(57)【要約】      （修正有）【課題】発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を有し、発振光の導波ロスの低減と高出力の実現がなされ、製造においては工程数の減少と歩留まりの向上が図られた半導体発光装置とその製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光装置１を構成する、例えばインデックスガイド型レーザ２及び３において、埋込層２９及び３９の組成を互いに同一のものとし、各素子の活性層２３、３３を挟んで対向する上下のクラッド層２１及び２４、３１及び３４内に、素子の発振光の光特性が望ましいものとなるように光ガイド層２２及び２６、３２及び３６を形成する。これにより、所望の光発振が実現する。また、複数の前記インデックスガイド型レーザ素子における埋込層の組成を互いに同一としたことから、半導体発光装置の製造においてエピタキシー工程の工程数を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を少なくとも有する半導体発光装置であって、
上記複数の半導体発光素子のそれぞれが、
少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、光ガイド層とから成る素子主要部と、
上記活性層に対する主たる電流通路を規定する埋込層とを有し、
上記複数の半導体発光素子において、上記埋込層の組成が互いに同一であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
上記複数の半導体発光素子の少なくとも一部の半導体発光素子において、上記光ガイド層の構成が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
上記複数の半導体発光素子の少なくともひとつが、上記埋込層の深さを規定するエッチングストップ層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
上記複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつがＡｌＧａＡｓ系であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
上記複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつがＡｌＧａＩｎＰ系であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
基体上に、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を少なくとも有する半導体発光装置の製造方法であって、
少なくとも、第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、光ガイド層とを有する積層半導体層を形成するエピタキシャル成長と、上記第２導電型クラッド層を所望の形状とするエッチングとを上記複数の回数行って、上記複数の各半導体発光素子の各主要部を形成する主要部形成工程と、
上記各主要部に、最終的に得る上記各半導体発光素子における主たる電流通路を規定する埋込層を形成する埋込層形成工程とを有し、
上記埋込層形成工程において、上記複数の半導体発光素子の少なくとも２つ以上の半導体発光素子の主要部に対して、埋込層を同時に形成することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
上記主要部形成工程において、上記光ガイド層の構成を、上記複数の半導体発光素子の少なくとも一部の半導体発光素子において互いに異なる構成とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
上記主要部形成工程において、上記複数の半導体発光素子の少なくともひとつに上記エッチングのエッチングストップ層を形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
上記複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつをＡｌＧａＡｓ系とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
上記複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつをＡｌＧａＩｎＰ系とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光記録媒体に対する読み込み、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）やＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc-Read Only Memory）に対する読み込みを目的として、複数の半導体発光素子例えば半導体レーザ素子による半導体発光装置が構成される。一般に、ＣＤ−ＲＯＭの読み込みには発光波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子が用いられ、ＤＶＤ−ＲＯＭの読み込みには発光波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子が用いられる。
そして、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体レーザ素子を１つの基板上に形成することによって多波長半導体発光装置を構成した場合には、単体の半導体レーザ素子からなる単波長半導体発光装置の集合体として多波長半導体発光装置を構成した場合に比し、小型で発光点精度の高い多波長半導体発光装置を構成することができる。
【０００３】
半導体発光装置に用いられる半導体発光素子としての半導体レーザ素子は、その導波構造によってインデックスガイド型とゲインガイド型とに大別される。
通常、インデックスガイド型レーザ素子は、図５に示すように、例えばＧａＡｓによる半導体基板１０４上に、第１導電型（例えばｎ型）の (Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１導電型クラッド層１２１と、 (Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５)０．５Ｉｎ０．５ＰとＧａＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ；Multi Quantum Well）構造による活性層１２３と、第２導電型（例えばｐ型）の (Ａｌ０．７Ｇａ０．３)０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２導電型クラッド層１２４と、第２導電型クラッド層１２４内の所定の位置に設けられる第２導電型のＧａＩｎＰによるエッチングストップ層１２５と、第２導電型クラッド層１２４の活性層１２３とは反対側に形成される第２導電型のＧａＡｓによるコンタクト層１２７とからなる素子主要部１２８を有し、この素子主要部１２８における主たる電流通路を規定するＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐによる埋込層１２９を有する。そして、基体１０４及びコンタクト層１２７の、それぞれ活性層１２３とは反対側に、電極１０５及び１０６とが被着形成されて成る。
【０００４】
この構成によって、インデックスガイド型レーザ素子では、素子主要部の各層の結晶成長方向例えば垂直方向に屈折率差が形成される。そして、エッチングストップ層１２５によって第２導電型クラッド層１２４に対するエッチングの態様が定められることにより、第２導電型クラッド層１２４及び埋込層１２８の形状の特定と、この特定による、素子主要部における例えば水平方向の実効屈折率差の形成とがなされる。この垂直方向及び水平方向の実効屈折率差の形成により、インデックスガイド型レーザ素子においては、発振光の放射形状等の制御がなされ、光の閉じ込め効率の向上と導波ロスの抑制とが図られる。
【０００５】
これに対し、ゲインガイド型レーザ素子は、図６に示すように、基体２０４の一主面に、第１導電型クラッド層２２１と、活性層２２３と、第２導電型クラッド層２２４とが順次積層されてなる素子主要部２２８を有し、この素子主要部２２８における主たる電流通路を規定する絶縁層２０７を有する。そして、基体２０４及び第２導電型クラッド層２２４の、それぞれ活性層２２３とは反対側に、電極２０５及び２０６とが被着形成されて成る。
【０００６】
このゲインガイド型レーザ素子においては、一般に、素子の光学特性を考慮した埋め込み層によらずに主たる電流通路の規定がなされる。すなわち、電極２０６及び２０５間の順方向電圧の印加によって生じる電流の主たる通路を規定する絶縁層として、例えば酸素のイオン注入による絶縁層２０７が形成される。
ゲインガイド型レーザ素子においては、インデックスガイド型レーザ素子におけるのと異なり、電流通路の規定が上述した例えば絶縁層２０７によってなされるため、屈折率の形成による水平方向の光閉じ込めが十分になされない。したがって、ゲインガイド型レーザ素子においては、インデックスガイド型レーザ素子に比して、活性層から発振された光の放射形状や横モードの制御が弱く、発振光の導波ロスも大きくなる。
【０００７】
このように、ゲインガイド型レーザ素子は、インデックスガイド型レーザ素子に比し、レーザ素子としての光学特性においては不利な点が多い。しかし、上述したように、埋込層形成のエピタキシー工程を必要とするインデックスガイド型レーザ素子の製造に比して、ゲインガイド型レーザ素子の製造は、埋込層すなわち埋込半導体層の形成が必要とされないため、エピタキシー工程の回数の増加を抑制することができる。
一般に、エピタキシー工程の回数の増加は必ず歩留まりの低下を伴うため、半導体レーザ素子の製造においては、エピタキシーの回数を可能な限り少なくして、歩留まり低下による不良品発生率の増加を抑制することが望ましい。このため、互いに異なる複数の半導体レーザ素子を有する多波長半導体発光装置の製造においては、各素子の出力向上が特に要求されない限り、少なくともひとつのレーザ素子をゲインガイド型のレーザ素子とする構成をとることによって、製造におけるエピタキシー工程数の低減と歩留まりの向上を図ることが優先されてきた。
【０００８】
しかし、近年、追記型或いは書換え型の光記録媒体、例えばＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）やＤＶＤ−Ｒ（Digital Versatile Disc-Recordable）等の出現により、半導体レーザ素子の高出力化が求められるようになった。ゲインガイド型レーザ素子は、上述したように導波ロスが大きく、高出力領域において横モードが不安定となることから、実用における高出力化が困難とされている。したがってこの場合、複数の半導体レーザ素子のうち、より多くの半導体レーザ素子、つまり不都合が生じない限り全ての半導体レーザ素子を、インデックスガイド型レーザ素子とすることによって多波長半導体発光装置を構成することが望ましい。
【０００９】
これに対し、図７に概略構成を示すような、２波長半導体発光装置をインデックスガイド型のレーザ素子のみで構成し、各レーザ素子のそれぞれの素子主要部において、活性層のみを互いに異なる構成とすることによって、各半導体レーザ素子の発光波長帯が互いに異なるようにした２波長半導体発光装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この提案による２波長半導体発光装置においては、発光波長帯が互いに異なる２つの半導体発光素子において、素子主要部における活性層以外の材料組成、すなわちクラッド層及び光ガイド層の材料組成を同一の材料系で構成することによって、互いに異なる発光波長帯の複数のレーザ素子による発光と、製造工程におけるエピタキシーの回数の低減とが図られている。
【特許文献１】特開平２００２−２２３０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を有する半導体発光装置において、複数の半導体発光素子の各素子主要部の活性層以外の材料組成、すなわちクラッド層及び光ガイド層の組成を、互いに同一の材料系による組成とした場合には、例えば活性層からレーザ発振された光の放射形状（ＦＦＰ；Far Field Pattern）を制御することが困難となり、この半導体発光装置を用いた光学系における光学的設計においても支障が生じる。
【００１１】
すなわち、発光波長帯が互いに異なる複数のインデックスガイド型レーザ素子を用いて多波長半導体発光装置を構成する場合に、活性層のみが互いに異なる複数のインデックスガイド型レーザ素子を構成し、これによって発光波長帯が互いに異なる複数の半導体レーザ素子を形成して半導体発光装置を構成することは、素子の発光特性において問題を生じるため、多波長半導体発光装置の構成として必ずしも最適とは言い難い。
【００１２】
また、このようなインデックスガイド型レーザ素子の製造においては、素子主要部を形成するエピタキシーと埋込層を形成するエピタキシーとが必要とされることから、１つのレーザ素子の製造に少なくとも２回のエピタキシー工程が必要となる。すなわち、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体レーザ素子をインデックスガイド型レーザ素子によって形成するには、各素子の構成を各素子を単体で製造する場合と同様の構成とする限り、各素子につき少なくとも２回ずつのエピタキシーが必要となる。したがって、例えば、２波長半導体発光装置を製造する場合に関しては最低４回のエピタキシーが必要となり、エピタキシーの回数増加によって歩留まりは低下し、製造作業も煩雑さを伴う。
【００１３】
本発明は、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を有する半導体発光装置と、この半導体発光装置の製造における、上述の諸問題の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による半導体発光装置は、基体上に、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を少なくとも有する半導体発光装置であって、上述の複数の半導体発光素子のそれぞれが、少なくとも第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、光ガイド層とから成る素子主要部と、活性層に対する主たる電流通路を規定する埋込層とを有し、上述の複数の半導体発光素子において、埋込層の組成が互いに同一であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による半導体発光装置は、複数の半導体発光素子の少なくとも一部の半導体発光素子において、光ガイド層の構成が互いに異なることを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置は、複数の半導体発光素子の少なくともひとつが、埋込層の深さを規定するエッチングストップ層を有することを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置は、複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつがＡｌＧａＡｓ系であることを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置は、複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつがＡｌＧａＩｎＰ系であることを特徴とする。
【００１６】
本発明による半導体発光装置の製造方法は、基体上に、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子を少なくとも有する半導体発光装置の製造方法であって、少なくとも、第１導電型クラッド層と、活性層と、第２導電型クラッド層と、光ガイド層とを有する積層半導体層を形成するエピタキシャル成長と、第２導電型クラッド層を所望の形状とするエッチングとを上述の複数の回数行って、複数の各半導体発光素子の各主要部を形成する主要部形成工程と、各主要部に、最終的に得る各半導体発光素子における主たる電流通路を規定する埋込層を形成する埋込層形成工程とを有し、埋込層形成工程において、複数の半導体発光素子の少なくとも２つ以上の半導体発光素子の主要部に対して、埋込層を同時に形成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、主要部形成工程において、光ガイド層の構成を、複数の半導体発光素子の少なくとも一部の半導体発光素子において互いに異なる構成とすることを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、主要部形成工程において、複数の半導体発光素子の少なくともひとつにエッチングのエッチングストップ層を形成することを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつをＡｌＧａＡｓ系とすることを特徴とする。
また、本発明による半導体発光装置の製造方法は、複数の半導体発光素子のうち、少なくともひとつをＡｌＧａＩｎＰ系とすることを特徴とする。
【００１８】
本発明による半導体発光装置、及び半導体発光装置の製造方法においては、装置を構成する複数の半導体発光素子において同一組成すなわち共通の埋込層を形成した場合にも、これによって変化する各素子の特性を光ガイド層による構成で補正することができる。
すなわち、装置を構成する複数の半導体発光素子の少なくとも２つをインデックスガイド型レーザ素子とする場合に、例えば光ガイド層を第１導電型クラッド層にも設ける構成とすることによって、各素子の発光特性を良好に制御することができる。
なお、本発明において光ガイド層の構成とは、例えば光ガイド層を第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層との両方に設ける意味での構成に限られるものではなく、各光ガイド層を多層構造すなわち２層構造或いは３層構造とした場合の層構成やこれらの積層順序としての積層構成、活性層からの距離の調整による配置構成、各ガイド層の組成としての材料構成等をも指称するものである。
そして、少なくとも２つの半導体発光素子がインデックスガイド型レーザ素子である場合には、埋め込み層を、ＡｌＩｎＰ等の、活性層からの発振光を吸収しない材料によって形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による半導体発光装置によれば、装置を構成する複数の半導体発光素子の少なくとも一部例えば２つ以上の半導体発光素子がインデックスガイド型レーザ素子である場合に、これらインデックスガイド型レーザ素子において共通の埋込層が形成され、これら埋込層によってもたらされる各素子の光学的特性の変化が、光ガイド層の構成によって補正をなされる。
これにより、異なる材料系で形成される複数の半導体発光素子、例えばインデックスガイド型レーザ素子を、高効率かつ高出力の素子として有する多波長半導体発光装置が構成される。
また、この光ガイド層の構成によれば、発光波長帯の相違や埋込層の組成に起因する変化に対応するのみならず、種々の光学特性における素子への要求に対応して光ガイド層形成することができる。したがって、半導体発光素子例えば半導体レーザ素子の発光特性例えば放射形状を含む光学的設計における自由度が拡張されることから、本発明を応用することによって、より柔軟に、多波長半導体発光装置とこれを用いた光学装置の設計を行うことが可能とされるものである。
【００２０】
更に、本発明による半導体発光装置によれば、半導体発光素子をインデックスガイド型レーザ素子とする場合に、埋め込み層を、活性層からの発振光を吸収しないＡｌＩｎＰ等の材料によって構成することにより、埋込層による発振光の吸収に基づく導波ロスやレーザ素子の光学特性への影響を、より低減することができる。
【００２１】
また、本発明による半導体発光装置の製造方法によれば、複数の半導体発光素子例えばインデックスガイド型レーザ素子の埋込層の組成を互いに同一とすることによって、これら複数の素子を形成する工程を、各素子を単体で製造する場合と異なる工程とすることができる。したがって、エピタキシーの工程数を減少させることができ、製造作業の煩雑さが低減される。
そして、エピタキシーの工程数を低減することができることにより、製造における歩留まりの向上も図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明による半導体発光装置の実施の形態例について、その製造方法の実施の形態例とともに、図１及び図２〜図４を参照して説明するが、本発明は、この実施の形態例に限られるものでないことは、言うまでもない。
まず、本発明による半導体発光装置の実施の形態例について、図１を参照して説明する。
この実施の形態例は、本発明による半導体発光装置を構成する複数の半導体発光素子を、発光波長帯が互いに異なる２つのインデックスガイド型レーザ素子とした場合の例である。
【００２３】
この実施の形態例において、本発明による半導体発光装置１は、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓによる基体４すなわち基板の一主面に、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子、この例では第１の半導体発光素子２と第２の半導体発光素子３とを有して成る。
基体４の裏面には、例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの金属多層膜による電極５が被着形成され、第１の半導体発光素子２及び第２の半導体発光素子３のそれぞれ上面には、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの金属多層膜による電極６ａ及び６ｂが被着形成されて成る。
第１の半導体発光素子２は、この例では発光波長７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系の半導体発光素子であって、発光素子を構成する各半導体層が積層されて成る第１の素子主要部２８と、ＡｌＩｎＰによる埋込層２９とから成る。
第１の素子主要部２８は、例えば、基体４の一主面において、第１導電型のＡｌ０．４７ＧａＡｓによる第１の第１導電型クラッド層２１と、Ａｌ０．１ＧａＡｓとＡｌ０．３ＧａＡｓとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第１の活性層２３と、第２導電型（例えばｐ型）のＡｌ０．４７ＧａＡｓによる第１の第２導電型クラッド層２４と、第２導電型のＧａＡｓからなるコンタクト層２７とが、例えばエピタキシャル成長によって順次積層形成されて成る。
【００２４】
そして、この第１の半導体発光素子２に求められる発光波長帯と発光特性とに応じて、第１の第１導電型クラッド層２１内に第１導電型のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２２が設けられ、第１の第２導電型クラッド層２４内に第２導電型のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２６が設けられる。
また、この実施の形態例においては、第２導電型クラッド層２４内に、この第１の半導体発光素子を構成する上述の埋込層２９の、上述の第１の素子主要部２８の積層形成方向つまり垂直方向における寸法、すなわち深さを規定するＡｌ０．６ＧａＡｓによるエッチングストップ層２５が設けられる構成とすることができる。
【００２５】
一方、第２の半導体発光素子３は、この例では発光波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子であって、発光素子を構成する各半導体層が積層されて成る第２の素子主要部３８と、ＡｌＩｎＰによる埋込層３９とから成る。
第２の素子主要部３８は、例えば、基体４の一主面において、第１導電型の（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰによる第２の第１導電型クラッド層３１と、ＧａＩｎＰと（Ａｌ０．４５Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第２の活性層３３と、第２導電型の（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰによる第２の第２導電型クラッド層３４と、第２導電型のＧａＡｓからなるコンタクト層３７が、例えばエピタキシャル成長によって順次積層形成されて成る。
【００２６】
そして、この第２の半導体発光素子３に求められる発光波長帯と発光特性とに応じて、第２の第１導電型クラッド層３１内に第１導電型例えばｎ型のＧａＩｎＰと（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による光ガイド層３２が設けられ、第２の第２導電型クラッド層内に第２導電型のＧａＩｎＰと（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による光ガイド層３６が設けられる。
【００２７】
この実施の形態例においては、第２の第２導電型クラッド層内の光ガイド層３６が、上述の埋込層３９の、上述の第２の素子主要部３８の積層形成方向つまり垂直方向における寸法、すなわち深さを規定するエッチングストップ層の役割を果たす。すなわち、本発明による半導体発光装置を構成する半導体発光素子の全てに関して、必ずしも光ガイド層とは別にエッチングストップ層が形成される必要はない。
【００２８】
そして、例えば第１の半導体発光素子２の形成において、エッチングストップ層２５を光ガイド層としての特性を有する材料によって構成することもできる。この場合、エッチングストップ層はエピタキシーにおけるエッチングストップ層の役割を担うだけでなく、活性層からの発振光の発光点及び発光分布を引き寄せる等の作用をなすものである。したがってこの場合、エッチングストップ層自体が、ある程度活性層からの光を吸収できる屈折率を有していることが望ましい。
【００２９】
また、ＡｌＧａＡｓ系の半導体発光素子とＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子とでは、それぞれの活性層や第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド層を構成する材料の屈折率に差がある。したがって、単純に埋込層の組成を同一とするだけでは、両者の発光特性を共に望ましいものとすることは困難である。
例えば、第１の半導体発光素子２において、Ａｌ０．１ＧａＡｓとＡｌ０．３ＧａＡｓとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第１の活性層２３とＡｌ０．４７ＧａＡｓによるクラッド層２１及び２４とによる例えば中心波長７８０ｎｍの発振光に対して、ＡｌＩｎＰによる埋込層２９によって、実効屈折率差の形成と光閉じ込めとを好適に実現することは難しい。
【００３０】
この例において、第２の半導体発光素子３における埋込層３９は、埋込層２９と同一の組成すなわちＡｌＩｎＰによる組成を有している。この組成は、ＧａＩｎＰと（Ａｌ０．４５Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第２の活性層３３からの、例えば中心波長６５０ｎｍ帯の発振光に適した埋込層であることから、第２の半導体発光素子３においては、光ガイド層３２及び３６の構成は厳密に調整される必要はない。
これに対し、中心波長７８０ｎｍ帯の発光に適した素子主要部２８を有する第１の半導体発光素子２においては、光ガイド層の構成は厳密に調整される必要がある。
【００３１】
この実施の形態例では、第１の半導体発光素子２においては、第１の第１導電型クラッド層２１内に第１導電型例えばｎ型のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２２が設けられ、第１の第２導電型クラッド層２４内に第２導電型のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２６が設けられることから、活性層からの発振光の分布の制御がなされる。
すなわち、本発明による半導体発光装置１においては、装置を構成する複数の半導体発光素子における各光ガイド層の例えば厚さ、層数、活性層からの距離等の調整することにより、各半導体発光素子からの発振光に関する例えば埋込層の組成による特性変化を補正することができるので、ＦＦＰ等の発光特性が好適に実現されるようにすることができる。
【００３２】
この実施の形態例における第１の半導体発光素子の光ガイド層の構成の例について説明する。
例えば、光ガイド層２２の厚さが６２ｎｍ〜８２ｎｍの範囲内である場合、これに対して光ガイド層２６の厚さを５９ｎｍとし、活性層２３と光ガイド層２２との距離を８００ｎｍ〜９００ｎｍ（例えば９００ｎｍ）として、活性層２３と光ガイド層２６との距離を２００〜２５０ｎｍ（例えば２２０ｎｍ）とすることにより、埋込層２９がＧａＩｎＰによる場合でも素子の発光特性を好適なものとすることができる。
なお、光ガイド層２２及び２６の各層は、例えば各光ガイド層を多層構造すなわち２層構造或いは３層構造とする構成のほか、それらの積層順序や材料組成としての構成を変化させることによっても、複数の半導体発光素子間で互いに異なる構成とすることができる。
【００３３】
続いて、この実施の形態例における第１の半導体発光素子の各光ガイド層の構成によってもたらされる、素子の発光特性の制御の例について、表１を参照して説明する。
表１は、中心波長７８０ｎｍの発光波長帯の光発振を目的とするＡｌＧａＡｓ系の半導体発光素子に関して、特許文献１に記載の構成による従来の半導体発光素子Ａと、一般の単波長発光素子である従来の半導体発光素子Ｂと、本発明による半導体発光装置の実施例における半導体発光素子すなわち第１の半導体発光素子２との、発光特性に関する比較の結果を示している。
【００３４】
ここで、Δｎは活性層とその周辺との水平方向の実効屈折率差であり、θ⊥及びθ//は発振光のＦＦＰ（Far Field Pattern）の垂直放射角及び水平放射角である。
Δｎの値は、これが大きくなりすぎると、活性層周辺の光密度が高くなりすぎて素子の劣化が助長されてしまう。ここでは、Δｎの値は０．００２〜０．００６の間に収めることが望ましいとしている。
一方、θ⊥及びθ//の値は、これが大きくなりすぎると半導体発光装置を光デバイスとして実用する場合に、他の光学系例えばレンズとのカップリングがとれなくなり、光の利用効率が低下してしまう。ここでは、θ⊥は２０°以下、θ//は１０°以下に収めることが望ましいとしている。
【００３５】
表１において、従来の半導体発光素子Ａすなわち特許文献１に記載の半導体発光素子に関する結果においては、Δｎ、θ⊥及びθ//のいずれの値についても大きくなっており、構成の一部の変更等の修正によって、光学的設計を伴う実用に適したものとすることは難しいと考えられる。
また、従来の半導体発光素子Ｂによれば、θ⊥の値を好適な範囲に抑えられていない。
これに対し、本発明による半導体発光装置を構成する半導体発光素子では、特に第１導電型クラッド層中に光ガイド層を形成し、更にその厚さや活性層との距離等を制御することによって、Δｎとθ⊥及びθ//の各値を全て所望の範囲に収める結果が得られたと考えられる。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
なお、以上の説明における厚さや層間距離の選定値は、素子のスケール及びサイズ、或いは装置に求められる発光波長帯や出力等の要求スペックによって変化し得る。
【００３８】
次に、本発明による半導体発光装置の製造方法の例として、第１の半導体発光素子と第２の半導体発光素子とを有する半導体発光装置の製造方法の実施の形態例について、図２〜図４を参照して説明する。
この実施の形態例は、本発明による半導体発光装置を構成する複数の半導体発光素子を、発光波長帯が互いに異なる２つのインデックスガイド型レーザ素子とした場合の例である。
【００３９】
まず、発光波長帯が互いに異なる複数（この例では２つ）の半導体発光素子を形成する共通の基板となる、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓによる基体４を用意する。
そして、図示しないが、基体４に全面的に第１の積層半導体層を形成し、これを図２Ａに示すように第１の積層半導体層８ａを残して他部をエッチオフする。
すなわち、例えば、第１導電型のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２２を有する第１導電型のＡｌ０．４７ＧａＡｓによる第１の第１導電型クラッド層２１と、Ａｌ０．１ＧａＡｓとＡｌ０．３ＧａＡｓとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第１の活性層２３と、Ａｌ０．６ＧａＡｓによるエッチングストップ層２５と第２導電型（例えばｐ型）のＡｌ０．３ＧａＡｓによる光ガイド層２６とを有する第２導電型のＡｌ０．４７ＧａＡｓによる第１の第２導電型クラッド層２４と、第２導電型のＧａＡｓからなるコンタクト層２７とを、第１の積層半導体層８ａとして順次例えばエピタキシャル成長によって積層形成する。その後、この積層半導体層８ａをパターンエッチングして第１の半導体発光素子の形成部以外をエッチオフし、図２Ａに示すように第１の積層半導体層８ａを形成する。
【００４０】
次に、基体４に、第２の半導体発光素子となる第２の積層半導体層８ｂを積層する。そして、図２Ｂに示すように、第１の積層半導体層８ａを表出させ、かつ第２の積層半導体層８ｂを残すようにエッチオフする。
すなわち、例えば、第１の半導体発光素子８ａ形成後に残った基体４の表面に、第１導電型の（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰによる第２の第１導電型クラッド層３１と、第１導電型例えばｎ型のＧａＩｎＰと（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による光ガイド層３２と、ＧａＩｎＰと（Ａｌ０．４５Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による第２の活性層３３と、第２導電型のＧａＩｎＰと（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による光ガイド層３６と、第２導電型の（Ａｌ０．７Ｇａ）０．５２ＩｎＰによる第２の第２導電型クラッド層３４と、第２導電型のＧａＡｓからなるコンタクト層３７を、積層半導体層８ｂとして順次例えばエピタキシャル成長によって積層形成する。
その後、コンタクト層３７の活性層３３とは反対側すなわち上面の第２の半導体発光素子を形成する範囲を例えばエッチングマスク層（図示せず）によって保護する。そして、エッチングマスク層形成部及び第１の積層半導体層８ａ以外の積層半導体層をエッチング除去するエッチオフを行う。このようにして、図２Ｂに示すように、第１の積層半導体層８ａ及び第２の積層半導体層８ｂのみを残して形成する。
【００４１】
続いて、図３Ａに示すように、第２の積層半導体層８ｂを構成するコンタクト層３７の、活性層３３とは反対側すなわちこの例においては上面の例えば中央部にエッチングマスク層（図示せず）を形成し、コンタクト層３７から光ガイド層３６に至り、第２の活性層３３に至らない深さの選択的エッチングを行って、最終的に形成される第２の半導体発光素子３における主たる電流通路を構成するストライプ状リッジ９ｂを形成して、第２の素子主要部３８を得る。
その後、図３Ｂに示すように、同様に第１の積層半導体層８ａを構成するコンタクト層２７の、活性層２３とは反対側すなわちこの例においては上面の例えば中央部にエッチングマスク層（図示せず）を形成し、コンタクト層２７から光ガイド層２６に至り、第１の活性層２３に至らない深さの選択的エッチングを行って、最終的に形成される第１の半導体発光素子２の主たる電流通路を構成するストライプ状リッジ９ａを形成して、第１の素子主要部２８を得る。このようにして、第１及び第２の素子主要部２８及び３８を形成する主要部形成工程を行う。
この実施の形態例においては、主要部形成工程を上述のように行うことから、発光波長帯が互いに異なる複数の半導体発光素子の主要部を形成する主要部形成工程は、本発明による半導体発光装置１を構成する複数の半導体発光素子の数と同じ工程数行うものである。
【００４２】
続いて、図４Ａに示すように、第１及び第２の素子主要部２８及び３８の上面に、例えばＡｌＩｎＰによる同一組成の埋込層２９及び３９を、例えばエピタキシャル成長によって全面的に形成する。そして、コンタクト層２７及び３７の上面の埋込層、すなわち埋込層２９及び３９の所定の一部を選択的に除去する。その後、図４Ｂに示すように、基体４の裏面に例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属膜による電極５をオーミックに被着形成し、コンタクト層２７及び３７の上面に例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの多層金属膜による電極６ａ及び６ｂをそれぞれオーミックに被着形成する。このようにして、各素子における主たる電流通路を規定する埋込層を形成する埋込層形成工程を行い、図１に示す、本発明による半導体発光装置１を得る。
【００４３】
この半導体発光装置の製造方法の実施の形態例において、第１の半導体発光素子２の形成においては、光ガイド層２６の他に別途エッチングストップ層２５を形成し、このエッチングストップ層２５によって、主要部形成工程におけるエッチングの深さを規定する構成とした。これに対し、第２の半導体発光素子３の形成においては、光ガイド層３６がエッチングの深さを規制する役割を果たし、エッチングが少なくとも第２の活性層３３に至らないように規定する構成とした。
【００４４】
また、第１の半導体発光素子２の形成において、エッチングストップ層２５を光ガイド層として好適な特性を有する材料によって構成することもできる。この場合、エッチングストップ層は主要部形成工程におけるエッチングの深さを規制する役割を担うだけでなく、活性層からの発振光の発光点及び発光分布を引き寄せる等の作用をなすものである。したがってこの場合、エッチングストップ層自体が、ある程度活性層からの光を吸収できるような屈折率を有していることが望ましい。
【００４５】
上述のように、本発明による半導体発光装置の製造方法においては、光ガイド層２２、２６、３２、３６の各層は、例えば各光ガイド層を多層構造すなわち２層構造或いは３層構造とする構成のほか、活性層からの距離や各ガイド層の組成構造としての構成、或いは積層順序としての構成等を変化させて、複数の半導体発光素子間で互いに異なる構成とすることができる。そして、これにより、エッチングの態様を制御することができるものである。すなわち、各半導体発光素子に関して、必ずしも光ガイド層とは別にエッチングストップ層が設けられなくとも良い。
【００４６】
以上、本発明による半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法の実施の形態例について説明したが、本発明による半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法は、この実施の形態例に限られるものでないことは言うまでもない。
【００４７】
例えば、上述の実施の形態例においては、本発明による半導体発光装置の製造方法の例として、発光波長が互いに異なる２つの半導体発光素子からなる２波長半導体発光装置の製造方法を例として説明したが、上述の本発明による半導体発光装置の製造方法によれば、上述の主要部形成工程と埋込層形成工程とにより、３つ或いはそれ以上の複数の半導体発光素子から成る多波長半導体発光装置を製造することができるものである。
すなわち、本発明による半導体発光装置は、発光波長が互いに異なる２つの半導体発光素子からなる構成に限られるものではなく、３つ以上の半導体発光素子からなる多波長半導体発光装置とすることができる。
【００４８】
また、上述の実施の形態例においては、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、両者を逆導電型とすることもできる。
また、本発明による半導体発光装置は、所謂パルセーションレーザにも適用できるものであり、各素子は必要に応じてバッファ層を有する構成とすることもできる。
そして、本発明による半導体発光装置は、複数の素子が基体の異なる一主面に形成された構成とすることができる。
【００４９】
また、本発明による半導体発光装置の製造方法において、上述の実施の形態例では第２の半導体発光素子３のストライプ状リッジ９ｂの形成を、第１の半導体発光素子２のストライプ状リッジ９ａの形成に先立って行ったが、両者の工程順序を逆とすることもできる。
そして、本発明による半導体発光装置の製造方法によれば、多数の半導体発光素子を同時に形成し、これを分断することによって複数例えば２つの半導体発光素子を有する半導体発光装置を複数製造することもできるほか、半導体集積回路を構成することもできるなど、種々の変形、変更をなされ得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による半導体発光装置の一例の構成を示す、装置要部の概略断面図である。
【図２】図２Ａ及びＢは、それぞれ、本発明による半導体発光装置の製造方法の一例における一工程を示す概略断面図である。
【図３】図３Ａ及びＢは、それぞれ、本発明による半導体発光装置の製造方法の一例における一工程を示す概略断面図である。
【図４】図４Ａ及びＢは、それぞれ、本発明による半導体発光装置の製造方法の一例における一工程を示す概略断面図である。
【図５】従来の単波長半導体発光装置を構成するインデックスガイド型レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図６】従来の単波長半導体発光装置を構成するゲインガイド型レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図７】従来の２波長半導体発光装置の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・半導体発光装置、２・・・第１の半導体発光素子、３・・・第２の半導体発光素子、４・・・基体（基板）、５・・・電極、６ａ・・・電極、６ｂ・・・電極、８ａ・・・積層半導体層、８ｂ・・・積層半導体層、９ａ・・・リッジ（ストライプ）、９ｂ・・・リッジ（ストライプ）、２１・・・第１の第１導電型クラッド層、２２・・・光ガイド層、２３・・・第１の活性層、２４・・・第１の第２導電型クラッド層、２５・・・エッチングストップ層、２６・・・光ガイド層、２７・・・コンタクト層、２８・・・第１の素子主要部、２９・・・埋込層、３１・・・第２の第１導電型クラッド層、３２・・・光ガイド層、３３・・・第２の活性層、３４・・・第２の第２導電型クラッド層、３６・・・光ガイド層、３７・・・コンタクト層、３８・・・第２の素子主要部、３９・・・埋込層、１０１・・・インデックスガイド型レーザ素子、１０４・・・基体（基板）、１０５・・・電極、１０６・・・電極、１２１・・・第１導電型クラッド層、１２３・・・活性層、１２５・・・エッチングストップ層、１２７・・・コンタクト層、１２８・・・素子主要部、１２９・・・埋込層、２０１・・・ゲインガイドレーザ、２０４・・・基体（基板）、２０５・・・電極、２０６・・・電極２０７・・・絶縁層、２２１・・・第１導電型クラッド層、２２３・・・活性層、２２４・・・第２導電型クラッド層、２２８・・・素子主要部、３０１・・・従来の半導体発光装置、３０２・・・第１の半導体発光素子、３０３・・・第２の半導体発光素子、３０４・・・基体（基板）、３０５・・・電極、３０６ａ・・・電極、３０６ｂ・・・電極、３２１ａ・・・第１の第１導電型クラッド層、３２１ｂ・・・第１の第１導電型クラッド層、３２２ａ・・・光ガイド層、３２２ｂ・・・光ガイド層、３２３・・・第１の活性層、３２４ａ・・・第１の第２導電型クラッド層、３２４ｂ・・・第１の第２導電型クラッド層、３２５・・・エッチングストップ層、３２６ａ・・・光ガイド層、３２６ｂ・・・光ガイド層、３２７ａ・・・コンタクト層、３２７ｂ・・・コンタクト層、３２８・・・第１の素子主要部、３２９・・・埋込層、３３３・・・第２の活性層、３３８・・・第２の素子主要部、３３９・・・埋込層
【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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