JP4102554B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク用などに用いられる半導体レーザ素子及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及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プレーヤ、ＣＤ−Ｒ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、前記光出射端面近傍としてのレーザ共振器端面近傍の活性層領域での光出力密度の増加に伴い発生する光学損傷（ＣＯＤ；Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）である。
【０００４】
前記ＣＯＤの発生原因は、レーザ共振器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。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、レーザ共振器端面近傍の活性層領域は吸収領域になる。
【０００５】
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が縮小する。その結果、更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。
【０００６】
前記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９−２３０３７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。
【０００７】
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図を図１２に示す。
【０００８】
図１２において、（ａ）はレーザ共振器端面を含む斜視図、（ｂ）は図（ａ）のＩａ−Ｉａ’線における導波路の断面図、（ｃ）は図（ａ）のＩｂ−Ｉｂ’線における層厚方向の断面図である。図１２において、１００1はＧａＡｓ基板、１００2はｎ型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層、１００３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、１００６(斜線部)は空孔拡散領域、１００７(斜線部)はプロトン注入領域、１００８はｎ側電極、１００９はｐ側電極、１０２０はレーザ共振器端面、１００３aは量子井戸活性層１００３のレーザ発振に寄与する領域、１００３bは量子井戸活性層１００３のレーザ共振器端面１０２０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１３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ＡｌＧａＡｓ下クラッド層１００２、量子井戸活性層１００３、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１３（ａ））。次にｐ型ＡｌＧａＡｓ第1上クラッド層１００４a表面上にＳｉＯ₂膜１０１０を形成し、レーザ共振器端面に達しない長さで、レーザ共振器方向に伸びるストライプ状の開口部１０１０aを形成する（図１３（ｂ））。次にこのウエハをＡｓ雰囲気下、８００℃以上の温度でアニールすると、ＳｉＯ₂膜１０１０が接するｐ型ＡｌＧａＡｓ第1上クラッド層１００４a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空孔が生成し、この空孔が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ため、発振レーザ光に対し透明な窓として機能する。
【００１１】
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ＡｌＧａＡｓ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１３（ｃ））。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前記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。次にこのストライプ状のレジスト１０１１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１３（ｄ））。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、ウエハをへき開して図１２の半導体レーザ素子を得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窓構造半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍に形成された無秩序化領域において、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なるように、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第1上クラッド層１００４a表面上にＳｉＯ₂膜１０１０を形成し、前記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、及び、量子井戸活性層１００３へのＧａ空孔の拡散を行っている。
【００１３】
前記Ｇａ空孔の生成および拡散は、ＳｉＯ₂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１０１０で覆われていない領域（レーザ共振器内部領域）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１００３へＧａ空孔が拡散する。
【００１４】
その結果、レーザ共振器内部領域での量子井戸活性層のバンドギャップの変動、及び、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。
また、アニール温度を低くするか、或いは、アニール時間を短くすれば、レーザ共振器内部領域下での量子井戸活性層１００３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、及び、ＳｉＯ₂膜１０１０で覆われている領域下での量子井戸活性層１００３への空孔原子の拡散が不十分となり、レーザ共振器端面近傍領域においてレーザ光を吸収してしまう。
【００１５】
その結果、レーザ共振器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。
【００１６】
そこで、この発明の目的は、レーザ共振器内部領域での活性層のバンドギャップの変動を抑制し、且つ、長期信頼性に優れた半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の発明は、
半導体基板上方に積層されたウエル層とバリア層とを含む量子井戸活性層を備えると共に、電流が注入されない光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長が、電流が注入される内部領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さい半導体レーザ素子において、
前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層は、空孔原子が拡散されて成る空孔原子拡散型の窓領域で構成されており、
前記光出射端面近傍領域および前記内部領域における量子井戸活性層を含む前記量子井戸活性層全体のウエル層とバリア層との各層にはII族原子が含まれている
ことを特徴としている。
【００１８】
前記構成によれば、光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長は、内部領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくなっている。このことは、前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のバンドギャップは、内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップよりも大きいと言える。
【００１９】
ところで、上述のような前記光出射端面近傍領域におけるバンドギャップの向上は、例えば、ＳｉＯ_２が形成されたクラッド層での空孔原子の生成及び量子井戸活性層への拡散によって行われるのであるが、アニール等によって、ＳｉＯ_２が形成されていない内部領域のクラッド層表面にも空孔原子が少量ではあるが生成される。そして、この空孔原子が内部領域における量子井戸活性層へ拡散することになる。ところが、前記量子井戸活性層のウエル層とバリア層の各層にはII族原子が含まれている。したがって、内部領域における量子井戸活性層へ空孔原子が拡散しても、量子井戸活性層内に存在するII族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動が抑制され、且つ、結晶性の劣化が抑制されるのである。
【００２０】
これに対して、前記光出射端面近傍領域におけるクラッド層においては、ＳｉＯ_２が形成されているためII族原子と補完し合う以上の空孔原子が生成される。従って、量子井戸活性層へ拡散した空孔原子によって前記量子井戸活性層が無秩序化されるのである。したがって、量子井戸活性層ではバンドギャップが大きくなり、レーザ光の吸収が無い窓領域が形成される。したがって、前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層でのＣＯＤが抑制されるのである。
【００２１】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記量子井戸活性層を挟む２層のクラッド層を備えると共に、前記II族原子は前記クラッド層に含まれた不純物原子と同一としている。
【００２２】
前記量子井戸活性層のウエル層とバリア層の各層に含まれるII族原子は、アニール等によって、前記量子井戸活性層を挟むクラッド層からの拡散によって供給することが可能になる。
【００２３】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記ウエル層に含まれるII族原子の濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上且つ１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である。
【００２４】
この実施例によれば、前記ウェル層のII族原子の濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上且つ１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であるので、II族原子の拡散によるｐ‐ｎ接合位置の半導体基板側に在るクラッド層側への移動が阻止される。その結果、前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制され、高出力時の駆動電流が低減された半導体レーザ素子が得られる。
【００２５】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記量子井戸活性層を挟む２層のクラッド層のうち、前記量子井戸活性層を前記半導体基板側から挟む第１のクラッド層にはＳｉ原子が含まれている。
【００２６】
この実施例によれば、前記量子井戸活性層を前記半導体基板側から挟む第１のクラッド層にはＳｉ原子が含まれているので、III族原子位置に存在し易いII族原子が前記第１のクラッド層側へ拡散することが抑制される。したがって、高出力時の駆動電流が低減されて、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。
【００２７】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記量子井戸活性層を前記半導体基板側とは反対側から挟む第２のクラッド層は、前記II族原子を含んでいる。
【００２８】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、共振方向に延在して前記量子井戸活性層を前記半導体基板側とは反対側から挟む第２のクラッド層に形成されたリッジ状ストライプ構造を有すると共に、前記リッジ状ストライプ構造の上方には、選択的に電流非注入領域が形成されている。
【００２９】
この実施例によれば、前記第２のクラッド層に形成されたリッジ状ストライプ構造の上方における光出射端面近傍領域には,選択的に電流非注入領域が形成されているので、前記内部領域における量子井戸活性層よりもフォトルミネッセンス発光光のピーク波長が小さい前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層で成る窓領域への電流注入が防がれ、窓領域の空孔欠陥の存在によるキャリア損失が抑えられ、発光に寄与しない無効電流が低減される。したがって、高出力時の駆動電流が低減され、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。
【００３０】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記半導体基板はＧａＡｓで構成され、該半導体基板上方には、少なくともＡｌＧａＡｓ系材料で構成された半導体層が積層されている。
【００３１】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記半導体基板はＧａＡｓで構成され、該半導体基板上方には、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成された半導体層が積層されている。
【００３２】
また、１実施例では、前記第１の発明の半導体レーザ素子において、前記II族原子は、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つである。
【００３３】
この実施例によれば、前記II族原子として、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つが用いられて、前記内部領域に生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子と前記II族原子と間の補完が効果的に行われる。
【００３４】
また、第２の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
前記第１の発明の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に、選択的に誘電体膜を形成する工程と、
アニールによって、前記誘電体膜直下における前記積層構造物内部に空孔原子を生成し、この空孔原子を前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に拡散させて窓領域を形成することによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、誘電体膜非形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
を含むことを特徴としている。
【００３５】
前記構成によれば、第１導電型の半導体基板上に形成する積層構造物内の量子井戸活性層成長時に予めII族原子を添加して、量子井戸活性層にII族原子を含ませた後、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にのみ誘電体膜を被着させてアニールするので、前記誘電体膜直下における前記積層構造物表面から構成原子が誘電体膜中に吸上げられて前記積層構造物内部に空孔原子が生成され、前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散が促進される。その結果、前記量子井戸活性層における光出射端面近傍領域のバンドギャップが内部領域のバンドギャップより大きくなる。
【００３６】
その際に、前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので、アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が前記II族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動が抑制される。さらに、前記アニール前の時点で前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので量子井戸活性層近傍のII族原子の濃度勾配は小さく、そのため前記アニールによる量子井戸活性層へのII族原子の拡散が抑制される。したがって、前記内部領域の量子井戸活性層でのII族原子濃度の増加が抑制され、前記内部領域の量子井戸活性層の結晶性劣化が抑制可能になる。
【００３７】
さらに、上述のごとく前記アニールによる量子井戸活性層におけるII族原子濃度の増加がないため、前記アニールによる量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散が抑制され、高出力駆動時における量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制される。
【００３８】
また、第３の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
前記第１の発明の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層およびII族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
アニールによって、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させる工程と、
前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に、選択的に誘電体膜を形成する工程と、
アニールによって、前記誘電体膜直下における前記積層構造物内部に空孔原子を生成し、この空孔原子を前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に拡散させて窓領域を形成することによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、誘電体膜非形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
を含むことを特徴としている。
【００３９】
前記構成によれば、前記量子井戸活性層にII族原子を含ませる際、アニールによって前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させるので、選択的に誘電体膜を被着させた後に行われるアニールを含めて、２回のアニールが行われる。そのために、前記量子井戸活性層近傍領域でのII族原子分布が均一になり、且つ、前記アニールによる第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散が抑制されて、高出力駆動時における量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制される。
【００４０】
さらに、前記光出射端面近傍領域に形成された誘電体膜直下の積層構造物表面から構成原子が誘電体膜中に吸上げられるため、前記積層構造物内部に空孔原子が生成され、前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散が促進される。その際に、前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので、アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子は前記II族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動が抑制される。
【００４１】
また、第４の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
前記第１の発明の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
前記積層構造物における光出射端面近傍領域に、イオン化された原子を選択的に照射して前記積層構造物表面に空孔原子を生成する工程と、
アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に前記空孔原子を拡散させて窓領域を形成することによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、イオン化原子非照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
を含むことを特徴としている。
【００４２】
前記構成によれば、第１導電型の半導体基板上に形成する積層構造物内の量子井戸活性層成長時に予めII族原子を添加して、量子井戸活性層にII族原子を含ませた後、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にのみイオン化された原子を照射するので、前記イオン原子照射領域において積層構造物表面に空孔原子が生成され、アニールによって前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散が促進される。したがって、前記量子井戸活性層における光出射端面近傍領域のバンドギャップが内部領域のバンドギャップより大きくなる。
【００４３】
その際に、前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので、アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が前記II族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動が抑制される。さらに、前記アニール前の時点で前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので量子井戸活性層近傍のII族原子の濃度勾配は小さく、そのため前記アニールによる量子井戸活性層へのII族原子の拡散が抑制される。したがって、前記内部領域の量子井戸活性層でのII族原子濃度の増加が抑制され、前記内部領域の量子井戸活性層の結晶性劣化が抑制可能になる。
【００４４】
さらに、上述のごとく前記アニールによる量子井戸活性層におけるII族原子濃度の増加がないため、前記アニールによる量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散が抑制され、高出力駆動時における量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制される。
【００４５】
また、第５の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
前記第１の発明の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層およびII族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
アニールによって、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させる工程と、
前記積層構造物における光出射端面近傍領域に、イオン化された原子を選択的に照射して前記積層構造物表面に空孔原子を生成する工程と、
アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に前記空孔原子を拡散させて窓領域を形成することによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、イオン化原子非照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
を含むことを特徴としている。
【００４６】
前記構成によれば、前記量子井戸活性層にII族原子を含ませる際、アニールによって前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させるので、イオン化された原子を選択的に照射した後に行われるアニールを含めて、２回のアニールが行われる。そのために、前記量子井戸活性層近傍領域でのII族原子分布が均一になり、且つ、前記アニールによる第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散が抑制されて、高出力駆動時における量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制される。
【００４７】
さらに、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にイオン照射を行うことによって積層構造物表面に空孔原子が生成され、アニールによって前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散が促進される。その際に、前記量子井戸活性層にはII族原子が含まれているので、前記アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子は前記II族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動が抑制される。
【００４８】
また、１実施例では、前記第４または５の発明の半導体レーザ素子の製造方法において、前記積層構造物における光出射端面近傍領域に前記イオン化された原子を選択的に照射する際に、マスクとして誘電体膜を用いる。
【００４９】
前記構成によれば、前記イオン化された原子を照射する際のマスクとして誘電体膜を用いることによって、レジストを用いる場合よりも駆動電圧の低電圧化が実現される。
【００５０】
また、１実施例では、前記第４または５の発明の半導体レーザ素子の製造方法において、前記イオン化される原子は、アルゴン,酸素,窒素のうちの少なくとも１つである。
【００５１】
前記構成によれば、前記光出射端面近傍領域における積層構造物表面に空孔原子が効果的に生成され、前記アニールによる量子井戸活性層への拡散が促進される。その結果、前記量子井戸活性層における光出射端面近傍領域の無秩序化がより促進される。
【００５２】
また、１実施例では、前記第２乃至５の何れか一つの発明の半導体レーザ素子の製造方法において、前記II族原子は、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つである。
【００５３】
この実施例によれば、前記II族原子として、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つが用いられて、前記内部領域のクラッド層に生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子と前記II族原子と間の補完が効果的に行われる。
【００５４】
本発明に適した半導体レーザ素子としては、量子井戸活性層を有することが前提であるが、この量子井戸活性層とクラッド層との間に、光ガイド層がある方が好ましい。これは、以下の理由による。そして、光ガイド層を設ける場合には、前記光ガイド層を、本願発明における量子井戸活性層の一部として見なせば良いのである。
【００５５】
光ガイド層が無い多重量子井戸活性層では、垂直方向の放射角が非常に広くなりすぎて光学的特性に問題が生じるために、ディスク用ＬＤに使用できない。
【００５６】
また、光ガイド層が無い多重量子井戸活性層では、前記光出射端面近傍領域であるレーザ共振器端面近傍領域及び内部領域でのパワー密度が異常に高くなり、且つ、レーザ光の吸収が激しくなり、結晶欠陥の増殖が発生しやすくなるため、たとえ窓構造にしたとしてもこれらの問題は解決できない。
【００５７】
しかしながら、光ガイド層で多重量子井戸を挟んで量子井戸活性層とすることにより、前記問題を緩和することが可能となる。
【００５８】
そして、本願特有の光ガイド層の役割としては、レーザ共振器内部領域の量子井戸層へ拡散する空孔原子をＩＩ族原子を含む光ガイド層において、ＩＩ族原子と補完し合い、出来るだけ量子井戸層へ拡散する空孔原子量を減少させることである。それにより、レーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップの変動を確実に抑制することが可能となるものである。
【００５９】
ここで、本願発明を達成するためには、半導体レーザ素子の構造として、以下の構成を有することが好ましい。
１．バンドギャップの大小関係は、
量子井戸活性層＜Ｎ型クラッド層≦Ｐ型クラッド層
２．活性層をなす量子井戸層の層数は、２〜３層
３．量子井戸層の層厚は、５０〜１００Å
４．Ｎ型クラッド層に接する光ガイド層には、ＩＩ族原子が含まれていなくても構わない。
【００６０】
また、上述のイオン化された原子を照射してバンドギャップを異ならせる半導体レーザ素子の製造方法は、更に、
前記半導体基板の積層構造物の上に、第２導電型エッチングストップ層,他の第２導電型クラッド層および第２導電型保護層を含む積層構造物を更に形成する工程と、
該積層構造物の上に、イオン照射マスクとなる誘電体膜を形成する工程と、
イオン化された原子を照射して、前記積層構造に含まれる量子井戸活性層の共振器端面近傍のバンドギャップを、共振器内部領域のバンドギャップより大きくした後、
前記エッチングストップ層よりも上部に形成した層に共振器方向に延びるリッジ状のストライプを形成する工程と、
前記リッジ状ストライプを含む半導体基板上に、第１導電型電流阻止層を成長させる工程と、
前記リッジストライプ状に加工された誘電体膜上の第１導電型電流阻止層を除去する工程を備えることが望ましい。
【００６１】
この際、前記積層構造物上の誘電体膜上に形成される第１導電型電流阻止層は、誘電体膜以外の層の上に形成される第１導電型電流阻止層と、物理的な特性が異なって成長するため、エッチングにより簡単に除去できる。
【００６２】
こうして、レーザ共振器方向のリッジ状ストライプにおいて、その端面近傍にのみ、電流非注入領域を簡単な構成で作成することが可能となるものである。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６４】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の半導体レーザ素子における断面図である。図１において、（ａ）は光出射端面を含む斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、１０１はｎ型ＧａＡｓ基板、１０２はn型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ（ｘ，ｙは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、１０３はバリア層及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り、且つ、前記バリア層、ウェル層、光ガイド層の各層にＩＩ族原子であるＺｎ原子が含まれている活性層（ＭＱＷ活性層）、１０４はｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層、１０５はｐ型エッチングストップ層、１０６は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層、１０７はp型ＧａＡｓ保護層、１０８はリッジストライプからなるｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ電流ブロック層、１０９はｐ型ＧａＡｓ平坦化層、１１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１１はp側電極、１１２はｎ側電極である。
【００６５】
また、１１３はレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のバンドギャップエネルギーがレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きい領域（窓領域）、１１４はp型ＧａＡｓ保護層１０７上に形成されたｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ電流ブロック層１０８ からなる電流非注入領域、１１５はｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層１０６とｐ型ＧａＡｓ保護層１０７からなるストライプ状のリッジである。
【００６６】
次に製造方法について図2に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に順次、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法にてｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２（キャリア濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ＩＩ族原子であるＺｎ原子が含まれているＭＱＷ活性層１０３（Ｚｎ原子濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層１０４（キャリア濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｐ型エッチングストップ層１０５、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層１０６（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）、p型ＧａＡｓ保護層１０７（キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）をエピタキシャル成長させる（図2（ａ））。この時、１０１，１０２の各層にはＳｉ原子が、１０３〜１０７の各層にはＩＩ族原子であるＺｎ原子が含まれている。
【００６７】
その後、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層１０７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_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６を形成する。なお、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした（図2（ｂ)）。
【００６８】
次に、ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）法によるアニールによって、Ｓｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６直下のＭＱＷ活性層（窓領域）１１３のバンドギャップエネルギーをレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０３のバンドギャップエネルギーよりも大きくさせる。この時のアニール条件は温度９５０℃、昇温速度１００℃／秒、保持時間６０秒で行った。
【００６９】
その後、レーザ共振器端面近傍領域に形成された誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６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］又は［０−１−１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク１１７を形成し、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１０５に到達するようにｐ型ＧａＡｓ保護層１０７とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層１０６を［０ １ １］又は［０−１−１］方向に伸びた約３μｍ幅のストライプ状のリッジ１１５に加工する（図2（ｃ））。
【００７０】
次に、ｐ型ＧａＡｓ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１１７を除去し、２回目のＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＧａＡｓ保護層１０７とｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層１０６からなるリッジ１１５の側面をｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ電流ブロック層１０８（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）とｐ型ＧａＡｓ平坦化層１０９（キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）で埋め込む（図2（ｄ））。
【００７１】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いてリッジ１１５の側面に形成されたｐ型ＧａＡｓ平坦化層１０９、及び、リッジ１１５上に形成されたｐ型ＧａＡｓ平坦化層１０９の幅４０μｍのストライプ状のレーザ共振器端面近傍領域にレジストマスク１１８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク１１８開口部の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（図2（ｅ））。
【００７２】
次に、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層１０９上に形成されたレジストマスク１１８を除去し、３回目のＭＯＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０（キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）を形成する（図2（ｆ））。さらに、上面にはｐ電極１１１、下面にはｎ電極１１２を形成する。
【００７３】
その後、４０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域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する。
【００７４】
最後に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の共振器のレーザ共振器端面部に約２０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した素子が作製される。
【００７５】
前記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、エピタキシャル成長直後のウエハの一部を、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法にてＭＱＷ活性層１０３のピーク波長を測定した結果、７７５ｎｍであり、また、比較として、半導体レーザ素子の製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしない、従来技術の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、エピタキシャル成長直後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層１０３のピーク波長を測定した結果、７７５ｎｍであった。このことから、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしても、ＭＱＷ活性層１０３のピーク波長に変化が無いことが明らかである。
【００７６】
次に、前記の本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、ＲＴＡ法によるアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にて誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６直下のＭＱＷ活性層（窓領域）１１３とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）１０３のそれぞれのピーク波長を測定した。その結果、窓領域１１３が７４５ｎｍ，活性領域１０３が７７５ｎｍであり、窓領域１１３からの発光スペクトルのピーク波長が活性領域１０３からの発光スペクトルのピーク波長よりも３０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、また、ＲＴＡ法によるアニール後の活性領域１０３のＰＬのピーク波長は、前記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。
【００７７】
また、比較として、半導体レーザ素子の製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしない、従来技術の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、ＲＴＡ法によるアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にて窓領域１１３と活性領域１０３のそれぞれのピーク波長を測定した。その結果、窓領域１１３が７４０ｎｍ，活性領域１０３が７７０ｎｍであり、窓領域１１３からの発光スペクトルのピーク波長は、活性領域１０３からの発光スペクトルのピーク波長よりも３０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、また、ＲＴＡ法によるアニール後の活性領域１０３からの発光スペクトルのピーク波長は、前記のエピタキシャル成長直後のＭＱＷ活性層１０３の波長に比べて、５ｎｍ短波長側に波長シフトしていた。
【００７８】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）法による活性層の発光スペクトルの殆どは、活性層のバンドギャップエネルギー（禁制帯幅）より大きなエネルギーの励起光を活性層へ入射することにより、活性層に存在する電子が伝導帯に励起され、前記電子が価電子帯のホールと再結合して得られるので、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、活性層のバンドギャップエネルギー（禁制帯幅）とほぼ等しい。従って、フォトルミネッセンス（ＰＬ）のピーク波長は、活性層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。このことから、本実施の形態の製造方法を用いた半導体レーザ素子では、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップがレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きく、且つ、レーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップ変動が抑制された半導体レーザ素子が得られていることが明らかである。
【００７９】
前記の本実施の形態の製造方法では、ＲＴＡ法によるアニールを行うことにより、誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６直下のp型ＧａＡｓ保護層１０７の表面からＧａ，Ａｓ原子がＳｉ_ｘＯ_ｙ（ｘ，ｙは１以上）膜１１６中に吸上げられ、p型ＧａＡｓ保護層１０７内部に空孔原子が生成され、該空孔原子がｎ型ＧａＡｓ基板１０１方向に拡散していき、ＭＱＷ活性層を無秩序化することができるので、誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜１１６直下のＭＱＷ活性層１１３のバンドギャップエネルギーが大きくなり、共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）１０３より実効的に禁制帯幅の広い窓領域が形成される。
【００８０】
さらに、前記の本実施の形態の製造方法では、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層３０４にドーピングしているので、レーザ共振器内部領域において、エピタキシャル成長工程時及びアニール工程時に空孔原子が生成され、ＭＱＷ活性層へ拡散したとしても、ＭＱＷ活性層１０３全域に存在するＩＩ族原子と空孔原子が補完し合うので、ＭＱＷ活性層の無秩序化を抑制することが可能となり、レーザ共振器内部領域におけるＭＱＷ活性層のバンドギャップ変動が抑制される。
【００８１】
次に、前記製造方法によって得られる本実施の形態の半導体レーザ素子のＲＴＡ法によるアニール前後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を図３に示す。また、比較のために、半導体レーザ素子の製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしない、従来技術の製造方法を用いた半導体レーザ素子のＲＴＡ法によるアニール前後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を図４に示す。
【００８２】
図３，図４に示されたＺｎ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３，図４の縦軸は不純物原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）、横軸はｐ型ＧａＡｓ保護層からの深さ（μｍ）である。また、図３，図４において、破線がＲＴＡ法によるアニール前、実線がＲＴＡ法によるアニール後のＺｎ原子の深さ方向分布を示している。
【００８３】
図３，図４から判るように、エピタキシャル成長させる工程でＺｎ原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしない、従来技術の半導体レーザ素子のレーザ共振器内部領域では、ＲＴＡ法によるアニール後において、ＭＱＷ活性層内にＺｎ原子が蓄積し、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層側へのＺｎ原子の拡散が見られる。しかし、エピタキシャル成長させる工程でＺｎ原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングする本実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ共振器内部領域では、ＲＴＡ法によるアニール後においても、ＭＱＷ活性層１０３でのＺｎ原子濃度に変化は無く、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へのＺｎ原子の拡散は見られない。
【００８４】
このことから、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングすることにより、ＭＱＷ活性層でのＺｎ原子濃度の増加、及び、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層側へのＺｎ原子の拡散を抑制できることが明らかである。
【００８５】
本実施の形態でｎ型導電性不純物として用いられているＳｉ原子は、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２に含まれており、ＩＩ族原子であるＺｎ原子と同じＩＩＩ族原子位置に存在しやすい。そのため、ＭＱＷ活性層１０３に大量のＺｎ原子が存在しない限り、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へ拡散は発生しない。また、エピタキシャル成長された各層１０４〜１０７に存在するＺｎ等のＩＩ族原子は、拡散係数の大きい不純物原子であるので、ＲＴＡ法によるアニールによって、ＭＱＷ活性層１０３へのＺｎ原子の拡散が発生しやすいが、前記拡散現象は、濃度勾配が小さければ、拡散係数が大きい原子であっても拡散は発生しにくくなる。本実施の形態の半導体レーザ素子では、ＲＴＡ法によるアニール前にすでにＭＱＷ活性層１０３にＺｎ原子が含まれているため、ＲＴＡ法によるアニールによってＭＱＷ活性層１０３のＺｎ濃度の増加を抑制し、さらには、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へのＺｎ原子の拡散も抑制できるのである。
【００８６】
前記の本実施の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。
【００８７】
また、比較のために、半導体レーザ素子の製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層１０３にドーピングしない、従来技術の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。
【００８８】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの発振波長（λ）は７８５ｎｍ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの発振波長（λ）は７８０ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１５０ｍＡ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は２１０ｍＡであり、本実施の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が実現されていることが明らかである。
【００８９】
この発振波長の短波長化の抑制は、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層１０３への空孔原子の拡散が低減された効果であり、この駆動電流の低電流化は、ＭＱＷ活性層１０３でのＩＩ族原子であるＺｎ原子濃度の増加と、レーザ共振器内部領域のｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へのＺｎ原子の拡散が抑制され、ＭＱＷ活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制された効果である。
【００９０】
本実施の形態においては、誘電体膜としてＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜を用いたが、Ｓｉ_xＮ_y，Ｓｉ_xＯ_yＮ_z（ｘ，ｙ，ｚは１以上）のいずれかであれば、誘電体膜１１６下のｐ型ＧａＡｓ保護層１０７に空孔原子が生成することができ、効果的にレーザ共振器端面近傍領域の活性層をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）より実効的に禁制帯幅の広い窓領域を形成できるので、前記と同様の効果が得られる。
【００９１】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子としてＺｎ原子を用いたが、Ｂｅ，Ｍｇの何れかを用いても上述と同様の効果が得られる。
【００９２】
本実施の形態においては、Ａｌ_xＧａ_yＡｓ系半導体レーザに関して記載したが、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（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。
【００９３】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態における製造方法について図５に基づいて説明する。ｎ型ＧａＡｓ基板２０１（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に順次、ＭＯＣＶＤ法にてｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ（ｘ，ｙは０以上１以下；以下省略）第１クラッド層２０２（キャリア濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ＭＱＷ活性層２１９、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４（キャリア濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｐ型エッチングストップ層２０５、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層２０６（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）、p型ＧａＡｓ保護層２０７（キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）をエピタキシャル成長させる（図５（ａ））。この時、２０１，２０２の各層にはＳｉ原子が、２０４〜２０７の各層にはＩＩ族原子であるＺｎ原子が含まれているが、ＭＱＷ活性層２１９にはＳｉ原子及びＩＩ族原子であるＺｎ原子は含まれていない。
【００９４】
次に、前記ウエハの２０４〜２０７の各層に含まれているＩＩ族原子であるＺｎ原子を、ＭＱＷ活性層２１９に拡散させるために、1回目のアニールを実施する。これにより、ＩＩ族原子であるＺｎ原子を含むＭＱＷ活性層２０３が形成される。この時のアニール条件は、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下で、温度７００℃、保持時間２時間で行った。
【００９５】
前記１回目のアニール後のウエハの一部を、ＳＩＭＳにて不純物原子濃度測定を行った結果、ＭＱＷ活性層２０３のウェル層でのＺｎ原子濃度は８×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。
【００９６】
また、前記１回目のアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層２０３のピーク波長を測定した結果、７７５ｎｍであり、比較として、前記のエピタキシャル成長直後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層２１９のピーク波長を測定した結果、７７５ｎｍであった。このことから、前記アニールを行っても、ＭＱＷ活性層の波長に変化が無いことが明らかである。
【００９７】
その後、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層２０７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_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６を形成する。なお、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした（図５（ｂ)）。
【００９８】
次に、ＲＴＡ法による２回目のアニールによって、Ｓｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６直下のＭＱＷ活性層（窓領域）２１３のバンドギャップエネルギーをレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０３のバンドギャップエネルギーよりも大きくさせる。この時のアニール条件は温度９５０℃、昇温速度１００℃／秒、保持時間６０秒で行った。
【００９９】
前記のＲＴＡ法による２回目のアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にて誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６直下のＭＱＷ活性層（窓領域）２１３とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）２０３のそれぞれのピーク波長を測定した。その結果、窓領域２１３が７４５ｎｍ，活性領域２０３が７７５ｎｍであり、窓領域２１３からの発光スペクトルのピーク波長は、活性領域２０３からの発光スペクトルのピーク波長よりも３０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、また、ＲＴＡ法による２回目のアニール後の活性領域２０３のＰＬのピーク波長は、前記の1回目のアニール後のＰＬのピーク波長と同じであった。
【０１００】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップがレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きく、且つ、レーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップ変動が抑制された半導体レーザ素子が得られていることが明らかである。
【０１０１】
その後、レーザ共振器端面近傍領域に形成された誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６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２０７上に［０ １ １］又は［０−１−１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク２１７を形成し、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２０５に到達するようにｐ型ＧａＡｓ保護層２０７とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層２０６を［０ １ １］又は［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（図５（ｃ））。
【０１０２】
次に、ｐ型ＧａＡｓ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２１７を除去し、２回目のＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＧａＡｓ保護層２０７とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層２０６からなるリッジ２１５の側面をｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ電流ブロック層２０８（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）とｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０９（キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3）で埋め込む（図５（ｄ））。
【０１０３】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いてリッジ２１５の側面に形成されたｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０９、及び、リッジ２１５上に形成されたｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０９の幅４０μｍのストライプ状のレーザ共振器端面近傍領域にレジストマスク２１８を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク２１８開口部の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（図５（ｅ））。
【０１０４】
次に、ｐ型ＧａＡｓ平坦化層２０９上に形成されたレジストマスク２１８を除去し、３回目のＭＯＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０（キャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3）を形成する（図５（ｆ））。さらに、上面にはｐ電極２１１、下面にはｎ電極２１２を形成する。
【０１０５】
その後、４０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域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する。
最後に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の共振器のレーザ共振器端面部に約２０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した素子が作製される。
【０１０６】
前記製造方法によって得られる半導体レーザ素子の１回目のアニール後及びＲＴＡ法による２回目のアニール後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を図６に示す。
【０１０７】
図６に示されたＺｎ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６の縦軸は不純物原子濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）、横軸はｐ型ＧａＡｓ保護層からの深さ（μｍ）である。また、図６において、破線がレーザ共振器端面近傍領域に誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６を形成する工程前に実施する１回目のアニール後のＺｎ原子の深さ方向分布を示しており、実線がＲＴＡ法による２回目のアニール後のＺｎ原子の深さ方向分布を示している。
【０１０８】
図６から判るように、１回目のアニール後では、Ｚｎ原子がＭＱＷ活性層２０３に拡散しているが、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側へのＺｎ原子の拡散は見られず、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２とＭＱＷ活性層２０３の界面近傍でＺｎ原子がパイルアップし、ＭＱＷ活性層２０３とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４の界面近傍でＺｎ原子濃度が減少したＺｎ原子分布となっている。さらに、ＲＴＡ法による２回目のアニール後では、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側へのＺｎ原子の拡散は見られず、ＭＱＷ活性層２０３近傍領域でのＺｎ原子分布が平坦となっており、１回目のアニール後に見られた、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２とＭＱＷ活性層２０３の界面でのＺｎ原子のパイルアップ、及び、ＭＱＷ活性層２０３とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４の界面近傍でのＺｎ原子濃度の減少領域が無くなっている。
【０１０９】
本実施の形態の製造方法の１回目のアニールを行うことにより、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４の界面近傍に存在するＩＩ族原子であるＺｎ原子が主としてＭＱＷ活性層２０３へ拡散する。しかし、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２にはＳｉ原子が存在するため、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２とＭＱＷ活性層２０３の界面でＺｎ原子の拡散がストップし、そこで蓄積される。そのため、ＭＱＷ活性層２０３とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４の界面近傍にＩＩ族原子であるＺｎ原子の低濃度領域が形成され、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側のＭＱＷ活性層２０３内にＩＩ族原子であるＺｎ原子の高濃度領域が形成される。
【０１１０】
次に、ＲＴＡ法による２回目のアニールを行うことにより、２０４〜２０７の各層に存在するＩＩ族原子であるＺｎ原子、及び、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側のＭＱＷ活性層２０３内に存在するＩＩ族原子であるＺｎ原子が、ＭＱＷ活性層２０３近傍でのＩＩ族原子であるＺｎ原子の濃度勾配が無くなるように、ＭＱＷ活性層２０３とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層２０４の界面近傍に形成されたＩＩ族原子であるＺｎ原子の低濃度領域にＺｎ原子が拡散する。ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２へのＺｎ原子の拡散は、前述の通り、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２にはＳｉ原子が存在するため、起こらない。
【０１１１】
従って、レーザ共振器端面近傍領域に誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６を形成する工程前に、前記ＭＱＷ活性層にＩＩ族原子を拡散させるアニール工程を行うことにより、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側へのＩＩ族原子であるＺｎ原子の拡散を抑制でき、且つ、ＭＱＷ活性層２０３近傍領域でのＩＩ族原子であるＺｎ原子の分布を均一にすることが可能となるのである。
【０１１２】
前記の本実施の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。
【０１１３】
また、比較のために、前記の製造方法において、ＭＱＷ活性層にＩＩ族原子であるＺｎ原子を拡散させるアニール工程を、レーザ共振器端面近傍領域に誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６を形成する工程後に行った場合の半導体レーザ素子の特性測定も同時に行った。
【０１１４】
その結果、本実施の形態及び前記比較用の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの発振波長（λ）はともに７８５ｎｍ、本実施の形態及び前記比較用の半導体レーザ素子のＣＷ１２０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１５０ｍＡであった。
【０１１５】
また、これらを７０℃１２０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、前記比較用の半導体レーザ素子の平均寿命は約３０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約４０００時間とさらに平均寿命が向上した。
【０１１６】
これは、本実施の形態の半導体レーザ素子において、レーザ共振器端面近傍領域に誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜２１６を形成する工程前に実施する１回目のアニール工程を行うことにより、ＩＩ族原子であるＺｎ原子をＭＱＷ活性層に拡散させるだけではなく、活性層近傍領域でのＩＩ族原子であるＺｎ原子の分布が均一になり、ＭＱＷ活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制され、且つ、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層の結晶性が改善された結果である。
【０１１７】
本実施の形態においては、誘電体膜としてＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜を用いたが、Ｓｉ_xＮ_y，Ｓｉ_xＯ_yＮ_z（ｘ，ｙ，ｚは１以上）のいずれかであれば、誘電体膜２１６下のｐ型ＧａＡｓ保護層２０７に空孔原子が生成することができ、効果的にレーザ共振器端面近傍領域の活性層をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）より実効的に禁制帯幅の広い窓領域を形成できるので、前記と同様の効果が得られる。
【０１１８】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子としてＺｎ原子を用いたが、Ｂｅ，Ｍｇの何れかを用いても上述と同様の効果が得られる。
【０１１９】
本実施の形態においては、２０４〜２０７の各層に含まれているＩＩ族原子であるＺｎ原子を、ＭＱＷ活性層に拡散させるための1回目のアニールにおいて、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下で行ったが、Ｖ族原子であるＮ原子を含む雰囲気下で行っても、前記と同様の効果が得られる。
【０１２０】
本実施の形態においては、２０４〜２０７の各層に含まれているＩＩ族原子であるＺｎ原子を、ＭＱＷ活性層に拡散させるための1回目のアニールにおいて、アニール温度を７００℃で行ったが、アニール温度が６００℃以上７５０℃以下であれば、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層２０２側へのＩＩ族原子であるＺｎ原子の拡散を抑制でき、且つ、ＭＱＷ活性層２０３近傍領域でのＩＩ族原子であるＺｎ原子の分布を均一にすることが可能となり、前記と同様の効果が得られる。
【０１２１】
本実施の形態においては、Ａｌ_xＧａ_yＡｓ系半導体レーザに関して記載したが、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（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。
【０１２２】
＜第３実施の形態＞
本実施の形態においては、前記第１実施の形態に記載の半導体レーザ素子におけるＭＱＷ活性層１０３でのＩＩ族原子の不純物原子濃度について検討する。
【０１２３】
前記第１実施の形態に記載の半導体レーザ素子において、ＭＱＷ活性層１０３のＩＩ族原子であるＺｎ原子濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3，２×１０¹⁷ｃｍ^-3，３×１０¹⁷ｃｍ^-3，５×１０¹⁷ｃｍ^-3，８×１０¹⁷ｃｍ^-3，１×１０¹⁸ｃｍ^-3，２×１０¹⁸ｃｍ^-3，３×１０¹⁸ｃｍ^-3である８種類の半導体レーザ素子を作製した。
【０１２４】
図７にＭＱＷ活性層のウェル層でのＺｎ原子濃度とＣＷ１２０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）の関係について示す。
【０１２５】
図７から判るように、ＭＱＷ活性層のウェル層でのＺｎ原子濃度が２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下または２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上では、駆動電流が２００ｍＡ以上となっている。ＭＱＷ活性層１０３のウェル層でのＺｎ原子濃度が２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下では、ＲＴＡ法によるアニールによって、１０４〜１０７の各層に存在するＩＩ族原子であるＺｎ原子がｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ（ｘ，ｙは０以上１以下；以下省略）第１クラッド層１０２側へ拡散することにより、ｐ−ｎ接合位置がｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へ移動し、その結果、キャリアのオーバーフローが発生しているためである。また、Ｚｎ原子濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上では、ＲＴＡ法によるアニールによって、ＭＱＷ活性層１０３のウェル層に存在するＩＩ族原子であるＺｎ原子がｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へ拡散することにより、ｐ−ｎ接合位置がｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層１０２側へ移動し、その結果、キャリアのオーバーフローが発生しているためである。
【０１２６】
従って、第１実施の形態の半導体レーザ素子において、駆動電流が２００ｍＡ未満となるようにするには、ＭＱＷ活性層のウェル層のＺｎ原子濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下にする必要があり、より好ましくは、素子取れ数の点で３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下とすることが望ましい。
【０１２７】
これにより、ＩＩ族原子の拡散によるｐ−ｎ接合位置の第１導電型の第１クラッド層側への移動を阻止でき、その結果、活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制できる。
【０１２８】
本実施の形態においては、第１導電型基板上に、第１導電型の第１クラッド層、ＩＩ族原子を含むバリア層及びＩＩ族原子を含むウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造をＩＩ族原子を含む光ガイド層で挟んでなる活性層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層を順次エピタキシャル成長させ、レーザ共振器端面近傍領域の前記エピタキシャル成長されたウエハ表面上に誘電体膜を形成し、該ウエハをアニールして、前記誘電体膜下に空孔を生成するとともに、該空孔を前記活性層に達するまで拡散させて、前記活性層のレーザ共振器端面近傍領域のバンドギャップをレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きくする前記第１実施の形態に記載の半導体レーザ素子の製造方法を用いて検討を行ったが、第１導電型基板上に、第１導電型の第１クラッド層、バリア層及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、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層を順次エピタキシャル成長させ、前記エピタキシャル成長されたウエハをアニールし、前記第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層に存在する第２導電性を示す不純物を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の前記エピタキシャル成長されたウエハ表面上に誘電体膜を形成し、該ウエハをアニールして、前記誘電体膜下に空孔を生成するとともに、該空孔を前記活性層に達するまで拡散させて、前記活性層のレーザ共振器端面近傍領域のバンドギャップをレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きくする前記第２実施の形態に記載の半導体レーザ素子の製造方法を用いても、前記と同様の効果が得られる。
【０１２９】
＜第４実施の形態＞
図８は、本実施の形態における半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。図８において、（ａ）は光出射端面を含む斜視図、（ｂ）は図８（ａ）のＩａ−Ｉａ'線における導波路の断面図、（ｃ）は図８（ａ）のＩｂ−Ｉｂ'線における層厚方向の断面図である。また、３０１は［０ １ １］又は［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板、３０２はｎ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層、３０３はn型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第1クラッド層、３０４はバリア層及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り、且つ、前記バリア層、ウェル層、光ガイド層の各層にＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている活性層（ＭＱＷ活性層）、３０５はｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第２クラッド層、３０６はｐ型エッチングストップ層、３０７は共振器方向にリッジストライプからなるｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層、３０８はp型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層、３０９はp型ＧａＡｓ保護層、３１０はリッジストライプからなるｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック層、３１１はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、３１２はp側電極、３１３はｎ側電極である。
【０１３０】
また、３１４はレーザ共振器端面近傍のＭＱＷ活性層のバンドギャップエネルギーがレーザ共振器内部のＭＱＷ活性層３０４のバンドギャップエネルギーよりも大きい領域（窓領域）、３１５はp型ＧａＡｓ保護層３０９上に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層３１０からなる電流非注入領域、３１６はｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層３０７、p型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層３０８、p型ＧａＡｓ保護層３０９からなるストライプ状のリッジである。
【０１３１】
次に製造方法について図９に基づいて説明する。［０ １ １］又は［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板３０１（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に順次、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法にてｎ型Ｇａ_yＩｎ_zＰバッファ層３０２（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層３０３（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれているＭＱＷ活性層３０４（Ｂｅ原子濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第２クラッド層３０５（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型エッチングストップ層３０６、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層３０７（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、p型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層３０８、p型ＧａＡｓ保護層３０９（キャリア濃度７×１０¹⁸ｃｍ^-3）をエピタキシャル成長させる（図９（ａ））。この時、３０１〜３０３の各層にはＳｉ原子が、３０４〜３０９の各層にはＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【０１３２】
前記のエピタキシャル成長直後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層３０４のピーク波長を測定した結果、６４０ｎｍであり、また、比較として、前記のエピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層３０４にドーピングしない、従来技術の半導体レーザ素子の製造方法を用いた、エピタキシャル成長直後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層３０４のピーク波長を測定した結果、６４０ｎｍであった。このことから、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層３０４にドーピングしても、ＭＱＷ活性層３０４のピーク波長に変化が無いことが明らかである。
【０１３３】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７６０μｍでストライプ状に、保護膜３１７としてレジストマスクを形成する。前記保護膜３１７は、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９に、イオン化された原子が照射されないために形成されたものである。なお、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした（図９（ｂ)）。
【０１３４】
その後、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９に、イオン化された原子の照射（イオン照射）を行う。本実施の形態においては、窒素（Ｎ）イオンを用い、イオン照射エネルギーが１５０ｋｅＶの条件下で行った。
【０１３５】
次に、保護膜３１７を除去し、アニールを行う。これにより、イオン照射が行われたレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）３１４のバンドギャップエネルギーをレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）３０４のバンドギャップエネルギーよりも大きくさせる。この時のアニール条件は、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下で、温度７００℃、保持時間２時間で行った。
【０１３６】
前記のアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にてイオン照射が行われたレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）３１４とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）３０４のそれぞれのピーク波長を測定した。その結果、窓領域３１４が６１０ｎｍ，活性領域３０４が６４０ｎｍであり、窓領域３１４からの発光スペクトルのピーク波長は、活性領域３０４からの発光スペクトルのピーク波長よりも３０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、また、アニール後の活性領域３０４のＰＬのピーク波長は、前記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。
【０１３７】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップがレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きく、且つ、レーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップ変動が抑制された半導体レーザ素子が得られていることが明らかである。
【０１３８】
前記の本実施の形態の製造方法では、イオン照射を行うことにより、p型ＧａＡｓ保護層３０９表面に空孔原子が生成され、アニールを行うことにより、該空孔原子がｎ型ＧａＡｓ基板３０１方向に拡散していき、ＭＱＷ活性層を無秩序化することができるので、イオン照射領域直下のＭＱＷ活性層３１４のバンドギャップエネルギーが大きくなり、共振器内部のＭＱＷ活性層（活性領域）３０４より実効的に禁制帯幅の広い窓領域が形成される。
【０１３９】
さらに、前記の本実施の形態の製造方法では、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層３０４にドーピングしているので、レーザ共振器内部領域において、エピタキシャル成長工程時及びアニール工程時に空孔原子が生成され、ＭＱＷ活性層へ拡散したとしても、ＭＱＷ活性層３０４全域に存在するＩＩ族原子と空孔原子が補完し合うので、ＭＱＷ活性層の無秩序化を抑制することが可能となり、レーザ共振器内部領域におけるＭＱＷ活性層のバンドギャップ変動が抑制される。
【０１４０】
次に、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３０９上に［０−１ １］又は［０ １−１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク３１８を形成し、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３０６に到達するようにｐ型ＧａＡｓ保護層３０９とｐ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層３０８とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層３０７を［０−１１］又は［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（図９（ｃ））。
【０１４１】
その後、ｐ型ＧａＡｓ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３１８を除去し、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層３０７、p型Ｇａ_yＩｎ_zＰ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Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層３１０で埋め込む（図９（ｄ））。
【０１４２】
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Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層３１０、及び、リッジ３１６上に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ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端面近傍領域にレジストマスク３１９を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク３１９開口部のｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層３１０を選択的に除去する（図９（ｅ））。
【０１４３】
リッジ３１６上に形成されたｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層３１０を除去する工程が、電流非注入領域３１５の形成工程を兼ねるので、工程数の削減が可能となっており、さらに、前記プロセスによって形成された電流非注入領域３１５が、窓領域３１４の直上になっているので、窓領域への電流注入を防ぎ、窓領域の空孔欠陥の存在によるキャリア損失を抑えられるので、発光に寄与しない無効電流が低減される。
【０１４４】
その後、ｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層３１０上に形成されたレジストマスク３１９を除去し、３回目のＭＢＥ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層３１１を形成する（図９（ｆ））。さらに、上面にはｐ電極３１２、下面にはｎ電極３１３を形成する。
【０１４５】
次に、４０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域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端面部に約２０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した素子が作製される。
【０１４６】
前記の本実施の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。
【０１４７】
また、比較のために、半導体レーザ素子の製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でＩＩ族原子をＭＱＷ活性層３０４にドーピングしない、従来技術の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。
【０１４８】
その結果、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６６０ｎｍ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）は６５５ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１１０ｍＡ、従来技術の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電流（Ｉｏｐ）は１３０ｍＡであり、本実施の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が実現されていることが明らかである。
【０１４９】
この発振波長の短波長化の抑制は、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層３０４への空孔原子の拡散が低減された効果であり、この駆動電流の低電流化は、ＭＱＷ活性層３０４でのＩＩ族原子であるＢｅ原子濃度の増加と、レーザ共振器内部領域のｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層３０３側へのＢｅ原子の拡散が抑制され、ＭＱＷ活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制された効果である。
【０１５０】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子としてＢｅ原子を用いたが、Ｍｇ，Ｚｎの何れかを用いても上述と同様の効果が得られる。
【０１５１】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子が含まれているＭＱＷ活性層３０４のウェル層での不純物原子濃度を５×１０¹⁷ｃｍ^-3にしているが、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の範囲であれば、前記と同様の効果が得られる。
【０１５２】
本実施の形態においては、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９に、Ｎイオンの照射を行っているが、窒素（Ｎ）イオン，酸素（Ｏ）イオン，アルゴン（Ａｒ）イオンのいずれか一つ又は複数のイオンの照射であれば、効果的にレーザ共振器端面近傍領域の活性層をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）より実効的に禁制帯幅の広い窓領域を形成できるので、前記と同様の効果が得られる。
【０１５３】
本実施の形態においては、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下でアニールを行ったが、Ｖ族原子であるＮ原子を含む雰囲気下で行っても、前記と同様の効果が得られる。
本実施の形態においては、アニール温度を７００℃で行ったが、アニール温度が６００℃以上７５０℃以下であれば、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層３０３側へのＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散を抑制することが可能となり、前記と同様の効果が得られる。
【０１５４】
＜第５実施の形態＞
本実施の形態における製造方法について図１０に基づいて説明する。［０ １ １］又は［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板４０１（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に順次、ＭＢＥ法にてｎ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層４０２（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第１クラッド層４０３（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ＭＱＷ活性層４２０、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第２クラッド層４０５（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型エッチングストップ層４０６、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層４０７（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、p型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層４０８、p型ＧａＡｓ保護層４０９（キャリア濃度７×１０¹⁸ｃｍ^-3）をエピタキシャル成長させる（図１０（ａ））。この時、４０１〜４０３の各層にはＳｉ原子が、４０５〜４０９の各層にはＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれているが、ＭＱＷ活性層４２０にはＳｉ原子及びＩＩ族原子であるＢｅ原子は含まれていない。
【０１５５】
次に、前記ウエハの４０５〜４０９の各層に含まれているＩＩ族原子であるＢｅ原子を、ＭＱＷ活性層４２０に拡散させるために、1回目のアニールを実施する。これにより、ＩＩ族原子であるＢｅ原子を含むＭＱＷ活性層４０４が形成される。この時のアニール条件は、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下で、温度７００℃、保持時間２時間で行った。
【０１５６】
前記１回目のアニール後のウエハの一部を、ＳＩＭＳにて不純物原子濃度測定を行った結果、ＭＱＷ活性層４０４のウェル層でのＢｅ原子濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3であった。
【０１５７】
また、前記１回目のアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層４０４のピーク波長を測定した結果、６４０ｎｍであり、比較として、前記のエピタキシャル成長直後のウエハの一部を、ＰＬ法にてＭＱＷ活性層４２０のピーク波長を測定した結果、６４０ｎｍであった。このことから、前記アニールを行っても、ＭＱＷ活性層のピーク波長に変化が無いことが明らかである。
【０１５８】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層４０９の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅７６０μｍストライプ状に、保護膜４１７としてレジストマスクを形成する。前記保護膜４１７は、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層４０９に、イオン化された原子が照射されないために形成されたものである。なお、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした（図１０（ｂ)）。
【０１５９】
その後、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層４０９に、イオン化された原子の照射（イオン照射）を行う。本実施の形態においては、アルゴン（Ａｒ）イオンを用い、イオン照射エネルギーが１０ｋｅＶの条件下で行った。
【０１６０】
次に、保護膜４１７を除去し、ＲＴＡ法による２回目のアニールを行う。これにより、イオン照射が行われたレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）４１４のバンドギャップエネルギーをレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）４０４のバンドギャップエネルギーよりも大きくさせる。この時のアニール条件は温度９５０℃、昇温速度１００℃／秒、保持時間６０秒で行った。
【０１６１】
前記のＲＴＡ法による２回目のアニール後のウエハの一部を、ＰＬ法にてイオン照射が行われたレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）４１４とレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）４０４のそれぞれのピーク波長を測定した。その結果、窓領域４１４が６００ｎｍ，活性領域４０４が６４０ｎｍであり、窓領域４１４からの発光スペクトルのピーク波長は、活性領域４０４からの発光スペクトルのピーク波長よりも４０ｎｍ短波長側に波長シフトしており、また、ＲＴＡ法による２回目のアニール後の活性領域４０４のＰＬのピーク波長は、前記の1回目のアニール後のＰＬのピーク波長と同じであった。
【０１６２】
このことから、レーザ共振器端面近傍領域の前記活性層のバンドギャップがレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きく、且つ、レーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップ変動が抑制された半導体レーザ素子が得られていることが明らかである。
【０１６３】
さらに、前記のＲＴＡ法による２回目のアニール後のウエハの一部を用い、レーザ共振器内部領域のＢｅ原子の深さ方向分布のＳＩＭＳ測定を行った。その結果、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第１クラッド層４０３へのＢｅ原子の拡散は見られず、ＭＱＷ活性層４０４近傍領域でのＢｅ原子分布が平坦となっていた。
【０１６４】
次に、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４０９上に［０−１ １］又は［０ １−１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク４１８を形成し、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４０６に到達するようにｐ型ＧａＡｓ保護層４０９とｐ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層４０８とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層４０７を［０−１ １］又は［０ １−１］方向に伸びた約３μｍ幅のストライプ状のリッジ４１６に加工する（図１０（ｃ））。
【０１６５】
その後、ｐ型ＧａＡｓ保護層４０９上に形成されたストライプ状のレジストマスク４１８を除去し、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＰ第３クラッド層４０７、p型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層４０８、p型ＧａＡｓ保護層４０９からなるリッジ４１６の側面をｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック層４１０で埋め込む（図１０（ｄ））。
【０１６６】
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ４１６の側面に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層４１０、及び、リッジ４１６上に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層４１０の幅４０μｍのストライプ状のレーザ共振器端面近傍領域にレジストマスク４１９を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク４１９開口部のｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層４１０を選択的に除去する（図１０（ｅ））。
【０１６７】
次に、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層４１０上に形成されたレジストマスク４１９を除去し、３回目のＭＢＥ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１１を形成する（図１０（ｆ））。さらに、上面にはｐ電極４１２、下面にはｎ電極４１３を形成する。
【０１６８】
次に、４０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域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端面部に約２０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した素子が作製される。
【０１６９】
前記の本実施の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。
【０１７０】
また、比較のために、前記の第４実施の形態の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。
【０１７１】
その結果、本実施の形態及び前記第４実施の形態の半導体レーザ素子の最大光出力は１００ｍＷ以上の光出力においてもＣＯＤフリーであり、また、これらを７０℃５０ｍＷの信頼性試験を行ったところ、前記第４実施の形態の半導体レーザ素子の平均寿命は約２０００時間であるのに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子では約３０００時間とさらに平均寿命が向上した。
【０１７２】
これは、本実施の形態の半導体レーザ素子において、レーザ共振器端面近傍領域にイオン照射する工程前に実施する１回目のアニール工程を行うことにより、活性層近傍領域でのＩＩ族原子であるＢｅ原子の分布が均一になり、ＭＱＷ活性層からのキャリアのオーバーフローが抑制され、且つ、レーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層の結晶性が改善された結果である。
【０１７３】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子としてＢｅ原子を用いたが、Ｍｇ，Ｚｎの何れかを用いても上述と同様の効果が得られる。
【０１７４】
本実施の形態においては、前記４０５〜４０９の各層に含まれているＩＩ族原子であるＢｅ原子をＭＱＷ活性層に拡散させる１回目のアニール工程によって、ＭＱＷ活性層４０４のウェル層でのＢｅ原子濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3となっているが、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の範囲であれば、前記と同様の効果が得られる。
【０１７５】
本実施の形態においては、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層３０９に、Ａｒイオンの照射を行っているが、窒素（Ｎ）イオン，酸素（Ｏ）イオン，アルゴン（Ａｒ）イオンのいずれか一つ又は複数のイオンの照射であれば、効果的にレーザ共振器端面近傍領域の活性層をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）より実効的に禁制帯幅の広い窓領域を形成できるので、前記と同様の効果が得られる。
【０１７６】
本実施の形態においては、前記４０５〜４０９の各層に含まれているＩＩ族原子であるＢｅ原子をＭＱＷ活性層に拡散させる１回目のアニール工程において、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下でアニールを行ったが、Ｖ族原子であるＮ原子を含む雰囲気下で行っても、前記と同様の効果が得られる。
【０１７７】
本実施の形態においては、前記４０５〜４０９の各層に含まれているＩＩ族原子であるＢｅ原子をＭＱＷ活性層４０４に拡散させる１回目のアニール工程において、アニール温度を７００℃で行ったが、アニール温度が６００℃以上７５０℃以下であれば、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層３０３側へのＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散を抑制することが可能となり、前記と同様の効果が得られる。
【０１７８】
＜第６実施の形態＞
本実施の形態においては、前記第４実施の形態に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層にイオン化された原子が照射されないように、誘電体膜を保護膜として用いた場合について、図１１に基づいて説明する。
【０１７９】
［０ １ １］又は［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板５０１（キャリア濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に順次、ＭＢＥ法にてｎ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ（ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）バッファ層５０２（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下；以下省略）第１クラッド層５０３（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれているＭＱＷ活性層５０４（Ｂｅ原子濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第２クラッド層５０５（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｐ型エッチングストップ層５０６、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層５０７（キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）、p型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層５０８、p型ＧａＡｓ保護層５０９（キャリア濃度７×１０¹⁸ｃｍ^-3）をエピタキシャル成長させる（図１１（ａ））。
【０１８０】
この時、５０１〜５０３の各層にはＳｉ原子が、５０４〜５０９の各層にはＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている。
【０１８１】
次に、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９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、リッジストライプと直交する方向に幅７６０μｍストライプ状に、誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７を形成する。前記誘電体膜５１７は、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９に、イオン化された原子が照射されないために形成されたものである。なお、ストライプのピッチは共振器長と同じ８００μｍとした（図１１（ｂ)）。
【０１８２】
その後、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９に、イオン化された原子の照射（イオン照射）を行う。本実施の形態においては、アルゴン（Ａｒ）イオンと酸素（Ｏ）イオンを同時に照射し、イオン照射エネルギーが１０ｋｅＶの条件下で行った。
【０１８３】
次に、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９上に形成されている誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７を除去せずに、アニールを行う。これにより、イオン照射が行われたレーザ共振器端面近傍領域のＭＱＷ活性層（窓領域）５１４のバンドギャップエネルギーをレーザ共振器内部領域のＭＱＷ活性層（活性領域）５０４のバンドギャップエネルギーよりも大きくさせる。この時のアニール条件は、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下で、温度７００℃、保持時間２時間で行った。
【０１８４】
その後、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５０９及び誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７上に［０−１ １］又は［０ １−１］方向に伸びたストライプ状のレジストマスク５１８を形成し、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５０６に到達するように、レーザ共振器内部領域の誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７とｐ型ＧａＡｓ保護層５０９とｐ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層５０８とｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層５０７を［０−１ １］又は［０ １−１］方向に伸びた約３μｍ幅のストライプ状のリッジ５１６に加工する（図１１（ｃ））。
次に、ｐ型ＧａＡｓ保護層５０９及び誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７上に形成されたストライプ状のレジストマスク５１８を除去し、２回目のＭＢＥ法によって、ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層５０７、p型Ｇａ_ｙＩｎ_ｚＰ中間層５０８、p型ＧａＡｓ保護層５０９からなるリッジ５１６の側面をｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ（ｘ，ｚは０以上１以下；以下省略）電流ブロック層５１０で埋め込む（図１１（ｄ））。この時、リッジ５１６上の誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７の表面には、Ａｌ_xＩｎ_zＰ多結晶５２０が成長する。
【０１８５】
その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ５１６の側面に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層５１０、及び、リッジ５１６のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９上に形成されたｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層５１０の幅４０μｍのストライプ状のレーザ共振器端面近傍領域にレジストマスク５１９を形成し、公知のエッチング技術を用いて、レジストマスク５１９開口部のＡｌ_xＩｎ_zＰ多結晶５２０を選択的に除去する（図１１（ｅ））。
【０１８６】
レジストマスク５１９開口部に形成されるＡｌ_xＩｎ_zＰ膜は、誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７の上に形成されるので、前記の通り、Ａｌ_xＩｎ_zＰ多結晶５２０となっており、公知のエッチング技術を用いることにより容易に除去することが出来る。また、レジストマスク５１９開口部のＡｌ_xＩｎ_zＰ多結晶５２０を選択的に除去する工程が、電流非注入領域５１５の形成工程を兼ねるので、工程数の削減が可能となっており、さらに、前記プロセスによって形成された電流非注入領域５１５は、窓領域５１４の直上になっているので、位置ずれによる特性不良が低減される。
【０１８７】
次に、レーザ共振器内部領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９上に形成されている誘電体膜であるＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜５１７を除去し、その後、ｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層５１０上に形成されたレジストマスク５１９を除去し、３回目のＭＢＥ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層５１１を形成する（図１１（ｆ））。さらに、上面にはｐ電極５１２、下面にはｎ電極５１３を形成する。
【０１８８】
次に、４０μｍ幅のレーザ共振器端面近傍領域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端面部に約２０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有した素子が作製される。
【０１８９】
前記の本実施の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。
【０１９０】
また、比較のために、前記の第４実施の形態の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。
【０１９１】
その結果、本実施の形態及び前記第４実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの発振波長（λ）はともに６６０ｎｍ、本実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電圧（Ｖｏｐ）は２．０Ｖ、前記第４実施の形態の半導体レーザ素子のＣＷ５０ｍＷでの駆動電圧（Ｖｏｐ）は２．５Ｖであり、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法では、更なる駆動電圧の低電圧化が実現されていることが明らかである。
【０１９２】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子としてＢｅ原子を用いたが、Ｍｇ，Ｚｎのいずれかであれば、前記と同様の効果が得られる。
【０１９３】
本実施の形態においては、ＩＩ族原子が含まれているＭＱＷ活性層５０４のウェル層でのＢｅ原子濃度を５×１０¹⁷ｃｍ^-3にしているが、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の範囲であれば、前記と同様の効果が得られる。
【０１９４】
本実施の形態においては、誘電体膜としてＳｉ_xＯ_y（ｘ，ｙは１以上）膜を用いたが、Ａｌ_xＯ_y，Ｓｉ_xＮ_y，Ｓｉ_xＯ_yＮ_z（ｘ，ｙ，ｚは１以上）のいずれかであれば、前記と同様の効果が得られる。
【０１９５】
本実施の形態においては、レーザ共振器端面近傍領域のｐ型ＧａＡｓ保護層５０９に、ＡｒイオンとＯイオンの同時照射を行っているが、窒素（Ｎ）イオン，酸素（Ｏ）イオン，アルゴン（Ａｒ）イオンのいずれか一つ又は複数のイオンの照射であれば、効果的にレーザ共振器端面近傍領域の活性層をレーザ共振器内部領域の活性層（活性領域）より実効的に禁制帯幅の広い窓領域を形成できるので、前記と同様の効果が得られる。
【０１９６】
本実施の形態においては、Ｖ族原子であるＡｓ原子を含む雰囲気下でアニールを行ったが、Ｖ族原子であるＮ原子を含む雰囲気下で行っても、前記と同様の効果が得られる。
本実施の形態においては、アニール温度を７００℃で行ったが、アニール温度が６００℃以上７５０℃以下であれば、ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層５０３側へのＩＩ族原子であるＢｅ原子の拡散を抑制することが可能となり、前記と同様の効果が得られる。
【０１９７】
本実施の形態においては、第１導電型基板上に、第１導電型の第１クラッド層、ＩＩ族原子を含むバリア層及びＩＩ族原子を含むウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造をＩＩ族原子を含む光ガイド層で挟んでなる活性層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層を順次エピタキシャル成長させ、レーザ共振器端面近傍領域の前記エピタキシャル成長させたウエハ表面上にイオン化された原子を照射し、該ウエハをアニールして、前記活性層のレーザ共振器端面近傍領域のバンドギャップをレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きくする前記第４実施の形態に記載の半導体レーザ素子の製造方法を用いて検討を行ったが、第１導電型基板上に、第１導電型の第１クラッド層、バリア層及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、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層を順次エピタキシャル成長させ、前記ウエハをアニールし、前記第２導電型の第２クラッド層、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の保護層に存在する第２導電性を示す不純物を活性層へ拡散させ、レーザ共振器端面近傍領域の前記エピタキシャル成長させたウエハ表面上にイオン化された原子を照射し、該ウエハをアニールして、前記活性層のレーザ共振器端面近傍領域のバンドギャップをレーザ共振器内部領域の活性層のバンドギャップより大きくする前記第５実施の形態に記載の半導体レーザ素子の製造方法を用いても、前記と同様の効果が得られる。
【０１９８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第１の発明の半導体レーザ素子は、光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長が、内部領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さいので、前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を前記内部領域のピーク波長よりも小さくする工程において、前記内部領域のクラッド層表面に少量だけ生成された空孔原子が前記内部領域における量子井戸活性層へ拡散することになる。
【０１９９】
ところが、前記光出射端面近傍領域および前記内部領域における量子井戸活性層を含む前記量子井戸活性層全体のウエル層とバリア層の各層にはII族原子が含まれているので、前記拡散した空孔原子は前記量子井戸活性層内に存在するII族原子と補完し合う。そのために、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制し、結晶性の劣化を抑制することができるのである。
【０２００】
さらに、前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層においては、レーザ光の吸収が無い窓領域が形成されることによって、前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層でのＣＯＤを抑制できる。したがって、高出力時の駆動電流を低減でき、高出力駆動における長期信頼性に優れたＣＯＤフリーの半導体レーザ素子を得ることができるのである。
【０２０１】
また、１実施例の半導体レーザ素子は、前記II族原子を、前記量子井戸活性層を挟む２層のクラッド層に含まれた不純物原子と同一としたので、アニール等による前記クラッド層からの拡散によって、前記量子井戸活性層のウエル層とバリア層の各層に前記II族原子を供給することが可能になる。
【０２０２】
また、１実施例の半導体レーザ素子は、前記ウエル層に含まれるII族原子の濃度を、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上且つ１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下としたので、前記II族原子の拡散によって、前記半導体基板側から量子井戸活性層を挟むクラッド層側へのｐ‐ｎ接合位置の移動を阻止できる。したがって、前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができ、高出力時におけ駆動電流を低減できる半導体レーザ素子を得ることができる。
【０２０３】
また、１実施例の半導体レーザ素子は、前記量子井戸活性層を前記半導体基板側から挟む第１のクラッド層にはＳｉ原子を含んでいるので、III族原子位置に存在し易いII族原子が前記第１のクラッド層側へ拡散することを抑制できる。したがって、高出力時の駆動電流を低減して、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を得ることができる。
【０２０４】
また、１実施例の発明の半導体レーザ素子は、共振方向に延在して前記量子井戸活性層を前記半導体基板側とは反対側から挟む第２のクラッド層に形成されたリッジ状ストライプ構造の上方における光出射端面近傍領域に、選択的に電流非注入領域が形成されているので、前記窓領域への電流注入を防ぐことができる。したがって、前記窓領域における空孔欠陥の存在によるキャリア損失を抑えることができ、発光に寄与しない無効電流を低減することができる。その結果、高出力時の駆動電流を低減し、高出力駆動時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のである。
【０２０５】
また、１実施例の半導体レーザ素子は、前記II族原子を、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つとしたので、前記内部領域に生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子と前記II族原子と間の補完を効果的に行うことができる。
【０２０６】
また、第２の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させ、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に選択的に誘電体膜を形成し、アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を誘電体膜非形成領域下方よりも小さくするので、前記アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が、前記量子井戸活性層に含まれているII族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制することができる。
【０２０７】
その際に、前記アニール前の時点で既にII族原子が含まれている前記量子井戸活性層近傍のII族原子の濃度勾配は小さく、そのため前記アニールによって量子井戸活性層へII族原子が拡散されるのを抑制することができる。したがって、前記内部領域の量子井戸活性層でのII族原子濃度の増加を抑制して、前記内部領域の量子井戸活性層における結晶性劣化を抑制することができる。
【０２０８】
さらに、上述のごとく前記アニールによる量子井戸活性層におけるII族原子濃度の増加がないため、前記アニールによる量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散をも抑制することができ、高出力駆動時における前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【０２０９】
さらに、前記誘電体膜直下における前記積層構造物表面から構成原子が前記誘電体膜中に吸上げられるため、前記積層構造物内部に空孔原子が生成されて、前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散を促進することができる。その結果、高出力時の駆動電流を低減でき、高出力駆動時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ることができる。
【０２１０】
また、第３の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層及び II族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させ、アニールによって前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させ、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に選択的に誘電体膜を形成し、アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を誘電体膜非形成領域下方よりも小さくするので、前記アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が、前記量子井戸活性層に含まれているII族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制することができる。
【０２１１】
さらに、２回のアニールを行うことができるので、前記量子井戸活性層近傍領域でのII族原子分布を均一にできる。したがって、前記アニールによる量子井戸活性層へのII族原子の拡散と、それに伴う前記量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散とを抑制でき、高出力駆動時における前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【０２１２】
さらに、前記誘電体膜直下の積層構造物表面から構成原子が誘電体膜中に吸上げられるため、前記積層構造物内部に空孔原子が生成されて、前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散を促進することができる。その結果、高出力時の駆動電流を低減でき、高出力駆動時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ることができるのである。
【０２１３】
さらに、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させるアニールは、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に誘電体膜を形成する前に行われる。したがって、前記II族原子が量子井戸活性層に拡散されるだけではなく、前記内部領域の量子井戸活性層における結晶性を改善することができる。その結果、高出力駆動における長期信頼性に優れた半導体レーザ素子を得ることができるのである。
【０２１４】
また、第４の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させ、前記積層構造物における光出射端面近傍領域にイオン化された原子を選択的に照射し、アニールによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長をイオン化原子非照射領域下方よりも小さくするので、前記アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が、前記量子井戸活性層に含まれているII族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制することができる。
【０２１５】
その際に、前記アニール前の時点で既にII族原子が含まれている前記量子井戸活性層近傍のII族原子の濃度勾配は小さく、そのため前記アニールによって量子井戸活性層へII族原子が拡散されるのを抑制することができる。したがって、前記内部領域の量子井戸活性層でのII族原子濃度の増加を抑制して、前記内部領域の量子井戸活性層における結晶性劣化を抑制することができる。
【０２１６】
さらに、上述のごとく前記アニールによる量子井戸活性層におけるII族原子濃度の増加がないため、前記アニールによる量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散をも抑制することができ、高出力駆動時における前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【０２１７】
さらに、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にイオン照射を行うことによって積層構造物表面に空孔原子が生成され、アニールによって前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散を促進することができる。その結果、高出力時の駆動電流を低減でき、高出力駆動時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ることができる。
【０２１８】
また、第５の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、第１導電型の半導体基板上に第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層およびII族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させ、アニールによって前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させ、前記積層構造物における光出射端面近傍領域にイオン化された原子を選択的に照射し、アニールによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長をイオン化原子非照射領域下方よりも小さくするので、前記アニールの際に前記内部領域における積層構造物の表面に少量生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子が、前記量子井戸活性層に含まれているII族原子と補完し合い、前記内部領域における量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制することができる。
【０２１９】
さらに、２回のアニールを行うことができ、前記量子井戸活性層近傍領域でのII族原子分布を均一にできる。したがって、前記アニールによる量子井戸活性層へのII族原子の拡散と、それに伴う前記量子井戸活性層から第１導電型クラッド層側へのII族原子の拡散とを抑制でき、高出力駆動時における前記量子井戸活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【０２２０】
さらに、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にイオン照射を行うことによって積層構造物表面に空孔原子が生成され、アニールによって前記空孔原子の量子井戸活性層への拡散を促進することができる。その結果、高出力時の駆動電流を低減でき、高出力駆動時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ることができる。
【０２２１】
さらに、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させるアニールは、前記積層構造物上における光出射端面近傍領域にイオン化された原子を照射して前記空孔原子が生成される前に行われる。したがって、前記II族原子が量子井戸活性層に拡散されるだけではなく、前記内部領域の量子井戸活性層における結晶性を改善することができる。その結果、高出力駆動時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のである。
【０２２２】
また、１実施例の半導体レーザ素子の製造方法は、前記積層構造物における光出射端面近傍領域に前記イオン化された原子を選択的に照射する際に、マスクとして誘電体膜を用いるので、前記内部領域へのイオン化された原子の照射を防止して、前記内部領域の積層構造物表面に空孔原子が生成されるのを効果的に抑制することができる。したがって、前記マスクとしてレジストを用いる場合よりも駆動電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２２３】
また、１実施例の半導体レーザ素子の製造方法は、前記イオン化される原子としてアルゴン,酸素,窒素のうちの少なくとも１つを用いるので、前記光出射端面近傍領域における積層構造物表面に空孔原子を効果的に生成でき、前記アニールによる量子井戸活性層への拡散を促進できる。したがって、前記イオン化原子照射領域下方における量子井戸活性層の無秩序化をより促進して、フォトルミネッセンス発光光のピーク波長をイオン化原子非照射領域下方における量子井戸活性層のよりも実効的に小さくできるのである。
【０２２４】
また、１実施例の半導体レーザ素子の製造方法は、前記II族原子を、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つとしたので、前記内部領域のクラッド層に生成されて量子井戸活性層へ拡散する空孔原子と前記II族原子と間の補完を効果的に行うことができる。
【０２２５】
前記第２の発明〜第５の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、更に以下のような工程と組み合せることによって、更なる高性能な半導体レーザ素子を構成することが可能になる。
【０２２６】
すなわち、前記第１導電型の半導体基板上に前記積層構造物を成長させた後、第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３のクラッド層、第２導電型の保護層を更に成長させる工程を備えて、前記誘電体膜は前記第２導電型の保護膜の上に形成することによって、ウエハ表面から前記量子井戸活性層までの距離が長くなり、前記内部領域の量子井戸活性層へ拡散する空孔原子量を減少できる。したがって、前記内部領域の量子井戸活性層のバンドギャップの変動を抑制し且つ結晶性劣化を抑制して、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を歩留まり良く得ることができる。
【０２２７】
また、前記第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３のクラッド層、第２導電型の保護層を更に形成する半導体レーザ素子の製造方法において、ウエハをアニールして、前記量子井戸活性層における光出射端面近傍領域のバンドギャップを前記内部領域の量子井戸活性層のバンドギャップより大きくする工程の後に、
前記第２導電型のエッチングストップ層、第２導電型の第３のクラッド層、第２導電型の保護層、誘電体膜にリッジ状のストライプを形成する工程と、
前記リッジ状ストライプの両側および前記リッジ状ストライプの上側に第１導電型の電流狭窄層(電流ブロック層)を成長させる工程と、
前記第１導電型の電流狭窄層を成長させる工程の後、前記リッジ状ストライプ上における前記内部領域に形成された第１導電型の電流狭窄層を除去して光出射端面近傍領域に電流非注入領域を形成する工程を更に備えることによって、前記ストライプ上に形成される不要層の除去と電流非注入領域の形成とを容易に行うことができ、電流非注入領域の形成による生産工程数の増加や窓領域と電流非注入領域との位置ずれの防止ができる。したがって、高出力時の駆動電流が低減されて、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を歩留まり良く得られることができる。
【０２２８】
また、前記第１導電型の半導体基板をＧａＡｓとし、前記第１導電型クラッド層、量子井戸活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型の第３のクラッド層がＡｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ（ｘ，ｙ，ｚは０以上１以下）とすることによって、前記光出射端面近傍領域の前記積層構造物が形成されたウエハ表面上にイオン化された原子を照射する工程と該ウエハをアニールする工程により、前記量子井戸活性層の光出射端面近傍領域のバンドギャップを内部領域の量子井戸活性層のバンドギャップより大きくすることができる。したがって、高出力駆動における長期信頼性に優れた、ＣＯＤフリーである半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施の形態の半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図２】 図１に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】 図１に示す半導体レーザ素子のＲＴＡ法によるアニール前後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を示す図である。
【図４】 従来技術の製造方法を用いた半導体レーザ素子のＲＴＡ法によるアニール前後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を示す図である。
【図５】 第２実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】 第２実施の形態の１回目のアニール後及びＲＴＡ法による２回目のアニール後でのレーザ共振器内部領域のＺｎ原子の深さ方向分布を示す図である。
【図７】 ＭＱＷ活性層でのＺｎ原子濃度とＣＷ１２０ｍＷでの駆動電流の関係を示す図である。
【図８】 第４実施の形態の半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図９】 図８に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図１０】 第５実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図１１】 第６実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【図１２】 従来技術の半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図１３】 従来技術の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，１００１ ｎ型ＧａＡｓ基板
３０１，４０１，５０１ ［０１１］又は［０−１−１］方向に１５度傾斜しているｎ型ＧａＡｓ基板
３０２，４０２，５０２ ｎ型Ｇａ_yＩｎ_zＰバッファ層
１０２，２０２ ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第１クラッド層
３０３，４０３，５０３ ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第１クラッド層
１０３，２０３ バリア層及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り、且つ、前記バリア層、ウェル層、光ガイド層の各層にＩＩ族原子であるＺｎ原子が含まれている活性層（ＭＱＷ活性層）
３０４，４０４，５０４ バリア層及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り、且つ、前記バリア層、ウェル層、光ガイド層の各層にＩＩ族原子であるＢｅ原子が含まれている活性層（ＭＱＷ活性層）
２１９，４２０ ＭＱＷ活性層
１０４，２０４ ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第２クラッド層
３０５，４０５，５０５ ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第２クラッド層
１０５，２０５，３０６，４０６，５０６ ｐ型エッチングストップ層
１０６，２０６ ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ第３クラッド層
３０７，４０７，５０７ ｐ型Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＰ第３クラッド層
３０８，４０８，５０８ ｐ型Ｇａ_yＩｎ_zＰ中間層
１０７，２０７，３０９，４０９，５０９ ｐ型ＧａＡｓ保護層
１０８，２０８ ｎ型Ａｌ_xＧａ_yＡｓ電流ブロック層
３１０，４１０，５１０ ｎ型Ａｌ_xＩｎ_zＰ電流ブロック層
５２０ Ａｌ_xＩｎ_zＰ多結晶
１０９，２０９ ｐ型ＧａＡｓ平坦化層
１１０，２１０，３１１，４１１，５１１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１，２１１，３１２，４１２，５１２ ｐ型電極
１１２，２１２，３１３，４１３，５１３ ｎ型電極
１１３，２１３，３１４，４１４，５１４ 窓領域
１１４，２１４，３１５，４１５，５１５ 電流非注入領域
１１５，２１５，３１６，４１６，５１６ ストライプ状のリッジ
１１６，２１６ レーザ共振器端面近傍領域に形成される誘電体膜
５１７ レーザ共振器内部領域に形成される誘電体膜
１１７，１１８，２１７，２１８，３１７，３１８，３１９，４１７，４１８，４１９，５１８，５１９ 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)

1. 半導体基板上方に積層されたウエル層とバリア層とを含む量子井戸活性層を備えると共に、電流が注入されない光出射端面近傍領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長が、電流が注入される内部領域における量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さい半導体レーザ素子において、
   前記光出射端面近傍領域における量子井戸活性層は、空孔原子が拡散されて成る空孔原子拡散型の窓領域で構成されており、
   前記光出射端面近傍領域および前記内部領域における量子井戸活性層を含む前記量子井戸活性層全体のウエル層とバリア層との各層にはII族原子が含まれている
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記量子井戸活性層を挟む２層のクラッド層を備えると共に、
   前記II族原子は、前記クラッド層に含まれた不純物原子と同一であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
3. 前記ウエル層に含まれるII族原子の不純物原子濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上且つ１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
4. 前記量子井戸活性層を挟む２層のクラッド層のうち、前記量子井戸活性層を前記半導体基板側から挟む第１のクラッド層には、Ｓｉ原子が含まれていることを特徴とする請求項２乃至３の何れか一つに記載の半導体レーザ素子。
5. 前記量子井戸活性層を前記半導体基板側とは反対側から挟む第２のクラッド層は、前記II族原子を含んでいることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
6. 共振方向に延在して前記量子井戸活性層を前記半導体基板側とは反対側から挟む第２のクラッド層に形成されたリッジ状ストライプ構造を有すると共に、
   前記リッジ状ストライプ構造の上方における光出射端面近傍領域には、選択的に電流非注入領域が形成されていることを特徴とする前記請求項２乃至５の何れか一つに記載の半導体レーザ素子。
7. 前記半導体基板はＧａＡｓで構成され、
   該半導体基板上方には、少なくともＡｌＧａＡｓ系材料で構成された半導体層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の半導体レーザ素子。
8. 前記半導体基板はＧａＡｓで構成され、
   該半導体基板上方には、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成された半導体層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の半導体レーザ素子。
9. 前記II族原子は、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つであることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一つに記載の半導体レーザ素子。
10. 請求項１に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
    前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に、選択的に誘電体膜を形成する工程と、
    アニールによって、前記誘電体膜直下における前記積層構造物内部に空孔原子を生成し、この空孔原子を前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に拡散させて窓領域を形成することによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、誘電体膜非形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
    を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
11. 請求項１に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層およびII族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
    アニールによって、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させる工程と、
    前記積層構造物上における光出射端面近傍領域に、選択的に誘電体膜を形成する工程と、
    アニールによって、前記誘電体膜直下における前記積層構造物内部に空孔原子を生成し、この空孔原子を前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に拡散させて窓領域を形成することによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、誘電体膜非形成領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
    を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
12. 請求項１に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,II族原子を含むウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層および第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
    前記積層構造物における光出射端面近傍領域に、イオン化された原子を選択的に照射して前記積層構造物表面に空孔原子を生成する工程と、
    アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に前記空孔原子を拡散させて窓領域を形成することによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、イオン化原子非照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
    を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
13. 請求項１に記載の半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    第１導電型の半導体基板上に、第１導電型クラッド層,ウエル層とバリア層とから成る量子井戸活性層およびII族原子を含む第２導電型クラッド層を含む積層構造物を成長させる工程と、
    アニールによって、前記第２導電型クラッド層のII族原子を前記量子井戸活性層に拡散させる工程と、
    前記積層構造物における光出射端面近傍領域に、イオン化された原子を選択的に照射して前記積層構造物表面に空孔原子を生成する工程と、
    アニールによって、前記誘電体膜形成領域下方における前記量子井戸活性層に前記空孔原子を拡散させて窓領域を形成することによって、前記イオン化原子照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長を、イオン化原子非照射領域下方における前記量子井戸活性層のフォトルミネッセンス発光光のピーク波長よりも小さくする工程
    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. 前記積層構造物における光出射端面近傍領域に前記イオン化された原子を選択的に照射する際に、マスクとして誘電体膜を用いることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
15. 前記イオン化される原子は、アルゴン,酸素,窒素のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか一つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
16. 前記II族原子は、亜鉛原子,ベリリュウム原子およびマグネシウム原子の何れか一つであることを特徴とする請求項１０乃至１５の何れか一つに記載の半導体レーザ素子の製造方法。

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