半導体レーザ素子およびそれを備えた半導体レーザ装置
【課題】半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、偏光角の温度変化を小さく抑えることができる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１から上方に向かって、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８がこの順で配置されている。この第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０６のそれぞれにおいて、多重量子井戸活性層１０５側の部分の基板１０１に対する格子不整合率は、多重量子井戸活性層１０５側とは反対側の部分の基板１０１に対する格子不整合率よりも大きい。これにより、多重量子井戸活性層１０５が発熱しても、多重量子井戸活性層１０５近傍の部分において横方向に縮める応力が作用するようにできる。
【解決手段】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１から上方に向かって、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８がこの順で配置されている。この第１クラッド層１０４および第２クラッド層１０６のそれぞれにおいて、多重量子井戸活性層１０５側の部分の基板１０１に対する格子不整合率は、多重量子井戸活性層１０５側とは反対側の部分の基板１０１に対する格子不整合率よりも大きい。これにより、多重量子井戸活性層１０５が発熱しても、多重量子井戸活性層１０５近傍の部分において横方向に縮める応力が作用するようにできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクなどに用いられる半導体レーザ素子、特に信号の読み取りおよび書き込みの少なくとも一方を行うことが可能な高出力系半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）の情報の読み出し、書き込み用光源として用いられている。例えば特許文献１（特開２０１０−２７２７２１号公報）の二波長半導体レーザ素子では、ＣＤに適した７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ構造と、ＤＶＤに適した６５０ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ構造とが同一の基板上に形成している。
【０００３】
これらの半導体レーザ素子を収容するパッケージでは、レーザ動作時に半導体レーザ素子の自己発熱による温度上昇を抑えるため、半導体レーザ素子は、放熱部品であるサブマウントに、ＡｕＳｎなどの接着剤を介して、発熱源である活性層に近いコンタクト層側がサブマウントに固着されている。上記半導体レーザ素子は、温度上昇と共に、動作電流が増加する性質があり、サブマウントへ固着することにより放熱することで、この温度上昇による動作電流の増加を低減している。
【０００４】
上記半導体レーザ素子をサブマウントに固着するには、例えばＡｕＳｎなどの接着剤をサブマウント上の半導体レーザ素子を固着するための領域に配置する。引き続き、例えば３００℃まで温度を上げることで溶融状態にしたＡｕＳｎ上に半導体レーザ素子を乗せた後、ＡｕＳｎを常温に冷却して固める。一般に、半導体レーザ素子を構成する半導体結晶とサブマウントの熱膨張係数が異なるため、常温への冷却時に、半導体結晶の長さの温度変化とサブマウントの長さの温度変化との差が元になって、半導体結晶の層に水平な方向の応力が加わる。例えば赤色半導体レーザ素子や赤外半導体レーザ素子では、基板材料であるＧａＡｓの熱膨張係数が６×１０−６／Ｋ、サブマウント材料の一つであるＡｌＮの熱膨張係数が３×１０−６／Ｋである。この場合、上記ＧａＡｓからなる基板の方が、ＡｌＮからなるサブマウントよりも、ＡｕＳｎの冷却時に縮もうとする。その結果、常温状態の半導体レーザには、半導体レーザ素子を横に広げようとする応力が加わる。
【０００５】
よく知られた現象として、上記応力が半導体レーザ素子に加わると、屈折率の変化により、レーザ光の偏光角が傾く、または、偏光比が小さくなる。一般に、光ピックアップでは、偏光フィルタまたは偏光ビームスプリッタを用いて、半導体レーザ素子が出射したレーザ光のうち、偏光方向が揃った特定の方向の偏光成分のみを利用する。この偏光角が傾いて偏光比が低下すると、光出力が低下して信号成分が小さくなるなどの結果、信号の読み取り性能の低下などの問題が生じてしまう。
【０００６】
このように、上記記半導体レーザ素子を横に広げようとする応力は、上記問題を引き起こすので好ましくない。
【０００７】
以下、図１４，図１５を用いて、上記半導体レーザ素子を横に広げようとする応力を低減する方法について説明する。
【０００８】
サブマウントに半導体レーザ素子を固着すると、サブマウントの材料の熱膨張係数と、半導体レーザ素子を構成する半導体結晶の熱膨張係数とが異なるため、図１４に示すように、半導体レーザ素子に対して、横方向に広げる方向の応力Ａが加わる。
【０００９】
一方、上記半導体レーザ素子のクラッド層を基板よりも格子定数の大きな結晶で構成すると、大きな格子間隔を基板の格子間隔と合わせようとする結果、図１５に示すように、横方向に結晶を縮める方向の応力Ｂが加わる。この応力Ｂは、サブマウントに固着した後の半導体レーザ素子に作用する図１４の応力Ａとは逆方向であり、この応力Ａを低減する作用をもたらす。したがって、上記クラッド層を基板より格子定数の大きな結晶で構成することで、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低減でき、偏光角の傾きを減らすことができる。上記特許文献１では、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の全部をＧａＡｓ基板より格子定数の大きな結晶で構成している。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１では、半導体レーザ素子の温度が上がると、特に自己発熱により、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、応力Ａの低減作用が低下する。すなわち、上記半導体レーザ素子のＡｌＧａＩｎＰクラッド層はＧａＡｓ基板に比べて熱膨張係数が小さいため、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の格子間隔よりも、ＧａＡｓ基板の格子間隔の方が広がろうとする結果、格子不整合率が低減する。したがって、上記応力Ａを打ち消す方向に作用していた応力Ｂが低減して、半導体レーザ素子にかかるトータル応力が増加する。
【００１１】
すなわち、上記特許文献１の半導体レーザ素子には、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、半導体レーザ素子にかかるトータル応力が増加して、偏光角が大きく傾くという問題がある。
【００１２】
また、上記偏光角の温度特性を調べると、温度上昇と共に偏光角が大きくなることがわかった。上記半導体レーザ素子自体は、例えば０℃から８０℃程度の高温までの広い温度範囲での動作が要求されており、その温度範囲で偏光角の変化が小さいことが光ピックアップの性能としても重要となり、温度上昇と共に偏光角が大きくなることは回避すべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、偏光角の温度変化を小さく抑えることができる半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成された半導体レーザ構造と
を備え、
上記半導体レーザ構造は、
上記半導体基板上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に形成されたコンタクト層と
を備え、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴としている。
【００１６】
本明細書において、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００１７】
上記構成によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、結晶欠陥の発生を抑制しつつ、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれの活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率を大きくできる。したがって、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれの活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率を、活性層が発熱しても活性層近傍の部分において横方向（層厚方向に対して垂直な方向）に縮める応力が作用するように設定できる。
【００１８】
したがって、上記半導体レーザ素子をサブマウントに搭載した状態でレーザ動作させた場合、半導体レーザ素子自体の温度上昇によっても、半導体レーザ素子を横方向に縮める応力の低減が小さく、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低く保つことができて、半導体レーザ素子の偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【００１９】
また、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも小さいので、結晶欠陥を少なく抑えて、素子寿命を長くできる。
【００２０】
これに対して、上記特許文献１では、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、半導体レーザ素子に横方向に縮める応力が作用するように、クラッド層の活性層側の部分の基板に対する格子不整合率を大きくすると、クラッド層の基板側の部分の基板に対する格子不整合率も大きくなるので、結晶欠陥が多くなって、素子寿命が短くなってしまう。
【００２１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００２２】
本明細書において、「半導体基板に対する格子不整合率の平均」とは厚みでの平均を意味し、例えば、厚みがＤ１である部分と、この部分上に形成され、厚みがＤ２である部分とからなる層において、半導体基板に対する格子不整合率の平均は、次式で求めることができる。
【００２３】
｛（Ｆ１×Ｄ１）＋（Ｆ２×Ｄ２）｝÷（Ｄ１＋Ｄ２）
Ｆ１：厚みがＤ１である部分の半導体基板に対する格子不整合率
Ｆ２：厚みがＤ２である部分の半導体基板に対する格子不整合率
【００２４】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、下クラッド層より上クラッド層の方が温度が高くなるが、上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００２５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は上記半導体基板の材料の熱膨張係数より大きい。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は半導体基板の材料の熱膨張係数より大きいので、活性層が発する光を閉じ込め易くするための材料で下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方を形成できる。
【００２７】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．１０％〜０．２０％の範囲内である。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．１０％〜０．２０％の範囲内であるので、レーザ動作時、下クラッド層および上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を確実に防ぐことができる。
【００２９】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．００％〜０．１０％の範囲内である。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．００％〜０．１０％の範囲内であるので、結晶欠陥を確実に少なくできる。
【００３１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記半導体レーザ構造は、
第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、
上記第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、上記第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造と
を有し、
上記下クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第一下クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第二下クラッド層と
を有し、
上記活性層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一活性層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二活性層と
を有し、
上記上クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第一上クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第二上クラッド層と
を有し、
上記コンタクト層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一コンタクト層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二コンタクト層と
を有し、
上記第一下クラッド層および上記第一上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第一活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第一活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きく、
上記第二下クラッド層および上記第二上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第二活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第二活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きい。
【００３２】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ構造は、第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造とを有するので、第一半導体レーザ構造に例えば７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射させると共に、第二半導体レーザ構造に例えば６５０ｎｍ帯のレーザ光を出射させることができる。
【００３３】
また、上記第一下クラッド層および第一上クラッド層のそれぞれにおいて、第一活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、第一活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、第一半導体レーザ構造のレーザ動作時、第一下クラッド層および第一上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力が低減するのを防ぐことがでると共に、第一半導体レーザ構造に結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【００３４】
また、上記第二下クラッド層および第二上クラッド層のそれぞれにおいて、第二活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、第二活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、第二半導体レーザ構造のレーザ動作時、第二下クラッド層および第二上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力が低減するのを防ぐことがでると共に、第二半導体レーザ構造に結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【００３５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、第一下クラッド層より第一上クラッド層の方が温度が高くなるが、第一上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第一下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第一上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００３７】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第二上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００３８】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、第二下クラッド層より第二上クラッド層の方が温度が高くなるが、第二上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第二下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第二上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００３９】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００４０】
上記実施形態によれば、上記第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００４１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００４２】
上記実施形態によれば、上記第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００４３】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、上記第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭い。
【００４４】
上記実施形態によれば、上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭いが、１ウエハから取れる半導体素子の数を増やして、半導体レーザ素子の価格を低減できる。
【００４５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層、第一下クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
上記第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなる。
【００４６】
上記実施形態によれば、上記第一上クラッド層および第一下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなるので、第一半導体レーザ構造が有する第一発光波長を、ＣＤの情報の読み出し、ＣＤへの情報の書き込みに適した波長（例えば７８０ｎｍ）にできる。
【００４７】
また、上記第二上クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなるので、第二半導体レーザ構造の第二発光波長を、ＤＶＤの情報の読み出し、ＤＶＤへの情報の書き込みに適した波長（例えば６６０ｎｍ）にできる。
【００４８】
本発明の半導体レーザ装置は、
本発明の半導体レーザ素子と、
上記半導体素子の上記コンタク層側に固着されたサブマウントと
を備えたことを特徴としている。
【００４９】
上記構成によれば、上記サブマウントに半導体素子のコンタク層側を固着するので、半導体レーザ素子の放熱性を高めることができる。
【００５０】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体基板の材料の熱膨張係数は上記サブマウントの材料の熱膨張係数より大きい。
【００５１】
上記実施形態によれば、上記半導体基板の材料の熱膨張係数がサブマウントの材料の熱膨張係数より大きくても、半導体レーザ素子の偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の半導体レーザ素子によれば、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率が、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことによって、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低く保つことができるので、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【００５３】
また、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率が、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも小さいので、結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の実施例１の赤色半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例１の半導体レーザ装置のフレーム面の温度と赤色半導体レーザ素子の偏向角との関係を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の実施例２の二波長半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図６】図６は本発明の実施例２の赤外半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図７】図７は本発明の実施例２の赤色半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図８】図８は本発明の実施例２のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図９】図９は本発明の実施例２の半導体レーザ装置のフレーム面の温度と二波長半導体レーザ素子の偏向角との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の実施例３の二波長半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例３の赤外半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例３の赤色半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図１３】図１３は本発明の実施例３のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図１４】図１４は本発明の課題を説明するための図である。
【図１５】図１５は本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５６】
〔実施例１〕
図１に、本発明の実施例１の赤色半導体レーザ素子１の概略断面図を示す。
【００５７】
上記赤色半導体レーザ素子１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層１０２、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層１０３、第一導電型の下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、第二導電型の上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０７、および、コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８を備え、６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。ここでは、上記第１バッファ層１０２、第２バッファ層１０３、第１クラッド層１０４、多重量子井戸活性層１０５、第２クラッド層１０６、中間層１０７およびキャップ層１０８が、半導体レーザ構造の一例を構成している。
【００５８】
上記多重量子井戸活性層１０４は、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【００５９】
上記第２クラッド層１０６、中間層１０７およびキャップ層１０８のそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ１１０を形成している。
このリッジ１１０の両側面はＳｉＯ２層１０９で覆われている。
【００６０】
本実施例１では、第１クラッド層１０４と第２クラッド層１０５は、Ａｌ組成比が同じ０．７で、第１クラッド層１０４の厚みは２．５μｍ、第２クラッド層１０５の厚みは１．３μｍである。
【００６１】
また、上記赤色半導体レーザ素子１は、基板１０１の下面に接続されたｎ側電極１１１と、リッジ１１０の上面に接続されたｐ側電極１１２とを備えている。
【００６２】
以下、上記赤色半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。
【００６３】
まず、ウエハ上に、赤色半導体レーザ素子１の構造を形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置で結晶成長する。そして、この結晶成長で得られるエピウエハをバー分割して、共振器長が１５００μｍであるレーザバーを複数形成する。
【００６４】
次に、上記レーザバーにおいて共振器端面の一部となる領域（例えば幅４０μｍ）に、フォトリソ工程によってＺｎＯを選択的に形成して、レーザバーの上面をＳｉＯ２でカバーした後、窒素雰囲気中で熱処理することで、上記領域にＺｎを拡散させることにより、共振器端面近傍の部分を混晶化させて端面窓領域にする。
【００６５】
次に、フォトリソ工程によりリッジ１１０を形成し、レーザバーの上面においてリッジ１１０の上面を除く領域をＳｉＯ２で覆った後、レーザバーの上面、下面に電極を形成する。
【００６６】
最後に、上記レーザバーをチップ分割して、チップ幅が１１０μｍである赤色半導体レーザ素子１を複数形成する。なお、上記チップ幅は図１の左右方向の長さに相当する。
【００６７】
本実施例１では、基板１０１として１５度オフのｎ型ＧａＡｓ基板を用いている。リッジ１１０を形成する場合、リッジ１１０の幅、および、リッジ１１０内外の屈折率差を制御するため、リッジ１１０のエッチングはドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせて行い、第２クラッド層中に設けたエッチングストップ層でリッジエッチングを停めた。この方法で形成したリッジ１１０は、基板１０１の傾斜の影響により、チップ幅方向（図１の左右方向の）で非対称な形状になる。
【００６８】
図２に、上記第１，第２クラッド層１０４，１０６の基板１０１に対する格子不整合率を示す。
【００６９】
上記第１クラッド層１０４では、基板１０１側の端から多重量子井戸活性層１０５に向かって２μｍまでの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層１０６では、多重量子井戸活性層１０５側の端から中間層１０７に向かって０．５μｍまでの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層１０４，１０６の多重量子井戸活性層１０５に近い側の領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層１０４，１０６の残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００７０】
図３に、本発明の実施例１のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【００７１】
上記半導体レーザ装置は、赤色半導体レーザ素子１と、この赤色半導体レーザ素子１を搭載する例えばＡｌＮサブマウント２とを備えている。上記赤色半導体レーザ素子１のリッジ１１０側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤３でサブマウント２に固着されている。すなわち、上記赤色半導体レーザ素子１はジャンクションダウンでサブマウント２に実装されている。
【００７２】
一般に、上記赤色半導体レーザ素子１をサブマウント２に固着した時に生じる応力は、赤色半導体レーザ素子１のチップ幅方向（図３の左右方向）の中央では小さく、赤色半導体レーザ素子１のチップ幅方向の端になるほど大きくなる。そのため、本実施例１では、リッジ１１０を応力の影響が少ないチップ幅の中央に形成している。しかし、上述のように、リッジ形状が非対称になると、応力もリッジ１１０に非対称に加わる結果、少ない応力でも偏光角を大きくし、温度による偏光角の変化も大きい。
【００７３】
図４に、上記半導体レーザ装置のフレーム面の温度と赤色半導体レーザ素子１の偏向角とのの関係を示す。なお、上記関係は、半導体レーザ装置の出力を３ｍＷに固定し、半導体レーザ装置のフレーム面の温度を変えて、半導体レーザ装置の偏向角を測定して求めている。なお、上記フレーム面の温度とは、サブマウント２が固着された金属板（図示せず）の温度を指す。
【００７４】
上記半導体レーザ装置は、●で示すように、フレーム面の温度が上昇しても、偏向角の増加を抑えることができる。
【００７５】
これに対して、比較例は、△で示すように、フレーム面の温度が上昇すると、偏向角が大きく増加してしまう。
【００７６】
なお、上記比較例は、基板に対する第１，第２クラッド層の格子不整合率が一様に＋０．０５％に設定されている点以外は本実施例１の半導体レーザ装置と同じ構成の半導体レーザ装置である。
【００７７】
なお、上記実施例１では、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均が、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくなっている。具体的に言うと、上記第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均は、
｛（０．０５×０．８）＋（０．１×０．５）｝÷（０．８＋０．５）＝０．０６９…
であり、
第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均は、
｛（０．０５×２．０）＋（０．１×０．５）｝÷（２．０＋０．５）＝０．０６０
となっている。
【００７８】
上記実施例１では、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしていたが、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均と同じにしてもよい。
【００７９】
上記実施例１において、多重量子井戸活性層１０５に換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【００８０】
〔実施例２〕
図５に、本発明の実施例２の二波長半導体レーザ素子１１の概略断面図を示す。
【００８１】
上記二波長半導体レーザ素子１１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板２０１と、第一半導体レーザ構造の一例としての赤外レーザ構造２１３Ａと、第二半導体レーザ構造の一例としての赤色半導体レーザ構造２１３Ｂとを備え、チップ幅（図５の左右方向の長さ）が２５０μｍとなっている。上記二波長半導体レーザ素子１１のチップ幅方向（図５の左右方向）において、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、絶縁体の一例としてのＳｉＯ２絶縁膜２０９と、幅３０μｍの溝２１４とによって、電気的に分離されている。この赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの間のＳｉＯ２絶縁膜２０９は、赤外レーザ構造２１３Ａの赤色半導体レーザ構造２１３Ｂ側の側面と、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの赤外レーザ構造２１３Ａ側の側面と、基板２０１の上面の一部とを覆っている。
【００８２】
上記赤外半導体レーザ構造２１３Ａは、基板２０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層２０２Ａ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層２０３Ａ、第一導電型の第一下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層２０４Ａ、第一活性層の一例としてのアンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０５Ａ、第二導電型の第一上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層２０６Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２０７Ａ、および、第一コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８Ａを備え、第一発光波長の一例としての７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤外半導体レーザ構造２１３Ａは、共振器長（図５の紙面に垂直な方向の長さ）が１７００μｍ、幅（図５において左右方向の長さ）が１００μｍに設定されている。
【００８３】
上記多重量子井戸活性層２０４Ａは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＡｓガイド層、ＧａＡｓウェル層、ＡｌＧａＡｓバリア層、ＧａＡｓウェル層およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層をこの順で積層して得られる。
【００８４】
上記第２クラッド層２０６Ａ、中間層２０７Ａおよびキャップ層２０８Ａのそれぞれの一部は、共振器長方向（図５の紙面に垂直な方向）に延びるリッジ２１０Ａを形成している。このリッジ２１０Ａの両側面はＳｉＯ２絶縁膜２０９で覆われている。
【００８５】
上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層２０２Ｂ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層２０３Ｂ、第一導電型の第二下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層２０４Ｂ、第二活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層２０５Ｂ、第二導電型の第二上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層２０６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２０７Ｂ、および、第二コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８Ｂを備え、第２発光波長の一例としての６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、赤外半導体レーザ構造２１３Ａと同じ共振器長および幅を有している。すなわち、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、共振器長が１７００μｍ、幅が１００μｍに設定されている。
【００８６】
上記多重量子井戸活性層２０４Ｂは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【００８７】
上記第２クラッド層２０６Ｂ、中間層２０７Ｂおよびキャップ層２０８Ｂのそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ２１０Ｂを形成している。このリッジ２１０Ｂの両側面はＳｉＯ２絶縁膜２０９で覆われている。
【００８８】
本実施例２では、第１クラッド層２０４Ａ、第２クラッド層２０６Ａ、第１クラッド層２０４Ｂおよび第２クラッド層２０６Ｂは、全てＡｌ組成比が０．７となっている。また、上記第１クラッド層２０４Ａおよび第１クラッド層２０４Ｂの厚みは共に２．５μｍである一方、第２クラッド層２０６Ａおよび第２クラッド層２０６Ｂの厚みは共に１．３μｍである。
【００８９】
また、上記二波長半導体レーザ素子１１は、基板２０１の下面に接続されたｎ側電極と、リッジ２１０Ａの上面に接続されたｐ側電極２１２Ａと、リッジ２１０Ｂの上面に接続されたｐ側電極２１２Ｂとを備えている。
【００９０】
以下、上記二波長半導体レーザ素子１１の製造方法について説明する。
【００９１】
ウエハ上に、赤外半導体レーザ構造２１３Ａを形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ装置で結晶成長した後、ウエハに達するエッチングで複数の層の一部を除去する。この除去で露出するウエハ上に、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ装置で結晶成長する。そして、この２回の結晶成長で得られるエピウエハをバー分割して、共振器長が１７００μｍであるレーザバーを複数形成する。
【００９２】
次に、上記レーザバーにおいて共振器端面の一部となる領域（例えば幅４０μｍ）に、フォトリソ工程によってＺｎＯを選択的に形成して、レーザバーの上面をＳｉＯ２でカバーした後、窒素雰囲気中で熱処理することで、上記領域にＺｎを拡散させることにより、共振器端面近傍の部分を混晶化させて端面窓領域にする。
【００９３】
次に、フォトリソ工程によりリッジ２１０Ａ，２１０Ｂを形成し、レーザバーの上面においてリッジ２１０Ａ，２１０Ｂの上面を除く領域をＳｉＯ２で覆った後、レーザバーの上面、下面に電極を形成する。
【００９４】
最後に、上記レーザバーをチップ分割して、それぞれの幅が１００μｍの赤外レーザ構造２１３Ａ，赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを備えた二波長半導体レーザ素子１１を複数形成する。なお、上記幅は図５の左右方向の長さに相当する。
【００９５】
図６に、上記第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの基板２０１に対する格子不整合率を示す。
【００９６】
上記第１クラッド層２０４Ａの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層２０６Ａの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層２０４Ａでは、基板２０１側の端から多重量子井戸活性層２０５Ａに向かって２μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層２０６Ａでは、多重量子井戸活性層２０５Ａ側の端から中間層２０７Ａに向かって０．５μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの多重量子井戸活性層２０５Ａに近い側の領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００９７】
図７に、上記第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの基板２０１に対する格子不整合率を示す。
【００９８】
上記第１クラッド層２０４Ｂの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層２０６Ｂの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層２０４Ｂでは、基板２０１側の端から多重量子井戸活性層２０５Ｂに向かって２μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層２０６Ｂでは、多重量子井戸活性層２０５Ｂ側の端から中間層２０７Ｂに向かって０．５μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの多重量子井戸活性層２０５Ｂに近い側の領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００９９】
図８に、本発明の実施例２のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【０１００】
上記半導体レーザ装置は、二波長半導体レーザ素子１１と、この二波長半導体レーザ素子１１を搭載するＡｌＮサブマウント１２とを備えている。このＡｌＮサブマウント１２の二波長半導体レーザ素子１１側には、接続電極１４Ａ，１４Ｂを形成している。上記二波長半導体レーザ素子１１のリッジ２１０Ａ，２１０Ｂ側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤１３Ａ，１３Ｂでサブマウト１２に固着されている。すなわち、上記二波長半導体レーザ素子１１はジャンクションダウンでサブマウント１２に実装されている。これにより、赤外レーザ構造２１３Ａのｐ側電極２１２Ａは接着剤１３Ａを介して接続電極１４Ａに電気的に接続される一方、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂのｐ側電極２１２Ｂは接着剤１３Ｂを介して接続電極１４Ｂに電気的に接続される。
【０１０１】
図９に、上記半導体レーザ装置のフレーム面の温度と二波長半導体レーザ素子１１の偏光角との関係を示す。なお、上記関係は、上記半導体レーザ装置の出力を３ｍＷに固定し、半導体レーザ装置のフレーム面の温度を変えて、半導体レーザ装置の偏向角を測定して求めている。なお、上記フレーム面の温度とは、サブマウント１２が固着された金属板（図示せず）の温度を指す。
【０１０２】
上記二波長半導体レーザ素子１１では、リッジ２１０Ａ，２１０Ｂの位置はチップ幅（図９の左右方向の長さ）の中心からずれている。また、上記二波長半導体レーザ素子１１とサブマウント１２の熱膨張係数差による横方向の応力は、チップ幅の中心から左右で向きが異なり、また、チップ端ほど応力が大きくなる傾向がある。その結果、上記赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂでは偏光角の傾く向きが互いに異なる。また、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの偏光角は、上記実施例１の半導体レーザ素子１のような一波長半導体レーザ素子の偏光角よりも大きくなる。
【０１０３】
しかしながら、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂでは、比較例に比べて、偏向角の温度変化を小さく抑えることができる。また、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、同一の温度条件化の比較例よりも、偏向角の大きさが小さくなっている。これは、活性層に近い領域で比較例より大きな格子不整合率のクラッド層を用いたことで、格子不整合による応力がおり大きくなり、レーザチップとサブマウントの熱膨張係数差による応力を低減する作用が強くなったためである。
【０１０４】
なお、上記比較例は、基板に対する第１，第２クラッド層の格子不整合率が一様に＋０．０５％に設定されている点以外は本実施例２の半導体レーザ装置と同じ構成の半導体レーザ装置である。
【０１０５】
上記実施例２において、多重量子井戸活性層２０５Ａ，２０５Ｂに換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【０１０６】
上記実施例２では、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３ＢをＳｉＯ２絶縁膜２０９と溝２１４とで電気的に分離していたが、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを絶縁体のみで電気的に分離するようにしてもよい、あるいは、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを溝のみで電気的に分離するようにしてもよい。
【０１０７】
〔実施例３〕
図１０に、本発明の実施例３の二波長半導体レーザ素子２１の概略断面図を示す。
【０１０８】
上記二波長半導体レーザ素子２１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板３０１と、第一半導体レーザ構造の一例としての赤外レーザ構造３１３Ａと、第二半導体レーザ構造の一例としての赤色レーザ構造３１３Ｂとを備え、チップ幅（図１０の左右方向の長さ）が２２０μｍとなっている。上記二波長半導体レーザ素子２１のチップ幅方向（図１０の左右方向）において、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂは、絶縁体の一例としてのＳｉＯ２絶縁膜３０９と、幅３０μｍの溝３１４とによって、電気的に分離されている。この赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂの間のＳｉＯ２絶縁膜３０９は、赤外レーザ構造３１３Ａの赤色レーザ構造３１３Ｂ側の側面と、赤色レーザ構造３１３Ｂの赤外レーザ構造３１３Ａ側の側面と、基板３０１の上面の一部とを覆っている。
【０１０９】
上記赤外半導体レーザ構造３１３Ａは、基板３０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層３０２Ａ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層３０３Ａ、第一導電型の第一下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３０４Ａ、第一活性層の一例としてのアンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層３０５Ａ、第二導電型の第一上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３０６Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層３０７Ａ、および、第一コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８Ａを備え、第一発光波長の一例としての７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤外半導体レーザ構造３１３Ａは、共振器長（図１０の紙面に垂直な方向の長さ）が１７００μｍ、幅（図１０において左右方向の長さ）が７０μｍに設定されている。
【０１１０】
上記多重量子井戸活性層３０４Ａは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＡｓガイド層、ＧａＡｓウェル層、ＡｌＧａＡｓバリア層、ＧａＡｓウェル層およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層をこの順で積層して得られる。
【０１１１】
上記第２クラッド層３０６Ａ、中間層３０７Ａおよびキャップ層３０８Ａのそれぞれの一部は、共振器長方向（図１０の紙面に垂直な方向）に延びるリッジ３１０Ａを形成している。このリッジ３１０Ａの両側面はＳｉＯ２絶縁膜３０９で覆われている。
【０１１２】
上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層３０２Ｂ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層３０３Ｂ、第一導電型の第二下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３０４Ｂ、第二活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層３０５Ｂ、第二導電型の第二上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３０６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層３０７Ｂ、および、第二コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８Ｂを備え、第２発光波長の一例としての６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、赤外半導体レーザ構造３１３Ａと同じ共振器長および幅を有している。すなわち、上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、共振器長が１７００μｍ、幅が１００μｍに設定されている。
【０１１３】
上記多重量子井戸活性層３０４Ｂは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【０１１４】
上記第２クラッド層３０６Ｂ、中間層３０７Ｂおよびキャップ層３０８Ｂのそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ３１０Ｂを形成している。このリッジ３１０Ｂの両側面はＳｉＯ２絶縁膜３０９で覆われている。
【０１１５】
本実施例３では、第１クラッド層３０４Ａ、第２クラッド層３０６Ａ、第１クラッド層３０４Ｂおよび第２クラッド層３０６Ｂは、全てＡｌ組成比が０．７となっている。また、上記第１クラッド層３０４Ａおよび第１クラッド層３０４Ｂの厚みは共に２．５μｍである一方、第２クラッド層３０６Ａおよび第２クラッド層３０６Ｂの厚みは共に１．３μｍである。
【０１１６】
また、上記二波長半導体レーザ素子２１は、基板３０１の下面に接続されたｎ側電極と、リッジ３１０Ａの上面に接続されたｐ側電極３１２Ａと、リッジ３１０Ｂの上面に接続されたｐ側電極３１２Ｂとを備えている。
【０１１７】
図１１に、上記第１，第２クラッド層３０４Ａ，３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率を示す。
【０１１８】
上記第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．１３８になっている。すなわち、上記第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしている。より詳しくは、上記第１クラッド層３０４Ａでは、基板３０１側の端から多重量子井戸活性層３０５Ａに向かって２μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層３０６Ａでは、多重量子井戸活性層３０５Ａ側の端から中間層３０７Ａに向かって０．５μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．２０％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１０％に設定している。
【０１１９】
図１２に、上記第１，第２クラッド層３０４Ｂ，３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率を示す。
【０１２０】
上記第１クラッド層３０４Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９％になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層３０４Ｂでは、基板３０１側の端から多重量子井戸活性層３０５Ｂに向かって２μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層３０６Ｂでは、多重量子井戸活性層３０５Ｂ側の端から中間層３０７Ｂに向かって０．３μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【０１２１】
図１３に、本発明の実施例３のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【０１２２】
上記半導体レーザ装置は、二波長半導体レーザ素子２１と、この二波長半導体レーザ素子２１を搭載するＡｌＮサブマウント２２とを備えている。このＡｌＮサブマウント２２の二波長半導体レーザ素子２１側には、接続電極２４Ａ，２４Ｂを形成している。上記二波長半導体レーザ素子２１のリッジ３１０Ａ，３１０Ｂ側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤２３Ａ，２３Ｂでサブマウト１２に固着されている。すなわち、上記二波長半導体レーザ素子２１はジャンクションダウンでサブマウント２２に実装されている。これにより、赤外レーザ構造３１３Ａのｐ側電極３１２Ａは接着剤２３Ａを介して接続電極２４Ａに電気的に接続される一方、赤色レーザ構造３１３Ｂのｐ側電極３１２Ｂは接着剤２３Ｂを介して接続電極２４Ｂに電気的に接続される。
【０１２３】
上記構成の半導体レーザ装置によれば、二波長半導体レーザ素子２１をジャンクションダウンでサブマウント２２に実装していることによって、多重量子井戸活性層３０５Ａの発熱はサブマウント２２側に放熱される。その結果、上記基板３０１側の第１クラッド層３０４Ａよりも、サブマウント２２側の第２クラッド層３０６Ａの方が高温になるが、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均を大きくしているので、二波長半導体レーザ素子２１とサブマウント２２の熱膨張係数差による応力を低減する作用を弱めることができる。したがって、上記赤外レーザ構造２１３Ａでは、偏向角の温度変化を確実に小さく抑えることができる。
【０１２４】
また、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの幅よりも赤外レーザ構造２１３Ａの幅を狭くしていることによって、１ウエハからより多くの二波長半導体レーザ素子２１が得られるので、二波長半導体レーザ素子２１の価格を下げることができる。
【０１２５】
このように、上記赤外レーザ構造２１３Ａの幅を狭くすると、赤外レーザ構造２１３Ａの放熱断面積が小さくなる結果、赤外レーザ構造２１３Ａの放熱性が悪く、第２クラッド層３０６Ａの温度が非常に高くなるが、これによる悪影響は、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均を大きくしていることで低減できる。すなわち、上記赤外レーザ構造２１３Ａの放熱性が悪くても、赤外レーザ構造２１３Ａの偏向角の温度変化を小さくできる。
【０１２６】
上記実施例３において、多重量子井戸活性層３０５Ａ，３０５Ｂに換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【０１２７】
上記実施例３では、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３ＢをＳｉＯ２絶縁膜３０９と溝３１４とで電気的に分離していたが、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂを絶縁体のみで電気的に分離するようにしてもよい、あるいは、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを溝のみで電気的に分離するようにしてもよい。
【０１２８】
上記実施例３において、第２クラッド層３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層３０４Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしてもよい。
【０１２９】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施例１〜３およびその変形例において基板および各層の導電型を全て逆にしたものを本発明の一実施例としてもよい。
【０１３０】
また、本発明の一実施例の半導体レーザ素子において、下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は半導体基板の材料の熱膨張係数より大きくしてもよい。
【０１３１】
また、本発明の一実施例において、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．１％〜０．２％の範囲内にしてもよい。
【０１３２】
また、本発明の一実施例において、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．０％〜０．１％の範囲内にしてもよい。
【０１３３】
また、本発明の一実施例の半導体レーザ装置において、半導体基板の材料の熱膨張係数はサブマウントの材料の熱膨張係数より大きくしもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 赤色半導体レーザ素子
２，１２，２２ ＡｌＮサブマウント
３，１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ 接着剤
１１，２１ 二波長半導体レーザ素子
１０１，２０１，３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，３１０Ａ，３１０Ｂ リッジ
１０２，２０２Ａ，２０２Ｂ ｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層、
１０３，２０３Ａ，２０３Ｂ ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層
１０４，２０４Ａ，２０４Ｂ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
１０５，２０５Ｂ アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層
１０６，２０６Ａ，２０６Ｂ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
１０７，２０７Ａ，２０７Ｂ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１０８，２０８Ａ，２０８Ｂ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２０５Ａ アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
２１３Ａ，３１３Ａ 赤外レーザ構造
２１３Ｂ，３１３Ｂ 赤色半導体レーザ構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ディスクなどに用いられる半導体レーザ素子、特に信号の読み取りおよび書き込みの少なくとも一方を行うことが可能な高出力系半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子は、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）の情報の読み出し、書き込み用光源として用いられている。例えば特許文献１（特開２０１０−２７２７２１号公報）の二波長半導体レーザ素子では、ＣＤに適した７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ構造と、ＤＶＤに適した６５０ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ構造とが同一の基板上に形成している。
【０００３】
これらの半導体レーザ素子を収容するパッケージでは、レーザ動作時に半導体レーザ素子の自己発熱による温度上昇を抑えるため、半導体レーザ素子は、放熱部品であるサブマウントに、ＡｕＳｎなどの接着剤を介して、発熱源である活性層に近いコンタクト層側がサブマウントに固着されている。上記半導体レーザ素子は、温度上昇と共に、動作電流が増加する性質があり、サブマウントへ固着することにより放熱することで、この温度上昇による動作電流の増加を低減している。
【０００４】
上記半導体レーザ素子をサブマウントに固着するには、例えばＡｕＳｎなどの接着剤をサブマウント上の半導体レーザ素子を固着するための領域に配置する。引き続き、例えば３００℃まで温度を上げることで溶融状態にしたＡｕＳｎ上に半導体レーザ素子を乗せた後、ＡｕＳｎを常温に冷却して固める。一般に、半導体レーザ素子を構成する半導体結晶とサブマウントの熱膨張係数が異なるため、常温への冷却時に、半導体結晶の長さの温度変化とサブマウントの長さの温度変化との差が元になって、半導体結晶の層に水平な方向の応力が加わる。例えば赤色半導体レーザ素子や赤外半導体レーザ素子では、基板材料であるＧａＡｓの熱膨張係数が６×１０−６／Ｋ、サブマウント材料の一つであるＡｌＮの熱膨張係数が３×１０−６／Ｋである。この場合、上記ＧａＡｓからなる基板の方が、ＡｌＮからなるサブマウントよりも、ＡｕＳｎの冷却時に縮もうとする。その結果、常温状態の半導体レーザには、半導体レーザ素子を横に広げようとする応力が加わる。
【０００５】
よく知られた現象として、上記応力が半導体レーザ素子に加わると、屈折率の変化により、レーザ光の偏光角が傾く、または、偏光比が小さくなる。一般に、光ピックアップでは、偏光フィルタまたは偏光ビームスプリッタを用いて、半導体レーザ素子が出射したレーザ光のうち、偏光方向が揃った特定の方向の偏光成分のみを利用する。この偏光角が傾いて偏光比が低下すると、光出力が低下して信号成分が小さくなるなどの結果、信号の読み取り性能の低下などの問題が生じてしまう。
【０００６】
このように、上記記半導体レーザ素子を横に広げようとする応力は、上記問題を引き起こすので好ましくない。
【０００７】
以下、図１４，図１５を用いて、上記半導体レーザ素子を横に広げようとする応力を低減する方法について説明する。
【０００８】
サブマウントに半導体レーザ素子を固着すると、サブマウントの材料の熱膨張係数と、半導体レーザ素子を構成する半導体結晶の熱膨張係数とが異なるため、図１４に示すように、半導体レーザ素子に対して、横方向に広げる方向の応力Ａが加わる。
【０００９】
一方、上記半導体レーザ素子のクラッド層を基板よりも格子定数の大きな結晶で構成すると、大きな格子間隔を基板の格子間隔と合わせようとする結果、図１５に示すように、横方向に結晶を縮める方向の応力Ｂが加わる。この応力Ｂは、サブマウントに固着した後の半導体レーザ素子に作用する図１４の応力Ａとは逆方向であり、この応力Ａを低減する作用をもたらす。したがって、上記クラッド層を基板より格子定数の大きな結晶で構成することで、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低減でき、偏光角の傾きを減らすことができる。上記特許文献１では、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の全部をＧａＡｓ基板より格子定数の大きな結晶で構成している。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１では、半導体レーザ素子の温度が上がると、特に自己発熱により、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、応力Ａの低減作用が低下する。すなわち、上記半導体レーザ素子のＡｌＧａＩｎＰクラッド層はＧａＡｓ基板に比べて熱膨張係数が小さいため、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の格子間隔よりも、ＧａＡｓ基板の格子間隔の方が広がろうとする結果、格子不整合率が低減する。したがって、上記応力Ａを打ち消す方向に作用していた応力Ｂが低減して、半導体レーザ素子にかかるトータル応力が増加する。
【００１１】
すなわち、上記特許文献１の半導体レーザ素子には、半導体レーザ素子自体の温度が上がると、半導体レーザ素子にかかるトータル応力が増加して、偏光角が大きく傾くという問題がある。
【００１２】
また、上記偏光角の温度特性を調べると、温度上昇と共に偏光角が大きくなることがわかった。上記半導体レーザ素子自体は、例えば０℃から８０℃程度の高温までの広い温度範囲での動作が要求されており、その温度範囲で偏光角の変化が小さいことが光ピックアップの性能としても重要となり、温度上昇と共に偏光角が大きくなることは回避すべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明の課題は、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、偏光角の温度変化を小さく抑えることができる半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成された半導体レーザ構造と
を備え、
上記半導体レーザ構造は、
上記半導体基板上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に形成されたコンタクト層と
を備え、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴としている。
【００１６】
本明細書において、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００１７】
上記構成によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、結晶欠陥の発生を抑制しつつ、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれの活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率を大きくできる。したがって、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれの活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率を、活性層が発熱しても活性層近傍の部分において横方向（層厚方向に対して垂直な方向）に縮める応力が作用するように設定できる。
【００１８】
したがって、上記半導体レーザ素子をサブマウントに搭載した状態でレーザ動作させた場合、半導体レーザ素子自体の温度上昇によっても、半導体レーザ素子を横方向に縮める応力の低減が小さく、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低く保つことができて、半導体レーザ素子の偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【００１９】
また、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも小さいので、結晶欠陥を少なく抑えて、素子寿命を長くできる。
【００２０】
これに対して、上記特許文献１では、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、半導体レーザ素子に横方向に縮める応力が作用するように、クラッド層の活性層側の部分の基板に対する格子不整合率を大きくすると、クラッド層の基板側の部分の基板に対する格子不整合率も大きくなるので、結晶欠陥が多くなって、素子寿命が短くなってしまう。
【００２１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００２２】
本明細書において、「半導体基板に対する格子不整合率の平均」とは厚みでの平均を意味し、例えば、厚みがＤ１である部分と、この部分上に形成され、厚みがＤ２である部分とからなる層において、半導体基板に対する格子不整合率の平均は、次式で求めることができる。
【００２３】
｛（Ｆ１×Ｄ１）＋（Ｆ２×Ｄ２）｝÷（Ｄ１＋Ｄ２）
Ｆ１：厚みがＤ１である部分の半導体基板に対する格子不整合率
Ｆ２：厚みがＤ２である部分の半導体基板に対する格子不整合率
【００２４】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、下クラッド層より上クラッド層の方が温度が高くなるが、上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００２５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は上記半導体基板の材料の熱膨張係数より大きい。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は半導体基板の材料の熱膨張係数より大きいので、活性層が発する光を閉じ込め易くするための材料で下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方を形成できる。
【００２７】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．１０％〜０．２０％の範囲内である。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．１０％〜０．２０％の範囲内であるので、レーザ動作時、下クラッド層および上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を確実に防ぐことができる。
【００２９】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．００％〜０．１０％の範囲内である。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．００％〜０．１０％の範囲内であるので、結晶欠陥を確実に少なくできる。
【００３１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記半導体レーザ構造は、
第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、
上記第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、上記第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造と
を有し、
上記下クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第一下クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第二下クラッド層と
を有し、
上記活性層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一活性層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二活性層と
を有し、
上記上クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第一上クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第二上クラッド層と
を有し、
上記コンタクト層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一コンタクト層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二コンタクト層と
を有し、
上記第一下クラッド層および上記第一上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第一活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第一活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きく、
上記第二下クラッド層および上記第二上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第二活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第二活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きい。
【００３２】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ構造は、第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造とを有するので、第一半導体レーザ構造に例えば７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射させると共に、第二半導体レーザ構造に例えば６５０ｎｍ帯のレーザ光を出射させることができる。
【００３３】
また、上記第一下クラッド層および第一上クラッド層のそれぞれにおいて、第一活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、第一活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、第一半導体レーザ構造のレーザ動作時、第一下クラッド層および第一上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力が低減するのを防ぐことがでると共に、第一半導体レーザ構造に結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【００３４】
また、上記第二下クラッド層および第二上クラッド層のそれぞれにおいて、第二活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、第二活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいので、第二半導体レーザ構造のレーザ動作時、第二下クラッド層および第二上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力が低減するのを防ぐことがでると共に、第二半導体レーザ構造に結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【００３５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００３６】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、第一下クラッド層より第一上クラッド層の方が温度が高くなるが、第一上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第一下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第一上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００３７】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第二上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００３８】
上記実施形態によれば、上記半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウントに実装してレーザ動作させた場合、第二下クラッド層より第二上クラッド層の方が温度が高くなるが、第二上クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第二下クラッド層の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第二上クラッド層を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００３９】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００４０】
上記実施形態によれば、上記第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第一上クラッド層および第一下クラッド層において第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００４１】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きい。
【００４２】
上記実施形態によれば、上記第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均が、第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいので、第二上クラッド層および第二下クラッド層において第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方を横方向に横方向に縮める応力の低減を防ぐことができる。
【００４３】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、上記第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭い。
【００４４】
上記実施形態によれば、上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭いが、１ウエハから取れる半導体素子の数を増やして、半導体レーザ素子の価格を低減できる。
【００４５】
一実施形態の半導体レーザ素子では、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層、第一下クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
上記第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなる。
【００４６】
上記実施形態によれば、上記第一上クラッド層および第一下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなるので、第一半導体レーザ構造が有する第一発光波長を、ＣＤの情報の読み出し、ＣＤへの情報の書き込みに適した波長（例えば７８０ｎｍ）にできる。
【００４７】
また、上記第二上クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなるので、第二半導体レーザ構造の第二発光波長を、ＤＶＤの情報の読み出し、ＤＶＤへの情報の書き込みに適した波長（例えば６６０ｎｍ）にできる。
【００４８】
本発明の半導体レーザ装置は、
本発明の半導体レーザ素子と、
上記半導体素子の上記コンタク層側に固着されたサブマウントと
を備えたことを特徴としている。
【００４９】
上記構成によれば、上記サブマウントに半導体素子のコンタク層側を固着するので、半導体レーザ素子の放熱性を高めることができる。
【００５０】
一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体基板の材料の熱膨張係数は上記サブマウントの材料の熱膨張係数より大きい。
【００５１】
上記実施形態によれば、上記半導体基板の材料の熱膨張係数がサブマウントの材料の熱膨張係数より大きくても、半導体レーザ素子の偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の半導体レーザ素子によれば、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率が、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことによって、半導体レーザ素子にかかるトータル応力を低く保つことができるので、半導体レーザ素子自体の温度が上がっても、偏光角の温度変化を小さく抑えることができる。
【００５３】
また、上記下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側とは反対側の部分の半導体基板に対する格子不整合率が、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率よりも小さいので、結晶欠陥が生じるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の実施例１の赤色半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例１の半導体レーザ装置のフレーム面の温度と赤色半導体レーザ素子の偏向角との関係を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の実施例２の二波長半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図６】図６は本発明の実施例２の赤外半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図７】図７は本発明の実施例２の赤色半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図８】図８は本発明の実施例２のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図９】図９は本発明の実施例２の半導体レーザ装置のフレーム面の温度と二波長半導体レーザ素子の偏向角との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は本発明の実施例３の二波長半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例３の赤外半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例３の赤色半導体レーザ構造の第１，第２クラッド層の格子不整合率を説明するための図である。
【図１３】図１３は本発明の実施例３のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図である。
【図１４】図１４は本発明の課題を説明するための図である。
【図１５】図１５は本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５６】
〔実施例１〕
図１に、本発明の実施例１の赤色半導体レーザ素子１の概略断面図を示す。
【００５７】
上記赤色半導体レーザ素子１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層１０２、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層１０３、第一導電型の下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１０４、活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層１０５、第二導電型の上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０６、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１０７、および、コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層１０８を備え、６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。ここでは、上記第１バッファ層１０２、第２バッファ層１０３、第１クラッド層１０４、多重量子井戸活性層１０５、第２クラッド層１０６、中間層１０７およびキャップ層１０８が、半導体レーザ構造の一例を構成している。
【００５８】
上記多重量子井戸活性層１０４は、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【００５９】
上記第２クラッド層１０６、中間層１０７およびキャップ層１０８のそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ１１０を形成している。
このリッジ１１０の両側面はＳｉＯ２層１０９で覆われている。
【００６０】
本実施例１では、第１クラッド層１０４と第２クラッド層１０５は、Ａｌ組成比が同じ０．７で、第１クラッド層１０４の厚みは２．５μｍ、第２クラッド層１０５の厚みは１．３μｍである。
【００６１】
また、上記赤色半導体レーザ素子１は、基板１０１の下面に接続されたｎ側電極１１１と、リッジ１１０の上面に接続されたｐ側電極１１２とを備えている。
【００６２】
以下、上記赤色半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。
【００６３】
まず、ウエハ上に、赤色半導体レーザ素子１の構造を形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置で結晶成長する。そして、この結晶成長で得られるエピウエハをバー分割して、共振器長が１５００μｍであるレーザバーを複数形成する。
【００６４】
次に、上記レーザバーにおいて共振器端面の一部となる領域（例えば幅４０μｍ）に、フォトリソ工程によってＺｎＯを選択的に形成して、レーザバーの上面をＳｉＯ２でカバーした後、窒素雰囲気中で熱処理することで、上記領域にＺｎを拡散させることにより、共振器端面近傍の部分を混晶化させて端面窓領域にする。
【００６５】
次に、フォトリソ工程によりリッジ１１０を形成し、レーザバーの上面においてリッジ１１０の上面を除く領域をＳｉＯ２で覆った後、レーザバーの上面、下面に電極を形成する。
【００６６】
最後に、上記レーザバーをチップ分割して、チップ幅が１１０μｍである赤色半導体レーザ素子１を複数形成する。なお、上記チップ幅は図１の左右方向の長さに相当する。
【００６７】
本実施例１では、基板１０１として１５度オフのｎ型ＧａＡｓ基板を用いている。リッジ１１０を形成する場合、リッジ１１０の幅、および、リッジ１１０内外の屈折率差を制御するため、リッジ１１０のエッチングはドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせて行い、第２クラッド層中に設けたエッチングストップ層でリッジエッチングを停めた。この方法で形成したリッジ１１０は、基板１０１の傾斜の影響により、チップ幅方向（図１の左右方向の）で非対称な形状になる。
【００６８】
図２に、上記第１，第２クラッド層１０４，１０６の基板１０１に対する格子不整合率を示す。
【００６９】
上記第１クラッド層１０４では、基板１０１側の端から多重量子井戸活性層１０５に向かって２μｍまでの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層１０６では、多重量子井戸活性層１０５側の端から中間層１０７に向かって０．５μｍまでの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層１０４，１０６の多重量子井戸活性層１０５に近い側の領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層１０４，１０６の残りの領域の基板１０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００７０】
図３に、本発明の実施例１のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【００７１】
上記半導体レーザ装置は、赤色半導体レーザ素子１と、この赤色半導体レーザ素子１を搭載する例えばＡｌＮサブマウント２とを備えている。上記赤色半導体レーザ素子１のリッジ１１０側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤３でサブマウント２に固着されている。すなわち、上記赤色半導体レーザ素子１はジャンクションダウンでサブマウント２に実装されている。
【００７２】
一般に、上記赤色半導体レーザ素子１をサブマウント２に固着した時に生じる応力は、赤色半導体レーザ素子１のチップ幅方向（図３の左右方向）の中央では小さく、赤色半導体レーザ素子１のチップ幅方向の端になるほど大きくなる。そのため、本実施例１では、リッジ１１０を応力の影響が少ないチップ幅の中央に形成している。しかし、上述のように、リッジ形状が非対称になると、応力もリッジ１１０に非対称に加わる結果、少ない応力でも偏光角を大きくし、温度による偏光角の変化も大きい。
【００７３】
図４に、上記半導体レーザ装置のフレーム面の温度と赤色半導体レーザ素子１の偏向角とのの関係を示す。なお、上記関係は、半導体レーザ装置の出力を３ｍＷに固定し、半導体レーザ装置のフレーム面の温度を変えて、半導体レーザ装置の偏向角を測定して求めている。なお、上記フレーム面の温度とは、サブマウント２が固着された金属板（図示せず）の温度を指す。
【００７４】
上記半導体レーザ装置は、●で示すように、フレーム面の温度が上昇しても、偏向角の増加を抑えることができる。
【００７５】
これに対して、比較例は、△で示すように、フレーム面の温度が上昇すると、偏向角が大きく増加してしまう。
【００７６】
なお、上記比較例は、基板に対する第１，第２クラッド層の格子不整合率が一様に＋０．０５％に設定されている点以外は本実施例１の半導体レーザ装置と同じ構成の半導体レーザ装置である。
【００７７】
なお、上記実施例１では、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均が、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくなっている。具体的に言うと、上記第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均は、
｛（０．０５×０．８）＋（０．１×０．５）｝÷（０．８＋０．５）＝０．０６９…
であり、
第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均は、
｛（０．０５×２．０）＋（０．１×０．５）｝÷（２．０＋０．５）＝０．０６０
となっている。
【００７８】
上記実施例１では、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしていたが、第２クラッド層１０６の基板１０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層１０４の基板１０１に対する格子不整合率の平均と同じにしてもよい。
【００７９】
上記実施例１において、多重量子井戸活性層１０５に換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【００８０】
〔実施例２〕
図５に、本発明の実施例２の二波長半導体レーザ素子１１の概略断面図を示す。
【００８１】
上記二波長半導体レーザ素子１１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板２０１と、第一半導体レーザ構造の一例としての赤外レーザ構造２１３Ａと、第二半導体レーザ構造の一例としての赤色半導体レーザ構造２１３Ｂとを備え、チップ幅（図５の左右方向の長さ）が２５０μｍとなっている。上記二波長半導体レーザ素子１１のチップ幅方向（図５の左右方向）において、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、絶縁体の一例としてのＳｉＯ２絶縁膜２０９と、幅３０μｍの溝２１４とによって、電気的に分離されている。この赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの間のＳｉＯ２絶縁膜２０９は、赤外レーザ構造２１３Ａの赤色半導体レーザ構造２１３Ｂ側の側面と、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの赤外レーザ構造２１３Ａ側の側面と、基板２０１の上面の一部とを覆っている。
【００８２】
上記赤外半導体レーザ構造２１３Ａは、基板２０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層２０２Ａ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層２０３Ａ、第一導電型の第一下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層２０４Ａ、第一活性層の一例としてのアンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０５Ａ、第二導電型の第一上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層２０６Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２０７Ａ、および、第一コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８Ａを備え、第一発光波長の一例としての７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤外半導体レーザ構造２１３Ａは、共振器長（図５の紙面に垂直な方向の長さ）が１７００μｍ、幅（図５において左右方向の長さ）が１００μｍに設定されている。
【００８３】
上記多重量子井戸活性層２０４Ａは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＡｓガイド層、ＧａＡｓウェル層、ＡｌＧａＡｓバリア層、ＧａＡｓウェル層およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層をこの順で積層して得られる。
【００８４】
上記第２クラッド層２０６Ａ、中間層２０７Ａおよびキャップ層２０８Ａのそれぞれの一部は、共振器長方向（図５の紙面に垂直な方向）に延びるリッジ２１０Ａを形成している。このリッジ２１０Ａの両側面はＳｉＯ２絶縁膜２０９で覆われている。
【００８５】
上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層２０２Ｂ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層２０３Ｂ、第一導電型の第二下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層２０４Ｂ、第二活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層２０５Ｂ、第二導電型の第二上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層２０６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層２０７Ｂ、および、第二コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層２０８Ｂを備え、第２発光波長の一例としての６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、赤外半導体レーザ構造２１３Ａと同じ共振器長および幅を有している。すなわち、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、共振器長が１７００μｍ、幅が１００μｍに設定されている。
【００８６】
上記多重量子井戸活性層２０４Ｂは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【００８７】
上記第２クラッド層２０６Ｂ、中間層２０７Ｂおよびキャップ層２０８Ｂのそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ２１０Ｂを形成している。このリッジ２１０Ｂの両側面はＳｉＯ２絶縁膜２０９で覆われている。
【００８８】
本実施例２では、第１クラッド層２０４Ａ、第２クラッド層２０６Ａ、第１クラッド層２０４Ｂおよび第２クラッド層２０６Ｂは、全てＡｌ組成比が０．７となっている。また、上記第１クラッド層２０４Ａおよび第１クラッド層２０４Ｂの厚みは共に２．５μｍである一方、第２クラッド層２０６Ａおよび第２クラッド層２０６Ｂの厚みは共に１．３μｍである。
【００８９】
また、上記二波長半導体レーザ素子１１は、基板２０１の下面に接続されたｎ側電極と、リッジ２１０Ａの上面に接続されたｐ側電極２１２Ａと、リッジ２１０Ｂの上面に接続されたｐ側電極２１２Ｂとを備えている。
【００９０】
以下、上記二波長半導体レーザ素子１１の製造方法について説明する。
【００９１】
ウエハ上に、赤外半導体レーザ構造２１３Ａを形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ装置で結晶成長した後、ウエハに達するエッチングで複数の層の一部を除去する。この除去で露出するウエハ上に、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを形成するための複数の層を例えばＭＯＣＶＤ装置で結晶成長する。そして、この２回の結晶成長で得られるエピウエハをバー分割して、共振器長が１７００μｍであるレーザバーを複数形成する。
【００９２】
次に、上記レーザバーにおいて共振器端面の一部となる領域（例えば幅４０μｍ）に、フォトリソ工程によってＺｎＯを選択的に形成して、レーザバーの上面をＳｉＯ２でカバーした後、窒素雰囲気中で熱処理することで、上記領域にＺｎを拡散させることにより、共振器端面近傍の部分を混晶化させて端面窓領域にする。
【００９３】
次に、フォトリソ工程によりリッジ２１０Ａ，２１０Ｂを形成し、レーザバーの上面においてリッジ２１０Ａ，２１０Ｂの上面を除く領域をＳｉＯ２で覆った後、レーザバーの上面、下面に電極を形成する。
【００９４】
最後に、上記レーザバーをチップ分割して、それぞれの幅が１００μｍの赤外レーザ構造２１３Ａ，赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを備えた二波長半導体レーザ素子１１を複数形成する。なお、上記幅は図５の左右方向の長さに相当する。
【００９５】
図６に、上記第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの基板２０１に対する格子不整合率を示す。
【００９６】
上記第１クラッド層２０４Ａの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層２０６Ａの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層２０４Ａでは、基板２０１側の端から多重量子井戸活性層２０５Ａに向かって２μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層２０６Ａでは、多重量子井戸活性層２０５Ａ側の端から中間層２０７Ａに向かって０．５μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの多重量子井戸活性層２０５Ａに近い側の領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層２０４Ａ，２０６Ａの残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００９７】
図７に、上記第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの基板２０１に対する格子不整合率を示す。
【００９８】
上記第１クラッド層２０４Ｂの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層２０６Ｂの基板２０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層２０４Ｂでは、基板２０１側の端から多重量子井戸活性層２０５Ｂに向かって２μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層２０６Ｂでは、多重量子井戸活性層２０５Ｂ側の端から中間層２０７Ｂに向かって０．５μｍまでの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。すなわち、上記第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの多重量子井戸活性層２０５Ｂに近い側の領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定する一方、第１，第２クラッド層２０４Ｂ，２０６Ｂの残りの領域の基板２０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【００９９】
図８に、本発明の実施例２のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【０１００】
上記半導体レーザ装置は、二波長半導体レーザ素子１１と、この二波長半導体レーザ素子１１を搭載するＡｌＮサブマウント１２とを備えている。このＡｌＮサブマウント１２の二波長半導体レーザ素子１１側には、接続電極１４Ａ，１４Ｂを形成している。上記二波長半導体レーザ素子１１のリッジ２１０Ａ，２１０Ｂ側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤１３Ａ，１３Ｂでサブマウト１２に固着されている。すなわち、上記二波長半導体レーザ素子１１はジャンクションダウンでサブマウント１２に実装されている。これにより、赤外レーザ構造２１３Ａのｐ側電極２１２Ａは接着剤１３Ａを介して接続電極１４Ａに電気的に接続される一方、赤色半導体レーザ構造２１３Ｂのｐ側電極２１２Ｂは接着剤１３Ｂを介して接続電極１４Ｂに電気的に接続される。
【０１０１】
図９に、上記半導体レーザ装置のフレーム面の温度と二波長半導体レーザ素子１１の偏光角との関係を示す。なお、上記関係は、上記半導体レーザ装置の出力を３ｍＷに固定し、半導体レーザ装置のフレーム面の温度を変えて、半導体レーザ装置の偏向角を測定して求めている。なお、上記フレーム面の温度とは、サブマウント１２が固着された金属板（図示せず）の温度を指す。
【０１０２】
上記二波長半導体レーザ素子１１では、リッジ２１０Ａ，２１０Ｂの位置はチップ幅（図９の左右方向の長さ）の中心からずれている。また、上記二波長半導体レーザ素子１１とサブマウント１２の熱膨張係数差による横方向の応力は、チップ幅の中心から左右で向きが異なり、また、チップ端ほど応力が大きくなる傾向がある。その結果、上記赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂでは偏光角の傾く向きが互いに異なる。また、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの偏光角は、上記実施例１の半導体レーザ素子１のような一波長半導体レーザ素子の偏光角よりも大きくなる。
【０１０３】
しかしながら、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂでは、比較例に比べて、偏向角の温度変化を小さく抑えることができる。また、上記赤外レーザ構造２１３Ａおよび赤色半導体レーザ構造２１３Ｂは、同一の温度条件化の比較例よりも、偏向角の大きさが小さくなっている。これは、活性層に近い領域で比較例より大きな格子不整合率のクラッド層を用いたことで、格子不整合による応力がおり大きくなり、レーザチップとサブマウントの熱膨張係数差による応力を低減する作用が強くなったためである。
【０１０４】
なお、上記比較例は、基板に対する第１，第２クラッド層の格子不整合率が一様に＋０．０５％に設定されている点以外は本実施例２の半導体レーザ装置と同じ構成の半導体レーザ装置である。
【０１０５】
上記実施例２において、多重量子井戸活性層２０５Ａ，２０５Ｂに換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【０１０６】
上記実施例２では、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３ＢをＳｉＯ２絶縁膜２０９と溝２１４とで電気的に分離していたが、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを絶縁体のみで電気的に分離するようにしてもよい、あるいは、赤外レーザ構造２１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを溝のみで電気的に分離するようにしてもよい。
【０１０７】
〔実施例３〕
図１０に、本発明の実施例３の二波長半導体レーザ素子２１の概略断面図を示す。
【０１０８】
上記二波長半導体レーザ素子２１は、半導体基板の一例としてのｎ型ＧａＡｓ基板３０１と、第一半導体レーザ構造の一例としての赤外レーザ構造３１３Ａと、第二半導体レーザ構造の一例としての赤色レーザ構造３１３Ｂとを備え、チップ幅（図１０の左右方向の長さ）が２２０μｍとなっている。上記二波長半導体レーザ素子２１のチップ幅方向（図１０の左右方向）において、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂは、絶縁体の一例としてのＳｉＯ２絶縁膜３０９と、幅３０μｍの溝３１４とによって、電気的に分離されている。この赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂの間のＳｉＯ２絶縁膜３０９は、赤外レーザ構造３１３Ａの赤色レーザ構造３１３Ｂ側の側面と、赤色レーザ構造３１３Ｂの赤外レーザ構造３１３Ａ側の側面と、基板３０１の上面の一部とを覆っている。
【０１０９】
上記赤外半導体レーザ構造３１３Ａは、基板３０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層３０２Ａ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層３０３Ａ、第一導電型の第一下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３０４Ａ、第一活性層の一例としてのアンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層３０５Ａ、第二導電型の第一上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３０６Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層３０７Ａ、および、第一コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８Ａを備え、第一発光波長の一例としての７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤外半導体レーザ構造３１３Ａは、共振器長（図１０の紙面に垂直な方向の長さ）が１７００μｍ、幅（図１０において左右方向の長さ）が７０μｍに設定されている。
【０１１０】
上記多重量子井戸活性層３０４Ａは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＡｓガイド層、ＧａＡｓウェル層、ＡｌＧａＡｓバリア層、ＧａＡｓウェル層およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層をこの順で積層して得られる。
【０１１１】
上記第２クラッド層３０６Ａ、中間層３０７Ａおよびキャップ層３０８Ａのそれぞれの一部は、共振器長方向（図１０の紙面に垂直な方向）に延びるリッジ３１０Ａを形成している。このリッジ３１０Ａの両側面はＳｉＯ２絶縁膜３０９で覆われている。
【０１１２】
上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層３０２Ｂ、ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層３０３Ｂ、第一導電型の第二下クラッド層の一例としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層３０４Ｂ、第二活性層の一例としてのアンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層３０５Ｂ、第二導電型の第二上クラッド層の一例としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層３０６Ｂ、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層３０７Ｂ、および、第二コンタクト層の一例としてのｐ型ＧａＡｓキャップ層３０８Ｂを備え、第２発光波長の一例としての６６０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、赤外半導体レーザ構造３１３Ａと同じ共振器長および幅を有している。すなわち、上記赤色レーザ構造３１３Ｂは、共振器長が１７００μｍ、幅が１００μｍに設定されている。
【０１１３】
上記多重量子井戸活性層３０４Ｂは、図示しないが、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層、ＡｌＧａＩｎＰバリア層、ＧａＩｎＰウェル層およびアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層をこの順で積層して得られる。
【０１１４】
上記第２クラッド層３０６Ｂ、中間層３０７Ｂおよびキャップ層３０８Ｂのそれぞれの一部によって、共振器長方向に延びるリッジ３１０Ｂを形成している。このリッジ３１０Ｂの両側面はＳｉＯ２絶縁膜３０９で覆われている。
【０１１５】
本実施例３では、第１クラッド層３０４Ａ、第２クラッド層３０６Ａ、第１クラッド層３０４Ｂおよび第２クラッド層３０６Ｂは、全てＡｌ組成比が０．７となっている。また、上記第１クラッド層３０４Ａおよび第１クラッド層３０４Ｂの厚みは共に２．５μｍである一方、第２クラッド層３０６Ａおよび第２クラッド層３０６Ｂの厚みは共に１．３μｍである。
【０１１６】
また、上記二波長半導体レーザ素子２１は、基板３０１の下面に接続されたｎ側電極と、リッジ３１０Ａの上面に接続されたｐ側電極３１２Ａと、リッジ３１０Ｂの上面に接続されたｐ側電極３１２Ｂとを備えている。
【０１１７】
図１１に、上記第１，第２クラッド層３０４Ａ，３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率を示す。
【０１１８】
上記第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．１３８になっている。すなわち、上記第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均は、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしている。より詳しくは、上記第１クラッド層３０４Ａでは、基板３０１側の端から多重量子井戸活性層３０５Ａに向かって２μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層３０６Ａでは、多重量子井戸活性層３０５Ａ側の端から中間層３０７Ａに向かって０．５μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．２０％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１０％に設定している。
【０１１９】
図１２に、上記第１，第２クラッド層３０４Ｂ，３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率を示す。
【０１２０】
上記第１クラッド層３０４Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６０％になっている一方、第２クラッド層３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均は０．０６９％になっている。より詳しくは、上記第１クラッド層３０４Ｂでは、基板３０１側の端から多重量子井戸活性層３０５Ｂに向かって２μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に設定している。また、上記第２クラッド層３０６Ｂでは、多重量子井戸活性層３０５Ｂ側の端から中間層３０７Ｂに向かって０．３μｍまでの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．１％に、残りの領域の基板３０１に対する格子不整合率を＋０．０５％に設定している。
【０１２１】
図１３に、本発明の実施例３のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の要部の概略断面図を示す。
【０１２２】
上記半導体レーザ装置は、二波長半導体レーザ素子２１と、この二波長半導体レーザ素子２１を搭載するＡｌＮサブマウント２２とを備えている。このＡｌＮサブマウント２２の二波長半導体レーザ素子２１側には、接続電極２４Ａ，２４Ｂを形成している。上記二波長半導体レーザ素子２１のリッジ３１０Ａ，３１０Ｂ側は、例えばＡｕＳｎなどの接着剤２３Ａ，２３Ｂでサブマウト１２に固着されている。すなわち、上記二波長半導体レーザ素子２１はジャンクションダウンでサブマウント２２に実装されている。これにより、赤外レーザ構造３１３Ａのｐ側電極３１２Ａは接着剤２３Ａを介して接続電極２４Ａに電気的に接続される一方、赤色レーザ構造３１３Ｂのｐ側電極３１２Ｂは接着剤２３Ｂを介して接続電極２４Ｂに電気的に接続される。
【０１２３】
上記構成の半導体レーザ装置によれば、二波長半導体レーザ素子２１をジャンクションダウンでサブマウント２２に実装していることによって、多重量子井戸活性層３０５Ａの発熱はサブマウント２２側に放熱される。その結果、上記基板３０１側の第１クラッド層３０４Ａよりも、サブマウント２２側の第２クラッド層３０６Ａの方が高温になるが、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均を大きくしているので、二波長半導体レーザ素子２１とサブマウント２２の熱膨張係数差による応力を低減する作用を弱めることができる。したがって、上記赤外レーザ構造２１３Ａでは、偏向角の温度変化を確実に小さく抑えることができる。
【０１２４】
また、上記赤色半導体レーザ構造２１３Ｂの幅よりも赤外レーザ構造２１３Ａの幅を狭くしていることによって、１ウエハからより多くの二波長半導体レーザ素子２１が得られるので、二波長半導体レーザ素子２１の価格を下げることができる。
【０１２５】
このように、上記赤外レーザ構造２１３Ａの幅を狭くすると、赤外レーザ構造２１３Ａの放熱断面積が小さくなる結果、赤外レーザ構造２１３Ａの放熱性が悪く、第２クラッド層３０６Ａの温度が非常に高くなるが、これによる悪影響は、第１クラッド層３０４Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも、第２クラッド層３０６Ａの基板３０１に対する格子不整合率の平均を大きくしていることで低減できる。すなわち、上記赤外レーザ構造２１３Ａの放熱性が悪くても、赤外レーザ構造２１３Ａの偏向角の温度変化を小さくできる。
【０１２６】
上記実施例３において、多重量子井戸活性層３０５Ａ，３０５Ｂに換えて、単一量子井戸活性層や、量子井戸構造を有さない活性層を用いてもよい。
【０１２７】
上記実施例３では、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３ＢをＳｉＯ２絶縁膜３０９と溝３１４とで電気的に分離していたが、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色レーザ構造３１３Ｂを絶縁体のみで電気的に分離するようにしてもよい、あるいは、赤外レーザ構造３１３Ａと赤色半導体レーザ構造２１３Ｂを溝のみで電気的に分離するようにしてもよい。
【０１２８】
上記実施例３において、第２クラッド層３０６Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均を、第１クラッド層３０４Ｂの基板３０１に対する格子不整合率の平均よりも大きくしてもよい。
【０１２９】
本発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施例１〜３およびその変形例において基板および各層の導電型を全て逆にしたものを本発明の一実施例としてもよい。
【０１３０】
また、本発明の一実施例の半導体レーザ素子において、下クラッド層および上クラッド層の少なくとも一方の材料の熱膨張係数は半導体基板の材料の熱膨張係数より大きくしてもよい。
【０１３１】
また、本発明の一実施例において、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、活性層側の部分の半導体基板に対する格子不整合率は、０．１％〜０．２％の範囲内にしてもよい。
【０１３２】
また、本発明の一実施例において、下クラッド層および上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、０．０％〜０．１％の範囲内にしてもよい。
【０１３３】
また、本発明の一実施例の半導体レーザ装置において、半導体基板の材料の熱膨張係数はサブマウントの材料の熱膨張係数より大きくしもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１ 赤色半導体レーザ素子
２，１２，２２ ＡｌＮサブマウント
３，１３Ａ，１３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ 接着剤
１１，２１ 二波長半導体レーザ素子
１０１，２０１，３０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，３１０Ａ，３１０Ｂ リッジ
１０２，２０２Ａ，２０２Ｂ ｎ型ＧａＡｓ第１バッファ層、
１０３，２０３Ａ，２０３Ｂ ｎ型ＧａＩｎＰ第２バッファ層
１０４，２０４Ａ，２０４Ｂ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
１０５，２０５Ｂ アンドープＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層
１０６，２０６Ａ，２０６Ｂ ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
１０７，２０７Ａ，２０７Ｂ ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
１０８，２０８Ａ，２０８Ｂ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
２０５Ａ アンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
２１３Ａ，３１３Ａ 赤外レーザ構造
２１３Ｂ，３１３Ｂ 赤色半導体レーザ構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成された半導体レーザ構造と
を備え、
上記半導体レーザ構造は、
上記半導体基板上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に形成されたコンタクト層と
を備え、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体レーザ構造は、
第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、
上記第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、上記第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造と
を有し、
上記下クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第一下クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第二下クラッド層と
を有し、
上記活性層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一活性層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二活性層と
を有し、
上記上クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第一上クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第二上クラッド層と
を有し、
上記コンタクト層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一コンタクト層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二コンタクト層と
を有し、
上記第一下クラッド層および上記第一上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第一活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第一活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きく、
上記第二下クラッド層および上記第二上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第二活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第二活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項３または４に記載の半導体レーザ素子において、
上記第二上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項３から７までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、上記第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭いことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項３から８までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層、第一下クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
上記第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子と、
上記半導体素子の上記コンタク層側に固着されたサブマウントと
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１】
半導体基板と、
上記半導体基板上に形成された半導体レーザ構造と
を備え、
上記半導体レーザ構造は、
上記半導体基板上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の下クラッド層と、
上記下クラッド層上に形成された活性層と、
上記活性層上に形成され、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の上クラッド層と、
上記上クラッド層上に形成されたコンタクト層と
を備え、
上記下クラッド層および上記上クラッド層のそれぞれにおいて、上記活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ素子において、
上記上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
上記半導体レーザ構造は、
第一発光波長を有する第一半導体レーザ構造と、
上記第一半導体レーザ構造の側方に溝および絶縁体の少なくとも一方を介して形成され、上記第一発光波長とは異なる第二発光波長を有する第二半導体レーザ構造と
を有し、
上記下クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第一下クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第一導電型の第二下クラッド層と
を有し、
上記活性層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一活性層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二活性層と
を有し、
上記上クラッド層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第一上クラッド層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成すると共に、上記半導体基板に対して正の格子不整合率を有する第二導電型の第二上クラッド層と
を有し、
上記コンタクト層は、
上記第一半導体レーザ構造の一部を構成する第一コンタクト層と、
上記第二半導体レーザ構造の一部を構成する第二コンタクト層と
を有し、
上記第一下クラッド層および上記第一上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第一活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第一活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きく、
上記第二下クラッド層および上記第二上クラッド層のそれぞれにおいて、上記第二活性層側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率は、上記第二活性層側とは反対側の部分の上記半導体基板に対する格子不整合率よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項３または４に記載の半導体レーザ素子において、
上記第二上クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二下クラッド層の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項３から５までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第一上クラッド層および上記第一下クラッド層において上記第一活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項３から６までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的高くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均が、上記第二上クラッド層および上記第二下クラッド層において上記第二活性層の発熱で温度が比較的低くなる方の上記半導体基板に対する格子不整合率の平均よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項３から７までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅は、上記第二半導体レーザ構造の共振器長方向および層厚方向に垂直な方向の幅よりも狭いことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項３から８までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子において、
上記第一上クラッド層、第二上クラッド層、第一下クラッド層および第二下クラッド層は、それぞれ、ＡｌＧａＩｎＰからなり、
上記第一活性層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）からなり、
上記第二活性層は(ＡｌｙＧａ１−ｙ)ＩｎＰ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の半導体レーザ素子と、
上記半導体素子の上記コンタク層側に固着されたサブマウントと
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１９１１４３（Ｐ２０１２−１９１１４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５７４２（Ｐ２０１１−５５７４２）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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