(57)【要約】【課題】本発明は、リッジ形成プロセスの共通化を図り、歩留まり低下を防ぐ構造、また、第１波長用の半導体レーザ素子および第２波長用の半導体レーザ素子ともに高出力動作を可能とすべく、両素子とも窓構造を有するモノリシック型半導体レーザを提供することにある。【解決手段】本発明によるモノリシック型半導体レーザは、たとえば半導体基板１上に赤外光用の第１導電形クラッド層２ａ、活性層３ａ、第２導電形クラッド層４ａを有する赤外光用の発光層形成部９ａが少なくとも形成された赤外素子１０ａと、半導体基板１上の赤外素子１０ａが形成されていない領域に、赤色光用の第１導電形クラッド層２ｂ、活性層３ｂ、第２導電形クラッド層４ｂを有する赤色光用の発光層形成部９ｂが少なくとも形成された赤色素子とが同一の半導体基板面１上に形成され、かつ、それぞれの第２導電形クラッド層４ａ、４ｂが同一材料で形成されている。【選択図】        図１
2007059577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に積層される第１波長用の第１導電形クラッド層、活性層、第２導電形クラッド層からなる第１波長用の発光層形成部を有する第１波長用の半導体レーザ素子と、前記半導体基板上の前記第１半導体レーザ素子が形成されていない領域に積層される第２波長用の第１導電形クラッド層、活性層、第２導電形クラッド層からなる第２波長用の発光層形成部を有する第２波長用の半導体レーザ素子とを有し、
前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層を形成する材料が同一材料からなることを特徴とするモノリシック型半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層が、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０.４≦ｚ≦０.７）で表される材料からなる請求項１記載のモノリシック型半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層が、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5Ｐで表わされる材料（０.５≦ｘ≦０.９）からなる請求項１記載のモノリシック型半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１導電形がｎ形、前記第２導電形がｐ形であり、前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層はＭｇまたはＢｅが添加された層からなり、かつ、前記第１波長用の活性層と前記第２波長用の活性層の共振器ミラー面近傍にＺｎ拡散領域を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のモノリシック型半導体レーザ。
【請求項５】
前記Ｚｎ拡散領域が、前記半導体基板の成長面側から固相拡散により形成されたことを特徴とする請求項４記載のモノリシック型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク；digital versatile disk）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＤＶＤ−ＲなどのＤＶＤ装置と、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−ＲなどのＣＤ装置との一体型光ディスク装置のピックアップ光源に用いるのに適したモノリシック型半導体レーザに関する。さらに詳しくは、製造プロセス工数を低減しつつ、高出力動作可能な構造のモノリシック型半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤとＣＤとの間に互換性のある光ディスク装置の普及に伴い、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子およびＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子を同一半導体基板上に形成したモノリシック型半導体レーザが光源として用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
図３に示されるように、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子５０ａは、たとえばｎ形ＧａＡｓからなる半導体基板５１の上に、たとえばｎ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるｎ形クラッド層５２ａ、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなる活性層５３ａ、ｐ形ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなるリッジ形状のｐ形クラッド層５４ａとからなる発光層形成部５９ａ、リッジ形状の側面部にｎ形ＧａＡｓからなる電流狭窄層５５ａとが形成されており、その上部に、たとえばｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層５６ａが設けられている。他方、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子５０ｂは、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子５０ａと同一の半導体基板５１上に、たとえばｎ形ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなるｎ形クラッド層５２ｂ、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなる活性層５３ｂ、ｐ形ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなるリッジ形状のｐ形クラッド層５４ｂとからなる発光層形成部５９ｂ、リッジ形状の側面部にはｎ形ＧａＡｓからなる電流狭窄層５５ｂとが形成されており、その上部に、たとえばｐ形ＧａＡｓからなるコンタクト層５６ｂが設けられている。さらにコンタクト層５６ａ、５６ｂの上部にそれぞれｐ側電極５７ａ、５７ｂが形成され、半導体基板５１の裏面側にｎ側共通電極５８が形成され、両素子は電気的に分離されたモノリシック型半導体レーザとなる。
【特許文献１】特開２０００−１１４１７号公報（図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この点、従来の構造では、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子のｐ形クラッド層にはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体材料が、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子のｐ形クラッド層にはＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体層が用いられており、それぞれ異なる材料により形成されている。したがって、それぞれリッジ部を形成しようとする場合、リッジ形成プロセスに用いるエッチングのｐ形クラッド層へのエッチング選択性、速度などがそれぞれ異なるため、同時に所望のリッジ形状を形成できず、別個に行うことが必要となりプロセスの工数が増加し、歩留まりが極端に低下してしまうという問題がある。
【０００５】
また、近年ＤＶＤとＣＤの互換性ある光ディスク装置においては、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒなどの互換性を持たせるべく、書き込み用の高出力のモノリシック型半導体レーザが要求され、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子およびＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子ともに高出力化が必要となる。そして、一般的に高出力化する手法として、電流狭窄層を活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーをもつ材料で形成し、活性層の光を吸収しない実屈折構造とし、低閾値化、高効率化することが考えられる。さらに、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子よりも温度特性が悪いため、高出力化することが困難であることを理由に、共振器ミラー面近傍の活性層を無秩序化して共振器ミラー面近傍で生じる瞬時光学損傷（ＣＯＤ破壊）を防止する窓構造が採用されているとともに、光ディスク側の光学設計もＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子の光のロスをできる限り低減するための構成が用いられている。
【０００６】
このようなＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子の光取り出し効率を優先する光ディスク側の光学設計に対応して、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子は必然的に光のロスが生じることになるため、従来よりもさらに高出力化する必要がある。そこで、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子も高出力化のためＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子同様、窓構造を採用することが考えられる。
【０００７】
しかし、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子とＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子ではｐ形クラッド層に用いる材料が相違する。したがって、ｐ形クラッド層上部にＺｎＯなどの材料を形成し、固相拡散によりＺｎが活性層に達するまで拡散させ活性層を無秩序化することで窓構造を形成しようとすると、ｐ形クラッド層でのＺｎ拡散速度がそれぞれ異なり両素子に同時に所望の窓構造を形成することは事実上できない。
【０００８】
具体的には、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体層とＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体層では、ＡｌＧａＡｓ系半導体層中でのＺｎ拡散速度が遅いため、ｐ形クラッド層がＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体材料からなるＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子側で窓構造を形成するために固相拡散させる場合、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子側では活性層にＺｎが到達せず、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に窓構造が形成できない。他方、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の活性層を無秩序化するために十分な熱拡散を行うと、逆にＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子側のＺｎの拡散が早すぎ、活性層を超えてさらに拡散されることになり、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子の特性が悪化することにもなり、結局ＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子とＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の両方に窓構造を形成することはできない。
【０００９】
また、両素子のｐ形クラッド層のドーパントとしてＺｎを添加している場合には、固相拡散時に、ｐ形ドーパントであるＺｎまでもが活性層に拡散されてしまい、所望の素子特性を維持できないという問題も生じる。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、リッジ形成プロセスの共通化を図り、歩留まり低下を防ぐ構造のモノリシック型半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は第１波長用の半導体レーザ素子および第２波長用の半導体レーザ素子ともに高出力動作を可能とすべく、両素子とも窓構造を有するモノリシック型半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のモノリシック型半導体レーザは、半導体基板上に積層される第１波長用の第１導電形クラッド層、活性層、第２導電形クラッド層からなる第１波長用の発光層形成部を有する第１波長用の半導体レーザ素子と、前記半導体基板上の前記第１半導体レーザ素子が形成されていない領域に積層される第２波長用の第１導電形クラッド層、活性層、第２導電形クラッド層からなる第２波長用の発光層形成部を有する第２波長用の半導体レーザ素子とを有し、前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層を形成する材料が同一材料からなることを特徴とする。
【００１３】
具体的には、前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層が、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０.４≦ｚ≦０.７）で表される材料で形成されたり、前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層が、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5Ｐで表わされる材料（０.５≦ｘ≦０.９）で形成されたりする。ここにＩＮと（Ｇａ1-xＡｌx）の混晶の割合の０.５は、ＧａＡｓと格子整合をする割合であることを意味する。
【００１４】
また、本発明のモノリシック型半導体レーザは、前記第１導電形がｎ形、前記第２導電形がｐ形であり、前記第１波長用の第２導電形クラッド層と前記第２波長用の第２導電形クラッド層はＭｇまたはＢｅが添加された層からなり、かつ、前記第１波長用の活性層と前記第２波長用の活性層の共振器ミラー面近傍にＺｎ拡散領域を有することを特徴とする。
【００１５】
さらに前記Ｚｎ拡散領域が、前記半導体基板の成長面側から固相拡散により形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１波長用の第２導電形クラッド層と第２波長用の第２導電形クラッド層を形成する材料が同一材料であるため、リッジ形成プロセスが共通化でき、工数を削減できると共に、モノリシック化による歩留まり低下を抑えることができる。
【００１７】
また、両素子ともＭｇまたはＢｅが添加されることによりｐ形とされ、かつ、同一材料のクラッド層が用いられることで、ｐ形クラッド層からのｐドーパントの拡散を防止しつつ、第１波長用の活性層と第２波長用の活性層の共振器ミラー面近傍にＺｎ拡散領域を形成することができ、第１波長用半導体レーザ素子および第２波長用半導体レーザ素子のいずれにも窓構造を有するモノリシック型半導体レーザが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
つぎに、図面を参照しながら本発明のモノリシック型半導体レーザについて説明をする。本発明によるモノリシック型半導体レーザは、たとえば図１にその一実施形態の断面説明図が示されるように、半導体基板１上に第１波長（たとえば赤外光）用の第１導電形クラッド層２ａ、活性層３ａ、第２導電形クラッド層４ａを有する赤外光用の発光層形成部９ａが少なくとも形成されたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子１０ａ（以下、赤外素子という）と、半導体基板１上の赤外素子１０ａが形成されていない領域に、第２波長（たとえば赤色光）用の第１導電形クラッド層２ｂ、活性層３ｂ、第２導電形クラッド層４ｂを有する赤色光用の発光層形成部９ｂが少なくとも形成されたＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ素子１０ｂ（以下、赤色素子という）が同一の半導体基板面１上に形成され、かつ、それぞれの第２導電形クラッド層４ａ、４ｂが同一材料で形成されている。
【００１９】
これらの半導体材料を積層するための半導体基板１としては、格子整合をとることができるＧａＡｓ基板が一般的に用いられるが、他の化合物半導体でも構わない。また、半導体基板１の導電形は、モノリシック型半導体レーザを組み込むセットとの関係で、基板側に望まれる導電形のｎ形またはｐ形のいずれかが用いられ、この半導体基板１の導電形にしたがって、積層される半導体層の導電形も定まる。なお、後述するようにＺｎ拡散による窓構造を形成するため、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形とし、半導体基板１もｎ形であることが好ましいため、以下の具体例では、半導体基板１がｎ形の例で説明する。
【００２０】
発光層形成部９ａ、９ｂは、図１に示されるように、少なくとも第１導電形クラッド層（ｎ形クラッド層２ａ、２ｂ）、活性層３ａ、３ｂ、第２導電形クラッド層（ｐ形クラッド層４ａ、４ｂ）を有している。
【００２１】
発光層形成部９ａ、９ｂを形成するためには、一般的には第１の波長を７８０ｎｍ帯の波長とするためにはＡｌＧａＡｓ系材料が、第２の波長を６５０ｎｍ帯の波長とするためにはＩｎＧａＡｌＰ系材料が主として用いられる。その他の波長を選択する場合にも既知の材料を用いればよい。ここで、ＡｌＧａＡｓ系材料とは、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）で表される材料を、ＩｎＧａＡｌＰ系材料とは、Ｉｎ0.5（Ｇａ1-xＡｌx）0.5Ｐ（０≦ｘ≦１）で表わされる材料をそれぞれ意味している。
【００２２】
第１導電形クラッド層（ｎ形クラッド層２ａ、２ｂ）は半導体基板１上に形成される。また、ｎ形クラッド層２ａ、２ｂと半導体基板１との間にバッファー層などを設けてもよい。ｎ形クラッド層２ａ、２ｂは、それぞれの活性層３ａ、３ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する材料からなることが、光閉じ込め、電流閉じ込めを容易にする点で好ましい。また、ｎ形クラッド層とｐ形クラッド層の材料を同一とする必要はないが、第二導電形クラッド層（ｐ形クラッド層４ａ、４ｂ）に同じ材料を用いる本発明のような場合、ｎ形クラッド層にもそれに対応して、同一材料を用いることが活性層に対し光密度分布の対称性を維持し、光閉じ込め効果を最大限発揮し得る点で好ましい。なお、ｎ形化するためには一般的にＳｉやＳｅを添加することが考えられる。
【００２３】
活性層３ａ、３ｂは、ｎ形クラッド層２ａ、２ｂ上に形成される。活性層は、バルク構造であってもよいが、図２に示されるようにＺｎ拡散などにより、Ｚｎ拡散領域１１ａ、１１ｂを形成し、共振器ミラー面近傍を無秩序化するような構造の場合（窓構造を有する場合）には、量子井戸構造でないと無秩序化しないため量子井戸構造であることが好ましい。また、量子井戸構造は単一量子井戸構造でも多重量子井戸構造であってもよい。また、必要に応じてガイド層などを設けてもよいし、活性層はｐ形、ｎ形、またはアンドープであってもよい。
【００２４】
特に、赤色素子は赤外素子よりも温度特性が悪いため、高出力化することが困難であり、赤色素子では共振器ミラー面近傍の活性層を無秩序化して共振器ミラー面近傍で生じる瞬時光学損傷（ＣＯＤ破壊）を防止する窓構造が採用することが必要となる。また、光ディスク側の光学設計も赤色素子の光のロスをできる限り低減するための構成が用いられている状況の下ではこのような光ディスク側の光学設計に対応して、赤外素子は光のロスが生じることになるため、従来よりもさらに高出力化する必要があり、赤外素子も高出力化のため赤色素子同様、Ｚｎ拡散領域を有する窓構造を採用することが書き込み用モノリシック型半導体レーザとする上で好ましい。
【００２５】
Ｚｎ拡散領域１１ａ、１１ｂは、図２で示されるように、チップ化を図る際の共振器ミラー近傍にあたる部分に形成される。なお、図２は本発明のモノリシック型半導体レーザを、高出力化のため両素子にＺｎ拡散領域を有する窓構造を形成した場合の構造を上面から見た説明図である。Ｚｎ拡散領域１１ａ、１１ｂは半導体基板１の成長面側に形成されるｐ形クラッド層４ａ、４ｂ上部にＺｎＯ膜などを設け、固相拡散により活性層３ａ、３ｂに達するまでＺｎを拡散させることにより形成される。これにより、活性層が無秩序化し、Ｚｎ拡散領域の活性層のバンドギャップエネルギーは、Ｚｎ拡散領域を有していない共振器内部の活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きくなり、共振器ミラー面近傍での光吸収が起こることを抑制し、共振器ミラー面近傍での出力増大によるＣＯＤ破壊を防止できる。また、Ｚｎ拡散領域１１ａ、１１ｂは少なくとも共振器ミラー面近傍の活性層の光出射部分に形成されていればよく、共振器ミラー面すべてに形成される必要はない。また、出射面側に形成されていればよく、反対面側には必ずしも必要ではない。より具体的には、Ｚｎ拡散領域は共振器ミラー面から共振器内部方向に５０μｍ程度の大きさで形成される。
【００２６】
このような窓構造を形成しようとすると、第２導電形クラッド層４ａ、４ｂの材料が相違していれば、Ｚｎ拡散速度が異なり両素子に所望の窓構造を形成することは事実上できないが、本発明では後述するように、第２導電形クラッド層に同じ材料が用いられているため、赤色素子のみならず、赤外素子にも所望の窓構造が形成することができる。
【００２７】
第２導電形クラッド層（ｐ形クラッド層４ａ、４ｂ）は図１に示される例では活性層上にリッジ型に形成され、本発明では赤外素子用と赤色素子用の第２導電形クラッド層は同一材料で構成されている。具体的には、ＡｌzＧａ1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）で表される材料やＩｎｙ（Ｇａ1-xＡｌx）1-ｙＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表わされる材料を用いる。かかる材料は、格子定数が基板と近似する材料であり、結晶成長が比較的容易であり半導体層の品質を向上させることができる。また、活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する材料を用いれば、電流、光閉じ込め可能なヘテロ構造を形成できる点で好ましい。
【００２８】
このように、それぞれの第２導電形クラッド層の材料を同一とすることで、リッジ形成時に同じエッチング条件でエッチングすることが可能となりプロセスの共通化、剥離プロセスの共通化ができ、歩留まり低下を抑えることができる。また、半導体基板の成長面側に形成されるｐ形クラッド層上部にＺｎＯなどの材料を形成し、固相拡散により活性層に達するまでＺｎを拡散しＺｎ拡散領域を形成し、活性層を無秩序化し窓構造とする場合には、第２導電形クラッド層４ａ、４ｂの材料が相違していれば、Ｚｎ拡散速度が異なり両素子に所望の窓構造を形成することは事実上できない。しかし、本発明では、第２導電形クラッド層に同じ材料が用いられているため、ｐ形クラッド層４ａ、４ｂ中のＺｎの拡散速度は同じとなり、固相拡散した場合でも活性層に到達する時間はほぼ同じとなり、赤色素子のみならず、赤外素子側にも所望の窓構造が形成することができる。
【００２９】
また、両素子の第２導電形クラッド層に同じ材料を用いようとすると、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置などを用いて成長させる場合、砒素系材料とリン系材料とを連続して形成することになるが、活性層近傍でＡｓ系材料とＰ系材料を連続して形成することは技術的に困難であり特性悪化を招くおそれがある。すなわち、砒素系またはリン系材料からなる活性層を成長後、リン系または砒素系材料のｐ形クラッド層を成長しようとすると、ＭＯＣＶＤ装置内部の成長雰囲気を砒素からリン、またはリンから砒素へと変更することが必要となる。そして、雰囲気の切り替えが十分になされていなければ、砒素とリンの複合化合物が形成され、また、逆に雰囲気切り替えのための待機時間が長すぎると、切り替え界面で結晶欠陥が生じやすくなり、活性層近傍での結晶欠陥は特性の悪化を招く。しかし、本発明者は、砒素とリンの雰囲気の切り替えるタイミングの最適化を図ることにより、このような不都合性を回避している。
【００３０】
さらに、両素子のｐ形クラッド層４ａ、４ｂのドーパントとしてＺｎを用いている場合には、固相拡散時にｐ形ドーパントまでもが活性層に拡散されてしまい、所望の素子特性を維持できないことにもなる場合があるため、ｐ形ドーパントとしてＺｎではなく拡散係数の小さなＢｅやＭｇを用いることが好ましい。
【００３１】
また、ｐ形クラッド層４ａ、４ｂをそれぞれ二分し、その間にエッチングストップ層などを設けてもよいし、ｐ形クラッド層４ａ、４ｂ上にキャップ層などを設けてもよい。この場合、エッチングストップ層やキャップ層は、それぞれの層自体一般的に薄いため、赤外素子と赤色素子でこれらの層を形成する材料が異なっていても、窓構造を形成するためＺｎを拡散するような場合、拡散速度に対する影響は小さい。もっとも、より高精度な窓構造を形成するためには、同一材料を用いることが好ましい。また、ｐ形ドーパントとして、ＢｅやＭｇを用いることが前述のｐ形クラッド層にＭｇやＢｅを用いるのと同様の理由で好ましい。
【００３２】
上述の発光層形成部９ａ、９ｂの具体的な構成としては、たとえば、赤外素子の発光層形成部９ａとしては、ｎ形ＧａＡｓ基板１上に１〜１０μｍ程度のＳｉドープのｎ形Ｉｎ0.5（Ｇａ1-x4Ａｌx4）0.5Ｐ（０.３≦ｘ４≦０.９、たとえばｘ４＝０.７）からなるｎ形クラッド層２ａ（従来と同様のＡｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ（０.４≦ｚ１≦０.７、たとえばｚ１＝０.５）を用いることもできるが、ｐ形クラッド層４ａとの対称性の点から上記材料が好ましい）が設けられ、ｎ形クラッド層２ａ上に図示しないアンドープのＡｌz2Ｇａ1-z2Ａｓ（０.０４≦ｚ２≦０.２、たとえばｚ２＝０.１）からなる井戸層とアンドープのＡｌz3Ｇａ1-z3Ａｓ（０.１≦ｚ３≦０.５、たとえばｚ３＝０.３）からなる障壁層とのシングルもしくは多重量子井戸構造により形成され、全体で０.０４〜０.２μｍ程度の活性層３ａが積層される。そして、活性層３ａ上に０.０５〜０.５μｍ程度のＩｎ0.5（Ｇａ1-x4Ａｌx4）0.5Ｐ（０.３≦ｘ４≦０.９、たとえばｘ４＝０.７）からなるｐ形第１クラッド層４１ａ、図示しない０.００５〜０.０５μｍ程度のＩｎy5（Ｇａ1-x5Ａｌx5）1-y5Ｐ（０≦ｘ５≦０.５、０≦ｙ５≦０.５、たとえばｘ５＝０、ｙ５＝０.３５）からなるｐ形エッチングストップ層、０.５〜３μｍ程度のＩｎ0.5（Ｇａ1-x6Ａｌx6）0.5Ｐ（０.３≦ｘ６≦０.９、たとえばｘ６＝０.７）からなるｐ形第２クラッド層４２ａ、その上に０.０１〜０.３μｍ程度の図示しないＩｎ0.5（Ｇａ1-x7Ａｌx7）0.5Ｐ（０≦ｘ７≦０.５、たとえばｘ７＝０）からなるｐ形キャップ層が形成され、図示しないエッチングストップ層（ｐ形第１クラッド層４１ａとｐ形第２クラッド層４２ａとの境界部）に至るまで、キャップ層とｐ形第２クラッド層がエッチングにより一部除去され、ｐ形クラッド層４ａにリッジ部が形成される。他方、赤色素子側の発光層形成部９ｂは、ｎ形ＧａＡｓ基板１上の発光層形成部９ａの形成されていない領域に、１〜１０μｍ程度のＳｉドープのｎ形Ｉｎ0.5（Ｇａ1-x1Ａｌx1）0.5Ｐ（０.３≦ｘ１≦０.９、たとえばｘ１＝０.７）からなるｎ形クラッド層２ｂが設けられ、その上部にアンドープのＩｎy2（Ｇａ1-x2Ａｌx2）1-y2Ｐ（０≦ｘ２≦０.１、０≦ｙ２≦０.５５、たとえばｘ２＝０、ｙ２＝０.５３）からなる圧縮歪み井戸層とアンドープのＩｎ0.5（Ｇａ1-x3Ａｌx3）0.5Ｐ（０.１≦ｘ３≦０.５、たとえばｘ３＝０.５）からなる障壁層とのシングルもしくは多重量子井戸構造により形成され、全体で０.０４〜０.２μｍ程度の活性層３ｂが積層される。そして、活性層３ｂ上には赤外素子と同様の材料を用いたｐ形第１クラッド層４１ｂ、図示しないｐ形エッチングストップ層、ｐ形第２クラッド層４２ｂ、図示しないｐ形キャップ層が形成され、ｐ形キャップ層とｐ形第２クラッド層４２ｂがエッチングにより一部除去され、ｐ形クラッド層４ｂにリッジ部が形成される。
【００３３】
また、他の構成としては、ｎ形クラッド層２ａ、２ｂ、および活性層３ａ、３ｂの構成は前述と同様であり、活性層３ａ、３ｂ上に、０.０５〜０.５μｍ程度のＡｌz4Ｇａ1-z4Ａｓ（０.４≦ｚ４≦０.７、たとえばｚ４＝０.５）からなるｐ形第１クラッド層４１ａ、４１ｂ、０.００５〜０.０５μｍ程度のＡｌz5Ｇａ1-z5Ａｓ（０.１≦ｚ５≦０.４、たとえばｚ５＝０.２）からなる図示しないｐ形エッチングストップ層、０.５〜３μｍ程度のＡｌz6Ｇａ1-z6Ａｓ（０.４≦ｚ６≦０.７、たとえばｚ６＝０.５）からなるｐ形第２クラッド層４２ａ、４２ｂ、その上に０.０１〜０.３μｍ程度のＧａＡｓからなる図示しないｐ形キャップ層が形成された後、ｐ形クラッド層４ａ、４ｂにリッジ部が形成される構成とすることも可能である。さらに、上述のような構成の発光層形成部以外にも、たとえば発光層形成部９ａ、９ｂの一部に必要があれば他の系の材料などを用いてもよい。
【００３４】
それぞれのリッジ形状の第２導電形クラッド層４ａ、４ｂのリッジ側部には、電流狭窄層５ａ、５ｂが設けられている。電流狭窄層は、光閉じ込めおよび電流閉じ込めを調整する層であり、それらの働きをする材料であればよい。もっとも、活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する材料を用いるいわゆる実屈折型構造とすることが、活性層で発生した光を吸収することなく高出力化が図れる点で好ましい。また、実屈折構造を採用する場合、両素子の電流狭窄層が同一の材料からなることが同時に埋め込み成長を行い成長プロセス回数を低減できる点で好ましい。さらに、電流狭窄層５ａ、５ｂ上に電流狭窄効果や光閉じ込め効果を調整する働きや保護層としての働きを有するＧａＡｓなどからなる層が積層されてもよい。
【００３５】
具体的には、ｐ形第２クラッド層４ａ、４ｂ、図示しないキャップ層の両側に、たとえば０.１〜３μｍ程度、たとえば０.４μｍ程度のＳｉが添加されたｎ形のＡｌz8Ｇａ1-z8Ａｓ（０.５≦ｚ８≦０.８、たとえばｚ８＝０.６）や、Ｉｎy8（Ｇａ1-x8Ａｌx8）1-y8Ｐ（０.６≦ｘ８≦１、０≦ｙ８≦１、たとえばｘ８＝０.７５、ｙ８＝０.５）からなる電流狭窄層５ａ、５ｂが形成される。また、それぞれの電流狭窄層上に０.０１〜３μｍ程度、たとえば０.５μｍ程度のｎ形ＧａＡｓからなる図示しない保護層が設けられる。
【００３６】
コンタクト層６ａ、６ｂは、発光層形成部９ａ、９ｂおよび電流狭窄層５ａ、５ｂ上に、たとえば０.１〜１０μｍ程度のｐ形ＧａＡｓ層などにより形成される。ｐ側電極７ａ、７ｂは、コンタクト層６ａ、６ｂの表面にスパッタや蒸着によりＴｉ／Ａｕなどが形成される。また、ｎ側電極８は、半導体基板１の裏面に、研磨などにより薄くされた後、Ａｕ-Ｇｅ／Ｎｉなどが形成される。これらの膜厚や材料は適宜選択できる点は従来と同様である。
【００３７】
なお、本発明は図１に示される例でｐ形クラッド層がリッジ形状を有するリッジ構造で説明したが、２回成長型のＳＡＳ構造から半導体レーザ素子を組み合わせたモノリシック型半導体レーザにも適用できる。
【００３８】
前述の構造の半導体レーザを製造するには、まず、半導体基板１上に、赤外素子１０ａを作製するため、活性層３ａを含む発光層形成部９ａを形成する。たとえば、ｎ形ＧａＡｓ基板１を、たとえばＭＯＣＶＤ装置内に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）および半導体層の導電形に応じて、ｎ形ドーパントガスとしてのＳｉＨ4、ｐ形ドーパントとして、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）などの必要な材料をキャリアガスの水素（Ｈ2）と共に導入し、５００〜７００℃程度で各半導体層をエピタキシャル成長することにより、Ｓｉドープのｎ形クラッド層２ａ、多重量子井戸構造からなる活性層３ａ、Ｍｇドープのｐ形クラッド層４ａを順次成長し発光層形成部９ａを形成する。つぎに、赤色素子１０ｂの形成を予定する箇所以外の領域をレジストなどを用いてマスクし、既に積層された赤外素子の発光層形成部９ａを硫酸と過酸化水素水の混合液などのエッチング液を用いウェットエッチングなどにより除去しＧａＡｓ基板１を露出させる。レジスト除去後、ＭＯＣＶＤ装置内に再びＧａＡｓ基板を入れ、赤色素子の発光層形成部９ｂを作製するためＳｉドープのｎ形クラッド層２ｂ、多重量子井戸構造からなる活性層３ｂ、赤外素子と同一材料からなるＭｇドープのｐ形クラッド層４ｂを順次成長し、発光層形成部９ｂを形成する。ついで、発光層形成部９ａ上に積層された発光層形成部９ｂを塩酸などのエッチング液を用いウェットエッチングなどにより除去する。
【００３９】
つぎに、赤外および赤色素子の発光層形成部９ａ、９ｂの共振器ミラー面近傍にＺｎ拡散領域１１ａ、１１ｂを形成する。具体的には、発光層形成部９ａ、９ｂ上のｐ形クラッド層上の劈開する領域にＺｎＯ層などのＺｎ拡散源を５０ｎｍ程度スパッタに法より形成し、４００〜７００℃で１０〜２４０分程度アニールすることなどにより、Ｚｎ拡散源中のＺｎを活性層にまで固相拡散により到達させＺｎ拡散領域１１ａ、１１ｂを形成する。その後、ＺｎＯなどをフッ酸などで除去する。その結果、Ｚｎ拡散領域１１ａ、１１ｂでは、活性層３ａ、３ｂの量子井戸構造がＺｎにより無秩序化され、バンドギャップが大きくなっており、劈開後に共振器ミラー面に窓構造が形成され、共振器ミラー面近傍は、内部からの光を吸収することがなくなり温度上昇は極力抑えられ、ＣＯＤ破壊を防止することができる。また、両素子のｐ形クラッド層は同一材料が用いてられているため、Ｚｎ拡散が同じ速度で行われることになり、両素子にＺｎ拡散領域を形成できる。また、ｐ形クラッド層のドーパントとしてＭｇが添加されているため、Ｚｎの固相拡散した場合でもＭｇはほとんど拡散されず、素子特性を損ねることはない。
【００４０】
つぎに、発光層形成部９ａ、９ｂそれぞれのリッジ部を形成するため、たとえばＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなどからなるマスクを形成し、たとえばドライエッチングや塩酸または酒石酸と過酸化水素水の混合液のようなエッチング液により、ｐ形第２クラッド層４ａ、４ｂを同時にエッチングすることにより、凸形状のリッジ部が形成される。なお、凸形状の形成は、エッチングストップ層が設けられている場合にはエッチングストップ層まで、また活性層に達するまで除去して形成してもよい。このように本発明では、両素子のｐ形クラッド層は同じ材料が用いられているため、ｐ形クラッド層のエッチング選択性、速度が同じであるため、同時にエッチングしても所望のリッジ形状が得られる。つぎに、両凸形状の幅狭部の少なくとも側部に電流狭窄層５ａ、５ｂを同時に埋め込む。電流狭窄層の埋込みは、たとえば、絶縁膜からなるマスクを利用した選択成長などにより行う。なお、選択成長とは、マスク上に電流狭窄層を形成させることなく、凸形状のリッジ部の側部にのみ選択的に電流狭窄層を埋め込む手法であり、成長条件、たとえば成長温度、圧力などを通常の成長条件と変えることで達成される。
【００４１】
その後、絶縁膜からなるマスクをフッ酸などで除去する。引き続き、たとえばＧａＡｓコンタクト層６ａ、６ｂを成長することで、赤外素子１０ａ、赤色素子１０ｂが形成される。さらに赤外素子１０ａと赤色素子１０ｂを電気的に分離するため、分離領域以外をレジストなどによりマスクし、分離領域を塩酸または硫酸と過酸化水素水の混合液などのようなエッチング液を用い、ＧａＡｓ基板１に到達するまでエッチングする。
【００４２】
最後に、たとえばコンタクト層６ａ、６ｂの表面にそれぞれＡｕ-Ｇｅ／Ｎｉなどからなるｐ側電極７ａ、７ｂを、また、半導体基板１の裏面にＴｉ／Ａｕなどからなるｎ側電極８を、それぞれ真空蒸着などにより形成する。この電極形成後にＺｎ拡散領域１１ａ、１１ｂが共振器ミラー面となるように劈開などにより、ウェハからチップ化することにより、レーザチップが形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のモノリシック型半導体レーザの一実施形態を示す断面説明図である。
【図２】本発明のモノリシック型半導体レーザの一実施形態を示す上面説明図である。
【図３】従来のモノリシック型半導体レーザの断面説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      半導体基板
４ａ    第１波長用の第２導電形クラッド層
４ｂ    第２波長用の第２導電形クラッド層
９ａ    第１波長用の発光層形成部
９ｂ    第２波長用の発光層形成部
１１ａ  第１波長用のＺｎ拡散領域
１１ｂ  第２波長用のＺｎ拡散領域
【図１】
2007059577.tif 000003
【図２】
2007059577.tif 000004
【図３】
2007059577.tif 000005