(57)【要約】【課題】狭い遠視野像を得ることができると共に、閾値電流を十分に小さくできる半導体レーザを提供する。【解決手段】Ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１には、＜０１１＞結晶軸方向に延存する逆メサリッジ３が形成されている。逆メサリッジ３上には、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５、ノンドープの量子井戸活性層６、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８およびＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９を含む断面三角形状領域３０が形成されている。Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５の屈折率はＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７の屈折率と異なる。【選択図】図１
2006147929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜０１１＞結晶軸方向に延在するストライプ部が形成され、（１００）結晶面を主面とする化合物半導体基板と、
上記ストライプ部上に形成されたレーザ共振器と
を備え、
上記レーザ共振器は、上記化合物半導体基板上に形成された第１クラッド層と、上記第１クラッド層上に形成された活性層と、上記活性層上に形成された第２クラッド層とを有し、
上記レーザ共振器の一方の端部における幅は、上記レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅と、上記レーザ共振器の他方の端部における幅とに比べて狭く、
上記第２クラッド層の屈折率は上記第１クラッド層の屈折率と異なることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記レーザ共振器によって形成される光導波路は、上記レーザ共振器の他方の端部側から上記レーザ共振器の一方の端部側へ向かって幅が連続的に狭くなるテーパ部を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第２クラッド層上に形成された電流ブロック層を備え、
上記ストライプ部はリッジ部であり、
上記活性層は量子井戸活性層であり、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層はエピタキシャル成長で形成され、
上記量子井戸活性層は、上記リッジ部上に位置する部分と、上記リッジ部の両側方に位置する部分とに分断され、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分の少なくとも一部は電流ブロック機能を消失していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流ブロック層は、上記リッジ部上に位置する部分と、上記リッジ部の両側方に位置する部分とに分断され、
上記量子井戸活性層の上記リッジ部上の部分における両側面は、上記電流ブロック層の上記リッジ部側方の部分で覆われていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
上記量子井戸活性層に関して、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分は量子井戸構造が無秩序化さ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３に記載の半導体レーザにおいて、
上記化合物半導体基板はＧａＡｓからなり、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層は、ＡｌＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系またはＧａＡｓ系またはＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなり、
上記第２クラッド層の屈折率は上記第１クラッド層の屈折率よりも高いことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層のエピタキシャル成長は有機金属気相成長法で行われたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項８】
請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分の少なくとも一部には、上記電流ブロック層上に形成されたＺｎＯ薄膜のＺｎが拡散していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
請求項５に記載の半導体レーザにおいて、
上記量子井戸構造の無秩序化は、上記量子井戸活性層上に形成したＳｉＯ2膜を高速昇温熱処理法で熱処理することにより行われたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項３に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分に関して、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分は電流ブロック機能を有する一方、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分以外の部分は電流ブロック機能を消失していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体レーザにおいて、
上記電流ブロック機能を消失している部分には、上記電流ブロック層上に形成したＺｎＯ薄膜を高速熱処理法で熱処理することにより、上記ＺｎＯ薄膜のＺｎが拡散していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
上記第１クラッド層または上記第２クラッド層には、ＣＢｒ4をソースとしたＣが不純物としてドーピングされてい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】
本発明は、例えば光ディスク装置または光通信システム等の光源に用いられる、低閾値電流、且つ狭い遠視野像を有する半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置または光通信システム等の光源に用いられる半導体レーザの光出力は、全部が利用されているわけではなく、対物レンズまたは光ファイバーとの光結合効率を掛けた光出力のみが利用されている。従って、光ディスク盤面上または光ファイバーに入る実効的な光出力を大きくするためには、できるだけ狭い遠視野像を有する半導体レーザ（以下、狭ビーム半導体レーザと呼ぶ）が望まれている。
【０００３】
しかしながら、狭い遠視野像を得ようとすると、レーザ光出射端面の光スポット径を大きくする必要があるが、レーザ光出射端面の光スポット径を大きくすると、活性層内への光閉じ込めの割合が小さくなり（利得が小さくなり）、閾値電流が大きくなるという矛盾が発生する。
【０００４】
上述した光スポット径拡大と閾値電流増大という矛盾の解決策として、レーザ光出射端面近傍のみ光スポット径が大きくなる光導波路構造とし、それ以外の領域では通常の光導波路のままにする手法が一般的に採用されている。例えば特許文献１（特開平６−３３４２５５号公報）に、そのような手法を採用した狭ビーム半導体レーザが開示されている。
【０００５】
図９に、従来の狭ビーム半導体レーザを斜め上方から見た概略図を示す。
【０００６】
上記狭ビーム半導体レーザは、ストライプ状のリッジ９２が形成されたｐ型ＧａＡｓ基板９１を備えている。このリッジ９２に関して、レーザ光出射端面近傍の部分の共振器長方向に垂直な幅Ｗ１は、中央部の共振器長方向に垂直な幅Ｗ２よりも広くなっている。
【０００７】
また、上記リッジ９２上には、１回のＭＯＣＶＤ成長により、断面三角形状領域１００を形成している。この断面三角形状領域１００は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層９４、活性層９５およびｐ型ＡｌＧａＡｓ第１上部クラッド層９６の一部からなっている。また、上記断面三角形状領域１００が含む活性層９５に関してもリッジ９２と同様に、レーザ光端面近傍の部分の共振器長方向に垂直な幅は、中央部の共振器長方向に垂直な幅よりも広くなっている。
【０００８】
また、上記断面三角形状領域１００の両側にはｎｐｎ構造ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層９７が形成されている。
【０００９】
なお、９８はｐ型ＡｌＧａＡｓ第２上部クラッド層であり、９９はｐ型ＧａＡｓキャップ層である。
【００１０】
上記構成の狭ビーム半導体レーザによれば、断面三角形状領域１００の両側にｎｐｎ構造ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層９７を形成していることにより、断面三角形状領域１００が含む活性層９５に電流が集中するので、閾値電流を下げることができる。
【００１１】
また、上記断面三角形状領域１００内における活性層９５に関して、レーザ光出射端面近傍の部分の共振器長方向に垂直な幅が、中央部の共振器長方向に垂直な幅が広いことにより、レーザ光出射端面の光スポット径を大きくすることができる。
【００１２】
しかしながら、上記従来の狭ビーム半導体レーザでは、レーザ出射端面近傍での光スポット径を大きくした部分での利得が小さくなるので、閾値電流が十分に小さくなっていないという問題がある。
【００１３】
この問題を解決しようとして、レーザ光出射端面近傍の光スポットを大きくした部分に電流を流さないようにする構造を形成すると、その部分では利得とは逆の光吸収が起こってしまう。その結果、上記閾値電流を小さくできるどころか、逆に、閾値電流が大きくなってしまう。
【特許文献１】特開平６−３３４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、狭い遠視野像を得ることができると共に、閾値電流を十分に小さくできる半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
＜０１１＞結晶軸方向に延在するストライプ部が形成され、（１００）結晶面を主面とする化合物半導体基板と、
上記ストライプ部上に形成されたレーザ共振器と
を備え、
上記レーザ共振器は、上記化合物半導体基板上に形成された第１クラッド層と、上記第１クラッド層上に形成された活性層と、上記活性層上に形成された第２クラッド層とを有し、
上記レーザ共振器の一方の端部における幅は、上記レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅と、上記レーザ共振器の他方の端部における幅とに比べて狭く、
上記第２クラッド層の屈折率は上記第１クラッド層の屈折率と異なることを特徴としている。
【００１６】
上記構成の半導体レーザによれば、上記第１クラッド層の屈折率に対して第２クラッド層の屈折率を異ならし、レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅とレーザ共振器の他方の端部における幅とよりも、レーザ共振器の一方の端部における幅を狭くすることにより、レーザ共振器の一方の端面での光スポット径を大きくすることができる。
【００１７】
また、上記レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅よりもレーザ共振器の一方の端部における幅を狭くし、かつ、レーザ共振器の他方の端部における幅よりもレーザ共振器の一方の端部における幅を狭くすることにより、レーザ共振器の一方の端部における利得の低下を防ぐことができるので、閾値電流を十分に小さくすることができる。
【００１８】
また、上記第１クラッド層の屈折率と第２クラッド層の屈折率とを異ならすことにより、第１クラッド層または第２クラッド層の層厚を薄くすることができ、高次横モードを立ち難くすることができる。
【００１９】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記レーザ共振器によって形成される光導波路は、上記レーザ共振器の他方の端部側から上記レーザ共振器の一方の端部側へ向かって幅が連続的に狭くなるテーパ部を有する。
【００２０】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記レーザ共振器の他方の端部側からレーザ共振器の一方の端部側へ向かって幅が連続的に狭くなるテーパ部を光導波路が有することにより、光導波路で光損失が発生するのを防ぐことができる。
【００２１】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記第２クラッド層上に形成された電流ブロック層を備え、
上記ストライプ部はリッジ部であり、
上記活性層は量子井戸活性層であり、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層はエピタキシャル成長で形成され、
上記量子井戸活性層は、上記リッジ部上に位置する部分と、上記リッジ部の両側方に位置する部分とに分断され、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分の少なくとも一部は電流ブロック機能を消失している。
【００２２】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記電流ブロック層のリッジ部上の部分の少なくとも一部が電流ブロック機能を消失していることにより、量子井戸活性層に注入される電流の密度を高めることができる。
【００２３】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流ブロック層は、上記リッジ部上に位置する部分と、上記リッジ部の両側方に位置する部分とに分断され、
上記量子井戸活性層の上記リッジ部上の部分における両側面は、上記電流ブロック層の上記リッジ部側方の部分で覆われている。
【００２４】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記量子井戸活性層のリッジ部上の部分における両側面を電流ブロック層のリッジ部側方の部分で覆うことにより、量子井戸活性層のリッジ部上の部分からリッジ部側方への電流リークを低減することができる。
【００２５】
一実施形態の半導体レーザでは、上記電流ブロック層の上記リッジ部側方の部分は、ノンドープのＡｌＧａＡｓで形成されている。
【００２６】
一実施形態の半導体レーザでは、上記ＡｌＧａＡｓの電気抵抗は、上記第２クラッド層の電気抵抗より大きい。
【００２７】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記量子井戸活性層に関して、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分は量子井戸構造が無秩序化されている。
【００２８】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記量子井戸活性層に関して、レーザ共振器の一方の端面近傍の部分の量子井戸構造を無秩序化することにより、量子井戸活性層におけるレーザ共振器の一方の端面近傍の部分のバンドギャップが大きくなる。従って、上記量子井戸活性層におけるレーザ共振器の一方の端面近傍の部分を発振波長に対して透明にすることができる。すなわち、上記量子井戸活性層におけるレーザ共振器の一方の端面近傍の部分での光吸収を無くすことができる。
【００２９】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記化合物半導体基板はＧａＡｓからなり、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層は、ＡｌＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系またはＧａＡｓ系またはＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなり、
上記第２クラッド層の屈折率は上記第１クラッド層の屈折率よりも高い。
【００３０】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記化合物半導体基板をＧａＡｓで構成し、第１クラッド層、量子井戸活性層、第２クラッド層および電流ブロック層をＡｌＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系またはＧａＡｓ系またはＧａＩｎＰ系の化合物半導体で構成することにより、第１クラッド層、量子井戸活性層、第２クラッド層および電流ブロック層の結晶品質の低下を防ぐことができる。
【００３１】
また、上記第２クラッド層の屈折率が第１クラッド層の屈折率よりも高いので、光が第２クラッド層の方に漏れ易くなる。
【００３２】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記第１クラッド層、上記量子井戸活性層、上記第２クラッド層および上記電流ブロック層のエピタキシャル成長は有機金属気相成長法で行われた。
【００３３】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第１クラッド層、量子井戸活性層、第２クラッド層および電流ブロック層のエピタキシャル成長を有機金属気相成長法で行うことにより、高品質な第１クラッド層、量子井戸活性層、第２クラッド層および電流ブロック層を簡単に得ることができる。
【００３４】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分の少なくとも一部には、上記電流ブロック層上に形成されたＺｎＯ薄膜のＺｎが拡散している。
【００３５】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記電流ブロック層のリッジ部上の部分の少なくとも一部に、電流ブロック層上に形成されたＺｎＯ薄膜のＺｎを拡散させることにより、電流ブロック層のリッジ部上の部分の少なくとも一部の導電型を容易にＰ型にすることができる。
【００３６】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記量子井戸構造の無秩序化は、上記量子井戸活性層上に形成したＳｉＯ2膜を高速昇温熱処理法で熱処理することにより行われた。
【００３７】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記量子井戸構造の無秩序化を、量子井戸活性層上に形成したＳｉＯ2膜を高速昇温熱処理法で熱処理することにより行うので、量子井戸活性層の形成時間を短縮することができる。
【００３８】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流ブロック層の上記リッジ部上の部分に関して、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分は電流ブロック機能を有する一方、上記レーザ共振器の一方の端面近傍の部分以外の部分は電流ブロック機能を消失している。
【００３９】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記電流ブロック層のリッジ部上の部分に関して、レーザ共振器の一方の端面近傍の部分は電流ブロック機能を有する一方、レーザ共振器の一方の端面近傍の部分以外の部分は電流ブロック機能を消失していることにより、レーザ共振器の一方の端部における光導波路に電流を流すことなく、レーザ共振器の他の部分における光導波路に電流を流すことができる。すなわち、上記レーザ共振器の一方の端部を非励起部とし、かつ、レーザ共振器の他の部分を励起部とすることができる。
【００４０】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記電流ブロック機能を消失している部分には、上記電流ブロック層上に形成したＺｎＯ薄膜を高速熱処理法で熱処理することにより、上記ＺｎＯ薄膜のＺｎが拡散している。
【００４１】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記電流ブロック機能を消失している部分に、電流ブロック層上に形成したＺｎＯ薄膜を高速熱処理法で熱処理することにより、ＺｎＯ薄膜のＺｎを拡散させるので、電流ブロック層の形成時間を短縮することができる。
【００４２】
一実施形態の半導体レーザでは、
上記第１クラッド層または上記第２クラッド層には、ＣＢｒ4をソースとしたＣが不純物としてドーピングされている。
【００４３】
上記実施形態の半導体レーザによれば、上記第１クラッド層または第２クラッド層には、ＣＢｒ4をソースとしたＣを不純物としてドーピングするので、製造コストの上昇を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の半導体レーザは、第２クラッド層の屈折率が第１クラッド層の屈折率と異なり、レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅とレーザ共振器の他方の端部における幅とよりも、レーザ共振器の一方の端部における幅が狭いので、レーザ共振器の一方の端面での光スポット径を大きくすることができる。
【００４５】
また、上記レーザ共振器の共振器長方向の中央部における幅よりもレーザ共振器の一方の端部における幅が狭く、かつ、レーザ共振器の他方の端部における幅よりもレーザ共振器の一方の端部における幅が狭いことによって、レーザ共振器の一方の端部における利得の低下を防ぐことができるので、閾値電流を十分に小さくすることができる。
【００４６】
また、本発明の半導体レーザを光ピックアップ用の光源として使用すると、現状の開口数を持つ対物レンズにおいても大きな結合係数が得られ、光ディスクの表面の実効的光出力が大きくなり、光ディスクの高速化に有益である。特に、赤外レーザチップを赤色レーザチップや青色レーザチップと同一パッケージ内にマウントして使用する発光点が１００μｍ程度に離れた多波長レーザにおいては、対物レンズとの結合係数が小さくなるので、本発明の狭ビームレーザを使用すれば大いに有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の半導体レーザを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４８】
図１に、本発明の一実施の形態のＡｌＧａＡｓ系の狭ビーム半導体レーザを斜め上方から見た概略図を示す。なお、本実施の形態では、上記狭ビーム半導体レーザの一方の端面を第１光出射端面と言うと共に、上記狭ビーム半導体レーザの他方の端面を第２光出射端面と言う。
【００４９】
上記狭ビーム半導体レーザは、Ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１を備えている。このＮ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１には、段差面２Ａ，２Ｂで挟まれて＜０１１＞結晶軸方向に延存する逆メサリッジ３が形成されている。
【００５０】
上記逆メサリッジ３上には、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層４、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５、ノンドープの量子井戸活性層６、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７、ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８およびＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９からなる断面三角形状領域３０が形成されている。このＮ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５はＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７に対して屈折率が非対称になっている。つまり、上記Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５の屈折率はＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７の屈折率と異なっている。
【００５１】
また、上記逆メサリッジ３および断面三角形状領域３０の両側には、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層４’、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５’、ノンドープの量子井戸活性層６’、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７’、ノンドープのＮ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８’およびＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９’が順次形成されている。
【００５２】
上記ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９’上には、ＧａＡｓキャップ層１０およびＰ側電極１１が順次形成されている。一方、上記Ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１下にはＮ側電極１２が形成されている。
【００５３】
なお、図１の１７は、第１光出射端面に形成される光スポットである。
【００５４】
図２に、図１の一点鎖線を含む面で狭ビーム半導体レーザを切った概略断面図を示す。つまり、図２には、上記狭ビーム半導体レーザの共振器長方向の中央部の概略断面図が示されている。
【００５５】
図２の点線四角はＺｎ拡散領域１３を示している。つまり、図２において点線四角で囲んだ領域にはＺｎが拡散している。このため、上記ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８およびＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９，９’およびＧａＡｓキャップ層１０に関して、Ｚｎ拡散領域１３と重なっている部分はＰ型を示す。一方、上記ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８に関して、Ｚｎ拡散領域１３と重なっていない部分はＮ-型を示す。また、上記ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９，９’およびＧａＡｓキャップ層１０に関して、Ｚｎ拡散領域１３と重なっていない部分はＮ型を示す。
【００５６】
なお、図２の１８は、狭ビーム半導体レーザ内に形成される光導波路である。
【００５７】
図３に、上記狭ビーム半導体レーザを上方から見た概略図を示す。
【００５８】
上記光導波路１８の第２光出射端面近傍の部分における幅Ｗｒは、光導波路１８の共振器長方向の中央部における幅Ｗｃ２と略等しくなっている。そして、上記光導波路１８の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ２は上記幅Ｗｒ，Ｗｃ２よりも小さくなっている。このような関係を満たす光導波路１８は非励起部として機能するテーパ部１５を有している。このテーパ部１５は、第２光出射端面側から第１光出射端面側に近づくに従って次第に幅が狭くなっている。このテーパ部１５の幅の変化率を大きくし過ぎると、光導波損失が起こるので、共振器長方向に対するテーパ部１５の傾きは０度を越えかつ０．２度以下になるように設定されている。
【００５９】
また、上記光導波路１８の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ２は、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ１と略等しく、また、上記光導波路１８の共振器長方向の中央部における幅Ｗｃ２は、量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部における幅Ｗｃ１と略等しくなっている（図１，図２参照）。なお、上記幅Ｗｆ１は上記幅ｃ１よりも狭くなっている。
【００６０】
なお、図３のＬｔは、テーパ部１５の共振器長方向の長さである。
【００６１】
本実施の形態では、上記Ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１が化合物半導体基板の一例であり、逆メサリッジ３がストライプ部の一例であり、断面三角形状領域３０がレーザ共振器の一例である。また、上記Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５，５’が第１クラッド層の一例を構成し、量子井戸活性層６，６’が活性層の一例を構成し、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７，７’が第２クラッド層の一例を構成し、ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８，８’が電流ブロック層の一例を構成する。
【００６２】
上記構成の狭ビーム半導体レーザによれば、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５の屈折率とＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７の屈折率とが異なっている場合、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ１を狭くすると、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５およびＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７のうち屈折率の高い方に光が漏れやすくなる。その結果、上記光スポット１７の径が大きくなることが計算および実験により得られた。
【００６３】
また、上記量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部における幅Ｗｃ１と、上記量子井戸活性層６の第２光出射端面近傍の部分における幅Ｗｒとに比べて、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ１が狭いことによって、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分における利得の低下を防ぐことができるので、閾値電流を十分に小さくすることができる。つまり、上記特許文献１の半導体レーザの閾値電流よりも低い閾値電流が得られる。
【００６４】
また、上記逆メサリッジ３は、上記特許文献１の順メサリッジに比べて、リッジ表面および側面におけるストライプ方向への均一性と平坦性が優れている。
【００６５】
以下、上記狭ビーム半導体レーザの製造工程を、図６Ａ〜図６Ｅおよび図７Ａ〜図７Ｅを用いて説明する。なお、図６Ａ〜図６Ｅは上記第１光出射端面近傍の部分での概略断面図であり、図７Ａ〜図７Ｅは狭ビーム半導体レーザの共振器長方向の中央部での概略断面図である。
【００６６】
まず、図６Ａおよび図７Ａに示すように、Ｎ型のＧａＡｓ（１００）ジャスト基板１を使用し、＜０１１＞結晶軸方向に延在するストライプ状の段差面２Ａ，２Ｂによって挟まれた逆メサリッジ３を形成する。この段差面２Ａ，２Ｂおよび逆メサリッジ３は、フォトリソグラフィによるウェットエッチによって形成する。このウエットエッチングでは、硫酸と過酸化水素と水の混合液をエッチング液として用いる。また、上記逆メサリッジ３の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ３は４．０μｍとし、逆メサリッジ３の共振器長方向の中央部における幅ＷＣ３は例えば５．５μｍとし、逆メサリッジ３の第１光出射端面近傍の部分と逆メサリッジ３の共振器長方向の中央部とを連結するテーパリッジの長さは２００μｍとする。また、上記逆メサリッジ３を形成すためのフォトマスクは、上記狭ビーム半導体レーザの共振器長が８００μｍになるように設計する。
【００６７】
次に、図６Ｂおよび図７Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層４，４’（層厚０．５μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５，５’（ｘ＝０．５、層厚１５μｍ）、ノンドープの量子井戸活性層６，６’（層厚８ｎｍのＡｌＧａＡｓ井戸層×２、層厚５ｎｍのＡｌＧａＡｓバリア層、層厚３０ｎｍのＡｌＧａＡｓガイド層×２）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’（ｘ＝０．４８、０．８μｍ）、ノンドープのＮ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８”，８’（ｘ＝０．４８、層厚０．４μｍ）、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９”，９’”（ｘ＝０．４８、１５μｍ）、Ｎ型ＧａＡｓキャップ層１０’（０．３μｍ）を一回で成長する。
【００６８】
これにより、上記逆メサリッジ３上に断面三角形状領域３０が形成される。この断面三角形状領域３０は、リッジ面３ａに対して例えば５４．７度の角度をなす（１１１）Ｂ面を側面として有する。この（１１１）Ｂ面上へは結晶成長が起こり難いので、成長層が分断された構造が形成される。
【００６９】
より詳しくは、上記断面三角形状領域３０内（逆メサリッジ３上）では、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分における幅Ｗｆ１を１．０μｍにし、量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部における幅Ｗｃ１を２．５μｍにしている。また、上記量子井戸活性層６の両側部から埋め込み層への電流リークを極力減らすために、量子井戸活性層６の両側部がＮ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８’の断面三角形状領域３０側の側部に衝合するように、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’の層厚を調整している。つまり、上記Ｎ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８’が量子井戸活性層６の両側面を覆うように、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’の層厚を調整している。
【００７０】
上記Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５，５’、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’、Ｎ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８”，８’およびＮ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９”，９’”におけるｘはＡｌ組成比を現している。例えばＰ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’（ｘ＝０．４８、０．８μｍ）とは、Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓからなる厚さ０．８μｍのＰ型上部クラッド層のことを意味する。上記ｘの値から分かるように、本実施の形態では、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７”，７’、Ｎ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８”，８’およびＮ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９”，９’”のＡｌ組成比は、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層５，５’のＡｌ組成比よりも０．０２だけ小さくしている。すなわち、本実施の形態では、上部クラッド層の屈折率を下部クラッド層の屈折率よりも大きくしている。
【００７１】
また、上記の成長層の形成には、Ｎ型ドーパントとの一例としてＳｉを用いると共に、Ｐ型ドーパントの一例としてＣ(カーボン)を用いている。また、上記ＳｉのソースとしてはＳｉ2Ｈ6を用い、上記ＣのソースとしてはＣＢｒ4を用いている。これらのＳｉおよびＣは成長プロセス中に他の層に拡散しないという特徴がある。
【００７２】
次に、上記Ｎ型ＧａＡｓキャップ層１０の表面に、図６Ｃおよび図７Ｃに示すように、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜６１を約４００ｎｍの厚さに形成する。このときのＳｉＯ2膜６１を上方から見た概略図を図８Ａに示す。この図８Ａに示すように、上記ＳｉＯ2膜６１においては、断面三角形状領域３０の直上の平坦部のうち、光導波路１８のテーパ部１５および非励起部１４上を除く部分のＳｉＯ2膜が除去されて、窓部６２が形成されている。つまり、上記窓部６２は、光導波路１８の励起部１６上に形成されている。この光導波路励起部１６は、ＳｉＯ2膜６１に関して断面三角形状領域３０の直上の平坦部に含まれている。なお、図８ＡのVIＣ−VIＣ線から見た概略断面図が図６Ｃであり、図８ＡのVIIＣ−VIIＣ線から見た概略断面図が図７Ｃである。
【００７３】
次に、全表面にスパッタ法によりＺｎＯ膜を数ｎｍの厚さに形成し、ＳｉＯ2膜６１の上のＺｎＯ膜を除去する。これにより、図６Ｄおよび図７Ｄに示すように、ＳｉＯ2膜６１の窓部６２内にのみＺｎＯ膜６３が残る。このときのＺｎＯ膜６３から見た概略図を図８Ｂに示す。なお、図８ＡのVIＤ−VIＤ線から見た概略断面図が図６Ｄであり、図８ＡのVIIＤ−VIIＤ線から見た概略断面図が図７Ｄである。
【００７４】
次に、上記基板１をＲＴＡ（高速熱処理）炉内に入れて、９３０℃で４０秒間熱処理する。上記ＲＴＡ炉とは昇温と降温を急速に行う装置である。
【００７５】
このＲＴＡ炉による高速熱処理中に、ＳｉＯ2膜６１で覆われた部分では、図６Ｅに示すように、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分におけるＡｌＧａＡｓ井戸層のＧａ原子が、矢印Ｕ方向に拡散してＳｉＯ2膜６１に吸収される。これにより、上記量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分が有するＡｌＧａＡｓ井戸層のＡｌ組成比が増加する。すなわち、上記量子井戸活性層６の量子井戸構造が無秩序化する。この無秩序化により、図５に示すように、量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分のバンドギャップエネルギＥｇ１は、量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部のバンドギャップエネルギＥｇ２よりも高くなるので、狭ビーム半導体レーザ内で導波されるレーザ光の波長に対して量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分が透明となる。従って、上記量子井戸活性層６の第１光出射端面近傍の部分では、図４に示すように、電流が注入されない非励起部となっていても、光吸収は起こらない。
【００７６】
一方、上記ＺｎＯ膜６３で覆われた活性層幅の広い部分（量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部）では、図７Ｅに示すように、高速熱処理中にＺｎＯ膜６３から矢印Ｄ方向にＺｎ原子が結晶中に拡散する。これにより、上記Ｎ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８”、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９”，９’”およびＮ型ＧａＡｓキャップ層１０’の一部の導電型がＰ型に変換される。つまり、図１および図２に示すように、Ｎ-型の部分とＰ型の部分とを有するＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層８、Ｎ型の部分とＰ型の部分とを有するＮ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層９，９’、およびＮ型の部分とＰ型の部分とを有するＮ型ＧａＡｓキャップ層１０が得られる。従って、上記量子井戸活性層６の共振器長方向の中央部は電流が注入される励起部となる（図４参照）。
【００７７】
次に、上記ＳｉＯ2膜６１をフッ酸により除去して、Ａｕ層とＺｎ層とからなるＰ型電極１１を形成し、チップ化しやすいような電極パターンを形成する。その後、ウェハ厚さが約８０μｍになるように、ＧａＡｓ基板裏面を研磨する。そして、ＧａＡｓ基板裏面に、Ａｕ層、Ｇｅ層およびＮｉ層からなるＮ型電極１２を形成する。
【００７８】
次に、活性層幅の最も狭い箇所と、活性層幅の最も広い箇所でへき開してレーザバーを作製して、活性層幅の最も狭い端面（第１光出射端面）には光透過膜を、活性層幅の最も広い端面（第２光出射端面）には光反射膜を形成した後、ダイシングによりチップ化する。
【００７９】
以上のようにして完成したレーザチップ（半導体レーザ）をパッケージにマウントして、レーザ特性を測定した。その結果、閾値電流の平均値は１８ｍＡであり、スロープ効率の平均値は１．１Ａ／Ｗであった。また、レーザ波長は７８４ｎｍであった。そして、光出力２００ｍＷでの遠視野像（半値全幅）を測定した所、活性層幅の最も狭い端面からは、θｈ（活性層の表面に平行な発散角）＝５．８度、θｖ（活性層の表面に垂直な方向の発散角）＝１２度のレーザ光が出射される。一方、活性層幅の最も広い端面からはθｈ＝９度、θｖ＝１６度のレーザ光が出射される。このようにして、低閾値電流と狭ビームを両立させた高出力半導体レーザが実現できた。
【００８０】
本発明では、ＧａＡｓ基板上のリッジ形状として完全な逆メサ断面を形成したが、リッジ側面と基板主面のなす角度が９０度以下であれば、断面三角形状領域の形成が可能である。
【００８１】
上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系の赤外半導体レーザに本発明を適用したが、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色レーザ、ＩｎＧａＡｓＰ系の赤外半導体レーザおよびＩｎＧａＮ系の青色半導体レーザ等にも本発明を適用してもよい。
【００８２】
また、本発明が上記実施の形態に限定されないのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は本発明の一実施の形態の狭ビーム半導体レーザの概略斜視図である。
【図２】図２は上記狭ビーム半導体レーザの共振器長方向の中央部の概略断面図である。
【図３】図３は上記狭ビーム半導体レーザの要部の概略上面図である。
【図４】図４は上記狭ビーム半導体レーザの共振器長方向での概略断面図である。
【図５】図５は上記狭ビーム半導体レーザの共振器長方向でのエネルギーギャップの分布を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の概略断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の他の概略断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の他の概略断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の他の概略断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の他の概略断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは本発明の狭ビーム半導体レーザの一製造プロセス時の他の概略断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは図６Ｃおよび図７Ｃにおける上記狭ビーム半導体レーザの概略上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは図６Ｄおよび図７Ｄにおける上記狭ビーム半導体レーザの概略上面図である。
【図９】図９は従来の狭ビーム半導体レーザの概略斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  Ｎ型ＧａＡｓ（１００）ジャスト基板
２Ａ，２Ｂ  段差面
３  逆メサリッジ
４，４’  Ｎ型ＧａＡｓバッファ層、
５，５’  Ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、
６，６’  量子井戸活性層
７，７’  Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
８  ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層
８’  ノンドープのＮ-型ＡｌＧａＡｓ高抵抗上部クラッド層
９，９’  ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
１０  ＧａＡｓキャップ層
１１  Ｐ側電極
１２  Ｎ側電極
１３  Ｚｎ拡散領域
１４  非励起部
１５  テーパ部
１６  励起部
１７  光スポット
１８  光導波路
１９  リッジ面
３０  断面三角形状領域
６２  窓部
６１  ＳｉＯ2膜
６２  窓部
６３  ＺｎＯ膜
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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