(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された、少なくとも１層の第１導電型の第１クラッド層、活性層、および少なくとも１層の第２導電型の第２クラッド層を含むダブルへテロ構造と、半導体レーザの共振器長方向に延びるグルーブ状の導波路を有する電流ブロック層と、前記電流ブロック層のグルーブ状の導波路内に形成された第３クラッド層とを備え、
前記第３クラッド層上には少なくとも一方の共振器端面近傍に電流非注入領域となる電流非注入層が形成されるとともに、前記第３クラッド層と前記電流非注入層の屈折率が同一であることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの光源として使用される半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＶＤの登場により光ディスクの高密度化が進展し、現在、８．５ＧＢの大容量が実現されるに至っている。このＤＶＤドライブは、ＤＶＤだけでなく、ＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭの再生、特にＣＤ−Ｒディスクの再生が必須である。このように光ディスク機器の多様化が進むに伴い、その光源である半導体レーザにも高出力化や、自励発振特性などの高機能化が要望されている。特に半導体レーザの高出力化においては、共振器の反射端面において端面窓構造を用いることが非常に効果的であることが知られている。
【０００３】
端面窓構造を有する半導体レーザとしては、特開平０５−２９７０６号公報や特開平０５−１１４７６５号公報に記載されている構造が代表的である。特開平０５−１１４７６５号公報記載の従来例を図６に示す。１０１はｎ型基板であり、その上に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型クラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型第１クラッド層１０５、ｐ型エッチングストップ層１０６が順次積層されている。更に、リッジ状のｐ型第２クラッド層１０７が形成され、その上にｐ型キャップ層１０８が形成されている。ｐ型第２クラッド層１０７の両側部および共振器の端面近傍のｐ型第２クラッド層１０７上に、ｎ型電流ブロック層１０９が形成されている。ｐ型キャップ層１０８およびｎ型電流ブロック層１０９の上面には、ｐ型コンタクト層１１０が形成されている。
【０００４】
このように、端面近傍に電流ブロック層１０９を配置し、電流非注入領域を形成して、キャリア注入による熱の影響による端面近傍のバンドギャップの縮小を抑制することにより、端面近傍での光吸収を抑制し、光学損傷（ＣＯＤ）を防止することが可能である。この機能は、端面近傍の活性層を無秩序化によりバンドギャップを拡大した窓構造を有する半導体レーザにおいても必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平０５−１１４７６５号公報や特開平０５−１１４７６５号公報に示されたような端面非注入領域を有する半導体レーザの場合、以下のような問題がある。
【０００６】
すなわち、非注入領域と非注入領域以外（利得領域）での導波路領域の光分布に関して、端面非注入領域では、リッジ１０７上に屈折率の異なる電流ブロック層１０９が存在することになる。これは、コンタクト層１１０が活性層１０４の光を吸収し、電流ブロック層１０９も活性層１０４の光を吸収するような損失導波型レーザでは特に問題にはならない。一方、電流ブロック層１０９が活性層１０４の光を吸収しない実屈折率導波型レーザでは、クラッド層１０７よりも屈折率の低い電流ブロック層１０９の存在により、利得領域と非注入領域の光分布が異なり、カップリングロスによる閾値電流の増大や、複合共振器形成によるノイズ特性劣化を招く。
【０００７】
本発明は、利得領域と非注入領域の光分布をほぼ同じにして、実屈折率導波型半導体レーザの基本特性を安定化させ、かつ歩留良く作製することを可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザは、半導体基板上に形成された、少なくとも１層の第１導電型の第１クラッド層、活性層、および少なくとも１層の第２導電型の第２クラッド層を含むダブルへテロ構造と、半導体レーザの共振器長方向に延びるグルーブ状の導波路を有する電流ブロック層と、前記電流ブロック層のグルーブ状の導波路内に形成された第３クラッド層とを備える。前記第３クラッド層上には少なくとも一方の共振器端面近傍に電流非注入領域となる電流非注入層が形成されるとともに、前記第３クラッド層と前記電流非注入層の屈折率が同一である。
【００１０】
以上の構成によれば、利得領域と非注入領域の光分布をほぼ同じにすることが可能となるため、カップリングロスによる閾値電流の増大を防止することが可能となる。同時に、複合共振器効果によるノイズ特性の劣化を防止することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザの断面図である。図１（ａ）は利得領域における断面、図１（ｂ）は、電流非注入領域における断面を示す。
【００１２】
図１（ａ）に示す利得領域においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌX1Ｇａ1-X1Ａｓ第１クラッド層２、７５０〜８７０ｎｍのレーザ光を発生するＡｌＧａＡｓ系材料の活性層３、ｐ型ＡｌX2Ｇａ1-X2Ａｓ第２クラッド層４、およびｐ型ＡｌX3Ｇａ1-X3Ａｓエッチングストップ層５を順次備えている。ｐ型エッチングストップ層５上には、リッジストライプ状のｐ型ＡｌX4Ｇａ1-X4Ａｓ第３クラッド層６が形成されている。第３クラッド層６上には、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７が形成されている。第３クラッド層６のリッジストライプ両側には、ｎ型ＡｌYＧａ1-YＡｓ電流ブロック層８、ＡｌX5Ｇａ1-X5Ａｓ保護層９が形成されている。ｐ型キャップ層７、ｎ型電流ブロック層８、およびｎ型保護層９の上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が形成されている。リッジストライプ状の第３クラッド層６は、半導体レーザの共振器方向に延びた導波路をなす。各構成層は、ＭＯＣＶＤ法により形成される。
【００１３】
本実施の形態に基づく実施例では、各クラッド層２、４、６、電流ブロック層８のＡｌ組成は、ＧａＡｓ基板１と同じ面方位を有する半導体層においてＸ１＝０．５５、Ｘ２＝０．５５、Ｘ３＝０．２、Ｘ４＝０．５７、Ｘ５＝０、Ｙ＝０．５７に設定し、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長を行った。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、電流非注入領域においては、第３クラッド層６の上部にも電流ブロック層８が形成されている。各構成層のＡｌ組成は、利得領域と同様である。
【００１５】
図２に、電流ブロック層８の各部を、リッジ上部（Ａ）、リッジ側壁部（Ｂ）、リッジ底面部（Ｃ）として示す。ＭＯＣＶＤ法によりリッジ上に電流ブロック層８を形成した場合、各部におけるＡｌ組成は、リッジ上部部（Ａ）およびリッジ底面部（Ｃ）では０．５７であるが、リッジ側壁（Ｂ）では０．６３となる。これは、リッジ側壁（Ｂ）でのＡｌ原料の取り込み効率が高いためである。ＭＯＣＶＤ成長における成長温度や成長圧力をうまく選ぶことにより、リッジ側壁（Ｂ）のＡｌ組成を制御することが可能である。リッジ側壁（Ｂ）でのＡｌ組成が高くなることにより、リッジ内外での実効屈折率差を確保することが可能となり（本実施の形態に基づく実施例では、実効屈折率差が３．４×１０-3）、リッジ導波路内に光を閉じ込めることが可能となる。また、電流非注入領域におけるリッジ上部（Ａ）の電流ブロック層８のＡｌ組成が第３クラッド層６と同一であるため、リッジ部における光分布を利得領域と非注入領域で同じにすることが可能となる。それにより、閾値電流の増加やノイズ特性劣化を防止することができる。
【００１６】
図３（ａ）は、本実施の形態に基づく実施例の半導体レーザにおける、電流−光出力特性を示す。比較のため、電流非注入領域の無いレーザの特性も示した。図３（ａ）から判るように、本実施の形態の構成を採用することにより、閾値電流の増加を招くことなく高出力特性が得られていることがわかる。
【００１７】
図３（ｂ）には、本実施の形態に基づく実施例の半導体レーザにおける、相対雑音強度の戻り光量依存性を示す。安定したノイズ特性が得られており、複合共振器効果によるノイズ特性劣化は確認されない。
【００１８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における半導体レーザの断面図である。図４（ａ）は利得領域における断面、図４（ｂ）は、電流非注入領域における断面を示す。
【００１９】
図４（ａ）に示す利得領域では、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ型ＡｌX1Ｇａ1-X1Ａｓ第１クラッド層２２、７５０〜８７０ｎｍのレーザ光を発生するＡｌＧａＡｓ系材料の活性層２３、ｐ型ＡｌX2Ｇａ1-X2Ａｓ第２クラッド層２４、ｐ型ＡｌX3Ｇａ1-X3Ａｓエッチングストップ層２５を順次備えている。ｐ型エッチングストップ層２５上には、グルーブ状のストライプ２６を有するｎ型ＡｌYＧａ1-YＡｓ電流ブロック層２７が形成されている。グルーブ状のストライプ２６及び電流ブロック層２７上には、ｐ型ＡｌX4Ｇａ1-X4Ａｓ第３クラッド層２８、ｐ型コンタクト層２９が形成されている。一方、図４（ｂ）に示す電流非注入領域では、第３クラッド層２８とコンタクト層２９の間にｎ型のＡｌX6Ｇａ1-X6Ａｓ電流非注入層３０が形成されている。
【００２０】
本実施の形態に基づく実施例では、各構成層はＭＯＣＶＤ法により形成され、各クラッド層２２、２４、２８、電流ブロック層２７等のＡｌ組成は、Ｘ１＝０．５５、Ｘ２＝０．５５、Ｘ３＝０．２、Ｘ４＝０．５７、Ｘ５＝０．５７、Ｘ６＝０．５７、Ｙ＝０．６２に設定され結晶成長が行われた。この場合、ストライプ内外での実効屈折率差が３．４×１０-3となる。本実施例のように、電流非注入層３０のＡｌ組成をクラッド層と同一にすることにより、屈折率が同一になり、利得領域と電流非注入領域での光分布を同じにすることができる。そのため、カップリングロスの増大による閾値電流の増加や、複合共振器効果によるノイズ特性劣化を防止することが可能となる。
【００２１】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３における半導体レーザの断面図である。図５（ａ）は利得領域における断面、図５（ｂ）は、電流非注入領域における断面を示す。
【００２２】
図５（ａ）に示す利得領域では、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ型ＡｌX1Ｇａ1-X1Ａｓ第１クラッド層３２、７５０〜８７０ｎｍのレーザ光を発生するＡｌＧａＡｓ系材料の活性層３３、ｐ型ＡｌX2Ｇａ1-X2Ａｓ第２クラッド層３４、ｐ型ＡｌX3Ｇａ1-X3Ａｓエッチングストップ層３５を順次備えている。ｐ型エッチングストップ層３５上には、グルーブ状のストライプ３６を有するｎ型ＡｌYＧａ1-YＡｓ電流ブロック層３７が形成されている。グルーブ状のストライプ３６及び電流ブロック層３７上には、ｐ型ＡｌX4Ｇａ1-X4Ａｓ第３クラッド層３８、ｐ型ＡｌX5Ｇａ1-X5Ａｓ第４クラッド層３９、およびｐ型コンタクト層４０が形成されている。一方、図５（ｎ）に示す電流非注入領域では、第３クラッド層３８と第４クラッド層３９の間にｎ型のＡｌX6Ｇａ1-X6Ａｓ電流非注入層４１が形成されている。グルーブ状のストライプを有する電流ブロック層３７は、半導体レーザの共振器方向に延びた導波路をなす。
【００２３】
本実施の形態に基づく実施例では、各構成層はＭＯＣＶＤ法により形成され、各クラッド層３２、３４、３８、３９、電流ブロック層３７等のＡｌ組成は、Ｘ１＝０．５５、Ｘ２＝０．５５、Ｘ３＝０．２、Ｘ４＝０．５７、Ｘ５＝０．５７、Ｘ６＝０．５７、Ｙ＝０．６２に設定され結晶成長が行われた。この場合、ストライプ内外での実効屈折率差が３．４×１０-3となる。本実施例のように、電流非注入層４１のＡｌ組成をクラッド層と同一にすることにより、屈折率が同一になり、利得領域と電流非注入領域での光分布を同じにすることができる。それにより、カップリングロスの増大による閾値電流の増加や、複合共振器効果によるノイズ特性劣化を防止することが可能となる。
【００２４】
以上の各実施の形態について、各構成層がＡｌＧａＡｓ系材料を用いた場合を例として説明したが、赤色半導体レーザで用いられるＡｌＧａＩｎＰ系材料でも同様の効果を得ることができる。また、端面近傍の活性層を無秩序化した窓構造を有する半導体レーザに本実施の形態を採用することにより、より安定した高出力特性を得ることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
電流非注入領域を有する実屈折率半導体レーザにおいて、リッジ状の導波路を有する半導体レーザの場合は、リッジ上の電流ブロック層の屈折率とリッジ部の屈折率を同一にすることにより、またグルーブ状のストライプを有する半導体レーザの場合は、グルーブ状のストライプを埋込ように成長されたクラッド層の屈折率と電流非注入層の屈折率を同一にすることにより、カップリングロスによる閾値電流、動作電流の増大を防止すると同時に、複合共振器効果によるノイズ特性劣化を防止し、半導体レーザの高機能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１における半導体レーザを示す図であり、（ａ）は利得領域における断面図、（ｂ）は電流非注入領域における断面図
【図２】  図１の半導体レーザのリッジ部における電流ブロック層の各部を示す斜視図
【図３】  実施の形態１に基づく半導体レーザの特性を示す図であり、（ａ）は電流−光出力特性、（ｂ）は相対雑音強度の戻り光量依存性を各々示す図
【図４】  実施の形態２における半導体レーザを示す図であり、（ａ）は利得領域における断面図、（ｂ）は電流非注入領域における断面図
【図５】  実施の形態３における半導体レーザを示す図であり、（ａ）は利得領域における断面図、（ｂ）は電流非注入領域における断面図
【図６】  従来例の電流非注入領域を有する半導体レーザの斜視図
【符号の説明】
１、２１、３１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２、２２、３２  ｎ型第１クラッド層
３、２３、３３  活性層
４、２４、３４  ｐ型第２クラッド層
５、２５、３５  ｐ型エッチングストップ層
６、２８、２９  ｐ型第３クラッド層
７  ｐ型キャップ層
８、２７、３７  ｎ型電流ブロック層
９  保護層
１０、２９、４０  ｐ型コンタクト層
２６、３６  グルーブ状のストライプ
３０、４１  ｎ型電流非注入層
３９  第４クラッド層
１０１  ｎ型基板
１０２  ｎ型バッファ層
１０３  ｎ型クラッド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型第１クラッド層
１０６  ｐ型エッチングストップ層
１０７  ｐ型第２クラッド層（リッジ）
１０８  ｐ型キャップ層
１０９  ｎ型電流ブロック層
１１０  ｐ型コンタクト層
【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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