JP2006351784A - 半導体レーザ及びその製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、エッチングにより除去された先に形成したエピタキシャル層の一部の面上に形成する他のエピタキシャル層の結晶度を向上させることができ、更に低コストで製造可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】、少なくとも１つのレーザ素子部における前記ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層はＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有するｎ型ストッパ層が形成されており、且つ、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型ストッパ層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、ｎ型ストッパ層のＸの値が、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層のＸ値よりも高いことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関する。

波長の異なるレーザビームを１つのチップから発する半導体レーザとして次のようなものが知られている。この半導体レーザは、第１の波長のレーザ光を放出する第1レーザ素子部と、第１の波長とは異なる第２の波長のレーザ光を放出する第２のレーザ素子部とが、一連のエピタキシャル層としてＧａＡｓ基板上に並列に配置された構造となっている。

前記第１のレーザ素子部は、ＩｎＧａＡｌＰ第１クラッド層と、該第１クラッド層上に設けられた活性層と、該活性層上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ第２クラッド層とを有し、前記第２のレーザ素子部は、ＩｎＧａＡｌＰ第１クラッド層と、該第１クラッド層上に設けられた活性層と、該活性層上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ第２クラッド層とを有し、前記第１レーザ素子部における前記第２クラッド層の層厚と、前記第２のレーザ素子部における第２クラッド層の層厚をほぼ同一とし、エッチングストップ層を設けることにより凸ストライブ導波路形成のためのエッチング加工を制御よく確実に行えるようにしている。

上記半導体レーザの製造方法は、先ず、ＧａＡｓ基板上に、第１の波長のレーザ光を放出する第１のレーザ素子部の使用による一連のエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させた後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、このエピタキシャル成長層の一部を上記ＧａＡｓ基板上から除去する。

次に、この第１レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層の一部が除去されたＧａＡｓ基板上に、第２の波長のレーザ工を放出する第２のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させ、第１のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャルはフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により除去することにより、第１のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層と第２のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を、ＧａＡｓ基板上に並列に配置する。

次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、それぞれのレーザ素子部に凸ストライプ上に加工された第３クラッド層を形成し、エッチングで除去された第３クラッド層の周囲にＧａＡｓ電流素子層を形成する。さらに、埋め込み層を成長させ、両レーザ素子部間に分離溝を形成し、それぞれのレーザ素子部に独立電極を形成した後、ＧａＡｓ基板の裏面に共通電極を形成することにより、波長の異なるレーザビームを１つのチップから発するレーザを構成している（例えば、特許文献１参照）。

上記のような製造方法を用いた場合、第１の波長のレーザ光を放出する第１のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層の一部をエッチングによりＧａＡｓ基板上から除去する際に、エッチングによりＧａＡｓ基板も一部エッチングされる虞があり、該除去したＧａＡｓ基板上に第２の波長レーザ光を放出する第２のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を成長させた場合、第１の波長のレーザ光の発光点の高さと第２の波長の波長のレーザ光の発光点の高さを正確に一致されることができないという問題が発生する。

上記問題を解決する方法として、基板としてＧａＡｓを用い、ＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＧａＩｎＰからなるエッチングストッパ層し、該エッチングストッパ層上に第１の波長のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、前記第１のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層と前記エッチングストッパ層を前記ＧａＡｓ基板上の一部の領域から除去し、その後、ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＧａＩｎＰからなるエッチングストッパ層を形成し、該エッチングストッパ層上に第２の波長のレーザ光を放出する第２のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させ、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、前記第１のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層上に成長した前記第２のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層及びエッチングストッパ層を除去する方法を提案している（例えば、特許文献２参照）。

上記方法においては、前記ＧａＡｓ基板と前記ＧａＩｎＰエッチングストッパ層の選択エッチャントとして塩酸を用いる。
特開２０００−１１４１７号公報 特開２００４−２２８５０２号公報

ところが、特許文献２のようにＧａＩｎＰからなるエッチングストッパ層を形成するためには、ＡｌＧａＡｓ系の結晶成長中にＩｎ及びＰといった材料が必要であり、製造上困難であるとともに、コストが高くなるという問題があった。

そこで本発明は上記問題に鑑み、異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、低コストで製造可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する。

本発明のうち請求項１に記載の半導体レーザは、ＧａＡｓからなる半導体基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を具える半導体ダブルへテロ層構造を形成したレーザ素子部を複数有し、各素子部より波長の異なるレーザビームを発する１チップ型の半導体レーザにおいて、少なくとも１つのレーザ素子部における前記ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層はＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有するｎ型ストッパ層が形成されており、且つ、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型ストッパ層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、ｎ型ストッパ層のＸの値が、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層のＸ値よりも高いことを特徴とする。

本発明のうち請求項２に記載の半導体レーザは、請求項１の半導体レーザにおいて、前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層よりのＸ値よりも０．０２以上高いことを特徴とする。

本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザにおいて、前記少なくとも１つのレーザ素子部の前記ｐ型クラッド層上には、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有するｐ型ストッパ層が形成されており、ｐ型ストッパ層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合のＸの値が、前記ｎ型ストッパ層Ｘの値よりも低いことを特徴とする。

本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の半導体レーザにおいて、前記レーザ素子部は２つであって、６５０ｎｍ±３０ｎｍの波長を発する赤レーザ素子部と、７８０ｎｍ±３０ｎｍの波長を発する赤外レーザ素子部であり、赤外レーザ素子部にＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層が形成されていることを特徴とする。

本発明のうち請求項５に記載の半導体レーザの製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層を有する第１の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を順次形成する第１工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層を前記ＧａＡｓ基板の一部から除去する第２の工程と、第２工程において前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層が除去されたＧａＡｓ基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第３工程とを含む半導体レーザの製造方法において、前記第１工程により形成される各層はＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有しており、当該各層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、前記第１工程におけるｎ型ストッパ層におけるＸの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のＸの値よりも高いことを特徴とする。

本発明のうち請求項６に記載の半導体レーザの製造方法は、請求項５に記載の半導体レーザの製造方法において、前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のＸの値よりも０．０２以上高いことを特徴とする。
本発明のうち請求項７に記載の半導体レーザの製造方法は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層と、第１の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様によるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｐ型クラッド層とを具えるエピタキシャル層を形成する第１工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層を前記ＧａＡｓ基板の一部から除去する第２の工程と、第２工程において前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層が除去されたＧａＡｓ基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第３工程とを含む半導体レーザの製造方法において、前記ｐ型ストッパ層はｎ型ストッパとは異なる成分からなり、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、ｐ型ストッパ層より下層のものはＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有し、且つ、前記ｐ型ストッパ層より下層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、前記第１工程におけるｎ型ストッパ層におけるＸの値が、その他のｐ型ストッパ層より下層のもののＸの値より大きいことを特徴とする。
本発明のうち請求項８に記載の半導体レーザの製造方法は、請求項７に記載の半導体レーザの製造方法において、前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、その他のｐ型ストッパ層より下層のもののＸの値よりも０．０２以上高いことを特徴とする。

本発明を用いることにより、異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、低コストで半導体レーザを製造することが可能になる。

また、先に形成する一連のエピタキシャル層の一部をエッチングにより除去する時に、ｎ型ストッパ層で選択的にエッチングを止めることにより、平坦なエッチング面を得ることができ、その面上に形成する一連のエピタキシャル層の結晶度を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態における２波長半導体レーザの構造を示す断面図である。これは、発振波長が７９０ｎｍの赤外レーザ素子部（２０）と、発振波長が６５５ｎｍの赤レーザ素子部（３０）を具えている。

赤外レーザ素子部は、ｎ型ＧａＡｓ基板上（１０）に、Ａｌ組成が０．６０のＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層（２０１）、Ａｌ組成が０．４８のＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層（２０２）、Ａｌ組成が０．４０以下のＡｌＧａＡｓからなる活性層（２０３）、Ａｌ組成が０．５１のＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層（２０４）、Ａｌ組成が０．１６のｐ型ストッパ層（２０５）、Ａｌ組成が０．５４のＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層（２０６）、ＧａＡｓからなるキャップ層（２０７）がＭＯＣＶＤ結晶成長法により順次形成され第１エピタキシャル層（２００）を構成している。

赤レーザ素子部は、ｎ型ＧａＡｓ基板上（１０）に、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファー層（３０１）、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層（３０２）、ＧａＩｎＰからなる活性層（３０３）、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層（３０４）、ＧａＩｎＰからなるｐ型ヘテロ緩衝層（３０５）、ＧａＡｓからなるキャップ層（３０６）がＭＯＣＶＤ結晶成長法により順次形成され第２エピタキシャル層を構成している。

第１及び第２エピタキシャル層上には、ＧａＡｓからなるｎ型ブロック層（２０８）（３０７）が積層され、更にその上にＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層（４００）が積層される。

本発明の説明に使用するＡｌ組成とは、Ａｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓの式におけるＸの値を意味する。

また、以下の実施例においては、第１のエピタキシャル層中のｎ型ストッパ層とｐ型ストッパ層の材料としてＡｌＧａＡｓを用いているが、ｐ型ストッパ層として異なる材料を用いる場合は、赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、ｐ型ストッパ層より下層のもののＡｌ組成よりも０．０２以上高いものを用いるで本発明の効果を得ることができる。

以下に本発明の半導体レーザの製造方法を、図を参照して説明する。

先ず、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法により第１のエピタキシャル層（２００）として、Ａｌ組成が０．６０のＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層（２０１）、Ａｌ組成が０．４８のＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層（２０２）、Ａｌ組成が０．４０以下のＡｌＧａＡｓからなる活性層（２０３）、Ａｌ組成が０．５１のＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層（２０４）、Ａｌ組成が０．１６のｐ型ストッパ層（２０５）、Ａｌ組成が０．５４のＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層（２０６）、ＧａＡｓからなるキャップ層（２０７）を順次積層する。

次に、図３に示すように、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、第１エピタキシャル層をエッチングする。

次に、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ結晶成長法により第２のエピタキシャル層（３００）として、ｎ型ＧａＡｓ基板上（１０）に、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファー層（３０１）、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層（３０２）、ＧａＩｎＰからなる活性層（３０３）、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層（３０４）、ＧａＩｎＰからなるｐ型ヘテロ緩衝層（３０５）、ＧａＡｓからなるキャップ層（３０６）を順次積層する。

その後、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、第２エピタキシャル層（３００）の一部をエッチングする。

次に、図５に示すように、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、ウェットエッチングで第１のエピタキシャル層（２００）と第２のエピタキシャル層（３００）を同時にメサ形成し、ｎ型ＧａＡｓブロック層（２０８）（３０７）を選択的に積層した後、酸化膜を除去してＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層（４００）を積層する。

次に、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、ウェットエッチングで第１のエピタキシャル層（２００）と第２のエピタキシャル層（３００）の間に積層されたＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層（４００）と、ＧａＡｓからなるブロック層（２０８）（３０７）をエッチングする。

この後、ｐ側、ｎ側それぞれに電極（図示せず）を形成し、６５５ｎｍと７９０ｎｍの２種類の波長を発振する２波長半導体レーザが構成される。

本実施形態においては、第１のエピタキシャル層（２００）におけるＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層（２０１）のＡｌ組成が、当該ｎ該ストッパ層（２０１）の次にＡｌ組成が高いｐ型クラッド層（２０４）のＡｌ組成０．５４よりも０．０２以上高い０．６０になっている。これにより、濃度を調節した有機酸、酸化剤等の薬液からなるエッチャントを用いてｎ型ストッパ層（２０１）で選択的にエッチングを止めることが可能になる。
また、ｎ型ストッパ層（２０１）はＡｌ組成が高いため屈折率が高く、膜厚を最適化してｎ型ストッパ層（２０１）と活性層（２０３）の距離を調節することにより、光学的特性を調整することが可能となる。これにより、赤レーザ素子（３０）の結晶性を向上させることができ、良好な光学特性を得ることができる。

更に、本発明の半導体レーザにおいては、Ｐを用いないため、発火性の高いPに対しての特別な装置が必要なくコスト的にも優れている。また、ＡｌＧａＡｓ材料系に異種の材料であるＩｎ，Ｐを用いないため、高い結晶性の半導体レーザを作製することができる。

本発明における半導体レーザの断面図である 本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。 本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。 本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。 本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。

符号の説明

（１０） ｎ型ＧａＡｓ基板
（２０） 赤外レーザ素子部
（２００） 第１のエピタキシャル層
（２０１） ｎ型ストッパ層
（２０２） ｎ型クラッド層
（２０３） 活性層
（２０４） ｐ型クラッド層
（２０５） ｐ型ストッパ層
（２０６） ｐ型クラッド層
（２０７） キャップ層
（２０８） ｎ型ブロック層
（３０） 赤レーザ素子部
（３００） 第２のエピタキシャル層
（３０１） ｎ型バッファー層
（３０２） ｎ型クラッド層
（３０３） 活性層
（３０４） ｐ型クラッド層
（３０５） ｐ型へテロ緩衝層
（３０６） キャップ層
（３０７） ｎ型ブロック層
（４００） ｐ型コンタクト層

Claims (8)

1. ＧａＡｓからなる半導体基板上にｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を具える半導体ダブルへテロ層構造を形成したレーザ素子部を複数有し、各素子部より波長の異なるレーザビームを発する１チップ型の半導体レーザにおいて、
   少なくとも１つのレーザ素子部における前記ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層はＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有するｎ型ストッパ層が形成されており、且つ、前記ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型ストッパ層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、ｎ型ストッパ層のＸの値が、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層のＸ値よりも高いことを特徴とする半導体レーザ。
2. 前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層の各層よりのＸ値よりも０．０２以上高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
3. 前記少なくとも１つのレーザ素子部の前記ｐ型クラッド層上には、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有するｐ型ストッパ層が形成されており、ｐ型ストッパ層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合のＸの値が、前記ｎ型ストッパ層Ｘの値よりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ。
4. 前記レーザ素子部は２つであって、６５０ｎｍ±３０ｎｍの波長を発する赤レーザ素子部と、７８０ｎｍ±３０ｎｍの波長を発する赤外レーザ素子部であり、赤外レーザ素子部にＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体レーザ。
5. ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層を有する第１の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を順次形成する第１工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層を前記ＧａＡｓ基板の一部から除去する第２の工程と、第２工程において前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層が除去されたＧａＡｓ基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第３工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
   前記第１工程により形成される各層はＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有しており、当該各層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、前記第１工程におけるｎ型ストッパ層におけるＸの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のＸの値よりも高いことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
6. 前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のＸの値よりも０．０２以上高いことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ。
7. ｎ型ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ結晶成長法によりＡｌＧａＡｓからなるｎ型ストッパ層と、第１の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様によるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層及びｐ型クラッド層とを具えるエピタキシャル層を形成する第１工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層を前記ＧａＡｓ基板の一部から除去する第２の工程と、第２工程において前記エピタキシャル層とｎ型ストッパ層が除去されたＧａＡｓ基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第３工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
   前記ｐ型ストッパ層はｎ型ストッパとは異なる成分からなり、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、ｐ型ストッパ層より下層のものはＡｌ、Ｇａ、Ａｓを成分として有し、且つ、前記ｐ型ストッパ層より下層におけるＡｌとＧａとの組成比をＡｌ_XＧａ_(1-X)とした場合、前記第１工程におけるｎ型ストッパ層におけるＸの値が、その他のｐ型ストッパ層より下層のもののＸの値より大きいことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
8. 前記ｎ型ストッパ層のＸの値が、その他のｐ型ストッパ層より下層のもののＸの値よりも０．０２以上高いことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザの製造方法。

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