(57)【要約】【課題】発振波長が７６０ｎｍ以上で８００ｎｍ以下であり、高信頼性、長寿命、かつ、高出力な半導体レーザ装置を提供すること。【解決手段】ＧａＡｓ基板１０１上に、ＡｌＧａＡｓ下ガイド層１０５、ＩｎＧａＡｓＰ多重歪量子井戸活性層１０７、ＡｌＧａＡｓ上ガイド層１０９を積層している。ＩｎＧａＡｓＰ多重歪量子井戸活性層１０７とＡｌＧａＡｓ上ガイド層１０９との間に、ＡｌＧａＩｎＡｓ上界面保護層１０８を設け、ＩｎＧａＡｓＰ多重歪量子井戸活性層１０７とＡｌＧａＡｓ下ガイド層１０５との間に、ＡｌＧａＩｎＡｓ下界面保護層１０６を設ける。これにより、上、下ガイド層１０９，１０５の界面から多重歪量子井戸活性層１０７側への結晶欠陥の増殖を抑制する。【選択図】  図１
2004158666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に、下ガイド層、ＩｎＧａＡｓＰからなる一層または複数層の量子井戸層および複数のバリア層を有する量子井戸活性層、上ガイド層が少なくとも積層されており、発振波長が７６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である半導体レーザ装置において、
ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる上、下界面保護層が、上記量子井戸活性層と上記上ガイド層との間と上記量子井戸活性層と上記下ガイド層との間に設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、上記上ガイド層および上記下ガイド層がＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、上記上ガイド層および上記下ガイド層のＡｌ混晶比が０．２より大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、上記量子井戸層が３．５％以内の圧縮歪を有す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に記載の半導体レーザ装置において、上記バリア層が３．５％以内の引張歪を有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１に記載の半導体レーザ装置において、上記上、下界面保護層の有する歪が、上記量子井戸活性層の有する歪を補償し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１に記載の半導体レーザ装置を備えることを特徴とする光ディスク再生記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置に関するものであり、特に高出力・高信頼性を実現できる半導体レーザ装置、および光ディスク再生記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置は光通信装置や光記録装置などに用いられるが、近年、その高速化・大容量化といったニーズが高まってきており、それに応えるために半導体レーザ装置の様々な特性を向上させるための研究開発が進められている。
【０００３】
その中で、従来ＣＤやＣＤ−Ｒ／ＲＷといった光ディスク再生（記録）装置に用いられる７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＡｓ系の材料により作製されている。ＣＤ−Ｒ／ＲＷにおいても高速書き込みに対する要求は益々高まってきているため、これに対応するために半導体レーザ装置の高出力化が要求されている。
【０００４】
従来のＡｌＧａＡｓ系による半導体レーザ装置の概略図を図１２に示し、構造を簡単に説明する。図１２において、ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層５０２、ｎ−Ａｌ０．４５８Ｇａ０．５４２Ａｓ第１下クラッド層５０３、ｎ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ第２下クラッド層５０４、Ａｌ０．３２８Ｇａ０．６７２Ａｓ下ガイド層５０５、図示しないＡｌ０．１１５Ｇａ０．８８５Ａｓ量子井戸層（層厚７０Å、２層）とＡｌ０．３４６Ｇａ０．６５４Ａｓバリア層（層厚５４Å、１層）を交互に配置してなる多重量子井戸活性層５０６、Ａｌ０．３２８Ｇａ０．６７２Ａｓ上ガイド層５０７、ｐ−Ａｌ０．４７６Ｇａ０．５２４Ａｓ第１上クラッド層５０８、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層５０９が順次積層されている。さらに、このエッチングストップ層５０９上に、メサストライプ状のｐ−Ａｌ０．４７６Ｇａ０．５２４Ａｓ第２上クラッド層５１０が形成され、その上部に庇状のｐ−ＧａＡｓキャップ層５１１が形成されている。また、上記第２上クラッド層５１０の両側には、ｎ−Ａｌ０．６８５Ｇａ０．３１５Ａｓ第１電流ブロック層５１２およびｎ−ＧａＡｓ第２電流ブロック層５１３が積層されて、メサストライプ状の領域以外の領域を電流狭窄部としている。、上記第２電流ブロック層５１３上にはｐ−ＧａＡｓ平坦化層５１４が設けられ、さらに全面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層５１５が積層されている。
【０００５】
この半導体レーザ装置の光出力−電流特性の図を図７に示す。しきい値電流はおよそ３５ｍＡであり、ＣＯＤ（光学損傷：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）レベル、すなわち、端面破壊レベルがおよそ１６０ｍＷの半導体レーザ装置を実現することができている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２７４６４４号公報（段落００５３、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＡｌＧａＡｓ系の材料を用いた半導体レーザ装置では、活性なＡｌの影響により、高出力駆動時にレーザ光出射端面においてＣＯＤ（光学損傷：端面破壊）が起こりやすく、最高光出力も１６０ｍＷ程度でしかなかった。このＣＯＤは、以下のようなメカニズムによって生じていると考えられる。共振器端面においては、Ａｌが容易に酸化されるために、表面準位が形成される。量子井戸活性層に注入されたキャリアはこの表面準位を介して緩和し、その際に熱を放出するため、局所的に温度が上昇する。この温度上昇によって端面近傍の量子井戸活性層のバンドギャップが縮小し、レーザ光が端面近傍の量子井戸活性層で吸収され、それにより発生したキャリアが、また表面準位を介して緩和して発熱する。このような正帰還を繰り返すことにより最終的に端面が溶融して発振停止に至ると考えられる。従来の半導体レーザ装置では活性領域にＡｌが含まれているため、端面破壊が大きな問題となる。
【０００８】
そこで、本発明者らは活性領域にＡｌを含まない（Ａｌフリー）材料であるＩｎＧａＡｓＰ系による高出力半導体レーザ装置の研究を進めた。もともとこの材料系は、同じバンドギャップのエネルギー（以下、Ｅｇと言う。）であっても、コンダクションバンドのエネルギー（以下、Ｅｃと言う。）とバレンスバンドのエネルギー（以下、Ｅｖと言う。）の値が変わってくる。特に格子定数がＧａＡｓ基板に近い組成の場合、Ｅｇはバレンスバンド側に広がってくる。よって、量子井戸層およびバリア層にＩｎＧａＡｓＰ系の材料を用いたとき、両層の間のバンドギャップエネルギー差（ΔＥｇ）を大きな値に設定しても、Ｅｖの差（｜ΔＥｖ｜）ばかりが大きくなり、Ｅｃの差（｜ΔＥｃ｜）は、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置ほどに大きさを確保できない。そのため、井戸層およびバリア層からなる活性領域の外側には、十分なΔＥｃを確保し、電子のオーバーフローを防げるように、ＡｌＧａＡｓ系の材料の層が必要となるが、量子井戸活性層との材料系の違いに起因すると考えられる結晶の劣化を抑える必要もある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、ＧａＡｓ基板上の高出力半導体レーザ装置、とくにＣＤ−Ｒ／ＲＷ用７８０ｎｍ帯高出力半導体レーザ装置において、高出力駆動状態において高信頼性・長寿命を有する半導体レーザ装置、およびその半導体レーザ装置を用いた光ディスク再生記録装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ装置は、
ＧａＡｓ基板上に、下ガイド層、ＩｎＧａＡｓＰからなる一層または複数層の量子井戸層および複数のバリア層を有する量子井戸活性層、上ガイド層が少なくとも積層されており、発振波長が７６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下である半導体レーザ装置において、
ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる上、下界面保護層が、上記量子井戸活性層と上記上ガイド層との間と上記量子井戸活性層と上記下ガイド層との間に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、上記上、下ガイド層の界面から量子井戸活性層側への結晶欠陥の増殖を、上記バリア層でなくて、上記上、下界面保護層中のＩｎにより抑制して、量子井戸活性層自体の劣化を防ぐことができて、高出力駆動時の高信頼性・長寿命を有する半導体レーザ装置が得ることができる。
【００１２】
１実施の形態では、上記上ガイド層および上記下ガイド層がＡｌＧａＡｓからなる。
【００１３】
上記実施の形態によれば、発光再結合のおこるＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層には、上記ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる上、下界面保護層の存在により、ＡｌＧａＡｓからなる上、下ガイド層が隣接しなくて信頼性を確保しながら、上記上、下ガイド層がＡｌＧａＡｓからなることにより、キャリアのオーバーフローはＡｌＧａＡｓのコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）により十分に抑制する効果を得ることができる。したがって、高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現できる。
【００１４】
また、１実施の形態では、上記上ガイド層および上記下ガイド層のＡｌ混晶比が０．２より大きい。なお、上記上、下ガイド層は活性領域の近くに位置しているため、Ａｌ混晶比が高すぎると信頼性に問題が出てくるため、Ａｌ混晶比は上限を０．７とするのが好ましい。
【００１５】
上記実施の形態では、より好適に上述の効果が得られる。
【００１６】
また、１実施の形態では、上記量子井戸層が圧縮歪を有する。
【００１７】
上記実施の形態では、上記ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓＰからなる量子井戸層が圧縮歪を有するから、特に７８０ｎｍ帯において高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現できる。
【００１８】
また、１実施の形態では、上記圧縮歪の量が３．５％以内である。なお、量子井戸活性層が圧縮歪を有していることにより、高出力化・低しきい値電流化が図れるのであり、また偏光もＴＥモードとなるために、圧縮歪の量の下限は０％を超えていればよい。
【００１９】
上記実施の形態では、上記圧縮歪の量が３．５％以内であるので、より好適に上述の効果が得られる。
【００２０】
また、１実施の形態では、上記バリア層が引張歪を有する。
【００２１】
上記実施の形態では、ＩｎＧａＡｓＰからなる上記バリア層が引張歪を有して、圧縮歪を有する量子井戸層に対してその歪量を補償しているので、より安定した結晶をもつ歪量子井戸活性層を作製することができ、高信頼性の半導体レーザ装置が実現できる効果がある。
【００２２】
また、１実施の形態では、上記引張歪の量が３．５％以内である。なお、上記量子井戸活性層が圧縮歪を有しており、その歪を補償するためにバリア層を利用しているので、バリア層の引張歪の量の下限は０％を超えていればよい。
【００２３】
上記実施の形態では、上記引張歪の量が３．５％以内であるので、より好適に上述の効果が得られる。
【００２４】
また、１実施の形態では、上記上、下界面保護層の有する歪が、上記量子井戸活性層の有する歪を補償している。
【００２５】
上記実施の形態では、上記上、下界面保護層の有する歪が、上記量子井戸活性層の有する歪を補償しているので、より安定した結晶をもつ歪量子井戸活性層を作製することができ、高信頼性の半導体レーザ装置が実現できる効果がある。
【００２６】
また、１実施の形態の光ディスク再生記録装置は、上記半導体レーザ装置を備える。
【００２７】
上記実施の形態によれば、上記半導体レーザ装置が従来よりも高い光出力で動作するため、光ディスクの回転速度を従来よりも高速化してもデータの読み書きが可能である。したがって、特に書き込み時に問題となっていた光ディスクへのアクセス時間が従来の半導体レーザ装置を用いた光ディスク再生記録装置よりも格段に短くなって、より快適に操作できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる実施の形態１の半導体レーザ装置の構造を示したものである。この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第１下クラッド層１０３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２下クラッド層１０４、ＡｌＧａＡｓ下ガイド層１０５、ＡｌＧａＩｎＡｓ下界面保護層１０６、図示しないＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪量子井戸層（２層）とＩｎＧａＡｓＰバリア層（３層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層１０７、ＡｌＧａＩｎＡｓ上界面保護層１０８、ＡｌＧａＡｓ上ガイド層１０９、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層１１０およびｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層１１１を順次積層している。このｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層１１１上に、メサストライプ形状のｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層１１２および庇形状のＧａＡｓキャップ層１１３を設けると共に、上記ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層１１２およびＧａＡｓキャップ層１１３の両側を、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第１電流ブロック層１１５、ｎ−ＧａＡｓ第２電流ブロック層１１６およびｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１７からなる光・電流狭窄領域で埋め込み、さらに、全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層１１９を設けている。この半導体レーザ装置は、メサストライプ部１２１ａと、そのメサストライプ部１２１ａの両側方のメサストライプ部側方部１２１ｂ，１２１ｂとを有する。
【００３０】
次に、図２〜図４を参照しながら、上記半導体レーザ装置の作製方法を説明する。
【００３１】
まず、図２に示すように、（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ０．４６６Ｇａ０．５３４Ａｓ第１下クラッド層１０３（層厚３．０μｍ）、ｎ−Ａｌ０．４９８Ｇａ０．５０２Ａｓ第２下クラッド層１０４（層厚０．１８μｍ）、Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ下ガイド層１０５（層厚７０ｎｍ）、Ａｌ０．３２２６Ｇａ０．６０７４Ｉｎ０．０７Ａｓ下界面保護層１０６（歪０．５４％、層厚１０ｎｍ）、図示しないＩｎ０．２１１１Ｇａ０．７８８９Ａｓ０．６０５３Ｐ０．３９４７圧縮歪量子井戸層（歪０．１２％、層厚８０Å、２層）とＩｎ０．０９３２Ｇａ０．９０６８Ａｓ０．４０７１Ｐ０．５９２９バリア層（歪−１．４４％、基板側から層厚７０Å・５０Å・７０Åの３層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層１０７、Ａｌ０．３２２６Ｇａ０．６０７４Ｉｎ０．０７Ａｓ上界面保護層１０８（層厚１０ｎｍ）、Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ上ガイド層１０９（層厚７０ｎｍ）、ｐ−Ａｌ０．４８８５Ｇａ０．５１１５Ａｓ第１上クラッド層１１０（層厚０．１９μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層１１１（層厚３０Å）、ｐ−Ａｌ０．４８８５Ｇａ０．５１１５Ａｓ第２上クラッド層１１２（層厚１．２８μｍ）、ＧａＡｓキャップ層１１３（層厚０．７５μｍ）を順次有機金属化学気相成長法にて結晶成長させる。
【００３２】
上記有機金属化学気相成長法による成長温度は、図１０の成長温度プロファイルに示すように、上記バッファ層１０２から上記下ガイド層１０５までが７５０℃である。そして、成長を中断して６８０℃まで降温させてから、上記下界面保護層１０６から上記上界面保護層１０８までを順次積層する。その後、再び成長を中断して７５０℃まで昇温させてから、上記上ガイド層１０９から上記キャップ層１１３までを順次積層する。
【００３３】
さらに、図２において、図１に示すメサストライプ部１２１ａを形成する部分に、レジストマスク１１４（マスク幅５．５μｍ）をストライプ方向が［０１１］方向を持つように写真工程により作製する。
【００３４】
次に、上記レジストマスク１１４以外の部分を、図３に示すように、エッチングし、メサストライプ部１２１ａを形成する。このエッチングは硫酸と過酸化水素水の混合水溶液およびフッ酸を用いて二段階で行い、エッチングストップ層１１１直上まで行う。ＧａＡｓはフッ酸によるエッチングレートが非常に遅いということを利用し、エッチング面の平坦化およびメサストライプの幅制御を可能にしている。エッチングの深さは１．９５μｍ、メサストライプの最下部の幅は約２．５μｍである。エッチング後、上記レジストマスク１１４を除去する。
【００３５】
続いて、図４に示すように、上記エッチングストップ層１１１およびキャップ層１１３の上に、ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第１電流ブロック層１１５（層厚１．０μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流ブロック層１１６（層厚０．３μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１７（層厚０．６５μｍ）を順次有機金属結晶成長させて、光・電流狭窄領域を形成する。
【００３６】
その後、写真工程により、上記メサストライプ部側方部１２１ｂ，１２１ｂ上にのみレジストマスク１１８を形成する。
【００３７】
続いて、上記メサストライプ部１２１ａ上の平坦化層１１７、第２電流ブロック層１１６および第１電流ブロック層１１５をエッチングにより除去する。このエッチングには、アンモニアと過酸化水素水の混合水溶液および硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用い、二段階でエッチングを行う。その後、上記レジストマスク１１８を除去して、図１に示すように、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１９（層厚２．０μｍ）を積層する。このようにして、図１に示す構造の半導体レーザ装置を作製することができた。
【００３８】
本実施の形態１の半導体レーザ装置においては、発振波長は７８０ｎｍであり、図６および図７に示すように、ＣＯＤレベルが３００ｍＷ以上、また８５℃、２００ｍＷパルスの信頼性試験において５０００時間以上の安定な動作を確認した。これまで発明者らは、ＧａＡｓ基板上にてＩｎＧａＡｓＰ系の量子井戸活性層を用いた半導体レーザ装置の研究を進めており、今回、ＡｌＧａＡｓ系に比べてＣＯＤレベルの高い半導体レーザ装置を作製することができた。そして、さらに高出力駆動時の半導体レーザ装置の寿命や信頼性を向上すべく、下ガイド層１０５および上ガイド層１０９にＡｌＧａＡｓを用い、かつ、バリア層のＩｎＧａＡｓＰの界面において、それぞれの成長温度の違いから成長の中断に起因すると考えられる界面の結晶性の悪化による長期劣化に対して、下界面保護層１０６および上界面保護層１０８を設けることにより特性の向上を実現した。詳しくは、本実施の形態１のように、上記下ＡｌＧａＡｓガイド層１０５を積層した後に成長中断し、成長再開後は上記ＡｌＧａＩｎＡｓ下界面保護層１０６を成長した後にバリア層を積層するために、先述の界面の影響が下界面保護層１０６によってバリア層とは解離されるために、特性の向上につながったと考えられる。また、上記ＡｌＧａＩｎＡｓＰ上界面保護層１０８をバリア層とＡｌＧａＡｓ上ガイド層１０９との間に設けることも、同様に特性の向上につながったと考えられる。
【００３９】
また、本実施の形態１においては、上、下界面保護層１０８，１０６をＡｌＧａＩｎＡｓとしたところ、信頼性試験後の半導体レーザ装置を解析しても、バリア層・井戸層には全く劣化が観察されないことが確認された。これは、上、下ＡｌＧａＩｎＡｓ界面保護層１０８，１０６が欠陥の増殖を抑える機能をもっていることを示している。その結果、高出力駆動時の高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を作製することができた。
【００４０】
また、本実施の形態１においては、発光再結合のおこる上記ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層には、上記ＡｌＧａＩｎＡｓ上、下界面保護層１０８，１０６の存在により、ＡｌＧａＡｓからなる上、下ガイド層１０９、１０５を隣接させないことで信頼性を確保しながら、上記上、下ガイド層１０９，１０５がＡｌＧａＡｓからなることにより、キャリアのオーバーフローはＡｌＧａＡｓのコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）により十分に抑制する効果を得ることができた。通常、高信頼性を得るためにＡｌフリーの半導体レーザ装置を作る場合、ガイド層、クラッド層までＩｎＧａＰなどで形成して全てＡｌフリーとする。しかし、本実施の形態１では、発振波長７８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰからなる上記量子井戸層に対するコンダクションバンドのエネルギー差（ΔＥｃ）、バレンスバンドのエネルギー差（ΔＥｖ）がバランスよく得られるＡｌ混晶比が０．２より大きいＡｌＧａＡｓからなる層を、上、下ガイド層１０９，１０５として設けている。図９に、ＡｌＧａＡｓからなるガイド層のＡｌ混晶比に対する特性温度（Ｔｏ）の関係を示すグラフを示す。ガイド層のＡｌ混晶比が０．２よりも大きいＡｌＧａＡｓの場合に温度特性が向上していることが確認されて、十分高い信頼性を得ることができた。
【００４１】
また、本実施の形態１においては、上述の通りＧａＡｓ基板１０１上のＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪量子井戸層が用いられており、これにより特に７８０ｎｍ帯において高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現できた。また、上記圧縮歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。ここでいう歪量とは、ＧａＡｓ基板１０１の格子定数をａＧａＡｓ、井戸層の格子定数をａ１とすると、（ａ１−ａＧａＡｓ）／ａＧａＡｓで表される。この値が正であれば圧縮歪、負であれば引っ張り歪と呼ばれる。図８に井戸層の圧縮歪量の違いによる半導体レーザ装置の信頼性（７０℃、２３０ｍＷ）を示すグラフを示す。圧縮歪量が３．５％を越えると信頼性が悪化しているのが分かる。これは、圧縮歪量が大き過ぎて結晶性が悪くなっていると考えられる。
【００４２】
また、本実施の形態１においては、ＩｎＧａＡｓＰからなる引張歪バリア層が用いられており、圧縮歪を有する量子井戸層に対してその歪量を補償しているので、より安定した結晶をもつ多重歪量子井戸活性層１０７を作製することができ、高信頼性の半導体レーザ装置が実現できた。また、上記引張歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上述の効果が得られた。
【００４３】
また、本実施の形態１においては、上記量子井戸層が圧縮歪、上記バリア層が引張歪を有しており、各層について、層の歪量（圧縮方向を正、引張方向を負とする）と層厚との積を求め、これらの積の合計を求めると、この合計は負となっているため、多重歪量子井戸活性層１０７としては、トータルで引張歪となっている。上記ＡｌＧａＩｎＡｓ上、下界面保護層１０８，１０６はＧａＡｓ基板１０１に対して圧縮歪を有していて、上記トータルの引張歪を補償しているため、より結晶性の安定につながり、高出力駆動時の高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を作製することができた。
【００４４】
（実施の形態２）
図５は、本発明にかかる実施の形態２の半導体レーザ装置の構造を示したものである。この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第１下クラッド層２０３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２下クラッド層２０４、ＡｌＧａＡｓ下ガイド層２０５、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ下界面保護層２０６、図示しないＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪量子井戸層（３層）とＩｎＧａＡｓＰバリア層（４層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層２０７、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ上界面保護層２０８、ＡｌＧａＡｓ上ガイド層２０９、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１上クラッド層２１０およびｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２１１を順次積層している。このｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２１１上に、メサストライプ形状のｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層２１２および庇形状のＧａＡｓキャップ層２１３を設けると共に、上記ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２上クラッド層２１２およびＧａＡｓキャップ層２１３の両側を、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第１電流ブロック層２１５、ｎ−ＧａＡｓ第２電流ブロック層２１６およびｐ−ＧａＡｓ平坦化層２１７からなる光・電流狭窄領域で埋め込み、さらに、全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層２１９を設けている。この半導体レーザ装置は、メサストライプ部１２１ａと、そのメサストライプ部１２１ａの両側方のメサストライプ部側方部すなわち電流狭窄部１２１ｂ，１２１ｂとを有する。
【００４５】
次に、上記半導体レーザ装置の作製方法を説明する。
【００４６】
まず、（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ０．４５２Ｇａ０．５４８Ａｓ第１下クラッド層２０３（層厚３．０μｍ）、ｎ−Ａｌ０．５６１Ｇａ０．４３９Ａｓ第２下クラッド層２０４（層厚０．１８μｍ）、Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ下ガイド層２０５（層厚１０ｎｍ）、Ａｌ０．３Ｇａ０．４３５Ｉｎ０．２６５Ａｓ０．５９５Ｐ０．４０５下界面保護層２０６（歪０．４９７６％、層厚３１ｎｍ）、図示しないＩｎ０．２６７０Ｇａ０．７３３０Ａｓ０．５７５３Ｐ０．４２４７圧縮歪量子井戸層（歪０．４２％、層厚６０Å、３層）とＩｎ０．１２８７Ｇａ０．８７１３Ａｓ０．４０７１Ｐ０．５９２９バリア層（歪−１．１８％、基板側から層厚１００Å・５０Å・５０Å・１００Åの４層）を交互に配置してなる多重歪量子井戸活性層２０７、Ａｌ０．３Ｇａ０．４３５Ｉｎ０．２６５Ａｓ０．５９５Ｐ０．４０５上界面保護層２０８（歪０．４９７６％、層厚３１ｎｍ）、Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ上ガイド層２０９（層厚２５ｎｍ）、ｐ−Ａｌ０．４８８５Ｇａ０．５１１５Ａｓ第１上クラッド層２１０（層厚０．２２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層２１１（層厚３０Å）、ｐ−Ａｌ０．４８８５Ｇａ０．５１１５Ａｓ第２上クラッド層２１２（層厚１．２８μｍ）、ＧａＡｓキャップ層２１３（層厚０．７５μｍ）を順次有機金属化学気相成長法にて結晶成長させる。
【００４７】
また、上記有機金属化学気相成長法による成長温度は、図１０の成長温度プロファイルに示すように、上記バッファ層２０２から上記下ガイド層２０５までが７５０℃である。そして成長を中断し６８０℃まで降温させてから、上記下界面保護層２０６から上記上界面保護層２０８までを順次積層する。その後再び成長を中断し７５０℃まで昇温させてから、上記上ガイド層２０９から上記キャップ層２１３までを順次積層する。
【００４８】
その後、メサストライプを作製する工程から、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１９を積層する工程までは実施の形態１と同様なので省略するが、メサストライプ部２２１ａ以外の電流狭窄部２２１ｂ，２２１ｂにｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第１電流ブロック層２１５、ｎ−ＧａＡｓ第２電流ブロック層２１６、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層２１７を設け、光・電流狭窄領域を形成し、上記ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１９を積層することで、図５に示すような半導体レーザ装置を作製することができた。
【００４９】
本実施の形態２においては、実施の形態１と同様に発振波長は７８０ｎｍであり、図７に示すように、８５℃、２３０ｍＷパルスの信頼性試験において５０００時間以上の安定な動作を確認した。本実施の形態２では、上記ＡｌＧａＡｓ下ガイド層２０５を積層した後に成長中断するが、成長再開後は上記ＡｌＧａＩｎＡｓＰ下界面保護層２０６を成長した後にバリア層を積層するために、先述の界面の影響がバリア層とは解離されるために、特性の向上につながったと考えられる。また、上記ＡｌＧａＩｎＡｓＰ上界面保護層２０８をバリア層とＡｌＧａＡｓ上ガイド層２０９との間に設けることも、同様に特性の向上につながったと考えられる。
【００５０】
また、本実施の形態２においては、上記上、下界面保護層２０８，２０６をＡｌＧａＩｎＡｓＰとしたことにより、上記ＡｌＧａＡｓ上、下ガイド層２０９，２０５から結晶欠陥が増殖したとしても、上記バリア層でなく上記ＡｌＧａＩｎＡｓＰ上、下界面保護層２０８，２０６中のＩｎにより、その増殖を抑制することができるため、上記多重歪量子井戸活性層２０７自体の劣化を防ぐ効果があり、高出力駆動時の高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を作製することができた。
【００５１】
また、本実施の形態２においては、発光再結合のおこるＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪量子井戸層には、上記ＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる上、下界面保護層２０８，２０６の存在により、ＡｌＧａＡｓからなる上、下ガイド層２０９、２０５に隣接させないことで信頼性を確保しながら、上記上、下ガイド層２０９，２０５がＡｌＧａＡｓからなることにより、キャリアのオーバーフローはＡｌＧａＡｓのコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）により十分に抑制することができた。
【００５２】
また、本実施の形態２においては、上述の通りＧａＡｓ基板２０１上のＩｎＧａＡｓＰからなる圧縮歪量子井戸層が用いられており、これにより特に７８０ｎｍ帯において高信頼性・長寿命な高出力半導体レーザ装置が実現され、高信頼性の高出力半導体レーザ装置が得られた。また、上記圧縮歪量子井戸層の圧縮歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。
【００５３】
また、本実施の形態２においては、ＩｎＧａＡｓＰからなる引張歪を有する上記バリア層が用いられており、圧縮歪を有する上記量子井戸層に対してその歪量を補償しているので、より安定した結晶をもつ多重歪量子井戸活性層２０７を作製することができ、高信頼性の半導体レーザ装置が実現された。また、上記引張歪量が３．５％以内であることにより、より好適に上記効果が得られた。
【００５４】
また、本実施の形態２においては、上記量子井戸層が圧縮歪、上記バリア層が引張歪を有しており、層の歪量（圧縮方向を正、引張方向を負とする）と層厚との積の合計は負となっているため、上記多重歪量子井戸活性層２０７としては、トータルで引張歪となっている。一方、上記上、下界面保護層２０８，２０６であるＡｌＧａＩｎＡｓＰはＧａＡｓ基板２０１に対して圧縮歪を有していて、このトータルの引張歪を補償しているため、より結晶性の安定につながり、高出力駆動時の高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を作製することができた。
【００５５】
上記実施の形態１および２において、上記Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ上、下ガイド層１０９，２０９，１０５，２０５と上、下界面保護層１０８，２０８，１０６，２０６との間に、Ａｌ混晶比がＡｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ上、下ガイド層１０９，２０９，１０５，２０５よりも少ない、たとえばＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの層を設けてもよい。これは、Ａｌ０．４３３Ｇａ０．５６７Ａｓ上、下ガイド層１０９，２０９，１０５，２０５が上、下界面保護層１０８，２０８，１０６，２０６と接する部分において、Ａｌの混晶比の小さいＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの層を設けることにより、特に下界面保護層１０６，２０６を積層する前の成長中断中に、最表面に露出しているＡｌが少なくなるので、より劣化の少ない、高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を作製することができる。
【００５６】
また、上記実施の形態１および２では、埋込リッジ構造としたが、これに限るものではない。リッジ構造、内部ストライプ構造、埋込ヘテロ構造など、あらゆる構造に対して同様の効果が得られる。
【００５７】
また、本実施の形態１および２では、ｎ型基板１０１，２０１を用いたが、ｐ型基板を用い、上記実施の形態のｎ型、ｐ型を入れ替えても、同様の効果は得られる。また、波長は７８０ｎｍとしたが、これに限るものではない。７６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であるいわゆる７８０ｎｍ帯であれば同様の効果が得られる。
【００５８】
また、上記実施の形態１および２では、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１９および２１９はおよそ２．０μｍとしているが、およそ５０μｍと厚く積層してもよい。また、成長温度を７５０℃および６８０℃としているが、この温度に限るものではない。
【００５９】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３の光ディスク記録再生装置の構造を示したものである。この光ディスク記録再生装置は、光ディスク４０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生するためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した実施の形態１の半導体レーザ装置４０２を備えている。
【００６０】
この光ディスク記録再生装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、上記半導体レーザ装置４０２から出射されたデータ信号がのったレーザ光は、コリメートレンズ４０３により平行光とされて、ビームスプリッタ４０４を透過する。このビームスプリッタ４０４を透過したレーザ光は、λ／４偏光板４０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ４０６で集光されて、光ディスク４０１に照射されて、この光ディスク４０１にデータが記録される。
【００６１】
一方、読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク４０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク４０１の表面で反射されて、データ信号がのった再生光となる。この再生光は、レーザ光照射用対物レンズ４０６、λ／４偏光板４０５を経た後、ビームスプリッタ４０４で反射されて、９０°角度を変えた後、再生光用対物レンズ４０７で集光されて、信号検出用受光素子４０８に入射する。この信号検出用受光素子４０８内で入射したレーザ光の強弱によって、レーザ光にのったデータ信号が電気信号に変換されて、信号光再生回路４０９において元の信号に再生される。
【００６２】
上記実施の形態３の光ディスク記録再生装置は、従来の半導体レーザ装置よりも高い光出力で動作する半導体レーザ装置４０２を用いているため、ディスクの回転速度を従来よりも高速化してもデータの読み書きが可能である。したがって、特に書き込み時に問題となっていた光ディスクへのアクセス時間が従来の半導体レーザ装置を用いた光ディスク記録再生装置よりも格段に短くなって、この光ディスク記録再生装置はより快適に操作できる。
【００６３】
なお、ここでは、上記半導体レーザ装置を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長７８０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００６４】
なお、本発明の半導体レーザ装置および光ディスク再生記録装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、たとえば、各層の混晶比、量子井戸層・バリア層の層厚や層数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓＰからなる上、下界面保護層を、量子井戸活性層と上ガイド層との間と上記量子井戸活性層と下ガイド層との間に設けているので、劣化による結晶欠陥の増殖を、バリア層でなく上記上、下界面保護層中のＩｎにより抑制することができて、量子井戸活性層自体の劣化を防ぐことができ、したがって、高出力駆動時の高信頼性・長寿命な半導体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置をストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を、第１回結晶成長マスクプロセス終了後において、ストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を、メサストライプ形成エッチングプロセス終了後において、ストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を、電流ブロック層埋め込み結晶成長プロセス終了後において、ストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置をストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図６】従来および本発明にかかる半導体レーザ装置の、光出力−電流特性を示すグラフである。
【図７】界面保護層の有無による半導体レーザ装置の信頼性（８５℃、２００ｍＷ）の違いを示すグラフである。
【図８】井戸層の圧縮歪量の違いによる半導体レーザ装置の信頼性（７０℃、２３０ｍＷ）を示すグラフである。
【図９】本発明にかかる半導体レーザ装置において、ガイド層のＡｌ混晶比に対する温度特性（Ｔｏ）の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態１および２に係る半導体レーザ装置の成長温度プロファイル図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る光ディスク記録再生装置の概略図である。
【図１２】従来の半導体レーザ装置をストライプ方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。
【符号の説明】
１０１，２０１    基板
１０５，２０５    下ガイド層
１０６，２０６    下界面保護層
１０７，２０７    多重歪量子井戸活性層
１０８，２０８    上界面保護層
１０９，２０９    上ガイド層
４０２    半導体レーザ装置
【図１】
2004158666.tif 000003
【図２】
2004158666.tif 000004
【図３】
2004158666.tif 000005
【図４】
2004158666.tif 000006
【図５】
2004158666.tif 000007
【図６】
2004158666.tif 000008
【図７】
2004158666.tif 000009
【図８】
2004158666.tif 000010
【図９】
2004158666.tif 000011
【図１０】
2004158666.tif 000012
【図１１】
2004158666.tif 000013
【図１２】
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