JP3971566B2

JP3971566B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法

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Publication number: JP3971566B2
Application number: JP2000347929A
Authority: JP
Inventors: 敏哉福久
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP2001217504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光ディスク用ピックアップの光源に使用される半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルビデオディスク（Digital Video Disk：以下、ＤＶＤという）の光源として用いられる赤色半導体レーザ素子は波長６３０〜６９０nm帯の発振波長を持つ。これは、従来のコンパクトディスク（Compact Disc：以下、ＣＤという）に用いられている赤外半導体レーザ素子の波長７８０ｎｍ帯よりも短波長であるから、赤色半導体レーザ素子を用いて、ＤＶＤ上のデータ及びＣＤ上のデータのいずれをも読み込みことは可能である。
【０００３】
しかしながら、追記型ＣＤ（以下、ＣＤ−Ｒという）のような、有機化合物を記録媒体に用いた光ディスクは、光の反射率の波長依存性が強いなどの理由により、ＣＤ−Ｒのデータを赤色半導体レーザ素子で読み込むことが不可能であるから、ＣＤ−Ｒのデータを読み込むためには赤外半導体レーザ素子が必要となる。
【０００４】
従って、ＤＶＤ上のデータ及びＣＤ−Ｒ上のデータの両方を読み込めるようにするには、光ピックアップとしては、赤色半導体レーザ素子及び赤外半導体レーザ素子の２つの光源を備える必要がある。
【０００５】
光ピックアップに２つの光源を搭載する方法として、赤色半導体レーザ素子及び赤外半導体レーザ素子を独立に設けるハイブリッド集積方法と、同一基板上に赤色半導体レーザ及び赤外半導体レーザを集積するモノリシック集積方法とがある。
【０００６】
技術的難易性及び生産性の観点から、現在のところ、ハイブリッド集積が主流である。しかしながら、今後、光ピックアップの小型化及び低コスト化を押し進めていくためには、モノリシック集積の方が有利となる可能性がある。
【０００７】
そこで、第６０回秋期応用物理学会学術講演会３ａ−ＺＣ−１０（１９９９年）においては、同一のＧａＡｓ基板上に、６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザ構造と７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザ構造とが並列されてなる半導体レーザ素子が提案されている。
【０００８】
通常、赤色半導体レーザ構造は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＰを主成分とする４元混晶（(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、以下、単にＡｌＧａＩＰと記載する）よりなる積層体により形成され、赤外半導体レーザ構造は、Ａｌ、Ｇａ及びＡｓを主成分とする３元混晶（Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）、以下、単にＡｌＧａＡｓと記載する）よりなる積層体により形成される。
【０００９】
また、同一基板上に２つの半導体レーザ構造を形成するには、基板上に、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させた後、該第１の積層体をパターニングして第１の半導体レーザ構造を形成し、次に、第１の半導体レーザ構造が形成されている基板上に、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を成長させた後、該第２の積層体をパターニングして第２の半導体レーザ構造を形成する。
【００１０】
以下、同一基板上における第１の領域に赤色半導体レーザ構造が形成され且つ第２の領域に赤外半導体レーザ構造が形成されてなるモノリシック型の従来の半導体レーザ素子について図５を参照しながら説明する。
【００１１】
図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓ層よりなるバッファ層１０２が形成されている。
【００１２】
バッファ層１０２の上における第１の領域には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｎ型クラッド層１０３Ａ、ＧａＡｓ層よりなる第１の活性層１０４Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｐ型クラッド層１０５Ａにより構成される第１の積層体が形成されており、該第１の積層体により赤色半導体レーザ構造が構成されている。
【００１３】
バッファ層１０２の上における第２の領域には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｎ型クラッド層１０６Ａ、ＧａＩｎＰ層よりなる第２の活性層１０７Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｐ型クラッド層１０８Ａにより構成される第２の積層体が形成されており、該第２の積層体により赤外半導体レーザ構造が構成されている。
【００１４】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下面には、共通の電極となる下部電極１０９が形成され、第１のｐ型クラッド層１０５Ａの上には第１の上部電極１１０が形成され、第２のｐ型クラッド層１０８Ａの上には第２の上部電極１１１が形成されている。
【００１５】
以下、従来の半導体レーザ素子の製造方法について、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、図６（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上に、ｎ型ＧａＡｓ層よりなるバッファ層１０２を成長させた後、該バッファ層１０２の上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０３、ＧａＡｓ層１０４及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１０５を順次成長させて、第１の積層体を形成する。
【００１７】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の積層体をエッチングにより所定形状にパターニングして、バッファ層１０２上の第１の領域に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０３よりなる第１のｎ型クラッド層１０３Ａ、ＧａＡｓ層１０４よりなる第１の活性層１０４Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１０４よりなる第１のｐ型クラッド層１０５Ａを形成する。これにより、第１の積層体よりなる赤色半導体レーザ構造が形成される。
【００１８】
次に、図６（ｃ）に示すように、赤色半導体レーザ構造が形成されているバッファ層１０２の上に全面に亘って、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０６、ＧａＩｎＰ層１０７及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０８を順次成長させて、第２の積層体を形成する。
【００１９】
次に、図６（ｄ）に示すように、第２の積層体をエッチングにより所定形状にパターニングして、バッファ層１０２上の第２の領域に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０６よりなる第２のｎ型クラッド層１０６Ａ、ＧａＩｎＰ層１０７よりなる第２の活性層１０７Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０８よりなる第２のｐ型クラッド層１０８Ａを形成する。これにより、第２の積層体よりなる赤外半導体レーザ構造が形成される。
【００２０】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下面に下部電極１０９を形成し、第１のｐ型クラッド層１０５Ａの上に第１の上部電極１１０を形成し、第２のｐ型クラッド層１０８Ａの上に第２の上部電極１１１を形成すると、図５に示す従来の半導体レーザ素子が得られる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体レーザ素子の製造方法においては、第１の積層体をエッチングにより所定形状にパターニングしてバッファ層１０２を露出させてから、該バッファ層１０２の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０６、ＧａＩｎＰ層１０７及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０８を順次成長させて、赤外半導体レーザ構造を形成する。
【００２２】
ところが、ｎ型ＧａＡｓ層よりなるバッファ層１０２を露出させる工程においては、最下層のｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０３に対してオーバーエッチングを行なう必要があると共にＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層とは組成が似ているため、バッファ層１０２は大きくエッチングされる。このため、バッファ層１０２の表面に大きな凹凸ができたり又はバッファ層１０２に孔が開いたりして、バッファ層１０２の表面が不均一になってしまう。
【００２３】
表面が不均一になっているバッファ層１０２の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０６、ＧａＩｎＰ層１０７及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１０８を順次成長させると、得られる半導体層は結晶構造が乱れると共に組成が不均一になるので、良好な赤外半導体レーザ構造を得ることができないという問題がある。
【００２４】
前記の問題は、赤外半導体レーザ構造となる第１の積層体を形成しておいてから、該第１の積層体をエッチングにより所定形状にパターニングしてバッファ層１０２を露出させ、その後、バッファ層１０２の上に赤色半導体レーザ構造となる第２の積層体を成長させる場合にも同様に発生する。
【００２５】
前記に鑑み、本発明は、第１の積層体をエッチングにより所定形状にパターニングした後に第２の積層体を成長させて、モノリシック型の半導体レーザ素子を製造する場合において、第２の積層体を良好に成長できるようにして、第２の積層体の結晶性を向上させることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、化合物半導体基板の上に全面に亘って、化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層を成長させる工程と、エッチング制御層の上に全面に亘って、エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させる工程と、第１の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、化合物半導体基板上の第１の領域に第１の積層体からなる第１の半導体レーザ構造を形成する工程と、第１の半導体レーザ構造を含む化合物半導体基板上に全面に亘って、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を成長させる工程と、第２の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、化合物半導体基板上の第２の領域に第２の積層体からなる第２の半導体レーザ構造を形成する工程とを備えている。
【００２７】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法によると、化合物半導体基板の上に形成されたエッチング制御層の上に、該エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させた後、該第１の積層体を選択的エッチングによりパターニングして第１の半導体レーザ構造を形成するため、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層において停止することができる。このため、第１の積層体に対するエッチング工程において化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受ける事態を防止できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を良好に成長させることができ、これによって、第２の積層体からなる第２の半導体レーザ構造の特性を向上させることができる。
【００２８】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、第１の半導体レーザ構造を形成する工程は、第１の積層体のエッチングレートが、エッチング制御層のエッチングレートよりも大きい条件で行なわれることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層において確実に停止して、化合物半導体基板の第２の領域がエッチングにより損傷を受ける事態をより確実に防止することができる。
【００３０】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、第１の半導体レーザ構造を形成する工程と第２の積層体を成長させる工程との間に、エッチング制御層の第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体をより良好に成長させることができる。
【００３２】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、エッチング制御層を成長させる工程と第１の積層体を成長させる工程との間に、エッチング制御層の上に全面に亘ってバッファ層を成長させる工程をさらに備え、第１の半導体レーザ構造を形成する工程と第２の積層体を成長させる工程との間に、バッファ層の第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、化合物半導体基板上の第１の領域に第１の積層体を良好に成長させることができると共に、化合物半導体基板上の第２の領域に第２の積層体を良好に成長させることができる。
【００３４】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法がエッチング制御層の上にバッファ層を成長させる工程を備えている場合、バッファ層の第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程は、バッファ層のエッチングレートがエッチング制御層のエッチングレートよりも大きい条件で行なわれることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、バッファ層の第２の領域に存在する部分を確実に除去できるため、第２の積層体をより良好に成長させることができる。
【００３６】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法がエッチング制御層の上にバッファ層を成長させる工程を備えている場合には、エッチング制御層はＰを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなり、バッファ層はＧａＡｓ層よりなることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、バッファ層のエッチングレートがエッチング制御層のエッチングレートよりも大きい条件で選択的エッチングを行なうことが容易になるので、バッファ層の第２の領域に存在する部分を確実に除去することができる。
【００３８】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、化合物半導体基板はＧａＡｓ基板であり、エッチング制御層はＰを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層で停止して、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受ける事態を防止できるので、第２の積層体を良好に成長させることができる。
【００４０】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、エッチング制御層は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、第１の積層体は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなる半導体層を含むことが好ましい。
【００４１】
このようにすると、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層で確実に停止して、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受ける事態を確実に防止することができる。
【００４２】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、エッチング制御層は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなり、第１の積層体は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなる半導体層を含むことが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層で確実に停止して、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受ける事態を確実に防止することができる。
【００４４】
本発明に係る半導体レーザ素子は、化合物半導体基板上の第１の領域に形成され、化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層と、エッチング制御層の上に形成され、エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造と、化合物半導体基板上の第２の領域に形成され、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の半導体レーザ構造とを備えている。
【００４５】
本発明に係る半導体レーザ素子によると、化合物半導体基板上のエッチング制御層の上に、エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層を成長させた後、該複数の半導体層を選択的エッチングによりパターニングして第１の半導体レーザ構造を形成することができるため、化合物半導体基板の第２の領域がエッチングにより損傷を受ける事態を防止できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させることができる。
【００４６】
本発明に係る半導体レーザ素子において、化合物半導体基板上の第２の領域と第２の半導体レーザ構造との間に、エッチング制御層は存在しないことが好ましい。
【００４７】
このようにすると、第２の半導体レーザ構造となる、第２の活性層を含む複数の半導体層をより良好に成長させることができる。
【００４８】
本発明に係る半導体レーザ素子において、エッチング制御層の厚さは、０μｍよりも大きく且つ０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
このようにすると、第１の活性層を含む複数の半導体層の成長がエッチング制御層により受ける影響を最小限に抑制できるため、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造の特性が向上する。
【００５０】
本発明に係る半導体レーザ素子は、化合物半導体基板上の第１の領域に形成されているエッチング制御層と第１の半導体レーザ構造との間にバッファ層をさらに備えていることが好ましい。
【００５１】
このようにすると、第１の活性層を含む複数の半導体層が良好に成長するので、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造の特性が向上する。
【００５２】
本発明に係る半導体レーザ素子がエッチング制御層と第１の半導体レーザ構造との間にバッファ層を備えている場合には、エッチング制御層はＰを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなり、バッファ層はＧａＡｓ層よりなることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、バッファ層の第２の領域に存在する部分を確実に除去できるので、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させて、第１の半導体構造の特性を向上させることができる。
【００５４】
本発明に係る半導体レーザ素子において、化合物半導体基板はＧａＡｓ基板であり、エッチング制御層はＰを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなることが好ましい。
【００５５】
このようにすると、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受けることなく、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造を形成できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させることができる。
【００５６】
本発明に係る半導体レーザ素子において、エッチング制御層は(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、第１の半導体レーザ構造はＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなる半導体層を含むことが好ましい。
【００５７】
このようにすると、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受けることなく、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造を形成できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させることができる。
【００５８】
本発明に係る半導体レーザ素子において、エッチング制御層は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなり、第１の積層体は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなる半導体層を含むことが好ましい。
【００５９】
このようにすると、化合物半導体基板の第２の領域が損傷を受けることなく、第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造を形成できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させることができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子について、図１を参照しながら説明する。
【００６１】
図１に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の上に、０．１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１が形成されている。
【００６２】
第１のバッファ層１１上の第１の領域にはｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２が形成され、該エッチング制御層１２の上にｎ型ＧａＡｓ層よりなるパターン化された第２のバッファ層１３Ａが形成されている。また、パターン化された第２のバッファ層１３Ａの上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｎ型クラッド層１４Ａ、ＧａＡｓ層よりなる第１の活性層１５Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｐ型クラッド層１６Ａが順次形成されており、第１のｎ型クラッド層１４Ａ、第１の活性層１５Ａ及び第１のｐ型クラッド層１６Ａにより赤外半導体レーザ構造が構成されている。
【００６３】
一方、第１のバッファ層１１上の第２の領域には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｎ型クラッド層１７Ａ、ＧａＩｎＰ層よりなる第２の活性層１８Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｐ型クラッド層１９Ａが順次形成されており、第２のｎ型クラッド層１７Ａ、第２の活性層１８Ａ及び第２のｐ型クラッド層１９Ａにより赤色半導体レーザ構造が構成されている。
【００６４】
また、ＧａＡｓ基板１０の下面には下部電極２１が形成されており、第１のｐ型クラッド層１６Ａの上面には第１の上部電極２２が形成されており、第２のｐ型クラッド層１９Ａの上面には第２の上部電極２３が形成されている。
【００６５】
以下、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６６】
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の上に、０．１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１と、０．０１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２とを順次成長させる。その後、エッチング制御層１２の上に、０．３μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６を順次成長させて、第１の積層体を形成する。
【００６７】
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の積層体を、ＡｌＧａＡｓ層及びＧａＡｓ層に対するエッチングレートがＧａＩｎＰ層に対するエッチングレートよりも大きいようなエッチング液、例えば硫酸と過酸化水素水とが１：１に混合されてなるエッチング液を用いて、エッチング制御層１２が露出するまでウェットエッチングを行なう。このようにすると、ＧａＡｓ基板１０上の第１の領域に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４よりなる第１のｎ型クラッド層１４Ａ、ＧａＡｓ層１５よりなる第１の活性層１５Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６よりなる第１のｐ型クラッド層１６Ａが形成されると共に、パターン化された第２のバッファ層１３Ａが形成される。そして、第１のｎ型クラッド層１４Ａ、第１の活性層１５Ａ及び第１のｐ型クラッド層１６Ａからなる赤外半導体レーザ構造が得られる。
【００６８】
次に、エッチング制御層１２に対して、ＧａＩｎＰ層に対するエッチングレートがＧａＡｓ層に対するエッチングレートよりも大きいようなエッチング溶液、例えば塩酸を主成分とするエッチング溶液を用いて、第１のバッファ層１１が露出するまでウェットエッチングを行なう。このようにすると、エッチング制御層１２は第１の領域にのみ残存する。
【００６９】
次に、図３（ｃ）に示すように、第１のバッファ層１１の上及び赤外半導体レーザ構造の上に全面に亘って、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７、ＧａＩｎＰ層１８及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１９を順次成長させて、第２の積層体を形成する。
【００７０】
次に、図３（ｄ）に示すように、第２の積層体に対して、ＡｌＧａＩｎＰ層及びＧａＩｎＰ層に対するエッチングレートがＧａＡｓ層に対するエッチングレートよりも大きいようなエッチング溶液、例えば塩酸を主成分とするエッチング溶液を用いるウェットエッチングを行なって、ＧａＡｓ基板１０上における第２の領域に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７よりなる第２のｎ型クラッド層１７Ａ、ＧａＩｎＰ層１８よりなる第２の活性層１８Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１９よりなる第２のｐ型クラッド層１９Ａを形成する。このようにすると、第２のｎ型クラッド層１７Ａ、第２の活性層１８Ａ及び第２のｐ型クラッド層１９Ａよりなる赤色半導体レーザ構造が得られる。
【００７１】
その後、ＧａＡｓ基板１０の下面に下部電極２１を形成し、第１のｐ型クラッド層１６Ａの上面に第１の上部電極２２を形成し、第２のｐ型クラッド層１９Ａの上面に第２の上部電極２３を形成すると、図１に示す第１の実施形態に係る半導体素子が得られる。
【００７２】
第１の実施形態によると、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６からなる第１の積層体は、０．３μｍ程度の厚さを有するＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３の上に成長するので、ＧａＡｓ基板１０の上にｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２が存在するにも拘わらず、第１の積層体ひいては赤外半導体レーザ構造の結晶性は良好になる。
【００７３】
また、ＧａＡｓ基板１０の表面が欠陥又は汚染等により平坦性を有していなかったり又はＧａＡｓ基板１０の表面の結晶性が悪化していたりしても、ＧａＡｓ基板１０の上にｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１が存在しているため、赤色半導体レーザ構造となる第２の積層体は良好に成長する。
【００７４】
また、ｎ型ＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３の下側にはｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２が存在しているため、第２のバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６からなる第１の積層体に対するエッチングはエッチング制御層１２の上面で停止する。
【００７５】
また、ｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２の下側には、ｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１が存在しているため、エッチング制御層１２に対するエッチングは第１のバッファ層１１の上面で停止する。
【００７６】
従って、第１のバッファ層１１の第２の領域は、エッチングにより損傷を受け難いため、赤色半導体レーザとなる第２の積層体は良好に成長する。
【００７７】
ところで、第１のバッファ層１１は、エッチングによる損傷を受け難いが、若干の損傷を受ける恐れはある。
【００７８】
この場合には、エッチングにより露出した第１のバッファ層１１の上に、適当な厚さを有するＧａＡｓ層を成長させておいてから該ＧａＡｓ層の上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７を成長させることが好ましい。このようにすると、第２の積層体は、より一層良好に成長する。
【００７９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子について、図２を参照しながら説明する。
【００８０】
図２に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の上には、全面に亘って、０．１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１と、ｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２とが順次形成されている。
【００８１】
エッチング制御層１２上の第１の領域には、ｎ型ＧａＡｓ層よりなるパターン化された第２のバッファ層１３Ａ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｎ型クラッド層１４Ａ、ＧａＡｓ層よりなる第１の活性層１５Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層よりなる第１のｐ型クラッド層１６Ａが順次形成されており、第１のｎ型クラッド層１４Ａ、第１の活性層１５Ａ及び第１のｐ型クラッド層１６Ａによって赤外半導体レーザ構造が構成されている。
【００８２】
一方、エッチング制御層１２上の第２の領域には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｎ型クラッド層１７Ａ、ＧａＩｎＰ層よりなる第２の活性層１８Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層よりなる第２のｐ型クラッド層１９Ａが順次形成されており、第２のｎ型クラッド層１７Ａ、第２の活性層１８Ａ及び第２のｐ型クラッド層１９Ａによって赤色半導体レーザ構造が構成されている。
【００８３】
また、ＧａＡｓ基板１０の下面には下部電極２１が形成されており、第１のｐ型クラッド層１６Ａの上面には第１の上部電極２２が形成されており、第２のｐ型クラッド層１９Ａの上面には第２の上部電極２３が形成されている。
【００８４】
以下、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００８５】
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１０の上に、０．１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１と、０．０１μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２とを順次成長させる。その後、エッチング制御層１２の上に、０．３μｍ程度の厚さを有するｎ型ＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６を順次成長させて、第１の積層体を形成する。
【００８６】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の積層体に対して選択的ウェットエッチングを行なって、エッチング制御層１２の第２の領域を露出させる。このようにすると、ＧａＡｓ基板１０上の第１の領域に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４よりなる第１のｎ型クラッド層１４Ａ、ＧａＡｓ層１５よりなる第１の活性層１５Ａ及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６よりなる第１のｐ型クラッド層１６Ａが形成されると共に、パターン化された第２のバッファ層１３Ａが形成される。そして、第１のｎ型クラッド層１４Ａ、第１の活性層１５Ａ及び第１のｐ型クラッド層１６Ａから構成される赤外半導体レーザ構造が得られる。
【００８７】
次に、図４（ｃ）に示すように、エッチング制御層１２の上及び赤外半導体レーザ構造の上に全面に亘って、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７、ＧａＩｎＰ層１８及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１９を順次成長させて、第２の積層体を形成する。
【００８８】
次に、図４（ｄ）に示すように、第２の積層体に対して選択的ウェットエッチングを行なって、エッチング制御層１２の第２の領域上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７よりなる第２のｎ型クラッド層１７Ａ、ＧａＩｎＰ層１８よりなる第２の活性層１８Ａ及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１９よりなる第２のｐ型クラッド層１９Ａを形成する。このようにすると、第２のｎ型クラッド層１７Ａ、第２の活性層１８Ａ及び第２のｐ型クラッド層１９Ａから構成される赤色半導体レーザ構造が得られる。
【００８９】
その後、ＧａＡｓ基板１０の下面に下部電極２１を形成し、第１のｐ型クラッド層１６Ａの上面に第１の上部電極２２を形成し、第２のｐ型クラッド層１９Ａの上面に第２の上部電極２３を形成すると、図２に示す第２の実施形態に係る半導体素子が得られる。
【００９０】
第２の実施形態によると、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６からなる第１の積層体は、０．３μｍ程度の厚さを有するＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３の上に成長するので、ＧａＡｓ基板１０の上にｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２が存在するにも拘わらず、赤外半導体レーザ構造となる第１の積層体の結晶性は良好になる。
【００９１】
また、ＧａＡｓ基板１０の表面が欠陥又は汚染等により平坦性を有していなかったり又はＧａＡｓ基板１０の表面の結晶性が悪化していたりしても、ＧａＡｓ基板１０の上にｎ型ＧａＡｓ層よりなる第１のバッファ層１１が存在しているため、赤色半導体レーザ構造となる第２の積層体は良好に成長する。
【００９２】
また、ｎ型ＧａＡｓ層よりなる第２のバッファ層１３の下側にはｎ型ＧａＩｎＰ層よりなるエッチング制御層１２が存在しているため、第２のバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１４、ＧａＡｓ層１５及びｐ型ＡｌＧａＡｓ層１６からなる第１の積層体に対するエッチングはエッチング制御層１２の上面で停止する。
【００９３】
従って、エッチング制御層１２はエッチングにより損傷を受け難いため、赤色半導体レーザ構造となる第２の積層体は良好に成長する。
【００９４】
尚、第１及び第２の実施形態においては、第１のバッファ層１１の上にエッチング制御層１２を成長させたが、これに代えて、ＧａＡｓ基板１０上に第１のバッファ層１１を成長させることなく、ＧａＡｓ基板１０上にエッチング制御層１２を直接に成長させてもよい。この場合には、ＧａＡｓ基板１０がエッチングにより損傷を受ける事態を防止することができる。
【００９５】
また、第１及び第２の実施形態においては、エッチング制御層１２の厚さは０．０１μｍであったが、エッチング制御層１２の厚さは、０μｍよりも大きく且つ０．１μｍ以下であればよい。このようにすると、第１及び第２の実施形態における第２のバッファ層１３並びに第２の実施形態におけるｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層１７がエッチング制御層１２から受ける影響を最小限に抑制できるので、第１の積層体及び第２の積層体を良好に成長させることができる。
【００９６】
また、第１及び第２の実施形態における、第１の活性層１４Ａ及び第２の活性層１８としては、単一量子井戸構造を有していてもよいし又は多重量子井戸構造を有していてもよい。
【００９７】
また、第１及び第２の実施形態におけるエッチング制御層１２は、ＧａＩｎＰ層でなくてもよく、ＧａＡｓ層とほぼ等しい格子定数を持ち且つＧａＡｓ層に対して十分に大きなエッチング選択比が得られる半導体層であればよい。また、エッチング制御層１２は、単層でなくてもよく、第１のＶ族元素（例えばＡｓ）を含む混晶と第２のＶ族元素（例えばＰ）を含む混晶とからなる複数の層により構成されていてもよい。
【００９８】
また、第１及び第２の実施形態においては、エッチング制御層１２はＡｌＧａＩＰ層よりなり、第１の積層体はＡｌＧａＡｓ層を含む複数の半導体層から構成されていたが、これに代えて、エッチング制御層１２はＡｌＧａＡｓ層よりなり、第１の積層体はＡｌＧａＩｎＰ層を含む複数の半導体層から構成されていてもよい。
【００９９】
このようにすると、第１の積層体に対するエッチングをエッチング制御層１２の上面で停止して、ＧａＡｓ基板１０の第２の領域が損傷を受ける事態を確実に防止することができる。
【０１００】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ素子及びその製造方法によると、第１の活性層を含む複数の半導体層に対するエッチングをエッチング制御層において停止することができるため、化合物半導体基板の第２の領域がエッチングにより損傷を受ける事態を防止できるので、化合物半導体基板の第２の領域に、第２の活性層を含む複数の半導体層を良好に成長させることができ、これによって、第２の半導体レーザ構造の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、従来の半導体レーザ素子の製造方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ｎ型のＧａＡｓ基板
１１第１のバッファ層（ｎ型ＧａＡｓ層）
１２エッチング制御層（ｎ型ＧａＩｎＰ層）
１３ｎ型ＧａＡｓ層
１３Ａ第２のバッファ層
１４ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
１４Ａ第１のｎ型クラッド層
１５、ＧａＡｓ層
１５Ａ第１の活性層
１６ｐ型ＡｌＧａＡｓ層
１６Ａ第１のｐ型クラッド層
１７ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層
１７Ａ第２のｎ型クラッド層
１８ＧａＩｎＰ層
１８Ａ第２の活性層
１９ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
１９Ａ第２のｐ型クラッド層１９Ａ
２１下部電極
２２第１の上部電極
２３第２の上部電極

Claims

化合物半導体基板の上に全面に亘って、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層を成長させる工程と、
前記エッチング制御層の上に全面に亘って、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させる工程と、
前記第１の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第１の領域に前記第１の積層体からなる第１の半導体レーザ構造を形成する工程と、
前記第１の半導体レーザ構造を含む前記化合物半導体基板上に全面に亘って、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を成長させる工程と、
前記第２の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第２の領域に前記第２の積層体からなる第２の半導体レーザ構造を形成する工程とを備え、
前記第１の半導体レーザ構造を形成する工程と前記第２の積層体を成長させる工程との間に、前記エッチング制御層の前記第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程をさらに備えていることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
前記第１の半導体レーザ構造を形成する工程は、前記第１の積層体のエッチングレートが、前記エッチング制御層のエッチングレートよりも大きい条件で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
化合物半導体基板の上に全面に亘って、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層を成長させる工程と、
前記エッチング制御層の上に全面に亘って、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させる工程と、
前記第１の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第１の領域に前記第１の積層体からなる第１の半導体レーザ構造を形成する工程と、
前記第１の半導体レーザ構造を含む前記化合物半導体基板上に全面に亘って、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を成長させる工程と、
前記第２の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第２の領域に前記第２の積層体からなる第２の半導体レーザ構造を形成する工程とを備え、
前記エッチング制御層を成長させる工程と前記第１の積層体を成長させる工程との間に、前記エッチング制御層の上に全面に亘ってバッファ層を成長させる工程をさらに備え、
前記第１の半導体レーザ構造を形成する工程と前記第２の積層体を成長させる工程との間に、前記バッファ層の前記第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程をさらに備えていることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
前記バッファ層の前記第２の領域に存在する部分を選択的エッチングにより除去する工程は、前記バッファ層のエッチングレートが前記エッチング制御層のエッチングレートよりも大きい条件で行なわれることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
前記エッチング制御層は、Ｐを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなり、
前記バッファ層は、ＧａＡｓ層よりなることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ基板であり、
前記エッチング制御層は、Ｐを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
前記エッチング制御層は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、
前記第１の積層体は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなる半導体層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
化合物半導体基板の上に全面に亘って、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層を成長させる工程と、
前記エッチング制御層の上に全面に亘って、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の積層体を成長させる工程と、
前記第１の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第１の領域に前記第１の積層体からなる第１の半導体レーザ構造を形成する工程と、
前記第１の半導体レーザ構造を含む前記化合物半導体基板上に全面に亘って、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の積層体を成長させる工程と、
前記第２の積層体を選択的エッチングによりパターニングして、前記化合物半導体基板上の第２の領域に前記第２の積層体からなる第２の半導体レーザ構造を形成する工程とを備え、
前記エッチング制御層は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０＜ｚ≦１）よりなり、
前記第１の積層体は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなる半導体層を含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
化合物半導体基板上の第１の領域に形成され、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層と、
前記エッチング制御層の上に形成され、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造と、
前記化合物半導体基板上の第２の領域に形成され、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の半導体レーザ構造とを備え、
前記化合物半導体基板上の第２の領域と前記第２の半導体レーザ構造との間に、前記エッチング制御層は存在しないことを特徴とする半導体レーザ素子。
前記エッチング制御層の厚さは、０μｍよりも大きく且つ０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
化合物半導体基板上の第１の領域に形成され、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層と、
前記エッチング制御層の上に形成され、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造と、
前記化合物半導体基板上の第２の領域に形成され、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の半導体レーザ構造とを備え、
前記化合物半導体基板上の第１の領域に形成されている前記エッチング制御層と前記第１の半導体レーザ構造との間にバッファ層をさらに備えていることを特徴とする半導体レーザ素子。
前記エッチング制御層は、Ｐを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなり、
前記バッファ層は、ＧａＡｓ層よりなることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ素子。
前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ基板であり、
前記エッチング制御層は、Ｐを含むIII-Ｖ族化合物半導体層よりなることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
前記エッチング制御層は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、
前記第１の半導体レーザ構造は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０≦ｚ≦１）よりなる半導体層を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ素子。
化合物半導体基板上の第１の領域に形成され、前記化合物半導体基板と組成が異なるエッチング制御層と、
前記エッチング制御層の上に形成され、前記エッチング制御層と組成が異なる第１の活性層を含む複数の半導体層からなる第１の半導体レーザ構造と、
前記化合物半導体基板上の第２の領域に形成され、第２の活性層を含む複数の半導体層からなる第２の半導体レーザ構造とを備え、
前記エッチング制御層は、Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、０＜ｚ≦１）よりなり、
前記第１の積層体は、(Ａｌ_xＧａ_1-x)_yＩ_1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなる半導体層を含むことを特徴とする半導体レーザ素子。