多波長半導体レーザおよびその製造方法
【課題】異なる波長のレーザ光を発する個々のＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要とすることなく容易に高精度な多波長半導体レーザ光源を製造できるモノリシックな多波長半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】ＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０を、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０の表面１０ａおよび裏面ｂにそれぞれ形成し、第１の組成変調バッファ層２０上に青紫色ＬＤ部４０を、第２の組成変調バッファ層３０上に赤外ＬＤ部５０および赤色ＬＤ部６０をそれぞれ形成する。そして、第１の組成変調バッファ層２０を基板１０から第１の半導体層４０に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成するとともに、第２の組成変調バッファ層３０を基板１０から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成した。
【解決手段】ＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０を、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０の表面１０ａおよび裏面ｂにそれぞれ形成し、第１の組成変調バッファ層２０上に青紫色ＬＤ部４０を、第２の組成変調バッファ層３０上に赤外ＬＤ部５０および赤色ＬＤ部６０をそれぞれ形成する。そして、第１の組成変調バッファ層２０を基板１０から第１の半導体層４０に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成するとともに、第２の組成変調バッファ層３０を基板１０から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長の異なる光を発する多波長半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの光ディスクは、大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。これらの光ディスクの記録・再生に用いられるレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）の発振波長はそれぞれ異なっており、ＣＤ用ＬＤの発振波長は７８０ｎｍ帯（赤外）、ＤＶＤ用ＬＤの発振波長は６５０ｎｍ帯（赤色）、ＢＤ用ＬＤの発振波長は４０５ｎｍ帯（青紫色）である。したがって、１つの光ディスク装置でＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの情報を取り扱うためには、赤外、赤色および青紫色の３色のレーザ光を発する光源が必要となる。
【０００３】
赤外、赤色および青紫色の３色のレーザ光を発する従来の多波長半導体レーザ光源として、ＧａＮ基板上に形成された青紫色ＬＤと、ＧａＡｓ基板上に形成された赤色および赤外のレーザ光を発する２波長ＬＤとを有し、青紫色ＬＤをサブマウント上にはんだ層を介して載置するとともに、２波長ＬＤをはんだ層を介してフェースダウン状にサブマウント上に載置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１２２３号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の多波長半導体レーザ光源においては、赤外および赤色レーザ光を発する二波長ＬＤと青紫色ＬＤとが別個のＬＤとして存在するため、これらのＬＤをサブマウント上に実装する際に、各ＬＤの光軸を揃えるため高精度な実装技術が必要となり、半導体レーザ光源として高い歩留まりを得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、赤外および赤色レーザ光を発する非窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層と、青紫色レーザ光を発する窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層とは、結晶構造および格子定数が異なるため、これらの半導体層を１つの共通基板上にモノリシックに形成することはできないという問題もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、異なる波長のレーザ光を発する個々のＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要とすることなく容易に高精度な多波長半導体レーザ光源を製造できるモノリシックな多波長半導体レーザを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る多波長半導体レーザは、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板と、前記基板の表面上に積層され、ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板の裏面上に積層され、ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層と、前記第１の組成変調バッファ層上に形成された窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上の一部に形成されたＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の半導体層と並置して設けられ、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備え、前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成されるとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、赤外、赤色および青紫色のレーザ光をそれぞれ発する複数のＬＤを１つの基板上にモノリシックに形成することができるので、各ＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要とすることなく容易に多波長半導体レーザ光源を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構成を示す断面図である。また、図２ないし図１７は、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図であり、図１８はこの発明の実施の形態における多波長半導体レーザの変形例を示す断面図である。
【００１２】
まず、図１を参照して、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構造について説明する。
【００１３】
図１において多波長半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)混晶からなる基板１０と、この基板１０の表面１０ａの一部に積層された第１の組成変調バッファ層２０と、基板１０の裏面１０ｂの一部に積層された第２の組成変調バッファ層３０と、第１の組成変調バッファ層２０上に形成され青紫色光を発する窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青紫色ＬＤ部）と、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に形成され赤外光を発するＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層５０（赤外ＬＤ部）と、第２の半導体層５０と並置して設けられ、第２の組成変調バッファ層５０上に形成された赤色光を発するＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層６０（赤色ＬＤ部）と、基板１０の表面１０ａに形成されたｎ側電極７０と、第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０上にそれぞれ設けられたｐ側電極８１〜８３とを有している。
【００１４】
ここで、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０はそれぞれｎ型ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)混晶およびｎ型ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)混晶で形成されている。また、第１の組成変調バッファ層２０は、基板１０から第１の半導体層４０に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成されており、第１の半導体層４０が形成される表面２０ａはＧａＮに近い組成で形成されている。また、第２の組成変調バッファ層３０は、基板１０側から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されており、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０が形成されている表面３０ａはＧａＡｓに近い組成で形成されている。すなわち、第１の組成変調バッファ層２０のＮ原子平均含有量は基板１０のＮ原子含有量よりも高く、第２の組成変調バッファ層３０のＮ原子平均含有量は基板１０のＮ原子含有量よりも低い組成で形成されている。なお、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０は、超格子バッファ層で形成してもよい。
【００１５】
また、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａは最稠密面で形成することが望ましく、ＧａＮに近い組成で構成される第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａは、（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以上のオフ角を有するように形成することが好ましい。
なお、基板１０の組成は、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０．２＜ｘ＜０．８)で形成するのが好ましく、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０．４＜ｘ＜０．６)で形成することがさらに望ましい。
【００１６】
青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０は、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、窒化物半導体であるＩｎＧａＮを含む活性層４２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、およびｐ型コンタクト層４４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層４４上にはｐ側電極８１が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３およびｐ型コンタクト層４４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１７】
また、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０は、第２の組成変調バッファ３０上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１、ＡｌＧａＡｓを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３、およびｐ型コンタクト層５４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層５４上にはｐ側電極８２が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３およびｐ型コンタクト層５４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１８】
また、赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０は、第２の組成変調バッファ３０上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１、ＧａＩｎＰを含む活性層６２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、およびｐ型コンタクト層６４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層６４上には、ｐ側電極８３が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３およびｐ型コンタクト層６４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１９】
なお、上記第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０の各活性層４２、５２、６２は、ウェル層とバリア層を順次積層した多重量子井戸構造で形成するのが望ましい。また、各活性層とｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層との間にＳＣＨＳｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けてもよい。また、第１ないし第３の半導体層４０、５０、６０の発光点間の相互距離は実質的に等しくに形成することが望ましい。ここで、「実質的に等しい」とは、光学設計上許容できる誤差を含んでもよいことを意味する。
【００２０】
そして、基板１０の表面１０ａには、ｎ側電極７０が形成されている。なお、ｎ側電極７０は基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。
【００２１】
このような構造を備えた多波長半導体レーザ１００は、青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０上に形成されたｐ側電極８１とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層４２から青紫色レーザ光が放射される。同様に、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０上に形成されたｐ側電極８２とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層５２から赤外レーザ光が放射され、第３の半導体層６０上に形成されたｐ側電極８３とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層６２から赤色レーザ光が放射される。
【００２２】
次に、図２ないし図１７を参照して、本実施の形態における多波長半導体レーザ１００の製造方法について説明する。
【００２３】
（第１の組成変調バッファ層形成工程）
まず、図２に示すように、基板１０をＧａＡｓＮ層の成長温度に昇温し、例えば、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガス、Ｇａ原料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、およびＮ原料であるＮＨ３ガスをキャリアガスであるＨ２ガスとともに、反応容器内に所定量供給することにより、第１の組成変調バッファ層２０をＧａＡｓＮ基板１０の表面１０ａにＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、第１の組成変調バッファ層２０の組成が、基板１０側から表面２０ａに向かってＮ原子含有量が高くなり、表面２０ａでＧａＮに近い組成となるように、第１の組成変調バッファ層２０の成長に合わせて、Ｎ原料であるＮＨ３ガスの流量を漸次増加させ、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガスの流量を漸次減少させる。
【００２４】
（第１の半導体層形成工程）
次いで、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第１の組成変調バッファ層２０上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、ＩｎＧａＮを含む活性層４２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、およびｐ型コンタクト層４４を順次積層する。例えば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１の成長温度は１１００℃、活性層４２の成長温度は７４０℃、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３の成長温度は１１００℃である。
【００２５】
その後、図４に示すように、ｐ型コンタクト層４４上にレジストを塗布し、リソグラフィにより第１の半導体層４０の幅に対応したレジストパターン１１を形成する。そして、図５に示すように、このレジストパターン１１をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いてｐ型コンタクト層４４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、活性層４２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１および第１の組成変調バッファ層２０を順次エッチングする。その後、有機溶剤を用いてレジスト１１を除去する。
【００２６】
そして、図６に示すように、ｐ型コンタクト層４４上に、メサ部の形状に対応したレジストパターン１２を形成する。このレジストパターン１２をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いてｐ型コンタクト層４４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３をエッチングすることにより、光導波路となるリッジを形成する。その後、有機溶剤を用いてレジスト１２を除去する。
【００２７】
なお、図示しないが、上記第１の半導体層形成工程の前に、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜からなる保護膜を形成しておくことが望ましい。なお、ＳｉＯ２膜はＳｉＮ膜等他の材料からなる膜であってもよい（以降の工程においても同様）。このように、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜を形成した場合、上記第１の半導体層形成工程後に、上記ＳｉＯ２膜を例えばドライエッチングにより除去し、その後、例えばＲＩＥ法により基板１０の裏面１０ｂの表面を少なくとも１分子層以上エッチングする。
【００２８】
（第２の組成変調バッファ層形成工程）
次に、図７に示すように基板１０を上下反転する。そして、第１の組成変調バッファ層形成工程と同様に、基板１０をＧａＡｓＮ層の成長温度に昇温し、例えば、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガス、Ｇａ原料であるＴＭＧガス、およびＮ原料であるＮＨ３ガスをキャリアガスであるＨ２ガスとともに反応容器内に所定量供給することにより、第２の組成変調バッファ層３０となるＧａＡｓＮ層３０をＧａＡｓＮ基板１０の裏面１０ｂ上にＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層３０の組成が、基板１０側から表面３０ａに向かってＮ原子含有量が低くなり、表面３０ａがＧａＡｓに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層３０の成長に合わせて、Ｎ原料であるＮＨ３ガスの流量を漸次減少させ、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガスの流量を漸次増加させる。このようにして、基板１０の裏面１０ｂ上に第２の組成変調バッファ層３０を形成する。
【００２９】
（第２の半導体層形成工程）
次に、図８に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に開口部１３ａが形成されたＳｉＯ２膜１３を形成する。そして、図９に示すように、基板１０を６００〜７００℃に昇温し、ＭＯＣＶＤ法により第２の組成変調バッファ層３０およびＳｉＯ２膜１３上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１、ＡｌＧａＡｓを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３およびｐ型コンタクト層５４を順次積層する。
【００３０】
その後、図１０に示すように、第２の半導体層５０となる領域にレジストパターン１４を形成する。そして、レジストパターン１４をマスクとして、ｐ型コンタクト層５４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３、活性層５２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１およびＳｉＯ２膜１３をエッチングして、図１１に示すような第２の半導体層５０を形成する。
【００３１】
（第３の半導体層形成工程）
そして、第２の半導体層形成工程と同様に、図１２に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に開口部１５ａが形成されたＳｉＯ２膜１５を形成する。その後、図１３に示すように、基板を６００〜７００℃に昇温し、ＭＯＣＶＤ法により第２の組成変調バッファ層３０上およびＳｉＯ２膜１５上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１、ＧａＩｎＰを含む活性層６２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３およびｐ型コンタクト層６４を順次積層する。
【００３２】
その後、図１４に示すように、第３の半導体層６０となる領域にレジストパターン１６を形成する。そして、レジストパターン１６をマスクとして、ｐ型コンタクト層６４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、活性層６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１およびＳｉＯ２膜１５をエッチングして、図１５に示すような第３の半導体層６０を形成する。
【００３３】
なお、第１の半導体層４０の形成後であれば、第２の半導体層５０および第３の半導体６０のいずれを先に形成しても構わない。
【００３４】
（リッジ形成工程）
その後、図１６に示すように、ｐ型コンタクト層５４、６４の表面にレジストを塗布し、リソグラフィによりメサ部の形状に対応したレジストパターン１７を形成する。このレジストパターン１７をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いて第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に形成されたｐ型コンタクト層５４、６４およびｐ型クラッド層５３、６３を同じ工程でエッチングすることにより、図１７に示すように、光導波層となるリッジを形成し、その後、有機溶剤を用いてレジストを除去する。なお、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０をそれぞれ別工程でエッチングしてそれぞれのリッジ導波路を形成してもよいが、本実施の形態のように第２の半導体層５０および第３の半導体層６０を同じ工程でエッチングすることにより、リッジ形成工程を大幅に短縮することができる。
【００３５】
（電極形成工程）
そして、図示しない工程により、第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０上にそれぞれｐ側電極８１〜８３を形成する。さらに、基板１０の表面１０ａにｎ側電極７０を形成する。
【００３６】
以上の工程により、図１に示すような多波長半導体レーザ１００を製造することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態によれば、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０の表面１０ａ上にＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０を形成するとともに基板１０の裏面１０ｂ上に第２の組成変調バッファ層３０を形成し、この第１の組成変調バッファ層２０の組成が基板１０から第１の半導体層４０が形成される表面２０ａに向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成にするとともに、第２の組成変調バッファ層３０の組成が基板１０から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０が形成される表面３０ａに向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成としたので、１つの共通基板１０上に、結晶構造および格子定数の異なるＧａＮ系材料からなる第１の半導体層４０（青紫ＬＤ部）と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の半導体層５０（赤外ＬＤ部）およびＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体層６０（赤色ＬＤ部）とをモノリシックに形成した多波長半導体レーザ発光素子を得ることができる。
【００３８】
その結果、従来の多波長半導体レーザ光源を製造する際に必要であった機械的実装が不要となり、容易に高精度な多波長半導体レーザ光源を得ることができる。さらに、１つの基板上にモノリシックに３つのＬＤ部を形成することができるので、小型で軽量な多波長半導体レーザ光源を得ることができる。
【００３９】
また、１つの基板１０上に複数のＬＤ部を形成することにより、ｎ側電極７０を１つにすることができるので、ワイヤボンディング工程を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施の形態において、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ混晶材料からなる基板１０の組成をｘ＝０．５を中心としたＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０．４＜ｘ＜０．６）とすることにより、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０の組成をｘ＝０（ＧａＮ）およびｘ＝１（ＧａＡｓ）のいずれの組成にも容易に変調できるので、窒化物半導体からなる第１の半導体層４０と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の半導体層５０およびＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３の半導体層６０を第１および第２のバッファ層２０、３０上に容易に形成することができる。
【００４１】
さらに、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａが、（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以下のオフ角を設けることにより、表面２０ａ上に形成されるｎ型クラッド層４１の平坦性および結晶性が向上する。その結果、青紫色ＬＤ部を形成する第１の半導体層４０の電気特性が向上し、信頼性が向上する。
【００４２】
また、第１ないし第３の半導体層４０、５０、６０の発光点相互間の距離が実質的に等しくなるように多波長半導体レーザ１００を構成したので、多波長半導体レーザ１００を光源とするレーザ光源の光学系設計が容易になる。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、結晶成長温度の高い青紫色ＬＤ部となる第１の半導体層４０を先に形成した後に、赤外ＬＤ部となる第２の半導体層５０および赤色ＬＤ部となる第３の半導体層６０を形成したので、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０よりも結晶成長温度が高い第１の半導体層の結晶成長中に第２の半導体層５０および第３の半導体層６０の層構造が崩れることなく、電気特性および信頼性の高いＬＤ部を形成することができる。
【００４４】
また、青紫色ＬＤ部となる第１の半導体層４０を形成する前に、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜等からなる保護膜を形成することにより、結晶成長温度の高い第１の半導体層４０の形成中に、基板１０の構成原子であるＧａ、ＡｓおよびＮ原子が蒸発することを抑制できるので、後の工程で形成する第２の組成変調バッファ層３０の結晶性を向上させることができる。
【００４５】
さらに、上記保護膜を除去した後、基板１０の裏面１０ｂを少なくとも１分子層以上エッチングしたので、第１の半導体層４０の形成中に基板１０の裏面１０ｂから構成原子が蒸発したとしても、基板１０の裏面１０ｂを清浄化できるので、後の工程で形成する第２の組成変調バッファ層３０の結晶性および電気特性を向上させることができる。
【００４６】
なお、図１８に示す多波長半導体レーザ２００のように、第２の組成変調バッファ層３１、３２が第２の半導体層５０側と第３の半導体層６０側に分離した構造であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態で示した青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０、および赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０に加えて、ＧａＡｓ系材料やＧａＮ系材料からなる高周波半導体素子や、ＡｌＮ系材料からなる紫外光を発する紫外光ＬＤ素子等を、本実施の形態と同様の組成変調バッファ層を介して基板１０上に形成してもよい。
【００４８】
このように１つの基板１０上に、組成変調バッファ層を介して複数のＬＤ素子を形成することにより、他の半導体素子との複合化を容易にすることができ、小型の多機能半導体デバイスを容易に得ることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基板、 １３ ＳｉＯ２膜（保護膜）、 ２０ 第１の組成変調バッファ層、 ３０，３１，３２ 第２の組成変調バッファ層、 ４０ 第１の半導体層、 ４２，５２，６２ 活性層、 ５０ 第２の半導体層、 ６０ 第３の半導体層、 １００，２００ 多波長半導体レーザ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長の異なる光を発する多波長半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの光ディスクは、大容量の記録媒体として現在盛んに利用されている。これらの光ディスクの記録・再生に用いられるレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）の発振波長はそれぞれ異なっており、ＣＤ用ＬＤの発振波長は７８０ｎｍ帯（赤外）、ＤＶＤ用ＬＤの発振波長は６５０ｎｍ帯（赤色）、ＢＤ用ＬＤの発振波長は４０５ｎｍ帯（青紫色）である。したがって、１つの光ディスク装置でＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの情報を取り扱うためには、赤外、赤色および青紫色の３色のレーザ光を発する光源が必要となる。
【０００３】
赤外、赤色および青紫色の３色のレーザ光を発する従来の多波長半導体レーザ光源として、ＧａＮ基板上に形成された青紫色ＬＤと、ＧａＡｓ基板上に形成された赤色および赤外のレーザ光を発する２波長ＬＤとを有し、青紫色ＬＤをサブマウント上にはんだ層を介して載置するとともに、２波長ＬＤをはんだ層を介してフェースダウン状にサブマウント上に載置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１２２３号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の多波長半導体レーザ光源においては、赤外および赤色レーザ光を発する二波長ＬＤと青紫色ＬＤとが別個のＬＤとして存在するため、これらのＬＤをサブマウント上に実装する際に、各ＬＤの光軸を揃えるため高精度な実装技術が必要となり、半導体レーザ光源として高い歩留まりを得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、赤外および赤色レーザ光を発する非窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層と、青紫色レーザ光を発する窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層とは、結晶構造および格子定数が異なるため、これらの半導体層を１つの共通基板上にモノリシックに形成することはできないという問題もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、異なる波長のレーザ光を発する個々のＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要とすることなく容易に高精度な多波長半導体レーザ光源を製造できるモノリシックな多波長半導体レーザを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る多波長半導体レーザは、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板と、前記基板の表面上に積層され、ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板の裏面上に積層され、ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層と、前記第１の組成変調バッファ層上に形成された窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上の一部に形成されたＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の半導体層と並置して設けられ、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備え、前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成されるとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、赤外、赤色および青紫色のレーザ光をそれぞれ発する複数のＬＤを１つの基板上にモノリシックに形成することができるので、各ＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要とすることなく容易に多波長半導体レーザ光源を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構成を示す断面図である。また、図２ないし図１７は、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの製造工程を示す断面図であり、図１８はこの発明の実施の形態における多波長半導体レーザの変形例を示す断面図である。
【００１２】
まず、図１を参照して、この発明の実施の形態における多波長半導体レーザの構造について説明する。
【００１３】
図１において多波長半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)混晶からなる基板１０と、この基板１０の表面１０ａの一部に積層された第１の組成変調バッファ層２０と、基板１０の裏面１０ｂの一部に積層された第２の組成変調バッファ層３０と、第１の組成変調バッファ層２０上に形成され青紫色光を発する窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青紫色ＬＤ部）と、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に形成され赤外光を発するＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層５０（赤外ＬＤ部）と、第２の半導体層５０と並置して設けられ、第２の組成変調バッファ層５０上に形成された赤色光を発するＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層６０（赤色ＬＤ部）と、基板１０の表面１０ａに形成されたｎ側電極７０と、第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０上にそれぞれ設けられたｐ側電極８１〜８３とを有している。
【００１４】
ここで、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０はそれぞれｎ型ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)混晶およびｎ型ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)混晶で形成されている。また、第１の組成変調バッファ層２０は、基板１０から第１の半導体層４０に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成されており、第１の半導体層４０が形成される表面２０ａはＧａＮに近い組成で形成されている。また、第２の組成変調バッファ層３０は、基板１０側から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されており、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０が形成されている表面３０ａはＧａＡｓに近い組成で形成されている。すなわち、第１の組成変調バッファ層２０のＮ原子平均含有量は基板１０のＮ原子含有量よりも高く、第２の組成変調バッファ層３０のＮ原子平均含有量は基板１０のＮ原子含有量よりも低い組成で形成されている。なお、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０は、超格子バッファ層で形成してもよい。
【００１５】
また、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａは最稠密面で形成することが望ましく、ＧａＮに近い組成で構成される第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａは、（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以上のオフ角を有するように形成することが好ましい。
なお、基板１０の組成は、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０．２＜ｘ＜０．８)で形成するのが好ましく、ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０．４＜ｘ＜０．６)で形成することがさらに望ましい。
【００１６】
青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０は、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、窒化物半導体であるＩｎＧａＮを含む活性層４２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、およびｐ型コンタクト層４４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層４４上にはｐ側電極８１が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３およびｐ型コンタクト層４４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１７】
また、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０は、第２の組成変調バッファ３０上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１、ＡｌＧａＡｓを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３、およびｐ型コンタクト層５４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層５４上にはｐ側電極８２が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３およびｐ型コンタクト層５４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１８】
また、赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０は、第２の組成変調バッファ３０上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１、ＧａＩｎＰを含む活性層６２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、およびｐ型コンタクト層６４が順次積層されており、ｐ型コンタクト層６４上には、ｐ側電極８３が形成されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３およびｐ型コンタクト層６４にはリッジ導波路が形成されている。
【００１９】
なお、上記第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０の各活性層４２、５２、６２は、ウェル層とバリア層を順次積層した多重量子井戸構造で形成するのが望ましい。また、各活性層とｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層との間にＳＣＨＳｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けてもよい。また、第１ないし第３の半導体層４０、５０、６０の発光点間の相互距離は実質的に等しくに形成することが望ましい。ここで、「実質的に等しい」とは、光学設計上許容できる誤差を含んでもよいことを意味する。
【００２０】
そして、基板１０の表面１０ａには、ｎ側電極７０が形成されている。なお、ｎ側電極７０は基板１０の裏面１０ｂに形成してもよい。
【００２１】
このような構造を備えた多波長半導体レーザ１００は、青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０上に形成されたｐ側電極８１とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層４２から青紫色レーザ光が放射される。同様に、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０上に形成されたｐ側電極８２とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層５２から赤外レーザ光が放射され、第３の半導体層６０上に形成されたｐ側電極８３とｎ側電極７０との間に所定の電圧を印加することにより活性層６２から赤色レーザ光が放射される。
【００２２】
次に、図２ないし図１７を参照して、本実施の形態における多波長半導体レーザ１００の製造方法について説明する。
【００２３】
（第１の組成変調バッファ層形成工程）
まず、図２に示すように、基板１０をＧａＡｓＮ層の成長温度に昇温し、例えば、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガス、Ｇａ原料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、およびＮ原料であるＮＨ３ガスをキャリアガスであるＨ２ガスとともに、反応容器内に所定量供給することにより、第１の組成変調バッファ層２０をＧａＡｓＮ基板１０の表面１０ａにＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、第１の組成変調バッファ層２０の組成が、基板１０側から表面２０ａに向かってＮ原子含有量が高くなり、表面２０ａでＧａＮに近い組成となるように、第１の組成変調バッファ層２０の成長に合わせて、Ｎ原料であるＮＨ３ガスの流量を漸次増加させ、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガスの流量を漸次減少させる。
【００２４】
（第１の半導体層形成工程）
次いで、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、第１の組成変調バッファ層２０上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、ＩｎＧａＮを含む活性層４２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、およびｐ型コンタクト層４４を順次積層する。例えば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１の成長温度は１１００℃、活性層４２の成長温度は７４０℃、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３の成長温度は１１００℃である。
【００２５】
その後、図４に示すように、ｐ型コンタクト層４４上にレジストを塗布し、リソグラフィにより第１の半導体層４０の幅に対応したレジストパターン１１を形成する。そして、図５に示すように、このレジストパターン１１をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いてｐ型コンタクト層４４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３、活性層４２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１および第１の組成変調バッファ層２０を順次エッチングする。その後、有機溶剤を用いてレジスト１１を除去する。
【００２６】
そして、図６に示すように、ｐ型コンタクト層４４上に、メサ部の形状に対応したレジストパターン１２を形成する。このレジストパターン１２をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いてｐ型コンタクト層４４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３をエッチングすることにより、光導波路となるリッジを形成する。その後、有機溶剤を用いてレジスト１２を除去する。
【００２７】
なお、図示しないが、上記第１の半導体層形成工程の前に、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜からなる保護膜を形成しておくことが望ましい。なお、ＳｉＯ２膜はＳｉＮ膜等他の材料からなる膜であってもよい（以降の工程においても同様）。このように、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜を形成した場合、上記第１の半導体層形成工程後に、上記ＳｉＯ２膜を例えばドライエッチングにより除去し、その後、例えばＲＩＥ法により基板１０の裏面１０ｂの表面を少なくとも１分子層以上エッチングする。
【００２８】
（第２の組成変調バッファ層形成工程）
次に、図７に示すように基板１０を上下反転する。そして、第１の組成変調バッファ層形成工程と同様に、基板１０をＧａＡｓＮ層の成長温度に昇温し、例えば、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガス、Ｇａ原料であるＴＭＧガス、およびＮ原料であるＮＨ３ガスをキャリアガスであるＨ２ガスとともに反応容器内に所定量供給することにより、第２の組成変調バッファ層３０となるＧａＡｓＮ層３０をＧａＡｓＮ基板１０の裏面１０ｂ上にＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層３０の組成が、基板１０側から表面３０ａに向かってＮ原子含有量が低くなり、表面３０ａがＧａＡｓに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層３０の成長に合わせて、Ｎ原料であるＮＨ３ガスの流量を漸次減少させ、Ａｓ原料であるＡｓＨ３ガスの流量を漸次増加させる。このようにして、基板１０の裏面１０ｂ上に第２の組成変調バッファ層３０を形成する。
【００２９】
（第２の半導体層形成工程）
次に、図８に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に開口部１３ａが形成されたＳｉＯ２膜１３を形成する。そして、図９に示すように、基板１０を６００〜７００℃に昇温し、ＭＯＣＶＤ法により第２の組成変調バッファ層３０およびＳｉＯ２膜１３上にｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１、ＡｌＧａＡｓを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３およびｐ型コンタクト層５４を順次積層する。
【００３０】
その後、図１０に示すように、第２の半導体層５０となる領域にレジストパターン１４を形成する。そして、レジストパターン１４をマスクとして、ｐ型コンタクト層５４、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５３、活性層５２、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５１およびＳｉＯ２膜１３をエッチングして、図１１に示すような第２の半導体層５０を形成する。
【００３１】
（第３の半導体層形成工程）
そして、第２の半導体層形成工程と同様に、図１２に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上の一部に開口部１５ａが形成されたＳｉＯ２膜１５を形成する。その後、図１３に示すように、基板を６００〜７００℃に昇温し、ＭＯＣＶＤ法により第２の組成変調バッファ層３０上およびＳｉＯ２膜１５上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１、ＧａＩｎＰを含む活性層６２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３およびｐ型コンタクト層６４を順次積層する。
【００３２】
その後、図１４に示すように、第３の半導体層６０となる領域にレジストパターン１６を形成する。そして、レジストパターン１６をマスクとして、ｐ型コンタクト層６４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、活性層６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１およびＳｉＯ２膜１５をエッチングして、図１５に示すような第３の半導体層６０を形成する。
【００３３】
なお、第１の半導体層４０の形成後であれば、第２の半導体層５０および第３の半導体６０のいずれを先に形成しても構わない。
【００３４】
（リッジ形成工程）
その後、図１６に示すように、ｐ型コンタクト層５４、６４の表面にレジストを塗布し、リソグラフィによりメサ部の形状に対応したレジストパターン１７を形成する。このレジストパターン１７をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いて第２の半導体層５０および第３の半導体層６０に形成されたｐ型コンタクト層５４、６４およびｐ型クラッド層５３、６３を同じ工程でエッチングすることにより、図１７に示すように、光導波層となるリッジを形成し、その後、有機溶剤を用いてレジストを除去する。なお、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０をそれぞれ別工程でエッチングしてそれぞれのリッジ導波路を形成してもよいが、本実施の形態のように第２の半導体層５０および第３の半導体層６０を同じ工程でエッチングすることにより、リッジ形成工程を大幅に短縮することができる。
【００３５】
（電極形成工程）
そして、図示しない工程により、第１の半導体層４０、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０上にそれぞれｐ側電極８１〜８３を形成する。さらに、基板１０の表面１０ａにｎ側電極７０を形成する。
【００３６】
以上の工程により、図１に示すような多波長半導体レーザ１００を製造することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態によれば、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０の表面１０ａ上にＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０を形成するとともに基板１０の裏面１０ｂ上に第２の組成変調バッファ層３０を形成し、この第１の組成変調バッファ層２０の組成が基板１０から第１の半導体層４０が形成される表面２０ａに向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成にするとともに、第２の組成変調バッファ層３０の組成が基板１０から第２の半導体層５０および第３の半導体層６０が形成される表面３０ａに向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成としたので、１つの共通基板１０上に、結晶構造および格子定数の異なるＧａＮ系材料からなる第１の半導体層４０（青紫ＬＤ部）と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の半導体層５０（赤外ＬＤ部）およびＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体層６０（赤色ＬＤ部）とをモノリシックに形成した多波長半導体レーザ発光素子を得ることができる。
【００３８】
その結果、従来の多波長半導体レーザ光源を製造する際に必要であった機械的実装が不要となり、容易に高精度な多波長半導体レーザ光源を得ることができる。さらに、１つの基板上にモノリシックに３つのＬＤ部を形成することができるので、小型で軽量な多波長半導体レーザ光源を得ることができる。
【００３９】
また、１つの基板１０上に複数のＬＤ部を形成することにより、ｎ側電極７０を１つにすることができるので、ワイヤボンディング工程を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施の形態において、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ混晶材料からなる基板１０の組成をｘ＝０．５を中心としたＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０．４＜ｘ＜０．６）とすることにより、第１の組成変調バッファ層２０および第２の組成変調バッファ層３０の組成をｘ＝０（ＧａＮ）およびｘ＝１（ＧａＡｓ）のいずれの組成にも容易に変調できるので、窒化物半導体からなる第１の半導体層４０と、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２の半導体層５０およびＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３の半導体層６０を第１および第２のバッファ層２０、３０上に容易に形成することができる。
【００４１】
さらに、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａが、（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以下のオフ角を設けることにより、表面２０ａ上に形成されるｎ型クラッド層４１の平坦性および結晶性が向上する。その結果、青紫色ＬＤ部を形成する第１の半導体層４０の電気特性が向上し、信頼性が向上する。
【００４２】
また、第１ないし第３の半導体層４０、５０、６０の発光点相互間の距離が実質的に等しくなるように多波長半導体レーザ１００を構成したので、多波長半導体レーザ１００を光源とするレーザ光源の光学系設計が容易になる。
【００４３】
さらに、本実施の形態によれば、結晶成長温度の高い青紫色ＬＤ部となる第１の半導体層４０を先に形成した後に、赤外ＬＤ部となる第２の半導体層５０および赤色ＬＤ部となる第３の半導体層６０を形成したので、第２の半導体層５０および第３の半導体層６０よりも結晶成長温度が高い第１の半導体層の結晶成長中に第２の半導体層５０および第３の半導体層６０の層構造が崩れることなく、電気特性および信頼性の高いＬＤ部を形成することができる。
【００４４】
また、青紫色ＬＤ部となる第１の半導体層４０を形成する前に、基板１０の裏面１０ｂにＳｉＯ２膜等からなる保護膜を形成することにより、結晶成長温度の高い第１の半導体層４０の形成中に、基板１０の構成原子であるＧａ、ＡｓおよびＮ原子が蒸発することを抑制できるので、後の工程で形成する第２の組成変調バッファ層３０の結晶性を向上させることができる。
【００４５】
さらに、上記保護膜を除去した後、基板１０の裏面１０ｂを少なくとも１分子層以上エッチングしたので、第１の半導体層４０の形成中に基板１０の裏面１０ｂから構成原子が蒸発したとしても、基板１０の裏面１０ｂを清浄化できるので、後の工程で形成する第２の組成変調バッファ層３０の結晶性および電気特性を向上させることができる。
【００４６】
なお、図１８に示す多波長半導体レーザ２００のように、第２の組成変調バッファ層３１、３２が第２の半導体層５０側と第３の半導体層６０側に分離した構造であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態で示した青紫色ＬＤ部である第１の半導体層４０、赤外ＬＤ部である第２の半導体層５０、および赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０に加えて、ＧａＡｓ系材料やＧａＮ系材料からなる高周波半導体素子や、ＡｌＮ系材料からなる紫外光を発する紫外光ＬＤ素子等を、本実施の形態と同様の組成変調バッファ層を介して基板１０上に形成してもよい。
【００４８】
このように１つの基板１０上に、組成変調バッファ層を介して複数のＬＤ素子を形成することにより、他の半導体素子との複合化を容易にすることができ、小型の多機能半導体デバイスを容易に得ることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 基板、 １３ ＳｉＯ２膜（保護膜）、 ２０ 第１の組成変調バッファ層、 ３０，３１，３２ 第２の組成変調バッファ層、 ４０ 第１の半導体層、 ４２，５２，６２ 活性層、 ５０ 第２の半導体層、 ６０ 第３の半導体層、 １００，２００ 多波長半導体レーザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板と、
前記基板の表面上に積層され、ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層と、
前記基板の裏面上に積層され、ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層と、
前記第１の組成変調バッファ層上に形成された窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層と、
前記第２の組成変調バッファ層上の一部に形成されたＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層と、
前記第２の半導体層と並置して設けられ、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備え、
前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成されるとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成されたことを特徴とする多波長半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の組成変調バッファ層のＮ原子平均含有量は、前記第２の組成変調バッファ層のＮ原子平均含有量よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の組成変調バッファ層は、表面が（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以下のオフ角を有すること特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１ないし第３の半導体層の発光点相互間の距離が実質的に等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項５】
前記第２の組成変調バッファ層は、前記第２の半導体層と前記第３の半導体層との間で分離していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項６】
ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板の表面上にＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層を形成する工程と、
前記第１の組成変調バッファ層上に窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層を形成する工程と、
前記基板の裏面上にＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層を形成する工程と、
前記第１の半導体層を形成する工程の後に、前記第２の組成変調バッファ層上の一部にＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層を形成する工程の後に、前記第２の組成変調バッファ層上に前記第２の半導体層と並置して設けられたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層を形成する工程と
を備えた多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成するとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成したことを特徴とする請求項６に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記第１の半導体層を形成する工程の前に、前記基板の裏面に保護膜を形成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第２の組成変調バッファ層を形成する工程の前に前記保護膜を除去し、更に前記基板の裏面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去することを特徴とする請求項８に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項１】
ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板と、
前記基板の表面上に積層され、ＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層と、
前記基板の裏面上に積層され、ＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層と、
前記第１の組成変調バッファ層上に形成された窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層と、
前記第２の組成変調バッファ層上の一部に形成されたＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層と、
前記第２の半導体層と並置して設けられ、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備え、
前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成されるとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成されたことを特徴とする多波長半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の組成変調バッファ層のＮ原子平均含有量は、前記第２の組成変調バッファ層のＮ原子平均含有量よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１の組成変調バッファ層は、表面が（０００１）面に対して＜１−１００＞方向に０．１度以上１度以下のオフ角を有すること特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１ないし第３の半導体層の発光点相互間の距離が実質的に等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項５】
前記第２の組成変調バッファ層は、前記第２の半導体層と前記第３の半導体層との間で分離していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項６】
ＧａＡｓｘＮ１-ｘ(０＜ｘ＜１)からなる基板の表面上にＧａＡｓｙＮ１-ｙ(０≦ｙ≦１)からなる第１の組成変調バッファ層を形成する工程と、
前記第１の組成変調バッファ層上に窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層を形成する工程と、
前記基板の裏面上にＧａＡｓｚＮ１-ｚ(０≦ｚ≦１)からなる第２の組成変調バッファ層を形成する工程と、
前記第１の半導体層を形成する工程の後に、前記第２の組成変調バッファ層上の一部にＡｌＧａＡｓからなる活性層を含む第２の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層を形成する工程の後に、前記第２の組成変調バッファ層上に前記第２の半導体層と並置して設けられたＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層を形成する工程と
を備えた多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第１の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が低く、前記第１の半導体層側でＮ原子含有量が高い傾斜組成で形成するとともに、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板側でＮ原子含有量が高く、前記第２の半導体層および第３の半導体層側でＮ原子含有量が低い傾斜組成で形成したことを特徴とする請求項６に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記第１の半導体層を形成する工程の前に、前記基板の裏面に保護膜を形成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第２の組成変調バッファ層を形成する工程の前に前記保護膜を除去し、更に前記基板の裏面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去することを特徴とする請求項８に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１４８２５（Ｐ２０１１−１４８２５Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９６８８（Ｐ２００９−１５９６８８）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]