(57)【要約】【課題】ＲＦ重畳をかけることなく戻り光雑音を抑制することができるシングルモード半導体レーザを提供する。【解決手段】活性層には、誘導放出を行うアクティブ領域以外に、光出射端面から一定の距離内に誘導放出を行わないパッシブ領域が設けられ、パッシブ領域の屈折率をｎＰ、活性層のうち、メサストライプ領域の屈折率をｎＳ、アクティブ領域のうち、メサストライプ領域中心部の屈折率をｎＣ、としたときに、誘導放出を行う動作時の屈折率がｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣである。誘導放出されたレーザ光は、パッシブ領域によりスポットサイズが広げられ、光出射端面から出力する。【選択図】図３
2012079715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面の上層に形成された下クラッド層と、
前記下クラッド層の上層に形成され、レーザ光を誘導放出し、光出射端面から外部へ前記レーザ光を出力する活性層と、
前記活性層の上層に前記光出射端面に垂直な光導出方向に沿って設けられたメサ形状の上クラッド層と、
を備え、
前記活性層は、前記誘導放出を行うアクティブ領域以外に、前記光出射端面から一定の距離内に前記誘導放出を行わないパッシブ領域が設けられ、
前記パッシブ領域の屈折率をｎＰ、
前記活性層のうち、前記上クラッド層直下のメサストライプ領域の屈折率をｎＳ、
前記アクティブ領域のうち、前記メサストライプ領域中心部の屈折率をｎＣ、
としたときに、動作時の屈折率がｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣであることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記パッシブ領域は、厚さが前記アクティブ領域と実質的に同一であり、かつ、不純物により混晶化され、かつ、前記レーザ光の波長に対して透明な領域であって、
前記メサストライプ領域中心部に閉じ込められて誘導放出されたレーザ光が前記パッシブ領域でスポットサイズが広げられて前記光出射端面から外部へ出力するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記活性層と上クラッド層との間に積層された第１クラッド層及びエッチングストップ層と、
前記上クラッド層で覆われていない前記エッチングストップ層の上層に形成されたブロック層と、
前記上クラッド層に接続された上部電極と、
前記半導体基板に接続された下部電極と、
をさらに含み、
前記ブロック層により覆われていない前記パッシブ領域を含む前記上クラッド層直下の活性層に電流狭窄部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記動作時において、前記パッシブ領域に電流を流してキャリア密度を高めることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記半導体レーザ装置は、単一の縦モードで発振するレーザ光を出力するシングルモードの半導体レーザ装置であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザ装置は、光ディスク再生用の半導体レーザ装置であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
クラッド層に挟まれた活性層の光反射端面と光出射端面との間に光導波路が形成され、
前記活性層は、
前記光導波路においてレーザ光の誘導放出を行うアクティブ領域と、
前記光出射端面から一定の距離内の活性層にレーザ光の誘導放出に寄与しないパッシブ領域と、
を備える半導体レーザ装置において、
前記レーザ光の誘導放出時に、
前記アクティブ領域の前記光導波路の屈折率をｎＣ、前記光導波路に隣接する前記アクティブ領域の屈折率をｎＳ、前記パッシブ領域の屈折率をｎＰ、としたときに、前記パッシブ領域に電流を流すことにより、ｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣとなるように制御することを特徴とする半導体レーザ装置の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置及びその動作制御方法に関する。特に、光ディスク装置の光ディスク再生用に用いられる半導体レーザ装置及びその動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｂｌｕ−Ｒａｙ／ＤＶＤ／ＣＤなどの光ディスクは世界中に広く普及しており、ＡＶ、ストレージ機器の中で欠かせない技術となっている。ＤＶＤなどの光ディスク装置の光源には半導体レーザが使われており、それぞれのメディアに応じて波長が使い分けられている。
【０００３】
一方で、光ディスク再生用の半導体レーザ共通の課題として、戻り光による雑音対策が挙げられる。光ディスクからの戻り光が外部共振器モードとして作用し、光出力に揺らぎが生じることに起因している。光出力に揺らぎが生じると相対雑音強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｎｏｉｓｅ  以下略してＲＩＮ）などの性能が低下する。光ディスク装置ではレーザ光をディスクに照射し、反射光を受光素子で受けて記録されている情報を読み出す。このとき、光出力に揺らぎが生じると受光素子では、光ディスクに記録されている情報を誤って読み出してしまう恐れが生じる。
【０００４】
現在、戻り光雑音（ＲＩＮ）対策としては、駆動電流に高周波重畳をかけてレーザ動作させることで縦モードをマルチモード化する第１の対策と、レーザ内部に可飽和吸収領域を設け、自励発振動作させることで縦モードをマルチモード化する第２の対策が一般的な対策である。
【０００５】
自励発振動作させる第２の対策の一例として、特許文献１には、端面部を含む共振器方向（ストライプ方向）に複数の電流非注入領域を設けることにより、高温動作時や高出力動作時においても安定に自励発振する自励発振型半導体レーザが得られると記載されている。
【０００６】
また、第３の戻り光雑音（ＲＩＮ）対策が特許文献２に記載されている。特許文献２記載の半導体レーザは、レーザ光の出射端面と活性層との間に活性層よりバンドギャップが大きい半導体からなる窓領域を設ける。窓領域を設けることにより、反射戻り光は直接活性層に入射せず、窓領域を通過する際に減衰した後で活性層に到達する。この結果、比較的強い反射戻り光がある場合でも性能低下を抑制することができると記載されている。なお、特許文献２の図２、［００２８］〜［００３４］によれば、窓領域は、活性層より厚さが厚く、活性層とは、材質が異なり、製造工程も異なる半導体層である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２２０２１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２８８１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明による分析によれば、上記いずれの戻り光雑音（ＲＩＮ）対策にも問題がある。
【０００９】
上記第１の対策である高周波重畳をかけてレーザ動作させる方法においては、ＲＦ重畳回路が必要なため、部品点数の増加が避けらないこと、またＲＦ駆動による不要輻射の影響が避けられないという問題があった。
【００１０】
また、第２の対策である半導体レーザ自体がパルセーションする特許文献１に記載されているような自励発振型の半導体レーザにおいては上記ＲＦ重畳回路が不要という長所がある反面、パルセーションを発生させる為に可飽和吸収領域を設ける必要があり、この可飽和吸収領域の影響により通常のシングルモードレーザに比べ、動作電流値が上昇する。また、温度、光出力により可飽和吸収領域の効果が変動する為、安定した自励動作を維持する為には温度、光出力範囲に制限が生じる。
【００１１】
さらに、第３の対策である特許文献２に記載されている方法では、戻り光とのカップリングを抑制する出射端面近傍、窓領域が活性層、クラッド層の層構造と異なることから、活性層、クラッド層を結晶成長した後、改めて窓領域である出射面を結晶成長などの手段を使って作製している。これによると、成長回数が大幅に増加するコスト増を招く。さらに、コスト増だけにはとどまらず、活性層、クラッド層と窓領域との再成長に伴う結晶品質の低下、ひいては製品の品質への影響が懸念される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面による半導体レーザ装置は、半導体基板の表面の上層に形成された下クラッド層と、前記下クラッド層のさらに上層に形成され、レーザ光を誘導放出し、光出射端面から外部へ前記レーザ光を出力する活性層と、前記活性層のさらに上層に前記光出射端面に垂直な光導出方向に沿って設けられたメサ形状の上クラッド層と、を備え、前記活性層は、前記誘導放出を行うアクティブ領域以外に、前記光出射端面から一定の距離内に前記誘導放出を行わないパッシブ領域が設けられ、前記パッシブ領域の屈折率をｎＰ、前記活性層のうち、前記上クラッド層直下のメサストライプ領域の屈折率をｎＳ、前記アクティブ領域のうち、前記メサストライプ領域中心部の屈折率をｎＣ、としたときに、動作時の屈折率がｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣである。
【００１３】
本発明の第２の側面による半導体レーザ装置の動作制御方法は、クラッド層に挟まれた活性層の光反射端面と光出射端面との間に光導波路が形成され、前記活性層は、前記光導波路においてレーザ光の誘導放出を行うアクティブ領域と、前記光出射端面から一定の距離内の活性層にレーザ光の誘導放出に寄与しないパッシブ領域と、を備える半導体レーザにおいて、前記レーザ光の誘導放出時に、前記アクティブ領域の前記光導波路の屈折率をｎＣ、前記光導波路に隣接する前記アクティブ領域の屈折率をｎＳ、前記パッシブ領域の屈折率をｎＰ、としたときに、前記パッシブ領域に電流を流すことにより、ｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣとなるように制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、誘導放出を行っている動作時において、パッシブ領域の屈折率がアクティブ領域の光導波路や光導波路周辺のアクティブ領域の屈折率より低くなるので、光導波路で誘導放出されたレーザ光は、パッシブ領域でスポットサイズが広げられて光出射端面から外部に出力する。したがって、戻り光雑音を抑制することができる。さらに、パッシブ領域は、活性層の一部の領域であるので、特許文献２のように、活性層とは別に結晶成長などによって窓領域を再度形成する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１による半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】図１に示す半導体レーザ装置のレーザ光誘導放出方向に沿ったＡＡ’断面図である。
【図３】図１に示す半導体レーザ装置に電流を流して誘導放出を起こしたときの活性層の出射端面近傍の屈折率とレーザ光の進行方向を説明する図である。
【図４】図１に示す半導体レーザ装置のＲＩＮ特性測定結果を示す図である。
【図５】Ｚｎ拡散部を設けない従来の半導体レーザ装置のＲＩＮ特性測定結果を示す図である。
【図６】実施例２による半導体レーザ装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、具体的な実施例に基づいて、図面を参照し詳しく説明する。
【実施例１】
【００１７】
［実施例１の半導体レーザの構成］
図１は実施例１による半導体レーザ装置１００の斜視図である。図１の半導体レーザ装置１００は、ｎ−型のＧａＡｓ基板１１０の上にｎ−型ＧａＡｓ領域であるｎ−バッファー層１２０、ｎ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｎ−クラッド層１３０、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰからなるＭＱＷ活性層１４０、ｐ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｐ−第１クラッド層１５０、（Ａｌ）ＧａＩｎＰを含むエッチングストップ層１６０が積層されている。さらに、エッチングストップ層１６０の表面の中央には、メサストライプ状にｐ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｐ−第２クラッド層１７０が形成され、ｐ−第２クラッド層１７０のさらに上層には、ｐ−型のｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファー層１７５、ｐ−型のｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０が形成されている。
【００１８】
また、ｐ−第２クラッド層１７０に覆われていないエッチングストップ層１６０の表面とメサストライプ上に積層したｐ−第２クラッド層１７０、ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファー層１７５、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０の側面には、ｎ−型のＧａＡｓブロック層２００が設けられている。さらに、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０とｎ−ＧａＡｓブロック層２００の表面は、ｐ−型のＧａＡｓ埋込層２１０が覆っている。
【００１９】
また、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０の下部にはｎ電極３１０、ｐ−ＧａＡｓ埋込層２１０の上部にはｐ電極３２０が形成されている。ｐ−第２クラッド層１７０がメサ形状に形成され、そのメサ部両側にｎ−ＧａＡｓブロック層２００を設けることにより、電流狭窄構造が形成されている。
【００２０】
さらに、実施例１の半導体レーザ装置１００は、シングルモード発振の半導体レーザであり、メサ形状に加工されたｐ−第２クラッド層１７０のメサ形状の端面が露出する光出射端面（図１の正面側）と光反射端面（図１の背面側）から２０μｍ以上５０μｍ以下の領域の活性層１４０が、Ｚｎ拡散部３３０により混晶化されている。
【００２１】
図２は図１の半導体レーザ装置１００のＡ−Ａ’断面図である。光出射端面（Ａ側）と光反射端面（Ａ’側）から２０μｍ以上５０μｍ以下の領域において、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０から、ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファー層１７５、ｐ−第２クラッド層１７０、エッチングストップ層１６０、ｐ−第１クラッド層１５０、活性層１４０、ｎ−クラッド層１３０の上層部に渡ってＺｎ拡散部３３０が形成されている。活性層１４０は、Ｚｎ拡散部３３０によって混晶化され、誘導放出を行わないパッシブ領域とされている。また、出射端面はＡＲ膜４１０に覆われ、反射端面はＨＲ膜４２０により覆われている。活性層１４０の出射端面と反射端面との間に光導波路が形成され、誘導放出されたレーザ光について、共振器長Ｌの共振器を構成している。
【００２２】
［実施例１の半導体レーザの製造方法］
次に、実施例１の半導体レーザ装置１００の製造方法について説明する。ｎ−型のＧａＡｓ基板１１０上に不純物濃度がｎ＝３〜７．０×１０１７ｃｍ−３のｎ−型のＧａＡｓ領域であるｎ−バッファー層１２０を０．３μｍ厚に形成する。次に、不純物濃度がｎ＝３〜７．０×１０１７ｃｍ−３のｎ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｎ−クラッド層１３０を１．２μｍ厚に形成する。次に、ＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰからなるＭＱＷ活性層１４０を形成する。その上に、不純物濃度がｐ＝４．０〜７．０×１０１７ｃｍ−３のｐ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｐ−第１クラッド層１５０を０．１μｍ以上、０．２μｍ以下の厚さに形成する。
【００２３】
さらに、その上に、０．０１μｍ厚の（Ａｌ）ＧａＩｎＰ領域であるエッチングストップ層１６０を形成した後、不純物濃度ｐ＝４．０〜７．０×１０１７ｃｍ−３のｐ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｐ−第２クラッド層１７０を１．０μｍ厚に形成する。その上に、不純物濃度ｐ＝１．０×１０１８ｃｍ−３のｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファー層１７５を０．０５μｍ厚に形成し、さらに、不純物濃度ｐ＝１．０〜２．０×１０１８ｃｍ−３のｐ−型ＧａＡｓキャップ層１８０を０．３μｍ厚に形成する。上記各層の積層は、ＭＯＶＰＥ結晶装置などを用いることにより形成できる。
【００２４】
続いて、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０上にＳｉＯ２を形成し、フォトリソグラフィーにて端面に相当する領域のみＳｉＯ２を除去する。次にＺｎＯをスパッタなどにより形成し、５５０〜６００℃の熱拡散処理を行うことにより、端面に相当する領域のみにＺｎを拡散させる。この工程により、Ｚｎ拡散部３３０（図２参照）が形成され、ＭＱＷ活性層１４０は、端面付近のみ混晶化が行われる。端面からのＭＱＷ活性層１４０が混晶化される距離は先のフォトリソグラフィーによるＳｉＯ２除去の際のマスク寸法で決めることが出来る。実施例１では、端面から３０μｍの領域でＭＱＷ活性層１４０が混晶化されるようにした。
【００２５】
この後エッチングにより、ＺｎＯおよびＳｉＯ２を除去し、再びｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０を露出させる。次にｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０上にストライプ状にＳｉＯ２パターンを形成し、それをマスクとしてｐ−ＧａＡｓキャップ層１８０、ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファー層１７５、ｐ−型のＡｌＧａＩｎＰ領域であるｐ−第２クラッド層１７０をエッチングストップ層１６０までエッチングし、メサストライプを形成する。本実施例においては、メサ幅Ｗを４．０μｍとした。次に２回目の結晶成長にてメサストライプ外のエッチングストップ層１６０上に不純物濃度ｎ＝３．０×１０１８ｃｍ−３のｎ−型のＧａＡｓブロック層２００をＭＯＶＰＥ結晶装置などにより１．０μｍ厚に積層する。この時、メサストライプ直上のＳｉＯ２上には結晶成長されず、選択的に結晶成長される。
【００２６】
次にＳｉＯ２マスクを除去した後、再度結晶成長にて、不純物濃度ｐ＝３．０〜８．０×１０１８ｃｍ−３のｐ−ＧａＡｓ埋込層２１０を３．０μｍ厚に成長する。最後に、ｎ電極３１０およびｐ電極３２０をＴｉＰｔＡｕ系の電極として形成し積層構造を完成させる。次に、Ｚｎ拡散部３３０が端面となるようにヘキ開を行い、出射端面側にはＡＲ膜４１０、反射端面側にはＨＲ膜４２０を形成する。本実施例においては共振器長をＬ＝３５０μｍ、ＡＲ膜反射率を３０％、ＨＲ膜反射率を７０％とした。以上説明した工程により、実施例１の半導体レーザ装置１００を製造することができる。
【００２７】
［実施例１の半導体レーザの動作］
次に実施例１の半導体レーザ装置１００の動作について説明する。図３は実施例１の半導体レーザ装置１００のｐ電極３２０とｎ電極３１０との間に順方向バイアス電圧を印加し、ｐ電極３２０からｎ電極３１０へ電流を流し、レーザ光を誘導放出させる動作をさせたときの端面の様子をｐ電極３２０側から表した模式図である。ｐ電極３２０からｎ電極３１０に電流を流すと電流はｐ電極３２０からｐ−ＧａＡｓ埋込層２１０を通って、ｐ−ＧａＩｎＰへテロバッファー層１７５、ｐ−第２クラッド層１７０、で形成されるメサストライプ部を通り、ｐ−第１クラッド層１５０、ＭＱＷ活性層１４０を通り、ｎ−クラッド層１３０、ｎ−バッファー層１２０、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０を通ってｎ電極３１０へと流れる。
【００２８】
このとき、ＭＱＷ活性層１４０にて誘導放出が行われるのは、端面領域に形成したＺｎ拡散部３３０を除くメサストライプ部直下のＭＱＷ活性層１４０である。この領域をアクティブ領域８１０とすると、端面領域に形成したＺｎ拡散部３３０の領域は誘導放出に寄与しないため、パッシブ領域８２０となる。レーザ光誘導放出動作時の水平方向の光閉じ込めに着目すると（図３のＸ方向）、誘導放出を伴うアクティブ領域８１０においては、メサストライプ部中心部の注入キャリア密度がストライプ端に比べ相対的に低下し、その結果、ストライプ中心部の屈折率が高くなる為、光は屈折率の高い（キャリア密度の低い）領域ｎＣ：７１０に閉じこもる。一方、パッシブ領域においてはメサストライプで決められるビルトインの屈折率ｎＳ：７２０による光閉じ込めとなる。加えて、本実施例の半導体レーザの場合、パッシブ領域８２０にも電流を流していることで電流を流さないときよりもキャリア密度が相対的に高くなることからメサストライプで決められるビルトインの屈折率よりも小さい屈折率（ｎＰ：７３０）となる。このとき、ｎＣ＞ｎＳ＞ｎＰの関係となる為、アクティブ領域８１０からパッシブ領域８２０に入る際にＺｎ拡散領域屈折率ｎＰ：７３０で光は閉じ込められるため、メサによるビルトイン屈折率ｎＳ：７２０よりも広いスポットサイズで出射することが出来る。
【００２９】
半導体レーザ装置１００の出射端面から照射されたレーザ光は光ディスクで反射し、この内の一部の光が半導体レーザ装置１００に戻ってくる。この半導体レーザ装置１００に戻ってくる光により光ディスクとの間で外部共振器が形成されると雑音の原因となる。本実施例の半導体レーザ装置１００の場合、パッシブ領域によりスポットサイズが広げられて出射端面からレーザ光が照射されるので、光ディスクからの戻り光はアクティブ領域のスポットサイズよりも大きいサイズで戻ることになる。その為、戻り光とレーザ共振器モードとのカップリングを小さくすることができ、戻り光雑音を抑制することができる。
【００３０】
［実施例１の効果］
本実施例に従い作製した半導体レーザにおいて、ＲＦ重畳をかけずに、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ：連続発振）駆動させたときの光出力に対するＲＩＮを測定した結果を図４に示す。光ディスクにおいてはＲＩＮ特性：−１１５ｄＢ／Ｈｚ以下が求められるが、本実施例の半導体レーザにおいては戻り光量（Ｒ）を０．１％から１０％まで変化させても−１１５ｄＢ／Ｈｚ以下の安定したＲＩＮ特性が得られている。また、再生用光ディスクにおける実使用光出力は２〜５ｍＷとされており、この光出力範囲におけるＲＩＮは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下と、実使用においては十分なＲＩＮ特性を示している。
【００３１】
比較のため、図５にＺｎ拡散層３３０が設けられていない従来のシングルレーザのＣＷ動作におけるＲＩＮ測定結果を示す。図５では、光ディスクで求められる−１１５ｄＢ／Ｈｚ以下の特性が得られていない。図５と図４を比較することにより、本発明の効果が実証された。
【実施例２】
【００３２】
図６は、本発明の実施例２による半導体レーザ装置１００Ａの斜視図である。実施例１と構成が同一である部分には、同一の符号を付し、実施例１と重複する説明は省略する。
実施例２の半導体レーザ装置１００Ａは、実施例１の半導体レーザ装置１００では、ｎ−ＧａＡｓブロック層２００の１層構造であったブロック層２００が、ＡｌＩｎＰブロック層１９０とｎ−ＧａＡｓブロック層２００の２層構造になっている点が異なる。このほかの構成については、ほぼ実施例１の半導体レーザ装置１００と同一であり、実施例１の半導体レーザ装置１００と同様にシングルモード発振の半導体レーザ装置１００Ａである。
【００３３】
実施例２の半導体レーザ装置１００Ａの製造方法について説明する。実施例２の半導体レーザ装置１００Ａは、２回目の結晶成長で、最初にメサストライプ外のエッチングストップ層１６０上に０．１μｍ厚のＡｌＩｎＰブロック層１９０を形成する。そして、ＡｌＩｎＰブロック層１９０の上に、ｎ−型のＧａＡｓブロック層２００を積層する。その後の工程は、実施例１と同様である。
【００３４】
上記各実施例では、誘導放出を行わないＺｎ拡散部３３０にも電流を流すことにより、パッシブ領域８２０（図３参照）のキャリア密度を高くして屈折率ｎＰを下げ、光出射端面から照射されるレーザ光のスポットサイズを広げている。しかし、このＺｎ拡散部３３０に流れる電流は、誘導放出への寄与の観点からは無効電流になり、Ｚｎ拡散部３３０に電流を流すことにより、半導体レーザ装置全体としては動作電流値が増加することになる。実施例２の半導体レーザ装置１００Ａでは、２回目の結晶成長においてＡｌＩｎＰブロック層１９０を加えることにより、光導波路損失を抑制し、レーザの動作電流値を低減する機能を加えた。これにより、実施例１と同様に戻り光に対する雑音を抑制すると共に、実施例１よりさらに動作電流値を低減した半導体レーザ装置が得られる。
【００３５】
［実施形態のまとめ］
以上、各実施例に基づいて説明したように、本発明の実施形態の半導体レーザの主な特徴をまとめると以下の通りである。なお、以下のまとめにおいて、引用する図面及び図面の符号は、本発明の実施例の一例を示すために付したものであり、これにより、本発明の権利範囲を制限するものではない。
【００３６】
本発明の一実施形態の半導体レーザ装置（１００、１００Ａ）は、一例を図１、図６に示すように、半導体基板１１０の表面の上層に形成された下クラッド層１３０と、下クラッド層１３０の上層に形成され、レーザ光を誘導放出し、光出射端面から外部へレーザ光を出力する活性層１４０と、活性層１４０の上層に光出射端面に垂直な光導出方向に沿って設けられたメサ形状の上クラッド層１７０と、を備える。活性層１４０は、誘導放出を行うアクティブ領域（図３の８１０）以外に、光出射端面から一定の距離内に誘導放出を行わないパッシブ領域８２０が設けられる。パッシブ領域８２０の屈折率をｎＰ、活性層１４０のうち、上クラッド層１７０直下のメサストライプ領域の屈折率をｎＳ、前記アクティブ領域のうち、前記メサストライプ領域中心部の屈折率をｎＣ、としたときに、動作時の屈折率がｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣである。
【００３７】
図３に示すようにアクティブ領域８１０のうち、誘導放出を行うメサストライプ領域中心部７１０の屈折率ｎＣよりメサストライプ領域中心部７１０の両側の領域７２０の屈折率ｎＳが低くなるのでメサストライプ領域中心部７１０で誘導放出されたレーザ光は、光導波路７１０内に閉じ込められる。さらに、アクティブ領域８１０と出射端面との間に設けられるパッシブ領域８２０では、電流を流すことにより、キャリア密度が相対的に高くなり、パッシブ領域の屈折率は領域７２０の屈折率ｎＳよりさらに低い屈折率ｎＰになる。したがって、領域７１０で誘導放出されたレーザ光は、パッシブ領域８２０でスポットサイズが広げられて光出射端面から出力する。
【００３８】
また、活性層１４０のうち、パッシブ領域（図３の８２０）は、厚さがアクティブ領域８１０と実質的に同一であり、かつ、不純物（例えばＺｎ）により混晶化され、かつ、レーザ光の波長に対して透明な領域であって、メサストライプ領域中心部７１０に閉じ込められて誘導放出されたレーザ光がパッシブ領域８２０でスポットサイズが広げられて光出射端面から外部へ出力するように構成されている。
【００３９】
また、活性層１４０と上クラッド層１７０との間に積層されたｐ−第１クラッド層１５０及びエッチングストップ層１６０と、上クラッド層１７０で覆われていないエッチングストップ層１６０の上層に形成されたブロック層（実施例１は２００のみ。実施例２は、１９０と２００の積層構造）と、上クラッド層１７０に接続された上部電極３２０（１７５、１８０、２１０を介して上部電極３２０へ接続）と、半導体基板１１０に接続された下部電極３１０と、をさらに含み、ブロック層（２００等）により覆われていないパッシブ領域を含む上クラッド層１７０直下の活性層１４０に電流狭窄部が形成されている。
【００４０】
すなわち、上クラッド層１７０直下のパッシブ領域８２０にも電流を流すことにより、パッシブ領域８２０のキャリア密度を高め、屈折率を下げることにより、誘導放出されたレーザ光がスポットサイズを広げて出射端面から出力するようにしている。一般的には、パッシブ領域は、誘導放出に寄与しないので、ブロック層（２００等）をパッシブ領域の上にも設け、パッシブ領域に流れる無効電流を抑制することも考えられるが、上記実施例では、屈折率を下げるため、パッシブ領域にも電流を流す構造にしている。
【００４１】
また、半導体基板１１０の表面の上に、下クラッド層１３０、活性層１４０、上クラッド層１７０が積層され、半導体基板１１０が下部電極３１０へ、上クラッド層１７０が上部電極３２０へ接続され、活性層１４０において、レーザ光が誘導放出される構造であれば、上述した積層構造以外にさらに別な層が積層されていてもよいことはもちろんである。また、各層の組成は、実施例に記載されている組成に限定されず、任意の組成の積層構造を採用することができる。また、実施例１、２では、上部電極をｐ電極、下部電極をｎ電極としているが、逆であってもかまわない。
【００４２】
また、動作時（レーザ光照射時）において、パッシブ領域に電流を流してキャリア密度を高める。
【００４３】
半導体レーザ装置（１００、１００Ａ）は、単一の縦モードで発振するレーザ光を出力するシングルモードの半導体レーザ装置である。さらに、半導体レーザ装置（１００、１００Ａ）は、光ディスク再生用の半導体レーザ装置である。
【００４４】
また、本発明の一実施形態による半導体レーザ装置（１００、１００Ａ）の動作制御方法は、クラッド層（１３０と、１５０または１７０）に挟まれた活性層１４０の光反射端面と光出射端面との間に光導波路が形成され、活性層１４０は、光導波路においてレーザ光の誘導放出を行うアクティブ領域８１０と、光出射端面から一定の距離内の活性層にレーザ光の誘導放出に寄与しないパッシブ領域８２０と、を備える半導体レーザ装置において、レーザ光の誘導放出時に、アクティブ領域８１０の光導波路の屈折率をｎＣ、光導波路に隣接するアクティブ領域の屈折率をｎＳ、パッシブ領域の屈折率をｎＰ、としたときに、パッシブ領域に電流を流すことにより、ｎＰ＜ｎＳ＜ｎＣとなるように制御する。
【００４５】
すなわち、ｐ電極３２０とｎ電極３１０との間の順バイアス電圧を制御することにより、レーザ光を誘導放出させると共に、パッシブ領域にも電流を流し、屈折率が上記の関係を満たすように制御する。
【００４６】
なお、上記各実施例において、Ｚｎ拡散部３３０を出射端面側（ＡＲ膜４１０側）だけでなく、反射端面側（ＨＲ膜４２０側）にも設けているが、Ｚｎ拡散部３３０は、少なくとも出射端面側（ＡＲ膜４１０側）に設ければ、反射端面側（ＨＲ膜４２０側）には、必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
なお、本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
１００、１００Ａ：半導体レーザ装置
１１０：ｎ−ＧａＡｓ基板（半導体基板）
１２０：ｎ−バッファー層
１３０：ｎ−クラッド層（下クラッド層）
１４０：（ＭＱＷ）活性層
１５０：ｐ−第１クラッド層
１６０：エッチングストップ層
１７０：ｐ−第２クラッド層（上クラッド層）
１７５：ｐ−ＧａＩｎＰへテロバッファー層
１８０：ｐ−ＧａＡｓキャップ層
１９０：ＡｌＩｎＰブロック層
２００：ｎ−ＧａＡｓブロック層
２１０：ｐ−ＧａＡｓ埋込層
３１０：ｎ電極
３２０：ｐ電極
３３０：Ｚｎ拡散部
４１０：ＡＲ膜
４２０：ＨＲ膜
７１０：メサストライプ部中央直下の活性層（動作時の屈折率ｎＣ）
７２０：メサストライプ部直下の活性層（動作時の屈折率ｎＳ）
７３０：パッシブ領域の活性層（動作時の屈折率ｎＰ）
８１０：アクティブ領域
８２０：パッシブ領域
【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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【図６】
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