(57)【要約】【目的】基板上に複数の発光部を有する半導体レーザについて、製造工程を簡素化し、導波路損失を低減し且つ水平及び垂直の拡がり角を同一とする。【構成】半導体レーザ装置は、同一基板１０上に赤色発光部Ａと赤外発光部Ｂとを有する。赤色発光部Ａは、ストライプ１４ａを有する第１導電型第１クラッド層１４と、第２導電型第２クラッド層１２とによりＡｌＧａＩｎＰ系活性層１３が挟まれた構造である。赤外発光部Ｂは、ストライプ２４ａを有する第１導電型第３のクラッド層２４と、第２導電型第４クラッド層２２とによりＡｌＧａＡｓ系活性層２３が挟まれた構造である。第１、第２、第３び第４クラッド層（順に１４、１２、２４及び２２）は、いずれもＡｌＧａＩｎＰ系であり、Ａｌ：Ｇａの組成比を順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４とすると、Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に、赤色発光部と赤外発光部とが設けられた半導体レーザ装置において、
前記赤色発光部は、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり且つ電流注入のための赤色側ストライプを有する第１のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第２のクラッド層とによりＩｎＧａＰ系又はＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色側活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有し、
前記赤外発光部は、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり且つ電流注入のための赤外側ストライプを有する第３のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第４のクラッド層とによりＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外側活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有し、
前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層、前記第３のクラッド層及び前記第４のクラッド層において、Ａｌ：Ｇａの組成比をそれぞれ順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４とするとき、
Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たす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、
Ｘ１≧Ｘ３及びＸ２≧Ｘ４の関係を更に満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
Ｘ１−Ｘ３≦０．１の関係を更に満たす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、
前記赤色側活性層及び前記赤外側活性層は量子井戸構造を有すると共に、
前記赤色発光部及び前記赤外発光部にそれぞれ構成された共振器の少なくとも一方の端面部において、前記赤色側活性層及び前記赤色側活性層は、不純物の導入により無秩序化された窓領域を備え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４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６】
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
前記赤色側ストライプ及び前記赤外側ストライプは、それぞれメサ状のリッジからなり、
前記リッジの側壁には、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７】
請求項６において、
前記半導体層は、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８】
請求項６において、
前記同一の半導体層に代えて、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９】
請求項８において、
前記誘電体層は、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、ＴｉＯ2 層、Ａｌ2 Ｏ3 層及び水素化アモルファスＳｉ層のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
基板上に赤色発光部と赤外発光部とが設けられた半導体レーザ装置の製造方法において、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第１のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第２のクラッド層とによりＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色側活性層が挟まれた赤色発光部のダブルへテロ構造を形成する工程（ａ）と、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第４のクラッド層とによりＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外側活性層が挟まれた赤外発光部のダブルへテロ構造を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ａ）及び（ｂ）の後に、前記赤色側活性層及び前記赤外側活性層の所定の領域に不純物を導入することにより、窓領域を形成する工程（ｃ）と、
前記工程（ａ）及び（ｂ）の後に、前記第１のクラッド層及び前記第３のクラッド層を加工することにより、それぞれ順に電流注入のための赤色側ストライプ及び赤外側ストライプを形成する工程（ｄ）とを備え、
前記第１のクラッド層、前記第２のクラッド層、前記第３のクラッド層及び前記第４のクラッド層において、Ａｌ：Ｇａの組成比をそれぞれ順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４とするとき、
Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
Ｘ１≧Ｘ３及びＸ２≧Ｘ４の関係を更に満たす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し、特に、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置及び情報処理装置などにおいて光源として用いられる赤色域及び赤外域で発光する半導体レーザに関する。
【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９に示す。図９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、前述のように２００ｍＷ以上の高出力動作を行なう場合、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は生じてしまいやすい。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。結果として、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
２波長半導体レーザ装置を光源として利用する記録再生可能な光ディスクシステムにおいては、同一の光学系を赤色光及び赤外光のような２つの波長のレーザ光について使用する。このため、光学系が有するレンズは、赤色光及び赤外光の両方について利用効率を最適にする設計である必要がある。
【００２４】
ここで、光ディスクシステムの光学系において、２波長半導体レーザ装置の遠方放射パターン（ＦＦＰ）は、レンズの光利用効率に非常に大きな影響を及ぼす。具体例として、赤色レーザ及び赤外レーザのＦＦＰが近似しているほど光学系の設計は容易であり、同一になることが理想である。よって例えば半値全幅をもってＦＦＰを示すとすると、赤色レーザの半値全幅と赤外レーザの半値全幅とを近付けることが求められる。
【００２５】
これに対し、装置製造の観点からすると、２波長半導体レーザ装置を製造する際、窓領域の形成及び電流注入のためのリッジの形成等を赤色レーザ及び赤外レーザについて同時に行なう方が良い。このようにすると、製造プロセスの工程回数を減らし、製造コストを削減することができるからである。
【００２６】
つまり、赤色レーザ及び赤外レーザ等の異なる波長をもって発光する複数の発光部について、製造のプロセスを共通化すると共にそれぞれのＦＦＰを近付けることが課題となっている。
【００２７】
また、素子の消費電力を小さくし、素子の発熱による動作電流値の増大を抑制するためには、低損失の導波路であることが必要である。
【００２８】
以上の課題に鑑みて、本発明の目的は、同一基板上に形成された２波長半導体レーザ装置について、製造のための工程数が少なく、複数の発光部におけるＦＦＰがほぼ同一となり且つ低導波路損失である２波長半導体レーザ装置と、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記の目的を達成するため、同一基板上に、赤色発光部と赤外発光部とが設けられた本発明の半導体レーザ装置において、赤色発光部は、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり且つ電流注入のための赤色側ストライプを有する第１のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第２のクラッド層とによりＩｎＧａＰ系又はＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色側活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有し、赤外発光部は、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり且つ電流注入のための赤外側ストライプを有する第３のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第４のクラッド層とによりＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外側活性層が挟まれたダブルへテロ構造を有し、第１のクラッド層、第２のクラッド層、第３のクラッド層及び第４のクラッド層において、Ａｌ：Ｇａの組成比をそれぞれ順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４とするとき、Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たす。
【００３０】
尚、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４は、いずれも０よりも大きく１よりも小さい値である。
【００３１】
本発明の半導体レーザ装置によると、Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たすことにより、以下に説明するように、導波路損失を低減することができる。
【００３２】
まず、ダブルへテロ構造の発光部において、一方のクラッド層が電流注入のためのストライプを有する場合、該一方のクラッド層は他の方のクラッド層よりも厚さが薄くなるのが一般的である。これは、電流が狭窄されて流れるストライプの側のクラッド層が厚くなると素子抵抗が増大すること、厚さの大きいストライプ形成のためにはエッチングの加工制御性を高めなければならないこと等による。
【００３３】
このため、発光部における垂直方向の光分布がストライプを有する側のクラッド層に偏った場合、光吸収損失を生じやすく、導波路損失が増大することになる。
【００３４】
そこで、Ｘ１≧Ｘ２とすることにより、ストライプを有する第１のクラッド層の屈折率が第２のクラッド層の屈折率を超えないようにすると、赤色発光部における光分布は第２のクラッド層に偏り、導波路損失を軽減することができる。
【００３５】
また、同様に、Ｘ３≧Ｘ４とすることにより、赤外発光部においても光分布が第４のクラッド層に偏るため、導波路損失を軽減することができる。
【００３６】
尚、それぞれＸ１＞Ｘ２、Ｘ３＞Ｘ４とすることにより、より効果が顕著になるため好ましい。
【００３７】
また、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料とは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＰがいずれも０より大きい組成で含まれた材料を意味する。同様に、ＩｎＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系の材料とは、いずれも、それぞれの元素が０より大きい組成で含まれている材料を意味する。
【００３８】
尚、Ｘ１≧Ｘ３及びＸ２≧Ｘ４の関係を更に満たすことが好ましい。
【００３９】
このようにすると、赤色レーザを発振する赤色発光部と、赤外レーザを発振する赤外発光部とについて、それぞれのＦＦＰにおける半値全幅の値の差を低減することができる。この理由は以下に説明する。
【００４０】
仮に、第１〜第４のクラッド層が同じ組成のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなっていた場合を考えると、赤色発光部における赤色レーザに対するクラッド層と活性層との屈折率の差は、赤外発光部における赤外レーザに対するクラッド層と活性層との屈折率の差よりも小さくなっている。これは、赤色レーザ及び赤外レーザの波長の違いと、赤色側活性層及び赤外側活性層の材料の違いに起因する。尚、クラッド層の屈折率は活性層の屈折率よりも大きい。このことから、赤外レーザの垂直広がり角は、赤色レーザの垂直広がり角よりも大きくなる。
【００４１】
ここで、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の屈折率は、一般に、Ｇａに対するＡｌの組成が大きいほど小さくなる。このため、第１〜第４のクラッド層におけるＡｌＧａＩｎＰ系材料のＡｌ組成を調整し、Ｘ１≧Ｘ３となるようにすることにより、第１のクラッド層の屈折率が第３のクラッド層の屈折率を超えないようにすることができる。同様に、Ｘ２≧Ｘ４とすることにより、第２のクラッド層の屈折率が第４のクラッド層の屈折率を超えないようにすることができる。
【００４２】
このようにすると、赤外発光部におけるクラッド層と活性層との屈折率の差を小さくして、赤色発光部におけるクラッド層と活性層との屈折率の差に近付けることができる。
【００４３】
この結果、赤外レーザの垂直広がり角と、赤色レーザの垂直広がり角とを近付けることができ、それぞれのＦＦＰにおける半値全幅の値の差を低減することができる。
【００４４】
尚、それぞれＸ１＞Ｘ３、Ｘ２＞Ｘ４とすると、効果がより顕著になるため好ましい。
【００４５】
また、Ｘ１−Ｘ３≦０．１の関係を更に満たすことが好ましい。このようになっていると、半導体レーザ装置の製造工程を簡略化することができる。この理由は以下に説明する。
【００４６】
まず、前記の関係（Ｘ１−Ｘ３≦０．１）を満たす場合、第１のクラッド層と第３のクラッド層とにおいて、Ａｌの組成が比較的近い値を有することになる。この結果、第１のクラッド層と第３のクラッド層とは、エッチング等の処理に対して同程度に反応する。このことから、第１のクラッド層及び第３のクラッド層について、同一の処理時間をもって同等の加工を行なうことができる。つまり、例えば赤色側ストライプ及び赤外側ストライプを一度の工程で同時に形成することにより、オーバーエッチングを避け、その結果としてリッジ幅及びリッジ高さのバラツキを抑制することができる。
【００４７】
更に、不純物の導入を行なって共振器の端面近傍等に窓領域を形成する場合、不純物を拡散するクラッド層のＡｌ組成が不純物の拡散速度に影響する。そのため、第１のクラッド層と第３のクラッド層とにおいて、Ａｌ組成が近い値を有している（Ｘ１−Ｘ３≦０．１である）ことにより、それぞれのクラッド層における不純物の拡散速度もほぼ同一になる。結果として、必要な深さまで不純物を拡散させるために必要な時間が赤色発光部及び赤外発光部において同程度となり、一度の工程によって赤色発光部及び赤外発光部の両方に窓領域を形成することができる。
【００４８】
以上のように、前記の関係を満たすことにより、半導体レーザ装置を製造するための工程数を削減することができる。
【００４９】
また、赤色側活性層及び赤外側活性層は量子井戸構造を有すると共に、赤色発光部及び赤外発光部にそれぞれ構成された共振器の少なくとも一方の端面部において、赤色側活性層及び赤色側活性層は、不純物の導入により無秩序化された窓領域を備えている。
【００５０】
窓領域の部分は発振されるレーザに対して透明であり、レーザ光の吸収が抑制されている。このため、窓領域を有することによりＣＯＤレベルが向上し、高出力特性を実現することができる。
【００５１】
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。このような不純物を用いると、量子井戸活性層の無秩序化を再現性良く行なうことができ、窓領域を確実に形成することができる。この結果、所望のＦＦＰの半値全幅を有するレーザに対し、ＣＯＤの発生を防ぎながら高出力である半導体レーザ装置を得ることができる。
【００５２】
また、赤色側ストライプ及び赤外側ストライプは、それぞれメサ状のリッジからなり、リッジの側壁には、同一の半導体層が形成されていることが好ましい。
【００５３】
このようにすると、赤色発光部及び赤外発光部におけるメサ状リッジの側壁に対して同時に光閉じ込め層を形成することが可能であるから、結晶成長を行なう回数が削減され、半導体レーザ装置製造のプロセスが簡略化される。
【００５４】
また、半導体層は、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層であることが好ましい。
【００５５】
これにより、赤色発光部及び赤外発光部のいずれにおいても実屈折率導波機構の半導体レーザが実現され、動作電流値及び発振しきい電流値を低減することができる。また、ストライプから電流を注入することが確実に可能となる。
【００５６】
また、前記同一の半導体層に代えて、同一の誘電体層が形成されていることが好ましい。このことによっても、赤色発光部及び赤外発光部のいずれにおいても実屈折率導波機構を実現することができ、半導体レーザ装置の動作電流値及び発振しきい電流値の低減を行なうことができる。
【００５７】
また、誘電体層は、ＳｉＮ層、ＳｉＯ2 層、ＴｉＯ2 層、Ａｌ2 Ｏ3 層及び水素化アモルファスＳｉ層のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。また、これらの層のうち幾つかが積層された構造を含んでいても良い。
【００５８】
具体的な誘電体層としてこのような構成の層を用いると、実屈折率導波機構を確実に実現することができる。
【００５９】
次に、前記の目的を達成するため、基板上に赤色発光部と赤外発光部とが設けられた本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第１のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第２のクラッド層とによりＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤色側活性層が挟まれた赤色発光部のダブルへテロ構造を形成する工程（ａ）と、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第３のクラッド層と、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第４のクラッド層とによりＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる赤外側活性層が挟まれた赤外発光部のダブルへテロ構造を形成する工程（ｂ）と、工程（ａ）及び（ｂ）の後に、赤色側活性層及び赤外側活性層の所定の領域に不純物を導入することにより、窓領域を形成する工程（ｃ）と、工程（ａ）及び（ｂ）の後に、第１のクラッド層及び第３のクラッド層を加工することにより、それぞれ順に電流注入のための赤色側ストライプ及び赤外側ストライプを形成する工程（ｄ）とを備え、第１のクラッド層、第２のクラッド層、第３のクラッド層及び第４のクラッド層において、Ａｌ：Ｇａの組成比をそれぞれ順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４とするとき、Ｘ１≧Ｘ２及びＸ３≧Ｘ４の関係を満たす。
【００６０】
尚、Ｘ１≧Ｘ３及びＸ２≧Ｘ４の関係を更に満たすことが好ましい。
【００６１】
このようにすると、本発明に係る半導体レーザ装置を製造することができる。
【００６２】
ここで、赤色型ストライプ及び赤外側ストライプを同一の工程において形成することができると共に、赤色発光部及び赤外発光部におけるそれぞれの窓領域を同一の工程において形成することができる。これと共に、第１〜第４のクラッド層におけるＡｌの組成が前記の関係を満たすことにより、装置について既に説明したとおり、赤色レーザ及び赤外レーザのＦＦＰにおける半値全幅値の差を低減することができる。更に、赤色発光部及び赤外発光部のいずれにおいても、導波路損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００６３】
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し、それぞれのＦＦＰにおける半値全幅値の差を水平方向及び垂直方向共に低減することができる。これと共に、２つの発光部における窓領域及びストライプをそれぞれ同一の工程において形成することができ、製造工程を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
半導体レーザ装置１において、ｎ型ＧａＡｓからなり且つ（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。
【００６７】
赤色レーザＡは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（ＡｌX2Ｇａ1-X2）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（ＡｌX1Ｇａ1-X1）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）が下からこの順に積層された構造を有する。
【００６８】
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における底部の幅をＷａと記している。
【００６９】
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。
【００７０】
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、ＧａＩｎＰからなる３層のウェル層１３ｗ１、１３ｗ２及び１３ｗ３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２０ｎｍ）及び（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第二ガイド層１３ｇ２（膜厚２０ｎｍ）とが積層された構造を有している。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
ここで、赤色レーザＡにおいて、リッジ部１４ａの底部における幅Ｗａは、高次横モード発振を抑制するために、３．７μｍ以下にする必要がある。しかし、幅Ｗａを狭くすると、リッジ部１４ａ上面の幅についてもメサ形状に応じて狭くなる。リッジ部１４ａ上面の幅が狭くなりすぎると微分抵抗Ｒｓが大きくなり、高周波電流の重畳性及び光出力の高速変調特性を損なうと共に、動作電流が高まり発熱の原因となる。このため、リッジ部１４ａの幅Ｗａは、１μｍ以上とするのがよい。尚、一般に、８倍速以上の高速ＤＶＤシステムの光源としては、Ｒｓの値は５Ω以下であることが求められる。
【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（ＡｌX4Ｇａ1-X4）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（ＡｌX3Ｇａ1-X3）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の底部における幅をＷｂとして記している。
【００７９】
また、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と、これらの計５層を上下から挟むＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓかななる第一ガイド層２３ｇ１（膜厚２０ｎｍ）及びＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓかななる第二ガイド層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型電流ブロック層２５によりリッジ部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】
ここで、赤外レーザＢにおいて、リッジ部２４ａの底部における幅Ｗｂは、高次横モード発振を抑制するために、４．０μｍ以下にする必要がある。しかし、幅Ｗｂを狭くすると、赤色レーザＡの場合と同様、微分抵抗Ｒｓが大きくなって高周波電流の重畳性及び光出力の高速変調特性を損なうと共に、動作電流が高まり発熱の原因となる。このため、Ｗｂについては１μｍ以上であるのがよい。８倍速以上の高速ＤＶＤシステムの光源としては、Ｒｓの値は５Ω以下であることが求められることも、赤色レーザＡと同様である。
【００８６】
また、例えば８０℃の高温動作時における漏れ電流を小さくするため、３００ｍＷ以上の高出力レーザでは、共振器長を１５００μｍ以上として動作電流密度を低減している。本実施形態の場合、共振器長は１７５０μｍである。
【００８７】
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。
【００８８】
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におけるリッジ部１４ａ及び赤外レーザＢにおけるリッジ部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。また、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。
【００８９】
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、共振器の両端面部に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４０が形成されている。
【００９０】
窓領域４０におけるバンドギャップエネルギーは利得部に比べて大きく、窓領域４０はレーザ発振光に対して透明になっている。この結果、発熱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レーザ動作時にも、窓領域４０は発振されるレーザに対して透明な状態を維持することができる。
【００９１】
このため、窓領域４０のように端面部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。
【００９２】
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、いずれも２０μｍ程度の長さの窓領域４０としている。
【００９３】
ここで、半導体レーザ装置を、例えば８倍速を超える高倍速の光ディスクシステムに用いる場合を考える。このようなレーザ装置では、レーザ端面から出射されたレーザ光がレンズに取り込まれる効率を向上することが要求されている。このように光の利用効率を向上するためには、発光部の活性層に垂直な方向についてのＦＦＰの半値全幅（垂直広がり角）が狭い方が良い。
【００９４】
しかし、垂直広がり角があまりに狭くなると、導波路を伝播する光分布（近視野パターン：ＮＦＰ）については逆に大きく広げることが必要になる。ＮＦＰが大きく広がると、レンズにより集光されたレーザ光のスポットサイズは、ＦＦＰが狭くなっているのとは逆に大きくなってしまう。スポットサイズが大きくなると、隣接するトラックの情報を読み込んでしまう可能性が高まる。つまり、ＦＦＰパターンを狭くし過ぎることも実用上好ましくない。
【００９５】
以上から、レンズに取り込まれる光の利用効率を向上すると共に光ディスクの盤面上に集光されるレーザ光のスポットサイズを小さくするためには、垂直方向のＦＦＰパターンについて、適切な範囲がある。具体的には、垂直方向の広がり角（半値全幅による値）は、１５°以上で且つ１９°以下であることが望まれる。本実施形態の半導体レーザ装置がこれを満たすことは、後に述べる。
【００９６】
次に、以上のような構成を有する本実施形態の半導体レーザ装置について、各クラッド層におけるＡｌの組成について説明する。各クラッドとは、具体的には、赤色レーザＡにおけるｎ型（ＡｌX2Ｇａ1-X2）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２及びｐ型（ＡｌX1Ｇａ1-X1）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４と、赤外レーザＢにおけるｎ型（ＡｌX4Ｇａ1-X4）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２及びｐ型（ＡｌX4Ｇａ1-X4）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４である。
【００９７】
尚、それぞれのクラッド層１４、１２、２４及び２２において、ＡｌとＧａとの組成の比が、順にＸ１：１−Ｘ１、Ｘ２：１−Ｘ２、Ｘ３：１−Ｘ３及びＸ４：１−Ｘ４として表されている。
【００９８】
本実施形態において、各クラッド層におけるＡｌの組成を示すパラメータであるＸ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４の関係を設定することにより、少なくとも次の３つのことが達成される。（１）まず、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおいて、導波路損失が軽減される。（２）また、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおけるＦＦＰの半値全幅の値が近づき、ほぼ一致する。（３）更に、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける窓領域の形成及びリッジ部（１４ａ及び２４ａ）を、それぞれ一度の工程で同時に行なうことが可能となる。また、これらのことは、半導体レーザ装置の温度特性向上に加えて実現される。
【００９９】
まず、赤色レーザＡにおける導波路損失に関して説明する。
【０１００】
一般に、（ＡｌＧａ）0.51Ｉｎ0.49Ｐについて、Ａｌの組成が大きいほど屈折率は小さくなることが知られている。
【０１０１】
このため、仮に、ｎ型クラッド層１２についてＡｌの組成を示すパラメータであるＸ２が、ｐ型クラッド層１４についての同様のパラメータであるＸ１よりも大きくなると、ｎ型クラッド層１２の屈折率はｐ型クラッド層１４の屈折率よりも小さくなる。この結果、赤色レーザＡにおける活性層１３に垂直な方向の光分布は、リッジ部１４ａを有するｐ型クラッド層１４の側に偏った形状となる。
【０１０２】
このとき、リッジ部１４ａの高さは１．４μｍであり、ｎ型クラッド層１２の膜厚２．０μｍよりも小さい。このため、リッジ部１４ａ側において光分布の裾野がリッジ部１４ａ上に設けられている保護層１６（膜厚５０ｎｍ）にまで分布することになり、光吸収損失が生じ易い。このようになると、導波路損失が増大し、ひいては動作電流値が増大するため、素子の温度特性が劣化してしまう。
【０１０３】
これを防ぐためには、Ｘ２がＸ１を超えないように設定することにより、ｎ型クラッド層１２の屈折率がｐ型クラッド層１４の屈折率よりも小さくなるのを防げばよい。このようにすると、垂直方向の光分布はｎ型クラッド層１２側にやや偏った形状となる。ｎ型クラッド層１２の膜厚は２．０μｍであり、リッジ部１４ａの高さ１．４μｍ及びリッジ部１４ａ以外の部分のｐ型クラッド層１４の厚さ０．２μｍと比べて厚いため、光分布の裾野がｎ型クラッド層１２の下のｎ型バッファ層１１に掛かる程度は小さい。このため、導波路損失は軽減されることになる。更に、ｐ型半導体とｎ型半導体とを比較すると、自由電子吸収損失は一般的にｐ型半導体において大きくなる。この点からも、ｎ型クラッド層１２の側に光分布を偏らせることにより、導波路を伝播する光分布が受ける光吸収損失を低減することができる。
【０１０４】
以上のように、Ｘ１≧Ｘ２とすることにより、赤色レーザＡにおける導波路損失を低減することができる。更に、この点からは、Ｘ１＞Ｘ２とするのがより好ましい。
【０１０５】
尚、リッジ部１４ａの高さをｎ型クラッド層１２の膜厚よりも小さくしている理由は、電流が狭窄されるリッジ部１４ａを厚くし過ぎると素子抵抗が増大するためである。また、高いリッジ部１４ａを形成するためにはエッチング加工の深さ制御性を高めることが必要になるからでもある。
【０１０６】
赤外レーザＢにおいても、同様にして導波路損失を低減することができる。つまり、ｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成を示すパラメータであるＸ３が、ｎ型クラッド層２２における同様のパラメータＸ４を超えないようにすることにより、ｐ型クラッド層２４の屈折率はｎ型クラッド層２２の屈折率よりも小さいようになっている。言い換えると、Ｘ３≧Ｘ４となっている。更には、この点からは、Ｘ３＞Ｘ４とするのが良い。
【０１０７】
この結果、赤外レーザＢにおける活性層２３に垂直な方向の光分布はｎ型クラッド層２２の側に偏り、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４の膜厚の違いから、導波路損失が抑制されている。
【０１０８】
このようにして導波路損失を低減することにより、動作電流値についても低減することができ、結果として半導体レーザ装置の温度特性を向上することができる。
【０１０９】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置は、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢ共に、導波路損失が小さく、電流−光出力特性においてスロープ効率の高い、温度特性に優れたものとなっている。
【０１１０】
一例として、本実施形態では、Ｘ１＝０．７、Ｘ２＝０．６９、Ｘ３＝０．７及びＸ４＝０．６７としている。これらの数値の設定については、後にも説明する。尚、このように設定することにより、赤色レーザＡにおける垂直広がり角は１６．８°となり、高速光ディスク装置において好適な値となっている。
【０１１１】
次に、赤色レーザＡと赤外レーザＢとの関係について説明する。
【０１１２】
赤色レーザＡの活性層１３におけるウェル層１３ｗ１、１３ｗ２及び１３ｗ３はＧａＩｎＰからなると共に、赤外レーザＢの活性層２３におけるウェル層２３ｗ１、２３ｗ２及び２３ｗ３はＧａＡｓからなる。
【０１１３】
ここで、ＩｎＧａＰのバンドギャップは、ＧａＡｓのバンドギャップよりも大きい。このため、赤色レーザＡにおけるクラッド層（ＡｌＧａＩｎＰ系材料）とウェル層（ＧａＩｎＰ）とのバンドギャップの差よりも、赤外レーザＢにおけるクラッド層（ＡｌＧａＩｎＰ系材料）とウェル層（ＧａＡｓ）とのバンドギャップの差の方が大きい。
【０１１４】
このことから、ウェル層における伝導帯の量子準位のエネルギーと、ｐ型クラッド層の伝導帯のエネルギーとの差（バンドオフセットと呼ばれ、ΔＥｃと表される）を考えると、赤外レーザＢの方が赤色レーザＡよりも大きい。従って、活性層に注入されたキャリアが熱的に励起されてｐ型クラッド層に漏れる現象であるキャリアオーバーフローの影響は、赤外レーザＢの方が赤色レーザＡよりも小さくなっている。
【０１１５】
これは、次のことを意味する。つまり、赤外レーザＢは、赤色レーザＡに比べて動作電流値及び発振しきい電流の温度依存性が小さく、その結果、赤色レーザＡよりも温度特性に優れた半導体レーザとなっていることを意味する。
【０１１６】
このことから、温度特性に関しては赤色レーザＡを優先して設計すればよい。つまり、赤色レーザＡにおいて、活性層１３とｐ型クラッド層１４との伝導帯バンドオフセットを最大にして温度特性を良好にするように、ｐ型クラッド層１４の材料であるＡｌＧａＩｎＰ系材料のＡｌ組成を設定する。具体的には、ｐ型クラッド層１４のＡｌ組成についてのパラメータＸ１を０．７とする。
【０１１７】
ここで、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける窓領域の形成及びリッジ部（１４ａ及び２４ａ）を、それぞれ一度の工程で同時に行なうためには、それぞれのクラッド層におけるＡｌ組成が近い値を有していることが望ましい。これは、２つのクラッド層におけるＡｌの組成が近いほど、各プロセスの速度、例えばエッチングレート及び不純物拡散の速度が近くなり、同時に行なうことが容易になるためである。このようなプロセスを同時に行なうことが可能であれば、製造プロセスが簡素化し、製造コストの低減が実現する。
【０１１８】
尚、窓領域は、活性層１３及び２３に対して不純物を拡散することにより無秩序化し、本来の活性層におけるバンドギャップエネルギーよりもバンドギャップが大きい領域とすることにより形成する。このとき、不純物の拡散は、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢ共に、ｐ型クラッド層１４又は２４の側から行なわれる。また、不純物の拡散は、Ａｌ組成が大きいほど速度が高くなるため、この観点からはｐ型クラッド層１４及び２４におけるＡｌ組成が高い方が良い。
【０１１９】
また、半導体レーザ装置をジャンクションダウンで実装する、つまり、装置内のｐｎ接合側をヒートシンクに接近させて実装する場合、装置に実装歪みが生じるのを避けるためには、赤色レーザＡのリッジ部１４ａと赤外レーザＢのリッジ部２４ａは同じ高さであるのがよい。このためには、リッジ部１４ａ及びリッジ部２４ａを形成するためのエッチングがドライエッチング及びウェットエッチング等のいずれであってもエッチングレートが同じであることが好ましい。このようになっていると、同じ時間の処理により、同じ高さを有するリッジ部１４ａ及び２４ａを形成することができるためである。
【０１２０】
これを実現するためには、ｐ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成を表すパラメータであるＸ１及びＸ３ができるだけ同一に近いことが望ましい。より具体的には、Ｘ１とＸ３との差の絶対値が０．１以下であることが望ましい。
【０１２１】
しかし、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおいてＦＦＰの半値全幅を一致させるという観点からは、Ｘ３がＸ１よりも少し小さいことが望ましい。これを以下に述べる。
【０１２２】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料、例えば（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐの屈折率は、波長６６０ｎｍ（赤色域）において３．２４、波長７８０ｎｍ（赤外域）において３．１３であり、赤外域における屈折率の方が小さい。
【０１２３】
また、赤色レーザＡの活性層１３におけるウェル材料ＩｎＧａＰの波長６６０ｎｍにおける屈折率は３．４５、赤外レーザＢの活性層２３におけるウェル材料ＧａＡｓの波長７８０ｎｍにおける屈折率は３．６３である。
【０１２４】
このため、仮に、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおいてクラッド層の材料として同じ組成の（ＡｌＧａ）Ｉｎを用いた場合、活性層とクラッド層との屈折率の差は、単純な比較では、赤外レーザＢの方が大きくなる。
【０１２５】
この結果、同じ組成の（ＡｌＧａ）Ｉｎを用いて各クラッド層を形成した場合、赤外レーザＢにおける垂直広がり角が赤色レーザＡにおける垂直広がり角よりも大きくなってしまう。
【０１２６】
このため、Ｘ３がＸ１よりも小さい値であることが好ましく、特に、Ｘ３がＸ１よりも大きくなることは避けるべきである。つまり、Ｘ１≧Ｘ３であるのがよい。更に、この点からは、Ｘ１＞Ｘ３であるのが好ましい。尚、このことから、リッジ形成等に関して先に述べたＸ１とＸ３との差の絶対値が０．１以下であることが好ましいとは、Ｘ１−Ｘ３≦０．１の成立することが好ましいという意味になる。
【０１２７】
本実施形態において、先に述べたように、赤色レーザＡの温度特性を良好に保つためにＸ１を０．７としている。そこで、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢに関してＦＦＰにおける半値全幅値の差を低減することと、リッジ部及び窓領域の形成をそれぞれ同時に行なうこととを共に達成するため、赤外レーザＢのｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成のパラメータＸ３はＸ１と同等の０．７としている。
【０１２８】
次に、赤外レーザＢのｎ型クラッド層２２におけるＡｌ組成に関して表すパラメータＸ４について考える。図３には、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける垂直広がり角について示している。これは、室温連続発振で且つ５ｍＷ動作時の結果である。
【０１２９】
より具体的には、赤色レーザＡのｐ型クラッド層１４におけるパラメータＸ１を０．７として、ｎ型（ＡｌX2Ｇａ1-X2）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２のＡｌ組成のパラメータＸ２をＯ．６４から０．７まで変化させた場合について、赤色レーザＡにおける垂直広がり角の測定結果を示している（黒丸によるプロット）。
【０１３０】
更に、図３には、ｎ型（ＡｌX4Ｇａ1-X4）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２のＡｌ組成のパラメータＸ４をＯ．６４から０．７まで変化させた場合について、赤外レーザＢにおける垂直広がり角の測定結果を示している。こちらについては、ｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成のパラメータＸ３を０．６８、０．６９及び０．７０の三種類に変化させて測定した結果が示されている（白抜きの丸によるプロット）。
【０１３１】
図３に示されているように、Ｘ２とＸ４とが同じであるとき、赤外レーザＢの方が垂直広がり角は大きくなる。これは、先に説明したように、同じ組成のＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いてクラッド層を形成した場合、クラッド層と活性層との屈折率の差は赤外レーザＢの方が大きくなるためである。
【０１３２】
このため、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける垂直広がり角の違いを低減し、できるだけ一致させるためには、屈折率の差を小さくするために、Ｘ４がＸ２を超えないようにすることが必要になる。つまり、Ｘ２≧Ｘ４の関係を満たすことが求められる。更には、Ｘ４がＸ２よりも小さい、つまりＸ２＞Ｘ４の関係を満たすようにするのがよい。
【０１３３】
先に述べたように、本実施形態において、Ｘ１＝０．７で且つＸ２＝０．６９としており、赤色レーザＡにおける垂直広がり角は１６．８となっている。赤外レーザＢにおける垂直広がり角を該１６．８°と同等にするためには、Ｘ３については既に０．７と設定されているから、Ｘ４をこれより０．０３小さい０．６７とすればよい。これにより、赤外レーザＢにおける垂直広がり角は１７°程度となる。
【０１３４】
尚、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける水平方向の広がり角については、５ｍＷ動作の場合、ＦＦＰにおける半値全幅の値として、順に９．０°及び９．２°とほぼ同一の値となっている。これは、リッジ部の下端から活性層の上面までの距離ｄｐの大きさを設定することにより達成される。
【０１３５】
図４（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態の半導体レーザ装置における室温連続動作の場合による水平広がり角及び垂直広がり角を示す。赤色レーザＡについて黒丸、赤外レーザＢについて白抜きの丸によって示している。
【０１３６】
ここから、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢ共に、低出力動作時から４００ｍＷの高出力動作時まで、ほぼ一定のＦＦＰにおける半値全幅の値を維持し且つ基本横モード発振していることが判る。また、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢの垂直広がり角が常にほぼ一致していることも示されている。
【０１３７】
このようなＦＦＰ特性を有する２波長半導体レーザ装置を、記録再生可能で且つ高倍速の光ディスクシステムにおける光源として用いた場合、光ピックアップの光学設計が非常に容易になる。
【０１３８】
また、図５には、本実施形態の半導体レーザ装置における室温連続動作の場合の電流−光出力依存性を示す。図５から、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢ共に、４００ｍＷ以上の高出力動作においてもＣＯＤを生じていないことが判る。これは、窓領域を設けていることの効果である。
【０１３９】
尚、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。
【０１４０】
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６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（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。
【０１４１】
まず、図６（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（Ａｌ0.69 Ｇａ0.31 ）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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
次に、図６（ａ）の積層体に対し、ｐ型境界層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６（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型境界層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。
【０１４４】
この後、レジストパターン１９を除去した後、図６（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（Ａｌ0.67Ｇａ0.33）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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
次に、図７（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。
【０１４７】
次に、図７（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。
【０１４８】
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（図２における窓領域４０）となる領域であり、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおける共振器の少なくとも一方の端面近傍に配置される。Ｚｎの拡散によりそれぞれの活性層が無秩序化され、窓領域が形成される。
【０１４９】
ここで、ｐ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層２４は、共に（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなり、Ａｌ組成が等しい。そのため、Ｚｎの拡散速度が等しく、赤色レーザＡ及び赤外レーザＢにおいてＺｎの拡散を同じ時間で終えることができる。
【０１５０】
次に、図７（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】
ここで、ｐ型クラッド層１４及びｐ型クラッド層２４におけるＡｌ組成が等しいことから、エッチングレートも等しく、エッチングを同じ時間で終えることができる。
【０１５３】
次に、図８（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。
【０１５４】
この後、図８（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。
【０１５５】
尚、ｎ型の電流ブロック層１５及び２５を誘電体層からなるものとする場合には、図７（ｃ）のようにリッジ部１４ａ及び２４ａを形成した後、電流ブロック層１５及び２５を形成することなくストライプマスク３１を除去する。この後、全面に誘電体層を形成し、フォトリソグラフィによりリッジ部１４ａ及び２４ａ上のｐ型コンタクト層１７及び２７上方のみを開口するようにレジストをパターニングする。更に、該レジストをマスクとして利用し、フッ酸系の薬液によりエッチングして、ｐ型コンタクト層１７及び２７上の誘電体層を除去する。
【０１５６】
尚、誘電体膜としては、クラッド層との屈折率差を得るため、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 及び水素化アモルファスＳｉの少なくとも１つを含むことが好ましい。これらの材料からなる膜の積層体であっても良い。
【０１５７】
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。例えば、（ＡｌＧａ）とＩｎとの比を０．５１：０．４９以外にしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明の半導体レーザ装置は、複数の発光部におけるＦＦＰが一致すると共により安価に製造することができ、赤色レーザ及び赤外レーザに同一の光学系を利用する光ディスクシステムにおける２波長半導体レーザ素子としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態における半導体レーザの断面構造を模式的に示す図であり、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、本発明の一実施形態における半導体レーザ装置の平面構成、特にリッジ部と窓領域の形状を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における赤色レーザＡ及び赤外レーザＢついて、ｎ型クラッド層のＡｌ組成に対する垂直広がり角の依存性を示す図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における赤色レーザＡと赤外レーザＢとについて、順に、水平広がり角及び垂直広がり角の光出力に対する依存性を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態における赤色レーザＡと赤外レーザＢに関する電流‐光出力特性を示す図である。
【図６】図６（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７】図７（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は、従来の半導体レーザ装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１６０】
１０                            ｎ型ＧａＡｓ基板
１１                            ｎ型バッファ層
１２                            ｎ型クラッド層
１３                            活性層
１３ｂ１、１３ｂ２              バリア層
１３ｇ１                        第一ガイド層
１３ｇ２                        第二ガイド層
１３ｗ１、１３ｗ２、１３ｗ３    ウェル層
１４                            ｐ型クラッド層
１４ａ                          リッジ部
１５                            電流ブロック層
１６                            ｐ型保護層
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
２３ｂ１、２３ｂ２              バリア層
２３ｇ１                        第一ガイド層
２３ｇ２                        第二ガイド層
２３ｗ１、２３ｗ２、２３ｗ３    ウェル層
２４                            ｐ型クラッド層
２４ａ                          リッジ部
２５                            ｎ型電流ブロック層
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
４０                            窓領域
【図１】
2008047639.tif 000003
【図２】
2008047639.tif 000004
【図３】
2008047639.tif 000005
【図４】
2008047639.tif 000006
【図５】
2008047639.tif 000007
【図６】
2008047639.tif 000008
【図７】
2008047639.tif 000009
【図８】
2008047639.tif 000010
【図９】
2008047639.tif 000011