(57)【要約】【課題】高出力まで自励発振が得られ、広い出力範囲で自励発振が得られる半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】基板と、前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成され電流注入により光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、前記第１の第２導電型クラッド層上に第１方向に沿って形成された帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、前記第１方向と垂直な方向における切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、を備え、所定の出力領域で自励発振を行うことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。【選択図】  図１
2004186259.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導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成され電流注入により光を放射する活性層と、
前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、
前記第１の第２導電型クラッド層上に第１方向に沿って形成された帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、前記第１方向と垂直な方向における切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、
を備え、所定の出力領域で自励発振を行うことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記切断面は、
前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも狭く、前記側辺が前記上辺から前記下辺にまで外側に広がるように立ち下がる形状、
前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも狭く、前記側辺が、前記上辺から前記下辺側に向けてほぼ垂直に立ち下がる上側辺部と、この上側辺部から前記下辺に向かう下側辺部と、を有する形状、
前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも狭く、前記側辺が、前記上辺から前記下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部と、この上側辺部から前記下辺に向かう下側辺部と、を有する形状、
のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記切断面は、
前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも広く、前記側辺が前記上辺から前記下辺まで内側に狭まるように立ち下がる形状、
前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも広く、前記側辺が、前記上辺から前記下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部と、この上側辺部から前記下辺に向かう下側辺部と、を有する形状、
のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記切断面は、
前記上辺の幅と前記下辺の幅とが等しく、前記側辺が、前記上辺から前記下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部と、この上側辺部から前記下辺に向かう下側辺部と、を有する形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記下辺の幅が３．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層が、厚さ２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記帯状の第２の第２導電型クラッド層がＩｎ０．５（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）０．５Ｐ（０．６≦ｘ≦１）からなることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層が、厚さ４ｎｍ以上８ｎｍ以下のＩｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）からなる井戸層と、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｖＡｌｖ）０．５Ｐ（０．２＜ｖ≦０．６）からなる障壁層と、を交互に５回以上９回以下積層した多重量子井戸構造の活性層であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記帯状の第２の第２導電型半導体層の前記側辺と、前記下辺と、の角度が、前記帯状の第２の第２導電型半導体層の上側の少なくとも６０％以上の部分で、７０°以上１００°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
所定の出力領域で自励発振を行う半導体レーザ素子の製造方法であって、
基板上に第１導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上に第１の第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１の第２導電型クラッド層上に第２の第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第２の第２導電型クラッド層上に帯状の酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜をマスクとして前記第２の第２導電型クラッド層をエッチングして帯状の第２の第２導電型クラッド層を形成する工程であって、前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の上側の少なくとも６０％以上の上側部分をドライエッチングにより形成し、前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の切断面が、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上であり、前記下辺と前記上側部分の前記側辺との角度が７０°以上１００°以下である、工程と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
同一の基板を用いて形成された、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子と、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子と、を備える多波長集積化半導体レーザ装置であって、
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子は、
第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成されＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）を含み電流注入により光を放射する活性層と、
前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、
前記第１の第２導電型クラッド層上に帯状に形成されＩｎ０．５（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）０．５Ｐ（０．６≦ｘ≦１）からなる帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、
を有する半導体レーザ素子であり、
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子は、
第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成されＩｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）を含む活性層と、
前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、
前記第１の第２導電型クラッド層上に帯状に形成され前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の前記帯状の第２の第２導電型クラッド層と該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、
を有し、前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子とは異なる波長の光を放射する半導体レーザ素子である、
ことを特徴とする多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子および前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記切断面は、前記上辺の幅が前記下辺の幅よりも狭く、前記側辺が前記上辺から前記下辺まで外側に広がるように立ち下がる形状であることを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記下辺の幅が３．０μｍ以上であり、
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の前記下辺の幅が３．０μｍ以上であり、
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子および前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子が、所定の出力領域で自励発振を行うことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の前記活性層が、厚さ２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）からなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記活性層が、厚さ４ｎｍ以上８ｎｍ以下のＩｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）からなる井戸層と、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｖＡｌｖ）０．５Ｐ（０．２＜ｖ≦０．６）からなる障壁層と、を交互に５回以上９回以下積層した多重量子井戸構造の活性層であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１６】
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記第１の第２導電型クラッド層が、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｔＡｌｔ）０．５Ｐ（０．６≦ｔ≦１）からなり、厚さが０．１５μｍ以上０．４５μｍ以下であり、
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の前記第１の第２導電型クラッド層が、前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記第１の第２導電型クラッド層と該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰ系材料からなり、厚さが０．１５μｍ以上０．４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１７】
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子が、前記帯状の第２の第２導電型半導体層を挟んでその両側にＩｎ０．５（Ｇａ１−ｗＡｌｗ）０．５Ｐ（０．７≦ｗ≦１．０）からなる電流阻止層をさらに備え、
前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子が、前記帯状の第２の第２導電型半導体層を挟んでその両側に前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子の前記電流阻止層と該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる電流阻止層をさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子と、前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子と、の少なくとも一方の半導体レーザ素子が、前記帯状の第２の第２導電型半導体層を挟んでその両側に誘電体絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子と、前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子と、の少なくとも一方の半導体レーザ素子において、一方側の端面から他方側の端面まで帯状に形成された前記帯状の第２の第２導電型半導体層の前記下辺の幅が、中央部分では広くなっているのに対し、端面近傍では狭くなっており、端面近傍での広さが５．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１８のいずれかに記載の多波長集積化半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）用の波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザと、ＣＤ−ＲＯＭ用の波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザと、の組み合わせによる集積光学ユニットの開発が盛んに行われている。そして、これらを同一基板上に集積化した２波長集積化半導体レーザ装置の開発も行われている。この２波長集積化半導体レーザ装置をＣＤおよびＤＶＤに用いるためには、縦マルチモード化によりノイズを低減する必要がある。このマルチモードを得るために、外部に発振回路を設ける方法も行われてきた。しかし、近時では、例えば特開平６−１３７０９に記載されているように、外部の発振回路ではなく、自励発振によりマルチモードが得られるようにした自励発振レーザの開発が行われている。
【０００３】
図６は、自励発振可能な２波長集積化半導体レーザ装置Ｂの従来例を示したものである。図中左側のレーザ素子Ｃは活性層３がＡｌＧａＡｓ系材料からなるＣＤ用の素子、図中右側のレーザ素子Ｄは活性層２４がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなるＤＶＤ用の素子、である。
【０００４】
図中左側のＣＤ用のレーザ素子Ｃは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなるｎ型クラッド層２、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる活性層３、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる第１のｐ型クラッド層４が順次形成されている。この第１のｐ型クラッド層４上の一部には、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる帯状（リッジ状）の第２のｐ型クラッド層５が形成されている。このリッジ状の第２のｐ型クラッド層（リッジ部分）５の切断面は、図６に示すように、上辺の幅が狭く下辺の幅が広い四辺形である。このリッジ部分５は、活性層３に有効に光を閉じ込めるために、厚さを１μｍ設けている。また、高次モードの発生を防止するために、幅は約４μｍ以下にしている。このリッジ部分５上には、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層６が形成されている。
【０００５】
一方、図中右側のＤＶＤ用のレーザ素子Ｄは、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファー層２１、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層２２、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなるｎ側ガイド層２３、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰのＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造（多重量子井戸構造）からなる活性層２４、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなるｐ側ガイド層２５、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる第１のｐ型クラッド層２６、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐからなるエッチングストップ層２７、が順次形成されている。このエッチングストップ層２７上の一部には、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるリッジ状の第２のｐ型クラッド層２８が形成されている。このリッジ状の第２のｐ型クラッド層２８は、活性層２４に有効に光を閉じ込めるために、Ａｌ組成を０．７と高くして、バンドギャップを広くしている。また、活性層２４に有効に光を閉じ込めるために厚さを１μｍ設けている。また、高次モードの発生を防止するために、下辺の幅は約４μｍ以下にしている。このリッジ状の第２のｐ型クラッド層２８上には、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層３０が形成されている。
【０００６】
図６の左右それぞれの素子Ｃ、Ｄのリッジ部分５、２８の両側は、ＳｉＯ２膜２９Ｃ、２９Ｄで覆われる。また、それぞれの素子Ｃ、Ｄの上下には、ｐ側電極４２、ｎ側電極４１が形成され、両素子Ｃ、Ｄの間には分離溝４３が形成されている。このｎ側電極４１、ｐ側電極４２から、それぞれの素子Ｃ、Ｄの活性層３、２４に電流が注入される。そして、図中左側のＣＤ用の半導体レーザ素子Ｃの活性層３付近から７８０ｎｍ帯のレーザ光が、図中右側のＤＶＤ用の半導体レーザ素子Ｄの活性層２４付近から６５０ｎｍ帯のレーザ光が、それぞれ放射される。
【０００７】
図６の装置Ｂの製造方法を簡単に説明すれば、以下のとおりである。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上の全面に、ＡｌＧａＡｓ系材料からなる積層体２〜６を成長する。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板１の途中に達するまで、図中点線で区切られた部分を、エッチングする。次に、エッチングした部分に、２回目の結晶成長により、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる積層体２１〜２８、３０を成長する。次に、１回目の結晶成長（左側）、２回目の結晶成長（右側）、のそれぞれの領域にストライプ状（帯状）に酸化膜を形成する。そして、エッチングにより、左右のリッジ導波路５、６、２８、３０をそれぞれ別々に形成する。その後、リッジ導波路５、６、２８、３０上の酸化膜を除去し、ｐ側電極４２、ｎ側電極４１、分離溝４３を形成し、ＳｉＯ２膜２９Ｃ、２９Ｄを形成して、図６の２波長集積化半導体レーザ装置Ｂを得ることができる。
【０００８】
上記の製造方法の特徴は、エッチングによりリッジ部分５、２８を形成する際に、ウェットエッチングを用いる点である。このウェットエッチングを用いると、ドライエッチングを用いる場合に比べ、リッジ部分５、２８の結晶にダメージを与えない。このウェットエッチングを用いると、リッジ部分５、２８の側辺に（１１１）Ａ面が露出し、リッジ部分５、２８は上辺の幅が狭く下辺の幅が広い四辺形になる。図６の装置では、リッジ部分５、２８の形状は、下辺の幅を約３μｍ、厚さ（高さ）を約１μｍとすれば、上辺の幅は約１μｍとなる。つまり、下辺の幅に対する上辺の幅の割合は約３５％となる。
【０００９】
【特許文献】
特開平６−１３７０９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自励発振レーザでは、自励発振を得やすくするために、活性層３、２４を厚くしていた。また、リッジ部分５、２８を、図６に示すように、下辺の幅に比べて上辺の幅が狭くなる形状にしていた。しかし、このように活性層３、２４の厚さおよびリッジ部分５、２８の形状を工夫していたにもかかわらず、自励発振が得られる出力の上限は、４．５ｍＷ程度であった。また、下限は、素子によるばらつきがあるが、３ｍＷ程度であった。つまり、従来の自励発振レーザでは、３〜４．５ｍＷ程度の出力領域でしか、自励発振が得られなかった。
【００１１】
すなわち、自励発振は、上記の特開平６−１３７０９号公報の［０００７］に記載されているように、レーザ光の出力が低く、活性層３、２４が過飽和吸収体として働く場合に起こる。つまり、活性層３、２４において吸収が利得を上回る場合に自励発振は起こりやすくなる。そこで、図６のレーザ装置Ｂでは、自励発振を起こりやすくするために、活性層３、２４を厚くしている。活性層３、２４を厚くすると、活性層３、２４への光閉じ込めが強くなり、活性層３、２４が吸収体として働きやすくなって、自励発振が起こりやすくなる。具体的には、図中左側のＣＤ用レーザでは、活性層３の厚さは２０ｎｍ以上である。また、図中右側のＤＶＤ用レーザでは、活性層２４の井戸層の合計の厚さは２０ｎｍ以上である。これに対し、高出力レーザでは、高出力が得られるようにするため、活性層を薄くして、活性層への光閉じ込めを弱くしている。
【００１２】
また、図６のレーザ装置では、リッジ部分３、２８を、下辺の幅に比べて上辺の幅が５０％以下になる形状にしている。そして、上辺の幅を狭くすることで、活性層３、２４への電流注入を絞り込み、活性層３、２４の発光領域をリッジ部分５、２８下の中央部分に限定して、活性層３、２４における利得が高い部分の面積を減らしている。これは、従来は、活性層３、２４において、利得が高い部分の面積を減らして吸収が起こる部分の面積を増やすことで、活性層３、２４の吸収が起こりやすくなり、自励発振が起こりやすくなると考えられていたからである。また、ウェットエッチングを用いることで、上辺の幅が狭い形状のリッジ部分５、２８を、容易に形成できるからである。
【００１３】
以上のように、従来の自励発振レーザ装置は、活性層３、２４の厚さおよびリッジ部分５、２８の形状を工夫していた。しかし、自励発振が得られる出力領域の上限は、４．５ｍＷ程度が限界であった。もっとも、これは上記の自励発振のメカニズムに起因することであり、仕方がないことであると考えられていた。
【００１４】
しかしながら、本発明者は、上述のような従来の自励発振レーザよりも高出力まで自励発振が得られ、広い出力範囲で自励発振が起こる自励発振レーザを得るべく各種の実験を行っていた。その結果、従来の技術常識に反し、リッジ部分３、２４の形状を、上辺の幅が下辺の幅の７０％以上になる形状とし、従来よりも上辺の幅を広くすることで、高出力まで自励発振が得られることを独自に知得した。
【００１５】
本発明は、かかる課題の認識に基づくもので、その目的は、高出力まで自励発振が得られ、広い出力範囲で自励発振が得られる半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、基板と、前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成され電流注入により光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、前記第１の第２導電型クラッド層上に第１方向に沿って形成された帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、前記第１方向と垂直な方向における切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、を備え、所定の出力領域で自励発振を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、所定の出力領域で自励発振を行う半導体レーザ素子の製造方法であって、基板上に第１導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１導電型クラッド層上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に第１の第２導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の第２導電型クラッド層上に第２の第２導電型クラッド層を形成する工程と、前記第２の第２導電型クラッド層上に帯状の酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜をマスクとして前記第２の第２導電型クラッド層をエッチングして帯状の第２の第２導電型クラッド層を形成する工程であって、前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の上側の少なくとも６０％以上の上側部分をドライエッチングにより形成し、前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の切断面が、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上であり、前記上側部分の前記側辺と前記下辺との角度が７０°以上１００°以下である、工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の多波長集積化半導体レーザ装置は、同一の基板を用いて形成された、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子と、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子と、を備える多波長集積化半導体レーザ装置であって、前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子は、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成されＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）を含み電流注入により光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、前記第１の第２導電型クラッド層上に帯状に形成されＩｎ０．５（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）０．５Ｐ（０．６≦ｘ≦１）からなる帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、を有する半導体レーザ素子であり、前記ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子は、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成されＩｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）を含む活性層と、前記活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、前記第１の第２導電型クラッド層上に帯状に形成され前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子の前記帯状の第２の第２導電型クラッド層と該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる帯状の第２の第２導電型クラッド層であって、切断面は、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状、である帯状の第２の第２導電型クラッド層と、を有し、前記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子とは異なる波長の光を放射する半導体レーザ素子である、ことを特徴とする。
【００１９】
なお、本明細書では、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）０．５Ｐという表記は、Ｉｎｂ（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）１−ｂＰ（０．４５≦ｂ＜０．５５）を含むものとする。すなわち、一般に、Ｉｎｂ（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）１−ｂＰは、Ｉｎ組成比ｂを約０．５とすることでＧａＡｓ基板と格子定数がほぼ整合することが知られている。そして、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）０．５Ｐという表記は、ＧａＡｓ基板とほぼ格子整合するＩｎＧａＡｌＰ系材料という意味で用いられることが多い。そこで、本明細書でもＩｎ０．５（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）０．５Ｐという表記は、ＧａＡｓ基板とほぼ格子整合するＩｎＧａＡｌＰ系材料を意味し、これにはＩｎｂ（Ｇａ１−ｊＡｌｊ）１−ｂＰ（０．４５≦ｂ＜０．５５）も含むものとする。また、本明細書で、該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰという場合は、有効数字を小数点以下第１位までとして算出した組成が一致しているＩｎＧａＡｌＰを意味するものとする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照にしつつ、本発明の実施の形態の多波長集積化半導体レーザ装置および半導体レーザ素子について説明する。本発明の実施の形態の特徴の１つは、図１から分かるように、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの切断面の形状を、上辺の幅が下辺の幅の７０％以上になる形状にし、側辺が垂直に近くなる形状にした点である。これにより、６ｍＷ程度の高出力まで自励発振を得ることができ、３〜６ｍＷ程度の広い出力領域で自励発振を得ることができる。以下では、図１〜図５を参照にして、３つの実施の形態について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置Ｂの断面図である。この２波長集積化半導体レーザ装置Ｂは、活性層３がＡｌＧａＡｓ系材料からなる図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃと、活性層２４がＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子Ｄと、を備える。図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子ＣはＣＤ用の素子、図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子ＤはＤＶＤ用の素子、である。ＣＤ用の素子Ｃは８００ｎｍ帯のレーザ素子であり、ＤＶＤ用の素子Ｄは、６５０ｎｍ帯のレーザ素子である。なお、７８０ｎｍ帯のレーザ素子とは波長が約７７０ｎｍ〜７９０ｎｍのレーザ光を放射する素子であり、６５０ｎｍ帯のレーザ素子とは波長が約６３０ｎｍ〜７００ｎｍのレーザ光を放射する素子である。
【００２２】
図中左側のＣＤ用のレーザ素子Ｃは、ｎ型（第１導電型）ＧａＡｓ基板１上に、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１２、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる厚さ５０ｎｍの単層の活性層３、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる厚さ０．３５μｍの第１のｐ型（第２導電型）クラッド層１４、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１５、が順次形成されている。このエッチングストップ層１５上の一部には、第１方向に沿ってＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるリッジ状（帯状）の第２のｐ型クラッド層（リッジ部分）２８Ｃが形成されている（図４参照）。図１は、第１方向と垂直な方向における切断面である。このリッジ部分２８Ｃは、図１に示すように、切断面における形状が、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ側辺とを有し、上辺の幅が下辺の幅よりも狭く、側辺が上辺側から下辺側に向けて外側に広がるように立ち下がる形状である（図３（ａ）参照）。側辺は、上側の上側辺部Ｕでは下辺との角度が約８０°であるが、下側の下側辺部Ｄでは下辺との角度が８０°未満となっている。つまり、側辺は、下側で広がる形状になっている。このリッジ部分２８Ｃは、活性層３に有効に光を閉じ込めるために、厚さを１μｍ設けている。このリッジ部分２８Ｃの両側には、ｎ型のＩｎＡｌＰからなる電流阻止層３１Ｃが形成されている。この電流阻止層３１Ｃおよびリッジ部分２８Ｃの上には、ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層３５Ｃが形成される。
【００２３】
一方、図中右側のＤＶＤ用のレーザ素子は、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファー層２１、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層２２、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなるｎ側ガイド層２３、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）を含む活性層２４、が順次形成されている。この活性層２４は、より詳しくは、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＰからなる井戸層と、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＡｌＰからなるバリア層と、を交互に７回積層したＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造である。この活性層２４上には、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる厚さ０．３５μｍの第１のｐ型クラッド層２６、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐからなるエッチングストップ層２７、が順次形成されている。このエッチングストップ層２７上には、第２のｐ型クラッド層（リッジ部分）２８Ｄが形成されている。このリッジ部分２８Ｄは、図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃのリッジ部分２８Ｃと該等しい組成のＩｎＧａＡｌＰ系材料、つまりＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる。このリッジ部分２８Ｄの形状は、図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃのリッジ部分２８Ｃと同一である。また、電流阻止層３１Ｄ、ｐ型コンタクト層３５Ｄ、は図中左側のＣＤ用のレーザ素子Ｃと共通である。この図中右側の素子Ｄと、図中左側の素子Ｃと、の間には分離溝４３が形成されている。
【００２４】
図１の装置Ｂの図中左側の素子Ｃでは、図中下側のｎ側電極４１と、図中上側のｐ側電極４２と、から活性層３に電流が注入される。このうち、ｐ側電極４２からの電流は、電流阻止層３１Ｃを流れず、リッジ部分２８Ｃに集められる。このため、ｐ側電極４２からの電流は、リッジ部分２８Ｃ直下の活性層３に集中して注入される。この電流注入により、リッジ部分２８Ｃ直下の活性層３から波長７８０ｎｍの光が放射される。この光は増幅されてレーザ光となり、波長７８０ｎｍのレーザ光が紙面と垂直方向に放射される。図中右側の素子Ｄからも、同様にして、リッジ部分２８Ｄ直下の活性層２４の付近から、波長６５０ｎｍのレーザ光が紙面と垂直方向に放射される。なお、図１の素子Ｃの基板１の厚さはおよそ百μｍ、積層体１２〜３５Ｃの厚さは数μｍ、であるが、図１の素子Ｃ、Ｄおよび装置Ｂでは、説明をしやすくするため、縮尺を変えて示している。
【００２５】
図１の半導体レーザ装置Ｂの特徴の１つは、上辺の幅が狭く下辺の幅が広いリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄにおいて、下辺の幅を４．０μｍとしたのに対し上辺の幅を３．２μｍとして、下辺の幅に対する上辺の幅の比率を８０．０％と高くした点である。また、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの側辺と、下辺と、の角度を上側辺部Ｕで約８０°として垂直に近くした点である（図３（ａ）参照）。後述のように、下側辺部Ｄはウェットエッチングで形成されるのに対し、この上側辺部Ｕはドライエッチングにより形成される。なお、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの厚さ（高さ）は、１μｍである。図１の装置では、このようにリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの下辺の幅に対する上辺の幅の割合を大きくしたので、６ｍＷの高出力まで自励発振を得ることができる。また、下限も、素子によるばらつきがあるが、３ｍＷ程度から自励発振が得られる。従って、３〜６ｍＷ程度の広い出力領域で、自励発振を得ることができる。
【００２６】
このように広い出力領域で自励発振を得ることができる理由について、本発明者は、以下のように考えている。すなわち、図１の装置では、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅を３．２μｍと広げ、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの側辺を垂直に近づけている。このため、ｐ側電極４２から注入された電流は、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの全体に広がって流れ、利得がリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの下部の全体に広がる。これにより、活性層３、２４において、利得が高い部分の面積が増加し、吸収が起こる部分の面積は減少する。もっとも、利得が広い領域に分散するため、利得のピーク強度は大幅に抑制される。このように利得のピーク強度が抑制されると、電流阻止層３１Ｃ、３１Ｄの直下の部分の活性層３、２４の吸収の効果が相対的に大きくなる。そして、前述のように、吸収の効果が起こりやすくなるほど、自励発振が起こりやすくなる。この結果、広い出力領域で自励発振を得ることができると考えている。
【００２７】
しかしながら、自励発振レーザにおいて、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの下辺の幅に対する上辺の幅の比率を高くして、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅を広くすることは、通常の技術者にとって思いもよらないことである。なぜなら、従来は、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅を広くすれば、利得が高くなる部分の活性層３、２４の面積が増えて、自励発振が起こりにくくなると考えられていたからである。また、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅を広くすると、ウェットエッチングではなくドライエッチングによりリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄを形成することになり、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの結晶性が低下してしまうからである。しかし、本発明者は、従来の技術常識に反し、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅を広くすることで、自励発振が起こりやすくなることを独自に知得した。これは、利得が高くなる部分の活性層３、２４の面積が増えるというデメリットよりも、利得のピーク強度が弱くなるというメリットが大きくなって、電流阻止層３１Ｃ、３１Ｄの直下における活性層３、２４の吸収の効果が相対的に大きくなるからであると解析される。また、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの結晶性が低下してしまうというデメリットよりも、上記のメリットの方が大きくなるからであると解析される。
【００２８】
また、図１の装置では、上記のようにリッジ部分の２８Ｃ、２８Ｄの結晶性はやや低下するが、動作電圧は従来と同程度に維持することができる。これは、リッジ部分の２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅が広いので、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄとコンタクト層３５Ｃ，３５Ｄとの接触面積が増え、リッジ部分に電流が流れやすくなるからであると解析される。
【００２９】
また、図１の装置では、寿命も従来と同程度に維持することができる。これは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上辺の幅が広いので、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの単位面積あたりに流れる電流量が減少し、単位面積あたりにかかる負荷が減少するからであるからであると解析される。
【００３０】
また、図１の半導体レーザ装置Ｂでは、図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃにおいて、リッジ部分２８Ｃの材質を、図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子Ｄのリッジ部分２８Ｄと該等しいＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐとしている。また、電流阻止層３１Ｃおよびｐ型コンタクト層３５Ｃも、図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子Ｄと共通にしている。このためリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形成以降の工程、つまり、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄ、電流阻止層３１Ｃ、３１Ｄ、およびｐ型コンタクト層３５Ｃ、３５Ｄの形成工程を、左右の素子Ｃ、Ｄで同時に行うことができる。これにより、製造工程を簡略化し、生産性や歩留まりを高くすることができる。
【００３１】
これに対し、従来のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃでは、リッジ部分５に、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ等のＡｌＧａＡｓ系材料を用いていた（図６）。これは、リッジ部分５に図１のような高Ａｌ組成のＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐを用いると、リッジ部分５と活性層３とのバンドギャップ差および屈折率差が大きくなりすぎて、モードが不安定になり、自励発振が起こりにくくなると考えられていたからである。しかしながら、図１の素子Ｃでは、上記のように良好な自励発振が得られた。これは、上述したリッジ部分２８Ｃの上辺の幅を広くする効果が大きいからであると解析される。
【００３２】
また、図１の装置Ｂでは、図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃにおいて、活性層３を５０ｎｍと厚くしたので、導波モードを活性層３に閉じ込め、活性層３での吸収を起こりやすくして、自励発振を起こりやすくすることができる。また、図１の装置Ｂでは、図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子Ｄにおいて、活性層２４の井戸層の合計の厚さを３６ｎｍと厚くしたので、導波モードを活性層２４に閉じ込め、活性層２４での吸収を起こりやすくして、自励発振を起こりやすくすることができる。
【００３３】
次に、図１の装置Ｂのリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形状について検討する。すなわち、図１の装置Ｂでは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄを、厚さ１．０μｍ、下辺の幅４．０μｍ、上辺の幅３．２μｍとしたが、これを他の形状にすることもできるので、その形状について検討する。
【００３４】
図２は、図１の装置Ｂの左側の素子Ｃにおいて、リッジ部分２８Ｃの下辺の幅が４．０μｍ、厚さが１μｍのときに上辺の幅を変化させ、自励発振が起こるかどうかをシミュレーションおよび実験した結果を示す図である。横軸はリッジ部分２８Ｃの下辺の幅に対する上辺の幅の比率を、縦軸は活性層３から放射されるレーザ光の光出力を、それぞれ示している。図２から、リッジ部分２８Ｃの上辺の幅を下辺の幅の７０％以上１００％以下にすると、５ｍＷの出力で自励発振が得られることが分かる。そして、リッジ部分２８Ｃの上辺の幅を下辺の幅の７０％以上１００％以下にすれば、自励発振が起こりやすくなることが分かる。なお、上辺の幅を下辺の幅の１００％としたサンプルでは、側辺をほぼ垂直にした。
【００３５】
次に、本発明者は、リッジ部分２８Ｃの上辺の幅を下辺の幅の７０％以上１００％以下にして、リッジ部分２８Ｃの下辺の幅を変化させた。その結果、下辺の幅を３．０μｍ以上にすると、自励発振が起こりやすくなった。これは、下辺の幅を３．０μｍ未満にすると、電流が活性層３の中央部に集中され、本発明の効果が得にくくなるからであると解析される。また、下辺の幅が５．０μｍ以下の範囲であれば、高次モードの発生が起こりにくく、良好な結果が得られた。つまり、従来の半導体レーザ素子（図６）よりも、高次モードの発生が起こりにくかった。この理由は、リッジ部分２８Ｃの上辺の幅を下辺の幅の７０％以上にすると、リッジ部分２８Ｃの下側において全体に均一に電流が流れ、高次モードが起こりにくくなるからであると解析される。もっとも、下辺の幅を５．０μｍよりも大きくすると、高次モードが発生し易くなった。以上から、下辺の幅が３．０μｍ以上、好ましくは３．０μｍ以上５．０μｍ以下であれば、良好な結果が得られることが分かった。
【００３６】
次に、本発明者は、リッジ部分２８Ｃの厚さを変えて実験を行ったところ、厚さが０．７μｍ以上１．４μｍ以下で良好な結果が得られた。
【００３７】
また、本発明者は、図１の装置Ｂの右側の素子Ｄにおいて、同様に、リッジ部分２８Ｄの形状を変化させて実験を行ったところ、左側の素子Ｃとほぼ同様の結果が得られた。
【００３８】
以上から、図１の装置Ｂのそれぞれの素子Ｃ、Ｄでは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形状として、上辺の幅が下辺の幅の７０％以上１００％以下、下辺の幅が３．０以上５，０μｍ以下、厚さが０．７μｍ以上１．４μｍ以下、となるようにすると良好な結果が得られることが分かった。
【００３９】
以上説明した図１のレーザ装置Ｂでは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの切断面を、上辺の幅が下辺の幅よりも狭く側辺が上辺から下辺まで外側に広がるように立ち下がる形状にした場合（図３（ａ））、または上辺の幅が下辺の幅と等しく側辺が上辺側から下辺側に向けてほぼ垂直に立ち下がる形状にした場合、について説明した。そして、上辺の幅を下辺の幅の７０％以上１００％以下とすることで自励発振が起こる出力範囲が広くなることを説明した。しかし、切断面を、図３（ｂ）に示すように、上辺の幅が下辺の幅よりも狭く、側辺が、上辺から下辺側に向けてほぼ垂直に立ち下がる上側辺部Ｕと、この上側辺部Ｕから下辺に向かう下側辺部Ｄと、を有し、上辺の幅が下辺の幅の７０％以上１００％未満である形状、にすることもできる。また、切断面を、図３（ｃ）に示すように、上辺の幅が下辺の幅よりも狭く、側辺が、上辺から下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部Ｕと、この上側辺部Ｕから下辺に向かう下側辺部Ｄと、を有し、最小幅が下辺の幅の７０％以上１００％未満である形状、にすることもできる。また、切断面を、図３（ｄ）に示すように、上辺の幅が下辺の幅よりも広く、側辺が上辺から下辺まで内側に狭まるように立ち下がり、下辺の幅が上辺の幅の７０％以上１００％未満である形状、にすることもできる。また、切断面を、図３（ｅ）に示すように、上辺の幅が下辺の幅よりも狭く、側辺が、上辺から下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部Ｕと、この上側辺部から下辺に向かう下側辺部Ｄと、を有し、最小幅が前記上辺の幅の７０％以上１００％未満である形状、にすることもできる。また、切断面を、図３（ｆ）に示すように、上辺の幅と下辺の幅とが等しく、側辺が、上辺から下辺側に向けて内側に狭まるように立ち下がる上側辺部Ｕと、この上側辺部から下辺に向かう下側辺部Ｄと、を有し、最小幅が前記下辺および前記上辺の幅の７０％以上１００％未満である形状、にすることもできる。以上のいずれの場合にも、下辺の幅が３．０μｍ以上、好ましくは３．０μｍ以上５．０μｍ以下、となるようにすると良好な結果が得られる。また、以上のいずれの場合にも、後述の製造方法の観点から、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上側辺部Ｕと下辺との角度が７０°以上１００°以下となるようにすると、良好な結果が得られる。
【００４０】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、図中左側のＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ素子Ｃにおいて、活性層３として、厚さ５０ｎｍのＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる単層のものを用いた。しかし、この活性層３を、厚さ２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下のＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）からなる単層のものとすることができる。この構造にすれば、自励発振が起こりやすくなる。また、活性層３を、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦０．２）を含むものとすることもできる。
【００４１】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、図中右側のＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ素子Ｄにおいて、活性層２４として、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＰからなる井戸層と、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＡｌＰからなるバリア層と、を交互に７回積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のものを用いた。しかし、この活性層２４を、厚さ４ｎｍ以上８ｎｍ以下のＩｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）からなる井戸層と、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｖＡｌｖ）０．５Ｐ（０．２＜ｖ≦０．６）からなる障壁層と、を交互に５回以上９回以下積層した多重量子井戸構造のものとすることもできる。この構造にすれば、自励発振が起こりやすくなる。また、活性層２４を、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｕＡｌｕ）０．５Ｐ（０≦ｕ≦０．２）を含むものとすることもできる。
【００４２】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、第１のｐ型クラッド層１４、２６の厚さを０．３５ｎｍとしたが、これを０．１５μｍ以上０．４５μｍ以下、好ましくは０．３０μｍ以上０．４０μｍ以下とすることもできる。第１のｐ型クラッド層１４、２６を薄くしすぎると、横高次モードの発生確率が高くなる。また、厚くしすぎると、横方向への電流拡がりが増加し、閾値電圧が上昇しやすくなる。
【００４３】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、第１のｐ型クラッド層１４、２６をＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐとしたが、これをＩｎ０．５（Ｇａ１−ｔＡｌｔ）０．５Ｐ（０．６≦ｔ≦１）とすることもできる。
【００４４】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、帯状の第２の第２導電型クラッド層２８Ｃ、２８ＤをＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐとしたが、これをＩｎ０．５（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）０．５Ｐ（０．６≦ｘ≦１）とすることもできる。
【００４５】
また、図１のレーザ装置Ｂでは、電流阻止層３１Ｃ、３１ＤをＩｎ０．５Ａｌ０．５Ｐとしたが、これをＩｎ０．５（Ｇａ１−ｗＡｌｗ）０．５Ｐ（０．７≦ｗ≦１．０）とすることもできる。
【００４６】
次に、図１の半導体レーザ装置Ｂの製造方法について説明する。図１の装置Ｂの特徴の１つは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形成に、ドライエッチングを用いた点である。また、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの材質が左右の素子で同じであるので、このリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形成以降の工程を同時に行うことができる点である。
【００４７】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層１２、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓからなる活性層３、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる第１のｐ型クラッド層１４、Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１５、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる第２のｐ型クラッド層２８Ｃ’（後述のエッチングによりリッジ部分２８Ｃになる）、を順次成長する。
【００４８】
（２）次に、上面の全面に酸化膜を形成し、図１中の右半分の部分の酸化膜を除去し、ｎ型ＧａＡｓ基板１の途中に達するまで、図中点線で区切られた部分を、エッチングする。次に、エッチングした部分に、２回目の結晶成長により、ＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる積層体２１〜２７およびＩｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなる厚さ１μｍの第２のｐ型クラッド層２８Ｄ’（後述のエッチングによりリッジ部分２８Ｄになる）を成長する。
【００４９】
（３）次に、左側、右側それぞれの第２のｐ型クラッド層２８Ｃ’、２８Ｄ’上にストライプ状（帯状）の酸化膜を設ける。
【００５０】
（４）次に、この酸化膜をマスクとして、第２のｐ型クラッド層２８Ｃ’、２８Ｄ’をエッチングして、帯状の第２のｐ型クラッド層（リッジ部分）２８Ｃ、２８Ｄを形成する。より詳しくは、図３（ａ）から分かるように、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上側部分Ａの上側辺部Ｕはドライエッチングにより形成し、下側部分Ｂの下側辺部Ｄはウェットエッチングにより形成する。すなわち、ドライエッチングでは、第２のｐ型クラッド層２８Ｃ’、２８Ｄ’のエッチングの際に、深さ方向のエッチングをエッチングストップ層１５、２７上で高精度に停止させることが難しい。これに対し、ウェットエッチングでは、第２のｐ型クラッド層２８Ｃ’、２８Ｄ’と、エッチングストップ層１５、２７と、のエッチング速度の差を利用して、エッチングストップ層１５、２７上で高精度にエッチングを停止させることができる。そこで、ドライエッチングとウェットエッチングを兼用し、下側部分Ｂをウェットエッチングにより形成することで、エッチングの深さの精度を高めることができる。
【００５１】
（５）次に、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの両側をｎ型ＩｎＡｌＰからなる電流阻止層３１Ｃ、３１Ｄで埋め込む。その後、上述のストライプ状の酸化膜を除去してから、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄおよび電流阻止層３１Ｃ、３１Ｄ上に、ＧａＡｓコンタクト層３５Ｃ、３５Ｄを成長する。
【００５２】
（６）次に、ｐ側電極４２、ｎ側電極４１を形成した後、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）等により分離溝４３を形成し、所望の２波長集積化半導体レーザ装置を得ることができる。
【００５３】
以上説明した図１の半導体レーザ装置Ｂの製造方法では、図中左右の素子Ｃ、Ｄにおいて、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの組成が等しいので、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形成を同時に行うことができる。これにより、製造工程を簡略化し、生産性や歩留まりを高くすることができる。
【００５４】
また、図１の半導体レーザ素子Ｃ、Ｄの製造方法では、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上側部分Ａの形成にドライエッチングを用いたので、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの側辺を垂直に近い形状に加工することができる。これにより、上辺の幅が下辺の幅の７０％以上になる形状に加工することができる。
【００５５】
以上説明した半導体レーザ素子の製造方法では、図３（ａ）に示す形状のリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄを形成する場合について説明したが、図３（ｂ）〜図３（ｆ）に示す形状のリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄも同様の方法で形成することができる。ただし、最小幅を最大幅の７０％以上にするために、ドライエッチングにより加工する上側部分Ａは、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの上側の６０％以上とすることが好ましい。また、ドライエッチングの加工精度の観点から、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄにおいて、上側部分Ａの上側辺部Ｕと、下辺と、の角度は７０°以上１００°以下とすることが好ましい。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置Ｂを示す断面図である。第１の実施の形態（図１）の装置と異なる点は、リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄを挟んでその両側にＳｉＯ２からなる誘電体絶縁膜２９Ｃ、２９Ｄを形成した点、および、ＧａＡｓコンタクト層３５Ｃ、３５Ｄをリッジ部分２８Ｃ、２８Ｄ上に帯状に形成した点、である。誘電体絶縁膜２９Ｃ、２９ＤおよびＧａＡｓコンタクト層３５Ｃ、３５Ｃの材質は、左右の素子Ｃ、Ｄで同じである。
【００５７】
ＳｉＯ２からなる誘電体絶縁膜２９Ｃ、２９Ｄは、ＩｎＡｌＰより屈折率が低いため導波モードが広がりにくくなるが、第１のｐ型クラッド層１４および２６の層厚を制御することにより、導波モードを広げて自励発振させることができる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置Ｂを示す斜視図である。第２の実施の形態の装置（図４）と異なる点は、手前側の端面Ｅから奥側の端面Ｆまで帯状に形成された帯状の第２の第２導電型半導体層２８Ｃ、２８ＤおよびＧａＡｓコンタクト層を、中央部分が広く、端面近傍が狭くなるように形成した点である。図５のように帯状の第２の第２導電型半導体層２８Ｃ、２８Ｄの中央部分を広くすることで、端面近傍での横方向の導波モードを狭くし、放射されるレーザ光の横方向の放射角度を広げることができる。なお、帯状の第２の第２導電型半導体層２８Ｃ、２８Ｄの中央部分の幅を５．０μｍより広くしても、端面近傍の幅を５．０μｍ以下とすれば、高次モードが発生しやすくなることはない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、活性層と、この活性層上に形成された第１の第２導電型クラッド層と、この第１の第２導電型クラッド層上に帯状に形成された帯状の第２の第２導電型クラッド層と、を備え所定の出力領域で自励発振を行う半導体レーザ素子において、切断面における前記帯状の第２の第２導電型クラッド層の形状を、互いに向き合う上辺および下辺とそれらを結ぶ２つの側辺とを有し最小幅が最大幅の７０％以上１００％以下の形状にしたので、広い出力領域で自励発振を行う半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置Ｂの半導体レーザ素子Ｃの、リッジ部分２８Ｃの下辺の幅に対する上辺の幅の比率と、活性層３から放射されるレーザ光の光出力と、の関係を示す図。
【図３】リッジ部分２８Ｃ、２８Ｄの形状を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の２波長集積化半導体レーザ装置を示す斜視図。
【図６】従来の２波長集積化半導体レーザ装置を示す断面図。
【符号の説明】
１  基板
１２  ＩｎＧａＡｌＰからなるｎ型（第１導電型）クラッド層
３  ＡｌＧａＡｓからなる活性層
１４  ＩｎＧａＡｌＰからなる第１のｐ型（第２導電型）クラッド層
２２  ＩｎＧａＡｌＰからなるｎ型クラッド層
２４  ＩｎＧａＡｌＰを含む活性層
２６  ＩｎＧａＡｌＰからなる第１のｐ型クラッド層
２８Ｃ  ＩｎＧａＡｌＰからなる帯状の第２のｐ型クラッド層
２８Ｄ  ＩｎＧａＡｌＰからなる帯状の第２のｐ型クラッド層
２９Ｃ  ＳｉＯ２からなる誘電体絶縁膜
２９Ｄ  ＳｉＯ２からなる誘電体絶縁膜
３１Ｃ  ＩｎＡｌＰからなる電流阻止層
３１Ｄ  ＩｎＡｌＰからなる電流阻止層
Ａ  リッジ部分の上側部分
Ｂ  リッジ部分の下側部分
Ｕ  リッジ部分の下側辺部
Ｄ  リッジ部分の上側辺部
【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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