JP2009188372A - 二波長半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

二波長半導体レーザ装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＣＷ光出力２００ｍＷ以上の集積型二波長半導体レーザを安定して実現する。
【解決手段】二波長半導体レーザ装置は、第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層を備えた第１の半導体レーザ素子と、第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層を備えた第２の半導体レーザ素子とを備える。少なくとも第１量子井戸活性層を構成するバリア層、第１ガイド層及び第２ガイド層の各々のＡｌ組成は、０．４７よりも大きく且つ０．６０以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置、及び情報処理装置などに必要な光源として用いられる赤色（発振波長６５０ｎｍ帯）及び赤外（発振波長７８０ｎｍ帯）の集積型高出力二波長半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
現在、高密度記録が可能で大容量のディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）及びそれを記録・再生する各種のＤＶＤ装置が市販されている。ＤＶＤレコーダーとしての家庭への普及やパソコン機器への標準装備などの普及状況から、その需要が今後益々伸びていくと予想されている。一方で、これまでに普及したコンパクトディスク（ＣＤ）の記録・再生機能も同時に必要であり、ＤＶＤ及びＣＤの双方を記録・再生できることは必須の要件になっている。現在、ＤＶＤの記録再生用のレーザ光源としては（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を活性層に用いた発振波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザが、ＣＤの記録再生用のレーザ光源としてはＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ混晶（０≦ｘ≦１）を活性層に用いた発振波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザが用いられている。
また、近年ではライトスクライブ（ディスク表面にレーザ光のエネルギーで文字や絵を描く機構）への対応要望も増えており、ＣＤの記録再生用の半導体レーザの高出力化が要望されている。
更に、高密度な大容量ディスクとして期待されているブルーレーディスク（ＢＤ）用には発振波長帯４００ｎｍの半導体レーザが用いられるが、ＤＶＤ及びＣＤとの光学系の共通化の構想もあり、ＢＤ用の半導体レーザを中心とした構成をとった場合に、ＤＶＤ及びＣＤ用の半導体レーザには更なる高出力化の要望もある。
一方で、市場の急激なコスト低下の要望に応えるべく、半導体レーザ素子を構成する光ピックアップの低コスト化が要望されている。光ピックアップの低コスト化には、一般的に大きく２つの方法がある。一つは、光ピックアップを構成する部材の簡素化（削減）及び低コスト化である。半導体レーザはその基幹部品であるためそれ自体の削減はできないが、その構造及び作製プロセスを簡素化することで低コスト化を図ることができる。もう一つは、光ピックアップの歩留向上である。歩留低下の一要因として、従来、ＤＶＤ及びＣＤ用の半導体レーザが個別に配置され、光ピックアップの光学調整工程が複雑化していたことが挙げられる。これに対して最近では、ＤＶＤ及びＣＤ用の半導体レーザを同一基板上にモノリシックに集積した二波長レーザが使用されている。また、光ピックアップの簡素化により、部材を金属から低価格な樹脂系の材料に変更するなど、放熱に不利な構成になる場合が多く、半導体レーザの温度特性向上も重要になってきている。
これらの背景から、半導体レーザにおいては、ＤＶＤ及びＣＤともにＣＷ光出力が２００ｍＷを超える集積型二波長半導体レーザが要望されており、同時に低コスト化の要望も強くなっている。
図１０（ａ）及び（ｂ）は、従来の集積型二波長半導体レーザ装置の構造を示している。
図１０（ａ）に示す構造では、ＣＤ用の半導体レーザ（半導体レーザ素子２００Ａ）とＤＶＤ用の半導体レーザ（半導体レーザ素子２００Ｂ）とが同一のｎ型ＧａＡｓ基板１００上にモノリシックに作製された構成であって、ＣＤ用の半導体レーザ素子２００Ａは、ＡｌＧａＡｓ混晶から構成され、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子２００Ｂは、ＡｌＧａＩｎＰ混晶から構成されている。具体的に、ＣＤ用の半導体レーザ素子２００Ａは、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１０１、ＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層１０２、ＡｌＧａＡｓからなる量子井戸活性層１０３、ＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層１０４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１０５、エッチングストップ層１０６、リッジ部となるｐ型ＡｌＧａＡｓからなるクラッド層１０７、電流狭窄層１０８、及びオーミック電極１０９及び１１９から構成されている。一方、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子２００Ｂは、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１１０、ＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層１１１、ＡｌＧａＩｎＰからなる量子井戸活性層１１２、ＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層１１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１１４、エッチングストップ層１１５、リッジ部となるｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１１６、電流狭窄層１１７、及びオーミック電極１１８及び１１９から構成されている。
以上のような構造を有する従来の二波長半導体レーザ装置において、高出力レーザの活性層構造では、一般的には多重量子井戸構造が採用される場合が多く、そのガイド層やバリア層のＡｌ組成は、クラッド層と井戸層の中間で、できるだけ低い値に設定されるのが一般的である。これは反応性の高いＡｌを多く含む層は結晶性が低下し易く、活性層の発光効率が低下するリスクが高くなることに起因している。一般的なガイド層やバリア層のＡｌ組成は、ＣＤ用の半導体レーザ素子では０．３程、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子では０．５程である。ガイド層とバリア層のＡｌ組成の設定は、結晶成長プロセスの安定化及び簡素化を考慮して、同じ値に設定される場合が多い。
また、図１０（ｂ）に示す構造では、図１０（ａ）に示した構造と比較して、ＣＤ用の半導体レーザ素子を構成するクラッド層がＡｌＧａＩｎＰ混晶で構成されている点で相違しており、その他の構造は同様である（例えば、下記特許文献１及び特許文献２参照）。具体的には、ＣＤ用の半導体レーザ素子２００Ａを構成するクラッド層１０１ａ、１０７ａは、それぞれｎ型ＡｌＧａＩｎＰ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰから構成されている。本構造のように、クラッド層にバンドギャップの大きいＡｌＧａＩｎＰ混晶を採用することにより、活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制でき、素子の高出力化に効果が得られるものである。
一方で、ファブリペロー型の光共振器構造を有する半導体レーザ装置においては、光出射端面における光学損傷：ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）により、光出力が制限される場合が多く、これを防止するためには端面窓構造を設けることが必須となっている（例えば、図１０（ａ）及び（ｂ）の構造では、符号１２０が端面窓構造を示している）。端面窓構造とは、光出射端面近傍の量子井戸活性層に不純物を選択的に拡散させ、量子井戸活性層を平均組成化することで、光出射端面近傍のバンドギャップを拡大するものである。これにより光出射端面近傍での光吸収を低減でき、ＣＯＤを抑制することができる。
このような端面窓構造を形成する際に用いる不純物としては、一般的にＺｎが用いられ、ＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成された半導体レーザ素子においては、量子井戸活性層の平均組成化が比較的容易に実現できることが報告されている。また、６００℃程の熱拡散により、Ｚｎによる量子井戸活性層の平均組成化が可能であり、ＣＯＤレベルが向上する効果も報告されている（以上、例えば、下記非特許文献１及び特許文献２参照）。
一方で、ＡｌＧａＡｓ混晶におけるＺｎの拡散速度は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶におけるＺｎ拡散速度に対して遅いため、図１０（ａ）に示したＡｌＧａＡｓ混晶で構成された半導体レーザ素子２００Ａにおいては、Ｚｎ拡散による量子井戸活性層の平均組成化は容易ではない。この点、例えば、下記非特許文献３では、ＡｌＧａＡｓ系混晶で構成されたＣＤ用の半導体レーザ素子において、Ｚｎ拡散による二回拡散法を用いて、Ｚｎ拡散を活性層まで行う事例が紹介されているが、拡散温度は高く９００℃に到り、ＡｌＧａＡｓ系混晶へのＺｎ拡散の困難さが示されている。
また、端面窓構造を形成する際に用いる不純物としてＳｉを用いた構造も提案されており、量子井戸活性層上のクラッド層の一部まで結晶成長がなされた後に、イオン注入法でＳｉを不純物として導入することになるが（例えば、特許文献３参照）、窓構造の形成後にクラッド層等の残りの半導体層を再成長する必要があるため、作製プロセスが複雑化する。
特開２００２−１１１１３６号公報 特開２００５−１０９１０２号公報 特開２００２−１８５０７７号公報 IEEE J. of Quantum Electronics,Vol.29,No.6,June 1993 pp.1874-1879 Jpn.J.Appl.Phys. Vol.36(1997) pp.2666-2670 IEEE J. of Quantum Electronics,Vol.26,No.5,May 1990 pp.837-842
ところで、図１０（ｂ）に示したＡｌＧａＩｎＰ混晶をクラッド層に用いたＣＤ用の半導体レーザ素子においては、図１０（ａ）に示したＡｌＧａＡｓ混晶をクラッド層に用いたＣＤ用の半導体レーザ素子よりも、不純物の拡散は容易になるが、不純物の過剰拡散により窓領域の光吸収が逆に増加する現象があることが分かった。
図１１（ａ）及び（ｂ）は、窓領域に励起光を照射し、フォトルミネッセンス（ＰＬ）光の波長を測定した結果を示しており、（ａ）はＣＤ用の半導体レーザ素子に対する測定結果であり、（ｂ）はＤＶＤ用の半導体レーザ素子に対する測定結果である。
図１１（ａ）に示すように、上述の図１０（ａ）に示した構造のＣＤ用の半導体レーザ素子に対しては、ある拡散時間を境に、窓領域のＰＬ光の波長が長くなる（バンドギャップが縮小する）傾向が確認された。一方で、図１１（ｂ）に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ混晶から構成されたＤＶＤ用の半導体レーザ素子に対しては、上述の図１１（ａ）に示されたような特徴的な傾向は確認されなかった。このように図１１（ａ）にのみ現れた現象は、平均組成化が量子井戸活性層だけではなくそれと隣り合うクラッド層との間でも発生することに起因していると考えられる。この点、ＡｌＧａＩｎＰ混晶をクラッド層に用いたＣＤ用の半導体レーザ素子における窓領域のバンドギャップが縮小するという問題は、上述した特許文献１及び特許文献２には記載されておらず、ＣＤ用の半導体レーザ素子の高出力化には、クラッド層にＡｌＧａＩｎＰ混晶を採用するだけでは不十分であることが分かった。
ＡｌＧａＡｓ結晶はＡｌＧａＩｎＰ結晶に比べて構成元素の相互拡散が容易ではないことから、高い不純物濃度と高い拡散温度が必要となるため、活性層内へ過剰な不純物拡散を行えば井戸層とそれを挟むバリア層においてＡｌやＧａの交互拡散に伴なう無秩序化は可能である。しかしながら、ＣＤ用の半導体レーザ素子においては、過剰な不純物拡散は、クラッド層であるＡｌＧａＩｎＰ結晶から構成元素の拡散を生じさせ、無秩序化した結晶のバンドギャップが井戸層とそれを挟むバリア層の平均組成で得られるバンドギャップよりも小さい値となり、窓構造として不都合が生じる。すなわち、クラッド層を構成する元素の意図しない拡散や過剰な不純物の影響により、結晶欠陥が発生したり、また、上述の拡散係数の違いから量子井戸活性層への不純物のパイルアップが発生し、自由キャリアによる光吸収が増大して、キャリア吸収に伴なう電流−光特性の劣化や低い光出力でのＣＯＤが発生したりすることが分かった。同様に、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子においても、量子井戸活性層及びクラッド層ともにＡｌＧａＩｎＰ結晶からなるが、過剰な不純物拡散は電流−光特性の劣化や低い光出力でのＣＯＤが発生することが分かった。
さらに、上述したように、集積型二波長半導体レーザ装置の高出力化のために、特にＡｌＧａＡｓ混晶からなる量子井戸活性層を有するＣＤ用の半導体レーザ素子の端面窓構造を、簡素なプロセスで作成することは容易ではなく、端面窓構造をＤＶＤ用とＣＤ用の双方に安価なプロセスで形成するのは更に容易ではない。
一方で、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子については、活性層もＡｌＧａＩｎＰ混晶により構成されるため、非特許文献１及び非特許文献２に記載されているように、窓領域における量子井戸活性層の平均組成化を更に促進し、窓領域におけるバンドギャップを更に拡大する（これは上述したＰＬ光の波長で評価できる）ことは可能であると考えられるが、上述のようにクラッド層がＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるＣＤ用の半導体レーザ素子との窓構造の同時形成は容易ではなく、集積型二波長半導体レーザの高出力化及び低価格化の障害になっている。
前記に鑑み、本発明の目的は、ＣＤ用の半導体レーザ素子のクラッド層にＡｌＧａＩｎＰ混晶を採用した集積型二波長半導体レーザ素子において、端面窓領域の量子井戸活性層を平均組成化する不純物の拡散条件と量子井戸活性層構造を最適化することにより、ＣＷ光出力２００ｍＷ以上の集積型二波長半導体レーザ素子を安定して実現すると共に、ＣＤ用及びＤＶＤ用の半導体レーザ素子双方への端面窓構造の作製が容易となる安価な集積型高出力二波長半導体レーザ装置を提供することである。
前記の目的を達成するために、本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置は、各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置であって、第１の半導体レーザ素子は、半導体基板上に順に形成された第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層を少なくとも備え、第２の半導体レーザ素子は、半導体基板上に順に形成された第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層を少なくとも備え、少なくとも第１量子井戸活性層を構成するバリア層、第１ガイド層、及び第２ガイド層の各々のＡｌ組成は、０．４７よりも大きく且つ０．６０以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層を構成するバリア層、第１ガイド層、及び、第２ガイド層の各々のＡｌ組成は、０．５３以上であって且つ０．６０以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第２クラッド層及び第４クラッド層の各々は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子の窓構造における第１量子井戸活性層内の第１の不純物のピーク濃度は、第２の半導体レーザ素子の窓構造における第２量子井戸活性層内の第２の不純物のピーク濃度よりも高く、第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子の窓構造における第１の不純物の半導体基板側の拡散端は、第１クラッド層の内部で終端しており、第２の半導体レーザ素子の窓構造における第２の不純物の半導体基板側の拡散端は、第３クラッド層の内部で終端しており、第１量子井戸活性層から第１の不純物の半導体基板側の拡散端までの距離は、第２量子井戸活性層から第２の不純物の半導体基板側の拡散端までの距離よりも小さい。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層から第１の不純物の半導体基板側の拡散端までの距離は、０．８μｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子における窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルの第１のピーク波長は、７３０ｎｍ以下であり、第２の半導体レーザ素子における窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルの第２のピーク波長は、５９５ｎｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１のピーク波長は、７１０ｎｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子の発振波長は、７６０ｎｍ以上であって且つ７９０ｎｍ以下であり、第２の半導体レーザ素子の発振波長は、６５０ｎｍ以上であって且つ６７０ｎｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子の各々のＣＷ動作時の光出力は、２００ｍＷ以上である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子の各々の垂直拡がり角は１８°以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第２ガイド層の膜厚は１０ｎｍ以上であって且つ４３ｎｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層を構成する井戸層は、ＧａＡｓからなり、第２量子井戸活性層を構成する井戸層は、ＧａＩｎＰからなる。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層を構成する井戸層の膜厚は、第１量子井戸活性層を構成するバリア層の膜厚よりも薄い。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層を構成する井戸層の膜厚は、４ｎｍ以下である。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１量子井戸活性層を構成する井戸層は、二層からなる。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第２クラッド層のＡｌ組成は、第４クラッド層のＡｌ組成よりも大きい。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第２クラッド層の格子定数は基板に対して小さく、第４クラッド層の格子定数は第２クラッド層の格子定数よりも大きい。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第２クラッド層及び第４クラッド層の各々のドーピング濃度は、１×１０１７／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１８／ｃｍ３以下であり、第２クラッド層のドーピング濃度は、第４クラッド層のドーピング濃度よりも小さい。
本発明の一形態に係る二波長半導体レーザ装置において、第１の半導体レーザ素子の窓構造は、Ｚｎ又はＳｉを含んでなり、第２の半導体レーザ素子の窓構造は、Ｚｎを含んでなる。
本発明の第１の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法は、各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、半導体基板上における第１の半導体レーザ素子が形成される第１の領域に、少なくとも、第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層が順に積層されてなる第１の積層構造を形成する工程と、半導体基板上における第２の半導体レーザ素子が形成される第２の領域に、第１の積層構造と間隔を置くように、少なくとも、第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層が順に積層されてなる第２の積層構造を形成する工程と、同一種の第１の不純物及び第２の不純物を熱拡散させることにより、第１の積層構造には、第１の不純物が拡散されてなる第１の半導体レーザ素子の窓構造を形成すると同時に、第２の積層構造には、第２の不純物が拡散されてなる第２の半導体レーザ素子の窓構造を形成する工程とを備え、第１の半導体レーザ素子の窓構造における第１量子井戸活性層内の第１の不純物のピーク濃度が、第２の半導体レーザ素子の窓構造における第２量子井戸活性層内の第２の不純物のピーク濃度よりも大きく、第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である。
本発明の第２の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法は、各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、半導体基板上における第１の半導体レーザ素子が形成される第１の領域に、少なくとも、第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層が順に積層されてなる第１の積層構造を形成する工程と、半導体基板上における第２の半導体レーザ素子が形成される第２の領域に、第１の積層構造と間隔を置くように、少なくとも、第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層が順に積層されてなる第２の積層構造を形成する工程と、第１の積層構造における少なくとも第１の量子井戸活性層に、第１の不純物をイオン注入する工程と、第１の不純物とは異なる種の第２の不純物を熱拡散させることにより、第２の積層構造に、第２の不純物が拡散されてなる第２の半導体レーザ素子の窓構造を形成すると同時に、第１の積層構造にイオン注入された第１の不純物が拡散されてなる第１の半導体レーザ素子の窓構造を形成する工程とを備え、第１の半導体レーザ素子の窓構造における第１量子井戸活性層内の第１の不純物のピーク濃度が、第２の半導体レーザ素子の窓構造における第２量子井戸活性層内の第２の不純物のピーク濃度よりも大きく、第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である。
本発明の第１又は第２の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法において、第１の半導体レーザ素子の窓構造における第１の不純物の半導体基板側の拡散端は、第１クラッド層の内部で終端しており、第２の半導体レーザ素子の窓構造における第２の不純物の半導体基板側の拡散端は、第３クラッド層の内部で終端している。
本発明の第１又は第２の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法において、熱拡散は、第１の半導体レーザ素子の窓構造におけるフォトルミネッセンス光のピーク波長が最小になる時間以下で行う。
本発明の第１の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法において、第１の不純物及び第２の不純物は、Ｚｎである。
本発明の第２の形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法において、第１の不純物は、Ｓｉであり、第２の不純物は、Ｚｎである。
本発明の集積型二波長半導体レーザ装置及びその製造方法によると、過剰な不純物を量子井戸活性層に導入することなく、端面窓構造のバンドギャップを大きくでき、光吸収の少ない窓構造を双方の半導体レーザの端面に簡素なプロセスで形成できるため、高出力動作可能な集積型二波長半導体レーザ装置を安価に提供できる。
本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。以下では、例えばＣＤ用の半導体レーザ（発振波長７６０以上であって且つ７９０ｎｍ以下（７６０〜７９０ｎｍ））である第１の半導体レーザ素子３０Ａと例えばＤＶＤ用の半導体レーザ（発振波長６５０以上であって且つ６７０ｎｍ以下（６５０〜６７０ｎｍ））である第２の半導体レーザ素子３０Ｂとが同一の基板上にモノリシックに集積されてなる二波長半導体レーザ装置を製造する場合を例に用いて説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置を用いて、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾斜させたｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層３（膜厚２．０μｍ）、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるガイド層４（膜厚２０ｎｍ）、ＧａＡｓからなる井戸層５ｂ（井戸数２）とＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるバリア層５ａ（膜厚４ｎｍ）とで構成される量子井戸活性層５、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるガイド層６（膜厚２０ｎｍ）、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層７（膜厚０．２μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層８、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層９（膜厚１．４μｍ）、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０（膜厚０．２μｍ）をこの順に堆積する。なお、量子井戸活性層５は発光波長が７６０〜７９０ｎｍとなるように井戸層５ｂの膜厚を調整し、その膜厚は概ね３ｎｍ〜４ｎｍとなる。
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１の半導体レーザ素子３０Ａが形成される領域以外の領域に存在する上述したバッファ層２、クラッド層３、ガイド層４、量子井戸活性層５、ガイド層６、クラッド層７、エッチングストップ層８、クラッド層９、及びコンタクト層１０を除去する。
次に、図１（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置を用いて、基板１上の全面に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるガイド層１３、ＧａＩｎＰからなる井戸層１４ｂ（井戸数３）と（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるバリア層１４ａとで構成される量子井戸活性層１４、（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるガイド層１５、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層１６（膜厚０．２μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１７、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層（膜厚１．４μｍ）１８、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層（膜厚０．２μｍ）１９をこの順に堆積する。なお、量子井戸活性層１４は発光波長が６５０〜６７０ｎｍとなるように井戸層１４ｂの膜厚か歪量を調整する。
次に、図１（ｄ）に示すように、図１（ｂ）で示した工程と同様に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第２の半導体レーザ素子３０Ｂが形成される領域以外の領域に存在する上述したバッファ層１１、クラッド層１２、ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ガイド層１５、クラッド層１６、エッチングストップ層１７、クラッド層１８、及びコンタクト層１９を除去する。これにより、図１（ｄ）に示すように、互いに間隔を置いた２つの積層構造が形成される。
次に、図２（ａ）に示すように、第１の半導体レーザ素子３０Ａ及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂの共振器前後の端面近傍に、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択的にＺｎを拡散するためのパターンを形成する。具体的には、マスク（図示せず）を端面近傍で開口し、Ｚｎ拡散源（図示せず）、キャップ膜（図示せず）をこの順に形成し、５７０℃の窒素雰囲気中で熱処理することで、Ｚｎを量子井戸活性層５及び１４の双方に同時に導入し、平均組成化を行うことにより、端面窓構造２０を作製する。
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ素子３０Ａを構成するコンタクト層１０の上、及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂを構成するコンタクト層１９の上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ストライプ状のパターン（図示せず）を形成し、エッチングによりクラッド層９及びコンタクト層１０並びにクラッド層１８及びコンタクト層１９を除去して、エッチングストップ層８及び１７の上面を露出させる。これにより、リッジ状の構造が作製され、作製されたリッジ部２１はキャリアを量子井戸活性層５、１４に注入する役割と横方向の光の閉じ込めの役割とを有している。本工程では、作製プロセスの簡素化のため、コンタクト層１０及び１９双方の上に共通のマスクパターンを形成し、同時にエッチングすることが好ましい。
次に、図２（ｃ）に示すように、リッジ部２１の上面のみが開口されるように、電流ブロック層２２を作製する。電流ブロック層２２には半導体層を用いる場合が多いが、光吸収の少ない絶縁膜を使用してもよい。例えばＳｉＮ膜を用いることで、結晶成長回数が削減できるため低価格化が実現される。
最後に、図２（ｄ）に示すように、ウエーハを１００μｍ程度に薄膜化（図示せず）した後に、オーミック電極２３及び２４をｎ側及びｐ側双方に作製する。
以上の工程を経ることで、図２（ｄ）に示した構造を有する集積型二波長半導体レーザ装置が作製される。
以下に、本実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の構造上の特徴について具体的に説明する。
図３（ａ）は、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるバリア層５ａのＡｌ組成（Ｘｂ）／ガイド層４、６のＡｌ組成（Ｘｇ）及びガイド層６の膜厚と垂直方向の半値全角（垂直拡がり角）との関係を示している。なお、同図は、ＸｂとＸｇとが等しく、ガイド層４，６の膜厚も等しい場合を示している。
図３（ａ）に示すように、Ｘｂ、Ｘｇが大きくなると屈折率が小さくなるため、量子井戸活性層における垂直方向の光閉じ込めが低下し、垂直拡がり角が小さくなる。記録再生用の光ディスク用ピックアップ装置に搭載される半導体レーザ素子には、セットの光学系における光結合効率を高める目的で、垂直拡がり角が１８°未満とする要請が強い。逆に、垂直拡がり角が狭くなると、光出射端面での光閉じ込めが弱く、光ピックアップ装置のレンズで光スポットサイズを十分に絞れなくなり、光ディスク上で隣接するピット情報の分解能が低下する懸念がある。以上から、記録再生用の光ディスク用ピックアップ装置に搭載される半導体レーザ素子に要請される垂直拡がり角は、１４°〜１８°であり、１６°程度とすることが好ましいが、製造工程のバラツキを考慮して、設計上の上下限を１５°〜１７°とした場合には、Ｘｂ、Ｘｇの値を後述する０．４７〜０．６０の値の範囲に設定すると、ガイド層６の膜厚は１０ｎｍ〜４３ｎｍとなる。この点、ガイド層６の膜厚が厚くなると、量子井戸活性層５へ不純物拡散が到達する時間が長くなり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層７における不純物濃度が過剰となり好ましくないため、数十ｎｍが限界であることが分かっているが、本実施形態におけるガイド層６の膜厚としては十分な値である。
次に、図３（ｂ）は、第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるバリア層１４ａのＡｌ組成（Ｘｂ）／ガイド層１３、１５のＡｌ組成（Ｘｇ）及びガイド層１５の膜厚と垂直方向の半値全角（垂直拡がり角）との関係を示している。なお、同図は、ＸｂとＸｇとが等しく、ガイド層１３，１５の膜厚も等しい場合を示している。
図３（ｂ）に示すように、Ｘｂ、Ｘｇが大きくなると屈折率が小さくなるため、量子井戸活性層における垂直方向の光閉じ込めが低下し、垂直拡がり角が小さくなる。記録再生用の光ディスク用ピックアップ装置に搭載される半導体レーザ素子には、セットの光学系における光結合効率を高める目的で、垂直拡がり角が１８°未満とする要請が強い。逆に、垂直拡がり角が狭くなると、光出射端面での光閉じ込めが弱く、光ピックアップ装置のレンズで光スポットサイズを十分に絞れなくなり、光ディスク上で隣接するピット情報の分解能が低下する懸念がある。以上から、記録再生用の光ディスク用ピックアップ装置に搭載される半導体レーザ素子に要請される垂直拡がり角は、１４°〜１８°であり、１６°程度とすることが好ましいが、製造工程バラツキを考慮して、設計上の上下限を１５〜１７°とした場合には、Ｘｂ、Ｘｇの値を後述する０．５〜０．６の値の範囲に設定すると、ガイド層１５の膜厚は３０ｎｍ〜１００ｎｍとなるが、ＤＶＤ用の半導体レーザ素子では、後述する端面窓構造により、垂直拡がり角が狭くなる傾向がＣＤの用半導体レーザ素子よりも大きいため、デバイスとしての垂直拡がり角は、ガイド層１３、１５の膜厚で調整を行うため限定しないが、上述の膜厚範囲内で設定すればよい。
図４（ａ）は、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおける窓領域（端面窓構造２０）におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）法又はカソードルミネッセンス法による発光スペクトルのピーク波長（ＰＬ波長）と不純物拡散時間との関係、並びにこのＰＬ波長とバリア層５ａのＡｌ組成（Ｘｂ）及びガイド層４、６のＡｌ組成（Ｘｇ）との関係を示している。なお、同図は、ＸｂとＸｇとが等しい場合を示している。
上述の図１１（ａ）を用いて説明したように、不純物拡散時間が長くなると、窓領域のＰＬ波長が逆に長くなる傾向があり、窓領域での光吸収が増加する。光吸収を低減してＣＯＤレベルを向上（高光出力化）するためには、量子井戸活性層５を構成する井戸層５ｂにおけるＡｌ組成とバリア層５ａ／ガイド層４、６おけるＡｌ組成の組成差を大きくすることが有効である。これは、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる量子井戸活性層５がＺｎにより平均組成化されたとき、Ａｌ組成のより大きいＡｌＧａＡｓ混晶となることで、ＰＬ波長が短く（バンドギャップが大きく）なるので、図５に示すように、窓領域での光吸収が低減できることに起因していると考えられる。窓領域において平均組成化されたＡｌＧａＡｓ混晶のＡｌ組成を大きくするには、最小の組成を有する井戸層５ｂの膜厚は薄く、バリア層５ａの膜厚は井戸層５ｂよりも厚いことが好ましい。上述したように、第１の半導体レーザ素子３０Ａでは、発振波長が７６０〜７９０ｎｍと指定されるため、量子井戸活性層５を構成する井戸層５ｂとしては、Ａｌ組成が０．０４以下であることが好ましく、さらには、Ａｌ組成が０であるＧａＡｓを採用することがより好ましい。井戸層５ｂがＧａＡｓの場合、その膜厚が４ｎｍ以下となる。このため、後述するように、量子戸活性層５のＺｎのピーク濃度が２×１０１９/ｃｍ３以下であっても十分に平均組成化が可能である
。
図４（ｂ）は、第１の半導体レーザ素子３０Ａの窓領域（端面窓構造２０）における上述のＰＬ波長とＣＯＤレベル（ＣＷ）との関係を示している。なお、ＣＯＤレベルは６００ｍＡ以下の動作電流で測定した。
図４（ｂ）に示すように、ＣＯＤレベル（ＣＷ）は、窓領域におけるＰＬ波長が長くなると低下する傾向が確認できる。２００ｍＷ以上のＣＯＤ光出力を安定して実現するためには、窓領域におけるＰＬ波長は７３０ｎｍ以下であることが好ましく、動作電流６００ｍＡ以下の範囲でＣＯＤフリーとするには７１０ｎｍ以下であることが分かる。動作電流が６００ｍＡ以下でＣＯＤがないことは、５００ｍＷ以上の光出力を達成できることを示している。
また、井戸層５ｂとその両側に位置するバリア層５ａ及びガイド層４、６の界面においる構成元素の相互拡散は数ｎｍ程度の範囲で起こるため、上述の図４（ａ）に示したように、ピーク波長は、それらの平均組成のバンドギャップで概ね決定され、井戸層５ｂがＧａＡｓからなる場合には、上述のＰＬ波長７３０ｎｍは、井戸層５ｂと同一膜厚のバリア層５ａ及びガイド層４、６におけるＡｌ組成が共に０．４７であることに対応し、上述のＰＬ波長７１０ｎｍは、井戸層５ｂと同一膜厚のバリア層５ａ及びガイド層４、６の組成は共に０．５３であることに対応する。また、井戸層５ｂがバリア層５ａ及びガイド層４、６の膜厚よりも薄い場合は、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成は上述の値よりも小さい値のＡｌ組成でも達成できることが分かる。一方で、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成が高いと、不純物の拡散が促進されて混晶化が容易となるが、酸素の取り込みが多くなることで、結晶性の低下又は量子井戸界面の平坦性が悪くなるという弊害があるため、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成が０．６以下であることが好ましい。具体的に、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成を０．６よりも高くした場合には、ＣＯＤが発生し、デバイスの温度特性が悪化する傾向が確認された。つまり、注入するキャリアの均一性が低下することや、反応性の高いＡｌを多く含むＡｌＧａＡｓ層は結晶性が低下するため、それらを活性層に用いた場合に、内在する結晶欠陥又は不純物準位等による素子劣化が発生したことが原因であると考えられる。以上から、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成は、０．４７よりも高く、０．６０以下であることが好ましい。さらに、Ａｌ組成が０．５０よりも高く、０．６０以下であると、低濃度の不純物濃度で形成できるためより好ましい。
図４（ｃ）は、第１の実施形態におけるバリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成（Ｘｇ）と連続発光動作後のＣＯＤレベル（ＣＷ）の低下量の関係を示している。なお、グラフの縦軸は、１００℃、２５０ｍＷ（ＣＷ）で６００時間連続動作した後のＣＯＤレベルの低下量である。ＣＯＤ評価のため、同一条件で作製した試料を、連続動作前後で各々複数個ＣＯＤ評価し、その平均値の差をＣＯＤ低下量とした。また、ＣＯＤ低下量とは、初期ＣＯＤ値から、連続発光動作後のＣＯＤ値を引いた値のことである。
ここで、所期連続発光動作でＣＯＤレベルが大幅に低下すると、デバイスの信頼性が損なわれるため、初期ＣＯＤレベルの向上に加えてＣＯＤ低下量の抑制も重要である。上述のＰＬ波長７３０ｎｍの初期ＣＯＤレベルが３００ｍＷ以上であることから、２００ｍＷ以上の光出力を安定して得るには、ＣＯＤレベルの低下量は１００ｍＷ以下であることが望ましい。
図４（ｃ）に示すように、バリア層５ａ及びガイド層４、６のＡｌ組成が、０．４７のときのＣＯＤ低下量は１００ｍＷ以下であり、２００ｍＷ以上の安定動作を満足していることが分かる。さらに、前記Ａｌ組成が０．５３よりも高い場合はＣＯＤレベルの低下はほぼ発生せず、より安定した連続発光動作を実現できるためより好ましい。
次に、図６（ａ）は、第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおける窓領域（端面窓構造２０）におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）法又はカソードルミナッセンス法による発光スペクトルのピーク波長（ＰＬ波長）と不純物拡散時間との関係、並びにこのＰＬ波長とバリア層１４ａのＡｌ組成（Ｘｂ）及びガイド層１３、１５のＡｌ組成（Ｘｇ）との関係を示している。なお、同図は、ＸｂとＸｇとが等しい場合を示している。
図６（ａ）に示すように、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの場合、上述した第１の半導体レーザ素子３０Ａの場合とは異なり、不純物拡散時間が長くなると、窓領域のＰＬ波長が単調に短くなり、窓領域での光吸収が減少する。上述の第１の半導体レーザ素子３０Ａの窓領域及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂの窓領域の同時形成を実現するためには、不純物拡散時間を一方的に長くすることはできず、不純物拡散時間は第１の半導体レーザ素子３０Ａの窓領域のＰＬ波長が最小値となる時間を越えないように設定することが好ましい。これは、窓領域形成以降の作製プロセスにおける熱処理や、デバイスを連続発光させた際の発熱等のために、窓領域におけるＺｎが更に拡散し、窓領域のＰＬ波長が長くなる（バンドギャップが狭くなる）ことによって窓領域での光吸収が増加するというリスクを低減して、安定したＣＯＤレベルを実現するためである。さらに、第１の半導体レーザ素子３０Ａの場合と同様に、光吸収を低減してＣＯＤレベルを向上（高光出力化）するためには、量子井戸活性層１４を構成する井戸層１４ｂのＡｌ組成とバリア層１４ａ及びガイド層１３、１５のＡｌ組成の組成差を大きくすることが有効である。
図６（ｂ）は、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの窓領域（端面窓構造２０）における上述のＰＬ波長とＣＯＤレベル（ＣＷ）との関係を示している。
図６（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ素子３０Ａの場合と同様に、ＣＯＤレベル（ＣＷ）は窓領域のＰＬ波長が長くなると低下する傾向が確認できる。２００ｍＷよりも高いＣＯＤ光出力を安定して実現するためには、窓領域におけるＰＬ波長は、５９５ｎｍ以下であることが好ましく、この場合、図６（ａ）の関係から、バリア層１４ａ及びガイド層１３、１５のＡｌ組成は０．５０以上が好ましい。また、上述した第１の半導体レーザ素子３０Ａの場合と同様に、バリア層１４ａ及びガイド層１３、１５のＡｌ組成を０．６よりも高くした場合には、デバイスの温度特性が悪くなる傾向が確認されたため、バリア層１４ａ及びガイド層１３、１５のＡｌ組成が０．６以下であることが好ましい。以上から、バリア層１４ａ及びガイド層１３、１５のＡｌ組成は、０．５０以上であって０．６以下であることが好ましい。
次に、第１及び第２の半導体レーザ素子３０Ａ及び３０Ｂにおける端面窓構造２０を形成するための不純物拡散に関して説明する。
まず、不純物の熱拡散温度については、特にＡｌＧａＩｎＰ層からなる第２の半導体レーザ素子３０Ｂを構成するクラッド層１６、１８内におけるＺｎが窓領域を除くレーザ発振に寄与する利得領域で量子井戸活性層１４に拡散して、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの特性劣化を発生させることを回避するために、ＡｌＧａＩｎＰ混晶の結晶成長温度である６５０℃を不純物拡散温度の上限とすることが好ましい。一方で、不純物拡散温度の下限は、不純物拡散時間が長くなり過ぎて、生産性が低下することがないように設定するのが好ましい。
ここで、本実施形態における量子井戸活性層におけるＺｎのピーク濃度は、第１の半導体レーザ素子３０Ａを構成する量子井戸活性層５では８×１０１８/ｃｍ３程度であり、第２の半導体レーザ素子３０Ｂを構成する量子井戸活性層１４では５×１０１８/ｃｍ３程度であった。この点、Ｚｎのピーク濃度が、第１の半導体レーザ素子３０Ａ及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂの場合に夫々２×１０１９/ｃｍ３、１×１０１９/ｃｍ３を超えると、自由キャリアによる光吸収が増大してＣＯＤレベルが低下することを確認した。つまり、二波長レーザにおける窓構造の形成においては、赤外レーザ及び赤色レーザの量子井戸活性層における不純物濃度を夫々２×１０１９/ｃｍ３以下、１×１０１９/ｃｍ３以下に制御することが好ましい。この場合、構成元素の相互拡散は高々数ｎｍ程度の範囲で起こる現象であるから、平均組成化するためには量子井戸活性層を構成する井戸層及びバリア層の膜厚は数ｎｍの範囲に制限することが好ましい。一方で、Ｚｎのピーク濃度の下限としては、１×１０１８/ｃｍ３程の濃度から量子井戸構造の平均組成化が起こること
が、参考文献（J.W.Lee and W.D.Laiding:J.Electron. Mater. 13 (1984) 147）に記載されている。
また、第１の半導体レーザ素子３０Ａ及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂの双方に対して同時にＺｎ拡散を行った場合には、量子井戸活性層５がＡｌＧａＡｓ混晶で構成されている第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて、第２の半導体レーザ素子３０Ｂに比べて、Ｚｎ拡散がより抑制されるため、第１の半導体レーザ素子３０Ａの量子井戸活性層５におけるＺｎのピーク濃度は、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの量子井戸活性層１４におけるＺｎのピーク濃度よりも大きくなる傾向が確認される。
二波長半導体レーザ装置において、赤外レーザ（第１の半導体レーザ素子３０Ａ）と赤色レーザ（第２の半導体レーザ素子３０Ｂ）の窓構造を同時に形成する場合には、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層に用いることが不可欠であるが、上述のように、赤外レーザの量子井戸活性層内の不純物濃度を赤色レーザの量子井戸活性層内の不純物濃度よりも高くすることは可能である。なお、赤外レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ層は、少なくとも量子井戸活性層上に位置するクラッド層に用いればよい。
次に、Ｚｎを拡散する場合のその終端（Ｚｎ拡散端）について説明する。
Ｚｎの拡散は、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるクラッド層３及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるクラッド層１２の中で終端するように行う。これは、Ｚｎ拡散端がｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２及び１１に到達すると、素子のリークが発生するためである。具体的に、本実施形態では、第１の半導体レーザ３０Ａにおける量子井戸活性層５からＺｎ拡散端までの距離は０．５μｍ程度であり、第２の半導体レーザ３０Ｂにおける量子井戸活性層１４からＺｎ拡散端までの距離は０．７μｍ程度であった。第１の半導体レーザ素子３０Ａ及び第２の半導体レーザ素子３０Ｂの双方に対して同時にＺｎ拡散を行った場合には、上述したように、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて、第２の半導体レーザ素子３０Ｂに比べて、Ｚｎ拡散がより抑制されるため、Ｚｎ拡散端は第１の半導体レーザ素子３０Ａの場合の方が第２の半導体レーザ素子３０Ｂの場合よりも浅くなる傾向が確認された。
また、図７は、第１の半導体レーザ素子３０ＡにおけるＺｎ拡散端の量子井戸活性層５からの距離とＣＯＤレベル及び窓領域のＰＬ波長との関係を示している。
図７に示すように、Ｚｎ拡散端の量子井戸活性層５からの距離が大きくなると、ＣＯＤレベルが低下する傾向があることが分かる。これは、Ｚｎ拡散端の量子井戸活性層５からの距離がある値以上になると窓領域のＰＬ波長が長くなり、窓領域における光吸収が増加することと、量子井戸活性層５におけるＺｎのピーク濃度が増加し、自由キャリア吸収等が増加するためであると考えられる。また、図中Ａ、Ｂに示すように、同じＰＬ波長であっても、ＣＯＤレベルが変化することから、Ｚｎ拡散端の量子井戸活性層５からの距離は重要なパラメータであり、２００ｍＷ（ＣＷ）以上のＣＯＤレベルを安定して実現するには、Ｚｎ拡散端の量子井戸活性層５からの距離は０．８μｍ以下であることが好ましい。
以上の特徴を有する本発明の第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置は、ＣＷの光出力が第１及び第２の半導体レーザ素子３０Ａ及び３０Ｂともに２００ｍＷを超える性能を実現できると共に、窓領域を第１及び第２の半導体レーザ素子３０Ａ及び３０Ｂにおいて同時に形成することが可能となり、簡素な作製プロセスで安価に製造ができる。より具体的には、第１の半導体レーザ素子３０Ａである赤外レーザを構成する井戸層５ｂが４ｎｍ以下の膜厚を有するＧａＡｓからなり、バリア層５ａの膜厚が井戸層５ｂの膜厚よりも厚く、Ａｌ組成が０．４７＜Ｘｇ、Ｘｂ≦０．６の関係を満たし、フォトルミネッセンス法やカソードルミネッセンス法による量子井戸活性層５の端面窓構造２０から得られる発光スペクトルのピーク波長が７３０ｎｍ以下であり、端面構造２０における第１の半導体レーザ素子３０Ａの不純物濃度を第２の半導体レーザ素子３０Ｂの不純物濃度より大きく、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの不純物濃度が１×１０１９/ｃｍ３以下であ
るため、キャリア吸収や光吸収が少なく、結晶性に優れた端面窓構造を有する高出力の二波長レーザ装置を実現できる。
−変形例−
以下に、上述した第１の実施形態の変形例について説明する。具体的には、Ａｌを含む同一の化合物半導体混晶であれば、Ａｌ組成が高いほどＺｎの拡散係数が大きくなる傾向と、ＡｌＧａＩｎＰ混晶の格子定数が小さくなるほどＺｎ拡散が促進される特性を利用して、上述した第１の半導体レーザ素子３０Ａにおける端面窓構造２０の形成をより短時間で行うための実施例を説明する。
ガイド層４、６とバリア層５ａのＡｌ組成（Ｘｇ、Ｘｂ）が、上述の０．４７＜Ｘｇ、Ｘｂ≦０．６の関係を満たしていれば、基板１側から結晶成長順にＡｌ組成が高くなる構成、つまり、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて、ガイド層４、バリア層５ａ、及びガイド層６の各Ａｌ組成ｘ１、ｘ２、ｘ３がこの順で高くなり、同様に、第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおいて、ガイド層１３、バリア層１４ａ、及びガイド層１５の各Ａｌ組成ｘ４、ｘ５、ｘ６がこの順で高くなる構成としてもよい。このようにすると、端面窓構造２０の形成におけるＺｎ拡散は、基板１に遠い側から近付く方向に進行させるため、基板１側におけるＡｌ組成がより低くなるように構成することにより、Ａｌ組成が上記各層において同一の場合と比較して、量子井戸活性層５へのＺｎ拡散がよりスムーズに進行し、平均組成化が促進されるため好ましい。
また、ガイド層６のＡｌ組成が上述の関係を満たしていれば、単層でなくても構わない。つまり、ガイド層６をＡｌ組成の異なる複数の層からなる構成とする場合には、上述したように、この複数の層のうち基板１側に近い層のＡｌ組成を低くすることが好ましい。
また、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるクラッド層７及び９のＡｌ組成を、第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるクラッド層１６及び１８のＡｌ組成よりも大きく設定することにより、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて、量子井戸活性層５へのＺｎ拡散を促進することができる。
また、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるクラッド層７及びクラッド層９の格子定数を第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるクラッド層１６及び１８の格子定数よりも小さく設定することにより、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて同様にＺｎ拡散を促進することができる。
また、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるクラッド層７及びクラッド層９のドーピング濃度を、第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるクラッド層１６及び１８のドーピング濃度よりも大きくすることにより、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおいて同様にＺｎ拡散を促進することができる。この際、利得領域における量子井戸活性層５へのＺｎ拡散を考慮して、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるクラッド層７及びクラッド層９並びに第２の半導体レーザ素子３０Ｂにおけるクラッド層１６及び１８のＺｎの濃度は、１×１０１７／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１８／ｃｍ３以下であることが好ましい。
なお、以上の実施形態において、端面窓構造２０の形成において、第１の半導体レーザ素子３０Ａと第２の半導体レーザ素子３０Ｂとを同時に不純物拡散する例について説明したが、個別に行っても構わない。この場合、作製工程数は増加するが、特に第２の半導体レーザ素子３０Ｂの高出力化（ＣＯＤレベルの向上）を優先する場合には個別に行うとよい。
また、本実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置を個別の半導体レーザ装置として作製しても構わない。この場合、作製プロセスがより簡素化でき、安価で高性能なＣＤ用とＤＶＤ用の半導体レーザ装置を実現できる。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置及びその製造方法について説明する。
図８（ａ）〜（ｄ）及び図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。以下では、第１の実施形態と同様に、例えばＣＤ用の半導体レーザ（発振波長７６０〜７９０ｎｍ）である第１の半導体レーザ素子３０Ｃと例えばＤＶＤ用の半導体レーザ（発振波長６５０〜６７０ｎｍ）である第２の半導体レーザ素子３０Ｂとが同一の基板上にモノリシックに集積されてなる二波長半導体レーザ装置を製造する場合を例に用いて説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置を用いて、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾斜させたｎ型ＧａＡｓからなる基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層３（膜厚２．０μｍ）、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるガイド層４（膜厚２０ｎｍ）、ＧａＡｓからなる井戸層５ｂ（井戸数２）とＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるバリア層５ａ（膜厚４ｎｍ）とで構成される量子井戸活性層５、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓからなるガイド層６（膜厚２０ｎｍ）、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層７（膜厚０．２μｍ）、及びｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層８をこの順に堆積する。なお、量子井戸活性層５は発光波長が７６０〜７９０ｎｍとなるように井戸層５ｂの膜厚を調整する。また、本工程では、上述した第１の実施形態と比較すると、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層９（膜厚１．４μｍ）、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０（膜厚０．２μｍ）は堆積しない。
次に、図８（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ素子３０Ｃの共振器前後の端面近傍に、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択的にＳｉをイオン注入する。具体的には、端面近傍を開口するＳｉＯ２よりなるマスク（図示せず）を用いて、加速電圧５０〜１５０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３〜１×１０１５／ｃｍ２ 程度の条件でＳｉをイオン注入することにより、端面窓構造４０の一部を形成する。
次に、図８（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置を用いて、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層９（膜厚１．４μｍ）、及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０（膜厚０．２μｍ）を堆積する。
次に、図８（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第１の半導体レーザ素子３０Ｃが形成される領域以外の領域に存在する上述したバッファ層２、クラッド層３、ガイド層４、量子井戸活性層５、ガイド層６、クラッド層７、エッチングストップ層８、クラッド層９、及びコンタクト層１０を除去する。
次に、図９（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置を用いて、基板１上の全面に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるガイド層１３、ＧａＩｎＰからなる井戸層１４ｂ（井戸数３）と（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるバリア層１４ａとで構成される量子井戸活性層１４、（Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるガイド層１５、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層１６（膜厚０．２μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１７、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐからなるクラッド層（膜厚１．４μｍ）１８、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層（膜厚０．２μｍ）１９をこの順に堆積する。なお、量子井戸活性層１４は発光波長が６５０〜６７０ｎｍとなるように井戸層１４ｂの膜厚か歪量を調整する。
次に、図９（ｂ）に示すように、図８（ｄ）で示した工程と同様に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第２の半導体レーザ素子３０Ｂが形成される領域以外の領域に存在する上述したバッファ層１１、クラッド層１２、ガイド層１３、量子井戸活性層１４、ガイド層１５、クラッド層１６、エッチングストップ層１７、クラッド層１８、及びコンタクト層１９を除去する。これにより、図９（ｂ）に示すように、互いに間隔を置いた２つの積層構造が形成される。
次に、図９（ｃ）に示すように、第２の半導体レーザ素子３０Ｂの共振器前後の端面近傍のみに、フォトリソグラフィ技術を用いて、選択的にＺｎを拡散するためのパターンを形成する。具体的には、マスク（図示せず）を端面近傍で開口し、Ｚｎ拡散源（図示せず）、キャップ膜（図示せず）をこの順に形成し、５７０℃の窒素雰囲気中で熱処理することで、第１の半導体レーザ素子３０Ｃに注入されたＳｉを量子井戸活性層５に導入すると共に第２の半導体レーザ素子３０Ｂの量子井戸活性層１４にＺｎを導入し、平均組成化を行うことにより、端面窓構造４０及び２０を作製する。
以降の工程は、上述の第１の実施形態における図２（ｂ）〜（ｄ）を用いた説明と同様である。このようにして、集積型二波長半導体レーザ装置が作製される。なお、本実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置及びその製造方法における特徴は、第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置及びその製造方法と比較して、第１の半導体レーザ素子（３０Ａ、３０Ｃ）に拡散させる不純物（Ｚｎ、Ｓｉ）及びその製造方法が異なるのみであり、その他は第１の実施形態での説明と同様の特徴を有する。
本発明の第２の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置は、ＣＷの光出力が第１及び第２の半導体レーザ素子３０Ｃ及び３０Ｂともに２００ｍＷを超える性能を実現できると共に、窓領域の不純物拡散を第１及び第２の半導体レーザ素子３０Ｃ及び３０Ｂにおいて同時に実施でき、簡素な作製プロセスで安価に製造ができる。
なお、本実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置を個別の半導体レーザ装置として作製しても構わない。この場合、作製プロセスがより簡素化でき、安価で高性能なＣＤ用とＤＶＤ用の半導体レーザ装置を実現できる。
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置、及び情報処理装置などに必要な光源として用いられる赤色（発振波長６５０ｎｍ帯）及び赤外（発振波長７８０ｎｍ帯）の集積型高出力二波長半導体レーザ装置及びその製造方法にとって有用である。
（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。 （ａ）は、第１の半導体レーザ素子３０Ａにおけるバリア層５ａのＡｌ組成（Ｘｂ）／ガイド層のＡｌ組成（Ｘｇ）及びガイド層の膜厚と垂直方向の半値全角（垂直拡がり角）との関係を示しており、（ｂ）は、第２の半導体レーザ素子におけるバリア層のＡｌ組成（Ｘｂ）／ガイド層のＡｌ組成（Ｘｇ）及びガイド層の膜厚と垂直方向の半値全角（垂直拡がり角）との関係を示している。 （ａ）は、第１の半導体レーザ素子における窓領域におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）法又はカソードルミネッセンス法による発光スペクトルのピーク波長（ＰＬ波長）と不純物拡散時間との関係、並びにこのＰＬ波長とバリア層のＡｌ組成（Ｘｂ）及びガイド層のＡｌ組成（Ｘｇ）との関係図であり、（ｂ）は、第１の半導体レーザ素子の窓領域（端面窓構造）における上述のＰＬ波長とＣＯＤレベル（ＣＷ）との関係図であり、（ｃ）は、第１の実施形態におけるバリア層及びガイド層のＡｌ組成（Ｘｇ）と連続発光動作後のＣＯＤレベル（ＣＷ）の低下量の関係図である。 本発明の第１の実施形態における窓領域と利得領域のＰＬ波形と光吸収との関係図である。 （ａ）は、第２の半導体レーザ素子における窓領域におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）法又はカソードルミナッセンス法による発光スペクトルのピーク波長（ＰＬ波長）と不純物拡散時間との関係、並びにこのＰＬ波長とバリア層のＡｌ組成（Ｘｂ）及びガイド層のＡｌ組成（Ｘｇ）との関係図であり、（ｂ）は、第２の半導体レーザ素子の窓領域における上述のＰＬ波長とＣＯＤレベル（ＣＷ）との関係図である。 第１の半導体レーザ素子におけるＺｎ拡散端の量子井戸活性層からの距離とＣＯＤレベル及び窓領域のＰＬ波長との関係図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る集積型二波長半導体レーザ装置の製造工程を順に示す工程断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の集積型二波長半導体レーザ装置の構造図である。 （ａ）及び（ｂ）は、窓領域に励起光を照射し、フォトルミネッセンス（ＰＬ）光の波長を測定した結果を示す図であり、（ａ）はＣＤ用の半導体レーザに対する測定結果であり、（ｂ）はＤＶＤ用の半導体レーザに対する測定結果である。
符号の説明
１ 基板
２ バッファ層
３ クラッド層
４ ガイド層
５ 量子井戸活性層
５ａ バリア層
５ｂ 井戸層
６ ガイド層
７ クラッド層
８ エッチングストップ層
９ クラッド層
１０ コンタクト層
１１ バッファ層
１２ クラッド層
１３ ガイド層
１４ 量子井戸活性層
１５ ガイド層
１６ クラッド層
１７ エッチングストップ層
１８ クラッド層
１９ コンタクト層
２０、４０、４０ａ 端面窓構造
２０ａ 拡散端
２１ リッジ部
２２ 電流ブロック層
２３ ｐ型オーミック電極
２４ ｎ型オーミック電極
３０Ａ、３０Ｃ 第１の半導体レーザ素子
３０Ｂ 第２の半導体レーザ素子

Claims (26)

  1. 各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置であって、
    前記第１の半導体レーザ素子は、
    前記半導体基板上に順に形成された第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層を少なくとも備え、
    前記第２の半導体レーザ素子は、
    前記半導体基板上に順に形成された第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層を少なくとも備え、
    少なくとも前記第１量子井戸活性層を構成するバリア層、前記第１ガイド層、及び、前記第２ガイド層の各々のＡｌ組成は、０．４７よりも大きく且つ０．６０以下である、二波長半導体レーザ装置。
  2. 請求項１記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層を構成するバリア層、前記第１ガイド層、及び、前記第２ガイド層の各々のＡｌ組成は、０．５３以上であって且つ０．６０以下である、二波長半導体レーザ装置。
  3. 請求項１又は２に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第２クラッド層及び前記第４クラッド層の各々は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる、二波長半導体レーザ装置。
  4. 請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第１量子井戸活性層内の第１の不純物のピーク濃度は、前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第２量子井戸活性層内の第２の不純物のピーク濃度よりも高く、
    前記第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である、二波長半導体レーザ装置。
  5. 請求項４に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第１の不純物の前記半導体基板側の拡散端は、前記第１クラッド層の内部で終端しており、
    前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第２の不純物の前記半導体基板側の拡散端は、前記第３クラッド層の内部で終端しており、
    前記第１量子井戸活性層から前記第１の不純物の前記半導体基板側の拡散端までの距離は、前記第２量子井戸活性層から前記第２の不純物の前記半導体基板側の拡散端までの距離よりも小さい、二波長半導体レーザ装置。
  6. 請求項５に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層から前記第１の不純物の前記半導体基板側の拡散端までの距離は、０．８μｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  7. 請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子における前記窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルの第１のピーク波長は、７３０ｎｍ以下であり、
    前記第２の半導体レーザ素子における前記窓領域からのフォトルミネッセンス法又はカソードルミネッセンス法により得られるスペクトルの第２のピーク波長は、５９５ｎｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  8. 請求項７に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１のピーク波長は、７１０ｎｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  9. 請求項７又は８に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子の発振波長は、７６０ｎｍ以上であって且つ７９０ｎｍ以下であり、
    前記第２の半導体レーザ素子の発振波長は、６５０ｎｍ以上であって且つ６７０ｎｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  10. 請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子の各々のＣＷ動作時の光出力は、２００ｍＷ以上である、二波長半導体レーザ装置。
  11. 請求項１０に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子の各々の垂直拡がり角は１８°以下である、二波長半導体レーザ装置。
  12. 請求項１１に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第２ガイド層の膜厚は１０ｎｍ以上であって且つ４３ｎｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  13. 請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層を構成する井戸層は、ＧａＡｓからなり、
    前記第２量子井戸活性層を構成する井戸層は、ＧａＩｎＰからなる、二波長半導体レーザ装置。
  14. 請求項１３に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層を構成する井戸層の膜厚は、前記第１量子井戸活性層を構成するバリア層の膜厚よりも薄い、二波長半導体レーザ装置。
  15. 請求項１３又は１４に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層を構成する井戸層の膜厚は、４ｎｍ以下である、二波長半導体レーザ装置。
  16. 請求項１３〜１５のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１量子井戸活性層を構成する井戸層は、二層からなる、二波長半導体レーザ装置。
  17. 請求項１〜１６のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第２クラッド層のＡｌ組成は、前記第４クラッド層のＡｌ組成よりも大きい、二波長半導体レーザ装置。
  18. 請求項１〜１７のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第２クラッド層の格子定数は前記基板に対してマイナスであり、
    前記第４クラッド層の格子定数は前記第２クラッド層の格子定数よりも大きい、二波長半導体レーザ装置。
  19. 請求項１〜１８のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第２クラッド層及び前記第４クラッド層の各々のドーピング濃度は、１×１０１７／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１８／ｃｍ３以下であり、
    前記第２クラッド層のドーピング濃度は、前記第４クラッド層のドーピング濃度よりも小さい、二波長半導体レーザ装置。
  20. 請求項１〜１９のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置において、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造は、Ｚｎ又はＳｉを含んでなり、
    前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造は、Ｚｎを含んでなる、二波長半導体レーザ装置。
  21. 各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、
    前記半導体基板上における前記第１の半導体レーザ素子が形成される第１の領域に、少なくとも、第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層が順に積層されてなる第１の積層構造を形成する工程と、
    前記半導体基板上における前記第２の半導体レーザ素子が形成される第２の領域に、前記第１の積層構造と間隔を置くように、少なくとも、第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層が順に積層されてなる第２の積層構造を形成する工程と、
    同一種の第１の不純物及び第２の不純物を熱拡散させることにより、前記第１の積層構造には、前記第１の不純物が拡散されてなる前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造を形成すると同時に、前記第２の積層構造には、前記第２の不純物が拡散されてなる前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造を形成する工程とを備え、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第１量子井戸活性層内の前記第１の不純物のピーク濃度が、前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第２量子井戸活性層内の前記第２の不純物のピーク濃度よりも大きく、
    前記第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
  22. 各々が光共振器端面近傍に窓構造を有する第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を第１導電型の単結晶半導体基板上に備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、
    前記半導体基板上における前記第１の半導体レーザ素子が形成される第１の領域に、少なくとも、第１導電型の第１クラッド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ガイド層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなるバリア層を有する第１量子井戸活性層、ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第２ガイド層、及び第２導電型の第２クラッド層が順に積層されてなる第１の積層構造を形成する工程と、
    前記半導体基板上における前記第２の半導体レーザ素子が形成される第２の領域に、前記第１の積層構造と間隔を置くように、少なくとも、第１導電型の第３クラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第３ガイド層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなるバリア層を有する第２量子井戸活性層、ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第４ガイド層、及び第２導電型の第４クラッド層が順に積層されてなる第２の積層構造を形成する工程と、
    前記第１の積層構造における少なくとも前記第１の量子井戸活性層に、第１の不純物をイオン注入する工程と、
    前記第１の不純物とは異なる種の第２の不純物を熱拡散させることにより、前記第２の積層構造に、前記第２の不純物が拡散されてなる前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造を形成すると同時に、前記第１の積層構造にイオン注入された前記第１の不純物が拡散されてなる前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造を形成する工程とを備え、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第１量子井戸活性層内の前記第１の不純物のピーク濃度が、前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第２量子井戸活性層内の前記第２の不純物のピーク濃度よりも大きく、
    前記第２の不純物のピーク濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上であって且つ１×１０１９／ｃｍ３以下である、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
  23. 請求項２１又は２２に記載の二波長半導体レーザ装置の製造方法において、
    前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第１の不純物の前記半導体基板側の拡散端は、前記第１クラッド層の内部で終端しており、
    前記第２の半導体レーザ素子の前記窓構造における前記第２の不純物の前記半導体基板側の拡散端は、前記第３クラッド層の内部で終端している、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
  24. 請求項２１〜２３のうちのいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置の製造方法において、
    前記熱拡散は、前記第１の半導体レーザ素子の前記窓構造におけるフォトルミネッセンス光のピーク波長が最小になる時間以下で行う、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
  25. 請求項２１に記載の二波長半導体レーザ装置の製造方法において、
    前記第１の不純物及び前記第２の不純物は、Ｚｎである、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
  26. 請求項２２に記載の二波長半導体レーザ装置の製造方法において、
    前記第１の不純物は、Ｓｉであり、
    前記第２の不純物は、Ｚｎである、二波長半導体レーザ装置の製造方法。
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