(57)【要約】【課題】リンを含む材料よりなるクラッド層と、ヒ素を含む一方、リンを含まない活性層とを有する赤外半導体レーザ素子の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体レーザ素子は、下側から順次積層された、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるｎ型クラッド層１０３と、アンドープ型の活性層１０４と、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１のｐ型クラッド層１０５とを有する。活性層１０４は、下側から順次積層された、アンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第１の光ガイド層と、アンドープ型のＧａＡｓよりなる井戸層とアンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなるバリア層とが交互に形成された積層体と、アンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第２の光ガイド層とから構成される多重量子井戸構造を有している。【選択図】      図１
2004349286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の上に下側から順に積層された、第１導電型のクラッド層、活性層及び第２導電型のクラッド層を備え、
前記活性層は、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体と、前記積層体の上側に形成された上側半導体層と、前記積層体の下側に形成された下側半導体層とを有し、
前記第１導電型のクラッド層及び前記第２導電型のクラッド層は、リンを含む材料よりなり、
前記少なくとも一対の井戸層及びバリア層並びに前記下側半導体層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記上側半導体層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記上側半導体層及び前記下側半導体層は光ガイド層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記光ガイド層のバンドギャップは、前記井戸層のバンドギャップと等しいか又は前記井戸層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１導電型のクラッド層及び前記第２導電型のクラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、
前記光ガイド層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなることを特徴とする請求項３又は４に半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記井戸層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなり、
前記バリア層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記井戸層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．２）よりなることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記光ガイド層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．４≦ｘ≦１）よりなることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記光ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
一の半導体基板上に形成され、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置であって、
前記複数の半導体レーザ素子のうちの少なくとも１つは、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射された後、記録媒体により反射された反射光を受光する受光部とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置から出射された後、記録媒体により反射された反射光を受光する受光部とを備えることを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項１３】
半導体基板上に第１のダブルヘテロ構造を形成する工程と、
前記第１のダブルへテロ構造の所定領域を除去して、残存する前記第１のダブルへテロ構造よりなる第１の半導体レーザ素子を形成する工程と、
残存する前記第１のダブルへテロ構造の上を含む前記半導体基板の上に第２のダブルヘテロ構造を形成する工程と、
前記第２のダブルへテロ構造における残存する前記第１のダブルへテロ構造の上側領域を除去して、残存する前記第２のダブルへテロ構造よりなる第２の半導体レーザ素子を形成する工程とを備え、
前記第１のダブルへテロ構造を形成する工程は、
前記半導体基板上に、リンを含む材料よりなる第１のクラッド層を形成する工程と、
前記第１のクラッド層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなる下側半導体層を形成した後、前記下側半導体層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなると共に、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体を形成し、その後、前記積層体の上に上側半導体層を形成することにより、前記下側半導体層、前記積層体及び前記上側半導体層よりなる第１の活性層を形成する工程と、
前記第１の活性層の上に、リンを含む材料よりなる第２のクラッド層を形成する工程とを含み、
前記第２のダブルヘテロ構造を形成する工程は、
前記第１の半導体レーザ素子の上を含む前記半導体基板の上に、リンを含む材料よりなる第３のクラッド層を形成する工程と、
前記第３のクラッド層の上に第２の活性層を形成する工程と、
前記第２の活性層の上に第４のクラッド層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１のダブルへテロ構造を形成する工程は、前記第１のクラッド層、前記第１の活性層及び前記第２のクラッド層を連続的に成長させる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置、光ピックアップ装置に組み込まれる半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置、並びに半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスクシステムの普及により、光ディスクの高記録密度化が進展しており、光ディスクシステムにおいては、従来のＣＤの再生と、追記型ＣＤ（ＣＤ−Ｒ）の再生及び記録とが求められている。
【０００３】
ところで、ＤＶＤを再生するには６５０ｎｍ帯の波長を持つ赤色レーザが用いられると共に、ＣＤ又はＣＤ−Ｒの再生及び記録には７８０ｎｍ帯の波長を持つ赤外レーザが用いられる。
【０００４】
従って、現在のところ、ＤＶＤ及びＣＤの再生及び記録を行なう装置（ＲＡＭＢＯ装置）では、赤色の半導体レーザ素子及び赤外の半導体レーザ素子よりなる２つのレーザ素子と、それぞれのレーザ素子に対応した光学系部品とが必要である。
【０００５】
一方、ノート型パソコン等の小型化に伴って、ＲＡＭＢＯ装置の小型化が要望されており、このため、光ピックアップ装置の小型化が必要となってくる。
【０００６】
そこで、赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とが集積化されてなるモノリシック型の二波長半導体レーザ装置が提案されている。この二波長半導体レーザ装置においては、２つの半導体レーザ素子を集積化することによって、光学系を共有できると共に、１つの光学部品で再生及び記録が可能になるので、光ピックアップ装置の小型化及び薄型化の実現を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、１つの基板上に赤色半導体レーザ素子と赤外半導体レーザ素子とが集積されたモノリシック型の二波長半導体レーザ装置を製造するには、結晶成長を多数回行なう必要があるため、工程数が増加すると共にコスト増につながる。
【０００８】
コストの削減のためには、結晶成長の回数をできるだけ少なくすることが望まれ、そのためには、赤外レーザ素子構造をベースにすると共に、赤外レーザ素子構造に赤色レーザ素子構造を付加することが好ましい。
【０００９】
しかしながら、一般的に赤色半導体レーザ素子はＡｌＧａＩｎＰ系以外の材料では製作が困難であるから、赤色半導体レーザ素子をＡｌＧａＩｎＰ系の材料で製作するということは変更できないと考えられる。
【００１０】
よって、赤外半導体レーザ素子をＡｌＧａＩｎＰ系材料と整合して成長できる材料により製作する必要がある。
【００１１】
一般的に赤外半導体レーザ素子はＡｓを含む材料であるＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓにより製作されているが、その構造の一部を、Ｐを含む材料例えばＡｌＧａＩｎＰ系材料と置き替えて赤外半導体レーザ素子を製作することは可能である。ＡｌＧａＩｎＰ系材料を赤外半導体レーザ素子に用いることによって、赤色半導体レーザ素子及び赤外半導体レーザ素子に必要な層を同時に結晶成長させることができるため、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置の製造に際して工程数の増加を招かないので、コスト低減に有効である。特に、クラッド層にＰを含む材料を用いた赤外半導体レーザ素子の場合、活性層とクラッド層とのバンドギャップは、Ａｓを含む材料よりなるクラッド層を用いる場合と比較してキャリアのオーバーフローが抑制されるため、温度特性が良好になるので、車載用等のような過酷な環境の中でも安定した特性が得られる。
【００１２】
クラッド層にＰを含む材料を用いた赤外半導体レーザ素子としては、特許文献１〜３に示されたような構造及び製造方法が提案されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−２１８５８２号公報（３頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−５７４６２号公報（５頁、図１）
【特許文献３】
特開２００２−１１１１３６号公報（４頁〜５頁、図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１及び特許文献２に示されるようなＰを含む材料よりなるクラッド層を有する赤外半導体レーザ素子は、単結晶基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を順次結晶成長させることによって製作される。
【００１５】
ところが、これらの赤外半導体レーザ素子においては、発光波長の関係から活性層にはＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系の材料を用いる必要があるが、Ｐを含む材料よりなるクラッド層とＡｓを含む材料よりなる活性層との界面において、良好な結晶性を得ることは困難であるという問題がある。
【００１６】
図１３は、Ｐを含む材料よりなるクラッド層を有する従来の赤外半導体レーザ素子のエネルギーバンド図を示しており、図１３から分かるように、従来においては、クラッド層と接する光ガイド層も、Ｐを含む材料、具体的にはＧａＩｎＰで構成することにより、クラッド層と光ガイド層とのエネルギー差を確保していた。
【００１７】
ところで、実際の製造プロセスにおいては、クラッド層、光ガイド層及び活性層を有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）等により連続的に成長させることが一般的であるが、クラッド層及び光ガイド層をＰを含む材料により形成する場合には、活性層を構成する井戸層を成長させる際に、原料ガスをＰを含むガスからＡｓを含むガスに切り替える必要がある。
【００１８】
ところが、このようにすると、リアクター内において、Ｐを含むガスとＡｓを含むガスとが混在するため、光ガイド層と活性層との界面において組成変化等の急峻性が失われる。そのために、注入電流の不均一の問題、及び多重量子井戸層が設計波長よりも長い波長になると共に発光強度が微弱になるという問題が発生する。
【００１９】
半導体レーザ素子の特性つまり波長又は寿命等の特性を決定づける層は活性層であって、活性層の結晶性は良好であることが求められる。
【００２０】
ところが、基板上に（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるクラッド層を成長した後、該クラッド層の上に、ＧａＡｓ／（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる多重量子井戸層を成長させる場合には、基板表面が白濁し、設計した波長が得られないという問題が判明した。
【００２１】
これは、Ｐを含むガスとＡｓを含むガスとが混在した状態で多重量子井戸層の成長を行なった結果、エピタキシャル成長がうまく行なわれなかったためと考えられる。このように原料ガスの切り替え時のクロスコンタミ（ｃｒｏｓｓ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ）により活性層の結晶性が損なわれると、設計した波長が得られたとしても、素子の寿命及び素子の抵抗等の点で信頼性が低下するという問題が発生する。
【００２２】
特許文献３には、ＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層と活性層との間にＡｌＧａＡｓ系の光ガイド層を設ける例が示されているが、多重量子井戸層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ≦０．１５）よりなる井戸層と、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｘＡｌｚ）０．５Ｐ（０≦ｚ≦０．２）よりなるバリア層との積層構造であるため、原料ガスをＰを含むガスからＡｓを含むガスに切りかえることが必要になるので、良好な結晶が得られないという問題は解消されていない。
【００２３】
前記に鑑み、本発明は、リン（Ｐ）を含む材料よりなるクラッド層と、ヒ素（Ａｓ）を含む一方、リン（Ｐ）を含まない活性層とを有する赤外半導体レーザ素子の信頼性を向上させることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決する手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体基板の上に下側から順に積層された、第１導電型のクラッド層、活性層及び第２導電型のクラッド層を備え、活性層は、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体と、積層体の上側に形成された上側半導体層と、積層体の下側に形成された下側半導体層とを有し、第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層は、リンを含む材料よりなり、少なくとも一対の井戸層及びバリア層並びに下側半導体層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなることを特徴とする。
【００２５】
本件明細書中において、リンを実質的に含まない材料とは、成長により形成された膜中にリンが含まれていたとしても、このリンは成長装置内でのクロスコンタミとして含まれるという意味であって、結晶中に意図的にリンを含ませたものではないという意味である。
【００２６】
本発明に係る半導体レーザ素子によると、活性層を構成する少なくとも一対の井戸層及びバリア層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなるため、活性層は赤外光を出射することができる。少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体の下側に形成される下側半導体層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなるため、下側半導体層を成長させた後に、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体を成長させる際に、ヒ素を含むガスとリンを含むガスとの切り替えを行なう必要はなくなる。このため、原料ガスの切り替えに伴うコンタミ（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ）の問題が発生しないので、活性層を構成する積層体の結晶性は良好になる。従って、リンを含む材料よりなるクラッド層と、ヒ素を含む一方、リンを含まない活性層とを有する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００２７】
本発明に係る半導体レーザ素子において、上側半導体層は、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る半導体レーザ素子において、上側半導体層及び下側半導体層は、光ガイド層であることが好ましい。
【００２９】
上側半導体層及び下側半導体層が光ガイド層である場合、光ガイド層のバンドギャップは、井戸層のバンドギャップと等しいか又は井戸層のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
上側半導体層及び下側半導体層が光ガイド層である場合、第１導電型のクラッド層及び第２導電型のクラッド層は（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）よりなり、光ガイド層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなることが好ましい。
【００３１】
この場合には、井戸層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなり、バリア層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）よりなることが好ましい。
【００３２】
また、この場合には、井戸層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦０．２）よりなることが好ましい。
【００３３】
また、この場合には、光ガイド層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．４≦ｘ≦１）よりなることが好ましい。
【００３４】
上側半導体層及び下側半導体層が光ガイド層である場合、光ガイド層の厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３５】
本発明に係る半導体レーザ装置は、一の半導体基板上に形成され、互いに異なる波長の光を出射する複数の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置を対象とし、複数の半導体レーザ素子のうちの少なくとも１つは、本発明に係るいずれかの半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００３６】
本発明に係る半導体レーザ装置によると、複数の波長の光を出射する半導体レーザ素子を備えた多波長半導体レーザ装置を構成する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００３７】
本発明に係る第１の光ピックアップ装置は、本発明に係るいずれかの半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子から出射された後、記録媒体により反射された反射光を受光する受光部とを備えている。
【００３８】
本発明に係る第１の光ピックアップ装置によると、光源となる赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００３９】
本発明に係る第２の光ピックアップ装置は、本発明に係る半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射された後、記録媒体により反射された反射光を受光する受光部とを備えている。
【００４０】
本発明に係る第２の光ピックアップ装置によると、光源となる多波長半導体レーザ装置を構成する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００４１】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に第１のダブルヘテロ構造を形成する工程と、第１のダブルへテロ構造の所定領域を除去して、残存する第１のダブルへテロ構造よりなる第１の半導体レーザ素子を形成する工程と、残存する第１のダブルへテロ構造の上を含む半導体基板の上に第２のダブルヘテロ構造を形成する工程と、第２のダブルへテロ構造における残存する第１のダブルへテロ構造の上側領域を除去して、残存する第２のダブルへテロ構造よりなる第２の半導体レーザ素子を形成する工程とを備え、
第１のダブルへテロ構造を形成する工程は、半導体基板上に、リンを含む材料よりなる第１のクラッド層を形成する工程と、第１のクラッド層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなる下側半導体層を形成した後、下側半導体層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなると共に、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体を形成し、その後、積層体の上に上側半導体層を形成することにより、下側半導体層、積層体及び上側半導体層よりなる第１の活性層を形成する工程と、第１の活性層の上に、リンを含む材料よりなる第２のクラッド層を形成する工程とを含み、
第２のダブルヘテロ構造を形成する工程は、第１の半導体レーザ素子の上を含む半導体基板の上に、リンを含む材料よりなる第３のクラッド層を形成する工程と、第３のクラッド層の上に第２の活性層を形成する工程と、第２の活性層の上に第４のクラッド層を形成する工程を含む。
【００４２】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、リンを含む材料よりなる第１のクラッド層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなる下側半導体層を形成した後、該下側半導体層の上に、ヒ素を含む一方、リンを実質的に含まない材料よりなり、第１の活性層を構成する積層体を形成するため、下側半導体層を成長させた後に、第１の活性層を構成する積層体を成長させる際に、ヒ素を含むガスとリンを含むガスとの切り替えを行なう必要はなくなる。このため、原料ガスの切り替えに伴うコンタミの問題が発生しないので、第１の活性層を構成する積層体の結晶性は良好になる。第１のダブルへテロ構造よりなる第１の半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【００４３】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、第１のダブルへテロ構造を形成する工程は、第１のクラッド層、第１の活性層及び第２のクラッド層を連続的に成長させる工程を含むことが好ましい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ素子について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００４５】
図１は第１の実施形態に係る赤外半導体レーザ素子の構成を示しており、図１に示すように、ｎ−  型のＧａＡｓよりなる基板１０１（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）上にｎ−  型のＧａＡｓよりなるバッファ層１０２（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。バッファ層１０２は後述するｎ型クラッド層１０３の結晶性を良好にさせるために形成されている。
【００４６】
バッファ層１０２上には、下側から順次積層された、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるｎ型クラッド層１０３（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）と、アンドープ型の活性層１０４と、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１のｐ型クラッド層１０５（Ｚｎのドープ量：３×１０１７ｃｍ−３）と、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるエッチングストッパー層１０６（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２のｐ型クラッド層１０７（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）と、ｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層１１０（Ｚｎのドープ量：３×１０１８ｃｍ−３）とから構成されるダブルへテロ接合構造が形成されている。
【００４７】
第２のｐ型クラッド層１０７はストライプ状のリッジ形状に加工されており、該第２のｐ型クラッド層１０７の上には、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるキャップ層１０８（Ｚｎのドープ量：２×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。
【００４８】
図２は活性層１０４の構成を示しており、図２に示すように、活性層１０４は、下側から順次積層された、アンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第１の光ガイド層１０４ａと、アンドープ型のＧａＡｓよりなる井戸層１０４ｂとアンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなるバリア層１０４ｃとが交互に形成された４周期の積層体と、アンドープ型のＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第２の光ガイド層１０４ｄとから構成される多重量子井戸構造を有している。
【００４９】
尚、第１の光ガイド層１０４ａ及び第２の光ガイド層１０４ｄの厚さは、いずれも１０ｎｍ以上であることが好ましい。その理由については後述する。
【００５０】
ダブルへテロ構造を構成するｎ型クラッド層１０３、活性層１０４、第１のｐ型クラッド層１０５、エッチングストッパー層１０６及び第２のｐ型クラッド層１０７及びキャップ層１０８の各格子定数は基板１０１の格子定数とほぼ等しくなり且つｎ型クラッド層１０３及び第１のｐ型クラッド層１０５のバンドギャップエネルギーは活性層１０４のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるように、各層（１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８）のＩｎ、Ｇａ及びＡｌの組成が決定されている。
【００５１】
第２のｐ型クラッド層１０７の両側部には、ｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる電流狭窄層１０９（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されていると共に、キャップ層１０８及び電流狭窄層１０９の上には、ｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層１１０（Ｚｎのドープ量：７×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。
【００５２】
コンタクト層１１０の上面にはｐ型電極１１１が形成されていると共に、基板１０１の下面にはｎ型電極１１２が形成されている。
【００５３】
尚、ｐ側電極１１１及びｎ側電極１１２を除く他の層は全てＭＯＣＶＤ法による結晶成長法により成膜されている。
【００５４】
光導波は、第１のｐ型クラッド層１０５と、ストライプ状のリッジ形状に加工された第２のｐ型クラッド層１０７とにより行われる。
【００５５】
ｎ型クラッド層１０３の厚さは１．５μｍであり、活性層１０４の厚さは５０ｎｍであり、活性層１０４を構成する第１の光ガイド層１０４ａ及び第２の光ガイド層１０４ｄの厚さはそれぞれ１０ｎｍであり、第１のｐ型クラッド層１０５の厚さ及び第２のｐ型クラッド層１０７のリッジ形状部での厚さはそれぞれ０．８５μｍであり、エッチングストッパー１０６の厚さは１０ｎｍであり、第２のｐ型クラッド層１０７のリッジ形状部での幅は３．５μｍである。
【００５６】
図３は、第１の実施形態に係る赤外半導体レーザ素子のエネルギーバンド図を示しており、図３から分かるように、Ｐを含む材料よりなる層とＡｓを含む材料よりなる層との界面（Ｐ−Ａｓ界面）は、井戸層と光ガイド層との界面から光ガイド層とクラッド層との界面に移動している。
【００５７】
以下、Ｐ−Ａｓ界面が、井戸層と光ガイド層との界面から光ガイド層とクラッド層との界面に移動していることの効果について説明する。
【００５８】
既に説明したように、Ｐを含む材料を用いて７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザ素子を製作するには、原料ガスをＰを含む材料（クラッド層）からＡｓを含む材料（活性層）に切りかえる必要がある。
【００５９】
図４は、第１の実施形態に係るフォトルミネッセンス（以下、ＰＬという）測定用の半導体積層構造体の断面図を示している。
【００６０】
半導体積層構造体は、ｎ−  型のＧａＡｓよりなる基板１１上に、ｎ−  型のＧａＡｓよりなるバッファ層１２及び（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるノンドープ型の第１のクラッド層（厚さ：０．５μｍ）１３を順次成長させた後、第１のクラッド層１３の上に、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第１の光ガイド層１４、ＧａＡｓよりなる井戸層１５及びＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなるバリア層１６の４周期分よりなる積層体、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第２の光ガイド層１７を成長させ、その後、第２の光ガイド層１７の上に（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるノンドープ型の第２のクラッド層（厚さ：０．１５μｍ）１８を成長させることにより形成されている。
【００６１】
図５は、図４に示す半導体積層構造体において、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さを変化させた場合のＰＬピーク強度の変化を示しており、図５から、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが増加すると、ＰＬピーク強度が増加していることが分かる。これは、活性層の結晶性が第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さの増加に伴って良好になることを間接的に示している。また、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが１０ｎｍ以上になるとＰＬピーク波長の強度は飽和することから、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが１０ｎｍ以上の領域で、界面の急峻性が良好である活性層が製作されることが分かる。
【００６２】
図６は、図４に示す半導体積層構造体において、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さを７ｎｍ又は１０ｎｍとした場合におけるＰＬ波長と強度との相関を示している。図６から分かるように、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが７ｎｍの場合には、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが１０ｎｍの場合に比べて、ＰＬ波長の強度が小さいと共に、同じ量子井戸構造を有するにも拘わらずピーク波長は長波長側にシフトしている。
【００６３】
これは、第１の光ガイド層１４の厚さが小さい場合には、第１のクラッド層１３を形成する際における、Ｐを含む原料ガスからのＰのコンタミ（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ  ）の影響により第１の光ガイド層１４の結晶性が低下し、量子井戸層は結晶性が低下した第１の光ガイド層１４の上に成長するためであると考えられる。一方、第１の光ガイド層１４の厚さが大きくなると、第１の光ガイド層１４におけるＰコンタミの影響を受けない部分の厚さが大きくなって、該部分の結晶性が回復してくるため、第１の光ガイド層１４の上に成長する量子井戸層の結晶性も良好になり、これによって、活性層の特性が安定すると考えられる。
【００６４】
このように、図５及び図６に基づき説明した内容から、第１及び第２の光ガイド層１４、１７の厚さが１０ｎｍ以上であれば、活性層の結晶性は良好になることが分かる。
【００６５】
以上のように、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子によると、Ｐを含む材料よりなるクラッド層を有する赤外半導体レーザにおいて、光ガイド層を結晶成長させる際のＰコンタミの影響を抑制することができ、特性が安定した信頼性の高い半導体レーザ素子を得ることができる。また、同一リアクター内で原料ガスの切り替えを行えるため、各層の結晶成長を連続的に行なうことができるので、成膜に必要な設備の低減を図ることができると共にスループットの向上を図ることができる。
【００６６】
以下、光ガイド層のエネルギーバンドについて説明する。
【００６７】
特許文献１に記載の半導体レーザ素子においては、ＡｌＧａＩｎＰよりなるクラッド層とＧａＡｓよりなる活性層との間におけるバンドギャップの差が大きくて、価電子帯に大きなバンド不連続が存在するため、ヘテロスパイクが生じ、これにより、正孔の注入が阻害されるという問題が示されており、特許文献１においては、クラッド層と井戸層との間にＧａＩｎＰよりなる光ガイド層を設けることにより、バンド不連続を緩和させている。
【００６８】
これに対して、第１の実施形態によると、第１及び第２の光ガイド層１０４ａ、１０４ｄにおけるＡｌ組成を調整することによって、ｎ型クラッド層１０３及び第１のｐ型クラッド層１０５と井戸層１０４ｂとの間のバンドギャップの変化を緩やかなものとすることができる。すなわち、第１の実施形態のように、第１及び第２の光ガイド層１０４ａ、１０４ｄの組成をＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．４）とすれば、第１及び第２の光ガイド層１０４ａ、１０４ｄのバンドギャップを特許文献１に示されるＧａＩｎＰよりなる光ガイド層のバンドギャップとほぼ同じにすることができる。また、Ａｌの組成比：ｘが０．４以上であれば、エネルギーバンドがほぼ連続すると共に電流注入が均一になる。
【００６９】
また、第１の実施形態においては、第１及び第２の光ガイド層１０４ａ、１０４ｄの厚さを１０ｎｍ以上にしているため、第１及び第２の光ガイド層１０４ａ、１０４ｄを介して井戸層１０４ｂに注入される正孔の移動がスムーズに行なわれるので、前述のヘテロスパイクの問題も解決される。さらには、第１のｐ型クラッド層１０５から活性層１０４へのＺｎの拡散をも抑制することができるため、信頼性試験時において活性層１０４の結晶性の劣化を防ぐことができる。
【００７０】
図７（ａ）  は、ＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層を有する従来の半導体レーザ素子の電流―光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を示し、図７（ｂ）  は、ＡｌＧａＩｎＰよりなるクラッド層を有する第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の電流―光出力特性を示している。図７（ａ）  と図７（ｂ）  との対比から分かるように、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子によると、ＧａＡｓ系材料よりなるクラッド層を有する従来の半導体レーザ素子に比べて遜色のない特性が得られる。
【００７１】
また、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子においては、ｎ型クラッド層１０３及び第１のｐ型クラッド層１０５と活性層１０４とのバンドギャップ差を大きく保つことができるため、キャリアのオーバーフローを抑制できて無効電流を低減することができる。
【００７２】
実際にテストをしたところ、動作特性は約２００℃まで変化がないことが確認できた。このことから、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子は自動車内又は過酷な環境での動作に適していると言える。
【００７３】
尚、第１の実施形態においては、基板１０１の基板面方位は、（１００）から［０１１］方向又は［０−１１］方向に１０°程度傾斜している。これは、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長時における自然超格子成長を抑制し、所望の組成が精密に制御できるようにするためである。
【００７４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る二波長型半導体レーザ装置及びその製造方法について、図８、図９、図１０（ａ）  〜（ｃ）  及び図１１（ａ）  〜（ｃ）  を参照しながら説明する。
【００７５】
図８は、７８０ｎｍ帯の光を発する赤外レーザ素子Ａと６５０ｎｍ帯の光を発する赤色レーザ素子Ｂとが同一の基板上に形成されたモノリシック型の二波長半導体レーザ装置の構成を示しており、赤外レーザ素子Ａと赤色レーザ素子Ｂとは基板に到達する分離溝Ｃにより互いに分離されている。
【００７６】
以下、赤外レーザ素子Ａの構造について説明する。
【００７７】
ｎ−  型のＧａＡｓよりなる基板２０１の上に、下側から順次形成された、ｎ−  型のＧａＡｓよりなるバッファ層２０２（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるｎ型クラッド層２０３（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、アンドープ型の赤外活性層２０４、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１のｐ型クラッド層２０５（Ｚｎのドープ量：３×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるエッチングストッパー層２０６（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２のｐ型クラッド層２０７（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）及びｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるキャップ層２０８が積層されている。バッファ層２０２はｎ型クラッド層２０３の結晶性を良好にさせるために設けられており、赤外活性層２０４は、第１の実施形態において図２を参照しながら説明した構造と同じである。
【００７８】
第２のｐ型クラッド層２０７はストライプ状のリッジ形状に加工されており、該第２のｐ型クラッド層２０７の上にはストライプ状のキャップ層２０８が形成されている。また、第２のｐ型クラッド層２０７の両側部には、ｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる電流狭窄層２０９（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されていると共に、キャップ層２０８及び電流狭窄層２０９の上には、ｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層２１０（Ｚｎのドープ量：７×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。
【００７９】
コンタクト層２１０の上面にはｐ側電極２１１が形成されていると共に、基板２０１の下面にはｎ側電極２１５が形成されている。
【００８０】
以下、赤色レーザ素子Ｂの構造について説明する。
【００８１】
基板２０１の上に、下側から順次形成された、ｎ−  型のＧａＡｓよりなるバッファ層２２２（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるｎ型クラッド層２２３（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、アンドープ型の赤色活性層２２４、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１のｐ型クラッド層２２５（Ｚｎのドープ量：５×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるエッチングストッパー層２２６（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２のｐ型クラッド層２２７（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）及びｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるキャップ層２２８が積層されている。バッファ層２２２はｎ型クラッド層２２３の結晶性を良好にさせるために設けられている。
【００８２】
第２のｐ型クラッド層２２７はストライプ状のリッジ形状に加工されており、該第２のｐ型クラッド層２２７の上にはストライプ状のキャップ層２２８が形成されている。また、第２のｐ型クラッド層２２７の両側部には、ｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる電流狭窄層２２９（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されていると共に、キャップ層２２８及び電流狭窄層２０９の上には、ｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層２３０（Ｚｎのドープ量：７×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。
【００８３】
コンタクト層２３０の上面にはｐ側電極２３１が形成されている。
【００８４】
図９は赤色活性層２２４の構成を示しており、図９に示すように、赤色活性層２２４は、下側から順次積層された、アンドープ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１の光ガイド層２２４ａと、アンドープ型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる井戸層２２４ｂとアンドープ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるバリア層２２４ｃとが交互に積層された積層体と、アンドープ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２の光ガイド層２２４ｄとから構成される多重量子井戸構造を有している。
【００８５】
赤外レーザ素子Ａの各層２０３〜２０８及び赤色レーザの各層２２３〜２２８の格子定数は基板２０１の格子定数とほぼ等しいと共に、ｎ型クラッド層２０３、２２３及び第１のｐ型クラッド層２０５、２２５のバンドギャップエネルギーは、赤外活性層２０４及び赤外活性層２２４のバンドギャップエネルギーよりもそれぞれ大きくなるようにＩｎ、Ｇａ及びＡｌの組成が決定されている。
【００８６】
以下、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について、図１０（ａ）  〜（ｃ）  及び図１１（ａ）  、（ｂ）  を参照しながら説明する。
【００８７】
まず、図１０（ａ）  に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−  型のＧａＡｓよりなる基板２０１の上に、ｎ−  型のＧａＡｓ２０２Ａ、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２０３Ａ、アンドープ型の積層体２０４Ａ、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２０５Ａ、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２０６Ａ、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２０７Ａ、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２０８Ａ及びｐ−  型のＧａＡｓ層２１２Ａを順次成長させて、赤外ダブルへテロ構造を形成する。ＭＯＣＶＤ法による赤外ダブルヘテロ構造の成長は、同一のリアクター内で原料ガスを切り替えることにより連続的に行なわれる。
【００８８】
次に、赤外ダブルヘテロ構造における赤色半導体レーザ素子Ｂの形成領域を基板２０１に至るまでエッチングにより除去して、図１０（ｂ）  に示すように、バッファ層２０２、ｎ型クラッド層２０３、アンドープ型の赤外活性層２０４、第１のｐ型クラッド層２０５、エッチングストッパー層２０６、第２のｐ型クラッド層２０７、キャップ層２０８及びキャップ層２１２を形成する。
【００８９】
ところで、赤外ダブルへテロ構造を赤色ダブルへテロ構造よりも先に成長させる理由は次の通りである。すなわち、赤色ダブルヘテロ構造においては、赤色活性層にも、Ｐを含む材料、例えばＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを用いているが、これらの材料膜中においては、５００℃を越える高温下でのＺｎの拡散速度が、Ａｓを含む材料、例えばＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓに比べて１０倍以上速い。このため、赤色ダブルへテロ構造を先に形成すると、その後の結晶成長時に第１及び第２のｐ型クラッド層２０５、２０７等からＺｎが拡散して、バンドギャップ、ひいては発振波長が変化してしまうからである。換言すると、赤外ダブルへテロ構造を赤色ダブルへテロ構造よりも先に成長させると、赤色活性層を構成する多重量子井戸層へのＺｎの拡散を防止することができる。
【００９０】
また、第２の実施形態においては、赤外ダブルヘテロ構造において第１及び第２の光ガイド層２０４ａ、２０４ｄの厚さを１０ｎｍ以上にしているため、多重量子井戸層へのＺｎの拡散を防止する効果がさらに顕著である。
【００９１】
次に、図１０（ｃ）  に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、パターニングされた赤外ダブルへテロ構造を含む基板２０１の上に、ｎ−  型のＧａＡｓ層２２２Ａ、ｎ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２２３Ａ、アンドープ型の赤色活性層２２４Ａ、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２２５Ａ、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２２６Ａ、ｐ−  型の（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層２２７Ａ、ｐ−  型のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ２２８Ａ及びｐ−  型のＧａＡｓ層２３２Ａを順次成長させて、赤色ダブルへテロ構造を形成する。ＭＯＣＶＤ法による赤色ダブルヘテロ構造の成長は、同一のリアクター内で原料ガスを切り替えることにより連続的に行なわれる。
【００９２】
次に、赤色ダブルヘテロ構造における赤外ダブルヘテロ構造の上に形成されている領域、キャップ層２１２、ｐ−  型のＧａＡｓ層２３２Ａ及び分離溝Ｃとなる領域をエッチングにより除去して、図１１（ａ）  に示すように、バッファ層２０２、ｎ型クラッド層２０３、アンドープ型の赤外活性層２０４、第１のｐ型クラッド層２０５、エッチングストッパー層２０６、第２のｐ型クラッド層２０７及びキャップ層２０８から構成される赤外ダブルへテロ構造（図中において赤外ＤＨと表示する。）と、バッファ層２２２、ｎ型クラッド層２２３、アンドープ型の赤色活性層２２４、第１のｐ型クラッド層２２５、エッチングストッパー層２２６、第２のｐ型クラッド層２２７及びキャップ層２２８から構成される赤色ダブルヘテロ構造（図中において赤色ＤＨと表示する。）とを形成する。
【００９３】
次に、赤外ダブルへテロ構造及び赤色ダブルへテロ構造の上にＳｉＯ２  膜を堆積した後、リソグラフィ及びエッチングにより、図１１（ｂ）  に示すように、赤外ダブルへテロ構造及び赤色ダブルへテロ構造の各所定領域の上にＳｉＯ２  膜よりなるストライプ状の第１のマスクパターン２３５Ａ及び第２のマスクパターン２３５Ｂを形成する。
【００９４】
次に、赤外ダブルへテロ構造を構成する第２のｐ型クラッド層２０７及びキャップ層２０８に対して、第１のマスクパターン２３５Ａをマスクにしてエッチングストッパー膜２０６に至るまでエッチングを行なって、ストライプ状のリッジ形状を持つ第２のｐ型クラッド層２０７及びストライプ状のキャップ層２０８を形成すると共に、赤色ダブルヘテロ構造を構成する第２のｐ型クラッド層２２７及びキャップ層２２８に対して、第２のマスクパターン２３５Ｂをマスクにしてエッチングストッパー膜２２６に至るまでエッチングを行なって、ストライプ状のリッジ形状を持つ第２のｐ型クラッド層２２７及びストライプ状のキャップ層２２８を形成する。
【００９５】
第２の実施形態においては、赤外ダブルへテロ構造と赤色ダブルへテロ構造とにおいて、第２のｐ型クラッド層２０７、２２７及びキャップ層２０８、２２８の組成がそれぞれ同じであるから、一度のエッチング工程により、ストライプ状の第２のｐ型クラッド層２０７、２２７及びキャップ層２０８、２２８を形成することができるので、工程数の削減を図ることができる。
【００９６】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、図１１（ｃ）  に示すように、赤外ダブルヘテロ構造の上にｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる電流狭窄層２０９を成長させると共に、赤色ダブルヘテロ構造の上にｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる電流狭窄層２２９を成長させる。この場合、電流狭窄層２０９及び電流狭窄層２２９は同じ結晶成長工程により形成する。尚、ＳｉＯ２  膜よりなる第１及び第２のマスクパターン２３５Ａ、２３５Ｂの上にはｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層は成長しない。
【００９７】
次に、第１及び第２のマスクパターン２３５Ａ、２３５Ｂを除去した後、ＭＯＣＶＤ法により、赤外ダブルへテロ構造の上にｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層２１０を成長させると共に赤色ダブルへテロ構造の上にｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層２３０を成長させ、その後、分離溝Ｃの内部に成長しているｎ−  型のＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層及びｐ−  型のＧａＡｓ層を除去すると、赤外半導体レーザ素子Ａ及び赤色半導体レーザ素子Ｂが形成される。
【００９８】
次に、赤外半導体レーザ素子Ａ及び赤色半導体レーザ素子Ｂの上面に金属膜を堆積した後、該金属膜をパターニングしてｐ型電極２１１及びｐ型電極２３１（図８を参照）を形成する。次に、赤外半導体レーザ素子Ａ及び赤色半導体レーザ素子Ｂの下面に金属膜を堆積した後、該金属膜をパターニングしてｎ型電極２１５（図８を参照）を形成する。
【００９９】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、赤外ダブルへテロ構造におけるストライプ状の第２のｐ型クラッド層２０７及びキャップ層２０８と、赤色ダブルへテロ構造におけるストライプ状の第２のｐ型クラッド層２２７及びキャップ層２２８とを同時に形成することができると共に、赤外ダブルへテロ構造における電流狭窄層２０９及びコンタクト層２１０と赤色ダブルへテロ構造における電流狭窄層２２９及びコンタクト層２３０とを同時に形成することができるので、工程数の削減を図ることができる。
【０１００】
すなわち、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置において、赤外半導体レーザ素子ＡにＰを含む材料を用いない場合には、６回の結晶成長工程が必要になるが、第２の実施形態のように、赤外半導体レーザ素子ＡにＰを含む材料を用いると、４回の結晶成長工程で済むので、製造工程におけるコストを削減することができる。
【０１０１】
尚、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様、ｎ−  型のＧａＡｓ基板２０１は基板面方位が（１００）から［０１１］方向又は［０−１１］方向に１０°程度傾斜している。これは、ＡｌＧａＩｎＰ層の成長時における自然超格子成長を抑制し、所望の組成が精密に制御できるようにするためである。
【０１０２】
特に、赤色半導体レーザ素子Ｂにおいて、赤色活性層２２４のバンドギャップ異常の発生を防止して、設計通りの発振波長を得るのに有効である。
【０１０３】
尚、第１及び第２の実施形態においては、光ガイド層を多重量子井戸構造の上側及び下側の両方に配置したが、多重量子井戸構造における結晶性の低下を防止する観点からは、少なくとも多重量子井戸構造の下側にＡｓを含む材料よりなる光ガイド層が設けられておればよい。
【０１０４】
第１及び第２の実施形態においては、多重量子井戸構造に接する層は光ガイド層でなくてもよい。
【０１０５】
第２の実施形態においては、分離溝Ｃはｐ−  型のＧａＡｓよりなるコンタクト層２１０、２３０を形成した後に形成してもよい。また、分離溝Ｃの内部にＳｉＯ２  膜又は低誘電率膜等よりなる絶縁膜が埋め込まれていてもよい。このようにすると、赤外レーザ素子Ａと赤色レーザ素子Ｂと絶縁性が確実になると共に強度も向上するため、素子のへき開又はパッケージへの実装時にクラック等が生じるおそれが低減する。
【０１０６】
第２の実施形態においては、リッジ形状を形成するためのエッチング及び分離溝Ｃを形成するためのエッチングは、ウエットエッチでもよいしドライエッチでもよい。
【０１０７】
第２の実施形態においては、ストライプ状の第１及び第２のマスクパターン２３５Ａ、２３５Ｂとしては、下層の半導体積層構造との選択比が取れるならば、ＳｉＯ２  膜に代えて、例えばＳｉＮｘ  等を用いてもよい。
【０１０８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る光ピックアップ装置について、図１２を参照しながら説明する。
【０１０９】
光ピックアップ装置は、第２の実施形態に係るモノリシック型二波長半導体レーザ装置よりなる光源１を備えており、該光源１は波長が６５０ｎｍ帯の赤色光と波長が７８０ｎｍ帯の赤外光とを放射する。
【０１１０】
ＤＶＤの記録及び再生には波長６５０ｎｍ帯の赤色光が用いられる。ＤＶＤの再生を行なう場合には、光源１から出射された光ビームは、反射ミラー２により方向を変換された後、コリメータレンズ３及び対物レンズ４を経て、ディスク５の記録面に集光される。ディスク５の記録面からの反射光ビームは、対物レンズ４及びコリメータレンズ３を経て、ホログラム素子６に入射する。ホログラム素子６で分岐された反射光ビームは、複数の受光素子７、８に入射する。受光素子７、８で検出された信号に基づき、ＤＶＤの再生時におけるフォーカス／トラッキング誤差信号及び再生信号が検出される。
【０１１１】
一方、ＣＤの記録及び再生には波長７８０ｎｍ帯の赤外光が用いられる。ＣＤの再生を行なう場合には、光源１から出射された光ビームは、赤色光の場合と同様、反射ミラー２により方向を変換された後、コリメータレンズ３及び対物レンズ４を経て、ディスク５の記録面に集光される。ディスク５の記録面からの反射光ビームは、対物レンズ４及びコリメータレンズ３を経て、ホログラム素子６に入射する。ホログラム素子６で分岐された反射光ビームは、複数の受光素子７、８に入射する。受光素子７、８で検出された信号に基づき、ＣＤの再生時におけるフォーカス／トラッキング誤差信号及び再生信号が検出される。
【０１１２】
第３の実施形態によると、光源１となる半導体レーザ装置は、モノリシック型二波長半導体レーザ装置であるため、発光点間の距離を小さくすることができる。このため、ピックアップ装置の小型化が図れると共に光学系を一つに集約できるので、レンズ等の光学部品の数を削減でき、コストの低減を図ることができる。
【０１１３】
また、赤外光を放射する半導体レーザ素子は、Ｐを含む材料よりなるクラッド層と、Ａｓを含みＰを実質的に含まない材料よりなる活性層とのダブルへテロ構造を有するため、二波長半導体レーザ装置の信頼性が向上するので、光ピックアップ装置の高性能化及び高信頼性化が実現できる。
【０１１４】
尚、第３の実施形態においては、半導体レーザ装置から出射される光ビームを３ビームに分割する回折格子が別途設けられていてもよい。このようにすると、３ビーム法を使うことが可能になるため、ＣＤ等の再生が好都合になる。また、ホログラム素子６に代えて、プリズム又はビームスプリッタを用いてもよい。
【０１１５】
また、部品の構造又は配置等については、光ピックアップとしての機能が果たせれば特に限定されるものではない。
【０１１６】
また、第３の実施形態においては、光源１として、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を用いたが、これに代えて、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子を単独で用いてもよい。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ素子によると、下側半導体層を成長させた後に、少なくとも一対の井戸層及びバリア層よりなる積層体を成長させる際に、ヒ素を含むガスとリンを含むガスとの切り替えを行なう必要はなくなるため、原料ガスの切り替えに伴うコンタミの問題が発生しないので、活性層を構成する積層体の結晶性は良好になる。このため、リンを含む材料よりなるクラッド層と、ヒ素を含む一方、リンを含まない活性層とを有する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性が向上する。
【０１１８】
本発明に係る半導体レーザ装置によると、複数の波長の光を出射する半導体レーザ素子を備えた多波長半導体レーザ装置を構成する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【０１１９】
本発明に係る第１の光ピックアップ装置によると、光源となる赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【０１２０】
本発明に係る第２の光ピックアップ装置によると、光源となる多波長半導体レーザ装置を構成する赤外半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【０１２１】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、下側半導体層を成長させた後に、第１の活性層を構成する積層体を成長させる際に、ヒ素を含むガスとリンを含むガスとの切り替えを行なう必要はなくなるため、原料ガスの切り替えに伴うコンタミの問題が発生しないので、第１の活性層を構成する積層体の結晶性は良好になる。このため、第１のダブルへテロ構造よりなる第１の半導体レーザ素子の特性及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の活性層の構成を示す断面図である
【図３】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のＰＬを測定するために用いる半導体積層構造体の断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のＰＬを測定するために用いる半導体積層構造体において、光ガイド層の厚さを変化させた場合のＰＬピーク強度の変化を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のＰＬを測定するために用いる半導体積層構造体において、光ガイド層の厚さを７ｎｍ又は１０ｎｍとした場合のＰＬ波長と強度との関係を示す図である。
【図７】（ａ）  は従来の半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示す図であり、（ｂ）  は第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る二波長半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る二波長半導体レーザ装置における赤色レーザ活性層の構成を示す断面図である。
【図１０】（ａ）  〜（ｃ）  は第２の実施形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）  〜（ｃ）  は第２の実施形態に係る二波長半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る光ピックアップ装置の構成を示す模式図である。
【図１３】従来の赤外半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【符号の説明】
１  光源
２  反射ミラー
３  コリメータレンズ
４  対物レンズ
５  ディスク
６  ホログラム素子
７  受光素子
８  受光素子
１０１  基板
１０２  バッファ層
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  活性層
１０４ａ  第１の光ガイド層
１０４ｂ  井戸層
１０４ｃ  バリア層
１０４ｄ  第２の光ガイド層
１０５  第１のｐ型クラッド層
１０６  エッチングストッパー層
１０７  第２のｐ型クラッド層
１０８  キャップ層
１０９  電流狭窄層
１１０  コンタクト層
１１１  ｐ型電極
１１２  ｎ型電極
Ａ  赤外半導体レーザ素子
Ｂ  赤色半導体レーザ素子
Ｃ  分離溝
２０１  基板
２０２  バッファ層
２０３  ｎ型クラッド層
２０４  赤外活性層
２０５  第１のｐ型クラッド層
２０６  エッチングストッパー層
２０７  第２のｐ型クラッド層
２０８  キャップ層
２０９  電流狭窄層
２１０  コンタクト層
２１１  ｐ型電極
２１５  ｎ型電極
２２２  バッファ層
２２３  ｎ型クラッド層
２２４  赤色活性層
２２４ａ  第１の光ガイド層
２２４ｂ  井戸層
２２４ｃ  バリア層
２２４ｄ  第２の光ガイド層
２２５  第１のｐ型クラッド層
２２６  エッチングストッパー層
２２７  第２のｐ型クラッド層
２２８  キャップ層
２２９  電流狭窄層
２３０  コンタクト層
２１３  ｐ型電極
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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