JP2000068610A - 半導体レ―ザ装置及びそれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に半導体レーザを構成する可飽和吸収層や
スペーサ層のドーピングの程度や厚さを適切に設定する
ことによって、安定な自励発振特性を有する高信頼性の
半導体レーザを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザ装置は、ｎ型Ｇａ
Ａｓからなる基板２０１と、活性層２０４と、活性層２
０４を挟む一対のクラッド層と、を含む。装置は、更
に、活性層２０４に隣接したスペーサ層２０５と、高ド
ープ可飽和吸収層２０６と、を含む。可飽和吸収層２０
６に高ドープすることにより、キャリア寿命が短縮され
て、安定した自励発振が得られる。その結果、広い温度
範囲に渡って低い相対雑音強度を有する半導体レーザ装
置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクシステ
ムの光源などとして用いられる低雑音自励発振型半導体
レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信、レーザプリンタ、光ディ
スクなどの分野で、半導体レーザ装置（レーザダイオー
ド）の需要が高まっている。この状況下で、ＧａＡｓ系
及びＩｎＰ系半導体レーザ装置を特に中心として、種々
の半導体レーザ装置の研究開発が活発に進められてき
た。光情報処理分野においては、７８０ｎｍ帯のＡｌＧ
ａＡｓ系レーザダイオードを光源として用いて情報の記
録・再生を行うシステムが実用化されている。そのよう
なシステムは、コンパクトディスクの記録・再生システ
ムとして広く普及した。

【０００３】しかし、最近、これらの光ディスクの記憶
容量の増加が強く求められている。これに伴い、より短
波長のレーザ光を放射できる半導体レーザ装置を得るこ
とが強く求められてきている。

【０００４】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置は、赤
色領域の６３０〜６９０ｎｍの波長でのレーザ発振を実
現できる。本願明細書において、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5
Ｉｎ_{0 .5}Ｐ（０≦ｘ＜１）が、単純に「ＡｌＧａＩｎ
Ｐ」と省略されている。この半導体レーザ装置は、現
在、実用レベルにある種々の半導体レーザ装置の中で最
も短い波長のレーザ光を放射することができるので、従
来から広く使用されていたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
装置に代わって、光情報記録用の次世代の大容量光源と
して、非常に有望である。

【０００５】半導体レーザ装置の評価にとっては、レー
ザ光の波長に加えて、強度雑音や温度特性が重要な要素
である。特に、半導体レーザ装置が光ディスクの再生用
光源として使用される場合、強度雑音の少ないことが極
めて重要である。これは、強度雑音が、光ディスクに記
録されている信号が読取られる際にエラーを誘発するか
らである。半導体レーザ装置の強度雑音は、素子の温度
変化によって引き起こされるだけではなく、光ディスク
の表面から半導体レーザ素子に部分的に反射された光に
よっても生じる。従って、反射光が装置へ帰還されても
強度雑音が少ない半導体レーザ装置が、光ディスクの再
生用光源には不可欠となる。

【０００６】従来、光ディスクの再生専用低出力光源と
してＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置を用いる場合、雑
音を低減するために素子内のリッジストライプの両側に
意図的に可飽和吸収体が形成される。このような構造の
使用は、レーザ発振の縦モードをマルチ化する。レーザ
発振が単一縦モードで実現しているときにレーザ光の装
置への帰還や装置温度の変化等が生じると、利得ピーク
の微少な変化が、レーザ発振が既に実現している縦モー
ドに近接する他の縦モードでのレーザ発振を開始させ
る。これが、新しい縦モードとオリジナルの縦モードと
の間のモード競合を起こし、雑音を生じさせる。従っ
て、マルチ縦モードの場合、各モードの強度変化が平均
化され、レーザ光の装置への帰還や装置温度の変化など
によって各モードの強度が変化しない。これによって、
安定な低雑音特性を得ることができる。

【０００７】特開昭６３−２０２０８３号公報は、安定
な自励発振特性を得ることのできる半導体レーザ装置を
開示している。この公報では、活性層で生成された光を
吸収することのできる層を設けることによって、自励発
振型半導体レーザを実現している。

【０００８】また、特開平６−２６０７１６号公報は、
活性層のバンドギャップと吸収層のバンドギャップとを
ほぼ等しくすることによって赤色半導体レーザ装置の特
性を改善したと開示している。図１は、特開平６−２６
０７１６号公報に開示されている従来の自励発振型半導
体レーザ装置の模式断面図である。以下、図１を参照し
ながら、この半導体レーザ装置を説明する。

【０００９】図１において、ｎ型ＧａＡｓからなる基板
１６０１の上に、ｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層１
６０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層１６０
３ａ、歪量子井戸可飽和吸収層１６０５ａ、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰからなるクラッド層１６０３ｂ、ＧａＩｎＰか
らなる歪量子井戸活性層１６０４、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ
からなるクラッド層１６０３ｃ、及び歪量子井戸可飽和
吸収層１６０５ｂが、順次形成されている。歪量子井戸
可飽和吸収層１６０５ｂの上には、クラッド層１６０６
とｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタクト層１６０７とが、
それぞれリッジ状に形成されている。クラッド層１６０
６及びコンタクト層１６０７の両側は、ｎ型ＧａＡｓ層
からなる電流ブロック層１６０８によって埋め込まれて
いる。さらに、コンタクト層１６０７及びブロック層１
６０８の上には、ｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層１６
０９が形成されている。キャップ層１６０９の上にはｐ
型電極１６１０が形成され、基板１６０１の裏面にはｎ
電極１６１１が形成されている。

【００１０】図２は、歪量子井戸可飽和吸収層１６０５
ａ及び１６０５ｂのエネルギーバンドを示している。歪
量子井戸可飽和吸収層１６０５ａ及び１６０５ｂでは、
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなるバリア層１７
０１とＧａ_xＩｎ_1-xＰ（膜厚：１００Å、歪：＋０．５
〜１．０％）からなる井戸層１７０２とが、交互に積層
されている。本従来例では、３層の井戸層１７０２が積
層されている。ここで、歪量子井戸活性層１６０４のバ
ンドギャップと歪量子井戸可飽和吸収層１６０５ａ及び
１６０５ｂのバンドギャップがほぼ等しくなっている。
この従来例では、この構成の使用によって、満足な自励
発振特性を得ようとしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ＡｌＧａＡｓ系半導体
装置に比べて、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体装置は、自励発
振を実現し難い。これは、両者間の利得特性の大きな相
違に起因する。図３は、それぞれＡｌＧａＡｓ系半導体
装置及びＡｌＧａＩｎＰ系半導体装置の活性層に主に用
いられる材料であるＧａＩｎＰ及びＧａＡｓについて、
利得のキャリア密度依存性を示している。

【００１２】自励発振を達成するためには、キャリア密
度に対する利得の増加率（すなわち、利得曲線の傾き）
が大きいことが要求される。ところが、ＧａＩｎＰの利
得曲線の傾きはＧａＡｓの利得曲線の傾きよりも小さい
ため、ＧａＩｎＰでは、自励発振を達成することが比較
的に難しいことが判明した。

【００１３】さらに、本願発明者らの実験結果より、以
下のことが見い出された。赤色半導体レーザ装置（Ａｌ
ＧａＩｎＰ系半導体レーザ）の場合、利得特性により、
従来例のように活性層のバンドギャップと可飽和吸収層
のバンドギャップとを単に等しくすることでは、安定し
た自励発振を得ることが困難である。

【００１４】本発明は、上記の点を考慮して達成された
ものであり、その目的は、特に半導体レーザを構成する
可飽和吸収層やスペーサ層のドーピングの程度や厚さを
適切に設定することによって、安定な自励発振特性を有
する高信頼性の半導体レーザを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のある局面によれ
ば、活性層と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備え
た自励発振型半導体レーザ装置が提供され、該クラッド
構造は可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層は、
その光閉じ込め係数が約１％以上になるように、該活性
層から離れた位置に配置されている。

【００１６】前記可飽和吸収層は、その光閉じ込め係数
が約１．５％以上になるように、前記活性層から離れた
位置に配置されていてもよい。

【００１７】前記可飽和吸収層は量子井戸構造を有して
いてもよい。

【００１８】前記活性層と前記可飽和吸収層との間に
は、該活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャ
ップを持つスペーサ層が配置されていてもよい。

【００１９】前記可飽和吸収層に隣接して光ガイド層が
配置されていてもよい。

【００２０】好ましくは、前記可飽和吸収層のキャリア
寿命が６ナノ秒以下である。

【００２１】本発明の他の局面によれば、半導体レーザ
装置と、該半導体レーザ装置から放射されたレーザ光を
記録媒体に集光する集光光学系と、該記録媒体から反射
されたレーザ光を検出する光検出器と、を備えた光ディ
スク装置が提供され、該半導体レーザ装置は、活性層
と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備えた自励発振
型半導体レーザ装置であって、該クラッド構造は可飽和
吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層は、その光閉じ込
め係数が約１％以上になるように、該活性層から離れた
位置に配置されている。

【００２２】前記可飽和吸収層は、その光閉じ込め係数
が約１．５％以上になるように、前記活性層から離れた
位置に配置されていてもよい。

【００２３】前記過飽和吸収層は量子井戸構造を有して
いてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザ装置では、
可飽和吸収層のドーピングレベルを調節することによっ
て、可飽和吸収層におけるキャリアの寿命時間が６ナノ
秒以下に低減されている。その結果、キャリア密度の時
間変化率に対する自然放出の寄与が増大し、それによっ
て、自励発振を容易に生じることができ、相対雑音を下
げることができる。

【００２５】従来の半導体レーザ装置では、活性層近傍
のドーピングレベルが１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であり、可
飽和吸収層のキャリア寿命が長く、自励発振が困難であ
る。本願発明者らの研究によると、この理由は以下のよ
うである。キャリア寿命が大きい場合には、キャリア密
度の時間変化率に対する自然放出光の寄与が小さくな
り、キャリア密度が振動し難くなる。以下に、この点を
さらに詳細に説明する。

【００２６】可飽和吸収層を備えた半導体レーザ装置に
おけるレート方程式は、以下のように表現される。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】

【数３】

【００３０】ここで、Ｓは総光子数、ｎは電子密度、Γ
は光閉じ込め係数、ｐは正孔密度、β_spは自然放出光係
数、Ｖは体積、τはキャリア寿命時間、ｇは利得、及
び、Ｉは注入電流密度を表している。また、添字１及び
２は、それぞれ、活性層及び可飽和吸収層に対応してい
る。

【００３１】活性層に電流が注入される前は、各式
（１）から（３）の各項はゼロである。活性層に電流が
注入され始めると、式の電流に関する項が大きくなり、
dn₁/dtは正となる。これは、活性層における電子密度ｎ
₁が増加することを意味している。

【００３２】電子密度ｎ₁の増加は、自然放出による光
子数の増加と利得による光子数の増加とを招く。そのた
め、dＳ/dtが増加して、総光子数Ｓの増加を招く。総光
子数Ｓの増加は、式（２）の第１項の絶対値を大きくし
て、dn₁/dtは減少し、電子密度ｎ₁は低下する。

【００３３】式（３）の第１項における利得ｇ₂は、最
初、負の値を持っている。そのため、式（３）の右辺は
正となり、可飽和吸収層における電子密度ｎ₂は増加す
る。可飽和吸収層がある量の光を吸収すると、利得ｇ₂
は正になる。利得ｇ₂が正になると、dn₂/dtが減少し始
めて、負になる。

【００３４】自励発振を実現するためには、総光子数Ｓ
と電子密度ｎ₁及びｎ₂とを大きく振動させる必要があ
る。このような振動を引き起こすためには、光閉じ込め
係数Γが大きくされ得るか、或いは、各層の体積Ｖ₁及
びＶ₂が小さくされ得る。しかし、本発明者らの実験に
よれば、光閉じ込め係数Γが大きくされるか、或いは各
層の体積Ｖ₁及びＶ₂が小さくされても、自励発振は達成
されなかった。

【００３５】本発明者らは、通常は定数として扱われる
可飽和吸収層における電子の寿命時間τ₂に着目した。
本発明者らは、種々の解析や実験を通じて、可飽和吸収
層における電子の寿命時間τ₂が適切な値（６ナノ秒以
下）を持てば自励発振が達成されることを見いだした。
また、本発明者らは、可飽和吸収層のドーピングレベル
を適切な値（すなわち、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上）に設定
することによって、可飽和吸収層における電子の寿命時
間τ₂を上記の適切な値に設定できることも見いだし
た。

【００３６】図４は、ｐ型不純物がドープされた可飽和
吸収層のドーピングレベルに対するキャリアの寿命時間
τ₂の変化を示すグラフである。このグラフより、ドー
ピングレベルに依存してキャリアの寿命時間τ₂が大き
く変化することがわかる。このグラフ中の曲線の形状
は、ｐ型不純物の種類には依存しない。

【００３７】前述したように、活性層の近傍における不
純物ドーピングレベルは、１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3未満になる
ように低い値に設定されている。この理由は、活性層へ
の不純物拡散によるレーザ装置の信頼性の低下を防ぐた
めである。しかし、１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3未満の不純物ドー
ピングレベルでは寿命時間τ₂が長すぎるため、自励発
振は達成され得ない。

【００３８】前述のように、本発明者らの実験によれ
ば、キャリアの寿命時間τ₂は約６ナノ秒以下であるこ
とが望ましいことがわかった。図４のグラフにおいて、
寿命時間τ₂が６ナノ秒以下の領域に、斜線が施されて
いる。図４から明らかなように、寿命時間τ₂は、低ド
ーピングレベルで長くなる。１×１０¹⁸ｃｍ^-3未満のド
ーピングレベルでは、寿命時間τ₂は６ナノ秒を越え
る。これに対して、ドーピングレベルを１×１０¹⁸ｃｍ
^-3以上、例えば約２×１０¹⁸ｃｍ^-3に高くすることによ
って、寿命時間τ₂を約３ナノ秒にまで減少させること
が可能となる。

【００３９】前述の特開平６−２６０７１６号公報に
は、ドーピングに関する記述はない。特開平６−２６０
７１６号公報は、活性層の両側に設けられたクラッド層
の中に、単に活性層と同等のバンドギャップを有する可
飽和吸収層を導入するだけで、自励発振が生じると記載
している。しかし、そのような可飽和吸収層のクラッド
層への導入だけでは自励発振型レ−ザ装置の実現は困難
であることを、本発明者らは見いだした。

【００４０】先に述べたように、本発明者らの実験か
ら、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲内の通
常のドーピングレベルでは、光出力の自励発振が生じ難
いことがわかった。

【００４１】通常のドーピングレベルで自励発振を生ず
るためには、別のパラメータとして可飽和吸収層の体積
Ｖを十分に小さくし、且つキャリアの密度を相対的に増
加させる方法が考えられる。しかし、可飽和吸収層の体
積を小さくするには、層をより薄くする必要がある。可
飽和吸収層の体積の減少にともなって、可飽和吸収層へ
の光の閉じ込めが減少する。そのために、光の吸収効率
が低下し、所望の自励発振特性を有する半導体レーザを
得ることを困難にする。

【００４２】このように、安定な自励発振を得るために
は、可飽和吸収層のドーピングレベルを適切な値に設定
することによって、可飽和吸収層におけるキャリアの寿
命時間τ₂を適切な値（６ナノ秒以下）にすることが、
極めて有効である。

【００４３】可飽和吸収層のドーピングレベルを高くす
る場合に留意すべき事項がある。

【００４４】一般に、（１００）面から［０１１］方向
に主面を傾けた基板（オフ基板）を用いることによっ
て、例えば、ＡｌＧａＩｎＰにおけるｐ型不純物のドー
ピングレベルが高められ得ることが知られている。しか
し、活性層の近くに高ドープ層が位置されると半導体レ
ーザ装置の信頼性が低下することが、本願発明者らの実
験でわかった。これは、ｐ型ドーパントであるＺｎの拡
散による。従って、信頼性に関する限りは、可飽和吸収
層のドーピングレベルを高くすることは、必ずしも十分
ではない。高ドープ可飽和吸収層による弊害は、相対的
に低いドーピングレベル、例えば約５×１０¹⁷ｃｍ^-3の
スペーサ層を挿入することによって、解決される。これ
は、実施例によって更に詳細に説明する。

【００４５】本発明の半導体レーザ装置では、可飽和吸
収層が量子井戸として使用される場合に光閉じ込め係数
の低下を補うために、可飽和吸収層に隣接する位置に、
或いは可飽和吸収層の近傍に、光ガイド層を設け、それ
によって、可飽和吸収層による光吸収の効果を十分に生
じさせる。その結果として、安定な自励発振特性を得る
ことが可能となる。

【００４６】以下には、本発明の半導体レーザ装置が、
図面を参照しながら実施例によって説明される。

【００４７】（実施例１）図５は、本発明による第１の
実施例の半導体レーザ装置の第１の実施例の断面構造を
示す。

【００４８】半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板２
０１と、ＧａＡｓ基板２０１の上に形成された半導体積
層構造とを備えている。半導体積層構造は、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
０３、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量子
井戸活性層２０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層２０
５、ｐ型ＧａＩｎＰ高ドープ可飽和吸収層２０６、第１
のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７、ｐ型ＧａＩｎ
Ｐエッチング停止層２０８、及び第２のｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層２０９を含んでいる。

【００４９】第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０
９は、共振器長方向に延びるストライプ状の形状（幅：
約２．０〜７．０μｍ）を有している。

【００５０】第２のｐ型クラッド層２０９の上面には、
コンタクト層２１０が形成されている。第２のｐ型クラ
ッド層２０９及びコンタクト層２１０の両側には、ｎ型
ＧａＡｓ電流ブロック層２１１が形成されている。コン
タクト層２１０と電流ブロック層２１１の上には、ｐ型
ＧａＡｓキャップ層２１２が形成されている。キャップ
層２１２の上面にはｐ型電極２１３が形成され、基板２
０１の裏面にはｎ型電極２１４が形成されている。活性
層２０４は、３層の井戸層と３層の障壁層とからなる多
重量子井戸構造を有している。

【００５１】本願明細書では、半導体積層構造からバッ
ファ層、活性層、コンタクト層、キャップ層、及び電流
ブロック層を除いた半導体積層構造の残りの部分を、
「クラッド構造」と呼ぶ。本実施例では、ｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層２０３、高ドープ可飽和吸収層２０
６、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層２０８、第１のｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７、及び第２のｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２０９が、クラッド構造を構成
している。

【００５２】レーザ発振を実現するためにｐ型電極２１
３とｎ型電極２１４との間に電圧を印加して、ｐ型電極
２１３からｎ型電極２１４へ電流（駆動電流）を流す
と、電流は、コンタクト層２１０及び第２のｐ型クラッ
ド層２０９を通って流れるように、電流ブロック層２１
１によってブロックされる。このため、電流は、活性層
２０４のうちで第２のｐ型クラッド層２０９の真下の領
域（電流注入領域）を流れ、電流ブロック層２１１の真
下の領域は流れない。光は、活性層２０４の電流注入領
域内で発生し、電流注入領域の外側にある程度まで広が
る。この光は、部分的に可飽和吸収層２０６と相互作用
して、自励発振を実現する。

【００５３】本発明の積層構造を構成する各半導体層の
ドーピングレベル及び厚さは、以下の通りである。

【００５４】

【表１】

【００５５】図６は、本実施例の活性層付近の（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０≦ｘ＜１）のＡｌ組成ｘの
プロファイルを示す。本実施例では、ｎ型クラッド層２
０３、スペーサ層２０５、第１のｐ型クラッド層２０
７、及び第２のｐ型クラッド層２０９のＡｌ組成ｘは、
０．７である。しかし、これらの層のＡｌ組成ｘは、
０．７に限定されるものではない。ｎ型クラッド層２０
３、スペーサ層２０５、第１のｐ型クラッド層２０７、
及び第２のｐ型クラッド層２０９のＡｌ組成ｘは、相互
に異なり得る。また、各層の中で、Ａｌ組成ｘが段階的
或いは連続的に変化し得る。

【００５６】図６に示されるように、本実施例の可飽和
吸収層２０６は、クラッド構造のｐ型部分において、活
性層２０４から離れた位置に挿入されている。クラッド
構造において、活性層２０４と可飽和吸収層２０６との
間に位置する部分は、本願明細書ではスペーサ層２０５
と呼ばれる。

【００５７】本実施例のスペーサ層２０５の厚さは、９
００Åである。スペーサ層２０５は、可飽和吸収層２０
６に高濃度にドープされた不純物が活性層２０４に拡散
して装置の信頼性を劣化させることを抑制する。スペー
サ層２０５の好ましい厚さ及びその不純物濃度は、後に
説明する。

【００５８】本実施例の可飽和吸収層２０６の厚さは、
１５０Åである。１５０Å以上の厚さの可飽和吸収層は
量子井戸構造を形成していないので、可飽和吸収層中に
量子準位が形成されない。可飽和吸収層２０６が厚い
と、言い換えると、可飽和吸収層２０６の体積を有する
と、その中のキャリア密度が小さくなる。そのため、キ
ャリアの寿命時間が短くならず、自励発振が生じにくく
なる。この点を考慮すると、可飽和吸収層の厚さは、好
ましくは約１５０Å未満である。可飽和吸収層２０６の
厚さをより薄く、例えば１５０Å以下にすることによっ
て量子井戸構造が形成される例は、後により詳細に説明
する。

【００５９】可飽和吸収層２０６のＡｌ組成ｘは、活性
層２０４から放射された光を可飽和吸収層２０６が十分
に吸収できるように、選択される。

【００６０】一般に、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの
バンドギャップは、Ａｌ組成ｘの増加とともに大きくな
る。従って、図６は、本実施例の活性層付近のバンドギ
ャップのプロファイルも、示している。図６からわかる
ように、スペーサ層２０５のバンドギャップは、活性層
２０４及び可飽和吸収層２０６のバンドギャップよりも
大きい。これが、活性層２０４からオーバフローした少
数キャリアが可飽和吸収層２０６に入ることを妨げる。

【００６１】スペーサ層２０５のバンドギャップは、第
１のｐ型クラッド層２０７などのバンドギャップと等し
く設定される必要はない。活性層２０４からのキャリア
のオーバフローに対するバリア効果を高めるために、ス
ペーサ層２０５のバンドギャップは、第１のｐ型クラッ
ド層２０７等のバンドギャップより大きく設定され得る
（スペーサ層２０５のＡｌ組成は０．７より大きく設定
され得る）。また、活性層２０４及び／或いは可飽和吸
収層２０６の光閉じ込め係数を調整するために、スペー
サ層２０５のバンドギャップは、クラッド構造の他の部
分のバンドギャップよりも小さく設定され得る（スペー
サ層２０５のＡｌ組成は０．７より小さく設定され得
る）。

【００６２】本実施例では、可飽和吸収層２０６の光閉
じ込め係数は約４．５％である。可飽和吸収層２０６の
光閉じ込め率が３％であると、安定した自励発振特性が
得られないことがわかった。

【００６３】図７は、図２に示す半導体レーザ装置の電
流−光出力特性を示す。閾値電流は、約５０ｍＡであ
る。自励発振型半導体レーザ装置の特性においては、通
常の半導体レーザ装置と異なって、閾値電流近傍で光出
力の急激な立ち上がりが見られる。これは、可飽和吸収
層の存在のために、キャリア注入量がある閾値を越える
までは光が外部へ放出されないためである。キャリア注
入量が閾値を越えると、レーザ発振が生じて、注入電流
に比例して光出力が増加し始める。

【００６４】図８は、図７のグラフにおける点Ｐ１に対
応する電流が半導体レーザ装置を流れる場合における、
光出力の時間依存性を示している。図５に示されている
振動波形は、シミュレーションにより得られた。図８か
ら、光出力の振動（自励発振）現象が継続的に生じてい
ることが分かる。

【００６５】図９は、実際に作製された自励発振型半導
体レーザ装置を動作させることによって得られた光出力
の振動波形を示している。時間とともに光出力が大きく
振動して自励発振が生じていることが確認された。

【００６６】図７を参照すると、注入電流を、図７の点
Ｐ１に相当する値に達した後に更に大きくすると、自励
発振が停止し、通常のレーザ発振が生じる。自励発振が
停止する時の光出力を、最大自励発振出力（Ｐ_max）と
呼ぶことにする。

【００６７】図１０は、最大自励発振出力（Ｐ_max）の
可飽和吸収層ドーピングレベルに対する依存性を示して
いる。図１０ら明らかなように、可飽和吸収層のドーピ
ングレベルが１×１０¹⁸ｃｍ^-3より低い（例えば０．８
×１０¹⁸ｃｍ^-3）場合には、自励発振は生じない。これ
に対して、可飽和吸収層のドーピングレベルが１×１０
¹⁸ｃｍ^-3であるとき、最大自励発振出力（Ｐ_max）は
５．１ｍＷであり、可飽和吸収層のドーピングレベルが
１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であるとき、最大自励発振出力
（Ｐ_max）は８．２ｍＷであり、可飽和吸収層のドーピ
ングレベルが２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3であるとき、最大自
励発振出力（Ｐ_max）は１４．３ｍＷである。このよう
に、ドーピングレベルが１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上になる
と、最大自励発振出力（Ｐ_max）は急激に増大する。

【００６８】次に、図６を参照しながら、スペーサ層の
役割を説明する。

【００６９】活性層２０４と可飽和吸収層２０６との間
に設けられたスペーサ層２０５の検討結果を示す。スペ
ーサ層２０５は薄いほど、可飽和吸収層２０６が活性層
２０４に近づく。従って、可飽和吸収層２０６の光の閉
じ込め係数が増加する。しかし、スペーサ層２０５が更
に薄くされると、活性層２０４から可飽和吸収層２０６
へ少数キャリア（電子）が注入される。

【００７０】図１１Ａ及び図１１Ｂは、半導体レーザ装
置の印加電圧が１．９Ｖの場合の、エネルギーバンド
（実線）及び電子密度のプロファイル（点線）を示す。
図１１Ａは、スペーサ層２０５の厚さが１００Åの場合
を示し、図１１Ｂは、スペーサ層２０５の厚さが５００
Åの場合を示す。

【００７１】可飽和吸収層２０６での電子密度は、スペ
ーサ層２０５が５００Åの場合、クラッド構造の他の部
分の電子密度に比べて僅かに増加している。しかし、ス
ペーサ層２０５が１００Åの場合、可飽和吸収層２０６
での電子密度は、活性層２０４の電子密度を超えてい
る。これは、かなりの量の電子が可飽和吸収層２０６に
注入されていることを意味している。

【００７２】キャリアの注入によって極めて高い電子密
度を有すると、可飽和吸収層は利得を持ち、もはやレー
ザ光を吸収しない。そのため、自励発振を生じさせるこ
とが不可能となる。実験により、スペーサ層２０５の厚
さは、１００Åより厚くする必要があることがわかっ
た。

【００７３】図１２は、スペーサ層の厚さと可飽和吸収
層での電子密度との関係を示すグラフである。このグラ
フより、スペーサ層が厚くなると、可飽和吸収層におけ
る電子密度を低減できることがわかる。自励発振を生じ
るためには、電子密度を３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に抑える
必要がある。図１２からわかるように、電子密度を３×
１０¹⁸ｃｍ^-3以下にするには、スペーサ層の厚さを２０
０Å以上にする必要がある。図１３は、スペーサ層の厚
さと自励発振現象の存在についての実験結果を示す。安
定した自励発振を達成するためには、図１２及び図１３
から、スペーサ層の厚さは約２００Å以上である必要が
あることがわかる。

【００７４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、半導体レーザ装
置の相対強度雑音（ＲＩＮ）特性を示す。図１４Ａは、
可飽和吸収層を有さない半導体レーザ装置の特性を示
し、図１４Ｂは、本発明の半導体レーザ装置の特性を示
している。

【００７５】本発明の半導体レーザ装置は、広い温度範
囲に渡って安定した低雑音特性を示している。特に、−
１４０ｄＢの値が得られているので、本発明の半導体レ
ーザ装置は実用的に適していることがわかる。

【００７６】次に、スペーサ層の不純物濃度について説
明する。

【００７７】スペーサ層や可飽和吸収層に一様に不純物
をドープすることによって可飽和吸収層におけるキャリ
ア寿命時間を小さくすると、その不純物が活性層に拡散
し、レーザ装置特性を劣化させ、装置の信頼性を悪くす
る。図１５Ａは、スペーサ層のドーピングレベルが５×
１０¹⁷ｃｍ^-3の場合の信頼性試験の結果を示し、図１５
Ｂは、スペーサ層のドーピングレベルが２×１０¹⁸ｃｍ
^-3の場合の信頼性試験の結果を示す。図１５Ａ及び図１
５Ｂからわかるように、スペーサ層が２×１０ ¹⁸ｃｍ^-3
の濃度でドーパントでドープされると、ドーパントが活
性層にまで拡散する。そして、時間とともにレーザの駆
動電流が急激に変化し、装置が実用に耐えないものとな
る。このように高いドーピングレベルの場合、レーザ装
置の劣化が非常に顕著であることがわかった。

【００７８】以上に説明したとおり、活性層近傍の領域
に不純物が高濃度にドープされていると、レーザ装置の
特性が劣化する。従って、安定した自励発振を達成でき
る高信頼性の半導体レーザ装置を得るためには、以下の
ことが必要である。本発明のように、可飽和吸収層は不
純物でに高濃度にドープされ、活性層に近接する部分
は、従来通りに比較的低濃度に不純物でドープされる。

【００７９】以下、可飽和吸収層とその近傍の不純物濃
度のプロファイルとを、より詳細に説明する。

【００８０】ここで、スペーサ層のドーピングレベルと
可飽和吸収層のドーピングレベルとの差異を△Ｐとす
る。図１６は、Ｐ_maxの△Ｐ依存性を示している。この
図から明らかなように、△Ｐは、好ましくは、０．３×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。スペーサ層は、不純物で均一
にドープされている必要はなく、スペーサ層は、不純物
が比較的に高濃度にドープされた部分と低濃度にドープ
された部分とを含むように形成され得る。

【００８１】図１７〜図２０は、可飽和吸収層及びその
近傍における不純物濃度プロファイルを示している。

【００８２】図１７を参照すると、スペーサ層２０５の
一部と可飽和吸収層２０６とのドーピングレベルが１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3であるのに、スペーサ層２０５のうち
で活性層２０４に隣接する部分のドーピングレベルは、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3より低い。この例では、スペーサ
層２０５において活性層２０４に隣接する部分のドーピ
ングレベルと可飽和吸収層２０６のドーピングレベルと
の差異が、０．３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるので、安定
した自励発振が達成され得る。

【００８３】図１８を参照すると、スペーサ層２０５
は、大部分が、可飽和吸収層２０６のドーピングレベル
とほとんど同じドーピングレベルで不純物がドープされ
ているが、スペーサ層２０５のうちで活性層２０４の近
傍の部分は、活性層２０４とほぼ同じドーピングレベル
に不純物がドープされている。この例では、スペーサ層
２０５において活性層２０４に隣接する部分のドーピン
グレベルと可飽和吸収層２０６のドーピングレベルとの
差異が、０．３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるので、安定し
た自励発振が達成され得る。

【００８４】図１９を参照すると、スペーサ層２０５は
不純物で均一にドープされている。この場合、スペーサ
層２０５のドーピングレベルと可飽和吸収層２０６のド
ーピングレベルとの差異が０．３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で
あるので、安定した自励発振が達成され得る。

【００８５】可飽和吸収層２０６が不純物で高濃度にド
ープされている場合、図２０に示されるように、その不
純物の一部が、可飽和吸収層２０６に隣接する層に、可
飽和吸収層から拡散しても良い。

【００８６】本実施例では、図６に示されるように、可
飽和吸収層２０６は第１のｐ型クラッド層２０７の中に
設けられているが、ｎ型クラッド層２０３の中に設けら
れてもよい。本実施例で説明したように、可飽和吸収層
２０６が活性層２０４に極端に近く位置されたり、或い
は活性層２０４と可飽和吸収層２０６との間のスペーサ
層２０５のドーピングレベルを高くし過ぎると、装置
は、実用的アプリケーションでの信頼性を失う。ｎ型ク
ラッド層２０３の中の適切な位置に可飽和吸収層２０６
が設けられれば、可飽和吸収層２０６がｐ型クラッド層
２０７に設けられる場合と同様に、可飽和吸収層２０６
でのキャリアの寿命時間を短くできて、安定した自励発
振を達成することができる。

【００８７】（実施例２）本発明による半導体レーザ装
置の第２の実施例を説明する。この半導体レーザ装置
は、量子井戸構造を含む活性層を用いているので、第１
の実施例よりも高い光出力を得ることができる。

【００８８】図２１に示されるように、半導体レーザ
は、ｎ型ＧａＡｓ基板１２０１と、ＧａＡｓ基板１２０
１の上に形成された半導体積層構造と、を備えている。
半導体積層構造は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２０２、
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２０３、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ及びＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層１２０
４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層１２０５、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰ高ドープ量子井戸可飽和吸収層１２０６、光ガイ
ド層１２０７、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１
２０８、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１２０９、及
び第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２１０を含ん
でいる。

【００８９】第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２
１０は、共振器長方向に延びるストライプ形状（幅：約
２．０〜７．０μｍ）を有している。

【００９０】第２のｐ型クラッド層１２１０の上面に
は、コンタクト層１２１１が形成されている。第２のｐ
型クラッド層１２１０及びコンタクト層１２１１の両側
には、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２１２が形成され
ている。コンタクト層１２１１と電流ブロック層１２１
２との上には、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２１３が形成
されている。キャップ層１２１３の上面にはｐ型電極１
２１４が形成され、基板１２０１の裏面にはｎ型電極１
２１５が形成されている。活性層１２０４は、３層の井
戸層と３層の障壁層とからなる多重量子井戸構造を有し
ている。

【００９１】この半導体レーザ装置を構成する各半導体
層の種類、厚さ、不純物濃度などは、第１の実施例のそ
れらと同様である。本実施例の半導体レーザ装置の特徴
は、以下の通りである。

【００９２】１）可飽和吸収層として、量子井戸可飽和
吸収層１２０６（厚さ：３０Å〜１５０Å）が用いられ
ている。

【００９３】２）活性層として、多重量子井戸活性層１
２０４が用いられている。

【００９４】３）可飽和吸収層１２０６が、高濃度
（１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上）にドープされている。

【００９５】４）可飽和吸収層１２０６に隣接して、
（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる光ガイド層１
２０７（厚さ：３００Å〜１５００Å）が設けられてい
る。

【００９６】以下に、図２２を参照しながら、本実施例
の半導体レーザ装置をより詳細に説明する。

【００９７】図２２から明らかなように、本実施例で
は、光ガイド層１２０７が可飽和吸収層１２０６の近傍
に設けられている。光ガイド層１２０７は、可飽和吸収
層１２０６より小さく且つスペーサ層１２０５や第１の
ｐ型クラッド層１２０８よりも大きな屈折率を有してい
る。

【００９８】可飽和吸収層１２０６を量子井戸構造を持
つように薄くした場合、その光の閉じ込め係数が極端に
減少する。また、高濃度にドープされている可飽和吸収
層は、あまり活性層１２０４に近づけて設けられない。
その結果、このままでは、自励発振は生じない。

【００９９】本実施例では、クラッド構造の他の部分よ
りも屈折率の大きな（Ａｌ_0.5Ｇａ_{0 .5}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐか
らなる光ガイド層１２０７を可飽和吸収層１２０６の近
傍に配置することによって、可飽和吸収層１２０６の光
閉じ込め係数は増加される。光ガイド層１２０７が挿入
されて可飽和吸収層１２０６の光閉じ込め係数が少なく
とも約１．５％以上に設定されると、安定な自励発振を
生じることが可能となる。

【０１００】可飽和吸収層１２０６を量子井戸にした場
合、可飽和吸収層１２０６の厚さが薄いために、光ガイ
ド層１２０７なしでその光閉じ込め係数を自励発振を生
じさせるために必要な大きさに設定することはできな
い。その光閉じ込め係数を増加させるために可飽和吸収
層１２０６の層数を増加すると、可飽和吸収層１２０６
の体積が増加して、そのキャリア密度が小さくなり、そ
の結果、自励発振は生じなくなる。従って、可飽和吸収
層１２０６の近傍に光ガイド層１２０７を設けることに
よって、自励発振が実現された。

【０１０１】光ガイド層１２０７のバンドギャップは、
好ましくは、可飽和吸収層１２０６のバンドギャップよ
りも大きく、スペーサ層１２０５のバンドギャップより
も小さい。しかし、光ガイド層１２０７のバンドギャッ
プが可飽和吸収層１２０６のバンドギャップに近すぎる
と、可飽和吸収層１２０６に光が閉じ込められ過ぎる。
その結果、光吸収の飽和特性を示さなくなる。

【０１０２】多重量子井戸活性層１２０４は３つの量子
井戸層を含み、各量子井戸層の厚さは５０Åである。量
子井戸可飽和吸収層１２０６の近傍の光ガイド層１２０
７は、厚さ１５００Å（組成ｘ＝０．５）の層から形成
されている。光ガイド層１２０７の厚さは、２００Å以
上で有効となることが分かっている。

【０１０３】量子井戸可飽和吸収層１２０６は、少数キ
ャリアが量子井戸可飽和吸収層１２０６に注入されない
限りは、多重量子井戸活性層１２０４にさらに近づけて
設けられ得る。量子井戸可飽和吸収層１２０６が活性層
１２０４に近づき過ぎて位置されると、活性層１２０４
からオーバフローした少数キャリアが可飽和吸収層１２
０６に注入される。従って、可飽和吸収層１２０６は、
少数キャリアが可飽和吸収層１２０６に注入されること
ができるだけ妨げられるように、活性層１２０４の近傍
に設けられることが好ましい。活性層１２０４から可飽
和吸収層１２０６への少数キャリア注入を抑制するため
に、スペーサ層１２０５のバンドギャップは、好ましく
は、クラッド構造の他の部分のバンドギャップよりも大
きくされる。実施例１で説明したスペーサ層１２０５の
好ましい厚さや不純物濃度は、本実施例でも当てはま
る。

【０１０４】本実施例の半導体レーザ装置の最高光出力
（Ｐ_max）は、多重量子井戸活性層１２０４に量子井戸
構造を導入することによって、バルク活性層を用いた半
導体レーザ装置の最高光出力に比べて、約２０％増加し
た。また、しきい値電流が低減して、半導体レーザ装置
は、高温で動作が可能となる。

【０１０５】本実施例の半導体レーザ装置では、図９に
示されるような自励発振現象が確認され、−１３０ｄＢ
／Ｈｚ以下の相対雑音強度（ＲＩＮ）も得られた。

【０１０６】以上に説明したように、本実施例の半導体
レーザ装置の特性は、量子井戸活性層、低濃度スペーサ
層、高ドープ可飽和位吸収層、及び光ガイド層を含む新
規な構造を採用することによって、実現され得る。

【０１０７】（実施例３）本発明の半導体レーザ装置の
第３の実施例を、図２３を参照して説明する。

【０１０８】ｎ型ＧａＡｓ基板１４０１の上にバッファ
層１４０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１
４０３、活性層１４０４、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１
のｐ型クラッド層１４０５、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエ
ッチング停止層１４０６が、この順に形成されている。
エッチング停止層１４０６の上部には、ＡｌＧａＩｎＰ
からなるリッジ状の第２のｐ型クラッド層１４０７とｐ
型ＧａＩｎＰからなるコンタクト層１４０８とが形成さ
れる。リッジ状の第２のｐ型クラッド層１４０７及びコ
ンタクト層１４０８の両側は、ｎ型ＧａＡｓ層からなる
電流ブロック層１４０９によって埋め込まれている。さ
らに、コンタクト層１４０８と電流ブロック層１４０９
との上には、ｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層１４１０
が形成されている。キャップ層１４１０の上及び基板１
４０１の裏面には、ｐ型電極１４１１及びｎ型電極１４
１２がそれぞれ形成されている。

【０１０９】さらに、ｐ型不純物の亜鉛（Ｚｎ）が、リ
ッジストライプの外側（すなわち、電流注入領域に隣接
する領域）に拡散されている。それによって、活性層１
４０４の電流注入領域の外側の領域に高ドープ可飽和吸
収領域１４１３が形成される。

【０１１０】本実施例の半導体レーザ装置は、活性層１
４０４の一部が可飽和吸収領域として機能している点
で、前述のものと異なる。活性層１４０４の電流注入領
域で発生した光の一部は、電流注入領域の両側に位置す
る可飽和吸収領域１４１３に広がり、可飽和吸収領域１
４１３に吸収されることによって自励発振現象が生じ
る。

【０１１１】可飽和吸収領域１４１３のキャリアの寿命
時間が短いほど、自励発振は生じやすい。具体的には、
６ナノ秒以下の寿命時間にする必要があり、可飽和吸収
領域１４１３のキャリア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に
することが望ましい。

【０１１２】また、可飽和吸収領域１４１３に分布する
光の量が全光量の１％以上であることが必要なことが、
実験の結果からわかっている。

【０１１３】図２３に示すような半導体レーザ装置で
は、自励発振現象が観測されて−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下
のＲＩＮが得られた。

【０１１４】本実施例では、拡散されたＺｎによって、
高濃度にドープされた可飽和吸収領域が形成される。し
かし、イオン注入法のような他のドーピング方法を用い
て、活性層１４０４のうちの可飽和吸収領域として機能
する領域に不純物を高濃度にドープすることもできる。

【０１１５】（実施例４）図２４を参照しながら、半導
体レーザ装置の第４の実施例を説明する。図２４は、ｎ
型クラッド層１８０４から第１のｐ型クラッド層１８０
６までの各層のエネルギーバンドを示す。このエネルギ
バンド図は、図１２のエネルギーバンドと類似してい
る。

【０１１６】本実施例では、活性層と可飽和吸収層との
間の領域（スペーサ層）は、３つの部分（１８００、１
８０５ａ及び１８０５ｂ）から構成されている。第１ス
ペーサ層１８０５ａは、厚さ６０Åの(Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3)
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層から形成されている。多重量子障壁（Ｍ
ＱＢ）層１８００は、厚さ１４ÅのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ量
子井戸層と厚さ１４Åの(Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3)_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
量子障壁層とからなる。第２スペーサ層１８０５ｂは、
厚さ６０Åの(Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3)_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層から形成
されている。

【０１１７】多重量子障壁（ＭＱＢ）層１８００は、注
入電子に対する仮想障壁を形成するために設けられてい
る。第１スペーサ層１８０５ａ、多重量子障壁（ＭＱ
Ｂ）層１８００及び第２スペーサ層１８０５ｂの合計の
厚さは、２６０Åである。第１スペーサ層１８０５ａ及
び第２スペーサ層１８０５ｂは、電子が多重量子障壁
（ＭＱＢ）層１８００をトンネル効果により流れること
を防ぐために設けられている。

【０１１８】上記の構造によって、伝導帯における注入
電子に対する障壁は１００ｍｅＶ増加され、活性層１８
０２から可飽和吸収層１８０１へ電子が流入することが
抑制される。多重量子障壁層１８００の存在のために、
多重量子障壁層を持たない厚さ２６０Åのスペーサ層と
比べて、可飽和吸収層１８０１の光閉じ込め係数が１％
増加する。

【０１１９】前述したように、可飽和吸収層１８０１と
活性層１８０２との間に位置するスペーサ層が薄いほ
ど、言い換えると、可飽和吸収層１８０１と活性層１８
０２との間隔が狭いほど、可飽和吸収層１８０１内に分
布する光の割合（光閉じ込め率）は増加する。しかし、
この間隔が小さすぎると、活性層１８０２から注入され
た電子によって、可飽和吸収層１８０１の電子密度が増
加し、自励発振が不可能となる。

【０１２０】上述のように、本実施例では、スペーサ層
と可飽和吸収層との間に多重量子障壁（ＭＱＢ）層が挿
入されている。多重量子障壁は、活性層をオーバフロー
する電子の波の干渉効果によって、活性層とスペーサ層
との間にの実効的な障壁高さを有する。従って、可飽和
吸収層へ注入される電子が低減する。

【０１２１】多重量子障壁等の超格子を可飽和吸収層の
近傍に配置することにより、可飽和吸収層の光閉じ込め
率が増加するという利点がある。従って、本実施例の構
成によれば、スペーサ層を薄くすることによって、可飽
和吸収層の光閉じ込め率が増加し、多重量子障壁により
電子が可飽和吸収層へ注入されることが抑制される。こ
れにより、自励発振を容易に達成することが可能とな
る。

【０１２２】（実施例５）活性層の電流注入領域を含む
電流経路の外側に可飽和吸収層が存在すると、可飽和吸
収層に注入されたキャリアが、可飽和吸収層内を基板に
平行な方向に拡散する。これにより、可飽和吸収層にお
けるキャリアの寿命時間が長くなり、自励発振が困難と
なる。従って、電流経路の外側に位置する可飽和吸収層
の部分は、選択的に取り除くことが望ましい。

【０１２３】以下、可飽和吸収層を一部を選択的に除去
する方法について、可飽和吸収層がＧａＩｎＰ混晶から
形成され、クラッド層及びスペーサ層がＡｌＧａＩｎＰ
混晶から形成されている場合を例にとり、説明する。

【０１２４】可飽和吸収層のうちで電流経路の外側に位
置する部分を取り除く方法の一例として、ＳｉＯ₂など
からなるエッチングマスクを電流注入領域の上方に形成
し、マスクされていない領域のクラッド層及びそのクラ
ッド層の下に設けられた可飽和吸収層を、硫酸系溶液に
よるウェットエッチング或いは塩素系ガスによるドライ
エッチングにより除去する。しかし、可飽和吸収層と活
性層との間隔は非常に小さく、すなわち数百オングスト
ロームのオーダである。そのため、可飽和吸収層のエッ
チング工程における過剰エッチングが生じたり、或いは
エッチング工程後の水洗や大気中での搬送において活性
層がダメージを受けたりして、装置特性を著しく悪化さ
せる。このような弊害を避けるために、有機金属気相成
長法や有機金属分子ビーム成長法などにおいて、アルシ
ンのような可飽和吸収層を構成する混晶に対してエッチ
ング作用を持つガスを用いて、反応室内の装置の可飽和
吸収層がエッチングされ、その後にその反応室内で拡散
ブロック層を成長させる。

【０１２５】本発明に適した可飽和吸収層１９０６のエ
ッチング方法を、図２５Ａから図２５Ｅを参照しながら
説明する。

【０１２６】図２５Ａを参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板
１９０１の上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層１
９０２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９
０３、歪多重量子井戸活性層１９０４、Ｚｎドープｐ型
ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層１９０５、ｐ型ＧａＩｎＰ可
飽和吸収層１９０６、及びＺｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層１９０７が、この順番で形成される。その
後に、この積層構造の電流注入領域の上に選択的に、Ｓ
ｉＯ₂マスクが形成される。

【０１２７】次に、図２５Ｂに示されるように、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層１９０７のうちでＳｉＯ₂マス
クで覆われていない部分が、硫酸液により選択的にエッ
チングされ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１９０７が
ストライプ状にパターニングされる。

【０１２８】積層構造が上に形成された基板１９０１
は、有機金属気相成長装置の反応管内に入れられる。そ
して、この反応管に、アルシンが、圧力７６Ｔｏｒｒの
水素雰囲気中で１分間に１０００ｃｃの量で導入され、
基板１９０１は６００℃まで加熱される。図２５Ｃに示
されるように、可飽和吸収層１９０６がエツチングされ
る。この条件下でのＧａＩｎＰ可飽和吸収層１９０６の
エッチングレートは、１時間あたり５μｍである。従っ
て、５ｎｍの可飽和吸収層１９０６を除去するために
は、３．６秒間のエッチングが必要とされる。

【０１２９】次に、図２５Ｄに示されるように、反応管
内にアルシン、トリエチルガリウム（ＴＭＧａ）、及び
ｎ型ドーパントとしてのシランガス（ＳｉＨ₄）が導入
され、キャリア拡散ブロック層及び電流ブロック層とし
て作用するｎ型ＧａＡｓ層１９０８が選択的にエピタキ
シャル成長される。

【０１３０】この方法により、活性層にダメージを与え
ず、可飽和吸収層の一部が選択的に除去され、拡散ブロ
ック層が形成される。

【０１３１】この後、図２３Ｅに示されるように、ｐ型
ＧａＡｓ層とｐ側電極とがこの順番で形成される。

【０１３２】以上のように、本実施例によれば、活性層
へダメージを与えることなく、可飽和吸収層の一部が選
択的に除去され、且つｎ型ＧａＡｓコンタクト層が電流
ブロック層として使用され得る。従って、小アスペクト
比且つ抑制された電流の拡がりを有する半導体レーザ装
置が実現される。

【０１３３】（実施例６）半導体レーザ装置の活性層近
傍に高濃度にドープされた可飽和吸収層が配置される
と、半導体多層膜のエピタキシャル成長中に高濃度のド
ーパントは固相内拡散し、活性層まで達する。これは、
拡散し得る欠陥を生じさせ、レーザ装置の信頼性に悪影
響を及ぼす。前述のように本発明では、可飽和吸収層が
高濃度に不純物でドープされることが必要不可欠であ
る。このため、可飽和吸収層からの不純物の拡散による
製造歩留まりの低下や素子特性の劣化を検討した。

【０１３４】ＧａＩｎＰ可飽和吸収層にｐ型ドーパント
であるＺｎとｎ型ドーパントであるＳｉとを同時に添加
することによって、Ｚｎの拡散が抑制できて、所望のキ
ャリア濃度プロファイルを乱すことなく半導体多層膜を
再現性良く形成できることが見出された（特願平４−１
５６５２２号参照）。

【０１３５】この効果を利用する目的で、可飽和吸収層
がｐ型及びｎ型ドーパントで同時にドープされている以
下の構造の半導体レーザ装置が作製された。本発明の第
６の実施例が、説明される。

【０１３６】図２６を参照しながら、本発明による半導
体レーザ装置の第６の実施例を説明する。

【０１３７】基板２００１は、（１００）面から[０１
１]方向に９゜傾斜した主面を持つｎ型ＧａＡｓ基板で
ある。この基板２００１の上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＡ
ｓからなるバッファ層２００２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＰからなるクラッド層２００３、歪多重量子井戸
活性層２００４、Ｚｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからな
るスペーサ層２００５、Ｚｎ及びＳｉドープｐ型ＧａＩ
ｎＰからなる歪量子井戸可飽和吸収層２００６、Ｚｎド
ープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層２００７、
Ｚｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラ
ッド層２００８、及びＺｎドープｐ型ＧａＩｎＰからな
るエッチング停止層２００９が、この順に形成される。

【０１３８】エッチング停止層２００９の上には、Ｚｎ
ドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるリッジ状の第２のｐ
型クラッド層２０１０とＺｎドープｐ型ＧａＩｎＰから
なるコンタクト層２０１１とが形成される。リッジ状の
第２のｐ型クラッド層２０１０及びコンタクト層２０１
１の両側は、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロ
ック層２０１２によって埋め込まれている。さらに、コ
ンタクト層２０１１と電流ブロック層２０１２との上に
は、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層２０１
３が形成されている。キャップ層２０１３及び基板２０
０１の裏側には、ｐ型電極２０１４及びｎ型電極２０１
５がそれぞれ形成されている。

【０１３９】本実施例の半導体レーザの組成図は、図１
２に示したものと同じである。歪多重量子井戸活性層２
００４は、膜厚５ｎｍの３つの歪量子井戸を含む。歪量
子井戸可飽和吸収層２００６の光ガイド層２００７は、
組成ｘが０．５且つ厚さが１５０ｎｍである。

【０１４０】本実施例は、歪量子井戸可飽和吸収層２０
０６にｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを同時に添加
することにより、歪量子井戸可飽和吸収層２００６のキ
ャリア濃度が所望のレベルに設定されている点で、前述
の実施例と異なる。この場合、歪量子井戸可飽和吸収層
２００６のキャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３となる
ように、Ｚｎ及びＳｉの添加量が精密に調整されてい
る。

【０１４１】本実施例の方法により作製された半導体レ
ーザ装置は、２種類のドーパントが同時にドープされて
いないもので得られるものと同様の自励発振現象が生
じ、−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下のＲＩＮが得られる。さら
に、自励発振を実現する半導体レーザ装置の製造歩留ま
りは、５％から５０％へ実質的に改善され、その推定寿
命は５０００時間から２００００時間へ改善される。こ
れより、実用上問題のない半導体レーザ装置が得られ
る。

【０１４２】本実施例では、可飽和吸収層へｐ型ドーパ
ントとｎ型ドーパントとを同時に添加することにより、
高濃度にドープされたＺｎの拡散が抑制される。このた
め、キャリア濃度プロファイルが製造工程中及び装置の
動作中に所望の値から大きく変化しない。従って、半導
体レーザ装置の諸特性及び歩留まりが向上される。

【０１４３】本実施例では、ドーパントとしてＺｎ及び
Ｓｉが用いられている。しかし、使用されるべきドーパ
ントは、これに限定されるない。ｐ型ドーパントとして
Ｍｇなどが使用され得て、ｎ型ドーパントとしてＳｅな
どが使用され得る。

【０１４４】（実施例７）実施例６では、可飽和吸収層
からのドーパントの拡散を防止するために適した構造が
説明されている。本実施例では、さらに電流ブロック層
からのドーパントの拡散を抑制できる構造を持つ半導体
レーザ装置を説明する。

【０１４５】半導体レーザ装置の製造工程において半導
体層が成長される場合、近傍に再成長界面が存在する
と、界面に存在する欠陥を介して不純物の拡散が促進さ
れる。そのため、Ｚｎが、ＧａＩｎＰ可飽和吸収層の形
成後に設けられる電流狭窄層のような埋込構造形成時
に、問題を生じさせると思われる。そこで、ＧａＡｓ電
流ブロック層にｎ型ドーパントであるＳｉとｐ型ドーパ
ントであるＺｎとを同時に添加することによって、Ｇａ
ＩｎＰ可飽和吸収層中からのＺｎの拡散が抑制され、所
望のキャリア濃度プロファイルを乱すことなく半導体多
層膜を再現性良く形成できることが見出された。この効
果を利用する目的で、可飽和吸収層がｎ型及びｐ型ドー
パントで同時にドープされている以下の構造の半導体レ
ーザが作製された。

【０１４６】図２７を参照しながら、本発明による半導
体レーザ装置の第７の実施例を説明する。

【０１４７】基板２１０１は、（１００）面から[０１
１]方向に９゜傾斜した面を持つｎ型ＧａＡｓ基板であ
る。この基板２１０１の上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ
からなるバッファ層２１０２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＰからなるクラッド層２１０３、歪多重量子井戸活
性層２１０４、Ｚｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる
スペーサ層２１０５、Ｚｎ及びＳｉドープｐ型ＧａＩｎ
Ｐからなる歪量子井戸可飽和吸収層２１０６、Ｚｎドー
プｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層２１０７、Ｚ
ｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッ
ド層２１０８、及びＺｎドープｐ型ＧａＩｎＰからなる
エッチング停止層２１０９が、この順に形成される。

【０１４８】エッチング停止層２１０９の上には、Ｚｎ
ドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるリッジ状の第２のｐ
型クラッド層２１１０とＺｎドープｐ型ＧａＩｎＰから
なるコンタクト層２１１１とが形成される。リッジ状の
第２のｐ型クラッド層２１１０及びコンタクト層２１１
１の両側は、Ｓｉ及びＺｎドープｎ型ＧａＡｓからなる
電流ブロック層２１１２によって埋め込まれている。

【０１４９】さらに、コンタクト層２１１１と電流ブロ
ック層２１１２との上には、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓか
らなるキャップ層２１１３が形成されている。キャップ
層２１１３の上及び基板２１０１の裏面には、ｐ型電極
２１１４及びｎ型電極２１１５がそれぞれ形成されてい
る。

【０１５０】本実施例の半導体レーザ装置の構造図は、
図１２のものと同じである。歪多重量子井戸活性層２１
０４は、厚さ５ｎｍの３つの歪量子井戸を含む。歪量子
井戸可飽和吸収層２１０６の光ガイド層２１０７は、組
成ｘが０．５で厚さが１５０ｎｍである。

【０１５１】本実施例は、電流ブロック層２１１２にｎ
型ドーパントとｐ型ドーパントとを同時に添加により、
そのキャリア濃度が所望のレベルに設定されている点
で、前述の実施例と異なる。この場合、電流ブロック層
２１１２のキャリア濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3となるよう
に、Ｓｉ及びＺｎの添加量が精密に制御される。

【０１５２】本実施例の方法により作製された半導体レ
ーザ装置は、２種類のドーパントが同時にドープされて
いないもので得られるものと同様の自励発振現象が生
じ、−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下のＲＩＮが得られる。さら
に、自励発振を実現する半導体レーザ装置の製造歩留ま
りは、５％から６０％へ実質的に改善され、その推定寿
命は５０００時間から４００００時間へ改善される。こ
れより、実用上問題のない半導体レーザ装置が得られ
る。

【０１５３】本実施例では、電流狭窄層へｐ型ドーパン
トとｎ型ドーパントとを同時に添加することにより、歪
量子井戸可飽和吸収層に高濃度にドープされたＺｎの拡
散が抑制される。このため、キャリア濃度プロファイル
が変化せず、半導体レーザ装置の諸特性及び歩留まりが
効果的に向上される。

【０１５４】本実施例では、歪量子井戸可飽和吸収層と
電流ブロック層とが、２種類の不純物によって同時にド
ープされている。しかし、電流ブロック層のみが２種類
の不純物によってドープされる場合でも、同じ効果が期
待される。

【０１５５】本実施例では、ドーパントとしてＺｎ及び
Ｓｉが用いられている。しかし、使用されるべきドーパ
ントは、これに限定されない。ｐ型ドーパントとしてＭ
ｇなどが使用され得て、ｎ型ドーパントとしてＳｅなど
が使用され得る。

【０１５６】（実施例８）以下、本発明によるチップ検
査工程を説明する。

【０１５７】一般に、１枚の半導体ウェハから複数の半
導体レーザ装置が形成される。具体的には、半導体ウェ
ハの上にｐ型電極及びｎ型電極が形成された後に、半導
体ウェハ基板は、複数のバーを得るように劈開される。
この後に、各バーの劈開面に反射膜がコートされる。

【０１５８】チップ検査工程で、所定の範囲外の特性を
持つと判定された半導体レーザ装置は、不良品として排
除される。例えば、バーの状態にある半導体レーザ装置
は、室温でパルス駆動させたとき、閾値電流が１００〜
２００ｍＡの範囲内にないと、不良品として排除され
る。

【０１５９】次に、チップ検査工程で排除されなかった
バーからレーザチップを得る。これらのレーザチップ
は、組立工程を行う目的でキャン内にシールされる。

【０１６０】次に、エージング工程が行われる。本発明
者らは、ｐ型不純物のドープされた可飽和吸収層を持つ
半導体レーザ装置の場合、レーザ発振の開始時のレーザ
装置の特性が、１分以上経過後に変化することを発見し
た。また、レーザ発振の開始に続く数分の経過後に、特
性は安定化する傾向にあることも発見した。より具体的
には、レーザ発振の開始に続く約１０分の経過した後
に、特性は、ほぼ一定の状態を維持するようになる。例
えば、所定の光出力を得る条件のもとで半導体レーザ装
置が駆動される場合、レーザ発振の開始直後は約１００
ｍＡの駆動電流でレーザ装置が動作しているにもかかわ
らず、１〜１０分の経過後には約７０ｍＡの駆動電流で
レーザ装置が動作するようになることが時々ある。

【０１６１】特性の上記の変化は、レーザ発振の開始後
の比較的に短い期間内に生じるが、その期間が経過した
後は生じない。このため、このような特性変動は、「初
期特性変動」と呼ぶことにする。

【０１６２】半導体レーザ装置を光源として含む装置や
システムを使用する場合、半導体レーザ装置の動作電流
は変動しない方が好ましい。このため、本発明による半
導体レーザ装置は、好ましくは、出荷する前に、閾値電
流の様な特性を安定化する工程（エージング工程）を受
ける。このエージング工程の間に、チップ状態の半導体
レーザ装置は、１〜１２０分間室温で連続レーザ発振さ
れるか、或いは１〜１２０分間、５０℃でパルス発振さ
れる。これらの工程は、チップの組立前に行われる必要
がある。

【０１６３】エージング工程を行う代わりに、ウェハを
複数のバ−に分離する前に、ウェハに対して３００〜８
００℃で約１０〜６０分間アニールを行うことによっ
て、レーザ装置の特性は安定化されることもわかった。
組立前にウェハ状態でアニールを行うことによって、半
導体レーザ装置の特性が安定化され得る。これで、組立
前に不良品が排除され得て、不良品の組立のような無駄
がなくなる。また、半導体レーザ装置が個別に取り扱わ
れる必要が無く、従って、複数の半導体レーザ装置が同
時に処理され得る。特性安定化のためのアニールは、ウ
ェハがレーザバーに分離された後に行い得る。

【０１６４】上記のエージング工程及びアニールは、可
飽和吸収層にｐ型不純物（特にＺｎ）が高濃度にドープ
された場合に、好ましい効果をもたらす。

【０１６５】上記の何れの実施例においても、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザ装置が説明されている。しかし、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発
明は、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）系、Ａｌ_xＧａ_y
Ｉｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）系、またはＭ
ｇ_xＺｎ_1-xＳ_yＳｅ_1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）系に
も適用可能である。何れの材料系が使用されても、可飽
和吸収層が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の濃度で不純物がドー
プされる限り、安定した自励発振が達成され得る。

【０１６６】Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）系半導体
レーザ装置の場合、例えば、活性層はＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａ
ｓから形成され、可飽和吸収層はＧａＡｓから形成さ
れ、クラッド層はＡｌＧａＡｓから形成される。

【０１６７】Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）系半導体レーザ装置の場合、例えば、活性層
はＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎから形成され、可飽和吸収層はＩ
ｎ_{0. 2}Ｇａ_0.8Ｎから形成され、クラッド層はＡｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎから形成される。

【０１６８】Ｍｇ_xＺｎ_1-xＳ_yＳｅ_1-y（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）系半導体レーザ装置の場合、例えば、活性層
はＣｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｓｅから形成され、可飽和吸収層はＣ
ｄ_{0. 3}Ｚｎ_0.7Ｓｅから形成され、クラッド層はＭｇ_0.1
Ｚｎ_0.9Ｓ_0.1Ｓｅ_0.9から形成される。

【０１６９】（実施例９）次に、図２８を参照しなが
ら、本発明による光ディスク装置を説明する。

【０１７０】光ディスク装置は、本発明の半導体レーザ
装置８０１と、半導体レーザ装置８０１から放射された
レーザ光（波長：６５０ｎｍ）を平行光にするコリメー
タレンズ８０３と、その平行光を３本のレーザ光（この
図では１本のレーザ光のみが示されている）に分離する
回折格子８０４と、レーザ光の特定成分を透過／反射す
るハーフプリズム８０５と、ハーフプリズム８０５から
のレーザ光を光ディスク８０７の上にフォーカスする集
光レンズ８０６と、を含む。光ディスク８０７の上で
は、例えば、直径約１μｍのレーザビームスポットが形
成される。光ディスク８０７としては、読み出し専用デ
ィスクとともに書き換え可能なものも使用され得る。

【０１７１】光ディスク８０７から反射されたレーザ光
は、ハーフプリズム８０５で反射された後、受光レンズ
８０８及びシリンドリカルレンズ８０９を透過し、受光
素子８１０に入射する。受光素子８１０は、複数に分割
されたフォトダイオードを有しており、光ディスク８０
７から反射されたレーザ光に基づいて、情報再生信号、
トラッキング信号、及びフォーカスエラー信号を生成す
る。トラッキング信号及びフォーカスエラー信号に基づ
いて駆動系８１１が光学系を駆動することによって、光
ディスク８０７の上のレーザ光スポットの位置を調整す
る。

【０１７２】光ディスク装置において、半導体レーザ装
置８０１以外の構成要素は、公知のものが使用され得
る。前述のように、本実施例の半導体レーザ装置８０１
は、高濃度にドープされた可飽和吸収層を有している。
このため、光ディスク８０７から反射されたレーザ光の
一部がハーフプリズム８０５と回折格子８０４とを透過
して半導体レーザ装置８０１に戻ってきても、相対強度
雑音は低いレベルに維持される。

【０１７３】図２２に示す半導体レーザ装置では、光出
力が約１０ｍＷのレベルまで自励発振が生じる。しか
し、このレベルを越えて光出力を大きくすると、発振状
態は徐々に、自励発振から単一モード発振に変化して行
く。例えば、約１５ｍＷの光出力では、自励発振は生じ
ない。光ディスクに記録された情報を再生するときに
は、半導体レーザ装置は、自励発振によって戻り光雑音
を生じないべきである。しかし、光ディスク上に情報を
記録するときには、自励発振が生じている必要はない。
例えば、約１５ｍＷの光出力で情報が記録され、約５ｍ
Ｗの出力で情報が再生されれば、情報の低雑音再生とと
もに低雑音記録が行われ得る。

【０１７４】上述のように、本発明の光ディスク装置で
は、高周波重畳用回路部品を用いることなく、６３０〜
６８０ｎｍの波長で低雑音再生が達成され得る。

【０１７５】これに対して、６３０〜６８０ｎｍの波長
で動作する従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置
は、安定な自励発振を生じさせられない。そのため、従
来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置が光ディスク装
置で用いられる場合、高周波を駆動電流に重畳すること
によって、戻り光雑音を抑制する必要がある。これは、
大型の高周波重畳回路を必要として、光ディスク装置の
小型化に不適当である。

【０１７６】（実施例１０）次に、本発明による光ディ
スク装置の他の実施例を説明する。

【０１７７】光ディスク装置は、本発明の前述の半導体
レーザ装置を含むレーザユニットを使用する。レーザユ
ニットは、フォトダイオードが形成されたシリコン基板
と、その上にマウントされた半導体レーザ装置と、を含
んでいる。更に、半導体レーザ装置から放射されたレー
ザ光を反射させるマイクロミラーが、シリコン基板に形
成されている。

【０１７８】図２９を参照しながら、このレーザユニッ
トを説明する。図２９に示されるように、シリコン基板
（７ｍｍ×３．５ｍｍ）１の主面１ａの中央に凹部２が
形成されており、凹部２の底面に半導体レーザ装置３が
配置されている。凹部２の一側面は傾斜しており、マイ
クロミラー４として機能する。シリコン基板１の主面１
ａが（１００）面である場合、（１１１）面は、異方性
エッチングによって露出されてマイクロミラー４として
利用される。（１１１）面は、（１００）面から５４°
傾斜している。そのため、主面１ａが（１００）面から
＜１１０＞方向に９°だけ傾斜したオフ基板が用いられ
れば、主面１ａに対して４５°傾斜した（１１１）面が
得られる。（１１１）面に対向する位置に設けられた
（１１１）面は、主面１ａに対して６３°傾斜する。こ
の面にはマイクロミラー４が形成されず、後述する光出
力モニター用フォトダイオード５が形成される。異方性
エッチングによって形成した（１１１）面は平滑なミラ
ー面であるので、優れたマイクロミラー４として機能す
る。しかし、マイクロミラー４の反射効率を高めるため
に、レーザ光を吸収し難い金属膜が、好ましくはシリコ
ン基板１の傾斜面上に蒸着される。

【０１７９】シリコン基板１の上には、半導体レーザ装
置３の光出力をモニターするためのフォトダイオード５
に加えて、光信号検出用の５分割フォトダイオード６ａ
及び６ｂが形成されている。

【０１８０】図３０を参照しながら、本実施例の光ディ
スク装置を説明する。前述した構造を持つレーザユニッ
ト１０の半導体レーザ装置（図３０には不図示）から放
射されたレーザ光は、マイクロミラー（図３０には不図
示）から反射されて、ホログラム素子１１の下面に形成
されたグレーティングによって３本のビームに分離され
る（図中では、簡単化のため１本のビームのみ示されて
いる）。その後に、レーザ光は１／４波長板（１／４λ
板）１２と対物レンズ１３とを透過し、光ディスク１４
の上にフォーカスされる。光ディスク１４から反射され
たレーザ光は、対物レンズ１３及び１／４λ板１２を透
過した後、ホログラム素子１１の上面に形成されたグレ
ーティングによって回折される。この回折によって、図
３１に示されるように、−１次光と＋１次光とが形成さ
れる。例えば、−１次光は、図の左側に位置する受光領
域１５ａに照射され、＋１次光は、図の右側に位置する
受光領域１５ｂに照射される。ホログラム素子１１の上
面に形成されたグレーティングのパターンは、−１次光
の焦点距離が＋１次光の焦点距離とは異なるように調整
される。

【０１８１】図３２に示されるように、レーザ光が光デ
ィスク上にフォーカスすると、レーザユニット１０の受
光領域１５ａに形成される反射レーザ光ビームのスポッ
トの形状は、受光領域１５ｂに形成される反射レーザ光
ビームのスポットの形状と等しくなる。レーザ光が光デ
ィスク上でフォーカスしていないときには、レーザユニ
ット１０の受光領域１５ａに形成される反射レーザ光ビ
ームのスポットの形状は、受光領域１５ｂに形成される
反射レーザ光ビームのスポットの形状とは異なる。

【０１８２】左右の受光領域の上に形成される光ビーム
スポットの大きさは、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）
として、以下のように検出される。

【０１８３】 ＦＥＳ＝（Ｓ１＋Ｓ３＋Ｓ５）−（Ｓ２＋Ｓ４＋Ｓ６） ここで、Ｓ１〜Ｓ３は、受光領域１５ａを構成している
５つのフォトダイオードの内の中央の３つのフォトダイ
オードから出力された信号の強度を意味し、Ｓ４〜Ｓ６
は、受光領域１５ｂを構成している５つのフォトダイオ
ードの内の中央の３つのフォトダイオードから出力され
た信号の強度を意味している。フォーカスエラー信号
（ＦＥＳ）がゼロのとき、レーザ光は光ディスクの上に
フォーカスしている。図３０に示されるアクチュエータ
１５によって、フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）がゼロ
になるように対物レンズ１３が駆動される。

【０１８４】トラッキングエラー信号（ＴＥＳ）は、以
下のように求められる。

【０１８５】ＴＥＳ＝（Ｔ１−Ｔ２）＋（Ｔ３−Ｔ４） Ｔ１及びＴ２は、受光領域１５ａを構成している５つの
フォトダイオードの内の両端の２つのフォトダイオード
から出力された信号の強度を意味し、Ｔ３及びＴ４は、
受光領域１５ｂを構成している５つのフォトダイオード
の内の両端の２つのフォトダイオードから出力された信
号の強度を意味している。

【０１８６】情報信号（ＲＥＳ）は、以下のように求め
られる。

【０１８７】 ＲＥＳ＝（Ｓ１＋Ｓ３＋Ｓ５）＋（Ｓ２＋Ｓ４＋Ｓ６） 本実施例では、半導体レーザ装置がフォトダイオードと
一体化されているレーザユニットが使用されている。し
かし、半導体レーザ装置は、フォトダイオードから分離
され得る。

【０１８８】上記のように、半導体レーザ装置がフォト
ダイオードと一体化されたレーザユニットを用いること
によって、光ディスク装置が小型化される。また、フォ
トダイオード及びマイクロミラーがシリコン基板に予め
形成されているので、光学的なアライメントは、単にシ
リコン基板に半導体レーザ装置を位置合わせするだけで
達成される。このように、光学的なアライメントが容易
であるので、組立精度が向上して、且つ製造工程が簡単
になる。

【０１８９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、可飽和
吸収層のドーピングレベルを増加することにより、キャ
リアの寿命時間が制御されて、安定した自励発振特性が
実現された半導体レーザ装置が得られる。

【０１９０】また、本発明の半導体レーザ装置は、活性
層に量子井戸を適用し、且つ光ガイド層を備えた量子井
戸可飽和吸収層を用いることによって、より高出力の自
励発振特性を実現できる。

【０１９１】また、本発明の半導体レーザ装置は、高ド
ープされた可飽和吸収領域を活性層の電流注入領域に隣
接して設けることにより、容易に自励発振を生じさせ
る。

【０１９２】また、本発明によれば、スペーサ層内に多
重量子障壁層を設けることにより、可飽和吸収層への電
子流入を抑制し、可飽和吸収層の光閉じ込め係数を増加
して、これにより、自励発振を容易に実現する。

【０１９３】また、本発明によれば、可飽和吸収層や電
流狭窄層にｎ型ドーパントとｐ型ドーパントとを同時に
ドープすることにより、ドーパントの拡散が抑制され、
キャリア濃度プロファイルが変化しない。従って、本発
明は、半導体レーザ装置の諸特性及び歩留まりの向上の
点で、非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例における半導体レーザ装置の断面図であ
る。

【図２】従来例における可飽和吸収層のＡｌ組成を示す
図である。

【図３】ＧａＡｓとＧａＩｎＰとについて、利得のキャ
リア密度依存性（利得特性）を示す図である。

【図４】可飽和吸収層におけるキャリア寿命時間のドー
ピングレベル依存性を示すグラフである。

【図５】本発明の第１の実施例におけるＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザの断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例における活性層近傍のＡ
ｌ組成を示す図である。

【図７】本発明の第１の実施例における電流−光出力特
性を示すグラフである。

【図８】本発明の第１の実施例における光出力及びキャ
リア密度の時間変化を示すグラフである。

【図９】本発明の第１の実施例における光出力とキャリ
ア密度との実測時間を示す波形図である。

【図１０】最大自励発振出力（Ｐ_max）の可飽和吸収層
ドーピングレベルに対する依存性を示すグラフである。

【図１１Ａ】本発明の第１の実施例におけるエネルギー
バンド及び電子密度分布を示す図である。

【図１１Ｂ】本発明の第１の実施例におけるエネルギー
バンド及び電子密度分布を示す図である。

【図１２】本発明の第１の実施例におけるスペーサ層の
厚さに対する可飽和吸収層の電子密度を示すグラフであ
る。

【図１３】本発明の第１の実施例におけるスペーサ層の
厚さに対する光出力の自励発振の存在を示す図である。

【図１４Ａ】本発明の第１の実施例と従来例との間の雑
音特性の比較を示す図である。

【図１４Ｂ】本発明の第１の実施例と従来例との間の雑
音特性の比較を示す図である。

【図１５Ａ】本発明の第１の実施例において、スペーサ
層が５×１０¹⁷ｃｍ^-3でドープされている場合の信頼性
試験の結果を示す。

【図１５Ｂ】本発明の第１の実施例において、スペーサ
層が２×１０¹⁸ｃｍ^-3でドープされている場合の信頼性
試験の結果を示す。

【図１６】スペーサ層のドーピングレベルと可飽和吸収
層のドーピングレベルとの差異（△Ｐ）に対する最大自
励発振出力（Ｐ_max）の依存性を示すグラフである。

【図１７】可飽和吸収層及びその近傍における不純物濃
度プロファイルを示すグラフである。

【図１８】可飽和吸収層及びその近傍における不純物濃
度プロファイルを示すグラフである。

【図１９】可飽和吸収層及びその近傍における不純物濃
度プロファイルを示すグラフである。

【図２０】可飽和吸収層及びその近傍における不純物濃
度プロファイルを示すグラフである。

【図２１】本発明の第２の実施例におけるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置の第２の実施例の断面図である。

【図２２】本発明の第２の実施例における活性層近傍の
Ａｌ組成を示す図である。

【図２３】本発明の第３の実施例におけるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置の断面図である。

【図２４】本発明の第４の実施例における活性層近傍の
組成構造を示す図である。

【図２５Ａ】本発明の第５の実施例における半導体レー
ザ装置の製造工程を示す断面図である。

【図２５Ｂ】本発明の第５の実施例における半導体レー
ザ装置の製造工程を示す断面図である。

【図２５Ｃ】本発明の第５の実施例における半導体レー
ザ装置の製造工程を示す断面図である。

【図２５Ｄ】本発明の第５の実施例における半導体レー
ザ装置の製造工程を示す断面図である。

【図２５Ｅ】本発明の第５の実施例における半導体レー
ザ装置の製造工程を示す断面図である。

【図２６】本発明の第６の実施例におけるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置の断面図である。

【図２７】本発明の第７の実施例におけるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ装置の断面図である。

【図２８】本発明による光ディスク装置の実施例の構成
を示す模式図である。

【図２９】本発明による光ディスク装置に使用されるレ
ーザユニットの斜視図である。

【図３０】本発明による光ディスク装置に他の実施例の
構成を示す模式図である。

【図３１】本発明による光ディスク装置の実施例に用い
られるホログラム素子の働きを示す図である。

【図３２】本発明による光ディスク装置の実施例に用い
られる光検出器の平面図である。

【符号の説明】

２０１ ｎ型ＧａＡｓ基板２０１ ２０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ２０３ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２０４ 多重量子井戸活性層 ２０５ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰスペーサ層２０５ ２０６ ｐ型ＧａＩｎＰ高ドープ可飽和吸収層 ２０７ 第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２０８ ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層 ２０９ 第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２１０ コンタクト層２１０ ２１１ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１１ ２１２ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ２１３ ｐ型電極 ２１４ ｎ型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 智 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上野山 雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 萬濃 正也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 福久 敏哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層と、該活性層を挟むクラッド構造
   と、を備えた自励発振型半導体レーザ装置であって、 該クラッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、 該可飽和吸収層は、その光閉じ込め係数が約１％以上に
   なるように、該活性層から離れた位置に配置されてい
   る、自励発振型半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記可飽和吸収層は、その光閉じ込め係
   数が約１．５％以上になるように、前記活性層から離れ
   た位置に配置されている、請求項１に記載の自励発振型
   半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記可飽和吸収層は量子井戸構造を有し
   ている、請求項１或いは２に記載の自励発振型半導体レ
   ーザ装置。
4. 【請求項４】 前記活性層と前記可飽和吸収層との間に
   は、該活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャ
   ップを持つスペーサ層が配置されている、請求項１から
   ３の何れかに記載の自励発振型半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記可飽和吸収層に隣接して光ガイド層
   が配置されている、請求項１から４の何れかに記載の自
   励発振型半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記可飽和吸収層のキャリア寿命が６ナ
   ノ秒以下である、請求項５に記載の自励発振型半導体レ
   ーザ装置。
7. 【請求項７】 半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装
   置から放射されたレーザ光を記録媒体に集光する集光光
   学系と、該記録媒体から反射されたレーザ光を検出する
   光検出器と、を備えた光ディスク装置であって、 該半導体レーザ装置は、活性層と、該活性層を挟むクラ
   ッド構造と、を備えた自励発振型半導体レーザ装置であ
   って、該クラッド構造は可飽和吸収層を含んでおり、該
   可飽和吸収層は、その光閉じ込め係数が約１％以上にな
   るように、該活性層から離れた位置に配置されている、
   自励発振型半導体レーザ装置である、光ディスク装置。
8. 【請求項８】 前記可飽和吸収層は、その光閉じ込め係
   数が約１．５％以上になるように、前記活性層から離れ
   た位置に配置されている、請求項７に記載の光ディスク
   装置。
9. 【請求項９】 前記過飽和吸収層は量子井戸構造を有し
   ている、請求項７或いは８に記載の光ディスク装置。