(57)【要約】【課題】０次横モードと１次横モードの導波損失の差を大きくすることによりキンクレベルを向上させ、且つ信頼性の高い半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】平行な一対の共振器面を有する端面出射型の半導体レーザ素子ＬＡにおいて、第１導電型の半導体基板２と、半導体基板上に順次積層された第１導電型の第１クラッド層４、活性層５、第２導電型の第２クラッド層６、及び第２導電型のエッチングストップ層７と、エッチングストップ層上に共振器面と直交する方向に延在するリッジ１９とを有し、リッジにおける共振器面及びエッチングストップ層の表面それぞれに対して平行な方向の長さが共振器面近傍の第１領域２６よりも第１領域同士の間の領域である第２領域で長く、第１領域における長さが、レーザ発振させた際に０次横モードのみが伝搬可能な長さである。【選択図】図１
2008034663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行な一対の共振器面を有する端面出射型の半導体レーザ素子において、
第１導電型の半導体基板と、
該半導体基板上に順次積層された第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第２クラッド層、及び第２導電型のエッチングストップ層と、
該エッチングストップ層上に前記共振器面と直交する方向に延在するリッジとを有し、
該リッジにおける前記共振器面及び前記エッチングストップ層の表面それぞれに対して平行な方向の長さが前記共振器面近傍の第１領域よりも該第１領域同士の間の領域である第２領域で長く、前記第１領域における前記長さが、レーザ発振させた際に０次横モードのみが伝搬可能な長さであることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２領域における前記リッジ上に形成された第１の電極と、
前記半導体基板における積層方向とは反対側の面に形成された第２の電極とを有し、
前記第１領域は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に外部から電流を印加した際に該電流が流れない電流非注入領域であることを特徴とする請求項１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、光情報処理や光計測等の光源に用いられる半導体レーザ素子に係り、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子は、高密度ディスク装置、レーザプリンタ用光源、バーコードリーダ及び光計測等の光源として広く用いられている（特許文献１等）。
以下に、この従来の半導体レーザ素子について図４及び図５を用いて説明する。
図４は従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図、図５はその断面図を示している。ここでは第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明する。
【０００３】
従来の半導体レーザ素子は、第１導電型である例えばｎ型ＧａＡｓ（半導体）基板２を有しており、この基板２の一面にＡｕ系の第２の電極であるｎ型オーミック電極１が形成されている。そしてこの基板２の反対側面上に、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした第１クラッド層としてのｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ（多重量子井戸層）よりなる活性層 ５（以下、単に「活性層」とも称す）と、５×１０１７ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第２クラッド層としてｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６と、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチングストップ層７と、が順次積層されている。
【０００４】
上記活性層５としては、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＧａ０．５Ｉｎ ０．５Ｐウエル層とノンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とにより構成される。そして、上記ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、上記活性層５と、上記ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【０００５】
更に、上記ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層７上には、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングした薄いｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐコンタクト層９と、が順次積層されてなるリッジ１９が形成されている。このリッジ１９の断面形状は、上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状をしている。
【０００６】
更にまた、上記ｐ型のエッチングストップ層７上に形成されたリッジ１９を、その両側より挟持するようにして１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層１１が形成されている。このリッジ１９上及び上記一対のｎ型電流狭窄層１１上には２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が積層されている。
【０００７】
そして、上記ｐ型コンタクト層１０上にはＡｕ系の第１の電極であるｐ型オーミック電極１２が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２には、前述したようにＡｕ系のｎ型オーミック電極１が形成されている。
ここで、上記ｐ型エッチングストップ層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ１９を得るために設けられたものである。このｐ型エッチングストップ層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍ程度である。
【０００８】
このような内部構造をもつ半導体ウエハをリッジ１９と垂直な方向に所定の長さで劈開し、その両端面をミラーとして実屈折率型の半導体レーザ素子が作製される。すなわち上記両端面は共振器面となる。ここで上記リッジ１９の幅、すなわちリッジ幅Ｈ１は、その長手方向に沿って同一の寸法となっている。
この半導体レーザ素子は、ｐ型オーミック電極１２側からｎ型オーミック電極１側に向かって順方向に電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、リッジ１９の下部に対応した活性層５からレーザ発振させて、レーザ光を出射させるものである。
【特許文献１】特開平５−２９９７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来の実屈折率型の半導体レーザ素子においては０次のモードと１次のモードの導波損失差が小さいため、キンクレベル（１次モードが発振するレベル）が小さくなり、動作電流に対して光出力の直線的な増加が維持できなくなる、という問題がある。
この場合、上記キンクレベルを向上させる一般的な方法として、０次横モードのみが伝搬するようにリッジ幅Ｈ１を狭くすることが考えられるが、この方法を実屈折率型の半導体レーザ素子に適応すると、リッジ幅が極端に狭くなり、リッジ分の抵抗の上昇による発熱で素子の信頼性が著しく劣化するといった問題があり、この方法を適応できない。
【００１０】
また、その課題を解決する別の手段として、例えば図６に示すように、リッジ１９の上面側で電流狭窄層１１の一部をリッジ１９側へせり出すことによって電流の流れる部分２４の幅Ｌ１をリッジ幅Ｈ１よりも狭めることによりキンクレベルを向上させることが行われている（特許文献１参照）。しかし、上記効果を十分引き出すために電流の流れる部分２４を狭くすると、リッジ分の電流密度が増大し、この場合にも発熱による信頼性の劣化が生じるため十分な効果が期待できない、といった問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するものであり、電流の流れるリッジ幅を狭くすることなく、０次横モードと１次横モードの導波損失の差を大きくすることによりキンクレベルを向上させ、且つ信頼性の高い半導体レーザ素子を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、互いに平行な一対の共振器面を有する端面出射型の半導体レーザ素子において、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に順次積層された第１導電型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第２クラッド層、及び第２導電型のエッチングストップ層と、該エッチングストップ層上に前記共振器面と直交する方向に延在するリッジとを有し、該リッジにおける前記共振器面及び前記エッチングストップ層の表面それぞれに対して平行な方向の長さが前記共振器面近傍の第１領域よりも該第１領域同士の間の領域である第２領域で長く、前記第１領域における前記長さが、レーザ発振させた際に０次横モードのみが伝搬可能な長さであることを特徴とする半導体レーザ素子である。
【００１３】
この場合、例えば請求項２に記載したように、前記第２領域における前記リッジ上に形成された第１の電極と、前記半導体基板における積層方向とは反対側の面に形成された第２の電極とを有し、前記第１領域は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に外部から電流を印加した際に該電流が流れない電流非注入領域である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る半導体レーザ素子によれば、共振器の両端面（共振器面）付近に、リッジ幅が０次横モードしか伝搬しない幅に設定された第１領域（電流非注入領域）を形成するようにしたので、電流の流れるリッジ幅を狭くすることなく、０次横モードと１次横モードの導波損失の差を大きくすることによりキンクレベルを向上させ、且つ信頼性も高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る半導体レーザ素子の一例について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は図１中の半導体レーザ素子を示す断面図であり、図２（Ａ）は図１中のＡ−Ａ線矢視断面図、図２（Ｂ）は図１中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。尚、図４〜図６に示す従来素子と同一構成には同一符号を付してその説明をする。ここでは第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明する。
【００１６】
この半導体レーザ素子ＬＡは、半導体基板として第１導電型である例えばｎ型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板２を有しており、この基板２の一面にＡｕ（金）系の第２の電極であるｎ型オーミック電極１が形成されている。そしてこの基板２の反対側面上に、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉ（シリコン）をドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした第１クラッド層としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）クラッド層４と、ノンドープＭＱＷ（多重量子井戸層）よりなる活性層５（以下、単に「活性層」とも称す）と、５×１０１７ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第２クラッド層としてのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６と、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎ（亜鉛）をドーピングしたｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（ガリウムインジウムリン）エッチングストップ層７と、が順次積層されている。
【００１７】
上記活性層５としては、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＧａ０．５Ｉｎ ０．５Ｐウエル層とノンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とにより構成される。そして、上記ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、上記活性層５と、上記ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【００１８】
更に、上記ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層７上には、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングした薄いｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０． ５Ｐコンタクト層９と、が順次積層されてなるリッジ１９が形成されている。こ のリッジ１９の断面形状は、上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形形状をしている。
【００１９】
更にまた、上記ｐ型のエッチングストップ層７上に形成されたリッジ１９を、その段差を埋めるようにして１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（アルミニウムインジウムリン）電流狭窄層１１が形成されている。このリッジ１９上及び上記一対のｎ型電流狭窄層１１上には２×１０１９ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が積層されている。
【００２０】
そして、上記ｐ型コンタクト層１０上にはＡｕ系の第１の電極であるｐ型オーミック電極１２が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２には、前述したようにＡｕ系のｎ型オーミック電極１が形成されて、全体として光の共振器構造２２を形成している。
ここで、上記ｐ型エッチングストップ層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ１９を得るために設けられたものである。このｐ型エッチングストップ層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍ程度である。
【００２１】
ここで本発明の特徴として、上記共振器構造２２の両端面（共振器面）付近に、リッジ幅が０次横モードしか伝搬しない幅に設定された電流非注入領域２６が形成されている。具体的には、共振器構造２２の長手方向の両端面近傍がそれぞれ第１領域となっており、この第１領域間、すなわち共振器構造２２の中央部側は第２領域となっている。この第１領域である電流非注入領域２６では、上層のｐ型コンタクト層１０及びその上の電極１２が除去されており、リッジ１９の上面及びこの両側の電流狭窄層１１の上面が露出されて電流に対して絶縁状態となっている。
【００２２】
そして、上記Ｐ型コンタクト層１０で上面が覆われている部分のリッジ１９のリッジ幅Ｈ３は広くなされている。これに対して、上記電流非注入領域２６におけるリッジ１９のリッジ幅Ｈ２は上記リッジ幅Ｈ３よりも狭くなされており、０次横モードしか伝搬できないようになされている。
これにより、電流非注入領域２６では１次横モードの光が伝搬しなくなるため、１次横モードの導波損失が大きくなって１次モードの発振が抑制されることになる。この結果、０次モードと１次モードとの間の導波損失差を大きくすることができ、１次モードが発振するレベルであるキンクレベルを向上させることができる。
【００２３】
また上記電流非注入領域２６には電流がほとんど流れないので、この部分における発熱を抑制することができ、このためレーザ素子の信頼性も向上させることができる。
ここで本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を実際に測定して評価を行ったので、その評価結果について説明する。図３は本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を示すグラフである。図３に示すように、従来の半導体レーザ素子にあっては、動作電流と光出力とは直線的に変化しておらずに、比較的低い光出力でキンク２８が発生している。
【００２４】
これに対して、本発明の半導体レーザ素子では、動作電流と光出力とは直線的に変化しており、キンクが発生していないことを確認することができた。
以上のように、本発明によれば、共振器構造２２の両端面付近に電流非注入領域２６を設け、この電流非注入領域２６のリッジ幅Ｈ２を０次横モードしか伝搬しない幅にすることにより、１次横モードの導波損失が大きくなり、１次モードの発振を抑え、キンクレベルを向上させることができ、且つリッジ幅Ｈ２が狭い領域には電流がほとんど流れないため、この部分に流れる電流による発熱がなく、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することができる。
【００２５】
尚、本実施例ではｎ型を第１導電型とし、ｐ型を第２導電型として説明したが、これらの導電型を逆に設定してもよいのは勿論である。
また各層を形成する化合物中の元素比は単に一例を示したに過ぎず、カッコ内の元素比やカッコがない場合の元素比が全体で”１”になるならば、どのような比率でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図２】図１中の半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ素子と従来の半導体レーザ素子の動作電流−光出力特性を示すグラフである。
【図４】従来の半導体レーザ素子の一例を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…ｎ型オーミック電極（第２の電極）、２…ｎ型ＧａＡｓ基板（第１導電型の半導体基板）、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（第１導電型のクラッド層）、５…活性層、６…第１の  ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（第１の第２導電型のクラッド層）、７…ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層（第２導電型のエッチングストップ層）、８…第２のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（第２導電型のクラッド層）、９…ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐキャップ層（第２導電型のキャップ層）、１０…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（第２導電型のコンタクト層）、１１…ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層（第１導電型の電流狭窄層）、１２…ｐ型オーミック電極（第１の電極）、１９…リッジ、２２…共振器構造、２６…電流非注入領域（第１領域）、Ｈ２…電流非注入領域のリッジ幅、ＬＡ…半導体レーザ素子。
【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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