JP2002204034A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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Abstract
ODが発生しやすいため、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。 【解決手段】 半導体基板101の上方に積層した、ウ
エル層とバリア層とを含む量子井戸活性層103を備え
ると共に、共振器端面近傍領域の量子井戸活性層103
のバンドギャップが、共振器内部領域の量子井戸活性層
103のバンドギャップよりも大きくされた半導体レー
ザ素子において、前記活性層103のウエル層とバリア
層の各層にはII族原子が含まれてなることによって上
記の課題を解決する。
Description
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。
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。
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 O
ptical Damage)である。
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。
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。
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。
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。
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−I
b’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AlGaA
s下クラッド層、1003は量子井戸活性層、1004
a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Ga
As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。
図13に示す工程図を参照して説明する。
aAs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13(a))。次にp型A
lGaAs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1
010a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100
3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。
型AlGaAs第1上クラッド層1004a上にp型Al
GaAs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10
05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1
011を形成する。次にこのストライプ状のレジスト1
011をマスクとしてp型GaAsコンタクト層100
5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1
008、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。
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AlG
aAs第1上クラッド層1004a表面上にSiO 2膜1
010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。
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G
a空孔が拡散する。
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。
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。
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。
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、
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
波長よりも小さい半導体レーザ素子において、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
含まれていることを特徴としている。
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。
傍領域におけるバンドギャップの向上は、例えば、Si
O2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、SiO2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。
おけるクラッド層においては、SiO2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。
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。
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。
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1×1018c
m-3以下である。
原子の濃度は、3×1017cm-3以上且つ1×1018c
m-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。
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。
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I
I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。
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。
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。
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。
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AlGa
As系材料で構成された半導体層が積層されている。
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AlGa
InP系材料で構成された半導体層が積層されている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
射する工程と、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。
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。
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。
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。
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する工程
と、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
態により詳細に説明する。
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、1
02はn型AlxGayAs(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AlxGayAs第
2クラッド層、105はp型エッチングストップ層、1
06は共振器方向にリッジストライプからなるp型Al
xGayAs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AlxGay
As第3クラッド層の側面を埋め込む様に形成されたn
型AlxGayAs電流ブロック層、109はp型GaA
s平坦化層、110はp型GaAsコンタクト層、11
1はp側電極、112はn側電極である。
QW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AlxGayAs電流ブロ
ック層108 からなる電流非注入領域、115はp型
AlxGayAs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。
する。n型GaAs基板101(キャリア濃度2×10
18cm-3)上に順次、有機金属気相成長(MOCVD)
法にてn型AlxGayAs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AlxGayAs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AlxGayAs第3クラッ
ド層106(キャリア濃度2×1018cm-3)、p型G
aAs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。
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SixOy(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))。
A)法によるアニールによって、Si xOy(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M
QW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。
された誘電体膜であるSixOy(x,yは1以上)膜1
16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Ga
As保護層107とp型AlxGayAs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))。
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1
07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AlxGayAs電流ブロック
層108(キャリア濃度1×1018cm-3)とp型Ga
As平坦化層109(キャリア濃度3×1018cm-3)
で埋め込む(図2(d))。
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10
8とp型GaAs平坦化層109を選択的に除去する
(図2(e))。
成されたレジストマスク118を除去し、3回目のMO
CVD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。
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。
コーティングし、さらにチップに分割して、長さ800
μm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。
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1
03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I
I族原子をMQW活性層103にドーピングしても、M
QW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。
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SixO
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1
03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。
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。
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(P
L)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。
A法による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116直下のp型GaA
s保護層107の表面からGa,As原子がSixOy
(x,yは1以上)膜116中に吸上げられ、p型Ga
As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、MQ
W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SixOy(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。
は、エピタキシャル成長させる工程でII族原子をMQ
W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I
I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。
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R
TA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。
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(a
toms/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。
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AlxG
ayAs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AlxGayAs第1
クラッド層102側へのZn原子の拡散は見られない。
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AlxGayAs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。
いられているSi原子は、n型Al xGayAs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AlxGayAs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1
04〜107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、RT
A法によるアニール前にすでにMQW活性層103にZ
n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AlxGayAs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。
られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でI
I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。
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150
mA、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。
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AlxGay
As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。
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。
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。
系半導体レーザに関して記載したが、AlxGayInz
P(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。
製造方法について図5に基づいて説明する。n型GaA
s基板201(キャリア濃度2×1018cm-3)上に順
次、MOCVD法にてn型AlxGayAs(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
AlxGayAs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AlxGayAs第3クラッド層206(キャリア濃
度2×10 18cm-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。
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。
を、SIMSにて不純物原子濃度測定を行った結果、M
QW活性層203のウェル層でのZn原子濃度は8×1
017cm-3であった。
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、77
5nm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。
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SixOy(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))。
よって、SixOy(x,yは1以上)膜216直下のM
QW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1
00℃/秒、保持時間60秒で行った。
のウエハの一部を、PL法にて誘電体膜であるSixOy
(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。
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。
された誘電体膜であるSixOy(x,yは1以上)膜2
16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Ga
As保護層207とp型AlxGayAs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))。
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2
07とp型AlxGayAs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(キャリア濃度1×1018cm-3)とp型G
aAs平坦化層209(キャリア濃度3×1018c
m-3)で埋め込む(図5(d))。
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20
8とp型GaAs平坦化層209を選択的に除去する
(図5(e))。
成されたレジストマスク218を除去し、3回目のMO
CVD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。
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。
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。
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(μ
m)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SixOy(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。
では、Zn原子がMQW活性層203に拡散している
が、n型AlxGayAs第1クラッド層202側へのZ
n原子の拡散は見られず、n型AlxGayAs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Alx
GayAs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、R
TA法による2回目のアニール後では、n型Al xGay
As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AlxGayAs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、MQ
W活性層203とp型AlxGayAs第2クラッド層2
04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。
ルを行うことにより、p型AlxGayAs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AlxGayAs第1クラッド層202にはSi原子
が存在するため、n型AlxGayAs第1クラッド層2
02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AlxGayAs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AlxGayAs第1クラッド層202側のM
QW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。
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AlxGayAs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AlxGayAs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A
lxGayAs第1クラッド層202へのZn原子の拡散
は、前述の通り、n型AlxGayAs第1クラッド層2
02にはSi原子が存在するため、起こらない。
体膜であるSixOy(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AlxGayA
s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。
られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
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SixOy(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。
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(Io
p)は150mAであった。
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。
において、レーザ共振器端面近傍領域に誘電体膜である
SixOy(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、I
I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。
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。
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。
の各層に含まれているII族原子であるZn原子を、M
QW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。
の各層に含まれているII族原子であるZn原子を、M
QW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AlxGay
As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。
系半導体レーザに関して記載したが、AlxGayInz
P(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。
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。
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-3,3×1018
cm-3である8種類の半導体レーザ素子を作製した。
子濃度とCW120mWでの駆動電流(Iop)の関係
について示す。
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AlxGayAs(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 xGayA
s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AlxGay
As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AlxGayAs第1クラッド層10
2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。
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3×1017c
m-3以上1×1018cm-3以下とすることが望ましい。
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。
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。
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Ga
As基板、302はn型GayInzP(y,zは0以上
1以下;以下省略)バッファ層、303はn型AlxGa
yInzP(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I
I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AlxGayInzP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AlxGayI
nzP第3クラッド層、308はp型GayInzP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AlxGayInzP第3クラッド層
の側面を埋め込む様に形成されたn型AlxInzP
(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。
QW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AlxInzP電流ブロッ
ク層310からなる電流非注入領域、316はp型Al
xGayInzP第3クラッド層307、p型GayInzP
中間層308、p型GaAs保護層309からなるスト
ライプ状のリッジである。
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×
10 18cm-3)上に順次、分子線エピタキシー(MB
E)法にてn型GayInzPバッファ層302(キャリ
ア濃度1×1018cm-3)、n型AlxGayInzP第
1クラッド層303(キャリア濃度1×1018c
m-3)、II族原子であるBe原子が含まれているMQ
W活性層304(Be原子濃度5×1017cm-3)、p
型AlxGayInzP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3
06、p型AlxGayInzP第3クラッド層307
(キャリア濃度1×1018cm-3)、p型GayInzP
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。
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M
QW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。
用いて、レーザ共振器内部領域のp型GaAs保護層3
09の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅7
60μm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))。
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150k
eVの条件下で行った。
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。
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610n
m,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。
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。
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。
は、エピタキシャル成長させる工程でII族原子をMQ
W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I
I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。
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GayInzP中間層3
08とp型AlxGayInzP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))。
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AlxGayInz
P第3クラッド層307、p型GayInzP中間層30
8、p型GaAs保護層309からなるリッジ316の
側面をn型AlxInzP電流ブロック層310で埋め込
む(図9(d))。
用いてリッジ316の側面に形成されたn型AlxInz
P電流ブロック層310、及び、リッジ316上に形成
されたn型AlxInzP電流ブロック層310の幅40
μm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AlxInzP
電流ブロック層310を選択的に除去する(図9
(e))。
P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。
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31
2、下面にはn電極313を形成する。
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。
られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
製造方法において、エピタキシャル成長させる工程でI
I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。
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。
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AlxGay
InzP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。
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。
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、3×1017c
m-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。
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。
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AlxGayInzP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。
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GayInzP(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AlxGayInzP(x,
y,zは0以上1以下;以下省略)第1クラッド層40
3(キャリア濃度1×1018cm-3)、MQW活性層4
20、p型AlxGayInzP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AlxGayInzP第3クラッド
層407(キャリア濃度1×1018cm-3)、p型Gay
InzP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。
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。
を、SIMSにて不純物原子濃度測定を行った結果、M
QW活性層404のウェル層でのBe原子濃度は5×1
017cm-3であった。
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、64
0nm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。
用いて、レーザ共振器内部領域のp型GaAs保護層4
09の表面に、リッジストライプと直交する方向に幅7
60μm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))。
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1
0keVの条件下で行った。
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。
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)41
4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640n
m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40
4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。
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。
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AlxGayInzP第1クラッド層40
3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。
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GayInzP中間層4
08とp型AlxGayInzP第3クラッド層407を
[0−1 1]又は[01−1]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))。
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AlxGayIn
zP第3クラッド層407、p型GayInzP中間層
408、p型GaAs保護層409からなるリッジ41
6の側面をn型AlxInzP(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))。
用いて、リッジ416の側面に形成されたn型AlxI
nzP電流ブロック層410、及び、リッジ416上に
形成されたn型AlxInzP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AlxI
nzP電流ブロック層410を選択的に除去する(図1
0(e))。
0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41
2、下面にはn電極413を形成する。
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。
られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
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。
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20
00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。
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M
QW活性層の結晶性が改善された結果である。
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。
09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。
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。
09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。
09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
xGayInzP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。
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。
5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
yInzP(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
xGayInzP(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1×1018c
m-3)、II族原子であるBe原子が含まれているMQ
W活性層504(Be原子濃度5×1017cm -3)、p
型AlxGayInzP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5
06、p型AlxGayInzP第3クラッド層507
(キャリア濃度1×1018cm-3)、p型GayInzP
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))。
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。
s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S
ixOy(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))。
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。
s保護層509上に形成されている誘電体膜であるSi
xOy(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MQ
W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。
を用いて、p型GaAs保護層509及び誘電体膜であ
るSixOy(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SixOy
(x,yは1以上)膜517とp型GaAs保護層50
9とp型GayInzP中間層508とp型Al xGayI
nzP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Ga
As保護層509及び誘電体膜であるSixOy(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AlxGayInzP第3クラッド層507、p型
Ga yInzP中間層508、p型GaAs保護層50
9からなるリッジ516の側面をn型AlxInzP
(x,zは0以上1以下;以下省略)電流ブロック層5
10で埋め込む(図11(d))。この時、リッジ51
6上の誘電体膜であるSi xOy(x,yは1以上)膜5
17の表面には、AlxInzP多結晶520が成長す
る。
を用いて、リッジ516の側面に形成されたn型Alx
InzP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AlxI
nzP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AlxInzP多結晶520を選択的
に除去する(図11(e))。
AlxInzP膜は、誘電体膜であるSixOy(x,yは
1以上)膜517の上に形成されるので、前記の通り、
Al xInzP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AlxInzP
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。
s保護層509上に形成されている誘電体膜であるSi
xOy(x,yは1以上)膜517を除去し、その後、n
型AlxInzP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。
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。
られた半導体レーザ素子の特性測定を行った。
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。
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2.0
V、前記第4実施の形態の半導体レーザ素子のCW50
mW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。
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。
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。
SixOy(x,yは1以上)膜を用いたが、AlxOy,
SixNy,SixOyNz(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。
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。
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AlxGayInzP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。
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。
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。
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。
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。
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。
記ウエル層に含まれるII族原子の濃度を、3×1017c
m-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
As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AlxGayInzP(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。
す断面図である。
するための図である。
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。
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。
を説明するための図である。
A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。
Wでの駆動電流の関係を示す図である。
す断面図である。
するための図である。
法を説明するための図である。
法を説明するための図である。
面図である。
明するための図である。
1]方向に15度傾斜しているn型GaAs基板 302,402,502 n型GayInzPバッファ層 102,202 n型AlxGayAs第1クラッド層 303,403,503 n型AlxGayInzP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(M
QW活性層) 219,420 MQW活性層 104,204 p型AlxGayAs第2クラッド層 305,405,505 p型AlxGayInzP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AlxGayAs第3クラッド層 307,407,507 p型AlxGayInzP第3
クラッド層 308,408,508 p型GayInzP中間層 107,207,309,409,509 p型GaA
s保護層 108,208 n型AlxGayAs電流ブロック層 310,410,510 n型AlxInzP電流ブロッ
ク層 520 AlxInzP多結晶 109,209 p型GaAs平坦化層 110,210,311,411,511 p型GaA
s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 117,118,217,218,317,318,3
19,417,418,419,518,519 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)
- 【請求項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、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
よりも小さい半導体レーザ素子において、 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ことを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項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。 - 【請求項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1×1018c
m-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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項10】 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。 - 【請求項11】 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。 - 【請求項12】 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する工程と、 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。 - 【請求項13】 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する工程と、 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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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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---|---|---|---|---|
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JP2013125833A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Toyota Motor Corp | Iii−v族化合物半導体の製造方法 |
JP2019062046A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 株式会社沖データ | 発光サイリスタ、光プリントヘッド、及び画像形成装置 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1561247B1 (en) * | 2002-11-16 | 2012-07-25 | LG Innotek Co., Ltd. | Light emitting device and fabrication method thereof |
JP4253516B2 (ja) * | 2003-02-26 | 2009-04-15 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
JP2007287738A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法、ならびに該半導体レーザ装置を用いた光伝送モジュールおよび光ディスク装置 |
JP2009212336A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Mitsubishi Electric Corp | 窒化物系半導体レーザの製造方法および窒化物系半導体レーザ |
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US20210399147A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-23 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | High performance long-lifetime charge-separation photodetectors |
Family Cites Families (15)
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---|---|---|---|---|
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JPS59145588A (ja) | 1983-02-09 | 1984-08-21 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
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JPH05218593A (ja) | 1992-01-31 | 1993-08-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザの製造方法 |
US5438585A (en) * | 1994-05-31 | 1995-08-01 | University Of New Mexico | Unstable resonator semiconductor laser |
US5811839A (en) * | 1994-09-01 | 1998-09-22 | Mitsubishi Chemical Corporation | Semiconductor light-emitting devices |
JP3725582B2 (ja) | 1995-07-05 | 2005-12-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法,及び半導体レーザ装置 |
US6181723B1 (en) * | 1997-05-07 | 2001-01-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device with both carbon and group II element atoms as p-type dopants and method for producing the same |
JPH10321945A (ja) | 1997-05-19 | 1998-12-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
EP0898345A3 (en) * | 1997-08-13 | 2004-01-02 | Mitsubishi Chemical Corporation | Compound semiconductor light emitting device and method of fabricating the same |
US6396864B1 (en) | 1998-03-13 | 2002-05-28 | Jds Uniphase Corporation | Thermally conductive coatings for light emitting devices |
JP3501676B2 (ja) | 1999-05-07 | 2004-03-02 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
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-
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7027474B2 (en) | 2002-09-27 | 2006-04-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
JP2009055002A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-03-12 | Eudyna Devices Inc | 光半導体装置およびその製造方法 |
JP2013110366A (ja) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
JP2013125833A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Toyota Motor Corp | Iii−v族化合物半導体の製造方法 |
JP2019062046A (ja) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 株式会社沖データ | 発光サイリスタ、光プリントヘッド、及び画像形成装置 |
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