JP3110527B2

JP3110527B2 - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP3110527B2
Application number: JP03328522A
Authority: JP
Inventors: 浩樹内藤; 雅博粂; 一成太田; 裕一清水
Original assignee: 松下電子工業株式会社
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH05167174A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスク等の光源とし
て好適な、低雑音で、かつ、低い動作電流値をもつ量産
性の高い半導体レ−ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の半導体レーザ装置について
説明する。

【０００３】図１３は従来の半導体レーザ装置の断面図
である。この半導体レーザは、いわゆる、ロスガイド構
造と呼ばれるもので、ｎ型のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）
基板２１の上にｎ型のＧａＡｓバッファ層２２が形成さ
れており、その上にｎ型のガリウムアルミヒ素（Ｇａ
_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ）クラッド層２３、Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａ
ｓ活性層２４，リッジ２５ａを有するｐ型のＧａ_0.5Ａ
ｌ_0.5Ａｓクラッド層２５があり、電流チャンネルとな
るリッジ２５ａ以外の部分には電流狭窄のために、ｎ型
のＧａＡｓ電流ブロック層２６が形成されている。な
お、２７はｐ型のＧａＡｓ保護層、２８はｐ型のＧａＡ
ｓコンタクト層である。

【０００４】以下に、従来例を説明する。図１３の構造
において、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層２８から注入さ
れる電流は、リッジ２５ａ内に有効に閉じ込められ、リ
ッジ２５ａ下部のＧａ_0.85Ａｌ_0. ₁₅Ａｓ活性層２４でレ
ーザ発振が生じる。このとき、ｎ型のＧａＡｓ電流ブロ
ック層２６の屈折率は、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラ
ッド層２５の屈折率より大きくなっているが、Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ａｓ活性層２４の禁制帯幅よりも、ｎ型のＧａ
Ａｓ電流ブロック層２６の禁制帯幅の方が小さいので、
レーザ光に対してｎ型のＧａＡｓ電流ブロック層２６は
吸収体となり、レーザ光はこのｎ型のＧａＡｓ電流ブロ
ック層２６による吸収により、リッジ内に有効に閉じ込
められる。一般に、リッジ２５ａの下端の幅、すなわ
ち、ストライプ幅を５μｍ程度にすることで、光ディス
ク等に使われる単一横モードのレーザ発振が得られる。

【０００５】同様の構造として、図１４で示すように、
ｎ型のＧａＡｓ基板２１の上に、ｎ型のＧａＡｓバッフ
ァ層２２からｎ型のガリウムアルミヒ素（Ｇａ_0.5Ａｌ
_0.5Ａｓ）クラッド層２３、Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性
層２４、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層２５、ｎ
型の電流ブロック層２６までを１回の結晶成長処理で形
成した後に、ストライプ状の溝をエッチングで形成し、
再成長により、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層２
９、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層２８を形成して半導体
レーザ装置を作製した従来構造もある。この構造では、
再成長界面（２５ｂ）が活性層に近いので、成長条件に
より光分布が影響され、歩留りが図１３の構造より低く
なるという問題がある。すなわち、再成長界面（２５
ｂ）から、再成長時のドーパントであるＺｎ等の拡散が
あるため、ストライプ内の屈折率が高くなり、スペクト
ルが単一モードになりやすく、雑音の検査で不良が発生
する問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来構造の半導
体レーザでは、ｎ型のＧａＡｓ電流ブロック層２６の光
吸収による導波路の損失によりレーザのしきい値および
効率が制限されること、さらに、ＧａＡｓ電流ブロック
層２６の光吸収によりレーザ光が急峻にストライプ内に
閉じ込められるために、スペクトルが単一モードになり
やすく、従来構造のもとで、スペクトルの多モード発振
を得るためには、ＧａＡｓ電流ブロック層２６をＧａ
_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層２４からある程度以上、離さね
ばならず、リッジ（２５ａ）下部での横方向への漏れ電
流が増大することにより、一層の動作電流の増大を招く
という問題があった。

【０００７】さらに、ストライプ幅（リッジ（２５ａ）
下端の幅）を狭くすると、電流ブロック層２６による光
吸収が増大するため、ストライプ幅も、ある程度以上、
狭くできないという制約があり、低動作電流化の妨げと
なっていた。

【０００８】加えて、雑音特性に決定するＧａＡｓ電流
ブロック層２６下のｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド
層２５の厚さを時間制御のエッチングで行う必要があ
り、歩留りが悪く、量産性に問題があった。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、スペクトルが多モードで低雑音であり、しかも量産
性が優れた動作電流値の低い半導体レーザ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】この目的を達成するために本発明の半導体
装置は、活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面の少な
くとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａｓ層、
Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジのＧａ
_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッジの
長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型のＧａ
_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備えており、ＡｌＡｓ混晶比である
Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、ＣおよびＺの間に、Ｚ＞Ｙ２＞Ｘ≧
０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞ＣおよびＺ＞０．５の関
係を成立させたものである。

【００１１】

【作用】この構成によって、電流ブロック層となるＧａ
_1-ZＡｌ_ZＡｓ層のストライプ状の窓、すなわち、リッジ
から注入される電流により、活性層となるＧａ_1-XＡｌ_X
Ａｓ層でレーザ発振が生じる。ここで、電流ブロック層
となるＧａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層の屈折率はストライプ内部の
クラッド層となるＧａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層よりも小さいの
で、レーザ光はこの屈折率差によりストライプ内に有効
に閉じ込められる。

【００１２】さらに、電流ブロック層となるＧａ_1-ZＡ
ｌ_ZＡｓ層の禁制帯幅は活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ
層の禁制帯幅よりもかなり大きいので、レーザ光の電流
ブロック層による光吸収はなく、電流ブロック層の中お
よび、電流ブロック層の下部の活性層にも光は広く分布
するため、スペクトルは多モードになりやすい。

【００１３】加えて、リッジを形成するエッチングの際
に、ＡｌＡｓ混晶比の高い層を選択的にエッチングでき
るエッチャントを用い、確実にＧａ_1-CＡｌ_CＡｓ層の上
でエッチングを止めることができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の断面図である。ｎ型のＧａＡｓ基板１の上
に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層２が形成されており、そ
の上にｎ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層３、Ｇａ
_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層４、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ
第一クラッド層５、ｐ型のＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａｓエッチン
グストップ層６、リッジ状のｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ
第二クラッド層７が形成されており、電流狭窄のために
電流チャンネルとなるリッジ以外の領域には、ｎ型のＧ
ａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ電流ブロック層８が形成されている。
なお９はｐ型のＧａＡｓ保護層、１０はｐ型のＧａＡｓ
コンタクト層である。

【００１６】ここで、安定な単一横モード発振を得るた
めに、電流ブロック層８のＡｌＡｓ混晶比をｐ型のＧａ
_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７のＡｌＡｓ混晶比よ
り、高く設定する。もし、電流ブロック層８のＡｌＡｓ
混晶比が第二クラッド層と同様である場合、プラズマ効
果によるストライプ内の屈折率の低下があり、アンチガ
イドの導波路となり、単一な横モード発振は得られな
い。いわんや、電流ブロック層８のＡｌＡｓ混晶比がｐ
型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７より、低い場
合は、完全に、横モードが不安定になり、目的としてい
る低動作電流化さえ達成できない。本実施例では、図１
に示すように、電流ブロック層８のＡｌＡｓ混晶比をｐ
型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７のＡｌＡｓ混
晶比より、０．１高く、０．６としている。

【００１７】この構造において、ｐ型のＧａＡｓコンタ
クト層１０から注入される電流はリッジ内に閉じ込めら
れ、リッジ下部のＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層４でレー
ザ発振が生じる。ここで、ｎ型のＧａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ電
流ブロック層８の屈折率は、電流チャンネル内部のｐ型
のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７の屈折率より十
分、小さいので、レーザ光はこの屈折率差によりリッジ
内に閉じ込められ、単一横モードのレーザ光が得られ
る。

【００１８】また、ｎ型のＧａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ電流ブロ
ック層８の禁制帯幅は、Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層４
の禁制帯幅よりも大きいので、従来の構造のように、電
流ブロック層による光吸収がなく、大幅に導波路の損失
を低減することができ、低動作電流化が図れる。さら
に、光吸収がないため、レーザ光がｎ型のＧａ_0.4Ａｌ₀
_.6Ａｓ電流ブロック層８の下部にも広がり、スペクトル
が多モードになりやすく、低雑音のレーザが容易に得ら
れる。

【００１９】ただし、これは、電流ブロック層８に、活
性層、クラッド層と同じ材料系であるＧａＡｌＡｓ系を
用いているためで、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラ
ッド層７の屈折率、約３．３に対し、電流ブロック層８
の屈折率を約３．２と微妙に低い値に選ぶことができる
ため、従来のロスガイド構造（図１３）と同じ程度の非
常に緩やかなストライプ内部と外部との間の実効屈折率
差を形成できるからである。例えば、違う材料系である
ＺｎＳｅを電流ブロック層に用いた場合、その屈折率は
約２．４なので、ストライプ内外の実効屈折率差が大き
過ぎ、電流ブロック層６の下部には光が広がらず、スペ
クトルは多モードにはなりにくい。

【００２０】図３に、本発明の一実施例と従来構造のレ
ーザにおけるスペクトル特性と構造パラメータの関係の
実験結果を示す。従来に比べて、活性層厚（ｄａ）、電
流ブロック層と活性層との間のｐ型のクラッド層厚（ｄ
ｐ）が薄くても十分に、多モード発振が得られることが
わかる。特に、ｄｐが薄くても良いため、ストライプ外
部への漏れ電流が小さい状態で低雑音のレーザが得ら
れ、より一層の動作電流の低減が図れる。具体的には、
従来構造では、０．３μｍ以下のｄｐで、多モード発振
を得るのは困難であったのに対し、本発明の構造によれ
ば、ｄｐが０．２μｍ以下でも十分に、多モード発振が
得られる。

【００２１】また、図４にストライプ幅（リッジ下端の
幅）と動作電流値の関係を示す。本発明の構造では、従
来構造のようにストライプ幅を狭くしたときに、電流ブ
ロック層の光吸収の増大により、動作電流値が増加する
ことはないので、ストライプ幅を従来と比べて、かなり
狭い値に設定でき、この点でも、低動作電流化が達成で
きる。具体的には、従来構造では、ストライプ幅が４μ
ｍ以下になると、動作電流値が増大していたのに対し、
本発明の構造によれば、ストライプ幅を狭くすると動作
電流値が一段と低減される。ここで、本発明の構造で、
ストライプ幅を狭くした場合、スペクトルの多モード性
は、電流ブロック層への光のしみ出しが、ストライプ内
部にある光に比べて相対的に増加するので、より一層、
強くなる。すなわち、ストライプ幅をせまくすること
で、より低雑音になる。

【００２２】図２は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の製造工程図である。図２（ａ）に示すよう
に、ｎ型のＧａＡｓ基板１の上に、ＭＯＣＶＤあるいは
ＭＢＥ成長法により、ｎ型のＧａＡｓバッファ層２（厚
さ、０．５μｍ）、ｎ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド
層３（厚さ、１μｍ）、Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層４
（厚さ、０．０７μｍ）、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第
一クラッド層５（厚さ、０．１５μｍ）、ｐ型のＧａ
_0.8Ａｌ_0.2Ａｓエッチングストップ層６（厚さ、０．０
３μｍ）、ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７
（厚さ、１μｍ）ｐ型のＧａＡｓ保護層９（厚さ、０．
２μｍ）を形成する。この保護層９は、電流の流れるｐ
型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層７のリッジ上部
を表面酸化から守るのに必要である。図２で、活性層の
導電型は、特に記載していないが、ｐ型であっても、ｎ
型であっても、もちろん、アンドープであってもかまわ
ない。

【００２３】次に、図２（ｂ）に示すように、ストライ
プ状に窒化膜（窒化シリコン、窒化タングステン）ある
いは、酸化シリコン等の誘電体膜１１を形成し、この誘
電体膜１１をマスクとして、エッチングを行い、リッジ
を形成する。エッチングは、最初に、硫酸あるいは、酒
石酸などのＡｌＡｓ混晶比に対して選択性のないエッチ
ャントで、ｐ型のＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａｓエッチングストッ
プ層６の手前のｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド
層７中でエッチングを停止させ、２番目に、ＡｌＡｓ混
晶比の高い層を選択的にエッチングできる６０℃の塩酸
を用い、ｐ型のＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａｓエッチングストップ
層６で選択的にエッチングを停止させる。このため、従
来ｄｐのばらつきにより特性がばらつき歩留が低かった
問題が解決され、量産性の高いレーザが得られる。

【００２４】このとき、ストライプ幅となるリッジ下端
の幅は２．５μｍ、リッジ以外の領域のｐ型のＧａ_0.5
Ａｌ_0.5Ａｓ第一クラッド層７の厚さ（ｄｐ）は、０．
１５μｍとした。この構造では、電流ブロック層８によ
る光の吸収損失がないために、図３、図４に示したよう
に、従来構造のストライプ幅（約５μｍ）、ｄｐの値
（０．３μｍ以上）に比べて、いずれも、半分程度にで
き、構造の寸法から見ても、従来（図１３）と比べて、
低動作電流化が図れる。

【００２５】次に、前記誘電体膜９を用い、図２（ｃ）
に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型のＧａ_0.4Ａ
ｌ_0.6Ａｓ電流ブロック層８（厚さ、１μｍ）を選択的
に成長する。

【００２６】ここで、リッジの形状は逆メサ形状より
も、順メサ形状とすることが好ましい。逆メサ形状とし
た場合には、順メサ形状とした場合に比べて結晶成長が
困難となり、特性の低下に起因する歩留りの低下を招く
恐れがあるためである。実際に、逆メサ形状の場合、リ
ッジ側面の部分において選択成長したＧａＡｌＡｓの結
晶性が損なわれ、作製された素子のしきい値電流は、順
メサ形状の素子に比べて、約１０ｍＡ高くなった。後述
する素子の特性は、順メサ形状のものを示している。

【００２７】また、電流ブロック層の膜厚については、
電流ブロック層８の厚さが薄いと、上部のｐ型のＧａＡ
ｓコンタクト層１０においてレーザ光の光吸収が生じて
しまうので、最低限、０．４μｍは必要である。

【００２８】次に、図２（ｄ）に示すように、誘電体膜
１１を除去し、ＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ成長法によ
り、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１０を形成する。最後
に、ｎ型のＧａＡｓ基板１および、ｐ型のＧａＡｓコン
タクト層１０にそれぞれ、電極を形成する。

【００２９】図５は本発明の一実施例における半導体レ
ーザ装置の電流−光出力特性図である。比較のために、
従来の半導体レーザ装置の特性もあわせて示した。本発
明の半導体レーザ装置では、導波路の損失が小さいた
め、しきい値が低く、効率が高くなり、大幅に動作電流
値が小さくなっている。具体的には、共振器長２００μ
ｍの素子において、室温で３ｍＷのレーザ光を放出する
のに必要な動作電流値を５０ｍＡから２５ｍＡに低減で
きた。スペクトルもセルフパルセーションを生じる多モ
ードで発振しており、０〜１０％の戻り光率の範囲内で
−１３０ｄＢ／ＨｚのＲＩＮの値を得ており、低雑音特
性が得られた。

【００３０】なお、前記実施例において、２回目の結晶
成長の際に、ｐ型の第二クラッド層７上に直接、ｎ型の
電流ブロック層８を成長すると、再成長界面がｐ−ｎ接
合となり、深い界面準位を形成し、レーザの電流対光出
力特性の温度依存性に悪影響を及ぼすことがある。すな
わち、特性温度が低くなる問題が生じることがある。こ
れを防ぐためには、２回目の結晶成長の際に、最初にｐ
型の薄い層を形成した後に、ｎ型の電流ブロック層を形
成するのが有効である。この場合、再成長界面はｐ−ｎ
接合でなくなるので、深い界面準位の形成もなくなる。

【００３１】図６にｐ型のＧａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓを２回目
成長時に形成した時の一実施例における構造断面図を示
す。このｐ型の層のＡｌＡｓ混晶比は、レーザ光に対し
て透明である必要があるので、活性層のＡｌＡｓ混晶比
より大きく、また、横方向への漏れ電流を低くするため
に、膜厚は０．１μｍ以下である必要がある。図６で
は、ｐ型の層がない場合と屈折率を同じにするため、電
流ブロック層８のＡｌＡｓ混晶比と同じにしている。膜
厚は、０．０１μｍであり、電流分布にも殆ど影響を与
えない膜厚にしている。図６の構造により、低動作電
流、低雑音で、かつ、温度特性の優れた半導体レーザを
得ることができる。

【００３２】また、前記実施例において、誘電体膜１１
が例えば、窒化シリコン膜のとき、除去する際にＨＦ系
のエッチャントを用いると、２回目成長で形成したｎ型
の電流ブロック層８も同時に、エッチングされる場合が
ある。これを防ぐために、２回目成長時に、ｎ型の電流
ブロック層８上に、電流ブロック層８よりも、エッチン
グされない程度にＡｌＡｓ混晶比の低い層を導入すると
有効である。この層は、ＡｌＡｓ混晶比の高い電流ブロ
ック層８を表面酸化から守る効果も有する。

【００３３】図７に、ｎ型のＧａＡｓ層を０．５μｍ、
導入した場合の構造断面図を示す。電流ブロック層８の
厚さは、平坦性を保つために、０．５μｍと図１より薄
くしている。この導入した層の導電型は、電流のブロッ
クという点で、ｎ型である方がよいが、電流ブロック層
８が０．４μｍ以上ある時は、電流はブロックされてい
るので、ｐ型であっても、もちろん、高抵抗層であって
もかまわない。また、２層以上の多層であっても、構わ
ない。図７の構造により、プロセスの点からも、安定し
た素子の作製が図れ、低動作電流、低雑音で、かつ、作
製が容易な半導体レーザ装置を得ることができる。

【００３４】また、本発明の構造は、動作電流値が低い
ので、半導体レーザの高出力化にも、有効である。特
に、本構造において活性層厚を０．０３−０．０５μｍ
と薄くした場合においても、図３に示したように、従来
と異なり、スペクトルを多モードにすることができるの
で、低雑音で、かつ、高出力が得られる半導体レーザを
実現することが可能である。

【００３５】実際に、素子を高出力用に３５０μｍの共
振器長で作製し、端面にコーティングを行うことによ
り、１００ｍＷ以上の光出力を得ることができた。この
ような半導体レーザを光ディスクの光源として用いれ
ば、読み込み時に低雑音化を図るための高周波重畳回路
が不要となり、ピックアップの大幅な小型化が実現でき
る。また、ｄｐを薄くして、横方向への漏れ電流を小さ
くすれば、単一な縦モードとなるが、より一層、高出力
化できることはいうまでもない。

【００３６】さらに、図８に示すような光ガイド層のあ
るＬＯＣ構造にし、端面の光による破壊レベルを向上さ
せれば、一段と高出力化が図れる。光ガイド層のＡｌＡ
ｓ混晶比は活性層のＡｌＡｓ混晶比よりも高ければ良い
が、温度特性を考えると活性層より、禁制帯幅が０．３
ｅＶ以上大きいことが望ましく、図８では光ガイド層の
ＡｌＡｓ混晶比は０．４とした。層厚は、横方向への漏
れ電流を小さくするために、０．１μｍと薄くしてい
る。この光ガイド層は図８のように活性層の上部でなく
とも、下部にあっても、もちろん、両側にあっても良
い。図８の構造により、低動作電流で、かつ、高出力の
半導体レーザが得られる。

【００３７】図６、図７、図８の構造による効果は、そ
れぞれ、独立のものであり、組み合わせることにより、
両方の効果を有するより優れた半導体レーザを得ること
が可能となる。以下に、組み合わせた場合の実施例につ
いて、説明する。

【００３８】図９に、図６の構造と図７の構造を組み合
わせた場合における一実施例を示す。この場合、低動作
電流、低雑音特性に加えて、特性温度が高く、作製が容
易な半導体レーザを得ることができる。

【００３９】図１０に、図６の構造と図８の構造を組み
合わせた場合における一実施例を示す。光ガイド層は図
１０のように活性層の上部でなくとも、下部にあって
も、もちろん、両側にあっても良い。この場合、低動作
電流、低雑音特性特性に加えて、特性温度が高く、より
高出力が得られる。

【００４０】図１１に、図７の構造と図８の構造を組み
合わせた場合における一実施例を示す。光ガイド層は図
１１のように活性層の上部でなくとも、下部にあって
も、もちろん、両側にあっても良い。この場合、低動作
電流、低雑音特性に加えて、より高出力で、作製が容易
な半導体レーザを得ることができる。

【００４１】図１２に、図６、図７、および図８の構造
を組み合わせた場合における一実施例を示す。光ガイド
層は図１２のように活性層の上部でなくとも、下部にあ
っても、もちろん、両側にあっても良い。この場合、低
動作電流、低雑音特性特性に加えて、特性温度が高く、
より高出力で、作製が容易な半導体レーザを得ることが
できる。

【００４２】なお、上記全ての実施例において、基板は
ｎ型で、ｎ型の電流ブロック層を用いる場合のみを示し
たが、基板にｐ型を用い、ｐ型の電流ブロック層を用い
ても構わない。すなわち、電流ブロック層のＡｌＡｓ混
晶比が高いからである。従来のＧａＡｓ電流ブロック層
の場合（図１３）、クラッド層からｐ型のＧａＡｓ層中
への電子の拡散長が２−３μｍと、電流ブロック層の厚
さに比べて長く、ｐ型のブロック層の実現が困難であっ
たのに対し、混晶比の高いｐ型のＧａＡｌＡｓ層の場
合、電子の拡散が抑えられるので、ｐ型のブロック層の
実現が可能となるからである。

【００４３】なお、上記全ての実施例では、リッジが活
性層上、すなわち、活性層から見て、基板と反対側にあ
る場合のみを示したが、基板と同方向にある場合でも、
同じ効果が得られる。すなわち、リッジ部が両方向にあ
るダブルコンファイメント構造にすればさらに、漏れ電
流が少なくなり、低動作電流化が図れることはいうまで
もない。

【００４４】また、活性層を量子井戸構造とすれば、よ
り、低動作電流化、高出力化が図れることはいうまでも
ない。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明は、活性層となるＧ
ａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面の少なくとも一方の側に、一導
電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層およ
び、リッジ状のＧａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次、備えると
ともに、前記リッジの長手方向の側面に沿って、これら
とは逆の導電型のＧａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備えてなり、Ａ
ｌＡｓ混晶比、Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、ＣおよびＺの間に、Ｚ
＞Ｙ２＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘの関係を成立させた構成
により、低雑音で、しかも、動作電流値が従来に比べて
大幅に低く、量産性の優れた半導体レ−ザ装置を実現で
きるものである。

【００４６】すなわち、電流ブロック層のＡｌＡｓ混晶
比が、クラッド層のＡｌＡｓ混晶比より高く設定されて
いるため、単一な横モードで発振し、レーザ光の電流ブ
ロック層による光吸収がないため、大幅に導波路の損失
を低減でき、動作電流値の低減が図れる。

【００４７】さらに、光が電流ブロック層および、その
下部の活性層に広がるため、従来と比べて、スペクトル
の多モード発振が得られやすく、活性層と電流ブロック
層の距離を従来より近づけても、低雑音特性が得られ
る。

【００４８】また、電流ブロック層による光吸収がない
ために、ストライプ幅も従来より狭くすることができ
る。前記漏れ電流が少なくなる効果と、ストライプ幅を
狭くできる効果、すなわち、動作電流値を低くする方向
に寸法を設定できるので、コンパクトディスク用などの
低雑音のレーザとして、より一層の動作電流値の低減が
図れる。

【００４９】加えて、エッチングによりリッジを形成す
るときに、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層がエッチングストップ層
として作用するため、エッチングのばらつきが小さく量
産性の高い素子が得られる。

【００５０】動作電流値の低減は、活性層における発熱
量の低減をもたらすため、光出力も従来と比べて、高出
力となる。特に、活性層を薄くして、高出力が得られ
る。この様な特徴をもつ本発明の半導体レーザを光ディ
スクの光源として用いれば、読み込み時に低雑音化を図
るための高周波重畳回路を排除することが可能となり、
ピックアップの大幅な小型化が実現できる。

【００５１】さらに、動作電流値の低減は、レーザマウ
ント部の発熱量の低減をもたらし、より小型で軽量のヒ
ートシンクの使用が可能となる。この結果、従来は金属
であったレーザパッケージの樹脂化が実現でき、ピック
アップの大幅な小型化、低コスト化が図れる。

【００５２】素子作製の点からも、図１のようなリッジ
構造としたことにより、図１４の構造と比べて、再成長
界面が活性層から離れることとなり、高歩留りが期待で
きる。このような半導体レーザ装置は、光ピックアップ
の小型化を要求されている光ディスク用の光源に使用し
て、効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
断面図

【図２】本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
製造工程図

【図３】スペクトル特性と構造パラメータとの関係

【図４】動作電流値とストライプ幅との関係

【図５】本発明の一実施例における半導体レーザ装置の
電流−光出力特性図

【図６】本発明の他の一実施例における半導体レーザ装
置の断面図

【図７】本発明の他の一実施例における半導体レーザ装
置の断面図

【図８】本発明の他の一実施例における半導体レーザ装
置の断面図

【図９】本発明の他の一実施例における半導体レーザ装
置の断面図

【図１０】本発明の他の一実施例における半導体レーザ
装置の断面図

【図１１】本発明の他の一実施例における半導体レーザ
装置の断面図

【図１２】本発明の他の一実施例における半導体レーザ
装置の断面図

【図１３】従来の半導体レーザ装置の断面図

【図１４】再成長界面が活性層に近い従来の半導体レー
ザ装置の断面図

【符号の説明】

１ｎ型のＧａＡｓ基板２ｎ型のＧａＡｓバッファ層３ｎ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層４Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層５ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第一クラッド層６ｐ型のＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａｓエッチングストップ層７ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第二クラッド層８ｎ型のＧａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ電流ブロック層９ｐ型のＧａＡｓ保護層１０ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１誘電体膜１２ｐ型のＧａ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ層１３ｎ型のＧａＡｓ層１４ｐ型のＧａ_0.6Ａｌ_0.4Ａｓ光ガイド層２１ｎ型のＧａＡｓ基板２２ｎ型のＧａＡｓバッファ層２３ｎ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層２４Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ａｓ活性層２５ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓクラッド層２５ａリッジ２５ｂ再成長界面２６ｐ型のＧａＡｓ保護層２７ｎ型のＧａＡｓ電流ブロック層２８ｐ型のＧａＡｓコンタクト層２９ｐ型のＧａ_0.5Ａｌ_0.5Ａｓ第２クラッド層

フロントページの続き (72)発明者清水裕一大阪府門真市大字門真1006番地松下電子工業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−99586（ＪＰ，Ａ) 特開平１−184973（ＪＰ，Ａ) 特開平２−288387（ＪＰ，Ａ) 特開平２−43790（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−269593（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−20392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備えており、ＡｌＡｓ混晶比であ
るＸ、Ｙ１、Ｙ２、ＣおよびＺの間に、Ｚ＞Ｙ２＞Ｘ≧
０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞ＣおよびＺ＞０．５の関
係を成立させたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2
Ａｓ層と前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層の間に、前記Ｇａ_1-Y2
Ａｌ_Y2Ａｓ層と同じ導電型で、層厚が０．１μｍ以下の
Ｇａ_1-BＡｌ_BＡｓ層が形成されており、ＡｌＡｓ混晶比
であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｃ、ＺおよびＢの間に、Ｚ＞Ｙ
２＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞Ｃ、Ｚ＞０．５
およびＢ＞Ｘの関係を成立させたことを特徴とする半導
体レーザ装置。
【請求項３】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡ
ｓ層上に、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層よりも、ＡｌＡｓ混
晶比が低く、少なくとも、１層以上からなるＧａＡｌＡ
ｓ層またはＧａＡｓ層が形成されており、ＡｌＡｓ混晶
比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、ＣおよびＺの間に、Ｚ＞Ｙ２
＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞ＣおよびＺ＞０．
５の関係を成立させたことを特徴とする半導体レーザ装
置。
【請求項４】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記活性層となるＧ
ａ_1-XＡｌ_XＡｓ層に接して片側または両側にＧａ_1-DＡ
ｌ_DＡｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ
１、Ｙ２、Ｃ、ＺおよびＤの間に、Ｚ＞Ｙ２＞Ｘ≧０、
Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞Ｃ、Ｚ＞０．５およびＹ１＞
Ｄ＞Ｘの関係を成立させたことを特徴とする半導体レー
ザ装置。
【請求項５】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2
Ａｓ層と前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層の間に、前記Ｇａ_1-Y2
Ａｌ_Y2Ａｓ層と同じ導電型で、層厚が０．１μｍ以下の
Ｇａ_1-BＡｌ_BＡｓ層が形成されており、かつ、前記Ｇａ
_1-ZＡｌ_ZＡｓ層上に、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層よりも、
ＡｌＡｓ混晶比が低く、少なくとも、１層以上からなる
ＧａＡｌＡｓ層または、ＧａＡｓ層が形成されており、
ＡｌＡｓ混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ、ＣおよびＢ
の間に、Ｚ＞Ｙ２＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞
Ｃ、Ｚ＞０．５およびＢ＞Ｘの関係を成立させたことを
特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2
Ａｓ層と前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層の間に、前記Ｇａ_1-Y2
Ａｌ_Y2Ａｓ層と同じ導電型で、層厚が０．１μｍ以下の
Ｇａ_1-BＡｌ_BＡｓ層が形成されており、かつ、前記活性
層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層に接して片側または両側に
Ｇａ_1-DＡｌ_DＡｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混晶比である
Ｘ、Ｙ１、Ｙ２、Ｃ、Ｚ、ＢおよびＤの間に、Ｚ＞Ｙ２
＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞Ｃ、Ｚ＞０．５、
Ｂ＞ＸおよびＹ１＞Ｄ＞Ｘの関係を成立させたことを特
徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡ
ｓ層上に、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層よりも、ＡｌＡｓ混
晶比が低く、少なくとも、１層以上からなるＧａＡｌＡ
ｓ層またはＧａＡｓ層が形成されており、かつ、前記活
性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層に接して片側または両側
にＧａ_1-DＡｌ_DＡｓ層が形成され、ＡｌＡｓ混晶比であ
るＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｃ、ＺおよびＤの間に、Ｚ＞Ｙ２＞
Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞Ｃ、Ｚ＞０．５およ
びＹ１＞Ｄ＞Ｘの関係を成立させたことを特徴とする半
導体レーザ装置。
【請求項８】活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層の主面
の少なくとも一方の側に、一導電型のＧａ_1-Y1Ａｌ_Y1Ａ
ｓ層、Ｇａ_1-CＡｌ_CＡｓ層および順メサ形状のリッジの
Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2Ａｓ層を順次備えるとともに、前記リッ
ジの長手方向の側面に沿って、これらとは逆の導電型の
Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層を備え、かつ、前記Ｇａ_1-Y2Ａｌ_Y2
Ａｓ層と前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層の間に、前記Ｇａ_1-Y2
Ａｌ_Y2Ａｓ層と同じ導電型で、層厚が０．１μｍ以下の
Ｇａ_1-BＡｌ_BＡｓ層が形成されており、かつ、前記Ｇａ
_1-ZＡｌ_ZＡｓ層上に、前記Ｇａ_1-ZＡｌ_ZＡｓ層よりも、
ＡｌＡｓ混晶比が低く、少なくとも、１層以上からなる
ＧａＡｌＡｓ層またはＧａＡｓ層が形成されており、か
つ、前記活性層となるＧａ_1-XＡｌ_XＡｓ層に接して片側
または両側にＧａ_1-DＡｌ_DＡｓ層が形成され、ＡｌＡｓ
混晶比であるＸ、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ、Ｃ、ＢおよびＤの間
に、Ｚ＞Ｙ２＞Ｘ≧０、Ｙ１＞Ｃ＞Ｘ、Ｚ＞Ｙ１＞Ｃ、
Ｚ＞０．５、Ｂ＞ＸおよびＹ１＞Ｄ＞Ｘの関係を成立さ
せたことを特徴とする半導体レーザ装置。