(57)【要約】【課題】ドーパントの拡散による不具合の発生が抑制された二波長半導体レーザ装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】化合物半導体からなる基板１０上に、第１の半導体レーザ素子１と第２の半導体レーザ素子２とを集積した二波長半導体レーザにおいて、第１の半導体レーザ素子１のエッチングストップ層１５の構成材料を第２の半導体レーザ素子２のエッチングストップ層２５の構成材料よりも不純物を拡散させにくい材料とする。【選択図】  図１
2009076602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上または上方に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上方に形成された第２導電型の第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に形成された第１の活性層と、前記第２のクラッド層の上に形成された第１のエッチングストップ層と、前記第１のエッチングストップ層の上に形成された第２導電型の第３のクラッド層とを有している第１の半導体レーザ素子と、
前記基板の上または上方に形成された第１導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層の上方に形成された第２導電型の第５のクラッド層と、前記第４のクラッド層と前記第５のクラッド層との間に形成され、前記第１の活性層よりも短波長の光を生成する第２の活性層と、前記第５のクラッド層の上に形成された第２のエッチングストップ層と、前記第２のエッチングストップ層の上に形成された第２導電型の第６のクラッド層とを有している第２の半導体レーザ素子とを備え、
前記第１のエッチングストップ層は、前記第２のエッチングストップ層に比べて不純物を拡散させにくい材料で構成されている二波長半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１のエッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ(０≦ｘ≦１)で構成され、前記第２のエッチングストップ層は（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第２のクラッド層および前記第５のクラッド層は（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第３のクラッド層および前記第６のクラッド層は（ＡｌｃＧａ１−ｃ）ｄＩｎ１−ｄＰ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１のエッチングストップ層と前記第２のクラッド層とは同一組成の化合物半導体で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１の活性層は、ＡｌｅＧａ１−ｅＡｓ(０≦ｅ≦１)を含む量子井戸構造を有し、前記第２の活性層は(ＡｌｆＧａ１−ｆ)ｇＩｎ１−ｇＰ（０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１）を含む量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の活性層と前記第２の活性層のうち、光出射端面部が不純物の拡散により無秩序化されていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の二波長半導体レーザ装置。
【請求項８】
第１導電型の第１のクラッド層と、第２導電型の第２のクラッド層と、第１の活性層と、第１のエッチングストップ層と、第２導電型の第３のクラッド層とを有している第１の半導体レーザ素子と、第１導電型の第４のクラッド層と、第２導電型の第５のクラッド層と、前記第１の活性層よりも短波長の光を生成する第２の活性層と、第２のエッチングストップ層と、第２導電型の第６のクラッド層とを有している第２の半導体レーザ素子とを備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、
基板の上または上方に、前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記第２のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層よりも不純物を拡散させにくい材料からなる前記第１のエッチングストップ層、および前記第３のクラッド層とを下から順に形成する工程（ａ）と、
前記第３のクラッド層上の一部に形成された第１のマスクを用いて前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記第２のクラッド層、および前記第１のエッチングストップ層、および前記第３のクラッド層を除去し、前記基板の一部を露出させる工程（ｂ）と、
前記第１のマスクを除去後、前記基板の上または上方に、前記第４のクラッド層、前記第２の活性層、前記第５のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層、および前記第６のクラッド層とを下から順に形成する工程（ｃ）と、
前記第４のクラッド層、前記第２の活性層、前記第５のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層、および前記第６のクラッド層のうち前記第３のクラッド層上に形成された部分を除去する工程（ｄ）と、
前記第３のクラッド層の一部および前記第６のクラッド層の一部をエッチングにより除去して前記第３のクラッド層および前記第６のクラッド層をストライプ状に形成する工程（ｅ）とを備えている二波長半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のエッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ(０≦ｘ≦１)で構成され、前記第２のエッチングストップ層は（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で構成されることを特徴とする請求項８に記載の二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】
本発明は半導体レーザ装置、特に同一の半導体基板上に二つの半導体レーザが形成された二波長半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体レーザ装置は、様々な分野で幅広く使用されている。特に近年、同一の半導体基板上に発振波長の異なる２つの半導体レーザ素子を形成した二波長半導体レーザ装置が脚光を浴び、ＤＶＤおよびＣＤの記録・再生に対応する光ピックアップ装置の光源として需要が急増している。
【０００３】
２つの半導体レーザ素子を有する従来の二波長半導体レーザ装置の例を図７に示す（特許文献１参照）。図７は、７８０ｎｍ帯の光を発する赤外レーザ素子Ａと、６５０ｎｍ帯の光を発する赤色レーザ素子Ｂとが同一の基板上に形成されたモノリシック型の二波長半導体レーザ装置の構成を示しており、赤外レーザ素子Ａと赤色レーザ素子Ｂとは基板に到達する分離溝Ｃにより互いに分離されている。
【０００４】
まず、赤外レーザ素子Ａの構造について説明する。
【０００５】
赤外レーザ素子Ａにおいては、Ｎ型のＧａＡｓよりなる基板１２０１の上に、下側から順次形成された、ＧａＡｓよりなるＮ型バッファ層１２０２（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＮ型クラッド層１２０３（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、アンドープの赤外活性層１２０４、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型第１クラッド層１２０５（Ｚｎのドープ量：３×１０１７ｃｍ−３）、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型エッチングストップ層１２０６（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型第２クラッド層１２０７（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）及びＧａ０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型キャップ層１２０８が積層されている。なお、Ｎ型バッファ層１２０２はＮ型クラッド層１２０３の結晶性を良好にさせるために設けられている。
【０００６】
Ｐ型第２クラッド層１２０７はストライプ状のリッジ形状に加工されており、該Ｐ型第２クラッド層１２０７の上にはストライプ状のＰ型キャップ層１２０８が形成されている。また、Ｐ型第２クラッド層１２０７の両側方には、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＮ型電流ブロック層１２０９（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されていると共に、Ｐ型キャップ層１２０８及びＮ型電流ブロック層１２０９の上には、Ｐ型のＧａＡｓよりなるコンタクト層１２１０（Ｚｎのドープ量：７×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。コンタクト層１２１０の上面にはＰ側電極１２１１が形成されていると共に、基板１２０１の下面にはＮ側電極１２１５が形成されている。Ｐ型第２クラッド層１２０７をエッチングしてリッジを形成するために、Ｐ型第２クラッド層１２０７と組成が異なるＰ型のエッチングストップ層１２０６を設けている。エッチングストップ層１２０６に対してエッチングレートが著しく低下するエッチングプロセスを用いることで、寸法精度良くリッジを作製することができる。
【０００７】
図８は、図７に示す赤外活性層１２０４の構成を示す断面図である。同図に示すように、赤外活性層１２０４は、下側（ｎ側）から順に、アンドープのＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第１の光ガイド層１１０４ａと、アンドープのＧａＡｓよりなる井戸層１１０４ｂとアンドープのＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなるバリア層１１０４ｃとが交互に積層され、合計４層の井戸層１１０４ｂと３層のバリア層１１０４ｃとで構成された積層体と、アンドープのＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓよりなる第２の光ガイド層１１０４ｄとから構成される多重量子井戸構造を有している。
【０００８】
次に、赤色レーザ素子Ｂの構造について説明する。
【０００９】
図７に示すように、赤色レーザ素子Ｂにおいては、基板１２０１の上に、下側から順次形成された、ＧａＡｓよりなるＮ型バッファ層１２２２（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＮ型クラッド層１２２３（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）、アンドープの赤色活性層１２２４、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型第１クラッド層１２２５（Ｚｎのドープ量：５×１０１７ｃｍ−３）、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるエッチングストップ層１２２６（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）、（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型第２クラッド層１２２７（Ｚｎのドープ量：１×１０１８ｃｍ−３）及びＧａ０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＰ型キャップ層１２２８が積層されている。なお、Ｎ型バッファ層１２２２はＮ型クラッド層１２２３の結晶性を良好にさせるために設けられている。
【００１０】
Ｐ型第２クラッド層１２２７はストライプ状のリッジ形状に加工されており、該Ｐ型第２クラッド層１２２７の上にはストライプ状のＰ型キャップ層１２２８が形成されている。また、Ｐ型第２クラッド層１２２７の両側方には、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５ＰよりなるＮ型電流ブロック層１２２９（Ｓｉのドープ量：１．０×１０１８ｃｍ−３）が形成されていると共に、Ｐ型キャップ層１２２８及びＮ型電流ブロック層１２２９の上には、ＧａＡｓよりなるＰ型コンタクト層１２３０（Ｚｎのドープ量：７×１０１８ｃｍ−３）が形成されている。Ｐ型コンタクト層１２３０の上面にはＰ側電極１２３１が形成されている。赤色レーザ素子Ｂに対しても、エッチングストップ層１２２６の組成をＰ型第２クラッド層１２２７と異なるものにし、エッチングがエッチングストップ層１２２６でほぼ停止するプロセスを用いることで、寸法精度の良いリッジ形成を可能にしている。
【００１１】
図９は、図７に示す赤色活性層１２２４の構成を示す断面図である。同図に示すように、赤色活性層１２２４は、下側（ｎ側）から順次積層された、アンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第１の光ガイド層１２２４ａと、アンドープのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる井戸層１２２４ｂとアンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなるバリア層１２２４ｃとが交互に積層されてなる積層体と、アンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐよりなる第２の光ガイド層１２２４ｄとから構成される多重量子井戸構造を有している。
【００１２】
上記従来の二波長半導体レーザ装置を作製する際の非常に重要なポイントは、赤外レーザ構造を赤色レーザ構造よりも先に形成することである。その理由は次の通りである。すなわち、赤色レーザ構造においては、赤色活性層にＰを含む材料、例えばＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰを用いているが、これらの材料膜中においては５００℃を越える高温下でのＺｎの拡散速度がＡｓを含む材料、例えばＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓに比べて１０倍以上速い。このため、赤色レーザ構造を先に形成すると、その後の赤外レーザ構造の結晶成長時に赤色レーザ素子のＰ型第１クラッド層１２２５及びＰ型第２クラッド層１２２７からＺｎが赤色活性層１２２４へ拡散して、バンドギャップ、ひいては発振波長が変化してしまうからである。
【特許文献１】特開２００４−３４９２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来例においては、赤外レーザ素子および赤色レーザ素子ともＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層が使用されている。
【００１４】
上述のように、５００℃を越える結晶成長時の高温下ではＰを含む材料はＡｓを含む材料に比べてＰ型ドーパント（Ｚｎ等）の拡散速度が非常に速い。従って、活性層にＰを含む赤色レーザよりも活性層にＰを含まない赤外レーザ（Ａｓを含む）を先に結晶成長させている。しかしながら、従来例では赤色レーザ構造の結晶成長時に先に結晶成長した赤外レーザにおいて、Ｐを含むＰ型第２クラッド層１２０７からドーパントであるＺｎがＰ型第１クラッド層１２０５へと拡散し、Ｐ型第２クラッド層１２０７のドーピング濃度、ひいてはキャリア濃度が低下する。
【００１５】
ここで、Ｐ型第２クラッド層はレーザ構造の中のリッジ部分に相当し、半導体レーザ素子の素子抵抗はこの部分の抵抗でほぼ決定されるため、Ｚｎの拡散によりＰ型第２クラッド層のキャリア濃度が低下すると素子抵抗および動作電圧が著しく増大し、レーザ駆動回路の供給電力限界を超えてしまうという課題が発生する。
【００１６】
一方、Ｐ型第２クラッド層からのＺｎ拡散を抑制するためにＰ型第２クラッド層より下層（エッチングストップ層、Ｐ型第１クラッド層）をＡｓ系材料で構成することも考えられる。この場合、発振波長の短い赤色レーザ（６６０ｎｍ）においては、活性層との十分なバンドギャップ差を確保できず、高温動作時に活性層への注入キャリアがオーバーフローし、動作電流の大幅な増大が発生する。従って、この場合もレーザ駆動回路の供給電力限界を超えてしまうという課題が発生する。
【００１７】
本発明の目的は、ドーパントの拡散による不具合の発生が抑制された二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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来の課題を解決するために本発明の二波長半導体レーザ装置は、基板と、それぞれ基板上に設けられた第１の半導体レーザ素子および第２の半導体レーザ素子とを備えている。第１の半導体レーザ素子は、前記基板の上または上方に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層の上方に形成された第２導電型の第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に形成された第１の活性層と、前記第２のクラッド層の上に形成された第１のエッチングストップ層と、前記第１のエッチングストップ層の上に形成された第２導電型の第３のクラッド層とを有しており、第２の半導体レーザ素子は、前記基板の上または上方に形成された第１導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層の上方に形成された第２導電型の第５のクラッド層と、前記第４のクラッド層と前記第５のクラッド層との間に形成され、前記第１の活性層よりも短波長の光を生成する第２の活性層と、前記第５のクラッド層の上に形成された第２のエッチングストップ層と、前記第２のエッチングストップ層の上に形成された第２導電型の第６のクラッド層とを有している。特に、前記第１のエッチングストップ層は、前記第２のエッチングストップ層に比べて不純物を拡散させにくい材料で構成されている。
【００１９】
この構成により、第３のクラッド層に含まれる不純物が第２のクラッド層へと拡散しにくくなるので、第３のクラッド層のキャリア濃度の低下や、引いては第１の活性層への不純物の拡散を抑制することができる。このため、第１の半導体レーザ素子を第２の半導体レーザ素子よりも先に形成しても第１の半導体レーザ素子に不具合が生じにくくなるので、第１の半導体レーザ素子および第２の半導体レーザ素子の両方を歩留まり良く製造することが可能となる。
【００２０】
具体的には、前記第１のエッチングストップ層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ(０≦ｘ≦１)で構成され、前記第２のエッチングストップ層は（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で構成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の二波長半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型の第１のクラッド層と、第２導電型の第２のクラッド層と、第１の活性層と、第１のエッチングストップ層と、第２導電型の第３のクラッド層とを有している第１の半導体レーザ素子と、第１導電型の第４のクラッド層と、第２導電型の第５のクラッド層と、前記第１の活性層よりも短波長の光を生成する第２の活性層と、第２のエッチングストップ層と、第２導電型の第６のクラッド層とを有している第２の半導体レーザ素子とを備えた二波長半導体レーザ装置の製造方法であって、基板の上または上方に、前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記第２のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層よりも不純物を拡散させにくい材料からなる前記第１のエッチングストップ層、および前記第３のクラッド層とを下から順に形成する工程（ａ）と、前記第３のクラッド層上の一部に形成された第１のマスクを用いて前記第１のクラッド層、前記第１の活性層、前記第２のクラッド層、および前記第１のエッチングストップ層、および前記第３のクラッド層を除去し、前記基板の一部を露出させる工程（ｂ）と、前記第１のマスクを除去後、前記基板の上または上方に、前記第４のクラッド層、前記第２の活性層、前記第５のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層、および前記第６のクラッド層とを下から順に形成する工程（ｃ）と、前記第４のクラッド層、前記第２の活性層、前記第５のクラッド層、前記第２のエッチングストップ層、および前記第６のクラッド層のうち前記第３のクラッド層上に形成された部分を除去する工程（ｄ）と、前記第３のクラッド層の一部および前記第６のクラッド層の一部をエッチングにより除去して前記第３のクラッド層および前記第６のクラッド層をストライプ状に形成する工程（ｅ）とを備えている。
【００２２】
この方法によれば、第２の活性層における不純物の拡散速度が第１の活性層における不純物の拡散速度よりも大きい場合でも、第１の半導体レーザ素子を第２の半導体レーザ素子よりも先に形成しているので、不純物の拡散による不具合の発生を防ぐことができる。また、第３のクラッド層に含まれる不純物が第１のエッチングストップ層を介して第２のクラッド層へと拡散しにくくなっているので、第３のクラッド層の不純物濃度の低下や第１の活性層への不純物の拡散などを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の二波長半導体レーザによれば、第１のエッチングストップ層が、第２のエッチングストップ層よりも不純物を拡散させにくいので、第３のクラッド層に含まれる不純物が第２のクラッド層に拡散するのを防ぐことができる。これにより、第３のクラッド層のキャリア濃度が低下するのを抑制し、第１の半導体レーザ素子の素子抵抗および動作電圧が増大するのを防ぐことができる。例えば、第１のエッチングストップ層にはＡｓを含む化合物半導体が用いられ、第２導電型の不純物としてはＺｎなどが用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す断面図である。
【００２６】
同図に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、赤外光を生成する第１の半導体レーザ素子１と、赤色光を生成する第２の半導体レーザ素子２とが、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするＮ型ＧａＡｓ基板１０上に形成されたものである。
【００２７】
第１の半導体レーザ素子１は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に下から順に形成された、Ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１、Ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＮ型クラッド層１２、活性層１３、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第１クラッド層１４、ＡｌＧａＡｓからなるエッチングストップ層１５を備えている。すなわち、第１の半導体レーザ素子１は、活性層１３が、２つのクラッド層（Ｎ型クラッド層１２、Ｐ型第１クラッド層１４）によって狭持されたダブルヘテロ構造を有している。
【００２８】
また、第１の半導体レーザ素子１では、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第２クラッド層１６によって、活性層１３上に、メサ形状を有するリッジが形成されている。さらに、上記リッジの側面を覆うように、Ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１７が形成され、Ｐ型第２クラッド層１６の上にはＰ型ＧａＡｓからなり、リッジの上部に位置するコンタクト層１８が形成されている。また、電流ブロック層１７およびコンタクト層１８の上にはＰ側電極が形成され、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の下面上にはＮ側電極２０が形成されている。
【００２９】
図２は、図１に示す活性層１３の構成を示す断面図である。同図に示すように、活性層１３は、下側（ｎ側）から順に配置された、ＡｌＧａＡｓからなる第１ガイド層１３１、ＡｌＧａＡｓからなる第１ウェル層１３２、ＡｌＧａＡｓからなる第１バリア層１３３、ＡｌＧａＡｓからなる第２ウェル層１３４、ＡｌＧａＡｓからなる第２バリア層１３５、ＡｌＧａＡｓからなる第３ウェル層１３６およびＡｌＧａＡｓからなる第２ガイド層１３７によって構成される量子井戸活性層である。なお、上記各層における組成比の一例については、後述する。
【００３０】
第１の半導体レーザ素子１において、Ｐ側電極１９から注入された電流は、Ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１７によりリッジ部のみに狭窄されることによって、活性層１３のうちリッジの底部近傍に位置する部分に集中して注入される。このため、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が、数十ｍＡ程度の注入電流により実現できる。この時、キャリアの再結合により発生した光は、活性層１３の主面と垂直な方向に対しては、Ｎ型クラッド層１２およびＰ型第１クラッド層１４の両クラッド層によって閉じ込められることになる。また、活性層１３の主面と平行な方向に対しては、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第２クラッド層１６よりも屈折率が小さいＮ型ＡｌＩｎＰで構成された電流ブロック層１７によって閉じ込められることになる。そのため、第１の半導体レーザ素子１は、リッジを導波路とする（リッジ導波型）、基本横モード発振が可能な半導体レーザ素子として駆動することができる。なお、電流ブロック層１７としてはＳｉＮ等の誘電体膜を用いることもできる。すなわち、ＳｉＮ等の誘電体で電流ブロック層１７を構成しても、電流をリッジ部に狭窄する機能と、活性層１３の主面に平行な方向の光をリッジ部直下に位置する活性層１３に閉じ込めて基本横モード発振させる機能とを実現することができる。
【００３１】
次に、第２の半導体レーザ素子２の構造について説明する。
【００３２】
図１に示すように、第２の半導体レーザ素子２においては、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、Ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２１、Ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＮ型クラッド層２２、活性層２３、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第１クラッド層２４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層２５が下から順に積層されている。このように、第２の半導体レーザ素子２は、活性層２３が、２つのクラッド層（Ｎ型クラッド層２２、Ｐ型第１クラッド層２４によって狭持されたダブルヘテロ構造を有している。
【００３３】
また、エッチングストップ層２５の上に配置されたＰ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第２クラッド層２６によって、活性層２３の上方に、メサ形状を有するリッジが形成されている。さらに、上記リッジの側面を覆うように、Ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層２７が形成され、Ｐ型第２クラッド層２６上にはＰ型ＧａＡｓからなり、リッジの上部に位置するコンタクト層２８が形成されている。また、電流ブロック層２７およびコンタクト層２８の上にはＰ側電極２９が形成されている。Ｎ側電極２０は第２の半導体レーザ素子２と第１の半導体レーザ素子１との間で共用されている。
【００３４】
図３は、図１に示す活性層２３の構成を示す断面図である。同図に示すように、活性層２３は、下側（ｎ側）から順に配置された、（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなる第１ガイド層２３１、ＧａＩｎＰからなる第１ウェル層２３２、（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなる第１バリア層２３３、ＧａＩｎＰからなる第２ウェル層２３４、（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなる第２バリア層２３５、ＧａＩｎＰからなる第３ウェル層２３６および（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなる第２ガイド層２３７によって構成される量子井戸活性層である。
【００３５】
第２の半導体レーザ素子２において、Ｐ側電極２９から注入された電流は、Ｐ型第２クラッド層２６で構成されるリッジ部によって狭窄され、活性層２３のうちリッジ部直下の部分でレーザ発振が起きる。また、第１の半導体レーザ素子１と同様に、Ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層２７をＳｉＮ等の誘電体で構成することもできる。
【００３６】
ここで、半導体レーザ装置を構成する各層の組成比および厚さの一例を述べておく。第１の半導体レーザ素子１において、バッファ層１１は厚さ０．５μｍのＮ型ＧａＡｓで構成されており、Ｎ型クラッド層１２は、厚みが３．０μｍのＮ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、Ｐ型第１クラッド層１４は、厚さ０．２μｍのＰ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成されており、エッチングストップ層１５は、厚さ１０ｎｍのＰ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓで構成されており、Ｐ型第２クラッド層１６は厚さ１．５μｍのＰ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成されており、電流ブロック層１７は厚さ０．４μｍのＮ型Ａｌ０．５１１Ｉｎ０．４９Ｐで構成されており、コンタクト層１８は厚さ０．２μｍのＰ型ＧａＡｓで構成されている。
【００３７】
また、活性層１３において、例えば第１ガイド層１３１は、厚さ１０ｎｍのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成され、第１ウェル層１３２、第２ウェル層１３４、および第３ウェル層１３６は厚さ３．５ｎｍのＧａＡｓで構成され、第１バリア層１３３および第２バリア層１３５は、厚さ４ｎｍのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成されており、第２ガイド層１３７は、厚さ１０ｎｍのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓで構成される。活性層１３は、上記の例に示すような量子井戸活性層に特に限定されない。例えば、ウェル層が２層の量子井戸活性層やバルクの活性層であってもよい。また、活性層１３の導電型は特に限定されない。一般的にはアンドープが採用されるが、非発光再結合中心として働く格子空孔が十分少ない範囲内においてＰ型であってもＮ型であってもよい。
【００３８】
次に、第２の半導体レーザ素子２においては、例えばバッファ層２１は、厚さ０．５μｍのＮ型ＧａＡｓで構成され、Ｎ型クラッド層２２は、厚さ２．５μｍのＮ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、Ｐ型第１クラッド層２４は、厚さ０．２μｍのＰ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、エッチングストップ層２５は、厚さ1０ｎｍのＰ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、Ｐ型第２クラッド層２６は、厚さ１．５μｍのＰ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、電流ブロック層２７は、厚さ０．４μｍのＮ型Ａｌ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、コンタクト層２８は、厚さ０．２μｍのＰ型ＧａＡｓで構成される。
【００３９】
また、活性層２３において、例えば第１ガイド層２３１は、厚さ５０ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成され、第１ウェル層２３２、第２ウェル層２３４、および第３ウェル層２３６は、厚さ５ｎｍのＧａ０．４８Ｉｎ０．５２Ｐで構成され、第１バリア層２３３および第２バリア層２３５は、厚さ５ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成されており、第２ガイド層１３７は、厚さが５０ｎｍの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐで構成される。
【００４０】
活性層２３は、上記の例に示すような歪量子井戸活性層に特に限定されない。例えば、無歪の量子井戸活性層やバルクの活性層を用いてもよい。また、活性層２３の導電型は特に限定されない。一般的にはアンドープが採用されるが非発光再結合中心として働く格子空孔が十分少ない範囲内においてＰ型であってもＮ型であってもよい。
【００４１】
不純物濃度について、Ｎ型クラッド層１２、２２には濃度が４×１０１７ｃｍ−３になるようＳｉが添加され、Ｐ型第１クラッド層１４、２４には濃度が７×１０１７ｃｍ−３になるようＺｎが添加され、エッチングストップ層１５、２５とＰ型第２クラッド層１６、２６には全て濃度が１×１０１８ｃｍ−３になるようＺｎが添加される。
【００４２】
また、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなるエッチングストップ層１５のＡｌ組成ｘは、レーザ光を吸収しない条件であるｘ＞０．２を満たすことが好ましい。また、エッチングストップ層１５、２５の膜厚の下限は共に１０ｎｍ程度であり、上限は垂直光分布に大きな影響を与えない程度が好ましい。
【００４３】
以下、図４に示す第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を説明する。
【００４４】
まず、図４（ａ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０上にＮ型ＧａＡｓからなるバッファ層１１、Ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＮ型クラッド層１２、発振波長７８０ｎｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで構成された多重量子井戸を有する活性層１３、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第１クラッド層１４、ＡｌＧａＡｓからなるエッチングストップ層１５、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第２クラッド層１６、Ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１８をＭＯＣＶＤ法を用いて順次形成する。なお、Ｐ型第２クラッド層１６とコンタクト層１８との間にヘテロ障壁を緩和するためにＰ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐなどからなる中間層を挿入する場合もある。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１の半導体レーザ素子１の上面をレジスト膜４１で覆い、レジスト膜４１をマスクとしてウェットエッチングすることで、コンタクト層１８からバッファ層１１までの各層を除去する。なお、Ｐを含む半導体層（Ｐ型第２クラッド層１６、Ｐ型第１クラッド層１４、Ｎ型クラッド層１２）のエッチングには塩酸系のエッチャントを用い、Ａｓを含む半導体層（コンタクト層１８、エッチングストップ層１５、活性層１３、バッファ層１１）のエッチングには硫酸系のエッチャントを用いる。
【００４６】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト膜４１を除去した第１の半導体レーザ素子１上とＮ型ＧａＡｓ基板１０の上面上とに、Ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２１、Ｎ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＮ型クラッド層２２、発振波長６６０ｎｍの多重量子井戸構造を有する活性層２３、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第１クラッド層２４、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層２５、Ｐ型（ＡｌＧａ）ＩｎＰからなるＰ型第２クラッド層２６、Ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２８をＭＯＣＶＤ法を用いて順次形成する。なお、Ｐ型第２クラッド層２６とコンタクト層２８との間にヘテロ障壁を緩和するためにＰ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐなどからなる中間層を挿入する場合もあるのは赤外レーザ素子の場合と同様である。
【００４７】
次に、図４（ｄ）に示すように、第２の半導体レーザ素子２の上面をレジスト膜４２で覆い、レジスト膜４２をマスクとしたウェットエッチングにより、コンタクト層２８からバッファ層２１までの各層を除去する。赤外レーザである第１の半導体レーザ素子１の場合と同じく、エッチャントを使い分けることでＰを含む層とＡｓを含む層とをウェットエッチングで除去することができる。なお、第１の半導体レーザ素子１と第２の半導体レーザ素子２とは所定の間隔を空けるようにする。次に、図示を省略しているが、レジスト膜４２を除去した後、第１の半導体レーザ素子１と第２の半導体レーザ素子２の全面にスパッタ法を用いてＺｎＯを堆積し、レーザ共振器端面となる部分より２０μｍ程度以内の領域にのみＺｎＯが残るようにパターニングする。さらに、ＺｎＯ膜を含む第１の半導体レーザ素子１と第２の半導体レーザ素子２の全面にＳｉＯ２膜を堆積し、その後熱処理を行ってＺｎＯ膜の直下の半導体層へＺｎを拡散させ、活性層１３、２３の無秩序化を行って、端面窓構造を形成する。多重量子井戸活性層にＺｎ等の不純物を拡散させると、端面近傍のウェル層とバリア層の組成が均一化し、端面付近のウェル層のバンドギャップが不純物の拡散前よりも大きくなって、レーザ光の吸収が起きなくなる。レーザ共振器端面部に窓構造を採用すると、光出力端面の損傷が起こりにくくなり、高出力の半導体レーザを実現することができる。
【００４８】
次に、図４（ｅ）に示すように、赤外レーザである第１の半導体レーザ素子１のコンタクト層１８およびＰ型第２クラッド層１６と、赤色レーザである第２の半導体レーザ素子２のコンタクト層２８およびＰ型第２クラッド層２６とにリッジ状の導波路を形成する。
【００４９】
まず、ＳｉＯ２膜４３を第１の半導体レーザ素子１および第２の半導体レーザ素子２の全面に堆積し、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いてストライプ形状のマスクパターンに加工し、そのパターンをマスクとしてエッチングストップ層１５、２５までコンタクト層１８、２８およびＰ型第２クラッド層１６、２６をエッチングする。このエッチングは反応性イオンプラズマ等を用いたドライエッチングとウェットエッチングとを併用して行う。
【００５０】
最後に、図４（ｆ）に示すように、リッジ状の各導波路の側面を覆うようにＮ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１７、２７を形成する。電流ブロック層を形成する場合は、ＳｉＯ２膜４３を残したままＭＯＣＶＤ法でＡｌＩｎＰを結晶成長する。これにより、ＳｉＯ２膜４３上にはＡｌＩｎＰが結晶成長せずに導波路の側面及びエッチングストップ層１５、２５の上面にＡｌＩｎＰ層が成長する。ＳｉＮ等の誘電体膜を電流ブロック層１７、２７として用いる場合は、ＳｉＯ２膜４３をフッ酸系のエッチャントで除去した後、半導体レーザ装置の全面にＳｉＮ膜を堆積し、フォトリソグラフィーとドライエッチングとを用いてリッジ型導波路の上面上のＳｉＮ膜を除去する。
【００５１】
図示を省略しているが、最後にコンタクト層１８の上、およびコンタクト層２８の上にそれぞれＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層体等で構成されたＰ側電極を形成する。次いで、Ｎ型ＧａＡｓ基板１０の裏面にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ積層体等で構成されたＮ側電極を形成して第１の半導体レーザ素子１（赤外レーザ）及び第２の半導体レーザ素子（赤色レーザ）を備えた二波長半導体レーザ装置が完成する。
【００５２】
本発明の二波長半導体レーザ装置の特徴は、先に結晶成長する赤外レーザ素子のエッチングストップ層を、後に形成する赤色レーザ素子のエッチングストップ層よりも不純物を拡散させにくい材料で構成していることにある。例えば、本実施形態の例では赤外レーザ素子のエッチングストップ層をＡｌＧａＡｓ系材料で構成し、赤色レーザ素子のエッチングストップ層をＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成している。以下、従来の半導体レーザ装置と特性を比較しながら本実施形態の半導体レーザ装置の効果を説明する。
【００５３】
図５（ａ）は、本発明の二波長半導体レーザ装置の赤外側レーザ素子のＩ（電流）−Ｌ（光出力）特性を従来のレーザと比較して示す図であり、（ｂ）は、本発明の二波長レーザ装置のＩ−Ｖ特性を従来のレーザと比較して示す図である。
【００５４】
、赤色レーザである第２の半導体レーザ素子の結晶成長中に、先に成長させた赤外レーザ（第１の半導体レーザ素子）のＰ型第２クラッド層１６（図１参照）中のＺｎがＰ型第１クラッド層１４側に拡散するが、エッチングストップ層１５がもしＰ系材料で構成されていれば、Ｐ型第１クラッド層１４側に拡散が進み、Ｐ型第２クラッド層１６のキャリア濃度が低下する。キャリア濃度が低下すると抵抗が増加するので、駆動電圧が増大する。
【００５５】
ところが、本実施形態の半導体レーザ装置では、エッチングストップ層１５にＡｓ系の材料を使っているので、Ｚｎの拡散がエッチングストップ層１５で抑制されるため、キャリア濃度の低下が従来のレーザに比べて少ない。従って、図５（ｂ）に示すように、従来のレーザよりも駆動電圧が低くなり、その結果、第１の半導体レーザ素子でのジュール発熱が小さくなってレーザ素子の温度上昇が抑えられ、図５（ａ）に示すようにＩ−Ｌ特性が向上する。また、Ｐ型第１クラッド層１４中のＺｎは活性層側にも拡散するので、Ｐ型第２クラッド層１６からＰ型第１クラッド層１４へのＺｎ拡散が大きいと、活性層へのＺｎ拡散も大きくなる。Ｚｎ拡散が起こると、結晶欠陥である格子空孔が発生し、生じた格子空孔が拡散するので、活性層に格子空孔が含まれることになる。格子空孔等の欠陥は非発光再結合中心として働くことが知られており、このために発光効率が低下してしきい値の上昇やスロープ効率の低下、温度特性の悪化が引き起こされる。本実施形態の半導体レーザ装置では、Ｐ型第２クラッド層１６からＰ型第１クラッド層１４へのＺｎ拡散が抑えられているため、Ｐ型第１クラッド層１４から活性層１３へと拡散するＺｎの量も低減されている。このため、図５（ａ）に示すように、従来のエッチングストップ層にＰ系材料を使った赤外レーザ素子に比べ、本発明のエッチングストップ層にＡｓ系材料を用いた赤外レーザ素子（第１の半導体レーザ素子）では、高温におけるＩ−Ｌ特性が向上している。
【００５６】
赤外レーザ素子である第１の半導体レーザ素子のエッチングストップ層にＡｓ系材料を用いるもう一つの利点は、Ｚｎ拡散による窓構造形成にある。共振器端面部にＺｎＯを拡散源にしてＺｎを拡散し、活性層を無秩序化する時に、赤外レーザ素子（第１の半導体レーザ素子）と赤色レーザ素子（第２の半導体レーザ素子）に対して同時に窓構造を形成する。先に結晶成長する赤外レーザ素子の方が高温に晒される回数が赤色レーザ素子より１回多いため、赤外レーザ素子ではＺｎＯ堆積後の熱処理によってＺｎがより拡散し、活性層の無秩序化が赤色レーザ素子より強く起こる。窓構造は端面光による損傷を防ぐために必要で、一般に波長の短い赤色レーザの方が端面光損傷を起こしやすい。従って、従来の半導体レーザ装置では、赤色レーザに対して活性層が十分に無秩序化するように熱処理時間を設定すると赤外レーザ素子の活性層が強くＺｎ拡散されすぎ、結晶性が悪化しすぎてレーザ光の吸収が起こるようになり、赤外レーザ素子の窓構造が不完全になる。
【００５７】
これに対し、本実施形態の半導体レーザ装置では、赤外レーザ素子にＡｓ系エッチングストップ層を用いているので、Ｚｎ拡散がエッチングストップ層１５により抑制され、赤外レーザ素子と赤色レーザ素子の窓構造を同じ熱処理時間で最適化することが可能になる。
【００５８】
なお、以上の説明で挙げたエッチングストップ層１５、２５の構成材料は一例であって、エッチングストップ層１５はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ(０≦ｘ≦１)で構成されていればよく、エッチングストップ層２５は（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で構成されていればよい。
【００５９】
また、Ｐ型第１クラッド１４、２４の構成材料は、（ＡｌａＧａ１−ａ）ｂＩｎ１−ｂＰ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）であればよい。Ｐ型第２クラッド１６、２６の構成材料は、（ＡｌｃＧａ１−ｃ）ｄＩｎ１−ｄＰ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１）であればよい。
【００６０】
（第２の実施形態）
図６は、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断面図である。
【００６１】
本実施形態の半導体レーザ装置が第１の実施形態の半導体レーザ装置と異なる点は、第１の半導体レーザ素子１のＰ型第１クラッド層６４とエッチングストップ層６５である。本実施形態の半導体レーザ装置のこの他の構成は、第１の半導体レーザ装置と同様である。
【００６２】
本実施形態の半導体レーザ装置では、例えばＰ型第１クラッド層６４の組成は、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓであり、膜厚は０．２μｍ、Ｚｎ濃度は７×１０１７ｃｍ−３である。また、エッチングストップ層６５はＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓで膜厚は１０ｎｍ、Ｚｎ濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。この場合のエッチングストップ層６５の組成はＰ型第１クラッド層６４と同じであり、エッチングストップ層６５の不純物濃度のみ異なっているが、エッチングストップ層６５の濃度も同じにして、実質的にエッチングストップ層がない構造とみなすこともできる。しかし、この場合も、リッジ導波路形成エッチング時には、Ｐ系のＰ型第２クラッド層とＡｓ系のＰ型第１クラッド層の間で選択的にエッチングを行うことができるため、半導体レーザ装置はエッチングストップ層がある場合と同じ方法で作製することができる。なお、本実施形態の半導体レーザ装置においても、エッチングストップ層６５にＡｓが含まれているのでＰ型第２クラッド層１６からＰ型第１クラッド層１４へのＺｎの拡散は抑制されている。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の二波長半導体レーザ装置は、高出力の赤色と赤外のレーザ光を必要とする光情報記録装置の光源等として幅広く利用することができ、装置の小型化に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す第１の半導体レーザ素子の活性層の構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す第２の半導体レーザ素子の活性層の構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の二波長半導体レーザ装置の赤外側レーザ素子のＩ（電流）−Ｌ（光出力）特性を従来のレーザと比較して示す図であり、（ｂ）は、本発明の二波長レーザ装置のＩ−Ｖ特性を従来のレーザと比較して示す図である。
【図６】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断面図である。
【図７】従来の二波長半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来の二波長半導体レーザ装置における赤外レーザの活性層構造を示す断面図である。
【図９】従来の二波長半導体レーザ装置における赤色レーザの活性層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１      第１の半導体レーザ素子
２      第２の半導体レーザ素子
１０      Ｎ型ＧａＡｓ基板
１１      バッファ層 
１２、２２      Ｎ型クラッド層 
１３、２３      活性層  
１４、２４、６４      Ｐ型第１クラッド層  
１５、２５、６５      エッチングストップ層 
１６、２６      Ｐ型第２クラッド層  
１７、２７      電流ブロック層 
１８、２８      コンタクト層 
１９、２９      Ｐ側電極 
２０      Ｎ側電極 
２１      バッファ層 
２２      Ｎ型クラッド層  
４１、４２      レジスト膜  
４３      ＳｉＯ２膜   
１３１、２３１      第１ガイド層 
１３２、２３２      第１ウェル層 
１３３、２３３      第１バリア層 
１３４、２３４      第２ウェル層 
１３５、２３５      第２バリア層 
１３６、２３６      第３ウェル層 
１３７、２３７      第２ガイド層 
【図１】
2009076602.tif 000003
【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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