JPH10261835A - 半導体レーザ装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窓構造形成時における品質劣化の少ない半導
体レーザ装置，及びその製造方法を提供することを課題
とする。 【解決手段】 量子井戸構造活性層３上にｐ−Ａｌ_r Ｇ
ａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第１上クラッド層４を形成
し、レーザ共振器端面となる部分の近傍領域にイオン注
入を行った後、アニールを行い、量子井戸構造活性層３
をディスオーダして窓構造領域８を形成した後、ｐ−Ａ
ｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第２上クラッド層４ｂ
を結晶成長させ、この第２上クラッド層４ｂの上部に選
択エッチングによりリッジストライプ形状部１５を形成
するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ装
置，及びその製造方法に関し、特に端面部分に窓構造を
有する高出力動作が可能な半導体レーザ装置，及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の半導体レーザ装置の構造を
示す一部切り欠き斜視図であり、図において、１はｎ型
（以下、ｎ−とも称す）ＧａＡｓ基板、２は厚さが１．
５〜２μｍ，アルミニウム組成比ｘが０．３のｎ型Ａｌ
_x Ｇａ_1-x Ａｓ下クラッド層２、３はＡｌ_y Ｇａ_1-y Ａ
ｓ（ｙ＝０．０５〜０．１５）ウエル層（図示せず）と
Ａｌ_z Ｇａ_1-z Ａｓ（ｚ＝０．２〜０．３５）バリア層
（図示せず）とから構成されている量子井戸構造活性層
で、上下に厚さ約３５ｎｍの上記バリア層と同じ組成の
光ガイド層（図示せず）を備え、その間に厚さ１０ｎｍ
のウエル層と厚さ約１０ｎｍのバリア層とが交互に合わ
せて５層、即ちウエル層３層とバリア層２層とが積層さ
れて構成されている。また、４は厚さが１．５〜２．０
μｍ，アルミニウム組成比ｒが０．３のｐ型（以下、ｐ
−とも称す）Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ上クラッド層、１０は
厚さが０．５〜１．０μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層
で、上クラッド層４の上部とコンタクト層１０とは、レ
ーザ共振器端面に対して垂直な方向に伸びるリッジ形状
を有するリッジストライプ形状部１５を構成している。
１６は電流狭搾用の絶縁膜、８はレーザ共振器端面近傍
に形成された窓構造領域、２０はｎ側電極、１９はｐ側
電極、３５はシリコン（Ｓｉ）熱拡散領域、３０はレー
ザ共振器端面である。また、この半導体レーザの素子の
大きさは、共振器長方向の長さが３００〜６００μｍ、
幅が約３００μｍである。

【０００３】また、図４は図３に示す従来の半導体レー
ザ装置の製造方法を示す工程図であり、半導体レーザ装
置のレーザ共振器端面の一方側に相当する部分のみを図
示している。図において、図３と同一符号は同一又は相
当する部分を示し、３１は窒化シリコン（ＳｉＮ）膜，
３４はフォトレジスト，３２はＳｉ膜である。

【０００４】次に、この従来の製造方法を図４を用いて
説明する。ウエハ状態（図示せず）のｎ型ＧａＡｓ基板
１上に、下クラッド層２、量子井戸構造層３、上クラッ
ド層４、コンタクト層１０を順次エピタキシャル結晶成
長させる（図４(a))。次に、このコンタクト層１０表面
にＳｉＮ膜３１を形成し、このＳｉＮ膜３１をパターニ
ングして、図４(b) に示すように、レーザ共振器端面と
なる部分の近傍領域に開口部を設ける。このＳｉＮ膜３
１と半導体レーザ装置の共振器端面となる位置との間隔
は２０μｍ程度となるようにする。

【０００５】続いて、図４(c) に示すように、該ＳｉＮ
膜３１上及び上記コンタクト層１０上を覆うようにＳｉ
膜３２を形成した後、８５０℃以上の高温で４時間以上
アニールを行い、Ｓｉ膜３２からＳｉをコンタクト層１
０の上面から下クラッド層２に達するまで拡散させてＳ
ｉ熱拡散領域３５を形成する。このとき、Ｓｉ熱拡散領
域３５内にある活性層３のＳｉ濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3
程度となるようにする。なお、ＳｉＮ膜３１の下部の領
域にはＳｉ膜３２とコンタクト層５との間に該ＳｉＮ膜
３１を介在しているのでＳｉは拡散しない。このアニー
ルをともなうＳｉ拡散により、該Ｓｉ熱拡散領域３５の
量子井戸構造活性層３のレーザ共振器端面近傍となる領
域はディスオーダされる。このディスオーダされた量子
井戸構造活性層３のレーザ共振器端面近傍領域が、窓構
造として機能する窓構造領域８となる。

【０００６】つぎに、Ｓｉ膜３２，及びＳｉＮ膜３１を
ＨＦ系エッチング液等を用いたウエットエッチングによ
り除去し、その後、図４(d) に示すように、ウエハ全面
に熱ＣＶＤ等でＳｉＯ₂ 等の絶縁膜３４を成膜した後、
この絶縁膜３４を、フォトリソグラフィ技術と絶縁膜エ
ッチング技術によってパターニングして、レーザ共振器
端面に対して垂直に伸びる，幅が約５〜６μｍのストラ
イプ形状に成形する。

【０００７】次にこのパターニングした絶縁膜３４をマ
スクとしてコンタクト層１０と上クラッド層４の上部を
選択的にエッチングして、リッジストライプ形状部１５
を作成する（図４(e))。この時、予め、上クラッド層４
の所定の高さ位置にエッチングレートが上クラッド層４
と異なるエッチングストッパ層を設けておき、材料に対
する選択性を有するエッチング液でエッチングして、上
クラッド層４の残し厚を正確に制御することも可能であ
る。

【０００８】続いて、絶縁膜３４を除去した後、ウエハ
全面に熱ＣＶＤ等で絶縁膜１６を成膜した後、フォトリ
ソグラフィ技術と絶縁膜エッチング技術によってリッジ
ストライプ形状部１５の上部の絶縁膜１６を除去して、
ｐ型コンタクト層１０を露出させる（図４(f))。

【０００９】最後に、コンタクト層１０上に接触するよ
うにウエハ上にｐ側電極１９を形成し、基板１側にｎ側
電極２０を形成し、へき開によりレーザ共振器端面３０
を形成して、図３に示すような窓構造を備えた半導体レ
ーザ装置を得る。

【００１０】図３に示した従来の窓構造を有する半導体
レーザ装置の動作を以下に説明する。ｐ側電極１９側が
正、ｎ側電極２０側が負となるように電圧を印加する
と、ホールはリッジストライプ形状部１５上部の平坦部
に設けられた、絶縁膜１６の開口部からｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１０、ｐ−ＡＩＧａＡｓ上クラッド層４を経
て量子井戸構造層３へ、また、電子はｎ−ＧａＡｓ基板
１、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下クラッド層２を経て量子井戸構
造活性層３にそれぞれ注入され、量子井戸構造活性層３
の活性領域、即ちリッジストライプ形状部１５の下部近
傍領域のうちの、窓構造領域８が形成されている領域を
除く領域において電子とホールの再結合が発生し、量子
井戸構造活性層３内で誘導放出光が生ずる。そしてキャ
リアの注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が
発生すればレーザ発振が生じる。

【００１１】この従来の半導体レーザ装置においては、
レーザ光の導波路となるリッジストライプ形状部１５が
レーザ共振器端面３０に達するように形成されている。
このため、リッジストライプ形状部１５が形成されてい
る領域と、この領域に隣接する領域とでは、上クラッド
層４の厚さが異なり、これらの領域間において実効的な
屈折率差が生じ、レーザ光は基板１の表面と平行な方向
においては、リッジストライプ形状部１５の下部に沿っ
て閉じ込められて導波される。また、リッジストライプ
形状部１５の下部に位置する活性層３は、レーザ共振器
端面３０間に渡って同じ構造の下クラッド層２と上クラ
ッド層４とによって挟み込まれているため、レーザ光は
基板１に対して垂直な方向においては下クラッド層２と
上クラッド層４との間に閉じ込められて導波される。

【００１２】次に窓構造について説明する。一般に０．
７５〜１．１μｍ帯の波長のレーザ光を発するＧａＡｓ
系の半導体レーザ装置の最大光出力は半導体レーザ装置
の端面破壊が発生する光出力で決定される。この端面破
壊は、半導体レーザ装置のレーザ共振器の端面領域で
は、注入されたキャリアが表面準位を介して非発光再結
合することによりキャリアが減少して実効的なバンドギ
ャップエネルギーが縮小する結果，レーザ共振器の端面
近傍でレーザ光の再吸収が生じ，吸収による熱で半導体
レーザを構成する結晶自体が溶融してレーザ共振器の機
能を果たさなくなるためである。よって高光出力動作を
実現するためにはより高い光出力でも端面破壊が生じな
い工夫が必要である。このためには端面領域でレーザ光
を吸収しにくくする構造、つまりレーザ光に対して”透
明”となるような窓構造が非常に有効である。ここで窓
構造とはレーザ光を発する活性層の活性領域よりもバン
ドギャップエネルギーが高くなるような領域をレーザ共
振器端面近傍の，特に光が導波される領域を含む領域に
設けることにより得られるものである。

【００１３】図３に示した従来の半導体レーザにおいて
は，活性層３が量子井戸構造からなっているため，この
ような窓構造がＳｉ熱拡散による量子井戸構造３のディ
スオーダ、即ち、無秩序化を利用して形成されている。
図５はこのディスオーダを説明するための活性層３近傍
のアルミ組成比のプロファイルを示す図であり，図５
(a) はディスオーダする前の量子井戸構造活性層３のア
ルミ組成比のプロファイルを，図５(b) はディスオーダ
した後の量子井戸構造活性層３のアルミ組成比のプロフ
ァイルをそれぞれ示している。図４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，２２，
２３，及び２４はそれぞれ活性層３のウエル層，バリア
層，及び光ガイド層を示している。また，図において縦
軸はＡｌ組成比を示し，横軸は下クラッド層２，活性層
３，及び上クラッド層４の結晶成長方向の高さ位置を示
し，Ａｌ₂ はウエル層２２のアルミ組成比，Ａｌ₁ はバ
リア層２３及び光ガイド層２４のアルミ組成比，Ａｌ₃
はディスオーダされた後の活性層３のアルミ組成比を示
している。

【００１４】図５(a) に示すような量子井戸構造活性層
３にシリコン（Ｓｉ）を熱拡散を用いて拡散させると，
これらの拡散に伴いウエル層２２とバリア層２３とを構
成する原子が混じり合い，図５(b) に示すように，この
拡散された領域がディスオーダされる。この結果，ディ
スオーダされた量子井戸構造活性層３のアルミ組成比は
バリア層２３，及び光ガイド層２４のアルミ組成比Ａｌ
₁ とほぼ等しいアルミ組成比Ａｌ₃ となり，活性層３の
実効的なバンドギャップエネルギーはバリア層２３，光
ガイド層２４とほぼ等しい値になる。

【００１５】よって図３に示した従来の半導体レーザに
おいては，量子井戸構造活性層３のディスオーダされた
領域の実効的なバンドギャップエネルギーがディスオー
ダされていない活性層３の実効的なバンドギャップエネ
ルギーより大きくなるため，量子井戸構造活性層３のデ
ィスオーダされた領域、即ちＳｉが熱拡散された領域３
５内に位置する活性層３は、レーザ光に対して”透明”
な窓構造として機能するようになり，量子井戸構造活性
層３のレーザ共振器端面３０の近傍の領域が窓構造領域
８となる。

【００１６】このような従来の窓構造を備えた半導体レ
ーザ装置では，窓構造の効果により，窓構造を有さない
半導体レーザと比較してＣＯＤ（Catastrophic optical
damage)レベルが向上するので５０ｍＷ以上の高出力動
作においても長期にわたって安定に動作させることがで
きる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
窓構造を有する半導体レーザ装置においては、量子井戸
構造活性層３のディスオーダにＳｉの熱拡散を適用して
いたが，この熱拡散工程においてはＳｉ拡散を引き起こ
すのに８５０℃以上のアニール温度で４時間以上処理せ
ねばならなかった。この場合，ｐ−ＡｌＧａＡｓ上クラ
ッド層４のドーパントであるＺｎやｎ−ＡｌＧａＡｓ下
クラッド層２のドーパントであるＳｉやＳｅも量子井戸
構造活性層３中に拡散してしまい，窓構造領域以外の本
来レーザ光を発する活性領域においてもディスオーダを
誘発し，この結果，活性領域として機能しなくなってし
まうという問題や、またこのような状態に至らなくて
も，素子特性自体が著しく劣化して、半導体レーザとし
ての良好な特性を示さなくなってしまうという問題があ
った。

【００１８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、窓構造形成時における品質
劣化の少ない半導体レーザ装置、及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１９】

【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、第１導電型半導体基板上に順次配置された
第１導電型下クラッド層、活性層、その上部にリッジス
トライプ形状部を有する第２導電型上クラッド層と、上
記第２導電型上クラッド層の、上記リッジストライプ形
状部の上部を除く領域上に形成された絶縁膜と、上記リ
ッジストライプ形状部のストライプが伸びる方向に対し
て垂直に設けられたレーザ共振器端面と、上記活性層
の、レーザ共振器端面近傍領域のうちの、上記リッジス
トライプ形状部の下方に位置する領域近傍に設けられ
た、該活性層を不純物のイオン注入と熱処理とによりデ
ィスオーダしてなる窓構造領域とを備えたものである。

【００２０】また、上記半導体レーザ装置において、上
記第２導電型上クラッド層のリッジストライプ形状部
を、上記活性層上に該第２導電型上クラッド層を形成し
た後、該上クラッド層の上部を選択的にエッチングする
ことにより形成されてなるようにしたものである。

【００２１】また、上記半導体レーザ装置において、上
記第２導電型上クラッド層を、第２導電型第１上クラッ
ド層と、リッジストライプ形状部を有する第２導電型第
２上クラッド層からなるようにし、該第１上クラッド層
と、第２上クラッド層との間には、第２導電型の表面保
護層を備えたものである。

【００２２】また、この発明に係る半導体レーザ装置の
製造方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下
クラッド層、活性層、第２導電型第１上クラッド層の各
層をエピタキシャル結晶成長する工程と、上記工程後、
上記第２導電型第１上クラッド層上に、レーザ共振器端
面が形成される部分の近傍領域に開口部を有するフォト
レジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜をマスクとし
て上記半導体基板の上方から上記活性層に不純物のイオ
ン注入を行った後、フォトレジスト膜を除去し、熱処理
をして上記活性層のディスオーダを行って窓構造領域を
形成する工程と、上記工程後、第２導電型第２上クラッ
ド層を形成し、該第２上クラッド層の上部を選択的にエ
ッチングして、上記レーザ共振器端面が形成される部分
に対して垂直な方向に、上記窓構造領域上の領域を含む
ように伸びるストライプ形状のリッジストライプ形状部
を形成する工程と、上記第２導電型第２上クラッド層
の、上記リッジストライプ形状部の上部を除く領域上に
絶縁膜を形成する工程とを備えるようにしたものであ
る。

【００２３】また、上記の半導体レーザ装置の製造方法
において、上記第２導電型第１上クラッド層のエピタキ
シャル結晶成長に続けて、第２導電型第１上クラッド層
上に第２導電型の表面保護層を連続的に結晶成長する工
程を備えるようにしたものである。

【００２４】また、上記半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、上記第２導電型の表面保護層の結晶成長の後、
該表面保護層上に絶縁膜からなるスルー膜を形成する工
程と、上記窓構造領域を形成する工程の後、上記スルー
膜を選択的に除去する工程とを備えるようにしたもので
ある。

【００２５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る半導
体レーザ装置の構造を示す一部切り欠き斜視図であり、
図において、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２は厚さが
１．５〜２μｍ，アルミニウム組成比ｘが０．３のｎ型
Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ下クラッド層、３はＡｌ_y Ｇａ_1-y
Ａｓ（ｙ＝０．０５〜０．１５）ウエル層（図示せず）
とＡｌ_z Ｇａ_1-z Ａｓ（ｚ＝０．２〜０．３５）バリア
層（図示せず）とから構成されている量子井戸構造活性
層で、上下に厚さ約３５ｎｍの上記バリア層と同じ組成
の光ガイド層（図示せず）とを備え、その間に厚さ１０
ｎｍのウエル層と厚さ約１０ｎｍのバリア層とが交互に
合わせて５層、即ちウエル層３層とバリア層２層とが積
層されて構成されている。また、４ａは厚さが０．０５
〜０．５μｍ，アルミニウム組成比ｒが０．３のｐ型Ａ
ｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ第１上クラッド層、４ｂはアルミニウ
ム組成比ｒが０．３のｐ型Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ第２上ク
ラッド層で、この第１上クラッド層４ａと第２上クラッ
ド層４ｂがｐ型Ａｌ_r Ｇａ_{1- r} Ａｓ上クラッド層４を構
成しており、この上クラッド層４の厚さは１．５〜２μ
ｍである。なお、この第１上クラッド層４ａと第２上ク
ラッド層４ｂとの間にはｐ−ＧａＡｓ表面保護層が配置
されているが、ここでは省略している。１０は厚さが
０．５〜１．０μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層で、上
クラッド層４の上部とコンタクト層１０とは、レーザ共
振器端面と垂直な方向に伸びるリッジ形状を有するリッ
ジストライプ形状部１５を構成している。１２はプロト
ン注入による高抵抗領域、１６は電流狭搾用の絶縁膜、
８はレーザ共振器端面近傍に形成された窓構造領域、２
０はｎ側電極、１９はｐ側電極、３０はレーザ共振器端
面である。また、この半導体レーザの素子の大きさは、
共振器長方向の長さが３００〜１２００μｍ、幅が約３
００μｍである。

【００２６】また、図２は図１に示す本発明の半導体レ
ーザ装置の製造方法を示す工程図であり、半導体レーザ
装置のレーザ共振器端面の一方側に相当する部分のみを
図示している。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、５は第１上クラッド層４ａの表面
酸化を防ぐためのｐ−ＧａＡｓ表面保護膜、６は結晶表
面を保護するための窒化Ｓｉや酸化Ｓｉ等の絶縁膜から
なるスルー膜、７，１１はフォトレジスト、１４はスト
ライプ状の絶縁膜パターンである。

【００２７】まず、本発明の実施の形態１に係る半導体
レーザ装置の製造方法を図２に基づいて説明する。最初
に、ウエハ状態（図示せず）のｎ−ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（ｘ＝０．３）下クラッド
層２、量子井戸構造活性層３、ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ
（ｒ＝０．３）第１上クラッド層４ａ、ｐ−ＧａＡｓ表
面保護層５の各層を順次、エピタキシャル結晶成長す
る。なおｐ−Ａｌ_r Ｇａ_{1- r} Ａｓ（ｒ＝０．３）第１上
クラッド層４ａの層厚は０．０５〜０．５μｍとする。
さらに、結晶成長後，ウェハ表面に絶縁膜からなるスル
ー膜６を成膜する。この成膜方法としてはプラズマＣＶ
Ｄ，熱ＣＶＤ等が一般的である。成膜後の斜視図を図２
(a) に示す。

【００２８】さらに、図２(b) に示すように、スルー膜
６表面にフォトレジスト７を塗布し，これをパターニン
グして，窓構造領域を形成する部分、即ちレーザ共振器
端面となる部分の近傍領域のうちの、特にレーザ共振器
となる部分を含む領域に開口部を設ける。なお、ここで
は、レーザ共振器端面の全域に沿って開口部を設けてい
る。この時、スルー膜６は、エピタキシャル結晶層上に
直接フォトレジスト７が塗布されることによる結晶表面
の汚染や、フォトレジスト７除去時の剥離液による結晶
表面の汚染を防ぐための役割を果たす。続いて，このフ
ォトレジスト７をマスクとして用いて、スルー膜６の上
面から活性層３の近傍までＳｉのイオン注入を行う。こ
のイオン注入は活性層の手前で止まるように行うことが
好ましい。Ｓｉイオン注入時のＳｉドーズ量は１×１０
¹³〜１×１０¹⁵ｃｍ^-2程度とする。なお，フォトレジス
ト７の下部の領域には、十分な厚さのフォトレジスト７
がマスクとして作用してこの領域へのイオン注入を妨げ
るので、当該領域にはＳｉイオン注入はされない。な
お、このイオン注入はＳｉ以外にＺｎ（亜鉛）等のイオ
ン注入可能な他の不純物を用いることも可能である。

【００２９】ここで、図２(c) に示すように、フォトレ
ジスト７を除去した後、量子井戸構造活性層３のディス
オーダを行う為に熱処理（アニール）を行う。これはイ
オン注入しただけでは活性層３のディスオーダは起こら
ず，何らかの熱処理によりＳｉ原子を結晶中で拡散させ
て初めてディスオーダが生じることから実施するもので
あり，この熱処理としてはウェハを７００℃以上の温度
でアニールする方法が一般的で、２時間程度の時間の処
理で十分にディスオーダが可能である。この結果、Ｓｉ
イオン注入領域内の量子井戸構造活性層３はディスオー
ダされる。量子井戸構造活性層３のこのディスオーダさ
れた領域が窓構造として機能する窓構造領域８となる。
なお、スルー膜６はこのアニール時におけるエピタキシ
ャル成長層表面の保護膜として機能する。

【００３０】次に、アニール後，図２(d) に示すよう
に，ウェハ表面のスルー膜６をＨＦ系のエッチング液を
用いて除去し、２回目の結晶成長として、表面保護層５
上に、ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第２上ク
ラッド層４ｂ，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０を順次エ
ピタキシャル再成長する。

【００３１】２回目のエピタキシャル成長後，ウエハ上
にフォトレジスト１１を塗布し，これをパターニングし
て，図２(e) に示すように窓構造領域８と一致する領域
上に開口部を設ける。このフォトレジスト１１をマスク
としてウエハ上からｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．
３）第２上クラッド層４ｂの所定の高さ位置までプロト
ン注入を行い，ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）
第２上クラッド層４ａの上部とｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１０内にプロトン注入による高抵抗領域１２を形成す
る。

【００３２】さらに、フォトレジスト１１を除去後、コ
ンタクト層１０上にスルー膜６と同様の方法により絶縁
膜を形成し、これをフォトリソグラフィ技術と絶縁膜エ
ッチング技術によってパターニングして、図２(f) に示
すようなレーザ共振器端面となる部分に対して垂直な方
向に伸びるストライプ状の絶縁膜パターン１４を形成す
る。

【００３３】このストライプ状の絶縁膜パターン１４を
エッチングマスクとして，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１
０とｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第２上クラ
ッド層４ｂとを、ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．
３）第２上クラッド層４ｂの所定の高さ位置までエッチ
ングすることにより、図２(g) に示すように、リッジス
トライプ形状部１５が形成される。活性層３の、このリ
ッジストライプ形状部１５の下部に位置する領域近傍が
レーザの導波路となる。

【００３４】続いて、絶縁膜パターン１４を選択的に除
去し、このウェハ上に電流狭窄用の絶縁膜１６を成膜
し、さらにこの上からフォトレジスト（図示せず）を塗
布し，これをパターニングして、リッジストライプ形状
部１５の上部に開口部を設け、このフォトレジストをマ
スクとして用いて、リッジストライプ形状部１５の上部
の絶縁膜１６をエッチングにより除去することにより、
図２(h) に示すようにリッジストライプ形状部の上部の
平坦部にストライプ状の開口部を備えた絶縁膜１６を形
成することができる。この絶縁膜１６は電流を狭搾する
働きをする。

【００３５】最後に、絶縁膜１６の開口部内に露出した
コンタクト層１０にオーミックコンタクトが取れるよ
う、ウェハ上にｐ側電極１９を形成し，基板１の裏面側
にｎ側電極２０を形成し，へき開によりレーザ共振器端
面３０を形成することにより，図１に示すような窓構造
を備えた半導体レーザ装置が得られる。

【００３６】本実施の形態１に係る半導体レーザ装置に
おいては、レーザ共振器端面３０の近傍の活性層３は、
Ｓｉイオン注入と、アニールとの組み合わせによりディ
スオーダされている。このため、この活性層３内のディ
スオーダされた領域のバンドギャップエネルギーはディ
スオーダされていない領域のバンドギャップエネルギー
よりも大きくなっており、この活性層３のディスオーダ
された領域が、活性層３のディスオーダされていない領
域のうちの、特にリッジストライプ形状部１５の下部領
域において発生するレーザ光を吸収しない窓構造領域８
となっている。

【００３７】ここで、本実施の形態１においては、窓構
造を形成するための量子井戸構造活性層３をのディスオ
ーダは、従来の技術において説明したＳｉ熱拡散とは異
なり，Ｓｉイオン注入とその後のアニールによって行っ
ている。この結果、Ｓｉ熱拡散に必要な８５０℃以上の
高温によるアニールを４時間以上もの長時間行う処理が
不要となる。即ち，本実施の形態１によるＳｉイオン注
入とアニールとを組み合わせた活性層３のディスオーダ
においては、７５０〜８５０℃のアニール温度で、２時
間程度のアニールを行うことで十分にディスオーダが生
じる。この結果、従来の技術のように、高温による長時
間の熱処理が不要となり、半導体レーザ装置が、窓構造
領域形成中に劣化するという問題を解消することができ
る。

【００３８】また、Ｓｉイオン注入では結晶中のＳｉの
注入プロファイルも非常に正確に制御できるので、本実
施の形態１においては、ディスオーダを再現性よく、安
定して行うことができ、再現性よく窓構造部を備えた半
導体レーザ装置を形成することができる。

【００３９】ここで、従来の技術において説明したよう
な半導体レーザ装置において、その製造方法においてＳ
ｉの熱拡散工程の代わりにイオン注入を行うことも考え
られるが、このような場合、活性層上に、上クラッド層
とコンタクト層とを成長させた後、イオン注入すること
になるため、活性層とコンタクト層の表面が２μｍ程度
離れ、ウエハ表面から量子井戸構造活性層までの距離は
２μｍ程度となってしまい、活性層近傍にまでＳｉを注
入するには、非常に大きな加速電圧が得られる特殊なイ
オン注入装置が必要となり、容易に製造することが困難
となる。また、仮にそのような装置が得られたとして
も、Ｓｉを活性層近傍にまで注入するには１ＧｅＶ以上
の加速電圧が必要となり、このような高加速電圧下でイ
オン注入時に発生した結晶欠陥はアニールでも、もはや
回復不可能となってしまい、このようなイオン注入を行
うと、素子の信頼性上において重大な問題が発生する。

【００４０】しかしながら、本実施の形態１に係る半導
体レーザ装置においては、最初のエピタキシャル結晶成
長で量子井戸構造活性層３上に０．０５〜０．２μｍの
層厚のｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第１上ク
ラッド層４、５〜１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓ表面保護層５
のみを形成するため，ウェハ表面から量子井戸構造活性
層３までの距離はほぼｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝
０．３）第１上クラッド層４の層厚に等しい０．０５〜
０．２μｍ程度であるので、高加速電圧は不要で、加速
電圧は５０〜３００ｋｅＶ程度であればよく、この程度
の加速電圧であれば、アニールで十分結晶欠陥が回復す
る程度の欠陥しか生じず、素子の信頼性を損ねるような
問題も生じない。

【００４１】このように、本実施の形態１によれば、量
子井戸構造活性層３上にｐ−Ａｌ_rＧａ_1-r Ａｓ（ｒ＝
０．３）第１上クラッド層４を形成した後、レーザ共振
器端面となる部分の近傍領域にイオン注入を行い、さら
に、アニールを行い、量子井戸構造活性層３をディスオ
ーダして窓構造領域８を形成した後、ｐ−Ａｌ_r Ｇａ
_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）第２上クラッド層４ｂを結晶成
長させ、この第２上クラッド層４ｂの上部に選択エッチ
ングによりリッジストライプ形状部１５を形成するよう
にしたから、窓構造領域形成時に高温による長時間の処
理を行う必要がなく、窓構造形成時における品質劣化の
少ない、優れた品質の半導体レーザ装置、及びその製造
方法を提供できる効果がある。

【００４２】なお、この実施の形態１においては、活性
層がＡｌＧａＡｓ量子井戸構造で構成されているものに
ついて説明したが，本発明においては、活性層をＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造、ＩｎＧａＡｓ量子井戸
構造や、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ量子井戸構造とし
た場合においても適用できるものであり、このような場
合においても上記実施の形態１と同様の効果を奏する。

【００４３】また、この実施の形態１においては、ｎ型
の半導体基板を用いたものについて説明したが、本発明
においては、ｐ型半導体基板を用いるようにし、ｎ型の
半導体層の代わりにｐ型の半導体層を用いて、ｐ型の半
導体層の代わりにｎ型の半導体層を用いるようにしても
良く、このような場合においても上記実施の形態１と同
様の効果を奏する。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る半導体レ
ーザ装置によれば、第１導電型半導体基板上に順次配置
された第１導電型下クラッド層、活性層、その上部にリ
ッジストライプ形状部を有する第２導電型上クラッド層
と、上記第２導電型上クラッド層の、上記リッジストラ
イプ形状部の上部を除く領域上に形成された絶縁膜と、
上記リッジストライプ形状部のストライプが伸びる方向
に対して垂直に設けられたレーザ共振器端面と、上記活
性層の、レーザ共振器端面近傍領域のうちの、上記リッ
ジストライプ形状部の下方に位置する領域近傍に設けら
れた、該活性層を不純物のイオン注入と熱処理とにより
ディスオーダしてなる窓構造領域とを備えるようにした
から、窓構造領域形成時に高温による長時間の処理を行
う必要がなく、窓構造形成時における品質劣化の少な
い、優れた品質の半導体レーザ装置が提供できる効果が
ある。

【００４５】また、この発明によれば、上記半導体レー
ザ装置において、上記第２導電型上クラッド層のリッジ
ストライプ形状部を、上記活性層上に該第２導電型上ク
ラッド層を形成した後、該上クラッド層の上部を選択的
にエッチングすることにより形成されてなるようにした
から、窓構造形成時における品質劣化の少ない、優れた
品質の半導体レーザ装置が提供できる効果がある。

【００４６】また、この発明によれば、上記半導体レー
ザ装置において、上記第２導電型上クラッド層を、第２
導電型第１上クラッド層と、リッジストライプ形状部を
有する第２導電型第２上クラッド層からなるようにし、
該第１上クラッド層と、第２上クラッド層との間には、
第２導電型の表面保護層を備えるようにしたから、窓構
造形成時における品質劣化の少ない、優れた品質の半導
体レーザ装置が提供できる効果がある。

【００４７】また、この発明に係る半導体レーザ装置の
製造方法によれば、第１導電型半導体基板上に、第１導
電型下クラッド層、活性層、第２導電型第１上クラッド
層の各層をエピタキシャル結晶成長する工程と、上記工
程後、上記第２導電型第１上クラッド層上に、レーザ共
振器端面が形成される部分の近傍領域に開口部を有する
フォトレジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜をマス
クとして上記半導体基板の上方から上記活性層に不純物
のイオン注入を行った後、フォトレジスト膜を除去し、
熱処理をして上記活性層のディスオーダを行って窓構造
領域を形成する工程と、上記工程後、第２導電型第２上
クラッド層を形成し、該第２上クラッド層の上部を選択
的にエッチングして、上記レーザ共振器端面が形成され
る部分に対して垂直な方向に、上記窓構造領域上の領域
を含むように伸びるストライプ形状のリッジストライプ
形状部を形成する工程と、上記第２導電型第２上クラッ
ド層の、上記リッジストライプ形状部の上部を除く領域
上に絶縁膜を形成する工程とを備えるようにしたから、
窓構造領域形成時に高温による長時間の処理を行う必要
がなく、窓構造形成時における品質劣化の少ない、優れ
た品質の半導体レーザ装置を提供することができる効果
がある。

【００４８】また、この発明によれば、上記半導体レー
ザ装置の製造方法において、上記第２導電型第１上クラ
ッド層のエピタキシャル結晶成長に続けて、第２導電型
第１上クラッド層上に第２導電型の表面保護層を連続的
に結晶成長する工程を備えるようにしたから、窓構造形
成時における品質劣化の少ない、優れた品質の半導体レ
ーザ装置が提供できる効果がある。

【００４９】また、この発明によれば、上記半導体レー
ザ装置の製造方法において、上記第２導電型の表面保護
層の結晶成長の後、該表面保護層上に絶縁膜からなるス
ルー膜を形成する工程と、上記窓構造領域を形成する工
程の後、上記スルー膜を選択的に除去する工程とを備え
るようにしたから、窓構造形成時における品質劣化の少
ない、優れた品質の半導体レーザ装置が提供できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装
置の構造を示す一部切り欠き斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装
置の製造方法を示す斜視図である。

【図３】 従来の半導体レーザ装置の構造を示す一部切
り欠き斜視図である。

【図４】 従来の半導体レーザ装置の製造方法を示す斜
視図である。

【図５】 従来の半導体レーザ装置における量子井戸構
造活性層のディスオーダ前後のアルミ組成比のプロファ
イルを示す図である。

【符号の説明】

１ ｎ−ＧａＡｓ基板、２ ｎ−Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
（ｘ＝０．３）下クラッド層、３ 量子井戸構造活性
層、４ ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）上クラ
ッド層、４ａ ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ＝０．３）
第１上クラッド層、４ｂ ｐ−Ａｌ_r Ｇａ_1-r Ａｓ（ｒ
＝０．３）第２上クラッド層、５ ｐ−ＧａＡｓ表面保
護層、６ スルー膜、７ フォトレジスト、８ 窓構造
領域、１０ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１１ フォト
レジスト、１２ プロトン注入高抵抗領域、１４，３４
絶縁膜パターン、１５ リッジストライプ形状部、１
６ 絶縁膜、１９ ｐ側電極、２０ ｎ側電極、２２
量子井戸構造活性層中のウエル層、２３ 量子井戸構造
活性層中のバリア層、２４ 量子井戸構造活性層中の光
ガイド層、３０ レーザ共振器端面、３１ ＳｉＮ膜、
３２ Ｓｉ膜、３５ Ｓｉ熱拡散領域。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に順次配置され
   た第１導電型下クラッド層、活性層、その上部にリッジ
   ストライプ形状部を有する第２導電型上クラッド層と、 上記第２導電型上クラッド層の、上記リッジストライプ
   形状部の上部を除く領域上に形成された絶縁膜と、 上記リッジストライプ形状部のストライプが伸びる方向
   に対して垂直に設けられたレーザ共振器端面と、 上記活性層の、レーザ共振器端面近傍領域のうちの、上
   記リッジストライプ形状部の下方に位置する領域近傍に
   設けられた、該活性層を不純物のイオン注入と熱処理と
   によりディスオーダしてなる窓構造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、 上記第２導電型上クラッド層のリッジストライプ形状部
   は、上記活性層上に該第２導電型上クラッド層を形成し
   た後、該上クラッド層の上部を選択的にエッチングする
   ことにより形成されてな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、 上記第２導電型上クラッド層は、第２導電型第１上クラ
   ッド層と、リッジストライプ形状部を有する第２導電型
   第２上クラッド層からなり、 該第１上クラッド層と、第２上クラッド層との間には、
   第２導電型の表面保護層を備えたことを特徴とする半導
   体レーザ装置。
4. 【請求項４】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
   下クラッド層、活性層、第２導電型第１上クラッド層の
   各層をエピタキシャル結晶成長する工程と、 上記工程後、上記第２導電型第１上クラッド層上に、レ
   ーザ共振器端面が形成される部分の近傍領域に開口部を
   有するフォトレジスト膜を形成し、該フォトレジスト膜
   をマスクとして上記半導体基板の上方から上記活性層に
   不純物のイオン注入を行った後、フォトレジスト膜を除
   去し、熱処理をして上記活性層のディスオーダを行って
   窓構造領域を形成する工程と、 上記工程後、第２導電型第２上クラッド層を形成し、該
   第２上クラッド層の上部を選択的にエッチングして、上
   記レーザ共振器端面が形成される部分に対して垂直な方
   向に、上記窓構造領域上の領域を含むように伸びるスト
   ライプ形状のリッジストライプ形状部を形成する工程
   と、 上記第２導電型第２上クラッド層の、上記リッジストラ
   イプ形状部の上部を除く領域上に絶縁膜を形成する工程
   とを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
   法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体レーザ装置の製
   造方法において、 上記第２導電型第１上クラッド層のエピタキシャル結晶
   成長に続けて、第２導電型第１上クラッド層上に第２導
   電型の表面保護層を連続的に結晶成長する工程を備えた
   ことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体レーザ装置の製
   造方法において、 上記第２導電型の表面保護層の結晶成長の後、該表面保
   護層上に絶縁膜からなるスルー膜を形成する工程と、 上記窓構造領域を形成する工程の後、上記スルー膜を選
   択的に除去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。