(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ構造の発光領域を有する活性層と、該活性層を挟んで両側に設けられるクラッド層と、前記発光領域のストライプの両端に形成され、該発光領域で発生した光の一部を放射するとともに残部を反射して前記活性層内で増幅させる端面とを有する光ピックアップの光源用の半導体レーザであって、
前記端面に誘電体膜が設けられない状態で、屈折率導波構造でありながら読取り用の低出力で可干渉性が極小値を有するように形成され、該可干渉性がほぼ極小値をとるときの前記共振器内での光子数Ｓ´と、読取り用の所望の低出力Ｐ0とが
【数１】
0003553909.tif 000007
ここでＰ0は所望の光出力、Ｓ´は共振器内光子数、Ｌは共振器長、Ｒｆ、Ｒｒはそれぞれ光出力の出射側端面、モニタ側端面の反射率、ｈはプランク定数、νは振動数、Ｖｇは群速度
なる式を満足する反射率Ｒｆ、Ｒｒになるように、前記ストライプの両端の端面に誘電体膜が設けられることにより、使用機種に応じて定まる読取り用の低出力で可干渉性が極小値に設定されてなる半導体レーザ。
【請求項２】
ストライプ構造の発光領域を有する活性層と、該活性層を挟んで両側に設けられるクラッド層と、前記発光領域のストライプの両端に形成され、該発光領域で発生した光の一部を放射するとともに残部を反射して前記活性層内で増幅させる端面とを有する光ピックアップの光源用の半導体レーザであって、前記活性層に印加される電流の変化により変化する前記端面の一方から放射する光出力が、少なくとも２５ｍＷ以下の範囲で電流の増加に対して前記光出力が低下する現象が生じないように、かつ、横方向の屈折率差が４.２×１０-3〜５×１０-3に形成されると共に、使用機種に応じて定まる読取り用の低出力で可干渉性が極小になるように、前記端面に光反射膜がその反射率を調整して設けられてなる半導体レーザ。
【請求項３】
（ａ）少なくとも活性層の両側にクラッド層を有し、ストライプ構造の発光領域を有するとともに、発光端面に誘電体膜を設けない状態で屈折率導波構造でありながら、読取り用の低出力で可干渉性が極小値を有する半導体ベアチップを作製し、
（ｂ）前記極小値のときの光子数を維持しながら前記可干渉性の極小値が読取り用の所望の出力に移動するように、前記半導体ベアチップの光の出射端面およびその反対側のモニタ端面にそれぞれ誘電体膜を設ける
ことを特徴とする半導体レーザの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、戻り光誘起ノイズが小さい半導体レーザおよびその製法に関する。さらに詳しくは、ミニディスク、光磁気ディスクなどの記録可能な光ディスクのピックアップ用光源などに使われる半導体レーザ、とくに高出力の半導体レーザおよびその製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ミニディスクや光磁気ディスクにおける読取り用および書込み用光源として光出力が３〜５ｍＷで低ノイズの出力がえられるとともに、２０ｍＷ以上（通常は３０〜４０ｍＷ）の高出力がえられる半導体レーザが要望されてきている。
【０００３】
このような半導体レーザに要求される初期特性としては、（１）高出力動作までの単一横モード発振、（２）低非点隔差、（３）低楕円率、（４）低ノイズ、があげられる。
【０００４】
このうち、（１）高出力動作までの単一横モード発振（すなわち目的の高出力動作まで電流の増加に対して光出力が単調に増加しないで、ある電流のところで出力が低下する現象（以下、キンクという）を生じない）、（２）低非点隔差、を満足させるために、半導体レーザのチップ構造として屈折率導波構造が採用されるとともに、光の出射側端面に低反射コーティングを施す、といった手法が用いられている。屈折率導波構造では単一横モードおよび低非点隔差がえられやすいからである。さらに出射側端面を低反射率化すれば光の取り出し効率が上がり、さらなるキンクレベルの上昇効果に加え、信頼性を向上させることができる。
【０００５】
また、低楕円率をうるためには、チップの電流注入幅を狭くして活性層に平行な方向の光放射の広がり角を大きくしたり、活性層を薄膜化して活性層に垂直な方向の放射広がり角を小さくする、といった手段がとられている。これらはいずれも横方向（活性層に平行な方向）の屈折率差をより大きくすることになり、上の要求特性（１）、（２）を妨げるものではない（たとえば伊藤良一らによる「半導体レーザ」、培風館１９８９年、５０〜６０頁または１０８〜１１０頁参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら屈折率導波型構造にすると、通常、光磁気ディスクなどでディスクからの情報を読み取るときの低出力動作（たとえば光出力３ｍＷ付近）においても単一縦モード発振をしやすくなり、可干渉性が高くなる。このような可干渉性が高い半導体レーザは戻り光誘起ノイズが発生し易いことが知られており、前記（４）の低ノイズを満足させることができない。すなわち、ディスク板から反射して戻ってきたレーザ光が、再び半導体レーザ内に入射することにより、レーザ発振が不安定になる。
【０００７】
これに対して従来、数百ＭＨｚの高周波電流をレーザ駆動電流に重畳して縦モードを多重化することにより、可干渉性を下げ、戻り光誘起ノイズを低減する方法がとられている（前出の伊藤良一らによる「半導体レーザ」、培風館１９８９年３１４〜３１５頁）。しかし、この方法では、通常の半導体レーザ駆動回路に加えて高周波重畳回路が必要なために、パッケージの大型化、高消費電力、高コスト化といった問題がある。さらに、高周波電磁ノイズを発生するので、コンピュータなどの電子機器取扱い上重大な問題を引き起こすという問題がある。
【０００８】
一方、高周波重畳を用いずに可干渉性を低下させる手段として、▲１▼利得導波構造を用いる、▲２▼自励発振を起こさせる、という方法もあるが、▲１▼は横モードが不安定になり易い上に非点隔差の増大を招くという問題がある。また、▲２▼のばあいには高出力動作まで安定して単一横モードをうることが困難でキンクを生じ易く、２０ｍＷ以上の光出力をうることは実質的に困難である。
【０００９】
すなわち、従来の半導体レーザで書込み用の高出力がえられる半導体レーザは読取り用の低出力でノイズが大きく、低出力でノイズの小さいものは書込み用の高出力がえられないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、低出力動作（たとえば２〜７ｍＷ付近）において戻り光誘起ノイズの発生が充分抑制されるとともに、高出力がえられる半導体レーザを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、前記半導体レーザが、とくに用いられる機種の読取り用出力においてノイズが極小になるような半導体レーザの製法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ミニディスクや光磁気ディスクなどの書込み用および読取り用の両方を兼ね備えた光源、すなわち書込み用のため２０ｍＷ以上の高出力で、かつ、読取り用の低ノイズで２〜７ｍＷ程度の出力を有する半導体レーザをうるために鋭意検討を重ねた結果、干渉性が高く高出力がえられる屈折率導波構造の半導体レーザにおいて、横方向の屈折率差を小さくしていく（すなわち利得導波構造に近づける）ことにより、高出力を維持したまま１〜３ｍＷの範囲に可干渉性が下がる部分（極小値）が生じ、その近傍での戻り光誘起ノイズを低減でき、しかも可干渉性の極小値の発生する半導体レーザの光出力は、半導体レーザの光放射面である端面の反射率を変えることにより、２〜７ｍＷの範囲で自由に調整できることを見出した。その結果、１〜３ｍＷの低出力で可干渉性の極小値を有する半導体レーザベアチップを作製し、該チップの両端面の反射率を誘電体膜により調整することにより可干渉性の極小値の位置を所望の読取り出力の近傍に合わせることができ、読取り出力での干渉性を小さくし、すなわち戻り誘起ノイズを小さくし、かつ、書込み用には高出力の光を放射する半導体レーザがえられた。
【００１３】
本発明の半導体レーザは、ストライプ構造の発光領域を有する活性層と、該活性層を挟んで両側に設けられるクラッド層と、前記発光領域のストライプの両端に形成され、該発光領域で発生した光の一部を放射するとともに残部を反射して前記活性層内で増幅させる端面とを有する光ピックアップの光源用の半導体レーザであって、
前記端面に誘電体膜が設けられない状態で、屈折率導波構造でありながら読取り用の低出力で可干渉性が極小値を有するように形成され、該可干渉性がほぼ極小値をとるときの前記共振器内での光子数Ｓ´と、読取り用の所望の低出力Ｐ0とが
【数２】
0003553909.tif 000002
ここでＰ0は所望の光出力、Ｓ´は共振器内光子数、Ｌは共振器長、Ｒｆ、Ｒｒはそれぞれ光出力の出射側端面、モニタ側端面の反射率、ｈはプランク定数、νは振動数、Ｖｇは群速度
なる式を満足する反射率Ｒｆ、Ｒｒになるように、前記ストライプの両端の端面に誘電体膜が設けられることにより、使用機種に応じて定まる読取り用の低出力で可干渉性が極小値に設定されている。
【００１４】
本発明による半導体レーザの他の形態は、ストライプ構造の発光領域を有する活性層と、該活性層を挟んで両側に設けられるクラッド層と、前記発光領域のストライプの両端に形成され、該発光領域で発生した光の一部を放射するとともに残部を反射して前記活性層内で増幅させる端面とを有する光ピックアップの光源用の半導体レーザであって、前記活性層に印加される電流の変化により変化する前記端面の一方から放射する光出力が、少なくとも２５ｍＷ以下の範囲で電流の増加に対して前記光出力が低下する現象が生じないように、かつ、横方向の屈折率差が４.２×１０-3〜５×１０-3に形成されると共に、使用機種に応じて定まる読取り用の低出力で可干渉性が極小になるように、前記端面に光反射膜がその反射率を調整して設けられている。
【００１５】
ここに横方向の屈折率差とは、活性層において活性層の上または下側に設けられる電流制限層のストライプ溝に対応する部分（発光領域）とその外側の部分との屈折率の差をいい、光吸収損失や電流値の違いにより屈折率が異なってくる。
【００１６】
本発明の半導体レーザの製法は、（ａ）少なくとも活性層の両側にクラッド層を有し、ストライプ構造の発光領域を有するとともに、発光端面に誘電体膜を設けない状態で屈折率導波構造でありながら、読取り用の低出力で可干渉性が極小値を有する半導体ベアチップを作製し、（ｂ）前記極小値のときの光子数を維持しながら前記可干渉性の極小値が読取り用の所望の出力に移動するように、前記半導体ベアチップの光の出射端面およびその反対側のモニタ端面にそれぞれ誘電体膜を設けることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば低出力のところで可干渉性が小さくなるように形成されているため、読取り用の低出力では干渉が小さく、戻り光による誘起ノイズの発生が充分に抑えられ、低ノイズで正確に記録情報を読み取ることができる。
【００１８】
一方、電流を増加させ、光出力が増加するばあいに、少なくとも２５ｍＷ以下の出力ではキンクが生じないように形成されているため、書込み用に必要な２０ｍＷ以上の高出力が確実にえられ、正確に書き込むことができる。
【００１９】
すなわち、本発明によればキンクが生じにくく高出力がえられ易い屈折率導波構造において、横方向の屈折率差を小さくして利得導波構造に近づいけているため、高出力では屈折率導波構造の性質を維持してキンクが生じにくく高出力がえられる。一方、低出力においては利得導波構造の性質も現れ、可干渉性が低下し、戻り光誘起ノイズの発生を充分に抑制できる。
【００２０】
また、本発明の製法によれば、発光端面に誘電体膜を設けない状態で屈折率導波を基本とする発光の光出力の範囲に可干渉性が極小値を有する半導体ベアチップを作製し、その極小値のときの光子数を維持しながら前記可干渉性の極小値が所望の出力に移動するように、前記半導体ベアチップの光の出射端面およびその反対側のモニタ端面にそれぞれ誘電体膜を設けているため、使用機種に応じて読取り用の光出力が異なっても、その機種に応じた光出力において、容易に可干渉性を極小にすることができ、読取時の必要な出力において、とくにノイズを低減させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の半導体レーザおよびその製法について説明する。図１は本発明による半導体レーザの一実施形態を示すチップ構造の断面説明図である。
【００２２】
図１において、１はｎ側電極、２はｎ型ＧａＡｓ基板、３はｎ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ（０．４５≦ｘ≦０．７５、たとえばｘ＝０．６）からなる下クラッド層（たとえば２μｍ）、４はｎ型、ｐ型またはノンドープのＡｌｙ  Ｇａ１−ｙ  Ａｓ（０≦ｙ≦０．２２、たとえばｙ＝０．１５）からなる活性層（たとえば５０ｎｍ）、５はｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓからなる上部第１クラッド層（たとえば３７０ｎｍ）、６はｎ型ＧａＡｓからなる電流制限層（たとえば２８０ｎｍ）、７は、ｎ型Ａｌｚ  Ｇａ１−ｚ  Ａｓ（０．０５≦ｚ≦０．２２、たとえばｚ＝０．１５）からなる蒸発防止層（たとえば７０ｎｍ）、８はｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓからなる上部第２クラッド層（たとえば１．６μｍ）、９はｐ型ＧａＡｓからなるキャップ層（たとえば２μｍ）、１０はｐ側電極をそれぞれ示している。また、ストライプ幅Ｓはたとえば３．９μｍである。
【００２３】
ｎ型ドーパントとしてはＳｉを使用し、ｐ型ドーパントとしてはＢｅを使用したが、ｎ型としてはＳｎも使用可能であり、ｐ型として、Ｚｎも使用可能である。また前記構造では、ｎ型基板を使用したが、ｐ型基板でもよく、このばあい前記説明のｎ型とｐ型を全て逆にすればよい。
【００２４】
この構造はＧａＡｓ電流制限層による光吸収損失によって、光をストライプ内に閉じこめる複素屈折率導波構造であるが、このような構造で安定した単一横モードをうるために、ｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓからなる上部第１クラッド層５の膜厚は通常３００ｎｍ前後にコントロールされている。
【００２５】
前述のように、本発明者らは光磁気ディスクの読取り用の低出力では低ノイズとなり誤りなく正確に読み取られるようにするとともに、書込み時には書込みのために必要な高出力がえられる半導体レーザをうるために鋭意検討を重ねた結果つぎのことを見出した。すなわち、たとえば前述の上部第１クラッド層５の膜厚を通常の３００ｎｍから３７０ｎｍ程度に厚くすることにより、横方向の屈折率差が小さくなり、出射端面に誘電体膜を設けない（ノンコーティング）ベアチップの状態で、たとえば１〜３ｍＷの低出力で可干渉性の極小値がえられ、光の放射端面の反射率を調整することにより可干渉性の極小値が現れる光の出力を調整できること、ベアチップの状態で可干渉性が極小になる出力値が１〜３ｍＷになるように半導体レーザチップを作製することにより少なくとも２５ｍＷ以下の出力においてはキンクが生じないで、高出力がえられること、を見出した。
【００２６】
すなわち、本発明の半導体レーザは、ストライプ構造の発光領域を有する活性層と、該活性層を挟んで両側に設けられるクラッド層と、前記発光領域のストライプの両端に形成され、該発光領域で発生した光の一部を放射するとともに残部を反射して前記活性層内で増幅させる端面とを有する半導体レーザであって、前記端面に誘電体膜が設けられない状態で、可干渉性がほぼ極小値をとるときの前記共振器内での光子数を維持しながら、後述する共振器内光子数Ｓ′と光出力Ｐ０との関係式を満足するように、誘電体膜が前記両端面に設けられることにより、所望の出力で可干渉性が極小値に設定されているものである。
【００２７】
まず、前述の上部第１クラッド層５の膜厚を変えて可干渉性とキンクの発生する出力との関係について調べた。前述のように利得導波構造の採用はとくにキンクの低下という高出力半導体レーザとしては致命的な欠陥をもつことになるのであるが、屈折率導波構造において横方向の屈折率差を小さくしていく（すなわち、上部第１クラッド層５の膜厚を厚くすることなどにより利得導波構造に近づける）と、屈折率導波構造でありながら利得導波的な特性も合せもつようになる。利得導波構造に近づけると自然放出光の寄与が大きくなり可干渉性が低下するが、それにしたがってキンクも低下する。図２は光の出射面の端面コーティングを施していない半導体レーザベアチップ（以下、単にチップという）において、上部第１クラッド層５の膜厚を変えたときの可干渉性の指標となる明瞭度（ビジビリティ）とキンクとの相関をとったものである。ここで明瞭度の指標として図３に示したように、光路差が０の干渉スペクトルから３本目の干渉ピーク（以下、γ３  という）の大きさを光路差が０のときの干渉ピークを１としたときの値で示し、光出力が３ｍＷのときの明瞭度により相関をみた。図２から、γ３  が低下するにしたがって、急激にキンクが低下することがわかる。とくにγ３  ＜０．９において急激なキンクの低下およびばらつきがみられるので、２０ｍＷ以上の光出力をうるには０．８以上のγ３  が必要である。しかしながら、従来、γ３  が０．８以上であるような半導体レーザは、可干渉性が高いので、充分な戻り光誘起ノイズの抑制が困難であった。
【００２８】
本発明者らは図２のなかでキンクが現れる出力が２５ｍＷ以上のチップ（図２に示すように、出力の低い順に試料ａ〜ｅという）について、さらにノイズ特性およびスペクトル特性を詳細に調べ、つぎのような結果をえた。なお、ａ、ｂは上部第１クラッド層５の膜厚が３８０ｎｍ、ｃは３５０ｎｍ、ｄ、ｅは３００ｎｍで、Ａの群は３８０ｎｍ、Ｂの群は４００ｎｍで、他の各層の膜厚は前述の例示のものを使用した。Ａの群はａ、ｂと同じであるが、もれ電流量のバラツキなど製造条件のバラツキと考えられる。
【００２９】
図４〜５は、試料ａ〜ｅ（図２にａ〜ｅで示した試料）の各々に関して端面コーティングを施さないばあいと出射側端面の反射率ＲｆがＲｆ＝１０％、１７％となるように端面コーティングを施したばあいの戻り光誘起ノイズの光出力依存性を示したものである。もう一方の放射端面であるモニタ端面の反射率Ｒｒは７５％で一定とした。このとき、戻り光誘起ノイズの指標として、式（１）で表されるノイズパラメータＬＮ、すなわち、各光出力において２００ｋＨｚ以下の最大ＡＣ成分（ノイズ成分）のピーク−ピーク値を規格化するために、３ｍＷ光出力のＤＣ値との比の対数を用いた。２００ｋＨｚ以下にて調査したのは光ディスクにおいては、しばしばこの帯域の低周波ノイズが問題視されるためである。
【００３０】
ＬＮ＝ｌｏｇ（（ＡＣ成分）／（３ｍＷＤＣ成分）×１００）…（１）
図４〜５の（ａ）〜（ｅ）は、試料のａ〜ｅに対応する。図４〜５よりａ〜ｅのうちａ、ｂ、ｃは端面コート後の戻り光誘起ノイズが、Ｒｆ＝１０％においては５〜６ｍＷにおいて極小となり、Ｒｆ＝１７％においては３〜４ｍＷにおいて極小となっており、出射側端面の反射率Ｒｆを大きくすると、ノイズの極小値をとる光出力が低出力側に移動している。
【００３１】
すなわち、放射端面に誘電体膜を設けないノンコーティングの状態では反射率が３０％程度で、ノイズの極小値は１〜３ｍＷに現れるのが、反射率を下げることにより、ノイズが極小となる出力は大きい方に移る。これに伴いキンクの現れる出力もさらに大きい方に移り、高出力の帯域では異常なく高出力がえられる。
【００３２】
一方、試料ｄ、ｅはこのような傾向は見られない。若干Ｒｆ＝１０％よりは１７％の方が戻り光とレーザ共振器との結合が少々弱まるためノイズが良好になる傾向にあるが、試料ａ〜ｃの極小値に比べて明らかにノイズレベルが高い。これは図５からも明らかなように、端面に誘電体膜を設けないノンコーティングの状態でもノイズの極小値が現れておらず、従来の屈折率導波構造と同じであることを示している。
【００３３】
また図６〜７は図４〜５の（ａ）〜（ｅ）と同じ試料の可干渉性光出力依存性を示したものである。
【００３４】
試料ａ、ｂ、ｃと試料ｄ、ｅとの違いは、図６〜７の可干渉性の光出力依存性にも見られる。とくに大きな違いは、試料ｄ、ｅではγ３  は単調増加しているが、試料ａ、ｂ、ｃでは１ｍＷから３ｍＷのあいだの約２ｍＷ程度でγ３  が極値をとっていることに特徴がある。
【００３５】
以上の結果から、試料ａ、ｂ、ｃはそれぞれ端面コーティングが施されていない段階ではしきい値付近（すなわち光出力１ｍＷ以下にてγ３  が低くなっている部分）を除けば、光出力２ｍＷ程度において可干渉性が最も低下する。すなわち、最も戻り光誘起ノイズが抑制される。しかも端面反射率を変化させることによって、可干渉性が極小値をとる光出力が変化する。そのため、最も低ノイズになる部分を端面反射率のコントロールによって、任意の光出力に移動させることができるということが言える。
【００３６】
これらの結果は、つぎのように考えれば、理論的にも成り立つ。明瞭度（ビジビリティ）をフーリエ変換したものがレーザ発振スペクトルであるから、スペクトル線幅が太いほど可干渉性が低くなる。スペクトル線幅Δνは次式で与えられる（たとえば、ジェンズ  ブウス（Ｊｅｎｓ  Ｂｕｕｓ）による「シングル  フリクェンシー  セミコンダクタ  レーザーズ（Ｓｉｎｇｌｅ  ＦｒｅｑｅｎｃｙＳｃｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ）」、エス  ピー  アイ  イー  オプティカル  エンジニアリング  プレス（ＳＰＩＥ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ  ＰＲＥＳＳ）、１９９０年、６１頁参照）。
【００３７】
Δν＝Ｒ（１＋α２  ）／（４πＳ′）
ここでＲは自然放出光の寄与を表す定数、Ｓ′はレーザ共振器内の光子数、αは線幅増大係数と呼ばれる係数である。すなわち、線幅は共振機内光子数の関数である。
【００３８】
一方、共振器内光子数Ｓ′と光出力Ｐ０  との関係は
【００３９】
【数３】
0003553909.tif 000003
【００４０】
となる。ここでＬは共振器長、Ｒｆ、Ｒｒはそれぞれ光出力の出射側端面、モニタ側端面の反射率、ｈはプランク定数、νは振動数、Ｖｇは群速度である。この式から、端面コートを施していない段階での光出力と同じ共振器内光子数を与える端面コート後の光出力との関係を表わしたものが図８である。図８において、実線はＲｆ＝１０％、Ｒｒ＝７５％のばあい、破線はＲｆ＝１７％、Ｒｒ＝７５％のばあいを示す。図８には前述の試料ａのＲｆ＝１０％、試料ｂのＲｆ＝１０％、１７％、試料ｃのＲｆ＝１７％のデータをプロットしたが、計算値とほぼ一致することがわかる。
【００４１】
以上をまとめれば、低出力時に低ノイズ特性を示しながら高出力まで単一横モード発振可能な半導体レーザをうるための製法はつぎのようになる。
【００４２】
まず、屈折率導波構造の半導体レーザチップにおいて、用途に応じた高出力動作が可能なキンクレベルを保つ範囲において、横方向屈折率差をできるだけ小さくする。図２に見られるように、横方向屈折率差を小さくすると（すなわち可干渉性を下げていくと）キンクの低下を伴う。したがって、屈折率差をあまり小さくできないため、自然放出の寄与は少なく、たとえば３ｍＷ程度にまで光出力を大きくすると、共振器内光子数の増加に伴って可干渉性はかなり高くなってしまうが、たとえば１〜３ｍＷの約２ｍＷ近辺において可干渉性が一旦小さくなるかまたは極値をとるような振る舞いをするようになる。
【００４３】
このようなチップに端面コートを施して、目的とする高出力半導体レーザをうるように端面反射率を調整するのであるが、その実施方法はつぎのようになる。
【００４４】
たとえば、光出力３〜４ｍＷ近辺で低ノイズとなるようにするには、図４〜５に見られるようにＲｆ＝１７％、Ｒｒ＝７５％とすればよく、４〜５ｍＷで低ノイズとなるようにするには、Ｒｆ＝１０％、Ｒｒ＝７５％とすればよい。ここではＲｒ＝７５％と一定にしてＲｆを変化させたが、Ｒｒ＝７５％に限定されるものではなくて、前述のように、共振器内光子数が端面コーティングを施していない段階での２ｍＷ出力時と同等になるように設計すればよい。ただし、高出力時の信頼性確保のためにＲｆ≦３０％、Ｒｆ≧５０％の範囲で設計するのが望ましい。
【００４５】
前述の、たとえば光出力が２〜７ｍＷの範囲で可干渉性の極小値を有し、かつ、前記光出力が少なくとも２５ｍＷ以下の範囲でキンクが生じないようにする手段として、前記実施例では上部第１クラッド層の膜厚を厚くして電流制限層を遠ざけることにより横方向の屈折率差を小さくし、利得導波構造に近づけた。しかし、屈折率導波構造を利得導波構造の性質に近づけるためには、すなわち横方向の屈折率差を決定する要因としてはこれ以外に活性層の膜厚、クラッド層と活性層の屈折率差、ストライプ幅、電流制限層の膜厚、もれ電流量（結晶成長条件に大きく依存する）などがある。
【００４６】
たとえば活性層の厚さは厚くする程、横方向の屈折率差を小さくすることができ、クラッド層の屈折率を活性層の屈折率より小さくする程、横方向の屈折率差を小さくすることができる。電流制限層を薄くすると屈折率差は周期的に変化し始める。もれ電流量を小さくする程プラズマ効果により横方向の屈折率差を小さくすることができる。もれ電流量は結晶成長条件に多く依存するため、ある程度製造上のプロセスでバラツキが発生しコントロールしきれない面があるものの、各半導体層の材料や膜厚は製造時の選択により自由に制御できる。またストライプ幅が３μｍ以下では同様にプラズマ効果で屈折率差は小さくなる。しかしこれらの各要素を組合わせることにより、それぞれの要素の寄与の集合として現れるため、前記の光出力が、たとえば２〜７ｍＷの範囲で可干渉性の極小値を有し、かつ、前記光出力が少なくとも２５ｍＷ以下の範囲でキンクが生じないようにする手段としては無限の組合わせが生じうる。
【００４７】
たとえば、前述の例では半導体材料として活性層がＡｌｙ  Ｇａ１−ｙ  Ａｓのｙ＝０．１５を５０ｎｍ、上部第１クラッド層がＡｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓのｘを０．６としたときに、上部第１クラッド層の厚さが３５０〜３８０ｎｍであれば前記要件を満たすことを示している。このときの横方向の屈折率差は電流による屈折率の変化を無視して計算により求めると屈折率差Δηは
Δη＝（β０  −Ｒｅａｌβ′）／ｋ０  …（２）
ここでβ０  はストライプ内での共振器方向の伝播係数、β′はストライプ
外部での共振器方向の伝播係数、ｋ０  は真空での波数
で求められ、４．２×１０−３〜５×１０−３の範囲となる。
【００４８】
一般に誘電体導波路を共振器方向（図１でｚ軸方向）に伝搬するＴＥモード（半導体レーザで伝搬する光はＴＥモードである）を表わす電場の方程式は
【００４９】
【数４】
0003553909.tif 000004
【００５０】
ここで、Ｅｙは電場のｙ方向成分、ｎ（ｘ）は屈折率
【００５１】
【数５】
0003553909.tif 000005
【００５２】
であり、βはこの方程式を満たす固有値であたえられるｚ方向の伝搬係数である。ストライプ内部のある１点ｙ１  でｙ軸（図１参照）に垂直に切った点での誘電体がｚ軸方向およびｙ軸方向に一様に無限にあると仮定して式（３）より求めた伝搬係数βをβ０  、ストライプ外部のある１点ｙ２  でｙ軸に垂直に切った点での誘電体がｚ軸方向およびｙ軸方向に一様に無限にあると仮定して求めた伝搬係数βをβ′（このばあい電流制限層による吸収の影響でβ′は複素数となる）とおけばストライプ内外での実効屈折率差Δηは式（２）となる。
【００５３】
β０  −Ｒｅａｌβ′は、活性層厚が薄いほど大きく活性層とクラッド層のＡｌ組成差が大きいほど小さく、また活性層と電流制限層の距離が近いほど大きくなる。
【００５４】
したがって、活性層および上部第１クラッド層の半導体材料から定まる屈折率および厚さから計算により求められる屈折率差が４．２×１０−３〜５×１０−３の範囲になるように製造することにより前記手段が達成される。
【００５５】
このような計算による屈折率差がえられる半導体層の組成や厚さの関係の一部を表１に示すように、上部第１クラッド層の組成（ｘの値）、活性層の厚さに応じて上部第１クラッド層の必要な厚さが設定される。表１は組合せの極く一部を例示したもので、たとえば上部第１クラッド層Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  ＡｓのＡｌの組成が０．４５≦ｘ≦０．７５、活性層Ａｌｙ  Ｇａ１−ｙ  ＡｓのＡｌの組成が０≦ｙ≦０．２２、蒸発防止層Ａｌｚ  Ｇａ１−ｚ  ＡｓのＡｌの組成が０．０５≦ｚ≦０．２２の範囲で様々な組合わせが可能である。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
この上部第１クラッド層の組成に対する活性層の厚さをパラメータとした上部第１クラッド層の膜厚と屈折率差との関係を図９に示す。図９（ａ）は上部第１クラッド層のＡｌの組成がｘ＝０．６のばあいで、図９（ｂ）は上部第１クラッド層のＡｌの組成がｘ＝０．５のばあいである。
【００５８】
またこの関係はＡｌＧａＡｓ系半導体のみならず、ＡｌＧａＩｎＰ系およびＩｎＧａＡｓＰ系の半導体を使用したばあいでも各層の屈折率および膜厚を調整することにより前述の理論的屈折率差がえられ、たとえば２〜７ｍＷの低出力でノイズが小さく、少なくとも２５ｍＷ以下の出力まではキンクが生じない半導体レーザがえられる。
【００５９】
さらに前記実施例においては、結晶成長法に後述するようにＭＢＥ法を用いたセルフアライン構造であるＳＡＭ構造について説明したが、ＳＡＭ構造の他にもＬＰＥ法によるＣＳＰ構造やＶＳＩＳ構造またはＭＯＣＶＤ法によるＳＡＳ構造などの複素屈折率導波構造の他、特開平５−１６０５０３号公報に開示されている実屈折率導波構造の半導体レーザにおいても同様に低出力で低ノイズになり、キンクが生じない高出力がえられる半導体レーザにすることができる。
【００６０】
前述の光出射端面に設ける誘電体膜としては、Ａｌ２  Ｏ３  の単層膜やＳｉ３  Ｎ４  などの単層膜を使用することができ、膜厚を変えることにより、反射率を変えることができる。しかし、これらの単層膜で使用する限り、反射率Ｒｆは常に５０％より小さくなる。一方モニタ側端面は前述のＡｌ２  Ｏ３  ／アモルファスＳｉ（以下、α−Ｓｉという）をそれぞれλ／４の厚さに設けた多層膜のほか、Ｓｉ３  Ｎ４  ／α−Ｓｉ、Ｓｉ３  Ｎ４  ／ＳｉＯ２  、Ａｌ２  Ｏ３  ／ＳｉＯ２  などをそれぞれλ／４の厚さだけ設けた多層膜でもよい。
【００６１】
この端面の反射率は誘電体膜の厚さを変えることにより任意に調整でき、光放射端面の反射率は前述のように、使用される機種の読取用出力に応じて該出力で可干渉性が極小になるように調整されるが、出射側端面は３０％以下で、またモニタ側端面の反射率は５０％以上、さらに好ましくは７０〜９０％の反射率になるように調整される。モニタ側端面の反射率が小さいと光出射端面からの放射光が少なくなり、反射率が大きすぎるとモニタ出力が小さくなりすぎるからである。
【００６２】
実施例１
つぎに、具体的な実施例により本発明の半導体レーザについてさらに詳細に説明する。図１に示す構造の半導体レーザを製造する方法として、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｂｙ  ＭＢＥ）構造（田中治夫による「ＭＢＥによるセルフアライン構造型レーザ」、ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）２４巻、８９頁、１９８５年）を用いた。すなわち、第一回目のＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により、ｎ型ＧａＡｓ基板２上にｎ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ（ｘ＝０．６）からなる下クラッド層３を２μｍ、ｎ型Ａｌｙ  Ｇａ１−ｙ  Ａｓ（ｙ＝０．１５）からなる活性層４を５０ｎｍ、ｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ（ｘ＝０．６）からなる上部第１クラッド層５を３７０ｎｍ、ｎ型ＧａＡｓからなる電流制限層６を２８０ｎｍ、ｎ型Ａｌｚ  Ｇａ１−ｚ  Ａｓ（ｚ＝０．１５）からなる蒸発防止層７を７０ｎｍ、それぞれ順次結晶成長させ、最後に保護膜としてノンドープＧａＡｓ４０ｎｍを成長させた。
【００６３】
これを、ＭＢＥチャンバー内から取り出し、エッチング工程により、この第１回目の成長層の表面から、電流制限層６が１００ｎｍ程度残る程度の深さまで幅３．９μｍのストライプ溝を掘った。この１００ｎｍ程度残す理由は、上部第１クラッド層５を空気に触れさせないためである。
【００６４】
このようにしてストライプ溝を掘った基板をＭＢＥ装置に入れ、まずヒ素分子線を照射しながら基板を加熱させる。このとき、ストライプ溝の底に残っていたＧａＡｓと第１回成長で最後に成長させたＧａＡｓ保護膜が蒸発し、清浄なｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ（ｘ＝０．６）からなる上部第１クラッド層５および、ｎ型Ａｌｚ  Ｇａ１−ｚ  Ａｓ（ｚ＝０．１５）からなる蒸発防止層７が露出する。そののち、第２回目のＭＢＥ成長としてｐ型Ａｌｘ  Ｇａ１−ｘ  Ａｓ（ｘ＝０．６）からなる上部第２クラッド層８を１．  ６μｍ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９を２μｍ結晶成長させたのちに、上下の電極１、１０を形成し、基板を切断して各チップに分離した。このとき、共振器長を３５０μｍとした。
【００６５】
このようにしてえられたチップの電流−光出力特性を図１０（ａ）に、光の放射角による相対光強度を図１０（ｂ）に示す。なお、図１０（ｂ）において、それぞれＣは活性層に対し垂直方向の放射角、Ｄは平行の放射角に対する相対光強度である。また、γ３  の光出力依存性を図１１に示す。
【００６６】
このチップに端面コートとして、出射側端面にはＡｌ２  Ｏ３  を０．３２λ／η１  （η１  はＡｌ２  Ｏ３  の屈折率）の厚さ、モニター側端面にはＡｌ２  Ｏ３  をλ／η１  の厚さ、α−Ｓｉをλ／４η２  （η２  はα−Ｓｉの屈折率）の厚さだけ順次スパッタリングにより積層させた。そして光の出射側端面の反射率はＲｆ＝１１％、モニター側端面の反射率＝Ｒｒ＝７７％をえた。このときの電流と光出力の特性を図１２に、γ３  の光出力依存性を図１３に示す。すなわち、端面コート前には２５ｍＷ近辺にあったキンクも３５ｍＷまで見られず、端面コート前には２ｍＷ近辺にあったγ３  の極小位置が、端面コート後では５ｍＷ近辺に移動しているのがわかる。これらの結果から、端面コーティングにより、５ｍＷ近辺にノイズの極小値が現れ、３０ｍＷ以上の高出力でもキンクが生じなかった。またこの素子の戻り光５％でのＲＩＮ（相対強度雑音）の光出力依存性を図１４に示す。５ｍＷにおいては１２５ｄｂ／Ｈｚ以下にあり、充分実用レベルである。また非点隔差は約７μｍ（ナイフェッジ法にて測定）とこれも充分実用レベルにあった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、
（１）高出力動作までの単一横モードが可能な屈折率導波構造でありながら、たとえば２〜７ｍＷの低出力動作において、戻り光誘起ノイズが抑制され、かつ、少なくとも２５ｍＷ以下でキンクが現れず、高出力がえられる半導体レーザをうることができる。
【００６８】
（２）前記した、ミニディスク、および光磁気ディスクのピックアップ用光源などに使われる半導体レーザに要求される他特性（低楕円率、低非点隔差）を従来どおりに満たすことができる。
【００６９】
（３）チップ構造は１種のままで、読取り出力の異なる機種に対応して、必要な読取り出力で戻り光誘起ノイズを極小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザの一実施形態の断面説明図である。
【図２】端面に誘電体膜を設けないベアチップの出力３ｍＷのときの明瞭度（干渉性）とキンクの関係を示す図である。
【図３】本発明の干渉性を示す明瞭度の説明図である。
【図４】光出射面の反射率による光出力とノイズパラメータとの関係を示す図である。
【図５】光出射面の反射率による光出力とノイズパラメータとの関係を示す図である。
【図６】光出射面の反射率による光出力と明瞭度（干渉性）との関係を示す図である。
【図７】光出射面の反射率による光出力と明瞭度（干渉性）との関係を示す図である。
【図８】光出射面の誘電体膜のコーティング前の出力とコーティング後の出力との関係を示す図である。
【図９】活性層の膜厚をパラメータとして下クラッド層の膜厚と計算値による屈折率差との関係を示す図である。
【図１０】実施例１の半導体レーザの端面コーティングを行なわない状態の特性で（ａ）は駆動電流と光出力との関係を示す図、（ｂ）は光放射角度と相対強度の関係を示す図である。
【図１１】実施例１の半導体レーザの端面コーティングを行なわない状態の光出力と明瞭度との関係を示す図である。
【図１２】実施例１の半導体レーザの光出射面に端面コーティングを行って反射率を１１％としたときの駆動電流と光出力との関係を示す図である。
【図１３】実施例１の半導体レーザの光出射面に端面コーティングを行って反射率を１１％としたときの光出力と明瞭度（干渉性）の関係を示す図である。
【図１４】実施例１の半導体レーザの光出射面に端面コーティングを行って反射率を１１％としたときの光出力と相対強度雑音の関係を示す図である。
【符号の説明】
３  下クラッド層
４  活性層
５  上部第１クラッド層
６  電流制限層
８  上部第２クラッド層
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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