JP2003078208A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素子抵抗を増加させることなく、光拡がり角
度やキンク特性、温度特性に優れた半導体レーザ装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 層厚方向に一定の屈折率を有する第１導
電型のクラッド層（１０３）と、その上に設けられた活
性層（１０７）と、その上に設けられ、層厚方向に一定
の屈折率を有し、その上部にレーザ共振方向に対して平
行に延設されたリッジを有する、第２導電型のクラッド
層（１０８、１１０）と、前記リッジの両脇に設けられ
た電流阻止層（１１３）と、を備え、前記電流阻止層に
より狭窄された電流が前記リッジの上面を介して前記活
性層に注入され、前記第１導電型及び第２導電型のクラ
ッド層は、略同一の組成の半導体からなり、前記第１導
電型のクラッド層の層厚は、前記第２導電型のクラッド
層の前記リッジを含んだ層厚よりも大きい半導体レーザ
装置を提供する。
度やキンク特性、温度特性に優れた半導体レーザ装置及
びその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 層厚方向に一定の屈折率を有する第１導
電型のクラッド層（１０３）と、その上に設けられた活
性層（１０７）と、その上に設けられ、層厚方向に一定
の屈折率を有し、その上部にレーザ共振方向に対して平
行に延設されたリッジを有する、第２導電型のクラッド
層（１０８、１１０）と、前記リッジの両脇に設けられ
た電流阻止層（１１３）と、を備え、前記電流阻止層に
より狭窄された電流が前記リッジの上面を介して前記活
性層に注入され、前記第１導電型及び第２導電型のクラ
ッド層は、略同一の組成の半導体からなり、前記第１導
電型のクラッド層の層厚は、前記第２導電型のクラッド
層の前記リッジを含んだ層厚よりも大きい半導体レーザ
装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
及びその製造方法に関し、特に光ディスクドライブのピ
ックアップなどに用いて好適な高光出力の半導体レーザ
装置及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関し、特に光ディスクドライブのピ
ックアップなどに用いて好適な高光出力の半導体レーザ
装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＤＶＤ（Digital Versatile Dis
k）やＣＤ（Compact Disk）を始めとする各種の光ディ
スクが広く利用されるようになった。特に、書込みがで
きる光ディスクは、急激に需要が伸びている。それらの
うち、波長７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
を用いるＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritabl
e）、波長６５０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レ
ーザを用いるＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ―ＲＡ
Ｍ（Ramdom Access Memory）に用いられる光ピックアッ
プは、書込速度を増大させるために、より高い光出力の
半導体レーザを必要としており、レーザの光出力増大の
要求は日に日に高まっている。
k）やＣＤ（Compact Disk）を始めとする各種の光ディ
スクが広く利用されるようになった。特に、書込みがで
きる光ディスクは、急激に需要が伸びている。それらの
うち、波長７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
を用いるＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritabl
e）、波長６５０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レ
ーザを用いるＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ―ＲＡ
Ｍ（Ramdom Access Memory）に用いられる光ピックアッ
プは、書込速度を増大させるために、より高い光出力の
半導体レーザを必要としており、レーザの光出力増大の
要求は日に日に高まっている。
【０００３】図１１は、従来のＩｎＧａＡｌＰ系のリッ
ジ型実屈折率導波型半導体レーザを表す模式図である。
すなわち、同図は、レーザの光放出端面に対して平行な
方向に切断した断面構造を表す。その構成を製造手順に
沿って説明すると以下の如くである。
ジ型実屈折率導波型半導体レーザを表す模式図である。
すなわち、同図は、レーザの光放出端面に対して平行な
方向に切断した断面構造を表す。その構成を製造手順に
沿って説明すると以下の如くである。
【０００４】まず、第１の導電型であるｎ型のＧａＡｓ
基板４０２の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４０
３、ＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ（Multiple Quantum Well
）活性層４０７、第２の導電型であるｐ型ＩｎＧａＡ
ｌＰクラッド層４０８を積層する。
基板４０２の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層４０
３、ＩｎＧａＡｌＰ系ＭＱＷ（Multiple Quantum Well
）活性層４０７、第２の導電型であるｐ型ＩｎＧａＡ
ｌＰクラッド層４０８を積層する。
【０００５】次に、ｐクラッド層４０８の一部ストライ
プ以外の部分を厚さｈだけ残してエッチング除去し、凸
状のリッジ型形状を形成する。そして、ｐクラッド層リ
ッジの両脇と厚さｈの平坦部の上に、第１の導電型であ
るｎ型のＩｎＡｌＰ層４０９を選択成長し、電流阻止層
とする。さらに電流阻止層４０９とリッジ上部を覆うよ
うにして第２の導電型であるｐ型ＧａＡｓ層４１０を形
成し、リッジ型導波路構造を構成する。
プ以外の部分を厚さｈだけ残してエッチング除去し、凸
状のリッジ型形状を形成する。そして、ｐクラッド層リ
ッジの両脇と厚さｈの平坦部の上に、第１の導電型であ
るｎ型のＩｎＡｌＰ層４０９を選択成長し、電流阻止層
とする。さらに電流阻止層４０９とリッジ上部を覆うよ
うにして第２の導電型であるｐ型ＧａＡｓ層４１０を形
成し、リッジ型導波路構造を構成する。
【０００６】このようなｎ型リッジ型構造の半導体レー
ザでは、レーザ光が発生する活性層４０７やクラッド層
４０３、４０８を作製するための結晶成長を平坦な状態
で行なってからリッジを形成するため、良好な結晶性が
得られ、特性の再現性、信頼性に優れているという特長
を有する。
ザでは、レーザ光が発生する活性層４０７やクラッド層
４０３、４０８を作製するための結晶成長を平坦な状態
で行なってからリッジを形成するため、良好な結晶性が
得られ、特性の再現性、信頼性に優れているという特長
を有する。
【０００７】また、電流阻止層４０９を構成するＩｎＡ
ｌＰは、活性層４０７を構成するＩｎＧａＰ／ＩｎＧａ
ＡｌＰ系ＭＱＷ層よりバンドギャップが大きいため、レ
ーザの発振波長に対し透明であり、かつ、クラッド層４
０３、４０８を構成するＩｎＧａＡｌＰよりも屈折率が
小さい化合物半導体材料である。このため、活性層に流
れ込む電流を狭窄するだけでなく、ＧａＡｓを用いた電
流阻止層とは異なり、活性層を導波するレーザ光のクラ
ッド層へのしみだし光を吸収することなしに、実屈折率
の差によってリッジ下の活性層部へ接合面に対して水平
な方向に光を閉じ込める、いわゆる「実屈折率導波型構
造」の半導体レーザを得ることができる。
ｌＰは、活性層４０７を構成するＩｎＧａＰ／ＩｎＧａ
ＡｌＰ系ＭＱＷ層よりバンドギャップが大きいため、レ
ーザの発振波長に対し透明であり、かつ、クラッド層４
０３、４０８を構成するＩｎＧａＡｌＰよりも屈折率が
小さい化合物半導体材料である。このため、活性層に流
れ込む電流を狭窄するだけでなく、ＧａＡｓを用いた電
流阻止層とは異なり、活性層を導波するレーザ光のクラ
ッド層へのしみだし光を吸収することなしに、実屈折率
の差によってリッジ下の活性層部へ接合面に対して水平
な方向に光を閉じ込める、いわゆる「実屈折率導波型構
造」の半導体レーザを得ることができる。
【０００８】実屈折率型の半導体レーザにおいては、低
しきい値、高効率の電流−光出力特性が得られ、少ない
電流で高い光出力が得られる。電流阻止層としてｎ型Ｇ
ａＡｓを用いた「複素屈折率導波型」のリッジ型レーザ
の場合、高出力時に大電流が流れるため、ジュール熱に
よって光出力が低下するという、いわゆる熱飽和現象が
発生し、光出力向上の妨げとなっていた。
しきい値、高効率の電流−光出力特性が得られ、少ない
電流で高い光出力が得られる。電流阻止層としてｎ型Ｇ
ａＡｓを用いた「複素屈折率導波型」のリッジ型レーザ
の場合、高出力時に大電流が流れるため、ジュール熱に
よって光出力が低下するという、いわゆる熱飽和現象が
発生し、光出力向上の妨げとなっていた。
【０００９】これに対して、実屈折率導波型レーザでは
熱飽和が発生しにくく、複素屈折率導波型レーザに比
べ、得られる最大光出力が大幅に向上する。また、同じ
光出力を得る場合、自己発熱が小さいため、より高い温
度で動作することが可能となり、高温動作特性が著しく
向上する。このような実屈折率導波型構造は、５ｍＷ〜
２０ｍＷの比較的小さな光出力で動作する半導体レーザ
に適用され、低電流の省電力型光ピックアップに応用さ
れるとともに、設計マージンの向上、生産性の向上を生
み出すことができた。
熱飽和が発生しにくく、複素屈折率導波型レーザに比
べ、得られる最大光出力が大幅に向上する。また、同じ
光出力を得る場合、自己発熱が小さいため、より高い温
度で動作することが可能となり、高温動作特性が著しく
向上する。このような実屈折率導波型構造は、５ｍＷ〜
２０ｍＷの比較的小さな光出力で動作する半導体レーザ
に適用され、低電流の省電力型光ピックアップに応用さ
れるとともに、設計マージンの向上、生産性の向上を生
み出すことができた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなリッジ型の実屈折率導波型レーザには以下のような
問題点があった。
うなリッジ型の実屈折率導波型レーザには以下のような
問題点があった。
【００１１】すなわち、実屈折率導波型レーザでは、複
素屈折率導波型レーザと異なり、電流阻止層４０９によ
って光が吸収されることがない。このため、活性層４０
７を導波するレーザ光は、電流阻止層４０９の下のｐ型
クラッド層４０８や電流阻止層４０９への「しみだし」
が複素屈折率導波型レーザより大きくなる。このこと
は、複素屈折率導波型レーザの場合と同じ寸法のリッジ
で実屈折率導波型レーザを作製した場合、接合面に水平
な方向の拡がり角θ｜｜が小さくなることを意味する。
素屈折率導波型レーザと異なり、電流阻止層４０９によ
って光が吸収されることがない。このため、活性層４０
７を導波するレーザ光は、電流阻止層４０９の下のｐ型
クラッド層４０８や電流阻止層４０９への「しみだし」
が複素屈折率導波型レーザより大きくなる。このこと
は、複素屈折率導波型レーザの場合と同じ寸法のリッジ
で実屈折率導波型レーザを作製した場合、接合面に水平
な方向の拡がり角θ｜｜が小さくなることを意味する。
【００１２】図１２は、実屈折率導波型レーザと複素屈
折率導波型レーザにおける拡がり角などのデータをまと
めた一覧表である。ここでは、ｎ型クラッド層４０３、
ｐ型クラッド層４０８を構成するＩｎＧａＡｌＰ層のＡ
ｌ組成、すなわち、組成式Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌ
Ｘ）０．５Ｐ におけるＡｌ組成ｘをｘ＝０．７とし、
クラッド層厚を１．４〜１．０μｍ、リッジ底部の幅Ｗ
Ｌを４．０μｍまたは４．５μｍ、ｐクラッド層平坦分
厚さｈ＝０．２μｍとした。そして、この設定値におい
て、接合に対して垂直方向の拡がり角θ⊥、水平方向の
拡がり角θ｜ ｜をシミュレーションで計算した。
折率導波型レーザにおける拡がり角などのデータをまと
めた一覧表である。ここでは、ｎ型クラッド層４０３、
ｐ型クラッド層４０８を構成するＩｎＧａＡｌＰ層のＡ
ｌ組成、すなわち、組成式Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌ
Ｘ）０．５Ｐ におけるＡｌ組成ｘをｘ＝０．７とし、
クラッド層厚を１．４〜１．０μｍ、リッジ底部の幅Ｗ
Ｌを４．０μｍまたは４．５μｍ、ｐクラッド層平坦分
厚さｈ＝０．２μｍとした。そして、この設定値におい
て、接合に対して垂直方向の拡がり角θ⊥、水平方向の
拡がり角θ｜ ｜をシミュレーションで計算した。
【００１３】図１２を見ると、垂直方向の拡がり角θ⊥
は、クラッド層厚が同じであれば、レーザ構造によらず
同じ値（２３度）となっていることが分かる。一方、水
平方向の拡がり角は、クラッド層厚を１．４μｍ、ＷＬ
＝４．５μｍとした場合、複素屈折率導波型レーザの場
合８．２度であるが、実屈折率導波型レーザの場合７．
５度と８度未満となっている。
は、クラッド層厚が同じであれば、レーザ構造によらず
同じ値（２３度）となっていることが分かる。一方、水
平方向の拡がり角は、クラッド層厚を１．４μｍ、ＷＬ
＝４．５μｍとした場合、複素屈折率導波型レーザの場
合８．２度であるが、実屈折率導波型レーザの場合７．
５度と８度未満となっている。
【００１４】ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＡＭ、ＣＤ−Ｒ／Ｒ
Ｗ用途の半導体レーザでは、光ディスクの書込みピット
との光学的結合係数を一定以上得るためには、θ｜｜は
８度以上が望ましい。さらにＷＬを小さくして４．０μ
ｍとすると８．１度となり、要求レベルに達する。しか
しながら、リッジ頂上部の幅Ｗｕが小さくなるため素子
抵抗が増大し、自己発熱の原因となって高温特性が劣化
する。また、光ディスクの読取のために高周波重畳によ
る変調が行なわれるが、素子抵抗増大のために良好な変
調が行なわれず、光ピックアップへの応用に支障が生ず
る。
Ｗ用途の半導体レーザでは、光ディスクの書込みピット
との光学的結合係数を一定以上得るためには、θ｜｜は
８度以上が望ましい。さらにＷＬを小さくして４．０μ
ｍとすると８．１度となり、要求レベルに達する。しか
しながら、リッジ頂上部の幅Ｗｕが小さくなるため素子
抵抗が増大し、自己発熱の原因となって高温特性が劣化
する。また、光ディスクの読取のために高周波重畳によ
る変調が行なわれるが、素子抵抗増大のために良好な変
調が行なわれず、光ピックアップへの応用に支障が生ず
る。
【００１５】図１２に表したように、ｐ型クラッド層の
層厚が１．０μｍ、リッジ底部の幅が４．０μｍの場合
には、レーザ素子の動作電圧Ｖｏｐは２．６１ボルトで
あるのに対して、同じリッジ幅でクラッド層の層厚を
１．４μｍとすると、動作電圧Ｖｏｐは３．１７ボルト
まで上昇する。このように素子の動作電圧が高くなり、
特に３ボルトを超えると、高周波重畳回路から出力され
る高周波の振幅を極度に大きく設定することが必要とな
り、回路電源の容量の増大を招き、事実上、高周波重畳
回路を集積回路（ＩＣ）化してワンチップ化することは
困難となる。このため、市場の要求である光ピックアッ
プのサイズの縮小、電気回路の発熱を低減させてプラス
チック化を図るなどの方策が実施できないという、応用
上の問題が生じていた。
層厚が１．０μｍ、リッジ底部の幅が４．０μｍの場合
には、レーザ素子の動作電圧Ｖｏｐは２．６１ボルトで
あるのに対して、同じリッジ幅でクラッド層の層厚を
１．４μｍとすると、動作電圧Ｖｏｐは３．１７ボルト
まで上昇する。このように素子の動作電圧が高くなり、
特に３ボルトを超えると、高周波重畳回路から出力され
る高周波の振幅を極度に大きく設定することが必要とな
り、回路電源の容量の増大を招き、事実上、高周波重畳
回路を集積回路（ＩＣ）化してワンチップ化することは
困難となる。このため、市場の要求である光ピックアッ
プのサイズの縮小、電気回路の発熱を低減させてプラス
チック化を図るなどの方策が実施できないという、応用
上の問題が生じていた。
【００１６】ここで、ＷＬを小さくするとリッジ頂上部
の幅Ｗｕも小さくなるのは、後に詳述するように、リッ
ジの形成方法としてウエットエッチングを用いるからで
ある。つまり、所定のエッチャントで特定の面方位が出
現するようにメサエッチングしてリッジを形成する。こ
のため、リッジ側面の角度は、結晶方位に依存して決定
される。その結果として、ＷＬに連動してＷｕも変化す
ることとなる。
の幅Ｗｕも小さくなるのは、後に詳述するように、リッ
ジの形成方法としてウエットエッチングを用いるからで
ある。つまり、所定のエッチャントで特定の面方位が出
現するようにメサエッチングしてリッジを形成する。こ
のため、リッジ側面の角度は、結晶方位に依存して決定
される。その結果として、ＷＬに連動してＷｕも変化す
ることとなる。
【００１７】一方、クラッド層の厚さＴｐ、Ｔｎを薄く
すれば、リッジ高さが小さくなるため、同じＷＬを得る
ためのＷｕは大きくすることができる。しかしながら、
表１においてクラッド層厚１．０μｍとして計算したθ
⊥の値（２６度）から明らかなように、クラッド層厚を
薄くした場合、θ⊥が顕著に増加する。書き込み用光デ
ィスクドライブに用いられる半導体レーザの垂直方向の
拡がり角は２５度以下であることがのぞましく、これを
超えると、光ディスクとの光学的な結合効率が低下し、
応用上大きな問題となる。
すれば、リッジ高さが小さくなるため、同じＷＬを得る
ためのＷｕは大きくすることができる。しかしながら、
表１においてクラッド層厚１．０μｍとして計算したθ
⊥の値（２６度）から明らかなように、クラッド層厚を
薄くした場合、θ⊥が顕著に増加する。書き込み用光デ
ィスクドライブに用いられる半導体レーザの垂直方向の
拡がり角は２５度以下であることがのぞましく、これを
超えると、光ディスクとの光学的な結合効率が低下し、
応用上大きな問題となる。
【００１８】また、クラッド層を薄くしすぎると、活性
層を導波するレーザ光の上下クラッド層へのしみだし光
の一部がｎ型ＧａＡｓ基板、およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層にまでしみだして吸収され、表１に示したよう
に、活性層の導波路損αが顕著に増加（５．６ｃ
ｍ−１）する。このため、実屈折率導波型レーザのメリ
ットが大幅に減少してしまう。
層を導波するレーザ光の上下クラッド層へのしみだし光
の一部がｎ型ＧａＡｓ基板、およびｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層にまでしみだして吸収され、表１に示したよう
に、活性層の導波路損αが顕著に増加（５．６ｃ
ｍ−１）する。このため、実屈折率導波型レーザのメリ
ットが大幅に減少してしまう。
【００１９】高い光出力で安定して光ピックアップを動
作させるためには、使用する光出力範囲において動作電
流と光出力との関係に「キンク」が発生してはならな
い。
作させるためには、使用する光出力範囲において動作電
流と光出力との関係に「キンク」が発生してはならな
い。
【００２０】図１３は、動作電流と光出力との関係にキ
ンクが生じた場合を例示するグラフ図である。同図に表
したように、キンクは、動作電流Ｉｏｐと光出力Ｐｏと
の関係を表すプロット上の大きな折れ曲がりであり、キ
ンク点の前後で光ピックアップは安定に動作しなくな
る。長期信頼性も勘案すると、キンクが発生する光出力
（「キンクレベル」と通称される）は、使用する光出力
範囲の外であることはもちろん、できるだけ高いレベル
であることが望ましい。
ンクが生じた場合を例示するグラフ図である。同図に表
したように、キンクは、動作電流Ｉｏｐと光出力Ｐｏと
の関係を表すプロット上の大きな折れ曲がりであり、キ
ンク点の前後で光ピックアップは安定に動作しなくな
る。長期信頼性も勘案すると、キンクが発生する光出力
（「キンクレベル」と通称される）は、使用する光出力
範囲の外であることはもちろん、できるだけ高いレベル
であることが望ましい。
【００２１】図１４は、キンクが発生する原因を説明す
るための概念図である。すなわち、同図（ａ）に表した
ように、レーザの活性層４０７に電流が注入されて発光
部が形成される。そして、図１４（ｂ）に表したよう
に、横モード、すなわち活性層４０７の接合面に対して
平行な方向の光強度分布が、基本モード（０次モード）
から１次モードに変化することにより、キンクが発生す
る。
るための概念図である。すなわち、同図（ａ）に表した
ように、レーザの活性層４０７に電流が注入されて発光
部が形成される。そして、図１４（ｂ）に表したよう
に、横モード、すなわち活性層４０７の接合面に対して
平行な方向の光強度分布が、基本モード（０次モード）
から１次モードに変化することにより、キンクが発生す
る。
【００２２】ＭＱＷ活性層を有するリッジ型半導体レー
ザでは、光出力が低い動作条件において、中央部で最大
の強度となる単峰性光強度分布の基本モードに対する利
得係数が１次モードあるいはそれ以上のモードの利得係
数よりも高く、安定して発振しやすい。このため、一定
の光出力までは、基本モードで安定に動作する。
ザでは、光出力が低い動作条件において、中央部で最大
の強度となる単峰性光強度分布の基本モードに対する利
得係数が１次モードあるいはそれ以上のモードの利得係
数よりも高く、安定して発振しやすい。このため、一定
の光出力までは、基本モードで安定に動作する。
【００２３】しかし、光出力が数十ｍＷ以上となる高出
力条件、あるいは電流１００ｍＡ以上の高注入電流条件
においては、最も多数の電子−正孔対の反転分布が発生
していたリッジ中央部では、高い強度の光電界の存在に
よって、逆に電子−正孔対の反転分布が存在しにくくな
る。これを「空間的ホールバーニング」と呼ぶ。また、
多数のキャリア注入によって屈折率が低下する「プラズ
マ効果」が影響して屈折率が低下することも相俟って、
基本モードよりも、１次モードをはじめとする、より高
次のモードが最大利得を有するようになり、モード変化
が発生する。
力条件、あるいは電流１００ｍＡ以上の高注入電流条件
においては、最も多数の電子−正孔対の反転分布が発生
していたリッジ中央部では、高い強度の光電界の存在に
よって、逆に電子−正孔対の反転分布が存在しにくくな
る。これを「空間的ホールバーニング」と呼ぶ。また、
多数のキャリア注入によって屈折率が低下する「プラズ
マ効果」が影響して屈折率が低下することも相俟って、
基本モードよりも、１次モードをはじめとする、より高
次のモードが最大利得を有するようになり、モード変化
が発生する。
【００２４】このような、横モード変化を低減するた
め、高光出力、高電流注入の条件においても基本モード
と高次のモードとの利得差を維持することが必要にな
る。その方策の一つとして、実効屈折率差Δｎeff を小
さくすることが考えられる。リッジ内の活性層を導波す
るレーザ光に対する実効屈折率ｎ1eff とリッジ外の活
性層を導波するレーザ光に対する実効屈折率ｎ2eff と
の差を表す実効屈折率差Δｎeff＝ｎ1eff−ｎ2eff が小
さければ小さいほど、基本モードと高次横モードの利得
差が大きくなるためである。
め、高光出力、高電流注入の条件においても基本モード
と高次のモードとの利得差を維持することが必要にな
る。その方策の一つとして、実効屈折率差Δｎeff を小
さくすることが考えられる。リッジ内の活性層を導波す
るレーザ光に対する実効屈折率ｎ1eff とリッジ外の活
性層を導波するレーザ光に対する実効屈折率ｎ2eff と
の差を表す実効屈折率差Δｎeff＝ｎ1eff−ｎ2eff が小
さければ小さいほど、基本モードと高次横モードの利得
差が大きくなるためである。
【００２５】鴫原は、このような考えに基づいて、特開
平１１−２３３８８３号公報において、ｐクラッド層お
よびｎクラッド層の屈折率が活性層から離れるにしたが
って減少する屈折率分布を有し、かつ、ｐクラッド層よ
りもｎクラッド層の屈折率が高いか、あるいはｐクラッ
ド層厚よりもｎクラッド層厚が厚くなる、活性層に対し
て非対称なクラッド層構造を有するＡｌＧａＡｓ系半導
体レーザを開示した。この構造により、接合面に対して
垂直な方向の光強度分布を活性層からｎクラッド層へシ
フトさせることにより、Δｎeff を小さくし、キンクレ
ベルを向上させるとしている。しかしながら、この構造
は実用上大きな問題があった。
平１１−２３３８８３号公報において、ｐクラッド層お
よびｎクラッド層の屈折率が活性層から離れるにしたが
って減少する屈折率分布を有し、かつ、ｐクラッド層よ
りもｎクラッド層の屈折率が高いか、あるいはｐクラッ
ド層厚よりもｎクラッド層厚が厚くなる、活性層に対し
て非対称なクラッド層構造を有するＡｌＧａＡｓ系半導
体レーザを開示した。この構造により、接合面に対して
垂直な方向の光強度分布を活性層からｎクラッド層へシ
フトさせることにより、Δｎeff を小さくし、キンクレ
ベルを向上させるとしている。しかしながら、この構造
は実用上大きな問題があった。
【００２６】たとえば、ＩｎＧａＡｌＰ系のクラッド層
Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌＸ）０ ．５Ｐの屈折率は、
Ａｌ組成ｘによって決定される。屈折率を変化させるた
めには、レーザ結晶を作製するＭＯＣＶＤ（Metal-Orga
nic Chemical Vapor Deposition）結晶成長時のＡｌ組
成を変化させなければならない。ＩｎＧａＡｌＰにおけ
るＡｌ組成は、結晶成長に用いる有機金属ガスであるＴ
ＭＡ（Tri-Methyl Aluminium）、ＴＭＧ（Tri-Methyl G
allium）、ＴＭＩ（Tri-Methyl Indium）、ホスフィン
（ＰＨ３）及びそれぞれのプロセスガスの流量比によっ
て決定される。半導体レーザの量産に際して再現性のあ
る結晶成長を行なうためには、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置
でプロセスガスの流量を制御するマスフローメータの設
定値は、流量を変える都度、較正を行なう必要がある。
特開平１１−２３３８８３号公報に開示されている構造
を実現するためには、要する較正時間と費用が莫大であ
り、量産製品として実用的に実施できるものとは言い難
い。
Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌＸ）０ ．５Ｐの屈折率は、
Ａｌ組成ｘによって決定される。屈折率を変化させるた
めには、レーザ結晶を作製するＭＯＣＶＤ（Metal-Orga
nic Chemical Vapor Deposition）結晶成長時のＡｌ組
成を変化させなければならない。ＩｎＧａＡｌＰにおけ
るＡｌ組成は、結晶成長に用いる有機金属ガスであるＴ
ＭＡ（Tri-Methyl Aluminium）、ＴＭＧ（Tri-Methyl G
allium）、ＴＭＩ（Tri-Methyl Indium）、ホスフィン
（ＰＨ３）及びそれぞれのプロセスガスの流量比によっ
て決定される。半導体レーザの量産に際して再現性のあ
る結晶成長を行なうためには、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置
でプロセスガスの流量を制御するマスフローメータの設
定値は、流量を変える都度、較正を行なう必要がある。
特開平１１−２３３８８３号公報に開示されている構造
を実現するためには、要する較正時間と費用が莫大であ
り、量産製品として実用的に実施できるものとは言い難
い。
【００２７】さらに、特開平１１−２３３８８３号公報
において開示されている構造は、ｐクラッド層をリッジ
型に形成した後、電流を注入する部分を除いて絶縁膜で
覆った、いわゆる「ベアリッジ型」と呼ばれる構造と、
リッジ型のＰクラッド層の両脇をｎ型ＧａＡｓで覆った
複素屈折率型構造である。ベアリッジ型の構造は、ｐク
ラッド層が薄い絶縁膜のみで絶縁されているため、物理
的に脆弱で、無効リーク電流が発生しやすい。また、複
素屈折率型構造は、より高い光出力を得るためのレーザ
としては適当でない。
において開示されている構造は、ｐクラッド層をリッジ
型に形成した後、電流を注入する部分を除いて絶縁膜で
覆った、いわゆる「ベアリッジ型」と呼ばれる構造と、
リッジ型のＰクラッド層の両脇をｎ型ＧａＡｓで覆った
複素屈折率型構造である。ベアリッジ型の構造は、ｐク
ラッド層が薄い絶縁膜のみで絶縁されているため、物理
的に脆弱で、無効リーク電流が発生しやすい。また、複
素屈折率型構造は、より高い光出力を得るためのレーザ
としては適当でない。
【００２８】一方、横モード変化を低減するためのもう
一つの方策として、リッジ底部の幅ＷＬを狭くすること
が考えられる。リッジ幅を狭くした場合、Δｎeffは変
化しないが、高次モードの光強度分布がピークとなるリ
ッジ周辺の活性層を伝搬するレーザ光は、クラッド層外
へ光が漏れ出して消失する、いわゆる「リーキーモー
ド」に近くなって、高次モードの損失係数が、基本モー
ドの損失係数に比べ、高次モードの損失係数が顕著に増
大する。また、電流狭窄幅が減少することから、高次モ
ード発振のため必要なリッジ周辺部分の利得が得られに
くくなる。これらの効果によって、高次モードが抑圧さ
れる。しかしながら、従来構造では、リッジの狭幅化が
行ないにくかった。
一つの方策として、リッジ底部の幅ＷＬを狭くすること
が考えられる。リッジ幅を狭くした場合、Δｎeffは変
化しないが、高次モードの光強度分布がピークとなるリ
ッジ周辺の活性層を伝搬するレーザ光は、クラッド層外
へ光が漏れ出して消失する、いわゆる「リーキーモー
ド」に近くなって、高次モードの損失係数が、基本モー
ドの損失係数に比べ、高次モードの損失係数が顕著に増
大する。また、電流狭窄幅が減少することから、高次モ
ード発振のため必要なリッジ周辺部分の利得が得られに
くくなる。これらの効果によって、高次モードが抑圧さ
れる。しかしながら、従来構造では、リッジの狭幅化が
行ないにくかった。
【００２９】光ディスク用光ピックアップに用いられる
リッジ型の半導体レーザでは、主として（１００）を主
面とするか、あるいは（１００）から［１１０］などの
結晶軸方向へ数度から１５度傾けた面を主面とするＧａ
Ａｓ基板を用いている。リッジ形成後の電流阻止層の形
成のため、良好な結晶性を有する成長を行なうには、リ
ッジ両脇の側面も良好な結晶性を有することが必要であ
り、リッジ両脇のエッチング除去のため、（１１１）Ａ
面が露出するような反応律速性のウェットエッチングが
用いられることが多い。このようなエッチングでは、リ
ッジ断面は、図１１あるいは図１４に表したように台形
となり、底部幅ＷＬを狭くすると、それに連動してリッ
ジ上部幅Ｗｕは狭くなる。たとえば、ＷＬを４μｍとす
る場合に、Ｗｕは２μｍ程度となる場合がある。先に説
明したように、このようなＷｕの減少は、素子抵抗の顕
著な増加を招き、動作に必要な印加電圧の増加となっ
て、光ディスクへの応用上支障が生じる。
リッジ型の半導体レーザでは、主として（１００）を主
面とするか、あるいは（１００）から［１１０］などの
結晶軸方向へ数度から１５度傾けた面を主面とするＧａ
Ａｓ基板を用いている。リッジ形成後の電流阻止層の形
成のため、良好な結晶性を有する成長を行なうには、リ
ッジ両脇の側面も良好な結晶性を有することが必要であ
り、リッジ両脇のエッチング除去のため、（１１１）Ａ
面が露出するような反応律速性のウェットエッチングが
用いられることが多い。このようなエッチングでは、リ
ッジ断面は、図１１あるいは図１４に表したように台形
となり、底部幅ＷＬを狭くすると、それに連動してリッ
ジ上部幅Ｗｕは狭くなる。たとえば、ＷＬを４μｍとす
る場合に、Ｗｕは２μｍ程度となる場合がある。先に説
明したように、このようなＷｕの減少は、素子抵抗の顕
著な増加を招き、動作に必要な印加電圧の増加となっ
て、光ディスクへの応用上支障が生じる。
【００３０】これらの点を考慮して、野村らと、宮下ら
は、リッジ形成にドライエッチングを用いて、矩形に近
い断面形状を有するリッジ形成を行なって高出力レーザ
を作製したと報告している（それぞれ、第４７回応用物
理学関係連合講演会 講演予稿集、２９ａ−Ｎ−８、２
９ａ−Ｎ−７、２０００年３月）。しかしながら、化合
物半導体のドライエッチングは、面内のエッチング速度
ばらつきが大きい。
は、リッジ形成にドライエッチングを用いて、矩形に近
い断面形状を有するリッジ形成を行なって高出力レーザ
を作製したと報告している（それぞれ、第４７回応用物
理学関係連合講演会 講演予稿集、２９ａ−Ｎ−８、２
９ａ−Ｎ−７、２０００年３月）。しかしながら、化合
物半導体のドライエッチングは、面内のエッチング速度
ばらつきが大きい。
【００３１】ウェットエッチングの場合、リッジ部に比
べてエッチング速度が顕著に遅い半導体結晶によるエッ
チングストップ層を設けることにより、エッチング深さ
のばらつきを低減することができる。このよらうなエッ
チングストップ層は、リッジ直下部にリッジ部の化合物
半導体結晶と異なる組成を有する化合物半導体結晶から
なる層を設けることにより形成できる。これに対して、
ドライエッチングでは、反応律速のエッチングを行ない
にくいため、エッチングストップ層を設けることも困難
である。このため、拡がり角やキンクレベルに多大な影
響を与えるリッジ寸法を精密に制御することが困難であ
り、生産性に乏しかった。
べてエッチング速度が顕著に遅い半導体結晶によるエッ
チングストップ層を設けることにより、エッチング深さ
のばらつきを低減することができる。このよらうなエッ
チングストップ層は、リッジ直下部にリッジ部の化合物
半導体結晶と異なる組成を有する化合物半導体結晶から
なる層を設けることにより形成できる。これに対して、
ドライエッチングでは、反応律速のエッチングを行ない
にくいため、エッチングストップ層を設けることも困難
である。このため、拡がり角やキンクレベルに多大な影
響を与えるリッジ寸法を精密に制御することが困難であ
り、生産性に乏しかった。
【００３２】本発明はかかる課題の認識に基づいてなさ
れたものであり、その目的は、素子抵抗を増加させるこ
となく、光拡がり角度やキンク特性、温度特性に優れた
半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することにあ
る。
れたものであり、その目的は、素子抵抗を増加させるこ
となく、光拡がり角度やキンク特性、温度特性に優れた
半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することにあ
る。
【００３３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザ装置は、層厚方向に一定の屈
折率を有する第１導電型のクラッド層と、前記第１導電
型のクラッド層の上に設けられた活性層と、前記活性層
の上に設けられ、層厚方向に一定の屈折率を有し、その
上部にレーザ共振方向に対して平行に延設されたリッジ
を有する、第２導電型のクラッド層と、前記リッジの両
脇に設けられた電流阻止層と、を備え、前記電流阻止層
により狭窄された電流が前記リッジの上面を介して前記
活性層に注入され、前記第１導電型及び第２導電型のク
ラッド層は、略同一の組成の半導体からなり、前記第１
導電型のクラッド層の層厚は、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含んだ層厚よりも大きいことを特徴
とする。上記構成によれば、素子抵抗が低く、高効率
で、キンクレベルが高く、かつ、高温動作可能な光ディ
スク用途に好適な高出力の半導体レーザ装置を実現でき
る。
に、本発明の半導体レーザ装置は、層厚方向に一定の屈
折率を有する第１導電型のクラッド層と、前記第１導電
型のクラッド層の上に設けられた活性層と、前記活性層
の上に設けられ、層厚方向に一定の屈折率を有し、その
上部にレーザ共振方向に対して平行に延設されたリッジ
を有する、第２導電型のクラッド層と、前記リッジの両
脇に設けられた電流阻止層と、を備え、前記電流阻止層
により狭窄された電流が前記リッジの上面を介して前記
活性層に注入され、前記第１導電型及び第２導電型のク
ラッド層は、略同一の組成の半導体からなり、前記第１
導電型のクラッド層の層厚は、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含んだ層厚よりも大きいことを特徴
とする。上記構成によれば、素子抵抗が低く、高効率
で、キンクレベルが高く、かつ、高温動作可能な光ディ
スク用途に好適な高出力の半導体レーザ装置を実現でき
る。
【００３４】ここで、前記電流阻止層は、前記クラッド
層よりもバンドギャップが広く且つ前記クラッド層より
も屈折率が小さい半導体からなるものとすることができ
る。
層よりもバンドギャップが広く且つ前記クラッド層より
も屈折率が小さい半導体からなるものとすることができ
る。
【００３５】すなわち、実屈折率導波型の構造とするこ
とにより、光の拡がり角を好適にすることができる。
とにより、光の拡がり角を好適にすることができる。
【００３６】また、前記第２導電型のクラッド層は、前
記リッジの下に設けられた第２のクラッド層と、前記リ
ッジを構成する第３のクラッド層と、からなり、前記第
２のクラッド層と前記第３のクラッド層との間に、これ
らクラッド層とは異なる組成を有する半導体層が挿入さ
れてなるものとすることができる。
記リッジの下に設けられた第２のクラッド層と、前記リ
ッジを構成する第３のクラッド層と、からなり、前記第
２のクラッド層と前記第３のクラッド層との間に、これ
らクラッド層とは異なる組成を有する半導体層が挿入さ
れてなるものとすることができる。
【００３７】すなわち、エッチングストップ層を設ける
ことにより、リッジを確実且つ容易に形成することがで
きる。
ことにより、リッジを確実且つ容易に形成することがで
きる。
【００３８】また、前記電流阻止層と前記リッジの上面
の上を覆うように設けられた第２導電型の埋込クラッド
層をさらに備え、前記埋込クラッド層は、前記第１導電
型のクラッド層と略同一の組成の半導体からなるものと
することができる。
の上を覆うように設けられた第２導電型の埋込クラッド
層をさらに備え、前記埋込クラッド層は、前記第１導電
型のクラッド層と略同一の組成の半導体からなるものと
することができる。
【００３９】すなわち、埋込クラッド層を設けることに
より、高性能の高出力型レーザを得ることができる。
より、高性能の高出力型レーザを得ることができる。
【００４０】また、前記活性層は、少なくとも２種類の
半導体層を積層した積層構造を有し、レーザ光が放出さ
れる端面付近に亜鉛（Ｚｎ）が選択的に導入され前記活
性層の前記積層構造が前記端面付近において無秩序化さ
れてなるものとすることができる。
半導体層を積層した積層構造を有し、レーザ光が放出さ
れる端面付近に亜鉛（Ｚｎ）が選択的に導入され前記活
性層の前記積層構造が前記端面付近において無秩序化さ
れてなるものとすることができる。
【００４１】すなわち、いわゆる窓構造を形成すること
により、ＣＯＤを防いで高出力型のレーザを得ることが
できる。
により、ＣＯＤを防いで高出力型のレーザを得ることが
できる。
【００４２】また、前記リッジは、反応律速性のエッチ
ングにより形成されてなるものとすることができる。
ングにより形成されてなるものとすることができる。
【００４３】すなわち、エッチング量の制御が容易とな
り、クラッド層の層厚を精密に制御することができる。
り、クラッド層の層厚を精密に制御することができる。
【００４４】また、前記第１導電型及び第２導電型のク
ラッド層は、それぞれＩｎＧａＡｌＰからなり、前記第
１導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型のクラ
ッド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、２．５μ
ｍ以上３．５μｍ以下であり、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含まない層厚は、０．２μｍ以上
０．３μｍ以下であるものとすれば、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶ
Ｄ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書込み可能な光ディス
ク用途に好適な６５０ｎｍ帯の高出力半導体レーザを実
現できる。
ラッド層は、それぞれＩｎＧａＡｌＰからなり、前記第
１導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型のクラ
ッド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、２．５μ
ｍ以上３．５μｍ以下であり、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含まない層厚は、０．２μｍ以上
０．３μｍ以下であるものとすれば、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶ
Ｄ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書込み可能な光ディス
ク用途に好適な６５０ｎｍ帯の高出力半導体レーザを実
現できる。
【００４５】また、前記レーザ共振方向に対して垂直な
方向にみた前記リッジの底部の幅は、２．５μｍ以上
３．５μｍ以下であるものとすれば、高出力で光の拡が
り特性が良好な半導体レーザを容易に得ることができ
る。
方向にみた前記リッジの底部の幅は、２．５μｍ以上
３．５μｍ以下であるものとすれば、高出力で光の拡が
り特性が良好な半導体レーザを容易に得ることができ
る。
【００４６】また、前記活性層は、井戸層と障壁層とを
交互に積層した多重量子井戸構造を有し、前記多重量子
井戸構造における前記井戸層の層数は、３層以上５層以
下であり、それぞれの前記井戸層の層厚は、４ｎｍ以上
７ｎｍ以下であり、０％以上２％以下の圧縮歪みが印加
されてなるものとすれば、高効率で高性能を有するＤＶ
Ｄ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書込み可
能な光ディスク用途に好適な６５０ｎｍ帯の高出力半導
体レーザを実現できる。
交互に積層した多重量子井戸構造を有し、前記多重量子
井戸構造における前記井戸層の層数は、３層以上５層以
下であり、それぞれの前記井戸層の層厚は、４ｎｍ以上
７ｎｍ以下であり、０％以上２％以下の圧縮歪みが印加
されてなるものとすれば、高効率で高性能を有するＤＶ
Ｄ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭなどの書込み可
能な光ディスク用途に好適な６５０ｎｍ帯の高出力半導
体レーザを実現できる。
【００４７】また、前記第１導電型及び第２導電型のク
ラッド層は、それぞれＡｌＧａＡｓからなり、前記第１
導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、４μｍ以上
６μｍ以下であり、前記リッジの側面の傾斜角は、８０
度以上であり、前記レーザ共振方向に対して垂直な方向
にみた前記リッジの底部の幅は、２μｍ以上３μｍ以下
であるものとすれば、高信頼性を有し、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ
などの光ディスク用途に好適な、７８０ｎｍ帯の半導体
レーザを実現できる。
ラッド層は、それぞれＡｌＧａＡｓからなり、前記第１
導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型のクラッ
ド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、４μｍ以上
６μｍ以下であり、前記リッジの側面の傾斜角は、８０
度以上であり、前記レーザ共振方向に対して垂直な方向
にみた前記リッジの底部の幅は、２μｍ以上３μｍ以下
であるものとすれば、高信頼性を有し、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ
などの光ディスク用途に好適な、７８０ｎｍ帯の半導体
レーザを実現できる。
【００４８】また、レーザ光の出射側端面に、前記レー
ザ光に対して１５％以下の反射率を有する反射膜が設け
られ、前記出射側端面とは反対側の端面に、前記レーザ
光に対して９０％以上の反射率を有する反射膜が設けら
れたものとすれば、高性能の高出力半導体レーザを実現
できる。一方、本発明の半導体レーザ装置の製造方法
は、層厚方向に一定の屈折率を有する第１導電型の第１
のクラッド層を形成する工程と、前記第１導電型のクラ
ッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上
に、層厚方向に一定の屈折率を有し前記第１のクラッド
層と略同一の組成の半導体からなる第２導電型の第２の
クラッド層を形成する工程と、前記第２のクラッド層の
上に、前記第２のクラッド層とは異なる組成の半導体か
らなるエッチングストップ層を形成する工程と、前記エ
ッチングストップ層の上に、層厚方向に一定の屈折率を
有し前記第２のクラッド層と略同一の組成の第２導電型
の半導体からなり、その層厚と前記第２のクラッド層の
層厚とを合計した層厚が、前記第１のクラッド層の層厚
よりも小さくなるように、第３のクラッド層を形成する
工程と、前記第３のクラッド層の上にストライプ状のマ
スクを形成する工程と、前記マスクにより覆われていな
い前記第３のクラッド層を反応律速性のウエットエッチ
ング液によりエッチングして、リッジを形成する工程
と、前記リッジの両脇に電流阻止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする。
ザ光に対して１５％以下の反射率を有する反射膜が設け
られ、前記出射側端面とは反対側の端面に、前記レーザ
光に対して９０％以上の反射率を有する反射膜が設けら
れたものとすれば、高性能の高出力半導体レーザを実現
できる。一方、本発明の半導体レーザ装置の製造方法
は、層厚方向に一定の屈折率を有する第１導電型の第１
のクラッド層を形成する工程と、前記第１導電型のクラ
ッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上
に、層厚方向に一定の屈折率を有し前記第１のクラッド
層と略同一の組成の半導体からなる第２導電型の第２の
クラッド層を形成する工程と、前記第２のクラッド層の
上に、前記第２のクラッド層とは異なる組成の半導体か
らなるエッチングストップ層を形成する工程と、前記エ
ッチングストップ層の上に、層厚方向に一定の屈折率を
有し前記第２のクラッド層と略同一の組成の第２導電型
の半導体からなり、その層厚と前記第２のクラッド層の
層厚とを合計した層厚が、前記第１のクラッド層の層厚
よりも小さくなるように、第３のクラッド層を形成する
工程と、前記第３のクラッド層の上にストライプ状のマ
スクを形成する工程と、前記マスクにより覆われていな
い前記第３のクラッド層を反応律速性のウエットエッチ
ング液によりエッチングして、リッジを形成する工程
と、前記リッジの両脇に電流阻止層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００４９】上記構成によれば、生産性に優れた光ディ
スク用途の高出力半導体レーザの製造が可能となる。
スク用途の高出力半導体レーザの製造が可能となる。
【００５０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００５１】（第１の実施の形態）図１は、本発明の実
施の形態にかかる半導体レーザ装置の要部を表す一部断
面斜視図である。
施の形態にかかる半導体レーザ装置の要部を表す一部断
面斜視図である。
【００５２】また、図２は、その光出射端面付近の断面
図であり、図３は、その共振器中央付近の断面図であ
る。すなわち、これらの断面図は、レーザの光放出端面
に対して平行な方向に切断した断面構造を表す。
図であり、図３は、その共振器中央付近の断面図であ
る。すなわち、これらの断面図は、レーザの光放出端面
に対して平行な方向に切断した断面構造を表す。
【００５３】本実施形態の半導体レーザ装置の要部構造
についてまず説明すると、第１導電型の結晶基板１０２
の上に、第１導電型の第１クラッド層１０３、ＭＱＷ活
性層１０７、第２導電型の第２クラッド層１０８、第２
導電型のエッチングストップ層１０９が順次積層され、
この上に、第２導電型の第３クラッド層１１０と第２導
電型の通電容易層１１１がリッジ状に設けられている。
そして、このリッジの両側に第１導電型の電流阻止層１
１３が設けられ、これらの上を覆うように、第２導電型
のコンタクト層１１４が設けられている。そして、基板
１０２の裏面には第１導電型のための電極１０１が設け
られ、コンタクト層１１４の上には第２導電型のための
電極１１５が設けられている。
についてまず説明すると、第１導電型の結晶基板１０２
の上に、第１導電型の第１クラッド層１０３、ＭＱＷ活
性層１０７、第２導電型の第２クラッド層１０８、第２
導電型のエッチングストップ層１０９が順次積層され、
この上に、第２導電型の第３クラッド層１１０と第２導
電型の通電容易層１１１がリッジ状に設けられている。
そして、このリッジの両側に第１導電型の電流阻止層１
１３が設けられ、これらの上を覆うように、第２導電型
のコンタクト層１１４が設けられている。そして、基板
１０２の裏面には第１導電型のための電極１０１が設け
られ、コンタクト層１１４の上には第２導電型のための
電極１１５が設けられている。
【００５４】本発明では、第１クラッド層１０３、第２
クラッド層１０８、第３クラッド層１１０それぞれのＡ
ｌ組成を略一致させて層内で均一とし、かつ第１クラッ
ド層１０３の厚さＴｎを第２クラッド層１０８と第３ク
ラッド層１１０の厚さを足し合わせたＴｐよりも大とし
ている。
クラッド層１０８、第３クラッド層１１０それぞれのＡ
ｌ組成を略一致させて層内で均一とし、かつ第１クラッ
ド層１０３の厚さＴｎを第２クラッド層１０８と第３ク
ラッド層１１０の厚さを足し合わせたＴｐよりも大とし
ている。
【００５５】このようにすると、垂直方向及び水平方向
の光の拡がり角度を好適にし、キンクの発生も抑制し、
さらに素子抵抗も低くすることができる。これらの効果
については、後に詳述する。
の光の拡がり角度を好適にし、キンクの発生も抑制し、
さらに素子抵抗も低くすることができる。これらの効果
については、後に詳述する。
【００５６】また同時に、各クラッド層のＡｌ組成を一
致させ、かつ、層内で組成を一定にすることにより、従
来技術で問題となっていた頻繁なマスフローメータの較
正が不要であり、高い生産性を有している。
致させ、かつ、層内で組成を一定にすることにより、従
来技術で問題となっていた頻繁なマスフローメータの較
正が不要であり、高い生産性を有している。
【００５７】次に、本実施形態の半導体レーザ装置の各
部の構成についてさらに詳細に説明する。
部の構成についてさらに詳細に説明する。
【００５８】まず、第１導電型の結晶基板１０２として
は、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いることができ、その上に設
ける第１クラッド層１０３としては、ｎ型Ｉｎ
０．５（Ｇａ １−ＸＡｌＸ）０．５Ｐ層（Ａｌ組成ｘ＝
０．７）を用いることができる。
は、ｎ型ＧａＡｓ基板を用いることができ、その上に設
ける第１クラッド層１０３としては、ｎ型Ｉｎ
０．５（Ｇａ １−ＸＡｌＸ）０．５Ｐ層（Ａｌ組成ｘ＝
０．７）を用いることができる。
【００５９】活性層１０７としては、一対のアンドープ
のＩｎ０．５（Ｇａ１−ｙＡｌｙ） ０．５Ｐ層光ガイド
層１０４の間に、アンドープのＩｎＧａＰ井戸層１０５
と、アンドープのＩｎ０．５（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）
０．５Ｐ障壁層１０６とを交互に積層したＭＱＷ（Mult
iple QuantumWell）構造を用いることがてきる。このＭ
ＱＷ構造には、例えば０〜２％の圧縮ひずみを印加す
る。このような圧縮歪を導入することにより、活性層の
微分利得を増大させ、発振しきい値Ｉthを低減し、発光
効率ＳＥ（Slope Efficiency）の増加を図って、より高
い光出力が得られるようにするとともに、目的とする発
振モードであるＴＥモードの利得がＴＭモードの利得よ
りも大きくし、発振モードの安定化を図ることができ
る。
のＩｎ０．５（Ｇａ１−ｙＡｌｙ） ０．５Ｐ層光ガイド
層１０４の間に、アンドープのＩｎＧａＰ井戸層１０５
と、アンドープのＩｎ０．５（Ｇａ１−ｙＡｌｙ）
０．５Ｐ障壁層１０６とを交互に積層したＭＱＷ（Mult
iple QuantumWell）構造を用いることがてきる。このＭ
ＱＷ構造には、例えば０〜２％の圧縮ひずみを印加す
る。このような圧縮歪を導入することにより、活性層の
微分利得を増大させ、発振しきい値Ｉthを低減し、発光
効率ＳＥ（Slope Efficiency）の増加を図って、より高
い光出力が得られるようにするとともに、目的とする発
振モードであるＴＥモードの利得がＴＭモードの利得よ
りも大きくし、発振モードの安定化を図ることができ
る。
【００６０】図２及び図３においては、井戸層１０５を
２層としたＤＱＷ（Double QuantumWell）構造を表し
た。高い効率で数１０ｍＷ以上の高出力が得られるＩｎ
ＧａＡｌＰ系のレーザを作製するためには、井戸層数は
２〜５個、井戸層の厚さが４ｎｍ〜７ｎｍの範囲であ
り、井戸数と井戸層厚を乗じた総膜厚を１００ｎｍ〜３
００ｎｍの範囲内に設定するのが望ましい。
２層としたＤＱＷ（Double QuantumWell）構造を表し
た。高い効率で数１０ｍＷ以上の高出力が得られるＩｎ
ＧａＡｌＰ系のレーザを作製するためには、井戸層数は
２〜５個、井戸層の厚さが４ｎｍ〜７ｎｍの範囲であ
り、井戸数と井戸層厚を乗じた総膜厚を１００ｎｍ〜３
００ｎｍの範囲内に設定するのが望ましい。
【００６１】また、障壁層１０６および光ガイド層１０
４のＡｌ組成ｙ＝０．４〜０．６とすることにより、ク
ラッド層１０３、１０８とのバンドギャップ差を維持し
て、高出力・高温動作時のキャリアオーバフローによる
電流リークを低減し、良好な高温・高出力動作を実現す
るとともに、クラッド層とのバンドギャップ差を大きく
しすぎて、バンドギャップ不連続によって、良好なキャ
リア注入が行なわれない現象の発生を防止している。
４のＡｌ組成ｙ＝０．４〜０．６とすることにより、ク
ラッド層１０３、１０８とのバンドギャップ差を維持し
て、高出力・高温動作時のキャリアオーバフローによる
電流リークを低減し、良好な高温・高出力動作を実現す
るとともに、クラッド層とのバンドギャップ差を大きく
しすぎて、バンドギャップ不連続によって、良好なキャ
リア注入が行なわれない現象の発生を防止している。
【００６２】ＭＱＷ活性層１０７の上に設ける第２クラ
ッド層１０８としては、ｐ型Ｉｎ０ ．５（Ｇａ１−ＸＡ
ｌＸ）０．５Ｐを用いることができる。第２クラッド層
は、その上に形成するエッチングストップ層とあわせ
て、リッジ構造脇のクラッド層平坦部を形成し、拡がり
角やΔｎeffに大きな影響を与えるリッジ平坦部高さｈ
を制御精度を高め、これにより、特性の再現性に優れた
レーザ素子を提供できる。第２クラッド層１０８のＡｌ
組成ｘも、０．７としている。
ッド層１０８としては、ｐ型Ｉｎ０ ．５（Ｇａ１−ＸＡ
ｌＸ）０．５Ｐを用いることができる。第２クラッド層
は、その上に形成するエッチングストップ層とあわせ
て、リッジ構造脇のクラッド層平坦部を形成し、拡がり
角やΔｎeffに大きな影響を与えるリッジ平坦部高さｈ
を制御精度を高め、これにより、特性の再現性に優れた
レーザ素子を提供できる。第２クラッド層１０８のＡｌ
組成ｘも、０．７としている。
【００６３】第２クラッド層１０８の上に設けるエッチ
ングストップ層１０９としては、ｐ型Ｉｎｑ（Ｇａ
１−ＺＡｌＺ）１−ｑＰを用いることができ、その上の
第３クラッド層１１０としては、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ
１−ＸＡｌＸ）０．５Ｐを用いることができる。第３ク
ラッド層１１０のＡｌ組成も、第１及び第２クラッド層
と同じｘ＝０．７とする。
ングストップ層１０９としては、ｐ型Ｉｎｑ（Ｇａ
１−ＺＡｌＺ）１−ｑＰを用いることができ、その上の
第３クラッド層１１０としては、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ
１−ＸＡｌＸ）０．５Ｐを用いることができる。第３ク
ラッド層１１０のＡｌ組成も、第１及び第２クラッド層
と同じｘ＝０．７とする。
【００６４】また、リッジの上部に設ける通電容易層１
１１としては、第３クラッド層１１０とコンタクト層１
１４との中間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰを用
いることができる。一方、リッジの両側に設ける電流阻
止層１１３としては、発光波長に対して透明なｎ型Ｉｎ
ＡｌＰを用い、コンタクト層１１４としては、バンドギ
ャップが狭いｐ型ＧａＡｓを用いることができる。
１１としては、第３クラッド層１１０とコンタクト層１
１４との中間のバンドギャップを有するＩｎＧａＰを用
いることができる。一方、リッジの両側に設ける電流阻
止層１１３としては、発光波長に対して透明なｎ型Ｉｎ
ＡｌＰを用い、コンタクト層１１４としては、バンドギ
ャップが狭いｐ型ＧａＡｓを用いることができる。
【００６５】またさらに、レーザ光が放出される出射側
の端面には、レーザ光に対して１５％以下の反射率を有
する低反射膜１２０が設けられ、出射側端面とは反対側
の端面には、レーザ光に対して９０％以上の反射率を有
する高反射膜１２１が設けられている。このようにすれ
ば、レーザ光を高い効率で出射側端面から放出させるこ
とができる。
の端面には、レーザ光に対して１５％以下の反射率を有
する低反射膜１２０が設けられ、出射側端面とは反対側
の端面には、レーザ光に対して９０％以上の反射率を有
する高反射膜１２１が設けられている。このようにすれ
ば、レーザ光を高い効率で出射側端面から放出させるこ
とができる。
【００６６】以上説明した構造において、第１クラッド
層１０３の厚さＴｎを、第２クラッド層１０８と第３ク
ラッド層１１０の厚さを足し合わせた厚さＴｐよりも大
きくする。このようにＴｎ＞Ｔｐとした非対称構造によ
る効果について以下に説明する。
層１０３の厚さＴｎを、第２クラッド層１０８と第３ク
ラッド層１１０の厚さを足し合わせた厚さＴｐよりも大
きくする。このようにＴｎ＞Ｔｐとした非対称構造によ
る効果について以下に説明する。
【００６７】図４は、半導体レーザ装置における屈折率
分布と光強度分布を表す模式図であり、同図（ａ）は本
発明の半導体レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上
下のクラッド層厚を同一とした半導体レーザ装置につい
ての屈折率分布及び光強度分布をそれぞれ表す。
分布と光強度分布を表す模式図であり、同図（ａ）は本
発明の半導体レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上
下のクラッド層厚を同一とした半導体レーザ装置につい
ての屈折率分布及び光強度分布をそれぞれ表す。
【００６８】また、図５は、半導体レーザ装置における
リッジの断面形状を表す模式図であり、同図（ａ）は本
発明の半導体レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上
下のクラッド層厚を同一とした半導体レーザ装置につい
てのリッジ形状をそれぞれ表す。
リッジの断面形状を表す模式図であり、同図（ａ）は本
発明の半導体レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上
下のクラッド層厚を同一とした半導体レーザ装置につい
てのリッジ形状をそれぞれ表す。
【００６９】まず、図４（ｂ）に表したように、上下ク
ラッド層４０３、４０８の厚みを同一にすると、接合面
に対して垂直な方向の光強度分布は、活性層４０７を中
心軸とした上下対称の分布となる。
ラッド層４０３、４０８の厚みを同一にすると、接合面
に対して垂直な方向の光強度分布は、活性層４０７を中
心軸とした上下対称の分布となる。
【００７０】これに対して、図４（ａ）に例示したよう
に、本発明においては、上下のクラッド層の層厚を非対
称とする。すると、光強度分布は活性層１０７の近傍に
おいて最大となり、ｐ型クラッド層１０８、１１０内で
は急峻に低下し、ｎ型クラッド層１０３内では緩やかに
低下する非対称な分布となる。つまり、上側のクラッド
層１０８、１１０における光の分布の割合を低減するこ
とができる。このため、ｐ型クラッド層１０８、１１０
の厚さを薄くしても、応用上問題と拡がり角θ ⊥の増大
などの特性変化を生じることなく、また、導波路損αの
増大も招かない。つまり、本発明によれば、図４（ａ）
に表したような上下非対称の分布を形成することによ
り、実屈折率導波型レーザのメリットも生かしつつ、上
側のクラッド層１０８、１１０の層厚を薄くすることが
できる。
に、本発明においては、上下のクラッド層の層厚を非対
称とする。すると、光強度分布は活性層１０７の近傍に
おいて最大となり、ｐ型クラッド層１０８、１１０内で
は急峻に低下し、ｎ型クラッド層１０３内では緩やかに
低下する非対称な分布となる。つまり、上側のクラッド
層１０８、１１０における光の分布の割合を低減するこ
とができる。このため、ｐ型クラッド層１０８、１１０
の厚さを薄くしても、応用上問題と拡がり角θ ⊥の増大
などの特性変化を生じることなく、また、導波路損αの
増大も招かない。つまり、本発明によれば、図４（ａ）
に表したような上下非対称の分布を形成することによ
り、実屈折率導波型レーザのメリットも生かしつつ、上
側のクラッド層１０８、１１０の層厚を薄くすることが
できる。
【００７１】このように上側のクラッド層１０８、１１
０の層厚を薄くすると、素子抵抗を増大することなく、
リッジ幅ＷＬを細くすることができる。
０の層厚を薄くすると、素子抵抗を増大することなく、
リッジ幅ＷＬを細くすることができる。
【００７２】例えば、図５（ｂ）に例示したような上下
対称のクラッド層を設けた場合には、図１２に関して前
述したように、クラッド層４０３、４０８の層厚を１．
１μｍ以下とすると光の拡がり角度などのレーザ特性が
要求を満足しない場合が多い。そして、リッジの形成方
法として好適なウエットエッチングを用いる場合には、
リッジの側面の傾斜角度は結晶方位に応じて固定される
ので、リッジ幅ＷＬ２に対してリッジ頂上幅Ｗｕ２の関
係も固定される。その結果として、適正な範囲の素子抵
抗を得るためには、リッジ幅ＷＬ２は４．０〜４．５μ
ｍが下限であり、これ以下とすることが非常に困難であ
った。
対称のクラッド層を設けた場合には、図１２に関して前
述したように、クラッド層４０３、４０８の層厚を１．
１μｍ以下とすると光の拡がり角度などのレーザ特性が
要求を満足しない場合が多い。そして、リッジの形成方
法として好適なウエットエッチングを用いる場合には、
リッジの側面の傾斜角度は結晶方位に応じて固定される
ので、リッジ幅ＷＬ２に対してリッジ頂上幅Ｗｕ２の関
係も固定される。その結果として、適正な範囲の素子抵
抗を得るためには、リッジ幅ＷＬ２は４．０〜４．５μ
ｍが下限であり、これ以下とすることが非常に困難であ
った。
【００７３】これに対して、本発明によれば、図４
（ａ）に表したように実屈折率導波型レーザのメリット
も生かしつつ、クラッド層１０８、１１０の層厚を薄く
することができる。その結果として、リッジ頂上幅Ｗｕ
１を小さくすることなく、リッジ底部幅ＷＬ１を小さく
することが可能となる。つまり、実用上問題となる素子
抵抗を増大することなく、所定の底部リッジ幅ＷＬ１を
得ることが可能となり、実屈折率導波型半導体レーザの
メリットが生かされ、高効率で、良好な高温動作を行な
う高出力半導体レーザが実現できる。
（ａ）に表したように実屈折率導波型レーザのメリット
も生かしつつ、クラッド層１０８、１１０の層厚を薄く
することができる。その結果として、リッジ頂上幅Ｗｕ
１を小さくすることなく、リッジ底部幅ＷＬ１を小さく
することが可能となる。つまり、実用上問題となる素子
抵抗を増大することなく、所定の底部リッジ幅ＷＬ１を
得ることが可能となり、実屈折率導波型半導体レーザの
メリットが生かされ、高効率で、良好な高温動作を行な
う高出力半導体レーザが実現できる。
【００７４】また一方、同じリッジ幅ＷＬ１を得る場合
には、リッジ頂上幅Ｗｕ１を従来（Ｗｕ２）より大幅に
大きくすることが可能となる。その結果として、素子抵
抗を低減し、高温動作特性や高出力特性を改善すること
ができる。
には、リッジ頂上幅Ｗｕ１を従来（Ｗｕ２）より大幅に
大きくすることが可能となる。その結果として、素子抵
抗を低減し、高温動作特性や高出力特性を改善すること
ができる。
【００７５】なお、特開平１１−２３３８８３号公報に
おいては明らかにされていないが、非対称クラッド層構
造においては、光強度分布が非対称となることで、ＦＦ
Ｐ（Far Field Pattern）のピークが若干ｎ側に傾く現
象が見られる。しかし、本発明者の試作・検討の結果に
よれば、実用的な素子パラメータを採用した場合の傾き
角度Δθ⊥ は、０．５度以内であり、測定誤差とアセ
ンブリ誤差を考慮すれば、問題ないレベルであることが
確認できた。
おいては明らかにされていないが、非対称クラッド層構
造においては、光強度分布が非対称となることで、ＦＦ
Ｐ（Far Field Pattern）のピークが若干ｎ側に傾く現
象が見られる。しかし、本発明者の試作・検討の結果に
よれば、実用的な素子パラメータを採用した場合の傾き
角度Δθ⊥ は、０．５度以内であり、測定誤差とアセ
ンブリ誤差を考慮すれば、問題ないレベルであることが
確認できた。
【００７６】図６は、実屈折率導波型レーザにおける光
の拡がり角度のデータをまとめた一覧表である。ここで
は、リッジ底部幅ＷＬ＝４．０μｍ、クラッド層の層厚
の合計（Ｔｐ＋Ｔｎ）＝一定（２．８μｍ）として、ｐ
型クラッド層の層厚の合計Ｔｐ、ｎ型クラッド層の層厚
Ｔｎを変化させた場合の拡がり角θ⊥とθ｜｜、導波路
損αを表す。
の拡がり角度のデータをまとめた一覧表である。ここで
は、リッジ底部幅ＷＬ＝４．０μｍ、クラッド層の層厚
の合計（Ｔｐ＋Ｔｎ）＝一定（２．８μｍ）として、ｐ
型クラッド層の層厚の合計Ｔｐ、ｎ型クラッド層の層厚
Ｔｎを変化させた場合の拡がり角θ⊥とθ｜｜、導波路
損αを表す。
【００７７】図６に表したように、本発明の非対称クラ
ッド層構造を採用し、ｎ型クラッド層の層厚を１．８μ
ｍ、ｐ型クラッド層の層厚を１．０μｍとし、リッジ底
部幅を４．０μｍとした場合の動作電圧Ｖｏｐは２．６
２ボルトである。これに対して、従来の対称クラッド層
構造においてクラッド層の層厚を１．４μｍとした場合
の動作電圧Ｖｏｐは、３．１７ボルトである。つまり、
本発明の非対称クラッド構造をもちいた場合には、動作
電圧を０．５５ボルトも下げることができる。このた
め、十分なマージンを持った高周波重畳ＩＣ設計が可能
となり、光ディスク用途の光ピックアップへの応用に好
適な高出力半導体レーザを実現することができる。
ッド層構造を採用し、ｎ型クラッド層の層厚を１．８μ
ｍ、ｐ型クラッド層の層厚を１．０μｍとし、リッジ底
部幅を４．０μｍとした場合の動作電圧Ｖｏｐは２．６
２ボルトである。これに対して、従来の対称クラッド層
構造においてクラッド層の層厚を１．４μｍとした場合
の動作電圧Ｖｏｐは、３．１７ボルトである。つまり、
本発明の非対称クラッド構造をもちいた場合には、動作
電圧を０．５５ボルトも下げることができる。このた
め、十分なマージンを持った高周波重畳ＩＣ設計が可能
となり、光ディスク用途の光ピックアップへの応用に好
適な高出力半導体レーザを実現することができる。
【００７８】リッジ幅ＷＬをさらに小さく設定した場
合、本発明はより有効なものとなる。ＷＬ＝２．５μｍ
〜３．５μｍの範囲において、例えば、ＷＬ＝３．０μ
ｍと設定しても、Ｖｏｐは２．８ボルトであり、３ボル
トを超えることはない。先の議論から明らかなように、
ＷＬを小さく設定できれば、キンクレベルをさらに高く
することができ、且つ、拡がり角θ⊥を大きくすること
が可能となり、この場合には、拡がり角θ⊥＝９度前後
となる。これにより、より高い光出力が得られ、且つ、
光学的な結合効率がより高い光ディスク用高出力半導体
レーザ装置を実現できる。
合、本発明はより有効なものとなる。ＷＬ＝２．５μｍ
〜３．５μｍの範囲において、例えば、ＷＬ＝３．０μ
ｍと設定しても、Ｖｏｐは２．８ボルトであり、３ボル
トを超えることはない。先の議論から明らかなように、
ＷＬを小さく設定できれば、キンクレベルをさらに高く
することができ、且つ、拡がり角θ⊥を大きくすること
が可能となり、この場合には、拡がり角θ⊥＝９度前後
となる。これにより、より高い光出力が得られ、且つ、
光学的な結合効率がより高い光ディスク用高出力半導体
レーザ装置を実現できる。
【００７９】ＷＬが２．５μｍより小さくなると、室温
ではキンクレベルが向上するが、７０℃以上の高温動作
条件においては、リッジ部で発生する自己発熱により、
温度特性が劣化してしまう。また、反応律速性のエッチ
ング液を用いたプロセスの適用も困難となってくる。こ
のため、リッジ幅ＷＬは、２．５μｍ〜３．５μｍの範
囲内にあることが望ましい。
ではキンクレベルが向上するが、７０℃以上の高温動作
条件においては、リッジ部で発生する自己発熱により、
温度特性が劣化してしまう。また、反応律速性のエッチ
ング液を用いたプロセスの適用も困難となってくる。こ
のため、リッジ幅ＷＬは、２．５μｍ〜３．５μｍの範
囲内にあることが望ましい。
【００８０】また、図６を見ると、Ｔｐ＝１．０〜１．
４μｍの範囲内で、拡がり角θ⊥＝２３〜２４度、θ
｜｜＝８．１度であり、光ディスク書き込み用光源とし
て適した値となっていることが分かる。また、Ｔｐ＝
１．０としても、導波路損α＝３．４ｃｍ−１ であ
る。この値は複素屈折率導波型レーザの導波路損７ｃｍ
−１ の半分以下でなり、低しきい値、高効率という実屈
折率型半導体レーザを用いるメリットが得ることができ
る。また、本発明者が行った別の評価によれば、Ｔｐ＋
Ｔｎ＝２．５〜３．５μｍの範囲内で、拡がり角θ⊥＝
２１〜２４度が得られることが確認されており、それぞ
れについて本発明が適用できる。
４μｍの範囲内で、拡がり角θ⊥＝２３〜２４度、θ
｜｜＝８．１度であり、光ディスク書き込み用光源とし
て適した値となっていることが分かる。また、Ｔｐ＝
１．０としても、導波路損α＝３．４ｃｍ−１ であ
る。この値は複素屈折率導波型レーザの導波路損７ｃｍ
−１ の半分以下でなり、低しきい値、高効率という実屈
折率型半導体レーザを用いるメリットが得ることができ
る。また、本発明者が行った別の評価によれば、Ｔｐ＋
Ｔｎ＝２．５〜３．５μｍの範囲内で、拡がり角θ⊥＝
２１〜２４度が得られることが確認されており、それぞ
れについて本発明が適用できる。
【００８１】さらに、本発明の半導体レーザ装置におい
ては、図２、図３に例示したように、凸状のストライプ
構造を有する第３クラッド層１１０のリッジの両脇は、
ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１１０よりバンドギ
ャップが大きく、かつ屈折率の低い化合物半導体である
ＩｎＡｌＰ電流阻止層１１３によって覆われている。こ
れによって、注入された電流がリッジ部に狭窄され、か
つ、屈折率差によって活性層１０７を導波するレーザ光
が接合面に平行な方向に対して閉じ込められるととも
に、活性層１０７を導波するレーザ光が電流阻止層１１
３に吸収されることのない、実屈折率導波型構造が形成
されている。このため、高効率で高出力の光ディスク用
半導体レーザが実現できる。
ては、図２、図３に例示したように、凸状のストライプ
構造を有する第３クラッド層１１０のリッジの両脇は、
ＩｎＧａＡｌＰからなるクラッド層１１０よりバンドギ
ャップが大きく、かつ屈折率の低い化合物半導体である
ＩｎＡｌＰ電流阻止層１１３によって覆われている。こ
れによって、注入された電流がリッジ部に狭窄され、か
つ、屈折率差によって活性層１０７を導波するレーザ光
が接合面に平行な方向に対して閉じ込められるととも
に、活性層１０７を導波するレーザ光が電流阻止層１１
３に吸収されることのない、実屈折率導波型構造が形成
されている。このため、高効率で高出力の光ディスク用
半導体レーザが実現できる。
【００８２】さらに、本実施形態の半導体レーザでは、
図２に例示したように、亜鉛（Ｚｎ）を拡散することに
より、チップ端面近傍に窓領域となるＺｎ拡散領域１１
２を形成している。このＺｎ拡散により、端面近傍にお
いて、ＭＱＷ活性層１０７の井戸層１０５と障壁層１０
６とをある程度まで無秩序化し、チップ内部の活性層１
０７に比べてバンドギャップを増加させることができ
る。このため、チップ端面近傍で活性層のバンドギャッ
プが減少する、いわゆる「バンドギャップ収縮」が防止
されて、端面近傍の活性層における光吸収が低減され
る。その結果として、端面近傍における光吸収と、光吸
収によって生じた電子・正孔対が非発光再結合すること
によって生ずる熱の発生とによって生起される、不可逆
的な端面損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Dameg
e）が防止され、キンクレベル以上の光出力によるチッ
プ破壊が生じなくなり、高信頼性を有する高出力レーザ
が実現できる。
図２に例示したように、亜鉛（Ｚｎ）を拡散することに
より、チップ端面近傍に窓領域となるＺｎ拡散領域１１
２を形成している。このＺｎ拡散により、端面近傍にお
いて、ＭＱＷ活性層１０７の井戸層１０５と障壁層１０
６とをある程度まで無秩序化し、チップ内部の活性層１
０７に比べてバンドギャップを増加させることができ
る。このため、チップ端面近傍で活性層のバンドギャッ
プが減少する、いわゆる「バンドギャップ収縮」が防止
されて、端面近傍の活性層における光吸収が低減され
る。その結果として、端面近傍における光吸収と、光吸
収によって生じた電子・正孔対が非発光再結合すること
によって生ずる熱の発生とによって生起される、不可逆
的な端面損傷（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Dameg
e）が防止され、キンクレベル以上の光出力によるチッ
プ破壊が生じなくなり、高信頼性を有する高出力レーザ
が実現できる。
【００８３】ところで、前述した具体例においては、ｐ
型クラッド層１０８、１１０のリッジ以外の部分を厚さ
ｈ＝０．２μｍの場合を例示した。しかし、良好な特性
を得るためには、厚さｈの設定にも上限、下限が存在す
る。厚さｈを大きく設定すると、リッジ高さ（＝Ｔｐ−
ｈ）が低減し、かつΔｎｅｆｆ が小さくなるためキン
クレベルが向上するが、ｈが大きすぎると、拡がり角θ
｜｜ が７度以下となって、所要の拡がり角に合致しな
くなる。良好な高出力特性を有し、所要の拡がり角θ
｜｜を得るためには、ｈ＝０．２〜０．３μｍの範囲内
であることが求められる。
型クラッド層１０８、１１０のリッジ以外の部分を厚さ
ｈ＝０．２μｍの場合を例示した。しかし、良好な特性
を得るためには、厚さｈの設定にも上限、下限が存在す
る。厚さｈを大きく設定すると、リッジ高さ（＝Ｔｐ−
ｈ）が低減し、かつΔｎｅｆｆ が小さくなるためキン
クレベルが向上するが、ｈが大きすぎると、拡がり角θ
｜｜ が７度以下となって、所要の拡がり角に合致しな
くなる。良好な高出力特性を有し、所要の拡がり角θ
｜｜を得るためには、ｈ＝０．２〜０．３μｍの範囲内
であることが求められる。
【００８４】これらの設定によって、波長６５０〜６６
０ｎｍの短波長帯で、ＣＷ出力５０ｍＷ、パルス出力７
０ｍＷで７０℃まで動作可能なＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＡ
Ｍに好適なＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザを実現でき
た。
０ｎｍの短波長帯で、ＣＷ出力５０ｍＷ、パルス出力７
０ｍＷで７０℃まで動作可能なＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＡ
Ｍに好適なＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザを実現でき
た。
【００８５】以上の構造を有する半導体レーザは、以下
の手順によって作製される。
の手順によって作製される。
【００８６】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０２としては、
（１００）を主面とし、［０１１］方向に５度から１５
度傾いた方向に光学研磨を行った基板を用い、結晶成長
時の自然超格子発生を防止し、６７０ｎｍ以下の短波長
でレーザ発振が行なえるようにしている。このような基
板１０２の上に、ｎ型クラッド層１０３を減圧ＭＯ−Ｃ
ＶＤ法によって結晶成長により形成する。以降、化合物
半導体層の形成には同じＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い
る。減圧ＭＯ−ＣＶＤを用いることにより、再現性に優
れ、良好な結晶成長が可能となる。なお、基板１０２と
クラッド層１０３との間にｎ型ＧａＡｓあるいはｎ型Ｉ
ｎＧａＰによるバッファ層を設け、クラッド層１０３及
びその上に形成する結晶層の結晶性を良好にする構造を
取り入れてもよい。
（１００）を主面とし、［０１１］方向に５度から１５
度傾いた方向に光学研磨を行った基板を用い、結晶成長
時の自然超格子発生を防止し、６７０ｎｍ以下の短波長
でレーザ発振が行なえるようにしている。このような基
板１０２の上に、ｎ型クラッド層１０３を減圧ＭＯ−Ｃ
ＶＤ法によって結晶成長により形成する。以降、化合物
半導体層の形成には同じＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い
る。減圧ＭＯ−ＣＶＤを用いることにより、再現性に優
れ、良好な結晶成長が可能となる。なお、基板１０２と
クラッド層１０３との間にｎ型ＧａＡｓあるいはｎ型Ｉ
ｎＧａＰによるバッファ層を設け、クラッド層１０３及
びその上に形成する結晶層の結晶性を良好にする構造を
取り入れてもよい。
【００８７】クラッド層１０３の上に、光ガイド層１０
４、井戸層１０５、障壁層１０６を成長し、井戸層１０
５と障壁層１０６を交互に複数回成長し、さらに光ガイ
ド層１０４を成長することによりＭＱＷ活性層１０７を
形成する。ＩｎＧａＰ活性層は、ＧａＡｓにマッチング
する組成よりもＩｎの組成をわずかに低減して、ＩｎＧ
ａＰ結晶の格子間隔が基板１０２の格子間隔より０〜２
％で大きくなるよう調整し、０〜２％の圧縮ひずみが印
加されるようにする。
４、井戸層１０５、障壁層１０６を成長し、井戸層１０
５と障壁層１０６を交互に複数回成長し、さらに光ガイ
ド層１０４を成長することによりＭＱＷ活性層１０７を
形成する。ＩｎＧａＰ活性層は、ＧａＡｓにマッチング
する組成よりもＩｎの組成をわずかに低減して、ＩｎＧ
ａＰ結晶の格子間隔が基板１０２の格子間隔より０〜２
％で大きくなるよう調整し、０〜２％の圧縮ひずみが印
加されるようにする。
【００８８】ＭＱＷ活性層１０７の上に、第２導電型化
合物半導体であるｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌＸ）
０．５Ｐ第２クラッド層１０８を形成する。
合物半導体であるｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ＸＡｌＸ）
０．５Ｐ第２クラッド層１０８を形成する。
【００８９】第２クラッド層１０８の上に第２導電型化
合物半導体であるｐ型Ｉｎｑ（Ｇａ １−ＺＡｌＺ）
１−ｑＰエッチングストップ層１０９を形成する。エッ
チングストップ層１０９は、ｑ＝０＜ｑ＜１、０≦ｚ＜
ｙとしてクラッド層１０８よりＡｌ組成を低くし、か
つ、ＭＱＷ活性層１０７のバンドギャップより大きくな
るような組成を有する。クラッド層１０８よりＡｌ組成
を低くすることにより、リッジを形成するために用いら
れる反応律速のウェットエッチング液との反応が遅くな
るよう設定して、リッジ形成ためのエッチングが自動的
にエッチングストップ層１０９で停止され、精度のよい
リッジ形成が行なえるようにするものである。
合物半導体であるｐ型Ｉｎｑ（Ｇａ １−ＺＡｌＺ）
１−ｑＰエッチングストップ層１０９を形成する。エッ
チングストップ層１０９は、ｑ＝０＜ｑ＜１、０≦ｚ＜
ｙとしてクラッド層１０８よりＡｌ組成を低くし、か
つ、ＭＱＷ活性層１０７のバンドギャップより大きくな
るような組成を有する。クラッド層１０８よりＡｌ組成
を低くすることにより、リッジを形成するために用いら
れる反応律速のウェットエッチング液との反応が遅くな
るよう設定して、リッジ形成ためのエッチングが自動的
にエッチングストップ層１０９で停止され、精度のよい
リッジ形成が行なえるようにするものである。
【００９０】また、活性層１０７よりバンドギャップを
大きくすることにより、活性層１０７を伝搬するレーザ
光の光強度分布がエッチングストップ層１０９までしみ
だした場合に、レーザ光がエッチングストップ層１０９
に吸収されることを防止し、良好なレーザ特性が維持さ
れるようにしている。
大きくすることにより、活性層１０７を伝搬するレーザ
光の光強度分布がエッチングストップ層１０９までしみ
だした場合に、レーザ光がエッチングストップ層１０９
に吸収されることを防止し、良好なレーザ特性が維持さ
れるようにしている。
【００９１】エッチングストップ層１０９の上に第２導
電型であるｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ１ −ＸＡｌＸ）０．５
Ｐ第３クラッド層１１０を形成する。後程説明するエッ
チングにより凸状ストライプを形成し、リッジ型クラッ
ド層構造を形成するためのものである。このＡｌ組成は
第２クラッド層と同じ略ｘ＝０．７としている。
電型であるｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ１ −ＸＡｌＸ）０．５
Ｐ第３クラッド層１１０を形成する。後程説明するエッ
チングにより凸状ストライプを形成し、リッジ型クラッ
ド層構造を形成するためのものである。このＡｌ組成は
第２クラッド層と同じ略ｘ＝０．７としている。
【００９２】第３クラッド層１１０の上にＩｎＧａＰ通
電容易層１１１を設け、第３クラッド層１１０とｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１１４との間のバンドギャップ不連
続を緩和して、低電圧でレーザ発振が行なわれることを
可能とし、高温動作を良好なものとしている。
電容易層１１１を設け、第３クラッド層１１０とｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層１１４との間のバンドギャップ不連
続を緩和して、低電圧でレーザ発振が行なわれることを
可能とし、高温動作を良好なものとしている。
【００９３】以上の積層構造の上にＧａＡｓキャップ層
を形成した後、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置から結晶基板を
取り出し、素子の端面近傍のみにＺｎを選択拡散する。
Ｚｎを選択拡散する方法の一つは、成長した結晶表面全
面にＳｉＯ２などの誘電体膜を形成した後、拡散したい
部分のみをフォトリソグラフィー技術を用いて除去し、
除去した部分に高濃度のＺｎを含有するＧａＡｓ層を結
晶成長し、アニールを実施することによって固相拡散を
行う方法がある。
を形成した後、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置から結晶基板を
取り出し、素子の端面近傍のみにＺｎを選択拡散する。
Ｚｎを選択拡散する方法の一つは、成長した結晶表面全
面にＳｉＯ２などの誘電体膜を形成した後、拡散したい
部分のみをフォトリソグラフィー技術を用いて除去し、
除去した部分に高濃度のＺｎを含有するＧａＡｓ層を結
晶成長し、アニールを実施することによって固相拡散を
行う方法がある。
【００９４】あるいは、ＺｎＯ２など、Ｚｎを高濃度に
含有する誘電体膜を形成し、フォトリソグラフィー技術
によって拡散したい部分のみを残して除去し、アニール
によって固相拡散を行なう方法もある。共振器長方向に
対するＺｎ拡散領域の長さ（「窓長」とも呼ばれる）
は、それぞれの端面に対し、１０μｍ〜４０μｍが適当
である。窓長が１０μｍに達しないと、チップ端面をへ
き開で形成する際、位置精度が確保されず、窓の効果が
現れにくい。一方、窓長が４０μｍを越えると、窓領域
の光吸収が６０ｃｍ−１ 程度であるため、顕著な損失
となって、発光効率の低下や、発振しきい値の増加を招
き、光ディスク用途に適さない特性となる。
含有する誘電体膜を形成し、フォトリソグラフィー技術
によって拡散したい部分のみを残して除去し、アニール
によって固相拡散を行なう方法もある。共振器長方向に
対するＺｎ拡散領域の長さ（「窓長」とも呼ばれる）
は、それぞれの端面に対し、１０μｍ〜４０μｍが適当
である。窓長が１０μｍに達しないと、チップ端面をへ
き開で形成する際、位置精度が確保されず、窓の効果が
現れにくい。一方、窓長が４０μｍを越えると、窓領域
の光吸収が６０ｃｍ−１ 程度であるため、顕著な損失
となって、発光効率の低下や、発振しきい値の増加を招
き、光ディスク用途に適さない特性となる。
【００９５】Ｚｎ拡散領域１１２の形成後、ＳｉＯ２な
どの誘電体絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィー技術
によって、ストライプ状のパターンが残るような形成を
行なう。このストライプ以外の部分の第３クラッド層１
１０を反応律速性のエッチング液を用いて除去し、凸状
ストライプであるリッジ構造を形成する。エッチングス
トップ層１０９によって、エッチングの終始点が決定さ
れ、再現性のよいリッジ形成が行なえる。エッチングス
トップ層１０９は、そのまま残しておいてもよいが、リ
ッジ脇の部分を経由するリーク電流が懸念される場合に
は、リッジが形成されてから、拡散律速性のエッチング
液で除去してもよい。
どの誘電体絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィー技術
によって、ストライプ状のパターンが残るような形成を
行なう。このストライプ以外の部分の第３クラッド層１
１０を反応律速性のエッチング液を用いて除去し、凸状
ストライプであるリッジ構造を形成する。エッチングス
トップ層１０９によって、エッチングの終始点が決定さ
れ、再現性のよいリッジ形成が行なえる。エッチングス
トップ層１０９は、そのまま残しておいてもよいが、リ
ッジ脇の部分を経由するリーク電流が懸念される場合に
は、リッジが形成されてから、拡散律速性のエッチング
液で除去してもよい。
【００９６】第３クラッド層１１０のリッジの形成後、
もう一度フォトリソグラフィー技術により、リッジ上部
表面の誘電体絶縁膜に対してＺｎ拡散を行なった部分の
上のみを除去してＭＯＣＶＤ結晶装置で、リッジ脇のエ
ッチングを行なった領域とリッジ上部の誘電体絶縁膜を
除去した部分の上に、ＩｎＡｌＰの選択結晶成長が行な
い、電流阻止層１１３を形成する。ＩｎＡｌＰ電流阻止
層１１３は厚すぎると選択成長が困難になり、薄すぎる
と電流阻止効果がなくなるため、その厚さを０．２〜
０．８μｍの範囲内とするのが望ましい。
もう一度フォトリソグラフィー技術により、リッジ上部
表面の誘電体絶縁膜に対してＺｎ拡散を行なった部分の
上のみを除去してＭＯＣＶＤ結晶装置で、リッジ脇のエ
ッチングを行なった領域とリッジ上部の誘電体絶縁膜を
除去した部分の上に、ＩｎＡｌＰの選択結晶成長が行な
い、電流阻止層１１３を形成する。ＩｎＡｌＰ電流阻止
層１１３は厚すぎると選択成長が困難になり、薄すぎる
と電流阻止効果がなくなるため、その厚さを０．２〜
０．８μｍの範囲内とするのが望ましい。
【００９７】電流阻止層１１３の成長後、再び結晶基板
を取り出し、誘電体絶縁膜をエッチング除去する。さら
に、ＭＯＣＶＤ結晶装置で、第２導電型化合物半導体で
あるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１４を形成し、ｐ側電
極１１５とのオーミック接触が得られるようにする。
を取り出し、誘電体絶縁膜をエッチング除去する。さら
に、ＭＯＣＶＤ結晶装置で、第２導電型化合物半導体で
あるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１４を形成し、ｐ側電
極１１５とのオーミック接触が得られるようにする。
【００９８】以上の結晶成長を行なった後、蒸着などに
よってＰ側にはＡｎＺｎ／Ａｕなどのｐ側電極１１５を
形成し、さらにｎ型ＧａＡｓ基板を６０μｍ〜１５０μ
ｍの厚さとなるよう研磨して、その裏面側にｎ側電極１
０１を形成する。こうしてウェーハが形成されたら、端
面をへき開し、ＥＣＲスパッタなどでレーザの出射側端
面に２０％以下反射率を有する低反射膜、反対側の端面
に多層膜を形成することにより、９０％以上の反射率を
有する高反射膜を形成し、チップ化して、半導体レーザ
チップとする。以上の工程により、高効率で、良好な高
温動作が可能となる高出力半導体レーザが実現できる。
よってＰ側にはＡｎＺｎ／Ａｕなどのｐ側電極１１５を
形成し、さらにｎ型ＧａＡｓ基板を６０μｍ〜１５０μ
ｍの厚さとなるよう研磨して、その裏面側にｎ側電極１
０１を形成する。こうしてウェーハが形成されたら、端
面をへき開し、ＥＣＲスパッタなどでレーザの出射側端
面に２０％以下反射率を有する低反射膜、反対側の端面
に多層膜を形成することにより、９０％以上の反射率を
有する高反射膜を形成し、チップ化して、半導体レーザ
チップとする。以上の工程により、高効率で、良好な高
温動作が可能となる高出力半導体レーザが実現できる。
【００９９】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態として、端面に窓構造が形成されていない
半導体レーザ装置について説明する。
の実施の形態として、端面に窓構造が形成されていない
半導体レーザ装置について説明する。
【０１００】すなわち、ＤＶＤ−ＲＯＭなどに用いられ
る、光出力が７ｍＷ以上で２０ｍＷ以下の光ディスク用
レーザでは、端面窓は必ずしも必要ではない。従って、
第１実施形態に関して説明したＺｎ拡散工程を実施しな
いことにより、プロセス数を削減でき、安価なレーザを
提供できる。
る、光出力が７ｍＷ以上で２０ｍＷ以下の光ディスク用
レーザでは、端面窓は必ずしも必要ではない。従って、
第１実施形態に関して説明したＺｎ拡散工程を実施しな
いことにより、プロセス数を削減でき、安価なレーザを
提供できる。
【０１０１】図７は、このように端面窓構造を用いずに
形成したＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ装置を表す一
部断面斜視図である。同図については、図１乃至図６に
関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。
形成したＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ装置を表す一
部断面斜視図である。同図については、図１乃至図６に
関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。
【０１０２】本実施形態においても、第１実施形態と同
様に実屈折率導波型構造と非対称クラッド層構造とを用
いて、キンクレベルが生じる光出力を高くし、高効率、
低しきい値などの高性能を有するため、駆動回路の発熱
を抑制でき、かつ歩留がよく生産性に優れた半導体レー
ザ装置を実現できる。
様に実屈折率導波型構造と非対称クラッド層構造とを用
いて、キンクレベルが生じる光出力を高くし、高効率、
低しきい値などの高性能を有するため、駆動回路の発熱
を抑制でき、かつ歩留がよく生産性に優れた半導体レー
ザ装置を実現できる。
【０１０３】なお、ＤＶＤ−ＲＯＭ用の光源としては、
クラッド層１０３、１０８を構成するＩｎＧａＡｌＰの
Ａｌ組成を０．７前後とすることが望ましい。また、光
の拡がり角θ⊥＝２５〜３２度が要求されるため、これ
に合わせて、クラッド層の層厚の合計Ｔｐ＋Ｔｎ＝１．
０〜２．５μｍとすることが望ましく、Ｔｐ＋Ｔｎ＝
１．５〜２．５μｍとすることがさらに望ましい。
クラッド層１０３、１０８を構成するＩｎＧａＡｌＰの
Ａｌ組成を０．７前後とすることが望ましい。また、光
の拡がり角θ⊥＝２５〜３２度が要求されるため、これ
に合わせて、クラッド層の層厚の合計Ｔｐ＋Ｔｎ＝１．
０〜２．５μｍとすることが望ましく、Ｔｐ＋Ｔｎ＝
１．５〜２．５μｍとすることがさらに望ましい。
【０１０４】また、活性層１０７を構成するＭＱＷ構造
の層厚の合計は１００〜３００ｎｍとし、井戸層の層厚
は４〜７ｎｍでその層数は３〜５層とすることが望まし
い。また、ｐ型クラッド層１０８のリッジ以外の部分の
層厚ｈは、０．０８〜０．２μｍとすることが望まし
い。
の層厚の合計は１００〜３００ｎｍとし、井戸層の層厚
は４〜７ｎｍでその層数は３〜５層とすることが望まし
い。また、ｐ型クラッド層１０８のリッジ以外の部分の
層厚ｈは、０．０８〜０．２μｍとすることが望まし
い。
【０１０５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態として、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の書込型光ディ
スクドライブに用いられる７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ
系高出力半導体レーザに本発明を適用した半導体レーザ
装置について説明する。
の実施の形態として、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ等の書込型光ディ
スクドライブに用いられる７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ
系高出力半導体レーザに本発明を適用した半導体レーザ
装置について説明する。
【０１０６】図８は、本実施形態の半導体レーザ装置を
表す一部断面斜視図である。同図についても、図１乃至
図７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号
を付して詳細な説明は省略する。
表す一部断面斜視図である。同図についても、図１乃至
図７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号
を付して詳細な説明は省略する。
【０１０７】本実施形態においては、クラッド層１０
３、１０８、１１０をＡｌｘＧａ１− ｘＡｓにより形成
し、そのＡｌ組成ｘ＝０．４〜０．５とする。また、電
流阻止層１１３もＡｌｙＧａ１−ｙＡｓにより形成し、
そのＡｌ組成ｙ＝０．５１〜０．６とする。また、ＭＱ
Ｗ活性層１０７は、ＡｌｕＧａ１−ｕＡｓ井戸層と、Ａ
ｌｖＧａ１−ｖＡｓ障壁層とにより形成し、ＡｌｕＧａ
１−ｕＡｓ井戸層のＡｌ組成ｕ＝０．１〜０．２、Ａｌ
ｖＧａ１−ｖＡｓ障壁層のＡｌ組成ｖ＝０．２〜０．３
５とする。これらのパラメータ設定により、良好な光閉
じ込めが行なわれ、低しきい値・高効率の７８０ｎｍ帯
実屈折率導波型半導体レーザが実現できる。
３、１０８、１１０をＡｌｘＧａ１− ｘＡｓにより形成
し、そのＡｌ組成ｘ＝０．４〜０．５とする。また、電
流阻止層１１３もＡｌｙＧａ１−ｙＡｓにより形成し、
そのＡｌ組成ｙ＝０．５１〜０．６とする。また、ＭＱ
Ｗ活性層１０７は、ＡｌｕＧａ１−ｕＡｓ井戸層と、Ａ
ｌｖＧａ１−ｖＡｓ障壁層とにより形成し、ＡｌｕＧａ
１−ｕＡｓ井戸層のＡｌ組成ｕ＝０．１〜０．２、Ａｌ
ｖＧａ１−ｖＡｓ障壁層のＡｌ組成ｖ＝０．２〜０．３
５とする。これらのパラメータ設定により、良好な光閉
じ込めが行なわれ、低しきい値・高効率の７８０ｎｍ帯
実屈折率導波型半導体レーザが実現できる。
【０１０８】ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用途では、拡がり角θ⊥＝
１３度〜１９度、θ｜｜＝７〜９度が求められる。書き
込み用光ディスクに適する拡がり角を得るために、トー
タルのクラッド層厚Ｔｐ＋Ｔｎ＝４μｍ〜６μｍの範囲
内に設定する。シミュレーションによれば、非対称クラ
ッド層構造で所要の拡がり角θ⊥となり、かつ良好な効
果が得られるのは、Ｔｐ＝２〜３μｍの範囲である。
１３度〜１９度、θ｜｜＝７〜９度が求められる。書き
込み用光ディスクに適する拡がり角を得るために、トー
タルのクラッド層厚Ｔｐ＋Ｔｎ＝４μｍ〜６μｍの範囲
内に設定する。シミュレーションによれば、非対称クラ
ッド層構造で所要の拡がり角θ⊥となり、かつ良好な効
果が得られるのは、Ｔｐ＝２〜３μｍの範囲である。
【０１０９】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態として、本発明により得られる高出力型の
半導体レーザ装置について説明する。
の実施の形態として、本発明により得られる高出力型の
半導体レーザ装置について説明する。
【０１１０】すなわち、１６倍速以上のＣＤ−Ｒ／ＲＷ
に求められる光源の光出力は、パルス駆動で１６０ｍＷ
であり、これ以上の光出力のキンクレベルが要求され
る。所要の拡がり角θ｜｜を満たし、かつ、このような
キンクレベルを満足するためには、リッジ底部幅ＷＬ＝
１〜３μｍが要求され、望ましくは２μｍ、さらにそれ
以下であることが望ましい。
に求められる光源の光出力は、パルス駆動で１６０ｍＷ
であり、これ以上の光出力のキンクレベルが要求され
る。所要の拡がり角θ｜｜を満たし、かつ、このような
キンクレベルを満足するためには、リッジ底部幅ＷＬ＝
１〜３μｍが要求され、望ましくは２μｍ、さらにそれ
以下であることが望ましい。
【０１１１】図９は、このような要求を満たす本発明の
半導体レーザ装置を表す断面図である。すなわち、同図
は、レーザの光出射端面からみた断面構造を表す。同図
についても、図１乃至図８に関して前述したものと同様
の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
半導体レーザ装置を表す断面図である。すなわち、同図
は、レーザの光出射端面からみた断面構造を表す。同図
についても、図１乃至図８に関して前述したものと同様
の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１２】本実施形態においては、リッジの幅ＷＬ＝
１〜３μｍと極めて幅狭のリッジを形成する。このよう
に狭く、かつ高さが高いリッジ形状を形成するには、リ
ッジ側面の傾斜角度が８０度以上とすることが必要であ
る。しかし、このような急傾斜のリッジを反応律速性の
エッチングにより形成することは非常に困難である。そ
こで、拡散律速性のエッチング液を使用したウェットエ
ッチングか、あるいはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）
などのエッチング法を用いることによってリッジを形成
する。これらのエッチング方法は、通常のクラッド層構
造では、エッチング速度の面内ばらつきが大きく、特性
のばらつきが大きいため、歩留が低いという欠点がある
が、非対称クラッド層構造と組合わせることにより、ば
らつきが低減され、生産性が高い高出力半導体レーザ構
造を提供できる。
１〜３μｍと極めて幅狭のリッジを形成する。このよう
に狭く、かつ高さが高いリッジ形状を形成するには、リ
ッジ側面の傾斜角度が８０度以上とすることが必要であ
る。しかし、このような急傾斜のリッジを反応律速性の
エッチングにより形成することは非常に困難である。そ
こで、拡散律速性のエッチング液を使用したウェットエ
ッチングか、あるいはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）
などのエッチング法を用いることによってリッジを形成
する。これらのエッチング方法は、通常のクラッド層構
造では、エッチング速度の面内ばらつきが大きく、特性
のばらつきが大きいため、歩留が低いという欠点がある
が、非対称クラッド層構造と組合わせることにより、ば
らつきが低減され、生産性が高い高出力半導体レーザ構
造を提供できる。
【０１１３】なお、図９は、チップ内部構造のみを表し
ているが、端面近傍にＺｎ拡散を行なって無秩序化させ
た窓構造を設けることにより、ＣＯＤを抑制できる点は
第１実施形態と同様である。
ているが、端面近傍にＺｎ拡散を行なって無秩序化させ
た窓構造を設けることにより、ＣＯＤを抑制できる点は
第１実施形態と同様である。
【０１１４】また、本実施形態は、ＩｎＧａＡｌＰ系の
高出力レーザにも同様に適用可能であることも言うまで
もない。
高出力レーザにも同様に適用可能であることも言うまで
もない。
【０１１５】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態として、いわゆる「埋込クラッド層構造」
のの半導体レーザ装置に本発明を適用した具体例につい
て説明する。
の実施の形態として、いわゆる「埋込クラッド層構造」
のの半導体レーザ装置に本発明を適用した具体例につい
て説明する。
【０１１６】図１０は、本実施形態の半導体レーザ装置
を表す模式図である。すなわち、同図は、レーザの光出
射端面からみた断面構造を表す。同図についても、図１
乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の
符号を付して詳細な説明は省略する。
を表す模式図である。すなわち、同図は、レーザの光出
射端面からみた断面構造を表す。同図についても、図１
乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の
符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１７】埋込クラッド層構造は、第３クラッド層１
１０の厚さを０．５μｍ以上で１μｍ以下と比較的薄く
してリッジ形成を行い、電流阻止層１１３により埋め込
んだ後、第２導電型化合物半導体で、第３クラッド層１
１０と同じ組成を有する第４クラッド層１１７を第３ク
ラッド層１１０と電流阻止層１１３の上に形成し、第３
クラッド層１１０と第４クラッド層１１７の層厚を足し
合わせて所要のＴｐとなるように設定する構造である。
１０の厚さを０．５μｍ以上で１μｍ以下と比較的薄く
してリッジ形成を行い、電流阻止層１１３により埋め込
んだ後、第２導電型化合物半導体で、第３クラッド層１
１０と同じ組成を有する第４クラッド層１１７を第３ク
ラッド層１１０と電流阻止層１１３の上に形成し、第３
クラッド層１１０と第４クラッド層１１７の層厚を足し
合わせて所要のＴｐとなるように設定する構造である。
【０１１８】この構成によれば、反応律速性のウェット
エッチングを用いてリッジ形成が可能となり、高性能の
高出力半導体レーザの再現性よい作製が可能となる。た
だし、ＭＯＣＶＤ成長の回数が増えるので、生産性を勘
案して、前述した第４実施形態を選択するか、本実施形
態を選択するか決定すればよい。
エッチングを用いてリッジ形成が可能となり、高性能の
高出力半導体レーザの再現性よい作製が可能となる。た
だし、ＭＯＣＶＤ成長の回数が増えるので、生産性を勘
案して、前述した第４実施形態を選択するか、本実施形
態を選択するか決定すればよい。
【０１１９】なお、図１０では、チップ内部構造のみを
表しているが、端面近傍にＺｎ拡散を行なって無秩序化
させた窓構造を設けることにより、ＣＯＤを抑制できる
点は第１実施形態と同様である。また、本実施形態も、
ＩｎＧａＡｌＰ系の高出力レーザに適用可能であること
も言うまでもない。
表しているが、端面近傍にＺｎ拡散を行なって無秩序化
させた窓構造を設けることにより、ＣＯＤを抑制できる
点は第１実施形態と同様である。また、本実施形態も、
ＩｎＧａＡｌＰ系の高出力レーザに適用可能であること
も言うまでもない。
【０１２０】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。
【０１２１】例えば、各具体例における半導体レーザ装
置の構造は一例に過ぎず、当業者が適宜設計変更して形
成した半導体レーザ装置についても、本発明の要旨を含
むものである限り、本発明の範囲に包含される。
置の構造は一例に過ぎず、当業者が適宜設計変更して形
成した半導体レーザ装置についても、本発明の要旨を含
むものである限り、本発明の範囲に包含される。
【０１２２】具体的には、例えば、クラッド層と活性層
との間に光を導波する光ガイド層を設けてもよい。ま
た、その他、半導体レーザ装置の各要素の材料、導電
型、不純物濃度、製造方法などに関して当業者が公知の
範囲から適宜選択して本発明と同様の作用効果が得られ
るものも、本発明の範囲に包含される。
との間に光を導波する光ガイド層を設けてもよい。ま
た、その他、半導体レーザ装置の各要素の材料、導電
型、不純物濃度、製造方法などに関して当業者が公知の
範囲から適宜選択して本発明と同様の作用効果が得られ
るものも、本発明の範囲に包含される。
【０１２３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
素子抵抗の増加を抑制しつつ、光ディスクなどの各種の
用途に応じた光出力、光拡がり角、キンクレベル、温度
特性などを満たしつつ、生産性も高い半導体レーザ装置
を提供でき、産業上のメリットは多大である。
素子抵抗の増加を抑制しつつ、光ディスクなどの各種の
用途に応じた光出力、光拡がり角、キンクレベル、温度
特性などを満たしつつ、生産性も高い半導体レーザ装置
を提供でき、産業上のメリットは多大である。
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体レーザ装置
の要部を表す一部断面斜視図である。
の要部を表す一部断面斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の光出射端面付近の断
面図である。
面図である。
【図３】図１の半導体レーザ装置の共振器中央付近の断
面図である。
面図である。
【図４】半導体レーザ装置における屈折率分布と光強度
分布を表す模式図であり、同図（ａ）は本発明の半導体
レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上下のクラッド
層厚を同一とした半導体レーザ装置についての屈折率分
布及び光強度分布をそれぞれ表す。
分布を表す模式図であり、同図（ａ）は本発明の半導体
レーザ装置、同図（ｂ）は比較例として上下のクラッド
層厚を同一とした半導体レーザ装置についての屈折率分
布及び光強度分布をそれぞれ表す。
【図５】半導体レーザ装置におけるリッジの断面形状を
表す模式図であり、同図（ａ）は本発明の半導体レーザ
装置、同図（ｂ）は比較例として上下のクラッド層厚を
同一とした半導体レーザ装置についてのリッジ形状をそ
れぞれ表す。
表す模式図であり、同図（ａ）は本発明の半導体レーザ
装置、同図（ｂ）は比較例として上下のクラッド層厚を
同一とした半導体レーザ装置についてのリッジ形状をそ
れぞれ表す。
【図６】本発明の実屈折率導波型レーザにおける光の拡
がり角度のデータをまとめた一覧表である。
がり角度のデータをまとめた一覧表である。
【図７】端面窓構造を用いずに形成したＩｎＧａＡｌＰ
系の半導体レーザ装置を表す一部断面斜視図である。
系の半導体レーザ装置を表す一部断面斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置を表
す一部断面斜視図である。
す一部断面斜視図である。
【図９】本発明による高出力型の半導体レーザ装置を表
す断面図である。
す断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態の半導体レーザ装置を
表す模式図である。
表す模式図である。
【図１１】従来のＩｎＧａＡｌＰ系のリッジ型実屈折率
導波型半導体レーザを表す模式図である。
導波型半導体レーザを表す模式図である。
【図１２】実屈折率導波型レーザと複素屈折率導波型レ
ーザにおける拡がり角のデータをまとめた一覧表であ
る。
ーザにおける拡がり角のデータをまとめた一覧表であ
る。
【図１３】動作電流と光出力との関係にキンクが生じた
場合を例示するグラフ図である。
場合を例示するグラフ図である。
【図１４】キンクが発生する原因を説明するための概念
図である。
図である。
１０１ ｎ側電極
１０２ 基板
１０３ ｎ型クラッド層
１０４ 光ガイド層
１０４ 層光ガイド層
１０５ 井戸層
１０６ 障壁層
１０７ 活性層
１０８ ｐ型クラッド層
１０９ エッチングストップ層
１１０ ｐ型クラッド層
１１１ 通電容易層
１１２ 拡散領域
１１３ 電流阻止層
１１４ コンタクト層
１１５ ｐ側電極
１１７ 埋込クラッド層
１２０ 低反射膜
１２１ 高反射膜
４０２ 基板
４０３ ｎ型クラッド層
４０７ 活性層
４０８ ｐ型クラッド層
４０９ 電流阻止層
４１０ 層
Ｔｎ ｎ型クラッド層の層厚
Ｔｐ ｐ型クラッド層の層厚
ＷＬ、ＷＬ１、ＷＬ２ リッジ底部幅
Ｗｕ、Ｗｕ１、Ｗｕ２ リッジ上部幅
ｈ リッジ以外のｐ型クラッド層平坦部の層厚
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 明
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
(72)発明者 伊藤 義行
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 渡邊 実
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
(72)発明者 奥田 肇
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株
式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン
ター内
Ｆターム(参考） 5F073 AA07 AA13 AA53 AA74 AA83
AA88 BA04 CA14 CB19 CB20
DA12 DA15 EA19
Claims (12)
- 【請求項１】層厚方向に一定の屈折率を有する第１導電
型のクラッド層と、 前記第１導電型のクラッド層の上に設けられた活性層
と、 前記活性層の上に設けられ、層厚方向に一定の屈折率を
有し、その上部にレーザ共振方向に対して平行に延設さ
れたリッジを有する、第２導電型のクラッド層と、 前記リッジの両脇に設けられた電流阻止層と、 を備え、 前記電流阻止層により狭窄された電流が前記リッジの上
面を介して前記活性層に注入され、 前記第１導電型及び第２導電型のクラッド層は、略同一
の組成の半導体からなり、 前記第１導電型のクラッド層の層厚は、前記第２導電型
のクラッド層の前記リッジを含んだ層厚よりも大きいこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】前記電流阻止層は、前記クラッド層よりも
バンドギャップが広く且つ前記クラッド層よりも屈折率
が小さい半導体からなることを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】前記第２導電型のクラッド層は、前記リッ
ジの下に設けられた第２のクラッド層と、前記リッジを
構成する第３のクラッド層と、からなり、 前記第２のクラッド層と前記第３のクラッド層との間
に、これらクラッド層とは異なる組成を有する半導体層
が挿入されてな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】前記電流阻止層と前記リッジの上面の上を
覆うように設けられた第２導電型の埋込クラッド層をさ
らに備え、 前記埋込クラッド層は、前記第１導電型のクラッド層と
略同一の組成の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１つに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】前記活性層は、少なくとも２種類の半導体
層を積層した積層構造を有し、 レーザ光が放出される端面付近に亜鉛（Ｚｎ）が選択的
に導入され前記活性層の前記積層構造が前記端面付近に
おいて無秩序化されてなることを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項６】前記リッジは、反応律速性のエッチングに
より形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１つに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項７】前記第１導電型及び第２導電型のクラッド
層は、それぞれＩｎＧａＡｌＰからなり、 前記第１導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型
のクラッド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、
２．５μｍ以上３．５μｍ以下であり、 前記第２導電型のクラッド層の前記リッジを含まない層
厚は、０．２μｍ以上０．３μｍ以下であることを特徴
とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項８】前記レーザ共振方向に対して垂直な方向に
みた前記リッジの底部の幅は、２．５μｍ以上３．５μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項９】前記活性層は、井戸層と障壁層とを交互に
積層した多重量子井戸構造を有し、 前記多重量子井戸構造における前記井戸層の層数は、３
層以上５層以下であり、 それぞれの前記井戸層の層厚は、４ｎｍ以上７ｎｍ以下
であり、０％以上２％以下の圧縮歪みが印加されてなる
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】前記第１導電型及び第２導電型のクラッ
ド層は、それぞれＡｌＧａＡｓからなり、 前記第１導電型のクラッド層の層厚と、前記第２導電型
のクラッド層の前記リッジを含む層厚と、の合計は、４
μｍ以上６μｍ以下であり、 前記リッジの側面の傾斜角は、８０度以上であり、 前記レーザ共振方向に対して垂直な方向にみた前記リッ
ジの底部の幅は、２μｍ以上３μｍ以下であることを特
徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１１】レーザ光の出射側端面に、前記レーザ光
に対して１５％以下の反射率を有する反射膜が設けら
れ、 前記出射側端面とは反対側の端面に、前記レーザ光に対
して９０％以上の反射率を有する反射膜が設けられたこ
とを特徴とする請求項１〜１０にいずれか１つに記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項１２】層厚方向に一定の屈率を有する第１導電
型の第１のクラッド層を形成する工程と、 前記第１導電型のクラッド層の上に活性層を形成する工
程と、 前記活性層の上に、層厚方向に一定の屈折率を有し前記
第１のクラッド層と略同一の組成の半導体からなる第２
導電型の第２のクラッド層を形成する工程と、 前記第２のクラッド層の上に、前記第２のクラッド層と
は異なる組成の半導体からなるエッチングストップ層を
形成する工程と、 前記エッチングストップ層の上に、層厚方向に一定の屈
折率を有し前記第２のクラッド層と略同一の組成の第２
導電型の半導体からなり、その層厚と前記第２のクラッ
ド層の層厚とを合計した層厚が、前記第１のクラッド層
の層厚よりも小さくなるように、第３のクラッド層を形
成する工程と、 前記第３のクラッド層の上にストライプ状のマスクを形
成する工程と、 前記マスクにより覆われていない前記第３のクラッド層
を反応律速性のウエットエッチング液によりエッチング
して、リッジを形成する工程と、 前記リッジの両脇に電流阻止層を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方
法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001263620A JP2003078208A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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| US10/232,605 US20030043875A1 (en) | 2001-08-31 | 2002-08-30 | Semiconductor laser and method of manufacturing the same |
| KR1020020051886A KR20030019245A (ko) | 2001-08-31 | 2002-08-30 | 반도체 레이저장치 및 그 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| JP2001263620A JP2003078208A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2003078208A true JP2003078208A (ja) | 2003-03-14 |
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ID=19090347
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|---|---|---|---|
| JP2001263620A Abandoned JP2003078208A (ja) | 2001-08-31 | 2001-08-31 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030043875A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003078208A (ja) |
| KR (1) | KR20030019245A (ja) |
| CN (1) | CN1404191A (ja) |
| TW (1) | TW569512B (ja) |
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