WO2007023845A1

WO2007023845A1 - モノリシック型半導体レーザ

Info

Publication number: WO2007023845A1
Application number: PCT/JP2006/316476
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: KR101020118B1; CN101248563A; US20090086781A1; JP2007059577A; US7965753B2; KR20080035652A

Abstract

　半導体基板（１）上に、たとえば赤外光用の第１導電形クラッド層（２ａ）、活性層（３ａ）、第２導電形クラッド層（４ａ）を有する赤外光用の発光層形成部（９ａ）が少なくとも形成された赤外素子（１０ａ）と、赤色光用の第１導電形クラッド層（２ｂ）、活性層（３ｂ）、第２導電形クラッド層（４ｂ）を有する赤色光用の発光層形成部（９ｂ）が少なくとも形成された赤色素子とが同一の半導体基板面（１）上に形成され、かつ、それぞれの第２導電形クラッド層（４ａ、４ｂ）が同一材料で形成されている。その結果、リッジ形成プロセスを共通化でき、また、両素子共に高出力動作が可能な窓構造を有する構造にすることができる。

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、 InGaAlP 系の半導体レーザ素子および AlGaAs系の半導体レーザ素子を同一半導体基板上に形成したモノリシック型半導体レーザが光源として用いられている（特許文献 1参照

) o

[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とからなる発光層形成部 59a、リッジ形状の側面部に n形 GaAsからなる電流狭窄層 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系化合物半導体からなる 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リッジ形状の P形クラッド層 54bとからなる発光層形成部 59b、リッジ形状の側面部には n形 GaAsからなる電流狭窄層 55bとが形成されており、その上部に、たとえば p形 GaAs 力もなるコンタクト層 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た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、 AlGaAs系の半導体レーザ素子の p形クラッド層には AlGaAs系化合物半導体材料が、 InGaAlP系の半導体レーザ素子の p形クラッド層には InGaA IP系化合物半導体層が用いられており、それぞれ異なる材料により形成されている。したがって、それぞれリッジ部を形成しょうとする場合、リッジ形成プロセスに用いるェツチングの p形クラッド層へのエッチング選択性、速度などがそれぞれ異なるため、同時に所望のリッジ形状を形成できず、別個に行うことが必要となりプロセスの工数が増加し、歩留まりが極端に低下してしまうと、う問題がある。

[0005] また、近年 DVDと CDの互換性ある光ディスク装置においては、 DVD— R、 CD— Rなどの互換性を持たせるべく、書き込み用の高出力のモノリシック型半導体レーザが要求され、 InGaAlP系半導体レーザ素子および AlGaAs系半導体レーザ素子ともに高出力化が必要となる。そして、一般的に高出力化する手法として、電流狭窄層を活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーをもつ材料で形成し、活性層の光を吸収しない実屈折率構造とし、低閾値化、高効率化することが考えられる。さらに、 InGaAlP系半導体レーザ素子は、 AlGaAs系半導体レーザ素子よりも温度特性が悪いため、高出力化することが困難であることを理由に、共振器ミラー面近傍の活性層を無秩序化して共振器ミラー面近傍で生じる瞬時光学損傷 (COD破壊)を防止する窓構造が採用されているとともに、光ディスク側の光学設計も InGaAlP系半導体レーザ素子の光のロスをできる限り低減するための構成が用いられている。

[0006] このような InGaAlP系半導体レーザ素子の光取り出し効率を優先する光ディスク側の光学設計に対応して、 AlGaAs系半導体レーザ素子は必然的に光のロスが生じることになるため、従来よりもさらに高出力化する必要がある。そこで、 AlGaAs系半導体レーザ素子も高出力化のため InGaAlP系半導体レーザ素子同様、窓構造を採用することが考免られる。 [0007] し力し、 AlGaAs系半導体レーザ素子と InGaAlP系半導体レーザ素子では p形クラッド層に用いる材料が相違する。したがって、 p形クラッド層上部に ZnOなどの材料を形成し、固相拡散により Znが活性層に達するまで拡散させ活性層を無秩序化することで窓構造を形成しょうとすると、 p形クラッド層での Zn拡散速度がそれぞれ異なり両素子に同時に所望の窓構造を形成することは事実上できない。

[0008] 具体的には、 AlGaAs系化合物半導体層と InGaAlP系化合物半導体層では、 A1 GaAs系半導体層中での Zn拡散速度が遅、ため、 p形クラッド層力 nGaAlP系化合物半導体材料力もなる InGaAlP系半導体レーザ素子側で窓構造を形成するために固相拡散させる場合、 AlGaAs系半導体レーザ素子側では活性層に Znが到達せず、 AlGaAs系半導体レーザ素子に窓構造が形成できない。一方、 AlGaAs系半導体レーザ素子の活性層を無秩序化するために十分な熱拡散を行うと、逆に InGaAlP 系半導体レーザ素子側の Znの拡散が早すぎ、活性層を超えてさらに拡散されることになり、 InGaAlP系半導体レーザ素子の特性が悪化することにもなり、結局 InGaAl P系半導体レーザ素子と AlGaAs系半導体レーザ素子の両方に窓構造を形成することはできない。

[0009] また、両素子の p形クラッド層のドーパントとして Znを添加している場合には、窓構造形成のための拡散時に、 p形ドーパントである Znまでもが活性層に拡散されてしま

V、、所望の素子特性を維持できな、と、う問題も生じる。

[0010] 本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、リッジ形成プロセスの共通化を図り、歩留まり低下を防ぐ構造の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。

[0011] 本発明の他の目的は第 1波長用の半導体レーザ素子および第 2波長用の半導体レーザ素子ともに高出力動作を可能とすべぐ両素子とも窓構造を有するモノリシック型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

[0012] 本発明のモノリシック型半導体レーザは、半導体基板上に積層される第 1波長用の第 1導電形クラッド層、活性層、第 2導電形クラッド層からなる第 1波長用の発光層形成部を有する第 1波長用の半導体レーザ素子と、前記半導体基板上の前記第 1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 2波長用の第 1導電形クラッド層、活性層、第 2導電形クラッド層からなる第 2波長用の発光層形成部を有する第 2 波長用の半導体レーザ素子とを有し、前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層を形成する材料が同一材料力なることを特徴とする。

[0013] 具体的には、前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層力 Al Ga As (0.4≤z≤ 0.7)で表される材料で形成されたり、前記第 1 z 1— z

波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層が、 In (Ga

0.5 1

Al ) Pで表わされる材料（0·5≤χ≤0·9)で形成されたりする。ここに INと（Ga Al

-x x 0.5 1-x

)の混晶の割合の 0.5は、 GaAsと格子整合をする割合

であることを意味する。

[0014] また、本発明のモノリシック型半導体レーザは、前記第 1導電形が n形、前記第 2導電形が P形であり、前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層は Mgまたは Beが添加された層からなり、かつ、前記第 1波長用の活性層と前記第 2波長用の活性層の共振器ミラー面近傍に Zn拡散領域を有することを特徴とする。

[0015] さらに前記 Zn拡散領域が、前記積層された半導体層の表面側から固相拡散により形成されることが好ましい。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、第 1波長用の第 2導電形クラッド層と第 2波長用の第 2導電形クラッド層を形成する材料が同一材料であるため、リッジ形成プロセスを共通化でき、ェ数を削減できると共に、モノリシック化による歩留まり低下を抑えることができる。

[0017] また、両素子とも Mgまたは Beが添加されることにより p形とされ、かつ、同一材料のクラッド層が用いられることで、 p形クラッド層力もの pドーパントの拡散を防止しつつ、第 1波長用の活性層と第 2波長用の活性層の共振器ミラー面近傍に Zn拡散領域を形成することができ、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いずれにも窓構造を有す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 [0018] [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一実施形態を示す上面説明図である。

[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。

符号の説明

[0019] 1 半導体基板

4a 第 1波長用の第 2導電形クラッド層

4b 第 2波長用の第 2導電形クラッド層

9a 第 1波長用の発光層形成部

9b 第 2波長用の発光層形成部

11a 第 1波長用の Zn拡散領域

l ib 第 2波長用の Zn拡散領域

発明を実施するための最良の形態

[0020] 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、たとえば図 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波長 (たとえば赤外光)用の第 1 導電形クラッド層 2a、活性層 3a、第 2導電形クラッド層 4aを有する赤外光用の発光層形成部 9aが少なくとも形成された AlGaAs系半導体レーザ素子 10a (以下、赤外素子という）と、半導体基板 1上の赤外素子 10aが形成されていない領域に、第 2波長（たとえば赤色光)用の第 1導電形クラッド層 2b、活性層 3b、第 2導電形クラッド層 4bを有する赤色光用の発光層形成部 9bが少なくとも形成された InGaAlP系半導体レーザ素子 10b (以下、赤色素子という）が同一の半導体基板面 1上に形成され、かつ、それぞれの第 2導電形クラッド層 4a、 4bが同一材料で形成されている。

[0021] 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、モノリシック型半導体レーザを組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、この半導体基板 1の導電形にしたがって、積層される半導体層の導電形も定まる。なお、後述するように Zn拡散による窓構造を形成するため、第 1導電形が n形、第 2導電形が p形とし、半導体基板 1も n形であることが好ましいため、以下の具体例では、半導体基板 1が n 形の例で説明する。

[0022] 発光層形成部 9a、 9bは、図 1に示されるように、少なくとも第 1導電形クラッド層（n 形クラッド層 2a、 2b)、活性層 3a、 3b、第 2導電形クラッド層（p形クラッド層 4a、 4b)を有している。

[0023] 発光層形成部 9a、 9bを形成するためには、一般的には第 1の波長を 780nm帯の波長とするためには AlGaAs系材料力第 2の波長を 650nm帯の波長とするためには InGaAlP系材料が主として用いられる。その他の波長を選択する場合にも既知の材料を用いればよい。ここで、 AlGaAs系材料とは、 Al Ga As (0≤z≤ 1)で表され z 1— z

る材料を、 InGaAlP系材料とは、 In (Ga Al ) P (0≤x≤ 1)で表わされる材料を

0.5 1-x X 0.5

それぞれ意味している。

[0024] 第 1導電形クラッド層（n形クラッド層 2a、 2b)は半導体基板 1上に形成される。また、 n形クラッド層 2a、 2bと半導体基板 1との間にバッファ一層などを設けてもよい。 n形クラッド層 2a、 2bは、それぞれの活性層 3a、 3bのバンドギャップエネルギー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が、光閉じ込め、電流閉じ込めを容易にする点で好ましい。また、 n形クラッド層と p形クラッド層の材料を同一とする必要はないが、第 2導電形クラッド層（p形クラッド層 4a、 4b)に同じ材料を用いる本発明のような場合、 n形クラッド層にもそれに対応して、同一材料を用いることが活性層に対し光密度分布の対称性を維持し、光閉じ込め効果を最大限発揮し得る点で好ましい。なお、 n形ィ匕するためには一般的に Siや Seを添加することが考えられる。

[0025] 活性層 3a、 3bは、 n形クラッド層 2a、 2b上に形成される。活性層は、バルタ構造であってもよいが、図 2に示されるように Zn拡散などにより、 Zn拡散領域 l la、 l ibを形成し、共振器ミラー面近傍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。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。また、必要に応じてガイド層などを設けてもよいし、活性層は p形、 n形、またはアンドープであってもよい。

[0026] 特に、赤色素子は赤外素子よりも温度特性が悪いため、高出力化することが困難であり、赤色素子では共振器ミラー面近傍の活性層を無秩序化して共振器ミラー面近傍で生じる瞬時光学損傷 (COD破壊)を防止する窓構造が採用することが必要となる。また、光ディスク側の光学設計も赤色素子の光のロスをできる限り低減するための構成が用いられている状況の下ではこのような光ディスク側の光学設計に対応して、赤外素子は光のロスが生じることになるため、従来よりもさらに高出力化する必要があり、赤外素子も高出力化のため赤色素子同様、 Zn拡散領域を有する窓構造を採用することが書き込み用モノリシック型半導体レーザとする上で好ましい。

[0027] Zn拡散領域 l la、 l ibは、図 2で示されるように、チップ化を図る際の共振器ミラー近傍にあたる部分に形成される。なお、図 2は本発明のモノリシック型半導体レーザを、高出力化のため両素子に Zn拡散領域を有する窓構造を形成した場合の構造を上面から見た説明図である。 Zn拡散領域 l la、 l ibは半導体基板 1の成長面側に形成される P形クラッド層 4a、 4b上部に ZnO膜などを設け、固相拡散により活性層 3a、 3bに達するまで Znを拡散させることにより形成される。これにより、活性層が無秩序化し、 Zn拡散領域の活性層のバンドギャップエネルギーは、 Zn拡散領域を有していな、共振器内部の活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きくなり、共振器ミラー面近傍での光吸収が起こることを抑制し、共振器ミラー面近傍での出力増大による C OD破壊を防止できる。また、 Zn拡散領域 l la、 l ibは少なくとも共振器ミラー面近傍の活性層の光出射部分に形成されていればよぐ共振器ミラー面すべてに形成される必要はない。また、出射面側に形成されていればよぐ反対面側には必ずしも必要ではない。より具体的には、 Zn拡散領域は共振器ミラー面から共振器内部方向に 50 IX m程度の大きさで形成される。

[0028] このような窓構造を形成しょうとすると、第 2導電形クラッド層 4a、 4bの材料が相違していれば、 Zn拡散速度が異なり両素子に所望の窓構造を形成することは事実上できないが、本発明では後述するように、第 2導電形クラッド層に同じ材料が用いられているため、赤色素子のみならず、赤外素子にも所望の窓構造を形成することができる

[0029] 第 2導電形クラッド層（p形クラッド層 4a、 4b)は図 1に示される例では活性層上にリッジ型に形成され、本発明では赤外素子用と赤色素子用の第 2導電形クラッド層は同一材料で構成されている。具体的には、 Al Ga As (0≤z≤l)で表される材料や I n (Ga Al ) P (0≤x≤ 1、 0≤y≤ 1)で表わされる材料を用いる。力かる材料は、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、活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する材料を用いれば、電流、光閉じ込め可能なヘテロ構造を形成できる点で好ましヽ。

[0030] このように、それぞれの第 2導電形クラッド層の材料を同一とすることで、リッジ形成時に同じエッチング条件でエッチングすることが可能となりプロセスの共通化、剥離プ口セスの共通化ができ、歩留まり低下を抑えることができる。また、半導体基板の成長面側に形成される P形クラッド層上部に ZnOなどの材料を形成し、固相拡散により活性層に達するまで Znを拡散し Zn拡散領域を形成し、活性層を無秩序化し窓構造とする場合には、第 2導電形クラッド層 4a、 4bの材料が相違していれば、 Zn拡散速度が異なり両素子に所望の窓構造を形成することは事実上できない。しかし、本発明では、第 2導電形クラッド層に同じ材料が用いられているため、 p形クラッド層 4a、 4b中の Znの拡散速度は同じとなり、固相拡散した場合でも活性層に到達する時間はほぼ同じとなり、赤色素子のみならず、赤外素子側にも所望の窓構造が形成することができる。

[0031] また、両素子の第 2導電形クラッド層に同じ材料を用いようとすると、 MOCVD (有機金属化学気相成長)装置などを用いて成長させる場合、砒素系材料とリン系材料とを連続して形成することになる力活性層近傍で As系材料と P系材料を連続して形成することは技術的に困難であり特性悪ィ匕を招くおそれがある。すなわち、砒素系またはリン系材料力もなる活性層を成長後、リン系または砒素系材料の p形クラッド層を成長しょうとすると、 MOCVD装置内部の成長雰囲気を砒素力リン、またはリンから砒素へと変更することが必要となる。そして、雰囲気の切り替えが十分になされていなければ、砒素とリンの複合ィ匕合物が形成され、また、逆に雰囲気切り替えのための待機時間が長すぎると、切り替え界面で結晶欠陥が生じやすくなり、活性層近傍での結晶欠陥は特性の悪ィ匕を招く。しかし、本発明者は、砒素とリンの雰囲気の切り替えるタイミングの最適化を図ることにより、このような不都合性を回避している。 [0032] さらに、両素子の p形クラッド層 4a、 4bのドーパントとして Znを用いている場合には、固相拡散時に p形ドーパントまでもが活性層に拡散されてしまい、所望の素子特性を維持できな、ことにもなる場合があるため、 p形ドーパントとして Znではなく拡散係数の小さな Beや Mgを用いることが好まし!/、。

[0033] また、 p形クラッド層 4a、 4bをそれぞれ二分し、その間にエッチングストップ層などを設けてもよいし、 p形クラッド層 4a、 4b上にキャップ層などを設けてもよい。この場合、エッチングストップ層やキャップ層は、それぞれの層自体一般的に薄いため、赤外素子と赤色素子でこれらの層を形成する材料が異なっていても、窓構造を形成するため Znを拡散するような場合、拡散速度に対する影響は小さい。もっとも、より高精度な窓構造を形成するためには、同一材料を用いることが好ましい。また、 p形ドーパントとして、 Beや Mgを用いることが前述の p形クラッド層に Mgや Beを用いるのと同様の理由で好ましい。

[0034] 上述の発光層形成部 9a、 9bの具体的な構成としては、たとえば、赤外素子の発光層形成部 9aとしては、 n形 GaAs基板 1上に 1〜10 μ m程度の Siドープの η形 In (G

0.5 a Al ) P (0.3≤x4≤0.9、たとえば x4 = 0.7)力もなる n形クラッド層 2a (従来と同

1-χ4 x4 0.5

様の Al Ga As (0.4≤zl≤0.7,たとえば zl = 0.5)を用いることもできる力 p形ク zl 1-zl

ラッド層 4aとの対称性の点から上記材料が好ましい）が設けられ、 n形クラッド層 2a上に図示しないアンドープの Al Ga As (0.04≤z2≤0.2、たとえば z2 = 0.1)力もなる井戸層とアンドープの Al (0.1≤z3≤0.5、たとえば z3 = 0.3)力もなる障

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が積層される。そして、活性層 3a上に 0.05〜0.5 μ m程度の In (

0.5

Ga Al ) P (0.3≤x4≤0.9、たとえば x4 = 0.7)力なる p形第 1クラッド層 41a、

1-χ4 x4 0.5

図示しない 0.005〜0.05 m程度の In (Ga Al ) P (0≤x5≤0.5, 0≤y5≤0 y5 l~x5 x5 l~y5

.5、たとえば x5 = 0、 y5 = 0.35)力もなる p形エッチングストップ層、 0.5〜3 μ m程度の In (Ga Al ) P (0.3≤x6≤0.9、たとえば x6 = 0.7)力もなる p形第 2クラッド

0.5 1-χ6 x6 0.5

層 42a、その上に 0·01〜0·3 /ζ πι程度の図示しない In (Ga Al ) P (0≤x7≤0

0.5 1-χ7 x7 0.5

.5、たとえば x7 = 0)力なる p形キャップ層が形成され、図示しないエッチングストツプ層（P形第 1クラッド層 41aと p形第 2クラッド層 42aとの境界部）に至るまで、キャップ層と p形第 2クラッド層がエッチングにより一部除去され、 p形クラッド層 4aにリッジ部が形成される。他方、赤色素子側の発光層形成部 9bは、 n形 GaAs基板 1上の発光層形成部 9aの形成されていない領域に、 1〜： LO /z m程度の Siドープの n形 In (Ga

0.5 1-xl

Al ) P (0.3≤xl≤0.9、たとえば xl = 0.7)力もなる n形クラッド層 2bが設けられ、 xl 0.5

その上部にアンドープの In (Ga Al ) Ρ (0≤χ2≤0·1、 0≤y2≤0.55、たとえ y2 1-χ2 x2 l-y2

ば x2 = 0、y2 = 0.53)力なる圧縮歪み井戸層とアンドープの In (Ga Al ) P (

0.5 1-χ3 x3 0.5

0.1≤x3≤0.5、たとえば x3 = 0.5)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 /ζ πι程度の活性層 3bが積層される。そして、活性層 3b上には赤外素子と同様の材料を用いた p形第 1クラッド層 41b、図示しない P形エッチングストップ層、 p形第 2クラッド層 42b、図示しない p形キャップ層が形成され、 p形キャップ層と p形第 2クラッド層 42bがエッチングにより一部除去され、 p形クラッド層 4bにリッジ部が形成される。

[0035] また、他の構成としては、 n形クラッド層 2a、 2b、および活性層 3a、 3bの構成は前述と同様であり、活性層 3a、 3b上に、 0.05〜0.5 (0.4≤z4

≤0.7、たとえば z4 = 0.5)力らなる p形第 1クラッド層 41a、 41b、 0.005〜0.05 m 程度の Al Ga As (0.1≤z5≤0.4、たとえば z5 = 0.2)力もなる図示しない p形エツ

チングストップ層、 0.5〜3 /ζ πι程度の Al Ga As (0.4≤z6≤0.7、たとえば z6 = 0.

z6 l~z6

5)からなる p形第 2クラッド層 42a、 42b、その上に 0.01〜0.3 μ m程度の GaAsからなる図示しない p形キャップ層が形成された後、 p形クラッド層 4a、 4bにリッジ部が形成される構成とすることも可能である。さらに、上述のような構成の発光層形成部以外にも、たとえば発光層形成部 9a、 9bの一部に必要があれば他の系の材料などを用いてもよい。

[0036] それぞれのリッジ形状の第 2導電形クラッド層 4a、 4bのリッジ側部には、電流狭窄層 5a、 5bが設けられている。電流狭窄層は、光閉じ込めおよび電流閉じ込めを調整する層であり、それらの働きをする材料であればよい。もっとも、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材料を用いる、わゆる実屈折型構造とすることが、活性層で発生した光を吸収することなく高出力化が図れる点で好ましい。また、実屈折率構造を採用する場合、両素子の電流狭窄層が同一の材料力なることが同時に埋め込み成長を行い成長プロセス回数を低減できる点で好ましい。さらに、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 GaAsなど力なる層が積層されてもよい。

[0037] 具体的には、 p形第 2クラッド層 4a、 4b、図示しないキャップ層の両側に、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≤

z8≤0.8、たとえば z8 = 0.6)や、 In (Ga Al ) P (0.6≤x8≤l, 0≤y8≤l,†

y8 l-x8 x8 l~y8

とえば x8 = 0.75、 y8 = 0.5)力もなる電流狭窄層 5a、 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からなる図示しない保護層が設けられる。

[0038] 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 0.1〜10 m程度の 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。これらの膜厚や材料は適宜選択できる点は従来と同様である。

[0039] なお、本発明は図 1に示される例で p形クラッド層がリッジ形状を有するリッジ構造で説明したが、 2回成長型の SAS構造から半導体レーザ素子を組み合わせたモノリシック型半導体レーザにも適用できる。

[0040] 前述の構造の半導体レーザを製造するには、まず、半導体基板 1上に、赤外素子 1 Oaを作製するため、活性層 3aを含む発光層形成部 9aを形成する。たとえば、 n形 Ga As基板 1を、たとえば MOCVD装置内に入れ、反応ガスのトリェチルガリウム (TEG) 、トリメチルアルミニウム（TMA)、トリメチルインジウム（TMIn)、ホスフィン（PH )、ァ

3 ルシン (AsH )お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、

3 4

P形ドーパントとして、シクロペンタジェ-ルマグネシウム（Cp Mg)などの必要な材料

2

をキャリアガスの水素（H )と共に導入し、 500〜700°C程度で各半導体層をェピタキ

2

シャル成長することにより、 Siドープの n形クラッド層 2a、多重量子井戸構造からなる活性層 3a、 Mgドープの p形クラッド層 4aを順次成長し発光層形成部 9aを形成する。つぎに、赤色素子 10bの形成を予定する箇所以外の領域をレジストなどを用いてマスクし、既に積層された赤外素子の発光層形成部 9aを硫酸と過酸化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 GaAs基板 1を露出させる。レジスト除去後、 MOCVD装置内に再び GaAs基板を入れ、赤色素子の発光層形成部 9bを作製するため Siドープの n形クラッド層 2b、多重量子井戸構造からなる活性層 3b、赤外素子と同一材料力もなる Mgドープの p形クラッド層 4bを順次成長し、発光層形成部 9bを形成する。ついで、発光層形成部 9a上に積層された発光層形成部 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。

[0041] つぎに、赤外および赤色素子の発光層形成部 9a、 9bの共振器ミラー面近傍に Zn 拡散領域 l la、 l ibを形成する。具体的には、発光層形成部 9a、 9b上の p形クラッド層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を活性層にまで固相拡散により到達させ Zn拡散領域 l la、 l ibを形成する。その後、 Z ηθなどをフッ酸などで除去する。その結果、 Zn拡散領域 l la、 l ibでは、活性層 3a 、 3bの量子井戸構造力 ¾nにより無秩序化され、バンドギャップが大きくなつており、劈開後に共振器ミラー面に窓構造が形成され、共振器ミラー面近傍は、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、 COD破壊を防止することができる。また、両素子の p形クラッド層は同一材料が用いてられているため、 Zn拡散が同じ速度で行われることになり、両素子に Zn拡散領域を形成できる。また、 p形クラッド層のドーパントとして Mgが添加されているため、 Znの固相拡散した場合でも Mgはほとんど拡散されず、素子特性を損ねることはない。

[0042] つぎに、発光層形成部 9a、 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など力もなるマスクを形成し、たとえばドライエッチング

2

や塩酸または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、 p形第 2 クラッド層 4a、 4bを同時にエッチングすることにより、凸形状のリッジ部が形成される。なお、凸形状の形成は、エッチングストップ層が設けられている場合にはエッチングストップ層まで、また活性層に達するまで除去して形成してもよい。このように本発明では、両素子の p形クラッド層は同じ材料が用いられているため、 p形クラッド層のエツチング選択性、速度が同じであるため、同時にエッチングしても所望のリッジ形状が得られる。つぎに、両凸形状の幅狭部の少なくとも側部に電流狭窄層 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。なお、選択成長とは、マスク上に電流狭窄層を形成させることなぐ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

[0043] 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、赤外素子 10a、赤色素子 10bが形成される。さらに赤外素子 10aと赤色素子 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、 GaAs基板 1に到達するまでエッチングする。

[0044] 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 Zn拡散領域 l la、 11 bが共振器ミラー面となるように劈開などにより、ウエノ、からチップィ匕することにより、レ一ザチップが形成されて、る。産業状の利用可能性

[0045] 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] 半導体基板上に積層される第 1波長用の第 1導電形クラッド層、活性層、第 2導電形クラッド層力なる第 1波長用の発光層形成部を有する第 1波長用の半導体レーザ素子と、前記半導体基板上の前記第 1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 2波長用の第 1導電形クラッド層、活性層、第 2導電形クラッド層からなる第 2波長用の発光層形成部を有する第 2半導体レーザ素子とを有し、

前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層を形成する材料が同一材料力も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波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層が、 Al Ga As (0.4≤z≤0.7)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 z 1— z

半導体レーザ。

[3] 前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層が、In (Ga Al ) Pで表わされる材料 (0.5≤x≤0.9)力もなる請求項 1記載のモノリ

0.5 1 0.5

シック型半導体レーザ。

[4] 前記第 1導電形が n形、前記第 2導電形が p形であり、前記第 1波長用の第 2導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 2導電形クラッド層は Mgまたは Beが添加された層からなり、かつ、前記第 1波長用の活性層と前記第 2波長用の活性層の共振器ミラー面近傍に Zn拡散領域を有することを特徴とする請求項 1記載のモノリシック型半導体レーザ。

[5] 前記 Zn拡散領域が、前記積層された半導体層の表面側から固相拡散により形成されたことを特徴とする請求項 4記載のモノリシック型半導体レーザ。

[6] 前記第 1波長用の第 1導電形クラッド層と前記第 2波長用の第 1導電形クラッド層を形成する材料が同一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。

[7] 前記第 1半導体素子および第 2半導体レーザ素子の発光層形成部の第 2導電形層が、それぞれリッジ部が形成されたリッジ構造に形成され、該リッジ部の側部に第 1 導電形電流狭窄層がそれぞれ設けられ、前記第 1半導体素子および第 2半導体素子の前記第 1導電形電流狭窄層が、それぞれ該半導体素子の活性層よりバンドギヤップエネルギーより大きぐかつ、前記第 1および第 2の半導体素子で同じ材料力なる請求項 1記載のモノリシック型半導体レーザ。

前記第 1半導体素子および第 2半導体レーザ素子は、それぞれ発光層形成部の前記リッジ部の底面にエッチングストップ層が介在されると共に、前記リッジ部の表面にキャップ層が設けられ、前記エッチングストップ層および前記キャップ層のそれぞれは、前記第 1半導体素子および第 2半導体素子で同じ材料からなる請求項 7記載のモノリシック型半導体レーザ。