JP4163167B2

JP4163167B2 - 多波長半導体レーザの製造方法

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Publication number: JP4163167B2
Application number: JP2004272149A
Authority: JP
Inventors: 相沌李
Original assignee: 三星電機株式会社
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2008-10-08
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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、より詳しくは相違する３波長（例えば、４０５ｎｍ、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ）のレーザ光を同時に、または選択的に発振できる多波長半導体レーザ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を有する。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のための光源に用いる光ディスク分野においては、２個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求められている。代表的には、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説明図である。

図１は、従来の２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って、第１半導体レーザのエピタキシャル層の形成を説明する図である。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を説明するための工程断面図であって、第１半導体レーザのエピタキシャル層の除去を説明する図である。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、第一半導体レーザのエピタキシャル層１２ａ、１３ａ、１４ａを選択的に除去し、ｎ型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を説明するための工程断面図であって、第２半導体レーザのエピタキシャル層の形成を説明する図である。このように、露出したｎ型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。

次に、図４は、従来の２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って、第２半導体レーザのエピタキシャル層の除去を説明する図である。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と同様に、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個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を説明するための工程断面図であって、リッジ構造の形成を説明する図である。また図６は、従来の２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って、コンタクト層の形成を説明する図である。図５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、電流注入効率向上のためのリッジ構造１４ａ’，１４ｂ’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を説明するための工程断面図であって、電極の形成を説明する図である。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ｎ型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を製造することができる。

このような、２個の相異する波長の半導体レーザ１０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より、別途の製造工程と追加的なボンディング工程を省け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の際、引き起こされかねない整列不良の問題を解決することができる。

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）半導体レーザのための製造方法にのみ制限的に使用されるだけで、より短波長光を追加した３波長半導体レーザ製造方法に適用することはできない。一般に、当業界において必要な３波長半導体レーザは、６５０ｎｍ及び７８０ｎｍ波長光とそれより低い４０５ｎｍ波長を発振できる多波長半導体レーザである。こうした４０５ｎｍ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を要するので、上記多波長半導体レーザは、一つの基板に成長させられないとの問題がある。

より具体的には、６５０ｎｍ半導体レーザのためのＡｌＧａＡｓエピタキシャル層と７５０ｎｍ半導体レーザのためのＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層は、格子定数（約５．６Å）が類似しＧａＡｓ基板のような同一基板上に成長させられるが、ＧａＮエピタキシャル層の格子定数は約３．２Åなので、ＧａＡｓ基板上に成長させると多くの結晶欠陥が発生し実際に適用し難い。即ち、ＧａＮエピタキシャル層を成長させるためには同種基板である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を要するので、実質上従来の２波長半導体レーザ製造方法により、例えば６５０ｎｍ、７８０ｎｍ及び４０５ｎｍ波長光を発振する多波長半導体レーザを製造することは不可能である。

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、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。

上記した技術的課題を成し遂げるために、本発明は、窒化物単結晶成長用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窒化物エピタキシャル層を分離するステップと、前記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導電型基板の一領域が露出するように前記窒化物エピタキシャル層を選択的に除去して第１半導体レーザ構造を形成するステップと、前記第１導電型基板の一領域中の一部上面に前記第１半導体レーザ構造と分離されるように、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クラッド層が順次に成長させられたエピタキシャル層からなる第２半導体レーザ構造を形成するステップと、前記第１導電型基板の一領域中の他の一部上面に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離されるように、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エピタキシャル層からなる第３半導体レーザ構造を形成するステップと、前記第１導電型基板の下面に第１電極を形成し前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド、および前記第２導電型第３クラッド層のそれぞれに接続される第２電極を形成するステップと、を含み、前記第１半導体レーザ構造のための窒化物エピタキシャル層はＧａＮ系半導体物質で、前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層はＡｌＧａＡｓ系半導体物質で、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。

本発明の好ましき実施形態において、前記第３半導体レーザ構造を形成するステップの後、前記第１及び第２電極を形成するステップの前に、前記第１ないし第３半導体レーザ構造における前記各第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各第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、前記第２電極は前記リッジ構造の前記上端面を通して前記各第２導電型クラッド層に接続される。

また、前記絶縁層を形成するステップにおいて、前記第１ないし第３半導体レーザ構造の側面まで延長するように前記絶縁層を形成することができる。前記絶縁層はＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄であることができる。

さらに、前記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ってよい。この場合、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施し、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させるステップは、高温において前記分離された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させるステップであってもよい。

本発明の一実施形態において、前記第２半導体レーザ構造を形成するステップは、前記第１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２クラッド層、前記第２活性層及び前記第２導電型第２クラッド層を順次に成長させ前記第２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１導電型基板の一領域中の一部上面に前記第１半導体レーザ構造と分離され前記第２半導体レーザ構造が形成されるように、前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層を選択的に除去するステップと、を含んでいてもよい。

これと同様に、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１導電型基板の一領域中の他の一部上面に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離され前記第３半導体レーザ構造が形成されるように、前記第３半導体レーザのためのエピタキシャル層を選択的に除去するステップと、を含んでもよい。

好ましくは、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基板であり、前記窒化物エピタキシャル層は、ＧａＮ系半導体物質である。

さらに、前記第１導電型基板は第１導電型ＧａＡｓ基板であり、前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層は、ＡｌＧａＡｓ系半導体物質であり、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系半導体物質であってもよい。

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、短波長の第１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、窒化物エピタキシャル層のみを分離して第１導電型基板に接合し、次いで第２及び第３半導体レーザ構造を形成するという案を提供する。とりわけ、本発明においてはより高温において成長させら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、同一基板上に各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、各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、４０５ｎｍ波長の半導体レーザのようにＧａＮ系半導体レーザ構造を含む３波長半導体レーザを製造するためにＧａＮ系半導体レーザを窒化物半導体成長用基板に成長させた後に分離し、これを再びＧａＡｓ基板のような第１導電型基板に接合して、残りの２個の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な基板上に成長させられ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提供された状態で製造されるので、完成した半導体レーザを夫々接合させる際に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から優れた３波長半導体レーザを製造することができる。

以下、添付の図に基づいて、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１８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って、窒化物エピタキシャル層の形成を説明する図である。このように、窒化物単結晶成長用基板であるサファイア基板２１上に、短波長（例えば、４０５ｎｍ）半導体レーザのための窒化物エピタキシャル層２５ａを形成する。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、第一活性層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としては、夫々ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層とｎ型ＧａＮ層、及びｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層とｐ型ＧａＮ層を用いてもよく、活性層２３ａはＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層から成る多重量子井戸構造を用いてもよい。

窒化物エピタキシャル層２５ａ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で形成してもよい。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を使用してもよい。

次いで、図９は、本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の分離を説明する図である。このように、サファイア基板２１から窒化物エピタキシャル層２５ａを分離する。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の方法またはそれらの組合により行うことができる。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の下面に照射して窒化物エピタキシャル層２５ａのサファイア基板２１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２５ａを容易にリフトオフすることができる。これと異なり、サファイア基板２１にドライエッチングまたはラッピング工程を適用し、化学的または機械的に除去する方法を使用してもよく、こうしたドライエッチングまたはラッピング工程を、上述したレーザを利用したリフトオフ工程と組み合わせて行ってもよい。代表例としては、ラッピング工程を通してサファイア基板２１の厚さを減少させた後、レーザを照射して窒化物エピタキシャル層２５ａを分離する工程を好ましく使用してもよい。

次いで、図１０は、本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の接合を説明する図である。このように、分離された窒化物エピタキシャル層２５ａを第１導電型基板３１上に接合する。第１導電型基板３１としては、後続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基板を用いても良い。本接合工程は導電性接着剤を使用できるが、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行うこともできる。例えば、窒化物エピタキシャル層２５ａ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と第１導電型基板３１とを接合できる。

次いで、図１１は、本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。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、第１導電型基板３１の一領域が露出するように、窒化物エピタキシャル層２５ａ（図１０）を選択的に除去する。本工程においてエッチングした結果から得られた窒化物エピタキシャル層（図１０の２５ａ）は、第１半導体レーザ構造２０ａとして形成されてもよい。また、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２及び第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の一領域中の一部上面には、第１半導体レーザ構造２０ａと分離されるように、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を順次に成長させることにより、第２半導体レーザ構造２０ｂを形成する（図１３参照）。また、第１導電型基板３１の一領域中の他の一部上面に第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂと分離されるように、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１５参照）。

以下、上記第２及び第３半導体レーザ構造の形成工程は、夫々図１２及び図１３と図１４及び図１５とに基づき説明する。

先ず、図１２は、本発明による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って、第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の形成を説明する図である。このように、第１半導体レーザ構造２０ａが形成された第１導電型基板３１の上面に第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層２５ｂを形成する。第２半導体レーザのためのエピタキシャル層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。エピタキシャル層２５ｂが７８０ｎｍ波長光のための半導体レーザとして設計される場合、第１導電型及び第２導電型第２クラッド層２２ｂ、２４ｂとしてはｎ型及びｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層、第２活性層２３ｂとしてはＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ／Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層を用いた多重量子井戸構造であってもよい。

次いで、図１３は、本発明による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って、第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。このように、第１導電型基板３１の一領域中の一部上面に限って第２半導体レーザ構造２０ｂが形成されるように、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層２５ｂ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半導体レーザ構造２０ａの上面と第１及び第２半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂとの間に位置するＡｌＧａＡｓ系エピタキシャル層２５ｂ部分を除去する（選択的に除去する）ことにより、残留した第２半導体レーザ構造２０ｂを第１半導体レーザ構造２０ａと分離させ、第１導電型基板３１の他の一部上面からＡｌＧａＡｓエピタキシャル層２５ｂを除去する（選択的に除去する）ことにより、第１導電型基板３１の上面を部分的に再び露出させる。

次に、図１４は、本発明による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って、第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の形成を説明する図である。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６５０ｎｍ波長光のための半導体レーザとして設計される場合、第１導電型及び第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、第３活性層２３ｃは、ＩｎＧａＰ／（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層を用いた多重量子井戸構造であってもよい。

次いで、図１５は、本発明による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って、第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。このように、第１導電型基板３１の一領域中の残りの一部上面に第３半導体レーザ構造２０ｃが形成されるように、ＡｌＧａＩｎＰ系エピタキシャル層２５ｃを選択的にエッチング（除去）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の上面と各半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃ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を相互に分離する。

また、好ましくは、図１６は、本発明による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って、リッジ構造の形成を説明する図である。このように、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、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）をリッジ構造に形成するためのエッチング工程を導入してもよい。上記リッジ構造の幅は約２〜７μｍを有するように形成してもよい。本工程を通して得たリッジ構造は、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可能である。

次いで、図１７は、本発明による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って、絶縁層の形成を説明する図である。このように、上記リッジ構造の上端面を除いた第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に第１導電型基板３１の全面に対して形成することができる。こうして、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用いることもできる。こうした絶縁層３２として、ＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄を使用してもよい。

最後に、図１８は、本発明による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って、電極の形成を説明する図である。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に接続されるように、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第２導電型クラッド層２４ａ、２４ｂ、２４ｃに接続されるように、各半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上面に形成されてもよい。第１電極３８は、ＡｕＧｅ、Ａｕ、Ｎｉまたはそれらの合金から構成されることができ、第２電極３９ａ、３９ｂ、３９ｃはＴｉ、Ｐｔ、Ｎｉ及びＡｕから成る群から選択された少なくとも一種の金属を用いて構成されてよい。こうして、固有な波長を発振する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１８に示すように、本発明を通して得た３波長半導体レーザ３０は第１導電型基板３１上にＧａＮ系物質から成る第１半導体レーザ構造２０ａと、ＡｌＧａＡｓ系物質から成る第２半導体レーザ構造２０ｂと、ＡｌＧａＩｎＰ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、ＧａＮ系物質から成る第１半導体レーザ構造２０ａは、別途の窒化物半導体成長用基板に成長させられてから分離されて接合され、第２及び第３半導体レーザ構造２０ｂ、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の一側に配することが好ましく、第２及び第３半導体レーザ構造２０ｂ、２０ｃも成長順序に応じてその一側から順序どおりに配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、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、成長条件が異なる第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方案を提供する。また、上記絶縁層は各半導体レーザ構造２０ａ、２０ｂ、２０ｃのパッシベーション層としても提供されるように、各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より限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲により限定される。したがって、特許請求の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、それもやはり本願の特許請求の範囲に記載された技術的思想に属するものといえる。

従来の２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って、第１半導体レーザのエピタキシャル層の形成を説明する図である。従来の２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って、第１半導体レーザのエピタキシャル層の除去を説明する図である。従来の２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って、第２半導体レーザのエピタキシャル層の形成を説明する図である。従来の２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って、第２半導体レーザのエピタキシャル層の除去を説明する図である。従来の２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って、リッジ構造の形成を説明する図である。従来の２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って、コンタクト層の形成を説明する図である。従来の２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って、電極の形成を説明する図である。本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の形成を説明する図である。本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の分離を説明する図である。本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の接合を説明する図である。本発明による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って、窒化物エピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。本発明による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って、第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の形成を説明する図である。本発明による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って、第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。本発明による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って、第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の形成を説明する図である。本発明による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って、第３半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層の選択的除去を説明する図である。本発明による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って、リッジ構造の形成を説明する図である。本発明による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って、絶縁層の形成を説明する図である。本発明による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って、電極の形成を説明する図である。

符号の説明

２１サファイア基板
２２ａ第１導電型第１クラッド層（ｎ型ＧａＮ系クラッド層）
２２ｂ第１導電型第２クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＡｓ系クラッド層）
２２ｃ第１導電型第３クラッド層（ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層）
２３ａ第１活性層（ＧａＮ系活性層）
２３ｂ第２活性層（ＡｌＧａＡｓ系活性層）
２３ｃ第３活性層（ＡｌＧａＩｎＰ系活性層）
２４ａ第２導電型第１クラッド層（ｐ型ＧａＮ系クラッド層）
２４ｂ第２導電型第２クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＡｓ系クラッド層）
２４ｃ第２導電型第３クラッド層（ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層）
３１第１導電型基板（ｎ型ＧａＡｓ基板）
３２絶縁層

Claims

窒化物単結晶成長用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窒化物エピタキシャル層を分離するステップと、
前記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導電型基板の一領域が露出するように前記窒化物エピタキシャル層を選択的に除去して第１半導体レーザ構造を形成するステップと、
前記第１導電型基板の一領域中の一部上面に前記第１半導体レーザ構造と分離されるように、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クラッド層が順次に成長させられたエピタキシャル層からなる第２半導体レーザ構造を形成するステップと、
前記第１導電型基板の一領域中の他の一部上面に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離されるように、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エピタキシャル層からなる第３半導体レーザ構造を形成するステップと、
前記第１導電型基板の下面に第１電極を形成し前記第２導電型第１クラッド層、前記第２導電型第２クラッド、および前記第２導電型第３クラッド層のそれぞれに接続される第２電極を形成するステップと、
を含み、
前記第１半導体レーザ構造のための窒化物エピタキシャル層はＧａＮ系半導体物質で、前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層はＡｌＧａＡｓ系半導体物質で、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の後、前記第１及び第２電極を形成するステップの前に、前記第１ないし第３半導体レーザ構造における前記各第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各第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、
前記第２電極は前記リッジ構造の前記上端面を通して前記各第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するように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または３に記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記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１〜４のいずれか一つに記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記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させるステップは、高温において前記分離された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させるステップであること、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第２半導体レーザ構造を形成するステップは、
前記第１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２クラッド層、前記第２活性層及び前記第２導電型第２クラッド層を順次に成長させ前記第２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１導電型基板の一領域中の一部上面に前記第１半導体レーザ構造と分離され前記第２半導体レーザ構造が形成されるように、前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層を選択的に除去するステップと、
を含む請求項１〜７のいずれか一つ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１導電型基板の一領域中の他の一部上面に前記第１及び第２半導体レーザ構造と分離され前記第３半導体レーザ構造が形成されるように、前記第３半導体レーザのためのエピタキシャル層を選択的に除去するステップと、
を含む請求項１〜８のいずれか一つ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基板であり、
前記窒化物エピタキシャル層は、ＧａＮ系半導体物質であること、
を特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の多波長半導体レーザの製造方法。
前記第１導電型基板は第１導電型ＧａＡｓ基板であり、
前記第２半導体レーザ構造のためのエピタキシャル層は、ＡｌＧａＡｓ系半導体物質であり、
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１〜１０のいずれか一つに記載の多波長半導体レーザの製造方法。