ、上記実施例１と同様の効果
を奏するが、活性層５のバンドギャップエネルギーが小
さくなるようなイオン種を注入する場合は、端面１２近
傍のバンドギャップエネルギーが小さくなるため、活性
層５の端面１２近傍においてレーザ光を吸収することが
ないようにイオン注入量を調節する必要がある。

【００４７】ここで、上記実施例１および２において、
イオン注入するイオン種を特にＳｂとした場合について
説明する。端面１２近傍の活性層５にIII 族元素である
Ｓｂをイオン種に用いてイオン注入する場合、上記実施
例において用いたＡｌよりも活性層５のバンドギャップ
が大きくなるため、上記実施例１及び２に示した半導体
レーザ装置よりも光学損傷を抑えることができる半導体
レーザ装置が得られる効果があるが、これに加えて、Ｓ
ｂはＡｌと格子定数が少し異なるため、アンチモンを注
入すると活性層５に圧縮歪が加わり、バンドギャップエ
ネルギーを更に大きくすることができ、この結果、端面
１２近傍の活性層５においてさらに光を吸収しにくくな
り、より確実にＣＯＤを抑えることができる半導体レー
ザが得られる。

【００４８】なお、上記実施例１および２においては、
注入するイオン種としてIII 族元素であるＡｌを用いる
ようにしたが、Ａｌ等のIII 族元素のみをイオン注入し
た場合、活性層５内にIII 族元素のみしか供給されない
ため、活性層５内のIII 族元素とＶ族元素のストイキオ
メトリ，即ち原子数が等しい状態がくずれ、これにより
発生した余剰のIII 族元素やＶ族元素によって活性層５
中に準位が形成され、この準位によって光学損傷が起こ
りやすくなってしまう場合がある。このような場合に
は、Ａｌ等のIII 族元素をイオン注入する際に、同時に
Ａｓイオン等のＶ族元素を加えることにより、ストイキ
オメトリがくずれないようにすることで、活性層５中の
準位を減らすことができ、より光学損傷を起こしにくい
半導体レーザ装置を提供することができる。この時、II
I 族元素とＶ族元素の注入比が１となるようにＶ族元素
を加えることが最も好ましい。また、イオン注入のイオ
ン種としてIII 族元素以外のＶ族元素，あるいはIII 族
元素とＶ族元素とを混合したものを用いる場合において
も、III 族元素とＶ族元素の注入比が１に近くなるよう
にIII 族あるいはＶ族元素を加えることで、より光学損
傷を起こしにくい半導体レーザ装置を提供することがで
きる。

【００４９】なお、上記実施例１および２においては、
主としてＡｌ，Ｇａ，Ａｓを構成元素とする短波長多重
量子井戸レーザに適用した場合について説明したが、本
発明は、例えば主としてＩｎと，Ｇａと，Ａｓと，Ｐと
を構成元素とする長波長多重量子井戸レーザや、主とし
てＡｌと，Ｇａと，Ｉｎと，Ｐとを構成元素とする多重
量子井戸レーザ等のその他の波長系の半導体レーザ装置
にも適用できるものであり、このような場合においても
上記実施例１および２と同様の効果を奏する。

【００５０】また、上記実施例１および２においては、
ＡｌＧａＡｓからなる多重量子井戸活性層を有する半導
体レーザ装置について説明したが、本発明は、例えばＡ
ｌや，Ｇａや，Ｉｎや，Ｐ等のIII 族元素とＶ族元素と
を構成元素とするIII-Ｖ族化合物半導体材料や、II-VI
族化合物半導体材料等の、化合物半導体材料からなる多
重量子井戸活性層を有する半導体装置についても適用で
きるものであり、この時、イオン注入するイオン種を活
性層の構成元素と同族の元素の中から選択し、これを共
振器端面近傍の活性層の発振領域を含むようにイオン注
入することにより、上記実施例１および２と同様の効果
を奏する。

【００５１】また、上記実施例１および２においては活
性層が多重量子井戸構造である半導体装置について説明
したが、本発明は活性層が、例えば自然超格子等の超格
子構造を有する半導体レーザ装置においても適用できる
ものであり、このような場合においても上記実施例１お
よび２と同様の効果を奏する。

【００５２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、活性層
の発振領域のレーザ共振器端面近傍に、該活性層を構成
する元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン
注入して、活性層の多重量子井戸構造また超格子構造を
無秩序化してなるイオン注入領域を備えるようにしたか
ら、レーザ共振器端面近傍における光学損傷（ＣＯＤ）
の起こる可能性を減らすことができ、高出力で、長寿命
な半導体レーザ装置を提供することができる効果があ
る。

【００５３】また、上記イオン種を、上記活性層のバン
ドギャップを大きくする元素としたから、レーザ共振器
端面近傍のバンドギャップエネルギーを更に大きくする
ことができ、高出力で、長寿命な半導体レーザ装置を提
供することができる効果がある。

【００５４】また、上記イオン種は、上記活性層を構成
する各元素が属する族と同一の各族に属する元素が、互
いに等量となるよう含まれるようにしたから、活性層を
構成するそれぞれの元素が属する族の原子数を等しい状
態に保つことができ、高出力で、長寿命な半導体レーザ
装置を提供することができる効果がある。

【００５５】また、上記活性層がIII-Ｖ族化合物半導体
材料からなり、上記イオン種はIII族元素またはＶ族元
素の少なくとも一方を含むようにしたから、高出力で、
長寿命な半導体レーザ装置を提供することができる効果
がある。

【００５６】また、上記活性層がII−VI族化合物半導体
材料からなり、上記イオン種はII族元素またはVI族元素
の少なくとも一方を含むようにしたから、高出力で、長
寿命な半導体レーザ装置を提供することができる効果が
ある。

【００５７】また、上記活性層がＡｌＧａＡｓからな
り、上記イオン種をＡｌとしたから、レーザ共振器端面
近傍のバンドギャップエネルギーを更に大きくすること
ができ、高出力で、長寿命な半導体レーザ装置を提供す
ることができる効果がある。

【００５８】また、上記活性層がＡｌＧａＡｓからな
り、上記イオン種をＳｂ（アンチモン）としたから、活
性層に圧縮歪みを与えることができ、より高出力で、長
寿命な半導体レーザ装置を提供することができる効果が
ある。

【００５９】また、この発明においては、多重量子井戸
構造または超格子構造を有する化合物半導体材料からな
る活性層を有するダブルヘテロ構造を備えた半導体層を
形成する工程において、上記活性層の発振領域のレーザ
共振器端面となる領域近傍に、該活性層を構成する元素
と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注入し
て、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形成す
る領域近傍を無秩序化する工程と、上記イオン注入した
領域をアニールする工程とを含むようにしたから、レー
ザ共振器端面近傍の活性層を不純物レベルを形成するこ
となく無秩序化できるとともに、アニールにより、イオ
ン注入によって発生した格子欠陥を回復させることがで
き、高出力で、長寿命な半導体レーザ装置を提供するこ
とができる効果がある。

【００６０】また、上記半導体層を形成する工程を、第
１導電型半導体基板上に第１導電型クラッド層と，多重
量子井戸構造を有する化合物半導体材料からなる活性層
と、第１の第２導電型クラッド層と、第２の第２導電型
クラッド層と、第２導電型キャップ層を形成し、半導体
レーザ装置の共振器端面となる領域近傍の、上記活性層
の発振領域上の領域の上記第２導電型キャップ層と，第
２の第２導電型クラッド層とを、上記第２導電型キャッ
プ層上に形成した第１の絶縁膜パターンをマスクとして
エッチング除去して凹部を形成した後、上記絶縁膜パタ
ーンをマスクとして、上記活性層に、該活性層を構成す
る元素と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注
入し、上記イオン注入した領域をアニールする工程を含
むようにしたから、高出力で、長寿命な半導体レーザ装
置を提供することができる効果がある。

【００６１】また、この発明においては、多重量子井戸
構造または超格子構造を有する化合物半導体材料からな
る活性層を有するダブルヘテロ構造を備えた半導体層を
所定位置においてへき開してレーザ共振器端面を形成し
た後、該レーザ共振器端面に上記活性層を構成する元素
と同じ族に属する元素をイオン種としてイオン注入し
て、上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形成す
る領域近傍の多重量子井戸構造を無秩序化する工程と、
上記イオン注入した領域をアニールする工程とを備えた
から、高出力で、長寿命な半導体レーザ装置を容易に提
供することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置の構造を示す斜視図である。

【図２】 この発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置の活性層近傍の構造を示す拡大図である。

【図３】 この発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置の構造を示す共振器長方向の断面図である。

【図４】 この発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置の製造方法を示す工程図である。

【図５】 この発明の第２の実施例による半導体レーザ
装置の構造を示す斜視図である。

【図６】 従来の半導体レーザ装置の構造を示す共振器
長方向の断面図である。

【図７】 この発明の第２の実施例による半導体レーザ
装置の構造を示す共振器長方向の断面図である。

【符号の説明】

１ ｐ側電極、２ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、３ ｎ
−ＡｌＧａＡｓブロック層、４ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層、５ ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層、６ ｎ
−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層、７ ｎ−ＧａＡｓ基
板、８ ｎ側電極、９ リッジ部、９ａ ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ第２クラッド層、９ｂ ｐ−ＧａＡｓキャップ層、
９ｃ ｐ−ＡｌＧａＡｓ埋め込み層、１０ Ａｌイオン
注入領域、１２ レーザ共振器端面、１３ Ａｌイオン
注入領域、１５ 第１の絶縁膜、１６ 第２の絶縁膜、
１７ 凹部、４１ ｐ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ
0.5Ｐクラッド層、５０ 図２において拡大図を示す部
分、５１ Ａｌ0.3 Ｇａ0.7Ａｓガイド層、５２ Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ａｓウエル層、５３ Ａｌ0.3 Ｇａ0.7Ａ
ｓバリア層、６１ ｎ−（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐクラッド層、７１ ｎ−ＧａＡｓ基板、１０１
鉄拡散領域、１０２ レーザ出射端面及び反射端面、５
０１ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 宗治 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス開発研究 所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 化合物半導体材料からなり、多重量子井
   戸構造または超格子構造を有する活性層と、 該活性層の発振領域のレーザ共振器端面近傍に、該活性
   層を構成する元素と同じ族に属する元素をイオン種とし
   てイオン注入して、該活性層の多重量子井戸構造または
   超格子構造を無秩序化してなるイオン注入領域とを備え
   たことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記イオン種は、上記活性層のバンドギャップを大きく
   する元素であることを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記イオン種は、上記活性層を構成する各元素が属する
   族と同一の各族に属する元素が、互いに等量となるよう
   含まれていることを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記活性層はIII-Ｖ族化合物半導体材料からなり、 上記イオン種はIII 族元素またはＶ族元素の少なくとも
   一方を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記活性層はII−VI族化合物半導体材料からなり、 上記イオン種はII族元素またはVI族元素の少なくとも一
   方を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記活性層はＡｌＧａＡｓからなり、 上記イオン種はＡｌであることを特徴とする半導体レー
   ザ装置。
7. 【請求項７】 請求項４に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 上記活性層はＡｌＧａＡｓからなり、 上記イオン種はＳｂ（アンチモン）であることを特徴と
   する半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 多重量子井戸構造または超格子構造を有
   する化合物半導体材料からなる活性層を有するダブルヘ
   テロ構造を備えた半導体層であって、 上記活性層の発振領域のレーザ共振器端面となる領域近
   傍に、該活性層を構成する元素と同じ族に属する元素を
   イオン種としてイオン注入して、上記活性層の発振領域
   のレーザ共振器端面を形成する領域近傍を無秩序化し、 上記イオン注入した領域をアニールしてなる半導体層を
   形成する工程と、 該半導体層を所定位置においてへき開してレーザ共振器
   端面を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レ
   ーザ装置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の半導体レーザ装置の製
   造方法において、 上記半導体層を形成する工程は、第１導電型半導体基板
   上に第１導電型クラッド層と，多重量子井戸構造を有す
   る化合物半導体材料からなる活性層と、第１の第２導電
   型クラッド層と、第２の第２導電型クラッド層と、第２
   導電型キャップ層を形成する工程と、 半導体レーザ装置の共振器端面となる領域近傍の、上記
   活性層の発振領域上の領域の上記第２導電型キャップ層
   と，第２の第２導電型クラッド層とを、上記第２導電型
   キャップ層上に形成した第１の絶縁膜パターンをマスク
   としてエッチング除去して凹部を形成する工程と、 上記絶縁膜パターンをマスクとして、上記活性層に、該
   活性層を構成する元素と同じ族に属する元素をイオン種
   としてイオン注入する工程と、 上記イオン注入した領域をアニールする工程と、 上記凹部を埋め込むように第２導電型埋め込み層を形成
   する工程と、 上記第１の絶縁膜パターンを除去した後、該第２導電型
   埋め込み層と，上記第２導電型キャップ層と，第２の第
   ２導電型クラッド層とを、上記第２導電型キャップ層表
   面に形成された第２の絶縁膜パターンをマスクとしてエ
   ッチングすることにより、リッジ形状に成形する工程
   と、 該リッジ形状に成形された上記第２導電型埋め込み層
   と，第２導電型キャップ層と，第２の第２導電型クラッ
   ド層とを埋め込むように第１導電型ブロック層を形成す
   る工程と、 上記第２の絶縁膜パターンを除去した後、上記第１導電
   型ブロック層と，第２導電型キャップ層と，第２導電型
   埋め込み層との表面に第２導電型コンタクト層を形成す
   る工程とを含むものであり、 上記レーザ共振器端面を形成する工程は、上記半導体層
   を上記活性層のイオン注入した領域を含む位置でへき開
   して行われるものであることを特徴とする半導体レーザ
   装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 多重量子井戸構造または超格子構造を
    有する化合物半導体材料からなる活性層を有するダブル
    ヘテロ構造を備えた半導体層を形成する工程と、 該半導体層を所定位置においてへき開してレーザ共振器
    端面を形成する工程と、 該レーザ共振器端面に上記活性層を構成する元素と同じ
    族に属する元素をイオン種としてイオン注入して、上記
    活性層の発振領域のレーザ共振器端面を形成する領域近
    傍の多重量子井戸構造を無秩序化する工程と、 上記イオン注入した領域をアニールする工程とを備えた
    ことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。