(57)【要約】【課題】低コストかつ高いレベルの静電破壊耐性を有する半導体レーザを提供する。【解決手段】基板１と、基板１上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第１導電型の第１のクラッド層２と、第１のクラッド層２上に形成され、量子井戸活性層４、バリア層、及び光ガイド層３、５を有する光閉じ込め構造と、光閉じ込め構造上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第２導電型の第２のクラッド層６、８とを備えた半導体レーザ装置であって、第１のクラッド層２及び第２のクラッド層６、８の光出射端面近傍に、当該光出射端面を作成する際に前記引張歪が開放された領域を有する半導体レーザ装置。【選択図】  図２
2007318038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成され、量子井戸活性層、バリア層、及び光ガイド層を有する光閉じ込め構造と、
前記光閉じ込め構造上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第２導電型の第２のクラッド層とを備えた半導体レーザ装置であって、
前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層の光出射端面近傍に、当該光出射端面を作成する際に前記引張歪が開放された領域を有する半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１のクラッド層、前記光閉じ込め層、及び前記第２のクラッド層から構成される層構造の引張歪の平均が０．１％以下である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記量子井戸活性層が圧縮歪を有して積層される請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記バリア層及び前記光ガイド層の全体または一部が引張歪を有して積層される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記光閉じ込め構造の歪の平均が引張歪である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
基板上に、少なくとも一部が引張歪を有している第１導電型の第１のクラッド層を積層するステップと、
前記第１のクラッド層上に量子井戸活性層、バリア層、及び光ガイド層を有する光閉じ込め構造を積層するステップと、
前記光閉じ込め構造上に少なくとも一部が引張歪を有している第２導電型の第２のクラッド層を積層するステップと、
前記第１のクラッド層と前記光閉じ込め構造と前記第２のクラッド層とにおける光出射端面を劈開によって形成し、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層とにおける前記引張歪を開放するステップとを有する半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１のクラッド層、前記光閉じ込め層、及び前記第２のクラッド層から構成される層構造の引張歪の平均が０．１％以下である請求項６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記量子井戸活性層が圧縮歪を有して積層される請求項６又は請求項７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記バリア層及び前記光ガイド層の全体または一部が引張歪を有して積層される請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記光閉じ込め構造の歪の平均が引張歪である請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関し、特に共振器端面の瞬時光学破壊に対する耐性が高い半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系の半導体レーザ素子では、デバイス自身が発するレーザ発振光による共振器端面の瞬時光学破壊、いわゆるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage)によって、不可逆な劣化が生じる可能性がある。長時間半導体レーザ素子を動作させた場合にＣＯＤが引き起こされる光出力レベルが徐々に低下することがある。この場合、ＣＯＤがおこる光出力レベルが動作光出力近傍に達して突然停止する現象が生じてしまう。
【０００３】
また、ＣＯＤを引き起こす材料系の半導体レーザを組み込む機器を製造する際には、静電気による瞬時の大電流でＣＯＤ劣化させないようにする必要がある。このため、十分な静電対策を施す必要があり、これが製造コスト削減を制約する要因の一つとなっている。特に、光ディスク再生機器用途の比較的低出力の半導体レーザにおいては、近年の再生機器低価格化の加速により、製造コストを削減しなければならなくなっている。そのため、低コストで静電破壊耐性を向上すること、すなわちＣＯＤ耐性を向上することが強く求められている。
【０００４】
ＣＯＤは一般に、以下のメカニズムで発生するといわれている。共振器端面は結晶が途切れているため結晶欠陥と同等であり、非発光再結合中心である表面準位が多数存在している。光出射端面近傍の活性層では、表面準位における速い非発光再結合により、キャリア密度が共振器内部の活性層に比べて低くなる。このため、光出射端面近傍では発振光の吸収発熱による温度上昇が起こる。この温度上昇はバンドギャップを小さくするため、さらに吸収発熱を増大させる正帰還のプロセスがおこる。そのため、ある一定の光出力に達すると熱暴走を生じ、光出射端面近傍の活性層が溶融破壊する。
【０００５】
ＣＯＤ耐性を向上させる手段として、窓構造技術が有効なことは良く知られている。これは、光出射端面近傍の活性層のバンドギャップ・エネルギーを共振器内部の活性層のバンドギャップ・エネルギーよりも大きくする技術である。特に、光ディスク書き込み用途の高出力赤色半導体レーザにおいては、Ｚｎ等をレーザの光出射端面近傍の活性層に拡散させる方法が用いられている。Ｚｎ等を拡散させることにより、活性層を構成する量子井戸構造を光出射端面部のみ無秩序化させバンドギャップ・エネルギーを拡大させている（不純物拡散窓構造）。
【０００６】
この無秩序化による方法では、窓構造が形成される領域の長さが共振器方向の横方向拡散の制御性で決まるばらつきをもつ。このばらつきの大きさは、長共振器である高出力用途のレーザにおいては適用可能な範囲であるが、短共振器が必須である再生機器用途の低出力レーザに適用し難いという問題があった。このため、短共振器を有する再生機器用途の半導体レーザのＣＯＤ耐性の向上が難しく、これを解決することが強く求められている。
【０００７】
そこで、短共振器を有する半導体レーザに適用可能なＣＯＤ耐性向上手段として、光出射端面近傍の活性層に意図的に圧縮歪を生じさせる方法ある。この方法においては、共振器長手方向に複雑な工程を施すことなく、バンドギャップ・エネルギーを拡大させることができる。このようにして半導体レーザに窓構造を形成する種々の方法が提案されている。
【０００８】
例えば、レーザの積層構造を構成する化合物半導体の線膨張係数よりも小さい値の線膨張係数を有する材質の光出射端面コーティング膜が光出射端面の特定領域に選択的に成膜されることにより、光出射端面近傍の活性層９１に圧縮歪を生じさせる方法（従来例１、特許文献１）がある。また、活性層多層量子井戸（ＭＱＷ）構造を圧縮歪活性層９１と引張り歪のバリア層９２ａ、９２ｂで構成して平均的には引張り歪を持つときに、光出射端面近傍の活性層９１にかかる圧縮歪が共振器内部の活性層にかかる圧縮歪よりも大きくなることを用いる方法（従来例２、非特許文献１）も提案されている。
【０００９】
従来の第１の方法では（例えば特許文献１）、図４に示すように、基板側積層構造を構成する化合物半導体より線膨張係率が小さい材料からなる低線膨張膜９３が活性層より基板側の積層構造の光出射端面側の端面に選択的に成膜されている。このことにより、光出射端面近傍の活性層９１に圧縮歪を生じさせている。このような半導体レーザ装置は、次のように製造している。図４（ａ）に示すように、活性層９１より基板側積層構造の光出射端面に選択的に低線膨張膜９３を室温より高温下で成膜して室温まで放冷すると、図４（ｂ）に示すように低線膨張膜９３と化合物半導体層の熱収縮度の違いにより、図４（ｃ）に示すように光出射端面近傍の活性層に圧縮歪変形が生じた構造が得られる。
【００１０】
また、従来の第２の方法では、ｎ−ＧａＡｓ基板上にｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、歪ＭＱＷ活性層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＡｓキャップ層が堆積した層構造にｎ−ＧａＡｓブロック層が埋め込まれたレーザ構造において、歪ＭＱＷ活性層が、２層の１％圧縮歪８ｎｍ厚Ｇａ０．３８Ｉｎ０．６２Ｐ活性層と前記２層の間のバリア層と前記２層のガイド層２層が８ｎｍ厚(Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５６Ｉｎ０．４４Ｐの引っ張り歪層である構成を用いている（例えば非特許文献１）。
【００１１】
この構成においては、光出射端面の形成によって積層構造内部に働いていた応力の開放が生じ、光出射端面近傍の活性層には、以下に示す２つの方向の働きが生じる。第１には、活性層そのものにおいて光出射端面が圧縮応力の開放端となるため、共振器軸方向の圧縮歪の緩和（格子の膨張）により活性層のバンドギャップ・エネルギーを縮小させる方向の働きが生じる。第２には、バリア層において光出射端面が引張応力の開放端となるため、引張歪の緩和に伴う共振器軸方向の格子の収縮と共振器内部に向かう格子変位により、隣接する活性層を共振器軸方向に収縮させ活性層のバンドギャップ・エネルギーを拡大させる方向の働きが生じる。
【００１２】
両者の働きの競合により活性層のバンドギャップ・エネルギーが決まるが、ＭＱＷ構造とその両側のガイド層の平均歪が引張りの方向の値を持つ場合（以下過剰歪補償と記述する）には、共振器内部の活性層に生じている圧縮歪と比べて強い圧縮歪が光出射端面部近傍の活性層に生じて、バンドギャップ・エネルギーが拡大した領域が生じる（図５参照）。
【００１３】
また、成長層全体の歪を打ち消す、歪量子井戸デバイスの製造方法が記載されている（例えば特許文献２）。特許文献２においては、圧縮歪を有する量子井戸層と引張歪を有するクラッド層を積層させ、基板とキャップ層とを除去することによって、活性層全体の圧縮歪を大きくさせている。
【特許文献１】特開２００３−３１８４８４号公報  （第７頁、図５）
【特許文献２】特開平０７−２７３４０２号公報  （第７頁、図１）
【非特許文献１】A.Valster等著「Strain-Overcompensated GaInP-AlGaInP Quantum-Well Laser Structures for Improved Reliability at High-Output Powers」、IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol.3, No.2, April 1997,pp.180-187  （第１８１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、線膨張係数が異なる材質の端面コーティング膜を光出射端面の特定領域に選択的に成膜させる特許文献１では、低コストを要求される光ディスク再生用光源には適用し難いという問題があった。その理由は、成膜領域を正確に制御するために、基板治具へ半導体レーザバーを設置する位置精度や、基板治具そのものの精度、およびレーザバーの幅（共振器長）の精度などにこれまでの製造方法とはけた違いに優れたものが要求され、またそれを実現するための機構は非常に複雑なものとなってしまい、設備コスト、工程運用コストの削減が困難になってしまうからである。
【００１５】
また、過剰歪補償ＭＱＷ構造を用いる非特許文献１においては、歪を生じているＭＱＷ構造とその両側のガイド層の総厚が数１０ｎｍと小さいために、光出射端面部においてバンドギャップが拡大する領域も光出射端面から共振器の内側に数１０〜数１００ｎｍの領域に限られる。そのため、ＣＯＤレベルの改善効果が、不純物拡散窓構造による改善効果よりも小さく、十分な静電破壊耐力の改善が得難いという問題があった。
【００１６】
また、圧縮歪を有する量子井戸層と引張歪を有するクラッド層を積層させ、基板とキャップ層とを除去することによって、活性層全体の圧縮歪を大きくさせている特許文献２においては、光出射端面の形成前の段階でクラッド層全体の引張歪は緩和された状態であるために、光出射端面の形成の前後で端面近傍のクラッド層に生じる格子の収縮と共振器内部に向かう格子の変位はほとんど起こらない。したがって、光出射端面近傍の活性層には、共振器軸方向の圧縮歪の緩和のみ起こり、クラッド層の収縮・変位に由来した収縮の働きが生じない。そのため、光出射端面近傍にはバンドギャップが縮小する領域が生じるのみで、ＣＯＤレベルはまったく改善されないという問題があった。
【００１７】
以上のように従来の技術では、低コストかつ高いレベルの静電破壊耐性を有する半導体レーザを実現することは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一つの態様に係る半導体レーザ装置においては、基板と、前記基板上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成され、量子井戸活性層、バリア層、及び光ガイド層を有する光閉じ込め構造と、前記光閉じ込め構造上に少なくとも一部が引張歪を有して積層される第２導電型の第２のクラッド層とを備えた半導体レーザ装置であって、前記第１のクラッド層及び前記第２のクラッド層の光出射端面近傍に、当該光出射端面を作成する際に前記引張歪が開放された領域を有するものである。このようにすることによって、低コストかつ高いレベルの静電破壊耐性を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の態様に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、基板上に、少なくとも一部が引張歪を有している第１導電型の第１のクラッド層を積層するステップと、前記第１のクラッド層上に量子井戸活性層、バリア層、及び光ガイド層を有する光閉じ込め構造を積層するステップと、前記光閉じ込め構造上に少なくとも一部が引張歪を有している第２導電型の第２のクラッド層を積層するステップと、前記第１のクラッド層と前記光閉じ込め構造と前記第２のクラッド層とにおける光出射端面を劈開によって形成し、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層とにおける前記引張歪を開放するステップとを有する半導体レーザ装置の製造方法である。このようにすることによって、光出射端面における光吸収が抑制されＣＯＤが発生する可能性を低減することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る半導体レーザ装置によれば、光出射端面における光吸収が抑制されＣＯＤが発生する可能性を低減することができるため、静電破壊耐性の高い半導体レーザ素子を低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を半導体レーザ装置に適用したものである。本実施の形態に係る半導体レーザ装置１においては、積層時においては、活性層よりも表面側に位置するクラッド層の全体又は一部に引張歪を有している。引張歪とは、基板上に基板の格子定数よりも小さい値の格子定数をもつ半導体層をエピタキシャル積層させたとき、前記半導体層の積層構造の面内方向の格子が基板の格子定数まで伸張変形を受けることにより導入されるものである。格子定数の小さい層における引張歪は、積層方向の面内の２軸方向の引張り応力によって生じている。
【００２２】
ここで、光出射端面の形成によって２軸の引張り応力のうち光出射端面に直交する軸の引張り応力の片側が消失すると、光出射端面近傍の格子には光出射端面に直交する軸方向の引張歪の緩和と光出射端面から共振器内部に向かう変位が生じる。一方、基板および基板と等しい格子定数を有する層においては、光出射端面形成後にも光出射端面近傍の格子の変位はほとんど生じない。
【００２３】
このため、格子定数の小さい層の光出射端面近傍においては、基板と等しい格子定数を有する層との間の格子変位の差異に起因してせん断応力が生じる。このせん断応力は共振器内部への変位を抑制するように働き、光出射端面から十分に離れた領域においては、格子変位はなくなり、同時に格子定数の小さい層における引張歪の緩和も生じなくなる。
【００２４】
ここで、格子定数の小さい層が厚いほど基板の格子との変位差をより多くの格子層で分配することによりせん断応力を小さくすることができ、光出射端面近傍における変位を抑制する働きを小さくすることができる。このため、格子定数の小さい層の厚さにほぼ比例して、具体的には格子定数の小さい層の厚さとほぼ同じオーダーに共振器内部への変位が起こる領域を大きくすることができる。
【００２５】
また、共振器内部への変位が起こる領域の大きさと引張歪が緩和される領域の大きさは同等であると考えてよい。本実施の形態に係る半導体レーザ装置１においては、半導体レーザの発振モードの大きさに応じて通常μｍオーダの厚さを有するクラッド層の全体又は一部に引張歪を有している。そのため、前記μｍオーダーの厚さをもつ引張歪層は、光出射端面から共振器の内部に向かって数μｍの大きさの領域においては引張歪が光出射端面形成前と比べて緩和された状態となり、この領域よりさらに内側の共振器内部においては引張歪が光出射端面形成前に保たれた状態となる。従って、共振器の光出射端面を形成する際に共振器の光出射端面からμｍオーダーの大きさの領域において、上記クラッド層の全体又は一部に導入された引張歪が開放された領域を有することができる。
【００２６】
また、この領域の活性層に生じている収縮量を、共振器内部の活性層に生じている収縮量よりも大きくすることができる。そのため、この領域の活性層のバンドギャップを共振器内部のバンドギャップよりも大きくすることが可能である。すなわち、共振器の内部のバンドギャップ・エネルギーよりも大きなバンドギャップを有する窓領域の長さを、光出射端面から内部に数μｍの長さにわたって確保できる。そのため、半導体レーザ装置のＣＯＤが引き起こされる可能性を非常に低くすることが可能となる。
【００２７】
図１に本実施の形態に係る半導体レーザ装置１の断面図を示す。本実施の形態に係る半導体レーザ１においては、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ型クラッド層２（例えば１．２μｍ厚のＳｉドープｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層）、第１のガイド層３（例えば２０ｎｍ厚のアンドープＡｌＧａＩｎＰ層）、量子井戸構造４（例えば、（ＧａＩｎＰ活性層５ｎｍ／ＡｌＧａＩｎＰバリア層５ｎｍ）×３＋ＧａＩｎＰ活性層５ｎｍ）、第２のガイド層５（例えば、２０ｎｍ厚のアンドープＡｌＧａＩｎＰ層）、ｐ型クラッド層６（例えば１５０ｎｍ厚のＺｎドープｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層）、エッチングストップ層７（例えば１０ｎｍ厚のＺｎドープＡｌＧａＩｎＰ層）が積層されている。
【００２８】
エッチングストップ層７の上には、メサ型のストライプ形状を成している。このメサ型ストライプ形状は、エッチングストップ層７上にｐ型クラッド層８（例えば１μｍ厚のＺｎドープｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層）、中間層９（例えば２０ｎｍ厚のＺｎドープｐ−ＧａＩｎＰ層）、キャップ層１０（例えば０．３μｍ厚のＺｎドープｐ−ＧａＡｓ層）が積層されることによって形成されている。
【００２９】
また、メサ型ストライプの両側には、第１の電流狭窄層１２（例えば１００ｎｍ厚Ｓｉドープｎ−ＡｌＩｎＰ層）と第２の電流狭窄層１３（例えば１μｍ厚のＳｉドープｎ−ＧａＡｓ層）が形成されている。第１の電流狭窄層１２は、メサ型ストライプの周りを囲むようにして形成されている。また、第２の電流狭窄層１３は、第１の電流狭窄層１２の周りを囲み、積層方向に垂直な面になるように形成されている。
【００３０】
このメサ型ストライプと第１の電流狭窄層１２と第２の電流狭窄層１３との上にはコンタクト層１１が積層されている。また、コンタクト層１１の上には、ｐ型電極１４が形成されている。さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ型電極１５が形成されている。なお、本発明は、この電極配置に限定されるものではない。
【００３１】
ＭＱＷ構造の構成要素である活性層は歪を生じる組成でも、無歪の組成でも良い。さらに、クラッド層２、クラッド層６、エッチングストップ層７、およびクラッド層８は、結晶成長中に導入される欠陥密度を増大させることのない範囲で、例えば０．１％以下の引張歪が生じる組成比で形成されている。量子井戸構造を構成するバリア層又は量子井戸構造４の両側のガイド層３、５は、結晶成長中に欠陥密度を増大させることのない範囲で、たとえば１％以下の引張歪が生ずる組成比で形成してもよいし、また全く歪が生じない組成比で形成してもよい。前者の場合は、ＭＱＷ構造およびその両側のガイド層を合わせたＭＱＷ−ＳＣＨ層全体の平均歪がマイナスである過剰歪補償構造を成していてもよい。
【００３２】
本実施の形態に係る半導体レーザ装置において、クラッド層（ｎ型クラッド層２及びｐ型クラッド層６、８）の全体または一部に引張歪を有している状態で積層される。このときのクラッド層の結晶内部に作用している引張応力は積層構造の面内方向に一様である。このような半導体レーザ装置を劈開によって共振器端面が形成すると、光出射端面において引張応力が開放される。すなわち、本実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、共振器端面近傍に共振器端面の作成時に引張歪が開放された領域を有している。
【００３３】
そのため、光出射端面から共振器内部に向って、クラッド層の総厚（例えば２μｍ）のおよそ２倍の長さ（例えば４μｍ）にわたる領域において、共振器軸に平行な方向の収縮が生じる。これは、クラッド層内の引張歪が開放されることによって、引張歪が元の状態に戻ろうとするために起こる収縮である。
【００３４】
そのため、クラッド層に挟持された光閉じ込め構造においても、光出射端面近傍の同様の長さ（例えば４μｍ）にわたる領域において、共振器軸に平行な方向に結晶の顕著な収縮変形が生じる（図２参照）。この光閉じ込め構造とは、上述の量子井戸構造４及びその上下に位置するガイド層３、５を有する構造のことである。
【００３５】
これらのことから、光出射端面近傍の数μｍの領域の活性層は、共振器内部の活性層よりも大きな圧縮歪を有するために、共振器の中心近傍における活性層のバンドギャップよりも、光出射端面近傍における活性層のバンドギャップを大きくすることができる。従って、光出射端面近傍の数μｍの長さにわたって発振光に対して透明な窓構造が形成されるので、光出射端面部の光吸収が抑制される。そのために、ＣＯＤが発生する可能性が著しく低減することができ、静電破壊耐性が改善される。
【００３６】
また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置では、上述のようにｎ型クラッド層２、光閉じ込め層、およびｐ型クラッド層６、８を合わせた積層構造の平均的な引っ張り歪が０．１％以下にしているとよい。これは、これらの積層構造が、結晶成長中に著しく欠陥が導入されることがない範囲にする必要があるためである。このようにすることによって、動作中に結晶欠陥が増殖するなどして引き起こされる偶発故障が発生する可能性を低減し、静電破壊耐性の改善を得ることができる。
【００３７】
図２に、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。図２に示すように、光出射端面形成前に引張り歪が生じていたクラッド層２、クラッド層６、エッチングストップ層７、およびクラッド層８は、引張応力の開放端である共振器端面近傍においては、光出射端面形成時に共振器軸方向に収縮している。上記収縮が起こる層構造の中間部付近に配置される量子井戸構造にも、その上下のクラッド層の収縮変形に伴って共振器軸方向の収縮変形が生じる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る半導体レーザ装置における、光出射端面からの距離と収縮又は膨張の歪量の関係を示したのが図３である。横軸は半導体レーザ装置の光出射端面からの距離であり、縦軸は活性層における収縮又は膨張の歪量である。ここでの収縮・膨張とは、本発明の効果を半定量的に示すために、活性層のバンドギャップの代わりに、値の大小関係が活性層のバンドギャップの大小関係と一致することを想定して用いた仮想的な量である。
【００３９】
また、実線で示したのが、引張歪を有するクラッド層を劈開によって開放された領域を有する半導体レーザ装置Ａである。さらに、点線で示したのが、従来における過剰歪補償ＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する半導体レーザ装置Ｂである。さらにまた、破線で示したのがこの二つの構造を有する半導体レーザ装置Ｃである。
【００４０】
ここで、図３に示されている半導体レーザ装置Ａの構造は、一例として、クラッド層２をｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、クラッド層６をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、エッチングストップ層７をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、クラッド層８をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層としている。これらのそれぞれの層は引張歪が生じる組成比で形成されている。また、量子井戸構造４の活性層は圧縮歪を有し、量子井戸構造４のバリア層およびその両側のガイド層３、５には引張歪が施されていない。
【００４１】
また、半導体レーザ装置Ｂの構造は、従来の構造に対応している。一例として、クラッド層２をｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、クラッド層６をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、エッチングストップ層７をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層とし、クラッド層８をｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層としている。これらのそれぞれの層は無歪で形成されている。また、量子井戸構造４の活性層は圧縮歪を有し、量子井戸構造４のバリア層及び量子井戸構造４の両側のガイド層３、５は引っ張り歪を有している。このようにすることによって、量子井戸構造４とガイド層３、５を合わせたＭＱＷ−ＳＣＨ層全体の平均歪がマイナスとなるよう過剰歪補償が施されている。
【００４２】
さらに、半導体レーザ装置Ｃの構造は、一例として、半導体レーザ装置Ａの構造において、量子井戸構造４とその両側のガイド層３、５を合わせたＭＱＷ−ＳＣＨ層全体に対して過剰歪補償が施されている。
【００４３】
図３に示されたグラフから、本実施の形態に係る半導体レーザ装置Ａにおいては、引張歪が生じている層（クラッド層２、６、８及びエッチングストップ層７）の総厚がおよそ２μｍであることを反映して、数μｍの領域において共振器軸方向に収縮変形がおこっていることがわかる。このことから、この数μｍの領域において活性層のバンドギャップ・エネルギーが増大しており、発振光に対して透明な窓構造が形成される。それに対して、従来における半導体レーザ装置Ｂにおいては、引張歪が導入される層（量子井戸構造およびガイド層）の総厚が７５ｎｍであることを反映して、ｎｍオーダーの収縮変形を有するにとどまり、静電破壊耐性が十分ではない。
【００４４】
これらの半導体レーザ装置Ａと半導体レーザ装置Ｂとの比較によって、クラッド層２、６、８及びエッチングストップ層７への引張歪の導入によって、光出射端面近傍に形成される窓領域長は、従来のＭＱＷ−ＳＣＨ層に過剰歪補償が施される場合の窓領域長の１０倍前後となることが示される。そのため、共振器内部と比べて温度上昇が低く抑えられる窓領域が長いために、表面準位の光吸収により発熱量の大きい光出射端面から共振器内部へ向かう排熱が従来の構造よりも促進される。
【００４５】
そのため、本実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、光出射端面近傍の数μｍの領域においてクラッド層における収縮変形を生じる作用により、この領域における活性層においても圧縮変形をおこすことができる。そのため、光出射端面近傍の活性層のバンドギャップが中心近傍の活性層のバンドギャップよりも大きくすることが可能となる。これらのことから、光出射端面部の光吸収抑制効果によりＣＯＤが発生する可能性を低減することができ、静電破壊耐性を改善することができる。
【００４６】
また、引張歪クラッド層と過剰歪補償ＭＱＷ−ＳＣＨとの両方を有している半導体レーザ装置Ｃにおいては、より顕著に光出射端面部の光吸収抑制効果を持たせることができる。これは、上記に述べた活性層の全体または一部が引張歪を有することにより、さらに出射光出射端面近傍の長さ数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの領域にわたって、引張応力の開放にともなう収縮変形の効果で活性層のバンドギャップ・エネルギーの拡大を付加することができる。
【００４７】
このことから、光出射端面から共振器軸方向の距離０．１〜０．２μｍの距離においてはバンドギャップ・エネルギー拡大量が加算されて光吸収発熱量が低減する効果に、窓領域長が数μｍとなることによって光出射端面から共振器内部へ向かう排熱が促進する効果が相乗的に加わる。これらのために、従って、従来の過剰歪補償構造に、クラッド層に引張り歪を有する構造を組み合わせることにより得られるＣＯＤの改善効果は、それぞれの単独の改善効果を加算する以上のものとなる。
【００４８】
次に本実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の一例を示す。図１を参照して製造方法の概略を説明する。始めに、Ｓｉドープｎ−ＧａＡｓ基板１上に、１．２μｍ厚の−０．０８％歪Ｓｉドープｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層２、２０ｎｍ厚の−０．２５％歪アンドープ（Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５）０．５３Ｉｎ０．４７Ｐガイド層３、（＋０．２５％歪アンドープＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ｐ活性層５ｎｍ／−０．２５％歪（Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５）０．５３Ｉｎ０．４７Ｐバリア層５ｎｍ）×３＋＋０．２５％歪アンドープＧａ０．４７Ｉｎ０．５３Ｐ活性層５ｎｍからなる４層量子井戸構造（活性層数４の量子井戸構造）４、２０ｎｍ厚の−０．２５％歪アンドープ（Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５）０．５３Ｉｎ０．４７Ｐガイド層５、１５０ｎｍ厚の−０．０８％歪Ｚｎドープｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層６、１０ｎｍ厚の−０．０８％歪Ｚｎドープｐ−（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐエッチングストップ層７、１μｍ厚の−０．０８％歪Ｚｎドープｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層８、２０ｎｍ厚のＺｎドープｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、０．３μｍ厚のＺｎドープｐ−ＧａＡｓキャップ層１０を、例えば有機金属気相結晶成長法（MOVPE法）を用いて順次成長させる。ここで、マイナスの値の歪み量は引張歪であり、プラスの値の歪み量は圧縮歪である。
【００４９】
次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０上にフォトレジストパターニングを用いて、所定の幅のストライプ状の誘電体膜を形成する。その後、このストライプパターンをマスクとして用いて、リン酸系のエッチング液、臭化水素系の選択性エッチング液などを用いたウェットエッチング技術により、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８をエッチングする。これにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層７の上層部に、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１０がメサストライプ形状にパターニングされる。
【００５０】
次に、エッチングマスクとして用いたストライプ状の誘電体膜を選択成長マスクとして用いて、メサストライプの両側の部分に、１００ｎｍ厚Ｓｉドープｎ−ＡｌＩｎＰ電流狭窄層１２、および１μｍ厚のＳｉドープｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１３が選択成長される。次に、選択成長マスクとして用いたストライプ状の誘電体膜を除去した後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１を成長する。次にＺｎドープｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１の上部表面にｐ型電極１４を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下部表面にｎ型電極１５を形成する。
【００５１】
次に、レーザの積層構造が形成された基板を、例えば３５０μｍの幅のバー状に劈開した後、出射面となる劈開端面に例えばＡｌ２Ｏ３単層の低反射率コーティング、出射面と反対側の劈開面に例えば、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２で構成される高反射率コーティングを施す。そして、レーザバー上の各ストライプを個片に分離する工程を経て、本実施例の半導体レーザの製造が完了する。
【００５２】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図３】レーザの光出射端面から共振器内部へ向う距離と活性層に生じる収縮・膨張との関係である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の光出射端面近傍における圧縮処理を説明する図である。
【図５】従来の半導体レーザ装置における光出射端面から共振器内部へ向う距離とバンドギャップ・エネルギーの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ＧａＡｓ基板  ２  ｎ型クラッド層  ３  ガイド層
４  量子井戸構造  ５  ガイド層  ７  エッチングストップ層
６、８  ｐ型クラッド層  ９  中間層  １０  キャップ層
１１  コンタクト層  １２、１３  電流狭窄層
１４  ｐ型電極  １５  ｎ型電極
９１  活性層  ９２  バリア層  ９３  低線膨張膜
【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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