CN1531156A - 半导体激光器装置及使用该激光器装置的光学拾取装置 - Google Patents

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Abstract

提供了远场图(FFP)的光轴稳定化的、在高输出下也可以进行基横模振荡的半导体激光器装置。另外，提供了FFP光轴稳定化的、在高输出下也可以通过基横模振荡进行工作的光学拾取装置。半导体激光器装置在由化合物半导体构成的倾斜衬底上形成，包含有源层和夹着该有源层的两个包覆层，所述包覆层中的一个形成台面状的脊，所述脊包含所述脊的底部的宽度基本固定的第一区域、及所述脊的底部的宽度连续变化的第二区域，所述第二区域位于所述第一区域和光路上的端面之间。

Description

半导体激光器装置及 使用该激光器装置的光学拾取装置
技术领域
本发明涉及半导体激光器装置及使用该半导体激光器装置的光学拾取装置。
背景技术
目前，半导体激光器装置(下文中也称作半导体激光器)广泛地应用于各种领域。其中，AlGaInP类半导体激光器可以获得波长为650纳米波长带的激光，因此在光盘系统领域中被广泛地用作光源。作为代表性的半导体激光器，已知的半导体激光器具有包括有源层和夹着该有源层的两个包覆层(cladding layer)的双异质结构，并具有其中一个所述的包覆层形成台面(mesa)上的脊(ridge)的结构。这种半导体激光器在例如日本专利文献JP2001-196694A等中公开。
图18表示了具有双异质结构的AlGaInP类半导体激光器的一个例子。另外，省略了下文中各个层的组成比。在图18所示的半导体激光器中，在以从面(100)向方向[011]倾斜15°的面作为主平面的n型GaAs衬底101上，顺序地层叠了n型GaAs缓冲层102、n型GaInP缓冲层103、n型(AlGa)InP包覆层104。进一步在其上方，层叠有应变量子阱有源层105、p型(AlGa)InP第一包覆层106、p型(或者无掺杂)GaInP蚀刻阻挡层107、p型(AlGa)InP第二包覆层108、p型GaInP中间层109以及p型GaAs覆盖层110。其中，p型(AlGa)InP第二包覆层108、p型GaInP中间层109、p型GaAs覆盖层110在p型GaInP蚀刻阻挡层107上形成为具有正向台面形状的脊。另外，在p型GaInP蚀刻阻挡层107上以及所述脊的侧面上，形成n型GaAs电流阻断层111，在n型GaAs电流阻断层111及p型GaAs覆盖层110上，层叠有p型GaAs接触层112。另外，应变量子阱有源层105由(AlGa)InP层以及GaInP层构成。
在图18中所示的半导体激光器中，由p型GaAs接触层112注入的电流被n型GaAs电流阻断层111仅限制在脊部，并集中注入至脊的底部附近的应变量子阱有源层105中。这样，尽管注入电流小到几十毫安，但也可实现激光振荡(激光激射)所必须的载流子的反转分布状态。这时，光通过载流子的重新结合(复合)产生，且对于与应变量子阱有源层105垂直的方向，通过n型(AlGa)InP包覆层104、p型(AlGa)InP第一包覆层106这两个包覆层执行了光的封闭(限制)，而对于与应变量子阱有源层105平行的方向，为使GaAs电流阻断层111吸收所产生的光而执行光的封闭。其结果是，由注入电流而产生的增益，如果超过在应变量子阱有源层105内的波导中的损耗就将发生激光振荡。
另外，在如图18所示的AlGaInP类半导体激光器中，一般为获得良好的温度特性T0，广泛地使用以从面(100)向方向[011]倾斜7°～15°范围的面为主平面的GaAs衬底(例如，参照上述JP2001-196694A)。温度特性T0的值越大，半导体激光器的温度依赖性就越小，这样可以获得更实用的半导体激光器。
但是，如图18所示的半导体激光器，在使用以从特定的结晶面倾斜θ°的面作为主平面的衬底的情况下，仅使用化学的湿法蚀刻(wetetching)法形成的脊的断面形状，从光路方向(波导方向)看时将形成左右不对称。例如，在图18所示的例子中，衬底的主平面与脊的侧面的夹角分别为θ1°＝54.7°-θ°，θ2°＝54.7°+θ°。
通过利用离子束蚀刻等物理蚀刻法进行脊的形成，可以使脊的断面形状从光路方向看时左右对称。但是，在这种情况下，由于脊的侧面上残留物理损伤，存在着在脊的侧面和电流阻断层之间的边界上产生泄漏，电流限制效果降低的可能性。考虑在通过物理蚀刻法形成脊之后，并且在电流阻断层形成之前，以化学方式对脊的侧面进行蚀刻的方法等，但脊的断面形状从光路方向看时形成左右不对称的可能性较高。
在脊的断面形状从光路方向看上去左右不对称的情况下，波导的断面形状从光路方向看上去也形成左右不对称。于是，有源层中的载流子分布图形的峰值中心位置、及在波导中传播的光的强度分布图形的峰值中心位置之间容易产生水平方向的偏移(ΔP)。一般情况下，如果电流注入量增大半导体激光器形成高输出状态，则在有源层内部中光强度分布为最大的区域中载流子的浓度相对地减小，容易发生载流子的空间烧孔。在发生空间烧孔的情况下，ΔP越大，载流子分布图形的非对称性也将趋向于变得更大。因此，在ΔP较大的半导体激光器(即，从光路方向看上去脊的断面形状更不对称的半导体激光器)中，因为在高输出状态下光的振荡位置不稳定，将出现电流-光输出特性容易产生弯曲、即所谓“扭折”(kink)的问题。
传统上，即使波导的断面形状是不对称的，只要光输出为50mW的水平，作为半导体激光器就可以维持基横模振荡。例如，在半导体激光器作为光盘系统的光源使用的情况下，为了使振荡激光在光盘等记录介质上集中于透镜的衍射极限的程度，获得基横模振荡是非常重要的。但是，在今后实现能以更高速度读取的光盘系统的情况下，希望可以实现即使在100mW以上的高输出状态下也能够稳定地得到基横模振荡的半导体激光器。
为此，在以从特定的结晶面倾斜的面作为主平面的衬底上形成、并形成台面状的脊的半导体激光器中，要求可以在更高的输出状态下也能稳定地进行基横模振荡的半导体激光器。
发明内容
本发明的半导体激光器装置，在由化合物半导体构成的倾斜衬底上形成，包含有源层和夹着该有源层的两个包覆层，所述包覆层中的一个形成台面状的脊，所述脊包含所述脊的底部的宽度基本固定的第一区域、及上述脊底部的宽度连续变化的第二区域，所述第二区域位于所述第一区域和光路上的端面之间。
另外，本发明的光学拾取装置，包括半导体激光器装置、及接收从所述半导体激光器装置射出的光在记录介质中反射的反射光的光接收部。其中所述半导体激光器装置在由化合物构成的倾斜衬底上形成，包含有源层和夹着该有源层的两个包覆层，所述包覆层中的一个形成台面状的脊。另外，所述脊包含所述脊的底部的宽度基本固定的第一区域、及所述脊的底部的宽度连续变化的第二区域，所述第二区域位于所述第一区域和光路上的端面之间。
附图说明
图1为表示本发明的半导体激光器装置的一个例子的截面示意图。
图2为表示本发明的半导体激光器装置中的脊的一个例子的示意图。
图3为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，电流—电压特性中的微分电阻Rs和脊的底部的宽度之间的关系的一个例子的图。
图4为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，最大光输出和脊的底部的宽度之间的关系的一个例子的图。
图5为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，有效折射率的分布的一个例子的图。
图6A和图6B为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，强度以及载流子浓度的分布的一个例子的图。
图7为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，电流-光输出特性的一个例子的图。
图8为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，发生扭折前后的近场的结果的一个例子的图。
图9为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，载流子浓度的分布的一个例子的图。
图10为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，载流子浓度的分布的一个例子的图。
图11为表示在脊的底部的宽度在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同的半导体激光器装置中，载流子浓度的分布的最大值的差与脊底部的宽度之间的关系的一个例子的图。
图12为表示本发明的半导体激光器装置中第一区域的长度和最大光输出之间的关系的一个例子的图。
图13为表示本发明的半导体激光器装置中第一区域的长度和电流—电压特性中的微分电阻Rs之间的关系的一个例子的图。
图14为表示本发明的半导体激光器装置中电流-光输出特性的一个例子、及现有的半导体激光器装置中电流-光输出特性的一个例子的图。
图15A～图15F为表示本发明的半导体激光器装置的制造方法的一个例子的示意图。
图16为表示本发明的光学拾取装置的一个例子的示意图。
图17为表示本发明的光学拾取装置的另一个例子的示意图。
图18为表示现有的半导体激光器装置的一个例子的截面示意图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的实施方式中，有时相同部分被标以相同的符号，并省略重复的说明。
首先，说明本发明的半导体激光器装置(以下，也称作半导体激光器)。
图1为表示本发明的半导体激光器装置的一个例子的截面示意图。图1所示的半导体激光器装置1，在以从面(100)向方向[011]倾斜10°的面作为主平面的n型GaAs衬底10上形成。在n型GaAs衬底10上，顺序地层叠了n型GaAs缓冲层11、n型(AlGa)InP第一包覆层12、有源层13、p型(AlGa)InP第二包覆层14、及p型GaInP保护层15。半导体激光器装置1形成有源层13被两个包覆层夹着的双异质结构。
另外，通过p型(AlGa)InP第二包覆层14，在有源层13上形成具有正向台面形状的脊。进一步，形成n型AlInP电流阻断层16，以覆盖上述脊的侧面，在该n型AlInP电流阻断层16和位于脊上部的p型GaInP保护层15上，层叠有p型GaAs接触层17。其中，图1的例子中所示的有源层13，为由(AlGa)InP第一引导层131、GaInP第一阱层132、(AlGa)InP第一势垒层133、GaInP第二阱层134、(AlGa)InP第二势垒层135、GaInP第三阱层136以及(AlGa)InP第二引导层137构成的应变量子阱有源层。在图1所示的半导体激光器中，由于使用的衬底是以从面(100)向方向[011]倾斜10°的面作为主平面的倾斜衬底(也可称作偏离方向衬底—off-orientationsubstrate)，因此脊的侧面与衬底主平面所成的角度θ1和θ2(θ1为锐角)分别为θ1＝44.7°，θ2＝64.7°。其中，省略了上述各层中的组成比。另外，上述组成比的一个例子将在下文中描述。
在图1所示的半导体激光器装置1中，从p型GaAs接触层17注入的电流因为被n型AlInP电流阻断层16仅限制在脊部，从而集中注入脊底部附近的有源层13中。因此，激光振荡所必须的载流子的反转分布状态可以利用几十毫安左右的注入电流实现。此时，通过载流子的重新结合而发出的光，对于与有源层13的主平面垂直的方向，将形成被n型(AlGa)InP第一包覆层12以及p型(AlGa)InP第二包覆层14这两个包覆层所封闭。另外，对于与有源层13的主平面平行的方向，将形成被与p型(AlGa)InP第二包覆层14相比折射率更小的n型AlInP电流阻断层16所封闭。因此，可以实现以脊为波导的(脊形波导型的)、并可进行基横模振荡的半导体激光器元件。
另外，在图1所示的半导体激光器装置1中，由p型(AlGa)InP第二包覆层14形成的脊，包含脊的底部的宽度W为基本固定的第一区域和脊的底部的宽度W连续变化的第二区域。另外，第二区域位于第一区域和半导体激光器装置1的光路上的端面之间。
在这样的半导体激光器装置中，通过脊的底部宽度为基本固定的第一区域，可以使相对于从光路方向看的脊的断面形状的相对发光位置基本固定。就是说，可以形成在高输出下也能够稳定振荡、且振荡后的激光的远场图(以下称作FFP)的光轴稳定的半导体激光器装置。另外，通过脊的宽度为连续变化的第二区域，由于脊的宽度可以较宽，因此可以降低元件的电流—电压特性中的微分电阻(以下称作Rs)。因此，可以获得FFP的光轴稳定化的、Rs降低的、在高输出下也可以进行基横模振荡的半导体激光器装置。其中，所谓脊的底部的宽度“基本固定”，意味着例如脊的底部的宽度中最大值和最小值之间的差为该最大值的20％以下。
下面说明本发明的半导体激光器装置的构想。
如上所述，在倾斜衬底上形成的半导体激光器装置由于在温度特性T0方面非常出色，从光路方向看的脊的断面形状左右不对称，因此在高输出状态下容易产生扭折。为了抑制在更高的光输出下扭折的产生，方法之一是降低载流子浓度分布的不对称性。为此，例如只要通过使带(stripe)的宽度变窄、并使朝向带的中央的载流子注入电流密度增大，来抑制载流子的空间烧孔即可。就是说，通过使脊的底部的宽度变小，即可获得能够在更高的输出下稳定振荡的半导体激光器装置。其中，在本说明书中的“左右不对称”中的“左右”，表示如图1所示，半导体激光器装置的衬底位于下方时，从光路方向看的半导体激光器装置的断面中的“左右”。
另外，在电流阻断层的折射率比形成脊的第二包覆层的折射率小，而且是由对振荡后的激光透明的电流阻断层形成的有效折射率波导型激光的情况下，一般来说，为获得抑制高阶横模振荡的稳定的基横模振荡，较理想的是使脊的底部的宽度尽可能小。
但是，脊的底部宽度变小时，脊的上部的宽度也同时变小。半导体激光器装置的Rs由注入电流最狭窄的脊的上部的宽度决定。因此，为在更高的输出下实现稳定振荡而仅减小脊的底部的宽度，将可能导致Rs增大、工作电压增大。由于工作电压增大时工作耗电也将增大，因此半导体激光器装置的发热量将变大，存在关于温度特性T0劣化和可靠性下降的可能性。
另外，在半导体激光器装置用于光盘系统的情况下，有时向半导体激光器入射从光盘反射回来的光。在返回光成分增大时，可能产生模式跳动噪声，降低重现信号时的信噪(S/N)比。为了抑制这种现象，使振荡的激光多模化的方法是有效的。一般来说，在半导体激光器装置中，通过在驱动电流上叠加高频电流，可以使振荡激光多模化。但是，此时由于若Rs增大，则工作电流的变化对于工作电压的变化也将变小，因此叠加了高频的电流分量也趋向于变小。另外，由于在工作电流的变化减小时，具有可振荡增益的波长宽度的变化也变小，因此振荡频谱的多模性有可能损失，且来自光盘的干涉噪声有可能增大。就是说，Rs增大时，可能导致半导体激光器装置的可靠性下降。
因此，在本发明的半导体激光器装置中，通过将脊分为第一区域和第二区域，并控制各自的宽度，可以获得上述问题的影响得到抑制的半导体激光器装置。
第一区域的长度(连接光路上端面之间的方向的长度)，可以是在例如谐振器长度的5％～45％范围内，其中最好在5％～20％范围内。另外，第二区域的长度(连接光路上端面之间的方向的长度)，可以是在例如谐振器长度的55％～95％范围内，其中最好在80％～95％范围内。另外，在存在多个第二区域的情况下，上述第二区域的长度可以是作为所存在的多个第二区域的合计长度。这同样适用于存在多个第一区域的情况。另外，本发明的半导体激光器装置中谐振器长度的值并没有特别限定，该值例如在800μm～1500μm的范围内。在半导体激光器装置的输出为100mW以上的情况下，根据抑制泄漏电流的观点，谐振器的长度也可为例如900μm～1200μm的范围。
在本发明的半导体激光器装置中，在上述第二区域中，上述脊的底部的宽度也可以随着远离上述第一区域而增大。可以获得FFP光轴稳定化的、使Rs进一步降低的、在高输出下也可进行基横模振荡的半导体激光器装置。
另外，在本发明的半导体激光器装置中，上述第二区域也可以位于上述第一区域和光路上一侧的端面之间，以及上述第一区域和光路上另一侧的端面之间的两处位置。可以获得FFP光轴稳定化的、使Rs进一步降低的、在高输出下也可进行基横模振荡的半导体激光器装置。
另外，在本发明的半导体激光器装置中，在上述第一区域和第二区域的边界处，上述第一区域中的上述脊的底部的宽度可以和上述第二区域中上述脊的宽度基本上相同。可以抑制上述第一区域和第二区域的边界处的光强度分布变化，并进一步降低波导损耗。另外，所谓“基本相同”，意味着在上述第二区域和第一区域的边界处，两个区域中的脊的宽度差为例如0.2μm以下。
本发明的半导体激光器装置中的脊的形状的一个例子在图2中示出。图2为表示在图1所示半导体激光器装置中，从p型GaAs接触层17侧看的脊的形状的示意图。在图2所示的例子中，半导体激光器装置1的脊包含脊的底部宽度W1基本为固定的第一区域21、及脊的底部宽度W2为连续变化的第二区域22。另外，第二区域22中，脊的底部的宽度W2随着远离第一区域21而增大。另外，第二区域22位于第一区域21和光路上一侧的端面23之间，以及第一区域21和光路上另一侧的端面24之间两处。进一步，在第一区域21和第二区域22的边界25，第一区域21的脊底部宽度W1和第二区域22的脊底部宽度W2基本上相同，两个区域的脊的侧面是连续的。
通过形成这样的半导体激光器装置，可以获得FFP光轴稳定化的、Rs和波导损耗进一步降低的、在高输出下也可进行基横模振荡的半导体激光器装置。
在图1所示的半导体激光器装置中，各个层的厚度、组成、组成比、导电性等并未具体限定。可以根据半导体激光器装置的必要特性任意设定。例如，各个层可以为如下所示的厚度、组成和组成比。其中，括弧内表示的数值为各个层的厚度，为便于理解，引用了与图1相同的标号。
各个层的组成比和厚度的一个例子是，n型GaAs缓冲层11(0.5μm)、n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第一包覆层12(1.2μm)、p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第二包覆层14、p型Ga0.51In0.49P保护层15(50nm)、p型GaAs接触层17(3μm)。另外，有源层13的一个例子是，由(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(50nm)第一引导层131、Ga0.48In0.52P(5nm)第一阱层132、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5nm)第一势垒层133、Ga0.48In0.52P(5nm)第二阱层134、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5nm)第二势垒层135、Ga0.48In0.52P(5nm)第三阱层136以及(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5nm)第二引导层137构成的应变量子阱有源层。p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第二包覆层14的一个例子是，位于脊上部的p型GaInP保护层15和有源层13之间的距离为1.2μm，脊的底部和有源层的距离dp为0.2μm的第二包覆层。n型AlInP电流阻断层16的厚度的一个例子是0.7μm。另外，在该例子中，脊上部的宽度比脊底部的宽度约小1μm。
有源层13并非局限于如上述例子所示的应变量子阱有源层。例如，也可以使用无应变的量子阱有源层或者体有源层(bulk activelayer)。另外，有源层13的导电性也并未具体限定。其为p型也可，为n型也可。为无掺杂有源层也可以。
另外，如图1所示的例子，如果使用对振荡的激光透明的电流阻挡层，则可以降低波导损耗，并可能降低工作电流值。另外，在这种情况下，由于在波导中传播的光的分布可以较多地透过电流阻断层，因此带区域内外的有效折射率的差(Δn)可以为10-3的量级。另外，通过调节图1所示的距离dp，Δn可以被精确地控制，可以获得降低工作电流值的、在高输出下也可以进行稳定振荡的半导体激光器装置。另外，Δn的范围时例如3×10-3～7×10-3的范围。在上述范围中，在高输出下也可以进行基横模振荡。
从衬底的特定结晶面(在图1所示的例子中，面(100))倾斜的角度(倾角)θ的值不限于图1所示的10°，其并不具体限定。例如可以在7°～15°的范围内。在该范围中，可以获得在温度特性T0方面非常出色的半导体激光器装置。如果倾角比上述范围小，则因为形成自然超晶格而可能使包覆层的带隙变小，导致温度特性T0降低。另外，如果倾角比上述范围大，则从光路方向看的脊的断面形状的不对称性增大，而且，可能使有源层的结晶度下降。
在本发明的半导体激光器装置中，上述第一区域的上述脊的底部宽度可以在1.8μm～2.5μm的范围内。通过形成这样的半导体激光器装置，在脊的底部宽度为固定的第一区域中，可以进一步抑制载流子的空间烧孔的产生。因此，可以获得在更高的输出下也可以抑制扭折产生的半导体激光器装置。
另外，在本发明的半导体激光器装置中，上述第二区域的上述脊的底部宽度可以为2.4μm～3μm。通过形成这样的半导体激光器装置，在第二区域中，进一步抑制Rs的增大的同时，还可以更有效地切断高阶横模，可以获得在更高的输出下也可以进行基横模振荡的半导体激光器装置。
在本发明的半导体激光器装置中，上述第一区域中上述脊的底部宽度，与上述第二区域的上述脊的宽度的最大值的差可以不大于0.5μm。通过形成这样的半导体激光器装置，在第二区域中，可以抑制伴随光强度分布变化的波导损耗的增大，获得进一步降低波导损耗的半导体激光器装置。
在本发明的半导体激光器装置中，上述端面附近的上述有源层可以通过杂质扩散而无序化。通过形成这样的半导体激光器装置，可以增大上述端面附近的有源层的带隙，获得相对激光的更透明的端面窗结构。因此，可以获得在更高的光输出下也不容易出现端面破坏(所谓C.O.D.)的半导体激光器装置。
杂质可以使用例如Si、Zn、Mg、O等。另外，杂质的扩散量(掺杂量)在例如1×1017cm-3～1×1020cm-3的范围内。杂质的扩散距离可以为自半导体激光器元件的端面起，例如10μm～50μm的范围内。
下面，使用对半导体激光器装置的实验结果，进一步详细说明本发明。另外，下文中所示的各个实验，并不限于具体的记载，使用半导体激光器装置领域内的一般方法进行。
首先，在具有与图1所示的例子相同的断面结构以及组成比的半导体激光器装置中，研究了脊的底部的宽度在光路上的一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同时(即，如上所述，在不设置脊的底部宽度为连续变化的第二区域的状态下)，Rs和脊的底部的宽度(脊下端宽度)之间的关系。其结果在图3中示出。
如图3所示，脊的底部的宽度为2.4μm以上时，可以看出Rs将变为6.5Ω以下。
一般来说，4倍速以上的高倍速DVD系统的光源所必须的Rs的值为6.5Ω以下。另外，在脊的底部的宽度超过3μm的情况下，认为可能出现高阶横模振荡。因此，脊的底部的宽度在2.4μm以上3μm以下的范围内时，可以获得能进一步抑制Rs的增大的、稳定地进行横模振荡的半导体激光器装置。另外，此时脊的上部的宽度在1.0μm以上1.6μm以下的范围内。
下面，在具有与图1所示的例子相同的断面结构以及组成比的半导体激光器装置中，研究了脊的底部的宽度在光路上的一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同时，脉冲驱动时的最大光输出和脊的底部的宽度之间的关系。其结果在图4中示出。其中，激光的振荡在半导体激光器装置的温度为70℃、脉冲宽度为200ns、占空比为50％的条件下进行。
如图4所示，在脊的底部的宽度超过2.5μm的情况下，可以看出最大光输出由发生扭折时的光输出决定。另外，随着脊的底部的宽度增大，发生扭折的光输出值降低。另一方面，在脊的底部的宽度为2.5μm以下的情况下，可以看出虽然不会发生扭折但是光输出被热饱和所限制。另外，由于脊的底部的宽度越小Rs将增大，因此可以看出热饱和的光输出趋向于变得更小。从这些结果可以看出，脊的底部的宽度在2.5μm以下的范围内，可以获得能抑制扭折发生的半导体激光器装置。但是同时，可以看出随着脊的底部的宽度进一步变小，发生热饱和的可能性将变高。
下面，考察在具有与图1所示的例子相同的断面结构的激光器中，脊的底部的宽度在光路上的一侧的端面和另一侧的端面之间基本相同时，发生扭折的原因。作为一个例子，脊的底部的宽度为2.7μm、距离dp为0.2μm的情况下的有效折射率的分布在图5中示出。另外，图5中所示的有效折射率的分布，为对于图1所示的半导体激光器装置中从光路方向看的断面的水平方向的分布，中心是指脊的底部的开口部的中心。另外，有效折射率的分布通过计算求出。
如图5所示，可以看出，脊的侧面中较陡峭的斜面一侧(θ2一侧)的有效折射率，与较平缓的斜面一侧(θ1一侧)的有效折射率相比，相对距离中心的距离其变化更为陡峭。这样，可以认为有效折射率的分布左右不对称诱发了扭折的发生。
下面，同样地，在具有与图1所示的例子相同的断面结构的激光器中，振荡阈值的状态(室温、连续振荡(CW)、工作电流值35mA)下发光强度的分布的一个例子和载流子浓度分布的一个例子在图6A及图6B中示出。另外，图6A及图6B中所示的各个分布为相对图1所示的半导体激光器装置中从光路方向看的断面的水平方向的分布，中心是指脊的底部的开口部的中心。
如图6A所示，可以看出发光强度的峰值位置从脊的底部的中心向陡峭的斜面一侧(θ2一侧)偏移0.18μm(图6A中所示的L1)。在通过在这种状态下增加注入电流，例如成为100mW以上的高输出状态而发生载流子空间烧孔的情况下，偏向脊的侧面中陡峭的斜面一侧产生受激发射。因此，载流子浓度的分布如图6B所示，表现出在平缓的斜面一侧中的载流子浓度相对较大的左右不对称分布。这样，在载流子浓度分布在脊的平缓的斜面一侧中不均匀的状态下，由载流子浓度的分布的状态接受的光强度的增益变大时，光强度的分布将进一步向平缓的斜面一侧移动，这就是产生扭折的原因。
另外，在暂时发生扭折，光强度的分布向脊的平缓的斜面一侧移动较大时，由于注入载流子通过受激发射而重新结合而在脊的平缓的斜面一侧损耗得更强，因此这次相反地脊的陡峭的斜面一侧的载流子浓度的分布变得相对较大，光强度的分布将基本恢复原来的状态。
在显示出这一过程的室温、CW的状态下，电流-光输出特性以及光强度的分布图形(近场：near field)的观察结果在图7及图8中示出。在即将发生扭折之前(图7及图8所示的P1)处，光强度的分布的中心(峰值位置)位于脊的底部的大约中心的位置。在发生扭折(P2)时，光强度分布的峰值位置向脊的平缓的斜面一侧移动，发生光输出(发光效率)的不连续的降低。此后，由于脊的陡峭的斜面一侧的增益与脊的平缓的斜面一侧的增益相比变得相对较大，因此可以看出光强度的分布返回原来的位置(P3)，光输出(发光效率)也回到基本上原来的状态。
另外，在使用以倾斜衬底作为衬底的情况下，如图6所示，光强度的分布图形的峰值位置和载流子浓度的分布图形的峰值位置，为彼此偏移的位置。因此，通过计算可以了解有源层中的载流子浓度的分布，对于半导体激光器装置中从光路看的断面是左右不对称的。图9中示出了该计算结果。图9为表示在具有与图1所示相同的断面结构以及组成比的半导体激光器装置中，在室温、CW、50mW的状态下的载流子浓度分布的图。另外，图9所示的分布为对于图1所示半导体激光器装置中从光路方向看的断面的水平方向的分布，中心被表示为脊的底部的开口部的中心。另外，脊的底部的宽度，在光路上一侧的端面和另一侧的端面之间基本上相同(2.7μm)。
如图9所示，可以看出相对于中心，载流子浓度分布的最大值的差(ΔNc)约为1.3×1018cm-3。
与此相对比，如图10所示，可以看出在脊的底部的宽度为2.5μm以下的值小到2.3μm的情况下(其他条件与图9的情况相同)，ΔNc下降至0.5×1018cm-3。
另外，在图11中，示出了在与图9情况相同的半导体激光器装置中，ΔNc和脊的底部的宽度之间的关系。如图11所示，可以看出通过使脊的底部的宽度变小，有源层中的载流子浓度的分布的非对称性得到了改善。因此，可以认为通过使脊的底部宽度减小，如图4所示，抑制了扭折的发生。
但是，如图4所示，仅仅使脊的底部的宽度变小，则由于Rs增大后产生热饱和，因此获得更高输出(例如，200mW以上)的半导体激光器装置比较困难。
于是，在本发明中，如图2所示，通过形成包含脊的底部的宽度为基本上固定的第一区域21和脊的底部的宽度为连续变化的第二区域22的脊，在第一区域中抑制扭折的发生，在第二区域中抑制热饱和的发生，可以获得更高输出的半导体激光器装置。
在图2所示的半导体激光器装置中，在谐振器的长度固定(900μm)、第一区域的长度变化的情况下的最大光输出的变化在图12中示出。另外，配置在第一区域两端的两个第二区域的长度被设置为彼此相等。另外，激光的振荡条件为70℃、脉冲宽度为200ns、占空比为50％。第一区域的脊的底部的宽度W1为2.3μm，第二区域的上述脊的底部的宽度为3μm以下，第一区域和第二区域之间的边界处的脊的底部之差为0.4μm。
如图12所示，可以看出在第一区域的长度在100μm以上的范围时，发生扭折时的光输出增大。但是，在第一区域的长度过大时，导致Rs增大，可以看出在第一区域的长度变为400μm以上时，最大光输出由于热饱和而下降。另外，同样地，在谐振器的长度固定(900μm)，第一区域的长度变化的情况下的Rs的变化在图13中示出。可以看出，由于在第一区域的长度变长时，脊的上部的宽度相对较小的区域占脊的整体的比例增加，因此Rs有增大的趋势。在图13所示的例子中，可以看出为了使Rs为上述6.5Ω以下，必须使第一区域的长度为500μm以下。
由以上的结果，从抑制扭折的观点出发，可以说第一区域的长度最好为100μm以上(相对谐振器的长度约10％以上)。另外，从降低Rs的观点出发，在谐振器为800nm～1200nm的范围内(一般的范围)的情况下，最好第一区域的长度大概在400nm～600nm的范围，即，相对谐振器长度的约50％以下。
在图14中，示出了在第一区域的长度为400μm、配置于第一区域两端的第二区域的长度分别为250μm的半导体激光器装置中(其他条件与图12及图13所示的例子相同)，在室温、CW状态下的电流-光输出特性(实施例)。如图14所示，可以看出在光输出为200mW时也不会发生扭折，可保持稳定的基横模振荡。另外，图14中所示的现有例子，脊的宽度在光路上一侧的端面和另一侧端面之间为相同，具有图7所示特性的半导体激光器装置的电流-光输出特性(室温、CW)。
另外，在图14所示的例子中形成如下窗结构：在端面附近的有源层中以掺杂量1×1019cm-3的程度扩散Zn，有源层的端面附近的区域由杂质形成无序化。因此，作为端面通过光输出而被破坏的现象的C.O.D，在200mW以上的输出下也不会发生。
下面，说明本发明的半导体激光器装置的制造方法。
图15为表示本发明的半导体激光器装置的制造方法的一个例子的截面工艺图。
首先，在以从面(100)向方向[011]倾斜10°的面作为主平面的n型GaAs衬底10上，形成n型GaAs缓冲层11(0.5μm)，n型(AlGa)InP第一包覆层12(1.2μm)，有源层13，p型(AlGa)InP第二包覆层14，p型GaInP保护层15(50nm)(图15A)。这里，括弧内的数字表示各个层的厚度。有源层13可以是例如与上述应变量子阱有源层的例子相同的有源层。各个层的组成比可以是例如与上述例子相同的组成比。另外，当形成各个层时，可以使用例如MOCVD法或者MBE法。
然后，在位于由上述各个层构成的层叠结构的最上层、即p型GaInP保护层15上，淀积氧化硅膜18(图15B)。淀积可以通过例如热CVD法(大气压、370℃)进行。另外，其厚度例如为0.3μm。
随后，除去氧化硅膜18的端面附近的区域(例如距离端面宽度50μm的区域)，使p型GaInP保护层15露出。接下来，在该露出部分中使Zn等杂质原子热扩散，使有源层13的端面附近的区域无序化。
随后，使氧化硅膜18按预定的形状形成图形。形成图形可以通过例如光刻法和干法蚀刻的组合进行。所谓预定的形状，是指可以与例如上述本发明的半导体激光器装置中的脊的形状相同。例如，可以使氧化硅膜18形成图形为图2所示的脊的形状。接下来，以上述形成图形为预定形状的氧化硅膜18作为掩模，利用盐酸类腐蚀剂等对p型GaInP保护层15、以及利用硫酸类或者盐酸类蚀刻液对p型AlGaInP第二包覆层14顺序选择地进行蚀刻，形成台面状的脊(图15C)。
随后，以氧化硅膜18作为掩模，在p型AlGaInP第二包覆层14上有选择地生长n型AlInP电流阻断层16(图15D)。n型AlInP电流阻断层16的厚度为例如0.7μm。作为使其生长的方法，可以使用例如MOCVD法。
随后，利用氢氟酸类蚀刻液等除去氧化硅膜18(图15E)。
随后，利用MOCVD法或者MBE法，淀积p型GaAs接触层17(图15F)。
这样，可以实现本发明的半导体激光器装置的制造。
下面，说明本发明的光学拾取装置。
本发明的光学拾取装置，包括上述本发明的半导体激光器装置、及接收从上述半导体激光器装置射出的光在记录介质中反射的反射光的受光部。通过形成这样的光学拾取装置，可以获得FFP的光轴稳定化的、在高输出下通过基横模振荡也可以工作的光学拾取装置。
在本发明的光学拾取装置中，还包括用于对前述反射光进行分束的分光部，前述受光部也可以接收通过上述分光部被分束的上述反射光。
另外，本发明的光学拾取装置中，上述半导体激光器装置和上述受光部可以形成在同一衬底上。可以形成更小型的光学拾取装置。
另外，本发明的光学拾取装置中，在上述衬底上还可以包括使从上述半导体激光器装置射出的光在上述衬底的主平面的法线方向上反射的光学元件。光学元件并非具体限定，其可以使用例如反射镜等。
图16为表示本发明的光学拾取装置的一个例子的示意图。图16中所示的光学拾取装置67，包括半导体激光器装置1、及接收从半导体激光器装置1射出的光在记录介质65中反射的反射光60的受光部(受光元件55)。半导体激光器装置1为上述本发明的半导体激光器装置。受光元件55例如为光电二极管等。另外，在图16所示的例子中，为了抑制激光58在衬底53的表面处的反射影响，将半导体激光器装置1设置在基座56上。半导体激光器装置1如上所述，是FFP的光轴稳定化而且在高输出下也可以进行基横模振荡的半导体激光器装置。因此，可以形成与DVD等各种格式的光盘相对应的光学拾取装置。
在图16所示的光学拾取装置67中，作为受光部的受光元件55和半导体激光器装置1在同一衬底上形成。因此，可以形成更小型的光学拾取装置67。
图16中所示的光学拾取装置67，包括使从半导体激光器装置1射出的光58在衬底53的主平面的法线方向上反射的光学元件54。光学元件54是例如将衬底53的表面通过湿法蚀刻等加工成晶体面方向出来的元件。
图16所示的光学拾取装置67还包括光学系统66，该光学系统66包含作为分光部的分束器61。从半导体激光器装置1射出的光58通过分束器61以及物镜62入射在记录介质65上。在记录介质65中被反射的光通过再次入射在分束器61上而被分束。分束后的反射光60通过反射镜63以及聚光透镜64入射在受光元件55上，作为光信号被读取。
这样，本发明的光学拾取装置还可以包括光学系统，该光学系统使射出的光入射在记录介质上，并将在记录介质中反射的光引导至受光部。上述光学系统的一个例子使图16所示的包含分光部的光学系统66。光学系统的具体结构并不限于图16所示的例子，其可以被任意设置。例如，光学系统也可以不包含分光部，也可以具有多个透镜组。分束器也可以是全息元件。
此外，在作为分光部的分束器61和半导体激光器元件1之间，也可以配置将激光58分割为多个光束(例如，3个光束：作为具体的例子，主光束1个，子光束2个)的光分割元件。在配置有光分割元件的情况下，可以将各个分开的光束用于聚焦控制信号或者跟踪误差检测信号等。因此，各种方式的光盘(例如DVD-ROM、DVD-RW、DVD-R、DVD-RAM等)的记录、再现等可以在一个拾取装置中进行。
另外，光学系统中也可以包含分束器和光分割元件形成一体化的元件，例如光分割元件在一侧的表面上形成，而全息元件在另一侧的表面上形成的光学元件。可以形成更小型的光学拾取装置。
图17为表示本发明的光学拾取装置的另一个例子的示意图。图17所示的光学拾取装置，半导体激光器装置1和受光元件55在同一衬底53上形成。另外，还包括使从半导体激光器装置1射出的激光58在衬底53的主平面的法线方向上反射的反射镜59。为了抑制激光58在衬底53的表面上反射的影响，半导体激光器装置1被配置在基座56上。通过形成这样的光学拾取装置，可以获得与图16所示的光学拾取装置的例子相同的效果。另外，图17中省略了光学系统以及记录介质的图示。例如可以与图16相同。
在本说明书中，作为半导体激光器装置及其制造方法、及本发明的光学拾取装置的说明，以GaAsInP类半导体激光器装置为代表进行了说明，但本发明并不限于上述的半导体激光器装置。只要是在倾斜衬底上形成的脊波导型半导体激光器装置，具有其他组成、结构者同样可以适用。
如上所述，根据本发明，可以提供远场图(FFP)的光轴稳定化的、在高输出下也可以进行基横模振荡的半导体激光器装置。
另外，通过使用本发明的半导体激光器装置，可以提供FFP光轴稳定化的、在高输出下也可以通过基横模振荡进行工作的光学拾取装置。

Claims (14)

1.一种半导体激光器装置，在由化合物半导体构成的倾斜衬底上形成，包括有源层和夹着该有源层的两个包覆层，
所述包覆层中的一个形成台面状的脊，
所述脊包含所述脊的底部的宽度基本固定的第一区域、及所述脊的底部的宽度连续变化的第二区域，
所述第二区域位于所述第一区域和光路上的端面之间。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述第二区域中的所述脊的底部的宽度，随着远离所述第一区域而增大。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述第二区域位于所述第一区域和光路上的一侧的端面之间，以及位于所述第一区域和光路上另一侧的端面之间的两处。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述第一区域中所述脊的底部的宽度在1.8μm～2.5μm的范围内。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述第二区域中所述脊的底部的宽度在2.4μm～3μm的范围内。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中在所述第一区域和所述第二区域的边界处，所述第一区域中的所述脊的底部的宽度，与所述第二区域中所述脊的底部的宽度基本相同。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述第一区域中的所述脊的底部的宽度与所述第二区域中所述脊的底部的宽度的最大值之间的差不大于0.5μm。
8.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述有源层由量子阱结构形成。
9.根据权利要求1所述的半导体激光器装置，其中所述光路上的端面附近的所述有源层通过杂质的扩散而被无序化。
10.一种光学拾取装置，包括半导体激光器装置和接收从所述半导体激光器装置射出的光在记录介质中反射的反射光的受光部，
其中所述半导体激光器装置在由化合物半导体构成的倾斜衬底上形成，并包括有源层和夹着该有源层的两个包覆层，
所述包覆层中的一个形成台面状的脊，
所述脊包含所述脊的底部的宽度基本固定的第一区域、及所述脊的底部的宽度连续变化的第二区域，
所述第二区域位于所述第一区域和光路上的端面之间。
11.根据权利要求10所述的光学拾取装置，其中还包括对所述反射光进行分束的分光部，
所述受光部接收通过所述分光部被分束的所述反射光。
12.根据权利要求10所述的光学拾取装置，其中所述半导体激光器装置以及所述受光部在同一衬底上形成。
13.根据权利要求12所述的光学拾取装置，其中还包括光学元件，
所述光学元件使从所述半导体激光器装置射出的光在所述衬底的主平面的法线方向上反射。
14.根据权利要求13所述的光学拾取装置，其中所述光学元件为反射镜。
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