JP4327690B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法、特に互いに発振波長が異なる２つの半導体レーザからなるモノリシック構造を持つ２波長型の半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

近年、ビデオプレーヤーをはじめとする様々な分野で、大記憶容量を特徴とする光情報記録再生用ＤＶＤドライブが急速に普及している。また、従来利用されてきたＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷの読み出しも同じ機器で行えることが強く要望されている。このため、ＤＶＤやＣＤの記録・再生用に用いられる光ピックアップの光源として、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザの他にＣＤ用の７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザが併用されている。

ＤＶＤ等の記録・再生装置はパソコンなどの情報処理機器の小型化に伴い、その小型化及び薄型化を進展させる必要がある。これを実現するためには、光ピックアップの小型化及び薄型化が必要不可欠となる。光ピックアップの小型化及び薄型化には、光学部品を減らして装置を簡素化することが有効であり、その一つとして、赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを集積化することが挙げられる。

この従来例として、赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを同一の半導体基板上に集積化させたモノリシック半導体レーザが、例えば特許文献１等で提案されている。これにより、半導体レーザ自体を一つの部品に集約できるだけでなく、コリメータレンズやビームスプリッタ等の光学部品を赤色半導体レーザと赤外半導体レーザとで共通化でき、装置の小型化・薄型化に有効である。

一方、このモノリシック半導体レーザにおいて、さらなる光出力の向上が求められており、高出力動作時における安定動作、信頼性確保のために、実屈折率導波型構造とし、レーザ端面において、放射されるレーザ光よりもバンドギャップの大きい端面窓構造とすることが行われつつある。

レーザの高出力化に伴い、注入される電流量も大きくなるが、反面、端面コート膜とレーザ端面との界面準位で起こる非発光再結合に起因して端面近傍で発熱が生じやすくなる。

しかし、上記のように端面窓構造にすることにより、発熱によるレーザ劣化を抑制する事が可能となるため、高出力で動作させる半導体レーザ素子においては、端面窓構造の形成は赤外レーザ、赤色レーザともに必須である。端面窓構造の製造方法については、特許文献２や特許文献３などで提案されている。

このうち、特許文献２に記載された従来の技術における赤色レーザ装置の端面窓構造の製造方法を図７に示す。

図７（ａ）に示すように、有機金属気相エピタキシャル成長（以下、ＭＯＶＰＥ法という）法によって、ＧａＡｓからなるｎ型基板４０１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層４０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４０３、活性層（発振波長が６６０ｎｍの多重量子井戸構造）４０４、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層４０５、ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層４０６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層４０７、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層４０８、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層４０９を順に積層する。

次に、ＺｎＯ膜４１０をスパッタ装置などの成膜装置を用いてウエハ全面に堆積させ(図示せず)、フォトレジストにより、レーザ端面となる領域近傍にのみＺｎＯ膜４１０ａが残るようにパターニングを行う。

次に、絶縁膜４１１をウエハ全面に堆積させ、ＺｎＯ膜４１０ａから積層された半導体層中、特に活性層中にＺｎが拡散されて達するように、適度な温度、時間で熱処理を行う（図７（ｂ））。

この処理によりＺｎが拡散された領域では、活性層４０４の無秩序化が起こり、活性層４０４よりもバンドギャップの大きい窓構造４１２が形成される。最後にＺｎＯ膜４１０ａを除去する（図７（ｃ））。

ここで、ＡｌＧａＩｎＰ系材料に対して、ＧａＡｓ系材料はＺｎの拡散係数が小さいことを利用して、Ｚｎの拡散工程において、ＧａＡｓコンタクト層４０９をＺｎ拡散制御層として機能させることで、端面部への窓構造形成を安定して行うことができる。さらに、窓構造４１２中におけるＺｎの過剰な拡散を抑制することで、その後、ｐ型第２クラッド層４０７をストライプパターンに加工する工程において、下層のＧａＩｎＰエッチングストップ層４０６の削れを抑制し、利得部と同等なストライプ形状とすることを可能としている。

一方、赤外レーザ光、赤色レーザ光を出射するレーザ素子を同一基板上にモノリシックに形成する２波長レーザにおいては、窓構造を形成するにあたり、次のような課題が主に挙げられる。

まず、上記したようにＧａＡｓ系材料ではＺｎの拡散係数が小さいため、活性層がＧａＡｓ系材料からなる赤外レーザは、活性層がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色レーザに比べ、窓構造の形成が困難である。

さらに、上記の理由から、活性層構造の異なる赤外レーザ、赤色レーザ部での窓構造形成は、それぞれ別個の条件で行わなければならない。

しかし、このようにＺｎ拡散のための熱処理を別個に行えば、先に窓構造を形成したレーザにおいて、過剰な熱処理が加わることとなり、その結果、半導体中での欠陥発生を誘発し、また、Ｚｎの過剰な拡散によって、レーザ利得部における活性層の信頼性低下が懸念される。

一方、これらの課題に対して、特許文献３や４などでそれぞれ対策がなされている。

特許文献３では、ｐ型コンタクト層としてＧａＡｓの代わりにＡｌＧａＡｓを用いることで、Ｚｎの拡散を容易にしている。その結果、ＧａＡｓ系材料を用いる赤外レーザにおいても制御性よく、再現性の高い窓構造形成が可能な事が報告されている。

また、特許文献４では、赤外レーザの活性層と、赤色レーザの活性層膜厚をそれぞれ最適化することで、同一の熱処理条件でＺｎを拡散させて窓構造が形成可能であることが報告されている。
特開平１１−１８６６５１号公報 特開２００１−２１０９０７号公報 特開２００２−２６４４７号公報 特開２００１−３４５５１４号公報

しかし、上記したようなモノリシック２波長半導体レーザ素子において、特許文献３ないしは４に開示された方法を用いたとしても、Ｚｎの固相拡散による窓構造の同時形成は、依然として困難である。

特許文献３に開示された方法で、Ｚｎの拡散をＡｌＧａＩｎＰ系材料と同等にするためには、コンタクト層となるＡｌＧａＡｓにおいてＡｌ組成比を高くする必要がある。

しかし、ＡｌＧａＡｓ中のＡｌ組成比を高くすると、抵抗率もそれに伴い高くなってしまうため、赤外レーザ素子の素子抵抗が高くなり、高出力化に不利である。

一方、特許文献４に示されたように、それぞれのレーザ素子で活性層膜厚をＺｎ拡散に対して最適化する方法では、それぞれのレーザ素子の性能を同時に最適化することが困難である。

また、モノリシック２波長レーザ素子を作製するにあたって、工数を低減するのに、赤色レーザ、赤外レーザの両方でクラッド層材料を同種とし、その材料としてＡｌＧａＩｎＰ系材料が用いられることが多いが、それぞれのレーザ素子の性能の最適化をするためにクラッド層の組成を赤色、赤外で変える場合も生じる。

しかし、その場合には、クラッド層中でのＺｎ拡散係数の差が生じ、活性層膜厚のみではＺｎの拡散を制御しきれない。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するため、簡便な構成で、同時にＺｎの熱拡散による赤外レーザ素子、赤色レーザ素子の活性層の無秩序化を行うことができ、かつ、高信頼性のモノリシック２波長半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、第１の波長の光を発する第１の半導体レーザ素子と、第２の波長の光を発する第２の半導体レーザ素子とが同一の基板上に形成されてなるモノリシックタイプの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および前記第２の半導体レーザ素子はそれぞれ、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層をこの順に積層してなるダブルへテロ構造と、少なくとも前記第２導電型クラッド層と、その上に設けられたコンタクト層と、を含むリッジ形状の導波路を有しており、前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子には、それぞれ共振器端面に高濃度の不純物が導入された窓構造領域が形成され、前記第１の半導体レーザ素子における前記活性層は、前記第２の半導体レーザ素子における活性層よりも前記不純物に対する拡散係数が小さい材料からなり、前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層は、前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層よりも膜厚が薄いことを特徴とする。

前記第１の半導体レーザ素子および前記第２の半導体レーザ素子において、前記リッジの側面を覆うように電流ブロック層が形成されていることが好ましい。

前記第１の半導体レーザ素子の前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子の前記コンタクト層とで、膜厚差が０．０１μｍ以上であることが好ましい。

前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層とは、いずれもＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．４）からなることが好ましい。

前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層は、それぞれキャリア濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることが好ましい。

前記電流ブロック層は、少なくとも前記リッジ形状の導波路における前記窓構造が形成された領域の上面を覆っていることが好ましい。

前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子との間には分離溝が設けられており、前記分離溝内に絶縁膜が形成されていることが好ましい。

本発明によれば、モノリシック２波長半導体レーザにおいて、不純物が拡散しにくい材料系を用いる半導体レーザのコンタクト層をより薄く形成することで、窓構造形成時の不純物拡散ひいては無秩序化等を２つのレーザ間で揃えることができ、窓構造形成工程を１回で行えるため、工程数の削減、ひいては製造コストの低減が図れる。

また、不要な熱処理工程を削減できるため、活性層内への不純物の過剰な拡散を防止でき各半導体レーザの信頼性を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
（２波長半導体レーザの構造）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の構造を示した模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は断面図である。

本実施の形態のモノリシック２波長半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、赤外レーザ素子１１０と赤色レーザ素子１２０を備えており、各素子の構成は以下の通りである。

赤外レーザ素子１１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層１０３、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の活性層１０４、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層１０５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０６、リッジ状に形成されたｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０８、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９と、を備えている。

一方、赤色レーザ素子１２０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１２、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層１１３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の活性層１１４、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層１１５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１１６、リッジ状に形成されたｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層１１７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１１８、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１９と、を備えている。

また、電流ブロック層１３２が、第２クラッド層１０７、１１７からなるリッジ側面およびエッチングストップ層１０６、１１６の上面に亘って形成されており、各レーザ素子の端面近傍にはＺｎを拡散させてなる窓構造１３１が形成されている。

このとき、窓構造領域１３１上のＧａＡｓコンタクト層１０９、１１９はエッチングにより除去されている。

赤外レーザ素子１１０と赤色レーザ素子１２０とは、ｎ型基板１０１までエッチングして形成された分離溝１３０によって電気的に絶縁されており、分離溝１３０内には絶縁膜が形成されている。赤外レーザ素子１１０および赤色レーザ素子１２０における各層はＭＯＣＶＤ法により形成されている。

本実施の形態における特徴は、赤外レーザ素子１１０におけるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９が、赤色レーザ素子１２０におけるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１９よりも膜厚が薄く成膜されている点にある。本実施の形態では、赤外レーザ側のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９の膜厚を０．１μｍ、赤色レーザ側のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１９の膜厚を０．２μｍとした。また、窓構造１３１上のＧａＡｓコンタクト層１０９、１１９はエッチング除去されている。これらのコンタクト層間で膜厚差を設ける作用、窓構造上のコンタクト層除去の作用等については、以下の製造方法の説明にて述べる。

（２波長半導体レーザの製造方法）
次に、上記構造の半導体レーザ装置を製造する方法について、図２、図３、図４を参照して説明する。図２、図３、図４は、本実施形態における製造方法の各工程を示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層２０３、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料の活性層２０４、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層２０５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２０６、およびｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層２０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２０８、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９を、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次形成する。

本実施の形態では、各クラッド層における（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰの組成は、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５とした。

次に図２（ｂ）に示すように、赤色レーザ素子が形成される領域において、フォトリソグラフィー技術およびウエットエッチング技術を用いて、上記の積層半導体層を除去し赤外レーザ素子領域２１０を形成する。

ここで、Ｐを含む半導体層のエッチングには、塩酸系のエッチャントを用い、Ａｓを含む半導体層のエッチングには硫酸系のエッチャントを用いて、エッチングの選択性を向上させて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２を残すようにエッチングを行った。

次に図２（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２の表面が露出した領域を含むｎ型基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１２、ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層２１３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の活性層２１４、ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層２１５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２１６、およびｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層２１７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２１８、p型ＧａＡｓコンタクト層２１９を、ＭＯＣＶＤ法を用いて順次形成する。

本実施の形態では、各クラッド層における（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰの組成は、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５とした。

次に、図２（ｄ）に示すように、赤外レーザ素子領域２１０上に形成された赤色レーザ素子を構成する上記の各層を除去(赤色レーザ領域２２０の形成)し、同時に、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子を素子分離するために、フォトリソグラフィーとウエットエッチングにより分離溝２３０を形成する。

ここで、赤色レーザ素子を構成する各層は、Ｐを含む半導体層であるため、エッチャントとして塩酸系のエッチャントを用いた。

なお、本実施の形態では、赤色レーザ素子のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１９の膜厚を０．２μｍとし、赤外レーザ素子のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９の膜厚はそれよりも薄く０．１μｍとなるようにした。また、電極形成前にコンタクト層表面の酸化膜を除去したり、それ以外の工程でコンタクト層がエッチングされたりするため、各コンタクト層の膜厚は形成時点で０．１μｍ以上あることが望ましい。

次に、図３（ｅ）に示すように、端面窓構造２３１を以下の方法で形成する。

ｎ型基板２０１全面にスパッタ法を用いてＺｎＯ（図示せず）を堆積し、レーザへき開部より２０μｍ程度の領域のみＺｎＯが残るようにパターニングを行う。さらに、ＺｎＯを含むｎ型基板２０１全面に、キャップ膜としてＳｉＯ₂膜（図示せず）を堆積する。

その後、熱処理を行い、ＺｎＯからその直下の半導体層へＺｎを熱拡散させ、活性層の無秩序化を行って、窓構造２３１を形成する。

本実施の形態では、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９の膜厚とｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１９の膜厚とが異なるため、上記のように同じ拡散源から同一条件の熱処理を行ってＺｎを熱拡散させた場合、本来はその拡散プロファイルが異なってくる。

しかし、本実施の形態において、赤外レーザ素子の活性層はＡｓを含む半導体層で、赤外レーザ素子の活性層はＰを含む半導体層であり、前者の半導体層におけるＺｎの熱拡散係数は後者のそれよりも小さい。

よって、本実施の形態のように、赤外レーザ素子におけるコンタクト層の膜厚を赤色レーザ素子におけるコンタクト層の膜厚よりも薄くなるように設定することにより、同一の熱処理条件で、それぞれの活性層において同様に無秩序化、平均組成化させることが可能となる。

次に、図３（ｆ）に示すように、赤外レーザ領域、赤外レーザ領域のそれぞれにＳｉＯ₂膜（図示せず）を形成し、これをフォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を用いてストライプ形状のマスクパターンに加工する（図示せず）。このストライプ状のパターンをマスクとして赤外レーザ素子の第２クラッド層２０７と赤色レーザ素子の第２クラッド層２１７をＧａＩｎＰエッチングストップ層２０６、２１６に至るまでそれぞれエッチングし、リッジを形成する。

このエッチングは、誘導結合型プラズマもしくは、反応性イオンプラズマを用いたドライエッチングとウエットエッチングを併用して行った。

その後、マスクパターンをフッ酸系のエッチャントで除去し、さらに、フォトリソグラフィー技術およびウエットエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９、２１９を、赤外レーザ領域、赤色レーザ素子における窓構造２３１領域から利得部へ２５μｍ内側に入った領域まで除去した（図示せず）。

ここで、コンタクト層をエッチングするエッチャントとして、硫酸系のエッチング液を用いた。

次に、図４（ｇ）に示すように、ウエハ全面に電流ブロック層２３２となる誘電体膜を堆積させ、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いてリッジ上部の電流ブロック層２３２を除去する。このとき、先に述べたＺｎ拡散領域上より内側までエッチングしたコンタクト層上のブロック層は残すようにパターニングした。

図４（ｈ）は、図４（ｇ）に示したＡ−Ａ’での断面図であり、レーザ利得部の断面にあたり、図４（ｉ）は、図４（ｇ）に示したＢ−Ｂ’での断面図であり、窓領域の断面にあたる。

図４（ｉ）に示したように、窓構造２３１領域上でコンタクト層を除去し、その上を電流ブロック層２３２で被覆するのは、窓形成領域２２１への電流注入によって、共振器端面で発熱が起こり、劣化を引き起こし信頼性が低下することを防ぐためである。

窓構造２３１への電流注入を防ぐためには、窓構造２３１よりも利得部に向かって内側に少なくとも５μｍ以上はコンタクト層を除去し、さらに電流ブロック層で被覆することが必要である。

しかしながら、コンタクト層を除去しすぎると、抵抗上昇等によってレーザの電流光出力特性のしきい値等の特性変動を起こす恐れがある。このような変動を抑制するためには、除去幅を８０μｍ以内に収めることが望ましい。

最後に、各層を含むｎ型基板２０１の表面にｐ側電極（図示せず）を、基板２０１の裏面にｎ側電極（図示せず）を形成する。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｚｎ拡散によって端面窓構造を形成するにあたって、各レーザ素子におけるＧａＡｓコンタクト層の膜厚を異ならせて、Ｚｎの拡散を制御することにより、同じアニール条件でもそれぞれのレーザ素子の活性層の無秩序化、平均組成化を行うことができ、工程数の削減が図れる。

また、各レーザ素子において別々に窓構造を形成すると、一方の素子に過剰な熱履歴が加わりやすく、それぞれのレーザ素子において信頼性の低下を防止しつつ平均組成化等を最適化することが困難であるが、本実施の形態によれば、余分な熱履歴を加えることなく窓構造が形成できるため、レーザ装置の歩留まり向上、信頼性向上が図れる。

なお、赤外レーザ素子２１０のＧａＡｓコンタクト層２０９については、接触抵抗の低減および電極との界面準位抑制のために、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の表面をウエットクリーニングすることが望ましい。このことを考慮すると、ＧａＡｓコンタクト層２０９の膜厚は、０．０５μｍ以上の膜厚が必要である。

また、赤外レーザ素子２１０と赤色レーザ素子２２０のＧａＡｓコンタクト層２０９、２１９の膜厚差は、活性層へのＺｎ拡散速度の差で決まる。この速度は、各素子のＧａＡｓコンタクト層のキャリア濃度およびｐ型クラッド層のキャリア濃度にも依存しているが、各素子での拡散係数の差を考慮すると、０．０１μｍ以上の膜厚差をつける必要があり、０．０５μｍ以上の差をつけることが望ましい。

さらに、接触抵抗を下げるためにはコンタクト層のキャリア濃度設定も重要である。

コンタクト層と電極との接触抵抗率を単純に１０^-5Ω・ｃｍ²程度に下げるためには、コンタクト層のキャリア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上にする必要がある。

しかし、レーザ素子の抵抗は、リッジ幅によっても決まるため、例えば、素子抵抗を５Ω以内に抑えようとすると、少なくともキャリア濃度は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上は必要である。

本実施の形態では、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９、２１９ともに、キャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3に設定した。

なお、キャリア濃度の上限については、結晶成長でドープ可能なレベルかつ、活性層へのＺｎ拡散への影響がないレベルまでの高濃度ドープが可能である。

また、上述したように、赤外レーザのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９と赤色レーザのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１９の間でキャリア濃度差を設けることでも、Ｚｎ拡散による活性層の無秩序化等を制御することはある程度可能である。

このようにｐ型ＧａＡｓコンタクト層間に膜厚差を設けるだけでなく、さらにキャリア濃度差も設けるようにすると、活性層構造およびクラッド層の膜厚や組成が変わる場合でも、各コンタクト層の膜厚差を小さくでき、このモノリシック半導体レーザ素子をサブマウント等に実装する際に、各発光点を実装基準面に平行に近づけることができ、このレーザ素子を用いた光学系の設計等に制限を与えずに済むという利点がある。

例えば、赤外レーザ側のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０９のキャリア濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3から３×１０¹⁹ｃｍ^-3程度にあげることで、膜厚を３０％以上厚くできるため、赤色レーザのコンタクト層２１９との膜厚差を小さくできる。

なお、本実施の形態では、赤外レーザのｐ型コンタクト層および赤色レーザのｐ型コンタクト層としてＧａＡｓを用いたが、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ≦０．４）を用いてもよい。

コンタクト層内にＡｌを含むことにより、特に赤外レーザ側で、Ｚｎを活性層に拡散させることが容易となる。ただし、Ａｌを含むことによりコンタクト層表面に酸化物が形成され易くなり、界面準位に起因するコンタクト抵抗の上昇を引き起こすため、Ａｌの含有率ｘは０．４以下となるのが望ましい。

また、本実施の形態では、赤外レーザ、赤色レーザともにクラッド層の組成を同じとしたが、クラッド層中のＡｌ、ＧａおよびＩｎの組成比が、赤外レーザ、赤色レーザでそれぞれ異ならせてもよい。その場合は、コンタクト層の膜厚差ないしはキャリア濃度差を調整することが必要となる。

また、本実施の形態では、クラッド層をＡｌＧａＩｎＰ系材料としたが、ＧａＡｓ系材料としてもよい。なお、電流ブロック層は、例えば、ＡｌＩｎＰ等の半導体層を用いてもよい。

なお、本実施の形態では、Ｚｎを拡散させて窓構造を形成したが、他の不純物、例えばＳｉ等を用いてもよい。

（実施の形態２）
次に上記構造の半導体レーザを製造する第２の方法について、図５の工程断面図を参照して説明する。

第１の実施の形態に示したのと同様に、図２（ａ）から図３（ｆ）に示す工程を経て導波路となるリッジストライプまで形成する。

次に図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィーを用いて窓構造３３１上のＳｉＯ₂膜(図示せず)およびコンタクト層３０９、３１９をエッチングする。

次に図５（ｂ）に示すように、リッジ形成時に用いた利得部コンタクト層３０９、３１９上にあるＳｉＯ₂からなるマスクパターンを残したまま、選択成長によりＡｌＩｎＰ電流ブロック層３３２を形成する。これにより、端面の窓構造部への電流注入を防止できる。

次に、素子分離部３３０に成長したＡｌＩｎＰ電流ブロック層３３２をフォトリソグラフィーとエッチング技術を用いて除去する。ＡｌＩｎＰ電流ブロック層３３２のエッチングにあたって、塩酸系のエッチャントを用い、ＧａＡｓ基板３０１および、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０７、３１７に対して選択的に除去した(図示せず)。

図６（ｃ）に示すように絶縁膜を堆積させ、フォトリソグラフィーとエッチングにより素子分離部３３０上に絶縁膜３３３が残るようにパターニングを行う。

素子分離部のＡｌＩｎＰ電流ブロック層３３２のエッチングにより分離部でＧａＡｓ基板３０１の表面が露出するが、このままの状態で半導体レーザ装置の組み立てを行うと、はんだなどのチップ接着材料が溝部へ入り込んで赤外レーザ３１０、赤色レーザ３２０のショート引き起こす。本実施の形態に示したように、分離溝３３０内に絶縁膜３３３を設ければ上記したショートを抑制することが可能となる。

最後に、各層を含むｎ型基板３０１の表面にｐ側電極（図示せず）を、基板３０１の裏面にｎ側電極（図示せず）を形成する。

本実施の形態によれば、実施の形態１に示したのと同様の効果を奏するのに加え、上述したように組み立て時の各レーザ素子間のショートを防止できる。また、電流ブロック層として各レーザ素子の出射光を吸収しない半導体層であるＡｌＩｎＰを用いることにより、高出力化が図れるとともに、ＳｉＯ₂等の誘電体膜よりも熱伝導率が高いため放熱性に優れ、高出力化に有利である。また、各レーザ素子を構成する半導体層との屈折率差をＳｉＯ₂等の誘電体膜よりも小さく設定できる点でも高出力化に有利である。

なお、本実施の形態ではＡｌＩｎＰ電流ブロック層を用いたが、各レーザ素子の出射光を吸収しないという点で、Ａｌ含有率の高いＡｌＧａＩｎＰでもよい。

本発明に係る半導体レーザ装置は、赤外レーザ、赤色レーザをモノリシックに形成し、かつ端面窓構造を形成する際、赤外レーザ、赤色レーザともに同じ熱処理で活性層の無秩序化等を可能にするため、プロセスの簡素化のみならず、過剰な熱処理を伴わないため、高出力かつ高信頼性の素子が得られ、特に記録用光ディスク装置等に適用する上で有用である。

本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の構造を示した模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図 本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程説明図 本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程説明図 本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程説明図 本発明の実施の形態２における半導体レーザ装置の製造工程説明図 本発明の実施の形態２における半導体レーザ装置の製造工程説明図 従来の技術における赤色レーザ装置の端面窓構造の製造工程説明図

符号の説明

１０１、２０１、３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２、２０２、３０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３、２０３、３０３ ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層
１０４、２０４、３０４ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の活性層
１０５、２０５、３０５ ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層
１０６、２０６、３０６ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１０７、２０７、３０７ ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層
１０８、２０８、３０８ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１０９、２０９、３０９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１０、２１０、３１０ 赤外レーザ素子
１１２、２１２、３１２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１１３、２１３、３１３ ｎ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰクラッド層
１１４、２１４、３１４ ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系の活性層
１１５、２１５、３１５ ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第１クラッド層
１１６、２１６、３１６ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１１７、２１７、３１７ ｐ型（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ第２クラッド層
１１８、２１８、３１８ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１１９、２１９、３１９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１２０、２２０、３２０ 赤色レーザ素子
１３０、２３０、３３０ 分離溝
１３１、２３１、３３１ 窓構造
１３２、２３２ 誘電体電流ブロック層
３３２ ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
３３３ 絶縁膜
４０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
４０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
４０３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４０４ 発振波長が６６０ｎｍの多重量子井戸構造活性層
４０５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
４０６ ＧａＩｎＰエッチング停止層
４０７ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
４０８ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
４０９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４１０、４１０ａ ＺｎＯ膜
４１１ 絶縁膜
４１２ 窓構造

Claims (7)

1. 第１の波長の光を発する第１の半導体レーザ素子と、第２の波長の光を発する第２の半導体レーザ素子とが同一の基板上に形成されてなるモノリシックタイプの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および前記第２の半導体レーザ素子はそれぞれ、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層をこの順に積層してなるダブルへテロ構造と、
   少なくとも前記第２導電型クラッド層と、その上に設けられたコンタクト層と、を含むリッジ形状の導波路を有しており、
   前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子には、それぞれ共振器端面に高濃度の不純物が導入された窓構造領域が形成され、
   前記第１の半導体レーザ素子における前記活性層は、前記第２の半導体レーザ素子における活性層よりも前記不純物に対する拡散係数が小さい材料からなり、
   前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層は、前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層よりも膜厚が薄いことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記第１の半導体レーザ素子および前記第２の半導体レーザ素子において、
   前記リッジの側面を覆うように電流ブロック層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 前記第１の半導体レーザ素子の前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子の前記コンタクト層とで、膜厚差が０．０１μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層とは、いずれもＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．４）からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
5. 前記第１の半導体レーザ素子における前記コンタクト層と前記第２の半導体レーザ素子における前記コンタクト層は、それぞれキャリア濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
6. 前記電流ブロック層は、少なくとも前記リッジ形状の導波路における前記窓構造が形成された領域の上面を覆っていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
7. 前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子との間には分離溝が設けられており、前記分離溝内に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。

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