(57)【要約】【課題】高出力で動作を行う場合でも、ＣＯＤが引き起こされることなく、出力光のＦＦＰが良好な単峰性を示し、安定した動作が可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、ｎ型基板１０の上に下から順に形成された第１のｎ型クラッド層１３、歪量子井戸活性層１２、第１のｐ型クラッド層１１と、第１のｐ型クラッド層１１の上部に設けられたリッジの側方部分の上面およびリッジの側面上に形成された第１の電流ブロック層１と、レーザ光が出力される光出力端面の近傍において、第１の電流ブロック層１上に形成された第１の光吸収性電流ブロック層３とを備えている。光出力端面の近傍では、歪量子井戸活性層１２に不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域４ａが設けられている。なお、窓領域４ａでは、第１の電流ブロック層１はリッジの上面上にも形成されている。【選択図】図１
2008021913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に設けられ、上部に凸状の第１のリッジが形成された第２導電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層のうち前記第１のリッジの側方部分の上面および前記第１のリッジの側面上に形成された第１の電流ブロック層と、第１のレーザ光が出力される光出力端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第１の長さの範囲にある第１の領域において、前記第１の電流ブロック層上に形成された第２の電流ブロック層とを有する第１のレーザ素子とを備えており、
前記第１の活性層のうち、前記光出力端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第２の長さの範囲にある第２の領域においては、不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域が形成されており、
前記第２の領域において、前記第１の電流ブロック層は前記第１のリッジの上面上にも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２】
前記窓領域における前記第１の活性層のエネルギーギャップが、前記第１のレーザ光のエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第２の電流ブロック層は前記第１のレーザ光を吸収することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第２の電流ブロック層のエネルギーギャップが、前記第１のレーザ光のエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の電流ブロック層は、ＳｉＮX、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかの誘電体もしくは、ＡｌＩｎＰを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第２の電流ブロック層は、少なくともアモルファスシリコン、ＧａＡｓのいずれかの材料あるいは自然加硫シリコン系カーボンブラック吸収材料を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の長さをＡ、前記第２の長さをＢとすると、Ａ＜Ｂであることを特徴とする請求項１〜６に記載のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１のレーザ素子が、前記光出力端面に対向する端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第３の長さの範囲にある第３の領域において、前記第１の電流ブロック層上に形成された第３の電流ブロック層をさらに有しており、
前記第１の活性層のうち、前記光出力端面に対向する端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第４の長さの範囲にある第４の領域においても、不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域が形成されており、
前記第４の領域において、前記第１の電流ブロック層は前記第１のリッジの上面上にも形成されていることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第１のレーザ素子において、前記第２の長さと前記第４の長さが互いに異なることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記基板上に前記第１のレーザ素子と所定の間隔をおいて形成された第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に設けられ、上部に凸状の第２のリッジが形成された第２導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層のうち前記第２のリッジの側方部分の上面および前記第２のリッジの側面上に形成された第４の電流ブロック層と、第２のレーザ光が出力される光出力端面から前記第２のリッジの長手方向の距離が第５の長さの範囲にある前記第５の領域において、前記第４の電流ブロック層上に形成された第５の電流ブロック層とを有する第２のレーザ素子をさらに備えており、
前記第２の活性層のうち、前記光出力端面から前記第２のリッジの長手方向の距離が第６の長さの範囲にある前記第６の領域においては、不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域が形成されており、
前記第６の領域において、前記第４の電流ブロック層は前記第２のリッジの上面上にも形成されており、
前記基板上に前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子とがモノリシックに集積化されていることを特徴とする請求項１〜９に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記第１のレーザ素子が出力する前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ素子が出力する前記第２のレーザ光が、それぞれ赤色波長のレーザ光および赤外波長のレーザ光であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記窓領域における前記第２の活性層のエネルギーギャップが、前記第２のレーザ光のエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１０または１１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記第５の電流ブロック層は前記第２のレーザ光を吸収することを特徴とする請求項１０〜１２のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記第５の電流ブロック層のエネルギーギャップが、前記第２のレーザ光のエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第４の電流ブロック層は、ＳｉＮX、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかの誘電体もしくは、ＡｌＩｎＰを含んでいることを特徴とする請求項１０〜１４のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記第５の電流ブロック層は、少なくともアモルファスシリコン、ＧａＡｓのいずれかの材料あるいは自然加硫シリコン系カーボンブラック吸収材料を含んでいることを特徴とする請求項１０〜１５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用の光源や、電子装置、情報処理装置などの光源として用いられる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源として、ＡｌＧａＡｓ系混晶を用いた赤外波長のレーザ光を出力する半導体レーザ装置や、ＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた赤色波長のレーザ光を出力する半導体レーザ装置が実用化されている。いずれの半導体レーザ装置も書き換え型の光ディスクにおいては３０ｍＷ以上の光出力が必要であり、今後、半導体レーザ装置の高速化や小型化を実現するためには、５０ｍＷから２００ｍＷ程度の更に高い光出力が要求される。しかし、半導体レーザ装置の高出力化を行う際には、レーザ共振器における出力光の端面部（以下、出力端面とする）における結晶破壊による半導体レーザの特性劣化という問題が生じ、特にＡｌＧａＩｎＰ系混晶を用いた半導体レーザ装置においては切実な問題となっている。そこで、高出力化を実現する手段としては、出力端面にレーザ光に対して透明な材料を用いて形成された量子井戸構造を有する端面窓構造が有効である。端面窓構造は、量子井戸構造の活性層において不純物を拡散させることにより形成される。これは、不純物を拡散させると、活性層中の原子が固相拡散し、無秩序化する現象を利用している。
【０００３】
また、昨今、同一基板上に異なる波長のレーザ光源を集積させた半導体レーザ装置が強く要望されている。例えば、ＤＶＤプレーヤーやＤＶＤ―ＲＯＭ装置では、ＣＤおよびＤＶＤディスクの両方から情報を取り出せるように、発振波長７８０ｎｍと発振波長６５０ｎｍの２種類のレーザ光源が必要である。しかし、２種類のレーザ光源を備えた半導体レーザ装置は、光学系の構成が複雑となっていた。したがって、同一基板上に２種類の波長のレーザ光源を集積させることができると、ピックアップの小型化が可能となるなど多大なメリットが生まれる。このような同一基板上に各種のレーザ光源を集積させた半導体レーザ装置においても、上述した半導体レーザ装置の高出力化への展開が検討されている。
【０００４】
図７は、従来の端面窓構造を有する７８０ｎｍ帯の赤外波長のレーザ光を出力する半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図７に示すように、従来の端面窓構造を有する半導体レーザ装置は、８°傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１０１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２上に形成された量子井戸活性層１０３と、量子井戸活性層１０３上に形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４上に形成されたｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５と、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５上にリッジ型に形成されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６上に形成されたｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７と、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７上に形成されたｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８とを備えている。
【０００５】
さらに、従来の半導体レーザ装置は、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５の上と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７、およびｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の側面上とに形成されたｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層１０９と、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層１０９上およびｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８上に形成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０と、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下に形成されたｎ側電極１１２と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０上に形成されたｐ型電極１１３とを備えている。なお、レーザの横モード制御を実現するために、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６のリッジは、レーザ光の光軸方向に延びるストライプ状に形成されている。
【０００６】
ところで、従来の半導体レーザ装置においては、レーザ光の出力面となる端面の近傍とこの端面に対向する端面の近傍には、不純物拡散領域１１１（図７においてｎ型ＧａＡｓ基板１０１とは異なるハッチングがされた領域）が設けられている。具体的には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２の上部、量子井戸活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層１０７、およびｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜１０８の出力端面とこれに対向する端面の近傍部分に、Ｚｎを基板面に対して垂直な方向に固相拡散させることで、不純物拡散領域１１１が設けられた端面窓構造が形成されている。不純物拡散領域１１１内では、量子井戸活性層１０３の組成が無秩序化され、量子井戸活性層１０３を構成する井戸層と障壁層の組成が平均化されることにより、バンドギャップが不純物拡散領域１１１を除く領域（以下、不純物非拡散領域とする）に比べて拡大している。例えば、量子井戸活性層１０３から放出されるレーザ光のフォトルミネッセンス波長は、不純物非拡散領域で７８０ｎｍであるのに対し、不純物拡散領域１１１では７４０ｎｍであり、不純物拡散領域１１１から放出されるレーザ光は８０ｍｅＶ程度短波長側に移動している。従って、不純物非拡散領域から放出されるレーザ光に対して、不純物拡散領域１１１は透明であるため、出力端面でのレーザ光の吸収が著しく抑制され、従来の半導体レーザ装置は安定した高出力動作が達成される。
【特許文献１】特開２００２−２６４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今後、再生のみならず記録機能を有する４８倍速対応のＣＤ−Ｒや、１６倍速で記録可能なＤＶＤといった高速で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。この場合、光源として用いられる半導体レーザ装置には、少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が求められる。
【０００８】
このような２００ｍＷ以上の高出力動作を半導体レーザ装置で行う場合には、端面窓構造を有する半導体レーザ装置であっても、動作時における消費電力の増大、および導波路中におけるレーザ光の吸収損失の増大に伴う発熱により出力端面付近の活性層のバンドギャップが縮小し、レーザ光が出力端面で吸収されてしまう問題が起こる。その結果、出力端面が破壊されるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）が生じるため、半導体レーザ装置の数千時間以上の長期信頼性を保証することは難しい。
【０００９】
そこで、ＣＯＤを引き起こすことなく高出力動作を実現するために、端面窓構造の不純物拡散領域における不純物の拡散濃度を増加させ、不純物拡散領域のバンドギャップをさらに拡大することによって出力端面での吸収をさらに低減させる方法が用いられている。しかしながら、端面窓構造の不純物の拡散濃度を増加させると、窓領域と利得領域における導波路の実効屈折率差が大きくなるために、窓領域と利得領域の境界でのレーザ光の結合ロスが大きくなってしまう。その結果、結合ロスとして放射モードに変換された光が導波モードである出力光と干渉するため、出力光の遠方放射パターン（以下、ＦＦＰ（Far Field Pattern)と称す）の単峰性形状を保てなくなるという問題が生じる。
【００１０】
出力光のＦＦＰが乱れ、単峰性形状が保てなくなると、光ディスクシステムの光学系においてレンズの光利用効率が低下してしまう。さらに、ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒからの重要な信号であるトラッキングの安定性を大きく欠いて、ディスクからの信号の読み取りが不安定となり実用上重大な支障をきたすことになる。
【００１１】
上記の問題に鏡み、本発明は、高出力で動作を行う場合においても、ＣＯＤが引き起こされることなく、さらには、出力光のＦＦＰが良好な単峰性を示し、安定した高出力動作が可能な半導体レーザ装置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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は、基板と、前記基板上に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成された第１の活性層と、前記第１の活性層上に設けられ、上部に凸状の第１のリッジが形成された第２導電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層のうち前記第１のリッジの側方部分の上面および前記第１のリッジの側面上に形成された第１の電流ブロック層と、第１のレーザ光が出力される光出力端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第１の長さの範囲にある第１の領域において、前記第１の電流ブロック層上に形成された第２の電流ブロック層とを有する第１のレーザ素子とを備えており、前記第１の活性層のうち、前記光出力端面から前記第１のリッジの長手方向の距離が第２の長さの範囲にある第２の領域においては、不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域が形成されており、前記第２の領域において、前記第１の電流ブロック層は前記第１のリッジの上面上にも形成されている。      
【００１３】
この構成によれば、第１の活性層に不純物が導入され、組成が無秩序された窓領域が形成されているため、高出力で動作を行う場合においても、ＣＯＤが引き起こされることなく、安定した動作を行うことが可能である。さらには、第２の電流ブロック層により、窓領域と利得領域の境界で結合ロスとして放射モードに変換された光が吸収され、放射モードに変換された光が出力光と干渉するのを抑制することができるため、出力光のＦＦＰが良好な単峰性を示し、安定した高出力動作が可能な半導体レーザ装置を実現することができる。また、窓領域において第１の電流ブロック層が設けられていることにより、該窓領域への電流の注入を阻止することができる。
【００１４】
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記窓領域における前記第１の活性層のエネルギーギャップが、前記第１のレーザ光のエネルギーよりも大きいことが好ましい。これにより、動作時のレーザ自身の発熱などにより、窓領域における第１の活性層のエネルギーギャップが縮小されても、窓領域は第１のレーザ光に対して透明な状態を保つことができる。その結果、光パワー密度が高い出力端面の近傍で第１のレーザ光が吸収されにくくなるため、本発明の半導体レーザ装置は、ＣＯＤを生じることなく、熱飽和する光出力まで動作することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記第２の電流ブロック層は前記第１のレーザ光を吸収することが好ましく、前記第２の電流ブロック層のエネルギーギャップが、前記第１のレーザ光のエネルギーよりも小さいことがより好ましい。これにより、窓領域と利得領域の境界で結合ロスとして変換された放射モード光が、第２の電流ブロック層で吸収されるため、導波モードの出力光との干渉が抑制され、単峰性が良好なＦＦＰを得ることができる。また、本発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザの発振波長に応じて、レーザ光を吸収する光吸収性ブロック層の材料を選択することが可能となる。
【００１６】
また、前記第１の電流ブロック層は、ＳｉＮX、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかの誘電体もしくは、ＡｌＩｎＰを含んでいることが好ましい。これにより、本発明の半導体レーザ装置は、実屈折率導波機構を実現することが可能となるので、発振しきい値電流および動作電流を低減することができる。また、誘電体からなる電流ブロック層を形成する際には、従来の半導体レーザ装置に比べて結晶成長の回数を削減することができるため、本発明の半導体レーザ装置は従来の半導体レーザ装置に比べ、製造コストを低減させることができる。
【００１７】
また、前記第１の長さをＡ、前記第２の長さをＢとすると、Ａ＜Ｂであることが好ましい。この場合、第２の電流ブロック層の幅（Ａ）をレーザ光のＦＦＰの単峰性を維持できる範囲でなるべく小さく設定することで、第２の電流ブロック層が放射モード光以外のレーザ光を吸収し、出力を低下させるのを抑制することができる。一方、ＦＦＰの拡がり角は窓領域の幅（Ｂ）に依存するため、窓領域の幅（Ｂ）を第２の電流ブロック層（Ａ）よりも大きな範囲で調整することで、ＦＦＰの拡がり角を所望の値に制御することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記基板上に前記第１のレーザ素子と所定の間隔をおいて形成された第１導電型の第３のクラッド層と、前記第３のクラッド層上に形成された第２の活性層と、前記第２の活性層上に設けられ、上部に凸状の第２のリッジが形成された第２導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層のうち前記第２のリッジの側方部分の上面および前記第２のリッジの側面上に形成された第４の電流ブロック層と、第２のレーザ光が出力される光出力端面から前記第２のリッジの長手方向の距離が第５の長さの範囲にある前記第５の領域において、前記第４の電流ブロック層上に形成された第５の電流ブロック層とを有する第２のレーザ素子をさらに備えており、前記第２の活性層のうち、前記光出力端面から前記第２のリッジの長手方向の距離が第６の長さの範囲にある前記第６の領域においては、不純物が導入され、組成が無秩序化された窓領域が形成されており、前記第６の領域において、前記第４の電流ブロック層は前記第２のリッジの上面上にも形成されており、前記基板上に前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子とがモノリシックに集積化されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によると、上記の効果に加えて、１つの半導体レーザ装置に２種の半導体レーザ素子が備えられているため、各レーザ素子の波長に対応した情報記録媒体に対して、高出力動作を安定に行うことができ、さらには小型化された半導体レーザ装置を実現することができる。
【００２０】
さらに、前記第１のレーザ素子が出力する前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ素子が出力する前記第２のレーザ光が、それぞれ赤色波長のレーザ光および赤外波長のレーザ光であることが好ましい。この場合、１つの半導体装置でＣＤおよびＤＶＤに対して書き込みなどが可能な半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置によれば、高出力で動作を行う場合においても、ＣＯＤが引き起こされることなく、出力光のＦＦＰが良好な単峰性を示し、安定した動作が可能な半導体レーザ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
最初に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成について図１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。本実施形態の半導体レーザ装置は、２種類のレーザ素子を有するモノリシック２波長半導体レーザ装置である。図１（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＩｂ−Ｉｂ線における半導体レーザ装置の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）に示すＩｃ−Ｉｃ線における半導体レーザ装置の断面図である。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするＧａＡｓなどからなるｎ型基板１０と、ｎ型基板１０上にそれぞれ形成された赤色波長のレーザ光を出力する赤色レーザ素子部２０と、赤外波長のレーザ光を出力する赤外レーザ素子部３０とを備えている。
【００２５】
赤色レーザ素子部２０は、ｎ型基板１０上に形成されたＧａＡｓなどからなる第１のｎ型バッファ層１４と第１のｎ型バッファ層１４上に形成されたＡｌＧａＩｎＰなどからなる第１のｎ型クラッド層１３と、第１のｎ型クラッド層１３上に形成された歪量子井戸活性層１２と、歪量子井戸活性層１２上に設けられ、上部に凸状のリッジが形成されたＡｌＧａＩｎＰなどからなる第１のｐ型クラッド層１１と、第１のｐ型クラッド層１１のうち上記リッジの上面に形成されたＧａＩｎＰなどからなる第１のｐ型保護層１５と、第１のｐ型保護層１５上に形成されたＧａＡｓなどからなる第１のｐ型コンタクト層１６とを備えている。ここで、図示はしていないが、歪量子井戸活性層１２では、第１のガイド層、第１のウェル層、第１のバリア層、第１のウェル層、第１のバリア層、第１のウェル層、および第２のガイド層が下から順にそれぞれ積層されている。なお、第１のガイド層、第２のガイド層、および第１のバリア層としては例えばＡｌＧａＩｎＰが用いられ、第１のウェル層としては例えばＧａＩｎＰが用いられる。
【００２６】
さらに、赤色レーザ素子部２０は、第１のｐ型クラッド層１１の上面、第１のｐ型クラッド層１１、第１のｐ型保護層１５、および第１のｐ型コンタクト層１６の側面上に誘電体からなる第１の電流ブロック層１を備えている。ここで、第１の電流ブロック層１は、レーザ光の出力面となる端面（以下、出力端面とする）の近傍に設けられた窓領域４ａ、４ｂの一部または全ての領域においては、第１のｐ型コンタクト層１６の上面上にも形成されており（図１（ｃ）参照）、該窓領域４ａ、４ｂへの電流の注入を阻止する。
【００２７】
そして、図１（ｃ）に示すように、赤色レーザ素子部２０は、出力端面の近傍において第１の電流ブロック層１上に形成された第１の光吸収性電流ブロック層３を備えている。ここで、第１の光吸収性電流ブロック層３に用いる材料としては、レーザ発振光を吸収する材料が好ましく、全波長の光を吸収する自然加硫シリコン系カーボンブラック吸収材料、アモルファスシリコン、ＧａＡｓのいずれかの材料であることが好ましい。
【００２８】
一方、赤外レーザ素子部３０は、ｎ型基板１０上に形成されたＧａＡｓなどからなる第２のｎ型バッファ層２４と、第２のｎ型バッファ層２４上に形成されたＡｌＧａＩｎＰなどからなる第２のｎ型クラッド層２３と、第２のｎ型クラッド層２３上に形成された量子井戸活性層２２と、量子井戸活性層２２上に設けられ、上部に凸状のリッジが形成されたＡｌＧａＩｎＰなどからなる第２のｐ型クラッド層２１と、第２のｐ型クラッド層２１のうち上記リッジの上面に形成されたＧａＩｎＰなどからなる第２のｐ型保護層２５と、第２のｐ型保護層２５上に形成されたＧａＡｓなどからなる第２のｐ型コンタクト層２６とを備えている。ここで、図示はしていないが、量子井戸活性層２２では、第３のガイド層、第２のウェル層、第２のバリア層、第２のウェル層、第２のバリア層、第２のウェル層、および第４のガイド層が下から順にそれぞれ積層されている。なお、第３のガイド層、第４のガイド層、および第２のバリア層としては例えばＡｌＧａＡｓが用いられ、第２のウェル層としては例えばＧａＡｓが用いられる。
【００２９】
さらに、赤外レーザ素子部３０は、第２のｐ型クラッド層２１の上面、第２のｐ型クラッド層２１、第２のｐ型保護層２５、および第２のｐ型コンタクト層２６の側面上に誘電体からなる第２の電流ブロック層２を備えている。ここで、第２の電流ブロック層２は、出力端面の近傍に設けられた窓領域３ａ、３ｂの一部または全ての領域においては、第２のｐ型コンタクト層２６の上面上にも形成されており（図１（ｃ）参照）、該窓領域３ａ、３ｂへの電流の注入を阻止する。
【００３０】
そして、図１（ｃ）に示すように、赤外レーザ素子部３０は、赤色レーザ素子部２０と同様に、出力端面の近傍において第２の電流ブロック層２上に形成された第２の光吸収性電流ブロック層４を備えている。ここで、第２の光吸収性電流ブロック層４に用いる材料としては、レーザ発振光を吸収する材料が好ましく、全波長の光を吸収する自然加硫シリコン系カーボンブラック吸収材料等を用いることができる。
【００３１】
なお、赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０にそれぞれ設けられた第１のｐ型クラッド層１１のリッジおよび第２のｐ型クラッド層２１のリッジは、それぞれ赤色波長のレーザ光および赤外波長のレーザ光の光軸方向に延びるストライプ状に形成されている。
【００３２】
なお、赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０の出力端面には低反射膜が、該出力端面に対向する端面には高反射膜が、それぞれコーティングされている。また、本実施形態の半導体レーザ装置は、高温動作時におけるリーク電流の増加を抑制し、動作電流密度を低減させるため、レーザ共振器の長さを１３００μｍ以上としている。
【００３３】
本実施形態の半導体レーザ装置は、図１（ａ）に示すように、出力端面の近傍に窓領域３ａ、４ａを備え、該出力端面に対向する端面の近傍に窓領域３ｂ、４ｂを備えた端面窓構造を有している。窓領域３ａ、３ｂでは、赤外レーザ素子部３０における量子井戸活性層２２に例えばＺｎやＳｉなどの不純物を拡散させることにより、量子井戸活性層２２の組成が無秩序化されている。なお、量子井戸活性層２２に注入された不純物は、第２のｐ型クラッド層２１や第２のｎ型クラッド層２３の一部まで拡散されている。同様にして、窓領域４ａ、４ｂでは、歪量子井戸活性層１２の組成がＺｎやＳｉなどによる不純物拡散により無秩序化されている。なお、歪量子井戸活性層１２に注入された不純物は、第１のｐ型クラッド層１１や第１のｎ型クラッド層１３の一部まで拡散されている。これにより、窓領域における量子井戸活性層のエネルギーギャップがレーザ光のエネルギーよりも拡大されるため、窓領域３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂはレーザ光に対して透明な状態となっている。ここで、窓領域３ａ、３ｂの出力端面からリッジの長手方向における幅をＬｗ１、上述の第１の光吸収性電流ブロック層３および第２の光吸収性電流ブロック層４の出力端面からリッジの長手方向における幅をＬｗ２と定義する。
【００３４】
本実施形態の半導体レーザ装置の特徴は、端面に窓領域を備えたダブルヘテロ型構造を有しており、且つ、出力端面の近傍において、第１の光吸収性電流ブロック層３および第２の光吸収性電流ブロック層４が設けられていることにある。以下、図２〜図６を用いて、この光吸収性電流ブロック層の効果について述べる。
【００３５】
図２は、赤色レーザ素子部２０に設けられた第１の電流ブロック層１上に第１の光吸収性電流ブロック層３が形成されていない場合において、窓領域４ａの幅Ｌｗ１を変化させた際の出力光の遠方放射パターン（ＦＦＰ）の測定結果を示す図である。なお、室温で５ｍＷの出力において連続動作させた時の測定結果を示している。図２（ａ）〜（ｄ）は、Ｌｗ１をそれぞれ５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍとした際の赤色レーザ素子のレーザ光のＦＦＰを示している。図２より、Ｌｗ１が５μｍの場合のみ、単峰性の良好なＦＦＰが得られることが分かる。
【００３６】
窓領域は、活性層のエネルギーギャップがレーザ光のエネルギーよりも十分大きくなるように形成される。そのため、動作時のレーザ自身の発熱や、レーザ光の出力端面におけるオージェ再結合や、バンド内で光が吸収されるエネルギー損失による発熱により、窓領域における活性層のエネルギーギャップが縮小されても、窓領域はレーザ光に対して透明な状態を保つことができる。言い換えると、レーザ光は、窓領域における活性層のエネルギーギャップに相当する波長よりも長い波長の状態を維持することができるため、光パワー密度が高い出力端面の近傍で吸収されにくくなる。このため、窓領域が形成された半導体レーザ装置は、ＣＯＤを生じることなく、熱飽和する光出力まで動作することが可能となる。
【００３７】
しかしながら、窓領域における活性層のエネルギーギャップを十分に拡大させるために、活性層の不純物拡散濃度を増加させると、窓領域と利得領域における導波路の実効屈折率差が大きくなる。その結果、窓領域と利得領域の境界でのレーザ光の結合ロスが大きくなり、結合ロスとして放射モードに変換された光（以下、放射モード光とする）が発生し、該放射モード光が導波モードの出力光と干渉してしまうため、出力光のＦＦＰは単峰性形状が保てなくなってしまう。第１の光吸収性電流ブロック層３が形成されていない赤色レーザ素子部２０においても、図２に示すように、窓領域の幅Ｌｗ１が５μｍと短い場合には、放射モード光は光軸と異なる方向に放射されるために、導波モードの出力光との干渉は抑制され、干渉によるＦＦＰの乱れは生じない。しかし、Ｌｗ１が２０μｍ以上と長くなると、放射モード光は、クラッド層を伝播して、光軸方向の成分が多くなるため、導波モードの出力光と干渉してしまい、ＦＦＰが乱れてしまう。
【００３８】
ここで、単峰性が良好なＦＦＰを実現するためには、窓領域４ａの幅Ｌｗ１は短い方が良いが、Ｌｗ１が短すぎると、素子を作製する工程上のマスク合わせの精度や、へき開位置の工程上のバラツキにより、へき開で素子を分離する時に窓領域４ａが消失してしまう可能性がある。従って、窓領域４ａの幅Ｌｗ１としては、少なくとも素子作製プロセスによるバラツキの範囲以上の長さがある方が好ましく、さらに、ＣＯＤを抑制するためには、１０μｍ以上あることが好ましい。
【００３９】
なお、出力端面に対向する端面近傍の窓領域３ｂ、４ｂの大きさは、必ずしも出力端面側の窓領域３ａ、４ａの大きさとそれぞれ同じである必要はなく、互いに異なっていてもよい。実際、赤外レーザ素子部３０における半導体レーザのビーム拡がり角度を調整し所望のＦＦＰを得るために、窓領域３ａの幅Ｌｗ１を調節するが、この場合、窓領域３ａの幅Ｌｗ１と端面近傍の窓領域３ｂの幅（リッジの長手方向）とが異なることがある。なお、このことは赤色レーザ素子部２０についても同様である。
【００４０】
次に、図３を用いて第１の光吸収性電流ブロック層３の効果を説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、赤色レーザ素子部２０に第１の光吸収性電流ブロック層３が形成されている場合における出力光のＦＦＰの測定結果を示す図である。なお、室温で５ｍＷの出力において連続動作させた時の測定結果を示している。図３（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は、第１の光吸収性電流ブロック層３の幅Ｌｗ２を５μｍとし、第１の電流ブロック層１の幅Ｌｗ１をそれぞれ２０μｍ、４０μｍ、６０μｍと変化させた場合のＦＦＰの測定結果である。上述の図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とそれぞれ比較すると、何れの場合も単峰性の良好なＦＦＰが得られている。また、図３（ｂ）は、Ｌｗ２を１０μｍ、Ｌｗ１を２０μｍとした場合の結果である。この場合も、ＦＦＰは良好な単峰性を示しており、単峰性の劣化は見られない。このことから、出力端面の近傍に少なくとも幅が５μｍである第１の光吸収性電流ブロック層３を備えることで、ＦＦＰの単峰性の劣化を抑えることが可能であることが分かった。これは、上述のクラッド層を伝播した放射モード光が、第１の光吸収性電流ブロック層３で吸収されるため、導波モードの出力光との干渉が抑制されるからである。
【００４１】
第１の光吸収性電流ブロック層３の幅Ｌｗ２は、ＦＦＰの単峰性という観点からは長い方が良いが、Lｗ２が長くなりすぎると、導波路の損失が増大し、発振しきい電流値や動作電流値の増大を招いてしまう。このＬｗ２の最適な範囲について、図４を用いて説明する。
【００４２】
図４は、本実施形態における第１の光吸収性電流ブロック層３の幅Ｌｗ２と赤色レーザ素子部２０の発振しきい電流値の関係を示した図である。なお、窓領域４ａの幅Ｌｗ１は一定の２０μｍとし、Ｌｗ２は０μｍから３０μｍまで変化させている。図４に示すように、Ｌｗ２が１０μｍを超えると、急激に発振しきい電流値が増大することが分かる。これは、第１の光吸収性電流ブロック層３がレーザ光を吸収するために、Ｌｗ２が長くなると導波路の損失が増大し、レーザ発振に必要な利得が大きくなるためである。したがって、本実施形態の半導体レーザ装置においては、Ｌｗ２は１０μｍ以下であると好ましい。
【００４３】
なお、図２、図３、および図４では、赤色レーザ素子部２０における出力光のＦＦＰや発振しきい電流値の測定結果を示したが、本実施形態の半導体レーザ装置では、赤外レーザ素子部３０においても同様な結果が得られる。また、赤色レーザ素子部２０に設けられた第１の光吸収性電流ブロック層３と赤外レーザ素子部３０に設けられた第２の光吸収性電流ブロック層４との幅をともにＬｗ２と上記に定義したが、各光吸収電流ブロック層の幅は互いに同一でなくてもよい。
【００４４】
次に、本実施形態の半導体レーザ装置における電流−光出力特性を図５を用いて説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０をそれぞれ室温で連続動作させた場合の電流−光出力特性を示す図である。なお、Ｌｗ１は２０μｍ、Ｌｗ２は５μｍである。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０は、３００ｍＷ以上の高出力においても、ＣＯＤが生じることなく動作しており、線形性に優れた光出力特性を有していることが分かる。
【００４５】
さらに、図６は、本実施形態の半導体レーザ装置を室温で５ｍＷ、１００ｍＷでそれぞれ連続動作させた場合の赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０からの各出力光のＦＦＰをそれぞれ示す図である。なお、Ｌｗ１は２０μｍ、Ｌｗ２は５μｍである。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、赤色レーザ素子部２０および赤外レーザ素子部３０からの各出力光のＦＦＰは、いずれの動作状態においても、単峰性が良好であることが分かる。
【００４６】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置では、端面に窓領域を備えたダブルヘテロ型構造を有し、さらに出力端面の近傍に第１の光吸収性電流ブロック層３および第２の光吸収性電流ブロック層４を備えることにより、高い光出力を実現することができ、さらには出力端面の近傍におけるレーザ光を吸収することができるため、出力光のＦＦＰが良好な単峰性を示し、高出力な動作を行う場合でも、ＣＯＤを引き起こすことなく、記録や再生を安定に行うことが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態の半導体レーザ装置は、赤色レーザ素子部２０と赤外レーザ素子部３０とが同一基板上に備えられたモノリシックな構造を有している。これにより、上述の効果に加えて、１つの半導体レーザ装置で、赤色レーザ素子の出力光の波長および赤外レーザ素子の出力光の波長に対応した例えばＣＤおよびＤＶＤに対して記録や再生を行うことができ、さらには小型化された半導体レーザ装置を実現することができる。
【００４８】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置において、窓領域における歪量子井戸活性層１２および量子井戸活性層２２のエネルギーギャップが、赤色波長のレーザ光および赤外波長のレーザ光よりもそれぞれ大きいことが好ましい。これにより、動作時のレーザ自身の発熱などにより、窓領域における歪量子井戸活性層１２および量子井戸活性層２２のエネルギーギャップが縮小されても、窓領域は各レーザ光に対して透明な状態を保つことができる。その結果、光パワー密度が高い出力端面の近傍で各レーザ光が吸収されにくくなるため、本実施形態の半導体レーザ装置は、ＣＯＤを生じることなく、熱飽和する光出力まで動作することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態の半導体レーザ装置において、第１の光吸収性電流ブロック層３および第２の光吸収性電流ブロック層４のエネルギーギャップは、レーザ光のエネルギーよりもそれぞれ小さいことが好ましい。これにより、窓領域と利得領域の境界で結合ロスとして変換された放射モード光が、光吸収性ブロック層で吸収されるため、導波モードの出力光との干渉が抑制され、単峰性が良好なＦＦＰを得ることができる。さらに、半導体レーザ装置のレーザ光の発振波長に応じて、該レーザ光を吸収する光吸収性ブロック層の材料を選択することが可能となる。また、量子井戸活性層を構成する半導体層の組成等を調整することにより、光吸収性ブロック層におけるレーザ光の吸収量を所望の範囲に設計することが容易になる。なお、本実施形態の半導体レーザ装置では、歪量子井戸活性層１２、量子井戸活性層２２、各クラッド層などの半導体層として、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
また、本実施形態の半導体レーザ装置においては、第１の電流ブロック層１は、ＳｉＮX（窒化シリコン）、ＳｉＯ２（酸化シリコン）、ＴｉＯ２（酸化チタン）Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）のいずれかの誘電体もしくは、ＡｌＩｎＰを含んでいることが好ましい。これにより、実屈折率導波機構の半導体レーザ装置を実現することが可能となるので、しきい値電流および動作電流を低減することができる。また、誘電体からなる電流ブロック層を形成する際には、従来の半導体レーザ装置に比べて結晶成長の回数を削減することができるため、本実施形態の半導体レーザ装置は従来の半導体レーザ装置に比べ、製造コストを低減させることができる。
【００５１】
また、本実施形態の半導体レーザ装置においては、Ｌｗ１＞Ｌｗ２であることが好ましい。この場合、レーザ光を吸収する第１の光吸収性電流ブロック層３および第２の光吸収性電流ブロック層４の幅（Ｌｗ２）をレーザ光のＦＦＰの単峰性を維持できる範囲でなるべく小さく設定することで、各光吸収性電流ブロック層が放射モード光以外のレーザ光を吸収し、出力を低下させてしまうのを抑制することができる。一方、ＦＦＰの拡がり角は窓領域の幅Ｌｗ１に依存するため、窓領域の幅Ｌｗ１をＬｗ２よりも大きな範囲で調整することで、ＦＦＰの拡がり角を所望の値に制御することが可能になる。
【００５２】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置では、基板上に２種の半導体レーザがモノリシックに集積された構成の例を挙げたが、本発明はこれに限定されることなく、赤色レーザ素子、赤外レーザ素子、あるいは青色レーザ素子など単一の波長を有する半導体レーザ素子を備えた構成であってもよい。この場合においても、高出力時にＣＯＤを生じることなく動作し、且つ単峰性の良好なＦＦＰを示す半導体レーザ装置を実現することができる。
【００５３】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置では、ｎ型基板の上にｎ型クラッド層が形成され、活性層の上にｐ型クラッド層が形成された構造の例を挙げたが、これに限定されるものではなく、ｐ型基板の上にｐ型クラッド層が形成され、活性層の上にｎ型クラッド層が形成された構造を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の半導体レーザ装置は、例えば光ディスク装置のピックアップ用光源や、電子装置、情報処理装置などの光源として用いられる半導体レーザ装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）は、本発明の本実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す上面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の本実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、第１の光吸収性電流ブロック層が形成されていない場合における出力光のＦＦＰの測定結果を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係る第１の光吸収性電流ブロック層が形成されている場合における出力光のＦＦＰの測定結果を示す図である。
【図４】本実施形態における第１の光吸収性電流ブロック層と赤色レーザ素子部の発振しきい電流値の関係を示した図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る赤色レーザ素子部および赤外レーザ素子部を室温で連続動作させた場合の電流−光出力特性を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の半導体レーザ装置を室温で５ｍＷ、１００ｍＷでそれぞれ連続動作させた場合の赤色レーザ素子部および赤外レーザ素子部からの各出力光のＦＦＰの測定結果を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１        第１の電流ブロック層               
２        第２の電流ブロック層 
３        第１の光吸収性電流ブロック層 
３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ    窓領域 
４        第２の光吸収性電流ブロック層 
１０      ｎ型基板 
１１      第１のｐ型クラッド層 
１２      歪量子井戸活性層 
１３      第１のｎ型クラッド層 
１４      第１のｎ型バッファ層 
１５      第１のｐ型保護層 
１６      第１のｐ型コンタクト層 
２０      赤色レーザ素子部 
２１      第２のｐ型クラッド層 
２２      量子井戸活性層 
２３      第２のｎ型クラッド層 
２４      第２のｎ型バッファ層 
２５      第２のｐ型保護層 
２６      第２のｐ型コンタクト層 
３０      赤外レーザ素子部 
１０１    ｎ型ＧａＡｓ基板 
１０２    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 
１０３    量子井戸活性層 
１０４    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層 
１０５    ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層 
１０６    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層 
１０７    ｐ型ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層 
１０８    ｐ型ＡｌＧａＡｓ拡散制御膜 
１０９    ｎ型ＡｌＩｎＰ電流狭窄層 
１１０    ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 
１１１    不純物拡散領域 
１１２    ｎ側電極 
１１３    ｐ型電極
【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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