(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、レーザ光を集光しやす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上に順に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とを有し、更にリッジ１の両側に順に電流ブロック層１７と電流ブロック層１８とを有し、少なくともリッジ１の両側面の電流ブロック層１７が除去されて空洞部２２となっている構成とする。この空洞部２２は、電流ブロック層１８形成後に電流ブロック層１７の不要部分がエッチングにより除去されることにより形成される。【選択図】図２
2007103403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層上に順にクラッド層とエッチングストッパ層とリッジとを有し、更に該リッジの両側に順に第１の電流ブロック層と第２の電流ブロック層とを有する半導体レーザ素子において、
少なくとも前記リッジの両側面の第１の電流ブロック層が除去されて空洞部となっていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２の電流ブロック層形成後に前記第１の電流ブロック層の不要部分がエッチングにより除去されることにより前記空洞部が形成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】
前記空洞部は、前記リッジの側面から３μｍの距離まで形成されてい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５（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（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６（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（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５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５（ｃ）又は図６（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。
【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、レーザ光を集光しやす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、活性層上に順にクラッド層とエッチングストッパ層とリッジとを有し、更に該リッジの両側に順に第１の電流ブロック層と第２の電流ブロック層とを有する半導体レーザ素子において、少なくとも前記リッジの両側面の第１の電流ブロック層が除去されて空洞部となっ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、前記第２の電流ブロック層形成後に前記第１の電流ブロック層の不要部分がエッチングにより除去されることにより前記空洞部が形成され得る。
【００１２】
また上記半導体レーザ素子において、前記空洞部は、前記リッジの側面から３μｍの距離まで形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リッジの両側面に空洞部を設けることにより、リッジと空洞部との間に高い屈折率差が生じ、光閉じ込め効果が強くなる。これにより、出射光の水平広がり角が大きくなる。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。
【００１４】
また本発明によれば、空洞部は第１の電流ブロック層の不要部分がエッチングにより除去されることで形成されるので、エッチングの時間を制御することにより空洞部の大きさが精度良く制御される。
【００１５】
また本発明によれば、空洞部は少なくともリッジの側面から３μｍの距離まで形成されることにより、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（ａ）は、１波長半導体レーザ素子（以下、単に素子と称する）の概略の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は、図１（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。なお、説明を簡略化するため、これらの図中、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】
この素子は、ストライプ状のリッジ１と、その側方（本実施形態では両側）に所定間隔をおいて形成されるサポート部２とを有している。サポート部２は、サブマウント３に素子を安定して取り付けるための支持部であり、このサポート部２の存在により、リッジ１が保護される。
【００１８】
本素子は、図１（ｃ）に示すように、サポート部２側をサブマウント３に取り付け、このサブマウント３を介して保持体（不図示）に保持される（ジャンクションダウン方式）。以下、素子の詳細な構成について説明する。
【００１９】
図２は、図１の素子の詳細な構成を示す断面図である。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。
【００２０】
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が形成されているとともに、そのリッジ１の両側に所定間隔をおいてサポート部２が形成されている。そして、リッジ１の上面を除く表面には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層（第１の電流ブロック層）１７およびｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層（第２の電流ブロック層）１８がこの順で積層されている。電流ブロック層１７としては、他にＡｌＧａＡｓやＧａＩｎＰ等を用いることができる。電流ブロック層１７、１８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。
【００２１】
そして、リッジ１の両側面の電流ブロック層１７は所定部分だけ除去されて空洞部２２となっている。空洞部２２は即ち空気であり、空気の光屈折率は１．００だからリッジ１内部の光屈折率と比べて非常に低い。従って、リッジ１と空洞部２２との間に高い屈折率差が生じ、光閉じ込め効果が強くなる。これにより、出射光の水平広がり角が大きくなる。
【００２２】
上記のリッジ１およびサポート部２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。
【００２３】
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。
【００２４】
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０．５μｍ、電流ブロック層１８が０．５μｍ、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。
【００２５】
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。
【００２６】
上記の構成の素子を作製するには、まず、１回目の結晶成長（１ｓｔエピ）において、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。
【００２７】
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およびサポート部２を形成する。次に、サポート部２上のＳｉＯ２を除去し、２回目の結晶成長（２ｎｄエピ）において、２層の電流ブロック層１７、１８を連続的に成長させる（図３の状態）。このときリッジ１の上にはＳｉＯ２が存在するため結晶は成長しない。
【００２８】
次に、酸処理により電流ブロック層１７を選択的にエッチングし、空洞部２２を形成する。ＡｌＩｎＰやＧａＩｎＰは塩酸でエッチングでき、ＡｌＧａＡｓは塩酸やフッ酸でエッチングできる。このとき、リッジ１の側面に接する電流ブロック層１７の上端部１７ａが剥き出しになっているので、ウェハ全体を酸処理することで上端部１７ａから電流ブロック層１７のみがエッチングされる。なお、エッチングの量、つまり空洞部２２の大きさは、酸処理する時間で制御できる。
【００２９】
次にリッジ上のＳｉＯ２を除去し、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。
【００３０】
また本発明は２波長半導体レーザ素子にも応用できる。図４（ａ）は、２波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図４（ｃ）は、図４（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。なお、説明を簡略化するため、これらの図中、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。
【００３１】
この２波長半導体レーザ素子の層構成は、図１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４を挟んで、両側の素子で異なった波長の光が発せられる。
【００３２】
本素子は、図４（ｃ）に示すように、リッジ１およびサポート部２側をサブマウント３に取り付け、このサブマウント３を介して保持体（図示せず）に保持される。この２波長半導体レーザ素子は上記の１波長半導体レーザ素子を２つ繋げたものであるので、各部の長さは、上記の１波長半導体レーザ素子の長さと同様である。
【００３３】
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。
【００３４】
そこで、空洞部２２の大きさを変えた種々の素子を作製して出射光を測定したところ、１２°以上の水平広がり角を得るためには、空洞部２２は少なくともリッジ１の側面から３μｍの距離まで形成されていればよいことがわかった。この空洞部２２の大きさは、上述したように、エッチングの時間で精度良く制御することができる。
【００３５】
このように、本発明によれば空洞部２２を設けることにより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】
【００３６】
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】
【００３７】
【図１】（ａ）は、本発明の１波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は、図１（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２】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３】本発明の製造工程中の素子を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の２波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は、図４（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５】（ａ）は、従来の１波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は、図５（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６】（ａ）は、従来の２波長半導体レーザ素子の概略の構成を示す平面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は、図６（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】
【００３８】
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    第１の電流ブロック層
１８    第２の電流ブロック層
２２    空洞部
【図１】
2007103403.tif 000003
【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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