JP2001119098A

JP2001119098A - 半導体レーザおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2001119098A
Application number: JP29892099A
Authority: JP
Inventors: Shoji Hirata; 照二平田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ、駆動電流値および非点隔差が低減され
たゲインガイド型の半導体レーザおよびその製造方法を
提供する。【解決手段】第１導電型の第１クラッド層１と、第１ク
ラッド層１上に形成され、共振器長方向に光導波路７を
有する活性層２と、活性層２上に形成された第２導電型
の第２クラッド層３と、光導波路上部のストライプ部分
６を除く、第２クラッド層３の表層に形成された電流狭
窄層５とを有し、活性層２と電流狭窄層５との距離を共
振器長方向の中央部と端面付近とで異ならせた半導体レ
ーザ、およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲインガイド型半
導体レーザおよびその製造方法に関し、特に、ノイズ、
駆動電流値および非点隔差がレーザの用途に合わせて低
減された、ゲインガイド型の半導体レーザおよびその製
造方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】光ディスクの記録・再生等に用いられる、
従来のゲインガイド型半導体レーザの斜視図を図１４
（ａ）に示す。図１４（ｂ）は図１４（ａ）に対応する
断面図あり、共振器長方向と垂直な方向における断面図
である。図１４（ｃ）は図１４（ａ）のストライプ構造
を表す平面図である。ゲインガイド型レーザは光導波路
の屈折率差が比較的小さく（Δｎ＜０．００５）、屈折
率導波機構はあまり働かない。電流狭窄を行い、主にゲ
インガイド導波機構により導波される。図１４はストラ
イプ幅Ｗが一定でないテーパーストライプ構造（ＴＡＰ
Ｓ）の例であり、７８０ｎｍ波長帯域を発光するＡｌＧ
ａＡｓ材料系の構成を示した。

【０００３】具体的には、例えばＧａＡｓ基板（不図
示）上にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１と、ＡｌＧａＡ
ｓ活性層２と、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３と、ｐ−
ＧａＡｓキャップ層４とが順に積層され、ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層３の上部とｐ−ＧａＡｓキャップ層４に
電流狭窄層５が形成されている。電流狭窄層５で挟まれ
たストライプ６の下部の活性層２がレーザ発光域７とな
る。電流狭窄層５は高抵抗層であればよく、通常、ホウ
素（Ｂ⁺）のイオン注入、ＧａＡｓ埋め込み、あるいは
メサエッチング等により形成される。

【０００４】図１４（ｂ）にゲインガイド型半導体レー
ザの主要な設計パラメータを示した。主要な設計パラメ
ータとしては活性層の厚さｄ、電流狭窄層と活性層との
距離ｄ₂、ストライプ幅Ｗ、活性層での電流拡がり（活
性層での電流注入幅）Ｗ_cur、およびゲインガイド導波
光のスポットサイズＷ_optが挙げられる。これらのうち
人為的に制御できるのはｄ、ｄ₂およびＷの３つのパラ
メータであり、これらを変化させることによりＷ_curお
よびＷ_optが決定される。

【０００５】図１４（ｃ）に示すように、従来のＴＡＰ
Ｓの場合、端面付近のストライプ幅Ｗ₁が相対的に小さ
く、中央部のストライプ幅Ｗ₂が相対的に大きくなって
いる。これにより、ファーフィールドパターン（ＦＦ
Ｐ）の水平放射角θ//が大きくなり、非点隔差が低減さ
れる。また、全共振器長Ｌに対するテーパ領域長Ｌ_TPを
調整することによっても、レーザ特性の制御が行われ
る。また、図１４（ｃ）の曲線は導波モードを表し、後
述するように中央部では波面湾曲が小さく、端面付近で
は波面湾曲が大きくなっている。

【０００６】図１５に電流狭窄層の形成方法が異なる２
種のゲインガイド型半導体レーザの例を示す。図１５
（ａ）はホウ素のイオン注入により電流狭窄層５を形成
した例であり、各エピタキシャル層の組成は例えば、ｎ
−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓクラッド層１をｘ＝０．５、Ａｌ
_xＧａ_1-xＡｓ活性層２をｘ＝０．１４、ｐ−Ａｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓクラッド層３をｘ＝０．５とする。活性層２
の厚さｄを例えば７０ｎｍ、ｐ−クラッド層３の厚さを
１．２μｍ、キャップ層４の厚さを０．５μｍとする。
キャップ層４とｐ−クラッド層３の一部に電流狭窄層５
が形成されていることから、電流狭窄層と活性層との距
離ｄ₂は１．０μｍとなる。また、電流狭窄層５の間隔
であるストライプ幅Ｗは例えば３．０μｍとするが、図
１４に示すＴＡＰＳ構造の場合は、共振器長方向の位置
によってＷは変化する。

【０００７】図１５（ｂ）はメサエッチングにより電流
狭窄層５を形成した例であり、各エピタキシャル層の組
成は図１５（ａ）の場合と同様にすることができる。電
流狭窄層５となるトレンチの表面には例えばＳｉＯ₂か
らなる絶縁膜８が形成されている。ｐ−クラッド層３の
上部には例えばｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層４ａが形成
されている。図１５（ｂ）の場合も図１５（ａ）の場合
と同様に、ｄ₂を例えば１．０μｍ、Ｗを例えば３．０
μｍとすることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のゲ
インガイド型半導体レーザは、戻り光ノイズに良好な特
性を示すものの、インデックスガイド型半導体レーザに
比較して駆動電流値Ｉ_opが高い、戻り光が無い時の量子
ノイズがやや高い、さらに非点隔差が大きいという問題
がある。近年、光ディスクの高密度化、あるいは環境問
題による低消費電力化が求められており、ゲインガイド
型半導体レーザの持つ上記課題の改善が望まれている。

【０００９】半導体レーザの消費電力を低減するにはＩ
_opを低くする必要があるが、インデックスガイド型レー
ザのＩ_opが通常２０〜３０ｍＡ程度であるのに対し、ゲ
インガイド型レーザのＩ_opは５０ｍＡ程度と高く、レー
ザの低消費電力化を進める上で不利となっている。消費
電力を低くする目的でゲインガイド型レーザの光出力を
小さくして使用した場合、量子ノイズの増加と、非点隔
差の増大という問題が発生する。

【００１０】上記の問題を避けるためにインデックスガ
イド型半導体レーザを利用すると、戻り光ノイズが多大
に発生する。したがって、インデックスガイド型のレー
ザは光ディスク関係への応用には適さない。インデック
スガイド型半導体レーザの場合、戻り光ノイズ対策とし
て高周波重畳を必要とし、これが不要輻射の問題を起こ
しやすい。一方、ゲインガイド型半導体レーザについて
は高周波重畳が不要である。したがって、ゲインガイド
型半導体レーザの特性を改善し、ノイズ、Ｉ_opおよび非
点隔差を低減することが望まれている。

【００１１】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、ノイズ、駆動電流値お
よび非点隔差が低減されたゲインガイド型の半導体レー
ザおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザは、第１導電型の第１クラッ
ド層と、前記第１クラッド層上に形成され、共振器長方
向に光導波路を有する活性層と、前記活性層上に形成さ
れた第２導電型の第２クラッド層と、前記光導波路上部
のストライプ部分を除く、前記第２クラッド層の表層に
形成された電流狭窄層とを有し、前記活性層と前記電流
狭窄層との距離を、前記共振器長方向の中央部と端面付
近とで異ならせたことを特徴とする。

【００１３】これにより、ゲインガイド型半導体レーザ
において、活性層での電流注入幅Ｗ_curとゲインガイド
導波光のスポットサイズＷ_optとを共振器長方向におい
て変化させ、低ノイズ、低駆動電流値および低非点隔差
のゲインガイド型半導体レーザを実現することが可能と
なる。

【００１４】本発明の半導体レーザは好適には、前記ス
トライプの幅は一定であることを特徴とする。本発明の
半導体レーザは、さらに好適には、前記活性層と前記電
流狭窄層との距離は、前記共振器長方向の中央部に比較
して端面付近で大きいことを特徴とする。あるいは、本
発明の半導体レーザは好適には、前記活性層と前記電流
狭窄層との距離は、前記共振器長方向の中央部に比較し
て端面付近で小さいことを特徴とする。あるいは、本発
明の半導体レーザは好適には、前記活性層と前記電流狭
窄層との距離は、一方の端面付近に比較して他方の端面
付近で小さいことを特徴とする。

【００１５】これにより、ゲインガイド型半導体レーザ
においてストライプをテーパ状としなくても、Ｗ_curと
Ｗ_optを共振器長方向において変化させることが可能と
なり、レーザの用途に合わせてノイズ、駆動電流値およ
び非点隔差を適宜低減することが可能となる。

【００１６】あるいは、本発明の半導体レーザは好適に
は、前記ストライプの幅は前記共振器長方向の中央部と
端面付近とで異なることを特徴とする。本発明の半導体
レーザは、さらに好適には、前記ストライプは、前記共
振器長方向の中央部と端面付近との間でテーパ状をなす
ことを特徴とする。本発明の半導体レーザは好適には、
前記ストライプの幅は、前記共振器長方向の中央部に比
較して端面付近で小さく、前記前記活性層と前記電流狭
窄層との距離は、前記共振器長方向の中央部に比較して
端面付近で小さいことを特徴とする。

【００１７】あるいは、本発明の半導体レーザは好適に
は、前記ストライプの幅は、前記共振器長方向の中央部
に比較して端面付近で大きく、前記前記活性層と前記電
流狭窄層との距離は、前記共振器長方向の中央部に比較
して端面付近で大きいことを特徴とする。あるいは、本
発明の半導体レーザは好適には、前記ストライプの幅
は、前記共振器長方向の中央部に比較して端面付近で小
さく、前記前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、前
記共振器長方向の中央部に比較して端面付近で大きいこ
とを特徴とする。

【００１８】上記のように、ゲインガイド型半導体レー
ザの従来のテーパーストライプ構造（ＴＡＰＳ）と組み
合わせて、活性層と電流狭窄層との距離を変化させるこ
とにより、レーザ特性をさらに改善することが可能とな
る。

【００１９】本発明の半導体レーザは好適には、前記電
流狭窄層は第１導電型の不純物を含有する領域であるこ
とを特徴とする。あるいは、本発明の半導体レーザは好
適には、前記電流狭窄層は前記第２クラッド層の表面に
形成された溝であることを特徴とする。あるいは、本発
明の半導体レーザは好適には、前記電流狭窄層は第１導
電型の半導体層であることを特徴とする。

【００２０】上記のように、本発明のゲインガイド型半
導体レーザは電流狭窄層が例えばイオン注入により形成
される場合にも、エッチングにより形成される場合に
も、半導体層の埋め込みにより形成される場合にも適用
することが可能である。

【００２１】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の半導体レーザの製造方法は、第１導電型の第１クラ
ッド層を形成する工程と、前記第１クラッド層上に活性
層を形成する工程と、前記活性層上に第２導電型の第２
クラッド層を形成する工程と、前記第２クラッド層上
に、中央部と端面付近とで膜厚の異なるキャップ層を形
成する工程と、前記第２クラッド層中央部の共振器長方
向と平行なストライプ部分を除く、前記第２クラッド層
の表層に電流狭窄層を形成する工程とを有することを特
徴とする。

【００２２】これにより、活性層と電流狭窄層との距離
が共振器長方向において異なる半導体レーザを形成する
ことが可能となる。したがって、低ノイズ、低駆動電流
値、および低非点隔差のゲインガイド型半導体レーザを
製造することができる。

【００２３】本発明の半導体レーザの製造方法は、好適
には、前記キャップ層を形成する工程は、前記第２クラ
ッド層上に前記キャップ層を均一な膜厚で形成する工程
と、前記キャップ層にエッチングを行い、前記キャップ
層の一部を除去する工程とを有することを特徴とする。

【００２４】本発明の半導体レーザの製造方法は、好適
には、前記電流狭窄層を形成する工程は、前記第２クラ
ッド層の少なくとも一部に、前記キャップ層を介して第
１導電型の不純物をイオン注入する工程を有することを
特徴とする。

【００２５】あるいは、本発明の半導体レーザの製造方
法は、好適には、前記電流狭窄層を形成する工程は、前
記第２クラッド層の少なくとも一部、およびその上部の
前記キャップ層を除去して溝を形成する工程を有するこ
とを特徴とする。本発明の半導体レーザの製造方法は、
好適には、前記溝内に第１導電型の半導体層を形成する
工程を有することを特徴とする。

【００２６】本発明の半導体レーザの製造方法は、好適
には、前記電流狭窄層を形成する工程において、前記ス
トライプの幅は一定とすることを特徴とする。あるい
は、本発明の半導体レーザの製造方法は、好適には、前
記電流狭窄層を形成する工程において、前記ストライプ
の幅は、前記共振器長方向の中央部と端面付近とで異な
る幅とすることを特徴とする。

【００２７】これにより、従来のＴＡＰＳ構造のゲイン
ガイド型半導体レーザに比較して、さらに特性が改善さ
れ、用途に合わせてノイズ、駆動電流値あるいは非点隔
差が適宜低減された半導体レーザを製造することができ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体レーザお
よびその製造方法の実施の形態について、図面を参照し
て説明する。ゲインガイド型半導体レーザは、活性層で
の電流注入幅Ｗ_curが広い場合に必ずしも導波光のスポ
ットサイズＷ_optが広くならないという特徴を有する。
図１にＷ_curが広いにもかかわらずＷ_optが狭くなる例
について示す。図１は活性層における電流分布を示し、
ゲインレベルを超えた幅がＷ_optに相当する。

【００２９】ｄ₂が小さい場合（実線）とｄ₂が大きい
場合（破線）とを比較すると、ｄ₂が大きい場合にＷ
_curは広くなるが、Ｗ_optは狭くなることがわかる。図
１に示すように、Ｗ_curが広くても電流の拡がりの形に
よってはＷ_optは狭くなる。これは特に、ｄ₂が大きい
場合に生じやすい。一方、Ｗを広くした場合にはＷ_cur
が拡がり、かつＷ_optも拡がる。本発明は上記のような
ｄ₂に依存したＷ_curおよびＷ_optの変化と、Ｗに依存
したＷ_curおよびＷ_optの変化との機構差を利用して、
ゲインガイド型レーザの特性を改善する。

【００３０】図２に、ゲインガイドのガイド性の差につ
いて示す。ゲインガイドのガイド性には図２（ａ）に示
す「強い光閉じ込め」と、図２（ｂ）に示す「弱い光閉
じ込め」がある。但し、（ａ）と（ｂ）には明確な境界
は存在しない。図２（ａ）に示す強い光閉じ込めは、電
流分布が急峻で横拡散が少なく、導波光スポットの両端
から外側の部分における光吸収が非常に強い場合に生じ
る。これは、導波光スポットの両端から外側の電流注入
のない領域が、光吸収の強い金属鏡の様に作用して光を
強く閉じ込めることによる。これにより、ゲインガイド
型でありながらインデックスガイド型に近い導波特性を
示し、波面曲がりは少ない。また、非点隔差も小さい。

【００３１】一方、図２（ｂ）に示す弱い光閉じ込めが
生じている場合、導波光スポットは裾をひき、このため
波面湾曲が強く生じる。また、非点隔差も大きく、ゲイ
ンガイド型の特徴が強く発現する。図２（ａ）の強い光
閉じ込めはストライプ幅Ｗが広い場合のゲインガイドで
あり、（ｂ）はＷが狭い場合のゲインガイドである。本
発明は上記のようなガイド性の差を共振器長方向に分布
・共存させることにより、ゲインガイド型レーザの特性
を改善する。

【００３２】図３にゲインガイド型半導体レーザのｄ₂
とＷを変化させた時のＷ_curおよびＷ_optの挙動につい
て、６種類のパターンを模式的に示した。図１を参照し
て前述したように、ｄ₂が大きい場合にはＷ_curは拡が
るが、Ｗ_optは狭くなる。これは、（ｂ）に比較して
（ａ）でＷ_optが狭くなることに対応する。同様に、
（ｄ）に比較して（ｃ）でＷ_optが狭く、（ｆ）に比較
して（ｅ）でＷ_optが狭くなる。

【００３３】また、前述したようにＷを広くするとＷ
_curが拡がり、かつＷ_optも拡がる。これは、（ｃ）に
比較して（ａ）、さらに（ｅ）でＷ_curおよびＷ_optが
それぞれ拡がることに対応する。同様に、（ｄ）に比較
して（ｂ）、さらに（ｆ）でＷ_curおよびＷ_optがそれ
ぞれ拡がる。

【００３４】図２を参照して前述したガイド性について
は、ｄ₂が大きくＷ_curとＷ_optの差が大きい場合
（（ａ）、（ｃ）、（ｅ）の場合）には波面湾曲が大き
い。したがって、ゲインガイド性が強く現れる。一方、
ｄ₂が小さくＷ_curとＷ_optの差が小さい場合
（（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）の場合）には波面湾曲が小さ
く、インデックスガイド的な特性に近付く。

【００３５】図４にｄ₂が異なり、Ｗは一定であるゲイ
ンガイドレーザを実際に製作し、ｄ₂とファーフィール
ドパターン（ＦＦＰ）の水平放射角θ//特性との相関を
調べた結果を示す。ｄ₂が同一であるサンプル（レー
ザ）をそれぞれ２個製作し、図４に２点ずつプロットし
た。ＦＦＰのθ//特性には波面湾曲が最もよく反映され
る。図４に示すように、ｄ₂が大きくなるとＦＦＰのθ
//は大きくなり、これは波面湾曲が大きくなることに対
応する。

【００３６】また、表１に上記の主要設計パラメータ
（活性層の厚さｄ、電流狭窄層と活性層との距離ｄ₂、
およびストライプ幅Ｗ）の変化に対するレーザ特性の変
化の方向について示した。３つのパラメータについては
上向きの矢印が増加、下向きの矢印が減少を表す。各レ
ーザ特性については、矢印が上向きの場合に特性が向上
することを表し、矢印が下向きの場合に特性が低下する
ことを表す。

【００３７】

【表１】

【００３８】本発明の半導体レーザは、ｄ₂とＷを共振
器長方向において変化させることにより、レーザの用途
に応じてノイズ、Ｉ_opおよび非点隔差を適宜低減するこ
とができる。

【００３９】（実施形態１）図５（ａ）は本実施形態の
半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。以
下、図５〜図１０の上面図（ａ）に共通してストライプ
幅Ｗを実線で表し、導波光のスポットサイズＷ_optを点
線で表す。図５（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導
体レーザの断面図であり、（ｂ）は端面付近の断面図、
（ｃ）は共振器長方向の中央部付近の断面図である。本
実施形態の半導体レーザはＷが一定であり、ｄ₂は端面
付近で大きく、共振器中央部付近で小さい。これにより
Ｗを一定としたまま、図１４に示すような従来のＴＡＰ
Ｓ構造に近い特性が得られる。

【００４０】本実施形態の構造は、端面に比較して中央
でＷ_optが大きくなる点で従来のＴＡＰＳ構造と共通す
るが、Ｗを変化させる従来のＴＡＰＳ構造よりも中央域
の波面湾曲を小さくすることができる。したがって、全
体として非点隔差を小さくすることができる。また、端
面のｄ₂が大きく、Ｗが広い領域が少ないため、無効電
流が少なく、Ｉ_opも小さくすることができる。ノイズに
ついては、波面湾曲の小さいインデックスガイド的な領
域が増えることから、戻り光ノイズに対してはやや不利
となるが、量子ノイズは低下させることができる。

【００４１】（実施形態２）図６（ａ）は本実施形態の
半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。図
６（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導体レーザの断
面図であり、（ｂ）は端面付近の断面図、（ｃ）は共振
器長方向の中央部付近の断面図である。本実施形態の半
導体レーザはＷが一定であり、ｄ₂は実施形態１の半導
体レーザと逆に端面付近で小さく、共振器中央部付近で
大きい。

【００４２】本実施形態の半導体レーザによれば、非点
隔差が大きく、戻り光によるノイズに対して有利である
ゲインガイド型の特徴を生かすことができる。また、端
面での光密度が低いため、キンクレベルが高く高出力が
得られる。端面におけるＷ_op _tが大きく、端面の光密度
が低いことから、サージ電流に対して強くなり、端面破
壊が防止されるという特徴も有する。

【００４３】（実施形態３）図７（ａ）は本実施形態の
半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。図
７（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導体レーザの断
面図であり、（ｂ）は一方の端面付近の断面図、（ｃ）
は他方の端面付近の断面図である。本実施形態の半導体
レーザはＷが一定であり、ｄ₂は一方の端面付近で小さ
く、他方の端面付近で大きい。また、本実施形態の半導
体レーザにおいては、レーザに要求される特性に合わせ
てｄ₂の大きい側の端面と小さい側の端面のどちらを光
出射側としてもよい。

【００４４】本実施形態の半導体レーザによれば、従来
のゲインガイドに比較してロスの少ない導波とすること
ができ、Ｉ_opを小さくすることができる。非点隔差やノ
イズ等の特性については、どちらの端面を光出射側に利
用するかによって適宜、調整することができる。例え
ば、非点隔差を小さくするにはｄ₂の小さい側の端面を
光出射側とするのが有利である。また、戻り光ノイズを
低くするには、ｄ₂の大きい側の端面を光出射側とする
のが有利である。したがって、光スポットの大きい側
（ｄ₂の小さい側）から光を入射させ、光スポットの小
さい側（ｄ₂の大きい側）から光を出射させれば、ゲイ
ンガイド性の強い光増幅器の構成とすることができる。

【００４５】（実施形態４）図８（ａ）は本実施形態の
半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。図
８（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導体レーザの断
面図であり、（ｂ）は端面付近の断面図、（ｃ）は共振
器長方向の中央部付近の断面図である。本実施形態の半
導体レーザは、Ｗが従来のＴＡＰＳ構造と同様に端面付
近で小さく、共振器長方向の中央部付近で大きい。ま
た、ｄ₂は端面付近で小さく、共振器長方向の中央部付
近で大きい。

【００４６】本実施形態の半導体レーザによれば、実効
的なＷ_optをほぼ一定とすることができる。例えば図１
４に示す従来のＴＡＰＳ構造のゲインガイド型レーザの
場合、端面に比較して中央域でＷ_optが大きく、Ｗ_opt
の変化があるため導波に伴う光ロスが生じる。それに対
し、本実施形態の半導体レーザはＷ_optが変化しないた
め、導波に伴う光ロスが少なくなり、しきい値電流Ｉ_th
を低下させ、微分効率を向上させることができる。さら
に、端面付近の導波機構がインデックスガイド的な強い
光閉じ込めとなるため、非点隔差の発生が抑制される。
したがって、Ｉ_thが低く、非点隔差の小さいゲインガイ
ドレーザが実現できる。

【００４７】一方、ノイズに関しては全体に共振器のロ
スが減少するため、量子ノイズが減少し、固有ノイズと
しては良好な特性となる。しかしながら、端面付近のｄ
₂が小さいために戻り光ノイズに対してやや不利とな
る。これを改善するには、端面付近のｄ₂が小さい領域
（テーパー領域長）の全共振器長に対する比率を小さく
する方法がある。しかしながら、ノイズの低減を過度に
優先すると、前述した低Ｉ_thおよび低非点隔差の利点が
損なわれることになる。したがって、用途等を考慮した
上で諸特性のバランスを取ると、汎用性のあるレーザが
得られる。

【００４８】（実施形態５）図９（ａ）は本実施形態の
半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。図
９（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導体レーザの断
面図であり、（ｂ）は端面付近の断面図、（ｃ）は共振
器長方向の中央部付近の断面図である。本実施形態の半
導体レーザは、Ｗが従来のＴＡＰＳ構造と逆に端面付近
で大きく、共振器長方向の中央部付近で小さい。また、
ｄ₂は端面付近で大きく、共振器長方向の中央部付近で
小さい。

【００４９】本実施形態の半導体レーザによれば、Ｗの
変化に対応してＷの大きい領域ではｄ₂が大きく、Ｗの
小さい領域ではｄ₂が小さい。これにより、実施形態４
と同様にＷ_optをほぼ一定とすることができるため、導
波に伴う光ロスを少なくすることができる。実施形態４
と逆に、端面付近でゲインガイド性が強くなる（波面湾
曲が大きくなる）ために、非点隔差はやや大きくなる
が、戻り光ノイズについては良好な特性が得られる。

【００５０】（実施形態６）図１０（ａ）は本実施形態
の半導体レーザのストライプ構造を示す上面図である。
図１０（ｂ）および（ｃ）は本実施形態の半導体レーザ
の断面図であり、（ｂ）は端面付近の断面図、（ｃ）は
共振器長方向の中央部付近の断面図である。本実施形態
の半導体レーザは、Ｗが従来のＴＡＰＳ構造と同様に端
面付近で小さく、共振器長方向の中央部付近で大きい。
また、ｄ₂は端面付近で大きく、共振器長方向の中央部
付近で小さい。

【００５１】本実施形態の半導体レーザによれば、従来
のＴＡＰＳ構造のゲインガイド型レーザにおいて見られ
る、Ｗの変化に対応したＷ_optの変化がさらに強調され
ることになる。これにより、端面付近のＷ_optが極めて
小さくなり、ゲインガイド性が高まるため、ＦＦＰのθ
//が非常に大きくなり、円形に近い放射角特性が得られ
る。例えば、ＦＦＰのθ//を２５°、θ⊥を２５°程度
とし、楕円比を極めて小さくすることもできる。本実施
形態の半導体レーザは特に、上記のような円形に近い放
射角特性が要求される用途、例えばレーザビームプリン
タ等に好適に使用することができる。

【００５２】（実施形態７）上記の実施形態１〜６に示
すような、ｄ₂またはＷとｄ₂の両方を共振器長方向に
おいて変調した半導体レーザは、例えば以下の方法によ
り製造することができる。以下に、Ｗが一定でｄ₂が端
面付近で大きく、共振器長方向の中央部付近で小さい場
合（実施形態１）を例として、本発明の半導体レーザの
製造方法を説明する。

【００５３】まず、図１１（ａ）に示すように、例えば
ＧａＡｓ基板（不図示）上にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層１、ＡｌＧａＡｓ活性層２、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層３およびＧａＡｓキャップ層４を順次、エピタキシ
ャル成長により積層させる。エピタキシャル成長は例え
ば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；ｍｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ；ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ）により
行うことができる。活性層２の厚さは例えば７０ｎｍ、
ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３の厚さは例えば１．２μ
ｍ、ＧａＡｓキャップ層４の厚さは例えば０．５μｍと
する。

【００５４】次に、図１１（ｂ）に示すように、共振器
長方向の中央部付近でＧａＡｓキャップ層４が薄くなる
ように、ＧａＡｓキャップ層４の表面に例えばメサエッ
チングを行う。ＧａＡｓキャップ層４をエッチングする
には、まず、ＧａＡｓキャップ層４上に例えばＳｉＯ₂
膜またはＳｉＮ膜を形成し、フォトリソグラフィ工程と
エッチングによりＳｉＯ₂またはＳｉＮからなるマスク
を形成する。これをエッチングマスクとし、例えばＨＣ
ｌ／Ｈ₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏの混合液あるいはＨ₂ＳＯ₄／Ｈ
₂Ｏ₂／Ｈ₂Ｏの混合液をエッチャントに用いて、Ｇａ
Ａｓキャップ層４にウェットエッチングを行う。あるい
は、ＧａＡｓキャップ層４上にレジストを形成し、レジ
ストをマスクとしてエッチングを行ってもよい。メサエ
ッチングを行う深さは例えば０．４μｍとする。

【００５５】その後、図１１（ｃ）に示すように、スト
ライプ６となる領域を除き、ＧａＡｓキャップ層４の表
面に例えばホウ素をイオン注入する。このイオン注入に
より、ＧａＡｓキャップ層４の厚い端面付近にも、エッ
チングによりＧａＡｓキャップ層４が薄くなった中央部
付近にも、ほぼ一様に不純物が拡散されて電流狭窄層５
が形成される。電流狭窄層５はエッチングの形状に応じ
た段差を有するため、端面付近のｄ₂は大きくなり、共
振器長方向の中央部付近のｄ₂は小さくなる。電流狭窄
層５の厚さを約０．７μｍとすると、端面付近のｄ₂は
１．０μｍとなり、共振器長方向の中央部付近のｄ₂は
０．５μｍとなる。

【００５６】以上の工程により、図１２（ａ）の斜視図
に示す半導体レーザが得られる。（ｂ）は（ａ）の端面
付近の断面図、（ｃ）は（ａ）の共振器長方向の中央部
付近の断面図である。ここで、Ｗも変化させる場合に
は、従来のＴＡＰＳ構造の半導体レーザを形成する場合
と同様に、ＧａＡｓキャップ層４にイオン注入する工程
で、Ｗのパターンに沿って電流狭窄層５を形成すればよ
い。また、端面付近のｄ₂を小さくし、共振器長方向の
中央部付近のｄ₂を大きくしたい場合には、端面付近の
ＧａＡｓキャップ層４を薄くすればよい。

【００５７】上記の本実施形態の半導体レーザの製造方
法によれば、エッチングによって電流狭窄層５の深さ方
向の広がりを変化させるため、ｄ₂をテーパ状あるいは
連続的に変化させることはプロセス上、困難である。し
かしながら、半導体レーザの動作時には電圧の印加によ
りＷ_curはエッチング部分の段差をある程度緩和するよ
うに分布するため、ｄ₂を連続的に変化させることが可
能となる。

【００５８】（実施形態８）電流狭窄層５をイオン注入
でなくメサエッチングにより形成する場合にも、本発明
の半導体レーザの構造とすることができる。その場合は
実施形態７と同様に、まず、図１１（ａ）に示すように
各エピタキシャル層を積層させた後、図１１（ｂ）に示
すようにＧａＡｓキャップ層４の表面にエッチングを行
い、共振器長方向の中央部付近のＧａＡｓキャップ層４
を薄くする。その後、図１３（ａ）および（ｂ）に示す
ように、ストライプ６部分が残るようにメサエッチング
を行うと、共振器長方向の中央部付近が端面付近よりも
深くエッチングされた電流狭窄層５が形成される。

【００５９】本発明の半導体レーザおよびその製造方法
の実施形態は、上記の説明に限定されない。例えば、エ
ピタキシャル層に組成の異なる半導体が用いられ、レー
ザ光の発振波長が異なる場合にも本発明の構造を適用で
きる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
の変更が可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明の半導体レーザによれば、ゲイン
ガイド型半導体レーザのノイズ、駆動電流値および非点
隔差を用途に合わせて適宜低減することが可能となる。
本発明の半導体レーザの製造方法によれば、既存の装置
およびプロセスの組み合わせで本発明の半導体レーザを
製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの電流分布を表す図であ
り、Ｗ_curあるいはＷ_optのｄ₂依存性を示す。

【図２】本発明の半導体レーザのゲインガイドのガイド
性を表す図であり、（ａ）は強い光閉じ込め、（ｂ）は
弱い光閉じ込めを示す。

【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の半導体レーザにおけ
る、ｄ₂およびＷに依存したＷ_curあるいはＷ_optの挙
動を模式的に表す図である。

【図４】本発明の半導体レーザにおける、ｄ₂とファー
フィールドパターン（ＦＦＰ）の水平放射角θ//との相
関を表す図である。

【図５】（ａ）は本発明の実施形態１に係る半導体レー
ザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面
図である。

【図６】（ａ）は本発明の実施形態２に係る半導体レー
ザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面
図である。

【図７】（ａ）は本発明の実施形態３に係る半導体レー
ザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面
図である。

【図８】（ａ）は本発明の実施形態４に係る半導体レー
ザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面
図である。

【図９】（ａ）は本発明の実施形態５に係る半導体レー
ザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面
図である。

【図１０】（ａ）は本発明の実施形態６に係る半導体レ
ーザの上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断
面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態７に係る
半導体レーザの製造方法の製造工程を示す断面図であ
る。

【図１２】（ａ）は本発明の実施形態７に係る半導体レ
ーザの製造方法により製造される半導体レーザの斜視図
であり、（ｂ）および（ｃ）は対応する断面図である。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態８に
係る半導体レーザの製造方法により製造される半導体レ
ーザの断面図である。

【図１４】（ａ）は従来のテーパーストライプ構造（Ｔ
ＡＰＳ）のゲインガイド型半導体レーザの斜視図であ
り、（ｂ）は対応する断面図、（ｃ）は導波モードを表
す上面図である。

【図１５】（ａ）および（ｂ）は従来のゲインガイド型
半導体レーザの断面図である。

【符号の説明】

１…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２…ＡｌＧａＡｓ活
性層、３…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、４…キャップ
層、４ａ…コンタクト層、５…電流狭窄層、６…ストラ
イプ、７…レーザ発光域、８…絶縁膜、１１…テーパー
領域、１３…中央部幅広ストライプ領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成され、共振器長方向に光導
波路を有する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層
と、前記光導波路上部のストライプ部分を除く、前記第２ク
ラッド層の表層に形成された電流狭窄層とを有し、前記活性層と前記電流狭窄層との距離を、前記共振器長
方向の中央部と端面付近とで異ならせた半導体レーザ。
【請求項２】前記ストライプの幅は一定である請求項１
記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、
前記共振器長方向の中央部に比較して端面付近で大きい
請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項４】前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、
前記共振器長方向の中央部に比較して端面付近で小さい
請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、
一方の端面付近に比較して他方の端面付近で小さい請求
項２記載の半導体レーザ。
【請求項６】前記ストライプの幅は、前記共振器長方向
の中央部と端面付近とで異なる請求項１記載の半導体レ
ーザ。
【請求項７】前記ストライプは、前記共振器長方向の中
央部と端面付近との間でテーパ状をなす請求項６記載の
半導体レーザ。
【請求項８】前記ストライプの幅は、前記共振器長方向
の中央部に比較して端面付近で小さく、前記前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、前記共振
器長方向の中央部に比較して端面付近で小さい請求項６
記載の半導体レーザ。
【請求項９】前記ストライプの幅は、前記共振器長方向
の中央部に比較して端面付近で大きく、前記前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、前記共振
器長方向の中央部に比較して端面付近で大きい請求項６
記載の半導体レーザ。
【請求項１０】前記ストライプの幅は、前記共振器長方
向の中央部に比較して端面付近で小さく、前記前記活性層と前記電流狭窄層との距離は、前記共振
器長方向の中央部に比較して端面付近で大きい請求項６
記載の半導体レーザ。
【請求項１１】前記電流狭窄層は第１導電型の不純物を
含有する領域である請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１２】前記電流狭窄層は前記第２クラッド層の
表面に形成された溝である請求項１記載の半導体レー
ザ。
【請求項１３】前記電流狭窄層は第１導電型の半導体層
である請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１４】第１導電型の第１クラッド層を形成する
工程と、前記第１クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２導電型の第２クラッド層を形成する
工程と、前記第２クラッド層上に、中央部と端面付近とで膜厚の
異なるキャップ層を形成する工程と、前記第２クラッド層中央部の共振器長方向と平行なスト
ライプ部分を除く、前記第２クラッド層の表層に電流狭
窄層を形成する工程とを有する半導体レーザの製造方
法。
【請求項１５】前記キャップ層を形成する工程は、前記
第２クラッド層上に前記キャップ層を均一な膜厚で形成
する工程と、前記キャップ層にエッチングを行い、前記キャップ層の
一部を除去する工程とを有する請求項１４記載の半導体
レーザの製造方法。
【請求項１６】前記電流狭窄層を形成する工程は、前記
第２クラッド層の少なくとも一部に、前記キャップ層を
介して第１導電型の不純物をイオン注入する工程を有す
る請求項１４記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】前記電流狭窄層を形成する工程は、前記
第２クラッド層の少なくとも一部、およびその上部の前
記キャップ層を除去して溝を形成する工程を有する請求
項１４記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１８】前記溝内に第１導電型の半導体層を形成
する工程を有する請求項１７記載の半導体レーザの製造
方法。
【請求項１９】前記電流狭窄層を形成する工程におい
て、前記ストライプの幅は一定とする請求項１４記載の
半導体レーザの製造方法。
【請求項２０】前記電流狭窄層を形成する工程におい
て、前記ストライプの幅は、前記共振器長方向の中央部
と端面付近とで異なる幅とする請求項１４記載の半導体
レーザの製造方法。