(57)【要約】  【課題】  出射光の遠視野像の水平広がり角を広げ、遠視野像におけるアスペクト比を小さくし、且つ歩留まりの高い半導体レーザ素子を提供することである。  【解決手段】  半導体レーザ素子は、活性層１４上にｐ型クラッド層１５とエッチングストッパ層１６とリッジ１とを順に有し、ｐ型クラッド層１５の幅とエッチングストッパ層１６の幅が、リッジ１の幅より広く、活性層１４の幅以下であり、少なくともｐ型クラッド層１５の長さ方向の側面とエッチングストッパ層１６の長さ方向の側面が、ｐ型クラッド層１５の光屈折率よりも低い光屈折率を有する電流ブロック層１７で覆われた構成とする。【選択図】      図１
2007095867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層上にクラッド層とエッチングストッパ層とリッジとを順に有する半導体レーザ素子において、
前記クラッド層の幅と前記エッチングストッパ層の幅が、前記リッジの幅より広く、前記活性層の幅以下であり、
少なくとも前記クラッド層の長さ方向の側面と前記エッチングストッパ層の長さ方向の側面が、前記クラッド層の光屈折率よりも低い光屈折率を有する電流ブロック層で覆われていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ形成後に前記クラッド層の不要部分と前記エッチングストッパ層の不要部分がエッチングにより除去され、続いて前記電流ブロック層が積層され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】
前記クラッド層の長さ方向の側面及び前記エッチングストッパ層の長さ方向の側面から同じ側の前記リッジの長さ方向の側面までの距離が０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストライプ状のリッジを有する、いわゆるリッジストライプ型の半導体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リッジストライプ型の半導体レーザ素子が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。例えば、図７（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。この１波長半導体レーザ素子は、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、エッチングストッパ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。そして、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層をエッチングすることにより、素子表面にリッジ１０１が形成されているとともに、リッジ１０１の両側に所定間隔おいてサポート部１０２が形成されている。なお、説明を簡略化するため、図中では、ｎ型ブロック層、ｐ型電極およびｎ型電極の図示を省略している。
【０００３】
また例えば、図８（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。この２波長半導体レーザ素子の層構成は、図７に示した１波長半導体レーザ素子の層構成と同じである。素子中央に形成された素子分割溝１０４を挟んで、両側の素子で異なった波長の光が発せられる。
【０００４】
このような構成の１又は２波長半導体レーザ素子は、図７（ｃ）又は図８（ｃ）に示すように、基板におけるリッジ１０１およびサポート部１０２側をサブマウント１０３に取り付け、このサブマウント１０３を介して保持体（図示せず）に保持される（ジャンクションダウン方式）。
【０００５】
ところで、半導体レーザ素子の構造によって出射光の遠視野像の広がり角度が異なる。この広がり角度は、素子水平方向の遠視野像の広がり角度（以下、水平広がり角と記す）と素子垂直方向の遠視野像の広がり角度（以下、垂直広がり角と記す）とからなり、遠視野像のアスペクト比に影響する。ここで、アスペクト比が小さい程、レーザ光が真円に近づくので集光しやすくなる。そこで、特許文献２には、垂直広がり角を小さくしてほぼ真円に近いパターンモードのレーザ光とする半導体レーザ素子が開示されている。
【特許文献１】特許第３３４８０２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１５８３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記のような２波長半導体レーザ素子を光ディスクの読み取りや書き込み等を行う光ピックアップに利用する場合、特許文献２の半導体レーザ素子を用いると問題が生じる。一般に光ピックアップは、２波長半導体レーザ素子の中間に１つのレンズを備えた構成となっている。そして２つの発光部から出射したレーザ光は同じレンズで集光される。このように、レンズが発光部の中心に位置しないため、レーザ光にはある程度の水平広がり角（一般に１２°以上）が必要となる。水平広がり角が小さいと、レンズと半導体レーザ素子との距離を長くしなければ、２つの発光部から出射されるレーザ光をレンズに導くことができない。しかし、レンズと半導体レーザ素子との距離を長くすると、半導体レーザ素子には高い光出力が必要となるため実用的ではない。
【０００７】
そして、上記の特許文献２の半導体レーザ素子では、垂直広がり角を小さくすることでアスペクト比を小さくしているので水平広がり角は制御されておらず、層構成によっては２波長半導体レーザ素子で必要とされる１２°以上の水平広がり角を再現良く製造できない場合がある。これでは規格内の水平広がり角を有する製品を得るために歩留まりが低くなる。
【０００８】
従って、水平広がり角を広げるように制御する必要がある。これにより、遠視野像におけるアスペクト比が小さくなり、レーザ光を集光しやすくなるので、２波長半導体レーザ素子の出射光を１系統の光学系で集光する場合に、発光部とレンズとの距離を短くでき、光出力の低減に繋がる。
【０００９】
本発明は、出射光の遠視野像の水平広がり角を広げ、遠視野像におけるアスペクト比を小さくし、且つ歩留まりの高い半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、活性層上にクラッド層とエッチングストッパ層とリッジとを順に有する半導体レーザ素子において、前記クラッド層の幅と前記エッチングストッパ層の幅が、前記リッジの幅より広く、前記活性層の幅以下であり、少なくとも前記クラッド層の長さ方向の側面と前記エッチングストッパ層の長さ方向の側面が、前記クラッド層の光屈折率よりも低い光屈折率を有する電流ブロック層で覆われていることを特徴とする。
【００１１】
上記半導体レーザ素子において、前記リッジ形成後に前記クラッド層の不要部分と前記エッチングストッパ層の不要部分がエッチングにより除去され、続いて前記電流ブロック層が積層され得る。
【００１２】
また上記半導体レーザ素子において、前記クラッド層の長さ方向の側面及び前記エッチングストッパ層の長さ方向の側面から同じ側の前記リッジの長さ方向の側面までの距離が０．０１〜０．３μｍであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、活性層上のクラッド層の幅とエッチングストッパ層の幅とを制御し、その側面にクラッド層よりも光屈折率の低い電流ブロック層を設けることにより、出射光の遠視野像の水平広がり角を広げ、遠視野像におけるアスペクト比を小さくすることができる。また、それによってレーザ光を集光しやすくなるので、２波長半導体レーザ素子の出射光を１系統の光学系で集光する場合に、発光部とレンズとの距離を短くでき、光出力の低減に繋がる。
【００１４】
また、クラッド層の幅とエッチングストッパ層の幅は、ステッパーによって形成されるフォトマスクにより精度良く制御でき、またクラッド層の厚みとエッチングストッパ層の厚みは、結晶成長により精度良く制御できる。つまり、出射光の水平広がり角を決定するクラッド層及びエッチングストッパ層の幅と厚みを任意に精度良く制御できる。これは、所望の水平広がり角を有する素子を再現良く製造できることに繋がり、製品の歩留まりが向上する。
【００１５】
更に、クラッド層の長さ方向の側面及びエッチングストッパ層の長さ方向の側面から同じ側のリッジの長さ方向の側面までの距離を０．０１〜０．３μｍとすることにより、２波長半導体レーザ素子の中間に１つのレンズを備えた構成の光ピックアップに利用する場合に最適な出射光である１２°以上の水平広がり角を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、１波長半導体レーザ素子（以下、単に素子と称する）の構成を示す断面図である。なお、説明を簡略化するため、素子表面の電極層（ｐ型電極、ｎ型電極）の図示は省略している。
【００１７】
この素子において、ｎ型（第１導電型）ＧａＡｓからなる基板１１上には、ｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層１２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１３、ＧａＩｎＰからなり、レーザ光（例えば赤色）を出射する活性層１４、ｐ型（第２導電型）ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１５およびｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストッパ層１６がこの順で積層されている。
【００１８】
エッチングストッパ層１６上には、上記したストライプ状のリッジ１が形成されている。そして、リッジ１のトップを除く表面には、ＳｉＮからなる電流ブロック層１７が積層されている。電流ブロック層１７はリッジ１直下の発光部に電流を狭窄するとともに、リッジ１とリッジサイドに実効的に光屈折率差を形成し、光をリッジに閉じ込める働きをしている。なお、電流ブロック層１７は、ＳｉＮに限定される訳ではなく、ｐ型クラッド層１５の光屈折率よりも低い光屈折率を有する非光吸収膜であればよい。
【００１９】
上記のリッジ１は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１９、ｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタクト層２０およびｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２１がこの順で積層されて構成されており、これらをエッチングストッパ層１６までエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより形成されている。
【００２０】
また、図示しないが、コンタクト層２１上にはｐ型電極が形成され、一方、基板１１の裏面側にはｎ型電極が形成されている。ｐ型電極とｎ型電極とを流れる電流が、素子の動作電流である。
【００２１】
各層の厚みは、例えば、基板１１が１００μｍ、バッファ層１２が０．５μｍ、ｎ型クラッド層１３が１．５μｍ、活性層１４が０．０５μｍ、ｐ型クラッド層１５が０．１７、エッチングストッパ層１６が０．０５μｍ、電流ブロック層１７が１．０μｍ、ｐ型クラッド層１９が０．１７μｍ、コンタクト層２０が０．１μｍ、コンタクト層２１が０．５μｍとすることができる。
【００２２】
また素子の各寸法は、例えば、素子の長さ（リッジ１が延在する方向）が６００〜１５００μｍ、素子の幅が１５０〜３００μｍ、素子の高さが５０〜２００μｍ、リッジ１の幅が１．５〜４．０μｍとすることができる。
【００２３】
また図１に示すように、ｐ型クラッド層１５の幅とエッチングストッパ層１６の幅は、リッジ１の幅より広く、活性層１４の幅以下とする。そして、ｐ型クラッド層１５の長さ方向の側面及びエッチングストッパ層１６の長さ方向の側面から同じ側のリッジ１の長さ方向の側面までの距離をＷとすると、距離Ｗとｐ型クラッド層１５及びエッチングストッパ層１６の厚みの和とにより、出射光の水平広がり角が決定する。これは、リッジ１下方のｐ型クラッド層１５内部（図１のＡ部分）の光屈折率とリッジサイドの電流ブロック層１７（図１のＢ部分）との光屈折率差が大きくなるため、光閉じ込め効果が強くなるからである。
【００２４】
光閉じ込め効果の観点からは、少なくともｐ型クラッド層１５の長さ方向の側面とエッチングストッパ層１６の長さ方向の側面が、ｐ型クラッド層１５の光屈折率よりも低い光屈折率を有するＳｉＮ等の電流ブロック層１７で覆われていればよい。この場合、他の表面は他の電流ブロック層で覆っても問題はない。
【００２５】
上記の構成の素子を作製するには、まず、基板１１上にバッファ層１２、ｎ型クラッド層１３、活性層１４、ｐ型クラッド層１５、エッチングストッパ層１６、ｐ型クラッド層１９、コンタクト層２０およびコンタクト層２１を成長させる。
【００２６】
次に、コンタクト層２１の表面にＳｉＯ２マスク（不図示）を形成し、酸処理によりリッジ１を形成する（図２の状態）。次に、ステッパー（不図示）を用いてフォトマスク２２を形成する。フォトマスク２２はリッジ１とリッジ１側面から距離Ｗのエッチングストッパ層１６部分とを覆うように設ける（図３の状態）。次にＨＣｌ系のエッチャントを用いてエッチングストッパ層１６及びｐ型クラッド層１５を選択的にエッチングする（図４の状態）。次に、フォトマスク２２を除去する（図５の状態）。次に、素子表面に電流ブロック層１７を積層し、その後リッジ１上の電流ブロック層１７をエッチングにより除去する（図１の状態）。最後に、ｐ型電極とｎ型電極を形成して半導体レーザ素子が完成する。
【００２７】
ｐ型クラッド層１５の幅とエッチングストッパ層１６の幅は、ステッパーによって形成されるフォトマスク２２により精度良く制御でき、またｐ型クラッド層１５の厚みとエッチングストッパ層１６の厚みは、結晶成長により精度良く制御できる。従って、上述した出射光の水平広がり角を任意に精度良く制御できる。これは、所望の水平広がり角を有する素子を再現良く製造できることに繋がり、製品の歩留まりが向上する。
【００２８】
図６は、距離Ｗに対する水平広がり角Ｑｈを示すグラフである。種々の距離Ｗを有する素子をそれぞれ作製し、それぞれの素子の出射光の水平広がり角Ｑｈを調べた。距離Ｗが小さくなるにつれて水平広がり角Ｑｈが大きくなっているのが分かる。
【００２９】
ここで、２波長半導体レーザ素子の中間に１つのレンズを備えた構成の光ピックアップに利用する場合、レンズが発光部の中心に位置しないため、レーザ光にはある程度の水平広がり角（一般に１２°以上）が必要となる。なぜなら、水平広がり角が小さいと、レンズと半導体レーザ素子との距離を長くしなければ、２つの発光部から出射されるレーザ光をレンズに導くことができないからである。しかし、レンズと半導体レーザ素子との距離を長くすると、半導体レーザ素子には高い光出力が必要となるため実用的ではない。
【００３０】
そこで、１２°以上の水平広がり角Ｑｈを得るためには、図６より、距離Ｗが０．０１〜０．３μｍの範囲であればよいことがわかる。この距離Ｗは上述した方法により精度良く制御できる。
【００３１】
このように、本発明によれば水平広がり角を大きくすることができるので、遠視野像におけるアスペクト比が小さくなる。それによってレーザ光を集光しやすくなるので、２波長半導体レーザ素子の出射光を１系統の光学系で集光する場合に、発光部とレンズとの距離を短くでき、光出力の低減に繋がる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の半導体レーザ素子は、１波長半導体レーザ素子又は２波長以上の半導体レーザ素子とすることができ、光ディスクの読み取りや書き込み等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の１波長半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の製造工程中の素子を示す断面図である。
【図３】本発明の製造工程中の素子を示す断面図である。
【図４】本発明の製造工程中の素子を示す断面図である。
【図５】本発明の製造工程中の素子を示す断面図である。
【図６】本発明の距離Ｗに対する水平広がり角Ｑｈを示すグラフである。
【図７】（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の平面図、（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は、図７（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
【図８】（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の平面図、（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は、図８（ａ）の素子をサブマウントにジャンクションダウン方式で接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    リッジ
１４    活性層
１５    ｐ型クラッド層
１６    エッチングストッパ層
１７    電流ブロック層
【図１】
2007095867.tif 000003
【図２】
2007095867.tif 000004
【図３】
2007095867.tif 000005
【図４】
2007095867.tif 000006
【図５】
2007095867.tif 000007
【図６】
2007095867.tif 000008
【図７】
2007095867.tif 000009
【図８】
2007095867.tif 000010