JP4656362B2 - 半導体レーザー装置の製造方法 - Google Patents

半導体レーザー装置の製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲインガイド構造の半導体レーザーとインデックスガイド構造の半導体レーザーとを共通の半導体基板上に設けた半導体レーザー装置を製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
情報記録媒体であるCD(Compact Disk)やDVD(Digital Versatile Disk)などの光ディスクに記録された情報は、光ディスク表面に半導体レーザーによりレーザー光を照射し、その反射光をフォトダイオードなどにより受光して電気信号を生成することで再生される。
【0003】
上記レーザー光の照射に用いる半導体レーザーにはゲインガイド構造を有するものとインデックスガイド構造を有するものとが存在し、それぞれ長所短所を持っている。上述のように半導体レーザーにより光ディスクに照射され、そして光ディスクで反射したレーザー光は、フォトダイオードなどの受光素子に入射するだけでなく半導体レーザー自身にも入射し、その結果、いわゆる戻り光ノイズが発生する。この戻り光ノイズの抑制には、半導体レーザーをゲインガイド構造とすることが有効である。しかし発光効率の点では、電流閉じ込め効率や光閉じ込め効率が高いインデックスガイド構造が優れている。
【0004】
また、CDとDVDとでは情報再生に使用するレーザー光の波長が異なり、CDには750〜890nm程度の波長が用いられ、一方、DVDには630〜690nm程度の波長が用いられる。したがって、利便性を高めるべくCDとDVDの両方の媒体から情報を再生できるようにした光ディスク装置では、これら2種類の波長のレーザー光を発生させるために2種類の半導体レーザーを備える必要がある。そして、CDの再生には、戻り光ノイズの抑制を優先してゲインガイド構造の半導体レーザーが用いられ、一方、DVDの再生には、素子寿命の観点からゲインガイド構造の採用は難しいことからインデックスガイド構造の半導体レーザーが用いられる。DVDの再生にインデックスガイド構造の半導体レーザーを用いた場合、戻り光ノイズの点で不利となるが、この問題は電流ブロック層の光吸収作用による過飽和吸収域の形成により発振モードをパルセーション化させることで回避することができる。
【0005】
これら波長の異なる2つの半導体レーザーを用いた場合、半導体レーザーの間隔、したがって発光点の間隔が正確に設定される必要がある。上述のように反射光の受光にはフォトダイオードなどの受光素子が用いられ、そして、受光素子は各半導体レーザーごとに設けて、2つの半導体レーザーの間隔に対応した間隔で配置される。そのため、上記発光点間隔が不正確な場合には、反射光が受光素子に正しく入射せず、受光感度の低下などを招いてしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
2つの半導体レーザーの発光点間隔を正確に設定するためには、各半導体レーザーを異なるチップに個別に形成して各チップを隣接配置する構成とするより、共通の半導体基板上に構造の異なる2つの半導体レーザーを形成する方が有利である。
さらに、構造の異なる半導体レーザーを共通の半導体基板上に形成する場合でも、各半導体レーザーをそれぞれ異なるマスクを用いて個別に形成するより、共通のマスクを用いて形成する方が、マスクのずれの問題がなく、2つの半導体レーザーをより高い位置精度で配置することができる。
【0007】
そこで本発明の目的は、構造の異なる2つの半導体レーザーを共通のマスクを用いて形成することにより、2つの半導体レーザーの発光点間隔の精度向上を実現する半導体レーザー装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、ゲインガイド構造を有する第1の半導体レーザーとインデックスガイド構造を有する第2の半導体レーザーとを共通の半導体基板上に並設した半導体レーザー装置を製造する方法であって、前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザーを構成する、活性層をクラッド層により挟んだ第1の積層構造体をアイランド状に形成し、前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成するための第1のクラッド層、活性層、ならびに第2のクラッド層を順次、積層して第2の積層構造体を形成し、前記第1の積層構造体上で、少なくとも前記第1のクラッド層の下側部分を含む前記第2の積層構造体の部分層を残して、前記第2の積層構造体の上側部分を除去し、前記半導体基板の表面全体に、酸化膜を形成し、単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーにより、前記第1の積層構造体上の前記第2の積層構造体の前記部分層の上、および前記半導体基板上の前記第2の半導体レーザー形成箇所に形成した前記第2の積層構造体の上においてそれぞれ前記酸化膜をストライプ状にパターン化し、前記第2の半導体レーザー形成箇所の前記第2のクラッド層表面を、前記酸化膜をマスクとしてエッチングし、前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成する電流ブロック層の材料をMOCVD法により堆積させ、前記第1の積層構造体上から前記電流ブロック層の材料および前記第2の積層構造体の前記部分層を、前記酸化膜をマスクとして除去し、前記第1の積層構造体の表面部に、前記酸化膜および前記酸化膜下の前記第2の積層構造体の前記部分層をマスクとしてイオン注入を行い絶縁層を形成することを特徴とする。
【0009】
上記ゲインガイド構造の半導体レーザーでは、製造途中に第1の積層構造体上に形成されたストライプ状酸化膜下の位置で活性層が発光し、上記インデックスガイド構造の半導体レーザーでは、第2のクラッド層上に形成されたストライプ状酸化膜下の位置で活性層が発光する。したがって、2つの半導体レーザーの発光点間隔は、上記ストライプ状酸化膜の間隔で決まる。そして、本発明では、酸化膜は単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーによってパターン化するので、上記発光点間隔はきわめて高い精度で設定される。
【0010】
また、本発明では、上述のように第1の積層構造体上に形成された第2の積層構造体は、少なくとも第1のクラッド層の下側部分を含む部分層を、後にイオン注入時のマスクとして使用すべく残す。そして、この第1のクラッド層は、第2の半導体レーザーの電流ブロック層の材料を堆積させるMOCVDを行っても、その熱により変質することはない。よって、第2の積層構造体の上記部分層をマスクとしてイオン注入を行い第1の半導体レーザーを構成する上記絶縁層を形成することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図1の(A)ないし(E)は本発明による半導体レーザー装置の製造方法の一例における各工程を示す断面側面図、図2の(A)ないし(E)は図1の(E)の工程に続く各工程を示す断面側面図である。
本実施の形態例では、一例としてCDから情報を再生するための、ゲインガイド構造を有する第1の半導体レーザーと、DVDから情報を再生するための、インデックスガイド構造を有する第2の半導体レーザーとを同一半導体基板上に隣接して形成するものとする。第1の半導体レーザーが発生するレーザー光の波長は750〜890nm程度であり、第2の半導体レーザーが発生するレーザー光の波長は630〜690nm程度であある。本実施の形態例では半導体基板上に多数の第1および第2の半導体レーザーを形成するが、図1および図2はその内の1つの半導体レーザー装置を構成する一組の第1および第2の半導体レーザーの箇所を示している。
【0012】
まず、図1の(A)に示したように、GaAsから成る半導体基板2の上に、いずれもAlGaAsから成るn型クラッド層4、活性層6、ならびにp型クラッド層8を順番に形成し、さらにその上にGaAsから成るキャップ層10を形成する。そして周知のフォトリソグラフィーによりアイランド状にパターン化して第1の半導体レーザーを構成する第1の積層構造体12を得る。
【0013】
次に、図1の(B)に示したように、第1の積層構造体12に隣接する箇所に第2の半導体レーザーを形成すべく、半導体基板2の表面全体に、GaInPから成るn型バッファー層14、GaInPから成るn型クラッド層16、GaInPウェルおよびAlGaInPバリアから成る活性層18、GaInPから成るp型クラッド層20、GaInPから成るp型中間層24、ならびにGaAsから成るキャップ層22をこの順番で積層して第2の積層構造体26を形成する。
【0014】
なお、第1および第2の積層構造体12、26の各層は、MOCVD法(有機金属気相成長法)により形成することができる。MOCVD法を用いることで、半導体基板2上の広い範囲において均一な厚みで制御性良く成膜できるとともに、結晶組成の均一性を確保でき、さらには急峻なヘテロ界面を形成することができる。
【0015】
つづいて、図1の(C)に示したように、第1の積層構造体12の隣接箇所に形成された第2の積層構造体26の表面をフォトレジスト層28により覆い、これをマスクとするエッチングを行って、第1の積層構造体12上で、少なくともn型クラッド層16の下側部分を含む第2の積層構造体26の部分層を残して、第2の積層構造体26の上側部分を除去する。本実施の形態例では、一例として、活性層18でエッチングを停止させ、活性層18より上側のキャップ層22、p型中間層24、ならびにp型クラッド層20を除去し、n型クラッド層16および活性層18を上記部分層として残す。
【0016】
このエッチングでは、たとえばH3PO4;H2O2;H2Oなどの選択性エッチャントによりキャップ層22を除去し、たとえばHCl;H2Oなどの選択性エッチャントによりp型中間層24を除去し、たとえばH2SO4;H2Oなどの選択性エッチャントによりp型クラッド層20を除去する。
【0017】
次に、図1の(D)に示したように、CVD法によって表面全体に酸化膜30(SiO2)を200nm〜300nmの厚さに堆積させ、さらに、その上にレジスト層を形成した後、単一の露光マスクを用いた露光、および、その後の現像によりフォトレジスト層をパターン化して、第1の積層構造体12上の酸化膜30の上、および第1の積層構造体12に隣接する、第2の半導体レーザー形成箇所における第2の積層構造体26上の酸化膜30の上にそれぞれストライプ状のフォトレジスト層32、34を形成する。ここで、フォトレジスト層32、34は紙面に直交する方向にストライプ状に延在している。
その後、これらのフォトレジスト層32、34をマスクとし、フッ化アンモニウムを用い酸化膜30をエッチングして、図1の(E)に示したように、ストライプ状のフォトレジスト層32、34のパターンを酸化膜30に転写し、ストライプ状の酸化膜36、38を形成する。
【0018】
つづいて、図2の(A)に示したように、第1の積層構造体12上の活性層18および酸化膜36をフォトレジスト層40により覆った上で、第2の半導体レーザー形成箇所における第2の積層構造体26の、キャップ層22、p型中間層24、ならびにp型クラッド層20の上層部を、酸化膜38をマスクとするエッチングにより除去する。これにより酸化膜38の下部に、p型クラッド層8の一部によるストライプリッジ42が形成される。
【0019】
このエッチングでは、たとえばH3PO4;H2O2;H2Oなどの選択性エッチャントによりキャップ層22を除去し、たとえばHCl;H2Oなどの選択性エッチャントによりp型中間層24を除去し、たとえばH2SO4;H2Oなどの選択性エッチャントによりp型クラッド層20を所定の深さにエッチングする。
【0020】
次に、図2の(B)に示したように、半導体基板の表面全体に、MOCVD法によってGaAsを堆積させ、酸化膜38の両側に電流ブロック層44を形成する。このときGaAsは第1の積層構造体12上の活性層18、および第2の半導体レーザー形成箇所における第2の積層構造体26のp型クラッド層20の上に選択的に堆積し、酸化膜36、38の上には堆積しない。
【0021】
その後、図2の(C)に示したように、第2の半導体レーザー形成箇所の第2の積層構造体26をフォトレジスト層46により覆い、図2の(B)に示した第1の積層構造体12上の上記MOCVD法による堆積層48(電流ブロック層)をH3PO4;H2O2;H2Oなどの選択性エッチャントを用いたエッチングにより除去する。なお、このエッチングでは酸化膜36および下層の活性層18は除去されない。
つづいて、酸化膜36をマスクとしHCl;H2Oなどの選択性エッチャントを用いたエッチングにより、第1の積層構造体12上の活性層18、n型クラッド層16、ならびにn型バッファー層14を除去する(図2の(B))。
【0022】
そして、図2の(D)に示したように、酸化膜36、およびその下層のn型クラッド層16を中心とする第2の積層構造体26の部分層をマスクとして、たとえばB+イオンを注入し、第1の積層構造体12表面部の酸化膜36の両側部に、絶縁層50を形成する。
その後、図2の(E)に示したように、フォトレジスト層46を除去した後、フッ化アンモニウムにより酸化膜36、38を除去し、さらにHClにより、酸化膜36の下層である活性層18、n型クラッド層16、ならびにn型バッファー層14を除去する。さらに、ストライプ状のキャップ層10、22の上に不図示の電極を形成して、第1および第2の半導体レーザー52、54の基本構造が完成する。
【0023】
このように形成したゲインガイド構造の第1の半導体レーザー52では、ストライプ状のキャップ層10下の位置で活性層6が発光し、インデックスガイド構造の第2の半導体レーザー54では、キャップ層22下の位置で活性層18が発光する。したがって、2つの半導体レーザーの発光点間隔L(図2の(E))は、酸化膜36、38の間隔で決まり、そして、本実施の形態例では、酸化膜36、38は上述のように単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーによって形成するので、上記発光点間隔はきわめて高い精度で設定される。
【0024】
また、本実施の形態例では、上述のように、第1の積層構造体12上に形成された第2の積層構造体26は、全体を除去するのではなく、n型クラッド層16を後にマスクとして使用すべく残す。そして、このn型クラッド層16は、第2の半導体レーザーを構成する電流ブロック層50の材料を堆積させるために上述のようにMOCVDを行い、600°C程度の高温に曝しても変質することはない。よって、酸化膜36下のn型クラッド層16をマスクとしてイオン注入を行い第1の半導体レーザーを構成する絶縁層50を形成することができる。
従来、このようなイオン注入のためのマスクにはフォトレジストが用いられている。もし、本実施の形態例でもn型クラッド層16の代わりに従来通りフォトレジスト層を形成してマスクにしたとすると、電流ブロック層50を形成するためのMOCVDを行った際に、その熱によりフォトレジスト層が変質し、マスクとしての機能を果たさなくなってしまう。そのため従来の方法で絶縁層50を形成することはできない。
【0025】
さらに、本実施の形態例では、第2の半導体レーザー54を形成すべくMOCVD法により電流ブロック層44の材料を堆積させた後に、第1の積層構造体12の表面部にイオン注入を行って絶縁層50を形成する。したがって、電流ブロック層44より先に絶縁層50を形成した場合のように、絶縁層50の抵抗率が、MOCVDを行うための熱により低下してしまい絶縁層50がその役割を果たさなくなるといったことがない。
そして、本実施の形態例では、第1および第2の積層構造体12、26上のストライプ状の酸化膜36、38は、第1および第2の積層構造体12、26ごとに、それぞれ個別に形成するのではなく、上述のように同一の工程により形成するので(図1の(D)、(E))、この点で工程が簡素化される。
【0026】
なお、本実施の形態例では、第1の積層構造体12上に形成された第2の積層構造体26を除去する際、活性層18でエッチングを停止させ、キャップ層22、p型中間層24、ならびにp型クラッド層20を除去するとしたが、第1の積層構造体12の上には、後に電流ブロック層44を形成する際にマスクとなる層が形成されていればよいため、充分な厚さを確保できるのであれば活性層18も除去したり、さらにはn型クラッド層16の上層部を除去することも可能である。また、逆に、活性層18の手前でエッチングを停止させ、p型クラッド層20の上部のみを除去してもよい。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ゲインガイド構造を有する第1の半導体レーザーとインデックスガイド構造を有する第2の半導体レーザーとを共通の半導体基板上に並設した半導体レーザー装置を製造する方法であって、前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザーを構成する、活性層をクラッド層により挟んだ第1の積層構造体をアイランド状に形成し、前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成するための第1のクラッド層、活性層、ならびに第2のクラッド層を順次、積層して第2の積層構造体を形成し、前記第1の積層構造体上で、少なくとも前記第1のクラッド層の下側部分を含む前記第2の積層構造体の部分層を残して、前記第2の積層構造体の上側部分を除去し、前記半導体基板の表面全体に、酸化膜を形成し、単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーにより、前記第1の積層構造体上の前記第2の積層構造体の前記部分層の上、および前記半導体基板上の前記第2の半導体レーザー形成箇所に形成した前記第2の積層構造体の上においてそれぞれ前記酸化膜をストライプ状にパターン化し、前記第2の半導体レーザー形成箇所の前記第2のクラッド層表面を、前記酸化膜をマスクとしてエッチングし、前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成する電流ブロック層の材料をMOCVD法により堆積させ、前記第1の積層構造体上から前記電流ブロック層の材料および前記第2の積層構造体の前記部分層を、前記酸化膜をマスクとして除去し、前記第1の積層構造体の表面部に、前記酸化膜および前記酸化膜下の前記第2の積層構造体の前記部分層をマスクとしてイオン注入を行い絶縁層を形成することを特徴とする。
【0028】
上記ゲインガイド構造の半導体レーザーでは、製造途中に第1の積層構造体上に形成されたストライプ状酸化膜下の位置で活性層が発光し、上記インデックスガイド構造の半導体レーザーでは、第2のクラッド層上に形成されたストライプ状酸化膜下の位置で活性層が発光する。したがって、2つの半導体レーザーの発光点間隔は、上記ストライプ状酸化膜の間隔で決まる。そして、本発明では、酸化膜は単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーによってパターン化するので、上記発光点間隔はきわめて高い精度で設定される。
【0029】
また、本発明では、上述のように第1の積層構造体上に形成された第2の積層構造体は、少なくとも第1のクラッド層の下側部分を含む部分層を、後にイオン注入時のマスクとして使用すべく残す。そして、この第1のクラッド層は、第2の半導体レーザーの電流ブロック層の材料を堆積させるMOCVDを行っても、その熱により変質することはない。よって、第2の積層構造体の上記部分層をマスクとしてイオン注入を行い第1の半導体レーザーを構成する上記絶縁層を形成することができる。
【0030】
さらに、本発明では、第2の半導体レーザーを形成すべくMOCVD法により電流ブロック層の材料を堆積させた後に、第1の積層構造体の表面部にイオン注入を行って絶縁層を形成するので、この絶縁層の抵抗率が、MOCVDを行うための熱により低下してしまい絶縁層がその役割を果たさなくなるといったことがない。
そして、本発明では、第1の積層構造体上のストライプ状酸化膜および第2の半導体レーザー形成箇所の第2のクラッド層上のストライプ状酸化膜は、それぞれ個別に形成するのではなく、同一の工程により一度に形成するので、この点で工程が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)ないし(E)は本発明による半導体レーザー装置の製造方法の一例における各工程を示す断面側面図である。
【図2】(A)ないし(E)は図1の(E)の工程に続く各工程を示す断面側面図である。
【符号の説明】
2……半導体基板、4……n型クラッド層、6……活性層、8……p型クラッド層、10……キャップ層、12……第1の積層構造体、14……n型バッファー層、16……n型クラッド層、18……活性層、20……p型クラッド層、22……キャップ層、24……p型中間層、26……第2の積層構造体、30……酸化膜、32……フォトレジスト層、34……フォトレジスト層、36……酸化膜、38……酸化膜、40……フォトレジスト層、42……ストライプリッジ、44……電流ブロック層、46……フォトレジスト層、48……堆積層、50……絶縁層、52……第1の半導体レーザー、54……第2の半導体レーザー。

Claims (15)

  1. ゲインガイド構造を有する第1の半導体レーザーとインデックスガイド構造を有する第2の半導体レーザーとを共通の半導体基板上に並設した半導体レーザー装置を製造する方法であって、
    前記半導体基板上に、前記第1の半導体レーザーを構成する、活性層をクラッド層により挟んだ第1の積層構造体をアイランド状に形成し、
    前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成するための第1のクラッド層、活性層、ならびに第2のクラッド層を順次、積層して第2の積層構造体を形成し、
    前記第1の積層構造体上で、少なくとも前記第1のクラッド層の下側部分を含む前記第2の積層構造体の部分層を残して、前記第2の積層構造体の上側部分を除去し、
    前記半導体基板の表面全体に、酸化膜を形成し、
    単一の露光マスクを用いたフォトリソグラフィーにより、前記第1の積層構造体上の前記第2の積層構造体の前記部分層の上、および前記半導体基板上の前記第2の半導体レーザー形成箇所に形成した前記第2の積層構造体の上においてそれぞれ前記酸化膜をストライプ状にパターン化し、
    前記第2の半導体レーザー形成箇所の前記第2のクラッド層表面を、前記酸化膜をマスクとしてエッチングし、
    前記半導体基板の表面全体に、前記第2の半導体レーザーを構成する電流ブロック層の材料をMOCVD法により堆積させ、
    前記第1の積層構造体上から前記電流ブロック層の材料および前記第2の積層構造体の前記部分層を、前記酸化膜をマスクとして除去し、
    前記第1の積層構造体の表面部に、前記酸化膜および前記酸化膜下の前記第2の積層構造体の前記部分層をマスクとしてイオン注入を行い絶縁層を形成することを特徴とする半導体レーザー装置の製造方法。
  2. 前記第1の積層構造体上で、少なくとも前記第1のクラッド層の下側部分を含む前記第2の積層構造体の部分層を残して、前記第2の積層構造体の上側部分を除去する際、前記第2の積層構造体の活性層以下を残すことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  3. 前記第1の積層構造体の表面に第1のキャップ層を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  4. 前記第2の半導体レーザーを構成するための前記第1のクラッド層、前記活性層、ならびに前記第2のクラッド層を積層する際、前記半導体基板の表面全体に、まずバッファー層を形成して、その上に前記第1のクラッド層、前記活性層、ならびに前記第2のクラッド層を積層し、さらに前記第2のクラッド層の上に中間層を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  5. 前記中間層の上に第2のキャップ層を形成することを特徴とする請求項4記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  6. 前記第2の半導体レーザー形成箇所の前記第2のクラッド層の表面を前記酸化膜をマスクとしてエッチングする際、前記第2のクラッド層の上に形成された前記第2のキャップ層および前記中間層を前記酸化膜をマスクとしてエッチングすることを特徴とする請求項5記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  7. 前記第1の半導体レーザーが発生する光の波長は前記第2の半導体レーザーが発生する光の波長より長いことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  8. 前記半導体基板はGaAsにより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ー装置の製造方法。
  9. 前記第1の積層構造体を構成するクラッド層および前記活性層はAlGaAsにより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ー装置の製造方法。
  10. 前記第1のキャップ層はGaAsにより形成することを特徴とする請求項3記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  11. 前記第2の半導体レーザーを構成する前記第1および第2のクラッド層はAlGaInPにより形成することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  12. 前記第2の半導体レーザーを構成する前記活性層はGaInPおよびAlGaInPにより形成することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  13. 前記電流ブロック層の材料は、GaAsであることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  14. 前記第2の半導体レーザーを構成する前記第2のキャップ層はGaAsにより形成することを特徴とする請求項5記載の半導体レーザー装置の製造方法。
  15. 前記バッファー層および前記中間層はGaInPにより形成することを特徴とする請求項4記載の半導体レーザー装置の製造方法。
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