(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、互いに発光波長が異なる第１のレーザ素子部および第２のレーザ素子部を備えた半導体レーザであって、
前記第１のレーザ素子部は、
第１の半導体材料からなる第１のｎ型クラッド層および第２のｎ型クラッド層から構成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に形成され、第１の半導体材料からなる活性層と、
前記活性層の上に形成されると共に、第１の半導体材料からなる第１のｐ型クラッド層と、前記第２のレーザ素子部と同一材料の第２の半導体材料からなる第２のｐ型クラッド層とから構成されたｐ型クラッド層と、
前記第１のｎ型クラッド層と前記第２のｎ型クラッド層との間に形成され、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との屈折率の差を低減させると共に、第１の半導体材料からなる光コントロール層とを備え、
前記第１のレーザ素子部と前記第２のレーザ素子部とは、共振器方向と直交する方向に沿って並列配置されている
を備えた半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１の半導体材料は、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウムと５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素とを含む
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第２の半導体材料は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のうちの少なくともリンとを含む
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１のｎ型クラッド層、前記第２のｎ型クラッド層、および前記光コントロール層のそれぞれは、アルミニウムを含んでおり、
前記光コントロール層に含まれるアルミニウムの組成は、前記第１のｎ型クラッド層および前記第２のｎ型クラッド層のそれぞれに含まれるアルミニウムの組成よりも大きい
請求項２記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記第２のレーザ素子部は、前記第１のレーザ素子部の第２のｐ型クラッド層と同じ第２の半導体材料からなるｐ型クラッド層を含む
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１のレーザ素子部の発光波長は７００ｎｍ帯であり、前記第２のレーザ素子部の発光波長は６００ｎｍ帯である
請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項７】
基板上に、互いに発光波長が異なる第１のレーザ素子部および第２のレーザ素子部を備えた半導体レーザの製造方法であって、
前記第１および第２のレーザ素子部を、共振器方向と直交する方向に沿って並列するように形成し、
前記第１のレーザ素子部を形成する工程は、
第１の半導体材料からなる第１のｎ型クラッド層および第２のｎ型クラッド層から構成されたｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上に、第１の半導体材料からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、第１の半導体材料からなる第１のｐ型クラッド層と、前記第２のレーザ素子部と同一材料の第２の半導体材料からなる第２のｐ型クラッド層とから構成されたｐ型クラッド層を形成する工程とを含み、
前記ｎ型クラッド層を形成する工程では、
前記第１および第２のｎ型クラッド層の間に、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との屈折率差を低減させる光コントロール層を形成する
半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記第１の半導体材料は、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウムと５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素とを含む
請求項７記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第２の半導体材料は、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウムと５Ｂ族元素のうちの少なくともリンとを含む
請求項７記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記第１のｎ型クラッド層、前記第２のｎ型クラッド層、および前記光コントロール層のそれぞれは、アルミニウムを含んでおり、
前記光コントロール層に含まれるアルミニウムの組成を、前記第１のｎ型クラッド層および前記第２のｎ型クラッド層のそれぞれに含まれるアルミニウムの組成よりも大きくする
請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記第２のレーザ素子部を形成する工程が、前記第１のレーザ素子部のｐ型クラッド層と同じ第２の半導体材料からなるｐ型クラッド層を形成する工程を含む
請求項７記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記第１のレーザ素子部の発光波長を７００ｎｍ帯とし、前記第２のレーザ素子部の発光波長を６００ｎｍ帯とする
請求項７記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光波長が異なる複数のレーザ素子部を１チップ内に備えた半導体レーザおよびその製造方法に係り、特に、パルセーション現象を利用することによってレーザ発振する半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザの分野においては、同一基板上に発光波長が異なる複数の発光部を備えた半導体レーザ（ＬＤ；laser diode ）（以下、多波長レーザという。）が活発に開発されている。このような多波長レーザ、例えば２波長レーザは、光ディスク装置のレーザ光源として用いられる。
【０００３】
現在、一般に光ディスク装置では、７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）のレーザ光がＣＤ（Compact Disk）の再生に用いられると共に、ＣＤ−Ｒ（CD recordable ），ＣＤ−ＲＷ（CD Rewritable ）あるいはＭＤ（Mini Disk ）などの記録可能な光ディスクの記録・再生に用いられている。また、６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）のレーザ光がＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の記録・再生に用いられている。
【０００４】
このような２波長レーザの一例としては、例えば、配設用の基板の上に、発光波長がそれぞれ７８０ｎｍおよび６５０ｎｍである２つのレーザチップが並列に実装されたもの（いわゆる、ハイブリッド型の２波長レーザ）が提案されている。このハイブリッド型の２波長レーザは、レーザチップの製造プロセスにおいて特に制約がなく、最適なプロセスを用いてそれぞれのレーザチップを作製することができるので製造プロセスの自由度が高い。ところが、ハイブリッド型のレーザでは、ビーム間隔やビーム出射方向の精度がレーザの組立の精度で決定されており、例えばレーザチップの間隔を調整することが困難であるため、ビームの精度を確保することができない。そのため、ハイブリッド型の２波長レーザを搭載した光ディスク装置では、ビームの精度を確保するために、多くの光学部品が必要となり、その結果、光ディスク装置全体でのコストが高くなってしまう。
【０００５】
そこで、１チップ内に、発光波長がそれぞれ７８０ｎｍおよび６５０ｎｍである２つのレーザ素子部を備えた（いわゆる、モノリシック型の２波長レーザ）が提案されている。このモノリシック型の２波長レーザは、ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料からなる活性層を備えた発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部と、ＧａＩｎＰ系の半導体材料からなる活性層を備えた発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部とが、分離溝を介してＧａＡｓ（ガリウムヒ素）よりなる基板の一面側に並列配置されたものである。
【０００６】
このようなモノリシック型の２波長レーザとしては、例えば、図６に示したように、基板１１１の上に、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部１００Ａ、および、発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部１００Ｂを備えた、ゲインガイド型の半導体レーザ１００がある（特開２００１ー５７４６２号公報参照）。レーザ素子部１００Ａには、基板１１１の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２１、ＡｌＧａＡｓからなる活性層１２２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１２３が順次形成されている。レーザ素子部１００Ｂには、基板１１１の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１３１、ＧａＩｎＰからなる活性層１３２、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層１３３が順次形成されている。
【０００７】
また、ゲインガイド型の半導体レーザとしては、図７に示したように、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部２００Ａ、および、発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部２００Ｂが基板２１１に形成された半導体レーザ２００がある（特開２０００ー２４４０６０号公報参照）。この半導体レーザ２００では、上述の半導体レーザ１００とは異なり、レーザ素子部２００Ａの全ての半導体層がＡｌＧａＡｓ系の半導体材料により形成されている。すなわち、レーザ素子部２００Ａには、基板２１１の上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層２２１、ＡｌＧａＡｓからなる活性層２２２、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層２２３が順に形成されている。レーザ素子部２００Ｂは、半導体レーザ１００のレーザ素子部１００Ｂ（図６）と同様の構成を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光ディスク装置用の低ノイズ光源として、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ程度の周波数で自励振動（出力変動を繰り返すこと）をすることによって、レーザ発振するパルセーション型の半導体レーザが注目されている。このパルセーション型のレーザ素子部には、図８に示したように、ｎ側クラッド層５２１、活性層５２２、およびｐ型クラッド層５２３が順次形成されている。ｐ型クラッド層５２３の上部は、電流狭窄をするように細い帯状に形成されており、このｐ型クラッド層５２３の両側には電流ブロック領域５２４が設けられている。
【０００９】
このような構成を有するパルセーション型の半導体レーザでは、活性層５２２内の発光領域５２２ａの周囲に、発光領域５２２ａよりも光ゲインが小さい過飽和吸収領域（Saturable Absorbing Region；ＳＡＲ）５２２ｂが形成されている。この過飽和吸収領域５２２ｂは、電流ブロック領域５２４の屈折率を変化させること、電流狭窄をするためのｐ型クラッド層５２３の上部の幅を変えること、ｐ型クラッド層５２３の厚さを変化させること、あるいは、活性層５２２の体積を変化させることによって形成され、活性層５２２に注入された電子と活性層５２２内で発生した光との相互作用を促進させる機能を有している。このような過飽和吸収領域５２２ｂの作用によって、パルセーション型の半導体レーザでは、自励振動が緩和せずにレーザ発振がなされる。
【００１０】
このようなパルセーション型の半導体レーザとして、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部、および、発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部のそれぞれをパルセーション型とした２波長半導体レーザを実現するためには、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部で、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料からなる活性層５２２を挟むｎ型クラッド層５２１およびｐ型クラッド層５２３を活性層５２２と同じＡｌＧａＡｓ系半導体材料から構成するようにしなければならない。すなわち、従来の半導体レーザ２００のように、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部２００ＡをＡｌＧａＡｓ系半導体材料により形成し、また、発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部２００ＢをＧａＩｎＰ系の半導体材料により形成するといったように、レーザ素子部２００Ａ，２００Ｂのそれぞれを異なった材料により形成しなければならない。そのために、これらのレーザ素子部を作製する場合、同時にプロセスを行うことが困難となって、その結果、製造プロセスに制約が生じていた。
【００１１】
そこで、本出願人と同一の出願人は、このような製造プロセスでの制約を解消するために、図９に示したように、半導体レーザ３００において、発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部３００Ａのｐ型クラッド層の一部とレーザ素子部３００Ｂのｐ型クラッド層とを同じＧａＩｎＰ系半導体材料により形成することを考えている。具体的には、レーザ素子部３００Ａには、基板３１１の上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層３２１、ＡｌＧａＡｓからなる活性層３２４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第１ｐ型クラッド層３２５、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２ｐ型クラッド層３２６が順に形成されている。第２ｐ型クラッド層３２６は細い帯状に形成されており、この第２ｐ型クラッド層３２６の両側には電流ブロック領域３４２Ａが設けられている。他方、発光波長が６５０ｎｍであるレーザ素子部３００Ｂには、基板３１１の上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３３１、ＧａＩｎＰからなる活性層３３２、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層３３３が順に形成されている。このｐ型クラッド層３３３の両側には電流ブロック領域３４２Ｂが設けられている。
【００１２】
このような構成を有する半導体レーザ３００では、７８０ｎｍのレーザ素子部３００Ａにおいて、第２ｐ型クラッド層３２６がＡｌＧａＩｎＰにより形成されているために、第１ｐ型クラッド層３２５および第２ｐ型クラッド層３２６からなるｐ型クラッド層の屈折率が、ｎ型クラッド層３２１の屈折率よりも小さくなる。
【００１３】
しかしながら、製造プロセスの制約上、ｐ型クラッド層の屈折率をｎ型クラッド層３２１の屈折率と同じにするのは困難である。具体的には、第１ｐ型クラッド層３２５および第２ｐ型クラッド層３２６から構成されるｐ型クラッド層の屈折率をｎ型クラッド層３２１の屈折率と同じにするために、７８０ｎｍのレーザ素子部３００Ａにおいて、第２ｐ型クラッド層３２６のＡｌ組成を小さくすると、レーザ素子部３００Ａの第２ｐ型クラッド層３２６とレーザ素子部３００Ｂのｐ型クラッド層３３３とのＡｌ組成に大きな差が生じてしまう。その結果、同一のエッチング溶液を用いてエッチングを施すと、エッチングレートが大きく異なってしまうために、同一のエッチング溶液を用いてエッチングを施すことができなくなる。
【００１４】
これによって、半導体レーザ３００のレーザ素子部３００Ａでは、第１ｐ型クラッド層３２５および第２ｐ型クラッド層３２６からなるｐ型クラッド層の屈折率が、ｎ型クラッド層３２１の屈折率よりも小さくなるために、図１０（Ａ）に示したように、活性層３２４内の発光領域３２４ａの光分布がｎ側クラッド層３２１側に偏って非対称となる。
【００１５】
このようにｎ側クラッド層３２１側に光が偏ると、過飽和吸収領域３２４ｂでの光吸収が少なくなり、パルセーションマージンが非常に狭くなって、図１０（Ｂ）に示したように、発光領域３２４ａからの出射光のＦＦＰ（Far Field Pattern ）形状が垂直方向に極端に広くなってしまうという問題があった。その結果、レーザ光の指向性が悪くなり、レーザの性能が低下してしまうという問題があった。このような問題は、パルセーション型の半導体レーザに顕著に現われてしまう。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることできる半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザは、基板上に、互いに発光波長が異なる第１のレーザ素子部および第２のレーザ素子部を備えたものであって、第１のレーザ素子部は、第１の半導体材料からなる第１のｎ型クラッド層および第２のｎ型クラッド層から構成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成され、第１の半導体材料からなる活性層と、活性層の上に形成されると共に、第１の半導体材料からなる第１のｐ型クラッド層と第２の半導体レーザ素子部と同一材料の第２の半導体材料からなる第２のｐ型クラッド層とから構成されたｐ型クラッド層と、第１のｎ型クラッド層と第２のｎ型クラッド層との間に形成され、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との屈折率の差を低減させると共に、第１の半導体材料からなる光コントロール層とを備え、第１の半導体レーザ素子部と第２の半導体レーザ素子部とは、共振器方向と直交する方向に沿って並列配置されているものである。
【００１８】
本発明による半導体レーザの製造方法は、基板上に、互いに発光波長が異なる第１のレーザ素子部および第２のレーザ素子部を備えた方法であって、第１および第２のレーザ素子部を共振器方向と直交する方向に沿って並列するように形成し、第１のレーザ素子部を形成する工程は、第１の半導体材料からなる第１のｎ型クラッド層および第２のｎ型クラッド層から構成されたｎ型クラッド層を形成する工程と、ｎ型クラッド層の上に、第１の半導体材料からなる活性層を形成する工程と、活性層の上に、第１の半導体材料からなる第１のｐ型クラッド層と、第２の半導体レーザ素子部と同一材料の第２の半導体材料からなる第２のｐ型クラッド層とから構成されたｐ型クラッド層を形成する工程とを含み、ｎ型クラッド層を形成する工程において、第１および第２のｎ型クラッド層の間に、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との屈折率差を低減させる光コントロール層を形成するものである。
【００１９】
本発明による半導体レーザおよびその製造方法では、第１のレーザ素子部の第１のｎ型クラッド層と第２のｎ型クラッド層との間に第１の半導体材料からなる光コントロール層が形成され、この光コントロール層によってｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差が低減されるようにしたので、活性層内の光分布の中心が活性層およびその近傍の領域と一致して、その結果、過飽和吸収領域での光吸収が多くなることによって、パルセーションマージンが大きくなり、また、活性層から出射された光のＦＦＰ形状が垂直方向に広くなることが防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る２波長型の半導体レーザ１０の概略断面構造を表すものである。この半導体レーザ１０は、例えば、厚さ１００μｍ程度であり、ｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）が添加されたｎ型ＧａＡｓからなる基板１１を備えている。基板１１の上には、例えば、７００ｎｍ帯（例えば７８０ｎｍ）の光を出射するパルセーション型のレーザ素子部１０Ａと、６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）の光を出射するパルセーション型のレーザ素子部１０Ｂとがそれぞれ形成されている。レーザ素子部１０Ａおよびレーザ素子部１０Ｂは、例えば２００μｍ程度以下の間を隔てて位置するように配置されている。具体的には、レーザ素子部１０Ａの後述する発光領域とレーザ素子部１０Ｂの後述する発光領域との間隔が約１２０μｍとなっている。
【００２２】
レーザ素子部１０Ａには、基板１１の上に、例えば、第１ｎ型クラッド層２１，光コントロール層２２，第２ｎ型クラッド層２３，活性層２４，第１ｐ型クラッド層２５，第２ｐ型クラッド層２６，ｐ型中間層（図示せず）およびｐ型キャップ層４１Ａが順次形成されている。
【００２３】
ここで、第１ｎ型クラッド層２１，光コントロール層２２，第２ｎ型クラッド層２３，活性層２４，第１ｐ型クラッド層２５およびｐ型キャップ層４１Ａの各層は、例えば、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と短周期型周期表における５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成される。また、第２ｐ型クラッド層２６およびｐ型中間層は、例えば短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と短周期型周期表における５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成されている。
【００２４】
具体的には、第１ｎ型クラッド層２１は、例えば、厚さが０．７μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶により形成されている。光コントロール層２２は、例えば、厚さが０．２μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ混晶により形成されている。この光コントロール層２２は、後で詳述するが、ｎ型クラッド層の屈折率と後述するｐ型クラッド層の屈折率との差を補償している。第２ｎ型クラッド層２３は、例えば、厚さが０．３μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶により形成されている。
【００２５】
ここで、第１ｎ型クラッド層２１および第２ｎ型クラッド層２３のそれぞれでのＡｌの組成ｘは、例えば０．６以上０．７未満の値である。光コントロール層２２でのＡｌの組成ｙは、第１ｎ型クラッド層２１および第２ｎ型クラッド層２３のそれぞれのＡｌの組成ｘよりも大きい、例えば０．７以上の値である。このように、光コントロール層２２のＡｌの組成ｙが、第１ｎ型クラッド層２１および第２ｎ型クラッド層２３のそれぞれのＡｌの組成ｘよりも大きいので、光コントロール層２２の屈折率は、第１ｎ型クラッド層２１および第２ｎ型クラッド層２３のそれぞれの屈折率よりも小さくなっている。
【００２６】
活性層２４は、例えば、厚さが６０ｎｍであり、組成の異なるＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ（但し、ｚ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層２４は、発光領域として機能するものであり、その発光波長は例えば７８０ｎｍである。
【００２７】
第１ｐ型クラッド層２５は、例えば、厚さが０．４μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶により形成されている。第２ｐ型クラッド層２６は、例えば、厚さが０．７μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されている。ｐ型中間層は、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＩｎＰにより形成されている。ｐ型キャップ層４１Ａは、例えば、厚さが０．３μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓにより形成されている。
【００２８】
ここで、第２ｐ型クラッド層２６がＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されることにより、第１ｐ型クラッド層２５および第２ｐ型クラッド層２６から構成されるｐ型クラッド層の一部がＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されるために、このｐ型クラッド層の屈折率は、第１ｎ型クラッド層２１と第２ｎ型クラッド層２３とが共にＡｌＧａＡｓ混晶からなるｎ型クラッド層の屈折率よりも小さくなっているが、このｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差は、第１ｎ型クラッド層２１と第２ｎ型クラッド層２３との間に形成された光コントロール層２２によって補償されている。
【００２９】
また、第２ｐ型クラッド層２６，ｐ型中間層およびｐ型キャップ層４１Ａは、共振器方向に延長された細い帯状となっており、電流狭窄をするようになっている。この帯状部分の両側には、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック領域４２Ａがそれぞれ設けられている。ちなみに、このｐ型キャップ層４１Ａに対応する活性層２４の領域が発光領域となっている。
【００３０】
ｐ型キャップ層４１Ａの上には、ｐ側電極５１Ａが形成されている。このｐ側電極５１Ａは、例えば、ｐ型キャップ層４１Ａの側からチタン，白金および金を順次積層して熱処理により合金化されたものであり、ｐ型キャップ層４１Ａと電気的に接続されている。
【００３１】
レーザ素子部１０Ｂには、基板１１の上に、例えば、ｎ型クラッド層３１，活性層３２，ｐ型クラッド層３３，ｐ型中間層（図示せず）およびｐ型キャップ層４１Ｂが順次形成されている。これらの各層は、例えば、短周期型周期表における３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）と短周期型周期表における５Ｂ族元素のうちの少なくともリン（Ｐ）とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から構成されている。
【００３２】
具体的には、ｎ型クラッド層３１は、例えば、厚さが１．１μｍであり、ｎ型不純物としてケイ素が添加されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されている。活性層３２は、例えば、例えば、厚さが７０ｎｍであり、組成の異なるＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ≧０かつｙ≧０）混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層３２は、発光領域として機能するものであり、その発光波長は例えば６５０ｎｍである。ｐ型クラッド層３３は、例えば、厚さが０．４μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されている。ｐ型中間層は、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＩｎＰにより形成されている。ｐ型キャップ層４１Ｂは、例えば、厚さが０．７μｍであり、ｐ型不純物として亜鉛が添加されたｐ型ＧａＡｓにより形成されている。
【００３３】
なお、ｐ型クラッド層３３の一部，ｐ型中間層およびｐ型キャップ層４１Ｂは、共振器方向に延長された細い帯状に形成されており、電流狭窄をするようになっている。この帯状部分の両側には、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック領域４２Ｂがそれぞれ設けられている。ちなみに、このｐ型キャップ層４１Ｂに対応する活性層３２の領域が発光領域となっている。
【００３４】
ｐ型キャップ層４１Ｂの上には、ｐ側電極５１Ｂが設けられている。このｐ側電極５１Ｂは、レーザ素子部１０Ａのｐ側電極５１Ａと同様の構成を有しており、例えば、ｐ型キャップ層４１Ｂの側からチタン，白金および金を順次積層して熱処理により合金化されたものであり、ｐ型キャップ層４１Ｂと電気的に接続されている。
【００３５】
また、基板１１の裏面には、レーザ素子部１０Ａ，１０Ｂに共通のｎ側電極５２が形成されている。このｎ側電極５２は、例えば、基板１１の側から金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケルおよび金を順次積層して熱処理により合金化されたものである。
【００３６】
次に、図２〜図４および図１を参照して、半導体レーザ１０の製造方法について説明する。
【００３７】
まず、図２（Ａ）に示したように、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板１１を用意し、この基板１１の上にＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ混晶からなる第１ｎ型クラッド層２１，Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓ混晶からなる光コントロール層２２，第２のｎ型クラッド層２３，ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ（但し、z≧０）混晶よりなる活性層２４，ｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶からなる第１ｐ型クラッド層２５，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶からなる第２ｐ型クラッド層２６、ｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層（図示せず），ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層４１Ａを順次成長させる。
【００３８】
ここで、第１ｎ型クラッド層２１および第２ｎ型クラッド層２３でのＡｌの組成ｘは、例えば０．６以上０．７未満の値とする。光コントロール層２２のＡｌの組成ｙは、第１ｎ型クラッド層２１および第２のｎ型クラッド層２３のそれぞれのＡｌの組成ｘよりも大きい、例えば０．７以上の値とする。
【００３９】
次いで、図２（Ｂ）に示したように、ｐ型キャップ層４１Ａの上にレーザ素子部１０Ａの形成予定領域に対応してレジスト膜６１を形成する。次に、このレジスト膜６１をマスクとして、例えば、塩酸系のエッチング溶液を用いてｐ型キャップ層４１Ａ，ｐ型中間層，第２ｐ型クラッド層２６を選択的に除去し、フッ酸系のエッチング溶液を用いて第１ｐ型クラッド層２５，活性層２４，第２ｎ型クラッド層２３，光コントロール層２２および第１ｎ型クラッド層２１のレジスト膜６１に覆われていない部分をそれぞれ選択的に除去する。
【００４０】
レジスト膜６１を除去した後、図３（Ａ）に示したように、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶よりなるｎ型クラッド層３１，Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｐ（但し、ｘ≧０かつｙ≧０）混晶よりなる活性層３２，およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶よりなるｐ型クラッド層３３，ｐ型ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層（図示せず），ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型キャップ層４１Ｂを順次成長させる。
【００４１】
次いで、図３（Ｂ）に示したように、ｐ型キャップ層４１Ｂの上にレーザ素子部１０Ｂの形成予定領域に対応してレジスト膜６２を形成する。続いて、このレジスト膜６２をマスクとして、例えば塩酸系のエッチング溶液を用いてｐ型キャップ層４１Ｂ，ｐ型中間層，ｐ型クラッド層３３，活性層３２およびｎ型クラッド層３１をそれぞれ選択的に除去する。
【００４２】
レジスト膜６２を除去した後、図４（Ａ）に示したように、レーザ素子部１０Ａのｐ型キャップ層４１Ａ、および、レーザ素子部１０Ｂのｐ型キャップ層４１Ｂの上に、例えば細い帯状をしたＳｉＯ2 膜６３Ａ，６３Ｂを形成する。続いて、これらＳｉＯ2 膜６３Ａ，６３Ｂをマスクとして、例えば、塩酸系のエッチング溶液を用いてｐ型キャップ層４１Ａ、ｐ型中間層、第２ｐ型クラッド層２６、ｐ型キャップ層４１Ｂ、ｐ型中間層、およびｐ型クラッド層３３の一部のそれぞれを選択的に除去する。このとき、塩酸系のエッチング溶液として、例えば、塩酸と水との比が２：１であるものを用いる。
【００４３】
ＳｉＯ2 膜６３Ａ，６３Ｂを選択成長マスクとして用い、図４（Ｂ）に示したように、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック領域４２Ａ、４２Ｂを形成する。ここでは、リソグラフィ技術を用いて電流注入領域の位置を規定するようにしているので、それらの位置を精確に制御できるようになっている。
【００４４】
このように、本実施の形態では、レーザ素子部１０Ａの第２ｐ型クラッド層２６とレーザ素子部１０Ｂのｐ型クラッド層３３とを同じ半導体材料で形成するようにしたので、後の工程で、同時にエッチング等のプロセスを行うことができるようになり、その結果、製造プロセスが容易となる。
【００４５】
ＳｉＯ2 膜６３Ａ，６３Ｂを除去した後、ｐ型キャップ層４１Ａ，４１Ｂの表面およびその近傍に、例えば、ニッケル，白金および金を順次蒸着し、ｐ側電極５１Ａ，５１Ｂをそれぞれ形成する。基板１１の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングする。続いて、基板１１の裏面側に、例えば、金とゲルマニウムとの合金，ニッケルおよび金を順次蒸着し、各レーザ素子部１０Ａ，１０Ｂに共通のｎ側電極５２を形成する。そののち、加熱処理を行い、ｐ側電極５１Ａ，５１Ｂおよびｎ側電極５２を合金化する。更に、ここでは図示しないが、基板１１を例えばｐ側電極５１Ａ，５１Ｂの長さ方向に対して垂直に所定の幅で劈開し、その劈開面に一対の反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ１０が作製される。
【００４６】
この半導体レーザ１０では、レーザ素子部１０Ａのｐ側電極５１Ａとｎ側電極５２との間に所定の電圧が印加されると、活性層２４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、レーザ素子部１０Ａから７８０ｎｍの波長の光が出射される。更に、レーザ素子部１０Ｂのｐ側電極５１Ｂとｎ側電極５２との間に所定の電圧が印加されると、活性層３２に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、レーザ素子部１０Ｂから６５０ｎｍの波長の光が出射される。ここで、レーザ素子部１０Ａ，１０Ｂからの出射光は、一対の反射鏡のそれぞれ同一の側から光が出射する。
【００４７】
このとき、レーザ素子部１０Ａ，１０Ｂのそれぞれではパルセーション現象を利用することによってレーザ発振するが、レーザ素子部１０Ａにおいては、図５（Ａ）に示したように、活性層２４に、この活性層２４内に注入された電子が正孔と再結合することによって発光する発光領域２４ａと、この発光領域２４ａよりも光ゲインが小さい過飽和吸収領域２４ｂとが形成されている。この過飽和吸収領域２４ｂは、電流ブロック領域４２Ａの屈折率を変化させること、電流狭窄をするための第２ｐ型クラッド層２６の幅を変えること、第１ｐ型クラッド層２５の厚さを変化させること、あるいは、活性層２４の体積を変化させることによって形成され、活性層２４内に注入された電子と発光領域２４ａで発生した光との相互作用を促進させる機能を有する。このような過飽和吸収領域２４ｂの作用によって、自励振動が緩和せずにレーザ発振がなされる。
【００４８】
ここで、第２ｐ型クラッド層２６がＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されることにより、第１ｐ型クラッド層２５および第２ｐ型クラッド層２６から構成されるｐ型クラッド層の一部がＡｌＧａＩｎＰ混晶により形成されるために、このｐ型クラッド層の屈折率は、第１ｎ型クラッド層２１と第２ｎ型クラッド層２３とが共にＡｌＧａＡｓ混晶からなるｎ型クラッド層の屈折率よりも小さくなっているが、本実施の形態では、第１ｎ型クラッド層２１と第２ｎ型クラッド層２３との間に光コントロール層２２が形成され，この光コントロール層２２によってｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差が補償される。
【００４９】
このように、光コントロール層２２によって、ｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差が補償されるので、活性層２４内の発光領域２４ａの光分布が、活性層２４およびその近傍の領域と一致し、活性層２４に対して対称となる。よって、過飽和吸収領域２４ｂでの光吸収が多くなって、パルセーションマージンが大きくなる。また、図５（Ｂ）に示したように、活性層２４からの出射光のＦＦＰ形状が垂直方向に広くなることが防止される。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、パルセーション型のレーザの性能を向上させることできる。
【００５０】
このように本実施の形態に係る半導レーザ１０では、レーザ素子部１０Ａの第１ｎ型クラッド層２１と第２ｎ型クラッド層２３との間に、光コントロール層２２を形成し、この光コントロール層２２によってｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差を補償するようにしたので、活性層２４内の発光領域２４ａの光分布を、活性層２４およびその近傍の領域と一致させて、活性層２４に対して対称とすることができる。従って、過飽和吸収領域２４ｂでの光吸収が多くなることにより、パルセーションマージンを広くすることができ、また、活性層２４から出射された光のＦＦＰ形状が垂直方向に広くなることを防止することができる。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることできる。
【００５１】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明をレーザ素子部１０Ａおよびレーザ素子部１０Ｂからなる２波長レーザに適用するようにしたが、３つ以上のレーザ素子部から構成される３波長以上のレーザに適用してもよい。
【００５２】
また、上記実施の形態では、本発明をパルセーション型の半導体レーザ１０に適用するようにしたが、他の半導体レーザ、例えば、ゲインガイド型の半導体レーザやインデックスガイド型の半導体レーザに適用してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、第１のレーザ素子部の第１のｎ型クラッド層と第２のｎ型クラッド層との間に光コントロール層を形成し，この光コントロール層によってｎ型クラッド層の屈折率とｐ型クラッド層の屈折率との差を低減させるようにしたので、活性層内の発光領域の光分布を、活性層およびその近傍の領域と一致させて、活性層に対して対称とすることができる。従って、活性層内の過飽和吸収領域での光吸収が多くなることにより、パルセーションマージンを広くすることができ、また、活性層から出射された光のＦＦＰ形状が垂直方向に広くなることを防止することができる。その結果、レーザ光の指向性を高めることができ、また、レーザ、特にパルセーション型のレーザの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図２】図１に示した半導体レーザの製造工程を表す断面図である。
【図３】図２に続く製造工程を表す断面図である。
【図４】図３に続く製造工程を表す断面図である。
【図５】図１に示した半導体レーザにおける発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部の特性を説明するための概略構成図である。
【図６】従来の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図７】従来の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図８】従来のパルセーション型の半導体レーザのレーザ素子部の概略構成図である。
【図９】パルセーション型の半導体レーザの構成を表す概略構成図である。
【図１０】パルセーション型の半導体レーザにおける発光波長が７８０ｎｍであるレーザ素子部の特性を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１０・・・ 半導体レーザ、１０Ａ，１０Ｂ…レーザ素子部、１１…基板、２１・・・ 第１ｎ型クラッド層、２２・・・ 光コントロール層、２３・・・ 第２ｎ型クラッド層、２４，３２・・・ 活性層、２４ａ・・・ 発光領域、２４ｂ・・・ 過飽和吸収領域、２５・・・ 第１ｐ型クラッド層、２６・・・ 第２ｐ型クラッド層、３１・・・ ｎ型クラッド層、３３・・・ ｐ型クラッド層、４１Ａ，４１Ｂ・・・ ｐ型キャップ層、４２Ａ，４２Ｂ・・・ 電流ブロック領域、５１Ａ，５１Ｂ…ｐ側電極、５２…ｎ側電極、６１，６２・・・ レジスト膜、６３Ａ，６３Ｂ・・・ ＳｉＯ2 膜
【図１】
0004144257.tif 000002
【図２】
0004144257.tif 000003
【図３】
0004144257.tif 000004
【図４】
0004144257.tif 000005
【図５】
0004144257.tif 000006
【図６】
0004144257.tif 000007
【図７】
0004144257.tif 000008
【図８】
0004144257.tif 000009
【図９】
0004144257.tif 000010
【図１０】
0004144257.tif 000011