(57)【要約】【課題】傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供する。【解決手段】基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板１０１上に、第２伝導型のＡｌＧａＩｎＰ第一クラッド層１０２、活性層１０３、第１伝導型のＡｌＧａＩｎＰ第二クラッド層１０４、第２伝導型のＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０５がこの順で形成され、かつ第二クラッド層１０４の一部がメサ状ストライプに整形されている。ここで、第二クラッド層１０４上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚を、メサ状ストライプの左右の斜面上で異ならせて活性層内の光分布及びキャリア分布をほぼ左右対称としている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に、第２伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、第２伝導型のＡｌｔＩｎ１−ｔＰ電流ブロック層（０＜ｔ≦１）がこの順で形成され、かつ前記第二クラッド層の一部がメサ状ストライプに整形された半導体レーザ装置であって、
前記第二クラッド層上に形成された前記電流ブロック層の膜厚を、前記メサ状ストライプの左右の斜面上で異ならせて前記活性層内の光分布及びキャリア分布をほぼ左右対称としたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記メサ状ストライプの左右の斜面の内、基板面方位と前記斜面の主法線とのなす傾斜角が大きい方の斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚が、前記傾斜角が小さい方の斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚よりも大きい請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
基板面方位と前記斜面の主法線とのなす傾斜角が大きい方の斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚と、前記傾斜角が小さい方の斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚の差が０．０５〜０．１５μｍの範囲である請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記電流ブロック層が（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｕＩｎ１−ｕＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）又はＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）からなる請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第一及び第二クラッド層がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ化合物（０＜ｘ≦１）からなる請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に第２伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）をこの順で形成し、前記第二クラッド層をメサ状ストライプに整形する工程と、
前記第二クラッド層上に第２伝導型の（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｕＩｎ１−ｕＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）又は第２伝導型のＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）からなる電流ブロック層を形成する工程と、
前記メサ状ストライプの左右の斜面の内、片側の斜面上における前記電流ブロック層上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを用いて前記電流ブロック層をエッチングし、前記第二クラッド層上に形成された前記電流ブロック層の膜厚を、前記メサ状ストライプの左右の斜面上で異なるようにする工程を備えることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記電流ブロック層をエッチングする工程において、前記メサ状ストライプの左右の斜面の内、前記基板面方位と前記斜面の主法線とのなす傾斜角が大きい斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚を、前記傾斜角が小さい斜面上に形成された前記電流ブロック層の膜厚よりも大きくする請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置、光情報処理、光通信、光計測等に使用される半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＤＶＤ−ＲＡＭやＤＶＤ−Ｒに代表される、データの書き換えが可能な大容量光ディスク装置が普及し、そのピックアップ光源として波長６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置が用いられている。データの書き換えのためには、媒体の書き込み部分の温度を十分に上げる必要があるため、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置の高出力化が強く要望されている。
【０００３】
図６に、従来の高出力ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置の断面構造図を示す。基板面方位が（１００）から［０１１］方向に傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２、活性層２０３、メサ状ストライプに整形されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０４、ストライプ上面の電流注入領域で除去されたｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層２０５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０６がこの順で形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の下面には、ｎ側電極２０８が形成され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２０６の上面には、ｐ側電極２０７が形成されている。このように、電流ブロック層２０５を以前のＧａＡｓ層から、活性層より大きなバンドギャップエネルギーを有するＡｌＩｎＰ層に置き換えることにより、導波損失を低減し高出力化を達成している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、上記した構成においては、単一横モードでの光出力の最大値（以下、キンクレベルという。）が低くなる問題があり、このため、書き換えに十分な光出力を得ることが困難となっている。
【０００５】
このような半導体レーザ装置の製造工程の一部である化学溶液を用いてｐ型クラッド層をエッチングしてメサ状ストライプを［０−１１］方向に形成する工程において、基板面方位が（１００）から傾斜していない基板（以下、非傾斜基板という。）を用いると、メサ状ストライプの斜面（以下、メサ斜面という。）には化学的に安定な（１１１）面が現れる。ところが、基板面方位が（１００）から［０１１］方向に傾斜した基板（以下、傾斜基板という。）を用いると、図６に示されるようにストライプの方向に垂直な断面において、基板面方位とメサ斜面の主法線がなす角（以下、傾斜角という。）がストライプの方向に垂直な断面における左右で異なり、メサ状ストライプの形状が左右非対称となる。
【０００６】
このような半導体レーザ装置では、実効屈折率虚部の分布が、ストライプにおいて左右非対称となり、電流注入時の活性層内の光分布及びキャリア分布が左右非対称となって、キンクレベルが低下する原因となる。
【０００７】
これに対して、例えば、特許文献１に記載の半導体レーザ装置のように、化学溶液に代えてドライエッチングによってメサ状ストライプを形成すると、傾斜基板を用いても、傾斜角が左右のメサ斜面で等しいストライプの形成が可能となる。
【０００８】
このように、従来技術においては、例えば、ドライエッチングを用いることで、メサ状ストライプを左右対称な形状とすることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザ装置のキンクレベルを高めていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２９４８７７号公報（第５頁、第４図）
【００１０】
【非特許文献１】
第４７回応用物理学関係連合講演会　講演予稿集「実屈折率導波型ＡｌＧａＩｎＰ高出力赤色半導体レーザ（浅香ほか）」、２０００年３月２８日、第３分冊、ｐ．１１４８
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
なお、非傾斜基板を用いると、メサ斜面と基板面方位のなす角度が左右で対称となるため、上述したような問題は生じない。しかし、非傾斜基板上にＡｌＧａＩｎＰ系化合物をエピタキシャル成長させると、結晶の秩序化によるバンドギャップの変動が生じ、積層された層の組成やレーザ発振波長の制御が困難となっていた。
【００１２】
また、特許文献１に開示されたように、ドライエッチングを用いれば、メサ状ストライプの形状を左右対称とすることができるが、メサ斜面に表出する面方位が左右で異なるようになる。面方位の異なる面上にＡｌＩｎＰ系化合物を成長させると、供給原料の表面反応機構の相違から、それぞれの面上に積層される層の組成が異なるようになる。したがって、実効屈折率虚部の分布は左右非対称となり、結果的に上記と同様の問題が生じる。
【００１３】
本発明は、以上のような従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置においては、基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に、第２伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、第２伝導型のＡｌｔＩｎ１−ｔＰ電流ブロック層（０＜ｔ≦１）がこの順で形成され、かつ第二クラッド層の一部がメサ状ストライプに整形されている。ここで、第二クラッド層上に形成された電流ブロック層の膜厚を、メサ状ストライプの左右の斜面上で異ならせて活性層内の光分布及びキャリア分布をほぼ左右対称としている。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置の製造方法においては、基板面方位が（１００）から［０１１］または［０−１１］方向に傾斜したＧａＡｓ基板上に第２伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第一クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）、活性層、第１伝導型の（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ第二クラッド層（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）をこの順で形成し、第二クラッド層をメサ状ストライプに整形する工程と、第二クラッド層上に第２伝導型の（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｕＩｎ１−ｕＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）又は第２伝導型のＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）からなる電流ブロック層を形成する工程と、メサ状ストライプの左右の斜面の内、片側の斜面上における電流ブロック層上にマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて電流ブロック層をエッチングし、第二クラッド層上に形成された電流ブロック層の膜厚を、メサ状ストライプの左右の斜面上で異なるようにする工程を備える。
【００１６】
これらの構成によれば、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本実施の形態における半導体レーザの断面構造図を示す。基板面方位が（１００）から［０１１］方向に１０°傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０５、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６がこの順で形成されている。ｐ型クラッド層１０４はメサ状ストライプに整形されており、ストライプの幅は上部で約１μｍ、下部で約３μｍである。電流ブロック層１０５は、ストライプ上面の電流注入領域で除去され、また、左右のメサ斜面上でその膜厚が異なっている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下面には、ｎ側電極１０８が形成され、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０６の上面には、ｐ側電極１０７が形成されている。
【００１８】
以下、本実施の形態における半導体レーザの製造工程について、図２を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４を順次堆積してダブルへテロ構造を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ｐ型クラッド層１０４上にＳｉＯ２からなるストライプマスク１０９を形成し、硫酸溶液を用いてｐ型クラッド層１０４をエッチングして、メサ状ストライプを形成する。このとき、左右のメサ斜面に（１１１）面が表出するため、ストライプの方向に垂直な断面において、基板面方位とメサ斜面の主法線のなす角が左右で異なるようになる。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように、有機金属原料を用いた化学気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤという。）による選択成長によりストライプマスク１０９上を除く領域に電流ブロック層１０５を形成する。
【００２１】
次いで、図２（ｄ）に示すように、ストライプマスク１０９を除去した後、左右のメサ斜面の内、傾斜角の大きい斜面上に形成された電流ブロック層１０５上にレジストマスク１１０を形成する。
【００２２】
続いて、図２（ｅ）に示すように、フッ酸：水＝１：５０のフッ酸水溶液を用いて電流ブロック層１０５の一部をエッチングする。このとき、傾斜角の大きいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５は、レジストマスク１１０に保護されてエッチングされず、傾斜角の小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５のみがエッチングされる。これにより、傾斜角の大きいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚が、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚より大きくなる。
【００２３】
なお、メサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５のみがエッチングされ、基板１０１表面と平行な面上に形成された電流ブロック層１０５はエッチングされないのは、前者は後者と比べ、結晶内の欠陥密度が高く、フッ酸溶液に対するエッチング速度が大きいためである。
【００２４】
その後、図２（ｆ）に示すように、レジストマスク１１０を除去し、その上に、コンタクト層１０６を形成し、さらに、図２（ｇ）に示すように、コンタクト層１０６の上面にｐ側電極１０７を形成し、基板１０１の下面にｎ側電極１０８を形成する。
【００２５】
以上の製造工程により、ｐ型クラッド層１０４の左右のメサ斜面上で膜厚が異なる電流ブロック層１０５を形成することができる。
【００２６】
上記した各層において、使用材料、伝導型、膜厚、及びキャリア濃度を表１にまとめて示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１において、電流ブロック層１０５の膜厚は、基板に垂直な方向に成長した部分の膜厚（図１中のｄ）である。
【００２９】
図３に、メサ斜面上と、基板表面と平行な面上にそれぞれ形成されたＡｌＩｎＰ電流ブロック層に対する、フッ酸：水＝１：５０のフッ酸水溶液によるエッチング時間とエッチング深さの関係を示す。これより、メサ斜面上に形成された場合は、基板表面と平行な面上に形成された場合と比べ、エッチング速度が約１００倍となることが判る。
【００３０】
また、図４に、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５の膜厚とキンクレベルの関係を示す。
【００３１】
図４から判るように、傾斜角が小さいメサ斜面上に形成された電流ブロック層１０５をエッチングしていない状態（以下、非エッチング状態という。）即ち、電流ブロック層１０５の膜厚が０．３５μｍの場合は、キンクレベルは約５０ｍＷである。また、この電流ブロック層を０．１μｍエッチングして、その膜厚を０．２５μｍとした場合は、キンクレベルは約７４ｍＷに増大する。また、この電流ブロック層の膜厚が０．２〜０．３μｍ、即ち、左右のメサ斜面上における電流ブロック層１０５の膜厚の差が０．０５〜０．１５μｍの範囲にあれば、非エッチング状態と比べ、キンクレベルが増大する。
【００３２】
このように、ｐ型クラッド層上に、左右のメサ斜面上で膜厚が異なる電流ブロック層が形成され、その膜厚差が所定範囲の場合に、キンクレベルが増大する理由について、以下に説明する。
【００３３】
図５（ａ）に、従来例の半導体レーザ装置の構造（上）と、実効屈折率虚部（レーザ発振光の利得、損失）の分布（下）を示す。このように、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ１と傾斜角が大きいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ２が相等しい。また、実効屈折率虚部の分布は、左右のメサ斜面の傾斜角が異なるため、左右非対称となる。
【００３４】
図５（ｂ）に、本実施の形態の半導体レーザー装置の構造（上）と、実効屈折率虚部の分布（下）を示す。このように、傾斜角が大きいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ１が、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ２より大きい。即ち、本実施の形態では、メサ状ストライプにおいてレーザ発振光の損失の少ない、傾斜角が小さいメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚ｄ２を小さくしているため、メサ状ストライプにおける傾斜角が小さい側の領域において、レーザ発振光の損失が増えてストライプの左右でバランスがとれ、ストライプ領域において実効屈折率虚部の分布は左右対称となる。レーザ発振光の全体の損失は従来の構造と比べて増大するため動作電流は増加するが、実効屈折率虚部の分布が左右対称となるため、結果的にキンクレベルが増大する。
【００３５】
また、図４に示したように、傾斜角が小さいメサ斜面上の電流ブロック層の膜厚を０．２５μｍより小さくするとキンクレベルが減少するのは、この場合、左右のメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚差が大きくなりすぎ、ストライプ領域における傾斜角が小さい側の領域において、レーザ発振光の損失が過大となって実効屈折率虚部の分布の非対称性を修正できなくなるためと考えられる。したがって、左右のメサ斜面上における電流ブロック層の膜厚差には最適な範囲が存在し、膜厚差がこの範囲にあることでキンクレベルの高い半導体レーザが実現できることが判る。
【００３６】
なお、本実施の形態では、電流ブロック層１０５にＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ化合物を用いたが、一般に、（ＡｌｔＧａ１−ｔ）ｕＩｎ１−ｕＰ化合物（０＜ｔ≦１、０＜ｕ≦１）を用いることができ、さらに、その代わりにＡｌｔＧａ１−ｔＡｓ化合物（０＜ｔ≦１）を用いることもできる。また、ｎ型クラッド層１０２及びｐ型クラッド層１０４に（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｘＰ化合物（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）を用いたが、その代わりにＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ化合物（０＜ｘ≦１）を用いることもできる。また、基板は、（１００）面に対して［０１１］方向に傾斜しているものを用いたが、（１００）面に対して［０−１１］方向に傾斜しているものを用いることもできる。また、活性層１０３の近傍に光ガイド層や可飽和吸収層が設けられていても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、傾斜基板を用いながら、高いキンクレベルを有する半導体レーザ、及びそのような半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半導体レーザ装置の断面構造図
【図２】本発明における半導体レーザ装置の製造工程図
【図３】フッ酸：水＝１：５０溶液によるＡｌＩｎＰ層のエッチング時間とエッチング深さの関係を示すグラフ
【図４】傾斜角度が小さいメサ斜面上の電流ブロック層の膜厚とキンクレベルの関係を示すグラフ
【図５】半導体レーザ装置の構造と実効屈折率虚部の分布を示す模式図〔（ａ）：従来例、（ｂ）：本発明〕
【図６】従来例の半導体レーザ装置の断面構造図
【符号の説明】
１０１　ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３　活性層
１０４　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０５　ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１０６　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１０７　ｐ側電極
１０８　ｎ側電極
１０９　ストライプマスク
１１０　レジストマスク
【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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