(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、
上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から１００ｎｍ以内５０ｎｍ以上の所定距離以上離れた部分にＺｎが２×１０18ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下の濃度にドープされているとともに、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から上記所定距離未満の部分にはＺｎがドープされておらず、かつ、上記活性層は井戸層の数が８の多重量子井戸構造を有するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ。
【請求項２】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用い、
上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から１００ｎｍ以内５０ｎｍ以上の所定距離以上離れた部分にＺｎが２×１０18ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下の濃度にドープされているとともに、上記ｐ側クラッド層のうちの上記ｐ側クラッド層と上記活性層との界面から上記所定距離未満の部分にはＺｎがドープされておらず、かつ、上記活性層は井戸層の数が８の多重量子井戸構造を有する光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザおよびこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザにおいて、活性層近傍にｐｎ接合を形成することは、基本的要請である。このとき、このｐｎ接合を形成するｐ型半導体層およびｎ型半導体層を形成するための不純物のドーピングの量および位置の設定は、半導体レーザの諸特性に影響を及ぼすため、重要な設計パラメータと言える。特に、信頼性の観点からは、不純物をあまり多量にドーピングしたり、活性層に近い位置にドーピングしたりすることは、活性層に不純物が取り込まれ、そこが非発光再結合中心になる可能性が大きいため、避けられることが多い。一方、発振しきい値や微分効率などの静的な特性に関しては、ドーピングされた不純物の影響はそれほど強く表れないことから、信頼性を重視し、不純物の量を少なめ（例えば、正孔濃度で５×１０17ｃｍ-3程度）でかつ活性層から少し離れたところまで（クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍより離す）ドーピングすることが良く行われる。これらの手法を弱目のドーピングと呼ぶ（例えば、特開平６−２３７０３８号公報）。
【０００３】
一方、半導体レーザを光ディスク装置などの光源に応用しようとすると、半導体レーザへの戻り光をできるだけ抑える必要がある。このために、外部から高周波重畳を行ったり、自己パルセーション（自励発振ともいう）を起こさせたりすることで、発振スペクトルを多モードかつ広いスペクトル幅のものとし、レーザ光のコヒーレンスを落とし、戻り光に対する雑音レベルを向上させる方法が良く用いられる。
【０００４】
ここで、ドーピングを弱めに設定した半導体レーザとドーピングを強めに設定した半導体レーザとで高周波重畳時の雑音レベルを比較すると、ドーピングを強めに設定した半導体レーザの方が雑音レベルが良好であることから、信頼性を別の方法で確保することができれば、ドーピングをできるだけ強めに設定することが、戻り光雑音低減の観点からは有効である。
【０００５】
今後、光ディスクのさらなる高密度化が進むことを考えると、光ディスク装置用半導体レーザの戻り光雑音に対する要求はさらに厳しいものになることは確実であり、より一層の雑音低減は重要な課題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで、光ディスク装置用半導体レーザの戻り光雑音のより一層の低減を図るための有効な技術については何ら提案されておらず、雑音低減には限界があった。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、光ディスク装置の光源に用いた場合に戻り光雑音が極めて少ない半導体レーザおよびこの半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、実験的および理論的観点から、鋭意検討を行った。以下にその検討結果について説明する。
【０００９】
本発明者は、光ディスク装置、特にディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）装置の光ピックアップの光源に用いられるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの雑音特性の詳細な検討を行った。このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を有するものである。ここでは、強度雑音の指標として良く用いられる相対雑音強度（Relative Intensity Noise, ＲＩＮ）に注目し、このＲＩＮと半導体レーザの諸特性および構造パラメータとがどのような相関を持つかを調べた。
【００１０】
ＲＩＮを評価するために用いた手法について説明すると次の通りである。すなわち、光ディスク装置、特にＤＶＤ装置の光ピックアップの光源に用いられる半導体レーザは通常は屈折率導波型半導体レーザであるため、光ディスク再生時には高周波重畳を行う。ところで、高周波重畳を行った半導体レーザのＲＩＮは、図１に示すように、光出力を増すにつれて周期的に変動する。そして、半導体レーザによって、雑音の「こぶ」の位置の光出力が異なるために、特定の光出力に固定して測定したＲＩＮでは、相対評価を行うことができない。そこで、ここでは、図１における２番目の「こぶ」（緩和振動の２番目のピークが現れるために生じる雑音のこぶ）にあたるＰ２雑音に注目し、戻り光を戻さないときのＲＩＮ（Ｉ（intrinsic)−ＲＩＮ）値と２０％程度の強い戻り光を戻したときのＲＩＮ（ＯＦＢ（optical feedback) −ＲＩＮ）値とを評価した。なお、戻り光距離はＲＩＮに対して周期的な変動を生じさせるため、ＲＩＮを最悪にする距離（このときのＯＦＢ−ＲＩＮをｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮで表す）とそれ以外の距離（このときのＯＦＢ−ＲＩＮをｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮで表す）との両方で測定している。高周波重畳は、ＤＶＤ装置の光ピックアップに用いられている３３０ＭＨｚの強振幅（約３０ｍＡ振幅）で行った。また、ＲＩＮの評価は３ＭＨｚセンターで行った。
【００１１】
図２に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるレーザ構造を形成する半導体層の成長においてｐ側クラッド層を成長させるときにｐ型不純物として用いるＺｎのドープ位置（活性層とｐ側クラッド層との界面からこのｐ側クラッド層にＺｎドープを始める位置までの距離）とｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮとの関係を示す。ただし、測定試料は、成長時のＺｎ流量（具体的には、成長中にｐ型ドーパントとして流すジメチル亜鉛（ＤＭＺ）のマスフローコントローラの流量設定値）を２ｃｃに固定し、そのドーピングの基準位置Ｏは、活性層から約２５０ｎｍ、ｐ側クラッド層内の位置で、図１７のリッジ構造底面位置を意図的に制御したものであり、信頼性はいずれも良好なものである。図２に示すように、Ｚｎドープ位置とＩ−ＲＩＮとの相関は曖昧であるが、Ｚｎドープ位置とｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮとの相関は見られる。図２より、Ｚｎドープは活性層に近い位置から始めた方が戻り光に強い傾向が現れており、特に、活性層から１００ｎｍ以内の位置から始めると、雑音がかなり低くなっていることがわかる。さらに、図２には明確に現れていないが、活性層から５０ｎｍ以内の位置からＺｎドープを始めると雑音がより低くなる。
【００１２】
図３に、Ｚｎ流量とｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮとの関係を示す。図３より、Ｚｎ流量の多いものがｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮ、ｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびＩ−ＲＩＮともに低い傾向が見られる。また、ｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮのＺｎ流量依存性をよく見ると、あるＺｎ流量に最適値があるようで、この図では２ｃｃあたりに最適値があるように見える。Ｚｎ流量が実際に何ｃｃが良いかは、半導体層の成長に使用するオフ基板のオフ角度、成長温度、成長時の原料のＶ／ＩＩＩ比などに影響されると思われ、これだけのデータでは明言できない。傾向としては、Ｚｎ流量が多めの方が危険度は少ないと言うことができるが、注意が必要なのはＺｎ流量が少なめのときである。この場合、戻り光には非常に弱くなる可能性が高い。
【００１３】
以上のことからわかるように、ｐ側クラッド層へのＺｎドープは、その量も位置もかなり各ＲＩＮに影響を与えていることがわかる。基本的には、多めに、かつ、活性層に近くＺｎをドープすることが、ＲＩＮの改善には良好であると考えられる。
【００１４】
次に、Ｚｎドープが半導体レーザの諸特性に与える影響について説明する。
【００１５】
ＺｎドープがなぜＲＩＮに影響を与えるか、を考えるために、Ｚｎドープがレーザ特性の何に影響を及ぼしているかを検討する。まず、図４に、Ｚｎドープ位置との相関が強いＤＣ駆動時の微分効率Ｄ１、しきい値電流Ｉth、微分抵抗Ｒs および光出力５ｍＷに対する動作電圧Ｖopとの関係を示す。ただし、測定には、共振器長が５００μｍ、端面反射率が３０％−７５％のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを用いた。
【００１６】
図４に示すように、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなるにつれて、Ｉthは単調に下がり、Ｄ１は単調に増加する。これは、Ｚｎが活性層近くにまでドープされることにより、ｐ側クラッド層のバンドギャップ（Ｅg ）が大きくなり、注入キャリアの活性層からのオーバーフローが抑制されるためと考えられる。実際に、後に示すが、特性温度Ｔ0 が非常に向上する。また、Ｒs およびＶopはともにＺｎドープ位置との相関が強い関係にあるが（Ｖop＝Ｅg ＋Ｒs ×Ｉopであるので当然であるが）、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなると、ｐ側クラッド層の抵抗値は下がるため、トータルのＲs は減少する。そして、Ｒs の減少とＩopの減少との相乗効果によってＶopが急激に減少することがわかる。
【００１７】
Ｚｎドープ位置が以上のように半導体レーザの静特性に大きな影響を及ぼしているのに対し、Ｚｎ流量は静特性にさほどあらわには影響を及ぼしていない。
【００１８】
Ｚｎ流量が相関を持つ項目は、緩和振動周波数ｆr であり、Ｚｎドープ位置以上に相関は強い。この関係を図５に示す。ここで、図５Ａのｆr （Ｐ２）は光出力Ｐ２でのｆr 、図５Ｂのｆr （５ｍＷ）は光出力５ｍＷでのｆr を表す。図５より、Ｚｎ流量が多くなるにつれてｆr は高くなることがわかる。つまり、ｆr も、ＲＩＮ同様、Ｚｎドープに関してはドープ量が多めで、かつ、ドープ位置が活性層に近い方が高いという傾向を示している。
【００１９】
図６に、Ｚｎドーピング位置と、高周波重畳時の２番目の雑音のこぶに対応する光出力Ｐ２との関係を示したが、相関は強く、Ｚｎドープ位置が活性層に近くなるほど、Ｐ２は大きくなっていることがわかる。これも、Ｚｎドープがレーザ特性に与えている影響の一つと言える。
【００２０】
図７にＴ0 とｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮとの相関を示す。Ｔ0 が高いとＯＦＢ−ＲＩＮは低くなる傾向が強く、Ｔ0 の向上は雑音対策の良い指針となる。このことは、Ｚｎドープの効果と一致している。
【００２１】
次に、活性層を構成する井戸層の数との相関を調べる。図８に活性層を構成する井戸層の数とＯＦＢ−ＲＩＮとの相関を示す。図８より、全体的傾向として、井戸層の数が多めの方が戻り光雑音に関し良好であり、井戸層の数が５以上、より好適には７以上であれば、ｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮとも十分に低くすることができる。図９に井戸層の数とＩ−ＲＩＮとの相関を示すが、これらも相関は強い。ＯＦＢ−ＲＩＮと同様な相関があり、井戸層の数が多めの方がＩ−ＲＩＮも良好である。
【００２２】
図１０より、井戸構造はＰ２との相関が非常に強く、これが、各ＲＩＮに影響を与えていると考えられる。傾向としては、井戸層の数が多めのものがＰ２が高くなる。
【００２３】
次に、Ｒs との相関について説明する。半導体レーザの静特性の中で動特性と関連の深いパラメータの一つがＲs である。これは、特に、高周波重畳を行う場合、変調振幅ΔＩthに影響を与えるパラメータとして、従来から指標とされているものである。そこで、Ｒs が様々な値を有する試料を準備し、半導体レーザの主要特性とＲs との関係を調べた。まず、Ｒs が最も端的に現れる相関を２例挙げる。図１１にＲs とＶopとの相関を示した。先にも少し議論をしたが、Ｖopは次の関係式
Ｖop＝Ｅg ＋Ｒs ・Ｉop                                  （１）
ただし、Ｅg （ｅＶ）＝１．２４／λ（μｍ）：活性層バンドギャップでＲs と結ばれている。
【００２４】
今、Ｅg がほぼ一定（１．９ｅＶ）であるので、Ｉopさえ大きな変化がなければ、強い相関が出て当然の結果である。
【００２５】
次に興味深い相関は図１２に示したＲs とΔＩthとの相関であるが、これも非常に強い相関が現れた。浮遊容量が同じ環境なら、基本的に高周波重畳はかかりやすいほうがよいので、Ｒs は低めが良好と言える。
【００２６】
Ｒs が雑音に関して良い指標になるかどうかを調べたものが図１３および図１４である。これらはどれも強い相関を持っていると言え、Ｒs が低いほど各ＲＩＮは改善される。
【００２７】
図１５にＲs とｆr との相関を示す。ｆr という動的な特性が強くＲs と相関を持っていることがわかる。
【００２８】
Ｒs の相関で図１６に示したＴ0 との相関を挙げる。図１６に示すように、Ｒs が小さいほどＴ0 は高い。これは、Ｚｎが活性層付近まで十分にドープされた方が、Ｔ0 は高く、Ｒs は低くなる結果と考えられ、原因は明らかにＺｎドープである。
【００２９】
以上の実験結果を鑑み、レーザ設計上重要と考えられるパラメータの雑音への寄与の理由を整理すると以下のようになる。
【００３０】
（１）Ｚｎドープを強くするとＯＦＢ−ＲＩＮが改善される
これは、「Ｚｎドープが強い」→「Ｒs が下がり、Ｔ0 が上がる」→「重畳振幅が大きくなる」→「波長チャーピングΔνが大きくなる」→「戻り光に鈍感となる」という関係によるもの、あるいは、「Ｚｎドープが強い」→「Ｐ２が大きくなる」→「Ｉ−ＲＩＮが小さくなる」→「ＯＦＢ−ＲＩＮが小さくなる」という関係によるものである。
【００３１】
（２）活性層の井戸構造については、井戸層の数が多めでＯＦＢ−ＲＩＮが改善される
これは、「井戸層の数が多い」→「Ｐ２が上昇する」→「Ｉ−ＲＩＮが低下」→「ＯＦＢ−ＲＩＮも低下」という関係によるものと考えられる。
【００３２】
以上、屈折率導波型半導体レーザの雑音を、通常この種の半導体レーザに使用される高周波重畳駆動条件で戻り光のある場合とない場合とについて実験的に詳しく調べたが、さらに検討を行った結果、戻り光雑音の低減を図るためには、以下のような対策が有効であるという結論に至った。
【００３３】
１．ｐ側クラッド層へのＺｎ、より一般的にはｐ型不純物の活性化ドープ位置（ドーピングを行い、拡散後の不純物の確定した位置）はｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内、好適には５０ｎｍ以内の所定距離だけ離し、また、このドープ部の濃度は１×１０18ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度（例えば、３×１０18ｃｍ-3）以下、好適には２×１０18ｃｍ-3以下とする。
【００３４】
２．ｎ側クラッド層についても、例えばＳｅ、より一般的にはｎ型不純物の活性化ドープ位置はｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内、好適には５０ｎｍ以内の所定距離だけ離し、また、このドープ部の濃度は５×１０17ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度（例えば、１×１０18ｃｍ-3）以下とする。
【００３５】
３．活性層は井戸層の数が少なくとも５以上、好適には７以上の多重量子井戸構造とする。
【００３６】
なお、これらの対策のほか、緩和振動の２番目のピークが現れるために生じる雑音のこぶに対応する光出力Ｐ２を３ｍＷ以上とすることも有効である。
【００３７】
この発明は、本発明者による以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００３８】
すなわち、上記目的を達成するために、この発明の第１の発明は、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有する半導体レーザにおいて、
ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｐ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００３９】
この発明の第２の発明は、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有する半導体レーザにおいて、
ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物が５×１０17ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｎ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４０】
この発明の第３の発明は、
半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置において、
半導体レーザは、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物が１×１０18ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｐ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４１】
この発明の第４の発明は、
半導体レーザを光源に用いた光ディスク装置において、
半導体レーザは、
活性層をｎ側クラッド層とｐ側クラッド層とによりはさんだ構造を有し、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から１００ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物が５×１０17ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープされているとともに、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から所定距離未満の部分にはｎ型不純物がドープされておらず、かつ、活性層は井戸層の数が少なくとも５以上の多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とするものである。
【００４２】
この発明の第１および第３の発明において、好適には、ｐ側クラッド層のうちのｐ側クラッド層と活性層との界面から５０ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｐ型不純物を１×１０18ｃｍ-3以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープする。ｐ型不純物のドーピング飽和濃度は例えば約３×１０18ｃｍ-3である。また、好適には、ｐ型不純物のドーピング濃度は２×１０18ｃｍ-3以上とする。ｐ型不純物はＺｎが代表的であるが、その他のものであってもよい。
【００４３】
この発明の第２および第４の発明において、好適には、ｎ側クラッド層のうちのｎ側クラッド層と活性層との界面から５０ｎｍ以内の所定距離以上離れた部分にｎ型不純物を５×１０17ｃｍ-3以上以上ドーピング飽和濃度以下の濃度にドープする。ｎ型不純物のドーピング飽和濃度は例えば約１×１０18ｃｍ-3である。ｎ型不純物はＳｅが代表的であるが、その他のもの、例えばＳｉなどであってもよい。
【００４４】
この発明の第１、第２、第３および第４の発明において、活性層の井戸層の数は好適には７以上とする。
【００４５】
この発明において、光ディスク装置には、光ディスク再生装置、光ディスク記録装置、光ディスク記録および再生装置などの各種のものが含まれる。
【００４６】
上述のように構成されたこの発明の第１および第３の発明によれば、ｐ側クラッド層へのｐ型不純物のドーピング位置が活性層に十分に近く、かつ、ドーピング濃度も十分に高く、しかも、活性層が井戸層の数が５以上の多重量子井戸構造を有することにより、戻り光雑音の大幅な低減を図ることができる。
【００４７】
上述のように構成されたこの発明の第２および第４の発明によれば、ｎ側クラッド層へのｎ型不純物のドーピング位置が活性層に十分に近く、かつ、ドーピング濃度も十分に高く、しかも、活性層が井戸層の数が５以上の多重量子井戸構造を有することにより、戻り光雑音の大幅な低減を図ることができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】
図１７は、この発明の一実施形態によるリッジ構造の屈折率導波型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを示す。
【００５０】
図１７に示すように、この一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３、活性層４、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７が順次積層されている。ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７は、一方向に延びるストライプ形状を有する。このストライプ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８が埋め込まれ、これによって電流狭窄構造が形成されている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層７およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８上には、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極からなるｐ側電極９がｐ型ＧａＡｓキャップ層７とオーミックコンタクトして設けられている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面には、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極からなるｎ側電極１０がこのｎ型ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクして設けられている。
【００５１】
ｎ型ＧａＡｓ基板１としては、例えば、（１００）面方位を有するものや（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を有するものが用いられる。また、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５における組成比ｘ、ｙは、これらの層がｎ型ＧａＡｓ基板１と格子整合する値に選ばれ、具体的には、例えばｘ＝０．７、ｙ＝０．５に選ばれる。
【００５２】
活性層４は、例えば、図１８に示すように、井戸層としてのアンドープＧａＩｎＰ層と障壁層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ層とが交互に積層されたＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ  ＭＱＷ構造を有し、井戸層、すなわちアンドープＧａＩｎＰ層の数は少なくとも５以上、好適には７以上である。また、この活性層４のうちのｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５と接する部分は、光導波層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰ層からなる。
【００５３】
ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３のうち、このｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３と活性層４との界面から１００ｎｍ以内の所定距離、例えば５０ｎｍ未満にある部分３ａはアンドープであり、この界面から５０ｎｍ以上の距離にある部分３ｂには、ｎ型不純物として例えばＳｅが５×１０17〜１×１０18ｃｍ-3の不純物濃度にドープされていてｎ型となっている。また、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５のうち、このｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５と活性層４との界面から１００ｎｍ以内の所定距離、例えば５０ｎｍ未満にある部分５ａはアンドープであり、この界面から５０ｎｍ以上の距離にある部分３ｂには、ｐ型不純物として例えばＺｎが１×１０18〜３×１０18ｃｍ-3の不純物濃度にドープされていてｐ型となっている。
【００５４】
ストライプ形状を有するｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７、すなわちストライプ部の最下部の幅は例えば４μｍ以上、ストライプ部の最上部の幅は例えば３．５μｍ以上である。このとき、θ‖≦７．５°となる。
【００５５】
このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを構成する各半導体層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２は０．３μｍ、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３は１μｍ、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５は１μｍ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６は０．１μｍ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８は０．３μｍである。
【００５６】
このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器端面には端面コーティングが施されており、フロント側の端面の反射率Ｒf は３０％以上、好適には４０％、より好適には５０％以上、リア側の端面の反射率Ｒr は７０％以上、好適には８０％以上、より好適には９０％以上に設定されている。また、共振器長Ｌは例えば２５０μｍである。
【００５７】
次に、上述のように構成されたこの一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法について説明する。
【００５８】
この一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを製造するには、まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３、ＭＱＷ構造の活性層４、ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層８を順次成長させる。ここで、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３の成長時には、所定の厚さまではＳｅを濃度Ｎn にドープしながら成長を行い、その後Ｓｅのドープを停止して残りの部分の成長を行う。また、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５の成長時には、所定の厚さまではＺｎのドープを行わず、その後Ｚｎを濃度Ｎp にドープしながら成長を行う。
【００５９】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７上にリソグラフィーにより一方向に延びるストライプ形状のレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとして、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５の厚さ方向の途中の深さまでウエットエッチング法によりエッチングし、ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層７をストライプ形状にパターニングする。ここで、このウエットエッチングにおいては、例えば硫酸などからなるエッチング液を用いる。
【００６０】
次に、上述のウエットエッチングの際のマスクに用いたレジストパターンを除去した後、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８を選択的に成長させてストライプ部の両側の部分を埋め込む。
【００６１】
次に、例えば真空蒸着法によりｐ型ＧａＡｓキャップ層７およびｎ型ＧａＡｓブロック層８の全面にｐ側電極９を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にも同様にしてｎ側電極１０を形成する。
【００６２】
次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１をバー状に劈開して両共振器端面を形成し、さらにこれらの端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開してチップ化する。
【００６３】
この後、上述のようにして得られたレーザチップをパッケージングする。以上により、目的とするＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが製造される。
【００６４】
以上のように、この一実施形態によれば、ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層３およびｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層５とも、活性層４に十分に近い位置から適度に高濃度に不純物をドープしていること、活性層４の井戸層の数を少なくとも５以上としていることなどにより、戻り光雑音の低減に最適な構造となり、信頼性を十分に確保したまま、従来のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに比べて戻り光雑音を大幅に低減することができる。また、高周波重畳がかかりやすくなるため、高周波重畳回路の出力を小さくすることができる。さらに、Ｔ0 を高くすることができることにより、温度特性が向上する。また、しきい値電流密度の低減を図ることもできる。
【００６５】
次に、上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用いた光ディスク再生装置について説明する。図１９にこの光ディスク再生装置の構成を示す。
【００６６】
図１９に示すように、この光ディスク再生装置は、光源である発光素子として半導体レーザ１０１を備えている。この半導体レーザ１０１としては、上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられる。この光ディスク再生装置はまた、半導体レーザ１０１の出射光を光ディスクＤに導くとともに、この光ディスクＤによる反射光（信号光）を再生するための公知の光学系、すなわち、コリメートレンズ１０２、ビームスプリッタ１０３、１／４波長板１０４、対物レンズ１０５、検出レンズ１０６、信号光検出用受光素子１０７および信号光再生回路１０８を備えている。
【００６７】
この光ディスク再生装置においては、半導体レーザ１０１の出射光Ｌはコリメートレンズ１０２によって平行光にされ、さらにビームスプリッタ１０３を経て１／４波長板１０４により偏光の具合が調整された後、対物レンズ１０５により集光されて光ディスクＤに入射される。そして、この光ディスクＤで反射された信号光Ｌ´が対物レンズ１０５および１／４波長板１０４を経てビームスプリッタ１０３で反射された後、検出レンズ１０６を経て信号光検出用受光素子１０７に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路１０８において、光ディスクＤに書き込まれた情報が再生される。
【００６８】
この光ディスク再生装置によれば、半導体レーザ１０１として、戻り光雑音が従来に比べて十分に低い上述の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを用いているので、光ディスク再生装置の寿命を長くすることができる。
【００６９】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による半導体レーザによれば、光ディスク装置の光源に用いた場合に戻り光雑音を極めて少なくすることができる。
【００７１】
また、この発明による光ディスク装置によれば、光源として用いられている半導体レーザの戻り光雑音が極めて少ないことにより、光ディスクの再生および／または記録を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザの光出力とＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図２】ＲＩＮとＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図３】ＲＩＮとＺｎ流量との関係を示す略線図である。
【図４】Ｄ１、Ｉth、Ｒs およびＶopとＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図５】ｆr とＺｎ流量との関係を示す略線図である。
【図６】Ｐ２とＺｎドープ位置との関係を示す略線図である。
【図７】ｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮとＴ0 との関係を示す略線図である。
【図８】ｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮと井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図９】Ｉ−ＲＩＮと井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図１０】Ｐ２と井戸層の数との関係を示す略線図である。
【図１１】ＶopとＲs との関係を示す略線図である。
【図１２】Ｒs とΔＩthとの関係を示す略線図である。
【図１３】Ｒs とＰ２でのＩ−ＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図１４】Ｒs とＰ２でのｍｉｎ  ＯＦＢ−ＲＩＮおよびｍａｘ  ＯＦＢ−ＲＩＮとの関係を示す略線図である。
【図１５】Ｒs とｆr との関係を示す略線図である。
【図１６】Ｒs とＴ0 との関係を示す略線図である。
【図１７】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを示す斜視図である。
【図１８】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザのエネルギーバンド図である。
【図１９】この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを光源に用いた光ディスク再生装置を示す略線図である。
【符号の説明】
１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３・・・ｎ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層、４・・・活性層、５・・・ｐ側（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ｐクラッド層、６・・・ｐ型ＧａＩｎＰ中間層、７・・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層、８・・・ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、９・・・ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極
【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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【図７】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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