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JP2005209952A - 半導体レーザ装置およびそれを用いた光ピックアップ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置およびそれを用いた光ピックアップ装置 Download PDF

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JP2005209952A JP2004016102A JP2004016102A JP2005209952A JP 2005209952 A JP2005209952 A JP 2005209952A JP 2004016102 A JP2004016102 A JP 2004016102A JP 2004016102 A JP2004016102 A JP 2004016102A JP 2005209952 A JP2005209952 A JP 2005209952A
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Toru Takayama
徹 高山
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】高出力動作状態における発光効率の飽和が抑制され、安定した基本横モード発振を行うことが可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】基板上に形成された、第１の導電型クラッド層と、活性層と、第２の導電型クラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する。ストライプの幅が共振器方向に対して変化し、前端面からストライプの幅が最小値となる位置までの距離をＬ１、半導体レーザの共振器長をＬ、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとき、Ｌ１が、Ｌ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）で表される位置から２００μｍの範囲内にあり、Ｒｆ＜Ｒｒである。
【選択図】図１

Description

本発明は、高出力動作状態における発光効率の飽和が抑制された半導体レーザ装置、およびそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
半導体レーザ装置（以下、半導体レーザ、ともいう）は、様々な分野で幅広く使用されている。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光を得ることができるため、ＤＶＤに代表される光ディスクシステムの分野において光源として広く使用されている。半導体レーザの構造の一例としては、活性層と、その活性層を狭持する２つのクラッド層とを含むダブルヘテロ構造を有し、一方のクラッド層がメサ状のリッジを形成している構造（例えば、特許文献１参照）が知られている。
図１０に、このような構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの一例を示す。なお、以下に示す各層の組成比は省略する。図１０に示す半導体レーザでは、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾けた面を主面とするｎ形ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ形ＧａＩｎＰバッファ層１０３、ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０４が順に積層され、さらにその上に、歪量子井戸活性層１０５、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０６、ｐ形（またはノンドープ）ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０７、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０８、ｐ形ＧａＩｎＰ中間層１０９、およびｐ形ＧａＡｓキャップ層１１０が積層されている。ここで、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１０８、ｐ形ＧａＩｎＰ中間層１０９、ｐ形ＧａＡｓキャップ層１１０は、ｐ形ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０７上に、順メサ形状を有するリッジとして形成されている。また、ｐ形ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０７上および上記リッジの側面上に、ｎ形ＧａＡｓ電流ブロック層１１１が形成され、このｎ形ＧａＡｓ電流ブロック層１１１とリッジ上部に位置するｐ形ＧａＡｓキャップ層１１０上に、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１１２が積層されている。なお、歪量子井戸活性層１０５は、（ＡｌＧａ）ＩｎＰ層およびＧａＩｎＰ層から構成されている。
図１０に示す半導体レーザでは、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１１２から注入された電流はｎ形ＧａＡｓ電流ブロック層１１１によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部近傍の歪量子井戸活性層１０５に集中して注入される。このようにして、数十ｍＡという少ない注入電流に関わらず、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が実現される。このとき、キャリアの再結合により光が発生するが、歪量子井戸活性層１０５と垂直な方向に対しては、ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層１０４、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１０６の両クラッド層により光の閉じ込めが行われ、歪量子井戸活性層１０５と平行な方向に対しては、ＧａＡｓ電流ブロック層１１１が発生した光を吸収するために光の閉じ込めが行われる。この結果、注入された電流により生じた利得が、歪量子井戸活性層１０５内の導波路における損失を上回るとレーザ発振が生じる。
このような半導体レーザにおいて、高速に光ディスクを書き換えるためにはできるだけ高い光出力が要望される。例えば、４倍速以上の高速でＤＶＤの光ディスクを書き換えるためには光出力として１００ｍＷ以上の高出力が必要とされる。このような高出力を得るためには、高出力時に半導体レーザの端面が自らの光出力により溶融破壊されるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）を防ぐ必要がある。ＣＯＤを防ぐためには、レーザの共振器端面内部の光密度を低減し、発熱を抑えることが有効である。このためには、レーザ光を取り出す半導体レーザの前端面を、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、アモルファスＳｉといった誘電体でコーティングし、前面の反射率を下げることが有効である。
一般的にＡｌＧａＩｎＰ系材料やＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザの共振器端面の反射率は、端面コーティングされていない場合約３０％となる。この場合、共振器端面において約３０％のレーザ光が反射して共振器内部にフィードバックされ、約７０％の光が前端面よりとりだされることになる。これに対し、例えば、前面の反射率が１０％となるように誘電体膜をコーティングすると、共振器端面において１０％のレーザ光が反射して共振器内部にフィードバックされ、９０％の光が前端面よりとりだされることになる。すなわち、前端面から取り出される光出力が同じ場合、前面の反射率を１/３とすれば、共振器端面の光密度も１/３とすることができる。従って、前面の反射率を低減することはＣＯＤレベルの増大につながり、高出力レーザを得るための有効な手段である。さらに、レーザ光を取り出す共振器面とは逆の側である後端面反射率を高く設定すれば、半導体レーザの前面からの光の取り出し効率をさらに高めることができる。そこで、一般的に高出力半導体レーザにおいては、前面の反射率を低減し、後面の反射率は逆に高反射率とする端面コート条件が、広く用いられている。
特開２００１−１９６６９４号公報
上述のとおり、高出力レーザを得るためには、前面の反射率を低減し、後面の反射率を高めるようにすることがＣＯＤレベルの向上と、光の取り出し効率の向上に有効である。しかしながら、前面の反射率を低くしすぎると、共振器内部でフェードバックされるレーザ光が低減されるために発振しきい電流値の増大を招くことになる。また、半導体レーザを光ディスクへ応用する場合、前面の反射率を低くすると光ディスクからの反射戻り光により雑音（戻り光誘起雑音）を発生しやすくなる。そこで、通常高出力レーザにおいては、高い光の取り出し効率を得るとともに、戻り光誘起雑音を低減するために、前端面の反射率は５〜１０％程度となるように端面コートされている。また、後面の反射率はできるだけ高反射率となるようにコーティングされ、一般的には９５％から１００％程度の高反射率コートとなるように設定されている。
このように、高出力レーザにおいては、前端面と後端面の反射率の大きさが大きく異なることになる。この場合、活性層を伝播する共振器方向の光分布強度は共振器に対して前後対象ではなく、図２に示すように、前端面側の光分布強度が高い前後非対称な光分布強度となっている。図２には、一例として、共振器長１１００μｍ、前端面、後端面反射率が７％、９５％とした素子の共振器方向の光分布が示されている。
この場合、光分布強度が高い前端面側では後端面側に比べてより強い誘導放出が生じるために、後端面側に比べてより多くの電子-正孔対を活性層に注入する必要がある。特に、高出力動作状態において、前端面側では活性層中の電子-正孔対が不足することになり、発光効率の飽和の一因となる。こういった発光効率の飽和は、２００〜３００ｍＷ以上の高出力レーザを得る場合、温度特性の劣化をもたらし重大な支障をきたすことになる。
本発明は、高出力動作状態における発光効率の飽和が抑制され、安定した基本横モード発振を行うことが可能な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
本発明の半導体レーザ装置は、基板上に形成された、第１の導電型クラッド層と、活性層と、第２の導電型クラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する。
上記課題を解決するため、第１の構成によれば、前記ストライプの幅が共振器方向に対して変化し、前端面から前記ストライプの幅が最小値となる位置までの距離をＬ１、前記半導体レーザの共振器長をＬ、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとき、Ｌ１が、Ｌ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）で表される位置から２００μｍの範囲内にあり、Ｒｆ＜Ｒｒであることを特徴とする。
第２の構成によれば、前記ストライプの幅が前端面から後端面に向かって連続的に減少する領域を有し、前記前端面から、前記ストライプの幅が連続的に減少する領域における前記ストライプの幅が最小値となる位置までの距離をＬ１、前記半導体レーザの共振器長をＬ、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとき、Ｌ１が、Ｌ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）で表される位置から２００μｍの範囲内にあり、Ｒｆ＜Ｒｒであることを特徴とする
本発明の光ピックアップ装置は、上記構成の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射した光が反射されてきた反射光を受光する受光部とを備える。
上記構成の半導体レーザは、熱飽和レベルが高く、高出力まで基本横モード発振が可能である。
また、上記構成の半導体レーザ装置を用いることによって、ＦＦＰの光軸が安定化され、高出力まで基本横モード発振による動作が可能な光ピックアップ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置（以下、半導体レーザともいう）の構造について説明する。
図１は、本実施の形態における半導体レーザ装置の一例を示す断面図である。図１に示す半導体レーザ装置は、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ形ＧａＡｓ基板１０上に形成されている。ｎ形ＧａＡｓ基板１０上には、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１１、ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１２、活性層１３、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１４、ｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５が順に積層されている。それにより、活性層１３が、２つのクラッド層１２、１４によって狭持されたダブルヘテロ構造が形成されている。
また、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１４によって、活性層１３上に、順メサ形状を有するリッジが形成されている。さらに、上記リッジの側面を覆うように、ｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６が形成され、このｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６とリッジ上部に位置するｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５上に、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１７が積層されている。活性層１３は、（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１ガイド層３１、ＧａＩｎＰ第１ウェル層ｗ１、（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１バリア層ｂ１、ＧａＩｎＰ第２ウェル層ｗ２、（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２バリア層ｂ２、ＧａＩｎＰ第３ウェル層ｗ３および（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２ガイド層ｇ２によって構成される歪量子井戸活性層である。なお、上記各層における組成比の一例については、後述する。
図１に示す半導体レーザ装置では、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１７から注入された電流は、ｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６によりリッジ部のみに狭窄され、それにより、リッジの底部近傍の活性層１３に集中して注入される。このため、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が、数十ｍＡ程度の注入電流により実現できる。この時、キャリアの再結合により発光した光は、活性層１３の主面と垂直な方向に対しては、ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１２およびｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１４の両クラッド層によって閉じ込められることになる。また、活性層１３の主面と平行な方向に対しては、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１４よりも屈折率が小さいｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６によって閉じ込められることになる。そのため、リッジを導波路とする（リッジ導波型）、基本横モード発振が可能な半導体レーザ素子とすることができる。
また、図１に示す半導体レーザ装置は、動作電流密度を低減し温度特性を向上させるために、共振器長が例えば１１００μｍである。レーザ光を取り出す前端面側の共振器端面には７％の低反射率コートが施され、後端面側には９５％の高反射率コートが施されている。共振器方向の光分布強度は、図２に示すように、共振器内部で前後非対称となり、前端面側が後端面側に比べて約２倍高くなる。この場合、光密度の高い前端面部では、光密度の低い後端面部に比べてより多くの誘導放出光が必要となる。より多くの誘導放出光を生じさせるためには、より多数の電子−正孔対が活性層に必要となる。従って、前端面部の活性層では、後端面部の活性層中に比べてより多数の電子−正孔対が必要となる。
リッジ幅が共振器方向に対して一定の場合、共振器方向に対して電流は均一に注入されることになる。この結果、高出力状態においては、低反射率コートされた前端面部ではより多くの電子−正孔対が必要となり、光出力がある値以上になると前端面部の活性層では電子−正孔対の供給が追いつかなくなり、利得が飽和することになる。
これに対して、リッジ幅を共振器方向に対して変化させ、より多くの電子−正孔対を必要とする部分のリッジ幅を広くし、より多くの電流が注入され易いようにする構造について検討する。一般的に、前端面、後端面の反射率をそれぞれＲｆ、Ｒｒ、共振器長をＬとすると、共振器方向に対して最も光密度が小さくなる点は、前端面よりＬ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）の距離となる。一例としては、共振器長１１００μｍの素子に対し、前端面に７％の低反射率コート、後端面に９５％の高反射率コートを施すと、図２に示すように前端面から共振器方向に１０７９μｍの位置の光密度が最も小さくなる。この光分布強度に応じて、共振器方向のリッジの幅も変化させ、光密度が小さくなれば、リッジの幅も狭くなるように設定する。
リッジ幅の共振器方向の変化は、図３（ａ）に示すように、共振器方向のリッジ幅の変化率が微分連続となるように変化させてもよく、また図３（ｂ）に示すように、直線的に変化させてもよい。図３（ａ）、図３（ｂ）では、光密度が最も小さくなる個所よりも後端面側のリッジ幅は一定としている。光密度が最も小さくなる位置（Ｐ１）が、後端面から２００μｍ以内の距離にあれば、Ｐ１と後端面との間のリッジ幅は一定であってもよい。
レーザ共振器をへき開により作製する場合、リッジの幅をレーザ端面から共振器内部に向かって一定の領域を設ければ、へき開位置のバラツキによるレーザ端面部でのリッジ幅のバラツキを抑えることが可能になる。リッジの幅はレーザ光の放射角の大きさに影響するために、レーザ端面から共振器内部に向かって一定の領域を設けることにより、レーザ光の放射角の安定化させることができる。へき開位置の精度は一般的には数ミクロンであるため、レーザ端面部にリッジ幅一定の領域を５μｍ以上設ければ、へき開位置のバラツキによるレーザ放射角の変動を抑えることが可能となる。
ここで、前端面部のリッジ低部の幅が３μｍ、前端面、後端面の反射率がそれぞれ７％、９５％の場合、共振器方向の光分布強度が最も小さくなる部分のリッジの幅（Ｗｓ）を変えた場合の、電流−光出力における微分効率の変化を図４に示す。後端面部のリッジ底部の幅は、Ｗｓと同一としている。図４に示すようにＷｓを小さくするほど、微分効率が向上することが分かる。
本実施の形態に基づく実施例では、前端面部のリッジ低部の幅を３μｍとし、前端面から共振器方向に１０７９μｍの位置のリッジ低部幅を２．３μｍ、後端面部のリッジ低部の幅を２．３μｍとした。また、リッジ幅は、図３（ｂ）に示すように、直線的に変化させた。
図１に示す半導体レーザ装置において、各層の厚さ、組成、組成比、導電形などは、通常実施される範囲で、どのように設定することもできる。半導体レーザ装置として必要な特性に基づき、任意に設定すればよい。例えば、各層を以下に示す厚さ、組成および組成比とすることができる。なお、括弧内に示す数値は各層の厚さであり、判り易くするために図１と同じ参照番号を付して示す。
各層の組成比および厚さの一例は、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１１（０．５μｍ）、ｎ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層１２（１．２μｍ）、ｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層１４、ｐ形Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ保護層１５（５０ｎｍ）、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１７（３μｍ）である。活性層１３の一例としては、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５０ｎｍ）第１ガイド層ｇ１、Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ（５ｎｍ）第１ウェル層ｗ１、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５ｎｍ）第１バリア層ｂ１、Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ（５ｎｍ）第２ウェル層ｗ２、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５ｎｍ）第２バリア層ｂ２、Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ（５ｎｍ）第３ウェル層ｗ３および（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.51Ｉｎ0.49Ｐ（５０ｎｍ）第２ガイド層ｇ２からなる歪量子井戸活性層を形成する。
ｐ形（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層１４は一例として、リッジの上部にあるｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５と活性層１３との間の距離が１．２μｍ、図１に示すリッジの底部と活性層との距離ｄｐが０．２μｍになるように設定する。ｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６の厚さの一例は、０．７μｍである。なお、この例において、リッジの上面の幅は、リッジの底部の幅に比べて約１μｍほど小さくなる。
活性層１３は、上記の例に示すような歪量子井戸活性層に限定されない。例えば、無歪の量子井戸活性層やバルクの活性層を用いてもよい。また、活性層１３の導電形は特に限定されない。ｐ形であってもｎ形であってもよい。アンドープの活性層であってもよい。
また、上述の例のように、発振したレーザ光に対して透明な電流ブロック層を用いれば、導波路損失を低減することができ、動作電流値を低減することも可能になる。また、この場合、導波路を伝播する光の分布が電流ブロック層に大きくしみ出すことができるため、ストライプ領域の内外における実効屈折率の差（Δｎ）を１０-3オーダーとすることも可能である。また、Δｎを、図１に示すリッジの底部と活性層との距離ｄｐを調節することによって、細かく制御することが可能であり、動作電流値を低減させた、高出力まで安定した発振が可能な半導体レーザ装置とすることができる。なお、Δｎの範囲としては、例えば、３×１０-3〜７×１０-3の範囲を採ることができる。上記範囲において、高出力まで安定した基本横モード発振を行うことができる。
本実施の形態の半導体レーザ装置では、リッジ底部の最も狭い部分の幅と、リッジ底部の幅の最大値との差が、０．５μｍ以下であってもよい。このような構成とすることによって、光強度の分布が変化することに伴う導波路損失の増大が抑制され、より導波路損失が低減された半導体レーザ装置とすることができる。
また本実施の形態の半導体レーザ装置では、端面の近傍における活性層が、不純物の拡散により無秩序化されていてもよい。このような構成とすることによって、端面の近傍における活性層のバンドギャップを増大し、レーザ光に対してより透明な端面窓構造を得ることができる。そのため、より高い光出力でも端面破壊（いわゆる、Ｃ．Ｏ．Ｄ．）を起しにくい半導体レーザ装置とすることができる。
拡散させる不純物としては、例えば、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｏなどを用いればよい。不純物の拡散量（ドープ量）としては、例えば、１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の範囲とする。拡散は、半導体レーザ素子の端面から、例えば、１０μｍ〜５０μｍの範囲であればよい。
次に、図１に示す例と同様の断面構造および組成比を有する半導体レーザ装置について、パルス駆動時の最大光出力とリッジ底部の最小幅との関係を調べた。その結果を図５に示す。なお、レーザ光を発振する条件は、半導体レーザ装置の温度を７５℃、パルス幅を１００ｎｓ、デューティ比率を５０％とした。
図５に示すように、リッジの底部の最小幅Ｗｓが２．４μｍを超えた場合、最大光出力はキンクが発生する光出力によって決まり、また、Ｗｓが大きいほど、より低い光出力においてキンクが発生することが判る。一方、Ｗｓが２．４μｍ以下になると、キンクは発生しないものの熱飽和により光出力が制限される。Ｗｓが２．２μｍとなるまで、熱飽和する光出力が増大することが分かる。Ｗｓが２．２μｍより小さくなると、微分抵抗Ｒｓが増大するため、熱飽和する光出力が小さくなる傾向にあることが判る。これらの結果から、Ｗｓが２．６μｍ以下、１．６μｍ以上の範囲において、キンクの発生が抑制され、熱飽和レベルの高い半導体レーザ装置が得られることが判る。
本実施の形態の半導体レーザ装置では、リッジ底部の最小幅Ｗｓが、１．６μｍ以上２．５μｍ以下の範囲とすることができる。このような構成とすることによって、リッジの底部の幅が最も狭い領域において、キャリアの空間的ホールバーニングの発生をより抑制することができる。そのため、より高出力までキンクの発生が抑制された半導体レーザ装置とすることができる。
また、本実施の形態の半導体レーザ装置では、リッジ底部の幅の最も広い部分の幅が、２．４μｍ以上３μｍ以下とすることができる。このような構成とすることによって、リッジ底部の幅が最も広い領域において、微分抵抗Ｒｓの増大を抑制しながら、高次横モードをより効果的にカットオフすることができるため、より高出力まで基本横モード発振が可能な半導体レーザ装置とすることができる。
図６に、本実施の形態に基づく一実施例における半導体レーザ装置について、室温、ＣＷにおける電流-光出力特性を線ａで示す。共振器長１１００μｍ、リッジ幅が共振器方向に対して２．８μｍで一定の従来の半導体レーザ装置の場合を線ｂで示す。従来の半導体レーザ装置の場合には、１２０ｍＷ程度でキンクが生じているが、本発明の一実施例の半導体レーザ装置は、２００ｍＷ以上まで直線性に優れた電流-光出力特性を示している。これは、リッジの幅を共振器方向に対して変化させ、共振器方向の光分布強度が最小となる場所のリッジ幅を狭めため、光密度の高い部分の活性層には、より多くの電子-正孔対が注入されることになり、高出力まで利得の飽和が生じ難く高い熱飽和レベルを得ることができることと、リッジ幅の狭い部分が高次横モードの発振を抑制しキンク発生を抑制するためである。
上述の構成を有する半導体レーザ装置の製造方法について、図７に示す、製造方法の各工程の一例を示す断面図を参照して説明する。
まず図７（ａ）に示すように、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ形ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ形ＧａＡｓバッファ層１１（０．５μｍ）、ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層１２（１．２μｍ）、活性層１３、ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層１４、ｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５（５０ｎｍ）を形成する。括弧内の数字は、各層の厚さを示している。各層の組成比の記載は省略するが、例えば、実施の形態１に示した例と同様の組成比であればよい。。活性層１３としては、例えば、実施の形態１に示した歪量子井戸活性層の例と同様の活性層を形成すればよい。各層の形成にあたっては、例えば、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法を用いることができる。
次に図７（ｂ）に示すように、上記各層からなる積層体の最上層であるｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５上に、酸化シリコン膜１８を堆積させる。堆積は、例えば、熱ＣＶＤ法（大気圧、３７０℃）により行えばよい。また、その厚さは、例えば、０．３μｍである。
次に、酸化シリコン膜１８の端面近傍の領域（例えば、端面から５０μｍの幅の領域）を除去し（図示せず）、ｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５を露出させる。続いて、この露出部にＺｎなどの不純物原子を熱拡散させ、活性層１３の端面近傍の領域を無秩序化させる。
次に図７（ｃ）に示すように、酸化シリコン膜１８を所定の形状にパターニングする。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー法とドライエッチング法とを組み合わせて行えばよい。所定の形状とは、例えば、実施の形態１に示した半導体レーザ装置におけるリッジの形状と同一であればよい。すなわち、例えば図３（ａ）あるいは図３（ｂ）に示すリッジの形状に酸化シリコン膜１８をパターニングすればよい。続いて、所定の形状にパターニングした酸化シリコン膜１８をマスクとして、塩酸系エッチャントなどを用いてｐ形ＧａＩｎＰ保護層１５を選択的にエッチングし、更に硫酸系または塩酸系エッチング液などを用いてｐ形ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１４を選択的にエッチングし、メサ状のリッジを形成する。
次に図７（ｄ）に示すように、酸化シリコン膜１８をマスクとして、ｐ形ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１４上にｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１６を選択的に成長させる。厚さは、例えば、０．７μｍとする。成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いればよい。
次に図７（ｅ）に示すように、弗酸系エッチング液などを用いて酸化シリコン膜１８を除去する。次に図７（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法などを用いて、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層１７を堆積する。最後に素子を所望の共振器長にへき開後、前端面、後端面にアモルファスＳｉ，ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等の誘電体膜を、所望の反射率となるようにコーティングすればよい。
（実施の形態２）
実施の形態２における光ピックアップ装置について、図８および図９を参照して説明する。本実施の形態のピックアップ装置は、上述した実施の形態における半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置から出射した光が記録媒体において反射した反射光を受光する受光部とを備えている。
図８は、本実施の形態における光ピックアップ装置の一例を示す断面図である。この光ピックアップ装置は、半導体レーザ装置２０が設置された基板２１に、受光素子２２が形成された構造を有する。基板２１は段差部を有し、その低部表面に、台座２３を介して半導体レーザ装置２０が固定されている。段差部の斜面に光学素子２４が形成されている。基板２１の高部表面に、受光素子２２が形成されている。
光学素子２４は、半導体レーザ装置２０から出射したレーザ光２５を、基板２１の表面の法線方向に反射する。光学素子２４は、例えば、基板２１の表面をウェットエッチングにより結晶の面方位がでるように加工することにより形成される。受光素子２２としては、例えば、フォトダイオードを用いればよい。半導体レーザ装置２０を台座２３の上に配置するのは、レーザ光２５が基板２１の表面で反射する影響を抑制するためである。
この光ピックアップ装置では、受光部２２と発光部である半導体レーザ装置２０とが同一基板２１上に集積化されているため、光ピックアップ装置を小型化することが容易である。また、半導体レーザ装置２０は、ＦＦＰの光軸が安定化され、高出力まで基本横モード発振が可能であるため、ＤＶＤなどの様々なフォーマットの光ディスクに対応した光ピックアップ装置に適している。
図９は、本実施の形態における光ピックアップ装置の他の例を示す断面図である。この光ピックアップ装置では、基板２６の表面は平坦であり、半導体レーザ装置２０は、受光素子２２が形成された面と同一面上に配置されている。半導体レーザ装置２０と受光素子２２の間の基板２６上に、半導体レーザ装置２０から出射したレーザ光２５を、基板２６の表面の法線方向に反射する反射ミラー２７が配置されている。このような光ピックアップ装置の構成により、図８に示した光ピックアップ装置と同様の効果を得ることができる。
以上のように、本実施の形態における光ピックアップ装置の構成により、ＦＦＰの光軸が安定化され、高出力まで基本横モード発振による動作を可能とすることができる。
また、本実施の形態の光ピックアップ装置において、記録媒体により反射された反射光を分岐する光分岐部をさらに備え、受光部が、光分岐部によって分岐された反射光を受光するようにしてもよい。
また、半導体レーザ装置と受光部とは、同一の基板上に配置されていなくともよいが、同一の基板上に配置されていた方が、光ピックアップ装置をより小型にすることができる。また、半導体レーザ装置から出射した光を基板の表面の法線方向に反射する光学素子を基板上に設けることも必須ではない。
なお、以上の実施の形態では、ＧａＡｌＩｎＰ系半導体レーザ装置の場合を例として説明を行ったが、リッジ導波路型の半導体レーザ装置であれば、その他の組成、構造であっても本発明を適用することができる。
本発明に係る半導体レーザ装置は、高出力かつ高信頼性を有するので、ＤＶＤやＣＤ等の記録用途光ディスク装置への適用に有用である。
本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を示す断面図 本発明の実施の形態における半導体レーザ装置の共振器方向の光分布強度を示す図 （ａ）一実施例の半導体レーザ装置の共振器方向に沿ったリッジ底部の幅の分布を示す図、（ｂ）他の実施例の半導体レーザ装置の共振器方向に沿ったリッジ底部の幅の分布を示す図 リッジ底部の最小幅と電流−光出力特性における微分効率との関係を示す図 本発明の実施の形態の半導体レーザ装置におけるリッジ底部の最小幅と最大光出力との関係を示す図 本発明および従来の半導体レーザ装置における電流−光出力特性の一例を示す図 本発明の実施の形態１における半導体レーザ装置を製造する方法を示す断面図 本発明の実施の形態２における光ピックアップ装置を示す断面図 同実施の形態における他の構成の光ピックアップ装置を示す断面図 従来例の半導体レーザ装置を示す断面図
符号の説明
１０ ｎ形ＧａＡｓ基板
１１ ｎ形ＧａＡｓバッファ層
１２ ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層
１３ 活性層
１４ ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層
１５ ｐ形ＧａＩｎＰ保護層
１６ ｎ形ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１７ ｐ形ＧａＡｓコンタクト層
１８ 酸化シリコン膜
２０ 半導体レーザ装置
２１、２６ 基板
２２ 受光素子
２３ 台座
２４ 光学素子
２５ レーザ光
２７ 反射ミラー
１０１ ｎ形ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ形ＧａＡｓバッファ層
１０３ ｎ形ＧａＩｎＰバッファ層
１０４ ｎ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰクラッド層
１０５ 歪量子井戸活性層
１０６ ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１クラッド層
１０７ ｐ形ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１０８ ｐ形（ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２クラッド層
１０９ ｐ形ＧａＩｎＰ中間層
１１０ ｐ形ＧａＡｓキャップ層
１１１ ｎ形ＧａＡｓ電流ブロック層
１１２ ｐ形ＧａＡｓコンタクト層
ｂ１ （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１バリア層
ｂ２ （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２バリア層
ｇ１ （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第１ガイド層
ｇ２ （ＡｌＧａ）ＩｎＰ第２ガイド層
ｗ１ ＧａＩｎＰ第１ウェル層
ｗ２ ＧａＩｎＰ第２ウェル層
ｗ３ ＧａＩｎＰ第３ウェル層

Claims (10)

  1. 基板上に形成された、第１の導電型クラッド層と、活性層と、第２の導電型クラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する半導体レーザにおいて、
    前記ストライプの幅が共振器方向に対して変化し、前端面から前記ストライプの幅が最小値となる位置までの距離をＬ１、前記半導体レーザの共振器長をＬ、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとき、Ｌ１が、Ｌ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）で表される位置から２００μｍの範囲内にあり、Ｒｆ＜Ｒｒであることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 基板上に形成された、第１の導電型クラッド層と、活性層と、第２の導電型クラッド層とを備え、キャリアを注入するためのストライプ構造を有する半導体レーザにおいて、
    前記ストライプの幅が前端面から後端面に向かって連続的に減少する領域を有し、前記前端面から、前記ストライプの幅が連続的に減少する領域における前記ストライプの幅が最小値となる位置までの距離をＬ１、前記半導体レーザの共振器長をＬ、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとするとき、Ｌ１が、Ｌ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）で表される位置から２００μｍの範囲内にあり、Ｒｆ＜Ｒｒであることを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 前記前端面および後端面の近傍において、前記前端面および前記後端面から共振器内部に向かって、前記ストライプの幅が一定である領域を有する請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
  4. 前記Ｌ１がＬ×Ｌｏｇe（Ｒｆ）／Ｌｏｇe（Ｒｆ×Ｒｒ）にほぼ等しい請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  5. 前記前端面および後端面少なくとも一方の近傍における前記活性層が、不純物の拡散により無秩序化されている請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射した光が反射されてきた反射光を受光する受光部とを備えた光ピックアップ装置。
  7. 前記反射光を分岐する光分岐部をさらに備え、前記受光部は、前記光分岐部によって分岐された前記反射光を受光する請求項６に記載の光ピックアップ装置。
  8. 前記半導体レーザ装置と前記受光部とが、同一の基板上に形成されている請求項６または７に記載の光ピックアップ装置。
  9. 前記半導体レーザ装置から出射した光を前記基板の表面の法線方向に反射する光学素子を前記基板上に備えた請求項６に記載の光ピックアップ装置。
  10. 前記光学素子が反射ミラーである請求項９に記載の光ピックアップ装置。
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