(57)【要約】【課題】簡便な構成で低アスペクト比のレーザ光が得られる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】本発明のレーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の上にｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、ＧａＩｎＰ系材料の活性層１０４、ｐ型第１クラッド層１０５、ｐ型エッチングストップ層１０６、リッジ状に加工されたｐ型第２クラッド層１０７が順次形成され、さらに、ｐ型第２クラッド層１０７の側面を覆うようにｎ型電流ブロック層１０８が形成され、ｐ型コンタクト層１０９がその上に形成されている。電流非注入領域となる共振器端面近傍には、Ｚｎを拡散させた窓構造の領域１１０を有し、さらに同じ領域のリッジ斜面または上部では、ｎ型電流ブロック層１０８およびｐ型コンタクト層１０９が除去されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上に設けた第１導電型のクラッド層と、前記第１導電型のクラッド層上に設けた活性層と、前記活性層上に設けた第２導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けたリッジ状の導波路を有する第２導電型の第２クラッド層と、前記第２クラッド層の側面に設けた第１導電型の電流ブロック層と、前記第２導電型の第２クラッド層上および前記電流ブロック層上に設けた第２導電型のコンタクト層と、前記第２導電型のコンタクト層上および前記半導体基板上に電極を有した半導体レーザ装置であって、
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域と、前記第１導電型の電流ブロック層のうちレーザ利得部における領域とで屈折率が異なることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、前記第１導電型の電流ブロック層のうちレーザ利得部における領域よりも屈折率が小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、レーザ端面から内部に向かって７０μｍまでの範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の端面近傍における領域では、前記電流ブロック層が形成されていないことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、前記電流ブロック層が誘電体膜からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッド層と、第２導電型の第２クラッド層を順次結晶成長させる工程と、
前記第２導電型の第２クラッド層を加工してリッジ状の導波路を形成する工程と、
前記リッジ状の導波路の側面上に第１導電型のブロック層を成長させる工程と、
前記第２導電型の第２クラッド層および前記第１導電型のブロック層の上に第２導電型のコンタクト層を成長させる工程と、
前記第２導電型のコンタクト層上に表面電極を形成する工程と、
共振器端面となるべき領域の近傍における前記表面電極をエッチング除去する工程と、
前記共振器端面となるべき領域の近傍における前記第２導電型のコンタクト層ならびに第１導電型の電流ブロック層をエッチングする工程と、を備えた半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクの光源として使用される半導体レーザ装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤの登場により光ディスクの高密度化が進展している。ＤＶＤ用ドライブとして、再生のみでなく、記録書き換え可能なＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−ＲＷ等に対応したものが製品化されてきており、その記録倍速も高速化してきている。
【０００３】
このように光ディスク機器の多様化が進むに伴い、その光源である半導体レーザにも高機能化が要望されている。高倍速化に伴い、広い温度範囲での安定した高出力動作のみならず、光ディスク盤面への単一スポット状の集光性が要求されている事より、レーザ光の水平拡がり角と垂直拡がり角の比が小さい、すなわち低アスペクト化による対称性の良いレーザ光、特に水平拡がり角の大きいレーザ光が要求されている。
【０００４】
現在のＤＶＤ用光源として量産されている赤色半導体レーザは、一般的に実屈折率導波(リアルガイド)型構造であり、図３にその代表的な構造を示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０２、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層３０３、ＧａＩｎＰ系材料の活性層３０４、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層３０５、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層３０６、およびｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層３０７を、順次形成する。
【０００６】
その後、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層３０７を、リッジストライプ状に加工し、ＭＯＣＶＤ法によりその側面を覆うようにｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層３０８を、さらに電流ブロック層３０８およびｐ型第２クラッド層３０７の上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層３０９を形成する。
【０００７】
次に、蒸着によりｐ型コンタクト層３０９の上およびｎ型基板３０１の裏面にそれぞれ電極を形成し、さらに共振器長毎に基板を１次へき開し、共振器の端面に保護膜を形成した後、２次へき開してレーザ素子を得る。
【０００８】
なお、端面部には、光学損傷対策として窓構造の領域３１０が形成されている。
【０００９】
上記構造において、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層３０８は活性層３０４、クラッド層３０７に対して光吸収が起こらず、かつ屈折率が小さくなるような材料系である。
【００１０】
一般的に、電流ブロック層とクラッド層間の屈折率差Δｎが大きいほど光の閉じ込めが強くなり、レーザ動作時に水平拡がり角の大きいＦＦＰ（遠視野像）を有するレーザ光が得られる。
【００１１】
近年、上記のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層のような半導体材料の他に、クラッド層に対して小さい屈折率を有するＳｉＯ2やＳｉＮのような誘電体膜等を用いたレーザ（埋め込みレスレーザ）も量産されている。
【特許文献１】特開平７−２４９８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
低アスペクト化のためのアプローチとして、水平拡がり角を大きくするためには屈折率差Δｎを大きくする事が有効である。
【００１３】
しかしながら、Δｎを大きくすることは、上記したように光の閉じ込めを強めることにつながるが、この場合、端面部での光学損傷等の信頼性確保の点で特に困難である。
【００１４】
従来の半導体レーザ構造では、信頼性を確保しつつ基本横モードで発振させて低電流値で高出力のレーザ光を出射するためには、Δｎを小さくして光分布を横方向に広げる必要があったが、逆に光分布を横方向へ広げることにより水平拡がり角が小さくなって、例えば、光ピックアップ装置等で集光が困難になるという課題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、光導波の利得部の光閉じ込めを過度に強める事なく、従って信頼性を確保できる光の閉じ込めレベルに保ちつつ、水平広がり角を大きくできる半導体レーザ装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けた第１導電型のクラッド層と、前記第１導電型のクラッド層上に設けた活性層と、前記活性層上に設けた第２導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けたリッジ状の導波路を有する第２導電型の第２クラッド層と、前記第２クラッド層の側面に設けた第１導電型の電流ブロック層と、前記第２導電型の第２クラッド層上および前記電流ブロック層上に設けた第２導電型のコンタクト層と、前記第２導電型のコンタクト層上および前記半導体基板上に電極を有した半導体レーザ装置であって、前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域と、前記第１導電型の電流ブロック層のうちレーザ利得部における領域とで屈折率が異なることを特徴とする。
【００１７】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、前記第１導電型の電流ブロック層のうちレーザ利得部における領域よりも屈折率が小さいことが好ましい。
【００１８】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、レーザ端面から内部に向かって７０μｍまでの範囲内に形成されていることが好ましい。
【００１９】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の端面近傍における領域では、前記電流ブロック層が形成されていないことが好ましい。
【００２０】
前記第１導電型の電流ブロック層のうち少なくとも一方の共振器端面近傍における領域は、前記電流ブロック層が誘電体膜からなっていてもよい。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、半導体基板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッド層と、第２導電型の第２クラッド層を順次結晶成長させる工程と、前記第２導電型の第２クラッド層を加工してリッジ状の導波路を形成する工程と、前記リッジ状の導波路の側面上に第１導電型のブロック層を成長させる工程と、前記第２導電型の第２クラッド層および前記第１導電型のブロック層の上に第２導電型のコンタクト層を成長させる工程と、前記第２導電型のコンタクト層上に表面電極を形成する工程と、共振器端面となるべき領域の近傍における前記表面電極をエッチング除去する工程と、前記共振器端面となるべき領域の近傍における前記第２導電型のコンタクト層ならびに第１導電型の電流ブロック層をエッチングする工程と、を備えている。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、レーザの端面部のみ電流ブロック層の屈折率を小さくする、すなわち光の閉じ込めを強くすることで、利得部から発振するレーザ光は過度に光の閉じ込めを行う必要がないため、信頼性を損なうことなくレーザ動作をすることができる。利得部より発振したレーザ光は、端面部で光の閉じ込めが強まる事により、利得部より出射したレーザ光よりも大きい水平広がり角を有するレーザ光が出射される。
【００２３】
これにより、レーザ光のアスペクト比が小さくでき、光ピックアップ装置等への適用が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態における半導体レーザの構造を説明するための断面図である。
【００２６】
図１に示す半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０３、ＧａＩｎＰ系材料の活性層１０４、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０５、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層１０６、リッジ状に加工されたｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層１０７が順次形成されている。
【００２７】
さらに、ｐ型第２クラッド層１０７の側面を覆うようにｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０８が形成され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９がその上に形成されている。コンタクト層１０９の上にはｐ側電極１１１が形成されており、ｎ型基板１０１の裏面にはｎ側電極（図示せず）が形成されている。
【００２８】
電流非注入領域となる共振器端面近傍には、Ｚｎを拡散させた窓構造の領域１１０を形成し、さらに同じ領域のリッジ斜面または上部では、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０８およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０９が除去されている。
【００２９】
上記の構造によれば、窓構造１１０の近傍に電流ブロック層１０８が存在しないため、光学的に見れば、電流ブロック層１０８の屈折率が１に変化したのと等価である。
【００３０】
通常、Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐの屈折率は発振波長６５０ｎｍ帯で３．２程度であるから、電流ブロック層が残存する利得部に対して、窓領域では、電流ブロック層とクラッド層間の屈折率差Δｎが相対的に大きくなり、光の閉じ込めが強くなることになる。その結果、レーザ動作時に水平拡がり角を大きくすることができ、出射光のアスペクト比を下げることが可能となる。
【００３１】
次に、上記構造の製造方法について説明する。
【００３２】
図２に本実施形態における半導体レーザの製造方法の工程説明図を示す。
【００３３】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０３、ＧａＩｎＰ系材料の活性層２０４、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層２０５、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２０６、およびｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層２０７を、順次形成する（図２（ａ））。
【００３４】
さらにｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層２０７上にスパッタ法を用い、ＺｎＯ膜（図示せず）を堆積する。このＺｎＯ膜をフォトリソグラフィーとエッチングを用いて、共振器端面から２０μmのみ残るようにし、その後、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2膜（図示せず）を全面に堆積する。次にアニール炉にて６００℃で熱処理を行いＺｎＯ膜からＺｎをｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０３に至るまで拡散させ、活性層２０４を混晶化させることにより両端面領域に窓構造の領域２２０を作製する（図２（ｂ））。
【００３５】
次に、ｐ型第２クラッド層２０７上に、ＳｉＯ2膜を形成した後、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により、ストライプ状に加工する。ストライプ状のＳｉＯ2膜２０８をマスクとして第２クラッド層２０７をＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２０６に至るまでエッチングする（図２（ｃ））。
【００３６】
その後、ＳｉＯ2膜２０８をマスクとして、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層２０９を選択成長させる（図示せず）。
【００３７】
ＭＯＣＶＤ反応炉から取り出してＳｉＯ2膜２０８を除去した後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０をＭＯＣＶＤ法により成長させる。次に表面電極の蒸着前処理として、表面のｐ型ＧａＡｓ層の数原子層程エッチングを行い、電極の蒸着を行う。ここで電極はＴｉ／Ａｕ＝１００／２００ｎｍの積層構造とした。
【００３８】
次にリソグラフィー技術によりレジスト開口パターン（図示せず）を形成した後、開口部内の電極上に金メッキ２１１を行う。次にレーザ利得部上に形成した金メッキをマスクにＴｉ／Ａｕのエッチングを行って窓領域上の電極を除去する。
【００３９】
ここで、Ａｕはヨウ素系の液を用いて、Ｔｉはフッ酸系の液を用いてそれぞれエッチングを行った。
【００４０】
次に、端面部に露出したｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層２０９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０のエッチングを行い、利得部のみに電流ブロック層２０９を残すようにした（図２（ｄ））。ここで、端面部のｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０は、硫酸系のエッチャントを用いたウエットエッチングで除去した。このエッチャントを用いれば、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層２０９に対して選択的にエッチングを行うことができる。
【００４１】
ｎ型電流ブロック層２０９のエッチングは、フッ酸を含むエッチャントを用いて行い、フッ素濃度を適度に薄めることで下地層であるｐ型（（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層２０７との選択比を１０以上に高めることが可能である。
【００４２】
次にｎ型基板２０１を１００μｍ程度になるまでウエハ裏面より研磨して、裏面に電極（図示せず）を蒸着、そして合金化を行う。
【００４３】
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、端面の窓領域と利得部とで、電流ブロック層の屈折率を異ならせることが容易にできる。
【００４４】
なお、電流ブロック層２０９の成長方法として選択成長法を用いずに、全面成長を用いた場合には、マスクパターンを用いて利得部においてリッジ上面の電流ブロック層を除去する工程が必要となるが、このとき、端面においてリッジ側壁上の電流ブロック層を同時に除去するようにすれば、後で端面のエッチング工程は不要となる。端面部ではリッジ上側壁に直接ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１０が堆積されることとなるが、端面部では表面に電極を形成しないので、窓領域に注入される電流量は十分小さくすることが可能であり、特にリッジ上面に電流ブロック層を残すようにすれば電流の注入をさらに防げる。
【００４５】
電流ブロック層による光閉じ込めは発光点に対して横方向の閉じ込めが支配的であるから、少なくとも端面近傍においてリッジ側壁上および底部の電流ブロック層が除去されていれば、Δｎを十分大きく保てる。
【００４６】
また、へき開の容易性等を考慮した場合、コンタクト層の形成前に端面近傍の電流ブロック層を除去して、その上から屈折率が２以下のＳｉＯ2膜等を堆積して電流ブロック層の代わりに端面近傍に残すようにしてもよい。
【００４７】
また、端面近傍で電流ブロック層の屈折率を等価的に低下させる領域は、レーザ端面より内部に向かって７０μｍ程度までが好ましい。これ以上幅を大きくしても水平拡がり角はほとんど変化しないためである。
【００４８】
なお、本実施形態では、コンタクト層をレーザ上面全体に形成する埋め込み構造のレーザを示したが、リッジの上面のみにコンタクト層を形成する構造であってもよい。
【００４９】
また、電流ブロック層の屈折率を下げた場合の光閉じ込め効果は、出射端面近傍でより強く働くため、少なくとも出射端面側で電流ブロック層の屈折率が低下するように電流ブロック層が除去されているかあるいは屈折率の低い誘電膜に置き換えられていればよい。
【００５０】
また、本実施形態では赤色レーザについて述べたが、赤外レーザや青色レーザ等に適用しても本発明と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る半導体レーザ装置は、レーザ光のアスペクト比を簡便な構成で下げることができ、光ピックアップ装置に用いる上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における半導体レーザの構造を説明するための断面図
【図２】本発明の実施形態における半導体レーザの製造方法の工程説明図
【図３】従来の技術における半導体レーザの構造を説明するための断面図
【符号の説明】
【００５３】
１０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３  ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
１０４  ＧａＩｎＰ系材料の活性層
１０５  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層
１０６  ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層
１０７  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層
１０８  ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層
１０９  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１０  窓構造の領域
１１１  ｐ側電極
２０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２０３  ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
２０４  ＧａＩｎＰ系材料の活性層
２０５  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層
２０６  ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層
２０７  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層
２０８  ストライプ状のＳｉＯ2膜
２０９  ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層
２１０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２１１  金メッキ
２２０  窓構造の領域
３０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３０３  ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層
３０４  ＧａＩｎＰ系材料の活性層
３０５  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層
３０６  ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層
３０７  ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層
３０８  ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層
３０９  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１０  窓構造の領域
【図１】
2006093391.tif 000003
【図２】
2006093391.tif 000004
【図３】
2006093391.tif 000005