(57)【要約】【課題】キンクレベル、動作電圧、温度特性及び水平広がり角が最適化された２波長半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置は、第１発光部１及びそれより発光波長の長い第２発光部２を有する。第１発光部１及び第２発光部２は各々キャリア注入に用いるストライプ状リッジ構造を有する。第１発光部１のリッジ構造４０は、幅Ｗｆ１で前端面５から長さＬ３の第１前端領域４０ｃ、幅Ｗｒ１で後端面６から長さＬ１の第１後端領域４０ａ及びこれらの間の長さＬ２の第１テーパ領域４０ｂを備え、Ｗｆ１＞Ｗｒ１である。第２発光部２のリッジ構造４１は、幅Ｗｆ２で前端面５から長さＬ６の第２前端領域４１ｃ、幅Ｗｒ２で後端面６から長さＬ４の第２後端領域４１ａ及びこれらの間の長さＬ５の第２テーパ領域４１ｂを備え、Ｗｆ２＞Ｗｒ２である。更にＬ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６、Ｗｆ１＜Ｗｆ２及びＬ１＞Ｌ４である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１発光部と、前記第１発光部よりも長い波長にて発光する第２発光部とが設けられ、
前記第１発光部及び前記第２発光部は、それぞれ、第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられ、キャリアを注入するためのストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型クラッド層とを備え、
前記第１発光部における前記リッジ構造は、
幅Ｗｆ１で且つ前端面から長さＬ３の第１前端領域と、
幅Ｗｒ１で且つ後端面から長さＬ１の第１後端領域と、
前記第１前端領域及び前記第１後端領域の間に位置し、前端面側から後端面側に向かって幅が変化し且つ長さＬ２である第１テーパ領域とを備え、
Ｗｆ１＞Ｗｒ１の関係が成立し、
前記第２発光部における前記リッジ構造は、
幅Ｗｆ２で且つ前端面から長さＬ６の第２前端領域と、
幅Ｗｒ２で且つ後端面から長さＬ４の第２後端領域と、
前記第２前端領域及び前記第２後端領域の間に位置し、前端面側から後端面側に向かって幅が変化し且つ長さＬ５である第２テーパ領域とを備え、
Ｗｆ２＞Ｗｒ２の関係が成立し、
更に、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６、Ｗｆ１＜Ｗｆ２及びＬ１＞Ｌ４の関係が成立することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１において、
Ｌ３＞Ｌ２及びＬ５＞Ｌ６の関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとすると、
Ｒｆ＜Ｒｒの関係を満たすことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つにおいて、
前記第１前端領域、前記第１後端領域、前記第２前端領域及び前記第２後端領域は、いずれも、幅の変動が±１０％以下の形状を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記第１発光部及び前記第２発光部の両方において、前記第１導電型クラッド層及び前記第２導電型クラッド層がいずれもＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つにおいて、
前記第１発光部における前記活性層は、ＧａＩｎＰ系又はＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなり、
前記第２発光部における前記活性層は、ＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系の材料からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つにおいて、
前記第１発光部及び前記第２発光部の少なくとも一方における前記活性層は量子井戸活性層であり、
前記量子井戸活性層を含む共振器の前端面及び後端面の少なくとも一方の近傍において、不純物拡散により前記量子井戸活性層が無秩序化されていることを特徴とす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、光ディスク装置のピックアップ用光源、その他の電子装置、情報処理装置等の光源として用いられる半導体レーザ装置、特に、赤色域及び赤外域の２波長の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大容量を有するディジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）装置が市販されており、今後需要が益々伸びていく商品として注目されている。ＤＶＤは高密度記録であるため、記録及び再生用のレーザ光源としては、発光波長６５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが用いられている。このため、従来のＤＶＤ装置の光学ピックアップでは、発光波長が７８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを用いて記録・再生を行なうレコーダブルコンパクトディスク（ＣＤＲ）を記録・再生することはできなかった。
【０００３】
そこで、発光波長が６５０ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ（赤色レーザ）と、発光波長が７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ（赤外レーザ）とを別々のパッケージとして組み込むことにより、二つの波長のレーザを搭載した光学ピックアップが採用されている。これにより、ＤＶＤ及びＣＤＲをいずれも再生可能な装置が実現している。
【０００４】
しかしながら、上述のような光学ピックアップは、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザとＡｌＧａＡｓ系半導体レーザとの二つのパッケージを搭載していることにより、サイズが大きくなっている。このため、このような光学ピックアップを用いるＤＶＤ装置についてもサイズが大きくなってしまう。
【０００５】
これに対し、同一基板上に成長された半導体層により発光素子構造が形成され且つ互いに発光波長が異なる複数種類の半導体発光素子を有する集積型半導体発光装置が知られている。このような例としては、特許文献１の半導体装置がある。
【０００６】
該特許文献１に記載されている従来の集積型半導体発光装置の一例を図１１に示す。図１１に示すように、従来の集積型半導体レーザ装置１００において、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、発光波長が７８０ｎｍ帯であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６６０ｎｍ帯であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とが、互いに分離した状態で集積化されている。
【０００７】
ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１としては、例えば、（１００）面方位を有するもの又は（１００）面から例えば５〜１５°オフした面を主面とするものが用いられる。
【０００８】
また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１１、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１２、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造又は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１１３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１４及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５がこの順に順次積層されている。
【０００９】
ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１４の上部及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５は、一方向に延びるストライプ形状を構成している。このようなストライプ部の両側の部分には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１６が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１６の上には、ｐ側電極１１７が設けられ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１５とオーミックコンタクトしている。ｐ側電極１１７としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【００１０】
また、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２においては、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２２、ＳＱＷ構造又はＭＱＷ構造の活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２４、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６がこの順に順次積層されている。
【００１１】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２４の上部、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１２５及びｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６は、一方向に延びるストライプ形状を構成している。このようなストライプ部の両側の部分には、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１２７が設けられており、これによって電流狭窄構造が形成されている。ストライプ形状のｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６及びｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１２７上にはｐ側電極１２８が設けられており、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６とオーミックコンタクトしている。ｐ側電極１２８としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。
【００１２】
更に、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、ｎ側電極１２９が設けられ、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１とオーミックコンタクトしている。ｎ側電極１２９としては、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極やＩｎ電極が用いられる。
【００１３】
また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１のｐ側電極１１７およびＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２のｐ側電極１２８は、パッケージベース１３０上に互いに電気的に分離した状態で設けられたヒートシンクＨ１及びヒートシンクＨ２上にそれぞれＡｕＳｎ等によりハンダ付けされている。
【００１４】
上述のように構成された従来の集積型半導体レーザ装置１００によると、ｐ側電極１１７とｎ側電極１２９との間に電流を流すことにより、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することができる。また、ｐ側電極１２８とｎ側電極１２９との間に電流を流すことにより、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することができるようになっている。このとき、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１を駆動することにより波長７８０ｎｍ帯のレーザ光を取り出すことができると共に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２を駆動することにより波長６６０ｎｍ帯のレーザ光を取り出すことができる。
【００１５】
以上のように、従来の集積型半導体レーザ装置１００によれば、発光波長が７８０ｎｍ帯であるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１と、発光波長が６６０ｎｍ帯であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２とを同一基板上に有することにより、ＤＶＤ用のレーザ光と、ＣＤ用のレーザ光とを互いに独立に取り出すことができる。このため、集積型半導体レーザ装置１００をＤＶＤ装置の光学ピックアップにレーザ光源として搭載することにより、ＤＶＤ及びＣＤのいずれの再生及び記録も可能となる。
【００１６】
これらのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザＬＤ１及びＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザＬＤ２は、同一のｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に成長された半導体層によりレーザ構造が形成されているため、この集積型半導体レーザ装置のパッケージは一つで済む。このことから、光学ピックアップの小型化を図ることができ、したがってＤＶＤ装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
次に、半導体レーザにおいて、高速に光ディスクを書き換えるためには高い光出力が要求される。例えば、１６倍速以上の高速でＤＶＤの光ディスクを書き換えるためには、光出力として２４０ｍＷ以上の高出力が必要とされる。このような高出力を得るためには、高出力時に半導体レーザの端面が自らの光出力により溶融破壊される現象であるＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）を防ぐ必要がある。
【００１８】
ＣＯＤを防ぐためには、レーザの共振器端面内部における光密度を低減し、発熱を抑えることが有効である。このための方法としては、レーザ光を取り出す半導体レーザの前端面を、ＳｉＯ2 、又はＡｌ2 Ｏ3 等の誘電体によってコーティングすることにより、前端面の反射率を下げることが知られている。
【００１９】
一般的に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料又はＡｌＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ装置における共振器端面の反射率は、端面コーティングされていない場合、約３０％となる。この場合、共振器端面において約３０％のレーザ光が反射されて共振器内部にフィードバックされ、残りの約７０％の光が前端面より取り出されることになる。
【００２０】
これに対し、例えば、前面の反射率が６％となるように誘電体膜をコーティングすると、共振器端面において６％のレーザ光が反射されて共振器内部にフィードバックされ、残りの９４％の光が前端面より取り出されることになる。
【００２１】
つまり、前端面から取り出される光出力が同じ場合、前端面の反射率を５分の１とすると、共振器端面の光密度も５分の１にすることができる。従って、前端面の反射率の低減はＣＯＤレベルの増大につながり、高出力レーザを得るための有効な手段である。更に、レーザ光を取り出す共振器面とは逆の側である後端面反射率を高く設定すれば、半導体レーザの前端面からの光の取り出し効率を更に高めることができる。
【００２２】
このように、高出力半導体レーザにおいては、前端面の反射率を低減し、後端面の反射率は逆に高反射率とする端面コート条件が広く用いられている。
【００２３】
同一基板上にそれぞれ赤色及び赤外域で発光する半導体レーザを集積化した２波長レーザにおいても、高出力動作を得るためには、前述の理由から、赤色及び赤外の発光部におけるそれぞれの前端面及び後端面に対し、低反射率及び高反射率を同時に得ることが可能な誘電体膜をレーザ共振器端面にコーティングにより形成している。
【特許文献１】特開平１１−１８６６５１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
今後、１６倍速以上の記録速度に対応したＤＶＤやＢＤ（ブルーレイディスク）において高密度の記録・再生を行なう青紫色レーザ、ＤＶＤ用の赤色レーザ及びＣＤ用の赤外レーザという３個のレーザを搭載した光ピックアップの需要がますます高まっていくことが予想される。このような光ピックアップの場合、光源として用いられる赤色レーザには少なくとも３００ｍＷ以上の高出力動作が求められる。その理由は、ＢＤに記録するための青紫色レーザに対して光学系の伝達効率及び特性を最適化する必要があるために、赤色レーザ及び赤外レーザの光パワーロスが増え、より高い光出力が要求されるためである。
【００２５】
ここで、一般に、半導体レーザから放射されるレーザ光の広がり角は、活性層に対する垂直方向の方が水平方向よりも広い。具体的には、垂直方向に１４°〜１６°、水平方向に６°〜１１°程度である。このように、半導体レーザから出射されるレーザ光の広がりは楕円形状をしている。その楕円率（アスペクト比）が大きいと、集光レンズに取り込まれる光量の低下と、集光スポット径の増大を招くことになる。
【００２６】
このため、赤外レーザに比べてより集光特性及び記録パワーが要求される赤色レーザのアスペクト比を小さくするように、赤色レーザの水平広がり角を８°〜１１°とすると共に、赤外レーザの水平広がり角を６°〜１１°としている。
【００２７】
この特性を満たすためには、赤色レーザのレーザ光を外部に取り出す側の端面（前端面）側のストライプ幅を、赤外レーザの場合よりも狭くする。このようにストライプ幅を狭くして水平方向においてレーザ光の閉じ込められる幅を狭くすると、回折により、端面から出射されるレーザ光の広がり角が増大する。
【００２８】
また、３００ｍＷを越える高出力を得るためには、電流を増加させた時に、電流に対する光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）にキンクと呼ばれる非線形性が生じないようにする必要がある。キンクは、ストライプ内の高い電流密度と高い光密度とによって、光を閉じ込める屈折率が変化し、基本モードの光分布形状が乱されることに起因して発生する。このようなキンクが起る光出力（キンクレベル）を高めるためには、レーザ光を外部に取り出す前端面とは反対側である後端面の側のストライプ幅を前端面の側よりも更に狭くすることにより、基本モードの光分布を高出力まで維持するという構造が考案されている（特許文献２）。
【００２９】
このような従来の半導体レーザ素子について、一例を図１２に示す。図１２には、ストライプの平面形状が模式的に示されている。ストライプ２１３は、前端領域２１６、移行領域２１５及び後端領域２１４を有する構成である。
【００３０】
前端領域２１６は、前端面２２１から長さＬ１２の位置までの領域であり、この領域において一定のストライプ幅Ｗ１２を有する。また、後端領域２１４は、後端面２２２から長さＬ１１の位置までの領域であり、この領域において一定のストライプ幅Ｗ１１を有する。移行領域２１５は、前端領域２１６と後端領域２１４との間に位置して両者を繋ぐ長さＬ１３の領域であり、この領域において、前端領域２１６のストライプ幅Ｗ１２から後端領域２１４のストライプ幅Ｗ１１までストライプ幅が狭くなる。
【００３１】
ここで、ストライプ幅の狭い後端領域２１４の長さＬ１１を長くすると、電流を注入するストライプ領域の面積が小さくなるため、素子の動作電圧が上昇することになる。また、移行領域２１５の長さＬ１３を短くすると、ストライプ幅の狭い（Ｗ１１）後端領域２１４からストライプ幅の広い（Ｗ１２）に移行する角度θが大きくなるため、ストライプ内における光の散乱損失が増大する。これは、電流に対する光出力の効率であるスロープ効率が低下する原因となる。
【００３２】
これらのことから、駆動電圧、スロープ効率、キンクレベルの特性等をそれぞれ満足するような最適な設計を行なうことが重要である。図１２の例の場合は、単一波長のレーザ（４００ｎｍ帯の青紫色レーザ）であるため、最適な特性を得るための設計は容易である。
【００３３】
しかし、図１１のように、赤色レーザと赤外レーザとを同一基板上に集積化した２波長半導体レーザ装置の場合、赤色レーザ及び赤外レーザが同じ共振器長を有することになるため、単一波長レーザの場合には起らない問題が発生する。
【００３４】
一般に、赤外レーザと比較すると、赤色レーザの方がキンクレベルが低い、温度特性が悪い（温度上昇によるしきい値、動作電流等の増大が大きい）、動作電圧が高い、等の特性上の問題を有している。そのため、共振器長を長くすることにより、しきい値電流密度や動作電流密度を下げることが行なわれている。
【００３５】
しかし、２波長半導体レーザ装置において、赤色レーザの特性を良くするために共振器長を長くすると、赤外レーザについては、最適な特性を得るための共振器長よりも長くなってしまう。このため、赤外レーザにおいて、スロープ特性の低下と動作電流の増大とを招いてしまう。よって、このことの解決が課題となっている。
【００３６】
以上の課題に鑑み、本発明の目的は、赤色レーザ及び赤外レーザ等の複数のレーザを同一基板上に集積した高出力レーザ装置において、各レーザのキンクレベルの向上、動作電圧の低減、温度特性の向上、出射光の水平広がり角の設定等それぞれの特性を最適化し、３００ｍＷ以上等の高出力を得ることが可能な半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板上に、第１発光部と、第１発光部よりも長い波長にて発光する第２発光部とが設けられ、第１発光部及び第２発光部は、それぞれ、第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられ、キャリアを注入するためのストライプ状のリッジ構造を有する第２導電型クラッド層とを備え、第１発光部におけるリッジ構造は、
幅Ｗｆ１で且つ前端面から長さＬ３の第１前端領域と、幅Ｗｒ１で且つ後端面から長さＬ１の第１後端領域と、第１前端領域及び第１後端領域の間に位置し、前端面側から後端面側に向かって幅が変化し且つ長さＬ２である第１テーパ領域とを備え、Ｗｆ１＞Ｗｒ１の関係が成立し、第２発光部におけるリッジ構造は、幅Ｗｆ２で且つ前端面から長さＬ６の第２前端領域と、幅Ｗｒ２で且つ後端面から長さＬ４の第２後端領域と、第２前端領域及び第２後端領域の間に位置し、前端面側から後端面側に向かって幅が変化し且つ長さＬ５である第２テーパ領域とを備え、Ｗｆ２＞Ｗｒ２の関係が成立し、更に、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６、Ｗｆ１＜Ｗｆ２及びＬ１＞Ｌ４の関係が成立する。
【００３８】
つまり、第１発光部が有するストライプ状のリッジ構造において、共振器の両端の領域（第１前端領域及び第１後端領域）はそれぞれ幅（ストライプ幅）Ｗｆ１及びＷｒ１（Ｗｆ１＞Ｗｒ１）の略等幅であり、その間の第１テーパ領域は幅が前端側のＷｆ１から後端側のＷｒ１まで変化する。
【００３９】
同様に、第２発光部が有するストライプ状のリッジ構造において、共振器の両端の領域（第２前端領域及び第２後端領域）はそれぞれ幅Ｗｆ２及びＷｒ２（Ｗｆ２＞Ｗｒ２）の略等幅であり、その間の第２テーパ領域は幅が前端側のＷｆ２から後端側のＷｒ２まで変化する。
【００４０】
更に、第１発光部のリッジ構造の前端面における幅（第１前端領域の幅Ｗｆ１）は、第２発光部のリッジ構造の前端面における幅（第２前端領域の幅Ｗｆ２）よりも小さく、第１後端領域の長さＬ１は、第２後端領域の長さＬ４よりも長い。
【００４１】
このようにすると、第１発光部及び第２発光部において、それぞれ、動作電圧の低減、温度特性の向上及びキンクレベルの向上を実現すると共に、レーザ出力の水平広がりを調整し、複数の発光部を備える半導体レーザ装置として最適化することができる。また、発光効率を向上すると共に高いＣＯＤレベルを達成し、例えば３００ｍＷ以上の高出力とすることができる。これは、次の理由による。
【００４２】
第１に、リッジ構造により構成されるストライプの幅を広くすることにより、素子の直列抵抗を小さくして動作電圧を低減することができる。これにより、電流−光出力特性におけるスロープ効率が向上し、優れた温度特性を得ることができる。特に、共振器の前端面における光の反射率を後端面における光の反射率よりも低くする構成をとるとき、共振器内部の光密度は前端面に近いほど高くなる。このため、リッジ構造（及びストライプ）の幅を広くして電流の注入量を高める効果は、前端面の側において顕著に得られる。
【００４３】
しかし、ストライプの幅方向の中央付近において、誘導放出が強いためにキャリア密度が低下し、分布にくぼみが生じるという現象がある。これはキンクを発生させる原因となり、ストライプの幅が広いほど顕著に生じる。つまり、キンクを抑制するためには、ストライプの幅は狭い方がよい。
【００４４】
これらのことを合わせると、リッジ構造の幅を変化させて、前端面の側における幅が後端面の側における幅よりも大きくなる構造とするのがよい。但し、幅を変化させると、側壁における導波光の散乱損失が高くなって効率を低下させる。特に、光密度が高い前端面に近い側の領域における幅の変化は小さい方が好ましく、幅がほぼ一定である等幅の領域を備えているのが更に良い。
【００４５】
以上から、第１発光部及び第２発光部のいずれにおいても、リッジ構造のうち共振器の両端（前端及び後端）付近の領域は等幅であり且つ前端側において後端側よりも広く、その間に幅の変化する領域を備えているのがよい。
【００４６】
また、第１発光部よりも長い波長にて第２の発光部が発光するため、第１発光部から出射されるレーザの水平広がり角をより小さくすることが必要になる。これを実現するため、第１ストライプ構造における前端面の幅Ｗｆ１を第２ストライプ構造の前端面の幅Ｗｆ２よりも小さくする。
【００４７】
同様に、発光する波長の違いから、第１発光部におけるキンクレベルの低減が第２発光部よりも重要であり、これを実現するために、第１後端領域の長さＬ１を第２後端領域の長さＬ４よりも長くする。つまり、幅が狭いことによりキンクレベル低減に効果のあるストライプの後端部分をより長くする。
【００４８】
尚、Ｌ３＞Ｌ２及びＬ５＞Ｌ６の関係を満たすことも好ましい。
【００４９】
つまり、第１前端領域（長さＬ３）は第１テーパ領域（長さＬ２）よりも長く、第２テーパ領域（長さＬ５）は第２前端領域（長さＬ６）よりも長いことが好ましい。
【００５０】
第１発光部及び第２発光部の発光波長の違いから、それぞれにおいて動作電圧の低下とスロープ効率の向上を最適化するためには、このようにするのがよい。
【００５１】
また、前端面の反射率をＲｆ、後端面の反射率をＲｒとすると、Ｒｆ＜Ｒｒの関係を満たすことが好ましい。
【００５２】
このようにすると、第１発光部及び第２発光部のいずれにおいても発光効率を高めると共に高いＣＯＤレベルを実現することができる。
【００５３】
また、第１前端領域、第１後端領域、第２前端領域及び第２後端領域は、いずれも、幅の変動が±１０％以下の形状を有することが好ましい。
【００５４】
これらの幅がほぼ一定である領域は、例えばこのような程度の幅の変動であることが望ましい。
【００５５】
また、第１発光部及び第２発光部の両方において、第１導電型クラッド層及び第２導電型クラッド層がいずれもＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなることが好ましい。
【００５６】
それぞれのクラッド層について、例えばこのような材料からなっていても良い。また、第１の発光部及び第２の発光部について、ストライプを構成するためのリッジの形成を共通のプロセスにより行なうことが可能となるため、製造工程の簡素化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００５７】
また、第１の発光部における活性層は、ＧａＩｎＰ系又はＡｌＧａＩｎＰ系の材料からなり、第２の発光部における活性層は、ＧａＡｓ系又はＡｌＧａＡｓ系の材料からなることが好ましい。
【００５８】
これにより、赤色域において発光する第１発光部と、赤外域において発光する第２発光部とを備える半導体レーザ装置を得ることができる。
【００５９】
また、第１発光部及び第２発光部の少なくとも一方における活性層は量子井戸活性層であり、量子井戸活性層を含む共振器の前端面及び後端面の少なくとも一方の近傍において、不純物拡散により量子井戸活性層が無秩序化されていることが好ましい。
【００６０】
このように、活性層としては量子井戸活性層であっても良い。更に、不純物拡散によって無秩序化された領域（窓領域）を備えることにより、窓領域におけるレーザ発振に寄与しない非発光再結合を低減し、窓領域における素子の発熱を抑制することができる。この結果、ＣＯＤレベルの低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によると、赤色レーザ及び赤外レーザ等の複数の発光部を備える半導体レーザ装置において、それぞれ所望の水平拡がり角を満足し、素子の直列抵抗を下げて動作電圧の低減を図り、高出力動作に必要なキンクレベルを得ることが可能となる。また、発光効率を高め、高いＣＯＤレベルを達成して例えば３００ｍＷ以上の高出力を得ることができる。このため、複数の発光部を集積化した半導体レーザ装置を、簡略化した作製工程により高歩留まり、低コストに実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
【００６３】
図１（ａ）は、本実施形態に係る半導体レーザ装置５０の断面構造を示す模式図である。
【００６４】
半導体レーザ装置５０において、（１００）面から［０１１］方向に１０度傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、異なる波長をもって発光する二つの発光部として、赤色レーザ１と赤外レーザ２とが集積化されている。
【００６５】
まず、赤色レーザ１の構造から説明する。赤色レーザ１は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型の保護層１６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１７（膜厚０．４μｍ）が下からこの順に積層された構造を有する。
【００６６】
ここで、ｐ型クラッド層１４にはメサ状のリッジ部４０が設けられ、ｐ型の保護層１６及びｐ型コンタクト層１７についてはリッジ部４０上に形成されている。更に、リッジ部４０の側壁及びｐ型クラッド層１４のリッジ部４０以外の部分上を覆うように、ＳｉＮ誘電体膜からなる電流ブロック膜１５（膜厚０．３μm）が形成されている。尚、リッジ部４０の幅をＷ１と記している。
【００６７】
このとき、ｐ型クラッド層１４は、リッジ部４０の上端から活性層１３に達するまでの距離を１．４μｍ、リッジ部４０の下端から活性層１３に達するまでの距離をｄｐ（０．２μｍ）としている。
【００６８】
また、活性層１３は、歪量子井戸活性層であり、図１（ｂ）に示すような構造を有する。つまり、Ｇａ0.48Ｉｎ0.52Ｐからなる３層のウェル層１３ｗ１、１３ｗ２及び１３ｗ３と、その間に各々挟まれる（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる２層のバリア層１３ｂ１及び１３ｂ２（膜厚はそれぞれ５ｎｍ）と、これらの計５層を挟むように下と上とに位置し且ついずれも（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる第一ガイド層１３ｇ１及び第二ガイド層１３ｇ２（膜厚５０ｎｍ）とが積層された構造を有している。
【００６９】
この構造において、ｐ型コンタクト層１７から注入された電流は、電流ブロック膜１５によりメサ状のリッジ部４０の部分のみに狭窄され、リッジ部４０下方に位置するストライプ部分の活性層１３に集中して電流注入されることになる。この結果、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００７０】
このように活性層１３に注入されたキャリアの再結合により発光した光に対し、活性層１３に対して垂直な方向については、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４によって光閉じ込めが行なわれる。これと共に、活性層１３に対して水平な方向については、電流ブロック膜１５がｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４よりも低い屈折率を有することから光閉じ込めが行なわれる。
【００７１】
また、電流ブロック膜１５は、レーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。また、導波路を伝播する光の分布は電流ブロック膜１５に大きくしみ出すことができるため、高出力動作に適した屈折率差である１０-3オーダーのΔｎを容易に得ることができる。更に、Δｎについて、ｄｐの大きさを制御することによって同じく１０-3のオーダーをもって精密に制御することができる。
【００７２】
このようなことから、赤色レーザ１は、光分布を精密に制御することが可能であると共に低動作電流である高出力半導体レーザとなっている。
【００７３】
次に、赤外レーザ２は、活性層の構造を除いて赤色レーザ１と同様の構成を有し、また、発光する波長を除いて同様に動作する。詳しくは以下に説明する。
【００７４】
赤外レーザ２は、赤色レーザ１と同じｎ型ＧａＡｓ基板１０上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２（膜厚２．０μｍ）、量子井戸構造を有する活性層２３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層２６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２７（膜厚０．４μｍ）が下からこの順に積層された構造を有する。
【００７５】
ここで、ｐ型クラッド層２４についてもメサ状のリッジ部４１が設けられ、ｐ型の保護層２６及びｐ型コンタクト層２７についてはリッジ部４１上に形成されている。更に、リッジ部４１の側壁及びｐ型クラッド層２４のリッジ部４１以外の部分上を覆うように、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック膜２５（膜厚０．３μm）が形成されている。尚、リッジ部４１の幅をＷ２として記している。
【００７６】
このとき、ｐ型クラッド層２４は、リッジ部４１の上端から活性層２３に達するまでの距離を１．４μｍ、リッジ部４１の下端から活性層２３に達に達するまでの距離をｄｐ（０．２４μｍ）としている。
【００７７】
また、活性層２３は、量子井戸活性層であり、図１（ｃ）に示す構造を有している。つまり、ＧａＡｓからなる３層のウェル層２３ｗ１、２３ｗ２及び２３ｗ３と、その間に各々挟まれＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ）からなる２層のバリア層２３ｂ１及び２３ｂ２と、これらの計５層を挟むように下と上とに位置し且ついずれもＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなる第一ガイド層２３ｇ１及び第二ガイド層２３ｇ２とが積層された構造を有している。
【００７８】
この構造においても、赤色レーザ１の場合と同様、ｐ型コンタクト層２７から注入された電流は、電流ブロック膜２５によりメサ状のリッジ部４１の部分のみに狭窄される。このため、リッジ部４１下方に位置する部分の活性層２３に集中して電流注入されることになり、レーザ発振に必要なキャリアの反転分布状態が数十ｍＡ程度の小さい注入電流によって実現される。
【００７９】
また、活性層２３に注入されたキャリアの再結合によりこのとき生じた光の閉じ込めについても、赤色レーザ１と同様に行なわれる。つまり、活性層２３に垂直な方向に関して、ｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４により行なわれる。これと共に、活性層２３に平行な方向に関し、電流ブロック膜２５がｎ型クラッド層２２及びｐ型クラッド層２４よりも低い屈折率を有することにより光閉じ込めが行なわれる。
【００８０】
また、電流ブロック膜２５は、やはりレーザ発振光に対して透明であるため光吸収が無く、低損失の導波路を実現することができる。また、赤色レーザ１と同様に、導波路を伝播する光分布が電流ブロック膜２５にしみ出すことができることから、高出力動作に適した１０-3オーダーのΔｎを容易に得ることと、同じ１０-3のオーダーをもって精密に制御することがｄｐの制御により実現できる。
【００８１】
このようなことから、赤外レーザ２は、光分布を精密に制御すると共に低動作電流である高出力半導体レーザとなっている。
【００８２】
また、例えば８０℃の高温動作時において、放熱性を向上するため、３００ｍＷ以上の高出力レーザの場合、共振器長を１５００μｍ以上とすることにより動作電流密度を低減する。具体的には、本実施形態の場合、赤色レーザ１及び赤外レーザ２において共振器長を共に１７００μｍとしている。
【００８３】
また、赤色レーザ１及び赤外レーザ２のいずれにおいても、それぞれ赤色レーザ光及び赤外レーザ光に対し、共振器の前端面における反射率が７％、後端面における反射率が９４％となるように、誘電体膜によるコーティングが行なわれている。
【００８４】
次に、半導体レーザ装置５０の平面構成について、図２を参照して説明する。図２は、半導体レーザ装置５０をリッジ部４０の側から見た際の赤色レーザ１におけるメサ状のリッジ部４０及び赤外レーザ２におけるメサ状のリッジ部４１のストライプ形状を示している。ここで、レーザは前端面５から出射する。その反対側は後端面６である。
【００８５】
図２に示す通り、赤色レーザ１のリッジ部４０及び赤外レーザ２のリッジ部４１は、いずれも、前端面５及び後端面６にそれぞれ接する両端においてほぼ等幅の領域を有すると共に、その間に接続されたテーパ形状の領域を有している。
【００８６】
より具体的に、赤色レーザ１のリッジ部４０は、前端面５に接し長さＬ３で且つ幅Ｗｆ１（例えば３．５μｍ）の等幅である赤色側前端領域４０ｃと、後端面６に接し長さＬ１で且つ幅Ｗｒ１（例えばＷｆ１よりも狭い２．１μｍ）である赤色側後端領域４０ａと、これら二つの間を接続し、長さＬ２で且つ幅が前端面５側のＷｆ１から後端面６側のＷｒ１まで徐々に狭くなるように変化する赤色側テーパ領域４０ｂとを有している。
【００８７】
同様に、赤外レーザ２のリッジ部４１は、前端面５に接し長さＬ６で且つ幅Ｗｆ２（例えば４．５μｍ）の等幅である赤外側前端領域４１ｃと、後端面６に接し長さＬ４で且つ幅Ｗｒ２（例えばＷｆ２よりも狭い２．１μｍ）である赤色側後端領域４１ａと、これら二つの間を接続し、長さＬ５で且つ幅が前端面５側のＷｆ２から後端面６（リア）側のＷｒ２まで徐々に狭くなるように変化する赤外側テーパ領域４１ｂとを有している。
【００８８】
尚、リッジ幅とは、図１ではＷ１、Ｗ２として示していたリッジ部４０、４１の下端における幅のことである。図１のようにリッジ側面が垂直である場合、リッジ幅はストライプ幅と同じになる。また、リッジ側面が垂直でない場合、リッジ部の底部の幅がストライプ幅となる。
【００８９】
また、リッジ幅の変動が±１０％程度以下であれば、実質的に等幅であるものと考えることができる。
【００９０】
また、特に図示はしていないが、赤色レーザ１の活性層１３及び赤外レーザ２の活性層２３において、共振器の両端面付近にＺｎを不純物とする不純物拡散が行なわれ、これにより無秩序化された窓領域が形成されている。この窓領域の長さ（共振器の長さ方向についての寸法）は、いずれも２０μｍ程度である。これは共振器長の１７００μｍに対して十分に短く、以降の議論において特性に及ぼす影響は無視できる程度である。
【００９１】
以下、リッジ部４０及び４１の平面形状及びその効果について更に説明する。
【００９２】
まず、一般に高出力半導体レーザにおいて、前端面５の反射率（Ｒｆ）が１０％以下の低反射率、後端面６の反射率（Ｒｒ）が７５％以上の高反射率となるように誘電体膜によるコーティングを行なう。これにより、前端面５側の光取り出し効率を向上させると共に、前端面５付近における光密度を低減し、レーザの端面が溶融破壊（ＣＯＤ）する光出力レベルを向上させる。
【００９３】
このとき、共振器方向の前端面５側において後端面６側よりも光密度が高くなることから、活性層中においてレーザ発振のために消費されるキャリア数は、前端面５側において後端面６側よりも多く必要となる。このため、共振器中において光密度が相対的に高い前端面５側により多くの電流を注入すると、電流−光出力特性におけるスロープ効率を向上させて、温度特性に優れたレーザ素子とすることができる。
【００９４】
以上のことから、リッジ部４０及び４１において、前端面５側のリッジ幅を後端面６側のリッジ幅よりも広くする構成を取る。つまり、Ｗｆ１＞Ｗｒ１、Ｗｆ２＞Ｗｒ２とする。
【００９５】
次に、赤色レーザ１と赤外レーザ２との前端面におけるリッジ幅の違い（Ｗｆ１とＷｆ２との違い）について説明する。
【００９６】
赤色レーザ１は、赤外レーザ２に比べて集光特性及び記録パワーに関する要求が厳しいため、赤色レーザ１における水平広がり角を赤外レーザ２の場合に比べて広くしてアスペクト比を小さくする必要がある。これを実現するために、赤色レーザ１の前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ１を、赤外レーザ２の前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ２よりも狭くしている。本実施形態では、Ｗｆ１を３．５μｍ、Ｗｆ２を４．５μｍとする。これにより、赤色レーザ１における水平広がり角を９°、赤外レーザ２における水平広がり角を７．５°とすることができる。
【００９７】
次に、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の後端面６におけるリッジ幅（Ｗｒ１及びＷｒ２）について説明する。そのために、活性層（１３及び２３）における動作キャリア密度の水平方向の分布について考える。リッジ部の幅方向の光分布強度は中心部において最も高く、中心部において強い誘導放出が生じる。このため、ストライプ中心部付近においてキャリア濃度が相対的に低下し、図３に示すように、くぼみを有する分布となる。この現象は、キャリアの空間的ホールバーニングと呼ばれている。
【００９８】
このようなキャリア濃度のくぼみの大きさを図３のようにΔＮｃと表す。このときΔＮｃが大きいほど、活性層における水平方向の利得分布は、リッジ部中央付近において低く且つリッジ端部の下方において高い分布となる。このような分布となっている場合、リッジ部のわずかな左右（幅方向）非対称の為に光分布が左右に移動し、キンクが生じることになる。このような現象を抑制するためには、動作キャリア密度は低い方が良い。
【００９９】
一般に、活性層のバンドギャップエネルギーとクラッド層のバンドギャップエネルギーとの差を考えると、このような差は、赤外レーザ２の方が赤色レーザ１よりも大きい。このため、熱的に励起されたキャリアのオーバーフローは赤外レーザ２の方が赤色レーザ１よりも少ない。
【０１００】
また、赤外レーザ２における活性層２３の材料であるＡｌＧａＡｓ系材料の方が、赤色レーザ１における活性層１３の材料であるＡｌＧａＩｎＰ系材料よりも、同じ注入キャリア密度に対する利得が大きい。
【０１０１】
これらのことから、高温で且つ高出力の動作時において、動作キャリア密度は赤外レーザ２の方が赤色レーザ１に比べて低くなる。従って、同じリッジ幅であれば、より温度特性に優れる赤外レーザ２の方が、赤色レーザ１よりも動作キャリア密度が低いため、キンクは発生しにくい。
【０１０２】
次に、リッジ幅が広くなると、水平方向の光分布の基本モードと高次モードとの発振しきい値の差が小さくなる。このため、リッジ中央部におけるキャリア濃度の低下ΔＮｃに起因する屈折率分布の変化によって、高次モードに移行しやすくなる。この結果、リッジ幅を広くすると、キンクレベルが低下することになる。
【０１０３】
この一方、リッジ幅は、素子の直列抵抗に影響する。つまり、リッジ幅が広いと電流注入領域も広くなるため、素子の直列抵抗が小さくなると共に、動作電圧も低くなる。このことは消費電力の低減につながり、ひいては発熱量が低下するため、素子の温度特性の向上に貢献する。更に、レーザの駆動電圧が低減でき、回路設計上、有利である。
【０１０４】
以上から、リッジ幅は、キンクレベルの低下が発生しない範囲において、できるだけ広くする設計が良い。
【０１０５】
以上に説明した本実施形態の半導体装置におけるリッジ部４０及び４１の平面形状について要求される事項をまとめると、次のようになる。
（１）電流−光出力特性上、スロープ効率を向上させるためには、後端側のリッジ幅よりも前端側のリッジ幅を大きくするのが良い。つまり、赤色側後端領域４０ａの幅Ｗｒ１及び赤外側後端領域４１ａの幅Ｗｒ２に比べて、それぞれ順に、赤色側前端領域４０ｃの幅Ｗｆ１及び赤外側前端領域４１ｃの幅Ｗｒ２を大きくするのがよい。
（２）動作電圧を低減するためには、リッジ幅は広い方が良い。特に、光密度の高くなる前端面５付近の領域においてリッジ幅を広くするのが良い。
（３）キンク発生を抑制するためには、リッジ幅は狭い方が良い。
（４）水平広がり角の観点から、赤色レーザ１におけるリッジ幅を赤外レーザ２におけるリッジ幅よりも狭くするのが良い。
【０１０６】
これらのことから、動作電流及び動作電圧を低減すると共にキンクレベルを向上させるためには、図２に示すようなリッジ形状とするのが良いことになる。
【０１０７】
つまり、赤色レーザ１について説明すると、前端面５から距離Ｌ３までの範囲（赤色側前端領域４０ｃ）はリッジ幅が広く且つほぼ等幅であり、光密度の高い前端面５に近い領域により多くの電流を供給する。また、この赤色側前端領域４０ｃが長いほど、動作電圧を低減させることができる。次に、赤色側前端領域４０ｃの後端面６側に続く長さＬ２の範囲（赤色側テーパ領域４０ｂ）において、リッジ幅はＷｆ１からＷｒ１まで後ろに向かって狭くなる。その更に後ろの長さＬ１の範囲は、赤色側前端領域４０ｃよりも狭い幅Ｗｒ１を有し且つほぼ等幅の赤色側後端領域４０ａとなっている。後端面６に接している赤色側後端領域４０ａの幅が狭いことによりキンクレベルを上げることができ、この効果は赤色側後端領域４０ａが長い（Ｌ１が大きい）ほど顕著である。
【０１０８】
赤外レーザ２においても、最適なリッジ形状は赤色レーザ１の場合と同様である。但し、リッジ幅が同じであれば赤色レーザ１に比べて赤外レーザ２のキンクレベルが高くなることから、キンクレベルの向上に寄与する赤外側後端領域４１ａの長さＬ４については、Ｌ１に比べて短く設定することができる。
【０１０９】
その一方、赤外レーザ２は、赤色レーザ１に比べてレーザ光のエネルギーが小さい（光のエネルギーは波長が長いほど小さくなる）。このため、赤外レーザ２は赤色レーザ１に比べてスロープ効率が小さく、動作電流が大きくなってしまう。
【０１１０】
更に、同一の基板１０上に赤色レーザ１と赤外レーザ２とを集積化しているため、それぞれの共振器長が同じである。この場合に、温度特性の悪い赤色レーザ１にあわせた長さの共振器長に設定する必要があり、赤外レーザ２については最適な共振器長よりも長くなってしまう。この結果、赤外レーザ２において、リッジ導波路内の光損失のためにスロープ効率が低下する。
【０１１１】
一般に、リッジ幅が変化すると、リッジ側壁における導波光の散乱損失が大きくなり、効率低下の原因となる。従って、リッジ幅を変化させたことによる導波路損失の増大を低減するためには、リッジ幅の変化を緩やかにした方が良い。
【０１１２】
これらのことから、赤外レーザ２においては、リッジ幅が変化する赤外側テーパ領域４１ｂの長さＬ５を長くして光の損失を抑制し、スロープ効率の向上を図ることが重要になる。
【０１１３】
以上から、先に示した本実施形態におけるリッジ部４０及び４１の平面形状に関する要求に対し、次のような構造とするのが良いことになる。
（１）スロープ効率の向上のため、前端面５側のリッジ幅が後端面６側のリッジ幅よりも広い、つまり、Ｗｆ１＞Ｗｒ１及びＷｆ２＞Ｗｒ２を満たす構造である。
（２）出射光の水平広がりの観点から、赤色側前端領域４０ｃの幅が赤外側前端領域４１ｃの幅よりも狭い、つまり、Ｗｆ１＜Ｗｆ２を満たす構造である。
（３）赤色レーザ１におけるキンクレベル向上のため、Ｌ１＞Ｌ４を満たす構造である。
（４）赤色レーザ１における動作電圧を下げるためにＬ３＞Ｌ２とすると共に、赤外レーザ２におけるスロープ効率を向上するためにＬ５＞Ｌ６とする。
【０１１４】
図２には、これらを満たす構造を示している。
【０１１５】
以下には、これまでの内容の例として本実施形態の半導体レーザ装置５０について更に述べる。
【０１１６】
図４（ａ）には、赤色レーザ１について、前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ１と水平広がり角との関係を示す。同様に、図４（ｂ）には、赤外レーザ２について、前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ２と水平広がり角との関係を示す。ここで、どちらも８０℃パルス（パルス幅５０ｎｓ、デューティ比４０％）及び光出力４００ｍＷの場合を示している。
【０１１７】
図４（ａ）及び（ｂ）に示す通り、本実施形態の場合、赤色レーザ１の前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ１を３．５μｍ、赤外レーザ２の前端面５におけるリッジ幅Ｗｆ２を４．５μｍとすることにより、赤色レーザ１における水平広がり角を９°、赤外レーザ２における水平広がり角を７．５°とすることができる。
【０１１８】
次に、図５（ａ）には、赤色レーザ１の赤色側後端領域４０ａの長さＬ１を変化させた場合におけるキンクレベルの変化を示している。ここで、共振器長を１７００μｍとすると共に、Ｌ２＝Ｌ３としている。また、８０℃パルス駆動の場合である。
【０１１９】
図５（ａ）に示す通り、赤色レーザ１において、Ｌ１を長くすると４００μｍまでの範囲であればキンクレベルは向上する。しかし、それ以上にＬ１を長くするとキンクレベルは低下する。これは、Ｌ１が長くなるにつれてＬ２が短くなり、赤色側テーパ領域４０ｂにおけるリッジ幅の変化が大きくなるため、導波路損失が増大してキンクレベルが低下することによる。
【０１２０】
このようなことから、本実施形態の半導体レーザ装置５０において、Ｌ１は、最もキンクレベルの高くなる４００μｍとしている。
【０１２１】
また、図５（ｂ）には、赤外レーザ２の赤外側後端領域４１ａの長さＬ４を変化させたときのキンクレベルの変化を示している。ここで、共振器長を１７００μｍとすると共に、Ｌ５＝Ｌ６としている。また、８０℃パルス駆動（パルス幅５０ｎｓ、デューティ比４０％）の場合である。
【０１２２】
図５（ｂ）に示す通り、本実施形態の場合、Ｌ４を２００μｍとすると５００ｍＷ以上のキンクレベルを得ることができる。更にＬ４を長くするとキンクレベルは低下し、Ｌ４が６００μｍ付近において４５０ｍＷ程度となる。このようにピークが生じる理由は赤色レーザ１の場合と同様であるが、赤外レーザ２のキンクレベルは赤色レーザ１の場合に比べて高い。これは、赤外レーザ２の方が温度特性に優れ、動作キャリア密度が低く、キャリアの空間的ホールバーニングが小さいためと考えられる。
【０１２３】
次に、図６（ａ）に、赤色レーザ１の赤色側前端領域４０ｃの長さＬ３を変化させたときの動作電圧の変化を示している。ここで、共振器長を１７００μｍ、Ｌ１＝４００μｍとする。このため、Ｌ２＝１３００−Ｌ３μｍである。また、動作電圧は８０℃パルス駆動（パルス幅５０ｎｓ、デューティ比４０％）、光出力４００ｍＷ時の値である。
【０１２４】
図６（ａ）に示す通り、赤色レーザ１において、長さＬ３を長くすることにより動作電圧は低減するが、極値が存在、特にＬ３が１０００μｍ以上になると動作電圧が増大する。これは、Ｌ３が長くなるに連れて赤色側テーパ領域４０ｂにおけるリッジ幅の変化量が大きくなり、導波路損失が増大するために動作電流値が増大するためと考えられる。従って、赤色レーザ１において、赤色側前端領域４０ｃの長さＬ３として適しているのは、６００μｍ以上で且つ１０００μｍ以下の範囲である。
【０１２５】
また、図６（ｂ）には、赤外レーザ２の赤外側前端領域４１ｃの長さＬ６を変化させたときの動作電圧の変化を示している。ここで、共振器長を１７００μｍ、Ｌ４＝２００μｍとする。このため、Ｌ５＝１５００−Ｌ６μｍである。また、動作電圧は、やはり８０℃パルス駆動（パルス幅５０ｎｓ、デューティ比４０％）、光出力４００ｍＷ時の値である。
【０１２６】
図６（ｂ）に示す通り、赤外レーザ２において、赤外側前端領域４１ｃの長さＬ６が４００μｍの際に動作電圧が最小となる。これよりＬ６が長くなると導波路損失が増大する理由は、赤色レーザ１の場合と同様である。但し、導波路損失による効率の低下が赤色レーザ１の場合よりも大きく影響するため、赤色レーザ１の場合に比べて前端面５側の領域の長さは短い方が良い。
【０１２７】
これらの結果から、赤色レーザ１及び赤外レーザ２の共振器長が同じ１７００μｍである半導体レーザ装置５０において、赤色レーザ１について４００ｍＷ以上のキンクレベルが得られ且つ低い動作電圧特性が得られるように、Ｌ１を４００μｍ、Ｌ３を８００μｍとしている。また、赤外レーザ２について、５００ｍＷ以上のキンクレベルが得られ且つ低い動作電圧特性が得られるように、Ｌ４を２００μｍ、Ｌ６を４００μｍとしている。
【０１２８】
図７（ａ）及び（ｂ）には、赤色レーザ１及び赤外レーザ２について、８０℃、５０ｎｓ、パルスデューティ比４０％にて動作する場合の電流−光出力特性をそれぞれ示している。図７（ａ）から、赤色レーザ１では光出力４５０ｍＷまでキンクは発生しないことが分る。また、図７（ｂ）から、赤外レーザ２では、電流−光出力特性の線形性が極めて良好であり、５００ｍＷ以上のキンクレベルを有することが分る。
【０１２９】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置５０によると、複数の発光部を備えるレーザ装置において、キンクレベルの向上、動作電圧の低減、温度特性の向上、出射光の水平広がり角の設定について、それぞれ実現することができる。
【０１３０】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置５０と同様の半導体レーザ装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０（ａ）、（ｂ）は、半導体レーザ装置５０の製造方法を説明するための図である。
【０１３１】
まず、図８（ａ）に示すように、（１００）面から［０１１］方向に１０度傾けた面を主面とするｎ型ＧａＡｓ基板１０を準備し、この上に各層の成長を行なう。つまり、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層１２（膜厚２．０μｍ）、歪量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層１６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１７（膜厚０．４μｍ）及びＧａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型境界膜１８（０．０５μｍ）を、下からこの順に積層する。このためには、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metalorganic Chemical  Vapor Phase Deposition）法又はＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法を用い、それぞれ結晶成長を行なえばよい。
【０１３２】
尚、活性層１３は、より詳しくは、図１（ｂ）に示したような積層構造を備えている。該積層構造を形成するには、下から順に、第一ガイド層１３ｇ１、ウェル層１３ｗ１、バリア層１３ｂ１、ウェル層１３ｗ２、バリア層１３ｂ２、ウェル層１３ｗ３及び第二ガイド層１３ｇ２を形成すれば良い。また、本実施形態では歪量子井戸構造を有する活性層を用いているが、これには限定されない。例えば無歪の量子井戸層を用いても良いし、バルクの活性層であっても良い。更に、活性層１３の導電型について、ｐ型及びｎ型のどちらでも良いし、アンドープであっても構わない。
【０１３３】
次に、図８（ａ）の積層体に対し、ｐ型境界膜１８上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターン１９を形成した後、これをマスクとするエッチングを行なう。これにより、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン１９の無い部分について、先の工程で積層したｎ型バッファ層１１からｐ型境界膜１８までの積層膜を除去し、ｎ型ＧａＡｓ基板１０を露出させる。この際のエッチング液としては、硫酸系又は塩酸系のものを用いることができる。
【０１３４】
この後、レジストパターン１９を除去した後、図９（ｃ）に示すように、再びＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法等を用いて、露出したｎ型ＧａＡｓ基板１０上及びｐ型境界膜１８上に各層の成長を行なう。つまり、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２１（膜厚０．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｎ型クラッド層２２（膜厚２．０μｍ）、量子井戸構造を有する活性層２３、ｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ型クラッド層２４、ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる保護層２６（膜厚５０ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層２７（膜厚０．４μｍ）を下からこの順に積層する。
【０１３５】
活性層２３については、図１（ｃ）に示すような積層構造を有している。これを実現するには、やはり、下から順に、第一ガイド層２３ｇ１、ウェル層２３ｗ１、バリア層２３ｂ１、ウェル層２３ｗ２、バリア層２３ｂ２、ウェル層２３ｗ２及び第二ガイド層２３ｇ２を形成すれば良い。
【０１３６】
次に、図９（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによりレジストパターン２９を形成し、これをマスクとするエッチングにより、マスクの形成されていない部分についてｎ型バッファ層２１からｐ型コンタクト層２７までの積層構造と、ｐ型境界膜１８とを除去する。この後、レジストパターン２９を除去する。
【０１３７】
次に、図９（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層１７及び２７の上に、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）等を用いて厚さ０．３μｍのＺｎＯ膜を堆積する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによりＺｎ拡散源３０としてパターニングする。また、Ｚｎ拡散源３０とｐ型コンタクト層１７及び２７を覆うように、キャップ膜３３を形成する。
【０１３８】
この後、Ｚｎ拡散源３０からＺｎを熱拡散させることにより、Ｚｎ拡散領域３２を形成する。このとき、キャップ膜３３により表面を覆っているため、Ｚｎ拡散の工程中において、ｐ型コンタクト層１７及び２７の表面における結晶性の低下と、Ｚｎ拡散源３０の熱による分解は抑制される。この結果、窓領域における導波路の結晶性低下を招くことなく、安定して窓領域を形成することができる。尚、Ｚｎ拡散領域３２は、活性層１３及び活性層２３において窓領域となる領域である。Ｚｎ拡散源３０についても、これらに対応するように配置される。窓領域は、例えば、共振器端面部に形成される。
【０１３９】
拡散の後、Ｚｎ拡散源３０及びキャップ膜３３を除去する。
【０１４０】
次に、図９（ｃ）に示すように、大気圧熱ＣＶＤ法（３７０℃）を用いて、ｐ型コンタクト層１７及び２７上に厚さ０．３μｍの酸化シリコン膜を堆積させた後、更にフォトリソグラフィ及びエッチングによりパターニングして、ストライプマスク３１を形成する。
【０１４１】
続いて、該ストライプマスク３１をマスクとして用いるエッチングにより、ｐ型コンタクト層１７及び２７、ｐ型の保護層１６及び２６、ｐ型クラッド層１４及び２４を順次選択的にエッチングし、ヘテロ構造の積層体にメサ状のリッジ部４０及び４１を形成する。このとき、ｐ型クラッド層１４及び２４については、リッジ部４０及び４１以外にもエッチング前より薄い膜として残すようにする。
【０１４２】
次に、図１０（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により、リッジ部４０及び２４ａの側壁及びｐ型クラッド層１４及び２４の残存している部分等を覆うように、ＳｉＮ誘電体膜からなる電流ブロック膜１５及び２５を形成する。この際、ストライプマスク３１が残されていることにより、ｐ型コンタクト層１７及び２７の上には電流ブロック膜１５及び２５は形成されない。
【０１４３】
この後、図１０（ｂ）に示すように、フッ酸系エッチング液を用いるエッチングにより、ストライプマスク３１を除去する。
【０１４４】
以上のようにして、本実施形態の半導体レーザ装置が製造される。但し、以上に説明した材料、形状及び寸法等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
【０１４５】
また、本実施形態では、赤色レーザ部の結晶成長を行った後、赤外レーザ部の結晶成長を行っているが、この逆に、赤外レーザ部の結晶成長を行った後、赤色レーザ部の結晶成長を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明のレーザ装置は、発振波長が互いに異なり且ついずれも高いキンクレベル、低動作電流及び低動作電圧を実現する複数の発光部を備え、例えば赤色レーザと赤外レーザとを備える光学ピックアップ、情報処理装置、その他の電子装置におけるレーザ光源としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置の断面構造を模式的に示す図であり、図１（ｂ）及び（ｃ）は、順に、赤色レーザの活性層及び赤外レーザの活性層について積層構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態における半導体レーザ装置のリッジ形状を模式的に示す図である。
【図３】図３は、活性層における動作キャリアの空間的ホールバーニングの発生を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、赤色レーザの前端面におけるリッジ幅と、水平広がり角との関係を示し、図４（ｂ）は、赤外レーザの前端面におけるリッジ幅と、水平広がり角との関係を示す。
【図５】図５（ａ）は、赤色レーザにおける後端領域の長さとキンクレベルとの関係を示し、図５（ｂ）は、赤外レーザにおける後端領域の長さとキンクレベルとの関係を示す。
【図６】図６（ａ）は、赤色レーザにおける前端領域の長さと動作電圧との関係を示し、図６（ｂ）は、赤外レーザにおける前端領域の長さと動作電圧との関係を示す。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、順に、赤色レーザ及び赤外レーザにおける電流−光出力特性を示している。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を説明する図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、図８（ｃ）に続き、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を説明する図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９（ｃ）に続き、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造工程を説明する図である。
【図１１】図１１は、従来の半導体レーザ装置の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、従来の半導体装置のストライプ形状について示す図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１            赤色レーザ
２            赤外レーザ
５            前端面
６            後端面
１０            ｎ型ＧａＡｓ基板
１１            ｎ型バッファ層
１２            ｎ型クラッド層
１３            活性層
１３ｂ１、２    バリア層
１３ｇ１        第一ガイド層
１３ｇ２        第二ガイド層
１３ｗ１〜３    ウェル層
１４            ｐ型クラッド層
１５            電流ブロック膜
１６            保護層
１７            ｐ型コンタクト層
１８            ｐ型境界膜
１９            レジストパターン
２１            ｎ型バッファ層
２２            ｎ型クラッド層
２３            活性層
２３ｂ１、２    バリア層
２３ｇ１        第一ガイド層
２３ｇ２        第二ガイド層
２３ｗ１〜３    ウェル層
２４            ｐ型クラッド層
２５            電流ブロック膜
２６            保護層
２７            ｐ型コンタクト層
２９            レジストパターン
３０            Ｚｎ拡散源
３１            ストライプマスク
３２            Ｚｎ拡散領域
３３            キャップ膜
４０、４１      リッジ部
４０ａ          赤色側後端領域
４０ｂ          赤色側テーパ領域
４０ｃ          赤色側前端領域
４１ａ          赤外側後端領域
４１ｂ          赤外側テーパ領域
４１ｃ          赤外側前端領域
５０            半導体レーザ装置
【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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