JP2000138419A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、簡便な方法によって、半導体光装
置の導波路構造及び電流狭窄構造を合わせ実現する。 【解決手段】本願発明は、燐をＶ族元素の内の元素とし
て含有する化合物半導体材料、あるいは窒素をＶ族元素
の内の元素として含有する化合物半導体材料が、外部か
らの不純物の導入によって、屈折率変化を生ぜしめると
共に当該化合物半導体材料を高抵抗値に確保し、導波路
構造及び電流狭窄構造を合わせ実現せんとする。本願発
明によれば半導体レーザ素子の出力を出力以外の特性を
劣化させずに大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、高信頼度の半導
体光素子、わけても半導体レーザ素子およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体の代表的な例であるＡｌＧ
ａＡｓ系を用いた量子井戸構造半導体レーザ装置におい
て、半導体結晶に段差等を設けずに屈折率導波構造を実
現せんとする試みがなされている。平坦な結晶面を維持
しながら、対象の量子井戸構造を混晶化した透明化領域
を設けている。この量子井戸構造を混晶化はレーザ導波
路外部の所望領域に亜鉛拡散（Ｚｎ拡散）を行うことに
よって行われている。

【０００３】従来の技術としては、例えばＨ． Ｎａｋ
ａｊｉｍａ他、Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｎ． Ｐｈｙｓ．
２４、Ｌ６４７Ｐ（１９８５） があげられる。この文
献では、ＡｌＧａＡｓ系量子井戸構造半導体レーザにお
いて、レーザ導波路の外部領域に、亜鉛拡散を行い量子
井戸構造を混晶化し、レーザ光に対する屈折率が変化し
た透明化領域を設けている。同文献の構成の断面図を図
１に示す。図において、１はｐ型ＧａＡｓ基板、２はｐ
型ＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層、３はｐ型ＡｌＧａ
Ａｓよりなる光ガイド層、４は多重量子井戸構造の領
域、５はパッシベーション用の二酸化珪素層、６はｎ型
ＡｌＧａＡｓよりなる光ガイド層、７はｎ型ＡｌＧａＡ
ｓよりなるクラッド層、８はｎ型ＧａＡｓよりなるキャ
ップ層、９はＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕよりなるｎ側電
極、１０はＣｒ／Ａｕよりなるｐ側電極である。これら
の半導体積層体に対して亜鉛拡散の不純物領域１１が形
成されている。そして、この不純物領域における量子井
戸構造の領域は混晶化された領域である。

【０００４】量子井戸構造を混晶化すると活性層の禁制
帯幅が増加するため、混晶化していない本来の量子井戸
構造の発光波長に対し透明になるとともに、屈折率も小
さくなる。これにより、半導体結晶に段差等を設けずに
屈折率導波構造を実現することが可能となる。

【０００５】又、亜鉛拡散によって隣接した化合物半導
体層の構成元素を無秩序化することは古くから行われて
いる。例えば、特許公告昭和６３年第５１５５７号公報
に見られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
ては、屈折率を変化させ且つ透明化構造を形成するため
の不純物拡散は半導体層の不純物濃度を大幅に増加させ
ていた。このような高濃度の不純物の導入は、導波路に
不必要な光損失を発生させていた。更にはこの導波路の
外部に漏れ電流を発生させる等の問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明は、燐をＶ族元
素の内の元素として含有する化合物半導体材料、あるい
は窒素をＶ族元素の内の元素として含有する化合物半導
体材料が、外部からの不純物の導入によって、屈折率変
化を生ずると共にこれまでの化合物半導体よりも高抵抗
値を確保することが出来ることを見出したことに基づく
ものである。本願発明は、この屈折率変化と高抵抗値の
確保という特徴を利用して、半導体光装置の導波路構造
及び電流狭窄構造を合わせ実現せんとするものである。
本願発明は、半導体光装置、わけても、半導体レーザ素
子の導波路構造及び電流狭窄構造に応用して極めて有用
である。

【０００８】燐をＶ族元素の内の主な元素として含有す
る化合物半導体材料の代表例は、ＡｌＧａＩｎＰであ
る。更には、こうした材料の例としてＧａＩｎＰなどを
あげることが出来る。また、窒素をＶ族元素の内の主な
元素として含有する化合物半導体材料はの代表例はＡｌ
ＧａＩｎＮである。更に、こうした材料の例としてＧａ
Ｎ，ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮなどをあげることが出来
る。

【０００９】本願発明を適用するに際して、当該半導体
層の禁制帯幅は２ｅＶ以上が好ましい。

【００１０】これに導入する不純物は亜鉛（Ｚｎ）が代
表的なものである。更に、別な例としてマグネシウム
（Ｍｇ）を挙げることが出来る。

【００１１】尚、本願発明の効果を有効ならしめるに、
上記不純物の活性化率は１％以下が望ましい。その理由
は後述される。

【００１２】本願発明によれば、単一の基板に複数の発
光部を設けても、各発光部を構成するストライブ間クロ
ストークは実質的に問題とならない半導体レーザアレイ
を再現性よく実現することが出来る。

【００１３】次に、本願発明の半導体光素子の主な形態
を列挙すれば下記の通りである。

【００１４】（１）本願発明の第１の形態は、複数の半
導体層を有する半導体積層体内に光導波路となるストラ
イプ状の部分を有し、当該ストライプ状の部分の少なく
とも側部に不純物を導入することにより当該ストライプ
部分に光を導波する機能を有し、前記光を導波する機能
を有する半導体積層体の少なくとも層状の一部は、燐及
び窒素を含有する化合物半導体層で構成されていること
を特徴とする半導体レーザ素子である。

【００１５】本願発明は、前記ストライプ状の部分の側
部の不純物を導入された領域は、前記の光を導波する機
能および電流狭窄の機能を有するものである。本願発明
は２つの機能を合わせ持つので極めて有用である。

【００１６】（２）本願発明の第２の形態は、半導体基
板上に通例の第１の導電型を有する第１のクラッド層
と、活性層と、第２の導電型を有する第２のクラッド層
とを少なくとも有する半導体光素子であって、以下の特
徴を有する。

【００１７】（ａ）光を導波するストライプ状領域に接
して不純物導入領域が設けられている。

【００１８】（ｂ）この不純物導入領域は前記光の導波
の機能を有する。

【００１９】（ｃ）前記不純物導入領域には、燐または
窒素の少なくとも一者をＶ族元素の主たるものとして含
有する化合物半導体材料で構成された層を有する。

【００２０】（ｄ）そして、この燐または窒素の少なく
とも一者をＶ族元素の主たるものとして含有する化合物
半導体材料で構成された層の持つ不純物導入領域は、こ
の不純物が導入されざる領域と比較して高抵抗領域とな
っている。この高抵抗領域は電流狭窄の機能も果たして
いる。

【００２１】こうして、本願発明は、光の導波機能と電
流狭窄の機能を合わせもつ半導体領域を用いて、光導波
領域には光損失を与えず、安価に高性能な半導体光素子
を提供出来る。

【００２２】（３）本願発明の第３の形態は、前記第１
の導電型のｐ型、前記第２の導電型をｎ型とするもので
ある。このことにより、これまで、低動作電流の特性を
有する半導体レーザ素子の製造が困難であったが、本願
発明によってこの種の半導体レーザ素子を提供すること
が可能である。それは、活性層に対して結晶成長基板と
反対側に位置するｎ型導電型の半導体層内で電流狭窄を
行い得るからである。

【００２３】（５）本願発明の半導体レーザ素子の製造
方法の基本は次の通りである。

【００２４】即ち、それは、光を導波する機能を有する
半導体積層体の少なくとも層状の一部に、燐及び窒素の
少なくとも一者を含有する化合物半導体層を有する如く
構成された複数の半導体層を有する半導体積層体を形成
する工程、前記半導体積層体内に光導波路となるストラ
イプ状の部分を有し、当該ストライプ状の部分の少なく
とも側部に不純物を、少なくとも前記燐及び窒素を含有
する化合物半導体層に達するまで導入する工程を有す
る。

【００２５】前記不純物導入層は、前述した所定の化合
物半導体材料で構成するが、当該不純物はこの半導体層
を形成後、外部から不純物を導入することが重要であ
る。更に、この不純物の導入後は、プロセス温度が所定
温度以上の工程を使用しないようにすることが肝要であ
る。

【００２６】当該不純物導入量の抑制が可能となるの
は、燐系または窒素系の半導体材料の亜鉛、マグネシウ
ムなどのｐ型不純物に対する固溶限が小さい為である。
当該半導体層の高抵抗化はこれらの半導体材料における
前記ｐ型不純物の自己補償効果により形成される深い準
位により実現される。この深い準位によってキャリアは
活性化し難い状態となる。

【００２７】このような深い準位は不純物拡散およびイ
オン打ち込み等の工程により形成される。しかし、一定
温度以上の熱処理によってこの深い準位は消失する。従
って、不純物を導入した後は、試料温度をこの一定温度
を超えない範囲に保つ必要がある。

【００２８】一方、超格子の混晶化の効果を得る為に
は、一定の温度の以上の熱処理が必要である。具体的な
熱処理温度としては、ＡｌＧａＩｎＰに亜鉛を拡散した
場合は摂氏４５０度よち５００度、ＡｌＧａＩｎＰにマ
グネシウム（Ｍｇ）を打ち込んだ場合は摂氏５００度よ
り７００度、ＡｌＧａＮにＭｇを打ち込んだ場合は摂氏
６００度より８００度の各範囲が適当な熱処理温度であ
った。

【００２９】（５）本願発明の半導体レーザ素子は、単
一素子内に、複数個の発光部あるいはレーザ発光部を有
するアレー型半導体光素子あるいはアレー型半導体レー
ザ素子を容易に実現でき、且つ負電圧駆動を可能とす
る。負電圧駆動は、より高速変調が可能な駆動方法であ
る。

【００３０】（６）アレー型半導体光素子を構成する場
合、各発光部を搭載する基板に段差を設けておき、この
各段差で区画される各平面に各々各発光部を搭載するこ
とが出来る。この場合、各段に設ける発光部を複数の発
光部、例えば２個の発光部を搭載することも可能であ
る。

【００３１】尚、これまで述べてきた半導体レーザ装置
の光の帰還の手段は、これまでの半導体レーザ装置に用
いているものを用いることが出来る。即ち、ファブリ・
ペロー構造(Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｒｅｓｏｎａｔｏ
ｒ)、分布帰還型構造(ＤＦＢ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
ｆｅｅｄｂａｃｋ)、ブラッグ反射器構造(ＤＢＲ：ｄ
ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏ
ｒ)などを用いることが出来る。

【００３２】また、その他の半導体レーザ装置に用いら
れている各種手段、例えば、結晶端面の保護の為の保護
膜や反射膜、あるいは、良好な結晶成長の為のバッファ
層など、通例の手段を用いることは任意である。

【００３３】

【発明の実施の形態】本願発明の実施の形態を説明する
前に、本願発明に至る基礎となった事実について説明す
る。

【００３４】前述した本願発明に係わる化合物半導体
層、例えば、ＡｌＧａＩｎＰなどの燐を構成要素として
含有する化合物半導体材料、あるいはＡｌＧａＩｎＮな
どの窒素を構成要素として含有する化合物半導体材料を
用いた半導体レーザ素子では、半導体積層構造を形成し
て後、外部から不純物を導入しても不純物濃度が５×１
０¹⁸ｃｍ^-3以下にとどまった。しかもこのような外部か
ら導入した不純物の活性化率は、非常に低く、この為、
この領域のキャリア濃度は概ね１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下に
とどまることを見出した。本願発明は、半導体レーザ素
子の製造の際して、このような現象を不純物導入による
導波路構造の形成及び電流狭窄構造の形成に応用するも
のである。

【００３５】図２は不純物濃度と正孔（ｈｏｌｅ）濃度
と基体の表面からの深さへの分布を示す図である。半導
体材料はＡｌＧａＩｎＰである。不純物濃度は２次イオ
ン質量分析法により測定し、一方、正孔濃度は当該材料
層の容量―電圧特性より算定した。図２において横軸は
基体表面からの深さ、縦軸は各元素及びキャリアの濃度
を示している。尚、右側の縦軸に２次イオン強度を目盛
ってある。この強度に基づいて不純物濃度等を算出し
た。

【００３６】図２の例では、不純物領域は基体表面より
約２．３ミクロン程度の深さまで形成されている。この
図より、この不純物領域での亜鉛の不純物濃度が５×１
０¹⁷cm^-3から２×１０¹⁸ｃｍ^-3であるにも係わらず、こ
の不純物の活性化によって生ずる正孔濃度（図２にはｈ
ｏｌｅと表示した）は１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下に止まって
いることが分かる。本願発明に係わる半導体材料におい
て同様の状況が生ずる。尚、こうした不純物濃度とキャ
リア濃度の関係は、本願発明に係わる化合物半導体材料
において図２の例と同様の傾向を有する。

【００３７】本願発明に係わる化合物半導体材料の不純
物領域の高抵抗化は、これらの半導体材料における前記
ｐ型不純物の自己補償効果により形成される深い準位に
より実現されることは前述した。

【００３８】＜実施の形態１＞本願発明の第１の実施の
形態を図３から図４を用いて説明する。本例は半導体レ
ーザ素子の例である。図３は所定の半導体積層体に亜鉛
を拡散した状態を示す断面図、図４は図３に示される半
導体積層体を用いて製造された半導体レーザ素子のレー
ザ光の光軸に交叉する面での断面図である。

【００３９】第１の実施の形態は、次の構成を有する半
導体レーザ素子である。即ち、第１の導電型の基板結晶
上に形成した、第１の導電型の半導体により構成される
クラッド層と、第１のクラッド層よりも禁制帯幅の狭い
直接遷移型の半導体により構成される活性層と、活性層
よりも広い禁制帯幅の第２の導電型の半導体により構成
されるクラッド層を少なくとも含む層状の半導体結晶に
より構成され、該層状構造の光導波路となるストライプ
状の部分を除く領域に不純物を導入することによりスト
ライプ部分に光を導波する機能を生じている半導体レー
ザである。

【００４０】まず、半導体レーザ装置の基本となるダブ
ルへテロ構造を周知の有機金属気相成長法を用いて作製
する。図３および図４において同一符号は同一部材を示
す。これらの図において、１０１はｐ型ＧａＡｓ基板
で、その表面の面方位は（１００）面である。このＧａ
Ａｓ基板１０１上に次の各層を順次形成する。それら
は、（１）Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなるｐ型クラッド層
１０２（Ｚｎドープ、不純物濃度：ｐ＝７×１０¹⁷ｃｍ
^-3、厚さ：１．８μｍ）、（２）多重量子井戸活性層１
０３、（３）Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる第１のｎ型ク
ラッド層１０４（Ｓｅドープ、不純物濃度：n＝１×１
０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ：０．２μｍ）、（４）（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる第２のｎ型クラッド層１
０５（Ｓｅドープ、不純物濃度：n＝１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、厚さ：１．５μｍ）、（５）ｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ層１０６（Ｓｅドープ、不純物濃度：n＝１×１０¹⁸
ｃｍ^-3、厚さ：２０ｎｍ）および（６）ｎ型ＧａＡｓキ
ャップ層１０７（Ｓｅドープ、不純物濃度：n＝１×１
０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ：２０ｎｍ）である。前記多重量子井
戸活性層は、４層のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓウエル層１０８
(厚さ：７ｎｍ)とこれを挟む５層のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ
障壁（バリア）層１０９(厚さ：４ｎｍ)よりなってい
る。

【００４１】こうして準備した半導体積層体の一部に亜
鉛（Ｚｎ）の拡散を行う。まず、通常の化学気相堆積法
を用いて前記ｎ型ＧａＡｓキャップ層１０７上に二酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）膜１１０を形成する。そして、こ
のＳｉＯ₂膜１１０を幅約５μｍのストライプ状にホト
リソグラフ技術を用いて加工する。このストライプの長
手方向は光共振器の光軸方向である。本実施例では、同
一の半導体チップ状に複数の半導体レーザを有するアレ
イ型半導体レーザ装置を形成するために、断面構造とし
て2本のストライプを有する場合を示してある。その間
隔は２０μｍである。このＳｉＯ₂膜１１０をマスクと
してｎ型ＧａＡｓキャップ層１０７を食刻（エッチン
グ）する。尚、図において符号１０７および１１０とし
て示したのは、この加工後の各層、上記キャップ層およ
びＳｉＯ₂層の断面図である。

【００４２】こうして準備された半導体基体上に、スパ
ッタ法により厚さＺｎＯ膜１１１の堆積を行う。このＺ
ｎＯ膜１１１亜鉛の拡散源である。

【００４３】この半導体積層体が形成されたウエハを窒
素雰囲気中で摂氏５００度から６００度に加熱すること
により前記ＺｎＯ膜１１１からの亜鉛拡散を行った。更
に、この拡散源を除去した後、拡散した不純物による混
晶化を進行させるため、摂氏約５００度で熱処理を行っ
た。

【００４４】図３がこの状態でのウエハの断面構造であ
る。尚、同図に多重量子井戸層の部分拡大図を合わせて
示した。図３で符号１１２として示した斜線部が亜鉛の
拡散領域である。この亜鉛拡散領域の深さは、半導体レ
ーザを構成する基板に近い側のクラッド層に掛かる程度
が好ましい。

【００４５】これまでのＡｌＧａＡｓ系半導体において
は、このような亜鉛拡散を行った不純物拡散領域は高い
ホール濃度を持った低抵抗の層となるのが通例であっ
た。従って、これまでの材料系および素子構造では、こ
の領域に電流が流れないように付加的な電流狭窄構造を
別途形成する必要があった。

【００４６】しかし、本願発明を適用することによって
亜鉛を拡散された領域の内燐を主たるＶ族元素として含
有する化合物半導体層領域１１６は、材料の屈折率変化
と共に高い抵抗値を確保することが出来る。従って、付
加的な電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。この亜鉛
拡散領域が導波路を構成すると共に電流狭窄層を構成し
ている。

【００４７】即ち、燐を主たるＶ族元素として含むｎ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐよりなる第のクラッド
層１０５の亜鉛が拡散され領域は、むしろ高抵抗化する
ためである。このような高抵抗化した（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層は、前記の亜鉛の拡散後に摂氏
５５０度以上の温度で熱処理するとキャリア濃度の回復
を起こす。従って、本願発明に係わる不純物領域を形成
する目的の亜鉛の拡散以後のプロセスにおいては、プロ
セス温度を摂氏５５０度以下とすることが必要である。

【００４８】しかも、燐を主たるＶ族元素として含む半
導体材料においては砒素を主たるＶ族元素として含む半
導体材料に比べ拡散による亜鉛の導入量が１０分の１程
度に押さえられる。従って、活性層に導入される亜鉛の
量も直接亜鉛の拡散を行った場合に比べ大幅に少なくな
る。こうして、従来構造で問題であった亜鉛拡散層の自
由キャリア吸収による損失も問題も解決される。さら
に、本構造においては燐系半導体中の亜鉛の拡散速度が
砒素系に比べ４倍程度と早いため、ウエハ表面からの拡
散であっても拡散フロントの位置を再現性よく制御する
ことが可能であった。

【００４９】不純物拡散源のＺｎＯ膜１１１を除去した
後、真空中での電子線蒸着法によりＡｕ・Ｇｅ合金から
なるｎ側電極１１３を設け、さらに、ＧａＡｓ基板１０
１の裏面には、Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極１１４
を設けた。２本のストライプに独立に電流注入が行える
ように、ストライプの間の部分で幅約１０μmにわたっ
てｎ側電極１１３から多重量子井戸活性層１０３まで除
去した溝１１５を形成して両ストライプを電気的に分離
した。図４がこの溝を形成した状態を示す図である。こ
のような構造のウエハを長さ約２５０μｍにへき開し、
端面を反射率約６４％となるＳｉＯ₂とａ−Ｓｉの多層
膜により被覆してレーザチップとした。

【００５０】このような半導体レーザチップをＣｕ製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電したところ、レ
ーザストライプは双方とも波長７８０ｎｍ、しきい値電
流約１０ｍＡで室温連続発振した。動作電流が小さいた
め、接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も２０μ
mと近いにも関わらず一方のストライプの点滅による他
方のストライプの光出力の変動は５％以下であった。ま
た、本例の半導体光素子においては、ｐ型基板を共有し
た、いわゆるマイナス駆動が可能である。従って、本例
は高速で安価な駆動電源を使用できるという利点もあっ
た。

【００５１】＜実施の形態２＞実施の形態２は、実施の
形態１の発光部を複数、単一の基板に搭載した例であ
る。各発光部の詳細は実施の形態１と同様であるので、
ここでは詳細は省略する。

【００５２】この例では段差によって分けられる各平面
部に各発光部を設けているが、勿論単一平面の基板に複
数の発光部を設けることも可能である。

【００５３】図５は本例の半導体レーザ素子の光軸と交
差する面での要部断面図およびその下部にトラックとレ
ーザ・スポットの関係を例示する。半導体基板１０１に
２つの段差部２０９があり、高さの異なる３つの平面２
１０、２１１、２１２を有している。一つの平面２１０
には２つの発光部がレーザ・アレー２１３として形成さ
れている。他の二つの平面２１１および２１２にはおの
おの２１４、２１５の発光部が形成されている。

【００５４】尚、半導体層１０２は第１のクラッド層、
半導体層１０３は活性層、半導体層１０４は第２のクラ
ッド層である。これらのレーザ発光部の具体的構成は実
施の形態１と同様であることは前述した。

【００５５】こうした形態の半導体光素子は、光情報処
理装置、例えば高速光ディスクの光源として最適であ
る。この用途のため、４本の半導体レーザ素子部を集積
した例である。この装置では、半導体レーザ光のスポッ
トが光ディスクに対して半導体レーザの基板面が約１度
から３度傾斜するように構成されている。

【００５６】光ディスクのトラックと各発光部の関係は
次の通りである。この図では２本のトラック２１６，２
１７が例示されている。そして、レーザ発光部２１３か
らは２つの照射スポット２１８、２１９、発光部２１４
からは照射スポット２２０、発光部２１４からは照射ス
ポット２２１に対応している。

【００５７】情報の読み出し用のレーザ部２１３は、例
えば間隔約１０μｍで２本形成されている。これらの発
光の平均出力は双方とも例えば５ｍＷで駆動されてい
る。しかし、これらは異なる周波数で駆動するように
し、周波数フィルタ回路によりそれぞれのレーザ部の光
信号を区別することが出来る。一方、情報の書き込み用
のレーザ部２１４，２１５の２本は、読み出し用のレー
ザ部に比較して、それぞれ１μｍ及び２μｍと高い平面
（２１１，２１２）上に形成されている。そして、その
距離は読み出し用のレーザ部より約１００μｍ及び約２
００μｍとなっている。

【００５８】この読み出し用レーザ部から距離が遠い基
板面がトラックに対して斜めに形成されてる為、同一の
トラック上を読み出し用レーザ部より先行して走査す
る。こうして２本の読み出し用レーザ部を用いる為、本
装置の読み出し速度は通例の２倍となる。更に、書き込
み時の確認走査が不必要となる為、書き込み速度は４倍
となる。

【００５９】又、本装置では、半導体レーザ素子部の熱
的相互干渉の問題を、次の方法で解決することが出来
る。即ち、本装置では、半導体レーザ素子部間の熱的相
互干渉の問題が起きず、且つ平均出力が一定で駆動する
読み出しレーザ部は近距離に配し、一方、熱的相互干渉
が問題となり書き込み用の半導体レーザ部は距離を離し
て形成できる為である。

【００６０】次に、本半導体レーザ素子と適用する光情
報処理システムの構成例を説明する。

【００６１】本発明の光情報処理装置の例として、コン
パクト・デイスク（ＣＤ）やデイジタルビデオ・デイス
ク（ＤＶＤ）などの光デイスク装置などの光記録装置を
挙げることができる。光ディスク装置は、記録媒体に光
を照射するための光源と、記録媒体からの反射光を検出
する検出器を少なくとも有する光記録装置である。ま
た、光によって記録媒体の一部の状態を変化させて記録
を行う光情報処理装置があることは言うまでもない。

【００６２】図６は光デイスク装置の例を示す基本構成
図である。２１は光記録の為の光記録媒体が設けられた
デイスク、２２はデイスクを回転させるためのモータ、
２３は光ピックアップ、２７はこれらを制御する制御部
である。光ピックアップ２３はレンズ系２４、半導体レ
ーザ装置などの光源２５、そして光検出器２６を有して
構成される。

【００６３】こうした光デイスク装置の一般的事項につ
いては、種々報告があるが略述する。記録材料の種類に
よって、光デイスク装置は大別して読み取り専用形（Ｒ
ＯＭ形）、追記形、および書き換え可能形に分けられ
る。図６の例での情報の再生は、デイスク２１に記録さ
れた微細小孔（記録媒体の状態変化部）からの反射光変
化を光検出器２６にて光学的に読み取って行う。尚、光
記録媒体は通例のものを用いることが出来る。

【００６４】読み取り専用形の場合、記録情報は予め記
録媒体に記録されており、例えば、読み取り専用形記録
媒体の代表例として、アルミニウム、プラスチックなど
をあげることが出来る。

【００６５】また、記録する場合は、レーザ光をデイス
ク上の記録媒体に微細光点に絞り込み、記録すべき情報
に従ってレーザ光を変調させることに依って、熱的に記
録材料の状態を変化させて列状に記録を行う。この記録
はデイスクをモータによって回転（移動）させながら行
われる。こうした光源にも本発明の光源を用い得る。

【００６６】こうした光デイスク装置の光源に、上述の
半導体レーザ装置を適用すると好都合である。

【００６７】＜実施の形態３＞本願発明の第２の実施の
形態を図７から図８を用いて説明する。概略構成は実施
の形態１と同様である。図７は所定の半導体積層体に亜
鉛を拡散した状態を示す断面図、図８は図７に示される
半導体積層体を用いて製造された半導体レーザ装置のレ
ーザ光の光軸に交叉する面での断面図である。本例は、
ｐ型、ｎ型の双方の半導体層領域に、本願発明の亜鉛等
の拡散による高抵抗化現象を用いて電流狭窄領域を形成
した例である。この両者の電流狭窄によって、片方の電
流狭窄におけるより、より一層の動作の低減効果が得る
ことが出来る。

【００６８】まず、半導体レーザ装置の基本となるダブ
ルヘテロ構造を周知の有機金属気相成長法を用いて作製
する。図７および図８において、同一符号は同一部材を
示す。図において、１０１はｐ型ＧａＡｓ基板であり、
このｐ型ＧａＡｓ基板１０１の面方位は（１００）面で
ある。この基板１０１上に、次の各層を順次結晶成長す
る。それらは、（１）Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる第１
のｐ型クラッド層２０１（Ｚｎドープ、不純物濃度：ｐ
＝７×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ：１．５μｍ）、（２）ｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層２０２（Ｚｎドー
プ、不純物濃度：ｐ＝７×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ：０．１
μｍ）、（３）Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓよりなる第２のｐ型
クラッド層２０３（Ｚｎドープ、不純物濃度：ｐ＝７×
１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ：０．３μｍ）、（４）多重量子井
戸活性層１０３、（５）Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる厚
さ０．２μｍの第１のｎ型クラッド層１０４、（６）
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる厚さ約１．５
μmの第２のｎ型クラッド層１０５、（７）ｎ型Ｇａ_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ層１０６および（８）厚さ約０．２μmのｎ型
ＧａＡｓよりなるキャップ層１０７である。多重量子井
戸活性層は４層のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓウエル層１０８
(厚さ７ｎｍ)とこれを挟む５層のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ１
０９(厚さ４ｎｍ)よりなっている。

【００６９】こうして準備した半導体積層体の一部に亜
鉛（Ｚｎ）の拡散を行う。まず、通常の化学気相堆積法
を用いて、ｎ−ＧａＡｓキャップ層１０７上にＳｉＯ₂
膜１１０を形成し、ホトリソグラフ技術を用いてこのＳ
ｉＯ₂膜１１０を幅約５μmのストライプ状に加工する。
このストライプの長手方向は光共振器の光軸方向であ
る。図７および図８で符号１０７および１１０として示
したのは、この加工後の各層の断面図である。

【００７０】このＳｉＯ₂膜１１０をマスクとして、ｎ
型ＧａＡｓよりなるキャップ層１０７を食刻する。次
に、スパッタ法によりＺｎＯ膜１１１の堆積を行った上
で、この ＺｎＯ膜１１１からの亜鉛拡散を行なう。こ
の亜鉛拡散は、半導体ウエハを窒素雰囲気中で摂氏５０
０度から６００度に加熱することにより行った。この状
態でのウエハの断面構造を図３に示す。尚、同図に多重
量子井戸層の部分拡大図を合わせて示した。

【００７１】図７で符号１１２として示した斜線部が亜
鉛の拡散領域である。この亜鉛拡散領域の深さは、半導
体レーザを構成する基板に近い側のクラッド層に掛かる
程度が好ましい。

【００７２】本例では、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐよりなる第２のｎ型クラッド層１０５およびｐ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層２０２に前記の亜鉛拡散
領域を設けている。この亜鉛拡散領域が電流狭窄の役割
を果たす。以下、この点について説明する。

【００７３】ＡｌＧａＡｓ系半導体材料においては、こ
のような亜鉛拡散を行った領域は高いホール濃度を持っ
た低抵抗の層となる。従来、この領域に電流が流れない
ように、別途電流狭窄構造を別途形成する必要があっ
た。しかし、本願発明の構造においては、燐を主たるＶ
族元素として含む（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐより
なる第２のｎ型クラッド層１０５が亜鉛拡散によりむし
ろ高抵抗化する。従って、本願発明の構造では付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。しかも、燐を主
たるＶ族元素として含む半導体材料においては、砒素を
主たるＶ族元素として含む半導体材料に比べ拡散による
亜鉛の導入量が１０分の１程度に押さえられるため、活
性層に導入される亜鉛の量も直接亜鉛の拡散を行った場
合に比べ大幅に少なくなる。従って、従来構造で問題で
あった亜鉛拡散層の自由キャリア吸収による損失も問題
も解決される。さらに、本構造における燐系半導体材料
中の亜鉛の拡散速度が砒素系に比べ４倍程度と早いた
め、ウエハ表面からの拡散であっても拡散フロントの位
置を再現性よく制御することが可能であった。

【００７４】また、本実施の形態においては、ｐ型クラ
ッド層側に設けたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層（この具体例は
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層である）２０２が同
様に亜鉛拡散により高抵抗化するため、ｐ型およびｎ型
双方のクラッド層で電流狭窄が可能となる。従って、一
層の動作電流の低減効果が得られた。このような高抵抗
化したＡｌＧａＩｎＰ層（この具体例は（Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層である）は、拡散後に摂氏５５０
度以上の温度で熱処理工程を経ると、キャリア濃度の回
復を起こす。従って、高抵抗化したＡｌＧａＩｎＰ層を
形成した以後の工程においては、プロセス温度を摂氏５
５０度以下とすることが必要であった。

【００７５】ＺｎＯ膜１１１を除去した後、真空中での
電子線蒸着法によりＡｕ・Ｇｅ合金からなるｎ側電極１
１３を設け、さらに、ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、
Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極１１４を設けた。２本
のストライプ構造に、相互に独立に電流注入が行えるよ
うに、２本のストライプの中央の部分で幅約１０μmに
わたって溝１１５を形成して両ストライプを電気的に分
離した。この溝はｎ側電極１１３から多重量子井戸活性
層１０３まで除去して形成した。図８がこの状態を示す
断面図である。

【００７６】このような構造のウエハを長さ約２５０μ
ｍにへき開してレ−ザチップとした。半導体レーザ装置
の端面はＳｉＯ₂とａ−Ｓｉ（アモルファス・シリコ
ン）との多層膜により被覆されており、この多層膜の反
射率は約６４％である。

【００７７】このような半導体レーザチップをＣｕ製の
ステムに、半導体レーザチップの持つ接合面を上向きに
接着し、実装した。

【００７８】この半導体レーザ装置に通電したところ、
２つのレーザストライプは双方とも波長７８０ｎｍ、し
きい値電流約８ｍＡで室温連続発振した。動作電流が小
さいため、接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も
２０μmと近いにも関わらず一方のストライプの点滅に
よる他方のストライプの光出力への影響は、光出力の変
動が５％以下であった。

【００７９】また、本半導体レーザ装置においてはｐ型
基板を共有したマイナス駆動が可能であり、高速で安価
な駆動電源を使用できるという利点もあった。

【００８０】＜実施の形態４＞本願発明の第４の実施の
形態を図９から図１１を用いて説明する。本例は半導体
レーザ装置の例である。図９は所定の半導体積層体に亜
鉛を拡散した状態を示す断面図、図１０はストライプの
配置を示す平面図、図１１は図９に示される半導体積層
体を用いて製造された半導体レーザ装置のレーザ光の光
軸に交叉する面での断面図である。

【００８１】まず、有機金属気相成長法を用いて半導体
レーザ装置の基本となるダブルへテロ構造を作製する。
図９および図１０において同一符号は同一部材を示す。
図において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板であり、このｎ
型ＧａＡｓ基板３０１の表面の面方位は（１００）面で
ある。この基板上に、次の各層を順次積層する。それら
は、（１）ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０２
（Ｓｅドープ、不純物濃度：n＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚
さ：１．５μm）、（２）多重量子井戸活性層１０３、
（３）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０３（Ｚｎ
ドープ、不純物濃度：ｐ＝７×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ：
１．６μｍ）、および（４）ｐ型ＧａＡｓキャップ層３
０４（Ｚｎドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、厚さ：０．２μｍ）である。多重量子井戸活性層
は４層のＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓウエル層１０８(厚さ７ｎ
ｍ)とこれを挟む５層のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ１０９(厚さ
４ｎｍ)よりなっている。

【００８２】こうして準備した半導体ウエハにこれまで
の実施の形態におけると同様に発光部の形成の為、スト
ライプを形成する。即ち、気相化学堆積法を用いて二酸
化珪素膜３０５を設け、この二酸化珪素膜３０５をホト
リソグラフ技術を用いてストライプが２本並行して並ん
だストライプを形成する。図６に二酸化珪素のストライ
プの平面配置を示す。図１０において半導体基体は３０
０、二酸化珪素のストライプは３０５である。尚、図９
には多重量子井戸層の部分拡大図を円内に示した。

【００８３】更に、このようなウエハの二酸化珪素膜３
０５におおわれていない領域のｐ型ＧａＡｓキャップ層
３０４及びｐ型クラッド層３０３の一部を、硫酸系のエ
ッチング液を用いてエッチングした。次いで、この二酸
化珪素膜３０５を選択成長マスクとして用い、有機金属
気相成長法によるｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流ブロック層
３０６の選択成長を行った。

【００８４】マスクに用いた二酸化珪素膜１０９を取り
除いた後、スパッタ法により亜鉛の拡散源のＺｎＯ膜１
１１の堆積を行った。こうした試料をウエハを窒素雰囲
気中で摂氏５００度から６００度に加熱することにより
ＺｎＯ膜１１１からの亜鉛拡散を行った。亜鉛の拡散
は、ストライプ外の領域で活性層を貫通するように行っ
た。この状態でのウエハの断面構造が図９である。

【００８５】本構造においては燐を主たるＶ族元素とし
て含むｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流ブロック層３０６が亜
鉛拡散により高抵抗化するため、付加的な電流狭窄構造
を設ける必要が無くなる。しかも、燐を主たるＶ族元素
として含む半導体においては砒素を主たるＶ族元素とし
て含む半導体に比べ拡散による亜鉛の導入量が１０分の
１程度に押さえられるため、活性層に導入される亜鉛の
量も直接亜鉛の拡散を行った場合に比べ大幅に少なくな
る。この為、従来構造で問題であった亜鉛拡散層の自由
キャリア吸収による損失も問題も解決される。

【００８６】また、本構造においては砒素系半導体中の
亜鉛の拡散速度が燐系に比べ１／４程度と遅いため、Ｇ
ａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ電流ブロック層３０６の存在しないスト
ライプ部分においては拡散はｐ型クラッド層３０３の中
で停止し、素子の直列抵抗を低減する効果があった。ｐ
ウエハ表面からの拡散であっても拡散フロントの位置を
再現性よく制御することが可能であった。

【００８７】不純物拡散源であるＺｎＯ膜１１１を除去
した後、真空中での電子線蒸着法によりＡｕ・Ｇｅ合金
からなるｎ側電極１１４を設け、さらに、ＧａＡｓ基板
１０１の裏面には、Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極１
１３を設けた。２本のストライプに独立に電流注入が行
えるように、２本のストライプの中央の部分で幅約１０
μmにわたってｐ側電極１１４から多重量子井戸活性層
１０３まで除去した溝１１５を形成して両ストライプを
電気的に分離した。以上の工程により形成した半導体レ
ーザウエハの断面構造を図１１に示す。

【００８８】このような構造のウエハを長さ約２５０μ
ｍにへき開してレ−ザチップとした。半導体レーザの端
面は反射率約６４％となるＳｉＯ₂とａ−Ｓｉの多層膜
により被覆されている。

【００８９】本例の半導体レーザチップをＣｕ製のステ
ムに接合面を上向きに接着して通電したところ、レーザ
ストライプは双方とも波長７８０ｎｍ、しきい値電流約
１０ｍＡで室温連続発振した。動作電流が小さいため、
接合面上向きに組み立て、ストライプ間隔も２０μmと
近いにも関わらず一方のストライプの点滅による他方の
ストライプの光出力の変動は５％以下であった。

【００９０】＜実施の形態５＞本願発明の第４の実施の
形態を図１２から図１３を用いて説明する。本例は半導
体レーザ装置の例である。図８は所定の半導体積層体に
亜鉛を拡散した状態をっ示す断面図、図１３は図１２に
示される半導体積層体を用いて製造された半導体レーザ
装置のレーザ光の光軸に交差する面での断面図である。

【００９１】半導体レーザ素子の基本となるダブルヘテ
ロ構造を有機金属気相成長法を用いて作製する。図１２
および図１３において、同一符号は同一部材を示す。図
において、１０１はｐ型ＧａＡｓ基板であり、このＧａ
Ａｓ基板１０１の表面の面方位は（１００）面である。
このＧａＡｓ基板上に次の各層を順次形成する。これら
は、（１）ｐ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッ
ド層４０１（Ｍｇドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁸
ｃｍ^-3、厚さ：１．８μｍ）、（２）アンドープＩｎ
_0.5（Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3）_0.5Ｐからなる光ガイド層４０２
で挾持されているＩｎ_0.55Ｇａ_0.45Ｐ活性層４０３、
（３）ｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3Ａｌ_0.7）_0.5Ｐクラッド層
４０４（Ｓｉドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ
^-3、厚さ：１．５μｍ）、（４）（Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3）
_0。5Ｉｎ_0.5Ｐ（厚さ：３ｎｍ）とＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（厚
さ：３ｎｍ）とが５層積層した光導波層４０４１、
（５）ｎ型Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0。3Ａｌ_0。7）_0.5Ｐクラッド層
４０４（Ｓｉドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ
^-3、厚さ：１．５μｍ）（６）ｎ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ層
４０５（Ｓｉドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ
^-3、厚さ：２０ｎｍ）、および（７）ｎ型ＧａＡｓキャ
ップ層１０７である。

【００９２】活性層はダブルヘテロ構造のように一定組
成のものでも、多重量子井戸構造のようにエネルギ−的
に変調を受けている構造のものでも用いることが可能で
ある。一定組成の場合は、結晶成長時にＩｎとＧａの周
期的な組成ゆらぎ、いわゆる自然超格子を生じるように
形成されていることが必要である。本実施例では自然超
格子が形成される条件で結晶成長したＩｎ_0.55Ｇａ_0.45
Ｐを活性層とした。

【００９３】つぎに、このウエハの一部にＺｎの拡散を
行う。本例では亜鉛のイオン打ち込み方法を用いた。

【００９４】これまでの工程によって準備したウエハに
通常の熱化学堆積法によりＳｉＯ₂膜１１０を約２００
ｎｍ堆積した。このＳｉＯ₂膜１１０及びｎ−ＧａＡｓ
キャップ層１０７を、ホトリソグラフ技術を用いて幅５
μmから１０μmのストライプ状に残して除去する。次
に、このＳｉＯ₂膜１１０及びｎ−ＧａＡｓキャップ層
１０７をマスクとして亜鉛イオンを約０．３μm打ち込
む。このようなウエハを窒素中で摂氏５００度から６０
０度に加熱することにより亜鉛打ち込み層４０６から光
の亜鉛拡散を行った。

【００９５】本構造においては、実施例１と同様に燐を
主たるＶ族元素として含むｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層４０４が、亜鉛拡散によりむしろ
高抵抗化する。従って、従来用いていたような付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。

【００９６】不純物拡散源としてのＺｎＯ膜１１１を除
去した後、真空中での電子線蒸着法によりＡｕ・Ｇｅ合
金からなるｎ側電極１１３を設け、さらに、ＧａＡｓ基
板１０１の裏面には、Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｐ側電極
１１４を設けた。２本のストライプに独立に電流注入が
行えるように、２本のストライプの中央の部分で幅約１
０μmにわたってｎ側電極１１３から多重量子井戸活性
層１０３まで除去した溝１１５を形成して両ストライプ
を電気的に分離した。以上のようにして形成した半導体
レーザ素子の断面構造を図１３に示す。この断面はレー
ザの光軸に交叉する面での断面図である。このような構
造のウエハを長さ約２５０μｍにへき開してレ−ザチッ
プとした。半導体レーザ素子の端面は反射率約６４％と
なるＳｉＯ₂とａ−Ｓｉの多層膜により被覆されてい
る。

【００９７】このような半導体レーザチップをＣｕ製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電したところ、波
長６８０ｎｍ、しきい値電流約５０ｍＡで室温連続発振
した。その最大光出力は約３００ｍＷで、光出力１００
ｍＷにおいて５０００時間以上の連続動作が可能であっ
た。

【００９８】＜実施の形態６＞第６の実施の形態なる半
導体レーザ素子の構造を図１４から図１５を用いて説明
する。本例は２本のレーザ発振部のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要のない例である。

【００９９】図１４は光共振器のストライプおよび不純
物拡散源の平面配置を示す平面図、図１５は所定の半導
体積層体に亜鉛を拡散した状態を示す断面図、図１６は
図１５に示される半導体積層体を用いて製造された半導
体レーザ装置のレーザ光の光軸に交差する面での断面図
である。

【０１００】半導体レーザ素子の基本となる有機金属気
相成長法を用いてダブルへテロ構造を作製する。図１５
および図１６において同一符号は同一部材を示す。図に
おいて、５０１はｎ型ＧａＡｓ基板を示し、このｎ型Ｇ
ａＡｓ基板５０１の面方位は（１００）面から（１１
０）方向に約７度ずれている。この基板上に次の各層を
順次結晶成長した。これらは、（１）ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５０２（Ｓeドープ、不
純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ：１．８μ
m）、（２）多重量子井戸活性層５０３、ｐ型（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層５０４（Ｚｎドー
プ、不純物濃度：ｐ＝７×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ：１．６
μｍ）、および（３）ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０５
（Ｚｎドープ、不純物濃度：ｐ＝１×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚
さ：０．２μｍ）である。多重量子井戸活性層は４層の
Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層５０６(厚さ７ｎｍ)とこれを
挟む５層の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層５
０７(厚さ４ｎｍ)よりなっている。

【０１０１】つぎに、このウエハの一部にＺｎの拡散を
行う。まず、 ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０５をホトリ
ソグラフ技術を用いて図１０に示すような幅２５μmの
ストライプ状に加工する。これらのストライプは中央部
分にｐ型ＧａＡｓキャップ層５０５を除去したスリット
領域５０９を持っている。この部分に半導体レーザのス
トライプを形成する。このようなｐ型ＧａＡｓキャップ
層５０５を除去したスリット領域５０９は拡散領域の若
干の広がりを考慮して半導体レーザ発振部のストライプ
幅３μｍより２μｍ広い５μｍとした。対でないストラ
イプの間隔は必要な半導体レーザ発振部のストライプ間
隔により決定するが、後の工程でこの部分に亜鉛拡散を
行うため少なくとも５μｍ以上の間隔を有することが望
ましい。

【０１０２】次に、スパッタ法により不純物拡散源のＺ
ｎＯ膜１１１の堆積を行う。この堆積の後、ホトリソグ
ラフ技術を用いてＺｎＯ膜１１１を図１４に示したよう
にｐ型ＧａＡｓキャップ層５０５のストライプの両側に
のみ残るように加工する。

【０１０３】このようなウエハを窒素中で摂氏５００度
から６００度に加熱することによりＺｎＯ膜１１１から
の亜鉛拡散を行った。

【０１０４】ＺｎＯ膜１１１を残した領域ではＺｎＯ膜
１１１から直接亜鉛が拡散され亜鉛濃度が約５ｘ１０¹⁸
ｃｍ^-3の亜鉛拡散領域１１２が形成される。この領域で
は高濃度の不純物拡散に伴い結晶欠陥が発生し、光励起
発光の発光強度が１／１００程度に低下する。

【０１０５】一方、ｎ型ＧａＡｓキャップ層５０５の存
在する領域においては拡散源からの直接的な亜鉛の拡散
は起こらない。しかし、亜鉛拡散領域に隣接した領域で
は高濃度ドープ領域に誘発された不純物の再拡散が発生
し超格子の混晶化が起こり、短波長化領域が形成され
る。このような不純物の再拡散は、ｎ型ＧａＡｓキャッ
プ層５０５のある領域に添って毎分約５μmの速さで横
方向に広がるため、拡散領域の亜鉛拡散が活性層に到達
してから約１から３分で短波長化領域５０８はｎ型Ｇａ
Ａｓキャップ層５０５の下全体に広がる。

【０１０６】このような短波長化領域は外部より導入さ
れた不純物ではなく、もともとクラッド層にドーピング
されていた不純物の再拡散による超格子の混晶化により
引き起こされる。従って、不純物濃度の不必要な増加は
起こらない。このため、窓領域の不純物吸収による損失
や光励起発光の発光強度の低下は発生しない。

【０１０７】以上のような工程により、 不純物拡散源
のＺｎＯ膜１１１を設けた領域およびｎ型ＧａＡｓキャ
ップ層５０５を残した領域の活性層の超格子構造が混晶
化して禁制帯幅が広くなる。この為、禁制帯幅の変化し
ないｎ型ＧａＡｓキャップ層５０５の間隙部分に光導波
路が形成される。

【０１０８】本実施の形態においては亜鉛を直接拡散し
た領域は高抵抗となるため、２本のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要はなくなる。これによ
り、半導体レーザ素子の作製工程が減少する上に、従来
の溝により分離した素子で発生した溝に起因するへき開
の不良が減少する。更に、本例の構造は、溝を形成する
場合に比べて絶縁領域の形状制御が行いやすくなり、各
レーザ発光部の間隔を小さくできる利点もあった。

【０１０９】さらに、半導体レーザ素子の端面近傍で
は、ｎ型ＧａＡｓキャップ層５０５のスリット領域５０
９がとぎれているため、この領域ではレーザストライプ
となる部分にも混晶化が起きて禁制帯幅が広がる。これ
により、端面における活性層の禁制帯幅がレーザ光の光
子のエネルギーより大きないわゆる窓構造が同時に形成
でき、端面破壊を防止する効果もあった。

【０１１０】不純物拡散源ＺｎＯ膜１１１を除去した
後、それぞれのストライプに接続する互いに電気的に分
離されたｐ側電極１１４を形成し、さらに、ＧａＡｓ基
板１０１の裏面には、Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｎ側電極
１１３を設けた。

【０１１１】本例の半導体レーザ素子は波長６３０ｎ
ｍ、しきい値電流約５０ｍＡで室温連続発振し、最大光
出力は約２００ｍＷで、光出力８０ｍＷにおいて５００
０時間以上の連続動作が可能であった。

【０１１２】＜実施の形態７＞第７の実施の形態なる半
導体レーザ素子の構造を図１７から図１８を用いて説明
する。本例は２本のレーザ発振部のストライプの間に電
気的分離のための溝を設ける必要のない例である。

【０１１３】図１７は所定の半導体積層体に亜鉛を拡散
した状態を示す断面図、図１８は図１７に示される半導
体積層体を用いて製造された半導体レーザ装置のレーザ
光の光軸に交差する面での断面図である。

【０１１４】半導体レーザ素子の基本となる有機金属気
相成長法を用いてダブルへテロ構造を作製する。図１７
および図１８において、同一符号は同一部材を示す。図
において、６０１はｐ型ＧａＮ基板を示している。当該
ＧａＮ基板６０１の面方位は（１１００）面である。こ
の基板上に次の各層を順次結晶成長した。これらは、
（１）ｐ型Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3Ｎクラッド層６０２（Ｍｇド
ープ、 ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ：１．８μｍ ）、
（２）アンドープＧａＮからなる光ガイド層６０３、
（３）Ｉｎ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ活性層６０４、（４）アンド
ープＧａＮからなる光ガイド層６０５、（５）ｎ型Ｇａ
_0.7Ａｌ_0.3Ｎクラッド層６０５（Ｓｉドープ、 ｐ＝１
×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ：２０ｎｍ ）、（６） ｎ型Ｇａ
Ｎキャップ層６０６である。 Ｉｎ_0.55Ｇａ_0.45Ｎ活性
層６０４は、アンドープＧａＮからなる光ガイド層６０
３、および６０５で挟持されている活性層はダブルヘテ
ロ構造のように一定組成のものでも、多重量子構造のよ
うにエネルギー的に変調を受けている構造のものでも用
いることが可能である。但し、一定組成のものを用いる
場合、結晶成長時にＩｎとＧａの周期的な組成のゆら
ぎ、いわゆる自然超格子を生じるように形成されている
ことが 必要である。本例では自然超格子が形成される
条件で結晶成長したＩｎ_0.55Ｇａ_0.45Ｎを活性層とし
た。

【０１１５】次に、こうして準備したウエハの一部にマ
ムネシウム（Ｍｇ）の導入を行う。まず、作製したウエ
ハに通常の熱化学堆積法により二酸化珪素（ＳｉＯ₂）
膜を約２００ｎｍ堆積した。このＳｉＯ₂膜１１０及び
ｎ型ＧａＮキャップ層６０６及びｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層６０５の一部を、フォトリソグラフ技術を用いて幅
５μｍから１０μｍのストライプ状に残して除去する。
次に、このＳｉＯ₂膜６０７及びｎ型ＧａＮキャップ層
６０６をマスクとしてマグネシウムイオンを加速電圧約
６００ｋＶで打ち込む。この加速電圧で打ち込まれたマ
グネシウムイオンはｎ型ＡｌＧａＮ層中に約０．５μｍ
進入し、活性層から約０．３μｍの位置まで分布する。
このようなウエハをい窒素中で摂氏１０００度から１１
００度に加熱することによって打ち込み層から活性層６
０４に到達するようにマグネシウムの拡散を行った。

【０１１６】本構造においては、窒素を主たるＶ族元素
として含むｎ型Ｇａ_0.7Ａｌ_0.3Ｎクラッド層６０５がマ
グネシウムを打ち込みにより高抵抗化する為、付加的な
電流狭窄構造を設ける必要が無くなる。

【０１１７】ＳｉＯ₂膜１１１を除去した後、真空中で
の電子線蒸着法によってＡｕ・Ｇｅ合金からなるｎ側電
極１１３を設け、更に、ＧａＮ基板６０１の裏面には、
Ａｕ・Ｚｎ合金からなるｐ型電極１１４を設けた、２本
のストライプに独立に電流注入が行えるように、２本の
ストライプの中央の部分で幅約１０μｍにわたってｎ側
電極１１３から活性層６０４まで除去した溝６１０を形
成し、両ストライプを電気的に分離した。以上のように
して形成した半導体レーザ素子の断面図を図１８に示
す。図はレーザの光軸に交叉する面での断面図である。

【０１１８】こうして準備したウエハを長さ約２５０μ
ｍにへき開してレーザチップとした。半導体レーザ素子
の端面は反射率６４％となる多層反射膜により被覆され
ている。この反射膜の例は、ＳｉＯ２膜とアモルフアス
・シリコン膜の多層膜で構成さている。

【０１１９】このような半導体レーザチップをＣｕ製の
ステムに接合面を上向きに接着して通電した。本例の半
導体レーザ素子は波長４１０ｎｍ、しきい値電流約５０
ｍＡで室温連続発振し、最大光出力は約３００ｍＷで、
光出力１００ｍＷにおいて５０００時間以上の連続動作
が可能であった。

【０１２０】

【発明の効果】本願発明は、簡便な方法によって、半導
体光装置の導波路構造及び電流狭窄構造を合わせ実現す
ることが出来る。この為、本願発明によれば半導体レー
ザ素子の出力を出力以外の特性を劣化させずに大幅に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来技術の係わる半導体レーザ装置の一
例を示す斜視図である。

【図２】図２は、本願発明の係わる化合物半導体材料に
おける、各元素分布、及び不純物濃度、正孔濃度を示す
図である。

【図３】図３は、第１の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。

【図４】図４は、本願発明の第１の実施の形態を示す半
導体レーザ素子の断面図である。

【図５】図５は、第２の実施の形態に係わる半導体レー
ザ素子の複数発光部の配置およびトラックとの関係を示
す断面図である。

【図６】光ディスク装置の基本構成を示す説明図であ
る。

【図７】図７は、第３の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。

【図８】図８は、本願発明の第３の実施の形態を示す半
導体レーザ素子の断面図である。

【図９】図９は、第４の実施の形態に係わる半導体積層
体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面である。

【図１０】図１０は、第４の実施の形態に係わるストラ
イプの配置を示す平面図である。

【図１１】図１１は、本願発明の第４の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。

【図１２】図１２は、第５の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。

【図１３】図１３は、本願発明の第５の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。

【図１４】図１４は、第６の実施の形態に係わるストラ
イプの配置を示す平面図である。

【図１５】図１５は、第６の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。

【図１６】図１６は、本願発明の第６の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。

【図１７】図１７は、第７の実施の形態に係わる半導体
積層体に不純物を拡散した状態を示すウエハ断面であ
る。

【図１８】図１８は、本願発明の第７の実施の形態を示
す半導体レーザ素子の断面図である。

【符号の説明】

１：基板結晶、２：第１のクラッド層、３：光ガイド
層、４：多重量子井戸構造の領域、５：パッシベーショ
ン膜、６：光ガイド層、７：第２のクラッド層、８：キ
ャップ層、９：ｎ側電極、１０：ｐ側電極、１１：不純
物拡散領域、１２：混晶化領域、２１：ディスク、２
２：モータ、２３：光ピックアップ、２４：レンズ系、
２５：半導体レーザ素子、２６：光検出器、２７：制御
回路、１０１ ：ｐ型ＧａＡｓ基板、１０２ ：ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層、１０３：多重量子井戸活性層、１
０４ ：ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層、１０５：ｎ
型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、１０６： ｎ型Ｉｎ
ＧａＰ層、１０７：ｎ型ＧａＡｓキャップ層、１０８：
ＡｌＧａＡｓウエル層、１０９ ：ＡｌＧａＡｓバリア
層、１１０： ＳｉＯ₂膜、１１１： ＺｎＯ膜、２１
１：亜鉛拡散領域、１１３： ｎ側電極、１１４ ：ｐ側
電極、１１５： 溝、２０１：ＡｌＧａＡｓ第１ｐ型ク
ラッド層、２０２： ｐ型ＩｎＧａＰ層、２０３ ：Ａｌ
ＧａＩｎＰ第２ｐ型クラッド層、３０１： ｎ型ＧａＡ
ｓ基板、３０２：ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、３０
３： ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、３０４ ：ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層、３０５： ＳｉＯ₂膜、３０６：ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰ電流ブロック層、４０１ ：ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、４０２： ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド
層、４０３：ＧａＩｎＰ活性層、４０４ ：ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層、４０５ ：ｎ型ＧａＩｎＰ層、５
０１： ｎ型ＧａＡｓ基板、５０２：ｎ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層、５０３： ＧａＩｎＰ活性層、５０４ ：
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、２０１：基板結晶、２
０２：第１のクラッド層、２０３：活性層、２０４：第
２のクラッド層、２０９：段差部、２１０、２１１、２
１２：平面部、２１３、２１４、２１５：レーザ発光
部、２１６、２１７：トラック、２１８、２１９、２２
０、２２１：照射スポット、５０３： 多重量子井戸活
性層、５０４ ：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層 ５０５ ：ｎ型ＧａＡｓキャップ層、５０６ ：ＧａＩｎ
Ｐウエル層、５０７：ＡｌＧａＩｎＰバリア層、５０８
：拡張短波長化領域、５０９： スリット領域、５１
０：ＺｎＯ膜のストライプ状の残存部、６０１：ＧａＮ
基板、６０２：ｐ型クラッド層、６０３：光ガイド層、
６０４：活性層、６０５：光ガイド層、６０６：ｎ型ク
ラッド層、６０７：キャップ層、６０８：二酸化珪素
膜、６０９：不純物拡散領域、６１０：溝、６１１：ｎ
側電極、６１２：ｐ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上島 研一 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 宮内 恵一 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 (72)発明者 加藤 佳秋 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 Ｆターム(参考） 5F073 AA07 AA13 AB04 BA06 CA06 CA07 CA14 CB19 DA13 DA14 DA15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電型の基板結晶と、この基板結
   晶上に、第１の導電型の半導体層により構成される第１
   のクラッド層と、前記第１のクラッド層よりも禁制帯幅
   の狭い直接遷移型の半導体層により構成される活性層
   と、前記活性層よりも広い禁制帯幅の第２の導電型の半
   導体層により構成される第２のクラッド層とを少なくと
   も含む半導体積層体、当該半導体積層体の光導波路とな
   るストライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入
   することにより当該ストライプ部分に光を導波する機能
   を有し、前記半導体積層体の少なくとも層状の一部は、
   燐及び窒素を含有する化合物半導体層で構成されている
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記不純物が亜鉛もしくはマグネシウム
   の内の少なくとも一者であることを特徴とする請求項１
   記載の半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記燐及び窒素を含有する化合物半導体
   層が、ＡｌＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、及びＡｌＧａＩｎＰの
   群から選ばれた一者なることを特徴とする請求項１記載
   の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記燐及び窒素を含有する化合物半導体
   層が、ＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、及びＡｌＧａＩｎＮの
   群から選ばれた一者なることを特徴とする請求項１記載
   の半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記第１の導電型はｐ導電型であり、前
   記第２の導電型はｎ導電型であり、当該ｎ型導電型の半
   導体層が、前記活性層を挟んで前記基板結晶と反対側の
   位置にあることを特徴とする請求項１から請求項４のい
   ずれかに記載の半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 複数の半導体層を有する半導体積層体内
   に光導波路となるストライプ状の部分を有し、当該スト
   ライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入するこ
   とにより当該ストライプ部分に電流を狭窄する機能を有
   し、前記電流を狭窄する機能を有する半導体積層体の少
   なくとも層状の一部は、燐及び窒素の少なくとも一者を
   含有する化合物半導体層で構成されていることを特徴と
   する半導体レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記ストライプ状の部分が略平行して複
   数個設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項６
   のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 複数の半導体層を有する半導体積層体内
   に光導波路となるストライプ状の部分を有し、当該スト
   ライプ状の部分の少なくとも側部に不純物を導入するこ
   とにより当該ストライプ部分に光を導波する機能を有
   し、前記光を導波する機能を有する半導体積層体の少な
   くとも層状の一部は、燐及び窒素の少なくとも一者を含
   有する化合物半導体層で構成されていることを特徴とす
   る半導体光素子。
9. 【請求項９】 光を導波する機能を有する半導体積層体
   の少なくとも層状の一部に、燐及び窒素の少なくとも一
   者を含有する化合物半導体層を有する如く構成された複
   数の半導体層を有する半導体積層体を形成する工程、前
   記半導体積層体内に光導波路となるストライプ状の部分
   を有し、当該ストライプ状の部分の少なくとも側部に不
   純物を、少なくとも前記燐及び窒素を含有する化合物半
   導体層に達するまで導入する工程を有することを特徴と
   する半導体レーザ素子の製造方法。