JP2002368335A

JP2002368335A - 半導体レーザ素子およびその作製方法および半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステムおよび光ピックアップシステムおよび電子写真システム

Info

Publication number: JP2002368335A
Application number: JP2001169279A
Authority: JP
Inventors: Naoto Jikutani; 直人軸谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】発振閾値電流が小さく、高い特性温度をも
ち、ビーム品質が良く、放射ビーム形状が真円に近い半
導体レーザ素子を提供する。【解決手段】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有
する（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1） _y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦
ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド
層と、共振器端面に対して垂直方向に伸びるストライプ
状またはテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ
_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波
層とを有する端面発光型半導体レーザ素子であって、共
振器端面部にスポットサイズ変換領域Ｅ２が設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
およびその作製方法および半導体レーザアレイおよび光
通信システムおよび光インターコネクションシステムお
よび光ピックアップシステムおよび電子写真システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ピックアップシステム，光通信
システム，電子写真システムの光源として、ＡｌＧａＩ
ｎＰ半導体材料による６５０ｎｍ帯半導体レーザ素子が
用いられている。例えば文献「第４５回応用物理学関係
連合講演予稿集Ｎｏ．３２９ａ−ＺＨ−２」（以下、
第１の従来技術という）には、光ディスクピックアップ
用光源としてＡｌＧａＩｎＰ混晶材料による実屈折率導
波型６５０ｎｍ帯レーザが示されている。これらの用途
に用いられる半導体レーザ素子には、発振閾値電流が低
いこと、更に、素子の特性温度が高いことが求められて
いる。

【０００３】また、この他にも、半導体レーザは、レー
ザビームとレンズ，ファイバとの結合が容易であること
も重要である。通常、半導体レーザから放射されるレー
ザービームは水平放射角に比べ、垂直放射角の方が大き
い。例えば、上記第１の従来技術の半導体レーザ素子の
垂直放射角は３０°であり、水平方向放射角は９°であ
る。これは、光導波領域での垂直方向の光分布が水平方
向に比べて狭いことに起因するものであり、レンズまた
はファイバと結合させるためにビーム成形が必要にな
る。

【０００４】特に、通信用長波長レーザー素子では、レ
ーザ光をシングルモードファイバと良好に結合させる必
要があることから、スポットサイズ変換領域を備えた素
子が提案されている。ここで、スポットサイズ変換領域
とは、例えば、共振器端面部に向けて光導波層の厚さを
次第に薄くなるように構成した領域のことであって、共
振器端面部では光導波層から光の漏れが大きくなること
で垂直放射角が狭まり、真円に近い放射パターンが得ら
れる。勿論、赤色レーザ素子でも、ビームの利用効率、
レンズまたはファイバとの結合効率を向上させるため
に、スポットサイズは真円に近いことが望ましい。

【０００５】例えば、特開平７−２８３４９０号（以
下、第２の従来技術という）には、スポットサイズ変換
領域を備えたＩｎＰ基板上の長波長半導体レーザ素子に
ついての技術が示されている。図１，図２，図３は第２
の従来技術の半導体レーザ素子を示す図である。なお、
図１は上面図、また、図２は図１のＡ−Ａ’線における
断面図、また、図３は図１のＢ−Ｂ’線における断面図
である。

【０００６】図１乃至図３において、符号１はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板、符号２はｎ−ＩｎＰクラッド層、符号３はＩｎ
ＧａＡｓＰ光導波層、符号４はＩｎＧａＡｓＰ多重量子
井戸活性層、符号５はＩｎＧａＡｓＰ光導波層、符号６
はｐ−ＩｎＰクラッド層、符号７はコンタクト層、符号
８はｐ側電極、符号９はｎ側電極、符号１０は絶縁層、
符号１１はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、符号１２はｎ−Ｉｎ
Ｐ埋め込み層である。

【０００７】図１乃至図３の半導体レーザ素子は、次の
ように作製される。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ
−ＩｎＰクラッド層２を成長した後、図４に示すように
ＳｉＯ₂マスク１３を設け、図５のようにＩｎＰクラッ
ド層２上に多重量子井戸構造を含むＩｎＧａＡｓＰから
成るＳＣＨ構造（ＩｎＧａＡｓＰ光導波層３，ＩｎＧａ
ＡｓＰ多重量子井戸活性層４，ＩｎＧａＡｓＰ光導波層
５）を選択成長する。ここで、図５は選択成長後の図４
のＢ−Ｂ’線に対応する断面を示す図である。この際、
図２のように、マスク１３の開口幅の広い領域は、膜厚
が薄く成長される（これがスポットサイズ変換領域とな
る）。

【０００８】次に、図６のようにＳｉＯ₂マスク１４を
設け、これをエッチングマスクとして、リッジストライ
プを形成し、更にＳｉＯ₂マスク１４を選択成長マスク
としてエッチング部分にＩｎＰ層１１，１２の埋め込み
成長を行っている。なお、図６は埋め込み成長後の図４
のＢ−Ｂ’線に対応する断面を示したものである。次
に、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、コンタクト層７、絶縁層
１０、電極８，９を設け、図１乃至図３に示す素子構造
が得られる。

【０００９】この第２の従来技術では、長波長レーザに
おいて、水平放射角８°，垂直放射角１１．８°を得て
いる。また、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＧａＩｎＰ活
性層からなる多重量子井戸構造を有する赤色レーザへの
応用についても一部記述がなされており、スポットサイ
ズ変換領域を備えたＡｌＧａＩｎＰ系材料の赤色レーザ
素子の従来技術に挙げられる。

【００１０】第２の従来技術のスポットサイズ変換領域
を備えた半導体レーザ素子では、素子の低閾値電流を与
える構造と、素子のスポットサイズを真円に近づける構
造とを、別に設計できる利点がある。従来、放射角を狭
くするためには光閉じ込め係数を小さくしてビームスポ
ットを大きくする必要があり、閾値電流が増加してしま
っていたが、スポットサイズ変換領域を備えることによ
って改善できる。

【００１１】また、上述の特性温度に関する問題に対し
ては、例えば特開平４−１１４４８６号（以下、第３の
従来技術という）に示されているように、多重量子障壁
等による改善が試みられている。ＡｌＧａＩｎＰ半導体
材料は、活性層とクラッド層との禁則帯幅の差が少な
く、電子に対するポテンシャルバリアが低いことから、
電子がｐクラッド層へオーバーフローし易く、素子の特
性温度が低い。従って、特性温度を向上させるために
は、禁則帯幅の広いクラッド層を用いることが有効であ
る。上記第３の従来技術では、多重量子障壁によって実
効的な電子のポテンシャルバリアを高くすることが提案
されている。

【００１２】また、特開平５−４１５６０号（以下、第
４の従来技術という）には、６００ｎｍ以下の短波長で
発振する素子を得るために、ＧａＡｓとＧａＰとの間の
格子定数を有する半導体レーザ素子が示されている。す
なわち、この第４の従来技術は、ＡｌＧａＩｎＰ混晶の
格子定数の減少に伴う禁則帯幅の増加に着眼したもので
あって、活性層材料に禁則帯幅の大きな混晶を用いて６
００ｎｍ帯以下でのレーザ発振を得ている。この格子定
数の範囲では、従来のＧａＡｓ基板上の素子に比べて禁
則帯幅の広いクラッド層を得ることが可能である。この
クラッド層を用いた赤色レーザ素子では特性温度の向上
が期待できるものと考えられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、スポッ
トサイズ変換領域を有する素子では、ビーム品質が良
く、低閾値電流化に対して効果がある。また、より屈折
率の低いクラッド層材料を用いれば、大きな光閉じ込め
係数が得られ、更に低閾値電流化が可能となる。例え
ば、ＧａＡｓ基板に格子整合する中で、Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐ混晶材料が最も屈折率が小さい。Ａｌ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを
クラッド層とし、また、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0. ₅Ｉｎ_0.5
Ｐを光導波層、発振波長６５０ｎｍの厚さ１５ｎｍの活
性層とした素子で得られる光閉じ込め係数は、０．０５
８程度である。これは、同じ光導波層組成，活性層組成
と同じ厚さを持つＧａＡｓ基板上の素子の取り得る最大
値となる。このように取り得る光閉じ込め係数の最大値
は、最終的には材料の屈折率によって決まるものであ
る。スポットサイズ変換領域を有する素子は、ビーム品
質に関係無く、低屈折材料をクラッド層に用いることが
できるという点が特徴であるが、従来の赤色レーザ素子
は、ＧａＡｓ基板上に作製されているために、必ずしも
低閾値化に対し望ましい混晶材料をクラッド層に用いる
ことができなかった。

【００１４】また、第４の従来技術の素子では、特性温
度対象としている波長帯が６００ｎｍよりも短波長であ
ることから、活性層，光導波層の材料の検討が必要であ
り、この第４の従来技術をそのまま赤色レーザ素子に応
用することはできない。また、この第４の従来技術は短
波長化に主眼をおいているものであって、材料の光学的
特性，素子のビーム品質等については何ら考慮されてい
ない。これを実際に赤色レーザ素子に応用した場合には
後述するように垂直放射角が非常に大きくなる等のビー
ム品質上の問題がある。

【００１５】このように、従来では、光ピックアップヘ
ッド，光通信システム，電子写真システムなどの光源と
して好適な半導体レーザ素子を得ることは非常に難しい
という問題があった。

【００１６】本発明は、発振閾値電流が小さく、高い特
性温度をもち、ビーム品質が良く、放射ビーム形状が真
円に近い半導体レーザ素子およびその作製方法および半
導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光インタ
ーコネクションシステムおよび光ピックアップシステム
および電子写真システムを提供することを目的としてい
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ＧａＡｓとＧａＰとの間の
格子定数を有する（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1
Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜
１）クラッド層と、共振器端面に対して垂直方向に伸び
るストライプ状またはテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ
_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1- _z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性
層と、光導波層とを有する端面発光型半導体レーザ素子
であって、共振器端面部にスポットサイズ変換領域が設
けられていることを特徴としている。

【００１８】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体レーザ素子において、前記光導波層は、活性
層の材料よりも禁則帯幅の広いＧａ_y3Ｉｎ_1-y3Ａｓ_z3Ｐ
_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ３＜１）混晶半導体で形成
されていることを特徴としている。

【００１９】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の半導体レーザ素子において、スポッ
トサイズ変換領域は、少なくとも光導波層の厚さをスト
ライプ状発振領域から共振器端面部に向かって薄くする
ことで形成されていることを特徴としている。

【００２０】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子に
おいて、活性層は、単一量子井戸構造または多重量子井
戸構造であり、さらに、スポットサイズ変換領域上の一
部の半導体コンタクト層および電極が除去されているこ
とを特徴としている。

【００２１】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子に
おいて、活性層は、スポットサイズ変換領域以外では自
然超格子構造として形成され、スポットサイズ変換領域
では自然超格子構造が選択的に無秩序化されたものとな
っており、さらに、スポットサイズ変換領域上の一部の
半導体コンタクト層および電極が除去されていることを
特徴としている。

【００２２】また、請求項６記載の発明は、ＧａＡｓと
ＧａＰとの間の格子定数を有する（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1
Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦
１、０≦ｚ１＜１）クラッド層と、共振器端面に対して
垂直方向に伸びるストライプ状またはテーパストライプ
状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦
ｚ２＜１）活性層と、光導波層とを有し、共振器端面部
にスポットサイズ変換領域が設けられている端面発光型
半導体レーザ素子の作製方法であって、誘電体マスクを
用いた選択成長法によって、前記クラッド層，光導波層
および活性層からなる導波路構造の結晶成長を行なうこ
とを特徴としている。

【００２３】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子を
複数個有し、複数個の半導体レーザ素子がモノリシック
に形成されていることを特徴としている。

【００２４】また、請求項８記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子、
または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光源とし
て用いられることを特徴としている。

【００２５】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子、
または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光源とし
て用いられることを特徴としている。

【００２６】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素
子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光源
として用いられることを特徴としている。

【００２７】また、請求項１１記載の発明は、請求項１
乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素
子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光源
として用いられることを特徴としている。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２９】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有す
る半導体レーザ素子は、前述のように、クラッド層に禁
則帯幅の広いＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いることができる
ことから、特性温度の向上が期待できる。本願の発明者
は、高い特性温度を有する半導体レーザ素子（ＧａＡｓ
とＧａＰとの間の格子定数を有する赤色レーザ素子）を
実現するために、活性層の材料，組成，歪量，成長条件
等の検討を重ね、ＧａＡｓＰ基板上に半導体レーザ素子
を作製し、評価を行った。また、放射ビーム形状等が赤
色半導体レーザの用途に対して適切であるかも合わせて
検討を行った。この結果、ＧａＡｓＰ基板上に作製され
た半導体レーザ素子では、従来の半導体レーザ素子と比
べて、特性温度の向上と、大幅な発振閾値電流の減少と
が認められた。

【００３０】また、ＧａＡｓ基板から−１．４％の格子
不整度にあたるＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4基板上に作製した、Ａ
ｌＩｎＰ組成が０．５の（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_y4Ｉｎ_1-y4
Ｐ（ｙ４はＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4基板に格子整合する値）ク
ラッド層、厚さ１００ｎｍのＧａＩｎＰ光導波層、厚さ
２５０ÅのＧａＩｎＰ活性層を備えた赤色レーザ素子の
垂直放射角は５０°と従来と比べて非常に大きいもので
あった。これらの評価結果を検討したところ、発振閾値
電流の低減は、クラッド層の禁則帯幅が増加し、キャリ
アの閉じ込めが向上することと、クラッド層の屈折率が
従来の素子に比べて小さく、更に光導波層との屈折率差
が大きいことによって、光閉じ込めが向上するためと分
かった。また、垂直放射角の増加は、光閉じ込め係数の
増加によって光分布が光導波層に集中するためであるこ
とが分かった。

【００３１】図７は、ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌ
ＧａＩｎＰ（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝０％）と、
ＧａＡｓとＧａＰとのちょうど中間の格子定数を持つＡ
ｌＧａＩｎＰ（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．７
％）のＡｌＩｎＰ組成の変化に対する屈折率の見積もり
値を示す図である。図７から、格子不整度ε＝−１．７
％にあたるＡｌＧａＩｎＰの方が屈折率の絶対値が小さ
く、屈折率の変化の幅が大きい。

【００３２】また、図８は、ＧａＡｓの格子定数を持っ
た素子（ε＝０％）と、ＧａＡｓとＧａＰの間の格子定
数を持った素子（ε＝−１．７％）に関して、ＡｌＩｎ
Ｐをクラッド層、ＡｌＩｎＰ組成０．５の（Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5）_y4Ｉｎ_1-y4Ｐ（ｙ４はＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4基板に
格子整合する値）を光導波層として、発振波長６５０ｎ
ｍを有する厚さ１５ｎｍの活性層を持つ構造の光閉じ込
め係数を見積もった図である。

【００３３】図８から、従来のＧａＡｓ基板上の赤色レ
ーザ素子（ε＝０％）に対し、ＧａＡｓとＧａＰとの間
の格子定数を有する赤色レーザ素子（ε＝−１．７％）
では、光閉じ込め係数を大幅に向上できることがわか
る。よって発振閾値電流が低減できる。さらに、前述の
ように禁則対幅の大きなクラッド層が用いられることか
ら、特性温度も向上する。しかしながら、ＧａＡｓとＧ
ａＰとの間の格子定数を有する赤色レーザ素子では、従
来の素子に比べて、光導波層に光分布が集中し易く、垂
直放射角が非常に大きくなり易いという問題が同時に存
在する。

【００３４】本発明は、発振閾値電流，ビーム品質，特
性温度等の従来の赤色レーザの問題を同時に解決するこ
とを意図しており、このため、本発明では、ＧａＡｓと
ＧａＰとの間の格子定数を持つ赤色レーザ素子におい
て、共振器端面部にスポットサイズ変換領域を設けるよ
うにしたものである。

【００３５】ここで、スポットサイズ変換領域とは、共
振器端面部における光分布をレーザー発振部に対して相
対的に広くする機能を持つ領域であり、スポットサイズ
変換領域としては、例えば、光導波層を共振器端面に向
けて次第に薄くし、光導波層からの垂直方向の光の漏れ
を大きくするものや、光導波層内に設けた酸化ＡｌＡｓ
等の様な低屈折率層によって共振器端面付近での光分布
をクラッド層に押し広げるもの等が挙げられる。

【００３６】より詳細に、本発明の半導体レーザ素子
は、ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する（Ａｌ
_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦１、
０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド層と、共振
器端面に対して垂直方向に伸びるストライプ状またはテ
ーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1-z2（０＜
ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波層とを有す
る端面発光型半導体レーザ素子であって、共振器端面部
にスポットサイズ変換領域が設けられていることを特徴
としている。

【００３７】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有す
るＡｌＧａＩｎＡｓＰ材料の中には、従来のＧａＡｓ基
板上よりも屈折率が小さい組成があり、これを用いたク
ラッド層によって発振領域において大きな光閉じ込め係
数を得ることができる。また、スポットサイズ変換領域
によって共振器端面から放射されるビーム形状を真円に
近くすることができる。

【００３８】すなわち、従来のＧａＡｓ基板上の素子と
比べ、ＧａＡｓとＧａＰ間の格子定数のクラッド層を持
った素子では、クラッド層の禁則帯幅が広くキャリア閉
じ込めが向上することの他に、クラッド層の屈折率も小
さく、発振領域での光閉じ込めも向上する。従って、従
来の素子に比べて、発振閾値電流は大幅に低減し、特性
温度は向上する。また、スポットサイズ変換領域では、
光導波層の厚さや、屈折率等を変化させることによっ
て、光導波層内からの光の漏れを大きくし、共振器端面
部に向けて伝播するビームの広がりを大きくする作用を
持つ。これによって、共振器端面部における垂直方向の
ビームスポットは十分に広がり、垂直放射角は水平放射
角と同程度となって、真円に近いレーザビームが得られ
る。以上から、従来と比べて、発振閾値電流が低く、放
射ビーム形状が真円に近い赤色レーザ素子が得られる。
また、クラッド層の禁則帯幅は、従来よりも広いため、
特性温度も従来の素子に対し高くすることができる。

【００３９】このように、半導体レーザ素子を上記のよ
うな構成とすることによって、ＧａＡｓとＧａＰの間の
格子定数を有するクラッド層を備えた赤色レーザ素子の
発振閾値電流を低減し、放射ビーム形状を真円に近くす
ることができる。

【００４０】また、上記本発明の半導体レーザ素子にお
いて、光導波層は、活性層の材料よりも禁則帯幅の広い
Ｇａ_y3Ｉｎ_1-y3Ａｓ_z3Ｐ_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ３
＜１）混晶半導体で形成することができる。

【００４１】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有す
るＧａＩｎＡｓＰ材料の中には、６５０ｎｍの発振波長
に対し禁則帯幅が十分広い組成があり、これを用いた光
導波層は、Ａｌを含まずにキャリア閉じ込め層として機
能する。また、Ａｌを組成に含まないので、クラッド層
との屈折率差が大きく、高い光閉じ込め効率が得られ
る。これにより、発振閾値電流を更に低減することがで
きる。

【００４２】すなわち、Ａｌを含まないＧａＩｎＡｓＰ
混晶を光導波層とすることで、Ａｌを含んだクラッド層
との屈折率差を大きくできる。従来のＧａＡｓ基板上の
素子では、活性層材料がＧａＩｎＰであるため、光導波
層及びキャリア閉じ込め層にＡｌＧａＩｎＰ混晶を用い
る必要があった。これに対し、ＧａＡｓとＧａＰとの間
の格子定数を有するＧａＩｎＡｓＰ材料では、発振の準
位間のエネルギーに対してＧａＩｎＡｓＰ混晶の禁則帯
幅が十分大きく、これを光閉じ込め層及びキャリア閉じ
込め層とした構成が可能となる。

【００４３】図９は、ＧａＡｓとＧａＰのちょうど中間
の格子定数（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．７
％）を有する素子について、ＡｌＩｎＰをクラッド層、
ＡｌＩｎＰ組成０．５のＡｌＧａＩｎＰを光導波層とし
た、波長６５０ｎｍの厚さ１５ｎｍの活性層を持つ構造
（ε＝−１．７％Ａ）と、ＧａＡｓとＧａＰのちょうど
中間の格子定数（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．
７％）を有する素子について、ＡｌＩｎＰをクラッド
層、ＧａＩｎＰを光導波層とした、波長６５０ｎｍの厚
さ１５ｎｍの活性層を持つ構造（ε＝−１．７％Ｂ）
と、ＧａＡｓ基板上（ε＝０％）で、ＡｌＩｎＰをクラ
ッド層、ＡｌＩｎＰ組成０．５のＡｌＧａＩｎＰを光導
波層とした構造（ε＝０％）とについて、活性層への光
閉じ込め係数を見積もった結果を示す図である。図９か
ら、ＧａＩｎＡｓＰ光導波層を用いれば、発振領域にお
いて大きな光閉じ込め係数が得られ、非常に効率良く発
振閾値電流を低減することができることがわかる。ま
た、Ａｌフリー活性領域を形成するので、素子信頼性は
高い。

【００４４】このように、本発明の半導体レーザ素子に
おいて、光導波層を、活性層の材料よりも禁則帯幅の広
いＧａ_y3Ｉｎ_1-y3Ａｓ_z3Ｐ_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ
３＜１）混晶半導体で形成することにより、発振閾値電
流をさらに低減することができる。

【００４５】また、上記本発明の半導体レーザ素子にお
いて、スポットサイズ変換領域は、少なくとも光導波層
の厚さをストライプ状発振領域から共振器端面部に向か
って薄くすることで形成することができる。

【００４６】垂直放射角を狭くするためには、スポット
サイズ変換領域などによって、共振器端面部における光
分布を発振領域に対して水平方向と同程度に広くする必
要がある。光分布は、活性層および光導波層とクラッド
層との屈折率差、光導波層の厚さによって決まるもので
あり、前記のように光分布を広くするためには、光導波
層の厚さを薄くするか、光導波層中に屈折率の低い調整
層を設けて光分布をクラッド層側に押し広げる方法が挙
げられる。実際には、後者の方法では、格子整合して用
いることのできる材料（屈折率）が限られることや、光
分布が調整層に対してあまり敏感でないことなどから、
効率の高いスポットサイズ変換が難しい。これに対し、
光導波層の厚さを調整する場合には、光分布は光導波層
の厚さに対して非常に敏感に変化する。光導波層の厚さ
を薄くすると、光閉じ込め能力が低下し、光分布が広く
クラッド層中にまで広がり、共振器端面でのスポットサ
イズが大きくなる。これによって、放射されるビームの
垂直放射角は狭くなる。すなわち、光導波層の厚さを薄
くすることによって、光導波層の光閉じ込め能力が低下
し、共振器端面では光がクラッド層中にまで広く分布す
る。これによって、共振器端面のスポットサイズは広が
り、放射されるビームの垂直放射角が狭くなる。また、
光導波層の厚さを面内で緩やかに変化させることが比較
的容易であるので、スポットサイズ変換領域での反射散
乱損失が低く、効率の高いスポットサイズ変換をするこ
とができる。従って、本発明の半導体レーザ素子におい
て、スポットサイズ変換領域は、少なくとも光導波層の
厚さをストライプ状発振領域から共振器端面部に向かっ
て薄くすることで形成することによって、スポットサイ
ズ変換効率の高い半導体レーザ素子が容易に得られる。

【００４７】また、上記本発明の半導体レーザ素子にお
いて、活性層を、単一量子井戸構造または多重量子井戸
構造のものにし、さらに、スポットサイズ変換領域上の
一部の半導体コンタクト層および電極を除去したものに
することができる。

【００４８】スポットサイズ変換領域では光閉じ込め係
数が小さく、レーザ発振の効率が低いために、この領域
への電流注入は本来好ましくない。しかし、スポットサ
イズ変換領域上の電極を除去し、スポットサイズ変換領
域に電流を注入しない場合には、活性層での吸収により
導波損失が生じる。これに対し、活性領域を量子井戸構
造とすることで、スポットサイズ変換領域部の発振準位
間のエネルギーを量子サイズ効果によって大きくし、ス
ポットサイズ変換領域での発振光の吸収を低減すること
ができる。従って、スポットサイズ変換領域に電流注入
を行って発振光に対して透明とする必要が無くなるの
で、素子の動作電流を低減することができる。

【００４９】このように、活性層を、単一量子井戸構造
または多重量子井戸構造とし、さらに、スポットサイズ
変換領域上の一部の半導体コンタクト層および電極を除
去することによって、スポットサイズ変換領域での光吸
収を低減し、素子の動作電流を低減させることができ
る。

【００５０】また、上記本発明の半導体レーザ素子にお
いて、活性層を、スポットサイズ変換領域以外では自然
超格子構造として形成し、スポットサイズ変換領域では
自然超格子構造が選択的に無秩序化されたものにし、さ
らに、スポットサイズ変換領域上の一部の半導体コンタ
クト層および電極を除去したものにすることができる。

【００５１】すなわち、ＭＯＣＶＤ法では、活性領域の
成長を、成長温度，Ｖ／III比，成長レートの調整によ
ってＧａＩｎＡｓＰ半導体混晶が秩序化し、自然超格子
を形成しやすい結晶成長条件で行なうことができる。こ
のように自然超格子を形成することにより、活性領域の
禁則帯幅は自然超格子を形成しない場合に比べて狭くな
る。この後、Ｚｎ等の不純物拡散によりスポットサイズ
変換領域の活性層を選択的に無秩序化すると、無秩序化
領域の禁則帯幅が広くなり、スポットサイズ変換領域で
の発振光の吸収が起こらない。

【００５２】活性層を、スポットサイズ変換領域以外で
は自然超格子構造として形成し、スポットサイズ変換領
域では自然超格子構造が選択的に無秩序化されたものと
し、さらに、スポットサイズ変換領域上の一部の半導体
コンタクト層および電極を除去したものにすることは、
活性層が厚く、スポットサイズ変換領域での量子サイズ
効果が顕著に現れない領域の幅が広い場合に有効であ
る。混晶化された領域では電流注入を行い発振光に対し
て透明とする必要が無くなるので、素子の動作電流を低
減することができる。

【００５３】このように、活性層を、スポットサイズ変
換領域以外では自然超格子構造として形成し、スポット
サイズ変換領域では自然超格子構造が選択的に無秩序化
されたものとし、さらに、スポットサイズ変換領域上の
一部の半導体コンタクト層および電極を除去したものに
することによって、スポットサイズ変換領域での光吸収
を低減し、動作電流を低減させることができる。

【００５４】上述した本発明の半導体レーザ素子（すな
わち、ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する（Ａ
ｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦
１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド層と、
共振器端面に対して垂直方向に伸びるストライプ状また
はテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ
_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波
層とを有し、共振器端面部にスポットサイズ変換領域が
設けられている端面発光型半導体レーザ素子）は、誘電
体マスクを用いた選択成長法により、クラッド層，光導
波層および活性層からなる導波路構造の結晶成長を行な
うことによって作製される。

【００５５】この作製方法では、誘電体マスクの開口幅
によって、選択成長領域の成長膜厚を制御することがで
きる。このように、誘電体マスクの開口幅によって選択
成長される領域の膜厚を制御することができるので、本
発明の半導体レーザ素子を作製する工程を簡便にするこ
とができる。ＡｌＧａＩｎＰ材料の選択成長は拡散長の
短いＡｌを組成に含んでいることから、長波長レーザ材
料であるＩｎＧａＡｓＰ系半導体材料に比べて難しく、
良好に選択成長ができる成長条件の幅が狭いが、成長温
度，Ｖ／III比，成長レート等を適切に選ぶことによっ
て、選択成長を行うことは可能である。この作製方法に
よれば、本発明の半導体レーザ素子の製造過程を非常に
簡便にすることができる。また、特に、光導波層が、活
性層の材料よりも禁則帯幅の広いＧａ_y3Ｉｎ_1-y3Ａｓ_z3
Ｐ_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ３＜１）混晶半導体で形
成されている場合には、選択成長を行う導波領域部分が
Ａｌ元素を含まないことから、選択成長が非常に容易で
あり、素子の製造を大幅に容易にすることができる。

【００５６】また、上述した本発明の半導体レーザ素子
によって、モノリシックレーザアレイ（半導体レーザア
レイ）を構成することができる。

【００５７】この場合、この半導体レーザアレイによれ
ば、発振閾値電流が低く、真円に近いレーザビーム形状
を有したビーム品質の高いマルチビーム光源が得られ
る。また、従来、半導体レーザアレイのように集積化さ
れた素子では、簡単な光学部品によってレンズ，光ファ
イバ等との結合を行うことが容易ではなかったが、本発
明の半導体レーザアレイでは、ビーム形状が真円に近い
ことから、高効率にかつ容易に結合が行え、光学部品の
構成を簡単なものにすることができる。

【００５８】また、上述した本発明の半導体レーザ素子
によって多波長モノリシックレーザアレイを構成するこ
とができる。

【００５９】この場合、この多波長モノリシックレーザ
アレイによれば、発振閾値電流が低く、真円に近いレー
ザビーム形状を有したビーム品質の高いマルチビーム光
源が得られる。また、簡単な光学部品によってレンズ，
光ファイバ等と高効率に結合が行える。また、発振波長
が多波長であることから、波長多重通信用光源等に応用
することができる。

【００６０】また、上述した本発明の半導体レーザ素
子、または、上述した本発明の半導体レーザアレイが光
源として用いられる光通信システム，光インターコネク
ションシステムを構築することができる。

【００６１】この場合、光ファイバとの結合効率が高
く、消費電力の小さい光通信システム，光インターコネ
クションシステムを提供することが可能となる。すなわ
ち、上述した本発明の半導体レーザ素子、または、上述
した本発明の半導体レーザアレイが光源として用いられ
る光通信システム，光インターコネクションシステムで
は、半導体レーザ素子の発振閾値電流が低いことから、
光通信システム，光インターコネクションシステムにお
ける消費電力を小さくすることができる。また、ビーム
形状が真円に近いことから、ファイバとの結合が容易
で、またビームの利用効率が非常に高く、これによる電
力損失を低減することもできる。また、発振閾値電流が
小さいことから、素子の発熱は小さく、熱干渉による影
響が少ない信頼性の高い光通信システム，光インターコ
ネクションシステムを構成できる。また、モノリシック
レーザアレイを用いる場合は、並列光通信が可能であ
り、高速通信システムを得ることができる。また、多波
長モノリシックレーザアレイを用いる場合には、各レー
ザストライプから波長の異なる光を単一のファイバに導
いた波長多重通信システムの構成が可能となり、高速通
信システムを得ることができる。

【００６２】また、上述した本発明の半導体レーザ素
子、または、上述した本発明の半導体レーザアレイが光
源として用いられる光ピックアップシステムを構築する
ことができる。

【００６３】この場合、レンズとの結合効率が高く、消
費電力が小さい光ピックアップシステムを提供すること
が可能となる。すなわち、上述した本発明の半導体レー
ザ素子、または、上述した本発明の半導体レーザアレイ
が光源として用いられる光ピックアップシステムでは、
真円に近いビーム形状を得られることから、集光レンズ
との結合が高く、ビーム整形に必要な光学系を必要とし
ないか、または、非常に簡単なものにできる。従って、
部品点数を減らすことができるので、システムのコスト
は低減し、信頼性は向上する。また、発振閾値電流が小
さいこととレーザビームの利用効率が高いこととから、
高出力動作が可能である。また、多波長レーザアレイを
用いる場合には、マルチビームピックアップシステムを
構成できるので、上記の効果に加えて、データの記録及
び読み出しを高速化することができる。

【００６４】また、上述した本発明の半導体レーザ素
子、または、上述した本発明の半導体レーザアレイが光
源として用いられる電子写真システムを構築することが
できる。

【００６５】この場合、レンズとの結合効率が高く、消
費電力が小さい電子写真システムを提供することが可能
となる。すなわち、上述した本発明の半導体レーザ素
子、または、上述した本発明の半導体レーザアレイが光
源として用いられる電子写真システムでは、ビーム形状
が真円に近いことから、アパーチャーもしくはレンズに
よるビーム形成を必要としないか、または、簡単なもの
にできる。従って、部品点数を減らすことができるの
で、システムのコストは低減し、信頼性は向上する。ま
た、発振閾値電流が低く、ビームの利用効率が高いこと
から、消費電力が小さい電子写真システムが得ることが
できる。また、半導体レーザアレイを用いる場合には、
マルチビーム書き込みシステムを構成できるので、上記
の効果に加えて、書き込み速度を高速化することができ
る。また、同様に、発振閾値電流が低く、熱干渉の影響
が少ないので、レーザストライプ間の距離を短くするこ
とが可能であり、同一のレンズで複数のレーザビームを
集光することができる。よって光学系の構成が簡単なマ
ルチビーム書き込みシステムが得ることができる。

【００６６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００６７】実施例１図１０，図１１，図１２は本発明の実施例１の半導体レ
ーザ素子を示す図である。なお、図１０は平面図、図１
１は図１０のＡ−Ａ’線における断面図、図１２は図１
０のＢ−Ｂ’線における断面図である。この半導体レー
ザ素子は実屈折率導波型半導体レーザ素子として構成さ
れている。すなわち、図１０，図１１，図１２を参照す
ると、ｎ−ＧａＡｓＰ基板１０１上に、素子部として、
ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層１０２，第１のｎ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層１０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング
停止層１０４，第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１
１８，アンドープＡｌＧａＩｎＰ光導波層１０５，アン
ドープＧａＩｎＡｓＰ活性層１０６，アンドープＡｌＧ
ａＩｎＰ光導波層１０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１０８，ｐ−ＧａＡｓＰエッチング停止層１０
９，第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１９，ｐ−
ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層１１０，ｐ−ＧａＡｓ
Ｐコンタクト層１１１が順次に積層されている。

【００６８】ここで、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層１１
１から第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１９まで
がリッジストライプとして形成されている。そして、リ
ッジストライプの側面には、ＳｉＯ₂絶縁膜１１２が形
成され、その周囲は埋め込み絶縁層１１５によって埋め
込まれている。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層１１
１上には、ｐ側電極１１３が形成され、また、基板１０
１の裏面には、ｎ側電極１１４が形成されている。

【００６９】図１０，図１１，図１２の半導体レーザ素
子は、ｎ−ＧａＡｓＰ基板１０１上にＭＯＣＶＤ法によ
り結晶成長を行って作製される。

【００７０】ここで、ＧａＡｓＰ基板１０１には、Ｇａ
ＡｓとＧａＰとの中間の格子定数を有するものが用いら
れ、ＧａＡｓからの格子不整合度は−１．７％である。

【００７１】また、素子部は、次のように作製される。
すなわち、先ず、ＧａＡｓＰ基板１０１上に、ｎ−Ｇａ
ＡｓＰバッファー層１０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層１０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層１
０４を順次に結晶成長した後、図１３のように、レーザ
ストライプとなる領域に開口を持つＳｉＯ₂選択成長マ
スク１１７を形成し、図１４に示すように、第２のｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１８，ＡｌＧａＩｎＰ光導
波層１０５，ＧａＩｎＡｓＰ活性層１０６，ＡｌＧａＩ
ｎＰ光導波層１０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１０８，ｐ−ＧａＡｓＰエッチング停止層１０９の
選択成長を行なう。なお、図１４は図１３のＢ−Ｂ’線
における断面図である。また、この例では、活性層１０
６には、発振波長が６５０ｎｍとなる圧縮歪組成のＧａ
ＩｎＡｓＰを用いている。また、活性層１０６の厚さは
３００Åとしている。活性層１０６の組成にＡｓを加え
ることで、６５０ｎｍ帯への長波長化が容易になってい
る。この例では、発振波長を６５０ｎｍに調整したが、
６３５ｎｍ帯等の他の波長であっても良い。

【００７２】図１０，図１１，図１２の素子では、図１
３に示すマスク１１７の開口幅の違いによって、成長さ
れる膜厚が変化し、図１１に示すように、レーザ発振領
域Ｅ１、スポットサイズ変換領域Ｅ２、スポットサイズ
変換後導波領域（共振器端面部）Ｅ３が形成される。

【００７３】この実施例１では、マスク１１７の開口幅
は、後工程で形成されるリッジ幅に比べ広くしている。
また、領域Ｅ１及びＥ２のレーザーストライプ方向の長
さを４００μｍ、領域Ｅ３の長さを５０μｍとしてい
る。また、領域Ｅ１の開口幅を２０μｍとしている。マ
スク１１７の開口幅は、領域Ｅ１とＥ３の膜厚比が７：
１以上になるように選ぶことが望ましい。

【００７４】Ａｌを構成元素に含む半導体材料の選択成
長は、選択成長マスク上でのＡｌの拡散長さがＧａやＩ
ｎ等に比べて短いために良質に結晶成長できる条件の幅
が狭いことが知られているが、成長温度，Ｖ／III比，
成長レート等の条件を適切に選ぶことで、選択成長マス
ク上に、単結晶または多結晶等が成長しないように制御
することができる。

【００７５】また、第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１０３は、領域Ｅ２，Ｅ３でレーザ光の垂直方向分布
が非対称になるのを防ぐために設けられている。ＧａＩ
ｎＰ基板を用いる場合は、基板による６５０ｎｍ帯の光
吸収は無いが、ＧａＡｓ_0.6Ｐ_0.4よりＧａＡｓ組成の大
きなＧａＡｓＰ基板では、光吸収を生じるので、第１の
ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０３は、十分な厚さに
設けておくことが望ましい。

【００７６】次に、選択成長マスク１１７を除去し、素
子全面に対して、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッ
ド層１１９，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層１１
０，ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層１１１の成長を行な
う。第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層１１９
も、領域Ｅ２及びＥ３でのビーム形状の対称性と、コン
タクト層１１１での吸収損失とを考慮して、選択成長後
に成長し厚く設けている。

【００７７】次に、図１５に示すように、レーザストラ
イプとなる領域にレジストマスク１２０を設け、コンタ
クト層１１１からＧａＡｓＰエッチング停止層１０９ま
たは１０４までの各層を化学エッチングによって除去
し、５μｍ幅のリッジストライプを形成する。この際、
エッチングによって生じる表面準位によって発光効率が
低下するのを防止するためにエッチングストップ層１０
９を設け、第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層１
１９までをエッチングした。選択成長領域の側面と電流
注入領域との間の距離は十分あり、表面準位の影響は無
い。

【００７８】次に、素子全面にＳｉＯ₂絶縁層１１２を
設け、リッジ上部のＳｉＯ₂絶縁層１１２を除去し、次
いで、ポリイミド等の絶縁層１１５でリッジを埋め込
み、コンタクト層１１１上にｐ側オーミック電極１１３
を形成する。次に、基板１０１の裏面にｎ側オーミック
電極１１４を形成する。次に、へき開により、図１０，
図１１，図１２の半導体レーザ素子を作製することがで
きる。

【００７９】このようにして作製された図１０，図１
１，図１２の半導体レーザ素子は、閾値電流が従来のＧ
ａＡｓ基板上の半導体レーザ素子に比べて低く、垂直放
射角が１１°，水平放射角が１０°とビーム形状は非常
に円に近いものであった。

【００８０】実施例２図１６，図１７，図１８は本発明の実施例２の半導体レ
ーザ素子を示す図である。なお、図１６は平面図、図１
７は図１６のＡ−Ａ’線における断面図、図１８は図１
６のＢ−Ｂ’線における断面図である。この半導体レー
ザ素子は、実施例１と同様に実屈折率導波型半導体レー
ザ素子として構成されているが、実施例１と構造を異に
している。すなわち、図１６，図１７，図１８を参照す
ると、ｎ−ＧａＡｓＰ基板２０１上に、素子部として、
ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層２０２，第１のｎ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層２０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング
停止層２０４，第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
１８，アンドープＧａＩｎＰ光導波層２０５，アンドー
プＧａＩｎＡｓＰ活性層２０６，アンドープＧａＩｎＰ
光導波層２０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０８，第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１９，
ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層２１０，ｐ−Ｇａ
ＡｓＰコンタクト層２１１が順次に積層されている。

【００８１】ここで、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層２０８から第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
１８までがリッジストライプ（電流狭窄構造）として形
成されている。そして、リッジストライプ（電流狭窄構
造）の側面は、ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層２１５，ｎ−
ＡｌＩｎＰ埋め込み層２１６によって埋め込まれてい
る。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層２１１上には、
ｐ側電極２１３が形成され、また、基板２０１の裏面に
は、ｎ側電極２１４が形成されている。

【００８２】図１６，図１７，図１８の半導体レーザ素
子は、ｎ−ＧａＡｓＰ基板２０１上にＭＯＣＶＤ法によ
り結晶成長を行って作製される。

【００８３】ここで、基板２０１の格子定数は、実施例
１と同じく、ＧａＡｓとＧａＰの中間の値を用いてい
る。

【００８４】また、素子部は、次のように作製される。
すなわち、ＧａＡｓＰ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓＰ
バッファー層２０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層２０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層２０４を
順次に結晶成長した後、図１９に示すように、レーザス
トライプとなる領域に開口を持つＳｉＯ₂選択成長マス
ク２１７を形成し、図２０に示すように、第２のｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２１８，ＧａＩｎＰ光導波層２
０５，ＧａＩｎＡｓＰ活性層２０６，ＧａＩｎＰ光導波
層２０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０８
の選択成長を行なう。なお、図２０は図１９のＢ−Ｂ’
線における断面図である。また、活性層２０６にはＡｓ
を添加した圧縮歪組成を用い、発振波長は６５０ｎｍに
調整した。また、活性層２０６の厚さは３００Åとし
た。また、基板２０１に格子整合する組成のＧａＩｎＰ
光導波層２０５，２０７の禁則帯幅は２．２３ｅＶと発
振波長に対して広く、キャリア閉じ込め層として十分機
能するものである。

【００８５】また、この実施例２では、第２のｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層２１８から選択成長を開始してい
るが、ＧａＩｎＰ光導波層２０５からＧａＩｎＡｓＰ活
性層２０６，ＧａＩｎＰ光導波層２０７までを選択成長
層としても良い。この場合は、選択成長層にＡｌ元素が
含まれないので、選択成長マスク上への多結晶の成長が
起こりにくく、選択成長が容易となる。

【００８６】次に、選択成長マスク２１７を除去し、図
２１に示すように、選択成長領域のレーザストライプと
なる領域にＳｉＯ₂マスク２２０を設け、エッチング停
止層２０４まで化学エッチングを行い５μｍ幅のリッジ
ストライプを形成する。次に、ＳｉＯ₂マスク２２０を
用い、ｐ−ＡｌＩｎＰ層２１５を成長し、次にｎ−Ａｌ
ＩｎＰ層２１６を埋め込み選択成長して、電流狭窄構造
を形成した。

【００８７】この実施例２では、活性領域がＡｌを含ま
ないことから、酸化等による表面準位が形成されにくい
ので、第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１８まで
エッチングを行った場合でも高い発光効率が得られる。

【００８８】次に、ＳｉＯ₂マスク２２０を除去し、第
２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１９，ＧａＩｎＰ
ヘテロスパイク緩衝層２１０，ＧａＡｓＰコンタクト層
２１１を結晶成長する。次に、コンタクト層２１１上に
ｐ側オーミック電極２１３を形成する。また、基板２０
１の裏面にｎ側オーミック電極２１４を形成する。次
に、へき開により、図１６，図１７，図１８の半導体レ
ーザ素子を作製することができる。

【００８９】このようにして作製された図１６，図１
７，図１８の半導体レーザ素子は、光導波層がＧａＩｎ
Ｐであるため、クラッド層との屈折率差が非常に大き
く、発振閾値電流も従来の半導体レーザ素子の半分程度
であった。また、図１６，図１７，図１８の半導体レー
ザ素子は、垂直放射角が１２°，水平放射角が１０°で
あり、ビーム形状は円に非常に近いものであった。

【００９０】上述した実施例１，実施例２ではＧａＡｓ
Ｐ基板を用いたが、この他にも、ＧａＩｎＰ基板等を用
いることもできる。

【００９１】また、実施例１，実施例２では、光導波層
などの厚さを変化させてスポットサイズ変換領域Ｅ２を
設けたが、この他にも、ＡｌＡｓ等を酸化させた低屈折
率層を共振器端面近傍の導波路内に設けた構造であって
も良い。

【００９２】実施例３図２２，図２３，図２４は本発明の実施例３の半導体レ
ーザ素子を示す図である。なお、図２２は平面図、図２
３は図２２のＡ−Ａ’線における断面図、図２４は図２
２のＢ−Ｂ’線における断面図である。この半導体レー
ザ素子は、実施例２と同様に実屈折率導波型半導体レー
ザ素子として構成されているが、実施例３の半導体レー
ザ素子では、ＧａＡｓ基板３０１上にＧａＡｓＰ格子緩
和層３１７を介して結晶成長が行われている。また、実
施例３の半導体レーザ素子では、活性層３０６は、単一
量子井戸構造または多重量子井戸構造であり、さらに、
スポットサイズ変換領域Ｅ２（および領域Ｅ３）上の一
部の半導体コンタクト層および電極が除去されているこ
とを特徴としている。

【００９３】すなわち、図２２，図２３，図２４を参照
すると、実施例３の半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ
基板３０１上に、ＧａＡｓＰ格子緩和層３１７を介し
て、素子部として、ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層３０
２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０３，ｎ−
ＧａＡｓＰエッチング停止層３０４，第２のｎ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層３１８，アンドープＧａＩｎＰ光導
波層３０５，アンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活性層
３０６，アンドープＧａＩｎＰ光導波層３０７，第１の
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０８，第２のｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層３１９，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロス
パイク緩衝層３１０，ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層３１
１が順次に積層されている。

【００９４】ここで、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層３０８から第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３
１８までがリッジストライプ（電流狭窄構造）として形
成されている。そして、リッジストライプ（電流狭窄構
造）の側面は、ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層３１５，ｎ−
ＡｌＩｎＰ埋め込み層３１６によって埋め込まれてい
る。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層３１１上には、
ｐ側電極３１３が形成され、また、基板３０１の裏面に
は、ｎ側電極３１４が形成されている。

【００９５】また、実施例３の半導体レーザ素子では、
活性層３０６は、単一量子井戸構造または多重量子井戸
構造であり、さらに、スポットサイズ変換領域Ｅ２およ
び領域Ｅ３上の一部の半導体コンタクト層３１１および
電極３１３は除去されている。

【００９６】図２２，図２３，図２４の半導体レーザ素
子は、ＧａＡｓ基板３０１上にＧａＡｓＰ格子緩和層３
１７を介して結晶成長を行なって作製される。ここで、
ＧａＡｓＰ格子緩和層３１７は、組成をＧａＡｓからＧ
ａＡｓ_0.6Ｐ_0.4まで次第に変化させた組成傾斜層として
結晶成長がなされ、この組成傾斜層の上部にＧａＡｓ
_0.6Ｐ_0.4組成一定層を設けることによって形成されてい
る。ＧａＡｓからの格子不整度は−１．４％である。ま
た、組成傾斜層の結晶成長条件を最適化することで、Ｇ
ａＡｓＰ格子緩和層３１７の表面を鏡面にすることがで
きる。

【００９７】また、素子部は次のように作製される。す
なわち、先ず、ＧａＡｓＰ緩和層３１７上に、ｎ−Ｇａ
ＡｓＰバッファー層３０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層３０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層３
０４を順次結晶成長した後、実施例２と全く同様にレー
ザストライプとなる領域に開口を持つＳｉＯ₂選択成長
マスク（図示せず）を形成し、第２のｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層３１８，ＧａＩｎＰ光導波層３０５，Ｇａ
ＩｎＡｓＰ量子井戸活性層３０６，ＧａＩｎＰ光導波層
３０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層３０
８までの選択成長を行なう。

【００９８】ここで、活性層３０６の発振波長はＡｓ添
加による長波長化と量子サイズ効果による短波長化を考
慮し、６５０ｎｍになるように調整を行った。また、量
子井戸の厚さは５０Åとした。

【００９９】次に、実施例２と同様の手順，手法によっ
て、リッジストライプを形成し、ＡｌＩｎＰ層３１５，
３１６の埋め込み成長、コンタクト層３１１までの結晶
成長を行なう。次に、領域Ｅ２及びＥ３の一部のコンタ
クト層３１１をエッチング除去する。次に、ｐ側電極材
料を蒸着し、この領域の電極材料をリフトオフ法によっ
て除去してｐ側電極３１３を形成する。次に、基板３０
１の裏面にｎ側オーミック電極３１４を形成する。次
に、へき開により、図２２，図２３，図２４の半導体レ
ーザ素子を作製することができる。

【０１００】このように作製された図２２，図２３，図
２４の半導体レーザ素子は、スポットサイズ変換領域部
Ｅ２及び領域Ｅ３の薄膜化によって量子井戸活性層３０
６の量子準位間のエネルギーが増加し、領域Ｅ２の膜厚
が十分薄い部分では発振光に対しての吸収がない。従っ
て、この領域に電流を注入する必要が無く、発振に寄与
しない無効電流を大幅に減少させることができる。この
際、領域Ｅ２の量子準位間のエネルギー増加量が不十分
な領域に対しては、図２２のように電極３１３を設けて
おくことが望ましい。

【０１０１】この実施例３の半導体レーザ素子では、実
施例１，実施例２の半導体レーザ素子と同様に、発振閾
値電流が低く、ビーム形状が真円に近い上に、動作電流
を大幅に低減することができる。

【０１０２】実施例４図２５，図２６，図２７は本発明の実施例４の半導体レ
ーザ素子を示す図である。図２５は平面図、図２６は図
２５のＡ−Ａ’線における断面図、図２７は図２５のＢ
−Ｂ’線における断面図である。この半導体レーザ素子
は、実施例２と同様に実屈折率導波型半導体レーザ素子
として構成されているが、実施例４の半導体レーザ素子
では、活性層４０６は、スポットサイズ変換領域Ｅ２
（および領域Ｅ３）以外では自然超格子構造として形成
され、スポットサイズ変換領域Ｅ２（および領域Ｅ３）
では自然超格子構造が選択的に無秩序化されたものとな
っており、さらに、スポットサイズ変換領域Ｅ２（およ
び領域Ｅ３）上の一部の半導体コンタクト層および電極
が除去されていることを特徴としている。

【０１０３】すなわち、図２５，図２６，図２７を参照
すると、ｎ−ＧａＡｓＰ基板４０１上に、素子部とし
て、ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層４０２，第１のｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層４０３，ｎ−ＧａＡｓＰエ
ッチング停止層４０４，第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰ
クラッド層４１８，アンドープＧａＩｎＰ光導波層４０
５，アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層４０６，アンドー
プＧａＩｎＰ光導波層４０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎ
ＡｓＰクラッド層４０８，第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐクラッド層４１９，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩
衝層４１０，ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層４１１が順次
に積層されている。

【０１０４】ここで、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰク
ラッド層４０８から第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラ
ッド層４１８までがリッジストライプ（電流狭窄構造）
として形成されている。そして、リッジストライプ（電
流狭窄構造）の側面は、ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層４１
５，ｎ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層４１６によって埋め込ま
れている。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層４１１上
には、ｐ側電極４１３が形成され、また、基板４０１の
裏面には、ｎ側電極４１４が形成されている。

【０１０５】また、実施例４の半導体レーザ素子では、
活性層４０６は、スポットサイズ変換領域Ｅ２（および
領域Ｅ３）以外では自然超格子構造として形成され、ス
ポットサイズ変換領域Ｅ２（および領域Ｅ３）では自然
超格子構造が選択的に無秩序化されたものとなってお
り、さらに、スポットサイズ変換領域Ｅ２（および領域
Ｅ３）上の一部の半導体コンタクト層４１１および電極
４１３が除去されている。

【０１０６】図２５，図２６，図２７の半導体レーザ素
子は、実施例２と同様の方法，手順によって、ＧａＡｓ
Ｐ基板４０１上に結晶成長を行なうことによって作製さ
れる。

【０１０７】ここで、ＧａＡｓＰ基板４０１の組成はＧ
ａＡｓ_0.6Ｐ_0.4であり、ＧａＡｓからの格子不整度は−
１．４％である。

【０１０８】また、素子部は、次のように作製される。
すなわち、ＧａＡｓＰ基板４０１上に、ｎ−ＧａＡｓＰ
バッファー層４０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰク
ラッド層４０３，ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層４０
４を結晶成長した後、実施例２と同様の手順，手法によ
ってＳｉＯ₂選択成長マスク（図示せず）を形成し、第
２のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッド層４１８，ＧａＩ
ｎＰ光導波層４０５，ＧａＩｎＡｓＰ活性層４０６，Ｇ
ａＩｎＰ光導波層４０７，第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐクラッド層４０８の選択成長を行なう。

【０１０９】ここで、ＧａＩｎＡｓＰ活性層４０６の厚
さは３００Åとした。

【０１１０】この際、ＧａＩｎＡｓＰ活性層４０６は、
成長温度，Ｖ／III比，成長レート等の調整を行い、自
然超格子構造が形成され易い条件によって結晶成長を行
った。成長法は、ＭＯＣＶＤ法を用いた。また、活性層
４０６の組成は自然超格子を形成した状態で発振波長が
６５０ｎｍになるように組成を調整した。次に、領域Ｅ
２及びＥ３の自然超格子を無秩序化した。無秩序化の方
法としては、例えば、領域Ｅ２及びＥ３に開口を持つＳ
ｉＮｘマスクを形成し、次に、Ｚｎ拡散源となるＺｎＯ
をスパッタ法により基板全面に形成した後、アニールに
よってＳｉＮｘマスクで覆われていない領域Ｅ２，Ｅ３
に対しＺｎを活性層部まで拡散させる方法等が挙げられ
る。図２６において、符号４２０がＺｎ拡散領域であ
る。

【０１１１】次に、ＳｉＮｘ，ＺｎＯを除去した後、実
施例２と同様にリッジを形成し、ＡｌＩｎＰ埋め込み層
４１５，４１６の埋め込み成長を行い、コンタクト層４
１１までの結晶成長を行なう。

【０１１２】次に、実施例３と同様の手法によって、領
域Ｅ２，Ｅ３のコンタクト層４１１をエッチング除去
し、領域Ｅ２，Ｅ３以外にｐ側電極４１３を形成する。
次に、基板４０１の裏面にｎ側オーミック電極４１４を
形成する。次に、へき開により、図２５，図２６，図２
７の半導体レーザ素子を作製することができる。

【０１１３】この実施例４のＧａＡｓＰ基板４０１に
は、（００１）面から［１１０］方向への傾斜角度が小
さいものを用いた。傾斜角度は２°とした。傾斜角度を
小さくすることによっても自然超格子が形成され易くな
る。傾斜角度の小さな基板上では丘状欠陥の発生が見ら
れる場合があるが、その場合には、Ａｓを組成に含むＡ
ｌＧａＩｎＡｓＰ混晶またはＡｌＩｎＡｓＰ混晶をクラ
ッド層，埋め込み層に用いると、丘状欠陥の発生を効果
的に抑制できる。この際のＡｓ組成は１％程度でも十分
な効果が得られ、禁則帯幅，屈折率等への影響は無視で
きるものである。

【０１１４】実施例４の半導体レーザ素子は、領域Ｅ２
及び領域Ｅ３の活性層４０６の自然超格子が無秩序され
ることによって、活性層４０６の禁則帯幅が広くなり、
発振光の吸収を生じなくなる。このように、実施例４で
は、発振光に対して透明な領域の形成が量子サイズ効果
に依るものでないので、スポットサイズ変換領域部の活
性層厚さに関係無く電極４１３を除去することができ
る。また、無秩序化領域と電極除去領域は、リソグラフ
ィーなどにより高精度に位置決めできる。従って、領域
Ｅ２の全ての電極４１３を除去することが可能で、動作
電流を更に低減させることができる。実施例４の半導体
レーザ素子では、ビーム形状が真円に近く、更に動作電
流を大幅に低減することができる。

【０１１５】実施例５図２８は本発明の実施例５の半導体レーザアレイを示す
図である。また、図２９は図２８の半導体レーザアレイ
の導波領域の選択成長の際に用いるＳｉＯ₂マスク５１
７の形状を示す図である。なお、図２８は作製後の半導
体レーザアレイの断面図（図２９のＢ−Ｂ’線での断面
に対応している図）である。この半導体レーザアレイ
は、実屈折率導波型半導体レーザアレイとして構成され
ており、実施例２の半導体レーザ素子を２個、モノリシ
ックにアレイ化したものとなっている。

【０１１６】すなわち、図２８を参照すると、この実施
例５の半導体レーザアレイは、ｎ−ＧａＡｓＰ基板５０
１上に、素子部として、ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層５
０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０３，ｎ
−ＧａＡｓＰエッチング停止層５０４，第２のｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層５１８，アンドープＧａＩｎＰ光
導波層５０５，アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層５０
６，アンドープＧａＩｎＰ光導波層５０７，第１のｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０８，第２のｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層５１９，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイ
ク緩衝層５１０，ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層５１１が
順次に積層されている。

【０１１７】ここで、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層５０８から第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５
１８までがリッジストライプ（電流狭窄構造）として形
成されている。そして、リッジストライプ（電流狭窄構
造）の側面は、ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層５１５，
ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層５１６によって埋め込ま
れている。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層５１１上
には、ｐ側電極５１３が形成され、また、基板５０１の
裏面には、ｎ側電極５１４が形成されている。

【０１１８】図２８の半導体レーザアレイの各半導体レ
ーザ素子は、実施例２と同様の方法，手順によって、Ｇ
ａＡｓＰ基板５０１上に結晶成長を行なうことによって
作製される。

【０１１９】ここで、実施例５の選択成長マスク５１７
は、例えばレーザ発振領域の開口幅が２０μｍであり、
スポットサイズ変換領域の最も広い開口幅が９０μｍで
ある。更にストライプは１２０μｍピッチで配置されて
いる。

【０１２０】実施例５のモノリシックレーザアレイで
は、実施例１乃至実施例４と同様に、発振閾値電流が小
さく、ビーム形状が真円に近い。また、発振閾値電流が
小さいので、素子発熱，熱干渉が少なく、アレイにした
場合の特性は良好である。

【０１２１】実施例６図３０は本発明の実施例６の半導体レーザアレイを示す
図である。また、図３１は図３０の半導体レーザアレイ
の導波領域の選択成長の際に用いるＳｉＯ₂マスク６１
７の形状を示す図である。なお、図３０は作製後の半導
体レーザアレイの断面図（図３１のＢ−Ｂ’線での断面
に対応している図）である。この半導体レーザアレイ
は、実屈折率導波型半導体レーザアレイとして構成され
ている。

【０１２２】すなわち、図３０を参照すると、この実施
例６の半導体レーザアレイは、ｎ−ＧａＡｓＰ基板６０
１上に、素子部として、ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層６
０２，第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６０３，ｎ
−ＧａＡｓＰエッチング停止層６０４，第２のｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層６１８，アンドープＧａＩｎＰ光
導波層６０５，アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層６０
６，アンドープＧａＩｎＰ光導波層６０７，第１のｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６０８，第２のｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層６１９，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイ
ク緩衝層６１０，ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層６１１が
順次に積層されている。

【０１２３】ここで、第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層６０８から第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６
１８までがリッジストライプ（電流狭窄構造）として形
成されている。そして、リッジストライプ（電流狭窄構
造）の側面は、ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層６１５，
ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層６１６によって埋め込ま
れている。また、ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層６１１上
には、ｐ側電極６１３が形成され、また、基板６０１の
裏面には、ｎ側電極６１４が形成されている。

【０１２４】図３０の半導体レーザアレイの各半導体レ
ーザ素子は、実施例３と同様の方法，手順によって、Ｇ
ａＡｓＰ基板６０１上に結晶成長を行なうことによって
作製される。

【０１２５】ここで、実施例６の選択成長マスク６１７
は、開口のピッチが１２０μｍである。また、この実施
例６の選択成長マスク６１７の開口幅は、開口毎に異な
る値に設定されており、結晶成長される量子井戸活性層
の厚さが異なる。選択成長マスク６１７の幅が厚いもの
程、成長される膜厚が厚く、発振波長は長波となる。

【０１２６】実施例６のモノリシックレーザアレイは、
多波長で発振し、実施例１乃至実施例４と同様に、発振
閾値電流が小さく、ビーム形状が真円に近い。また、発
振閾値電流が小さいので、素子発熱，熱干渉が少なく、
アレイにした場合の特性は良好である。

【０１２７】なお、上述した各実施例１〜６のクラッド
層にはＡｌＧａＩｎＰ混晶を用いているが、光導波層と
の大きな屈折率差を得るために、ＡｌＩｎＰクラッド層
を用いても良い。また波長も６５０ｎｍ以外のものであ
っても良い。

【０１２８】実施例７図３２は本発明の実施例７としての並列光伝送モジュー
ルを示す図である。図３２を参照すると、この光伝送モ
ジュールは、Ｓｉ基板１上に、前述した本発明の半導体
レーザアレイ５と、ヒートシンク２と、半導体レーザア
レイ５の各半導体レーザ素子のそれぞれに対応してマイ
クロレンズを備えたプレーナーマイクロレンズアレイ４
と、光ファイバアレイ３とが設けられている。

【０１２９】ここで、光ファイバアレイ３の各ファイバ
には、発振波長６５０ｎｍのレーザ光源に対しては、Ｐ
ＭＭＡの材料等によるプラスティックオプティカルファ
イバ（ＰＯＦ）を用いることができる。

【０１３０】このような構成の並列光伝送モジュールで
は、半導体レーザアレイ５からの光は、プレーナーマイ
クロレンズアレイ４によって集光され、光ファイバアレ
イ３に導かれて、伝送される。

【０１３１】図３２の並列光伝送モジュールを用いた光
通信システムあるいは光インターコネクションシステム
は、並列光伝送により、高速通信が可能である。また、
並列光伝送モジュールに用いられている半導体レーザア
レイ５の各半導体レーザ素子は、発振閾値電流，消費電
力が小さい。また、ビーム形状が真円に近いことから、
出射されるビームを効率良く光ファイバへ導くことがで
き、結合損失を少なくすることができる。また、発振閾
値電流が低いことから、素子発熱，相互熱干渉が小さ
く、素子特性の変化は少ない。このように、本発明の半
導体レーザアレイを光源に用いることにより、低消費電
力で信頼性の高い並列光伝送モジュールを得ることがで
きる。

【０１３２】また、半導体レーザアレイに多波長モノリ
シックレーザアレイを用いた場合は、回折格子等の分波
（合波）装置を用いることで、一本のファイバに波長の
異なる複数の光を導く波長多重通信モジュールを得るこ
とができる。このモジュールを用いた場合も、多重通信
により、高速通信が可能である。

【０１３３】また、この実施例７ではアレイを用いた例
を示したが、ストライプ毎にへき開された本発明の半導
体レーザ素子を用いて、システムを形成しても良い。

【０１３４】実施例８図３３は本発明の実施例８としての光ピックアップシス
テムを示す図である。より詳細に、図３３は光ディスク
システムピックアップの概略を示す図であり、図３３を
参照すると、この光ピックアップシステムは、光源とし
ての本発明の半導体レーザ素子１１と、回折格子１２
と、レンズ１３と、ビームスプリッタ１４と、光検出器
１５と、トラック追随鏡１６と、絞り込みレンズ１７
と、光ディスク１８とを備えている。

【０１３５】従来、レーザビームはレンズに集光する前
にシリンドリカルレンズによりビーム整形を行う必要が
あったが、実施例８の光ピックアップシステムでは、レ
ーザビーム形状が真円に近いことから、シリンドリカル
レンズを介さずにレンズで集光することが可能となる。
これによって、部品点数及びコストが低減でき、信頼性
の高いシステムを構成することができる。また、発振閾
値電流が小さいことで高出力動作が可能であり、更にビ
ームの利用効率が高いことから書き込み光源としても適
している。

【０１３６】また、本発明の半導体レーザアレイ（モノ
リシックレーザアレイ）をピックアップの光源として用
いたマルチビーム光ピックアップでは、上記の効果に加
えて、データの記録，読み出し時間を高速化することが
できる。また、素子間の熱干渉が少ないことから、シス
テムの信頼性も高い。

【０１３７】実施例９図３４は本発明の実施例９としての電子写真システムの
書き込み系を示す図である。図３４を参照すると、この
電子写真システムは、光源としての本発明の半導体レー
ザ素子２１と、集光レンズ２２と、ポリゴンミラー２３
と、ｆ−θレンズ２４と、シリンドリカルレンズ２５
と、折り返しミラー２６と、感光ドラム２７とを有して
いる。

【０１３８】従来、半導体レーザからの光は、シリンド
リカルレンズ２２もしくはアパーチャー（図示せず）に
よってビーム成形を行う必要があったが、実施例９の電
子写真システムでは、半導体レーザ素子２１のビーム形
状が真円に近いことから、アパーチャーまたはシリンド
リカルレンズを介さずに、直接、レンズで集光すること
が可能となる。これにより、部品点数，コストを削減で
き、システムの信頼性が向上する。また、本発明の半導
体レーザ素子２１は、発振閾値電流が低く、ビーム利用
効率が高いことから、低消費電力光源として電子写真シ
ステムに好適な光源である。

【０１３９】また、本発明の半導体レーザアレイ（モノ
リシックレーザアレイ）を光源に用いる場合には、上記
の効果に加えて、同時に多数のラインが走査できるの
で、高速書き込みが可能な電子写真システムを構築でき
る。

【０１４０】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項５記載の発明によれば、ＧａＡｓとＧａＰとの間の
格子定数を有する（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1
Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜
１）クラッド層と、共振器端面に対して垂直方向に伸び
るストライプ状またはテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ
_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性
層と、光導波層とを有する端面発光型半導体レーザ素子
であって、共振器端面部にスポットサイズ変換領域が設
けられているので、発振閾値電流が小さく、高い特性温
度をもち、ビーム品質が良く、放射ビーム形状が真円に
近い半導体レーザ素子を提供することができる。

【０１４１】特に、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体レーザ素子において、前記光導波層
は、活性層の材料よりも禁則帯幅の広いＧａ_y3Ｉｎ_1-y3
Ａｓ_z3Ｐ_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ３＜１）混晶半導
体で形成されているので、発振閾値電流をさらに低減す
ることができる。

【０１４２】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載の半導体レーザ素子において、
スポットサイズ変換領域は、少なくとも光導波層の厚さ
をストライプ状発振領域から共振器端面部に向かって薄
くすることで形成されているので、スポットサイズ変換
効率の高い半導体レーザ素子が容易に得られる。

【０１４３】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ
素子において、活性層は、単一量子井戸構造または多重
量子井戸構造であり、さらに、スポットサイズ変換領域
上の一部の半導体コンタクト層および電極が除去されて
いるので、素子の動作電流を低減することができる。

【０１４４】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ
素子において、活性層は、スポットサイズ変換領域以外
では自然超格子構造として形成され、スポットサイズ変
換領域では自然超格子構造が選択的に無秩序化されたも
のとなっており、さらに、スポットサイズ変換領域上の
一部の半導体コンタクト層および電極が除去されている
ので、素子の動作電流を低減することができる。

【０１４５】また、請求項６記載の発明によれば、Ｇａ
ＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有する（Ａｌ_x1Ｇａ
_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦ｘ１≦１、０．５
＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド層と、共振器端面
に対して垂直方向に伸びるストライプ状またはテーパス
トライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ_1-z2（０＜ｙ２≦
１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波層とを有し、共振
器端面部にスポットサイズ変換領域が設けられている端
面発光型半導体レーザ素子の作製方法であって、誘電体
マスクを用いた選択成長法によって、前記クラッド層，
光導波層および活性層からなる導波路構造の結晶成長を
行なうので、半導体レーザ素子を簡便に作製することが
できる。

【０１４６】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ
素子を複数個有し、複数個の半導体レーザ素子がモノリ
シックに形成されているので、発振閾値電流が低く、放
射ビーム形状が真円に近い赤色モノリシックレーザアレ
イを提供することができる。

【０１４７】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ
素子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光
源として用いられるので、消費電力が小さく、信頼性の
高い光通信システムを提供することができる。

【０１４８】また、請求項９記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ
素子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが光
源として用いられるので、消費電力が小さく、信頼性の
高い光通信システムを提供することができる。

【０１４９】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レー
ザ素子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが
光源として用いられるので、消費電力が小さく、信頼性
の高い光ピックアップシステムを提供することができ
る。

【０１５０】また、請求項１１記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レー
ザ素子、または、請求項７記載の半導体レーザアレイが
光源として用いられるので、消費電力が小さく、信頼性
の高い電子写真システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第２の従来技術の半導体レーザ素子を示す図で
ある。

【図２】第２の従来技術の半導体レーザ素子を示す図で
ある。

【図３】第２の従来技術の半導体レーザ素子を示す図で
ある。

【図４】図１乃至図３の半導体レーザ素子の作製方法を
説明するための図である。

【図５】図１乃至図３の半導体レーザ素子の作製方法を
説明するための図である。

【図６】図１乃至図３の半導体レーザ素子の作製方法を
説明するための図である。

【図７】ＧａＡｓ基板に格子整合するＡｌＧａＩｎＰ
（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝０％）と、ＧａＡｓと
ＧａＰとのちょうど中間の格子定数を持つＡｌＧａＩｎ
Ｐ（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．７％）のＡｌ
ＩｎＰ組成の変化に対する屈折率の見積もり値を示す図
である。

【図８】ＧａＡｓの格子定数を持った素子（ε＝０％）
と、ＧａＡｓとＧεａＰとの中間の格子定数を持った素
子（ε＝−１．７％）に関して、ＡｌＩｎＰをクラッド
層、ＡｌＩｎＰ組成０．５のＡｌＧａＩｎＰを光導波層
として、発振波長６５０ｎｍを有する厚さ１５ｎｍの活
性層を持つ構造の光閉じ込め係数を見積もった図であ
る。

【図９】ＧａＡｓとＧａＰのちょうど中間の格子定数
（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．７％）を有する
素子について、ＡｌＩｎＰをクラッド層、ＡｌＩｎＰ組
成０．５のＡｌＧａＩｎＰを光導波層とした、波長６５
０ｎｍの厚さ１５ｎｍの活性層を持つ構造（ε＝−１．
７％Ａ）と、ＧａＡｓとＧａＰのちょうど中間の格子定
数（ＧａＡｓからの格子不整度ε＝−１．７％）を有す
る素子について、ＡｌＩｎＰをクラッド層、ＧａＩｎＰ
を光導波層とした、波長６５０ｎｍの厚さ１５ｎｍの活
性層を持つ構造（ε＝−１．７％Ｂ）と、ＧａＡｓ基板
上（ε＝０％）で、ＡｌＩｎＰをクラッド層、ＡｌＩｎ
Ｐ組成０．５のＡｌＧａＩｎＰを光導波層とした構造
（ε＝０％）とについて、活性層への光閉じ込め係数を
見積もった結果を示す図である。

【図１０】本発明の実施例１の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１１】本発明の実施例１の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１２】本発明の実施例１の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１３】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図１４】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図１５】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図１６】本発明の実施例２の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１７】本発明の実施例２の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１８】本発明の実施例２の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図１９】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図２０】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図２１】図１０乃至図１２の半導体レーザ素子の作製
工程を説明するための図である。

【図２２】本発明の実施例３の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２３】本発明の実施例３の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２４】本発明の実施例３の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２５】本発明の実施例４の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２６】本発明の実施例４の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２７】本発明の実施例４の半導体レーザ素子を示す
図である。

【図２８】本発明の実施例５の半導体レーザアレイを示
す図である。

【図２９】図２８の半導体レーザアレイの導波領域の選
択成長の際に用いるＳｉＯ₂マスクの形状を示す図であ
る。

【図３０】本発明の実施例６の半導体レーザアレイを示
す図である。

【図３１】図３０の半導体レーザアレイの導波領域の選
択成長の際に用いるＳｉＯ₂マスクの形状を示す図であ
る。

【図３２】本発明の実施例７としての並列光伝送モジュ
ールを示す図である。

【図３３】本発明の実施例８としての光ピックアップシ
ステムを示す図である。

【図３４】本発明の実施例９としての電子写真システム
の書き込み系を示す図である。

【符号の説明】

１０１ｎ−ＧａＡｓＰ基板１０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層１０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層１１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５アンドープＡｌＧａＩｎＰ光導波層１０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層１０７アンドープＡｌＧａＩｎＰ光導波層１０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０９ｐ−ＧａＡｓＰエッチング停止層１１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層１１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層１１２ＳｉＯ₂絶縁層１１３ｐ側オーミック電極１１４ｎ側オーミック電極１１７ＳｉＯ₂選択成長マスク１２０レジストマスク２０１ｎ−ＧａＡｓＰ基板２０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層２０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層２１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０５アンドープＧａＩｎＰ光導波層２０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層２０７アンドープＧａＩｎＰ光導波層２０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層２１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層２１５ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層２１６ｎ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層２１３ｐ側オーミック電極２１４ｎ側オーミック電極２２０ＳｉＯ₂マスク３０１ｎ−ＧａＡｓ基板３１７ＧａＡｓＰ格子緩和層３０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層３０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層３１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０５アンドープＧａＩｎＰ光導波層３０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ量子井戸活
性層３０７アンドープＧａＩｎＰ光導波層３０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層３１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層３１５ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層３１６ｎ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層３１３ｐ側電極３１４ｎ側電極４０１ｎ−ＧａＡｓＰ基板４０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層４０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッ
ド層４０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層４１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッ
ド層４０５アンドープＧａＩｎＰ光導波層４０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層４０７アンドープＧａＩｎＰ光導波層４０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッ
ド層４１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓＰクラッ
ド層４１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層４１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層４１５ｐ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層４１６ｎ−ＡｌＩｎＰ埋め込み層４１３ｐ側電極４１４ｎ側電極５０１ｎ−ＧａＡｓＰ基板５０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層５０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層５１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５０５アンドープＧａＩｎＰ光導波層５０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層５０７アンドープＧａＩｎＰ光導波層５０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層５１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層５１３ｐ側電極５１４ｎ側電極５１５ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層５１６ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層５１７選択成長マスク６０１ｎ−ＧａＡｓＰ基板６０２ｎ−ＧａＡｓＰバッファー層６０３第１のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６０４ｎ−ＧａＡｓＰエッチング停止層６１８第２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６０５アンドープＧａＩｎＰ光導波層６０６アンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層６０７アンドープＧａＩｎＰ光導波層６０８第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１９第２のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６１０ｐ−ＧａＩｎＰヘテロスパイク緩衝層６１１ｐ−ＧａＡｓＰコンタクト層６１３ｐ側電極６１４ｎ側電極６１５ｐ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層６１６ｎ−ＡｌＩｎＡｓＰ埋め込み層６１７選択成長マスク１Ｓｉ基板５半導体レーザアレイ２ヒートシンク４プレーナーマイクロレンズアレイ３光ファイバアレイ１１半導体レーザ素子１２回折格子１３レンズ１４ビームスプリッタ１５光検出器１６トラック追随鏡１７絞り込みレンズ１８光ディスク２１半導体レーザ素子２２集光レンズ２３ポリゴンミラー２４ｆ−θレンズ２５シリンドリカルレンズ２６折り返しミラー２７感光ドラム

フロントページの続きＦターム(参考） 5D119 AA04 AA43 BA01 FA05 FA17 NA04 5F073 AA13 AA53 AA73 AA74 AB04 AB27 AB28 AB29 BA01 BA04 CA20 CB02 DA05 EA18 EA23 FA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有
する（Ａｌ_x1Ｇａ_1- _x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦
ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド
層と、共振器端面に対して垂直方向に伸びるストライプ
状またはテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ
_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波
層とを有する端面発光型半導体レーザ素子であって、共
振器端面部にスポットサイズ変換領域が設けられている
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ素子におい
て、前記光導波層は、活性層の材料よりも禁則帯幅の広
いＧａ_y3Ｉｎ_1-y3Ａｓ_z3Ｐ_1-z3（０＜ｙ３≦１、０≦ｚ
３＜１）混晶半導体で形成されていることを特徴とする
半導体レーザ素子。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の半導体レ
ーザ素子において、スポットサイズ変換領域は、少なく
とも光導波層の厚さをストライプ状発振領域から共振器
端面部に向かって薄くすることで形成されていることを
特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載の半導体レーザ素子において、活性層は、単一量子
井戸構造または多重量子井戸構造であり、さらに、スポ
ットサイズ変換領域上の一部の半導体コンタクト層およ
び電極が除去されていることを特徴とする半導体レーザ
素子。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
記載の半導体レーザ素子において、活性層は、スポット
サイズ変換領域以外では自然超格子構造として形成さ
れ、スポットサイズ変換領域では自然超格子構造が選択
的に無秩序化されたものとなっており、さらに、スポッ
トサイズ変換領域上の一部の半導体コンタクト層および
電極が除去されていることを特徴とする半導体レーザ素
子。
【請求項６】ＧａＡｓとＧａＰとの間の格子定数を有
する（Ａｌ_x1Ｇａ_1- _x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ａｓ_z1Ｐ_1-z1（０≦
ｘ１≦１、０．５＜ｙ１≦１、０≦ｚ１＜１）クラッド
層と、共振器端面に対して垂直方向に伸びるストライプ
状またはテーパストライプ状のＧａ_y2Ｉｎ_1-y2Ａｓ_z2Ｐ
_1-z2（０＜ｙ２≦１、０≦ｚ２＜１）活性層と、光導波
層とを有し、共振器端面部にスポットサイズ変換領域が
設けられている端面発光型半導体レーザ素子の作製方法
であって、誘電体マスクを用いた選択成長法によって、
前記クラッド層，光導波層および活性層からなる導波路
構造の結晶成長を行なうことを特徴とする半導体レーザ
素子の作製方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の半導体レーザ素子を複数個有し、複数個の半導体
レーザ素子がモノリシックに形成されていることを特徴
とする半導体レーザアレイ。
【請求項８】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の半導体レーザ素子、または、請求項７記載の半導
体レーザアレイが光源として用いられることを特徴とす
る光通信システム。
【請求項９】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の半導体レーザ素子、または、請求項７記載の半導
体レーザアレイが光源として用いられるこを特徴とする
光インターコネクションシステム。
【請求項１０】請求項１乃至請求項５のいずれか一項
に記載の半導体レーザ素子、または、請求項７記載の半
導体レーザアレイが光源として用いられることを特徴と
する光ピックアップシステム。
【請求項１１】請求項１乃至請求項５のいずれか一項
に記載の半導体レーザ素子、または、請求項７記載の半
導体レーザアレイが光源として用いられることを特徴と
する電子写真システム。