JP2001237495A

JP2001237495A - マルチビーム型半導体光デバイス装置

Info

Publication number: JP2001237495A
Application number: JP2000044288A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimoyama; 謙司下山; Nobuyuki Hosoi; 信行細井
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-31
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP3872627B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの基板上に互いに発光波長が異なる２以
上の半導体発光素子を集積した半導体光デバイス装置で
あって、制御性よく高歩留まりで製造することが可能な
ものを提供すること。【解決手段】半導体基板又は半導体基板上に成長させ
たエピタキシャル成長層にストライプ状の溝を２つ以上
有し、少なくとも２つの該溝の内部に互いに発光波長の
異なる活性層が形成されていることを特徴とするマルチ
ビーム型半導体発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は、１つの基板上に互いに発
光波長が異なる２以上の半導体発光素子を集積した半導
体光デバイス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、記録密度を向上させた記録媒体お
よびその再生装置の開発が活発に行われている。例え
ば、ＤＶＤに代表される高密度記録媒体は、高特性のビ
デオソフト、オーディオソフト、パソコンソフト等とし
て多方面に普及しつつあり、今後もますます需要が拡大
するものと期待されている。ＤＶＤは高密度記録媒体で
あることから、再生時には６５０ｎｍ帯のレーザ光が用
いられている。一方、ＤＶＤとは異なる記録媒体である
ＣＤやＭＤは、記録膜に波長依存性があるため６５０ｎ
ｍ帯のレーザ光では再生することができず、７８０ｎｍ
帯のレーザ光が必要である。このため、これらの記録媒
体を１台の再生装置で再生するためには、装置内に６５
０ｎｍ帯と７８０ｎｍ帯の２種類のレーザを発光するレ
ーザ源を搭載することが必要とされている。

【０００３】従来は、６５０ｎｍ帯のレーザを発光する
半導体レーザ素子と、７８０帯のレーザを発光する半導
体レーザ素子とを搭載したツイン方式の光学ピックアッ
プ系が再生装置内に使用されていた。しかしながら、２
種類の半導体レーザから発光される光を１つの対物レン
ズに導くためには、光を合流させるプリズムなどの光学
素子を追加する必要があり、光学ピックアップ系の構造
は複雑化していた。このため、再生装置そのものも大型
化せざるを得ず、また製造コストもかかることから、ツ
イン方式の光学ピックアップ系ではコンパクトで安い再
生装置を製造することはできなかった。

【０００４】このような問題に対処するために、最近に
なって、同一基板上に互いに発光波長が異なる複数種類
の半導体発光素子を集積した半導体発光装置が開発され
た（特開平１１−１８６６５１号公報）。この半導体発
光装置を用いれば、複数個必要であった半導体レーザパ
ッケージを１つに集約できるため、光ピックアップの小
型化を実現することができる。また、発光点の位置や間
隔の制御性が向上するという利点もある。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、特開平１１−
１８６６５１号公報に記載される半導体発光装置を製造
するためには、基板上のエピタキシャル膜を除去するた
めに選択エッチングプロセスを行うことが不可欠であ
る。選択エッチングプロセスの制御性を上げることは容
易ではないことから、製造には困難が伴う。各素子はす
べて正常に製造されなければ半導体発光装置に求められ
る機能を果たせないことから、製品の歩留まりは各素子
の歩留まりの積となる。このため、製品の歩留まりは単
一素子からなる従来の半導体発光装置に比べると低くな
ってしまう。また、同公報に記載される半導体発光装置
には、複数種類のチップの間にチップを分離するための
溝が存在することから、劈開時にかかる応力を分散させ
てきれいに劈開することが困難である。さらに、側面で
半田が跳ね上がるために、リーク電流が発生する危険性
も高い。また、各チップの高さを制御よく揃えることが
難しいために、最終製品にしたときに特定のチップにス
トレスがかかることもある。

【０００６】このように、これまでに提供されている集
積型の半導体発光装置は、その構造に起因する製造上の
課題が多く、歩留まり良く高性能の装置を提供すること
ができなかった。このような従来技術の状況を考慮し
て、本発明は、制御性よく高歩留まりで製造することが
可能な、新しい構造を有する高性能な集積型半導体光デ
バイス装置を提供することを課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討を重ねた結果、半導体基板又は半
導体基板上に成長させたエピタキシャル成長層にストラ
イプ状の溝を２つ以上設け、各溝に互いに発光波長が異
なる活性層を含む埋込層を形成することにより、所期の
効果を示す優れた半導体光デバイス装置が得られること
を見出し、本発明を提供するに至った。

【０００８】本発明は、半導体基板又は半導体基板上に
成長させたエピタキシャル成長層にストライプ状の溝を
２つ以上有し、少なくとも２つの該溝の内部に互いに発
光波長の異なる活性層が形成されていることを特徴とす
るマルチビーム型半導体発光装置を提供する。すなわち
本発明は、半導体基板又は半導体基板上に成長させたエ
ピタキシャル成長層にストライプ状の第１溝と第２溝を
有し、該第１溝には第１波長で発光する活性層を含む埋
込層が形成されており、該第２溝には第１波長とは異な
る第２波長で発光する活性層を含む埋込層が形成されて
いることを特徴とするマルチビーム型半導体光デバイス
装置を提供する。

【０００９】本発明の好ましい実施態様として、前記第
１溝と前記第２溝の間が電気的に絶縁されている態様；
前記第１溝内および前記第２溝内に形成される埋込層が
溝の上に突出していない態様；前記活性層が量子井戸構
造を有する態様；前記第１溝および前記第２溝の斜面が
｛１１１｝Ｂ面である態様；前記第１溝および前記第２
溝の他に、半導体基板又は半導体基板上に成長させたエ
ピタキシャル成長層にさらに少なくとも１つの溝を有
し、該溝には別の溝内に形成された活性層とは異なる波
長で発光する活性層を含む埋込層が形成されている態
様；半導体基板又は半導体基板上に成長させたエピタキ
シャル成長層にさらに少なくとも１つの溝を有し、該溝
には埋込層が形成されているが発光を目的としない態
様；前記発光を目的としない溝の少なくとも一部に、発
光を目的とする溝の埋込層と同じ層が形成されている態
様；前記発光を目的としない溝が、発光を目的とする溝
の外側に形成されている態様；前記発光を目的としない
溝と、発光を目的とする溝とが交互に形成されている態
様を挙げることができる。本発明の半導体光デバイス装
置は、半導体発光装置や半導体レーザ等として有用であ
る。

【００１０】

【発明の実施の態様】以下において、本発明の半導体光
デバイス装置について詳細に説明する。本発明の半導体
光デバイス装置は、半導体基板又は半導体基板上に成長
させたエピタキシャル成長層にストライプ状の溝を少な
くとも２つ有する。その溝のうち、少なくとも２つは発
光を目的とした溝であり、以下の説明では便宜上これら
の溝を第１溝および第２溝という。本発明では、第１溝
には第１波長で発光する活性層を含む埋込層が形成され
ており、該第２溝には第１波長とは異なる第２波長で発
光する活性層を含む埋込層が形成されている。

【００１１】図１は、本発明の半導体光デバイス装置の
好ましい態様を示す斜視図である。この実施態様では、
基板１１１に５つの溝（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ、Ｃ）が
設けられており、各溝には埋込層１１２〜１１６が形成
されている。第１溝Ｂの埋込層１１２には第１発光波長
で発光する活性層が含まれており、第２溝Ｃの埋込層１
１３には第２発光波長で発光する活性層が含まれてい
る。これらの第１溝Ｂと第２溝Ｃは発光を目的とした溝
である。一方、これらの発光を目的とする溝の間と外側
にそれぞれ形成されている３つの溝（Ａ１、Ａ２、Ａ
３）は、発光を目的としない溝であり、それぞれダミー
第１溝、ダミー第２溝、ダミー第３溝を構成している。
図１の実施態様では、これらのダミー溝に、埋込層１１
２とと同一組成の層と埋込層１１３と同一組成の層が順
に形成されている。これらの溝の上には絶縁膜１１７が
形成されており、発光を目的とする第１溝と第２溝の上
面中央にそれぞれ開口部１１８、１１９が設けられてい
る。絶縁膜の上には開口部を覆うように電極１２０が形
成されている。また、基板の下側にも電極１２１が形成
されている。電極１２０は第１溝側と第２溝側で分離し
て形成されており、第１波長を発光させたいときは第１
溝にのみ電流が流れるようにし、第２波長を発光させた
いときは第２溝にのみ電流が流れるように設計されてい
る。

【００１２】図１の他にも、様々な構造を有する半導体
光デバイス装置が本発明に含まれる。例えば、発光を目
的とする溝は３つ以上設けることができる。このとき、
各溝には互いに異なる波長で発光する活性層を含む埋込
層を形成することが好ましい。ただし、第１溝または第
２溝と同じ波長で発光する活性層を３つ目以降の溝に形
成しても構わない。例えば、第１溝と同じ波長で発光す
る第３溝を形成しておき、何らかの理由により第１溝が
発光不能に陥ったときに、第３溝を使って発光させるよ
うにすることもできる。

【００１３】発光波長は特に制限されないが、再生しよ
うとする記録媒体の再生に必要な波長を選択することが
好ましい。例えば、第１波長を６５０ｎｍ帯とし、第２
波長を７８０ｎｍ帯とすることにより、ＤＶＤ、ＣＤ、
ＭＤなどの再生用レーザ源とすることができる。また、
第３溝を形成することにより、次世代のＤＶＤ等の再生
用として４００ｎｍ帯を第３波長として選択することも
できる。

【００１４】発光を目的とする溝の幅は、下限は０．５
μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上である
ことがより好ましく、１．５μｍ以上であることがさら
に好ましい。上限は５００μｍ以下であることが好まし
く、３００μｍ以下であることがより好ましく、１００
μｍ以下であることがさらに好ましい。

【００１５】発光を目的としないダミー溝は、本発明の
半導体光デバイス装置にはあってもなくてもよい。ダミ
ー溝は、発光を目的とする溝に埋込層を形成するとき
に、埋込層を形成しようとしている溝以外の意図しない
領域に層が形成され、その結果、表面に凹凸が生じるの
を避けること等を目的として設けられるものである。し
たがって、ダミー溝に形成される埋込層は、発光を目的
とする溝の埋込層と同じ層構成をその一部として有する
ことが好ましい。例えば、発光を目的とする第１溝と第
２溝に順に埋込層を形成する場合は、ダミー溝にも第１
溝の埋込層と第２層の埋込層と同じ層を順に形成させる
ことが好ましい。このため、ダミー溝の深さは、発光を
目的とする溝に形成する埋込層の厚さの総和よりも深く
しておくことが好ましい。

【００１６】ダミー溝の数は特に制限されない。発光を
目的とする層の外側に形成することが好ましいが、発光
を目的とする溝と別の発光を目的とする層の間に形成し
てもよい。また、発光を目的とする層とダミー層を交互
に形成することもできる。

【００１７】ダミー溝の幅は、発光を目的とする溝の幅
よりも大きいことが好ましい。ダミー溝の幅は、下限は
０．５μｍ以上であることが好ましく、２μｍ以上であ
ることがより好ましく、５μｍ以上であることがさらに
好ましい。上限は１０００μｍ以下であることが好まし
く、５００μｍ以下であることがより好ましく、１００
μｍ以下であることがさらに好ましい。

【００１８】発光を目的とする溝やダミー溝は、基板ま
たは基板上に形成したエピタキシャル成長層にストライ
プ状に形成される。本明細書でいうストライプ状の溝と
は、幅に比べて長手方向の長さが極めて長くて直線に近
い溝を意味する。幅は必ずしも一定である必要はない。
このため、テーパー状であってもよいし、中央部の幅が
大きくて端部の幅が小さくてもよいし、逆に中央部の幅
が小さくて端部の幅が大きくてもよい。

【００１９】本発明の半導体光デバイス装置に用いる基
板は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長すること
が可能なものであれば、材料の特性や種類については特
に限定されない。好ましいのは導電性がある材料であ
り、望ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ₂
Ｏ₃等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基
板である。基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶
学的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好まし
い。

【００２０】なお、本明細書において「（１００）面」
という場合は、必ずしも厳密に（１００）シャストの面
である必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有
する場合まで包含する。オフアングルの大きさは上限は
３０°以下が好ましく、１６°以下がより好ましく、下
限は０．５°以上が好ましく、２°以上がより好まし
く、６°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ま
しい。また、基板は六方晶型の基板でもよく、その場合
はＡｌ₂Ｏ₃、６Ｈ−ＳｉＣ等の上にも形成される。

【００２１】基板上にはバッファー層を形成することが
できる。バッファ層の厚みは１μｍ以下にすることが好
ましく、０．５μｍ以下にすることがより好ましい。バ
ッファ層は形成しなくても構わない。

【００２２】本発明では、発光を目的とする溝やダミー
溝は、基板そのものに形成してもよいし、基板上に形成
したエピタキシャル成長層に形成してもよい。基板に溝
を形成させる場合は、溝を作成するためにエピタキシャ
ル成長を行う必要がないため、簡便でコストも安いとい
う利点がある。一方、基板上に形成したエピタキシャル
成長層に溝を形成させる場合は、エッチングにより溝断
面をシャープに形成することができるという利点があ
る。

【００２３】基板に溝を形成する場合は、形成する溝の
側面が｛１１１｝Ｂ面になるようにすることが好まし
い。｛１１１｝Ｂ面とは、III−Ｖ族化合物半導体の場
合はＶ族のみが表面にならぶ｛１１１｝面であり、II−
VI族化合物半導体の場合はVI族のみが表面にならぶ｛１
１１｝面である。｛１１１｝Ｂ面上には一般に結晶成長
が生じにくいために、溝の側面が｛１１１｝Ｂ面であれ
ば、溝の側面からの成長を抑制することができる。その
結果、ほぼ平坦に溝の底から埋込層を成長をすることが
可能となり、溝両脇が突起状に盛り上がるのを防ぎ、埋
込層を溝内におさめることが可能になる。

【００２４】溝の両脇が突起状に盛り上がるのを防ぐた
めには、溝側面の結晶面を選択すること以外に、基板上
に形成されるＳｉＮｘなどの保護層を溝上部両脇から溝
上部中央に向けて突出させた状態で埋込層を形成させる
ことによっても達成することができる。溝の側面から成
長する埋込層は、突出した保護層があるために上方への
成長が妨げられ、結果として溝内におさまることにな
る。

【００２５】発光を目的とする溝には、発光に必要な化
合物半導体層を成長させる。通常は、活性層とその上下
に活性層よりも屈折率が小さいクラッド層を形成する。
基板側のクラッド層は第１導電型クラッド層、その反対
側のクラッド層は第２導電型クラッド層として機能す
る。化合物半導体層は、この他に光ガイド層として機能
する層やコンタクト層を含んでいてもよい。

【００２６】なお、本明細書において「Ａ層の上に形成
されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が
接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面
に１以上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成
されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層の
上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分
ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合
も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以
下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。

【００２７】第１導電型クラッド層は、活性層よりも屈
折率の小さい材料で形成される。また、第１導電型クラ
ッド層の屈折率は、第２導電型クラッド層の屈折率より
も大きいことが好ましい。例えば、第１導電型のＧａＩ
ｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、Ａ
ｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳ
ｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩ
ＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができ
る。また、屈折率の大小関係は、各層の材料組成を当業
者に公知の方法にしたがって適宜選択することにより調
節することができる。例えば、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ、（Ａ
ｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮなどのＡｌ
組成を変化させることによって屈折率を調節することが
できる。第１導電型クラッド層のキャリア濃度は、下限
は１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3
以上がより好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が最も好ま
しい。上限は２×１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ましく、５×１
０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下
が最も好ましい。

【００２８】第１導電型クラッド層は、単層からなるも
のであるときは、好ましくは０．５〜４μｍ、より好ま
しくは１〜３μｍ程度の厚みを有するが、第１導電型ク
ラッド層は第１導電型第１クラッド層と第１導電型第２
クラッド層の複数層からなるものであってもよい。具体
的には活性層側にＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＩｎＰからなるクラッド層と、その層よりも基板側に第
１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるク
ラッド層が形成されている態様を例示することができ
る。このとき、活性層側の層の厚さは薄くすることが好
ましく、厚さの下限としては０．０１μｍ以上が好まし
く、０．０５μｍ以上がより好ましい。上限としては、
０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ま
しい。また、基板側の層のキャリア濃度は、下限２×１
０¹⁷ｃｍ^-3〜以上が好ましく、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が
より好ましい。上限は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ましい。

【００２９】本発明の半導体光デバイス装置を構成する
活性層の構造は、特に制限されない。例えば、量子井戸
層をバリア層や光閉じ込め層で挟んだ構造を例示するこ
とができる。具体的には、光閉じ込め層（アンドー
プ）、量子井戸層（アンドープ）、バリア層（アンドー
プ）、量子井戸層（アンドープ）、バリア層（アンドー
プ）、量子井戸層（アンドープ）及び閉じ込め層（アン
ドープ）を順次積層した三重量子井戸構造（ＴＱＷ）を
例示することができる。この三重量子井戸構造以外に
も、例えば、量子井戸層及び前記量子井戸層を上下から
挟む光閉じ込め層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）
や、複数の量子井戸層及びそれらに挟まれたバリア層な
らびに最上の量子井戸層の上及び最下の量子井戸層の下
に積層された光閉じ込め層からなる二重量子井戸構造
（ＤＱＷ）や４層以上の量子井戸層を有する多量子井戸
構造（ＭＱＷ）であってもよい。活性層を量子井戸構造
とすることにより、単層のバルク活性層と比較して、短
波長化かつ低しきい値化を達成することができる。

【００３０】活性層の材料としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、
ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎ
Ｎなどを例示することができる。ＧａとＩｎを構成元素
として含む材料である場合は、自然超格子が形成されや
すいために、オフ基板を用いることによる自然超格子抑
制の効果が大きくなる。

【００３１】活性層が量子井戸構造を有している場合、
混晶化の容易さの観点から、次の構造が好ましい。すな
わち、（１）混晶化前後での組成の変化量を大きくでき
ることから、活性層が単一の井戸層を有している（単一
量子井戸）こと、（２）活性層が複数の井戸層を有して
いる（多重量子井戸）場合、混晶化領域中央付近でのバ
ンドギャップの低減を抑制するために、混晶組成井戸層
に挟まれたバリア層の厚みが井戸層よりも大きいこと、
（３）混晶化前後でのバンドギャップ変化を大きくする
ために、井戸層に圧縮歪みがかっかっていること、
（４）井戸層の構成元素に比較的低温で拡散しやすいＩ
ｎが含まれていること、（５）井戸層を挟むバリア層あ
るいはガイド層の構成元素にバンドギャップを小さくす
るＩｎが含まれていないこと、（６）井戸層を挟むバリ
ア層あるいはガイド層の構成元素にバンドギャップを大
きくするＡｌが含まれていることが好ましい。

【００３２】活性層１５の上には、第２導電型クラッド
層を形成することが好ましい。第２導電型クラッド層は
２層以上形成してもよい。以下の説明では、便宜上、活
性層に近い方から順に第２導電型第１クラッド層と第２
導電型第２クラッド層を形成した態様を例にとって説明
する。

【００３３】第２導電型第１クラッド層は、活性層より
も屈折率の小さい材料で形成される。例えば、第２導電
型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、Ａｌ
ＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、Ｃｄ
ＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族
半導体を用いることができる。第２導電型クラッド層が
Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている
場合は、その成長可能な実質的全面をＧａＡｓ、ＧａＡ
ｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌ
を含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で覆えば表面酸化
を防止することができるため好ましい。

【００３４】第２導電型第１クラッド層のキャリア濃度
は、下限は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、５×１０
¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、７×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が
最も好ましい。上限は５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好まし
く、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ましく、２×１０¹⁸
ｃｍ^-3以下が最も好ましい。厚さの下限としては０．０
１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好まし
く、０．０７μｍ以上が最も好ましい。上限としては、
０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ま
しく、０．２μｍ以下が最も好ましい。

【００３５】第２導電型第２クラッド層のキャリア濃度
は、下限は５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、７×１０
¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が
最も好ましい。上限は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好まし
く、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ましく、３×１０¹⁸
ｃｍ^-3以下が最も好ましい。

【００３６】第２導電型第２クラッド層の厚さは、下限
は０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好
ましい。上限は３．０μｍ以下が好ましく、２．０μｍ
以下がより好ましい。

【００３７】化合物半導体層の最上層には、電極材料と
の接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キャリア濃
度）のコンタクト層を形成することが好ましい。このと
き、コンタクト層の材料は、通常はクラッド層よりバン
ドギャップが小さい材料の中から選択し、金属電極との
オーミック性を取るため低抵抗で適当なキャリア密度を
有するのが好ましい。キャリア密度の下限は、１×１０
¹⁸ｃｍ^-3以上が好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上がより
好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が最も好ましい。上限
は、２×１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ましく、５×１０¹⁹ｃｍ
^-3以下がより好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が最も好
ましい。コンタクト層の厚みは、０．１〜１０μｍが好
ましく、１〜８μｍがより好ましく、２〜６μｍがもっ
とも好ましい。

【００３８】化合物半導体層の成長には、従来から用い
られている方法を適宜選択して使用することができる。
結晶の成長方法は特に限定されるものではなく、ダブル
ヘテロ構造の結晶成長や電流ブロック層等の選択成長に
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピ
タキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライドあるいはハライ
ド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相成長法（ＬＰＥ法）等
の公知の成長方法を適宜選択して用いることができる。

【００３９】各層の具体的成長条件等は、層の組成、成
長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法
を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、
ダブルへテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、
Ｖ／ＩＩＩ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あ
るいは３００〜６００程度（ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａ
ＩｎＰの場合）、不純物拡散領域及びブロック層は成長
温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６０程度
（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度
（ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰの場合）で行うのが
好ましい。

【００４０】発光を目的とする溝およびダミー溝に埋込
層を形成した後に、絶縁層と電極を形成する。絶縁層
は、誘電体であることが好ましく、具体的には、ＳｉＮ
ｘ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、ＺｎＯ
膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉからなる群から選択
されることが好ましい。特に好ましいのはＳｉＮｘ膜で
ある。これらの材料は、基板やエピタキシャル成長層に
溝を形成する際の保護膜としても用いることができる。

【００４１】絶縁膜上には、電極を形成する。絶縁膜上
に形成する電極は、発光を目的とする溝ごとに分離して
おくことが好ましい。溝ごとに電極を分離しておくこと
により、所望の波長帯のレーザ光を選択的に発振させる
ことができる。

【００４２】本発明の半導体光デバイス装置を製造する
方法は特に制限されない。いかなる方法により製造され
たものであっても、上記請求項１の要件を満たすもので
あれば本発明の範囲に含まれる。本発明の半導体光デバ
イス装置は、従来の装置と異なり、選択エッチングプロ
セスを経ずに製造することができるため、歩留まりが高
い。また、発光点の位置や間隔の制御を容易に行うこと
ができるために、所望の構造を有する装置を簡単に製造
することができる。さらに、チップを分離する溝が存在
しないため、劈開が容易であり、劈開時に側面で半田が
跳ね上がってリーク電流を発生させることもない。ま
た、チップ間の高さも容易に揃えることができるため、
性能の良い半導体光デバイス装置を提供することができ
る。

【００４３】本発明の半導体光デバイス装置は半導体レ
ーザ装置として有用である。例えば、情報処理用光源
（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ帯）、ＩｎＧａＮ系（波長
４００ｎｍ近傍））、通信用信号光源（通常ＩｎＧａＡ
ｓＰあるいはＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ
帯、１．５μｍ帯）レーザ、ファイバー励起用光源（Ｉ
ｎＧａＡｓ歪み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用いる
９８０ｎｍ近傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量井戸活性層／Ｉ
ｎＰ基板を用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザなどの
通信用半導体レーザ装置など幅広い用途（特に、高出力
動作）に適用することができる。通信用レーザでは、特
にビームが円形に近いレーザがファイバとの結合効率を
高める点で有効である。

【００４４】また、本発明の半導体光デバイス装置は、
半導体レーザ以外に半導体光増幅器、光検出器、光変調
器、光スイッチなどの光素子およびこれらの集積装置に
ついても応用が可能である。さらに、本発明は半導体レ
ーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）
としても応用可能である。

【００４５】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の実施例に示す材料、数値、割合、操
作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更する
ことができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す
具体例に制限されるものではない。本実施例において、
図２に示す順に各層を形成することにより半導体光デバ
イス装置を製造した。なお図２（ａ）〜図２（ｆ）に
は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えて
いる部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載され
るとおりである。

【００４６】最初に、（１００）面からなるｎ型ＧａＡ
ｓ基板２１１の表面に、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）２１
２をＰＣＶＤ法で成膜した。成膜した窒化シリコン膜
に、フォトリソグラフィー法で［０−１１］方向に伸び
る幅５０μｍの開口部を１５μｍずつ間隔をあけて形成
した。この開口部を深さ８μｍエッチングし、溝（Ａ
１，Ａ２，Ａ３）を形成した（図２（ａ））。このあ
と、表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法
でリッジ部Ｅの表面のＳｉＮｘ膜に［０−１１］方向に
伸びる幅５μｍの開口部を形成した。この開口部を深さ
４μｍエッチングし、溝Ｂを形成した（図２（ｂ））。

【００４７】次に、ＭＯＣＶＤ法により溝（Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ｂ）内に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２１３、厚さ１．５μｍのｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層２１４を形成したのちに、ＴＭＡの供給
を停止して厚さ５０ｎｍのＧａＡｓ活性層２１５を形成
し、このあとＴＭＧとＴＭＡを同時に供給して厚さ１．
２μｍのｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層２１６を作
成し、再びＴＭＡの供給を停止して厚さ０．５μｍのｐ
型ＧａＡｓコンタクト層２１７を形成した（図２
（ｃ））。

【００４８】このあと、フォトリソグラフィー法によ
り、ＳｉＮｘ保護膜２１８を溝Ｂの埋込層の上部表面お
よびその近傍に形成した。表面にレジストを塗布し、フ
ォトリソグラフィー法でリッジ部Ｆの表面のＳｉＮｘ膜
に［０−１１］方向に伸びる幅５μｍの開口部を形成し
た。この開口部を深さ４μｍエッチングし、溝Ｃを形成
した（図２（ｄ））。

【００４９】次に、ＭＯＣＶＤ法により溝（Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ｃ）内に、再びＭＯＣＶＤ法により厚さ０．
２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１ｘ
１０¹⁸ｃｍ^-3）２１９、厚さ１．５μｍのＳｉドープｎ
型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓ第１クラッド層（ｎ＝１ｘ１０
¹⁸ｃｍ^-3）２２０、厚さ０．１５μｍのＳｉドープｎ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド層（ｎ＝
１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）２２１、厚さ５０ｎｍのアンドープ
（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層あるいは厚
さ５ｎｍのアンドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
バリア層に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのアンドープＧａ
_0.44Ｉｎ_0.56Ｐ井戸層（３層）からなる三重量子井戸
（ＴＱＷ）活性層２２２、厚さ０．１５μｍのＺｎドー
プｐ型（Ａｌ_0. ₇Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１クラッド層
（ｐ＝７ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3）２２３、厚さ１．２μｍのＺ
ｎドープｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓ第２クラッド層（ｐ
＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）２２４、厚さ０．１μｍのＺｎド
ープｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ中間層（ｐ＝１ｘ１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）２２５、厚さ０．５μｍのＺｎドープｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層（ｎ＝１ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3）２２６を順次
積層することによりダブルヘテロ構造を形成した（図２
（ｅ））。図３は、この工程後の各溝の埋込層を示すも
のである。

【００５０】次に、ＳｉＮｘ保護膜２１８をエッチング
により除去した。このとき、ＳｉＮｘ膜の除去には緩衝
フッ酸液などのウェットエッチングもしくはＳＦ₆、Ｃ
Ｆ₄などのガスを用いたドライエッチングを用いた。こ
のあと、全面に再びＳｉＮｘ膜２２７を成膜し、フォト
リソグラフィー法により、溝Ｂおよび溝Ｃの埋込層の上
部中央に［０−１１］方向に伸びる幅３μｍの開口部を
形成した。

【００５１】この後、溝Ａ２の上部で電極を分離するよ
うに、ｐ側電極２２８を蒸着し、基板を１００μｍまで
薄くした後に、ｎ側電極２２９を蒸着し、アロイした
（図２（ｆ））。こうして作製したウエハーを劈開し
て、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）するようにチ
ップバーに切り出し、レーザを作製した。このときの共
振器長は２５０μｍとした。前端面２０％−後端面８０
％の非対称コーティングを施した後、２次劈開によりチ
ップに分離した。チップをジャンクションダウンで電極
パターンを形成したサブマウントに組み立てた。これに
より、溝Ｂおよび溝Ｃに形成されたレーザ素子を独立に
駆動することができた。これらの結果から、本発明のレ
ーザ構造において、光ファイバー、光ディスク等の光源
に利用されることがわかる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の半導体光デバイス装置は、２以
上の発光波長を選択的に発振することが可能である。ま
た、発光点の位置や間隔の制御が容易であり、簡易にか
つ再現性よく作製することができる。さらに、本発明に
よれば、光ピックアップの小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体光デバイス装置の具体的態様
を示す図である。

【図２】本発明の半導体光デバイス装置の製造工程の
一例を説明する工程図である。

【図３】本発明の半導体光デバイス装置の製造途中に
おける断面図である。

【符号の説明】

１１１：基板１１２：第１溝埋込層１１３：第２溝埋込層１１４：ダミー第１溝埋込層１１５：ダミー第２溝埋込層１１６：ダミー第３溝埋込層１１７：絶縁膜１１８：絶縁膜の開口部１１９：絶縁膜の開口部１２０：電極１２１：電極Ａ１：ダミー第１溝Ａ２：ダミー第２溝Ａ３：ダミー第３溝Ｂ：第１溝Ｃ：第２溝Ｄ１：リッジ部Ｄ２：リッジ部Ｅ：リッジ部Ｆ：リッジ部２１１：基板２１２：ＳｉＮｘ膜２１３：第１溝バッファ層２１４：第１溝ｎ型クラッド層２１５：第１溝活性層２１６：第１溝ｐ型クラッド層２１７：第１溝コンタクト層２１８：ＳｉＮｘ保護膜２１９：第２溝バッファ層２２０：第２溝ｎ型第１クラッド層２２１：第２溝ｎ型第２クラッド層２２２：第２溝活性層２２３：第２溝ｐ型第１クラッド層２２４：第２溝ｐ型第２クラッド層２２５：第２溝中間層２２６：第２溝コンタクト層２２７：ＳｉＮｘ膜２２８：ｐ型電極２２９：ｎ型電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板又は半導体基板上に成長させ
たエピタキシャル成長層にストライプ状の溝を２つ以上
有し、少なくとも２つの該溝の内部に互いに発光波長の
異なる活性層が形成されていることを特徴とするマルチ
ビーム型半導体発光装置。
【請求項２】半導体基板又は半導体基板上に成長させ
たエピタキシャル成長層にストライプ状の第１溝と第２
溝を有し、該第１溝には第１波長で発光する活性層を含
む埋込層が形成されており、該第２溝には第１波長とは
異なる第２波長で発光する活性層を含む埋込層が形成さ
れていることを特徴とするマルチビーム型半導体光デバ
イス装置。
【請求項３】前記第１溝と前記第２溝の間が電気的に
絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載のマル
チビーム型半導体光デバイス装置。
【請求項４】前記第１溝内および前記第２溝内に形成
される埋込層が該溝の上に突出していないことを特徴と
する請求項２または３に記載のマルチビーム型半導体光
デバイス装置。
【請求項５】前記活性層が量子井戸構造を有すること
を特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のマルチビ
ーム型半導体光デバイス装置。
【請求項６】前記第１溝および前記第２溝の斜面が
｛１１１｝Ｂ面であることを特徴とする請求項２〜５の
いずれかに記載のマルチビーム型半導体光デバイス装
置。
【請求項７】半導体基板又は半導体基板上に成長させ
たエピタキシャル成長層にさらに少なくとも１つの溝を
有し、該溝には別の溝内に形成された活性層とは異なる
波長で発光する活性層を含む埋込層が形成されているこ
とを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のマルチ
ビーム型半導体光デバイス装置。
【請求項８】半導体基板又は半導体基板上に成長させ
たエピタキシャル成長層にさらに少なくとも１つの溝を
有し、該溝には埋込層が形成されているが発光を目的と
しないことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載
のマルチビーム型半導体光デバイス装置。
【請求項９】前記発光を目的としない溝の少なくとも
一部に、発光を目的とする溝の埋込層と同じ層が形成さ
れていることを特徴とする請求項８に記載のマルチビー
ム型半導体光デバイス装置。
【請求項１０】前記発光を目的としない溝が、発光を
目的とする溝の外側に形成されていることを特徴とする
請求項８または９のいずれかに記載のマルチビーム型半
導体光デバイス装置。
【請求項１１】前記発光を目的としない溝と、発光を
目的とする溝とが交互に形成されていることを特徴とす
る請求項８〜１０のいずれかに記載のマルチビーム型半
導体光デバイス装置。
【請求項１２】半導体発光装置である請求項１〜１１
のいずれかに記載の半導体光デバイス装置。
【請求項１３】半導体レーザである請求項１〜１１の
いずれかに記載の半導体光デバイス装置。