(57)【要約】 【課題】  半導体レーザ素子１が発するレーザ光のキンクを抑制可能な半導体レーザ素子１を提供する。【解決手段】  Ｚ方向にｎ型クラッド層４、活性層５およびｐ型クラッド層を順次積層する。ｐ型クラッド層には、ストライプ状のストライプ部２が形成される。ストライプ部２は、その形状が、半導体レーザ素子１から発せられるべきレーザ光のキンク率P-kinkuとの相関関係に基づいて決定される。【選択図】      図１
2006229051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層が一方向に順次積層され、第２クラッド層にストライプ状のストライプ部が形成され、第２クラッド層に一方向に積層される電流阻止層が、ストライプ部とともに第２クラッド層に形成され、少なくともストライプ部に一方向に第２導電型のキャップ層が積層される半導体レーザ素子において、
ストライプ部は、その形状が、発せられるべきレーザ光のキンク率との相関関係に基づいて決定されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１における半導体レーザ素子で、ストライプ部は、その形状のうち一方向一端部および他端部の幅方向の長さが、発せられるべきレーザ光のキンク率との相関関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
ストライプ部は、一方向に向かうにつれて幅方向に向かって狭くテーパ状に形成され、
その一方向一端部が第２クラッド層に対向し、その一方向一端部の幅方向の長さが１．９μｍ以上２．３μｍ以下に形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
ストライプ部は、その一方向他端部の幅方向の長さが１．６μｍ以下に形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
電流阻止層は、絶縁体または誘電体から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ素子は、デジタル多機能ディスク（Digital Versatile Disc;略称:ＤＶＤ）などの記録媒体の再生および記録のための光源として用いられている。記録速度を大きくするために半導体レーザ素子は、発せられるレーザ光の高光出力化が要求されている。それ故、レーザ光の高光出力化の要求を満たすべく、リッジを備える実屈折率ガイド構造が適用される半導体レーザ素子が実用に供されている。
【０００３】
第１の従来の技術である半導体レーザ装置は、リッジが予め定められる厚み、底部の幅および傾斜角で形成される。これによって半導体レーザ素子が発するレーザ光のキンクを抑制する（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
第２の従来の技術である半導体レーザ装置の製造方法では、リッジを精度よく均一に形成することができる。これによって閾値電流をさらに低減することができる（たとえば特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７８２０８号公報（第１１頁、第９図）
【特許文献２】特開平１０−１６３５６０号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体レーザ素子は、それが発するレーザ光の光出力を増加させると、ホールバーニングなどの不具合を生じ、キンクが発生する。半導体レーザ素子は、キンクが発生することによって、ＩＬ特性に線形性がなくなる。それ故、キンクが発生する半導体レーザ素子は、高温での信頼性試験（バーンイン検査）において、不良と評価される。
【０００７】
第１の実施の形態の半導体レーザ装置は、キンクを抑制を実現しているけれども、リッジの厚さ、底部の幅および傾斜角を予め定められる値に形成すべき明確な根拠がない。それ故、半導体レーザ装置が現実にそれが発するレーザ光のキンクを抑制するか否かが不明である。
【０００８】
第２の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法で製造される半導体レーザ素子は、閾値電流の低減を図ることが可能であるけれども、キンクの発生の抑制については言及されていない。それ故、前記製造方法で製造される半導体レーザ素子は、キンクの発生を抑制できるか否かは不明である。
【０００９】
本発明の目的は、半導体レーザ素子が発するレーザ光のキンクを抑制可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２導電型の第２クラッド層が一方向に順次積層され、第２クラッド層にストライプ状のストライプ部が形成され、第２クラッド層に一方向に積層される電流阻止層が、ストライプ部とともに第２クラッド層に形成され、少なくともストライプ部に一方向に第２導電型のキャップ層が積層される半導体レーザ素子において、
ストライプ部は、その形状が、発せられるべきレーザ光のキンク率との相関関係に基づいて決定されることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１１】
本発明は、前記半導体レーザ素子で、ストライプ部は、その形状のうち一方向一端部および他端部の幅方向の長さが、発せられるべきレーザ光のキンク率との相関関係に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、ストライプ部は、一方向に向かうにつれて幅方向に向かって狭くテーパ状に形成され、
その一方向一端部が第２クラッド層に対向し、その一方向一端部の幅方向の長さが１．９μｍ以上２．３μｍ以下に形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、ストライプ部は、その一方向他端部の幅方向の長さが１．６μｍ以下に形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、電流阻止層は、絶縁体または誘電体から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体レーザ素子は、第１導電型の第１クラッド層、活性層および第２クラッド層が一方向に順次積層される。半導体レーザ素子は、第２クラッド層にストライプ状のストライプ部が形成される。このストライプ部は、その形状が、発せられるべきレーザ光のキンク率との相関関係に基づいて決定される。したがってキンク率と形状との相関関係に基づいてストライプ部の形状を決定することによって、半導体レーザ素子が発するレーザ光のキンク率を予め定められるキンク率にすることができる。それ故、半導体レーザ素子が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。
【００１６】
本発明によれば、ストライプ部は、その形状のうち一方向一端部および他端部の幅方向の長さが、発せられるべきレーザ光のキンク率の相関関係に基づいて決定される。したがってキンク率と一方向一端部および他端部の幅方向の長さとの相関関係に基づいて一方向一端部および他端部の幅方向の長さを決定することによって、半導体レーザ素子が発するレーザ光のキンク率を予め定められるキンク率にすることができる。それ故、半導体レーザ素子が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制することができる。
【００１７】
本発明によれば、ストライプ部は、一方向に向かうにつれて幅方向に向かって狭くテーパ状に形成される。ストライプ部をテーパ状に形成することによって、ストライプ部に注入されるキャリアを局所に集中させることができ、活性層におけるキャリアの拡散を抑制できる。これによってホールバーニングの発生を抑制し、発せられるレーザ光の横モードの高次モード化を抑制できる。このように横モードの高次モード化現象を抑制することによって、半導体レーザ素子が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制可能な半導体レーザ素子を実現できる。
【００１８】
本発明では、ストライプ部は、その一方向一端部が第２クラッド層に対向し、その一方向一端部の幅方向の長さが１．９μｍ以上２．３μｍ以下に形成される。これによって半導体レーザ素子が発するレーザ光において、キンクの発生の抑制を実現できる。
【００１９】
本発明によれば、ストライプ部は、その一方向他端部の幅方向の長さが１．６μｍ以下に形成される。これによって半導体レーザ素子が発するレーザ光のキンクの発生の抑制を実現できる。
【００２０】
本発明によれば、第２クラッド層には、電流阻止層が一方向に積層される。電流阻止層は、ストライプ部とともに第２クラッド層に形成される。電流阻止層は、絶縁体または誘電体から成る。これによってストライプ部にキャリアを集中して注入させることができ、ホールバーニングの発生を抑制できる。ホールバーニングの発生および横モードの高次モード化を抑制し、半導体レーザ素子が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子１を示す斜視図である。図２は、半導体レーザ素子１を示す正面図である。図３は、ストライプ部２を拡大して示す正面図である。図４は、レーザ光を発する半導体レーザ素子１を示す斜視図である。半導体レーザ素子１は、順方向のバイアスを印加すると、レーザ光を発射可能な実屈折率導波型の半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子１は、たとえば光ピックアップ装置に用いられる。半導体レーザ素子１は、大略的には、直方体に形成される。以下では、半導体レーザ素子１の高さ方向をＺ方向と称し、半導体レーザ素子１の奥行き方向である共振器方向をＹ方向と称し、Ｚ方向およびＹ方向に垂直な方向、すなわち半導体レーザ素子１の幅方向をＸ方向と称する。半導体レーザ素子１には、ｎ型基板３、ｎ型クラッド層４、活性層５、第１ｐ型クラッド層６、ストライプ部２、電流阻止層７、ｐ型キャップ層８、ｎ電極９およびｐ電極１０が含まれる。
【００２２】
ｎ型基板３は、他の層を結晶成長によって積層可能に形成される。ｎ型基板３は、たとえば第１導電型であるｎ型のＧａＡｓ（ガリウム砒素）によって構成される。ｎ型基板３には、その厚み方向一方に、ｎ型クラッド層４が積層される。ｎ型基板３の厚み方向は、Ｚ方向に一致する。以下では、ｎ型基板３の厚み方向を、単に「Ｚ方向」と称する。第１導電型の第１クラッド層であるｎ型クラッド層４は、たとえばｎ型のＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムガリウムインジウムリン）によって構成される。ｎ型クラッド層４には、Ｚ方向一方に活性層５が積層される。
【００２３】
活性層５は、キャリアを再結合して、レーザ光を誘導放出可能に構成される。活性層５は、たとえば複数の井戸層および障壁層が、交互にＺ方向一方に積層されて成る量子井戸構造が適用される。本実施の形態では、４つの井戸層および障壁層が交互に積層されている。井戸層は、障壁層より小さい禁制帯の半導体によって構成される。井戸層は、たとえばＧａＩｎＰ（ガリウムインジウムリン）によって構成され、障壁層は、ＡｌＧａＩｎＰによって構成される。活性層５には、Ｚ方向一方に第１ｐ型クラッド層６が積層される。
【００２４】
第２導電型の第２クラッド層であるｐ型の第１ｐ型クラッド層６は、ｎ型クラッド層４と協働して活性層５にキャリアおよび光を閉じ込め可能に構成される。具体的には、第１ｐ型クラッド層６およびｎ型クラッド層４は、活性層５より禁制帯が大きく、実屈折率が小さい半導体によって構成される。ｎ型クラッド層４、活性層５および第１ｐ型クラッド層６は、Ｙ方向一端部および他端部が窓構造が適用される。第１ｐ型クラッド層６は、たとえばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成される。第１ｐ型クラッド層６には、活性層５に対向する表面部の背面部（以下、単に「第１ｐ型クラッド層６の背面部」と称する場合がある）１１にストライプ部２および電流阻止層７が形成される。
【００２５】
ストライプ部２は、Ｙ方向に伸びるストライプ状に形成され、第１ｐ型クラッド層６の背面部１１のＸ方向中間部に形成される。ストライプ部２は、第１ｐ型クラッド層６、活性層５およびｎ型クラッド層４の局所にキャリアを集中するために設けられる。ストライプ部２は、Ｚ方向一方に向かうにつれて、Ｘ方向に狭いテーパ状に形成される。換言すると、ストライプ部２は、Ｙ方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が台形状に形成され、そのＸ方向両側面部１２がＺ方向一方に向かうにつれて互いに近接する方向に向かって傾斜する。
【００２６】
ストライプ部２は、Ｚ方向両端がＸＹ平面に平行に形成される。ＸＹ平面は、Ｘ方向およびＹ方向に平行な仮想平面、すなわちＺ方向に垂直な仮想平面である。ただしＸＹ平面に平行に形成されることに限定されない。ストライプ部２は、第１ｐ型クラッド層６と対向するＺ方向一端部１３がそのＸ方向の長さ、すなわちＺ方向一端部１３の幅が長さａ（以下、「ストライプ部の幅ａ」と称する）に形成される。ストライプ部２は、Ｚ方向他端部１４のＸ方向の長さが、すなわちＺ方向他端部１４の幅が長さｅ（以下、「ストライプ部の幅ｅ」と称する）に形成される。ストライプ部２は、Ｚ方向の長さ、すなわち厚みがｔ（以下、「ストライプ部の厚みｔ」）に形成される。本実施の形態においてストライプ部の厚みｔは、１．３μｍである。ただしストライプ部の厚みｔは、この値に限定されない。
【００２７】
ストライプ部２は、第２ｐ型クラッド層１５、中間層１６および第３ｐ型クラッド層１７がＺ方向一方に順次積層されて形成される。第２ｐ型クラッド層１５は、第１ｐ型クラッド層６の背面部１１のＸ方向中間部に一体的に形成される。第２ｐ型クラッド層１５は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成される。第２ｐ型クラッド層１５には、Ｚ方向一方に中間層１６が積層される。中間層１６は、たとえばｐ型のＧａＩｎＰによって構成される。中間層１６には、Ｚ方向一方に第３ｐ型クラッド層１７が積層される。第３ｐ型クラッド層１７は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰによって構成される。
【００２８】
ｎ型クラッド層４、活性層５、第１ｐ型クラッド層６およびストライプ部２を含む化合物半導体多層体１８は、ストライプ部２が第１ｐ型クラッド層６の背面部１１に形成されるので、Ｘ方向の位置によって実屈折率が異なる。具体的には、化合物半導体多層体１８は、ストライプ部２が形成されるＸ方向中間部の実屈折率ｎｃより残余部の実屈折率ｎｓが小さく構成され、レーザ光をＸ方向中間部で導波可能に構成される。
【００２９】
電流阻止層７は、注入されるキャリアをストライプ部２に集中可能に形成される。第１ｐ型クラッド層６の背面部１１のストライプ部２が形成される部分を除く残余部（以下、「第１ｐ型クラッド層６の背面部１１の残余部」と称する。）を被覆する。電流阻止層７は、ストライプ部２のＸ方向両側面部１２の一部を被覆する。換言すると、ストライプ部２は、そのＺ方向他端部１４が外方に露出する。電流阻止層７は、絶縁体または誘電体から成る。電流阻止層７は、たとえばアルミナまたはｎ型の半導体から成る。電流阻止層７は、第１ｐ型クラッド層６の背面部１１の残余部からキャリアが注入されることを阻止するために形成される。第１ｐ型クラッド層６の背面部１１の残余部およびストライプ部２のＺ方向他端部１４には、Ｚ方向一方にこれらを被覆するｐ型キャップ層８が積層される。ｐ型キャップ層８は、たとえばｐ型のＧａＡｓによって構成される。
【００３０】
ｎ型基板３およびｐ型キャップ層８には、それぞれｎ電極９およびｐ電極１０が積層される。ｎ電極９は、ｎ型基板３にＺ方向他方に積層される。ｎ電極９は、金属の導電材料から成る。ｎ電極９は、たとえばＡｕ（金）から成る。ｎ型基板３は、金属から成るｎ電極９とオーミック接触が取れている。ｎ型基板３は、ｎ型コンタクト層と呼ばれる場合がある。ｐ電極１０は、ｐ型キャップ層８にＺ方向一方に積層される。ｐ電極１０は、金属の導電材料から成る。ｐ電極１０は、たとえばＡｕ（金）から成る。ｐ型キャップ層８は、金属から成るｐ電極１０とオーミック接触が取れている。ｐ型キャップ層８は、ｐ型コンタクト層と呼ばれる場合がある。
【００３１】
ｎ電極９およびｐ電極１０は、バイアスを印加可能に構成される。ｎ電極９およびｐ電極１０は、これらに順方向のバイアスを印加すると、協働して半導体レーザ素子１に順方向の電流を流す。
【００３２】
以下では、このようにして構成される半導体レーザ素子１の動作について説明する。ｎ電極９およびｐ電極１０に順方向のバイアスを印加すると、半導体レーザ素子１に順方向の電流が流れる。ｎ電極９から注入される電子は、ｎ型基板３を介してｎ型クラッド層４および活性層５に注入される。ｐ電極１０から注入される正孔は、電流阻止層７が形成されているので、ｐ型キャップ層８を介してストライプ部２に注入される。ストライプ部２に注入されることによって、正孔は、第１ｐ型クラッド層６および活性層５の局所に集められる。活性層５に注入される正孔および電子は、活性層で再結合され、レーザ光を誘導放出する。誘導放出されたレーザ光は、ｎ型クラッド層４、活性層５および第１ｐ型クラッド層６を導波しつつ、共振して増幅する。増幅したレーザ光は、半導体レーザ素子１のＹ方向一端から外方に発せられる。
【００３３】
半導体レーザ素子１から発せられるレーザ光は、その光出力が半導体レーザ素子１を流れる注入電流に比例する。換言すると、注入電流とレーザ光の光出力との相関関係、すなわちＩＬ特性が線形性を示す。半導体レーザ素子１から発せられるレーザ光は、その光出力が高くなると、キンクが発生する。キンクが発生すると、前記レーザ光の光出力が注入電流に比例せず、半導体レーザ素子のＩＬ特性が屈曲し、その線形性が崩れる。
【００３４】
キンクの発生の原因には、活性層５における局所的なキャリアの欠乏つまりホールバーニング、および横モードの高次モード化がある。これらを抑制することによって、キンクの発生を抑制できる。ホールバーニングおよび横モードの高次モード化を抑制するためには、ストライプ部２から活性層５に注入するキャリアを再結合する部分に集中させて、この部分のキャリア密度を高めることである。この部分のキャリア密度を決定する要因の１つとして、ストライプ部２の形状が挙げられる。換言すると、ストライプ部の形状によって、キンクの発生を抑制することができる。したがってストライプ部２の形状とキンクの発生との相関関係について示し、その相関関係に基づいて、形成すべきストライプ部２の形状を決定する。まずキンクの発生を評価するための指標であるキンク率P-kinkuを定義する。
【００３５】
図５は、半導体レーザ素子１の効率波形２０とその２次近似曲線２１とを示すグラフである。図６は、半導体レーザ素子１の効率差２２を示すグラフである。図５のグラフは、縦軸が効率η（Ｗ/Ａ）を示し、横軸が注入電流Ｉｆ（ｍＡ）を示す。図６のグラフは、縦軸が効率差ηΗ（Ｗ／Ａ）を示し、横軸が注入電流Ｉｆ（ｍＡ）を示す。以下では、図５および図６のグラフを参照したうえで、キンク率P-kinkuについて説明する。キンク率P-kinkuは、ＩＬ特性の屈曲の度合いを示す指標であり、百分率で表される。キンク率は、その値が０％に近ければＩＬ特性の線形性が高く、その値が大きくなれば、ＩＬ特性の線形性が低い、すなわちＩＬ特性が屈曲する非線形性が高いことを示す。以下では、光出力ＬがＬ１≦Ｌ≦Ｌ２の範囲、すなわち注入電流ＩｆがＩ１≦Ｉｆ≦Ｉ２の範囲におけるキンク率P-kinkuについて定義する。キンク率P-kinkuを定義するにあたって、効率波形η（Ｉｆ）、２次近似曲線η０（Ｉｆ）および効率差ηΗ（Ｉｆ）が用いられる。
【００３６】
効率波形η（Ｉｆ）は、注入電流ＩｆにおけるＩＬ特性の傾きであり、半導体レーザ素子１から発せられるレーザ光の光出力Ｌと注入電流Ｉｆとを用いて、数式（１）で表される。
η（Ｉｆ）＝Ｌ／Ｉｆ                                            …（１）
効率波形η（Ｉｆ）は、光出力Ｌを注入電流Ｉｆで除したものである。２次近似曲線η０（Ｉｆ）は、Ｉ１≦Ｉｆ≦Ｉ２の範囲における効率波形η（Ｉｆ）の２次近似曲線である。２次近似曲線η０（Ｉｆ）は、たとえば最小２乗法を用いて与えられる数式である。
【００３７】
効率差ηΗ（Ｉｆ）は、効率波形η（Ｉｆ）、２次近似曲線η０（Ｉｆ）および予め定められる注入電流、本実施の形態では注入電流Ｉ１における効率波形η１を用いて、数式（２）で表される。
ηΗ（Ｉｆ）＝η（Ｉｆ）−η０（Ｉｆ）＋η１                    …（２）
効率差ηΗ（Ｉｆ）は、効率波形η（Ｉｆ）からη０（Ｉｆ）を減じて、効率波形η１を加えたものである。この効率差ηΗ（Ｉｆ）のＩ１≦Ｉｆ≦Ｉ２の範囲における効率差ηΗ（Ｉｆ）の最大値をηΗmax、その最小値をηΗmin、注入電流Ｉ１における効率差ηΗ（Ｉｆ）をηΗ１と称する。
【００３８】
キンク率P-kinkuは、効率差ηΗ（Ｉｆ）の最大値ηΗmax、効率差ηΗ（Ｉｆ）の最小値ηΗmin、予め定められる注入電流、本実施の形態では注入電流Ｉ１における効率差ηΗ１を用いて、数式（３）で表される。
【００３９】
【数１】
2006229051.tif 000003
【００４０】
キンク率P-kinkuは、効率差ηΗ（Ｉｆ）の最大値ηΗmaxから効率差ηΗ（Ｉｆ）の最小値ηΗminを減じ、これを注入電流Ｉ１における効率差ηΗ１によって除したものの百分率である。このようにして定義されるキンク率P-kinkuによって、半導体レーザ素子１のＩＬ特性を評価し、キンクが発生しているか否かを判断する。
【００４１】
図７は、キンクが生じていない半導体レーザ素子１のＬＩ特性２３および効率波形２４を示すグラフである。図８は、キンクが生じている半導体レーザ素子１のＬＩ特性２５および効率波形２６を示すグラフである。図７および図８は、縦軸が光出力（ｍＷ）および効率波形η（Ｗ／Ａ）を示し、横軸が注入電流Ｉｆ（ｍＡ）を示す。
【００４２】
図７に示す、キンクが発生していない半導体レーザ素子１のレーザ光（以下、「非キンクレーザ光」と称する場合がある）のＩＬ特性２３は、閾値電流Ｉａ以上の注入電流Ｉｆが注入されると立ち上がる。さらに注入電流Ｉｆを増加すると、非キンクレーザ光の光出力Ｌが増加する。非キンクレーザ光の効率波形２４は、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉａになると、立ち上がり、その後略一定値で推移するステップ関数になる。非キンクレーザ光は、その効率波形２４がステップ関数になるので、ＩＬ特性２３の傾きが一定である。したがって、ＩＬ特性２３は、図７に示すように線形性を示し、非キンクレーザ光にキンクが発生していないと評価される。
【００４３】
図８に示す、キンクが発生している半導体レーザ素子１のレーザ光（以下、「キンクレーザ光」と称する場合がある）のＩＬ特性２５は、閾値電流Ｉａ以上の注入電流Ｉｆが注入されると立ち上がり、キンクレーザ光の光出力Ｌが増加する。キンクレーザ光の効率波形２６は、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉａになると、立ち上がり、その後略一定値で推移する。さらに注入電流Ｉｆを増加させ、注入電流Ｉｆがキンク電流Ｉｃを越えると、キンクレーザ光の効率波形２６は、大きく振幅し、その波形が乱れる。このように波形が乱れると、キンクレーザ光のＩＬ特性２５は、傾きが変化し、屈曲する。したがってキンクレーザ光は、図８に示すように非線形性を示し、キンクが発生していると評価される。
【００４４】
このように効率波形ηおよびキンク率P-kinkuによって、半導体レーザ素子１の発するレーザ光にキンクが発生しているか否かを評価することができる。次にストライプ部２の形状とキンクの発生の相関関係、具体的には、ストライプ部２の幅ａとキンク率P-kinkuとの相関関係について説明する。
【００４５】
図９は、室温２５℃（以下、単に「室温」と称する）におけるストライプ部２の幅ａとキンク率との相関関係を示すグラフである。図１０は、温度７０℃（以下、単に「７０℃」と称する）におけるストライプ部２の幅ａとキンク率との相関関係を示すグラフである。図９および図１０のグラフは、縦軸がキンク率P-kinku（％）を示し、横軸がストライプ部のストライプ部の幅ａ（μｍ）を示す。図９において鎖線２７は、キンク率P-kinku３５％（以下この値を「室温キンク率上限値」と称する場合がある）を示し、図１０において鎖線２８は、キンク率P-kinku３５％（以下この値を「７０℃キンク率上限値」と称する場合がある）を示す。図９および図１０では、光出力が２７ｍＷ≦Ｌ≦１３５ｍＷの範囲におけるキンク率P-kinkuを示す。
【００４６】
キンク率P-kinkuが３５％を越えると、注入電流Ｉｆによって予測されるレーザ光の光出力Ｌと実際に発せられるレーザ光の光出力との間に大きな差が生じる。それ故、室温キンク率上限値および７０℃キンク率上限値が３５％以下である必要がある。ただし、この値に限定されず、半導体レーザ素子の使用態様に応じて、室温キンク率上限値および７０℃キンク率上限値を変えることも可能である。
【００４７】
図９のグラフには、ストライプ部２の幅ａに対するキンク率P-kinkuが示されている。図９に示すように、室温において、ストライプ部２の幅ａが２．３μｍ以下の領域Ｆａでは、各プロットが室温キンク率上限値以下に集束している。したがってキンクの発生を抑制できていることが確認できる。ストライプ部２の幅ａが２．３μｍを越える領域Ｆｂでは、各プロットが分散し、室温キンク率上限値以上に多数現れている。したがって多数の半導体レーザ素子１でキンクが発生していることが確認できる。
【００４８】
図１０のグラフには、ストライプ部２の幅ａに対するキンク率P-kinkuが示されている。図１０に示すように、７０℃において、ストライプ部２の幅ａが１．９μｍ未満の領域Ｆｃでは、各プロットが分散し、７０℃キンク率上限値以上に多数現れている。したがって多数の半導体レーザ素子１において、それが発するレーザ光にキンクが発生していることが確認できる。ストライプ部２の幅ａが１．９μｍ以上の領域Ｆｄでは、各プロットが７０℃キンク率上限値以下に集束している。したがって半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できていることが確認できる。ストライプ部２の幅ａは、加工精度上、０．１μm以下の小数点３桁以上の加工制御が困難である。プロットの近似直線４０は、ストライプ部２の幅ａが１．９μｍでキンク率P-kinkuが３５%以下であるので、１．９μｍ以上で７０℃キンク率上限値以下であることが確認できる。
【００４９】
ストライプ部２の幅ａを２．３μｍ以下に形成することによって、活性層５に注入されるキャリア密度を高くすることができ、ホールバーニングの発生および横モードの高次モード化を抑制することができる。ストライプ部２の幅ａを１．９μｍ以上に形成することによって、活性層５に注入されるキャリアの極端な減少を抑制することができる。
これによって、図７および図８に基づいて、ストライプ部２の幅ａを２．３μｍ以下にすると、室温において、キンクが発生することを抑制できる。またストライプ部２の幅ａを１．９μｍ以上にすると、７０℃において、キンクが発生することを抑制できる。
【００５０】
図１１は、ストライプ部２の幅ａと幅ｅとの関係を示すグラフである。図１１において、縦軸はストライプ部２の幅ａ（μｍ）を示し、横軸はストライプ部２の幅ｅ（μｍ）を示す。図１１のグラフでは、複数の半導体レーザ素子１におけるストライプ部２の幅ａと幅ｅとの関係が示されている。半導体レーザ素子では、ストライプ部２の幅ｅが１．６μmより大きくなると、バーンイン検査において不良品が発生する。ストライプ部２の幅ｅが、１．６μｍ以下か否かで場合分けを行う。図１１において、ストライプ部２の幅ａが１．９μｍ以上２．３μｍ以下であって、ストライプ部２の幅ｅが１．６μｍ以下の第１領域Ｆ１に含まれるプロットをグループＡとする。ストライプ部２の幅ａと幅ｅとの差ａ−ｅが０．５μｍ以上０．７μｍ以下であって、ストライプ部２の幅ｅが１．６μｍより大きい第２領域Ｆ２に含まれるプロットをグループＢとする。ストライプ部２の幅ａが２．３μｍより大きく、差ａ−ｅが０．７μｍより大きい第３領域Ｆ３含まれるプロットをグループＣとする。以下では、グループＡ、ＢおよびＣに含まれる各半導体レーザ素子１のＩＬ特性、効率波形２４および電流電圧特性（以下、「ＶＩ特性」と称する。）を示す。
【００５１】
図１２は、図１１のグループＡの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。図１３は、図１１のグループＢの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。図１４は、図１１のグループＣの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。図１２および図１３の各グラフは、室温および７０℃における連続波（略称ＣＷ）で測定したレーザ光のＩＬ特性、効率波形およびＶＩ特性を示している。図１４の各グラフは、室温における周期５００ｎｓ、ｄｕｔｙ比５０％のパルス波で測定したレーザ光のＩＬ特性、効率波形およびＶＩ特性を示している。図１２、図１３および図１４は、縦軸が電圧（Ｖ）、光出力Ｌ（ｍＷ）および効率波形η（ｍＷ／ｍＡ）を示し、横軸が注入電流Ｉｆ（ｍＡ）を示す。
【００５２】
図１２のグラフにおいて、室温におけるＩＬ特性（以下、「室温ＩＬ特性」と称する）３０Ａは、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉｄを越えると、注入電流Ｉｆが大きくなるにつれて光出力Ｌが大きくなって傾斜し、線形性を示している。室温７０℃におけるＩＬ特性（以下、「７０℃ＩＬ特性」）３１Ａは、室温ＩＬ特性３０Ａと同様に、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉｅを越えると、注入電流Ｉｆが大きくなるにつれて、光出力Ｌが大きくなって傾斜し、線形性を示している。
【００５３】
図１３のグラフにおいて、室温ＩＬ特性３０Ｂは、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉｄを越えると、線形性を示しているけれども、一部の半導体レーザ素子１において、光出力Ｌ＝７０ｍＷで屈曲している。これによって室温では、一部の半導体レーザ素子１において、それが発するレーザ光にキンクが発生することが確認できる。７０℃ＩＬ特性３１Ｂは、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉｅを越えると、線形性を示しているけれども、光出力Ｌが６０ｍＡを越えると屈曲している。これによって７０℃では、グループＢの半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することが確認できる。
【００５４】
図１４のグラフにおいて、室温ＩＬ特性３０Ｃは、注入電流Ｉｆが閾値電流Ｉｄを越えると、線形性を示しているけれども、光出力Ｌ＝１１０ｍＷを越えると屈曲している。これによって半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することが確認できる。
【００５５】
グループＡの半導体レーザ素子１およびグループＢの大部分の半導体レーザ素子１の室温における効率波形（以下、「室温効率波形」と称する）３２Ａ，３２Ｂは、その２次近似曲線（以下、「室温２次近似曲線」と称する）３３Ａ，３３Ｂに対して略一定の振幅で推移している。グループＣの半導体レーザ素子１の室温効率波形３２Ｃは、注入電流Ｉｆが１００ｍＡを越えると、その室温２次近似曲線３３Ｃに対する振幅がグループＡおよびＢのそれより大きく、室温でキンクが発生していることが確認できる。
【００５６】
グループＡの半導体レーザ素子１の７０℃における効率波形（以下、「７０℃効率波形」と称する）３４Ａは、その２次近似曲線３５Ａに対して略一定の振幅で推移している。グループＢの半導体レーザ素子１の７０℃効率波形３４Ｂは、注入電流Ｉｆが１５０ｍＡを越えると、その２次近似曲線３５Ｂに対する振幅がグループＡのそれより大きい。これによってグループＢの半導体レーザ素子１は、７０℃でキンクが発生していることが確認できる。
【００５７】
このようにグループＡでは、室温および７０℃のいずれの環境においても、光出力Ｌが８０ｍＷに至るまでの間に、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生しない。グループＢ，Ｃでは、室温および７０℃のうち少なくとも一方で、光出力Ｌが８０ｍＷに至るまでの間に、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生する。
【００５８】
レーザ光の光出力を連続波で測定する際、バーンイン検査では、光出力Ｌ＝８０ｍＷ以下でキンクが発生していない場合、良品と判定される。またレーザ光の光出力をパルス波で測定する際、バーンイン検査では、光出力Ｌ＝１３５ｍＷ以下でキンクが発生していない場合、良品と判定される。したがってグループＡは、良品と判断され、グループＢおよびグループＣは、不良品と判断される。
【００５９】
本実施の形態において、グループＡの半導体レーザ素子は、室温におけるキンク率P-kinkuは、０％以上２５%以下である。グループＢの半導体レーザ素子は、室温におけるキンク率P-kinkuは、３０%以上８０%以下である。グループCの半導体レーザ素子は、室温におけるキンク率P-kinkuは、０%以上３５%以下である。このようにグループＡの半導体レーザ素子は、他のグループの半導体レーザ素子よりキンク率P-kinkuが狭く小さい範囲内に収まるので、より良好な半導体レーザ素子が作成される。
【００６０】
図１５は、図１１のグループＡの半導体レーザ素子１のバーンイン検査の結果を示すグラフである。図１６は、図１１のグループＢの半導体レーザ素子１のバーンイン検査の結果を示すグラフである。図１５および図１６において、縦軸は注入電流Ｉｆ（ｍＡ）を示し、横軸は経過時間Ｔ（ｈ）を示す。図１５および図１６は、グループＡおよびＢの半導体レーザ素子１に対して、バーンイン検査の結果を示している。以下、バーンイン検査の結果である、注入電流Ｉｆ（ｍＡ）と経過時間Ｔ（ｈ）との関係をバーンイン特性と称する。バーンイン検査は、恒温のバーンイン層内に半導体レーザ素子１を配置する。この半導体レーザ素子１を発光させて、経過時間にともなう半導体レーザ素子の劣化を検査し、半導体レーザ素子１の良品および不良品を選別する検査である。バーンイン検査は、バーンイン試験と呼ばれる場合もある。本実施の形態のバーンイン検査では、バーンイン槽が７０℃に維持され、光出力Ｌが８０ｍＷに至るまで、時間経過とともに段階的に光出力を増加させていく。バーンイン検査では、注入電流Ｉｆが１９０ｍＡ以上になると、半導体レーザ素子１のキンクの発生に起因する注入電流Ｉｆの増大と判断し、半導体レーザ素子１が不良品であると判断される。
【００６１】
グループＡの半導体レーザ素子１のバーンイン特性３６Ａは、図１５に示すように、バーンイン検査において、段階的に光出力Ｌを増加させると、注入電流Ｉｆが増加する光出力Ｌに比例して段階的に増加する。したがってグループＡの半導体レーザ素子１の光出力Ｌは、注入電流Ｉｆに比例する。換言すると、グループＡの半導体レーザ素子１のＩＬ特性は、線形性を有する。したがって半導体レーザ素子１のレーザ光にキンクが発生していないことが確認できる。また注入電流Ｉｆが１９０ｍＡ以下であるので、グループＡのすべての半導体レーザ素子１は、良品であることが確認できる。
【００６２】
グループＢの半導体レーザ素子１のバーンイン特性３６Ｂは、図１６に示すように、バーンイン検査において、段階的に光出力Ｌを増加させると、注入電流Ｉｆが増加する光出力Ｌに対応して段階的に増加しているけれども、増加する注入電流Ｉｆが半導体レーザ素子１によって大きく異なっている。特に、経過時間Ｔが１３ｈ越えると、光出力Ｌの増加に対して注入電流Ｉｆが曲線的に増加している。したがってグループＡの半導体レーザ素子１の光出力Ｌと注入電流Ｉｆとの間に比例関係が成立しない。換言すると、グループＡの半導体レーザ素子１のＩＬ特性は、非線形性を有する。したがって半導体レーザ素子１のレーザ光にキンクが発生している。
【００６３】
またグループＢの半導体レーザ素子１は、図１６に示すように、光出力を増加させていくと、注入電流Ｉｆが急激に下降する、すなわち破壊する場合がある。また破壊しない場合であっても、注入電流Ｉｆが１９０μｍ以上になり、グループＢのすべての半導体レーザ素子１は、不良品であることが確認できる。
【００６４】
このような結果から、図８および図９に示す、ストライプ部２の幅ａおよび幅ｅと半導体レーザ素子１から発せられるべきレーザ光のキンク率P-kinkuとの相関関係があることを確認できる。このストライプ部２の幅ａとキンク率P-kinkuとの相関関係に基づいて、ストライプ部２の幅ａを、１．９μｍ以上２．３μｍ以下に形成する。
【００６５】
以下では、本実施の形態の半導体レーザ素子１が奏する効果について説明する。本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、半導体レーザ素子１は、ｎ型のｎ型クラッド層４、活性層５およびｐ型の第１ｐ型クラッド層６が一方向に順次積層される。半導体レーザ素子１は、第１ｐ型クラッド層６にストライプ状のストライプ部２が形成される。このストライプ部２は、その形状が、発せられるべきレーザ光のキンク率P-kinkuとの相関関係に基づいて決定される。したがってキンク率P-kinkuとストライプ部２の形状との相関関係に基づいてストライプ部２の形状を決定することによって、半導体レーザ素子１が発するレーザ光のキンク率P-kinkuを予め定められるキンク率にすることができる。それ故、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。半導体レーザ素子１が発するレーザ光において、キンクの発生を抑制することによって、高出力のレーザ光を発することができる半導体レーザ素子１を構成することが可能となる。これによって半導体レーザ素子を光ピックアップ装置に搭載する場合、書き込み速度が大きい光ピックアップ装置を実現できる。
【００６６】
本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、ストライプ部２は、その形状のうちストライプ部２の幅ａおよび幅ｅが、発せられるべきレーザ光のキンク率P-kinkuの相関関係に基づいて決定される。したがってキンク率P-kinkuとストライプ部２の幅ａおよび幅ｅとの相関関係に基づいてストライプ部２の幅ａおよび幅ｅを決定することによって、半導体レーザ素子１が発するレーザ光のキンク率P-kinkuを予め定められるキンク率P-kinkuにすることができる。それ故、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。半導体レーザ素子１が発するレーザ光において、キンクの発生を抑制することによって、高出力のレーザ光を発することができる半導体レーザ素子１を構成することが可能となる。これによって半導体レーザ素子を光ピックアップ装置に搭載する場合、書き込み速度が大きい光ピックアップ装置を実現できる。
【００６７】
本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、ストライプ部２は、Ｚ方向に向かうにつれてＸ方向に向かって狭いテーパ状に形成される。ストライプ部２をテーパ状に形成することによって、ストライプ部２に注入されるキャリアを局所に集中させることができ、活性層５におけるキャリアの拡散を抑制できる。これによってホールバーニングの発生を抑制し、発せられるレーザ光の横モードの高次モード化を抑制できる。このように横モードの高次モード化現象を抑制することによって、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制可能な半導体レーザ素子を実現できる。
【００６８】
本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、ストライプ部２は、そのＺ方向一端部１３が第１ｐ型クラッド層６に対向し、ストライプ部２の幅ａが１．９μｍ以上２．３μｍ以下に形成される。ストライプ部２の幅ａを２．３μｍ以下に形成することによって、活性層５に注入されるキャリア密度を高くでき、ホールバーニングの発生および横モードの高次モード化を抑制できる。ストライプ部２の幅ａを１．９μｍ以上に形成することによって、活性層５に注入されるキャリアの極端な減少を抑制することができる。これによってストライプ部２の幅ａを２．３μｍ以下に形成すると、室温で、半導体レーザ素子１のレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。ストライプ部２の幅ａを１．９μｍ以上に形成すると、７０℃で半導体レーザ素子１のレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。したがって半導体レーザ素子１が発するレーザ光において、キンクの発生の抑制を実現できる。
【００６９】
本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、ストライプ部２は、その幅ｅが１．６μｍ以下に形成される。これによってｐ型キャップ層８からストライプ部２に注入されるキャリアを局所に集中できる。それ故、局所的に活性層５のキャリア密度が高くなり、ホールバーニングの発生を抑制できる。したがって半導体レーザ素子１が発するレーザ光において、キンクの発生の抑制を実現できる。
【００７０】
本実施の形態の半導体レーザ素子１によれば、第１ｐ型クラッド層６には、電流阻止層７がＺ方向に積層される。電流阻止層７は、ストライプ部２とともに第１ｐ型クラッド層６に形成される。電流阻止層７は、絶縁体または誘電体から成る。これによってストライプ部２にキャリアを集中して注入させることができ、ホールバーニングの発生および横モードの高次モード化を抑制し、半導体レーザ素子１が発するレーザ光にキンクが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施の形態の半導体レーザ素子１を示す斜視図である。
【図２】半導体レーザ素子１を示す正面図である。
【図３】ストライプ部２を拡大して示す正面図である。
【図４】レーザ光を発する半導体レーザ素子１を示す斜視図である。
【図５】半導体レーザ素子１の効率波形２０とその２次近似曲線２１とを示すグラフである。
【図６】半導体レーザ素子１の効率差２２を示すグラフである。
【図７】キンクが生じていない半導体レーザ素子１のＬＩ特性２３および効率波形２４を示すグラフである。
【図８】キンクが生じている半導体レーザ素子１のＬＩ特性２５および効率波形２６を示すグラフである。
【図９】室温２５℃におけるストライプ部２の幅ａとキンク率P-kinkuとの相関関係を示すグラフである。
【図１０】温度７０℃におけるストライプ部２の幅ａとキンク率P-kinkuとの相関関係を示すグラフである。
【図１１】ストライプ部２の幅ａと幅ｅとの関係を示すグラフである。
【図１２】図１１のグループＡの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。
【図１３】図１１のグループＢの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。
【図１４】図１１のグループＣの半導体レーザ素子１の特性を示すグラフである。
【図１５】図１１のグループＡの半導体レーザ素子１のバーンイン検査の結果を示すグラフである。
【図１６】図１１のグループＢの半導体レーザ素子１のバーンイン検査の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  半導体レーザ素子
２  ストライプ部
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  ｐ型クラッド層
７  電流阻止層
【図１】
2006229051.tif 000004
【図２】
2006229051.tif 000005
【図３】
2006229051.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006229051.tif 000008
【図６】
2006229051.tif 000009
【図７】
2006229051.tif 000010
【図８】
2006229051.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2006229051.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006229051.tif 000018
【図１６】
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