JP4146153B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一つの半導体基板上に複数の半導体レーザを形成できる半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクの普及が進み、その記録フォーマットも多岐にわたってきている。異なる規格の光ディスクを光学的に読み取る場合には、異なる規格のレーザが必要である。例えば、ＣＤ(コンパクトディスク)とＤＶＤ(ディジタル多用途ディスク)との２種類の光ディスクを読み取るためには、発光波長が７８０nm付近の赤外レーザと発光波長が６５０nm付近の赤色レーザとが必要である。
【０００３】
その場合に、ピックアップの小型化や低価格化のために、一つのパッケージで二つの波長のレーザ光を放射することができる半導体レーザ素子の出現が求められている。
【０００４】
また、光ディスク以外にも、レーザビームプリンタや記録再型の光ディスクにおいて、一つのパッケージで二つの波長のレーザ、あるいは、同じ波長でも低出力用と高出力用との二種類のレーザを放射することができる半導体レーザ素子の出現が求められている。さらには、同じ波長で同じ出力の２ビームレーザも考えられる。
【０００５】
これらの要望に応じるために、二つの半導体レーザを一つの半導体基板上に集積する技術が開発されている。ところが、単一の半導体基板上に二つの異なる特性のレーザを形成する場合は、一度の結晶成長では実現できないことが多い。そのために、単一の半導体基板上に複数回の結晶成長を行なう方法が用いられる。すなわち、先に、半導体基板上に一方のレーザ構造を結晶成長し、それに重ねて他方のレーザ構造を成長形成し、先に成長したレーザ構造上に後から形成されたレーザ構造を除去するのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の単一の半導体基板上に複数回の結晶成長を行なう半導体レーザ素子の製造方法には、以下のような問題がある。すなわち、半導体基板上に先に成長されたレーザ構造に重ねて他方のレーザ構造を成長形成する場合には、先に成長されたレーザ構造における電極コンタクトが十分に行うことができない。さらに、後から成長されたレーザ構造における電流電圧特性に異常が生じる等の問題が発生する。
【０００７】
具体的に説明すると、上記電極コンタクトを低抵抗で行なうために、コンタクト層は高いキャリア濃度で形成される。そして、このキャリア濃度を付与するために、上記コンタクト層を構成する結晶層の中には不純物が添加されている。したがって、上記コンタクト層が形成されているレーザ構造に重ねて他のレーザ構造の成長を行う際における高温の影響を受けて上記コンタクト層内から不純物が抜け、コンタクト層のキャリア濃度が低下して金属電極と半導体層とのコンタクト特性が悪化するのである。
【０００８】
さらに、上記コンタクト層から抜け出た不純物が上記他方のレーザを成長するために露出させた結晶表面に再付着し、その上から上記他方のレーザの結晶成長が行われることになる。そのために、所望しない不純物が混じった必要の無い層が形成されることになり、層の抵抗率や導電型に影響を与え、結果的に電流電圧特性に異常が現れるのである。
【０００９】
図５に、ＧaＡs基板１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザとＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとの二つの半導体レーザを成長する場合における素子断面を示している。先ず、図５(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層３,ＡlＧaＡsガイド層４,多重量子井戸活性層５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層７,ｐ型ＧaＡsコンタクト層(Ｚnを濃度５×１０18cm-3でドープ)８で成るＡlＧaＡs系半導体レーザ９が成長される。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ９の一部分がエッチングによってＧaＡs基板１が露出するまで除去される。
【００１０】
そして、次に、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れられる。そうすると、図５に模式的に示すように、炉内の高温によって最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層８から不純物Ｚnが蒸発し、露出したＧaＡs基板１上に再付着することになる。
【００１１】
そうした後に、図５(b)に示すように、全面にｎ型ＧaＡsバッファ層１１,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層１２,ＡlＧaＩnＰガイド層１３,多重量子井戸活性層１４,ＡlＧaＩnＰガイド層１５,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層１６,ｐ型ＧaＡsコンタクト層１７で成るＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８が成長される。
【００１２】
図６に、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ９側のｐ型ＧaＡsコンタクト層８における成長直後のキャリア濃度とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８成長後のキャリア濃度とを示す。図より、ＡlＧaＡs系半導体レーザ９形成直後に５×１０18cm-3であったキャリア濃度が、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８成長後には、最表面においては７×１０17cm-3にまで減少していることが分る。
【００１３】
また、図７に、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８の電流‐電圧曲線を示す。尚、このＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８と同じ組成のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを単体でＧaＡs基板上に成長した場合の電流‐電圧曲線をも合わせて示している。図７より、単体の場合には１.８２Ｖであった１００mＡでの駆動電圧が、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８の場合には０.１Ｖ増加して１.９２Ｖとなっている。これは、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８における最下層のＧaＡsバッファ層１１とＧaＡs基板１との界面に、ＧaＡs基板１と上記再付着した不純物Ｚnとが混じった層が形成され、内部抵抗が増加して発熱量が増えたことを意味する。このような場合には、長期駆動の際に信頼性の面で問題となるのである。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、単一の半導体基板上に複数の半導体レーザを順次成長させて良好な特性を有する半導体レーザ素子を形成できる半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体レーザ素子の製造方法では、半導体基板上に１回目の結晶成長によって第１半導体レーザ層を形成した後、この第１半導体レーザ層における最上のコンタクト層上にノンドープ半導体層を形成している。したがって、上記半導体基板上に、２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成するに先立って、上記第１半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いた領域を除去して半導体基板が露出された場合に、上記ノンドープ半導体層が上記コンタクト層の保護層として機能する。
【００１６】
その結果、上記２回目の結晶成長を行うために成長炉に入れた際に、炉内の高温による上記コンタクト層からの不純物の蒸発が防止される。したがって、上記コンタクト層のキャリア濃度が低下して、金属電極とのコンタクト特性が悪化することはない。
【００１７】
さらに、上記露出した半導体基板の表面に、上記コンタクト層から蒸発した不純物が再付着することはない。したがって、上記露出した半導体基板上に２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成する際に、上記第２半導体レーザ層の最下層と半導体基板との界面に、上記半導体基板と上記再付着した不純物との混じった層が形成されることはない。こうして、長期駆動の際における信頼性が向上されるのである。
【００１８】
また、１実施例では、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層とノンドープ半導体層との間に、上記コンタクト層およびノンドープ半導体層とは結晶組成が異なる半導体層を形成して、上記結晶組成が異なる半導体層を選択エッチングで除去する際に上記コンタクト層をエッチング停止層として機能させるようにしている。したがって、上記第２半導体レーザ層を形成した後に、上記コンタクト層を露出させる際に、上記コンタクト層に対して選択性のあるエッチャントを用いて上記結晶組成が異なる半導体層をエッチング除去することによって、確実に上記コンタクト層の表面でエッチングが停止される。したがって、上記コンタクト層の厚みが厳密に制御されて、所定のコンタクト特性が得られる。
【００１９】
また、１実施例では、上記半導体基板はＧ a Ａ s 基板であり、上記第１半導体レーザ層はＡ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層はＧ a Ａ s 系のコンタクト層であり、上記ノンドープ半導体層はＧ a Ａ s 系のノンドープ半導体層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層とノンドープ半導体層との間に、上記結晶組成が異なる半導体層としてＡlＧaＡs系の半導体層が形成される。したがって、エッチングによって上記結晶組成が異なる半導体層を除去する際に、上記ＧaＡs系のコンタクト層に対して選択性のあるＨＦ系あるいは塩酸系のエッチャントを用いることによって、上記ＧaＡs系のコンタクト層の厚みが厳密に制御される。
【００２０】
また、１実施例では、上記半導体基板はＧ a Ａ s 基板であり、上記第１半導体レーザ層はＡ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層はＧ a Ａ s 系のコンタクト層であり、上記ノンドープ半導体層としてＧaＡs系の半導体層が形成される。したがって、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層と上記ノンドープ半導体層とを成膜する際に、導入する材料ガスを切り換えることなくドーパントガスのオンとオフとを切り換えるだけでよく、同一の成膜装置で成膜することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
図１及び図２は、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面を示す。先ず、図１(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板２１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３,ＡlＧaＡsガイド層２４,多重量子井戸活性層２５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層２６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層２７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層２８がＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)によって順次成長されて、上記第１半導体レーザ層の一例としてのＡlＧaＡs系半導体レーザ２９が形成される。その場合、最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＺnがドープされている。
【００２２】
さらに、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８上に、上記ノンドープ半導体層の一例としてのノンドープＧaＡs保護層３０を０.２μmの膜厚で成長させる。こうして、１回目の結晶成長が行われる。
【００２３】
次に、図１(b)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９の一部の領域がエッチングによって除去されて、ｎ型ＧaＡs基板２１が露出される。具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＦ系または塩酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３をエッチング除去する。以上のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないため、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板２１を露出させるのである。
【００２４】
この場合に、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上に残ったＡlＧaＡs系半導体レーザ２９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８の上には、ノンドープＧaＡs保護層３０が成長されている。したがって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発が防止される。さらに、ノンドープＧaＡs保護層３０にはドーパントが含まれてはいない。その結果、露出したＧaＡs基板２１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から蒸発した不純物Ｚn等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００２５】
次に、図１(c)に示すように、全面に、ｎ型ＧaＡsバッファ層３１,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２,ＡlＧaＩnＰガイド層３３,多重量子井戸活性層３４，ＡlＧaＩnＰガイド層３５,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３６およびｐ型ＧaＡsコンタクト層３７がＭＯＣＶＤによって順次成長されて、上記第２半導体レーザ層の一例としてのＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８が形成される。こうして、２回目の結晶成長が行われる。尚、図１(c)においては、ＧaＡs基板２１上に成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８とＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上に成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８との境界で、各層が直角に折れ曲がって垂直に延在するように描かれているが、実際にはなだらかな曲線を描くように形成される。
【００２６】
次に、図２(d)に示すように、後に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８における先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上に重なって形成されている領域と、ノンドープＧaＡs保護層３０とを、エッチングによって除去する。
【００２７】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２に届くまでエッチングを行なう。次に、塩酸系あるいはリン酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２をｎ型ＧaＡsバッファ層３１までエッチングする。この場合、選択性のあるエッチャントを用いているため、エッチングはｎ型ＧaＡsバッファ層３１上で停止する。引き続いて、硫酸系エッチャントあるいはＮＨ3系エッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層３１およびノンドープＧaＡs保護層３０をエッチング除去して、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８を露出させる。
【００２８】
さらに、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上におけるＡlＧaＡs系半導体レーザ２９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８との境界部分が除去されて、図２(e)に示すように、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８とが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００２９】
そうした後、図２(f)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８およびｐ型ＡlＧaＡsクラッド層２７の途中までを、中央部を紙面に垂直方向に所定幅だけ残してエッチング除去して、上記中央部にストライプ状のリッジ部を形成する。同時に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のｐ型ＧaＡsコンタクト層３７およびｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３６の途中までをエッチング除去して、中央部にストライプ状のリッジ部を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のリッジ部上とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のリッジ部上とに、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極３９,４０を形成する。さらに、ｎ型ＧaＡs基板２１の表面にｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極４１を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００３０】
こうして形成された半導体レーザ素子は、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発はない。したがって、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８の表面キャリア濃度は５×１０18cm-3を維持しており、良好な電極コンタクトが得られる。さらに、ｎ型ＧaＡs基板２１への不純物Ｚnの再付着もない。したがって、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８におけるＩ‐Ｖ特性は、単体で成長された同じ組成のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザと変わりはない。
【００３１】
上述のように、本実施の形態においては、ｎ型ＧaＡs基板２１上にＡlＧaＡs系半導体レーザ２９を形成した後に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９における最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８上に、ノンドープＧaＡs保護層３０を形成している。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９の一部の領域をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板２１を露出させた後に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合、炉内の高温によってｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から不純物Ｚnが蒸発することを防止できる。したがって、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８のキャリア濃度が低下して、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極３９とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができるである。
【００３２】
さらに、上記露出したＧaＡs基板２１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から蒸発した不純物Ｚnが再付着することが防止される。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９が除去された領域のＧaＡs基板２１上に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を形成した際に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８における最下層のｎ型ＧaＡsバッファ層３１とＧaＡs基板２１との界面に、ＧaＡs基板２１に上記再付着した不純物Ｚnが混じった層が形成されることがない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００３３】
その際に、上記ノンドープＧaＡs保護層３０の膜厚を０.２μmとしている。したがって、上記成長炉内の高温によるＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発を確実に防止できると共に、ＧaＡsコンタクト層２８を露出させる際には簡単にエッチング除去することができる。
【００３４】
尚、上記第１実施の形態においては、上記ノンドープＧaＡs保護層３０の膜厚を０.２μmとしているが、これに限定されるものではない。要は、２回目の結晶成長によってＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を成長させる前の高温で蒸発してしまわないような膜厚であれば良く、０.２μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には２μm以下が妥当である。
【００３５】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態は、ＡlＧaＡs系半導体レーザとＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとの二つの発光部を有する半導体レーザ素子の上記第１実施の形態とは異なる製造方法に関する。
【００３６】
図３及び図４は、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面を示す。先ず、図３(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板５１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３,ＡlＧaＡsガイド層５４,多重量子井戸活性層５５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層５６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層５７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層５８がＭＯＣＶＤによって順次成長されてＡlＧaＡs系半導体レーザ５９が形成される。その場合、最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＺnがドープされている。
【００３７】
さらに、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８上には、上記コンタクト層およびノンドープ半導体層とは結晶組成が異なる半導体層の一例としての膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０と、膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層６１とを成長させる。こうして、１回目の結晶成長が行われる。
【００３８】
次に、図３(b)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の一部の領域がエッチングによって除去されて、ｎ型ＧaＡs基板５１が露出される。具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＦ系または塩酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３をエッチング除去する。以上のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないために、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２の表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板５１を露出させるのである。
【００３９】
この場合に、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上に残ったＡlＧaＡs系半導体レーザ５９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８の上には、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０およびノンドープＧaＡs保護層６１が成長されている。したがって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８からの不純物Ｚnの蒸発が防止される。さらに、ノンドープＧaＡs保護層６１にはドーパントが含まれていない。その結果、露出したＧaＡs基板５１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から蒸発した不純物Ｚn等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００４０】
次に、図３(c)に示すように、全面に、ｎ型ＧaＡsバッファ層６２,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３,ＡlＧaＩnＰガイド層６４,多重量子井戸活性層６５，ＡlＧaＩnＰガイド層６６,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層６８がＭＯＣＶＤによって順次成長されてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９が形成される。こうして、２回目の結晶成長が行われる。
【００４１】
次に、図４(d)に示すように、後に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９における先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ５９上に重なって形成されている領域と、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０及びノンドープＧaＡs保護層６１とを、エッチングによって除去する。
【００４２】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３に届くまでエッチングを行なう。次に、塩酸系あるいはリン酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３をｎ型ＧaＡsバッファ層６２までエッチングする。この場合、選択性のあるエッチャントを用いているため、エッチングはｎ型ＧaＡsバッファ層６２上で停止する。引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層６２及びノンドープＧaＡs保護層６１をエッチング除去する。この場合、硫酸系あるいはＮＨ3系エッチャントを使用するために、エッチングはノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０が露出した時点で停止する。続いて、ＨＦ系あるいは塩酸系エッチャントによって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を除去する。こうして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８を露出させる。
【００４３】
さらに、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上におけるＡlＧaＡs系半導体レーザ５９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９との境界部分が除去されて、図４(e)に示すように、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９とが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００４４】
そうした後、図４(f)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８およびｐ型ＡlＧaＡsクラッド層５７の途中までをエッチング除去して、第１実施の形態の場合と同様にリッジ部を形成する。同時に、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のｐ型ＧaＡsコンタクト層６８およびｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６７の途中までをエッチング除去してリッジ部を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のリッジ部上とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のリッジ部上とに、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極７０,７１を形成する。さらに、ｎ型ＧaＡs基板５１の表面にｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極７２を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００４５】
上述したように、本実施の形態においては、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上にＡlＧaＡs系半導体レーザ５９を形成した後、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９における最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８上に、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層６１を形成している。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の一部の領域をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板５１を露出させた後に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合、炉内の高温によってｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から不純物Ｚnが蒸発するのを防止することができる。そのために、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８のキャリア濃度が低下して、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極７０とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができるのである。
【００４６】
さらに、上記露出したｎ型ＧaＡs基板５１の表面に、上記ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から蒸発した不純物Ｚnが再付着することが無くなる。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９が除去された領域のＧaＡs基板５１上にＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９を形成した際に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９における最下層のｎ型ＧaＡsバッファ層６２とＧaＡs基板５１との界面に、ＧaＡs基板５１と上記再付着した不純物Ｚnとの混じった層が形成されることはない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の最上層であるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８と同じＧaＡs系のノンドープＧaＡs保護層６１との間に、異なる組成であるＡlＧaＡs系のノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を設けている。したがって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を除去する場合に、ＧaＡs層に対して選択性のあるＨＦ系あるいは塩酸系エッチャントを用いることによって、エッチングをｐ型ＧaＡsコンタクト層５８が露出した時点で停止させることができる。すなわち、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８の厚みを厳密に制御することができ、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【００４８】
その際に、上記ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０の膜厚を０.１μmとしている。したがって、ノンドープＧaＡs保護層６１をエッチング除去する際に上記エッチングを確実に停止することができると共に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のＧaＡsコンタクト層５８を露出させる際には簡単にエッチング除去することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態においても、上記ノンドープＧaＡs保護層６１の膜厚を０.２μmとしているが、上記第１実施の形態の場合と同様に０.２μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には２μm以下が妥当である。さらに、本実施の形態においては、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０の膜厚を０.１μmとしているが、これに限定されるものではない。要は、例えばＮＨ3系エッチャントによってノンドープＧaＡs保護層６１をエッチングしてノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０に到達した際に、上記エッチングを確実に停止できる膜厚であれば良く、０.１μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には１μm以下が妥当である。
【００５０】
＜第３実施の形態＞
本実施の形態は、ＧaＡs基板上に、１回目の結晶成長としてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長し、２回目の結晶成長としてＡlＧaＡs系半導体レーザを成長する。その際に、１回目の結晶成長による半導体レーザと２回目の結晶成長による半導体レーザとの導電型を上記第２実施の形態の場合とは逆にし、１回目の結晶成長を上記第２実施の形態のＭＯＣＶＤからＭＢＥ(分子線エピタキシー)法に変えたものである。以下、簡単に説明する。
【００５１】
先ず、ｐ型ＧaＡs基板上に、図３(c)の場合と同様(但し導電型は逆)にして、ＡlＧaＩnＰ半導体レーザをＭＢＥ法によって成長させる。その場合、最上層のｎ型ＧaＡsコンタクト層には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＳiをドープしておく。そして、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層の上に、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層を成長させる。
【００５２】
次に、上記ｐ型ＧaＡs基板上に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの一部の領域をエッチングによって除去して、ｐ型ＧaＡs基板を露出させる。具体的には、先ず、ＳＢＷ(飽和臭素水)系エッチャントによって、ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＣl系エッチャントによって、残りのｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層をエッチング除去する。この場合、ＨＣl系のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないため、ｐ型ＧaＡsバッファ層の表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、ＮＨ3系あるいは硫酸系のエッチャントによって、ｐ型ＧaＡsバッファ層をエッチング除去してｐ型ＧaＡs基板を露出させるのである。
【００５３】
この場合に、上記ｐ型ＧaＡs基板上に残ったＡlＧaＩnＰ系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層の上には、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層およびノンドープＧaＡs保護層が成長されている。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｎ型ＧaＡsコンタクト層からの不純物Ｓiの蒸発が防止される。さらに、上記ノンドープＧaＡs保護層にはドーパントが含まれていない。その結果、露出したｐ型ＧaＡs基板上に、ｎ型ＧaＡsコンタクト層から蒸発した不純物Ｓi等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００５４】
次に、図３(a)の場合と同様(但し導電型は逆)にして、全面に、ＡlＧaＡs系レーザをＭＯＣＶＤ法によって成長させる。こうして、２回目の結晶成長が行われる。
【００５５】
次に、後に形成された上記ＡlＧaＡs系半導体レーザにおける先に形成された上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ上に重なって形成されている領域と、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層およびノンドープＧaＡs保護層とを、エッチングによって除去する。
【００５６】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、後に形成された上記ＡlＧaＡs系半導体レーザのｐ型ＡlＧaＡsクラッド層に届くまでエッチングを行なう。こうして、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層,上部のｎ型ＡlＧaＡsクラッド層,ＡlＧaＡs系活性層及び上記活性層を挟んでＡlＧaＡsガイド層が存在する場合にはその層が除去されるのである。引き続いて、ＨＦ系あるいは塩酸系のエッチャントによって、ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層をｐ型ＧaＡsバッファ層までエッチングする。続いて、ＮＨ3系のエッチャントによって、ｐ型ＧaＡsバッファ層及びノンドープＧaＡs保護層をエッチング除去する。この場合、ＮＨ3系エッチャントを使用するために、エッチングはノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層が露出した時点で停止する。そこで、続いて、ＨＦ系エッチャントによって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を除去する。こうして、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザのｎ型ＧaＡsコンタクト層を露出させるのである。
【００５７】
さらに、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとの境界部分が除去されて、上記ｐ型ＧaＡs基板上に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００５８】
そうした後、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとにリッジ部を形成し、この両リッジ部上にｎ型電極を形成する。さらに、ｐ型ＧaＡs基板の表面にｐ型電極を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００５９】
上述したように、本実施の形態においては、上記ｐ型ＧaＡs基板の上にＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを形成した後、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層を形成している。したがって、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの一部の領域をエッチング除去してｐ型ＧaＡs基板を露出させた後に、ＡlＧaＡs系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合に、炉内の高温によってｎ型ＧaＡsコンタクト層からの不純物Ｓiの蒸発が防止される。そのために、ｎ型ＧaＡsコンタクト層のキャリア濃度が低下して、ｎ型電極とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができる。
【００６０】
尚、本実施の形態においても、上記ノンドープＧaＡs保護層の膜厚を０.２μmとしているが、上記各実施の形態の場合と同様に０.２μm以上であれば良い。また、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層の膜厚を０.１μmとしているが、上記第２実施の形態の場合と同様に０.１μm以上であれば良い。
【００６１】
さらに、上記露出したｐ型ＧaＡs基板の表面に、ｎ型ＧaＡsコンタクト層から蒸発した不純物Ｓiが再付着することが無くなる。したがって、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザを形成した際に、ｐ型ＧaＡs基板との界面に上記再付着した不純物Ｓiとｐ型ＧaＡs基板との混じった層が形成されることがない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００６２】
さらに、本実施の形態においては、上記第２実施の形態の場合と同様に、上記ｎ型ＧaＡsコンタクト層と同じＧaＡs系のノンドープＧaＡs保護層との間に、異なる組成であるＡlＧaＡs系のノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を設けている。したがって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を除去する場合には、ＧaＡs層に対して選択性のあるエッチャントを用いることによって、エッチングを確実にｎ型ＧaＡsコンタクト層が露出した時点で停止させることができる。すなわち、ｎ型ＧaＡsコンタクト層の厚みを厳密に制御することができ、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【００６３】
尚、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、成長方法や結晶組成や導電型等は種々組み合わせても一向に差し支えない。その場合、上記ノンドープ保護層およびエッチング停止層の結晶組成は、先に形成される上記第１半導体レーザ層のコンタクト層の結晶組成に応じて夫々の機能を効果的に発揮できるように設定すればよい。
【００６４】
また、上記各実施の形態においては、同一の半導体基板上に２つの半導体レーザ層を形成する場合を例に説明したが、各実施の形態において説明した工程を組み合せ繰り返して、同一の半導体基板上に３つ以上の半導体レーザ層を形成することも可能である。例えば、図１(c)においてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を成長させる際に、さらにＧaＡsコンタクト層３７上にノンドープＧaＡs保護層を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を除去する際には、ノンドープＧaＡs保護層３０は残しておく。以後、２回目に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を１回目に形成された半導体レーザ層と見なして、図１(b)〜図２(f)を行えば、同一ｎ型ＧaＡs基板２１上に３つの半導体レーザ層を形成することができるのである。
【００６５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の複数の発光領域を有する半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に１回目の結晶成長によって第１半導体レーザ層を形成した後にノンドープ半導体層を形成するので、２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成するに先立って、上記第１半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いて除去して上記半導体基板を露出させた場合に、上記コンタクト層をノンドープ半導体層によって保護することができる。したがって、上記２回目の結晶成長を行うために成長炉に入れた際に、炉内の高温によって上記コンタクト層から不純物が蒸発するのを防止することができる。すなわち、この発明によれば、上記コンタクト層のキャリア濃度が低下して、金属電極とのコンタクト特性が悪化することを防止できるのである。
【００６６】
さらに、上記露出した半導体基板の表面に、上記コンタクト層から蒸発した不純物が再付着することも防止できる。したがって、上記露出した半導体基板上に形成される上記第２半導体レーザ層の最下層と半導体基板との界面に、上記半導体基板と上記再付着した不純物との混じった層が形成されることはなく、長期駆動の際における信頼性を向上できる。
【００６７】
また、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層上に結晶組成が異なる半導体層を形成し、この結晶組成が異なる半導体層上に上記ノンドープ半導体層を形成することが好ましい。その場合には、上記コンタクト層を露出させる際に、上記コンタクト層に対して選択性のあるエッチャントを用いて上記結晶組成が異なる半導体層をエッチング除去することによって、確実に上記コンタクト層の表面でエッチングを停止して上記コンタクト層の層厚を厳密に制御することができる。したがって、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である。
【図２】 図１に続く各製造工程における断面図である。
【図３】 図１および図２とは異なる半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である。
【図４】 図３に続く各製造工程における断面図である。
【図５】 基板上に二つの半導体レーザを従来の方法によって成長する場合の素子断面図である。
【図６】 先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ側のｐ型ＧaＡsコンタクト層における成長直後のキャリア濃度とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ成長後のキャリア濃度とを示す図である。
【図７】 後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの電流‐電圧曲線を示す図である。
【符号の説明】
２１,５１…ｎ型ＧaＡs基板、
２２,３１,５２,６２…ｎ型ＧaＡsバッファ層、
２３,５３…ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層、
２４,５４…ＡlＧaＡsガイド層、
２５,３４,５５,６５…多重量子井戸活性層、
２６,５６…ｐ型ＡlＧaＡsガイド層、
２７,５７…ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層、
２８,３７,５８,６８…ｐ型ＧaＡsコンタクト層、
２９,５９…ＡlＧaＡs系半導体レーザ、
３０,６１…ノンドープＧaＡs保護層、
３２,６３…ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層、
３３,３５,６４,６６…ＡlＧaＩnＰガイド層、
３６,６７…ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層、
３８,６９…ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ、
３９,４０,７０,７１…ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極、
４１,７２…ｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極、
６０…ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層。
【発明の属する技術分野】
この発明は、一つの半導体基板上に複数の半導体レーザを形成できる半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクの普及が進み、その記録フォーマットも多岐にわたってきている。異なる規格の光ディスクを光学的に読み取る場合には、異なる規格のレーザが必要である。例えば、ＣＤ(コンパクトディスク)とＤＶＤ(ディジタル多用途ディスク)との２種類の光ディスクを読み取るためには、発光波長が７８０nm付近の赤外レーザと発光波長が６５０nm付近の赤色レーザとが必要である。
【０００３】
その場合に、ピックアップの小型化や低価格化のために、一つのパッケージで二つの波長のレーザ光を放射することができる半導体レーザ素子の出現が求められている。
【０００４】
また、光ディスク以外にも、レーザビームプリンタや記録再型の光ディスクにおいて、一つのパッケージで二つの波長のレーザ、あるいは、同じ波長でも低出力用と高出力用との二種類のレーザを放射することができる半導体レーザ素子の出現が求められている。さらには、同じ波長で同じ出力の２ビームレーザも考えられる。
【０００５】
これらの要望に応じるために、二つの半導体レーザを一つの半導体基板上に集積する技術が開発されている。ところが、単一の半導体基板上に二つの異なる特性のレーザを形成する場合は、一度の結晶成長では実現できないことが多い。そのために、単一の半導体基板上に複数回の結晶成長を行なう方法が用いられる。すなわち、先に、半導体基板上に一方のレーザ構造を結晶成長し、それに重ねて他方のレーザ構造を成長形成し、先に成長したレーザ構造上に後から形成されたレーザ構造を除去するのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の単一の半導体基板上に複数回の結晶成長を行なう半導体レーザ素子の製造方法には、以下のような問題がある。すなわち、半導体基板上に先に成長されたレーザ構造に重ねて他方のレーザ構造を成長形成する場合には、先に成長されたレーザ構造における電極コンタクトが十分に行うことができない。さらに、後から成長されたレーザ構造における電流電圧特性に異常が生じる等の問題が発生する。
【０００７】
具体的に説明すると、上記電極コンタクトを低抵抗で行なうために、コンタクト層は高いキャリア濃度で形成される。そして、このキャリア濃度を付与するために、上記コンタクト層を構成する結晶層の中には不純物が添加されている。したがって、上記コンタクト層が形成されているレーザ構造に重ねて他のレーザ構造の成長を行う際における高温の影響を受けて上記コンタクト層内から不純物が抜け、コンタクト層のキャリア濃度が低下して金属電極と半導体層とのコンタクト特性が悪化するのである。
【０００８】
さらに、上記コンタクト層から抜け出た不純物が上記他方のレーザを成長するために露出させた結晶表面に再付着し、その上から上記他方のレーザの結晶成長が行われることになる。そのために、所望しない不純物が混じった必要の無い層が形成されることになり、層の抵抗率や導電型に影響を与え、結果的に電流電圧特性に異常が現れるのである。
【０００９】
図５に、ＧaＡs基板１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザとＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとの二つの半導体レーザを成長する場合における素子断面を示している。先ず、図５(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層３,ＡlＧaＡsガイド層４,多重量子井戸活性層５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層７,ｐ型ＧaＡsコンタクト層(Ｚnを濃度５×１０18cm-3でドープ)８で成るＡlＧaＡs系半導体レーザ９が成長される。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ９の一部分がエッチングによってＧaＡs基板１が露出するまで除去される。
【００１０】
そして、次に、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れられる。そうすると、図５に模式的に示すように、炉内の高温によって最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層８から不純物Ｚnが蒸発し、露出したＧaＡs基板１上に再付着することになる。
【００１１】
そうした後に、図５(b)に示すように、全面にｎ型ＧaＡsバッファ層１１,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層１２,ＡlＧaＩnＰガイド層１３,多重量子井戸活性層１４,ＡlＧaＩnＰガイド層１５,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層１６,ｐ型ＧaＡsコンタクト層１７で成るＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８が成長される。
【００１２】
図６に、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ９側のｐ型ＧaＡsコンタクト層８における成長直後のキャリア濃度とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８成長後のキャリア濃度とを示す。図より、ＡlＧaＡs系半導体レーザ９形成直後に５×１０18cm-3であったキャリア濃度が、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８成長後には、最表面においては７×１０17cm-3にまで減少していることが分る。
【００１３】
また、図７に、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８の電流‐電圧曲線を示す。尚、このＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８と同じ組成のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを単体でＧaＡs基板上に成長した場合の電流‐電圧曲線をも合わせて示している。図７より、単体の場合には１.８２Ｖであった１００mＡでの駆動電圧が、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８の場合には０.１Ｖ増加して１.９２Ｖとなっている。これは、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ１８における最下層のＧaＡsバッファ層１１とＧaＡs基板１との界面に、ＧaＡs基板１と上記再付着した不純物Ｚnとが混じった層が形成され、内部抵抗が増加して発熱量が増えたことを意味する。このような場合には、長期駆動の際に信頼性の面で問題となるのである。
【００１４】
そこで、この発明の目的は、単一の半導体基板上に複数の半導体レーザを順次成長させて良好な特性を有する半導体レーザ素子を形成できる半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の半導体レーザ素子の製造方法では、半導体基板上に１回目の結晶成長によって第１半導体レーザ層を形成した後、この第１半導体レーザ層における最上のコンタクト層上にノンドープ半導体層を形成している。したがって、上記半導体基板上に、２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成するに先立って、上記第１半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いた領域を除去して半導体基板が露出された場合に、上記ノンドープ半導体層が上記コンタクト層の保護層として機能する。
【００１６】
その結果、上記２回目の結晶成長を行うために成長炉に入れた際に、炉内の高温による上記コンタクト層からの不純物の蒸発が防止される。したがって、上記コンタクト層のキャリア濃度が低下して、金属電極とのコンタクト特性が悪化することはない。
【００１７】
さらに、上記露出した半導体基板の表面に、上記コンタクト層から蒸発した不純物が再付着することはない。したがって、上記露出した半導体基板上に２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成する際に、上記第２半導体レーザ層の最下層と半導体基板との界面に、上記半導体基板と上記再付着した不純物との混じった層が形成されることはない。こうして、長期駆動の際における信頼性が向上されるのである。
【００１８】
また、１実施例では、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層とノンドープ半導体層との間に、上記コンタクト層およびノンドープ半導体層とは結晶組成が異なる半導体層を形成して、上記結晶組成が異なる半導体層を選択エッチングで除去する際に上記コンタクト層をエッチング停止層として機能させるようにしている。したがって、上記第２半導体レーザ層を形成した後に、上記コンタクト層を露出させる際に、上記コンタクト層に対して選択性のあるエッチャントを用いて上記結晶組成が異なる半導体層をエッチング除去することによって、確実に上記コンタクト層の表面でエッチングが停止される。したがって、上記コンタクト層の厚みが厳密に制御されて、所定のコンタクト特性が得られる。
【００１９】
また、１実施例では、上記半導体基板はＧ a Ａ s 基板であり、上記第１半導体レーザ層はＡ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層はＧ a Ａ s 系のコンタクト層であり、上記ノンドープ半導体層はＧ a Ａ s 系のノンドープ半導体層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層とノンドープ半導体層との間に、上記結晶組成が異なる半導体層としてＡlＧaＡs系の半導体層が形成される。したがって、エッチングによって上記結晶組成が異なる半導体層を除去する際に、上記ＧaＡs系のコンタクト層に対して選択性のあるＨＦ系あるいは塩酸系のエッチャントを用いることによって、上記ＧaＡs系のコンタクト層の厚みが厳密に制御される。
【００２０】
また、１実施例では、上記半導体基板はＧ a Ａ s 基板であり、上記第１半導体レーザ層はＡ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層はＧ a Ａ s 系のコンタクト層であり、上記ノンドープ半導体層としてＧaＡs系の半導体層が形成される。したがって、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層と上記ノンドープ半導体層とを成膜する際に、導入する材料ガスを切り換えることなくドーパントガスのオンとオフとを切り換えるだけでよく、同一の成膜装置で成膜することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
図１及び図２は、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面を示す。先ず、図１(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板２１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３,ＡlＧaＡsガイド層２４,多重量子井戸活性層２５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層２６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層２７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層２８がＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)によって順次成長されて、上記第１半導体レーザ層の一例としてのＡlＧaＡs系半導体レーザ２９が形成される。その場合、最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＺnがドープされている。
【００２２】
さらに、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８上に、上記ノンドープ半導体層の一例としてのノンドープＧaＡs保護層３０を０.２μmの膜厚で成長させる。こうして、１回目の結晶成長が行われる。
【００２３】
次に、図１(b)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９の一部の領域がエッチングによって除去されて、ｎ型ＧaＡs基板２１が露出される。具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＦ系または塩酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＡsクラッド層２３をエッチング除去する。以上のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないため、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層２２をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板２１を露出させるのである。
【００２４】
この場合に、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上に残ったＡlＧaＡs系半導体レーザ２９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８の上には、ノンドープＧaＡs保護層３０が成長されている。したがって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発が防止される。さらに、ノンドープＧaＡs保護層３０にはドーパントが含まれてはいない。その結果、露出したＧaＡs基板２１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から蒸発した不純物Ｚn等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００２５】
次に、図１(c)に示すように、全面に、ｎ型ＧaＡsバッファ層３１,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２,ＡlＧaＩnＰガイド層３３,多重量子井戸活性層３４，ＡlＧaＩnＰガイド層３５,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３６およびｐ型ＧaＡsコンタクト層３７がＭＯＣＶＤによって順次成長されて、上記第２半導体レーザ層の一例としてのＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８が形成される。こうして、２回目の結晶成長が行われる。尚、図１(c)においては、ＧaＡs基板２１上に成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８とＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上に成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８との境界で、各層が直角に折れ曲がって垂直に延在するように描かれているが、実際にはなだらかな曲線を描くように形成される。
【００２６】
次に、図２(d)に示すように、後に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８における先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上に重なって形成されている領域と、ノンドープＧaＡs保護層３０とを、エッチングによって除去する。
【００２７】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２に届くまでエッチングを行なう。次に、塩酸系あるいはリン酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３２をｎ型ＧaＡsバッファ層３１までエッチングする。この場合、選択性のあるエッチャントを用いているため、エッチングはｎ型ＧaＡsバッファ層３１上で停止する。引き続いて、硫酸系エッチャントあるいはＮＨ3系エッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層３１およびノンドープＧaＡs保護層３０をエッチング除去して、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８を露出させる。
【００２８】
さらに、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上におけるＡlＧaＡs系半導体レーザ２９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８との境界部分が除去されて、図２(e)に示すように、上記ｎ型ＧaＡs基板２１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８とが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００２９】
そうした後、図２(f)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８およびｐ型ＡlＧaＡsクラッド層２７の途中までを、中央部を紙面に垂直方向に所定幅だけ残してエッチング除去して、上記中央部にストライプ状のリッジ部を形成する。同時に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のｐ型ＧaＡsコンタクト層３７およびｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層３６の途中までをエッチング除去して、中央部にストライプ状のリッジ部を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のリッジ部上とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８のリッジ部上とに、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極３９,４０を形成する。さらに、ｎ型ＧaＡs基板２１の表面にｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極４１を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００３０】
こうして形成された半導体レーザ素子は、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発はない。したがって、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８の表面キャリア濃度は５×１０18cm-3を維持しており、良好な電極コンタクトが得られる。さらに、ｎ型ＧaＡs基板２１への不純物Ｚnの再付着もない。したがって、後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８におけるＩ‐Ｖ特性は、単体で成長された同じ組成のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザと変わりはない。
【００３１】
上述のように、本実施の形態においては、ｎ型ＧaＡs基板２１上にＡlＧaＡs系半導体レーザ２９を形成した後に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９における最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層２８上に、ノンドープＧaＡs保護層３０を形成している。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９の一部の領域をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板２１を露出させた後に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合、炉内の高温によってｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から不純物Ｚnが蒸発することを防止できる。したがって、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８のキャリア濃度が低下して、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極３９とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができるである。
【００３２】
さらに、上記露出したＧaＡs基板２１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層２８から蒸発した不純物Ｚnが再付着することが防止される。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９が除去された領域のＧaＡs基板２１上に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を形成した際に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８における最下層のｎ型ＧaＡsバッファ層３１とＧaＡs基板２１との界面に、ＧaＡs基板２１に上記再付着した不純物Ｚnが混じった層が形成されることがない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００３３】
その際に、上記ノンドープＧaＡs保護層３０の膜厚を０.２μmとしている。したがって、上記成長炉内の高温によるＡlＧaＡs系半導体レーザ２９のＧaＡsコンタクト層２８からの不純物Ｚnの蒸発を確実に防止できると共に、ＧaＡsコンタクト層２８を露出させる際には簡単にエッチング除去することができる。
【００３４】
尚、上記第１実施の形態においては、上記ノンドープＧaＡs保護層３０の膜厚を０.２μmとしているが、これに限定されるものではない。要は、２回目の結晶成長によってＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を成長させる前の高温で蒸発してしまわないような膜厚であれば良く、０.２μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には２μm以下が妥当である。
【００３５】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態は、ＡlＧaＡs系半導体レーザとＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとの二つの発光部を有する半導体レーザ素子の上記第１実施の形態とは異なる製造方法に関する。
【００３６】
図３及び図４は、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面を示す。先ず、図３(a)に示すように、ｎ型ＧaＡs基板５１上に、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２,ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３,ＡlＧaＡsガイド層５４,多重量子井戸活性層５５,ｐ型ＡlＧaＡsガイド層５６,ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層５７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層５８がＭＯＣＶＤによって順次成長されてＡlＧaＡs系半導体レーザ５９が形成される。その場合、最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＺnがドープされている。
【００３７】
さらに、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８上には、上記コンタクト層およびノンドープ半導体層とは結晶組成が異なる半導体層の一例としての膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０と、膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層６１とを成長させる。こうして、１回目の結晶成長が行われる。
【００３８】
次に、図３(b)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の一部の領域がエッチングによって除去されて、ｎ型ＧaＡs基板５１が露出される。具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＦ系または塩酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＡsクラッド層５３をエッチング除去する。以上のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないために、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２の表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層５２をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板５１を露出させるのである。
【００３９】
この場合に、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上に残ったＡlＧaＡs系半導体レーザ５９におけるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８の上には、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０およびノンドープＧaＡs保護層６１が成長されている。したがって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８からの不純物Ｚnの蒸発が防止される。さらに、ノンドープＧaＡs保護層６１にはドーパントが含まれていない。その結果、露出したＧaＡs基板５１の表面に、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から蒸発した不純物Ｚn等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００４０】
次に、図３(c)に示すように、全面に、ｎ型ＧaＡsバッファ層６２,ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３,ＡlＧaＩnＰガイド層６４,多重量子井戸活性層６５，ＡlＧaＩnＰガイド層６６,ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６７およびｐ型ＧaＡsコンタクト層６８がＭＯＣＶＤによって順次成長されてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９が形成される。こうして、２回目の結晶成長が行われる。
【００４１】
次に、図４(d)に示すように、後に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９における先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ５９上に重なって形成されている領域と、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０及びノンドープＧaＡs保護層６１とを、エッチングによって除去する。
【００４２】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３に届くまでエッチングを行なう。次に、塩酸系あるいはリン酸系のエッチャントによって、残りのｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６３をｎ型ＧaＡsバッファ層６２までエッチングする。この場合、選択性のあるエッチャントを用いているため、エッチングはｎ型ＧaＡsバッファ層６２上で停止する。引き続いて、硫酸系あるいはＮＨ3系のエッチャントによって、ｎ型ＧaＡsバッファ層６２及びノンドープＧaＡs保護層６１をエッチング除去する。この場合、硫酸系あるいはＮＨ3系エッチャントを使用するために、エッチングはノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０が露出した時点で停止する。続いて、ＨＦ系あるいは塩酸系エッチャントによって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を除去する。こうして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８を露出させる。
【００４３】
さらに、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上におけるＡlＧaＡs系半導体レーザ５９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９との境界部分が除去されて、図４(e)に示すように、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９とが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００４４】
そうした後、図４(f)に示すように、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８およびｐ型ＡlＧaＡsクラッド層５７の途中までをエッチング除去して、第１実施の形態の場合と同様にリッジ部を形成する。同時に、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のｐ型ＧaＡsコンタクト層６８およびｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層６７の途中までをエッチング除去してリッジ部を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のリッジ部上とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９のリッジ部上とに、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極７０,７１を形成する。さらに、ｎ型ＧaＡs基板５１の表面にｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極７２を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００４５】
上述したように、本実施の形態においては、上記ｎ型ＧaＡs基板５１上にＡlＧaＡs系半導体レーザ５９を形成した後、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９における最上層のｐ型ＧaＡsコンタクト層５８上に、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層６１を形成している。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の一部の領域をエッチング除去してｎ型ＧaＡs基板５１を露出させた後に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合、炉内の高温によってｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から不純物Ｚnが蒸発するのを防止することができる。そのために、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８のキャリア濃度が低下して、ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極７０とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができるのである。
【００４６】
さらに、上記露出したｎ型ＧaＡs基板５１の表面に、上記ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８から蒸発した不純物Ｚnが再付着することが無くなる。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９が除去された領域のＧaＡs基板５１上にＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９を形成した際に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ６９における最下層のｎ型ＧaＡsバッファ層６２とＧaＡs基板５１との界面に、ＧaＡs基板５１と上記再付着した不純物Ｚnとの混じった層が形成されることはない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００４７】
さらに、本実施の形態においては、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９の最上層であるｐ型ＧaＡsコンタクト層５８と同じＧaＡs系のノンドープＧaＡs保護層６１との間に、異なる組成であるＡlＧaＡs系のノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を設けている。したがって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０を除去する場合に、ＧaＡs層に対して選択性のあるＨＦ系あるいは塩酸系エッチャントを用いることによって、エッチングをｐ型ＧaＡsコンタクト層５８が露出した時点で停止させることができる。すなわち、ｐ型ＧaＡsコンタクト層５８の厚みを厳密に制御することができ、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【００４８】
その際に、上記ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０の膜厚を０.１μmとしている。したがって、ノンドープＧaＡs保護層６１をエッチング除去する際に上記エッチングを確実に停止することができると共に、ＡlＧaＡs系半導体レーザ５９のＧaＡsコンタクト層５８を露出させる際には簡単にエッチング除去することができる。
【００４９】
尚、本実施の形態においても、上記ノンドープＧaＡs保護層６１の膜厚を０.２μmとしているが、上記第１実施の形態の場合と同様に０.２μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には２μm以下が妥当である。さらに、本実施の形態においては、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０の膜厚を０.１μmとしているが、これに限定されるものではない。要は、例えばＮＨ3系エッチャントによってノンドープＧaＡs保護層６１をエッチングしてノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層６０に到達した際に、上記エッチングを確実に停止できる膜厚であれば良く、０.１μm以上であれば良い。上限については特に限定されるものではないが、現実的には１μm以下が妥当である。
【００５０】
＜第３実施の形態＞
本実施の形態は、ＧaＡs基板上に、１回目の結晶成長としてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを成長し、２回目の結晶成長としてＡlＧaＡs系半導体レーザを成長する。その際に、１回目の結晶成長による半導体レーザと２回目の結晶成長による半導体レーザとの導電型を上記第２実施の形態の場合とは逆にし、１回目の結晶成長を上記第２実施の形態のＭＯＣＶＤからＭＢＥ(分子線エピタキシー)法に変えたものである。以下、簡単に説明する。
【００５１】
先ず、ｐ型ＧaＡs基板上に、図３(c)の場合と同様(但し導電型は逆)にして、ＡlＧaＩnＰ半導体レーザをＭＢＥ法によって成長させる。その場合、最上層のｎ型ＧaＡsコンタクト層には、キャリア濃度が５×１０18cm-3となるようにＳiをドープしておく。そして、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層の上に、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層を成長させる。
【００５２】
次に、上記ｐ型ＧaＡs基板上に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの一部の領域をエッチングによって除去して、ｐ型ＧaＡs基板を露出させる。具体的には、先ず、ＳＢＷ(飽和臭素水)系エッチャントによって、ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層に届くまでエッチングを行なう。次に、ＨＣl系エッチャントによって、残りのｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層をエッチング除去する。この場合、ＨＣl系のエッチャントではＧaＡsはエッチング出来ないため、ｐ型ＧaＡsバッファ層の表面でエッチングは停止する。そこで、引き続いて、ＮＨ3系あるいは硫酸系のエッチャントによって、ｐ型ＧaＡsバッファ層をエッチング除去してｐ型ＧaＡs基板を露出させるのである。
【００５３】
この場合に、上記ｐ型ＧaＡs基板上に残ったＡlＧaＩnＰ系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層の上には、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層およびノンドープＧaＡs保護層が成長されている。したがって、ＡlＧaＡs系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた際に、炉内の高温によるｎ型ＧaＡsコンタクト層からの不純物Ｓiの蒸発が防止される。さらに、上記ノンドープＧaＡs保護層にはドーパントが含まれていない。その結果、露出したｐ型ＧaＡs基板上に、ｎ型ＧaＡsコンタクト層から蒸発した不純物Ｓi等の不純物が再付着することも防止されるのである。
【００５４】
次に、図３(a)の場合と同様(但し導電型は逆)にして、全面に、ＡlＧaＡs系レーザをＭＯＣＶＤ法によって成長させる。こうして、２回目の結晶成長が行われる。
【００５５】
次に、後に形成された上記ＡlＧaＡs系半導体レーザにおける先に形成された上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ上に重なって形成されている領域と、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層およびノンドープＧaＡs保護層とを、エッチングによって除去する。
【００５６】
具体的には、先ず、硫酸系エッチャントによって、後に形成された上記ＡlＧaＡs系半導体レーザのｐ型ＡlＧaＡsクラッド層に届くまでエッチングを行なう。こうして、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザにおけるｎ型ＧaＡsコンタクト層,上部のｎ型ＡlＧaＡsクラッド層,ＡlＧaＡs系活性層及び上記活性層を挟んでＡlＧaＡsガイド層が存在する場合にはその層が除去されるのである。引き続いて、ＨＦ系あるいは塩酸系のエッチャントによって、ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層をｐ型ＧaＡsバッファ層までエッチングする。続いて、ＮＨ3系のエッチャントによって、ｐ型ＧaＡsバッファ層及びノンドープＧaＡs保護層をエッチング除去する。この場合、ＮＨ3系エッチャントを使用するために、エッチングはノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層が露出した時点で停止する。そこで、続いて、ＨＦ系エッチャントによって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を除去する。こうして、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザのｎ型ＧaＡsコンタクト層を露出させるのである。
【００５７】
さらに、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとの境界部分が除去されて、上記ｐ型ＧaＡs基板上に、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとが並んで配置された半導体レーザ素子が形成される。
【００５８】
そうした後、上記ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザとＡlＧaＡs系半導体レーザとにリッジ部を形成し、この両リッジ部上にｎ型電極を形成する。さらに、ｐ型ＧaＡs基板の表面にｐ型電極を形成する。こうして、二つの発光部を有する半導体レーザ素子が形成されるのである。
【００５９】
上述したように、本実施の形態においては、上記ｐ型ＧaＡs基板の上にＡlＧaＩnＰ系半導体レーザを形成した後、膜厚が０.１μmのノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層および膜厚が０.２μmのノンドープＧaＡs保護層を形成している。したがって、ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの一部の領域をエッチング除去してｐ型ＧaＡs基板を露出させた後に、ＡlＧaＡs系半導体レーザを成長させるために成長炉に入れた場合に、炉内の高温によってｎ型ＧaＡsコンタクト層からの不純物Ｓiの蒸発が防止される。そのために、ｎ型ＧaＡsコンタクト層のキャリア濃度が低下して、ｎ型電極とのコンタクト特性が悪化するのを防止することができる。
【００６０】
尚、本実施の形態においても、上記ノンドープＧaＡs保護層の膜厚を０.２μmとしているが、上記各実施の形態の場合と同様に０.２μm以上であれば良い。また、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層の膜厚を０.１μmとしているが、上記第２実施の形態の場合と同様に０.１μm以上であれば良い。
【００６１】
さらに、上記露出したｐ型ＧaＡs基板の表面に、ｎ型ＧaＡsコンタクト層から蒸発した不純物Ｓiが再付着することが無くなる。したがって、上記ＡlＧaＡs系半導体レーザを形成した際に、ｐ型ＧaＡs基板との界面に上記再付着した不純物Ｓiとｐ型ＧaＡs基板との混じった層が形成されることがない。したがって、内部抵抗が増加して発熱量が増えることがなく、長期駆動の際における信頼性を向上できるのである。
【００６２】
さらに、本実施の形態においては、上記第２実施の形態の場合と同様に、上記ｎ型ＧaＡsコンタクト層と同じＧaＡs系のノンドープＧaＡs保護層との間に、異なる組成であるＡlＧaＡs系のノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を設けている。したがって、ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層を除去する場合には、ＧaＡs層に対して選択性のあるエッチャントを用いることによって、エッチングを確実にｎ型ＧaＡsコンタクト層が露出した時点で停止させることができる。すなわち、ｎ型ＧaＡsコンタクト層の厚みを厳密に制御することができ、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【００６３】
尚、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、成長方法や結晶組成や導電型等は種々組み合わせても一向に差し支えない。その場合、上記ノンドープ保護層およびエッチング停止層の結晶組成は、先に形成される上記第１半導体レーザ層のコンタクト層の結晶組成に応じて夫々の機能を効果的に発揮できるように設定すればよい。
【００６４】
また、上記各実施の形態においては、同一の半導体基板上に２つの半導体レーザ層を形成する場合を例に説明したが、各実施の形態において説明した工程を組み合せ繰り返して、同一の半導体基板上に３つ以上の半導体レーザ層を形成することも可能である。例えば、図１(c)においてＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を成長させる際に、さらにＧaＡsコンタクト層３７上にノンドープＧaＡs保護層を形成する。そして、ＡlＧaＡs系半導体レーザ２９上のＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を除去する際には、ノンドープＧaＡs保護層３０は残しておく。以後、２回目に形成されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ３８を１回目に形成された半導体レーザ層と見なして、図１(b)〜図２(f)を行えば、同一ｎ型ＧaＡs基板２１上に３つの半導体レーザ層を形成することができるのである。
【００６５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の複数の発光領域を有する半導体レーザ素子の製造方法は、半導体基板上に１回目の結晶成長によって第１半導体レーザ層を形成した後にノンドープ半導体層を形成するので、２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成するに先立って、上記第１半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いて除去して上記半導体基板を露出させた場合に、上記コンタクト層をノンドープ半導体層によって保護することができる。したがって、上記２回目の結晶成長を行うために成長炉に入れた際に、炉内の高温によって上記コンタクト層から不純物が蒸発するのを防止することができる。すなわち、この発明によれば、上記コンタクト層のキャリア濃度が低下して、金属電極とのコンタクト特性が悪化することを防止できるのである。
【００６６】
さらに、上記露出した半導体基板の表面に、上記コンタクト層から蒸発した不純物が再付着することも防止できる。したがって、上記露出した半導体基板上に形成される上記第２半導体レーザ層の最下層と半導体基板との界面に、上記半導体基板と上記再付着した不純物との混じった層が形成されることはなく、長期駆動の際における信頼性を向上できる。
【００６７】
また、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層上に結晶組成が異なる半導体層を形成し、この結晶組成が異なる半導体層上に上記ノンドープ半導体層を形成することが好ましい。その場合には、上記コンタクト層を露出させる際に、上記コンタクト層に対して選択性のあるエッチャントを用いて上記結晶組成が異なる半導体層をエッチング除去することによって、確実に上記コンタクト層の表面でエッチングを停止して上記コンタクト層の層厚を厳密に制御することができる。したがって、所定のコンタクト特性を得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である。
【図２】 図１に続く各製造工程における断面図である。
【図３】 図１および図２とは異なる半導体レーザ素子の製造方法によって形成される半導体レーザ素子の各製造工程における断面図である。
【図４】 図３に続く各製造工程における断面図である。
【図５】 基板上に二つの半導体レーザを従来の方法によって成長する場合の素子断面図である。
【図６】 先に形成されたＡlＧaＡs系半導体レーザ側のｐ型ＧaＡsコンタクト層における成長直後のキャリア濃度とＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ成長後のキャリア濃度とを示す図である。
【図７】 後から成長されたＡlＧaＩnＰ系半導体レーザの電流‐電圧曲線を示す図である。
【符号の説明】
２１,５１…ｎ型ＧaＡs基板、
２２,３１,５２,６２…ｎ型ＧaＡsバッファ層、
２３,５３…ｎ型ＡlＧaＡsクラッド層、
２４,５４…ＡlＧaＡsガイド層、
２５,３４,５５,６５…多重量子井戸活性層、
２６,５６…ｐ型ＡlＧaＡsガイド層、
２７,５７…ｐ型ＡlＧaＡsクラッド層、
２８,３７,５８,６８…ｐ型ＧaＡsコンタクト層、
２９,５９…ＡlＧaＡs系半導体レーザ、
３０,６１…ノンドープＧaＡs保護層、
３２,６３…ｎ型ＡlＧaＩnＰクラッド層、
３３,３５,６４,６６…ＡlＧaＩnＰガイド層、
３６,６７…ｐ型ＡlＧaＩnＰクラッド層、
３８,６９…ＡlＧaＩnＰ系半導体レーザ、
３９,４０,７０,７１…ｐ型ＡuＺn/Ａu/Ｍo/Ａu電極、
４１,７２…ｎ型ＡuＧe/Ｎi/Ｍo/Ａu電極、
６０…ノンドープＡlＧaＡsエッチング停止層。
Claims (4)
- 半導体基板上に１回目の結晶成長によって最上に位置するコンタクト層を含む第１半導体レーザ層を形成する工程と、
上記第１半導体レーザ層におけるコンタクト層上にノンドープ半導体層を形成する工程と、
上記ノンドープ半導体層が形成された上記第１半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いた領域を除去して上記半導体基板を露出させる工程と、
２回目の結晶成長によって第２半導体レーザ層を形成する工程と、
上記第２半導体レーザ層における発光領域となる領域を除いた領域および上記ノンドープ半導体層を除去して、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層を露出させる工程
を備えて、
上記第１半導体レーザ層における上記コンタクト層上に形成された上記ノンドープ半導体層によって、上記２回目の結晶成長によって上記第２半導体レーザ層を形成する際の高温環境下において、上記第１半導体レーザ層における上記コンタクト層から不純物が蒸発するのを防止すると共に、自らも不純物を蒸発しないようにして、
上記露出した半導体基板上における第２半導体レーザ層の形成領域に上記コンタクト層からの上記不純物を付着させることなく、複数の発光領域を有する半導体レーザ素子を形成する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記第１半導体レーザ層のコンタクト層上にノンドープ半導体層を形成する工程の前に、上記第１半導体レーザ層のコンタクト層上に、上記コンタクト層およびノンドープ半導体層とは結晶組成が異なる半導体層を形成する工程を備えて、
上記ノンドープ半導体層を形成する工程においては、上記ノンドープ半導体層を上記結晶組成が異なる半導体層上に形成するようにし、
上記第１半導体レーザ層のコンタクト層を露出させる工程においては、上記ノンドープ半導体層までを除去した後に、上記結晶組成が異なる半導体層を選択エッチングで除去するようになっており、上記選択エッチングの際に上記コンタクト層をエッチング停止層として機能させるようにした
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記半導体基板は、Ｇ a Ａ s 基板であり、
上記第１半導体レーザ層は、Ａ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、
上記第１半導体レーザ層のコンタクト層は、Ｇ a Ａ s 系のコンタクト層であり、
上記ノンドープ半導体層は、Ｇ a Ａ s 系のノンドープ半導体層であり、
上記結晶組成が異なる半導体層として、Ａ l Ｇ a Ａ s 系の半導体層を形成する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 - 請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法において、
上記半導体基板は、Ｇ a Ａ s 基板であり、
上記第１半導体レーザ層は、Ａ l Ｇ a Ａ s 系半導体レーザ層あるいはＡ l Ｇ a Ｉ n Ｐ系半導体レーザ層であり、
上記第１半導体レーザ層のコンタクト層は、Ｇ a Ａ s 系のコンタクト層であり、
上記ノンドープ半導体層として、Ｇ a Ａ s系の半導体層を形成する
ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
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