JP2004023004A

JP2004023004A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP2004023004A
Application number: JP2002179072A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Kawada; 河田　敏也; Hiroshi Asaka; 浅香　浩; Toshiya Fukuhisa; 福久　敏哉; Hideto Adachi; 足立　秀人
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】高いキンクレベルを備える半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１上に形成された第１クラッド層１０３と、第１クラッド層１０３上に形成された活性層１０４と、活性層１０４上に形成されたリッジ構造を有する第２クラッド層１０５と、第２クラッド層１０５上とリッジ構造の両側面に形成された電流を狭窄する電流ブロック層１０７と、第２クラッド層１０５と電流ブロック層１０７の上に形成された、活性層１０４よりバンドギャップの広い第３クラッド層１１０を備える。ここで、半導体基板１０１の面方位が（１００）面に対して傾斜しており、リッジ構造の傾斜角が小さい方の側面に形成された電流ブロック層１０７上に、活性層１０４よりバンドギャップの狭い光吸収層１０８が形成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データの読み出しと書き換えの可能なＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒ等の大容量光ディスク装置のピックアップ光源として、波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザが一般に用いられる。光ディスクのデータの書き換えには、媒体の温度を上昇させるため、十分な光出力を確保する必要があることから、近年、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザの高出力化が強く要望されている。
【０００３】
高出力化を実現したＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザの一例が、応用物理学会２０００年春予稿集Ｎｏ．２９ａ−Ｎ−６に開示されている。図６に、このＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザの概略構造を示す。２０１は、面方位が（１００）面から［０１１］方向に傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板である。そして、その上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２、活性層２０３、リッジ構造を有するｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０４がこの順で形成されている。クラッド層２０４上とリッジ構造の両側面には、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２０５が形成されている。さらに、クラッド層２０４と電流ブロック層２０５の上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０６が形成されている。
【０００４】
この半導体レーザ装置では、電流ブロック層２０５に、活性層２０３よりバンドギャップの広いＡｌＩｎＰ層を用いることにより、導波損失が低減され、高出力化が実現されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この半導体レーザ装置においては、化学溶液を用いてクラッド層２０４をエッチングして基板２０１の［０−１１］方向にリッジ状のストライプを形成するが、この場合、リッジ構造の側面には、化学的に安定な（１１１）面が現れる。よって、基板２０１の面方位が（１００）面と一致すれば、リッジ構造の側面は、図６で示した中心線Ａ−Ａ‘に対して対称に現れ、リッジ構造は左右対称な形状となる。しかし、この半導体レーザ装置においては、基板２０１の面方位が（１００）面から［０１１］方向に傾斜しているため、リッジ構造の側面は、中心線Ａ−Ａ‘に対して非対称に現れ、その結果、リッジ構造が左右非対称な形状となる。よって、この半導体レーザ装置においては、活性層２０３に注入されたキャリアの分布が左右非対称となり、単一横モードでの光出力の最大値（以下、キンクレベルという。）が低くなって、光ディスク装置において、データの書き換えに必要な十分な光出力を得ることが困難となっていた。
【０００６】
面方位が（１００）面に一致した基板を用いれば、活性層に注入されたキャリアの分布は左右対称となってキンクレベルを高めることができるが、こうした基板にＡｌＧａＩｎＰ系化合物をエピタキシャル成長により形成すると、結晶の秩序化が生じてバンドギャップが変動し、レーザの発振波長の制御が困難となっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術における問題を解決し、高いキンクレベルを備え、データの書き換えの可能な大容量光ディスク装置のピックアップ光源として好適に用いられる半導体レーザ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本実施の形態の半導体レーザ装置においては、半導体基板上に形成された第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成されたリッジ構造を有する第２クラッド層と、第２クラッド層上とリッジ構造の両側面に形成された電流を狭窄する電流ブロック層と、第２クラッド層と電流ブロック層の上に形成された、活性層よりバンドギャップの広い第３クラッド層を備える。ここで、半導体基板の面方位が（１００）面に対して［０１１］又は［０−１１］方向に傾斜しており、リッジ構造の傾斜角が小さい方の側面に形成された電流ブロック層上に、活性層よりバンドギャップの狭い光吸収層が形成されている。
【０００９】
この構成により、高いキンクレベルを備えた半導体レーザ装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１に、本実施の形態における半導体レーザ装置の断面図を示す。１０１は、ＧａＡｓ基板であり、その面方位が（１００）面に対して［０１１］方向に傾斜している。そして、その上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第１クラッド層１０３（ｎ＝１×１０^１８ｃｍ^−３、膜厚１．８μｍ）、（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層（膜厚５ｎｍ）とＧａＩｎＰ層（膜厚５ｎｍ、圧縮歪０．５％）の歪量子井戸構造からなる活性層１０４、リッジ構造を有するｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第２クラッド層１０５（ｐ＝１×１０^１８ｃｍ^−３、リッジ構造内の膜厚０．６μｍ、リッジ構造外の膜厚０．２μｍ）がこの順で形成されている。第２クラッド層１０５上とリッジ構造の両側面には、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ電流ブロック層１０７（ｎ＝１×１０^１８ｃｍ^−３、膜厚０．２μｍ）が形成されている。また、リッジ構造の側面と基板１０１のなす角（以下、傾斜角という。）が小さい方の側面に形成された電流ブロック層１０７上には、ｎ型ＧａＡｓ光吸収層１０８（ｎ＝１×１０^１８ｃｍ^−３、膜厚０．０５μｍ）が形成されている。さらに、第２クラッド層１０５、電流ブロック層１０７、及び光吸収層１０８の上に、活性層１０４よりバンドギャップの広いｐ型Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ第３クラッド層１１０（ｐ＝１×１０^１８ｃｍ^−３、膜厚０．７μｍ）とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１（ｐ＝１×１０^１９ｃｍ^−３、膜厚３．０μｍ）がこの順で形成されている。
【００１２】
以下、図２を参照しながら、本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説明する。
【００１３】
先ず、面方位が（１００）面に対して［０１１］方向に傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１０１を用意し、図２（ａ）に示す工程において、ＭＯＣＶＤ法により、基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第１クラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第２クラッド層１０５をこの順で形成する。
【００１４】
次に、図２（ｂ）に示す工程において、フォトリソグラフィにより、ストライプ状のＳｉＯ_２マスク１０６を用い、硫酸系のエッチャント液によってリッジ構造を形成する。ここで、リッジ構造の最下部の横幅Ｗは３．０μｍとなる。
【００１５】
次いで、図２（ｃ）に示す工程において、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ電流ブロック層１０７とｎ型ＧａＡｓ光吸収層１０８を選択成長して形成する。次に、フッ酸を用いて、ＳｉＯ_２マスク１０６を除去する。
【００１６】
そして、図２（ｄ）に示す工程において、フォトリソグラフィにより、リッジ構造の傾斜角が小さい方の側面に形成された第２クラッド層１０５と電流ブロック層１０７の上と、露出した光吸収層１０８の上にレジスト１０９を形成する。また、アンモニア系のエッチャントによって、リッジ構造の傾斜角が大きい方の側面に形成された電流ブロック層１０７上の光吸収層１０８を除去する。そして、レジスト１０９を除去する。
【００１７】
その後、図２（ｅ）に示す工程において、ＭＯＣＶＤ法により、第２クラッド層１０５、電流ブロック層１０７、及び光吸収層１０８上に、ｐ型Ａｌ_０．８Ｇａ_０ _．２Ａｓ第３クラッド層１１０とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１をこの順で形成し、半導体レーザ装置が完成する。
【００１８】
本実施の形態の半導体レーザ装置では、面方位が（１００）面に対して［０１１］方向に傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板上に各層を形成して半導体レーザ装置が構成され、リッジ構造が左右非対称となっているため、図３に示すように、リッジ構造の傾斜角が小さい方の領域Ａと傾斜角が大きい方の領域Ｂとで電流の流れる経路長に差が生じる。領域Ｂにおける経路長は、領域Ａにおける経路長より短いため、領域Ｂにおいてレーザ光発振のための利得が大きくなり、活性層１０４内に注入されたキャリアの密度が増大し、活性層１０４で発生したレーザ光は、領域Ｂに偏った状態で発振する。ここで、電流を増加させてレーザの光出力を高めると、キャリアがレーザ光に変換され、領域Ｂにおいて、キャリア密度が減少して利得が小さくなり、いわゆるホールバーニングが起こる。そして、さらにレーザの光出力を高めると、領域Ａにおける利得が領域Ｂにおける利得を超えるようになり、図４に示すように、レーザ光出力が飽和又は低減してキンクが発生する。
【００１９】
本実施の形態における半導体レーザ装置においては、領域Ａにおいて、活性層１０４よりバンドギャップの狭い光吸収層１０８が形成されているため、活性層１０４内で発生したレーザ光は光吸収層１０８に吸収される。したがって、領域Ａにおける利得が小さくなり、レーザが発振を開始した後、領域Ａにおける利得と領域Ｂにおける利得の差が拡がり、領域Ａにおける利得が領域Ｂにおける利得を超えるときの電流値が大きくなって、キンクレベルが増大するようになる。
【００２０】
図５に、電流ブロック層１０７の膜厚とキンクレベルの関係を示す。このように、電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲で、キンクレベルが増大する。これは、膜厚が０．３μｍを越えると、光吸収層１０８におけるレーザ発振光の損失の影響が小さくなり、領域Ａにおける利得と領域Ｂにおける利得の差が従来技術と同等になり、レーザ光出力が飽和又は低減するためと推定され、一方、０．１μｍ未満では、光吸収層１０８によるレーザ発振光の損失が過大となり、レーザが発振し始めるときのキャリア密度が増大し、領域Ａにおける利得と領域Ｂにおける利得の差が縮まり、領域Ａにおける利得が領域Ｂにおける利得を超えるときの電流値が小さくなるためと推定される。
【００２１】
従来の半導体レーザ装置では、キンクレベルが約７０ｍＷであったが、本実施の形態における半導体レーザ装置においては、約１００ｍＷまで向上し、レーザ光の高出力が要求される大容量光ディスク装置のピックアップ光源として、安定して用いうるようになる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、基板は、（１００）面に対して［０１１］方向に傾斜しているものを用いたが、（１００）面に対して［０−１１］方向に傾斜しているものを用いることもできる。
【００２３】
また、実施の形態では電流ブロック層１０７の材料として、ＡｌＩｎＰを用いたが、その他、ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓを用いることもできる。また、光吸収層１０８の材料として、ＧａＡｓを用いたが、活性層１０４よりもバンドギャップの狭い材料であれば、その他の材料、具体的には、ＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓ等を用いることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、高いキンクレベルを備え、データの書き換えが可能な大容量光ディスク装置のピックアップ光源として好適に用いられる半導体レーザ装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半導体レーザ装置の断面図
【図２】本発明における半導体レーザ装置の製造方法を示す工程図
【図３】リッジ構造における領域Ａと領域Ｂを示す概念図
【図４】電流とレーザ光出力の関係を示すグラフ
【図５】電流ブロック層の膜厚とキンクレベルの関係を示すグラフ
【図６】従来の半導体レーザ装置の断面図
【符号の説明】
１０１、２０１　ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２　ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３　ｎ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第１クラッド層
１０４、２０３　活性層
１０５　ｐ型（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ第２クラッド層
１０６　ＳｉＯ_２マスク
１０７　ｎ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ電流ブロック層
１０８　ｎ型ＧａＡｓ光吸収層
１０９　レジスト
１１０　ｐ型Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓ第３クラッド層
１１１、２０６　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２０２　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０４　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０５　ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層

Claims

半導体基板上に形成された第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたリッジ構造を有する第２クラッド層と、前記第２クラッド層上と前記リッジ構造の両側面に形成された電流を狭窄する電流ブロック層と、前記第２クラッド層と電流ブロック層の上に形成された、前記活性層よりバンドギャップの広い第３クラッド層を備えた半導体レーザ装置において、
前記半導体基板の面方位が（１００）面に対して［０１１］又は［０−１１］方向に傾斜しており、
前記リッジ構造の傾斜角が小さい方の側面に形成された電流ブロック層上に、前記活性層よりバンドギャップの狭い光吸収層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
前記電流ブロック層の膜厚が０．１μｍ以上０．３μｍ以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。