(57)【要約】【課題】拡がり角の光出力依存性をより小さくし、正確なデータの読み書き両方を可能とした半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザにおいて、レーザ発振に寄与する電流注入のための電極と、拡がり角を調整する屈折率制御用の２つの電極とに分け、それぞれ独立の回路で構成する。レーザ低出力発振時において、屈折率制御用の２つの電極１１２にバイアスを印加して、抵抗体層１１０の発熱をレーザ光出射端面近傍のリッジ部に伝達する。これにより、光の拡がり角をレーザ高出力発振時に近づけて、低出力時と高出力時の拡がり角の変動差を抑え、拡がり角のパワー依存性を抑え、正確なデータの読み書き両方ができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともレーザ光出射端面近傍を加熱して、活性層からのレーザ光の低出力時の拡がり角を高出力時の拡がり角にあわせる機構を有した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において、第１導電型半導体基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、電流ブロック層、表面電極とを有し、前記表面電極の構造をレーザ発振に寄与する利得領域の電極と、レーザ光出射端面近傍を加熱する機構を動作させるための電極とに分けたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項２記載の半導体レーザにおいて、前記レーザ光出射端面近傍を加熱する電極と電流ブロック層との間に抵抗体層を形成したことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項３記載の半導体レーザにおいて、前記抵抗体層がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（Ｐｔ）、またはそれらの合金からなることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
第１導電型半導体基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および電流ブロック層を結晶成長によりウエハを形成する第１の工程と、レーザ光出射端面近傍に堆積させた誘電体膜を加熱して前記活性層を平均組成化した窓領域を形成する第２の工程と、ストライプ状のマスクで前記電流ブロック層をエッチングしてリッジ部を形成する第３の工程と、前記窓領域における前記電流ブロック層上部のコンタクト層をエッチングし、前記ウエハ全体にコンタクト部を形成するブロック層を成膜した後に前記窓領域と残り領域とを分割する溝をエッチングして形成する第４の工程と、前記窓領域上に抵抗体層と前記残り領域上に表面電極層を形成する第５の工程と、前記表面電極層および前記抵抗体層に電極、および前記ウエハの裏面側に電極層を形成する第６の工程とからなることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクシステムや情報処理あるいは光通信用の光源として用いられる半導体レーザおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒに代表される書換え可能な大容量ディスク装置の普及が進んでいる。そのピックアップ光源には、波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた赤色レーザが用いられる。また、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒの光源には、波長７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系材料を用いた赤外レーザが用いられる。これらのデータの書換えには、ディスク媒体の書き込み部の温度上昇を得るために充分な光出力が必要である。
【０００３】
このような、高出力レーザの従来例として、非特許文献１に記載されている赤色レーザが挙げられる。このレーザは、電流ブロック層に活性層より大きなバンドギャップを持つＡｌＩｎＰ層を用いていることから、導波損失を低減し高出力化を達成している。しかし、このような構成の半導体レーザは、基板に水平な拡がり角が光出力に依存する。光出力が３ｍＷ時においては約６°であるが、２０ｍＷ時には約８°となる。この原因は、光出力の増大による素子温度が上昇し、クラッド層、電流ブロック層の屈折率が変化し、レーザ共振器内の光分布に影響を与えるためと考えられる。
【０００４】
この欠点を解決するために、特許文献１にはＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＡｌＩｎＰ電流ブロック層の一方、または両方の格子定数をＧａＡｓ基板の格子定数と異なる値に設定し、クラッド層と電流ブロック層の間に歪量を持たせることで共振器内の伝搬光に対する実効屈折率制御を可能とし、これにより、水平拡がり角の光出力依存性を小さくすることが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−８１４６号公報
【非特許文献１】応用物理学会２０００年春・Ｎｏ．２９ａ−Ｎ−６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を用いても、光出力３ｍＷ時の水平拡がり角は７．５°であり２０ｍＷ時の拡がり角は８．２°と０．７°程度の差がみられる。近年、高速書き込みに対応した半導体レーザはより光出力が高くなっており、光密度の高いレーザ光出射端面の温度上昇をもたらす。
【０００６】
例えば、図９（ａ）に赤色レーザ、図９（ｂ）に赤外レーザの水平，垂直拡がり角の温度依存性を示す図にあるように、赤色，赤外レーザとも温度に依存して水平，垂直拡がり角が変化しており、特に、図９（ｂ）の赤外レーザの垂直拡がり角は温度に大きく影響されており、２０℃の温度上昇により２°以上拡がり角は変化している。
【０００７】
光ディスクのデータ読み込みに使用する低出力状態と、データの書き込みに使用する高出力状態において、光ピックアップの光学系は一定の拡がり角に対して、光の利用効率などを考慮して設計しているため、拡がり角の変動が大きいと、データの読み書き両方を正常に行うことが困難となる。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、拡がり角の光出力依存性をより小さくし、正確なデータの読み書き両方を可能とした半導体レーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した半導体レーザは、少なくともレーザ光出射端面近傍を加熱して、活性層からのレーザ光の低出力時の拡がり角を高出力時の拡がり角にあわせる機構を有したことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載した半導体レーザは、請求項１記載の半導体レーザにおいて、第１導電型半導体基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、電流ブロック層、表面電極とを有し、表面電極の構造をレーザ発振に寄与する利得領域の電極と、レーザ光出射端面近傍を加熱する機構を動作させるための電極とに分けたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載した半導体レーザは、請求項２記載の半導体レーザにおいて、レーザ光出射端面近傍を加熱する電極と電流ブロック層との間に抵抗体層を形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載した半導体レーザは、請求項３記載の半導体レーザにおいて、抵抗体層がタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（Ｐｔ）、またはそれらの合金からなることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載した半導体レーザの製造方法は、第１導電型半導体基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および電流ブロック層を結晶成長によりウエハを形成する第１の工程と、レーザ光出射端面近傍に堆積させた誘電体膜を加熱して活性層を平均組成化した窓領域を形成する第２の工程と、ストライプ状のマスクで電流ブロック層をエッチングしてリッジ部を形成する第３の工程と、窓領域における電流ブロック層上部のコンタクト層をエッチングし、ウエハ全体にコンタクト部を形成するブロック層を成膜した後に窓領域と残り領域とを分割する溝をエッチングして形成する第４の工程と、窓領域上に抵抗体層と残り領域上に表面電極層を形成する第５の工程と、表面電極層および抵抗体層に電極、およびウエハの裏面側に電極層を形成する第６の工程とからなることを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、レーザ低出力発振時に出射端面近傍におけるレーザ発振に寄与しない電極間にバイアスをかけ、電極間を繋ぐ抵抗体層の発熱を出射端面近傍のリッジ部に伝達することにより、光の拡がり角をレーザ高出力発振時に近づけ、低出力時と高出力時の拡がり角の変動差を抑え、拡がり角のパワー依存性を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体レーザの低出力時と高出力時の拡がり角の変動差を抑え、拡がり角のレーザ発振のパワー依存性を抑えることができ、正確なデータの読み書き両方ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態における半導体レーザを示した斜視図である。図２（ａ）は半導体レーザの正面図、（ｂ）はレーザ光出射端面近傍で（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図、（ｃ）は利得領域で（ａ）に示すＢ−Ｂ’の断面図である。
【００１８】
図２（ａ）〜（ｃ）に示す半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により形成された、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２，ノンドープ量子井戸活性層１０３，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４，ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０５，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６，ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１０７，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８，ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層１０９，抵抗体層１１０，ｐ側表面電極層１１１，電極１１２，ｎ側電極層１１３を形成している。図２（ａ）に示すようにレーザ発振に寄与する電流注入のための電極と、拡がり角を調整する屈折率制御用の２つの電極とに分かれており、それぞれ独立の回路で形成されている。
【００１９】
本実施の形態における半導体レーザの構造として、特に赤色レーザについて製造工程とともに説明する。また、各図において各工程における半導体レーザの正面図（ａ）、レーザ光出射端面近傍の断面図（ｂ）、利得領域の断面図（ｃ）を示す。
【００２０】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１を結晶成長装置（図示せず）内に設置し、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、第１導電型半導体基板のｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、第１回目の結晶成長により第１導電型クラッド層のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、活性層のノンドープ量子井戸活性層１０３、第２導電型クラッド層のｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、ＧａＩｎＰエッチングストップ層１０５、また電流ブロック層となるｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１０７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８を順次結晶成長させる。
【００２１】
次に、高出力動作時に出射端面近傍の光学損傷を防ぐために、出射端面に窓領域を形成する。ウエハ全面にスパッタ法を用いてＺｎＯを堆積し、出射端面（レーザへき開部）より数十μｍ程度の領域のみＺｎＯが残るようにパターニングを行い（図示せず）、ウエハ前面にキャップ膜として誘電体膜を堆積する（図示せず）。その後、熱処理を行いＺｎＯパターニング領域の活性層の平均組成化を行い、図４（ｂ）に示すような窓領域を形成する。平均組成化によるバンドギャップの増大により、光吸収⇔熱の正帰還から発生する端面の融解を防ぐことができる。
【００２２】
次に、リッジ部を形成するためにＳｉＯ２膜をマスクとしたストライプパターンをフォトリソグラフィー技術，ドライエッチング技術を用いて形成する（図示せず）。図５（ａ）〜（ｃ）に示すようにストライプ状のＳｉＯ２膜をマスクとして、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８、ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層１０７、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６をＧａＩｎＰエッチングストップ層１０５に至るまでエッチングを行いリッジ部を形成する。
【００２３】
その後、フォトリソグラフィー技術を用いて、ＺｎＯ拡散領域のみｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８をエッチングするようパターニングを行い、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０８のエッチングを行う（図示せず）。
【００２４】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すようにｎ−ＡｌＩｎＰブロック層１０９を成膜し、コンタクト部を形成する。このｎ−ＡｌＩｎＰブロック層１０９の成膜時には、リッジ部の形成に使用したＳｉＯ２を用いて選択成長し、その後ＳｉＯ２を除去するとコンタクト形成が容易である。また、誘電体膜を用いる場合はＳｉＮのような高屈折率材料が適当と考えられる。この場合、全面にＳｉＮを形成し、リッジ部のＳｉＮをエッチングにより除去しコンタクト形成する。
【００２５】
また、図６（ａ）に示すように、ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層１０９を共振器方向と垂直方向にフロント窓領域とそれ以外の領域を分割するような形で溝をエッチングする。ちなみに、ブロック層を誘電体膜で形成した場合はこの溝は必要ない。
【００２６】
次に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、フロント窓領域側のｎ−ＡｌＩｎＰブロック層１０９上に抵抗体層１１０、例えばＷ（タングステン）等を、また利得領域にはコンタクトをとるためのｐ側表面電極層（オーミック電極）１１１をフォトリソグラフィー技術、蒸着、リフトオフプロセスを用いて形成する。さらに、図８（ａ）〜（ｃ）に示すようにボンディング時の応力緩和のために、表面側にＡｕメッキを施した電極１１２、裏面側にはｎ側電極層１１３を形成する。
【００２７】
以上に説明した半導体レーザの製造方法は、赤外レーザ，２波長レーザに展開できることは言うまでもない。また、ジャンクションダウンで組み立てる場合、端面付近の加熱機構はチップ側に設けなくとも、サブマウント側に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る半導体レーザおよびその製造方法は、レーザ低出力発振時に出射端面近傍のレーザ発振に寄与しない電極間にバイアスをかけて抵抗体層の発熱を出射端面近傍のリッジ部に伝達し、光の拡がり角をレーザ高出力発振時に近づけて、低出力時と高出力時の拡がり角の変動差を抑え、パワー依存性を抑えることができ、光ディスクシステムや情報処理あるいは光通信用の光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における半導体レーザを示した斜視図
【図２】（ａ）は半導体レーザの正面図、（ｂ）はレーザ光出射端面近傍で（ａ）に示すＡ−Ａ’の断面図、（ｃ）は利得領域で（ａ）に示すＢ−Ｂ’の断面図
【図３】第１の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図４】第２の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図５】第３の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図６】第４の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図７】第５の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図８】第６の工程における半導体レーザの（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
【図９】（ａ）は赤色レーザ、（ｂ）は赤外レーザの水平，垂直拡がり角の温度依存性を示す図
【符号の説明】
【００３０】
１０１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３  ノンドープ量子井戸活性層
１０４  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
１０５  ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１０６  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
１０７  ｐ−ＧａＩｎＰキャップ層
１０８  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１０９  ｎ−ＡｌＩｎＰブロック層
１１０  抵抗体層
１１１  ｐ側表面電極層
１１２  電極
１１３  ｎ側電極層
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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