JP2009016458A - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モノリシック型２波長半導体レーザ装置において、従来から使用されている半導体層の組成変更または設計変更をする必要がなく、リッジ導波路の形成が容易な半導体レーザ装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 リッジ導波路の形成において、第１および第２キャップ層を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第１および第２キャップ層を同時にエッチングする。次に、第３クラッド層の一部と、中間層と、第６クラッド層の一部とを選択的にエッチング可能なエッチャントで、３クラッド層の一部と、中間層と、第６クラッド層の一部とを同時にエッチングする。第３クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第３クラッド層の残部をエッチングし、第６クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第６クラッド層の残部をエッチングする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、相互に異なる波長の光を発する２つのレーザ素子を単一基板上に搭載した半導体レーザ装置の製造方法に関する。

近年、動画の記録が可能な光ディスクとしてＤＶＤ(Digital Versatile Disk)が広く使われるようになったが、ＤＶＤだけではなく、ＣＤ（Compact Disk）も併せて利用できるドライブ装置がユーザから望まれている。ＤＶＤへの情報の記録およびＤＶＤに記録された情報の再生には発振波長が６５０ｎｍ帯の赤色レーザ素子が必要であり、ＣＤの記録および再生には発振波長が７８０ｎｍ帯の赤外レーザ素子が必要である。従来、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とがそれぞれ単独で光ピックアップ装置に設けられており、ピックアップ装置の小型化および低価格化が困難であることから、単一のレーザパッケージで赤外、赤色両方のレーザ発振が可能な半導体レーザ装置が開発されている。このような半導体レーザ装置としては、赤外レーザ光および赤色レーザ光それぞれ出射可能なレーザチップを１つのパッケージに組み込んだハイブリッド型の２波長レーザ装置と、単一の基板上に赤外レーザ光および赤色レーザ光を発振するレーザ素子を搭載するモノリシック型の２波長レーザ装置とが提案されている。

ハイブリッド型の２波長レーザ装置は、２つのレーザチップを１つのパッケージに組み込むため、２つの発光点位置精度を上げることが困難であり、発光点位置精度の高いモノリシック型の２波長レーザ装置が望まれている。しかしながら、モノリシック型の２波長レーザ装置では、赤外レーザ部と赤色レーザ部の半導体層の組成が異なっているので、電流狭窄部である半導体層をエッチングしてリッジ導波路を形成する場合、従来の単体レーザ素子の製造方法におけるエッチング方法をそのまま適用するのは困難である。

図１２は、従来の単一の赤外レーザ素子１００のリッジ導波路を形成する工程を示す断面図である。図１２（１）は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層まで形成された赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。図１２（２）は、エッチングマスク作成後の赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。図１２（３）は、ｐ型キャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０７の一部をエッチングした赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。図１２（４）は、ＧａＡｓエッチングストップ層１０６までエッチングした赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。図１２（５）は、リッジ導波路形成後の赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。

有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ；Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法などで図１２（１）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、ＡｌＧａＡｓ量子井戸活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０５、ＧａＡｓエッチングストップ層１０６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８の順で結晶成長を行う。次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８の表面上にフォトリソグラフィおよびウェットエッチングによって、図１２（２）に示すように、フォトレジストから成るエッチングマスク１０９を作成する。次に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓに対して選択性がないエッチャント、たとえば硫酸・過酸化水素系エッチャントを用いて、図１２（３）に示すように、ｐ型キャップ層１０８およびｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０７の一部をエッチングする。さらに、ＡｌＧａＡｓはエッチングするが、ＧａＡｓはエッチングしない選択性のあるエッチャント、たとえばフッ酸を用いて、図１２（４）に示すように、リッジ幅が所定の幅になるようにエッチング時間を調整してｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０７の残部、すなわちＧａＡｓエッチングストップ層１０６が露出するようにエッチングを行い、リッジ導波路を形成する。その後、図１２（５）に示すように、有機溶剤などでエッチングマスク１０９を除去し、工程を完了する。

図１３は、従来の単一の赤色レーザ素子１５０のリッジ導波路を形成する工程を示す断面図である。

分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法によって、図１３（１）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１５１上にｎ型ＧａＩｎＰ中間層１５２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５３、量子井戸活性層１５４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１５５、ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５６、p型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１５７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１５８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５９の順で結晶成長を行う。次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５９の表面上にフォトリソグラフィおよびウェットエッチングによって、図１３（２）に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３から成るエッチングマスク１６０を作成する。次に、ＧａＩｎＰに対してはエッチングレートが非常に遅く、ＧａＡｓに対してはエッチングレートが速いエッチャント、たとえば硫酸・過酸化水素系エッチャントを用いて、図１３（３）に示すように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１５９をエッチングする。さらに、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰに対して選択性のないエッチャント、たとえば臭素・リン酸系エッチャントを用いて、図１３（４）に示すように、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１５８、およびp型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１５７の一部をエッチングする。次に、ＡｌＧａＩｎＰに対してはエッチングレートが高く、ＧａＩｎＰに対してはエッチングレートが非常に低いエッチャント、たとえば熱リン酸を用いて、図１３（５）に示すように、p型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１５７の残部、すなわちＧａＩｎＰエッチングストップ層１５６が露出するようにエッチングを行い、リッジ導波路を形成する。最後に、図１３（６）に示すように、フッ化水素酸などでエッチングマスク１６０を除去し、工程を完了する。

上述のように、エッチングする半導体層の組成が異なれば使用するエッチャントが異なるので、モノリシック型の２波長レーザにおいて、従来の製造方法におけるエッチング方法をそのまま適用して赤外レーザ部と赤色レーザ部を形成しようとする場合、赤外レーザ部および赤色レーザ部で使用するお互いのエッチャントでリッジが侵され、正常な形状を実現するのが難しい。

第１の従来技術では、モノリシック型の２波長レーザにおいて、赤外レーザ部と赤色レーザ部とで製造工程の条件を統一するために、赤外レーザ部と赤色レーザ部とのｐ型クラッド層を同じ組成にし、リッジ導波路を形成している。第２の従来技術では、赤外レーザ部のｐ型クラッド層をＡｌＧａＩｎＰ系材料にし、赤色レーザのｐ型クラッド層と同じ材料にしているため、赤外レーザ部および赤色レーザ部は、リッジ導波路形成ためのエッチングを同時に行うことができる。（たとえば、特許文献１参照）
また、リッジ導波路形成をウェットエッチングではなくドライエッチングで行うことによって、赤外レーザ部および赤色レーザ部で組成の異なるキャップ層とｐ型クラッド層とを同時にエッチングして形成している従来技術もある。

特開２００２-１１１１３６号公報

従来の２波長レーザ装置のリッジ導波路形成方法には以下のような問題点がある。従来、単体レーザで用いていたウェットエッチングによるリッジ形成方法をそのままＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ部およびＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ部からなる２波長レーザ装置に適用した場合において、赤外レーザ部、赤色レーザ部の順番でウェットエッチングを行うと、形成された赤外レーザ部のリッジが赤色レーザ部の臭素・リン酸系エッチャントで侵されてリッジ形状が崩れてしまう。具体的には、赤外レーザ部のＧａＡｓエッチングストップ層とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層が臭素・リン酸系エッチャントでエッチングされてしまう。

上記問題を解決するために赤外レーザ部と赤色レーザ部を独立にエッチングする方法がある。赤外レーザ部のエッチングを行うときは赤色レーザ部をたとえばフォトレジストでカバーし、赤色レーザ部をエッチングするときは赤外レーザ部をフォトレジストでカバーして赤外レーザ部および赤色レーザ部を別々にエッチングする。この方法では、リッジ導波路形成のためのフォトリソグラフィを赤外レーザ部および赤色レーザ部で別々に行うことになるため、工程が増えることになる。

第１の従来技術のように、モノリシック型２波長レーザ装置において、赤外レーザ部と赤色レーザ部のｐ型クラッド層を同じ組成にし、リッジ導波路形成のために同時にエッチングする方法では、工程が簡単になるメリットがあるが、２波長レーザ装置専用にレーザ素子構造を設計しなければならず、従来の単体レーザで実績がある設計を活かすことができない。

さらに、リッジ導波路をドライエッチングで作成する方法では、活性層付近までプラズマエッチングをするため、活性層にダメージが生じた場合、レーザ装置の信頼性に影響を及ぼすことになる。

したがって本発明の目的は、赤外レーザ部および赤色レーザ部を単一基板上に搭載する半導体レーザ装置において、従来から使用されている半導体層の組成変更または設計変更をする必要がなく、リッジ導波路を容易に形成することができ、活性層へのダメージが少ない半導体レーザ装置の製造方法を提供することである。

本発明は、相互に異なる波長の光を発する２つのレーザ素子を単一基板上に搭載したリッジ導波路型半導体レーザ装置の製造方法であって、
第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層、第１活性層、第２導電型の第２クラッド層、第１エッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の第１キャップ層がこの順に積層される第１積層体を形成する工程と、
前記基板上で前記第１積層体が形成された領域とは異なる領域に、第１導電型の第４クラッド層、第１活性層とは異なる波長の光を発する第２活性層、第２導電型の第５クラッド層、第２エッチングストップ層、第２導電型の第６クラッド層、第２導電型の中間層、第２導電型の第２キャップ層がこの順に積層される第２積層体を形成する工程と、
リッジ導波路を形成すべき部位に積層してマスクを形成する工程と、
前記第１および第２キャップ層を選択的にエッチング可能なエッチャントで、前記第３クラッド層および前記中間層が露出するように、前記第１および前記第２キャップ層を同時にエッチングする工程と、
前記第３クラッド層の一部と、前記中間層と、前記第６クラッド層の一部とを選択的にエッチング可能なエッチャントで、前記第３および第６クラッド層のうちのリッジ導波路を形成すべき部位を除く残余の部位における、厚みを低減するように前記第３クラッド層と、前記中間層と、前記第６クラッド層とを同時にエッチングする工程と、
前記第３クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第１エッチングストップ層が露出するように前記第３クラッド層の残部をエッチングする工程と、
前記第６クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第１エッチングストップ層が露出するように前記第６クラッド層の残部をエッチングする工程とを含み、リッジ導波路を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法である。

また本発明は、前記第１クラッド層、前記第２クラッド層および前記第３クラッド層は、ＡｌＧａＡｓによって形成され、
前記第１エッチングストップ層および前記第１キャップ層は、ＧａＡｓによって形成され、
前記第４クラッド層、前記第５クラッド層および前記第６クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰによって形成され、
前記第２エッチングストップ層および前記中間層は、ＧａＩｎＰによって形成され、
前記第２キャップ層は、ＧａＡｓによって形成されることを特徴とする。

また本発明は、前記第１キャップ層および前記第２キャップ層を選択的にエッチングする工程では、アンモニア系のエッチャントが用いられることを特徴とする。

また本発明は、前記第３クラッド層の一部と、前記中間層および前記第６クラッド層の一部を選択的にエッチングする工程では、臭素・リン酸系のエッチャントが用いられることを特徴とする。

また本発明は、前記第３クラッド層の残部を選択的にエッチングする工程では、フッ化水素酸のエッチャントが用いられることを特徴とする。

また本発明は、前記第６クラッド層の残部を選択的にエッチングする工程では、熱リン酸のエッチャントが用いられることを特徴とする。

また本発明は、前記第１キャップ層および前記第２キャップ層の層厚は、略同一であることを特徴とする。

また本発明は、前記マスクを形成する工程では、前記第１および第２積層体にそれぞれ積層されるマスクは、フォトリソグラフィで１つのフォトマスクを用いて作成されることを特徴とする。

本発明によれば、リッジ導波路を形成するための第３および第６クラッド層のエッチングは、それぞれ２回にわたって行われる。第３および第６クラッド層のエッチングは、１回目は、両者をエッチング可能なエッチャントを用いて行われるが、２回目は、それぞれを個別にエッチング可能なエッチャントを用いて行われる。このように２回に分けてエッチングすることによって、わざわざ第３および第６クラッド層の組成および厚さを等しくする必要がない。第３および第６クラッド層を、同様の組成および同様の厚さにしなくてよいので、２波長の半導体レーザ素子であっても、赤外レーザ素子および赤色レーザ素子を個別に設計する場合と比較して、特別な設計をしなくてもよい。また、赤外レーザ素子および赤色レーザ素子を単体で形成する場合に用いられる半導体によって、半導体積層体をそれぞれ形成して、信頼性の高い半導体レーザを実現することができる。

さらに、リッジ導波路をウェットエッチング処理のみを用いて形成するので、ドライエッチングを用いる場合と比較して、活性層へのダメージを軽減することができる。

図１〜図１１は、本発明の実施の一形態であるリッジ導波路型半導体レーザ装置５０の製造工程を示す断面図である。図１は、赤外レーザとなる第１前駆体１の構成を示す断面図であり、図２は、第１前駆体１から形成された第１積層体２の構成を示す断面図である。また、図３は、赤色レーザとなる第２前駆体３の構成を示す断面図であり、図４は、第２前駆体３から形成された第２積層体４の構成を示す断面図である。図５は、エッチングマスク３９を作成した後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図６は、ｐ型キャップ層２８，３８をエッチングした第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図７は、第１積層体２のｐ型第２クラッド層２７の一部、第２積層体４のｐ型中間層３７およびｐ型第２クラッド層３６の一部をエッチングした第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図８は、第１積層体２のｐ型第２クラッド層２７のリッジ形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図９は、第２積層体４のｐ型第２クラッド層３６のリッジ形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図１０は、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４０形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。図１１は、電極４１，４２まで形成が完了した第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。

図１に示すように、第１導電型半導体基板であるｎ型ＧａＡｓ基板２０上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層２１を０.４５μｍ、第１導電型の第１クラッド層であるｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層(ｘ＝０.４８５)２２を１.５μｍ、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２３を０.２μｍ、第１活性層であるノンドープＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層２４を０.４５μｍ、第２導電型の第２クラッド層であるｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層(ｘ＝０.５５０)２５を０.１μｍ、第１エッチングストップ層であるｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層２６を２８Å、第２導電型の第３クラッド層であるｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７を１.１５μｍ、第２導電型の第１キャップ層であるｐ型ＧａＡｓキャップ層２８を０.８μｍの厚さで、ＭＯＶＰＥ法によって順次結晶成長を行い、第１前駆体１を形成する。

次に、図２に示すように、第１前駆体１をレジスト膜２９でマスキングし、幅８０μｍ〜１００μｍのストライプ状に結晶成長膜が残るようエッチングして第１積層体２を形成する。エッチング工程では、ＡｌＧａＡｓ系材料に対して選択性のないエッチャント、たとえば、体積比において、硫酸（濃度９７％）：過酸化水素水（濃度３１％）：水＝１：８：５０の硫酸系エッチャントを用いて、液温１０℃で、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２８からｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層（ｘ＝０.４８５）２２の厚み方向の中央付近までをエッチングし、ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層（ｘ＝０.４８５）２２の残りの部分をフッ化水素酸でエッチング除去する。フッ化水素酸はＧａＡｓに対して選択性があるので、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１でエッチングが停止する。

この後、第２前駆体３を形成する。図３に示すように、第２前駆体３は、第１積層体１を形成したｎ−ＧａＡｓ基板２０の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０を０.２μｍ、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層３１を０.２５μｍ、第１導電型の第４クラッド層であるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３２を１.３μｍ、第２活性層である発振波長が６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層３３を０．１４μｍ、第２導電型の第５クラッド層であるｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３４を０.２μｍ、第２エッチングストップ層であるｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層３５を８０Å、第２導電型の第６クラッド層であるｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６を１.１μｍ、第２導電型の中間層であるｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７を０.０５μｍ、第２導電型の第２キャップ層であるｐ型ＧａＡｓキャップ層３８を０.８μｍ、ＭＢＥ法によって、順次結晶成長する。

次に第２前駆体３をエッチングして第２積層体４を形成する。第２前駆体３は、第１積層体２と隣り合うように、幅８０μｍ〜１００μｍのストライプ状に結晶成長膜が残るようにレジスト膜で保護した後にエッチングして、図４に示すように、第２積層体４を形成する。図３を参照して、エッチング工程では、ＧａＩｎＰに対して選択性がありＧａＡｓをエッチングするエッチャント、たとえば、体積比において、硫酸(濃度９７％)：過酸化水素水(濃度３１％)：水＝１：８：５０の硫酸系エッチャントを用いて、液温１０℃でp型ＧａＡｓキャップ層３８のみをエッチングし、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７からｎ型ＧａＩｎＰ中間層３１までをＧａＡｓに対して選択性があるエッチャント、たとえば、塩酸(液温１０℃)でエッチングする。続いてｎ型ＧａＡｓバッファ層３０をエッチングするため、ＧａＡｓ系材料に対して選択性のないエッチャント、たとえば、体積比において、硫酸(濃度９７％)：過酸化水素水(濃度３１％)：水＝１：８：５０の硫酸系エッチャントを用い、液温１０℃でエッチングする。ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０の下に積層されているｐ型ＧａＡｓキャップ層２８を残し、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０のみをエッチングするために、エッチング時間の調整を行う。第１積層体２と第２積層体４とは、底辺が約４０μｍ〜６０μｍ離間して形成される。

次に、図５に示すように、フォトリソグラフィによって第１積層体２および第２積層体４の上に１つのフォトマスクを用いてエッチングマスク３９をそれぞれ積層する。各エッチングマスク３９は、フォトリソグラフィで１つのフォトマスクを用いて作成されるので、別個に作成する場合と比較して、赤外レーザ部と赤色レーザ部のリッジ導波路の間隔で決まる発光点間隔の精度、およびリッジ導波路の平行度をフォトマスクの精度のみで管理することができる。各エッチングマスク３９のストライプ線幅の精度は、約±０.３μｍ程度であるので、赤外レーザ部と赤色レーザ部のリッジ導波路の間隔で決まる発光点間隔の精度を良好にすることができる。

この後、第１積層体２および第２積層体４のリッジ導波路を形成する。
図６に示すように、アンモニア系エッチャント、たとえば、体積比において、アンモニア水溶液(濃度２８％)：過酸化水素水(濃度３１％)：水＝１：３０：５０、液温１０℃で、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓキャップ層２８と、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓキャップ層３８とをエッチングする。アンモニア系エッチャントはｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７およびｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７に対して非常にエッチング速度が遅いので、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２８，３８のみをエッチングすることが可能である。

また、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓキャップ層２８と、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓキャップ層３８との層厚は、等しいので、第１積層体のキャップ層および第２積層体のキャップ層の層厚が異なる場合のように、層厚が厚い方にエッチング時間を合わせてしまうことによって、層厚が薄い方のキャップ層においてエッチングされる量が増えてしまうということがなく、両者のキャップ層２８，３８でエッチングされる量が等しいので、エッチング時間の決定およびマスク幅の設計が容易である。

次に、図７に示すように、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＡｓP系に対して選択性がない臭素・リン酸系エッチャント、たとえば、体積比において、リン酸(濃度８５％)：飽和臭素水(濃度１００％)：水＝１：２：５を用いて、液温２０℃で、第１積層体２のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７の一部（深さ約０．７μｍ）、第２積層体４のｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６の一部（深さ約０．７μｍ）のエッチングを行う。臭素・リン酸系エッチャントを用いることによって、第１積層体２のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７、第２積層体４のｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６を所望の厚さでエッチングすることができる。この臭素・リン酸系エッチャントは、ＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系に対して選択性がないので、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層２６および第２積層体４のｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層３５に到達する前にエッチングを終了する必要がある。ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７の一部、第２積層体４のｐ型ＧａＩｎＰ中間層３７、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６の一部のエッチングは、ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６のうちのリッジ導波路を形成すべき部位を除く残余の部位における、厚みを低減するように行われる。

次に、図８に示すように、第１積層体２のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７のリッジ形成を行うためにフッ化水素酸(１０℃)でエッチングを行う。フッ化水素酸はＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系に対してエッチングレートが非常に低く、ＡｌＧａＡｓ系に対してはエッチングレートが高いので、第１積層体２のｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層(ｘ＝０.５５０)２７の残りの層をエッチングした後、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層２６でエッチングが止まり、この間において、第２積層体４はエッチングされることがない。第１積層体２のリッジ幅はフッ化水素酸によるエッチング時間で調整する。

次に、図９に示すように、第２積層体４のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６のリッジ形成を行うために熱リン酸(７０℃)でエッチングを行う。熱リン酸はＡｌＧａＡｓ系とＧａＩｎＰ系に対してエッチングレートが非常に低くｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６に対してはエッチングレートが高いので、第２積層体４のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３６の残りの層をエッチングした後、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層３５でエッチングが止まり、この間において、第１積層体２はエッチングされることがない。第２積層体４のリッジ幅は熱リン酸によるエッチング時間で調整する。

リッジ導波路形成後は、エッチングマスク３９を除去し、図１０に示すように、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４０を積層させる。

次に、図１１に示すように、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４０のうち、第１積層体２および第２積層体４のリッジ導波路上ならびに第１積層体２および第２積層体４間の不要な部分をエッチング除去する。最後に、第１積層体２のｐ型ＧａＡｓキャップ層２８と第２積層体４のｐ型ＧａＡｓキャップ層３８との上にそれぞれｐ型ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕ電極４１を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板２０の、リッジ導波路側と反対側の表面に、ｎ型ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極４２を形成して工程が完了する。ｐ型ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕ電極４１は、ＡｕＺｎとＭｏとＡｕとが積層された電極であり、ｎ型ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｍｏ／Ａｕ電極４２は、ＡｕＧｅとＮｉとＭｏとＡｕが積層された電極である。

以上のように本発明による半導体レーザの製造方法を用いれば、ＡｌＧａＡｓ系の赤外レーザ部およびＡｌＧａＩｎＰ系の赤色レーザ部を単一基板上に搭載する半導体レーザ装置において、従来から単体レーザ素子用に使用されている半導体層の組成変更または設計変更をすることなく、活性層へのダメージが少ないウェットエッチングを用いて、容易にリッジ導波路型のモノリシック２波長半導体レーザ装置を製造することができる。

赤外レーザとなる第１前駆体１の構成を示す断面図である。 第１前駆体１から形成された第１積層体２の構成を示す断面図である。 赤色レーザとなる第２前駆体３の構成を示す断面図である。 第２前駆体３から形成された第２積層体４の構成を示す断面図である。 エッチングマスク３９を作成した後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 ｐ型キャップ層２８，３８をエッチングした第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 第１積層体２のｐ型第２クラッド層２７の一部、第２積層体４のｐ型中間層３７およびｐ型第２クラッド層３６の一部をエッチングした第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 第１積層体２のｐ型第２クラッド層２７のリッジ形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 第２積層体４のｐ型第２クラッド層３６のリッジ形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４０形成後の第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 電極４１，４２まで形成が完了した第１積層体２および第２積層体４の構造を示す断面図である。 従来の単一の赤外レーザ素子１００のリッジ導波路を形成する工程を示す断面図である。 従来の単一の赤色レーザ素子１５０のリッジ導波路を形成する工程を示す断面図である。

符号の説明

２ 第１積層体２
４ 第２積層体４
２２ ｎ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層
２４ ＡｌＧａＡｓ活性層
２５ ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第１クラッド層
２６ ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層
２７ ｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ第２クラッド層
２８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３２ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３３ 活性層
３４ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
３５ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
３６ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
３７ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
３８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
３９ エッチングマスク
４０ ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
５０ リッジ導波路型半導体レーザ装置

Claims (8)

1. 相互に異なる波長の光を発する２つのレーザ素子を単一基板上に搭載したリッジ導波路型半導体レーザ装置の製造方法であって、
   第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層、第１活性層、第２導電型の第２クラッド層、第１エッチングストップ層、第２導電型の第３クラッド層、第２導電型の第１キャップ層がこの順に積層される第１積層体を形成する工程と、
   前記基板上で前記第１積層体が形成された領域とは異なる領域に、第１導電型の第４クラッド層、第１活性層とは異なる波長の光を発する第２活性層、第２導電型の第５クラッド層、第２エッチングストップ層、第２導電型の第６クラッド層、第２導電型の中間層、第２導電型の第２キャップ層がこの順に積層される第２積層体を形成する工程と、
   リッジ導波路を形成すべき部位に積層してマスクを形成する工程と、
   前記第１および第２キャップ層を選択的にエッチング可能なエッチャントで、前記第３クラッド層および前記中間層が露出するように、前記第１および前記第２キャップ層を同時にエッチングする工程と、
   前記第３クラッド層の一部と、前記中間層と、前記第６クラッド層の一部とを選択的にエッチング可能なエッチャントで、前記第３および第６クラッド層のうちのリッジ導波路を形成すべき部位を除く残余の部位における、厚みを低減するように前記第３クラッド層と、前記中間層と、前記第６クラッド層とを同時にエッチングする工程と、
   前記第３クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第１エッチングストップ層が露出するように前記第３クラッド層の残部をエッチングする工程と、
   前記第６クラッド層の残部を選択的にエッチング可能なエッチャントで、第１エッチングストップ層が露出するように前記第６クラッド層の残部をエッチングする工程とを含み、リッジ導波路を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
2. 前記第１クラッド層、前記第２クラッド層および前記第３クラッド層は、ＡｌＧａＡｓによって形成され、
   前記第１エッチングストップ層および前記第１キャップ層は、ＧａＡｓによって形成され、
   前記第４クラッド層、前記第５クラッド層および前記第６クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰによって形成され、
   前記第２エッチングストップ層および前記中間層は、ＧａＩｎＰによって形成され、
   前記第２キャップ層は、ＧａＡｓによって形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。
3. 前記第１キャップ層および前記第２キャップ層を選択的にエッチングする工程では、アンモニア系のエッチャントが用いられることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
4. 前記第３クラッド層の一部と、前記中間層および前記第６クラッド層の一部を選択的にエッチングする工程では、臭素・リン酸系のエッチャントが用いられることを特徴とする請求項２または３記載の半導体レーザ装置の製造方法。
5. 前記第３クラッド層の残部を選択的にエッチングする工程では、フッ化水素酸のエッチャントが用いられることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
6. 前記第６クラッド層の残部を選択的にエッチングする工程では、熱リン酸のエッチャントが用いられることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
7. 前記第１キャップ層および前記第２キャップ層の層厚は、略同一であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。
8. 前記マスクを形成する工程では、前記第１および第２積層体にそれぞれ積層されるマスクは、フォトリソグラフィで１つのフォトマスクを用いて作成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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