(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の半導体基板と、該半導体基板上に設けられる第１導電形クラッド層、活性層、および第２導電形クラッド層を有し、第１の発光波長で発光する第１の発光部と、該第１の発光部上に設けられる第２導電形の第１コンタクト層と、該第１コンタクト層上に設けられる第２導電形クラッド層、活性層、および第１導電形クラッド層を有し、前記第１の発光波長と異なる第２の発光波長で発光する第２の発光部と、前記第１の発光部の第２導電形クラッド層、前記第１コンタクト層、および前記第２の発光部を構成する半導体層がリッジ状に残存し、前記第１の発光部の第２導電形クラッド層が一部残存するように形成される凹部と、該凹部内に第1導電形の第１の電流ブロッキング層を介して、前記第１コンタクト層と電気的に接続されるように埋め込まれる第２導電形の第１電極形成層と、該第１電極形成層の一部の上で、かつ、前記第２の発光部のリッジ側面を被覆して埋め込まれ、該第２の発光部の前記第２導電形クラッド層および活性層とヘテロバリアブロッキングを構成する第２の電流ブロッキング層を介して前記第２の発光部の第１導電形クラッド層と電気的に接続して設けられる第１導電形の第２コンタクト層とからなる半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の発光部が、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなり、前記第２の電流ブロッキング層がＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなる請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第２の発光部がＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなり、前記第２の電流ブロッキング層がＩｎＡｌＰ化合物からなる請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
（ａ）半導体基板上に第１導電形クラッド層、活性層および第２導電形クラッド層をこの順で含み第１の発光波長の光を発光する第１の発光部を構成する半導体積層部、第１コンタクト層、および第２導電形クラッド層、活性層および第１導電形クラッド層を含み、前記第１の発光波長と異なる第２の発光波長の光を発光する第２の発光部を構成する半導体積層部を順次積層し、
（ｂ）該半導体積層部の表面から前記第１の発光部の第２導電形クラッド層に至り、該第２導電形クラッド層が一部残存する迄エッチングすることにより、前記第１および第２の発光部の電流注入領域をリッジ形状にし、
（ｃ）前記エッチングにより形成されるリッジ形状の電流注入領域の側部に、第１導電形の半導体層からなり、前記第１の発光部で電流を阻止する第１の電流ブロッキング層、前記第１コンタクト層と接続される第１電極形成層、前記第２の発光部で電流を阻止するヘテロバリアブロッキングを構成する半導体層により形成する第２の電流ブロッキング層を順次選択成長し、
（ｄ）前記第２の発光部を構成する半導体積層部および前記第２の電流ブロッキング層上に第２コンタクト層を形成し、
（ｅ）前記第１電極形成層の一部が露出するように前記第２コンタクト層および第２電流ブロッキング層の一部をエッチングする
ことを特徴とする半導体レーザの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばＤＶＤ（デジタルビデオディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）の読取装置などに用いられる赤色系可視光や赤外光の波長域で発振する半導体レーザに関する。さらに詳しくは、１チップで少なくとも２波長の光を発光し、製造工程が簡単で、しかも各波長のビームが基板と垂直方向に並んで使用しやすい構造の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤやＤＶＤでは、その書込みや読出しにレーザ光が用いられており、ＣＤ用として７８０ｎｍ帯、ＤＶＤ用として６５０ｎｍ帯の波長の光源がそれぞれ用いられている。このＣＤとＤＶＤを共に読み取る装置とするためには、その光源として、たとえば７８０ｎｍ帯と６５０ｎｍ帯などの２以上の波長を有するレーザ光源が要求されている。このような１チップ２波長発光の半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）チップは、たとえば特開平１−６７９９２号公報に示され、図５に示されるような構造が知られている。
【０００３】
すなわち、ｎ形ＧａＡｓ基板３１上にｎ形クラッド層３２、活性層３３、ｐ形クラッド層３４およびｐ形ＧａＡｓからなるキャップ層３５がそれぞれ設けられて第１の発光部３６が形成され、その横の同じ基板３１上に異なる半導体材料でｎ形クラッド層３８、活性層３９、ｐ形クラッド層４０およびｐ形ＧａＡｓからなるキャップ層４１がそれぞれ設けられて第２の発光部４２が形成されている。そして、各発光部がそれぞれリッジ構造に形成され、第１および第２の発光部３６、４２の表面、および基板３１の裏面にそれぞれ電極４３、４４、４５が設けられることにより、同一基板上に２つの異なる波長の発光部を有する半導体レーザが構成されている。しかし、この構造では、同公報にも示されているように、第１の発光部３６の半導体層を積層した後に、その一部をエッチング除去して、第１の発光部３６上に半導体層が堆積されないように多結晶膜を設けることにより、第２の発光部４２の半導体層を選択成長させている。
【０００４】
一方、たとえば特開平７−２６３７５２号公報に開示され、図６に示されるように、同じ半導体基板５１上に、各発光部を構成する半導体積層部５２、５３、５４を順次積層し、積層された半導体積層部を階段状にエッチングし、半導体基板５１の裏面ならびに積層された半導体層の最上面およびてエッチングにより露出した下層にそれぞれ電極５５〜５８を設ける構造の半導体発光素子も提案されている。この構造では、積層した半導体層の一部をエッチングしてから別の半導体層を選択的に成長する必要がなく、まとめてエッチングできる点で製造工程は楽になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、１チップで２以上の波長の光を発光する半導体レーザは、同一基板上に並べて各発光部を形成するか、同一基板上に各発光部を構成する半導体積層部を積み重ね、階段状にエッチングをする構造が考えられている。
【０００６】
しかし、前者の構造は、第１の発光部を形成した後に半導体基板が露出するようにエッチングをし、第１の発光部上には半導体層が堆積しないように第２の発光部の半導体層を積層しなければならず、製造工程が非常に複雑であると共に、選択成長の条件を満たすように第２の発光部の半導体層を成長するには、結晶性のよい半導体層を得にくく、優れた発光特性が得られにくいという問題がある。
【０００７】
また、後者の構造は、リッジ構造や電流狭窄層をセルフアラインで埋め込むＳＡＳ構造の半導体レーザを製造しようとすると、各発光部ごとにエッチング工程を挟まなければならず、製造工程が同様に複雑になるという問題がある。さらに、図６に示される構造で半導体レーザを構成する場合、各発光部のレーザビームがｘ方向（図６参照）のズレだけでなく、ｚ軸方向にもずれるため、集光レンズとの関係など装置への組込みが非常に複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、各発光部のレーザビームの発光源が基板と垂直方向に揃うと共に、簡単な製造工程で得ることができる構造の半導体レーザおよびその製法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザは、第１導電形の半導体基板と、該半導体基板上に設けられる第１導電形クラッド層、活性層、および第２導電形クラッド層を有し、第１の発光波長で発光する第１の発光部と、該第１の発光部上に設けられる第２導電形の第１コンタクト層と、該第１コンタクト層上に設けられる第２導電形クラッド層、活性層、および第１導電形クラッド層を有し、前記第１の発光波長と異なる第２の発光波長で発光する第２の発光部と、前記第１の発光部の第２導電形クラッド層、前記第１コンタクト層、および前記第２の発光部を構成する半導体層がリッジ状に残存し、前記第１の発光部の第２導電形クラッド層が一部残存するように形成される凹部と、該凹部内に第1導電形の第１の電流ブロッキング層を介して、前記第１コンタクト層と電気的に接続されるように埋め込まれる第２導電形の第１電極形成層と、該第１電極形成層の一部の上で、かつ、前記第２の発光部のリッジ側面を被覆して埋め込まれ、該第２の発光部の前記第２導電形クラッド層および活性層とヘテロバリアブロッキングを構成する第２の電流ブロッキング層を介して前記第２の発光部の第１導電形クラッド層と電気的に接続して設けられる第１導電形の第２コンタクト層とからなる形成されている。なお、第３、第４…の発光部をさらに積層することができる。
【００１０】
この構造にすることにより、第１および第２の発光部が縦方向に並ぶため、一度積層した半導体層をエッチング除去して、さらに別の半導体層を選択成長する必要がなく、非常に簡単に製造することができる。しかも、レーザビームの発光点は半導体基板と垂直方向に並んで形成されるため、複数の波長のビームを同一の集光レンズで集光させることができ、コンパクトで精密なピックアップを形成することができる。
【００１１】
前記第２の発光部が、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体からなり、前記第２の電流ブロッキング層がＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体により形成することにより、簡単に電流ブロッキング層を埋め込むことができる。
【００１２】
また、前記第２の発光部がＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体からなり、前記第２の電流ブロッキング層がＩｎＡｌＰ化合物により形成することができる。
【００１３】
本発明の半導体レーザの製法は、（ａ）半導体基板上に第１導電形クラッド層、活性層および第２導電形クラッド層をこの順で含み第１の発光波長の光を発光する第１の発光部を構成する半導体積層部、第１コンタクト層、および第２導電形クラッド層、活性層および第１導電形クラッド層を含み、前記第１の発光波長と異なる第２の発光波長の光を発光する第２の発光部を構成する半導体積層部を順次積層し、（ｂ）該半導体積層部の表面から前記第１の発光部の第２導電形クラッド層に至り、該第２導電形クラッド層が一部残存する迄エッチングすることにより、前記第１および第２の発光部の電流注入領域をリッジ形状にし、（ｃ）前記エッチングにより形成されるリッジ形状の電流注入領域の側部に、第１導電形の半導体層からなり、前記第１の発光部で電流を阻止する第１の電流ブロッキング層、前記第１コンタクト層と接続される第１電極形成層、前記第２の発光部で電流を阻止するヘテロバリアブロッキングを構成する半導体層により形成する第２の電流ブロッキング層を順次選択成長し、（ｄ）前記第２の発光部を構成する半導体積層部および前記第２の電流ブロッキング層上に第２コンタクト層を形成し、（ｅ）前記第１電極形成層の一部が露出するように前記第２コンタクト層および第２電流ブロッキング層の一部をエッチングすることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の半導体レーザおよびその製法について、図面を参照しながら説明をする。
【００１６】
本発明の半導体レーザは、その一実施形態の断面説明図が図１に示されるように、半導体基板１上に、第１の発光波長で定まる活性層３をその活性層３よりバンドギャップの大きいクラッド層２、４により挟持する半導体積層部からなる第１の発光部６が設けられている。そして、その第１の発光部６上に第１コンタクト層５を介して、第２の発光波長で定まる活性層１３をその活性層１３よりバンドギャップの大きいクラッド層１２、１４により挟持する半導体積層部からなる第２の発光部１６が設けられている。そして、この第１の発光部６と第２の発光部１６とが、半導体基板１の法線方向（縦方向）に並ぶように形成されている。
【００１７】
図１に示される例では、第１および第２の発光部６、１６は、リッジ構造に形成され、そのリッジを形成する凹部内に電流ブロッキング層が形成されている。この例では、第１の発光部６の第１の電流ブロッキング層８は、異なる導電形の半導体層（逆方向のｐｎ接合）で形成されており、その上に第１コンタクト層５と電気的に接続されるようにｐ形のＧａＡｓなどからなる第１の電極形成層５ａが設けられている。そして、第２の発光部１６の第２の電流ブロッキング層１８は、第２の発光部１６のｐ形クラッド層１４、活性層１３、ｎ形クラッド層１２と接触するため、ヘテロバリアを構成するバンドギャップの大きい半導体層によりヘテロバリアブロッキング（ＨＢＢ）構造が形成されている。
【００１８】
このように各発光部をリッジ構造により形成することにより、２波長の素子ではなく、３波長以上の素子を形成する場合でも、各発光部用の半導体層を順次積層し、まとめてリッジ形成用のエッチングを行うことにより、同時に各発光部のリッジを形成することができ、非常に製造工程が簡単になる。なお、第２の発光部より上方の各発光部の電流ブロッキング層は、前述の第２の発光部における電流ブロッキング層のように、ヘテロバリアを構成する半導体層を用い、ＨＢＢ構造にすることが製造工程を簡単にする点から好ましい。つぎに、具体例により、図２〜３の製造工程図を参照しながら製造工程順に説明をする。
【００１９】
まず、図２（ａ）に示されるように、ｎ形ＧａＡｓ基板１を、たとえばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内に入れ、基板１上にＩｎ0.49（Ｇａ1-zＡｌz）0.51Ｐ（０.５≦ｚ≦０.８、たとえばｚ＝０.７）からなるｎ形クラッド層２を１.５〜２μｍ程度、たとえば６５０ｎｍ程度の第１の発光波長とするＩｎＧａＰ／Ｉｎ0.49（Ｇａ1-uＡｌu）0.51Ｐ（０.３≦ｕ≦０.７、たとえばｕ＝０.４）による多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活性層３を全体で０.１μｍ程度、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-zＡｌz）0.51Ｐ（０.５≦ｚ≦０.８、たとえばｚ＝０.７）からなるｐ形クラッド層４を１.５〜２μｍ程度成長して、第１の発光部６を形成し、さらにｐ形ＧａＡｓからなる第１コンタクト層５を１〜２μｍ程度成長する。
【００２０】
さらに、引き続きＡｌxＧａ1-xＡｓ（０.４≦ｘ≦０.７、たとえばｘ＝０.６）からなるｐ形クラッド層１４を１.５〜２μｍ程度、たとえば７８０ｎｍ程度の第２の発光波長とするＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ≦０.２、たとえばｙ＝０.１５）からなる活性層１３を０.１μｍ程度、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０.４≦ｘ≦０.７、たとえばｘ＝０.６）からなるｎ形クラッド層１２を０.５〜１μｍ程度それぞれ成長し、ダブルヘテロ構造の第２の発光部１６を形成する。
【００２１】
つぎに、表面全面にＳｉＯ2などのマスク材料をＣＶＤ法などにより成膜し、リッジ状の発光部を形成する部分のみにマスク７が形成されるようにフォトレジスト工程によりパターニングをする。そして、図２（ｂ）に示されるように、たとえば硫酸と過酸化水素水溶液および塩酸を用いて積層された半導体層を、第１の発光部６におけるｐ形クラッド層４の途中までエッチングをすることにより、マスク７から露出する部分がエッチングされて各発光部がリッジ形状になる。なお、図示されていないが、前述の各半導体層を積層する際に、第１の発光部６におけるｐ形クラッド層４の途中に、たとえばｐ形ＩｎＧａＰからなるエッチングストップ層を０.０５μｍ程度挟んでおくことにより、正確にエッチングをｐ形クラッド層４の途中で止めることができる。
【００２２】
その後、マスク７を設けたままＭＯＣＶＤ装置などの半導体成長装置にウェハを再度入れ、図２（ｃ）に示されるように、リッジを形成するためエッチングにより形成された凹部内（図では１チップのみ示されているため凹部になっていないが、隣接するチップのリッジ部により挟まれるため凹部になっている）に、第１および第２の電流ブロッキング層８、１８などを埋め込む。この場合、第１の発光部６のｐ形クラッド層４と接する部分にｎ形ＧａＡｓを選択成長することにより逆方向のｐｎ接合からなる第１の電流ブロッキング層８を形成し、その上に第１コンタクト層５と接触するように、たとえばｐ形ＧａＡｓからなる第１電極形成層５ａを選択成長する。さらに、第２の発光部１６のｐ形クラッド層１４、活性層１３およびｎ形クラッド層１２の側部を埋め込むようにノンドープのＩｎ0.49（Ｇａ1-vＡｌv）0.51Ｐ（０≦ｖ≦１）からなるヘテロバリア狭窄（ＨＢＢ）構造を形成する第２の電流ブロッキング層１８を順次埋め込む。
【００２３】
ついで、ウェハを半導体成長装置から取り出し、ＳｉＯ2からなるマスク７をフッ酸などにより剥離する。そして、再度ＭＯＣＶＤ装置などにウェハを入れ、図３（ｄ）に示されるように、ｎ形ＧａＡｓからなる第２コンタクト層１５を１μｍ程度成長する。
【００２４】
その後、表面全体にレジスト膜を設けてパターニングすることによりマスク１７を形成し、第２の発光部１６の周囲を埋め込む第２の電流ブロッキング層１８および第２コンタクト層１５の一部を、たとえば硫酸と過酸化水素水の混合溶液によりエッチングし、図３（ｅ）に示されるように、第１コンタクト層５と電気的に接続された第１電極形成層５ａの一部を露出させる。そして、マスク１７を除去した後、半導体基板１の裏面、エッチングにより露出した第１電極形成層５ａ、および第２の発光部１６の上に設けられた第２コンタクト層（第２電極形成層）１５上にそれぞれ電極１０、９、１９を形成することにより、図１に示されるような２つの波長の発光部が半導体基板の法線方向に並んだ、すなわち縦方向に並んだ２波長１チップの半導体レーザが得られる。
【００２５】
前述の例は、２波長１チップの例であったが、３波長以上の発光部を１チップ内に形成する場合でも、同様に半導体層を積層することにより、容易に形成することができる。この場合、第１の発光部より上の発光部の電流ブロッキング層は、前述のように、ヘテロバリアブロッキング構造を用いることにより製造工程が容易になるため好ましい。
【００２６】
本発明によれば、２以上の波長の発光部が縦方向に並んで形成されているため、レーザビームが半導体基板と垂直方向に並んで得られ、ＤＶＤ用などに用いる場合、１個の集光レンズで複数のビームを合せることができ光軸調整が容易なため、非常に使用しやすくなる。しかも、第１の発光部を構成する半導体積層部を形成した後に、その一部をエッチングにより除去してから第２の発光部用の半導体層を積層する必要がなく、続けて全ての半導体層を積層することができるので、非常に製造工程が簡単で、安価に得ることができる。
【００２７】
また、前述の例のように、各発光部の電流注入領域を画定する構造をリッジ構造により形成することにより、発光部が縦に積層されているため、各発光部のリッジ構造を一度のエッチングにより同時に形成することができる。そのため、一層製造工程を簡単化することができる。
【００２８】
さらに、本発明の製法によれば、前述のように簡単な製造工程で２波長以上の発光部を有する１チップの半導体レーザが得られると共に、一度のエッチングにより各発光部のリッジ構造を形成しているため、精度よく縦方向に各発光部を整列させることができる。その結果、安価で品質のよい半導体レーザが得られる。
【００２９】
リッジ構造にすることにより、前述のように、簡単な製造工程により複数の波長の発光部を有する１チップの半導体レーザが得られるが、たとえば図４に示されるように、電流狭窄層を埋め込むＳＡＳ構造でも、縦方向に発光部が積層されることにより、使いやすい複数波長の１チップ半導体レーザが得られる。
【００３０】
図４において、図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。ｎ形ＧａＡｓ基板１上にｎ形クラッド層２、活性層３までは前述の例と同様に積層し、ｐ形クラッド層は第１クラッド層４ａとして、０.３μｍ程度成長し、ついでｎ形ＧａＡｓまたはＩｎＡｌＰからなる電流狭窄層８ａを成長し、一旦半導体成長装置から取り出す。そして、レジスト膜などによりマスクをして、エッチングによりストライプ状のストライプ溝８ｂを形成し、再度成長装置でｐ形第２クラッド層４ｂを１.５μｍ程度成長し、さらに第１コンタクト層５を前述の例と同様の組成で、同じ厚さに成長する。さらに第２の発光部１６を形成するための半導体層を前述と同様に積層する。この場合も一方のクラッド層（図４の例ではｎ形クラッド層１２）にストライプ溝１８ｂが形成された電流狭窄層１８ａを埋め込むことによりＳＡＳ構造の縦型の半導体レーザが得られる。
【００３１】
なお、第２の発光部１６の半導体層を積層する場合、第１の発光部６における電流狭窄層８ａのストライプ溝８ｂにより段差があるため、活性層１３の成長の際に膜質が低下しやすい。そのため、できるだけ平坦化して形成することが好ましい。
【００３２】
前述の各例は、ＭＯＣＶＤ法により各半導体層を成長したが、半導体層の成長法はＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの他の成長法でもよい。また、発光部を形成する半導体層の積層構造や、活性層をＭＱＷ構造にしたり、バルク構造にするのは、所望の特性に応じて自由に選択することができる。また、発光部の形成順序は前述の例には限定されず、前述の第１の発光部と第２の発光部を逆に形成することもできる。この場合、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体により発光部を構成し、ＨＢＢ構造により電流ブロッキング層を形成する場合、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体よりバンドギャップの大きい材料、たとえばＩｎＡｌＰなどにより構成することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、基板上に基板の法線方向に整列した複数波長の発光部を有する半導体レーザが得られるため、ＣＤとＤＶＤの両方の読取装置などに非常に便利に使用することができる。さらに、たとえばリッジ構造で形成することにより、複数の発光部のリッジ部を一度のエッチングにより形成することができるため、非常に簡単な製造工程により製造することができる。その結果、非常に安価で高性能な複数波長１チップの半導体レーザが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザの一実施形態である断面説明図である。
【図２】図１の半導体レーザの製造工程を示す断面説明図である。
【図３】図１の半導体レーザの製造工程を示す断面説明図である。
【図４】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の断面説明図である。
【図５】従来における２波長１チップ半導体レーザの一例の断面説明図である。
【図６】従来における２波長１チップ半導体レーザの一例の断面説明図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    ｎ形クラッド層
３    活性層
４    ｐ形クラッド層
６    第１の発光部
１２    ｎ形クラッド層
１３    活性層
１４    ｐ形クラッド層
１６    第２の発光部
【図１】
0003950590.tif 000002
【図２】
0003950590.tif 000003
【図３】
0003950590.tif 000004
【図４】
0003950590.tif 000005
【図５】
0003950590.tif 000006
【図６】
0003950590.tif 000007