JP4062648B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録再生装置に用いられる半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の光ディスクであるデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、映像記録として１３５分の動画を再生可能であること、また、情報記録として４．７ＧＢｙｔｅの容量が記録できることから、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）を受け継いで発展することが期待されている。
【０００３】
このＤＶＤの再生装置においては、ＤＶＤ（映像記録）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（情報記録）、ＤＶＤ−Ｒ（一回書き込みの情報記録）の再生及びデータ読み出しに加えて、ＣＤ（映像記録）、ＣＤ−ＲＯＭ（情報記録）、ＣＤ−Ｒ（一回書き込みの情報記録）の再生及びデータ読み出しを行うことが要望されており、このことは従来のＣＤからＤＶＤに移行するためにも必要な事項である。
【０００４】
ところで、ＤＶＤには、従来のＣＤと比較して以下の２点で大きな違いが存在する。
【０００５】
第１の違いは、光ディスクの基板の厚さである。ＣＤでは基板の厚さが１．２ｍｍであったが、ＤＶＤでは０．６ｍｍとしている。これは、記録密度の向上をねらって集光用のレンズの開口数ＮＡを大きくしたときに、光ディスクの傾きに対する許容度を大きくするためである。
【０００６】
第２の違いは、ピックアップで使用する半導体レーザの波長である。従来のＣＤでは半導体レーザの波長は７８０ｎｍであり、ＤＶＤでは波長６５０ｎｍの半導体レーザを使用する。これは、集光スポットの大きさが波長に比例するためである。
【０００７】
情報を読み取るピックアップにとって、基板の厚さが異なる２種類の光ディスクを読み取る事は、収差の点で難しい。よって、基板厚さ０．６ｍｍを読み取るために設計されたレンズ系をそのまま用いたのでは、基板厚さ１．２ｍｍのディスクを読み取ることはできない。
【０００８】
そこで、厚みの異なるディスクを読み取る方法として、各種の方法が考えられている。例えば、「電子材料、１９９６年６月、３８頁）に記載されているように、ＣＤ用とＤＶＤ用の２種類の対物レンズを切り替えて使用する方法、２焦点のレンズを対物レンズとして用いる方法、液晶シャッタを使用する方法等が挙げられる。これらの方法により、基板厚さが異なる２種類のディスクを読み出すことが可能となり、ＤＶＤ再生装置を用いて従来のＣＤやＣＤ−ＲＯＭを読み出し可能となる。
【０００９】
しかしながら、上記方法では、現在流通しているＣＤ−Ｒを読み出すことは困難である。その理由は、一回書き込みのＣＤ−Ｒは記録方式として７８０ｎｍの波長の光に反応する色素を使用しているためである。このタイプのＣＤ−Ｒを読み取るためには、波長７８０ｎｍの半導体レーザが必要である。
【００１０】
このＣＤ−Ｒを読み出すことも可能なＤＶＤ用ピックアップとしては、以下のような構成が考えられる。
【００１１】
まず、ＣＤ用のピックアップとＤＶＤ用のピックアップの２個のピックアップを再生装置内に備えることが考えられる。この場合、各ピックアップは独立しており、ＤＶＤ専用のピックアップには発光波長６５０ｎｍの半導体レーザ及びＮＡ０．６の対物レンズを用い、ＣＤ専用のピックアップには発光波長７８０ｎｍの半導体レーザ及びＮＡ０．４５の対物レンズを用いることになる。しかしながら、この方法では、再生装置の大型化及びコストアップにつながる。
【００１２】
ところが、ＤＶＤ装置は発売当初から低価格化が必要とされており、コスト低減が重要なキーポイントである。このためには、ＤＶＤ装置には１個のピックアップを搭載し、発光波長７８０ｎｍ及び６５０ｎｍの２種類の光を使用する方法が必要である。そこで、２種類の波長の光を発生する半導体レーザをピックアップ内に組み込むことで、低コストで、かつ、ＣＤ−Ｒも含めた全てのＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭを読み出すことが可能なピックアップ装置を得ることができる。
【００１３】
このような２種類の波長の光を発生することが可能な半導体レーザとしては、従来、以下のようなものが提案されている。
【００１４】
（１）半導体レーザパッケージ内部に２種類の半導体レーザチップを組み込み、２種類の光を出射する方法。
【００１５】
（２）特開平３−９５８９号公報に開示されているように、同一ウェハーの隣接する半導体レーザチップに対して、各々コート膜の膜厚を変えて異なる波長発振させる方法。
【００１６】
（３）特開昭６１−１９１８６号公報に開示されているように、同一ウェハーの隣接する半導体レーザにおいて、活性層下部の溝の幅を変えることにより活性層のＡｌ含有量を異ならせて発振波長を変える方法。
【００１７】
（４）特開平３−３０３８８号公報に開示されているように、基板上に第１の活性層と第２及び第３のクラッド層からなるダブルヘテロ接合を形成し、その上に第２の活性層と第４及び第５のクラッド層からなるダブルヘテロ接合を形成する方法。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の（１）の方法では、発光スポットの距離が問題となる。ピックアップにおいて同一のレンズ系を用いて２つの異なる波長の光を扱う場合には、発光スポット間の距離を少なくとも１００μｍ以下にする必要がある。通常の形状のパッケージでは、半導体レーザチップを並べて置くため、発光スポット間の距離は１００μｍ以上となり、さらに、チップのパッケージへの貼り付けによって数１０μｍ程度の誤差が生じる。
【００１９】
上述の（２）及び（３）の方法では、波長差が大きく取れないという問題がある。いずれの方法でも、各活性層を１回の成長工程で形成するため、材料系が同一の系統のものとなる。例えば、多少のＡｌ混晶比の差はあるものの、７８０ｎｍ帯であればＡｌＧａＡｓ系材料であり、その波長差は高々１０ｎｍ程度である。ＤＶＤ用ピックアップにおいてＣＤ−Ｒとの互換性を得るためには、７８０ｎｍ帯と６５０ｎｍ帯の発光波長を発生させる必要がある。そこで、６５０ｎｍ帯の光を発生させるためには、活性層及びクラッド層としてＧａＩｎＰ系材料及びＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いる必要がある。従って、２種類の波長を得るためには、活性層及びクラッド層からなるダブルヘテロ接合を全く異なる材料を用いて構成する必要がある。
【００２０】
さらに、上述の（４）の方法では、以下のような問題がある。
【００２１】
まず、特開平３−３０３８８号公報の第１の実施例に示されている半導体レーザは、リッジ構造と称されるタイプのものである。この構造は、気相成長法（有機金属気相成長法：ＭＯＣＶＤ法）及び分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により成長させる。本発明者らの同様な実験によれば、この構造では、ＺｎＳＳｅ層を成長させてＳｉＯ2を除去した後のＺｎＳＳｅ層の表面は平坦ではなく凸型の形状となる。その上にＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層、クラッド層、活性層及びクラッド層を順次成長させると、その下地であるｐ−ＧａＡｓコンタクト層及びＺｎＳＳｅ層の形状をそのまま保って成長が行われるため、活性層が湾曲した構造となる。このように活性層が湾曲した構造では、半導体レーザを高温にて動作させた場合の信頼性が悪くなり、実際のピックアップに組み込んで使用することはできない。
【００２２】
次に、特開平３−３０３８８号公報の第２の実施例に示されている半導体レーザは、ＶＳＩＳ構造と称されるタイプのものである。この構造は、気相成長法では作製が困難であるので、液相成長法（ＬＰＥ法）で成長させる。しかしながら、この構成では、必要とされる６５０ｎｍ帯のレーザ光を得ることができない。その理由は、６５０ｎｍ帯の波長の光を発生するダブルヘテロ接合ではクラッド層としてＡｌＧａＩｎＰ層を用いる必要があるが、ＬＰＥ法ではＡｌＧａＩｎＰを成長させることができないからである。
【００２３】
上記（４）の方法のもう１つの問題点は、成長温度である。活性層又はクラッド層の材料が異なる場合には、通常、最適成長温度が異なる。例えば、半導体基板上にＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で活性層及びクラッド層を成長し、次にＡｌＧａＡｓ系材料で活性層及びクラッド層を成長する場合、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料では最適成長温度が約６００℃であり、ＡｌＧａＡｓ系材料では最適成長温度が約８００℃と高くなる。従って、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる活性層又はクラッド層は、最適成長温度以上の温度に曝されることになる。そして、最適成長温度以上の温度で長時間保持された場合には、素子内部の不純物等が拡散して素子特性（閾値電流密度や信頼性）が悪くなるという問題点がある。
【００２４】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、２つの波長の光を発生することができ、良好な素子特性が得られ、ピックアップに組み込んで使用可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザは、第１の半導体基板と、該第１の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる第１の発光部と、該第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に設けられた第１電流ブロック層と、該第１電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第１メサ部と、該第１電流ブロック層の表面から前記第１活性層に達するように拡散された第２導電型の第１不純物と、該第１不純物よりも深く拡散された第１導電型の第２不純物と、前記第１メサ部上、および、前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散された領域上にそれぞれ設けられた電極と、前記第１の半導体基板に結合された第２の半導体基板と、該第２の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の発光部と、該第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に設けられた第２電流ブロック層と、該第２電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第２メサ部と、前記第２メサ部上に設けられた電極と、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
前記第１の発光部および第２の発光部に対して前記第１基板および第２基板とは反対側に電流ブロック層がそれぞれ設けられていてもよい。
【００２９】
前記第１の発光部のダブルヘテロ接合がＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなり、前記第３クラッド層または第４クラッド層のｐ型不純物がＢｅであってもよい。
【００３０】
本発明の半導体レーザの製造方法は、前記半導体レーザを製造する方法であって、前記第１の半導体基板上に、ＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料によって、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第１の発光部を形成する工程と、前記第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に、コンタクト層を有する第１メサ部と、該第１メサ部を両側から挟む第１電流ブロック層とを形成する工程と、前記第２の半導体基板上に、ＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料によって、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第２の発光部を形成する工程と、前記第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に、コンタクト層を有する第２メサ部と、該第２メサ部を両側から挟むように第２電流ブロック層を形成する工程と、前記第１および第２の発光部がそれぞれ形成された前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを重ね合わせ、熱処理によって接合する工程と、前記第１電流ブロック層から、前記第１活性層に達するように、第２導電型の第１不純物を打ち込む工程と、次いで、前記第１電流ブロック層から、前記第１不純物よりも深い場所に達するように第１導電型の第２不純物を打ち込む工程と、次いで、前記第１不純物および前記第２不純物をアニールして前記第１不純物を前記第２不純物よりも広く拡散させる工程と、その後に、前記第１メサ部上および前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散した領域上に電極をそれぞれ設けるとともに、前記第２メサ部上に電極を設ける工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３２】
本発明にあっては、別々の基板上にダブルヘテロ接合や電流ブロック層等を含む発光部を各々形成し、基板側同士、発光部側同士、又は一方の基板側と他方の発光部側とを重ね合わせて熱処理することにより接合しているので、材料によって決まる発光波長を各発光部で任意に選択することが可能であり、各半導体層の成長も各々最適な温度で行うことができる。
【００３３】
各半導体基板上にダブルヘテロ接合や電流ブロック層を形成した後で、両基板を重ね合わせて接合することにより、各発光部の発光スポットを数１０μｍから約１００μｍ以下の距離とすることができる。
【００３４】
さらに、ダブルヘテロ接合や電流ブロック層を通常の半導体レーザと同様に、例えばＧａＡｓ基板のような実績のある基板上に成長させることができるので、ダブルヘテロ接合や電流ブロック層を従来の半導体レーザにおいて実績のある構造や構成とすることができる。また、半導体レーザの初期特性や信頼性は、通常の半導体レーザと同様にすることができる。
【００３５】
第１の基板上の発光部と第２の基板上の発光部の位置は、基板の特定の場所を使用して位置決めを行い、フォトリソグラフィにより作製することができる。また、基板や発光部の接合も基板の特定の場所を利用して高精度に位置合わせすることができる。
【００３６】
一方の発光部のダブルヘテロ接合にＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料を用い、他方の発光部のダブルヘテロ接合にＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料を用いることにより、６５０ｎｍ帯及び７８０帯の光を出射する半導体レーザが得られるので、ＤＶＤのピックアップに使用可能である。この半導体レーザを使用した光ディスクピックアップにより、ＤＶＤ用ディスクのみでなく、ＣＤ用ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ用ディスク、さらにＣＤ−Ｒ用ディスクを読み出すことが可能である。
【００３７】
クラッド層のｐ型不純物をＢｅとした場合、Ｚｎに比べて拡散係数が低いので、接合時の熱処理で閾値電流が上昇しない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１に本発明の正面図を示す。
【００４０】
この半導体レーザは、波長７８０ｎｍ帯の光を発生する第１の発光部１が設けられた第１の基板６と、波長６５０ｎｍ帯の光を発光する第２の発光部２が設けられた第２の基板７とが接合されてなる半導体レーザチップ５２を有する。
【００４１】
第１の発光部１は、ｎ−ＧａＡｓ基板６上にｎ−クラッド層８、活性層９及びｐ−クラッド層１０からなるダブルヘテロ接合が設けられている。その上にエッチングストップ層１１を介してｐ−クラッド層１２及びｐ−コンタクト層１３からなるストライプ状メサ部２４が設けられている。メサ部２４の両側には電流ブロック層２５が設けられている。
【００４２】
第２の発光部１は、ｎ−ＧａＡｓ基板７上にｎ−クラッド層２１、活性層４１及びｐ−クラッド層１４からなるダブルヘテロ接合が設けられ、各クラッド層２１、１４と活性層との間に光ガイド層４３、４２が設けられている。その上にエッチングストップ層１１を介してｐ−クラッド層１６、ｐ−中間バンドギャップ層１７及びｐ−コンタクト層１８からなるストライプ状メサ部３１が設けられている。メサ部３１の両側には電流ブロック層２０が設けられている。
【００４３】
第１の発光部１の上には電極３４が設けられ、ｎ−ＧａＡｓ基板６の露出部上には共通電極５０が設けられてリードワイヤ３が接続されている。第２の発光部２の上には電極３３が設けられ、ステム１００の上に融着されている。そして、共通電極５０とステム１００との間に電流を流すことで６３５ｎｍの波長の光を出射し、共通電極５０と電極３４との間に電流を流すことで７８０ｎｍの波長の光を出射する。
【００４４】
この半導体レーザは、例えば以下のようにして作製することができる。
【００４５】
まず、第１の発光部１の作製について説明する。
【００４６】
図２（ａ）に示すように、厚さ１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板６上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層８、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ）活性層９、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層１０、ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層１２及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３を順次成長する。このときの基板温度は８００℃とし、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。
【００４７】
次に、この上にマスク層としてＡｌ2Ｏ3膜を蒸着し、フォトリソグラフィ法によりＡｌ2Ｏ3膜をストライプ状にパターン加工する。このとき、ウェハーのオリエンテーションフラットを基準としてストライプ部の位置を決定する。その後、Ａｌ2Ｏ3膜をマスクとして湿式エッチングを行って、コンタクト層１３及びクラッド層１２のうち、Ａｌ2Ｏ3膜の両側に相当する部分を除去する。これによりＡｌ2Ｏ3膜の直下にメサ部２４を形成する。なお、クラッド層１２を除去する際には、エッチングストップ層１１との選択エッチングを行って、エッチングを確実に停止させる。
【００４８】
その後、ＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行って、メサ部２４の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５を形成する。このときの成長は、ｎ−ＧａＡｓ層がＡｌ2Ｏ3膜上に生成しない条件で行う。
【００４９】
次に、第２の発光部２の作製について説明する。
【００５０】
図２（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板７上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド層２１、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層（４層）４１、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド層４２、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６及びｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を順次成長する。このときの成長温度は７４０℃とし、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。ここで、活性層及びクラッド層の材料によって最適成長温度は異なるが、各発光部を別々の基板上に形成するため、各々最適な温度で成長が可能である。
【００５１】
次に、この上にマスク層としてＡｌ2Ｏ3膜を蒸着し、フォトリソグラフィ法によりＡｌ2Ｏ3膜をストライプ状にパターン加工する。このとき、発光部１の作製時と同様に、ウェハーのオリエンテーションフラットを基準としてストライプ部の位置を決定する。これにより、発光部１と発光部２のストライプ状メサ部２４、３１の位置を正確に合わせることができる。その後、Ａｌ2Ｏ3膜をマスクとして湿式エッチングを行って、コンタクト層１８、中間バンドギャップ層１７及びクラッド層１６のうち、Ａｌ2Ｏ3膜の両側に相当する部分を除去する。これによりＡｌ2Ｏ3膜の直下にメサ部３１を形成する。なお、クラッド層１６を除去する際には、エッチングストップ層１５との選択エッチングを行って、エッチングを確実に停止させる。
【００５２】
その後、ＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行って、メサ部３１の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０を形成する。このときの成長は、ｎ−ＧａＡｓ層がＡｌ2Ｏ3膜上に生成しない条件で行う。
【００５３】
次に、この発光部１が設けられた第１の基板６と発光部２が設けられた第２の基板７とを以下のようにして接合する。
【００５４】
まず、各基板をＨ2ＳＯ4、Ｈ2Ｏ2及びＨ2Ｏの混合液で第１の基板６と第２の基板７の表面をエッチングし、フッ化水素酸処理を行い、次に水洗及び乾燥を行う。そして、図２（ｃ）に示すように、ストライプ方向を第１の基板６と第２の基板７とで同一の方向として第１の基板６と第２の基板とを重ね合わせる。このとき、オリエンテーションフラットを合わせることで位置のアライメントを行う。
【００５５】
次に、重ね合わせた２枚の基板をボート６１に搭載し、その上に２０ｇ／ｃｍ2のカーボンからなる重り６０を載せてＨ2雰囲気下、温度６００℃で３０分間放置する。これにより、ｎ−ＧａＡｓ基板６とｎ−ＧａＡｓ基板７とが原子レベルで結合し、図２（ｄ）に示すように、発光部１と発光部２とが基板側で接合されたウェハーが得られる。
【００５６】
次に、共通電極５０を形成するために、フォトリソグラフィ法によりｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５、ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ＡｌＧａＡｓ活性層９及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層８の一部を除去する。
【００５７】
そして、図２（ｅ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８の表面、エッチングで露出したＧａＡｓ基板６上及びｎ−ＧａＡｓコンタクト１１上に各々電極３３、３４及び共通電極５０を形成する。
【００５８】
作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００５９】
本実施形態において、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５２ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が５０ｍＡであった。さらに、高温一定出力における通電テストを行って信頼性をテストしたところ、７０℃、５ｍＷの条件で約３０００時間のＭＴＴＦを得ることができた。
【００６０】
さらに、発光部１のみ及び発光部２のみを作製して電極を形成し、発振閾値を調べたところ、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５０ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が３８ｍＡであった。これらの結果から、直接結合を行うことにより、６５０ｎｍで発光する発光部２の閾値が約１２ｍＡ上昇することがわかる。
【００６１】
そこで、以下の実施形態２では、発光部２をＭＢＥ法により作製した例について説明する。
【００６２】
（実施形態２）
この実施形態２において、発光部１は実施形態１と同様に作製し、発光部２を以下のようにして作製する。なお、同じ機能を有する層には実施形態１と同じ番号を付して説明する。
【００６３】
ｎ型ＧａＡｓ基板７上に、ＭＢＥ法によりｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６及びｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を順次成長する。このときの成長温度は６００℃とし、ｐ型ドーパントとしてＢｅを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。
【００６４】
以降の作製方法は実施形態１と同様に行い、作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００６５】
本実施形態において、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５１ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が３９ｍＡであった。さらに、高温一定出力における通電テストを行って信頼性をテストしたところ、７０℃、５ｍＷの条件で約５０００時間のＭＴＴＦを得ることができた。
【００６６】
本実施形態２と実施形態１を比較すると、波長６５０ｎｍで発光する発光部２をＭＯＣＶＤ法で作製した場合、接合時の熱処理によって閾値電流（Ｉｔｈ）が上昇するのに対し、ＭＢＥ法で作製した場合にはその影響を受けないと考えられる。
【００６７】
波長６５０ｎｍで発光する発光部２をＭＯＣＶＤ法で作製した場合とＭＢＥ法で作製した場合の違いは、ｐ型ドーパントがＭＢＥ法ではＢｅであり、ＭＯＣＶＤ法ではＺｎであるという点である。
【００６８】
これは、Ｚｎの拡散係数に比べてＢｅの拡散係数が低いためと考えられる。すなわち、本実施形態の接合温度では、Ｚｎは半導体中で拡散してＩｔｈが上昇するのに対し、Ｂｅは拡散しないので単独の発光部で半導体レーザを作製した場合に比べてほぼ同様の閾値電流が得られる。
【００６９】
なお、上記実施形態１及び実施形態２では発光部１と発光部２の共通電極５０を作製するためにｎ−クラッド層８までエッチングしているが、ｎ側の半導体層までエッチングしてコンタクトを行えばよい。具体的には、ｎ−クラッド層１２からｎ−クラッド層８までの間のいずれかの部分でエッチングを停止し、電極を形成してコンタクトを行えばよい。
【００７０】
このように、共通電極を取り出すためにＧａＡｓ基板まで達するように発光部の一部をエッチング除去した場合には、ウェハー表面に凹凸が形成される。さらに、ウェハーが１００μｍ以下と薄いため、作製工程でウェハーが割れることがある。
【００７１】
そこで、以下の実施形態３では、共通電極を作製するために不純物拡散を行った例について説明する。
【００７２】
（実施形態３）
この実施形態３において、ＧａＡｓ基板６及びＧａＡｓ基板７上に各々発光部１及び発光部２を形成して基板側を接合させるまでは実施形態１及び実施形態２と同様に作製し、共通電極を以下のようにして作製してする。なお、同じ機能を有する層には実施形態１と同じ番号を付して説明する。
【００７３】
図３（ａ）に示すように発光部１及び発光部２を有する基板６、７で接合されたウェハーに対して、発光部１の隣接するストライプ状メサ部２４間の真ん中に選択イオン打ち込み法によりＺｎを打ち込む。このとき、加速電圧を調整して活性層９付近にＺｎが達するようにする。次に、選択イオン打ち込み法によりＳｉを打ち込む。このとき、ＳｉはＺｎよりも深い場所まで打ち込まれるようにする。各不純物を打ち込んだ後、Ｎ2雰囲気中でアニールを行う。このアニールにより不純物が拡散し、Ｚｎの方が拡散しやすいため、図３（ｂ）に示すようにＺｎが拡散されたｐ型不純物拡散領域１５２及びＳｉが拡散されたｎ型不純物拡散領域１５３が形成される。ここで、ｎ型不純物としてＳｉを用いたが、ｎ型となる不純物であれば他の不純物でも適用可能である。また、ｐ型不純物としてＺｎを用いたが、ｐ型となる不純物であれば他の不純物でも適用可能である。
【００７４】
次に、コンタクト層１８の表面全面に電極３３を形成し、不純物拡散を行った部分上に選択的に共通電極５０を形成し、コンタクト層１３の上及び不純物拡散が行われていない電流ブロック層２５上にわたって選択的に電極３４を形成する。共通電極５０及び電極３４を選択的に形成するためには、電極の不要な部分にフォトレジストを残し、その上から電極膜を形成してフォトレジスト上の部分を有機溶剤中で除去するリフトオフ法を用いることができる。
【００７５】
その後、作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００７６】
本実施形態の半導体レーザは、共通電極５１と電極３４との間に電流を流すことにより発光部１から発振し、共通電極５１と電極３３との間に電流を流すことにより発光部２から発振する。この半導体レーザはウェハー表面に凹凸が無く、作製工程でのウェハーの割れを防いで生産性を向上することができる。
【００７７】
なお、上記実施形態１〜実施形態３ではＧａＡｓ系の材料とＡｌＧａＩｎＰ系の材料について例を挙げたが、他の材料、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅ、ＧａＮ等の他の系の材料を用いてもよい。また、発光部１にＡｌＧａＡｓ系材料を用い、発光部２にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いているが、逆に発光部１にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用い、発光部２にＡｌＧａＡｓ系材料を用いてもよい。さらに、成長方法もＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＯＭＢＥ法やＣＢＥ法等の方法を用いてもよい。発光部１、２において、ｐ−コンタクト層及び電流ブロック層の上に第２コンタクト層を形成してもよい。発光部の構造は、上記実施形態１〜実施形態３に示したものに限られず、従来実績のある種々の構造が適用可能である。
【００７８】
上記実施形態１〜実施形態３では接合を行う面をＧａＡｓ基板側としたが、発光部１の電流ブロック層２５と発光部２のＧａＡｓ基板７とを接合してもよい。その場合、各々の発光部分の距離は、ほぼ発光部２のＧａＡｓ基板７の厚みとなるので、発光スポットの距離を基板の厚さである約１００μｍとすることができる。又は、発光部２の電流ブロック層２０と発光部１のＧａＡｓ基板６とを接合してもよい。或いは、発光部１の電流ブロック層２５と発光部２の電流ブロック層２０とを接合してもよい。この場合、発光スポットの距離を約４μｍとすることができる。
【００７９】
さらに、上記実施形態１〜実施形態３の半導体レーザを組み込んだピックアップは、２重焦点のレンズを用いることにより、単一の行路で６５０ｎｍの光と７８０ｎｍの光を発生させることが可能となる。従って、現在流通しているＣＤ−Ｒを含めた全てのＤＶＤ及びＣＤ関連のディスクを読み出すことが可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、材料によって決まる発光波長を各発光部で任意に選択することが可能であり、各半導体層の成長も各々最適な温度で行うことができる。よって、２種類の波長の光を発生し、優れた初期特性及び信頼性を有する半導体レーザを得ることができる。
【００８１】
さらに、各発光部の発光スポットを数１０μｍから約１００μｍ以下の距離とすることができる。よって、ピックアップにおいて同一のレンズ系を用いて２つの異なる波長の光を用いることができる。
【００８２】
第１の発光部のダブルヘテロ接合にＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料を用い、第２の発光部のダブルヘテロ接合にＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料を用いることにより、６５０ｎｍ帯及び７８０帯の光を出射する半導体レーザが得られる。よって、この半導体レーザを使用した光ディスクピックアップにより、ＤＶＤ用ディスクのみでなく、ＣＤ用ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ用ディスク、さらにＣＤ−Ｒ用ディスクを読み出すことが可能であり、次世代の光ディスクであるＤＶＤを発展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体レーザの正面図である。
【図２】実施形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図３】実施形態３の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２ 発光部
３ リードワイヤー
６、７ ｎ−ＧａＡｓ基板
８ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
９ ＡｌＧａＡｓ活性層
１０、１２ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１１ ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層
１３、１８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１４、１６ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１５ ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１７ ｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層
２０、２５ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
２４、３１ メサ部
３３、３４ 電極
４１ 多重量子井戸活性層
４２、４３ ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
６０ おもり
６１ ボート
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録再生装置に用いられる半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の光ディスクであるデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）は、映像記録として１３５分の動画を再生可能であること、また、情報記録として４．７ＧＢｙｔｅの容量が記録できることから、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）を受け継いで発展することが期待されている。
【０００３】
このＤＶＤの再生装置においては、ＤＶＤ（映像記録）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（情報記録）、ＤＶＤ−Ｒ（一回書き込みの情報記録）の再生及びデータ読み出しに加えて、ＣＤ（映像記録）、ＣＤ−ＲＯＭ（情報記録）、ＣＤ−Ｒ（一回書き込みの情報記録）の再生及びデータ読み出しを行うことが要望されており、このことは従来のＣＤからＤＶＤに移行するためにも必要な事項である。
【０００４】
ところで、ＤＶＤには、従来のＣＤと比較して以下の２点で大きな違いが存在する。
【０００５】
第１の違いは、光ディスクの基板の厚さである。ＣＤでは基板の厚さが１．２ｍｍであったが、ＤＶＤでは０．６ｍｍとしている。これは、記録密度の向上をねらって集光用のレンズの開口数ＮＡを大きくしたときに、光ディスクの傾きに対する許容度を大きくするためである。
【０００６】
第２の違いは、ピックアップで使用する半導体レーザの波長である。従来のＣＤでは半導体レーザの波長は７８０ｎｍであり、ＤＶＤでは波長６５０ｎｍの半導体レーザを使用する。これは、集光スポットの大きさが波長に比例するためである。
【０００７】
情報を読み取るピックアップにとって、基板の厚さが異なる２種類の光ディスクを読み取る事は、収差の点で難しい。よって、基板厚さ０．６ｍｍを読み取るために設計されたレンズ系をそのまま用いたのでは、基板厚さ１．２ｍｍのディスクを読み取ることはできない。
【０００８】
そこで、厚みの異なるディスクを読み取る方法として、各種の方法が考えられている。例えば、「電子材料、１９９６年６月、３８頁）に記載されているように、ＣＤ用とＤＶＤ用の２種類の対物レンズを切り替えて使用する方法、２焦点のレンズを対物レンズとして用いる方法、液晶シャッタを使用する方法等が挙げられる。これらの方法により、基板厚さが異なる２種類のディスクを読み出すことが可能となり、ＤＶＤ再生装置を用いて従来のＣＤやＣＤ−ＲＯＭを読み出し可能となる。
【０００９】
しかしながら、上記方法では、現在流通しているＣＤ−Ｒを読み出すことは困難である。その理由は、一回書き込みのＣＤ−Ｒは記録方式として７８０ｎｍの波長の光に反応する色素を使用しているためである。このタイプのＣＤ−Ｒを読み取るためには、波長７８０ｎｍの半導体レーザが必要である。
【００１０】
このＣＤ−Ｒを読み出すことも可能なＤＶＤ用ピックアップとしては、以下のような構成が考えられる。
【００１１】
まず、ＣＤ用のピックアップとＤＶＤ用のピックアップの２個のピックアップを再生装置内に備えることが考えられる。この場合、各ピックアップは独立しており、ＤＶＤ専用のピックアップには発光波長６５０ｎｍの半導体レーザ及びＮＡ０．６の対物レンズを用い、ＣＤ専用のピックアップには発光波長７８０ｎｍの半導体レーザ及びＮＡ０．４５の対物レンズを用いることになる。しかしながら、この方法では、再生装置の大型化及びコストアップにつながる。
【００１２】
ところが、ＤＶＤ装置は発売当初から低価格化が必要とされており、コスト低減が重要なキーポイントである。このためには、ＤＶＤ装置には１個のピックアップを搭載し、発光波長７８０ｎｍ及び６５０ｎｍの２種類の光を使用する方法が必要である。そこで、２種類の波長の光を発生する半導体レーザをピックアップ内に組み込むことで、低コストで、かつ、ＣＤ−Ｒも含めた全てのＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭを読み出すことが可能なピックアップ装置を得ることができる。
【００１３】
このような２種類の波長の光を発生することが可能な半導体レーザとしては、従来、以下のようなものが提案されている。
【００１４】
（１）半導体レーザパッケージ内部に２種類の半導体レーザチップを組み込み、２種類の光を出射する方法。
【００１５】
（２）特開平３−９５８９号公報に開示されているように、同一ウェハーの隣接する半導体レーザチップに対して、各々コート膜の膜厚を変えて異なる波長発振させる方法。
【００１６】
（３）特開昭６１−１９１８６号公報に開示されているように、同一ウェハーの隣接する半導体レーザにおいて、活性層下部の溝の幅を変えることにより活性層のＡｌ含有量を異ならせて発振波長を変える方法。
【００１７】
（４）特開平３−３０３８８号公報に開示されているように、基板上に第１の活性層と第２及び第３のクラッド層からなるダブルヘテロ接合を形成し、その上に第２の活性層と第４及び第５のクラッド層からなるダブルヘテロ接合を形成する方法。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の（１）の方法では、発光スポットの距離が問題となる。ピックアップにおいて同一のレンズ系を用いて２つの異なる波長の光を扱う場合には、発光スポット間の距離を少なくとも１００μｍ以下にする必要がある。通常の形状のパッケージでは、半導体レーザチップを並べて置くため、発光スポット間の距離は１００μｍ以上となり、さらに、チップのパッケージへの貼り付けによって数１０μｍ程度の誤差が生じる。
【００１９】
上述の（２）及び（３）の方法では、波長差が大きく取れないという問題がある。いずれの方法でも、各活性層を１回の成長工程で形成するため、材料系が同一の系統のものとなる。例えば、多少のＡｌ混晶比の差はあるものの、７８０ｎｍ帯であればＡｌＧａＡｓ系材料であり、その波長差は高々１０ｎｍ程度である。ＤＶＤ用ピックアップにおいてＣＤ−Ｒとの互換性を得るためには、７８０ｎｍ帯と６５０ｎｍ帯の発光波長を発生させる必要がある。そこで、６５０ｎｍ帯の光を発生させるためには、活性層及びクラッド層としてＧａＩｎＰ系材料及びＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いる必要がある。従って、２種類の波長を得るためには、活性層及びクラッド層からなるダブルヘテロ接合を全く異なる材料を用いて構成する必要がある。
【００２０】
さらに、上述の（４）の方法では、以下のような問題がある。
【００２１】
まず、特開平３−３０３８８号公報の第１の実施例に示されている半導体レーザは、リッジ構造と称されるタイプのものである。この構造は、気相成長法（有機金属気相成長法：ＭＯＣＶＤ法）及び分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）により成長させる。本発明者らの同様な実験によれば、この構造では、ＺｎＳＳｅ層を成長させてＳｉＯ2を除去した後のＺｎＳＳｅ層の表面は平坦ではなく凸型の形状となる。その上にＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層、クラッド層、活性層及びクラッド層を順次成長させると、その下地であるｐ−ＧａＡｓコンタクト層及びＺｎＳＳｅ層の形状をそのまま保って成長が行われるため、活性層が湾曲した構造となる。このように活性層が湾曲した構造では、半導体レーザを高温にて動作させた場合の信頼性が悪くなり、実際のピックアップに組み込んで使用することはできない。
【００２２】
次に、特開平３−３０３８８号公報の第２の実施例に示されている半導体レーザは、ＶＳＩＳ構造と称されるタイプのものである。この構造は、気相成長法では作製が困難であるので、液相成長法（ＬＰＥ法）で成長させる。しかしながら、この構成では、必要とされる６５０ｎｍ帯のレーザ光を得ることができない。その理由は、６５０ｎｍ帯の波長の光を発生するダブルヘテロ接合ではクラッド層としてＡｌＧａＩｎＰ層を用いる必要があるが、ＬＰＥ法ではＡｌＧａＩｎＰを成長させることができないからである。
【００２３】
上記（４）の方法のもう１つの問題点は、成長温度である。活性層又はクラッド層の材料が異なる場合には、通常、最適成長温度が異なる。例えば、半導体基板上にＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料で活性層及びクラッド層を成長し、次にＡｌＧａＡｓ系材料で活性層及びクラッド層を成長する場合、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料では最適成長温度が約６００℃であり、ＡｌＧａＡｓ系材料では最適成長温度が約８００℃と高くなる。従って、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる活性層又はクラッド層は、最適成長温度以上の温度に曝されることになる。そして、最適成長温度以上の温度で長時間保持された場合には、素子内部の不純物等が拡散して素子特性（閾値電流密度や信頼性）が悪くなるという問題点がある。
【００２４】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、２つの波長の光を発生することができ、良好な素子特性が得られ、ピックアップに組み込んで使用可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザは、第１の半導体基板と、該第１の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる第１の発光部と、該第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に設けられた第１電流ブロック層と、該第１電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第１メサ部と、該第１電流ブロック層の表面から前記第１活性層に達するように拡散された第２導電型の第１不純物と、該第１不純物よりも深く拡散された第１導電型の第２不純物と、前記第１メサ部上、および、前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散された領域上にそれぞれ設けられた電極と、前記第１の半導体基板に結合された第２の半導体基板と、該第２の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の発光部と、該第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に設けられた第２電流ブロック層と、該第２電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第２メサ部と、前記第２メサ部上に設けられた電極と、を備えており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
前記第１の発光部および第２の発光部に対して前記第１基板および第２基板とは反対側に電流ブロック層がそれぞれ設けられていてもよい。
【００２９】
前記第１の発光部のダブルヘテロ接合がＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなり、前記第３クラッド層または第４クラッド層のｐ型不純物がＢｅであってもよい。
【００３０】
本発明の半導体レーザの製造方法は、前記半導体レーザを製造する方法であって、前記第１の半導体基板上に、ＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料によって、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第１の発光部を形成する工程と、前記第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に、コンタクト層を有する第１メサ部と、該第１メサ部を両側から挟む第１電流ブロック層とを形成する工程と、前記第２の半導体基板上に、ＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料によって、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第２の発光部を形成する工程と、前記第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に、コンタクト層を有する第２メサ部と、該第２メサ部を両側から挟むように第２電流ブロック層を形成する工程と、前記第１および第２の発光部がそれぞれ形成された前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを重ね合わせ、熱処理によって接合する工程と、前記第１電流ブロック層から、前記第１活性層に達するように、第２導電型の第１不純物を打ち込む工程と、次いで、前記第１電流ブロック層から、前記第１不純物よりも深い場所に達するように第１導電型の第２不純物を打ち込む工程と、次いで、前記第１不純物および前記第２不純物をアニールして前記第１不純物を前記第２不純物よりも広く拡散させる工程と、その後に、前記第１メサ部上および前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散した領域上に電極をそれぞれ設けるとともに、前記第２メサ部上に電極を設ける工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３２】
本発明にあっては、別々の基板上にダブルヘテロ接合や電流ブロック層等を含む発光部を各々形成し、基板側同士、発光部側同士、又は一方の基板側と他方の発光部側とを重ね合わせて熱処理することにより接合しているので、材料によって決まる発光波長を各発光部で任意に選択することが可能であり、各半導体層の成長も各々最適な温度で行うことができる。
【００３３】
各半導体基板上にダブルヘテロ接合や電流ブロック層を形成した後で、両基板を重ね合わせて接合することにより、各発光部の発光スポットを数１０μｍから約１００μｍ以下の距離とすることができる。
【００３４】
さらに、ダブルヘテロ接合や電流ブロック層を通常の半導体レーザと同様に、例えばＧａＡｓ基板のような実績のある基板上に成長させることができるので、ダブルヘテロ接合や電流ブロック層を従来の半導体レーザにおいて実績のある構造や構成とすることができる。また、半導体レーザの初期特性や信頼性は、通常の半導体レーザと同様にすることができる。
【００３５】
第１の基板上の発光部と第２の基板上の発光部の位置は、基板の特定の場所を使用して位置決めを行い、フォトリソグラフィにより作製することができる。また、基板や発光部の接合も基板の特定の場所を利用して高精度に位置合わせすることができる。
【００３６】
一方の発光部のダブルヘテロ接合にＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料を用い、他方の発光部のダブルヘテロ接合にＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料を用いることにより、６５０ｎｍ帯及び７８０帯の光を出射する半導体レーザが得られるので、ＤＶＤのピックアップに使用可能である。この半導体レーザを使用した光ディスクピックアップにより、ＤＶＤ用ディスクのみでなく、ＣＤ用ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ用ディスク、さらにＣＤ−Ｒ用ディスクを読み出すことが可能である。
【００３７】
クラッド層のｐ型不純物をＢｅとした場合、Ｚｎに比べて拡散係数が低いので、接合時の熱処理で閾値電流が上昇しない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１に本発明の正面図を示す。
【００４０】
この半導体レーザは、波長７８０ｎｍ帯の光を発生する第１の発光部１が設けられた第１の基板６と、波長６５０ｎｍ帯の光を発光する第２の発光部２が設けられた第２の基板７とが接合されてなる半導体レーザチップ５２を有する。
【００４１】
第１の発光部１は、ｎ−ＧａＡｓ基板６上にｎ−クラッド層８、活性層９及びｐ−クラッド層１０からなるダブルヘテロ接合が設けられている。その上にエッチングストップ層１１を介してｐ−クラッド層１２及びｐ−コンタクト層１３からなるストライプ状メサ部２４が設けられている。メサ部２４の両側には電流ブロック層２５が設けられている。
【００４２】
第２の発光部１は、ｎ−ＧａＡｓ基板７上にｎ−クラッド層２１、活性層４１及びｐ−クラッド層１４からなるダブルヘテロ接合が設けられ、各クラッド層２１、１４と活性層との間に光ガイド層４３、４２が設けられている。その上にエッチングストップ層１１を介してｐ−クラッド層１６、ｐ−中間バンドギャップ層１７及びｐ−コンタクト層１８からなるストライプ状メサ部３１が設けられている。メサ部３１の両側には電流ブロック層２０が設けられている。
【００４３】
第１の発光部１の上には電極３４が設けられ、ｎ−ＧａＡｓ基板６の露出部上には共通電極５０が設けられてリードワイヤ３が接続されている。第２の発光部２の上には電極３３が設けられ、ステム１００の上に融着されている。そして、共通電極５０とステム１００との間に電流を流すことで６３５ｎｍの波長の光を出射し、共通電極５０と電極３４との間に電流を流すことで７８０ｎｍの波長の光を出射する。
【００４４】
この半導体レーザは、例えば以下のようにして作製することができる。
【００４５】
まず、第１の発光部１の作製について説明する。
【００４６】
図２（ａ）に示すように、厚さ１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板６上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層８、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ）活性層９、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層１０、ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓ（例えばＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ）クラッド層１２及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３を順次成長する。このときの基板温度は８００℃とし、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。
【００４７】
次に、この上にマスク層としてＡｌ2Ｏ3膜を蒸着し、フォトリソグラフィ法によりＡｌ2Ｏ3膜をストライプ状にパターン加工する。このとき、ウェハーのオリエンテーションフラットを基準としてストライプ部の位置を決定する。その後、Ａｌ2Ｏ3膜をマスクとして湿式エッチングを行って、コンタクト層１３及びクラッド層１２のうち、Ａｌ2Ｏ3膜の両側に相当する部分を除去する。これによりＡｌ2Ｏ3膜の直下にメサ部２４を形成する。なお、クラッド層１２を除去する際には、エッチングストップ層１１との選択エッチングを行って、エッチングを確実に停止させる。
【００４８】
その後、ＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行って、メサ部２４の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５を形成する。このときの成長は、ｎ−ＧａＡｓ層がＡｌ2Ｏ3膜上に生成しない条件で行う。
【００４９】
次に、第２の発光部２の作製について説明する。
【００５０】
図２（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板７上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド層２１、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層（４層）４１、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.52Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド層４２、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.52Ｉｎ0.48Ｐクラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６及びｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を順次成長する。このときの成長温度は７４０℃とし、ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。ここで、活性層及びクラッド層の材料によって最適成長温度は異なるが、各発光部を別々の基板上に形成するため、各々最適な温度で成長が可能である。
【００５１】
次に、この上にマスク層としてＡｌ2Ｏ3膜を蒸着し、フォトリソグラフィ法によりＡｌ2Ｏ3膜をストライプ状にパターン加工する。このとき、発光部１の作製時と同様に、ウェハーのオリエンテーションフラットを基準としてストライプ部の位置を決定する。これにより、発光部１と発光部２のストライプ状メサ部２４、３１の位置を正確に合わせることができる。その後、Ａｌ2Ｏ3膜をマスクとして湿式エッチングを行って、コンタクト層１８、中間バンドギャップ層１７及びクラッド層１６のうち、Ａｌ2Ｏ3膜の両側に相当する部分を除去する。これによりＡｌ2Ｏ3膜の直下にメサ部３１を形成する。なお、クラッド層１６を除去する際には、エッチングストップ層１５との選択エッチングを行って、エッチングを確実に停止させる。
【００５２】
その後、ＭＯＣＶＤ法により第２回目の成長を行って、メサ部３１の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０を形成する。このときの成長は、ｎ−ＧａＡｓ層がＡｌ2Ｏ3膜上に生成しない条件で行う。
【００５３】
次に、この発光部１が設けられた第１の基板６と発光部２が設けられた第２の基板７とを以下のようにして接合する。
【００５４】
まず、各基板をＨ2ＳＯ4、Ｈ2Ｏ2及びＨ2Ｏの混合液で第１の基板６と第２の基板７の表面をエッチングし、フッ化水素酸処理を行い、次に水洗及び乾燥を行う。そして、図２（ｃ）に示すように、ストライプ方向を第１の基板６と第２の基板７とで同一の方向として第１の基板６と第２の基板とを重ね合わせる。このとき、オリエンテーションフラットを合わせることで位置のアライメントを行う。
【００５５】
次に、重ね合わせた２枚の基板をボート６１に搭載し、その上に２０ｇ／ｃｍ2のカーボンからなる重り６０を載せてＨ2雰囲気下、温度６００℃で３０分間放置する。これにより、ｎ−ＧａＡｓ基板６とｎ−ＧａＡｓ基板７とが原子レベルで結合し、図２（ｄ）に示すように、発光部１と発光部２とが基板側で接合されたウェハーが得られる。
【００５６】
次に、共通電極５０を形成するために、フォトリソグラフィ法によりｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２５、ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ＡｌＧａＡｓ活性層９及びｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層８の一部を除去する。
【００５７】
そして、図２（ｅ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８の表面、エッチングで露出したＧａＡｓ基板６上及びｎ−ＧａＡｓコンタクト１１上に各々電極３３、３４及び共通電極５０を形成する。
【００５８】
作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００５９】
本実施形態において、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５２ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が５０ｍＡであった。さらに、高温一定出力における通電テストを行って信頼性をテストしたところ、７０℃、５ｍＷの条件で約３０００時間のＭＴＴＦを得ることができた。
【００６０】
さらに、発光部１のみ及び発光部２のみを作製して電極を形成し、発振閾値を調べたところ、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５０ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が３８ｍＡであった。これらの結果から、直接結合を行うことにより、６５０ｎｍで発光する発光部２の閾値が約１２ｍＡ上昇することがわかる。
【００６１】
そこで、以下の実施形態２では、発光部２をＭＢＥ法により作製した例について説明する。
【００６２】
（実施形態２）
この実施形態２において、発光部１は実施形態１と同様に作製し、発光部２を以下のようにして作製する。なお、同じ機能を有する層には実施形態１と同じ番号を付して説明する。
【００６３】
ｎ型ＧａＡｓ基板７上に、ＭＢＥ法によりｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層４２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６及びｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を順次成長する。このときの成長温度は６００℃とし、ｐ型ドーパントとしてＢｅを用い、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる。
【００６４】
以降の作製方法は実施形態１と同様に行い、作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００６５】
本実施形態において、波長７８０ｎｍで発光する発光部１では閾値が５１ｍＡであり、波長６５０ｎｍで発光する発光部２では閾値が３９ｍＡであった。さらに、高温一定出力における通電テストを行って信頼性をテストしたところ、７０℃、５ｍＷの条件で約５０００時間のＭＴＴＦを得ることができた。
【００６６】
本実施形態２と実施形態１を比較すると、波長６５０ｎｍで発光する発光部２をＭＯＣＶＤ法で作製した場合、接合時の熱処理によって閾値電流（Ｉｔｈ）が上昇するのに対し、ＭＢＥ法で作製した場合にはその影響を受けないと考えられる。
【００６７】
波長６５０ｎｍで発光する発光部２をＭＯＣＶＤ法で作製した場合とＭＢＥ法で作製した場合の違いは、ｐ型ドーパントがＭＢＥ法ではＢｅであり、ＭＯＣＶＤ法ではＺｎであるという点である。
【００６８】
これは、Ｚｎの拡散係数に比べてＢｅの拡散係数が低いためと考えられる。すなわち、本実施形態の接合温度では、Ｚｎは半導体中で拡散してＩｔｈが上昇するのに対し、Ｂｅは拡散しないので単独の発光部で半導体レーザを作製した場合に比べてほぼ同様の閾値電流が得られる。
【００６９】
なお、上記実施形態１及び実施形態２では発光部１と発光部２の共通電極５０を作製するためにｎ−クラッド層８までエッチングしているが、ｎ側の半導体層までエッチングしてコンタクトを行えばよい。具体的には、ｎ−クラッド層１２からｎ−クラッド層８までの間のいずれかの部分でエッチングを停止し、電極を形成してコンタクトを行えばよい。
【００７０】
このように、共通電極を取り出すためにＧａＡｓ基板まで達するように発光部の一部をエッチング除去した場合には、ウェハー表面に凹凸が形成される。さらに、ウェハーが１００μｍ以下と薄いため、作製工程でウェハーが割れることがある。
【００７１】
そこで、以下の実施形態３では、共通電極を作製するために不純物拡散を行った例について説明する。
【００７２】
（実施形態３）
この実施形態３において、ＧａＡｓ基板６及びＧａＡｓ基板７上に各々発光部１及び発光部２を形成して基板側を接合させるまでは実施形態１及び実施形態２と同様に作製し、共通電極を以下のようにして作製してする。なお、同じ機能を有する層には実施形態１と同じ番号を付して説明する。
【００７３】
図３（ａ）に示すように発光部１及び発光部２を有する基板６、７で接合されたウェハーに対して、発光部１の隣接するストライプ状メサ部２４間の真ん中に選択イオン打ち込み法によりＺｎを打ち込む。このとき、加速電圧を調整して活性層９付近にＺｎが達するようにする。次に、選択イオン打ち込み法によりＳｉを打ち込む。このとき、ＳｉはＺｎよりも深い場所まで打ち込まれるようにする。各不純物を打ち込んだ後、Ｎ2雰囲気中でアニールを行う。このアニールにより不純物が拡散し、Ｚｎの方が拡散しやすいため、図３（ｂ）に示すようにＺｎが拡散されたｐ型不純物拡散領域１５２及びＳｉが拡散されたｎ型不純物拡散領域１５３が形成される。ここで、ｎ型不純物としてＳｉを用いたが、ｎ型となる不純物であれば他の不純物でも適用可能である。また、ｐ型不純物としてＺｎを用いたが、ｐ型となる不純物であれば他の不純物でも適用可能である。
【００７４】
次に、コンタクト層１８の表面全面に電極３３を形成し、不純物拡散を行った部分上に選択的に共通電極５０を形成し、コンタクト層１３の上及び不純物拡散が行われていない電流ブロック層２５上にわたって選択的に電極３４を形成する。共通電極５０及び電極３４を選択的に形成するためには、電極の不要な部分にフォトレジストを残し、その上から電極膜を形成してフォトレジスト上の部分を有機溶剤中で除去するリフトオフ法を用いることができる。
【００７５】
その後、作製したウェハーを分割してパッケージに装着し、半導体レーザ装置が完成する。
【００７６】
本実施形態の半導体レーザは、共通電極５１と電極３４との間に電流を流すことにより発光部１から発振し、共通電極５１と電極３３との間に電流を流すことにより発光部２から発振する。この半導体レーザはウェハー表面に凹凸が無く、作製工程でのウェハーの割れを防いで生産性を向上することができる。
【００７７】
なお、上記実施形態１〜実施形態３ではＧａＡｓ系の材料とＡｌＧａＩｎＰ系の材料について例を挙げたが、他の材料、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅ、ＧａＮ等の他の系の材料を用いてもよい。また、発光部１にＡｌＧａＡｓ系材料を用い、発光部２にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いているが、逆に発光部１にＡｌＧａＩｎＰ系材料を用い、発光部２にＡｌＧａＡｓ系材料を用いてもよい。さらに、成長方法もＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＯＭＢＥ法やＣＢＥ法等の方法を用いてもよい。発光部１、２において、ｐ−コンタクト層及び電流ブロック層の上に第２コンタクト層を形成してもよい。発光部の構造は、上記実施形態１〜実施形態３に示したものに限られず、従来実績のある種々の構造が適用可能である。
【００７８】
上記実施形態１〜実施形態３では接合を行う面をＧａＡｓ基板側としたが、発光部１の電流ブロック層２５と発光部２のＧａＡｓ基板７とを接合してもよい。その場合、各々の発光部分の距離は、ほぼ発光部２のＧａＡｓ基板７の厚みとなるので、発光スポットの距離を基板の厚さである約１００μｍとすることができる。又は、発光部２の電流ブロック層２０と発光部１のＧａＡｓ基板６とを接合してもよい。或いは、発光部１の電流ブロック層２５と発光部２の電流ブロック層２０とを接合してもよい。この場合、発光スポットの距離を約４μｍとすることができる。
【００７９】
さらに、上記実施形態１〜実施形態３の半導体レーザを組み込んだピックアップは、２重焦点のレンズを用いることにより、単一の行路で６５０ｎｍの光と７８０ｎｍの光を発生させることが可能となる。従って、現在流通しているＣＤ−Ｒを含めた全てのＤＶＤ及びＣＤ関連のディスクを読み出すことが可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、材料によって決まる発光波長を各発光部で任意に選択することが可能であり、各半導体層の成長も各々最適な温度で行うことができる。よって、２種類の波長の光を発生し、優れた初期特性及び信頼性を有する半導体レーザを得ることができる。
【００８１】
さらに、各発光部の発光スポットを数１０μｍから約１００μｍ以下の距離とすることができる。よって、ピックアップにおいて同一のレンズ系を用いて２つの異なる波長の光を用いることができる。
【００８２】
第１の発光部のダブルヘテロ接合にＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料を用い、第２の発光部のダブルヘテロ接合にＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料を用いることにより、６５０ｎｍ帯及び７８０帯の光を出射する半導体レーザが得られる。よって、この半導体レーザを使用した光ディスクピックアップにより、ＤＶＤ用ディスクのみでなく、ＣＤ用ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ用ディスク、さらにＣＤ−Ｒ用ディスクを読み出すことが可能であり、次世代の光ディスクであるＤＶＤを発展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体レーザの正面図である。
【図２】実施形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図３】実施形態３の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２ 発光部
３ リードワイヤー
６、７ ｎ−ＧａＡｓ基板
８ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
９ ＡｌＧａＡｓ活性層
１０、１２ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
１１ ｐ−ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層
１３、１８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１４、１６ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１５ ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１７ ｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層
２０、２５ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
２４、３１ メサ部
３３、３４ 電極
４１ 多重量子井戸活性層
４２、４３ ＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
６０ おもり
６１ ボート
Claims (2)
- 第１の半導体基板と、
該第１の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる第１の発光部と、
該第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に設けられた第１電流ブロック層と、
該第１電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第１メサ部と、
該第１電流ブロック層の表面から前記第１活性層に達するように拡散された第２導電型の第１不純物と、
該第１不純物よりも深く拡散された第１導電型の第２不純物と、
前記第１メサ部上、および、前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散された領域上にそれぞれ設けられた電極と、
前記第１の半導体基板に結合された第２の半導体基板と、
該第２の半導体基板上に設けられ、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有し、該ダブルヘテロ接合がＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の発光部と、
該第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に設けられた第２電流ブロック層と、
該第２電流ブロック層によって両側が挟まれており、コンタクト層を有する第２メサ部と、
前記第２メサ部上に設けられた電極と、
を備えた半導体レーザ。 - 請求項１に記載の半導体レーザを製造する方法であって、
前記第１の半導体基板上に、ＩｎＧａＰ系材料又はＩｎＧａＡｌＰ系材料によって、第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の第２クラッド層とで第１活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第１の発光部を形成する工程と、
前記第１の発光部に対して前記第１基板とは反対側に、コンタクト層を有する第１メサ部と、該第１メサ部を両側から挟む第１電流ブロック層とを形成する工程と、
前記第２の半導体基板上に、ＧａＡｓ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料によって、第１導電型の第３クラッド層と第２導電型の第４クラッド層とで第２活性層を挟んだダブルヘテロ接合を有する第２の発光部を形成する工程と、
前記第２の発光部に対して前記第２基板とは反対側に、コンタクト層を有する第２メサ部と、該第２メサ部を両側から挟むように第２電流ブロック層を形成する工程と、
前記第１および第２の発光部がそれぞれ形成された前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを重ね合わせ、熱処理によって接合する工程と、
前記第１電流ブロック層から、前記第１活性層に達するように、第２導電型の第１不純物を打ち込む工程と、
次いで、前記第１電流ブロック層から、前記第１不純物よりも深い場所に達するように第１導電型の第２不純物を打ち込む工程と、
次いで、前記第１不純物および前記第２不純物をアニールして前記第１不純物を前記第２不純物よりも広く拡散させる工程と、
その後に、前記第１メサ部上および前記第１電流ブロック層における前記第２不純物が拡散した領域上に電極をそれぞれ設けるとともに、前記第２メサ部上に電極を設ける工程と、
を含む半導体レーザの製造方法。
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