JP2003133642A - 半導体レーザ素子及び光電子装置 - Google Patents

半導体レーザ素子及び光電子装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長が６３０ｎｍ帯の半導体レーザにおける
レーザ光の遠視野像のアスペクト比を１に近似させる。 【解決手段】 主面の一部に帯状の傾斜面有するｎ型Ｇ
ａＡｓ基板と、この基板の主面に順次重ねて形成される
ｎ型クラッド層，２周期の量子井戸構造の活性層，ｐ型
クラッド層（中層に電流ブロック層を含む）及びｐ型コ
ンタクト層と、前記コンタクト層上に設けられるｐ側電
極と、前記基板裏面に設けられるｎ側電極とを有し、前
記傾斜面の両端面の幅１ｍｍの活性層部分から６３０ｎ
ｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子であり、前
記活性層の井戸層は引っ張り歪み構成となり、発光部活
性層の両側は低屈折率となる実屈折率導波路構成にな
り、レーザ光の遠視野像のアスペクト比は１．６よりも
小さくなっている。

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及
びその半導体レーザ素子を組み込んだ回転レーザ装置等
の光電子装置に係わり、特にレーザ光遠視野像断面のア
スペクト比（垂直方向角度と水平方向角度の比）を１に
近似させて円形ビームを出射させる技術に適用して有効
な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】短波長の情報処理用半導体レーザ（半導
体レーザ素子）においては、その有効利用の観点からレ
ーザ光のスポット光を円形に近くさせる努力がなされて
いる。例えば、ＤＶＤにおいては記録容量の増大を図る
ため、レーザ光（レーザビーム）の遠視野像のアスペク
ト比を１に近似させる努力がなされている。
【０００３】一方、６３０ｎｍ帯の半導体レーザは赤色
半導体レーザであり、肉眼での識別性が良好なことから
測量等の計測機器に多用されている。例えば、回転レー
ザ装置と呼称する光電子装置では、レーザ光を壁面にス
ポット光として表示したり、あるいはレーザ光を所定角
度水平に反復走査させて線状の光の帯として表示する。
【０００４】６３０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レ
ーザ（赤色半導体レーザ）では、レーザ光の形状を円形
にするための形状修正光学系を簡略化する要求が高かっ
たが、従来の６３０ｎｍ帯半導体レーザではアスペクト
比（遠視野像の垂直方向拡がり角θ⊥と水平方向拡がり
角θ//の比：θ⊥/ θ//）が３以上と大きく、楕円形の
レーザ光形状しか実現していなかった。
【０００５】６３０ｎｍ帯半導体レーザについては、例
えば、Japanese Journal of Applied Physics Vol.29 N
o.9 (1990) p. L1669 〜L1671 に記載されている。この
文献には、６３２．７ｎｍ帯半導体レーザでは、θ⊥＝
３５°、θ//＝７．８°であり、アスペクト比は４．４
９となっている。
【０００６】また、特開平8-264902号には、量子井戸構
造の活性層に引っ張り歪み層や圧縮歪層を設け、戻り光
雑音に対処できかつ低発振しきい値電流特性を有する６
３０ｎｍ帯の半導体レーザ素子が開示されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来の６３０ｎｍ帯の半
導体レーザ素子１は、図２１に示すような構造になって
いる。即ち、半導体レーザ素子８０は、図２１に示すよ
うに、第１導電型、例えば、ｎ型からなるＧａＡｓ基板
８１の主面に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−クラッド層
８２、活性層８３、第２導電型（ｐ型）のＡｌＧａＩｎ
Ｐからなるｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層８４、ＡｌＧａＩｎＰ
からなるｐ−エッチングストップ層８５及びＡｌＧａＩ
ｎＰからなるｐ−クラッド層８６を順次形成した後、ｐ
−クラッド層８６を選択的に除去してストライプ状のｐ
−クラッド層８６を形成した構造になっている。
【０００８】また、ストライプ状のｐ−クラッド層８６
の両側のｐ−エッチングストップ層８５上にｎ−ＧａＡ
ｓ層８７を形成するとともに、ストライプ状のｐ−クラ
ッド層８６及び両側のｎ−ＧａＡｓ層８７をｐ−ＧａＡ
ｓ層８８で被い、さらにｐ−ＧａＡｓ層８８上にｐ側電
極９１を設けるとともに、ＧａＡｓ基板８１の裏面（下
面）にｎ側電極９２を設けた構造になっている。
【０００９】また、図示しないが、半導体レーザ素子８
０の前方出射面及び後方出射面にはそれぞれ所定の反射
率を有する反射膜が設けられている。
【００１０】しかし、この種の従来の半導体レーザ素子
８０は波長が短いため、高温動作が難しいことが問題で
あった。そこで、活性層全体の厚さを厚くする、井戸層
の周期を３周期以上にする、井戸層に歪みを入れる等に
より、室温ならびに高温での光出力、閾値、効率等の特
性向上を実現してきた。
【００１１】その一方、レーザ光の形状を表す遠視野像
において、垂直方向拡がり角θ⊥は活性層の全体の厚さ
に依存するため、６３０ｎｍ帯半導体レーザではθ⊥が
３０°程度となる。水平方向拡がり角θ//はリッジスト
ライプの幅に依存し、通常７°〜９°となるので、アス
ペクト比は、３．３〜４．３と大きな値となり、楕円形
のビーム形状となる。
【００１２】このように、従来の６３０ｎｍ帯半導体レ
ーザでは、遠視野像のアスペクト比が３以上の楕円形の
レーザ光形状しか実現していない。このため、回転レー
ザ装置等の光電子装置に組み込んだ場合、レーザ光を有
効に使用するため、複雑な形状修正光学系を必要とす
る。例えば、図１２（ｂ）に示すように半導体レーザ素
子７１から出射したレーザ光７２を、いずれも複数のレ
ンズの組み合わせによるコリメートレンズ７３とビーム
整形光学系７４からなる形状修正光学系で形状修正を行
っている。
【００１３】しかし、形状修正光学系が複雑になること
は使用光学部品の増大から回転レーザ装置の製造コスト
が高くなる。
【００１４】本発明の目的は、６３０ｎｍ帯の半導体レ
ーザにおいて、レーザ光の遠視野像のアスペクト比を
１．６以下、好ましくは１．２以下にすることができる
半導体レーザ素子を提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、６３０ｎｍ帯の半導
体レーザを組み込む光電子装置において、アスペクト比
が１に近い半導体レーザ素子の組み込みによって光電子
装置の小型化及び製造コストの低減を図ることにある。
【００１６】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【００１８】（１）第１導電型のＧａＡｓ基板と、前記
ＧａＡｓ基板の主面に形成されるＡｌＧａＩｎＰからな
る第１導電型のクラッド層と、前記第１導電型のクラッ
ド層上に形成され、井戸層がＧａＩｎＰからなり、障壁
層がＡｌＧａＩｎＰからなり、前記井戸層が２周期以下
となる量子井戸構造であり、前記井戸層が引っ張り歪層
（引っ張り歪量は−０．１％〜−１．５％前後）とな
り、かつ井戸層全体の厚さが２５ｎｍ以下となる活性層
と、前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる
第２導電型のクラッド層と、前記第２導電型のクラッド
層上に形成されるＧａＡｓからなる第２導電型のコンタ
クト層とを有し、前記活性層の発光部の両側は活性層に
比べて低屈折率の半導体層となって実屈折率導波路を構
成し、前記活性層の発光部の両端面から波長が６３０ｎ
ｍ帯であり、遠視野像のアスペクト比が１．６以下のレ
ーザ光を出射するように構成されていることを特徴とす
る。
【００１９】前記ＧａＡｓ基板の主面は段差を有し、前
記段差部分は傾斜面となり、前記傾斜面に重なる前記活
性層部分が発光部となり、前記活性層の発光部から外れ
る両側部分が低屈折率の半導体層となっている。
【００２０】前記ＧａＡｓ基板の主面は結晶面（１０
０）から結晶軸〔１１１〕方向に対して７度傾斜した面
となり、前記傾斜面は１２．５度の傾斜面となり、結晶
面（４１１）Ａ面相当になっている。
【００２１】前記活性層と前記コンタクト層との間に
は、前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる
第２導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上
に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなりＺｎ及びＳｅを含
むブロック層と、前記ブロック層上に形成され、前記第
１クラッド層よりもキャリア濃度が高いＡｌＧａＩｎＰ
からなる第２導電型の第２クラッド層とを有し、前記傾
斜面に重なる前記ブロック層部分は第２導電型となり、
前記傾斜面から外れる前記ブロック層部分は第１導電型
となって電流ブロック層となっている。
【００２２】このような半導体レーザ素子は、例えば回
転レーザ装置（光電子装置）の光源として使用される。
回転レーザ装置は、半導体レーザ素子から出射したレー
ザ光を形状修正光学系を介して被照射物に照射して照射
位置を表示する構成になっている。
【００２３】前記（１）の手段によれば、 （ａ）活性層を構成する井戸層を引っ張り歪層としてい
ることから、Ａｌを含まなくても確実に波長が６３０ｎ
ｍ帯になるレーザ光を確実に出射することができる。ま
た、Ａｌを含まないことから半導体レーザの長寿命化が
達成できる。
【００２４】（ｂ）引っ張り歪ＧａＩｎＰ層では、Ｇａ
を増やし、材料自体のバンドギャップを大きくし、格子
定数を小さくして引っ張り歪を発生させている。この歪
みによって、Γ（ガンマ）点（半導体のバンド構造を波
数空間で表した時、波数＝０となる点）でのヘビーホー
ルとライトホールの縮退が解け遷移確率が上がり、より
低動作電流密度でもレーザ発振に必要な利得が得られる
ため、動作電流の低下を図ることができる。
【００２５】（ｃ）活性層を構成する井戸層が２周期以
下となり、井戸層の全体の厚さが２５ｎｍ以下となるこ
とから垂直方向の発光径が大きくなり、垂直方向拡がり
角θ⊥が小さくなる。
【００２６】（ｄ）レーザ光を出射する発光部はその両
側に低屈折率層を有する実屈折率導波路構成になってい
ることから、水平方向の発光径が小さくなり、レーザ光
（光ビーム）の水平方向拡がり角θ//が大きくなる。
【００２７】（ｅ）レーザ光の遠視野像のアスペクト比
（垂直方向拡がり角θ⊥／水平方向拡がり角θ//）は、
上記（ｃ），（ｄ）からθ⊥が小さくなり、θ//が大き
くなることから、１．６以下にすることができ、構成に
よっては１．２以下にすることができ、円形断面のレー
ザ光を出射することができる。
【００２８】（ｆ）半導体レーザは実屈折率導波路構造
となることから、導波路の幅が狭くても損失が小さくな
り、動作電流密度を低くすることができる。従って、半
導体レーザ素子の寿命も長くなる。
【００２９】（ｇ）遠視野像が円形に近似することか
ら、回転レーザ装置の光源として使用した場合、楕円ビ
ームを円形ビームに変換させるビーム整形光学系が不要
になり、装置の小型化及び製造コストの低減が達成でき
る。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００３１】ここで、本実施形態の説明に入る前に、本
発明者によるアスペクト比を１に近似させる技術の検討
過程について簡単に説明する。即ち、前述のような図２
１に示す従来構造でアスペクト比を小さくするために
は、リッジストライプの幅を狭くしてθ//を大きくする
方法がとられるが、これではθ//を１２°程度までしか
拡大できず、アスペクト比で約２．５までしか小さくで
きない。また、リッジストライプの幅を狭くすることに
より、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層（ｎ−ＧａＡｓ層８
７）による光吸収が多くなるので、効率の低下等の特性
悪化が生じる。
【００３２】しかし、アスペクト比を小さくするという
観点からは、θ//を１２°にしたうえで、θ⊥を小さく
すればよい。θ⊥を小さくするためには、活性層全体の
厚さを薄くする、すなわち（１）井戸層の厚さを薄くす
る、（２）井戸層の周期を２周期以下にする、の２つの
方法がある。
【００３３】具体的には、井戸層の全体の厚さが２５ｎ
ｍ程度になれば、θ⊥は２２〜２４°になるので、アス
ペクト比として２前後の特性が実現できる。
【００３４】これを（１）の方法で行うには、井戸層の
厚さを薄くすることになる。すると、量子準位が変化し
て波長が短くなるために、波長を６３０ｎｍに合わせる
ために、井戸層の歪み量を替える必要がある。具体的に
は、井戸層を歪みが少なくなる条件で作製しなければな
らない。そのため、閾値の増加が生じ、最終的には高温
特性の悪化を招く。
【００３５】前記（２）の方法で、活性層全体の厚さを
薄くするには、活性層の周期を２周期以下とすればよ
い。しかし、本構造ではｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層で
の光吸収が大きく活性層の周期を２周期以下にすると、
活性層の単位体積あたりのキャリア密度が多くなり、高
温での光出力の飽和が生じてしまう。即ち、高温特性
で、従来実現できていた特性を維持できなくなる。
【００３６】また、レーザの発振波長の観点から、下記
のようなことが言える。まず、図３に活性層の井戸幅に
対するホトルミネッセンス（ＰＬ）波長の依存性を示
す。図には、−０．９％の引っ張り歪を導入している場
合、−０．３％の引っ張り歪を導入している場合、歪み
を導入していない場合（歪み量０％）を示している。
【００３７】いずれの歪み量でも井戸幅が狭くなると、
ＰＬ波長は短くなる。レーザ光の発振波長はＰＬ波長に
対して、１０〜２０ｎｍ長波長に移動することを実験で
確認している。
【００３８】従って、６３０〜６４０ｎｍに設定するた
めには、ＰＬ波長として６１５〜６２９ｎｍとしなけれ
ばならない。そのための井戸幅は、歪み量が０％の場合
は４〜６ｎｍで、歪み量が−０．３％の場合は４．５〜
８．５ｎｍ、歪み量が−０．９％の場合は７．５ｎｍ〜
１９ｎｍとなる。図４には、井戸幅に対するθ⊥の相関
を示す。井戸幅が増加するほど、θ⊥も増加する。アス
ペクト比１．５以下を実現しようとすると、従来構造で
は、θ//を１２°までしか拡大できないので、θ⊥は１
８°以下にしなければならない。θ⊥を１８°以下にで
きる井戸幅は、井戸層の周期が１の場合は２２ｎｍ以
下、２周期の場合は１０ｎｍ以下、３周期の場合は６ｎ
ｍ以下である。
【００３９】従って、例えば、６ｎｍの井戸幅で３周期
で歪み量が０％の活性層構造でも、アスペクト比を１．
５以下にできる可能性があるが、以下に示すように、引
っ張り歪を導入しなければ、閾値が増加してレーザ特性
が悪化してしまう。このため、レーザ特性を維持しつ
つ、アスペクト比を１．５以下とするには、井戸層の周
期が２周期以下で、引っ張り歪を導入することがもっと
も容易な方法であることが判明した。
【００４０】（実施形態１）図１乃至図１２は本発明の
一実施形態（実施形態１）である半導体レーザ素子に係
わる図である。本実施形態１では第１導電型としてｎ型
（Ｎ型）、第２導電型としてｐ型（Ｐ型）の波長が６３
０ｎｍ帯の半導体レーザ素子の例について説明する。
【００４１】本実施形態１の半導体レーザ素子１は、図
１及び図２に示す構造になっている。図１は半導体レー
ザ素子の外観を示す模式的斜視図である。図２は半導体
レーザ素子の要部を示す模式図である。図２には左側に
半導体層各層の断面を示し、右側には各半導体層の組
成，厚さ，キャリア濃度を示し、中間にはＡ−Ａ線に沿
う断面におけるＡｌ混晶比を示してある。断面図におい
て、薄黒く色付けした部分はｎ型領域である。
【００４２】図１及び図２に示すように、半導体レーザ
素子１はｎ型（ｎ−）のＧａＡｓ基板２を基にして製造
されている。ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面はその中央に段
差を有し、この段差部分は傾斜面１０になっている。ｎ
−ＧａＡｓ基板２の主面（図では上面）は結晶面（１０
０）から結晶軸〔１１１〕方向に対して７度傾斜した面
となり、前記傾斜面１０は１２．５度の傾斜面となり、
傾斜面１０は（４１１）Ａ面相当になっている。例え
ば、段差は０．２４μｍ程度となり、傾斜面１０の長さ
は１．１μｍ程度となっている。
【００４３】なお、実施形態１では前記傾斜面１０が１
２．５度の傾斜面となる例で説明するが、傾斜面１０が
１８．２度の（３１１）Ａ面相当であっても本実施形態
１と同様な効果が得られる。これら１２．５度の傾斜面
及び１８．２度の傾斜面はエッチングによって安定して
得られる結晶面である。
【００４４】本実施形態１の半導体レーザ素子１は、前
記傾斜面１０を有するｎ−ＧａＡｓ基板２の主面に、順
次半導体層を積層形成して製造されたものである。即
ち、図１に示すように、半導体レーザ素子１は、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２の主面上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ−
クラッド層３、活性層４、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型
（ｐ−）第１クラッド層（クラッド層）５、ＺｎやＳｅ
を含むＡｌＧａＩｎＰからなるブロック層６、ＡｌＧａ
ＩｎＰからなるｐ−第２クラッド層（クラッド層）７、
ＧａＡｓからなるｐ−コンタクト層８を順次重ねて形成
した構造になっている。
【００４５】活性層４は、量子井戸構造となり、図２に
示すように、井戸層４ａはアンドープ（ｕ）−ＧａＩｎ
Ｐ層からなり、障壁層４ｂはｕ−ＡｌＧａＩｎＰ層から
なっている。量子井戸は井戸層４ａが２周期となり、井
戸層４ａと井戸層４ａとの間には障壁層４ｂが位置して
いる。この例ではそれぞれの井戸層４ａに重なるｎ−ク
ラッド層３及びｐ−第１クラッド層５が障壁層ともなっ
ているが、それぞれ独立して障壁層を配置してもよい。
【００４６】傾斜面１０を（３１１）Ａ面相当としてあ
ることによって、図２に示すように、活性層４の傾斜面
１０に重なる部分が発光部１１となり、発光部１１の両
側に位置する半導体層は、ｎ−クラッド層３とｐ−クラ
ッド層５であり、低屈折率の半導体層である。発光部１
１の屈折率は３．５５程度となり、ｎ−クラッド層３と
ｐ−クラッド層５の屈折率は３．２４程度になる。ま
た、ＺｎやＳｅを含むブロック層６は、傾斜面１０に重
なる部分がｐ型層となり、傾斜面１０から外れた部分が
ｎ型層となり、ｐｎ−ブロック層となる。
【００４７】ｐ−コンタクト層８上にはｐ側電極１５が
設けられ、ｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面にはｎ側電極１６
が設けられている。半導体レーザ素子１は、例えば、導
波路（共振器）に沿う長さ方向の寸法は６００μｍであ
り、幅は３００μｍ、厚さ（高さ）は１００μｍの直方
体になっている。
【００４８】また、図示はしないが、導波路（共振器）
の端面の一方の出射面（前方出射面）には、反射率が３
０％となるＳｉＯ２単層膜からなる反射膜が設けられ、
他方の出射面（後方出射面）には、反射率が９０％とな
るＳｉＮ／ＳｉＯ２多層膜からなる反射膜が設けられて
いる。
【００４９】このような半導体レーザ素子１は以下のよ
うにして製造する。本実施形態１の半導体レーザ素子の
製造においては、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２を用意する。ｎ−ＧａＡｓ基板２の主面（上
面）は結晶の（００１）面から結晶の〔１１１〕Ａ方向
に７°傾斜した面（以下、７°OFF 面と記載）になって
いる。
【００５０】このｎ−ＧａＡｓ基板２の主面に結晶の
〔０１−１〕方向に延びるストライプ形状のホトレジス
トマスク２０を作製し、フッ酸系のエッチング液でウェ
ットエッチングを行い、図５（ｂ）に示すように、傾斜
面１０を作製する。この傾斜面１０は、ホトレジストマ
スクの両側で異なる傾斜角を有している。その一方の側
の斜面は、１２．５度の傾斜面となる（４１１）Ａ面相
当や、１８．２度の傾斜面となる（３１１）Ａ面相当と
いう結晶面が形成される。（４１１）Ａ面相当や（３１
１）Ａ面相当はエッチング条件によって決まり、安定し
て得られる面である。なお、図６に傾斜面の角度が１
８．２度となる（３１１）Ａ面相当の傾斜面１０が形成
された状態を示す。
【００５１】本実施形態１では（４１１）Ａ面相当を使
用する。段差は０．２４μｍとなり、傾斜面１０の長さ
は１．１μｍとなる。このような傾斜面１０は所定間隔
に設けられる。
【００５２】つぎに、ホトレジストマスク２０を除去し
た後、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、同
じチャンバー内で順次半導体層を形成して多層構造を作
製する（図５（ｃ）参照）。
【００５３】まず、ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ
１−ｙＰからなるｎ−クラッド層３を成長させる。混晶
比ｘ，ｙは、０．３５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１とな
り、本実施形態１ではｘ＝０．７、ｙ＝０．５３とす
る。また、ｎ−クラッド層３は厚さ１．２μｍとなり、
キャリア濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３となる。
【００５４】つぎに、活性層４を形成する。活性層４は
多重量子井戸構造であり、図２に示すように、量子井戸
は２周期になっている。井戸層４ａはアンドープＧａｚ
Ｉｎ １−ｚＰ（０．３≦ｚ≦１、ここでは例えば、ｚ＝
０．４３）で構成され、厚さは１１ｎｍになる。障壁層
４ｂはアンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ
（０＜ｘ≦１、０．３≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝
０．５、ｙ＝０．５５）で構成され、厚さは３ｎｍにな
る。また、井戸層４ａは２周期となる。このとき、井戸
層４ａとなるアンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の歪み量
は、−０．９４％であり、引っ張り歪になっている。
【００５５】引っ張り歪とは、ｎ−ＧａＡｓ基板２の格
子定数に対して、アンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ層の格
子定数が小さい状態を表す。歪み量ｍは、レーザ光の発
振波長が６２０〜６４５ｎｍになるように調整するが、
０％＜ｍ≦−１．５％の間の値を取ることができる。
【００５６】つぎに、前記ｎ−クラッド層３と同一組成
のｐ−第１クラッド層（クラッド層）５（厚さ０．２μ
ｍ、キャリア濃度６Ｅ１７ｃｍ−３）を積層し、その上
に同じ組成でかつＺｎ、Ｓｅを含むＡｌＧａＩｎＰから
なるブロック層６を積層する。このブロック層６は厚さ
０．２μｍとなるとともに、キャリア濃度は傾斜面１０
に重なる斜面部ではｐ型で６Ｅ１７ｃｍ−３となり、７
°OFF 面ではｎ型で８Ｅ１７ｃｍ−３となる。この結
果、ブロック層６は傾斜面１０に対応する傾斜面部では
ｐ型伝導性を示し、７度OFF 面ではｎ型伝導性を示すの
で、電流ブロック層の効果を持つようになる。
【００５７】つぎに、ｐ−第１クラッド層５と同じ組成
のｐ−第２クラッド層（クラッド層）７を形成する。こ
のｐ−第２クラッド層７は厚さ０．８μｍ、キャリア濃
度８Ｅ１７ｃｍ−３となる。
【００５８】つぎに、ｐ−ＧａＡｓからなるｐ−コンタ
クト層８を形成する。ｐ−コンタクト層８は厚さ３μ
ｍ、キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ−３となる。
【００５９】つぎに、ｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面を所定
厚さ除去した後、図５（ｃ）に示すように、ｐ−コンタ
クト層８上に電極材料を蒸着によって形成するととも
に、所定パターンにエッチングしてｐ側電極１５を形成
する。また、同様にｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面に電極材
料を蒸着によって形成するとともに、所定パターンにエ
ッチングしてｎ側電極１６を形成する。
【００６０】つぎに、傾斜面１０の延在方向に直交する
方向に所定間隔で劈開して、幅６００μｍの図示しない
短冊体を形成した後、両劈開面にそれぞれ異なる反射膜
をコーティング形成する。一方の劈開面にはＳｉＯ２単
層膜（反射率３０％）を形成し、他方の劈開面にはＳｉ
Ｎ／ＳｉＯ２の多層膜（反射率９０％）を形成する。そ
の後、その短冊体を図５（ｃ）の一点鎖線で示す部分で
劈開する。図で示すＣが半導体レーザ素子１の幅領域で
ある。このプロセスにおいては、半導体レーザ素子１を
構成しない廃棄される部分が発生する。
【００６１】これにより、厚さ１００μｍ、幅３００μ
ｍ、長さ６００μｍ（共振器長６００μｍ）で波長が６
３０ｎｍ帯となる半導体レーザ素子１を複数製造するこ
とができる。
【００６２】図８（ａ），（ｂ）に半導体レーザ素子１
の２５℃と６０℃での電流−光出力特性を示す。図８
（ａ）に示す２５℃の場合では、従来方法で作製したレ
ーザ素子の閾値は３４ｍＡ、効率は０．６２Ｗ／Ａであ
り、本実施形態１の半導体レーザ素子１の閾値は１５ｍ
Ａ、効率は０．９５Ｗ／Ａである。本発明による、閾値
の低減は、ストライプ幅を狭くしたことと、実屈折率導
波構造により光吸収が抑えられたことによる。
【００６３】また、図８（ｂ）に示す６０℃の場合で
は、従来方法で作製したレーザ素子の閾値は５８ｍＡ、
効率は０．４８Ｗ／Ａであり、本発明による半導体レー
ザ素子１では閾値は４１ｍＡ、効率は０．８１Ｗ／Ａで
ある。２５℃での特性同様、従来素子よりも優れてい
る。これは、引っ張り歪を維持したまま実屈折率導波構
造にしたため、閾値の低減と効率の向上を実現できた結
果である。
【００６４】本実施形態１による半導体レーザ素子１の
遠視野像を図９に示す。遠視野像は、レーザ光の強度分
布を角度で示したもので、半値全角で表示する。垂直方
向拡がり角（角度）θ⊥では、従来法で作製したものは
３０．２度であり、本発明によるものは２１．３度であ
る。水平方向拡がり角（角度）θ//では、従来方法で作
製したレーザ素子は７．４°であり、本発明によるレー
ザ素子は１８．１°である。従って、アスペクト比（θ
⊥／θ//）としては、従来方法で作製した素子は４．０
８で、本発明による素子は１．１８であるので、真円に
近いレーザ光形状が得られた。
【００６５】また、発振波長は、２５℃で６３６ｎｍで
あった。これにより６３０ｎｍ帯半導体レーザでレーザ
光形状が真円に近い半導体レーザ（半導体レーザ素子
１）が製造できたことになる。
【００６６】図１０は、ストライプ幅を変えたときの従
来素子と本発明によるレーザ素子におけるθ//の相関を
示したものである。図に示すように、θ//を制御するス
トライプの幅を狭くしても、従来素子では、θ//が拡大
出来ないことがわかる。これは、従来素子では、活性層
が発光する部分の外側にまで連続しているため、屈折率
差による光の閉じ込めが弱いことに起因する。
【００６７】それに対して、本発明による構造では、活
性層の発光する部分の両側が屈折率の小さい材料（本発
明では、ＡｌＧａＩｎＰ層）で挟まれているので、実屈
折率導波構造となり、ストライプ幅を狭くすることで、
θ//を１５°以上にすることができた。これにより、ア
スペクト比の低減を実現できた。以上より、本発明によ
って、従来実現できなかった、アスペクト比が１に近
い、すなわち、ビーム形状が真円に近い半導体レーザが
実現できた。
【００６８】ここで、本実施形態１の半導体レーザ素子
について説明する。まず、活性層の井戸層の周期を２周
期以下とすることで、θ⊥を従来の３０°前後から２５
°以下にする。しかし、このようにすることによって、
高温で活性層における単位体積当たりのキャリア密度が
増加することで、光出力の飽和が生じる。
【００６９】これを防ぐために井戸層に引っ張り歪を導
入する。井戸層に歪みを導入したときに閾値がどのよう
に変化するかを検討したので、その結果を図７に示す。
導入する引っ張り歪の量が増えることで閾値を低減でき
る。また、図３から、引っ張り歪の量が増えるほど、井
戸幅を厚くすることが必要なことがわかる。従って、閾
値低減と発振波長の観点からは、引っ張り歪を導入し、
井戸層の厚さを厚くすることが必要である。これに加え
て、θ⊥を小さく抑えるために、活性層の周期を２周期
以下とすることが必要となる。
【００７０】以上から、２周期以下の活性層構造で、引
っ張り歪を導入し、井戸幅を厚くすることで、６３０ｎ
ｍ帯で発振し、低閾値でθ⊥の小さい、半導体レーザを
実現できる。即ち、アスペクト比が小さい６３０ｎｍ帯
半導体レーザ素子を実現できる。さらに、実屈折率導波
構造にすることで、従来のＧａＡｓ埋め込み構造での光
吸収が低減できるので、閾値の低減と効率の向上を図る
ことができる。これにより、従来以上の特性を持つ半導
体レーザが実現できる。そして、θ//を拡大するため
に、ストライプの幅を２μｍ以下にすることで、θ//の
値を従来の７〜９°から１５〜１８°に拡大する。θ//
の拡大により、θ⊥が影響を受けるため、θ⊥は、上記
の２５°よりも減少し、実際には２１〜２２°程度まで
低減される。その結果、一例としてθ⊥＝２２°、θ//
＝１５°の組み合わせの特性を持つ半導体レーザ素子が
実現でき、アスペクト比として、１．４７のレーザ光形
状が真円に近い６３０ｎｍ帯半導体レーザが実現でき
る。
【００７１】このようなアスペクト比が１に近い半導体
レーザ素子１を、図１１に示すような計測器分野で用い
る回転レーザ装置に光源として組み込んだ場合以下のよ
うな効果がある。回転レーザ装置は、出射したレーザ光
を回転するミラーに反射させて壁面にレーザ光を照射し
て所定高さの位置を表示するもので、図１１に示すよう
に、三脚台６１に載る回転レーザ装置６０からレーザ光
２５を、例えば、部屋の壁面６２に照射して床面６３か
らの高さＨを表示する。
【００７２】この場合、スポット光６４で表示したり、
壁面６２に一定幅Ｗの光の帯６５で表示する。
【００７３】壁面６２に一定幅Ｗの光の帯６５として表
示する場合、回転レーザ装置６０の投光部６７を左右に
所定角度首振り運動させて光の帯６５を壁面６２に表示
する。
【００７４】本実施形態１の半導体レーザ素子１はレー
ザ光の遠視野像のアスペクト比が１．１８となり、真円
に近くなるので回転レーザ装置６０内に内蔵される形状
修正光学系は、図１２（ａ）に示すように、従来のよう
なビーム整形光学系７４を必要とせず、コリメートレン
ズ７３だけでよくなる。この結果、回転レーザ装置６０
の小型化及び製造コストの低減が達成できる。
【００７５】本実施形態１の半導体レーザ素子１はレー
ザ光の遠視野像のアスペクト比が１．１８となり、真円
となることから、床面６３により鮮明な微小スポット光
６４として表示できるとともに、光の帯６５は細く鮮明
な表示が達成できることになる。
【００７６】本実施形態１によれば以下の効果を有す
る。（１）活性層４を構成する井戸層を引っ張り歪層と
していることから、Ａｌを含まなくても確実に波長が６
３０ｎｍ帯になるレーザ光を確実に出射することができ
る。また、Ａｌを含まないことから半導体レーザ（半導
体レーザ素子１）の長寿命化が達成できる。
【００７７】（２）引っ張り歪ＧａＩｎＰ層（井戸層４
ａ）では、Ｇａを増やし、材料自体のバンドギャップを
大きくし、格子定数を小さくして引っ張り歪を発生させ
ている。この歪みによって、Γ点でのヘビーホールとラ
イトホールの縮退が解け遷移確率が上がり、より低動作
電流密度でもレーザ発振に必要な利得が得られるため、
動作電流の低下を図ることができる。
【００７８】（３）活性層４を構成する量子井戸が２周
期以下となり、井戸層４ａの全体の厚さが２５ｎｍ以下
となることから垂直方向の発光径が大きくなり、垂直方
向拡がり角θ⊥が小さくなる。
【００７９】（４）レーザ光を出射する発光部はその両
側に低屈折率層を有する実屈折率導波路構造になってい
ることから、水平方向の発光径が小さくなり、レーザ光
（光ビーム）の水平方向拡がり角θ//が大きくなる。
【００８０】（５）レーザ光の遠視野像のアスペクト比
は、上記（３），（４）からθ⊥が小さくなり、θ//が
大きくなることから、１．２以下にすることができ、真
円断面のレーザ光を出射することができる。
【００８１】（６）半導体レーザ（半導体レーザ素子
１）は実屈折率導波路構造となることから、導波路の幅
が狭くても損失が小さくなり、動作電流密度を低くする
ことができる。従って、半導体レーザ素子１の寿命も長
くなる。
【００８２】（７）遠視野像が円形に近似することか
ら、回転レーザ装置６０の光源として使用した場合、楕
円ビームを円形ビームに変換させるビーム整形光学系が
不要になり、装置の小型化及び製造コストの低減が達成
できる。
【００８３】（実施形態２）図１３〜図１６は本発明の
他の実施形態（実施形態２）である半導体レーザ素子に
係わる図である。図１３は半導体レーザ素子の模式的斜
視図、図１４は半導体レーザ素子の一部を示す模式図、
図１５は半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示すグ
ラフ、図１６は半導体レーザ素子の遠視野像を示すグラ
フである。
【００８４】本実施形態２の半導体レーザ素子は埋め込
みヘテロ構造とし、活性層で構成される発光部の両側を
活性層に比べて低屈折率の半導体層として実屈折率導波
路を構成した構成になっている。
【００８５】本実施形態２の半導体レーザ素子１は、図
１３及び図１４に示すような構造になっている。半導体
レーザ素子１の構造を、その製造方法の説明とともに説
明する。
【００８６】図１３に示すように、本実施形態２の半導
体レーザ素子１は、その製造においてｎ−ＧａＡｓ基板
２にＭＯＣＶＤ法により、半導体層からなる多層構造を
作製する。まず、ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ
１−ｙＰ（０．３５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１、ここで
は例えば、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５３）クラッド層３
（厚さ０．８μｍ、キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ−３）を
成長させた後、ｎ−ＧａｖＩｎ１−ｖＰ（ｖ＝０．３
８、厚さ４ｎｍ、キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ−３）エッ
チストップ層３１、ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ
１−ｙＰ（０．３５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１、ここで
は例えば、ｘ＝０．７、ｙ＝０．５３）クラッド層３２
（厚さ０．４μｍ、キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ−３）、
アンドープＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ｚ＝０．４６、厚さ
９．６ｎｍ）／アンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ
１−ｙＰ（０＜ｘ≦１、０．３≦ｙ≦１、ここでは例え
ば、ｘ＝０．５、ｙ＝０．５５、厚さ３ｎｍ）２周期の
活性層３３、ｎ−クラッド層３と同一組成（ＡｌＧａＩ
ｎＰ）のｐ−クラッド層３４（厚さ０．３μｍ、キャリ
ア濃度６Ｅ１７ｃｍ−３)を積層する。このとき、井戸
層となるアンドープＧａｚＩｎ１ −ｚＰ層の歪み量は、
−０．８６％であり、引っ張り歪になっている。
【００８７】つぎに、図示しないが、前記ｐ−クラッド
層３４上に絶縁膜を０．２μｍ積層し、さらに絶縁膜上
にホトレジストのストライプを作製する。この時、ホト
レジストのストライプは幅は２μｍである。絶縁膜をホ
トレジストストライプをマスクにしてウェットエッチン
グでパターニングした後、レジスト膜を除去する。その
後、ドライエッチングにより、絶縁膜をマスクにしてｐ
−クラッド層３４，活性層３３，ｎ−クラッド層３２を
エッチングする。エッチングはｎ−エッチストップ層３
１で停止する。これにより、ストライプ構造３５が形成
される。ストライプ構造３５の幅は１．７μｍとなる。
従って、活性層３３の幅も１．７μｍになる。
【００８８】つぎに、再びＭＯＣＶＤ法により、ｐ−Ａ
ｌｗＧａ１−ｗＡｓ（０．５≦ｗ≦１、ここではｗ＝
０．７５、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度６Ｅ１７ｃｍ
−３）からなるｐ−ＡｌＧａＡｓブロック層３６と、ｐ
−ＡｌＧａＡｓブロック層３６と同じ組成のｎ−ＡｌＧ
ａＡｓブロック層３７（厚さ０．２μｍ、キャリア濃度
１Ｅ１８ｃｍ−３）を成長させる。
【００８９】つぎに、ｐ−クラッド層３４上の図示しな
い絶縁膜をウェットエッチングで除去した後、さらにＭ
ＯＣＶＤ法により、ｐ−クラッド層３４と同じ組成（ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰ）で同じキャリア濃度（６Ｅ１７ｃｍ
−３）のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３８（厚さ０．
８μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３９（厚さ３．２
μｍ、キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ−３）を成長させる。
【００９０】ｐ−ＡｌＧａＡｓブロック層３６とｎ−Ａ
ｌＧａＡｓブロック層３７とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層３８の禁制帯幅の大きさは、活性層から放射される
レーザ光のエネルギーよりも大きいので、レーザ光を吸
収することはない、すなわち、これらの層を用いること
により、実屈折率導波構造となり、従来のＧａＡｓ埋め
込み層を用いるよりも発光効率を高めることができる。
【００９１】つぎに、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３９上
にｐ側電極１５を形成するとともに、ｎ−ＧａＡｓ基板
２の裏面にｎ側電極１６を形成する。ｎ側電極１６の形
成前にｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面は所定厚さ除去され
る。
【００９２】その後、実施形態１と同様に、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２を多層半導体層とともに劈開して短冊体を形成
し、共振器端面となる劈開面の一方の面（前方出射面）
にＳｉＯ２単層膜（反射率３０％）からなる反射膜をコ
ーティングして設けるとともに、他方の面（後方出射
面）にＳｉＮ／ＳｉＯ２の多層膜（反射率９０％）をコ
ーティングする。さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板２を多層半
導体層とともに劈開して、幅３００μｍ、長さ（共振器
長）６００μｍ、厚さ１００μｍの半導体レーザ素子１
を製造する。
【００９３】図１５に本素子の２５℃と６０℃での電流
−光出力特性を示す。２５℃では、従来方法で作製した
レーザ素子の閾値は３４ｍＡ、効率は０．６２Ｗ／Ａで
あり、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１９ｍ
Ａ、効率は１．０８Ｗ／Ａである。本発明による、閾値
の低減は、ストライプ幅を狭くしたことと、実屈折率導
波構造により光吸収が抑えられたことによる。
【００９４】また、６０℃では、従来方法で作製したレ
ーザ素子の閾値は５８ｍＡ、効率は０．４８Ｗ／Ａであ
り、本発明により作製したレーザ素子では閾値は４６ｍ
Ａ、効率は０．８６Ｗ／Ａである。２５℃での特性同
様、従来素子よりも優れている。これは、引っ張り歪を
維持したまま実屈折率導波構造にしたため、閾値の低減
と効率の向上を実現できた結果である。
【００９５】本素子の遠視野像を図１６に示す。水平方
向拡がり角θ//は、従来方法で作製したレーザ素子は
７．４°であり、本発明によるレーザ素子は１６．３°
である。垂直方向拡がり角θ⊥は、従来法で作製したも
のは３０．２度であり、本発明によるものは１８．２度
である。従って、アスペクト比としては、従来方法で作
製した素子は４．０８で、本発明による素子は１．１２
であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。
【００９６】また、発振波長は、２５℃で６３５ｎｍで
あったので、本発明により、６３０ｎｍ帯帯半導体レー
ザでレーザ光形状が真円に近い半導体レーザ（半導体レ
ーザ素子１）が作製できた。
【００９７】（実施形態３）図１７乃至図２０は本発明
の他の実施形態（実施形態３）である半導体レーザ素子
に係わる図である。図１７は半導体レーザ素子の模式的
斜視図、図１８は半導体レーザ素子の一部を示す模式
図、図１９は半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示
すグラフ、図２０は半導体レーザ素子の遠視野像を示す
グラフである。
【００９８】本実施形態３の半導体レーザ素子は、実施
形態２と同様に活性層で構成される発光部の両側を活性
層に比べて低屈折率の半導体層として実屈折率導波路を
構成した構成になっている。
【００９９】本実施形態３の半導体レーザ素子１は、図
１７及び図１８に示すような構造になっている。半導体
レーザ素子１の構造を、その製造方法の説明とともに説
明する。
【０１００】図１７に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２
の主面に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ−（ＡｌｘＧａ１
−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．３５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ
≦１、ここでは例えば、ｘ＝０．８、ｙ＝０．５４、厚
さ１．７μｍ）からなるｎ−クラッド層４１、ｎ−Ｇａ
ｖＩｎ１−ｖＰ（ｖ＝０．３８、厚さ４ｎｍ、キャリア
濃度５Ｅ１７ｃｍ−３）からなるエッチストップ層４
２、ｐ−（ＡｌｘＧａ１− ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．３
５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝
０．８、ｙ＝０．５４、厚さ０.５μｍ）からなるｐ型
層４３、ｎ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ
（０．３５≦ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１、ここでは例え
ば、ｘ＝０．８、ｙ＝０．５４、厚さ０.３μｍ）から
なるｎ型層４４をキャリア濃度１Ｅ１８ｃｍ−３で順次
作製する。
【０１０１】つぎに、ｎ型層４４上に図示しない絶縁膜
を０．２μｍの厚さで作製し、その上にホトレジストを
形成し、かつこのホトレジストを３μｍの幅でストライ
プ状にとり除く。ついでウェットエッチングを行ってｎ
型層４４，ｐ型層４３をエッチングする。エッチングは
エッチストップ層４２で停止する。このとき、エッチン
グされた部分の幅は、底の部分で１．４μｍとなる。
【０１０２】つぎに、再びＭＯＣＶＤ法でｎ−（Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（０．３５≦ｘ≦１、０．
４≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝０．８、ｙ＝０．５
４、厚さ０．３μｍ、キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ−３）
からなるｎ−クラッド層４５、アンドープＧａｚＩｎ
１−ｚＰ（ｚ＝０．３９、厚さ２３ｎｍ）からなる活性
層４６を積層する。
【０１０３】活性層４６は、井戸層となるアンドープＧ
ａｚＩｎ１−ｚＰ（ｚ＝０．３９、厚さ１８ｎｍ）の歪
み量は、−１．０％であり、引っ張り歪になっている。
また、活性層４６の幅は１．９μｍであった。
【０１０４】さらに、ｎ−クラッド層４５と同一組成の
ｐ−（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１ −ｙＰ（０．３５≦
ｘ≦１、０．４≦ｙ≦１、ここでは例えば、ｘ＝０．
８、ｙ＝０．５４、厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５Ｅ
１７ｃｍ−３）からなるｐ−クラッド層４７を積層す
る。
【０１０５】つぎに、前記絶縁膜をウェットエッチング
で除去した後、再びＭＯＣＶＤ法でｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
からなるｐ−クラッド層４８（厚さ０．８μｍ、キャリ
ア濃度８Ｅ１７ｃｍ−３）、ｐ−ＧａＡｓからなるｐ−
コンタクト層４９を成長させる。
【０１０６】本構造では、活性層４６はｐ−（ＡｌｘＧ
ａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ｘ＝０．８、ｙ＝０．５
４）からなるｐ型層４３で両側を挟まれているので、実
屈折率導波構造となる。そのため、従来のＧａＡｓブロ
ック層での光吸収はなくなり、効率向上、閾値低減を実
現できる。
【０１０７】つぎに、ｐ−コンタクト層４９上にｐ側電
極１５を形成するとともに、ｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面
にｎ側電極１６を形成する。ｎ側電極１６の形成前にｎ
−ＧａＡｓ基板２の裏面は所定厚さ除去される。
【０１０８】その後、実施形態１と同様に、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２を多層半導体層とともに劈開して短冊体を形成
し、共振器端面となる劈開面の一方の面（前方出射面）
にＳｉＯ２単層膜（反射率３０％）からなる反射膜をコ
ーティングして設けるとともに、他方の面（後方出射
面）にＳｉＮ／ＳｉＯ２の多層膜（反射率９０％）をコ
ーティングする。さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板２を多層半
導体層とともに劈開して、幅５００μｍ、長さ（共振器
長）６００μｍ、厚さ１００μｍの半導体レーザ素子１
を製造する。
【０１０９】図１９に本素子の２５℃と６０℃での電流
−光出力特性を示す。２５℃では、従来方法で作製した
レーザ素子の閾値は３４ｍＡ、効率は０．６２Ｗ／Ａで
あり、本発明により作製したレーザ素子の閾値は１４ｍ
Ａ、効率は０．８９Ｗ／Ａである。
【０１１０】本発明による、閾値の低減は、ストライプ
幅を狭くしたことと、実屈折率導波構造により光吸収が
抑えられたことによる。また、６０℃では、従来方法で
作製したレーザ素子の閾値は５８ｍＡ、効率は０．４８
Ｗ／Ａであり、本発明により作製したレーザ素子では閾
値は３８ｍＡ、効率は０．７８Ｗ／Ａである。２５℃で
の特性同様、従来素子よりも優れている。これは、引っ
張り歪を維持したまま実屈折率導波構造にしたため、閾
値の低減と効率の向上を実現できた結果である。本素子
の遠視野像を図２０に示す。垂直方向遠視野像では、従
来法で作製したものは垂直方向拡がり角θ⊥は３０．２
度であり、本発明によるものは１５．８度である。水平
方向遠視野像では、従来方法で作製したレーザ素子は水
平方向拡がり角θ//は７．４°であり、本発明によるレ
ーザ素子は１４．３°である。
【０１１１】従って、アスペクト比としては、従来方法
で作製した素子は４．０８で、本発明による素子は１．
１０であるので、真円に近いレーザ光形状が得られた。
【０１１２】また、発振波長は、２５℃で６３８ｎｍで
あったので、本発明により、６３０ｎｍ帯半導体レーザ
でレーザ光形状が真円に近い半導体レーザが作製でき
た。
【０１１３】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１４】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【０１１５】（１）６３０ｎｍ帯の半導体レーザにおい
て、レーザ光の遠視野像のアスペクト比を１．６以下、
好ましくは１．２以下にすることができる半導体レーザ
素子を提供することができる。
【０１１６】（２）６３０ｎｍ帯の半導体レーザを組み
込む回転レーザにおいて、アスペクト比が１に近い半導
体レーザ素子の組み込みによって回転レーザの小型化及
び製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である半導
体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図２】本実施形態１の半導体レーザ素子の一部とこの
一部の各半導体層の組成及びＡｌ混晶比を示す模式図で
ある。
【図３】半導体レーザ素子のＰＬ波長と井戸幅との相関
を示すグラフである。
【図４】半導体レーザ素子の遠視野像の垂直方向拡がり
角θ⊥と井戸幅との相関を示すグラフである。
【図５】本実施形態１の半導体レーザ素子の製造におけ
る各工程での断面図である。
【図６】本実施形態１の変形例による（３１１）Ａ面相
当を形成した状態を示す基板の模式的拡大断面図であ
る。
【図７】半導体レーザ素子の閾値と歪み量との相関を示
すグラフである。
【図８】本実施形態１の半導体レーザ素子の電流−光出
力特性を示すグラフである。
【図９】本実施形態１の半導体レーザ素子の遠視野像を
示すグラフである。
【図１０】本実施形態１の半導体レーザ素子及び従来の
半導体レーザ素子の遠視野像の水平方向拡がり角θ//と
ストライプ幅Ｗｓとの相関を示すグラフである。
【図１１】本実施形態１の半導体レーザ素子を組み込ん
だ回転レーザの使用形態を示す模式図である。
【図１２】本実施形態１の回転レーザの形状修正光学系
と、従来の回転レーザの形状修正光学系を示す模式図で
ある。
【図１３】本発明の他の実施形態（実施形態２）である
半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図１４】本実施形態２の半導体レーザ素子の一部を示
す模式図である。
【図１５】本実施形態２の半導体レーザ素子の電流−光
出力特性を示すグラフである。
【図１６】本実施形態２の半導体レーザ素子の遠視野像
を示すグラフである。
【図１７】本発明の他の実施形態（実施形態３）である
半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図１８】本実施形態３の半導体レーザ素子の一部を示
す模式図である。
【図１９】本実施形態３の半導体レーザ素子の電流−光
出力特性を示すグラフである。
【図２０】本実施形態３の半導体レーザ素子の遠視野像
を示すグラフである。
【図２１】従来の半導体レーザ素子の模式的斜視図及び
一部を拡大した拡大図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ−ＧａＡｓ基板、３…ｎ
−クラッド層、４…活性層、４ａ…井戸層、４ｂ…障壁
層、５…ｐ−第１クラッド層（クラッド層）、６…ブロ
ック層、７…ｐ−第２クラッド層（クラッド層）、８…
ｐ−コンタクト層、１０…傾斜面、１１…発光部、１２
…水平活性層部分、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、
２０…ホトレジストマスク、２５…レーザ光、３１…ｎ
−エッチストップ層、３２…ｎ−クラッド層、３３…活
性層、３４…ｐ−クラッド層、３５…ストライプ構造、
３６…ｐ−ＡｌＧａＡｓブロック層、３７…ｎ−ＡｌＧ
ａＡｓブロック層、３８…ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層、３９…ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、４１…ｎ−クラ
ッド層、４２…エッチストップ層、４３…ｐ型層、４４
…ｎ型層、４５…ｎ−クラッド層、４６…活性層、４７
…ｐ−クラッド層、４８…ｐ−クラッド層、４９…ｐ−
コンタクト層、６０…回転レーザ装置、６１…三脚台、
６２…壁面、６３…床面、６４…スポット光、６５…光
の帯、６７…投光部、７１…半導体レーザ素子、７２…
レーザ光、７３…コリメートレンズ、７４…ビーム整形
光学系、８０…半導体レーザ素子、８１…ＧａＡｓ基
板、８２…ｎ−クラッド層、８３…活性層、８４…ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰ層、８５…ｐ−エッチングストップ層、
８６…ｐ−クラッド層、８７…ｎ−ＧａＡｓ層、８８…
ｐ−ＧａＡｓ層、９１…ｐ側電極、９２…ｎ側電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB10 AB17 AB18 BB16 CA12 DA53 DA54 DA63 DA64 DA69 5F073 AA17 AA74 AA83 BA09 CA06 CA14 CB02 DA05 DA22 DA32 DA34 EA20

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型のＧａＡｓ基板と、 前記ＧａＡｓ基板の主面に形成されるＡｌＧａＩｎＰか
    らなる第１導電型のクラッド層と、 前記第１導電型のクラッド層上に形成され、井戸層がＧ
    ａＩｎＰからなり、障壁層がＡｌＧａＩｎＰからなる量
    子井戸構造の層であり、前記井戸層が引っ張り歪層とな
    る活性層と、 前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる第２
    導電型のクラッド層と、 前記第２導電型のクラッド層上に形成されるＧａＡｓか
    らなる第２導電型のコンタクト層とを有し、 前記活性層の発光部の両端面からレーザ光を出射するよ
    うに構成され、前記活性層の発光部の両側は活性層に比
    べて低屈折率の半導体層となって実屈折率導波路を構成
    することを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】前記量子井戸構造における井戸層全体の厚
    さが２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記
    載の半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】前記レーザ光の波長は６３０ｎｍ帯である
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  4. 【請求項４】第１導電型のＧａＡｓ基板と、 前記ＧａＡｓ基板の主面に形成されるＡｌＧａＩｎＰか
    らなる第１導電型のクラッド層と、 前記第１導電型のクラッド層上に形成され、井戸層がＧ
    ａＩｎＰからなり、障壁層がＡｌＧａＩｎＰからなる量
    子井戸構造の層であり、前記井戸層が引っ張り歪層とな
    る活性層と、 前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる第２
    導電型のクラッド層と、 前記第２導電型のクラッド層上に形成されるＧａＡｓか
    らなる第２導電型のコンタクト層とを有し、 前記活性層の発光部の両端面からレーザ光を出射するよ
    うに構成され、前記レーザ光の遠視野像のアスペクト比
    は１．６以下であることを特徴とする半導体レーザ素
    子。
  5. 【請求項５】前記活性層の発光部の両側は活性層に比べ
    て低屈折率の半導体層となって実屈折率導波路を構成す
    ることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素
    子。
  6. 【請求項６】前記量子井戸構造における井戸層全体の厚
    さが２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記
    載の半導体レーザ素子。
  7. 【請求項７】前記レーザ光の波長は６３０ｎｍ帯である
    ことを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
  8. 【請求項８】第１導電型のＧａＡｓ基板と、 前記ＧａＡｓ基板の主面に形成されるＡｌＧａＩｎＰか
    らなる第１導電型のクラッド層と、 前記第１導電型のクラッド層上に形成され、井戸層がＧ
    ａＩｎＰからなり、障壁層がＡｌＧａＩｎＰからなり、
    前記井戸層が２周期以下となる量子井戸構造であり、前
    記井戸層が引っ張り歪層となる活性層と、 前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる第２
    導電型のクラッド層と、 前記第２導電型のクラッド層上に形成されるＧａＡｓか
    らなる第２導電型のコンタクト層とを有し、 前記活性層の発光部の両端面からレーザ光を出射するよ
    うに構成され、前記活性層の発光部の両側は活性層に比
    べて低屈折率の半導体層となって実屈折率導波路を構成
    することを特徴とする半導体レーザ素子。
  9. 【請求項９】前記ＧａＡｓ基板の主面は段差を有し、前
    記段差部分は傾斜面となり、前記傾斜面に重なる前記活
    性層部分が発光部となり、前記発光部から外れる両側の
    活性層部分が低屈折率の半導体層となっていることを特
    徴とする請求項８記載の半導体レーザ素子。
  10. 【請求項１０】前記ＧａＡｓ基板の主面は結晶面（１０
    ０）から結晶軸〔１１１〕方向に対して７度傾斜した面
    となり、前記傾斜面は１２．５度の傾斜面となり、結晶
    面（４１１）Ａ面相当になっていることを特徴とする請
    求項９記載の半導体レーザ素子。
  11. 【請求項１１】前記ＧａＡｓ基板の主面は結晶面（１０
    ０）から結晶軸〔１１１〕方向に対して７度傾斜した面
    となり、前記傾斜面は１８．２度の傾斜面となり、結晶
    面（３１１）Ａ面相当になっていることを特徴とする請
    求項９記載の半導体レーザ素子。
  12. 【請求項１２】前記活性層と前記コンタクト層との間に
    は、 前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる第２
    導電型の第１クラッド層と、 前記第１クラッド層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰから
    なりＺｎ及びＳｅを含むブロック層と、 前記ブロック層上に形成され、前記第１クラッド層より
    もキャリア濃度が高いＡｌＧａＩｎＰからなる第２導電
    型の第２クラッド層とを有し、 前記傾斜面に重なる前記ブロック層部分は第２導電型と
    なり、前記傾斜面から外れる前記ブロック層部分は第１
    導電型となっていることを特徴とする請求項９記載の半
    導体レーザ素子。
  13. 【請求項１３】前記活性層はストライプ構造となり、前
    記ストライプの両端面からレーザ光を出射する構成とな
    るとともに、前記ストライプの両側は活性層とは異なる
    半導体層で形成され、前記異なる半導体層は前記活性層
    に比べて低屈折率層となっていることを特徴とする請求
    項８に記載の半導体レーザ素子。
  14. 【請求項１４】前記第１導電型のＧａＡｓ基板上に形成
    されるＡｌＧａＩｎＰからなる第１導電型のクラッド層
    と、前記クラッド層上に形成されるＧａＩｎＰからなる
    第１導電型のエッチストップ層と、 前記エッチストップ層上に順次重ねてストライプに形成
    される前記第１導電型のクラッド層及び前記活性層並び
    にＡｌＧａＩｎＰからなる第２導電型のクラッド層と、 前記ストライプの両側のエッチストップ層上に順次重ね
    て形成される第２導電型のＡｌＧａＡｓ層及び第１導電
    型のＡｌＧａＡｓ層またはＡｌＧａＩｎＰ層と、 前記ストライプのクラッド層及び前記第１導電型のＡｌ
    ＧａＡｓ層またはＡｌＧａＩｎＰ層を被うように順次設
    けられるＡｌＧａＩｎＰからなる第２導電型のクラッド
    層及び前記コンタクト層とを有し、 前記ストライプの活性層の発光部の両側面は前記第２導
    電型のＡｌＧａＡｓ層によって被われていることを特徴
    とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子。
  15. 【請求項１５】前記第１導電型のクラッド層及び前記活
    性層並びに前記第２導電型のクラッド層によるストライ
    プ部分におけるストライプの幅は一定または前記第２導
    電型のクラッド層から前記第１導電型のクラッド層に向
    かうにつれて徐々に狭くなっていることを特徴とする請
    求項１４に記載の半導体レーザ素子。
  16. 【請求項１６】前記レーザ光の遠視野像のアスペクト比
    は１．６以下であることを特徴とする請求項８に記載の
    半導体レーザ素子。
  17. 【請求項１７】前記量子井戸構造における井戸層全体の
    厚さが２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に
    記載の半導体レーザ素子。
  18. 【請求項１８】前記レーザ光の波長は６３０ｎｍ帯であ
    ることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素
    子。
  19. 【請求項１９】前記井戸層の引っ張り歪量は−０．１％
    〜−１．５％前後であることを特徴とする請求項８に記
    載の半導体レーザ素子。
  20. 【請求項２０】前記発光部の幅は０．５〜２．０μｍ前
    後であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レー
    ザ素子。
  21. 【請求項２１】半導体レーザ素子から出射したレーザ光
    を形状修正光学系を介して被照射物に照射して照射位置
    を表示する光電子装置であって、 前記半導体レーザ素子は、 第１導電型のＧａＡｓ基板と、 前記ＧａＡｓ基板の主面に形成されるＡｌＧａＩｎＰか
    らなる第１導電型のクラッド層と、 前記第１導電型のクラッド層上に形成され、井戸層がＧ
    ａＩｎＰからなり、障壁層がＡｌＧａＩｎＰからなり、
    前記井戸層が２周期以下となる量子井戸構造であり、前
    記井戸層が引っ張り歪層となる活性層と、 前記活性層上に形成されるＡｌＧａＩｎＰからなる第２
    導電型のクラッド層とを有し、 前記活性層の発光部の両端面からレーザ光を出射するよ
    うに構成し、前記活性層の発光部の両側は活性層に比べ
    て低屈折率の半導体層となって実屈折率導波路を構成
    し、前記レーザ光の遠視野像のアスペクト比を１．６以
    下とするとともに、６３０ｎｍ帯のレーザ光を出射する
    ことを特徴とする光電子装置。
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