JP2007081196A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易な構成でレーザ光を検知することの可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】 半導体レーザ装置１０では、半導体層２２のうちｐ側電極３３と対応する受光領域Ｌ３で、発光光の一部が吸収され電流信号に変換される。電流信号の大きさは、出射されるレーザ光の出力の大きさと所定の相関関係を有するので、例えば、電流信号を光出力モニタ信号として光出力演算回路に入力することにより、出射されるレーザ光の出力の大きさをその光出力演算回路で演算することができる。つまり、半導体レーザ装置１０は、受光領域に光検出機構を内蔵する半導体レーザ２０を備えており、光検出機構を半導体レーザとは別個に設ける必要がない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光を検知する光検出機構を有する半導体レーザ装置に係り、特に光ディスクの用途で好適に適用可能な半導体レーザ装置に関する。
従来より、光ディスク用途の半導体レーザ装置には、これに組み込まれた半導体レーザのレーザ光を検知する光検出機構が設けられている。この光検出機構は、一般に、レーザの光出力を減衰させることのない領域、例えば、半導体レーザの後端面側（光出射側とは反対側）に、半導体レーザとは別個に設けられており、その後端面を透過して漏れ出てきた光を吸収し電流信号に変換することにより、レーザ光を検知するようになっている。
しかし、半導体レーザの後端面は、通常、高反射率膜で覆われており、後端面を透過して漏れ出てくる光の出力は極めて小さい。そのため、光検出機構は、その漏れ出てくる光に対して感度が高いことが要求される。現在、光ディスク用途では、ＣＤ（Compact Disk）の再生や、ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable ）あるいはＭＤ（Mini Disk ）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられる７８０ｎｍ帯のレーザ光や、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられる６５０ｎｍ帯のレーザ光とを出力可能な多波長レーザが主流である。そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、これら長波長帯の光に対して高い感度の得られる、シリコン（Ｓｉ）系化合物半導体のフォトダイオード( ＰＤ ; Photo Diode) が光検出機構として用いられている。
特開２００４−５５７４４号公報
ところで、近年、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ混晶およびＧａＩｎＮ混晶に代表される窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（以下、窒化物系半導体ともいう。）を用いた短波長帯（４０５ｎｍ帯）の半導体レーザが実現され、より高密度の光ディスクの光源として実用化が図られている。このような短波長帯の半導体レーザを光ディスクの光源として用いるには、短波長帯の光に対する感度の高い光検出機構が必要となる。
しかし、上記したフォトダイオードは４０５ｎｍ帯の光に対して感度が低いため、これを短波長帯の半導体レーザに用いることはできない。だからといって、短波長帯の半導体レーザの後端面の反射率を下げて後端面から漏れ出る光の出力を大きくすると、しきい値電流が上昇し、レーザの光出力が低下し、相対雑音強度が劣化し、または信頼性が低下するなど、レーザ特性が悪化してしまうという問題がある。また、上記したフォトダイオードの代わりに、後端面側からの短波長帯の光を検出する光検出機構や、光出射側の端面からの光の一部を検知する光検出機構を別途設けることも可能であるが、そのような短波長帯の半導体レーザ専用の光検出機構を、例えば複数の半導体レーザが組み合わされた多波長の半導体レーザ装置に適用すると、半導体レーザ装置が複雑化してしまうという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でレーザ光を検知することの可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
本発明の半導体レーザ装置は、第１導電型層、活性層、および上部にストライプ状の電流狭窄構造を含む第２導電型層をこの順に積層してなる半導体層を備えたものである。この半導体層の第２導電型層側に複数の電極が形成されていおり、互いに所定の間隔を隔てて第２導電型層と電気的に接続されている。この半導体層は、複数の電極の少なくとも１つを除く電極（第１電極）と対応する領域に、半導体層中で発光した光の一部を吸収し電流信号に変換する受光領域を有する。
本発明の半導体レーザ装置では、半導体層のうち第１電極と対応する領域（受光領域）で、発光光の一部が吸収され電流信号に変換される。この電流信号の大きさは、出射されるレーザ光の出力の大きさと所定の相関関係を有するので、例えば、電流信号を光出力モニタ信号として光出力演算回路に入力することにより、出射されるレーザ光の出力の大きさをその光出力演算回路で演算することができる。つまり、本発明の半導体レーザ装置は、受光領域に光検出機構を内蔵する半導体レーザを備えており、光検出機構を半導体レーザとは別個に設ける必要がない。
本発明の半導体レーザ装置によれば、第１電極と対応する領域に受光領域を設け、半導体層中で発光した光の一部を吸収し電流信号に変換するようにしたので、出射されるレーザ光の出力の大きさと相関関係のある電流信号を引き出すことが可能になり、フォトダイオードなどの光検出機構を半導体レーザとは別個に設ける必要がなくなる。これにより、簡易な構成でレーザ光を検出することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ装置１０の構造を表すものである。図２は図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を、図３はＢ−Ｂ矢視方向の断面構成をそれぞれ表すものである。また、図１ないし図３は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
この半導体レーザ装置１０は、ヒートシンク１１（放熱部）上に融着層１２を介して半導体レーザ２０をｐサイドアップで実装したものである。ヒートシンク１１は、例えばＣｕ（銅）などの電気的および熱的な伝導性を有する材料により構成される。融着層１２は、半導体レーザ装置１０とヒートシンク１１とを固定するものであり、例えば、ＡｕＳｎ等を含む融着材により構成される。これにより、半導体レーザ２０から発せられる熱がヒートシンク１１を介して放散されて半導体レーザ２０が適当な温度に維持されるようになっている。
この半導体レーザ２０は、ｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる基板２１上に、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層２２を成長させたものである。この半導体層２２は、ｎ型クラッド層２３，活性層２４，ｐ型クラッド層２５およびｐ型コンタクト層２６をこの順に積層してなるレーザ構造を有する。ここで、ｎ型クラッド層２３が本発明の「第１導電型層」に、ｐ型クラッド層２５およびｐ型コンタクト層２６が本発明の「第２導電型層」にそれぞれ対応する。以下、上記各半導体層を積層した方向を縦方向、レーザ光の射出方向を軸方向、軸方向と縦方向とに垂直な方向を横方向と称する。
なお、ここでいうＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体とは、ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ）とを含んだ窒化ガリウム系化合物のことであり、例えばＧａＮ，ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウム・ガリウム），あるいはＡｌＧａＩｎＮ（窒化アルミニウム・ガリウム・インジウム）などが挙げられる。これらは、必要に応じてＳｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｏ（酸素），Ｓｅ（セレン）などのＩＶ族およびＶＩ族元素からなるｎ型不純物、または、Ｍｇ（マグネシウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｃ（炭素）などのＩＩ族およびＩＶ族元素からなるｐ型不純物を含有している。
この半導体層２２において、ｎ型クラッド層２３は例えばｎ型ＡｌＧａＮにより構成される。活性層２４は例えばアンドープのＧａＩｎＮ多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層２５は例えばＡｌＧａＮ、ｐ型コンタクト層２６は例えばｐ型ＧａＮによりそれぞれ構成される。
ｐ型クラッド層２５の一部およびｐ型コンタクト層２６には、後述のようにｐ型コンタクト層２６まで形成したのち選択的にエッチングすることにより、軸方向に延在する帯状のリッジ部（突条部）２７と、その両脇に溝部２８とがそれぞれ設けられている。なお、ｐ型コンタクト層２６はリッジ部２７の上部にだけ設けられている。これらリッジ部２７および溝部２８からなる帯状の構造は、いわゆるＷリッジ構造となっており、半導体層２２内の電流通路２９の大きさを制限すると共に、横方向の光モードを基本（０次）モードに安定に制御し、軸方向に導波させる機能を有する。なお、このＷリッジ構造が、本発明の「電流狭窄構造」に対応する。
このように、リッジ部２７の両脇に溝部２８を設けてＷリッジ構造としたのは、溝部２８を設ける代わりにｐ型クラッド層２５を広範囲に渡って深くエッチングすると、電気的なリークが起こりやすくなり、量産性を阻害する。また、一般にＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体は、広い領域を均一にエッチングすることが困難な材料であることから、できるだけ狭い領域をエッチングしてリッジ部２７を形成しようとしたからである。
リッジ部２７の両側面および溝部２８の内面を含むｐ型クラッド層２５の表面上に絶縁膜３１が形成されている。すなわち、絶縁膜３１はリッジ部２７の上面に対応する領域に開口を有する。この絶縁膜３１は、例えば、ＳｉＯ2 およびＳｉをこの順に積層した構造を有する。
リッジ部２７の上面（ｐ型コンタクト層２６の表面）にｐ側コンタクト電極３２が形成されている。ここで、ｐ側コンタクト電極３２は、例えば、ｐｄ（パラジウム）を含んで構成される。
また、絶縁膜３１およびｐ側コンタクト電極３２の表面上に、ｐ側電極３３（第１電極）およびｐ側電極３４（第２電極）が分離領域Ｌ１を隔ててそれぞれ形成されている。ここで、ｐ側電極３３およびｐ側電極３４は、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）をこの順に積層した構造を有する。
分離領域Ｌ１は、軸方向に延在する帯状の領域であり、ｐ側電極３３およびｐ側電極３４を軸方向に空間的に分離すると共に互いに電気的に短絡させないように形成されている。ｐ側電極３３とｐ側電極３４との間は１００Ω以上で絶縁されることが好ましい。本実施の形態では、分離領域Ｌ１は、リッジ部２７の上部のｐ型コンタクト層２６およびｐ側コンタクト電極３２を除去してｐ型クラッド層２５を露出させると共に、その表面を絶縁膜３１で覆うことにより形成されている。そこで、例えば、ｐ型クラッド層２５の抵抗率を１Ω・ｃｍ、ｐ型クラッド層２５の分離領域Ｌ１における断面積を０．７５μｍ2 （＝１．５μｍ（幅）×０．５μｍ（深さ））とすると、ｐ側電極３３とｐ側電極３４との間が１００Ω以上となるには、分離領域Ｌ１の軸方向の幅が０．００７５μｍ（＝１００Ω×０．７５μｍ2 ／１Ω・ｃｍ）以上あればよいことがわかる。
なお、分離領域Ｌ１に、ケイ素（Ｓｉ），酸素（Ｏ），アルミニウム（Ａｌ）およびホウ素（Ｂ）のうち少なくとも１種の不純物を注入してもよい。これにより、ｐ型クラッド層２５の分離領域Ｌ１における抵抗率がより大きくなるので、ｐ側電極３３とｐ側電極３４との間を確実に絶縁することができる。
ｐ側電極３４は、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）をこの順に積層した構造を有する。ｐ側電極３４は、絶縁膜３１およびｐ側コンタクト電極３２の表面のうち分離領域Ｌ１を基準として後述の反射側端面３６側に形成されており、リッジ部２７のｐ型コンタクト層２６にｐ側コンタクト電極３２を介して電気的に接続されている。以下、ｐ側電極３４のうちリッジ部２７のｐ型コンタクト層２６と電気的に接続されている部分を接触部３４Ａと称する。ｐ側電極３４はまた、金などからなるワイヤＷ１に接合されており、ワイヤＷ１を介して外部電源（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。
これより、ｐ側電極３４は、接触部３４Ａを介して活性層２４に電流を注入することができるので、活性層２４のうち接触部３４Ａと対応する領域が、いわゆる利得領域Ｌ２として機能する。ここで、「利得領域Ｌ２としての機能」とは、注入されたキャリアによって発せられた発光光を増幅する機能のことである。
ｐ側電極３３は、ｐ側電極３４と同様、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）をこの順に積層した構造を有する。ｐ側電極３３は、絶縁膜３１およびｐ側コンタクト電極３２の表面を含む表面のうち分離領域Ｌ１を基準として後述の出射側端面３５側に形成されており、リッジ部２７のｐ型コンタクト層２６にｐ側コンタクト電極３２を介して電気的に接続されている。以下、ｐ側電極３３のうちリッジ部２７のｐ型コンタクト層２６と電気的に接続されている部分を接触部３３Ａと称する。ｐ側電極３３はまた、金などからなるワイヤＷ２が接合されており、ワイヤＷ２を介して、後述の光出力演算回路（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。
これより、ｐ側電極３３は、接触部３３Ａを介して活性層２４から電流（フォトカレント）を引き抜くと共に、活性層２４からの電流を光出力演算回路に入力することができるので、活性層２４のうち接触部３３Ａと対応する領域は、いわゆる受光領域Ｌ３として機能する。ここで、「受光領域Ｌ３としての機能」とは、利得領域Ｌ２で発光した光を吸収して電流信号に変換する機能のことであり、例えばフォトダイオードなどの光検出機構と同等の機能のことである。したがって、半導体レーザ２０は、受光領域Ｌ３に光検出機構を内蔵しているので、半導体レーザ２０とは別個に光検出機構を設ける必要がない。
なお、受光領域Ｌ３に設けられた光検出機構は、半導体層２２内で発光した光の一部を吸収して電流信号に変換するだけなので、レーザ特性を悪化させる虞はない。また、利得領域Ｌ２と受光領域Ｌ３との相互作用により自励発振（パルセーション）が生じるようにしてもよい。
ところで、上記した光出力演算回路は、ｐ側電極３３からの電流信号を光出力モニタ信号として受信し、出射されるレーザ光の出力の大きさを以下の式を利用して求めるようになっている。この式は、出射パワーＰｏｕｔと内部光子密度Ｓとの関係を表すものであるが、内部光子密度Ｓの大きさは、上記した光出力モニタ信号の大きさと密接な相関関係を有しているので、出射パワーＰｏｕｔの大きさは、光出力モニタ信号の大きさと一対一で対応する。
Ｐｏｕｔ＝（１／２）×（Ｃ0 ／ｎeq）×ｈν×Ｉｎ（１／（ＲｆＲｆ））×ｗｄ×｛（１−Ｒｆ）／（（１−Ｒｆ）＋（１−Ｒｒ））｝×Ｓ…（１）
ここで、Ｃ0 は光速であり、ｎeqは活性層２４の透過屈折率であり、ｈνは活性層２４のバンドギャップエネルギーであり、Ｗはリッジ部２７の軸方向の幅であり、ｄは活性層２４の縦方向の厚さであり、Ｒｒは後端面側の反射率である。
ところで、接触部３３Ａは、上記した光出力演算回路で検出可能な電流量（検出可能電流量）を生成することの可能な面積を有することが必要である。そのため、接触部３３Ａの軸方向の長さは接触部３４Ａの軸方向の長さ（例えば３８０μｍ）と比べて極めて短く、例えば１０μｍ程度である。
また、接触部３３Ａは、後述の出射側端面３５および反射側端面３６からなる共振器に挟まれた領域内にあればよいので、リッジ部２７上部のいずれの部位に対応して形成されていてもよいが、本実施の形態のように、リッジ部２７上部のうち出射側端面３５側に対応して形成されていることが好ましい。図４に示したように、内部光子密度Ｓは、出射側端面３５近傍で最大となるので、接触部３３Ａの面積を過度に大きくしなくても十分な電流量を確保することができるからである。また、受光領域Ｌ３では発熱が非常に少ないので、受光領域Ｌ３を出射側端面３５側に設けた場合は、出射側端面３５近傍に放熱機構を設けなくても、出射側端面３５の端面劣化を抑制することができるからである。
リッジ部２７の延在方向（軸方向）に対して垂直な側面には、一対の出射側端面３５および反射側端面３６が形成されている。出射側端面３５は、例えばＡｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム）により構成され、低反射率となるように調整されている。これに対して反射側端面３６は、例えば酸化アルミニウム層と酸化チタン層とを交互に積層して構成され、高反射率となるように調整されている。これにより、活性層２４の利得領域で発生した光は一対の出射側端面３５および反射側端面３６の間を往復して増幅され、出射側端面３５からビームとして射出されるようになっている。
一方、基板２１の裏面には、ｎ側電極３７が全体に渡って設けられており、基板２１およびｎ型クラッド層２３と電気的に接続されている。このｎ側電極３７は、例えば、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕをこの順に積層した構造を有する。ｎ側電極３７は、半導体レーザ２０をヒートシンク１１上に実装する際に、ヒートシンク１１と電気的に接続されるので、ヒートシンク１１に電気的に接続されるアース（図示せず）と同電位（ゼロボルト）になっている。
この半導体レーザ装置１０は、次のようにして製造することができる。
図５〜図９はその製造方法を工程順に表したものである。半導体レーザ２０を製造するためには、ＧａＮからなる基板２１Ａ上にＩＩＩ−Ｖ族窒化物（ＧａＮ系化合物半導体）からなる半導体層２２Ａを、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相成長）法により形成する。この際、ＧａＮ系化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア (ＮＨ3)を用い、ドナー不純物の原料としては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、アクセプタ不純物の原料としては、例えばシクロペンタジウムマグネシウム（ＣＰＭｇ）を用いる。
具体的には、まず、基板２１Ａ上に、ｎ型クラッド層２３Ａ，活性層２４Ａ，ｐ型クラッド層２５Ａおよびｐ型コンタクト層２６Ａをこの順に積層する（図５（Ａ）参照）。
次に、ｐ型コンタクト層２６Ａ上に膜厚０．２μｍのＳｉＯ2 からなる絶縁膜３１Ａを形成する。次いで、その絶縁膜３１Ａ上にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、軸方向に延在する帯状の開口を有するフォトレジスト層Ｒ１を形成する。続いて、このフォトレジスト層Ｒ１をマスクとして、フッ酸系エッチング液によるウエットエッチング法により絶縁膜３１Ａを選択的に除去する（図５（Ｂ）参照）。その後、Ｐｄを含む膜厚１００ｎｍの金属層を真空蒸着法にて形成する。その後、フォトレジスト層Ｒ１を除去する。これにより、ｐ側コンタクト電極３２Ａが形成される（図５（Ｃ）参照）。
次に、ｐ側コンタクト電極３２Ａおよび絶縁膜３１Ａ上にフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、Ｗリッジ構造の形成されることとなる領域に開口を有するフォトレジスト層Ｒ２を形成する（図６（Ａ）参照）。次いで、フォトレジスト層Ｒ２およびｐ側コンタクト電極３２Ａをマスクとして、フッ酸系エッチング液によるウエットエッチング法により絶縁膜３１Ａを選択的に除去する。続いて、塩素系のエッチングガスを使ったドライエッチング法によりｐ型コンタクト層２６Ａおよびｐ型クラッド層２５Ａの一部を選択的に除去する。その後、フォトレジスト層Ｒ２を除去すると共に、ｐ型コンタクト層２６Ａのうちｐ側コンタクト電極３２Ａで覆われていない部分を除去する。これにより、半導体層２２Ａ上部に、帯状のリッジ部２７および溝部２８からなるＷリッジ構造が形成される（図６（Ｂ）参照）。
次に、表面全体に渡ってフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、分離領域Ｌ１と対応する領域に開口を有するフォトレジスト層Ｒ３を形成する（図７（Ａ）参照）。続いて、このフォトレジスト層Ｒ３をマスクとして、イオンミリング法によりｐ側コンタクト電極３２Ａを選択的に除去してｐ型コンタクト層２６Ａの上面を露出させたのち、塩素系のエッチングガスを使ったドライエッチング法によりｐ型コンタクト層２６Ａを選択的に除去する。その後、フォトレジスト層Ｒ３を除去する。これにより、分離領域Ｌ１となる領域が形成され、分離領域Ｌ１となる部分を除く上面にｐ型コンタクト層２６およびｐ側コンタクト電極３２が形成される（図７（Ｂ）参照）。
次に、表面全体に渡って膜厚０．２μｍのＳｉＯ2 からなる絶縁層３１Ｂを形成する。続いて、ｐ側コンタクト電極３２の上方が薄く、それ以外の領域の上方が厚くなるように、すなわち、表面全体が平らとなるようにフォトレジストを成膜したのち、フォトリソグラフィ技術に基づきｐ側コンタクト電極３２の上面と対応する領域に開口を有するフォトレジスト層Ｒ４を形成する（図８（Ａ）参照）。次いで、ｐ側コンタクト電極３２をエッチングストップ層として、ｐ側コンタクト電極３２上の絶縁層３１Ｂをエッチングして、ｐ側コンタクト電極３２を露出させる（図８（Ｂ）参照）。
次に、表面全体に渡ってフォトレジストを成膜し、フォトリソグラフィ技術に基づき、分離領域Ｌ１と対応する領域上にフォトレジスト層（図示せず）を形成する。続いて、例えば蒸着器を用いてＴｉ，ＰｔおよびＡｕをこの順に積層する。その後、そのフォトレジスト層を除去する。これにより、出射側端面３５側にｐ側電極３３が、反射側端面３６側にｐ側電極３４がそれぞれ形成される（図９参照）。
次に、必要に応じて基板２１Ａの裏面を研磨し、その面にＴｉ，Ｐｔ，Ａｕをこの順に積層する。これにより、ｎ側電極３７が形成される。更に、各素子（半導体レーザ２０）ごとに基板２１Ａをダイシングする。このようにして、半導体レーザ２０が製造される。更に、ｐ側電極３４上にワイヤＷを接続すると共にｎ側電極３７にヒートシンク１１を融着層１２を介して接合することにより半導体レーザ装置１０が製造される（図１参照）。
この半導体レーザ２０では、ｐ側電極３４とｎ側電極３７との間にそれぞれ所定の電位差の電圧が印加されると、リッジ部２７により電流狭窄された電流が活性層２４の利得領域Ｌ２（発光領域）に注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、一往復したときの位相の変化が２πの整数倍となる波長でレーザ発振を生じ、ビームとして外部に出射される。
このとき、ｐ側電極３３は、ワイヤＷ２を介して光出力演算回路と電気的に接続されているので、利得領域Ｌ２で発光した発光光が活性層２４のうちｐ側電極３３に対応する受光領域Ｌ３で吸収され、電流信号（フォトカレント）に変換される。この電流信号はワイヤＷ２を介して光出力演算回路に出力される。ｐ側電極３３からの電流信号は、光出力演算回路において光出力モニタ信号として受信され、上記した式（１）を利用して、出射されるレーザ光の出力の大きさが演算される。このように、半導体レーザ２０は、受光領域Ｌ３に光検出機構を内蔵しているので、光検出機構を半導体レーザ２０とは別個に設ける必要がない。
このように、本実施の形態の半導体レーザ装置によれば、ｐ側電極３３と対応する領域に受光領域Ｌ３を設け、半導体層２２中で発光した光の一部を吸収し光出力モニタ信号に変換するようにしたので、出射されるレーザ光の出力の大きさと相関関係のある電流信号を引き出すことが可能になり、フォトダイオードなどの光検出機構を半導体レーザ２０とは別個に設ける必要がなくなる。これにより、簡易な構成でレーザ光を検出することができる。
〔第２の実施の形態〕
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構造を表すものである。図１１は図１０のＣ−Ｃ矢視方向の断面構成を表すものである。また、図１０および図１１は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。
第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置は、ヒートシンク１１（放熱部）上に融着層１２を介して半導体レーザ５０をｐサイドアップで実装したものである。この半導体レーザ５０は、溝部２８の一部（帯状の領域）と対応する領域に受光領域Ｌ６を備える点で、リッジ部２７の所定の領域に対応する領域の一部に受光領域Ｌ３を備える半導体レーザ２０と主に相違する。そこで、以下、主として上記相違点について詳細に説明し、上記実施の形態と同様の構成・作用・効果についての説明を適宜省略する。
溝部２８の側面（リッジ部２７の側面側を除く）およびｐ型クラッド層２５のうち溝部２８以外の領域の表面に絶縁膜６１が形成されている。すなわち、絶縁膜６１は、リッジ部２７に対応する領域、および溝部２８の底面と対応する領域に開口を有する。この絶縁膜６１は、例えば、ＳｉＯ2 およびＳｉをこの順に積層した構造を有する。
溝部２８の底面の一部（ｐ型クラッド層２５）、絶縁膜６１の表面に、ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）（第１電極）がそれぞれ形成されている。ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）は、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）をこの順に積層した構造を有する。ｐ側電極５３ａは、リッジ部２７を基準として一方の側に、ｐ側電極５３ｂはリッジ部２７を基準として他方の側にそれぞれ形成されている。これより、ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）は、溝部２８の底面の一部（ｐ型クラッド層２５）と電気的に接続されている。以下、ｐ側電極５３ａのうち溝部２８のｐ型クラッド層２５と電気的に接続されている部分を接触部５３Ａ、ｐ側電極５３ｂのうち溝部２８のｐ型クラッド層２５と電気的に接続されている部分を接触部５３Ｂとそれぞれ称する。ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）はまた、金などからなるワイヤＷ４が接合されており、ワイヤＷ４を介して、上記第１の実施の形態と同様の光出力演算回路（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。
これより、ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）は、接触部５３Ａ、５３Ｂを介して活性層２４から電流（フォトカレント）を引き抜くと共に、活性層２４からの電流を光出力演算回路に入力することができるので、活性層２４のうち接触部５３Ａ、５３Ｂと対応する領域は、いわゆる受光領域Ｌ６として機能する。ここで、「受光領域Ｌ６としての機能」とは、後述の利得領域Ｌ４で発光した光を吸収して電流信号に変換する機能のことであり、例えばフォトダイオードなどの光検出機構と同等の機能のことである。したがって、半導体レーザ５０は、受光領域Ｌ６に光検出機構を内蔵しているので、半導体レーザ５０とは別個に光検出機構を設ける必要がない。
ところで、接触部５３Ａ、５３Ｂは、上記した光出力演算回路で検出可能な電流量（検出可能電流量）を生成することの可能な面積を有することが必要である。また、接触部５３Ａ、５３Ｂは、出射側端面３５および反射側端面３６からなる共振器に挟まれた領域内にあればよいので、溝部２８の底面のいずれの部位に対応して形成されていてもよいが、本実施の形態のように、溝部２８の底面のうち出射側端面３５側の領域を含む領域に対応して形成されていることが好ましい。図４に示したように、内部光子密度Ｓは、出射側端面３５近傍で最大となるので、接触部５３Ａ、５３Ｂの面積を過度に大きくしなくても十分な電流量を確保することができるからである。
なお、受光領域Ｌ６に設けられた光検出機構は、半導体層２２内で発光した光の一部を吸収して電流信号に変換するだけなので、レーザ特性を悪化させる虞はない。また、利得領域Ｌ４と受光領域Ｌ６との相互作用により自励発振（パルセーション）が生じるようにしてもよい。
リッジ部２７の両側面、溝部２８の底面の一部（ｐ型クラッド層２５のうち、リッジ部２８脇とｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）との間の領域に対応する部分）、およびｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）の表面に絶縁膜７１が形成されている。すなわち、絶縁膜７１は、リッジ部２７の上面（ｐ側コンタクト電極３２）に対応する領域に開口を有する。この絶縁膜７１は、例えば、ＳｉＯ2 およびＳｉをこの順に積層した構造を有する。
ｐ側コンタクト電極３２および絶縁膜７１のそれぞれの表面に、ｐ側電極５４（第１電極）が形成されている。ｐ側電極５４は、Ｔｉ（チタン），Ｐｔ（白金）およびＡｕ（金）をこの順に積層した構造を有しており、リッジ部２７のｐ型コンタクト層２６にｐ側コンタクト電極３２を介して電気的に接続されている。以下、ｐ側電極５４のうちリッジ部２７のｐ型コンタクト層２６と電気的に接続されている部分を接触部５４Ａと称する。ｐ側電極５４はまた、金などからなるワイヤＷ３に接合されており、ワイヤＷ３を介して外部電源（図示せず）と電気的に接続されるようになっている。
これより、ｐ側電極５４は、接触部５４Ａを介して活性層２４に電流を注入することができるので、活性層２４のうち接触部５４Ａと対応する領域が、いわゆる利得領域Ｌ４として機能する。ここで、「利得領域Ｌ４としての機能」とは、注入されたキャリアによって発せられた発光光を増幅する機能のことである。
なお、上記した絶縁膜６１、ｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）、絶縁膜７１およびｐ側電極５４は、本発明の「多層配線構造」に相当する。
ｐ型クラッド層２５のうち溝部２８の一部（リッジ部２８脇とｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）との間の領域）に対応する部分に、高抵抗領域Ｌ７が形成されている。この高抵抗領域Ｌ７は、溝部２８の底面側からｐ型クラッド層２５に、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）およびホウ素（Ｂ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む不純物を注入することにより形成されている。これにより、ｐ側電極５４から活性層２４へ注入される電流と、受光領域Ｌ６で変換された電流（フォトカレント）とを分離することができる。その結果、受光領域Ｌ６で変換された電流（フォトカレント）の一部がリッジ部２８側に漏れたり、ｐ側電極５４から活性層２４へ注入される電流の一部がｐ側電極５３（５３ａ，５３ｂ）側に漏れたりする虞がなくなるので、受光領域Ｌ６で変換された電流（フォトカレント）の損失を抑制することができると共に、リッジ部２８側からの電流の混入を抑制することができる。
この半導体レーザ５０は、次のようにして製造することができる。なお、半導体レーザ装置２０の製造方法と重複する説明は省略する。
図６（Ｂ）に示した工程に続き、Ｓｉを積層して絶縁膜６１Ａを形成する（図１２（Ａ））。そののち、溝部２８の底部およびリッジ部２７の側面に形成された絶縁膜６１Ａの上面を露出させてフォトレジスト膜Ｒ５を形成し、例えばＢＨＦ溶液によるウェットエッチング法を用いて露出した絶縁膜６１Ａを除去してリッジ部２７の側面および溝部２８の底部の一部を露出させる。この後、フォトレジスト膜Ｒ５を除去する（図１２（Ｂ）参照）。
次に、絶縁膜６１Ａ、溝部２８の底部の一部およびｐ側コンタクト電極３２の上面にリッジ部２７の脇から例えば１μｍ幅の領域に開口を有するフォトレジスト膜Ｒ６を形成したのち、露出した溝部２８の底部（ｐ型クラッド層２５Ａ）の上面から、上述したイオンを注入することにより高抵抗領域Ｌ７を形成する。この後、フォトレジスト膜Ｒ６を除去する（図１２（Ｃ）参照）。
次に、リッジ部２７の側面とｐ側コンタクト電極３２および高抵抗領域Ｌ７の上面にフォトレジスト膜Ｒ７を形成し、例えばＣＶＤ法を用いて上述した材料を同じ厚さで積層したのち、リフトオフ法によりｐ側電極５３ａ，５３ｂを形成する（図１３（Ａ）参照）。この後、フォトレジスト膜Ｒ７は剥離洗浄により除去する。
次に、ｐ側コンタクト電極３２、高抵抗領域Ｌ７およびｐ側電極５３ａ，５３ｂの上面とリッジ部２７の側面とに、例えば、蒸着法を用いてＳｉおよびＳｉＯ2 を積層することにより絶縁膜７１Ａを形成する（図１３（Ｂ）参照）。
次に、横方向に対向する両端面（両側端面）から、例えば１００μｍ内側の絶縁膜７１Ａの上面にフォトレジスト膜Ｒ８を形成したのち、例えば、ＢＨＦ溶液によるウェットエッチング法を用いて露出した絶縁膜７１Ａを除去してｐ側電極５３ａ，５３ｂの一部の上面を露出させる（図１４（Ａ）参照）。この後、フォトレジスト膜Ｒ８を除去する。
次に、例えば、セルフアラインプロセスを用いて、ｐ側コンタクト電極３２の上面に形成された絶縁膜７１Ａを除去する（図１４（Ｂ）参照）。
次に、露出したｐ側電極５３ａ，５３ｂの上面にフォトレジスト膜Ｒ９を形成したのち、ｐ側コンタクト電極３２および絶縁膜７１Ａの上面に例えばＣＶＤ法を用いて上述した材料を同じ厚さで積層することによりｐ側電極５４を形成する（図１５参照）。この後、フォトレジスト膜Ｒ９を除去することにより半導体レーザが完成する（図１１）。更にこの後、上記実施の形態と同様の工程を経ることにより図１０に示した半導体レーザ装置が完成する。
本実施の形態の半導体レーザ装置についても上記実施の形態と同様にしてレーザが出射される。このとき、ｐ側電極３３は、ワイヤＷ４を介して光出力演算回路と電気的に接続されているので、利得領域Ｌ４で発光した発光光が活性層２４のうちｐ側電極５３に対応する受光領域Ｌ６で吸収され、電流信号（フォトカレント）に変換される。この電流信号はワイヤＷ３を介して光出力演算回路に出力される。ｐ側電極５３からの電流信号は、光出力演算回路において光出力モニタ信号として受信され、上記した式（１）を利用して、出射されるレーザ光の出力の大きさが演算される。このように、半導体レーザ５０は、受光領域Ｌ６に光検出機構を内蔵しているので、光検出機構を半導体レーザ５０とは別個に設ける必要がない。
このように、本実施の形態の半導体レーザ装置によれば、ｐ側電極５３と対応する領域に受光領域Ｌ６を設け、半導体層２２中で発光した光の一部を吸収し光出力モニタ信号に変換するようにしたので、出射されるレーザ光の出力の大きさと相関関係のある電流信号を引き出すことが可能になり、フォトダイオードなどの光検出機構を半導体レーザ５０とは別個に設ける必要がなくなる。これにより、簡易な構成でレーザ光を検出することができる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、半導体層２２の材料として、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体により構成される場合について説明したが、ＧａＩｎＰ系（赤系）材料またはＡｌＧａＡｓ系（赤外系）半導体などにより構成されていてもよい。
また、上記実施の形態では、半導体層２２上部にインデックスガイド型の電流狭窄構造（Ｗリッジ構造）を設けていたが、ゲインガイド型などの他の電流狭窄構造であってもよい。
また、上記実施の形態では、半導体層２２の上部をｐ型、下部をｎ型の極性としていたが、その逆の極性としてもよい。
また、本発明は、上記実施の形態で具体的に説明した製造方法に限定されるものではなく、他の製造方法であってもよい。
また、上記実施の形態では、半導体レーザ２０，５０をｐサイドアップで実装した場合について説明したが、ｐサイドダウンで実装してもよい。ｐサイドダウンで実装した方がｐサイドアップで実装した場合よりも放熱効率およびレーザ特性を向上させることができるので好ましい。
また、上記第２の実施の形態では、高抵抗領域Ｌ７を設ける場合について説明したが、高抵抗領域Ｌ７を設ける代わりに、活性層２４と溝部２８の底部との距離を狭く（薄く）してもよく、あるいは活性層２４が損傷を受けないように活性層２４を露出させてその上面にまで絶縁膜７１を延在させるようにしてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す斜視図である。 図１のＡ−Ａ切断線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ切断線に沿った断面図である。 共振器方向と内部光子密度との関係を表す特性図である。 図１に示した半導体レーザの製造工程を説明するための断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 図８に続く工程を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構成を表す斜視図である。 図１１のＣ−Ｃ切断線に沿った断面図である。 図１０に示した半導体レーザ装置の製造工程を説明するための断面図である。 図１２に続く工程を表す断面図である。 図１３に続く工程を表す断面図である。 図１４に続く工程を表す断面図である。
符号の説明
１０…半導体レーザ装置、１１…ヒートシンク、１２…融着層、２０，５０…半導体レーザ、２１，２１Ａ…基板、２２，２２Ａ…半導体層、２３，２３Ａ…ｎ型クラッド層、２４，２４Ａ…活性層、２５，２５Ａ…ｐ型クラッド層、２６，２６Ａ…ｐ型コンタクト層、２７…リッジ部、２８…溝部、２９…電流通路、３１，３１Ａ，３１Ｂ，６１，６１Ａ，７１，７１Ａ…絶縁膜、３２，３２Ａ…ｐ側コンタクト電極、３３，３４，５３ａ，５３ｂ，５４…ｐ側電極、３３Ａ，３４Ａ，５３Ａ，，５３Ｂ，５４Ａ…接触部、３５…出射側端面、３６…反射側端面、３７…ｎ側電極、Ｌ１…分離領域、Ｌ２，Ｌ４…利得領域、Ｌ３，Ｌ６…受光領域、Ｌ７…高抵抗領域、Ｒ１〜Ｒ９…フォトレジスト膜、Ｗ１〜Ｗ４…ワイヤ

Claims (16)

  1. 第１導電型層、活性層、および上部にストライプ状の電流狭窄構造を含む第２導電型層をこの順に積層してなる半導体層と、前記半導体層の前記第２導電型層側に形成されると共に、互いに所定の間隔を隔てて前記第２導電型層と電気的に接続された複数の電極とを備えた半導体レーザ装置であって、
    前記半導体層は、前記複数の電極の少なくとも１つを除く電極（第１電極）と対応する領域に、前記半導体層中で発光した光の一部を吸収し電流信号に変換する受光領域を有する
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 前記複数の電極は、前記電流狭窄構造の延在方向に沿って配列されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 前記複数の電極は、前記第２導電型層のうち前記電流狭窄構造に対応するストライプ状の領域に電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記第１電極のうち前記第２導電型層に電気的に接続されている領域は、検出可能電流量を生成することの可能な面積を有する
    ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記第１電極は、当該第１電極に隣接する電極と、少なくとも１００Ω以上の電気抵抗で絶縁されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
  6. 前記半導体層は、前記電流狭窄構造の延在方向に一対の出射側端面および反射側端面を有し、
    前記第１電極は、前記出射側端面側に形成されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
  7. 前記第２導電型層は、前記受光領域と、前記第１電極に隣接する電極のうち前記第２導電型層に電気的に接続されている領域（利得領域）との間に、前記受光領域および前記利得領域を絶縁する高抵抗領域を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  8. 前記高抵抗領域は不純物を含有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
  9. 前記不純物は、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）およびホウ素（Ｂ）のうち少なくとも１種である
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
  10. 前記高抵抗領域は、前記第１領域および前記第２領域を少なくとも１００Ω以上の電気抵抗で絶縁している
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
  11. 前記複数の電極は、前記電流狭窄構造の延在方向に垂直な方向に配列されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  12. 前記第１電極は、前記電流狭窄構造から所定の距離だけ離れた両脇のストライプ状の領域のうち少なくとも一方の領域に形成され、
    前記第１電極以外の電極（第２電極）は、前記電流狭窄構造に対応するストライプ状の領域を含む領域に形成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
  13. 前記第１電極と前記第２電極とを電気的に絶縁する絶縁層を備え、
    前記第１電極は、前記電流狭窄構造から所定の距離だけ離れた両脇のストライプ状の領域のうち少なくとも一方の領域に形成され、
    前記絶縁層は、前記第１電極全体を覆うように形成され、
    前記第２電極は、前記電流狭窄構造と対応するストライプ状の領域上と、前記絶縁層上とに形成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
  14. 前記第１電極は、前記第２導電型層のうち前記電流狭窄構造から所定の距離だけ離れた両脇のストライプ状の領域のうち少なくとも一方に電気的に接続され、
    前記第１電極以外の電極（第２電極）は、前記第２導電型層のうち前記電流狭窄構造に対応するストライプ状の領域に電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
  15. 前記第１電極のうち前記第２導電型層に電気的に接続されている領域は、検出可能電流量を生成することの可能な面積を有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザ装置。
  16. 前記半導体層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成される
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
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