(57)【要約】【課題】高温において高出力で動作し得る自励発振型半導体レーザを提供する。【解決手段】自励発振型半導体レーザにおいて、第１導電型の半導体基板（１）上で、第１導電型の第１クラッド層（２）と、活性層（３）と、ストライプ状リッジ部分を有する第２導電型の第２クラッド層（４）とが順次積層されており、第２クラッド層（４）のリッジ部両側面上およびリッジ部以外の平坦部上に形成された埋め込み層中において、第２クラッド層と同等以上の屈折率を有しかつレーザ発振光を吸収しない材料層（８）を介して可飽和吸収層（７）が設けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上において、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、ストライプ状リッジ部分を有する第２導電型の第２クラッド層とが順次積層されており、
前記第２クラッド層の前記リッジ部両側面上および前記リッジ部以外の平坦部上に形成された埋め込み層中において、前記第２クラッド層と同等以上の屈折率を有しかつレーザ発振光を吸収しない材料層を介して可飽和吸収層が設けられていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ。
【請求項２】
前記可飽和吸収層は量子井戸構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項３】
可飽和吸収層の両面は、その可飽和吸収層よりも広いバンドギャップを有する２つの半導体層で挟みこまれていることを特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項４】
前記可飽和吸収層を挟みこむ２つの半導体層のうちで、リッジ部から遠い方の半導体層の屈折率が前記第２クラッド層に比べて小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項５】
前記可飽和吸収層の上層と下層の少なくとも一方に、第２クラッド層と同じ組成の半導体層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項６】
前記第２クラッド層から見て前記可飽和吸収層の反対側において、レーザ発振光を吸収する材料で電流阻止層が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項７】
前記第２クラッド層から見て前記可飽和吸収層の反対側において、前記第２クラッド層より小さな屈折率を有しかつレーザ発振光を吸収しない材料で電流阻止層が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項８】
前記活性層は発光層が２つの光ガイド層で挟まれたＳＣＨ構造を含み、リッジ側に光が広がるように積層方向に非対称構造を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項９】
前記第２クラッド層側の前記光ガイド層は、前記第１クラッド層側の前記光ガイド層に比べて大きな厚さを有していることを特徴とする請求項８に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第２クラッド層は、前記第１クラッド層に比べて大きい屈折率を有していることを特徴とする請求項８に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１１】
前記自励発振型半導体レーザはＡｌＧａＩｎＰ系レーザであって、前記基板はＧａＡｓからなり、前記可飽和吸収層がＡｌＧａＡｓ系半導体で形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１２】
前記可飽和吸収層の下面に前記第２クラッド層に比べて屈折率の大きいＡｌＧａＡｓ層を形成し、このＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を０．４から０．６の範囲内に設定し、前記可飽和吸収層の上面にＧａＡｓ層が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１３】
前記可飽和吸収層の下面に前記第２クラッド層より屈折率の大きいＡｌＧａＡｓ層を形成し、このＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を０．４から０．６の範囲内に設定し、前記可飽和吸収層の上面にＡｌ組成比が０．６以上に設定されたＡｌＧａＡｓ層が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１４】
前記埋め込み層はストライプ状のリッジ形状にされていることを特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１５】
前記リッジ状埋め込み層上に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１６】
前記ＧａＡｓ基板上に形成された前記ＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半導体レーザにおいて、前記埋め込み層中の前記可飽和吸収層の下面と上面の少なくとも一方に、第２クラッド層に比べて大きな屈折率のＡｌＧａＡｓ層を形成し、このＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比を０．４から０．６の範囲内に設定し、そのＡｌＧａＡｓ層をリッジ形状として、その上に前記絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１７】
異なる発振波長の複数の半導体レーザがモノリシックに形成されており、前記複数の半導体レーザのそれぞれには同じ半導体材料からなる前記可飽和吸収層を含む前記埋め込み層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自励発振型半導体レーザ。
【請求項１８】
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザがモノリシックに形成された２波長半導体レーザであって、前記可飽和吸収層がＡｌＧａＡｓ系半導体で形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の自励発振型半導体レーザ。
【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に関し、特に光ディスク等における記録再生用光源に適した低雑音の自励発振型半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
単一軸モードで発振する半導体レーザにおいて、光ディスク面から反射された戻りレーザ光が入射すれば、その半導体レーザの発振状態が戻り光との干渉に起因して不安定に変化して雑音を生じる。このような雑音は戻り光誘起雑音と呼ばれ、光ディスク等における再生用光源として半導体レーザを使用する場合の大きな障害となる。
【０００３】
従来では、戻り光による雑音を低減させるために、半導体レーザの駆動電流に高周波を重畳させて、レーザ光の可干渉性を低下させる方法が広く用いられてきた。しかし、この方法では、高周波重畳のための外部回路が必要になって、部品コストが上がりかつ部品サイズが大きくなり、さらには電磁波を放射するという問題を生じ得る。
【０００４】
他方、可飽和吸収領域を光導波路内に備えた自励発振型半導体レーザでは、可飽和吸収領域の働きによって数百メガヘルツから数ギガヘルツの周波数範囲内でレーザ発振強度が自己振動し、レーザ光の可干渉性が小さくされ得る。また、自励発振型半導体レーザでは、高周波電流の重畳を必要としないので、そのための外部回路が不要となり、電磁波を放射しない小型のピックアップ部品の作製が可能になる。
【０００５】
図１１は、従来例１による自励発振型半導体レーザを模式的な断面図で図解している。ここでは、赤色発光の自励発振型半導体レーザとして、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザが一例として示される。
【０００６】
図１１の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１とその上にエピタキシャル成長させられた半導体積層構造とを備えている。すなわち、この半導体積層構造は、基板側から順に積層されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層２、ＧａＩｎＰ活性層３、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層４を含んでいる。第２クラッド層４はストライプ状リッジ部分を有しており、そのリッジ部分の両側（非リッジ部分）はリッジ部分より薄くなっている。第２クラッド層４のリッジ部分の上には、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が形成されている。ストライプ状リッジの両側には、ｎ型ＧａＡｓ埋め込み層９が形成されている。水平方向に関する光の閉じ込めは、リッジのある部分とない部分との間に生じる実効的屈折率差Δｎによって達成される。半導体積層構造の上面にはｐ側電極１０が設けられており、基板１の裏面にはｎ側電極１１が設けられている。
【０００７】
この従来例１の自励発振型半導体レーザでは、実効屈折率差Δｎを小さく設計することによって、活性層３に平行な水平方向の光閉じ込めを弱くし、ストライプの両側部分の活性層における光密度を上げ、この部分を可飽和吸収領域として働かせることによって自励発振を実現している。
【０００８】
従来例１の構造は、一般的に広く自励発振型半導体レーザとして利用さられているが、ストライプの両側部分の活性層を可飽和吸収領域として用いるので、この領域への光密度を高める必要があり、活性層に垂直な方向における光閉じ込めも高く設定しなければならない。その結果、活性層に垂直な方向における出射光の広がり角が大きくなって、ビーム断面の楕円率が大きくなり、さらには端面光密度が上がってＣＯＤ（光学損傷）レベルが低下するという問題を生じ得る。
【０００９】
これらの問題を解決するために、本発明者らは、従来例１の埋め込み層中に可飽和吸収領域を形成することによって、活性層に垂直な積層方向における光閉じ込めを高くする必要がなく、ビーム断面の楕円率の小さい自励発振型半導体レーザを提供した（特許第３１９９１５８号参照）。この自励発振型半導体レーザが、従来例２として図１２の模式的な断面図に示されている。
【００１０】
図１２の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１と、その上に成長させられた半導体積層構造とを備えている。この半導体積層構造は、基板側から順に積層されたｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、ＧａＩｎＰ活性層３、およびｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４を含んでいる。第２クラッド層４は、ストライプ状リッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分の両側（非リッジ部分）４ｂは、リッジ部分より薄くなっている。第２クラッド層４のリッジ部分の上には、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５とｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が形成されている。ストライプ状リッジの両側には、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層８ｄ、ｎ型ＧａＡｓ可飽和吸収領域７、ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層８ｄ、およびｎ型ＧａＡｓ埋め込み層９が形成されている。半導体積層構造の上面にはｐ側電極１０が設けられており、基板１の裏面にはｎ側電極１１が設けられている。
【００１１】
この従来例２の半導体レーザでは、埋め込み層中に形成した可飽和吸収領域においてレーザ光を吸収して生じたキャリアが蓄積することによって吸収飽和が起こり、従来例１と同様に自励発振が達成される。従来例１では、リッジサイドの活性層が可飽和吸収層として作用するが、リッジ内から横方向への電流の広がりがあって、リッジサイドの活性層へもキャリアが注入されるので、レーザ光を吸収してキャリアが生成されることによって起こる吸収量の変化が小さい。しかし、従来例２では、電流が流れない埋め込み層中に可飽和吸収層が形成されている。したがって、レーザ発振していない状態では可飽和吸収層中にはキャリアがなく、レーザ光を吸収してキャリアが生成されることによる吸収量の変化が大きくなる。また、従来例２では、リッジ形成後の再結晶成長の界面から離れたところに励起キャリアが生成される結果、その界面近傍の非発光中心にキャリアがトラップされることなく、可飽和吸収層が効果的に作用し得る。
【００１２】
従来例２においても、自励発振を起こすためには可飽和吸収領域での光密度を高める必要があるが、そのために活性層を厚くする必要はなく、ビーム断面の楕円率の小さい自励発振型半導体レーザを提供することができる。
【００１３】
【特許文献１】
特許第３１９９１５８号明細書
【００１４】
【特許文献２】
特開平７−１９３３１６号公報
【００１５】
【特許文献３】
特許第３２６８９５８号明細書
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
埋め込み層中に可飽和吸収領域を形成した上述の自励発振型半導体レーザでは、７０℃以上の高温または６ｍＷ以上の光出力では自励発振が停止してしまうという問題が生じ得る。このような問題に鑑み、本発明は、高温において高出力で動作し得る自励発振型半導体レーザを提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の自励発振型半導体レーザでは、第１導電型の半導体基板上において、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、ストライプ状リッジ部分を有する第２導電型の第２クラッド層とが順次積層されており、第２クラッド層のリッジ部両側面上およびリッジ部以外の平坦部上に形成された埋め込み層中において、第２クラッド層と同等以上の屈折率を有しかつレーザ発振光を吸収しない材料層を介して可飽和吸収層が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
すなわち、埋め込み層中の可飽和吸収層における光密度を上げるために、可飽和吸収層の下層または上層に、リッジ内クラッド層と同等以上の屈折率を有する層を設けることにより、その可飽和吸収領域に光が広がりやすくしていることを特徴としている。
【００１９】
なお、本発明の自励発振型半導体レーザでは、屈折率の分布は活性層を中心にして積層方向に非対称にされ、さらにリッジ側へ光が広がりやすくすることが好ましい。
【００２０】
上述のような本発明によれば、従来例２の自励発振型半導体レーザに比べて、埋め込み層中の可飽和吸収層の光密度を高くすることができ、より高温で高出力動作し得る自励発振型半導体レーザを提供することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１の模式的断面図において、本発明の実施形態１によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。なお、ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷ（多重量子井戸）を２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００２２】
第２クラッド層４はストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００２３】
可飽和吸収層７はアンドープＧａＩｎＰからなり、第２クラッド層４より屈折率が大きいｎ型（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰ層８を介して形成されている。また、可飽和吸収層７上にはｎ型ＧａＡｓ層からなる電流阻止層９が形成されている。埋め込み層とｐ型コンタクト層との上にはＡｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００２４】
図２（ａ）から図２（ｃ）の模式的な断面図において、図１の半導体レーザを製造する方法の一例が図解されている。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示されているように、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法を用いて、基板１上にｎ型第１クラッド層２、活性層３、ｐ型第２クラッド層４、ｐ型中間層５、およびｐ型コンタクト層６を成長させる。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示されているように、フォトリソグラフィとエッチング技術を用いて、ｐ型コンタクト層６、ｐ型中間層５、およびｐ型第２クラッド層４のうちでストライプ状リッジ構造４ａを構成しない部分を選択的に除去する。
【００２７】
その後に、図２（ｃ）に示されているように、ＭＢＥ法によって、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層８、可飽和吸収層７、ｎ型ＧａＡｓ層９を順次成長（再結晶成長）させる。最後に、リッジ部分４ａの上部に成長した不要層領域を選択的にエッチングで除去した後に、ｐ側とｎ側の電極を形成する。
【００２８】
可飽和吸収層７は、レーザ光を吸収して励起キャリアを生成するようなバンドギャップを有する半導体で形成されている。他方、ＡｌＧａＩｎＰ層８は、可飽和吸収層７よりも大きなバンドギャップを有していてレーザ光を吸収しない半導体層で形成されている。そのＡｌＧａＩｎＰ層８は、可飽和吸収層７内で生じた励起キャリアが再結晶成長界面上の非発光再結合中心（界面トラップ）において再結合して消滅することを防止するために必要である。本実施形態１においては、第２クラッド層４よりも大きい屈折率を有するＡｌＧａＩｎＰ層８は、レーザ光を可飽和吸収層７へ広げるようも機能する。その結果、可飽和吸収層７中の光密度が大きくなって、半導体レーザが自励発振しやすくなる。
【００２９】
図３のグラフは、実施形態１の半導体レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ層８のＡｌ組成比を変化させながら、光出力５ｍＷで自励発振が得られる最大温度を調べた結果を示している。ただし、ＡｌＧａＩｎＰ層８の厚さは、０．０１ｎｍに設定された。このグラフにおいて、第２クラッド層と同じＡｌ組成比０．６５を境にして、ＡｌＧａＩｎＰ層８の屈折率が大きい方の領域で自励発振が生じる温度が改善され、７０℃以上での自励発振動作が得られている。
【００３０】
また、図４のグラフは、実施形態１の半導体レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ層８の厚さを変化させながら、光出力５ｍＷで自励発振が得られる最大温度を調べた結果を示している。ただし、ＡｌＧａＩｎＰ層８のＡｌ組成比は、０．５０に設定された。ＡｌＧａＩｎＰ層８の厚さが０．００５μｍより薄くなれば、再成長界面の影響が生じて、可飽和吸収領域７内でキャリアがたまりにくくなり、自励発振しにくくなっている。
【００３１】
（実施形態２）
図５の模式的断面図において、本発明の実施形態２によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００３２】
第２クラッド層４は、ストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂは、リッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００３３】
可飽和吸収層７はアンドープＧａＩｎＰからなり、そのリッジ側と反対側がそれぞれ第２クラッド層より屈折率の大きいｎ型（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰ層８と第２クラッド層より屈折率の小さいｎ型（Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５）ＩｎＰ層８ｂとで挟まれ、ダブルへテロ構造を形成している。また、ｎ型（Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５）ＩｎＰ層８ｂ上には、ｎ型ＧａＡｓ層からなる電流阻止層９が形成されている。埋め込み層とｐ型コンタクト層の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００３４】
本実施形態２が実施形態１と異なる点は、リッジ部からみて可飽和吸収層７の反対側にもその可飽和吸収層７より大きなバンドギャップを有する半導体層８ｂを設けてダブルヘテロ構造としたことである。これによって、可飽和吸収層７内で光吸収によって生じたキャリアの拡散が抑えられ、可飽和吸収層７内に効率良くキャリアを蓄積することができる。
【００３５】
可飽和吸収層７はそれ自体がレーザ光の吸収領域であるので、この部分の厚さはなるべく薄くすることが望ましい。本実施形態２では、キャリアを効率よく蓄積できるようにすることによって可飽和吸収層７を薄くすることができ、実施形態１に比べてしきい値電流を下げることができる。
【００３６】
なお、本実施形態２では、可飽和吸収層７が単層構造で形成されているが、これをＭＱＷ構造で形成してもよい。
【００３７】
（実施形態３）
図６の模式的断面図において、本発明の実施形態３によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００３８】
第２クラッド層４は、ストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００３９】
可飽和吸収層７はＧａＩｎＰ／（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰのＭＱＷからなり、ｐ型の第２クラッド層４と同じ半導体組成のｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ層８を介して形成されている。また、可飽和吸収層７上には、ｎ型ＧａＡｓ層からなる電流阻止層９が形成されている。埋め込み層とｐ型コンタクト層の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏側にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００４０】
本実施形態３の場合、ｐ型クラッド層４と埋め込み層中のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層８は同じ半導体組成であるので、成長の際には半導体組成の設定を共有でき、より簡易な層成長が可能となる。
【００４１】
（実施形態４）
図７の模式的断面図において、本発明の実施形態４によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００４２】
第２クラッド層４はストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００４３】
可飽和吸収層７はアンドープＧａＩｎＰからなり、そのリッジ側とその反対側がそれぞれ第２クラッド層より大きな屈折率を有するｎ型（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰ層８と第２クラッド層より小さな屈折率を有するｎ型（Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５）ＩｎＰ層８ｂとで挟まれ、ダブルへテロ構造を形成している。また、ｎ型（Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５）ＩｎＰ層８ｂ上には、ｎ型ＡｌＩｎＰ層からなる電流阻止層９ｂが形成されている。埋め込み層とｐ型コンタクト層の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００４４】
本実施形態４が実施形態１から３までと異なる点は、リッジ部からみて可飽和吸収層７の反対側において、レーザ光の吸収がなくて屈折率の小さいｎ型（Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５）ＩｎＰ層８ｂを用いていることである。実施形態１から３で用いていた可飽和吸収層７上のＧａＡｓ層９はレーザ光の吸収体であるので、その吸収損失に起因してしきい値電流が大きくなり、発光効率が低下する可能性がある。本実施形態４では、いわゆる吸収損失の少ない実屈折率ガイド構造が得られ、実施形態１から３と比べても、しきい値電流を下げかつ発光効率も高くすることができて、動作電流の低減がはかれ得る。
【００４５】
（実施形態５）
図８の模式的断面図において、本発明の実施形態５によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００４６】
第２クラッド層４はストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００４７】
可飽和吸収層７はｎ型ＧａＡｓであり、第２クラッド層より屈折率の大きなｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層８ｂを介して形成されている。また、可飽和吸収層７上にはｎ型ＧａＡｓ層からなる電流阻止層９が形成されている。埋め込み層とｐコンタクト層の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００４８】
本実施形態５のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、ＧａＡｓで可飽和吸収層７を形成したことにおいて、実施形態１から４と異なっている。実施形態１から４と本実施形態５とにおいてそれぞれ可飽和吸収層７に用いられたＧａＩｎＰとＧａＡｓとを比較すれば、ＧａＡｓにおける方が光励起でできるキャリア量に依存する吸収係数の変化が大きく、より効率よく可飽和吸収を生じ得る。その結果、可飽和吸収層７にＧａＡｓを用いれば、ＧａＩｎＰを用いる場合と比べて、より高温または高出力での自励発振動作が得られる。
【００４９】
（実施形態６）
図９の模式的断面図において、本発明の実施形態６によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが図解されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００５０】
第２クラッド層４はストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００５１】
可飽和吸収層７はｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＡｓのＭＱＷ構造を有しており、第２クラッド層４より屈折率の大きなｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層８を介して形成されている。また、埋め込み層もリッジストライプ形状にされ、その上にＳｉＯ２の絶縁膜１２が形成されている。ｐ型コンタクト層６とＳｉＯ２絶縁膜１２の上にはＡｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００５２】
本実施形態６の半導体レーザは、可飽和吸収層７を含む埋め込み層をリッジ形状にしたいわゆるエアリッジ構造を有し、これが実屈折率ガイドとなるので、実施形態５に比べてもしきい値電流をさらに下げることができ、また発光効率も高くできて動作電流の低減がはかれる。
【００５３】
（実施形態７）
本発明の実施形態７によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、ＭＱＷ発光層を挟むガイド層の厚さが互いに異なることを除けば、図９の半導体レーザと同様である。すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷをｐ側（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（厚さ１００ｎｍ）とｎ側（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（厚さ２０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００５４】
第２クラッド層４はストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂはリッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面上および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００５５】
可飽和吸収層７はｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＡｓのＭＱＷ構造を有し、第２クラッド層より屈折率の大きなｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層８を介して形成されている。また、埋め込み層もリッジストライプ形状にされ、その上にＳｉＯ２の絶縁膜１２が形成されている。ｐ型コンタクト層６とＳｉＯ２絶縁膜１２の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００５６】
本実施形態７では、ＭＱＷ発光層を挟むガイド層の厚さを非対称にし、可飽和吸収層７があるｐ側の方に光を広げる構成にされている。その結果、本実施形態７では、可飽和吸収層７における光密度が増大し、実施形態６に比べても、より効果的に自励発振を起こすことができる。
【００５７】
（実施形態８）
本発明の実施形態８によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、ＭＱＷ活性層を挟むクラッド層の組成比が互いに異なることを除けば、図９の半導体レーザと同様である。すなわち、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．７０Ｇａ０．３０）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（各層厚５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００５８】
第２クラッド層４は、ストライプ状のリッジ部分４ａを有しており、そのリッジ部分両側の平坦部４ｂは、リッジ部分より薄くなっている。ｐ型クラッド層４のリッジ部分４ａの両側面および平坦部４ｂ上には、可飽和吸収層７を含む埋め込み層が形成されている。
【００５９】
可飽和吸収層７はｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＡｓのＭＱＷ構造を有し、第２クラッド層より屈折率の大きなｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層８を介して形成されている。また、埋め込み層もリッジストライプ形状にされ、その上にＳｉＯ２の絶縁膜を形成している。ｐコンタクト層とＳｉＯ２絶縁膜の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏側にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。
【００６０】
本実施形態８では、ＭＱＷ活性層３を挟む２つのクラッド層１、４の半導体組成比が非対称にされ、第１クラッド層１に比べて第２クラッド層４の屈折率を大きくすることによって、可飽和吸収層７があるｐ側の方に光を広げる構成にされている。その結果、本実施形態８では可飽和吸収層７における光密度が増大し、実施形態６に比べても、より効果的に自励発振を起こすことができる。
【００６１】
（実施形態９）
図１０の模式的な断面図は、本発明の実施形態９によるＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＡｓ系の２波長半導体レーザを図解している。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層５、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層された第１のリッジ部分４ｃを含んでいる。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、交互に積層されたＧａＩｎＰ量子井戸層（４層、各層厚５ｎｍ）と（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰバリア層（３層、各層厚５ｎｍ）からなるＭＱＷを２つの（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰガイド層（厚さ５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００６２】
また、本半導体レーザは、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１上において、ｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ第１クラッド層２ａａ、アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３ａａ、ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層４ａａ、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層６が順次積層された第２のリッジ部分４ｄをも含んでいる。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３ａａは、ＧａＡｓ量子井戸層（４層、厚さ５ｎｍ）とＡｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓバリア層（３層、厚さ５ｎｍ）からなるＭＱＷを  Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓガイド層（厚さ５０ｎｍ）で挟みこんだ構造を有している。
【００６３】
二つのリッジ部分４ｃ、４ｄは、共通する可飽和吸収層７を含む埋め込み層を形成した後にリッジストライプ形状に加工され、その上にＳｉＯ２の絶縁膜１２が形成されている。ｐ型コンタクト層６とＳｉＯ２絶縁膜１２の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極１０が設けられ、基板１の裏面上にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅからなるｎ側電極１１が設けられている。可飽和吸収層７はｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ０．４Ｇａ０．６ＡｓのＭＱＷ構造を有し、第２クラッド層より屈折率の大きなｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層８を介して形成されている。
【００６４】
本実施例９の半導体レーザでは、リッジ部４ｃ下の活性層３からは波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光が放射され、リッジ部４ｄ下の活性層３ａａからは波長７８０ｎｍ帯の近赤外レーザ光が放射され得る。両方のリッジ部４ｃ、４ｄに共通する可飽和吸収層７の作用により、いずれもリッジ部においても自励発振動作が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、埋め込み層中に形成した可飽和吸収層における光密度を上げることができ、垂直放射角を大きくすることなくビーム断面の楕円率が小さくて高温で安定に動作する低雑音の自励発振型半導体レーザが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図２】図１の自励発振型半導体レーザの製造方法を図解する模式的な断面図である。
【図３】図１の自励発振型半導体レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成比と自励発振が得られる最大温度との関係を示すグラフである。
【図４】図１の自励発振型半導体レーザにおいて、ＡｌＧａＩｎＰ層の厚さと自励発振が得られる最大温度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態３による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態４による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の実施形態５による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の実施形態６による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明の実施形態９による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図１１】従来例１による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【図１２】従来例２による自励発振型半導体レーザを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板、２  ｎ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第１クラッド層、２ａａ  ｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ第１クラッド層、３  アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層、３ａａ  アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのＳＣＨ−ＭＱＷ活性層、４  ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層、４ａａ  ｐ型（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）ＩｎＰ第２クラッド層、４ａ  ストライプ状のリッジ部分、４ｂ  リッジ部分両側の平坦部、４ｃ  第１のリッジ部分、４ｄ  第２のリッジ部分、５  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、６  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、７  可飽和吸収層、８  ｎ型（Ａｌ０．５０Ｇａ０．５０）ＩｎＰ層、８ｂ  ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層、８ｄ  ｎ型Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層、９  ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層、９ｂ  ｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層、１０  Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎのｐ側電極、１１  Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅのｎ側電極、１２  ＳｉＯ２絶縁膜。
【図１】
2004165481.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004165481.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004165481.tif 000009
【図８】
2004165481.tif 000010
【図９】
2004165481.tif 000011
【図１０】
2004165481.tif 000012
【図１１】
2004165481.tif 000013
【図１２】
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