(57)【要約】【課題】単一の基板の上に赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを配置し、同時に端面窓構造を形成する場合に、赤外半導体レーザの活性層での十分な無秩序化が起きた半導体レーザを提供することを目的とする。【解決手段】赤外半導体レーザの第４クラッド層１１０の水素濃度（１．５ｅ１８ｃｍ−３）が、第１半導体レーザ赤色半導体レーザの第２クラッド層１０５の水素濃度（１ｅ１８ｃｍ−３）よりも高いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の基板の上に発振波長が異なる第１，第２半導体レーザを形成したモノリシック２波長半導体レーザであって、
端面窓構造を有し、第１導電型の基板の上に、
第１導電型の第１クラッド層、多重量子井戸構造の第１活性層、第２導電型の第２クラッド層を有する第１半導体レーザのダブルへテロ構造と、
第１導電型の第３クラッド層、多重量子井戸構造の第２活性層、第２導電型の第４クラッド層を有する第２半導体レーザのダブルへテロ構造を有し、
第２半導体レーザの第４クラッド層の水素濃度が、第１半導体レーザの第２クラッド層の水素濃度よりも高いことを特徴とする
モノリシック２波長半導体レーザ。
【請求項２】
第１半導体レーザの第１導電型の第１クラッド層の水素濃度に対して、第２導電型の第２クラッド層の水素濃度が高く、第２半導体レーザの第１導電型の第３クラッド層の水素濃度に対して、第２導電型の第４クラッド層の水素濃度が高いことを特徴とする
請求項１記載のモノリシック２波長半導体レーザ。
【請求項３】
第１導電型の基板上に、第１導電型の第１クラッド層、多重量子井戸構造の第１活性層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型の第１コンタクト層を有する第１半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、
第１半導体レーザのダブルへテロ構造の一部をエッチング除去する工程と、
第１導電型の第３クラッド層、多重量子井戸構造の第２活性層、第２導電型の第４クラッド層、第２導電型の第２コンタクト層を有する第２半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、
第１半導体レーザのダブルへテロ構造上に形成された第２半導体レーザのダブルへテロ構造をエッチング除去する工程と、
水素化物の雰囲気中でアニールする工程と、
前記積層構造の端面部に不純物膜を形成し熱処理して不純物を前記第１活性層と第２活性層に同時に拡散させ端面窓構造を形成する工程と
を備えたモノリシック２波長半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
第１半導体レーザのダブルへテロ構造が赤色半導体レーザ、第２半導体レーザのダブルへテロ構造が赤外半導体レーザであることを特徴とする
請求項１記載のモノリシック２波長半導体レーザ。
【請求項５】
第１半導体レーザのダブルへテロ構造が赤色半導体レーザ、第２半導体レーザのダブルへテロ構造が赤外半導体レーザであることを特徴とする
請求項３記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
第１半導体レーザのダブルへテロ構造を第２半導体レーザのダブルへテロ構造よりも先に形成することを特徴とする
請求項３記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
第１半導体レーザの第１導電型の第１クラッド層及び第２導電型の第２クラッド層と、第２半導体レーザの第１導電型の第３クラッド層及び第２導電型の第４クラッド層がリンを含んだ材料であることを特徴とする
請求項１記載のモノリシック２波長半導体レーザ。
【請求項８】
第１半導体レーザ、第２半導体レーザともにリンをＶ族元素とすることを特徴とする
請求項３記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に発振波長が異なる半導体レーザを作製する際に、端面窓形成を容易にするものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）やＣＤ（Compact Disk）などの光ディスクは、大量に情報を記録できる大容量光媒体をして現在盛んに利用され、ＤＶＤでは６５０ｎｍの発振波長の赤色半導体レーザが用いられ、ＣＤでは７８０ｎｍの発振波長の赤外半導体レーザが用いられる。
【０００３】
近年、ＤＶＤとＣＤの両ディスクを読み取るために、波長が６５０ｎｍの赤色半導体レーザと波長が７８０ｎｍの赤外半導体レーザの両方を備えた両ディスクに対応する光ピックアップを用いている。従来の２波長半導体レーザは、単一の基板の上に赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを配置したモノシリック構造が主流である。
【０００４】
図４は従来の２波長半導体レーザの製造方法を示す。
まず、図４（ａ）に示すように第１導電型（ｎ）ＧａＡｓ基板１の上に、赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造１２１を形成する。具体的には、第１導電型（ｎ）ＧａＡｓ基板１の上に、第１導電型（ｎ）ＧａＡｓバッファ層２、第１導電型（ｎ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる多重量子井戸構造の活性層４、第２導電型（ｐ）ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、第２導電型（ｐ）ＧａＩｎＰ中間層６、第２導電型（ｐ）ＧａＡｓコンタクト層７、第２導電型（ｐ）ＡｌＧａＡｓ層（図示せず）を堆積して形成する。
【０００５】
次に、前記第２導電型ＡｌＧａＡｓ層をストライプ状に選択的に除去して導波路を形成した後に、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造を形成する領域の前記赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造を、図４（ｂ）に示すようにエッチング除去する。
【０００６】
次に図４（ｃ）に示すように、第１導電型ＧａＡｓ基板１の上に、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造１２２を形成する。具体的には、第１導電型ＧａＡｓ基板１の上に、第１導電型ＧａＡｓバッファ層９、第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０、ＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる多重量子井戸構造の活性層１１、第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、第２導電型ＧａＩｎＰ中間層１３、第２導電型ＧａＡｓコンタクト層１４を堆積して形成する。
【０００７】
次に図４（ｄ）に示すように、赤外半導体レーザ８の上の赤色半導体レーザ１５を除去した後、端面窓構造を形成するため、端面窓部を除く部分にマスクをし、端面窓部にＺｎＯを堆積して６００℃でアニールし、Ｚｎを選択的に拡散させる。このとき、端面窓構造における赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造の活性層には３ｅ１８ｃｍ−３程度のＺｎが存在する。
【０００８】
上記の２波長半導体レーザの同時端面窓構造を形成する特許文献として以下の文献が挙げられる。
【特許文献１】特開２００１−３４５５１４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
２波長半導体レーザのダブルへテロ構造において端面窓構造は、ＺｎＯを拡散源として、ＺｎがリンをＶ族母元素としたＡｌＧａＩｎＰからなる第２導電型クラッド層を介して活性層内に侵入し、多重量子井戸構造の活性層の無秩序化をもたらす。赤色半導体レーザ１５の活性層１１は、１ｅ１８ｃｍ−３以上のＺｎが存在すると６００℃程度の比較的低温で無秩序化する。一方、赤外半導体レーザ８の活性層４は、赤色半導体レーザ１５の活性層１１の場合と同温度では１ｅ１９ｃｍ−３以上の高濃度のＺｎの存在が必要である。
【００１０】
このように、赤外半導体レーザ８の活性層４には過剰にＺｎを拡散させる必要があるが、同時に端面窓構造を形成する場合においては、赤外半導体レーザ８の活性層４へのＺｎ拡散が不足するため、十分に無秩序化が起こらず端面窓構造として機能しないという課題がある。
【００１１】
本発明は、単一の基板の上に赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを配置し、同時に端面窓構造を形成する場合においても、赤外半導体レーザの活性層での十分な無秩序化が起きて所望の端面窓構造を有するモノリシック２波長半導体レーザ及びその製造方法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】
【００１２】
本発明の請求項１記載のモノリシック２波長半導体レーザは、第１導電型の基板の上に発振波長が異なる第１，第２半導体レーザを形成したモノリシック２波長半導体レーザであって、端面窓構造を有し、第１導電型の基板の上に、第１導電型の第１クラッド層、多重量子井戸構造の第１活性層、第２導電型の第２クラッド層を有する第１半導体レーザのダブルへテロ構造と、第１導電型の第３クラッド層、多重量子井戸構造の第２活性層、第２導電型の第４クラッド層を有する第２半導体レーザのダブルへテロ構造を有し、第２半導体レーザの第４クラッド層の水素濃度が、第１半導体レーザの第２クラッド層の水素濃度よりも高いことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２記載のモノリシック２波長半導体レーザは、請求項１において、第１半導体レーザの第１導電型の第１クラッド層の水素濃度に対して、第２導電型の第２クラッド層の水素濃度が高く、第２半導体レーザの第１導電型の第３クラッド層の水素濃度に対して、第２導電型の第４クラッド層の水素濃度が高いことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法は、第１導電型の基板上に、第１導電型の第１クラッド層、多重量子井戸構造の第１活性層、第２導電型の第２クラッド層、第２導電型の第１コンタクト層を有する第１半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、第１半導体レーザのダブルへテロ構造の一部をエッチング除去する工程と、第１導電型の第３クラッド層、多重量子井戸構造の第２活性層、第２導電型の第４クラッド層、第２導電型の第２コンタクト層を有する第２半導体レーザのダブルへテロ構造を形成する工程と、第１半導体レーザのダブルへテロ構造上に形成された第２半導体レーザのダブルへテロ構造をエッチング除去する工程と、水素化物の雰囲気中でアニールする工程と、前記積層構造の端面部に不純物膜を形成し熱処理して不純物を前記第１活性層と第２活性層に同時に拡散させ端面窓構造を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４記載のモノリシック２波長半導体レーザは、請求項１において、第１半導体レーザのダブルへテロ構造が赤色半導体レーザ、第２半導体レーザのダブルへテロ構造が赤外半導体レーザであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法は、請求項３において、第１半導体レーザのダブルへテロ構造が赤色半導体レーザ、第２半導体レーザのダブルへテロ構造が赤外半導体レーザであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法は、請求項３において、第１半導体レーザのダブルへテロ構造を第２半導体レーザのダブルへテロ構造よりも先に形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７記載のモノリシック２波長半導体レーザは、第１半導体レーザの第１導電型の第１クラッド層及び第２導電型の第２クラッド層と、第２半導体レーザの第１導電型の第３クラッド層及び第２導電型の第４クラッド層がリンを含んだ材料であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８記載のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法は、請求項３において、第１半導体レーザ、第２半導体レーザともにリンをＶ族元素とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この構成によると、波長の異なる２つの半導体レーザを作製する際に、クラッド層の水素濃度を制御することにより、窓領域のＺｎ拡散の促進を促し、同時窓領域の作製が容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のモノリシック２波長半導体レーザの製造方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図３は本発明のモノリシック２波長半導体レーザを示す。
【００２２】
赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造１２２として、ｎ−ＧａＡｓからなる基板１０１の上の一部には、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３が形成され、ｎ型の不純物としてＳｉが添加されており、不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００２３】
前記ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３の上に、ＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる発振波長６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層（第１活性層）１０４が形成されている。端面窓領域のＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる発振波長６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０４のＺｎ濃度が３ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００２４】
前記発振波長６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０４の上に、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）１０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１０６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０７が形成され、ｐ型不純物としてＺｎが添加され、不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００２５】
赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造１２１として、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造に隣接してｎ−ＧａＡｓ基板１０１の上には、Ｓｉが１ｅ１８ｃｍ−３程度添加されたｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第３クラッド層）１０８が形成されている。
【００２６】
前記ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０８の上には、ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる発振波長７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層（第２活性層）１０９が形成されている。
【００２７】
端面窓領域のＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる発振波長７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０９のＺｎ濃度は、１ｅ１９ｃｍ−３程度である。
前記ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる発振波長７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０９の上に、Ｚｎが１ｅ１８ｃｍ−３程度添加されたｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第４クラッド層）１１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１１１、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１２が形成されている。
【００２８】
このように、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造と赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造はモノリシック構造である。
赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５は、その水素濃度が１ｅ１８ｃｍ−３であり、赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０の水素濃度は１．５ｅ１８ｃｍ−３であり、第４クラッド層１１０の水素濃度が第２クラッド層１０５の水素濃度より高く、Ｚｎが拡散しやすい状態である。
【００２９】
次に形成手順について述べる。
有機金属気相成長法(MOCVD)のエピタキシャル成長法により、図１（ａ）に示すように、１０度オフのｎ−ＧａＡｓ基板１０１の上に、Ｓｉを不純物として添加したｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３を形成する。前記ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３の不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００３０】
ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３の上にＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる発振波長６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０４を形成する。
活性層１０４の上に、Ｚｎが不純物として添加されたｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１０６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０７を順次エピタキシャル成長させ、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造を構成する積層構造を形成する。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１０６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０７のＺｎ不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００３１】
次に赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造の一部をエッチングして、赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造の成長部のエリアを形成する。
次に図１（ｂ）のように、Ｓｉを不純物として添加したｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０８の形成を行い、不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０８の上に、ＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓ層からなる発振波長７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層１０９を形成する。さらに、この活性層１０９上に、Ｚｎを不純物として添加したｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層１１１、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１２を、順次エピタキシャル成長させて、赤外半導体レーザ素子８を構成する積層構造を形成する。不純物濃度は１ｅ１８ｃｍ−３程度である。
【００３２】
次に図１（ｃ）に示すように、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造の上に成長した赤外半導体レーザ素子８のダブルへテロ構造をエッチングにより除去する。
次に、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０の水素濃度を高くするため、水素化物としてのアルシン雰囲気中で５００℃以上の温度でアニールを行う。
【００３３】
この処理は図３（ａ）〜（ｃ）に示す側面図（共振器の長手方向の断面）の工程で実行する。
図３（ａ）では、発光端面の近傍の窓領域１１８を除く部分にマスク１１３を形成し、その上に１１４で示すようにＺｎＯ膜を堆積して、さらにキャップ層１１７としてＳｉＯ２膜を形成する。図中の括弧外の符号は赤色半導体レーザ１５に対応し、括弧内の符号は赤外半導体レーザ８に対応する。この状態で６００℃でアニールを行い、図３（ｂ）に示すように不純物としてのＺｎを選択的に拡散させる。詳しくは、ＺｎＯ膜１１４が直上に形成された窓領域１１８において、ＺｎＯ膜１１４からのＺｎが下層のＺｎを押し出す、もしくはそのまま活性層１０４（または１０９）まで拡散して、端面全体に高濃度Ｚｎ拡散領域１１９が形成され、活性層１０４（または１０９）の内でＺｎが拡散された領域はＭＱＷ構造が無秩序化された領域となる。
【００３４】
以上の工程により、図２（ｃ）に示したように、赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造の端面窓部１１５のＺｎ濃度が３ｅ１８ｃｍ−３、水素濃度が１ｅ１８ｃｍ−３程度、第２の赤外半導体レーザのダブルへテロ構造の端面窓部１１６のＺｎ濃度が１ｅ１９ｃｍ−３、水素濃度が１．５ｅ１８ｃｍ−３程度とする。
【００３５】
端面窓部のＰＬ（Photoluminescence）波長は第１の赤色半導体レーザのダブルへテロ構造が６００ｎｍ、第２の赤外半導体レーザのダブルへテロ構造が７３０ｎｍと所望の無秩序化された状態となる。
【００３６】
発明者らの鋭意検討によれば、結晶中の水素濃度が増加するとＺｎの不活性化が促進され、端面窓構造形成時のＺｎの拡散速度は速くなり、さらに、先に形成を行ったダブルへテロ構造は次のダブルへテロ構造の形成時に水素が抜けてしまうため第２導電型クラッド層のＺｎ拡散速度が遅くなることが分かった。
【００３７】
本発明では赤外半導体レーザのダブルへテロ構造はＧａＡｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層からなる多重量子井戸活性層を使用するため、ＧａＩｎＰウェル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層からなる多重量子井戸活性層を使用する赤色半導体レーザのダブルへテロ構造よりもＺｎ拡散による多重量子井戸構造の無秩序化に時間がかかる問題を解決するため、赤色半導体レーザのダブルへテロ構造から形成を行うことにより、赤色半導体レーザ１５の第２導電型の第２クラッド層１０５の水素濃度よりも、赤外半導体レーザ８の第２導電型の第４クラッド層１１０の水素濃度を高い状態にする。好ましくは、第４クラッド層１１０の水素濃度と第２クラッド層１０５の水素濃度との差を、０．５ｅ１８ｃｍ−３以上とする。それにより、無秩序化に時間のかかる赤外半導体レーザの第２導電型クラッド層のＺｎ拡散速度が速くなり、モノリシック２波長半導体レーザの所望の端面窓状態の同時形成が可能になる。
【００３８】
さらに、本発明ではアルシン雰囲気中でアニールすることにより、結晶中の水素濃度を故意に増加させる。これにより、第２導電型のクラッド層中の水素濃度を高くすることができ、Ｚｎの拡散速度が速くなり、端面窓構造を形成するためのアニール時間を短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
単一の基板の上に赤色半導体レーザと赤外半導体レーザを配置し、同時に端面窓構造を形成する場合においても、赤外半導体レーザの活性層での十分な無秩序化が起きて所望の端面窓構造を有する２波長半導体レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の２波長半導体レーザの製造方法の前半工程を示す断面図
【図２】本発明の２波長半導体レーザの製造方法の後半工程を示す共振機器長手方向の断面図
【図３】同実施の形態の完成した２波長半導体レーザの断面図
【図４】従来の２波長半導体レーザの製造工程図
【符号の説明】
【００４１】
８    赤外半導体レーザ（第２半導体レーザ）
１５    赤色半導体レーザ（第１半導体レーザ）
１０１    ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２    ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０３    ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０４    発振波長６５０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層（第１活性層）
１０５    ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第２クラッド層）
１０６    ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１０７    ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１０８    ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第３クラッド層）
１０９    発振波長７８０ｎｍの多重量子井戸構造の活性層（第２活性層）
１１０    ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（第４クラッド層）
１１１    ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１１２    ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１３    マスク
１１４    ＺｎＯ膜
１１７    キャップ層
１１８    発光端面の近傍の窓領域
１１９    Ｚｎ拡散領域
１２１    赤外半導体レーザ８のダブルへテロ構造
１２２    赤色半導体レーザ１５のダブルへテロ構造
【図１】
2007081173.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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