(57)【要約】【課題】リッジを有する半導体レーザ装置におけるＦＦＰの対称性を改善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本発明は、第１のクラッド層４１と、第１のクラッド層４１上方に設けられた活性層４２と、活性層４２上方に設けられた第２のクラッド層４３と、第２のクラッド層４３上方に設けられたリッジ４４と、を備え、活性層４２は、その上方にリッジ４４が配置された中央領域４２Ａと、リッジ４４が配置されていない第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃと、を有し、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃの少なくとも一部に第１の不純物が拡散された第１の不純物拡散領域４５を有し、第１の不純物拡散領域４５のバンドギャップが、中央領域４２Ａのバンドギャップよりも大きい構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上方に設けられた活性層と、
前記活性層上方に設けられた第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層上方に設けられたリッジと、
を備え、
前記活性層は、
その上方に前記リッジが配置された中央領域と、
その上方に前記リッジが配置されていない端領域と、を有し、
前記端領域の少なくとも一部に第１の不純物が拡散された第１の不純物拡散領域を有し、
前記第１の不純物拡散領域のバンドギャップが、前記中央領域のバンドギャップよりも大きい
半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記活性層に略平行で且つ前記リッジの共振器方向に略平行な方向において、
前記第１の不純物拡散領域が断続的に設けられた
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記端領域が
前記中央領域に対して一方側に配置された第１の端領域と
前記中央領域に対して他方側に配置された第２の端領域とを含み、
前記第１の端領域における前記第１の不純物拡散領域の配置と
前記第２の端領域における前記第１の不純物拡散領域の配置とが
前記中央領域に対して非対称である
請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記端領域が
前記中央領域に対して一方側に配置された第１の端領域と
前記中央領域に対して他方側に配置された第２の端領域とを含み、
前記第１の端領域における前記第１の不純物拡散領域の配置と
前記第２の端領域における前記第１の不純物拡散領域の配置とが
前記中央領域に対して対称である
請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記活性層に略平行で且つ前記リッジの共振器方向に交差する方向において、
前記第１の不純物拡散領域が断続的に設けられた
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記中央領域の少なくとも一端に第２の不純物が拡散された第２の不純物拡散領域を有する
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の不純物拡散領域において拡散される不純物と前記第２の不純物拡散領域において拡散される不純物とが同一である
請求項６に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１の不純物が前記活性層から前記第２のクラッド層まで拡散された
請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
モーションセンサ用光源やディスプレイ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられる半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の半導体レーザは、図７に示すごとく、基板１０と、前記基板１０の上方に設けられた下部クラッド層１２と、下部クラッド層１２の上方に設けられた活性層１４と、活性層１４の上方に設けられた上部クラッド層１６Ａと、上部クラッド層１６Ａ上方に設けられたリッジ部２０とを備えている。
【０００３】
そして、リッジ部２０の上方には上部電極２２を有し、この上部電極２２とリッジ部２０との間にはコンタクト層１９を設けている。
【０００４】
このコンタクト層１９は広領域３１と狭領域３２を有しており、この狭領域３２の側部に不純物拡散領域を形成している。また、この不純物拡散領域は狭領域３２の側部に対応する活性層１４内にまで拡散されている。
【０００５】
このような構成とすることにより、不純物拡散領域に存在する活性層１４のバンドギャップを、レーザ発振波長より大きくすることで、レーザ端面での光吸収による発熱を抑えることができ、その結果としてリッジ部２０端面からの劣化を抑制する構成としていた。
【０００６】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−３４２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような従来の半導体レーザ装置では、ＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の対称性が悪いことが問題となっていた。以下、その理由について説明する。
【０００９】
上記従来の構成においては、活性層１４における屈折率分布は、リッジ部２０の下方に位置する中央領域１４Ａが、リッジ部２０の下方に位置しない端領域１４Ｂよりも高くなっており、中央領域１４Ａと端領域１４Ｂの屈折率の差である屈折率差Δｎにより水平方向の光閉じ込めが制御される。なお、この水平方向とは、リッジ部２０における共振方向に略垂直で且つ基板１０に略平行な方向を意味する。
【００１０】
ここで、この半導体レーザ装置を作製する際には、その加工精度等の要因により、上記屈折率差Δｎにより制御され閉じ込められていた水平方向の光分布に偏りが発生してしまい、図８に示すごとく、ＦＦＰの中心位置がリッジの中心からずれ、その対称性が悪くなってしまっていた。ここで、この図８は横軸に出射光の水平拡がり角度を示し、縦軸に出射光の光強度を示している。
【００１１】
そこで本発明は、実屈折率閉じ込め型の半導体レーザ装置におけるＦＦＰの対称性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そして、この目的を達成するために本発明は、第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上方に設けられた活性層と、前記活性層上方に設けられた第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上方に設けられたリッジとを備え、前記活性層は、その上方に前記リッジが配置された中央領域と、その上方に前記リッジが配置されていない端領域と、を有し、前記端領域の少なくとも一部に第１の不純物が拡散された第１の不純物拡散領域を有し、前記活性層における前記第１の不純物拡散領域のバンドギャップが、前記中央領域のバンドギャップよりも大きい半導体レーザ装置とした。
【発明の効果】
【００１３】
このような構成とすることにより、ＦＦＰの対称性を改善することができる。以下、その理由について説明する。
【００１４】
まず、リッジ形成部下方の導波路内においては、横モード多重発振をしている高次モードにより形成された光分布が存在している。この光分布において、前記端領域の光吸収を増加させることにより、前記端領域に強い光強度を持っている高次モードの光吸収を増大させ、その強度を低減することができる。そのため、レーザ発振に関して、前記中央領域の高次モードが支配的となり、課題であった外的要因による光分布への影響を相対的に小さくすることができる。その結果、ＦＦＰの光分布を中心に寄せることができ、ＦＦＰの対称性を改善することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１における半導体レーザ装置の斜視図
【図２】実施の形態１における半導体レーザ装置におけるＦＦＰ形状を示す図
【図３】実施の形態１における半導体レーザ装置の他の実施例を示す斜視図
【図４】実施の形態１における半導体レーザ装置の他の実施例を示す斜視図
【図５】実施の形態１における半導体レーザ装置の他の実施例を示す斜視図
【図６】実施の形態１における半導体レーザ装置の製造方法において使用するマスクの上面図
【図７】従来の半導体レーザ装置の構成を示す斜視図
【図８】従来の半導体レーザ装置におけるＦＦＰ形状を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１における半導体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における半導体レーザ装置は、図１に示すごとく、第１のクラッド層４１と、第１のクラッド層４１上方に設けられた活性層４２と、活性層４２上方に設けられた第２のクラッド層４３と、第２のクラッド層４３上方に設けられたリッジ４４と、を備えている。
【００１７】
そして、活性層４２は、その上方にリッジ４４が配置された中央領域４２Ａと、その上方にリッジ４４が配置されていない第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃと、を有し、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃの少なくとも一部に第１の不純物が拡散された第１の不純物拡散領域４５を有している。
【００１８】
ここで、活性層４２における第１の不純物拡散領域４５のバンドギャップが、中央領域４２Ａのバンドギャップよりも大きい構成としている。
【００１９】
このような構成とすることにより、ＦＦＰの対称性を改善することができる。以下、その理由について説明する。
【００２０】
まず、リッジ４４形成部下方の導波路内においては、横モード多重発振をしている高次モードにより形成された光分布が存在している。この光分布において、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃの光吸収を増加させることにより、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに強い光強度を持っている高次モードの光吸収を増大させ、その強度を低減することができる。そのため、レーザ発振に関して、中央領域４２Ａの高次モードが支配的となり、課題であった外的要因による光分布への影響を相対的に小さくすることができる。その結果、ＦＦＰの光分布を中心に寄せることができ、図２に示すごとく、ＦＦＰの対称性を改善することができるのである。ここで、図２は横軸に出射光の水平拡がり角度を示し、縦軸に出射光強度を示している。
【００２１】
なお、このような第１の不純物拡散領域４５を有する半導体レーザ装置は、下記の方法により製造することができる。
【００２２】
まず、第１のクラッド層４１、活性層４２、第２のクラッド層４３を含む積層体を形成する。ここで、第２のクラッド層４３は、図１において示したリッジ４４の厚みを含む厚みで形成されている。
【００２３】
次に、第２のクラッド層４３の上方に図６に示すようなマスク４７を配置する。具体的には、図１に示した第１の不純物拡散領域４５を形成する部分に図６のマスク開口部４８が配置されるよう、マスク４７を配置する。そして、マスク開口部４８から露出している第１の不純物拡散領域４５を形成する部分に該当する第２のクラッド層４３の上面に、ＺｎＯ膜を堆積し、更にキャップ層としてＳｉＯ２膜を堆積する。
【００２４】
その後、６００℃で全体をアニールすることで、Ｚｎを選択的に第２のクラッド層４３、及び活性層４２内において拡散させる。具体的には前記ＺｎＯ膜からのＺｎが第２のクラッド層４３に含まれているＺｎを活性層４２にまで押し出す、もしくは前記ＺｎＯ膜からのＺｎが活性層４２にまで拡散されることにより、活性層４２内において第１の不純物拡散領域４５を形成することができる。この第１の不純物拡散領域４５のＺｎ濃度は、例えばＥ１８ｃｍ−３後半からＥ１９ｃｍ−３前半程度になる。
【００２５】
次に、キャップ層であるＳｉＯ２及びＺｎＯ膜を除去する。
【００２６】
その後、活性層４２の中央領域４２Ａ上方に位置するリッジ４４形成部を残して、ドライエッチング法及びウエットエッチング法を用い第２のクラッド層４３の端部をエッチングすることにより、図１に示すようなリッジ４４を有する半導体レーザ装置を得ることができる。
【００２７】
なお、活性層４２へのキャリアの注入はリッジ４４の上部に存在するｐ電極（図示せず）と第１のクラッド層４１下部に存在するｎ電極（図示せず）とによる電流注入により行う。
【００２８】
なお、図１に示す実施例においては、活性層４２に略平行で且つリッジ４４の共振器方向に略平行な方向において、第１の不純物拡散領域４５が断続的に設けられる構成としている。
【００２９】
第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに設けられた第１の不純物拡散領域４５を共振器方向に断続的に配置することで、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃの光吸収量を共振器方向に平均的に任意に調整することができる。このため多重横モード発振している高次モードの光吸収量を調整することができ、注入電流に対する光出力比であるスロープ効率の低下を調整することが可能となる。また投入電力に対する光出力比である電力変換効率の低下を最小限に調整することができる。
【００３０】
そして、図１に示す実施例においては、第１の端領域４２Ｂにおける第１の不純物拡散領域４５の配置と第２の端領域４２Ｃにおける第１の不純物拡散領域４５の配置とを中央領域４２Ａに対して非対称としている。
【００３１】
このような構成とすることにより、効果的に導波路内側の高次モードが支配的に発振することができる。以下、その理由について説明する。導波路内の光分布は、第１の端領域４２Ｂ側に第１の不純物拡散領域４５がある場合は、導波路内光分布両端の高次モードの内、第１の端領域４２Ｂ側の光吸収が多くなるため、第２の端領域４２Ｃ側に光分布が偏ることになる。また、第２の端領域４２Ｃ側に不純物拡散領域がある場合は、導波路内光分布両端の高次モードの内、第２の端領域４２Ｃ側の光吸収が多くなるため、第１の端領域４２Ｂ側に光分布が偏ることになる。従って、第１の端領域４２Ｂにおける第１の不純物拡散領域４５の配置と第２の端領域４２Ｃにおける第１の不純物拡散領域４５の配置とを中央領域４２Ａに対して非対称な構成とすることにより、第１の端領域４２Ｂに偏る光分布、及び第２の端領域４２Ｃに偏る光分布の双方を両立できる高次モードのみが定在波として共振器内を伝播し、その結果として、効果的に中央領域４２Ａの高次モードを支配的に発振することができる。
【００３２】
なお、図３に示すごとく、第１の端領域４２Ｂにおける第１の不純物拡散領域４５の配置と、第２の端領域４２Ｃにおける第１の不純物拡散領域４５の配置とを中央領域４２Ａに対して対称関係となっている構成とした場合の導波路内の光分布について、以下説明する。第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに第１の不純物拡散領域４５が存在する部分においては、導波路内において多重横モード発振している光分布の両端の高次モードが第１の端領域４２Ｂ側からも第２の端領域４２Ｃ側からも同時に支配的に光吸収され、より内側の高次モードが優先的に発振される。一方、第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに第１の不純物拡散領域４５が無い領域４５Ｂでは、導波路内の多重横モード発振の光分布はリッジ４４の存在により中央領域４２Ａと第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃとの屈折率差Δｎによる光閉じ込めの影響を支配的に受け、第１の不純物拡散領域４５で吸収されない第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃの高次モードが再び存在した状態となり、水平方向に光分布が拡がる。なお、この水平方向とは、リッジ部２０における共振方向に略垂直で且つ基板１０に略平行な方向を意味する。このような構成により、第１の不純物拡散領域４５が存在する第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに挟まれた中央領域４２Ａの光分布と、第１の不純物拡散領域４５が存在しない第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃに挟まれた中央領域４２Ａの光分布とを両立できる多重横モードのみが選択され、定在波として共振器方向に伝播し、その結果として、導波路内側の高次モードを支配的に発振することができる。
【００３３】
なお、図１に示した構成と図３に示した構成とを比較した場合、図１に示した構成とするほうがよりＦＦＰの対称性を改善することができる。図１に示すような、第１の端領域４２Ｂにおける第１の不純物拡散領域４５の配置と第２の端領域４２Ｃにおける第１の不純物拡散領域４５の配置とを中央領域４２Ａに対して非対称な構造とすることにより、より第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃにおける高次モードの発生を抑制することができるためである。
【００３４】
また、図４に示すごとく、活性層４２に略平行で且つリッジ４４の共振器方向に交差する方向において、第１の不純物拡散領域４５が断続的に設けられた構成としても上述したＦＦＰの対称性を改善する効果を得ることができる。ただし、図１に示すような、第１の端領域４２Ｂにおける第１の不純物拡散領域４５の配置と第２の端領域４２Ｃにおける第１の不純物拡散領域４５の配置とを中央領域４２Ａに対して非対称な構造とする方が、より第１の端領域４２Ｂ、第２の端領域４２Ｃにおける高次モードの発生を抑制することができる。
【００３５】
更に、図５に示すごとく、中央領域４２Ａの少なくとも一端に第２の不純物が拡散された第２の不純物拡散領域４６を有する構成とすることにより、光共振器を構成している。へき開面における光子密度の増大により、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）が発生する恐れがあるが、このような構成とすることにより、活性層４２のエネルギーバンドギャップを拡大することで活性層４２における光吸収を低減し、ＣＯＤの発生を抑制することができる。
【００３６】
その際、第１の不純物拡散領域４５において拡散される不純物と第２の不純物拡散領域４６において拡散される不純物とを同一材料としておくことにより、一回の不純物拡散工程にて同時に作製できることができ、低コスト化が可能となる。
【００３７】
なお、図１、３、４、５において示した実施例においては、第１の不純物が第２のクラッド層４３から活性層４２にまで拡散しており、第１の不純物拡散領域４５が、活性層４２から第２のクラッド層４３にまで設けられた例を示しているが、少なくとも活性層４２に第１の不純物拡散領域４５を設ければ、上述したＦＦＰの対称性を改善するという効果を得ることが可能である。ただし、第１の不純物拡散領域４５を第２のクラッド層４３から設ける構成とすることにより、第２のクラッド層４３においても第１の不純物拡散領域４５における第１の不純物を介した自由キャリア吸収により、導波路内の光分布における水平方向の両端に支配的に存在する高次モードを吸収することができる。その結果、導波路内のより内側の高次モードを支配的に発振させ、ＦＦＰの対称性を改善するメリットを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の半導体レーザは、ＦＦＰの対称性を改善することができるというメリットを有し、モーションセンサ用光源やディスプレイ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などに必要な光源として有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  基板
１２  下部クラッド層
１４  活性層
１６Ａ  上部クラッド層
１９  コンタクト層
２０  リッジ部
２２  上部電極
３１  広領域
３２  狭領域
４１  第１のクラッド層
４２  活性層
４２Ａ  中央領域
４２Ｂ  第１の端領域
４２Ｃ  第２の端領域
４３  第２のクラッド層
４４  リッジ
４５  第１の不純物拡散領域
４６  第２の不純物拡散領域
４７  マスク
４８  マスク開口部
【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】
2014187097.tif 000009
【図８】
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