JP2005340259A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract


【課題】 放射光強度の分布形状が乱れることを抑制できる半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】 この発明の半導体レーザ装置によれば、リッジ部１５０は導波路をなし、導波光は、リッジ部１５０に沿って導波され、この導波光の裾は第１サイド部１５１にも存在するが、第２サイド部１５２は上記導波光の裾が達しない領域となる。一方、リッジ部１５０から発生した散乱光は第１サイド部１５１を経て、第２サイド部１５２に広がっていくが、この第２サイド部１５２では、第１上クラッド層１０８上に光吸収体となる光吸収層１２７を形成しているので、散乱光が吸収される。この第２サイド部１５２で散乱光を吸収することによって、放射光のリップルが低減される。また、光吸収層１２７をｐ側オーミック電極１２５と電気的にコンタクトさせたので、光吸収層１２７への電荷蓄積の問題を回避できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体レーザ装置に関し、一例として、光ディスクへのデータの書き込み、および光ディスクからのデータの読み取りに適した光ディスク用半導体レーザ装置に関する。
従来から、光ディスク用の半導体レーザ装置として、端面出射型の半導体レーザ装置が用いられている。光ディスク用の半導体レーザ装置では、光ディスク上での良好なスポット形状が得られるレーザ光、すなわち良好な放射光形状が得られるレーザ光が必要とされる。
光ディスク用レーザにおいて、光ディスク用として適さない放射光形状の不良、特に放射光にリップルが生じる場合がある。このリップルは、導波光が導波路から一部散乱され、導波光と散乱光が重畳することを原因として生じると考えられる。このような現象は、特に、半導体レーザ装置を高出力化してもキンクが生じないように導波路幅Ｗ０を狭くした場合に現れ易い。
このメカニズムについて、導波路５０１を上から見た模式説明図である図１４を参照して説明する。導波光５０３と散乱光５０５とが距離Ｌｓだけ離れたところから出射すると、導波光５０３の電界ｇ(θ)と散乱光の電界ｓ(θ)の位相差が、２π(Ｌｓ・ｓｉｎθ)／λの周期で変化する。これにより、位相が強めあう角度θと弱めあう角度θが周期的に現れるため、一例として、図４に実線で示した特性Ｃ１のように、水平放射光に細かいリップルが重畳される。なお、図４に点線で示した特性Ｃ２はリップルがない場合の水平放射光分布を示す。
特開２００２−２３７６６１号公報 特開２００２−３５９４３６号公報 特開２００３−０３１９０９号公報
そこで、この発明の課題は、放射光強度の分布形状が乱れることを抑制できる半導体レーザ装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、下クラッド層、活性層、第１上クラッド層、第２上クラッド層、および電極層が順に積層されたリッジ部と、
上記リッジ部の両外側に配置されると共に、上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、および上記第１上クラッド層よりも屈折率の小さい埋め込み層が順に積層された第１サイド部と、
上記第１サイド部の両外側に配置されると共に、上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、上記光吸収層が順に積層された第２サイド部とを有し、
上記光吸収層が上記電極層と電気的にコンタクトしていることを特徴としている。
この半導体レーザ装置では、上記リッジ部は導波路をなし、導波光は、上記リッジ部に沿って導波される。この導波光の裾は上記第１サイド部にも存在する。一方、上記第２サイド部は、上記導波光の裾が達しない領域となる。
上記リッジ部から発生した散乱光は、第１サイド部を経て、第２サイド部に広がっていくが、この第２サイド部では、第１上クラッド層上に光吸収体となる光吸収層を形成しているので、散乱光が吸収される。この第２サイド部で散乱光を吸収することによって、放射光のリップルが低減される。
なお、金属あるいは半導体など電気的に絶縁体でない材料は、複素屈折率(ｎ＋ｉｋ)のうちの光吸収に関わる項ｋが絶縁体などと比較して大きいという性質を有しているので、散乱光を吸収させる光吸収体の材料として好適である。
また、一例として、上記光吸収層が、上記リッジ部を構成する電極層とコンタクトしていない場合には、上記光吸収層はいわゆる電気的フローティング状態になるので、光吸収層に不要な電荷が蓄積される可能性がある。この光吸収層への電荷蓄積は、動作の不安定性を引き起こしたり、極端な場合、放電により絶縁が破壊される場合があるので、光吸収層をなす導電性材料の電位を固定することが望ましい。
この発明では、上記光吸収層を上記電極層と電気的にコンタクトさせたので、光吸収層への電荷蓄積の問題を回避できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記第２サイド部は、上記第１上クラッド層と上記光吸収層との間に絶縁層を有する。
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記第２サイド部において、第１上クラッド層と光吸収層の間に絶縁膜を有するので、光吸収層がフローティング状態になるのを避ける構成にした場合にも、無効電流が光吸収層を介して流れることを確実に防止できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記第１サイド部における上記活性層の上端と上記埋め込み層の下端との間の距離が、上記第２サイド部における上記活性層の上端と上記光吸収層の下端との間の距離よりも長い。
この実施形態の半導体レーザ装置では、第１サイド部における第１上クラッド層の厚さが第２サイド部における第１上クラッド層の厚さよりも薄くなる。つまり、第２サイド部の光吸収層は第１サイド部の埋め込み層よりも活性層に近づいているので、放射光リップルをより一層抑制できる。その理由は、光吸収層が屈折率の高い活性層に近づくほど散乱光の光強度が強くなるからである。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層は、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つで作製された金属層である。
この実施形態の半導体レーザ装置では、光吸収層が、Ｒｕ(４.９６＋４.７８ｉ)、Ｏｓ(３.８１＋１.７５ｉ)、Ｚｒ(３.８０＋６.０５ｉ)、Ｍｏ(３.７４＋３.５８ｉ)、Ｗ(３.７０＋２.９４ｉ)、Ｒｅ(３.５４＋２.５０ｉ)、Ｚｎ(３.４５＋４.１９ｉ)、Ｆｅ(３.３１＋３.７５ｉ)、Ｓｎ(３.１５＋７.２８ｉ)、Ｔｉ(３.０３＋３.６５ｉ)、Ｃｒ(２.９７＋４.８５ｉ)、Ｓｂ(２.８＋４.５ｉ)、Ｉｒ(２.５７＋４.６８ｉ)、Ｍｎ(２.５６＋３.６５ｉ)、Ｐｔ(２.３８＋４.２６ｉ) Ｐｄ(２.３＋２.７ｉ)のうちの少なくとも１つで作製された金属層であり、たとえば、これらの合金膜,多層膜である。なお、上記元素記号に付記した括弧内の記載は、波長０.６５μｍになるべく近い波長での複素屈折率の文献値である。
これらの金属は、半導体レーザの発光波長、特に赤色などの可視光において光吸収効果があり、また半導体上に形成しても悪影響を及ぼしにくい。光吸収効果は、屈折率ｎが大で、なおかつ、吸収係数ｋが高いほど大きい。光吸収層の材料の選定には、光吸収効果の他、材料の形成しやすさ、安定性、資源量なども考慮すべきである。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層は、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓのうちのいずれかで作製されている。
この実施形態の半導体レーザ装置では、光吸収層が、Ｇｅ(４.６６＋１.６５ｉ)、Ｓｉ(４.２３＋０.５７ｉ)、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(ただし０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ(３.８１７＋０.１７３ｉ)、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓＰのうちのいずれかで作製されている。
なお、上記括弧内に記載した複素数は、波長０.６５μｍになるべく近い波長での複素屈折率の文献値である。これらの材料は電気的には半導体であるが、光学的にはレーザの発振波長に相当するエネルギー(波長)よりもバンドギャップエネルギーが小さいので、光に対しては金属と同様の吸収体として振舞う。また、一般にこれらの半導体の方が金属に比べて導電性が小さく、また導電型の制御ができるので、無効電流の抑制が容易である。また、これらの半導体は、半導体レーザ構造上に形成しても悪影響を及ぼしにくい。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記第１サイド部の幅は、１μｍ乃至５μｍである。
この実施形態の半導体レーザ装置では、第１サイド部の幅が、１μｍ以上５μｍ以下である。第１サイド部の幅が５μｍ以下であれば放射光リップルが８０％以下に抑制され、また第１サイド領域の幅が１μｍ以上であれば、導波光の吸収損失増大を１ｃｍ−１以下に抑えることができる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記第１サイド部は、光出射端面近傍以外における幅が１μｍ乃至５μｍであり、上記光出射端面における幅が上記光出射端面近傍以外における幅よりも小さい。
この実施形態の半導体レーザ装置では、第１サイド部の幅が光出射端面近傍において狭まっている。これにより、第１サイド部の両外側に配置される第２サイド部は光出射端面近傍以外よりも光出射端面近傍において導波路をなすリッジ部に接近することになる。したがって、光出射端面近傍以外では、第２サイド部の光吸収層による導波損失の増大を抑制しつつ、光出射端面近傍においては、第２サイド部の光吸収層によって放射光リップルの原因となる散乱光を効果的に吸収できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記第１サイド部は、光出射端面では幅が略ゼロである。
この実施形態の半導体レーザ装置では、光出射端面近傍に窓部を形成した場合に、この窓部における導波損失を０.１ｃｍ−１程度に抑制しながら、放射光リップルの原因となる散乱光を効果的に吸収できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層の厚さは、５ｎｍ以上である。
この実施形態の半導体レーザ装置では、光吸収層の厚さが５ｎｍ以上であるので、光吸収層の厚さが十分に厚い場合に比べて、少なくとも２分の１以上の光吸収効果を得ることができる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記絶縁層の厚さは、２０ｎｍ以下である。
この実施形態の半導体レーザ装置では、第２サイド部が有する絶縁層の厚さが２０ｎｍ以下である。この絶縁層の厚さが２０ｎｍ以下であれば、最も光吸収効果が強い絶縁層が無い場合に比べて、２分の１以上の光吸収効果を得ることができる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層は、上記第１上クラッド層の導電型と異なる導電型である。
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層は、上記第１上クラッド層の導電型と異なる導電型であるので、光吸収層を介して無効電流が流れることを抑制できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記光吸収層は、 Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(ただし０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓのうちのいずれかで作製された第１の光吸収層と、
この第１の光吸収層上に形成されると共に、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つで作製された第２の光吸収層とを有する。
この実施形態の半導体レーザ装置では、上記半導体材料によって作製された第１の光吸収層の上に、上記金属材料によって作製された第２の光吸収層を形成してなる光吸収層を有する。この半導体レーザ装置によれば、光吸収効果の大きい金属材料で作製された第２の光吸収層と、無効電流を阻止する上に光吸収効果を有する半導体材料で作製された第１の光吸収層とを組み合わせることにより、無効電流を生じることなくリップルを低減することができる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、上記第２上クラッド層は、それぞれ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１)で構成されている。
この実施形態の半導体レーザ装置では、一例として、ＤＶＤ(デジタル・バーサタイル・ディスク)などの用途に適した赤色半導体レーザ装置を実現できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記活性層は、量子井戸を含み、光出射端面近傍において上記活性層が混晶化された窓領域が形成されている。
この実施形態の半導体レーザ装置では、活性層は量子井戸を含み、光出射端面近傍において活性層が混晶化された窓領域が形成されていることにより、窓領域形成に起因する散乱光に対してもその散乱光を抑制して、放射光リップルの低減を図れる。
この発明の半導体レーザ装置によれば、リッジ部は導波路をなし、導波光は、上記リッジ部に沿って導波され、この導波光の裾は第１サイド部にも存在するが、第２サイド部は上記導波光の裾が達しない領域となる。
一方、上記リッジ部から発生した散乱光は、第１サイド部を経て、第２サイド部に広がっていくが、この第２サイド部では、第１上クラッド層上に光吸収体となる光吸収層を形成しているので、散乱光が吸収される。この第２サイド部で散乱光を吸収することによって、放射光のリップルが低減される。
また、この発明では、上記光吸収層を上記電極層と電気的にコンタクトさせたので、光吸収層への電荷蓄積の問題を回避できる。
したがって、この発明の半導体レーザ装置によれば、高出力動作時においてもキンクを発生することなく、リップルの少ない良好な放射光特性を有するレーザ光を出射できる。したがって、本発明の半導体レーザ装置は、光ディスク用として集光特性に優れ、書き込み・読み取りエラーが少なく、放射光の一部を用いて光出力制御を行う動作に適している。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、添付図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、この明細書において、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１)をＡｌＧａＩｎＰと略記し、ＧａｚＩｎ１−ｚＰ(０≦ｚ≦１)をＧａＩｎＰと略記し、ＡｌｒＧａ１−ｒＡｓ(０≦ｒ≦１)をＡｌＧａＡｓと略記する場合がある。
(第１の実施の形態)
図１にこの発明の半導体レーザ装置の第１実施形態の模式的な断面を示し、図２にこの第１実施形態の模式的な上面を示す。図１の模式断面図は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面を示している。
図１に示すように、この第１実施形態の半導体レーザ装置は、リッジ部１５０と、このリッジ部１５０の両外側に位置する第１サイド部１５１と、この第１サイド部１５１の両外側に位置する第２サイド部１５２を有する。このリッジ部１５０のリッジ裾幅Ｗ０は一例として１.６μｍであり、第１サイド部１５１の幅Ｗ１は一例として２.５μｍである。
また、上記リッジ部１５０、第１サイド部１５１、第２サイド部１５２は、それぞれ、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に形成された半導体積層構造部１７０を含んでいる。
また、この半導体レーザ装置において、図１に符号１６０で示された領域１６０で表される範囲に、導波光が分布する。この導波光分布領域１６０の横幅は、上記リッジ裾幅Ｗ０で限定されている。また、上記幅Ｗ１の第１サイド部１５１の第２サイド部１５２側の端は、導波光の裾が達しない位置に設定されている。
上記半導体積層構造部１７０は、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に形成されている。この半導体積層構造部１７０は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１と、ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層１０２と、厚さ２.０μｍのｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層１０３と、厚さ０.２μｍのｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層１０４と、厚さ０.０５μｍのアンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層１０５と、量子井戸層を含むアンドープ活性層１０６と、厚さ０.０５μｍのアンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層１０７と、厚さ０.２４μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層１０８、および、厚さ０.０１μｍのｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層１０９が、順次、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に積層されて形成されている。
ここで、上記活性層１０６は、厚さ６ｎｍのＧａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ量子井戸層と、厚さ５ｎｍの(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐバリア層と、厚さ６ｎｍのＧａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ量子井戸層と、厚さ５ｎｍの(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐバリア層と、厚さ６ｎｍのＧａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ量子井戸層とが、ｎ型第２下クラッド層１０４側からこの順序で積層されることによって構成されている。
また、上記第２サイド部１５２は、エッチングストップ層１０９上に形成されたＭｏよりなる厚さ１５０ｎｍの光吸収層１２７を有し、この光吸収層１２７上にＡｕからなる厚さ２μｍのｐ側電極１２８が形成されている。この第２サイド部１５２の構成によれば、光吸収層１２７の電位がｐ側電極１２８に固定されるので、フローティングによる電位の不安定性および絶縁破壊の問題を回避できる。
また、第１サイド部１５１は、エッチングストップ層１０９上に形成された厚さ０.２μｍのＳｉＯ２からなる埋め込み層１１５を有し、この埋め込み層１１５上に、光吸収層１２７と、ｐ側電極１２８が順次形成されている。
また、上記リッジ部１５０は、エッチングストップ層１０９の表面の一部から上方に突出した厚さ１.２μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層１１０を有している。このリッジ部１５０は、第２上クラッド層１１０上に、厚さ０.０５μｍのｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層１１１と、厚さ０.５μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２と、ｐ側ＡｕＺｎオーミック電極１２５と、光吸収層１２７と、ｐ側電極１２８とが順次形成されてなる。
上記第２サイド部１５２においてエッチングストップ層１０９上にある光吸収層１２７は、半導体膜であるエッチングストップ層１０９上に形成されている金属層であるにもかかわらず、いわゆるオーミックコンタクトがとれていない。したがって、光吸収層１２７から半導体積層構造１７０側に電流が流れることは殆んどない。
一方、リッジ部１５０におけるキャップ層１１２上には、オーミックコンタクトをとるためのｐ側オーミック電極１２５が形成されているので、リッジ部１５０では電流が流れる。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板１００において、半導体積層構造部１７０が積層されている側の面と反対側の面には、ｎ側電極１２０が形成されている。このｎ側電極１２０は、ｎ型基板１００上にＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ｍｏ層およびＡｕ層がこの順序で積層されることによって形成されている。
また、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の表面に垂直な前光出射端面１５５には前面反射膜１５７が形成され、後光出射端面１５６には後面反射膜１５８が形成されている。前面反射膜１５７はＡｌ２Ｏ３層であって、反射率は８％である。また、後光出射端面１５６上の後面反射膜１５８は、Ａｌ２Ｏ３層、Ｓｉ層、Ａｌ２Ｏ３層、Ｓｉ層およびＡｌ２Ｏ３層が前光出射端面１５５側からこの順序で積層されることによって形成されている。この後面反射膜１５８は、反射率９０％である。
なお、この第１実施形態の半導体レーザ装置の共振器長Ｌ１は１３００μｍである。光出射端面１５５、１５６から長さＬ２＝１５μｍの領域には、それぞれ窓領域１３１、１３２が形成されている。この窓領域１３１、１３２を形成する場合、導波特性が窓領域１３１、１３２とそれ以外とで変化することによりリップルの原因となる散乱光が発生することがあるが、この実施形態ではリップルを抑制しているので、高出力動作に適した窓構造を放射光形状を犠牲にすることなく採用可能となる。
この実施形態の半導体レーザ装置は次のようにして製造される。すなわち、図１において、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１と、ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層１０２と、ｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層１０３と、ｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層１０４と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層１０５と、量子井戸層を含むアンドープ活性層１０６と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層１０７と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層１０８と、ｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層１０９と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層１１０と、ｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層１１１と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２を順次形成する。
次に、図２に示す窓領域１３１,１３２に対応する部分におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２上に、ＺｎＯ膜とＳｉＯ２膜(いずれも図示せず)を形成し、高温で保持することにより、上記部分において活性層１０６およびエッチングストップ層１０９が混晶化した窓領域１３１と１３２を形成する。次に、上記ＺｎＯ膜とＳｉＯ２膜(いずれも図示せず)を除去する。
次に、リッジ部１５０とする領域の上部にＳｉＯ２膜(図示せず)をフォトリソグラフィーによって形成し、ドライエッチング法(ＩＣＰ法(Inductive Coupled Plasma)もしくはＲＩＢＥ(Reactive Ion Beam Etching)法など)で、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２、ｐ型中間バンドギャップ層１１１、およびｐ型第２上クラッド層１１０の中間までエッチングを行う。さらに、エッチングストップ層１０９で停止するウエットエッチャント(リン酸もしくは塩酸)で第１サイド部１５１と第２サイド部１５２とする領域における第２上クラッド層１１０をエッチングする。その後、全面にＳｉＯ２からなる埋め込み膜１１５を形成する。
次に、窓領域１３１，１３２以外におけるリッジ部１５０のｐ型キャップ層１１２上の埋め込み層１１５を除去して、ｐ側オーミック電極１２５を形成し、第２サイド部１５２となる領域における埋め込み層１１５を除去して、全面に光吸収層１２７およびｐ側電極１２８を形成する。その後、図２に示すように、ウエハを劈開し、得られた光出射端面１５５、１５６に、それぞれ、反射膜１５７、１５８を形成する。
なお、窓領域１３１，１３２においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２上に埋め込み層１１５が形成されているため(図示せず)、窓領域１３１，１３２において無効電流が流れることが防止されている。
この第１実施形態の半導体レーザ装置の代表的なものにおける水平放射光分布形状を図３に実線Ｃ０で示す。一方、図１に示す光吸収層１２７を持たない以外は、この第１実施形態と同一構造である比較例の半導体レーザ装置の水平放射光分布形状を図４に実線Ｃ１で示す。なお、図３、図４において、点線Ｃ２は全くリップルがないと想定される場合の水平放射光分布形状である。上記比較例では、図４に示すように、リップルの値が約１３％であったのに対して、この実施形態では、光吸収層１２７を備えたことにより、図３に示すように、リップルの値が４％になった。なお、このリップルの値の定義については、図７の説明において後述する。
このように、この実施形態では、リップルが減少したのは以下の理由による。図１に示すように、導波光分布領域１６０から分離した散乱光の分布領域１６１は、上部で光吸収層１２７に接しており、この光吸収層１２７で散乱光が吸収される。これにより、散乱光の強度が減衰して行くので、光出射端での散乱光強度が低く抑えられる。
この実施形態の半導体レーザ装置の代表的なものでは、光出力は、パルスで２８０ｍＷまでキンクフリーであり、垂直放射角は１５゜である。また、水平放射角は、ＣＷ（連続発振駆動）３ｍＷ出力時で９゜であり、ＣＷ１００ｍＷ出力時で１１゜である。また、発振波長は６５８ｎｍであり、閾値電流が５０ｍＡであり、閾値電流の特性温度が１２０Ｋで、微分量子効率が１.１Ｗ／Ａであり、７０℃において光出力２４０ｍＷ(パルス幅５０ｎｓ、デューティ５０％)で３０００時間以上の動作が可能である。
なお、光吸収体となる光吸収層１２７としては、Ｍｏの他に、課題を解決するための手段の欄に記載した各金属あるいは各半導体を用いることができる。
次に、図５に、光吸収効果にかかわる第２サイド部１５２での損失が、材料の実屈折率(複素屈折率の実部)を変えることによってどう変わるかを計算した結果を示す。ただし、この計算では、複素屈折率の虚部は一定とした。実際には、複素屈折率の虚部が大きいほど光吸収効果が大きくなる。したがって、一概に、この計算における或る一定以上の屈折率が必要ということにはならないが、この計算による屈折率が大きいほど光吸収効果が高いことはわかる。図５に示す計算例では、Ｍｏの屈折率の半分程度である屈折率２以上の材料が好適である。
次に、図６に、光吸収層１２７の最適な厚さを求めるための計算結果を示す。図６に示すように、光吸収層１２７が十分厚い場合には損失が５０ｃｍ−１程度になる。光吸収層１２７の厚さが５ｎｍ以上であれば、光吸収層１２７が十分に厚い場合の半分以上の損失があることがわかる。また、光吸収層１２７の厚さが、１５ｎｍ乃至１００ｎｍでは、光の干渉効果により最も損失が大きくなる。
次に、第１サイド部１５１の幅Ｗ１について、最適化計算を行った。この計算では、リップルの値としては、リップルのない場合の水平放射光とリップルのある場合の差の絶対値の合計を、リップルのない場合の面積(出射面)で割った値とした。この計算の結果、図７に示すように、リップルの値は、第１サイド部１５１の幅Ｗ１が９μｍ以下で減少するが、特に、幅Ｗ１が５μｍ以下で効果が明確に現れ、幅Ｗ１が３.５μｍ以下でリップルの値が半減する。
一方、図８に示すように、導波光損失の値は、幅Ｗ１が４μｍ以上では１ｃｍ−１程度と小さいのに対し、幅Ｗ１が１μｍでは２ｃｍ−１近くにまで増え、幅Ｗ１が０.５μｍでは３.５ｃｍ−１と非常に大きくなる。
したがって、第１サイド部１５１の幅Ｗ１の値としては、１μｍ乃至５μｍが望ましく、より好ましくは１.５μｍ〜５μｍがよく、さらに好ましくは２μｍないし３.５μｍがよい。
なお、図１においては、リッジ部１５０のリッジ側面は基板面に対して垂直であるかのように描いているが、実際にはリッジ側面は基板面に対して若干斜めになっているのが一般的である。そして、その場合も、リッジ部１５０の幅Ｗ０は、第２上クラッド層１１０がエッチングストップ層１０９に接している部分の幅として定義する。また、第１サイド部１５１の幅Ｗ１としては、埋め込み層１１５がエッチングストップ層１０９に接している部分の幅として定義する。また、第２サイド部１５２は、光吸収層１２７がエッチングストップ層１０９もしくは上クラッド層１０８に接している領域として定義する。
(第２の実施の形態)
次に、図９に本発明の半導体レーザ装置の第２実施形態の模式的な上面図を示し、図１０に上記第２実施形態の模式的な断面を示す。この図１０は、図９の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
図９に示すように、この第２実施形態の半導体レーザ装置は、リッジ部２５０と、第１サイド部２５１と、第２サイド部２５２と、第３サイド部２５３を備える。また、図１０に示すように、前光出射端面２５５と後光出射端面２５６より、それぞれ、長さＬ２＝１５μｍの範囲に窓領域２３１，２３２が形成されている。図１０に示すように、上記第２サイド部２５２は、前光出射端面２５５近傍ではリッジ部２５０に対する距離が一例として略１μｍと極めて隣接し、ここでの第１サイド部２５１の幅Ｗ１’は、例えば、１μｍ程度である。
一方、前光出射端面２５５から寸法Ｌ３＝５０μｍ以上離隔した内部では、第１サイド部２５１の幅Ｗ１を２.５μｍとした。これにより、光吸収損失を増大させることなく、前光出射端面２５５近傍において特に効果的に放射光リップルの原因となる散乱を除去している。
図１０に示すように、この第２実施形態の半導体レーザ装置では、リッジ部２５０と第１サイド部２５１と第２サイド部２５２と第３サイド部２５３は、それぞれ、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に形成された半導体積層構造部２７０を有している。
より詳細には、半導体積層構造部２７０は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０１と、ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層２０２と、厚さ２.０μｍのｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層２０３と、厚さ０.２μｍのｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層２０４と、厚さ０.０５μｍのアンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層２０５と、量子井戸層を含むアンドープ活性層２０６、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層２０７が、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に順次形成された構成である。
そして、上記第２サイド部２５２では、上記半導体積層構造部２７０上に、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層２０８(厚さ０.０８μｍ)と、Ｓｉ３Ｎ４絶縁層２２６(厚さ２ｎｍ)と、Ｔｉ光吸収層２２７(厚さ０.２μｍ)と、Ａｕからなるｐ側電極２２８(厚さ３μｍ)とが形成されている。この実施形態では、第２サイド部２５２における活性層２０６の上端から光吸収層２２７の下端までの距離Ｈ２は０.１３２μｍである。
また、第１サイド部２５１では、半導体積層構造部２７０上に、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層２０８(厚さ０.２７μｍ)と、ｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層２０９(厚さ０.０１μｍ)と、Ｓｉ３Ｎ４埋め込み層２１５と、ｐ側電極２２８とが形成されている。この実施形態では、第１サイド部２５１における活性層２０６の上端から埋め込み層２１５の下端までの距離Ｈ１は、０.３３μｍである。また、第３サイド部２５３は、第１サイド部２５１と同じ層構成である。
また、リッジ部２５０では、半導体積層構造部２７０上に、厚さ０.２７μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層２０８と、厚さ０.０１μｍのｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層２０９の表面の一部から上方に突出した厚さ１.２μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層２１０と、厚さ０.０５μｍのｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層２１１と、厚さ０.５μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層２１２と、ｐ側ＡｕＺｎオーミック電極２２５と、ｐ側電極２２８が順次形成されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板２００において、半導体積層構造部２７０が積層されている側と反対側の面にはｎ側電極２２０が形成されている。
また、図９に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２００の表面と垂直な光出射端面２５５,２５６には、それぞれ、前面反射膜２５７,後面反射膜２５８が形成されている。
この第２実施形態では、活性層２０６は、第１実施形態の活性層１０６と同一の構成であり、ｎ側電極２２０はｎ側電極１２０と同一の構成である。また、前面反射膜２５７は、第１実施形態の前面反射膜１５７と同一の構成であり、後面反射膜２５８は図１の後面反射膜１５８と同一の構成である。
この第２実施形態の半導体レーザ装置は次のようにして製造される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０１と、ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層２０２と、ｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層２０３と、ｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層２０４と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層２０５と、量子井戸層を含むアンドープ活性層２０６と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層２０７と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層２０８と、ｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層２０９と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層２１０と、ｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層２１１と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２１２を順次形成する。
次に、図９に示すように、前後の光出射端面２５５，２５６から寸法Ｌ２＝１５μｍの窓領域２３１,２３２となる領域上におけるキャップ層２１２上に、ＺｎＯ膜とＳｉＯ２膜(いずれも図示せず)を形成し、高温で保持することにより、活性層２０６およびエッチングストップ層２０９が混晶化した窓領域２３１，２３２を形成する。
次に、リッジ部２５０の上部にＳｉＯ２膜(図示せず)をフォトリソグラフィーによって形成し、ドライエッチング法によって、第１,第２および第３サイド部２５１,２５２,２５３共に、第２上クラッド層２１０がわずかに残るようにエッチングし、引き続きエッチングストップ層２０９で停止するウェットエッチャント(リン酸もしくは塩酸)でエッチングストップ層２０９までエッチングする。次に、埋め込み層２１５を全面に形成し、リッジ部２５０および第２サイド部２５２となる領域における不要な埋め込み層２１５を除去する。
また、第２サイド部２５２とする領域については、エッチングストップ層２０９および第１上クラッド層２０８の一部をエッチングする。これにより、第２サイド部２５２における活性層２０６の上端から光吸収層２２７の下端までの距離Ｈ２を第１サイド部２５１における活性層２０６の上端から埋め込み層２１５の下端までの距離Ｈ１よりも短くする。
そして、全面に絶縁層２２６および光吸収層２２７を形成した後、第２サイド部２５２以外に形成された絶縁層２２６および光吸収層２２７についてはエッチングで除去する。
次に、リッジ部２５０上にｐ側オーミック電極２２５を形成する。さらに、ｐ側の表面全面にｐ側電極２２８を形成する。一方、基板側にはｎ側電極２２０を形成する。
次に、ウエハを劈開し、得られた光出射端面２５５，２５６にそれぞれ反射膜２５７,２５８を形成する。なお、窓領域２３１，２３２においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２１２上に埋め込み層２１５が形成されている(図示せず)。このため、窓領域２３１,２３２において無効電流が流れることが防止されている。
なお、第２サイド部２５２においては、上クラッド層２１０を完全に除去してもよい。この場合、第２サイド部２５２における活性層２０６の上端から光吸収層２２７の下端までの距離Ｈ２は、上ガイド層２０７の厚さと絶縁層２２６の厚さとを加算した値となる(Ｈ２＝上ガイド層２０７の厚さ＋絶縁層２２６の厚さ)。また、この場合、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層２０７は第２上クラッド層２１０よりも低混晶比に設定しているので、この上ガイド層２０７でエッチングレートが大幅に低下し、上ガイド層２０７は殆んどエッチングされず、距離Ｈ２が安定する。
また、この第２実施形態では、光吸収層２２７としてはＴｉを用いたが、課題を解決するための手段の欄に記述したその他の金属もしくは半導体を用いてもよい。また、この第２実施形態では、第２サイド部２５２の第１上クラッド層２０８をエッチングした上で光吸収層２２７を形成しているので、前述の第１実施形態に比べて、光吸収効果が増大し、放射光におけるリップルがより低減する。また、この第２実施形態では、絶縁層２２６の上に光吸収層２２７を形成しており、チップの両側面についても光吸収層２２７が露出しないように第３サイド部２５３を設けているので、光吸収層２２７が半導体膜上に直接形成されることに伴うリーク電流を確実に防止できる。
また、絶縁層２２６は、光吸収層２２７を直接エッチングストップ層２０９に形成しても無効電流が発生しない場合には必ずしも必要ではないが、絶縁層２２６を設けることによって、無効電流の懸念が減少する。
図１１に、絶縁層２２６の厚さに対する第２サイド部２５２での損失の依存性を計算した結果を示す。図１１に示すように、絶縁層２２６の厚さが２０ｎｍ以下であれば、光吸収層２２７の効果による第２サイド部２５２での損失量が、絶縁層２２６のない場合の半分以上になり好適である。また、絶縁層２２６の厚さが１０ｎｍ以下であれば、絶縁層のない場合の７５％以上の損失となるのでさらに好ましく、絶縁層２２６の厚さが５ｎｍ以下であれば絶縁層のない場合の８９％以上の損失となるのでさらに望ましい。
また、この実施形態では、図９に示す前光出射端面２５５での第１サイド部２５１の幅Ｗ１’を１μｍとしたが、窓領域２３１において上記幅Ｗ１’＝０μｍとして、第２サイド部２５２をなくすることによって、リップルがさらに効果的に抑制される。このとき、導波光の損失は、第２サイド部２５２での損失約５０ｃｍ−１とリッジ部２５０での損失０.３ｃｍ−１の加重平均をとって、８.７ｃｍ−１となる。したがって、窓領域２３１だけでの損失は、長さの比Ｌ２/Ｌ３(＝１５μｍ／１３００μｍ)を８.７ｃｍ−１に乗算した結果、０.１ｃｍ−１という小さな値となる。
(第３の実施の形態)
次に、図１２に、この発明の半導体レーザ装置の第３実施形態の模式的な断面を示す。
この第３実施形態の半導体レーザ装置は、リッジ部３５０と、このリッジ部３５０の両外側に配置された第１サイド部３５１と、この第１サイド部３５１の両外側に配置された第２サイド部３５２を有する。
上記リッジ部３５０と第１サイド部３５１と第２サイド部３５２では、それぞれ、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に半導体積層構造部３７０が形成されている。
この半導体積層構造部３７０では、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、順次、図１における各層１０１〜１０７と同一の構造であるｎ型ＧａＡｓバッファ層３０１〜アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層３０７が形成されている。
また、上記第２サイド部３５２では、半導体積層構造部３７０上に、厚さ０.０８μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層３０８と、厚さ０.２μｍのアモルファスＳｉよりなる光吸収層３２７と、ｐ側電極３２８が形成されている。この第２サイド部３５２における活性層３０６の上端から光吸収層３２７の下端までの距離Ｈ２は０.１３μｍである。
また、第１サイド部３５１では、半導体積層構造部３７０上に、厚さ０.２７μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層３０８と、厚さ０.０１μｍのｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層３０９と、Ｓｉ３Ｎ４埋め込み層３１５と、ｐ側電極３２８が形成されている。この第１サイド部３５１における活性層３０６の上端から埋め込み層３１５の下端までの距離Ｈ１は０.３３μｍである。
また、上記リッジ部３５０では、半導体積層構造部３７０上に、厚さ０.２７μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層３０８と、厚さ０.０１μｍのｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層３０９の表面の一部から上方に突出した厚さ１.２μｍのｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層３１０と、厚さ０.０５μｍのｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層３１１と、厚さ０.５μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層３１２と、ｐ側オーミック電極３２５と、ｐ側電極３２８が順次形成されている。
また、ｎ型ＧａＡｓ基板３００において、半導体積層構造部３７０が積層されている側と反対側の面にはｎ側電極３２０が形成されている。
ここで、埋め込み層３１５は、図１に示したＳｉＯ２からなる埋め込み層１１５と同一の構成であり、活性層３０６は図１に示した量子井戸層を含むアンドープ活性層１０６と同一の構成である。また、ｐ側オーミック電極３２５は図１に示したｐ側オーミック電極１２５と同一の構成であり、ｐ側電極３２８はｐ側電極１２８と同一の構成であり、ｎ側電極３２０はｎ側電極１２０と同一の構成である。
この第３実施形態の半導体レーザ装置は次のようにして製造される。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０１と、ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層３０２と、ｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層３０３と、ｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層３０４と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層３０５と、量子井戸層を含むアンドープ活性層３０６と、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層３０７と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層３０８と、ｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層３０９と、ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層３１０と、ｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層３１１と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１２を順次形成する。
次に、模式上面図である図１３に示すように、窓領域３３１,窓領域３３２とする領域、つまり、前後の光出射端面３５５,３５６から長手方向に寸法Ｌ２(＝１５μｍ)だけ延在している領域上におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層３１２上に、ＺｎＯ膜とＳｉＯ２膜(いずれも図示せず)を形成し、高温で保持する。これにより、活性層３０６およびエッチングストップ層３０９が混晶化した窓領域３３１,３３２を形成する。
次に、リッジ部３５０とする領域の上部にＳｉＯ２膜(図示せず)をフォトリソグラフィーによって形成し、ドライエッチング法によって第１,第２サイド部３５１,３５２とする領域において、第２上クラッド層３１０がわずかに残るようにエッチングする。引き続き、エッチングストップ層３０９で停止するウェットエッチャント(リン酸もしくは塩酸)でエッチングストップ層３０９までエッチングする。
次に、埋め込み層３１５を全面に形成する。その後、第２サイド部３５２にする領域について、埋め込み層３１５、エッチングストップ層３０９および上クラッド層３０８の一部をエッチングする。これにより、第２サイド部３５２とする領域における距離Ｈ２を、第１サイド部３５１における距離Ｈ１よりも小さくする。この距離Ｈ２は、アンドープ活性層３０６の上端から光吸収層３２７の下端までの距離である。また、距離Ｈ１は、アンドープ活性層３０６の上端から埋め込み層３１５の下端までの距離である。
第１上クラッド層３０８がエッチングされた面に光吸収層３２７を形成したあと、第２サイド部３５２となる領域以外に形成された光吸収層３２７についてはエッチングで除去する。その後、リッジ部３５０とする領域上の埋め込み層３１５を除去した上でｐ側オーミック電極３２５を形成する。さらに、ｐ側の表面全面にｐ側電極３２８を形成する。基板３００側にはｎ側電極３２０を形成する。
次に、ウエハを劈開し、得られた光出射端面３５５,３５６にそれぞれ反射膜３５７,３５８を形成する。なお、窓領域３３１,３３２においては、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１２上に埋め込み層３１５が形成されている(図示せず)ので、各窓領域３３１,３３２において無効電流が流れることが防止されている。
なお、第２サイド部３５２において、第１上クラッド層３０８を完全に除去してもよい。この場合、第２サイド部３５２において、上記距離Ｈ２＝上ガイド層３０７の厚さとなる。この場合、アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層３０７は第１上クラッド層３１０より低混晶比に設定しているので、この上ガイド層３０７で、エッチングレートが大幅に低下し、上ガイド層３０７は殆んどエッチングされず厚さが安定する。
また、光吸収層３２７としては、ＰＣＶＤ法によって形成したアモルファスＳｉを用いたが、Ｇｅ、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(ただし０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓＰといった半導体を用いてもよい。
この第３の実施形態では、光吸収層３２７が半導体であるので、絶縁層を設けなくても、第１の実施形態に比べて無効電流が発生しにくいが、念のため光吸収層３２７の導電型がｐ型にならないようなドーピングを行うのがよい。
また、光吸収層３２７を比較的薄い半導体層(たとえば５ｎｍ以下)として、その上に金属からなるもう１つの光吸収層を形成することにより、光吸収効果を高め、リップルをより低減することができる。
なお、上記第１,第２,第３の実施の形態においては、エッチングストップ層、第１エッチングストップ層、第２エッチングストップ層は、光の吸収を抑えるために格子歪を加えた単一の層としたが、量子井戸とバリア層からなる複数の層で構成することができる。その場合、上記格子歪は弱くするか全くなくすことができる。また、上記実施形態では、エッチングストップ層、第１エッチングストップ層、第２エッチングストップ層は、Ａｌを含まないＧａＩｎＰとしたが、Ａｌを含むＡｌＧａＩｎＰとすることも可能であり、その場合に上記格子歪を弱くすることができる。
また、上記実施の形態においては、活性層に含まれる量子井戸層を複数としたが、量子井戸層を単一としてもよい。また、上記実施の形態においては、ガイド層とバリア層の混晶比を同一としたが、ガイド層とバリア層の混晶比を異なるものとしてもよい。
また、上記実施の形態においては、ｎ型第１クラッド層、ｎ型第２クラッド層のドーパントとしては、ＳｉまたはＳｅを用いることができる。
また、上記実施の形態においては、ｐ型第１上クラッド層、ｐ型第２上クラッド層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層のドーパントとしては、Ｂｅ、ＭｇまたはＺｎなどを用いることができる。上記ドーパントとしてＢｅを用いる場合は、ＭＢＥ(Molecular Beam Epitaxy)法を用い、上記ドーパントとしてＭｇまたはＺｎを用いる場合はＭＯＣＶＤ(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)法を用いて化合物半導体各層を形成するのが一般的である。
また、上記実施の形態においては、埋め込み層として、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などの誘電体膜を形成する替わりに、ｎ型ＡｌＩｎＰ、ｎ型ＧａＡｓ、あるいはｎ型ＡｌＩｎＰ上にｎ型ＧａＡｓを設けた層などの半導体電流阻止層を形成することによって、熱膨張率差の低減を図り、プロセス中の熱処理によっても特性悪化を生じ難くすることができる。
また、上記実施の形態においては、窓領域形成手法としては、ＺｎなどII族原子を拡散させ、II族原子がＧａＡｓ中のＧａ，ＡｌＧａＩｎＰ中のＡｌ，ＧａあるいはＩｎの拡散を促進する、いわゆるＩＩＬＤ法(Impurity Induced Layer Disordering)法を用いた。この場合、拡散源として、ＺｎＯ以外のＺｎを含む層あるいはＺｎ以外のＢｅ，Ｍｇ，Ｃｄなどを含む拡散源としてもよい。また、窓領域形成手法として、窓領域上にＳｉＯ２層などの誘電体層を形成し、加熱時におけるＶ族原子(Ａｓ，Ｐなど)の空孔の拡散を利用するＩＦＶＤ法(Impurity Free Vacancy Disordering)法を用いてもよい。
また、上記実施の形態においては、下クラッド層、活性層および上クラッド層として、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰの一般式で表わされる半導体層を用いたが、ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓの一般式で表わされる半導体層を用いることもできる。また、上記実施の形態においては、下クラッド層、活性層および上クラッド層として、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰの一般式で表わされる半導体層を用いたが、ＡｌＧａＩｎＮまたはＧａＮの一般式で表わされる半導体層を用いることもできる。また、上記実施の形態においては、下クラッド層、活性層および上クラッド層として、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰの一般式で表わされる半導体層を用いたが、ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓの一般式で表わされる半導体層を用いることもできる。
さらに、上述した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないものである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図している。
この発明の半導体レーザ装置によれば、レーザ放射光形状におけるリップルの発生が抑制されるので、水平放射光分布がガウシアン分布に近く光ディスク用としての利用効率に優れた半導体レーザ装置を提供することができる。これにより、レーザ光の利用効率を低下させることなくシンプルな構成の光ディスク用ピックアップを実現可能となるので、光ピックアップの小型軽量化や高速アクセスに寄与する。
本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置を示す上面図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置の水平放射光の光強度分布を示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置の比較例における水平放射光リップルを示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置において、光吸収層１２７の屈折率を変化させた場合における、リップル低減効果にかかわる第２サイド部の損失の変化を示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置における、光吸収層１２７の厚さとリップル低減効果にかかわる第２サイド部の損失との関係を示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置における第１サイド部の幅Ｗ１と水平放射光のリップルとの関係を示す図である。 上記第１実施形態に係る半導体レーザ装置における第１サイド部の幅Ｗ１と導波光損失との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置を示す上面図である。 上記第２実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。 上記第２実施形態に係る半導体レーザ装置における絶縁層２２６の厚さとリップル低減効果にかかわる第２サイド部の損失との関係を表す図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。 上記第３実施形態に係る半導体レーザ装置を示す上面図である 従来の半導体レーザ装置における放射光リップル発生の原理を説明する図である。
符号の説明
１００,２００,３００ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１,２０１,３０１ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０２,２０２,３０２ ｎ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐバッファ層
１０３,２０３,３０３ ｎ型(Ａｌ０.６７Ｇａ０.３３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１下クラッド層
１０４,２０４,３０４ ｎ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２下クラッド層
１０５,２０５,３０５ アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ下ガイド層
１０６,２０６,３０６ 量子井戸層を含むアンドープ活性層
１０７,２０７,３０７ アンドープ(Ａｌ０.５Ｇａ０.５)０.５Ｉｎ０.５Ｐ上ガイド層
１０８,２０８,３０８ ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第１上クラッド層
１０９,２０９,３０９ ｐ型Ｇａ０.７Ｉｎ０.３Ｐエッチングストップ層
１１０,２１０,３１０ ｐ型(Ａｌ０.７Ｇａ０.３)０.５Ｉｎ０.５Ｐ第２上クラッド層
１１１,２１１,３１１ ｐ型Ｇａ０.５Ｉｎ０.５Ｐ中間バンドギャップ層
１１２,２１２,３１２ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１２５,２２５,３２５ ｐ側ＡｕＺｎオーミック電極
１２７,２２７,３２７ 光吸収層
１２８,２２８,３２８ ｐ側電極
１３１,１３２,２３１,２３２,３３１,３３２ 窓領域
１５０,２５０,３５０ リッジ部
１５１,２５１,３５１ 第１サイド部
１５２,２５２,３５２ 第２サイド部
１５５,２５５,３５５ 前光出射端面
１５６,２５６,３５６ 後光出射端面
１５７,２５７,３５７ 前面反射膜
１５８,２５８,３５８ 後面反射膜
１６０ 導波光分布領域
１６１ 散乱光の分布領域
１７０,２７０,３７０ 半導体積層構造部
２５３ 第３サイド部

Claims (14)

  1. 下クラッド層、活性層、第１上クラッド層、第２上クラッド層、および電極層が順に積層されたリッジ部と、
    上記リッジ部の両外側に配置されると共に、上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、および上記第１上クラッド層よりも屈折率の小さい埋め込み層が順に積層された第１サイド部と、
    上記第１サイド部の両外側に配置されると共に、上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、上記光吸収層が順に積層された第２サイド部とを有し、
    上記光吸収層が上記電極層と電気的にコンタクトしていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記第２サイド部は、
    上記第１上クラッド層と上記光吸収層との間に絶縁層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 請求項１または２に記載の半導体レーザ装置において、
    上記第１サイド部における上記活性層の上端と上記埋め込み層の下端との間の距離が、上記第２サイド部における上記活性層の上端と上記光吸収層の下端との間の距離よりも長いことを特徴とする半導体レーザ装置。
  4. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記光吸収層は、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つで作製された金属層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  5. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記光吸収層は、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓのうちのいずれかで作製されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  6. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記第１サイド部の幅は、１μｍ乃至５μｍであることを特徴とする半導体レーザ装置。
  7. 請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
    上記第１サイド部は、光出射端面近傍以外における幅が１μｍ乃至５μｍであり、上記光出射端面における幅が上記光出射端面近傍以外における幅よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
  8. 請求項７に記載の半導体レーザ装置において、
    上記第１サイド部は、光出射端面では幅が略ゼロであることを特徴とする半導体レーザ装置。
  9. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記光吸収層の厚さは、５ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  10. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
    上記絶縁層の厚さは、２０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  11. 請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
    上記光吸収層は、上記第１上クラッド層の導電型と異なる導電型であることを特徴とする半導体レーザ装置。
  12. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記光吸収層は、
    Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＸＧｅ１−Ｘ(ただし０≦ｘ≦１)、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０.５)、ＩｎＧａＡｓのうちのいずれかで作製された第１の光吸収層と、
    Ｒｕ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｐｄのうちの少なくとも１つで作製された第２の光吸収層とを有することを特徴とする半導体レーザ装置。
  13. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記下クラッド層、上記活性層、上記第１上クラッド層、上記第２上クラッド層は、それぞれ、(ＡｌＸＧａ１−Ｘ)ｙＩｎ１−ｙＰ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１)で構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  14. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記活性層は、量子井戸を含み、
    光出射端面近傍において上記活性層が混晶化された窓領域が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
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