説明

半導体レーザ及びその製造方法。

【課題】異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、エッチングにより除去された先に形成したエピタキシャル層の一部の面上に形成する他のエピタキシャル層の結晶度を向上させることができ、更に低コストで製造可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】、少なくとも1つのレーザ素子部における前記n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層はAl、Ga、Asを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にAl、Ga、Asを成分として有するn型ストッパ層が形成されており、且つ、前記n型クラッド層、活性層、p型クラッド層及びn型ストッパ層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、n型ストッパ層のXの値が、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の各層のX値よりも高いことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
波長の異なるレーザビームを1つのチップから発する半導体レーザとして次のようなものが知られている。この半導体レーザは、第1の波長のレーザ光を放出する第1レーザ素子部と、第1の波長とは異なる第2の波長のレーザ光を放出する第2のレーザ素子部とが、一連のエピタキシャル層としてGaAs基板上に並列に配置された構造となっている。
【0003】
前記第1のレーザ素子部は、InGaAlP第1クラッド層と、該第1クラッド層上に設けられた活性層と、該活性層上に設けられたInGaAlP第2クラッド層とを有し、前記第2のレーザ素子部は、InGaAlP第1クラッド層と、該第1クラッド層上に設けられた活性層と、該活性層上に設けられたInGaAlP第2クラッド層とを有し、前記第1レーザ素子部における前記第2クラッド層の層厚と、前記第2のレーザ素子部における第2クラッド層の層厚をほぼ同一とし、エッチングストップ層を設けることにより凸ストライブ導波路形成のためのエッチング加工を制御よく確実に行えるようにしている。
【0004】
上記半導体レーザの製造方法は、先ず、GaAs基板上に、第1の波長のレーザ光を放出する第1のレーザ素子部の使用による一連のエピタキシャル層をMOCVD法により成長させた後、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、このエピタキシャル成長層の一部を上記GaAs基板上から除去する。
【0005】
次に、この第1レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層の一部が除去されたGaAs基板上に、第2の波長のレーザ工を放出する第2のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をMOCVD法により成長させ、第1のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャルはフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により除去することにより、第1のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層と第2のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を、GaAs基板上に並列に配置する。
【0006】
次に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、それぞれのレーザ素子部に凸ストライプ上に加工された第3クラッド層を形成し、エッチングで除去された第3クラッド層の周囲にGaAs電流素子層を形成する。さらに、埋め込み層を成長させ、両レーザ素子部間に分離溝を形成し、それぞれのレーザ素子部に独立電極を形成した後、GaAs基板の裏面に共通電極を形成することにより、波長の異なるレーザビームを1つのチップから発するレーザを構成している(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
上記のような製造方法を用いた場合、第1の波長のレーザ光を放出する第1のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層の一部をエッチングによりGaAs基板上から除去する際に、エッチングによりGaAs基板も一部エッチングされる虞があり、該除去したGaAs基板上に第2の波長レーザ光を放出する第2のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を成長させた場合、第1の波長のレーザ光の発光点の高さと第2の波長の波長のレーザ光の発光点の高さを正確に一致されることができないという問題が発生する。
【0008】
上記問題を解決する方法として、基板としてGaAsを用い、MOCVD結晶成長法によりGaInPからなるエッチングストッパ層し、該エッチングストッパ層上に第1の波長のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をMOCVD法により形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、前記第1のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層と前記エッチングストッパ層を前記GaAs基板上の一部の領域から除去し、その後、GaAs基板上にMOCVD結晶成長法によりGaInPからなるエッチングストッパ層を形成し、該エッチングストッパ層上に第2の波長のレーザ光を放出する第2のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層をMOCVD法により成長させ、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、前記第1のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層上に成長した前記第2のレーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層及びエッチングストッパ層を除去する方法を提案している(例えば、特許文献2参照)。
【0009】
上記方法においては、前記GaAs基板と前記GaInPエッチングストッパ層の選択エッチャントとして塩酸を用いる。
【特許文献1】特開2000−11417号公報
【特許文献2】特開2004−228502号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところが、特許文献2のようにGaInPからなるエッチングストッパ層を形成するためには、AlGaAs系の結晶成長中にIn及びPといった材料が必要であり、製造上困難であるとともに、コストが高くなるという問題があった。
【0011】
そこで本発明は上記問題に鑑み、異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、低コストで製造可能な半導体レーザ及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明のうち請求項1に記載の半導体レーザは、GaAsからなる半導体基板上にn型クラッド層、活性層及びp型クラッド層を具える半導体ダブルへテロ層構造を形成したレーザ素子部を複数有し、各素子部より波長の異なるレーザビームを発する1チップ型の半導体レーザにおいて、少なくとも1つのレーザ素子部における前記n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層はAl、Ga、Asを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にAl、Ga、Asを成分として有するn型ストッパ層が形成されており、且つ、前記n型クラッド層、活性層、p型クラッド層及びn型ストッパ層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、n型ストッパ層のXの値が、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の各層のX値よりも高いことを特徴とする。
【0013】
本発明のうち請求項2に記載の半導体レーザは、請求項1の半導体レーザにおいて、前記n型ストッパ層のXの値が、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の各層よりのX値よりも0.02以上高いことを特徴とする。
【0014】
本発明のうち請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザにおいて、前記少なくとも1つのレーザ素子部の前記p型クラッド層上には、Al、Ga、Asを成分として有するp型ストッパ層が形成されており、p型ストッパ層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合のXの値が、前記n型ストッパ層Xの値よりも低いことを特徴とする。
【0015】
本発明のうち請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3に記載の半導体レーザにおいて、前記レーザ素子部は2つであって、650nm±30nmの波長を発する赤レーザ素子部と、780nm±30nmの波長を発する赤外レーザ素子部であり、赤外レーザ素子部にAlGaAsからなるn型ストッパ層が形成されていることを特徴とする。
【0016】
本発明のうち請求項5に記載の半導体レーザの製造方法は、n型GaAs基板上にMOCVD結晶成長法によりAlGaAsからなるn型ストッパ層を有する第1の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を順次形成する第1工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とn型ストッパ層を前記GaAs基板の一部から除去する第2の工程と、第2工程において前記エピタキシャル層とn型ストッパ層が除去されたGaAs基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第3工程とを含む半導体レーザの製造方法において、前記第1工程により形成される各層はAl、Ga、Asを成分として有しており、当該各層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、前記第1工程におけるn型ストッパ層におけるXの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のXの値よりも高いことを特徴とする。
【0017】
本発明のうち請求項6に記載の半導体レーザの製造方法は、請求項5に記載の半導体レーザの製造方法において、前記n型ストッパ層のXの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のXの値よりも0.02以上高いことを特徴とする。
本発明のうち請求項7に記載の半導体レーザの製造方法は、n型GaAs基板上にMOCVD結晶成長法によりAlGaAsからなるn型ストッパ層と、第1の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様によるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層及びp型クラッド層とを具えるエピタキシャル層を形成する第1工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とn型ストッパ層を前記GaAs基板の一部から除去する第2の工程と、第2工程において前記エピタキシャル層とn型ストッパ層が除去されたGaAs基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第3工程とを含む半導体レーザの製造方法において、前記p型ストッパ層はn型ストッパとは異なる成分からなり、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、p型ストッパ層より下層のものはAl、Ga、Asを成分として有し、且つ、前記p型ストッパ層より下層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、前記第1工程におけるn型ストッパ層におけるXの値が、その他のp型ストッパ層より下層のもののXの値より大きいことを特徴とする。
本発明のうち請求項8に記載の半導体レーザの製造方法は、請求項7に記載の半導体レーザの製造方法において、前記n型ストッパ層のXの値が、その他のp型ストッパ層より下層のもののXの値よりも0.02以上高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明を用いることにより、異なる波長の発光点の高さを正確に調整することができると共に、低コストで半導体レーザを製造することが可能になる。
【0019】
また、先に形成する一連のエピタキシャル層の一部をエッチングにより除去する時に、n型ストッパ層で選択的にエッチングを止めることにより、平坦なエッチング面を得ることができ、その面上に形成する一連のエピタキシャル層の結晶度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
図1は、本発明の一実施形態における2波長半導体レーザの構造を示す断面図である。これは、発振波長が790nmの赤外レーザ素子部(20)と、発振波長が655nmの赤レーザ素子部(30)を具えている。
【0021】
赤外レーザ素子部は、n型GaAs基板上(10)に、Al組成が0.60のAlGaAsからなるn型ストッパ層(201)、Al組成が0.48のAlGaAsからなるn型クラッド層(202)、Al組成が0.40以下のAlGaAsからなる活性層(203)、Al組成が0.51のAlGaAsからなるp型クラッド層(204)、Al組成が0.16のp型ストッパ層(205)、Al組成が0.54のAlGaAsからなるp型クラッド層(206)、GaAsからなるキャップ層(207)がMOCVD結晶成長法により順次形成され第1エピタキシャル層(200)を構成している。
【0022】
赤レーザ素子部は、n型GaAs基板上(10)に、GaInPからなるn型バッファー層(301)、AlGaInPからなるn型クラッド層(302)、GaInPからなる活性層(303)、AlGaInPからなるp型クラッド層(304)、GaInPからなるp型ヘテロ緩衝層(305)、GaAsからなるキャップ層(306)がMOCVD結晶成長法により順次形成され第2エピタキシャル層を構成している。
【0023】
第1及び第2エピタキシャル層上には、GaAsからなるn型ブロック層(208)(307)が積層され、更にその上にGaAsからなるp型コンタクト層(400)が積層される。
【0024】
本発明の説明に使用するAl組成とは、AlXGa(1-X)Asの式におけるXの値を意味する。
【0025】
また、以下の実施例においては、第1のエピタキシャル層中のn型ストッパ層とp型ストッパ層の材料としてAlGaAsを用いているが、p型ストッパ層として異なる材料を用いる場合は、赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、p型ストッパ層より下層のもののAl組成よりも0.02以上高いものを用いるで本発明の効果を得ることができる。
【0026】
以下に本発明の半導体レーザの製造方法を、図を参照して説明する。
【実施例】
【0027】
先ず、図2に示すように、n型GaAs基板上にMOCVD結晶成長法により第1のエピタキシャル層(200)として、Al組成が0.60のAlGaAsからなるn型ストッパ層(201)、Al組成が0.48のAlGaAsからなるn型クラッド層(202)、Al組成が0.40以下のAlGaAsからなる活性層(203)、Al組成が0.51のAlGaAsからなるp型クラッド層(204)、Al組成が0.16のp型ストッパ層(205)、Al組成が0.54のAlGaAsからなるp型クラッド層(206)、GaAsからなるキャップ層(207)を順次積層する。
【0028】
次に、図3に示すように、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、第1エピタキシャル層をエッチングする。
【0029】
次に、図4に示すように、MOCVD結晶成長法により第2のエピタキシャル層(300)として、n型GaAs基板上(10)に、GaInPからなるn型バッファー層(301)、AlGaInPからなるn型クラッド層(302)、GaInPからなる活性層(303)、AlGaInPからなるp型クラッド層(304)、GaInPからなるp型ヘテロ緩衝層(305)、GaAsからなるキャップ層(306)を順次積層する。
【0030】
その後、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、第2エピタキシャル層(300)の一部をエッチングする。
【0031】
次に、図5に示すように、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、ウェットエッチングで第1のエピタキシャル層(200)と第2のエピタキシャル層(300)を同時にメサ形成し、n型GaAsブロック層(208)(307)を選択的に積層した後、酸化膜を除去してGaAsからなるp型コンタクト層(400)を積層する。
【0032】
次に、フォトリソグラフィで酸化膜マスクを形成した後、ウェットエッチングで第1のエピタキシャル層(200)と第2のエピタキシャル層(300)の間に積層されたGaAsからなるp型コンタクト層(400)と、GaAsからなるブロック層(208)(307)をエッチングする。
【0033】
この後、p側、n側それぞれに電極(図示せず)を形成し、655nmと790nmの2種類の波長を発振する2波長半導体レーザが構成される。
【0034】
本実施形態においては、第1のエピタキシャル層(200)におけるAlGaAsからなるn型ストッパ層(201)のAl組成が、当該n該ストッパ層(201)の次にAl組成が高いp型クラッド層(204)のAl組成0.54よりも0.02以上高い0.60になっている。これにより、濃度を調節した有機酸、酸化剤等の薬液からなるエッチャントを用いてn型ストッパ層(201)で選択的にエッチングを止めることが可能になる。
また、n型ストッパ層(201)はAl組成が高いため屈折率が高く、膜厚を最適化してn型ストッパ層(201)と活性層(203)の距離を調節することにより、光学的特性を調整することが可能となる。これにより、赤レーザ素子(30)の結晶性を向上させることができ、良好な光学特性を得ることができる。
【0035】
更に、本発明の半導体レーザにおいては、Pを用いないため、発火性の高いPに対しての特別な装置が必要なくコスト的にも優れている。また、AlGaAs材料系に異種の材料であるIn,Pを用いないため、高い結晶性の半導体レーザを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明における半導体レーザの断面図である
【図2】本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図3】本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図4】本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図5】本発明のおける半導体レーザの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【0037】
(10) n型GaAs基板
(20) 赤外レーザ素子部
(200) 第1のエピタキシャル層
(201) n型ストッパ層
(202) n型クラッド層
(203) 活性層
(204) p型クラッド層
(205) p型ストッパ層
(206) p型クラッド層
(207) キャップ層
(208) n型ブロック層
(30) 赤レーザ素子部
(300) 第2のエピタキシャル層
(301) n型バッファー層
(302) n型クラッド層
(303) 活性層
(304) p型クラッド層
(305) p型へテロ緩衝層
(306) キャップ層
(307) n型ブロック層
(400) p型コンタクト層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
GaAsからなる半導体基板上にn型クラッド層、活性層及びp型クラッド層を具える半導体ダブルへテロ層構造を形成したレーザ素子部を複数有し、各素子部より波長の異なるレーザビームを発する1チップ型の半導体レーザにおいて、
少なくとも1つのレーザ素子部における前記n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層はAl、Ga、Asを成分として有し、当該レーザ素子部の前記基板と活性層との間にAl、Ga、Asを成分として有するn型ストッパ層が形成されており、且つ、前記n型クラッド層、活性層、p型クラッド層及びn型ストッパ層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、n型ストッパ層のXの値が、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の各層のX値よりも高いことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項2】
前記n型ストッパ層のXの値が、n型クラッド層、活性層及びp型クラッド層の各層よりのX値よりも0.02以上高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
【請求項3】
前記少なくとも1つのレーザ素子部の前記p型クラッド層上には、Al、Ga、Asを成分として有するp型ストッパ層が形成されており、p型ストッパ層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合のXの値が、前記n型ストッパ層Xの値よりも低いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザ。
【請求項4】
前記レーザ素子部は2つであって、650nm±30nmの波長を発する赤レーザ素子部と、780nm±30nmの波長を発する赤外レーザ素子部であり、赤外レーザ素子部にAlGaAsからなるn型ストッパ層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の半導体レーザ。
【請求項5】
n型GaAs基板上にMOCVD結晶成長法によりAlGaAsからなるn型ストッパ層を有する第1の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を順次形成する第1工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とn型ストッパ層を前記GaAs基板の一部から除去する第2の工程と、第2工程において前記エピタキシャル層とn型ストッパ層が除去されたGaAs基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第3工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
前記第1工程により形成される各層はAl、Ga、Asを成分として有しており、当該各層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、前記第1工程におけるn型ストッパ層におけるXの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のXの値よりも高いことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項6】
前記n型ストッパ層のXの値が、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のXの値よりも0.02以上高いことを特徴とする請求項5に記載の半導体レーザ。
【請求項7】
n型GaAs基板上にMOCVD結晶成長法によりAlGaAsからなるn型ストッパ層と、第1の波長のレーザ光を放出する赤外レーザ素子部の仕様によるn型クラッド層、活性層、p型クラッド層及びp型クラッド層とを具えるエピタキシャル層を形成する第1工程と、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により前記エピタキシャル層とn型ストッパ層を前記GaAs基板の一部から除去する第2の工程と、第2工程において前記エピタキシャル層とn型ストッパ層が除去されたGaAs基板上に赤レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層を形成する第3工程とを含む半導体レーザの製造方法において、
前記p型ストッパ層はn型ストッパとは異なる成分からなり、前記赤外レーザ素子部の仕様による一連のエピタキシャル層における各層のうち、p型ストッパ層より下層のものはAl、Ga、Asを成分として有し、且つ、前記p型ストッパ層より下層におけるAlとGaとの組成比をAlXGa(1-X)とした場合、前記第1工程におけるn型ストッパ層におけるXの値が、その他のp型ストッパ層より下層のもののXの値より大きいことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項8】
前記n型ストッパ層のXの値が、その他のp型ストッパ層より下層のもののXの値よりも0.02以上高いことを特徴とする請求項7に記載の半導体レーザの製造方法。

【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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【公開番号】特開2006−351784(P2006−351784A)
【公開日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−175296(P2005−175296)
【出願日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】(000214892)鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Fターム(参考)】