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JP2003198059A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子およびその製造方法

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Publication number
JP2003198059A
JP2003198059A JP2001397537A JP2001397537A JP2003198059A JP 2003198059 A JP2003198059 A JP 2003198059A JP 2001397537 A JP2001397537 A JP 2001397537A JP 2001397537 A JP2001397537 A JP 2001397537A JP 2003198059 A JP2003198059 A JP 2003198059A
Authority
JP
Japan
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layer
semiconductor
region
laser device
laser resonator
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001397537A
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English (en)
Inventor
Nobuhiro Okubo
伸洋 大久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Priority to US10/327,862 priority patent/US6959026B2/en
Publication of JP2003198059A publication Critical patent/JP2003198059A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ共振器の内部領域でのフォトルミネッ
センスのピーク波長の変動を抑制し、かつ、長期信頼性
に優れた半導体レーザ素子およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 この半導体レーザ素子は、酸素原子を含
む半導体層界面１１６が少なくともレーザ共振器の内部
領域の活性層１０３の上方に存在し、かつ、レーザ共振
器の端面近傍領域の活性層１０３のフォトルミネッセン
スのピーク波長が、レーザ共振器の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も短くなってい
る。これにより、レーザ共振器の内部領域では、酸素原
子を含む半導体界面の上方および近傍に生成された、結
晶欠陥の一つである空孔原子が、酸素原子を含む半導体
界面にて捕獲され、上記空孔原子が活性層へ拡散するこ
とが抑制される。

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、光ディスク用な
どに用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に
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およびその製造方法に関するもの
である。
【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、ＭＤ(ミニディスク)プレーヤ、
ＣＤ−Ｒ(レコーダブル)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、レーザ共振器の端面近傍の活性層領域での
光出力密度の増加に伴って発生する光学損傷(ＣＯＤ；
Ｃatastrophic Ｏptical Ｄamage)である。
【０００４】上記ＣＯＤの発生原因は、レーザ共振器の
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。レーザ共振器の端面では、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。レーザ共振器の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
ーザ共振器の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。
【０００５】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
器の端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【０００６】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(禁制帯幅)が縮小する。その結果、さらに吸収
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、レーザ共振器の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。
【０００７】上記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９−２３
０３７号公報に記載されている、多重量子井戸構造活性
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。
【０００８】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９−２３０３７号公報に記載されてい
る半導体レーザ素子の構造を図１８,図１９,図２０に示
す。図１８はレーザ共振器端面１０２０を含む斜視図で
あり、図２０はＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面
図、図１９は図１８のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向
の断面図である。図１８において、１００１はＧａＡｓ
基板、１００２はｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層、１０
０３は量子井戸活性層、１００４ａはｐ型ＡｌＧａＡｓ
第１上クラッド層、１００４ｂはｐ型ＡｌＧａＡｓ第２
上クラッド層、１００５はｐ型ＧａＡｓコンタクト層で
ある。また、１００６(斜線部)は空孔拡散領域、１００
７(斜線部)はプロトン注入領域、１００８はｎ側電極、
１００９はｐ側電極である。また、１０２０はレーザ共
振器の端面、１００３ａは量子井戸活性層１００３のう
ちのレーザ発振に寄与する領域である、１００３ｂは量
子井戸活性層１００３のうちのレーザ共振器の端面１０
２０近傍に形成された窓構造領域である。
【０００９】次に、従来の半導体レーザ素子の製造方法
を図２１(ａ)〜(ｄ)に示す工程図を参照して説明する。
【００１０】ｎ型ＧａＡｓ基板１００１上に、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ下クラッド層１００２、量子井戸活性層１００
３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層１００４ａを順
次エピタキシャル成長する(図２１(ａ))。
【００１１】次に、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層
１００４ａの表面上にＳｉＯ２膜１０１０を形成し、レ
ーザ共振器の端面に達しない長さで、レーザ共振器の長
さ方向に伸びるストライプ状の開口部１０１０ａを形成
する(図２１(ｂ))。
【００１２】次に、このウェハをＡｓ雰囲気下、８００
℃以上の温度でアニールすると、ＳｉＯ２膜１０１０
が、その接するｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層１０
０４ａ表面からＧａ原子を吸い上げ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
第１上クラッド層１００４ａ中にＧａ空孔が生成する。
このＧａ空孔は、結晶内部の量子井戸活性層１００３に
達するまで拡散し、量子井戸構造を無秩序化させる。無
秩序化した活性層領域では実効的な禁制帯幅が広がるの
で、発振レーザ光に対して透明な窓として機能する。
【００１３】さらに、ＳｉＯ２膜１０１０を除去し、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層１００４ａ上にｐ型Ａ
ｌＧａＡｓ第２上クラッド層１００４ｂ、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１００５を順次、エピタキシャル成長させ
る(図２１(ｃ))。
【００１４】次に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１００５
上に、レジスト膜を形成し、フォトリソグラフィー技術
によって、上記ＳｉＯ２膜１０１０のストライプ状の開
口部１０１０ａと同じ領域に、ストライプ状のレジスト
１０１１を形成する。
【００１５】次に、このストライプ状のレジスト１０１
１をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１００５
の表面側からプロトン注入を行い、電流ブロック層とな
る高抵抗領域１００７を形成する(図２１(ｄ))。
【００１６】最後に、ＧａＡｓ基板１００１側に、ｎ側
電極１００８、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１００５上に
ｐ側電極１００９を形成し、ウェハをへき開して、図１
８の半導体レーザ素子を得る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の窓構造の半
導体レーザ素子では、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド
層１００４ａ表面上にＳｉＯ２膜１０１０を形成し、こ
のＳｉＯ２膜１０１０が接するｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上
クラッド層１００４ａへのＧａ空孔の生成、および、量
子井戸活性層１００３へのＧａ空孔の拡散を行ってい
る。これにより、レーザ共振器の端面近傍に形成された
無秩序化領域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
くしている。
【００１８】上記Ｇａ空孔の生成および拡散は、ＳｉＯ
２膜１０１０で覆われている領域で発生しているのだ
が、８００℃以上でのアニールを行うと、ＳｉＯ２膜１
０１０で覆われていない領域(レーザ共振器の内部領域)
の最表面において、Ｇａ原子の再蒸発によるＧａ空孔が
少量ではあるが生成され、量子井戸活性層１００３ａへ
Ｇａ空孔が拡散する。
【００１９】その結果、レーザ共振器の内部領域でのフ
ォトルミネッセンスのピーク波長の変動、および、量子
井戸活性層の結晶性劣化による長期信頼性の低下を招い
てしまう。
【００２０】また、アニール温度を低くするか、あるい
は、アニール時間を短くすれば、レーザ共振器の内部領
域下での量子井戸活性層１００３ａへのＧａ空孔の拡散
を抑制できるが、ＳｉＯ２膜１０１０で覆われている領
域下での空孔原子の生成、および、ＳｉＯ２膜１０１０
で覆われている領域下での量子井戸活性層１００３ｂへ
の空孔原子の拡散が不十分となり、レーザ共振器の端面
近傍領域においてレーザ光を吸収してしまう結果を招
く。
【００２１】その結果、レーザ共振器の端面近傍の活性
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。
【００２２】そこで、この発明の目的は、上記の問題に
ついて検討した結果、レーザ共振器の内部領域でのフォ
トルミネッセンスのピーク波長の変動を抑制し、かつ、
長期信頼性に優れた半導体レーザ素子およびその製造方
法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体レーザ素子は、半導体基板の上方
に活性層を備え、上記活性層の上方に複数の半導体層が
積層された半導体レーザ素子において、上記活性層のう
ち、少なくともレーザ共振器の内部領域の上方に、酸素
原子を含む半導体層界面を有し、上記活性層のうち、上
記レーザ共振器の端面近傍領域のフォトルミネッセンス
のピーク波長が、上記活性層の上記内部領域のフォトル
ミネッセンスのピーク波長よりも短くなっていることを
特徴としている。
【００２４】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記半導体レーザ素子において、上記活性層の上記端面
近傍領域に、空孔原子を拡散させることによって、上記
活性層の上記端面近傍領域のフォトルミネッセンスのピ
ーク波長が、上記活性層の上記内部領域のフォトルミネ
ッセンスのピーク波長よりも短くなっている。
【００２５】上記発明および一実施形態の半導体レーザ
素子では、半導体基板上方に活性層を備え、上記活性層
の上方に複数の半導体層が積層された半導体レーザ素子
において、酸素原子を含む半導体層界面が少なくともレ
ーザ共振器の内部領域の上記活性層の上方に存在してい
る。したがって、上記酸素原子を含む半導体界面の近傍
に存在する結晶欠陥は、より安定な状態になろうとし
て、上記半導体界面に存在する酸素原子と結合しようと
する。これにより、上記酸素原子を含む半導体界面に結
晶欠陥が析出しやすくなる。
【００２６】したがって、酸素原子を含む半導体界面の
上方および近傍に生成された結晶欠陥の一つである空孔
原子は、レーザ共振器の内部領域では、酸素原子を含む
半導体界面にて捕獲される。これにより、上記空孔原子
が活性層へ拡散することを抑制できる。その結果、レー
ザ共振器の内部領域での活性層のフォトルミネッセンス
のピーク波長の変動を抑制でき、かつ、レーザ共振器の
内部領域の活性層の結晶性劣化を抑制できる。また、レ
ーザ共振器の端面近傍領域での上記活性層のフォトルミ
ネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器の内部領域の
活性層のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも短く
なっているので、レーザ共振器の端面近傍領域の活性層
ではレーザ光の吸収が無い窓領域が形成されることにな
る。これにより、レーザ共振器の端面近傍領域の活性層
でのＣＯＤを抑制できる。
【００２７】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記記載の半導体レーザ素子において、上記酸素原子を
含む半導体層界面は、再成長界面の下方に存在してい
る。
【００２８】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、上記酸素原子を含む半導
体層界面が、再成長界面の下方に存在している。これに
より、上記酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子濃
度の制御が可能となる。
【００２９】なお、上記酸素原子を含む半導体層界面が
再成長界面に存在する場合には、この再成長界面に自然
酸化膜が形成されるので、酸素原子を含む半導体層界面
での酸素原子濃度の制御が困難になるのである。
【００３０】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記レーザ共振器の内部領域における上記半導体層界面
での酸素原子濃度が、上記レーザ共振器の端面近傍領域
における上記半導体層界面での酸素原子濃度よりも高濃
度である。
【００３１】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、レーザ共振器の内部領域
における上記半導体層界面での酸素原子濃度が、レーザ
共振器の端面近傍領域における上記半導体層界面での酸
素原子濃度より高濃度である。これにより、上記レーザ
共振器の端面近傍領域で形成された空孔原子が阻害され
ることなく活性層へ拡散させることが可能となり、レー
ザ共振器の端面近傍領域における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の内部領域の活性
層のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも短くする
ことが十分に可能となる。
【００３２】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記レーザ共振器の内部領域における上記半導体層界面
での酸素原子濃度が、１×１０１７atoms／ｃｍ３以
上、かつ、１×１０１９atoms／ｃｍ３以下である。
【００３３】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、レーザ共振器の内部領域
における上記半導体層界面での酸素原子濃度が、１×１
０１ ７atoms／ｃｍ３以上１×１０１９atoms／ｃｍ３以
下である。これにより、レーザ共振器の内部における空
孔原子が活性層へ拡散するのを抑制でき、酸素原子が基
板側へ拡散するのを抑制できる。その結果、レーザ共振
器の内部領域をなす活性層のフォトルミネッセンスのピ
ーク波長の変動を抑制でき、かつ、レーザ共振器の内部
領域をなす活性層の結晶性劣化を抑制できる。
【００３４】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記レーザ共振器の内部領域における再成長界面での酸
素原子濃度が、上記レーザ共振器の内部領域における上
記酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子濃度よりも
低濃度である。
【００３５】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、レーザ共振器の内部領域
における再成長界面での酸素原子濃度が、レーザ共振器
の内部領域における酸素原子を含む半導体層界面での酸
素原子濃度よりも低濃度である。したがって、上記再成
長界面近傍において、酸素原子の混入によるキャリアの
低下を抑制でき、高出力駆動時の抵抗増加を抑制できる
のである。
【００３６】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記酸素原子を含む半導体層界面は、Ａｌ原子を含む半
導体層とＡｌ原子を含まない半導体層とに挟まれてお
り、かつ、上記Ａｌ原子を含む半導体層は、上記Ａｌ原
子を含まない半導体層の下方に位置している。
【００３７】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、上記酸素原子を含む半導
体層界面は、Ａｌ原子を含む半導体層とＡｌ原子を含ま
ない半導体層に挟まれてなり、かつ、上記Ａｌ原子を含
む半導体層は、上記Ａｌ原子を含まない半導体層の下方
に位置している。これにより、上記酸素原子を含む半導
体層界面に存在する酸素原子が基板側へ拡散することを
抑制できる。これは、Ａｌ原子を含む半導体層におい
て、酸素原子の拡散が非常に起こりにくいからである。
その結果、非発光再結合中心となる酸素原子が活性層へ
混入することを抑制でき、活性層での結晶劣化を防止で
きるのである。
【００３８】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
第一導電型の半導体基板上に少なくとも、第一導電型ク
ラッド層と、多重量子井戸構造を有する活性層と、第二
導電型下部クラッド層と、上記レーザ共振器が延在して
いる長さ方向に延在するリッジ状のストライプを有する
第二導電型上部クラッド層とを備え、上記第二導電型上
部クラッド層の上方に、酸素原子を含む半導体層界面が
形成されている。
【００３９】この実施形態の半導体レーザ素子では、第
一導電型の半導体基板上に少なくとも、第一導電型クラ
ッド層、多重量子井戸構造を有する活性層、第二導電型
下部クラッド層、上記レーザ共振器の長さ方向に延在す
るリッジ状のストライプを有する第二導電型上部クラッ
ド層とを備えた半導体レーザ素子であって、上記第二導
電型上部クラッド層の上方に、酸素原子を含む半導体層
界面が形成されている。
【００４０】この構成では、レーザ共振器の内部領域に
おいて、結晶欠陥が析出する上記酸素原子を含む半導体
層界面を、活性層から離れた位置に形成されている。そ
の結果、高出力駆動中に発生する結晶欠陥を起点とした
欠陥増殖による活性層への悪影響を低減できる。
【００４１】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記第二導電型上部クラッド層は、Ａｌ原子を含む半導
体層であり、上記第二導電型上部クラッド層の上方に
は、Ａｌ原子を含まない半導体層を備え、かつ、上記酸
素原子を含む半導体層界面は、上記第二導電型上部クラ
ッド層と上記Ａｌ原子を含まない半導体層とに挟まれて
いる。
【００４２】この実施形態の半導体レーザ素子では、上
記半導体レーザ素子において、上記第二導電型上部クラ
ッド層は、Ａｌ原子を含む半導体層であり、上記第二導
電型上部クラッド層の上方には、Ａｌ原子を含まない半
導体層を備えており、かつ、上記酸素原子を含む半導体
層界面は、第二導電型上部クラッド層とＡｌ原子を含ま
ない半導体層に挟まれている。この構成により、上記酸
素原子を含む半導体層界面に存在する酸素原子が基板側
へ拡散するのを抑制できる。したがって、電流通路とな
るリッジ状のストライプを有する第二導電型上部クラッ
ド層での酸素原子の混入を抑制することが可能となり、
高出力駆動時の抵抗増加を抑制できるのである。
【００４３】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記Ａｌ原子を含む半導体層は、ＡｌＧａＡｓまたはＡ
ｌＧａＩｎＰで構成される半導体層である。
【００４４】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記半導体レーザ素子において、上記Ａｌ原子を含まな
い半導体層は、ＧａＡｓまたはＧａＩｎＰで構成される
半導体層である。
【００４５】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記半導体基板はＧａＡｓからなり、上記半導体基板上
に積層される半導体層は、ＡｌＧａＡｓ系材料からな
る。
【００４６】また、一実施形態の半導体レーザ素子は、
上記半導体基板はＧａＡｓからなり、上記半導体基板上
に積層される半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からな
る。
【００４７】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、第一導電型の半導体基板上に、少なくとも、
第一導電型クラッド層と、多重量子井戸構造を有する活
性層と、第二導電型下部クラッド層と、第二導電型上部
クラッド層とを含む各層をエピタキシャル成長させる工
程と、上記エピタキシャル成長されたウェハのレーザ共
振器の内部領域において、上記第二導電型上部クラッド
層の上方に、酸素原子を含む半導体層界面を形成する工
程と、上記ウェハの上記活性層のうちの上記レーザ共振
器の端面近傍領域のフォトルミネッセンスのピーク波長
を、上記レーザ共振器の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も短くする工程とを備え
た。
【００４８】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、レーザ共振器の内部領域をな
す活性層へ空孔原子が拡散することの抑制と、レーザ共
振器の端面近傍領域をなす活性層へ空孔原子が拡散する
ことの促進とを両立できる。
【００４９】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記エピタキシャル成長されたウェハのレー
ザ共振器の内部領域において、上記第二導電型上部クラ
ッド層の上方に、酸素原子を含む半導体層界面を形成す
る工程では、上記ウェハのレーザ共振器の内部領域の表
面にダメージ層を形成する工程と、上記ウェハのレーザ
共振器の内部領域の表面に酸化膜を形成する工程と、上
記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下方に酸素原子
を拡散させる工程とを含む。
【００５０】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、酸素原子を含む半導体層界面
をレーザ共振器の内部領域のみに形成できる。
【００５１】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下
方に酸素原子を拡散させる工程の後、上記ウェハの上記
レーザ共振器の内部領域の表面に形成されたダメージ層
と酸化膜を除去する工程をさらに含む。
【００５２】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、レーザ共振器の内部領域にお
ける再成長界面での酸素原子濃度をレーザ共振器の内部
領域における酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子
濃度よりも低濃度にすることができる。
【００５３】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記ウェハの上記活性層のうちの上記レーザ
共振器の端面近傍領域のフォトルミネッセンスのピーク
波長を、上記レーザ共振器の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も短くする工程は、上
記ウェハのレーザ共振器の端面近傍領域に誘電体膜を形
成する工程と、上記ウェハをアニールして、上記誘電体
膜下に空孔を生成するとともに、上記空孔を上記活性層
に達するまで拡散させる工程を含む。
【００５４】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、誘電体膜直下のエピタキシャ
ル成長させたウェハ表面からＧａ原子等が誘電体膜中に
吸い上げられ、エピタキシャル成長させたウェハ内部に
空孔原子が生成され、上記空孔原子の拡散を促進するこ
とができる。
【００５５】また、一実施形態は、第一導電型の半導体
基板上に、少なくとも、第一導電型クラッド層と、多重
量子井戸構造を有する活性層と、第二導電型下部クラッ
ド層と、第二導電型上部クラッド層とを含む各層をエピ
タキシャル成長させる工程と、上記エピタキシャル成長
されたウェハのレーザ共振器の内部領域の表面にダメー
ジ層を形成する工程と、上記ウェハの上記レーザ共振器
の内部領域および上記レーザ共振器の端面近傍領域の表
面に酸化膜を形成する工程と、上記ウェハをアニールし
て、上記酸化膜の下方に酸素原子を拡散させ、かつ、上
記ウェハの上記活性層のうちの上記レーザ共振器の端面
近傍領域のフォトルミネッセンスのピーク波長を上記活
性層のうちの上記レーザ共振器の内部領域のフォトルミ
ネッセンスのピーク波長よりも短くする工程とを備え
た。
【００５６】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、工程を簡略化でき、レーザ共
振器の内部領域をなす活性層へ空孔原子が拡散すること
の抑制と、レーザ共振器の端面近傍領域をなす活性層へ
空孔原子が拡散することの促進とを両立できる。
【００５７】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下
方に酸素原子を拡散させ、かつ、上記ウェハの上記活性
層のうちの上記レーザ共振器の端面近傍領域のフォトル
ミネッセンスのピーク波長を上記活性層のうちの上記レ
ーザ共振器の内部領域のフォトルミネッセンスのピーク
波長よりも短くする工程の後、上記ウェハの上記レーザ
共振器の内部領域の表面に形成されたダメージ層と、上
記ウェハの上記レーザ共振器の内部領域および上記レー
ザ共振器の端面近傍領域の表面に形成された酸化膜を除
去する工程をさらに含む。
【００５８】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、レーザ共振器の内部領域にお
ける再成長界面での酸素原子濃度をレーザ共振器の内部
領域における酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子
濃度よりも低濃度にすることが可能となる。
【００５９】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記第一導電型の半導体基板上に、少なくと
も、第一導電型クラッド層と、多重量子井戸構造を有す
る活性層と、第二導電型下部クラッド層と、第二導電型
上部クラッド層とを含む各層をエピタキシャル成長させ
る工程において、上記第二導電型上部クラッド層の上
に、Ａｌ原子を含まない半導体層からなる保護層が形成
され、上記エピタキシャル成長されたウェハの表面は、
上記保護層からなる。
【００６０】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、ウェハ表面から酸素原子が容
易に拡散できる。その理由は、Ａｌ原子を含まない半導
体層からなる保護層において、酸素原子の拡散速度が非
常に速いからである。その結果、レーザ共振器の内部領
域における酸素原子を含む半導体層界面の酸素原子濃度
を高濃度にできる。
【００６１】また、一実施形態の半導体レーザ素子の製
造方法は、上記ウェハのレーザ共振器の内部領域の表面
にダメージ層を形成する工程において、上記ウェハのレ
ーザ共振器の内部領域の表面にクラスターイオンによる
イオン照射を行う。
【００６２】この実施形態の半導体レーザ素子の製造方
法では、上記工程により、上記ウェハのレーザ共振器の
内部領域の表面における酸化膜の密着性を向上させるこ
とができる。その結果、上記ウェハのレーザ共振器の内
部領域の表面に形成された酸化膜からの酸素原子の拡散
を促進することが可能となる。
【００６３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を詳細
に説明する。
【００６４】(第１の実施の形態)図１は、この発明の第
１の実施形態の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図で
ある。図１はこの実施形態の光出射端面を含む斜視図で
あり、図２は図１のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断
面図である。また、図３は図１のＩｂ−Ｉｂ'線におけ
る層厚方向の断面図である。
【００６５】図１〜図３に示すように、この実施形態の
半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１と、この
基板１０１上のｎ型ＡｌｘＧａｙＡｓ(ｘ,ｙは０以上１
以下；以下省略)第１クラッド層１０２と、このクラッ
ド層１０２上のバリア層およ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)１０３とを備える。
【００６６】また、この実施形態は、上記活性層１０３
上のｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第２クラッド層１０４と、こ
のクラッド層１０４上のｐ型ＧａＡｓエッチングストッ
プ層１０５と、このエッチングストップ層１０５上で共
振器の長さ方向に延在するリッジストライプからなるｐ
型ＡｌｘＧａｙＡｓ第３クラッド層１０６とを有する。
【００６７】また、この実施形態の半導体レーザ素子
は、上記第３クラッド層１０６上のｐ型ＧａＡｓ保護層
１０７と、リッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙ
Ａｓ第３クラッド層１０６の側面を埋め込むように上記
エッチングストップ層１０５上に形成されたｎ型Ａｌｘ
ＧａｙＡｓ電流ブロック層１０８とを有する。
【００６８】また、この実施形態の半導体レーザ素子
は、上記電流ブロック層１０８上のｐ型ＧａＡｓ平坦化
層１０９と、この平坦化層１０９および保護層１０７上
のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０と、このコンタクト
層１１０上のｐ側電極１１１と、上記基板１０１下面に
形成されたｎ側電極１１２とを備える。
【００６９】また、上記活性層１０３は、レーザ共振器
の端面近傍領域をなす窓領域１１３と上記レーザ共振器
の内部領域をなす領域１０３Ａとを有する。この窓領域
１１３は、フォトルミネッセンスのピーク波長が上記内
部領域をなす領域１０３Ａのフォトルミネッセンスのピ
ーク波長よりも短い。
【００７０】また、この実施形態の半導体レーザ素子
は、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７上に形成され、ｎ型Ａｌ
ｘＧａｙＡｓ電流ブロック層１０８からなる電流非注入
領域１１４を有する。また、この実施形態は、ｐ型Ａｌ
ｘＧａｙＡｓ第３クラッド層１０６とｐ型ＧａＡｓ保護
層１０７とが構成するストライプ状のリッジ１１５を有
する。また、この実施形態は、上記第３クラッド層１０
６と保護層１０７との界面において、酸素原子を含む界
面領域(酸素原子を含む半導体層界面)１１６を有してい
る。
【００７１】(製造方法)次に、図４,５,６を参照して、
上記第１実施形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明
しつつ、上記第１実施形態の構造をより詳細に説明す
る。
【００７２】まず、図４(ａ)に示すように、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１０１上に、有機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法に
て、順次、ｎ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第１クラッド層１０
２、ＭＱＷ活性層１０３、ｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第２ク
ラッド層１０４、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１
０５、ｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第３クラッド層１０６、ｐ
型ＧａＡｓ保護層１０７をエピタキシャル成長させる。
【００７３】その後、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７のうち
の上記レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚをなす表面に、
保護膜であるレジストマスク１１７を形成する。このレ
ジストマスク１１７は、フォトリソグラフィー法によっ
て、上記リッジストライプ１１５と直交する方向に幅４
０μｍのストライプ状に形成する。なお、このストライ
プ状のレジストマスク１１７におけるストライプのピッ
チは、上記レーザ共振器長と同じ８００μｍとした。
【００７４】また、上記保護膜であるレジストマスク１
１７は、イオン照射によるダメージが無いように、上記
レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚにおけるｐ型ＧａＡｓ
保護層１０７の表面に形成されている。
【００７５】次に、上記レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙに
おけるｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の表面にＡｒイオンに
よるイオン照射を行う。これにより、レーザ共振器Ｘの
内部領域Ｙにおけるｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の表面に
ダメージ層(図示せず)を形成する。その後、保護膜であ
るレジストマスク１１７とｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の
表面とに酸化膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜１
１８を形成する(図４(ｂ))。
【００７６】次に、図４(ｃ)に示すように、レーザ共振
器Ｘの端面近傍領域Ｚに形成された、上記保護膜である
レジストマスク１１７と上記酸化膜であるＳｉｘＯｙ
(ｘ,ｙは１以上)膜１１８を除去し、その後、アニール
を行う。これによって、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙに
おいてｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の表面に形成された酸
化膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜１１８から基
板１０１側に酸素原子を拡散させる。これにより、ｐ型
ＡｌｘＧａｙＡｓ第３クラッド層１０６とｐ型ＧａＡｓ
保護層１０７との界面に酸素原子を含む界面領域１１６
を形成させる。なお、この実施形態では、レーザ共振器
Ｘの内部領域Ｙにおける酸素原子を含む界面領域１１６
での酸素原子濃度を２.５×１０１８atoms／ｃｍ３とな
るようにした。
【００７７】次に、図５(ｄ)に示すように、レーザ共振
器Ｘの内部領域Ｙにおける酸化膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,
ｙは１以上)膜１１８とダメージ層を除去する。その
後、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚのｐ型ＧａＡｓ保
護層１０７の表面に、プラズマＣＶＤ法によって、上記
リッジストライプ１１５と直交する方向に幅４０μｍの
ストライプ状に、誘電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１
以上)膜１１９を形成する。なお、このＳｉｘＯｙ膜１
１９のストライプのピッチは、上記レーザ共振器Ｘの共
振器長と同じ８００μｍとした。
【００７８】次に、ラピッドサーマルアニール(ＲＴＡ)
法による２回目のアニールを行う。このアニールによっ
て、ＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜１１９直下のＭＱＷ
活性層すなわち窓領域１１３のフォトルミネッセンス
(ＰＬ)のピーク波長を、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの
ＭＱＷ活性層すなわち活性領域１０３Ａのフォトルミネ
ッセンス(ＰＬ)のピーク波長よりも短くする。この時の
アニール条件は温度９００℃、昇温速度１００℃／秒、
保持時間６０秒とした。
【００７９】その後、図５(ｅ)に示すように、レーザ共
振器Ｘの端面近傍領域Ｚに形成された誘電体膜であるＳ
ｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜１１９を除去し、公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓ保護層
１０７上に［０ １ １］または［０−１−１］方向に伸
びたストライプ状のレジストマスク１２０を形成する。
そして、公知のエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓ
エッチングストップ層１０５に到達するようにエッチン
グを行い、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７とｐ型ＡｌｘＧａ
ｙＡｓ第３クラッド層１０６を［０ １ １］または［０
−１−１］方向に伸びた約３μｍ幅のストライプ状のリ
ッジすなわちリッジストライプ１１５に加工する。
【００８０】その後、図５(ｆ)に示すように、ｐ型Ｇａ
Ａｓ保護層１０７上に形成されたストライプ状のレジス
トマスク１２０を除去し、２回目のＭＯＣＶＤ法によっ
て、上記リッジストライプ１１５の側面をｎ型ＡｌｘＧ
ａｙＡｓ電流ブロック層１０８とｐ型ＧａＡｓ平坦化層
１０９で埋め込む。
【００８１】次に、図６(ｇ)示すように、公知のフォト
リソグラフィー技術を用いて、レジストマスク１２１を
形成する。このレジストマスク１２１は、ｐ型ＧａＡｓ
平坦化層１０９のうちの上記リッジストライプ１１５の
側面に形成された領域１０９Ａ上に形成された部分１２
１Ａと、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１０９のうちの、リッジ
ストライプ１１５上の領域１０９Ｂであって、かつ、レ
ーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚの領域１０９Ｂ−１上に
形成された幅４０μｍのストライプ状の部分１２１Ｂと
からなる。
【００８２】次に、図６(ｇ)に示すように、上記レジス
トマスク１２１をマスクとして、公知のエッチング技術
を用いて、レジストマスク１２１の開口部におけるｎ型
ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層１０８とｐ型ＧａＡｓ平坦
化層１０９を選択的に除去する。
【００８３】その後、図６(ｈ)に示すように、ｐ型Ｇａ
Ａｓ平坦化層１０９上に形成されたレジストマスク１２
１を除去し、３回目のＭＯＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１１０を形成する。さらに、上面にはｐ電極１
１１、下面にはｎ電極１１２を形成する。
【００８４】次に、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚ
(４０μｍ幅)の長さ方向(Ｍ２)のほぼ中央に、Ｍ３方向
にスクライブラインを入れて、レーザ共振器Ｘの長さに
ウェハをバー状に分割する。
【００８５】最後に、バー状に分割された部分の両側の
光出射端面に反射膜をコーティングし、さらにチップに
分割することによって、長さ８００μｍのレーザ共振器
Ｘの端面部に、長さＭ２方向の寸法が約２０μｍの窓領
域１１３および電流非注入領域１１４を有した半導体レ
ーザ素子が作製される。
【００８６】次に、図７に、上記製造方法によって得ら
れた上記実施形態の半導体レーザ素子のリッジストライ
プ１１５におけるレーザ共振器Ｘの内部領域Ｙでの酸素
原子の深さ方向分布を示す。また、図８に、上記実施形
態のリッジストライプ１１５におけるレーザ共振器Ｘの
端面近傍領域Ｚでの酸素原子の深さ方向分布を示す。な
お、この図７,図８において、上端の横軸の下方に記載
した符号１１０,１０７,１０６,１０５,１０４,１０３,
１０２は、それぞれ、図１における符号に対応してお
り、各符号間に記載の縦線は、各符号に対応する層の界
面の位置を示している。
【００８７】この図７,図８に示された酸素原子の深さ
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７,図８の縦軸は不純物原子濃度(at
oms／ｃｍ３)、横軸はｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０
側からの深さ(μｍ)である。また、酸素原子濃度の測定
上の検出下限は、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７,ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１１０の各層において、３×１０１５
atoms／ｃｍ３、第１クラッド層１０２〜ｐ型ＡｌＧａ
Ａｓ第３クラッド層１０６の各層において、２×１０
１６atoms／ｃｍ３であった。
【００８８】図７に示すように、レーザ共振器Ｘの内部
領域Ｙでは、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの上記活性層
１０３の上方の、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７とｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ第３クラッド層１０６の間に、２.５×１０
１８atoms／ｃｍ３の酸素原子を含む半導体層界面が形
成されている。一方、図８に示すように、レーザ共振器
Ｘの端面近傍領域Ｚでは、酸素原子を含む半導体層界面
は形成されていない。
【００８９】また、図７から判るように、レーザ共振器
Ｘの内部領域Ｙにおいて、再成長界面Ｗであるｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層１１０とｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の
間では酸素原子は検出されず、上記再成長界面の下方に
上記酸素原子を含む半導体層界面が形成されている。
【００９０】このように、この実施形態の半導体レーザ
素子では、酸素原子を含む半導体層界面１１６を、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層１１０とｐ型ＧａＡｓ保護層１０
７の間の再成長界面Ｗではなく、上記再成長界面Ｗの下
方に形成している。この構成によって、自然酸化膜の自
然形成の影響を受けることなく、上記酸素原子を含む半
導体層界面での酸素原子濃度を狙い通りに制御できてい
ることが明らかである。
【００９１】また、この実施形態の半導体レーザ素子の
製造方法では、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙのウェハ表
面(保護層１０７の表面)にダメージ層(図示せず)を形成
し、その後、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙのウェハ表面
(保護層１０７の表面)に酸化膜１１８を形成し、上記ウ
ェハをアニールして、上記酸化膜１１８の下方に酸素原
子を拡散させる。このことにより、酸素原子を含む界面
領域１１６を再成長界面Ｗの下方のレーザ共振器Ｘの内
部領域Ｙのみに形成できることが明らかである。
【００９２】さらに、この実施形態の半導体レーザ素子
の製造方法において、上記酸化膜１１８の下方に酸素原
子を拡散させた後に、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙのウ
ェハ表面に形成されたダメージ層と酸化膜１１８を除去
する。このことにより、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの
再成長界面Ｗとなる上記ウェハ表面において、自然酸化
膜の形成を抑制することができる。その結果、レーザ共
振器の内部領域Ｙにおける再成長界面Ｗでの酸素原子濃
度を、レーザ共振器の内部領域Ｙにおける酸素原子を含
む半導体層界面１１６での酸素原子濃度より低濃度にで
きる。
【００９３】また、この実施形態の半導体レーザ素子の
製造方法では、エピタキシャル成長されたウェハ表面を
Ａｌ原子を含まない半導体層(ｐ型ＧａＡｓ保護層１０
７)にした上で、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙのウェハ
表面にダメージ層を形成し、その後、レーザ共振器Ｘの
内部領域Ｙのウェハ表面に酸化膜１１８を形成し、上記
ウェハをアニールして、上記酸化膜１１８の下方に酸素
原子を拡散させる。このことにより、Ａｌ原子を含む半
導体層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６と
Ａｌ原子を含まない半導体層であるｐ型ＧａＡｓ保護層
１０７に挟まれてなる、酸素原子を含む半導体層界面１
１６を形成できる。
【００９４】上述したような、この実施形態の半導体レ
ーザ素子の製造方法を用いた、ＭＯＣＶＤ法による１回
目のエピタキシャル成長直後のウェハの一部を、フォト
ルミネッセンス(ＰＬ)法にてＭＱＷ活性層１０３の波長
を測定した結果、７７５ｎｍであった。
【００９５】次に、酸素原子を含む界面領域１１６をレ
ーザ共振器Ｘの内部領域Ｙに有する上記実施形態の半導
体レーザ素子の製造方法において、ＲＴＡ(ラピッドサ
ーマルアニール)法によるアニール後のウェハの一部
を、フォトルミネッセンス(ＰＬ)法にて、ピーク波長を
測定した。すなわち、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚ
をなすＭＱＷ活性層１０３である窓領域１１３とレーザ
共振器Ｘの内部領域ＹのＭＱＷ活性層１０３である活性
領域１０３Ａのそれぞれのピーク波長を測定した。その
結果、窓領域１１３は、ピーク波長が７４５ｎｍであ
り、活性領域１０３は、ピーク波長が７７５ｎｍであっ
た。
【００９６】また、窓領域１１３からの発光スペクトル
が活性領域１０３Ａからの発光スペクトルよりも３０ｎ
ｍだけ短波長側に波長シフトしており、また、ＲＴＡ
(ラピッドサーマルアニール)法によるアニール後の活性
領域１０３のＰＬ(フォトルミネッセンス)のピーク波長
は、上記の１回目のエピタキシャル成長直後のＰＬのピ
ーク波長と同じであった。
【００９７】また、比較のために、レーザ共振器の内部
領域に酸素原子を含む界面領域を有しないウェハも同時
に、ＰＬ(フォトルミネッセンス)法にて、レーザ共振器
の端面近傍領域のＭＱＷ活性層(窓領域)とレーザ共振器
の内部領域のＭＱＷ活性層(活性領域)のそれぞれの波長
を測定した。その結果、窓領域では波長が７４５ｎｍで
あり、活性領域では波長が７７０ｎｍであった。つま
り、窓領域からの発光スペクトルが活性領域からの発光
スペクトルよりも２５ｎｍだけ短波長側に波長シフトし
ていた。また、ＲＴＡ(ラピッドサーマルアニール)法に
よるアニール後の活性領域のＰＬ(フォトルミネッセン
ス)のピーク波長は、上記の１回目のエピタキシャル成
長直後のＰＬのピーク波長に比べて、５ｎｍだけ短波長
側に波長シフトしていた。
【００９８】また、この実施形態の半導体レーザ素子で
は、酸素原子を含む界面領域１１６が少なくともレーザ
共振器Ｘの内部領域ＹをなすＭＱＷ活性層１０３の上方
に形成されている。これにより、上記酸素原子を含む界
面領域１１６の近傍に存在する結晶欠陥は、より安定な
状態になろうとして、上記半導体界面１１６に存在する
酸素原子と結合しようとする。したがって、上記酸素原
子を含む界面領域１１６に結晶欠陥が析出しやすくな
る。
【００９９】したがって、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙ
では、酸素原子を含む界面領域１１６の上方および近傍
に生成された結晶欠陥の一つである空孔原子が、酸素原
子を含む界面領域１１６にて捕獲される。これにより、
上記空孔原子がＭＱＷ活性層１０３へ拡散することを抑
制できる。その結果、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙにお
けるＭＱＷ活性層１０３のフォトルミネッセンスのピー
ク波長の変動を抑制できる。
【０１００】また、この実施形態の半導体レーザ素子の
製造方法では、ＲＴＡ法による２回目のアニールを行う
ことにより、誘電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以
上)膜１１９直下のｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の表面か
らＧａおよびＡｓ原子がＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜
１１９中に吸い上げられる。これにより、ｐ型ＧａＡｓ
保護層１０７内部に空孔原子が生成され、この空孔原子
がｎ型ＧａＡｓ基板１０１方向に拡散していき、ＭＱＷ
活性層１０３を無秩序化することができる。これによ
り、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域ＺにおけるＭＱＷ活
性層(窓領域)１１３のバンドギャップエネルギーが大き
くなる。これにより、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙをな
すＭＱＷ活性層(活性領域)１０３Ａよりも実効的に禁制
帯幅の広い窓領域１１３が形成される。
【０１０１】フォトルミネッセンス(ＰＬ)法による活性
層１０３の発光スペクトルの殆どは、活性層１０３のバ
ンドギャップエネルギー(禁制帯幅)よりも大きなエネル
ギーの励起光を活性層１０３へ入射させることにより、
活性層１０３に存在する電子が伝導帯に励起され、上記
電子が価電子帯のホールと再結合して得られる。したが
って、フォトルミネッセンス(ＰＬ)の発光スペクトルの
ピークエネルギーは、活性層１０３のバンドギャップエ
ネルギー(禁制帯幅)とほぼ等しい。したがって、フォト
ルミネッセンス(ＰＬ)のピーク波長は、活性層１０３の
バンドギャップエネルギー(禁制帯幅)とほぼ反比例の関
係にある。
【０１０２】さらに、この実施形態の半導体レーザ素子
およびその製造方法では、リッジストライプ１１５にお
けるレーザ共振器Ｘの内部領域Ｙおよびレーザ共振器Ｘ
の端面近傍領域Ｚでの酸素原子の深さ方向分布が、図７
および図８に示したようになっている。つまり、レーザ
共振器Ｘの内部領域Ｙにおけるｐ型ＡｌＧａＡｓ第３ク
ラッド層１０６／ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７界面での酸
素原子濃度が、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚにおけ
るｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６／ｐ型ＧａＡ
ｓ保護層１０７界面での酸素原子濃度より高濃度となっ
ている。この構成によれば、レーザ共振器Ｘの端面近傍
領域Ｚにおいて、空孔原子の捕獲領域となる酸素原子を
含む半導体層界面１１６が存在しないので、レーザ共振
器Ｘの端面近傍領域Ｚで形成された空孔原子が阻害され
ることなく、活性層１０３へ拡散させることが可能とな
る。これにより、レーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚにお
ける活性層１１３のフォトルミネッセンスのピーク波長
をレーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの活性層１０３Ａのフォ
トルミネッセンスのピーク波長よりも短くすることが十
分に可能となる。
【０１０３】以上より、この実施形態の製造方法を用い
た半導体レーザ素子では、レーザ共振器Ｘの端面近傍領
域Ｚの活性層１１３のフォトルミネッセンスのピーク波
長が、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの活性層１０３Ａの
フォトルミネッセンスのピーク波長よりも短く、かつ、
レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙの活性層１０３Ａのフォト
ルミネッセンスのピーク波長の変動が抑制された半導体
レーザ素子が得られた。
【０１０４】次に、上記製造方法によって得られた上記
実施形態の半導体レーザ素子の特性測定を行った。ま
た、比較のために、上記実施形態の半導体レーザ素子の
製造方法において、レーザ共振器の内部領域に酸素原子
を含む界面領域を有さない製造方法を用いた半導体レー
ザ素子の特性測定も同時に行った。
【０１０５】その結果、この実施形態の半導体レーザ素
子のＣＷ１２０ｍＷでの発振波長(λ)は７８５ｎｍ、比
較例での半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの発振波
長(λ)は７８０ｎｍであった。また、ＣＷ１２０ｍＷで
の抵抗(Ｒ)はこの実施形態の半導体レーザ素子および従
来技術の半導体レーザ素子ともに３.５Ωであった。こ
のように、この実施形態の半導体レーザ素子およびその
製造方法では、発振波長の短波長化の抑制と高出力駆動
時の抵抗の増加抑制を実現できた。
【０１０６】また、これらについて、７０℃１２０ｍＷ
の信頼性試験を行ったところ、比較例での半導体レーザ
素子の平均寿命が約２０００時間であるのに対し、この
実施形態の半導体レーザ素子では約３０００時間とな
り、平均寿命がさらに向上した。
【０１０７】この寿命向上は、この実施形態の半導体レ
ーザ素子において、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙにおけ
るｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０とｐ型ＧａＡｓ保護
層１０７の間の再成長界面Ｗの近傍において、酸素原子
の混入によるキャリアの低下を抑制できた結果である。
その理由は、上記再成長界面Ｗでの酸素原子濃度が、レ
ーザ共振器Ｘの内部領域Ｙにおける酸素原子を含む界面
領域１１６での酸素原子濃度よりも低濃度である構成と
したからである。
【０１０８】また、この実施形態の半導体レーザ素子で
は、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６がＡｌ原子
を含む半導体層であり、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラ
ッド層１０６の上方には、Ａｌ原子を含まないｐ型Ｇａ
Ａｓ保護層１０７を備えている。そして、酸素原子を含
む界面領域１１６が酸素原子の拡散が非常に起こりにく
い上記Ａｌ原子を含む半導体層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ
第３クラッド層１０６とＡｌ原子を含まないｐ型ＧａＡ
ｓ保護層１０７に挟まれている。この構成によって、上
記酸素原子を含む半導体層界面１１６に存在する酸素原
子が基板１０１側へ拡散するのを抑制でき、電流通路と
なるリッジストライプ１１５を有するｐ型ＡｌＧａＡｓ
第２クラッド層１０４での酸素原子の混入を抑制でき
る。
【０１０９】さらに、この実施形態の半導体レーザ素子
では、酸素原子を含む界面領域１１６がＡｌ原子を含む
半導体層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６
とＡｌ原子を含まない半導体層であるｐ型ＧａＡｓ保護
層１０７に挟まれている。かつ、酸素原子の拡散が非常
に起こりにくい上記Ａｌ原子を含む半導体層であるｐ型
ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６は上記Ａｌ原子を含
まない半導体層であるｐ型ＧａＡｓ保護層１０７の下方
に位置している。この構成によって、上記酸素原子を含
む界面領域１１６に存在する酸素原子がＭＱＷ活性層１
０３へ混入することを抑制でき、活性層１０３での結晶
劣化を防止できる。
【０１１０】また、この実施形態の半導体レーザ素子で
は、レーザ共振器Ｘの内部領域ＹのＡｌ原子を含む半導
体層であるｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６の上
方に酸素原子を含む界面領域１１６が形成されている。
したがって、レーザ共振器Ｘの内部領域Ｙにおいて、結
晶欠陥である空孔原子を析出する上記酸素原子を含む界
面領域１１６を、ＭＱＷ活性層１０３から離れた位置に
形成できる。その結果、高出力駆動中に発生する結晶欠
陥を起点とした欠陥増殖によるＭＱＷ活性層１０３への
悪影響を低減できる。
【０１１１】また、この実施形態では、レーザ共振器Ｘ
の内部領域Ｙにおける酸素原子を含む界面領域１１６で
の酸素原子濃度を２.５×１０１８atoms／ｃｍ３とした
が、上記界面領域１１６での酸素原子濃度は、１×１０
１７atoms／ｃｍ３以上かつ１×１０１９atoms／ｃｍ３
以下の範囲内であればよい。この範囲内であれば、レー
ザ共振器内部における活性層１０３Ａへ空孔原子が拡散
するのを抑制することと、酸素原子が基板側へ拡散する
のを抑制することとを両立できる。その結果、レーザ共
振器Ｘの内部領域Ｙをなす活性層１０３Ａのフォトルミ
ネッセンスのピーク波長の変動を抑制でき、かつ、レー
ザ共振器Ｘの内部領域Ｙをなす活性層１０３Ａの結晶性
劣化を抑制できる。
【０１１２】また、この実施形態の製造方法では、酸化
膜１１８としてＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜を用いた
が、自然酸化膜,ＡｌｘＯｙ,ＳｉｘＯｙＮｚ(ｘ,ｙ,ｚ
は１以上)のいずれかを採用でき、酸化膜１１８の下方
に酸素原子を拡散できる。
【０１１３】また、この実施形態では、誘電体膜１１９
としてＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜を用いたが、Ｓｉ
ｘＮｙ,ＳｉｘＯｙＮｚ(ｘ,ｙ,ｚは１以上)のいずれか
であれば、誘電体膜１１９下のｐ型ＧａＡｓ保護層１０
７に空孔原子を生成させることができる。したがって、
効果的にレーザ共振器Ｘの端面近傍領域Ｚの活性層１１
３を、レーザ共振器の内部領域の活性層(活性領域)１０
３Ａよりも実効的に禁制帯幅の広い窓領域とすることが
できる。
【０１１４】なお、この実施形態では、ＡｌｘＧａｙＡ
ｓ系半導体レーザに関して記載したが、ＡｌｘＧａｙＩ
ｎｚＰ(ｘ,ｙ,ｚは０以上１以下)系半導体レーザであっ
ても、同様の効果が得られる。
【０１１５】(第２の実施の形態)次に、図９,図１０,図
１１を順に参照して、この発明の第２実施形態の半導体
レーザ素子の製造方法を説明する。
【０１１６】まず、図９(ａ)に示すように、ＭＯＣＶＤ
法にて、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、順次、ｎ型Ａｌ
ｘＧａｙＡｓ第１クラッド層２０２、ＭＱＷ活性層２０
３、ｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第２クラッド層２０４、ｐ型
ＧａＡｓエッチングストップ層２０５、ｐ型ＡｌｘＧａ
ｙＡｓ第３クラッド層２０６、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０
７をエピタキシャル成長させる。
【０１１７】上記のエピタキシャル成長直後のウェハの
一部について、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層２０３の波長を
測定した結果、７７５ｎｍであった。
【０１１８】その後、図９(ｂ)に示すように、レーザ共
振器Ｐの端面近傍領域Ｑにおけるｐ型ＧａＡｓ保護層２
０７の表面に、プラズマＣＶＤ法とフォトリソグラフィ
ー法によって、後述するリッジストライプと直交する方
向に幅４０μｍのストライプ状に、誘電体膜であるＳｉ
ｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１７を形成する。なお、こ
のストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとし
た。
【０１１９】次に、図９(ｂ)に示すように、レーザ共振
器Ｐの内部領域Ｒのｐ型ＧａＡｓ保護層２０７とレーザ
共振器Ｐの端面近傍領域Ｑの誘電体膜であるＳｉｘＯｙ
(ｘ,ｙは１以上)膜２１７の表面に、ＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙ
は１以上)クラスターイオンによるイオン照射を行う。
これにより、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒのｐ型ＧａＡ
ｓ保護層２０７の表面にダメージ層(図示せず)を形成
し、その後、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒのｐ型ＧａＡ
ｓ保護層２０７とレーザ共振器Ｐの端面近傍領域Ｑの誘
電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１７の表
面に酸化膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１８
を形成する。ここで、上記レーザ共振器Ｐの端面近傍領
域Ｑに形成されている誘電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙ
は１以上)膜２１７は、イオン照射からのダメージを回
避する保護膜の役割も果たしている。
【０１２０】その後、図１０(ｄ)に示すように、ＲＴＡ
法によるアニールによって、レーザ共振器Ｐの内部領域
Ｒのｐ型ＧａＡｓ保護層２０７の表面に形成された酸化
膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１８から基板
２０１側に酸素原子を拡散させて、ｐ型ＡｌｘＧａｙＡ
ｓ第３クラッド層２０６／ｐ型ＧａＡｓ保護層２０７界
面に酸素原子を含む界面領域(酸素原子を含む半導体層
界面)２１６を形成する。かつ、レーザ共振器Ｐの端面
近傍領域Ｑの誘電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以
上)膜２１７直下のＭＱＷ活性層(窓領域)２１３のＰＬ
のピーク波長をレーザ共振器Ｐの内部領域ＲのＭＱＷ活
性層(活性領域)２０３ＡのＰＬのピーク波長よりも小さ
くさせる。この時のアニール条件は、温度９００℃、昇
温速度１００℃／秒、保持時間６０秒で行った。
【０１２１】上記ＲＴＡ(ラピッド・サーマル・アニー
ル)法によるアニール後のウェハの一部を、ＰＬ(フォト
ルミネッセンス)法にて、レーザ共振器Ｐの端面近傍Ｑ
のＭＱＷ活性層(窓領域)２１３とレーザ共振器Ｐの内部
領域ＲのＭＱＷ活性層(活性領域)２０３Ａのそれぞれの
波長を測定した。その結果、窓領域２１３が７４５ｎｍ
であり、活性領域２０３が７７５ｎｍであった。つま
り、窓領域２１３からの発光スペクトルは、活性領域２
０３Ａからの発光スペクトルよりも３０ｎｍだけ短波長
側に波長シフトしており、また、活性領域２０３ＡのＰ
Ｌのピーク波長は、アニール前後で同じＰＬピーク波長
であった。
【０１２２】この第２実施形態では、上記のごとく、前
記第１実施形態の製造工程から、保護膜の形成工程の削
減とアニール回数の削減をした工程の簡略化を行った。
【０１２３】この第２実施形態によっても、レーザ共振
器Ｐの端面近傍領域Ｑの上記活性層２１３のフォトルミ
ネッセンスのピーク波長が、レーザ共振器Ｐの内部領域
Ｒの活性層２０３Ａのフォトルミネッセンスのピーク波
長よりも短く、かつ、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒの活
性層２０３Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長の変
動が抑制された半導体レーザ素子が得られる。
【０１２４】次に、図１０(ｄ)に示すように、ｐ型Ｇａ
Ａｓ保護層２０７の表面に形成された誘電体膜であるＳ
ｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１７と酸化膜であるＳｉ
ｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜２１８、および、レーザ共振
器Ｐの内部領域Ｒのウェハ表面に形成されたダメージ層
を除去する。
【０１２５】そして、公知のフォトリソグラフィー技術
を用いて、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０７上に、［０ １
１］または［０−１−１］方向に伸びたストライプ状の
レジストマスク２１９を形成する。さらに、公知のエッ
チング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ
層２０５に到達するまでエッチングし、ｐ型ＧａＡｓ保
護層２０７とｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第３クラッド層２０
６を［０ １ １］または［０−１−１］方向に伸びた約
３μｍ幅のストライプ状のリッジ２１５に加工する。
【０１２６】その後、図１０(ｅ)に示すように、ｐ型Ｇ
ａＡｓ保護層２０７上に形成されたストライプ状のレジ
ストマスク２１９を除去する。そして、２回目のＭＯＣ
ＶＤ法によって、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０７とｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ第３クラッド層２０６からなるリッジ２１５の
側面をｎ型ＡｌｘＧａｙＡｓ電流ブロック層２０８とｐ
型ＧａＡｓ平坦化層２０９で埋め込む。
【０１２７】次に、図１０(ｆ)に示すように、公知のフ
ォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓ平坦化
層２０９のうちのリッジ２１５の側面に形成された領域
にレジストマスク２２０を形成する。かつ同時に、ｐ型
ＧａＡｓ平坦化層２０９のうちのレーザ共振器Ｐの端面
近傍領域Ｑにおけるリッジ２１５上に、幅４０μｍのス
トライプ状のにレジストマスク２２０を形成する。
【０１２８】そして、図１０(ｆ)に示すように、公知の
エッチング技術を用いて、上記レジストマスク２２０の
開口部２２０Ａに対向するｎ型ＡｌＧａＡｓ電流ブロッ
ク層２０８とｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０９を選択的に除
去する。
【０１２９】その後、図１１(ｇ)に示すように、ｐ型Ｇ
ａＡｓ平坦化層２０９上に形成されたレジストマスク２
２０を除去し、３回目のＭＯＣＶＤ法でもって、ｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層２１０を形成する。さらに、上面に
はｐ電極(図示せず)を形成し、下面にはｎ電極(図示せ
ず)を形成する。
【０１３０】次に、レーザ共振器Ｐの４０μｍ幅の端面
近傍領域Ｑのほぼ中央にスクライブラインを入れて、共
振器Ｐの長さにバー状にウェハを分割する。
【０１３１】最後に、このバーの両側の光出射端面に反
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Ｐのレーザ共振器端面部に約２０μ
ｍの窓領域２１３および電流非注入領域２１４を有した
素子が作製される。
【０１３２】この第２実施形態の製造方法によって得ら
れる半導体レーザ素子のリッジストライプ部２１５にお
けるレーザ共振器Ｐの内部領域Ｒおよびレーザ共振器Ｐ
の端面近傍領域Ｑでの酸素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。その結果、図
１０(ｄ)に示すように、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒで
は、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０７とｐ型ＡｌＧａＡｓ第３
クラッド層２０６の間に、１×１０１８atoms／ｃｍ３
の酸素原子を含む半導体層界面２１６が形成されてお
り、レーザ共振器Ｐの端面近傍領域Ｑでは酸素原子を含
む界面領域は形成されていなかった。また、レーザ共振
器Ｐの内部領域Ｒにおいて、再成長界面Ｕであるｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層２１０とｐ型ＧａＡｓ保護層２０７
との界面では酸素原子は検出されず、上記再成長界面Ｕ
の下方に上記酸素原子を含む半導体層界面２１６が形成
されていた(図１０(ｄ)参照)。
【０１３３】このように、この第２実施形態では、図１
０(ｄ)に示すように、酸素原子を含む半導体層界面２１
６をレーザ共振器Ｐの内部領域Ｒのみに形成でき、Ａｌ
原子を含む半導体層２０６とＡｌ原子を含まない半導体
層２０７に挟まれている酸素原子を含む半導体層界面２
１６を形成できる。
【０１３４】また、この第２実施形態では、上記酸化膜
２１８の下方に酸素原子を拡散させ、かつ、上記ウェハ
のレーザ共振器Ｐの端面近傍領域Ｑの活性層２１３のフ
ォトルミネッセンスのピーク波長を、レーザ共振器Ｐの
内部領域Ｒの活性層２０３Ａのフォトルミネッセンスの
ピーク波長よりも短くする工程を有した。そして、その
後に、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒの表面に形成された
ダメージ層と、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒおよびレー
ザ共振器Ｐの端面近傍領域Ｑの表面に形成された酸化膜
２１８を除去することにより、レーザ共振器Ｐの内部領
域Ｒの再成長界面Ｕとなる上記ウェハ表面において、自
然酸化膜の形成を抑制することができる。
【０１３５】その結果、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒに
おける再成長界面Ｕでの酸素原子濃度を、レーザ共振器
Ｐの内部領域Ｒにおける酸素原子を含む半導体層界面２
１６での酸素原子濃度よりも低濃度にできる。
【０１３６】さらに、この第２実施形態では、レーザ共
振器Ｐの内部領域Ｒのウェハ表面(保護層２０７)に、ク
ラスターイオンによるイオン照射を行ってダメージ層を
形成することにより、上記レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒ
のウェハ表面における酸化膜２１８の密着性を向上させ
ることができる。そして、１回のアニール工程を行うだ
けで、上記レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒのウェハ表面に
形成された酸化膜２１８からの酸素原子の拡散を促進す
ることが可能となっている。
【０１３７】次に、この第２実施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。ま
た、比較のために、上記第１実施形態に記載の半導体レ
ーザ素子の製造方法で作製した半導体レーザ素子の特性
測定も同時に行った。
【０１３８】その結果、ＣＷ１２０ｍＷでの発振波長
(λ)は、この第２実施形態の半導体レーザ素子および第
１実施形態の半導体レーザ素子ともに７８５ｎｍであっ
た。また、この第２実施形態の半導体レーザ素子のＣＷ
１２０ｍＷでの駆動電流(Ｉｏｐ)は１４０ｍＡであり、
前記第１実施形態の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷ
での駆動電流(Ｉｏｐ)は１５０ｍＡであった。つまり、
この第２実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、
発振波長の短波長化の抑制と高出力駆動時の駆動電流の
低電流化が実現されている。
【０１３９】この発振波長の短波長化の抑制は、レーザ
共振器Ｐの内部領域ＲのＭＱＷ活性層２０３への空孔原
子の拡散が低減された効果である。また、上記駆動電流
の低電流化は、アニール回数の削減によって、ＭＱＷ活
性層２０３へのＺｎ原子等のｐ型導電性不純物の拡散が
抑制された効果である。
【０１４０】尚、この第２実施形態では、レーザ共振器
Ｐの内部領域Ｒにおける酸素原子を含む界面領域２１６
での酸素原子濃度を１×１０１８atoms／ｃｍ３とした
が、上記界面領域２１６での酸素原子濃度が、１×１０
１７atoms／ｃｍ３以上１×１０１９atoms／ｃｍ３以下
の範囲内であれば、レーザ共振器Ｐの内部における空孔
原子の活性層２０３への拡散抑制と酸素原子の基板側へ
の拡散抑制とを両立できる。その結果、レーザ共振器Ｐ
の内部領域Ｒの活性層２０３のフォトルミネッセンスの
ピーク波長の変動を抑制でき、かつ、レーザ共振器の内
部領域の活性層の結晶性劣化を抑制できる。
【０１４１】また、この第２実施形態では、酸化膜２１
８としてＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜を用いたが、自
然酸化膜,ＡｌｘＯｙ,ＳｉｘＯｙＮｚ(ｘ,ｙ,ｚは１以
上)のいずれかであれば、酸化膜２１８の下方に酸素原
子を拡散できるので、上記と同様の効果が得られる。
【０１４２】また、この第２実施形態では、誘電体膜２
１７としてＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜を用いたが、
ＳｉｘＮｙ,ＳｉｘＯｙＮｚ(ｘ,ｙ,ｚは１以上)のいず
れかであれば、誘電体膜２１７下のｐ型ＧａＡｓ保護層
２０７に空孔原子を生成することができる。したがっ
て、レーザ共振器Ｐの端面近傍領域Ｑの活性層２１３
を、レーザ共振器Ｐの内部領域Ｒの活性層(活性領域)２
０３Ａよりも実効的に禁制帯幅の広い窓領域２１３に、
効果的に形成できる。
【０１４３】また、この第２実施形態では、レーザ共振
器Ｐの内部領域Ｒのｐ型ＧａＡｓ保護層２０７へのイオ
ン照射工程において、ＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)クラ
スターイオンによるイオン照射を行っているが、Ｓｉｘ
Ｎｙ(ｘ,ｙは１以上)等の他種のクラスターイオンの照
射であっても、上記と同様の効果が得られる。
【０１４４】また、この第２実施形態では、ＡｌｘＧａ
ｙＡｓ系半導体レーザに関して記載したが、ＡｌｘＧａ
ｙＩｎｚＰ(ｘ,ｙ,ｚは０以上１以下)系半導体レーザで
あっても、同様の効果が得られる。
【０１４５】(第３の実施の形態)次に、図１２,図１３,
図１４を参照して、この発明の第３実施形態の半導体レ
ーザ素子を説明する。図１２は、上記第３実施形態の構
造を示す光出射端面を含む斜視図である。また、図１３
は、図１２のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図で
ある。また、図１４は、図１２のＩｂ−Ｉｂ'線におけ
る層厚方向の断面図である。
【０１４６】図１２に示すように、この第３実施形態の
半導体レーザ素子は、［０ １ １］または［０−１−
１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板３０１
と、この基板３０１上のｎ型ＧａｙＩｎｚＰ(ｙ,ｚは０
以上１以下；以下省略)バッファ層３０２と、このバッ
ファ層３０２上のｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ(ｘ,ｙ,ｚ
は０以上１以下；以下省略)第１クラッド層３０３を備
える。
【０１４７】また、この第３実施形態は、上記第１クラ
ッド層３０３上に、バリア層およ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)３０４と、このＭＱＷ活性層３０４
上のｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層３０５
と、この第２クラッド層３０５上のｐ型エッチングスト
ップ層３０６とを備える。
【０１４８】また、この第３実施形態は、上記ｐ型エッ
チングストップ層３０６上に、共振器方向に延在するリ
ッジストライプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３
クラッド層３０７と、この第３クラッド層３０７上のｐ
型ＧａｙＩｎｚＰ中間層３０８と、この中間層３０８上
のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９とを備える。
【０１４９】また、この第３実施形態は、リッジストラ
イプからなるｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層
３０７の側面を埋め込むように形成されたｎ型ＡｌｘＩ
ｎｚＰ(ｘ,ｚは０以上１以下；以下省略)電流ブロック
層３１０を有する。また、この第３実施形態は、上記電
流ブロック層３１０上のｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１
１と、ｐ側電極３１２と、ｎ側電極３１３とを有する。
【０１５０】また、図１３に示すように、この第３実施
形態の上記ＭＱＷ活性層３０４は、レーザ共振器Ｊの内
部ＬをなすＭＱＷ活性層３０４Ａとレーザ共振器Ｊの端
面近傍Ｋをなす窓領域３１４からなる。この窓領域３１
４のフォトルミネッセンスのピーク波長は、上記ＭＱＷ
活性層３０４Ａのフォトルミネッセンスのピーク波長よ
りも短くなっている。
【０１５１】また、この第３実施形態は、ｐ型ＧａＡｓ
保護層３０９上に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブ
ロック層３１０からなる電流非注入領域３１５と、ｐ型
ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７と、ｐ型Ｇ
ａｙＩｎｚＰ中間層３０８と、ｐ型ＧａＡｓ保護層３０
９からなるストライプ状のリッジ３１６を備える。ま
た、図１４に示すように、この第３実施形態は、酸素原
子を含む界面領域(酸素原子を含む半導体層界面)３１７
を備える。
【０１５２】(製造方法)次に、図１５,図１６,図１７を
順に参照して、上記第３実施形態の半導体レーザ素子の
製造方法を説明しつつ、上記第３実施形態の半導体レー
ザ素子の構造をより詳細に説明する。
【０１５３】まず、図１５(ａ)に示すように、［０ １
１］または［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ
型ＧａＡｓ基板３０１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３０
２、ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層３０３、
ＭＱＷ活性層３０４、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２ク
ラッド層３０５、ｐ型エッチングストップ層３０６、ｐ
型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７、ｐ型Ｇ
ａｙＩｎｚＰ中間層３０８、ｐ型ＧａＡｓ保護層３０９
をエピタキシャル成長させる。
【０１５４】上記エピタキシャル成長直後のウェハの一
部について、ＭＱＷ活性層３０４の波長をＰＬ法にて測
定した結果、６４０ｎｍであった。
【０１５５】その後、図１５(ｂ)に示すように、レーザ
共振器Ｊの端面近傍領域Ｋのｐ型ＧａＡｓ保護層３０９
の表面に、プラズマＣＶＤ法とフォトリソグラフィー法
によって、リッジストライプ３１６と直交する方向に幅
４０μｍのストライプ状に、保護膜であるＳｉｘＮｙ
(ｘ,ｙは１以上)膜３１８を形成する。なお、このスト
ライプ３１６のピッチは、共振器長と同じ８００μｍと
した。また、上記保護膜であるＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以
上)膜３１８は、イオン照射によるダメージが無いよう
に、レーザ共振器Ｊの端面近傍領域Ｋをなすｐ型ＧａＡ
ｓ保護層３０９の表面に形成されている。
【０１５６】次に、レーザ共振器Ｊの内部領域Ｌをなす
ｐ型ＧａＡｓ保護層３０９の表面に、ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙ
は１以上)クラスターイオンによるイオン照射を行うこ
とにより、レーザ共振器Ｊの内部領域Ｌのｐ型ＧａＡｓ
保護層３０９の表面にダメージ層を形成し、その後、保
護膜であるＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)膜３１８を除去
する。
【０１５７】次に、図１５(ｃ)に示すように、ｐ型Ｇａ
Ａｓ保護層３０９の表面に、誘電体膜であり酸化膜であ
るＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜３１９を形成し、その
後、アニールによって、レーザ共振器Ｊの内部領域Ｌで
は、ｐ型ＧａＡｓ保護層３０９の表面に形成された酸化
膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜３１９から基板
側に酸素原子を拡散させる。これによって、ｐ型Ａｌｘ
ＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７／ｐ型ＧａｙＩｎ
ｚＰ中間層３０８界面に酸素原子を含む界面領域３１７
を形成させる。かつ、レーザ共振器Ｊの端面近傍領域Ｋ
では、誘電体膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜３
１９直下のＭＱＷ活性層(窓領域)３１４のＰＬのピーク
波長をレーザ共振器Ｊの内部領域ＬのＭＱＷ活性層(活
性領域)３０４ＡのＰＬのピーク波長よりも短くさせ
る。
【０１５８】上記のＲＴＡ(ラピッド・サーマル・アニ
ール)法によるアニール後のウェハの一部を、ＰＬ(フォ
トルミネッセンス)法によって、レーザ共振器Ｊの端面
近傍ＫのＭＱＷ活性層(窓領域)３１４とレーザ共振器Ｊ
の内部領域ＬのＭＱＷ活性層(活性領域)３０４Ａのそれ
ぞれの波長を測定した。その結果、窓領域３１４の波長
は６１０ｎｍであり、活性領域３０４の波長は６４０ｎ
ｍであった。つまり、窓領域３１４からの発光スペクト
ルは、活性領域３０４Ａからの発光スペクトルよりも３
０ｎｍだけ短波長側に波長シフトしていた。また、活性
領域３０４ＡのＰＬのピーク波長は、アニール前後で同
じＰＬピーク波長であった。
【０１５９】この第３実施形態では、レーザ共振器Ｊの
内部領域Ｌのウェハ表面にダメージ層を形成してから、
ウェハ全面に、誘電体膜であり酸化膜であるＳｉｘＯｙ
(ｘ,ｙは１以上)膜３１９を形成した場合である。この
場合でも、レーザ共振器Ｊの端面近傍領域Ｋの上記活性
層３１４のフォトルミネッセンスのピーク波長が、レー
ザ共振器Ｊの内部領域Ｌの活性層３０４Ａのフォトルミ
ネッセンスのピーク波長よりも短く、かつ、レーザ共振
器Ｊの内部領域Ｌの活性層３０４Ａのフォトルミネッセ
ンスのピーク波長の変動が抑制された半導体レーザ素子
が得られた。
【０１６０】また、上記ＲＴＡ法によるアニール後のウ
ェハの一部を、２次イオン質量分析装置(ＳＩＭＳ)で酸
素原子の深さ方向分布を測定した結果、レーザ共振器Ｊ
の内部領域Ｌでは、図１３,図１４に示すように、ｐ型
ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７とｐ型Ｇａ
ｙＩｎｚＰ中間層３０８の間に、７×１０１７atoms／
ｃｍ３の酸素原子を含む半導体層界面３１７が形成され
ていた。一方、レーザ共振器Ｊの端面近傍領域Ｋでは酸
素原子を含む界面領域は形成されていなかった。
【０１６１】このことから、酸素原子を含む半導体層界
面３１７をレーザ共振器Ｊの内部領域Ｌのみに形成で
き、Ａｌ原子を含む半導体層であるｐ型ＡｌｘＧａｙＩ
ｎｚＰ第３クラッド層３０７とＡｌ原子を含まない半導
体層であるｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層３０８に挟まれて
なる、酸素原子を含む半導体層界面３１７を形成でき
た。
【０１６２】次に、ｐ型ＧａＡｓ保護層３０９の表面に
形成された、誘電体膜であり酸化膜であるＳｉｘＯｙ
(ｘ,ｙは１以上)膜３１９、および、レーザ共振器Ｊの
内部領域Ｌのウェハ表面に形成されたダメージ層を除去
し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型Ｇ
ａＡｓ保護層３０９上に［０−１ １］または［０ １−
１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク３２０
を形成する。そして、図１６(ｄ)に示すように、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３
０６に到達するまでエッチングして、ｐ型ＧａＡｓ保護
層３０９とｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層３０８とｐ型Ａｌ
ｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７を、［０−１
１］または［０ １−１］方向に伸びた約３μｍ幅のス
トライプ状のリッジ３１６に加工する。
【０１６３】その後、図１６(ｅ)に示すように、ｐ型Ｇ
ａＡｓ保護層３０９上に形成されたストライプ状のレジ
ストマスク３２０を除去し、２回目のＭＢＥ法によっ
て、ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層３０７、
ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層３０８、ｐ型ＧａＡｓ保護層
３０９からなるリッジ３１６の側面をｎ型ＡｌｘＩｎｚ
Ｐ電流ブロック層３１０で埋め込む。
【０１６４】次に、公知のフォトリソグラフィー技術を
用いて、リッジ３１６の側面に形成されたｎ型ＡｌｘＩ
ｎｚＰ電流ブロック層３１０、および、リッジ３１６上
に形成されたｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層３１０
の幅４０μｍのストライプ状のレーザ共振器Ｊの端面近
傍領域Ｋにレジストマスク３２１を形成する。そして、
図１６(ｆ)に示すように、公知のエッチング技術を用い
て、このレジストマスク３２１の開口部３２１Ａに対向
するｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層３１０を選択的
に除去する。
【０１６５】その後、図１７(ｇ)に示すように、ｎ型Ａ
ｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層３１０上に形成されたレジ
ストマスク３２１を除去し、３回目のＭＢＥ法でｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層３１１を形成する。さらに、上面に
はｐ電極３１２、下面にはｎ電極３１３を形成する。
【０１６６】次に、４０μｍ幅のレーザ共振器Ｊの端面
近傍領域Ｋ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、このバーの両側
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Ｊの端
面部に約２０μｍの窓領域３１４および電流非注入領域
３１５を有した素子が作製される。
【０１６７】次に、この第３実施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。ま
た、比較のために、この第３実施形態の半導体レーザ素
子の製造方法において、レーザ共振器Ｊの内部領域Ｌに
酸素原子を含む界面領域３１７を有さない製造方法を用
いた半導体レーザ素子の特性測定も同時に行った。
【０１６８】その結果、この第３実施形態の半導体レー
ザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長(λ)は６６０ｎｍで
あり、比較例の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発
振波長(λ)は６５５ｎｍであった。また、この第３実施
形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流
(Ｉｏｐ)は１１０ｍＡであり、比較例の半導体レーザ素
子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流(Ｉｏｐ)は１３０ｍＡで
あった。つまり、この第３実施形態の半導体レーザ素子
の製造方法では、発振波長の短波長化の抑制と駆動電流
の低電流化を実現できた。
【０１６９】また、この第３実施形態では、レーザ共振
器Ｊの内部領域Ｌにおける酸素原子を含む界面領域３１
７での酸素原子濃度を７×１０１７atoms／ｃｍ３とし
たが、上記界面領域３１７での酸素原子濃度が、１×１
０１７atoms／ｃｍ３以上１×１０１９atoms／ｃｍ３以
下の範囲内であればよい。この範囲内であれば、レーザ
共振器Ｊの内部Ｌにおける活性層３０４Ａへの空孔原子
の拡散を抑制することと、酸素原子が基板側へ拡散する
のを抑制することとを両立できる。その結果、レーザ共
振器Ｊの内部領域Ｌをなす活性層３０４Ａのフォトルミ
ネッセンスのピーク波長の変動を抑制でき、かつ、レー
ザ共振器Ｊの内部領域Ｌをなす活性層３０４Ａの結晶性
劣化を抑制できる。
【０１７０】また、この第３実施形態では、誘電体膜で
あり酸化膜であるＳｉｘＯｙ(ｘ,ｙは１以上)膜３１９
を用いたが、ＡｌｘＯｙ,ＳｉｘＯｙＮｚ(ｘ,ｙ,ｚは１
以上)のいずれかであれば、レーザ共振器の内部領域の
下方に酸素原子を拡散でき、かつ、レーザ共振器の端面
近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９に空孔原子を生成
させることができる。したがって、レーザ共振器Ｊの内
部領域Ｌの活性層(活性領域)３０４Ａよりも、実効的に
禁制帯幅の広い窓領域３１４を、レーザ共振器Ｊの端面
近傍領域Ｋに、効果的に形成できる。
【０１７１】また、この第３実施形態では、レーザ共振
器Ｊの内部領域Ｌのｐ型ＧａＡｓ保護層３０９へのイオ
ン照射工程において、ＳｉｘＮｙ(ｘ,ｙは１以上)クラ
スターイオンによるイオン照射を行っているが、Ｓｉｘ
Ｏｙ(ｘ,ｙは１以上)等の他種のクラスターイオンの照
射であっても、上記と同様の効果が得られる。
【０１７２】また、この第３実施形態では、ＡｌｘＧａ
ｙＩｎｚＰ(ｘ,ｙ,ｚは０以上１以下)系半導体レーザに
関して記載したが、ＡｌｘＧａｙＡｓ(ｘ,ｙは０以上１
以下)系半導体レーザであっても、同様の効果が得られ
る。
【０１７３】
【発明の効果】以上説明した通り、この発明では、半導
体基板の上方に活性層を備え、上記活性層の上方に複数
の半導体層が積層された半導体レーザ素子において、酸
素原子を含む半導体層界面が少なくともレーザ共振器の
内部領域の上記活性層の上方に存在し、かつ、レーザ共
振器の端面近傍領域の上記活性層のフォトルミネッセン
スのピーク波長が、レーザ共振器の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も短くなってい
る。
【０１７４】したがって、レーザ共振器の内部領域で
は、酸素原子を含む半導体界面の上方および近傍に生成
された、結晶欠陥の一つである空孔原子が、酸素原子を
含む半導体界面にて捕獲され、上記空孔原子が活性層へ
拡散することが抑制される。したがって、レーザ共振器
の内部領域をなす活性層のフォトルミネッセンスのピー
ク波長の変動を抑制でき、かつ、レーザ共振器の内部領
域をなす活性層の結晶性劣化を抑制できる。また、レー
ザ共振器の端面近傍領域をなす活性層では、レーザ光の
吸収が無い窓領域が形成されることにより、レーザ共振
器の端面近傍領域をなす活性層におけるＣＯＤを抑制で
きる。これにより、高出力駆動における長期信頼性に優
れ、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得ることが
できる。
【０１７５】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、上記酸素原子を含む半導体層界面は、再
成長界面の下方に存在しているので、自然酸化膜の影響
を受けない。このため、上記酸素原子を含む半導体層界
面での酸素原子濃度の制御が可能となり、高出力駆動に
おける長期信頼性に優れ、ＣＯＤフリーである半導体レ
ーザ素子を歩留まり良く得ることができる。
【０１７６】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、レーザ共振器の内部領域における上記半
導体層界面での酸素原子濃度が、レーザ共振器の端面近
傍領域における上記半導体層界面での酸素原子濃度より
高濃度である。したがって、レーザ共振器の端面近傍領
域で形成された空孔原子が阻害されることなく、活性層
へ拡散させることが可能となる。これにより、活性層の
レーザ共振器の端面近傍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の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も短くすることが十分
に可能となる。これにより、レーザ共振器の端面近傍領
域の活性層でのＣＯＤを抑制できるので、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が得られ
る。
【０１７７】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、レーザ共振器の内部領域における上記半
導体層界面での酸素原子濃度が、１×１０１７atoms／
ｃｍ ３以上かつ１×１０１９atoms／ｃｍ３以下である
ので、レーザ共振器の内部における活性層へ空孔原子が
拡散することを抑制するのが可能となり、かつ、酸素原
子が基板側へ拡散するのを抑制することが可能となる。
その結果、レーザ共振器の内部領域をなす活性層のフォ
トルミネッセンスのピーク波長の変動を抑制でき、か
つ、レーザ共振器の内部領域をなす活性層の結晶性劣化
を抑制できる。したがって、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が得られる。
【０１７８】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、レーザ共振器の内部領域における再成長
界面での酸素原子濃度が、レーザ共振器の内部領域にお
ける酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子濃度より
低濃度である。したがって、上記再成長界面近傍におい
て、酸素原子の混入によるキャリアの低下を抑制でき、
高出力駆動時の抵抗増加を抑制でき、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ることがで
きる。
【０１７９】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、上記酸素原子を含む半導体層界面は、Ａ
ｌ原子を含む半導体層とＡｌ原子を含まない半導体層に
挟まれてなり、かつ、上記Ａｌ原子を含む半導体層は、
上記Ａｌ原子を含まない半導体層の下方に位置してい
る。この構成により、上記酸素原子を含む半導体層界面
に存在する酸素原子が活性層へ拡散するのを抑制でき、
活性層での結晶劣化を防止できるので、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。
【０１８０】また、一実施形態の半導体レーザ素子で
は、第一導電型の半導体基板上に少なくとも、第一導電
型クラッド層、多重量子井戸構造を有する活性層、第二
導電型下部クラッド層、レーザ共振器が延在している長
さ方向に延在するリッジ状のストライプを有する第二導
電型上部クラッド層とを備え、上記第二導電型上部クラ
ッド層の上方に、酸素原子を含む半導体層界面が形成さ
れている。この構成によれば、レーザ共振器の内部領域
において、結晶欠陥が析出する上記酸素原子を含む半導
体層界面を活性層から離れた位置に形成されている。そ
の結果、高出力駆動中に発生する結晶欠陥を起点とした
欠陥増殖による活性層への悪影響を低減できるので、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。
【０１８１】また、一実施形態では、上記半導体レーザ
素子において、上記第二導電型上部クラッド層は、Ａｌ
原子を含む半導体層であり、上記第二導電型上部クラッ
ド層の上方には、Ａｌ原子を含まない半導体層を備えて
おり、かつ、上記酸素原子を含む半導体層界面は、第二
導電型上部クラッド層とＡｌ原子を含まない半導体層に
挟まれている。この構成によれば、上記酸素原子を含む
半導体層界面に存在する酸素原子が基板側へ拡散するこ
とを抑制できる。したがって、電流通路となるリッジ状
のストライプを有する第二導電型上部クラッド層での酸
素原子の混入を抑制することが可能となり、高出力駆動
時の抵抗増加を抑制した、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。
【０１８２】さらに、一実施形態では、第一導電型の半
導体基板上に、少なくとも、第一導電型クラッド層、多
重量子井戸構造を有する活性層、第二導電型下部クラッ
ド層、第二導電型上部クラッド層を含む各層をエピタキ
シャル成長させる工程と、上記エピタキシャル成長され
たウェハのレーザ共振器の内部領域において、上記第二
導電型上部クラッド層の上方に、酸素原子を含む半導体
層界面を形成する工程と、上記ウェハの上記活性層のう
ちの上記レーザ共振器の端面近傍領域のフォトルミネッ
センスのピーク波長を、レーザ共振器の内部領域の活性
層のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも短くする
工程とを備えている。この構成によれば、レーザ共振器
の内部領域における活性層への空孔原子の拡散抑制と、
レーザ共振器の端面近傍領域における活性層への空孔原
子の拡散促進とを両立できる。
【０１８３】その結果、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歩留
まり良く得られる効果がある。
【０１８４】また、一実施形態では、酸素原子を含む半
導体層界面をレーザ共振器の内部領域のみに形成でき、
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
子を歩留まり良く得られる効果がある。
【０１８５】また、一実施形態では、レーザ共振器の内
部領域における再成長界面での酸素原子濃度をレーザ共
振器の内部領域における酸素原子を含む半導体層界面で
の酸素原子濃度より低濃度にすることが可能となる。
【０１８６】その結果、再成長界面近傍において、酸素
原子の混入によるキャリアの低下を抑制することがで
き、高出力駆動時の抵抗増加を抑制でき、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歩留まり
良く得られる。
【０１８７】また、一実施形態では、誘電体膜直下のエ
ピタキシャル成長させたウェハ表面からＧａ原子等が誘
電体膜中に吸い上げられ、エピタキシャル成長させたウ
ェハ内部に空孔原子が生成され、上記空孔原子の拡散を
促進することができる。その結果、高出力駆動における
長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ
素子を歩留まり良く得られる。
【０１８８】また、一実施形態では、工程の簡略化がで
き、レーザ共振器の内部領域をなす活性層へ空孔原子が
拡散することの抑制と、レーザ共振器の端面近傍領域を
なす活性層へ空孔原子が拡散することの促進とを両立で
きる。
【０１８９】その結果、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歩留ま
り良く得られる効果がある。
【０１９０】また、一実施形態では、レーザ共振器の内
部領域における再成長界面での酸素原子濃度をレーザ共
振器の内部領域における酸素原子を含む半導体層界面で
の酸素原子濃度より低濃度にすることが可能となる。
【０１９１】その結果、再成長界面近傍において、酸素
原子の混入によるキャリアの低下を抑制でき、高出力駆
動時の抵抗増加を抑制でき、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歩留まり良く得られる
効果がある。
【０１９２】また、一実施形態では、ウェハ表面からの
酸素原子の拡散が容易にできるのである。その理由は、
Ａｌ原子を含まない半導体層からなる保護層において、
酸素原子の拡散速度が非常に速いからである。その結
果、レーザ共振器の内部領域における酸素原子を含む半
導体層界面での酸素原子濃度を高濃度にできるので、半
導体レーザ素子を歩留まり良く得られる。
【０１９３】また、一実施形態では、上記ウェハのレー
ザ共振器の内部領域の表面における酸化膜の密着性を向
上させることができる。その結果、上記ウェハのレーザ
共振器の内部領域の表面に形成された酸化膜からの酸素
原子の拡散を促進することが可能となり、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歩留まり
良く得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施形態の半導体レーザ素
子の構造を示す斜視図である。
【図２】 図１のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面
図である。
【図３】 図１のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断
面図である。
【図４】 図４(ａ)〜図４(ｃ)は、上記第１実施形態の
半導体レーザ素子の製造工程を順に示す斜視図である。
【図５】 図５(ｄ)〜図５(ｆ)は、上記第１実施形態の
半導体レーザ素子の製造工程(図４の後の工程)を順に示
す斜視図である。
【図６】 図６(ｇ),図６(ｈ)は、上記第１実施形態の
半導体レーザ素子の製造工程(図５の後の工程)を順に示
す斜視図である。
【図７】 この第１実施形態の半導体レーザ素子のリッ
ジストライプ部におけるレーザ共振器の内部領域での酸
素原子の深さ方向分布を示す図である。
【図８】 この第１実施形態の半導体レーザ素子のリッ
ジストライプ部におけるレーザ共振器の端面近傍領域で
の酸素原子の深さ方向分布を示す図である。
【図９】 図９(ａ)〜図９(ｃ)は、この発明の第２実施
形態である半導体レーザ素子の製造方法を順に示す斜視
図である。
【図１０】 図１０(ｄ)〜図１０(ｆ)は、上記第２実施
形態である半導体レーザ素子の製造方法(図９の後の工
程)を順に示す斜視図である。
【図１１】 図１１(ｇ)は、上記第２実施形態の半導体
レーザ素子の製造工程(図１０の後の工程)を示す斜視図
である。
【図１２】 この発明の第３実施形態である半導体レー
ザ素子の構造を示す光出射端面を含む斜視図である。
【図１３】 図１２のＩａ−Ｉａ'線における導波路の
断面図である。
【図１４】 図１２のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向
の断面図である。
【図１５】 図１５(ａ)〜図１５(ｃ)は、この発明の第
３実施形態である半導体レーザ素子の製造工程を順に示
す斜視図である。
【図１６】 図１６(ｄ)〜図１６(ｆ)は、上記第３実施
形態である半導体レーザ素子の製造工程(図１５の後の
工程)を順に示す斜視図である。
【図１７】 図１７(ｇ)は、上記第３実施形態である半
導体レーザ素子の製造工程(図１６の後の工程)を示す斜
視図である。
【図１８】 従来技術の半導体レーザ素子のレーザ共振
器端面１０２０を含む斜視図である。
【図１９】 図１９は図１８のＩｂ−Ｉｂ'線における
層厚方向の断面図である。
【図２０】 図２０は図１８のＩａ−Ｉａ'線における
導波路の断面図である。
【図２１】 図２１(ａ)〜図２１(ｄ)は、上記従来技術
の半導体レーザ素子の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１０１,２０１,１００１…ｎ型ＧａＡｓ基板、 ３０１…［０ １ １］または［０−１−１］方向に１５
度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板、 ３０２…ｎ型ＧａｙＩｎｚＰバッファ層、 １０２,２０２…ｎ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第１クラッド
層、 ３０３…ｎ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第１クラッド層、 １０３,２０３,３０４…バリア層およびウェル層が交互
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)、 １０４,２０４…ｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第２クラッド
層、 ３０５…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第２クラッド層、 １０５,２０５,３０６…ｐ型エッチングストップ層、 １０６,２０６…ｐ型ＡｌｘＧａｙＡｓ第３クラッド
層、 ３０７…ｐ型ＡｌｘＧａｙＩｎｚＰ第３クラッド層、 ３０８…ｐ型ＧａｙＩｎｚＰ中間層、 １０７,２０７,３０９…ｐ型ＧａＡｓ保護層、 １０８,２０８…ｎ型ＡｌｘＧａｙＡｓ電流ブロック
層、 ３１０…ｎ型ＡｌｘＩｎｚＰ電流ブロック層、 １０９,２０９…ｐ型ＧａＡｓ平坦化層、 １１０,２１０,３１１…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、 １１１,２１１,３１２…ｐ型電極、 １１２,２１２,３１３…ｎ型電極、 １１３,２１３,３１４…窓領域、 １１４,２１４,３１５…電流非注入領域、 １１５,２１５,３１６…ストライプ状のリッジ、 １１６,２１６,３１７…酸素原子を含む界面領域、 １１７,３１８…保護膜、 １１８,２１８,３１９…酸化膜、 １１９,２１７…誘電体膜、 １２０,１２１,２１９,２２０,３２０,３２１…レジス
トマスク、 １００２…ｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層、 １００３…量子井戸活性層、 １００３ａ…量子井戸活性層のレーザ発振に寄与する領
域、 １００３ｂ…量子井戸活性層のレーザ共振器の端面近傍
に形成された窓構造領域、 １００４ａ…ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層、 １００４ｂ…ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層、 １００６…空孔拡散領域、 １００７…プロトン注入領域、 １０１０…ＳｉＯ２膜、 １０２０…レーザ共振器端面。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の上方に活性層を備え、上記
    活性層の上方に複数の半導体層が積層された半導体レー
    ザ素子において、 上記活性層のうち、少なくともレーザ共振器の内部領域
    の上方に、酸素原子を含む半導体層界面を有し、 上記活性層のうち、上記レーザ共振器の端面近傍領域の
    フォトルミネッセンスのピーク波長が、上記活性層の上
    記内部領域のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも
    短くなっていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
    いて、 上記活性層の上記端面近傍領域に、空孔原子を拡散させ
    ることによって、上記活性層の上記端面近傍領域のフォ
    トルミネッセンスのピーク波長が、上記活性層の上記内
    部領域のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも短く
    なっていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体レーザ
    素子において、 上記酸素原子を含む半導体層界面は、再成長界面の下方
    に存在していることを特徴とする半導体レーザ素子。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
    半導体レーザ素子において、 上記レーザ共振器の内部領域における上記半導体層界面
    での酸素原子濃度が、上記レーザ共振器の端面近傍領域
    における上記半導体層界面での酸素原子濃度よりも高濃
    度であることを特徴とする半導体レーザ素子。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
    半導体レーザ素子において、 上記レーザ共振器の内部領域における上記半導体層界面
    での酸素原子濃度が、１×１０１７atoms／ｃｍ３以
    上、かつ、１×１０１９atoms／ｃｍ３以下であること
    を特徴とする半導体レーザ素子。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の
    半導体レーザ素子において、 上記レーザ共振器の内部領域における再成長界面での酸
    素原子濃度が、上記レーザ共振器の内部領域における上
    記酸素原子を含む半導体層界面での酸素原子濃度よりも
    低濃度であることを特徴とする半導体レーザ素子。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
    半導体レーザ素子において、 上記酸素原子を含む半導体層界面は、Ａｌ原子を含む半
    導体層とＡｌ原子を含まない半導体層とに挟まれてお
    り、かつ、上記Ａｌ原子を含む半導体層は、上記Ａｌ原
    子を含まない半導体層の下方に位置していることを特徴
    とする半導体レーザ素子。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の
    半導体レーザ素子において、 第一導電型の半導体基板上に少なくとも、第一導電型ク
    ラッド層と、多重量子井戸構造を有する活性層と、第二
    導電型下部クラッド層と、上記レーザ共振器の長さ方向
    に延在するリッジ状のストライプを有する第二導電型上
    部クラッド層とを備え、 上記第二導電型上部クラッド層の上方に、酸素原子を含
    む半導体層界面が形成されていることを特徴とする半導
    体レーザ素子。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の半導体レーザ素子にお
    いて、 上記第二導電型上部クラッド層は、Ａｌ原子を含む半導
    体層であり、 上記第二導電型上部クラッド層の上方には、Ａｌ原子を
    含まない半導体層を備え、かつ、上記酸素原子を含む半
    導体層界面は、上記第二導電型上部クラッド層と上記Ａ
    ｌ原子を含まない半導体層とに挟まれていることを特徴
    とする半導体レーザ素子。
  10. 【請求項１０】 第一導電型の半導体基板上に、少なく
    とも、第一導電型クラッド層と、多重量子井戸構造を有
    する活性層と、第二導電型下部クラッド層と、第二導電
    型上部クラッド層とを含む各層をエピタキシャル成長さ
    せる工程と、 上記エピタキシャル成長されたウェハのレーザ共振器の
    内部領域において、上記第二導電型上部クラッド層の上
    方に、酸素原子を含む半導体層界面を形成する工程と、 上記ウェハの上記活性層のうちの上記レーザ共振器の端
    面近傍領域のフォトルミネッセンスのピーク波長を、上
    記レーザ共振器の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も短くする工程とを備えたことを
    特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体レーザ素子
    の製造方法において、 上記エピタキシャル成長されたウェハのレーザ共振器の
    内部領域において、上記第二導電型上部クラッド層の上
    方に、酸素原子を含む半導体層界面を形成する工程で
    は、 上記ウェハのレーザ共振器の内部領域の表面にダメージ
    層を形成する工程と、 上記ウェハのレーザ共振器の内部領域の表面に酸化膜を
    形成する工程と、 上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下方に酸素原
    子を拡散させる工程とを含むことを特徴とする半導体レ
    ーザ素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の半導体レーザ素子
    の製造方法において、 上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下方に酸素原
    子を拡散させる工程の後、上記ウェハの上記レーザ共振
    器の内部領域の表面に形成されたダメージ層と酸化膜を
    除去する工程をさらに含むことを特徴とする半導体レー
    ザ素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１０乃至１２のいずれかに記載
    の半導体レーザ素子の製造方法において、 上記ウェハの上記活性層のうちの上記レーザ共振器の端
    面近傍領域のフォトルミネッセンスのピーク波長を、上
    記レーザ共振器の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も短くする工程は、 上記ウェハのレーザ共振器の端面近傍領域に誘電体膜を
    形成する工程と、 上記ウェハをアニールして、上記誘電体膜下に空孔を生
    成するとともに、上記空孔を上記活性層に達するまで拡
    散させ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。
  14. 【請求項１４】 第一導電型の半導体基板上に、少なく
    とも、第一導電型クラッド層と、多重量子井戸構造を有
    する活性層と、第二導電型下部クラッド層と、第二導電
    型上部クラッド層とを含む各層をエピタキシャル成長さ
    せる工程と、 上記エピタキシャル成長されたウェハのレーザ共振器の
    内部領域の表面にダメージ層を形成する工程と、 上記ウェハの上記レーザ共振器の内部領域および上記レ
    ーザ共振器の端面近傍領域の表面に酸化膜を形成する工
    程と、 上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下方に酸素原
    子を拡散させ、かつ、上記ウェハの上記活性層のうちの
    上記レーザ共振器の端面近傍領域のフォトルミネッセン
    スのピーク波長を上記活性層のうちの上記レーザ共振器
    の内部領域のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも
    短くする工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザ
    素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の半導体レーザ素子
    の製造方法において、 上記ウェハをアニールして、上記酸化膜の下方に酸素原
    子を拡散させ、かつ、上記ウェハの上記活性層のうちの
    上記レーザ共振器の端面近傍領域のフォトルミネッセン
    スのピーク波長を上記活性層のうちの上記レーザ共振器
    の内部領域のフォトルミネッセンスのピーク波長よりも
    短くする工程の後、 上記ウェハの上記レーザ共振器の内部領域の表面に形成
    されたダメージ層と、上記ウェハの上記レーザ共振器の
    内部領域および上記レーザ共振器の端面近傍領域の表面
    に形成された酸化膜を除去する工程をさらに含むことを
    特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１０乃至１５のいずれか１つに
    記載の半導体レーザ素子の製造方法において、 上記第一導電型の半導体基板上に、少なくとも、第一導
    電型クラッド層と、多重量子井戸構造を有する活性層
    と、第二導電型下部クラッド層と、第二導電型上部クラ
    ッド層とを含む各層をエピタキシャル成長させる工程に
    おいて、 上記第二導電型上部クラッド層の上に、Ａｌ原子を含ま
    ない半導体層からなる保護層が形成され、上記エピタキ
    シャル成長されたウェハの表面は、上記保護層からなる
    ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
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