WO2007023844A1

WO2007023844A1 - モノリシック型半導体レーザ

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Publication number: WO2007023844A1
Application number: PCT/JP2006/316475
Authority: WO
Inventors: Tetsuhiro Tanabe
Original assignee: Rohm Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2007-03-01
Also published as: US7711024B2; KR101020147B1; US20090034569A1; CN101248562B; CN101248562A; JP5073186B2; KR20080035651A; JP2007059576A

Abstract

　半導体基板（１）上に、ｎ形クラッド層（２ａ）、活性層（３ａ）、リッジ部が形成されるｐ形クラッド層（４ａ）を有する赤外発光層形成部（９ａ）、リッジ部側部に設けられる電流狭窄層（５ａ）からなるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子（１０ａ）と、ｎ形クラッド層（２ｂ）、活性層（３ｂ）、リッジ部が形成されるｐ形クラッド層（４ｂ）を有する赤色発光層形成部（９ｂ）、そのリッジ部側部に設けられる電流狭窄層（５ａ）からなるＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子（１０ｂ）とが設けられ、両素子の電流狭窄層が同じ材料で、かつ、赤色発光層形成部の活性層（３ｂ）のバンドギャップよりも大きいバンドギャップ材料により形成されている。その結果、結晶成長の回数を増やすことなく、高温高出力動作可能なモノリシック型半導体レーザを得ることができる。

Description

明細書

モノリシック型半導体レーザ

技術分野

[0001] 本発明は、 DVD (デジタル多用途ディスク； digital versatile disk)、 DVD-ROM, データ書き込み可能な DVD— Rなどの DVD装置と、 CD、 CD-ROM,データ書き込み可能な CD— Rなどの CD装置との一体型光ディスク装置のピックアップ光源に用いるのに適したモノリシック型半導体レーザに関する。さらに詳しくは、製造プロセス工数を低減しつつ、高温高出力動作可能な構造のモノリシック型半導体レーザに関する。

背景技術

[0002] 近年、 DVDと CDとの間に互換性のある光ディスク装置の普及に伴い、たとえば In GaAlP系の赤色半導体レーザ素子および AlGaAs系の赤外半導体レーザ素子を同一半導体基板上に形成して、 2波長のレーザ光を一定間隔で出射するモノリシック型半導体レーザが光源として用いられて、る (特許文献 1参照)。

[0003] 図 3に示されるように、 AlGaAs系の半導体レーザ素子 50aは、たとえば n形 GaAs 力もなる半導体基板 51の上に、たとえば n形 AlGaAs系化合物半導体力もなる n形クラッド層 52a、 AlGaAs系化合物半導体力もなる活性層 53a、 p形 AlGaAs系化合物半導体からなるリッジ形状の p形クラッド層 54aとからなる赤外発光層形成部 59a、リツジ形状の側面部に n形 GaAsからなる赤外素子用の電流狭窄層 55aとが形成されており、その上部に、たとえば p形 GaAsからなるコンタクト層 56aが設けられている。他方、 InGaAlP系半導体レーザ素子 50bは、 AlGaAs系半導体レーザ素子 50aと同一の半導体基板 51上に、たとえば n形 InGaAlP系化合物半導体力もなる n形クラッド層 52b、 InGaAlP系化合物半導体力もなる活性層 53b、 p形 InGaAlP系化合物半導体力もなる P形クラッド層 54bとからなる赤色発光層形成部 59b、リッジ形状の側面部には赤外素子用の電流狭窄層 55aと同一の材料である n形 GaAsからなる赤色素子用の電流狭窄層 55bとが形成されており、その上部に、たとえば p形 GaAsからなるコンタクト層 56bが設けられている。さらにコンタクト層 56a、 56bの上部にそれぞれ p 側電極 57a、 57bが形成され、半導体基板 51の裏面側に n側共通電極 58が形成され、両素子は電気的に分離されモノリシック型半導体レーザとなる。

特許文献 1 :特開 2000— 11417号公報（図 9)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 従来の構造では、赤外素子用および赤色素子用の電流狭窄層として GaAsが用いられており、それぞれ電流狭窄層のバンドギャップエネルギーは活性層のバンドギヤップエネルギーよりも小さい。したがって、活性層において発生した光を吸収する複素屈折率導波構造となり、導波路損失および閾値電流が大きぐその結果、高出力動作が不可能であり読み取り用の光源として使用できるにすぎず、書き込み用の光源として使用することができな、と、う問題がある。

[0005] そこで、従来力も書き込み用光源として開発されている電流狭窄層にバンドギヤップエネルギーの大きな材料を用いた実屈折率構造を採用した半導体レーザが知られており、それらの半導体レーザ素子を単純に組み合わせモノリシック型半導体レーザとすることが考えられる。具体的には、 AlGaAs系半導体レーザ素子側の赤外素子用の電流狭窄層には AlGaAs系材料を、 InGaAlP系半導体レーザ素子側の赤色素子用の電流狭窄層には InGaAlP系材料を用いることが考えられる。

[0006] しかし、従来の実屈折率構造を採用した半導体レーザ素子により単純に組み合わせモノリシック化を図ろうとすると、 AlGaAs系の半導体レーザ素子と InGaAlP系の半導体レーザ素子の電流狭窄層がそれぞれ異なる材料を用いて形成されることになるため、それぞれの電流狭窄層を別々に結晶成長することが必要となる。さらに、それに伴いエッチングなどのプロセス工数が増加し、歩留まりが極端に低下してしまうという問題がある。

[0007] また、無理矢理電流狭窄層を共通化しようとすると、発光波長の短い側の発光素子の光が電流狭窄層で吸収されて高出力化を達成できなくなる力、リッジ部の第 2導電形半導体層と電流狭窄層との屈折率差が大きくなり過ぎてキンクが発生しやすいという問題がある。

[0008] 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、結晶成長の回数を増やすことなぐ高温高出力動作可能なモノリシック型半導体レーザを提供することを目的とする。

[0009] 本発明の他の目的は結晶成長回数を増やすことなく高温高出力動作を可能としながら、キンクの発生を抑制し得る構造の半導体レーザを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明のモノリシック型半導体レーザは、同一半導体基板上に第 1波長用半導体レーザ素子と、第 2波長用半導体レーザ素子とを備えるモノリシック型半導体レーザであって、

前記第 1波長用半導体レーザ素子は、前記半導体基板上に積層される第 1導電形半導体層、活性層、リッジ部が形成される第 2導電形半導体層からなる第 1波長用発光層形成部と、前記第 2導電形半導体層のリッジ部の側部に設けられた第 1波長用の第 1導電形電流狭窄層とを有し、

前記第 2波長用半導体レーザ素子は、前記半導体基板上の前記第 1波長用半導体レーザ素子が形成されていない領域に積層される第 1導電形半導体層、活性層、リッジ部が形成される第 2導電形半導体層からなる第 2波長用発光層形成部と、前記第 2導電形半導体層のリッジ部の側部に設けられる第 2波長用の第 1導電形電流狭窄層とを有し、

前記第 1波長用の電流狭窄層と前記第 2波長用の電流狭窄層を形成する材料が同一、かつ、発光波長の短い前記第 2波長用の半導体レーザ素子の活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する材料力もなることを特徴とする。

[0011] 具体的には、前記第 1波長用の電流狭窄層および第 2波長用の電流狭窄層が、 Al Ga As (0.5≤z≤ 0.8)で表される材料力もなることを特徴とする。また、前記第 1 z i-z

波長用の電流狭窄層および第 2波長用の電流狭窄層が、 In (Ga Al ) P (0.6≤

0.5 1-x x 0.5 x≤ 1)で表わされる材料からなっている。

[0012] ここに Inと（Ga Al )の混晶の割合の 0.5は、 GaAsと格子整合をする割合であるこ

l-x X

とを意味する。

[0013] さらに、発明者は鋭意検討の末、上述の構成に加え、各第 2導電形半導体層のリツジ部を形成する材料として、前記電流狭窄層の屈折率との差が 0.1以下となるような材料を用いることにより、同一材料の電流狭窄層を用いても安定した高出力特性を維持し得ることを見出した。

[0014] すなわち、第 1波長用としての赤外素子用および第 2波長用としての赤色素子用の電流狭窄層に同じ材料を用いた実屈折率構造のモノリシック型半導体レーザを作製しょうとすると、電流狭窄層の材料選択如何によつて高温特性や高出力特性に影響を与えることがある。たとえば、一方の半導体レーザ素子に好ましい材料を他方の半導体レーザ素子の電流狭窄層として用いると、一方の半導体レーザ素子では高出力特性を維持し得るが、他方の半導体レーザ素子にとっては好ま、材料とは、えない場合があり、高出力特性、すなわち単一モード発振が困難となり、多モード発振が生じ、また高温動作特性が悪ィ匕してしまう場合がある。

[0015] そこで本発明者は、第 1波長素子用および第 2波長素子用の電流狭窄層を共通の材料を用いた上で、より電流狭窄層に用いることのできる材料の幅を広げるベぐ種々の検討を行った。そして、それぞれの半導体レーザ素子の電流狭窄層と隣接するリッジ部の第 2導電形半導体層の材料を、各電流狭窄層の屈折率の差が 0.1以下となるような材料を用いることにより、このような不都合性を回避し、高温高出力動作し得る電流狭窄層として使用できる材料選択の幅を広げうることを見出したのである。

[0016] そこで、本発明のモノリシック型半導体レーザは、前記発明に加え、前記第 1波長用半導体レーザ素子および第 2波長用半導体レーザ素子の前記リッジ部を構成する第 2導電形半導体層が、それぞれ第 1波長用および第 2波長用の電流狭窄層との屈折率の差が 0.1以下となるような材料力なって、る。

[0017] さらに、前記第 1波長用および第 2波長用の電流狭窄層が、電気的に分断されており、かつ該電流狭窄層に Siが添加された n形半導体層力もなつている。

発明の効果

[0018] 本発明によれば、第 1波長素子用およびそれより発光波長の短い第 2波長素子用の電流狭窄層に第 2波長用半導体積層部の活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する材料を用いてヽるため、活性層で発生した光がそれぞれの電流狭窄層で吸収されることがなぐ高出力動作を実現でき、かつ、電流狭窄層は同一材料が用いられているため、結晶成長回数を増やすことなぐ歩留まりの低下を抑えた高温高出力可能なモノリシック型半導体レーザを作製することがでさる。

[0019] また、それぞれの第 2導電形半導体層が、第 1波長素子用および第 2波長素子用の電流狭窄層の屈折率との差が 0.1以下となる材料を用いることにより、電流狭窄層の材料の変更に伴い生じうる一方の半導体レーザ素子の多モード化による高出力動作不能となることを防ぎ、電流狭窄層の材料選択の幅を広げることができ、高温高出力まで単一モード発振し得るモノリシック型半導体レーザが得られる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明のモノリシック型半導体レーザの一実施形態を示す断面説明図である。

[図 2]本発明のモノリシック型半導体レーザの詳細を示す断面説明図であるである。

[図 3]従来のモノリシック型半導体レーザの断面説明図である。

[0021] 1 半導体基板

5a 赤外用の電流狭窄層

5b 赤色用の電流狭窄層

9a 赤外用発光層形成部

9b 赤色用発光層形成部

発明を実施するための最良の形態

[0022] つぎに、図面を参照しながら本発明のモノリシック型半導体レーザについて説明をする。本発明によるモノリシック型半導体レーザは、図 1にその一実施形態の断面説明図が示されるように、半導体基板 1上に第 1導電形半導体層（たとえば n形クラッド層 2a)、活性層 3a、リッジ部が形成される第 2導電形半導体層（たとえば p形クラッド層 4a)を有する第 1波長用（以下、赤外用または AlGaAs系という）発光層形成部 9a 、リッジ側部に赤外用の電流狭窄層 5aが少なくとも形成された AlGaAs系半導体レ一ザ素子 10aと、半導体基板 1上の AlGaAs系半導体レーザ素子 10aが形成されていない領域に、第 1導電形半導体層（たとえば n形クラッド層 2b)、活性層 3b、リッジ部が形成される第 2導電形半導体層 (たとえば p形クラッド層 4b)を有する第 2波長用 (以下、赤色用または InGaAlP系という）発光層形成部 9b、赤外用の電流狭窄層 5a と同一材料力もなり、活性層 3bのバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギヤップエネルギーを有する赤色用の電流狭窄層 5bがリッジ側部に少なくとも形成された I nGaAlP系半導体レーザ素子 1 Obと力同一の半導体基板面 1上に形成されて!、る

[0023] これらの半導体材料を積層するための半導体基板 1としては、格子整合をとることができる GaAs基板が一般的に用いられるが、他の化合物半導体でも構わない。また、半導体基板 1の導電形は、半導体レーザを糸且み込むセットとの関係で、基板側に望まれる導電形の n形または p形のいずれかが用いられ、この基板 1の導電形にしたがつて、積層される半導体層の導電形も定まる。以下の具体例では、半導体基板 1が n 形の例で説明する。

[0024] 図 1に示される例では、それぞれ第 2導電形半導体層 4a、 4bのリッジ部の両側に、同一の材料で、かつ、赤色用発光層形成部 9bの活性層 3bのバンドギャップェネルギ一よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する材料により赤外用および赤色用の電流狭窄層 5a、 5bがリッジ部の側部を埋めるように形成されている。

[0025] このように、それぞれの電流狭窄層の材料を同一とすることで、後述するように電流狭窄層を同時に結晶成長することができるとともに、リッジ形成プロセスの共通化、剥離プロセスの共通化などが可能となり、歩留まり低下を抑えることができる。また、赤色発光層形成部の活性層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する材料を用いれば、当然に赤外用発光層形成部の活性層のバンドギヤップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有することになるため、赤外、赤色の光いずれも吸収することがなくなる。したがって、赤外光、赤色光に対し、いずれも実屈折率構造が実現でき、高温高出力特性に優れたモノリシック型半導体レーザが得られる。

[0026] 赤外用の電流狭窄層 5a、赤色用の電流狭窄層 5bを形成するためには、一般的に、 AlGaAs系材料や InGaAlP系材料が主として用いられる。ここで、 AlGaAs系材料とは、 Al Ga As (0≤ζ≤1)で表される材料を、 InGaAlP系材料とは、 In (Ga Al z 1 z 0.5 1-χ

) P (0≤x≤ 1)で表わされる材料をそれぞれ意味して、る。

0.5

[0027] かかる材料は、格子定数が基板と近似する材料であり、結晶成長が比較的容易であり半導体層の品質を向上させることができる。また、特に InGaAlP系材料を用いることが、電流狭窄効果を維持するのが容易であることから好ましい。すなわち、電流狭窄層中の Alの比率が高くなるにつれて、電流狭窄層中に原料となる有機金属に含まれる炭素が混入する割合が増加し P形化する。そして n形の電流狭窄層を形成する場合、できる限り A1の比率を落とさなければ p形ィ匕により電流狭窄効果が低下し漏れ電流などが発生することになる。そこで、電流狭窄効果を維持しやすいという点力も A1の比率の少ない InGaAlP系材料を用いることがより好ましい。さらに、より確実な電流狭窄効果を維持すベぐ n形の電流狭窄層を用いる場合には、 Siをドーピングすることが、 A1の比率が大きくなつた場合でも十分な電流狭窄効果を維持し得る点でより好ましい。なお、 p形の場合には、 Zn、 Mg、 Beなどをドーピングすることにより得られる。

[0028] また、赤外用および赤色用の電流狭窄層 5a、 5b上に電流狭窄効果や光閉じ込め効果を調整する働きや保護層としての働きを有する n形 GaAsなど力なる層がさらに積層されてもよい。

[0029] また、 InGaAlP系材料や AlGaAs系材料を用いる説明をして!/、るが、これら以外の材料を用いた場合であっても、上述の条件を満たすものであれば構わな、。

[0030] 赤外用発光層形成部 9a、赤色用発光層形成部 9bは、図 1に示されるように、少なくとも第 1導電形半導体層 (n形クラッド層 2a、 2b)、活性層 3a、 3b、リッジ部が形成される第 2導電形半導体層（p形クラッド層 4a、 4b)を有している。

[0031] 赤外用発光層形成部 9aを形成するためには、 AlGaAs系材料が、赤色用発光層形成部 9bを形成するためには、一般的に、 InGaAlP系材料が主として用いられる。赤外用および赤色用の発光層形成部の一部に他の系の材料を用いて形成してもよい。また、第 1導電形半導体層 2a、 2bとして n形クラッド層以外に、ノッファ層などを設けてもよい。第 2導電形半導体層 4a、 4bとして、 p形クラッド層を二分し、その間にエッチングストップ層などを設けてもょ、し、 p形クラッド層上にキャップ層などを設けてもよい。また、活性層 3a、 3bは、 Zn拡散などにより共振器端面を無秩序化するような構造の場合 (窓構造を有する場合)には、量子井戸構造でないと無秩序化しないため量子井戸構造であることが好ましいが、バルタ構造であってもよい。また、量子井戸構造は単一量子井戸構造でも多重量子井戸構造であってもよい。

[0032] また、コンタクト層 6a、 6bは、発光層形成部 9a、 9bおよび電流狭窄層 5a、 5b上に、たとえば p形 GaAs層などにより形成される。 p側電極 7a、 7bは、コンタクト層 6a、 6bの表面にスパッタゃ蒸着により TiZAuなどが形成される。また、 n側電極 8は、半導体基板 1の裏面に、研磨などにより薄くされた後、 Au-GeZNiなどが形成される。膜厚や材料は適宜選択できる点は従来と同様である。

[0033] 上記構成の詳細について図 2を用いてさらに説明する。図 2で示されるように、 n形 GaAs基板 1上に 1〜： LO /z m程度の n形 Al Ga As (0.4≤z2≤0.7、たとえば z2 =

0.5)力もなる n形クラッド層 2aが設けられ、その上には図示しない Al Ga As (0.04

≤z3≤0.2、たとえば z3 = 0.1)力もなる井戸層と Al Ga As (0.1≤z4≤0.5、 z3 z4 l-z4

< z4、たとえば z4 = 0.3)力なる障壁層とのシングルもしくは多重量子井戸構造により形成され、全体で 0.04〜0.2 m程度の活性層 3aが設けられている。そして、活性層上に0.05〜0.5 111程度の八1 Ga As (0.4≤z5≤0.7、たとえば z5 = 0.5)か

らなる P形第 1クラッド層 41a、 0.005〜0.05 111程度の八1 Ga As (0≤z6≤0.4、

たとえば z6 = 0.2)力もなる p形エッチングストップ層 42a、 0.5〜3 m程度の Al Ga z7 1

As (0.4≤z7≤0.7、たとえば z7 = 0.5)力もなる p形第 2クラッド層 43a、 0.01〜0.3

-z7

μ m程度の ρ形 GaAsからなるキャップ層 44aにより、リッジ状の p形半導体層 4aからなる赤外発光層形成部 9aが形成されて、る。

[0034] 他方、 n形 GaAs基板 1上の赤外発光層形成部 9aの形成されていない領域に、 1〜 10 /z m程度の n形 In (Ga Al ) P (0.3≤x2≤0.9、たとえば x2 = 0.7)からなる

0.5 1-χ2 x2 0.5

n形クラッド層 2bが設けられ、その上に図示しない In (Ga Al ) P (0≤x3≤0.1 y3 1-χ3 x3 l-y3

、 0≤y3≤0.55,たとえば x3 = 0、 y3 = 0.53)力らなる圧縮歪み井戸層と In (Ga

0.5 1-χ4

Al ) P (0.1≤x4≤0.5、たとえば x4 = 0.5)力もなる障壁層とのシングルもしくは多 x4 0.5

重量子井戸構造により形成され、全体で 0.04〜0.2 m程度の活性層 3bが設けられている。そして、活性層上に 0.05〜0.5 /ζ πι程度の In (Ga Al ) P (0.3≤x5

0.5 1-χ5 x5 0.5

≤0.9、たとえば x5 = 0.7)からなる p形第 1クラッド層 41b、 0.005〜0.05 m程度の In (Ga Al ) P (0≤x6≤0.5、 0≤y6≤0.5、たとえば x6 = 0、 y6 = 0.35)力ら y6 I~x6 x6 l-y6

なる P形エッチングストップ層 42a、 0.5〜3 111程度の In (Ga Al ) P (0.3≤x7

0.5 1-χ7 x7 0.5

≤0.9、たとえば x7 = 0.7)力もなりリッジ状に形成される p形第 2クラッド層 43b、その上に0.01〜0.3 111程度の形111 (Ga Al ) P (0≤x7≤0.5、たとえば x8 =

0.5 1-χ8 1-χ8 1-w 0)力もなるキャップ層 44bにより、リッジ状の p形半導体層 4bからなる赤色用発光層形成部 9bが形成されてヽる。

[0035] そして、 p形第 2クラッド層 43a、 43b、キャップ層 44a、 44bの両側〖こ、たとえば 0.1 〜3 μ m程度、たとえば 0.4 μ m程度の Siが添カ卩された η形の Al Ga As (0.5≤zl

zl 1-zl

≤0.8、たとえば zl = 0.6)や、 In (Ga Al ) Pで表わされる材料（0.6≤xl≤ 1

yl l-χΐ xl 1-yl

、 0≤yl≤l、たとえば xl = 0.75、yl = 0.5)力もなる赤外素子用の電流狭窄層 5a、赤色素子用の電流狭窄層 5bが形成される。また、それぞれの電流狭窄層上に 0.01 〜3 μ m程度、たとえば 0.5 μ m程度の η形 GaAsからなる保護層 l la、 l ibが設けられる。

[0036] さらに、キャップ層および保護層上に、たとえば 0.1〜10 m程度の p形の GaAsからなるコンタクト層 6a、 6b、コンタクト層上には、 Ti/Auなど力もなる p側電極 7a、 7b 力 GaAs基板 1の裏面に Au-GeZNiなどからなる n側電極 8が設けられて!/、る。

[0037] さらに、本発明者は上記電流狭窄層を有する構成の種々のモノリシック型半導体レ一ザを実際に試作してみた。そして、その試作過程で電流狭窄層の材料選択如何によって高出力特性に影響を与えることがあることが判明した。たとえば、 AlGaAs系高出力半導体レーザ素子単体として以前力赤外用の電流狭窄層 5aとして用、られてきた材料 (たとえば、 AlGaAs系材料)をそのまま赤外用の電流狭窄層にも用いた場合、 AlGaAs系半導体レーザ素子 10aの特性は当然維持されることになる。しかし、赤色用の電流狭窄層 5bにも同様の材料を用いると、 InGaAlP系半導体レーザ素子 10bの特性は、従前の電流狭窄層と材料 (たとえば、 InGaAlP系材料）が異なるため、従前の高出力特性を維持するのができない場合も生じ得た。他方、たとえば、 I nGaAlP系高出力半導体レーザ単体として以前力用いられてきた材料 (たとえば In GaAlP系材料）をそのまま用いた場合、 InGaAlP系半導体レーザ素子 10bの特性は維持される力 AlGaAs系の半導体レーザ素子 10aは、リッジ部と電流狭窄層との屈折率差が大きくなり、キンクの発生など高出力特性が悪ィ匕することもある。

[0038] このように、電流狭窄層を共通の材料を用いることで高出力半導体レーザ素子のモノリシック化を実現し得る力材料選択の仕方によっては一方の半導体レーザ素子の特性が維持し得ないことがあり、両半導体レーザ素子の特性を維持するためには、それぞれの電流狭窄層に用いられる材料は必然的に限定されることになる。

[0039] そこで本発明者は、赤外用および赤色用の電流狭窄層に共通の材料を用いた上で、より電流狭窄層に用いることのできる材料の幅を広げるベぐ種々の検討を行つた。そして電流狭窄層の材料選択による特性の悪化を防止するため、電流狭窄層の組成や膜厚の最適化を図り特性を維持するという従来の発想に変え、電流狭窄層の組成や膜厚を固定し、電流狭窄層と隣接する第 2導電形半導体層（リッジ部を構成するクラッド層）の材料を電流狭窄層の屈折率に従い、組成を変更することにより材料選択の幅を広げることが可能となることを見出したのである。具体的には、種々の実験の結果、第 2導電形半導体層の材料として、第 2導電形半導体層の屈折率と前記電流狭窄層の屈折率との差が 0.1以下、より好ましくは 0.05となるような材料を用いることで、電流狭窄層の材料変更がなされたとしても、十分に特性を維持し得ることを見出した。

[0040] より具体的には、たとえば従前の InGaAlP系材料を赤外用、赤色用の電流狭窄層 5a、 5bに用いた場合、屈折率は 3.24〜3.30程度であるから、その場合に高出力特性を維持するために、電流狭窄層に隣接する第 2導電形半導体層 4a、 4bの屈折率を 3.29〜3.39程度にすることが好ましい。また、 AlGaAs系材料を赤外用、赤色用の電流狭窄層 5a、 5bに用いる場合、屈折率は 3.34〜3.39程度であるから、第 2導電形半導体層の屈折率は、 3.39〜3.44程度にすることが好ましい。これにより従前の各半導体レーザ素子の特性を損なうことなぐ両半導体レーザ素子の高出力特性を維持しえる。

[0041] さらに、 AlGaAs系半導体レーザ素子 10aと InGaAlP系半導体レーザ素子 10bとの高温高出力特性を比較すると、一般的に InGaAlP系半導体レーザ素子の方が困難であることから、できる限り、 InGaAlP系半導体レーザ素子は従来の単体としての構造を維持することが好ま、。すなわち InGaAlP系材料を用いて赤外用の電流狭窄層および赤色用の電流狭窄層を形成し、 AlGaAs系半導体レーザ素子の第 2導電形半導体層 4aの材料を変更し、屈折率差を維持するように設計することがより好ましい。

[0042] 前述の図 1および図 2の構造の半導体レーザを製造するには、まず、基板 1上に、 AlGaAs系半導体レーザ素子 10aを作製するため、活性層 3aを含む発光層形成部 9aをまず形成する。たとえば、 n形 GaAs基板 1を、たとえば MOCVD (有機金属化学気相成長）装置内に入れ、反応ガスのトリェチルガリウム (TEG)、トリメチルアルミ -ゥム（TMA)、トリメチルインジウム（TMIn)、ホスフィン（PH )、ァノレシン（AsH )お

3 3 よび半導体層の導電形に応じて、 n形ドーパントガスとしての SiH、 p形ドーパントとし

4

てジメチル亜鉛（DMZn)、ビスメチルシクロペンタジェ二ベリリウム（MeCp) Be、シク

2 口ペンタジェニルマグネシウム（Cp Mg)などの必要な材料をキャリアガスの水素（H

2 2

)と共に導入し、 500〜700°C程度で各半導体層をェピタキシャル成長することにより、 n形クラッド層 2a、多重量子井戸構造からなる活性層 3a、 p形第 1クラッド層 41a、ェツチングストップ層 42a、 p形第 2クラッド層 43aおよびキャップ層 44aを順次成長し赤外用発光層形成部 9aを形成する。

[0043] つぎに、 InGaAlP系半導体レーザ素子 10bの形成を予定する箇所に既に積層された AlGaAs系半導体レーザの赤外用発光層形成部 9aを硫酸と過酸ィ匕水素水の混合液などのエッチング液を用いウエットエッチングなどにより除去し半導体基板 1を露出させる。ついで、 MOCVD装置内に再び GaAs基板を入れ、 InGaAlP系半導体レーザ素子の発光層形成部 9bを作製するため n形クラッド層 2b、多重量子井戸構造カゝらなる活性層 3b、 p形第 1クラッド層 41b、エッチングストップ層 42b、 p形第 2クラッド層 43bおよびキャップ層 44bを順次成長し、赤色用発光層形成部 9bを形成する

[0044] ついで、赤外用発光層形成部 9a上に積層された赤色用発光層形成部 9bを塩酸などのエッチング液を用いウエットエッチングなどにより除去する。

[0045] つぎに、赤色用発光層形成部 9bの端面に窓構造を形成する。すなわち、赤色用高出力半導体レーザでは、とくに端面での破壊 (COD)が生じやすいため、破壊しやす、半導体レーザチップ端面に Zn拡散領域を形成して、端面での発振をさせなくする構造が一般的に採用されている。そのため、半導体ウェハの状態で、チップに劈開する領域に予め Znを拡散して、無秩序化する。具体的には、赤色用発光層形成部 9 b上の劈開する領域に ZnO層などの Zn拡散源を 50nm程度スパッタに法より形成し、 400〜700°Cで 10〜240分程度ァニールすることなどにより、 Zn拡散源中の Znを活性層にまで到達させる。その後、 ZnOなどをフッ酸などで除去する。その結果、 Zn 拡散領域では、活性層の量子井戸構造が Znにより無秩序化され、バンドギャップェネルギ一が大きくなつており、劈開後に共振器端面に Zn拡散領域が形成され、共振器端面では、内部からの光を吸収することがなくなり温度上昇は極力抑えられ、 CO D破壊を防止することができる。

[0046] つぎに、赤外用発光層形成部 9a、赤色用発光層形成部 9b、それぞれのリッジ部を形成するため、たとえば CVD法などにより、 SiOまたは SiNなどカゝらなるマスクを形

2

成し、たとえばドライエッチングなどによりキャップ層 44a、 44bを選択的にエッチングし、引き続き酒石酸と過酸ィ匕水素水の混合液のようなエッチング液により、赤外用発光層形成部の P形第 2クラッド層 43aを、塩酸などのようなエッチング液により、赤色用発光層形成部の P型第 2クラッド層 43bを順次エッチングすることにより、凸形状のリツジ部が形成される。なお、凸形状の形成は、エッチングストップ層や活性層に達するまで除去して形成してもよい。さらに除去する方法は、ウエットエッチング以外にドライエッチングでもよい。

[0047] 後述するように赤外用、赤色用の電流狭窄層 5a、 5bは同時に埋め込んで形成されることになるため、本発明のモノリシック型半導体レーザではリッジ部の形成も一連のプロセスで行えることになる。すなわち、それぞれの電流狭窄層を別の材料を用いて形成する場合には同時に電流狭窄層を埋め込むことができないため、埋め込み成長の前段階として、それぞれ別個の機会にリッジ部を形成する必要がある。したがって、リッジ形成プロセスが別個に 2回必要となる力本発明のモノリシック型半導体レーザでは 1回の連続したプロセスで作製することができ、さらにリッジ形成プロセスに伴う不要部分の除去などの剥離プロセスも 1回で済ませることができる。

[0048] つぎに、両凸形状の幅狭部の少なくとも側部に赤外用および赤色用の電流狭窄層 5a、 5bを同時に埋め込む。電流狭窄層の埋込みは、たとえば、絶縁膜からなるマスクを利用した選択成長などにより行う。この電流狭窄層は、 n形とするために Siをドービングし、また、出来る限り A1の比率を低下すべく InGaAlP系材料を用いて形成する。なお、選択成長とは、マスク上に赤外用および赤色用の電流狭窄層を形成させることなく、凸形状のリッジ部の側部にのみ選択的に電流狭窄層を埋め込む手法であり、成長条件、たとえば成長温度、圧力などを通常の成長条件と変えることで達成される。

[0049] このように本発明のモノリシック型半導体レーザでは、従来の実屈折率型の高出力レーザ素子を単に組み合わせるのではなぐ高出力特性を維持しつつ赤外用および赤色用の電流狭窄層を同一材料、かつ活性層で発生した光を吸収しない材料を同時に埋め込んでいるため、同時に選択成長が可能としプロセス工数が増えることなく、高出力動作可能なモノリシック型半導体レーザが得られる。

[0050] その後、絶縁膜からなるマスクをフッ酸などで除去する。引き続き、たとえば GaAsコンタクト層 6a、 6bを成長することで、 AlGaAs系半導体レーザ素子 10a、 InGaAlP系半導体レーザ素子 10bが形成される。さらに AlGaAs系半導体レーザ素子 10aと InG aAlP系半導体レーザ素子 10bを電気的に分離するため、分離領域以外をレジストなどによりマスクし、分離領域を塩酸または硫酸と過酸化水素水の混合液などのようなエッチング液を用い、半導体基板に到達するまでエッチングする。

[0051] 最後に、たとえばコンタクト層 6a、 6bの表面にそれぞれ Au- GeZNiなどからなる p 側電極 7a、 7bを、また、半導体基板 1の裏面に TiZAuなどカゝらなる n側電極 8を、それぞれ真空蒸着などにより形成する。この電極形成後に劈開などにより、ウェハからチップ化することにより、レーザチップが形成されている。

産業状の利用可能性

[0052] 本発明は、 DVD、 DVD-ROM,データ書き込み可會な DVD— Rなどの DVD装置と、 CD、 CD-ROM,データ書き込み可能な CD— Rなどの CD装置との一体型光ディスク装置のピックアップ光源に用いることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 同一半導体基板上に第 1波長用半導体レーザ素子と、第 2波長用半導体レーザ素子とを備えるモノリシック型半導体レーザであって、

前記第 1波長用の電流狭窄層と前記第 2波長用の電流狭窄層を形成する材料が同一、かつ、発光波長の短い前記第 2波長用の半導体レーザ素子の活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する材料力なることを特徴とするモノリシック型半導体レーザ。

[2] 前記第 1波長用の電流狭窄層および第 2波長用の電流狭窄層が、 Al Ga As (0.

z 1— z

5≤ z≤ 0.8)で表される材料力もなる請求項 1記載のモノリシック型半導体レーザ。

[3] 前記第 1波長用の電流狭窄層および第 2波長用の電流狭窄層が、 In (Ga Al )

0.5 1-x x 0.

P (0.6≤x≤ 1)で表わされる材料力もなる請求項 1記載のモノリシック型半導体レー

5

ザ。

[4] 前記電流狭窄層上に GaAsからなる保護層が設けられてなる請求項 2または 3記載のモノリシック型半導体レーザ。

[5] 前記第 1波長用半導体レーザ素子および第 2波長用半導体レーザ素子の前記リツジ部を構成する第 2導電形半導体層が、それぞれ第 1波長用および第 2波長用の電流狭窄層との屈折率の差が 0.1以下となるような材料力もなる請求項 1記載のモノリシック型半導体レーザ。

[6] 前記第 1波長用および第 2波長用の電流狭窄層が、電気的に分断されており、かっ該電流狭窄層に Siが添加された n形半導体層からなる請求項 4記載のモノリシック型半導体レーザ。