(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルセーションレーザ素子であって、
板面が｛１００｝結晶面より所要の傾きを有する半導体オフ基板より成る基体と、
上記基体上に、少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とが、順に積層されて成る積層半導体層を有し、
上記第２導電型のクラッド層の一部が、上記積層半導体層の上記活性層とは反対側から選択的にエッチングされることにより、上記活性層に至ることがない深さのリッジ溝が、複数、上記積層方向とは直交する方向に延在して設けられ、
該複数のリッジ溝間に、残存形成されたリッジによるストライプ部が設けられ、
上記ストライプ部を挟んで相対向する上記リッジ溝の各々を介して上記ストライプ部の両側面に対向する突起部が、上記リッジ溝から立ち上がり上記ストライプ部に平行に延在して設けられ、
上記ストライプ部において、上記活性層に対する主たる電流通路が形成されて主たる発光部を形成し、該主たる発光部の両側縁部に可飽和吸収領域が形成され、
上記ストライプ部の上記リッジの両側面のうち、一方の側面が他方の側面よりも緩やかな傾きに形成され、
上記リッジの上記一方の側面と、対向する上記突起部との間の上記リッジ溝の幅が、上記リッジの上記他方の側面と、対向する上記突起部との間の上記リッジ溝の幅よりも大きく、
上記突起部に、電流阻止のｐｎ接合が形成されて成るパルセーションレーザ素子。
【請求項２】
上記活性層により、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが構成される請求項１に記載のパルセーションレーザ素子。
【請求項３】
上記基体がｎ型の｛１００｝面から２°〜１０°の傾きを有するＧａＡｓオフ基板であり、上記活性層がＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの多重量子井戸構造であり、上記第２導電型のクラッド層がｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層であり、上記第２導電型のクラッド層の上方にｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層から成る電流阻止層が形成されている、請求項２に記載のパルセーションレーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルセーションレーザ素子、例えば赤色発光パルセーションレーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光情報記録媒体に対する記録再生レーザ光としては、戻り光によるノイズの改善を図る上で、パルス発振レーザ光光源が用いられることが望ましい。更に、このパルス発振を外部回路によって行うことがない、自励発振によるパルセーションレーザが用いられることが望ましい。
【０００３】
光情報記録媒体の例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）に対しては、一般に波長７８０ｎｍ帯のレーザ光光源が用いられ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）に対しては、一般に波長６５０ｎｍ帯のレーザ光光源が用いられる。
波長６５０ｎｍ帯の赤色パルセーション半導体レーザとして、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザは、例えば図４にその概略斜視図を示し、図５にその要部の概略断面図を示すように、第１導電型、一般にはｎ型の基体例えばＧａＡｓ基板１０２の一主面上に、第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる第１導電型クラッド層１０４と、例えばＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造による活性層１０５と、第２導電型例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層１０６と、第２導電型例えばｐ型のＧａＡｓより成るコンタクト層１１０とが順次エピタキシャル成長される。
そして、コンタクト層１１０を横切り第２導電型クラッド層１０６に至るリッジ溝が両脇に形成されることによって、ストライプ状のリッジ１１４が形成される。
リッジからリッジ溝に差し渡って第１電極１１８がオーミックに被着され、一方、基板の裏面には第２電極１１９が被着される。
【０００５】
この構成による半導体レーザにおいては、両電極及び間に、順方向電圧を印加することにより、パルセーションレーザ発振がなされる。
すなわち、この場合、第２電極がコンタクト層にコンタクトされた部分においては、クラッド層上に直接被着された部分に比し、コンタクト抵抗が小さいことから、リッジによるストライプ部において主たる電流通路が形成される。そして、この場合、図５に破線ａで発光分布を模式的に示すように、リッジ溝の形成部とリッジとにおける第２導電型のクラッド層の厚さが相違すること、主として電流注入がリッジにおいてなされることから、リッジ下の中央部と、その外側との間に実効屈折率差が生じ、中央部に緩やかな光の閉じ込めによる主たる発光分布が形成され、その外側に、可飽和吸収領域が形成されることによって自励発振が生じるようになされている。
【特許文献１】特開２００２−７６５０５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述したエアリッジパルセーションレーザ構造を有するものをはじめ、一般の自励発振型のレーザにおいては、図５に矢印をもって模式的に示すように、主たる電流通路の形成部以外にも電流が拡散するため、この電流が発振に寄与しない無効電流となり、動作電流が高くなる。また、これに伴い、長期信頼性、寿命の低下を来たすという問題がある。
【０００７】
また、ＤＶＤに用いる発振波長帯６５０〜６６０ｎｍの半導体レーザとしての、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザにおいて、その活性層を構成するＭＱＷは、上述したように、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系構成とする場合、自然超格子の発生によりバンドギャップが縮小し、発振波長が長波長化する。このような不都合を回避するために、この種のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいては、通常、基体のＧａＡｓ基板には、その主面が（００１）結晶面から２°〜１０°傾いて切り出した、いわゆるオフ基板を用いることによって、自然超格子構造の発生を回避し、長波長化を回避している。
【０００８】
しかし、このようなオフ基板を用いた場合、上述したストライプ方向の両端、すなわち光共振器長方向の両端を、結晶の劈開面によって構成することによって、すぐれた鏡面を形成するように、リッジの方向を選定して、リッジ溝を、ウェットエッチングによって形成すると、図５に示すように、リッジの両側面の傾きが異なり、非対称となる。
【０００９】
このため、導波路部の屈折率差が発光部の両側で相違し、光の閉じ込めが非対称となり、図５に破線ｂで示すように、発光分布が非対称となり、注入電流に対する光出力特性に、低レベルのキンクが発生する。
【００１０】
本発明は、上述した諸問題、すなわち、パルセーションレーザ素子における動作電流の問題、キンクレベルの問題の解決を図ることができるパルセーションレーザ素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるパルセーションレーザ素子は、板面が｛１００｝結晶面より所要の傾きを有する半導体オフ基板より成る基体と、上記基体上に、少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とが、順に積層されて成る積層半導体層を有し、上記第２導電型のクラッド層の一部が、上記積層半導体層の上記活性層とは反対側から選択的にエッチングされることにより、上記活性層に至ることがない深さのリッジ溝が、複数、上記積層方向とは直交する方向に延在して設けられ、この複数のリッジ溝間に、残存形成されたリッジによるストライプ部が設けられ、上記ストライプ部を挟んで相対向する上記リッジ溝の各々を介して上記ストライプ部の両側面に対向する突起部が、上記リッジ溝から立ち上がり上記ストライプ部に平行に延在して設けられ、上記ストライプ部において、上記活性層に対する主たる電流通路が形成されて主たる発光部を形成し、該主たる発光部の両側縁部に可飽和吸収領域が形成され、上記ストライプ部の上記リッジの両側面のうち、一方の側面が他方の側面よりも緩やかな傾きに形成され、上記リッジの上記一方の側面と、対向する上記突起部との間の上記リッジ溝の幅が、上記リッジの上記他方の側面と、対向する上記突起部との間の上記リッジ溝の幅よりも大きく、上記突起部に、電流阻止のｐｎ接合が形成されて成ることを特徴としている。
【００１２】
本発明によるパルセーションレーザ素子は、活性層により、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によるパルセーションレーザ素子は、基体がｎ型の｛１００｝面から２°〜１０°の傾きを有するＧａＡｓオフ基板であり、活性層がＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの多重量子井戸構造であり、第２導電型のクラッド層がｐ型のＡｌＧａＩｎＰ層であり、第２導電型のクラッド層の上方にｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層から成る電流阻止層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるパルセーションレーザ素子によれば、主たる電流通路を形成するリッジによるストライプ部の両側面に対向して突起部を設け、これに電流阻止のｐｎ接合を設けたことにより、レーザ発振領域以外への電流拡散が抑止されることから、無効電流の発生が低減ないしは回避され、これによって動作電流の低下がもたらされる。そして、この突起部における電流阻止は、ｐｎ接合の存在によって、具体的には動作時において逆接合となるｐｎ接合によってなされるものであり、このｐｎ接合は、半導体層の一連の製造過程で形成することができることから、電流阻止層を、絶縁層によって構成する場合における製造工程の煩雑さを回避でき、また、熱伝導が、絶縁層に比して一般に優れていることから、レーザの動作時の放熱を効果的に行うことができる。
【００１６】
また、本発明によるパルセーションレーザ素子によれば、リッジの両側面のうち、一方の側面が他方の側面よりも緩やかな傾きに形成され、リッジの一方の側面と対向する突起部との間のリッジ溝の幅が、リッジの他方の側面と対向する突起部との間のリッジ溝の幅よりも大きいので、基体として前述したオフ基板を用いてパルセーションレーザ素子を構成した場合に生じるレーザ光及びレーザ発振領域の形状の非対称性が、低減ないしは回避される。
【００１７】
そして、レーザ光の非対称性の低減ないしは回避によって、ストライプから各突起部までの距離を選定することによりキンクレベルの向上が図られ、したがって、長期信頼性ならびに寿命の低下が、低減ないしは回避される。
上述したように、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明による半導体レーザを有するパルセーションレーザ素子の実施の形態例を説明するが、本発明によるパルセーションレーザ素子は、この実施の形態例に限られるものではないことは言うまでもない。
【００１９】
まず、本発明によるパルセーションレーザ素子の一例の構造について、その赤色半導体レーザ部を例示する図１を参照して説明する。
【００２０】
このパルセーションレーザ素子１においては、基体例えば第１導電型例えばｎ型のＧａＡｓ基板２の一主面上に、第１導電型例えばｎ型のＧａＩｎＰによるバッファ層３と、第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層４と、例えばＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰとの多重量子井戸（ＭＱＷ）構造による活性層５と、第２導電型例えばｐ型のＡｌＧａＡｓによるクラッド層の下層部を構成する下層クラッド層６と、第２導電型例えばｐ型のＧａＩｎＰによるエッチングストップ層７と、第２導電型例えばｐ型のＡｌＧａＩｎＰによるクラッド層の上層部を構成する上層クラッド層８と、第２導電型例えばｐ型のＧａＩｎＰによる中間層９と、第２導電型例えばｐ型のコンタクト層１０と、第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる電流阻止層１１とが順次エピタキシャル成長された積層半導体層２０が形成されて成る。そして、この積層半導体層２０のコンタクト層側から、後述するようにエッチングストップ層によって深さの規制されたリッジ溝１２及び１３が形成される。
これらリッジ溝１２及び１３間に形成されたリッジ１４を介して、主たる電流通路を構成するストライプ部の両側面に対向して、それぞれ所定の間隔Ｌ１、Ｌ２を保持して、これら溝から立ち上がり、ストライプ１５すなわちリッジに沿って延在する突起部１６及び１７が形成される。
主電流通路を構成するリッジにおいては、上述した積層半導体層２０の電流阻止層が除去された構成を有して成る。
【００２１】
そして、積層半導体層２０上に、リッジ上とその両側のリッジ溝及び突起部を含み全面的に第１電極１８がオーミックに被着され、基体の裏面に第２電極１９がオーミックに被着されて成る。
【００２２】
上述した本発明装置の製造方法としては、例えば図２Ａ及びＢに示す工程によることができる。
先ず図２Ａに示すように、基体として例えばｎ型の｛１００｝面から２°〜１０°の傾きを有するＧａＡｓ基板２が用意され、その一主面上に必要に応じて例えばＧａＡｓによるバッファ層３を介して第１導電型例えばｎ型のクラッド層４、上述した例えばＭＱＷによる活性層５、上述した第２導電型クラッド層の下層クラッド層６と、エッチングストップ層７と、第２導電型のクラッド層の上層クラッド層８と、第２導電型の中間層９と、第２導電型のコンタクト層１０とを順次エピタキシャル成長させた積層半導体層２０を形成する。
次に、図２Ｂに示すように、図１で説明した少なくとも突起部１６及び１７の形成部上を残すように、酢酸系エッチング液によって、リッジ及びリッジ溝を形成する領域の直上の電流阻止層１１を選択的にエッチングによって除去する。
その後、図３に示すように、例えばフォトリソグラフィによって、コンタクト層１０を燐酸系エッチング液で、中間層９を酢酸系エッチング液で、第２導電型クラッド層８を硫酸系で、エッチングストップ層７を酢酸系のエッチング液で、それぞれエッチングすることにより、リッジ溝１２及び１３を形成し、これとともにリッジ１４、突起部１６及び１７を形成する。このとき、ＧａＩｎＰによるエッチングストップ層７は、ＡｌＧａＩｎＰによる第２導電型クラッド層８に比し、格段にエッチング速度が遅いことから、このエッチングストップ層７におけるエッチングによって、下層の第２導電型クラッド層６を露出させた位置で停止する制御を容易に行うことができる。
【００２３】
その後、リッジ１４及びリッジ溝１２ならびに１３内に第１電極を全面的にコンタクトする。また、基板２の裏面に、第２電極１９をオーミックにコンタクトする。
第１電極１８は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層金属層を用いて構成することができる。
また、第２電極１９は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの多層金属層を用いて構成することができる。
【００２４】
このようにして、図１の本発明による赤色半導体レーザによるパルセーションレーザ素子１が構成される。
【００２５】
この基体すなわち基板２は、例えば板面が｛１００｝結晶面より、上述した２°〜１０°の所要の傾きを有する所謂半導体オフ基体すなわち基板を用いることができる。
このとき、基体２がオフ基板であることから、リッジの両側面の傾きは、非対称となっている。本発明においては、例えば図３において左側の側面の傾きが右側の側面の傾きより緩やかな傾きとなっている場合で、この場合、図３において左側の間隔Ｌ１が右側の間隔Ｌ２より大に選定することによって、例えばそれぞれＬ１＝４０μｍとＬ２＝１５μｍとに選定することによって、これら傾きによる光分布の非対称性を補償することができる。すなわち、ストライプ部１５から各突起部までの距離を選定することにより、リッジ下の中央部とその外側とにおける実効屈折率差が補償され、キンクレベルの向上が図られる。
【００２６】
この実施の形態例によるパルセーションレーザ素子１は、突起部及び電流阻止層により、第１電極１８及び第２電極１９間に供給される電流が、リッジ１４とリッジ溝１２及び１３とに限定され、無効電流が阻止される構成とされるものである。したがって、動作電流の低減が図られる。
そして、突起部１６及び１７が、中間層９と電流阻止層１１との第２導電型例えばｐ型のＧａＡｓと第１導電型例えばｎ型のＡｌＧａＩｎＰとによって構成されることにより、第１電極１８及び第２電極１９に対して電流阻止のｐｎ接合（逆接合）が形成され、充分な電流遮断作用すなわちリッジ溝１２及び１３ならびにリッジ１４への電流限定作用が得られる。そしてこの場合、ｐｎ接合による半導体製造技術によることから、電流阻止層１１を絶縁性物質によって構成する場合のように特別の工程を用いることがない。
そして、この構成においては、第１電極１８がコンタクト層１０に直接コンタクトされたリッジ１４においては、リッジ溝１２及び１３内のコンタクト層が存在しない部分に比し、良好に通電がなされ、リッジ１４において活性層５に対する主たる電流通路が形成され、破線ａで示すような主たる発光部が形成され、その両側縁部には、可飽和吸収領域が形成され、パルセーションレーザ動作が生じる。
【００２７】
上述した本発明によるパルセーションレーザ素子の実施の形態例を、赤色発光パルセーションレーザを例示して説明したが、本発明によるパルセーションレーザ素子は、例えば或る波長のパルセーションレーザと、他の波長の半導体レーザ（例えばパルセーションレーザなど）とを有する２波長型或いは複数波長型のパルセーションレーザ素子にも適用し得るものである。また、本発明によるパルセーションレーザ素子は、２波長モノリシックレーザの例えば赤色部にも適用可能である。
【００２８】
また、本発明はこの実施の形態例に限られるものではなく、種々の変形、変更をなされ得ることは言うまでもない。
【００２９】
例えば、この実施の形態例においては、可飽和吸収領域（ＳＡＲ）が活性層内部に設けられた構成（所謂Ｗｅａｋｌｙ  Ｉｎｄｅｘ  ｇｕｉｄｅ型；ＷＩ型）としたが、本発明によるパルセーションレーザ素子１においては、活性層近傍に別途ＳＡＲを設けたいわゆるＳＡＬ（Ｓａｔｕｒａｂｌｅ  Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ）型のパルセーションレーザによって構成することも可能である。
また、電流阻止層は、絶縁体によってこれを形成することによっても、電流阻止作用を発現し得る。
【００３０】
そして、この実施の形態例においては、主として第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、両者を逆とすることが本発明の範疇である等、本発明によるパルセーションレーザ素子が、種々の変更及び変形をなされ得ることは、当業者によって理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるパルセーションレーザ素子の一例としての、エアリッジパルセーションレーザの概略斜視図である。
【図２】Ａ及びＢは、本発明によるパルセーションレーザ素子の一例としての、エアリッジパルセーションレーザの製造過程における概略断面図である。
【図３】本発明によるパルセーションレーザ素子の一例としての、エアリッジパルセーションレーザの要部の構造、およびその内部における光分布の状態を示す概略断面図である。
【図４】一般的なパルセーションレーザ素子の一種である、従来の半導体レーザの構造を示す概略斜視図である。
【図５】従来のエアリッジパルセーションレーザの要部の構造、及びその内部における光分布の状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・パルセーションレーザ素子、２・・・基体（基板）、３・・・バッファ層、４・・・第１導電型クラッド層、５・・・活性層、６・・・第２導電型クラッド層（下層）、７・・・エッチングストップ層、８・・・第２導電型クラッド層（上層）、９・・・中間層、１０・・・コンタクト層、１１・・・電流阻止層、１２・・・リッジ溝、１３・・・リッジ溝、１４・・・リッジ、１５・・・ストライプ部、１６・・・突起部、１７・・・突起部、１８・・・第１電極、１９・・・第２電極、２０・・・積層半導体層、１０１・・・従来のパルセーションレーザ素子、１０２・・・基体（基板）、１０４・・・第１導電型クラッド層、１０５・・・活性層、１０６・・・第２導電型クラッド層、１１０コンタクト層、１１４・・・リッジ、１１５・・・ストライプ部、１１８・・・第１電極、１１９・・・第２電極
【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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