(57)【要約】【課題】縦モードがマルチモード発振特性であり且つ温度特性及び信頼性に優れた集積型半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】赤外レーザ部１００と赤色レーザ部１３０とが同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に搭載されたモノリシック２波長レーザ装置において、１×１０17ｃｍ-3＜赤外レーザ部１００のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜赤色レーザ部１３０のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3の関係を満たしている。【選択図】図１
2007273681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長で発光する第１のダブルヘテロ構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長で発光する第２のダブルヘテロ構造とを同一の第１導電型半導体基板上に備えた半導体レーザ装置であって、
前記第１のダブルヘテロ構造は、第１の第１導電型クラッド層と、前記第１の第１導電型クラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第２のダブルヘテロ構造は、第２の第１導電型クラッド層と、前記第２の第１導電型クラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第１の第２導電型クラッド層と前記第２の第２導電型クラッド層とは同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の第１導電型クラッド層、前記第１の第２導電型クラッド層、前記第２の第１導電型クラッド層及び前記第２の第２導電型クラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰを含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の活性層はＧａＡｓを含み、
前記第２の活性層はＧａＩｎＰを含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、Ｃｐ１＜Ｃｐ２の関係を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とすると、Ｃｐ１＜７×１０17ｃｍ-3の関係を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０17ｃｍ-3＜Ｃｐ２＜８×１０17ｃｍ-3の関係を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型のクラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０17ｃｍ-3＜Ｃｐ１＜Ｃｐ２＜７×１０17ｃｍ-3の関係を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層には第１のリッジ部が形成されており、
前記第２の第２導電型クラッド層には第２のリッジ部が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１のリッジ部の両側壁及び前記第２のリッジ部の両側壁にはそれぞれ電流狭窄層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
異なる波長で発光する複数の発光素子を第１導電型半導体基板上に集積した半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記第１導電型半導体基板上における前記複数の発光素子のそれぞれの形成領域において、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形成する工程と、
前記複数の発光素子のそれぞれの前記第２導電型クラッド層をメサ状にパターニングしてリッジ部を形成する工程とを備え、
前記複数の発光素子のそれぞれの前記第２導電型クラッド層は同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関し、特に縦モードがマルチモードである半導体レーザ装置（自励発振型を含む）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク及び光磁気記録ディスク等の記録媒体に対する光学的記録装置及び光学的読み出し装置等に用いられる光ピックアップ光源として、半導体レーザ素子が多用されている。また、光ピックアップ光源の用途は、レコーダー用、ＰＣ（personal computer ）用及び車載用等の多岐にわたり、光ディスク市場は拡大し続けている。特に、カーナビゲーションに代表される車載用の要望は高く、ＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）つまり全ディスクの再生が可能な光ピックアップ装置の需要が拡大している。
【０００３】
車載用光ピックアップ装置に強く求められることとして、（１）光ピックアップ装置の小型化、（２）信号劣化抑制（低雑音化）、及び（３）低温から高温まで動作し得る幅広い動作温度保証が挙げられる。
【０００４】
まず、（１）光ピックアップ装置の小型化のためには、光学部品の数を低減して装置を簡略化することが有効であり、その一つの方法として、ＤＶＤ用の６５０ｎｍ帯の赤色半導体レーザとＣＤ用の７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザとを同一の半導体基板上に集積化したモノリシック半導体レーザを実現することが挙げられる。これにより、複数の半導体レーザを一つの基板上に集約してリードタイムやコストを低減できるだけではなく、コリメータレンズやビームスプリッタ等の光学部品を赤色半導体レーザと赤外半導体レーザとの間で共用化でき、装置の小型化に有効である。
【０００５】
次に、（２）信号劣化抑制（低雑音化）に関し、まず、雑音の発生要因について説明する。半導体レーザを光ディスクシステムの光源として用いると、光ディスクに集光されたレーザ光が光ディスクの盤面で反射し、再びレーザ出射端にフィードバックされる。この場合、光ディスクは複合共振器の様に作用する。ここで、複合共振器で決まる縦モードの発振波長と、半導体レーザ自身の共振器面で決まる縦モードの発振波長とは、それぞれの共振器を形成する光路長に差があるために互いに異なる波長となる。さらに、複合共振器効果による実効的な端面反射率も光路長により変動する。そのため、ある動作状態においては、複合共振器により決まる縦モードの発振しきい電流値が、レーザ自身で決まる縦モードの発振しきい電流値よりもが小さくなり、その結果、発振モードが入れ替わる場合がある。この時、光ディスクからの反射戻り光により縦モードがモード競合を生じ、光出力が不安定化する結果、雑音が生じてしまう。この雑音を戻り光雑音と呼ぶ。この雑音の大きさが、相対雑音強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）に換算して−１２０ｄＢ／Ｈｚよりも大きくなると、実用上支障を来してしまうことになる。
【０００６】
半導体レーザにおける戻り光雑音を低減するには、半導体レーザをマルチ縦モード動作させることが効果的である。マルチ縦モード動作とは、レーザ発振を生じている波長（発振波長）が単一の波長ではなく、複数の発振波長からなるレーザ発振状態のことである。半導体レーザをマルチ縦モード動作させると、モード競合を生じにくくなり、過剰な雑音が発生しなくなるため、光ディスクからの反射戻り光の影響の少ない低雑音特性を実現することができる。
【０００７】
マルチモード発振を生じさせるためには、半導体レーザをパルス状に動作させればよい。半導体レーザをパルス状に動作させるためには、高周波重畳回路を用いてレーザをパルス駆動させればよいが、この場合、新たな駆動回路が必要となり、部品点数が増大するため、光ピックアップの小型化又はコストの面で不利である。また、最近の自動車には半導体レーザ素子を高速変調する高周波重畳モジュール以外にも高周波を用いた装備品（例えばＥＴＣ機器（Electronic Toll Collection system ）が多く搭載されている。このため、機器同士の周波数の共鳴に起因する機器の誤動作等の問題が発生する可能性がある。従って、半導体レーザ素子を高速変調させる方法は最善の方法とは言い難い。
【０００８】
高周波重畳回路を用いずに、レーザをパルス状に駆動させるためには半導体レーザにおける自励発振現象を利用することが有効である。自励発振型レーザでは、導波路中に形成されたレーザ光に対する吸収領域がレーザ光自身により励起され、その光吸収量が小さくなり、ついには透明（吸収飽和）となる可飽和吸収体を形成する必要がある。吸収体が透明となると、導波路の損失が小さくなり光出力が急激に大きくなる。光出力が大きくなると、誘導放出で消費される活性層でのキャリア数も大きくなり、急激にキャリアが失われるため、ついにはキャリア数が不足してレーザ発振が停止することなる。このため、自励発振型レーザの光出力は、直流バイアス動作させていても、時間に対してパルス状の動作をし、マルチ縦モード発振を得ることができる。また、自励発振動作中の半導体レーザでは、活性層でのキャリア密度も時間的に振動するため、活性層の屈折率が時間的に変化する。活性層の屈折率が変化すると、発光波長の変化につながるため、個々の発振スペクトルの線幅も大きくなる結果、光ディスクからの反射戻り光との干渉性を低減することができる。このように、（２）信号劣化抑制（低雑音化）のためには、高周波重畳回路を用いずに過剰雑音を低減できる小型低雑音の光源として自励発振型レーザは重要である。
【０００９】
次に、（３）幅広い動作温度保証のためには、半導体レーザ素子自体の温度特性を向上させる必要がある。そのための一つの方法として、特許文献１の方法が知られている。特許文献１には、クラッド層の不純物濃度を８×１０17ｃｍ-3以上にすることによって、半導体レーザ素子の温度特性を向上させることが記されている。
【特許文献１】特開平５−２０２０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、（１）光ピックアップ装置の小型化及び（２）信号劣化抑制（低雑音化）のためには、自励発振型レーザの集積型半導体レーザ装置（例えば２波長半導体レーザ装置）への適用が望まれている。
【００１１】
しかしながら、（３）幅広い動作温度保証のために、前述の特許文献１に記載されているように、クラッド層の不純物濃度を８×１０17ｃｍ-3以上にすると、高温での温度特性は良好となるが、反面、安定した自励発振が得られないという問題が発生する。さらに、クラッド層の不純物濃度が高いと、レーザ装置作製工程中の熱履歴により活性層に不純物が拡散し、信頼性に対しても悪影響を及ぼすこととなる。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、低温から高温までの幅広い温度範囲において縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる半導体レーザ素子を集積型半導体レーザ装置用として提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、前述の特許文献１に記載されているように、クラッド層の不純物濃度を高くした場合に自励発振が不安定になる原因を検討したところ、以下のような知見を得た。
【００１４】
すなわち、自励発振型レーザでは、前述のように、可飽和吸収体を導波路中に形成する必要があるため、通常、可飽和吸収体は活性層に形成されている。この場合、導波路を伝播する導波光の光分布を電流狭窄層下の活性層にまで横方向に大きく広げることにより、電流狭窄層下の活性層に可飽和吸収体を形成する。この電流狭窄層下の活性層領域は最初レーザ光に対して吸収体として働くが、レーザ光自身の光による励起により活性層に電子正孔対が形成される結果、光吸収が弱まっていく。光吸収が弱まると、導波路損失が小さくなるため、光出力が増大し、この電流狭窄層下の活性層領域で益々電子正孔対が励起され、それにより光吸収がさらに弱まり、ついにはレーザ光に対して透明となる。その結果、光出力が急激に増大し、光出力がパルス状に強まることになる。このように光出力が強くなると、励起された電子正孔対が誘導放出に起因する再結合により失われるので、可飽和吸収体が形成された電流狭窄層下の活性層領域は再び吸収体として働くことになる。その結果、光出力が時間的にパルス状に振動する自励発振現象が得られることになる。
【００１５】
このように、自励発振型レーザの実現のためには、電流狭窄層下の活性層をいかに可飽和吸収体として機能させるかが重要であるが、前述の特許文献１のようにクラッド層の不純物濃度が高いと、キャリアの拡散距離が長くなり、電流狭窄層下の活性層にまで電流が拡がってしまう。このため、そのような電流もレーザ発振に寄与することとなり、可飽和吸収体の形成が困難になるか又は不可能になるので、安定な自励発振特性を得ることが困難となる。
【００１６】
すなわち、本願発明者らは、電流拡がりを抑制して（つまり可飽和吸収体を安定的に形成して）安定な自励発振を維持でき且つ温度特性及び信頼性を確保できるように、クラッド層の不純物濃度を設定する必要があることを見出した。
【００１７】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、具体的には、本発明に係る半導体レーザ装置は、第１の波長で発光する第１のダブルヘテロ構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長で発光する第２のダブルヘテロ構造とを同一の第１導電型半導体基板上に備えた半導体レーザ装置であって、前記第１のダブルヘテロ構造は、第１の第１導電型クラッド層と、前記第１の第１導電型クラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層とを有し、前記第２のダブルヘテロ構造は、第２の第１導電型クラッド層と、前記第２の第１導電型クラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２の第２導電型クラッド層とを有し、前記第１の第２導電型クラッド層と前記第２の第２導電型クラッド層とは同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度を有する。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置によると、各発光素子を構成するダブルヘテロ構造毎に、第２導電型クラッド層が異なる不純物濃度を有するため、活性層における横方向の電流拡がりを抑制して（つまり可飽和吸収体を安定的に形成して）安定な自励発振を維持でき且つ温度特性及び信頼性を確保できるように、各第２導電型クラッド層の不純物濃度を最適化することができる。従って、低温から高温までの幅広い温度範囲において縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる半導体レーザ素子を複数有する集積型半導体レーザ装置を得ることができる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の第１導電型クラッド層、前記第１の第２導電型クラッド層、前記第２の第１導電型クラッド層及び前記第２の第２導電型クラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰを含むと、装置の製造工程を単純化することができると共に、赤外を含む２波長半導体レーザ装置において赤外レーザの温度特性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の活性層はＧａＡｓを含み、前記第２の活性層はＧａＩｎＰを含むと、赤外及び赤色の２波長の自励発振型低雑音レーザを再現性よく得ることが可能となる。この場合、前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とした場合にＣｐ１＜Ｃｐ２の関係を有すると、第１及び第２のダブルヘテロ構造のそれぞれの第２導電型クラッド層の不純物濃度を確実に最適化することができる。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とした場合にＣｐ１＜７×１０17ｃｍ-3の関係を有すると、第１のダブルヘテロ構造の第２導電型クラッド層の不純物濃度を確実に最適化することができる。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とした場合に１×１０17ｃｍ-3＜Ｃｐ２＜８×１０17ｃｍ-3の関係を有すると、第２のダブルヘテロ構造の第２導電型クラッド層の不純物濃度を確実に最適化することができる。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の活性層はＡｌＧａＡｓを含み、前記第２の活性層はＡｌＧａＩｎＰを含む場合、前記第１の第２導電型のクラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０17ｃｍ-3＜Ｃｐ１＜Ｃｐ２＜７×１０17ｃｍ-3の関係を有することが好ましい。このようにすると、低温から高温までの幅広い温度範囲において、赤外及び赤色の２波長の自励発振型低雑音レーザのそれぞれの縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の第２導電型クラッド層には第１のリッジ部が形成されており、前記第２の第２導電型クラッド層には第２のリッジ部が形成されており、前記第１のリッジ部の両側壁及び前記第２のリッジ部の両側壁にはそれぞれ電流狭窄層が形成されていると、第１及び第２のダブルヘテロ構造のそれぞれにおいて水平横方向の光閉じ込めを確実に行うことができる。
【００２５】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、異なる波長で発光する複数の発光素子を第１導電型半導体基板上に集積した半導体レーザ装置の製造方法であって、前記第１導電型半導体基板上における前記複数の発光素子のそれぞれの形成領域において、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形成する工程と、前記複数の発光素子のそれぞれの前記第２導電型クラッド層をメサ状にパターニングしてリッジ部を形成する工程とを備え、前記複数の発光素子のそれぞれの前記第２導電型クラッド層は同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度を有する。
【００２６】
すなわち、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、以上に述べた本発明の第１の半導体レーザ装置を製造するための方法であって、前述の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、低温から高温までの幅広い温度範囲において縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる半導体レーザ素子を集積型半導体レーザ装置用として提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造の一例を示す模式図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、赤外レーザ部１００と赤色レーザ部１３０とが同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に搭載されたモノリシック２波長レーザ装置である。
【００３０】
まず、赤外レーザ部１００においては、図１（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、赤色レーザ部１３０とは独立して、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２（厚さ０．４μｍ）、ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０３（厚さ２．０μｍ）、活性層１０４、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５（厚さ０．８３μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０６（厚さ９０Å）、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０７（厚さ０．６μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０８（厚さ０．１μｍ）及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０（厚さ０．２μｍ）が下からこの順に積層されている。これにより、活性層１０４がｎ型クラッド層１０３とｐ型クラッド層１０５及び１０７とによって挟持されたダブルへテロ構造が実現される。
【００３１】
ここで、活性層１０４は、図１（ｂ）に示すように、井戸数が三層である量子井戸活性層となっている。具体的には、活性層１０４は、下から順に３つのＧａＡｓ井戸層１０４５ｗ、１０４３ｗ及び１０４１ｗ（それぞれ厚さ３０Å、合計厚さ９０Å）が２つの（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１０４４ｂ及び１０４２ｂ（それぞれ厚さ５０Å）をそれぞれ間に挟んで形成され、且つこれら五層の積層構造が２つの（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１０４０ｇ及び１０４６ｇ（それぞれ厚さ１３０Å）により下と上とから挟まれた構造を有している。すなわち、下側（ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０３の側）から順に、（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１０４６ｇ、ＧａＡｓ井戸層１０４５ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１０４４ｂ、ＧａＡｓ井戸層１０４３ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１０４２ｂ、ＧａＡｓ井戸層１０４１ｗ及び（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１０４０ｇが積層されている。尚、活性層１０４のうち最も上に位置する（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１０４０ｇの上に、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５が形成されている。
【００３２】
また、図１（ａ）に示すように、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０８及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０は、水平横方向の光閉じ込め及び電流狭窄を行うためのリッジストライプ１１１としてメサ型のストライプ形状に加工されている。リッジストライプ１１１の両側には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０９（厚さ０．３μｍ）が形成されており、これによって、活性層１０４に注入される電流の領域を狭窄する電流狭窄構造が構成されている。ここで、電流狭窄層１０９の下面（言い換えるとリッジストライプ１１１の下面）から活性層１０４の上面までの距離（残し厚）をｄ1 とする。尚、エッチングストップ層１０６の厚さは第１クラッド層１０５の厚さと比べて十分に薄く無視できる程度であるため、ｄ1 にはエッチングストップ層１０６の厚さを含めていない。
【００３３】
本実施形態の赤外レーザ部１００の各層を構成する材料の組成比は例えば次の通りである。ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０７はそれぞれ（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐである。また、活性層１０４を構成する（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１０４２ｂ及び１０４４ｂは、（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐである。
【００３４】
また、本実施形態において、赤外レーザ部１００のリッジストライプ１１１の底部の幅（ストライプ幅）は２μｍであり、残し厚ｄ1 （つまりｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の厚さ）は０．８３μｍである。
【００３５】
次に、赤色レーザ部１３０においても、その基本的な構成は赤外レーザ部１００と同様である。すなわち、赤色レーザ部１３０においては、図１（ａ）に示すように、赤外レーザ部１００と共通のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、赤外レーザ部１００とは独立して、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３２（厚さ１．２μｍ）、ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１３３（厚さ１．２μｍ）、活性層１３４、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５（厚さ０．４１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１３６（厚さ６０Å）、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１３７（厚さ０．５８μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１３８（厚さ０．１μｍ）及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４０（厚さ０．２μｍ）が下からこの順に積層されている。これにより、活性層１３４がｎ型クラッド層１３３とｐ型クラッド層１３５及び１３７とによって挟持されたダブルへテロ構造が実現される。
【００３６】
ここで、活性層１３４は、図１（ｃ）に示すように、井戸数が五層である量子井戸活性層となっている。具体的には、活性層１３４は、下から順に５つのＧａＩｎＰ井戸層１３４９ｗ、１３４７ｗ、１３４５ｗ、１３４３ｗ及び１３４１ｗ（それぞれ厚さ６０Å、合計厚さ３００Å）が４つの（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４８ｂ、１３４６ｂ、１３４４ｂ及び１３４２ｂ（それぞれ厚さ６０Å）をそれぞれ間に挟んで形成され、且つこれら九層の積層構造が２つの（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１３５０ｇ及び１３４０ｇ（それぞれ厚さ７００Å）により下と上とから挟まれた構造を有している。すなわち、下側（ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１３３の側）から順に、（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１３５０ｇ、ＧａＩｎＰ井戸層１３４９ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４８ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層１３４７ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４６ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層１３４５ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４４ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層１３４３ｗ、（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４２ｂ、ＧａＩｎＰ井戸層１３４１ｗ及び（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１３４０ｇが積層されている。尚、活性層１３４のうち最も上に位置する（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１３４０ｇの上に、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５が形成されている。
【００３７】
また、赤外レーザ部１００と同様に、図１（ａ）に示すように、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１３７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１３８及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４０は、水平横方向の光閉じ込め及び電流狭窄を行うためのリッジストライプ１４１としてメサ型のストライプ形状に加工されている。リッジストライプ１４１の両側には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０９（厚さ０．３μｍ）が形成されており、これによって、活性層１３４に注入される電流の領域を狭窄する電流狭窄構造が構成されている。ここで、電流狭窄層１０９の下面（言い換えるとリッジストライプ１４１の下面）から活性層１３４の上面までの距離（残し厚）をｄ2 とする。尚、エッチングストップ層１３６の厚さは第１クラッド層１３５の厚さと比べて十分に薄く無視できる程度であるため、ｄ2 にはエッチングストップ層１３６の厚さを含めていない。
【００３８】
本実施形態の赤色レーザ部１３０の各層を構成する材料の組成比は例えば次の通りである。ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１３３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１３７はそれぞれ（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐである。また、活性層１３４を構成する（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１３４０ｇ及び１３５０ｇと、活性層１３４を構成する（ＡｌＧａ）ＩｎＰバリア層１３４２ｂ、１３４４ｂ、１３４６ｂ及び１３４８ｂとはそれぞれ（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐである。さらに、活性層１３４を構成するＧａＩｎＰ井戸層１３４９ｗ、１３４７ｗ、１３４５ｗ、１３４３ｗ及び１３４１ｗはＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐである。
【００３９】
また、本実施形態において、赤色レーザ部１３０のリッジストライプ１４１の底部の幅（ストライプ幅）は４μｍであり、残し厚ｄ2 （つまりｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の厚さ）は０．４１μｍである。
【００４０】
尚、本実施形態において、赤外レーザ部１００におけるリッジストライプ１１１と、赤色レーザ部１３０におけるリッジストライプ１４１とは同時に形成される。また、電流狭窄層１０９についても、赤外レーザ部１００及び赤色レーザ部１３０のそれぞれにおいて同時に形成される。
【００４１】
さらに、いずれも図示は省略しているが、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０及び１４０並びに電流狭窄層１０９のそれぞれの上にはｐ型電極が形成されていると共に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ型電極が形成されている。これらのｐ型電極及びｎ型電極についても、赤外レーザ部１００及び赤色レーザ部１３０のそれぞれにおいて同時に形成される。
【００４２】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置は、赤外レーザ部１００と赤色レーザ部１３０とを備えるモノリシック２波長レーザ装置となっている。
【００４３】
このような半導体レーザ装置について、赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、４×１０17ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの発振スペクトル特性を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。また、赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、８×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの発振スペクトル特性を図２（ｅ）〜（ｈ）に示す。測定条件は赤外及び赤色とも、室温、ＣＷ（Continuous Wave ）５ｍＷである。
【００４４】
尚、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５のそれぞれへの注入不純物は例えばＺｎ若しくはＭｇ又はその両方である。また、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５のそれぞれにおいて不純物濃度が均一ではない場合、各層内の平均濃度を各層の不純物濃度とみなす。
【００４５】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、赤外レーザに関しては、不純物濃度が１〜７×１０17ｃｍ-3の範囲では良好なマルチモード特性を示しているが、不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3になるとマルチモード特性が低下している。
【００４６】
一方、図２（ｅ）〜（ｈ）に示すように、赤色レーザに関しては、不純物濃度が高くなるに従って、発振スペクトルの半値全幅が狭くなり、不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3になると、ほとんどシングルモードとなっている。
【００４７】
尚、８５℃の高温動作時においてマルチモード発振を得るためには、室温動作時において発振スペクトルの半値全幅が０．５ｎｍ以上必要である。その理由は、高温になると動作電流値が増大する結果、可飽和吸収体が小さくなると共に後述する微分利得が低下して自励発振が生じにくくなるためである。
【００４８】
次に、図２（ａ）〜（ｈ）に示す実験結果において、赤外レーザと赤色レーザとの間で発振スペクトルの半値全幅に差が生じること、及び不純物濃度の増大に伴って発振スペクトルの半値全幅が減少することについて説明する。
【００４９】
図３は活性層における利得係数ｇの動作キャリア密度ｎ依存性を示す。具体的には、図３は、赤外レーザの活性層に用いられているＧａＡｓの利得係数と、赤色レーザの活性層に用いられているＧａＩｎＰの利得係数とを示している。
【００５０】
図３に示すように、ＧａＩｎＰの微分利得ｄｇ／ｄｎはＧａＡｓの微分利得ｄｇ／ｄｎよりも小さい。微分利得が小さいということは、キャリアの変動に対して光子の変動（振動）が小さいことを意味する。自励発振では、キャリアと光子との相互作用を大きくして振動を永続させることが重要である。従って、微分利得が小さいＧａＩｎＰ（赤色レーザ）の振動はＧａＡｓ（赤外レーザ）の振動よりも小さいため、ＧａＩｎＰ（赤色レーザ）の発振スペクトルの半値全幅はＧａＡｓ（赤外レーザ）よりも狭くなると考えられる。
【００５１】
また、図３に示すように、動作キャリア密度ｎが高い領域の微分利得は、動作キャリア密度ｎが低い領域の微分利得に比べて小さい。すなわち、動作電流つまり動作キャリア密度ｎが高くなると、自励発振が生じにくくなるので、動作キャリア密度ｎが高い領域の発振スペクトルの半値全幅は、動作キャリア密度ｎが低い領域の発振スペクトルの半値全幅よりも狭くなる。
【００５２】
さらに、（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層の不純物濃度が高い場合には、当該不純物濃度が低い場合と比較して、当該第１クラッド層から活性層にキャリアが注入される前に当該第１クラッド層内でキャリアが拡がってしまう。このため、可飽和吸収体が減少して少ない注入電流でもレーザ発振が可能となるので、レーザ発振時の光出力のピークパワーが小さくなる。その結果、誘導放出により失われるキャリアが減るため、キャリアの振幅が小さくなるので、より高い準位へ励起されるキャリアが減少する。これにより、発振可能な光の半値全幅が減少し、波長範囲（つまり発振スペクトルの半値全幅）が減少する。
【００５３】
以上のように、活性層の微分利得及び（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層の不純物濃度のそれぞれによって、発振スペクトルの大小は決定されるものと考えられる。
【００５４】
図４（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置において赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、４×１０17ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの８５℃の電流−光出力特性を示している。図４（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置において赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、８×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの８５℃の電流−光出力特性を示している。
【００５５】
図４（ａ）に示すように、赤外レーザに関しては、不純物濃度の減少に従って電流値が増加するものの、不純物濃度が１〜１０×１０17ｃｍ-3の範囲において熱飽和しない良好な電流−光出力特性が得られる。これは、活性層ＧａＡｓとクラッド層ＡｌＧａＩｎＰと間のバンドギャップ差ΔＥｇが大きいことにより活性層からクラッド層への漏れ電流が小さくなり、それによって良好な温度特性を示すものと考えられる。尚、本願において、良好な温度特性とは、８５℃の電流−光出力特性において電流に対して光出力が線形的であり、キンクや熱飽和等が発生しないことを意味する。
【００５６】
一方、図４（ｂ）に示すように、赤色レーザに関しては、赤外レーザと同様に不純物濃度の減少に伴って電流値が大幅に増加し、特に、不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3になると微分効率（Ｓｅ）が低下している。このように、赤色レーザに関しては、温度特性に対する不純物濃度の影響が大きく、温度特性を改善するためにはできるだけ高い不純物濃度が必要となる。
【００５７】
以上に説明した図２（ａ）〜（ｈ）のマルチモード特性の実験結果並びに図４（ａ）及び（ｂ）の電流−光出力特性の実験結果から分かるように、赤外レーザについては、マルチモード特性の観点から、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜８×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要である。一方、赤色レーザについては、安定したマルチモード特性の実現のためには、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜６×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要であり、温度特性を改善するためには、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＞１×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要である。
【００５８】
従って、上記結果を鑑みると、赤外レーザについては、マルチモード特性及び温度特性の両特性を満足できるものにするためには、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3の関係を満たしていればよい。また、赤色レーザについては、マルチモード特性及び温度特性の両特性を満足できるものにするためには、１×１０17ｃｍ-3＜ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜８×１０17ｃｍ-3の関係を満たしていればよい。
【００５９】
また、本実施形態のレーザ装置が２波長レーザ装置であるという観点からすれば、１×１０17ｃｍ-3＜赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3の関係を満たしていることが好ましい。なぜなら、赤色レーザにおいては、マルチモード特性を維持できる範囲で温度特性を改善するためにできるだけ高い不純物濃度が必要であるが、赤外レーザにおいては、マルチモード特性を維持できる範囲の不純物濃度であれば問題ないからである。
【００６０】
尚、本実施形態のレーザ装置において、１×１０17ｃｍ-3＜赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3となる場合も考えられるが、これは以下の理由により避けるべきである。すなわち、赤外レーザにおいては、活性層１０４のＧａＡｓ井戸層１０４１ｗの上端（ＧａＡｓ井戸層１０４１ｗ）とｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の下端との間の距離（つまり（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層１０４０ｇの膜厚１３０Å）が小さいため、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度が高いと、活性層１０４へ不純物が拡散し、結晶性の低下や非発光再結合中心の増加によって信頼性劣化が生じるので、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度はできるだけ低い方がよい。一方、赤色レーザにおいては、活性層１３４のＧａＩｎＰ井戸層１３４１ｗの上端とｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の下端との間の距離（つまり（ＡｌＧａ）ＩｎＰガイド層ガイド層１３４０ｇの膜厚７００Å）が大きいため、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度が高くても、活性層１３４への不純物拡散に起因する信頼性劣化は起こらない。従って、赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度を赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度よりも小さくすべきである。
【００６１】
以上のように、本実施形態の２波長レーザ装置においては、赤色レーザ及び赤外レーザのそれぞれのマルチモード特性、温度特性及び信頼性を同時に満足できるものとするために、１×１０17ｃｍ-3＜赤外側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜赤色側のｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3の関係を満たしていることが好ましい。このようにすると、８５℃での高温動作可能な低雑音レーザが得られる。
【００６２】
以下、本発明の一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面を参照しながら説明する。
【００６３】
図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７は、本発明の一実施形態に係る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。
【００６４】
まず、図５（ａ）に示すように、例えば（１００）面から［０１１］方向に１０°傾いた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法又はＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxial）法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２（厚さ０．４μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１０３（厚さ２．０μｍ）、量子井戸活性層１０４（具体的には（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐガイド層１０４６ｇ（厚さ１３０Å）、ＧａＡｓ井戸層１０４５ｗ（厚さ３０Å）、（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１０４４ｂ（厚さ５０Å）、ＧａＡｓ井戸層１０４３ｗ（厚さ３０Å）、（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１０４２ｂ、ＧａＡｓ井戸層１０４１ｗ（厚さ３０Å）及び（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐガイド層１０４０ｇの積層体）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１０５（厚さ０．８３μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０６（厚さ９０Å）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層１０７（厚さ０．６μｍ）、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層１０８（厚さ０．１μｍ）及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０（厚さ０．２μｍ）を順次形成する。
【００６５】
尚、本実施形態では、活性層１０４に多重量子井戸構造を用いているが、これに代えて、単層量子井戸構造又はバルク構造を用いてもよい。また、活性層１０４の導電型は特に限定されず、ｐ型であっても、ｎ型であっても、又はアンドープであってもよい。
【００６６】
また、本実施形態においては、前述のように、赤外レーザのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１０５の不純物濃度を、後述する赤色レーザのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１３５の不純物濃度よりも低くする必要がある。このようにすると、赤外レーザの第１クラッド層１０５の不純物濃度が低いことにより、活性層１０４への不純物拡散が抑制されるので、信頼性劣化を防止できる。ここで、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１０５を含む赤外レーザの積層構造を、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１３５を含む赤色レーザの積層構造よりも先に形成すると、赤色レーザの信頼性の点で有利になる。その理由は次の通りである。すなわち、仮に赤色レーザの積層構造を先に形成したとすると、赤色レーザのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１３５の不純物濃度が高いこと、及び赤色レーザの積層構造の形成後に赤外レーザの積層構造の形成のための熱を当該第１クラッド層１３５が余分に受けることにより、当該第１クラッド層１３５から活性層１３４への不純物拡散が促進される結果、赤色レーザの信頼性が劣化するからである。従って、信頼性の観点からは、赤外レーザの第１クラッド層１０５の不純物濃度＜赤色レーザの第１クラッド層１３５の不純物濃度の関係を満たすこと、及び赤外レーザの積層構造を赤色レーザの積層構造よりも先に形成することが必要である。
【００６７】
次に、基板１０１をＭＯＣＶＤ反応炉又はＭＢＥ反応炉から取り出した後、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより赤外レーザ形成領域にレジストパターン５０１を形成し、その後、レジストパターン５０１をマスクとして硫酸系又は塩酸系のエッチング液を用いて、レジストパターン５０１によりマスクされていない領域のコンタクト層１１０、中間層１０８、ｐ型第２クラッド層１０７、エッチングストップ層１０６、ｐ型第１クラッド層１０５、活性層１０４、ｎ型クラッド層１０３及びバッファ層１０２を除去する。
【００６８】
次に、レジストパターン５０１を除去した後、図５（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３２（厚さ１．２μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１３３（厚さ１．２μｍ）、量子井戸活性層１３４（具体的には（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐガイド層１３５０ｇ（厚さ７００Å）、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ井戸層１３４９ｗ（厚さ６０Å）、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１３４８ｂ（厚さ６０Å）、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ井戸層１３４７ｗ（厚さ６０Å）、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１３４６ｂ（厚さ６０Å）、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ井戸層１３４５ｗ（厚さ６０Å）、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１３４４ｂ（厚さ６０Å）、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ井戸層１３４３ｗ（厚さ６０Å）、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層１３４２ｂ（厚さ６０Å）、Ｇａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ井戸層１３４１ｗ（厚さ６０Å）及び（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐガイド層１３４０ｇ（厚さ７００Å）の積層体）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１３５（厚さ０．４１μｍ）、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１３６（厚さ６０Å）、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層１３７（厚さ０．５８μｍ）、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層１３８（厚さ０．１μｍ）及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４０（厚さ０．２μｍ）を形成する。
【００６９】
次に、基板１０１をＭＯＣＶＤ反応炉又はＭＢＥ反応炉から取り出した後、図６（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより赤色レーザ形成領域にレジストパターン５０２を形成し、その後、レジストパターン５０２をマスクとして硫酸系又は塩酸系のエッチング液を用いて、レジストパターン５０２によりマスクされていない領域のコンタクト層１４０、中間層１３８、ｐ型第２クラッド層１３７、エッチングストップ層１３６、ｐ型第１クラッド層１３５、活性層１３４、ｎ型クラッド層１３３及びバッファ層１３２を除去する。
【００７０】
次に、レジストパターン５０２を除去した後、図６（ｂ）に示すように、大気圧下で熱ＣＶＤ法（例えば３７０℃）を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０及び１４０のそれぞれの上に例えば厚さ０．３μｍの酸化シリコン膜５０３を堆積させ、その後、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酸化シリコン膜５０３をパターニングしてストライプ形状のマスクを形成する。続いて、このストライプ形状の酸化シリコン膜５０３をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０及び１４０、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０８及び１３８、並びにｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０７及び１３７を順次選択的にエッチングする。これにより、ヘテロ構造を有する基板１０１上における赤外レーザ形成領域及び赤色レーザ形成領域のそれぞれにメサ状のリッジが形成される。
【００７１】
尚、メサ状のリッジの形成において、ドライエッチング技術に代えて、ウェットエッチング技術を用いてもよいし、又はドライエッチング技術とウェットエッチング技術とを組み合わせて用いてもよい。
【００７２】
次に、基板１０１を再びＭＯＣＶＤ反応炉又はＭＢＥ反応炉に設置した後、図６（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜５０３をマスクとして、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０９（厚さ０．３μｍ）を選択的に成長させる。
【００７３】
次に、基板１０１をＭＯＣＶＤ反応炉又はＭＢＥ反応炉から取り出した後、図７に示すように、例えば弗酸系のエッチング液を用いて酸化シリコン膜５０３を除去する。これにより、本発明の一実施形態に係る２波長半導体レーザ装置を得ることができる。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態によると、赤色レーザ及び赤外レーザのそれぞれを構成するダブルヘテロ構造毎にｐ型クラッド層が異なる不純物濃度を有するため、各活性層における横方向の電流拡がりを抑制して（つまり可飽和吸収体を安定的に形成して）安定な自励発振を維持でき且つ温度特性及び信頼性を確保できるように、各ｐ型クラッド層の不純物濃度を最適化することができる。従って、低温から高温までの幅広い温度範囲において縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる半導体レーザ素子を複数有する集積型半導体レーザ装置を得ることができる。
【００７５】
尚、本実施形態において、赤色及び赤外域の２波長半導体レーザ装置を対象としたが、発光波長の種類（数）及び組み合わせは特に限定されるものではない。具体的には、相対的に短い波長で発光する発光素子として赤色レーザを用いたが、これに代えて、他のレーザを用いてもよい。また、相対的に長い波長で発光する発光素子として赤外レーザを用いたが、これに代えて、他のレーザを用いてもよい。
【００７６】
また、本実施形態において、活性層及びクラッド層等の各半導体層の構成材料並びに基板の構成材料も特に限定されないことは言うまでもない。具体的には、赤外レーザのｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０７として（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐを用いたが、赤外レーザの各クラッド層１０３、１０５及び１０７の材料は特に限定されるものではない。但し、赤外レーザの各クラッド層１０３、１０５及び１０７の材料としては、赤色レーザのｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１３３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１３７と同じ材料を用いることが好ましい。これらのクラッド層材料として、（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐを用いた場合には、例えばＡｌＡｓを含むＡｌＧａＡｓを用いた場合と比べて、高温時（例えば８５℃）における動作電流を低減することができる。また、赤色レーザ及び赤外レーザのそれぞれのリッジ部（ｐ型第２クラッド層１０７及び１３７）の材料として同じ材料を用いた場合には、両リッジ部をエッチングにより同時に形成することが可能となるので、生産性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態において、各レーザ素子のリッジ部側壁には同一の半導体層を形成することが好ましい。このようにすると、同一の結晶成長プロセスによってリッジ側壁上に光閉じ込め層（電流狭窄層）を形成することが可能となるため、結晶成長回数を低減でき、それにより素子作製プロセスの簡素化を図ることが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態において、リッジストライプ１１１及び１４１のそれぞれの両側にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０９を設けたが、これに代えて、他の半導体層からなる電流狭窄層、例えばＡｌＩｎＰ電流狭窄層を設けてもよい。或いは、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１０９に代えて、リッジストライプ１１１及び１４１のそれぞれの両側に誘電体層、例えばＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、ＴｉＯ2 層若しくはＡｌ2 Ｏ3 層のいずれか又はそれらの２層以上の積層体を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、低温から高温までの幅広い温度範囲において縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持できる集積型半導体レーザ装置を実現するものであり、特に、高温動作が要求される光ディスクシステム分野等におけるレーザ光源等として本発明は非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造の模式図であり、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザ部の活性層の断面構造の模式図であり、図１（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザ部の活性層の断面構造の模式図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザ部のｐ型第１クラッド層の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、４×１０17ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの発振スペクトル特性を示す図であり、図２（ｅ）〜（ｈ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザ部のｐ型第１クラッド層の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、８×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの発振スペクトル特性を示す図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の活性層における利得係数ｇの動作キャリア密度ｎ依存性を示す図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤外レーザ部のｐ型第１クラッド層の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、４×１０17ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの８５℃の電流−光出力特性を示す図であり、図４（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置における赤色レーザ部のｐ型第１クラッド層の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、５×１０17ｃｍ-3、８×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3としたときの８５℃の電流−光出力特性を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る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６】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る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７】図７は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００  赤外レーザ部
１０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３  ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層
１０４  活性層
１０４０ｇ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１ガイド層
１０４１ｗ  ＧａＡｓ第１井戸層
１０４２ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１バリア層
１０４３ｗ  ＧａＡｓ第２井戸層
１０４４ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２バリア層
１０４５ｗ  ＧａＡｓ第３井戸層
１０４６ｇ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２ガイド層
１０５  ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層
１０６  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１０７  ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層
１０８  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１０９  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
１１０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１１  リッジストライプ
１３０  赤色レーザ部
１３２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１３３  ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層
１３４  活性層
１３４０ｇ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１ガイド層
１３４１ｗ  ＧａＩｎＰ第１井戸層
１３４２ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１バリア層
１３４３ｗ  ＧａＩｎＰ第２井戸層
１３４４ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２バリア層
１３４５ｗ  ＧａＩｎＰ第３井戸層
１３４６ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第３バリア層
１３４７ｗ  ＧａＩｎＰ第４井戸層
１３４８ｂ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第４バリア層
１３４９ｗ  ＧａＩｎＰ第５井戸層
１３５０ｇ  （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２ガイド層
１３５  ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層
１３６  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１３７  ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層
１３８  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１４０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１４１  リッジストライプ
５０１  レジストパターン
５０２  レジストパターン
５０３  酸化シリコン膜
【図１】
2007273681.tif 000003
【図２】
2007273681.tif 000004
【図３】
2007273681.tif 000005
【図４】
2007273681.tif 000006
【図５】
2007273681.tif 000007
【図６】
2007273681.tif 000008
【図７】
2007273681.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
以上に説明した図２（ａ）〜（ｈ）のマルチモード特性の実験結果並びに図４（ａ）及び（ｂ）の電流−光出力特性の実験結果から分かるように、赤外レーザについては、マルチモード特性の観点から、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５の不純物濃度＜７×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要である。一方、赤色レーザについては、安定したマルチモード特性の実現のためには、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＜８×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要であり、温度特性を改善するためには、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５の不純物濃度＞１×１０17ｃｍ-3の関係を満たすことが必要である。
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月15日(2007.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長で発光する第１のダブルヘテロ構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長で発光する第２のダブルヘテロ構造とを同一の第１導電型半導体基板上に備えた半導体レーザ装置であって、
前記第１のダブルヘテロ構造は、第１の第１導電型クラッド層と、前記第１の第１導電型クラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第２のダブルヘテロ構造は、第２の第１導電型クラッド層と、前記第２の第１導電型クラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第１の第２導電型クラッド層と前記第２の第２導電型クラッド層とは同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度を有し、
前記第１の活性層はＧａＡｓを含む量子井戸活性層であり、
前記第２の活性層はＧａＩｎＰを含む量子井戸活性層であり、
前記第２の活性層の井戸数は、前記第１の活性層の井戸数よりも多く、
前記第２の第２導電型クラッド層の厚さは、前記第１の第２導電型クラッド層の厚さよりも小さいことを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の活性層の井戸数は３であり、前記第２の活性層の井戸数は５であることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第１導電型クラッド層、前記第１の第２導電型クラッド層、前記第２の第１導電型クラッド層及び前記第２の第２導電型クラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰを含むことを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、Ｃｐ１＜Ｃｐ２の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とすると、Ｃｐ１＜７×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０１７ｃｍ−３＜Ｃｐ２＜８×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項３に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型のクラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０１７ｃｍ−３＜Ｃｐ１＜Ｃｐ２＜７×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層には第１のリッジ部が形成されており、
前記第２の第２導電型クラッド層には第２のリッジ部が形成されていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１のリッジ部の両側壁及び前記第２のリッジ部の両側壁にはそれぞれ電流狭窄層が形成されていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記電流狭窄層はＧａＡｓからなることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置において、前記第１の活性層はＧａＡｓを含み、前記第２の活性層はＧａＩｎＰを含む場合、前記第１の第２導電型のクラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０１７ｃｍ−３＜Ｃｐ１＜Ｃｐ２＜７×１０１７ｃｍ−３の関係を有することが好ましい。このようにすると、低温から高温までの幅広い温度範囲において、赤外及び赤色の２波長の自励発振型低雑音レーザのそれぞれの縦モードがマルチモード発振（自励発振を含む）特性、温度特性及び信頼性を安定に維持することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
また、本実施形態において、活性層及びクラッド層等の各半導体層の構成材料並びに基板の構成材料も特に限定されないことは言うまでもない。具体的には、赤外レーザのｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０７として（Ａｌ０．７  Ｇａ０．３  ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐを用いたが、赤外レーザの各クラッド層１０３、１０５及び１０７の材料は特に限定されるものではない。但し、赤外レーザの各クラッド層１０３、１０５及び１０７の材料としては、赤色レーザのｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１３３、ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１３５及びｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１３７と同じ材料を用いることが好ましい。これらのクラッド層材料として、（Ａｌ０．７  Ｇａ０．３  ）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐを用いた場合には、例えばＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓを用いた場合と比べて、高温時（例えば８５℃）における動作電流を低減することができる。また、赤色レーザ及び赤外レーザのそれぞれのリッジ部（ｐ型第２クラッド層１０７及び１３７）の材料として同じ材料を用いた場合には、両リッジ部をエッチングにより同時に形成することが可能となるので、生産性を向上させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007273681.tif 000010
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2007273681.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月4日(2007.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長で発光する第１のダブルヘテロ構造と、前記第１の波長と異なる第２の波長で発光する第２のダブルヘテロ構造とを同一の第１導電型半導体基板上に備えた半導体レーザ装置であって、
前記第１のダブルヘテロ構造は、第１の第１導電型クラッド層と、前記第１の第１導電型クラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第２のダブルヘテロ構造は、第２の第１導電型クラッド層と、前記第２の第１導電型クラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に形成された第２の第２導電型クラッド層とを有し、
前記第１の第２導電型クラッド層と前記第２の第２導電型クラッド層とは同一材料からなり且つ互いに異なる不純物濃度を有し、
前記第１の活性層はＧａＡｓを含む量子井戸活性層であり、
前記第２の活性層はＧａＩｎＰを含む量子井戸活性層であり、
前記第１の活性層の井戸数は３であり、前記第２の活性層の井戸数は５であることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第１導電型クラッド層、前記第１の第２導電型クラッド層、前記第２の第１導電型クラッド層及び前記第２の第２導電型クラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰを含むことを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、Ｃｐ１＜Ｃｐ２の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ１とすると、Ｃｐ１＜７×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０１７ｃｍ−３＜Ｃｐ２＜８×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項２に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型のクラッド層の不純物濃度をＣｐ１とし、前記第２の第２導電型クラッド層の不純物濃度をＣｐ２とすると、１×１０１７ｃｍ−３＜Ｃｐ１＜Ｃｐ２＜７×１０１７ｃｍ−３の関係を有することを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１の第２導電型クラッド層には第１のリッジ部が形成されており、
前記第２の第２導電型クラッド層には第２のリッジ部が形成されていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記第１のリッジ部の両側壁及び前記第２のリッジ部の両側壁にはそれぞれ電流狭窄層が形成されていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の自励発振型半導体レーザ装置において、
前記電流狭窄層はＧａＡｓからなることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。