(57)【要約】【課題】高出力で且つ低コストなモノリシック型の二波長又はそれ以上の多波長レーザ装置レーザ装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子１２及び第２の半導体レーザ素子１３を備えている。第１の半導体レーザ素子１２は、端面の近傍に形成された第１の不純物を含む領域である第１の端面窓構造４１を有し、第２の半導体レーザ素子は、端面の近傍に形成された第２の不純物を含む領域である第２の端面窓構造４２を有し、第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離は、第２の活性層３３の下端から第２の端面窓構造４２の下端までの距離よりも短い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の上に形成された第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を備え、
前記第１の半導体レーザ素子は、前記半導体基板の上に下側から順次形成された、第１の第１導電型クラッド層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である）からなる層を含む第１の活性層、第１の第２導電型クラッド層及び第１のコンタクト層を有し、且つ、端面の近傍に形成された第１の不純物を含む領域である第１の端面窓構造を有し、
前記第２の半導体レーザ素子は、前記半導体基板の上に下側から順次形成された、第２の第１導電型クラッド層、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる層を含む第２の活性層、第２の第２導電型クラッド層、第２のコンタクト層を有し、且つ、端面の近傍に形成された第２の不純物を含む領域である第２の端面窓構造を有し、
前記第１の第１導電型クラッド層及び第１の第２導電型クラッド層の少なくとも一方は、Ｉｎを含み、
前記第１の端面窓構造の下端は、前記第１の第１導電型クラッド層の下端よりも上側であり、
前記第１の活性層の下端から前記第１の端面窓構造の下端までの距離は、前記第２の活性層の下端から前記第２の端面窓構造の下端までの距離よりも短いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１の端面窓構造の上端は、前記第１の第２導電型クラッド層の上端よりも下側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装置。
【請求項３】
前記第２の端面構造の下端は、前記第２の第２導電型クラッド層の下端よりも上側であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第２の半導体レーザ素子は、前記半導体基板と前記第２の第１導電型クラッド層との間に形成されたバッファ層を有し、
前記第２の活性層は、バンドギャップが前記バッファ層よりも小さく、
前記第２の端面構造の下端は、前記バッファ層に達していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記バッファ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）又はＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記バッファ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）又はＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる多層膜であり、
前記バッファ層の各層におけるＡｌの組成比は、前記半導体基板側から前記第２の第１導電型クラッド層の側に向かって順次大きくなることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第第１のコンタクト層及び第２のコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、
前記第１のコンタクト層の膜厚は、前記第２のコンタクト層の膜厚以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１のコンタクト層及び第２のコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、
前記第１のコンタクト層のＡｌ組成比は、前記第２のコンタクト層のＡｌ組成比以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、
前記第１の第２導電型クラッド層の膜厚は、前記第２の第２導電型クラッド層の膜厚以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、
前記第１の第２導電型クラッド層のＡｌ組成比は、前記第２の第２導電型クラッド層のＡｌ組成比以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、それぞれ第１のエッチングストップ層及び第２のエッチングストップ層を含み、
前記第１のエッチングストップ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である）からなる単層膜又は多層膜であり、第２のエッチングストップ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１の第１導電型クラッド層、第１の活性層、第１の第２導電型クラッド層及び第１のコンタクト層は、連続した１回の結晶成長により形成され、
前記第２の第１導電型クラッド層、第２の活性層、第２の第２導電型クラッド層及び第２のコンタクト層は、連続した１回の結晶成長により形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第１の活性層及び第２の活性層に電流が注入される位置を制限する電流ブロック層を有し、
前記電流ブロック層は、絶縁膜であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記第１の活性層及び第２の活性層に電流が注入される位置を制限する電流ブロック層を有し、
前記電流ブロック層は、第１導電型の半導体層であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１の不純物及び第２の不純物は、同一の材料であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第１の不純物及び第２の不純物は、亜鉛（Ｚｎ）又はシリコン（Ｓｉ）であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１７】
第１導電型の半導体基板の上に、第１の第１導電型クラッド層と、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である）からなる層を含む第１の活性層と、第１の第２導電型クラッド層とを有する第１の半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の半導体層の端面となる領域に不純物を注入する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第１の半導体層を選択的に除去する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）よりも後に、第２の第１導電型クラッド層、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる層を含む第２の活性層と、第２の第２導電型クラッド層とを有する第２の半導体層を形成する工程（ｄ）と、
前記第２の半導体層の端面となる領域に、第２の不純物を導入することにより、前記第２の半導体層の上部から少なくとも前記第２の活性層までの領域を無秩序化する工程（ｅ）とを備えていることを特徴とする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】
本発明は半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に複数の波長のレーザ光を出射するモノリシック型の半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置のピックアップ用光源並びに光情報処理、光通信及び光計測のための光源として、半導体レーザ装置が用いられている。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディスク）の再生や記録を行うためのピックアップ用光源として、波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザ装置が用いられている。また、さらに高密度なＤＶＤ（デジタルビデオディスク）の再生や記録を行うためのピックアップ用光源として、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ装置が用いられている。
【０００３】
一方、１つのドライブでＣＤ、ＭＤ及びＤＶＤ等の複数の光ディスクに対応することが求められている。この場合には、１つのドライブに赤外レーザ装置と赤色レーザ装置とを搭載する必要がある。しかし、最近ではドライブの小型化及び低コスト化並びに光学調整及び組立工ほどの簡素化等の要請により、ピックアップ用光源を含む光集積ユニットのさらなる簡素化が求められている。このため、同一基板上に波長７８０ｎｍ帯の赤外レーザ素子と波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ素子とが集積された、二波長半導体レーザ装置が実用化され（例えば、特許文献１を参照。）、光集積ユニットの大幅な簡素化に貢献している。
【０００４】
今後の、光ディスク市場においてはＣＤ用赤外レーザを用いてメディアのラベルに絵や文字を描くＬＳ（ライトスクライブ）への対応及びＤＶＤの高倍速化への対応が要求される。これらの要求を満たすためには、二波長レーザの高出力化が必須である。
【０００５】
半導体レーザ装置を高出力化するためには、端面における光損傷、すなわちＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）劣化の抑制が必要である。ＣＯＤ劣化の抑制には、端面窓構造の採用が有効である。端面窓構造は、レーザ素子の光出射端面近傍において活性層に不純物を拡散して平均組成化することで端面近傍の実行的なバンドギャップを拡大し、端面近傍における光吸収を抑制するものである。これにより、光吸収による端面近傍の発熱、発熱によるバンドギャップの縮小、バンドギャップの縮小によるさらなる光吸収という負の連鎖を阻害し、ＣＯＤ劣化を抑制する。
【０００６】
一方、二波長半導体レーザ装置の構造は、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とを個別に作製し、実装時に集積するハイブリッド型と、同一基板上に赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とを作製するモノリシック型に大別できる。赤外レーザ素子と赤色レーザ素子との発光点間隔の高精度化の要請及び実装歩留まりの観点から、現在ではモノリシック型が主流になってきている。
【特許文献１】特開２００１−５７４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置は、各レーザ素子の特性を最大化することが困難であるという問題がある。
【０００８】
モノリシック型の二波長半導体レーザ装置を高出力化するためには、先に述べたＣＯＤ劣化対策に加えて、高温及び高出力時の安定動作を実現しなければならない。高温及び高出力時に安定動作をさせるためには、動作電流の低減が重要である。動作電流の低減には、活性層におけるキャリアのオーバーフローの抑制が必要である。
【０００９】
活性層がＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外レーザ素子においては、クラッド層をバンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系材料とすることにより、キャリアのオーバーフローを抑制できる。しかし、端面窓構造を作製する際に、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いたクラッド層に対して過剰な不純物拡散を行うと、利得領域の波長と窓領域の波長との差である波長シフト量が小さくなってしまう。過剰な不純物拡散は、活性層に不純物のパイルアップが生じる原因となる。不純物のパイルアップにより活性層に準位形成が生じたり、クラッド層から活性層へＩｎが混入したりするため、端面窓領域においてバンドギャップが逆に狭くなってしまう。その結果、端面窓構造における光吸収が増大し、赤外レーザ素子のＣＯＤ等の特性が悪化する。
【００１０】
一方、活性層がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色レーザ素子においては、クラッド層とをＡｌＧａＩｎＰ系とすれば、赤外レーザ素子において生じる波長シフト量の低下等の問題は発生しない。このため、クラッド層にできるだけ不純物を拡散させ端面窓構造を大きくすることが好ましい。しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層を超えてＧａＡｓからなるバッファ層に不純物拡散が達すると、リーク電流が発生し半導体レーザの特性を悪化させる。
【００１１】
このように、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置を高出力化するためには、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とにおいて端面窓構造を形成する不純物拡散のプロセスをそれぞれ最適化する必要がある
一方、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置を低コスト化するためには、製造工程の簡素化及び歩留まりの向上が必須である。また、端面窓構造を形成するための不純物の拡散工程は熱履歴を伴う。このため、モノリシック型の二波長半導体レーザ装置を個別に熱履歴を行い作製する場合には、レーザ利得部において過剰な不純物拡散が生じ信頼性低下を招くおそれもある。従って、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とに同時に安定して端面窓構造を形成できるようにすることが望ましい。また、個別に窓構造を形成する場合においても、プロセス条件が標準化されていることが好ましい。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、高出力で且つ低コストなモノリシック型の二波長又はそれ以上の多波長レーザ装置レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体レーザ装置を、第１のレーザ素子の端面窓構造の下端が、第２のレーザ素子の端面窓構造の下端よりも上側となる構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板の上に形成された第１の半導体レーザ素子及び第２の半導体レーザ素子を備え、第１の半導体レーザ素子は、半導体基板の上に下側から順次形成された、第１の第１導電型クラッド層、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である）からなる層を含む第１の活性層、第１の第２導電型クラッド層及び第１のコンタクト層を有し、且つ、端面の近傍に形成された第１の不純物を含む領域である第１の端面窓構造を有し、第２の半導体レーザ素子は、半導体基板の上に下側から順次形成された、第２の第１導電型クラッド層、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる層を含む第２の活性層、第２の第２導電型クラッド層、第２のコンタクト層を有し、且つ、端面の近傍に形成された第２の不純物を含む領域である第２の端面窓構造を有し、第１の第１導電型クラッド層及び第１の第２導電型クラッド層は、Ｉｎを含み、第１の端面窓構造の下端は、第１の第１導電型クラッド層の下端よりも上側であり、第１の活性層の下端から第１の端面窓構造の下端までの距離は、第２の活性層の下端から第２の端面窓構造の下端までの距離よりも短いことを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置によれば、第１の第１導電型クラッド層及び第１の第２導電型クラッド層は、Ｉｎを含んでいる。また、第１の活性層の下端から第１の端面窓構造の下端までの距離は、第２の活性層の下端から第２の端面窓構造の下端までの距離よりも短い。このため、ＡｌＧａＡｓ系の第１の活性層を有する第１の半導体レーザ素子においては、不純物のパイルアップが生じにくい。従って、不純物のパイルアップ及びＩｎの混入による、波長シフトの低下を抑えることができ、第１の半導体レーザ素子においてＣＯＤを生じにくくできる。一方、ＡｌＧａＮＩｎＰ系の第２の活性層を有する第２の半導体レーザ素子においては、平均組成化が効率よく進み、波長シフトを大きくすることができる。このため、第１の半導体レーザ素子と第２の半導体レーザ素子との両方の出力を向上させることができる。また、ＡｌＧａＡｓ系の材料においては、ＡｌＧａＮＩｎＰ系の材料よりも不純物の拡散が遅くなる。このため、端面窓構造を不純物の拡散により形成する場合には、第２のコンタクト層膜厚を制御することにより第２の端面窓構造の下端を第１の端面窓構造の下端よりも下側にすることが容易である。その結果、高出力で低コストのモノリシック型の多波長半導体レーザ装置を実現することができる。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の端面窓構造の上端は、第１の第２導電型クラッド層の上端よりも下側であってもよい。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置において、第２の端面構造の下端は、第２の第２導電型クラッド層の下端よりも上側であってもよい。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、第２の半導体レーザ素子は、半導体基板と第２の第１導電型クラッド層との間に形成されたバッファ層を有し、第２の活性層は、バンドギャップがバッファ層よりも小さく、第２の端面構造の下端は、バッファ層に達していてもよい。
【００１９】
この場合において、バッファ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）又はＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）であってもよい。
【００２０】
また、バッファ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）又はＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる多層膜であり、バッファ層の各層におけるＡｌの組成比は、半導体基板側から第２の第１導電型クラッド層の側に向かって順次大きくなっていてもよい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、第１のコンタクト層及び第２のコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、第１のコンタクト層の膜厚は、第２のコンタクト層の膜厚以上であってもよい。
【００２２】
本発明の半導体レーザ装置において、第１のコンタクト層及び第２のコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、第１のコンタクト層のＡｌ組成比は、第２のコンタクト層のＡｌ組成比以下であってもよい。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、第１の第２導電型クラッド層の膜厚は、第２の第２導電型クラッド層の膜厚以下であってもよい。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、第１の第２導電型クラッド層のＡｌ組成比は、第２の第２導電型クラッド層のＡｌ組成比以下であってもよい。
【００２５】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の第２導電型クラッド層及び第２の第２導電型クラッド層は、それぞれ第１のエッチングストップ層及び第２のエッチングストップ層を含み、第１のエッチングストップ層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であり、第２のエッチングストップ層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる単層膜又は多層膜であってもよい。
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の第１導電型クラッド層、第１の活性層、第１の第２導電型クラッド層及び第１のコンタクト層は、連続した１回の結晶成長により形成され、第２の第１導電型クラッド層、第２の活性層、第２の第２導電型クラッド層及び第２のコンタクト層は、連続した１回の結晶成長により形成されていてもよい。
【００２７】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の活性層及び第２の活性層に電流が注入される位置を制限する電流ブロック層を有し、電流ブロック層は、絶縁膜であってもよい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の活性層及び第２の活性層に電流が注入される位置を制限する電流ブロック層を有し、電流ブロック層は、第１導電型の半導体層であってもよい。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の不純物及び第２の不純物は、同一の材料であってもよい。
【００３０】
本発明の半導体レーザ装置において、第１の不純物及び第２の不純物は、亜鉛（Ｚｎ）又はシリコン（Ｓｉ）であってもよい。
【００３１】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型の半導体基板の上に、第１の第１導電型クラッド層と、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である）からなる層を含む第１の活性層と、第１の第２導電型クラッド層とを有する第１の半導体層を形成する工程（ａ）と、第１の半導体層の端面となる領域に不純物を注入する工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後に、第１の半導体層を選択的に除去する工程（ｃ）と、工程（ｃ）よりも後に、第２の第１導電型クラッド層、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる層を含む第２の活性層と、第２の第２導電型クラッド層とを有する第２の半導体層を形成する工程（ｄ）と、第２の半導体層の端面となる領域に、上部から第２の不純物を拡散させる工程（ｅ）とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１の半導体層の端面となる領域に不純物を注入する工程と、第２の半導体層の端面となる領域に、上部から第２の不純物を拡散させる工程とを備えている。このため、拡散工程を増やすことなく、第１の活性層の下端から第１の端面窓構造の下端までの距離を、第２の活性層の下端から第２の端面窓構造の下端までの距離よりも短くすることが容易にできる。従って、高出力で低コストのモノリシック型の多波長半導体レーザ装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、高出力で且つ低コストなモノリシック型の二波長又はそれ以上の多波長レーザ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示している。また、図２は図１のII−II線における断面（窓領域）の構成を示し、図３は図１のIII−III線における断面（利得領域）の構成を示している。
【００３５】
図１〜３に示すように本実施形態の半導体レーザ装置は、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板１１の上に形成された、赤外レーザ素子１２と赤色レーザ素子１３とを備えたモノリシック型の二波長半導体レーザ装置である。
【００３６】
赤外レーザ素子１２は、半導体基板１１の上に順次形成された第１のバッファ層２１、第１のｎ型クラッド層２２、第１の活性層２３、第１のｐ型クラッド層２４、第１のコンタクト層２５を含む第１の半導体層２０を有している。第１の活性層は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる層を含む多重量子井戸活性層であり、発振波長は７８０ｎｍ付近である。
【００３７】
赤色レーザ素子１３は、半導体基板１１の上に順次形成された第２のバッファ層３１、第２のｎ型クラッド層３２、第２の活性層３３、第２のｐ型クラッド層３４、第２のコンタクト層３５を含む第２の半導体層３０を有している。第２の活性層は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる層を含む多重量子井戸活性層であり、発振波長は６５０ｎｍ付近である。
【００３８】
第１のｐ型クラッド層２４は、第１の下層２４Ａ、第１のエッチングストップ層２４Ｂ及び第１の上層２４Ｃを含み、第２のｐ型クラッド層３４は、第２の下層３４Ａ、第２のエッチングストップ層３４Ｂ及び第２の上層３４Ｃを含んでいる。第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃは、それぞれ一部がストライプ状に除去されており、電流注入用の第１のリッジストライプ部５１及び第２のリッジストライプ部５２をそれぞれ有している。第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０は、電流ブロック層５３に覆われている。電流ブロック層５３は、第１のリッジストライプ部５１の上に形成された第１のコンタクト層２５を露出する開口部と、第２のリッジストライプ部５２の上に形成された第２のコンタクト層３５を露出する開口部を有している。
【００３９】
第１の半導体層２０における利得領域の上には第１のｐ側電極２８が形成され、第１のｐ側電極２８は開口部から露出した第１のコンタクト層２５と接していいる。第２の半導体層３０における利得領域の上には第２のｐ側電極３８が形成され、第２のｐ側電極３８は開口部から露出した第２のコンタクト層３５と接している。半導体基板１１の第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０が形成された面とは反対側の面（裏面）には、ｎ側電極５４が形成されている。
【００４０】
赤外レーザ素子１２は、出射端面側及び後端面側にそれぞれ形成された第１の端面窓構造４１を有している。また、赤色レーザ素子１３は、出射端面側及び後端面側にそれぞれ形成された第２の端面窓構造４２を有している。第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離ｄ１は、第２の活性層３３の下端から第２の端面窓構造４２の下端までの距離ｄ２以下である。なお、ここで言う端面窓構造の下端とは、不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3未満となる位置である。
【００４１】
このような構成とすることにより、赤外レーザ素子１２及び赤色レーザ素子１３の両方を最適化できる理由について以下に説明する。
【００４２】
図４は、活性層の下端から端面窓構造の下端までの距離と波長シフト量との関係を示している。ここで、波長シフト量とは、利得領域における吸収波長と、端面窓構造における吸収波長との差である。波長シフト量が大きいほど端面窓構造におけるバンドギャップが大きくなり、端面窓構造における光の吸収量が小さくなることを意味する。つまり、波長シフト量が大きいほど、ＣＯＤ劣化が発生しにくく大出力の半導体レーザ装置として好ましい。
【００４３】
図４に示すように、赤色レーザ素子においては、活性領域の下端から端面窓構造の下端までの距離が長くなるに従い波長シフト量が大きくなる。従って、赤色レーザ素子においては、できるだけ不純物を拡散させて端面窓構造を広げることが好ましい。但し、端面窓構造の下端が基板にまで達すると、基板に不純物が混入する。通常、基板はｎ型であり、端面窓構造を形成するためのＺｎ等の不純物はｐ型であるため、電気的な特性が劣化してしまい好ましくない。
【００４４】
一方、赤外レーザ素子においては、活性領域の下端から端面窓構造の下端までの距離が長くなると、一旦波長シフト量が増大するが、さらに距離が長くなると逆に波長シフト量が低下する。このような現象が生じる理由は明確ではないが、次の２つ原因によるのではないかと考えられる。まず、過剰な不純物の拡散により活性層への不純物のパイルアップが生じ、活性層において準位形成が生じることが考えられる。また、赤外レーザ素子では、クラッド層はＩｎを含む層であり、活性層はＩｎを含まない層であることが一般的である。過剰な不純物の拡散により、クラッド層に含まれるＩｎが活性層に混入してしまい、端面窓領域におけるバンドギャップが逆に狭くなってしまうことによるのではないかと考えられる。
【００４５】
このように、赤外レーザ素子においては不純物の拡散を抑え活性層の下端から端面窓構造の下端までの距離を比較的短くし、赤色レーザ素子においては不純物を十分に拡散させ活性層の下端から端面窓構造の下端までの距離を比較的長くすることが好ましい。
【００４６】
図５は、第１のｎ型クラッド層２２の厚さが４μｍの一般的な赤外レーザ素子について第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離と波長シフト量との関係をさらに詳細に示している。図５に示すように第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離、すなわち第１のｎ型クラッド層２２中における不純物の拡散深さが２μｍ程度までは波長シフト量が大きくなるが、それ以上になると逆に波長シフト量が小さくなる。また、ＣＯＤ劣化も生じやすくなり安定したレーザ素子が得られなくなる。一方、第１のｎ型クラッド層２２中における不純物の拡散深さが０．２μｍ未満の場合においても、ＣＯＤ劣化が生じやすくなる。以上の結果から、赤外レーザ素子においては、第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離を０．２μｍ以上且つ２μｍ以下とすることが好ましい。
【００４７】
以下に、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照して説明する。図６〜１２において（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は利得領域における断面構成を示し、（ｃ）は端面領域における断面構成を示す。なお、実際の製造工程においては、基板の上に複数の半導体レーザ装置を形成し、最終的に劈開して個々の半導体レーザ装置とするが、ここでは説明のために１つの半導体レーザ装置のみを図示している。
【００４８】
まず、図６に示すように、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板１１の上に、第１の半導体層２０を結晶成長により形成する。具体的には、第１のバッファ層２１と、第１のｎ型クラッド層２２と、第１の活性層２３と、第１のｐ型クラッド層２４と、第１のコンタクト層２５とを順次形成する。第１のバッファ層２１は、ｎ型のＧａＡｓとすればよい。第１のｎ型クラッド層２２は、ｎ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。第１のｐ型クラッド層２４は、ｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる第１の下層２４Ａと、ｐ型のＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる第１のエッチングストップ層２４Ｂと、ｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる第１の上層２４Ｃとすればよい。第１のコンタクト層２５は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）とすればよい。
【００４９】
各層の組成は範囲内において適宜選択すればよいが、例えば本実施形態においては、第１のｎ型クラッド層２２、第１の下層２４Ａ及び第１の上層２４Ｃの組成は、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.3Ｉｎ0.7Ｐとした。また、第１のエッチングストップ層２４Ｂの組成は、Ａｌ0.4Ｇａ0.5Ａｓとした。また、第１のコンタクト層２５の組成は、ＧａＡｓとした。
【００５０】
次に、図７に示すように、第１の半導体層２０における赤色レーザ素子の形成領域に形成された部分を選択的に除去する。
【００５１】
次に、図８に示すように、半導体基板１１の上に第２の半導体層３０を結晶成長により形成する。具体的には、第２のバッファ層３１と、第２のｎ型クラッド層３２と、第２の活性層３３と、第２のｐ型クラッド層３４と、第２のコンタクト層３５とを順次形成する。第２のバッファ層３１はｎ型のＧａＡｓとすればよい。第２のｎ型クラッド層３２は、ｎ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。第２のｐ型クラッド層３４は、ｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる第２の下層３４Ａと、ｐ型のＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）からなる第２のエッチングストップ層３４Ｂと、ｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる第２の上層３４Ｃとすればよい。第２のコンタクト層３５は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）とすればよい。
【００５２】
各層の組成は範囲内において適宜選択すればよいが、例えば本実施形態においては、第２のｎ型クラッド層３２、第２の下層３４Ａ及び第２の上層３４Ｃの組成は、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.3Ｉｎ0.7Ｐとした。また、第２のエッチングストップ層３４Ｂの組成は、Ｇａ0.5Ｐ0.5とした。また、第２のコンタクト層３５の組成は、ＧａＡｓとした。
【００５３】
第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０を形成する際に、第１のコンタクト層２５の膜厚が第２のコンタクト層３５の膜厚以上となるようにすることが好ましい。本実施形態においては、第１のコンタクト層２５の膜厚を０．３μｍとし、第２のコンタクト層３５の膜厚を０．２μｍとした。また、第１のｐ型クラッド層２４の膜厚は、第２のｐ型クラッド層３４の膜厚以下となるようにすることが好ましい。本実施形態においては、第１のｐ型クラッド層２４の第１の上層２４Ｃの膜厚を１．６μｍとし、第２のｐ型クラッド層３４の第２の上層３４Ｃの膜厚を１．７μｍとした。
【００５４】
次に、図９に示すように、第２の半導体層３０における赤外レーザ素子の形成領域に形成された部分を選択的に除去する。この際に、第１の半導体層２０と第２の半導体層３０とが素子分離溝により分離されるようにする。また、劈開用の溝も同時に形成することが好ましい。
【００５５】
次に、図１０に示すように、第１の半導体層２０に第１の端面窓構造４１を形成し、第２の半導体層３０に第２の端面窓構造４２を形成する。第１の端面窓構造４１及び第２の端面窓構造４２は、既知の方法により形成すればよい。例えば、第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０における端面となる領域の上に不純物源となるＺｎ層とキャップ層をと選択的に形成する。この後、熱処理を行って、第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０の端面となる領域に不純物を拡散させればよい。
【００５６】
本実施形態においては、第１のコンタクト層２５の膜厚が第２のコンタクト層３５の膜厚よりも厚く、第１のｐ型クラッド層２４の膜厚が第２のｐ型クラッド層３４の膜厚よりも薄い。このため、同一の熱履歴により不純物を拡散させると、第２の半導体層３０において第１の半導体層２０よりも不純物が拡散しやすい。従って、第１の端面窓構造４１の下端は、第２の端面窓構造４２の下端よりも上側となる。
【００５７】
次に、図１１に示すように第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃをストライプ状に除去して第１のリッジストライプ部５１及び第２のリッジストライプ部５２を形成する。この際に、第１のコンタクト層２５を第１のリッジストライプ部５１の上で且つ利得領域に形成された部分を除いて除去し、第２のコンタクト層３５を第２のリッジストライプ部５２の上で且つ利得領域に形成されて部分を除いて除去する。続いて、第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０を覆う電流ブロック層５３を形成する。次に、電流ブロック層５３に、第１のコンタクト層２５を露出する開口部と第２のコンタクト層３５を露出する開口部とを形成する。
【００５８】
次に、図１２に示すように、第１の半導体層２０における利得領域の上に、第１のコンタクト層２５と接するように第１のｐ側電極２８を形成し、第２の半導体層３０における利得領域の上に第２のコンタクト層３５と接するように第２のｐ側電極３８を形成し、半導体基板１１の裏面にｎ側電極５４を形成する。
【００５９】
赤外レーザ素子１２は、半導体基板１１の上に順次形成された、第１のバッファ層２１、第１のｎ型クラッド層２２、第１の活性層２３及び第１のｐ型クラッド層２４からなる第１の半導体層２０を有している。
【００６０】
本実施形態においては、第１のコンタクト層２５が第２のコンタクト層３５よりも厚く、第１のｐ型クラッド層２４が第２のｐ型クラッド層３４よりも薄く、第１のエッチングストップ層２４ＢのＡｌ組成比が第２のエッチングストップ層３４Ｂよりも高い。これにより、第１の半導体層２０における不純物の拡散速度が第２の半導体層３０における不純物の拡散速度よりも小さくなる。従って、同一の不純物拡散工程により第１の端面窓構造４１と第２の端面窓構造４２とを形成しても、第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離が第２の活性層３３の下端から第２の端面窓構造４２の下端までの距離以下となる。
【００６１】
第１のコンタクト層２５と第２のコンタクト層３５との膜厚の差、第１のｐ型クラッド層２４と第２のｐ型クラッド層３４の膜厚の差、第１のエッチングストップ層２４Ｂと第２のエッチングストップ層３４Ｂとの組成の違い及び第１のコンタクト層２５と第２のコンタクト層３５との組成の違い等が不純物の拡散速度を制御するパラメータとなる。不純物の拡散速度を制御するために、これらのパラメータのいずれを用いてもよく、複数のパラメータを組み合わせて用いてもよい。また、第１の拡散層２３と第２の拡散層３３との組成の違いも拡散速度に影響を与える。
【００６２】
図１３は、第１のコンタクト層２５の膜厚の変化量と波長シフト量及び不純物の拡散深さとの関係を示している。図１３において横軸は、波長シフト量が１２０ｎｍとなる場合の第１のコンタクト層２５の膜厚を０とした場合の第１のコンタクト層２５の膜厚の変化量を示している。第１のコンタクト層２５の膜厚を変化させると、不純物の拡散深さ及び波長シフト量が変化する。つまり、第１のコンタクト層２５の膜厚を変化させることにより、第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離を変化させることができる。
【００６３】
なお、第１のコンタクト層２５と第２のコンタクト層３５との膜厚の差により不純物の拡散速度を制御する場合には、第１のコンタクト層２５の膜厚を第２のコンタクト層３５の膜厚よりも０．０２μｍ以上厚くすることが好ましい。
【００６４】
また、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５の膜厚は、電極とのコンタクトのとりやすさを考慮すると０．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５の膜厚が厚くなると、リッジストライプ部の形成が困難となるため、リッジストライプ部の高さが２μｍ程度となるように第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５の膜厚を決定することが好ましい。
【００６５】
また、第１のｐ型クラッド層２４と第２のｐ型クラッド層３４との厚さは、第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃの厚さにより調整すればよい。しかし、第１のリッジストライプ部５１及び第２のリッジストライプ部５２を同時に形成するためには、第１のコンタクト層２５の厚さ及び第１のｐ型クラッド層２４の厚さの和と第２のコンタクト層３５の厚さ及び第２のｐ型クラッド層３４の厚さの和とをほぼ等しくすることが好ましい。また、第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃの厚さは、光閉じ込めの効率を考えると１．４μｍ以上とすることが好ましい。一方、第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃの厚さが厚くなると、素子が高抵抗化するおそれがあり、１．８μｍ以下とすることが好ましい。
【００６６】
また、Ａｌ組成比が高くなると不純物の拡散速度が大きくなる。このため、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５のＡｌ組成比を変化させることにより、不純物の拡散速度を制御してもよい。この場合、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５には、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）を用い、第１のコンタクト層２５のＡｌ組成比を第２のコンタクト層３５のＡｌ組成比よりも０．２以上小さくすることが好ましい。また、Ａｌを含むことによりコンタクト層表面に酸化物が形成され易くなり、界面準位に起因するコンタクト抵抗の上昇を引き起こすため、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５のＡｌ組成比は０．４以下とすることが好ましい。
【００６７】
第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５は積層膜としてもよい。この場合には、第１のコンタクト層２５に含まれる最もＡｌ組成比が高い層のＡｌ組成比を第２のコンタクト層３５に含まれる最もＡｌ組成比が高い層のＡｌ組成比よりも小さくすればよい。
【００６８】
第１のエッチングストップ層２４Ｂ及び第２のエッチングストップ層３４Ｂの組成も不純物の拡散に影響を及ぼす。本実施形態のように第１のエッチングストップ層２４ＢをＡｓ系材料とすることにより、第１の半導体層２０における不純物の拡散速度を抑制できる。但し、赤外レーザ光の波長に対して光吸収の生じない組成にする必要があり、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０．２≦ｘ≦１である。）を用いることが好ましい。
【００６９】
また、第１の上層２４Ｃ及び第２の上層３４Ｃは、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎの組成比が互いに異なる材料により形成してもよい。但し、リッジストライプ部を形成する際には、エッチングレートが大きく異ならないことが好ましく、第１のコンタクト層２５及び第２のコンタクト層３５の膜厚差及び組成を考慮して組成比を調整することが好ましい。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図１４は、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示している。また、図１５は図１４のXV−XV線における断面の構成を示し、図１６は図１４のXVI−XVI線における断面の構成を示している。図１４〜１６において図１〜３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００７１】
第２の実施形態の半導体レーザは、赤外レーザ素子１２の第１の端面窓構造４１の下端が第１のｎ型クラッド層２２の下端に達しておらず、赤色レーザ素子１３の第２の端面窓構造４２の下端が、第２のｎ型クラッド層３２の下端に達している。
【００７２】
本実施形態の半導体レーザ装置は、第２のバッファ層３１の組成がＡｌＧａＡｓであり、第２のｎ型クラッド層３２の組成がＡｌＧａＩｎＰである。第２のバッファ層３１であるＡｌＧａＡｓは、第２のｎ型クラッド層３２であるＡｌＧａＩｎＰと比べてＺｎの拡散速度が著しく遅い。このため、Ｚｎの拡散は第２のｎ型クラッド層３２の下端に達したところで停止する。従って、第２のバッファ層３１は不純物の拡散防止層として機能する。
【００７３】
また、第２のバッファ層３１のＡｌ組成比を、０．１７以上且つ１以下とする。これにより、第２のバッファ層３１のバンドギャップが第２の活性層３３のバンドギャップ（６５０ｎｍ、１．９ｅＶ）より大きくなるため、第２の端面窓構造４２から半導体基板１１への電流リークの発生を抑制できる。
【００７４】
さらに、第２のバッファ層３１を多層構造としてもよい。この場合には、半導体基板１１側から、次第にＡｌ組成比が高くなるようにすればよい。このようにすれば、半導体基板１１及び第２のｎ型クラッド層３２との界面におけるバンドスパイクの発生を緩衝でき、素子の抵抗をさらに低減することができる。
【００７５】
図１７は第２のバッファ層３１の構成と赤色レーザ素子１３の素子抵抗との関係を示している。図１７においてＡは、第２のバッファ層３１がＧａＡｓの単層であり、Ｂは第２のバッファ層３１がＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの単層である。Ｃは第２のバッファ層３１が積層膜であり、基板側からＡｌ0.1Ｇａ0.9ＡｓとＡｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓとＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓとが順次積層されている。図１７に示すように、第２のバッファ層３１をＡｌＧａＡｓとすることにより抵抗値を低減でき、積層構造とすることによりさらに抵抗値を低減できる。
【００７６】
なお、第２のバッファ層３１の積層数は、３層に限らず２層であっても４層以上であってもよい。また、Ａｌ組成比も特に限定されず、基板側からｎ型クラッド層側に向かって次第に高くなっていればよい。但し、第２の端面窓構造４２の下端が第２のバッファ層３１に達している場合には、最上層のＡｌ組成比を０．１７以上とすることが好ましい。
【００７７】
また、図１７においては、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）からなる多層構造の例を示したが、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１）と（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）の組み合わせからなる多層構造であってもよい。但し、この場合においても少なくともＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）は基板側から順次Ａｌ組成が高くなるよう設定する。
【００７８】
また、第２のバッファ層３１だけでなく第１のバッファ層２１も多層構造としてもよい。さらに、第１の実施形態の半導体レーザ装置においても、第２のバッファ層３１及び第１のバッファ層を多層構造としてもよい。この場合においても、バンドスパイクの発生を緩衝でき、素子の抵抗を低減できる。
【００７９】
第２の実施形態においては、第１の端面窓部４１と第２の端面窓部４２との不純物拡散の差を、第１の実施形態よりも少し大きくする必要がある。このため、例えば第１のコンタクト層２５の膜厚を０．４μｍとし、第２のコンタクト層３５の膜厚を０．２μｍとすればよい。また、第１の第２導電型クラッド層２４の膜厚を１．５μｍとし、第２の第２導電型クラッド層３４の膜厚を１．７μｍとすればよい。また、第１のエッチングストップ層２４Ｂの組成はＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓとし、第２のエッチングストップ層３４Ｂの組成はＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐとすればよい。但し、他のパラメータを変更することにより、第１の端面窓部４１と第２の端面窓部４２との不純物拡散の差を作り出してもよい。
【００８０】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置は、第２のバッファ層３１を形成する際に、ＧａＡｓに代えてＡｌＧａＡｓからなる層を形成すれば、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法と同じ工程により形成することができる。
【００８１】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図１８は、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示している。また、図１９は図１８のXIX−XIX線における断面の構成を示し、図２０は図１８のXX−XX線における断面の構成を示している。図１８〜２０において図１〜３と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００８２】
第３の実施形態の半導体レーザは、赤外レーザ素子１２の第１の端面窓構造４１の下端が第１のｎ型クラッド層２２の下端に達しておらず、赤色レーザ素子１３の第２の端面窓構造４２の下端が、第２のｎ型クラッド層３２の下端に達している。また、第１の端面窓構造４１は第１の下層２４Ａよりも下側に形成されている。
【００８３】
本実施形態の半導体レーザ装置は、第１の端面窓構造４１を、イオン注入により形成している。このため、第２の端面窓構造４２の下端が第１の端面窓構造４１の下端よりも下側にある半導体レーザ装置を容易に形成することができる。
【００８４】
以下に、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照して説明する。図２１〜２４において（ａ）は平面構成を示し、（ｂ）は利得領域における断面構成を示し、（ｃ）は端面領域における断面構成を示す。なお、実際の製造工程においては、基板の上に複数の半導体レーザ装置を形成し、最終的に劈開して個々の半導体レーザ装置とするが、ここでは説明のために１つの半導体レーザ装置のみを図示している。
【００８５】
まず、図２１に示すように、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板１１の上に、第１のバッファ層２１と、第１のｎ型クラッド層２２と、第１の活性層２３と、第１のｐ型クラッド層２４のうちの第１の下層２４Ａを順次形成する。第１のバッファ層２１は、ｎ型のＧａＡｓとすればよい。第１のｎ型クラッド層２２は、ｎ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。第１の下層２４Ａは、ｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。
【００８６】
次に、第１の端面窓構造４１となる領域に、例えばＳｉをイオン注入し、第１の活性層２３に不純物を導入する。不純物の注入後、特に無秩序化のための熱処理を独立して行う必要はない。後で行う、第２の半導体層を形成する際の熱履歴及び第２の端面窓構造４２を形成する際の熱処理により、第１の端面窓構造４１の無秩序化が行われる。
【００８７】
次に、図２２に示すように、第１の下層２４Ａの上に、第１のエッチングストップ層２４Ｂ及び第１の上層２４Ｃ１と、第１のコンタクト層２５とを順次形成し、第１の半導体層２０を得る。第１のエッチングストップ層２４Ｂはｐ型のＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）とし、第１の上層２４Ｃはｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。第１のコンタクト層２５は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（但し、０≦ｘ≦１である。）とすればよい。
【００８８】
次に、第１の実施形態と同様にして、第１の半導体層２０における赤色レーザ素子の形成領域に形成された部分を選択的に除去した後、第２の半導体層３０を結晶成長により形成し、第２の半導体層３０における赤外レーザ素子の形成領域に形成された部分を選択的に除去する。このようにして、図２３に示すような素子分離溝により互いに分離された第１の半導体層２０と第２の半導体層３０とを得る。
【００８９】
第２のバッファ層３１はｎ型のＡｌＧａＡｓとすればよい。特にＡｌの組成比は０．１以上且つ１以下とすることが好ましい。第２のｎ型クラッド層３２は、ｎ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）とすればよい。第２のｐ型クラッド層３４は、それぞれがｐ型の（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。）からなる第２の下層３４Ａと、第２のエッチングストップ層３４Ｂと、第２の上層３４Ｃとすればよい。
【００９０】
第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０を形成する際に、第１のコンタクト層２５の膜厚が第２のコンタクト層３５の膜厚以上となるようにすることが好ましい。本実施形態においては、第１のコンタクト層２５の膜厚及び第２のコンタクト層３５の膜厚を共に０．２μｍとした。また、第１のｐ型クラッド層２４の膜厚は、第２のｐ型クラッド層３４の膜厚以下となるようにすることが好ましい。本実施形態においては、第１のｐ型クラッド層２４の第１の上層２４Ｃの膜厚及び第２のｐ型クラッド層３４の第２の上層３４Ｃの膜厚を共に１．６μｍとした。
【００９１】
次に、図２４に示すように、第２の半導体層３０に第２の端面窓構造４２を形成する。第２の端面窓構造４２は、既知の方法により形成すればよい。例えば、第１の半導体層２０及び第２の半導体層３０における端面となる領域の上に不純物源となるＺｎ層とキャップ層をと選択的に形成する。この後、熱処理を行って、第２の半導体層３０の端面となる領域に不純物を拡散させればよい。
【００９２】
本実施形態においては、第２のバッファ層３１の組成がＡｌＧａＡｓであり、第２のｎ型クラッド層３２の組成がＡｌＧａＩｎＰである。第２のバッファ層３１であるＡｌＧａＡｓは、第２のｎ型クラッド層３２であるＡｌＧａＩｎＰと比べてＺｎの拡散速度が著しく遅い。このため、Ｚｎの拡散は第２のｎ型クラッド層３２の下端に達したところで停止する。
【００９３】
この後、第１の実施形態と同様にして、リッジストライプ部の形成、電流ブロック層の形成、電極の形成等を行い、赤外レーザ素子１２と赤色レーザ素子１３とを備えた半導体レーザ装置を形成する。
【００９４】
本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法は、赤外レーザ素子及び赤色レーザ素子に異なる不純物を拡散させるため、端面窓構造を形成するにあたって、追加の熱履歴を伴うことなく同じアニール条件でもそれぞれのレーザ素子に最適な活性層の無秩序化及び平均組成化を行うことが可能である。
【００９５】
なお、第２の端面窓構造４２の下端が第２のｎ型クラッド層３２の下端に達するようにする例を示したが、第１の実施形態と同様に、第２の活性層３３の下端から第２の端面窓構造４２の下端までの距離が、第１の活性層２３の下端から第１の端面窓構造４１の下端までの距離よりも長ければよく、第２のｎ型クラッド層３２の下端に達していなくてもよい。
【００９６】
また、効率よく活性層に不純物を導入するために、第１のエッチングストップ層及び第１の上層等を形成する前に不純物注入を行う例を示したが、第１のエッチングストップ層及び第１の上層等を形成した後に不純物注入を行ってもよい。
【００９７】
各実施形態において、二波長の半導体レーザ装置を示したが、二波長以上の多波長半導体レーザ装置においても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法は、高出力で且つ低コストなモノリシック型の二波長又はそれ以上の多波長レーザ装置レーザ装置を実現でき、モノリシック型の半導体レーザ装置及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す鳥瞰図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１のII−II線における断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１のIII−III線における断面図である。
【図４】赤外レーザ素子と赤色レーザ素子とにおける、端面窓構造の下端部の位置と波長シフト量との関係を比較して示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザ素子における不純物拡散深さと波長シフト量との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIｃ−VIｃ線における断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIIｂ−VIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIIｃ−VIIｃ線における断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIIIｂ−VIIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のVIIIｃ−VIIIｃ線における断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIXｂ−IXｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のIXｃ−IXｃ線における断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＸｃ−Ｘｃ線における断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXIｃ−XIｃ線における断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIIｂ−XIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXIIｃ−XIIｃ線における断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤外レーザ素子におけるコンタクト層膜厚と波長シフト量との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す鳥瞰図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１４のXV−XV線における断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１４のXVI−XVI線における断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の赤色レーザ素子におけるバッファ層の構造と抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す鳥瞰図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１８のXIX−XIX線における断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示し、図１８のXX−XX線における断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXXIｂ−XXIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXXIｃ−XXIｃ線における断面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXXIIｂ−XXIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXXIIｃ−XXIIｃ線における断面図である。
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXIIIｂ−XXIIIｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXXIIIｃ−XXIIIｃ線における断面図である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXXIVｂ−XXIVｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のXXIVｃ−XXIVｃ線における断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１１      半導体基板
１２      赤外レーザ素子
１３      赤色レーザ素子
２０      第１の半導体層
２１      第１のバッファ層
２２      第１のｎ型クラッド層
２３      第１の活性層
２４      第１のｐ型クラッド層
２４Ａ    第１の下層
２４Ｂ    第１のエッチングストップ層
２４Ｃ    第１の上層
２５      第１のコンタクト層
２８      第１のｐ側電極
３０      第２の半導体層
３１      第２のバッファ層
３２      第２のｎ型クラッド層
３３      第２の活性層
３４      第２のｐ型クラッド層
３４Ａ    第２の下層
３４Ｂ    第２のエッチングストップ層
３４Ｃ    第２の上層
３５      第２のコンタクト層
３８      第２のｐ側電極
４１      第１の端面窓構造
４２      第２の端面窓構造
５１      第１のリッジストライプ部
５２      第２のリッジストライプ部
５３      電流ブロック層
５４      ｎ側電極
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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