(57)【要約】【課題】ＣＯＤ破壊をより起こし難い半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、ｎ−クラッド層３、活性層４、ｐ−クラッド層５、メサ構造７−９、ブロック層１３、低損失層１１、コンタクト層１０を具備する。ｎ−クラッド層３は半導体基板２上に、活性層４はｎ−クラッド層３上に、ｐ−クラッド層５は活性層４上に、メサ構造７−９はｐ−クラッド層５の一部上に形成される。ブロック層１３はｐ−クラッド層５及びメサ構造７−９の斜面上に、低損失層１１はメサ構造７−９のメサトップの一部の上に、コンタクト層１０はブロック層１３、低損失層１１及びメサ構造７−９の上に、それぞれ形成される。低損失層１１は、一方の端がメサトップのいずれか一方の端に、他方の端がメサトップの途中にそれぞれ位置するように設けられる。低損失層１１はコンタクト層１０よりもバンドギャップが大きい。【選択図】図３
2012104603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成されたｎ−クラッド層と、
前記ｎ−クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成されたｐ−クラッド層と、
前記ｐ−クラッド層の一部の上に形成されたメサ構造と、
前記ｐ−クラッド層及び前記メサ構造の斜面の上に形成されたブロック層と、
前記メサ構造のメサトップの一部の上に形成された低損失層と、
前記ブロック層、前記低損失層、及び前記メサ構造の上に形成されたコンタクト層と
を具備し、
前記低損失層は、一方の端が前記メサトップのいずれか一方の端に、他方の端が前記メサトップの途中にそれぞれ位置するように設けられ、
前記低損失層のバンドギャップは、前記コンタクト層のバンドギャップより大きい
半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記低損失層は、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＡｓ層のいずれかである
半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置において、
前記低損失層の幅は、前記メサトップの幅の１／４以上４／５以下の範囲内にある
半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
前記半導体基板はオフ基板であり、
前記低損失層は、前記メサ構造のメサ急斜面側にある
半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
前記半導体基板はオフ基板であり、
前記低損失層は、前記メサ構造のメサ緩斜面側にある
半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
前記低損失層の層厚は、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲内にある
半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、
前記半導体基板のオフ角が０°以上１５°以下の範囲内にある
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、半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザが知られている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザは、光通信や光ストレージ用の光源として広く利用されている。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザのうち、特に６００ｎｍ帯で発振するＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザは、光ディスク等の光情報処理用の光源やＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｓａｌｅ）スキャナ用の光源として使用されている。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザと比較して熱抵抗や抵抗率が大きい。そのため、温度特性や静電破壊特性に以下の課題を抱えている。静電破壊の発生は、サージ電流が流れた時に端面が破壊されることにより発生する。レーザ出射端面では、表面準位に起因した光吸収により付加的な温度上昇が発生し、端面が発熱する。この発熱により端面付近の活性層のバンドギャップが縮小し、さらに光吸収が増大するという正帰還が生じる。その結果、ある臨界光出力に達すると、端面溶解が発生する。この現象はＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）と呼ばれ、特にＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの課題として知られている。
【０００４】
ＣＯＤ破壊を抑制する方法が、特開２００１−３４５５１４号公報（特許文献１）や、特開平０５−２４３６６６号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示されている方法は、端面での光吸収を抑制する構造（窓構造）を設ける方法である。具体的には、端面付近にＺｎを拡散させた窓構造を導入する。その窓構造により、端面での光の吸収を抑制し、端面付近が光学的に破壊されることを抑制する。この構造では、Ｚｎを拡散させた端面付近の活性層の結晶を混晶化させることにより、活性層のバンドギャップを拡大させている。これにより端面付近での光吸収及び発熱が抑制され、ＣＯＤ破壊する電流値を高くしてサージ耐性（ＥＳＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）耐圧）を改善している。
【０００６】
一方、特許文献２に開示されている方法は、窓構造を用いない方法の一例であり、キンク発生する光出力を制御することによりＣＯＤ破壊する電流値を向上させる方法である。これは、端面破壊光出力よりも低い光出力で横モードを変形させてキンクを発生させる。低い光出力でキンクを発生させてＣＯＤ破壊する電流値を高くすることにより、サージ耐性を改善するものである。
【０００７】
特許文献２では、端面破壊光出力より低い光出力で横モードを変形させるため、面方位を（１  ０  ０）から＜１  ０  −１＞方向に３〜１５°傾けた基板（オフ基板）を用いている。図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれジャスト基板（面方位（１  ０  ０）及びオフ基板を用いた半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示している。上側が、メサ領域近傍における半導体レーザの構造の断面図である。下側が、断面構造に対応した光強度分布パターンである。図１Ａに示されるように、ジャスト基板を用いた場合では、端面側から見てメサ形状が左右対称となる。そのため、光強度分布パターンＰ１の中心がメサ中心となり、横モードが安定するためキンク発生が抑制される。一方、図１Ｂに示されるように、オフ基板を用いた場合（基板の面方位を傾けた場合）では、端面側から見てメサ形状が左右非対称となりメサ左右の斜面で光が感じる損失が異なるため、高電流注入時にホールバーニングが発生して光強度分布パターンＰ２が変化し、キンクが発生する。
【０００８】
図２は、ジャスト基板とオフ基板を用いた半導体レーザの電流と光出力との関係の一例を示すグラフである。縦軸は光出力を示し、横軸は電流を示している。ジャスト基板を用いた場合（グラフＡ）、電流の増加と共に光出力は線形に増加している。しかし、オフ基板を用いた場合（グラフＢ）、キンクが発生しやすく、端面破壊光出力より低い光出力でキンクＫ１を発生させることができるので、ＣＯＤ破壊する電流を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３４５５１４号公報
【特許文献２】特開平０５−２４３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、これら特許文献１、２に開示された半導体レーザにはいくつかの課題があることを今回初めて本発明者が見出した。すなわち、まず、特許文献１の半導体レーザ装置に関しては、端面付近の窓領域（Ｚｎを拡散した領域）に、発振に寄与しない無効電流が流れる。そのため、動作電流が増加し、温度特性が悪化するという課題がある。
【００１１】
また、特許文献２の半導体レーザ装置に関しては、ＯＰＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｉｃｋ−ｕｐ  Ｕｎｉｔ）で使用する光出力以上、かつ、ＣＯＤが発生しない光出力以下となる光出力範囲内でキンクレベルを制御する必要がある。そのため、キンクレベルを適切に調整することが必要となる。しかし、結晶成長の観点から、選択できるオフ角度の自由度が小さく、かつ、オフ角度調整に伴うプロセス条件の見直が必要となる。従って、特許文献２の半導体レーザ装置では、横モードを所望の光出力範囲内に調整することが極めて困難であり、かつ、量産性にも課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置は、ｎ−クラッド層（３）と、活性層（４）と、ｐ−クラッド層（５）と、メサ構造（７−９）と、ブロック層（１３）と、低損失層（１１）と、コンタクト層（１０）とを具備している。ｎ−クラッド層（３）は、半導体基板（２）の上に形成されている。活性層（４）は、ｎ−クラッド層（３）の上に形成されている。ｐ−クラッド層（５）は、活性層（４）の上に形成されている。メサ構造（７−９）は、ｐ−クラッド層（５）の一部の上に形成されている。ブロック層（１３）は、ｐ−クラッド層（５）及びメサ構造（７−９）の斜面の上に形成されている。低損失層（１１）は、メサ構造（７−９）のメサトップの一部の上に形成されている。コンタクト層（１０）は、ブロック層（１３）、低損失層（１１）、及びメサ構造（７−９）の上に形成されている。低損失層（１１）は、一方の端がメサトップのいずれか一方の端に、他方の端がメサトップの途中にそれぞれ位置するように設けられている。低損失層（１１）のバンドギャップは、コンタクト層（１０）のバンドギャップより大きい。
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置は、メサ構造（７−９）のメサトップの一部の上に、コンタクト層（１０）のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する低損失層（１１）を具備している。低損失層（１１）は、一方の端がメサトップのいずれか一方の端に、他方の端がメサトップの途中にそれぞれ位置するように設けられている。この場合、低損失層（１１）は発振光にとって低損失な層になる。そのため、光強度分布パターンは、その中心がメサ構造（７−９）のうちの低損失層（１１）のある側に片寄って安定化する。従って、低注入電流の場合には、ホールバーニングによる光強度分布パターンの反対側への移動を抑制する。一方、高注入電流の場合には、ホールバーニングによる屈折率変化が勝り、キンクが発生する。ここで、この低損失層（１１）の膜厚や幅を調整することで、メサトップの左右の導波路損失を変化させてキンクの発生する光出力を任意に設定できる。それにより、ＯＰＵで使用する光出力範囲以上でかつＣＯＤ発生しない光出力範囲内でキンクレベルを制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ＣＯＤ破壊する電流値を増加させることができ、ＣＯＤ破壊をより起こし難い半導体レーザを得ることが可能となる。また、ＯＰＵで使用する光出力範囲以上でかつＣＯＤ発生しない光出力範囲内でキンクレベルを制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、ジャスト基板を用いた半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、オフ基板を用いた半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【図２】図２は、ジャスト基板とオフ基板を用いた半導体レーザの電流と光出力との関係の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、従来の半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの電流と光出力との関係の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る低損失層の層厚とキンク発生光出力との関係の一例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｈ】図７Ｈは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｉ】図７Ｉは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７Ｊ】図７Ｊは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２の形態に係る半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の形態に係る半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザに関して、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成について説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。半導体レーザは、ｎ電極１と、ｎ−ＧａＡｓ基板２と、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、活性層４と、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層５と、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層６と、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７と、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８と、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９と、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１３と、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０と、ｐ電極１２とを具備している。
【００１９】
ｎ−ＧａＡｓ基板２は、１５°オフ基板である。基板の面方位を（１  ０  ０）から＜１  ０  −１＞方向に１５°傾けたものである。ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３は、ｎ−ＧａＡｓ基板２上に設けられている。活性層４（ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰバリア層）は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３上に設けられている。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層５は、活性層４上に設けられている。ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層６は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層５上に設けられている。
【００２０】
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７は、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層６の断面図での略中央部の上に設けられている。ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７上に設けられている。ｐ−ＧａＡｓキャップ層９は、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８上に設けられている。ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層９はメサストライプ（メサ構造）を形成している。
【００２１】
ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１は、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９上の急斜面側の一部に設けられている。すなわち、一方の端がメサトップ（メサ構造の上側の表面部分）の急斜面側の端に位置に、他方の端がメサトップの途中の位置となるように設けられている。急斜面側の端は、急斜面に接する位置であっても良いし、製造誤差の範囲で急斜面側又は緩斜面側に多少ずれた位置でも良い。ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の幅は、メサトップの幅に対して１／４以上４／５以下とする。１／４より小さい場合や４／５より大きい場合には、メサトップ付近で左右の光損失差を十分に得ることができず、低損失層の効果が得られないからである。層厚は、所望の特性が得られれば特に制限はないが、例えば、後述されるように５〜２５ｎｍが好ましい。
【００２２】
ここで、低損失層（１１）は、後述されるように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０と比較して、そのバンドギャップＥｇが大きい材料を用いていればよい。従って、低損失層（１１）は、この図のようなｐ−ＧａＩｎＰ層に限定されるものではない。例えば、バンドギャップＥｇが相対的に大きいものとして、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＡｓ層を用いることも可能である。この場合、低損失層（１１）であるＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＡｓ層における組成比は、例えば、（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層である。
【００２３】
ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１３は、メサストライプの両側面部分上、及びｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層６上に設けられている。ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０は、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１３上、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９上、及びｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１上に設けられている。上述のように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０は、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１と比較して、そのバンドギャップＥｇが小さい。ｎ電極１は、ｎ−ＧａＡｓ基板２の裏面に設けられている。ｐ電極１２は、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０上に設けられている。
【００２４】
ｎ−ＧａＡｓ基板２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層５、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層１３、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０、ｎ電極１、ｐ電極１２の膜厚は、例えば、それぞれ約２０００ｎｍ、約６０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２０ｎｍ、約１０００ｎｍ、約２０ｎｍ、約３００ｎｍ、約１０００ｎｍ、約３０００ｎｍ、約１０００ｎｍ、約３μｍ、約３μｍである。ただし、本実施の形態はこの例に限定されるものではなく、従来知られた層厚を用いることができる。
【００２５】
また、各層の組成比は、基板２：ｎ−ＧａＡｓ、クラッド層３：ｎ−（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、井戸層：Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ、バリア層：（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（活性層４）、内側クラッド層５：ｐ−（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、エッチングストップ層６：（Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、外側クラッド層７：ｐ−（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ、バッファー層８：ｐ−Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ、キャップ層９：ｐ−ＧａＡｓ、電流ブロック層１３：ｎ−ＧａＡｓ、コンタクト層１０：ｐ−ＧａＡｓである。ただし、本実施の形態はこの例に限定されるものではなく、従来知られた組成比を用いることができる。
【００２６】
また、本実施の形態ではｎ−ＧａＡｓ基板２として、オフ基板として１５°のものを用いている。しかし、本実施の形態はこの例に限定されるものではない。低い光出力で横モードを変形させることが可能であれば、基板の面方位を傾ける角度として他の角度であっても良い。そのような角度としては、基板の面方位を（１  ０  ０）から＜１  ０  −１＞方向に０°より大きく１５°以下傾けることが好ましい。
【００２７】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ本実施の形態に係る半導体レーザ及び従来の半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。いずれの図においても、上側がメサ領域近傍における半導体レーザの構造の断面図であり、下側が断面構造に対応した光強度分布パターンである。
【００２８】
図４Ｂに示すように、オフ基板を用いた従来の半導体レーザでは、メサ斜面の急斜面側（図の右側）と緩斜面側（図の左側）とで損失が異なる。そのため、メサ急斜面側に光強度分布パターンＰ２の中心が片寄る。その結果、高い電流を注入した時、ホールバーニングが発生してメサ内部の屈折率及び利得分布が変化する。それにより、メサ急斜面側に寄っている光強度分布が、メサ緩斜面側にシフトする。すなわち、光強度分布パターンＰ２が変化し、キンクが発生する（図１ＢのＰ２、図２のグラフＢ）。
【００２９】
一方、図４Ａに示すように、本実施の形態の半導体レーザでは、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層（１０）よりバンドギャップＥｇが大きいｐ−ＧａＩｎＰ層（１１）を低損失層としてメサトップ上に用いている。そのため、メサトップ部分の光損失が非対称になり、メサ急斜面側の損失が低減される。それにより、光強度分布パターンＰ０１の中心をメサ急斜面側に閉じ込めることができる。このようにして、メサ急斜面側に寄っている光強度分布がメサ緩斜面側に容易にシフトしないように制御できる。
【００３０】
図５は、本実施の形態に係る半導体レーザの電流と光出力との関係の一例を示すグラフである。横軸は電流を示し、縦軸は光出力を示す。また、実線のグラフＣ１はｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚が１０ｎｍの場合を示し、破線のグラフＣ２はｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚が２０ｎｍの場合を示す。いずれの場合にも、電流の増加と共に光出力は線形に増加している。そして、端面破壊光出力より低い光出力でキンクＫ０１、Ｋ０２が発生する。それにより、ＣＯＤ破壊する電流Ｉ０１、Ｉ０２をより高くすることができる。この時、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚を厚くする（１０ｎｍ→２０ｎｍ）と、キンクＫ０１、Ｋ０２の発生する光出力が高くなり（Ｐ０１→Ｐ０２）、それによりＣＯＤ発生電流が向上している（Ｉ０１→Ｉ０２）。
【００３１】
図６は、本実施の形態に係る低損失層の層厚とキンク発生光出力との関係の一例を示すグラフである。横軸はｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚を示し、縦軸はキンクの発生する光出力を示す。ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚を厚くすることで、キンク発生する光出力を高くすることができる。これは、層厚を厚くすることにより、メサトップ付近で光が感じる左右の光損失差が大きくなり、メサ急斜面側で光強度分布パターンの中心の閉じ込めが強くなり、キンクレベルが向上するからである。
【００３２】
本実施の形態の構造では、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚が３０ｎｍ以下の範囲で、層厚を制御している。グラフ（実験結果）を考慮すると、安定的にキンクレベル（キンク発生光出力）を向上させるためには、低損失層の層厚を少なくとも５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。他のシミュレーション結果等（図示されず）を考慮すると、更に、少なくとも５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲とすることが好ましい。言い換えると、低損失層の層厚を５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲で適切な値に制御することで、キンク発生光出力を約１３ｍＷから約２３ｍＷの範囲で所望の値に制御することができる。
【００３３】
なお、この層厚の範囲とキンク発生光出力の範囲との関係は、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の幅をメサトップの幅に対して１／４以上４／５以下とした場合、いずれの幅においても概ね同じ傾向を示している。すなわち、層厚を少なくとも５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲とすることで、キンク発生光出力（値は異なる場合あり）を適切に制御可能である。
また、この層厚の範囲とキンク発生光出力の範囲との関係は、低損失層（１１）としてＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＡｓ層を用いた場合、いずれの材料おいても概ね同じ傾向を示している。すなわち、層厚を少なくとも５ｎｍ以上２５ｎｍ以下の範囲とすることで、キンク発生光出力（値は異なる場合あり）を適切に制御可能である。
【００３４】
このように、本実施の形態では、オフ基板により非対称となっている光強度分布パターンの中心をｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１内に閉じ込める構造とすることで、キンクレベルを任意の光出力範囲内で抑制することが可能である。本実施の形態では、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１の層厚を５ｎｍ〜２５ｎｍの間で制御することで、キンク発生光出力を約１３ｍＷ〜約２３ｍＷの間で制御することが可能となる。この結果、それにより、ＯＰＵで使用する光出力範囲以上でかつＣＯＤ発生しない光出力範囲内でキンクレベルを制御することが可能となる。また、このとき、サージ等で瞬間的に高電流が注入されても、キンクレベル以上では注入電流に対して光出力が上昇しないため、ＣＯＤ破壊する電流値を向上させることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法について説明する。
図７Ａ〜図７Ｊは、本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を示す断面図である。
【００３６】
まず、図７Ａに示すように、１回目の有機金属気層成長法（ＭＯＶＰＥ）による成長でｎ−ＧａＡｓ基板２上に格子定数を整合させて、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３を厚さ２０００ｎｍ、ＧａＩｎＰ井戸層とＡｌＧａＩｎＰバリア層とからなる活性層４を厚さ６０ｎｍ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層５を厚さ２００ｎｍ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層６を厚さ２０ｎｍ、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７を厚さ１０００ｎｍ、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８を厚さ２０ｎｍ、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９を厚さ３００ｎｍ、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１を厚さ２０ｎｍで、順次成長させて形成する。成長条件は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の流量比（Ｖ／ＩＩＩ比）＝１５０、キャリアガスＨ２である。原料としては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ：（ＣＨ３）３Ｉｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ：（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：（ＣＨ３）３Ａｌ）、アルシン（ＡｓＨ３）、フォスフィン（ＰＨ３）、ｎ型ドーパント：ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ｐ型ドーパント：ジメチルジンク（ＤＭＺｎ：（ＣＨ３）３Ｚｎ）を用いる。
【００３７】
こうして成長したウェハに、図７Ｂに示すように、フォトリソグラフィにより４．０μｍ幅のストライプ状のＳｉＯ２膜をマスク１４として形成する。次に、図７Ｃに示すように、マスク１４を用いて、塩酸系のエッチング液により、ｐ−ＧａＡｓキャップ層９上面のｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１をエッチングして、所望のストライプ状に形成する。エッチング後、図７Ｄに示すように、フッ酸系のエッチャントで、直前のエッチングで形成された酸化膜及びマスク１４をエッチングする。
【００３８】
続いて、図７Ｅに示すように、ストライプ状に形成されたｐ−ＧａＩｎＰ層１１上面を覆い、且つその片側がｐ−ＧａＩｎＰ層１１上面からはみ出るように、フォトリソグラフィを用いて厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ２膜をマスク１５として形成する。そして、図７Ｆに示すように、マスク１５を用いて、リン酸系及び臭素酸系のエッチング液により、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストッパ層６上面のｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層９をエッチングする。それにより、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰエッチングストッパ層６上面のｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層７、ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層８、及びｐ−ＧａＡｓキャップ層９がメサ状にエッチングされ、メサストライプが形成される。
【００３９】
次に、図７Ｇに示すように、マスク１５を付けたまま、ＭＯＶＰＥ法により厚さ１０００ｎｍｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３を形成する。成長条件は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の流量比（Ｖ／ＩＩＩ比）＝１５０、キャリアガスＨ２である。原料としては、トリエチルガリウム（ＴＥＧ：（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ３）、ｎ型ドーパント：ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。その後、図７Ｈに示すように、フッ酸系のエッチャントでマスク１５をエッチング除去する。
【００４０】
続いて、図７Ｉに示すように、ＭＯＶＰＥ法により、厚さ３０００ｎｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０を形成する。成長条件は、温度６６０℃、圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の流量比（Ｖ／ＩＩＩ比）＝１５０、キャリアガスＨ２である。原料としては、トリエチルガリウム（ＴＥＧ：（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、アルシン（ＡｓＨ３）、ｐ型ドーパント：ジメチルジンク（ＤＭＺｎ：（ＣＨ３）３Ｚｎ）を用いる。その後、図７Ｊに示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２の裏側に厚さ３μｍのｎ電極１（例示：ＡｕＧｅ）、厚さ３μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０の上側にｐ電極１２（例示：ＡｕＺｎ）を形成する。そして、共振器長さが３５０μｍとなるように劈開し、端面にコーティングを実施してチップ状にする。
【００４１】
以上のようにして、本実施の形態に係る半導体レーザが形成される。
【００４２】
本実施の形態の半導体レーザは、オフ基板を用いて形成したメサトップの急斜面側の一部に、コンタクト層（１０）よりも発振光にとって低損失な層（１１）を設けている。すなわち、この低損失層（１１）のバンドギャップはコンタクト層（１０）のバンドギャップＥｇよりも大きい。この低損失層の作用により、従来のオフ基板を用いた半導体レーザと比較して、光強度分布パターンの中心がメサ急斜面側に片寄って安定化する。そのため、低注入電流の場合では、ホールバーニングによる光強度分布パターンがメサ緩斜面側へ移動するのを抑制することができる。一方、高注入電流の場合では、ホールバーニングによる屈折率変化が勝り、キンクが発生する。この場合、この低損失層（１１）の膜厚や幅などを調整することで、メサトップの左右の導波路損失を変化させて、キンク光出力を任意に設定できる。それにより、ＯＰＵで使用する光出力範囲以上でかつＣＯＤ発生しない光出力範囲内でキンクレベルを制御することが可能となる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成について説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、用いるｎ−ＧａＡｓ基板２がオフ基板ではなくジャスト基板である点で第１の実施の形態と異なる。その他の点に関しては、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００４４】
図９は、本実施の形態に係る半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。上側がメサ領域近傍における半導体レーザの構造の断面図であり、下側が断面構造に対応した光強度分布パターンである。
【００４５】
ｎ−ＧａＡｓ基板２にジャスト基板を用いた半導体レーザでも、第１の実施の形態（オフ基板）の場合と同様に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層（１０）よりバンドギャップＥｇが大きいｐ−ＧａＩｎＰ層（１１）を低損失層としてメサトップに用いている。そのため、オフ基板を用いた場合と同様に、メサトップ部分の光吸収が非対称となり、メサ急斜面側の損失が低減される。それにより、光強度分布パターンＰ０２の中心を低損失層側に閉じ込めることができる。その結果、光強度分布が非対称となり、キンクレベルを低下させることができる。この構造においても、第１の実施の形態の場合と同様に、低損失層（１１）の層厚及び幅を調整することによりキンクレベルを制御することができ、ＣＯＤ破壊する電流値を向上させることが可能となる。
【００４６】
図５や図６の関係については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４７】
図７Ａ〜図７Ｊの半導体レーザの製造方法については、ｎ−ＧａＡｓ基板２にジャスト基板を用いる他は第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態の半導体レーザについても、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの構成について説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの概略構成を示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１がメサトップにおけるメサ急斜面側（の近傍）ではなく、メサ緩斜面側（の近傍）に設けられている点で第１の実施の形態と異なる。その他の点に関しては、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００５０】
図１１は、本発明の第３の形態に係る半導体レーザのメサ領域近傍の断面図及び光強度分布パターンを示す。上側がメサ領域近傍における半導体レーザの構造の断面図であり、下側が断面構造に対応した光強度分布パターンである。
【００５１】
メサ水平方向では、メサ両斜面の傾斜の違いにより光強度分布パターンの中心がメサ急斜面側に寄りやすい。しかし、メサトップのｐ−ＧａＩｎＰ低損失層（１１）がメサ緩斜面側に存在するため、光強度分布パターンＰ０３の中心はメサ緩斜面側へ寄りやくなっている。その結果、横モードが不安定になりキンクレベルがさらに低下する。この構造においても、第１の実施の形態の場合と同様に、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層（１１）の層厚及び幅を調整することにより、キンクレベルを制御することができ、ＣＯＤ破壊する電流値を向上させることが可能となる。
【００５２】
図５や図６の関係については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５３】
図７Ａ〜図７Ｊの半導体レーザの製造方法については、ｐ−ＧａＩｎＰ低損失層１１をメサトップにおけるメサ緩斜面側に形成する他は第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態の半導体レーザについても、第１の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
本発明により、本発明によれば、低損失層の層厚を調整し、使用出力範囲以上からＣＯＤ発生出力間にキンクを制御性良く発生させることで、サージ等で瞬間的に高電流が注入されても注入電流に対して光出力が上昇しないため、ＣＯＤ破壊する電流値を向上することが可能となる。
【００５６】
本発明では、メサ構造のメサトップ上に、一方の端がメサトップのいずれか一方の端に、他方の端がメサトップの途中にそれぞれ位置するように片寄って設けられた低損失層を設けていること、低損失層のバンドギャップはコンタクト層のバンドギャップより大きいことが特徴の一部である。したがって、本発明は、上記各実施の形態で示したＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに適用可能であるだけでなく、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザや、更に他の系の半導体レーザについても同様に適用可能である。
【００５７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の範囲及び精神を逸脱しない変形や変更が可能であることは明らかである。なお、各実施の形態の技術は、技術的矛盾の生じない限り他の実施の形態にも適用可能である。
【００５８】
本発明はいくつかの実施の形態と併せて上述されたが、これらの実施の形態は本発明を説明するために単に提供されたものであることは当業者にとって明らかであり、意義を限定するように添付のクレームを解釈するために頼ってはならない。
【符号の説明】
【００５９】
１    ｎ−電極
２    ｎ−ＧａＡｓ基板
３    ｎ−ＡｌＧａＩｎｐクラッド層
４    活性層
５    ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層
６    ｐ−ＧａＩｎｐエッチングストッパ層
７    ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層
８    ｐ−ＧａＩｎＰバッファー層
９    ｐ−ＧａＡｓキャップ層
１０    ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１    ｐ−ＧａＩｎＰ層
１２    ｐ電極
１３    ｎ−ＧａＡｓブロック層
１４    ＳｉＯ２マスク１
１５    ＳｉＯ２マスク２
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
2012104603.tif 000016
【図７Ｇ】
2012104603.tif 000017
【図７Ｈ】
2012104603.tif 000018
【図７Ｉ】
2012104603.tif 000019
【図７Ｊ】
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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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