(57)【要約】【課題】ＣＯＤレベルを高めるために量子井戸活性層の無秩序化を強化すると共に、格子欠陥の発生と無効電流の発生を抑制し、高出力動作状態における発光効率の飽和が回避され、安定した基本横モード発振を行うことが可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】同一基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるバッファ層と、拡散防止層と、第一クラッド層と、量子井戸活性層と、第二クラッド層とを有する第１の半導体レーザと第２の半導体レーザとを備え、端面近傍における第二クラッド層、量子井戸活性層および第一クラッド層に不純物が拡散されて無秩序化された窓領域が形成され、窓領域における第一クラッド層と拡散防止層との間にｐｎ接合が形成され、第１、第２の半導体レーザの量子井戸活性層の禁制帯幅をＥ１、Ｅ２、第１、第２の半導体レーザのｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶ１、Ｖ２とすると、Ｅ１＜ｅ×Ｖ１、Ｅ２＜ｅ×Ｖ２を満たす。【選択図】図１
2010056331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記基板上に形成された第一導電型の拡散防止層と、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記拡散防止層上に形成された第一の導電型の第一クラッド層と、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記第一クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ１の量子井戸活性層と、
ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第二クラッド層とを備え、
端面近傍における前記第二クラッド層、前記量子井戸活性層および前記第一クラッド層に不純物が拡散されて無秩序化された窓領域が形成された半導体レーザ装置において、
前記窓領域における前記第一クラッド層と前記拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶとしたとき、
前記Ｅ１と前記Ｖとが、Ｅ１＜ｅ×Ｖ（ｅは素電荷の値）の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
同一基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる第１の半導体レーザと第２の半導体レーザとを備え、
前記第１の半導体レーザは、
前記基板上に形成された第一導電型の第一バッファ層と、
前記第一バッファ層上に形成された第一導電型の第一拡散防止層と、
前記第一拡散防止層上に形成された第一の導電型の第一クラッド層と、
前記第一クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ１の第一量子井戸活性層と、
前記量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第二クラッド層とを有し、
前記第２の半導体レーザは、
前記基板上に形成された第一導電型の第二バッファ層と、
前記第一バッファ層上に形成された第一導電型の第二拡散防止層と、
前記第二拡散防止層上に形成された第一の導電型の第三クラッド層と、
前記第三クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ２の第二量子井戸活性層と、
前記第二量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第四クラッド層とを有し、
端面近傍における前記第二クラッド層、前記第一量子井戸活性層および前記第一クラッド層と、前記第四クラッド層、前記第二量子井戸活性層および前記第三クラッド層に不純物が拡散されて無秩序化された窓領域が形成された半導体レーザ装置において、
前記窓領域における前記第一クラッド層と前記第一拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶ１、
前記窓領域における前記第三クラッド層と前記第二拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶ２としたとき、
前記Ｅ１と前記Ｖ１とがＥ１＜ｅ×Ｖ１（ｅは素電荷の値）の関係を満たし、前記Ｅ２と前記Ｖ２とがＥ２＜ｅ×Ｖ２の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第一クラッド層、および前記第三クラッド層は、燐（Ｐ）を含む材料からなり、
前記第一拡散防止層および前記第二拡散防止層は、砒素(Ａｓ)を含む材料からなる請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第一量子井戸活性層は、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系材料からなり、
前記第二量子井戸活性層は、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる請求項２または３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第一拡散防止層と前記第二拡散防止層とがＡｌＧａＡｓ系材料からなる請求項２〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第一拡散防止層のＡｌ組成をｘ１、前記第二拡散防止層のＡｌ組成をｘ２として、ｘ１≧０、ｘ２≧０．３７、およびｘ２＞ｘ１を満たす請求項２〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記不純物がＺｎである請求項２〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第一バッファ層および前記第二バッファ層は、ＧａＡｓからなる請求項２〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第一拡散防止層上に前記第２の半導体レーザが形成された請求項２〜８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第一拡散防止層及び前記第二拡散防止層の少なくとも一方が量子井戸構造からなる請求項２〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第一拡散防止層及び前記第二拡散防止層の少なくとも一方が超格子構造からなり、前記超格子構造の平均禁制帯エネルギーをＥｓ３とすると、Ｅｓ３＞Ｅ１または、Ｅｓ３＞Ｅ２を満たす請求項２〜１０のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
基板上に、第一導電型の第一バッファ層、第一導電型の第一拡散防止層、第一導電型の第一クラッド層、第一量子井戸活性層、および第二導電型の第二クラッド層を順次形成する工程（ａ）と、
エッチングにより、少なくとも前記第二クラッド層、前記第一量子井戸活性層、および前記第一クラッド層の一部を選択的に除去する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後、第一導電型の第二バッファ層、第一導電型の第二拡散防止層、第一の導電型の第三クラッド層、第二量子井戸活性層、および第二導電型の第四クラッド層を順次形成する工程（ｃ）と、
端面領域における前記第二クラッド層および前記第四クラッド層から不純物を拡散し、前記第一量子井戸活性層および、前記第二量子井戸活性層を無秩序化させる工程（ｄ）と、
前記第二クラッド層および前記第四クラッド層にリッジを形成するために、前記第二クラッド層および前記第四クラッド層をエッチングする工程（ｅ）とを有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記工程（ｄ）において、前記第一量子井戸活性層および前記第二量子井戸活性層を同時に無秩序化する請求項１２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられる赤色および赤外域の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高密度記録が可能で大容量のＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）およびＤＶＤ記録再生装置が市販されており、今後需要が益々伸びていく商品として注目されている。このＤＶＤは高密度記録であるため、その記録再生用のレーザ光源としては発光波長６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられている。このため、従来のＤＶＤ装置における光ピックアップ装置では、発光波長７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて再生を行うＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）やＭＤ（Ｍｉｎｉ  Ｄｉｓｃ）を再生することができない。
【０００３】
この問題を解決するために、別々のパッケージにレーザチップを組み込んだ、発光波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと、発光波長が７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとを搭載した光学ピックアップが採用されている。しかしながら、上述のような光学ピックアップは、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとの二つのパッケージが搭載されていることにより、サイズが大きく、したがってＤＶＤ装置のサイズも大きくなってしまうという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するために、同一基板上に成長された半導体層により形成された互いに発光波長が異なる複数種類の半導体発光素子を有する集積型半導体発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
今後、再生のみならず記録機能を有する記録１６倍速対応ＤＶＤや記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）と言った高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源の需要が益々高まっていく。この場合、光源として用いられるレーザには８０℃以上の高温動作時においても、少なくとも２５０ｍＷ以上の高出力動作が求められる。
【０００６】
そこで、高出力特性を得るために、図８に示すような半導体レーザ装置の構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、半導体レーザ装置１０１は、発振波長が６３０〜６９０ｎｍで、パルス出力が５０ｍＷ以上のリッジ型である。バッファ層１１２は、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板１１１上に配設され、例えばＳｉドープのｎ型ＡｌＧａＡｓで構成されている。バッファ層１１２は、ＭＱＷ（ＭｕｌｔｉＱｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層１１４よりも大きなバンドギャップを有する材料で構成されている。この実施の形態では、バッファ層１１２としてＡｌ組成比が０．３以上のｎ型ＡｌＧａＡｓが使用されている。また、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌＧａＩｎＰに比較して、Ｚｎの拡散速度が小さい材料である。
【０００７】
下クラッド層１１３は、バッファ層１１２上に形成され、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰで構成されている。ＭＱＷ活性層１１４は、下クラッド層１１３上に形成され、ＭＱＷ活性層１１４には、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰにより量子井戸構造が形成されている。
【０００８】
上クラッド層１１５は、ＭＱＷ活性層１１４の上に形成され、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰで構成されている。コンタクト層１１６は、上クラッド層１１５上に形成され、ｐ型ＧａＡｓで構成されている。上クラッド層１１５およびコンタクト層１１６は、ストライプメサ状に形成され、光導波路１１７を構成している。光導波路１１７の頂部のコンタクト層１１６を除いて、光導波路１１７の側面、光導波路１１７の形成により露呈した上クラッド層１１５およびコンタクト層１１６と同時に形成されたｐ型ＧａＡｓ層１１８は、ＳｉＯ2などで形成された絶縁膜１１９で覆われている。
【０００９】
コンタクト層１１６および絶縁膜１１９の表面上にはｐ側の表面電極１２０が配設され、コンタクト層１１６と接続され上クラッド層１１５を介してＭＱＷ活性層１１４への電流経路を形成している。
【００１０】
窓領域１２１（ドットで示した領域）は、光導波路１１７の両側の出射端面となるチップ両端面近傍に形成されている。窓領域１２１は、上クラッド層１１５の表面上から不純物としてのＺｎを拡散により導入することにより、ＭＱＷ活性層１１４が無秩序化された領域である。窓領域１２１は、チップ両端面近傍の上クラッド層１１５、ＭＱＷ活性層１１４および下クラッド層１１３を含む。窓領域１２１の表面上はコンタクト層１１６が除去され、絶縁膜１１９が配設されている。裏面電極１２２は、ｎ型ＧａＡｓ基板１１１の裏面側に配設されている。
【００１１】
半導体レーザ装置１０１における窓領域１２１の製造工程において、コンタクト層１１６としてのｐ型ＧａＡｓ層をＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長法により形成する。次に、チップに分割した際にレーザ出射端面となるチップ端面近傍のコンタクト層１１６を除去したウエハ表面にＺｎＯを蒸着し、アニールすることにより、ウエハ上面からＺｎの拡散を行う。この工程を経ることにより、ＭＱＷ活性層１１４が無秩序化し、バンドギャップが大きくなり、窓領域１２１がレーザ光に対して透明になる。
【００１２】
下クラッド層１１３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層で形成されているので、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層ではＺｎの拡散速度が大きいが、バッファ層１１２としてのｎ型ＡｌＧａＡｓ層はＺｎの拡散速度が小さい。このため、下クラッド層１１３とバッファ層１１２との境界でＺｎの拡散が停止するが、場合によってはバッファ層１１２中にＺｎが拡散して、バッファ層１１２中にｐｎ接合が形成されることがある。
【００１３】
この場合、半導体レーザ中には、不純物が拡散された窓領域１２１のバッファ層１１２にｐｎ接合が形成される。このｐｎ接合の立ち上がり電圧が、窓領域１２１以外のＭＱＷ活性層１１４で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも小さくなると、半導体レーザに注入した電流は、立ち上がり電圧の低い窓領域１２１のバッファ層１１２で形成されるｐｎ接合部を流れ、レーザ発振に寄与しないリーク電流成分が増大する。
【００１４】
そこで、半導体レーザ装置１０１では、バッファ層１１２としてＡｌ組成比が０．３以上のｎ型ＡｌＧａＡｓを使用している。この場合、バッファ層１１２にはＺｎが拡散されにくくなる。さらに、たとえバッファ層１１２内にｐｎ接合が形成されたとしても、バッファ層１１２はＭＱＷ活性層１１４よりも大きいバンドギャップを有する。このため、半導体レーザ装置１０１は、バッファ層１１２内のｐｎ接合よりも低い電圧で、ＭＱＷ活性層１１４に電流が流れる。したがって、順方向立ち上がり電圧の低下が抑制され、リーク電流の発生が抑制される。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【特許文献２】特開平２００３−３１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記図８に示した半導体レーザは、単波長レーザであるが、赤色レーザ、赤外レーザが同一基板上に形成された２波長半導体レーザには、単波長レーザにない特有の問題がある。
【００１６】
すなわち、２波長半導体レーザにおける端面窓構造を形成する工程では、赤色レーザ、赤外レーザ共に同じ熱履歴となるように形成する。これにより、素子形成工程数を低減することが可能となり、素子製造コストを削減することが可能となる。しかし、赤色レーザと赤外レーザでは、素子を構成する層構造およびキャリア濃度や各層の組成などの違いから、同じ熱履歴を加えた場合でも赤色レーザの方が不純物拡散の速度が速いことが確認されている。そのため、赤色レーザにおいて不純物がバッファ層まで拡散しないように制御した場合、赤外レーザの窓構造が十分に形成されていない事が考えられる。
【００１７】
また、同一基板上に形成された２波長半導体レーザにＡｌＧａＡｓ系のバッファ層を使用する場合、最初に成長を行うダブルへテロ構造は、次のダブルへテロ構造を形成する際の結晶成長のために余分な熱履歴にさらされることになる。この場合、ＡｌＧａＡｓと基板材料であるＧａＡｓとは、熱膨張係数が異なるため格子欠陥が発生しやすくなる。このため、２波長半導体レーザにおいて、窓領域での無効電流を低減するために単純にＡｌＧａＡｓバッファ層を用いても、２波長半導体レーザは、信頼性上支障をきたすことになる。
【００１８】
本発明は、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）レベルを高めるために量子井戸活性層の無秩序化を強化すると共に、格子欠陥の発生と無効電流の発生を抑制し、高出力動作状態における発光効率の飽和が回避され、安定した基本横モード発振を行うことが可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第１の半導体レーザ装置は、基板と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記基板上に形成された第一導電型の拡散防止層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記拡散防止層上に形成された第一の導電型の第一クラッド層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記第一クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ１の量子井戸活性層と、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなり、前記量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第二クラッド層とを備え、端面近傍における前記第二クラッド層、前記量子井戸活性層および前記第一クラッド層に不純物が拡散されて無秩序化された窓領域が形成される。上記課題を解決するために、前記窓領域における前記第一クラッド層と前記拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶとしたとき、前記Ｅ１と前記Ｖとが、Ｅ１＜ｅ×Ｖ（ｅは素電荷の値）の関係を満たすことを特徴とする。
【００２０】
本発明の第２の半導体レーザ装置は、同一基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる第１の半導体レーザと第２の半導体レーザとを備え、前記第１の半導体レーザは、前記基板上に形成された第一導電型の第一バッファ層と、前記第一バッファ層上に形成された第一導電型の第一拡散防止層と、前記第一拡散防止層上に形成された第一の導電型の第一クラッド層と、前記第一クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ１の第一量子井戸活性層と、前記量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第二クラッド層とを有し、前記第２の半導体レーザは、前記基板上に形成された第一導電型の第二バッファ層と、前記第一バッファ層上に形成された第一導電型の第二拡散防止層と、前記第二拡散防止層上に形成された第一の導電型の第三クラッド層と、前記第三クラッド層上に形成され、禁制帯幅がＥ２の第二量子井戸活性層と、前記第二量子井戸活性層上に形成された第二の導電型の第四クラッド層とを有し、端面近傍における前記第二クラッド層、前記第一量子井戸活性層および前記第一クラッド層と、前記第四クラッド層、前記第二量子井戸活性層および前記第三クラッド層に不純物が拡散されて無秩序化された窓領域が形成される。上記課題を解決するために、前記窓領域における前記第一クラッド層と前記第一拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶ１、前記窓領域における前記第三クラッド層と前記第二拡散防止層との間に形成されたｐｎ接合の立ち上がり電圧をＶ２としたとき、前記Ｅ１と前記Ｖ１とがＥ１＜ｅ×Ｖ１（ｅは素電荷の値）の関係を満たし、前記Ｅ２と前記Ｖ２とがＥ２＜ｅ×Ｖ２の関係を満たすことを特徴とする。
【００２１】
この構成により、窓領域形成時に不純物を拡散させる場合、基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる第一の導電型の拡散防止層を設けることにより、不純物拡散がバッファ層近傍に到達することが抑制され、窓領域を流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生を、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザ共に抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第一導電型の第一バッファ層、第一導電型の第一拡散防止層、第一導電型の第一クラッド層、第一量子井戸活性層、および第二導電型の第二クラッド層を順次形成する工程（ａ）と、エッチングにより、少なくとも前記第二クラッド層、前記第一量子井戸活性層、および前記第一クラッド層の一部を選択的に除去する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後、第一導電型の第二バッファ層、第一導電型の第二拡散防止層、第一の導電型の第三クラッド層、第二量子井戸活性層、および第二導電型の第四クラッド層を順次形成する工程（ｃ）と、端面領域における前記第二クラッド層および前記第四クラッド層から不純物を拡散し、前記第一量子井戸活性層および、前記第二量子井戸活性層を無秩序化させる工程（ｄ）と、前記第二クラッド層および前記第四クラッド層にリッジを形成するために、前記第二クラッド層および前記第四クラッド層をエッチングする工程（ｅ）とを有することを特徴とする。
【００２３】
この構成により、レーザ作製工程の低減を図ることが可能となるため、窓部を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生が抑制された２波長半導体レーザを低コストで得ることが可能となり、量子井戸活性層を無秩序化するための不純物の拡散を基板方向へ均一に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように本発明によれば、同一基板上に集積化された赤色及び、赤外の半導体レーザに対し、不純物拡散防止層をＡｌＧａＡｓ系材料で形成し、そのバンドギャップエネルギーをそれぞれの量子井戸のバンドギャップエネルギーに対して大きく設定することができる。この構成により、窓領域下のクラッド層と拡散防止層間で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧を窓領域でない活性層部のｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも大きくし、窓領域を通じて流れる無効電流の発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、赤色レーザ、赤外レーザの窓構造を同時形成する際の問題である不純物の拡散速度の違いによらず、活性層の無秩序化を十分に行えるため、ＣＯＤレベルが高く、高温動作可能な温度特性に優れた２波長半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置および半導体レーザ装置の製造方法は、上記形態を基本として種々の態様をとることができる。すなわち、第２の半導体レーザ装置において、前記第一クラッド層、および前記第三クラッド層は、燐（Ｐ）を含む材料からなり、前記第一拡散防止層および前記第二拡散防止層は、砒素(Ａｓ)を含む材料からなる構成にすることができる。この構成により、Ｖ族にＡｓを含む第一拡散防止層及び、第二拡散防止層により、不純物拡散がバッファ層に到達することが抑制され、窓領域を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生を、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザ共に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、前記第一量子井戸活性層は、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系材料からなり、前記第二量子井戸活性層は、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる構成にすることができる。この構成により、赤外と赤色域で発光する２波長半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【００２８】
また、前記第一拡散防止層と前記第二拡散防止層とがＡｌＧａＡｓ系材料からなる構成にすることができる。この構成によれば、拡散防止層の格子定数をＧａＡｓ基板とほぼ同一とすることができるため、拡散防止層での格子欠陥の発生を抑制しつつ、不純物拡散がバッファ層に到達することが抑制され、窓領域を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生を、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザ共に抑制することが可能となる。
【００２９】
また、前記第一拡散防止層のＡｌ組成をｘ１、前記第二拡散防止層のＡｌ組成をｘ２として、ｘ１≧０、ｘ２≧０．３７、およびｘ２＞ｘ１を満たす構成にすることができる。この構成によれば、窓部を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生を抑制することが可能となる。
【００３０】
また、前記不純物がＺｎである構成にすることができる。この構成により、量子井戸活性層の無秩序化を容易に行うことが可能となり、２種のレーザに窓領域を確実に形成することができる。
【００３１】
また、前記第一バッファ層および前記第二バッファ層は、ＧａＡｓからなる構成にすることができる。この構成により、バッファ層が基板材料と同一であるため、基板との格子定数の差が無く、結晶成長開始時の成長界面での格子欠陥の発生を低減することが可能となる。この結果、素子動作寿命の長い高信頼性の素子を得ることが可能となる。
【００３２】
また、前記第一拡散防止層上に前記第２の半導体レーザが形成された構成にすることができる。この構成によれり、第２の半導体レーザを成長させるために、第１の半導体レーザをエッチング除去する際、第一拡散防止層を選択エッチングストップ層として使用することができる。このため、第２の半導体レーザの活性層と基板との距離の制御性を高めることが可能となり、第１の半導体レーザ及び、第２の半導体レーザの基板法線方向の発光点位置を制御性よく同一位置にすることが可能となる。
【００３３】
また、前記第一拡散防止層及び前記第二拡散防止層の少なくとも一方が量子井戸構造からなる構成にすることができる。この構成により、拡散防止層において、不純物の拡散を安定して制御することが可能となり、窓領域を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流の発生を、第１の半導体レーザ、第２の半導体レーザ共に抑制することが可能となる。
【００３４】
また、前記第一拡散防止層及び前記第二拡散防止層の少なくとも一方が超格子構造からなり、前記超格子構造の平均禁制帯エネルギーをＥｓ３とすると、Ｅｓ３＞Ｅ１または、Ｅｓ３＞Ｅ２を満たす構成にすることができる。この構成により、第２の半導体レーザの再成長界面において発生する欠陥が活性層方向に伝播するのを抑制することが出来る。このため、活性層での欠陥による劣化が低減され、信頼性を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｄ）において、前記第一量子井戸活性層および前記第二量子井戸活性層を同時に無秩序化してもよい。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら、説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置１の断面構造を示す断面図である。半導体レーザ装置１は、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型のＧａＡｓ基板４上に赤外レーザ２と赤色レーザ３とが集積化されて構成されている。
【００３８】
まず、赤外レーザ２の構造から説明する。ＧａＡｓ基板４上には、ｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層１１が厚さ０.５μｍに形成されている。ｎ型のＧａＡｓバッファ層１１上には、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第一拡散防止層１２が厚さ０．３μｍに形成されている。第一拡散防止層１２上には、ｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一クラッド層１３が厚さ２．０μｍに形成されている。
【００３９】
第一クラッド層１３上には、量子井戸活性層１４が形成されている。量子井戸活性層１４は、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第一ガイド層１４ａ、ＧａＡｓからなるウェル層１４ｂ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるバリア層１４ｃ、ＡｌＧａＡｓからなるウェル層１４ｄ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第二ガイド層１４ｅが順に積層されている。
【００４０】
量子井戸活性層１４上には、ｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第二クラッド層１５が形成されている。第二クラッド層１５には、リッジが形成されている。リッジの上端から第二クラッド層１５の下面までの距離が１．４μｍ、リッジが形成されていない領域における第二クラッド層１５の厚さ（ｄｐ）が０．２４μｍである。
【００４１】
第二クラッド層１５のリッジの上端に、ｐ型のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層１６が厚さ５０ｎｍに形成されている。保護膜１６上には、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１７が厚さ０．４μｍに形成されている。第二クラッド層１５におけるリッジが形成されていない領域の上面およびリッジの側面には、誘電体膜であるＳｉＮからなる電流ブロック層１８が厚さ０．１５μｍに形成されている。
【００４２】
上記構造の赤外レーザ２において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７から注入された電流は、電流ブロック層１８によりリッジ部のみに狭窄される。このため、リッジ底部下方に位置する量子井戸活性層１４に集中して電流が注入され、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡの少ない注入電流により実現される。量子井戸活性層１４へ注入されたキャリアの再結合により生じた光は、量子井戸活性層１４に垂直な方向においては、クラッド層１３、１５により閉じ込められる。また、量子井戸活性層１４に生じた光は、リッジの幅方向においては、ＳｉＮ電流ブロック層１８が第二クラッド層１５よりも屈折率が低いため閉じ込められる。
【００４３】
また、電流ブロック層１８は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。
【００４４】
また、導波路を伝播する光分布は、電流ブロック層１８に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した１０-3のオーダのΔｎ（実効屈折率差）を容易に得ることができる。さらに、Δｎの大きさをリッジが形成されていない領域における第二クラッド層１５の厚さｄｐの大きさにより、１０-3のオーダで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００４５】
次に、赤色レーザ３の構造について説明する。ＧａＡｓ基板４上には、ｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層２１が厚さ０.５μｍに形成されている。ＧａＡｓバッファ層２１上には、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第二拡散防止層２２が厚さ０．３μｍに形成されている。第二拡散防止層２２上には、ｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第三クラッド層２３が厚さ２．０μｍに形成されている。
【００４６】
第三クラッド層２３上には、量子井戸活性層２４が形成されている。量子井戸活性層２４は、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一ガイド層２４ａ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｂ、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層２４ｃ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｄ、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層２４ｅ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｆ、ＡｌＧａＩｎＰからなる第二ガイド層２４ｇが順に積層されて形成されている。
【００４７】
量子井戸活性層２４上には、ｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第四クラッド層２５が形成されている。第四クラッド層２５には、リッジが形成されている。リッジの上面から第四クラッド層２５の下面までの距離が１．４μｍ、リッジが形成されていない領域における第四クラッド層２５の厚さ（ｄｐ）が０．２μｍである。
【００４８】
第四クラッド層２５のリッジの上端に、ｐ型のＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層２６が厚さ５０ｎｍに形成されている。保護膜２６上には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２７が厚さ０．４μｍに形成されている。第四クラッド層２５におけるリッジが形成されていない領域の上面およびリッジの側面には、誘電体膜であるＳｉＮからなる電流ブロック層２８が厚さ０．１５μｍに形成されている。
【００４９】
上記構造の赤色レーザ３において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７から注入された電流は、電流ブロック層２８によりリッジ部のみに狭窄される。このため、リッジ底部下方に位置する量子井戸活性層２４に集中して電流注入され、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡの少ない注入電流により実現される。この時生じた、量子井戸活性層２４へ注入されたキャリアの再結合により生じた光は、量子井戸活性層２４に垂直な方向において、クラッド層２３、２５により垂直方向の光閉じ込めが行わる。また、量子井戸活性層２４に生じた光は、リッジの幅方向において、ＳｉＮ電流ブロック層２８が第四クラッド層２５よりも屈折率が低いため、閉じ込められる。
【００５０】
また、電流ブロック層２８は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。
【００５１】
また、導波路を伝播する光分布は、ＳｉＮ電流ブロック層２８に大きくしみ出すことができるため、赤外レーザ２と同様に、高出力動作に適した１０-3のオーダのΔｎを容易に得ることができる。さらに、Δｎの大きさをリッジが形成されていない領域における第四クラッド層２５の厚さｄｐの大きさで、１０-3のオーダで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００５２】
赤外レーザ２および赤色レーザ３において、共振器長は、１７５０μｍである。この構成により、レーザの８０℃高温動作時において、動作電流密度が低下して放熱性が向上するため、３５０ｍＷ以上の高出力動作が可能となる。なお、共振器長が１５００μｍ以上であれば、放熱効率向上の効果が得られる。
【００５３】
また、赤外レーザ２において、共振器の前端面、後端面には、赤外レーザ光に対する反射率がそれぞれ７％、９４％となるように誘電体膜（図示せず）がコーティングされている。同様に、赤色レーザ３において、共振器の前端面、後端面には、赤色レーザ光に対する反射率がそれぞれ７％、９４％となるように誘電体膜（図示せず）がコーティングされている。この構成により、半導体レーザ装置の前面からレーザ光が出力される。
【００５４】
なお、本実施形態では、量子井戸活性層１４、２４が無歪の量子井戸構造である例を示した。しかし、量子井戸活性層１４、２４が歪量子井戸構造あるいはバルク構造であってもよい。また、量子井戸活性層１４、２４の導電型は、特に記載していないがｐ型であっても、ｎ型であっても、もちろんアンドープであっても構わない。
【００５５】
次に、赤外レーザ２のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ第一拡散防止層１２のＡｌ組成ｘ１と、赤色レーザ３のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ第二拡散防止層２２のＡｌ組成ｘ２の大きさについて説明する。以下、赤色レーザ３を例に説明する。
【００５６】
図２は、赤色レーザ３の構成を示す共振器方向に平行な断面図である。窓領域３１形成のために、Ｚｎを拡散させる場合、拡散時間を長くするあるいは、温度を高めてＺｎ拡散速度を速めるといった方法が用いられている。この場合、拡散領域３２では、赤色レーザ３を例にとって示すと図２に示すように、第二拡散防止層２２とＡｌＧａＩｎＰからなる第三クラッド層２３との界面で、境界面が形成される。これは、Ｚｎの拡散速度がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第三クラッド層２３中よりもＡｌＧａＡｓ系材料からなる第二拡散防止層２２中の方が遅いため、第三クラッド層２３と第二拡散防止層２２との境界で実質的にＺｎの拡散が停止するためである。
【００５７】
この時、窓領域３１下の不純物拡散によりｐ型化された第三クラッド層２３と、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなる第二拡散防止層２２とにより、ｐｎ接合が形成される。このｐｎ接合の立ち上がり電圧は、第二拡散防止層２２のＡｌ組成に大きく依存する。
【００５８】
ここで、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第三クラッド層２３とｎ型ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧の計算結果を図３に示す。図３における横軸は、Ａｌ組成（ｘ２）を示し、縦軸は立ち上がり電圧を示す。計算対象として、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第三クラッド層２３のｐ型不純物濃度が、１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、１×１０19ｃｍ-3のものを用いた。
【００５９】
立ち上がり電圧の計算において、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ第二拡散防止層２２のＡｌ組成（ｘ２）を０から０．５まで変化させている。なお、ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3としている。
【００６０】
図３に示すように、ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２のＡｌ組成を大きくするとバンドギャップエネルギーが大きくなるため、立ち上がり電圧が増大する。また、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層のｐ型不純物濃度を大きくしても、ｐ型第三クラッド層２３のフェルミエネルギーが価電子帯端に近づくため、立ち上がり電圧が増大する。
【００６１】
窓領域３１を形成するためにＺｎを拡散させた場合、拡散領域の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3程度あるいはそれ以上の高濃度となっている。このため、第二拡散防止層２２を用いずに不純物拡散を行った場合、バッファ層２１がＧａＡｓであるため、不純物拡散によりｐ型化された第三クラッド層２３と、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は１．４４Ｖ以上となる。
【００６２】
従って、不純物拡散がｎ型のバッファ層２１まで進行した場合、窓領域３１でない部分の利得領域のｐｎ接合の立ち上がり電圧が、第三クラッド層２３と、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも高いと、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７より注入された電流は、立ち上がり電圧の低い窓領域３１を流れることになる。この窓領域３１を流れる電流は発光に寄与しないために、赤色レーザ３の発光効率が低下する。したがって、赤色レーザ３の発振しきい電流値、動作電流値が増大する。
【００６３】
赤外レーザ２においても、赤色レーザ３と同様に、発振しきい電流値、動作電流値が増大する。
【００６４】
図４は、（ａ）が赤外レーザ２、（ｂ）が赤色レーザ３において、窓領域３１でない量子井戸活性層２４部分のｐｎ接合の電圧−電流特性を示すグラフである。図４から立ち上がり電圧が、それぞれ１．７Ｖ、１．４５Ｖであることがわかる。つまり、赤色レーザ３の禁制帯幅Ｅ１＝ｅ×１．４５Ｖ（ｅは素電荷の値）であり、赤外レーザ２の禁制帯幅Ｅ２＝ｅ×１．７Ｖである。第二拡散防止層２２がない場合において、窓領域３１におけるｎ型ＧａＡｓバッファ層２１で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧が１．４４Ｖである場合には、立ち上がり電圧が相対的に低い窓領域に形成されたｐｎ接合を通じて電流が流れることになる。
【００６５】
一方、ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２を用いると、不純物の拡散は拡散速度の遅いＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２とＡｌＧａＩｎＰ第三クラッド層２３との界面で停止することになる。この場合においても、ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２と窓領域３１でｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰ第三クラッド層２３とにより形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧が、窓領域３１でない活性層の立ち上がり電圧よりも小さい場合は、立ち上がり電圧が相対的に低い、窓領域３１で形成されたｐｎ接合を通じて電流が流れることになる。
【００６６】
赤色レーザ３のＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２のＡｌ組成を０．３７以上、赤外レーザ２のＡｌＧａＡｓ第一拡散防止層１２のＡｌ組成を０以上とし、窓領域３１の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上とすると、図３に示すように、活性層のｐｎ接合の立ち上がり電圧が、窓領域３１下の拡散防止層１２、２２と、不純物拡散によりｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰクラッド層１３、２３とでそれぞれ形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも小さくなる。このため、窓領域３１を通じて流れる無効電流の発生を抑制することが可能となる。
【００６７】
ＧａＡｓ基板４上に拡散防止層としてＡｌＧａＡｓ拡散防止層を成長させる場合、Ａｌ組成を高くしすぎるとＧａＡｓ基板との熱膨張係数の差が大きくなり、結晶成長時の高温状態から、室温に温度を下げると、格子欠陥が発生する可能性が高くなる。したがって、拡散防止層に使用するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は可能な限り小さい方がよい。このため、立ち上がり電圧の低い赤外レーザ２の第一拡散防止層１２のＡｌ組成は、赤色レーザ３の第二拡散防止層２２のＡｌ組成と比較して低く設定した方が赤外レーザ２での格子欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
本実施例では、ｘ２を０．４５、ｘ１を０．２として、赤外レーザ２の第一拡散防止層１２におけるＡｌ組成を赤色レーザ３の第二拡散防止層２２におけるＡｌ組成よりも低くしている。この場合、窓領域３１下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層１３、２３と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は、赤色レーザ３、赤外レーザ２に対して、それぞれ、１．７５Ｖ、１．５７Ｖとなる。したがって、赤色レーザ３の窓領域における立ち上がり電圧Ｖ１（１．７５Ｖ）は、赤色レーザ３の禁制帯幅Ｅ１＜ｅ×Ｖ１を満たす。また、赤外レーザ２の窓領域における立ち上がり電圧Ｖ２（１．５７Ｖ）は、赤外レーザ２の禁制帯幅Ｅ２＜ｅ×Ｖ２を満たす。
【００６９】
この場合、窓領域３１下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層１３、２３と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は、窓領域３１以外の領域の立ち上がり電圧よりも高いため、窓領域３１を通じて流れる発光に寄与しない無効電流の発生を抑制することが可能となる。
【００７０】
ここで、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２のキャリア濃度としては、１×１０16ｃｍ-3以上、５×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。キャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以下となると拡散防止層での抵抗が大きくなり、素子の動作電圧増大をもたらすからである。一方、５×１０17ｃｍ-3以上となると結晶性が低下し、結晶成長での点欠陥が発生しやすくなるからである。
【００７１】
また、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２のキャリア濃度として、１×１０17ｃｍ-3以下とすることで結晶成長での点欠陥の発生をさらに抑制しつつ、拡散防止層での抵抗を小さくし、素子の動作電圧を低減することが可能となる。
【００７２】
さらに、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２のキャリア濃度として、５×１０16ｃｍ-3以下とすることで点欠陥の発生をほぼ完全に抑制することが可能となる。
【００７３】
また、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２の膜厚を２０ｎｍ以下とすることで、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓ拡散防止層の格子不整合と熱膨張係数の差を考慮した臨界膜厚よりも十分薄くなるために、熱履歴方法での結晶成長による欠陥の発生をさらに抑制することが可能となる。
【００７４】
また、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２は、薄膜が複数積層された多重量子井戸構造としても、超格子構造としても、不純物の拡散を抑制する効果を増大させることが可能となる。
【００７５】
また、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層１２、２２について、Ａｌ組成を高くすると拡散防止層の禁制帯幅エネルギーが大きくなり、窓部での立ち上がり電圧を下げることが出来るが、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの熱膨張率の差によって欠陥が発生しやすくなる。
【００７６】
そこで、拡散防止層を高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓとＧａＡｓの量子井戸構造多層薄膜とすることで、臨界膜厚以下の超薄膜（１０ｎｍ以下）の構成となり、欠陥の発生を抑制しつつ、Ａｌ組成を高くすることが出来る。これにより拡散防止層の禁制帯幅エネルギーを大きくすることが出来、窓部での立ち上がり電圧を上げる効果をより増大させることが可能となる。第一拡散防止層１２および第２拡散防止層２２の少なくとも一方が、超格子構造からなり、その超格子構造における禁制帯幅をＥｓ３とすると、Ｅｓ３＞Ｅ１または、Ｅｓ３＞Ｅ２を満たすことが好ましい。
【００７７】
図５（ａ）は本実施の形態における赤色レーザ３、（ｂ）は本実施の形態における赤外レーザ２の温度８０℃、パルス時間幅５０ｎｓ、パルスデューティ比４１％動作時における電流−光出力特性をそれぞれ示す。赤色レーザ３は光出力４００ｍＷまでキンクが発生せず、赤外レーザ２では、電流−光出力特性の線形はきわめて良好であり、５００ｍＷ以上のキンクレベルであることがわかる。
【００７８】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施形態におけるレーザ装置１ｂの構成を示す断面図である。レーザ装置１ｂは、ＧａＡｓ基板４上に赤外レーザ２ｂと赤色レーザ３ｂとが集積化されて構成されている。
【００７９】
赤外レーザ２ｂは、第１の実施形態における赤外レーザ２のバッファ層１１と、第一拡散防止層１２が、バッファ層１１ｂと、第一拡散防止層１２ｂにそれぞれ置き換わった構成である。赤色レーザ３ｂは、バッファ層１１ｂおよび第一拡散防止層１２ｂ上に形成され、第１の実施形態における赤色レーザ３のバッファ層２１と、第三クラッド層２３が、バッファ層２１ｂと、第三クラッド層２３ｂにそれぞれ置き換わった構成である。本実施形態におけるレーザ装置１ｂにおいて、他の構成要素は、第１の実施形態に係るレーザ装置１と同一であり、レーザ装置１と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
バッファ層１１ｂは、ＧａＡｓ基板４上に、ｎ型のＧａＡｓで形成され、厚さが０.５μｍである。第一拡散防止層１２ｂは、バッファ層１１上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓで形成され、厚さが０．３μｍである。バッファ層１１ｂおよび第一拡散防止層１２ｂは、赤外レーザ２ｂが形成された領域以外に、赤色レーザ３ｂが形成された領域のＧａＡｓ基板４上にも形成されている。
【００８１】
バッファ層２１ｂは、第一拡散防止層１２ｂ上に、ｎ型のＧａＡｓで形成され、厚さが０.１μｍである。第三クラッド層２３ｂは、第二拡散防止層２２上に、ｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐで形成され、厚さが１．６μｍである。
【００８２】
第一クラッド層１３の厚さが２．０μｍに対して、バッファ層２１ｂの厚さを０．１μｍ、第二拡散防止層２２の厚さを０．３μｍ、第三クラッド層２３ｂの厚さを１．６μｍとすることにより、基板法線方向に対する赤外レーザ２ｂと赤色レーザ３ｂの発光点位置を同一にしている。
【００８３】
この構成においても、実施の形態１と同様に、赤色レーザ３ｂのＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２のＡｌ組成を０．３７以上、赤外レーザ２ｂのＡｌＧａＡｓ第一拡散防止層１２ｂのＡｌ組成を０以上とし、窓領域３１の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上とすると、活性層のｐｎ接合の立ち上がり電圧が、窓領域３１下の拡散防止層１２ｂ、２２と、不純物拡散によりｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰクラッド層１３、２３ｂとで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも小さくなる。このため、窓領域３１を通じて流れる無効電流の発生を抑制することが可能となる。
【００８４】
基板上に拡散防止層としてＡｌＧａＡｓ拡散防止層を成長させる場合、Ａｌ組成を高くしすぎるとＧａＡｓ基板との熱膨張係数の差が大きくなり、結晶成長時の高温状態から、室温に温度を下げると、格子欠陥が発生する可能性が高くなる。したがって、拡散防止層に使用するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は可能な限り小さい方がよい。このため、立ち上がり電圧の低い赤外レーザ２ｂの第一拡散防止層１２ｂのＡｌ組成は、赤色レーザ３ｂの第二拡散防止層２２のＡｌ組成と比較して低く設定した方が赤外レーザ２ｂでの格子欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００８５】
次に、本実施形態における半導体レーザ装置１ｂの製造方法について説明を行う。図７Ａ〜Ｈは、本実施形態における半導体レーザ装置１ｂの端面付近を示す製造工程図である。半導体レーザ装置１ｂの製造では、赤外レーザ２ｂを赤色レーザ３ｂよりも先に作製する。このようにすると、赤色レーザ３ｂおよび赤外レーザ２ｂのＡｌＧａＡｓ拡散防止層において、相対的にＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ拡散防止層２２を備えた赤色レーザ３ｂの方が結晶成長時の熱履歴が少なくてすむため、ＡｌＧａＡｓ拡散防止層２２とＧａＡｓ基板４との熱膨張係数の差による格子欠陥の発生を抑えることができる。
【００８６】
まず、図７Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いた第１の結晶成長工程において、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板４上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１ｂ（０．５μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一拡散防止層１２ｂ（０．３μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第一クラッド層１３（２．０μｍ）、量子井戸活性層１４、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第二クラッド層１５、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ保護層１６（５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７（０．４μｍ）を順に形成する。
【００８７】
量子井戸活性層１４は、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第一ガイド層１４ａ、ＡｌＧａＡｓからなるウェル層１４ｂ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなるバリア層１４ｃ、ＧａＡｓからなるウェル層１４ｄ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる第二ガイド層１４ｅを順に積層して形成される。
【００８８】
次に、図７Ｂに示すように、ＧａＡｓ基板４をＭＯＣＶＤ炉あるいはＭＢＥ反応炉から取り出した後、フォトリソグラフィによりレジストパターン４１を形成し、レジストパターン４１をマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用い、マスクの形成されていない部分を取り除く。この際、エッチング液として、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第一拡散防止層１２ｂをエッチングし難い液を用いる。このことにより、第一拡散防止層１２ｂがエッチングストップ層として機能し、第一クラッド層１３と第一拡散防止層１２ｂとの境界でエッチングが停止する。
【００８９】
第一拡散防止層１２ｂは、エッチングされ難いため、露出される第一拡散防止層１２ｂの表面の高さを規定することができる。したがって、第一拡散防止層１２ｂに形成されるバッファ層２１ｂ、第二拡散防止層２２、第三クラッド層２３ｂを精度よく、形成することにより、赤色レーザ３ｂの基板法線方向の活性層の発光点位置を赤外レーザ２ｂの活性層の発光点位置と同一になるように高精度に制御することが可能となる。
【００９０】
レジストパターン４１を取り除いた後、次に、図７Ｃに示すように、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１ｂ（０．１μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第二拡散防止層２２（０．３μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第三クラッド層２３ｂ（１．６μｍ）、量子井戸活性層２４、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第四クラッド層２５、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ保護層２６（５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７（０．４μｍ）を順に形成する。
【００９１】
量子井戸活性層２４は、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一ガイド層２４ａ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｂ、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層２４ｃ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｄ、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層２４ｅ、ＧａＩｎＰからなるウェル層２４ｆ、ＡｌＧａＩｎＰからなる第二ガイド層２４ｇを順に積層して形成される。
【００９２】
次に、図７Ｄに示すように、フォトリソグラフィによりレジストパターン４２を形成し、レジストパターン４２をマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用い、マスクの形成されていない部分をエッチング除去し、赤色レーザ部のみを残す。
【００９３】
次に、レジストパターン４２を取り除いた後、図７Ｅに示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）１７、２７上にＺｎ拡散源４３とキャップ膜（図示せず）を堆積させ、フォトリソグラフィとドライエッチング技術により設定した窓領域になるようパターニングを行い、その後アニールを行い、Ｚｎを量子井戸活性層１４、２４へ拡散させ無秩序化させる事で窓領域３１を含む拡散領域３２を形成する。
【００９４】
次に、図７Ｆに示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７、２７上に０．３μｍの厚さとなるように堆積させた酸化シリコン膜４４をさらにフォトリソグラフィとドライエッチング技術とによりパターニングし、ストライプマスクを形成する。次に、ストライプ形状の酸化シリコン膜４４をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７、２７、ｐ型ＧａＩｎＰ保護層１６、２６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５、２５を、順次選択的にエッチングして、ヘテロ構造基板にメサ状のリッジを同時に形成する。
【００９５】
エッチング後、図７Ｇに示すように、酸化シリコン膜４４を除去し、プラズマＣＶＤにより、ＳｉＮ電流ブロック層１９、２９（０．１５μｍ）を同時に形成する。次に、図７Ｈに示すように、レジストパターン（図示せず）を形成し、リッジ上部のＳｉＮ電流ブロック層１８、２８をフッ酸系の薬液エッチングにより除去する。以上の工程により、図６に示す本実施形態におけるレーザ装置１ｂを製造することができる。
【００９６】
なお、電流ブロック層１８、２８は、クラッド層との屈折率差をつけるために、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、水素化アモルファスＳｉまたはそれらの多層構造からなる材料であってもよい。
【００９７】
また、電流ブロック層１８、２８は、ＡｌＩｎＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の材料であってもよい。この場合、図６Ｆに示す工程の後、酸化シリコン膜４４をマスクとして酸化シリコン膜４４の無い部分に選択成長を行うことにより電流ブロック層１８、２８を形成することができる。
【００９８】
また、窓構造を形成するにあたり、赤色レーザ、赤外レーザ共に同じ熱履歴により形成させている。そのため、素子作製工程数を低減させることが可能となり素子製造コストを削減することができる。
【００９９】
本実施の形態では窓構造形成後に横モード制御のためのストライプ構造を形成した場合について説明したが、ストライプ構造形成後に窓構造を形成してもよい。
【０１００】
本実施の形態では２つのレーザから成る半導体レーザについて説明したが、１または３個以上のレーザから構成される半導体レーザも本発明に含有される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、ＣＯＤレベルが高く、高温動作可能な温度特性に優れているので、高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源として大変有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置の断面構造を示す断面図
【図２】第１の実施形態における赤色レーザの構成を示す共振器方向に平行な断面図
【図３】第１の実施形態における第三クラッド層と第二拡散防止層とで形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧の計算結果
【図４】（ａ）が第１の実施形態における赤外レーザ、（ｂ）が第１の実施形態における赤色レーザにおいて、量子井戸活性層部分のｐｎ接合の電圧−電流特性を示すグラフ
【図５】（ａ）は第１の実施形態における赤色レーザ、（ｂ）は第１の実施形態における赤外レーザの温度８０℃、パルス時間幅５０ｎｓ、パルスデューティ比４１％動作時における電流−光出力特性図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図
【図７Ａ】第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程図
【図７Ｂ】図７Ａの次の工程を示す工程図
【図７Ｃ】図７Ｂの次の工程を示す工程図
【図７Ｄ】図７Ｃの次の工程を示す工程図
【図７Ｅ】図７Ｄの次の工程を示す工程図
【図７Ｆ】図７Ｅの次の工程を示す工程図
【図７Ｇ】図７Ｆの次の工程を示す工程図
【図７Ｈ】図７Ｇの次の工程を示す工程図
【図８】従来の半導体レーザ装置の構造を示す斜視図
【符号の説明】
【０１０３】
１、１ｂ  半導体レーザ装置
２、２ｂ  赤外レーザ
３、３ｂ  赤色レーザ
４  ＧａＡｓ基板
１１、１１ｂ、２１、２１ｂ  バッファ層
１２、１２ｂ  第一拡散防止層
１３  第一クラッド層
１４、２４  量子井戸活性層
１４ａ、２４ａ  第一ガイド層
１４ｂ、１４ｄ、２４ｂ、２４ｄ、２４ｆ  ウェル層
１４ｃ、２４ｃ、２４ｅ  バリア層
１４ｅ、２４ｇ  第二ガイド層
１５  第二クラッド層
１６、２６  保護層
１７、２７  コンタクト層
１８、２８  ＳｉＮ電流ブロック層
２２  第二拡散防止層
２３、２３ｂ  第三クラッド層
２４  第四クラッド層
４１、４２  レジストパターン
４３  Ｚｎ拡散源
４４  酸化シリコン膜
３１  窓領域
３２  拡散領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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