JP2010153429A - 半導体レーザ、半導体レーザの製造方法、光ディスク装置および光ピックアップ - Google Patents

Abstract

【課題】遠視野像の形状を悪化させることなく、十分に強いセルフパルセーション動作を行うことができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができ、しかも製造が容易な半導体レーザを提供する。
【解決手段】クラッド層にリッジストライプ１１を有する半導体レーザにおいて、リッジストライプ１１の両側面およびリッジストライプ１１の両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜１４を設ける。電流狭窄用絶縁膜１４のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体を含ませる。例えば、リッジストライプ１１の両側の底面に高屈折率絶縁膜１４ａを形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体レーザ、半導体レーザの製造方法、光ディスク装置および光ピックアップに関する。より詳細には、この発明は、低雑音の光源として用いて好適な半導体レーザおよびその製造方法ならびにこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置および光ピックアップに関する。

ＣＤ（compact disc）やＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスクから情報を読み取る光ディスク装置の光源には半導体レーザ（レーザダイオード）が用いられる。この半導体レーザにおいては、光ディスクにより反射されて半導体レーザに戻る光、すなわちいわゆる戻り光が半導体レーザ内の発振状態に擾乱を与えて雑音を発生し、情報読み取りエラーの原因となる。この戻り光誘起雑音を低減する手段として、セルフパルセーション（自励発振）動作を行う半導体レーザを用いることが有効であることが従来より知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。このようなセルフパルセーション動作を行う半導体レーザの本質は、レーザ光の可干渉性を低下させることで、戻り光による半導体レーザの擾乱を抑えることにある。

図８ＡおよびＢならびに図９に、セルフパルセーション動作を行う従来の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系半導体レーザの一例を示す（例えば、特許文献１参照。）。ここで、図８Ａは平面図、図８Ｂは図８ＡのＸ−Ｘ線（リッジストライプの中心線）に沿っての断面図（共振器長方向の断面図）である。図９は図８ＡのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図（共振器長方向に垂直な方向の拡大断面図）である。

図８ＡおよびＢならびに図９に示すように、この従来の半導体レーザは、レーザチップ１００の互いに対向する平行な一対の共振器端面１００ａ、１００ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するリッジストライプ（リッジ導波路）１０１を有する。レーザチップ１００は、導電性の半導体基板１０２上にレーザ構造を形成する半導体層１０３を有する。この半導体層１０３は、活性層１０３ａのほか、ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層など（図示せず）を含む。

リッジストライプ１０１は、半導体層１０３の上部、例えば活性層１０３ａの上層のｐ側クラッド層およびｐ型コンタクト層に形成されている。このリッジストライプ１０１の両側面およびこのリッジストライプ１０１の両側の底面となる半導体層１０３の上面に延在して電流狭窄用絶縁膜１０４が形成されている。この電流狭窄用絶縁膜１０４は、共振器端面１００ａから共振器端面１００ｂにわたって、すなわち共振器長方向の全長にわたって形成されている。

リッジストライプ１０１の最上部のｐ型コンタクト層にオーミックコンタクトしてｐ側電極１０５が形成されている。このｐ側電極１０５は電流狭窄用絶縁膜１０４上に延在して形成されている。一方、半導体基板１０２の裏面にｎ側電極１０６がオーミックコンタクトして形成されている。

この半導体レーザにおいては、リッジストライプ１０１の両側の底面となる半導体層１０３の上面と活性層１０３ａの上面との間の距離Ｄを調整することにより、セルフパルセーション動作を行わない半導体レーザに比べて、リッジストライプ１０１の部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプ１０１の両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎを小さく（例えば、Δｎ＝０．００１〜０．００４程度）し、ウィークリー・インデックス・ガイド（weakly index guide）型としている。こうすることで、電流が注入される部分の活性層１０３ａの幅に比べて、光が横方向（半導体基板１０２の面に平行な方向）に大きく広がる。この場合、リッジストライプ１０１の両側の、電流が注入されない部分の活性層１０３ａに可飽和吸収領域１０７が形成されるため、セルフパルセーション動作を起こす。

なお、ＳｉＯ₂ 蒸着膜とその上に積層されたアモルファスＳｉ蒸着膜との積層膜が、リッジストライプの両側面およびリッジストライプの両側の部分のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層上に延在し、かつ共振器長方向の全長にわたって設けられた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特開平１１−２１４７８８号公報 特開２０００−２７７８５９号公報 特開２００２−３１４１９７号公報 特開平１１−１８６６００号公報 特開平１１−２１４８００号公報

しかしながら、本発明者らの検討によれば、上述の従来の半導体レーザでは、強いセルフパルセーション動作を起こすためには、横方向に大きく光を広げる必要があるため、その分だけ遠視野像（ＦＦＰ）の横方向の幅が小さくなってしまう。この結果、遠視野像の楕円形状のアスペクト比が大きくなってしまい、光ディスク装置の光学系とのカップリング（結合）が悪くなってしまうという問題がある。また、特に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体系半導体レーザでは、光の横方向への広がりは、半導体レーザの製造工程において、リッジストライプ１０１を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により形成する時のエッチングによる堀り量によりΔｎを調整することで決められるが、このエッチングの制御が難しいため、Δｎの制御が難しいという問題もある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、遠視野像の形状を悪化させることなく、十分に強いセルフパルセーション動作を行うことができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができ、しかも製造が容易な半導体レーザおよびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の優れた半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置および光ピックアップを提供することである。

上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザである。

第２の発明は、
基板上に第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
上記第２のクラッド層にリッジストライプを形成する工程と、
上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜を形成し、この際、上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれるようにする工程と
を有する半導体レーザの製造方法である。

第３の発明は、
第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置である。

第４の発明は、
第１のクラッド層と、
上記第１のクラッド層上の活性層と、
上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザを光源に用いた光ピックアップである。

上述のように構成された第１〜第４の発明においては、電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれる。このため、この高屈折率絶縁体の屈折率やこの高屈折率絶縁体を含ませる部分の位置や大きさなどを調整して、リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプの両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎを小さくすることができる。こうすることで、電流が注入されない部分の活性層に十分な大きさの可飽和吸収領域を形成することができるので、十分に強いセルフパルセーション動作を行わせることができる。また、電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分には高屈折率絶縁体が含まれないので、Δｎを大きく保つことができることにより、遠視野像の横方向の幅が小さくならず、遠視野像の形状に悪影響が生じない。さらに、高屈折率絶縁体の屈折率やこの高屈折率絶縁体を含ませる部分の位置や大きさなどを調整することにより等価屈折率との差Δｎを調整することができるので、エッチングによる堀り量によりΔｎを調整する場合に比べてΔｎの調整を容易に行うことができる。

この発明によれば、遠視野像の形状を悪化させることなく、十分に強いセルフパルセーション動作を行わせることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができ、しかも容易に製造することができる半導体レーザを実現することができる。そして、この低雑音のレーザ光を安定して得ることができる優れた半導体レーザを光ピックアップの光源に用いることにより、高性能の光ディスク装置を実現することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（半導体レーザおよびその製造方法）
２．第２の実施の形態（半導体レーザおよびその製造方法）
３．第３の実施の形態（半導体レーザおよびその製造方法）

〈１．第１の実施の形態〉
［半導体レーザ］
図１ＡおよびＢならびに図２は第１の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す。ここで、図１Ａは平面図、図１Ｂは図１ＡのＸ−Ｘ線（リッジストライプの中心線）に沿っての断面図（共振器長方向の断面図）、図２は図１ＡのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図（共振器長方向に垂直な方向の拡大断面図）である。

図１ＡおよびＢならびに図２に示すように、このセルフパルセーション半導体レーザは、レーザチップ１０の互いに対向する平行な一対の共振器端面１０ａ、１０ｂの間に共振器長方向の全長にわたって延在するリッジストライプ１１を有する。共振器端面１０ａ、１０ｂには従来公知の端面コート膜（図示せず）が形成されている。

レーザチップ１０は、導電性の半導体基板１２上にレーザ構造を形成する半導体層１３を有する。この半導体層１３は、活性層１３ａのほか、ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層、ｐ型コンタクト層など（図示せず）を含む。

リッジストライプ１１は、半導体層１３の上部、例えば活性層１３ａの上層のｐ側クラッド層およびｐ型コンタクト層に形成されている。このリッジストライプ１１の両側面およびこのリッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面に延在して電流狭窄用絶縁膜１４が形成されている。この電流狭窄用絶縁膜１４は、共振器端面１０ａから共振器端面１０ｂにわたって、すなわち共振器長方向の全長にわたって形成されている。

この電流狭窄用絶縁膜１４のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の長さＬ₁ の部分以外の長さＬ₂ の部分に高屈折率絶縁膜１４ａが含まれている。この高屈折率絶縁膜１４ａは、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面に形成されている。この高屈折率絶縁膜１４ａは、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体からなる。この電流狭窄用絶縁膜１４のうちの高屈折率絶縁膜１４ａ以外の部分は、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率よりも低い屈折率を有する絶縁体からなる絶縁膜１４ｂからなる。図３に、図１ＡのＺ−Ｚ線に沿っての拡大断面図（共振器長方向に垂直な方向の拡大断面図）を示す。

ここで、この電流狭窄用絶縁膜１４のうちの高屈折率絶縁膜１４ａが含まれていない部分の長さＬ₁ は、電流狭窄用絶縁膜１４のうちの高屈折率絶縁膜１４ａが含まれている部分の長さＬ₂ よりも小さく、典型的には十分に小さく選ばれる。Ｌ₁ は、このセルフパルセーション半導体レーザから放射されるレーザ光の遠視野像の形状に悪影響が生じない長さであればよく、高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体の屈折率などにもよるが、一般的には例えば５０μｍ以下、典型的には１０μｍ以下である。

高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体の屈折率、この高屈折率絶縁膜１４ａの厚さなどは、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄとの兼ね合いにより、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプ１１の両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎが小さく（例えば、Δｎ＝０．００１〜０．００４程度）なり、半導体レーザがウィークリー・インデックス・ガイド型となるように選ばれる。

リッジストライプ１１の最上部のｐ型コンタクト層にオーミックコンタクトしてｐ側電極１５が形成されている。このｐ側電極１５は電流狭窄用絶縁膜１４上に延在して形成され、また、共振器端面１０ａから共振器端面１０ｂにわたって、すなわち共振器長方向の全長にわたって形成されている。一方、半導体基板１２の裏面にｎ側電極１６がオーミックコンタクトして形成されている。

レーザ構造を形成する半導体層１３の材料は特に問わず、このセルフパルセーション半導体レーザから取り出すレーザ光の中心波長などに応じて適宜選ばれるが、具体的には、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（取り分けＧａＮ系半導体）、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＩｎＰ系半導体、ＺｎＳｅ系半導体などである。

窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的には、Ａｌ_X Ｂ_y Ｇａ_1-x-y-z Ｉｎ_z Ａｓ_u Ｎ_1-u-v Ｐ_v （ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、より具体的には、Ａｌ_X Ｂ_y Ｇａ_1-x-y-z Ｉｎ_z Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的には、Ａｌ_X Ｇａ_1-x-z Ｉｎ_z Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１）からなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。

これらの半導体は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長あるいはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの各種のエピタキシャル成長法により成長させることができる。

例えば、このセルフパルセーション半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザである場合、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率は約２．５０である。この場合、電流狭窄用絶縁膜１４に含まれる高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体としては、この等価屈折率（約２．５０）よりも高い屈折率を有するものが用いられる。この高屈折率絶縁体の具体例を挙げると次のとおりであり、これらのうちの少なくとも一種類が用いられる。

物質名 屈折率
Ｎｂ₂ Ｏ₅ ２．５２
ＺｎＳ ２．５４
ＴｉＯ₂ ２．９
Ｓｉ ４．０
ＧａＡｓ ３．４
ＺｎＳｅ ２．８９
ＣｄＴｅ ２．７５
ＰｂＴｅ ３．８
ＰｂＳ ３．７

このＧａＮ系半導体レーザの発振波長が例えば４０５ｎｍである場合、上述の高屈折率絶縁体のうち、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、ＺｎＳおよびＴｉＯ₂ はこの発振波長の付近の波長の光に対して吸収がないが、その他の高屈折率絶縁体はこの発振波長の付近の波長の光に対して吸収がある。
絶縁膜１４ｂとしては、例えば、ＳｉＯ₂ 膜、ＳｉＮ膜、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜などが用いられる。

レーザチップ１０の共振器長方向に垂直な断面構造の一例について説明する。ここでは半導体層１３がＧａＮ系半導体からなる場合、すなわちこのセルフパルセーション半導体レーザがＧａＮ系半導体レーザである場合について説明する。図４は図１ＡのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。

図４に示すように、この例では、半導体層１３は、半導体基板１２としてのｎ型ＧａＮ基板２０上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ｂ、ｎ型ＧａＮ層１３ｃ、活性層１３ａ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅおよびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｆからなる。活性層１３ａは、例えばアンドープのＧａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ（井戸層）／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ（障壁層、ｘ＞ｙ）多重量子井戸構造を有する。リッジストライプ１１は、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｆに形成されている。

リッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面に高屈折率絶縁膜１４ａが形成されている。そして、リッジストライプ１１の両側面およびこのレーザストライプ１１の両側の高屈折率絶縁膜１４ａ上に延在して絶縁膜１４ｂが形成されている。レーザストライプ１１の上にｐ側電極１５がｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｆに電気的にコンタクトして形成されている。ｐ側電極１５としては、例えば、厚さ１００ｎｍ程度のＰｄ膜が用いられるが、これに限定されるものではない。

ｐ側電極１５および電流狭窄用絶縁膜１４を覆うようにパッド電極２１がｐ側電極１５と電気的にコンタクトして形成されている。パッド電極２１としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものが用いられ、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１５ｎｍ、５０ｎｍおよび３００ｎｍであるが、これに限定されるものではない。

一方、ｎ型ＧａＮ基板２０の裏面にｎ側電極１６が電気的にコンタクトして形成されている。ｎ側電極１６としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のものが用いられ、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１５ｎｍ、５０ｎｍおよび３００ｎｍであるが、これに限定されるものではない。

ここで、レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ｂは１２００ｎｍ、ｎ型ＧａＮ層１３ｃは１２ｎｍ、活性層１３ａの井戸層は３．５ｎｍ（井戸数は３）、障壁層は７ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄは１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅは４００ｎｍである。

また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ａのＡｌ組成は例えば０．０５、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄのＡｌ組成は例えば０．２、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅのＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は例えば０．０８である。

このセルフパルセーション半導体レーザの各部の寸法は例えば次のとおりであるが、これはあくまでも例に過ぎず、これに限定されるものではない。
共振器長：５００μｍ
共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の部分の長さＬ₁ ：１０μｍ
共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の部分以外の部分の長さＬ₂ ：４８０μｍ
リッジストライプ１１の幅Ｗ：１．４μｍ

電流狭窄用絶縁膜１４の具体例を挙げると、高屈折率絶縁膜１４ａが厚さが１００ｎｍのＮｂ₂ Ｏ₅ 膜、絶縁膜１４ｂが厚さが２００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜である。
また、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄは例えば１００ｎｍ程度である。

［半導体レーザの製造方法］
次に、このセルフパルセーション半導体レーザの製造方法を、このセルフパルセーション半導体レーザが図４に示すようなレーザ構造を有するＧａＮ系半導体レーザである場合を例にとって説明する。
まず、ｎ型ＧａＮ基板２０上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などにより、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１３ｂ、ｎ型ＧａＮ層１３ｃ、活性層１３ａ、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１３ｄ、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅおよびｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｆを順次エピタキシャル成長させる。

次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３ｆの全面に例えばＳｉＯ₂ 膜のような絶縁膜（図示せず）を形成した後、この絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニングする。次に、こうしてパターニングされた絶縁膜をエッチングマスクとして用いて例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチングによりｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの厚さ方向の途中の深さまでエッチングすることによりリッジストライプ１１を形成する。

次に、このエッチングマスクとして用いた絶縁膜を残したまま、高屈折率絶縁膜１４ａを形成すべき領域が開口したレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成する。次に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより全面に例えばＮｂ₂ Ｏ₅ などからなる高屈折率絶縁膜を形成する。この後、レジストパターンをその上に形成された高屈折率絶縁膜とともに除去する（リフトオフ）。こうして、リッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面にのみ、しかも共振器端面１０ａ、１０ｂから長さＬ₁ の部分を除いた部分にのみ高屈折率絶縁膜１４ａが形成される。

次に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより全面に絶縁膜１４ｂとして例えばＳｉＯ₂ 膜を形成した後、リッジストライプ１１の上の部分にある膜を選択的にエッチング除去する。これによって、リッジストライプ１１の両側面およびこのリッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面に延在した、高屈折率絶縁膜１４ａおよび絶縁膜１４ｂからなる電流狭窄用絶縁膜１４を形成する。

次に、例えばリフトオフ法により、リッジストライプ１１上にｐ側電極１５の形成用の材料として例えばこのリッジストライプ１１の上面と同じ平面形状のＰｄ膜を形成し、ｐ側電極１５を形成する。

次に、リッジストライプ１１上にストライプ形状を有するレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成した後、パッド電極２１形成用の膜を例えば真空蒸着法により全面に形成する。次に、レジストパターンをその上に形成された膜とともに除去する。これによって、ｐ側電極１５上にパッド電極２１が形成される。次に、必要に応じて、ｎ型ＧａＮ基板２０をその裏面から研磨することにより、所定の厚さに薄膜化する。次に、ｎ型ＧａＮ基板２０の裏面にｎ側電極１６を形成する。

次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＮ基板２０を劈開などによりバー状に加工して共振器端面１０ａ、１０ｂを形成し、これらの共振器端面１０ａ、１０ｂに従来公知の技術により端面コート膜を形成した後、このバーをチップ化する。こうして、レーザチップ１０が形成され、目的とするセルフパルセーションＧａＮ系半導体レーザが製造される。

［動作説明］
次に、このセルフパルセーション半導体レーザの動作について説明する。
このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、電流狭窄用絶縁膜１４のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の長さＬ₁ の部分以外の長さＬ₂ の部分に含ませる高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体、この高屈折率絶縁膜１４ａの厚さ、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄなどの選択により、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプ１１の両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎを例えばΔｎ＝０．００１〜０．００４に調整し、半導体レーザをウィークリー・インデックス・ガイド型とする。こうすることで、電流が注入される部分の活性層１３ａの幅に比べて、光が横方向（半導体基板１２の面に平行な方向）に大きく広がる。この場合、電流が注入されない部分の活性層１３ａに十分な大きさの可飽和吸収領域１７が形成されるため、セルフパルセーション動作を起こす。

ここで、電流狭窄用絶縁膜１４のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の部分以外の部分に、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁膜１４ａが含まれていることにより、この高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体の屈折率やこの高屈折率絶縁体を含ませる部分の位置や大きさなどを調整することにより、十分に強いセルフパルセーション動作を行わせることができる。この結果、レーザ光の可干渉性が大幅に低下し、光ディスクの情報読み取り時の戻り光雑音の発生をより効果的に抑えることができる。また、電流狭窄用絶縁膜１４のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の部分には高屈折率絶縁体が含まれないので、Δｎを大きく保つことができることにより、遠視野像の横方向の幅が小さくならず、遠視野像の形状に悪影響が生じない。

以上のように、この第１の実施形態によれば、十分に強いセルフパルセーション動作を行わせることができ、低雑音のレーザ光を安定して得ることができるセルフパルセーション半導体レーザを実現することができる。また、このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、遠視野像の楕円形状のアスペクト比が大きくなる問題がなく、したがって光ディスク装置の光学系とのカップリングを良好に行うことができる。しかも、このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、電流狭窄用絶縁膜１４のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂの近傍の長さＬ₁ の部分を除いた長さＬ₂ の部分に含ませる高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体、この高屈折率絶縁膜１４ａの厚さ、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄなどの選択により、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプ１１の両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎを調整するため、エッチングによる堀り量によりリッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄを決めてΔｎを調整する従来のセルフパルセーション半導体レーザに比べてΔｎの調整が容易であり、したがってセルフパルセーション半導体レーザを容易に製造することができる。

このセルフパルセーション半導体レーザは光ディスク装置の光ピックアップの光源に応用して好適なものである。光ディスク装置には、再生（読み出し）専用のもの、記録（書き込み）専用のもの、再生および記録が可能なもののいずれも含まれ、再生および／または記録の方式も特に問わない。この光ディスク装置は、再生光学系あるいは記録光学系あるいはそれらの両者を有する。

〈２．第２の実施の形態〉
［半導体レーザ］
図５は第２の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す。ここで、図５は図２と同様な拡大断面図である。このセルフパルセーション半導体レーザの平面図およびリッジストライプの中心線に沿っての拡大断面図は図１ＡおよびＢと同様である。

図５に示すように、このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、電流狭窄用絶縁膜１４が、下層の高屈折率絶縁膜１４ａと上層の絶縁膜１４ｂとの二層膜からなる。そして、この二層膜からなる電流狭窄用絶縁膜１４が、リッジストライプ１１の両側面およびリッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｆの上面に延在して形成されている。高屈折率絶縁膜１４ａの材料としては、上記の各種の高屈折率絶縁体が用いられる。絶縁膜１４ｂとしては、例えば、ＳｉＯ₂ 膜、ＳｉＮ膜、Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜などが用いられる。
このセルフパルセーション半導体レーザの上記以外の構成は、第１の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザと同様である。

［半導体レーザの製造方法］
次に、このセルフパルセーション半導体レーザの製造方法を、このセルフパルセーション半導体レーザが図４に示すようなレーザ構造を有するＧａＮ系半導体レーザである場合を例にとって説明する。
まず、第１の実施の形態と同様な方法でリッジストライプ１１まで形成する。

次に、リッジストライプ１１の形成時にエッチングマスクとして用いた絶縁膜を残したまま、高屈折率絶縁膜１４ａを形成すべき領域が開口したレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成する。次に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより全面に例えばＮｂ₂ Ｏ₅ 膜などからなる高屈折率絶縁膜を形成する。この後、レジストパターンをその上に形成された高屈折率絶縁膜とともに除去する。次に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより全面に例えばＳｉＯ₂ 膜などの絶縁膜を形成する。この後、リッジストライプ１１の上の部分にある膜を選択的にエッチング除去する。こうして、リッジストライプ１１の両側面およびリッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面に延在して、高屈折率絶縁膜１４ａおよび絶縁膜１４ｂからなる電流狭窄用絶縁膜１４が形成される。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするセルフパルセーション半導体レーザが製造される。
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

〈３．第３の実施の形態〉
図６ＡおよびＢならびに図７は第３の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す。ここで、図６Ａは平面図、図６Ｂは図６ＡのＸ−Ｘ線（リッジストライプの中心線）に沿っての断面図（共振器長方向の断面図）、図７は図６ＡのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図（共振器長方向に垂直な方向の拡大断面図）である。図６ＡのＺ−Ｚ線に沿っての拡大断面図は図３と同様である。

図６ＡおよびＢならびに図７に示すように、このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、第１の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザと同様に、リッジストライプ１１の両側面およびこのリッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面に延在して、高屈折率絶縁膜１４ａおよび絶縁膜１４ｂからなる電流狭窄用絶縁膜１４が形成されている。これに加えて、リッジストライプ１１のうちの共振器端面１０ａ、１０ｂから長さＬ₃ の部分以外の長さＬ₄ の部分の両側面の近傍の部分の全体に、他の部分に比べて高抵抗化された高抵抗領域１８が形成されている。この高抵抗領域１８は電流狭窄領域として働く。従って、リッジストライプ１１の両側面の高抵抗領域１８の間の領域が電流注入領域となる。このため、この高抵抗領域１８が形成された部分のリッジストライプ１１の実効的な幅Ｗ_eff は、リッジストライプ１１の幅Ｗよりも小さくなっている。

リッジストライプ１１のうちの両側面に高抵抗領域１８が形成された部分の長さＬ₄ は、より強いセルフパルセーション動作を起こさせる観点からは大きい方が望ましいが、大きすぎるとリッジストライプ１１の抵抗が高くなるため半導体レーザの動作電圧が上昇してしまうことから、高屈折率絶縁膜１４ａによる効果との組み合わせにより、半導体レーザの動作電圧の上昇を抑えつつ、十分に強いセルフパルセーション動作を起こさせることができるように適宜選ばれる。
Ｌ₁ およびＬ₃ 、従ってＬ₂ およびＬ₄ は互いに同一であっても異なってもよく、必要に応じて選ばれるが、一般的にはＬ₃ ＞Ｌ₁ 、従ってＬ₂ ＜Ｌ₄ に選ばれる。具体例を挙げると、Ｌ₃ は２０〜１００μｍ程度である。

高屈折率絶縁膜１４ａを構成する高屈折率絶縁体の屈折率、この高屈折率絶縁膜１４ａの厚さなどは、リッジストライプ１１の両側の底面となる半導体層１３の上面と活性層１３ａの上面との間の距離Ｄとの兼ね合いにより、リッジストライプ１１の部分のレーザ構造の等価屈折率と、リッジストライプ１１の両側の部分のレーザ構造の等価屈折率との差Δｎが小さく（例えば、Δｎ＝０．００１〜０．００４程度）なり、半導体レーザがウィークリー・インデックス・ガイド型となるように選ばれる。

このセルフパルセーション半導体レーザにおいては、上述のように、電流狭窄用絶縁膜１４に高屈折率絶縁膜１４ａを含ませていることに加えて、リッジストライプ１１のうちの長さＬ₄ の部分の両側面に高抵抗領域１８を形成している。このため、電流が注入されない部分の活性層１３ａに形成される可飽和吸収領域１７は、第１の実施の形態による半導体レーザに比べて中央側に寄り、高抵抗領域１８の直下の部分にまで広がる。この結果、より大きな可飽和吸収領域１７を形成することができる。
このセルフパルセーション半導体レーザの上記以外の構成は、第１の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザと同様である。

［半導体レーザの製造方法］
次に、このセルフパルセーション半導体レーザの製造方法を、このセルフパルセーション半導体レーザが図４に示すようなレーザ構造を有するＧａＮ系半導体レーザである場合を例にとって説明する。
まず、第１の実施の形態と同様な方法でリッジストライプ１１まで形成する。

次に、リッジストライプ１１の形成時にエッチングマスクとして用いた絶縁膜を残したまま、高屈折率絶縁膜１４ａを形成すべき領域が開口したレジストパターン（図示せず）をリソグラフィーにより形成する。次に、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより全面に例えばＮｂ₂ Ｏ₅ などからなる高屈折率絶縁膜を形成する。この後、レジストパターンをその上に形成された高屈折率絶縁膜とともに除去する。こうして、リッジストライプ１１の両側の底面となるｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面にのみ、しかも共振器端面１０ａ、１０ｂから長さＬ₁ の部分を除いた部分にのみ高屈折率絶縁膜１４ａが形成される。

次に、例えば真空蒸着法により、全面に絶縁膜１４ｂとして例えばＳｉＯ₂ 膜を形成する。この際、リッジストライプ１１の両側面を十分に急峻に形成しておくと、この真空蒸着時の条件を調整することにより、リッジストライプ１１の両側面にはこのＳｉＯ₂ 膜が形成されないか、あるいは他の部分に比べてはるかに薄いＳｉＯ₂ 膜が形成されるようにすることができる。そこで、このＳｉＯ₂ 膜をマスクとしてリッジストライプ１１の両側面にイオン注入を行うことにより、この側面の近傍の部分を高抵抗化し、高抵抗領域１８を形成する。イオン種としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）などを用いることができる。

このイオン注入の条件の一例を挙げると、イオン種としてシリコン（Ｓｉ）を用いるときは、加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹²／ｃｍ² 以上である（例えば、特許文献４参照。）。また、イオン種としてホウ素（Ｂ）を用いるときは、加速エネルギー５０〜１００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０¹³／ｃｍ² 以上である（例えば、特許文献５参照。）。このとき、高抵抗領域１８の抵抗率は一般的には数ｋΩ程度以上である。高抵抗領域１８の幅は必要に応じて選ばれるが、一般的には０．１μｍ以上、好適には０．２μｍ程度である。

次に、再び真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより全面に絶縁膜１４ｂとして例えばＳｉＯ₂ 膜を形成した後、リッジストライプ１１の上の部分にある膜を選択的にエッチング除去する。これによって、リッジストライプ１１の両側面およびこのリッジストライプ１１の両側の底面のｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１３ｅの上面に延在して、高屈折率絶縁膜１４ａおよび絶縁膜１４ｂからなる電流狭窄用絶縁膜１４を形成する。
この後、第１の実施の形態と同様に工程を進めて、目的とするセルフパルセーション半導体レーザを製造する。
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、形状、配置、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、配置、基板、プロセスなどを用いてもよい。

具体的には、例えば、電流狭窄用絶縁膜１４の高屈折率絶縁膜１４ａは、必要に応じて二種以上の高屈折率絶縁体により構成してもよい。また、電流狭窄用絶縁膜１４の絶縁膜１４ｂの一部を高屈折率絶縁膜に置き換えてもよい。

この発明の第１の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す平面図および断面図である。 図１Ａに示すセルフパルセーション半導体レーザのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。 図１Ａに示すセルフパルセーション半導体レーザのＺ−Ｚ線に沿っての拡大断面図である。 図１Ａに示すセルフパルセーション半導体レーザのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。 この発明の第２の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す断面図である。 この発明の第３の実施の形態によるセルフパルセーション半導体レーザを示す平面図および断面図である。 図６Ａに示すセルフパルセーション半導体レーザのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。 従来のセルフパルセーション半導体レーザを示す平面図および断面図である。 図８Ａに示すセルフパルセーション半導体レーザのＹ−Ｙ線に沿っての拡大断面図である。

符号の説明

１０…レーザチップ、１０ａ、１０ｂ…共振器端面、１１…レーザストライプ、１２…半導体基板、１３…半導体層、１３ａ…活性層、１４…電流狭窄用絶縁膜、１４ａ…高屈折率絶縁膜、１４ｂ…絶縁膜、１５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１７…可飽和吸収領域、２０…ｎ型ＧａＮ基板

Claims (11)

1. 第１のクラッド層と、
   上記第１のクラッド層上の活性層と、
   上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
   上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
   上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
   上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザ。
2. 上記電流狭窄用絶縁膜のうちの上記両共振器端面の近傍の部分の長さは、上記電流狭窄用絶縁膜のうちの上記両共振器端面の近傍の部分以外の部分の長さよりも小さい請求項１記載の半導体レーザ。
3. 上記電流狭窄用絶縁膜のうちの上記両共振器端面の近傍の部分以外の部分の共振器長方向の全体に上記高屈折率絶縁体が含まれている請求項２記載の半導体レーザ。
4. 上記高屈折率絶縁体は上記電流狭窄用絶縁膜のうちの上記リッジストライプの両側の底面の上の部分に設けられている請求項３記載の半導体レーザ。
5. 上記半導体レーザは窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザである請求項４記載の半導体レーザ。
6. 上記高屈折率絶縁体はＮｂ₂ Ｏ₅ 、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂ 、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＴｅおよびＰｂＳからなる群より選ばれた少なくとも一種類の絶縁体である請求項５記載の半導体レーザ。
7. 上記リッジストライプのうちの上記両共振器端面の近傍の部分以外の部分の両側面の近傍の部分が高抵抗化されている請求項１記載の半導体レーザ。
8. 基板上に第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層を順次成長させる工程と、
   上記第２のクラッド層にリッジストライプを形成する工程と、
   上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜を形成し、この際、上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれるようにする工程と
   を有する半導体レーザの製造方法。
9. 上記リッジストライプの両側の底面の上の部分に上記高屈折率絶縁体からなる膜を形成した後、上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して絶縁膜を形成する請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
10. 第１のクラッド層と、
    上記第１のクラッド層上の活性層と、
    上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
    上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
    上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
    上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置。
11. 第１のクラッド層と、
    上記第１のクラッド層上の活性層と、
    上記活性層上の第２のクラッド層とを有し、
    上記第２のクラッド層にリッジストライプが設けられ、
    上記リッジストライプの両側面および上記リッジストライプの両側の底面に延在して電流狭窄用絶縁膜が設けられ、
    上記電流狭窄用絶縁膜のうちの両共振器端面の近傍の部分以外の部分に、上記リッジストライプの部分のレーザ構造の等価屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率絶縁体が含まれている半導体レーザを光源に用いた光ピックアップ。

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