JP4696332B2

JP4696332B2 - 半導体レーザ発光装置の製造方法

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Publication number: JP4696332B2
Application number: JP2000056947A
Authority: JP
Inventors: 啓修成井; 照二平田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JP2001244572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ発光装置の製造方法に関し、詳しくは異なる波長のレーザ光を発振する第１の半導体レーザ発光素子と第２の半導体レーザ発光素子とを形成する半導体レーザ発光装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２波長（発振波長が６５０ｎｍと７８０ｎｍ）のレーザ光を発振する半導体レーザ発光装置の製造方法の一例を、特にレーザ発振に係わる結晶成長層の製造方法を以下に説明する。
【０００３】
有機金属気相エピタキシャル成長〔ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxial growth ）〕法によって、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、例えばＧａＡｓからなるｎ型バッファ層、ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層、発振波長が７８０ｎｍとなる多重量子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層、ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順に積層する。
【０００４】
次に、レジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成を行った後、ウエットエッチングによって、上記積層膜をパターニングし、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域上に上記ｎ型クラッド層からｐ型キャップ層までを堆積してなる第１の積層体を形成する。
【０００５】
次いで、ＭＯＶＰＥ法によって、上記ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層上に上記第１の積層体を覆うように、ＩｎＧａＰからなるｎ型バッファ層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、発振波長が６５０ｎｍとなる多重量子井戸構造の活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順に積層する。
【０００６】
次に、レジスト塗布、リソグラフィー技術によるエッチングマスクの形成を行った後、ウエットエッチングによって、上記ＩｎＧａＰのｎ型バッファ層からＧａＡｓのｐ型キャップ層までの積層膜をパターニングし、第２の半導体レーザ発光素子の形成領域上に上記ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層からＡｌＧａＩｎＰのｐ型キャップ層までを堆積してなる第２の積層体を形成する。その結果、第１の積層体と第２の積層体とに分離形成される。
【０００７】
次に、第１、第２の積層体上層に、電流注入領域を形成するための電流狭窄領域を形成し、ゲインガイド型の電流狭窄構造となるストライプ構造を形成する。
【０００８】
その後、上記第１、第２の積層体に形成されている各ｐ型キャップ層に接続するｐ型電極を形成するとともに、ｎ型基板に接続するｎ型電極を形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第２の積層体を形成する際に、図６の（１）に示すように、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料からなる第１の積層体２１１のレーザ光が発振される方向に沿った側面２１１Ｓに｛１１１｝Ａ面が存在する場合、図６の（２）に示すように、｛１１１｝Ａ面となっている第１の積層体２１１の側面２１１Ｓにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料の第２の積層体２２１が良好に成長せず、第２の積層体２２１は異常成長を起こして、ヒロックが発生するという問題が生じていた。これは、異常成長によって、異常成長領域付近の成長速度が異なることによって、均一な膜厚が得られず、レーザ特性に影響を与えることになる。
【００１０】
特に２波長レーザ発光装置においては、半導体レーザ発光素子間隔を狭くすることが要求されている。ところが、第１、第２の積層体間において異常成長が起こるとその異常成長した部分を除去する必要があるために半導体レーザ発光素子間隔を広げて設計する必要が生じる。このことは、２波長のレーザ光を発振する半導体レーザ発光装置の製造上、好ましいことではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体レーザ発光装置の製造方法である。
【００１２】
本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法は、基板に、異なる波長のレーザ光を発振する第１の半導体レーザ発光素子と第２の半導体レーザ発光素子とを形成する半導体レーザ発光装置の製造方法であって、基板上に前記第１の半導体レーザ発光素子を構成する化合物半導体層を積層して第１の積層体を形成する工程と、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残して、その他の領域に形成されている前記第１の積層体を除去する工程と、前記基板上に前記第２の半導体レーザ発光素子を構成する化合物半導体層を積層して第２の積層体を形成する工程と、第２の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第２の積層体を残して、その他の領域に形成されている前記第２の積層体を除去する工程と、前記第１の積層体と前記第２の積層体とに電流注入領域を形成するための電流狭窄領域を形成する工程とを備えた半導体レーザ発光装置の製造方法において、前記第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残す工程を行った後でかつ前記第２の積層体を形成する前に、残した前記第１の積層体のレーザ光発振方向に沿った側面を｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面に形成する工程を備えている製造方法である。
【００１３】
上記半導体レーザ発光装置の製造方法では、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残す工程を行った後でかつ前記第２の積層体を形成する前に、残した前記第１の積層体のレーザ光発振方向に沿った側面を｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面に形成する工程を備えていることから、第１の積層体の側面は４元系化合物半導体が異常成長を起こしやすい｛１１１｝Ａ面にならないため、エピタキシャル成長によって第１の積層体上に４元系化合物半導体を堆積しても、４元系化合物半導体は異常成長を起こすことなく堆積される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法に係る第１の実施の形態を、図１および図２の製造工程断面図によって説明する。
【００１５】
図１の（１）に示すように、有機金属気相エピタキシャル成長〔ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxial growth ）〕法に代表されるエピタキシャル成長法によって、ｎ型基板１０上に、ｎ型バッファ層１１、第１導電型（ここではｎ型とする）クラッド層１２、発振波長が７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１３、第２導電型（ここではｐ型とする）クラッド層１４、ｐ型キャップ層１５を順に積層する。上記ｎ型基板１０は例えばｎ型ＧａＡｓ基板を用い、上記ｎ型バッファ層１１は例えばｎ型ＧａＡｓ層で形成し、上記ｎ型クラッド層１２は例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層で形成し、上記ｐ型クラッド層１４は例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ層で形成し、ｐ型キャップ層１５は例えばｐ型ＧａＡｓ層で形成する。なお、活性層１３と各クラッド層１２，１４との間にガイド層を設けてもよい。
【００１６】
次に、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域２上を覆うレジスト膜（図示せず）を形成し、そのレジスト膜をマスクに用いた硫酸系の無選択エッチングおよびフッ酸（ＨＦ）系のＡｌＧａＡｓ選択エッチングなどのウエットエッチングによって、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域２を除く部分の上記ｐ型キャップ層１５から上記ｎ型クラッド層１２までを除去する。その結果、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域２上に、ｎ型バッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、ｐ型キャップ層１５を順に積層した第１の積層体１６が残される。
【００１７】
次に、図１の（２）に示すように、レジスト塗布およびリソグラフィー技術によって、残した前記第１の積層体１６のレーザ光発振方向となる方向に沿った側面１６Ｓ上を開口するマスク３１を形成する。
【００１８】
次に、図１の（３）に示すように、上記マスク３１を用いたエッチングによって、残した前記第１の積層体１６のレーザ光発振方向となる方向に沿った側面１６Ｓを｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面に形成する。すなわち、ｎ型基板１０の表面に対して５４．７°未満の傾斜角となるように側面１６Ｓをエッチングする。このエッチングでは、例えば硫酸系のウエットエッチングを用いる。詳しくは、一例として、Ｈ₂ＳＯ₄とＨ₂Ｏ₂とＨ₂Ｏとを３：２：１の割合で混合したエッチング液を用い、エッチング時間を例えば１０秒に設定して、上記エッチングを行った。
【００１９】
次いで、図１の（４）に示すように、例えばＭＯＶＰＥ法などのエピタキシャル成長法によって、例えばｎ型バッファ層１１上に、ｎ型バッファ層２１、第１導電型（ｎ型）クラッド層２２、発振波長が６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層２３、第２導電型（ｐ型）クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５を順に積層する。上記ｎ型バッファ層２１は例えばｎ型ＩｎＧａＰ層で形成し、上記ｎ型クラッド層２２は例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層で形成し、上記ｐ型クラッド層２４は例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層で形成し、ｐ型バッファ層２５は例えばｐ型ＧａＡｓ層で形成する。
【００２０】
次に、図２の（５）に示すように、第２の半導体レーザ発光素子の形成領域４上を覆うレジスト膜（図示せず）を形成する。そのレジスト膜をマスクに用いた硫酸系のキャップ層エッチングおよびリン酸塩酸系の４元系化合物半導体の選択エッチング、塩酸系の分離エッチングなどのウエットエッチングによって、第２の半導体レーザ発光素子の形成領域４を除く部分の上記ｐ型キャップ層２５から上記ｎ型クラッド層２２までを除去して、第２の半導体レーザ発光素子の形成領域４上に、ｎ型バッファ層２１、ｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５を順に積層した第２の積層体２６を残す。したがって、第１の積層体１６と第２の積層体２６とに分離される。
【００２１】
次に、図２の（６）に示すように、第１、第２の積層体１６、２６上に、電流注入領域１７，２７となる部分を覆うマスク（図示せず）を形成した後、そのマスクに用いたエッチングによって、ｐ型キャップ層１５、２５の表面からｐ型クラッド層１４、２４の途中の深さまで不純物を導入して電流狭窄領域１８、２８を形成し、ゲインガイド型の電流狭窄構造となるストライプ構造を形成する。
【００２２】
その後、上記マスクを除去する。次いで、図２の（７）に示すように、上記ｐ型キャップ層１４、２４に接続するｐ型電極１９、２９をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層体で形成するとともに、ｎ型基板１０に接続するｎ型電極５１を例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層体で形成する。
【００２３】
上記説明したようにして、第１の積層体１６を主要構成とした第１の半導体レーザ発光素子３と、第２の積層体２６を主要構成とした第２の半導体レーザ発光素子５とを同一チップに搭載した半導体レーザ発光装置１が完成する。
【００２４】
上記半導体レーザ発光装置１の製造方法では、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域２に前記第１の積層体１６を残す工程を行った後でかつ第２の積層体２６を形成する前に、残した前記第１の積層体１６のレーザ光発振方向となる方向に沿った側面１６Ｓをｎ型基板１０の表面に対して｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面に形成する工程を備えていることから、第１の積層体１６の側面１６Ｓは４元系化合物半導体が異常成長を起こしやすい｛１１１｝Ａ面にならないため、エピタキシャル成長によって第１の積層体１６上に４元系化合物半導体であるｎ型クラッド層２２、活性層２３、ｐ型クラッド層２４、ｐ型キャップ層２５等を堆積しても、４元系化合物半導体は異常成長を起こすことなく堆積される。
【００２５】
上記製造方法によって形成された上記半導体レーザ発光装置１における第１の半導体レーザ発光素子３は、それを構成する第１の積層体１６の側面が基板表面に対して｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜を有する面になっている。それによって、第２の半導体レーザ発光素子５を構成する第２の積層体２６は、正常なエピタキシャル成長層によって構成されたものとなっている。そして、この半導体レーザ発光装置１は、第１の半導体レーザ発光素子３のレーザ光射出部と、第２の半導体レーザ発光素子５のレーザ光射出部との間隔が例えば１００μｍ〜２００μｍ程度の範囲に設定されている。各レーザ光射出部からは、例えば７８０ｎｍ帯の波長のレーザ光Ｌ１および６５０ｎｍ帯の波長のレーザ光Ｌ２とがｎ型基板１０表面と平行であってほぼ同一方向（ほぼ平行）に射出される。
【００２６】
また、上記構造の半導体レーザ発光装置１は、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）などの波長の異なる光ディスクシステムの光学系ピックアップ装置などを構成するのに好適な、発光波長が異なる２種類の半導体レーザ発光素子を１チップ上に搭載する、モノリシック半導体レーザ発光装置になる。
【００２７】
図３に示すように、上記半導体レーザ発光装置（モノリシック半導体レーザ発光装置）１は、ｐ型電極１９、２９側から半導体ブロック６１上に形成された電極６２、６３に、はんだなどを用いて接続、固定されて使用される。この場合、例えば第１の半導体レーザ発光素子３のｐ型電極１９を接続させる電極６２にはリード６４により、例えば第２の半導体レーザ発光素子５のｐ型電極２８を接続させる電極６３にはリード６５により、また、第１、第２の半導体レーザ発光素子３、５に共通のｎ型電極５１にはリード６６により、それぞれ電圧が印加される。
【００２８】
上記半導体レーザ発光装置を用いて、ＣＤ、ＤＶＤなどの波長の異なる光学記録媒体に対して光照射によって記録、再生を行う光学ピックアップ装置に好適なレーザカプラを構成することも可能であり、その構成例の一例を図４によって説明する。
【００２９】
図４の（１）に示すように、レーザカプラ７は、第１のパッケージ部材７１の凹部７２に装填され、ガラス等の透明な第２のパッケージ部材７３によって封止されている。その要部を図４の（２）の概略構成斜視図によって説明する。
【００３０】
図４の（２）に示すように、例えば、シリコンの単結晶を切り出して形成した基板である集積回路基板８１上に、モニター用の光検出素子としてＰＩＮダイオード８２が形成された半導体ブロック８３が配置され、さらにこの半導体ブロック８３上に、発光素子として第１の半導体レーザ発光素子３および第２の半導体レーザ発光素子５を１チップに搭載した半導体レーザ発光装置（モノリシック半導体レーザ発光装置）１が配置されている。
【００３１】
また、集積回路基板８１には、例えば第１のフォトダイオード（８６、８７）および第２のフォトダイオード（８８，８９）が形成されており、この第１、第２のフォトダイオード８６〜８９上に、第１、第２の半導体レーザ発光素子３、５と所定間隔をおいて、プリズム９０が搭載されている。
【００３２】
上記レーザカプラ７では、第１の半導体レーザ発光素子３から射出されたレーザ光Ｌ１は、プリズム９０の分光面９０Ｓで一部反射して進行方向を屈曲し、第２のパッケージ部材７３に形成された射出窓から射出方向に射出し、図示をしていない反射鏡や対物レンズ等を介して光ディスク（ＣＤ）などの被照射対象物に照射される。
【００３３】
上記被照射対象物からの反射光は、被照射対象物への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラ７からの射出方向からプリズム９０の分光面９０Ｓに入射する。このプリズム９０の上面で焦点を結びながら、プリズム９０の下面となる集積回路基板８１に形成された前部第１のフォトダイオード８６および後部第２のフォトダイオード８７に入射する。
【００３４】
一方、第２の半導体レーザ発光素子５から射出されたレーザ光Ｌ２は、上記第１の半導体レーザ発光素子３から射出されたレーザ光Ｌ１と同様に、プリズム９０の分光面９０Ｓで一部反射して進行方向を屈曲し、第２のパッケージ部材７３に形成された射出窓から射出方向に射出し、図示をしていない反射鏡や対物レンズ等を介して光ディスク（ＤＶＤ）などの被照射対象物に照射される。
【００３５】
上記被照射対象物からの反射光は、被照射対象物への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラ７からの射出方向からプリズム９０の分光面９０Ｓに入射する。このプリズム９０の上面で焦点を結びながら、プリズム９０の下面となる集積回路基板８１に形成された前部第２のフォトダイオード８８および後部第２のフォトダイオード８９に入射する。
【００３６】
また、半導体ブロック８３上に形成されたＰＩＮダイオード８２は、例えば二つに分割された領域を有し、第１および第２の半導体レーザ発光素子３、５それぞれについて、リア側に射出されてレーザ光を感知し、レーザ光の強度を測定して、レーザ光の強度が一定となるように第１、第２の半導体レーザ発光素子３、５の駆動電流を制御するＡＰＣ制御が行なわれる。
【００３７】
よって、本発明の製造方法によって製造された半導体レーザ発光装置１を用いることによって、ＣＤ、ＤＶＤなどの波長の異なる光学記録媒体に対して光照射によって記録、再生を行う光学ピックアップ装置において信号の検出を安定的して行うことが可能となり、記録、再生の信頼性の向上が図れる。
【００３８】
次に、上記説明した本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法を応用して、窓構造の半導体レーザ発光装置を形成する一例を、第２の実施の形態として、図５によって説明する。
【００３９】
先ず、図５の（１）に示すように、前記図１の（１）によって説明したプロセスを行って、ｎ型基板１０上にバッファ層（図示せず）を介して第１の積層体１６を形成する。この第１の積層体１６の側面１６Ｓは、｛１１１｝Ａ面となっている。
【００４０】
次いで、図５の（２）に示すように、前記図１の（２）によって説明したプロセスと同様に、ｎ型基板１０上に第１の積層体１６を被覆するマスク３１を形成する。その際、前記第１の実施の形態とは異なって、マスク３１には、上記第１の積層体１６の側面１６Ｓ上の一部に開口部３１Ｗを形成する。
【００４１】
そして上記マスク３１を用いたウエットエッチングによって、開口部３１Ｗに露出した側面１６Ｓをエッチングして、その側面１６Ｓを基板表面に対して｛１１１｝Ａ面よりも緩やかな傾斜面に形成する。その結果、開口部３１Ｗより臨む領域の側面１６Ｓ（１６ＳＡ）は基板表面に対して｛１１１｝Ａ面よりも緩やかな傾斜面になり、マスク３１に被覆されていた部分の側面１６Ｓ（１６ＳＢ）は｛１１１｝Ａ面となる。
【００４２】
その後、マスク３１を除去した後、図５の（３）に示すように、前記図１の（４）によって説明したのと同様に、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型基板１０上にバッファ層（図示せず）を介して第１の積層体１６を被覆するようにＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層を積層して第２の積層体２６を形成する。その際、基板表面に対して｛１１１｝Ａ面よりも緩やかな傾斜面に形成された側面１６ＳＡ上では正常にＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層がエピタキシャル成長し、｛１１１｝Ａ面となっている側面１６ＳＢではＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層が異常成長を起こす。このように異常成長があると異常成長領域に成膜原料が消費されるため、成長速度が低下する。それによって、異常成長領域では膜厚が薄くなる。そして、上記積層したＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層からなる第２の積層体２６に形成される活性層に量子井戸を形成すれば、異常成長長部分で量子準位が高くなるため、窓構造を有する半導体レーザ発光素子を形成することが可能になる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法によれば、第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残す工程を行った後でかつ第２の積層体を形成する前に、残した第１の積層体のレーザ光発振方向に沿った側面を｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面に形成する工程を備えているので、第１の積層体の側面は４元系化合物半導体が異常成長を起こしやすい｛１１１｝Ａ面にならないため、エピタキシャル成長によって第１の積層体上に４元系化合物半導体を堆積しても、４元系化合物半導体は異常成長を起こすことなく均一な膜厚に堆積することができる。よって、レーザ特性の向上が図れる。特に２波長レーザ発光装置においては、異常成長部分を除去するために半導体レーザ発光素子間隔を広くする必要がなくなるので、高集積化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法に係る第１の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法に係る第１の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体レーザ発光装置の使用例を示す概略構成断面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ発光装置をレーザカプラに搭載した一例を示す概略構成斜視図である。
【図５】本発明の半導体レーザ発光装置の製造方法に係る第２の実施の形態を示す製造工程平面図である。
【図６】従来の４元系化合物半導体の結晶成長に係わる課題を説明する概略構成断面図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ発光装置、３…第１の半導体レーザ発光素子、５…第２の半導体レーザ発光素子、１０…基板、１１…第１の半導体レーザ発光素子の形成領域、１６…第１の積層体、１６Ｓ…側面、２１…第２の半導体レーザ発光素子の形成領域、２６…第２の積層体、１７，２７…電流注入領域、１８，２８…電流狭窄領域

Claims

基板に、異なる波長のレーザ光を発振する第１の半導体レーザ発光素子と第２の半導体レーザ発光素子とを形成する半導体レーザ発光装置の製造に当たって、
前記基板の表面上にエピタキシャル成長法によって前記第１の半導体レーザ発光素子を構成するＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層を積層して第１の積層体を形成する工程と、
第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残して、その他の領域に形成されている前記第１の積層体を除去する工程と、
前記基板の表面上にエピタキシャル成長法によって前記第２の半導体レーザ発光素子を構成するＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体層を積層して第２の積層体を形成する工程と、
第２の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第２の積層体を残して、その他の領域に形成されている前記第２の積層体を除去する工程と、
前記第１の積層体と前記第２の積層体とに電流注入領域を形成するための電流狭窄領域を形成する工程と
を備えた半導体レーザ発光装置の製造方法において、
前記第１の半導体レーザ発光素子の形成領域に前記第１の積層体を残す工程を行った後でかつ前記第２の積層体を形成する前に、
残した前記第１の積層体のレーザ光発振方向に沿った側面を、前記基板の｛１００｝面である表面に対して｛１１１｝Ａ面より緩やかな傾斜面にする
半導体レーザ発光装置の製造方法。