(57)【要約】【課題】  レーザ光の強度分布曲線の中心点の変位を抑制できる半導体レーザを提案する。【解決手段】  半導体基体は、少なくともその第１端面に隣接しその第１端面から光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を含む窓領域とを有する。半導体基体の上面上には金属薄膜が形成され、またこの金属薄膜上に駆動電圧の供給を受ける金メッキ層が形成される。この金メッキ層は前記第１端面に向かって延びた端面を有し、この金メッキ層の端面が、半導体基体の第１端面と、光軸に沿った前記光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置する。【選択図】        図４
2006108225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面、この下面に対向する上面、前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の第１、第２端面、および前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の側面を有する矩形形状の半導体基体を備え、前記一対の第１、第２端面の対向方向を光軸として、この光軸に沿って前記少なくとも第１端面からレーザ光を発射する半導体レーザであって、
前記半導体基体は、前記下面に沿って形成された第１導電型の下クラッド層と、この下クラッド層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、少なくとも前記第１端面に隣接し前記第１端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を含む窓領域とを有し、
前記半導体基体の上面上には金属薄膜が形成され、またこの金属薄膜上に駆動電圧の供給を受ける金メッキ層が形成され、この金メッキ層は前記第１端面に向かって延びた端面を有し、この金メッキ層の端面が、前記半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の端面が、前記第１端面から１．０〜５．０μｍだけ離れていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１記載の半導体レーザであって、前記第１、第２端面からレーザ光を発射するように構成され、前記第１、第２端面のそれぞれに隣接する２つの窓領域を有し、これらの各窓領域がそれぞれ前記第１、第２端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を有し、前記金メッキ層の両端の端面が、前記半導体基体の第１、第２端面と、前記光軸に沿った各光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する各中間位置との間の範囲にそれぞれ位置することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
下面、この下面に対向する上面、前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の第１、第２端面、および前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の側面を有する矩形形状の半導体基体を備え、前記一対の第１、第２端面の対向方向を光軸として、この光軸に沿って前記少なくとも第１端面からレーザ光を発射する半導体レーザであって、
前記半導体基体は、前記下面に沿って形成された第１導電型の下クラッド層と、この下クラッド層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第２導電型の上クラッド層と、少なくとも前記第１端面に隣接し前記第１端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を含む窓領域とを有し、
また前記半導体基体は、前記上面のほぼ中央に、前記光軸に沿って前記第１、第２端面間を延びるリッジを有し、またこのリッジと前記一対の側面との間に前記光軸に沿って延びる一対の側壁を有し、
前記半導体基体の上面上には金属薄膜が形成され、この金属薄膜は前記リッジと一対の側壁とを覆い、またこの金属薄膜上に駆動電圧の供給を受ける金メッキ層が形成され、この金メッキ層は前記リッジ上の第１部分と、前記一対の側壁上の第２部分とを有し、前記金メッキ層の第１部分の端面が、前記半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
請求項４記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の第１部分の端面と、その第２部分の端面は、前記半導体基体の第１端面から同じ距離だけ離れていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項６】
請求項５記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の第１部分と、その第２部分の端面が、前記半導体基体の第１端面から１．０〜５．０μｍだけ離れていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
請求項４載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の第２部分の端面は、前記半導体基体の第１端面から、前記第１部分の端面よりも大きく離れていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項８】
請求項７記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の第１部分の端面は、前記半導体基体の第１端面とほぼ一致した位置にあることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
請求項７記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の第１部分の端面は、前記半導体基体の第１端面から０〜２．０μｍ離れ、前記金メッキ層の第２部分の端面は前記第１端面から２．０〜２０μｍだけ離れていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の厚さが１．０〜１０．０μｍとされたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体レーザであって、前記金メッキ層の厚さが１．５〜５．０μｍとされたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項４記載の半導体レーザであって、前記第１、第２端面からレーザ光を発射するように構成され、前記第１、第２端面のそれぞれに隣接する２つの窓領域を有し、これらの各窓領域がそれぞれ前記第１、第２端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を有し、前記金メッキ層の第１部分の両端の端面が、前記半導体基体の第１、第２端面と、前記光軸に沿った各光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する各中間位置との間の範囲にそれぞれ位置することを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ディスクシステムあるいは光通信などに利用される矩形形状の半導体基体を有する半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この出願と同じ出願人による特開２００２−２６１３７９号公報（以下先行技術という）には、矩形形状の半導体基体の端面の近傍に窓領域を形成した半導体レーザが開示されている。この半導体レーザの矩形形状の半導体基体は、下面と、この下面に対向する上面と、一対の相対向する端面とを有し、一対の端面の対向する方向を光軸として、この光軸に沿って一対の端面からレーザ光を発射する。半導体基体の内部には、下クラッド層と、この下クラッド層上の活性層と、この活性層上の上クラッド層とが形成され、また半導体基体の端面の近傍には、半導体基体の端面破壊を防止する窓領域が形成される。この窓領域は、半導体基体の光軸に沿って端面から所定の長さに形成された光非吸収領域を含んでいる。
【０００３】
前記先行技術において、半導体基体の上面には、金属薄膜と、金メッキ層が配置され、この金メッキ層には、外部から駆動電圧が供給される。金属薄膜は、半導体基体の端面にまで達するように形成されている。金メッキ層の端面の近傍では、金メッキ層が存在しない金属薄膜で局部的に電流密度が高くなり、局部的な発熱が生じるが、前記先行技術では、この金メッキ層の端面を、前記光非吸収領域の内端に相当する位置の近傍に位置させることにより、局部的な発熱を抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特願２００２−２６１３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記先行技術においても、レーザ光の強度分布曲線の中心点が、光出力の増加とともに、０．５〜３．０度程度、下クラッド層側から上クラッド層側に変位する問題がある。図１はこのレーザ光の強度分布曲線の変位を説明するための図である。半導体基体１０から発射されるレーザ光の強度分布曲線２は、遠視野像またはファーフィールドパターン（ＦＦＰ）と呼ばれ、図１に示すように楕円形であり、半導体基体１０の垂直方向における分布を示す垂直分布曲線３と、半導体基体１０の水平方向における分布を示す水平分布曲線４から明らかなように、垂直方向における広がりが大きい。
【０００６】
レーザ光は、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから、その端面と垂直に発射されるので、強度分布曲線２の中心点Ｐは、端面１０ｃ、１０ｄに対して垂直な法線５と一致するのが理想である。この強度分布曲線２の中心点Ｐは、外部機器と、半導体レーザの光結合の基準となる重要な点であり、この中心点Ｐが法線５から変位すれば、外部機器との光結合のずれを招く結果となる。
【０００７】
この発明は、このようなレーザ光の強度分布曲線の中心点の変位を改善することのできる半導体レーザを提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による第１の観点の半導体レーザは、下面、この下面に対向する上面、前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の第１、第２端面、および前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の側面を有する矩形形状の半導体基体を備え、前記一対の第１、第２端面の対向方向を光軸として、この光軸に沿って前記少なくとも第１端面からレーザ光を発射する半導体レーザである。前記半導体基体は、前記下面に沿って形成された第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層と、少なくとも前記第１端面に隣接し前記第１端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を含む窓領域とを有している。前記半導体基体の上面上には金属薄膜が形成され、またこの金属薄膜上に駆動電圧の供給を受ける金メッキ層が形成され、この金メッキ層は前記第１端面に向かって延びた端面を有し、この金メッキ層の端面が、前記半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明の第２の観点の半導体レーザは、下面、この下面に対向する上面、前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の第１、第２端面、および前記下面にほぼ垂直な相対向する一対の側面を有する矩形形状の半導体基体を備え、前記一対の第１、第２端面の対向方向を光軸として、この光軸に沿って前記少なくとも第１端面からレーザ光を発射する半導体レーザである。前記半導体基体は、前記下面に沿って形成された第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層と、少なくとも前記第１端面に隣接し前記第１端面から前記光軸に沿って所定の長さＡに形成された光非吸収領域を含む窓領域とを有し、また前記半導体基体は、前記上面のほぼ中央に、前記光軸に沿って前記第１、第２端面間を延びるリッジを有し、またこのリッジと前記一対の側面との間に前記光軸に沿って延びる一対の側壁を有している。前記半導体基体の上面上には金属薄膜が形成され、この金属薄膜は前記リッジと一対の側壁とを覆い、またこの金属薄膜上に駆動電圧の供給を受ける金メッキ層が形成され、この金メッキ層は前記リッジ上の第１部分と、前記一対の側壁上の第２部分とを有し、前記金メッキ層の第１部分の端面が、前記半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さＡの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この出願の発明者は、前記レーザ光の強度分布曲線の中心点Ｐが変位する問題は、窓領域が、この窓領域以外のレーザ領域に比べてフリーキャリアに対する吸収係数が大きく、このため窓領域がその窓領域以外のレーザ部分よりも、温度上昇が大きいことに起因することを突き止めた。この発明の第１の観点の半導体レーザでは、金属薄膜に比べて、厚い金メッキ層の端面を、レーザ光を発射する半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さの１／２に相当する中間位置との間の範囲に位置させる。また、この発明の第２の観点の半導体レーザでは、リッジ上の金メッキ層の第１部分の端面を、レーザ光を発射する半導体基体の第１端面と、前記光軸に沿った前記光非吸収領域の長さの１／２に相当する中間位置との間に位置させる。この構成により、窓領域において、金メッキ層からの放熱を増大し、窓領域の温度上昇を抑制することができるので、窓領域と、窓領域以外のレーザ領域との温度上昇の差を小さくすることができ、したがってレーザ光の強度分布曲線の中心点の変位を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図２はこの発明による半導体レーザの実施の形態１を一部切断して示す斜視図、図３はそのＡ−Ａ線による断面図である。この実施の形態１の半導体レーザは、半導体基体の上表面にリッジを持ったリッジ型半導体レーザであり、具体的にはリッジ型半導体赤色発光レーザである。
【００１３】
この実施の形態１の半導体レーザは半導体基体１０を有する。この半導体基体１０は、薄い矩形形状に作られており、下面１０ａと、上面１０ｂと、一対の端面１０ｃ、１０ｄと、一対の側面１０ｅ、１０ｆを有する。下面１０ａは平坦面であり、上面１０ｂは下面１０ａに対向している。一対の端面１０ｃ、１０ｄと、一対の側面１０ｅ、１０ｆは、ともに下面１０ａに垂直な平坦面である。一対の端面１０ｃ、１０ｄは、一対の側面１０ｅ、１０ｆの間に形成され、これらの一対の側面１０ｅ、１０ｆに直角に交差する。端面１０ｃ、１０ｄは発光面である。レーザ光Ｌは、端面１０ｃ、１０ｄから、これらの端面１０ｃ、１０ｄと垂直に発射される。この端面１０ｃ、１０ｄと垂直な軸線を光軸と呼ぶ。レーザ光Ｌはこの光軸に沿って発射される。
【００１４】
半導体基体１０の上面１０ｂの中央には、ストライプ状のリッジ１５が形成される。このリッジ１５は、光軸と平行に、端面１０ｃと端面１０ｄとの間を延びるように形成される。リッジ１５の両側には、一対の溝１６、１７がリッジ１５に沿って形成され、この溝１６、１７のさらに外側には、一対の側壁１８、１９が形成される。側壁１８は、半導体基体１０の側面１０ｅと溝１６との間に形成され、側壁１９は、半導体基体１０の側壁１０ｆと溝１７との間に形成される。側壁１８、１９も、光軸と平行に、端面１０ｃと端面１０ｄとの間を延びている。
【００１５】
半導体基体１０は、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板２０を用いて作られる。この半導体基板２０の上には、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなる下クラッド層２１が半導体基板２０に直接接合するように形成される。この下クラッド層２１の上には、活性層２２が下クラッド層２１に直接接合するように形成される。この活性層２２は、ＧａＩｎＰを井戸層、ＡｌＧａＩｎＰをバリア層とする多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）とされる。活性層２２の上には、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第１上クラッド層２３ａが活性層２２に直接接合するように形成される。この第１上クラッド層２３ａの上には、ＡｌＩｎＰからなるエッチングストッパ層２４が、第１上クラッド層２３ａに直接接合するように形成される。このエッチングストッパ層２４の上には、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２上クラッド層２３ｂがエッチングストッパ層２４に直接接合するように形成される。
【００１６】
これらの半導体基板２０、下クラッド層２１、活性層２２、第１上クラッド層２３ａ、エッチングストッパ層２４、および第２上クラッド層２３ｂは、それぞれ半導体基体１０の下面１０ａに沿って、この下面１０ａと平行に形成され、それらの各層の周辺は、端面１０ｃ、１０ｄおよび側面１０ｅ、１０ｆに露出する。下クラッド層２１の厚さは１．５〜４．０μｍ、そのキャリア濃度は０．３〜０．８×１０１８ｃｍ−３である。第１上クラッド層２３ａの厚さは０．１〜１．０μｍ、そのキャリア濃度は０．３〜１．０×１０１８ｃｍ−３である。第２上クラッド層２３ｂの厚さは０．５〜２．０μｍ、そのキャリア濃度は０．３〜１．０×１０１８ｃｍ−３である。
【００１７】
各クラッド層２１、２３ａ、２３ｂを構成するＡｌＧａＩｎＰの組成は、正確には、（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐとされ、各クラッド層２１、２２、２３とも、Ａｌ組成比Ｘは０．５〜０．７とされる。
【００１８】
第２上クラッド層２３ｂに、リッジ１５と、一対の側壁１８、１９が形成され、リッジ１５と、一対の側壁１８、１９との間には、溝１６、１７がエッチング工程により形成される。溝１６、１７は、エッチング工程により第２上クラッド層２３ｂを、半導体基体１０の厚さの方向、すなわち下面１０ａと上面１０ｂとが対向する方向に貫通するように形成され、第２上クラッド層２３ｂは、この溝１６、１７により、リッジ１５と、一対の側壁１８、１９に分離される。溝１６、１７の深さは、ちょうどエッチングストッパ層２４の表面に達する深さとされる。
【００１９】
半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄに隣接して、それぞれ窓領域２５が形成される。これらの各窓領域２５は、それぞれ端面１０ｃ、１０ｄに隣接し、第２上クラッド層２３ｂからエッチングストッパ層２４、第１上クラッド層２３ａ、活性層２２を経て第１クラッド層２１に達する領域に形成される。
【００２０】
リッジ１５の頂面には、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層２６が形成される。リッジ１５の両側側面、溝１６、１７の底面、側壁１８、１９の溝１６、１７に隣接する側面、および側壁１８、１９の頂面は、シリコン窒化膜などの絶縁膜２７で覆われる。この絶縁膜２７の上に、ｐ側電極３０が形成され、このｐ側電極３０は、リッジ１５の頂面では、絶縁膜２７にコンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを介して、コンタクト層２６に低抵抗接合する。半導体基板２０の底面は、半導体基体１０の下面１０ａを形成し、この下面１０ａには、ｎ側電極４０が接合される。ｐ側電極３０は、金属薄膜３１と金メッキ層３２により構成される。
【００２１】
金属薄膜３１は、０．１〜０．５μｍの厚さの金（Ａｕ）の薄膜であり、具体的には例えば０．２５μｍの厚さの金（Ａｕ）の蒸着層が使用される。金メッキ層３２は、この金属薄膜３１の上に、厚さ１．０〜１０．０μｍで、金（Ａｕ）をメッキしたものである。この金メッキ層３２の厚さは、好ましくは、１．５〜５．０μｍ、具体的には、例えば４μｍの厚さとされる。この金メッキ層３２には、ボンディングワイヤ（図示せず）がボンディングされ、このボンディングワイヤを通して、半導体レーザに対する駆動電圧が印加される。半導体レーザ１０は、ｐ型電極３０からｎ型電極４０へ駆動電流を供給することにより、端面１０ｃ、１０ｄからレーザ光Ｌを発射する。なお、金属薄膜３１、金メッキ層３２の厚さは、下面１０ａと上面１０ｂの対向方向における厚さである。
【００２２】
実施の形態１による半導体レーザの製造方法について説明する。まず、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板２０を準備する。このＧａＡｓ基板２０の上に、ＭＯＣＶＤ法などの結晶成長法により、下クラッド層２１、活性層２２、第１上クラッド層２３ａ、エッチングストッパ層２４、第２上クラッド層２３ｂ、コンタクト層２６を順次積層して形成する。
【００２３】
その後、端面１０ｃ、１０ｄに隣接して、窓領域２５を形成する。続いて、リッジ１５の頂面にだけにコンタクト層２６が残るように、エッチングによりコンタクト層２６を選択的に除去する。この状態で、第２上クラッド層２３ｂに対するエッチング工程を行ない、リッジ１５、一対の側壁１８、１９を形成する。その後、上面１０ｂの全面に絶縁膜２７を形成し、リッジ１５の頂面で、絶縁膜２７にコンタクトホールを形成した後、絶縁膜２７の上に金属薄膜３１と金メッキ層３２を形成する。
【００２４】
第２上クラッド層２３ｂに対するエッチング工程は、第２上クラッド層２３ｂに溝１６、１７を形成する選択エッチングであり、ウエットエッチングにより、溝１６、１７を形成する。エッチング液としては、硫酸または塩酸系のエッチング液を用いる。このエッチング工程は、コンタクト層２６のエッチングに続いて実行され、リッジ１５の頂面と、一対の側壁１８、１９の頂面をマスクした状態で、第２上クラッド層２３ｂに溝１６、１７を形成する。このエッチングは、エッチングストッパ層２４が溝１６、１７の底に露出した状態で自動的に停止する。
【００２５】
さて、図４は、実施の形態１における窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図４は、リッジ１５の端面１０ｃに隣接する端部分を光軸に沿って切断した断面である。リッジ１５の端面１０ｄに隣接する端部分も図４と同じ構造になるので、図４では端面１０ｃに符号１０ｄを併記している。実施の形態１の窓領域２５は、光非吸収領域２５Ａと、光抵抗領域２５Ｂを有する。これらの光非吸収領域２５Ａと光抵抗領域２５Ｂは、ともに端面１０ｃ、１０ｄに隣接して形成される。
【００２６】
具体的には、光非吸収領域２５Ａは、端面１０ｃ、１０ｄから、半導体基体１０の内部に向かい、光軸に沿って所定の長さＡを持つように形成されている。この光非吸収領域２５Ａは、半導体基体１０の上面１０ｂにおける端面１０ｃ、１０ｄに隣接する部分から、例えばＺｎを拡散して形成される。光非吸収領域２５Ａは、エッチングストッパ層２４、第１上クラッド層２３ａ、活性層２２、および下クラッド層２１を貫通し、ＧａＡｓ基板２０の表面部分に達している。この光非吸収領域２５Ａは、活性層２２を縦断し、活性層２２を無秩序化して、活性層２２よりも禁制帯幅の大きな光非吸収領域を形成する。この光非吸収領域２５Ａは、その大きな禁制帯幅のためにレーザ光Ｌを吸収せず、半導体基体１０の端面破壊を防止する。光非吸収領域２５Ａの長さＡは、１０〜３０μｍ、具体的には、例えば２０μｍの長さとされる。
【００２７】
高抵抗領域２５Ｂは、光非吸収領域２５Ａの上部に、それと一部が重なるように形成されている。この高抵抗領域２５Ｂは、端面１０ｃ、１０ｄから、半導体基体１０の内部に向かい、光軸に沿って所定の長さＢを持つように形成されている。この長さＢは、光非吸収領域２５Ａの長さＡよりも大きい。すなわちＢ＞Ａとされる。この高抵抗領域２５Ｂの長さＢは、光非吸収領域２５Ｂの長さＡよりも５〜１０μｍだけ長くするのが望ましいが、光非吸収領域２５Ａと同じ長さにすることも可能である。
【００２８】
高抵抗領域２５Ｂは、半導体基体１０の上面１０ｂの端面１０ｃ、１０ｄに隣接する部分から、例えばプロトンを注入して形成される。このプロトンを注入した高抵抗領域２５Ｂは、第２上クラッド層２３ｂとエッチングストッパ層２４を貫通し、第１上クラッド層２３ａの表面部分に達している。この高抵抗領域２５Ｂは光非吸収領域２５Ａの上に高い抵抗領域を与える。この高抵抗領域２５Ｂは、ｐ側電極３０から窓領域２５におけるエッチングストッパ２４、第１上クラッド層２３ａへ流れ込む電流を制限し、窓領域２５の光非吸収領域２５Ａに流れ込む電流を制限する。
【００２９】
実施の形態１では、図４に示すように、リッジ１５の両端部分において、コンタクト層２６がエッチングにより除去され、第２上クラッド層２３ｂに直接接合するように、絶縁膜２７が形成されている。このリッジ１５の両端部分におけるコンタクト層２６の除去と、絶縁膜２７が第２上クラッド層２３ｂに直接接合する構造も、ｐ側電極３０から半導体基体１０の窓領域２５に流れ込む電流を制限するのに有効である。
【００３０】
窓領域２５は、コンタクト層２６をリッジ１５の頂面上に残すためのエッチングにおいて、このコンタクト層２６をリッジ１５の両端部分でエッチングで除去した後、Ｚｎ拡散の選択拡散により光非吸収領域２５Ａを形成し、続いて、プロトンの選択注入により、高抵抗領域２５Ｂを形成する。絶縁膜２７は、リッジ１５の両端部分でコンタクト層２６を除去した部分にも被着され、この部分では、絶縁膜２７は第２上クラッド層２３ｂに直接接合する。絶縁膜２７の形成後に、ｐ側電極３０を構成する金属薄膜３１と、金メッキ層３２とが形成される。
【００３１】
さて、図４に示されるｐ側電極３０の端部の構造は、実施の形態１におけるこの発明の特徴を表わしている。ｐ側電極３０の金属薄膜３１の端面３１ａは、端面１０ｃ、１０ｄまで延びており、端面１０ｃ、１０ｄと一致する位置にある。これに対し、金メッキ層３２の端面３２ａは、端面１０ｃ、１０ｄから距離Ｘだけ離れて位置しており、この距離Ｘは、端面１０ｃ、１０ｄから、光非吸収領域２５の光軸に沿った長さＡの１／２以下とされる。
【００３２】
図５は実施の形態１の上面図である。図５から明らかなように、ｐ側電極３０の金属薄膜３１は、リッジ１５の頂面と両側面、溝１６、１７の底面、一対の側壁１８、１９の溝１６、１７側の側面、および一対の側壁１８、１９の頂面上にそれらを覆うように形成される。この金属薄膜３１のリッジ１５の上の部分を第１部分３１Ａとし、また一対の側壁１８、１９上の部分を第２部分３１Ｂとする。金属薄膜３１は、第１部分３１Ａでも、また第２部分３１Ｂでも、ともにそれらの端面３１ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄまで延びている。言い換えれば、金属薄膜３１の端面３１ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと平行であり、かつ端面１０ｃ、１０ｄと一致する位置にある。
【００３３】
金メッキ層３２も、リッジ１５の頂面と両側面、溝１６、１７の底面、一対の側壁１８、１９の溝１６、１７側の側面、および一対の側壁１８、１９の上面上に形成される。この金属薄膜３２のリッジ１５の上の部分を第１部分３２Ａとし、また一対の側壁１８、１９上の部分を第２部分３２Ｂとする。実施の形態１では、金メッキ層３２は、第１部分３２Ａでも、また第２部分３２Ｂでも、それらの端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと平行であり、かつ端面１０ｃ、１０ｄから同じ距離Ｘだけ離れている。この距離Ｘに対応する部分では、金メッキ層３２は存在せず、金属薄膜３１が露出している。
【００３４】
実施の形態１において、金属薄膜３１の端面３１ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄまで延びるが、金メッキ層３２の端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと、光非吸収領域２５Ａの光軸に沿った長さＡの１／２に相当する中間位置Ａｈとの間の範囲に位置している。すなわち、金メッキ層３２の端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから、０〜Ａ／２の範囲に位置する。具体的には、実施の形態１では、距離Ｘは３．０μｍとされ、金メッキ層３２の端面３２ａは、第１部分３２Ａでも、また第２部分３２Ｂでも、端面１０ｃ、１０ｄから３μｍだけ離れた位置に置かれる。
【００３５】
金属薄膜３１の端面３１ａと金メッキ層３２の端面３２ａをこのように設定することにより、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから発射されるレーザ光Ｌの強度分布曲線２の中心点Ｐの変位を抑制することができた。以下発明者が、３次元シュミレーションを用いて見出した、レーザ光Ｌの強度分布曲線２の中心点Ｐの変位のメカニズムを説明する。
【００３６】
窓領域２５を有する半導体レーザにおいて、窓領域２５以外のレーザ部分では、電流による発熱が主となるのに対し、窓領域２５では、電流による発熱と、光吸収による発熱が起る。Ｚｎ拡散などにより光非吸収領域２５Ａを形成し、活性層２２を無秩序化した場合、フリーキャリアに対する吸収係数が、レーザ部分よりも窓領域２５で増加するので、窓領域２５では、光吸収による発熱が主となる。
【００３７】
半導体レーザについて、半導体基体１０の温度上昇を３次元シュミレーションにより求めた結果、金メッキ層３２の端面３２ａが、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから１５μｍ離れた半導体レーザでは、レーザ光Ｌの光出力が１００ｍＷのとき、窓領域における温度は、常温２５［℃］から２１．５［℃］温度上昇するのに対し、レーザ部分では常温２５［℃］からの温度上昇は、８［℃］程度となり、窓領域とレーザ部分とで、約１３．５［℃］の温度差が生じる。このため、レーザ光Ｌの光出力の増加とともに、窓領域とレーザ部分との温度差が大きくなり、この温度差により、窓領域２５とレーザ部分との屈折率分布差が変化し、レーザ光Ｌの強度分布曲線２の中心点Ｐが垂直方向に変位する。この中心点Ｐの変位量は、レーザ光Ｌの光出力の増加とともに増加するので、特に１００ｍＷを超える高出力レーザでは、中心点Ｐの変位が問題となる。
【００３８】
図６はそのシュミレーション結果を示す。図６は、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから、金メッキ層３２の端面３２ａまでの距離Ｘを変えた場合における温度上昇をシュミレーションした特性図である。縦軸は、窓領域２５の温度［℃］を示し、横軸は金メッキ層３２の端面３２ａの端面１０ｃ、１０ｄからの距離Ｘ（μｍ）を示す。特性曲線ｔ１、ｔ２、ｔ３は、それぞれ金メッキ層３２の厚さが１μｍ、２μｍ、３μｍである場合の特性である。特性ｔ４は、金メッキ層３２に対し、サブマウントを接合した場合の特性である。
【００３９】
図７は図６に関連して、半導体基体１０上の金メッキ層３２の位置を概念的に示す。金メッキ層３２は、半導体基体１０の窓領域２５の上から、その内部の窓領域２５以外のレーザ領域５０の上に延びている。距離Ｘ（μｍ）は、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄから、金メッキ層３２の端面３２ａまでの距離である。この図６には、併せて、金メッキ層３２に接合されたサブマウント５１が示される。このサブマウント５１は、図６の特性ｔ４に対応するもので、半導体基体１０の保持と、半導体基体１０からの放熱促進のために、配置される金属ブロックである。
【００４０】
図６では、距離Ｘを１５μｍとしたときの窓領域２５の温度がポイントＴ０で示される。このポイントＴ０の温度は４６．５［℃］であり、これは常温を２５［℃］とし、窓領域２５において、常温から２１．５［℃］の温度上昇をしたことを示している。距離Ｘが０に近づくにともない、窓領域２５における温度上昇が低下する。この温度上昇の低下は、特性ｔ４で最も著しく、特性ｔ３、ｔ２、ｔ１の順番に、温度上昇の低下が少なくなる。
【００４１】
図６の特性ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に基づき、距離Ｘを小さくする程、窓領域２５の温度は低くなることが明らかであり、これは金メッキ層３２による放熱効果が、距離Ｘを小さくする程、増加することに起因すると考えられる。金メッキ層３２の厚さを大きくすれば、特性ｔ１、ｔ２、ｔ３の順番に、窓領域２５の温度が低くなり、金メッキ層３２にサブマウント５１を付設すれば、特性ｔ４のように最も効果があるが、この特性ｔ４は、金メッキ層３２の厚さを３．０μｍとした場合の特性ｔ３と大差のないことも明らかである。
【００４２】
実施の形態１では、距離Ｘは３．０μｍとされるので、金メッキ層３２の厚さを例えば３．０μｍとすると、窓領域２５の温度は特性ｔ３から、４１．５［℃］となる。これは、常温から１６．５［℃］の温度上昇を意味し、ポイントＰに比べて、温度が５［℃］低下した結果になる。
【００４３】
この発明では、金メッキ層３２の端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄに一致する位置まで延ばすか、または端面１０ｃ、１０ｄに、できるだけ近づけられる。この金メッキ層３２は、金属薄層３１に比べて厚さが厚く、この金メッキ層３２は窓領域２５からの放熱を促進するのに有効であり、この放熱をより促進するには、金メッキ層３２の端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄにできるだけ近づけることが望ましい。実施の形態１では、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと、金メッキ層３２の端面３２ａとの距離Ｘは、１．０〜５．０μｍ、具体的には、３．０μｍとされる。光非吸収領域２５Ａの光軸方向の長さＡは例えば２０μｍであり、その中間位置Ａｈは、端面１０ｃ、１０ｄから１０μｍだけ離れている。
【００４４】
距離Ｘは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄのへき開作業を、阻害しないために、設定される。端面１０ｃ、１０ｄは、へき開作業により、下面１０ａと垂直に形成されるが、金メッキ層３２は厚さが厚いため、端面１０ｃ、１０ｄのへき開作業を阻害するおそれがある。金メッキ層３２による窓領域２５からの放熱を促進するためには、金メッキ層３２の端面３２ａは、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと一致するまで延長することが望ましいが、実施の形態１では、金メッキ層３２の第１部分３２Ａと第２部分３２Ｂの両方において、ともに距離Ｘを１．０〜５．０μｍとし、端面１０ｃ、１０ｄのへき開を阻害しないようにしている。
【００４５】
なお、金属薄膜３１は、その厚さが薄いので、端面１０ｃ、１０ｄのへき開を阻害することはない。そのため、金属薄膜３１の端面３１ａは、その第１部分３１Ａと第２部分３１Ｂの両方において、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと一致するように、設定される。
【００４６】
以上のように、実施の形態１によれば、端面１０ｃ、１０ｄのへき開を阻害することなく、しかも窓領域２５の温度上昇を抑制し、レーザ光Ｌの強度分布曲線２の中心点Ｐが垂直方向に変位するのを抑制することができる。
【００４７】
実施の形態２．
図８は、この発明による半導体レーザの実施の形態２を示す平面図である。この実施の形態２では、金メッキ層３２の端面３２ａが、実施の形態１に比べて変更されている。図８において、金メッキ層３２は、リッジ１５上に位置する第１部分３２Ａの端面３２ａＡと、側壁１８、１９上に位置する第２部分３２Ｂの端面３２ａＢとを有し、これらの端面３２ａＡ，３２ａＢは、それぞれ半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと平行とされるが、とくに実施の形態２では、端面３２ａＡは半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄに一致しており、端面３２ａＢは、端面１０ｃ、１０ｄから大きく離れている。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、金属薄膜３１の端面３１ａは、第１部分３１Ａでも、第２部分３１Ｂでも、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄと一致している。
【００４８】
金メッキ層３２の第１部分３２Ａの端面３２ａＡと、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄとの距離をＸ１とし、その第２部分３２Ｂの端面３２ａＢと端面１０ｃ、１０ｄとの距離をＸ２とすると、実施の形態２では、Ｘ２＞Ｘ１とされる。距離Ｘ１は、０〜２．０μｍとするのが適当であるが、具体的には、Ｘ１＝０とされ、端面３２ａＡは端面１０ｃ、１０ｄと一致している。距離Ｘ２は、２．０〜２０μｍとされ、具体的には、１５μｍとされる。
【００４９】
実施の形態２では、金メッキ層３２の第１部分３２Ａの端面３２ａＡが、半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄのへき開を阻害するおそれがあるが、その幅はリッジ１５の幅と同じで、限られた幅であり、端面１０ｃ、１０ｄのへき開は達成される。また、第２部分３２Ｂの端面３２ａＢと端面１０ｃ、１０ｄとの距離Ｘ２は大きいが、レーザ光Ｌは、リッジ１５の下部から発射され、リッジ１５の部分では、第１部分３２Ａの端面３２ａＡが半導体基体１０の端面１０ｃ、１０ｄに充分に近づけられるので、窓領域２５の温度上昇も効果的に抑制される。
【００５０】
実施の形態３．
図９は、この発明による半導体レーザの実施の形態３の窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図９は、図４と同様に、リッジ１５の端部分の断面である。この実施の形態３では、実施の形態１における高抵抗領域２５Ｂが省略され、光非吸収領域２５Ａが、リッジ１５の両端部分で、第２上クラッド層２３ｂの表面まで延びており、絶縁膜２７により覆われている。その他は、実施の形態１または２と同じに構成される。
【００５１】
この実施の形態３でも、リッジ１５の両端部分で、コンタクト層２６がエッチング除去されている構成、およびリッジ１５の両端部分で絶縁膜２７が第２上クラッド層２３ｂに直接接合する構成により、窓領域２５への電流の流れ込みを制限することができ、金メッキ層３２を実施の形態１、または実施の形態２と同じに構成することにより、それらと同様な効果を得ることができる。
【００５２】
実施の形態４．
図１０は、この発明による半導体レーザの実施の形態４の窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図１０は、図４と同様に、リッジ１５の端部分の断面である。この実施の形態４では、実施の形態１におけるリッジ１５の端部分における絶縁膜２７が省略され、金属薄膜３１が直接高抵抗領域２５Ｂに接合している。その他は、実施の形態１または２と同じに構成される。
【００５３】
この実施の形態４でも、リッジ１５の両端部分でコンタクト層２６がエッチング除去されている構成、およびリッジ１５の両端部分に高抵抗領域２５Ｂを形成する構成により、窓領域２５への電流の流れ込みを制限することができ、金メッキ層３２を実施の形態１、または実施の形態２と同じに構成することにより、それらと同様な効果を得ることができる。
【００５４】
実施の形態５．
図１１は、この発明による半導体レーザの実施の形態５の窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図１１は、図４と同様に、リッジ１５の端部分の断面である。この実施の形態５では、リッジ１５の両端部分にコンタクト層２６が残されている。高抵抗領域２５Ｂは、リッジ１５の両端部分のコンタクト層２６の表面まで延びており、絶縁膜２７はこの高抵抗領域２５Ｂに直接接合され、この絶縁膜２７上に、金メッキ層３２が配置される。その他は、実施の形態１または２と同じに構成される。
【００５５】
この実施の形態５でも、リッジ１５の両端部分で、絶縁膜２７が高抵抗領域２５Ｂに接合する構成により、窓領域２５への電流の流れ込みを制限することができ、金メッキ層３２を実施の形態１、または実施の形態２と同じに構成することにより、それらと同様な効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態６．
図１２は、この発明による半導体レーザの実施の形態６の窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図１２は、図４と同様に、リッジ１５の端部分の断面である。この実施の形態６では、リッジ１５の両端部分にコンタクト層２６が残されている。高抵抗領域２５Ｂは省略され、光非吸収領域２５Ａがリッジ１５の両端部分のコンタクト層２６の表面まで延びており、絶縁膜２７はこの高抵抗領域２５Ｂに直接接合され、この絶縁膜２７上に、金メッキ層３２が配置される。その他は、実施の形態１または２と同じに構成される。
【００５７】
この実施の形態６でも、リッジ１５の両端部分で、絶縁膜２７が光非吸収領域２５Ａに接合する構成により、窓領域２５への電流の流れ込みを制限することができ、金メッキ層３２を実施の形態１、または実施の形態２と同じに構成することにより、それらと同様な効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態７．
図１３は、この発明による半導体レーザの実施の形態７の窓領域２５を拡大して示す断面図である。この図１３は、図４と同様に、リッジ１５の端部分の断面である。この実施の形態７では、リッジ１５の両端部分にコンタクト層２６が残されており、このリッジ１５の両端部分の絶縁膜２７は省略されている。光非吸収領域２５Ａの上の高抵抗領域２５Ｂが、リッジ１５の両端部のコンタクト層２６の表面まで延びており、金属薄膜３１はこの高抵抗領域２５Ｂに直接接合され、端面１０ｃ、１０ｄまで延びている。その他は、実施の形態１または２と同じに構成される。
【００５９】
この実施の形態７でも、リッジ１５の両端部分で、高抵抗領域２５Ｂにより、窓領域２５への電流の流れ込みを制限することができ、金メッキ層３２を実施の形態１、または実施の形態２と同じに構成することにより、それらと同様な効果を得ることができる。
【００６０】
以上の各実施の形態は、クラッド層２１、２３ａ、２３ｂにＡｌＧａＩｎＰを用いた赤色発光レーザであるが、この発明は、これらのクラッド層に、ＡｌＧａＡｓまたは他の材料を用いた半導体レーザにも適用できる。また、以上の説明では、レーザ光Ｌの強度分布曲線２の中心点Ｐが下クラッド層２１から上クラッド層２３ａ、２３ｂ側へ変位する例を示したが、窓領域２５と、窓領域２５以外のレーザ部分５０との温度上昇の差によって、他の方向へ変位するものに適用しても、同様にその変位を抑制できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
この発明は、半導体レーザ、例えばリッジ型半導体レーザに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、半導体レーザのレーザ光の強度分布曲線を示す説明図である。
【図２】図２はこの発明による半導体レーザの実施の形態１を一部切断して示す斜視図である。
【図３】図３は図２のＡ−Ａ線による断面図である。
【図４】図４は実施の形態１の窓領域を拡大して示す断面図である。
【図５】図５は実施の形態１の平面図である。
【図６】図６は実施の形態１の温度上昇をシュミレーションした特性図である。
【図７】図７は図６に対応して金メッキ層の配置を概念的に示す説明図である。
【図８】図８は、この発明による半導体レーザの実施の形態２を示す平面図である。
【図９】図９は、この発明による半導体レーザの実施の形態３の窓領域を拡大して示す断面図である。
【図１０】図１０は、この発明による半導体レーザの実施の形態４の窓領域を拡大して示す断面図である。
【図１１】図１１は、この発明による半導体レーザの実施の形態５の窓領域を拡大して示す断面図である。
【図１２】図１２は、この発明による半導体レーザの実施の形態６の窓領域を拡大して示す断面図である。
【図１３】図１３は、この発明による半導体レーザの実施の形態７の窓領域を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０：半導体基体、１０ａ：下面、１０ｂ：上面、１０ｃ、１０ｄ：端面、
１０ｅ、１０ｆ：側面、
２０：半導体基板、２１：下クラッド層、２２：活性層、
２３ａ、２３ｂ：上クラッド層、
２５：窓領域、２５Ａ：光非吸収領域、
３０：ｐ側電極、３１：金属薄膜、
３２：金メッキ層、３２Ａ：第１部分、３２Ｂ：第２部分、
３２ａ、３２ａＡ、３２ａＢ：端面。
【図１】
2006108225.tif 000003
【図２】
2006108225.tif 000004
【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】
2006108225.tif 000009
【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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