JP2000277856A - 自励発振型半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型可視レー
ザと比較して、高温領域（６０℃以上）まで安定な自励
発振、低パワーでのスロープ効率の直線性、動作電流の
低減、最高発振温度の向上、高い信頼性等の優れた自励
発振型可視レーザを提供すること。 【解決手段】 基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａ
ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１
クラッド層の上に形成され且つ電流狭窄部の少なくとも
一部を構成する第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧ
ａＡｓからなる第２クラッド層、から少なくとも構成さ
れる自励発振型半導体レーザ装置であって、前記第２ク
ラッド層の両側面の少なくとも一部が前記第２クラッド
層よりも屈折率が低い低屈折率電流阻止層に挟まれてい
ることを特徴とする自励発振型半導体レーザ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に関
し、特にＡｌＧａＩｎＰ系及びＡｌＧａＡｓＰ系半導体
材料を用いた自励発振型半導体レーザに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンパクトディスク等の各種光ディスク
の再生・記録等の光源に用いられる半導体レーザにおい
ては、ディスク面等からの反射された出力レーザ光の戻
り光に起因するノイズ（戻り光ノイズ）の低減化をはか
る上で半導体レーザの縦モードがマルチモードとなるこ
とが望ましい。この半導体レーザ装置の戻り光ノイズを
低減させるために、半導体レーザの自励発振現象を利用
して、縦マルチモード発振させる方法が開発されている
（例えば特開昭６３−２０２０８３号公報）。

【０００３】最近、ディジタルビデオディスク等の記録
密度向上のために、情報処理用光源として従来のＡｌＧ
ａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ帯）レー
ザが実用化され始めている。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材
料を用いた従来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）一例
として、図４に模型的に示す構造を有するものがある。

【０００４】すなわち図４において、４０１はｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、４０２は基板４０１上に形成されたｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＰからなるクラッド層である。４０３はＡｌＧ
ａＩｎＰからなる活性層であり、４０４はｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰからなるクラッド層である。すなわち、ＡｌＧａ
ＩｎＰ活性層４０３のエネルギーギャップは、ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層４０２及び４０４のエネルギーギャッ
プより小さくなるよう混晶比が設定されており、ダブル
ヘテロ構造をなしている。４０６はコンタクト層であ
る。

【０００５】４０５はｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止
（ブロック）層である。電流阻止層４０５は、レーザー
発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭
窄を行う目的で設けられる。４０５は、層４０４を選択
エッチングしてリッジを形成した後、ＳｉＮｘなどのア
モルファス膜を用いて選択成長させることによって形成
する。

【０００６】従来のＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近
傍）のレーザにおいては、ＣＳＰ構造、Ｖ−ＳＩＳ構
造、ＳＡＳ構造等により低ノイズ化が実現されている。
例えば、東芝レビュー４０巻７号、第５７６〜５７８項
において、電流狭窄によって活性層に電流注入のストラ
イプを形成し、活性層において、そのストライプ両側に
可飽和吸収体領域が生じるようにして、活性層中光とキ
ャリアの相互作用による発光部の屈折率の振動によって
レーザ発振の開始と停止の繰り返し、すなわち自励発振
を起こさせている。

【０００７】ところが、図４に示すような従来のＡｌＧ
ａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ帯）
レーザにおいては、上記のように活性層中に可飽和吸収
体を形成する方法では、電流ブロック層直下でのｐクラ
ッド層領域での電流拡がりが増加することによって、過
度のキャリア注入により過飽和吸収体としての機能が低
下し、高温領域まで安定に自励発振を実現することが困
難である（平成６年秋期応用物理学会学術講演会予稿集
２０ｐ−Ｓ−１５、平成７年春期応用物理学関係連合講
演会予稿集２８ａ−ＺＧ−９）。そこで、図５に示すよ
うに活性層外部に発振光と同程度のバンドギャップを有
する可飽和吸収層を備えたＡｌＧａＩｎＰ系自励発振レ
ーザが開発され（特開平７−２６３７９４等）、自励発
振が６０℃の高温まで確認されている（H.Adachi,et a
l.”Self-sustained pulsation in650nm-band AlGaInP
visible laser diode with highly doped suturable ab
sorbing layer”,IEEE Photon.Technol.Lett.7,p1406(1
995)）。しかしながら、可飽和吸収層を挿入する方法で
は、図６に示すように発振立ち上がりに光出力の急峻な
遷移が観測されており、光ディスクドライブ装置に組み
込んでレーザ出力を一定になるように制御するときに、
自動パワー制御（ＡＰＣ）を低出力の領域で使用すると
ＡＰＣ回路が発振してしまい、パワー制御ができなくな
るという問題が発生する可能性がある。さらに、可飽和
吸収層を採用することにより、可飽和吸収域でのロスの
ために発振しきい値電流を大幅に上昇させてしまう、可
飽和吸収層のバンドギャップ変化、可飽和吸収層と活性
層との間の距離に大きく依存するために再現性や均一性
などが厳しく要求され歩留まりが低くなりやすいという
問題もある。

【０００８】上記の可飽和吸収層を備えたＡｌＧａＩｎ
Ｐ系を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）自励発
振型レーザの実用上の大きな問題を解決するには、従来
のＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）のレーザと同
様に、ＡｌＧａＩｎＰ系のレーザにおいても活性層中に
可飽和吸収体を安定に形成する方法により、高温領域ま
で安定に自励発振を実現することが望ましいと考えられ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術の問題点を解決することを課題とした。すなわち本発
明は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型可視レーザと
比較して、高温領域（６０℃以上）まで安定な自励発
振、低パワーでのスロープ効率の直線性、動作電流の低
減、最高発振温度の向上、高い信頼性等を達成した自励
発振型可視レーザを提供することを解決すべき課題とし
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を進めた結果、ＡｌＧａＩｎＰ
系を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザ構
造の光導波を実屈折率ガイドとし、かつ活性層内に可飽
和吸収体を形成することにより、所期の効果を奏する優
れた自励発振型半導体レーザ装置を提供しうることを見
出し、本発明に達した。すなわち本発明は、基板上に、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるク
ラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又
はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成
された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰから
なる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成され
且つ電流狭窄部の少なくとも一部を形成する第２導電型
のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッ
ド層から少なくとも構成される自励発振型半導体レーザ
装置であって；前記第２クラッド層の両側面の少なくと
も一部が前記第２クラッド層よりも屈折率が低い低屈折
率電流阻止層に挟まれていることを特徴とする自励発振
型半導体レーザ装置を提供するものである。

【００１１】本発明の自励発振型半導体レーザ装置の電
流狭窄部はストライプ状のリッジ構造を有しており、該
リッジ構造の両側面の少なくとも一部を挟むように低屈
折率電流阻止層が形成されているのが好ましい。また、
電流狭窄部はストライプ状の溝構造を有しており、該溝
構造の両側面の少なくとも一部を挟むように低屈折率電
流阻止層が形成されているのも好ましい。さらに、低屈
折率電流阻止層は少なくとも一つ以上の化合物半導体層
を有しており、低屈折率電流阻止層の少なくとも一部が
第１導電型又は高抵抗の化合物半導体層であることが好
ましい。また、低屈折率電流阻止層はＡｌＧａＡｓＰ又
はＡｌＧａＡｓからなることが好ましく、低屈折率電流
阻止層の底面が第１クラッド層の上面に接していること
が好ましい。

【００１２】本発明には、前記基板と前記第１導電型の
ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間
に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓから
なるクラッド層が形成されている態様；前記活性層が量
子井戸層及び該量子井戸層を挟むバリア層及び／又は閉
じ込め層から構成されている態様；前記活性層の厚みが
０．０５〜０．５μｍである態様；前記量子井戸層の層
数が３〜６である態様；前記量子井戸層に圧縮あるいは
引っ張りの歪みが加えられる態様；前記基板の表面が低
次の面方位に対してオフアングルを有する態様；室温付
近における発振波長が６３０〜７００ｎｍである態様
が、好ましい態様として包含される。

【００１３】さらに本発明には、前記リッジ構造の底部
の幅が、装置端面近傍で装置中央部より広くなっている
態様；前記リッジ構造の底部の幅が、装置端面近傍で装
置中央部より狭くなっている態様；遠視野像が単一ピー
クである態様；前記クラッド層のうち、ｎ型の層のキャ
リア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である態様；電極に最
も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＣを含むＡｌ
ＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；活性層に最
も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＢｅ及び／又
はＭｇを含むＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる態
様；ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いた態様；前記低屈
折率電流阻止層をハロゲン元素を有するガスを少量添加
しながら有機金属気相成長法により選択成長した態様
も、好ましい態様として包含される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の自励発振型半導体レーザ
装置について、以下に各層の詳細と製造工程例を示しな
がら具体的に説明する。本発明の自励発振型半導体レー
ザ装置は、基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又は
ＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形
成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性
層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１ク
ラッド層の上に形成され且つ電流狭窄部の少なくとも一
部を形成する第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａ
Ａｓからなる第２クラッド層から少なくとも構成され
る。

【００１５】本明細書において「Ａ層の上に形成された
Ｂ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接する
ようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以
上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されて
いる場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面と
Ｂ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ
層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記
表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層
の説明と実施例の具体例から明らかである。

【００１６】本発明の自励発振型半導体レーザ装置の基
板は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長すること
が可能なものであれば、導電性や材料については特に限
定されない。好ましいのは導電性がある材料であり、望
ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃等の
結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板であ
る。通常ＡｌＧａＩｎＰ系可視レーザにはＧａＡｓ基板
が用いられる。その場合基板結晶成長面は低次な面また
はそれと結晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面
が最も好ましい。なお、本明細書において（１００）面
という場合、必ずしも厳密に（１００）シャストの面で
ある必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有す
る場合まで包含することとする。ＡｌＧａＩｎＰ／Ｇａ
ＩｎＰ系からなる可視レーザの作製において、（１０
０）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方
向）にオフした基板を用いることにより、自然超格子の
形成（オーダーリング）によるバンドギャップの縮小を
抑制し、短波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（た
とえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやす
くし、ヘテロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流
や温度特性を向上させることが可能となる。ただし、オ
フ角度が小さいときには、ステップバンチングが顕著に
現れ、ヘテロ海面に大きな凹凸が形成されてしまい、量
子井戸構造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作
製したときに、バルク活性層に対する量子効果によるＰ
Ｌ波長（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計
値より小さくなってしまう。オフ角度を大きくすること
により、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平
坦となり、設計通りに量子効果による短波長化が可能と
なる。このように、短波長化の阻害要因となっている自
然超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、
かつｐ型高濃度ドーピングにより短波長化による発振し
きい値電流の増加及び温度特性の劣化を抑制するため
に、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは
［０−１−１］方向）に８〜１６度程度オフした基板が
用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目
的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量
を考慮して、適切なオフ角度を洗濯する必要がある。

【００１７】基板上には、通常基板の欠陥をエピタキシ
ャル成長層に持ち込まないために厚み０．２〜２μｍ程
度のバッファ層を用いることが好ましい。基板上に形成
されるダブルヘテロ構造は、第１導電型のＡｌＧａＩｎ
Ｐ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、その上に形成さ
れたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、そ
の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＩｎＰからなるクラッド層から少なくとも構成され、こ
のとき、クラッド層は、活性層より屈折率が小さくなる
ように組成が選択される。また、ダブルヘテロ構造に
は、閉じ込め層として機能する層を含んでいてもよく、
このとき、閉じ込め層は、活性層より屈折率が小さくな
るように組成が選択される。また、活性層は、単一の層
からなる場合に限定されず、複数の量子井戸層及びそれ
らに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上及
び最下の量子井戸層の下に積層された閉じ込め層からな
る多量子井戸構造（ＭＱＷ）を有していてもよい。

【００１８】第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐからなるクラッド層は、第１導電型クラッド層が単層
からなるものであるときは、好ましくは１〜２μｍ程度
の厚みを有することが必要とされる。第１導電型クラッ
ド層は複数層からなるものであってもよく、具体的には
ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上記クラッド層
（第１導電型第２クラッド層）のほかに、例えばより基
板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰか
らなるクラッド層（第１導電型第１クラッド層）が形成
されている態様を例示することができる。第１導電型ク
ラッド層が２層以上からなる場合は、第１導電型第１ク
ラッド層の厚さを薄くすることができ、下限としては
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、
０．３μｍ以下がより好ましい。第１導電型第１クラッ
ド層のキャリア濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸
ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内では５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好まし
い。

【００１９】第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなるクラッド層については、厚さは０．３〜３
μｍの範囲が好ましく、その範囲内では０．５μｍ以上
が好ましく、１．５μｍ以下が好ましい。キャリア濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ま
しく、その範囲内では２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましい。

【００２０】第１導電型のクラッド層の上には、ＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層が積層される。
活性層としては、単層のバルク活性層でもよいが、短波
長化（６３０ｎｍ〜６６５ｎｍ）かつ低しきい値化のた
めに、量子井戸層及び量子井戸層を挟むバリア層及び／
又は閉じ込め層で構成されている多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造の方がより好ましい。さらに、この場合、高温
動作を向上させるために、量子井戸層に圧縮（Ｇａ_xＩ
ｎ_1-xＰ、ｘ＜０．５２）あるいは引っ張り（Ｇａ _xＩｎ
_1-xＰ、ｘ＞０．５２）の歪みが加えられることが有効
である。また、引っ張り歪みを加えるとＴＭモードで発
振しやすくなるが、バンドギャップを大きくしたまま特
性が向上できるので、６３０〜６５０ｎｍのより短波長
領域のレーザの高性能化には有効である。

【００２１】活性層内に自励発振に必要な体積の可飽和
吸収体を形成するために、活性層全体の厚みは０．０５
〜０．５μｍの範囲が好ましく、その範囲内では０．１
μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以下が好ましい。同様
な理由から、自励発振を実現させるために、活性層各層
の厚みは、以下のようにすることが好ましく、特に量子
井戸層の層数、閉じ込め層の厚みに大きく依存する。量
子井戸層の層数は複数であることが好ましく、好ましく
は３〜１０である。特に、室温付近の発振波長が６３０
〜６７０ｎｍの場合は量子井戸層の層数は４〜７である
のが好ましく、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎ
ｍの場合は３〜６であるのが好ましい。量子井戸の厚み
は、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合は
３〜７ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。一
方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合は
６〜１０ｎｍが好ましく、７〜９ｎｍがより好ましい。
井戸層の厚みは、２〜８ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍが
より好ましい。

【００２２】閉じ込め層は、Ｚｎ等の不純物の量子井戸
層への混入（拡散）の防止、量子井戸層への閉じ込め効
率の増加を図る観点から有効であり、閉じ込め層の厚み
を適切に選ぶことにより、レーザ発振しきい値電流の低
減、寿命向上等を実現できる。具体的に、閉じ込め層の
厚みは、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場
合は、下限として５０ｎｍ以上が好ましく、６０ｎｍ以
上がより好ましい。上限として、２００ｎｍ以下が好ま
しく、１００ｎｍ以下がより好ましい。一方、室温付近
の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合は、下限として
２０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好まし
い。上限として、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ
以下がより好ましい。

【００２３】活性層内のキャリア濃度は特に限定されな
いが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ド
ープをすることなく、アンドープの状態（この場合でも
わずかに（通常、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下）第１又は第２
導電型になっている）であることが、素子の性能向上及
び安定化の点からより好ましく、閉じ込め層も少なくと
も量子井戸層に近い部分はアンドープの状態であること
が好ましい。

【００２４】第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐ化合物からなる第１クラッド層については、その上に
ほぼ屈折率の等しい第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌ
ＧａＡｓＰからなる第２導電型第２クラッド層が形成さ
れていることから、キャリアの閉じ込めができる程度に
膜厚を薄くすることができる。膜圧の下限としては、
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。膜圧の上限としては、０．５μｍ以下が好ま
しく、０．３μｍ以下がより好ましい。キャリア濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ま
しく、その範囲内では２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましい。

【００２５】第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなる第２クラッド層については、その上に形成
されるコンタクト層に光があまり滲み出さない程度の膜
厚が必要である。膜厚は０．３〜３μｍの範囲が好まし
く、その範囲内では０．５μｍ以上が好ましく、１．５
μｍ以下が好ましい。キャリア濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ
^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内で
は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3
以下が好ましい。

【００２６】第２導電型第２クラッド層は、電流狭窄部
の少なくとも一部を構成する。電流狭窄部は、電極から
の電流を活性層の限られた領域にのみ注入する機能を有
する。したがって、第２導電型第２クラッド層は、低屈
折率電流阻止層などの他の層とともに電流狭窄機能を奏
する構造であれば、特にその形状は制限されない。第２
導電型第２クラッド層はリッジ構造または溝構造を有し
ているのが好ましく、特にリッジ構造を有していること
が好ましい。

【００２７】活性層の上のリッジ構造が少なくとも第２
導電型第２クラッド層により形成され、かつリッジ構造
の両脇の底面が第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩ
ｎＰからなる第１クラッド層により形成されるようにす
れば、リッジ構造をエッチングで形成するときに、材料
系の違いにより、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＩｎＰからなる第１クラッド層をエッチング停止層とし
ても機能させることができことから、図３に示すストラ
イプ状のリッジ構造（図３（ａ））あるいは溝構造（図
３（ｂ））の両脇でのクラッド層厚、すなわち第２導電
型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッ
ド層の均一性を向上させることが可能となり、レーザ特
性の均一性、歩留まりを向上させることが可能となる。

【００２８】低屈折率電流阻止層は、第２導電型第２ク
ラッド層の両側面の少なくとも一部を挟むように形成す
る。低屈折率電流阻止層の材料は特に限定されず、誘電
体であっても半導体であってもよい。誘電体と半導体に
はそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるた
め、低屈折率電流阻止層の材料はこれらの利点と欠点を
考慮して適宜決定するのが好ましい。低屈折率電流阻止
層の材料として誘電体を用いる場合は、例えばＳｉＮ
ｘ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを用いることができる。誘
電体を用いると、低屈折率でかつ絶縁特性の優れた層を
形成することができるなどの利点がある反面、熱伝導率
が低いために放熱性が悪い、劈開性が悪い、平坦化しに
くいためにジャンクション・ダウンで組み立てにくいな
どの欠点も有している。

【００２９】一方、低屈折率電流阻止層の材料として半
導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高
いために放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすい
ためにジャンクション・アップで組み立てやすい、コン
タクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下
げやすいなどの利点がある反面、低屈折率にするために
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰなどの高Ａｌ組成化合物が必
要になる時は表面酸化などの対策が必要であるなどの欠
点がある。第２導電型第２クラッド層よりも低屈折率に
することや、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、
半導体としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰ、もしく
はＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰを用いることが好まし
い。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然超格子
の形成による屈折率の変化、選択成長（リッジ側壁と底
面）におけるＩｎ組成の不安定性などがあるので、選択
成長時の保護膜へのポリの堆積防止（ＨＣｌ添加選択成
長）ができるのであれば、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰを選択する方が好ましい。ただし、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰの場合は、Ａｌ組成がＡｌＡｓに近く
なりすぎると潮解性を示すので、Ａｌ組成の上限は０．
９５以下が好ましく、０．９２以下がより好ましく、
０．９０以下が最も好ましい。第２導電型第２クラッド
層よりも低屈折率にする必要があることから、Ａｌ組成
の下限は０．７５以上が好ましく、０．８以上がより好
ましく、０．８５以上が最も好ましい。

【００３０】低屈折率電流阻止層の屈折率は、低屈折率
電流阻止層に挟まれた第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡ
ｌＧａＡｓＰからなる第２クラッド層の屈折率よりも低
くする（実屈折率ガイド構造）。このような屈折率の制
御を行うことによって、従来のロスガイド構造に比べて
動作電流を低減することが可能になる。活性層の上にリ
ッジ構造を有している場合は、低屈折率電流阻止層と低
屈折率電流阻止層に挟まれたクラッド層との屈折率差が
大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大
きくなり易い。このため、リッジ下の第２導電型第１ク
ラッド層を厚くしなければならなくなり、横方向に漏れ
電流が大きくなるという問題が生じる。一方、低屈折率
電流阻止層とクラッド層との屈折率差が小さすぎる場合
は、低屈折率電流阻止層の外側へ光が漏れやすくなるた
めに低屈折率電流阻止層をある程度厚くする必要があ
る。これらのことを考え併せて、低屈折率電流阻止層と
クラッド層との屈折率差は、低屈折率電流阻止層が化合
物半導体の場合、下限は０．００１以上が好ましく、
０．００３以上がより好ましく、０．００７以上が最も
好ましい。上限は、１．０以下が好ましく、０．５以下
がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。低屈折率
電流阻止層が誘電体の場合、下限は０．１以上が好まし
く、０．３以上がより好ましく、０．７以上が最も好ま
しい。上限は、３．０以下が好ましく、２．５以下がよ
り好ましく、１．８以下が最も好ましい。

【００３１】低屈折率電流阻止層は、第２導電型第２ク
ラッド層の両側面の少なくとも一部を挟むように形成す
る。低屈折率電流阻止層は、光分布（特に横方向の光分
布）を制御したり電流阻止の機能を向上させるために、
屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる２つ以上の層
から形成してもよい。特にリッジ構造を採用している場
合は、低屈折率電流阻止層の上に表面保護電流阻止層を
形成して、電流阻止機能の向上、表面酸化の抑制あるい
はプロセス上の表面保護を図ることができる。また、溝
構造においては、低屈折率電流阻止層の表面に保護層を
形成して、酸化防止、プロセス上の保護を図ることがで
きる。表面保護電流阻止層の導電型は特に規定されな
い。

【００３２】低屈折率電流阻止層の導電型は、第１導電
型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成する
不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、あるいはこ
れら２つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型
あるいは組成の異なる複数の層から形成されていてもよ
い。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性
があるため、厚さは０．１μｍ以上であるのが好まし
く、０．５μｍ以上であるのがより好ましい。素子とし
てのサイズ等を勘案すれば、０．１〜３μｍ程度の範囲
から選択するのが好ましい。

【００３３】リッジ構造を採用する場合は、第２導電型
第２クラッド層の表面に酸化防止、プロセス上の保護な
どの目的で第２導電型のキャップ層を形成してもよい。
ＧａＡｓ基板を用いている場合は、第２導電型キャップ
層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓが好ましく、ｘは０．４以下が好
ましく、０．２以下がより好ましく、０．１以下が最も
好ましい。キャリア濃度については、下限は１ｘ１０¹⁷
ｃｍ^-3以上が好ましく、３ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好
ましく、５ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上が最も好ましい。上限は
２ｘ１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ましく、５ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以
下がより好ましく、３ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以上が最も好まし
い。キャップ層のキャリア濃度を高く（５ｘ１０¹⁸ｃｍ
^-3以上）設定することにより、コンタクト層として機能
させることができる。

【００３４】電流狭窄部の上に電極を形成する際には、
電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キ
ャリア濃度）のコンタクト層を介して電極材料を形成す
ることが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層
表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成
することが好ましい。このとき、クラッド層は活性層よ
り屈折率が小さい材料を選択し、コンタクト層はクラッ
ド層よりバンドギャップが通常小さい材料を選択し、金
属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャ
リア密度（ｃｍ^-3）を有するのが好ましい。キャリア密
度の下限は、１×１０¹⁸以上が好ましく、３×１０¹⁸以
上がより好ましく、５×１０¹⁸以上が最も好ましい。上
限は、２×１０²⁰以下が好ましく、５×１０¹⁹以下がよ
り好ましく、３×１０¹⁸以下が最も好ましい。

【００３５】基板あるいはバッファ層とクラッド層との
間、もしくはキャップ層あるいはコンタクト層とクラッ
ド層との間に、バンドギャップ不連続による通過抵抗の
増大を抑制することなどのために、組成を徐々に変化さ
せた組成クレード層を挿入してもよい。

【００３６】上述のクラッド層や低屈折率電流阻止層等
に用いるドーパントの種類は、各層に求められる機能を
発揮しうる範囲内で適宜選択することができる。ｐ型の
層がＡｌＧａＡｓＰ系化合物層である場合には、ドーパ
ントとしてＺｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み合わ
せが好ましく、ｐ型の層がＡｌＧａＩｎＰ系化合物であ
る場合にはドーパントとしてＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれ
らの組み合わせが好ましい。又ｎ型ドーパントとしては
Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらの組み合わせが好ましい。

【００３７】閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が
（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、低
屈折率電流阻止層の開口部で定義されるストライプ領域
が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に
伸びていることが好ましい。この理由は、ストライプ領
域を［０１−１］方向に選んだ方が、［０１１］方向よ
りも誘導放出確率を大きくでき、低しきい値化が達成で
きるからである。

【００３８】高出力動作を実現するには、ストライプ幅
を広くすることが端面での光密度低減の観点から有効で
あるが、動作電流を低減するためにはストライプ幅を狭
くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そ
こで、図７（ａ）に示すように、ゲイン領域となる中央
付近のストライプ幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近のス
トライプ幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることによ
り、低動作電流と高出力動作を同時に実現することがで
き、高い信頼性も確保することができる。

【００３９】一方、円形に近いビームを実現するには、
ストライプ幅を狭くすることが有効であるが、ストライ
プ幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制
の観点から好まくない。そこで、図７（ｂ）に示すよう
に、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅Ｗ２を比
較的広くし、端部付近のストライプ幅Ｗ１を比較的狭く
なるようにすることにより、ビームスポット低減と低動
作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保
することができる。

【００４０】中央から端部付近へかけては、図７に示す
ようにストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分を設け
ることが好ましい。ストライプ幅が一定である端部の長
さは、所望の特性に応じて設計すればよい。劈開精度の
観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがよ
り好ましい。ストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分
の長さは、導波路損失低減の観点から５〜１００μｍが
好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。

【００４１】ただし、必要に応じて、以下のようにスト
ライプの窓を作製してもよい。 （１）幅一定の端部、漸増あるいは漸減部分のストライ
プ幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。 （２）幅一定の端部を形成せずに、端部まで幅が漸増あ
るいは漸減するようにしたもの。 （３）片側（通常は高出力光取り出し側である前端面）
の端部だけストライプ幅が漸増あるいは漸減するように
したもの。 （４）端部のストライプ幅が前端面と後端面とで異なる
もの。 （５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせた
もの。

【００４２】また、端面付近に電極を設けないようにす
れば、以下の効果がある。 （１）端部での再結合電流を低減することは、高い信頼
性での高出力動作が実現可能となる（特に中央部より幅
を広くしている場合）。 （２）端部近傍のストライプ領域への電流注入によるバ
ルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減すること
は、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の作製が
容易になる（特に中央部より幅を広くしている場合）。

【００４３】本発明の自励発振型半導体レーザ装置を製
造する方法は特に制限されない。結晶の成長方法として
は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の公知の成長法を用いる
ことができる。各層の具体的成長条件等は、層の組成、
成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ
法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場
合、ダブルへテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程
度、Ｖ／ＩＩＩ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場
合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場
合）にするのが好ましい。

【００４４】活性層上にリッジ構造を形成する場合、リ
ッジ上部にＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ₂
Ｏ₃膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉから
なる群から保護膜を形成し、低屈折率電流阻止層を選択
成長により形成する方法が一般的に用いられる。この場
合、成長温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６
０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）とするのが好ましい。特
に保護膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ又は
ＡｌＧａＡｓＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量
のＨＣｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が
防止されるため非常に好ましいが、Ａｌの組成が高いほ
ど、あるいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の
成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ
開口部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）の
に必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの
導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、
逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチング
モード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一
定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣ
ｌ導入量は増加する。そこで、最適なＨＣｌ導入量はト
リメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供
給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給
モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（Ｈ
Ｃｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、
０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好まし
い。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ま
しく、５以下が最も好ましい。ただし、リッジにＩｎを
含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）さ
せる場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。上
記以外に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせる
ことが可能である等、本発明は様々なリッジ導波型の自
励発振型半導体レーザ装置に応用可能である。

【００４５】

【実施例】以下に実施例および試験例を挙げて本発明を
さらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試
薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り
適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲
は以下に示す具体例に制限されるものではない。

【００４６】（実施例）本実施例では、結晶成長法とし
て、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるＭＯＶＰＥ
法を用いて、図１に示す断面構造を有する本発明の自励
発振型半導体レーザ装置を製造した。まず、最初に（１
００）面から［０−１−１］Ａ方向に１０°あるいは１
５°程度オフさせた厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０
１の上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのＳｉド
ープｎ型ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）
（図示せず）、厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ組成グレード層（Ａｌ組成：０→０．７５、ｎ＝
１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１０２、厚さ１．５μｍのＳｉドー
プｎ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝１ｘ１０
¹⁸ｃｍ^-3）１０３、厚さ０．１５μｍのＳｉドープｎ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（ｎ＝１ｘ
１０¹⁸ｃｍ^-3）１０４、厚さ７０ｎｍのノンドープ（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ閉じ込め層１０５あるいは
厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ_{0 .5}Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐバリア層１０６に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのノンドー
プＧａ_0.44Ｉｎ_0.56Ｐ井戸層１０７（４層）からなる四
重量子井戸（ＱＱＷ）活性層１０８、厚さ０．１５μｍ
のＺｎドープｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラ
ッド層（ｐ＝７ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3）１０９、厚さ１．２μ
ｍのＺｎドープｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層
（ｐ＝１．５ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3；屈折率３．２９、波長６
５５ｎｍ）１１０、厚さ０．１μｍのＺｎドープＡｌＧ
ａＡｓ組成グレード層（Ａｌ組成：０．７５→０、ｐ＝
１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１１、厚さ０．２μｍのＺｎドー
プＧａＡｓキャップ層（ｐ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１２
を順次積層することにより、ダブルへテロ構造を形成し
た（図１（ａ））。

【００４７】次にこのダブルへテロ基板の表面にＳｉＮ
ｘ保護膜１１３を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラ
フィ法によりこのＳｉＮｘ膜１１３にオフアングルの方
向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅５μｍのストライ
プ状のＳｉＮｘ保護膜１１３を２５０μｍ間隔で多数形
成した。続いて、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層１
１２、ＺｎドープＡｌＧａＡｓ組成グレード層１１１及
びＺｎドープｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層１１
０をエッチングして、リッジ両脇の部分のクラッド層の
層厚がＺｎドープｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層１０９と同じ０．１５μｍとなるようにし
た。その結果、底部の幅が約３．２μｍのリッジが形成
された（図１（ｂ））。

【００４８】このとき、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１
２、ＺｎドープＡｌＧａＡｓ組成グレード層１１１及び
ｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層１１０のエッチン
グには、リン酸−過酸化水素系、酒石酸−過酸化水素系
などを用いることができるが、本実施例ではリン酸：過
酸化水素：水の混合組成比が１：１：１５となるエッチ
ング液を使用した。これらのエッチングでは、ＡｌＧａ
ＩｎＰのエッチングレートがＡｌＧａＡｓに比べて非常
に遅くなるため、制御性良くリッジ外側の部分の層厚を
決めることができた。

【００４９】リッジが形成されたウェハをＭＯＣＶＤ装
置に設置して、厚み１．０μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ
_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ低屈折率電流阻止層（ｎ＝１．０ｘ１０
¹⁸ｃｍ ^-3；屈折率３．１８、波長６５５ｎｍ）１１４、
厚み０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ表面保護電流
阻止層（ｎ＝２．０ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１５を、エッチ
ングにより形成されたリッジ構造の両脇にＭＯＣＶＤ法
により成長させた（図１（ｃ））。このとき、Ａｌ_0.9
Ｇａ_0.1Ａｓ低屈折率電流阻止層１１４の成長中にＳｉ
Ｎｘ膜上への多結晶の堆積を抑制する迄に必要な流量の
ＨＣｌガスを成長用基板に対してガス流の上流側から導
入した。ＳｉＮｘ膜１１３を除去した後、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層（ｐ＝２．０ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3）１１６を３
μｍ成長させて本発明のエピタキシャルウェハの製造を
終了した。

【００５０】この後、ｐ側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１１
７を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側
にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕ電極１１８を蒸着し、アロイ
した（図１（ｄ））。こうして作製したウエハーより、
ファブリー・ペロー面を形成するために劈開によりチッ
プバーに切り出して、レーザ共振器構造を形成した。こ
のときの共振器長は３５０μｍとした。前端面３２％−
後端面８０％の非対称コーティングを施した後、２次劈
開によりチップに分離した。チップをジャンクションダ
ウンで組立した後、連続通電（ＣＷ）にて電流−光出
力、電流−電圧特性を測定した。

【００５１】２５℃及び７０℃において、電流−光出力
を測定した結果を図２に示す。２５℃において、光出力
１０ｍＷ以上の動作までの自励発振を達成できており、
発振波長が平均６５５ｎｍ、しきい値電流が平均２５ｍ
Ａと低いこと、スロープ効率が平均０．４５ｍＷ／ｍＡ
と高いこと、動作電圧が平均２．１Ｖと低いことが確認
された。従来のロスガイドレーザに比べて、ストライプ
幅を比較的狭くしている割には、低い動作電圧が得られ
たのは、リッジ部が低抵抗になるようにＡｌＧａＡｓと
しているが原因と考えられる。光出力５ｍＷにおける垂
直広がり角は平均３０°であり、設計通りの単一ピーク
の遠視野像（ビーム広がり角）が得られ、光分布の制御
が非常に良好であることが確認された。また、７０℃に
おいても、平均５０ｍＡの低いしきい値電流で発振し、
光出力５ｍＷ以上の動作までの自励発振を達成できた。
本実施例のように、リッジ部及び低屈折率電流阻止層を
ＡｌＧａＡｓとした実屈折率ガイド構造により、導波路
損失及びリッジ部通過抵抗が低減できることから、しき
い値電流、動作電流及び動作電圧が低くでき、さらに活
性層内部での電流注入領域と低屈折率電流阻止層直下と
の屈折率段差を小さくできることから、ストライプ脇ク
ラッド層残り膜厚（実施例１においては第２導電型第１
クラッド層１０９に同じ）から低屈折率電流阻止層直下
での電流拡がりが低減できる。このことから、温度上昇
による可飽和吸収量の低下が抑制でき、自励発振が高温
まで持続させることができたと考えられる。図２より２
５℃、７０℃ともに、従来の可飽和吸収層付きレーザで
見られた発振初期に効率の急激な立ち上がりは見られな
いことから、低出力でのＡＰＣを行う上で問題がないこ
とがわかる。さらに、制御性良くリッジ外側の部分の層
厚を決めることができたため、諸特性のバッチ内及びバ
ッチ間のばらつきも小さいことが判明した。

【００５２】本実施例のレーザは、これらの結果から、
本発明のレーザ構造において、ＤＶＤ、ＣＤ、ＭＤ等の
光ディスクの読み取り用光源などに利用されることがわ
かる。また、高い信頼性（７０℃の高温における５ｍＷ
出力での１０００時間以上安定動作）が得られることが
判明した。さらに、実験結果からストライプ幅（開口部
の幅）Ｗ２とリッジ両脇のクラッド層の厚みｄｐが自励
発振条件を満たす領域をシミュレーションにて確認した
結果、活性層内部での横方向有効屈折率段差は２〜７ｘ
１０^-3程度、リッジ両脇への光浸み出し割合Γａｃｔ．
ｏｕｔを１０〜４０％程度に設定する必要があることが
判った。

【００５３】この結果及びレーザ素子試作結果から、レ
ーザ特性（動作電流、最高光出力、最高発振温度等）が
大きく劣化せず、かつ自励発振が得られる条件は以下の
とおりであることが確認された。すなわち、ストライプ
状のリッジ構造を有するレーザの場合は、ストライプ幅
については、下限は２μｍ以上が好ましく、２．５μｍ
以上がより好ましい。上限については、４μｍ以下が好
ましく、３．５μｍ以下がより好ましい。リッジ両脇の
クラッド層の厚みｄｐについては、下限は０．１μｍ以
上が好ましく、０．１２μｍ以上がより好ましい。上限
については、０．３μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以
下がより好ましい。

【００５４】一方、ストライプ状の溝構造を有するレー
ザの場合は、下限は１μｍ以上が好ましく、１．５μｍ
以上がより好ましい。上限については、３μｍ以下が好
ましく、２．５μｍ以下がより好ましい。リッジ両脇の
クラッド層の厚みｄｐについては、下限は０．１μｍ以
上が好ましく、０．１２μｍ以上がより好まし。上限に
ついては、０．３μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下
がより好ましい。また、共振器長の長さについては、下
限は２００μｍ以上が好ましく、２５０μｍ以上がより
好ましく、３００μｍ以上が最も好ましい。上限につい
ては、６００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がよ
り好ましく、４５０μｍ以下が最も好ましい。

【００５５】上記のＭＯＣＶＤ法において、使用した原
料ガスとしてＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にはアルシン
（ＡｓＨ₃）及びホスフィン（ＰＨ₃）を、キャリアガス
には精製により高純度化された水素（Ｈ₂）を用いた。
また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、
ｎ型ドーパントにはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いた。上
記実施例における結晶成長条件は、成長温度６５０〜７
５０℃、圧力１０²ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比２５〜５０
（ＡｌＧａＡｓ）及び５００〜７５０（ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ＧａＩｎＰ）、成長速度２〜５μｍ／ｈｒ（ＡｌＧ
ａＡｓ）及び１〜２μｍ／ｈｒ（ＡｌＧａＩｎＰ，Ｇａ
ＩｎＰ）であった。また、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の
成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／ＩＩＩ族のモル比が
０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．３となる様
に導入した。

【００５６】上記実施例では基板側をｎ型の基板を用い
たが、ｐ型基板を用いて上記の構造の各層の導電型を反
転させてエピタキシャルウェハを作製させてもよい。ま
た、結晶成長法はＭＯＶＰＥ法に限定されるものではな
く、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法等の気相成長法を用いても有効
に製造することができる。

【００５７】半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比
較的薄いために（通常０．１μｍ以下）、ＺｎおよびＳ
ｅのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用い
ると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこして
反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣化
させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題を
生じ易かった。Ｚｎ拡散を抑制するための方法として、
ｎ側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みたが、
表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結晶品
質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。そこ
で、本実施例のようにＡｌＧａＩｎＰクラッド層の厚み
を極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量を
低減させることができ、拡散を防止するための余分なド
ービングが不要になった。そのためにｎ型クラッド層の
キャリア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に抑えることがで
き、結晶品質及び素子特性を向上できた。

【００５８】活性層を量子井戸構造等のような超薄膜に
すると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要とな
る。そこで本発明では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物ク
ラッド層のドーパントとしてＣを、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
系化合物クラッド層のドーパントとしてＢｅあるいはＭ
ｇを、ｎ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物クラッド層及びｎ型
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層のドーパントとして
Ｓｉをそれぞれ用いることにより不純物拡散をさらに低
減させ、素子作製の歩留りや再現性を大きく向上させる
ことができた。

【００５９】又、ＡｌＧａＡｓＰ系化合物はＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低い
等の利点も有しており、電流狭窄のために形成されるリ
ッジ部をＡｌＧａＡｓＰ系化合物にすることにより、従
来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減す
ることができた。このことにより、素子の特性や信頼性
の向上もはかることができた。

【００６０】さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物に特有な
原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少すなわち
発光波長の短波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの
良化及び安定化に関しては面方位を（１００）から〔０
１１〕方向に５〜２５度傾斜させた第１導電型のＧａＡ
ｓ基板を用いることが有効であることが確認された。ま
た、発光層のＡｌ組成の低減化は、素子の信頼性、寿命
の向上の点で重要であるが、これは、ＧａＡｓＰ基板を
用いることにより容易に達成することができた。このと
きは、格子整合を取るためにＡｌＧａＡｓＰクラッドを
用いればよい。

【００６１】さらに、本発明により成長時間及び原料コ
ストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いには
かることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置
による安定生産が可能であることが確認された。

【００６２】（比較例）ＡｌＧａＡｓクラッド層は使用
せず、クラッド層をＡｌＧａＩｎＰ単一層とし、ｎ型及
びｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の厚みをそれぞれ２．
０μｍ、１．５μｍとし、ＡｌＧａＡｓ組成グレード層
は使用せず、かわりに同じ厚みのＧａ_{0. 52}Ｉｎ_0.48Ｐか
らなる中間バンドギャップ層を形成し、リッジ底部の幅
を４μｍ、リッジ両脇のｐクラッド層厚を０．２５μｍ
とし、ＧａＡｓ層を電流阻止層としたこと以外、上記実
施例と同一の条件でレーザチップを作製した。

【００６３】チップジャンクションダウンで組立した
後、連続通電（ＣＷ）にてレーザ特性を測定した。２５
℃において光出力５ｍＷ以上の動作までの自励発振を達
成できたが、実施例の結果に比べて、しきい値電流が平
均４５ｍＡと高く、スロープ効率が平均０．２５ｍＷ／
ｍＡと低くなった。５０℃において、光出力３ｍＷ動作
では自励発振が停止し、縦シングルモードとなってしま
った。６０℃以上では、しきい値電流が平均７０ｍＡま
でに上昇し、発振開始段階から縦シングルモードとなっ
てしまった。

【００６４】このように、リッジ部をＡｌＧａＩｎＰ、
電流阻止層をＧａＡｓとしたロスガイド構造であること
から、実屈折率ガイド構造に比べて、導波路損失、リッ
ジ部通過抵抗及び活性層内部での電流注入領域と電流阻
止層直下との屈折率段差が大きくなり、そのためにしき
い値電流、動作電流及び動作電圧が高くなり、ストライ
プ脇クラッド層残り膜厚から電流阻止層直下での電流拡
がりが大きくなることが確認された。このことから、温
度上昇による可飽和吸収量の低下が促進され、自励発振
が高温まで持続させることができないと考えられる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系を用
いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザ構造の光
導波を実屈折率ガイドとし、かつ活性層内に可飽和吸収
体を形成することにより、従来のＡｌＧａＩｎＰ系自励
発振型可視レーザと比較して、高温領域（６０℃以上）
まで安定な自励発振、低パワーでのスロープ効率の直線
性、動作電流の低減、最高発振温度の向上、高い信頼性
等の優れた自励発振型可視レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の自励発振型半導体レーザ装置及びそ
の製造方法を説明する断面説明図である。

【図２】 実施例の自励発振型半導体レーザ装置の電流
−光出力特性を説明する断面説明図である。

【図３】 本発明の自励発振型半導体レーザ装置の実施
形態について説明する断面説明図である。

【図４】 ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の
半導体レーザダイオード（ＬＤ）の断面説明図である。

【図５】 可飽和吸収層を挿入したＡｌＧａＩｎＰ系半
導体材料を用いた従来の半導体レーザの断面説明図であ
る。

【図６】 可飽和吸収層を挿入したＡｌＧａＩｎＰ系半
導体材料を用いた従来の半導体レーザの電流−光出力特
性について説明する断面説明図である。

【図７】 本発明の自励発振型半導体レーザ装置におけ
る共振器方向のストライプ幅の変化を説明する平面図で
ある。

【符号の説明】

１０１： 基板 １０２： ｎ型組成グレード層 １０３： ｎ型第１クラッド層 １０４： ｎ型第２クラッド層 １０５： 閉じ込め層 １０６： バリア層 １０７： 井戸層 １０８： 活性層 １０９： ｐ型第１クラッド層 １１０： ｐ型第２クラッド層 １１１： ｐ型組成グレード層 １１２： ｐ型キャップ層 １１３： ＳｉＮｘ保護膜 １１４： ｎ型低屈折率電流阻止層 １１５： ｎ型表面保護電流阻止層 １１６： ｐ型コンタクト層 １１７： ｐ側電極 １１８： ｎ側電極 ３０１： 基板 ３０２： ｎ型クラッド層 ３０３： 活性層 ３０４： ｐ型第１クラッド層 ３０５： ｐ型第２クラッド層 ３０６： ｎ型低電流阻止層 ３０７： ｐ型コンタクト層 ３０８： ｐ側電極 ３０９： ｎ側電極 ３１１： 基板 ３１２： ｎ型クラッド層 ３１３： 活性層 ３１４： ｐ型第１クラッド層 ３１５： ｎ型低電流阻止層 ３１６： ｐ型第２クラッド層 ３１７： ｐ型コンタクト層 ３１８： ｐ側電極 ３１９： ｎ側電極 ４０１： 基板 ４０２： ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ４０３： ＡｌＧａＩｎＰ活性層 ４０４： ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ４０５： ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層 ４０６： ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ５０１： 基板 ５０２： ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ５０３： ＧａＩｎＰ活性層 ５０４： ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層 ５０５： ｐ型ＧａＩｎＰ可飽和吸収層 ５０６： ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層 ５０７： ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層 ５０８： ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 Ｗ１： 端部近傍のストライプ幅 Ｗ２： 中央部のストライプ幅

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
   又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
   に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
   性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａ
   ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１
   クラッド層の上に形成され且つ電流狭窄部の少なくとも
   一部を構成する第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧ
   ａＡｓからなる第２クラッド層、から少なくとも構成さ
   れる自励発振型半導体レーザ装置であって、 前記第２クラッド層の両側面の少なくとも一部が前記第
   ２クラッド層よりも屈折率が低い低屈折率電流阻止層に
   挟まれていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ
   装置。
2. 【請求項２】 前記電流狭窄部がストライプ状のリッジ
   構造を有しており、該リッジ構造の両側面の少なくとも
   一部を挟むように前記低屈折率電流阻止層が形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導
   体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記電流狭窄部がストライプ状の溝構造
   を有しており、該溝構造の両側面の少なくとも一部を挟
   むように前記低屈折率電流阻止層が形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ
   装置。
4. 【請求項４】 前記低屈折率電流阻止層が１層以上の化
   合物半導体層を有しており、前記低屈折率電流阻止層の
   少なくとも一部が第１導電型又は高抵抗の化合物半導体
   からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の自励発振型半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記低屈折率電流阻止層が、ＡｌＧａＡ
   ｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ装
   置。
6. 【請求項６】 前記低屈折率電流阻止層の底面が、前記
   第１クラッド層の上面に接していることを特徴とする請
   求項１〜５のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ
   装置。