JP4604189B2 - 半導体基板上にモノリシック集積化された三波長半導体レーザアレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板上にモノリシック集積化された三波長半導体レーザアレイ装置に関係する。
半導体レーザは他のタイプのレーザと比べて小型、高効率、低電圧、低消費電力、長寿命などの性質をもっており、光エレクトロニクス分野で幅広く使われている。半導体レーザは特に通信用の技術として成長してきた。しかし、最近ではＣＤやＤＶＤ、さらには次世代ディスク等ストレージへの利用の重要性も高まってきている。
現在、半導体レーザは単波長レーザとして、波長が７８０ｎｍの赤外レーザ（材料にＧａＡｌＡｓ系（７５０〜８５０ｎｍ）を使用し、基板材料として、ＧａＡｓを使用）、波長が６５０ｎｍの赤色レーザ（材料にＧａＡｌＩｎＰ系（６２０〜６８０ｎｍ）を使用し、基板材料としてＧａＡｓを使用）、波長が４０５ｎｍの青紫レーザ（材料にＧａＮ系（紫青緑）を使用し、基板材料としサファイア（Ａｌ2Ｏ3）を使用）がある。また、最近では赤色レーザと赤外レーザを一つの基板上（ＧａＡｓ）に搭載した二波長半導体レーザも製品化されている。二波長レーザを実現したことで現在発売されているＤＶＤプレーヤやドライブでは、ＤＶＤメディアと同時にＣＤメディアも同時に読み取ることができる。ＤＶＤ発売初期のプレーヤではＣＤを同時に読み取るために、ピックアップに波長７８０と６５０ｎｍの二つの半導体レーザを用いていた。しかしこれでは、ＣＤ用レーザのためにダイクロイックプリズムを設けなければならず。ピックアップの肥大化を招く結果となる。そこで開発されたのが一つの素子で二つの波長が発振する二波長半導体レーザである。これを用いることによりダイクロイックプリズムをなくすことができ、ハーフミラー１つでコリメータレンズ・対物レンズを通してＣＤ・ＤＶＤ両方のピットを検出できるようになり、ピックアップの小型化を実現することができるようになっている。
今後、光学機器は小型化、軽量化、低消費電力とさらにエネルギー効率の良い、かつ製造コストが低いものが必要とされてくる。従来の単波長レーザに比べて、二波長レーザの部品点数が半分になったことから小型化を可能にしたが、電気機器や医療にとどまらずさまざまな分野への応用が要求されている半導体レーザは将来的に、一つの素子で三つのレーザ（赤色、赤外、青紫）を発振させる新三波長レーザが必要になるといえる。そして、二波長レーザ、三波長レーザなどの多波長レーザの実用化がなされることで、今後、光通信や光学機器などの分野だけでなく、様々な分野への応用も大変活躍することが期待できる。
従来、三波長を有する光ピックアップは様々な構造が発案されているが、その例として特許文献１がある。これに代表されるように従来は二波長モノリシックＧａＡｓ半導体レーザの２個の発光点位置と青紫波長のＧａＮ半導体レーザの発光点位置を近づけてハイブリッドで集積化していた。しかしこれでは製造の過程が複雑になり、コストも大きくなる。
また、特許文献２に開示されているように、従来はＧａＡｓ基板とＧａＮ発光層領域の格子定数のミスマッチを解決する方法としてバッファ層としてＺｎＯを使用している。しかし、ＺｎＯのバッファ層はＧａＮ発光層領域とは格子定数はマッチングしているが、ＧａＡｓ基板との格子定数は不一致である。さらに、特許文献３ではＧａＡｓ基板上に表面窒化層を形成して、ＧａＮ発光層を形成しているが、これもＧａＡｓ基板と表面窒化層とは格子定数のミスマッチが大きく、転位が生じてしまい発光素子の発光効率や信頼性に非常に悪い影響をもたらす。
特開２００２−２５１０４号公報
特開２０００−２２１２８号公報
特開平８−１８１３８６号公報
従来、青色レーザの基板材料はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）であるが、サファイアは基板材料として、コストが高く、大量生産を行う際、好ましくない基板材料である。三波長レーザを製造するにあたって、シリコンもしくはＧａＡｓを基板として利用できれば、これらはコストが安価なため大量生産に向いているといえる。
しかしながら、基板材料に用いるＳｉもしくはＧａＡｓと青色レーザの活性層材料であるＩｎＧａＮの格子定数のミスマッチングがある。格子定数とは単結晶を構成する単位原子間の距離のことをいい、格子定数のミスマッチングがある場合、ひずみや断層ができてしまう。その結果、電気抵抗が桁違いに大きくなり、ジュール発熱で極端な場合燃えてしまうこともある。このため、従来、シリコンもしくはＧａＡｓ基板上に青色レーザは成長できないという問題点があった。
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的はこの青色レーザと基板材料のミスマッチングを緩和し、一つの基板上に３種の半導体レーザ素子、すなわち赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子を集積化した三波長半導体レーザアレイ装置を提供することである。
発明によれば、半導体基板上にモノリシックに赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子が集積化された三波長半導体レーザアレイ装置において、前記半導体基板と前記青色レーザ素子との間にバッファ層を設け、前記バッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮの組み合わせ、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 の組み合わせにより構成される超格子構造を有することを特徴とする三波長半導体レーザアレイ装置が提供される。
また、本発明によれば、半導体基板上にモノリシックに赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子が集積化された三波長半導体レーザアレイ装置において、前記半導体基板と前記青色レーザ素子との間にバッファ層を設け、前記バッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮとの交互の層、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 との交互の層を含み、前記ＣｕＧａＳ 2 層の厚さは、前記半導体基板から青色レーザ素子に向かうにつれて薄くなり、前記ＧａＡｌＮ層またはＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 層の厚さは、前記青色レーザ素子から前記半導体基板に向かうにつれて薄くなる構造を有することを特徴とする三波長半導体レーザアレイ装置が提供される。
本発明によれば、一つの基板（ＳｉもしくはＧａＡｓ）上に３種の半導体レーザを集積化させた三波長半導体レーザアレイ装置を提供できるので、光ディスク装置の光学機器の小型化、軽量化に有効である。また、１つ光学機器でＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤが使用可能になるのでＨＤ−ＤＶＤの普及が加速され、光学録画が磁気録画にとって変わることに貢献する。そして、多波長レーザの用途拡大や進展に大きく貢献する。
本発明は、同一半導体基板上に赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子を集積化したものである。半導体基板と青色レーザ素子の間にバッファ層が形成されている。
本発明において、赤色レーザ素子（レーザダイオード）は、ＧａＩｎＰ系のものであり得、例えば、ＧａＩｎＰを活性層とし、この活性層を挟んでＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型およびｎ型のクラッド層が設けられた構成を有し得る。赤色レーザ素子の活性層は、量子井戸構造を有し得る。赤外レーザ素子（レーザダイオード）は、ＧａＡｓ系のものであり得、例えば、ＡｌＧａＡｓを活性層とし、この活性層を挟んでＡｌＧａＡｓからなるｐ型およびｎ型のクラッド層が設けられた構成を有し得る。赤外レーザ素子の活性層は、量子井戸構造を有し得る。また、青色レーザ素子は、ガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体からなるＧａＮ系、特にガリウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体のダブルへテロ構造を有するＧａＮ系発光素子を含む。かかるダブルヘテロ構造のＧａＮ系発光素子は、例えば、ＩｎＧａＮを活性層とし、この活性層を挟んでガリウム含有窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等）からなるｐ型およびｎ型のクラッド層が設けらた構成を有し得る。青色レーザ素子の活性層も量子井戸構造を有し得る。
本発明の１つの態様に係るバッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮの組み合わせ、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 の組み合わせにより構成される超格子構造を有するものである。超格子構造は、数ナノメーター程度の厚さの層を多数積層した構造である。超格子構造を構成する化合物半導体層のうち、半導体基板上に直接形成される化合物半導体層は、半導体基板を構成する半導体の格子定数に近い化合物半導体により形成し、最上層の化合物半導体層は、その上に形成されるＧａＮ系レーザ素子におけるガリウム含有窒化物半導体の格子定数に近い化合物半導体により形成することが好ましい。
図１は、シリコンまたはＧａＡｓ半導体基板１１上に形成された１つの好ましい超格子構造のバッファ層１２を示す概略断面図である。
バッファ層１２は、ＣｕＧａＳ2とＧａＡｌＮもしくはＺｎＩｎ2Ｓ4との２種の化合物半導体の交互積層構造を含む。図１において、ＣｕＧａＳ2からなる化合物半導体層を１２Ａｎ（ｎは、半導体基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＧａＡｌＮもしくはＺｎＩｎ2Ｓ4からなる化合物半導体層を１２Ｂｎ（ｎは、半導体基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表すと、半導体基板１１上に直接形成される化合物半導体層は、層１２Ａ１により構成し、バッファ層１２の最上層を構成する化合物半導体層は、層１２Ｂｎにより構成することが好ましい。この場合、バッファ層１２を構成するすべての化合物半導体層は、実質的に同じ厚さ、例えば５ｎｍの厚さを有し得る。各化合物半導体層は、ＭＯＣＶＤ法により成長させることができる。バッファ層１２は、例えば１００層の各化合物半導体層からなり得、その厚さは例えば０．５μｍとすることができる。
バッファ層１２の上には、例えばＧａＮ系レーザ素子におけるガリウム含有窒化物半導体層１３を設けることができる。
図１に示す超格子構造のバッファ層１２において、ＣｕＧａＳ2の格子定数は、５．４Åであるのに対し、ＺｎＩｎ2Ｓ4の格子定数は３．８４Å、ＧａＡｌＮの格子定数は３．１８９Åである。従って、ＣｕＧａＳ2がシリコン（格子定数は５．４３Å）およびＧａＡｓ（格子定数は５．６５Å）に近い格子定数を持ち、ＺｎＩｎ2Ｓ4とＧａＡｌＮはＩｎxＧａ1-xＮ（ｘ＜０．１のとき）と近い格子定数を持つので、このバッファ層１２の特徴として半導体基板１１から発生する転位がＧａＮ系レーザに達する前に、超格子の界面に沿って横方向に転位を逃がすことができる。例えば、一層目で転位が横方向に逃げなくても四層目で逃げる、というようにＧａＮ系レーザ素子に達する前に超格子中界面のどこかで転位を逃がすことができ、そのことで所望の成長層に欠陥を導入しないことが可能となり高品質の結晶を得ることができる。
本発明の第２の態様に係るバッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮとの交互の層、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 との交互の層を含み、ＣｕＧａＳ 2 層の厚さは、前記半導体基板から前記青色レーザ素子に向かうにつれて薄くなり、ＧａＡｌＮ層またはＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 層の厚さは、前記青色レーザ素子から前記半導体基板に向かうにつれて薄くなる構造を有する。このバッファ層を構成する化合物半導体層のうち、半導体基板上に直接形成される化合物半導体層は、半導体基板と格子定数が近い化合物半導体で形成し、最上層の化合物半導体層は、上記青色レーザ素子の材料と格子定数が近い化合物半導体で構成することが好ましい。
図２は、半導体基板１１上に形成された上記第２の態様に係るバッファ層２２の好ましい構造を示す概略断面図である。
図２に示すように、バッファ層２２は、ＣｕＧａＳ2とＧａＡｌＮもしくはＺｎＩｎ2Ｓ4との２種の化合物半導体の交互積層構造を含む。図２において、ＣｕＧａＳ2からなる半導体層を２２Ａｎ（ｎは、半導体基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＩｎＧａＡｌＮもしくはＺｎＩｎ2Ｓ4からなる化合物半導体層を２２Ｂｎ（ｎは、半導体基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表すと、半導体基板１１上に直接形成される化合物半導体層は、層２２Ａ１により構成され、バッファ層１２の最上層を構成する化合物半導体層は、層２２Ｂｎにより構成される。そして、層２２Ａ１〜２２Ａｎは、半導体基板１１に最も近い層２２Ａ１から最上層に向って厚さが単純に減少している。すなわち、層２２Ａ１が最も厚く、層２２Ａｎが最も薄く形成されている。これとは逆に、層２２Ｂ１〜２２Ｂｎは、半導体基板１１に最も近い層２２Ｂ１から最上層に向って厚さが単純に増加している。すなわち、層２２Ｂ１が最も薄く、層２２Ｂｎが最も厚く形成されている。このバッファ層１２は、約１μｍの厚さを有し得る。例えば、化合物半導体層２２Ａ１は、１０ｎｍの厚さに形成し、化合物半導体層２２Ｂ１は、Ｇａ0.85Ａｌ0.15Ｎにより１ｎｍの厚さに形成し、化合物半導体層２２Ａ２は、９．９〜９．５ｎｍの厚さに形成し、化合物半導体層２２Ｂ２は、Ｇａ0.85Ａｌ0.15Ｎにより１．１〜１．５ｎｍの厚さに形成することができる。このように順次厚さを変えて化合物半導体を形成し、化合物半導体層２２Ａｎを１ｎｍの厚さに、化合物半導体層２２ＢｎをＧａ0.85Ａｌ0.15Ｎにより１０ｎｍの厚さに形成することができる。バッファ層２２は、１００層の化合物半導体層からなり得る。このようにして、格子定数のマッチングを図ることができるので、歪みを緩和させて、最上部の転位を減少させることができる。
次に、本発明の三波長半導体レーザアレイ装置の製造方法の一例を図３〜図２５を参照して説明する。
現在、半導体レーザの製造には、半導体レーザ素子の構成半導体薄膜を成長させるためにＭＯＣＶＤ成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）が使われている。これは、ＬＰＥ成長法（Liquid Phase Epitaxy：液相エピタキシャル成長法）やＭＢＥ成長法（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル成長法）に比べ、広い面積への均一な薄膜成長が比較的容易なためである。ＭＯＣＶＤは、半導体の材料を有機化合物の状態で反応室へ導入し、誘導加熱によって高温にされた基板上に、薄膜を成長させる方法である。本発明の三波長半導体レーザアレイ装置の製造においてもＭＯＣＶＤ成長法を用いる。
最初に、ＧａＮ系青色発光半導体レーザダイオード（ＬＤ）の成長を行う。まず、図３に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上に、バッファ層３２を例えば０．５μｍの厚さに、第１のｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３３を例えば１μｍの厚さに、三重量子井戸（ＴＱＷ）構造のＩｎＧａＮ活性層３４を例えば４０ｎｍの全厚さに、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３５を例えば０．３μｍの厚さに、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮブロック層３６を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、ブロック層３６の上にＳｉＯ2膜３７を例えば０．５μｍの厚さに形成する。バッファ層３２は、図１に関して説明した構造を有する。
次に、ＳｉＯ2膜３７に３μｍの幅のストライプ窓３７ａを形成する（図４）。ドライエッチングにより、ストライプ窓３７ａに対応するｎ−ＩｎＡｌＧａＮブロック層３６の部分を第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３５の表面に至るまでエッチング除去してブロック層３６内にストライプ溝３６ａを形成する。その後ＳｉＯ2膜３７をＨＦでエッチングして取り除き、続けて第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３８を例えば０．５μｍの厚さに、ｐ−ＧａＮコンタクト層３９を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、次いでＳｉＯ2膜４０を例えば０．５μｍの厚さに形成する（図５）。
次に、ＳｉＯ2膜４０を青色ＬＤ素子に相当する部分（幅例えば１３０μｍ）４０１だけ残し、他のＳｉＯ2膜４０の部分をフッ酸系エッチング剤で除去する（図６）。その後、残存するＳｉＯ2膜４０１をマスクとして、ｐ−ＧａＮコンタクト層３９、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３８、ブロック層３６、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３５、活性層３４、第１のｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３３およびバッファ層３２をドライエッチングにより部分的に除去し、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の表面を部分的に露出させる。こうして、マスク４０１の下に残存するバッファ層３２１上にそれぞれ残存する第１のｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３３１、活性層３４１、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３５１、ブロック層３６１、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層３８１を備え、残するｐ−ＧａＮコンタクト層３９１を有する青色ＬＤ素子構造が形成される。（図７）。
続けて、赤色ＬＤ素子を形成する。すなわち、図７に示す構造の全面に、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１を例えば１．５μｍの厚さに、ＧａＩｎＰからなるＴＱＷ活性層４２を例えば４０ｎｍの全厚さに、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３を例えば０．３μｍの厚さに、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、その上にＳｉＯ2膜４５を例えば０．５μｍの厚さに形成する（図８）。次に、ＳｉＯ2膜４５に例えば３μｍの幅のストライプ窓４５ａを形成する（図９）。ついで、ストライプ窓４５ａに対応するｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４を、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３の表面に達するまでリン酸でエッチング除去してｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４内にストライプ溝４４ａを形成する。その後ＳｉＯ2膜４５をフッ酸系エッチング剤でエッチング除去する。次に、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６を例えば０．５μｍの厚さに、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４７を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、その上にＳｉＯ2膜４８を例えば０．５μｍの厚さに形成する（図１０）。
ついで、ＳｉＯ2膜４８を、赤色ＬＤ素子に対応する部分（幅例えば１３０μｍ）とそれに連続する青色ＬＤ素子部分だけ残し、他のＳｉＯ2膜４８の部分をフッ酸系エッチング剤で除去する（図１１）。その後、残存するＳｉＯ2膜４８１をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４７、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３、活性層４２およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１をリン酸により部分的に除去し、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の表面を部分的に露出させる。こうして、マスク４８１の下に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４７１、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６１、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４１、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３１、活性層４２１およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１１が残存する（図１２）。
次に、赤外ＬＤ素子を形成する。すなわち、図１２に示す構造の全面に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４９を例えば１．５μｍの厚さに、ＡｌＧａＡｓからなるＴＱＷ活性層５０を例えば４０ｎｍの全厚さに、第１のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１を例えば０．３μｍの厚さに、ｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層５２を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、その上にＳｉＯ2膜５３を例えば０．５μｍの厚さに形成する（図１３）。次にＳｉＯ2膜５３に例えば３μｍの幅のストライプ窓５３ａを形成する（図１４）。ついで、ストライプ窓５３ａに対応するｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層５２の部分をｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１の表面に達するまで硫酸と過酸化水素水の混合液でエッチング除去した後、ＳｉＯ2膜５３をフッ酸系エッチング剤でエッチング除去する。引き続き、第２のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５４を例えば０．５μｍの厚さに、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５５を例えば０．５μｍの厚さに成長させ、その上にＳｉＯ2膜５６を例えば０．５μｍの厚さに形成する（図１５）。
ついで、赤色ＬＤ素子と赤外ＬＤ素子との間に例えば２０μｍの幅の間隙が形成されるように、赤色ＬＤ素子に相当する部分（幅例えば１３０μｍ）５６１だけ残し、他のＳｉＯ2膜５６部分をフッ酸系エッチング剤によるエッチング除去する。その後残存するＳｉＯ2膜５６１をマスクとして、マスク５６１の下のｐ−ＧａＡｓコンタクト層５５、第２のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５４、ｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層５２、第１のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１、活性層５０およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４９の部分を残し、それ以外を硫酸と過酸化水素水の混合液でエッチング除去する。このエッチングでは、ＳｉＯ2膜４８１の下に位置する半導体層はエッチングされない。こうして、マスク５６１の下に残存するｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４９１、活性層５０１、第１のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５１１、ｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層５２１および第２のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５４１を備え、残存するｐ−ＧａＡｓコンタクト層５５１を有する赤色ＬＤ素子構造が形成される（図１７）。
この後、赤外ＬＤと青色ＬＤ間の間隔が例えば２０μｍとなるように、赤外ＬＤ素子に相当する部分（幅例えば１３０μｍ）４８２だけ残し、他のＳｉＯ2膜４８１をフッ酸系エッチング剤でエッチング除去する（図１８）。残存するＳｉＯ2膜４８２をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４７１、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６１、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４１、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３１、活性層４２１およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１１をリン酸を用いてエッチング除去する。このエッチングでは、ＳｉＯ2膜４０１の下に位置する半導体層はエッチングされない。こうしマスク４８２下に残存するｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４１２、活性層４２２、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４３２、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層４４２および第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４６２を備え、残存するｐ−ＧａＡｓコンタクト層４７２を有する赤色ＬＤ素子構造が得られる（図１９）。
次に、各レーザ素子構造上のＳｉＯ2膜４０１、４８２および５６１をエッチング除去した後、図１９に示す構造の全面に、ＳｉＯ2膜５７を形成する（図２０）。ついで、各レーザ素子の頂部にあるＳｉＯ2膜５７部分のみをエッチング除去する（図２１）。しかる後、全面にニッケルを例えば０．１μｍの厚さに、金を例えば１μｍの厚さに順次真空蒸着で形成してＮｉ／Ａｕ積層構造の電極層５８を形成する（図２２）。ついで、各レーザ素子構造上の電極層５８およびＳｉＯ2膜５７をエッチング除去する。こうして、各レーザ素子上にＮｉ／Ａｕ積層構造の電極５８１、５８２、５８３が形成される（図２３）。
ついで、ｎ−ＧａＡｓ基板３１裏面を基板３１の厚さが１００μｍとなるように研磨した後、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金の電極５９を１μｍの厚さに真空蒸着する（図２４）。この電極５９にＣｕ放熱体６０をボンディングし、Ｃｕ放熱体６０にカソードのリード線（銅線）６１を取り付け、各ＬＤ素子の電極５８１〜５８３上にそれぞれアノードのリード線（銅線）６２１〜６２３を取り付ける（図２５）。こうして、三波長半導体レーザアレイ装置が完成する。図２６は、こうして得られる三波長半導体レーザアレイ装置の実際の大きさと形状の一例を示す。幅５００μｍ、長さ３００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１００上に、青色ＬＤ素子ＢＬＤ、赤色ＬＤ素子ＲＬＤおよび赤外ＬＤ素子ＩＲＬＤがストライプ状にそれぞれ１３０μｍの幅および３００μｍの長さに形成され、それらの間隔は２０μｍであり、各高さは４μｍである。
１１…半導体基板
１２、３２、３２１…バッファ層
３３…第１のｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３４、３４１…ＩｎＧａＮ活性層
３５…第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３６…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮブロック層
３７、４０、４５、４８、５３、５６、５７…ＳｉＯ2膜
３８…第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３９…ｐ−ＧａＮコンタクト層
４１…ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４２…ＧａＩｎＰからなるＴＱＷ活性層
４３…第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４４…ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層
４６…第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４７…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
４９…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５０…ＡｌＧａＡｓからなるＴＱＷ活性層
５１…第１のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５２…ｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層
５４…第２のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５５…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５８…電極層
５８１〜５８３…アノードリード線
５９…Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金電極
６０…Ｃｕ放熱体
６１…カソードリード線
６２１〜６２３…アノードリード線
１２、３２、３２１…バッファ層
３３…第１のｎ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３４、３４１…ＩｎＧａＮ活性層
３５…第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３６…ｎ−ＩｎＡｌＧａＮブロック層
３７、４０、４５、４８、５３、５６、５７…ＳｉＯ2膜
３８…第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮクラッド層
３９…ｐ−ＧａＮコンタクト層
４１…ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４２…ＧａＩｎＰからなるＴＱＷ活性層
４３…第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４４…ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層
４６…第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４７…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
４９…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５０…ＡｌＧａＡｓからなるＴＱＷ活性層
５１…第１のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５２…ｎ−ＡｌＧａＡｓブロック層
５４…第２のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
５５…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５８…電極層
５８１〜５８３…アノードリード線
５９…Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金電極
６０…Ｃｕ放熱体
６１…カソードリード線
６２１〜６２３…アノードリード線
Claims (3)
- 半導体基板上にモノリシックに赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子が集積化された三波長半導体レーザアレイ装置において、前記半導体基板と前記青色レーザ素子との間にバッファ層を設け、前記バッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮの組み合わせ、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 の組み合わせにより構成される超格子構造を有することを特徴とする三波長半導体レーザアレイ装置。
- 半導体基板上にモノリシックに赤色レーザ素子、赤外レーザ素子および青色レーザ素子が集積化された三波長半導体レーザアレイ装置において、前記半導体基板と前記青色レーザ素子との間にバッファ層を設け、前記バッファ層は、ＣｕＧａＳ 2 とＧａＡｌＮとの交互の層、またはＣｕＧａＳ 2 とＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 との交互の層を含み、前記ＣｕＧａＳ 2 層の厚さは、前記半導体基板から青色レーザ素子に向かうにつれて薄くなり、前記ＧａＡｌＮ層またはＺｎＩｎ 2 Ｓ 4 層の厚さは、前記青色レーザ素子から前記半導体基板に向かうにつれて薄くなる構造を有することを特徴とする三波長半導体レーザアレイ装置。
- 前記半導体基板が、シリコンまたはＧａＡｓを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の三波長半導体レーザアレイ装置。
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