(57)【要約】【課題】赤外半導体レーザと赤色半導体レーザとがモノリシックに集積化され、高出力に十分対応できるＣＯＤレベルを有する２波長半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】基板１１上に赤外半導体レーザ１と、赤色半導体レーザ２とを備え、赤外半導体レーザおよび赤色半導体レーザは、基板上に形成された第１クラッド層２２、４２と、第１クラッド層上に形成された活性層２３、４３と、活性層上に形成された第２クラッド層２４、４４とを有する。赤外半導体レーザの活性層２３は、ＡｌＧａＡｓからなるバリア層と、ＧａＡｓからなるウェル層とが交互に積層され、赤色レーサの活性層４３は、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層と、ＧａＩｎＰからなるウェル層とが交互に積層され、赤外半導体レーザの活性層の厚さは、赤色半導体レーザの活性層の厚さより薄く、赤外半導体レーザおよび赤色半導体レーザの出射端面近傍は、ともに活性層に不純物が拡散されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された赤外半導体レーザと、赤色半導体レーザとを備え、
赤外半導体レーザは、
前記半導体基板基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層とを有し、
赤色半導体レーザは、
前記半導体基板基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層とを有する２波長半導体レーザ装置において、
前記赤外半導体レーザの活性層は、ＡｌＧａＡｓからなるバリア層と、ＧａＡｓからなるウェル層とが交互に積層され、
前記赤色レーサの活性層は、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層と、ＧａＩｎＰからなるウェル層とが交互に積層され、
前記赤外半導体レーザの活性層の厚さは、前記赤色半導体レーザの活性層の厚さより薄く、
前記赤外半導体レーザおよび前記赤色半導体レーザの出射端面近傍は、ともに前記活性層に不純物が拡散されていることを特徴とする２波長半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記赤外半導体レーザの活性層は、前記バリア層と前記ウェル層に対して、第１クラッド層側に形成されたＡｌＧａＡｓからなる第１ガイド層と、
前記バリア層と前記ウェル層に対して、第２クラッド層側に形成されたＡｌＧａＡｓからなる第２ガイド層とを有し、
前記赤色半導体レーザの活性層は、前記バリア層と前記ウェル層の積層体に対して、第１クラッド層側に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１ガイド層と、
前記バリア層と前記ウェル層の積層体に対して、第２クラッド層側に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２の光ガイド層とを有する請求項１記載の２波長半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記赤外半導体レーザのウェル層の厚さは、前記赤色半導体レーザのウェル層の厚さよりも薄く、前記赤外半導体レーザのバリア層の厚さは、前記赤色半導体レーザのバリア層の厚さよりも薄い請求項１または２に記載の２波長半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記赤外半導体レーザの第１ガイド層の厚さは、前記赤色半導体レーザの第１ガイド層の厚さよりも薄く、前記赤外半導体レーザの第２の光ガイド層の厚さは前記赤色半導体レーザの第２の光ガイド層の厚さよりも薄い請求項２または３記載の２波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記不純物はＺｎであり、前記赤外半導体レーザの活性層におけるＺｎの拡散係数をＤ１、前記赤色半導体レーザの活性層におけるＺｎの拡散係数をＤ２としたとき、前記赤外半導体レーザの活性層の層厚の前記赤色半導体レーザの活性層の層厚に対する比は、Ｄ１／Ｄ２である請求項１〜４のいずれか一項に記載の２波長半導体レーザ装置。
【請求項６】
半導体基板の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層を形成し、前記第１クラッド層の上にＡｌＧａＡｓからなるバリア層とＧａＡｓからなるウェル層とを交互に積層した活性層を形成し、前記活性層の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層を形成して赤外半導体レーザ用積層体を形成する第１の工程と、
前記赤外半導体レーザ用積層体を選択的にエッチングして前記半導体基板の一部を露出させる第２の工程と、
前記露出した半導体基板の一部領域の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層を形成し、前記第１クラッド層の上にＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とＧａＩｎＰからなるウェル層とを交互に積層して活性層を前記赤外半導体レーザ用積層体の活性層よりも厚く形成し、前記活性層の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層を形成して赤色半導体レーザ用積層体を形成する第３の工程と、
前記赤外半導体レーザ用積層体の第２クラッド層および前記赤色半導体レーザ用積層体の第２クラッド層上の端部にＺｎを有する不純物拡散層を形成し、前記半導体基板を加熱して前記Ｚｎを前記第２クラッド層および前記活性層に拡散させる第４の工程とを備えた２波長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、端面窓構造を有する赤外半導体レーザおよび赤色半導体レーザをモノリシックに集積化した高出力２波長半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスク(Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ：以下ＣＤと呼ぶ)やディジタル多用途ディスク(Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ：以下ＤＶＤと呼ぶ)などの光ディスク用光源として半導体レーザ装置が用いられる。近年、光ディスク用光源用の半導体レーザ装置としては、ＣＤ用光源である赤外半導体レーザとＤＶＤ用光源である赤色半導体レーザとを同一半導体基板上にモノリシックに集積化した２波長半導体レーザ装置が主流になってきている。さらに、ＣＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＡＭなどの書き込み可能な光ディスクへの書き込み速度の高倍率化競争が激化し、２波長半導体レーザの高出力化が市場から強く要望されている。
【０００３】
一般的に半導体レーザの出射端面付近（以下、窓領域と呼ぶ）において、活性層のバンドギャップが出射端面から離れた活性層のバンドギャップより小さくなるため、活性層で発生した光は端面付近の活性層で吸収される。そのため、半導体レーザの光出力が増加すると、窓領域の活性層における光吸収量が増加する。その結果、窓領域の温度が上昇し、更に端面付近の活性層のバンドギャップが減少して光の吸収が更に行われることになる。このような窓領域における光吸収の悪循環が繰り返されることにより、半導体レーザの窓領域が熱的に溶融破壊される。
【０００４】
このような半導体レーザの光出力の増大によって生じる窓領域の熱的破壊をＣＯＤ(Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ)といい、ＣＯＤが発生する光出力をＣＯＤレベルと呼んでいる。ＣＯＤレベルを向上させて、高出力動作を実現する２波長半導体レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
高出力動作を実現する２波長半導体レーザ装置には、半導体レーザの窓領域に亜鉛(以下、Ｚｎと記す)などの不純物を拡散させて、窓領域の活性層における結晶構造を無秩序化させ、窓領域の活性層における実効的なバンドギャップを増大させる端面窓構造が形成されたものがある。特に出力３００ｍＷの２波長半導体レーザ装置では、窓領域において活性層の結晶構造が無秩序となるように不純物が十分に拡散されている必要がある。
【０００６】
また、２波長半導体レーザ装置において、端面窓構造を形成するＺｎなどの不純物拡散工程を赤外半導体レーザと赤色半導体レーザとで同時に行うことが一般的である。この端面窓構造は、２波長半導体レーザ装置における赤外半導体レーザと赤色半導体レーザの両方に形成されている。
【特許文献１】特開２００１−３４５５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記２波長半導体レーザ装置において、Ｚｎなどの不純物は、赤外半導体レーザの活性層材料であるＡｌＧａＡｓ中よりも赤色半導体レーザの活性層材料であるＡｌＧａＩｎＰ中の方が拡散速度が速い。そのため、赤色半導体レーザの活性層において、不純物が拡散した状態で不純物拡散工程を終了すると、赤外半導体レーザの活性層へのＺｎの拡散が不十分になり、活性層の結晶構造の無秩序化が不完全となる。このため、光出力が３００ｍＷを超えるような高出力２波長半導体レーザ装置では、赤外半導体レーザ側にＣＯＤが発生しやすくなりデバイス信頼性が低下する。
【０００８】
一方、赤外半導体レーザの活性層において、不純物が十分に拡散するように拡散時間を増加させた場合は、赤色半導体レーザにおいて窓領域外に不純物が拡散してしまう。そのため、赤外半導体レーザにおいて、ｐ型クラッド層で吸収損失が増大し、活性層において結晶構造が乱れてしまいＣＯＤレベルが低下するなど信頼性が大幅に悪化する。
【０００９】
また、赤外半導体レーザと赤色半導体レーザの不純物拡散工程を別々に行う方法もあるが、工程の増加と製造コスト上昇を招く。
【００１０】
本発明は、同一半導体基板上に赤外半導体レーザと赤色半導体レーザとがモノリシックに集積化され、３００ｍＷを超える高出力に十分対応できるＣＯＤレベルを有する２波長半導体レーザ装置およ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】
【００１１】
本発明の２波長半導体レーザ装置は、半導体基板上に形成された赤外半導体レーザと、赤色半導体レーザとを備え、赤外半導体レーザは、前記半導体基板基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層とを有し、赤色半導体レーザは、前記半導体基板基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層とを有する。前記赤外半導体レーザの活性層は、ＡｌＧａＡｓからなるバリア層と、ＧａＡｓからなるウェル層とが交互に積層され、前記赤色レーサの活性層は、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層と、ＧａＩｎＰからなるウェル層とが交互に積層され、前記赤外半導体レーザの活性層の厚さは、前記赤色半導体レーザの活性層の厚さより薄く、前記赤外半導体レーザおよび前記赤色半導体レーザの出射端面近傍は、ともに前記活性層に不純物が拡散されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の２波長半導体レーザ装置の製造方法は、上記課題を解決するために、半導体基板の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層を形成し、前記第１クラッド層の上にＡｌＧａＡｓからなるバリア層とＧａＡｓからなるウェル層とを交互に積層した活性層を形成し、前記活性層の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層を形成して赤外半導体レーザ用積層体を形成する第１の工程と、前記赤外半導体レーザ用積層体を選択的にエッチングして前記半導体基板の一部を露出させる第２の工程と、前記露出した半導体基板の一部領域の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第１クラッド層を形成し、前記第１クラッド層の上にＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層とＧａＩｎＰからなるウェル層とを交互に積層して活性層を前記赤外半導体レーザ用積層体の活性層よりも厚く形成し、前記活性層の上にＡｌＧａＩｎＰからなる第２クラッド層を形成して赤色半導体レーザ用積層体を形成する第３の工程と、前記赤外半導体レーザ用積層体の第２クラッド層および前記赤色半導体レーザ用積層体の第２クラッド層上の端部にＺｎを有する不純物拡散層を形成し、前記半導体基板を加熱して前記Ｚｎを前記第２クラッド層および前記活性層に拡散させる第４の工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、赤外半導体レーザの活性層の厚さを相対的に薄くすることにより、同一半導体基板上に赤外半導体レーザと赤色半導体レーザとがモノリシックに集積化され、３００ｍＷを超える高出力に十分対応できるＣＯＤレベルを有する２波長半導体レーザ装置およびその製造方法を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】
【００１４】
本発明の２波長半導体レーザ装置は、上記構成を基本として種々の態様をとることができる。
【００１５】
すなわち、前記赤外半導体レーザの活性層は、前記バリア層と前記ウェル層に対して、第１クラッド層側に形成されたＡｌＧａＡｓからなる第１ガイド層と、前記バリア層と前記ウェル層に対して、第２クラッド層側に形成されたＡｌＧａＡｓからなる第２ガイド層とを有し、前記赤色半導体レーザの活性層は、前記バリア層と前記ウェル層の積層体に対して、第１クラッド層側に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第１ガイド層と、前記バリア層と前記ウェル層の積層体に対して、第２クラッド層側に形成されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２の光ガイド層とをする構成にすることができる。
【００１６】
また、前記赤外半導体レーザのウェル層の厚さは、前記赤色半導体レーザのウェル層の厚さよりも薄く、前記赤外半導体レーザのバリア層の厚さは、前記赤色半導体レーザのバリア層の厚さよりも薄い構成にすることもできる。
【００１７】
また、前記赤外半導体レーザの第１ガイド層の厚さは、前記赤色半導体レーザの第１ガイド層の厚さよりも薄く、前記赤外半導体レーザの第２の光ガイド層の厚さは前記赤色半導体レーザの第２の光ガイド層の厚さよりも薄い構成にすることもできる。
【００１８】
また、前記不純物はＺｎであり、前記赤外半導体レーザの活性層におけるＺｎの拡散係数をＤ１、前記赤色半導体レーザの活性層におけるＺｎの拡散係数をＤ２としたとき、前記赤外半導体レーザの活性層の層厚の前記赤色半導体レーザの活性層の層厚に対する比は、Ｄ１／Ｄ２であることもできる。
【００１９】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における２波長半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態１における２波長半導体レーザ装置の断面構造の一例を示す断面図である。なお、図中のｘ、ｙ、ｚは、断面の向きを示す（以下の各図において同じ）。本実施の形態における２波長半導体レーザ装置は、半導体基板１１上に出力波長７８０ｎｍ帯の赤外半導体レーザ１と、出力波長６６０ｎｍ帯の赤色半導体レーザ２とをモノリシックに集積化したものである。以下に、その構造を説明する。
【００２１】
まず、赤外半導体レーザ１の構成について説明する。図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓで形成された半導体基板１１上に、ｎ型ＧａＡｓで形成されたバッファ層２１が形成されている。バッファ層２１上には、ｎ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｎ型クラッド層２２が配置されている。ｎ型クラッド層２２上には、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料で形成された２層多重量子井戸構造の活性層２３が配置されている。活性層２３上には、ｐ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｐ型第１クラッド層２４が配置されている。ｐ型第１クラッド層２４上には、ｐ型ＧａwＩｎ1-wＰで形成されたエッチングストップ層２５が配置されている。
【００２２】
エッチングストップ層２５上には、ｐ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｐ型第２クラッド層２６が配置されている。ｐ型第２クラッド層２６は、リッジ形成されている。ｐ型第２クラッド層２６上には、ｐ型ＧａwＩｎ1-wＰで形成された中間層２７が配置されている。中間層２７上には、ｐ型ＧａＡｓで形成されたコンタクト層２８が配置されている。赤外半導体レーザ１の各層におけるｘ、ｙの値、層厚およびキャリア濃度を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
つぎに、赤色半導体レーザ２の構成について説明する。半導体基板１１上には、ｎ型ＧａＡｓで形成されたバッファ層４１が形成されている。バッファ層４１上には、ｎ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｎ型クラッド層４２が配置されている。ｎ型クラッド層４２上には、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ系材料で形成された３層多重量子井戸構造の活性層４３が配置されている。活性層４３上には、ｐ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｐ型第１クラッド層４４が配置されている。ｐ型第１クラッド層４４上には、ｐ型ＧａwＩｎ1-wＰで形成されたエッチングストップ層４５が形成されている。
【００２５】
エッチングストップ層４５上には、ｐ型（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰで形成されたｐ型第２クラッド層４６が形成されている。ｐ型第２クラッド層４６は、リッジ形成されている。ｐ型第２クラッド層４６上には、ｐ型ＧａwＩｎ1-wＰで形成された中間層４７が配置されている。中間層４７上には、ｐ型ＧａＡｓで形成されたコンタクト層４８が形成されている。赤色半導体レーザ２の各層におけるｘ、ｙの値、層厚およびキャリア濃度を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
赤外半導体レーザ１および赤色半導体レーザ２において、コンタクト層２８、４８以外の表面に電流ブロック層１２が配置されている。赤外半導体レーザ１における電流ブロック層１２およびコンタクト層２８上には、赤外用ｐ型電極１６が形成されている。赤色半導体レーザ２における電流ブロック層およびコンタクト層４８上には、赤色用ｐ型電極１７が形成されている。半導体基板１１の半導体レーザが形成された面の裏面には、ｎ型電極１５が形成されている。
【００２８】
本実施の形態では、各クラッド層における（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰの組成は、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５を例に説明する。また、今後は特に記載しない限り（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰをＡｌＧａＩｎＰと表記する。また、各クラッド層の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰの組成ｘ、ｙの値は、赤外半導体レーザおよび赤色半導体レーザの遠視野像(Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ)をＣＤおよびＤＶＤ光ディスク光学系に最適な値である垂直拡がり角が１８°以下、水平拡がり角は１２°以下になるように、赤外半導体レーザでは０．５≦ｘ≦０．７、０．４≦ｙ≦０．６に、赤色半導体レーザでは０．５５≦ｘ≦０．７５、０．４≦ｙ≦０．６の範囲でそれぞれ設定することができる。
【００２９】
図２（ａ）は、赤外半導体レーザ１の活性層２３の構成を示す断面図である。第１ガイド層３１は、ＡｌxＧａ1-xＡｓで形成され、ｎ型クラッド層２２上に配置されている。ウェル層３２は、ＧａＡｓで形成され、第１ガイド層３１上に２層配置されている。バリア層３３は、ＡｌxＧａ1-xＡｓで形成され、２層のウェル層３２に挟まれた位置に配置されている。第２ガイド層３４は、ＡｌxＧａ1-xＡｓで形成され、ウェル層３２とｐ型第１クラッド層２４とに挟まれた位置に配置されている。ガイド層３１、３４、バリア層３３のＡｌxＧａ1-xＡｓにおいて、クラッド層の組成設定と同様の理由より０．４≦ｘ≦０．６の範囲でそれぞれ異なるｘの値を用いることができる。
【００３０】
表１に示すように、２層あるウェル層３２の厚さがそれぞれ３ｎｍであり、バリア層３３の厚さが３ｎｍであり、第１ガイド層３１の厚さが１０ｎｍであり、第２ガイド層３４の厚さが１６ｎｍである。したがって、活性層２３全体の厚さは、３５ｎｍである。
【００３１】
図２（ｂ）は、赤色半導体レーザ２の活性層４３の構成を示す断面図である。第１ガイド層５１は、ＡｌＧａＩｎＰで形成され、ｎ型クラッド層４２上に配置されている。ウェル層５２は、ＧａwＩｎ1-wＰで形成され、第１ガイド層５１上に３層配置されている。バリア層５３は、ＡｌＧａＩｎＰで形成され、３層のウェル層５２それぞれの間に配置されている。第２ガイド層５４は、ＡｌＧａＩｎＰで形成され、ウェル層５２とｐ型第１クラッド層４４とに挟まれた位置に配置されている。なお、各クラッド層２２、２４、２６、４２、４４、４６、赤色半導体レーザの活性層４３における各ガイド層５１、５２、およびバリア層５３における（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰのｘ、ｙの値は、赤外半導体レーザと同様の理由で０．５≦ｘ≦０．６、０．４５≦ｙ≦０．６５の範囲でそれぞれ異なる値を用いることができる。また、エッチング層トップ層２５、４５、中間層２７、４７および赤色半導体レーザ２におけるウェル層５２におけるＧａwＩｎ1-wＰのｗの値はそれぞれ異なる値を用いることができる。
【００３２】
表２に示すように、３層あるウェル層５２の厚さがそれぞれ８ｎｍであり、２層あるバリア層５３の厚さがそれぞれ７ｎｍであり、第１ガイド層５１の厚さが６０ｎｍであり、第２ガイド層５４の厚さが６０ｎｍである。したがって、活性層４３全体の厚さは、１５８ｎｍである。つまり、赤外半導体レーザ１の活性層２３の厚さは、赤色半導体レーザ２の活性層４３の厚さの２２％である。
【００３３】
なお、赤外半導体レーザ１の第１ガイド層３１、および第２ガイド層３４の厚さは、レーザ出射光の遠視野像(Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ)の垂直拡がり角が１８°以下、水平拡がり角は１２°以下になる厚さである。ここで垂直方向の光分布をｎ形クラッド層２２方向に分布させ垂直拡がり角を１８°以下になるように、第１ガイド層３１（１０ｎｍ）を第２ガイド層３４（１６ｎｍ）より薄くしている。
【００３４】
また、赤外半導体レーザ１および赤色半導体レーザ２の光出射端面付近（窓領域）１４に亜鉛(Ｚｎ)を拡散させて端面窓構造が形成されている(図示せず)。赤外半導体レーザ１と赤色半導体レーザ２における窓領域の活性層２３、４３は、Ｚｎが同程度に拡散されている。このため、赤外半導体レーザ１と赤色半導体レーザ２のＣＯＤレベルを高出力に十分に対応できるレベルにすることができる。
【００３５】
次に、本実施の形態における２波長半導体レーザ装置の製造方法について述べる。
図３から図１０は、本実施の形態の２波長半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図（図６（ｂ）を除く）である。
【００３６】
まず、図３に示すように、半導体基板１１上に、赤外半導体レーザ１を構成する赤外用積層体３を形成する。赤外用積層体３は、バッファ層２１と、ｎ型クラッド層２２と、活性層２３と、ｐ型第１クラッド層２４と、エッチングストップ層２５と、ｐ型第２クラッド層２６と、中間層２７と、コンタクト層２８とを順次積層して形成される。各層は、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長により形成される。このとき、活性層２３は、図２（ａ）に示すように、第１ガイド層３１と、２層のウェル層３２と、１層のバリア層３３と、第２ガイド層３４とを順に結晶成長させて形成される。
【００３７】
つぎに、図４に示すように、赤外用積層体３に対して、赤外半導体レーザを形成する領域をマスク（図示せず）して、他の領域の赤外用積層体３をエッチング除去する。その後、図５に示すように、エッチングにより露出した半導体基板１１上に、赤色半導体レーザ２を形成する赤色用積層体４を形成する。赤色用積層体４は、バッファ層４１と、ｎ型クラッド層４２と、活性層４３と、ｐ型第１クラッド層４４と、エッチングストップ層４５と、ｐ型第２クラッド層４６と、中間層４７と、コンタクト層４８とを順次積層させて形成される。各層は、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長により形成される。このとき、活性層４３は、図２（ｂ）に示すように、第１ガイド層５１と、３層のウェル層５２と、２層のバリア層５３と、ｐ型第１クラッド層４４に接する第２ガイド層５４とを順に結晶成長させて形成される。
【００３８】
図６（ａ）は窓領域における断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の上面図である。つぎに、図６（ａ）に示すように、赤外用積層体３および赤色用積層体４における窓領域上に、端面窓構造を形成するための拡散源であるＺｎＯ１３をスパッタ法を用いて堆積する。図６（ｂ）に示すように、ＺｎＯ１３を端面窓領域１４である出射端面から距離Ｌｗまでの領域に堆積させる。本実施の形態では、Ｌｗ＝２０μｍとする。その後、熱処理を行い、窓領域１４において図７に示すように、ＺｎＯ１３からＺｎをその下の半導体層へ拡散させて、活性層２３、４３における結晶構造を無秩序化させる。
【００３９】
つぎに、赤外用積層体３および赤色用積層体４（図５参照）におけるコンタクト層２８、４８と、中間層２７、４７と、ｐ型第２クラッド層２６、４６とを図８に示すようにストライプ形状にエッチングする。図８は、窓領域外の断面図である。その後、窓領域１４における断面図である図９に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２８、４８をエッチングで除去する。
【００４０】
更にその後、図１０に示すように、エッチングストップ層２５、４５上、ｐ型第２クラッド層２６、４６側面上および中間層２７、４７上に電流ブロック層１２を堆積させる。図１０（ａ）は窓領域外の断面図であり、図１０（ｂ）は窓領域の断面図である。このとき、窓領域外のコンタクト層２８、４８は、電流注入部になるために、その上部に電流ブロック層１２を堆積させない。最後に、図１に示すように窓領域外の領域に赤外用ｐ型電極１６と、赤色用ｐ型電極１７と、ｎ型電極１５とを形成する。このとき、赤外用ｐ型電極１６と、赤色用ｐ型電極１７とはそれぞれ赤外半導体レーザと赤色半導体レーザ用の電極となるためショートしないように分離されている。以上の工程により本実施の形態に係る２波長半導体レーザ装置が形成される。
【００４１】
図１１は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料の拡散温度６００℃における拡散時間とＺｎ拡散距離との関係を示すグラフである。特性曲線６１は、拡散時間に対してＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料中におけるＺｎ拡散距離を示す。特性曲線６２は、拡散時間に対してＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料中におけるＺｎ拡散距離を示す。特性曲線６１は、特性曲線６２に対して、同一拡散時間では拡散距離がおよそ２０％程度である。
【００４２】
また、上述したように、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料である赤外半導体レーザ１の活性層２３の厚さは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料である赤色半導体レーザ２の活性層４３の厚さの２２％である。したがって、同一の拡散時間でＺｎが拡散された赤外半導体レーザの活性層２３と赤色半導体レーザの活性層４３は、結晶構造の無秩序化が同一レベルとなる。
【００４３】
図１２は、上記の構造の２波長半導体レーザを実際に試作し、赤外半導体レーザ１の光出力−電流特性７１を示したグラフである。図１２に示すように、本実施の形態における赤外半導体レーザの光出力は、４００ｍＷ以上の光出力でもＣＯＤが生じないことが確認できた。一方、赤色半導体レーザの活性層の４０％の厚さで形成された活性層を有する赤外半導体レーザの光出力（光出力−電流特性７２）は、２５０ｍＷ付近でＣＯＤが生じてしまう結果となった。このことより、本実施の形態の構造が、Ｚｎ拡散を用いて端面窓構造を同時形成する２波長半導体レーザにおいてＣＯＤレベル向上に効果があることが確認できた。
【００４４】
以上のように本実施の形態に係る２波長半導体レーザは、赤外半導体レーザ１の活性層２３の厚さを赤色半導体レーザ２の活性層４３の厚さより薄く形成されている。このことにより、端面窓構造を形成するＺｎ拡散工程を赤外半導体レーザ１と赤色半導体レーザ２で同時に行った場合でも、赤外半導体レーザ１の活性層２３の結晶構造の無秩序化を赤色半導体レーザ２の活性層４３の結晶構造の無秩序化と同等にすることができ、高出力２波長半導体レーザ装置の製造コストが削減され、信頼性が向上する。
【００４５】
（実施の形態２）
図１３は、図１１で示したＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料の拡散時間とＺｎ拡散距離との関係を、拡散温度を６００℃から６５０℃に変更した時のものである。特性曲線６３は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料における拡散時間に対するＺｎ拡散距離の特性を示す。特性曲線６４は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料における拡散時間に対するＺｎ拡散距離の特性を示す。なお、参照するために、特性曲線６１、６２を合わせて示す。
【００４６】
実施の形態１で説明したように、赤外半導体レーザ１の活性層２３の膜厚は、図１１で示したＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料の拡散時間とＺｎ拡散距離との関係より決定される。図１３に示すように、Ｚｎ拡散温度を６００℃から６５０℃に上昇させた時の特性曲線６３は、特性曲線６１に対してほとんど変化しない。例えば、拡散時間が６０分の場合、Ｚｎ拡散距離は、特性曲線６１によれば０．１１μｍであり、特性曲線６３によれば０．１２μｍであり、その差は０．０１μｍとほとんどない。このことより、拡散温度を６００℃から６５０℃に上昇させても、赤外半導体レーザ１の活性層２３の結晶性を十分に無秩序化する拡散時間は、拡散温度が６００℃の場合と同じ拡散時間となる。
【００４７】
一方、Ｚｎ拡散温度を６００℃から６５０℃に上昇させた時の特性曲線６４は、特性曲線６２に対して２０％上昇する。例えば、拡散時間が６０分の場合、Ｚｎ拡散距離は、特性曲線６２によれば０．６０μｍであり、特性曲線６４によれば０．７４μｍであり、その差は０．１４μｍと特性曲線６１、６３と比べて拡散温度の違いによる拡散距離の変動が大きい。このことは、拡散温度を上昇させた場合には、同一拡散時間で赤色半導体レーザ２の活性層４３の結晶構造の無秩序化がよく促進されることを示している。そこで、Ｚｎ拡散工程の拡散温度を上昇させることにより、赤色半導体レーザ２の高出力化を更に行うことが可能である。
【００４８】
実施の形態２では、実施の形態１に係る赤外半導体レーザ１の活性層２３と赤色半導体レーザ２の活性層４３の構造を用いて拡散温度と拡散時間を更に最適化して２波長半導体レーザ装置を製造した。最適化の条件として、拡散温度を６３５℃、拡散時間を６０分にすることにより、赤色半導体レーザ２のＣＯＤレベルを大幅に改善できた。
【００４９】
図１４（ａ）は本実施の形態に係る赤外半導体レーザ１の光出力−電流特性７３を示すグラフであり、図１４（ｂ）は本実施の形態に係る赤色半導体レーザ２の光出力−電流特性７４を示すグラフである。拡散温度を６３５℃、拡散時間を６０分にすることにより、赤外半導体レーザの光出力が４００ｍＷ以上、赤色半導体レーザの光出力が４００ｍＷ以上を実現する高出力２波長半導体レーザを作成することができた。
【００５０】
このように、Ｚｎ拡散温度を適切に上昇させることにより２波長半導体レーザの結晶性の劣化を引き起こすことなく赤外半導体レーザ１と赤色半導体レーザ２の端面窓構造を十分に形成することが可能となり、高出力２波長半導体レーザの信頼性を向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の２波長半導体レーザ装置は、高出力の光ディスク用光源用の半導体レーザ装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る２波長半導体レーザ装置の構成を示す断面図
【図２】同上２波長半導体レーザ装置の活性層の構成を示す断面図
【図３】同上２波長半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図４】図３のつぎの工程を示す断面図
【図５】図４のつぎの工程を示す断面図
【図６】（ａ）は図５のつぎの工程を示す窓領域における断面図、（ｂ）は平面図
【図７】図６のつぎの工程を示す窓領域における断面図
【図８】図７のつぎの工程を示す窓領域および窓領域外における断面図
【図９】図８のつぎの工程を示す窓領域における断面図
【図１０】図９のつぎの工程を示す（ａ）は窓領域外における断面図、（ｂ）は窓領域における断面図
【図１１】ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料の拡散温度６００℃における拡散時間とＺｎ拡散距離との関係を示すグラフ
【図１２】赤外半導体レーザ１の光出力−電流特性を示したグラフ
【図１３】ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系材料とＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料の拡散温度６５０℃における拡散時間とＺｎ拡散距離との関係を示すグラフ
【図１４】（ａ）は赤外半導体レーザの光出力−電流特性、（ｂ）は赤色半導体レーザの光出力−電流特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００５３】
１  赤外半導体レーザ
２  赤色半導体レーザ
３  赤外用積層体
４  赤色用積層体
１１  半導体基板
１２  電流ブロック層
１３  ＺｎＯ
１４  窓領域
１５  ｎ型電極
１６  赤外用ｐ型電極
１７  赤色用ｐ型電極
２１、４１  バッファ層
２２、４２  ｎ型クラッド層
２３、４３  活性層
２４、４４  ｐ型第１クラッド層
２５、４５  エッチングストップ層
２６、４６  ｐ型第２クラッド層
２７、４７  中間層
２８、４８  コンタクト層
３１、５１  第１ガイド層
３２、５２  ウェル層
３３、５３  バリア層
３４、５４  第２ガイド層
６１、６２、６３、６４  特性曲線
７１、７２、７３、７４  光出力−電流特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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