多波長半導体レーザ及びその製造方法
【課題】異なる波長の個々のＬＤの光軸を揃えるための高精度な機械的実装を必要としない高精度な多波長半導体レーザを得る。
【解決手段】ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる基板と、前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備える。
【解決手段】ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる基板と、前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層とを備える。
【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】
赤色レーザ光（６３５ｎｍ）、緑色レーザ光（５３２ｎｍ）及び青色レーザ光（４７３ｎｍ）のＲＧＢ３色のレーザ光を出射する多波長半導体レーザが提案されている。従来の多波長半導体レーザとして、青色のレーザ光を出射する青色半導体レーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）と、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体ＬＤと、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）−ＬＤ及びそこから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子により構成された緑色のレーザ光を出射するＬＤとを同一パッケージ内に実装したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８６０６６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の多波長半導体レーザでは、ＲＧＢの各レーザ光を出射するＬＤが別個独立に形成されていた。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。
【０００５】
また、赤色レーザ光を出射するＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む半導体層と、緑色レーザ光又は青色レーザ光を出射する窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層とは、結晶構造及び格子定数が異なるため、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った。
【０００６】
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を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又は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、前記基板から前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成され、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、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を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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製造工程を示す断面図である。
【図１９】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２０】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】
【００１０】
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２−１９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２０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。
【００１１】
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１００の構造について説明する。ｎ型ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）混晶からなる基板１０上の一部に、ｎ型ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０が形成されている。基板１０上に第１の組成変調バッファ層２０と並置して、ｎ型ＧａＡｓｚＮ１−ｚ（０≦ｚ≦１）混晶からなる第２の組成変調バッファ層３０が形成されている。
【００１２】
第１の組成変調バッファ層２０上の一部に、青色光を発する第１の窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青色ＬＤ部）が形成されている。第１の組成変調バッファ層２０上に第１の半導体層４０と並置して、第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い緑色光を発する第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層５０（緑色ＬＤ部）が形成されている。第２の組成変調バッファ層３０上に、赤色光を発するＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層６０（赤色ＬＤ部）が形成されている。
【００１３】
また、基板１０の裏面にｎ側電極７０が形成されている。第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０上にそれぞれｐ側電極８１，８２，８３が形成されている。
【００１４】
ここで、第１の組成変調バッファ層２０は、基板１０から第１及び第２の半導体層４０，５０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いる。第１及び第２の半導体層４０，５０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いる。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。即ち、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。なお、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０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度以下のオフ角を有するように形成することが好ましい。
【００１６】
なお、基板１０の組成は、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ(０．２＜ｘ＜０．８)で形成することが好ましく、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ(０．４＜ｘ＜０．６)で形成することがさらに好ましい。
【００１７】
青色ＬＤ部である第１の半導体層４０では、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、第１の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、及び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及び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。青色ＬＤ部の活性層４２は、ＩｎＧａＮのＩｎ組成が２０〜３０原子％であり、厚みが１〜１０ｎｍである。
【００１８】
また、緑色ＬＤ部である第２の半導体層５０では、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５１、第２の窒化物半導体であるＩｎＧａＮを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３、及び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ＡｌＧａＮクラッド層５３及び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。緑色ＬＤ部の活性層５２は、ＩｎＧａＮのＩｎ組成が３０〜５０原子％であり、厚みが１〜１０ｎｍである。
【００１９】
また、赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０では、第２の組成変調バッファ層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、及び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及び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。
【００２０】
なお、上記第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０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好ましい。また、各活性層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との間にＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層を設けてもよい。また、各半導体層４０，５０，６０の発光点はほぼ同一の平面上にある。ここで、「ほぼ同一の平面」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。
【００２１】
このような構造を備えた多波長半導体レーザ１００は、青色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から青色レーザ光が放射される。同様に、緑色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から緑色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２−１９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、ＧａＡｓＮ基板１０表面の一部に開口部１１ａを設けたＳｉＯ２膜１１を形成する。なお、ＳｉＯ２膜１１はＳｉＮ膜等他の膜であってもよい（以後の工程においても同様）。そして、図３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、及び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、ＧａＡｓＮ層２１をＧａＡｓＮ基板１０上の一部及びＳｉＯ２膜１１上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層２１の組成が、基板１０側から表面２１ａに向かってＮ原子含有量が高くなり、表面２１ａでＧａＮに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層２１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。その後、基板１０上のＳｉＯ２膜１１及びこのＳｉＯ２膜１１上に積層されたＧａＡｓＮ層２１をドライエッチングで除去することにより、図４に示すように、基板１０上に第１の組成変調バッファ層２０を形成する。
【００２４】
（第２の組成変調バッファ層形成工程）
次に、図５に示すように、第２の組成変調バッファ層３０を形成する領域に開口部１２ａが形成されたＳｉＯ２膜１２を新たに基板１０上に形成する。その後、図６に示すように、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、及び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３１をＧａＡｓＮ基板１０上の一部及びＳｉＯ２膜１２上にＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層３１の組成が、基板１０側から表面３１ａに向かってＮ原子含有量が低くなり、表面３１ａでＧａＡｓに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層３１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。その後、基板１０上のＳｉＯ２膜１２及びこのＳｉＯ２膜１２上に積層されたＧａＡｓＮ層３１を除去することにより、図７に示すように、基板１０上に第２の組成変調バッファ層３０を形成する。
【００２５】
（第１の半導体層形成工程）
次いで、図８に示すように、第１の組成変調バッファ層２０上の一部に開口部１３ａを有するＳｉＯ２膜１３からなる保護膜を基板１０の表面に形成する。このとき、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０上であって、後の工程で第２及び第３の半導体層５０，６０を形成する領域は必ず上記保護膜によって覆われるようにしておく。
【００２６】
その後、図９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、及びｐ型コンタクト層４４を順次積層して、第１の半導体層４０を形成する。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。そして、図１０に示すように、ＳｉＯ２膜１３をドライエッチングにより除去する。
【００２７】
（第２の半導体層形成工程）
次に、図１１に示すように、第１の組成変調バッファ層２０上の一部に開口部１４ａを有するＳｉＯ２膜１４からなる保護膜を基板１０の表面に形成する。このとき、第２の組成変調バッファ層３０上であって、後の工程で第３の半導体層６０を形成する領域は必ず上記保護膜によって覆われるようにしておく。そして、例えばＲＩＥ法により、ＳｉＯ２膜１４の開口部１４ａを介して第１の組成変調バッファ層２０の表面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去する。
【００２８】
そして、図１２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５１、ＩｎＧａＮを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３、及びｐ型コンタクト層５４を順次積層して第２の半導体層５０を形成する。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６２０℃、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３の成長温度は１１００℃である。そして、図１３に示すように、ＳｉＯ２膜１４をドライエッチングにより除去する。
【００２９】
なお、第３の半導体層６０の形成前であれば、第１の半導体層４０と第２の半導体層５０のいずれを先に形成しても構わない。ただし、第１の半導体層４０の方が第２の半導体層５０よりも結晶成長温度が高いので、第１の半導体層４０を先に形成することが好ましい。
【００３０】
（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１４に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上に開口部１５ａが形成されたＳｉＯ２膜１５を形成する。そして、例えばＲＩＥ法により、ＳｉＯ２膜１５の開口部１５ａを介して第２の組成変調バッファ層３０の表面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去する。
【００３１】
そして、図１５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及びｐ型コンタクト層６４を順次積層して第３の半導体層６０を形成する。そして、図１６に示すように、ＳｉＯ２膜１５をドライエッチングにより除去する。
【００３２】
（リッジ形成工程）
その後、図１７に示すように、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１６を形成する。このレジストパターン１６をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いて第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０に形成されたｐ型コンタクト層４４，５４，６４及びｐ型クラッド層４３，５３，６３を同じ工程でエッチングすることにより、図１８に示すように、光導波層となるリッジを形成する。その後、図１９に示すように有機溶剤を用いてレジストパターン１６を除去する。なお、各半導体層４０，５０，６０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各半導体層４０，５０，６０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。
【００３３】
（電極形成工程）
そして、図示しない工程により、第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０上にそれぞれｐ側電極８１，８２，８３を形成する。さらに、基板１０の裏面研磨を行った後、基板１０の裏面にｎ側電極７０を形成する。
【００３４】
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。なお、上記の工程では、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０を形成した後に、各半導体層４０，５０，６０を形成したが、第１の組成変調バッファ層２０の形成後に第１及び第２の半導体層４０，５０を形成し、その後、第２の組成変調バッファ層３０の形成後に第３の半導体層６０を形成してもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態では、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０上にＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０と第２の組成変調バッファ層３０を形成した。そして、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及び第２の半導体層４０，５０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とした。さらに、第２の組成変調バッファ層３０の組成が基板１０から第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。
【００３６】
これにより、１つの共通基板１０上に、結晶構造及び格子定数の異なるＧａＮ系材料（窒化物半導体）からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青色ＬＤ部）及び第２の半導体層５０（緑色ＬＤ部）と、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む半導体層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を得ることができる。
【００３７】
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を得ることができる。
【００３８】
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も１つにすることができ、ワイヤボンディング工程を短縮することができる。
【００３９】
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及び第２の組成変調バッファ層２０，３０の組成をｘ＝０（ＧａＮ）及び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及び第２の半導体層４０，５０と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３の半導体層６０とを第１及び第２のバッファ層２０，３０上に容易に形成することができる。
【００４０】
さらに、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａを、（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４１，５１の平坦性及び結晶性が向上する。その結果、青色ＬＤ部を形成する第１の半導体層４０及び緑色ＬＤ部を形成する第２の半導体層５０の電気特性が向上し、信頼性が向上する。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０の発光点がほぼ同一平面上に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。
【００４２】
さらに、本実施の形態によれば、結晶成長温度の高い青色ＬＤ部となる第１の半導体層４０及び緑色ＬＤ部となる第２の半導体層５０を先に形成した後に、赤色ＬＤ部となる第３の半導体層６０を形成したので、第３の半導体層６０よりも結晶成長温度が高い第１及び第２の半導体層４０，５０の結晶成長中に第３の半導体層６０の層構造が崩れることなく、電気特性及び信頼性の高いＬＤ部を形成することができる。
【００４３】
また、第１及び第２の半導体層４０，５０を形成する前に、第３の半導体層６０が形成される領域にＳｉＯ２膜１３，１４からなる保護膜を形成したことにより、結晶成長温度の高い第１及び第２の半導体層４０，５０の形成中に、第２の組成変調バッファ層３０から構成原子であるＧａ、Ａｓ及び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３の半導体層６０の結晶性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、上記ＳｉＯ２膜１３，１４を除去した後、更に第２の組成変調バッファ層３０の表面３０ａの第３の半導体層６０が形成される領域を少なくとも１分子層以上エッチングした。これにより、第１及び第２の半導体層４０，５０の形成中に第２の組成変調バッファ層３０の表面から構成原子が蒸発したとしても、第２の組成変調バッファ層３０の表面３０ａを清浄化できる。従って、後の工程で第２の組成変調バッファ層３０上に形成する第３の半導体層６０の結晶性及び電気特性を向上させることができる。
【００４５】
なお、図２０に示す多波長半導体レーザ２００のように、第１の組成変調バッファ層２１，２２が第１の半導体層４０と第２の半導体層５０との間で分離している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。
【００４６】
また、本実施の形態で示した青色ＬＤ部である第１の半導体層４０、緑色ＬＤ部である第２の半導体層５０、及び赤色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。
【００４７】
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】
【００４８】
１０ 基板、 １３，１４ ＳｉＯ２膜（保護膜）、 ２０，２１，２２ 第１の組成変調バッファ層、 ３０ 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】
赤色レーザ光（６３５ｎｍ）、緑色レーザ光（５３２ｎｍ）及び青色レーザ光（４７３ｎｍ）のＲＧＢ３色のレーザ光を出射する多波長半導体レーザが提案されている。従来の多波長半導体レーザとして、青色のレーザ光を出射する青色半導体レーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）と、赤色のレーザ光を出射する赤色半導体ＬＤと、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）−ＬＤ及びそこから出射されるレーザ光の波長を変換する波長変換素子により構成された緑色のレーザ光を出射するＬＤとを同一パッケージ内に実装したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８６０６６号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の多波長半導体レーザでは、ＲＧＢの各レーザ光を出射するＬＤが別個独立に形成されていた。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。
【０００５】
また、赤色レーザ光を出射するＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む半導体層と、緑色レーザ光又は青色レーザ光を出射する窒化物半導体からなる活性層を含む半導体層とは、結晶構造及び格子定数が異なるため、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った。
【０００６】
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を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又は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、前記基板から前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成され、前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、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を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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製造工程を示す断面図である。
【図１９】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２０】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】
【００１０】
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２−１９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２０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。
【００１１】
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１００の構造について説明する。ｎ型ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）混晶からなる基板１０上の一部に、ｎ型ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０が形成されている。基板１０上に第１の組成変調バッファ層２０と並置して、ｎ型ＧａＡｓｚＮ１−ｚ（０≦ｚ≦１）混晶からなる第２の組成変調バッファ層３０が形成されている。
【００１２】
第１の組成変調バッファ層２０上の一部に、青色光を発する第１の窒化物半導体からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青色ＬＤ部）が形成されている。第１の組成変調バッファ層２０上に第１の半導体層４０と並置して、第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い緑色光を発する第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層５０（緑色ＬＤ部）が形成されている。第２の組成変調バッファ層３０上に、赤色光を発するＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む第３の半導体層６０（赤色ＬＤ部）が形成されている。
【００１３】
また、基板１０の裏面にｎ側電極７０が形成されている。第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０上にそれぞれｐ側電極８１，８２，８３が形成されている。
【００１４】
ここで、第１の組成変調バッファ層２０は、基板１０から第１及び第２の半導体層４０，５０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いる。第１及び第２の半導体層４０，５０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いる。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。即ち、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。なお、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０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度以下のオフ角を有するように形成することが好ましい。
【００１６】
なお、基板１０の組成は、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ(０．２＜ｘ＜０．８)で形成することが好ましく、ＧａＡｓｘＮ１−ｘ(０．４＜ｘ＜０．６)で形成することがさらに好ましい。
【００１７】
青色ＬＤ部である第１の半導体層４０では、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、第１の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、及び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及び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。青色ＬＤ部の活性層４２は、ＩｎＧａＮのＩｎ組成が２０〜３０原子％であり、厚みが１〜１０ｎｍである。
【００１８】
また、緑色ＬＤ部である第２の半導体層５０では、第１の組成変調バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５１、第２の窒化物半導体であるＩｎＧａＮを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３、及び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ＡｌＧａＮクラッド層５３及び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。緑色ＬＤ部の活性層５２は、ＩｎＧａＮのＩｎ組成が３０〜５０原子％であり、厚みが１〜１０ｎｍである。
【００１９】
また、赤色ＬＤ部である第３の半導体層６０では、第２の組成変調バッファ層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、及び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及び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。
【００２０】
なお、上記第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０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好ましい。また、各活性層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との間にＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層を設けてもよい。また、各半導体層４０，５０，６０の発光点はほぼ同一の平面上にある。ここで、「ほぼ同一の平面」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。
【００２１】
このような構造を備えた多波長半導体レーザ１００は、青色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から青色レーザ光が放射される。同様に、緑色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から緑色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２−１９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、ＧａＡｓＮ基板１０表面の一部に開口部１１ａを設けたＳｉＯ２膜１１を形成する。なお、ＳｉＯ２膜１１はＳｉＮ膜等他の膜であってもよい（以後の工程においても同様）。そして、図３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、及び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、ＧａＡｓＮ層２１をＧａＡｓＮ基板１０上の一部及びＳｉＯ２膜１１上にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層２１の組成が、基板１０側から表面２１ａに向かってＮ原子含有量が高くなり、表面２１ａでＧａＮに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層２１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。その後、基板１０上のＳｉＯ２膜１１及びこのＳｉＯ２膜１１上に積層されたＧａＡｓＮ層２１をドライエッチングで除去することにより、図４に示すように、基板１０上に第１の組成変調バッファ層２０を形成する。
【００２４】
（第２の組成変調バッファ層形成工程）
次に、図５に示すように、第２の組成変調バッファ層３０を形成する領域に開口部１２ａが形成されたＳｉＯ２膜１２を新たに基板１０上に形成する。その後、図６に示すように、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、及び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３１をＧａＡｓＮ基板１０上の一部及びＳｉＯ２膜１２上にＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる。このとき、ＧａＡｓＮ層３１の組成が、基板１０側から表面３１ａに向かってＮ原子含有量が低くなり、表面３１ａでＧａＡｓに近い組成となるように、ＧａＡｓＮ層３１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。その後、基板１０上のＳｉＯ２膜１２及びこのＳｉＯ２膜１２上に積層されたＧａＡｓＮ層３１を除去することにより、図７に示すように、基板１０上に第２の組成変調バッファ層３０を形成する。
【００２５】
（第１の半導体層形成工程）
次いで、図８に示すように、第１の組成変調バッファ層２０上の一部に開口部１３ａを有するＳｉＯ２膜１３からなる保護膜を基板１０の表面に形成する。このとき、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０上であって、後の工程で第２及び第３の半導体層５０，６０を形成する領域は必ず上記保護膜によって覆われるようにしておく。
【００２６】
その後、図９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、及びｐ型コンタクト層４４を順次積層して、第１の半導体層４０を形成する。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。そして、図１０に示すように、ＳｉＯ２膜１３をドライエッチングにより除去する。
【００２７】
（第２の半導体層形成工程）
次に、図１１に示すように、第１の組成変調バッファ層２０上の一部に開口部１４ａを有するＳｉＯ２膜１４からなる保護膜を基板１０の表面に形成する。このとき、第２の組成変調バッファ層３０上であって、後の工程で第３の半導体層６０を形成する領域は必ず上記保護膜によって覆われるようにしておく。そして、例えばＲＩＥ法により、ＳｉＯ２膜１４の開口部１４ａを介して第１の組成変調バッファ層２０の表面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去する。
【００２８】
そして、図１２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５１、ＩｎＧａＮを含む活性層５２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５３、及びｐ型コンタクト層５４を順次積層して第２の半導体層５０を形成する。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６２０℃、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４３の成長温度は１１００℃である。そして、図１３に示すように、ＳｉＯ２膜１４をドライエッチングにより除去する。
【００２９】
なお、第３の半導体層６０の形成前であれば、第１の半導体層４０と第２の半導体層５０のいずれを先に形成しても構わない。ただし、第１の半導体層４０の方が第２の半導体層５０よりも結晶成長温度が高いので、第１の半導体層４０を先に形成することが好ましい。
【００３０】
（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１４に示すように、第２の組成変調バッファ層３０上に開口部１５ａが形成されたＳｉＯ２膜１５を形成する。そして、例えばＲＩＥ法により、ＳｉＯ２膜１５の開口部１５ａを介して第２の組成変調バッファ層３０の表面を少なくとも１分子層以上エッチングにより除去する。
【００３１】
そして、図１５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及びｐ型コンタクト層６４を順次積層して第３の半導体層６０を形成する。そして、図１６に示すように、ＳｉＯ２膜１５をドライエッチングにより除去する。
【００３２】
（リッジ形成工程）
その後、図１７に示すように、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１６を形成する。このレジストパターン１６をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いて第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０に形成されたｐ型コンタクト層４４，５４，６４及びｐ型クラッド層４３，５３，６３を同じ工程でエッチングすることにより、図１８に示すように、光導波層となるリッジを形成する。その後、図１９に示すように有機溶剤を用いてレジストパターン１６を除去する。なお、各半導体層４０，５０，６０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各半導体層４０，５０，６０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。
【００３３】
（電極形成工程）
そして、図示しない工程により、第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０上にそれぞれｐ側電極８１，８２，８３を形成する。さらに、基板１０の裏面研磨を行った後、基板１０の裏面にｎ側電極７０を形成する。
【００３４】
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。なお、上記の工程では、第１及び第２の組成変調バッファ層２０，３０を形成した後に、各半導体層４０，５０，６０を形成したが、第１の組成変調バッファ層２０の形成後に第１及び第２の半導体層４０，５０を形成し、その後、第２の組成変調バッファ層３０の形成後に第３の半導体層６０を形成してもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態では、ＧａＡｓＮ混晶からなる基板１０上にＧａＡｓＮ混晶からなる第１の組成変調バッファ層２０と第２の組成変調バッファ層３０を形成した。そして、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及び第２の半導体層４０，５０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とした。さらに、第２の組成変調バッファ層３０の組成が基板１０から第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。
【００３６】
これにより、１つの共通基板１０上に、結晶構造及び格子定数の異なるＧａＮ系材料（窒化物半導体）からなる活性層を含む第１の半導体層４０（青色ＬＤ部）及び第２の半導体層５０（緑色ＬＤ部）と、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を含む半導体層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を得ることができる。
【００３７】
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を得ることができる。
【００３８】
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も１つにすることができ、ワイヤボンディング工程を短縮することができる。
【００３９】
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及び第２の組成変調バッファ層２０，３０の組成をｘ＝０（ＧａＮ）及び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及び第２の半導体層４０，５０と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３の半導体層６０とを第１及び第２のバッファ層２０，３０上に容易に形成することができる。
【００４０】
さらに、第１の組成変調バッファ層２０の表面２０ａを、（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４１，５１の平坦性及び結晶性が向上する。その結果、青色ＬＤ部を形成する第１の半導体層４０及び緑色ＬＤ部を形成する第２の半導体層５０の電気特性が向上し、信頼性が向上する。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、第１、第２及び第３の半導体層４０，５０，６０の発光点がほぼ同一平面上に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。
【００４２】
さらに、本実施の形態によれば、結晶成長温度の高い青色ＬＤ部となる第１の半導体層４０及び緑色ＬＤ部となる第２の半導体層５０を先に形成した後に、赤色ＬＤ部となる第３の半導体層６０を形成したので、第３の半導体層６０よりも結晶成長温度が高い第１及び第２の半導体層４０，５０の結晶成長中に第３の半導体層６０の層構造が崩れることなく、電気特性及び信頼性の高いＬＤ部を形成することができる。
【００４３】
また、第１及び第２の半導体層４０，５０を形成する前に、第３の半導体層６０が形成される領域にＳｉＯ２膜１３，１４からなる保護膜を形成したことにより、結晶成長温度の高い第１及び第２の半導体層４０，５０の形成中に、第２の組成変調バッファ層３０から構成原子であるＧａ、Ａｓ及び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３の半導体層６０の結晶性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、上記ＳｉＯ２膜１３，１４を除去した後、更に第２の組成変調バッファ層３０の表面３０ａの第３の半導体層６０が形成される領域を少なくとも１分子層以上エッチングした。これにより、第１及び第２の半導体層４０，５０の形成中に第２の組成変調バッファ層３０の表面から構成原子が蒸発したとしても、第２の組成変調バッファ層３０の表面３０ａを清浄化できる。従って、後の工程で第２の組成変調バッファ層３０上に形成する第３の半導体層６０の結晶性及び電気特性を向上させることができる。
【００４５】
なお、図２０に示す多波長半導体レーザ２００のように、第１の組成変調バッファ層２１，２２が第１の半導体層４０と第２の半導体層５０との間で分離している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。
【００４６】
また、本実施の形態で示した青色ＬＤ部である第１の半導体層４０、緑色ＬＤ部である第２の半導体層５０、及び赤色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。
【００４７】
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】
【００４８】
１０ 基板、 １３，１４ ＳｉＯ２膜（保護膜）、 ２０，２１，２２ 第１の組成変調バッファ層、 ３０ 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、
前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、
前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、
前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又は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、前記基板から前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成され、
前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されている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表面は、（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に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の半導体層の発光点はほぼ同一平面上にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１の組成変調バッファ層は、前記第１の半導体層と前記第２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１−３の何れか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項５】
ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる基板上の一部に、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、
前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して、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の組成変調バッファ層上の一部に、第１の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、
前記第１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体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及び第２の半導体層を形成した後に、前記第２の組成変調バッファ層上にＡｌＧａＩｎＰ又は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ることを特徴とする多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記第１の組成変調バッファ層を、前記基板から前記第１及び第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成し、
前記第２の組成変調バッファ層を、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成することを特徴とする請求項５に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の半導体層を形成する前に、前記第２の組成変調バッファ層上であって、前記第３の半導体層を形成する領域に保護膜を形成することを特徴とする請求項５又は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３の半導体層を形成する前に、前記保護膜を除去し、更に前記第３の半導体層を形成する領域に対応する前記第２の組成変調バッファ層の表面を少なくとも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７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、
前記基板上の一部に形成され、ＧａＡｓｙＮ１−ｙ（０≦ｙ≦１）からなる第１の組成変調バッファ層と、
前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して形成された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の一部に形成された第１の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１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して形成され、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体からなる活性層を含む第２の半導体層と、
前記第２の組成変調バッファ層上に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又は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、前記基板から前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成され、
前記第２の組成変調バッファ層は、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成されている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表面は、（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に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の半導体層の発光点はほぼ同一平面上にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１の組成変調バッファ層は、前記第１の半導体層と前記第２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１−３の何れか１項に記載の多波長半導体レーザ。
【請求項５】
ＧａＡｓｘＮ１−ｘ（０＜ｘ＜１）からなる基板上の一部に、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、
前記基板上に前記第１の組成変調バッファ層と並置して、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の組成変調バッファ層上の一部に、第１の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、
前記第１の組成変調バッファ層上に前記第１の半導体層と並置して、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが狭い第２の窒化物半導体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及び第２の半導体層を形成した後に、前記第２の組成変調バッファ層上にＡｌＧａＩｎＰ又は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ることを特徴とする多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記第１の組成変調バッファ層を、前記基板から前記第１及び第２の半導体層に向かってＮ原子含有量が高くなる傾斜組成で形成し、
前記第２の組成変調バッファ層を、前記基板から前記第３の半導体層に向かってＮ原子含有量が低くなる傾斜組成で形成することを特徴とする請求項５に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の半導体層を形成する前に、前記第２の組成変調バッファ層上であって、前記第３の半導体層を形成する領域に保護膜を形成することを特徴とする請求項５又は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３の半導体層を形成する前に、前記保護膜を除去し、更に前記第３の半導体層を形成する領域に対応する前記第２の組成変調バッファ層の表面を少なくとも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７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１９】
【図２０】
【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１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１８７０１（Ｐ２０１１−１８７０１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６１０７７（Ｐ２００９−１６１０７７）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【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２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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