JP3950878B2

JP3950878B2 - 多波長半導体レーザ及びその製造方法

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Inventors: 相沌李
Original assignee: 三星電機株式会社
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2007-08-01
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Description

本発明は多波長半導体レーザに関するものであって、より詳しくは相異する３波長（例えば、４６０ｎｍ、５３０ｎｍ、６３５ｎｍ）のレーザ光を同時に、または選択的に発振させることのできる多波長半導体レーザとその製造方法に関するものである。

一般に、半導体レーザは誘導放出によって増幅された光を出力する半導体素子であって、その出力光は狭い周波数幅（短波長特性）を有し、指向性に優れ、高出力が保障されるとの利点がある。こうした利点から、ＣＤやＤＶＤのような光ディスクシステムの光ピックアップ装置などのための光源に使用されているばかりでなく、光通信、多重通信、宇宙通信などの分野に幅広く適用されている。

最近は、レーザを情報の記録及び再生用光源に用いる光ディスク分野において、２種以上の相異する波長を発振できる多波長半導体レーザ素子が要求されている。代表として、２波長半導体レーザ素子は比較的低密度のＣＤ再生機と比較的高密度のＤＶＤ再生機とを同時に具現するための光源として積極的に開発が進められている。

図１ないし図７は、従来の２波長半導体レーザ素子の製造方法を示す工程を説明する図である。

図１は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、７８０ｎｍ波長光のための第１半導体レーザのエピタキシャル層を形成する。即ち、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２ａ、ＡｌＧａＡｓ活性層１３ａ、及び、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４ａを、順次に成長させる。

次いで、図２は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。このように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を利用して、エピタキシャル層１２ａ、１３ａ、１４ａを選択的に除去し、ＧａＡｓ基板１１の上面の一領域を露出させる。

次に、図３は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第２半導体レーザのエピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、露出したＧａＡｓ基板１１の上面に６５０ｎｍ波長光のための第２半導体レーザのエピタキシャル層を形成する。即ち、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２ｂ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ活性層１３ｂ、及び、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４ｂを順次に成長させる。

次いで、図４は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。このように、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を利用して、第１半導体レーザのエピタキシャル層１２ａ、１３ａ、１４ａ上に存在する第２半導体レーザのエピタキシャル層１２ｂ、１３ｂ、１４ｂを除去し、２つのエピタキシャル構造を相互分離させる。

次に、図５は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、リッジ構造を形成する工程を説明する、工程断面図であり、図６は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、電流制限層及びコンタクト層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４ａ’とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４ｂ’を、通常の方法で選択的にエッチングして電流注入効率向上のためのリッジ構造を形成した後、図６のように、ｎ型ＧａＡｓ電流制限層１６ａ、１６ｂと、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７ａ、１７ｂとを形成する。

最後に、図７は、従来の２波長半導体レーザの製造方法における、電極を形成する工程を説明する、工程断面図である。このようにＴｉ、Ｐｔ、Ａｕまたはそれらの合金を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７ａ、１７ｂ上にｐ側電極１９ａ、１９ｂを形成し、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ、Ｎｉまたはそれらの合金を用いてＧａＡｓ基板１１の下面にｎ側電極１８を形成することにより、２波長半導体レーザ１０（半導体レーザ１０ａ、１０ｂ）を製造することができる。

このように、２種の相異する波長の半導体レーザ１０（半導体レーザ１０ａ、１０ｂ）を同一基板１１上に形成して、一つのチップに集積化することができる。したがって、各半導体レーザを別途に製造してから同一基板上にダイボンディング方式で結合させる方式と比べ、別途の製造工程と追加的なボンディング工程を省くことができ、工程を簡素化するばかりでなく、チップダイボンディング時に引き起こされかねない整列不良の問題を解決できる。

しかし、図１に説明した従来の多波長半導体レーザの製造方法は、２波長（６５０ｎｍ及び７８０ｎｍ）半導体レーザの製造方法としてのみ制限的に使用されるだけであり、より短波長光を追加した３波長半導体レーザの製造方法として、適用することができない。代表として、赤、緑、青色光を夫々発振する多波長半導体レーザを製造するためには、４６０ｎｍ波長光と５３０ｎｍ波長光のための窒化物系エピタキシャル層から成る２個のレーザと、６３５ｎｍ波長光のためのＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル層から成るレーザとを含んだレーザ構造が要される。とりわけ、４６０ｎｍ波長及び５３０ｎｍ波長のための半導体レーザを製造するためには、ＧａＮ系エピタキシャル層が要されるので、６３５ｎｍのための半導体レーザと同一な基板に形成できないとの問題がある。

より具体的には、６３５ｎｍ半導体レーザのためのＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層の格子定数（約５．６Å）は、ＧａＮエピタキシャル層の格子定数（約３．２Å）に対して大きく差があるので、同一な基板上に成長させ難い。ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層の場合には、ＧａＡｓ基板に優れた結晶性で形成されることができ、ＧａＮエピタキシャル層は、同種基板であるＧａＮ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板などのように固有な窒化物半導体成長用基板に限って優れた結晶性で形成されることができる。したがって、実質的に従来の２波長半導体レーザの製造方法に基づき、４６０ｎｍ、５３０ｎｍ、及び、６３５ｎｍ波長のような、三色光を発振する多波長半導体レーザを製造するのは不可能である。

本発明は上記した従来の技術の問題を解決するためのものであって、その目的はＧａＮエピタキシャル層を他基板に成長させた後に、分離及び接合工程を利用して、３波長光を出力できる多波長半導体レーザの製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記多波長半導体レーザの製造方法により製造できる新たな構造を有する多波長半導体レーザを提供することにある。

上記した技術的課題を成し遂げるために、本発明は、窒化物単結晶成長のための基板を設けるステップと、前記窒化物単結晶成長用基板上に第１導電型第１クラッド層、第１活性層、及び、第２導電型第１クラッド層を順次に成長させ第１窒化物エピタキシャル層を形成するステップと、前記窒化物単結晶成長用基板の一領域が露出するよう前記第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去するステップと、前記窒化物単結晶成長用基板の露出した上面に前記第１導電型第２クラッド層、第２活性層、及び、第２導電型第２クラッド層を順次に成長させ第２窒化物エピタキシャル層を形成するステップと、前記窒化物単結晶成長用基板から、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を分離するステップと、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を第１導電型基板上に接合するステップと、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を選択的にエッチングして、前記第１導電型基板の一領域を露出させ、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層から相互分離された前記第１及び第２半導体レーザ構造を形成するステップと、前記第１導電型基板の露出した一領域に第１導電型第３クラッド層、第３活性層、及び、第２導電型第３クラッド層が順次に成長させられた第３半導体レーザ構造を形成するステップと、前記第１導電型基板の下面と前記第１ないし第３半導体レーザ構造の夫々第２導電型クラッド層に接続される、第１及び第２電極を形成するステップとを含む多波長半導体レーザの製造方法を提供する。

本発明の好ましい実施形態においては、前記第３半導体レーザ構造を形成するステップ後、前記第１及び第２電極を形成するステップ前に、前記第１ないし第３半導体レーザ構造の夫々の第２導電型クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ構造に形成するステップと、前記リッジ構造の上端面を除く前記第２導電型クラッド層の上面に絶縁層を形成するステップとをさらに含み、この場合前記第２電極は前記リッジ構造の上端面を通して夫々第２導電型クラッド層に接続されることができる。

より好ましくは、前記絶縁層は、前記第１ないし第３半導体レーザ構造の側面まで延長されるよう形成されることができる。

好ましくは、前記絶縁層はＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄であることができる。

また、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を分離するステップは、前記窒化物単結晶成長用基板の下面にレーザを照射して前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層をリフトオフさせる工程を施すことができる。

好ましくは、前記レーザを照射する前に前記窒化物単結晶成長用基板の下面にラッピングを行い、その厚さを減少させるステップをさらに含むことができる。

さらに、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を第１導電型基板上に接合するステップは、高温において前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を前記第１導電型基板の上面に加圧して接合する工程を施すことができる。

前記第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去するステップにおいて、前記第１半導体レーザ構造に対する部分の前記第１窒化物エピタキシャル層のみ残留させることができる。

前記第３半導体レーザ構造を形成するステップは、前記第１及び第２半導体レーザ構造の形成された前記第１導電型基板の上面に前記第１導電型第３クラッド層、前記第３活性層、及び、前記第２導電型第３クラッド層を順次に成長させ前記第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層を形成するステップと、前記第３半導体レーザ構造のための前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして前記第１導電型基板の一領域に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離された第３半導体レーザ構造を形成するステップとで具現することができる。

また、後続成長工程をより容易にするために、成長順序どおりに第１及び第３半導体レーザを配置するのが好ましい。即ち、前記第１ないし第３半導体レーザ構造は前記第１導電型基板の一側から順序に追って形成されることが好ましい。

前記窒化物単結晶成長用基板はサファイア基板、ＳｉＣ基板、または、ＧａＮ基板であることができる。

さらに、前記第１窒化物エピタキシャル層は青色光を発振する半導体レーザのためのＧａＮ系半導体物質で、前記第２窒化物エピタキシャル層は緑色光を発振する半導体レーザのためのＧａＮ系半導体物質であることができる。

また、前記第３半導体レーザ構造は赤色光を発振するためにＡｌＧａＩｎＰ系半導体物質から成ることができる。

本発明は成長条件の異なるエピタキシャル層から成る半導体レーザを一つのチップに構成するために、短波長に該当する第１及び第２半導体レーザのための窒化物エピタキシャル層を形成してから、この窒化物エピタキシャル層を分離して第１導電型基板に接合させ、次いで第２及び第３半導体レーザを形成する多波長半導体レーザの製造方法を提供する。とりわけ、本発明においてはより高温において成長される窒化物エピタキシャル層を先ず形成した後、これを分離して接合することにより後続エピタキシャル成長工程に対する他層の望ましくない影響（ドーパントの拡散及び熱衝撃など）を減少し、同一基板上に夫々の半導体レーザ構造を形成するためのエッチング工程が施されるので、夫々のレーザ構造がより精密に整列された多波長半導体レーザを製造することができる。

上述したように、本発明によると、赤緑青色の波長光の半導体レーザ構造を含んだ多波長半導体レーザを製造するために、第１及び第２ＧａＮ系半導体レーザを窒化物半導体成長用基板に水平方向に並べて成長させた後に分離し、分離された半導体層を再びＧａＡｓ基板のような第１導電型基板に接合して、異なる波長に該当する半導体レーザ構造を形成することにより、同一基板上に成長させることのできない半導体レーザを一つのチップに集積化することができる。

また、半導体レーザのためのエピタキシャル層が最終基板に設けられた状態で製造されるので、完成された半導体レーザを夫々接合する際発生する整列不良の問題を解決すると共に、より簡素化した工程により優れた３波長半導体レーザを製造することができる。

以下、添付した図に基づいて、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。

図８ないし図１９は、本発明の好ましい実施形態による３波長半導体レーザの製造方法を説明するための工程断面図である。

先ず、図８は、本発明に係る、第１窒化物エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このようにサファイア基板２１上に短波長（例、４６０ｎｍ）半導体レーザ（半導体レーザ構造）のための第１窒化物エピタキシャル層２５ａを形成する。第１窒化物エピタキシャル層２５ａは、第１導電型第１クラッド層２２ａ、第１活性層２３ａ、及び、第２導電型第１クラッド層２４ａを順次に成長させ得ることができる。第１及び第２導電型第１クラッド層２２ａ、２４ａは、夫々ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層とｎ型ＧａＮ層、及びｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とｐ型ＧａＮ層から成ることができ、第１活性層２３ａはＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎから成る多重量子井戸構造から成ることができる。

次いで、図９は、本発明に係る、第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。このように、フォトリソグラフィ工程とドライエッチング工程を利用して、サファイア基板２１の一部上面が露出されるよう、第１窒化物エピタキシャル層２５ａを選択的に除去（エッチング）する。本工程において残留した第１窒化物エピタキシャル層２５ａはこれに限定されるわけではないが、本実施形態のように、第１半導体レーザ構造２０ａ部分のみ残留するよう除去されることができる。

次いで、図１０は、本発明に係る、第２窒化物エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、第１半導体レーザ構造２０ａが残留したサファイア基板２１の上面に、第２半導体レーザ構造のための第２窒化物エピタキシャル層２５ｂを形成する。上記第２半導体レーザのための第２窒化物エピタキシャル層２５ｂは、第１導電型第２クラッド層２２ｂ、第２活性層２３ｂ、及び、第２導電型第２クラッド層２４ｂを、順次に成長させ得ることができる。第２窒化物エピタキシャル層２５ｂが５３０ｎｍ波長光のための半導体レーザ（半導体レーザ構造）に設計される場合、第１及び第２導電型第２クラッド層２２ｂ、２４ｂは、夫々ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層とｎ型ＧａＮ層、及びｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層とｐ型ＧａＮ層から成ることができ、第２活性層２３ｂはＩｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎから成る多重量子井戸構造から成ることができる。

さらに、図１１は、本発明に係る、窒化物エピタキシャル層を平坦化する工程を説明する、工程断面図である。このように後続する分離工程及び接合工程を容易にするために、第１窒化物エピタキシャル層２５ａ上に形成された第２窒化物エピタキシャル層２５ｂの一部分を除去し、第１及び第２窒化物エピタキシャル層２５ａ、２５ｂの上面を平坦にして、第１及び第２半導体レーザとされる窒化物エピタキシャル層２５を設けることができる。

また、第１及び第２窒化物エピタキシャル層２５ａ、２５ｂは、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）または分子ビームエピタキシ法（ＭＢＥ）のような、周知の成長方法により形成されることができる。サファイア基板２１に代わって、同種基板であるＧａＮ基板またはＳｉＣ基板のような、周知の他窒化物半導体成長用基板が使用されることができる。

次いで、図１２は、本発明に係る、第１及び第２窒化物エピタキシャル層を基板から分離する工程を説明する、工程断面図である。このように、サファイア基板２１から、第１及び第２窒化物エピタキシャル層２５を分離させる。こうした分離工程は、レーザを利用したリフトオフ工程、ドライエッチング法、及び、ラッピング工程のような、周知方法またはその組合を施すことができる。例えば、レーザを利用したリフトオフ工程は、５ｅＶ以上のＮｄ−ＹＡＧレーザをサファイア基板２１の下面に対して照射し、窒化物エピタキシャル層２５とサファイア基板２１との界面付近の結晶層を溶融させ、窒化物エピタキシャル層２５（第１及び第２窒化物エピタキシャル層）を容易にリフトオフさせることができる。これと異なり、サファイア基板２１に対してドライエッチングまたはラッピング工程を施し、化学的または機械的に除去する方法も使用でき、こうしたドライエッチングまたはラッピング工程は、上述したレーザを利用したリフトオフ工程と組合せて施すことができる。代表例として、ラッピング工程を通してサファイア基板２１の厚さを減少させてから、レーザを照射して窒化物エピタキシャル層２５を分離する工程を好ましく使用できる。

次に、図１３は、本発明に係る、第１及び第２窒化物エピタキシャル層を第１導電型基板に接合する工程を説明する、工程断面図である。このように、分離された窒化物エピタキシャル層２５を、第１導電型基板３１上に接合する。第１導電型基板３１は、後続して成長させられるエピタキシャル層の成長基板に適した、ｎ型ＧａＡｓ基板であることができる。本接合工程は導電性接着剤を利用できるが、好ましくは高温において所定の圧力で加圧することにより接合することもできる。例えば、窒化物エピタキシャル層２５を第１導電型基板３１に配置し、約５ｋｇ／ｃｍ²の圧力で加圧したまま５００℃の温度において約２０分間加熱することにより、窒化物エピタキシャル層２５とｎ型ＧａＡｓ基板３１とを接合することができる。

次いで、図１４は、本発明に係る、第１及び第２半導体レーザ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、フォトリソグラフィとドライエッチング工程を利用して、窒化物エピタキシャル層２５（図１２）を選択的に除去することにより、第１導電型基板３１の一領域を露出させると共に、第１及び第２窒化物エピタキシャル層２５ａ、２５ｂから、夫々相互分離された第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂを形成する。本工程において、エッチングされ露出した第１導電型基板３１の上面は、後続工程において第３半導体レーザ構造が形成される領域として提供される。

即ち、第１導電型基板３１の露出した上面に、第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂと分離されるよう、第１導電型第３クラッド層２２ｃ、第３活性層２３ｃ、及び、第２導電型第３クラッド層２４ｃを順次に成長させることにより、第３半導体レーザ構造２０ｃを形成する（図１６参照）。こうした第３半導体レーザ形成工程は、図１５と図１６に亘って例示されている。

以下、図１５及び図１６に基づいて、第３半導体レーザの形成工程を説明する。

続いて、図１５は、本発明に係る、エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂが形成された第１導電型基板３１の上面に、第３半導体レーザのためのエピタキシャル層２５ｃを形成する。上記第３半導体レーザのためのエピタキシャル層２５ｃは、第１導電型第３クラッド層２２ｃ、第３活性層２３ｃ、及び、第２導電型第３クラッド層２４ｃを、順次に成長させ得ることができる。エピタキシャル層２５ｃが６３５ｎｍ波長光のための半導体レーザに設計される場合、第１及び第２導電型第３クラッド層２２ｃ、２４ｃは、ｎ型及びｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層であることができ、第３活性層２３ｃはＩｎＧａＰ／（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層から成る多重量子井戸構造であることができる。

次いで、図１６は、本発明に係る、第３半導体レーザ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、第１導電型基板３１の一領域中残りの一部上面に第３半導体レーザ構造２０ｃが形成されるよう、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル層２５ｃを選択的にエッチングする。本エッチング工程においては、第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂの上面と夫々の半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの間に位置したＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル層２５ｃを除去することにより、第１ないし第３半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃを相互分離させる。

また、図１７は、本発明に係る、リッジ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。好ましくは図１７のように、第１ないし第３半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃの、第２導電型第１クラッド層２４ａ、第２導電型第２クラッド層２４ｂ、及び、第２導電型第３クラッド層２４ｃ（必要に応じて第２導電型クラッド層２４ａ、２４ｂ、２４ｃと総称する）を、リッジ構造で形成するためのエッチング工程を導入することができる。上記リッジ構造の幅は約２〜７μｍとなるよう形成されることができる。本工程により得られるリッジ構造は、第２導電型クラッド層２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’を通して注入される電流効率を増加させることができる。

次に、図１８は、本発明に係る、絶縁層を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、上記リッジ構造の上端面を除く第２導電型クラッド層２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’の上面に、絶縁層３２を形成する。絶縁層３２は、電流制限層として用いられる。好ましくは、絶縁層３２は第１ないし第３半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃの側面まで延長されるよう、基板３１の全面に対して形成されることができる。これにより、絶縁層３２はリッジ構造のための電流制限層ばかりでなく、通常のパッシベーション層として使用することもできる。こうした絶縁層３２には、ＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄が使用されることができる。

最後に、図１９は、本発明に係る、電極を形成する工程を説明する、工程断面図である。このように、第１導電型基板３１の下面に第１電極３８を夫々形成し、第１ないし第３半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃの第２導電型クラッド層２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’に接続されるよう第２電極３９ａ、３９ｂ、３９ｃを夫々形成する。本実施形態のように、第２電極３９ａ、３９ｂ、３９ｃは上記リッジ構造の上端面を通して夫々の第２導電型クラッド層２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’に接続されるよう夫々の半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上面に形成されることができる。第１電極３８はＡｕＧｅ、Ａｕ、Ｎｉまたはそれらの合金から成ることができ、第２電極３９ａ、３９ｂ、３９ｃはＴｉ、Ｐｔ、Ｎｉ及びＡｕで成る群から選ばれた少なくとも一種の金属から成ることができる。こうして、固有の波長を発振する３個の半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃを同一基板３１に設けた３波長半導体レーザ３０を製造することができる。

図１９に示すように、本発明を通して三原色（赤、緑、青）に該当する３波長光を発振することのできる半導体レーザ３０は、第１導電型基板３１上に第１ＧａＮ系物質から成る第１半導体レーザ構造２０ａと、第２ＧａＮ系物質から成る第２半導体レーザ構造２０ｂと、ＡｌＧａＩｎ系物質から成る第３半導体レーザ構造２０ｃとを同時に集積化することができる。また、第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂは別途の窒化物半導体成長用基板に成長させた後に分離され接合され、第３半導体レーザ構造２０ｃの成長工程を容易に実施するために、好ましくは第１導電型基板３１の一側に配置し、しかも第１ないし第３半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃも成長順序によってその一側から順序どおりに配置することが好ましい。

また、リッジ構造と電流制限層を用いる場合に、本発明において夫々の第２導電型クラッド層２４ａ’、２４ｂ’、２４ｃ’の絶縁層３２から成る電流制限層を提供する。従来の逆接合を利用した電流制限層は成長条件の異なる第２導電型第１クラッド層ＧａＮ系物質が存在するので、３個の半導体レーザに対して同時に形成するために通常の絶縁層３２を電流制限層として用いる案を提供する。また、上記絶縁層は夫々の半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃのパッシベーション層としても提供されるよう夫々の半導体レーザの側面まで形成される。

本発明は上述した実施形態及び添付の図に基づき限定されるものではなく、本願の請求範囲によって限定される。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明であり、これもやはり本願の請求範囲に記載された技術的思想に属するものと言えるであろう。

従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第２半導体レーザのエピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、第１半導体レーザのエピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、リッジ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、電流制限層及びコンタクト層を形成する工程を説明する、工程断面図である。従来の２波長半導体レーザの製造方法における、電極を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第１窒化物エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第２窒化物エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、窒化物エピタキシャル層を平坦化する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第１及び第２窒化物エピタキシャル層を基板から分離する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第１及び第２窒化物エピタキシャル層を第１導電型基板に接合する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第１及び第２半導体レーザ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、エピタキシャル層を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、第３半導体レーザ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、リッジ構造を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、絶縁層を形成する工程を説明する、工程断面図である。本発明に係る、電極を形成する工程を説明する、工程断面図である。

符号の説明

１０２波長半導体レーザ
１１ＧａＡｓ基板
１２ａｎ型ＡｌＧａＡｓクラッドクラッド層
１２ｂｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１３ａＡｌＧａＡｓ活性層
１３ｂＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ活性層
１４ａ，１４ａ’ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１４ｂ，１４ｂ’ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１６ａ，１６ｂｎ型ＧａＡｓ電流制限層
１７ａ，１７ｂｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１８ｎ側電極側電極
１９ａ，１９ｂｐ側電極
２０ａ第１半導体レーザ構造
２０ｂ第２半導体レーザ構造
２０ｃ第３半導体レーザ構造
２１サファイア基板
２２ａ第１導電型第１クラッド層
２２ｂ第１導電型第２クラッド層
２２ｃ第１導電型第３クラッド層
２３ａ第１活性層
２３ｂ第２活性層
２３ｃ第３活性層
２４ａ，２４ａ’ 第２導電型第１クラッド層
２４ｂ，２４ｂ’ 第２導電型第２クラッド層
２４ｃ，２４ｃ’ 第２導電型第３クラッド層
２５ａ第１窒化物エピタキシャル層
２５ｂ第２窒化物エピタキシャル層
２５ｃエピタキシャル層
２５窒化物エピタキシャル層
３０３波長半導体レーザ
３１第１導電型基板
３２絶縁層
３８第１電極
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ第２電極

Claims

窒化物単結晶成長のための基板を設けるステップと、
前記窒化物単結晶成長用基板上に、第１導電型第１クラッド層、第１活性層、及び、第２導電型第１クラッド層を順次に成長させ第１窒化物エピタキシャル層を形成するステップと、
前記窒化物単結晶成長用基板の一領域が露出するよう、前記第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去するステップと、
前記窒化物単結晶成長用基板の露出した上面に、第１導電型第２クラッド層、第２活性層、及び、第２導電型第２クラッド層を順次に成長させ第２窒化物エピタキシャル層を形成するステップと、
前記窒化物単結晶成長用基板から、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を分離するステップと、
前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を第１導電型基板上に接合するステップと、
前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を選択的にエッチングして、前記第１導電型基板の一領域を露出させ、前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層から相互分離された第１及び第２半導体レーザ構造を形成するステップと、
前記第１導電型基板の露出した一領域に第１導電型第３クラッド層、第３活性層、及び、第２導電型第３クラッド層が順次に成長させられた第３半導体レーザ構造を形成するステップと、
前記第１導電型基板の下面と前記第１ないし第３半導体レーザ構造における夫々の第２導電型クラッド層に接続される、第１及び第２電極を形成するステップと、
を含む多波長半導体レーザの製造方法。
前記第３半導体レーザ構造を形成するステップ後、前記第１及び第２電極を形成するステップ前に、前記第１ないし第３半導体レーザ構造における夫々の前記第２導電型クラッド層を選択的にエッチングしてリッジ構造に形成するステップと、前記リッジ構造の上端面を除く前記第２導電型クラッド層上面に絶縁層を形成するステップとをさらに含み、
前記第２電極は前記リッジ構造の上端面を通して夫々の前記第２導電型クラッド層に接続されること、
を特徴とする請求項１に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記絶縁層を形成するステップは、前記第１ないし第３半導体レーザ構造の側面まで延長されるよう前記絶縁層を形成するステップであること、
を特徴とする請求項２に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記絶縁層はＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄であること、
を特徴とする請求項２又は３に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を分離するステップは、前記窒化物単結晶成長用基板の下面にレーザを照射して前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層をリフトオフさせるステップであること、
を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を分離するステップは、前記レーザを照射する前に前記窒化物単結晶成長用基板の下面に対してラッピングを施しその厚さを減少させるステップをさらに含むこと、
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。
前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を前記第１導電型基板上に接合するステップは、高温において前記第１及び第２窒化物エピタキシャル層を前記第１導電型基板の上面に加圧して接合するステップであること、
を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１窒化物エピタキシャル層を選択的に除去するステップは、前記第１半導体レーザ構造に対応する部分の前記第１窒化物エピタキシャル層を残留させるステップであること、
を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザ素子の製造方法。
前記第３半導体レーザ構造を形成するステップは、前記第１及び第２半導体レーザ構造が形成された前記第１導電型基板の上面に前記第１導電型第３クラッド層、前記第３活性層、及び、前記第２導電型第３クラッド層を順次に成長させ前記第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層を形成するステップと、
前記第３半導体レーザ構造のための前記エピタキシャル層を選択的にエッチングして、前記第１導電型基板の一領域に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離された第３半導体レーザ構造を形成するステップと、
を含む請求項１から８のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１ないし第３半導体レーザ構造は、前記第１導電型基板の一側から順序どおりに形成されたこと、
を特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記窒化物単結晶成長用基板は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、または、ＧａＮ基板であること、
を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１窒化物エピタキシャル層は青色光を発振する半導体レーザのためのＧａＮ系半導体物質で、前記第２窒化物エピタキシャル層は緑色光を発振する半導体レーザのためのＧａＮ系半導体物質であること、
を特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体物質であること、
を特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の多波長半導体レーザの製造方法。