JP2005109089A - モノリシック多波長レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

モノリシック多波長レーザ素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子を提供する。
【解決手段】 基板１０１と、リッジ部を有する第１の波長のレーザ発振部１０２と、リッジ部を有する第２の波長のレーザ発振部１０３と、を備えるモノリシック多波長レーザ素子であって、この第１の波長のレーザ発振部１０２およびこの第２の波長のレーザ発振部１０３は、このリッジ部に接触する半導体薄膜からなる電流阻止層１３１と、この電流阻止層１３１のｐ側電極側に接触し、この電流阻止層１３１の材質の屈折率よりも低屈折率の材質の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層１３２と、この絶縁層１３２のｐ側電極側に接触する内側金属電極層１３５と、この内側金属電極層１３５のｐ側電極側に接触する外側金属電極層１３７と、を備える、モノリシック多波長レーザ素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ素子に関する。さらに詳しくは、本発明は、同一基板上に形成された複数のレーザ部を含むモノリシック多波長レーザ素子に関する。
また、本発明は、上記のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法に関する。
ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、およびＭＤ（ミニディスク）などの光学的に情報を記録する光ディスクは、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使用においては、光ピックアップを介して情報を記録したり再生したりしている。そして、光ディスクの種類に依存する記録密度の違いに依存して、ＣＤから再生を行う光ピックアップでは７８０ｎｍ波長帯のレーザ光が用いられ、ＤＶＤから再生を行う光ピックアップでは６５０ｎｍ波長帯のレーザ光が用いられている。
ところで、近年では、ＣＤとＤＶＤのそれぞれを個別に再生する専用の光ディスク装置に代えて、発光波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子と発光波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子を組合せた多波長半導体レーザ素子を有する光ピックアップを用いて、ＣＤとＤＶＤのどちらからも再生可能な光ディスク装置が開発されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照。）。
図６の模式的な断面図は、従来のモノリシック多波長レーザ素子の一例を図解している。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。また、本願の図面において、長さ、厚さ、幅などの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。
図６のモノリシック多波長レーザ素子においては、結晶学的（００１）面から［１１０］方向に１５°オフした主面を有する傾斜ｎ型ＧａＡｓ基板６０１上に、ＣＤ用のレーザ部６０２とＤＶＤ用のレーザ部６０３が並列して形成されている。
ＣＤ用レーザ発振部６０２では、ｎ型ＧａＡｓバッファ層６０４、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６０５、アンドープ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層６０６、活性層６０７、アンドープ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層６０８、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層６０９、およびｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６１０が順次形成されている。ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層６１０上には、リッジ状に加工されたｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層６１１とｐ型ＧａＡｓキャップ層６１２が順次形成され、そのリッジの両側面はｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６１３で埋め込まれている。
他方、ＤＶＤ用レーザ発振部６０３では、ｎ型ＧａＡｓバッファ層６１４、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層６１５、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層６１６、アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層６１７、活性層６１８、アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層６１９、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5第１クラッド層６２０、およびｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６２１が順次形成されている。ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６２１上には、リッジ状に加工されたｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5第２クラッド層６２２、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６２３およびｐ型ＧａＡｓキャップ層６２４が順次形成され、そのリッジの両側面はｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６１３で埋め込まれている。
ＣＤ用レーザ発振部６０２とＤＶＤ用レーザ発振部６０３の両方のｐ型ＧａＡｓキャップ層６１２、６２４上には、ｐ型オーミック電極６２５とＭｏ／Ａｕ電極６２６が順次形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板６０１の裏面上には、ｎ型オーミック電極６２７が形成されている。
ＣＤ用レーザ発振部６０２とＤＶＤ用レーザ発振部６０３との間には、両方のレーザ部を互いに電気的に分離するために、基板６０１まで到達するレーザ部分離溝６２８が形成されている。また、各モノリシック多波長レーザ素子は、チップ分割溝６２９に沿って、ウエハから分割される。
このようにして作製された図６のモノリシック２波長半導体レーザ素子は、サブマウント上に実装される。その際、ｎ側電極側を上側にしてｐ側電極側をサブマウント面上に実装し、そのサブマウントが所定のステム上に装着される。
上記のｐ型オーミック電極上の電極構造は、断面からの観察をしてみると非常に、ＣＤおよびＤＶＤ用のレーザ発振部のリッジ部の頭部の周辺付近で、空隙が多く、放熱が悪い、また、ＧａＡｓの埋込層６１３を利用したロスガイド構造を含むモノリシック２波長半導体レーザは、内部ロスが大きいため、動作電流が大きく、光ピックアップ設計における熱設計などの許容範囲が非常に狭くなる。
また、近年、保護層として、上クラッド層上に上クラッド層と格子定数の近いエピタキシャル成長層を成長させて、上クラッド層を化学的に安定させる技術が開発されている（たとえば、特許文献３参照。）。しかし、このような構造を用いても、光閉込め構造の性能としては十分満足の行く水準であるとは言えない。またエアリッジ構造であるためリッジ部の頭部の周辺付近は空隙が多く、放熱が悪いという問題もある。
特開平１−２０４４８７号公報 特開２０００−９１６９８号公報 特開２００２−９４１８１号公報
上記の現状に基づき、本発明の課題は、信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子を提供することである。
また、本発明の別の課題は、信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子を、簡便かつ正確に製造することのできる、モノリシック多波長レーザ素子の製造方法を提供することである。
本発明者は、上記の課題を解決するためには、電流阻止層の構造について、ロスガイド構造ではなくリアルガイド構造を採用することにより、動作電流を低くし、その結果として発熱量を低減し、さらに何らかの工夫で戻り光雑音を低減すればよいとの着想を得、かかる構造を備えるモノリシック多波長レーザ素子の開発に取組んだ。
その結果、本発明者は、リアルガイド構造の採用に加えて、リッジ部の埋込み層として、電流阻止層と低屈折率の絶縁層とを設けることにより戻り光雑音を少なくし、ｐ側電極上にさらに外側金属電極層を設けることにより、放熱性を高くすることにより、信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子が実現できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明のモノリシック多波長レーザ素子は、基板と、リッジ部を有する第１の波長のレーザ発振部と、リッジ部を有する第２の波長のレーザ発振部と、を備えるモノリシック多波長レーザ素子であって、この第１の波長のレーザ発振部およびこの第２の波長のレーザ発振部は、このリッジ部に接触する半導体薄膜からなる電流阻止層と、この電流阻止層のｐ側電極側に接触し、この電流阻止層の材質の屈折率よりも低屈折率の材質の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層と、この絶縁層のｐ側電極側に接触する内側金属電極層と、この内側金属電極層のｐ側電極側に接触する外側金属電極層と、を備える、モノリシック多波長レーザ素子である。
ここで、この電流阻止層は、膜厚が０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内にあってもよい。また、この絶縁層の表面は、Ｏ組成および／またはＮ組成が０〜０．００１以下の範囲内であり、膜厚が０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内であってもよい。
さらに、この電流阻止層は、ＧａＡｓ、α−ＳｉおよびＧｅからなる群より選ばれる１種以上の材質を含む半導体薄膜からなる電流阻止層であってもよい。そして、この内側金属電極層は、この絶縁層のレーザ射出方向側の全面を被覆してもよい。
また、この絶縁層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物およびシリコン窒化物の混合物からなる群より選ばれる１種を材質として含む絶縁性誘電体薄膜であり、この絶縁層の表面は、Ｏ組成および／またはＮ組成、が０〜０．００１の範囲内であってもよい。
そして、この内側金属電極層は、Ｍｏ／Ａｕ合金および／またはＴｉ／Ａｌ合金を材質に含む内側金属電極層であってもよい。また、この外側金属電極層は、Ａｕを材質に含む外側金属電極層であってもよい。
さらに、この基板は、ＧａＡｓをふくむ材質からなる基板であってもよい。また、この基板は、（００１）面から［１１０］方向に５〜２５°の範囲内のオフ角度を有してもよい。
本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法は、上記のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法であって、この電流阻止層を形成するステップと、１５０〜４００℃の範囲内の成膜温度でこの絶縁層を形成するステップと、この内側金属電極層を形成するステップと、この外側金属電極層を形成するステップと、を備える、モノリシック多波長レーザ素子の製造方法である。
ここで、この絶縁層を形成するステップは、１５０〜２５０℃の成膜温度でこの絶縁層を形成するステップを含んでもよい。また、この外側金属電極層を形成するステップは、この外側金属電極層を電解メッキ法により形成するステップを含んでもよい。
また、上記のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法は、ＧａＡｓを材質として含む半導体薄膜からなるエッチングストップ層を形成するステップと、このエッチングストップ層のｐ側電極側に接触し、ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．４≦ｘ≦０．７）を材質として含む半導体薄膜からなるクラッド層を形成するステップと、このクラッド層のｐ側電極側に接触し、ＧａＡｓを材質として含む半導体薄膜からなるこのキャップ層を形成するステップと、このキャップ層に対して、アンモニアを含有するエッチング溶液を用いて、このクラッド層のｐ側電極側の表面でエッチングが停止するように選択的に第１のエッチングを行なうステップと、このクラッド層に対して、フッ酸を含有するエッチング溶液を用いて、このエッチングストップ層のｐ側電極側の表面でエッチングが停止するように選択的に第２のエッチングを行なうステップと、をさらに備え、この電流阻止層を形成するステップは、この第１のエッチングを行なうステップおよび第２のエッチングを行なうステップにより露出した、この第１の波長のレーザ発振部および／またはこの第２の波長のレーザ発振部のこのリッジ部に接触する、この電流阻止層を形成するステップを含んでもよい。
下記に示すように、本発明によれば、ＣＤ用レーザ発振部およびＤＶＤ用レーザ発振部には、リッジ部側面に、薄層のＧａＡｓ層などからなる電流阻止層、絶縁性誘電体薄膜などからなる絶縁層などを形成してリッジ部を埋込む。また、絶縁性誘電体薄膜などからなる絶縁層上に、外側金属電極層の下地となる内側金属電極層により、リッジ側面部に相当する部位などの所定の個所の表面を被覆する。さらに、内側金属電極層には、外側金属電極層を形成する。このような構造を採用することで、本発明によれば、リアルガイド構造により動作電流を低減でき、外側金属電極層により、放熱性を改善できる、優れた特性を有するモノリシック多波長レーザ素子を提供することができる。
よって、本発明のモノリシック多波長レーザ素子は、信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子である。
また、本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法は、信頼性が高く、動作電流が低く、戻り光雑音が少なく、放熱性が高い、モノリシック多波長レーザ素子を、簡便かつ正確に製造することのできる、モノリシック多波長レーザ素子の製造方法である。
以下、実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。
＜モノリシック多波長レーザ素子＞
図１は、本発明のモノリシック多波長レーザ素子の一例を説明する模式的な断面図である。
本発明のモノリシック多波長レーザ素子は、図１に示すように、基板１０１と、リッジ部を有する第１の波長のレーザ発振部１０２と、リッジ部を有する第２の波長のレーザ発振部１０３と、を備えるモノリシック多波長レーザ素子であって、この第１の波長のレーザ発振部１０２およびこの第２の波長のレーザ発振部１０３は、このリッジ部に接触する半導体薄膜からなる電流阻止層１３１と、この電流阻止層１３１のｐ側電極側に接触し、この電流阻止層１３１の材質の屈折率よりも低屈折率の材質の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層１３２と、この絶縁層１３２のｐ側電極側に接触する内側金属電極層１３５と、この内側金属電極層１３５のｐ側電極側に接触する外側金属電極層１３７と、を備える、モノリシック多波長レーザ素子である。
このように、本発明のモノリシック多波長レーザ素子は、たとえば、単一のＧａＡｓ基板面上に形成された、第１の波長のレーザ発振部と第２の波長のレーザ発振部とを含む、モノリシック多波長レーザ素子において、第１の波長のレーザ発振部および第２の波長のレーザ発振部は、リアルガイド構造を有しているため、第１波長が７８０ｎｍ帯で第２波長が６５０ｎｍ帯である場合にも、従来に比べて導波ロスが低減できて動作電流が低減され得る利点がある。
＜基板＞
上記の基板は、ＧａＡｓをふくむ材質からなることが好ましい。このような材質を含む基板を用いることにより、所望の材料からなる結晶を平坦かつ結晶性が良好な状態で成長させることができる利点がある。
また、上記の基板は、（００１）面から［１１０］方向に５〜２５°の範囲内のオフ角度を有することが好ましい。これは、第２の波長のレーザ発振部の波長の調整、および第１の波長と第２の波長との両レーザ発振部の結晶性を向上させてレーザ素子特性を改善させるためである。そのオフ角は１０〜２０°であることがより好ましく、１３〜１８°であることがさらに好ましい。
＜電流阻止層＞
ここで、上記の電流阻止層の膜厚は、０．０５μｍ以上であることが好ましく、特に０．１μｍ以上であることがより好ましい。また、この膜厚は、０．２μｍ以下であることが好ましく、特に０．１７μｍ以下であることがより好ましい。この膜厚が０．０５μｍ未満の場合には、リッジ横方向の光閉込めが不安定となり、光学的特性のばらつきが大きくなる傾向があり、この膜厚が０．２μｍを超えると、導波ロスが大きくなり、動作電流が大きくなる傾向がある。
また、上記の電流阻止層は、ＧａＡｓ、α−ＳｉおよびＧｅからなる群より選ばれる１種以上の材質を含む半導体薄膜からなる電流阻止層であることが好ましい。このような材質を含む電流阻止層を用いることにより、絶縁性誘電体薄膜とリッジ部側面およびエッチストップ層との密着性を改善し、かつ薄層の電流阻止層による弱い光吸収により水平方向の放射角の形状を安定化させる利点があるからである。
＜絶縁層＞
なお、上記の絶縁層は、上記のように、上記の電流阻止層のｐ側電極側に接触し、この電流阻止層の材質の屈折率よりも低屈折率の材質の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層であることが好ましい。この絶縁層の屈折率がこの電流阻止層の屈折率より低いことにより、リッジ横方向の光閉込めが安定にでき、かつ導波ロスを下げることができる利点がある。
そして、上記の低屈折率の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層の屈折率は１．０〜２．０の範囲内であることが望まれる。すなわち、第１波長レーザ部のリッジ部材料の屈折率は一般的に３．２〜３．４の範囲内にあるので、レーザ発振部に光を閉込めるために、絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層の屈折率はリッジ部材料および上記の電流阻止層に比べて小さいことが望まれる。そのような絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層としては、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜およびそれらの混合物が選定され得る。
また、上記の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層の表面は、Ｏ組成および／またはＮ組成（ＮおよびＯの組成の合計値を含む）が０以上であることが好ましく、特に０．００００１以上であることがより好ましい。また、このＯ組成および／またはＮ組成は０．００１以下であることが好ましく、特に０．０００５以下であることがより好ましい。こうすることで、絶縁層とＭｏ／Ａｕを材質として含む内側金属電極層との密着性が向上し、Ａｕを材質として含む外側金属電極層の形成が確実に行える利点がある。
さらに、上記の低屈折率の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層の膜厚は、０．０５μｍ以上であることが好ましく、特に０．１μｍ以上であることがより好ましい。また、この膜厚は、０．２μｍ以下であることが好ましく、特に０．１５μｍ以下であることがより好ましい。第１の波長のレーザ発振部に加えて第２の波長のレーザ発振部上にも低屈折率の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層が形成される場合には、その絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層は半導体結晶よりも熱伝導率が小さくて放熱が悪いので、これを薄層化することによって第２の波長のレーザ発振部の温度特性および信頼性の低下を防止し得るからである。
＜内側金属電極層＞
上記の内側金属電極層は、上記の絶縁層のレーザ射出方向側の全面を被覆することが好ましい。このような構造を採用することにより、外側金属電極層が内側金属電極層上の全面に形成され、レーザ発振部からの放熱が改善され、温度特性および信頼性が向上する利点があるからである。
上記の内側金属電極層は、Ｍｏ／Ａｕ合金および／またはＴｉ／Ａｌ合金を材質に含む内側金属電極層であることが好ましい。このような材質を含む内側金属電極層を用いることにより、熱伝導率が低いので、より放熱が改善できる利点があるからである。
＜外側金属電極層＞
上記の外側金属電極層は、Ａｕを材質に含む外側金属電極層であることが好ましい。このような材質を含む外側金属電極層を用いることにより、外側金属電極層を用いることにより、電解めっき法により容易に厚い外側金属電極層を形成でき、かつ、素子をステムに実装する際にろう材とのなじみがよい利点があるからである。
なお、外側金属電極層の厚さは、リッジ部の保護および放熱性の点から、２．５〜３μｍの範囲内であることが望ましい。
＜モノリシック多波長レーザ素子の製造方法＞
本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法は、上記のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法であって、上記の電流阻止層を形成するステップと、１５０〜４００℃の範囲内の成膜温度で上記の絶縁層を形成するステップと、上記の内側金属電極層を形成するステップと、上記の外側金属電極層を形成するステップと、を備える、モノリシック多波長レーザ素子の製造方法である。
ここで、本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法において、低屈折率の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層を形成するステップにおける成膜温度は、１５０℃以上であることが好ましく、特に２００℃以上であることがより好ましい。また、この成膜温度は、４００℃以下であることが好ましく、特に２５０℃以下であることがより好ましい。この成膜温度が１５０℃未満の場合には、絶縁性誘電体薄膜に内在する歪みが増加し、電流阻止層との熱膨張係数の差の影響で、アロイ工程での熱履歴など温度の変化で電流阻止層との密着性が弱まり、絶縁性誘電体薄膜の剥がれが生じやすくなる傾向があり、この成膜温度が４００℃を超えると、絶縁性誘電体薄膜の密度が大きくなり、硬度が増すため、電流阻止層との熱膨張係数の差の影響でやはり電流阻止層との密着性が弱まり、絶縁性誘電体薄膜の剥がれが生じやすくなる傾向がある。
また、上記の外側金属電極層を形成するステップは、上記の外側金属電極層を電解メッキ法により形成するステップを含むことが好ましい。このように電解メッキ法により外側金属電極層を形成することにより、所定の厚さの外側金属電極層を容易に形成でき、かつ、内側金属電極層上に全面に形成できる利点があるからである。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜実施例１＞
図１の模式的な断面図において、本発明の実施形態１によるモノリシック２波長半導体レーザ素子が図解されている。
図２から図４の模式的な断面図においては、図１の多波長レーザ素子の製造方法の一例が図解されている。
まず、図２（ａ）に示すように、（００１）面から［１１０］方向に１５°のオフ角度で傾斜させられた主面を有する傾斜ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相エピタキシャル成長法）にて、ＣＤ用レーザ発振部のための半導体積層構造を形成する。すなわち、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０６、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１０７、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１０８、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）からなる活性層１０９、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１１０、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層１１１、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１１２、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１１３、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１４を順次形成する。
そして、ＤＶＤ用レーザ発振部のための半導体積層構造を形成するために、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーによりＣＤ用レーザ構造上に所定の幅のライン状のレジストパターン（図示せず）を形成する。このレジストパターンをマスクとして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１４、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１１３、ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層１１２、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層１１１、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１１０、活性層１０９、アンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層１０８、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１０７、およびｎ型ＧａＡｓバッファ層１０６をウェットエッチングし、所定幅の基板表面１１５を露出させる。
図２（ｃ）では、露出させた基板表面１１５上に、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）により、ＤＶＤ用レーザ発振部のための半導体積層構造、すなわち、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１６、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層１１７、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１１８、アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層１１９、ＭＱＷ（多重量子井戸構造）からなる活性層１２０、アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層１２１、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１２２、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層１２３、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層１２４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６を順次形成する。
図２（ｄ）において、ＤＶＤ用レーザ発振部のための半導体積層構造のうちでＣＤ用レーザ発振部積層構造上に形成された不要部分をフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより除去する。それと同時に、ＣＤ用レーザ発振部１０２とＤＶＤ用レーザ発振部１０３を互いに電気的に分離するように基板１０１に到達するレーザ発振部分離溝１２７が形成されるとともに、チップ分割溝１２８も形成される。
その後、図３（ｅ）において、ＣＤ用レーザ発振部とＤＶＤ用レーザ発振部の両ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１４、１２６上に３〜４μｍ幅のライン状のＳｉＯ2マスク（図示せず）を形成する。そして、ＣＤ用レーザ発振部のｐ型第２クラッド層１１３とｐ型キャップ層１１４およびＤＶＤ用レーザ発振部のｐ型第２クラッド層１２４とｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５とｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６をドライエッチングで所定のリッジ幅に加工し、さらにウェットエッチングによりそれらのリッジの形状が整えられる。
図３（ｆ）においては、ＣＤ用レーザ発振部のリッジ部１２９の側面とＤＶＤ用レーザ発振部のリッジ部１３０の側面を埋め込むように、層厚が０．１ｕｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１３１をＭＯＣＶＤ法により形成する。
図３（ｇ）では、ＣＤ用レーザ発振部とＤＶＤ用レーザ発振部を電気的に分離する溝１２７上方とチップ分割用の溝１２８上方でライン状の窓が開いたレジストパターン１３２が、ＣＤ用レーザ発振部上およびＤＶＤ用レーザ発振部上にフォトリソグラフィーにより形成される（図示せず）。そして、それらの溝部１２７、１２８上に形成されたｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１３１が、ウェットエッチングにより除去される。
図３（ｈ）において、レジストを剥離し、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１３１上に低屈折率（１〜２）の絶縁性誘電体薄膜１３２、たとえばプラズマＣＶＤ法（ＣＶＤ：化学気相成長）にて窒化珪素（ＳｉＮx）保護膜を形成する。このとき、誘電体膜形成の最後の成膜条件を調整することで表面層のN組成を０．００１％以下にすることができる。あるいは、（ＳｉＮx）保護膜を形成した後、スパッタ法を用いてＳｉ膜を形成しても良い。
絶縁性誘電体薄膜１３２上に、ＣＤ用レーザ発振部およびＤＶＤ用レーザ発振部のリッジ部直上に、ライン状に開口したレジストパターン１３３を形成する。そして、バッファードフッ酸溶液により、開口部の絶縁性誘電体薄膜１３２を除去し、硫酸系エッチャントにより開口部のｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１３１を除去する。なお、絶縁性誘電体薄膜１３２は、上記以外に、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜でもよいが、成膜温度に注意する必要がある。
まず、成膜温度の下限としては、絶縁性誘電体薄膜１３２の屈折率や強度を確保のために１５０℃以上が必要である。他方、成膜温度の上限としては、半導体多層膜中の不純物の再拡散防止の観点からは、半導体層の成長温度より低いことが望ましく、４００℃以下であることが好ましい。
さらには、絶縁性誘電体薄膜と半導体多層膜との間で熱膨張係数の差が存在し、絶縁性誘電体薄膜の成膜温度が高ければ絶縁性誘電体薄膜の剥がれが発生するという問題も生じ得るので、そのような剥がれを防止するためには２５０℃以下の基板温度での成膜プロセスであることが望ましい。
その後、図４（ｉ）に示すように、Ａｕ/ＡｕＺｎを電子ビーム蒸着法で蒸着し、レジストパターン１３３を、有機溶剤で剥離し、リフトオフにより、ＣＤおよびＤＶＤ用レーザ発振部の両Ｐキャップ層上にＰ型アロイ電極１３４が形成される。
その後、図４（ｊ）におけるように、該Ｐ型アロイ電極１３４上および絶縁性誘電体薄膜１３２上に内側金属電極層１３５を形成する。ここでは、スパッタ法によりＭｏ/Ａｕ電極を形成した。
次に、図４（k）に示すように、内側金属電極層１３５上に、ＣＤ側レーザ部、ＤＶＤ側レーザ部上を長方形の開口部を有するレジストパターン１３６を形成する。
そして、図４（ｌ）に示すように、該レジストパターン１３６をマスクとして、開口部上のみにＡｕ外側金属電極層１３７を形成する。
Ａｕ外側金属電極層は、１μｍ未満の薄層の場合には、実装した際に、実験的な検討から放熱性が不十部であり、２〜３μｍの膜厚に形成する必要がある、メッキ法には、無電解メッキ法と電解メッキ法でがあるが、下地が金属でなくても形成できる無電解メッキ法では、1μｍ以上の厚さの金属を膜メッキすることが困難なので、電解メッキ法にて形成する。電解メッキ法では、電流が通電される領域にのみ形成されるため、下地は、一様な厚さでかつ完全に金属膜で被覆されていなければならない。
リッジ側面部の首部付近などは、影になりやすく、内側金属電極層は、その形成方法によっては、被覆が困難である。そのため、影となる部位に対しても回り込む成膜方法、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法といった成膜方法により内側金属電極層を形成されねばならない。
なお、本実施例では、内側金属電極層としてスパッタ法によるＭｏ／Ａｕ電極を使用したが、同じスパッタ法によるＴｉ／Ａｌ電極などを使用してもよい。
最後に、図５（ｍ）に示すようにＡｕ外側金属電極層をマスクにして、チップ分割溝部１２７や分離溝部１２８等のＡｕ外側金属電極層直下以外の部分に形成されている内側金属電極層をウェットエッチングにて除去する。
この後、得られたウエハを厚さ１００μｍ程度になるように基板裏面側から研磨して、その基板１０１の裏面上にｎ型オーミック電極１３８を形成する。
上述の実施形態による２波長のレーザ発振部が形成されたウエハを複数のバー状に分割して、各バーの端面に反射膜をコーティングした後に複数のチップに分割し、それらのチップをステム上に実装した後にレーザ素子特性が測定された。
その結果、ＣＤ用レーザ発振部は、光出力５ｍＷにおいて、振波長が７８２ｎｍで、動作電流が３０ｍＡであった。また、ＤＶＤ用レーザ発振部は、光出力４ｍＷにおいて、６５６ｎｍであった動作電流が５０ｍＡであった。信頼性に関しては、１０００時間以上走行した。
また、戻り光量０.０１〜１０％の間での光出力５ｍＷにおける相対雑音強度（ＲＩＮ）を測定したところ、実施形態１と比較例のいずれにおいてもＣＤ用レーザ発振部とＤＶＤ用レーザ発振部の両方で２５℃と７０℃において−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の良好な雑音特性を示した。
＜実施例２＞
図６の模式的な断面図において、本発明の実施形態２によるモノリシック２波長半導体レーザ素子が図解されている。本実施形態２は、図４（ｊ）においてＤＶＤ用レーザ発振部のリッジ部上のレジストパターン１３９の開口部の幅が広げられてｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１３２上の絶縁性誘電体薄膜１０５もが除去されていることのみにおいて実施形態１と異なっている。このような実施形態２によるＤＶＤ用レーザ発振部においては、半導体結晶に比べて熱伝導率が低い絶縁性誘電体薄膜が存在しないので、実施形態１の場合に比べて、放熱が良好でレーザ素子の信頼性が向上した。
なお、以上の実施形態では（００１）面から[１１０]方向にオフ角度１５°で傾斜した主面を有する傾斜ＧａＡｓ基板が用いられたが、これはＤＶＤ用レーザ発振部の発振波長をＤＶＤ規格の波長である６５０ｎｍ付近に調整するとともに、ＣＤ用レーザ発振部とＤＶＤ用レーザ発振部の結晶性を向上させるためである。
ＤＶＤ用レーザ発振部の発振波長調整のためにはオフ角度を５°以上傾ける必要があり、またＣＤ用とＤＶＤ用の両レーザ発振部の結晶性を向上させるためには、オフ角が５°〜２５°程度であればその効果が得られ、１０〜２０°の範囲内がより好ましい。さらに好ましくは、１３〜１８°オフ角の傾斜基板を用いれば良好なレーザ素子特性が実現し得る。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明のモノリシック多波長レーザ素子の一例を説明する模式的な断面図である。 本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面図である。 本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面図である。 本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面図である。 本発明のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法の一例の工程の一部を図解する模式的な断面図である。 従来のモノリシック多波長レーザ素子の一例を説明する模式的な断面図である。
符号の説明
１０１、６０１ ｎ型ＧａＡｓ基板、１０２、６０２ ＣＤ用レーザ発振部、１０３、６０３ ＤＶＤ用レーザ発振部、１０４ テラス部、１０５ 絶縁性誘電体薄膜、１０６、６０４ ｎ型ＧａＡｓバッファ層、１０７、６０５ ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層、１０８、６０６ ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層、１１０、６０８ ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓガイド層、１０９、６０７ 活性層、１１１、６０９ ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層、１１２、６１０ ｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層、１１３、６１１ ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層、１１４、６１２ ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１１５ ｎ型ＧａＡｓ基板表面、１１６、６１４ ｎ型ＧａＡｓバッファ層、１１７、６１５ ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層、１１８、６１６ ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、１１９、１２１、６１７、６１９ アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層、１２０、６１８ 活性層、１２２、６２０ ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層、１２３、６２１ ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、１２４、６２２ ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層、１２５、６２３ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、１２６、６２４ ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１２７、６２８ レーザ部分離溝、１２８、６２９ チップ分割溝、１２９ ＣＤ用レーザ発振部のリッジ部、１３０ ＤＶＤ用レーザ発振部のリッジ部、１３１ ｎ型ＧａＡｓ層、１３２ ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓエッチングストップ層１３３、６１３ ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層、１３４、６２５ ｐ型オーミック電極、１３５、６２６ Ｍｏ/Ａｕ電極、１３６、６２７ ｎ型オーミック電極、１３７、１３８、１３９ レジストパターン。

Claims (13)

  1. 基板と、
    リッジ部を有する第１の波長のレーザ発振部と、
    リッジ部を有する第２の波長のレーザ発振部と、
    を備えるモノリシック多波長レーザ素子であって、
    前記第１の波長のレーザ発振部および前記第２の波長のレーザ発振部は、
    前記リッジ部に接触する半導体薄膜からなる電流阻止層と、
    前記電流阻止層のｐ側電極側に接触し、前記電流阻止層の材質の屈折率よりも低屈折率の材質の絶縁性誘電体薄膜からなる絶縁層と、
    前記絶縁層のｐ側電極側に接触する内側金属電極層と、
    前記内側金属電極層のｐ側電極側に接触する外側金属電極層と、
    を備える、モノリシック多波長レーザ素子。
  2. 前記電流阻止層は、膜厚が０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内にある、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  3. 前記絶縁層の表面は、Ｏ組成および／またはＮ組成が０〜０．００１以下の範囲内であり、膜厚が０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲内である、請求項２に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  4. 前記電流阻止層は、ＧａＡｓ、α−ＳｉおよびＧｅからなる群より選ばれる１種以上の材質を含む半導体薄膜からなる電流阻止層である、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  5. 前記内側金属電極層は、前記絶縁層のレーザ射出方向側の全面を被覆する、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  6. 前記絶縁層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸化物およびシリコン窒化物の混合物からなる群より選ばれる１種を材質として含む絶縁性誘電体薄膜であり、前記絶縁性誘電体薄膜の表面は、Ｏ組成および／またはＮ組成が０〜０．００１の範囲内である、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  7. 前記内側金属電極層は、Ｍｏ／Ａｕ合金および／またはＴｉ／Ａｌ合金を材質に含む内側金属電極層である、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  8. 前記外側金属電極層は、Ａｕを材質に含む外側金属電極層である、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  9. 前記基板は、ＧａＡｓをふくむ材質からなる、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  10. 前記基板は、（００１）面から［１１０］方向に５〜２５°の範囲内のオフ角度を有する、請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子。
  11. 請求項１に記載のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法であって、
    前記電流阻止層を形成するステップと、
    １５０〜４００℃の範囲内の成膜温度で前記絶縁層を形成するステップと、
    前記内側金属電極層を形成するステップと、
    前記外側金属電極層を形成するステップと、
    を備える、モノリシック多波長レーザ素子の製造方法。
  12. 前記絶縁層を形成するステップは、１５０〜２５０℃の成膜温度で前記絶縁層を形成するステップを含む、請求項１１に記載のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法。
  13. 前記外側金属電極層を形成するステップは、前記外側金属電極層を電解メッキ法により形成するステップを含む、請求項１１に記載のモノリシック多波長レーザ素子の製造方法。
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