专利名称：双波长半导体激光器装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种例如用作光盘装置的拾取器用光源、其他电子装置、
和信息处理装置等所需的光源的红色(振荡波长650nm频带)及红外(振荡 波长780nm频带)的集成型高输出双波长半导体激光器装置及其制造方 法。
背景技术：
现在，市场销售可进行高密度记录、大容量的数字视频盘(DVD)及记 录*再现其的各种DVD装置。根据作为DVD记录装置对家庭的普及或对 个人电脑设备的标准装置等的普及状况，预料其需求今后日益延伸。另外， 也同时需要之前普及的致密盘(CD)的记录*再现功能，可记录'再现DVD 及CD两者成为必须的要件。现在，作为DVD记录再现用激光光源，使 用在活性层中使用了(AlxGa^)ylnLyP混晶(0^x^1、 0^y^l)的振荡波长 650nm带的半导体激光器，作为CD记录再现用激光光源，使用在活性层 中使用了 AlxGa，.xAs混晶(0^x^ l)的振荡波长780nm带的半导体激光器。
并且，近年来，对写入划线器(writescriber)(在盘表面上通过激光的能 量描绘文字或图案的机构)的对应期望也增加，期望CD记录再现用半导体 激光器的高输出化。
而且，在期待为高密度的大容量盘的蓝光盘(BD， Blu-ray Disc)中 使用振荡波长频带400nm的半导体激光器，但也存在与DVD及CD的光 学系统共同化的构想，在采用以BD用半导体激光器为中心的结构时，还 期望在DVD及CD用的半导体激光器中更高输出化。
另外，为了适应于市场急剧的成本降低的期望，期望构成半导体激光 器元件的光拾取器低成本化。为了光拾取器的低成本化，通常有大致2个 方法。 一是构成光拾取器的部件简化(削减)及低成本化。由于半导体激光 器是其基础部件，所以其自身不能削减，但可通过简化其结构及制作工艺来谋求低成本化。另一是提高光拾取器的成品率。作为成品率低的因素之 一，列举以前分别配置DVD及CD用半导体激光器，光拾取器的光学调
整工序复杂化。相反，最近，使用在相同基板上将DVD及CD用半导体 激光器集成为单片的双波长激光器。并且，通过光拾取器的简化，将部件 从金属变更为低价格的树脂系材料等，大多变成不利于散热的结构，半导 体激光器的温度特性提高也变得重要。
根据这些背景，在半导体激光器中，DVD及CD均期望CW光输出 超过200mW的集成型双波长半导体激光器，同时也强烈期望低成本化。
图10(a)及(b)表示现有的集成型双波长半导体激光器装置的结构。
在图10(a)示出的结构中，在相同的n型GaAs基板IOO上将CD用半 导体激光器(半导体激光器元件200A)和DVD用半导体激光器(半导体激光 器元件200B)制作成单片，CD用半导体激光器元件200A由AlGaAs混晶 构成，DVD用半导体激光器元件200B由AlGalnP混晶构成。具体地，CD 用半导体激光器元件200A通过由n型AlGaAs构成的包覆层101、由 AlGaAs构成的光引导层102、由AlGaAs构成的量子阱活性层103、由 AlGaAs构成的光引导层104、由p型AlGaAs构成的包覆层105、蚀刻终 止层106、成为脊部的由p型AlGaAs构成的包覆层107、电流狭窄层108、 和欧姆电极109及119构成。另夕卜，DVD用半导体激光器元件200B通过 由n型AlGalnP构成的包覆层110、由AlGalnP构成的光引导层111、由 AlGalnP构成的量子阱活性层112、由AlGalnP构成的光引导层113、由p 型AlGalnP构成的包覆层114、蚀刻终止层115、成为脊部的由p型AlGalnP 构成的包覆层116、电流狭窄层117、和欧姆电极118及119构成。
在具有以上结构的现有双波长半导体激光器装置中，在高输出激光器 的活性层结构中，通常多数情况采用多重量子阱结构，通常将该引导层或 势垒层的Al组成在包覆层和阱层的中间设定成尽可能低的值。这是因为 含反应性高的Al多的层的结晶性容易降低，活性层的发光效率降低的危 险变高。通常的引导层或势垒层的Al组成在CD用半导体激光器元件中 为0.3左右，在DVD用半导体激光器元件中为0.5左右。引导层和势垒层 的Al组成的设定考虑了结晶生长工序的稳定化及简化，常常设定为相同 值。
8并且，在图10(b)示出的结构中，与图10(a)示出的结构比较，在构成 CD用半导体激光器元件的包覆层由AlGalnP混晶构成的方面不同，其他 结构相同(例如，参照下述专利文献1及专利文献2)。具体地，构成CD用 半导体激光器元件200A的包覆层101a、 107a分别由n型AlGalnP及p型 AlGalnP构成。如本结构所示，可通过在包覆层上采用带隙(bandgap)大的 AlGaInP混晶，抑制载流子从活性层溢出，得到元件的高输出化效果。
另外，在具有法布里-佩洛型光谐振器结构的半导体激光器装置中，常 常因光射出端面的光学损伤COD(Catastrophic Optical Damage),限制光 输出，为了防止这种情况，必须设置端面窗结构(例如在图10(a)及(b)的结 构中，符号120表示端面窗结构)。所谓端面窗结构是通过在光射出端面附 近的量子阱活性层上有选择地扩散杂物，将量子阱活性层平均组成化，扩 大光射出端面附近的带隙。由此，可降低光射出端面附近的光吸收，可抑 帝ij COD。
报告了作为在形成该端面窗结构时使用的杂质，通常使用Zn，在由 AlGalnP混晶构成的半导体激光器元件中，量子阱活性层的平均组成化可 较容易地实现。并且，还报告了可通过60(TC左右的热扩散，可执行基于 Zn的量子阱活性层的平均组成化，COD水平提高的效果(以上，例如参照 下述非专利文献1及专利文献2)。
另外，由于AlGaAs混晶中的Zn扩散速度相对于AlGalnP混晶中的 Zn扩散速度慢，所以在图10(a)示出的由AlGaAs混晶构成的半导体激光 器元件200A中，基于Zn扩散的量子阱活性层不容易平均组成化。这方面， 例如，在下述非专利文献3中，介绍了在由AlGaAs系混晶构成的CD用 半导体激光器元件中，使用基于Zn扩散的二次扩散法，将Zn扩散进行至 活性层的事例，但表示了扩散温度高至90(TC， Zn难以扩散至AlGaAs系 混晶°
另外，还提议使用Si作为形成端面窗结构时使用的杂质的结构，在结 晶生长进行至量子阱活性层上的包覆层的一部分后，通过离子注入法导入 Si作为杂质(例如，参照专利文献3)，但由于需要在窗结构形成后再生长 包覆层等残留的半导体层，所以制作工艺复杂化。
专利文献l:日本特开2002-111136号公报专利文献2:日本特开2005-109102号公报 专利文献3:日本特开2002-185077号公报
非专利文献1:正EEJ.of Quantum Electronics, Vol.29， No.6， June 1993 pp. 1874-1879.
非专利文献2: JpnJ.Appl.Phys.VoL36(1997)pp.2666-2670 非专利文献3:正EEJ.of Quantum Electronics, Vol.26， No.5， May 1990 pp.837-842
可是，杂质在图10(b)示出的在包覆层中使用了 AlGalnP混晶的CD 用半导体激光器元件中比在图10(a)示出的在包覆层中使用了 AlGaAs混晶 的CD用半导体激光器元件中容易扩散，但可知存在因杂质的过量扩散， 窗区域的光吸收反而增加的现象。
图ll(a)及(b)表示对窗区域照射激励光，测定光致发光(PL)的波长的结 果，(a)是对CD用半导体激光器元件的测定结果，(b)是对DVD用半导体 激光器元件的测定结果。
如图ll(a)所示，对上述图10(a)示出的结构的CD用半导体激光器元 件，确认以某扩散时间为界，窗区域的PL光的波长变长(带隙缩小)的倾向。 另夕卜，如图ll(b)所示，对由AlGaInP混晶构成的DVD用半导体激光器元 件，没有确认上述图ll(a)示出的那样特征的倾向。这样，认为仅出现在图 ll(a)中的现象源于不仅量子阱活性层、既便在其与相邻的包覆层之间也产 生平均组成化。这方面，在包覆层中使用了 AlGaInP混晶的CD用半导体 激光器元件中的窗区域的带隙縮小的问题在上述专利文献1及专利文献2 中未记载，可知为了CD用半导体激光器元件的高输出化，仅在包覆层中 采用AlGalnP混晶是不充分的。
由于因AlGaAs结晶与AlGalnP结晶相比，构成元素不容易相互扩散， 需要高杂质浓度和高扩散温度，所以如果对活性层内进行过量的杂质扩 散，则在阱层和夹持其的势垒层中，可能出现伴随Al或Ca相互扩散的无 序化。可是，在CD用半导体激光器装置中，过量的杂质扩散使构成元素 的扩散从作为包覆层的AlGalnP结晶产生，无序化的结晶带隙变成比由阱 层和夹持其的势垒层的平均组成得到的带隙还小的值，作为窗结构不方 便。即，可知因构成包覆层的元素的不期望的扩散或过量的杂质影响，产生结晶缺陷，并且，因上述的扩散系数不同，至量子阱活性层的杂质产生 积存，基于自由载流子的光吸收增大，伴随载流子吸收的电流-光特性恶化
或低的光输出下的COD产生。同样可知，既便在DVD用半导体激光器元 件中，量子阱活性层及包覆层也均由AlGalnP结晶构成，但过量的杂质扩 散产生电流-光特性恶化或低光输出下的COD。
并且，如上所述，为了集成型双波长半导体激光器装置的高输出化， 尤其是难以通过简单的工序制作具有由AlGaAs混晶构成的量子阱活性层 的CD用半导体激光器元件的端面窗结构，更不容易在DVD用和CD用 两者上通过廉价的工序形成端面窗结构。
另外，认为在DVD用半导体激光器元件中，由于活性层也由AlGalnP 混晶构成，所以如非专利文献1及非专利文献2记载的那样，可更加促进 窗区域中的量子阱活性层的平均组成化，更扩大窗区域中的带隙(这可通过 上述的PL光的波长来评价)，但如上所述，包覆层不容易与由AlGalnP混 晶构成的CD用半导体激光器元件的窗结构同时形成，成为集成型双波长 半导体激光器的高输出化及低价格化的障碍。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种廉价的集成型高输出双波 长半导体激光器装置，在CD用半导体激光器元件的包覆层中采用了 AlGalnP混晶的集成型双波长半导体激光器元件中，通过优化对端面窗区 域的量子阱活性层进行平均组成化的杂质的扩散条件和量子阱活性层结 构，稳定实现CW光输出200mW以上的集成型双波长半导体激光器元件， 同时，使对CD用及DVD用半导体激光器元件两者的端面窗结构的制作 变得容易。
为了实现上述目的，本发明一方式的双波长半导体激光器装置，其在 第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端面附近具有窗结 构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，第1半导体激光器 元件至少具备在半导体基板上依次形成的第1导电型的第1包覆层、由 AIGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs混晶构成的势垒层的第1 量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导层、和第2导电型的第2包覆层；第2半导体激光器元件至少具备在半导体基板上依次形成的第1
导电型的第3包覆层、由AlGalnP混晶构成的第3引导层、具有由AlGalnP 混晶构成的势垒层的第2量子阱活性层、由AlGalnP混晶构成的第4引导 层、和第2导电型的第4包覆层；至少构成第1量子阱活性层的势垒层、 第1引导层、和第2引导层各自的Al组成大于0.47且0.60以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，构成第1量子阱活性 层的势垒层、第1引导层、和第2引导层的各自的Al组成为0.53以上且 0.60以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第2包覆层及第4包 覆层各自由AlGalnP混晶构成。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件的窗结构中的第1量子阱活性层内的第1杂质的峰值浓度，比第2半导 体激光器元件的窗结构中的第2量子阱活性层内的第2杂质的峰值浓度 高；第2杂质的峰值浓度为1 X 1018/cm3以上且1 X 1019/cm3以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件的窗结构中的第1杂质的半导体基板侧的扩散端，在第1包覆层的内部 中终止；第2半导体激光器元件的窗结构中的第2杂质的半导体基板侧的 扩散端，在第3包覆层的内部中终止；从第1量子阱活性层至第1杂质的 半导体基板侧的扩散端的距离，比从第2量子阱活性层至第2杂质的半导 体基板侧的扩散端的距离小。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，从第1量子阱活性层 至第1杂质的半导体基板侧的扩散端的距离为0.8nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，自第1半导体激光器 元件的窗区域的、由光致发光法或阴极发光法得到的光谱的第1峰值波长 为730nm以下；自第2半导体激光器元件的窗区域的、由光致发光法或阴 极发光法得到的光谱的第2峰值波长为595nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1峰值波长为 710nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件的振荡波长为760nm以上且790nm以下，第2半导体激光器元件的振荡波长为650nrn以上且670nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件及第2半导体激光器元件各自的CW动作时的光输出为200mW以上。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件及第2半导体激光器元件各自的垂直扩展角为18°以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第2引导层的膜厚为 10nm以上且43nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，构成第1量子阱活性 层的阱层由GaAs构成，构成第2量子阱活性层的阱层由GalnP构成。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，构成第1量子阱活性 层的阱层的膜厚比构成第1量子阱活性层的势垒层的膜厚薄。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，构成第1量子阱活性 层的阱层的膜厚为4nm以下。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，构成第1量子阱活性 层的阱层由二层构成。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第2包覆层的Al组 成比第4包覆层的A1组成大。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第2包覆层的晶格常 数相对于基板小，第4包覆层的晶格常数大于第2包覆层的晶格常数。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第2包覆层及第4包 覆层各自的掺杂质浓度为1 X 1017/cm3以上且1 X 1018/cm3以下，第2包覆 层的惨杂质浓度比第4包覆层的掺杂质浓度小。
在本发明一方式的双波长半导体激光器装置中，第1半导体激光器元 件的窗结构含有Zn或Si，第2半导体激光器元件的窗结构含有Zn。
本发明第1方式的双波长半导体激光器装置的制造方法，双波长半导 体激光器装置在第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端 面附近具有窗结构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，制 造方法包括:在半导体基板上的形成有第1半导体激光器元件的第1区域， 形成第1层叠结构的工序，其中第1层叠结构是至少依次层叠第1导电型 的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs混晶构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导层、 和第2导电型的第2包覆层而构成的；在半导体基板上的形成有第2半导 体激光器元件的第2区域，与第1层叠结构设置间隔地形成第2层叠结构 的工序，其中第2层叠结构是至少依次层叠第1导电型的第3包覆层、由 AlGalnP混晶构成的第3引导层、具有由AlGalnP混晶构成的势垒层的第 2量子阱活性层、由AlGalnP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第 4包覆层而构成的；和通过使相同种类的第1杂质及第2杂质热扩散，在 第1层叠结构中，形成扩散第1杂质而构成的第1半导体激光器元件的窗 结构，同时，在第2层叠结构中，形成扩散第2杂质而构成的第2半导体 激光器元件的窗结构的工序；第1半导体激光器元件的窗结构中的第1量 子阱活性层内的第1杂质的峰值浓度，比第2半导体激光器元件的窗结构 中的第2量子阱活性层内的第2杂质的峰值浓度大；第2杂质的峰值浓度 为1 X 1018/cm3以上且1 X 1019/cm3以下。
本发明第2方式的双波长半导体激光器装置的制造方法，双波长半导 体激光器装置在第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端 面附近具有窗结构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，制
造方法包括:在半导体基板上的形成有第1半导体激光器元件的第1区域，
形成第1层叠结构的工序，其中第1层叠结构是至少依次层叠第1导电型
的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs混晶 构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导层、 和第2导电型的第2包覆层而构成的；在半导体基板上的形成第2半导体 激光器元件的第2区域，与第1层叠结构设置间隔地形成第2层叠结构的 工序，其中第2层叠结构是至少依次层叠第1导电型的第3包覆层、由 AlGalnP混晶构成的第3引导层、具有由AlGalnP混晶构成的势垒层的第 2量子阱活性层、由AlGalnP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第 4包覆层而构成的；在第l层叠结构中的至少第l量子阱活性层中，离子 注入第1杂质的工序；和通过使与第1杂质不同种类的第2杂质热扩散， 在第2层叠结构中，形成扩散第2杂质而构成的第2半导体激光器元件的 窗结构，同时，形成使离子注入到第l层叠结构的第l杂质扩散而构成的 第1半导体激光器元件的窗结构的工序；第1半导体激光器元件的窗结构中的第1量子阱活性层内的第1杂质的峰值浓度，比第2半导体激光器元 件的窗结构中的第2量子阱活性层内的第2杂质的峰值浓度大；第2杂质 的峰值浓度为1 X 1018/cm3以上且1 X 1019/cm3以下。
在本发明第1或第2方式的双波长半导体激光器装置的制造方法中， 第1半导体激光器元件的窗结构中的第1杂质在半导体基板侧的扩散端， 在第1包覆层的内部中终止，第2半导体激光器元件的窗结构中的第2杂 质在半导体基板侧的扩散端，在第3包覆层的内部中终止。
在本发明第1或第2方式的双波长半导体激光器装置的制造方法中， 热扩散在第1半导体激光器元件的窗结构中的光致发光的峰值波长变为最 小的时间以下进行。
在本发明第1方式的双波长半导体激光器装置的制造方法中，第1杂 质及第2杂质为Zn。
在本发明第2方式的双波长半导体激光器装置的制造方法中，第1杂 质为Si，第2杂质为Zn。
发明效果
根据本发明的集成型双波长半导体激光器装置及其制造方法，由于未 将过量的杂质导入量子阱活性层，可增大端面窗结构的带隙，可在两者的 半导体激光器的端面通过简化的工艺形成光吸收少的窗结构，所以可廉价 地提供可高输出动作的集成型双波长半导体激光器装置。
图1(a) (d)是依次表示本发明第1实施方式的集成型双波长半导体激 光器装置的制造工序的工序截面图。
图2(a) (d)是依次表示本发明第1实施方式的集成型双波长半导体激 光器装置的制造工序的工序截面图。
图3(a)表示第1半导体激光器元件30A中的势垒层5a的Al组成(Xb)/ 引导层的Al组成(Xg)及引导层的膜厚与垂直方向的半值全角(垂直扩展角) 的关系，(b)表示第2半导体激光器元件中的势垒层的Al组成(Xb)/引导层 的Al组成(Xg)及引导层的膜厚与垂直方向的半值全角(垂直扩展角)的关 系。图4(a)是第1半导体激光器元件的窗区域中的基于光致发光(PL)法或 阴极发光法的发光光谱的峰值波长(PL波长)与杂质扩散时间的关系、和该 PL波长与势垒层的Al组成(Xb)及引导层的Al组成(Xg)的关系图，(b)是 第1半导体激光器元件的窗区域(端面窗结构)中的上述PL波长与COD 水平(CW)的关系图；(c)是第1实施方式中的势垒层及弓I导层的Al组成(Xg) 与连续发光动作后的COD水平(CW)下降量的关系图。
图5是本发明第1实施方式中的窗区域与增益区域的PL波形与光吸 收的关系图。
图6(a)是第2半导体激光器元件的窗区域中的基于光致发光(PL)法或 阴极发光法的发光光谱的峰值波长(PL波长)与杂质扩散时间的关系、和该 PL波长与势垒层的Al组成(Xb)及引导层的Al组成(Xg)的关系图，(b)是 第2半导体激光器元件的窗区域中的上述PL波长与COD水平(CW)的关 系图。
图7是第1半导体激光器元件中Zn扩散端与量子阱活性层之间的距 离与COK水平及窗区域的PL波长的关系图。
图8(a) (d)是依次表示本发明第2实施方式的集成型双波长半导体激 光器装置的制造工序的工序截面图。
图9(a) (c)是依次表示本发明第2实施方式的集成型双波长半导体激 光器装置的制造工序的工序截面图。
图10(a) (b)是现有的集成型双波长半导体激光器装置的结构图。
图11(a) (b)是表示对窗区域照射激励光，测定光致发光(PL)的波长的 结果图，(a)是对CD用半导体激光器的测定结果，(b)是对DVD用半导体 激光器的测定结果。
符号说明
1基板
2缓冲层
3包覆层
4引导层
5量子阱活性层
5a势垒层
165b阱层
6引导层
7包覆层
8蚀刻终止层
9包覆层
10接触层
11缓冲层
12包覆层
13引导层
14量子阱活性层
15引导层
16包覆层
17蚀刻终止层
18包覆层
19接触层
20、 40、 40a端面窗结构
20a扩散层
21脊(ridge)部
22电流块层
23p型欧姆电极
24n型欧姆电极
30A、 30C第1半导体激光器元件 30B第2半导体激光器元件
具体实施例方式
参照附图来说明本发明的各实施形态。 (第1实施形态)
下面，说明本发明第1实施方式的集成型双波长半导体激光器装置及
其制造方法。
图1(a) (d)及图2(a) (d)是依次表示本发明第1实施方式的集成型双波长半导体激光器装置的制造工序的工序截面图。下面，以制造在同一基
板上将例如是CD用半导体激光器(振荡波长760nm以上且790nm以下 (760 790nm》的第1半导体激光器元件30A和例如是DVD用半导体激光 器(振荡波长650nm以上且670nm以下(650 670nm))的第2半导体激光器 元件30B集成为单片的双波长半导体激光器装置的情况为例进行说明。
首先，如图l(a)所示，使用MOCVD等结晶生长装置，在从(100)面向 [Oll]方向倾斜10°的由n型GaAs构成的基板1上，按该顺序堆积由n型 GaAs构成的缓冲层2(膜厚0.5|im)、由n型(Alo.7Gao.3)o.siIn,P构成的包覆 层3(膜厚2.0|im)、由Alo,55Gao.45As构成的引导层4(膜厚20nm)、由GaAs 构成的阱层5b(阱数2)和由Ala55Gao.45As构成的包覆层5a(膜厚4nm)构成 的量子阱活性层5、由Alo.55Gao.45As构成的引导层6(膜厚20nm)、由p型 (Ala7Gaa3)。.51In().49P构成的包覆层7(膜厚0.2nm)、由p型GalnP构成的蚀 刻终止层8、由p型(八1。.70&0.3)0.51111。.49 构成的包覆层9(膜厚1.4pm)、和由 p型GaAs构成的接触层IO(膜厚0.2,)。并且，调整阱层5b的膜厚，以 使量子阱活性层5的发光波长为760 790nm，其膜厚大概为3nm 4nm。
接着，如图l(b)所示，使用光刻技术及蚀刻技术，去除存在于形成第 1半导体激光器元件30A的区域以外的区域的上述的缓冲层2、包覆层3、 引导层4、量子阱活性层5、引导层6、包覆层7、蚀刻终止层8、包覆层 9、和接触层10。
接着，如图l(c)所示，使用MOCVD等结晶生长装置，在基板l上的 全部面上，按该顺序堆积由n型GaAs构成的缓冲层ll(膜厚0.5pm)、由n 型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P构成的包覆层 12(膜厚2.0|_im)、由 (Alo.55Gao.45)0.51Ino.49P构成的引导层13、由GalnP构成的阱层14b(阱数3) 和由(Alo.55Gao.45)o.5,Ino.49P构成的势垒层14a构成的量子阱活性层14、由 (Al0.55Gao.45)0.51Ina49P构成的引导层15、由p型(Alo.7Gao.3)o.5,In,P构成的 包覆层16(膜厚0.2pm)、由p型GalnP构成的蚀刻终止层17、由p型 (Al0.7Gaa3)a51Ina49P构成的包覆层(膜厚1.4pm)18、由p型GaAs构成的接 触层(膜厚0.2,)19。并且，调整阱层14b的膜厚或歪斜量(歪量)，以使 量子阱活性层14的发光波长为650 670nm。
接着，如图l(d)所示，与图l(b)中示出的工序相同，使用光刻技术及
18蚀刻技术，去除存在于形成第2半导体激光器元件30B的区域以外的区域
的上述缓冲层ll、包覆层12、引导层13、量子阱活性层14、引导层15、 包覆层16、蚀刻终止层17、包覆层18、和接触层19。由此，如图l(d)所 示，形成相互设置间隔的2个层叠结构。
接着，如图2(a)所示，在第1半导体激光器元件30A及第2半导体激 光器元件30B的谐振器前后的端面附近，使用光刻技术，有选择地形成扩 散Zn用的图案。具体地，通过在端面附近对掩膜(未图示)开口，按该顺 序形成Zn扩散源(未图示)、罩膜(未图示)，并在57(TC的氮气气氛中热处 理，将Zn同时导入量子阱活性层5及14两者，通过进行平均组成化，制 作端面窗结构20。
接着，如图2(b)所示，在构成第1半导体激光器元件30A的接触层 10上、和构成第2半导体激光器元件30B的接触层19上，使用光刻技术， 形成条纹状的图案(未图示)，通过蚀刻去除包覆层9及接触层10和包覆层 18及接触层19，露出蚀刻终止层8及17的上面。由此，制作脊状结构， 形成的脊部21具有对量子阱活性层5、 14注入载流子的作用和封闭横向 光的作用。在本工序中，为了简化制作工艺，最好在接触层10及19两者 上形成共同的掩膜图案，并同时蚀刻。
接着，如图2(c)所示，制作电流块层22，以仅将脊部21的上面开口。 常常在电流块层22中使用半导体层，但也可使用光吸收少的绝缘膜。例 如，由于可通过使用SiN膜，削减结晶生长次数，所以实现低价格化。
最后，如图2(d)所示，将晶片薄膜化(未图示)至100pm左右后，在n 侧及p侧双方制作欧姆电极23及24。
在经过以上的工序后，制作具有图2(d)示出的结构的集成型双波长半 导体激光器装置。
下面，具体说明本实施方式的集成型双波长半导体激光器装置的结构 上的特征。
图3(a)表示第1半导体激光器元件30A中的势垒层5a的Al组成(Xb)/ 引导层4、 6的Al组成(Xg)及引导层6的膜厚与垂直方向的半值全角(垂直 扩展角)的关系。并且，该图表示Xb和Xg相等，引导层4、 6的膜厚也相 等的情况。
19如图3(a)所示，由于若Xb、 Xg变大，则折射率变小，所以量子阱活
性层中的垂直方向的光封闭降低，垂直扩展角变小。在搭载于记录再现用 光盘用拾取器装置的半导体激光器元件中，在提高一组光学系统中的光耦
合效率的目的下，强烈要求垂直扩展角不足18。。相反，若垂直扩展角变
窄，则有可能导致光射出端面的光封闭变弱，光拾取器装置的透镜未充分 縮小光斑尺寸，光盘上邻接的凹陷(pit)信息的分解能力降低。从上述可 知，搭载于记录再现用光盘用拾取器装置的半导体激光器所要求的垂直扩
展角为14° 18° ，最好为16°左右，但考虑制造工序的误差，若将设 计上的上下限设为15° 17°时，将Xb、 Xg值设定在后述的0.47 0.60 值的范围，则引导层6的膜厚为10nm 43nm。这点可知，因为若引导层 6的膜厚变厚，则杂质到达量子阱活性层5的时间变长，由p型AlGalnP 构成的包覆层7中的杂质浓度过量而不好，所以几十nm是界限，但作为 本实施方式中的引导层6的膜厚是足够的值。
接着，图3(b)表示第2半导体激光器元件30B中的势垒层14a的Al 组成(Xb)/引导层13、 15的Al组成(Xg)及引导层15的膜厚与垂直方向的 半值全角(垂直扩展角)的关系。并且，该图表示Xb与Xg相等，引导层 13、 15的膜厚也相等的情况。
如图3(b)所示，由于若Xb、 Xg变大，则折射率变小，所以量子阱活 性层中的垂直方向的光封闭降低，垂直扩展角变小。在搭载于记录再现用 光盘用拾取器装置的半导体激光器元件中，在提高一组光学系统中的光耦 合效率的目的下，强烈要求垂直扩展角不足18。。相反，若垂直扩展角变 窄，则担心光射出端面的光封闭变弱，光拾取器装置的透镜未充分縮小光 斑尺寸，光盘上邻接的凹陷信息的分解能力降低。从上述可知，搭载于记 录再现用光盘用拾取器装置的半导体激光器元件所要求的垂直扩展角为 14° 18° ，最好为16°左右，但考虑制造工序的误差，若将设计上的上 下限设为15° 17°时，将Xb、Xg的值设定在后述的0.5 0.6值的范围， 则引导层15的膜厚为30nm 100nm，但在DVD用半导体激光器元件中， 由于通过后述的端面窗结构，垂直扩展角变窄的倾向比CD用半导体激光 器元件大，所以作为设计的垂直扩展角以引导层13、 15的膜厚进行调整， 所以不限定，但只要在上述的膜厚范围内设定即可。图4(a)表示在第1半导体激光器元件30A的窗区域(端面窗结构20)中 的基于光致发光(PL)法或阴极发光法的发光光谱的峰值波长(PL波长)与杂 质扩散时间的关系、和该PL波长与势垒层5a的Al组成(Xb)及引导层4、 6的Al组成(Xg)的关系。并且，该图表示Xb与Xg相等的情况。
如使用上述图ll(a)说明的那样，若杂质扩散时间变长，则存在窗区域 的PL波长反而变长的倾向，窗区域的光吸收增加。减少光吸收后，为了 提高(高光输出化)COD水平，将构成量子阱活性层5的阱层5b中的Al组 成和势垒层5a/引导层4、 6中的A1组成的组成差增大是有效的。认为这 是因为通过利用Zn将由AlGaAs混晶构成的量子阱活性层5平均组成化 时，变为Al组成更大的AlGaAs混晶，PL波长变短(带隙变大)，所以如 图5所示，可引起在窗区域的光吸收减少。为了将在窗区域中平均组成化 的AlGaAs混晶的Al组成增大，最好使具有最小组成的阱层5b的膜厚薄， 势垒层5a的膜厚比阱层5b厚。如上所述，由于在第1半导体激光器元件 30A中，振荡波长被指定为760 790nm，所以作为构成量子阱活性层5 的阱层5b，最好Al组成为0.04以下，并且，更好采用Al组成为0的GaAs。 阱层5B为GaAs时，其膜厚为4nm以下。因此，如后述那样，既便量子 阱活性层5的Zn的峰值浓度为2X 10'9/cm3以下，也可充分地平均组成化。
图4(b)表示第1半导体激光器元件30A的窗区域(端面窗结构20)中的 上述PL波长与COD水平(CW)的关系。并且，COD水平通过600mA以 下的动作电流来测定。
如图4(b)所示，可确认COD水平(CW)在窗区域中的PL波长变长时 降低的倾向。可知为了稳定实现200mW以上的COD光输出，最好窗区域 中的PL波长为730nm以下，为了在动作电流600mA以下的范围内无 COD，波长为710nm以下。动作电流在600mA以下没有COD表示可实 现500mW以上的光输出。
并且，由于在阱层5b和位于其两侧的势垒层5a及引导层4、 6的界 面中的结构元素的相互扩散在几nm左右的范围发生，如上述图4(a)所示， 峰值波长大致由这些平均组成的带隙确定，在阱层5b由GaAs构成时，上 述的PL波长730nrn对应于与阱层5b相同膜厚的势垒层5a及引导层4、 6 中的Al组成均为0.47，上述的PL波长710nm对应于与阱层5b相同膜厚的势垒层5a及引导层4、 6的组成均为0.53。并且，可知在阱层5b比势 垒层5a及引导层4、 6的膜厚薄时，势垒层5a及引导层4、 6的Al组成 即便在比上述值小的值的Al组成下也可实现。另外，由于存在若势垒层 5a及引导层4、 6的A1组成高，则促进杂质的扩散，容易混晶化，因氧气 的取入变多，结晶性降低或量子阱界面的平坦性恶化的弊端，所以最好势 垒层5a及引导层4、 6的Al组成为0.6以下。具体地，在势垒层5a及引 导层4、 6的Al组成比0.6高时，确认了发生COD，装置的温度特性恶化 的倾向。即，认为原因在于由于注入的载流子的均匀性降低、或含反应 性高的Al多的AlGaAs层的结晶性降低，所以是在将其用于活性层时，因 内在的结晶缺点或杂质水平等导致的元件恶化产生。从以上可知，最好势 垒层5a及引导层4、 6的Al组成比0.47高，为0.60以下。并且，若Al 组成比0.5高，为0.60以下，则最好可在低浓度的杂质中形成。
图4(c)表示第1实施方式中的势垒层5a及引导层4、 6的Al组成(Xg) 和连续发光动作后的COD水平(CW)的降低量的关系。另外，图表的纵轴 是在100°C、 250mW(CW)中600小时连续动作后的COD水平的降低量。 用于COD评价，将相同条件下制作的试样作为在连续动作前后各自的多 个COD评价，设其平均值的差为COD降低量。并且，所谓COD降低量 是从初始COD值中减去连续发光动作后的COD值的值。
这里，由于若在期望连续发光动作中COD水平大幅降低，则损坏装 置的可靠性，所以除提高初始COD水平外，抑制COD降低量也重要。因 为上述的PL波长730nm的初始COD水平为300mW以上，所以为了得到 稳定的200mW以上的光输出，期望COD水平的降低量为100mW以下。
如图4(c)所示，可知势垒层5a及引导层4、 6的Al组成为0.47时， COD降低量为100mW，满足200mW以上的稳定动作。并且，最好在所 述Al组成比0.53高时，几乎不产生COD水平降低，可实现更稳定的连 续发光动作。
接着，图6(a)表示第2半导体激光器元件30B的窗区域(端面窗结构 20)的中基于光致发光(PL)法或阴极发光法的发光光谱的峰值波长(PL波 长)与杂质扩散时间的关系、和该PL波长与势垒层14a的Al组成(Xb)及引 导层13、 15的AI组成(Xg)的关系。并且，该图表示Xb与Xg相等的情况。如图6(a)所示，第2半导体激光器元件30B的情况与上述第1半导体 激光器元件30A的情况不同，若杂质扩散时间变长，则窗区域的PL波长 单调地变短，窗区域的光吸收减少。为了实现上述的第l半导体激光器元 件30A的窗区域及第2半导体激光器元件30B的窗区域同时形成，不能 单方面的增长杂质扩散时间，最好杂质扩散时间设定为不超过第l半导体 激光器元件30A的窗区域的PL波长变为最小值的时间。这是因头由于窗 区域形成以后的制作工艺中的热处理、或使装置连续发光时的发热等，窗 区域中的Zn更加扩散，通过窗区域的PL波长变长(带隙变窄)，降低窗区 域的光吸收增加的危险，实现稳定的COD水平。并且，与第l半导体激 光器元件30A的情况相同，降低光吸收后，为了提高COD水平(高光输 出化)，将构成量子阱活性层14的阱层14b的Al组成与势垒层14a及引导 层13、 15的Al组成的组成差变大有效。
图6(b)表示第2半导体激光器元件30B的窗区域(端面窗结构20)中的 上述PL波长与COD水平(CW)的关系。
如图6(b)所示，与第1半导体激光器元件30A的情况相同，可确认 COD水平(CW)在窗区域的PL波长变长时降低的倾向。为了实现稳定的比 200mW高的COD光输出，最好窗区域中的PL波长为595nm以下，这时， 根据图6(a)的关系，最好势垒层14a及引导层13、 15的Al组成为0.50以 上。并且，与上述的第1半导体激光器元件30A的情况相同，在势垒层 14a及引导层13、 15的Al组成比0.6高时，为了确认装置的温度特性未 恶化的倾向，最好势垒层14a及引导层13、 15的A1组成为0.6以下。从 以上可知，最好势垒层14a及引导层13、 15的Al组成为0.50以上，为 0,6以下。
接着，说明关于形成第1及第2半导体激光器元件30A及30B中的 端面窗结构20用的杂质扩散。
首先，就杂质的热扩散温度而言，尤其是为了回避构成由AlGalnP层 构成的第2半导体激光器元件30B的包覆层16、 18内的Zn扩散至去除窗 区域的有助于激光器振荡的增益区域中的量子阱活性层14，使第2半导体 激光器元件30B的特性恶化产生，最好将作为AlGalnP混晶的结晶生长温 度650。C设为杂质扩散温度的上限。另外，最好杂质扩散温度的下限设定为超过杂质扩散时间，生产率不降低。
这里，本实施方式的量子阱活性层中的Zn的峰值浓度在构成第1半 导体激光器元件30A的量子阱活性层5中为8X 10力cn^左右，在构成第2 半导体激光器元件30B的量子阱活性层14中为5X10iS/ci^左右。这方面， 若Zn的峰值浓度分别在第1半导体激光器元件30A及第2半导体激光器 元件30B时超过2X 1019/cm3、 1 X 10'9/cm3，则确认自由载流子导致光吸收 增大，COD水平降低。即，最好在双波长激光器的窗结构的形成中，将 红外激光器及红色激光器的的量子阱活性层中的杂质浓度分别控制在2X 10,cn^以下、lX10"/cmS以下。这时，根据结构元件的相互扩散至多在 几nm左右的范围内产生的现象，为了平均组成化，最好构成量子阱活性 层的阱层及势垒层的膜厚限制在几nm的范围。另外，作为Zn的峰值浓 度下限，根据lX1018/cm3左右的浓度，产生量子阱结构的平均组成化， 记载于参考文献(J.W.LeeandW,D丄aiding: J.Electron.Mater. 13(1984) 147)。
另外，在对第1半导体激光器元件30A及第2半导体激光器元件30B 两者同时进行Zn扩散时，由于在由AlGaAs混晶构成量子阱活性层5的 第〖半导体激光器元件30A中比第2半导体激光器元件30B更加抑制Zn 扩散，所以确认第1半导体激光器元件30A的量子阱活性层5中的Zn的 峰值浓度比第2半导体激光器元件30B的量子阱活性层14中的Zn的峰值 浓度大的倾向。
在双波长半导体激光器装置中，在同时形成红外激光器(第1半导体激 光器元件30A)和红色激光器(第2半导体激光器元件30B)的窗结构时，需 要将AlGalnP层用于包覆层，但如上所述，红外激光器的量子阱活性层内 的杂质浓度可比红色激光器的量子阱活性层内的杂质浓度高。另外，在红 外激光器中，只要将AlGalnP层至少用于位于量子阱活性层上的包覆层即 可。
下面，说明扩散Zn时的该终端(Zn扩散端)。
Zn扩散是按照使第1半导体激光器元件30A中的包覆层3及第2半 导体激光器元件30B中的包覆层12中终止的方式进行的。这是因为若Zn 扩散端到达由n型GaAs构成的缓冲层2及11，则产生元件漏电。具体地， 在本实施方式中，从第1半导体激光器30A中的量子阱活性层5至Zn扩
24散端的距离为0.5pm左右，从第2半导体激光器30B中的量子阱活性层 14至Zn扩散层的距离为0.7pm左右。在对第1半导体激光器元件30A及 第2半导体激光器元件30B两者同时进行Zn扩散时，如上所述，由于在 第1半导体激光器元件30A中比在第2半导体激光器元件30B中更抑制 Zn扩散，所以确认Zn扩散端在第1半导体激光器元件30A时比在第2半 导体激光器元件30B时浅的倾向。
另外，图7表示第1半导体激光器元件30A中Zn扩散端距量子阱活 性层5的距离与COD水平及窗区域的PL波长的关系。
如图7所示，可知若Zn扩散端距量子阱活性层5的距离变大，则存 在COD水平降低的倾向。认为这是因为若Zn扩散端距量子阱活性层5的 距离为某值以上，则窗区域的PL波长变长，窗区域中的光吸收增加，量 子阱活性层5中的Zn峰值浓度增加，自由载流子吸收等增加。并且，如 图中A、 B所示，因既便是相同的PL波长，COD水平也变化，所以距 Zn扩散端的量子阱活性层5的距离为重要的参数，为了实现稳定的 200mW(CW)以上的COD水平，最好Zn扩散端距量子阱活性层5的距离 为0.8(im以下。
具有上述特征的本发明第1实施方式的集成型双波长半导体激光器装 置可实现第1及第2半导体激光器元件30A及30B的CW光输出均超过 200mW的性能，同时，可在第1及第2半导体激光器元件30A及30B中 同时形成窗区域，可通过简化的制作工艺来廉价地制造。更具体地，由于 作为第1半导体激光器元件30A的构成红外激光器的阱层5b由具有4nm 以下膜厚的GaAs构成，势垒层5a的膜厚比阱层5b的膜厚还厚，Al组成 满足0.47<Xg、 Xb^O.6的关系，由基于光致发光法或阴极发光法的量子 阱活性层5的端面窗结构20得到的发光光谱的峰值波长为730nm以下， 端面结构20中的第1半导体激光器元件30A的杂质浓度大于第2半导体 激光器元件30B的杂质浓度，第2半导体激光器元件30B的杂质浓度为1 X1019/cm3以下，所以可实现载流子吸收或光吸收少、具有结晶性优的端 面窗结构的高输出双波长激光器装置。
变形例
下面，说明上述的第1实施方式的变形例。具体地，说明如果是含有Al的相同的化合物半导体混晶，则利用A1组成越高、Zn扩散系数越大的 倾向，AlGalnP混晶的晶格常数越小、越促进Zn扩散的特性，在更短时 间内进行上述的第1半导体激光器元件30A中的端面窗结构20的形成的 实施例。
如果引导层4、6和势垒层5a的Al组成(Xg、Xb)满足上述的0.47<Xg、 Xb^0.6的关系，则构成为从基板1侧按结晶生长顺序A1组成变高，艮卩， 在第1半导体激光器元件30A中，引导层4、势垒层5a、和引导层6的各 Al组成xl、 x2、 x3按该顺序变高，同样，在第2半导体激光器元件30B 中，也可构成为引导层13、势垒层14a、和引导层15的Al组成x4、 x5、 x6按该顺序变高。这样，由于使在端面窗结构20形成中的Zn扩散从远 离基板1侧向附近方向进行，所以最好通过构成为基板1侧的Al组成更 低，Al组成与上述各层中相同情况比较，至量子阱活性层5的Zn扩散更 顺利地进行，促进平均组成化。
并且，如果引导层6的A1组成满足上述关系，则既便不是单层也可 以。SP，在设引导层6为由Al组成不同的多个层构成的结构时，如上所 述，最好降低该多个层中接近于基板1侧的层的Al组成。
并且，可通过设定第1半导体激光器元件30A中的包覆层7及9的 Al组成比第2半导体激光器元件30B中的包覆层16及18的Al组成大， 在第1半导体激光器元件30A中，促进至量子阱活性层5的Zn扩散。
并且，可通过设定第1半导体激光器元件30A中的包覆层7及包覆层 9的晶格常数比第2半导体激光器元件30B中的包覆层16及18的晶格常 数小，在第1半导体激光器元件30A中同样促进Zn扩散。
并且，可通过使第1半导体激光器元件30A中的包覆层7及包覆层9 的掺杂质浓度比第2半导体激光器元件30B中的包覆层16及18的掺杂质 浓度大，在第1半导体激光器30A中同样促进Zn扩散。这时，考虑至增 益区域中的量子阱活性层5的Zn扩散，最好第1半导体激光器元件30A 中的包覆层7及包覆层9和第2半导体激光器元件30B中的包覆层16及 18的Zn的浓度为1 X 1017/cm3以上且1 X 1018/cm3以下。
另外，在以上的实施方式中，说明了在端面窗结构20的形成中，将 第1半导体激光器元件30A和第2半导体激光器元件30B同时扩散杂质
26的实例，但既便分别进行也可以。这时，制作工艺数量增加，但尤其在第
2半导体激光器元件30B的高输出化(提高COD水平)优先时，可分别进行。
另外，既便将本实施方式的集成型双波长半导体激光器装置制作成个 别的半导体激光器装置也可以。这时，可更简化制作工艺，可实现廉价的
高性能的CD用和DVD用的半导体激光器装置。 (第2实施方式)
下面，说明本发明第2实施方式的集成型双波长半导体激光器装置及 其制造方法。
图8Ca) (d)及图9(a) (c)是依次表示本发明第2实施方式的集成型双 波长半导体激光器装置的制造工序的工序截面图。下面，与第l实施方式 相同，使用实例说明制造在同一基板上将例如作为CD用半导体激光器(振 荡波长760 790nm)的第1半导体激光器元件30C和例如作为DVD用半 导体激光器(振荡波长650 67nm)的第2半导体激光器元件30B集成为单 片的双波长半导体激光器装置的情况。
首先，如图8(a)所示，使用MOCVD等结晶生长装置，在从(100)面向 [Oll]方向倾斜10°的由n型GaAs构成的基板1上，依次堆积由n型GaAs 构成的缓冲层2(膜厚0.5nm)、由n型(Alo.7Gao.3)o.s,Ino.49P构成的包覆层3(膜 厚2.0pm)、由Al0.55Ga。.45As构成的引导层4(膜厚20nm)、由GaAs构成的 阱层5b(阱数2)和由Al。.55Gao.45As构成的势垒层5a(膜厚4nm)构成的量子 阱活性层5、由Ala55Gao.45As构成的引导层6(膜厚20nm)、由p型 (Al0.7Gao.3)o.51Ina49P构成的包覆层7(膜厚0.2(im)、和由p型GalnP构成的 蚀刻终止层8。并且，量子阱活性层5调整阱层5b的膜厚，以使发光波长 为760 790nm。并且，在本工序中，与上述的第1实施方式比较，不堆 积由p型(Alo.7Gao.3)o.5,In,P构成的包覆层9(膜厚1.4pm)、和由p型GaAs 构成的接触层IO(膜厚0.2pm)。
接着，如图8(b)所示，在第1半导体激光器元件30C的谐振器前后的 端面附近，使用光刻技术，有选择地离子注入Si。具体地，使用端面附近 开口的由Si02构成的掩膜(示图示)，通过在加速电压50 150keV、 一次 量(dose amount) 1 X 1013 1 X 1015/cm2左右的条件下离子注入Si，形成端面窗结构40的一部分。
接着，如图8(c)所示，使用MOCVD等结晶生长装置，堆积由p型 (Alo.7Ga。.3)a51In().49P构成的包覆层9(膜厚L4iim)、和由p型GaAs构成的接 触层IO(膜厚0.2pm)。
接着，如图8(d)所示，使用光刻技术及蚀刻技术，去除存在于形成第 1半导体激光器元件30C的区域以外的区域的上述缓冲层2、包覆层3、 引导层4、量子阱活性层5、引导层6、包覆层7、蚀刻终止层8、包覆层 9、和接触层10。
接着，如图9(a)所示，使用MOCVD等结晶生长装置，在基板1上的 全部面上，按该顺序堆积由n型GaAs构成的缓冲层11(膜厚0.5pm)、由n 型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P 构成的包覆层 12(膜厚 2.0|im)、 由 (Alo.55Gao.45)o.51In,P构成的引导层13、由GalnP构成的阱层14b(阱数3) 和由(Alo.55Gao.45)asiIno.49P构成的势垒层14a构成的量子阱活性层14、由 (Ala55Gaa45)o.51Ina49P构成的引导层15、由p型(Alo.7Gao.3)(^Ina49P构成的 包覆层16(膜厚0.2fam)、由p型GalnP构成的蚀刻终止层17、由p型 (Ala7Gao.3)o.51Ina49P构成的包覆层(膜厚1.4pm)18、由p型GaAs构成的接 触层(膜厚0.2pm)19。并且，量子阱活性层14调整阱层14b的膜厚或歪斜 量，以使发光波长为650 670nm。
接着，如图9(b)所示，与图8(d)示出的工序相同，使用光刻技术及蚀 刻技术，去除存在于形成第2半导体激光器元件30B的区域以外的区域的 上述的缓冲层ll、包覆层12、引导层13、量子阱活性层14、引导层15、 包覆层16、蚀刻终止层17、包覆层18、和接触层19。由此，如图9(b)所 示，形成相互设置间隔的2个层叠结构。
接着，如图9(c)所示，仅在第2半导体激光器元件30B的谐振器前后 的端面附近，使用光刻技术，有选择地形成扩散Zn用的图案。具体地， 将掩膜在端面附近开口 (未图示)，并按该顺序形成Zn扩散源(未图示)、 罩膜(未图示)，通过在57(TC的氮气气氛中热处理，将注入第1半导体激 光器元件30C的Si导入量子阱活性层5中，并且，向第2半导体激光器 元件30B的量子阱活性层14中导入Zn，通过进行平均组成化，制作端面 窗结构40及20。
28以后的工序与上述第1实施方式中的使用图2(b) (d)的说明相同。这 样，制作集成型双波长半导体激光器装置。另外，本实施方式的集成型双 波长半导体激光器装置及其制造方法中的特征与第1实施方式的集成型双 波长半导体激光器装置及其制造方法比较，具有仅扩散至第1半导体激
光器元件(30A、 30B)的杂质(Zn、 Si)及其制造方法不同，其他与第1实施 方式中的说明相同。
本发明第2实施方式的集成型双波长半导体激光器装置可实现第2半 导体激光器元件30C及30B的CW的光输出均超过200mW的性育g，而且， 可同时在第1及第2半导体激光器元件30C及30B中实施窗区域的杂质扩 散，可通过简化的制作工艺廉价地制造。
另外，将本实施方式的集成型双波长半导体激光器装置制作为个别的 半导体激光器装置也可以。这时，制作工艺可更简化，可实现廉价的高性 能的CD用和DVD用半导体激光器装置。
产业上的可利用性
本发明适用于用作光盘装置的拾取器用光源、其他电子装置、和信息 处理装置等所需的光源的红色(振荡波长650nm带)及红外(振荡波长 780nm带)的集成型高输出双波长半导体激光器装置及其制造方法。
权利要求
1、一种双波长半导体激光器装置，其在第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端面附近具有窗结构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，所述第1半导体激光器元件至少具备在所述半导体基板上依次形成的第1导电型的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs混晶构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导层、和第2导电型的第2包覆层；所述第2半导体激光器元件至少具备在所述半导体基板上依次形成的第1导电型的第3包覆层、由AlGaInP混晶构成的第3引导层、具有由AlGaInP混晶构成的势垒层的第2量子阱活性层、由AlGaInP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第4包覆层；至少构成所述第1量子阱活性层的势垒层、所述第1引导层、和所述第2引导层各自的Al组成大于0.47且0.60以下。
2、 根据权利要求l所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 构成所述第1量子阱活性层的势垒层、所述第1引导层、和所述第2弓I导层各自的Al组成为0.53以上且0.60以下。
3、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于-所述第2包覆层及所述第4包覆层各自由AlGalnP混晶构成。
4、 根据权利要求l所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第1量子阱活性层内的第1杂质的峰值浓度，比所述第2半导体激光器元件的所述窗结构中 的所述第2量子阱活性层内的第2杂质的峰值浓度高；所述第2杂质的峰值浓度为1 X 1018/cm3以上且1 X 1019/cm3以下。
5、 根据权利要求4所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第1杂质的所述半导体基板侧的扩散端，在所述第1包覆层的内部中终止；所述第2半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第2杂质的所述半 导体基板侧的扩散端，在所述第3包覆层的内部中终止；从所述第1量子阱活性层至所述第1杂质的所述半导体基板侧的扩散 端的距离，比从所述第2量子阱活性层至所述第2杂质的所述半导体基板侧的扩散端的距离小。
6、 根据权利要求5所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于从所述第1量子阱活性层至所述第1杂质的所述半导体基板侧的扩散端的距离为0.^m以下。
7、 根据权利要求l所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于自所述第1半导体激光器元件的所述窗区域的、由光致发光法或阴极发光法得到的光谱的第1峰值波长为730nm以下；自所述第2半导体激光器元件的所述窗区域的、由光致发光法或阴极 发光法得到的光谱的第2峰值波长为595nm以下。
8、 根据权利要求7所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1峰值波长为710nm以下。
9、 根据权利要求7所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1半导体激光器元件的振荡波长为760nm以上且790nm以下； 所述第2半导体激光器元件的振荡波长为650nm以上且670nm以下。
10、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1半导体激光器元件及所述第2半导体激光器元件各自的CW动作时的光输出为200mW以上。
11、 根据权利要求10所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于: 所述第1半导体激光器元件及所述第2半导体激光器元件各自的垂直扩展角为18。以下。
12、 根据权利要求ll所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于: 所述第2引导层的膜厚为10nm以上且43nm以下。
13、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 构成所述第1量子阱活性层的阱层由GaAs构成；构成所述第2量子阱活性层的阱层由GalnP构成。
14、 根据权利要求13所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于: 构成所述第1量子阱活性层的阱层的膜厚，比构成所述第1量子阱活性层的势垒层的膜厚薄。
15、 根据权利要求13所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于:构成所述第1量子阱活性层的阱层的膜厚为4nm以下。
16、 根据权利要求13所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于:构成所述第1量子阱活性层的阱层由二层构成。
17、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第2包覆层的Al组成大于所述第4包覆层的Al组成。
18、 根据权利要求l所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第2包覆层的晶格常数相对于所述基板为负；所述第4包覆层的晶格常数大于所述第2包覆层的晶格常数。
19、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第2包覆层及所述第4包覆层各自的掺杂质浓度为1X10力cm3以上且1X10，cn^以下；所述第2包覆层的掺杂质浓度小于所述第4包覆层的掺杂质浓度。
20、 根据权利要求1所述的双波长半导体激光器装置，其特征在于 所述第1半导体激光器元件的所述窗结构含有Zn或Si;所述第2半导体激光器元件的所述窗结构含有Zn。
21、 一种双波长半导体激光器装置的制造方法，所述双波长半导体激 光器装置在第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端面附 近具有窗结构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，所述制造方法包括在所述半导体基板上的形成有所述第1半导体激光器元件的第1区 域，形成第1层叠结构的工序，其中所述第1层叠结构是至少依次层叠第 1导电型的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs 混晶构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导 层、和第2导电型的第2包覆层而构成的；在所述半导体基板上的形成有所述第2半导体激光器元件的第2区 域，与所述第1层叠结构设置间隔地形成第2层叠结构的工序，其中所述 第2层叠结构是至少依次层叠第1导电型的第3包覆层、由AlGalnP混晶 构成的第3引导层、具有由AlGalnP混晶构成的势垒层的第2量子阱活性 层、由AlGalnP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第4包覆层而构成的；和通过使相同种类的第1杂质及第2杂质热扩散，在所述第1层叠结构中，形成扩散所述第1杂质而构成的所述第1半导体激光器元件的所述窗结构，同时，在所述第2层叠结构中，形成扩散所述第2杂质而构成的所 述第2半导体激光器元件的所述窗结构的工序；所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第1量子阱活性层 内的所述第1杂质的峰值浓度，比所述第2半导体激光器元件的所述窗结 构中的所述第2量子阱活性层内的所述第2杂质的峰值浓度大；所述第2杂质的峰值浓度为1 X 1018/cm3以上且1 X lO,cm3以下。
22、 一种双波长半导体激光器装置的制造方法，所述双波长半导体激 光器装置在第1导电型的单结晶半导体基板上具备各自在光谐振器端面附 近具有窗结构的第1半导体激光器元件及第2半导体激光器元件，所述制造方法包括在所述半导体基板上的形成有所述第1半导体激光器元件的第1区 域，形成第1层叠结构的工序，其中所述第1层叠结构是至少依次层叠第 1导电型的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs 混晶构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导 层、和第2导电型的第2包覆层而构成的；在所述半导体基板上的形成所述第2半导体激光器元件的第2区域， 与所述第1层叠结构设置间隔地形成第2层叠结构的工序，其中所述第2 层叠结构是至少依次层叠第1导电型的第3包覆层、由AlGalnP混晶构成 的第3引导层、具有由AlGalnP混晶构成的势垒层的第2量子阱活性层、 由AlGalnP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第4包覆层而构成的；在所述第1层叠结构中的至少所述第1量子阱活性层中，离子注入第 l杂质的工序；和通过使与所述第1杂质不同种类的第2杂质热扩散，在所述第2层叠 结构中，形成扩散所述第2杂质而构成的所述第2半导体激光器元件的所 述窗结构，同时，形成使离子注入到所述第1层叠结构的所述第1杂质扩 散而构成的所述第1半导体激光器元件的所述窗结构的工序；所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第1量子阱活性层内的所述第1杂质的峰值浓度，比所述第2半导体激光器元件的所述窗结 构中的所述第2量子阱活性层内的所述第2杂质的峰值浓度大；所述第2杂质的峰值浓度为1 X 1018/cm3以上且1 X 1019/cm3以下。
23、 根据权利要求21或22所述的双波长半导体激光器装置的制造方 法，其特征在于所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第1杂质的所述半 导体基板侧的扩散端，在所述第l包覆层的内部中终止；所述第2半导体激光器元件的所述窗结构中的所述第2杂质的所述半 导体基板侧的扩散端，在所述第3包覆层的内部中终止。
24、 根据权利要求21或22所述的双波长半导体激光器装置的制造方 法，其特征在于所述热扩散，在所述第1半导体激光器元件的所述窗结构中的光致发 光的峰值波长变为最小的时间以下的时间内进行。
25、 根据权利要求21所述的双波长半导体激光器装置的制造方法， 其特征在于所述第1杂质及所述第2杂质为Zn。
26、 根据权利要求22所述的双波长半导体激光器装置的制造方法， 其特征在于所述第1杂质为Si; 所述第2杂质为Zn。
全文摘要
稳定实现CW光输出200mW以上的集成型双波长半导体激光器。双波长半导体激光器装置具备第1半导体激光器元件，具备第1导电型的第1包覆层、由AlGaAs混晶构成的第1引导层、具有由AlGaAs混晶构成的势垒层的第1量子阱活性层、由AlGaAs混晶构成的第2引导层、和第2导电型的第2包覆层；和第2半导体激光器元件，具备第1导电型的第3包覆层、由AlGaInP混晶构成的第3引导层、具有由AlGaInP混晶构成的势垒层的第2量子阱活性层、由AlGaInP混晶构成的第4引导层、和第2导电型的第4包覆层。至少构成第1量子阱活性层的势垒层、第1引导层及第2引导层各自的Al组成大于0.47且0.60以下。
文档编号H01S5/40GK101505036SQ20091000167
公开日2009年8月12日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月11日
发明者牧田幸治, 鹿岛孝之 申请人:松下电器产业株式会社