JPH1126866A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層の共振器端面の窓構造領域となる相互
拡散領域への電流注入が非常に少ない半導体レーザ及び
その製造方法を提供することを課題とする。 【解決手段】 レーザ共振器端面近傍の，量子井戸構造
を有する活性層３と第１上クラッド層４及び下クラッド
層２の活性層３の近傍部分とを含む領域に、下クラッド
層２側がＺｎイオン注入領域８ａからなり、第１上クラ
ッド層４側の領域がＳｉイオン注入領域８ｂからなる電
流非注入領域８を設けるとともに、この電流非注入領域
８内の活性層３をアニールによって相互拡散させて、バ
ンドギャップエネルギーが活性層３の他の領域よりも大
きい窓構造領域とした。

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、半導体レーザ及
びその製造方法に関し、特に端面窓構造および端面電流
非注入構造を有する高出力動作が可能な半導体レーザ及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に０．７５〜１．１μｍ帯の波長の
レーザ光を発するＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザの最大
光出力は端面破壊が発生する光出力で決定される。この
端面破壊の機構は以下のようであると言われている。す
なわち、共振器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端面領域でキ
ャリアが減少して実効的なバンドギャップが縮小する。
その結果、端面近傍でレーザ光の再吸収が生じ、吸収に
よる熱と表面準位を介しての非発光再結合により結晶欠
陥の増殖が起きる。その結晶欠陥は非発光再結合中心と
して働くので、これを介しての非発光再結合が起き、さ
らに結晶欠陥の増殖が促進されるといった正帰還がかか
る。この結果として、端面近傍の温度が異常に上がり、
半導体レーザを構成する結晶自体が溶融しレーザ共振器
の機能を果たさなくなる。この機構をCatastrophic Opt
ical Damage （ＣＯＤ）といい、これの起きる光出力を
ＣＯＤレベルという。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
傍に設けることにより得られるものである。また、端面
付近で非発光再結合を起こさせないために、端面付近に
電流注入されない工夫も有効である。このような電流注
入されないようにする構造を端面電流非注入構造とい
う。

【０００３】窓構造を作製する一つの方法として、量子
井戸構造を有する活性層にイオン注入を行ない、その後
の熱処理によって量子井戸構造を崩し、その部分の実効
的バンドギャップを大きくする方法がある。

【０００４】図３にこのような方法を適用して作製した
窓構造を有する半導体レーザの構造を示す斜視図を、ま
た、図４にこの半導体レーザの作製方法を示す斜視図を
それぞれ示す。図３，図４において、１はｎ型（以下ｎ
−と称す）ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａ
ｓ下クラッド層、３は量子井戸活性層、４はｐ型（以下
ｐ−と称す）Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第１上クラッド層、
５はｐ−ＧａＡｓ表面保護層、６は第１の絶縁膜、７は
フォトレジスト、１０８はＳｉイオン注入領域、９はｐ
−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド層、１０はｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、１１ フォトレジスト、１２は
プロトン注入による半絶縁領域、１４はストライプ状の
絶縁膜パターン（第２の絶縁膜）、１５はリッジ形状を
有するリッジ導波路、１６は電流狭窄用の絶縁膜、１８
はストライプ状の絶縁膜開口部、１９はｐ側電極、２０
はｎ側電極である。

【０００５】次にこの半導体レーザの製造方法を図４に
基づいて説明する。ｎ−ＧａＡｓ半導体基板１上に、ｎ
−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ下クラッド層２、量子井戸活性
層３、ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第１上クラッド層４、
ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ表面保護層５の各層をエピタ
キシャル結晶成長する。なおｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ
第１上クラッド層４の層厚は０．０５〜０．５μｍであ
る。成長後のウェハ斜視図を図４(a) に示す。

【０００６】結晶成長後、ウェハ表面に第１の絶縁膜６
を成膜する。成膜方法としてはプラズマＣＶＤ(Chemica
l Vapor Deposition) 、熱ＣＶＤ等が一般的である。さ
らに第１の絶縁膜６表面にフォトレジスト７を塗布し、
このフォトレジスト７をパターニングして、図４(b) に
示すように、共振器端面となる位置に沿った部分、即
ち、窓構造領域を形成すべき部分に開口部を設ける。

【０００７】続いて、図４(c) に示すようにフォトレジ
スト７をマスクとして第１の絶縁膜６の上面からＳｉの
イオン注入を行って活性層３近傍にイオン注入領域８を
形成した後、フォトレジスト７を除去する。イオン注入
時のドーズ量は１×１０¹³〜１×１０¹⁵ｃｍ^-2程度とす
る。なお、フォトレジスト７の下部の領域にはフォトレ
ジスト７がマスクとして作用し、この領域へのイオン注
入を妨げるので、当該領域にはイオン注入はされない。

【０００８】ここで、フォトレジスト７を除去した後、
イオン注入したＳｉを拡散させて活性層３の相互拡散を
行うために熱処理（アニール）を行なう。これはイオン
注入しただけでは活性層３の相互拡散は起こらず、何ら
かの熱処理により初めて相互拡散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ある。

【０００９】この結果、イオン注入領域８内の量子井戸
活性層３は相互拡散により均質化される。図４(d) に示
すように、この相互拡散された量子井戸活性層３の領域
が、窓構造として機能する窓構造領域となる。

【００１０】アニール後、ウェハ表面の第１の絶縁膜６
を除去し、２回目の結晶成長として、ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ
_0.7 Ａｓ第２上クラッド層９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１０をウエハ上に順次エピタキシャル再成長する。成
長後の斜視図を図４(e) に示す。

【００１１】２回目の成長後、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４(f) に
示すようにイオン注入領域８と一致する部分に開口部を
設ける。このフォトレジスト１１をマスクとしてコンタ
クト層１０と第２上クラッド層９の上部にプロトン注入
を行い、ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド層９
とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０内にプロトン注入によ
る半絶縁領域１２を形成する。

【００１２】さらに第２の絶縁膜（図示せず）を第１の
絶縁膜６成膜時と同様な手段で成膜した後、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図４(g)
に示すような共振器端面を形成する位置に対して垂直な
方向に伸びるストライプ状の絶縁膜パターン１４とす
る。

【００１３】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_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド層９の高
さ方向の途中までの部分をエッチングした後、絶縁膜パ
ターン１４を除去することにより、図４(h) に示すリッ
ジ導波路１５を形成する。

【００１４】このウェハ上に図４(i) に示すように電流
狭窄用の絶縁膜１６を成膜する。さらにこの上からフォ
トレジスト１７を塗布し、リッジ導波路１５上部の平坦
部にちょうど一致するストライプ状の開口部１８を設
け、そしてこのパターニングされたフォトレジスト１７
をマスクに用いてエッチングにより絶縁膜１６を除去す
ると、図４(j) に示すように絶縁膜１６のリッジ導波路
１５上部の平坦部にストライプ状の開口部１８が形成さ
れる。

【００１５】このウェハ上に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
振器端面を形成することにより、図３に示すような端面
窓構造および端面電流非注入構造を備えた半導体レーザ
が得られる。

【００１６】次に動作について説明する。ｐ側電極１９
が正、ｎ側電極２０が負となるように電圧を印加する
と、ホールは、リッジ導波路１５の上部からコンタクト
層１０，第２上クラッド層９，及び第１上クラッド層４
を経て活性層３に注入され、電子は基板１及び下クラッ
ド層２を経て活性層３に注入され、この活性層３におい
て、電子とホールの再結合が発生し、活性層３において
誘電放出光が生ずる。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、共振器
端面間においてレーザ発振が生ずる。

【００１７】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、共振
器端面に窓構造がＳｉのイオン注入とそれに続く熱処理
による量子井戸構造３における相互拡散現象を利用して
形成されている。図５はこのような量子井戸構造におけ
る相互拡散現象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、図において、実
線は相互拡散する前の量子井戸活性層３のアルミ組成比
のプロファイルを、破線は相互拡散後の量子井戸活性層
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。また、図において、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、２１は活性層３の井戸層、２
２は活性層３の障壁層及びガイド層である。また、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、Ａｌ１は井戸層２１のアルミ組成比、Ａｌ２は障壁
層２２のアルミ組成比、Ａｌ３は相互拡散された後の活
性層３のアルミ組成比を示している。

【００１８】図５において実線で示すような構造の量子
井戸活性層３にＳｉをイオン注入し、その後８００℃程
度の熱処理を行なうと、井戸層２１と障壁層２２とを構
成する原子が相互に拡散して混じり合い、破線で示すよ
うに、イオン注入された領域８の量子井戸構造が破壊さ
れ均質化される。この結果、相互拡散された量子井戸活
性層３のアルミ組成比は障壁層２２のアルミ組成比Ａｌ
２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障壁層２２とほぼ
等しい値になる。よって図３に示した従来の半導体レー
ザにおいては、量子井戸活性層３の相互拡散された領域
の実効的なバンドギャップエネルギーが相互拡散されて
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、量子井戸活性層３の相互拡散された
領域がレーザ光に対して“透明”な窓構造として機能す
るようになり、量子井戸活性層３のレーザ共振器端面の
近傍の領域が窓構造領域となる。

【００１９】また、この端面窓構造領域が形成されてい
る領域の直上には、プロトン注入による半絶縁領域１２
が形成されており、共振器端面部分が電流注入がされに
くい電流非注入構造となっている。

【００２０】このような従来の窓構造を備えた半導体レ
ーザでは、窓効果により、窓の無い半導体レーザと比較
してＣＯＤ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亘って安定に動作することができ
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構造のレーザでは、Ｓｉがｎ型不純物となるため、Ｓｉ
イオン注入した領域８はｎ型となり、このイオン注入領
域１０８とｐ型上クラッド層とのｐｎ接合は、動作時に
順バイアスとなる。このため、活性層３の相互拡散した
領域にも電流が注入される。しかし、この領域では利得
が生じないため、この電流は一種のリーク電流であり、
しきい電流や動作電流増大の要因にもなる。

【００２２】このため、従来の半導体レーザにおいて
は、窓構造領域の上方にリーク電流を減らすためにプロ
トン注入による半絶縁領域１２を設けている。

【００２３】しかしながら、プロトン注入領域を活性層
３に近付けると、プロトン注入によるダメージが相互拡
散領域以外の活性層３にまで及び、この活性層３の結晶
劣化は内部量子効率の低下をもたらすので、プロトン注
入はあまり活性層に近付けるわけにはいかず、また、Ｓ
ｉ注入プロファイルを半導体レーザの表面近くにまでの
ばすと、今度は基板表面に水平な方向、即ち横方向のｐ
ｎ接合面積が増大しリークパスが広がってしまうため、
この半絶縁領域１２とＳｉイオン注入によりｎ型となっ
た領域１０８との間には距離を置かざるを得ない。この
ため、この半絶縁領域１２とＳｉイオン注入によりｎ型
となった領域１０８との間の間隙を通してリーク電流が
流れ、端面窓構造領域に電流注入される。また、仮に、
半絶縁領域１２とＳｉイオン注入領域１０８との間隙を
なくして縦方向、即ち基板表面に垂直な方向のｐｎ接合
をなくすことができたとしても、Ｓｉイオン注入領域８
は上クラッド層４の内部にまで及んでいるので、横方向
のｐｎ接合がリークパスとして残る。また、イオン注入
していない領域の活性層３からもイオン注入した領域８
へ電流が流れる。したがって、このような従来の構造の
半導体レーザにおいては、活性層の相互拡散領域、即ち
窓構造領域への電流注入をある程度以上に低減すること
は困難であるという問題があった。

【００２４】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたものであり、活性層の共振器端面の相互拡
散領域への電流注入が非常に少ない半導体レーザ及びそ
の製造方法を提供するものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザは、第１導電型半導体基板上に配置された、第１導
電型下クラッド層，超格子構造を有する活性層，及び第
２導電型上クラッド層と、上記活性層に対して垂直であ
る共振器端面と、該共振器端面の，上記活性層と上記上
クラッド層及び下クラッド層の活性層近傍部分とを含む
領域に設けられた、上記下クラッド層側の領域が第２導
電型を有する領域からなり，上クラッド層側の領域が第
１導電型を有する領域からなる電流非注入領域と、上記
活性層の上記電流非注入領域内に設けられた、その超格
子構造が均質化されている窓構造領域とを備えるように
したものである。

【００２６】また、上記半導体レーザにおいて、上記電
流非注入領域の第２導電型を有する領域は、下クラッド
層の材料に対して第２導電型不純物となる元素をイオン
注入することにより形成されており、上記電流非注入領
域の第１導電型を有する領域は、上クラッド層の材料に
対して第１導電型不純物となる元素をイオン注入するこ
とにより形成されており、上記活性層の窓構造領域は、
上記電流非注入領域にイオン注入された第１導電型不純
物又は第２導電型不純物の少なくとも一方を拡散させる
ことにより、上記活性層の超格子構造を相互拡散させて
均質化してなるようにしたものである。

【００２７】また、上記半導体レーザにおいて、上記電
流非注入領域は、上記活性層及び上記上クラッド層及び
下クラッド層の活性層近傍部分の、上記共振器端面に対
して垂直に伸びる所定幅のストライプ状の活性領域を除
く領域にも設けられており、該電流非注入領域内に位置
する上記活性層は、その超格子構造が均質化されてお
り、上記上クラッド層上には第２導電型のコンタクト層
を備えており、該コンタクト層及び上クラッド層の上部
の上記電流非注入領域の上方に位置する領域に、プロト
ンが注入されてなる半絶縁領域を備えているようにした
ものである。

【００２８】また、上記半導体レーザにおいて、上記上
クラッド層上には第２導電型のコンタクト層が配置され
ており、上記上クラッド層の上部とコンタクト層とは、
上記共振器端面に垂直な方向に伸びるストライプ状のリ
ッジ形状を有しており、該リッジ形状部分の側面及び上
クラッド層の表面が絶縁膜により覆われているようにし
たものである。

【００２９】また、この発明に係る半導体レーザの製造
方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型下クラ
ッド層，超格子構造を有する活性層，及び第２導電型上
クラッド層を順次結晶成長させる工程と、上記基板の共
振器端面を形成する位置に沿った領域上の、上記上クラ
ッド層の活性層近傍と下クラッド層の活性層近傍とに挟
まれた範囲内に、その下クラッド層側の領域には該下ク
ラッド層の材料に対して第２導電型不純物となる元素
を，その上クラッド層側の領域には該上クラッド層の材
料に対して第１導電型不純物となる元素を、それぞれイ
オン注入する工程と、上記イオン注入した領域を熱処理
して該イオン注入した領域内の活性層を相互拡散させて
その超格子構造を均質化する工程と、上記共振器端面を
形成する位置において共振器端面を形成する工程とを備
えるようにしたものである。

【００３０】

【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
体レーザの構造を示す斜視図であり、図において、１は
ｎ型（以下ｎ−と称す）ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａｌ
_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ下クラッド層、３はＡｌＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ量子井戸活性層で、ＩｎＧａＡｓ量子井戸構造や
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ量子井戸構造を用いるよう
にしてもよい。また、相互拡散により均質化可能な構造
であれば、他の超格子構造の活性層を用いるようにして
もよい。４はｐ型（以下ｐ−と称す）Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7
Ａｓ第１上クラッド層、５はｐ−ＧａＡｓ表面保護層、
８はイオン注入により形成してなる電流非注入領域で、
この領域はその下クラッド層２側がＺｎイオン注入領域
８ａにより、またその上クラッド層４側がＳｉイオン注
入領域８ｂによりそれぞれ構成されている。なお、イオ
ン注入する元素としては、Ｚｎイオンの代わりに、下ク
ラッド層２に対してｐ型不純物となる元素であれば他の
材料、例えばＭｇ等を用いるようにしてもよく、また、
Ｓｉイオンの代わりに、上クラッド層４に対してｎ型不
純物となる元素であれば他の材料、例えばＳｅ等を用い
るようにしてもよい。９はｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第
２上クラッド層、１０はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１
２はプロトン注入による半絶縁領域、１５はリッジ導波
路、１６は電流狭窄用の絶縁膜、１８はストライプ状の
絶縁膜開口部、１９はｐ側電極、２０はｎ側電極であ
る。

【００３１】また、図２は本実施の形態１に係る半導体
レーザの製造方法を示す斜視図であり、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、６は窒化Ｓ
ｉや酸化Ｓｉ等からなる第１の絶縁膜、７はフォトレジ
スト、１１はフォトレジスト、１４は窒化Ｓｉや酸化Ｓ
ｉ等の第２の絶縁膜からなるストライプ状の絶縁膜パタ
ーンである。

【００３２】次に、半導体レーザの製造方法を図２に基
づいて説明する。まず、ウエハ状（図示せず）のｎ−Ｇ
ａＡｓ半導体基板１上に、ｎ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ下
クラッド層２、量子井戸活性層３、Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａ
ｓ第１上クラッド層４、ｐ−ＧａＡｓ表面保護層５を順
次エピタキシャル結晶成長させる。なおｐ−Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7 Ａｓ第１上クラッド層４の層厚は０．０５〜０．
５μｍである。結晶成長後のウェハ斜視図を図２(a) に
示す。結晶成長後、ウェハ表面に第１の絶縁膜６を成膜
する。成膜方法としてはプラズマＣＶＤ(Chemical Vapo
r Deposition)、熱ＣＶＤ等が一般的である。さらに第
１の絶縁膜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、図２(b) に示すように窓領域を形成
すべき部分、即ち共振器端面となる位置に沿った部分に
開口を設ける。

【００３３】続いて、図２(c) に示すように、該フォト
レジスト７をマスクとして、第１の絶縁膜６の上面から
第１上クラッド層４の活性層３近傍と下クラッド層２の
活性層３近傍とに挟まれた範囲内にＺｎおよびＳｉのイ
オン注入を行なって、レーザ共振器端面近傍の，活性層
３と第１上クラッド層４及び下クラッド層２の活性層近
傍部分とを含む領域に電流非注入領域８を形成する。イ
オン注入時のドーズ量はそれぞれ１×１０¹³〜１×１０
¹⁵ｃｍ^-2程度とする。この時、Ｚｎの方がＳｉよりも奥
深くに注入されるようにして、Ｚｎ注入領域８ａがイオ
ン注入領域８の下部側、即ち下クラッド層２側に形成さ
れ、Ｓｉ注入領域８ｂがイオン注入領域８の上部側、即
ち第１上クラッド層４側に形成されるようにする。この
Ｚｎ注入領域８ａ及びＳｉ注入領域８ｂは、Ｚｎがｐ型
不純物であり、Ｓｉがｎ型不純物であることから、それ
ぞれ導電型がｐ型，ｎ型となる。なお、イオン注入時の
ドーズ量はこれらの領域がｐ型，ｎ型となるような量に
必要に応じて調整する。

【００３４】ここで、Ｚｎ注入領域８ａおよびＳｉ注入
領域８ｂと量子井戸活性層３との相対位置は、図６(a)
ないし(c) に示すように３種類が可能である。即ち、Ｚ
ｎ注入およびＳｉ注入によって形成される電流非注入領
域８内のｐｎ接合界面８ｃが図６(a) のように下クラッ
ド層２内の活性層３に非常に近い位置に位置する場合、
図６(b) のように上クラッド層４内の活性層３に非常に
近い位置に位置する場合、図６(c) のように活性層３内
に位置する場合が可能である。ここでは、特に図６(c)
に示すように、ｐｎ接合界面８ｃが活性層３内に配置さ
れるよう電流非注入領域８を形成する。なお、図６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、８ｃはｐｎ接合界面である。

【００３５】続いて、フォトレジスト７を除去した後、
上記イオン注入したＺｎ又はＳｉの少なくとも何れか一
方を拡散させて活性層３の相互拡散を行うために熱処理
（アニール）を行なう。この熱処理としてはウェハを７
００℃以上の温度でアニールする方法が一般的である。
この結果、イオン注入領域である電流非注入領域の量子
井戸活性層３は相互拡散により均質化される。この結
果、図２(d) に示すように、この相互拡散された量子井
戸活性層３の領域が、窓構造として機能する窓構造領域
となる。アニール後、ウェハ表面の第１の絶縁膜６を除
去し、２回目の結晶成長として、ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7
Ａｓ第２上クラッド層９、コンタクト層１０を順次エピ
タキシャル再成長する。成長後の斜視図を図２(e) に示
す。

【００３６】さらに、２回目の結晶成長後、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(f) に示すように電流非注入領域８，即ち窓構
造領域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をマスクとしてプロトン注入を行い、ｐ−
Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド層９とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層１０内にプロトン注入による半絶縁領域
１２を形成し、フォトレジスト１１を除去した後、第２
の絶縁膜を第１の絶縁膜６成膜時と同様な手段で成膜し
た後、フォトリソグラフィ技術と絶縁膜エッチング技術
によって図２(g)に示すような、レーザ共振器端面とな
る位置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。

【００３７】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_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド層９の途
中の高さ位置までエッチングした後、絶縁膜パターン１
４を除去することにより、図２(h) に示すリッジ導波路
１５を形成する。

【００３８】このウェハ上に図２(i) に示すように電流
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、このレジスト１７をパ
ターニングしてリッジ導波路１５上部の平坦部にちょう
ど一致するストライプ状の開口部（図示せず）を設け
る。そして、このパターニングされたフォトレジスト１
７をマスクとして用いてエッチングにより絶縁膜１６を
選択的に除去すると、図２(j) に示すようにリッジ導波
路１５上部の平坦部にストライプ状の絶縁膜の開口が形
成される。

【００３９】その後、このウェハ上にｐ側電極１９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が得られる。

【００４０】次に動作について説明する。ｐ側電極１９
が正、ｎ側電極２０が負となるように電圧を印加する
と、ホールは、リッジ導波路１５の上部からコンタクト
層１０，第２上クラッド層９，及び第１上クラッド層４
を経て活性層３に注入され、電子は基板１及び下クラッ
ド層２を経て活性層３に注入され、この活性層３におい
て、電子とホールの再結合が発生し、活性層３において
誘電放出光が生ずる。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、共振器
端面間においてレーザ発振が生ずる。

【００４１】こ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、Ｓｉ，及びＺｎのイ
オン注入とそれに続く熱処理による量子井戸構造３にお
ける相互拡散現象によって、活性層３の共振器端面近傍
の量子井戸構造が破壊され均質化されている。このた
め、量子井戸活性層３の相互拡散された領域の実効的な
バンドギャップエネルギーが相互拡散されていない活性
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、量子井戸活憧層３の相互拡散された領域がレー
ザ光に対して“透明”な窓構造として機能するようにな
り、量子井戸活性層３のレーザ共振器端面の近傍の領域
が窓構造領域となる。この窓構造領域を備えていること
により、ＣＯＤ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亘って安定に動作することが
可能となっている。

【００４２】ここで、この半導体レーザにおいては、イ
オン注入元素として、ｎ型不純物となるものとｐ型不純
物となるものの２種類を用いて共振器端面付近の活性層
３及び活性層３に隣接する上下クラッド層２，４の近傍
部分にイオン注入を行うことにより、そのｐ型第１上ク
ラッド層４側がｎ型領域であるＳｉイオン注入領域８ｂ
からなり、そのｎ型下クラッド層２側がｐ型領域である
Ｚｎイオン注入領域８ａからなる電流非注入領域８を形
成している。このため、この電流非注入領域８は、レー
ザ共振器端面近傍において第１上クラッド層４と下クラ
ッド層２との間で、サイリスタ型のｐｎ接合を形成して
おり、レーザダイオードの動作バイアス時に、逆バイア
スとなるふたつのｐｎ接合によって活性層３の相互拡散
領域が挟まれているので、相互拡散窓領域への電流注入
が非常に小さい半導体レーザが実現でき、しきい電流お
よび動作電流を低減されることができる。

【００４３】また、共振器端面に電流が流れないように
することはそれ自体でもＣＯＤレベルを向上させ、長期
信頼性を向上させる効果があることから、長期信頼性を
向上させることができる。

【００４４】また、窓構造領域を形成するための一工程
であるイオン注入工程において電流非注入領域８を形成
していることにより、窓構造領域と電流非注入領域８と
が同時に形成されるため、電流非注入領域８を新たに形
成する必要がなく、容易にリーク電流を低減できる構造
を得ることができる。

【００４５】このように、本実施の形態１においては、
レーザ共振器端面近傍の，活性層３と該活性層３に接す
る第１上クラッド層４及び下クラッド層２の活性層３の
近傍部分とを含む領域に、下クラッド層２側の領域がＺ
ｎイオン注入領域８ａからなり、第１上クラッド層４側
の領域がＳｉイオン注入領域８ｂからなる電流非注入領
域８を形成し、アニールにより、この電流非注入領域８
内の活性層３を相互拡散させてバンドギャップエネルギ
ーが活性層３の他の領域よりも大きい窓構造領域を形成
するようにしたから、活性層３の共振器端面近傍の相互
拡散領域，即ち窓構造領域への電流注入を非常に少なく
することができ、しきい電流及び動作電流を低減させた
半導体レーザを提供できる効果がある。

【００４６】実施の形態２．図７は本発明の実施の形態
２に係る半導体レーザの構造を示す斜視図（図７(a))，
図７(a) における7b−7b線による断面図（図７(b))、図
７(a) における7c-7c線による断面図（図７(c))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
部分を示している。

【００４７】また、図８は本発明の実施の形態２に係る
半導体レーザの製造方法の主要工程を示す図であり、図
において、図２と同一符号は同一又は相当する部分を示
しており、７ａはレジストパターン、３０はレーザ共振
器端面に対して垂直な方向にストライプ状に伸びる、所
定幅を有するとともにレーザ共振器端面に達しない長さ
を有する活性領域である。なお、図７，図８においては
表面保護層やイオン注入工程に用いられる絶縁膜等は一
部省略している。

【００４８】この実施の形態２に係る半導体レーザは、
上記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、導波路
をリッジ構造とする代わりに、図７に示すようなプレー
ナ型導波路としたもので、上記活性層３及び上記上クラ
ッド層４及び下クラッド層２の活性層３近傍部分に設け
た電流非注入領域８を、共振器端面近傍部分のみなら
ず、上記基板３の共振器端面に対して垂直に伸びる所定
幅のストライプ状の領域を除く領域の上方に位置する領
域、即ち活性領域３０以外の領域にも設けるようにした
ものである。

【００４９】この半導体レーザは、図２を用いて説明し
た実施の形態１に係る半導体レーザの製造方法におい
て、図２(a) に示すように、基板１上に第１上クラッド
層４までを結晶成長により形成した後、図８(a) に示す
ような、共振器端面の近傍を除く領域に設けられた，共
振器端面に対して垂直な方向に伸びる所定幅のストライ
プ状のレジストパターン７ａを用いてＺｎ及びＳｉのイ
オン注入を行なってイオン注入領域８ａ，８ｂからなる
電流非注入領域８を活性領域となる領域以外の領域に形
成し（図８(b))、レジストパターン７を除去後、相互拡
散のためのアニールを行い、第２上クラッド層９，コン
タクト層１０を再成長させた後（図８(c))、図２(g),
(h) で示したリッジ構造を形成するためのエッチング工
程を省いて、上記非イオン注入領域８を除く領域のコン
タクト層１０，及び第２上クラッド層９の上部にストラ
イプ形状のフォトレジスト２３をマスクとして用いてプ
ロトン注入を行うようにし（図８(d))、その後ｐ側電極
１９，及びｎ側電極２０を形成するようにしたものであ
る。

【００５０】このような半導体レーザにおいては、共振
器端面近傍の窓構造領域を形成する領域だけでなく、導
波路となる活性領域３０の両脇の領域にもＺｎ及びＳｉ
のイオン注入を行ない、活性領域３０以外の領域の量子
井戸活性層３をすべて相互拡散領域としている。このた
め、この相互拡散領域のバンドギャップエネルギーが活
性領域３０のバンドギャップエネルギーよりも大きくな
るとともに屈折率が減少するため、この相互拡散領域に
挟まれた領域が屈折率導波路として働く。

【００５１】このような実施の形態２に係る半導体レー
ザにおいては、レーザ共振器端面にＺｎイオン注入領域
とＳｉイオン注入領域からなる電流非注入領域８が形成
されるため、上記実施の形態１と同様の効果を得ること
ができるともに、活性領域３０の両側に沿って設けられ
た，下クラッド層２と上クラッド層４との間でサイリス
タ構造となる電流非注入領域８によって、ストライプ状
の導波路となる活性領域３０の両側の相互拡散領域を通
して流れるリーク電流も低減されるため、しきい電流お
よび動作電流が低減されたプレーナ型半導体レーザを実
現できる効果を奏する。

【００５２】実施の形態３．図９は本発明の実施の形態
３に係る半導体レーザの構造を示す図であり、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
いる。

【００５３】本実施の形態３に係る半導体レーザは、上
記実施の形態１に係る半導体レーザにおいて、図２(f)
に示したプロトン注入のための写真製板工程とプロトン
注入工程を行わないようにして、プロトン注入による半
絶縁領域１２を設けないようにしたものである。

【００５４】この実施の形態３に係る半導体レーザにお
いては、上記実施の形態１と同様の効果を奏するととも
に、プロトン注入のための写真製版工程とプロトン注入
工程を省略して、マスク枚数と工程数を低減でき、半導
体レーザを容易に形成できるとともに、また、活性層に
ダメージを与える懸念のあるプロトン注入を行わないの
で内部量子効率のよい半導体レーザが実現できる効果が
ある。

【００５５】なお、上記実施の形態１乃至３においては
ｎ型基板を用いた場合について説明したが、本発明はｐ
型基板を用いた場合においても適用できるものであり、
この場合、上記各実施の形態において、ｐ型導電型の部
分をｎ型導電型に置き換え、ｎ型導電型の部分をｐ型導
電型に置き換えることにより、本願発明と同様の効果を
奏する。

【００５６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１導
電型半導体基板上に配置された、第１導電型下クラッド
層，超格子構造を有する活性層，及び第２導電型上クラ
ッド層と、上記活性層に対して垂直である共振器端面
と、該共振器端面の，上記活性層と上記上クラッド層及
び下クラッド層の活性層近傍部分とを含む領域に設けら
れた、上記下クラッド層側の領域が第２導電型を有する
領域からなり，上クラッド層側の領域が第１導電型を有
する領域からなる電流非注入領域と、上記活性層の上記
電流非注入領域内に設けられた、その超格子構造が均質
化されている窓構造領域とを備えるようにしたから、窓
構造領域が含まれる電流非注入領域を上クラッド層と下
クラッド層との間でサイリスタ構造となるようにして、
活性層の共振器端面近傍の窓構造領域への電流注入を非
常に少なくすることができ、しきい電流及び動作電流を
低減させた半導体レーザを提供できる効果がある。

【００５７】また、この発明によれば、上記電流非注入
領域の第２導電型を有する領域は、下クラッド層の材料
に対して第２導電型不純物となる元素をイオン注入する
ことにより形成されており、上記電流非注入領域の第１
導電型を有する領域は、上クラッド層の材料に対して第
１導電型不純物となる元素をイオン注入することにより
形成されており、上記活性層の窓構造領域は、上記電流
非注入領域にイオン注入された第１導電型不純物又は第
２導電型不純物の少なくとも一方を拡散させることによ
り、上記活性層の超格子構造を相互拡散させて均質化し
てなるようにしたから、活性層の共振器端面近傍の窓構
造領域への電流注入を非常に少なくすることができ、し
きい電流及び動作電流を低減させた半導体レーザを提供
できる効果がある。

【００５８】また、この発明によれば、上記電流非注入
領域が、上記活性層及び上記上クラッド層及び下クラッ
ド層の活性層近傍部分の、上記共振器端面に対して垂直
に伸びる所定幅のストライプ状の活性領域を除く領域に
も設けられ、該電流非注入領域内に位置する上記活性層
が、その超格子構造が均質化されており、上記上クラッ
ド層上には第２導電型のコンタクト層を備えており、該
コンタクト層及び上クラッド層の上部の上記電流非注入
領域の上方に位置する領域に、プロトンが注入されてな
る半絶縁領域を備えているようにしたから、プレーナ型
半導体レーザにおいて活性層の導波路となるストライプ
状の領域に光を閉じ込めるために、この導波路となる領
域に沿って設けられた相互拡散領域に流れるリーク電流
を低減でき、しきい電流および動作電流が低減されたプ
レーナ型半導体レーザを提供できる効果がある。

【００５９】また、この発明によれば、上記上クラッド
層上には第２導電型のコンタクト層が配置されており、
上記上クラッド層の上部とコンタクト層とは、上記共振
器端面に垂直な方向に伸びるストライプ状のリッジ形状
を有しており、該リッジ形状部分の側面及び上クラッド
層の表面が絶縁膜により覆われているようにしたから、
プロトン注入のための工程を省略して、半導体レーザを
容易に形成できるとともに、活性層にダメージを与える
懸念のあるプロトン注入を行わないので内部量子効率の
よい半導体レーザが実現できる効果がある。

【００６０】また、この発明によれば、第１導電型半導
体基板上に、第１導電型下クラッド層，超格子構造を有
する活性層，及び第２導電型上クラッド層を順次結晶成
長させる工程と、上記基板の共振器端面を形成する位置
に沿った領域上の、上記上クラッド層の活性層近傍と下
クラッド層の活性層近傍とに挟まれた範囲内に、その下
クラッド層側の領域には該下クラッド層の材料に対して
第２導電型不純物となる元素を，その上クラッド層側の
領域には該上クラッド層の材料に対して第１導電型不純
物となる元素を、それぞれイオン注入する工程と、上記
イオン注入した領域を熱処理して該イオン注入した領域
内の活性層を相互拡散させてその超格子構造を均質化す
る工程と、上記共振器端面を形成する位置において共振
器端面を形成する工程とを備えるようにしたから、窓構
造領域を形成する際に、この窓構造が形成される領域の
近傍が、上クラッド層と下クラッド層との間でサイリス
タ構造となるようにして、活性層の共振器端面近傍の窓
構造領域への電流注入を非常に少なくすることができ、
しきい電流及び動作電流を低減させた半導体レーザを容
易に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の
製造工程を示す斜視図である。

【図３】 従来の半導体レーザの素子構造を示す一部切
り欠き斜視図である。

【図４】 従来の半導体レーザの製造工程を示す斜視図
である。

【図５】 従来の半導体レーザの窓構造領域を説明する
ための、量子井戸構造活性層のアルミ組成比のプロファ
イルを示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態１に係る半導体レーザに
おけるＺｎ注入領域およびＳｉ注入領域と量子井戸活性
層との相対位置を示す図である。

【図７】 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの
構造を示す図である。

【図８】 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザの
製造工程を示す図である。

【図９】 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザの
構造を示す図である。

【符号の説明】

１ ｎ−ＧａＡｓ基板、２ ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ
下クラッド層、３ 量子井戸活性層、４ ｐ−Ａｌ_0.3
Ｇａ_0.7 Ａｓ第１上クラッド層、５ ｐ−ＧａＡｓ表面
保護層、６ 第１の絶縁膜、７，１１，２３ フォトレ
ジスト、８ 電流非注入領域、８ａ Ｚｎイオン注入領
域、８ｂ，１０８ Ｓｉイオン注入領域、８ｃ ｐｎ接
合界面、９ ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ第２上クラッド
層、１０ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１２ 半絶縁領
域、１４ ストライプ状の絶縁膜パターン（第２の絶縁
膜）、１５ リッジ導波路、１６ 電流狭窄用絶縁膜、
１８ ストライプ状開口部、１９ ｐ側電極、２０ ｎ
側電極、２１ ウエル層、２２ バリア層（ガイド
層）、３０ 活性領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に配置された、
   第１導電型下クラッド層，超格子構造を有する活性層，
   及び第２導電型上クラッド層と、 上記活性層に対して垂直である共振器端面と、 該共振器端面の，上記活性層と上記上クラッド層及び下
   クラッド層の活性層近傍部分とを含む領域に設けられ
   た、上記下クラッド層側の領域が第２導電型を有する領
   域からなり，上クラッド層側の領域が第１導電型を有す
   る領域からなる電流非注入領域と、 上記活性層の上記電流非注入領域内に設けられた、その
   超格子構造が均質化されている窓構造領域を備えたこと
   を特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 上記電流非注入領域の第２導電型を有する領域は、下ク
   ラッド層の材料に対して第２導電型不純物となる元素を
   イオン注入することにより形成されており、 上記電流非注入領域の第１導電型を有する領域は、上ク
   ラッド層の材料に対して第１導電型不純物となる元素を
   イオン注入することにより形成されており、 上記活性層の窓構造領域は、上記電流非注入領域にイオ
   ン注入された第１導電型不純物又は第２導電型不純物の
   少なくとも一方を拡散させることにより、上記活性層の
   超格子構造を相互拡散させて均質化してなることを特徴
   とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 上記電流非注入領域は、上記活性層及び上記上クラッド
   層及び下クラッド層の活性層近傍部分の、上記共振器端
   面に対して垂直に伸びる所定幅のストライプ状の活性領
   域を除く領域にも設けられており、 該電流非注入領域内に位置する上記活性層は、その超格
   子構造が均質化されており、 上記上クラッド層上には第２導電型のコンタクト層を備
   えており、 該コンタクト層及び上クラッド層の上部の，上記電流非
   注入領域の上方に位置する領域に、プロトンが注入され
   てなる半絶縁領域を備えていることを特徴とする半導体
   レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 上記上クラッド層上には第２導電型のコンタクト層が配
   置されており、 上記上クラッド層の上部とコンタクト層とは、上記共振
   器端面に垂直な方向に伸びるストライプ状のリッジ形状
   を有しており、 該リッジ形状部分の側面及び上クラッド層の表面が絶縁
   膜により覆われていることを特徴とする半導体レーザ。
5. 【請求項５】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
   下クラッド層，超格子構造を有する活性層，及び第２導
   電型上クラッド層を順次結晶成長させる工程と、 上記基板の共振器端面を形成する位置に沿った領域上
   の、上記上クラッド層の活性層近傍と下クラッド層の活
   性層近傍とに挟まれた範囲内に、その下クラッド層側の
   領域には該下クラッド層の材料に対して第２導電型不純
   物となる元素を，その上クラッド層側の領域には該上ク
   ラッド層の材料に対して第１導電型不純物となる元素
   を、それぞれイオン注入する工程と、 上記イオン注入した領域を熱処理して該イオン注入した
   領域内の活性層を相互拡散させてその超格子構造を均質
   化する工程と、 上記共振器端面を形成する位置において共振器端面を形
   成する工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザの
   製造方法。