(57)【要約】【課題】集積化された二種類の半導体レーザについて共に、窓領域形成のための無秩序化の強化に起因する、窓部を流れる無効電流の発生を好適に抑制する。【解決手段】基板１上に積層されたバッファ層１１、２１、クラッド層１２、２２、量子井戸活性層１３、２３、およびクラッド層１４、２４を備え、ストライプ構造を有する第一および第二半導体レーザ１０、２０が同一基板上に集積化され、共振器端面近傍における量子井戸活性層は不純物拡散により無秩序化されている。第一および第二半導体レーザの活性層の発振波長をそれぞれλ１、λ２、第一および第二半導体レーザのバッファ層の禁制帯幅のエネルギーをそれぞれＥ１、Ｅ２、第一および第二半導体レーザのバッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をそれぞれλｂ１、λｂ２とすると、λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、およびＥ１≦Ｅ２の関係を満足する。【選択図】図１
2008091713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に積層された第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、量子井戸活性層、および第二導電型のクラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する第一半導体レーザと第二半導体レーザが同一基板上に集積化され、共振器端面近傍の前記量子井戸活性層は不純物拡散により無秩序化されている二波長半導体レーザ装置において、
前記第一半導体レーザの活性層の発振波長をλ１、前記第二半導体レーザの発振波長をλ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ２とすると、
λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、およびＥ１≦Ｅ２
の関係を満足することを特徴とする二波長半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザにおける前記クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる請求項１に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第一半導体レーザの前記活性層が、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系の材料からなり、前記第二半導体レーザの前記活性層が、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる、請求項１または２に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記バッファ層がＡｌＧａＡｓ系材料からなる請求項１から３のいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第一半導体レーザが赤外レーザであり、前記第二半導体レーザが赤色レーザであり、前記ＡｌＧａＡｓ系材料からなるバッファ層は、前記赤外レーザにおけるＡｌ組成をＸ１、前記赤色レーザにおけるＡｌ組成をＸ２とすると、Ｘ１≧０、Ｘ２＞０．３７、Ｘ２≧Ｘ１をすべて満足する請求項４に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記不純物がＺｎである請求項１から５のいずれか１項に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項７】
基板上に、第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系材料からなる量子井戸活性層、および第二導電型のクラッドを形成して、第一半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、
前記第一半導体レーザのダブルへテロ構造をエッチングにより除去した領域に、第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料から成る量子井戸活性層、および第二導電型のクラッドを形成して、第二半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、
前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザに対する同一の不純物拡散工程により、共振器端面近傍における前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、
前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザに対する同一のエッチング工程により、電流注入ストライプとなるリッジ形状を形成する工程とを含み、
前記第一半導体レーザの活性層の発振波長をλ１、前記第二半導体レーザの発振波長をλ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ２とすると、
λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、およびＥ１≦Ｅ２
の関係をすべて満たすように設定する、二波長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及び赤外域の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度記録が可能で大容量のディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）を用いて記録・再生を行うためのＤＶＤ装置では、その記録再生用のレーザ光源として、発光波長６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられる。このため、従来のＤＶＤ装置の光学ピックアップでは、発光波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて再生を行うコンパクトディスク（ＣＤ）やミニディスク（ＭＤ）を再生することができなかった。
【０００３】
そこで、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み、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、そ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装置のサイズも大型化する問題を生じる。そこで、この問題を解決するために、特許文献１には、同一基板上に成長された半導体層により発光素子構造が形成され、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開示されている。
【０００４】
この従来例の集積型半導体発光装置を図７に示す。この集積型半導体レーザ装置においては、同一のｎ型ＧａＡｓ基板４０上に、発光波長が７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とが、互いに分離した状態で集積化されている。ｎ型ＧａＡｓ基板４０としては、例えば、（１００）面方位を有するものや、（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を主面とするものが用いられる。
【０００５】
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１は、基板４０上に積層された、ｎ型ＧａＡｓバッファ層４１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４２、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層４３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４４、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層４５により構成される。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４４の上部およびｐ型ＧａＡｓキャップ層４５は、一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４６が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層４５およびｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層４６上にはｐ側電極４７が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層４５とオーミックコンタクトして設けられている。ｐ側電極４７としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【０００６】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２は、基板４０上に積層された、ｎ型ＧａＡｓバッファ層５１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５２、ＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造の活性層５３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５５、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５６により構成される。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５６は、一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５７が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層５６およびｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５７上にはｐ側電極５８が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５６とオーミックコンタクトして設けられている。ｐ側電極５８としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【０００７】
ｎ型ＧａＡｓ基板４０の裏面にはｎ側電極５９が、このｎ型ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクトして設けられている。このｎ側電極５９としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極やＩｎ電極が用いられる。
【０００８】
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１のｐ側電極４７およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２のｐ側電極５８は、パッケージベース６０上に互いに電気的に分離した状態で設けられたヒートシンクＨ１、Ｈ２上に、それぞれはんだ付けされている。
【０００９】
以上のように構成されたこの従来例の集積型半導体レーザ装置においては、ｐ側電極４７とｎ側電極５９との間に電流を流すことによりＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することができ、ｐ側電極５８とｎ側電極５９との間に電流を流すことによりＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することができる。そして、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することにより波長７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することにより波長６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができる。ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動するか、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動するかの選択は、外部スイッチの切り換えなどにより行うことができる。
【００１０】
以上のように、この従来例の集積型半導体レーザ装置は、発光波長が７００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６００ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とを有することにより、ＤＶＤ用のレーザ光とＣＤおよびＭＤ用のレーザ光とを互いに独立に取り出すことができる。このため、この集積型半導体レーザ装置をＤＶＤ装置の光学ピックアップにレーザ光源として搭載することにより、ＤＶＤ、ＣＤおよびＭＤのいずれの再生または記録も可能となる。しかも、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２は、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１上に成長された半導体層によりレーザ構造が形成されているので、この集積型半導体レーザ装置のパッケージは一つで済む。このため、光学ピックアップの小型化を図ることができ、したがってＤＶＤ装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
また、半導体レーザにおいて、高速に光ディスクを書き換えるためにはできるだけ高い光出力が要望される。例えば、４倍速以上の高速でＤＶＤの光ディスクを書き換えるためには、光出力として１００ｍＷ以上の高出力が必要とされる。このような高出力を得るためには、高出力時に半導体レーザの端面が自らの光出力により溶融破壊されるＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）を防ぐ必要がある。ＣＯＤを防ぐためには、レーザの共振器端面内部の光密度を低減し、発熱を抑えることが有効である。このためには、レーザ光を取り出す半導体レーザの前端面を、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アモルファスＳｉといった誘電体でコーティングし、前面の反射率を下げることが有効である。
【００１２】
一般的にＡｌＧａＩｎＰ系材料やＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザの共振器端面の反射率は、端面コーティングされていない場合約３０％となる。この場合、共振器端面において約３０％のレーザ光が反射して共振器内部にフィードバックされ、約７０％の光が前端面より取り出されることになる。これに対し、例えば、前面の反射率が１０％となるように誘電体膜をコーティングすると、共振器端面において１０％のレーザ光が反射して共振器内部にフィードバックされ、９０％の光が前端面より取り出されることになる。すなわち、前端面から取り出される光出力が同じ場合、前面の反射率を小さくすれば、共振器端面の光密度も低減することができる。従って、前面の反射率を低減することはＣＯＤレベルの増大につながり、高出力レーザを得るための有効な手段である。
【００１３】
さらに、レーザ光を取り出す共振器面とは逆の側である後端面反射率を高く設定すれば、半導体レーザの前面からの光の取り出し効率をさらに高めることができる。そこで、高出力半導体レーザにおいては、前面の反射率を低減し、後面の反射率は逆に高反射率とする端面コート条件が、広く用いられている。同一基板上に赤色、赤外域で発光する半導体レーザを集積化した二波長レーザにおいても、高出力動作を得るためには前述の理由から、赤色、赤外に対して低反射率、高反射率を同時に得ることが可能な誘電体膜によりレーザ共振器端面にコーティングを施している。
【００１４】
ただし、上記のような端面コーティングを施したとしても、レーザ共振器端面の活性層のバンドギャップエネルギーは表面準位の影響を受け、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小さくなる。また、半導体レーザに電流注入を行うと、ジュール発熱や、活性層での非発光再結合の影響を受け活性層のバンドギャップエネルギーが縮小してしまう。特に、高出力レーザでは、前述のように前端面の反射率を小さくするため、前端面近傍での活性層の光密度が共振器内部で最も大きくなり、温度が上昇しやすくなる。このため前端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーはさらに縮小し、レーザ光に対する吸収損失が増大し、さらに発熱してしまう。その結果、端面のＣＯＤを生じてしまう。
【００１５】
このような端面破壊が生じることを防ぐためには、レーザ端面近傍の量子井戸活性層を不純物拡散により無秩序化して端面窓構造を形成し、あらかじめ、端面近傍の活性層のバンドギャップエネルギーを増大させる。その結果、発熱により端面近傍の活性層のバンドギャップが縮小してもレーザ発振光に対してほぼ透明な状態を維持できるようになり、ＣＯＤが発生する光出力を増大させることが可能となる。
【００１６】
また今後は、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といった、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可能なことが求められている。
【００１７】
上述のとおり、半導体レーザを高出力動作させる場合、レーザ光を取り出す側の共振器端面（前端面）とその反対側の共振器端面（後端面）には、それぞれ、反射率１０％以下の低反射率（ＡＲ；Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）、及び反射率８５％以上の高反射率（ＨＲ；Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を有する誘電体膜のコーティングを行う。このような低反射率／高反射率コーティングを行うことにより、電流−光出力特性における外部微分量子効率（スロープ効率）の向上を図り、少ない注入電流量で高い光出力を実現する。さらに、端面近傍の量子井戸活性層を不純物拡散による無秩序化を施すことにより、レーザ光自身の光出力によりレーザ端面が溶融破壊されるＣＯＤが発生することを防いでいる。
【００１８】
ここで、不純物の拡散時間を長くしたり、高濃度の不純物を拡散するといったように、不純物の拡散を強めると、窓領域の量子井戸活性層の無秩序化は進み、バンドギャップエネルギーがさらに大きくなり、レーザ光に対してより透明となるため、より高い光出力でもＣＯＤを生じ難くすることが可能となる。
【００１９】
しかしながら、不純物の拡散を強くしすぎると、不純物の拡散が基板付近まで進行してしまう。現状のＣＤやＤＶＤ用光ディスク用の半導体レーザでは、基板にｎ型のＧａＡｓ基板を使用し、ｎ型のＧａＡｓバッファ層を成長後、ｎ型のクラッド層、活性層、ｐ型のクラッド層を成長させて、電流注入ストライプを抵抗率の高いｐ型層に形成する構造が広く用いられている。また、活性層には量子井戸活性層を使用し、端面に窓領域を形成するためにＺｎを拡散し、量子井戸活性層を無秩序化する技術が広く用いられている。ＺｎはＩＩＩ−Ｖ族の半導体より形成される化合物半導体に対してはｐ型の半導体を得るための不純物として作用するため、前述のように窓形成のための不純物拡散を強め過ぎるとｎ型クラッド層がｐ型化し、ついにはｎ型である基板近傍のｎ型バッファ層との間でｐｎ接合が形成されることになる。その結果、窓領域とｎ型バッファ層との間のｐｎ接合の立ち上がり電圧（Ｖｗ）が、窓領域でない部分の活性層のｐｎ接合の立ち上がり電圧（Ｖａ）よりも小さくなった場合、電極から注入された電流は立ち上がり電圧の小さい窓領域を通って流れることになる。
【００２０】
上記の現象を、現状で広く用いられている赤色レーザのダブルへテロ構造に基づいて具体的に説明する。現状の赤色レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰからなる量子井戸活性層、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層が形成された構造となっている。この構造において、端面近傍の量子井戸活性層をＺｎ拡散により無秩序化し窓構造を形成する際、不純物であるＺｎの拡散速度は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料において、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系材料よりも早い。そのため、Ｚｎはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を急速に拡散し、拡散速度の遅いｎ型ＧａＡｓバッファ層界面付近まで拡散する。
【００２１】
Ｚｎ拡散の結果、レーザの素子内部には、不純物拡散によりｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＧａＡｓバッファ層間で形成されるｐｎ接合（Ｔ１）と、窓領域でない部分の活性層で形成されるｐｎ接合（Ｔ２）が存在することになる。窓領域でない部分のｐｎ接合の立ち上がり電圧は、量子井戸活性層のバンドギャップエネルギーにほぼ等しく、ＧａＡｓのバンドギャップエネルギーは、波長６５０ｎｍの赤色光のエネルギーよりも小さい。そのため、ｐｎ接合の立ち上がり電圧はＴ１の方がＴ２より小さくなり、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層より注入された電流は、立ち上がり電圧の低いｐｎ接合Ｔ１を通じて流れることになる。したがって、注入された電流は無秩序化されていない活性層に注入されなくなるため、発光効率が低下し、無効電流が動作電流値の増大と温度特性の劣化をもたらすことになる。このため数百ｍＷ以上の高出力特性を得ることができなくなり、素子の信頼性上、重大な支障をきたすことになる。
【００２２】
つまり、レーザ発振光に対する窓領域の透明性を高めるために、量子井戸活性層の無秩序化を強める際に、不純物拡散によりｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｎ型ＧａＡｓバッファ層間でｐｎ接合Ｔ１が形成されると、接合Ｔ１を通じて流れるレーザ発振に寄与しない無効電流成分が増大し、発光効率の低下、動作電流値の増大、温度特性の低下をもたらし、８０℃以上の高温状態でも２５０ｍＷ以上の高出力特性を可能とすることが困難となるのである。
【００２３】
このような課題を解決するために改良された半導体レーザ装置の構成の一例が、特許文献２に開示されている。図８に、この半導体レーザ装置の一部破断斜視図を示す。この半導体レーザ装置では、半導体基板上に量子井戸構造活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するバッファ層を配設するとともに、半導体レーザ端面近傍の量子井戸構造活性層に不純物を導入して窓領域を形成した構造を有する。
【００２４】
図８の半導体レーザは、発振波長が６３０〜６９０ｎｍで、パルス出力が５０ｍＷ以上のリッジ型半導体レーザである。Ｓｉドープのｎ−ＧａＡｓ基板６１上に、例えばＳｉドープのｎ−ＡｌＧａＡｓで構成されたバッファ層６２が配設され、さらにｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層６３が配設されている。下クラッド層６３上に、ＭＱＷ活性層６４が配設されている。ＭＱＷ活性層６４は、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＭＱＷ構成となっている。
【００２５】
以上のように、バッファ層６２には、ＭＱＷ活性層６４よりも大きなバンドギャップを有する材料である、Ａｌ組成比が０．３以上のｎ−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。
【００２６】
ＭＱＷ活性層６４の上には、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる上クラッド層６５が配設され、さらに、ｐ−ＧａＡｓのコンタクト層６６が配設されている。上クラッド層６５およびコンタクト層６６はストライプメサ状に形成され、光導波路６７を形成している。光導波路６７の頂部のコンタクト層６６を除いて、光導波路６７の側面、光導波路６７の形成により露呈した上クラッド層６５、およびコンタクト層６６と同時に形成されたｐ−ＧａＡｓ層６８は、ＳｉＯ2などからなる絶縁膜６９で覆われている。
【００２７】
コンタクト層６６および絶縁膜６９の表面上にはｐ側の表面電極７０が配設され、コンタクト層６６と接続されて、光導波路６７を介してＭＱＷ活性層６４への電流経路を形成している。光導波路６７の両側の出射端面となるチップ両端面近傍に、窓領域７１が形成されている。窓領域７１は、上クラッド層６５の表面上から不純物として拡散されたＺｎの導入により、ＭＱＷ活性層６４が無秩序化された領域である。窓領域７１は、上クラッド層６５、ＭＱＷ活性層６４および下クラッド層６３を含む。窓領域７１の表面上はコンタクト層６６が除去され、絶縁膜６９が配設されている。ｎ−ＧａＡｓ基板６１の裏面側には、ｎ側の裏面電極７２が配設されている。
【００２８】
この構造において、下クラッド層６３はｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層で形成されているので、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層ではＺｎの拡散速度が大きいが、バッファ層６２としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ層はＺｎの拡散速度が小さいので、下クラッド層６３とバッファ層６２との境界でＺｎの拡散を停止させるように制御する。しかし、場合によってはバッファ層６２中にＺｎが拡散し、バッファ層６２中にｐｎ接合を形成してしまうことがある。
【００２９】
しかし、この従来例においては、ＭＱＷ活性層６４のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＡｌ組成比が０．３以上のｎ−ＡｌＧａＡｓをバッファ層６２として使用することにより、Ｚｎ拡散により窓領域７１を形成した場合においても、順方向立ち上がり電圧Ｖｆの低下が抑制されるとともに、漏れ電流の発生が抑制される。従って、半導体レーザ３１０では、バッファ層６２内のｐｎ接合で最初のターンオンが発生せずに、ＭＱＷ活性層６４で最初のターンオンが発生する。このために、電圧Ｖｆの低下に伴うリーク電流の発生が抑制される。
【００３０】
以上のとおり、ＣＯＤレベルの高いレーザを得るために、窓部量子井戸活性層の不純物拡散による無秩序化を強めた場合に、不純物の拡散がバッファ層近傍まで進行しても、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。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【特許文献２】HYPERLINK "PNS特開２００３−３１９０１" 特開２００３−３１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
上述のように、窓領域を形成するための不純物拡散による無秩序化を強めることにより起因する、窓部を通じて流れる無効電流の発生を抑制するための構成は、発光波長が異なる複数種類の半導体レーザを有する集積型半導体レーザ装置の場合も必要である。ただし、複数種類の半導体レーザを形成することに応じた、好適な条件の設定については、従来十分に検討されていない。
【００３２】
本発明は、同一基板上に集積化された二種類の半導体レーザが共に、窓領域形成のための無秩序化を強めることに起因する、窓部を通じて流れる無効電流の発生を抑制する好適な条件に設定された二波長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】
【００３３】
上記課題を解決するため、本発明の二波長半導体レーザ装置は、基板上に積層された第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、量子井戸活性層、および第二導電型のクラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する第一半導体レーザと第二半導体レーザが同一基板上に集積化され、共振器端面近傍の前記量子井戸活性層は不純物拡散により無秩序化されている。前記第一半導体レーザの活性層の発振波長をλ１、前記第二半導体レーザの発振波長をλ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ２とすると、λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、およびＥ１≦Ｅ２の関係を満足する。
【００３４】
本発明の二波長半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系材料からなる量子井戸活性層、および第二導電型のクラッドを積層して、第一半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、前記第一半導体レーザのダブルへテロ構造をエッチングにより除去した領域に、第一導電型のバッファ層、第一導電型のクラッド層、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系材料から成る量子井戸活性層、および第二導電型のクラッドを形成して、第二半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザに対する同一の不純物拡散工程により、共振器端面近傍における前記量子井戸活性層を無秩序化する工程と、前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザに対する同一のエッチング工程により、電流注入ストライプとなるリッジ形状を形成する工程とを含み、前記第一半導体レーザの活性層の発振波長をλ１、前記第二半導体レーザの発振波長をλ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーをＥ２、前記第一半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ１、前記第二半導体レーザにおける前記バッファ層の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ２とすると、λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、Ｅ１≦Ｅ２の関係をすべて満たすように設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の二波長半導体レーザ装置によれば、同一基板上に集積化された二種類の波長の半導体レーザについて共に、窓領域下のクラッド層とバッファ層間で形成される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することができ、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。その結果、ＣＯＤレベルが高く、高温動作可能な温度特性に優れた二波長半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【００３６】
本発明の二波長半導体レーザ装置の製造方法によれば、再成長時の熱履歴の多い第一半導体レーザのバッファ層とＧａＡｓ基板との熱膨張係数の差による格子欠陥の発生を抑制することが可能となるため、格子欠陥発生による第一半導体レーザの信頼性の低下を抑制できる。また、熱履歴の少ない、第二半導体レーザでは、バッファ層にＡｌ組成の高いＡｌＧａＡｓ系バッファ層を使用することにより、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できる。従って、本発明の製造方法を用いることにより、第一、第二半導体レーザともに素子動作中の劣化を抑制でき、温度特性に優れた高信頼性の二波長半導体レーザ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】
【００３７】
本発明の二波長半導体レーザ装置において、前記第一半導体レーザおよび前記第二半導体レーザにおける前記クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる構成とすることができる。この構成により、二波長半導体レーザのリッジ形成を同時に行うことが可能となり、素子作製工程の簡素化、素子の低コスト化を図ることができる。
【００３８】
また、前記第一半導体レーザの前記活性層が、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系の材料からなり、前記第二半導体レーザの前記活性層が、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなる構成とすることができる。この構成により、赤外と赤色域で発光する二波長半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【００３９】
また、前記バッファ層がＡｌＧａＡｓ系材料からなる構成とすることができる。この構成により、バッファ層のバンドギャップ波長をＧａＡｓと比較して増大することが可能となり、窓領域下のバッファ層において、ｐｎ接合が不純物拡散により形成された場合、この部分のｐｎ接合の立ち上がり電圧を高めることが可能となり、２つのレーザ共に、不純物拡散により形成されたｐｎ接合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。
【００４０】
この構成において、前記第一半導体レーザが赤外レーザであり、前記第二半導体レーザが赤色レーザである場合、前記ＡｌＧａＡｓ系材料からなるバッファ層は、前記赤外レーザにおけるＡｌ組成をＸ１、前記赤色レーザにおけるＡｌ組成をＸ２とすると、Ｘ１≧０、Ｘ２＞０．３７、Ｘ２≧Ｘ１をすべて満足することが好ましい。この構成により、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容易となり、さらに、赤外レーザで発生するバッファ層と基板間の格子定数の差を低減することが可能となる。この結果、赤外レーザのバッファ層で発生する格子欠陥が、赤色レーザのダブルへテロ構造成長時の熱履歴により増殖することを抑制することもできる。
【００４１】
前記不純物としてＺｎを用いることができる。それにより、量子井戸活性層を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。
【００４２】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら、説明を行う。図１は、本発明の実施形態における半導体レーザ装置の断面構造模式図である。
【００４３】
この半導体レーザ装置は、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１上に集積化された、赤外レーザ１０と赤色レーザ２０とを有する。まず、赤外レーザ１０の構造から説明を行う。
【００４４】
赤外レーザ１０には、バッファ層１１（ｎ型ＡｌＧａＡｓ、膜厚０．５μｍ）、ｎ型クラッド層１２（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚２．０μｍ）、量子井戸活性層１３、ｐ型クラッド層１４（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ）、保護層１６（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚５００Å）、およびコンタクト層１７（ｐ型ＧａＡｓ、膜厚０．４μｍ）が積層されている。また、リッジ側面上に、電流ブロック層１５（ｎ型ＡｌＩｎＰ、膜厚０．７μｍ）が形成されている。
【００４５】
量子井戸活性層１３は、第一ガイド層１３ｇ１（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）と、ウェル層１３ｗ１〜１３ｗ２（ＧａＡｓ）と、バリア層１３ｂ１（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）と、第二ガイド層１３ｇ２（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）からなる。ｐ型クラッド層１４は、リッジ上部から活性層１３までの距離が１．４μｍ、リッジ下端部から活性層１３までの距離ｄｐが０．２４μｍとなるように形成されている。
【００４６】
この構造において、コンタクト層１７から注入された電流は、電流ブロック層１５によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部下方に位置する活性層１３に集中して注入され、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、活性層１３へ注入されたキャリアの再結合により発光した光は、活性層１３と垂直な方向においては、ｎ型クラッド層１２、ｐ型クラッド層１４により垂直方向の光閉じ込めが行われ、活性層１３と平行な方向に対しては、電流ブロック層１５がｐ型クラッド層１４よりも屈折率が低いため、水平方向の光閉じ込めが生じる。
【００４７】
また、電流ブロック層１５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。さらに、導波路を伝播する光分布は電流ブロック層１５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を容易に得ることができる。さらに、その大きさをｄｐの大きさで、同じく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。
【００４８】
赤色レーザ２０には、バッファ層２１（ｎ型ＡｌＧａＡｓ、膜厚０．５μｍ）、ｎ型クラッド層２２（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸活性層２３、ｐ型クラッド層２４（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ）、保護層２５（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚５００Å）、コンタクト層２６（ｐ型ＧａＡｓ、膜厚０．４μｍ）が積層されている。また、リッジ側面上に、電流ブロック層１５（ｎ型ＡｌＩｎＰ、膜厚０．７μｍ）が形成されている。
【００４９】
歪量子井戸活性層２３は、第一ガイド層２３ｇ１（（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ）と、ウェル層２３ｗ１〜ｗ３（ＧａＩｎＰ）と、バリア層２３ｂ１、２３ｂ２（ＡｌＧａＩｎＰ）と、第二ガイド層２３ｇ２（ＡｌＧａＩｎＰ）からなる。ｐ型クラッド層２４は、リッジ上部から活性層２３までの距離が１．４μｍ、リッジ下端部から活性層２３までの距離ｄｐが０．２μｍとなるように形成されている。
【００５０】
この構造において、コンタクト層２６から注入された電流は、電流ブロック層１５によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部下方に位置する活性層２３に集中して注入され、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、活性層２３へ注入されたキャリアの再結合により発光した光は、活性層２３と垂直な方向においては、ｎ型クラッド層２２、ｐ型クラッド層２４により垂直方向の光閉じ込めが行われ、活性層２３と平行な方向に対しては、電流ブロック層１５がｐ型クラッド層２４よりも屈折率が低いため水平方向の光閉じ込めが生じる。
【００５１】
また、電流ブロック層１５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。さらに、導波路を伝播する光分布は電流ブロック層１５に大きくしみ出すことができるため、赤外レーザ１０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、さらにその大きさをｄｐの大きさで、同じく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】
本実施形態において、共振器長は例えば１７５０μｍとする。８０℃の高温動作時における放熱性を向上させるために、３５０ｍＷ以上の高出力レーザでは、共振器長を１５００μｍ以上とし動作電流密度を低減することが望ましいからである。
【００５３】
共振器の前端面、後端面には、反射率はそれぞれ赤外レーザ光、赤色レーザ光に対してともに７％、９４％となるように誘電体膜が形成されている。
【００５４】
ここで、赤外レーザ１０のｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１１のＡｌ組成Ｘ１と、赤色レーザ２０のｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層２１のＡｌ組成Ｘ２の大きさについて考察する。
【００５５】
窓領域形成のためにＺｎを拡散する場合、拡散時間を長くすることや、Ｚｎ拡散の温度を高めるといった方法で拡散速度を強めた場合、図２に示すように、Ｚｎ拡散領域２７は、バッファ層１１／２１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２／２２の界面まで形成される。これは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料ではＺｎの拡散速度が速くＡｌＧａＡｓ系材料では遅いために、Ｚｎの拡散がＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１に到達すると、ＡｌＧａＡｓ層を通じた拡散速度が相対的に遅くなり、ＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２／２２の界面でＺｎ拡散の深さ方向の進行が止まってしまうためである。
【００５６】
この時、窓領域下の不純物拡散によりｐ型化されたｎ型クラッド層１２／２２と、ＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１で形成されるｐｎ接合２８の立ち上がり電圧は、ＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１のＡｌ組成に大きく依存することになる。
【００５７】
ここで、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層とｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧の計算結果を図３に示す。計算では、ＡｌＧａＡｓバッファ層のＡｌ組成を０から０．５まで変化させている。また、ＡｌＧａＡｓバッファ層のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3とし、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層のｐ型不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3、１×１０19ｃｍ-3と変化させている。計算結果に示すように、ＡｌＧａＡｓバッファ層の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型クラッド層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。
【００５８】
窓領域を形成するためにＺｎを拡散させた場合、拡散領域の不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3程度以上の高濃度となっている。このため、バッファ層がＧａＡｓの場合、不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層と、ｎ型ＧａＡｓバッファ層で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は１．４４Ｖ以上となる。従って、不純物拡散がｎ型のバッファ層まで進行した場合、窓領域でない部分の利得領域のｐｎ接合の立ち上がり電圧が１．４４Ｖよりも高いと、電極より注入された電流は、立ち上がり電圧の低い窓領域を通過して流れることになる。このような状態が生じると、発光効率が低下するため、発振しきい電流値、動作電流値の増大をもたらすことになる。
【００５９】
赤外レーザ１０および赤色レーザ２０の窓領域でない活性層部分のｐｎ接合の立ち上がり電圧の測定結果は、図４（ａ）、（ｂ）に各々示すように、１．４５Ｖ、および１．７Ｖである。従って、図３に示す計算結果から、赤外レーザ１０のＡｌＧａＡｓバッファ層１１のＡｌ組成Ｘ１を０以上、赤色レーザ２０のＡｌＧａＡｓバッファ層２１のＡｌ組成Ｘ２を０．３７以上とすると、窓領域の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であれば、窓領域でない活性層部のｐｎ接合の立ち上がり電圧の方が、窓領域下のバッファ層と不純物拡散によりｐ型化されたＡｌＧａＩｎＰクラッド層で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧よりも小さくなるため、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ことが判る。
【００６０】
基板上にバッファ層１１／２１としてＡｌＧａＡｓバッファ層を成長させる場合、Ａｌ組成を高くし過ぎるとＧａＡｓ基板１との格子不整や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、バッファ層１１／２１に使用するＡｌＧａＡｓのＡｌ組成は可能な限り小さい方がよい。
【００６１】
また、赤外レーザ１０と赤色レーザ２０の構造を考えると、クラッド層２２、２４と量子活性層２３がすべてＡｌＧａＩｎＰ系材料から成っている赤色レーザ２０の方が、量子井戸活性層１３がＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外レーザ１０よりも、ｐ型不純物であるＺｎの拡散速度が速くなるため、ｐ型クラッド層２４から活性層２３へのＺｎ拡散が生じやすい。活性層２３に不純物が拡散すると、非発光再結合中心が発生するため発光効率の低下が生じ、動作電流値が増大するため温度特性が劣化してしまう。
【００６２】
このことから、二波長半導体レーザを作製する場合、赤外レーザ１０のダブルへテロ構造を赤色レーザ２０のダブルへテロ構造よりも先に成長させることにより、赤色レーザ２０のダブルへテロ構造に加わる熱履歴を低減させることが望ましい。その場合、赤外レーザ１０には、赤色レーザ２０のダブルへテロ構造の成長時に熱履歴の負荷が新たに加わることになる。従って、赤外レーザ１０に用いるＡｌＧａＡｓ系バッファ層１１のＡｌ組成は、赤色レーザ２０に用いるＡｌＧａＡｓ系バッファ層２１のＡｌ組成に対して可能な限り小さくし、ＧａＡｓ基板１との格子定数や熱膨張係数の差を可能な限り小さくすることが望ましい。
【００６３】
このため、立ち上がり電圧の低い赤外レーザ１０のバッファ層１１のＡｌＡｓ組成は、赤色レーザ２０のＡｌＧａＡｓバッファ層２１のＡｌＡｓ組成と比較して低く設定した方が、赤外レーザ１０での格子欠陥の発生を抑制することが容易となる。
【００６４】
本実施の形態に基づく実施例では、赤外レーザ１０のバッファ層１１のＡｌ組成Ｘ１を０．２、赤色レーザ２０のバッファ層２１のＡｌ組成Ｘ１を０．４５としている。この場合、窓領域下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層１２／２２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は、赤外レーザ１０、および赤色レーザ２０に対して、それぞれ、１．５７Ｖ、および１．７５Ｖとなる。この場合、窓領域下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層１２／２２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１１／２１で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧は、窓部以外の領域の立ち上がり電圧よりも高いため、窓部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。
【００６５】
上記の条件は、次のとおり一般的に表すことができる。すなわち、赤外レーザ１０（第一半導体レーザ）の活性層１３の発振波長をλ１、赤色レーザ２０（第二半導体レーザ）の活性層２３の発振波長をλ２、赤外レーザ１０におけるｎ型（第一導電型）のバッファ層１１の禁制帯幅のエネルギーをＥ１、赤色レーザ２０におけるｎ型のバッファ層２１の禁制帯幅のエネルギーをＥ２、第一半導体レーザにおけるバッファ層１１の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ１、第二半導体レーザにおけるバッファ層２１の禁制帯幅のエネルギーに相当する波長をλｂ２とすると、下記の条件を満足する。
【００６６】
λ１＞λｂ１、λ２＞λｂ２、λ１＞λ２、Ｅ１≦Ｅ２
図５（ａ）、（ｂ）にそれぞれ、赤外レーザ１０および赤色レーザ２０の、８０℃、５０ｎｓ、パルスデューティ比４０％動作時における電流−光出力特性を示す。赤外レーザ１０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り、赤色レーザ２０は光出力４００ｍＷまでキンクが発生しないことが判る。
【００６７】
次に、本発明の実施形態における半導体レーザの製造方法について説明する。図６Ａ〜６Ｈは、本発明の実施形態における半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。
【００６８】
前述のように、クラッド層と量子活性層がすべてＡｌＧａＩｎＰ系材料から構成されている赤色レーザの方が、量子井戸活性層がＡｌＧａＡｓ系材料から構成されている赤外レーザよりも、Ｚｎの拡散速度が速くなる。このことから、二波長半導体レーザを作製する場合、赤外レーザのダブルへテロ構造を赤色レーザのダブルへテロ構造よりも先に成長させることにより、赤色レーザのダブルへテロ構造に加わる熱履歴を低減する必要がある。従って、本発明の実施の形態にかかる半導体レーザの製造工程では、赤外レーザのダブルへテロ構造を形成するための結晶成長を、赤色レーザよりも先に行う。
【００６９】
まず図６Ａに示すように、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いた第１の結晶成長工程により、バッファ層１１（ｎ型ＡｌＧａＡｓ、膜厚０．５μｍ）、ｎ型クラッド層１２（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚２．０μｍ）、量子井戸活性層１３、ｐ型クラッド層１４（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ）、保護層１６（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚５００Å）、コンタクト層１７（ｐ型ＧａＡｓ、膜厚０．４μｍ）、および境界層１８（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚０．５Å）を形成する。
【００７０】
量子井戸活性層１３としては、第一ガイド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）、ウェル層（ＧａＡｓ）、バリア層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）、ウェル層（ＧａＡｓ）、第二ガイド層（Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ）を順次形成する。本実施の形態では活性層の導電型は、ｐ型であっても、ｎ型であっても、アンドープであってもよい。
【００７１】
基板１をＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉から取り出した後、図６Ｂ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１９を形成し、このパターンをマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用い、レジストパターン１９の形成されていない部分を除去する。
【００７２】
レジストパターン１９を取り除いた後、図６Ｃに示すように、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いて、バッファ層２１（ｎ型ＡｌＧａＡｓ、膜厚０．５μｍ）、ｎ型クラッド層２２（ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸活性層２３、ｐ型クラッド層２４（ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ）、保護層２５（ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ、膜厚５００Å）、コンタクト層２６（ｐ型ＧａＡｓ、膜厚０．４μｍ）を形成する。
【００７３】
歪量子井戸活性層２３としては、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第一ガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、および（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第二ガイド層を、順次形成する。
【００７４】
次に図６Ｄ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２９を赤色レーザ２０に形成し、このレジストパターン２９をマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用い、レジストパターン２９の形成されていない赤外レーザ１０のバッファ層２１、ｎ型クラッド層２２、歪量子井戸活性層２３、ｐ型クラッド層２４、保護層２５、コンタクト層２６をエッチングにより除去し、赤色レーザ２０のみを残す。
【００７５】
次に図６Ｅに示すように、レジストパターン２９を取り除いた後、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いて、コンタクト層１７、２６上に拡散源３０とキャップ膜（図示せず）を堆積させ、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、設定した窓長になるようパターニング行う。その後、アニールを行いＺｎを活性層へ拡散させ無秩序化させることで、窓領域３１を形成し、拡散源３０を除去する。
【００７６】
次いで図６Ｆに示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いてコンタクト層１７、２６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３２を、さらにフォトリソグラフィー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。このストライプ形状の酸化シリコン膜３２をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７、２６、ｐ型ＧａＩｎＰ保護層１６、２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、２４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形成する。
【００７７】
エッチング後、基板１を再びＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉に設置し、酸化シリコン膜３２のマスクを利用して、図６Ｇに示すように、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１５（膜厚０．７μｍ）を選択成長させる。
【００７８】
さらに図６Ｈに示すように、基板１をＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉から取り出して、弗酸系エッチング液を用いて酸化シリコン膜３２を除去する。
【００７９】
また、ｎ型の電流ブロック層１５を誘電体膜から形成する場合は、メサ状のリッジを形成し、マスクとして用いたシリコン酸化膜３２を弗酸系エッチング液を用いて除去した後、全面に誘電体膜を形成し、フォトリソグラフィーによりリッジ上部のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７，２６のみ開口するようパターニングを行う。なお、誘電体膜は、クラッド層１４、２４との屈折率差をつけるために、ＳｉＮ、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形成することが望ましい。
【００８０】
以上のように、窓構造を形成するにあたり、赤色レーザ２０、赤外レーザ１０共に同じ熱履歴により形成させている。そのため、赤色レーザ２０において窓領域３１でない部分における活性層へのＺｎ拡散を抑制することが可能となるだけでなく、素子作製工程数を低減することが可能となり、素子作製コストを削減することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、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であり、ＣＯＤレベルが高く、高温動作可能な温度特性に優れた二波長半導体レーザ装置を得ることができ、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及び赤外域の半導体レーザの作製に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施形態における半導体レーザの断面構造模式図
【図２】窓領域下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層と、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層で形成されるｐｎ接合を示す図
【図３】窓領域下の不純物拡散によりｐ型化されたクラッド層と、ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層で形成されるｐｎ接合の立ち上がり電圧計算結果を示す図
【図４】窓領域でない部分の立ち上がり電圧測定結果であって、（ａ）は赤外レーザ、（ｂ）は赤色レーザの場合を示す図
【図５】本発明の実施形態における８０℃、５０ｎｓ、パルスデューティ比４０％での電流‐光出力特性であって、（ａ）は赤外レーザ、（ｂ）は赤色レーザの場合の測定結果を示す図
【図６Ａ】本発明の実施形態における半導体レーザの製造工程を示す断面図
【図６Ｂ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｃ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｄ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｅ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｆ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｇ】同製造工程を示す断面図
【図６Ｈ】同製造工程を示す断面図
【図７】従来例の集積型半導体発光装置の斜視図
【図８】他の従来例の半導体レーザ装置の斜視図
【符号の説明】
【００８３】
１  ＧａＡｓ基板
１０  赤外レーザ
１１、２１  バッファ層
１２、２２  ｎ型クラッド層
１３、２３  歪量子井戸活性層
１３ｇ１、２３ｇ１  第一ガイド層
１３ｗ１、１３ｗ２、２３ｗ１、２３ｗ２、２３ｗ３  ウェル層
１３ｂ１、２３ｂ１、２３ｂ２  バリア層
１３ｇ２、２３ｇ２  第二ガイド層
１４、２４  ｐ型クラッド層
１５  電流ブロック層
１６、２５  保護層
１７、２６  コンタクト層
１８  境界層
１９、２９  レジストパターン
２０  赤色レーザ
２７  Ｚｎ拡散領域
２８  ｐｎ接合
３０  Ｚｎ拡散源
３１  窓領域
３２  酸化シリコン膜
４０  ｎ型ＧａＡｓ基板
４１  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
４２  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４３  活性層
４４  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
４５  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
４６  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
４７  ｐ側電極
５１  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
５２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５３  活性層
５４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５５  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
５６  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
５７  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
５８  ｐ側電極
５９  ｎ側電極
６０  パッケージベース
６１  ｎ−ＧａＡｓ基板
６２  ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層
６３  第１クラッド層
６４  ＭＱＷ活性層
６５  第２クラッド層
６６  コンタクト層
６７  光導波路
６８  ｐ−ＧａＡｓ層
６９  絶縁膜
７０  表面電極
７１  窓領域
７２  裏面電極
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７】
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【図８】
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