(57)【要約】【課題】半導体レーザ素子を構成するエピタキシャル層の結晶を高品質化できると共に、複数の半導体レーザ素子の発光面の位置を高精度に揃えることができること。【解決手段】導電型の異なる２つのクラッド層１６、１８間に活性層１７を有する第１半導体レーザ素子及び第２半導体レーザ素子が、同一の基板１３上にモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハ１０において、上記第２半導体レーザ素子は、基板１３上の第１層が、上記第１半導体レーザ素子における共通の基板１３上の第１層と異なる組成を有し、かつ、その第１層であるｎ型バッファ層１５がアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層で構成されているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電型の異なる２つのクラッド層の間に活性層を有する複数の半導体レーザ素子が、同一の基板上にモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、
少なくとも１つの半導体レーザ素子は、共通基板上の第１層が、少なくとも１つの他の半導体レーザ素子の共通基板上の第１層と異なる組成を有し、かつ、その第１層がアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層で構成されていることを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
上記複数の半導体レーザ素子は、発光波長が異なる第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
上記第１半導体レーザ素子が、コンパクトディスクの情報を読み取り、もしくは上記コンパクトディスクに情報を書き込むための赤外光を発光する素子であり、上記上記第２半導体レーザ素子が、デジタル多用途ディスクの情報を読み取り、もしくは上記デジタル多用途ディスクに情報を書き込むための赤色光を発光する素子であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
上記基板が、ガリウム砒素から構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
上記アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１〜０．３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
上記アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が異なる複数種類のアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層の薄膜が積層された超格子構造で構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハを用いて作製され、導電型の異なる２つのクラッド層の間に活性層を有する複数の半導体レーザ素子が、同一基板上にモノリシックに搭載されて構成されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
導電型の異なる２つのクラッド層の間に活性層を有する複数の半導体レーザ素子が、同一の基板上にモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハの製造方法において、
上記一の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を上記基板上に成長させた後、当該一の半導体レーザ素子に対応する領域以外の領域の上記エピタキシャル層をエッチング除去し、その後、残存した上記エピタキシャル層及び上記基板に、上記他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させ、
この他の半導体レーザ素子用のエピタキシャル層の第１層が、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層であることを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の基板上に複数の半導体レーザ素子がモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに上記半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同一の基板上に、発光波長が異なる第１及び第２半導体レーザ素子（レーザダイオード）がモノリシックに搭載された２波長半導体レーザ装置（２波長モノリシックレーザダイオード）が、特許文献１及び２に開示されている。上記第１半導体レーザ素子は、コンパクトディスク（ＣＤ）の情報を読み取り、またはこのＣＤに情報を書き込むためのレーザ光（波長７８０ｎｍ帯）を発光する。また、上記第２半導体レーザ素子は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）の情報を読み取り、もしくはこのＤＶＤに情報を書き込むためのレーザ光（波長６５０ｎｍ帯）を発光する。
【０００３】
このような２波長半導体レーザ装置を作製するための半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、第１半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を基板上に成長させた後、当該第１半導体レーザ素子に対応する領域以外の領域の上記エピタキシャル層をエッチング除去し、その後、残存した上記エピタキシャル層及び基板の全面に、第２半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させて形成される。
【０００４】
このような半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいては、第２半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させる際に、ガリウム・インジウム・燐（ＧａＩｎＰ）を第１層として成長させ、その後にエピタキシャル層を順次成長させるか（特許文献１参照）、またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）をまず第１層として成長させたうえでＧａＩｎＰを成長させ、その上にエピタキシャル層を順次成長させるかの方法が用いられてきた。
【特許文献１】特開２００２‐５７４０４号公報
【特許文献２】特開２００３‐２２９６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景技術のうち、ＧａＩｎＰを再成長第１層とする場合には、再成長界面上に直接ＧａＩｎＰ層を成長させることになる。しかしながら、このＧａＩｎＰ層は、再成長の際に、再成長界面の微小な欠陥や凹凸、汚れなどの影響を敏感に受け、高品質な結晶が得られない場合が多い。このため、このＧａＩｎＰ層の上にエピタキシャル層を成長させると、層全体の結晶性が低下し、作製される第２半導体レーザ素子の動作電流が増加したり、素子抵抗が上昇するなどの問題点が生ずる恐れがある。
【０００６】
他方、ＧａＡｓ層を再成長第１層とする場合には、再成長界面の状態にさほど敏感でないＧａＡｓ層を成長させて表面状態を改善した上にＧａＩｎＰ層を成長させるため、エピタキシャル層全体を比較的高品質に再成長させることが可能となる。
【０００７】
ところで、２波長半導体レーザ装置の場合には、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子からそれぞれ発光されるレーザ光を１個の共通のレンズで集光するため、両半導体レーザ素子の発光面の高さを高精度に揃えて、高効率なレンズ結像を得ることが要請されている。この要請に応じ、ＧａＡｓ層を再成長第１層とする場合には、追加したＧａＡｓ層の膜厚分を相殺するために、第２半導体レーザ素子作製のためのエピタキシャル層の再成長前に、基板内部までエッチングして、第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子のそれぞれの発光面を一致させている。
【０００８】
しかしながら、選択エッチングできない基板内部までエッチングを実施すると、エッチング量の面内分布にばらつきが生じ、このエッチングされた基板表面にエピタキシャル層を再成長して作製された第２半導体レーザ素子では、その発光面を、第１半導体レーザ素子の発光面に高精度に揃えることが困難になる場合がある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、半導体レーザ素子を構成するエピタキシャル層の結晶を高品質化できると共に、複数の半導体レーザ素子の発光面の位置を高精度に揃えることができる半導体レーザ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにこの半導体レーザ用エピタキシャルウェハから作製される半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、導電型の異なる２つのクラッド層の間に活性層を有する複数の半導体レーザ素子が、同一の基板上にモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、少なくとも１つの半導体レーザ素子は、共通基板上の第１層が、少なくとも１つの他の半導体レーザ素子の共通基板上の第１層と異なる組成を有し、かつ、その第１層がアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層で構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、請求項１に記載の発明において、上記複数の半導体レーザ素子は、発光波長が異なる第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、請求項２に記載の発明において、上記第１半導体レーザ素子が、コンパクトディスクの情報を読み取り、もしくは上記コンパクトディスクに情報を書き込むための赤外光を発光する素子であり、上記上記第２半導体レーザ素子が、デジタル多用途ディスクの情報を読み取り、もしくは上記デジタル多用途ディスクに情報を書き込むための赤色光を発光する素子であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、上記基板がガリウム砒素から構成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、上記アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１〜０．３の範囲であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、上記アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が異なる複数種類のアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層の薄膜が積層された超格子構造で構成されたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載の発明に係る半導体レーザ装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハを用いて作製され、複数の半導体レーザ素子が同一基板上にモノリシックに搭載されて構成されたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８に記載の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハの製造方法は、導電型の異なる２つのクラッド層の間に活性層を有する複数の半導体レーザ素子が、同一の基板上にモノリシックに搭載される半導体レーザ用エピタキシャルウェハの製造方法において、上記一の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を上記基板上に成長させた後、当該一の半導体レーザ素子に対応する領域以外の領域の上記エピタキシャル層をエッチング除去し、その後、残存した上記エピタキシャル層及び上記基板に、上記他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させ、この他の半導体レーザ素子用のエピタキシャル層の第１層が、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項1乃至４のいずれか、または請求項７に記載の発明によれば、少なくとも１つの半導体レーザ素子は、共通基板上の第１層が、少なくとも１つの他の半導体レーザ素子の共通基板上の第１層と異なる組成を有し、かつ、その第１層がアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層で構成されている。このアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、再成長界面の微小な欠陥や凹凸、汚れの影響を受けにくく、再成長に際してもファーストエピタキシャル成長と同等の品質の結晶を容易に得ることができるので、他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層の全体を高品質に再成長させることができる。
【００１９】
また、他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させる前に、エッチング量の面内分布にばらつきが生ずる基板をエッチングしてから、当該他の半導体レーザ素子作製のためのエピタキシャル層の第１層を成長させる必要がないので、複数の半導体レーザ素子における発光面の位置を高精度に揃えることができる。
【００２０】
請求項５または請求項７に記載の発明によれば、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１以上であることから、当該第１層は、再成長に際し再成長界面の表面状態に鈍感となる。このため、当該第１層を含むエピタキシャル層の全体が高品質な結晶となるための成長条件の許容範囲を拡大できる。
【００２１】
また、第１層におけるガリウムに対するアルミニウムの比率が０．３以下であることから、この第１層のバンドギャップを適正範囲に抑制できるので、作製される他の半導体レーザ素子の抵抗を低減できる。
【００２２】
請求項６または請求項７に記載の発明によれば、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が異なる複数種類のアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層の薄膜が積層された超格子構造で構成されている。この超格子構造には、特に、再成長界面の微小な欠陥や凹凸、汚れに起因して発生する欠陥がエピタキシャル層中へ伝播転移することを制止する作用がある。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、一の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を基板上に成長させた後、当該一の半導体レーザ素子に対応する領域以外の領域の上記エピタキシャル層をエッチング除去し、その後、残存した上記エピタキシャル層及び基板に、他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させる際の第１層が、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層である。このアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層は、再成長界面の微小な欠陥や凹凸、汚れの影響を受けにくく、再成長に際してもファーストエピタキシャル成長と同等の品質の結晶を容易に得ることができるので、他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層の全体を高品質に再成長させることができる。
【００２４】
また、他の半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層を再成長させる前に、エッチング量の面内分布にばらつきが生ずる基板をエッチングしてから、当該他の半導体レーザ素子作製のためのエピタキシャル層の第１層を成長させる必要がないので、複数の半導体レーザ素子における発光面の位置を高精度に揃えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハの一実施形態を示す断面模式図である。この図１に示す半導体レーザ用エピタキシャルウェハは１０は、同一の基板１３上に、発光波長が異なる第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とがモノリシックに搭載される２波長半導体レーザ装置（２波長モノリシックレーザダイオード）を製作するためのものである。これらの第１及び第２半導体レーザ素子は、後述の如く、導電型の異なる２つのクラッド層１６、１８間に活性層１７を有するものである。図１及び図２に示す符号１１が、第１半導体レーザ素子用の第１積層体であり、符号１２が、第２半導体レーザ素子用の第２積層体である。
【００２６】
上記第１半導体レーザ素子は、コンパクトディスク（以下ＣＤと称する）の情報を読み取り、もしくは上記ＣＤに情報を書き込むための赤外光（波長７８０ｎｍ帯のレーザ光）を発光する素子である。また、上記第２半導体レーザ素子は、デジタル多用途ディスク（以下ＤＶＤと称する）の情報を読み取り、もしくは上記ＤＶＤに情報を書き込むための赤色光（波長６５０ｎｍ帯のレーザ光）を発光する素子である。このような第１半導体レーザ素子と第２半導体レーザ素子とがモノリシックに搭載される２波長半導体レーザ装置は、ＤＶＤとＣＤとにおいて情報を読み取り、もしくは書き込み可能な光ディスク装置における光学系ピックアップ装置の光源として利用される。
【００２７】
図１に示すように、上記半導体レーザ用エピタキシャルウェハ１０の形成方法は、まず、第１半導体レーザ素子を作製するためのダブルヘテロ構造のエピタキシャル層を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などのエピタキシャル成長法によって基板１３上に成長させる。次に、第１半導体レーザ素子に対応する第１積層体１１の領域以外の領域の上記エピタキシャル層をエッチングによって除去する。これにより、基板１３上に第１積層体１１が形成されると共に、当該第１積層体１１の領域以外の領域において基板１３が露出される。
【００２８】
その後、第１積層体１１及び露出した基板１３の全面に、第２半導体レーザ素子を作製するためのダブルヘテロ構造のエピタキシャル層１４を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などのエピタキシャル成長法によって再成長させる。次に、図２に示すように、第２半導体レーザ素子に対応する第２積層体１２の領域以外の領域のエピタキシャル層１４を除去して、第２積層体１２を形成する。その後、第１積層体１１及び第２積層体１２のそれぞれの上部と基板１３の下部に、図示しない電極が設けられて、第１半導体レーザ素子及び第２半導体レーザ素子が作製され、２波長半導体レーザ装置が製造される。
【００２９】
上述のように、半導体レーザ用エピタキシャルウェハ１０は、基板１３上に成長されたエピタキシャル層がエッチングされて残存して形成された、第１半導体レーザ素子に対応する第１積層体１１と、この残存した第１積層体１１及び露出した基板１３の全面に再成長されて、第２半導体レーザ素子を作製するためのエピタキシャル層１４とを有して構成されたものである。
【００３０】
ここで、上述のエピタキシャル層１４は、具体的には、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなるｐ型基板１３上に、これと格子整合した、例えば（Ａｌ0.20Ｇａ0.80）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型バッファ層１５、例えば（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層１６、活性層１７、例えば（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層１８、例えばＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１９、例えばＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２０が順次積層されて構成されたものである。上記活性層１７は、例えばアンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるガイド層及び障壁層と、歪ＧａＩｎＰ井戸層とからなる量子井戸構造に構成されたものである。
【００３１】
上記エピタキシャル層１４の第１層であるｎ型バッファ層１５は、上記第１積層体１１の第１層(不図示)とは異なる組成を有し、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）から構成されたものであり、ガリウム・インジウム・燐（ＧａＩｎＰ）中にアルミニウムが添加された４元混晶である。このため、当該ｎ型バッファ層１５は、再成長界面（エッチングにより露出された基板１３の表面）の微小な欠陥や凹凸、汚れの影響を受けにくく、エピタキシャル層１４の再成長に際してもファーストエピタキシャル成長、つまりエッチングが施されていない基板表面へのエピタキシャル成長と同等の品質の結晶を容易に得ることができる。この結果、第２半導体レーザ素子用の第２積層体１２を作製するためのエピタキシャル層１４の全体を高品質に再成長させることができ、第２半導体レーザ素子の動作電流の増加や素子抵抗の上昇を抑制できる。
【００３２】
また、第２半導体レーザ素子用の第２積層体１２を作製するためのエピタキシャル層１４を再成長させる前に、エッチング量の面内分布にばらつきが生ずる基板１３をエッチングする必要がないので、第１半導体レーザ素子の発光面となる活性層２１と、第２半導体レーザ素子の発光面となる活性層１７のそれぞれの位置を高精度に揃えることができる。
【００３３】
更に、エピタキシャル層１４の第１層であるｎ型バッファ層１５における、ガリウムに対するアルミニウムの比率は、０．１〜０．３の範囲にある。このｎ型バッファ層１５におけるガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１以上であることから、当該ｎ型バッファ層１５を含むエピタキシャル層１４の全体が高品質な結晶となるための成長条件の許容範囲を拡大できる。また、ｎ型バッファ層１５におけるガリウムに対するアルミニウムの比率が０．３以下であることから、このｎ型バッファ層１５のバンドギャップを適正範囲に抑制できるので、作製される第２半導体レーザ素子の抵抗を低減できる。
【００３４】
尚、上記エピタキシャル層１４の第１層であるｎ型バッファ層１５は、ガリウムに対するアルミニウムの比率が異なる複数種類、例えば２種類のアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐層（ＡｌＧａＩｎＰ層）の薄膜が多数積層された超格子構造に構成され、且つ上記薄膜の少なくとも一つにおけるガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１〜０．３の範囲にあるものでもよい。具体的には、エピタキシャル層１４の第１層であるｎ型バッファ層１５は、膜厚５ｎｍのｎ型（Ａｌ0.10Ｇａ0.90）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層と、膜厚５ｎｍのｎ型（Ａｌ0.30Ｇａ0.70）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層とが、５周期積層された超格子構造に構成されたものでもよい。
【００３５】
このｎ型バッファ層１５も、ＧａＩｎＰにアルミニウムを添加してＡｌＧａＩｎＰとした４元混晶であり、しかも、ｎ型（Ａｌ0.10Ｇａ0.90）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層が、ガリウムに対するアルミニウムの比率が０．１〜０．３の範囲にあることから、前述と同様に、第２半導体レーザ素子を構成するエピタキシャル層の結晶を高品質化できると共に、第１半導体レーザ素子の発光面たる活性層２１と第２半導体レーザ素子の発光面たる活性層１７とを高精度に揃えることができる。
【００３６】
更に、エピタキシャル層１４の第１層が上述の超格子構造であることから、この第１層は、再成長界面の微小な欠陥や凹凸、汚れに起因して発生する欠陥がエピタキシャル層１４中へ伝播転移することを制止できる作用がある。従って、温度特性（７０℃や８０℃での動作電流など）を重視する半導体レーザ素子の場合に特に有効である。
【００３７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、半導体レーザ装置における２個の半導体レーザ素子は、異なる発光波長のレーザ光を発光するものを述べたが、発光波長が同じでも発光強度が異なるなど、素子特性が異なるものであってもよく、または素子特性が同一なものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハの一実施形態を示す断面模式図である。
【図２】図１の半導体レーザ用エピタキシャルウェハからエッチングして作製された、第１半導体レーザ素子用の第１積層体と、第２半導体レーザ素子用の第２積層体とを示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  半導体レーザ用エピタキシャルウェハ
１１  第１積層体
１２  第２積層体
１３  基板
１４  エピタキシャル層
１５  ｎ型バッファ層（第１層）
１７、２１  活性層（発光面）
【図１】
2007258249.tif 000003
【図２】
2007258249.tif 000004