(57)【要約】【課題】  素子抵抗、熱抵抗、通過抵抗および動作電流がいずれも小さく、かつ自励発振が可能な半導体レーザ装置の提供。【解決手段】  基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、ストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層、該リッジの両側面を挟むように第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層、第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層を少なくとも有し、前記リッジ構造のストライプ長手方向に直交する横断面が下記式を満足する台形である自励発振型半導体レーザ装置。      ０．０５ ＜ ｈ／［（ａ＋ｂ）／２］ ＜ ０．５（ｈは横断面の高さ、ａは横断面の上底、ｂは横断面の下底である。）【選択図】  図２
2006054426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、前記リッジ構造のストライプ長手方向に直交する横断面が下記式を満足する台形である自励発振型半導体レーザ装置。
０．０５  ＜  ｈ／［（ａ＋ｂ）／２］  ＜  ０．５
（上式において、ｈは横断面の高さ、ａは横断面の上底、ｂは横断面の下底である。）
【請求項２】
前記横断面が、上底よりも下底が長い台形である請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記横断面が、上底が０．４μｍ〜４μｍの台形である請求項１または２に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記横断面が、高さが０．２μｍ〜１．５μｍの台形である請求項１〜３のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記横断面の形状が左右非対称である請求項１〜４のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項６】
基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、２５℃での直流駆動において単一横モード発振で最大光出力が５ｍＷ以上である自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項７】
光出力密度が０．３ｍＷ／μｍ2以上である請求項６に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項８】
基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、直流駆動で７０℃において５ｍＷ以上の出力で自励発振する自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項９】
直流駆動で２５℃における発振しきい値電流が４５ｍＡ以下である請求項８に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記電流阻止層の厚さが、前記第２導電型第２クラッド層よりも薄い請求項１〜９のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記電流阻止層の屈折率が前記第２導電型第２クラッド層の屈折率より小さい請求項１〜１０のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記電流阻止層がＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓＰからなる群から選ばれる一種で構成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記リッジ構造上に酸化抑制層を有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記酸化抑制層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている請求項１３に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第２導電型第３クラッド層の屈折率が前記第２導電型第２クラッド層の屈折率より小さい請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第２導電型第３クラッド層の抵抗率が前記第２導電型第２クラッド層の抵抗率より小さい請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記電流阻止層の上に表面保護層を有する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記表面保護層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている請求項１７に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記活性層が、自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を含む請求項１〜１８のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記基板が（１００）面と等価な面からオフアングルを有する請求項１〜１９のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項２１】
共振器長が１５０μｍ〜４５０μｍである請求項１〜２０のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
【請求項２２】
基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成された第２導電型第２クラッド層とから少なくとも構成される積層体を用意し、該積層体の前記第２導電型第２クラッド層上にストライプ状の保護膜を形成し、前記第２導電型第２クラッド層を部分的にエッチングすることにより前記第２導電型第２クラッド層をストライプ状のリッジ構造に成形し、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように電流阻止層を形成し、前記保護層を除去し、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に第２導電型第３クラッド層を形成する工程を含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２３】
前記電流阻止層の形成後に、前記電流阻止層上に表面保護層を形成する工程をさらに有する請求項２２に記載の自励発振型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、基本横モードで発振することが可能な半導体レーザとして好適な構造を有する半導体レーザ装置に関し、特に素子抵抗、熱抵抗、通過抵抗および動作電流がいずれも低く、自励発振が可能な半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの読み取り用光源としては、光ディスクからの戻り光ノイズに強い自励発振型半導体レーザ（波長マルチモード）が好適である。自励発振型半導体レーザとしては、従来、図５（ａ）、（ｂ）に示すような半導体電流ブロック層を用いたインナーストライプ型レーザが用いられていた。光吸収層が存在しない構造では、自励発振は、通常、活性層の内部に過飽和吸収域を形成することにより達成される。過飽和吸収域は、電流注入領域よりも光分布を広げることにより、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにリッジ又はグルーブ直下の両脇の部分に形成することができる。この過飽和吸収域では、キャリアの発生（発光）とキャリアの消失（消光）が短時間サイクルで繰り返されるために、縦モードがマルチ（波長マルチモード）になり、低ノイズ化が実現できる。この半導体レーザ装置の戻り光ノイズを低減させるために、半導体レーザの自励発振現象を利用して縦マルチモード発振させる方法が開発されており、例えば特許文献１（特開昭６３−２０２０８３号公報）にその詳細が記載されている。
【０００３】
最近、ディジタルビデオディスクを中心とする記録密度向上のために、情報処理用光源として従来のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ帯）レーザが実用化され始めている。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）一例としては、図６に模型的に示す構造を有するものがある。
【０００４】
図６において、６０１はｎ型ＧａＡｓ基板、６０２は基板６０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層、６０３はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、６０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層、６０５はｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止（ブロック）層、６０６はコンタクト層である。ここでは、ＡｌＧａＩｎＰ活性層６０３のエネルギーギャップが、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６０２及び６０４のエネルギーギャップより小さくなるように混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。電流阻止層６０５は、レーザ発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる電流狭窄を行う目的で設けられる。電流阻止層６０５は、層６０４を選択エッチングしてリッジを形成した後、ＳｉＮｘなどのアモルファス膜を用いて選択成長させることによって形成する。
【０００５】
従来のＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）のレーザにおいては、ＣＳＰ構造、Ｖ−ＳＩＳ構造、ＳＡＳ構造等により低ノイズ化が実現されている。例えば、非特許文献１（東芝レビュー４０巻７号、第５７６〜５７８項）では、電流狭窄によって活性層に電流注入のストライプを形成し、活性層においてそのストライプの両側に過飽和吸収体領域が生じるようにしている。これによって、活性層中にて光とキャリアの相互作用による発光部の屈折率の振動によってレーザ発振の開始と停止の繰り返し、すなわち自励発振を起こさせている。
【０００６】
ところが、活性層中に過飽和吸収体を形成する方法を図６に示すような従来のＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ帯）レーザに適用すると、電流ブロック層直下でのｐクラッド層領域での電流拡がりが増加することによって、過度のキャリア注入により過飽和吸収体としての機能が低下し、高温領域まで安定に自励発振を実現することが困難であることが、非特許文献２（平成６年秋期応用物理学会学術講演会予稿集２０ｐ−Ｓ−１５）、非特許文献３（平成７年春期応用物理学関係連合講演会予稿集２８ａ−ＺＧ−９）において報告されている。そこで、図７に示すように活性層外部に発振光と同程度のバンドギャップを有する過飽和吸収層を備えたＡｌＧａＩｎＰ系自励発振レーザが、特許文献２（特開平７−２６３７９４号公報）等に開示されており、非特許文献４（H.Adachi,et al., Self-sustained pulsation in 650nm-band AlGaInP visible laser diode with highly doped suturable absorbing layer, IEEE Photon.Technol.Lett.7,p1406(1995)）において、自励発振が６０℃の高温まで確認されている。しかしながら、過飽和吸収層を挿入する方法では、図８に示すように発振立ち上がりに光出力の急峻な遷移が観測されている。このため、光ディスクドライブ装置に組み込んでレーザ出力を一定になるように制御するときに、自動パワー制御（ＡＰＣ）を低出力の領域で使用するとＡＰＣ回路が発振してしまい、パワー制御ができなくなるという問題が発生してしまう可能性がある。さらに、過飽和吸収層を採用することにより、過飽和吸収域でのロスのために発振しきい値電流を大幅に上昇させてしまったり、過飽和吸収層のバンドギャップを変化させてしまったり、過飽和吸収層と活性層との間の距離に大きく依存するために厳しく再現性や均一性などが要求されるために歩留まりが低くなりやすくなってしまう等の問題も生じていた。
【０００７】
上記の過飽和吸収層を備えたＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）自励発振型レーザの実用上の大きな問題を解決するには、従来のＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）のレーザと同様に、活性層中に過飽和吸収体を安定に形成する方法により、高温領域まで安定に自励発振を実現することが望ましいと考えられる。
【０００８】
ところが、図９に示す従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いたＬＤ（以下「従来型ＬＤ」という）は、ｐ型第３クラッド層９０６が電流阻止層９０７で挟まれ、ｐ型第３クラッド層９０６のリッジ部分で電流が狭窄される構造を有するため、一般に通過抵抗、熱抵抗および素子抵抗が高い。そのため、従来型ＬＤは、高電流注入時に素子の発熱量が増加し、活性層の温度が上昇し、自励発振が起こりにくくなり、特に高温まで安定に自励発振動作を行なうのは非常に困難となる等の問題があった。
【０００９】
また従来型ＬＤは、ｐ型クラッド層９０４、９０６において、ｐ型不純物として亜鉛が用いられている。亜鉛はＡｌＧａＩｎＰ結晶中で拡散し易い性質を有しているため、エピタキシャル成長を繰り返している間に、ｐ型クラッド層中の亜鉛が活性層に拡散してしまうことがしばしば発生する。このように活性層に亜鉛が拡散してしまうと、活性層の結晶性が劣悪化し、寿命が短くなる。一方、拡散を防ぐために亜鉛濃度を低くすると、動作電圧が高くなり、レーザ発振が困難になる。
【００１０】
さらに、従来型ＬＤにおいて、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層は、発光する光を活性層内に閉じ込めるために、活性層よりもＡｌ組成を大きくしたダブルへテロ構造がとられている。しかるに、光の閉じ込めを強くするために、例えばｐ型クラッド層のＡｌ量を大きくすると、キャリア濃度が下がってしまい、その結果、素子抵抗が高くなり、駆動電流が高くなるという問題があった。一方、逆に駆動電流を低くするために、ｐ型クラッド層内のＡｌ量を少なくすると、光閉じ込めやキャリア閉じ込めが弱くなり、発光効率が悪くなるという問題があった。
【００１１】
上記問題を解決するために、これまでにいくつかの半導体レーザ装置が開発されている。例えば、特許文献３（特開平７−２９７４８３号公報）には、素子抵抗を低減させるために、高濃度にドーピングしたｐ型第２クラッド層（リッジ：電流狭窄部）を有する半導体レーザが記載されている。しかし、エピタキシャル成長の間や通電中に亜鉛などのｐ型ドーパントが活性層に拡散し、素子特性の劣化や信頼性の低下を招くという欠点がある。一方、特許文献４（特開平１１−２６８８０号公報）には、ｐ型ドーパントの活性層への拡散を防止するために、ｐ型第２クラッド層（リッジ：電流狭窄部）と活性層との間にキャリア拡散抑制層を設けた半導体レーザ装置が記載されている。しかるに、ここに記載のキャリア拡散抑制層は、成長温度、結晶性などによるｐ型ドーパントの拡散状態の変化により十分対応できず、さらに素子特性にバラツキがあり、信頼性の再現性に問題があった。さらに、特許文献５（特開平１１−８７８３２号公報）には、ｐ型ドーパントの活性層への拡散を防止するために、ｐ型クラッド層と活性層との間に、ｐ型クラッド層と活性層との中間のバンドギャップを有する層を形成した半導体レーザが記載されている。しかし、この半導体レーザは、リッジ部分のエッチングプロセスが複雑であり、かつエッチングによりリッジ部の側面上部に窪みが発生するなど安定したリッジ形状を形成することが困難であるという欠点があった。
【００１２】
一方、従来型ＬＤは、通常、［−１１０］方向にストライプ状のリッジを形成することにより基本横モードを制御している（非特許文献５：藤井他、エレクトロニクスレターズ誌第２３巻、第１８号、９３８−９３９頁）。リッジのストライプ方向を［−１１０］方向に選ぶことにより、［１１０］方向と比べてＡｌＧａＩｎＰ秩序結晶からなる活性層の発光効率が向上し、しきい値電流密度が低下できるためである。しかし、より高出力で基本横モードを行うために、リッジ幅をより狭く、かつリッジ高さをより高くする必要があり、［−１１０］方向ではリッジ内に大きなジュール熱が発生するという問題があった。
【００１３】
リッジ形成方向における上記問題を解決するために、ストライプ状リッジを［１１０］方向に形成した半導体レーザがこれまでに開発されている（特許文献６：特開平７−１９３３１３号公報）。しかるに、ここに記載のリッジ構造は、逆メサ形状であり、この逆メサ形状のｐ型第３クラッド層を形成するために、無秩序状態で高温成長（７００〜８５０℃）させる必要がある。無秩序状態にするために高温で成長させると、その成長過程にｐ型ドーパントが活性層に拡散し、活性層の結晶性が劣悪化し、寿命が短くなり、信頼性の低下を招くため好ましくない。
【特許文献１】特開昭６３−２０２０８３号公報
【特許文献２】特開平７−２６３７９４号公報
【特許文献３】特開平７−２９７４８３号公報
【特許文献４】特開平１１−２６８８０号公報
【特許文献５】特開平１１−８７８３２号公報
【特許文献６】特開平７−１９３３１３号公報
【非特許文献１】東芝レビュー４０巻７号、第５７６〜５７８項
【非特許文献２】平成６年秋期応用物理学会学術講演会予稿集２０ｐ−Ｓ−１５
【非特許文献３】平成７年春期応用物理学関係連合講演会予稿集２８ａ−ＺＧ−９
【非特許文献４】IEEE Photon.Technol.Lett.7,p1406(1995)
【非特許文献５】エレクトロニクスレターズ誌第２３巻、第１８号、９３８−９３９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、素子抵抗、熱抵抗、通過抵抗および動作電流がいずれも小さく、かつ自励発振が可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、上記従来技術の課題を解決するために、リッジ構造を有する半導体装置の構造につき鋭意検討を進めた結果、レーザ構造の光導波を実屈折率ガイドとし、活性層内に過飽和吸収体を形成し、かつリッジ構造を特定の条件を満たすように構成することにより、活性層での発熱を低減でき、高温領域（少なくとも７５℃以上）まで安定な自励発振特性が得られ、かつ自励発振が可能な半導体レーザ装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち、本発明の課題は以下の構成を有する自励発振型半導体レーザ装置により達成される。
［１］基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、前記リッジ構造のストライプ長手方向に直交する横断面が下記式を満足する台形である自励発振型半導体レーザ装置。
０．０５  ＜  ｈ／［（ａ＋ｂ）／２］  ＜  ０．５
（上式において、ｈは横断面の高さ、ａは横断面の上底、ｂは横断面の下底である。）
［２］前記横断面が、上底よりも下底が長い台形である［１］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［３］前記横断面が、上底が０．４μｍ〜４μｍの台形である［１］または［２］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［４］前記横断面が、高さが０．２μｍ〜１．５μｍの台形である［１］〜［３］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［５］前記横断面の形状が左右非対称である［１］〜［４］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［６］基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、２５℃での直流駆動において単一横モード発振で最大光出力が５ｍＷ以上である自励発振型半導体レーザ装置。
［７］前記最大光出力が１０ｍＷ以上である［６］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［８］光出力密度が０．３ｍＷ／μｍ2以上である［６］または［７］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［９］基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように前記第２導電型第１クラッド層上に形成された電流阻止層と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に形成された第２導電型第３クラッド層とから少なくとも構成されており、直流駆動で７０℃において５ｍＷ以上の出力で自励発振する自励発振型半導体レーザ装置。
［１０］７５℃において５ｍＷ以上の出力で自励発振する［９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１１］７０℃において１０ｍＷ以上の出力で自励発振する［９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１２］７５℃において１０ｍＷ以上の出力で自励発振する［９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１３］直流駆動で２５℃における発振しきい値電流が４５ｍＡ以下である［９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１４］前記電流阻止層の厚さが、前記第２導電型第２クラッド層よりも薄い［１］〜［１３］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１５］前記電流阻止層の屈折率が前記第２導電型第２クラッド層の屈折率より小さい［１］〜［１４］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１６］前記電流阻止層がＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓＰからなる群から選ばれる一種で構成されている［１］〜［１５］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１７］前記電流阻止層がＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰで構成されている［１６］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１８］前記リッジ構造上に酸化抑制層を有する［１］〜［１７］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［１９］前記酸化抑制層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている［１８］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２０］前記第２導電型第２クラッド層と前記酸化抑制層がともにＡｌＧａＩｎＰで構成されている［１８］または［１９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２１］前記第２導電型第３クラッド層の屈折率が前記第２導電型第２クラッド層の屈折率より小さい［１］〜［２０］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２２］前記第２導電型第３クラッド層の構成元素が前記第２導電型第２クラッド層の構成元素と異なる［１］〜［２１］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２３］前記第２導電型第３クラッド層の抵抗率が前記第２導電型第２クラッド層の抵抗率より小さい［１］〜［２２］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２４］前記第２導電型第３クラッド層がＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰで構成されている［１］〜［２３］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２５］前記電流阻止層の上に表面保護層を有する［１］〜［２４］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２６］前記表面保護層が、前記活性層の材料よりもバンドギャップが大きい材料で構成されている［２５］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２７］前記活性層が構成元素として少なくともＧａとＩｎとを含有するか、または少なくともＡｌとＩｎとを含有する［１］〜［２６］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２８］前記活性層が、自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を含む［１］〜［２７］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［２９］前記基板が（１００）面と等価な面からオフアングルを有する［１］〜［２８］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［３０］前記基板のオフアングルの方向が、前記ストライプ状のリッジ構造のストライプ長手方向に直交する方向から±３０°以内である［２９］に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［３１］共振器長が１５０μｍ〜４５０μｍである［１］〜［３０］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［３２］前記自励発振型半導体レーザ装置が半導体レーザである［１］〜［３１］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置。
［３３］基板と、該基板上に形成された少なくとも１層からなる第１導電型クラッド層と、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型第１クラッド層と、該第２導電型第１クラッド層上に形成された第２導電型第２クラッド層とから少なくとも構成される積層体を用意し、該積層体の前記第２導電型第２クラッド層上にストライプ状の保護膜を形成し、前記第２導電型第２クラッド層を部分的にエッチングすることにより前記第２導電型第２クラッド層をストライプ状のリッジ構造に成形し、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの両側面を挟むように電流阻止層を形成し、前記保護層を除去し、前記第２導電型第２クラッド層のリッジ上および該リッジ近傍の前記電流阻止層上に第２導電型第３クラッド層を形成する工程を含む、［１］〜［３２］のいずれか一項に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。
［３４］前記電流阻止層の形成後に、前記電流阻止層上に表面保護層を形成する工程をさらに有する［３３］に記載の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、特定の条件を満たすように断面構造が設計されたリッジ構造を有する第２導電第２クラッド層の両側にリアルガイド構造を有する電流阻止層が形成され、さらにリッジ構造の上に光閉じ込め用の第２導電型第３クラッド層を有する。この構成により、本発明によれば、素子抵抗、通過抵抗、熱抵抗および動作電流がいずれも小さくて、高温領域まで安定な自励発振が可能な自励発振型半導体レーザ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置について、図面を参照しつつ具体的に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１９】
図１は、本発明の自励発振型半導体レーザ装置の基板から第２導電型第３クラッド層までの構成を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、基板１０１上に、第１導電型クラッド層１０２と、第１導電型クラッド層１０２上に形成された活性層１０６と、活性層１０６上に形成された第２導電型第１クラッド層１０７と、第２導電型第１クラッド層１０７上に形成されたストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層１０８と、第２導電型第１クラッド層１０７上に前記リッジ構造の両側面を挟むように形成された電流阻止層１０９と、第２導電型第２クラッド層１０８上および電流阻止層１０９上に形成された第２導電型第３クラッド層１１０とから少なくとも構成されている。
【００２０】
図２は、本発明の好適な一実施態様の半導体レーザの概略断面図である。図２に示す態様の半導体レーザは、基板２０１と、基板２０１上に形成されたバッファー層２０２と、バッファー層上に形成された第１導電型第１クラッド層２０３と、第１導電型第１クラッド層２０３上に形成された第１導電型第２クラッド層２０４と、第１導電型第２クラッド層２０４上に形成された活性層２０５と、活性層２０５上に形成された第２導電型第１クラッド層２０６と、第２導電型第１クラッド層上に形成されたエッチングストップ層２０７と、エッチングストップ層２０７上に形成されたストライプ上のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層２０８と、エッチングストップ層２０７上においてリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層の両側面を挟むように形成された電流阻止層２０９と、第２導電型第２クラッド層２０８のリッジ構造の上に形成された酸化抑制層２１０と、電流阻止層２０９上に形成された表面保護層（キャップ層）２１１と、表面保護層２１１上に形成された第２導電型第３クラッド層２１２と、第２導電型第３クラッド層２１２上に形成されたコンタクト層２１３と、コンタクト層２１３側および基板２０１側にそれぞれ形成されたｐ側電極２１４およびｎ側電極２１５とから構成されている。
【００２１】
本明細書において「Ａ層上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以上の層が形成され、さらにその層上にＢ層が形成されている場合の両方を含む。また、Ａ層の上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。
【００２２】
図１および図２において、基板１０１、２０１は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することができるものであれば、その導電性や材料は特に限定されない。好ましくは、導電性を有する半導体基板である。具体的には、基板上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板を用いるのが好ましい。その場合、基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好ましい。
【００２３】
なお、本明細書において（１００）面という場合、必ずしも厳密に（１００）ジャストの面である必要はなく、（１００）面と等価な面、すなわち最大３０°程度のオフアングルを有する面まで包含する。オフアングルの大きさは、上限は３０°以下であることが好ましく、１４°以下であることがより好ましい。オフアングルの大きさの下限は０．５°以上であることが好ましく、２°以上であることがより好ましく、６°以上であることがさらに好ましく、１０°以上であることが最も好ましい。
【００２４】
また、基板１０１、２０１のオフアングルの方向は、後述する第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ構造を構成するストライプの伸びる方向に直交する方向から、±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。また、リッジ構造のストライプの方向は、基板１０１、２０１の面方位が（１００）の場合、［０−１１］またはそれと等価な方向が好ましく、オフアングルの方向は［０１１］方向またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向であることがより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。
【００２５】
なお、本明細書において［０１−１］方向という場合は、一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はＶＩ族元素が現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。
【００２６】
また、基板１０１、２０１は六方晶型の基板でもよく、例えば、Ａｌ2Ｏ3、６Ｈ−ＳｉＣ等からなる基板を用いることもできる。
【００２７】
図２に示すように、基板２０１上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために厚さ０．２〜２μｍ程度のバッファー層２０２を形成しておくことが好ましい。バッファー層の材料には、通常は基板と同じ材料が用いられることが多く、例えば第１導電型のＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＯなどが好ましい。
【００２８】
基板１０１、２０１の上には、活性層１０６、２０５を含む化合物半導体層が形成される。化合物半導体層は、活性層１０６、２０５の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層（好ましくはｎ型クラッド層）、他方のエピタキシャル側の層は第２導電型クラッド層（好ましくはｐ型クラッド層）としてそれぞれ機能する。これらの屈折率の大小関係は、各層の材料組成を当業者に公知の方法に従って適宜選択することにより調節できる。活性層およびクラッド層は、例えばＡｌxＧａ1-xＡｓ、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ、ＡｌxＧａ1-xＮなどのＡｌ組成を変化させることによって屈折率を調節できる。
【００２９】
図１に示すように、第１導電型のクラッド層が１層の場合、第１導電型クラッド層１０２は、活性層１０６よりも屈折率の小さい材料で形成することができる。また、第１導電型クラッド層１０２の屈折率は、後述する第２導電型第１クラッド層、第２導電型第２クラッド層および第２導電型第３クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。第１導電型クラッド層１０２は、例えば、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料を使用いて形成することができる。
【００３０】
第１導電型クラッド層１０２のキャリア濃度は、下限が１×１０16ｃｍ-3以上であることが好ましく、５×１０16ｃｍ-3以上であることがより好ましく、１×１０17ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。一方、キャリア濃度の上限は５×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下であることがより好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。
【００３１】
第１導電型クラッド層１０２の厚さは、単層からなる場合、好ましくは０．５〜４μｍ、より好ましくは１〜３μｍ程度である。
【００３２】
第１導電型クラッド層は、例えば、図２の好適な実施例に示すように、キャリア濃度、組成などが異なる複数の層で構成されていてもよい。第１導電型クラッド層がキャリア濃度が異なる複数の層で形成されている場合、活性層２０５側の第１導電型第２クラッド層２０４のキャリア濃度は、基板２０１側の第１導電型第１クラッド層２０３のキャリア濃度より低くすることが好ましい。基板２０１側の第１導電型第１クラッド層２０３のキャリア濃度は、１×１０16〜３×１０18ｃｍ-3の範囲が好ましく、５×１０16〜２×１０18ｃｍ-3であることが好ましい。また、活性層２０５側の第１導電型第２クラッド層２０４の厚さは、第１導電型第１クラッド層２０３の厚さより薄くすることが好ましい。第１導電型第２クラッド層２０４の厚さの下限は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０３μｍ以上であることがより好ましく、上限は１μｍ以下であることが好ましく、０．７μｍ以下であることがより好ましい。第１導電型クラッド層が組成の異なる複数の層で形成されている場合の例としては、例えば、基板２０１側にＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰからなる第１導電型第１クラッド層２０３と、その層よりも活性層２０５側にあるＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰからなる第１導電型第２クラッド層２０４とからなる態様を例示することができる。
【００３３】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置を構成する活性層１０６、２０５の構造は、特に制限されない。図１の一例においては、活性層１０６は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。この多重量子井戸構造は、具体的には光閉じ込め層（ノンドープ）１０３、量子井戸層（ノンドープ）１０４、バリア層（ノンドープ）１０５、量子井戸層（ノンドープ）１０４および閉じ込め層（ノンドープ）１０３を順次積層した構造を有する。活性層としては、単層のバルク活性層でもよいが、短波長化かつ低しきい値化のために、量子井戸層及び量子井戸層を挟むバリア層及び／又は閉じ込め層で構成されている多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の方がより好ましい。活性層内に自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を形成するために、通常の自励発振しないシングルモードレーザよりも、井戸数を増やすことが有効である。さらに、この場合、高温動作を向上させるために、量子井戸層に圧縮あるいは引っ張りの歪みが加えられることが有効である。また、引っ張り歪みを加えるとＴＭモードで発振しやすくなるが、バンドギャップを大きくしたまま特性が向上できるので、短波長領域のレーザの高性能化には有効である。
【００３４】
活性層１０６、２０５の材料としては、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮなどを例示することができる。特にＧａとＩｎあるいはＡｌとＩｎを構成元素として含む材料である場合は、自然超格子が形成されやすいために、オフ基板を用いることによる自然超格子抑制の効果が大きくなる。
なお、光導波路の両端部分における活性層は、光導波路中央の電流注入領域における活性層内において発生した光に対して透明となるバンドギャップを有することが、ＣＯＤレベル向上の観点から好ましい。
【００３５】
活性層がＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰから形成されている場合、単層のバルク活性層でもよいが、短波長化（６３０ｎｍ〜６６５ｎｍ）かつ低しきい値化のために、量子井戸層及び量子井戸層を挟むバリア層及び又は閉じ込め層で構成されている多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の方がより好ましい。さらに、この場合、高温動作を向上させるために、量子井戸層に圧縮（ＧａxＩｎ1-xＰ、ｘ＜０．５２）あるいは引っ張り（ＧａxＩｎ1-xＰ、ｘ＞０．５２）の歪みが加えられることが有効である。また、引っ張り歪みを加えるとＴＭモードで発振しやすくなるが、バンドギャップを大きくしたまま特性が向上できるので、６３０〜６５０ｎｍのより短波長領域のレーザの高性能化には有効である。
【００３６】
活性層内に自励発振に必要な体積の過飽和吸収体を形成するために、活性層トータルの厚さ、すなわち多重量子井戸の場合は各量子井戸活性層を合計した厚さは、自励発振に必要な過飽和吸収領域の体積を確保する観点から、下限として、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、１５ｎｍ以上がさらに好ましく、２５ｎｍが最も好ましい。端面でのＣＯＤを抑制する観点から、上限として、２００ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以下がさらに好ましく、５０ｎｍ以下が最も好ましい。
【００３７】
同様な理由から、実用的な自励発振型レーザを実現させるために、活性層各層の厚さは、下限として、２ｎｍ以上が好ましく、３ｎｍ以上がより好ましく、４ｎｍ以上がさらに好ましく、５ｎｍ以上が最も好ましい。端面でのＣＯＤを抑制する観点から、上限として、２０ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以下がより好ましく、９ｎｍ以下がさらに好ましく、７ｎｍ以下が最も好ましい。
自励発振の起こりやすさや自励発振が持続できる範囲（温度・光出力）は、活性層総厚（活性層内のすべての量子井戸層の厚みの合計）がある程度以上厚いことが好ましい。具体的には、活性層総厚の下限は２５ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、３５ｎｍ以上がさらに好ましい。一方、活性層総厚の上限は、活性層に歪が入っていない場合、量子効果が機能する厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、１００ｎｍ以下が好ましく、８０ｎｍ以下がより好ましく、７０ｎｍ以下がさらに好ましい。また、活性層に歪が入っている場合は、臨界膜厚を超えない厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、８０ｎｍ以下が好ましく、６０ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３８】
好ましい量子井戸数は、６００ｎｍ帯赤色レーザの室温（２５℃）での発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、４〜１０、好ましくは４〜９、より好ましくは７〜９、さらに好ましくは７〜８、最も好ましくは８であり、一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合、３〜９、好ましくは５〜８、より好ましくは６〜８、さらに好ましくは６〜７、最も好ましくは７である。量子井戸の厚さは、室温（２５℃）付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、３〜７ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。一方、室温（２５℃）付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合、６〜１０ｎｍが好ましく、７〜９ｎｍがより好ましい。
【００３９】
光閉じ込め層は、量子井戸層への閉じ込め効率の増加、Ｚｎ等の不純物の量子井戸層への混入（拡散）の防止を図る観点から有効である。閉じ込め層の厚さを適切に選ぶことにより、レーザ発振しきい値電流の低減や寿命向上等を実現できる。具体的に、閉じ込め層の厚さは、自励発振に必要な過飽和吸収領域の体積を確保する観点から、下限として、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０２μｍ以上がより好ましく、０．０４μｍ以上がさらに好ましく、０．０６μｍ以上が最も好ましい。端面でのＣＯＤを抑制する観点から、上限として、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、０．１５μｍ以下がさらに好ましく、０．１μｍ以下が最も好ましい。
【００４０】
光閉じ込め層の厚みは、６００ｎｍ帯赤色レーザの室温での発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、下限として５０ｎｍ以上が好ましく、６０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合、下限として４０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、１５０ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。量子井戸数が６の場合は５０〜１５０ｎｍが好ましく、量子井戸数が７の場合は４０〜１３０ｎｍが好ましく、量子井戸数が８の場合は２５〜９０ｎｍが好ましい。
【００４１】
活性層内のキャリア濃度は特に限定されないが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ドープをすることなく、アンドープの状態（この場合でもわずかに（通常、１×１０17ｃｍ-3以下）第１又は第２導電型になっている）であることが、素子の性能の向上及び安定化の点からより好ましい。また、光閉じ込め層も少なくとも量子井戸層に近い部分はアンドープの状態であることが好ましい。
【００４２】
活性層１０６、２０５上には、第２導電型のクラッド層が形成される。本発明において、エッチングストップ層が形成される場合は第２導電型のクラッド層は少なくとも３層形成される。以下の説明では、活性層１０６に近い方から順に第２導電型第１クラッド層１０７、２０６、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８、および第２導電型第３クラッド層１１０、２１２を有する好ましい態様を例にとって説明する。エッチングストップ層が形成されない場合は、第２導電型クラッド層は少なくとも２層形成される。
【００４３】
第２導電型第１クラッド層１０７、２０６は、活性層に光を閉じ込めるため活性層１０６、２０５よりも屈折率の小さい材料で形成することができる。例えば、第２導電型第１クラッド層１０７、２０６は、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。第２導電型第１クラッド層１０７、２０６がＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている場合は、その成長可能な実質的全面をＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌを含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で覆えば表面酸化を防止することができるため好ましい。
【００４４】
第２導電型第１クラッド層１０７、２０６のキャリア濃度は、下限は２×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、３×１０17ｃｍ-3であることがより好ましく、５×１０17ｃｍ-3であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、５×１０18ｃｍ-3であることが好ましく、４×１０18ｃｍ-3であることがより好ましく、２×１０18ｃｍ-3であることが最も好ましい。
【００４５】
第２導電型第１クラッド層１０７、２０６の厚さは、薄くなりすぎると、光閉じ込めが強くなりすぎ、高出力まで単一横モード発振させることが困難となるほか、後述する電流阻止層１０９、２０９のリーク電流が発生しやすくなる。一方、厚くなりすぎると、第２導電型第１クラッド層１０７、２０６中で電流が横方向に拡がり過ぎて、しきい値電流や動作電流が増加してしまう。これらを考慮して第２導電型第１クラッド層１０７、２０６の厚さは、下限を０．０３μｍ以上とすることが好ましく、０．０５μｍ以上とすることがより好ましく、０．０７μｍ以上とすることが最も好ましい。また上限は、０．５μｍ以下とすることが好ましく、０．３μｍ以下とすることがより好ましく、０．２μｍ以下とすることが最も好ましい。
【００４６】
第２導電型第１クラッド層１０７、２０６の屈折率は、第１導電型クラッド層１０２の屈折率よりも小さくすることもできる。このようにすれば、活性層から光ガイド層側へ有効に光が滲み出すように光分布（近視野像）を制御することが可能となる。また、活性領域（活性層の存在する部分）から亜鉛拡散領域への光導波損失を低減することもできるため、高出力動作におけるレーザ特性や信頼性の向上を達成することができる。
【００４７】
図２に示すように、第２導電型第１クラッド層２０６上には、エッチング処理時における第２導電型第１クラッド層２０６のエッチング試薬による浸食を防止する目的でエッチングストップ層２０７を形成することができる。エッチングストップ層２０７を有すれば、少なくともリッジ構造の第２導電型第２クラッド層２０８を再成長させる際に、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を容易に防ぐことができるようになる。
【００４８】
エッチングストップ層２０７の材料は、エッチング処理時にエッチング試薬に対し抵抗性のあるもの、すなわち浸食されないものであれば、特に限定はない。またエッチングストップ層２０７の材料は、浸食防止機能のほか、酸化防止機能を併有していても構わない。具体的には、ＡｌXＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）、ｌｎyＧａl-yＰ（０≦ｙ≦１）、（ＡｌuＧａ1-u）vＩｎＰ（０＜ｕ≦１、０＜ｖ≦１）、ＩｎpＡｌqＧａrＮ（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１）、ＩｎlＡｌmＧａnＡｓ（０≦ｌ≦１、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１）、ＩｎsＧａ1-sＡｓtＰ1-t（０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１）などが挙げられる。
【００４９】
エッチングストップ２０７の厚さは、一般に活性層２０５の材料よりもバンドギャップが大きくなるように選択され、その上限は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、６ｎｍ以下であることがさらに好ましい。またその下限は１ｎｍ以上であることが好ましく、１．５ｎｍ以上であることがより好ましく、２ｎｍ以上であることがさらに好ましい。
【００５０】
エッチングストップ層２０７の導電型は、エッチングにより除去される場合は特に制限はないが、第２導電型であることが好ましい。また、エッチングストップ層２０７は基板２０１になるべく格子整合させることが好ましい。さらに、動作電流低減などの観点から、材料と厚さを適宜選択することによって活性層２０５からの光を吸収しないようにすることが好ましい。エッチングストップ層を過飽和吸収層として機能させる場合は、活性層からの光を吸収してもよい。
【００５１】
第２導電型第１クラッド層１０７上またはエッチングストップ層２０７上にはストライプ状のリッジ構造を有する半導体層が形成される。このリッジ構造を有する半導体層には、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８が少なくとも含まれており、酸化抑制層２１０などその他の半導体層が含まれていてもよい。リッジの上には光閉じ込めのための第２導電型第３クラッド層１１０、２１２を別途形成し、所望のクラッド層厚さを第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の厚さと第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の厚さの合計で実現できるようにすることにより、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の厚さを薄く、すなわちリッジの高さを低くすることができる。これにより通過抵抗を低くすることができ、かつリッジ非対称の影響を低減でき、高いキンクレベルを達成することができる。
【００５２】
リッジの高さ（第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の厚さ）は、通過抵抗をできる限り低減する観点からは低くすることが好ましいが、リッジの高さが低くなり過ぎると、電流阻止層１０９、２０９を形成する際に選択成長マスク上のオーバーグロースが起こりやすくなる。リッジ部、とりわけ第２導電型第２クラッド層１０８、２０８にＡｌが含まれると抵抗率が増加しやすくなり、ＡｌとＩｎを含有する場合にはさらに増加しやすくなる。この抵抗率の増加は、ｐ型においてより顕著となる。また、ストライプ長手方向に直交するリッジ横断面の形状が順メサ形状である場合には、逆メサ形状の場合と比べて通過抵抗が上昇しやすくなる。
本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、リッジの横断面が下記式を満足する台形である。
０．０５  ＜  ｈ／［（ａ＋ｂ）／２］  ＜  ０．５
上式において、ｈは横断面の高さ、ａは横断面の上底、ｂは横断面の下底である。ｈ／［（ａ＋ｂ）／２］の範囲は、０．０７〜０．４５であるのが好ましく、０．１〜０．３５であるのがより好ましく、０．１２〜０．３であるのがさらに好ましく、０．１５〜０．２５であるのが最も好ましい。
【００５３】
ＡｌＧａＩｎＰ系のように、順メサ方向を形成する必要がある場合において、リッジ部分をウェットエッチングで形成すると、通常、リッジ横断面の台形の両底角の合計が小さくなり（具体的には１３０°以下）、通過抵抗が上昇しやすくなる。これらの観点から、リッジの高さ（横断面の高さ）の上限は、１．５μｍ未満であることが好ましく、０．７μｍ未満であることがより好ましく、０．６μｍ未満であることがさらに好ましく、０．５５μｍ未満であることが最も好ましい。また、リッジの高さの下限は、０．１μｍ以上であるが好ましく、０．２μｍ以上であることがより好ましく、０．３μｍ以上であることがさらに好ましく、０．３５μｍ以上であることが最も好ましい。リッジの高さを上記範囲内とすることにより、台形の両底角の合計を１３０〜１４０°、好ましくは１３５〜１４０°の範囲に調整することができる。
【００５４】
単一横モードで発振される場合には、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ底部の幅（前記台形の下底の長さ）の上限は５．０μｍ以下であることが好ましく、４．０μｍ以下であることがより好ましく、３．５μｍ以下であることがさらに好ましく、３．０μｍ以下であることが最も好ましい。また、リッジ底部の幅の下限は０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましく、１．３μｍ以上であることがさらに好ましく、１．５μｍ以上であることが最も好ましい。また、電流阻止層１０９、２０９が第２導電型第２クラッド層１０８、２０８より屈折率が低い場合、すなわち、実屈折率導波構造（リアルガイド構造）の場合、電流阻止層１０９、２０９が活性層１０６、２０５で発生する光を吸収する構造（ロスガイド構造）の場合と比べて、リッジ底部の幅を狭くする必要があり、順メサ形状ではリッジの高さを高くすることは大幅な通過抵抗の増大を招いてしまう。このような観点から、実屈折率導波構造の場合、リッジ底部の幅の上限は４．０μｍ以下であることが好ましく、３．５μｍ以下であることがより好ましく、３．０μｍ以下であることがさらに好ましく、２．８μｍ以下であることが最も好ましい。またリッジ底部の幅の下限は０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましく、１．３μｍ以上であることがさらに好ましく、１．５μｍ以上であることが最も好ましい。リッジ底部の幅をＷａ、リッジ上部の幅をＷｂとした場合、実屈折率導波構造において、平均値（Ｗａ＋Ｗｂ）／２の上限は４．５μｍ以下が好ましく、４μｍ以下がより好ましく、３．５μｍ以下がさらに好ましい。また、下限は１．８μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましく、２．２μｍ以上がさらに好ましい。
【００５５】
基板１０１、２０１がオフアングルを有し、かつこのオフアングル方向と直交する方向にストライプを形成した場合、一般にはリッジ構造の横断面の形状は左右非対称となるが、本発明の自励発振型半導体レーザ装置では、リッジ（第２導電型第２クラッド層１０８、２０８）の上に光閉じ込め層としての第２導電型第３クラッド層１１０、２１２を別途形成することにより、リッジの高さを低くすることができる。これにより、本発明の自励発振型半導体レーザ装置は、オフアングルを有する場合であっても、リッジの非対称の影響を小さくすることができ、その結果、高いキンクレベルを達成することができる。
【００５６】
リッジ形状が左右非対称の場合、一方の底角と他方の底角の差の絶対値である  │（一方の底角）−（他方の底角）│  の下限は２°以上であることが好ましく、１１°以上であることがより好ましく、１５°以上であることが最も好ましい。上限は３５°以下であることが好ましく、３０°以下であることがより好ましく、２５°以下であることが最も好ましい。
【００５７】
同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、リッジ構造のストライプ領域の伸びる方向は、例えば（０００１）面上では［１１−２０］又は［１−１００］が好ましい。ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）ではどちらの方向でもよいが、ＭＯＶＰＥでは［１１−２０］方向がより好ましい。
【００５８】
第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の材料は、前述の第２導電型第１クラッド層１０７、２０６と同様、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。但し、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８が活性層１０６、２０５から発光される光に対して透明とする観点からは、少なくとも３種類の元素で構成されるＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体であることが好ましく、Ａｌを含有することがより好ましく、ＡｌおよびＩｎを含有することがさらに好ましく、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰであることが最も好ましい。
【００５９】
リッジ（第２導電第２クラッド層１０８、２０８）におけるキャリア濃度は、下限は１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、３×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下であることがより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。
【００６０】
リッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ構造の両側面は電流阻止層１０９、２０９に挟まれている。このとき、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ構造の側面は上端から下端まで全部が電流阻止層１０９、２０９に挟まれていなくてもよく、例えば、側面の中腹から下端までの間が電流阻止層１０９、２０９に挟まれているものであってもよい。電流は、電流阻止層１０９、２０９により狭窄された状態で第２導電型第２クラッド層１０８、２０８を流れることから、素子の通過抵抗は第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の抵抗に大きく依存する。本発明のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層１０８、１０９の厚さおよび幅を調整することにより得られる本発明の通過抵抗の低減の効果は、特に第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の導電型がｐ型である場合に顕著である。これは、ｐ型はｎ型と比べて移動度が小さく、抵抗率が大きいこと、ｐ型の方がドーパントの不純物が拡散しやすいこと（例えば、ｐ型では亜鉛（Ｚｎ）、ｎ型ではシリコン（Ｓｉ）をドーパントとして用いるが、ｐ型の方が拡散しやすい）、およびｐ型の方が活性層で発光した光の吸収の影響を受けやすいなどの理由により、従来のように第２導電型第２クラッド層のキャリア濃度を上げて通過抵抗を下げることは、レーザの素子特性および信頼性の劣化を招くため、妥当ではないからである。
【００６１】
また、図示していないが、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８と第２導電型第３クラッド層１０９、２０９との間にエッチングストップ層を形成してもよい。エッチングストップ層を形成することにより、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ形状、特にリッジ底部の幅の制御性を高めることができる。
【００６２】
また、図２に示すように、第２導電型第２クラッド層２０８上に第２導電型の酸化抑制層２１０を形成することができる。第２導電型第２クラッド層２０８がＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている場合は、酸化抑制層２１０のＡｌ組成は第２導電型第２クラッド層２０８のＡｌ組成より小さいことが好ましい。第２導電型第２クラッド層２０８上に酸化抑制層２１０を形成することにより、少なくともリッジ上に第２導電型第３クラッド層２１２を再成長させる際に、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を容易に防ぐことができる。酸化抑制層２１０の材料は、酸化され難いか、あるいは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特に限定されない。具体的に例示すると、Ａｌ等の酸化されやすい元素の含有率の低いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が挙げられる。Ａｌを含有する場合、Ａｌの含有率は０．３以下が好ましく、０．２５以下がより好ましく、０．１５以下が最も好ましい。例えば、ＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰが好ましい。また、酸化抑制層２１０の材料と厚さを選択することにより、活性層２０５で発生した光に対して透明であることが好ましい。特に実屈折率ガイドの場合は、ロスガイドの場合よりも、このような形態を採用することが好ましい。酸化抑制層２１０の材料は、一般に活性層２０５の材料よりもバンドギャップが大きい材料から選択されるが、バンドギャップが小さい材料であっても、酸化抑制層２１０の厚さが３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収をある程度無視できるため用いることができる。
【００６３】
電流阻止層１０９、２０９は、第２導電型第１クラッド層１０７またはエッチングストップ層２０７上に形成され、かつ第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の両側面を挟むように形成される。電流阻止層１０９、２０９は電流が第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジに流れるように狭窄させる働きを有する。電流阻止層１０９、２０９の材料は、半導体であっても誘電体であってもよい。半導体と誘電体にはそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるため、電流阻止層の材料にはこれらの利点と欠点を考慮して適宜決定することが好ましい。
【００６４】
電流阻止層１０９、２０９の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために放熱性がよい、劈開性がよい、平坦化しやすいためにジャンクション・ダウンで組立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある。しかしながら、半導体には低屈折率にするためにＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰなどの高Ａｌ組成化合物を用いる場合には表面酸化などの対策が必要である等の欠点がある。
【００６５】
電流阻止層１０９、２０９の材料として誘電体を用いる場合は、例えばＳｉＮｘ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮなどを用いることができる。誘電体を用いると、低屈折率で絶縁特性に優れた電流阻止層とすることができる。しかしながら、熱伝導率が低いために放熱性が悪い、劈開性が悪い、平坦にし難いためにジャンクションダウンで組み立てにくいなどの欠点も有している。
【００６６】
第２導電型第２クラッド層１０８、２０８よりも低屈折率にすることや、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、半導体からなる電流阻止層としてＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰもしくはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを用いることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪いために活性層の温度が上昇しやすい。このことから、高温まで安定に自励発振させるためには、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰを選択する方が好ましい。但し、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰの場合は、ＡｌＡｓやＡｌＰが潮解性を示すので、Ａｌ組成の上限は０．９７以下が好ましく、０．９５以下がより好ましく、０．９３以下が最も好ましい。第２導電型第２クラッド層１０８、２０８よりも低屈折率にする必要があることから、Ａｌ組成の下限は０．３以上が好ましく、０．３５以上がより好ましく、０．４以上が最も好ましい。
【００６７】
電流阻止層１０９、２０９の屈折率は、電流阻止層１０９、２０９に挟まれた第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の屈折率よりも低くする（実屈折率導波構造）。このような屈折率の制御を行うことにより、従来のロスガイド構造と比べて動作電流を低減することが可能になる。電流阻止層１０９、２０９と第２導電型第２クラッド層１０８、２０８との屈折率差は、電流阻止層１０９、２０９が化合物半導体で形成されている場合、下限は０．００１以上であることが好ましく、０．００３以上であることがより好ましく、０．００７以上であることが最も好ましい。また屈折率差の上限は、１．０以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましく、０．１以下であることが最も好ましい。また電流阻止層１０９、２０９が誘電体で構成されている場合には、下限は０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましく、０．７以上であることが最も好ましい。また屈折率差の上限は、３．０以下であることが好ましく、２．５以下であることがより好ましく、１．８以下であることが最も好ましい。
【００６８】
電流阻止層１０９、２０９の導電型は、第１導電型または高抵抗（アンドープまたは深い順位を形成する不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、あるいはこれら２つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型または組成の異なる複数の層から形成されていてもよい。例えば、活性層１０６、２０５に近い側から第２導電型あるいは高抵抗の半導体層、および第１導電型の半導体層の順に形成されている電流阻止層を好ましく用いることができる。電流阻止機能の観点からは、電流阻止層１０９、２０９の導電型は第１導電型であることが好ましい。電流阻止層１０９、２０９が第１導電型である場合、キャリア濃度は低くし過ぎると電流がリークしやすくなり、一方高くし過ぎると光吸収によるロスが大きくなるという問題がある。これらの観点から電流阻止層のキャリア濃度の下限は、１×１０16ｃｍ-3以上であることが好ましく、１×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましく、３×１０17ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下であることがより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。
【００６９】
半導体からなる電流阻止層１０９、２０９の厚さは、薄すぎると電流がリークする問題があり、一方厚すぎると選択成長保護膜にオーバーグロースして、リッジ両脇の保護膜の除去が困難になるという問題がある。そのような観点から、半導体からなる電流阻止層１０９、２０９のリッジ脇平坦部での厚さの下限は、０．０３μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましく、０．２μｍ以上が最も好ましい。また、電流阻止層のリッジ脇平坦部での厚さ（ｄ）の上限は、リッジの高さ（ｈ）を基準としたときに、ｈ＋０．２μｍ以下であることが好ましく、ｈ以下であることがより好ましく、ｈ−０．０５μｍ以下であることが最も好ましい。リッジ両脇での電流阻止層の厚みが平坦部の厚みよりも大きくなっている場合、０．８＜ｄ／ｈ＜２が好ましく、０．９＜ｄ／ｈ＜１．５がより好ましく、１＜ｄ／ｈ＜１．３がさらに好ましい。
【００７０】
なお、前述したとおり、電流阻止層１０９、２０９の材料は、選択成長保護膜におけるオーバーグロースの観点からＡｌＧａＡｓで形成することが好ましい。すなわち、電流阻止層１０９、２０９をＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰで形成した場合、選択成長保護膜にオーバーグロースが起こりやすいという問題と、組成がリッジ脇と平坦部で異なるという問題とがある。これに対し、電流阻止層１０９、２０９をＡｌＧａＡｓで形成した場合、比較的オーバーグロースは起こりにくく、組成もリッジ脇と平坦部で均一である。このような理由から電流阻止層１０９、２０９はＡｌＧａＡｓで形成することが好ましい。
【００７１】
電流阻止層１０９、２０９は、光分布（特に横方向の光分布）を制御したり電流阻止の機能を向上させたりするために、屈折率、キャリア濃度または導電型が異なる２つ以上の層から形成してもよい。
【００７２】
また、図２に示すように、電流阻止層２０９の上に表面保護層２１１を形成してもよい。表面保護層２１１を形成することにより、電流阻止層２０９の表面酸化を抑制でき、また、選択成長用保護膜の除去時に電流阻止層がダメージを受けたり、エッチングされたりすることを防止することができ、さらに再成長時の昇温段階で電流阻止層の表面が荒れるのを防止することができ、再成長層の表面モホロジーや結晶性を向上させることができる。電流阻止層２０９が活性層２０５で発生した光に対して透明である場合には、表面保護層２１１も活性層２０５で発生した光に対して透明であること、すなわち活性層２０５の材料よりもバンドギャップが大きい材料で形成されていることが好ましい。電流阻止層が誘電体で、特に実屈折率ガイドの場合に、ロスガイドに比べて、このような形態を採用することが好ましい。但し、バンドギャップが小さい材料であっても、厚さが３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収がある程度無視できるので、本発明における表面保護層２１１の材料として用いることができる。表面保護層２１１のＡｌ組成は、電流阻止層２０９のＡｌ組成より小さいことが好ましい。表面保護層２１１の材料としては各種の材料が挙げられるが、再成長時の昇温段階でのＶ族元素置換等による下地層の表面荒れによる再成長の表面モホロジーや結晶性の低下を防止するために、リッジ上部表面、すなわち第２導電型第２クラッド層１０８、２０８あるいは酸化防止層２１０と同じ材料系であることが好ましく、中でもＡｌＧａＩｎＰまたはＧａＩｎＰであることが好ましい。表面保護層２１１の導電型は特に限定されないが、第２導電型とすることにより電流阻止機能を向上することができる。
【００７３】
第２導電型第２クラッド層１０８、２０８のリッジ上および該リッジ近傍の電流阻止層１０９、２０９上には、第２導電型第３クラッド層１１０、２１２が形成される。第２導電型第３クラッド層１１０、２１２は、電流阻止層１０９、２０９上のすべてを覆うものであってもよいし、リッジ近傍のみを覆うものであってもよい。第２導電型第３クラッド層１１０、２１２は、活性層１０６、２０５より屈折率の小さい材料で形成される。例えば、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。
【００７４】
第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の厚さは、薄すぎると光閉じ込めが不十分となり、コンタクト層２１３で光吸収が顕著となり、しきい値電流や動作電流が増加してしまう。一方、厚すぎると、通過抵抗が増大し、この通過抵抗の増大はｐ型ＡｌＧａＩｎＰのように抵抗率が高い材料の場合に深刻な問題となる。そこで、第２導電型第３クラッド層の材料としてはＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓＰを用いることが好ましく、かつ第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の厚さの下限を０．１μｍ以上とすることが好ましく、０．２μｍ以上とすることがより好ましく、０．３μｍ以上とすることがさらに好ましく、０．４μｍ以上とすることが最も好ましい。また、第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の厚さの上限は、２μｍ以下とすることが好ましく、１．５μｍ以下とすることがより好ましく、１μｍ以下とすることがさらに好ましく、０．８μｍ以下とすることが最も好ましい。
【００７５】
第２導電型第３クラッド層１１０、２１２のキャリア濃度の下限は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、３×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、２×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下であることがより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。
【００７６】
第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の屈折率は、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、第２導電型のコンタクト層側へ光の漏れを小さくすることができ、しきい値電流を低減でき、第２導電型第３クラッド層の膜厚を薄くすることができ、通過抵抗及び熱抵抗を低減することができる。屈折率差の上限は、０．１以下であることが好ましく、０．０７以下であることがより好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましい。また、屈折率差の下限は、０．００１以上であることが好ましく、０．００２以上であることがより好ましく、０．００３以上であることがさらに好ましい。第２導電型第３クラッド層１１０、２１２の材料は、第２導電型第２クラッド層１０８、２０８よりも抵抗率あるいは熱抵抗を低くする観点から、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰが好ましく、さらに第２導電型第２クラッド層１０８、２０８よりも屈折率を低くする観点から、Ａｌ組成の下限は０．６７以上が好ましく、０．７２以上がより好ましく、０．７６以上が最も好ましい。ＡｌＡｓ、ＡｌＰは潮解性を示すために、Ａｌ組成の上限は０．９７以下が好ましく、０．９３以下がより好ましく、０．８９以下が最も好ましい。
【００７７】
第２導電型第３クラッド層１１０、２１２上には、電極材料との接触抵抗を低減するために、図２に示すように低抵抗（高キャリア濃度）の（第２導電型）コンタクト層２１３を形成することが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層（第２導電型第３クラッド層２１２）の表面全体にコンタクト層を形成した後に電極を形成することが好ましい。コンタクト層２１３の材料は、通常はクラッド層、さらに好ましくは活性層よりバンドギャップが小さい材料の中から選択し、具体的にはＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌを含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で形成すれば、表面酸化を防止することができるため好ましい。
【００７８】
また、コンタクト層２１３は、金属電極とのオーミック性を取るため、低抵抗で適当なキャリア密度を有することが好ましい。コンタクト層２１３のキャリア密度の下限は、１×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましく、３×１０18ｃｍ-3以上であることがより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。またキャリア濃度の上限は、２×１０20ｃｍ-3以下であることが好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下であることがより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。コンタクト層２１３の厚さは、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．２〜７μｍであることがより好ましく、１〜５μｍであることが最も好ましい。
【００７９】
また、第２導電第３クラッド層２１２とコンタクト層２１３との間には、第２導電型の中間バンドギャップ層を形成してもよい。これにより、第２導電型第３クラッド層２１２とコンタクト層２１３との間のヘテロ障壁による通過抵抗を低減することができる。中間バンドギャップ層のキャリア密度の下限は、１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上であることがより好ましく、１×１０18ｃｍ-3以上であることが最も好ましい。また、中間バンドギャップのキャリア密度の上限は、５×１０19ｃｍ-3以下であることが好ましく、１×１０19ｃｍ-3以下であることがより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下であることが最も好ましい。また、中間バンドギャップ層の厚さは、０．０１〜０．５μｍであることが好ましく、０．０２〜０．３μｍであることがより好ましく、０．０３〜０．２μｍであることが最も好ましい。
【００８０】
本発明の半導体レーザ装置を設計する際には、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活性層の厚さとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直広がり角を大きくすると活性層内の過飽和吸収域が大きくなり、自励発振が起こり易くなる。このために、垂直広がり角は比較的大きめに設定される。しかしながら、垂直広がり角は大きくし過ぎると出射端面の光学的損傷（ＣＯＤ）レベルや光学系のディテクタでの受光効率を低下させることになり、逆に小さくし過ぎると過飽和吸収域が小さくなってしまうために自励発振が起こりにくくなる。このことから、垂直広がり角の下限は２４°以上が好ましく、２７°以上がより好ましく、２９°以上がさらに好ましく、３２°以上が最も好ましい。一方、垂直広がり角の上限は４２°以下が好ましく、４０°以下がより好ましく、３８°以上がさらに好ましく、３６°以下が最も好ましい。
【００８１】
垂直拡がり角を決定した後に自励発振の可否を大きく支配する構造パラメータは、活性層１０６、２０５と電流阻止層１０９、２０９との間の距離（ｄｐ）とリッジ底部におけるストライプ幅（以下「ストライプ幅」という）（Ｗｂ）である。なお、通常、活性層１０６、２０５と電流阻止層１０９、２０９との間には第２導電型第１クラッド層１０７、２０６が存在するが、その場合、ｄｐは第２導電型第１クラッド層１０７、２０６の厚さとなる。また、活性層１０６、２０５が量子井戸構造である場合、電流阻止層と活性層の一番上部に形成されている、すなわち該電流阻止層に最も近い層（光閉じ込め層、バリア層あるいは量子井戸層）との間の距離がｄｐである。
【００８２】
垂直広がり角を狭くし過ぎたり、第２導電型第１クラッド層を薄くし過ぎたり、あるいはストライプ幅を広くし過ぎたりすると、自励発振しなくなってしまうことがある。逆に、垂直広がり角を厚くし過ぎたり、第２導電型第１クラッド層を厚くし過ぎたり、あるいはストライプ幅を狭くし過ぎたりすると、自励発振はするものの、動作電流が大きくなり過ぎたりレーザ特性を劣化させたりする。また、高温においても安定に自励発振を持続させるためには、ｄｐはなるべく小さくなるように設定できた方がよい。理由はｄｐが小さいほどリッジ両脇への横方向の電流漏れを少なくでき、高温においても自励発振に充分な過飽和吸収領域を活性層内に形成しておくことが可能となるからである。このため、自励発振を達成するためには、上記のｄｐとＷを適切な範囲に制御性よく納めることが必要となる。すなわち、ｄｐについては、０．００３〜０．５μｍが好ましく、０．０４〜０．２５μｍがより好ましく、０．０５〜０．１９μｍがさらに好ましく、０．０６〜０．１５μｍが特に好ましい。Ｗについては、１〜４μｍが好ましく、１．２〜３．５μｍがより好ましく、１．６〜２．９μｍがより好ましく、１．９〜２．５μｍが特に好ましい。
【００８３】
ただし、使用目的（広がり角をどこに設定するかなど）や材料系（屈折率、抵抗率等）などが異なると、最適範囲も少しシフトする。また、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお互いに影響し合うことにも注意を要する。
【００８４】
ストライプ幅（開口部の幅）Ｗ１とリッジ両脇のクラッド層の厚さｄｐが自励発振条件を満たすための光学設計指針として、活性層内部での横方向有効屈折率段差を２〜７ｘ１０-3程度、リッジ両脇への光浸み出し割合Γａｃｔ．ｏｕｔを１０〜４０％程度に設定する必要がある。
また、過飽和吸収体の体積は、断面×共振器長で決まるため、共振器長も最適化が必要である。共振器長の長さについては、下限は１５０μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上がより好ましく、２５０μｍ以上がさらに好ましく、２７０μｍ以上が最も好ましい。上限については、６００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましく、４５０μｍ以下がさらに好ましく、３７０μｍ以下が最も好ましい。
【００８５】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置を製造する方法は特に制限されない。いかなる方法により製造されたものであっても、上記本発明の要件を満たすものであれば本発明の範囲に含まれる。
本発明の自励発振型半導体レーザ装置を製造する際には、従来から用いられている方法を適宜選択して使用することができる。結晶の成長方法は特に限定されるものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長やリッジ部の選択成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライドあるいはハライド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相成長法（ＬＰＥ法）等の公知の成長方法を適宜選択して用いることができる。
【００８６】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置の製造方法としては、まず基板上に第１導電型第１クラッド層を形成する工程と、該第１導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、該活性層上に第２導電型第１クラッド層を形成する工程と、該第２導電型第１クラッド層上にストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型第２クラッド層を形成する工程と、前記第２導電型第１クラッド層上において前記第２導電型第２クラッド層の両側面を挟持するように電流阻止層を形成する工程と、前記第２導電型第２クラッド層のリッジの上および少なくとも前記電流阻止層の一部の上に第２導電型第３クラッド層を形成する工程を例示することができる。その他、基板上にバッファー層を形成する工程、第２導電型第１クラッド層上にエッチングストップ層を形成する工程と、第２導電型第２クラッド層上に酸化抑制層を形成する工程、電流阻止層上に表面保護層を形成する工程、第２導電型第３クラッド層上にコンタクト層を形成する工程を有することもできる。
【００８７】
各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／ＩＩＩ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）または３００〜６００程度（ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰの場合）、ＮＡＭ領域およびブロック領域は、成長温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）、または３５０〜５５０程度（ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰの場合）で行うことが好ましい。
【００８８】
特に保護膜を用いて選択成長により形成する電流阻止層がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、マスク上へのポリの堆積を防止することができるため非常に好ましい。Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク幅あるいはマスク面積比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ半導体表面露出部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣｌ導入量は増加する。このため、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましく、０．１以上であることが最も好ましい。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。但し、Ｉｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合は、組成制御が困難になりやすい。
【００８９】
リッジ形成や選択成長を行う場合、保護膜を使用することができる。保護膜は誘電体であることが好ましく、具体的にはＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜およびアモルファスＳｉからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられる。
【００９０】
本発明の自励発振型半導体レーザ装置を半導体レーザとして用いる場合、半導体レーザとしては、情報処理用光源（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）、ＡｌＧａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ帯）、ＩｎＧａＮ系（波長４００ｎｍ近傍））、通信用信号光源（通常ＩｎＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ帯、１．５μｍ帯）レーザなどの通信用半導体レーザ装置などの、多用な装置を挙げることができる。本発明の半導体レーザは、２５℃において直流で駆動させた場合における単一横モードでの最大光出力は、５ｍＷ以上であることが好ましく、７ｍＷ以上であることがより好ましく、１０ｍＷ以上であることがさらに好ましい。また、光出力密度は、４      ｍＷ／μｍ2以上であることが好ましく、６ｍＷ／μｍ2以上であることがより好ましく、８ｍＷ／μｍ2以上であることがさらに好ましい。さらに、本発明の半導体レーザは、駆動させている場合における通過抵抗は低い方が好ましく、８Ω以下であることが好ましく、７Ω以下であることがより好ましく、６Ω以下であることが最も好ましい。本発明の典型的な半導体レーザは、７５℃において５ｍＷ以上の出力で自励発振する。温度との関係で具体例を示せば、本発明の典型的な半導体レーザは、例えば７０℃であれば５ｍＷの出力で自励発振し、７５℃であれば５ｍＷの出力で自励発振し、７０℃であれば１０ｍＷの出力で自励発振し、７５℃であれば１０ｍＷの出力で自励発振する。また、直流（ＤＣ）駆動で２５℃における発振しきい値電流は例えば４５ｍＡ以下であり、４０ｍＡ以下であることが好ましく、３５ｍＡ以下であることがより好ましい。
【００９１】
本発明の半導体レーザは、通信用レーザとしても円形に近いレーザはファイバーとの結合効率を高める点で有効である。また、遠視野像が単一ピークであるものは、情報処理や光通信などの幅広い用途に好適なレーザとして供することができる。さらに、本発明の構造は半導体レーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）としても応用可能である。
【実施例】
【００９２】
以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。
【００９３】
（実施例１）
本実施例において、図３に示す自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ３５０μｍで（１００）面から［０１１］方向に１０°オフしたｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）基板３０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ１．２μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｎ＝８×１０17ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）クラッド層３０２、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光閉じ込め層（ノンドープ）３２１、厚さ５ｎｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ歪量子井戸層（ノンドープ）３２２、厚さ５ｎｍの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（ノンドープ）３２３からなる井戸数が６である多重子井戸（ＭＱＷ、Ｎ＝６）活性層３０３、厚さ０．０８μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）からなるｐ型第１クラッド層３０４、厚さ５ｎｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型エッチングストップ層３０５、厚さ０．５μｍの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）からなるｐ型第２クラッド層３０６、厚さ０．０１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型酸化抑制層３０７を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した（図３（ａ））。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマＣＶＤにより厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘ保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより［０１−１］方向（基板のオフ方向と直交する方向）を長手方向とするストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を多数形成した（図３（ｂ））。
【００９４】
次に、このストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いて、エッチングストップ層３０５の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が２．２μｍとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は１．４μｍであり、また、リッジ形状は左右非対称であり、２つの底角の合計は１０５°（一方の底角６２°、他方の底角４３°）であった。（図３（ｃ））。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。
【００９５】
上記のストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ電流阻止層（ｎ＝２×１０18ｃｍ-3，屈折率３．１５９０）３０８および厚さ０．０１μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ表面保護層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）３０９を形成した（図３（ｄ））。その後、ストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはＳＦ6、ＣＦ4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し（図３（ｅ））、再びＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓ第３クラッド層（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２２６７）３１０、厚さ０．０５μｍのｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ中間バンドギャップ層（ｐ＝１．５×１０18ｃｍ-3）３１１および厚さ３．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝７×１０18ｃｍ-3）３１２を成長させた。
【００９６】
この後、ｐ側の電極３１３を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極３１４を蒸着し、アロイした（図３（ｆ））。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は３００μｍとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、２次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。
【００９７】
なお、上記のＭＯＣＶＤ法では、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｖ族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用い、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。また、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層（アンドープ）３０８の成長時には、ＳｉＮｘ保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、ＨＣｌガスをＨＣｌ／ＩＩＩ族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．２２となるように導入した。
【００９８】
作製した半導体レーザ装置を２５℃で連続通電（ＣＷ）することにより電流−光出力特性および電流−電圧特性を測定した。
以下の表１に示すように、本実施例の半導体レーザ装置は、図４（ａ）に示すように縦マルチモード発振しており、戻り光との可干渉性を示すビジビリティは０．２５と低く、高周波重畳回路無しで低ノイズ動作が可能であることが判明した。また、発振波長は平均６５６ｎｍであり、しきい値電流は２７ｍＡ、５ｍＷ出力時の動作電流は３１ｍＡであり、低しきい値・低動作電流の優れた特性を示した。さらに本発明の半導体レーザの垂直広がり角は平均３７．５°、水平拡がり角は１０．６°であり、ｐ側クラッド層を厚膜にしたにもかかわらず、素子抵抗を１０Ω程度に小さく抑えることができた。
このように、本実施例の半導体レーザ装置は、通過抵抗が小さいために素子の発熱を低減することができ、７５℃以上の高温においても安定な自励発振動作を実現できる。
【００９９】
【表１】
2006054426.tif 000003
【０１００】
（比較例１）
ｐ型第３クラッド層（厚さ０．５μｍ）を形成せずに、その他は実施例１と同様の方法により半導体レーザ素子を作製し、直流駆動により得られた電流−光出力および電流−電圧特性を測定した。しきい値電流は６０ｍＡと高くなってしまった。
このようにレーザ特性が悪化した原因は、ｐ型コンタクト層への光の漏れが大きくなり、光のロスが増加、すなわち導波路ロスが大幅に増加したことにあると考えられる。
【０１０１】
（比較例２）
ｐ型第３クラッド層（厚さ０．５μｍ）を形成せずに、その厚さを補うためｐ型第２クラッド層の厚さを１μｍとして、その他は実施例１と同様の方法により半導体レーザ装置を作製し、電流−光出力特性および電流−電圧特性を測定した。得られた半導体レーザ装置ではレーザ発振しなかった。
その原因は、ストライプ状のＳｉＮｘ保護膜下のサイドエッチングのために、リッジ上部の幅が０．２μｍとかなり狭くなり、素子抵抗がかなり高く（２０Ω以上）なってしまったことにあると考えられる。
【０１０２】
（実施例２）
ｐ型第３クラッド層３１０を厚さ０．５μｍの（Ａｌ0.75Ｇａ0.25）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝７×１０18ｃｍ-3）に変更したこと以外は実施例１と同様の方法により自励発振型半導体レーザ装置を作製した。
初期特性については、実施例１とほぼ同程度であったが、素子抵抗は１５Ωと実施例１に比べて少し高くなり、７０℃での自励発振も得られなかった。この原因は、（Ａｌ0.75Ｇａ0.25）0.5Ｉｎ0.5Ｐの抵抗率及び熱抵抗がｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓの抵抗率及び熱抵抗より大きいことにより、素子の発熱、すなわち活性層の温度が増加したためであると考えられる。
【０１０３】
（実施例３）
本実施例において、図３に示す自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ３５０μｍで（１００）面から［０１１］方向に１０°オフしたｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）基板３０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ０．１μｍのｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ１．６μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｎ＝８×１０17ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）クラッド層３０２、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光閉じ込め層（ノンドープ）３２１、厚さ５ｎｍのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ歪量子井戸層（ノンドープ）３２２、厚さ４．８ｎｍの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（ノンドープ）３２３からなる井戸数が８である多重量子井戸（ＭＱＷ、Ｎ＝８）活性層３０３、厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）からなるｐ型第１クラッド層３０４、厚さ５ｎｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型エッチングストップ層３０５、厚さ０．５μｍの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２４５４）からなるｐ型第２クラッド層３０６、厚さ０．０１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型酸化抑制層３０７を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した（図３（ａ））。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマＣＶＤにより厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘ保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより［０１？１］方向（基板のオフ方向と直交する方向）を長手方向とするストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を多数形成した（図３（ｂ））。
【０１０４】
次に、このストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いて、エッチングストップ層３０５の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が２．６μｍとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は１．７μｍであり、また、リッジ形状は左右非対称であり、２つの底角の合計は１００°（一方の底角６０°、他方の底角４０°）であった。（図３（ｃ））。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。
【０１０５】
上記のストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.85Ｇａ0.15Ａｓ電流阻止層（ｎ＝２×１０18ｃｍ-3，屈折率３．１９２４）３０８および厚さ０．０１μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ表面保護層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）３０９を形成した（図３（ｄ））。その後、ストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはＳＦ6、ＣＦ4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し（図３（ｅ））、再びＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.78Ｇａ0.22Ａｓ第３クラッド層（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3，屈折率３．２４０７）３１０、厚さ０．０５μｍのｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ中間バンドギャップ層（ｐ＝１．５×１０18ｃｍ-3）３１１および厚さ３．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝７×１０18ｃｍ-3）３１２を成長させた。
【０１０６】
この後、ｐ側の電極３１３を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極１１１４を蒸着し、アロイした（図３（ｆ））。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は３００μｍとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、２次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。
【０１０７】
なお、上記のＭＯＣＶＤ法では、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｖ族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用い、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。また、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層３０８の成長時には、ＳｉＮｘ保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、微量のＨＣｌガスを導入した。
【０１０８】
作製した半導体レーザ装置を連続通電（ＣＷ）することにより電流？光出力特性および電流？電圧特性を測定した。
本実施例の半導体レーザ装置は、図１０に示すように７５℃、１０ｍＷにおいても縦マルチモード発振しており（ピーク波長６７６．３ｎｍ）、戻り光との可干渉性を示すビジビリティは０．３４と低く、高温（７５℃以上）・高出力（１０ｍＷ以上）まで高周波重畳回路無しで低ノイズ動作が可能であることが判明した。
【０１０９】
（実施例４）
本実施例において、図３に示すように活性層総厚の異なる複数の自励発振型半導体レーザ装置を製造した。厚さ３５０μｍで（１００）面から［０１１］方向に１０°オフしたｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）基板３０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ０．１μｍのｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ１．２μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｎ＝８×１０17ｃｍ-3）クラッド層３０２、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光閉じ込め層（ノンドープ）３２１、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ歪量子井戸層（ノンドープ）３２２、厚さ５ｎｍの（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（ノンドープ）３２３からなる多重子井戸（ＭＱＷ）活性層３０３、厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型第１クラッド層３０４、厚さ５ｎｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型エッチングストップ層３０５、厚さ０．５μｍの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型第２クラッド層３０６、厚さ０．０１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）からなるｐ型酸化抑制層３０７を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した（図３（ａ））。次に、このダブルヘテロ基板の表面にプラズマＣＶＤにより厚さ１００ｎｍのＳｉＮｘ保護膜を堆積した後に、フォトリソグラフィーにより［０１？１］方向（基板のオフ方向と直交する方向）を長手方向とするストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を多数形成した（図３（ｂ））。
【０１１０】
次に、このストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いて、エッチングストップ層１３０５の表面までウェットエッチングを行い、リッジ底部のストライプ幅が２．６μｍとなるようにした。このとき、リッジ上部の幅は１．７μｍであった。（図３（ｃ））。このとき、ウェットエッチングのエッチング液には塩酸系混合液あるいは硫酸系混合液を用いた。
【０１１１】
上記のストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を用いたリッジ形成のためのエッチングにより除去された部分に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ０．４μｍのｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流阻止層（ｘ＝０．８５〜０．９、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）３０８および厚さ０．０１μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ表面保護層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）３０９を形成した（図３（ｄ））。その後、ストライプ状のＳｉＮｘ保護膜３５１を緩衝フッ酸液などを用いたウェットエッチングまたはＳＦ6、ＣＦ4などのガスを用いたドライエッチングにより除去し（図３（ｅ））、再びＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.78Ｇａ0.22Ａｓ第３クラッド層（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）３１０、厚さ０．０５μｍのｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ中間バンドギャップ層（ｐ＝１．５×１０18ｃｍ-3）３１１および厚さ３．５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝７×１０18ｃｍ-3）３１２を成長させた。
【０１１２】
この後、ｐ側の電極３１３を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極３１４を蒸着し、アロイした（図３（ｆ））。このようにして作製したウエハーを劈開して、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）するようにチップバーに切り出した。このときの共振器長は３００μｍとした。前端面に低反射膜、後端面に高反射膜を非対称コーティングした後、２次劈開によりチップに分離した。分離したチップをジャンクションダウンで組立して半導体レーザ装置を得た。
【０１１３】
なお、上記のＭＯＣＶＤ法では、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｖ族原料としてアルシンおよびホスフィン、キャリアガスとして水素をそれぞれ用いた。また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用い、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。また、ＡｌxＧａ1-xＡｓ電流阻止層（ｘ＝０．８５〜０．９、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3）３０８の成長時には、ＳｉＮｘ保護膜上へのポリの堆積を抑制するために、ＨＣｌガスを導入した。
【０１１４】
作製した半導体レーザ装置を連続通電（ＣＷ）することにより電流？光出力特性および電流？電圧特性を測定した結果、自励発振の範囲（温度・光出力）は井戸層の数にはあまり依存せず、活性層総厚（活性層内のすべての量子井戸層の厚みの合計）に強く依存すことがわかった。図１１に示すように、活性層総厚が２５ｎｍ以上で２５℃、５ｍＷでの自励発振が可能となり、３０ｎｍ以上で７０℃、５ｍＷでの自励発振が可能となった。さらに、３５ｎｍ以上で７５℃、１０ｍＷでの自励発振が可能となった。したがって、活性層総厚の下限は２５ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、３５ｎｍ以上がさらに好ましい。本実施例のように、活性層に歪が入っている場合は、臨界膜厚を超えない厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、８０ｎｍ以下が好ましく、６０ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下がさらに好ましい。一方、活性層総厚の上限は、活性層に歪が入っていない場合、量子効果が機能する厚み以下とすることが好ましい。すなわち、活性層総厚の上限は、１００ｎｍ以下が好ましく、８０ｎｍ以下がより好ましく、７０ｎｍ以下がさらに好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明によれば、素子抵抗、通過抵抗、熱抵抗および動作電流がいずれも小さくて、高温まで自励発振が可能な半導体レーザ装置を提供することができる。この自励発振型半導体レーザ装置は光ディスクからの戻り光ノイズに強いことから、戻り光ディスクの読み取り装置に高周波重畳回路が不要になり、部品点数の低減、コストの低減を図ることが可能となる。また、距離測定用など可干渉性の低い光源が必要とされる場合においても、好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の基板から第２導電型第３クラッド層までの構成を有する半導体レーザの概略断面図である。
【図２】本発明の好適な一実施態様の半導体レーザの概略断面図である。
【図３】本発明の実施例１〜４で用いられる半導体レーザの製造工程における状態を説明するための概略説明図である。
【図４】本発明の実施例１で作製された半導体レーザの発振スペクトル（ａ）とビジビリティ（ｂ）を示すグラフである。
【図５】従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。
【図６】従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。
【図７】従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。
【図８】従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザの電流−光出力特性を示す  グラフである。
【図９】従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザの概略説明図である。
【図１０】本発明の実施例３で作製された半導体レーザの発振スペクトル（ａ）とビジビリティ  （ｂ）を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例４で作製された各半導体レーザの自励発振の達成状況を示す図である  。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１    基板
１０２    第１導電型クラッド層
１０３    光閉じ込め層
１０４    量子井戸層
１０５    光閉じ込め層
１０６    活性層
１０７    第２導電型第１クラッド層
１０８    第２導電型第２クラッド層
１０９    電流阻止層
１１０    第２導電型第３クラッド層
２０１    基板
２０２    バッファー層
２０３    第１導電型第１クラッド層
２０４    第２導電型第２クラッド層
２０５    活性層
２０６    第２導電型第１クラッド層
２０７    エッチングストップ層
２０８    第２導電型第２クラッド層
２０９    電流阻止層
２１０    酸化抑制層
２１１    表面保護層
２１２    第２導電型第３クラッド層
２１３    コンタクト層
２１４    ｐ側電極
２１５    ｎ側電極
３０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２    ｎ型クラッド層
３０３    多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
３０４    ｐ型第１クラッド層
３０５    ｐ型エッチングストップ層
３０６    ｐ型第２クラッド層
３０７    ｐ型酸化抑制層
３０８    ｎ型電流阻止層
３０９    ｎ型表面保護層
３１０    ｐ型第３クラッド層
３１１    ｐ型中間バンドギャップ層
３１２    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１３    ｐ側電極
３１４    ｎ型電極
３２１    光閉じ込め層
３２２    歪量子井戸層
３２３    バリア層
３５１    ＳｉＮｘ保護膜
５０１    基板
５０２    ｎ型クラッド層
５０３    活性層
５０４    ｐ型第１クラッド層
５０５    ｐ型第２クラッド層
５０６    ｎ型電流阻止層
５０７    ｐ型コンタクト層
５０８    ｐ側電極
５０９    ｎ側電極
５１１    基板
５１２    ｎ型クラッド層
５１３    活性層
５１４    ｐ型第１クラッド層
５１５    ｎ型電流阻止層
５１６    ｐ型第２クラッド層
５１７    ｐ型コンタクト層
５１８    ｐ側電極
５１９    ｎ側電極
６０１    基板
６０２    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６０３    ＡｌＧａＩｎＰ活性層
６０４    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６０５    ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
６０６    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７０１    基板
７０２    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７０３    ＧａＩｎＰ活性層
７０４    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
７０５    ｐ型ＧａＩｎＰ過飽和吸収層
７０６    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
７０７    ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層
７０８    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
９０１    ｎ型基板
９０２    ｎ型第１クラッド層
９０３    活性層
９０４    ｐ型第２クラッド層
９０５    ｐ型エッチングストップ層
９０６    ｐ型第３クラッド層
９０７    ｎ型電流阻止層
９０８    ｐ型コンタクト層
９０９    ｐ側電極
９１０    ｎ側電極
【図１】
2006054426.tif 000004
【図２】
2006054426.tif 000005
【図３】
2006054426.tif 000006
【図４】
2006054426.tif 000007
【図５】
2006054426.tif 000008
【図６】
2006054426.tif 000009
【図７】
2006054426.tif 000010
【図８】
2006054426.tif 000011
【図９】
2006054426.tif 000012
【図１０】
2006054426.tif 000013
【図１１】
2006054426.tif 000014