(57)【要約】【課題】モノリシックに形成された高出力二波長レーザを備えた半導体レーザ装置において、レーザの高出力動作中のＣＯＤレベルの低下を抑制する。【解決手段】半導体基板１の一主面の一部である第１領域上に、半導体基板側より順に積層された第１下部クラッド層３、第１量子井戸構造を有する第１活性層４、および第１上部クラッド層５、７を有し、第１共振器を形成する第１半導体レーザ構造１０が形成され、半導体基板の一主面の第１領域とは異なる第２領域上に、半導体基板側より順に積層された第２下部クラッド層１３、第２量子井戸構造を有する第２活性層１４、および第２上部クラッド層１５、１７を有し、第２共振器を形成する第２半導体レーザ構造２０が形成されている。第１及び第２共振器の端面には、端面コート膜３１、３２が形成され、第１及び第２共振器の端面と端面コート膜との間に、窒素含有層３０が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一主面の一部である第１領域上に形成され、前記半導体基板側より順に積層された第１下部クラッド層、第１量子井戸構造を有する第１活性層、および第１上部クラッド層を有し、第１共振器を形成する第１半導体レーザ構造と、
前記半導体基板の前記一主面の前記第１領域とは異なる第２領域上に形成され、前記半導体基板側より順に積層された第２下部クラッド層、第２量子井戸構造を有する第２活性層、および第２上部クラッド層を有し、第２共振器を形成する第２半導体レーザ構造と、
前記第１及び第２共振器の端面に形成された端面コート膜と、
前記第１及び第２共振器の端面と前記端面コート膜との間に形成された窒素含有層とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２共振器の少なくとも一方の端面において、前記第１量子井戸構造または前記第２量子井戸構造が無秩序化された端面窓構造が形成されている請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記無秩序化は不純物により行われ、前記不純物はＺｎまたはＳｉからなる請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１活性層の構成材料がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）であり、前記第２活性層の構成材料が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１および前記第２上部クラッド層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）、あるいはＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記窒素含有層の層厚は０．１μｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記窒素含有層における窒素濃度は、１×１９ｃｍ-3以下である請求項１または６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記端面コート膜は、前記第１及び第２半導体レーザ構造に対して共通に形成され、
出射端面における前記端面コート膜の反射率は、第１半導体レーザ構造の発振波長に対して３％以上６％以下の範囲であり、第２半導体レーザ構造の発振波長に対して５％以上９％以下の範囲である請求項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】
前記端面コート膜は、前記窒素含有層に最も近い膜がＡｌ2Ｏ3膜である請求項１または８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記端面コート膜と前記端面窓構造の境界付近のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕのパイルアップ量が、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である請求項１、８または９記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
半導体基板の一主面上に、第１導電型の第１下部クラッド層、第１量子井戸構造を有する第１活性層、及び第２導電型の第１上部クラッド層を順に積層して第１半導体レーザ構造を形成する第１工程と、
前記第１半導体レーザ構造の前記半導体基板の一主面上における一部をエッチングにより除去する第２工程と、
前記半導体基板上の前記第１半導体レーザ構造を除去した領域に、第１導電型の第２下部クラッド層、第２量子井戸構造を有する第２活性層、及び第２導電型の第２上部クラッド層を順に積層して第２半導体レーザ構造を形成する第３の工程と、
前記第２半導体レーザ構造における前記第１半導体レーザ構造上に形成された部分を除去する第４の工程と、
前記第１上部クラッド層および前記第２クラッド層をエッチングしてそれぞれ第１ストライプ構造および第２ストライプ構造を形成する第５の工程と、
以上の工程により形成された構造を劈開して、前記第１及び第２半導体レーザ構造により各々第１及び第２共振器の端面を形成する第６の工程と、
前記第１及び第２共振器の端面に対し窒素を導入して窒素含有層を形成する第７の工程と、
前記窒素含有層を形成する工程の後、前記第１及び第２共振器の端面に対し端面コート膜を形成する第８の工程とを有する半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第４の工程と前記第５の工程との間に、前記第１および第２活性層の一部領域に不純物を導入して無秩序化する第９の工程を有し、
前記第６の工程において、前記第１及び第２半導体レーザ構造を前記第１および第２活性層の無秩序化された一部領域で劈開して、第１及び第２共振器の端面を形成する請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第９の工程における不純物による活性層の無秩序化は、
前記第１及び第２上部クラッド層の上の一部領域に不純物を含む層を形成し、前記第１及び第２上部クラッド層へ向けて前記不純物を拡散させることにより行われる請求項１２記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第７の工程における前記窒素を導入する工程は、窒素元素を含むガスによるプラズマ照射により行われる請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記プラズマ照射が電子サイクロトロン共鳴プラズマによるものである請求項１４に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】
前記電子サイクロトロン共鳴プラズマは、Ａｌターゲットが備えられたチャンバーにより行われる請求項１５に記載の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に関し、特に複数の発光点を有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ものである。
【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帯の赤外レーザが、また、更に高密度な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帯の赤色レーザが用いられている。
【０００３】
ＣＤ、ＭＤとＤＶＤに対応するためには、１つのドライブに赤外レーザと赤色レーザとの双方が必要であり、このため双方の光集積ユニットを備えたドライブが一般的に普及している。一方で近年では、ドライブの小型化及び低コスト化、並びに光学調整や組立工程の簡素化等の要請により、光集積ユニット自体の更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帯の赤外レーザと波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザが集積された構成を有する、二波長レーザ装置が実用化され、光集積ユニットの大幅な簡素化に貢献している。
【０００４】
また、光ディスク市場の動向として、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）への対応や、ＤＶＤの高倍速化への対応要請も強く、二波長レーザの高出力化と高信頼性の両立が必須となっている。
【０００５】
実用レベルの高出力駆動を妨げる代表的な原因の一つとして、共振器端面における溶融破壊、すなわちＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）劣化が挙げられる。この故障モードは、半導体レーザの共振器端面近傍がレーザ内部で発生した光に対して吸収領域になっていることに起因して発生する。共振器端面の半導体表面には、酸素の吸着や表面の酸化によって発生する特有な深い準位、半導体表面に存在する欠陥に起因した深い準位が生じており、端面のバンドギャップが実質的に狭くなっている。この深い準位を介した非発光再結合による発熱により、更なるバンドギャップ縮小が発生し、より光吸収を引き起こす正帰還となって、端面の温度が急激に上昇し、端面の溶解による劣化を引き起こすことになる。
【０００６】
ＣＯＤレベルの抑制に関しては、固相拡散により不純物を拡散させる事で端面部の活性層を無秩序化させ、バンドギャップを広げる方法が一般的に用いられている。
【０００７】
更に、プラズマ処理を用いてバンドギャップを広げる方法も以下の特許文献１〜５で紹介されている。
【０００８】
特許文献１には、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザにおいて、劈開端面のＰをＮと置換して、端面の表面近傍をＧａＩｎＮおよびＡｌＧａＩｎＮに改質することでバンドギャップを広げて、ＣＯＤレベルを向上させる技術が提案されている。その製造方法によれば、ＰからＮへの置換を行うために、まず６００℃〜８００℃の高温状態で、Ｐの脱離を発生させ、同時に、ＥＣＲプラズマにより活性化されたＮＨ3ガスを試料表面に供給することで、脱離したサイトにＮを結合させる。
【０００９】
特許文献２には、化合物半導体レーザ端面から、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲプラズマ）などの磁場とマイクロ波の相互作用を利用したプラズマにより元素を導入する技術が提案されている。それにより、端面近傍の半導体層のバンドギャップを、構成している半導体層のバンドよりも広くすることができ、ウインド領域として機能させることができる。また、前述の技術により形成された半導体層は、低表面準位密度の良質な高抵抗層であるため、端面へのリーク電流を抑制でき、界面における非発光再結合中心の低減によりＣＯＤ劣化の抑制効果を確保できる。
【００１０】
特許文献３、特許文献４では、共振器端面の半導体層をＮ2プラズマ照射により窒化することにより、端面近傍をワイドギャップ化し、活性層に量子井戸を含む場合には共振器端面の活性層を無秩序化できワイドギャップ化することができるとしている。さらに、窒化された領域は高抵抗化されていることから、端面領域の無効電流の影響を抑えることができるため、高出力で長寿命な半導体レーザが実現できるとされている。
【００１１】
特許文献５には、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ及びＩｎＧａＡｓを含む群から選択された材料系で構成されたＧａＡｓ系半導体レーザ上の任意の構造上に、窒化物層を形成するための製造方法がいくつか提案されている。上記に挙げた特許文献と同様にして、窒素を含むプラズマ処理により、表面の汚染物除去、界面再結合速度の低減を目的とする方法である。
【特許文献１】特開平３−８９５８５号公報
【特許文献２】特開平１０−８４１６１号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３９７８号公報
【特許文献４】特開平１０−２２３９７９号公報
【特許文献５】特表２００４−５３８６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したようなプラズマ処理による無秩序化は、出射端面のバンドギャップを大きくすることは可能である。しかしながら、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザとＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザが同一基板上にモノリシックに形成された高出力二波長レーザにおいて、上述の特許文献に記載されたような先行技術では、エージング中のＣＯＤレベル低下の課題を抱えることになる。
【００１３】
まず、特許文献１〜５においては、不純物拡散による窓形成による無秩序化技術について適用、あるいは記載されておらず、いずれも窒素元素を含むプラズマを利用して、出射端面領域に窒化物系半導体層を形成してワイドギャップ化し、窓構造の役割を果たすものとしている。上述の高出力二波長レーザ（ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ／ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ）に対し、特許文献１〜５に記載のいずれかの技術を適用して、出射端面領域に、窒化物半導体であるＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＮなどが形成された場合、端面のバンドギャップの拡大により、初期のＣＯＤレベルを向上させることは可能である。
【００１４】
しかしながら、窓構造の役割をも果たすほどの窒化物半導体層を形成した場合、利得領域の半導体層と窒化物半導体層との格子不整が大きく、端面には大きな歪がかかることになる。この状態でエージングをかけ続けると、光エネルギー密度の高い領域で歪に起因した欠陥が発生し、欠陥が侵食するにつれてエージング中に徐々にＣＯＤレベルが低下していくものと考えられる。
【００１５】
また、プラズマ処理による活性相の無秩序化は、高いエネルギーでのプラズマドープが必要である。そのため、不純物のチャネリングにより、発光に寄与する活性層へも不純物が入り、その結果、信頼性が低下する可能性がある。
【００１６】
また、不純物ドープ後には端面部の結晶性が低下しているため、高温での熱処理が必要であるが、端面に反射膜を形成した後では、高温でのアニールが困難である。
【００１７】
さらに、固相拡散による端面窓構造においては近年、固相拡散領域が広がり角に影響する事が明らかになってきている。すなわち、レーザ利得部の光閉じ込めを強くしなくても、固相拡散領域の幅を制御する事で低アスペクトな広がり角が得られるため、高出力でも信頼性を確保できるようになってきている。
【００１８】
これに対して、プラズマドープを用いた端面窓構造の形成は、レーザ利得部の光閉じ込めを強くし、かつ端面反射膜形成後の狭い温度マージンでの回復アニールが必要なため、高出力化で十分な信頼性を得るのが困難である。
【００１９】
一方、固相拡散による端面窓構造においても、近年の高出力化に伴い新たな課題が発生している。すなわち、不純物を拡散させて活性層の無秩序化する窓形成工程において、活性層の無秩序化によるバンドギャップ拡大効果や端面の高抵抗化により初期のＣＯＤレベルの向上を図ることは可能となるが、エージング中においては、ＣＯＤレベルが低下していく現象が起きている。
【００２０】
これは、通電による発熱に伴う、不純物の拡散によるボンドの切断、空孔の発生などによる点欠陥に起因する影響と考えられる。それゆえ、窓形成などによって初期のＣＯＤレベルの向上が図れたとしても、エージング中のＣＯＤレベル低下が加速されるため、通電後には大きくＣＯＤレベルが劣化していることになる。このような劣化は、高出力化に対して大きな妨げとなる。
【００２１】
本発明は、モノリシックに形成された高出力二波長レーザを備え、レーザの高出力動作中のＣＯＤレベルの低下を抑制することが可能な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】
【００２２】
上記課題を解決するために本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一主面の一部である第１領域上に形成され、前記半導体基板側より順に積層された第１下部クラッド層、第１量子井戸構造を有する第１活性層、および第１上部クラッド層を有し、第１共振器を形成する第１半導体レーザ構造と、前記半導体基板の前記一主面の前記第１領域とは異なる第２領域上に形成され、前記半導体基板側より順に積層された第２下部クラッド層、第２量子井戸構造を有する第２活性層、および第２上部クラッド層を有し、第２共振器を形成する第２半導体レーザ構造と、前記第１及び第２共振器の端面に形成された端面コート膜と、前記第１及び第２共振器の端面と前記端面コート膜との間に形成された窒素含有層とを備える。
【００２３】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板の一主面上に、第１導電型の第１下部クラッド層、第１量子井戸構造を有する第１活性層、及び第２導電型の第１上部クラッド層を順に積層して第１半導体レーザ構造を形成する第１工程と、前記第１半導体レーザ構造の前記半導体基板の一主面上における一部をエッチングにより除去する第２工程と、前記半導体基板上の前記第１半導体レーザ構造を除去した領域に、第１導電型の第２下部クラッド層、第２量子井戸構造を有する第２活性層、及び第２導電型の第２上部クラッド層を順に積層して第２半導体レーザ構造を形成する第３の工程と、前記第２半導体レーザ構造における前記第１半導体レーザ構造上に形成された部分を除去する第４の工程と、前記第１上部クラッド層および前記第２クラッド層をエッチングしてそれぞれ第１ストライプ構造および第２ストライプ構造を形成する第５の工程と、以上の工程により形成された構造を劈開して、前記第１及び第２半導体レーザ構造により各々第１及び第２共振器の端面を形成する第６の工程と、前記第１及び第２共振器の端面に対し窒素を導入して窒素含有層を形成する第７の工程と、前記窒素含有層を形成する工程の後、前記第１及び第２共振器の端面に対し端面コート膜を形成する第８の工程とを有する。
【発明の効果】
【００２４】
上記構成の本発明の半導体レーザ装置によれば、共振器の端面と端面コート膜との間に窒素含有層を有することにより不純物拡散が抑制されるので、不純物拡散に起因する欠陥増殖や欠陥伸長速度を抑制することができ、レーザの高出力動作中のＣＯＤレベルの低下を抑制することが可能である。
【００２５】
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、第７の工程において共振器端面の端面コート膜との界面における表面層に対し窒素処理を行っているので、その後の工程による欠陥増殖や欠陥の伸長を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は上記構成を基本として、以下のような種々の態様をとることができる。
【００２７】
すなわち本発明の半導体レーザ装置において、前記第１及び第２共振器の少なくとも一方の端面には、前記第１量子井戸構造または前記第２量子井戸構造が無秩序化された端面窓構造が形成されていることが好ましい。
【００２８】
また、前記無秩序化は不純物により行われ、前記不純物はＺｎまたはＳｉからなる構成とすることができる。
【００２９】
また、前記第１活性層の構成材料がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）であり、前記第２活性層の構成材料が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）である構成とすることができる。
【００３０】
また、前記第１および前記第２上部クラッド層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）、あるいはＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）からなる構成とすることができる。
【００３１】
前記窒素含有層の層厚は、０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
また、前記窒素含有層における窒素濃度は、１×１９ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００３３】
また、前記端面コート膜は、前記第１及び第２半導体レーザ構造に対して共通に形成され、出射端面における前記端面コート膜の反射率は、第１半導体レーザ構造の発振波長に対して３％以上６％以下の範囲であり、第２半導体レーザ構造の発振波長に対して５％以上９％以下の範囲であることが好ましい。
【００３４】
また、前記端面コート膜は、前記窒素含有層に最も近い膜がＡｌ2Ｏ3膜であることが好ましい。
【００３５】
また、前記端面コート膜と前記端面窓構造の境界付近のＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕのパイルアップ量が、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００３６】
また、本発明の半導体レーザ装置において、前記第４の工程と前記第５の工程との間に、前記第１および第２活性層の一部領域に不純物を導入して無秩序化する第９の工程を有し、前記第６の工程において、前記第１及び第２半導体レーザ構造を前記第１および第２活性層の無秩序化された一部領域で劈開して、第１及び第２共振器の端面を形成することが好ましい。
【００３７】
また、前記第９の工程における不純物による活性層の無秩序化は、前記第１及び第２上部クラッド層の上の一部領域に不純物を含む層を形成し、前記第１及び第２上部クラッド層へ向けて前記不純物を拡散させることにより行うことができる。
【００３８】
また、前記第７の工程における前記窒素を導入する工程は、窒素元素を含むガスによるプラズマ照射により行うことができる。
【００３９】
また、前記プラズマ照射は、電子サイクロトロン共鳴プラズマにより行うことができる。その場合、前記電子サイクロトロン共鳴プラズマは、Ａｌターゲットが備えられたチャンバーにより行うことができる。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態における半導体レーザ装置、およびその製造方法について詳細に説明する。
【００４１】
図１は、本実施の形態に係る半導体レーザの斜視図を示す。図２Ａ、２Ｂはそれぞれ、図１におけるＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を示す。まず、半導体レーザ装置の構造について説明する。本半導体レーザ装置は、発振波長７８０ｎｍ付近の赤外レーザ１０と、発振波長６５０ｎｍ付近の赤色レーザ２０が、共通のｎ型ＧａＡｓ基板１上にモノリシックに形成された構成を有する。赤外、赤色レーザ１０、２０の双方に、不純物拡散による窓構造９、１９が形成されている。
【００４２】
赤外レーザ１０は、順次積層されたｎ型ＧａＡｓ赤外バッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外下部クラッド層３、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ赤外活性層４（発振波長７８０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外第１上部クラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ赤外エッチングストップ層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外第２上部クラッド層７、及びｐ型ＡｌＧａＡｓ赤外コンタクト層８を備える。
【００４３】
赤色レーザ２０は、順次積層されたｎ型ＧａＡｓ赤色バッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色下部クラッド層１３、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ赤色活性層１４（発振波長６５０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色第１上部クラッド層１５、ｐ型ＧａＩｎＰ赤色エッチングストップ層１６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色第２上部クラッド層１７、及びｐ型ＡｌＧａＡｓ赤色コンタクト層１８を備える。
【００４４】
赤外第２上部クラッド層７、赤色第２上部クラッド層１７は、表面から赤外エッチングストップ層６、赤色エッチングストップ層１６まで形成された溝により分割されて、リッジ２１を形成している。
【００４５】
窓構造９、１９が形成された領域では、ｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８が除去されている。ｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８の上面、およびｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８の除去により露出した赤外第２上部クラッド層７、赤色第２上部クラッド層１７の上面に亘って、電流ブロック層２２が形成されている。
【００４６】
リッジ２１の上部の電流ブロック層２２には、開口（図示せず）が形成され、電流ブロック層２２上に形成されたｐ側赤外電極２３、ｐ側赤色電極２４が、開口を通してｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８に接合されている。ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、ｎ側電極２５が形成されている。
【００４７】
上述のように二波長半導体レーザが形成された基板１を、所定の光共振器長の間隔で劈開して得られた窓構造９、１９を有する光共振器端面の表面に、窒素を含有した窒素含有層３０が形成されている。なお、窒素含有層３０は、図１においては図示の都合上記載が省略されている。更に、レーザ光の出射される側の共振器端面には、低反射率コート膜３１を備え、出射面とは反対側の共振器端面には高反射率コート膜３２を備える。図１において低反射率コート膜３１が破線で示されるのは、図の見易さを考慮したためである。
【００４８】
上述のように、赤外レーザ１０と赤色レーザ２０の、窓構造９、１９を有する光共振器端面の表面に、窒素含有層３０を設けることによる作用効果については、後述する。
【００４９】
次に、上記構成の半導体レーザの製造方法について、図３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照して説明する。
【００５０】
図３は、赤外／赤色素子構造を形成するまでの工程を示す。まず、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による結晶成長技術により、図３（ａ）に示すように、ｎ型基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなる赤外バッファ層２、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から成るｎ型の赤外下部クラッド層３、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）層を含む多重量子井戸からなる赤外活性層４、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から成るｐ型の赤外第１上部クラッド層５、ｐ型赤外エッチングストップ層６、ｐ型赤外第２上部クラッド層７、およびｐ型赤外コンタクト層８を備える赤外レーザ素子構造を形成する。次に図３（ｂ）に示すように、赤色レーザを形成する領域を、エッチングによりストライプ状に除去する。
【００５１】
次に、赤外レーザ素子構造が除去された領域に、ＭＯＣＶＤ法により、図３（ｃ）に示すように、ｎ型基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなる赤色バッファ層１２、ｎ型の赤色下部クラッド層１３、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含む多重量子井戸からなる赤色活性層１４、ｐ型赤色第１上部クラッド層１５、ｐ型赤色エッチングストップ層１６、ｐ型赤色第２上部クラッド層１７、およびｐ型赤色コンタクト層１８を備えた赤色レーザ素子構造を形成する。
【００５２】
本実施の形態に基づく実施例では、ｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８共に、ｘ＝０のＧａＡｓとし、膜厚を０．２μｍとした。
【００５３】
また、赤外レーザと赤色レーザのｐ型第２上部クラッド層７、１７は（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層から成り、一実施例では、共にｘ＝０．７、ｙ＝０．３とし、膜厚を１．６μｍとした。
【００５４】
また、赤外エッチングストップ層６の材料は、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）とし、赤色エッチングストップ層１６の材料は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）とした。一実施例では、赤外エッチングストップ層６をＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓとし、赤色エッチングストップ層１６をＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐとした。
【００５５】
次に、図３（ｄ）に示すように、赤外レーザ素子構造上に形成された赤色レーザ素子構造を除去し、赤外／赤色レーザ素子構造を電気的に分離する素子分離溝２８、及び劈開用の溝（図示せず）を形成するために、エッチングを行う。
【００５６】
図４Ａ及び図４Ｂは、上述のように形成された赤外／赤色レーザ素子構造に対する以降の加工の工程を示す。図４Ａ及び図４Ｂにおける（ａ１）〜（ｄ１）は、図１に一点鎖線Ｃ−Ｃで示した利得領域断面を示す。（ａ２）〜（ｄ２）は、図１に一点鎖線ＤーＤで示した窓領域断面を示す。（ａ３）〜（ｄ３）は、平面図を示す。但し、この平面図は、上述の工程で形成された、赤外／赤色レーザ素子構造の単位領域のみを抽出して示したものである。
【００５７】
まず、端面窓構造を形成する。図示しないが、レーザ端面部となる領域の上面に、Ｚｎ拡散源をスパッタによりパターン形成し、キャップ膜を堆積する。その後、熱処理を行ってＺｎを拡散させ、赤外レーザと赤色レーザの活性層の平均組成化を行い、図４Ａ（ａ２）及び（ａ３）に示すように、窓構造領域（ドットで示される）を形成する。
【００５８】
次に、赤外レーザ、及び赤色レーザのリッジを形成するために、ＳｉＯ2膜２６を堆積し、ストライプパターンをフォトリソグラフィー技術、ドライエッチング技術を用いて形成する。さらに、ストライプ状のＳｉＯ2膜２６をマスクとして、赤外第２上部クラッド層７、及び赤色第２上部クラッド層１７を、赤外エッチングストップ層６、及び赤色エッチングストップ層１６に至るまでエッチングを行い、図４Ａ（ｂ１）〜（ｂ３）に示すように、リッジ２１を形成する。
【００５９】
エッチングは、誘導結合型プラズマもしくは、反応性イオンプラズマを用いたドライエッチングとウエットエッチングを併用して行うことができる。ここで、赤外第２上部クラッド層７、赤色第２上部クラッド層１７と、ｐ型赤外コンタクト層８、ｐ型赤色コンタクト層１８は、上述のような膜厚と組成を設定しているため、同一条件のドライエッチとウエットエッチ条件にて同時にリッジ２１形成が可能である。
【００６０】
次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、リッジ２１上部のＺｎ拡散させた領域におけるｐ型赤外コンタクト層８及びｐ型赤色コンタクト層１８上のみをエッチングするためのパターンを形成し、フッ酸系のエッチャントを用いてエッチングを行う（図示せず）。次に、ＳｉＯ2膜２６を全て除去し、電流ブロック層２２としての誘電体膜、例えばＳｉＮ膜を形成する。次に図４Ｂ（ｃ１）、（ｃ３）に示すように、コンタクト形成のため、利得領域のリッジ２１頂部における電流ブロック層２２に、開口２７を形成する。次に、図４Ｂ（ｄ１）〜（ｄ３）に示すように、金メッキによりｐ側赤外電極２３、ｐ側赤色電極２４を形成し、さらに、ｎ側電極２５を形成する。
【００６１】
次に、以上の工程によりモノリシック二波長レーザが形成された半導体レーザウエハを、劈開により所定の共振器長間隔でバー状態にして、光共振器端面を形成する。その後、光共振器端面に対して、ＡｒガスとＮ2ガスとの混合ガスを用いたプラズマ照射を実施して、窒素含有層３０を形成する（図２参照）。本実施の形態では、プラズマ照射は電子サイクロトロン共鳴スパッタリング装置（ＥＣＲスパッタリング装置）を用いて行うことができる。
【００６２】
引き続き、ＥＣＲスパッタリング装置内にて、出射端面にはＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の２層コートにより低反射率コート膜３１を形成して、赤色レーザ２０、赤外レーザ１０の反射率をそれぞれ、５〜９％、３〜６％とする、後方端面には、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2／アモルファスＳｉ／ＳｉＯ2／アモルファスＳｉの多層膜をコートして高反射率コート膜３２を形成し、赤色レーザ２０、赤外レーザ１０ともに９０％以上の反射率とする。より好ましくは、赤色レーザ２０、赤外レーザ１０の出射端面の反射率は、７％、５％とする。
【００６３】
以上のように構成することで、初期のＣＯＤレベルを保ちつつ、エージング後のＣＯＤ低下の抑制が可能である。
【００６４】
なお、本実施の形態では、窓構造形成のための不純物としてＺｎを拡散しているが、Ｓｉを不純物として用いることもできる。
【００６５】
また、本実施の形態で行ったＡｒガスとＮ2ガスとの混合ガスを用いたプラズマ照射は、過剰に窒素処理を行うと結晶性が悪化し、ＣＯＤ低下の影響になるため適度な処理が必要である。Ａｒのみの処理だとスパッタ効果による半導体層のスパッタダメージが発生するため、Ｎ2ガスはプラズマ雰囲気の中に１０％以上含むことが好ましい。
【００６６】
Ｎ2プラズマ照射による窒素は、半導体層の内部に深く入れすぎると半導体表面にダメージを与えるため、０．１μｍ以内に含ませるようにドープすることが好ましい。過剰に窒素をドープすると、点欠陥としてＣＯＤレベル低下を招くため、窒素は１０19ｃｍ-3以内でドープすることが好ましい。
【００６７】
なお、ＥＣＲプラズマを用いた処理に限らず、端面に対して低ダメージでプラズマ照射できるものであれば、例えばヘリコン波プラズマを用いてもよい。
【００６８】
また、光共振器端面へのプラズマ照射を行った後に、引き続き真空中にてコーティングを施すことが好ましい。
【００６９】
さらに、重金属汚染に起因して、共振器端面に深い準位を形成してＣＯＤレベル低下や、信頼性低下を引き起こす可能性があるため、反射コート膜と共振器端面の半導体層との境界近傍については、重金属などによる汚染が無いことが望ましい。具体的には、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕのパイルアップ量が、３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることが望ましい。
【００７０】
不純物汚染の影響を最大限に抑制するためには、ＥＣＲスパッタ装置によるプラズマ処理は、Ａｌターゲットが備えられているチャンバー内で実施することが望ましい。
【００７１】
上記のようにして作製された本実施の形態の半導体レーザ装置と、比較のためにプラズマ処理を行わなわなかった半導体レーザ装置について、初期状態でのＣＯＤレベル測定と、エージング後でのＣＯＤレベル測定を行った結果を以下に示す。
【００７２】
エージングの条件は、赤色レーザにおいては、温度２５℃、出力ＣＷ１４５ｍＷ、エージング時間１４０時間、ＡＰＣ駆動であり。また、赤外レーザにおいては、温度２５℃、出力１６０ｍＷ、エージング時間１４０時間、ＡＰＣ駆動である。ＣＯＤレベルの測定条件はいずれも、室温、連続発振（ＣＷ）測定である。このエージング条件は、評価にかかる時間を抑えるために、それぞれの半導体レーザ装置に対して劣化の加速性の高い条件で実施している。
【００７３】
ＣＯＤレベル測定の結果を、図５に示す。図５（ａ）は赤色レーザの結果であり、図５（ｂ）は赤外レーザの結果である。横軸がエージング時間（時間）、縦軸がＣＯＤレベルを示す。また●印は、本実施の形態によりプラズマ処理を行ったもの、◆印は、プラズマ処理を行わなかったものについての結果である。
【００７４】
赤色レーザにおいては、初期のＣＯＤレベルは、どちらの条件においても同等レベルである。一方、エージング後のＣＯＤレベルについては、プラズマ処理を行わなかったものは、大きく低下しているのに対し、本実施の形態の半導体レーザ装置は、エージング後のＣＯＤレベルの低下が抑制されている。
【００７５】
また、赤外レーザにおいては、本実施の形態では初期状態のＣＯＤレベルが低くなっているが、エージング後のＣＯＤレベル低下量は抑えられている。
【００７６】
以上のとおり、本実施の形態による端面部への窒素処理を実施した場合に、エージング後のＣＯＤレベルの低下が抑制されている理由は、次のように考えることができる。すなわち、エージングによる発熱が原因となる端面窓部の不純物拡散領域において、最も発熱が起こる半導体界面と反射膜界面の表面層に対して窒素処理を行うことで、窓構造を形成した不純物の拡散が抑制され、それにより、エージング中の欠陥増殖速度あるいは欠陥伸長速度を低減してためである。
【００７７】
なお、赤外レーザを構成するＡｌＧａＡｓ系材料の場合に初期のＣＯＤが下がっている理由は、窒素を低組成で含ませると巨大バンドギャップボーイング効果が現れ、バンドギャップ縮小が起こっているためと考えられる。
【００７８】
しかしながら、本発明では、端面窓形成により巨大バンドギャップボーイングによるバンドギャップ縮小効果を不純物拡散による窓構造にて補償しているため、実用レベルの高いＣＯＤレベルを実現している。そのため、高出力動作と高信頼性動作を両立した半導体レーザ装置を実現することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系材料の半導体レーザについて説明したが、本発明は、前記以外の材料系からなる半導体レーザ装置にも適用することが可能である。
【００８０】
さらに、本実施の形態では、不純物のＺｎの熱拡散による窓形成について説明したが、Ｓｉを用いた不純物やイオン注入による窓形成を適用した半導体レーザ装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の集積化半導体レーザ装置は、例えば、高出力二波長レーザ装置を必要とする光記録装置等の光源として有用であり、また、その他、レーザ医療等への応用にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施の形態におけるモノリシックに形成された二波長レーザを備えた半導体レーザ装置の斜視図
【図２Ａ】同半導体レーザ装置のＡ−Ａ断面図
【図２Ｂ】同半導体レーザ装置のＢ−Ｂ断面図
【図３】同半導体レーザ装置の製造方法における赤外/赤色レーザ素子構造を形成するまでの工程を示す断面図
【図４Ａ】同半導体レーザ装置の製造方法における図３に示した工程以降の工程を示す断面図
【図４Ｂ】図４Ａに続く工程を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の、エージング前後のＣＯＤ評価結果を示す図
【符号の説明】
【００８３】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓ赤外バッファ層
３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外下部クラッド層
４  赤外活性層
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外第１上部クラッド層
６  ｐ型ＧａＩｎＰ赤外エッチングストップ層
７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤外第２上部クラッド層
８  ｐ型ＡｌＧａＡｓ赤外コンタクト層
９  窓構造
１０  赤外レーザ
１２  ｎ型ＧａＡｓ赤色バッファ層
１３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色下部クラッド層
１４  赤色活性層
１５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色第１上部クラッド層
１６  ｐ型ＧａＩｎＰ赤色エッチングストップ層
１７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ赤色第２上部クラッド層
１８  ｐ型ＡｌＧａＡｓ赤色コンタクト層
１９  窓構造
２０  赤色レーザ
２１  リッジ
２２  電流ブロック層
２３  ｐ側赤外電極
２４  ｐ側赤色電極
２５  ｎ側電極
２６  ＳｉＯ2膜
２７  開口
２８  素子分離溝
３０  窒素含有層
３１  低反射率コート膜
３２  高反射率コート膜
【図１】
2009088207.tif 000003
【図２Ａ】
2009088207.tif 000004
【図２Ｂ】
2009088207.tif 000005
【図３】
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【図４Ａ】
2009088207.tif 000007
【図４Ｂ】
2009088207.tif 000008
【図５】
2009088207.tif 000009