(57)【要約】【課題】半導体レーザ装置の光特性を維持したまま、光出力モニタ機能を付加することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、基板１１と、基板１１上に設けられた素体１２と、素体１２内に設けられレーザ光を出射するレーザストライプ１３と、レーザストライプ１３の出射面側に設けられた窓部１４と、素体１２内に設けられたモニタ部１５と、を備え、窓部１４の屈折率とレーザストライプ１３の屈折率とが異なり、窓部１４によるレーザ光の反射光がモニタ部１５の少なくとも一部に入射するようモニタ部１５が配置されたレーザ装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた素体と、
前記素体内に設けられレーザ光を出射するレーザストライプと、
前記レーザストライプの出射面側に設けられた窓部と、
前記素体内に設けられたモニタ部と、
を備え、
前記窓部の屈折率と前記レーザストライプの屈折率とが異なり、
前記窓部による前記レーザ光の反射光が前記モニタ部の少なくとも一部に入射するよう前記モニタ部が配置された
レーザ装置。
【請求項２】
前記窓部に対する垂線と前記レーザ光とがなす角度と、
前記窓部に対する垂線と前記反射光とがなす角度とが等しい
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記素体は活性層を有し、
前記活性層内に前記レーザストライプが配置されており、
前記反射光が前記活性層内を通過して前記モニタ部に入射する
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記窓部に対する垂線が、
前記活性層内に含まれる
請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記反射光が
前記活性層の上面と下面の双方に反射されることなく前記モニタ部に入射する
請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記反射光が
前記活性層の上面と下面の内少なくとも一方に反射され前記モニタ部に入射する
請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記モニタ部は
ｐ層と、
ｎ層と、
前記ｐ層とｎ層との間に設けられたアンドープ層と、
を有し、
前記反射光が前記アンドープ層に入射する
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記アンドープ層の膜厚は前記レーザストライプの膜厚よりも厚い
請求項７に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられ、レーザ光をモニタするモニタ部を有する半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置等の光源として半導体レーザが利用されている。このような装置に用いる場合、出力を安定に制御するために、光出力をモニタするための光受光素子と組み合わせて用いられることが多い。ただし異なるプロセスで形成された個別の半導体レーザと光受光素子を組み合わせてモジュール化する場合、組立工数が増加し、モジュールのサイズも大きくなる。そのため、半導体レーザと光受光素子を同一プロセスでモノリシックに形成した半導体レーザが提案されている。
【０００３】
モノリシック型半導体レーザの構成としては、半導体レーザの後端側にモニタが形成された型と、レーザストライプの側方にモニタが形成された型があるが、側方型のほうが素子面積を増やすことなくモニタ機能を実装できるためコスト増を抑制することができる。
【０００４】
半導体レーザのレーザストライプの側方にモニタを実装した装置としては、例えば図１３、図１４に示すごとく、基板１と、基板１上に設けられた素体２と、素体２内に設けられたｎ型ＩｎＰバッファ層３１とＩｎＧａＡｓＰ活性層３２とｐ型ＩｎＰクラッド層３３とｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３４をストライプ状に形成したレーザストライプ３と、素体２内においてレーザストライプ３の一部を横切るように設けられた溝部４と、素体２上面に設けられたｐ型ＩｎＧａＡｓ受光層４０、電極４１、及び素体２内に設けられたｎ型ＩｎＰ埋込層３６の一部３６Ａとからなるモニタ部５と、を備える構成とし、溝部４は、レーザ光が入射される入射面４Ａと、一部のレーザ光をモニタ部５へ反射し、その他のレーザ光を透過する出射面４Ｂを有し、この入射面４Ａおよび出射面４Ｂに反射された一部のレーザ光をモニタ部５が受光しモニタすることを可能とする構成が提案されていた。
【０００５】
この構成に関する先行技術文献情報としては、特許文献１を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−０１８６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような半導体レーザのレーザストライプに溝部を形成する構成では、光特性の劣化が課題となる。
【０００８】
即ち、上記の構成において、溝部４の入射面４Ａと出射面４Ｂの平行度が低い場合、例えば導波モードの位相の不均一化や強度分布の乱れ等が起こってしまい、光特性に対する悪影響が生じてしまっていた。
【０００９】
そこで本発明は、モニタ機能を有する半導体レーザ装置の光特性の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するために本発明は、基板と、前記基板上に設けられた素体と、前記素体内に設けられレーザ光を出射するレーザストライプと、前記レーザストライプの出射面側に設けられた窓部と、前記素体内に設けられたモニタ部と、を備え、前記窓部の屈折率と前記レーザストライプの屈折率とが異なり、前記窓部による前記レーザ光の反射光が前記モニタ部の少なくとも一部に入射するよう前記モニタ部が配置されたレーザ装置とした。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成とすることにより、前記窓部と前記レーザストライプとの境界面がレーザ光に対する入射面と出射面との双方を兼ねることになるため、入射面と出射面とが一致し、上述の平行度に起因した光特性に対する悪影響の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１におけるレーザ装置の上方から見た断面図
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図
【図３】実施の形態１におけるレーザ装置の上方から見た断面図
【図４】図３のＡ−Ａ’断面図
【図５】実施の形態１におけるレーザ装置の活性層の断面図
【図６】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図７】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図８】図３のＢ−Ｂ’断面図
【図９】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図１０】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図１１】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す断面図
【図１２】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造工程を示す図
【図１３】従来のレーザ装置の上面図
【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態）
以下、実施の形態１におけるレーザ装置について図面を参照しながら説明する。実施の形態１におけるレーザ装置は、図１、図２に示すごとく、基板１１と、基板１１上に設けられた素体１２と、素体１２内に設けられレーザ光を生成し導波するレーザストライプ１３と、素体１２内におけるレーザストライプ１３の出射面側に設けられた窓部１４と、素体１２内に設けられたモニタ部１５と、を備えている。
【００１４】
ここで、窓部１４の屈折率とレーザストライプ１３の屈折率とを異ならせているため、レーザストライプ１３を通過してきたレーザ光の一部は、この屈折率差により反射する。
【００１５】
そして、この窓部１４によるレーザ光の反射光がモニタ部１５の少なくとも一部に入射するようモニタ部１５を素体１２内に配置している。即ち、窓部１４に対する垂線とレーザ光とがなす角度と、垂線と反射光とがなす角度とを等しくしている。
【００１６】
このような構成とすることにより、窓部１４とレーザストライプ１３との境界面がレーザ光に対する入射面と出射面との双方を兼ねることになるため、入射面と出射面とが一致し、光特性に対する悪影響の発生を抑制することができる。
【００１７】
以下、より具体的な構成について説明する。
【００１８】
図１、図２に示すごとく、基板１１の上方には素体１２が形成されている。素体１２の内部では、基板１１の上方にｎ層１６が形成され、このｎ層１６の上方には活性層１７が形成され、この活性層１７の上方にはｐ層１８が形成されている。
【００１９】
素体１２に電極２０から電流を注入すると、活性層１７に電流が集中することによりレーザ光が発生する。さらに活性層１７とｎ層１６、活性層１７とｐ層１８との屈折率等の差によりレーザ光が閉じ込められることによりレーザストライプ１３においてレーザ光が導波される。
【００２０】
そして、このレーザストライプ１３の出射面側に窓部１４を設けている、この窓部１４を設けることにより、レーザ端面でレーザ光が吸収されて発熱することによる特性劣化を防ぐことができる。
【００２１】
ここで、この窓部１４の屈折率とレーザストライプ１３の屈折率とを異ならせている。具体的には、光が導波されるレーザストライプ１３はＧａＡｓ材料で構成されるため屈折率は３．３程度であり、窓部１４ではＧａＡｓにＺｎ等が添加されることで屈折率が高くなる。この屈折率差を利用して、レーザストライプ１３を通過してきたレーザ光の一部を反射させている。
【００２２】
そして、本実施の形態においては、素体１２内にフォトダイオード等からなるモニタ部１５を形成しており、モニタ部１５は、ｐ層４８、アンドープ層４９、ｎ層４６からなるｐｉｎ構造としている。
【００２３】
ここで、このモニタ部１５の配置としては、窓部１４によるレーザ光の反射光がモニタ部１５の少なくとも一部に入射するよう配置している。窓部１４に対する垂線とレーザ光とがなす角度と、垂線と反射光とがなす角度とを等しくしている。
【００２４】
以下、本実施の形態におけるレーザ装置の他の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
発光波長が７００〜８００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置は、図３、図４に示すごとく、基板１１と、基板１１上に設けられた素体１２と、素体１２の出射面側に設けられた窓部１４と、素体１２内に設けられたモニタ部１５と、を備えている。
【００２６】
ここで、窓部１４の屈折率を、活性層１７の屈折率とは異なるように形成しているため、活性層１７を通過してきたレーザ光の一部は、この屈折率差により反射する。
【００２７】
そして、この窓部１４によるレーザ光の反射光がモニタ部１５の少なくとも一部に入射するようモニタ部１５を基板１１の上方に配置している。即ち、窓部１４に対する垂線とレーザ光とがなす角度と、垂線と反射光がなす角度とを等しくしている。
【００２８】
このような構成とすることにより、窓部１４とレーザストライプ１３との境界面がレーザ光に対する入射面と出射面との双方を兼ねることになるため、入射面と出射面とが一致し、光特性に対する悪影響の発生を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、窓部１４により反射された反射光は活性層１７を通過してモニタ部１５に入射するが、基板１１垂直方向における窓部１４の傾きによっては、反射光が活性層１７の上面又は下面に反射された後にモニタ部１５に入射する場合もあれば、反射光が活性層１７の上面及び下面に反射されることなくモニタ部１５に入射する場合もある。
【００３０】
反射光が活性層１７の上面方向又は下面方向に反射された場合、反射光の一部が活性層１７の上層であるｐ層１８に吸収される、又は活性層１７の下層であるｎ層１６に吸収されてしまうため、反射光が活性層１７の上面及び下面に反射されることなくモニタ部１５に入射する構成にすることが望ましい。その構成を実現するためには、窓部１４に対する垂線が活性層１７内に含まれる構成とすることが望ましい。
【００３１】
ただし、反射光が活性層１７の上面又は下面に反射されながらモニタ部１５に到達する構成としたとしても、上述した光特性に対する悪影響の発生を抑制することができるという効果は得ることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、モニタ部１５がｐ層４８、アンドープ層４９、ｎ層４６を有しており、このアンドープ層４９に窓部１４からの反射光が入射する構成としている。この反射光を効率よくアンドープ層４９に入射させるため、アンドープ層４９の膜厚はレーザストライプ１３の膜厚、即ち活性層１７の膜厚よりも厚い構成としている。
【００３３】
なお、活性層１７の材料とモニタ部１５の材料を同一系統の材料で構成することにより、屈折率差が小さくなり、窓部１４から反射光がモニタ部１５により反射されることを抑制することができる効果が得られる。ただし、反射率は屈折率差の２乗の値となるため、同一系統の材料で構成しなかったとしても反射光の大部分はモニタ部１５に入射するため、上述した光特性に対する悪影響の発生を抑制することができるという効果は得ることができる。
【００３４】
以下において、本実施の形態における他の実施例について説明する。
【００３５】
図４に示すごとく、基板１１の上方にはｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１６ａが形成され、このｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１６ａの上方にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６ｂが形成され、このｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６ｂの上方には単一量子井戸（ＳＱＷ）または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１７が形成され、この活性層１７の上方にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａが形成され、このｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａの上方にはＧａＡｓからなるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂが形成されている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａの上部とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂは、共振器方向に伸びるストライプ形状をしている。このｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂの側面及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａの上面におけるｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂの非形成部にはＡｌＩｎからなるｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２１が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂとｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２１の上方には、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを材料とするｐ側電極２２が形成されている。基板１１の裏側には、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉを材料とするｎ側電極２３が形成されている。
【００３６】
活性層１７がＳＱＷの場合、図５に示すごとく、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層１７ａと、ＧａＡｓウェル層１７ｂと、ＡｌＧａＡｓバリア層１７ｃと、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１７ｄとを含むよう形成することが可能である。
【００３７】
共振器の前端面には、図３に示すごとく、発振波長に対して低反射率となる第１の端面コート２６が、後端面には高反射率となる第２の端面コート２７が、誘電体膜により形成されている。
【００３８】
以上の構成により、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂから注入された電流は、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２１でその範囲が規定され、共振器方向に伸びるストライプ形状のリッジ部１００に狭窄され、その下部にある活性層１７に集中されることでキャリアの反転分布を生じ、レーザ発振を実現する。ストライプ形状のリッジ部１００の下方に位置する活性層１７において、レーザ光が導波する領域がレーザストライプ１３である。
【００３９】
レーザ共振器端面付近で高出力光によるジュール熱が温度上昇を引き起こすと、活性層１７のバンドギャップエネルギーが縮小し、光吸収が増加してさらに温度上昇が生じる正のフィードバックが起こり、これにより端面でＣＯＤが発生する。活性層１７の出射面側の窓部１４は、端面付近の活性層１７に不純物を拡散してあらかじめバンドギャップエネルギーを拡大することで、この端面破壊を防ぐために設けられているものである。
【００４０】
ここで、この窓部１４の屈折率と活性層１７の屈折率は、組成の差異により異なる値になっている。具体的には、活性層１７はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ材料より形成されていて屈折率は３．３程度であり、活性層１７のうちの窓部１４にはＺｎが拡散されることにより屈折率が１×１０-3程度高くなる。この屈折率の差を利用して、レーザストライプ１３を通過してきたレーザ光の一部を反射させている。
【００４１】
そして素体１２内には、フォトダイオード等からなるモニタ部１５を形成している。図４に示すごとく、モニタ部１５において、基板１１の上方にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層４８ｃが形成され、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層４８ｃの上方にはアンドープＧａＡｓ層４９ａが形成され、アンドープＧａＡｓ層４９ａの上方にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４６ｃが形成され、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４６ｃの上方にはＡｕＧｅ／Ｎｉを材料とするｎ側電極２４が形成されている。他方でｎ型ＧａＡｓからなる基板１１の裏側におけるモニタ部１５の下方に位置する部分には、ｎ側電極２３と電気的に分離された状態で、ＡｕＧｅ／Ｔｉを材料とするｐ側電極２５が形成されている。
【００４２】
ここで、この素体１２内におけるモニタ部１５の配置は、窓部１４によるレーザ光の反射光がモニタ部１５の少なくとも一部に入射するよう配置されている。窓部１４に対する垂線とレーザ光とがなす角度と、垂線と反射光とがなす角度とを等しくしている。これにより出射端面からの出力に比例した光量をモニタすることが可能になる。
【００４３】
次に、本実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００４４】
図６に示すように、主表面が（１００）面に対して１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓを材料とする基板１１上に、第１の結晶成長工程においてはＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用いてｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１６ａ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６ｂ、単一量子井戸（ＳＱＷ）または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂを形成する。活性層１７がＳＱＷの場合、図５に示すごとく、ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層１７ａ、ＧａＡｓウェル層１７ｂ、ＡｌＧａＡｓバリア層１７ｃ、ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１７ｄを形成する。
【００４５】
第１の結晶成長工程を終えた基板１１を成長炉から取り出し、フォトリソ技術でレジストパターンを形成し、これをマスクとしてレジストパターンの形成されていない領域をエッチング液で除去する。図７に、レジストパターンをレジスト除去液で除去した後の構造を示す。
【００４６】
次に、図８を用いて窓部１４の形成方法を以下に示す。大気圧ＣＶＤ法でｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂの上に拡散材料９９を堆積させ、フォトリソ技術でレジストパターンを形成し、パターンのない領域をドライエッチ技術で除去することで窓部１４が所望の長さになるよう形成する。アニールにより拡散材料９９からＺｎを活性層１７に拡散させることで窓部１４を形成した後、拡散材料９９を除去する。
【００４７】
なお、本実施の形態において、窓部１４はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６ｂの一部にまで形成する構成としているが、少なくとも活性層１７におけるレーザストライプ１３の端面に形成していれば良い。
【００４８】
次に、リッジ部１００の形成方法を以下に示す。大気圧ＣＶＤ法を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂの上に酸化シリコン膜を堆積させ、この酸化シリコン膜の上方に、フォトリソ技術で上述のレーザストライプ１３に対応するストライプ形状のレジストを酸化シリコン膜の上方に形成する。このレジストパターン形成部外の酸化シリコン膜をドライエッチング技術で除去することにより、上述のレーザストライプ１３に対応するストライプ形状のマスクを形成する。このストライプ形状の酸化シリコン膜をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８ａを選択的にエッチングして、図９に示すごとく、素体１２にストライプ状のリッジ部１００を形成する。
【００４９】
次に、図１０に示すように、第２の結晶成長工程においてＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用いて、酸化シリコン膜のマスクを利用して、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２１を選択成長させる。その後、基板１１を成長炉から取り出し、酸化シリコン膜を除去する。
【００５０】
次に、モニタ部１５の形成方法を以下に示す。図１１に示すように、第３の結晶成長工程においてＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法を用いて、基板１１の上方にｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層４８ｃを形成し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層４８ｃの上方にはアンドープＧａＡｓ層４９ａを形成し、アンドープＧａＡｓ層４９ａの上方にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４６ｃを形成する。
【００５１】
最後に、フォトリソ技術を用いてマスクを形成し、このマスク形成部位外の部分に電極を形成する。具体的には、図１２に示すように、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１８ｂとｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２１の上方にｐ側電極２２を形成し、モニタ部１５の上方にｎ側電極２４を形成し、基板１１の下方にｎ側電極２３、ｐ側電極２５を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の半導体レーザは、光特性に対する悪影響の発生を抑制することができるという効果を有し、光ディスク用光源、光通信用光源、ＨＤＤ加熱用光源、その他の電子装置、情報処理装置などにおいて有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１１  基板
１２  素体
１３  レーザストライプ
１４  窓部
１５  モニタ部
１６  ｎ層
１６ａ  ｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層
１６ｂ  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１７  活性層
１７ａ  ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層
１７ｂ  ＧａＡｓウェル層
１７ｃ  ＡｌＧａＡｓバリア層
１７ｄ  ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層
１８  ｐ層
１８ａ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８ｂ  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２０  電極
２１  ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
２２、２５  ｐ側電極
２３、２４  ｎ側電極
２６  第１の端面コート
２７  第２の端面コート
３１  ｎ型ＩｎＰバッファ層
３２  ＩｎＧａＡｓＰ活性層
３３  ｐ型ＩｎＰクラッド層
３４  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
３６  ｎ型ＩｎＰ埋込層
３６Ａ  一部
４０  ｐ型ＩｎＧａＡｓ受光層
４１  電極
４６  ｎ層
４６ｃ  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層
４８  ｐ層
４８ｃ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
４９  アンドープ層
４９ａ  アンドープＧａＡｓ層
９９  拡散材料
１００  リッジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014146632.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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