JP2006108405A - 半導体レーザ素子およびモノリシック２波長半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ素子およびモノリシック２波長半導体レーザ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 戻り光ノイズを小さくできると共に、駆動電流を低減できて運転コストを小さくできる自励発振型半導体レーザ素子を提供すること。
【解決手段】 Ｎ型GaAs基板１上に、活性層６を形成すると共に、活性層６上に、Ｐ型AlGaInPクラッド層８を形成する。また、Ｐ型AlGaInPクラッド層８上に形成されたリッジ部の側方に、Ｐ型AlGaInPクラッド層８と略同等の屈折率を有するＮ型AlGaInPブロック層１３を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびモノリシック２波長半導体レーザ装置に関し、特に、自励発振型半導体レーザ素子およびそれを備えるモノリシック２波長半導体レーザ装置に関する。
半導体レーザ素子は、光ディスクの読み取り用光源および書き込み用光源のうちの少なくとも一方として、主に使用されている。近年、読み取り用の半導体レーザ素子としては、戻り光ノイズが効果的に回避できることから、自励発振型レーザ素子が、広く利用されている。
図６は、自励発振を起こさないシングルモードタイプの、AlGaInP系赤色可視光半導体レーザ素子を示す図である。
この赤色可視光半導体レーザは、活性層１０１と、活性層１０１の上方のリッジ部１０３の側方に形成されたGaAsブロック層１０５との間に形成されたＰ型クラッド層１０２の層厚を０.１７μｍに設定することによって、光の横方向閉じ込め係数（リッジ部とリッジ部外の屈折率差）Δｎを９.８５Ｅ−３に設定している。
図７は、従来のAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザを示す図である。
この赤色自励発振型可視光半導体レーザは、活性層１１１と、活性層１１１の上方のリッジ部１１３の側方に形成されたGaAsブロック層１１５との間に形成されたＰ型クラッド層１１２の層厚を０.３５μｍに設定することによって、光の横方向閉じ込め係数Δｎを０.９４Ｅ−３に設定している。
この自励発振型半導体レーザは、非自励発振型半導体レーザよりも、光の横方向閉じ込め係数Δｎが小さくなっており、活性層の横方向の閉じ込めが弱くなっている。このことから、この自励発振型半導体レーザは、活性層のリッジ部外部両側域が可飽和吸収領域になっており、自励発振動作を行うことができるようになっている。
しかしながら、図７に示す上記従来の自励発振型可視光半導体レーザの構造では、自励発振構造にするために、Ｐクラッド層１１２の層厚を、図６に示す非自励発振レーザのＰクラッド層１０２の膜厚の約２倍の厚さに設定する必要があり、このことに起因して、レーザ発振に寄与しない無効電流が増加して駆動電流が大きいという問題がある。
特開平１０−１４４９９２号公報
そこで、本発明の課題は、戻り光ノイズを小さくできると共に、駆動電流を低減できて運転コストを小さくできる自励発振型半導体レーザ素子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素子は、
基板と、
上記基板上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成された上側クラッド層と、
上記上側クラッド層上に形成されたリッジ部と、
上記リッジ部の側方の領域の少なくとも一部に形成されると共に、上記上側クラッド層と略同等の屈折率を有する層と
を備えることを特徴としている。
本発明によれば、基板上に、上記リッジ部の領域の少なくとも一部に形成されると共に、上記上側クラッド層と略同等の屈折率を有する層を有するので、自励発振強度を大きいままで維持しながら、レーザ発振に寄与しない無効電流を低減できて、駆動電流を低減できる。したがって、戻り光ノイズを小さくできると共に、駆動電流を低減できて運転コストを小さくできる。
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記略同等の屈折率を有する層は、誘電体層である。
上記実施形態によれば、上記略同等の屈折率を有する層は、誘電体層であるので、戻り光ノイズを低減できると共に、運転コストを低減できる。
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記略同等の屈折率を有する層は、Ｎ型化合物半導体層である。
上記実施形態によれば、上記略同等の屈折率を有する層は、Ｎ型化合物半導体層であるので、戻り光ノイズを低減できると共に、運転コストを低減できる。
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記Ｎ型化合物半導体層上に、GaAs層が形成されている。
また、一実施形態の半導体レーザ素子は、上記GaAs層の層厚が、０.２μｍ以下である。
上記実施形態によれば、上記GaAs層の層厚が、０.２μｍ以下であるので、自励発振強度を大きいままで維持しながら、駆動電流を低減することができる。したがって、戻り光ノイズを低減できると共に、運転コストを低減できる。
また、この発明のモノリシック２波長半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子と、上記第１の半導体レーザ素子と基板を共有する第２の半導体レーザ素子とを有し、上記第１の半導体レーザ素子のリッジ部と上記第２の半導体レーザ素子のリッジ部とが上記基板上に略並列に配置されているモノリシック２波長半導体レーザ装置であって、
上記第１の半導体レーザ素子が、上記発明の半導体レーザ素子であると共に、上記第２の半導体レーザ素子が、上記発明の半導体レーザ素子であることを特徴としている。
本発明によれば、搭載されている２つの半導体レーザ素子が、本発明の半導体レーザ素子であるので、２つの半導体レーザ素子の夫々において、戻り光ノイズを格段に低減できると共に、駆動電流を格段に低減できる。
また、この発明のモノリシック２波長半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子と、上記第１の半導体レーザ素子と基板を共有する第２の半導体レーザ素子とを有し、上記第１の半導体レーザ素子のリッジ部と上記第２の半導体レーザ素子のリッジ部とが上記基板上に略並列に配置されているモノリシック２波長半導体レーザ装置であって、
上記第１の半導体レーザ素子および上記第２の半導体レーザ素子のうちのいずれか一方は、上記発明の半導体レーザ素子であることを特徴としている。
本発明によれば、上記第１の半導体レーザ素子および上記第２の半導体レーザ素子のうちのいずれか一方は、上記発明の半導体レーザ素子であるので、いずれか一方の半導体レーザ素子において、戻り光ノイズを格段に低減できると共に、駆動電流を格段に低減できる。
また、一実施形態のモノリシック２波長半導体レーザ装置は、上記第１の半導体レーザ素子が、コンパクトディスク（ＣＤ）の情報の読み取りおよびコンパクトディスクへの情報の書き込みのうちの少なくとも一方を行うための半導体レーザ素子であり、かつ、上記第２の半導体レーザ素子が、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の情報の読み取りおよびデジタル・バーサタイル・ディスクへの情報の書き込みのうちの少なくとも一方を行うための半導体レーザ素子である。
上記実施形態によれば、ＣＤ用の上記第１の半導体レーザ素子において、自励発振強度を大きいままに維持しながら、駆動電流を低減することができ、また、ＤＶＤ用の上記第２の半導体レーザ素子において、自励発振強度を大きいままに維持しながら、駆動電流を低減することができる。
本発明の半導体レーザ素子によれば、自励発振強度を大きいままで維持しながら、レーザ発振に寄与しない無効電流を低減できて、駆動電流を低減できる。したがって、戻り光ノイズを小さくできると共に、駆動電流を低減できて運転コストを小さくできる。
また、本発明のモノリシック２波長半導体レーザ装置によれば、搭載されている２つの半導体レーザ素子のうちの少なくとも一方の半導体レーザ素子において、戻り光ノイズを格段に低減できると共に、駆動電流を格段に低減できる。
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。
この半導体レーザは、GaAs基板１の上に、層厚が０.２μｍのＮ型GaAsバッファ層２、層厚が０.２５μｍのＮ型GaInP中間層３、層厚が１.１μｍのＮ型AlGaInPクラッド層４、層厚が０.０４μｍのノンドープAlGaInPガイド層５、層厚が０.０１μｍのノンドープGaInPウェル層と層厚が０.００５μｍのノンドープAlGaInPバリア層による多重量子井戸構造（ＭＱＷ；Multi Quantum Well）による活性層６、層厚が０.０４μｍのノンドープAlGaInPガイド層７、層厚が０.１７μｍである上側クラッド層の一例としてのＰ型AlGaInPクラッド層８、層厚が０.０１μｍのＰ型GaInPエッチングストップ層９、層厚が０.８μｍのＰ型AlGaInPクラッド層１０、層厚が０.０５μｍのＰ型GaInP中間層１１、および、層厚が０.５μｍのＰ型GaAsキャップ層１２が、順次積層された構造を有している。
上記Ｐ型AlGaInPクラッド層１０、Ｐ型GaInP中間層１１およびＰ型GaAsキャップ層１２は、導波路であるリッジ部を構成している。このリッジ部は、直方体形状のＰ型GaAsキャップ層、Ｐ型GaInP中間層およびＰ型AlGaInPクラッド層の、両側の側方部をエッチングすることで形成されている。上記リッジ部のリッジ部幅は、３.８μｍに設定されている。
また、Ｐ型GaInPエッチングストップ層９上における、リッジ部の両側のリッジ部が形成されていない部分には、略同等の屈折率を有する層の一例としてのＮ型AlGaInPブロック層１３が形成されている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層１３の屈折率は、Ｐ型AlGaInPクラッド層８の屈折率と略同じになっている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層１３は、表面がGaAs基板１の表面と略平行になっている断面略台形上の本体部と、この本体部に連なると共に、リッジ部の側方に形成された側方部とからなっている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層１３の層厚は、０.１８μｍに設定されている。また、上記Ｎ型AlGaInPブロック層１３の本体部上、かつ、Ｎ型AlGaInPブロック層１３の側方部には、膜厚が１.１μｍのＮ型GaAs層１４が形成されている。
上記Ｎ型AlGaInPブロック層１３におけるAl、Ga、InおよびPの組成比は、Ｐ型AlGaInPクラッド層８のAl、Ga、InおよびPの組成比、および、AlGaInPクラッド層１０のAl、Ga、InおよびPの組成比と同じに設定されており、横方向光閉じ込め係数Δｎは、従来と略同じ値になっている。
尚、Ｐ型AlGaInPクラッド層８とＮ型AlGaInPブロック層１３との間に形成されているＰ型GaInPエッチングストップ層９は、活性層の波長を吸収しない組成になっており、Δｎに影響しないようになっている。また、Ｎ型AlGaInPブロック層１３およびＮ型GaAs層１４が、形成時においてリッジ部の上面にせりだした場合、これらのせりだした部分は、後のフォトリソ工程とエッチングにより除去されるようになっており、リッジ部の上面に、Ｎ型AlGaInPブロック層１３およびＮ型GaAs層１４がせりださない（はみださない）ようになっている。尚、リッジ部構造を、エッチングでなくて選択成長を用いて作成しても良いことは、勿論である。
上記リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層１３およびＮ型GaAs層１４上には、Ｐ型オーミック電極１５が形成されている一方、GaAs基板１のリッジ部側と反対側の表面には、Ｎ型オーミック電極１７が形成されている。
詳細には、上記リッジ部上に、金をベースに亜鉛が不純物として混入されているAuZn層を、スパッタ蒸着により形成すると共に、全面に、MoAu層をスパッタ蒸着により形成することによって、上記リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層１３およびＮ型GaAs層１４上に、Ｐ型オーミック電極１５を形成する。更に、Ｐ型オーミック電極１５上に、マウント時の歪等を緩和すると共に、膜厚が３μｍであるＰ型メッキ電極１６を形成する。また、GaAs基板を研磨またはエッチングして、ウエハの厚さを約１００μｍにした後、GaAs基板１のリッジ部側と反対側の表面に、Ｎ側電極１７を形成する。
上記第１実施形態の半導体レーザ素子と、図７に示すＰクラッド層の層厚が０.３５μｍである従来のAlGaInP系赤色自励発振型レーザとは、自励発振強度、光出力４ｍＷの可干渉性αおよび７０℃の可干渉性αが略同じである一方、室温下でかつ光出力４ｍＷのときの駆動電流は、従来の半導体レーザ素子が５５ｍＡであったのに対し、上記第１実施形態の半導体レーザ素子は、４８ｍＡであった。
上記実施形態によれば、Ｐ型AlGaInPクラッド層８上のリッジ部の側方に、Ｐ型AlGaInPクラッド層８と略同一の屈折率を有するＮ型AlGaInPブロック層１３を形成し、かつ、Ｐ型AlGaInPクラッド層８およびＮ型AlGaInPブロック層１３の層厚を、０.１８μｍ程度に設定したので、光の横方向閉じ込め係数Δｎの値を従来と同程度に保持できて、自励発振を実現できると共に、無効電流を低減できて、従来の半導体レーザ素子に比して駆動電力を１０％以上低減できる。したがって、戻り光雑音を小さくできると共に、運転コストを格段に低減できる。
図２は、本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。
第２実施形態の半導体レーザ素子では、略同等の屈折率を有する層の一例としてのＮ型AlGaInPブロック層２１とＰ型電極２３との間に形成されるＮ型GaAs層２２の層厚が、第１実施形態と比して格段に薄くなっている。詳細には、第２実施形態では、層厚が０.１８μｍのＮ型AlGaInPブロック層２１上に、層厚が０.１μｍのＮ型GaAs層２２が形成されており、その後、第１実施形態と同様な方法で、Ｐ型電極２３が形成されている。
AlGaInPブロック層２１上のＮ型GaAs層２２の層厚が、第１実施形態と比して薄い第２実施形態の半導体レーザ素子は、Δｎの値が小さくなって、横方向の光閉じ込めが弱くなって、自励発振強度が大きくなる一方、駆動電流の値は、第１実施形態の半導体レーザ素子と略同等であった。
更に、AlGaInPブロック層上のＮ型GaAs層の層厚を０.２μｍ以下の薄さに設定すれば、各層の組成比や膜厚を調整してΔｎの最適化を行なうことにより、第１実施形態と比して自励発振強度を略同等に維持しながら駆動電流を低減することができて、運転コストを更に低減することができることが実験により実証された。
図３は、本発明の第３実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。
第３実施形態の半導体レーザ素子は、屈折率が、第１実施形態におけるＰ型AlGaInPクラッド層８やＰ型AlGaInPクラッド層１３と同じ誘電体膜、例えば、層厚が０.１８μｍである略同等の屈折率を有する層の一例としてのSi誘電体層３２を、リッジ部３０の側方かつＰ型GaInPエッチングストップ層３１上に形成している。このSi誘電体層３２は、Δｎを低減させる役割と、電流狭窄の役割を担っている。尚、リッジ部上にSi誘電体層がせるだした場合は、後のフォトリソ工程とエッチングにより、このせりだした部分を除去するようになっている。
上記Si誘電体層３２上には、膜厚が一定のＰ型電極３３、および、Ｐ型メッキ電極３４が、順次形成されている。詳細には、電流通路のリッジ部３０上(Ｐ型GaAsキャップ層３６)に、AuZnを蒸着する一方、全面にMo/Auスパッタ蒸着を行ってＰ型電極３３電極を形成する。また、Ｐ型電極３３電極上に、マウント時の歪等を緩和する目的で、膜厚が３μｍのメッキ電極３４を形成する。また、GaAs基板３８を研磨したりエッチングしたりして、ウエハ厚さを約１００μｍにした後、GaAs基板３８のリッジ部側と反対側の表面にＮ側電極３９を形成している。
第３実施形態の半導体レーザ素子によれば、屈折率が、上側クラッド層の一例としてのＰ型AlGaInPクラッド層３５と略同等のSi誘電体膜３２を成膜すると共に、Si誘電体膜３２上に、Mo電極やAu電極等の吸収領域を形成しているので、従来の半導体レーザ素子と比して、Δｎ、すなわち、自励発振強度を、同程度に維持しながら、駆動電流を、格段に低減することができる。
図４は、本発明の第１実施形態のモノリシック型２波長半導体レーザ装置の断面図である。このモノリシック型２波長半導体レーザ装置は、Ｎ型GaAs基板４１に、ＤＶＤに書き込まれた情報の読み取り用のＤＶＤ用半導体レーザ素子４０と、ＣＤに書き込まれた情報の読み取り用のＣＤ用半導体レーザ素子６０とが、並列配置された構造を有している。
上記ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０は、上記第１実施形態の半導体レーザ素子と同じ構造を有している。
詳しくは、上記ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０は、GaAs基板４１の上に、Ｎ型GaAsバッファ層４２、Ｎ型GaInP中間層４３、Ｎ型AlGaInPクラッド層４４、ノンドープAlGaInPガイド層４５、ノンドープGaInPウェル層とノンドープAlGaInPバリア層による多重量子井戸構造による活性層４６、ノンドープAlGaInPガイド層４７、上側クラッド層の一例としてのＰ型AlGaInPクラッド層４８、Ｐ型GaInPエッチングストップ層４９、Ｐ型AlGaInPクラッド層５０、Ｐ型GaInP中間層５１、および、Ｐ型GaAsキャップ層５２が、順次積層された構造を有している。
上記Ｐ型AlGaInPクラッド層５０、Ｐ型GaInP中間層５１およびＰ型GaAsキャップ層５２は、導波路であるリッジ部を構成している。このリッジ部は、直方体形状のＰ型GaAsキャップ層、Ｐ型GaInP中間層およびＰ型AlGaInPクラッド層の、両側の側方部をエッチングすることで形成されている。
また、Ｐ型GaInPエッチングストップ層４９上における、リッジ部の両側のリッジ部が形成されていない部分には、略同等の屈折率を有する層の一例としてのＮ型AlGaInPブロック層５３が形成されている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層５３の屈折率は、Ｐ型AlGaInPクラッド層４８の屈折率と略同等になっている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層５３は、表面がGaAs基板４１の表面と略平行になっている断面略台形上の本体部と、この本体部に連なると共に、リッジ部の側方に形成された側方部とからなっている。また、上記Ｎ型AlGaInPブロック層５３の本体部上、かつ、Ｎ型AlGaInPブロック層５３の側方部の側方には、Ｎ型GaAs層５４が形成されている。
上記Ｎ型AlGaInPブロック層５３におけるAl、Ga、InおよびPの組成比は、Ｐ型AlGaInPクラッド層４８のAl、Ga、InおよびPの組成比、および、AlGaInPクラッド層５０のAl、Ga、InおよびPの組成比と同じに設定されている。すなわち、横方向光閉じ込め係数Δｎは、従来と略同じ値に設定されている。
上記リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層５３およびＮ型GaAs層５４上には、Ｐ型オーミック電極５５およびＰ型メッキ電極５６が順次形成されている。また、上記GaAs基板４１のリッジ部側と反対側の表面には、Ｎ型オーミック電極５７が形成されている。
一方、ＣＤ用半導体レーザ素子６０は、GaAs基板４１の上に、Ｎ型GaAsバッファ層６２、Ｎ型GaInP中間層６３、Ｎ型AlGaInPクラッド層６４、ノンドープAlGaAsガイド層６５、ノンドープAlGaAsウェル層とノンドープAlGaAsバリア層による多重量子井戸構造による活性層６６、ノンドープAlGaAsガイド層６７、上側クラッド層の一例としてのＰ型AlGaInPクラッド層６８、Ｐ型GaInPエッチングストップ層６９、Ｐ型AlGaInPクラッド層７０、Ｐ型GaInP中間層７１、および、Ｐ型GaAsキャップ層７２が、順次積層された構造を有している。
上記Ｐ型AlGaInPクラッド層７０、Ｐ型GaInP中間層７１およびＰ型GaAsキャップ層７２は、導波路であるリッジ部を構成している。このリッジ部は、直方体形状のＰ型GaAsキャップ層、Ｐ型GaInP中間層およびＰ型AlGaInPクラッド層の、両側側方部をエッチングすることで形成されている。
また、Ｐ型GaInPエッチングストップ層６９上における、リッジ部の両側のリッジ部が形成されていない部分には、略同等の屈折率を有する層の一例としてのＮ型AlGaInPブロック層７３が形成されている。上記Ｎ型AlGaInPブロック層７３は、表面がGaAs基板４１の表面と略平行になっている断面略台形上の本体部と、この本体部に連なると共に、リッジ部の側方に形成された側方部とからなっている。また、上記Ｎ型AlGaInPブロック層７３の本体部上、かつ、Ｎ型AlGaInPブロック層７３の側方部の側方には、Ｎ型GaAsブロック層７４が形成されている。
上記Ｎ型AlGaInPブロック層７３におけるAl、Ga、InおよびPの組成比は、Ｐ型AlGaInPクラッド層６８のAl、Ga、InおよびPの組成比、および、AlGaInPクラッド層７０のAl、Ga、InおよびPの組成比と同じに設定されており、横方向光閉じ込め係数Δｎは、従来と略同じ値になっている。
尚、Ｐ型AlGaInPクラッド層６８とＮ型AlGaInPブロック層７３との間に形成されているＰ型GaInPエッチングストップ層６９は、活性層の波長を吸収しない組成になっており、Δｎに影響しないようになっている。また、Ｎ型AlGaInPブロック層７３およびＮ型GaAs層７４が、リッジ部の上面にせりだした場合、このせりだした部分は、後のフォトリソ工程とエッチングにより除去されるようになっており、リッジ部の上面に、Ｎ型AlGaInPブロック層７３およびＮ型GaAs層７４がはみださないようになっている。尚、リッジ部構造を、エッチングでなくて選択成長を用いて作成しても良いことは、勿論である。
上記リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層７３およびＮ型GaAsブロック層７４上には、Ｐ型オーミック電極７５が形成されている一方、GaAs基板４１のリッジ部側と反対側の表面には、Ｎ型電極５７が形成されている。
詳細には、上記リッジ部上に、金をベースに亜鉛が不純物として混入されているAuZn層を、スパッタ蒸着により形成すると共に、全面に、MoAu層をスパッタ蒸着により形成することによって、上記リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層７３およびＮ型GaAs層７４上に、Ｐ型オーミック電極７５を形成する。更に、Ｐ型オーミック電極７５上に、マウント時の歪等を緩和すると共に、膜厚が３μｍであるＰ型メッキ電極７６を形成する。また、GaAs基板を研磨またはエッチングして、ウエハの厚さを約１００μｍにした後、GaAs基板１のリッジ部側と反対側の表面に、Ｎ側電極５７を形成する。
このモノリシック型２波長半導体レーザ装置は、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０のリッジ部と、ＣＤ用半導体レーザ素子６０のリッジ部が同一の組成になっており、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０と、ＣＤ用半導体レーザ素子６０のリッジ部エッチングを同時に行うようになっている。尚、ＤＶＤ用半導体レーザ素子と、ＣＤ用半導体レーザ素子の組成が異なる場合においても、同時にフォトリソ工程を実施し、それぞれをエッチングしてリッジ部形成することは可能である。
また、このモノリシック型２波長半導体レーザ装置は、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０と、ＣＤ用半導体レーザ素子６０において、層厚が０.１８μｍのＮ型AlGaInPブロック層５３,７３と、Ｎ型GaAs層５４,７４を同時に成長させている。
また、Ｎ型AlGaInPブロック層５３,７３と、Ｎ型GaAs層５４,７４を同時に成長させた後、ブロック層全域での電流リークを防ぐ為に、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０、ＣＤ用半導体レーザ素子６０間でのＮ型ブロック層分離エッチングを、フォトリソ工程およびエッチング工程により行なっている。
また、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０およびＣＤ用半導体レーザ素子６０に電極を形成する場合においても、分離を行なってP側電極を形成し、また、Ｎ側の基板を研磨した後、電極形成を行なっている。
また、このモノリシック型２波長半導体レーザ装置では、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０のＰ型AlGaInPクラッド層４８と、ＣＤ用半導体レーザ素子６０のＰ型AlGaInPクラッド層６８の層厚を、共に０.１７μｍに設定し、かつ、夫々のリッジ部分の側方部に、層厚が０.１８μｍのＮ型AlGaInPブロック層５３,７３を形成することで、夫々の半導体レーザ素子が、自励発振を行うことができるようにしている。
このモノリシック型２波長半導体レーザ装置によれば、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０の構造を第１実施形態の半導体レーザ素子の構造と同一にしたので、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０において、戻り光ノイズを低減できると共に、駆動電力を低減することができる。
また、このモノリシック型２波長半導体レーザ装置によれば、ＣＤ側においてもＤＶＤ側と同様にΔｎを小さくできると共に、活性層のリッジ部外部両側域を可飽和吸収領域にすることができる。したがって、ＣＤ側においても活性層横方向閉じ込めを弱くできて、戻り光ノイズを低減できると共に駆動電力を低減することができる自励発振動作を実現できる。
尚、このモノリシック型２波長半導体レーザ装置では、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０における、Ｐ型AlGaInPクラッド層４８のAl、Ga、InおよびPの組成比と、AlGaInPクラッド層５０のAl、Ga、InおよびPの組成比を同一にすると共に、ＣＤ用半導体レーザ素子６０における、Ｐ型AlGaInPクラッド層６８のAl、Ga、InおよびPの組成比と、AlGaInPクラッド層７０のAl、Ga、InおよびPの組成比を同一にした。
しかしながら、ＤＶＤ用半導体レーザ素子における、Ｐ型AlGaInPクラッド層の屈折率と、AlGaInPクラッド層の屈折率を同一にすると共に、ＣＤ用半導体レーザ素子における、Ｐ型AlGaInPクラッド層の屈折率と、AlGaInPクラッド層の屈折率を同一にしさえすれば良く、この場合においても、両方のレーザ素子において、戻り光ノイズを低減できると共に駆動電力を低減することができる自励発振動作を実現できる。
また、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０およびＣＤ用半導体レーザ素子６０において、Ｎ型AlGaInPブロック層５３,７３を、屈折率が同一のAlGaAsブロック層に取り替えても、上記実施形態と同様の作用効果を獲得できる。
図５は、本発明の第２実施形態のモノリシック型２波長半導体レーザ装置の断面図である。
第２実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置のＤＶＤ用半導体レーザ素子の構造は、第１実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置のＤＶＤ用半導体レーザ素子と同一になっている。
第２実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置では、ＣＤ用半導体レーザ素子８０の構造を換えた点のみが、第１実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置と異なっている。
第２実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置では、第１実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置と同一の構成について、第１実施形態と同じ参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置では、第１実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置と同一の作用効果については説明を省略することにし、第１実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置と異なる構成、作用効果のみを説明することにする。
第２実施形態のモノシリック型２波長半導体レーザ装置では、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０において、Ｐ型AlGaInPクラッド層４８およびAlGaInPクラッド層５０と同じ屈折率を有するＮ型AlGaInPブロック層５３を、リッジ部の側方に形成して、Δｎを適切な値に設定し、横方向光閉じ込め係数を低くすることで、活性層のリッジ部外部を可飽和吸収体として活用し、自励発振させるようになっている。
一方、ＣＤ用半導体レーザ素子８０は、次のような構造になっている。つまり、Ｎ型GaAs基板４１上に、Ｎ型GaAsバッファ層８２、Ｎ型AlGaAsクラッド層８３、ノンドープAlGaAsガイド層８４、ノンドープAlGaAsウェル層とAlGaAsバリア層（ＭＱＷ）からなる活性層８５、ノンドープAlGaAsガイド層８６、上側クラッド層の一例としてのＰ型AlGaAsクラッド層８７、Ｐ型AlGaAs層８８、および、Ｐ型GaAsエッチングストップ層８９が順次積層された構造になっている。
また、Ｐ型GaAsエッチングストップ層８９上には、Ｐ型AlGaAsクラッド層９０とＰ型GaAsキャップ層とからなるリッジ部が形成されている。また、上記Ｐ型GaAsエッチングストップ層８９上におけるリッジ部が形成されていない箇所およびリッジ部の側面には、略同等の屈折率を有する層の一例としてのＮ型AlGaInPブロック層９２が形成され、更に、Ｎ型AlGaInPブロック層９２上およびＮ型AlGaInPブロック層９２の側方部に、Ｎ型GaAsブロック層９３が形成されている。
また、リッジ部、Ｎ型AlGaInPブロック層９２およびＮ型GaAsブロック層９３上に、Ｐ型電極９４が形成されると共に、Ｐ型電極９４上に、Ｐ型メッキ電極９５が形成されている。
上記ＣＤ用半導体レーザ素子８０は、Ｐ型AlGaAsクラッド層８７と、Ｐ型AlGaAsクラッド層９０との間に、Ｐ型AlGaAs層８８とＰ型GaAsエッチングストップ層８９とが設けられており、このことに起因して自励発振できるようになっている。
このモノシリック型２波長半導体レーザ装置は、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０のリッジ部およびＣＤ用半導体レーザ素子８０のリッジ部を形成した後、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０のリッジ部の側方に、層厚が０.１８μｍのＮ型AlGaInPブロック層５３と、Ｎ型GaAs層５４を成長させるようになっている。
また、ＣＤ用半導体レーザ素子８０における活性層８５の両側のＮ型AlGaAsクラッド層８３およびＰ型AlGaAsクラッド層８７の屈折率は、ＤＶＤ用半導体レーザ素子４０の活性層４６の両側のＮ型AlGaInPクラッド層４１およびＰ型AlGaInPクラッド層４８の屈折率よりも高く設定されている。このことから、Ｎ型AlGaInPブロック層５３を、実屈折型構造にすることができて、吸収量を低下させることができて、駆動電流を低減させることができる。
本発明の第１実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。 本発明の第２実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。 本発明の第３実施形態の半導体レーザ素子であるAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザ素子の層構造を示す図である。 本発明の第１実施形態のモノリシック型２波長半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第２実施形態のモノリシック型２波長半導体レーザ装置の断面図である。 自励発振を起こさないシングルモードタイプの、AlGaInP系赤色可視光半導体レーザを示す図である。 従来のAlGaInP系赤色自励発振型可視光半導体レーザを示す図である。
符号の説明
１,３８,４１ Ｎ型GaAs基板
８,３５,４８,６８ Ｐ型AlGaInPクラッド層
１３,２１,５３,７３,９２ Ｎ型AlGaInPブロック層
２２ Ｎ型GaAs層
３２ Si誘電体層
８７ Ｐ型AlGaAsクラッド層

Claims (8)

  1. 基板と、
    上記基板上に形成された活性層と、
    上記活性層上に形成された上側クラッド層と、
    上記上側クラッド層上に形成されたリッジ部と、
    上記リッジ部の側方の領域の少なくとも一部に形成されると共に、上記上側クラッド層と略同等の屈折率を有する層と
    を備えることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
    上記略同等の屈折率を有する層は、誘電体層であることを特徴とする半導体レーザ素子。
  3. 請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
    上記略同等の屈折率を有する層は、Ｎ型化合物半導体層であることを特徴とする半導体レーザ素子。
  4. 請求項３に記載の半導体レーザ素子において、
    上記Ｎ型化合物半導体層上に、GaAs層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  5. 請求項４に記載の半導体レーザ素子において、
    上記GaAs層の層厚は、０.２μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
  6. 第１の半導体レーザ素子と、上記第１の半導体レーザ素子と基板を共有する第２の半導体レーザ素子とを有し、上記第１の半導体レーザ素子のリッジ部と上記第２の半導体レーザ素子のリッジ部とが上記基板上に略並列に配置されているモノリシック２波長半導体レーザ装置であって、
    上記第１の半導体レーザ素子が、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子であると共に、上記第２の半導体レーザ素子が、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子であることを特徴とするモノリシック２波長半導体レーザ装置。
  7. 第１の半導体レーザ素子と、上記第１の半導体レーザ素子と基板を共有する第２の半導体レーザ素子とを有し、上記第１の半導体レーザ素子のリッジ部と上記第２の半導体レーザ素子のリッジ部とが上記基板上に略並列に配置されているモノリシック２波長半導体レーザ装置であって、
    上記第１の半導体レーザ素子および上記第２の半導体レーザ素子のうちのいずれか一方は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子であることを特徴とするモノリシック２波長半導体レーザ装置。
  8. 請求項６または７に記載のモノリシック２波長半導体レーザ装置において、
    上記第１の半導体レーザ素子は、コンパクトディスクの情報の読み取りおよびコンパクトディスクへの情報の書き込みのうちの少なくとも一方を行うための半導体レーザ素子であり、かつ、上記第２の半導体レーザ素子は、デジタル・バーサタイル・ディスクの情報の読み取りおよびデジタル・バーサタイル・ディスクへの情報の書き込みのうちの少なくとも一方を行うための半導体レーザ素子であることを特徴とするモノリシック２波長半導体レーザ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6014482A (ja) * 1983-07-04 1985-01-25 Toshiba Corp 半導体レ−ザ装置
US5811839A (en) * 1994-09-01 1998-09-22 Mitsubishi Chemical Corporation Semiconductor light-emitting devices
JP2002289965A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置、及び光ピックアップ装置
JP3849758B2 (ja) * 2001-04-12 2006-11-22 ソニー株式会社 半導体レーザ素子
JP2002374040A (ja) * 2001-06-15 2002-12-26 Sharp Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2004186259A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Toshiba Corp 半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置
JP2004193330A (ja) * 2002-12-11 2004-07-08 Sharp Corp モノリシック多波長レーザ素子とその製法

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