JP3740055B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＤ−Ｒ／ＲＷドライブ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ等の光ディスク機器などに用いる半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録装置において、記録速度の向上が図られており、たとえば、ＣＤ−Ｒドライブは、いわゆる１６倍速の記録速度のものが実用化されるに至っている。このように記録速度の大きい光記録装置においては、高出力のレーザ光を瞬時に立ち上げる必要がある。このような要求特性を満たすレーザとして、化合物半導体を用いたリッジ型半導体レーザがある。
【０００３】
半導体レーザは、電子および正孔の再結合により発生した光を素子の両端面で内方に反射させ、これによりレーザ発振を生じさせるようにした発光装置である。半導体レーザ素子の両端面、すなわちレーザ出射側端面および反射側端面には、これらを保護するためアルミナなどからなる保護膜が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体レーザ素子の製造工程において、保護膜形成前に素子の端面が酸化されることにより、レーザ出射側端面および反射側端面には、多数の非発光再結合中心が形成される。レーザ発光時には、レーザ出射側端面から反射側端面に渡る素子全長に電流が注入される。このとき、レーザ出射側端面および反射側端面において、非発光再結合が起こり発熱する。発熱によりバンドギャップが小さくなると、レーザ光の吸収が増え、さらに温度が高くなる。これの繰り返しにより、レーザ素子端面が溶融するいわゆるＣＯＤ（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）が起こり、半導体レーザ素子は破壊に至る。
【０００５】
ＣＯＤは、半導体レーザの光出力を高くしていくと、あるレベル（破壊光出力）で起こる。したがって、半導体レーザ素子の使用時の光出力は、破壊光出力より低く設定しなければならない。
そこで、本発明の目的は、破壊光出力の向上を図ることにより、高出力化を可能にした半導体レーザ素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、化合物半導体基板（１，２１）上に順に積層された下部クラッド層（２，２２）、活性層（３，２３）および上部第１クラッド層（４，２４）と、前記上部第１クラッド層上に設けられたリッジ形状の上部第２クラッド層（７，２７）と、前記上部第２クラッド層の側方に設けられた電流ブロック層（６，２６）と、前記上部第２クラッド層上に設けられたコンタクト層（８，２８）と、前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面（１５）および反射側端面（１６）のうちの少なくとも一方の近傍において、前記上部第２クラッド層と前記コンタクト層との間に設けられ、亜鉛を含有した亜鉛拡散源層（１７ａ，１７ｂ）とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
本発明に係る半導体レーザ素子が、製造時の温度履歴において適当な高い温度（たとえば、５００〜６００℃）を経験している場合、亜鉛拡散源層下方の活性層は、亜鉛拡散源層からの拡散により亜鉛（Ｚｎ）が導入され、無秩序化されている。たとえば、活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、交互に積層された組成の異なる層は、無秩序化により組成が均質化されている。活性層のうち、亜鉛が導入されていない部分は、構成原子が秩序配列している。無秩序化された部分は、秩序配列している部分に比して、バンドギャップが大きい。
【０００８】
したがって、本発明の半導体レーザの活性層は、レーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍の部分は、素子内部の部分よりバンドギャップが大きくなっている。このようなバンドギャップが大きな部分では、レーザ光の吸収は起こらない。
また、レーザ出射側端面や反射側端面で非発光再結合が起こり、ある程度温度が高くなってバンドギャップが小さくなっても、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには至らない。端面でレーザ光が吸収されなければ、ＣＯＤは起こらない。これにより、半導体レーザ素子の破壊光出力を向上できるから、高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【０００９】
亜鉛拡散源層は、活性層の近くに配されているので、拡散により効率的に亜鉛を活性層に導入することができる。亜鉛拡散源層は、レーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。亜鉛拡散源層の大きさ（厚さ、幅、および素子の長さ方向に沿った長さ）は、亜鉛の拡散により活性層の所定の部分が無秩序化される限り、任意に設定することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍において、前記亜鉛拡散源層と前記コンタクト層との間に設けられた絶縁体からなる電流遮断層（１０ａ，１０ｂ）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子である。
この発明によれば、絶縁体である電流遮断層により、レーザ出射側端面および（または）反射側端面を流れる電流を低減することができる。したがって、非発光再結合による端面の温度上昇を抑制することができる。これにより、端面でバンドギャップが小さくなることを抑制することができる。
【００１１】
また、端面におけるバンドギャップが小さくなった場合でも、上述のようにこの部分の初期バンドギャップは大きいので、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには、容易には至らない。以上の効果により、破壊光出力を著しく向上できる。これにより、半導体レーザ素子の高出力化を可能にできる。
電流遮断層は、レーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。また、電流遮断層をレーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けた場合、各々の電流遮断層の素子の長さ方向に沿う方向の長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。非発光再結合による発熱は、通常、レーザ出射側端面で顕著に起こるから、電流遮断層の長さは反射側端面のものに比してレーザ出射側端面のものを長くしてもよく、レーザ出射側端面側にのみ電流遮断層を設けてもよい。
【００１２】
半導体レーザ素子の各部は、請求項３に記載されている組成をとることができる。すなわち、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ化合物半導体基板であってもよく、前記下部クラッド層はＡｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ層であってもよい。
前記活性層はＡｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓの単層であってもよく、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓとの複合層、またはＡｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとの複合層であってもよい。活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、活性層は上述のような複合組成となる。
【００１３】
前記上部第１クラッド層はＡｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓ層であってもよく、前記リッジ形状の上部第２クラッド層はＡｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ層であってもよい。前記電流ブロック層はＡｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ層からなる単層であってもよく、前記化合物半導体基板側に配されＡｌy3Ｇａ(1-y3)Ａｓからなる下部層および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層を含む複合層であってもよい。前記コンタクト層はＧａＡｓ層であってもよい。
【００１４】
また、半導体レーザ素子の各部は、請求項４に記載されている組成をとることができる。すなわち、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ化合物半導体基板であってもよく、前記下部クラッド層はＩｎx1（Ｇａy1Ａｌ(1-y1)）(1-x1)Ｐ層であってもよい。
前記活性層はＩｎx2Ｇａ(1-x2)Ｐの単層であってもよく、Ｉｎx3Ｇａ(1-x3)ＰとＩｎx4（Ｇａy4Ａｌ(1-y4)）(1-x4)Ｐとの複合層、またはＩｎx5（Ｇａy5Ａｌ(1-y5)）(1-x5)ＰとＩｎx6（Ｇａy6Ａｌ(1-y6)）(1-x6)Ｐとの複合層であってもよい。活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、活性層は上述のような複合組成となる。
【００１５】
前記上部第１クラッド層はＩｎx7（Ｇａy7Ａｌ(1-y7)）(1-x7)Ｐ層であってもよく、前記リッジ形状の上部第２クラッド層がＩｎx8（Ｇａy8Ａｌ(1-y8)）(1-x8)Ｐ層であってもよい。
前記電流ブロック層は、ＧａＡｓ、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる単層であってもよく、前記化合物半導体基板側に配されＧａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる下部層（２６ａ）および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層（２６ｂ）を含む複合層であってもよい。前記コンタクト層はＧａＡｓ層であってもよい。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記亜鉛拡散源層が酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子である。
亜鉛拡散源層が酸化亜鉛である場合、試料（上述の各層が形成された化合物半導体基板）を加熱することにより、活性層に亜鉛を容易に拡散させることができる。
また、亜鉛拡散源層は、請求項６に記載のように、絶縁性材料に亜鉛をドープしてなるものであってもよい。
【００１７】
この場合でも、試料を加熱することにより、活性層に亜鉛を容易に拡散させることができる。絶縁性材料に対する亜鉛のドープ量を適当な値とすることにより、活性層への亜鉛の拡散量を容易に制御することができる。すなわち、亜鉛拡散源層全体を酸化亜鉛で構成すると、加熱時の活性層への亜鉛拡散量が多すぎる場合など、本発明の構成により、亜鉛拡散源層中の亜鉛量の低減を図り、拡散量を抑制することができる。絶縁性材料は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリッジ型半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に沿った図解的な断面図である。図２は、図１のリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線断面図である。図１は、図２（ａ）（ｂ）のI−I線断面図である。
【００１９】
このリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に関する一方の端面はレーザ出射側端面１５となっており、他方の端面は反射側端面１６となっている。
基板１の上には、下部クラッド層２、活性層３、および上部第１クラッド層４が順に積層されている。上部第１クラッド層４の上には、リッジ形状の上部第２クラッド層７が素子の長さ方向に沿って、素子の幅方向のほぼ中央部に形成されている。上部第２クラッド層７の両側には、電流ブロック層６が形成されている。電流ブロック層６は、上部第２クラッド層７の側面、および上部第１クラッド層４の上面に沿うように形成されている。上部第２クラッド層７および電流ブロック層６の上には、上部第２クラッド層７にオーミック接触するコンタクト層８が形成されている。
【００２０】
上部第２クラッド層７とコンタクト層８との間で、レーザ出射側端面１５の近傍および反射側端面１６の近傍には、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂとコンタクト層８との間には、電流遮断層１０ａ，１０ｂが、平面視においてそれぞれ亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと重なるように形成されている。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６からそれぞれ所定の距離以上内方の部分には形成されていない。すなわち、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６から所定の距離以上内方の部分では、上部第２クラッド層７の上部にコンタクト層８が接している。
【００２１】
基板１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ化合物半導体基板からなる。この場合に、下部クラッド層２は、ｎ型Ａｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ層で構成することができる。活性層３は、導電型がｎ型、ｐ型、またはアンドープであり、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓ層からなっていてもよいし、組成の異なる２層からなっていてもよい。すなわち、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓ（ｙ１１≠ｙ１２）とからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層であってもよいし、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとからなるＭＱＷ活性層であってもよい。
【００２２】
上部第１クラッド層４は、ｐ型Ａｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓ層で構成することができる。さらに、電流ブロック層６は、ｎ型Ａｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ層で構成することができ、リッジ形状の上部第２クラッド層７は、ｐ型Ａｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ層で構成することができ、コンタクト層８は、ｐ型ＧａＡｓ層で構成することができる。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、ＺｎＯからなる。電流遮断層１０ａ，１０ｂは、ＳｉＯ2からなる。
【００２３】
基板１の下面およびコンタクト層８の上面には、それぞれｎ側電極１２およびｐ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１２およびｐ側電極１３は、レーザ出射側端面１５から反射側端面１６に至る全長に渡って形成されている。
レーザ発光時、素子にはｎ側電極１２およびｐ側電極１３を介して電流が流される。このため、これらの電極部では、電流は素子の長さ方向の全域にわたって流れる。しかし、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍では、電流遮断層１０ａ，１０ｂがそれぞれ存在するために、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６を流れる電流が低減される。
【００２４】
したがって、レーザ出射側端面１５や反射側端面１６では、非発光再結合中心が存在していた場合でも、非発光再結合が抑制され、発熱が抑制される。これにより、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍における活性層３のバンドギャップが小さくなることを抑制できる。
このような半導体レーザ素子の各層は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法などにより形成することができる。その際、試料（亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂを含む各層が形成された基板１）は亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂの形成後、たとえば５００〜６００℃の温度を経験する。この場合、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ下方の活性層３は、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂから拡散により亜鉛（Ｚｎ）が導入され、構成原子の配列が無秩序化した無秩序部３ａ，３ｂとなっている。活性層３がＭＱＷ活性層である場合、無秩序部３ａ，３ｂの組成は、交互に積層された層の組成、すなわち、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓおよびＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓ（ｙ１１≠ｙ１２）、またはＡｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓおよびＧａＡｓが均質化されたものとなっている。
【００２５】
活性層３のうち、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ下方以外の部分は、亜鉛が導入されておらず、構成原子が秩序配列した秩序配列部３ｃとなっている。無秩序部３ａ，３ｂは、秩序配列部３ｃに比して、バンドギャップが大きい。
したがって、活性層３は、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍において、素子内部よりバンドギャップが大きくなっている。このようなバンドギャップが大きな部分では、レーザ光の吸収は起こらない。したがって、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６での非発光再結合により、ある程度温度が高くなっても、この部分での初期的なバンドギャップは大きいので、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには、容易には至らない。レーザ出射側端面１５および反射側端面１６でレーザ光が吸収されなければ、ＣＯＤは起こらない。これにより、半導体レーザ素子の破壊光出力を著しく向上できるから、高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【００２６】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、活性層３の近くに配されているので、拡散により効率的に亜鉛を活性層３に導入することができる。
レーザ出射側端面１５側の亜鉛拡散源層１７ａおよび反射側端面１６側の亜鉛拡散源層１７ｂは、双方ともに設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。亜鉛拡散源層の大きさ（厚さ、幅、および素子の長さ方向に沿った長さ）は、亜鉛の拡散により活性層３の所定の部分が無秩序化される限り、任意に設定することができる。
【００２７】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、絶縁性材料に亜鉛をドープしてなるものであってもよい。この場合でも、試料を加熱することにより、活性層３に亜鉛を容易に拡散させることができる。絶縁性材料に対する亜鉛のドープ量を適当な値とすることにより、活性層３への亜鉛の拡散量を容易に制御することができる。たとえば、上述の実施形態のように亜鉛拡散源層全体を酸化亜鉛で構成すると、加熱時の活性層３などへの亜鉛拡散量が多すぎる場合がある。この場合、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂを、絶縁性材料に亜鉛をドープしたものとすることにより、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ中の亜鉛量の低減を図り、加熱時の亜鉛拡散量を抑制することができる。絶縁性材料は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどとすることができる。
【００２８】
レーザ出射側端面１５側の電流遮断層１０ａおよび反射側端面１６側の電流遮断層１０ｂは、双方ともに設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。また、電流遮断層１０ａ，１０ｂを双方とも設けた場合、それぞれの素子の長さ方向に沿った長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。非発光再結合による発熱は、通常、レーザ出射側端面１５近傍で顕著に起こるから、電流遮断層１０ａ，１０ｂの素子の長さ方向に沿った長さは、電流遮断層１０ｂに比して電流遮断層１０ａを長くしてもよく、レーザ出射側端面１５近傍にのみ電流遮断層１０ａを設けてもよい。
【００２９】
上述の実施形態においては、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと電流遮断層１０ａ，１０ｂとは、それぞれ平面視において重なるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂの大きさおよび配置と、電流遮断層１０ａ，１０ｂの大きさおよび配置とは独立に設定することができる。
上部第１クラッド層４と上部第２クラッド層７との間には、エッチングにより上部第２クラッド層７をリッジ形状に整形する際に用いるエッチングストップ層（エッチング媒体に対する耐性を有する層）が設けられていてもよい。上部第２クラッド層７は、たとえば、ＳｉＯ2からなる帯状のマスク層をマスクとして、エッチングによりリッジ形状に整形することができる。その場合、ＭＯＣＶＤ法により電流ブロック層６を、リッジ形状の上部第２クラッド層７の側方に選択的に成長させることができる。その後、マスク層のうち、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍以外の部分を除去し、マスク層の残部を電流遮断層１０ａ，１０ｂとすることができる。
【００３０】
電流遮断層１０ａ，１０ｂが存在しない構造の半導体レーザを得る場合は、電流ブロック層６を選択成長させた後、マスク層を完全に除去すればよい。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るリッジ型半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。図３（ａ）は、レーザ出射側端面１５近傍の断面を示しており、図３（ｂ）は、素子の長さ方向中央部近傍の断面を示している。図１、２に示す実施形態による半導体レーザ素子と同一構成である部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
基板２１の上には、下部クラッド層２２、活性層２３、および上部第１クラッド層２４が順に積層されている。上部第１クラッド層２４の上には、リッジ形状の上部第２クラッド層２７が素子の長さ方向に沿って、素子の幅方向のほぼ中央部に形成されている。上部第２クラッド層２７の両側には、電流ブロック層２６が形成されている。電流ブロック層２６は、上部第２クラッド層２７の側面、および上部第１クラッド層２４の上面に沿うように形成されており、基板２１側に配された下部層２６ａとその上（基板２１から遠い側）に配された上部層２６ｂとを含んでいる。上部第２クラッド層２７および電流ブロック層２６の上には、上部第２クラッド層２７にオーミック接触するコンタクト層２８が形成されている。
【００３２】
上部第２クラッド層２７とコンタクト層２８との間で、レーザ出射側端面１５の近傍（図３（ａ））および反射側端面１６の近傍には、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂとコンタクト層２８との間には、電流遮断層１０ａ，１０ｂが、平面視においてそれぞれ亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと重なるように形成されている。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６からそれぞれ所定の距離以上内方の部分には形成されていない。すなわち、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６から所定の距離以上内方の部分では、上部第２クラッド層２７の上部にコンタクト層２８が接している。
【００３３】
基板２１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ化合物半導体基板からなる。この場合に、下部クラッド層２２は、ｎ型Ｉｎx1（Ｇａy1Ａｌ(1-y1)）(1-x1)Ｐ層で構成することができる。活性層２３は、導電型がｎ型、ｐ型、またはアンドープであり、Ｉｎx2Ｇａ(1-x2)Ｐ層からなっていてもよいし、組成の異なる２層からなっていてもよい。すなわち、Ｉｎx5（Ｇａy5Ａｌ(1-y5)）(1-x5)ＰとＩｎx6（Ｇａy6Ａｌ(1-y6)）(1-x6)Ｐ（ｙ５≠ｙ６）とからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層であってもよいし、Ｉｎx3Ｇａ(1-x3)ＰとＩｎx4（Ｇａy4Ａｌ(1-y4)）(1-x4)ＰとからなるＭＱＷ活性層であってもよい。
【００３４】
上部第１クラッド層２４は、ｐ型Ｉｎx7（Ｇａy7Ａｌ(1-y7)）(1-x7)Ｐ層で構成することができる。さらに、電流ブロック層２６の導電型はｎ型とすることができ、下部層２６ａは、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ層であってもよいし、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ層であってもよいし、Ｉｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐ層であってもよい。上部層２６ｂは、ＧａＡｓ層で構成することができる。リッジ形状の上部第２クラッド層２７は、ｐ型Ｉｎx8（Ｇａy8Ａｌ(1-y8)）(1-x8)Ｐ層で構成することができ、コンタクト層２８は、ｐ型ＧａＡｓ層で構成することができる。
【００３５】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、このようなＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成された半導体レーザ素子においても、ＡｌＧａＡｓ系材料（第１の実施形態）で構成された半導体レーザ素子におけるものと同様の効果を奏することができる。
ＳｉＯ2からなる帯状のマスク層を用いてリッジ形状に整形された上部第２クラッド層２７の両側方に、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌＧａＡｓ系などの３（４）元混晶からなる電流ブロック層２６を形成しようとすると、マスク層の上にも電流ブロック層２６を構成する材料が堆積する。そこで、下部層２６ａとして３元混晶材料からなる層を薄く成膜し、その後ＧａＡｓからなる上部層２６ｂを成膜することにより、このような事態を回避することができる。すなわち、このような構成により、電流ブロック層２６を上部第２クラッド層２７の両側方に良好に選択成長させることができ、かつ、必要な厚さの電流ブロック層２６を得ることができる。本発明の第１の実施形態のように、主としてＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ素子においても、電流ブロック層６を、３元混晶からなる下部層と、ＧａＡｓからなる上部層とで構成することにより上述の効果を得ることができる。
【００３６】
第２の実施形態において、電流ブロック層２６は、下部層２６ａと上部層２６ｂとを含む複合層であるが、電流ブロック層２６は、ＧａＡｓ層、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ層、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ層、またはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐ層からなる単層であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に沿った図解的な断面図である。
【図２】図１のリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。
【符号の説明】
１，２１ 基板
２，２２ 下部クラッド層
３，２３ 活性層
４，２４ 上部第１クラッド層
６，２６ 電流ブロック層
２６ａ 下部層
２６ｂ 上部層
７，２７ 上部第２クラッド層
８，２８ コンタクト層
１０ａ，１０ｂ 電流遮断層
１５ レーザ出射側端面
１６ 反射側端面
１７ａ，１７ｂ 亜鉛拡散源層
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＤ−Ｒ／ＲＷドライブ、ＤＶＤ−ＲＡＭドライブ等の光ディスク機器などに用いる半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光記録装置において、記録速度の向上が図られており、たとえば、ＣＤ−Ｒドライブは、いわゆる１６倍速の記録速度のものが実用化されるに至っている。このように記録速度の大きい光記録装置においては、高出力のレーザ光を瞬時に立ち上げる必要がある。このような要求特性を満たすレーザとして、化合物半導体を用いたリッジ型半導体レーザがある。
【０００３】
半導体レーザは、電子および正孔の再結合により発生した光を素子の両端面で内方に反射させ、これによりレーザ発振を生じさせるようにした発光装置である。半導体レーザ素子の両端面、すなわちレーザ出射側端面および反射側端面には、これらを保護するためアルミナなどからなる保護膜が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、半導体レーザ素子の製造工程において、保護膜形成前に素子の端面が酸化されることにより、レーザ出射側端面および反射側端面には、多数の非発光再結合中心が形成される。レーザ発光時には、レーザ出射側端面から反射側端面に渡る素子全長に電流が注入される。このとき、レーザ出射側端面および反射側端面において、非発光再結合が起こり発熱する。発熱によりバンドギャップが小さくなると、レーザ光の吸収が増え、さらに温度が高くなる。これの繰り返しにより、レーザ素子端面が溶融するいわゆるＣＯＤ（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）が起こり、半導体レーザ素子は破壊に至る。
【０００５】
ＣＯＤは、半導体レーザの光出力を高くしていくと、あるレベル（破壊光出力）で起こる。したがって、半導体レーザ素子の使用時の光出力は、破壊光出力より低く設定しなければならない。
そこで、本発明の目的は、破壊光出力の向上を図ることにより、高出力化を可能にした半導体レーザ素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、化合物半導体基板（１，２１）上に順に積層された下部クラッド層（２，２２）、活性層（３，２３）および上部第１クラッド層（４，２４）と、前記上部第１クラッド層上に設けられたリッジ形状の上部第２クラッド層（７，２７）と、前記上部第２クラッド層の側方に設けられた電流ブロック層（６，２６）と、前記上部第２クラッド層上に設けられたコンタクト層（８，２８）と、前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面（１５）および反射側端面（１６）のうちの少なくとも一方の近傍において、前記上部第２クラッド層と前記コンタクト層との間に設けられ、亜鉛を含有した亜鉛拡散源層（１７ａ，１７ｂ）とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子である。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を示す。以下、この項において同じ。
本発明に係る半導体レーザ素子が、製造時の温度履歴において適当な高い温度（たとえば、５００〜６００℃）を経験している場合、亜鉛拡散源層下方の活性層は、亜鉛拡散源層からの拡散により亜鉛（Ｚｎ）が導入され、無秩序化されている。たとえば、活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、交互に積層された組成の異なる層は、無秩序化により組成が均質化されている。活性層のうち、亜鉛が導入されていない部分は、構成原子が秩序配列している。無秩序化された部分は、秩序配列している部分に比して、バンドギャップが大きい。
【０００８】
したがって、本発明の半導体レーザの活性層は、レーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍の部分は、素子内部の部分よりバンドギャップが大きくなっている。このようなバンドギャップが大きな部分では、レーザ光の吸収は起こらない。
また、レーザ出射側端面や反射側端面で非発光再結合が起こり、ある程度温度が高くなってバンドギャップが小さくなっても、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには至らない。端面でレーザ光が吸収されなければ、ＣＯＤは起こらない。これにより、半導体レーザ素子の破壊光出力を向上できるから、高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【０００９】
亜鉛拡散源層は、活性層の近くに配されているので、拡散により効率的に亜鉛を活性層に導入することができる。亜鉛拡散源層は、レーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。亜鉛拡散源層の大きさ（厚さ、幅、および素子の長さ方向に沿った長さ）は、亜鉛の拡散により活性層の所定の部分が無秩序化される限り、任意に設定することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍において、前記亜鉛拡散源層と前記コンタクト層との間に設けられた絶縁体からなる電流遮断層（１０ａ，１０ｂ）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子である。
この発明によれば、絶縁体である電流遮断層により、レーザ出射側端面および（または）反射側端面を流れる電流を低減することができる。したがって、非発光再結合による端面の温度上昇を抑制することができる。これにより、端面でバンドギャップが小さくなることを抑制することができる。
【００１１】
また、端面におけるバンドギャップが小さくなった場合でも、上述のようにこの部分の初期バンドギャップは大きいので、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには、容易には至らない。以上の効果により、破壊光出力を著しく向上できる。これにより、半導体レーザ素子の高出力化を可能にできる。
電流遮断層は、レーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。また、電流遮断層をレーザ出射側端面近傍および反射側端面近傍の双方に設けた場合、各々の電流遮断層の素子の長さ方向に沿う方向の長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。非発光再結合による発熱は、通常、レーザ出射側端面で顕著に起こるから、電流遮断層の長さは反射側端面のものに比してレーザ出射側端面のものを長くしてもよく、レーザ出射側端面側にのみ電流遮断層を設けてもよい。
【００１２】
半導体レーザ素子の各部は、請求項３に記載されている組成をとることができる。すなわち、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ化合物半導体基板であってもよく、前記下部クラッド層はＡｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ層であってもよい。
前記活性層はＡｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓの単層であってもよく、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓとの複合層、またはＡｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとの複合層であってもよい。活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、活性層は上述のような複合組成となる。
【００１３】
前記上部第１クラッド層はＡｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓ層であってもよく、前記リッジ形状の上部第２クラッド層はＡｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ層であってもよい。前記電流ブロック層はＡｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ層からなる単層であってもよく、前記化合物半導体基板側に配されＡｌy3Ｇａ(1-y3)Ａｓからなる下部層および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層を含む複合層であってもよい。前記コンタクト層はＧａＡｓ層であってもよい。
【００１４】
また、半導体レーザ素子の各部は、請求項４に記載されている組成をとることができる。すなわち、前記化合物半導体基板はＧａＡｓ化合物半導体基板であってもよく、前記下部クラッド層はＩｎx1（Ｇａy1Ａｌ(1-y1)）(1-x1)Ｐ層であってもよい。
前記活性層はＩｎx2Ｇａ(1-x2)Ｐの単層であってもよく、Ｉｎx3Ｇａ(1-x3)ＰとＩｎx4（Ｇａy4Ａｌ(1-y4)）(1-x4)Ｐとの複合層、またはＩｎx5（Ｇａy5Ａｌ(1-y5)）(1-x5)ＰとＩｎx6（Ｇａy6Ａｌ(1-y6)）(1-x6)Ｐとの複合層であってもよい。活性層がＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層である場合、活性層は上述のような複合組成となる。
【００１５】
前記上部第１クラッド層はＩｎx7（Ｇａy7Ａｌ(1-y7)）(1-x7)Ｐ層であってもよく、前記リッジ形状の上部第２クラッド層がＩｎx8（Ｇａy8Ａｌ(1-y8)）(1-x8)Ｐ層であってもよい。
前記電流ブロック層は、ＧａＡｓ、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる単層であってもよく、前記化合物半導体基板側に配されＧａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる下部層（２６ａ）および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層（２６ｂ）を含む複合層であってもよい。前記コンタクト層はＧａＡｓ層であってもよい。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記亜鉛拡散源層が酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子である。
亜鉛拡散源層が酸化亜鉛である場合、試料（上述の各層が形成された化合物半導体基板）を加熱することにより、活性層に亜鉛を容易に拡散させることができる。
また、亜鉛拡散源層は、請求項６に記載のように、絶縁性材料に亜鉛をドープしてなるものであってもよい。
【００１７】
この場合でも、試料を加熱することにより、活性層に亜鉛を容易に拡散させることができる。絶縁性材料に対する亜鉛のドープ量を適当な値とすることにより、活性層への亜鉛の拡散量を容易に制御することができる。すなわち、亜鉛拡散源層全体を酸化亜鉛で構成すると、加熱時の活性層への亜鉛拡散量が多すぎる場合など、本発明の構成により、亜鉛拡散源層中の亜鉛量の低減を図り、拡散量を抑制することができる。絶縁性材料は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリッジ型半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に沿った図解的な断面図である。図２は、図１のリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。図２（ａ）は図１のIIａ−IIａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線断面図である。図１は、図２（ａ）（ｂ）のI−I線断面図である。
【００１９】
このリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に関する一方の端面はレーザ出射側端面１５となっており、他方の端面は反射側端面１６となっている。
基板１の上には、下部クラッド層２、活性層３、および上部第１クラッド層４が順に積層されている。上部第１クラッド層４の上には、リッジ形状の上部第２クラッド層７が素子の長さ方向に沿って、素子の幅方向のほぼ中央部に形成されている。上部第２クラッド層７の両側には、電流ブロック層６が形成されている。電流ブロック層６は、上部第２クラッド層７の側面、および上部第１クラッド層４の上面に沿うように形成されている。上部第２クラッド層７および電流ブロック層６の上には、上部第２クラッド層７にオーミック接触するコンタクト層８が形成されている。
【００２０】
上部第２クラッド層７とコンタクト層８との間で、レーザ出射側端面１５の近傍および反射側端面１６の近傍には、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂとコンタクト層８との間には、電流遮断層１０ａ，１０ｂが、平面視においてそれぞれ亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと重なるように形成されている。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６からそれぞれ所定の距離以上内方の部分には形成されていない。すなわち、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６から所定の距離以上内方の部分では、上部第２クラッド層７の上部にコンタクト層８が接している。
【００２１】
基板１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ化合物半導体基板からなる。この場合に、下部クラッド層２は、ｎ型Ａｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ層で構成することができる。活性層３は、導電型がｎ型、ｐ型、またはアンドープであり、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓ層からなっていてもよいし、組成の異なる２層からなっていてもよい。すなわち、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓ（ｙ１１≠ｙ１２）とからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層であってもよいし、Ａｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとからなるＭＱＷ活性層であってもよい。
【００２２】
上部第１クラッド層４は、ｐ型Ａｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓ層で構成することができる。さらに、電流ブロック層６は、ｎ型Ａｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ層で構成することができ、リッジ形状の上部第２クラッド層７は、ｐ型Ａｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ層で構成することができ、コンタクト層８は、ｐ型ＧａＡｓ層で構成することができる。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、ＺｎＯからなる。電流遮断層１０ａ，１０ｂは、ＳｉＯ2からなる。
【００２３】
基板１の下面およびコンタクト層８の上面には、それぞれｎ側電極１２およびｐ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１２およびｐ側電極１３は、レーザ出射側端面１５から反射側端面１６に至る全長に渡って形成されている。
レーザ発光時、素子にはｎ側電極１２およびｐ側電極１３を介して電流が流される。このため、これらの電極部では、電流は素子の長さ方向の全域にわたって流れる。しかし、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍では、電流遮断層１０ａ，１０ｂがそれぞれ存在するために、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６を流れる電流が低減される。
【００２４】
したがって、レーザ出射側端面１５や反射側端面１６では、非発光再結合中心が存在していた場合でも、非発光再結合が抑制され、発熱が抑制される。これにより、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍における活性層３のバンドギャップが小さくなることを抑制できる。
このような半導体レーザ素子の各層は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法などにより形成することができる。その際、試料（亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂを含む各層が形成された基板１）は亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂの形成後、たとえば５００〜６００℃の温度を経験する。この場合、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ下方の活性層３は、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂから拡散により亜鉛（Ｚｎ）が導入され、構成原子の配列が無秩序化した無秩序部３ａ，３ｂとなっている。活性層３がＭＱＷ活性層である場合、無秩序部３ａ，３ｂの組成は、交互に積層された層の組成、すなわち、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓおよびＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓ（ｙ１１≠ｙ１２）、またはＡｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓおよびＧａＡｓが均質化されたものとなっている。
【００２５】
活性層３のうち、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ下方以外の部分は、亜鉛が導入されておらず、構成原子が秩序配列した秩序配列部３ｃとなっている。無秩序部３ａ，３ｂは、秩序配列部３ｃに比して、バンドギャップが大きい。
したがって、活性層３は、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍において、素子内部よりバンドギャップが大きくなっている。このようなバンドギャップが大きな部分では、レーザ光の吸収は起こらない。したがって、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６での非発光再結合により、ある程度温度が高くなっても、この部分での初期的なバンドギャップは大きいので、バンドギャップはレーザ光が吸収されるレベルには、容易には至らない。レーザ出射側端面１５および反射側端面１６でレーザ光が吸収されなければ、ＣＯＤは起こらない。これにより、半導体レーザ素子の破壊光出力を著しく向上できるから、高出力の半導体レーザ素子を実現できる。
【００２６】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、活性層３の近くに配されているので、拡散により効率的に亜鉛を活性層３に導入することができる。
レーザ出射側端面１５側の亜鉛拡散源層１７ａおよび反射側端面１６側の亜鉛拡散源層１７ｂは、双方ともに設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。亜鉛拡散源層の大きさ（厚さ、幅、および素子の長さ方向に沿った長さ）は、亜鉛の拡散により活性層３の所定の部分が無秩序化される限り、任意に設定することができる。
【００２７】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂは、絶縁性材料に亜鉛をドープしてなるものであってもよい。この場合でも、試料を加熱することにより、活性層３に亜鉛を容易に拡散させることができる。絶縁性材料に対する亜鉛のドープ量を適当な値とすることにより、活性層３への亜鉛の拡散量を容易に制御することができる。たとえば、上述の実施形態のように亜鉛拡散源層全体を酸化亜鉛で構成すると、加熱時の活性層３などへの亜鉛拡散量が多すぎる場合がある。この場合、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂを、絶縁性材料に亜鉛をドープしたものとすることにより、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂ中の亜鉛量の低減を図り、加熱時の亜鉛拡散量を抑制することができる。絶縁性材料は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなどとすることができる。
【００２８】
レーザ出射側端面１５側の電流遮断層１０ａおよび反射側端面１６側の電流遮断層１０ｂは、双方ともに設けられていてもよく、どちらか一方にのみ設けられていてもよい。また、電流遮断層１０ａ，１０ｂを双方とも設けた場合、それぞれの素子の長さ方向に沿った長さは同じであってもよく、異なっていてもよい。非発光再結合による発熱は、通常、レーザ出射側端面１５近傍で顕著に起こるから、電流遮断層１０ａ，１０ｂの素子の長さ方向に沿った長さは、電流遮断層１０ｂに比して電流遮断層１０ａを長くしてもよく、レーザ出射側端面１５近傍にのみ電流遮断層１０ａを設けてもよい。
【００２９】
上述の実施形態においては、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと電流遮断層１０ａ，１０ｂとは、それぞれ平面視において重なるように形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂの大きさおよび配置と、電流遮断層１０ａ，１０ｂの大きさおよび配置とは独立に設定することができる。
上部第１クラッド層４と上部第２クラッド層７との間には、エッチングにより上部第２クラッド層７をリッジ形状に整形する際に用いるエッチングストップ層（エッチング媒体に対する耐性を有する層）が設けられていてもよい。上部第２クラッド層７は、たとえば、ＳｉＯ2からなる帯状のマスク層をマスクとして、エッチングによりリッジ形状に整形することができる。その場合、ＭＯＣＶＤ法により電流ブロック層６を、リッジ形状の上部第２クラッド層７の側方に選択的に成長させることができる。その後、マスク層のうち、レーザ出射側端面１５近傍および反射側端面１６近傍以外の部分を除去し、マスク層の残部を電流遮断層１０ａ，１０ｂとすることができる。
【００３０】
電流遮断層１０ａ，１０ｂが存在しない構造の半導体レーザを得る場合は、電流ブロック層６を選択成長させた後、マスク層を完全に除去すればよい。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るリッジ型半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。図３（ａ）は、レーザ出射側端面１５近傍の断面を示しており、図３（ｂ）は、素子の長さ方向中央部近傍の断面を示している。図１、２に示す実施形態による半導体レーザ素子と同一構成である部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
基板２１の上には、下部クラッド層２２、活性層２３、および上部第１クラッド層２４が順に積層されている。上部第１クラッド層２４の上には、リッジ形状の上部第２クラッド層２７が素子の長さ方向に沿って、素子の幅方向のほぼ中央部に形成されている。上部第２クラッド層２７の両側には、電流ブロック層２６が形成されている。電流ブロック層２６は、上部第２クラッド層２７の側面、および上部第１クラッド層２４の上面に沿うように形成されており、基板２１側に配された下部層２６ａとその上（基板２１から遠い側）に配された上部層２６ｂとを含んでいる。上部第２クラッド層２７および電流ブロック層２６の上には、上部第２クラッド層２７にオーミック接触するコンタクト層２８が形成されている。
【００３２】
上部第２クラッド層２７とコンタクト層２８との間で、レーザ出射側端面１５の近傍（図３（ａ））および反射側端面１６の近傍には、亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂとコンタクト層２８との間には、電流遮断層１０ａ，１０ｂが、平面視においてそれぞれ亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂと重なるように形成されている。
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６からそれぞれ所定の距離以上内方の部分には形成されていない。すなわち、レーザ出射側端面１５および反射側端面１６から所定の距離以上内方の部分では、上部第２クラッド層２７の上部にコンタクト層２８が接している。
【００３３】
基板２１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ化合物半導体基板からなる。この場合に、下部クラッド層２２は、ｎ型Ｉｎx1（Ｇａy1Ａｌ(1-y1)）(1-x1)Ｐ層で構成することができる。活性層２３は、導電型がｎ型、ｐ型、またはアンドープであり、Ｉｎx2Ｇａ(1-x2)Ｐ層からなっていてもよいし、組成の異なる２層からなっていてもよい。すなわち、Ｉｎx5（Ｇａy5Ａｌ(1-y5)）(1-x5)ＰとＩｎx6（Ｇａy6Ａｌ(1-y6)）(1-x6)Ｐ（ｙ５≠ｙ６）とからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）活性層であってもよいし、Ｉｎx3Ｇａ(1-x3)ＰとＩｎx4（Ｇａy4Ａｌ(1-y4)）(1-x4)ＰとからなるＭＱＷ活性層であってもよい。
【００３４】
上部第１クラッド層２４は、ｐ型Ｉｎx7（Ｇａy7Ａｌ(1-y7)）(1-x7)Ｐ層で構成することができる。さらに、電流ブロック層２６の導電型はｎ型とすることができ、下部層２６ａは、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ層であってもよいし、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ層であってもよいし、Ｉｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐ層であってもよい。上部層２６ｂは、ＧａＡｓ層で構成することができる。リッジ形状の上部第２クラッド層２７は、ｐ型Ｉｎx8（Ｇａy8Ａｌ(1-y8)）(1-x8)Ｐ層で構成することができ、コンタクト層２８は、ｐ型ＧａＡｓ層で構成することができる。
【００３５】
亜鉛拡散源層１７ａ，１７ｂおよび電流遮断層１０ａ，１０ｂは、このようなＩｎＧａＡｓＰ系材料で構成された半導体レーザ素子においても、ＡｌＧａＡｓ系材料（第１の実施形態）で構成された半導体レーザ素子におけるものと同様の効果を奏することができる。
ＳｉＯ2からなる帯状のマスク層を用いてリッジ形状に整形された上部第２クラッド層２７の両側方に、ＭＯＣＶＤ法によりＡｌＧａＡｓ系などの３（４）元混晶からなる電流ブロック層２６を形成しようとすると、マスク層の上にも電流ブロック層２６を構成する材料が堆積する。そこで、下部層２６ａとして３元混晶材料からなる層を薄く成膜し、その後ＧａＡｓからなる上部層２６ｂを成膜することにより、このような事態を回避することができる。すなわち、このような構成により、電流ブロック層２６を上部第２クラッド層２７の両側方に良好に選択成長させることができ、かつ、必要な厚さの電流ブロック層２６を得ることができる。本発明の第１の実施形態のように、主としてＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ素子においても、電流ブロック層６を、３元混晶からなる下部層と、ＧａＡｓからなる上部層とで構成することにより上述の効果を得ることができる。
【００３６】
第２の実施形態において、電流ブロック層２６は、下部層２６ａと上部層２６ｂとを含む複合層であるが、電流ブロック層２６は、ＧａＡｓ層、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ層、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ層、またはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐ層からなる単層であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に沿った図解的な断面図である。
【図２】図１のリッジ型半導体レーザ素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す素子の長さ方向に直交する方向の図解的な断面図である。
【符号の説明】
１，２１ 基板
２，２２ 下部クラッド層
３，２３ 活性層
４，２４ 上部第１クラッド層
６，２６ 電流ブロック層
２６ａ 下部層
２６ｂ 上部層
７，２７ 上部第２クラッド層
８，２８ コンタクト層
１０ａ，１０ｂ 電流遮断層
１５ レーザ出射側端面
１６ 反射側端面
１７ａ，１７ｂ 亜鉛拡散源層
Claims (6)
- 化合物半導体基板上に順に積層された下部クラッド層、活性層および上部第１クラッド層と、
前記上部第１クラッド層上に設けられたリッジ形状の上部第２クラッド層と、
前記上部第２クラッド層の側方に設けられた電流ブロック層と、
前記上部第２クラッド層上に設けられたコンタクト層と、
前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍において、前記上部第２クラッド層と前記コンタクト層との間に設けられ、亜鉛を含有した亜鉛拡散源層とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記上部第２クラッド層の長手方向に関する素子両端面であるレーザ出射側端面および反射側端面のうちの少なくとも一方の近傍において、前記亜鉛拡散源層と前記コンタクト層との間に設けられた絶縁体からなる電流遮断層をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
- 前記化合物半導体基板がＧａＡｓ化合物半導体基板であり、
前記下部クラッド層がＡｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓ層であり、
前記活性層がＡｌy1Ｇａ(1-y1)Ａｓの単層、Ａｌy11Ｇａ(1-y11)ＡｓとＡｌy12Ｇａ(1-y12)Ａｓとの複合層、またはＡｌy1Ｇａ(1-y1)ＡｓとＧａＡｓとの複合層であり、
前記上部第１クラッド層がＡｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓ層であり、
前記リッジ形状の上部第２クラッド層がＡｌx3Ｇａ(1-x3)Ａｓ層であり、
前記電流ブロック層がＡｌy2Ｇａ(1-y2)Ａｓ層からなる単層、または、前記化合物半導体基板側に配されＡｌy3Ｇａ(1-y3)Ａｓからなる下部層および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層を含む複合層であり、
前記コンタクト層がＧａＡｓ層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子。 - 前記化合物半導体基板がＧａＡｓ化合物半導体基板であり、
前記下部クラッド層がＩｎx1（Ｇａy1Ａｌ(1-y1)）(1-x1)Ｐ層であり、
前記活性層がＩｎx2Ｇａ(1-x2)Ｐの単層、Ｉｎx3Ｇａ(1-x3)ＰとＩｎx4（Ｇａy4Ａｌ(1-y4)）(1-x4)Ｐとの複合層、またはＩｎx5（Ｇａy5Ａｌ(1-y5)）(1-x5)ＰとＩｎx6（Ｇａy6Ａｌ(1-y6)）(1-x6)Ｐとの複合層であり、
前記上部第１クラッド層がＩｎx7（Ｇａy7Ａｌ(1-y7)）(1-x7)Ｐ層であり、
前記リッジ形状の上部第２クラッド層がＩｎx8（Ｇａy8Ａｌ(1-y8)）(1-x8)Ｐ層であり、
前記電流ブロック層がＧａＡｓ、Ｇａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる単層、または前記化合物半導体基板側に配されＧａy9Ａｌ(1-y9)Ａｓ、Ｉｎx10（Ｇａy10Ａｌ(1-y10)）(1-x10)Ｐ、もしくはＩｎx11Ａｌ(1-x11)Ｐからなる下部層および前記コンタクト層側に配されＧａＡｓからなる上部層を含む複合層であり、
前記コンタクト層がＧａＡｓ層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子。 - 前記亜鉛拡散源層が酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
- 前記亜鉛拡散源層が、絶縁性材料に亜鉛をドープしてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
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