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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-26
(45)【発行日】2025-01-10
(54)【発明の名称】半導体レーザ及び半導体レーザ製造方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/227 20060101AFI20241227BHJP
H01S 5/12 20210101ALI20241227BHJP
【ＦＩ】
H01S5/227
H01S5/12
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2023564276
(86)(22)【出願日】2021-11-30
(86)【国際出願番号】 JP2021043737
(87)【国際公開番号】W WO2023100214
(87)【国際公開日】2023-06-08
【審査請求日】2023-09-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002941
【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 直幹
(72)【発明者】
【氏名】河原 弘幸
(72)【発明者】
【氏名】松本 啓資
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 涼子
(72)【発明者】
【氏名】平 聡
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０３１９７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１１１３６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－３０９３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２４９７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－００２５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１３３１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１７４３９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１８４６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２６６８９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３４９３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０１７５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０２８９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０４５０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０７２８０７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／２４０６４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１１０４８９９３（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０５３０５２３０（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００４／００１３１４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－２８３８２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３０６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３１４１９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザであって、前記リッジ構造は、活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記埋込層は、
前記リッジ構造の前記ｐ型クラッド層及び前記活性層の両側面に接するｐ型半導体層と、半絶縁層とを有し、かつ前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の両側面における前記ｎ型半導体基板側に他のｐ型半導体層を有しており、
前記ｐ型半導体層は、前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層に接しておらず、
前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の両側面における前記活性層側に、前記ｐ型半導体層と前記他のｐ型半導体層とが分離された分離部が形成されており、
前記分離部に前記半絶縁層が埋め込まれている、
半導体レーザ。
【請求項2】
前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の両側面に前記半絶縁層が接している、請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項3】
前記リッジ構造の各層の積層方向をｚ方向とし、前記リッジ構造が延伸している延伸方向をｙ方向とし、前記ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とし、前記リッジ構造は、リッジ本体部と、リッジ本体部の両側面から前記ｘ方向に延伸したリッジ延伸部とを有し、
前記リッジ延伸部は、前記活性層が前記ｘ方向に延伸した活性層延伸部であり、
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ型クラッド層及び前記活性層の前記ｘ方向の両側面と前記活性層延伸部の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面とに接しており、
前記分離部は、前記活性層延伸部の前記ｎ型半導体基板側に形成されている、
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項4】
ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザであって、
前記リッジ構造の各層の積層方向をｚ方向とし、前記リッジ構造が延伸している延伸方向をｙ方向とし、前記ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とし、
前記リッジ構造は、
活性層を含むリッジ中間層、前記リッジ中間層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層、前記リッジ中間層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
かつ、リッジ本体部と、リッジ本体部の両側面から前記ｘ方向に延伸したリッジ延伸部とを有し、
前記リッジ中間層は、前記活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に形成されたｎ型クラッド層である中間層部ｎ型クラッド層、前記中間層部ｎ型クラッド層の前記ｎ型半導体基板側に形成された延伸部土台層を有し、
前記リッジ延伸部は、前記リッジ中間層が前記ｘ方向に延伸しており、
前記埋込層は、
前記リッジ構造の前記ｐ型クラッド層及び前記リッジ中間層の前記ｘ方向の両側面と前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面とに接するｐ型半導体層と、前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の前記ｘ方向の両側面における前記ｎ型半導体基板側に他のｐ型半導体と、半絶縁層とを有しており、
前記ｐ型半導体層は、前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層に接しておらず、
前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板側に、前記ｐ型半導体層と前記他のｐ型半導体層とが分離された分離部が形成されており、
前記分離部に前記半絶縁層が埋め込まれている、
半導体レーザ。
【請求項5】
前記リッジ構造の各層の積層方向をｚ方向とし、前記リッジ構造が延伸している延伸方向をｙ方向とし、前記ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とし、前記リッジ構造は、
前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に形成された延伸部土台層を有し、
かつ、リッジ本体部と、リッジ本体部の両側面から前記ｘ方向に延伸したリッジ延伸部とを有し、
前記リッジ延伸部は、前記延伸部土台層及び前記活性層が前記ｘ方向に延伸しており、
前記ｐ型半導体層は、前記ｐ型クラッド層、前記延伸部土台層、及び前記活性層の前記ｘ方向の両側面と、前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面とに接しており、
前記分離部は、前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板側に形成されている、
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項6】
前記延伸部土台層は、価電子帯のエネルギーレベルが前記ｐ型半導体層の価電子帯のエネルギーレベルよりも高い、請求項４または５に記載の半導体レーザ。
【請求項7】
前記延伸部土台層は、ｎ型半導体層である、請求項６記載の半導体レーザ。
【請求項8】
前記延伸部土台層は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層又はｎ型ＡｌＩｎＡｓ層である、請求項７記載の半導体レーザ。
【請求項9】
ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザであって、
前記リッジ構造は、活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記埋込層は、
前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の両側面に接しており、かつ前記ｎ型半導体基板側に形成された半絶縁層と、前記リッジ構造の前記ｐ型クラッド層及び前記活性層の両側面に接しており、かつ前記半絶縁層の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面において前記リッジ構造から離れる方向に広がって形成されているｐ型半導体層と、他の半絶縁層とを有し、
前記ｐ型半導体層は、前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層に接しておらず、
前記ｐ型半導体層における前記ｎ型半導体基板と反対側の表面及びリッジ構造側の面を前記他の半絶縁層が覆っている、
半導体レーザ。
【請求項10】
ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザであって、
前記リッジ構造は、活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記埋込層は、
前記リッジ構造の前記ｐ型クラッド層及び前記活性層の両側面に接するｐ型半導体層と、半絶縁層と、アンドープ半導体層を有し、
前記アンドープ半導体層は前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層の両側面に接しており、
前記ｐ型半導体層は、亜鉛を含んでおり、かつ前記リッジ構造の前記ｎ型クラッド層に接していない、
半導体レーザ。
【請求項11】
前記リッジ構造は、前記ｎ型クラッド層の前記ｎ型半導体基板側に回折格子層を介して形成されたｎ型クラッド層である第一ｎ型クラッド層を有している、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項12】
ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法であって、前記埋込層は、ｐ型半導体層、半絶縁層を有し、
前記リッジ構造は、
活性層を含むリッジ中間層、前記リッジ中間層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層を含むリッジ土台層、前記リッジ中間層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記リッジ土台層の前記ｎ型クラッド層は前記リッジ中間層に接しており、
前記リッジ構造の各層の積層方向をｚ方向とし、前記リッジ構造が延伸している延伸方向をｙ方向とし、前記ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とし、
前記ｎ型半導体基板に、前記リッジ土台層、前記リッジ中間層、前記ｐ型クラッド層を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、前記リッジ土台層、前記リッジ中間層、前記ｐ型クラッド層を有する前記リッジ構造を形成するリッジ構造形成工程と、
前記リッジ構造の両側面における前記リッジ中間層以外の層をエッチングし、前記リッジ中間層において前記リッジ構造の両側面から前記ｘ方向に延伸したリッジ延伸部を形成する延伸部形成工程と、
前記リッジ構造の両側面、前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面を覆うように前記ｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、
前記ｐ型半導体層の表面及び前記リッジ延伸部の前記ｎ型半導体基板側の露出面を覆うように、前記半絶縁層を形成する半絶縁層形成工程と、
を含む、半導体レーザ製造方法。
【請求項13】
前記リッジ中間層は、前記活性層のみからなっている、請求項１２記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項14】
前記リッジ中間層は、前記活性層の前記リッジ土台層側に延伸部土台層を含んでいる、請求項１２記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項15】
前記延伸部土台層と前記活性層との間にｎ型クラッド層である中間層部ｎ型クラッド層を含んでいる、請求項１４記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項16】
ｎ型半導体基板に形成された活性層を含むリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法であって、前記埋込層は、第一の半絶縁層、ｐ型半導体層、第二の半絶縁層を有し、
前記リッジ構造は、
前記活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層を含むリッジ土台層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記リッジ土台層の前記ｎ型クラッド層は前記活性層に接しており、
前記活性層の特定位置を、
前記活性層の前記ｎ型半導体基板側である近方端の位置又は、
前記活性層の近方端よりも前記ｎ型半導体基板側から遠方で前記活性層の量子井戸構造における前記ｎ型半導体基板側である近方端に至らない位置とし、
前記ｎ型半導体基板に、前記リッジ土台層、前記活性層、ｐ型クラッド層を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、前記リッジ土台層、前記活性層、前記ｐ型クラッド層を有する前記リッジ構造を形成するリッジ構造形成工程と、
前記リッジ構造における前記ｎ型半導体基板側から前記活性層の前記特定位置までの両側面を覆うように、前記第一の半絶縁層を形成する第一半絶縁層形成工程と、
前記第一の半絶縁層の表面及び前記リッジ構造の露出した前記活性層の前記特定位置から前記ｎ型半導体基板と反対側である遠方端までの両側面を覆うように、前記ｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、
前記ｐ型半導体層を覆うように、前記第二の半絶縁層を形成する第二半絶縁層形成工程と、
を含む、半導体レーザ製造方法。
【請求項17】
ｎ型半導体基板に形成された活性層を含むリッジ構造、前記リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法であって、前記埋込層は、アンドープ半導体層、ｐ型半導体層、半絶縁層を有し、
前記リッジ構造は、
前記活性層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層を含むリッジ土台層、前記活性層の前記ｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有し、
前記リッジ土台層の前記ｎ型クラッド層は前記活性層に接しており、
前記活性層の特定位置を、
前記活性層の前記ｎ型半導体基板側である近方端の位置又は、
前記活性層の近方端よりも前記ｎ型半導体基板側から遠方で前記活性層の量子井戸構造における前記ｎ型半導体基板側である近方端に至らない位置とし、
前記ｎ型半導体基板に、前記リッジ土台層、前記活性層、ｐ型クラッド層を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、前記リッジ土台層、前記活性層、前記ｐ型クラッド層を有する前記リッジ構造を形成するリッジ構造形成工程と、
前記リッジ構造の両側面を覆うように前記アンドープ半導体層を形成するアンドープ半導体層形成工程と、
前記アンドープ半導体層の表面を覆うように、前記半絶縁層を形成する半絶縁層形成工程と、
前記アンドープ半導体層における前記ｎ型半導体基板と反対側である遠方端から前記活性層の前記特定位置までの領域に亜鉛を拡散させる亜鉛拡散工程と、
を含む、半導体レーザ製造方法。
【請求項18】
前記亜鉛拡散工程において、前記リッジ構造の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面及び前記埋込層の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面における前記アンドープ半導体層を包含する領域を露出させる開口を有する拡散防止膜が前記埋込層に配置されており、
前記開口を覆うように配置された酸化亜鉛膜から前記亜鉛を前記アンドープ半導体層及び前記ｐ型クラッド層に拡散させる、請求項１７記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項19】
前記亜鉛拡散工程において、前記リッジ構造の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面及び前記埋込層の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面における前記アンドープ半導体層を包含する領域を露出させる開口を有する拡散防止膜が前記埋込層に配置されており、
前記開口から前記アンドープ半導体層及び前記ｐ型クラッド層に前記亜鉛を気相拡散させる、請求項１７記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項20】
前記亜鉛拡散工程において、前記埋込層の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面における前記アンドープ半導体層を包含する領域を露出させる開口を有する拡散防止膜が前記埋込層及び前記リッジ構造の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面に配置されており、
前記開口を覆うように配置された酸化亜鉛膜から前記亜鉛を前記アンドープ半導体層に拡散させる、請求項１７記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項21】
前記亜鉛拡散工程において、前記埋込層の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面における前記アンドープ半導体層を包含する領域を露出させる開口を有する拡散防止膜が前記埋込層及び前記リッジ構造の前記ｎ型半導体基板と反対側の表面に配置されており、
前記開口から前記アンドープ半導体層に前記亜鉛を気相拡散させる、請求項１７記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項22】
前記リッジ土台層は、回折格子層及び前記ｎ型クラッド層として第一ｎ型クラッド層、第二ｎ型クラッド層を有しており、
前記リッジ構造形成工程は、
前記ｎ型半導体基板の表面に前記第一ｎ型クラッド層、前記回折格子層、前記第二ｎ型クラッド層を順次形成して前記リッジ土台層を形成し、その後前記活性層を含む前記リッジ中間層、前記ｐ型クラッド層を順次形成し、
エッチングにより両側面が露出された、前記第一ｎ型クラッド層、前記回折格子層、前記第二ｎ型クラッド層、前記リッジ中間層、前記ｐ型クラッド層を有する前記リッジ構造を形成する、
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項23】
前記リッジ土台層は、回折格子層及び前記ｎ型クラッド層として第一ｎ型クラッド層、第二ｎ型クラッド層を有しており、
前記リッジ構造形成工程は、
前記ｎ型半導体基板の表面に前記第一ｎ型クラッド層、前記回折格子層、前記第二ｎ型クラッド層を順次形成して前記リッジ土台層を形成し、その後前記活性層、前記ｐ型クラッド層を順次形成し、
エッチングにより両側面が露出された、前記第一ｎ型クラッド層、前記回折格子層、前記第二ｎ型クラッド層、前記活性層、前記ｐ型クラッド層を有する前記リッジ構造を形成する、
請求項１６から２１のいずれか１項に記載の半導体レーザ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、半導体レーザ及び半導体レーザ製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、順に積層されたｎ型ＩｎＰクラッド層ｓ３、活性層ｓ４、ｐ型ＩｎＰクラッド層ｓ５を有するメサストライプ構造ｓ２と、メサストライプ構造ｓ２の両側に埋め込まれた埋込層ｓ７とを備え、活性層ｓ４は、井戸層と、炭素が添加されたバリア層とを有する多重量子井戸構造であり、埋込層ｓ７は、順に積層されたｐ型ＩｎＰ層ｓ１０と、ＦｅドープＩｎＰ層ｓ１１と、ｎ型ＩｎＰ層ｓ１２とを有している光半導体装置が開示されている。メサストライプ構造ｓ２におけるｎ型ＩｎＰクラッド層ｓ３及びｐ型ＩｎＰクラッド層ｓ５の側面はｐ型ＩｎＰ層ｓ１０で覆われており、メサストライプ構造ｓ２における活性層ｓ４の側面は、ｐ型ＩｎＰ層ｓ１０に接しておらず、ＦｅドープＩｎＰ層ｓ１１が接している。なお、特許文献１で使用されている符号に「ｓ」を付けて、本願明細書の符号と区別している。
【0003】
特許文献１の光半導体装置は、活性層ｓ４のバリア層に炭素が添加された変調ドープ構造であり、ｐ型ＩｎＰ層ｓ１０から活性層ｓ４へｐ型ドーパントである亜鉛（Ｚｎ）が拡散することで変調ドープ構造が崩れないようにするために、活性層ｓ４の側面がｐ型ＩｎＰ層ｓ１０に接しておらず、鉄（Ｆｅ）ドープＩｎＰ層ｓ１１が接しているようにしていた。
【0004】
一般的には、活性層ｓ４の側面はｐ型ＩｎＰ層ｓ１０に接する構造が採用されている。この構造は特許文献１の図８に開示されている。特許文献１の図８に開示された光半導体装置（比較例の光半導体装置）は、ｐ型ＩｎＰ層ｓ１０がｐ型ＩｎＰクラッド層ｓ５の側面に接しているので、ｐ型ＩｎＰクラッド層ｓ５から活性層ｓ４へ正孔電流を流し、ｎ型ＩｎＰクラッド層ｓ３から活性層ｓ４へ電子電流を流してレーザ光を発生させる際に、ｐ型ＩｎＰクラッド層ｓ５から活性層ｓ４に正孔が注入される前に側面のｐ型ＩｎＰ層ｓ１０へ一部の正孔が漏れるため、活性層ｓ４を通過しない無効電流が発生する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６-３１９７０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１の光半導体装置は、活性層ｓ４の側面にｐ型ＩｎＰ層ｓ１０が接しない構造を採用することで、活性層ｓ４の側面がｐ型ＩｎＰ層ｓ１０に接する場合に変調ドープ構造が崩れることで、活性層ｓ４におけるキャリア吸収、価電子帯間吸収による光損失が生じ、この光損失により光半導体装置の特性が悪化することを避けていた。
【0007】
一方で、ｐ型ＩｎＰ層ｓ１０は、活性層ｓ４に注入された電子電流が熱の影響によりオーバーフローし、活性層ｓ４側面から外側に電子電流が漏れることを防ぐ役割、すなわち電子に対するエネルギー障壁の役割を持つ。特許文献１の光半導体装置では、活性層ｓ４の側面にｐ型ＩｎＰ層ｓ１０が接しない構造であるため、電子電流に対するエネルギー障壁が不十分であり、特に高温動作時において電子オーバーフローが生じ、光出力特性の低下、高速動作特性の低下が懸念される。特に活性層ｓ４の側面に接するＦｅドープＩｎＰ層ｓ１１に、その周囲のｐ型ＩｎＰ層ｓ１０のドーパントである亜鉛（Ｚｎ）が拡散する場合があり、ＦｅドープＩｎＰ層ｓ１１が高抵抗半導体層或いは半絶縁半導体層として機能しなくなる場合に、性能低下が顕著になる。
【0008】
本願明細書に開示される技術は、活性層を通過しない無効電流を低減でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる半導体レーザを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、ｎ型半導体基板に形成されたリッジ構造、リッジ構造の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層を備えた半導体レーザである。リッジ構造は、活性層、活性層のｎ型半導体基板側に接するように形成されたｎ型クラッド層、活性層のｎ型半導体基板と反対側に接するように形成されたｐ型クラッド層を有している。埋込層は、リッジ構造のｐ型クラッド層及び活性層の両側面に接するｐ型半導体層と、半絶縁層とを有しており、かつリッジ構造のｎ型クラッド層の両側面におけるｎ型半導体基板側に他のｐ型半導体層を有しており、ｐ型半導体層は、リッジ構造のｎ型クラッド層に接しておらず、リッジ構造のｎ型クラッド層の両側面における活性層側に、ｐ型半導体層と他のｐ型半導体層とが分離された分離部が形成されており、分離部に半絶縁層が埋め込まれている。
【発明の効果】
【0010】
本願明細書に開示される一例の半導体レーザは、リッジ構造のｐ型クラッド層及び活性層の両側面に接するｐ型半導体層がリッジ構造のｎ型クラッド層に接していないので、活性層を通過しない無効電流を低減でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図4】比較例の活性層周辺の拡大図である。
【図5】実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図7】実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図14】実施の形態４に係る第一の半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図18】実施の形態４に係る第二の半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図19】実施の形態４に係る第三の半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図20】実施の形態５に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図23】実施の形態６に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図27】実施の形態７に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図35】実施の形態８に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。
【図36】実施の形態９に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。
【図42】実施の形態１０に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２は図１の活性層周辺の拡大図である。図３は図１の活性層を示す図であり、図４は比較例の活性層周辺の拡大図である。実施の形態１の半導体レーザ１００は、ｎ型のＩｎＰ基板であるｎ型半導体基板１の表面に形成されたｎ型ＩｎＰの第一ｎ型クラッド層２と、第一ｎ型クラッド層２の一部、回折格子層３、ｎ型ＩｎＰの第二ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型ＩｎＰの第一ｐ型クラッド層６を有するリッジ構造１６と、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側面に形成されたｐ型ＩｎＰのｐ型半導体層７ａ、７ｂと、第二ｎ型クラッド層４の一部の両側面及びｐ型半導体層７ａ、７ｂを覆う半絶縁層８と、半絶縁層８の表面に形成されたｎ型ＩｎＰのブロック層９と、ブロック層９の表面及び第一ｐ型クラッド層６の表面に形成されたｐ型ＩｎＰの第二ｐ型クラッド層１０と、第二ｐ型クラッド層１０の表面に形成されたｐ型ＩｎＧａＡｓのコンタクト層１１と、コンタクト層１１の表面に形成されたアノード電極５１と、ｎ型半導体基板１の表面と反対側である裏面に形成されたカソード電極５２と、を備えている。ｐ型半導体層７ａ、７ｂ、半絶縁層８、ブロック層９からなる半導体層は、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３である。図１に示した半導体レーザ１００は、ＤＦＢ－ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）の例である。ｎ型半導体基板１に垂直な方向をｚ方向とし、リッジ構造１６のｚ方向に垂直な延伸方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。リッジ構造１６を構成する、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４、活性層５、第一ｐ型クラッド層６は、ｚ方向正側に順次形成されている。リッジ構造１６のｘ方向の両側面、リッジ構造１６のｘ方向の側面は、適宜、リッジ構造１６の両側面、リッジ構造１６の側面と記載する。
図１は実施の形態１に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２は図１の活性層周辺の拡大図である。図３は図１の活性層を示す図であり、図４は比較例の活性層周辺の拡大図である。実施の形態１の半導体レーザ１００は、ｎ型のＩｎＰ基板であるｎ型半導体基板１の表面に形成されたｎ型ＩｎＰの第一ｎ型クラッド層２と、第一ｎ型クラッド層２の一部、回折格子層３、ｎ型ＩｎＰの第二ｎ型クラッド層４、活性層５、ｐ型ＩｎＰの第一ｐ型クラッド層６を有するリッジ構造１６と、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側面に形成されたｐ型ＩｎＰのｐ型半導体層７ａ、７ｂと、第二ｎ型クラッド層４の一部の両側面及びｐ型半導体層７ａ、７ｂを覆う半絶縁層８と、半絶縁層８の表面に形成されたｎ型ＩｎＰのブロック層９と、ブロック層９の表面及び第一ｐ型クラッド層６の表面に形成されたｐ型ＩｎＰの第二ｐ型クラッド層１０と、第二ｐ型クラッド層１０の表面に形成されたｐ型ＩｎＧａＡｓのコンタクト層１１と、コンタクト層１１の表面に形成されたアノード電極５１と、ｎ型半導体基板１の表面と反対側である裏面に形成されたカソード電極５２と、を備えている。ｐ型半導体層７ａ、７ｂ、半絶縁層８、ブロック層９からなる半導体層は、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３である。図１に示した半導体レーザ１００は、ＤＦＢ－ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）の例である。ｎ型半導体基板１に垂直な方向をｚ方向とし、リッジ構造１６のｚ方向に垂直な延伸方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。リッジ構造１６を構成する、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４、活性層５、第一ｐ型クラッド層６は、ｚ方向正側に順次形成されている。リッジ構造１６のｘ方向の両側面、リッジ構造１６のｘ方向の側面は、適宜、リッジ構造１６の両側面、リッジ構造１６の側面と記載する。
【0013】
ｐ型半導体層７ａは、第一ｎ型クラッド層２のｚ方向正側の表面及びリッジ構造１６のｎ型半導体基板１側の側面に形成さている。ｐ型半導体層７ｂは、ｐ型半導体層７ａと分離された分離部１７を挟んでリッジ構造１６の両側面におけるｚ方向正側に形成されている。破線５４ａと破線５４ｂとの間がリッジ構造１６のｘ方向の領域５３であり、破線５５ａと破線５５ｂとの間が分離部１７である。分離部１７では、半絶縁層８が第二ｎ型クラッド層４の両側面すなわちｘ方向の両側面に接している。
【0014】
回折格子層３の材料は、ＩｎＧａＡｓＰなどのＩｎＰより屈折率が大きい材料である。なお、半導体レーザ１００がＤＦＢ－ＬＤでない場合は、回折格子層３は形成されていない。活性層５は一般に、量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）構造とＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造で構成される。図３では、井戸層３２と障壁層３３が交互に積層された量子井戸構造３５と、量子井戸構造３５の第二ｎ型クラッド層４側に形成された光閉込層３１と、第一ｐ型クラッド層６側に形成された光閉込層３４を備えた活性層５を示した。図３に示した活性層５の量子井戸構造３５は、４つの井戸層３２と井戸層３２の間に形成された３つの障壁層３３を備えている。ＳＣＨ構造は、図３に示したように電子及び正孔を量子井戸構造３５に閉じ込める層である光閉込層３１、３４を備えた構造である。井戸層３２、障壁層３３、光閉込層３１、３４の各材料は、例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓである。
【0015】
ｐ型半導体層７ｂのｎ型半導体基板１側の端は、活性層５の量子井戸構造３５の開始界面すなわち第二ｎ型クラッド層４側の光閉込層３１とその表面に形成された井戸層３２との界面よりも下側にあることが望ましい。分離部１７を用いて表現すれば、分離部１７のｐ型半導体層７ｂ側の端は、活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側の開始界面よりも下側すなわちｎ型半導体基板１側にあることが望ましい。分離部１７のｚ方向の長さである分離長Ｌは、正孔電流を遮断するのに十分な長さであればよい。例えば、分離長Ｌは０．２ｕｍ程度である。
【0016】
リッジ構造１６を形成する方法は、実施の形態３の半導体レーザ１００を製造する製造方法で説明する。分離部１７で分離されたｐ型半導体層７ａ、７ｂは、例えば以下のように形成する。アルミニウム（Ａｌ）を含む化合物半導体を用いた活性層５の場合、活性層５の側面に酸化層ができることにより、活性層５の側面にｐ型半導体層７ａ、７ｂが成長しない。このため、図４に示した比較例の半導体レーザを製造する製造工程では、結晶成長炉内に塩化水素（ＨＣｌ）を添加して、活性層５の側面の酸化層を除去してからｐ型半導体層７を成長させる。しかし、実施の形態１では、この塩化水素添加による酸化層除去を行わずにｐ型半導体層７ａ、７ｂを成長させる。これにより、ｐ型半導体層７ａ、７ｂは活性層５の側面に接触しない構造にすることができる。ｐ型半導体層７ａ、７ｂがリッジ構造１６の両側面に形成された後に、塩化水素を添加して活性層５の側面に酸化層を除去し、その後、半絶縁層８を成長させて、埋込層１３におけるｐ型半導体層７ａ、７ｂ、半絶縁層８を形成する。この後の製造工程は、実施の形態３の製造工程と同様である。
【0017】
半導体レーザ１００を動作させてレーザ光を発生させるために、アノード電極５１を介して正孔電流が半導体材料の半導体層すなわちコンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０、リッジ構造１６における第一ｐ型クラッド層６、活性層５に注入され、カソード電極５２を介して電子電流がｎ型半導体基板１及びリッジ構造１６の半導体層すなわち第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４、活性層５に注入される。実施の形態１の半導体レーザ１００は、活性層５において正孔１４と電子１５が再結合することで、レーザ光を発生させる。
【0018】
コンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０の多数キャリアである正孔１４が活性層５側に移動し、正孔電流Ｉｈが流れる。正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層６から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７ｂを経由して活性層５に流れる迂回電流Ｉ２と、からなっている。迂回電流Ｉ２は、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７ｂに漏れる正孔電流成分である。しかし、この迂回電流Ｉ２は、半絶縁層８が存在する分離部１７を流れることができず、ｐ型半導体層７ｂの価電子帯より低いエネルギーレベルにある活性層５の価電子帯方向へ流れるため、迂回電流Ｉ２は活性層５へ注入される。
【0019】
ｎ型半導体基板１、第一ｎ型クラッド層２の多数キャリアである電子１５が活性層５側に移動し、電子電流Ｉｅが流れる。電子電流Ｉｅは、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４を通過して活性層５に流れる。電子電流Ｉｅは、活性層５の側面すなわちｘ方向側面がｐ型半導体層７ｂに接しており、ｐ型半導体層７ｂの導電帯のエネルギーレベルが活性層５の導電帯のエネルギーレベルより高いため、ｐ型半導体層７ｂが電子電流Ｉｅに対するエネルギー障壁を形成しており、活性層５から半絶縁層８の方向すなわちｘ方向に電子電流Ｉｅがオーバーフローすることがない。よって、実施の形態１の半導体レーザ１００は、特許文献１の光半導体装置と異なり、特に高温環境下においても半導体レーザの特性すなわち光出力特性、高速動作特性が悪化することがない。
【0020】
また、分離部１７では、第二ｎ型クラッド層４と半絶縁層８とが接している。このとき、両者の接合によって形成されるエネルギー障壁により、半絶縁層８への電子電流Ｉｅのオーバーフローは生じない。さらに、半絶縁層８が特に電子に対して高抵抗となるように、例えば鉄（Ｆｅ）ドーピングの半絶縁層であれば、第二ｎ型クラッド層４から半絶縁層８への電子電流Ｉｅのオーバーフローの抑制性能がさらに向上する。
【0021】
図４に示した比較例の半導体レーザにおける活性層周辺では、ｐ型半導体層７がリッジ構造の側面に分離部１７が介在せずに形成されている。比較例の半導体レーザを駆動するための正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層６から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７を経由して第二ｎ型クラッド層４及び第一ｎ型クラッド層２に流れる迂回電流Ｉ３と、からなっている。比較例の半導体レーザを駆動するための電子電流Ｉｅは、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４を通過して活性層５に流れる。比較例の半導体レーザは、実施の形態１の半導体レーザ１００と同様に、活性層５において正孔１４と電子１５が再結合することで、レーザ光を発生させる。
【0022】
比較例の半導体レーザは、正孔電流Ｉｈの一部である迂回電流Ｉ３が第一ｐ型クラッド層６のｘ方向側面からｐ型半導体層７に漏れる。迂回電流Ｉ３は活性層５に流れることなく、第二ｎ型クラッド層４及び第一ｎ型クラッド層２に流れるので、迂回電流Ｉ３は活性層５を通過しない無効電流である。したがって、比較例の半導体レーザは、活性層５を通過しない無効電流があるので、実施の形態１の半導体レーザ１００と異なり、半導体レーザの特性すなわち光出力特性、高速動作特性が悪化し、高出力で高速な半導体レーザが実現できない。
【0023】
実施の形態１の半導体レーザ１００は、比較例の半導体レーザと異なり、分離部１７よりもｎ型半導体基板１から離れて配置されたｐ型半導体層７ｂが活性層５における量子井戸構造３５のｘ方向側面を覆っているので、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７ｂを経由した正孔電流Ｉｈの一部である迂回電流Ｉ２を活性層５に注入することができ、かつ電子電流Ｉｅが活性層５からオーバーフローすることがない。このため、実施の形態１の半導体レーザ１００は、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0024】
比較例の半導体レーザは、第一ｐ型クラッド層６のｘ方向側面とｐ型半導体層７との接続している部分であるｐ型層接続部の面積が製造過程でばらつく。ｐ型層接続部の面積がばらつくと、ｐ型半導体層７へ漏れる正孔電流の量すなわち迂回電流Ｉ３の量がばらつき、無効電流量がばらつく。このため、比較例の半導体レーザは、レーザ特性のばらつきも大きくなる。
【0025】
実施の形態１の半導体レーザ１００においても、第一ｐ型クラッド層６のｘ方向側面とｐ型半導体層７ｂとの接続している部分であるｐ型層接続部が存在する。このｐ型層接続部は製造ばらつきの影響を受け、ｐ型層接続部の面積がばらつく。しかし、実施の形態１の半導体レーザ１００では、ｐ型半導体層７ｂへ漏れた正孔電流Ｉｈすなわち迂回電流Ｉ２は活性層５へ注入されレーザ動作に寄与することから、ｐ型半導体層７ｂへ漏れた迂回電流Ｉ２の多寡によって特性の変動は生じない。よって、実施の形態１の半導体レーザ１００は、第一ｐ型クラッド層６のｘ方向側面とｐ型半導体層７との接続している部分であるｐ型層接続部の製造ばらつきに対して特性変動を小さくすることができる。
【0026】
以上のように、実施の形態１の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂと、半絶縁層８とを有しており、ｐ型半導体層７ｂは、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない。実施の形態１の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂがリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0027】
実施の形態１の半導体レーザ１００は、埋込層１３が、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面におけるｎ型半導体基板１側に他のｐ型半導体層７ａを有していてもよい。この場合、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面における活性層５側に、ｐ型半導体層７ｂと他のｐ型半導体層７ａとが分離された分離部１７が形成されており、分離部１７に半絶縁層８が埋め込まれている。実施の形態１の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面におけるｎ型半導体基板１側に他のｐ型半導体層７ａがあっても、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂがリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0028】
実施の形態２．
図５は実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図６は図５の活性層周辺の拡大図である。実施の形態２の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の両側面においてｐ型半導体層７が第一ｐ型クラッド層６及び活性層５に接しており、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にｐ型半導体層７が接していない点で、実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる。図５、図６では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層６及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層７が覆っている例を示した。図５、図６における特定位置は、活性層５におけるｎ型半導体基板１側の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端すなわち量子井戸構造３５の開始界面に至らない位置であり、量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端を含む端すなわち活性層５のｎ型半導体基板１側の光閉込層３１の途中の位置である。ｐ型半導体層７は、活性層５の量子井戸構造３５の両側面を覆っている。なお、活性層５の特定位置は、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置でもよい。実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図５は実施の形態２に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図６は図５の活性層周辺の拡大図である。実施の形態２の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の両側面においてｐ型半導体層７が第一ｐ型クラッド層６及び活性層５に接しており、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にｐ型半導体層７が接していない点で、実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる。図５、図６では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層６及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層７が覆っている例を示した。図５、図６における特定位置は、活性層５におけるｎ型半導体基板１側の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端すなわち量子井戸構造３５の開始界面に至らない位置であり、量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端を含む端すなわち活性層５のｎ型半導体基板１側の光閉込層３１の途中の位置である。ｐ型半導体層７は、活性層５の量子井戸構造３５の両側面を覆っている。なお、活性層５の特定位置は、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置でもよい。実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0029】
実施の形態２の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６におけるｎ型半導体基板１側の第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４の両側面に半絶縁層８が接している。実施の形態２の半導体レーザ１００は、実施の形態１の半導体レーザ１００と同様に、半導体レーザを駆動する際にコンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０の多数キャリアである正孔１４が活性層５側に移動し、正孔電流Ｉｈが流れる。正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層６から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７を経由して活性層５に流れる迂回電流Ｉ２と、からなっている。迂回電流Ｉ２は、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７に漏れる正孔電流成分である。しかし、この迂回電流Ｉ２は、半絶縁層８が存在する第二ｎ型クラッド層４の側面を流れることができず、ｐ型半導体層７の価電子帯より低いエネルギーレベルにある活性層５の価電子帯方向へ流れるため、迂回電流Ｉ２は活性層５へ注入される。
【0030】
実施の形態２の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にｐ型半導体層７が接していない以外は実施の形態１の半導体レーザ１００と同様なので、実施の形態１の半導体レーザ１００と同様の効果を奏する。
【0031】
以上のように、実施の形態２の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７と、半絶縁層８とを有している。ｐ型半導体層７はリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接しておらず、半絶縁層８がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面に接している。実施の形態２の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0032】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図８～図１３は、図７の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態３の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６がリッジ本体部６３とリッジ本体部６３の両側面からｘ方向に延伸したリッジ延伸部６４とを有し、分離部１７がリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側に形成されている点で、実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図７は、実施の形態３に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図８～図１３は、図７の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態３の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６がリッジ本体部６３とリッジ本体部６３の両側面からｘ方向に延伸したリッジ延伸部６４とを有し、分離部１７がリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側に形成されている点で、実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態１の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0033】
実施の形態３では、リッジ延伸部６４が形成されるリッジ中間層３９が活性層５である例を説明する。実施の形態１では、リッジ構造１６の両側面に分離部１７を介在させて互いに分離されたｐ型半導体層７ａ、ｐ型半導体層７ｂを形成する方法例として、活性層５がＡｌを含む化合物半導体の場合を説明した。実施の形態３では、活性層５がＡｌを含まない場合でも容易に分離部１７を介在させて互いに分離されたｐ型半導体層７ａ、ｐ型半導体層７ｂを形成する方法を説明する。
【0034】
図８～図１０は、ｎ型半導体基板１に基本のリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程を説明する図である。図１１は、基本のリッジ構造１６の両側面におけるリッジ中間層３９以外の層をエッチングし、リッジ中間層３９においてリッジ構造１６の両側面からｘ方向に延伸したリッジ延伸部６４を形成する延伸部形成工程を説明する図である。図１２は、リッジ構造１６の両側面と、リッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１と反対側の表面とを覆うようにｐ型半導体層７ａ、７ｂを形成するｐ型半導体層形成工程を説明する図である。図１３は、ｐ型半導体層７ａ、７ｂの表面及びリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側の露出面を覆うように、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程と、ブロック層９を形成する工程を説明する図である。
【0035】
ｎ型半導体基板１の表面に、有機金属気相化学成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、その上部すなわちｚ方向正側の表面に第二ｎ型クラッド層４、活性層５、第一ｐ型クラッド層６を順次エピタキシャル成長させる、すなわちリッジ構造１６の半導体層であるリッジ半導体層の各層を順次形成する（リッジ半導体層形成工程）。その上部すなわちｚ方向正側の表面にＳｉＯ２等の絶縁膜１８を成膜する。図７に示した半導体レーザ１００は、ＤＦＢ－ＬＤの例である。半導体レーザ１００がＤＦＢ－ＬＤでない場合は、回折格子層３は形成されない。
【0036】
図９に示すように、絶縁膜１８をエッチングにより加工して、基本のリッジ構造１６を形成する部分を残す。絶縁膜１８の加工は、一般的な半導体フォトリソグラフィ工程を用いて加工する。図１０に示すように、絶縁膜１８をマスクにして、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４、活性層５、第一ｐ型クラッド層６の各層をエッチングにより加工し、ｘ方向の両側面が露出された基本のリッジ構造１６を形成する。図１０に示した基本のリッジ構造１６のｘ方向の幅は、最終形状のリッジ構造１６におけるリッジ本体部６３及びリッジ本体部６３のｘ方向の両側から延伸したリッジ延伸部６４を有するリッジ中間層３９のｘ方向の幅である。図１０に示した基本のリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程は、最終形状のリッジ構造１６のｘ方向の最大幅を全ての両側面において有しているリッジ構造すなわち形成途中のリッジ構造１６を形成する工程である。
【0037】
次に、リッジ延伸部６４を形成する延伸部形成工程を実行する。リッジ構造形成工程で形成された基本のリッジ構造１６に対して、活性層５がエッチングされないエッチング液、ガス等を使用し、活性層５が活性層本体部６５及び活性層本体部６５のｘ方向の両側から延伸した活性層延伸部６６を有するように、すなわち活性層５においてリッジ本体部６３の両側面からｘ方向に延伸した活性層延伸部６６が形成されるように、活性層５以外の各層をエッチングする。破線５４ａと破線５６ａとの間及び破線５６ｂと破線５４ｂとの間がリッジ延伸部６４である。破線５６ａと破線５６ｂとの間がリッジ本体部６３である。実施の形態３では、リッジ中間層３９が活性層５のみなので、リッジ本体部６３は活性層本体部６５であり、リッジ延伸部６４は活性層延伸部６６でもある。延伸部形成工程において、基本のリッジ構造１６のｘ方向の両側面におけるリッジ中間層３９以外の層がエッチングされる。活性層延伸部６６におけるｚ方向のｎ型半導体基板１側の表面は、リッジ本体部６３以外の第一ｎ型クラッド層２のｎ型半導体基板１と反対側の表面に対向しており、活性層延伸部６６は言わばひさしになっている。
【0038】
活性層５の材料がＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓの場合は、例えばＩｎＰの層をエッチングする濃硫酸を使用することによって、活性層５を活性層本体部６５及び活性層延伸部６６を有する形状にすることができる。活性層５の材料がＡｌＧａＩｎＡｓの場合においては、ＭＯＣＶＤ法で成膜する装置内において、塩化水素ガスを使用してＩｎＰの各層をエッチングすることによって、活性層５を活性層本体部６５及び活性層延伸部６６を有する形状にすることができる。なお、活性層５の活性層延伸部６６におけるｘ方向の長さは、ｐ型半導体層７を形成する際に、シャドウ効果が得られる長さとする。ここで、シャドウ効果とは、リッジ本体部６３から延伸したリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側の面すなわちｚ方向負側の面に結晶成長に必要な材料ガスが十分供給されないため、リッジ延伸部６４のｚ方向負側の面において結晶が成長しない効果のことである。
【0039】
次に、図１２に示すように、ｐ型半導体層７を形成するｐ型半導体層形成工程を実行する。図１１に示した最終形状のリッジ構造１６に対して、ＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長により、ｐ型半導体層７ａ、７ｂを結晶成長する。このとき、活性層５の活性層延伸部６６がリッジ本体部６３よりもｘ方向に延伸しているため、リッジ延伸部６４である活性層延伸部６６のシャドウ効果を利用し、ｐ型半導体層７ａ、７ｂをリッジ延伸部６４になっている活性層延伸部６６のｎ型半導体基板１側の面に成長しないようにすることができる。図１１に示した最終形状のリッジ構造１６に対して、ｐ型半導体層形成工程を実行することで、リッジ構造１６の両側面、リッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１と反対側の表面を覆うようにｐ型半導体層７ａ、７ｂを形成することでできる。つまり、ｐ型半導体層７ａとｐ型半導体層７ｂとは分離されているので、ｐ型半導体層７ａ、７ｂが形成されないリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側に、ｐ型半導体層７ａとｐ型半導体層７ｂとを分離する分離部１７が形成できる。
【0040】
ｐ型半導体層形成工程の後に、図１３に示すように、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程と、ブロック層９を形成する工程を実行する。図１２に示したｐ型半導体層形成工程後の中間製造体に対して、半絶縁層８、ブロック層９をエピタキシャル成長する、すなわち半絶縁層８、ブロック層９を形成する。半絶縁層形成工程において、ｐ型半導体層７ａ、７ｂの表面及びリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側の露出面すなわちリッジ延伸部６４のｚ方向負側の面を覆うように、半絶縁層８を形成する。その後、ブロック層９を半絶縁層８の表面に形成する。なお、半絶縁層形成工程、ブロック層９を形成する工程は、ｐ型半導体層形成工程に連続して実行する。すなわちｐ型半導体層形成工程、半絶縁層形成工程、ブロック層９を形成する工程は、同一の装置で実行する。次に絶縁膜１８をフッ酸、バッファードフッ酸等を用いて除去する。
【0041】
絶縁膜１８を除去した後に、エピタキシャル成長により、第二ｐ型クラッド層１０とコンタクト層１１とを結晶成長する。ブロック層９の表面及びリッジ構造１６の表面に第二ｐ型クラッド層１０を形成し、第二ｐ型クラッド層１０の表面にコンタクト層１１を形成する。この後、コンタクト層１１に接するアノード電極５１を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面すなわちｚ方向負側の面に接するカソード電極５２を形成する。
【0042】
実施の形態３では、リッジ構造１６のリッジ中間層３９におけるリッジ延伸部６４のｘ方向の長さ、すなわち活性層５の活性層延伸部６６のｘ方向の長さを適切に設定することで、複雑な工程を追加することなく、活性層延伸部６６のｚ方向負側にｐ型半導体層７ａとｐ型半導体層７ｂとを分離する分離部１７を容易に形成することができる。活性層延伸部６６のｘ方向の長さの適切な長さは、シャドウ効果が得られる長さである。実施の形態３の半導体レーザ１００は、活性層５がＡｌを含まない場合でも、実施の形態１の半導体レーザ１００と同様の構造、すなわちリッジ構造１６の両側面に分離部１７を介在させて互いに分離されたｐ型半導体層７ａ、ｐ型半導体層７ｂが形成された構造を製造することができる。
【0043】
以上のように、実施の形態３の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂと、半絶縁層８とを有しており、ｐ型半導体層７ｂは、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない。埋込層１３が、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面におけるｎ型半導体基板１側に他のｐ型半導体層７ａを有しており、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面における活性層５側に、ｐ型半導体層７ｂと他のｐ型半導体層７ａとが分離された分離部１７が形成されており、分離部１７に半絶縁層８が埋め込まれている。リッジ構造１６の各層の積層方向をｚ方向とし、リッジ構造が延伸している延伸方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。リッジ構造１６は、リッジ本体部６３と、リッジ本体部６３の両側面からｘ方向に延伸したリッジ延伸部６４とを有している。リッジ延伸部６４は、活性層５がｘ方向に延伸した活性層延伸部６６である。ｐ型半導体層７ｂは、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５のｘ方向の両側面と活性層延伸部６６のｎ型半導体基板１と反対側の表面とに接しており、分離部１７は活性層延伸部６６のｎ型半導体基板１側に形成されている。実施の形態３の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面におけるｎ型半導体基板１側に他のｐ型半導体層７ａがあっても、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂがリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0044】
実施の形態３の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法である。埋込層１３は、ｐ型半導体層７ａ、７ｂ、半絶縁層８を有している。リッジ構造１６の各層の積層方向をｚ方向とし、リッジ構造１６が延伸している延伸方向をｙ方向とし、ｚ方向及びｙ方向に垂直な方向をｘ方向とする。実施の形態３の半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５を含むリッジ中間層３９、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、リッジ中間層３９、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有するリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程を含んでいる。更に実施の形態３の半導体レーザ製造方法は、リッジ構造形成工程を実行した後に、リッジ構造１６の両側面におけるリッジ中間層３９以外の層をエッチングし、リッジ中間層３９においてリッジ構造１６の両側面（加工後のリッジ本体部６３の両側面）からｘ方向に延伸したリッジ延伸部６４を形成する延伸部形成工程を含んでいる。更に実施の形態３の半導体レーザ製造方法は、延伸部形成工程を実行した後に、リッジ構造１６の両側面（リッジ本体部６３及びリッジ延伸部６４の両側面）、リッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１と反対側の表面を覆うようにｐ型半導体層７ａ、７ｂを形成するｐ型半導体層形成工程と、ｐ型半導体層７ａ、７ｂの表面及びリッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１側の露出面を覆うように、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程と、を含んでいる。実施の形態３の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面におけるｎ型半導体基板１側にｐ型半導体層７ａがあっても、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７ｂがリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない半導体レーザ１００を製造することができる。したがって実施の形態３の半導体レーザ製造方法により製造された半導体レーザ１００は、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0045】
実施の形態４．
図１４は、実施の形態４に係る第一の半導体レーザの断面構造を示す図である。図１５～図１７は、図１４の半導体レーザの製造方法を示す図である。図１８は実施の形態４に係る第二の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図１９は実施の形態４に係る第三の半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態４の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６におけるリッジ延伸部６４のリッジ中間層３９が延伸部土台層２１、活性層５を有している点で、実施の形態３の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態３の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図１４は、実施の形態４に係る第一の半導体レーザの断面構造を示す図である。図１５～図１７は、図１４の半導体レーザの製造方法を示す図である。図１８は実施の形態４に係る第二の半導体レーザの断面構造を示す図であり、図１９は実施の形態４に係る第三の半導体レーザの断面構造を示す図である。実施の形態４の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６におけるリッジ延伸部６４のリッジ中間層３９が延伸部土台層２１、活性層５を有している点で、実施の形態３の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態３の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0046】
実施の形態４の第一及び第三の半導体レーザ１００は、リッジ延伸部６４のリッジ中間層３９が延伸部土台層２１、第三ｎ型クラッド層２０、活性層５を有している例である。実施の形態４の第二の半導体レーザ１００は、リッジ延伸部６４のリッジ中間層３９が延伸部土台層２１、活性層５を有している例である。実施の形態４の第一の半導体レーザ１００におけるリッジ構造１６は、第二ｎ型クラッド層４と活性層５との間にｎ型半導体基板１側から順次形成されたＡｌＧａＩｎＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰの延伸部土台層２１、ｎ型ＩｎＰの第三ｎ型クラッド層２０を有している。実施の形態３と同様に、活性層５の材料がＩｎＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓの場合は、延伸部土台層２１が活性層５と同じ材料なので、ＩｎＰの層のエッチングレートよりも遅いエッチングレートとなる濃硫酸等のエッチング液を用いて、リッジ延伸部６４を形成することができる。また、活性層５及び延伸部土台層２１の材料がＡｌＧａＩｎＡｓの場合は、塩化水素ガスを用いて、リッジ延伸部６４を形成することができる。活性層５と延伸部土台層２１とに挟まれる第三ｎ型クラッド層２０を薄膜とすることで、第三ｎ型クラッド層２０はエッチングされず、図１５のように第三ｎ型クラッド層２０をリッジ延伸部６４の一部として残すことができる。第三ｎ型クラッド層２０の厚さは、最小膜厚が結晶格子以上であり、例えば１ｎｍである。第三ｎ型クラッド層２０がエッチングされない膜厚は、使用するエッチング材料、エッチング時の半導体層表面の状態等に依存する。第三ｎ型クラッド層２０はリッジ延伸部６４のエッチングによる形成によっても残存する膜厚であればよいので、第三ｎ型クラッド層２０を最大膜厚にする必要はない。なお、第三ｎ型クラッド層２０がエッチングされない最大膜厚は、確認を要する場合には実験によりエッチング後も残存する膜厚を確認する。
【0047】
延伸部土台層２１は、リッジ延伸部６４を形成するためのエッチング液又はエッチングガスにエッチングされない材料であれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ以外の材料であってもよい。また、リッジ中間層３９は活性層５と延伸部土台層２１とが直接接していてもよく、リッジ中間層３９における活性層５と延伸部土台層２１とのｘ方向の長さが異なっていてもよい。図１８に示した実施の形態４の第二の半導体レーザ１００は、リッジ中間層３９は活性層５と延伸部土台層２１とが直接接している例である。図１９に示した実施の形態４の第三の半導体レーザ１００は、リッジ中間層３９における活性層５と延伸部土台層２１とのｘ方向の長さが異なっている例である。図１９では、延伸部土台層２１が活性層５よりも短くなっているので、第三ｎ型クラッド層２０は延伸部土台層２１と同じｘ方向の長さになっている例を示した。実施の形態４の第一～第三の半導体レーザ１００のいずれであっても、エッチングによってリッジ延伸部６４を形成することができる。
【0048】
リッジ中間層３９が延伸部土台層２１、第三ｎ型クラッド層２０、活性層５を有する場合は、リッジ半導体層形成工程において、第二ｎ型クラッド層４の表面に延伸部土台層２１、第三ｎ型クラッド層２０、活性層５、第一ｐ型クラッド層６を順次エピタキシャル成長させて、リッジ構造１６の半導体層であるリッジ半導体層の各層を形成する。リッジ中間層３９が延伸部土台層２１、活性層５を有する場合は、リッジ半導体層形成工程において、第二ｎ型クラッド層４の表面に延伸部土台層２１、活性層５、第一ｐ型クラッド層６を順次エピタキシャル成長させて、リッジ半導体層の各層を形成する。
【0049】
リッジ構造形成工程において、絶縁膜１８をマスクにして基本のリッジ構造１６を形成し、延伸部形成工程において、基本のリッジ構造１６に対してリッジ中間層３９以外の層をｘ方向からエッチングし、リッジ本体部６３及びリッジ延伸部６４を有するリッジ構造１６を形成する。図１５に、延伸部形成工程が終了した実施の形態４の第一の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0050】
ｐ型半導体層形成工程において、図１５に示した最終形状のリッジ構造１６に対して、リッジ構造１６の両側面、リッジ延伸部６４のｎ型半導体基板１と反対側の表面を覆うようにｐ型半導体層７ａ、７ｂを形成する。図１６に、ｐ型半導体層形成工程が終了した実施の形態４の第一の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。リッジ構造１６はリッジ本体部６３から延伸したリッジ延伸部６４を有するので、シャドウ効果によりリッジ延伸部６４のｚ方向負側の面においてｐ型半導体層７ａとｐ型半導体層７ｂとを分離する分離部１７を形成することできる。
【0051】
半絶縁層形成工程において、図１６に示した半導体レーザ１００の中間製造体に対して半絶縁層８を形成し、その後のブロック層９を形成する工程において、半絶縁層８の表面にブロック層９を形成する。図１７に、半絶縁層形成工程及びブロック層９を形成する工程が終了し、絶縁膜１８が除去された実施の形態４の第一の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0052】
その後、実施の形態３で説明したように、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、第二ｐ型クラッド層１０、コンタクト層１１を形成する。具体的には、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６の表面に第二ｐ型クラッド層１０を形成し、第二ｐ型クラッド層１０の表面にコンタクト層１１を形成する。この後、コンタクト層１１に接するアノード電極５１を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面すなわちｚ方向負側の面に接するカソード電極５２を形成する。
【0053】
実施の形態４の半導体レーザ１００は、実施の形態３の半導体レーザ１００と同様に、活性層５がＡｌを含まない場合でも、実施の形態１の半導体レーザ１００と同様の構造、すなわちリッジ構造１６の両側面に分離部１７を介在させて互いに分離されたｐ型半導体層７ａ、ｐ型半導体層７ｂが形成された構造を製造することができる。したがって、実施の形態４の半導体レーザ１００は、図４に示した比較例の半導体レーザに比べ活性層５を通過しない無効電流を低減でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0054】
実施の形態４の第一の半導体レーザ１００は、活性層５と延伸部土台層２１との間に第三ｎ型クラッド層２０があるので、ｐ型半導体層７を流れる正孔１４の迂回電流Ｉ２は活性層５と共に第三ｎ型クラッド層２０、延伸部土台層２１に注入される。第三ｎ型クラッド層２０、延伸部土台層２１において、正孔１４と電子１５とが再結合する。なお、延伸部土台層２１の価電子帯のエネルギーレベルは、後述するようにｐ型半導体層７ｂの価電子帯のエネルギーレベルよりも高い。このため、延伸部土台層２１とｐ型半導体層７ｂとのエネルギー障壁により、ｐ型半導体層７ｂから延伸部土台層２１に移動する正孔１４の数は、ｐ型半導体層７ｂから第三ｎ型クラッド層２０に移動する正孔１４の数によりも極めて小さい。よって、実施の形態４の第一の半導体レーザ１００は、実施の形態３の半導体レーザ１００に比べ無効電流が多少生じるが、比較例の半導体レーザに比べ、無効電流を低減できる。
【0055】
実施の形態４の第二の半導体レーザ１００は、活性層５と延伸部土台層との間に第三ｎ型クラッド層２０がないので、実施の形態４の第一の半導体レーザ１００よりも活性層５を通過しない無効電流を低減できる。
【0056】
実施の形態５．
図２０は、実施の形態５に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図２１は図２０の活性層周辺の拡大図であり、図２２は図２１の延伸部土台層及びｐ型半導体層のエネルギーバンドを示す図である。実施の形態５の半導体レーザ１００は、リッジ中間層３９の延伸部土台層２１ａが実施の形態４の延伸部土台層２１よりも、価電子帯のエネルギーレベルがｐ型半導体層７ｂの価電子帯のエネルギーレベルに対して高い点で、実施の形態４の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態４の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図２０は、実施の形態５に係る半導体レーザの断面構造を示す図である。図２１は図２０の活性層周辺の拡大図であり、図２２は図２１の延伸部土台層及びｐ型半導体層のエネルギーバンドを示す図である。実施の形態５の半導体レーザ１００は、リッジ中間層３９の延伸部土台層２１ａが実施の形態４の延伸部土台層２１よりも、価電子帯のエネルギーレベルがｐ型半導体層７ｂの価電子帯のエネルギーレベルに対して高い点で、実施の形態４の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態４の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0057】
図２２に示したエネルギーバンドは、図２１に示した延伸部土台層２１ａの位置Ａ１とｐ型半導体層７ｂの位置Ａ２との間のエネルギーバンドである。図２１において、延伸部土台層２１ａのパターンは省略した。図２２の横軸は位置であり、縦軸はエネルギー［ａ．ｕ．（任意単位）]である。実線で記載した導電帯エネルギー７１と価電子帯エネルギー７２と共に、実施の形態４の延伸部土台層２１における導電帯エネルギー７３、価電子帯エネルギー７４を破線に示した。第三ｎ型クラッド層２０の導電帯エネルギー、価電子帯エネルギーは破線で示した導電帯エネルギー７３、価電子帯エネルギー７４よりも高いエネルギーになり、すなわち図２２において上側（ｙ軸正側）になり、第三ｎ型クラッド層２０とｐ型半導体層７ｂとのエネルギー差であるエネルギー障壁は、延伸部土台層２１、２１ａとｐ型半導体層７ｂとのエネルギー障壁よりも小さい。ｐ型半導体層７ｂに漏れた正孔１４の迂回電流Ｉ２は、ｐ型半導体層７ｂの価電子帯側を流れる。このため、ｐ型半導体層７ｂからリッジ中間層３９に流れる正孔１４の迂回電流Ｉ２は主に第三ｎ型クラッド層２０に流れる。
【0058】
ｐ型半導体層７ｂに漏れた正孔１４の迂回電流Ｉ２が実施の形態４の延伸部土台層２１に流れ込まないようにするためには、ｐ型半導体層７ｂの価電子帯のエネルギーレベルに対して、延伸部土台層２１の価電子帯のエネルギーレベルを高める必要がある。なお、図２２のｙ軸正側が正孔１４に対してエネルギーが小さい。これを実現するには、実施の形態４の延伸部土台層２１をｎ型高ドーピングの材料にしたり、実施の形態４の延伸部土台層２１をｐ型半導体層７ｂよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＩｎＡｓ層に置き換えればよい。延伸部土台層２１ａは、ｎ型半導体層であるｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層又はｎ型ＡｌＩｎＡｓ層とする。
【0059】
実施の形態５の半導体レーザ１００は、リッジ中間層３９の延伸部土台層２１ａにおける価電子帯のエネルギーレベルが実施の形態４の延伸部土台層２１よりも高いので、ｐ型半導体層７ｂに対して実施の形態４の延伸部土台層２１よりも高いエネルギー障壁が存在するため、正孔１４が延伸部土台層２１ａに移動が低減され、延伸部土台層２１ａでの電子１５との再結合が減少する。このため、実施の形態５の半導体レーザ１００は、実施の形態４の半導体レーザ１００よりも、活性層５を通過しない無効電流を低減できる。
【0060】
実施の形態６．
図２３は実施の形態６に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２４は図２３の活性層周辺の拡大図である。図２５、図２６は、図２３の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態６の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００の特徴構造、すなわちリッジ構造１６の両側面において第一ｐ型クラッド層６及び活性層５にのみｐ型半導体層７が接している構造を容易に実現できる半導体レーザである。実施の形態６の半導体レーザ１００は、埋込層１３が半絶縁層８、ｐ型半導体層７、半絶縁層２２、ブロック層９を有しており、ｐ型半導体層７が半絶縁層８のｎ型半導体基板１と反対側の表面においてリッジ構造１６から離れる方向に広がって形成されている点で、実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図２３は実施の形態６に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２４は図２３の活性層周辺の拡大図である。図２５、図２６は、図２３の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態６の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００の特徴構造、すなわちリッジ構造１６の両側面において第一ｐ型クラッド層６及び活性層５にのみｐ型半導体層７が接している構造を容易に実現できる半導体レーザである。実施の形態６の半導体レーザ１００は、埋込層１３が半絶縁層８、ｐ型半導体層７、半絶縁層２２、ブロック層９を有しており、ｐ型半導体層７が半絶縁層８のｎ型半導体基板１と反対側の表面においてリッジ構造１６から離れる方向に広がって形成されている点で、実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる。実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0061】
実施の形態６の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様に、半導体レーザを駆動する際にコンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０の多数キャリアである正孔１４が活性層５側に移動し、正孔電流Ｉｈが流れる。正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層６から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７を経由して活性層５に流れる迂回電流Ｉ２と、からなっている。迂回電流Ｉ２は、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層７に漏れる正孔電流成分である。ｐ型半導体層７がリッジ構造１６から離れる方向にすなわちｘ方向に広がって部分において、ｐ型半導体層７が半絶縁層８及び半絶縁層２２に挟まれており、半絶縁層８及び半絶縁層２２には電子１５が存在しないため正孔１４と再結合することがない。したがって、この迂回電流Ｉ２は、半絶縁層８が存在する第二ｎ型クラッド層４の側面を流れることができず、ｐ型半導体層７の価電子帯より低いエネルギーレベルにある活性層５の価電子帯方向へ流れるため、迂回電流Ｉ２は活性層５へ注入される。このため、実施の形態６の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様に、無効電流は生じない。
【0062】
実施の形態６の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法を説明する。リッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程までは、実施の形態３で説明したリッジ構造形成工程までと同じである。実施の形態６の半導体レーザ１００は、リッジ延伸部６４はないので、リッジ構造形成工程の後に、リッジ構造１６の両側面におけるｎ型半導体基板１側に半絶縁層８を形成する第一半絶縁層形成工程を実行する。第一半絶縁層形成工程において、リッジ構造１６におけるｎ型半導体基板１側から活性層５の特定位置までの両側面を覆うように、半絶縁層８をエピタキシャル成長させて形成する。ここで、活性層５の特定位置は、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置（第一特定位置）又は、活性層５の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端に至らない位置（第二特定位置）である。図２５に、第一半絶縁層形成工程後の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。半絶縁層８のエピタキシャル成長条件を適切に設定することで、第一ｎ型クラッド層２におけるｚ方向正側の表面及びリッジ構造１６のｘ方向の両側面、回折格子層３及び第二ｎ型クラッド層４におけるｘ方向の両側面を覆うように半絶縁層８を形成することができ、リッジ構造１６におけるｎ型半導体基板１側から活性層５の特定位置までの両側面を覆うように半絶縁層８を形成することができる。
【0063】
第一半絶縁層形成工程の後に、ｐ型半導体層７を形成するｐ型半導体層形成工程、半絶縁層２２を形成する第二半絶縁層形成工程を実行する。ｐ型半導体層形成工程において、半絶縁層８の表面及びリッジ構造１６の露出した活性層５の特定位置からｎ型半導体基板１と反対側である遠方端までの両側面を覆うように、ｐ型半導体層７をエピタキシャル成長させて形成する。第二半絶縁層形成工程において、ｐ型半導体層７を覆うように半絶縁層２２をエピタキシャル成長させて形成する。
【0064】
第二半絶縁層形成工程の後に、ブロック層９をエピタキシャル成長させて形成する。図２６に、第二半絶縁層形成工程及びブロック層９の形成工程が終了した実施の形態６の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0065】
その後、実施の形態３で説明したように、絶縁膜１８を除去し、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、第二ｐ型クラッド層１０、コンタクト層１１を形成する。具体的には、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６の表面に第二ｐ型クラッド層１０を形成し、第二ｐ型クラッド層１０の表面にコンタクト層１１を形成する。この後、コンタクト層１１に接するアノード電極５１を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面すなわちｚ方向負側の面に接するカソード電極５２を形成する。
【0066】
実施の形態６の半導体レーザ１００は、ｐ型半導体層７が半絶縁層８のｎ型半導体基板１と反対側の表面においてリッジ構造１６から離れる方向に広がっており、ｐ型半導体層７が半絶縁層８と半絶縁層２２とに挟まれている以外は、実施の形態２の半導体レーザ１００と同じなので、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様の効果を奏する。
【0067】
なお、図５に示した実施の形態２の半導体レーザ１００の製造方法は、例えば、実施の形態６の半導体レーザ１００の製造方法におけるｐ型半導体層形成工程の後に、半絶縁層８のｚ方向正側の表面のｐ型半導体層７をエッチングする工程を追加し、その後第二半絶縁層形成工程以降の工程を実行する。ｐ型半導体層７のエッチングは、半導体フォトリソグラフィ工程を用いて加工する。半絶縁層８と半絶縁層２２とは一体となるので、一体となった半絶縁層８ということもできる。実施の形態２の半導体レーザ１００の製造方法は、実施の形態６の半導体レーザ１００の製造方法よりも複雑になっている。したがって、実施の形態６の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００の特徴構造、すなわちリッジ構造１６の両側面において第一ｐ型クラッド層６及び活性層５にのみｐ型半導体層７が接している構造を容易に実現できる。
【0068】
以上のように、実施の形態６の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７と、半絶縁層８と、半絶縁層２２とを有している。ｐ型半導体層７はリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接しておらず、半絶縁層８がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面に接している。かつ、ｐ型半導体層７は、半絶縁層８のｎ型半導体基板１と反対側の表面においてリッジ構造１６から離れる方向に広がって形成されている。ｐ型半導体層７におけるｎ型半導体基板１と反対側の表面及びリッジ構造１６側の面を半絶縁層２２が覆っている。実施の形態６の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0069】
実施の形態６の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に形成された活性層５を含むリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法である。埋込層１３は、第一の半絶縁層（半絶縁層８）、ｐ型半導体層７、第二の半絶縁層（半絶縁層２２）を有している。活性層の特定位置を、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置又は、活性層５の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端に至らない位置とする。実施の形態６の半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有するリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程を含んでいる。更に実施の形態６の半導体レーザ製造方法は、リッジ構造形成工程を実行した後に、リッジ構造１６におけるｎ型半導体基板１側から活性層５の特定位置までの両側面を覆うように、第一の半絶縁層（半絶縁層８）を形成する第一半絶縁層形成工程と、第一の半絶縁層（半絶縁層８）の表面及びリッジ構造１６の露出した活性層５の特定位置からｎ型半導体基板１と反対側である遠方端までの両側面を覆うように、ｐ型半導体層７を形成するｐ型半導体層形成工程と、ｐ型半導体層７を覆うように、第二の半絶縁層（半絶縁層２２）を形成する第二半絶縁層形成工程と、を含んでいる。実施の形態６の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層７がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない半導体レーザ１００を製造することができる。したがって実施の形態６の半導体レーザ製造方法により製造された半導体レーザ１００は、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0070】
実施の形態７．
図２７は実施の形態７に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２８は図２７の活性層周辺の拡大図である。図２９～図３４は、図２７の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態７の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の両側面においてｐ型半導体層４０が第一ｐ型クラッド層２７及び活性層５に接しており、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にアンドープ半導体層２３が接している半導体レーザの例である。実施の形態７の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にアンドープ半導体層２３が接しており、リッジ構造１６の活性層５のｚ方向正側に第一ｐ型クラッド層２７を有し、リッジ構造１６の両側面側に亜鉛が拡散された半絶縁層４２、亜鉛が拡散されたブロック層４１を有する点で、実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる。図２７、図２８では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層２７及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層４０が覆っている例を示した。特定位置は実施の形態２で説明した通りである。実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図２７は実施の形態７に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図２８は図２７の活性層周辺の拡大図である。図２９～図３４は、図２７の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態７の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の両側面においてｐ型半導体層４０が第一ｐ型クラッド層２７及び活性層５に接しており、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にアンドープ半導体層２３が接している半導体レーザの例である。実施の形態７の半導体レーザ１００は、リッジ構造１６の活性層５からｎ型半導体基板１側の各層の両側面にアンドープ半導体層２３が接しており、リッジ構造１６の活性層５のｚ方向正側に第一ｐ型クラッド層２７を有し、リッジ構造１６の両側面側に亜鉛が拡散された半絶縁層４２、亜鉛が拡散されたブロック層４１を有する点で、実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる。図２７、図２８では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層２７及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層４０が覆っている例を示した。特定位置は実施の形態２で説明した通りである。実施の形態２の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0071】
ｐ型半導体層４０はＩｎＰのアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散されてｐ型化した半導体層である。第一ｐ型クラッド層２７は、ｐ型ＩｎＰの第一ｐ型クラッド層６に亜鉛が拡散されたｐ型クラッド層である。リッジ構造１６の両側を覆う埋込層１３は、アンドープ半導体層２３、ｐ型半導体層４０、半絶縁層８、４２、ブロック層９を有している。
【0072】
実施の形態７の半導体レーザ１００は、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様に、半導体レーザを駆動する際にコンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０の多数キャリアである正孔１４が活性層５側に移動し、正孔電流Ｉｈが流れる。正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層２７から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層２７からｐ型半導体層４０を経由して活性層５に流れる迂回電流Ｉ２と、からなっている。迂回電流Ｉ２は、第一ｐ型クラッド層２７からｐ型半導体層４０に漏れる正孔電流成分である。第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３が高抵抗であるため、迂回電流Ｉ２は、アンドープ半導体層２３を通過して第一ｎ型クラッド層２、第二ｎ型クラッド層４まで流れることができない。よって、実施の形態７の半導体レーザ１００は、ｐ型半導体層４０に漏れた正孔電流が活性層５へ注入され、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様に、無効電流とならない。また、活性層５の側面に亜鉛の拡散によりｐ型化したｐ型半導体層４０を接するようにすることで、活性層５から埋込層１３への電子電流のオーバーフローを抑制することができる。
【0073】
実施の形態７の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法を説明する。リッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程までは、実施の形態３で説明したリッジ構造形成工程までと同じである。リッジ構造形成工程の後に、リッジ構造１６の両側面を覆うようにアンドープ半導体層２３をエピタキシャル成長させて形成する（アンドープ半導体層形成工程）。アンドープ半導体層形成工程の後に、アンドープ半導体層２３の表面を覆うように、半絶縁層８をエピタキシャル成長させて形成する（半絶縁層形成工程）。半絶縁層形成工程の後に、ブロック層９をエピタキシャル成長させて形成する。図２９に、半絶縁層形成工程及びブロック層９の形成工程まで終了した実施の形態７の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。その後、図３０に示すように、絶縁膜１８を除去する。
【0074】
次に、アンドープ半導体層２３におけるｎ型半導体基板１と反対側である遠方端から活性層５の特定位置までの領域に亜鉛を拡散させる亜鉛拡散工程を説明する。まず、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、ＳｉＯ２等の拡散防止膜２４を成膜し、拡散防止膜２４に活性層５と活性層５に接するアンドープ半導体層２３を含むｘ方向の幅を有する開口２５を形成する。開口２５は、半導体フォトリソグラフィ工程を用いて加工する。図３１に、リッジ構造１６のｎ型半導体基板１と反対側の表面及び埋込層１３のｎ型半導体基板１と反対側の表面におけるアンドープ半導体層２３を包含する領域を露出させる開口２５を有する拡散防止膜２４が、埋込層１３に配置された実施の形態７の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0075】
次に、図３２に示すように、拡散防止膜２４と開口２５により露出されたリッジ構造１６のｚ方向正側の表面及び埋込層１３の表面に酸化亜鉛膜（ＺｎＯ膜）２６を成膜する。
【0076】
次に、図３２に示した実施の形態７の半導体レーザ１００の中間製造体を加熱処理する。開口２５の領域で酸化亜鉛膜２６に接する半導体層では、酸化亜鉛膜２６中の亜鉛（Ｚｎ）原子が半導体層に拡散される。リッジ構造１６におけるｚ方向正側のｎ型半導体基板１から最も離れた遠方端から活性層５の特定位置までの両側面に接するアンドープ半導体層２３と第一ｐ型クラッド層６とに亜鉛原子が拡散しｐ型化する。すなわち、第一ｐ型クラッド層６及び活性層５のｚ方向正側端から特定位置までのリッジ構造１６の両側面に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散しｐ型化する。設定する熱処理条件は、開口２５の領域におるリッジ構造１６に接する半導体層において、ｚ方向負側に向かって活性層５の特定位置まで亜鉛原子が拡散し、かつ、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散しない熱処理条件である。更に設定する熱処理条件は、開口２５の領域におるリッジ構造１６において、第一ｐ型クラッド層６に亜鉛原子が拡散し、活性層５に亜鉛原子が拡散しない熱処理条件である。第一ｐ型クラッド層６は、亜鉛原子が拡散されて第一ｐ型クラッド層２７になる。また、開口２５の領域の半導体層すなわちリッジ構造１６側のブロック層９及び半絶縁層８においても亜鉛原子が拡散しｐ型化する。この亜鉛が拡散されたブロック層９、半絶縁層８が半絶縁層４２、ブロック層４１である。
【0077】
亜鉛拡散工程の加熱処理において、拡散防止膜２４が覆っている部分については、酸化亜鉛膜２６からの亜鉛原子は拡散防止膜２４を拡散できないため、拡散防止膜２４直下の半導体層に亜鉛原子は拡散しない。図３４に、亜鉛拡散工程の加熱処理が終了した実施の形態７の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0078】
亜鉛拡散工程の後に、酸化亜鉛膜２６、拡散防止膜２４を除去し、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、第二ｐ型クラッド層１０、コンタクト層１１を形成する。具体的には、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６の表面に第二ｐ型クラッド層１０を形成し、第二ｐ型クラッド層１０の表面にコンタクト層１１を形成する。この後、コンタクト層１１に接するアノード電極５１を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面すなわちｚ方向負側の面に接するカソード電極５２を形成する。
【0079】
なお、亜鉛拡散によって、活性層５に接するアンドープ半導体層２３がｐ型化し、かつｐ型化したｐ型半導体層４０のｘ方向の半絶縁層８がｐ型化しないように、図３１の拡散防止膜２４の開口２５の幅は適宜調整される。
【0080】
実施の形態７の半導体レーザ１００は、前述した違い以外は、実施の形態２の半導体レーザ１００と同じなので、実施の形態２の半導体レーザ１００と同様の効果を奏する。
【0081】
以上のように実施の形態７の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０と、アンドープ半導体層２３と、半絶縁層８とを有しており、ｐ型半導体層４０は、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない。アンドープ半導体層２３はリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面に接しており、ｐ型半導体層４０及びｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）は亜鉛を含んでいる。実施の形態７の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0082】
実施の形態７の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に形成された活性層５を含むリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法である。埋込層１３は、アンドープ半導体層２３、ｐ型半導体層４０、半絶縁層８を有している。活性層の特定位置を、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置又は、活性層５の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端に至らない位置とする。実施の形態７の半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有するリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程を含んでいる。更に実施の形態７の半導体レーザ製造方法は、リッジ構造形成工程を実行した後に、リッジ構造１６の両側面を覆うようにアンドープ半導体層２３を形成するアンドープ半導体層形成工程と、アンドープ半導体層２３の表面を覆うように、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程と、アンドープ半導体層２３におけるｎ型半導体基板１と反対側である遠方端から活性層５の特定位置までの領域に亜鉛を拡散させ、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）に亜鉛を拡散させる亜鉛拡散工程と、を含んでいる。実施の形態７の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、リッジ構造１６の亜鉛が拡散されたｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない半導体レーザ１００を製造することができる。したがって実施の形態７の半導体レーザ製造方法により製造された半導体レーザ１００は、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0083】
実施の形態８．
図３５は、実施の形態８に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態８の半導体レーザ１００は、実施の形態７の半導体レーザ１００と同じである。実施の形態８の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、亜鉛拡散工程においてＭＯＣＶＤ法を用いた気相拡散により亜鉛を半導体層に拡散させる点で、実施の形態７の半導体レーザ製造方法と異なる。実施の形態７の半導体レーザ製造方法と異なる部分を主に説明する。
図３５は、実施の形態８に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態８の半導体レーザ１００は、実施の形態７の半導体レーザ１００と同じである。実施の形態８の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、亜鉛拡散工程においてＭＯＣＶＤ法を用いた気相拡散により亜鉛を半導体層に拡散させる点で、実施の形態７の半導体レーザ製造方法と異なる。実施の形態７の半導体レーザ製造方法と異なる部分を主に説明する。
【0084】
亜鉛を拡散させる際の実施の形態８の半導体レーザ１００の中間製造体は、図３１に示した実施の形態７の半導体レーザ１００の中間製造体と同じである。亜鉛を拡散させる際に、リッジ構造１６のｎ型半導体基板１と反対側の表面及び埋込層１３のｎ型半導体基板１と反対側の表面におけるアンドープ半導体層２３を包含する領域を露出させる開口２５を有する拡散防止膜２４が、埋込層１３に配置されている。この中間製造体を、ＭＯＣＶＤ法で成膜する装置内に入れ、ジメチル亜鉛２８を装置内に導入する。装置内の圧力、温度を予め定められた条件に設定することにより、ジメチル亜鉛２８を分解させ、開口２５から亜鉛を半導体層中に気相拡散させる、すなわち開口２５の領域におる半導体層中に亜鉛を拡散させる。予め定められた圧力、温度の条件すなわち亜鉛拡散条件は、開口２５の領域におるリッジ構造１６に接する半導体層が、ｚ方向負側に向かって活性層５の特定位置まで亜鉛が拡散し、かつ、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛が拡散しない条件である。更に亜鉛拡散条件は、開口２５の領域におるリッジ構造１６において、第一ｐ型クラッド層６に亜鉛原子が拡散し、活性層５に亜鉛原子が拡散しない条件である。
【0085】
亜鉛拡散工程の後の工程は、実施の形態７の半導体レーザ製造方法と同じである。実施の形態８の半導体レーザ１００は、実施の形態７の半導体レーザ１００と同じなので、実施の形態７の半導体レーザ１００と同じ効果を奏する。
【0086】
実施の形態９．
図３６は実施の形態９に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図３７は図３６の活性層周辺の拡大図である。図３８～図４１は、図３６の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態９の半導体レーザ１００は、活性層５のｚ方向正側に第一ｐ型クラッド層６が形成されている点で、実施の形態７の半導体レーザ１００と異なる。図３６、図３７では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層６及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層４０が覆っている例を示した。特定位置は実施の形態２で説明した通りである。実施の形態７の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
図３６は実施の形態９に係る半導体レーザの断面構造を示す図であり、図３７は図３６の活性層周辺の拡大図である。図３８～図４１は、図３６の半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態９の半導体レーザ１００は、活性層５のｚ方向正側に第一ｐ型クラッド層６が形成されている点で、実施の形態７の半導体レーザ１００と異なる。図３６、図３７では、リッジ構造１６の両側面において、第一ｐ型クラッド層６及び活性層５の特定位置までの両側面を、ｐ型半導体層４０が覆っている例を示した。特定位置は実施の形態２で説明した通りである。実施の形態７の半導体レーザ１００と異なる部分を主に説明する。
【0087】
ｐ型半導体層４０はＩｎＰのアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散されてｐ型化した半導体層である。リッジ構造１６の両側を覆う埋込層１３は、アンドープ半導体層２３、ｐ型半導体層４０、半絶縁層８、４２、ブロック層９を有している。
【0088】
実施の形態９の半導体レーザ１００は、実施の形態２及び実施の形態７の半導体レーザ１００と同様に、半導体レーザを駆動する際にコンタクト層１１、第二ｐ型クラッド層１０の多数キャリアである正孔１４が活性層５側に移動し、正孔電流Ｉｈが流れる。正孔電流Ｉｈは、第一ｐ型クラッド層６から活性層５に流れる主電流Ｉ１と、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層４０を経由して活性層５に流れる迂回電流Ｉ２と、からなっている。迂回電流Ｉ２は、第一ｐ型クラッド層６からｐ型半導体層４０に漏れる正孔電流成分である。第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３が高抵抗であるため、迂回電流Ｉ２は、アンドープ半導体層２３を通過して第一ｎ型クラッド層２、第二ｎ型クラッド層４まで流れることができない。よって、実施の形態９の半導体レーザ１００は、ｐ型半導体層４０に漏れた正孔電流は活性層５へ注入され、実施の形態２及び実施の形態７の半導体レーザ１００と同様に、無効電流とならない。また、活性層５の側面に亜鉛の拡散によりｐ型化したｐ型半導体層４０を接するようにすることで、活性層５から埋込層１３への電子電流のオーバーフローを抑制することができる。
【0089】
実施の形態９の半導体レーザ１００は、実施の形態７の半導体レーザ１００に比べ、亜鉛が拡散する領域がアンドープ半導体層２３を包含する部分に限定されているため、第一ｐ型クラッド層６に亜鉛が拡散されず、亜鉛によるレーザ光の光吸収損失が抑制される。そのため、実施の形態９の半導体レーザ１００は、実施の形態７の半導体レーザ１００に比べ、高い光出力のレーザ光を出力できる。
【0090】
実施の形態９の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法を説明する。リッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程、その後のアンドープ半導体層２３を形成するアンドープ半導体層形成工程、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程、ブロック層９を形成する工程は、実施の形態７の半導体レーザ製造方法と同じである。その後、図３０に示すように絶縁膜１８を除去した後に、亜鉛を半導体層に拡散させる亜鉛拡散工程を実行する。
【0091】
図３８に示すように、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、ＳｉＯ２等の拡散防止膜２４を成膜し、拡散防止膜２４に活性層５に接するアンドープ半導体層２３を含むｘ方向の幅を有する２つの開口２９を形成する。開口２９は、半導体フォトリソグラフィ工程を用いて加工する。図３８に、埋込層１３のｎ型半導体基板１と反対側の表面におけるアンドープ半導体層２３を包含する領域を露出させる開口２９を有する拡散防止膜２４が埋込層１３に配置された実施の形態９の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0092】
次に、図３９に示すように、拡散防止膜２４と開口２９により露出された埋込層１３の表面に酸化亜鉛膜２６を成膜する。
【0093】
次に、図３９に示した実施の形態９の半導体レーザ１００の中間製造体を加熱処理する。開口２９の領域で酸化亜鉛膜２６に接する半導体層では、酸化亜鉛膜２６中の亜鉛原子が半導体層に拡散される。リッジ構造１６におけるｚ方向正側のｎ型半導体基板１から最も離れた遠方端から活性層５の特定位置までの両側面に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散しｐ型化する。すなわち、活性層５のｚ方向正側端から特定位置までのリッジ構造１６の両側面に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散しｐ型化する。設定する熱処理条件は、開口２９の領域におる半導体層が、ｚ方向負側に向かって活性層５の特定位置まで亜鉛原子が拡散し、かつ、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛原子が拡散しない熱処理条件である。また、開口２９の領域の半導体層すなわちリッジ構造１６側のブロック層９及び半絶縁層８においても亜鉛原子が拡散しｐ型化する。この亜鉛が拡散されたブロック層９、半絶縁層８が半絶縁層４２、ブロック層４１である。
【0094】
亜鉛拡散工程の加熱処理において、拡散防止膜２４が覆っている部分については、酸化亜鉛膜２６からの亜鉛原子は拡散防止膜２４を拡散できないため、拡散防止膜２４直下の半導体層に亜鉛原子は拡散しない。図４０に、亜鉛拡散工程の加熱処理が終了した実施の形態９の半導体レーザ１００の中間製造体を示した。
【0095】
亜鉛拡散工程の後に、酸化亜鉛膜２６、拡散防止膜２４を除去し、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６のｚ方向の表面に、第二ｐ型クラッド層１０、コンタクト層１１を形成する。具体的には、ブロック層９の表面及びリッジ構造１６の表面に第二ｐ型クラッド層１０を形成し、第二ｐ型クラッド層１０の表面にコンタクト層１１を形成する。この後、コンタクト層１１に接するアノード電極５１を形成し、ｎ型半導体基板１の裏面すなわちｚ方向負側の面に接するカソード電極５２を形成する。
【0096】
なお、亜鉛拡散によって、活性層５に接するアンドープ半導体層２３がｐ型化し、かつｐ型化したｐ型半導体層４０のｘ方向の半絶縁層８がｐ型化しないように、図３８の拡散防止膜２４の開口２９の幅は適宜調整される。
【0097】
実施の形態９の半導体レーザ１００は、前述した違い以外は、実施の形態７の半導体レーザ１００と同じなので、実施の形態７の半導体レーザ１００と同様の効果を奏する。更に、前述したように、実施の形態９の半導体レーザ１００は、第一ｐ型クラッド層６に亜鉛が拡散されず、亜鉛によるレーザ光の光吸収損失が抑制されるので、実施の形態７の半導体レーザ１００に比べ、高い光出力のレーザ光を出力できる。
【0098】
以上のように実施の形態９の半導体レーザ１００は、ｎ型半導体基板１に形成されたリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザである。リッジ構造１６は、ｎ型半導体基板１側から順次形成されたｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有している。埋込層１３は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０と、アンドープ半導体層２３と、半絶縁層８とを有しており、ｐ型半導体層４０は、リッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない。アンドープ半導体層２３はリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）の両側面に接しており、ｐ型半導体層４０は亜鉛を含んでいる。実施の形態９の半導体レーザ１００は、この構成により、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していないので、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0099】
実施の形態９の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に形成された活性層５を含むリッジ構造１６、リッジ構造１６の延伸方向に垂直な方向において互いに対向する両側を覆うように埋め込まれた埋込層１３を備えた半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法である。埋込層１３は、アンドープ半導体層２３、ｐ型半導体層４０、半絶縁層８を有している。活性層の特定位置を、活性層５のｎ型半導体基板１側である近方端の位置又は、活性層５の近方端よりもｎ型半導体基板１側から遠方で活性層５の量子井戸構造３５におけるｎ型半導体基板１側である近方端に至らない位置とする。実施の形態９の半導体レーザ製造方法は、ｎ型半導体基板１に、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を順次形成し、エッチングにより両側面が露出された、ｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）、活性層５、ｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層６）を有するリッジ構造１６を形成するリッジ構造形成工程を含んでいる。更に実施の形態９の半導体レーザ製造方法は、リッジ構造形成工程を実行した後に、リッジ構造１６の両側面を覆うようにアンドープ半導体層２３を形成するアンドープ半導体層形成工程と、アンドープ半導体層２３の表面を覆うように、半絶縁層８を形成する半絶縁層形成工程と、アンドープ半導体層２３におけるｎ型半導体基板１と反対側である遠方端から活性層５の特定位置までの領域に亜鉛を拡散させる亜鉛拡散工程と、を含んでいる。実施の形態９の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、リッジ構造１６のｐ型クラッド層（第一ｐ型クラッド層２７）及び活性層５の両側面に接するｐ型半導体層４０がリッジ構造１６のｎ型クラッド層（第二ｎ型クラッド層４）に接していない半導体レーザ１００を製造することができる。したがって実施の形態９の半導体レーザ製造方法により製造された半導体レーザ１００は、活性層５を通過しない無効電流を防止でき、光出力特性、高速動作性能を向上できる。
【0100】
実施の形態１０．
図４２は、実施の形態１０に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態１０の半導体レーザ１００は、実施の形態９の半導体レーザ１００と同じである。実施の形態１０の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、亜鉛拡散工程においてＭＯＣＶＤ法を用いた気相拡散により亜鉛を半導体層に拡散させる点で、実施の形態９の半導体レーザ製造方法と異なる。実施の形態９の半導体レーザ製造方法と異なる部分を主に説明する。
図４２は、実施の形態１０に係る半導体レーザの製造方法を示す図である。実施の形態１０の半導体レーザ１００は、実施の形態９の半導体レーザ１００と同じである。実施の形態１０の半導体レーザ１００を製造する半導体レーザ製造方法は、亜鉛拡散工程においてＭＯＣＶＤ法を用いた気相拡散により亜鉛を半導体層に拡散させる点で、実施の形態９の半導体レーザ製造方法と異なる。実施の形態９の半導体レーザ製造方法と異なる部分を主に説明する。
【0101】
亜鉛を拡散させる際の実施の形態１０の半導体レーザ１００の中間製造体は、図３８に示した実施の形態９の半導体レーザ１００の中間製造体と同じである。亜鉛を拡散させる際に、埋込層１３のｎ型半導体基板１と反対側の表面におけるアンドープ半導体層２３を包含する領域を露出させる開口２９を有する拡散防止膜２４が、埋込層１３に配置されている。この中間製造体を、ＭＯＣＶＤ法で成膜する装置内に入れ、ジメチル亜鉛２８を装置内に導入する。装置内の圧力、温度を予め定められた条件に設定することにより、ジメチル亜鉛２８を分解させ、開口２９から亜鉛を半導体層中に気相拡散させる、すなわち開口２９の領域におる半導体層中に亜鉛を拡散させる。予め定められた圧力、温度の条件すなわち亜鉛拡散条件は、開口２９の領域におるリッジ構造１６に接する半導体層が、ｚ方向負側に向かって活性層５の特定位置まで亜鉛が拡散し、かつ、第一ｎ型クラッド層２、回折格子層３、第二ｎ型クラッド層４に接するアンドープ半導体層２３に亜鉛が拡散しない条件である。
【0102】
亜鉛拡散工程の後の工程は、実施の形態９の半導体レーザ製造方法と同じである。実施の形態１０の半導体レーザ１００は、実施の形態９の半導体レーザ１００と同じなので、実施の形態９の半導体レーザ１００と同じ効果を奏する。
【0103】
なお、実施の形態１～１０の半導体レーザ１００としてＤＦＢ－ＬＤの例を説明したが、実施の形態１及び３で説明したように、半導体レーザ１００がＤＦＢ－ＬＤでない場合は、回折格子層３は形成されていない。
【0104】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0105】
１…ｎ型半導体基板、２…第一ｎ型クラッド層、３…回折格子層、４…第二ｎ型クラッド層、５…活性層、６…第一ｐ型クラッド層、７、７ａ、７ｂ…ｐ型半導体層、８…半絶縁層、１３…埋込層、１６…リッジ構造、１７…分離部、２０…第三ｎ型クラッド層、２１、２１ａ…延伸部土台層、２２…半絶縁層、２３…アンドープ半導体層、２４…拡散防止膜、２５…開口、２６…酸化亜鉛膜、２９…開口、３５…量子井戸構造、３９…リッジ中間層、４０…ｐ型半導体層、６３…リッジ本体部、６４…リッジ延伸部、６６…活性層延伸部、７２…価電子帯エネルギー、７４…価電子帯エネルギー、１００…半導体レーザ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】