(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力波長の異なる複数の半導体レーザを同一基板にモノリシックに形成して成る多波長半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザの活性層が量子井戸構造であり、
前記活性層上にメサ状のリッジを備え、
前記活性層の端面部に不純物を拡散して形成された前端面側の窓領域の長さが、出力波長が短い半導体レーザである程長いことを特徴とする多波長半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザとして赤外半導体レーザと赤色半導体レーザをモノリシックに形成し、２波長半導体レーザ装置となることを特徴とする請求項１記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項３】
前端面側の前記窓領域の長さの差が５μｍ〜１５μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記赤色半導体レーザにおける前端面側の前記窓領域の長さが１０μｍから３０μｍ、前記赤外半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さが１０μｍから２５μｍであり、かつ、前記赤色半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さが前記赤外半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さよりも長いことを特徴とする請求項２記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項５】
利得部の活性層における出力波長と前端面側の前記窓領域の活性層における出力波長の差が、赤外半導体レーザより赤色半導体レーザの方が大きいことを特徴とする請求項２記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記利得部の活性層における出力波長と前端面側の前記窓領域の活性層における出力波長の差が２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記窓領域が、前記赤色半導体レーザ、前記赤外半導体レーザともに同一の不純物拡散により形成されていることを特徴とする請求項２記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記不純物がＺｎあるいはＳｉからなることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の半導体層が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記半導体層がＡｌＩｎＰ電流ブロック層であることを特徴とする請求項９記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の誘電体層が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記誘電体層が、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、水素化アモルファスＳｉまたはそれらの多層構造からなる材料であることを特徴とする請求項１１記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前端面側の前記窓領域の長さより、前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離の方が長いことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４または請求項５または請求項６または請求項７または請求項８または請求項９または請求項１０または請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の多波長半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離と前端面側の前記窓領域の長さに関して、前記赤色半導体レーザの方が、前記赤外半導体レーザよりも長いことを特徴とする請求項２記載の多波長半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク装置のピックアップ用光源や、電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられる、赤色波長や赤外域波長等の半導体レーザをモノリシックに形成する多波長半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高密度記録が可能で大容量のディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）およびその生成用のＤＶＤ装置が市販されており、今後需要が益々伸びていく商品として注目されている。このＤＶＤは高密度記録であるため、その記録再生用のレーザ光源としては発光波長６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられている。このため、従来のＤＶＤ装置の光学ピックアップでは、発光波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて再生を行うコンパクトディスク（ＣＤ）やミニディスク（ＭＤ）を再生することができなかった。
【０００３】
そこで、この問題を解決するために、別々のパッケージにレーザチップを組み込んだ、発光波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザと発光波長が７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとを搭載した光学ピックアップが採用されている。しかしながら、上述のような光学ピックアップは、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザとＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとの二つのパッケージが搭載されていることにより、サイズが大きく、したがってＤＶＤ装置のサイズも大きくなってしまうという問題が生じる。そこで、この問題を解決するために、同一基板上に成長された半導体層により発光素子構造が形成された互いに発光波長が異なる複数種類の半導体レーザを有する集積型半導体レーザ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような従来の多波長半導体レーザ装置について、図１３を用いて説明する。
図１３は従来の多波長半導体レーザ装置の構造を示す斜視図である。
図１３に示すように、この従来の多波長半導体レーザ装置においては、同一のｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、発光波長が７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とが、互いに分離した状態で集積化されている。ｎ型ＧａＡｓ基板２０１としては、例えば、（１００）面方位を有するものや、（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を主面とする基板が用いられる。
【０００５】
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１においては、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２１２、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層２１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２１４およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２１５が順次積層されている。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２１４の上部およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２１５は一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２１６が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層２１５およびｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２１６上にはｐ側電極２１７が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２１５とオーミックコンタクトして設けられている。ｐ側電極２１７としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【０００６】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２においては、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２２１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２２、ＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造の活性層２２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２２５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２２６が順次積層されている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２２４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２２５およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２２６は一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２２７が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層２２６およびｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層２２７上にはｐ側電極２２８が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２２６とオーミックコンタクトして設けられている。ｐ側電極２２８としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【０００７】
ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の裏面にはｎ側電極２２９が、このｎ型ＧａＡｓ基板２０１とオーミックコンタクトして設けられている。このｎ側電極２２９としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極やＩｎ電極が用いられる。
【０００８】
この場合、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１のｐ側電極２１７およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２のｐ側電極２２８は、パッケージベース３００上に互いに電気的に分離した状態で設けられたヒートシンクＨ１、Ｈ２上にそれぞれはんだ付けされている。
【０００９】
上述のように構成されたこの従来の多波長半導体レーザ装置においては、ｐ側電極２１７とｎ側電極２２９との間に電流を流すことによりＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することができ、ｐ側電極２２８とｎ側電極２２９との間に電流を流すことによりＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することができるようになっている。そして、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することにより波長７００ｎｍ帯（例えば、７８０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができ、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することにより波長６００ｎｍ帯（例えば、６５０ｎｍ）のレーザ光を取り出すことができるようになっている。ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動するか、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動するかの選択は、外部スイッチの切り換えなどにより行うことができるようになっている。
【００１０】
以上のように、この従来の多波長半導体レーザ装置によれば、発光波長が７００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と発光波長が６００ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とを有することにより、ＤＶＤ用のレーザ光とＣＤおよびＭＤ用のレーザ光とを互いに独立に取り出すことができる。このため、この多波長半導体レーザ装置をＤＶＤ装置の光学ピックアップにレーザ光源として搭載することにより、ＤＶＤ、ＣＤおよびＭＤのいずれの再生または記録も可能となる。これらのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２は、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１上に成長された半導体層によりレーザ構造が形成されていることにより、この集積型半導体レーザ装置のパッケージは一つで済む。このため、光学ピックアップの小型化を図ることができ、したがってＤＶＤ装置の小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
今後、再生のみならず記録機能を有する記録１６倍速対応ＤＶＤや記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒといった高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源の需要が益々高まっていく。この場合、光源として用いられるレーザには少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が求められる。
【００１２】
一般的に、半導体レーザを高出力動作させる場合、レーザ光を取り出す側の共振器端面（前端面）とその反対側の共振器端面（後端面）には、それぞれ、反射率１０％以下の低反射率、及び反射率８５％以上の高反射率を有する誘電体膜のコーティングを行う。このような低反射率（ＡＲ；Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）／高反射率（ＨＲ；Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ））コーティングを行うことにより、電流−光出力特性における外部微分量子効率（スロープ効率）の向上を図り、少ない注入電流量で高い光出力を実現するとともに、動作時における前端面のレーザ光のパワー密度の低減を行い、レーザ光自身の光出力によりレーザ端面が溶融破壊されるＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）が発生することを防いでいる。
【００１３】
これに対し、前述のように、記録１６倍速対応ＤＶＤや記録４８倍速対応のＣＤ−Ｒといった高速書き込み可能な光ディスクシステム用の光源には少なくとも２００ｍＷ以上の高出力動作が要求される。このような２００ｍＷ以上の高出力動作を実現するために、レーザの共振器端面にＡＲ／ＨＲコーティングを施し、レーザ光を取り出す前端面側の導波路中の光パワー密度を下げたとしても動作時の消費電力増大、導波路中の光の吸収損失増大に伴う発熱によりレーザ端面部付近の活性層のバンドギャップが縮小し、レーザ光がレーザ端面で吸収されてしまう結果、ＣＯＤが生じてしまう。この結果、ＡＲ／ＨＲコートを施しだけでは、数千時間以上の長期信頼性を保証することが出来ない。
【００１４】
そこで、レーザ端面部の活性層に不純物を拡散し、量子井戸活性層を無秩序化した窓領域とすることにより、レーザ端面部付近における活性層のバンドギャップの増大を図りＣＯＤの発生を防ぐことが有効と考えられる。これは、窓領域のバンドギャップが活性層のバンドギャップよりも大きいため、動作時のレーザ自身の発熱や、レーザ端面でのオージェ再結合や、バンド内光吸収損失による発熱により端面部付近の窓領域における活性層のバンドギャップが小さくなっても、レーザ光に対して透明な状態、つまり、窓領域のバンドギャップに相当する波長よりもレーザ発振光の波長の方が長いために、窓領域でレーザ光が吸収されることを防ぐことが出来るからである。
【００１５】
ＤＶＤ、ＣＤ−Ｒ用多波長半導体レーザ装置（以下、２波長半導体レーザ装置）に上述の窓構造を形成すれば、高速書き込み可能な光ディスクシステム用の２波長光源を実現することができる。
【００１６】
窓領域では、活性層が不純物拡散により無秩序化されるために、導波路の実効屈折率が窓領域と、活性層が無秩序化されていない利得領域で異なることになる。このため、窓領域−利得領域境界で光の結合ロスが生じ、光分布が散乱される結果、窓部での光分布は共振器方向に対して変動する。この光分布の変動により、窓部端面より出射されるレーザ光の遠方放射パターン（以下、ＦＦＰと称す）は、窓領域の長さにより変動してしまう。
【００１７】
ＦＦＰパターンは、光ディスクシステムの光学系にとって、レンズの光利用効率に非常に大きく影響するため、その半値全幅が、最も光利用効率が高いＦＦＰとなるように作製する必要がある。窓領域の長さが適切でないと、利得部での光分布を幾ら精密に設定してもその大きさが大きく変化し、所望の半値幅が得られない結果、レンズでの光の利用効率が大きく低下することになる。この結果、光ピックアップ光学系において高速記録に要求される光強度を得ることができず、実用上重大な支障をきたすことになる。
【００１８】
従って、窓領域長は、窓部から出射されたレーザ光に対して所望のＦＦＰが得られるように適切に設定する必要がある。
そこで本発明の目的は、同一基板上に形成された多波長半導体レーザ装置に対して、各波長のレーザ光におけるＦＦＰの大きさが安定して所望のＦＦＰパターンとなるような窓構造を有することにより、光学系の設計を容易にすることのできる多波長半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の多波長半導体レーザ装置は、出力波長の異なる複数の半導体レーザを同一基板にモノリシックに形成して成る多波長半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザの活性層が量子井戸構造であり、前記活性層上にメサ状のリッジを備え、前記活性層の端面部に不純物を拡散して形成された前端面側の窓領域の長さが、出力波長が短い半導体レーザである程長いことを特徴とする。
【００２０】
この構成により、窓領域の長さを可能な限り短くでき、利得領域の長さを長くすること
が可能になる結果、温度特性を良好としつつ、少なくとも２つ以上の発光部に対するＦＦＰの半値全幅を、それぞれ、所望の値とすることが可能となる。
また、前記半導体レーザとして赤外半導体レーザと赤色半導体レーザをモノリシックに形成し、２波長半導体レーザ装置としても良い。
【００２１】
この構成により、赤色レーザ部と赤外レーザ部のＦＦＰの半値全幅を、それぞれ、所望の値となる窓長とすることができる。
【００２３】
また、前端面側の前記窓領域の長さの差が５μｍ〜１５μｍであることが好ましい。
【００２４】
この結果、同一基板上に集積化され、異なる波長の半導体レーザに対し、窓領域の長さを可能な限り短くでき、利得領域の長さを長くすることが可能になる結果、温度特性の良好としつつ、少なくとも２つ以上の発光部に対するＦＦＰの半値全幅が、それぞれ、所望の値となる半導体レーザ装置を得ることができる。
【００２５】
また、前記赤色半導体レーザにおける前端面側の前記窓領域の長さが１０μｍから３０μｍ、前記赤外半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さが１０μｍから２５μｍであり、かつ、前記赤色半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さが前記赤外半導体レーザの前端面側の前記窓領域の長さよりも長いことが好ましい。
【００２６】
この結果、同一基板上に集積化された赤色及び、赤外の半導体レーザに対し、窓領域の長さを可能な限り短くでき、利得領域の長さを長くすることが可能になる結果、温度特性を良好としつつ、赤色、赤外レーザのＦＦＰの半値全幅を、それぞれ、光出力に対しても安定して所望の値とした半導体レーザ装置を得ることができる。
【００２７】
また、利得部の活性層における出力波長と前端面側の前記窓領域の活性層における出力波長の差が、赤外半導体レーザより赤色半導体レーザの方が大きくても良い。
【００２８】
この結果、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザに対し同一の不純物拡散プロセスで窓
部を形成することができ、プロセスの簡素化、素子の低コスト化を図ることができる。
また、前記利得部の活性層における出力波長と前端面側の前記窓領域の活性層における出力波長の差が２０ｎｍ以上であっても良い。
【００２９】
この結果、利得部で発振したレーザ光が窓部活性層で吸収される吸収損失を低減することが可能となり、ＣＯＤレベルの向上を実現することができる。
また、前記窓領域が、前記赤色半導体レーザ、前記赤外半導体レーザともに同一の不純物拡散により形成されていることが好ましい。
【００３０】
この結果、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザに対し同一の不純物拡散プロセスで窓部を形成することができ、プロセスの簡素化、素子の低コスト化を図ることができる。
【００３１】
また、前記不純物がＺｎあるいはＳｉからなっても良い。
【００３２】
この結果、量子井戸活性層を窓領域で無秩序化することが可能となり、所望のＦＦＰの半値全幅となる多波長半導体レーザに対し、ＣＯＤを生じない高出力の半導体レーザ装置を得ることが可能となる。
【００３３】
また、前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の半導体層が形成されることが好ましい。
【００３４】
この結果、同一の結晶成長プロセスでリッジ側壁上の光閉じ込め層を形成することが可能となるため、結晶成長回数の低減を行うことが可能となり、素子作製プロセスの簡素化を図ることが可能となる。
【００３５】
また、前記半導体層がＡｌＩｎＰ電流ブロック層であっても良い。
この結果、クラッド層がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる赤外、赤色半導体レーザ装置に
対し、実屈折率導波機構の半導体レーザを実現することが可能となり、半導体レーザの動
作電流値、発振しきい電流値の低減を行うことが可能となる。
【００３６】
また、前記メサ状のリッジ側壁には、各半導体レーザ共、同一の誘電体層が形成されても良い。
【００３７】
この結果、実屈折率導波機構の半導体レーザを実現することが可能となり、半導体レーザの動作電流値、発振しきい電流値の低減を行うことが可能となる。
また、前記誘電体層が、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、水素化アモルファスＳｉまたはそれらの多層構造からなる材料であることが好ましい。
【００３８】
この結果、クラッド層がＡｌＧａＩｎＰ系材料やＡｌＧａＩｎＮ系材料かなる半導体レーザ装置に対し、実屈折率導波機構の半導体レーザを実現することが可能となり、半導体レーザの動作電流値、発振しきい電流値の低減を行うことが可能となる。
【００３９】
また、前記窓領域の長さより、前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離の方が長いことが好ましい。
【００４０】
この結果窓部への電流注入を低減することができ、窓部での屈折率変化による光分布の変形やＦＦＰの変形を低減するとともに、ＣＯＤレベルを向上させることが可能となる。
また、前記活性層に電流を注入するためのコンタクト層端面から最寄りの共振器端面までの距離と前端面側の前記窓領域の長さに関して、前記赤色半導体レーザの方が、前記赤外半導体レーザよりも長いことが好ましい。
【００４１】
この結果、赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザ共に、発振閾値の増大や電流−光出力特性での非線形性、スロープ効率の低下を防ぐことができる。
以上により、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の多波長半導体レーザ装置は、各波長の半導体レーザ毎に、各波長の出射光に対して最適なＦＦＰが得られるような異なる長さの窓領域を持たせることにより、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
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を行う。
図１は本発明の多波長半導体レーザ装置の断面構造模式図である。
この構造において、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、赤色レーザと赤外レーザがモノリシックに集積化されている。まず、赤色レーザの構造から説明を行う。
【００４４】
赤色レーザは、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１（０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１２（２．０μｍ）、歪量子井戸活性層１３として（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５００Å）第一ガイド層１３ｇ１＋［Ｇａ０．４８Ｉｎ０．５２Ｐ（５０Å×３）ウェル層１３ｗ１〜ｗ３＋（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５０Å×２）バリア層１３ｂ１、１３ｂ２］＋（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５００Å）第二ガイド層１３ｇ２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１４、ｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ保護層１６（５００Å）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）１７が形成されている。
【００４５】
この時、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１４は、リッジ上部と活性層１３までの距離が１．４μｍ、リッジ下端部と活性層との距離ｄｐが０．２μｍとなるように形成されている。
【００４６】
また、前記リッジ側面上に、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層（０．７μｍ）１５が形成されている。この構造において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７から注入された電流は電流ブロック層１５によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部下方に位置する活性層１３に集中して電流注入され、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡの少ない注入電流により実現される。この時生じた、活性層へ注入されたキャリアの再結合により発光した光は、活性層と垂直な方向へは、クラッド層１２、クラッド層１４により垂直方向の光閉じ込めが行われ、活性層と平行な方向に対しては、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１５は、クラッド層よりも屈折率が低いため水平方向の光閉じ込めが生じる。また、電流ブロック層１５はレーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝播する光分布は電流ブロック層１５に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した１０−３のオーダのΔｎを容易に得ることができ、さらにその大きさをｄｐの大きさで、同じく１０−３のオーダで精密に制御することができる。ここでΔｎとは、電流注入ストライプ内とストライプ外の実効屈折率差を示している。このため、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００４７】
この時、リッジ底部の幅は、高次横モード発振を抑制するために、３．０μｍ以下にする必要がある。リッジ底部の幅を狭くすると、リッジ上面の幅もリッジのメサ形状に応じて狭くなる。リッジ上面の幅が狭くなりすぎると、電流−電圧特性における立ち上がり電圧後の微分抵抗Ｒｓが大きくなり、高周波電流の重畳性及び、光出力の高速変調特性を損なうと共に、動作電圧が高まり発熱の原因となる。一般に、８倍速以上の高倍速ＤＶＤシステムの光源に要望されるＲｓの値は５Ω以下の値が求められている。
【００４８】
赤外レーザは、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１（０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２２（２．０μｍ）、量子井戸活性層２３としてＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（２００Å）第一ガイド層２３ｇ１＋［ＧａＡｓ３０Å×３ウェル層２３ｗ１〜ｗ３＋Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（５０Å×２）バリア層２３ｂ１、２３ｂ２］＋Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（２００Å）第二ガイド層２３ｇ２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２４、ｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ保護層２５（５００Å）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）２６が形成されている。
【００４９】
この時、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２４は、リッジ上部と活性層２３までの距離が１．４μｍ、リッジ下端部と活性層との距離ｄｐが０．２４μｍとなるように形成されている。
【００５０】
また、前記リッジ側面上に、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層（０．７μｍ）１５が形成されている。この構造において、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２６から注入された電流は電流ブロック層１５によりリッジ部のみに狭窄され、リッジ底部下方に位置する活性層２３に集中して電流注入され、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡの少ない注入電流により実現される。この時生じた、活性層２３へ注入されたキャリアの再結合により発光した光は、活性層２３と垂直な方向へは、クラッド層２２、クラッド層２４により垂直方向の光閉じ込めが行われ、活性層２３と平行な方向に対しては、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１５は、クラッド層よりも屈折率が低いため水平方向の光閉じ込めが生じる。また、電流ブロック層１５はレーザ発振光に対して透明であるため光吸収がなく、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝播する光分布は電流ブロック層１５に大きくしみ出すことができるため、赤色レーザ部と同様に、高出力動作に適した１０−３のオーダのΔｎを容易に得ることができ、さらにその大きさをｄｐの大きさで、同じく１０−３のオーダで精密に制御することができる。このため、光分布を精密に制御しつつ、低動作電流の高出力半導体レーザを得ることができる。
【００５１】
この時、リッジ底部の幅は、高次横モード発振を抑制するために、３．２μｍ以下にする必要がある。リッジ底部の幅を狭くすると、リッジ上面の幅もリッジのメサ形状に応じて狭くなる。リッジ上面の幅が狭くなりすぎると、Ｒｓが大きくなり、高周波電流の重畳性及び、光出力の高速変調特性を損なうと共に、動作電圧が高まり発熱の原因となる。一般に、８倍速以上の高倍速ＤＶＤシステムの光源に要望されるＲｓの値は５Ω以下の値が求められている。
【００５２】
また、７０℃の高温動作時において、漏れ電流を小さくするために、２００ｍＷ以上の高出力レーザでは、共振器長を１３００μｍ以上とし動作電流密度を低減している。本実施の形態では共振器長を１４００μｍとしている。
【００５３】
共振器の前端面、後端面には、反射率はそれぞれ赤外レーザ光、赤色レーザ光に対してともに７％、９４％となるように誘電体膜のコーティングを行っている。
図２に、本発明の多波長半導体レーザ装置の窓構造を示す平面図を示す。
【００５４】
図２に示す様に、共振器端面付近の量子井戸活性層はＺｎあるいはＳｉを用いた不純物拡散により無秩序化され、利得部の活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、レーザ発振光に対して透明な窓領域が形成されている。赤外レーザ部の前端面／後端面には前端面窓領域４１ａ（長さ２５μｍ）、後端面窓領域４１ｂ（長さ２５μｍ）が、赤色レーザ部の前端面／後端面には前端面窓領域４０ａ（長さ３０μｍ）、後端面窓領域４０ｂ（長さ２５μｍ）が形成されている。
【００５５】
窓領域を共振器端面付近に形成することにより、窓領域のバンドギャップエネルギーを活性層のバンドギャップエネルギーよりも大きくし、動作時のレーザ自身の発熱や、レーザ端面でのオージェ再結合や、バンド内光吸収損失による発熱により端面部付近の窓領域における活性層のバンドギャップエネルギーが小さくなっても、レーザ光に対して透明な状態、つまり、窓領域のバンドギャップに相当する波長よりもレーザ発振光の波長の方が長い状態を保つことができるために、窓領域でレーザ光が吸収されることを防ぐことが出来る。このため、窓構造を有する半導体レーザはＣＯＤすることなく、熱飽和する光出力まで動作させることが可能となる。
【００５６】
ところで、窓領域では、活性層が不純物拡散により無秩序化されるために、導波路の実効屈折率が窓領域と、活性層が無秩序化されていない利得領域で異なることになる。このため、導波光が受ける伝搬定数が利得部／窓部で異なってしまい、光の結合ロスが生じ、窓領域−利得領域境界で、光分布が散乱される結果、窓部での光分布は共振器方向に対して変動する。この光分布の変動により、窓部端面より出射されるレーザ光の遠方放射パターン（ＦＦＰ）は、窓領域の長さにより変動してしまう。
【００５７】
図３は本発明の多波長半導体レーザ装置における窓部を導波するレーザ光の光分布強度分布の窓長に対する依存性の計算結果を示す図であり、本発明の半導体レーザ装置における赤色レーザ部の構造に対し、窓部を導波するレーザ光の光分布強度分布（活性層での成長層厚方向に対する中心位置を０μｍとし、上下クラッド層方向への強度分布）の窓長に対する依存性の計算結果を示し、距離０μｍの位置の光強度を１として上下に１０％ずつ光強度が減衰していくラインを等高線で示している。
【００５８】
図３に示すように、窓部において、光分布強度の幅は窓部／利得部境界を境に、窓領域で共振器方向に振動することが分かる。これは、窓部／利得部で伝搬定数が異なるために、窓部／利得部で光分布の幅が異なってしまう結果、この境界で散乱された導波光が、散乱されずに窓部と結合した光分布と干渉する結果、光分布の拡がりが窓長方向に対して振動すると考えられる。本実施の形態の半導体レーザ装置にける赤色レーザの窓部では５０μｍ程度の周期で光分布の幅が振動することが分かる。
【００５９】
このことから、レーザ端面から出射されるＦＦＰの半値全幅も窓長の長さの影響を受け振動することが予想される。
ＦＦＰパターンは、光ディスクシステムの光学系にとって、レンズの光利用効率に非常に大きく影響するため、その半値全幅が、最も光利用効率が高いＦＦＰとなるように作製する必要がある。窓領域の長さが適切でないと、利得部での光分布を幾ら精密に設定してもその大きさが大きく変化し、所望の半値幅が得られない結果、レンズでの光の利用効率が大きく低下することになる。この結果、光ピックアップ光学系において高速記録に要求される光強度を得ることができず、実用上重大な支障をきたすことになる。
【００６０】
従って、窓領域長は、窓部から出射されたレーザ光に対して所望のＦＦＰが得られるように適切に設定する必要がある。
異なる活性層材料からなる多波長レーザでは、活性層の屈折率が互いに異なるために窓長は異なる値に設定する必要がある。同一基板上に多波長レーザを集積化する場合は、同一の不純物拡散プロセスで窓部を形成することが、素子作製上工程数が減るために有利である。従って、不純物の拡散状態を個別に設定することは不可能であり、窓部の不純物拡散による屈折率分布変化を個別に最適化したプロセス条件の設定が困難となる。このことからも、同一基板上に多波長レーザを集積化する場合は、所望のＦＦＰを得るためには窓部の長さを複数の半導体レーザ毎に異ならせる必要がある。
【００６１】
そのため、図２に示すように、半導体レーザ毎に異なる長さの窓領域長を用いている。図２の例では、赤色レーザの窓領域長より赤外レーザの窓領域長を短くしている。
図４は本発明の赤色レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図であり、図４（ａ）は垂直拡がり角の窓長依存性、図４（ｂ）は水平拡がり角の窓長依存性を示す。
【００６２】
５ｍＷの低出力においては、垂直拡がり角は窓長を長くするに従って小さくなり、窓長２５μｍにおいて、１６°の極小値をとり、その後、窓長の増大と共に垂直拡がり角が大きくなっていくことが分かる。これは、窓部での垂直方向の光分布の幅が窓長２５μｍ付近で最大となるためと考えられる。
【００６３】
水平拡がり角は、窓長２５μｍ程度までは若干狭まる傾向があるが、８．５°程度でほぼ一定であるが、その後は窓長の増大に伴い水平拡がり角の大きさが増大することが分かる。これは、窓部が２５μｍ以上に増大すると、利得部窓部境界で散乱された導波光の影響で、水平方向の光分布の幅が大きくなり水平拡がり角が大きくなっていくためである。
【００６４】
光出力８０ｍＷ時の赤色部の垂直及び水平拡がり角の窓長依存性もあわせて図４に示している。光出力を増大すると、窓長に対する垂直拡がり角の変化率は小さくなり、窓長３０μｍ付近で極小値となることが分かる。水平拡がり角も、窓長３０μｍ付近までは若干狭まる傾向があるが、その後は窓長の増大に伴い水平拡がり角の大きさが増大することが分かった。これは、光出力の増大により、活性層での動作キャリア密度が増大する結果、プラズマ効果により活性層の屈折率が低下し利得部の伝搬定数の実部が、利得部に対し相対的に伝搬定数の実部の小さい窓部に近づくため、干渉の影響がでる距離が長くなると推定される。窓部の伝搬定数の実部が利得部の実部に対して小さくなるのは、窓部の活性層のバンドギャップエネルギーが利得部に対して大きく、実の屈折率が小さくなるためである。
【００６５】
これらの結果から、ＦＦＰを光出力に対してほぼ一定とするためには、赤色レーザでは、窓長を３０μｍ程度に設定すればいいことが分かる。
図５は本発明の赤外レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図であり、図５（ａ）は垂直拡がり角の窓長依存性、図５（ｂ）は水平拡がり角の窓長依存性を示す。
【００６６】
５ｍＷの低出力においては、垂直拡がり角は窓長を長くするに従って小さくなり、窓長２０μｍにおいて、１７°の極小値をとり、その後、窓長の増大と共に垂直拡がり角が大きくなっていくことが分かる。これは、窓部での垂直方向の光分布の幅が窓長２０μｍ付近で最大となるためと考えられる。
【００６７】
水平拡がり角は、窓長２０μｍ程度までは若干狭まる傾向があり、８°程度で極小値をとり、その後は窓長の増大に伴い水平拡がり角の大きさが増大することが分かる。これは、窓部の長さを２０μｍ以上に増大すると、利得部窓部境界で散乱された導波光の影響で、水平方向の光分布の幅が大きくなり水平拡がり角が大きくなっていくためである。
【００６８】
光出力８０ｍＷ時の赤色部の垂直及び水平拡がり角の窓長依存性もあわせて図５に示している。光出力を増大すると、窓長に対する垂直拡がり角の変化率は小さくなり、窓長２５μｍ付近で極小値となることが分かる。水平拡がり角も、窓長２５μｍ付近までは若干狭まる傾向があるが、その後は窓長の増大に伴い水平拡がり角の大きさが増大することが分かった。これは、光出力の増大により、活性層での動作キャリア密度が増大する結果、プラズマ効果により活性層の屈折率が低下し利得部の伝搬定数の実部が、利得部に対し相対的に伝搬定数の実部の小さい窓部に近づくため、干渉の影響がでる距離が長くなると推定される。
【００６９】
これらの結果から、ＦＦＰを光出力に対してほぼ一定とするためには、赤外レーザでは、窓長を２５μｍ程度に設定すればいいことが分かる。
また、ＦＦＰが光出力に対してほぼ一定となる距離も、垂直拡がり角が極小値を取る距離も赤外レーザは赤色レーザに比べて５μｍ程度小さい値となることが分かった。これは、後述するように、赤外部の活性層の利得部と窓部のＰＬ波長の違いが、赤色部の活性層の利得部と窓部のＰＬ波長の違いよりも大きくなるため、赤外レーザ部における利得部／窓部の実効屈折率変化の方が、赤色レーザ部における利得部／窓部の実効屈折率変化よりも小さくなる結果、光分布は利得部／窓部境界で受ける散乱が赤外レーザ部の方が、赤色レーザ部よりも小さくなるため、短い窓長で光軸方向の光強度分布の変化が極値をとるからである。
【００７０】
このことから、例えば、赤色レーザ部の窓長を２０μｍ、赤外レーザの窓長を１５μｍとすると、赤色、赤外共に、水平、及び垂直拡がり角の光出力がほぼ線形性的に変化するような２波長レーザを得ることができる。
【００７１】
このように、赤色半導体レーザ部の窓長を赤外半導体レーザの窓長に比べて５μｍ程度長く設定すると、赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザを同じ光学系で設計する場合、２波長光学系に対する光の利用効率が、２つの波長でほぼ同じ光出力依存性を持たせることができるためレンズを含む光学系の設計を容易にすることができる。
【００７２】
窓長は、作製プロセス上のマージンや共振器を形成するときのへき開誤差を考えるとその長さは少なくとも１０μｍ以上あることが望ましい。窓長１０μｍ以上の範囲で、上記ような、ＦＦＰを光出力に対しほぼ同じ依存性を持たせるためには、図４、図５に示す結果から赤外レーザは窓長１０μｍから２５μｍ、赤色レーザは窓長１０μｍから３０μｍの範囲とすればよいことが分かる。特に、赤色レーザの窓長を赤外レーザの窓長に対し５μｍ長く設定すれば、ＦＦＰの光出力に対する変化率を赤外、赤色レーザでほぼ同一とすることができる。
【００７３】
窓長は電流注入されず、利得を持たないために導波路での損失部となる。そのため窓長は出来るだけ短い方がよく、図５に示すように赤外レーザ部は窓長１０μｍ程度で水平、垂直拡がり角の窓長に対する変動が小さくなり始めることから、窓長を１５μｍに設定した場合、赤色レーザの窓部は赤外部の窓長と比較して５μｍ〜１５μｍ程度長く、すなわち２０μｍ〜３０μｍに設定すると、赤外、赤色の２波長レーザにおいて、水平、垂直拡がり角の変動量が小さくなる安定な領域に設定することが可能となる。
【００７４】
図６は赤外半導体レーザの窓長を１５μｍ、赤色半導体レーザの窓長を２０μｍとした２波長半導体レーザ装置の拡がり角の光出力依存性を示す図であり、図６（ａ）は垂直拡がり角の光出力依存性、図６（ｂ）は水平拡がり角の光出力依存性を示す。
【００７５】
図６より、赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザともにＦＦＰの大きさの光出力依存性がほぼ同じ変化率となっていることが分かる。このような、ＦＦＰの大きさの光出力依存性がほぼ同じ変化率となるように、各波長の半導体レーザ毎に窓領域長を設定することにより、多波長光学系の設計を容易にすることができる。
【００７６】
また、図７は赤外レーザの窓長を２５μｍ、赤色レーザの窓長を３０μｍとした２波長半導体レーザ装置の拡がり角の光出力依存性を示す図であり、図７（ａ）は垂直拡がり角の光出力依存性、図７（ｂ）は水平拡がり角の光出力依存性を示す。
【００７７】
図７からわかるように、赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザともにＦＦＰの大きさは、光出力依存性が非常に小さく、ほぼ同じ値となっている。このような場合、２波長光学系の設計を非常に容易にすることが可能となる。
【００７８】
図８は本実施の形態の２波長半導体レーザ装置における室温ＣＷでの電流−光出力依存性を示す図である。赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザともに窓領域のために２００ｍＷ以上の高出力動作時においてもＣＯＤを生じていないことが分かる。
【００７９】
次に、本発明の半導体レーザの製造方法について図９，図１０を用いて説明を行う。
図９は本発明の２波長半導体レーザ装置の半導体層形成工程を示す工程断面図，図１０は本発明の２波長半導体レーザ装置のリッジ部形成工程を示す工程断面図である。
【００８０】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いた第１の結晶成長工程において、（１００）面から［０１１］方向に１０°傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１（０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１２（２．０μｍ）、歪量子井戸活性層１３として（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５００Å）第一ガイド層１３ｇ１＋［Ｇａ０．４８Ｉｎ０．５２Ｐ（５０Å×３）ウェル層１３ｗ１〜ｗ３＋（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５０Å×２）バリア層１３ｂ１、１３ｂ２］＋（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（５００Å）第二ガイド層１３ｇ２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１４、ｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ保護層１６（５００Å）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）１７、ｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ境界層１８（０．５Å）を形成する（図９（ａ））。
【００８１】
本実施の形態では、活性層１３は歪量子井戸を用いているが、無歪の量子井戸あるいはバルクを用いてもよい。また、活性層１３の導電型は特に記載していないが、ｐ型であっても、ｎ型であっても、もちろんアンドープであっても構わない。
【００８２】
次に、ＧａＡｓ基板１０をＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉から取り出した後、フォトリソグラフィーにより、赤色レーザ形成領域上にレジストパターン１９を形成し、このレジストパターン１９をマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用いてマスクの形成されていない赤外レーザ形成領域部分を取り除く（図９（ｂ））。
【００８３】
レジストを取り除いた後、次に、ＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２１（０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２２（２．０μｍ）、量子井戸活性層２３としてＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（２００Å）第一ガイド層２３ｇ１＋［ＧａＡｓ３０Å×３ウェル層２３ｗ１〜ｗ３＋Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（５０Å×２）バリア層２３ｂ１、２３ｂ２］＋Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（２００Å）第二ガイド層２３ｇ２、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２４、ｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ保護層２５（５００Å）、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）２６を形成する（図９（ｃ））。
【００８４】
次に、フォトリソグラフィーにより、赤外レーザ形成領域上にレジストパターン２７を形成し、このレジストパターン２７をマスクとして硫酸系や塩酸系のエッチング液を用い、マスクの形成されていない部分のエッチグ除去を行い、赤色レーザ部のみを残す（図９（ｄ））。
【００８５】
次に、レジストパターン２７を取り除いた後、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いてｐ型ＧａＡｓコンタクト層（０．４μｍ）１７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２６上にＺｎ拡散源３０とキャップ膜を堆積させ、フォトリソグラフィーとドライエッチング技術により設定した窓長になるようパターニングを行い、その後アニールを行ってＺｎを活性層へ拡散させて無秩序化させる事で窓領域を形成する（図１０（ａ））。不純物としてはＳｉを用いても量子井戸活性層を無秩序化することが可能であり、窓領域を形成することができる。このときの定量的な性質もＺｎを拡散した場合と同様である。
【００８６】
ついで、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いてｐ型Ｇａ０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ保護層１６上に０．３μｍの厚さとなるように堆積させた酸化シリコン膜３１をさらにフォトリソグラフィーとドライエッチング技術とによりパターニングし、ストライプマスクを形成する。このストライプ形状の酸化シリコン膜３１をマスクとして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２６、ｐ型ＧａＩｎＰ保護層１６、ｐ型ＧａＩｎＰ保護層２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２４を、順次選択的にエッチングして、ヘテロ構造基板にメサ状のリッジを形成する（図１０（ｂ））。
【００８７】
エッチング後、ＧａＡｓ基板１０を再びＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉に設置し、酸化シリコンマスクを利用して、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１５（０．７μｍ）を選択成長させる（図１０（ｃ））。
【００８８】
さらに、ＧａＡｓ基板１０をＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥ反応炉から取り出して弗酸系エッチング液を用いて酸化シリコンマスクを除去する（図１０（ｄ））。また、ｎ型の電流ブロック層を誘電体膜からなるように設定する場合は、メサ状のリッジを形成し、マスクとして用いたシリコン酸化膜をフッ酸系の液で除去した後全面に誘電体膜を形成し、フォトリソグラフィーによりリッジ上部のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１７，ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２６のみ開口するようパターニングを行う。次にフッ酸系の薬液によりエッチングを行う事で形成する。尚、誘電体膜は、クラッド層との屈折率差をつけるために、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、水素化アモルファスＳｉまたはそれらの多層構造からなる材料である事が望ましい。
【００８９】
また、窓構造を形成するにあたり、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザ共に同じ熱履歴により形成させている。そのため、窓領域でのクラッド層中のＺｎ拡散量を赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザ共に同一にできる事で利得部との屈折率差を再現性良く形成できる。これにより、設定した窓領域の長さに対してＦＦＰ波形が乱れないようにそれぞれ最適な値を設計する事が可能である。
【００９０】
更に、同時に窓領域を形成するにあたり、Ａｓ系活性層からなる赤外レーザは赤色レーザよりＺｎの拡散係数が一桁ほど低い事より利得部と窓部の波長差：Δλは赤外Δλ＜赤色Δλの関係となる。Δλが大きいと、窓部活性層が吸収作用を有する最大波長がレーザ発振光の波長に近づくために窓部での導波路損失が大きくなる。したがって、窓部での導波路損失を小さくするためには赤外側の窓部の長さを赤色側の窓部の長さに比べて短くする必要がある。
【００９１】
次に、赤色レーザ、赤外レーザの代表的な窓領域における出力波長分布を示す。
図１１は赤色半導体レーザにおける出力波長分布図であり、図１１（ａ）は利得部における出力波長分布図、図１１（ｂ）は窓部における出力波長分布図である。図１２は赤外半導体レーザにおける出力波長分布図であり、図１２（ａ）は利得部における出力波長分布図、図１２（ｂ）は窓部における出力波長分布図である。
【００９２】
この例では、赤外半導体レーザのΔλは３５ｎｍ、赤色半導体レーザのΔλは５０ｎｍである。赤外部のＣＯＤレベルを確保するには、Δλが２０ｎｍ以上は必要である。本実施の形態では赤外半導体レーザの窓長を１５μｍ、赤色半導体レーザの窓長を２０μｍとしている。
【００９３】
更に、不純物源としてＺｎを用いて窓領域を形成する際、熱履歴による共振器方向への拡散もＦＦＰ乱れの抑制には重要である。
窓領域として、Ｚｎ固相源を形成した領域に対して、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザ共に共振器方向に４０μｍ以内の拡散になるよう制御する事が設定した窓長に対して安定した広がり角、ＦＦＰ形状を確保するためには重要である。
【００９４】
また、窓部に電流が注入されると窓部活性層にキャリア注入され、屈折率が変動するためにＦＦＰパターンの変形をもたらすと共に、窓部の発熱により窓部活性層のバンドギャップが縮小しＣＯＤレベルの低下をもたらす。これを防ぐためには、窓部に電流注入されないよう、窓部４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ上のｐ−ＧａＡｓコンタクト層１７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２６を除去することが効果的である。このｐ−ＧａＡｓコンタクト層を除去した、共振器端面からの長さをＬｃ、窓部の長さをＬｗとした場合、Ｌｃ−Ｌｗ（ΔＬとする）は０以上とする必要がある。プロセスのマスクあわせ精度を考えるとΔＬを大きくしたほうが、確実に窓部への電流注入を防ぐことが可能となる。しかしながら、ΔＬが大きくなりすぎると、窓部境界付近の利得部活性層への電流注入量が小さくなるためこの部分の活性層が損失となり発振閾値の増大や電流−光出力特性での非線形性、スロープ効率の低下をもたらす。
【００９５】
従って、ΔＬは０以上、５０μｍ以下で作製する必要がある。さらに、赤外の発光材料であるＡｌＧａＡｓ系の材料は、赤色域の発光材料であるＩｎＧａＰ系材料よりも吸収係数が大きいので、ΔＬを大きくした場合、窓部境界付近の活性層の損失が大きくなってしまう。これを防ぐためには、赤外のΔＬは赤色のΔＬに比べて短く設定する必要がある。ΔＬが５０μｍ以下の場合、赤外のΔＬは赤色のΔＬに比べて５μｍ以上短くすれば、赤外半導体レーザ、赤色半導体レーザ共に、発振閾値の増大や電流−光出力特性での非線形性、スロープ効率の低下を防ぐことが可能である。
【００９６】
以上のように、出力波長の異なる複数の半導体レーザをモノリシックに形成する多波長半導体レーザ装置において、各半導体レーザの窓領域の長さを、出力波長が短い半導体レーザ程長くすることにより、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができる。
【００９７】
特に、赤色半導体レーザ及び赤外半導体レーザをモノリシックに形成した２波長半導体レーザ装置においては、赤色半導体レーザより赤外半導体レーザの窓領域の長さを短くすることにより、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができると共に、窓領域の長さを可能な限り短くでき、利得領域の長さを長くすることが可能になる結果、温度特性を良好としつつ、赤色半導体レーザ、赤外半導体レーザのＦＦＰの半値全幅が、それぞれ、光出力に対してもほぼ同じ率で変化する多波長半導体レーザ装置を得ることができる。さらに、赤色半導体レーザの窓長を約３０μｍ、赤外半導体レーザの窓長を約２５μｍとすれば光出力によらず安定してほぼ所望の値となる２波長半導体レーザ装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明によると、各波長に同程度の光出力依存性を持たせることができるため、光学系の設計を容易にすることができ、光ディスク装置のピックアップ用光源や、電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられる、赤色波長や赤外域波長等の半導体レーザをモノリシックに形成する多波長半導体レーザ装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の多波長半導体レーザ装置の断面構造模式図
【図２】本発明の多波長半導体レーザ装置の窓構造を示す平面図
【図３】本発明の多波長半導体レーザ装置における窓部を導波するレーザ光の光分布強度分布の窓長に対する依存性の計算結果を示す図
【図４】本発明の赤色レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図
【図５】本発明の赤外レーザの拡がり角の窓長依存性を示す図
【図６】赤外レーザの窓長を１５μｍ、赤色レーザの窓長を２０μｍとした２波長半導体レーザ装置の拡がり角の光出力依存性を示す図
【図７】赤外レーザの窓長を２５μｍ、赤色レーザの窓長を３０μｍとした２波長半導体レーザ装置の拡がり角の光出力依存性を示す図
【図８】本実施の形態の２波長半導体レーザ装置における室温ＣＷでの電流−光出力依存性を示す図
【図９】本発明の２波長半導体レーザ装置の半導体層形成工程を示す工程断面図
【図１０】本発明の２波長半導体レーザ装置のリッジ部形成工程を示す工程断面図
【図１１】赤色半導体レーザにおける出力波長分布図
【図１２】赤外半導体レーザにおける出力波長分布図
【図１３】従来の多波長半導体レーザ装置の構造を示す斜視図
【符号の説明】
【０１００】
１０    ＧａＡｓ基板
１１    バッファ層
１２    クラッド層
１３    歪量子井戸活性層
１３ｇ１    第一ガイド層
１３ｗ１    ウェル層
１３ｗ２    ウェル層
１３ｗ３    ウェル層
１３ｂ１    バリア層
１３ｂ２    バリア層
１３ｇ２    第二ガイド層
１４    Ｐクラッド層
１５    電流ブロック層
１６    保護層
１７    コンタクト層
１８    境界層
１９    レジストパターン
２１    バッファ層
２２    クラッド層
２３    量子井戸活性層
２３ｇ１    第一ガイド層
２３ｗ１    ウェル層
２３ｗ２    ウェル層
２３ｗ３    ウェル層
２３ｂ１    バリア層
２３ｂ２    バリア層
２３ｇ２    第二ガイド層
２４    クラッド層
２５    保護層
２６    コンタクト層
２７    レジスト
３０    拡散源
３１    酸化シリコン膜
４０ａ    窓領域
４０ｂ    窓領域
４１ａ    窓領域
４１ｂ    窓領域
２０１    ｎ型ＧａＡｓ基板
２１１    ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２１２    ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２１３    活性層
２１４    ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
２１５    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２１６    ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
２１７    ｐ側電極
２２１    ｎ型ＧａＡｓバッファ層
２２２    ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２２３    活性層
２２４    ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２２５    ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
２２６    ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２２７    ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
２２８    ｐ側電極
２２９    ｎ側電極
３００    パッケージベース
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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