(57)【要約】      （修正有）【課題】同一基板上に複数の発光部が集積された半導体レーザ装置の動作電流及び消費電力を低減する。【解決手段】レーザ装置は、基板上に、下部クラッド層と、下部クラッド層上の活性層と、活性層上に形成され、水平横方向の光閉じ込め用メサ状リッジ（１４ａ及び２４ａ）を備える上部クラッド層（１４及び２４）とからなるダブルへテロ構造を有し、同じ長さの共振器を有する複数の発光部（Ａ及びＢ）が形成されている。活性層は、それぞれの共振器の光が出射する前端面Ｃ及びその反対側の後端面Ｄのうち少なくとも一方の近傍に、不純物が拡散された窓領域（４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂ）を備える。複数の発光部は、第１の発光部Ａと、それよりも長い波長で発光する第２の発光部Ｂとを含む。後端面Ｄから前端面Ｃに向かう方向についての窓領域の寸法を窓領域の長さとするとき、第２の発光部Ｂの窓領域は、第１の発光部Ａの窓領域よりも長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１の発光部及び前記第１の発光部よりも長い波長で発光する第２の発光部が設けられ、
前記第１の発光部及び前記第２の発光部は、それぞれ、下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され且つ水平横方向の光閉じ込めを行なうためのメサ状リッジを有する上部クラッド層とからなるダブルへテロ構造を備えると共に、それぞれ同じ長さの共振器を構成し、
前記活性層は、それぞれの前記共振器の光が出射する前端面及びその反対側の後端面のうち少なくとも一方の近傍に、不純物が導入された窓領域を備え、
共振器方向についての前記窓領域の寸法を前記窓領域の長さとするとき、前記第２の発光部における前記窓領域の長さは、前記第１の発光部における前記窓領域の長さよりも長いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記活性層は、量子井戸活性層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１の発光部は、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の量子井戸活性層である前記活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層とを有する赤色発光部であり、
前記第２の発光部は、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系の量子井戸活性層である前記活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層とを有する赤外発光部であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
前記前端面及び前記後端面にコーティング膜が形成され、前記前端面の反射率が前記後端面の反射率よりも低くなっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
前記メサ状リッジの幅は、前記端面の側から前記後端面の側に向けて、一定であるか又は減少することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記メサ状リッジの幅は、前記窓領域に相当する部分において一定であることを特徴等する半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
前記窓領域上に位置する部分の前記メサ状リッジの少なくとも一部分の上に、前記メサ状リッジを構成する半導体とは逆の導電型を有する半導体層を更に備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、
前記窓領域上に位置する部分の前記メサ状リッジの少なくとも一部分の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つにおいて、
前記第１の発光部における前記メサ状リッジ及び前記第２の発光部におけるメサ状リッジの側壁に、同一の半導体層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記同一の半導体層は、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１〜６及び８のいずれか１つにおいて、
前記第１の発光部における前記メサ状リッジ及び前記第２の発光部におけるメサ状リッジの側壁に、同一の誘電体層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記誘電体層は、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2 膜、ＴｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜及び水素化アモルファスＳｉ膜の少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つにおいて、
前記不純物は、Ｚｎ及びＳｉの少なくとも一方を含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか１つにおいて、
前記第１の発光部及び第２の発光部のいずれにおいても、前記窓領域は、少なくとも前記後端面の近傍には形成されており、
前記第２の発光部における前記後端面の近傍の前記窓領域は、前記第１の発光部における前記後端面の近傍の前記窓領域よりも長いことを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関するものであり、特に、赤色及び赤外域の２波長の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高密度記録が可能であり大容量を有するディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）と、その記録及び再生用のＤＶＤ装置が市販されており、今後需要が益々伸びていく商品として注目されている。このＤＶＤは高密度記録であるため、記録及び再生用のレーザ光源としては、発光波長６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられている。このため、従来のＤＶＤ装置の光学ピックアップでは、発光波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて再生を行うコンパクトディスク（ＣＤ）やミニディスク（ＭＤ）を再生することはできなかった。
【０００３】
そこで、発光波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと、発光波長が７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとを別々のパッケージにレーザチップとして組み込むことにより、二つの波長のレーザを搭載した光学ピックアップが採用された。これにより、ＤＶＤ、ＣＤ及びＭＤをいずれも再生可能な装置が実現している。
【０００４】
しかしながら、上述のような光学ピックアップは、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザとＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとの二つのパッケージを搭載していることにより、サイズが大きくなっている。このため、このような光学ピックアップを用いるＤＶＤ装置についてもサイズが大きくなってしまう。
【０００５】
これに対し、特許文献１に示されているように、同一基板上に成長された半導体層により発光素子構造が形成され且つ互いに発光波長が異なる複数種類の半導体発光素子を有する集積型半導体発光装置が知られている。
【０００６】
このような、従来の集積型半導体発光装置の一例を図１２に示す。図１２に示すように、従来の集積型半導体レーザ装置１００において、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、発光波長が７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とが、互いに分離した状態で集積化されている。
【０００７】
ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１としては、例えば、（１００）面方位を有するもの又は（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を主面とするものが用いられる。
【０００８】
また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１２、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造又は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１４及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５がこの順に順次積層されている。
【０００９】
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１４の上部及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５は、一方向に延びるストライプ形状を構成している。このようなストライプ部の両側の部分には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１６が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１６の上には、ｐ側電極１１７が設けられ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５とオーミックコンタクトしている。ｐ側電極１１７としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【００１０】
また、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２２、ＳＱＷ構造又はＭＱＷ構造の活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６がこの順に順次積層されている。
【００１１】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６は、一方向に延びるストライプ形状を構成している。このようなストライプ部の両側の部分には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１２７が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１２７上にはｐ側電極１２８が設けられており、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６とオーミックコンタクトしている。ｐ側電極１２８としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【００１２】
更に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、ｎ側電極１２９が、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１とオーミックコンタクトして設けられている。ｎ側電極１２９としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極やＩｎ電極が用いられる。
【００１３】
また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１のｐ側電極１１７およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２のｐ側電極１２８は、パッケージベース２００上に互いに電気的に分離した状態で設けられたヒートシンクＨ１及びヒートシンクＨ２上にそれぞれハンダ付けされている。
【００１４】
上述のように構成された従来の集積型半導体レーザ装置１００によると、ｐ側電極１１７とｎ側電極１２９との間に電流を流すことにより、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することができる。これと共に、ｐ側電極１２８とｎ側電極１２９との間に電流を流すことにより、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することができるようになっている。このとき、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することにより波長７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができると共に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することにより波長６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができる。ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動するか、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動するかの選択は、外部スイッチの切り換えなどにより行うことができる。
【００１５】
以上のように、従来の集積型半導体レーザ装置１００によれば、発光波長が７００ｎｍ帯であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６００ｎｍ帯であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とを有することにより、ＤＶＤ用のレーザ光と、ＣＤ及びＭＤ用のレーザ光とを互いに独立に取り出すことができる。このため、集積型半導体レーザ装置１００をＤＶＤ装置の光学ピックアップにレーザ光源として搭載することにより、ＤＶＤ、ＣＤ及びＭＤのいずれの再生及び記録も可能となる。
【００１６】
これらのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１及びＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２は、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に成長された半導体層によりレーザ構造が形成されているため、この集積型半導体レーザ装置のパッケージは一つで済む。このことから、光学ピックアップの小型化を図ることができ、したがってＤＶＤ装置の小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
今後、再生のみならず記録機能を有する記録１６倍速対応のＤＶＤ及び記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒ等、高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源の需要が益々高まっていくと予想される。このような目的に使用する場合、光源として用いられるレーザには、少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が求められる。
【００１８】
一般に、半導体レーザを高出力動作させる場合、レーザ光を取り出す側の共振器端面（前端面）には反射率１０％以下の低反射率を有する誘電体膜のコーティングを行なうと共に、その反対側の共振器端面（後端面）には反射率８５％以上の高反射率を有する誘電体膜のコーティングを行う。このような低反射率（ＡＲ；Anti Reflection ）／高反射率（ＨＲ；High Reflection ）コーティングを行うことにより、電流−光出力特性における外部微分量子効率（スロープ効率）の向上を図り、少ない注入電流量で高い光出力を実現する。該コーティングは、更に、動作時の前端面のレーザ光のパワー密度を低減させることにより、レーザ光自身の光出力によってレーザ端面が溶融破壊されるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage ）が発生するのを防いでいる。
【００１９】
しかしながら、前述のように、記録１６倍速対応ＤＶＤ及び記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒ等の高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源には、少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が要求される。
【００２０】
このような２００ｍＷ以上の高出力動作を行なう場合、前記のようにレーザの共振器端面にＡＲ／ＨＲコーティングを施してレーザ光を取り出す前端面側の導波路中の光パワー密度を下げたとしても、ＣＯＤは生じてしまう。これは、高出力動作であるために、動作時の消費電力増大及び導波路中の光の吸収損失増大に伴う発熱により、レーザ端面部付近の活性層のバンドギャップが縮小し、レーザ光がレーザ端面で吸収されてしまうことの結果である。つまり、２００ｍＷ以上の高出力動作を行なう場合、ＡＲ／ＨＲコートを施しだけでは信頼性（特に、数千時間以上の長期信頼性）を保証することができない。
【００２１】
そこで、ＣＯＤの発生を防ぐためには、レーザ端面部付近において、活性層に不純物を拡散することにより量子井戸活性層が無秩序化された窓領域を形成することが有効と考えられている。これは、以下のように説明される。
【００２２】
まず、不純物が拡散されたレーザ端面部付近（窓領域）において、活性層のバンドギャップが増大し、他の部分における活性層のバンドギャップよりも大きくなる。この結果、動作時に発熱により窓領域における活性層のバンドギャップが小さくなっても、窓領域はレーザ光に対して透明な状態を維持できることによる。レーザ光に対して透明な状態とは、窓領域におけるバンドギャップに相当する波長が、発信されるレーザ光の波長よりも長いために、レーザ光を吸収することがない状態を意味する。また、動作時の発熱とは、レーザ自身の発熱、レーザ端面におけるオージェ再結合及びバンド内光吸収損失による発熱等である。
【００２３】
ＤＶＤ及びＣＤ−Ｒ用集積型半導体レーザ装置（以下、２波長半導体レーザ装置という）に、前記の窓領域を設ける構造を適用することにより、高速書き込み可能な光ディスクシステム用の２波長光源を実現することができる。
【００２４】
また、高温動作可能な高出力レーザを実現する場合、高温動作時の漏れ電流を低減するためは、動作電流密度を下げるために共振器長を長くする方が有利である。しかし、共振器長を長くすると、ミラー損失が増大するために、外部微分量子効率が低下して動作電流値を増大させてしまう。従って、共振器長には、動作電流値と温度特性とを両立させるための最適な長さの範囲がある。
【００２５】
尚、漏れ電流は、活性層に注入される電子と正孔のうち、有効質量の軽い電子が活性層からｐクラッド層に漏れることにより生じる。このような活性層からクラッド層へのキャリアの漏れは、量子井戸活性層における電子の擬フェルミ準位と、ｐクラッド層の伝導帯エネルギー準位との差（ΔＥｃ）が大きいほど、より大きな熱的な励起エネルギーが必要になるため、生じにくくなる。
【００２６】
ＡｌＧａＡｓ系材料のクラッド層を用いており且つ波長７８０ｎｍ帯で発振する赤外半導体レーザの場合、量子井戸活性層とクラッド層とのバンドギャップエネルギーの差は、６００ｍｅＶ程度である。また、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のクラッド層を用いており且つ波長７８０ｎｍ帯で発振する赤外半導体レーザの場合、量子井戸活性層とクラッド層とのバンドギャップエネルギーの差は、９００ｍｅＶ程度となる。更に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のクラッド層を用いており且つ波長６５０ｎｍ帯で発振する赤色半導体レーザの場合、量子井戸活性層とクラッド層とのバンドギャップエネルギーの差は、４００ｍｅＶ程度となる。
【００２７】
従って、赤色半導体レーザは、赤外の半導体レーザよりも、動作中のΔＥｃが小さいために漏れ電流が大きく、高温特性が悪い。このため、高温動作可能な赤色レーザを実現するには、活性層における動作キャリア密度を低減する必要から、赤外レーザに比べて共振器長を長くする必要がある。
【００２８】
このことから、半導体赤色レーザと赤外半導体レーザとを同一基板上に集積化した２波長半導体レーザにおいて、高温特性を考慮すると、共振器長は赤色半導体レーザによって決定される。このため、赤外半導体レーザの共振器長は、必要以上の長さとなってしまう。
【００２９】
この結果、赤外半導体レーザの外部微分量子効率（スロープ効率）が低下し、動作電流値と消費電力とが増大するという課題が生じる。
【００３０】
光ピックアップの光源として使用する場合、レーザの動作電流値が増大すると、レーザを駆動するための駆動回路となるＬＳＩ（大規模集積回路）に必要な最大動作電流も高くなる。これは、光ピックアップの発熱の原因となり、信頼性の低下につながる。このようなことから、動作電流値の低減は極めて重要である。
【００３１】
例えば、薄型ノートパソコン用の光ディスクドライブに代表される、放熱性に劣る光ディスクドライブに対して８５℃以上と高温の動作保証が求められている。レーザ駆動用ＬＳＩの電流容量の上限値を考えると、動作電流値の低減は今後、益々重要となっていくと考えられる。
【００３２】
以上に鑑みて、本発明の目的は、同一基板上に形成された複数の発光部を有する高出力の半導体レーザにおいて、赤色レーザ及び赤外レーザのいずれについても高温時の動作電流を低減し、低消費電力の装置とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
前記の目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は、基板上に、第１の発光部及び第１の発光部よりも長い波長で発光する第２の発光部が設けられ、第１の発光部及び第２の発光部は、それぞれ、下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成され且つ水平横方向の光閉じ込めを行なうためのメサ状リッジを有する上部クラッド層とからなるダブルへテロ構造を備えると共に、それぞれ同じ長さの共振器を構成し、活性層は、それぞれの共振器の光が出射する前端面及びその反対側の後端面のうち少なくとも一方の近傍に、不純物が導入された窓領域を備え、共振器方向についての窓領域の寸法を窓領域の長さとするとき、第２の発光部における窓領域の長さは、第１の発光部における窓領域の長さよりも長い。
【００３４】
ここで、１つの発光部において複数の窓領域が形成されている場合（例えば、共振器の前端面近傍と後端面近傍との両方において窓領域が形成されている場合）には、それぞれの窓領域の長さの和を考える。また、共振器方向とは、各共振器において、後端面から前端面に向かう方向のことである。
【００３５】
本発明の半導体レーザ装置によると、互いに異なる波長で発光する２つの発光部（第１の発光部及び第２の発光部）を有し、２種類の波長をもって発光することができる。
【００３６】
ここで、より長い波長で発光する第２の発光部について、発振されるレーザに対して透明である窓領域の長さを第１の発光部に比べて大きくすることにより、共振器において実際に利得領域として機能する部分の長さが第１の発光部に比べて短くなっている。このことにより、第１の発光部及び第２の発光部のいずれにおいても、動作電流値を低減することができる。これについて、以下に説明する。
【００３７】
まず、クラッド層が同じダブルへテロ構造においては、発振するレーザの波長が長い、つまり、活性層のバンドギャップ波長が長いほど、クラッド層と活性層とのバンドギャップエネルギーの差ΔＥが大きくなる。このため、熱的に励起されたキャリアが活性層からクラッド層に漏れ出し難く、熱飽和が生じ難いため、より長い波長で発光する第２の発光部の方が温度特性は優れている。
【００３８】
このため、第１の発光部及び第２の発光部が同じ長さの共振器を構成している場合、熱飽和の対策として必要な共振気の長さは、より短い波長で発光する第１の発光部によって決定される。
【００３９】
しかし、共振器が長くなると、共振器損失が増大するため、これに起因した動作電流の増大が起こる。結果として、第１の発光部によって共振器の長さを決定すると、第２の発光部については動作電流が増大することが考えられる。
【００４０】
そこで、活性層の一部に、不純物拡散によって無秩序化され、活性層の他の部分に比べてバンドギャップエネルギーが大きくなった窓領域を設ける。このような窓領域は、バンドギャップエネルギーの大きさのため、活性層において発振されるレーザに対して透明である。つまり、窓領域は利得領域として機能することがなく、この部分においては共振器損失が生じることもない。この結果として、窓領域を設けることにより、実質的な共振器の長さ（実際に利得領域として機能する部分の長さ）を短くすることができ、共振器損失による動作電流の増大を抑制することができる。
【００４１】
以上のことから、より短波長で発光する第１の発光部に基づいて共振器の長さを決定すると共に、より長波長で発光する第２の発光部において、共振器の長さに対する窓領域の長さを第１の発光部よりも長くすることにより、第１の発光部及び第２の発光部の両方について動作電流値を低減することができる。
【００４２】
尚、活性層は、量子井戸活性層であってもよい。このような場合にも、本発明の半導体レーザ装置の効果は発揮される。
【００４３】
また、本発明の半導体レーザ装置において、第１の発光部は、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の量子井戸活性層である活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層及び上部クラッド層とを有する赤色発光部であり、第２の発光部は、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系の量子井戸活性層である活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる下部クラッド層及び上部クラッド層とを有する赤外発光部であることが好ましい。
【００４４】
このようにすると、赤外発光部と赤色発光部とを搭載した半導体レーザ装置において、いずれの発光部においても動作電流値を低減することができる。尚、ＩｎＧａＰを含むＡｌＧａＩｎＰ系の量子井戸活性層とは、ＡｌＧａＩｎＰ系量子井戸活性層であっても良いし、Ａｌを成分としないＩｎＧａＰ系量子井戸活性層であっても良いと言う意味である。同様に、ＧａＡｓを含むＡｌＧａＡｓ系量子井戸活性層とは、ＡｌＧａＡｓ系量子井戸活性層であっても良いし、Ａｌを成分としないＧａＡｓ系量子井戸活性層であっても良いことを意味する。
【００４５】
また、前端面及び後端面にコーティング膜が形成され、前端面の反射率が後端面の反射率よりも低くなっていることが好ましい。これにより、発振されるレーザ自身の光出力により前端面が溶解するＣＯＤを防ぐことができる。
【００４６】
また、メサ状リッジの幅は、端面の側から後端面の側に向けて、一定であるか又は減少することが好ましい。
【００４７】
前端面側の反射率が後端面側の反射率よりも低くなるようにコーティング膜を形成した場合、共振器方向において光分布強度は前端面側ほど大きくなる。レーザ発振中は、光の強度にほぼ比例してキャリアが消費されるため、前端面側ほど多くのキャリアを注入するのが良い。このためには、後端面側から前端面側に向けて、メサ状リッジの幅を単調増加させるのが良い。ただし、幅が一定である部分を有することは構わない。
【００４８】
また、メサ状リッジの幅は、窓領域に相当する部分において一定であることが好ましい。窓領域に相当する部分は発光しないため、メサ状リッジの幅を変化させる必要はない。更に、導波路損失を低減するためには、幅は一定とした方が良い。
【００４９】
また、窓領域上に位置する部分のメサ状リッジの少なくとも一部分の上に、メサ状リッジを構成する半導体とは逆の導電型を有する半導体層を更に備えることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、メサ状リッジと逆の導電型を有する半導体層との界面にｐｎ接合が構成され、当該部分が絶縁機能を有するようになる。この結果、窓領域を避けて利得領域に狭窄するように電流を流すことができるため、発振しきい値電流を低減することが可能となる。
【００５１】
また、窓領域上に位置する部分のメサ状リッジの少なくとも一部分の上に、絶縁膜が形成されていることが好ましい。
【００５２】
このようにすることによっても、窓領域を避けて利得領域に狭窄するように電流を流し、発振しきい値電流を低減することが可能となる。
【００５３】
また、第１の発光部におけるメサ状リッジ及び第２の発光部におけるメサ状リッジの側壁に、同一の半導体層が形成されていることが好ましい。
【００５４】
このような半導体レーザ装置は、第１の発光部及び第２の発光部がそれぞれ有するメサ状リッジ側壁に対し、同一の結晶成長プロセスにより光閉じ込め層を形成することができる。このため、製造のために結晶成長プロセスを行なう回数が低減されることにより製造プロセスが簡素化された半導体レーザ装置となっている。
【００５５】
また、同一の半導体層は、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層であることが好ましい。このようにすると、実屈折率導波機構の半導体レーザ装置となり、動作電流値及び発振しきい電流値の低減が可能となる。
【００５６】
また、第１の発光部におけるメサ状リッジ及び第２の発光部におけるメサ状リッジの側壁に、同一の誘電体層が形成されていることが好ましい。
【００５７】
このようにすると、実屈折率導波機構の半導体レーザ装置となり、動作電流値及び発振しきい電流値の低減が可能となる。
【００５８】
また、誘電体層は、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2 膜、ＴｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜及び水素化アモルファスＳｉ膜の少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００５９】
このようにすると、クラッド層がＡｌＧａＩｎＰ系材料又はＡｌＧａＩｎＮ系材料からなっている半導体レーザ装置において、実屈折率導波機構の半導体レーザ装置を形成することができ、動作電流値及び発振しきい電流値の低減が可能となる。
【００６０】
また、不純物は、Ｚｎ及びＳｉの少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００６１】
このようにすると、不純物を拡散することにより活性層の無秩序化を行ない、窓領域を形成することができる。このことは、動作電流値の低減及びＣＯＤの抑制に有用である。
【００６２】
また、第１の発光部及び第２の発光部のいずれにおいても、窓領域は、少なくとも後端面の近傍には形成されており、第２の発光部における後端面の近傍の窓領域は、第１の発光部における後端面の近傍の窓領域よりも長いことが好ましい。
【００６３】
後端面側に形成された窓領域は、発振されるレーザのＦＦＰ（Far Field Pattern ）に影響しない。そのため、実際に機能する利得領域の長さを設定するためには、後端面側の窓領域の長さを調節するのがよい。
【発明の効果】
【００６４】
本発明によると、同一の基板上に赤色及び赤外等の異なる波長で発光する複数の半導体レーザを集積化すると共に、そのいずれの半導体レーザにおいても動作電流値の低減された半導体レーザ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明を行う。
【００６６】
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体レーザ装置１の断面構造を示す模式図である。
【００６７】
半導体レーザ装置１において、（１００）面から［０１１］方向に１０度傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、異なる波長をもって発光する二つの発光部として、赤色レーザＡと赤外レーザＢとが集積化されている。まず、赤色レーザＡの構造から説明する。
【００６８】
赤色レーザＡは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型の保護層１６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１７（膜厚０．４μｍ）が下からこの順に積層された構造を有する。
【００６９】
ここで、ｐ型クラッド層１４にはメサ状のリッジ部１４ａが設けられ、ｐ型の保護層１６及びｐ型コンタクト層１７についてはリッジ部１４ａ上に形成されている。更に、リッジ部１４ａの側壁及びｐ型クラッド層１４のリッジ部１４ａ以外の部分上を覆うように、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１５（膜厚０．７μm）が形成されている。尚、リッジ部１４ａの幅をＷａと記している。
【００７０】
このとき、ｐ型クラッド層１４は、リッジ部１４ａの上端から活性層１３に達するまでの距離を１．４μｍ、リッジ部１４ａの下端から活性層１３に達するまでの距離をｄｐ（０．２μｍ）としている。
【００７１】
また、活性層１３は、歪量子井戸活性層であり、図１（ｂ）に示すような構造を有する。つまり、Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐからなる３層のウェル層１３ｗ１、１３ｗ２及び１３ｗ３（膜厚はそれぞれ５ｎｍ）と、その間に各々挟まれる（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる２層のバリア層１３ｂ１及び１３ｂ２（膜厚はそれぞれ５ｎｍ）と、これらの計５層を上下から挟む（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一ガイド層１３ｇ１（膜厚５０ｎｍ）及び（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第二ガイド層１３ｇ２（膜厚５０ｎｍ）とが積層された構造を有している。
【００７２】
この構造において、ｐ型コンタクト層１７から注入された電流は、電流ブロック層１５によりメサ状のリッジ部１４ａの部分のみに狭窄され、リッジ部１４ａ下方に位置する部分の活性層１３に集中して電流注入されることになる。この結果、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００７３】
このように活性層１３に注入されたキャリアの再結合により発光した光に対し、活性層１３に対して垂直な方向については、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４によって光閉じ込めが行なわれる。これと共に、活性層１３に対して水平な方向については、電流ブロック層１５がｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４よりも低い屈折率を有することから光閉じ込めが行なわれる。
【００７４】
また、電流ブロック層１５は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝播する光の分布は電流ブロック層１５に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した屈折率差である１０-3オーダーのΔｎを容易に得ることができる。更に、Δｎについて、ｄｐの大きさを制御することによって同じく１０-3のオーダーをもって精密に制御することができる。
【００７５】
このようなことから、赤色レーザＡは、光分布を精密に制御することが可能であると共に低動作電流である高出力半導体レーザとなっている。
【００７６】
次に、赤外レーザＢは、活性層の構造を除いて赤色レーザＡと同様の構成を有し、また、発光する波長を除いて同様に動作する。詳しくは以下に説明する。
【００７７】
赤外レーザＢは、赤色レーザＡと同じｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２（膜厚２．０μｍ）、量子井戸構造を有する活性層２３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層２６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２７（膜厚０．４μｍ）が下からこの順に積層された構造を有する。
【００７８】
ここで、ｐ型クラッド層２４についてもメサ状のリッジ部２４ａが設けられ、ｐ型の保護層２６及びｐ型コンタクト層２７についてはリッジ部２４ａ上に形成されている。更に、リッジ部２４ａの側壁及びｐ型クラッド層２４のリッジ部２４ａ以外の部分上を覆うように、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層２５（膜厚０．７μm）が形成されている。尚、リッジ部２４ａの幅をＷｂとして記している。
【００７９】
このとき、ｐ型クラッド層２４は、リッジ部２４ａの上端から活性層２３に達するまでの距離を１．４μｍ、リッジ部２４ａの下端から活性層２３に達に達するまでの距離をｄｐ（０．２４μｍ）としている。
【００８０】
また、活性層２３は、量子井戸活性層であり、図１（ｃ）に示す構造を有している。つまり、ＧａＡｓからなる３層のウェル層２３ｗ１、２３ｗ２及び２３ｗ３（膜厚はそれぞれ３ｎｍ）と、その間に各々挟まれＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ）からなる２層のバリア層２３ｂ１及び２３ｂ２（膜厚はそれぞれ５ｎｍ）と、これらの計５層を上下から挟むＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第一ガイド層２３ｇ１（膜厚２０ｎｍ）及びＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第二ガイド層２３ｇ２（膜厚２０ｎｍ）とが積層された構造を有している。
【００８１】
この構造においても、赤色レーザＡの場合と同様、ｐ型コンタクト層２７から注入された電流は、ｎ型の電流ブロック層２５によりメサ状のリッジ部２４ａの部分のみに狭窄される。このため、リッジ部２４ａ下方に位置する部分の活性層２３に集中して電流注入されることになり、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００８２】
また、活性層２３に注入されたキャリアの再結合により生じた光の閉じ込めについても、赤色レーザＡと同様に行なわれる。つまり、活性層２３に垂直な方向に関して、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４により行なわれる。これと共に、活性層２３に平行な方向に関し、電流ブロック層２５がｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４よりも低い屈折率を有することにより光閉じ込めが行なわれる。
【００８３】
また、電流ブロック層２５は、やはりレーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。また、赤色レーザＡと同様に、導波路を伝播する光分布が電流ブロック層２５にしみ出すことができることから、高出力動作に適した１０-3オーダーのΔｎを容易に得ることと、同じ１０-3のオーダーをもって精密に制御することがｄｐの制御により実現できる。
【００８４】
このようなことから、赤外レーザＢは、光分布を精密に制御すると共に低動作電流である高出力半導体レーザとなっている。
【００８５】
尚、特に図示はしていないが、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢのいずれにおいても、共振器の前端面及び後端面について、順に、反射率が７％の低反射率コーティング膜及び反射率が９４％の高反射率コーティング膜を形成している。
【００８６】
次に、半導体レーザ装置１の平面構成に関して、図２を参照して説明する。ここで、図２には、赤色レーザＡにおけるメサ状のリッジ部１４ａ及び赤外レーザＢにおけるメサ状のリッジ部２４ａの形状を示しており、また、ｐ型クラッド層１４及び２４の形状を示していると考えることができる。ここで、Ｃとして示す側が光の出射する前端面、その反対側のＤとして示す側が後端面である。
【００８７】
更に、それぞれの発光部が有する活性層１３及び活性層２３において、共振器の両端面付近にＺｎを不純物とする不純物拡散が行なわれ、これによって無秩序化された窓領域が形成されている。図２には、赤色レーザＡについて前端面側窓領域４１ａ及び後端面側窓領域４１ｂの位置が示されていると共に、赤外レーザＢについても前端面側窓領域４２ａ及び後端面側窓領域４２ｂの位置が示されている。
【００８８】
リッジ部１４ａ及び２４ａの下方における窓領域以外の部分の活性層（１３及び２３）は、利得部として機能する。不純物拡散によって無秩序化された窓領域においては、利得部に比べてバンドギャップエネルギーが大きくなっており、このことから、窓領域はレーザ発振光に対して透明になっている。
【００８９】
レーザを動作させると、レーザ自身の発熱、レーザ端面におけるオージェ再結合及びバンド内光吸収損失による発熱等により、端面付近の活性層におけるバンドギャップエネルギーが小さくなる。しかし、窓領域においては、前記のように活性その他の部分に比べてバンドギャップエネルギーが大きいことから、熱の影響を受けた場合にも半導体レーザに対して透明な状態を維持することができる。つまり、半導体レーザの発振波長が、バンドギャップエネルギーに相当する波長よりも長い状態を維持することができる。
【００９０】
このため、窓領域４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂのように端面付近に窓領域を設けることにより、ＣＯＤの発生を抑制して、熱飽和する光出力まで動作させることが可能となる。
【００９１】
ここで、窓領域の長さ（共振器の長さ方向についての寸法）は、へき開による素子分離及び窓領域形成のためのマスク合わせの制度に依存するばらつき等を考慮し、十分な値を設定する。具体的には、少なくとも１０μｍ程度あることが好ましい。本実施形態の場合、赤色レーザＡの前端面側窓領域４１ａ及び赤外レーザＢの前端面側窓領域４２ａについて、いずれも２０μｍ程度の長さの窓領域としている。後端面側窓領域４１ｂ及び４２ｂの長さについては、以下に説明する。
【００９２】
まず、既に述べたように、不純物拡散により無秩序化された窓領域では、活性層のバンドギャップエネルギーが他の部分よりも大きくなり、対応する波長はレーザ発振光の波長に比べて長い。このため、窓領域はレーザ光を増幅させるための機能を持たない受動部となっている。従って、活性層１３及び２３のうちレーザ発振を生じさせる為の発光機能を有する部分について、共振器方向の実質的な長さは、窓領域の部分を除いた利得領域長に相当する。
【００９３】
また、窓領域を形成するための不純物拡散により、Ｎ型クラッド層（１２又は２２）にＰＮ接合が形成されてしまう可能性がある。しかし、Ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、利得部となる活性層（１３又は２３）のバンドギャップエネルギーに比べて大きい。このため、窓領域においてＰＮ接合により形成されるダイオードの立ち上がり電圧は、利得領域の立ち上がり電圧よりも高くなる。従って、窓領域を有する導波路構造に電流を注入した場合、電流は、立ち上がり電圧が相対的に低い利得領域に対し、ほぼ選択的に注入されることになる。
【００９４】
尚、窓領域（４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂ）の上方に位置する部分のリッジ部１４ａ及び２４ａ上に、少なくとも一部分について、絶縁膜を形成しても良い。また、リッジ部１４ａ及び２４ａとは導電性が逆である（ここではｎ型である）半導体層を形成し、ｐｎ接合による絶縁を行なっても良い。このようにすると、利得領域に対する電流の選択的注入がより確実に可能となる。
【００９５】
図１（ａ）の半導体レーザ装置１に対し、絶縁膜５０追加した様子を図１１（ａ）に示すと共に、ｎ型の半導体層である電流ブロック層１５及び２５をリッジ部１４ａ及び２４ａ上にも延長して形成し、これによってｐｎ接合による絶縁を行なった場合を図１１（ｂ）に示す。
【００９６】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、いずれも、窓領域上を通る断面を示している。
【００９７】
また、窓領域によりＣＯＤの発生を防いでいる半導体レーザにおいて、最大光出力を制限する主な原因は、電流注入による素子発熱に起因する熱飽和である。このような熱飽和を抑制するためには、共振器長を長くして素子の直列抵抗を低減することが有効である。また、動作キャリア密度を小さくすることにより、キャリアのオーバーフロー、つまり、活性層に注入されたキャリアが熱的な励起によってクラッド層へ漏れ出す現象を低減することも有効である。このことも、共振器長を長くすることにより実現できる。
【００９８】
必要となる共振器長は、温度特性が劣るほど長くなる。従って、赤色及び赤外等の複数の半導体レーザを同一の基板上に集積化する場合、共振器長は、温度特性の劣る側において必要な利得領域長に基づいて決めることになる。
【００９９】
この一方、共振器長を長くすると、共振器損失が増大する。このため、レーザ発振に必要な発振しきい電流値の増大及び外部微分量子効率の低下による動作電流値の増大を招く。
【０１００】
以上から、共振器長について、動作電流値を低減すると共に熱飽和により制限される最大光出力を可能な限り高めるための最適な値が存在すると考えられる。
【０１０１】
このような考えに基づき、本実施形態の半導体レーザ装置１の共振器長について、更に具体的に説明する。
【０１０２】
半導体レーザ装置１は、バンドギャップ波長が７８０ｎｍ帯である量子井戸構造の活性層２３を備える赤外レーザＢと、バンドギャップ波長が６５５ｎｍ帯である量子井戸構造の活性層１３を備える赤色レーザＡとを同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０上に集積化している。また、それぞれの活性層２３及び１３は、いずれもＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層によって挟まれている。
【０１０３】
このため、発振波長の長い赤外レーザＢにおけるクラッド層と活性層との間のバンドギャップエネルギーの差（ΔＥ）は、赤色レーザＡの場合に比べて大きい。この結果、赤外レーザＢは、赤色レーザＡに比べると、漏れ電流が小さく、また、温度特性についても優れている。このことから、同じ最大光出力を得るために最適な赤外レーザＢの共振器長は、赤色レーザＡの最適な共振器長に比べて短いことが予想される。
【０１０４】
図３（ａ）及び（ｂ）に、順に、図１（ａ）の半導体レーザ装置１における赤色レーザＡ及び赤外レーザＢについて、共振器長を変えた場合の動作電流値（実験値）を示す。いずれも、パルス５０ｎｓ、デューティ４０％、７５℃の条件により、３００ｍＷ動作を行なった場合である。また、いずれも後端面Ｄにおけるストライプ幅を２．１μｍとしている。
【０１０５】
図３（ａ）に示すように、赤色レーザＡでは、共振器長１５００μｍ付近における動作電流値が最小となっている。このため、得るべき光出力が３００ｍＷ程度であるときには、共振器長を１５００μｍ程度とするのが良い。これにより、最も動作電流値を低くすることができる。
【０１０６】
これは、次のように説明される。つまり、共振器長が短くなり過ぎると動作キャリア密度が増大するために漏れ電流が大きくなり、その結果、高温又は高出力動作時の外部微分量子効率が低下し、動作電流値が増大する。逆に、共振器長を長くすると、共振器損失が増大するため、発振しきい値の増大とスロープ効率の低下が発生し、結果として動作電流値は増大してしまう。結果として、本実施形態の赤色レーザＡの場合には、共振器長が１５００μｍ程度の時に最適になっている。
【０１０７】
一方、図３（ｂ）に示すように、赤外レーザＢの動作電流値は、共振器長を短くすればするほど減少していく。これは、本実施形態に示す赤外レーザＢのΔＥが赤色レーザＡのΔＥよりもが大きく、共振器長を短くすることにより作キャリア密度を高くした場合にも、キャリアオーバーフローを抑制することができるからである。図３（ｂ）に示す結果では、赤外レーザＢの動作電流値は、共振器長を１０００μｍ程度まで短くしても増大が見られない。
【０１０８】
以上から、半導体レーザ装置１において、共振器長は、赤外レーザＢに比べて劣る赤色レーザＡの温度特性を考えると、１５００μｍ程度にする必要がある。しかし、赤外レーザＢは、共振器長が同じ１５００μｍになると、動作電流値は増大してしまう。
【０１０９】
そこで、本実施形態では、温度特性の優れた赤外レーザＢの実質的な共振器長である利得領域長を短くするために、赤外レーザＢの後端面側窓領域４２ｂを赤色レーザＡの後端面側窓領域４１ｂよりも長く設定している。
【０１１０】
このように、窓領域を用いて、赤外レーザＢの共振器長を実質的に短くすることにより、赤外レーザＢにおける発振しきい値の増大及び外部微分量子効率の低下を防ぐことが可能となっている。
【０１１１】
ただし、利得部領域を短くしすぎた場合、熱抵抗が増大するため、動作中の活性層温度が上昇する原因となる。そこで、赤外レーザＢにおける利得領域長をどの程度まで短くすることが可能かを調べるため、３００ｍＷ動作時における活性層温度の共振器長に対する依存性を計算によって求めた。図４（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ順に、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢの場合を示す。
【０１１２】
図４（ａ）は、赤色レーザＡにおける活性層１３の温度上昇を示している。活性層１３における温度上昇は、共振器長の増大に対して低下し、温度特性上有利に働いている。しかし、共振器長１５００μｍ付近において、共振器長を長くすることによる放熱性向上の効果が飽和している。
【０１１３】
半導体レーザ装置１の赤色レーザＡの場合、共振器長が１５００μｍであるのに対し、前端面側窓領域４１ａ及び後端面側窓領域４１ｂの長さを共に２０μｍとしており、実質的な共振器長（利得領域長）は１４６０μｍとなっている。
【０１１４】
このような赤色レーザＡを３００ｍＷで動作させた場合、活性層１３の温度上昇は、図４（ａ）から５２Ｋ程度であると推定される。
【０１１５】
発振波長は温度にも依存しており、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢの発振波長は、いずれも０．２ｎｍ／Ｋの依存性を有している。従って、赤色レーザＡを高出力（３００ｍＷ）動作させると、５２Ｋ程度の温度上昇のため、５ｍＷの低出力動作時に比べて１０ｎｍ程度、発振波長が長波長側にシフトすることになる。
【０１１６】
２波長レーザを光ピックアップの光源として使用する場合、赤外光と赤色光とは同じ光学系で使用される。このため、波長の変化量は、温度特性上不利な赤色レーザＡを基準として設計する必要がある。つまり、赤外レーザＢについても、３００ｍＷ動作時における低出力動作時に対する発振波長の変化量を、１０ｎｍ以下とする必要がある。
【０１１７】
このような条件を満たす、つまり、温度上昇が５０Ｋ程度以下となる赤外レーザＢの共振器長は図４（ｂ）から、１０００μｍ程度以上であることが分かる。
【０１１８】
従って、共振器長１５００μｍ、前端面側窓領域４２ａの長さが２０μｍのレーザにおいて、赤外レーザＢの後端面側窓領域４２ｂの長さは４８０μｍ以下とする必要がある。
【０１１９】
図５には、共振器長が１５００μｍで且つ前端面側窓領域４２ａの長さが２０μｍ（固定）である赤外レーザＢにおいて、実際に後端面側窓領域４２ｂの長さを５０μｍから７５０μｍまで変化させた場合の動作電流値を示す。尚、ここでは、パルス５０ｎｓ、デューティ４０％及び７５℃の条件により、３００ｍＷ動作を行なっている。
【０１２０】
図５の実験結果によると、後端面側窓領域４２ｂの長さが３００μｍ程度までの範囲において、動作電流値が低減している。これは、窓領域により実質的な共振器長が短くなったため、共振器損失が小さくなり、発振しきい値電流も小さくなったことによる。また、外部微分量子効率が向上したことにも依存する。
【０１２１】
後端面側窓領域４２ｂの長さを３００μｍ以上とすると、動作電流値の増大が見られる。窓領域における導波路損失が全く無いのであれば、後端面側窓領域４２ｂの長さの増大により図３（ｂ）に示したように動作電流値は単調に減少するはずである。しかし、実際には、窓領域においても導波路損失は存在する。このため、後端面側窓領域４２ｂを長くし過ぎると、共振器損失が増大すると共に、外部微分量子効率が低下することになる。
【０１２２】
以上から、半導体レーザ装置１の赤外レーザＢにおいて、動作電流値を最も小さくするため、後端面側窓領域４２ｂの長さは３００μｍとしている。
【０１２３】
次に、与えられた利得領域長において、外部微分量子効率を向上させる方法について説明する。
【０１２４】
前面／後面に低反射率コーティング／高反射率コーティングを施したレーザでは、共振器方向に対して光分布強度が大きく異なる。レーザ発振中の誘導放出により消費されるキャリア数は、光の強度にほぼ比例するため、光分布強度が大きな前端面部付近の活性層において消費されるのキャリア数は、後端面付近の活性層において消費されるキャリア数よりも大きくなる。
【０１２５】
このため、注入される電流を有効に使用するためには、前端面付近における注入キャリア数を後端面付近における注入キャリア数よりも大きくする必要がある。これを目的として、図２に示すように、半導体レーザ装置１のけるリッジ部１４ａ及び２４ａは、後端面側から前端面側に向かって幅が広くなる構造としている。
【０１２６】
図６に、共振器長が１５００μｍである赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおいて、それぞれ、後端面側のリッジの幅を２．１μｍで一定とし且つ前端面側のリッジの幅を変えた場合の外部微分量子効率の変化を示している。これは、前端面側のリッジ幅が２．１μｍである場合を基準に規格化して示している。尚、窓領域（４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂ）の長さは、いずれも２０μｍとしている。
【０１２７】
図６に示すように、外部微分量子効率は、前端面側のリッジ幅を広くするに従って増大している。しかし、このような増大は次第に小さくなり、飽和して外部微分量子効率はほぼ一定の値になる。
【０１２８】
これは、後端面側のリッジ幅に対して前端面側のリッジ幅を大きくした場合、リッジの側壁において導波光が散乱される導波路損失についても増大するためである。
【０１２９】
半導体レーザ装置１の場合、赤色レーザＡのリッジ部１４ａ及び赤外レーザＢのリッジ部２４ａのいずれについても、前端面側におけるリッジ幅は３．３μｍとしている。このとき、図６に示すように、一定幅のリッジとした場合に比べ、赤色レーザＡについて５．５％、赤外レーザＢについて４．５％、効率が上昇する。
【０１３０】
尚、赤外光の波長が赤色光の波長よりも長いため、リッジ側壁における散乱損失の影響が大きい。このような原因により、赤色レーザＡに比べて赤外レーザＢの効率上昇が小さいと考えられる。
【０１３１】
また、窓領域においては、リッジ幅は一定にするのが良い。これは、窓領域は発光に寄与しない受動部であるため、注入電流の利用効率を上げるために幅を変化させることが不要であること、更に、導波路損失を小さくするにはリッジ幅は一定とするのが良いことを理由とする。
【０１３２】
図２に示すように、半導体レーザ装置１のいずれの窓領域においても、リッジ部１４ａ及び２４ａの幅を一定としている。
【０１３３】
図７には、以上に説明した共振器長、窓領域長及びリッジ幅を有する２波長レーザ（半導体レーザ装置１）の電流−光出力特性を示す。これは、パルス５０ｎｓ、デューティ４０％及び７５℃の動作を行なった場合である。
【０１３４】
図７に示すように、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢのいずれにおいても、５００ｍＡ以下の低動作電流の特性を得ている。また、３００ｍＷの高出力動作を行なった場合にも、ＣＯＤを生じていない。
【０１３５】
このように、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢが同じ共振器長を有する２波長の半導体レーザ装置１においても、窓領域の長さを設定することによってそれぞれの発光部における利得部領域の実質的な（実際に機能する部分の）長さを異なる値とすることができる。これにより、二つの発光部のいずれについても、動作しきい値電圧及び動作電流の低減を実現することができる。また、リッジ部の形状により、動作電流の更なる低減を実現することができる。
【０１３６】
尚、利得領域の長さを調節するためには、後端面側の窓領域の長さを設定するのがよい。本実施形態においても、赤外レーザＢにおける後端面側の窓領域４２ｂの長さを（赤色レーザＡにおける後端面側の窓領域４１ｂの長さに比べて）長くしている。後端面側の窓領域は発振されるレーザのＦＦＰに影響を与えないことから、このようにするのがよい。
【０１３７】
尚、以上に説明した半導体レーザ装置１において、用いている材料、膜厚、寸法等はいずれも例示するものであり、また好ましい例であるが、これらに限定するものではない。また、本実施形態では、後端面側の窓領域について長さを調節し、利得領域長を設定した。しかし、前端面側の窓領域について長さを調節するようにしても良い。
【０１３８】
また、本実施形態では赤色及び赤外の２波長半導体レーザ装置を示しているが、３波長以上で発光するレーザ装置とすることも可能である。この場合も、最も温度特性が劣る波長の発光部に基づいて共振器長を決定し、他の波長の発光部について、窓領域の長さを設定することにより利得領域の実質的な長さを設定すればよい。
【０１３９】
更に、窓領域を形成するために、本実施形態では不純物としてＺｎを用いたが、他の種類の不純物、例えばＳｉを用いることも可能である。
【０１４０】
また、電流ブロック層１５及び２５を、ｎ型ＡｌＩｎＰに代えて誘電体である材料により形成すると、電流ブロックの機能に加えて実屈折率導波機構を得る機能を果たすことができる。これにより、動作電流値及び発振しきい値電流の低減が可能となる。誘電体層とするための材料としては、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2 膜、ＴｉＯ2 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜及び水素化アモルファスＳｉ膜等が考えられ、これらの少なくとも１つを含むようにするのがよい。
【０１４１】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置１と同様の半導体レーザ装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置の製造方法を説明するための図である。
【０１４２】
まず、図８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層１６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１７（膜厚０．４μｍ）及びＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型境界層１８（０．０５ｎｍ）を下からこの順に積層する。このためには、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition）法又はＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用いて、それぞれ結晶成長を行なえばよい。また、ここでは、（１００）面から［０１１］方向に１０度傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０を用いている。
【０１４３】
尚、活性層１３は、より詳しくは、図１（ｂ）に示したような積層構造を有している。これについても、下から順に、第二ガイド層１３ｇ２、ウェル層１３ｗ３、バリア層１３ｂ２、ウェル層１３ｗ２、バリア層１３ｂ１、ウェル層１３ｗ１及び第一ガイド層１３ｇ１を形成すれば良い。また、本実施形態では歪量子井戸構造を有する活性層を用いているが、無歪の量子井戸層を用いても良いし、バルクの活性層であっても良い。また、活性層の導電型について、ｐ型及びｎ型のどちらでも良いし、アンドープであっても構わない。
【０１４４】
次に、図８（ａ）の積層体に対し、ｐ型境界膜１８上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターン１９を形成した後、これをマスクとするエッチングを行なう。これにより、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン１９の無い部分について、先の工程で積層したｎ型バッファ層１１からｐ型境界膜１８までの積層膜を除去する。この際、エッチング液としては、硫酸系又は塩酸系のものを用いることができる。
【０１４５】
この後、レジストパターン１９を除去した後、図８（ｃ）に示すように、再びＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法等を用いて、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２（膜厚２．０μｍ）、量子井戸構造を有する活性層２３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層２６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２７（膜厚０．４μｍ）を積層する。
【０１４６】
活性層２３については、図１（ｃ）に示すような積層構造を有している。やはり、下から順に、第二ガイド層２３ｇ２、ウェル層２３ｗ３、バリア層２３ｂ２、ウェル層２３ｗ２、バリア層２３ｂ１、ウェル層２３ｗ１及び第一ガイド層２３ｇ１を形成すれば良い。
【０１４７】
次に、図９（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによりレジストパターン２９を形成し、これをマスクとするエッチングにより、マスクの形成されていない部分についてｎ型バッファ層２１からｐ型コンタクト層２７までの積層構造を除去する。この後、レジストパターン２９を除去する。
【０１４８】
次に、図９（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層１７及び２７の上に、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）等を用いて厚さ０．３μｍのＺｎ膜を堆積し、更に、フォトリソグラフィ及びエッチングによりＺｎ拡散源３０としてパターニングする。
【０１４９】
この後、Ｚｎ拡散源３０からＺｎを熱拡散させることにより、Ｚｎ拡散領域３２を形成する。拡散の後、Ｚｎ拡散源３０は除去する。尚、Ｚｎ拡散領域３２は、活性層１３及び活性層２３において窓領域となる領域であり、図２の窓領域（４１ａ、４１ｂ、４２ａ及び４２ｂ）に対応して配置される。Ｚｎ拡散源３０についても、これらに対応するように配置される。
【０１５０】
次に、図９（ｃ）に示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いて、ｐ型コンタクト層１７及び２７上に厚さ０．３μｍの酸化シリコン膜を堆積させた後、更にフォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングして、ストライプマスク３１を形成する。
【０１５１】
続いて、該ストライプマスク３１をマスクとして用いるエッチングにより、ｐ型コンタクト層１７及び２７、ｐ型の保護層１６及び２６、ｐ型クラッド層１４及び２４を順次選択的にエッチングし、ヘテロ構造の積層体にメサ状のリッジ部１４ａ及び２４ａを形成する。このとき、ｐ型クラッド層１４及び２４については、リッジ部１４ａ及び２４ａ以外にもエッチング前より薄い膜として残すようにする。
【０１５２】
次に、図１０（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法等により、リッジ部１４ａ及び２４ａの側壁及びｐ型クラッド層１４及び２４の残存している部分等を覆うように、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１５及び２５を形成する。この際、ストライプマスク３１が残されていることにより、ｐ型コンタクト層１７及び２７の上には電流ブロック層１５及び２５は形成されない。
【０１５３】
この後、図１０（ｂ）に示すように、フッ酸系エッチング液を用いるエッチングにより、ストライプマスク３１を除去する。
【０１５４】
以上のようにして、本実施形態の半導体レーザ装置が製造される。但し、以上に説明した材料、形状及び寸法等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明によると、赤色及び赤外等の複数の発光部が同一の基板上に集積化された半導体レーザ装置において、それぞれの発光部の動作電流及び消費電力が低減されている。このため、光ピックアップ、情報処理装置、その他の電子装置におけるレーザ光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置１の断面を模式的に表す図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、順に、活性層１３及び２３の積層構造を示す図である。
【図２】図２は、半導体レーザ装置１の平面構成、特にリッジ部と窓領域の形状を示す図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、順に赤色レーザＡ及び赤外レーザＢに関する動作電流値の共振器長依存性を示す図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、順に赤色レーザＡ及び赤外レーザＢに関するパルス３００ｍＷ動作時における活性層温度上昇の共振器長依存性を示す計算結果である。
【図５】図５は、赤外レーザＢに関する動作電流の後端面側窓領域の長さに対する依存性を示す計算結果である。
【図６】図６は、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢに関する外部微分量子効率の前端面リッジ幅に対する依存性を示す図である。
【図７】図７は、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢに関する電流‐光出力特性を示す図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ装置１の製造工程を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ装置１の製造工程を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、半導体レーザ装置１の製造工程を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１（ａ）の半導体レーザ装置１に絶縁膜５０を追加した構成を示す図であり、図１１（ｂ）は、半導体レーザ装置１において、窓領域部分のリッジ部上に電流ブロック層を延長した構成を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の半導体レーザ装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１０                  ｎ型ＧａＡｓ基板
１１                  ｎ型バッファ層
１２                  ｎ型クラッド層
１３                  歪量子井戸構造を有する活性層
１３ｇ１              第一ガイド層
１３ｗ１〜１３ｗ３    ウェル層
１３ｂ１〜１３ｂ２    バリア層
１３ｇ２              第二ガイド層
１４                  Ｐ型クラッド層
１４ａ                リッジ部
１５                  電流ブロック層
１６                  保護層
１７                  ｐ型コンタクト層
１８                  ｐ型境界層
１９                  レジストパターン
２１                  ｎ型バッファ層
２２                  ｎ型クラッド層
２３                  活性層
２３ｇ１              第一ガイド層１３ｇ１
２３ｗ１〜１３ｗ３    ウェル層
２３ｂ１〜１３ｂ２    バリア層
２３ｇ２              第二ガイド層
２４                  ｐ型クラッド層
２６                  保護層
２７                  ｐ型コンタクト層
２９                  レジストパターン
３０                  Ｚｎ拡散源
３１                  ストライプマスク
３２                  Ｚｎ拡散領域
４１ａ                前端面側窓領域
４１ｂ                後端面側窓領域
４２ａ                前端面側窓領域
４２ｂ                後端面側窓領域
５０                  絶縁層
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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