JP2003046191A

JP2003046191A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2003046191A
Application number: JP2001174772A
Authority: JP
Inventors: Kaname Saito; 要齋藤; Naoki Hashizume; 直樹橋詰
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流駆動時において電流―光出力特性の直
線性を確保し、かつ単一横モードで発振可能な半導体レ
ーザ装置を提供すること。【解決手段】第１クラッド層１、活性層２、第２クラ
ッド層３、屈折率調整層４および電流ブロック層５を成
膜した半導体基板上に、ストライプ状の開口を有する電
流ブロック層５および屈折率調整層４を成膜して、電流
注入領域８を形成する。さらに、屈折率調整層４は、電
流注入領域８内部にリブ状の高屈折率領域９を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ装
置に関し、特に電流―光出力特性の直線性を大電流駆動
時においても確保し、光ファイバ増幅器の励起光源に用
いることができる半導体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバ増幅器の励起光源とし
て、埋込型半導体レーザの一つである自己整合構造（Se
lf Alignment Structure :SAS）半導体レーザ装置が用
いられてきた。

【０００３】図１３は、従来の自己整合構造半導体レー
ザ装置の断面構造および屈折率分布を示す図である。図
１３に示す半導体レーザ装置は、９８０ｎｍ帯で発振す
る半導体レーザであり、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板上に、
厚さ４μｍのｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓによって形成され
るクラッド層５１、活性層５２、厚さ１５０ｎｍのｐ−
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓによって形成されるクラッド層５
３、厚さ１０ｎｍのｐ−ＧａＡｓによって形成される第
２エッチングストップ層５４、厚さ７ｎｍのｐ−Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐによって形成される第１エッチングストッ
プ層５５、厚さ２００ｎｍのｎ−Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓに
よって形成される電流ブロック層５６およびｎ−ＧａＡ
ｓによって形成される層５７を有する。

【０００４】また、第１エッチングストップ層５５、電
流ブロック層５６および層５７は、幅２μｍのストライ
プ状の開口部を有する。この開口部には、ｐ−Ａｌ_0.3
Ｇａ₀ _.7Ａｓによって形成される電流注入領域６０が形
成される。さらに、層５７の上面および電流注入領域６
０の上面に、厚さ１．５μｍのｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ
によって形成されるクラッド層５８を有する。また、ｐ
−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓクラッド層５８の上面に厚さ０．
５μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層５９が形成される。

【０００５】さらに、活性層５２は、厚さ３０ｎｍのＡ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓによって形成されるＳＣＨ層、厚さ１
０ｎｍのＧａＡｓ_0.9Ｐ_0.1によって形成されるキャリア
閉じ込め層、厚さ７ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓによって
形成される井戸層、厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ_0.9Ｐ_0.1に
よって形成されるキャリア閉じ込め層、厚さ３０ｎｍの
Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓによって形成されるＳＣＨ層を順次
積層して形成される。

【０００６】この半導体レーザ装置において、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５９に注入された電流は、電流ブロッ
ク層５６によってブロックされ、電流注入領域６０に集
約されて流入する。したがって、電流注入領域６０に流
れた電流は、活性層５２をストライプ状に励起させ、レ
ーザ発振する。

【０００７】ここで、発振したレーザ光の電流―光出力
特性において直線性を確保するためには、レーザ光の横
モードを単一モードとする必要がある。この単一横モー
ドの発振は、電流注入領域の幅を「ｗ」、電流注入領域
の実効屈折率を「ｎ１」、電流注入領域以外の実効屈折
率を「ｎ２」、および発振波長を「λ」とした場合、次
式（１）ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 ・・・・・・・・（１）の条件を満たす必要がある。

【０００８】ところで、自己整合構造半導体レーザ装置
では、電流ブロック層５６の厚さを制御することによ
り、横方向の屈折率分布を精密に制御することができ
る。すなわち、式（１）において、発振波長「λ」が９
８０ｎｍ、電流注入領域６０の幅「ｗ」が２μｍで、実
効屈折率「ｎ１」が一定の値である場合、電流ブロック
層５６の厚さを制御し、電流注入領域以外の実効屈折率
「ｎ２」の値を調節することで、レーザ光を単一横モー
ドで発振させることができる。

【０００９】つぎに、従来の自己整合構造半導体レーザ
装置を、半導体レーザユニットに組み立てる工程につい
て説明する。まず、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５９上面
にｐ側電極を蒸着し、厚さ１２０μｍとなるまでｎ−Ｇ
ａＡｓ半導体基板を研磨する。つぎに、ｎ−ＧａＡｓ半
導体基板にｎ側電極を蒸着する。さらに、共振器長１２
００μｍのレーザバーに劈開し、レーザバーの出射側端
面に反射率５％の低反射膜を形成する。また、反射側端
面には、反射率９２％の光反射膜を形成する。つぎに、
レーザバーをチップ単位に分割してレーザダイオードと
し、半導体レーザユニットに組み付ける。ここで、レー
ザダイオードのｐ側電極にヒートシンクを設けること
で、放熱効果を持たせ、高出力に対応することができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に半導
体レーザ装置では、駆動電流を大きくした場合に、キン
クが発生して電流―光出力特性の直線性が低下し、レー
ザ光の横モードが不安定になるという問題点があった。
たとえば、上述した自己整合構造半導体レーザ装置で
は、５００ｍＡ付近で大きなキンクが発生し、レーザ光
の横モードが不安定になるという問題点があった。

【００１１】このキンクおよび横モード不安定性は、半
導体レーザ装置に大きな電流が注入されたことで、半導
体レーザ装置の抵抗発熱が高まり、各半導体層の屈折率
が変化して水平方向におけるレーザ光の閉じ込め効果が
変化したことによって生ずる。なお、半導体レーザ装置
の素子抵抗が大きいほど、キンクが発生する駆動電流が
低くなる。

【００１２】したがって、発熱によるキンクの発生およ
び横モード不安定性を抑制するためには、半導体レーザ
装置の素子抵抗を下げ、大きな電流を注入しても半導体
レーザ装置の抵抗発熱が小さくなるようにする必要があ
る。半導体レーザ装置の素子抵抗を下げるための方法の
一つとして、共振器長を長くする方法がある。しかし、
共振器長を長くしたとしても、半導体レーザ装置の素子
抵抗は３分の２程度の低減しか見込めないとともに、共
振器長を長くするほど、スロープ効率が低下するという
問題点があった。

【００１３】また、半導体レーザ装置の素子抵抗は、そ
の大部分がｐ側クラッド層によるため、ｐ側クラッド層
のドーピング濃度を増すことでも半導体レーザ装置の素
子抵抗を下げることができる。しかしながら、ｐ側クラ
ッド層のドーピング濃度増加に伴い、内部損失が増大
し、スロープ効率が低下するという問題点があった。

【００１４】この発明は上記に鑑みてなされたものであ
って、大電流駆動時においてスロープ効率を落とすこと
なく電流―光出力特性の直線性を確保し、かつ単一横モ
ードで発振可能な半導体レーザ装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、活性層に電
流を注入する半導体領域である電流注入領域を有した半
導体レーザ装置において、前記電流注入領域の実効屈折
率に比して大きい実効屈折率を有し、かつ該電流注入領
域の幅に比して短い所定幅をもつ屈折率調整部を、該電
流注入領域内に形成したことを特徴とする。

【００１６】この請求項１の発明によれば、半導体レー
ザ装置は、活性層に電流を注入する電流注入領域内に、
電流注入領域の実効屈折率に比して大きい実効屈折率を
有する屈折率調整部を有する。

【００１７】また、請求項２にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記屈折率調整部は、レーザ
光の出射方向に沿ったストライプ形状を成すことを特徴
とする。

【００１８】この請求項２の発明によれば、半導体レー
ザ装置は、電流注入領域内に、ストライプ形状の屈折率
調整部を有する。

【００１９】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、レーザ光の出射方向に直交
し、かつ前記活性層に対して水平方向に前記屈折率調整
部を挟む半導体層をさらに備え、前記屈折率調整部を挟
む半導体層の実効屈折率は、ほぼ一定であることを特徴
とする。

【００２０】この請求項３の発明によれば、屈折率調整
部を挟む半導体層の実効屈折率は、ほぼ一定に保たれ
る。

【００２１】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記屈折率調整部の幅ｗは、
レーザ光の発振波長をλとし、前記屈折率調整部の実効
屈折率をｎ１とし、該屈折率調整部を挟む半導体層の実
効屈折率をｎ２とした場合、次式ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 を満足することを特徴とする。

【００２２】この請求項４の発明によれば、屈折率調整
部の幅ｗは、レーザ光の発振波長をλ、屈折率調整部の
実効屈折率をｎ１および屈折率調整部を挟む半導体層の
実効屈折率をｎ２として、次式ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 を満足する値に設定される。

【００２３】また、請求項５にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、半導体基板上に順次形成した
第１クラッド層、前記活性層、第２クラッド層、電流ブ
ロック層および第３クラッド層を備え、前記電流注入領
域は、前記電流ブロック層間に前記第３クラッド層が埋
め込まれて形成されたことを特徴とする。

【００２４】この請求項５の発明によれば、半導体レー
ザ装置は、半導体基板上に第１クラッド層、活性層、第
２クラッド層、電流ブロック層および第３クラッド層を
順次形成し、電流注入領域は、前記電流ブロック層間に
埋め込まれる。

【００２５】また、請求項６にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記電流ブロック層によって
電流が制御される領域内の横モードの光に対して損失を
与える横モード制御手段をさらに備えたことを特徴とす
る。

【００２６】この請求項６の発明によれば、横モード制
御手段は、電流ブロック層によって電流が制御される領
域内の横モードの光に損失を与える。

【００２７】また、請求項７にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記横モード制御手段は、前
記電流ブロックと前記第２クラッド層との間に設けた半
導体からなる横モード制御層であることを特徴とする。

【００２８】この請求項７の発明によれば、モード制御
手段は、電流ブロック層と第２クラッド層との間に設け
た半導体からなる層によって形成される。

【００２９】また、請求項８にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記横モード制御層は、レー
ザ光の発振波長によって決定されるエネルギーに比して
小さいバンドギャップを有することを特徴とする。

【００３０】この請求項８の発明によれば、横モード制
御層は、レーザ光の発振波長によって決定されるエネル
ギーに比して小さいバンドギャップを有する半導体で形
成される。

【００３１】また、請求項９にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記横モード制御層は、１×
１０¹⁹／ｃｍ^-3以上の不純物をドーピングして得られる
半導体層であることを特徴とする。

【００３２】この請求項９の発明によれば、横モード制
御層は、１×１０¹⁹／ｃｍ^-3以上の不純物をドーピング
した半導体層によって構成される。

【００３３】また、請求項１０にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記屈折率調整部は、前記
電流注入領域内底面であって、前記電流ブロック層側を
それぞれ所定の深さ分エッチングして形成したことを特
徴とする。

【００３４】この請求項１０の発明によれば、屈折率調
整部は、電流注入領域の底面をエッチングして形成され
る。

【００３５】また、請求項１１にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記第１クラッド層、前記
第２クラッド層、前記電流ブロック層および前記第３ク
ラッド層は、ＡｌおよびＧａの化学量論比をそれぞれ所
定値に設定したＡｌＧａＡｓによって形成されることを
特徴とする。

【００３６】この請求項１１の発明によれば、第１クラ
ッド層、第２クラッド層、電流ブロック層および第３ク
ラッド層は、ＡｌおよびＧａの化学量論比をそれぞれ所
定値に設定したＡｌＧａＡｓによって形成される。

【００３７】また、請求項１２にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記屈折率調整部は、Ｇａ
Ａｓによって形成されることを特徴とする。

【００３８】この請求項１２の発明によれば、屈折率調
整部は、ＧａＡｓによって形成される。

【００３９】また、請求項１３にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記電流注入領域は、リッ
ジ形状を成すことを特徴とする。

【００４０】この請求項１３の発明によれば、半導体レ
ーザ装置は、リッジ形状の電流注入領域内に屈折率調整
部を有する。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係る半導体レーザ装置の好適な実施の形態を詳細
に説明する。

【００４２】図１は、この発明の実施の形態である自己
整合構造の半導体レーザ装置の断面構造および屈折率を
示す図である。この半導体レーザ装置は、半導体基板上
に第１クラッド層１、活性層２、第２クラッド層３、屈
折率調整層４、電流ブロック層５、を有する。また、電
流ブロック層５および屈折率調整層４は、ストライプ状
に開口部を持ち、この開口部は幅６μｍの電流注入領域
８を形成する。さらに、屈折率調整層４は、電流注入領
域８内部にリブ状の高屈折率領域９を有する。また、電
流注入領域８および電流ブロック層５の上面に第３クラ
ッド層６が形成される。さらに、第３クラッド層６上面
に、コンタクト層７を形成する。

【００４３】この半導体レーザ装置において、コンタク
ト層７に注入された電流は、電流ブロック層５によって
ブロックされ、電流注入領域８に集約して流入する。し
たがって、電流注入領域８に流れた電流は、活性層２を
ストライプ状に励起させ、レーザ発振する。

【００４４】ここで、自己整合構造の半導体レーザ装置
は、電流ブロック層５の厚さを制御することにより、横
方向の実効屈折率分布を精密に制御することができる。
この半導体レーザ装置では、電流ブロック層５を高屈折
率領域９以外の屈折率の値が一定となる厚さに設定して
いる。図１（ｂ）は、この半導体レーザ装置の屈折率分
布を示す図である。この半導体レーザ装置では、高屈折
率領域で屈折率が「ｎ１」、高屈折率領域以外の屈折率
が「ｎ２」となるように電流ブロック層５の厚さを設定
している。したがって、この半導体レーザ装置では、高
屈折率領域９の幅「ｗ」を、ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 の条件を満たす値に設定することで、レーザ光が単一横
モードで発振することとなる。

【００４５】すなわち、この半導体レーザ装置において
は、電流注入領域８と、高屈折率領域９とを独立に設計
しているので、電流注入領域８の幅を大きくすることで
半導体レーザ装置の素子抵抗を低減して発熱を抑え、か
つ高屈折率領域９の幅を小さくすることでレーザ光を単
一横モードで発振させることができる。

【００４６】また、この半導体レーザ装置は、屈折率調
整層４と電流ブロック層５との間に、図示しない横モー
ド制御層を備える。横モード制御層は、活性層２で励起
された横モードのうち、電流ブロック層５の領域内に存
在するものに損失を与える。したがって、高次横モード
が発生するための閾値が大きくなり、注入する電流量を
増大させた場合においてもキンクの発生を抑制すること
ができる。

【００４７】つぎに、図２、図３を参照して、横モード
制御層の機能についてさらに詳細に説明する。図２は、
注入電流量が少ない場合における発振横モードを示す図
である。また、図３は、注入電流量が多い場合における
発振横モードを示す図である。注入電流が少ない場合、
発振横モード１６は、単一横モードとなる。一方、注入
電流が多くなると、発振横モード１８は、双峰を有する
高次横モードとなる。発振横モード１６のうち、電流ブ
ロック層５に染み出している領域は、図示しない横モー
ド制御層によって、損失をうける被損失領域１７とな
る。また、発振横モード１８においても、電流ブロック
層５に染み出している領域は、図示しない横モード制御
層によって、損失をうける被損失領域１９となる。

【００４８】ここで、高次横モードの被損失領域１９
は、単一横モードの被損失領域１７に比して大きくなる
ので、高次横モードの発振閾値が増加し、電流を大量に
注入した場合においても高次横モードの発振を抑制し、
キンクの発生を遅らせることができる。一方、単一横モ
ードの被損失領域１７は、高次横モードの被損失領域１
９に比して小さいので、単一横モードの発振閾値は影響
を受けない。

【００４９】つぎに、図４〜図１１を参照して、この実
施の形態における半導体レーザ装置の製造方法について
詳細に説明する。まず、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｎ−ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法を用いて、キャリ
ア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ４μｍのｎ−Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ層を、第１クラッド層１として形成する。

【００５０】つぎに、厚さ３０ｎｍでアンドープのＡｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成されたＳＣＨ層、厚さ１０ｎｍで
アンドープのＧａＡｓ_0.9Ｐ_0.1で形成されたキャリア閉
じ込め層、厚さ７ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成され
た井戸層、厚さ１０ｎｍでアンドープのＧａＡｓ_0.9Ｐ
_0.1で形成されたキャリア閉じ込め層および厚さ３０ｎ
ｍでアンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成されたＳＣ
Ｈ層を順次成膜し、活性層２を形成する。さらに、キャ
リア濃度４×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ５０ｎｍのｐ−Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層を第２クラッド層３として形成する。

【００５１】つぎに、第２クラッド層３上面に形成され
たキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ３０ｎｍのｐ−
ＧａＡｓ層を屈折率調整層４として形成する。さらに、
キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ７ｎｍのｐ−Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐ層をエッチングストップ層１０として形成
し、その上面にキャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ１
０ｎｍのｎ−Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層、厚さ８ｎｍのｎ
−Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ
^-3、厚さ１０ｎｍのｎ−Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層、厚さ
８ｎｍのｎ−Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層を順次作成した図示
しない横モード制御層を形成する。その上面にキャリア
濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ２９０ｎｍのｎ−Ａｌ_0.35
Ｇａ_0.65Ａｓ層を電流ブロック層５として形成する。ま
た、電流ブロック層５の上面にキャリア濃度５×１０¹⁷
ｃｍ^-3、厚さ２０ｎｍのｎ−ＧａＡｓ層１１を形成し、
さらに、厚さ３０ｎｍでアンドープのＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ
層をマスク層１２として形成する（図４）。

【００５２】なお、横モード制御層を構成するｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層のバンドギャップは発振波長λ、プランク定
数ｈ、光速ｃにより計算されるエネルギー、Ｅ＝ｈｃ／λ に比して小さくする。また、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層には、
１×１０¹⁹／ｃｍ^-3以上のドナーの不純物ドーピングを
行う。

【００５３】つづいて、フォトリソグラフィを用いて、
マスク層１２に幅６μｍの開口ストライプをパターンニ
ングする。その後、燐酸系エッチング溶液を用いて、マ
スク層１２をエッチングし、さらに有機洗浄をおこなっ
てレジスト除去を行う（図５）。

【００５４】その後、クエン酸系エッチング溶液を用い
てｎ−ＧａＡｓ層１１、電流ブロック層５および図示し
ない損失層をエッチングし、エッチングがエッチングス
トップ層１０に到達した段階でエッチングを終了する。
つぎに、燐酸系エッチング溶液を用いてエッチングスト
ップ層１０およびマスク層１２をエッチングする（図
６）。

【００５５】さらに、ｎ−ＧａＡｓ層１１の上面、電流
ブロック層５の側面および屈折率調整層４の上面にＳｉ
Ｎｘ誘電体膜１３を１２０ｎｍの厚さで成膜する。ま
た、ＳｉＮｘ誘電体膜１３上面にフォトレジスト１４を
塗布する。つぎに、フォトリソグラフィを用い、電流ブ
ロック層５および高屈折領域に相当する領域を残してパ
ターンニングを行う。つづいて、ＣＦ₄ガスをエッチン
グガスとして用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装
置で、ＳｉＮｘ誘電体膜１３をエッチングする（図
７）。

【００５６】その後、ＳｉＮｘ誘電体膜１３の上面のフ
ォトレジスト１４を有機洗浄と酸素アッシングによって
除去する。さらに、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plas
ma）エッチング装置を用い、メタン系エッチングガスで
屈折率調整層４を２０ｎｍエッチングする（図８）。

【００５７】なお、ＩＣＰエッチング装置によるドライ
エッチングに替えて、クエン酸系のエッチング溶液を用
いてウェットエッチングで屈折率調整層４のエッチング
を行っても良い。クエン酸系エッチング溶液で屈折率調
整層４をエッチングする場合、ＳｉＮｘ誘電体膜１３は
不要であり、屈折率調整層４の上面およびｎ−ＧａＡｓ
層１１の上面にフォトレジスト１５を塗布してフォトリ
ソグラフィを行い、エッチングすればよい（図９）。

【００５８】ＩＣＰエッチング装置によるエッチングを
行った場合、エッチング終了後に有機洗浄と酸素アッシ
ングを行って、エッチングによって生成したＳｉＮｘ誘
電体膜１３上のポリイミドを除去する。さらに、ＲＩＥ
装置をもちいてＳｉＮｘ誘電体膜１３をエッチング除去
する。また、クエン酸系エッチング溶液で屈折率調整層
４をエッチングした場合、有機洗浄を行ってフォトレジ
スト１５を除去する（図１０）。

【００５９】その後、濃硫酸を用いて表面の酸化膜を除
去し、ＭＯＣＶＤ装置を用いてキャリア濃度５×１０¹⁷
ｃｍ^-3、厚さ２μｍのｐ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層を第３
クラッド層６として形成する。さらに、キャリア濃度１
×１０¹⁹ｃｍ^-3、厚さ５００ｎｍのｐ−ＧａＡｓ層をコ
ンタクト層７として形成し、半導体レーザ装置の成膜工
程を終了する（図１１（ａ））。

【００６０】ここで、成膜が終了した半導体レーザ装置
は、幅６μｍの電流注入領域８および幅２μｍの高屈折
率領域９を有する。図１１（ｂ）は、この半導体レーザ
装置の横方向の屈折率分布を示す図である。高屈折率領
域９の屈折率は「３．３６９」であり、高屈折率領域９
以外の電流注入領域８の屈折率は「３．３６４」であ
る。また、電流ブロック層が存在する領域における屈折
率は「３．３６４」となり、高屈折率領域９以外の電流
注入領域８の屈折率と等しくなる。

【００６１】つぎに、半導体レーザ装置の成膜工程終了
後、半導体レーザ装置を半導体レーザユニットに組み立
てる工程について説明する。まず、コンタクト層７の上
面に、ｐ側電極を形成する。つぎに、厚さ１２０μｍと
なるまでｎ−ＧａＡｓ半導体基板を研磨し、ｎ−ＧａＡ
ｓ半導体基板にｎ側電極を形成する。

【００６２】ｎ側電極を形成した後、半導体レーザ装置
を共振器長１２００μｍのレーザバーに劈開し、レーザ
バーの出射側端面に反射率５％の低反射膜を形成する。
低反射膜としては、ＥＢ蒸着装置を用いてＡｌ₂Ｏ₃膜を
蒸着すればよい。また、反射側端面には、反射率９２％
の光反射膜を形成する。光反射膜としては、プラズマＣ
ＶＤ装置を用いてＳｉＯ₂膜およびａ−Ｓｉ膜をコーテ
ィングすればよい。つぎに、レーザバーをチップ単位に
分割してレーザダイオードとし、半導体レーザユニット
に組み付ける。ここで、レーザダイオードのｐ側電極に
ヒートシンクを設けることで、放熱効果を持たせ、高出
力に対応することができる。

【００６３】作製した半導体レーザユニットの室温２５
℃における閾値電流は２５ｍＡであり、閾値近傍でのス
ロープ効率は約１．０Ｗ／Ａであり、従来のＳＡＳ半導
体レーザとほぼ同一の値が得られた。また、素子抵抗の
大きさは、注入電流５００ｍＡにおいて０．６Ωであ
り、同一の電流注入領域幅を有する従来のＳＡＳ半導体
レーザの約半分となった。さらに、電流―光出力特性に
おいて注入電流値が７００ｍＡとなるまでキンクが発生
せず、７００ｍＡで６００ｍＷの光出力が可能となっ
た。

【００６４】この実施の形態における半導体レーザ装置
では、半導体基板上に第１クラッド層１、活性層２、第
２クラッド層３、屈折率調整層４、電流ブロック層５、
を有する。また、電流ブロック層５および屈折率調整層
４は、ストライプ状に開口を持ち、幅６μｍの電流注入
領域８を形成する。さらに、屈折率調整層４は、電流注
入領域８内部にリブ状の高屈折率領域９を有する。ま
た、電流注入領域８および電流ブロック層５の上面に第
３クラッド層６が形成される。さらに、第３クラッド層
６上面に、コンタクト層７を形成している。

【００６５】この半導体レーザ装置は、電流注入領域８
と、高屈折率領域９とを独立に設計するようにしている
ので、電流注入領域８の幅を大きくして半導体レーザ装
置の素子抵抗を低減することで、大電流駆動時において
も電流―光出力特性の直線性を確保することができ、ま
た、高屈折率領域９の幅を小さくすることでレーザ光を
単一横モードで発振させることができる。

【００６６】また、この半導体レーザ装置は、コンタク
ト層と電流ブロック層との間に横モード制御層を備え、
電流ブロック層に染み出した横モードに損失を与えるこ
とで、高次横モードの発振を抑制し、安定して単一横モ
ード発振を行うようにしている。

【００６７】なお、本実施の形態では、自己整合構造の
半導体レーザ装置を一例として示したが、本発明の利用
はこれに限ることなく、半導体レーザ装置において広く
適用することができる。

【００６８】図１２は、本発明を適用したリッジ型半導
体レーザ装置の断面を示す図である。半導体レーザ装置
は、ｎ−ＩｎＰ基板３１上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層３
２、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰで形成される光導波路層３３、
ｎ−ＩｎＰ層３４および活性層３５を有している。ま
た、活性層３５上面にリッジ形状のｐ−ＩｎＰクラッド
層３６、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層３７、ＳｉＮｘ層３８、
ｐ−側電極３９を有する。さらに、ｐ−ＩｎＰクラッド
層３６内部に、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰからなる高屈折率領
域４０を有する。

【００６９】このようなリッジ型の半導体レーザ装置に
おいても、ｐ−ＩｎＰクラッド層３６内部に、高屈折率
領域４０を設け、電流注入領域と高屈折率領域とを独立
に設定可能とすることで、電流注入領域の幅を大きくし
て大電流駆動時においても電流―光出力特性の直線性を
確保し、また、高屈折率領域の幅を小さくすることでレ
ーザ光を単一横モードで発振させることができる。

【００７０】なお、ここで高屈折率領域４０は、活性層
３５に接して形成されているが、リッジ内部であれば、
活性層３５に隣接せずに形成してもよい。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、半導体レーザ装置は、活性層に電流を注入する
電流注入領域内に、電流注入領域の実効屈折率に比して
大きい実効屈折率を有する屈折率調整部を有するので、
大電流駆動時においても電流―光出力特性の直線性を確
保し、レーザ光を単一横モードで発振させることができ
るという効果を奏する。

【００７２】また、請求項２の発明によれば、半導体レ
ーザ装置は、電流注入領域内に、ストライプ形状の屈折
率調整部を有するので、屈折率導波によってレーザ光の
横モード数を制御し、大電流駆動時においても電流―光
出力特性の直線性を確保し、レーザ光を単一横モードで
発振させることができるという効果を奏する。

【００７３】また、請求項３の発明によれば、屈折率調
整部を挟む半導体層の実効屈折率は、ほぼ一定に保たれ
るので、大電流駆動時においても電流―光出力特性の直
線性を確保し、レーザ光を単一横モードで安定して発振
させることができるという効果を奏する。

【００７４】また、請求項４の発明によれば、屈折率調
整部の幅ｗは、レーザ光の発振波長をλ、屈折率調整部
の実効屈折率をｎ１および屈折率調整部を挟む半導体層
の実効屈折率をｎ２として、次式ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 を満足する値に設定されるので、大電流駆動時において
も電流―光出力特性の直線性を確保し、レーザ光を単一
横モードで確実かつ柔軟に発振させることができるとい
う効果を奏する。

【００７５】また、請求項５の発明によれば、半導体レ
ーザ装置は、半導体基板上に第１クラッド層、活性層、
第２クラッド層、電流ブロック層および第３クラッド層
を順次形成し、電流注入領域は、前記電流ブロック層間
に埋め込まれるので、大電流駆動時においても電流―光
出力特性の直線性を確保し、レーザ光を単一横モードで
発振する埋込型の半導体レーザ装置を得ることができる
という効果を奏する。

【００７６】また、請求項６の発明によれば、横モード
制御手段は、電流ブロック層によって電流が制御される
領域内の横モードの光に損失を与えるので、レーザ発振
の閾値を増大させることなく、高次横モードを抑制し、
キンクの発生を遅らせた半導体レーザ装置を得ることが
できるという効果を奏する。

【００７７】また、請求項７の発明によれば、モード制
御手段は、電流ブロック層と第１クラッド層との間に設
けた半導体からなる層によって形成されるので、活性層
近傍で発振横モードの制御を行い、高次横モードの発生
を効果的に抑制する半導体レーザ装置を得ることができ
るという効果を奏する。

【００７８】また、請求項８の発明によれば、横モード
制御層は、レーザ光の発振波長によって決定されるエネ
ルギーに比して小さいバンドギャップを有する半導体で
形成されるので、大電流駆動時においてもキンクの発生
を抑制した半導体レーザ装置を得ることができるという
効果を奏する。

【００７９】また、請求項９の発明によれば、横モード
制御層は、１×１０¹⁹／ｃｍ^-3以上の不純物をドーピン
グした半導体層によって構成されるので、高次横モード
の発振を効果的に抑制し、大電流駆動時においても安定
して単一横モードで発振する半導体レーザ装置を得るこ
とができるという効果を奏する。

【００８０】また、請求項１０の発明によれば、屈折率
調整部は、電流注入領域の底面をエッチングして形成さ
れるので、大電流駆動時においても電流―光出力特性の
直線性を確保し、レーザ光を単一横モードで発振する半
導体レーザ装置を簡易な構成で得ることができるという
効果を奏する。

【００８１】また、請求項１１の発明によれば、第１ク
ラッド層、第２クラッド層、電流ブロック層および第３
クラッド層は、ＡｌおよびＧａの化学量論比をそれぞれ
所定値に設定したＡｌＧａＡｓによって形成されるの
で、所望の発振特性を有する半導体レーザ装置を、大電
流で駆動可能とし、レーザ光を単一横モードで発振させ
ることができるという効果を奏する。

【００８２】また、請求項１２の発明によれば、屈折率
調整部は、ＧａＡｓによって形成されるので、所望の発
振特性を有する半導体レーザ装置を、大電流で駆動可能
とし、レーザ光を単一横モードで発振させることができ
るという効果を奏する。

【００８３】また、請求項１３の発明によれば、半導体
レーザ装置は、リッジ形状の電流注入領域内に屈折率調
整部を有するので、大電流駆動時においても電流―光出
力特性の直線性を確保し、レーザ光を単一横モードで発
振するリッジ型の半導体レーザ装置を得ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態である半導体レーザ装置
の断面図である。

【図２】注入電流量が少ない場合における発振横モード
を示す図である。

【図３】注入電流量が多い場合における発振横モードを
示す図である。

【図４】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その１）。

【図５】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その２）。

【図６】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その３）。

【図７】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その４）。

【図８】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その５）。

【図９】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を示
す断面図である（その６）。

【図１０】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を
示す断面図である（その７）。

【図１１】図１に示した半導体レーザ装置の製造工程を
示す断面図である（その８）。

【図１２】本発明をリッジ型半導体レーザ装置に適用し
た例を示す図である。

【図１３】従来の半導体レーザ装置の構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１第１クラッド層２活性層３第２クラッド層４屈折率調整層５電流ブロック層６第３クラッド層７コンタクト層８電流注入領域９高屈折率領域１０エッチングストップ層１１ｎ−ＧａＡｓ層１２マスク層１３ＳｉＮｘ誘電体膜１４,１５フォトレジスト１６，１８発振横モード１７，１９被損失領域３１ｎ−ＩｎＰ基板３２ｎ−ＩｎＰクラッド層３３ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光導波路層３４ｎ−ＩｎＰ層３５活性層３６ｐ−ＩｎＰクラッド層３７ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ層３８ＳｉＮｘ層３９ｐ−側電極４０高屈折率領域

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層に電流を注入する半導体領域であ
る電流注入領域を有した半導体レーザ装置において、前記電流注入領域の実効屈折率に比して大きい実効屈折
率を有し、かつ該電流注入領域の幅に比して短い所定幅
をもつ屈折率調整部を、該電流注入領域内に形成したこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】前記屈折率調整部は、レーザ光の出射方
向に沿ったストライプ形状を成すことを特徴とする請求
項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】レーザ光の出射方向に直交し、かつ前記
活性層に対して水平方向に前記屈折率調整部を挟む半導
体層をさらに備え、前記屈折率調整部を挟む半導体層の実効屈折率は、ほぼ
一定であることを特徴とする請求項１または２に記載の
半導体レーザ装置。
【請求項４】前記屈折率調整部の幅ｗは、レーザ光の
発振波長をλとし、前記屈折率調整部の実効屈折率をｎ
１とし、前記屈折率調整部を挟む半導体層の実効屈折率
をｎ２とした場合、次式ｗ＜（λ／２）×（ｎ１²−ｎ２²）^-1/2 を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一
つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】半導体基板上に順次形成した第１クラッ
ド層、前記活性層、第２クラッド層、電流ブロック層お
よび第３クラッド層を備え、前記電流注入領域は、前記電流ブロック層間に前記第３
クラッド層が埋め込まれて形成されたことを特徴とする
請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装
置。
【請求項６】前記電流ブロック層によって電流が制御
される領域内の横モードの光に対して損失を与える横モ
ード制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１
〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】前記横モード制御手段は、前記電流ブロ
ックと前記第２クラッド層との間に設けた半導体からな
る横モード制御層であることを特徴とする請求項６に記
載の半導体レーザ装置。
【請求項８】前記横モード制御層は、レーザ光の発振
波長によって決定されるエネルギーに比して小さいバン
ドギャップを有することを特徴とする請求項７に記載の
半導体レーザ装置。
【請求項９】前記横モード制御層は、１×１０¹⁹／ｃ
ｍ^-3以上の不純物をドーピングして得られる半導体層で
あることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体
レーザ装置。
【請求項１０】前記屈折率調整部は、前記電流注入領
域内底面であって、前記電流ブロック層側をそれぞれ所
定の深さ分エッチングして形成したことを特徴とする請
求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】前記第１クラッド層、前記第２クラッ
ド層、前記電流ブロック層および前記第３クラッド層
は、ＡｌおよびＧａの化学量論比をそれぞれ所定値に設
定したＡｌＧａＡｓによって形成されることを特徴とす
る請求項５〜１０のいずれか一つに記載の半導体レーザ
装置。
【請求項１２】前記屈折率調整部は、ＧａＡｓによっ
て形成されることを特徴とする請求項５〜１１のいずれ
か一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】前記電流注入領域は、リッジ形状を成
すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載
の半導体レーザ装置。