JP2005347478A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造工程を簡単にできると共に、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】p型GaAsキャップ層6の層厚にp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20の層厚を加えた層厚と、p型GaAsキャップ層12の層厚にp型AlGaInP第2上クラッド層23の層厚を加えた層厚との比が、p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20をドライエッチングする場合のエッチングレートと、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23をドライエッチングする場合のエッチングレートとの比が同じである。
【選択図】図1

Description

本発明は、波長の異なる複数のレーザ出射部が1つの基板上に形成された半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
従来、ドライブ装置としては、DVD(デジタル多目的ディスク),CD(コンパクトディスク)の両方に対して光学的に情報を記録/再生できるものがある。このようなドライブ装置の光ピックアップは、DVDに対応するための650nm帯の赤色レーザ素子と、CDに対応するための780nm帯の赤外レーザ素子を備えている。
しかしながら、上記光ピックアップでは、赤色レーザ素子と赤外レーザ素子とを1パッケージ化するため、小型化や低価格化が困難になるという問題が生じてしまう。このような問題を解決できる半導体レーザ素子としてモノリシック型2波長レーザ素子が提案されている。このモノリシック型2波長レーザ素子は、650nm帯の赤色レーザ光と780nm帯の赤外レーザ光とを出射する。つまり、上記モノリシック型2波長レーザ素子では、赤色レーザ出射部と赤外レーザ出射部とが1つの基板上に形成されている。
図3に、従来のモノリシック型2波長レーザ素子の模式断面図を示す。
上記モノリシック型2波長レーザ素子は、n型GaAs基板101と、このn型GaAs基板101上に形成されたn型GaAsバッファ層102と、このn型GaAsバッファ層102上に形成された第1,第2レーザ出射部L101,L102とを備えている。この第1レーザ出射部L101上にはp側AuZn/Au114Aを形成すると共に、第2レーザ出射部L102上にはp側AuZn/Au114Bを形成している。また、上記n型GaAs基板101下にはn側AuGe/Ni電極115を形成している。
上記第1レーザ出射部L101は、n型AlGaAsクラッド層103、発振波長780nmのAlGaAs多重量子井戸活性層104、p型AlGaAsクラッド層105、p型GaAsキャップ層106及びn型GaAs電流狭窄層113A,113Bから成っている。また、上記p型AlGaAsクラッド層105の上部と、p型GaAsキャップ層106の全部とが、第1リッジストライプを構成している。この第1リッジストライプを両側から挟むように、n型GaAs電流狭窄層113を形成している。
上記第2レーザ出射部L102は、n型InGaPバッファ層108、n型AlGaInPクラッド層109、発振波長650nmの多重量子井戸活性層110、p型AlGaInPクラッド層111、p型GaAsキャップ層112及びn型GaAs電流狭窄層113C,114Dから成っている。また、上記p型AlGaInPクラッド層111の上部と、p型GaAsキャップ層112の全部とが第2リッジストライプを構成している。この第2リッジストライプを両側から挟むように、n型GaAs電流狭窄層113C,114Dを形成している。
上記モノリシック型2波長レーザ素子は次のようにして作成される。
まず、図4Aに示すように、n型GaAs基板101上に、n型GaAsバッファ層102、n型AlGaAsクラッド層103’、多重量子井戸活性層104’、p型AlGaAsクラッド層105’及びp型GaAsキャップ層106’を順次積層する。
次に、上記第1レーザ出射部L101を形成すべき領域上にレジスト膜を形成した後、硫酸系の無選択エッチングや、HF系のAlGaAs選択エッチングなどのウエットエッチングを行って、n型AlGaAsクラッド層103’、多重量子井戸活性層104’、p型AlGaAsクラッド層105’及びp型GaAsキャップ層106’の一部を除去する。これにより、図4Bに示すように、n型AlGaAsクラッド層103、多重量子井戸活性層104、p型AlGaAsクラッド層105”及びp型GaAsキャップ層106”が得られる。
次に、図4Cに示すように、n型GaAsバッファ層102及びp型GaAsキャップ層106上に、n型InGaPバッファ層108’、n型AlGaInPクラッド層109’、多重量子井戸活性層110’、p型AlGaInPクラッド層111’及びp型GaAsキャップ層112’を順次積層する。
次に、上記第2レーザ出射部L102を形成すべき領域上にレジスト膜を形成した後、n型InGaPバッファ層108’、n型AlGaInPクラッド層109’、多重量子井戸活性層110’、p型AlGaInPクラッド層111’及びp型GaAsキャップ層112’の一部をウエットエッチングする。これにより、図4Dに示すように、n型InGaPバッファ層108、n型AlGaInPクラッド層109、多重量子井戸活性層110、p型AlGaInPクラッド層111”及びp型GaAsキャップ層112”が得られる。
次に、p型AlGaAsクラッド層105”及びp型GaAsキャップ層106”の一部をウエットエッチングして、第1リッジストライプを形成すると共に、p型AlGaInPクラッド層111”及びp型GaAsキャップ層112”の一部をウエットエッチングして、第2リッジストライプを形成する。つまり、図4Eに示すように、p型AlGaAsクラッド層105、p型GaAsキャップ層106、p型AlGaInPクラッド層111及びp型GaAsキャップ層112を形成する。そして、n型GaAs電流狭窄層113’をウエハ全面に積層する。
次に、n型GaAs電流狭窄層113’の一部をウエットエッチングして、図4Fに示すように、n型GaAs電流狭窄層113A,113B,113C,113Dを形成すると、第1,第2レーザ出射部L101,L102が得られる。そして、上記第1,第2レーザ出射部L101,L102上にp側AuZn/Au114A,114Bを形成し、n型GaAs基板101下にn側AuGe/Ni電極115を形成する。
以上のようにして作成されたモノリシック型2波長レーザ素子は、第1レーザ出射部L101が780nm帯の赤外レーザ光を出射し、第2レーザ出射部L102が650nm帯の赤色レーザ光を出射するので、光ピックアップの小型化や低価格化を実現できる。
しかしながら、上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造方法では以下のような問題点がある。
上記第1リッジストライプがAlGaAs系材料を含み、第2リッジストライプがAlGaInP系材料を含むため、第1,第2リッジストライプをウエットエッチングのみで形成しようとすると、第1リッジストライプを形成する場合は第2レーザ出射部L102を形成すべき領域をレジスト膜で保護しなければならない。逆に、上記第2リッジストライプを形成する場合は第1レーザ出射部L101を形成すべき領域をレジスト膜で保護しなければならない。したがって、上記第1,第2リッジストライプを形成するには少なくとも2種類のエッチングマスクが必要である。その結果、上記第1,第2リッジストライプを形成するには最低2回のフォトリソグラフィを行わなければならないから、製造工程が複雑になるという問題がある。
また、上記第1リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィと、第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィとは別工程で行われるから、レーザ光の発光点間隔の誤差が大きくなってしまう。つまり、上記第1レーザ出射部L101と第2レーザ出射部L102との発光点位置を高精度に設定できないという問題がある。
上述したようなモノリシック型2波長レーザ素子は、例えば特許文献1(特開2000−244060号公報)に開示されている。
特開2000−244060号公報
そこで、本発明の課題は、製造工程を簡単にできると共に、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる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。
上記課題を解決する方法としては、第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成する方法すればよい。この方法を用いる場合、例えば、材料に対する選択性がないドライエッチングと、材料に対する選択性があるウエットエッチングとを組み合わせて、第1,第2リッジストライプを形成する必要がある。しかし、上記ドライエッチングを行うと、オーバーエッチングを起こして、第1リッジストライプまたは第2リッジストライプが変形してしまう。このように、上記ドライエッチングの際にオーバーエッチングが生じるため、1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できない。
そこで、第1の発明の半導体レーザ素子は、
基板と、上記基板上に形成され、第1の波長のレーザ光を出射する第1レーザ出射部と、上記基板上に形成され、上記第1の波長とは異なる第2の波長のレーザ光を出射する第2レーザ出射部とを備え、
上記第1レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
上記第2レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第1リッジストライプが構成されている共に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第2リッジストライプが構成され、
上記第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚と、上記第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚との比が、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートと、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることを特徴としている。
本明細書において、「略同じ」とは、例えば2つの数値を対比した場合、一方の値が他方の値の90%〜110%の範囲内であるさまを指す。
上記構成の半導体レーザ素子によれば、上記第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚と、第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚との比が、第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートと、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じである。このため、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層にすべき層と、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層にすべき層とに同時にドライエッチングを行った場合、両層の残りの層厚は略同じになる。
したがって、上記第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を形成するためにドライエッチングを行っても、ドライエッチングの際にオーバーエッチングが生じるのを容易に阻止できる。その結果、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層と、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層とを1種類のエッチングマスクで形成できる。つまり、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できる。よって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成することによって、第1,第2リッジストライプを2種類のエッチングマスクで形成するよりも、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる。
また、上記第1,第2レーザ出射部における層厚の調整は、レーザの特性には影響が少ない第2導電型キャップ層で行うのが好ましい。
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記第1レーザ出射部はAlGaAs系材料を含むと共に、上記第2レーザ出射部はAlGaInP系材料を含む。
一実施形態の半導体レーザ素子では、上記第1リッジストライプは上記第1の波長のレーザ光の共振器方向に沿って延びていると共に、上記第2リッジストライプは上記第2の波長のレーザ光の共振器方向に沿って延びている。
第2の発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
基板と、上記基板上に形成され、第1の波長のレーザ光を出射する第1レーザ出射部と、上記基板上に形成され、第2の波長のレーザ光を出射する第2レーザ出射部とを備え、
上記第1レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
上記第2レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第1リッジストライプが構成されている共に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第2リッジストライプが構成された半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記基板上に、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層にすべき第1半導体層を形成する工程と、
上記第1半導体層上に、上記第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層にすべき第2半導体層を形成する工程と、
上記基板上に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層にすべき第3半導体層を形成する工程と、
上記第3半導体層上に、上記第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層にすべき第4半導体層を形成する工程と、
上記第2半導体層および第4半導体層上に、1回のフォトリソグラフィでエッチングマスクを形成する工程と、
上記エッチングマスクを用いたエッチングを行って、上記第1半導体層、第2半導体層、第3半導体層及び第4半導体層の一部を除去する工程と
を備え、
上記第2半導体層の層厚に上記第1半導体層の層厚を加えた層厚と、上記第4半導体層の層厚に上記第3半導体層の層厚を加えた層厚との比が、上記第2半導体層から上記基板に向かって上記第1半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートと、上記第4半導体層から上記基板に向かって上記第3半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることを特徴としている。
上記構成の半導体レーザ素子の製造方法によれば、上記第2半導体層の層厚に第1半導体層の層厚を加えた層厚と、第4半導体層の層厚に第3半導体層の層厚を加えた層厚との比が、第2半導体層から基板に向かって第1半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートと、上記第4半導体層から上記基板に向かって上記第3半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じである。このため、上記第2半導体層と第4半導体層とに同時にドライエッチングを行い、第2,第4半導体層から基板に向かって第1,第3半導体層の途中までドライエッチングすると、第1半導体層の残りの厚さと、第3半導体層の残りの厚さとが略同じになる。そして、上記第1,第3半導体層の残りの部分をウエットエッチングすると、第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層が得られる。
したがって、上記第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を形成するためにドライエッチングを用いても、ドライエッチングの際にオーバーエッチングが生じるのを容易に阻止できる。その結果、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層と、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層とを1種類のエッチングマスクで形成できる。つまり、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できる。よって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成することによって、第1,第2リッジストライプを2種類のエッチングマスクで形成するよりも、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる。
また、上記第1リッジストライプがAlGaAsを含み、第2リッジストライプがAlGaInPを含む場合、第1リッジストライプを形成するためのウエットエッチングではAlGaInPに対してエッチングレートが十分小さいフッ酸をエッチャントとして用いるのが好ましく、また、第2リッジストライプを形成するためのウエットエッチングではAlGaAsに対してエッチングレートが十分小さいリン酸が好ましい。
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記エッチングマスクを1つのフォトマスクで形成する。
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記エッチングマスクを用いたエッチングは、ドライエッチングと、このドライエッチング後に行われるウエットエッチングとを組み合わせて行う。
一実施形態の半導体レーザ素子の製造方法では、上記ウエットエッチングでは、上記第1半導体層を選択的にエッチング可能なエッチャントを用いると共に、上記第3半導体層を選択的にエッチング可能なエッチャントを用いる。
第1の発明の半導体レーザ素子は、第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚と、第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚との比が、第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートと、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることによって、第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層にすべき層と、第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層にすべき層とに同時にドライエッチングを行っても、両層の残りの層厚は略同じになる。
したがって、上記第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を形成するためにドライエッチングを行っても、オーバーエッチングが生じるのを容易に阻止できる。その結果、上記第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を1種類のエッチングマスクで形成できる。つまり、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できる。よって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成することによって、第1,第2リッジストライプを2種類のエッチングマスクで形成するよりも、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる。
第2の発明の半導体レーザ素子は、第2半導体層の層厚に第1半導体層の層厚を加えた層厚と、第4半導体層の層厚に第3半導体層の層厚を加えた層厚との比が、第2半導体層から基板に向かって第1半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートと、第4半導体層から基板に向かって第3半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることによって、第2半導体層と第4半導体層とに同時にドライエッチングを行い、第2,第4半導体層から基板に向かって第1,第3半導体層の途中までドライエッチングしても、第1半導体層の残りの厚さと、第3半導体層の残りの厚さとが略同じになる。
したがって、上記第1半導体層、第2半導体層、第3半導体層及び第4半導体層から、第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を形成するために、ドライエッチングを行っても、オーバーエッチングが生じるのを容易に阻止できる。その結果、上記第1,第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を1種類のエッチングマスクで形成できる。つまり、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できる。よって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成することによって、第1,第2リッジストライプを2種類のエッチングマスクで形成するよりも、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる。
以下、本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図1に、本発明の一実施の形態のモノリシック型2波長レーザ素子の模式断面図を示す。
上記モノリシック型2波長レーザ素子は、n型GaAs基板1と、このn型GaAs基板1上に形成されたn型GaAsバッファ層2と、このn型GaAsバッファ層2上に形成された第1,第2レーザ出射部L1,L2とを備えている。この第1レーザ出射部L1上にはp側AuZn/Au14Aを形成すると共に、第2レーザ出射部L2上にはp側AuZn/Au14Bを形成している。また、上記n型GaAs基板1下にはn側AuGe/Ni電極15を形成している。
上記第1レーザ出射部L1は、AlGaAs系材料を含み、赤外レーザ光を出射する。具体的には、上記第1レーザ出射部L1は、n型AlGaAsクラッド層3、n型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16、n型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2下クラッド層17、発振波長780nmのAlGaAs多重量子井戸活性層4、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第1上クラッド層18、p型GaAsエッチングストップ層19、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20、p型GaAsキャップ層6及びn型GaAs電流狭窄層13A,13Bから成っている。また、上記p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20とp型GaAsキャップ層6とが、第1リッジストライプを構成している。この第1リッジストライプを両側から挟むように、n型GaAs電流狭窄層13を形成している。
上記第2レーザ出射部L2は、AlGaInP系材料を含み、赤色レーザ光を出射する。具体的には、上記第2レーザ出射部L2は、n型GaAsバッファ層7、n型InGaPバッファ層8、n型AlGaInP下クラッド層9、発振波長650nmのAlGaInP多重量子井戸活性層10、p型AlGaInP第1上クラッド層21、p型InGaPエッチングストップ層22、p型AlGaInP第2上クラッド層23、p型GaAsキャップ層12及びn型GaAs電流狭窄層13C,14Dから成っている。また、上記p型AlGaInP第2上クラッド層23とp型GaAsキャップ層12とが第2リッジストライプを構成している。この第2リッジストライプを両側から挟むように、n型GaAs電流狭窄層13C,14Dを形成している。
上記構成のモノリシック型2波長レーザ素子によれば、p型GaAsキャップ層6の層厚にp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20の層厚を加えた層厚と、p型GaAsキャップ層12の層厚にp型AlGaInP第2上クラッド層23の層厚を加えた層厚との比が、p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20をドライエッチングする場合のエッチングレートと、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23をドライエッチングする場合のエッチングレートとの比が同じである。このため、上記p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20にすべき層と、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23にすべき層とに同時にドライエッチングを行った場合、両層の残りの層厚は略同じになる。
したがって、上記p型GaAsキャップ層6、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23を形成するためにドライエッチングを行っても、ドライエッチングの際にオーバーエッチングが生じるのを容易に阻止できる。その結果、上記p型GaAsキャップ層6、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23を1種類のエッチングマスクで形成できる。つまり、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成できる。よって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを1種類のエッチングマスクで形成することによって、第1,第2リッジストライプを2種類のエッチングマスクで形成するよりも、第1,第2レーザ出射部の発光点位置を高精度に設定できる。
以下、図2A〜図2Lを用いて、上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造方法について説明する。
まず、図2Aに示すように、n型GaAs基板1上に、厚さ0.45μmのSiドープn型GaAsバッファ層2、厚さ1.5μmのn型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16’、厚さ0.2μmのn型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2下クラッド層17’、発振波長780nmのノンドープAlGaAs多重量子井戸活性層4’、厚さ0.1μmのp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第1上クラッド層18’、厚さ28Åのp型GaAsエッチングストップ層19’、厚さ1.0μmのp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2上クラッド層20’、0.8μmのp型GaAsキャップ層6’をMOCVD(有機金属化学気相成長)法により順次積層する。
次に、上記第1レーザ出射部L1を形成すべき領域をレジスト膜で保護した後、このレジスト膜をエッチングマスクとして用い、p型GaAsキャップ層6’からn型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16’までの一部をウエットエッチングで除去する。つまり、図2Bに示すように、レジスト膜24を形成した後、このレジスト膜24をエッチングマスクとして用いてウエットエッチングして、n型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16、n型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2下クラッド層17、AlGaAs多重量子井戸活性層4、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第1上クラッド層18、p型GaAsエッチングストップ層19、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2上クラッド層20”及びp型GaAsキャップ層6”を形成する。
上記ウエットエッチングでは、まず、AlGaAsおよびGaAsを除去可能なエッチャント、例えば硫酸:過水:水=1:8:50の硫酸系エッチャントによって、レジスト膜24で覆われていないp型GaAsキャップ層6’からn型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16’の中央付近までを除去する。次に、HF(フッ化水素)によって、残りのn型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16’をウエットエッチングする。
上記HFは、GaAsに対するエッチングレートが小さく、AlGaAsのエッチングレートが大きい。このため、HFを用いたウエットエッチングは、n型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層16’のみをエッチングして、n型GaAsバッファ層2で自動的に停止する。
次に、図2Cに示すように、厚さ0.2のμmのn型GaAsバッファ層7’、厚さ0.25μmのn型InGaPバッファ層8’、厚さ1.3μmのn型AlGaInP下クラッド層9’、発振波長650nmの多重量子井戸活性層10’、厚さ0.2μmのp型AlGaInP第1上クラッド層21’、厚さ80Åのp型InGaPエッチングストップ層22’、厚さ1.1μmのp型AlGaInP第2上クラッド層23’、厚さ0.88μmのp型GaAsキャップ層12’を順次積層する。
次に、上記第2レーザ出射部L2を形成すべき領域をレジスト膜で保護した後、n型GaAsバッファ層7’、n型InGaPバッファ層8’、n型AlGaInP下クラッド層9’、多重量子井戸活性層10’、p型AlGaInP第1上クラッド層21’、p型InGaPエッチングストップ層22’、p型AlGaInP第2上クラッド層23’及びp型GaAsキャップ層12’の一部をウエットエッチングする。これにより、図2Dに示すように、n型GaAsバッファ層7、n型InGaPバッファ層8、n型AlGaInP下クラッド層9、多重量子井戸活性層10、p型AlGaInP第1上クラッド層21、p型InGaPエッチングストップ層22、p型AlGaInP第2上クラッド層23”及びp型GaAsキャップ層12”が得られる。
次に、図2Eに示すように、プラズマCVDによって、ドライエッチング用のマスクを形成するためのSiO2膜25をウェハ全面に成膜する。
次に、図2Fに示すように、フォトリソグラフィ技術によって、ストライプ形状のレジスト膜26A,26Bを1つのフォトマスク(図示せず)で形成する。このとき、マスク精度は概ね±0.3μm程度である。
次に、バッファードフッ酸でエッチングを行った後、レジスト膜26A,26Bを除去して、図2Gに示すように、ストライプ形状のSiO2膜25A,25Bを形成する。
次に、SiO2膜25A,25Bをエッチングマスクとして用い、ドライエッチングを行って、図2Hに示すように、p型GaAsキャップ層6、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”’、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23”’を形成する。このとき、上記ドライエッチングは、p型GaAsキャップ層12及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”’の残し厚が0.4μm程度になるように行う。
上記p型GaAsキャップ層6”からp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”の途中までをドライエッチングする場合のエッチングレートAと、p型GaAsキャップ層12”からp型AlGaInP第2上クラッド層23”の途中までのドライエッチングする場合のエッチングレートをBとの比は、1:1.1となっている。つまり、A:B=1:1.1となっている。また、上記p型GaAsキャップ層6”の上面からp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2上クラッド層20”の下面までの層厚C(=1.8μm)と、p型GaAsキャップ層12”の上面からp型AlGaInP第2上クラッド層23”の下面までの層厚D(=1.98μm)との比も、1:1.1となっている。つまり、C:D=1:1.1となっている。このように、A:B=C:Dとなっているので、p型GaAsエッチングストップ層19及びp型InGaPエッチングストップ層22がドライエッチングされるのを阻止できる。つまり、上記ドライエッチングの際にオーバーエッチングが起こるのを防止できる。
上記ドライエッチングの方法としては、Cl系ガスとArガスとの混合ガスを用いたプラズマによるICP(Inductively Coupled Plasma;誘導結合高周波プラズマ)ドライエッチング等がある。
次に、上記ドライエッチングによるダメージの除去を目的として硫酸系エッチャントでリンス処理を行った後、第1リッジストライプを形成するために、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”’を10℃のHFでウエットエッチングする。これにより、図2Iに示すように、p型GaAsキャップ層6とp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20から成る第1リッジストライプが得られる。
上記HFは、GaAs及びAlGaInPに対するエッチングレートが十分小さく、AlGaAsに対するエッチングレートが大きい。このため、HFを用いたウエットエッチングは、AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”’のみをエッチングして、p型GaAsエッチングストップ層19で自動的に停止する。このとき、上記ウエットエッチングは、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23”’に悪影響を及ぼさない。つまり、上記p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23”’は殆どウエットエッチングされない。
上記第1リッジストライプの図中左右方向の幅は、HFによるウエットエッチングの時間で調整することができる。
次に、上記第2リッジストライプを形成するために、p型AlGaInP第2上クラッド層23”’を70℃のリン酸でウエットエッチングする。これにより、図2Jに示すように、p型GaAsキャップ層12とp型AlGaInP第2上クラッド層23とから成る第2リッジストライプが得られる。
上記リン酸は、GaAs、AlGaAs及びInGaPに対するエッチングレートが小さく、AlGaInPに対するエッチングレートが大きい。このため、上記リン酸を用いたウエットエッチングは、p型AlGaInP第2上クラッド層23”’のみをエッチングして、p型InGaPエッチングストップ層22で自動的に停止する。このとき、上記ウエットエッチングは、p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20に悪影響を及ぼさない。つまり、上記p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20は殆どウエットエッチングされない。
上記第2リッジストライプの図中左右方向の幅は、リン酸によるウエットエッチングの時間で調整することができる。
次に、図2Kに示すように、n型GaAs電流狭窄層13を積層する。
次に、上記n型GaAs電流狭窄層13の不要な部分をエッチングにより除去して、図2Lに示すように、n型GaAs電流狭窄層13A,13B,13C,13Dを形成する。つまり、上記第1,第2レーザ出射部L1,L2が得られる。引き続いて、第1,第2レーザ出射部L1,L2上にp側AuZn/Au14A,14Bを形成すると共に、n型GaAs基板1下にn側AuGe/Ni電極15を形成する。
以上のように、p型GaAsキャップ層6、p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23を形成するために用いるエッチングマスクはSiO2膜25A,25Bの1種類のみである。つまり、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのエッチングマスクはSiO2膜25A,25Bのみである。したがって、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのフォトリソグラフィが1回になって、製造工程を簡単にできる。
また、上記第1,第2リッジストライプを形成するためのエッチングマスクは1種類のSiO2膜25A,25Bのみであるから、第1,第2リッジストライプを形成するためのエッチングマスクが2種類の場合よりも、第1,第2レーザ出射部L1,L2の発光点位置を高精度に設定できる。
上記実施形態では、p型GaAsキャップ層6の層厚にp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20の層厚を加えた層厚と、p型GaAsキャップ層12の層厚にp型AlGaInP第2上クラッド層23の層厚を加えた層厚との比が、p型GaAsキャップ層6及びp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20をドライエッチングする場合のエッチングレートと、p型GaAsキャップ層12及びp型AlGaInP第2上クラッド層23をドライエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであればよい。
また、上記実施形態では、p型GaAsキャップ層6”からp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2クラッド層20”の途中までをドライエッチングする場合のエッチングレートAと、p型GaAsキャップ層12”からp型AlGaInP第2上クラッド層23”の途中までのドライエッチングする場合のエッチングレートをBとの比は、p型GaAsキャップ層6”の上面からp型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2上クラッド層20”の下面までの層厚Cと、p型GaAsキャップ層12”の上面からp型AlGaInP第2上クラッド層23”の下面までの層厚Dとの比に略同じであればよい。つまり、A:BはC:Dと略同じであればよい。
また、上記実施の形態では、バッファードフッ酸によるウエットエッチングでSiO2膜25A,25Bを形成していたが、RIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)等のドライエッチングでSiO2膜25A,25Bを形成してもよい。
また、上記実施形態では、ICPドライエッチングのエッチングレートがAlGaAs系材料:AlGaInP系材料=1:1.1になるように設定したが、エッチング方法やエッチング条件が異なるとエッチングレートの比が変わるのでそれに応じた層厚設計をする必要がある。
また、上記モノリシック型2波長レーザ素子は、DVD,CDの両方に対して光学的に情報を記録/再生できるドライブ装置に搭載することができる。
図1は本発明の一実施の形態のモノリシック型2波長レーザ素子の模式断面図である。 図2Aは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Bは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Cは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Dは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Eは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Fは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Gは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Hは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Iは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Jは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Kは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図2Lは上記モノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図3は従来のモノリシック型2波長レーザ素子の模式断面図である。 図4Aは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図4Bは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図4Cは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図4Dは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図4Eは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。 図4Fは上記従来のモノリシック型2波長レーザ素子の製造工程を示す模式断面図である。
符号の説明
1 n型GaAs基板
2 n型GaAsバッファ層
3 n型AlGaAsクラッド層
4 AlGaAs多重量子井戸活性層
5 p型AlGaAsクラッド層
6 p型GaAsキャップ層
7 n型GaAsバッファ層
8 n型InGaPバッファ層
9 n型AlGaInP下クラッド層
10 AlGaInP多重量子井戸活性層
11 p型AlGaInPクラッド層
12 p型GaAsキャップ層
13A,13B,13C,13D n型GaAs電流狭窄層
14A,14B AuZn/Au電極
15 AuGe/Ni電極
16 n型AlXGa1-XAs(X=0.485)第1下クラッド層
17 n型AlXGa1-XAsX=0.550)第2下(クラッド層
18 p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第1上クラッド層
19 p型GaAsエッチングストップ層
20 p型AlXGa1-XAs(X=0.550)第2上クラッド層
21 p型AlGaInP第1上クラッド層
22 p型InGaPエッチングストップ層
23 p型AlGaInP第2上クラッド層
24 レジスト膜
25,25A,25B SiO2
L1,L2 レーザ出射部

Claims (7)

  1. 基板と、上記基板上に形成され、第1の波長のレーザ光を出射する第1レーザ出射部と、上記基板上に形成され、上記第1の波長とは異なる第2の波長のレーザ光を出射する第2レーザ出射部とを備え、
    上記第1レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
    上記第2レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
    上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第1リッジストライプが構成されている共に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第2リッジストライプが構成され、
    上記第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚と、上記第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層の層厚に上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層の層厚を加えた層厚との比が、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートと、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層をエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
    上記第1レーザ出射部はAlGaAs系材料を含むと共に、上記第2レーザ出射部はAlGaInP系材料を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。
  3. 請求項1に記載の半導体レーザ素子において、
    上記第1リッジストライプは上記第1の波長のレーザ光の共振器方向に沿って延びていると共に、上記第2リッジストライプは上記第2の波長のレーザ光の共振器方向に沿って延びていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  4. 基板と、上記基板上に形成され、第1の波長のレーザ光を出射する第1レーザ出射部と、上記基板上に形成され、第2の波長のレーザ光を出射する第2レーザ出射部とを備え、
    上記第1レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
    上記第2レーザ出射部は、第1導電型下クラッド層、活性層、第2導電型第1上クラッド層、エッチングストップ層、第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層を有し、
    上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第1リッジストライプが構成されている共に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層及び第2導電型キャップ層で第2リッジストライプが構成された半導体レーザ素子の製造方法であって、
    上記基板上に、上記第1レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層にすべき第1半導体層を形成する工程と、
    上記第1半導体層上に、上記第1レーザ出射部の第2導電型キャップ層にすべき第2半導体層を形成する工程と、
    上記基板上に、上記第2レーザ出射部の第2導電型第2上クラッド層にすべき第3半導体層を形成する工程と、
    上記第3半導体層上に、上記第2レーザ出射部の第2導電型キャップ層にすべき第4半導体層を形成する工程と、
    上記第2半導体層および第4半導体層上に、1回のフォトリソグラフィでエッチングマスクを形成する工程と、
    上記エッチングマスクを用いたエッチングを行って、上記第1半導体層、第2半導体層、第3半導体層及び第4半導体層の一部を除去する工程と
    を備え、
    上記第2半導体層の層厚に上記第1半導体層の層厚を加えた層厚と、上記第4半導体層の層厚に上記第3半導体層の層厚を加えた層厚との比が、上記第2半導体層から上記基板に向かって上記第1半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートと、上記第4半導体層から上記基板に向かって上記第3半導体層までをエッチングする場合のエッチングレートとの比に略同じであることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  5. 請求項4に記載の半導体レーザ素子の製造方法であって、
    上記エッチングマスクを1つのフォトマスクで形成することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  6. 請求項4に記載の半導体レーザ素子の製造方法であって、
    上記エッチングマスクを用いたエッチングは、ドライエッチングと、このドライエッチング後に行われるウエットエッチングとを組み合わせて行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
    上記ウエットエッチングでは、上記第1半導体層を選択的にエッチング可能なエッチャントを用いると共に、上記第3半導体層を選択的にエッチング可能なエッチャントを用いることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
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