(57)【要約】【課題】より低い動作電圧で高いレーザ出力を得ることができる半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】基板上１０１にバッファ層１０２、下部クラッド層１０３、活性層１０４、第１上部クラッド層１０５、エッチング停止層１０６、電流ブロック層１０７、第２上部クラッド層１０８、中間コンタクト層１０９、第３上部クラッド層１１０、中間バンドギャップ層１１１、および、コンタクト層１１２が形成されているＡｌＧａＩｎＰ系の埋め込みリッジ型半導体レーザ装置において、中間コンタクト層１０９の幅がＷ、中間コンタクト層１０９の主面に対してリッジの側面がなす角が各々θ、φのときに、中間コンタクト層１０９から第３上部クラッド層１１０までの距離ＨがＨ＜Ｗ×（ｔａｎθ×ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ））となるようにする。【選択図】  図１
2004214567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の第１上部クラッド層、第２導電型の第２上部クラッド層、前記第２上部クラッド層より屈折率が低く、かつ、Ａｌを含む電流ブロック層、前記活性層よりも大きなバンドギャップを有する第２導電型の第３上部クラッド層が順次形成されてなる、埋め込みリッジ型半導体レーザ装置であって、
リッジの長手方向に直交する断面における、
前記第３上部クラッド層の厚さＤ、
リッジ上面の幅Ｗ、及び、
リッジの斜面上に形成された前記電流ブロック層と前記第３クラッド層との界面から発生した転位のうち前記界面を上方に延長した方向に延びる転位とリッジ上面とがなす角θ、φが、式
Ｄ＜Ｗ×（ｔａｎθ×ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ））
を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
リッジ上面において、前記第２上部クラッド層と前記第３上部クラッド層に挟まれており、かつ、前記第２上部クラッド層よりＡｌの含有量が少ない中間コンタクト層を有する
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上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓを含み、
前記電流ブロック層は、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＡｓを含み、
前記第３上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＡｓを含んでいる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第２上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含み、
前記電流ブロック層は、ＡｌＩｎＰ、又はＡｌＧａＩｎＰを含み、
前記中間コンタクト層はＡｌＧａＡｓを含み、
前記第３上部クラッド層はＡｌＧａＡｓを含んでいる
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、埋め込みリッジ型半導体レーザ装置に関し、特に、出力効率を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、録画再生型ＤＶＤや高倍速ＣＤ―Ｒ／ＲＷ等の光ディスクシステムに用いる光源として、高出力埋め込みリッジ型半導体レーザ装置の研究、開発が盛んに進められている。
このような高出力埋め込みリッジ型半導体レーザ装置には、例えば、特許文献１に開示の半導体レーザ装置がある。図４は、特許文献１に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。図４に示すように、リッジ型レーザ半導体装置４は、基板４０１上に、バッファ層４０２、下部クラッド層４０３、活性層４０４、第１上部クラッド層４０５、および、エッチング停止層４０６が順に積層されている。
【０００３】
ここで、基板４０１とバッファ層４０２とは、ｎ型ＧａＡｓからなっている。また、下部クラッド層４０３は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなっている。活性層４０４は、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ層との２つの層からなっている。第１上部クラッド層４０５は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなっている。エッチング停止層４０６は、ｐ型ＧａＩｎＰからなっている。
【０００４】
エッチング停止層４０６上には、更に、リッジ型の第２上部クラッド層４０８が形成されている。リッジの側面には電流ブロック層４０７が形成されており、リッジの上面には中間コンタクト層４０９が形成されている。ここで、第２上部クラッド層４０８はｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなっている。電流ブロック層４０７はｎ型ＧａＡｓからなっており、中間コンタクト層４０９はｐ型ＧａＩｎからなっている。
【０００５】
更に、電流ブロック層４０７と中間コンタクト層４０９とを覆うようにして第３上部クラッド層４１０が形成されている。第３上部クラッド層４１０上には、中間バンドギャップ層４１１とコンタクト層４１２が順次、積層されている。ここで、第３上部クラッド層４１０はｐ型ＡｌＧａＩｎからなり、中間バンドギャップ層４１１はｐ型ＧａＩｎＰからなっている。また、コンタクト層４１２はｐ型ＧａＡｓからなっている。
【０００６】
上述のように、半導体レーザ装置に第３上部クラッド層４１０を追加することによって、活性層４０４とコンタクト層４１２との間の距離を大きくすることができる。すると、活性層４０４からしみ出した光がコンタクト層４１２に吸収されるのを防止することができので、従って、半導体レーザ装置４の出力を向上させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１５８５号公報（２頁〜３頁、図１（Ｂ））
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体レーザ装置の出力を更に向上させようとする場合、上記特許文献１に開示された構成では、以下に述べるような構成が考えられる。すなわち、ｎ型のＡｌＩｎＰは上記活性層４０４よりもバンドギャップが大きいことが知られており、このｎ型のＡｌＩｎＰを上記電流ブロック層４１０にそのまま適用すれば、導波路損失を低減して低動作電流化を図ることができるのではないかと期待される。
【０００９】
しかしながら、このような半導体レーザ装置を、本願発明者らが実際に試作して、動作実験を試みたところ、高電圧を印加しなければレーザ発振をせず、レーザ光を放出しないことが確認された。
本願発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、より低い動作電圧で高いレーザ出力を得ることができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明に係る半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の第１上部クラッド層、第２導電型の第２上部クラッド層、前記第２上部クラッド層より屈折率が低く、かつ、Ａｌを含む電流ブロック層、前記活性層よりも大きなバンドギャップを有する第２導電型の第３上部クラッド層が順次形成されてなる、埋め込みリッジ型半導体レーザ装置であって、リッジの長手方向に直交する断面における、前記第３上部クラッド層の厚さＤ、リッジ上面の幅Ｗ、及び、リッジの斜面上に形成された前記電流ブロック層と前記第３クラッド層との界面から発生した転位のうち前記界面を上方に延長した方向に延びる転位とリッジ上面とがなす角θ、φが、式
Ｄ＜Ｗ×（ｔａｎθ×ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ））
を満たすことを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、前記電流ブロック層と前記第３クラッド層との界面から発生した転位のうち前記界面を上方に延長した方向に延びる転位により第３クラッド層が高抵抗化しても、かかる転位領域がリッジ上面を覆い尽くすことがないので、第３クラッド層の高抵抗化していない部分にて活性層への電流路を確保することができる。したがって、より低い動作電圧で高いレーザ出力を得ることができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１２】
また、リッジ上面において、前記第２上部クラッド層と前記第３上部クラッド層に挟まれており、かつ、前記第２上部クラッド層よりＡｌの含有量が少ない中間コンタクト層を有することを特徴とする。
また、前記第２上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓを含み、前記電流ブロック層は、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＡｓを含み、前記第３上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＡｓを含んでいることを特徴とする。
【００１３】
また、前記第２上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含み、前記電流ブロック層は、ＡｌＩｎＰ、又はＡｌＧａＩｎＰを含み、前記中間コンタクト層はＡｌＧａＡｓを含み、前記第３上部クラッド層はＡｌＧａＡｓを含んでいることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る半導体レーザ装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  本実施の形態に係る半導体レーザ装置の構造
図１は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。図１に示されるように、半導体レーザ装置１は、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１０１を備えており、当該基板１０１上には、同じく、ｎ型のＧａＡｓからなるバッファ層１０２が形成されている。
【００１５】
バッファ層１０２を設けるのは、基板１０１上に直接他の層を形成すると、格子定数が異なるため結晶性が悪くなるからである。これに対して、バッファ層１０２を設ければ、格子定数の違う二つの層の間に緩衝の役割を果すので、他の層の結晶性を高めることができる。
バッファ層１０２上には、順次、下部クラッド層１０３、活性層１０４、第１上部クラッド層１０５が形成されている。下部クラッド層１０３は、ｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。第１上部クラッド層１０５もまた、下部クラッド層１０３と同じく、ｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっている。すなわち、下部クラッド層１０３と第１上部クラッド層１０５とは、ダブルへテロ構造をなしている。
【００１６】
一方、活性層１０４は、下部クラッド層１０３に近いほうから、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層とＧａＩｎＰ層との２層構造を有し（図示省略）、歪量子井戸構造となっている。このように、活性層１０４とは異なる半導体からなるクラッド層を活性層１０４の上下に形成することによって活性層１０４を導波路となし、レーザ光を増幅するのに必要な電子やホールを活性層１０４内に溜めることができる。
【００１７】
第１上部クラッド層１０５上には、エッチング停止層１０６が形成されている。エッチング停止層１０６は、ｐ型のＧａＩｎＰからなっている。エッチング停止層１０６は、後述する電流ブロック層１０７をエッチングにより整形する際に、エッチング溶液による浸蝕を停止させ、精度よく電流ブロック層１０７を整形するために用いられる。
【００１８】
エッチング停止層１０６上には、順メサ方向のリッジ型第２上部クラッド層１０８が形成されている。第２上部クラッド層１０８は、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなっている。リッジの側面には電流ブロック層１０７が形成されている。電流ブロック層１０７は、ｎ型のＡｌＩｎＰからなっている。更に、リッジの上面には中間コンタクト層１０９が形成されている。中間コンタクト層１０９は、ｐ型のＧａＩｎからなっている。
【００１９】
このように、順メサリッジを形成することによって、電流が流れる方向に垂直な方向について電流を空間的に制限し、閾値電流や動作電流を制限することができる。また、同時に、活性層に光を閉じ込めて導波路とし、横方向の光のモードを単一にするなど横モードを制御することもできる。
さて、電流ブロック層１０７上には、電流ブロック層１０７と中間コンタクト層１０９とを覆うようにして、第３上部クラッド層１１０が形成されている。この第３上部クラッド層１１０は、ｐ型のＡｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓからなっている。第３上部クラッド層１１０上には、中間バンドギャップ層１１１が形成される。中間バンドギャップ層１１１は、ｐ型のＧａＩｎＰからなっている。
【００２０】
中間バンドギャップ層１１１上には、更に、コンタクト層１１２が形成されている。コンタクト層１１２は、ｐ型のＧａＡｓからなっている。このように、第３上部クラッド層１１０を設けることによって、かつ、また、電流ブロック層１０７にｎ型のＡｌＩｎＰを適用することによって、半導体レーザ装置１を高出力、かつ、高効率なものとすることができる。
【００２１】
［２］  半導体レーザ装置１の各部の寸法など
次に、半導体レーザ装置１について、各部材の具体的な寸法等を示す。本願発明は、半導体レーザ装置を構成する各部材の寸法を調整することによって、その目的を達成するものだからである。表１は、半導体レーザ装置１の各部材の寸法等を示す表である。
【００２２】
【表１】
2004214567.tif 000003
［３］  半導体レーザ装置１の製造方法
次に、半導体レーザ装置１の製造方法について説明する。図２は、半導体レーザ装置１の製造方法を模式的に表わす図であって、図２（ａ）から図２（ｃ）は製造途中の各段階における半導体レーザ装置１の構造を模式的に示す断面図となっている。さて、半導体レーザ装置１の製造は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、有機金属気相成長法）を用いて、エピタキシャル結晶成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）により基板１０１上にバッファ層１０２を形成することから始まる。
【００２３】
すなわち、図２（ａ）に示されるように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１０１上に、バッファ層１０２、下部クラッド層１０３、活性層１０４、第１上部クラッド層１０５、エッチング停止層１０６、第２上部クラッド層１０８、および、中間コンタクト層１０９が形成される。
続いて、中間コンタクト層１０９上にストライプ状のＳｉＯ２マスクパターン１１３を形成する。そして、このマスクパターン１１３と硫酸系のエッチャントとを用いて、エッチング停止層１０６までエッチングして、図２（ｂ）に示すような順メサリッジを形成する。
【００２４】
再び、ＭＯＣＶＤ法を用いて、図２（ｃ）に示されるように、電流ブロック層１０７を形成し、更に、リッジの上面にキャップ層１１４を選択成長する。キャップ層１１４は、ｎ型のＧａＡｓからなっており、ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３、膜厚は０．１μｍである。
その後、ＳｉＯ２パターン１１３を選択エッチングによって除去し、更に、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の混合液を用いてキャップ層１１４を除去する。
【００２５】
キャップ層１１４を除去した後、更に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第３上部クラッド層１１０を形成する。そして、第３クラッド層１１０上に、順次、中間バンドギャップ層１１１、コンタクト層１１２を形成すると、図１に示されるような、半導体レーザ装置１が完成する。
［４］  半導体レーザ装置１の試作と性能評価
次に、本願発明に係る半導体レーザ装置について性能評価を実施したので、従来技術との比較と併せて説明する。
【００２６】
［４−１］  従来の半導体レーザ装置（その１）
図３は、埋め込みリッジ型半導体レーザ装置の一般的な構造を模式的に表わす断面図である。このような埋め込みリッジ型半導体レーザ装置については、例えば、
伊賀健一編、「半導体レーザ」、第１版、オーム社、平成６年１０月、ｐ．２０１
に記載されている。
【００２７】
さて、図３に示されるように、半導体レーザ装置３おいては、基板３０１上に、バッファ層３０２、下部クラッド層３０３、活性層３０４、第１上部クラッド層３０５、および、エッチング停止層３０６が、順次、積層されている。更に、エッチング停止層３０６上には、順メサリッジ型の第２上部クラッド層３０８が形成されている。
【００２８】
エッチング停止層３０６上の第２上部クラッド層３０８が形成されていない部分上、および、リッジの側面上には電流ブロック層３０７が形成されている。また、リッジの上面上には第２上部クラッド層３０９が形成されている。
更に、電流ブロック層３０７と第２上部クラッド層３０９とを覆うようにしてコンタクト層３１０が形成されている。なお、コンタクト層３１０は、ＧａＡｓからなっている。
【００２９】
さて、このような半導体レーザ装置３の出力を高めるためには、より高い電圧を印加する必要がある。しかしながら、半導体レーザ装置３に印加する電圧を高めると、活性層３０４からしみ出したレーザ光がコンタクト層３１０に吸収されてしまう。このため、動作電流が増大すると共にレーザ特性が低下する。
このような問題に対して、リッジ（第２上部クラッド層３０８）の膜厚を厚くし、活性層３０４からコンタクト層３１０までの距離を大きくすることによって、活性層３０４からしみ出したレーザ光がコンタクト層３１０に達するのを防止するという対策も考えられる。
【００３０】
しかしながら、これには次のような問題がある。半導体レーザ装置において高出力を実現するためには、キンク発生光出力を十分に高くする必要がある。聞く発生光出力を高めるためには、空間的ホールバーニングを抑制する必要があるので、リッジの幅は数μｍ以下としなければならない。従って、上述のようにリッジの膜厚が厚くすると、リッジ部分の電気抵抗が高くなるので、半導体レーザ装置の動作電圧が高くなってしまう。
【００３１】
特に、順メサリッジの場合に膜厚を厚くすると、コンタクト層３１０から活性層３０４への電流通路となるリッジの上部幅が狭くなるため、電気抵抗の増大による動作電圧の増大が顕著となり、実用的でない。
［４−２］  従来の半導体レーザ装置（その２）
次に、前述の特許文献１に開示の半導体レーザ装置４について更に説明する。図４に示されるように、半導体レーザ装置４は、第３上部クラッド層４１０および中間バンドギャップ層４１１を備えている点で前記半導体レーザ装置３と相違している。
【００３２】
図５は、半導体レーザ装置４の製造方法を模式的に表わしており、図５（ａ）から図５（ｃ）は製造途中の各段階における半導体レーザ装置４の構造を示す断面図となっている。
半導体レーザ装置４を製造するに際しては、半導体レーザ装置１を製造する場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法により、基板４０１上に、先ず、バッファ層４０２、下部クラッド層４０３、活性層４０４、第１上部クラッド層４０５、エッチング停止層４０６、第２上部クラッド層４０８、および、中間コンタクト層４０９が形成される。
【００３３】
続いて、中間コンタクト層４０９上にマスクパターン４１３を形成した後、エッチング停止層４０６までエッチングして、図５（ｂ）のような順メサリッジが形成される。更に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、図５（ｃ）に示されるような電流ブロック層４０７を形成した後、マスクパターン４１３を選択エッチングによって除去する。
【００３４】
マスクパターン４１３を除去した後、更に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第３上部クラッド層４１０、中間バンドギャップ層４１１、コンタクト層４１２を順次、形成すると、図４に示されるような、半導体レーザ装置４が完成する。
以下に、各層の寸法について典型例を示す。
【００３５】
【表２】
2004214567.tif 000004
このように、半導体レーザ装置に第３上部クラッド層４１０を設ければ、活性層４０４とコンタクト層４１２との間の距離を十分に大きくすることができる。また、第３上部クラッド層４１０によって、活性層４０４からしみ出したレーザ光を屈折させることができる。
【００３６】
従って、活性層４０４からしみ出したレーザ光がコンタクト層４１０に吸収されるのを防止するために、リッジの膜厚を厚くする必要がない。また、リッジ上部幅も狭くする必要が無いので、電気抵抗の増加による動作電圧の増大を招くことがない。
［４−３］  ＡｌＩｎＰ電流ブロック層を有する半導体レーザ装置
上述したように、ｎ型のＡｌＩｎＰは上記活性層４０４よりもバンドギャップが大きいことが知られていることから、このｎ型のＡｌＩｎＰを上記電流ブロック層４０７にそのまま適用すれば、導波路損失を低減して低動作電流化を図ることができるのではないかと期待される。そこで、本願発明の発明者は、かかる半導体レーザ装置を試作して、その評価を行なった。
【００３７】
図６は、発明者の試作に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。図６に示すように、レーザ半導体装置６は、埋め込みリッジ型の半導体レーザ装置であって、基板６０１上に、バッファ層６０２、下部クラッド層６０３、活性層６０４、第１上部クラッド層６０５、および、エッチング停止層６０６が順に積層されている。
【００３８】
エッチング停止層６０６上には、リッジ型の第２上部クラッド層６０８が形成されている。また、リッジの側面には電流ブロック層６０７が、上面には中間コンタクト層６０９が形成されている。第３上部クラッド層６１０は、電流ブロック層６０７と中間コンタクト層６０９とを覆うようにして形成され、更に、中間バンドギャップ層６１１とコンタクト層６１２が積層されている。
【００３９】
ここで、上記電流ブロック層６０７は、ＡｌＩｎＰからなっている。また、半導体レーザ装置６の電流ブロック層６０７以外の箇所は、前記半導体レーザ装置４の対応する箇所と組成を同じくしている。
さて、このような半導体レーザ装置６は、前述したように、高電圧を印加しなければレーザ発振をせず、レーザ光を放出しない。その理由は、次に述べる通りである。
【００４０】
すなわち、第３上部クラッド層６１０は、中間コンタクト層６０９や電流ブロック層６０７の上に形成される。したがって、第３上部クラッド層６１０の結晶性は、その土台となる中間コンタクト層６０９や電流ブロック層６０７の結晶性に影響される。
ところで、電流ブロック層６０７は、エッチング・プロセスを経た後に形成されるため、転位を多く含んでいる。
【００４１】
この結果、第３上部クラッド層６１０は、電流ブロック層６０７の転位を多く含む結晶性に影響されて、転位が導入されてしまう。
この間の事情について詳述すれば、先ず、半導体レーザ装置６の第３上部クラッド層６１０は、半導体レーザ装置４の第３上部クラッド層４１０と同様に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなっている。
【００４２】
また、レーザ光の分布を、活性層６０４を中心としてほぼ対称なものとするために、第３上部クラッド層６１０は下部クラッド層６０３、第２上部クラッド層６０８と屈折率を合わせる必要がある。このため、第３上部クラッド層６１０のＡｌ組成を高くしなければならない。
このようにＡｌ組成を高めた結果、第３上部クラッド層６１０は電流ブロック層６０７の結晶性に影響され易くなっている。
【００４３】
実際、半導体レーザ装置６について、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による断面解析（以下、ＴＥＭ解析という。）を行ったところ、電流ブロック層６０７並びに第３上部クラッド層６１０の内部に転位が発生していることが確認された。
図７は、ＴＥＭ解析によって観察された、半導体レーザ装置６における転位発生状況を模式的に示す断面図である。なお、図７において、破線に囲まれている箇所Ｉ１〜Ｉ３は、転位発生領域である。
【００４４】
図７に示されるように、電流ブロック層６０７の内部には転位発生領域Ｉ１が発生して折り、第３上部クラッド層６１０の内部には転位発生領域Ｉ２、Ｉ３が発生している。電流ブロック層６０７中に転位発生領域Ｉ１が発生しているのは、第２上部クラッド層６０８表面の結晶性がエッチング・プロセスの影響を受けて変化しているためである。
【００４５】
すなわち、電流ブロック層６０７が形成される、リッジの側面に当たる第２上部クラッド層６０８とエッチング停止層６０６とではＡｌとＩｎの取り込まれる割合が異なっている。
このため、電流ブロック層６０７をＭＯＣＶＤ成長させる際に、順メサリッジの側面上に形成されるＡｌＩｎＰがＧａＡｓと格子整合せず、格子不整による歪みが大きくなる。この歪みが電流ブロック層６０７中に転位発生領域Ｉ１を生じさせる原因となっている。
【００４６】
また、同様の理由によって、図７からも分かるように、エッチング・プロセスの影響を受け難いエッチング停止層６０６に接する箇所では、電流ブロック層６０７内に転位発生領域が発生していない。
また、第３上部クラッド層６１０中に転位発生領域Ｉ２、Ｉ３が発生しているのは、電流ブロック層６０７中の転位発生領域Ｉ１の影響によるものである。転位発生領域Ｉ２は電流ブロック層６０７上の順メサリッジ側面に平行な面から、この面に概ね直交するような方向へ向かって成長している。
【００４７】
また、転位発生領域Ｉ３は、電流ブロック層６０７の端面から、順メサリッジ側面に平行に中間バンドギャップ層６１１へ向かって成長している。この場合において、順メサリッジの両側面に対応する電流ブロック層６０７の２つの端面から各々成長した転位発生領域Ｉ３は、第３上部クラッド層６１０中で互いに交わっている。
【００４８】
また、第３上部クラッド層における転位発生領域Ｉ２、Ｉ３においては、転位の発生に起因して、ｐ型キャリアの活性化率が大幅に低下している。このため、転位発生領域Ｉ２、Ｉ３は高抵抗化している。
このように高抵抗化した転位発生領域Ｉ３は、順メサリッジを覆うように形成されており、コンタクト層６１２から第２上部クラッド層６０８に向かって電流が流れるのを妨げている。このため、高い電圧を印加しなければ、活性層６０４に十分な電流が流れないので、レーザ発振しない。よって、レーザ特性が低下するという結果を生ずるのである。
【００４９】
［４−４］  ＡｌＩｎＰ電流ブロック層上にコンタクト層を形成した場合
次に、上記［４−３］に記載の半導体レーザ装置６においては、電流ブロック層６０７上に、第３上部クラッド層６１０、中間バンドギャップ層６１１、および、コンタクト層６１２が形成されているところ、これら各層に代えて、電流ブロック層上にＧａＡｓからなるコンタクト層が形成されている半導体レーザ装置について述べる。
【００５０】
このような構成を有する半導体レーザ装置を試作し、性能評価を実施したところ、従来の半導体レーザ装置と同等の性能を有することが分かった。すなわち、従来と同様の動作電圧を印加することによって、従来と同様のレーザ出力を得ることができた。
これは、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層中に転位が発生しても、ドーパントの活性化率は低下しないので、転位発生領域が存在してもコンタクト層が高抵抗化しないためである。
【００５１】
［４−５］ＡｌＧａＡｓを用いた半導体レーザ装置
次に、ＡｌＧａＡｓを用いた半導体レーザ装置を試作して、その性能評価を実施した。図８は、ＡｌＧａＡｓを用いた半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。図８に示すように、半導体レーザ装置８は、図６に示した半導体レーザ装置６と同様に、基板８０１上、バッファ層８０２、下部クラッド層８０３、活性層８０４、第１上部クラッド層８０５、エッチング停止層８０６、第２上部クラッド層８０８、電流ブロック層８０７、中間コンタクト層８０９、第３上部クラッド層８１０、中間バンドギャップ層８１１、および、コンタクト層８１２が積層された構造となっている。
【００５２】
ここで、下部クラッド層８０３は、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなっており、第１上部クラッド層８０５、第２上部クラッド層８０８、電流ブロック層８０７、および、第３上部クラッド層８１０はｐ型のＡｌＧａＡｓからなっている。また、活性層８０４もＡｌＧａＡｓからなっている。
このような半導体レーザ装置８を試作し、性能評価を実施したところ、半導体レーザ装置６と同様に、高い電圧を印加しなければレーザ発振しないことが分かった。
【００５３】
そこで、半導体レーザ装置８についてＴＥＭ解析を行なったところ、前述した半導体レーザ装置６とは異なって、電流ブロック層８０７には転位が発生していないことが確認された。一方、第３上部クラッド層８１０中においては、電流ブロック層８０７と第３上部クラッド層８１０との界面付近から中間バンドギャップ層８１１に向かって、活性層８０４への通電を妨げるように転位が発生していることが確認された。
【００５４】
このような転位発生領域においては、半導体レーザ装置６の転位発生領域Ｉ２、Ｉ３におけるのと同様に。ｐ型キャリアの活性化率が低下して、電気抵抗が高くなっている。このため、高い電圧を印加しなければレーザ発振しないものと推測される。
また、電流ブロック層８０７と第３上部クラッド層８１０との界面付近から転位が発生していることについては、半導体レーザ装置８の製造段階において、第３上部クラッド層８１０の成長前に電流ブロック層８０７の表面が、ＭＯＣＶＤ成長装置内の雰囲気中に露出されることが原因と推測される。
【００５５】
すなわち、電流ブロック層８０７はＡｌ組成が高いため、わずかな酸素や水分が存在するだけでも、その表面が酸化されてしまう。ＭＯＣＶＤ成長装置内は、一応、不活性ガス雰囲気が充填され、あるいは真空に保たれているのだが、酸素や水分の残留を完全には排除することができない。
このため、電流ブロック層０８７の表面が酸化されてしまう。そして、その酸化された表面上に、第３上部クラッド層８１０が結晶成長されるため、界面付近に転位が発生すると考えられる。
【００５６】
［５］  第３上部クラッド層の膜厚
上記において説明したように、試作と性能評価の結果、埋め込みリッジ型の半導体レーザ装置において、電流ブロック層がＡｌを含む場合は、第３上部クラッド層に転位が発生し易く、転位発生領域が高抵抗化することに起因して高電圧を印加しなければレーザ発振しないということが判明した。この転位発生領域の形状には次のような特徴がある。
【００５７】
図９は、半導体レーザ装置における転位発生領域の形状を示す断面図である。前述のように、転位発生領域Ｉ３は、電流ブロック層６０７の端面から、順メサリッジ側面に平行に中間バンドギャップ層６１１へ向かって成長している。順メサリッジの両側面に平行に成長した転位発生領域Ｉ３は、中間コンタクト層６０９からの高さＨのところで交差する。
【００５８】
この高さＨは、中間コンタクト層６０９の幅Ｗと、中間コンタクト層６０９の主面に対する順メサリッジの両側面の角度θ、φとを用いて次式のように算出することができる。
【００５９】
【数１】
2004214567.tif 000005
上記転位の延びる方向は、例えば基板表面の面方位を（−１００）とすると、（−１１−１）および（−１−１１）にほぼ一致する。面方位が傾いた傾斜基板であれば、上記転位の延びる方向もまたその傾きに応じて変化する。
【００６０】
ここで、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層中に転位が発生しても、ドーパントの活性化率は低下しないので、転位発生領域が存在してもコンタクト層は高抵抗化しない。
したがって、転位発生領域による高抵抗化を解決するためには、中間コンタクト層からの第３上部クラッド層の高さを上式から求められるＨよりも小さくすれば良いことになる。本実施の形態に係る半導体レーザ装置１においては、Ｈ＝０．７μｍである。これに対して、第３上部クラッド層１１０の膜厚は、前述のように、０．４μｍなので上式を満足する。
【００６１】
［６］  半導体レーザ装置１の特性
次に、第３上部クラッド層の膜厚と半導体レーザ装置の性能との関係について説明する。
（１）  第３上部クラッド層の膜厚と動作電圧との関係
図１０は、半導体レーザ装置におけるｐ型の第３上部クラッド層の膜厚と動作電圧との関係を表わすグラフである。図１０に示されるように、第３上部クラッド層の膜厚が１μｍの場合、光出力５０ｍＷで動作電圧は７Ｖ以上である。また、第３上部クラッド層の膜厚が薄くなるに従って、動作電圧が低下する傾向が見られる。
【００６２】
図１０から分かるように、第３上部クラッド層の膜厚が０．５μｍ以下になると動作電圧は概ね２．３Ｖ程度となり、これ以上の低下は見られなかった。これは、活性層に電流を通電するための通路が十分に確保でき、当該電流通路の抵抗が一定となったためと考えられる。このように、第３上部クラッド層の膜厚を小さくすることによって動作電圧を低下させることができる。
【００６３】
（２）  第３上部クラッド層の膜厚と内部ロスとの関係
一方、第３上部クラッド層の膜厚を小さくすると、活性層とコンタクト層との間の距離が小さくなる。活性層とコンタクト層との間の距離が小さくなると、前述のように、レーザ光がコンタクト層にて吸収されるので、内部ロスが大きくなると考えられる。
【００６４】
図１１は、半導体レーザ装置におけるｐ型の第３上部クラッド層の膜厚と内部ロスとの関係を表わすグラフである。図１１に示されるように、第３上部クラッド層の膜厚が小さいほど内部ロスが大きく、第３上部クラッド層の膜厚が大きくなるに連れて内部ロスが小さくなる。
また、第３上部クラッド層の膜厚が０．４μｍを超えると、内部ロスは、それ以上は低下しないで、概ね２．８ｃｍ−１程度の値にとどまる。したがって、第３上部クラッド層の膜厚は少なくとも０．３μｍ以上にするのが望ましいと考えられる。
【００６５】
（３）  本実施の形態に係る半導体レーザ装置の第３上部クラッド層の膜厚
上述のように、動作電圧を低く抑えるためには、第３上部クラッド層の膜厚は０．５μｍ以下であるのが望ましく、一方、内部ロスを低く抑えるためには、第３上部クラッド層の膜厚は０．３μｍ以上とするのが望ましい。
本実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、前述のように、第３上部クラッド層の膜厚を０．４μｍとしている。これは、動作電圧を低く抑えることができると共に、内部ロスとを低減することができるという意味において理想的な値であると言える。
【００６６】
また、本実施の形態においては、動作電圧を低く抑えることによって活性層付近での発熱量を低減することができる。したがって、活性層付近での発熱に起因するレーザの熱飽和を改善することができるので、レーザ光の出力を７０ｍＷから９０ｍＷにまで高めることができる。
［７］  変形例
以上、本願発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本願発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
【００６７】
すなわち、上記実施の形態においては、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ装置に本発明を適用する場合について説明したが、本発明の適用対象がＡｌＧａＩｎ系の半導体レーザ装置に限定されないことは言うまでもなく、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置についても本発明を適用することによって、同様の効果を得ることができる。
【００６８】
ここで、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置とは、下部クラッド層、第１上部クラッド層、第２上部クラッド層、第３上部クラッド層、および、電流ブロック層が、いずれもＡｌＧａＡｓからなっている半導体レーザ装置である。このＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置においても、上述のような転位の発生に起因する高抵抗化が発生し得るので、本発明を適用して、動作電圧の低下と高出力化という本発明の効果を得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、第３上部クラッド層の膜厚を制限するので、内部ロスを低減して、低抵抗化を実現することができる。したがって、高効率な埋込リッジ型半導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。
【図２】半導体レーザ装置１の製造方法を模式的に表わす図であって、（ａ）から（ｃ）は製造途中の各段階における半導体レーザ装置１の構造を模式的に示す断面図となっている。
【図３】埋め込みリッジ型半導体レーザ装置の一般的な構造を模式的に表わす断面図である。
【図４】特許文献１に係る高出力埋め込みリッジ型半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。
【図５】半導体レーザ装置１の製造方法を模式的に表わす図であって、（ａ）から（ｃ）は製造途中の各段階における半導体レーザ装置１の構造を模式的に示す断面図となっている。
【図６】発明者の試作に係る半導体レーザ装置であって、電流ブロック層がＡｌＩｎＰからなっている半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。
【図７】ＴＥＭ解析によって観察された、半導体レーザ装置６における転位発生状況を模式的に示す断面図である。
【図８】下部クラッド層や上部クラッド層等にＡｌＧａＡｓを用いた半導体レーザ装置の構造を模式的に表わす断面図である。
【図９】半導体レーザ装置の内部における転位発生領域の形状を示す断面図である。
【図１０】半導体レーザ装置におけるｐ型の第３上部クラッド層の膜厚と動作電圧との関係を表わすグラフである。
【図１１】半導体レーザ装置におけるｐ型の第３上部クラッド層の膜厚と内部ロスとの関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
１０１、５０１、６０１…基板
１０２、５０２、６０２…バッファ層
１０３、５０３、６０３…下部クラッド層
１０４、５０４、６０４…活性層
１０５、５０５、６０５…第１上部クラッド層
１０６、５０６、６０６…エッチング停止層
１０７、５０９、６１０…電流ブロック層
１０８、５０７、６０７…第２上部クラッド層
１０９、５０８、６０８…中間コンタクト層
１１０、６１１……………第３上部クラッド層
１１１、６１２……………中間バンドギャップ層
１１２、５１０、６１３…コンタクト層
１１３、６０９……………マスクパターン
１１４………………………キャップ層
【図１】
2004214567.tif 000006
【図２】
2004214567.tif 000007
【図３】
2004214567.tif 000008
【図４】
2004214567.tif 000009
【図５】
2004214567.tif 000010
【図６】
2004214567.tif 000011
【図７】
2004214567.tif 000012
【図８】
2004214567.tif 000013
【図９】
2004214567.tif 000014
【図１０】
2004214567.tif 000015
【図１１】
2004214567.tif 000016