半導体レーザ素子および半導体レーザ
【課題】ＦＦＰパワー依存性を縮小しつつキンクレベルの低下を抑制可能な半導体レーザ素子および半導体レーザを提供すること。
【解決手段】積層されたｎ型クラッド層２Ａ，２Ｂ、活性層３Ａ，３Ｂ、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部４１Ａ，４１Ｂが形成されたｐ型クラッド層４Ａ，４Ｂと、リッジ部４１Ａ，４１Ｂを挟み、かつリッジ部４１Ａ，４１Ｂとは屈折率が異なる電流狭窄層５Ａ，５Ｂと、を備える半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２であって、リッジ部４１Ａ，４１Ｂは、出射方向中央寄りに位置する広幅部４４Ａ，４４Ｂ、出射方向端寄りに位置し広幅部４４Ａ，４４Ｂよりも幅が狭い狭幅部４２Ａ，４２Ｂ、および広幅部４４Ａ，４４Ｂおよび狭幅部４２Ａ，４２Ｂを繋ぐテーパ部４３Ａ，４３Ｂを有する。
【解決手段】積層されたｎ型クラッド層２Ａ，２Ｂ、活性層３Ａ，３Ｂ、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部４１Ａ，４１Ｂが形成されたｐ型クラッド層４Ａ，４Ｂと、リッジ部４１Ａ，４１Ｂを挟み、かつリッジ部４１Ａ，４１Ｂとは屈折率が異なる電流狭窄層５Ａ，５Ｂと、を備える半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２であって、リッジ部４１Ａ，４１Ｂは、出射方向中央寄りに位置する広幅部４４Ａ，４４Ｂ、出射方向端寄りに位置し広幅部４４Ａ，４４Ｂよりも幅が狭い狭幅部４２Ａ，４２Ｂ、および広幅部４４Ａ，４４Ｂおよび狭幅部４２Ａ，４２Ｂを繋ぐテーパ部４３Ａ，４３Ｂを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえＤＶＤやＣＤ−Ｒの読み書き処理に用いられる半導体レーザ素子および半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の半導体レーザの一例を示している。同図に示された半導体レーザＹは、基板１上に半導体レーザ素子Ｘ１，Ｘ２がいわゆるモノシリックに形成された構造を有している。半導体レーザ素子Ｘ１は、互いに積層されたｎ型クラッド層９２Ａ、活性層９３Ａ、ｐ型クラッド層９４Ａ、および電流狭窄層９５Ａを備えている。半導体レーザ素子Ｘ２は、互いに積層されたｎ型クラッド層９２Ｂ、活性層９３Ｂ、ｐ型クラッド層９４Ｂ、および電流狭窄層９５Ｂを備えている。ｐ型クラッド層９４Ａには、電気狭窄層９５Ａに挟まれたリッジ部９６Ａが形成されており、ｐ型クラッド層９４Ｂには、電気狭窄層９５Ｂに挟まれたリッジ部９６Ｂが形成されている。リッジ部９６Ａ，９６Ｂは、一定幅で互いに平行に延びている。半導体レーザ素子Ｘ１からは、赤色のレーザ光が発せられ、半導体レーザ素子Ｘ２からは、赤外領域のレーザ光が発せられる。これにより、半導体レーザＹは、ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒに対する書き込み処理および読み取り処理の双方に用いることができる。
【０００３】
ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒに対する書き込み処理と読み取り処理とでは、半導体レーザＹから発せられるレーザ光の出力が大きく異なる。読み取り処理には比較的低出力のレーザ光が用いられ、書き込み処理には比較的高出力のレーザ光が用いられるからである。半導体レーザ素子Ｘ１，Ｘ２から発せられるレーザ光は、一般的にその出力によってレーザ光の広がり形状を示すＦＦＰ（Far Field Pattern）が変化する。このＦＦＰパワー依存性を小さくするには、リッジ部９６Ａ，９６Ｂの幅を広くすることが有効であることが知られている。しかし、リッジ部９６Ａ，９６Ｂの幅をあまりに広くすると、ＦＦＰが小さくなりビーム形状が所望の形状から大きく異なったものとなってしまう。また、電流値に対するレーザ出力の関係が不連続となるときのレーザ出力であるいわゆるキンクレベルが低下し、このキンクレベルが半導体レーザＹの常用域に含まれてしまうという問題もある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ＦＦＰパワー依存性を縮小しつつキンクレベルの低下を抑制可能な半導体レーザ素子および半導体レーザを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される半導体レーザ素子は、互いに積層された第１導電形半導体層、活性層、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部が形成された第２導電形半導体層と、上記リッジ部を挟み、かつ上記リッジ部とは屈折率が異なる電流狭窄層と、を備える半導体レーザ素子であって、上記リッジ部は、出射方向中央寄りに位置する広幅部、出射方向端寄りに位置し上記広幅部よりも幅が狭い狭幅部、および上記広幅部および上記狭幅部を繋ぐテーパ部を有することを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記狭幅部は、その出射方向寸法が２０〜２００μｍである。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記狭幅部は、その幅が１．５〜４．０μｍである。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記広幅部は、その幅が上記狭幅部の幅以上、５．０μｍ以下である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記リッジ部に対して幅方向において離間しており、かつ上記積層方向において上記リッジ部よりも突出している隆起部が形成されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、赤色のレーザ光を発する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層が、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなり赤外領域のレーザ光を発する。
【００１３】
本発明の第２の側面によって提供される半導体レーザは、半導体基板と、上記半導体基板に形成された本発明の第１の側面によって提供される第１半導体レーザ素子と、上記半導体基板に形成され、かつ互いの出射方向が平行となるように上記第１半導体レーザ素子に対して並べられた、本発明の第１の側面によって提供される第２半導体レーザ素子と、を備えており、上記第１半導体レーザ素子と上記第２半導体レーザ素子とは、それぞれが出射するレーザ光の波長が異なることを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１半導体レーザ素子は、上記活性層がＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、かつ赤色のレーザ光を発し、上記第２半導体レーザ素子は、上記活性層がＡｌＧａＡｓ系半導体からなり、かつ赤外領域のレーザ光を発する。
【００１５】
このような構成によれば、ＰＰＦパワー依存性を縮小しつつキンクレベルの低下を抑制することができる。また、上記広幅部、上記狭幅部の寸法を上述した範囲とすることにより、ＰＰＦパワー依存性の縮小とキンクレベルの低下をさらに図るとともに、ＦＦＰのバラツキ防止、しきい値電流の低減、端面破壊防止といった効果を好適に奏する。このような上記半導体レーザは、たとえばＤＶＤおよびＣＤ−Ｒの読み書き処理のレーザ光源として用いるのに好適である。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明に係る半導体レーザの一例を示している。本実施形態の半導体レーザＢは、基板１上に２つの半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２が形成された構造とされている。本実施形態においては、半導体レーザ素子Ａ１からは赤色のレーザ光が発せられ、半導体レーザ素子Ａ２からは赤外領域のレーザ光が発せられる。これにより、半導体レーザＢは、赤色のレーザ光と赤外領域のレーザ光とを同一方向に出射可能な二波長半導体レーザとして構成されている。このような半導体レーザＢは、たとえば赤色のレーザ光によるＤＶＤの読み書き処理、および赤外領域のレーザ光によるＣＤ−Ｒの読み書き処理を行うのに用いられる。
【００１９】
基板１は、半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２の土台である。本実施形態においては、基板１の材質としてｎ型ＧａＡｓを用いたが、これに限定されず他の化合物半導体であってもよい。基板１の裏面には、電極１１が形成されている。
【００２０】
半導体レーザ素子Ａ１は、ｎ型クラッド層２Ａ、活性層３Ａ、ｐ型クラッド層４Ａ、電流狭窄層５Ａ、およびｐ型コンタクト層６Ａが積層された構造とされており、たとえば波長が６５０ｎｍ程度の赤色のレーザ光を発する。なお、理解の便宜上、図１および図２においては、ｐ型コンタクト層６Ａを省略している。
【００２１】
ｎ型クラッド層２Ａは、たとえばｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば１〜１０μｍ程度である。活性層３Ａは、互いに組成が異なるＩｎＧａＡｌＰからなる井戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造とされており、その全体厚さがたとえば０．０４〜０．２μｍ程度である。
【００２２】
ｐ型クラッド層４Ａは、たとえばＰ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その全体厚さがたとえば０．７〜３．５μｍ程度である。ｐ型クラッド層４Ａには、出射方向に延びるリッジ部４１Ａが形成されている。電流狭窄層５Ａは、リッジ部４１Ａを挟むように形成されており、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる。ｐ型クラッド層４Ａと電流狭窄層５Ａとを比較すると、Ａｌの組成比が電流狭窄層の方が若干高く、互いの屈折率が異なる。これにより、半導体レーザ素子Ａ１は、活性層３Ａで発生した光がリッジ部４１Ａと電流狭窄層５Ａとの境界面によって反射され、リッジ部４１Ａに沿った導波路が形成される。
【００２３】
図２に示すように、リッジ部４１Ａは、２つの狭幅部４２Ａ、２つのテーパ部４３Ａ、および広幅部４４Ａを有している。２つの狭幅部４２Ａは、リッジ部４１Ａの両端に位置している。本実施形態においては、リッジ部４１Ａは、その幅Ｈ１Ａが１．５〜４μｍ、その長さＬＡが２０〜２００μｍとされている。長さＬＡは、０．００３６／ｎＬ〜０．０３６／ｎＬとなるように決定されている（ｎＬ：コヒーレンス長さ）。広幅部４４Ａは、リッジ部４１Ａの出射方向中央に位置し、その幅が狭幅部４２Ａよりも広い。本実施形態においては、広幅部４４Ａは、その幅Ｈ２ＡがＨ１Ａより大きく、かつ最大で５μｍとされている。２つのテーパ部４３Ａは、２つの狭幅部４２Ａと広幅部４４Ａとを繋いでいる部分であり、その幅が出射方向において線形的に変化している。
【００２４】
ｐ型コンタクト層６Ａは、たとえばｐ型ＧａＡｓ系半導体からなり、その厚さがたとえば０．１〜１０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層６Ａ上には、たとえばＴｉ／Ａｕからなる電極層（図示略）が形成される。
【００２５】
ｐ型クラッド層４Ａのうち、出射方向と直角である方向においてリッジ部４１Ａに対して離間し、かつこれを挟むように比較的厚肉の部位が設けられている。この厚肉部位、およびこれを覆う電流狭窄層５Ａおよびｐ型コンタクト層６Ａが、隆起部７Ａとなっている。隆起部７Ａは、リッジ部４１Ａよりも突出している。
【００２６】
半導体レーザ素子Ａ２は、ｎ型クラッド層２Ｂ、活性層３Ｂ、ｐ型クラッド層４Ｂ、電流狭窄層５Ｂ、およびｐ型コンタクト層６Ｂが積層された構造とされており、たとえば波長が７８０ｎｍ程度の赤外領域のレーザ光を発する。なお、理解の便宜上、図１および図２においては、ｐ型コンタクト層６Ｂを省略している。
【００２７】
ｎ型クラッド層２Ｂは、たとえばｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば１〜１０μｍ程度である。活性層３Ｂは、互いに組成が異なるＡｌＧａＡｓからなる井戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造とされており、その全体厚さがたとえば０．０４〜０．２μｍ程度である。
【００２８】
ｐ型クラッド層４Ｂは、たとえばＰ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その全体厚さがたとえば０．７〜３．５μｍ程度である。ｐ型クラッド層４Ｂには、出射方向に延びるリッジ部４１Ｂが形成されている。電流狭窄層５Ｂは、リッジ部４１Ｂを挟むように形成されており、たとえばｎ型ＡｌＧａＡｓ系半導体からなる。ｐ型クラッド層４Ｂと電流狭窄層５Ｂとを比較すると、互いの屈折率が異なる。これにより、半導体レーザ素子Ａ２においては、活性層３Ｂで発生した光がリッジ部４１Ｂと電流狭窄層５Ｂとの境界面によって反射され、リッジ部４１Ｂに沿った導波路が形成される。
【００２９】
図２に示すように、リッジ部４１Ｂは、２つの狭幅部４２Ｂ、２つのテーパ部４３Ｂ、および広幅部４４Ｂを有している。２つの狭幅部４２Ｂは、リッジ部４１Ｂの両端に位置している。本実施形態においては、リッジ部４１Ｂは、その幅Ｈ１Ｂが１．５〜４μｍ、その長さＬＢが２０〜２００μｍとされている。長さＬＢは、０．００３６／ｎＬ〜０．０３６／ｎＬとなるように決定されている（ｎＬ：コヒーレンス長さ）。広幅部４４Ｂは、リッジ部４１Ｂの出射方向中央に位置し、その幅が狭幅部４２Ｂよりも広い。本実施形態においては、広幅部４４Ｂは、その幅Ｈ２ＢがＨ１Ｂより大きく、かつ最大で５μｍとされている。２つのテーパ部４３Ｂは、２つの狭幅部４２Ｂと広幅部４４Ｂとを繋いでいる部分であり、その幅が出射方向において線形的に変化している。
【００３０】
ｐ型コンタクト層６Ｂは、たとえばｐ型ＧａＡｓ系半導体からなり、その厚さがたとえば０．１〜１０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層６Ｂ上には、たとえばＴｉ／Ａｕからなる電極層（図示略）が形成される。
【００３１】
ｐ型クラッド層４Ｂのうち、出射方向と直角である方向においてリッジ部４１Ｂに対して離間し、かつこれを挟むように比較的厚肉の部位が設けられている。この厚肉部位、およびこれを覆う電流狭窄層５Ｂおよびｐ型コンタクト層６Ｂが、隆起部７Ｂとなっている。隆起部７Ｂは、リッジ部４１Ｂよりも突出している。
【００３２】
次に、半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２および半導体レーザＢの作用について説明する。
【００３３】
本実施形態によれば、リッジ部４１Ａ，４１Ｂに広幅部４４Ａ，４４Ｂを設けることにより、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が広くなり、ＰＰＦパワー依存性を縮小することができる。図４は、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２ＢとＰＰＦパワー依存性Δθの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが狭いほどＰＰＦパワー依存性Δθが大きくなってしまう。次に、図５は、しきい値電流Ｉｔｈと幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂとの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが広すぎると、しきい値電流Ｉｔｈが過度に大きくなってしまう。さらに、図６は、キンクレベルＬｋと幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂとの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが大きすぎると、キンクレベルＬｋが不当に低下してしまう。以上より、発明者は、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂの大きさとして、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂよりも広く、最大で５μｍとすれば、ＰＰＦパワー依存性Δθを縮小しつつ、しきい値電流の増大およびキンクレベルの低下を抑制するのに好適であることを見出した。
【００３４】
また、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂが狭すぎるとＦＦＰパワー依存性が増大し、さらに端面における光密度の増大により端面破壊（以下、ＣＯＤ）のおそれが大きくなる。一方、幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａが広すぎると、キンクレベルが低下してしまう。幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂを１．５〜４．０μｍとすれば、ＦＦＰパワー依存性の縮小およびＣＯＤ回避とキンクレベルの低下防止とを図るのに好ましい。
【００３５】
また、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの長さＬＡ，ＬＢが短すぎると、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が広くなることとなり、製造時のへき開位置のずれに起因してＦＦＰのバラツキが生じたり、キンクレベルの低下を招いたりするおそれがある。一方、長さＬＡ，ＬＢが長すぎると、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が狭くなることとなり、ＦＦＰパワー依存性が増大してしまう。長さＬＡ，ＬＢを２０〜２００μｍとすれば、ＦＦＰのバラツキおよびキンクレベルの低下を回避しつつ、ＦＦＰパワー依存性を縮小することができる。
【００３６】
以上に述べた半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２を備える半導体レーザＢは、赤色のレーザ光および赤外領域のレーザ光を、低出力状態および高出力状態のいずれの状態で出射しても、ＦＦＰの変化が比較的小さい。このような半導体レーザＢは、ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒの読み書き処理のレーザ光源として用いるのに好適である。
【００３７】
また、隆起部７Ａ，７Ｂが設けられていることにより、半導体レーザＢをたとえば半導体レーザ装置のサブマウント（図示略）に搭載する際に、リッジ部４１Ａ，４１Ｂに過大な力が作用することを回避することが可能である。これにより、リッジ部４１Ａ，４１Ｂが損傷することを防止することができる。
【００３８】
本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３９】
本発明にかかる半導体レーザ素子は、リッジ部の両端に本発明で言う狭幅部が形成されたものに限定されず、たとえばリッジ部の出射側端にのみ狭幅部が形成された構成であってもよい。本発明に係る半導体レーザ素子は、１つの半導体レーザ素子のみを備える半導体レーザに用いてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部斜視図である。
【図２】本発明にかかる半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】広幅部の幅とＦＦＰパワー依存性との関係を示すグラフである。
【図５】広幅部の幅としきい値電流との関係を示すグラフである。
【図６】広幅部の幅とキンクレベルとの関係を示すグラフである。
【図７】従来の半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ１，Ａ２ 半導体レーザ素子
Ｂ 半導体レーザ
Ｉｔｈ しきい値電流
ＬＡ，ＬＢ 長さ
Ｌｋ キンクレベル
Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂ 幅
Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂ 幅
Δθ ＰＰＦパワー依存性
１ （半導体）基板
１１ 電極層
２Ａ，２Ｂ ｎ型クラッド層（第１導電形半導体層）
３Ａ，３Ｂ 活性層
４Ａ，４Ｂ ｐ型クラッド層（第２導電形半導体層）
５Ａ，５Ｂ 電流狭窄層
６Ａ，６Ｂ ｐ型コンタクト層
７Ａ，７Ｂ 隆起部
４１Ａ，４１Ｂ リッジ部
４２Ａ，４２Ｂ 狭幅部
４３Ａ，４３Ｂ テーパ部
４４Ａ，４４Ｂ 広幅部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえＤＶＤやＣＤ−Ｒの読み書き処理に用いられる半導体レーザ素子および半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の半導体レーザの一例を示している。同図に示された半導体レーザＹは、基板１上に半導体レーザ素子Ｘ１，Ｘ２がいわゆるモノシリックに形成された構造を有している。半導体レーザ素子Ｘ１は、互いに積層されたｎ型クラッド層９２Ａ、活性層９３Ａ、ｐ型クラッド層９４Ａ、および電流狭窄層９５Ａを備えている。半導体レーザ素子Ｘ２は、互いに積層されたｎ型クラッド層９２Ｂ、活性層９３Ｂ、ｐ型クラッド層９４Ｂ、および電流狭窄層９５Ｂを備えている。ｐ型クラッド層９４Ａには、電気狭窄層９５Ａに挟まれたリッジ部９６Ａが形成されており、ｐ型クラッド層９４Ｂには、電気狭窄層９５Ｂに挟まれたリッジ部９６Ｂが形成されている。リッジ部９６Ａ，９６Ｂは、一定幅で互いに平行に延びている。半導体レーザ素子Ｘ１からは、赤色のレーザ光が発せられ、半導体レーザ素子Ｘ２からは、赤外領域のレーザ光が発せられる。これにより、半導体レーザＹは、ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒに対する書き込み処理および読み取り処理の双方に用いることができる。
【０００３】
ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒに対する書き込み処理と読み取り処理とでは、半導体レーザＹから発せられるレーザ光の出力が大きく異なる。読み取り処理には比較的低出力のレーザ光が用いられ、書き込み処理には比較的高出力のレーザ光が用いられるからである。半導体レーザ素子Ｘ１，Ｘ２から発せられるレーザ光は、一般的にその出力によってレーザ光の広がり形状を示すＦＦＰ（Far Field Pattern）が変化する。このＦＦＰパワー依存性を小さくするには、リッジ部９６Ａ，９６Ｂの幅を広くすることが有効であることが知られている。しかし、リッジ部９６Ａ，９６Ｂの幅をあまりに広くすると、ＦＦＰが小さくなりビーム形状が所望の形状から大きく異なったものとなってしまう。また、電流値に対するレーザ出力の関係が不連続となるときのレーザ出力であるいわゆるキンクレベルが低下し、このキンクレベルが半導体レーザＹの常用域に含まれてしまうという問題もある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８７７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ＦＦＰパワー依存性を縮小しつつキンクレベルの低下を抑制可能な半導体レーザ素子および半導体レーザを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供される半導体レーザ素子は、互いに積層された第１導電形半導体層、活性層、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部が形成された第２導電形半導体層と、上記リッジ部を挟み、かつ上記リッジ部とは屈折率が異なる電流狭窄層と、を備える半導体レーザ素子であって、上記リッジ部は、出射方向中央寄りに位置する広幅部、出射方向端寄りに位置し上記広幅部よりも幅が狭い狭幅部、および上記広幅部および上記狭幅部を繋ぐテーパ部を有することを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記狭幅部は、その出射方向寸法が２０〜２００μｍである。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記狭幅部は、その幅が１．５〜４．０μｍである。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記広幅部は、その幅が上記狭幅部の幅以上、５．０μｍ以下である。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記リッジ部に対して幅方向において離間しており、かつ上記積層方向において上記リッジ部よりも突出している隆起部が形成されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、赤色のレーザ光を発する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層が、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなり赤外領域のレーザ光を発する。
【００１３】
本発明の第２の側面によって提供される半導体レーザは、半導体基板と、上記半導体基板に形成された本発明の第１の側面によって提供される第１半導体レーザ素子と、上記半導体基板に形成され、かつ互いの出射方向が平行となるように上記第１半導体レーザ素子に対して並べられた、本発明の第１の側面によって提供される第２半導体レーザ素子と、を備えており、上記第１半導体レーザ素子と上記第２半導体レーザ素子とは、それぞれが出射するレーザ光の波長が異なることを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１半導体レーザ素子は、上記活性層がＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、かつ赤色のレーザ光を発し、上記第２半導体レーザ素子は、上記活性層がＡｌＧａＡｓ系半導体からなり、かつ赤外領域のレーザ光を発する。
【００１５】
このような構成によれば、ＰＰＦパワー依存性を縮小しつつキンクレベルの低下を抑制することができる。また、上記広幅部、上記狭幅部の寸法を上述した範囲とすることにより、ＰＰＦパワー依存性の縮小とキンクレベルの低下をさらに図るとともに、ＦＦＰのバラツキ防止、しきい値電流の低減、端面破壊防止といった効果を好適に奏する。このような上記半導体レーザは、たとえばＤＶＤおよびＣＤ−Ｒの読み書き処理のレーザ光源として用いるのに好適である。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１〜図３は、本発明に係る半導体レーザの一例を示している。本実施形態の半導体レーザＢは、基板１上に２つの半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２が形成された構造とされている。本実施形態においては、半導体レーザ素子Ａ１からは赤色のレーザ光が発せられ、半導体レーザ素子Ａ２からは赤外領域のレーザ光が発せられる。これにより、半導体レーザＢは、赤色のレーザ光と赤外領域のレーザ光とを同一方向に出射可能な二波長半導体レーザとして構成されている。このような半導体レーザＢは、たとえば赤色のレーザ光によるＤＶＤの読み書き処理、および赤外領域のレーザ光によるＣＤ−Ｒの読み書き処理を行うのに用いられる。
【００１９】
基板１は、半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２の土台である。本実施形態においては、基板１の材質としてｎ型ＧａＡｓを用いたが、これに限定されず他の化合物半導体であってもよい。基板１の裏面には、電極１１が形成されている。
【００２０】
半導体レーザ素子Ａ１は、ｎ型クラッド層２Ａ、活性層３Ａ、ｐ型クラッド層４Ａ、電流狭窄層５Ａ、およびｐ型コンタクト層６Ａが積層された構造とされており、たとえば波長が６５０ｎｍ程度の赤色のレーザ光を発する。なお、理解の便宜上、図１および図２においては、ｐ型コンタクト層６Ａを省略している。
【００２１】
ｎ型クラッド層２Ａは、たとえばｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば１〜１０μｍ程度である。活性層３Ａは、互いに組成が異なるＩｎＧａＡｌＰからなる井戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造とされており、その全体厚さがたとえば０．０４〜０．２μｍ程度である。
【００２２】
ｐ型クラッド層４Ａは、たとえばＰ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その全体厚さがたとえば０．７〜３．５μｍ程度である。ｐ型クラッド層４Ａには、出射方向に延びるリッジ部４１Ａが形成されている。電流狭窄層５Ａは、リッジ部４１Ａを挟むように形成されており、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる。ｐ型クラッド層４Ａと電流狭窄層５Ａとを比較すると、Ａｌの組成比が電流狭窄層の方が若干高く、互いの屈折率が異なる。これにより、半導体レーザ素子Ａ１は、活性層３Ａで発生した光がリッジ部４１Ａと電流狭窄層５Ａとの境界面によって反射され、リッジ部４１Ａに沿った導波路が形成される。
【００２３】
図２に示すように、リッジ部４１Ａは、２つの狭幅部４２Ａ、２つのテーパ部４３Ａ、および広幅部４４Ａを有している。２つの狭幅部４２Ａは、リッジ部４１Ａの両端に位置している。本実施形態においては、リッジ部４１Ａは、その幅Ｈ１Ａが１．５〜４μｍ、その長さＬＡが２０〜２００μｍとされている。長さＬＡは、０．００３６／ｎＬ〜０．０３６／ｎＬとなるように決定されている（ｎＬ：コヒーレンス長さ）。広幅部４４Ａは、リッジ部４１Ａの出射方向中央に位置し、その幅が狭幅部４２Ａよりも広い。本実施形態においては、広幅部４４Ａは、その幅Ｈ２ＡがＨ１Ａより大きく、かつ最大で５μｍとされている。２つのテーパ部４３Ａは、２つの狭幅部４２Ａと広幅部４４Ａとを繋いでいる部分であり、その幅が出射方向において線形的に変化している。
【００２４】
ｐ型コンタクト層６Ａは、たとえばｐ型ＧａＡｓ系半導体からなり、その厚さがたとえば０．１〜１０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層６Ａ上には、たとえばＴｉ／Ａｕからなる電極層（図示略）が形成される。
【００２５】
ｐ型クラッド層４Ａのうち、出射方向と直角である方向においてリッジ部４１Ａに対して離間し、かつこれを挟むように比較的厚肉の部位が設けられている。この厚肉部位、およびこれを覆う電流狭窄層５Ａおよびｐ型コンタクト層６Ａが、隆起部７Ａとなっている。隆起部７Ａは、リッジ部４１Ａよりも突出している。
【００２６】
半導体レーザ素子Ａ２は、ｎ型クラッド層２Ｂ、活性層３Ｂ、ｐ型クラッド層４Ｂ、電流狭窄層５Ｂ、およびｐ型コンタクト層６Ｂが積層された構造とされており、たとえば波長が７８０ｎｍ程度の赤外領域のレーザ光を発する。なお、理解の便宜上、図１および図２においては、ｐ型コンタクト層６Ｂを省略している。
【００２７】
ｎ型クラッド層２Ｂは、たとえばｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば１〜１０μｍ程度である。活性層３Ｂは、互いに組成が異なるＡｌＧａＡｓからなる井戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造とされており、その全体厚さがたとえば０．０４〜０．２μｍ程度である。
【００２８】
ｐ型クラッド層４Ｂは、たとえばＰ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その全体厚さがたとえば０．７〜３．５μｍ程度である。ｐ型クラッド層４Ｂには、出射方向に延びるリッジ部４１Ｂが形成されている。電流狭窄層５Ｂは、リッジ部４１Ｂを挟むように形成されており、たとえばｎ型ＡｌＧａＡｓ系半導体からなる。ｐ型クラッド層４Ｂと電流狭窄層５Ｂとを比較すると、互いの屈折率が異なる。これにより、半導体レーザ素子Ａ２においては、活性層３Ｂで発生した光がリッジ部４１Ｂと電流狭窄層５Ｂとの境界面によって反射され、リッジ部４１Ｂに沿った導波路が形成される。
【００２９】
図２に示すように、リッジ部４１Ｂは、２つの狭幅部４２Ｂ、２つのテーパ部４３Ｂ、および広幅部４４Ｂを有している。２つの狭幅部４２Ｂは、リッジ部４１Ｂの両端に位置している。本実施形態においては、リッジ部４１Ｂは、その幅Ｈ１Ｂが１．５〜４μｍ、その長さＬＢが２０〜２００μｍとされている。長さＬＢは、０．００３６／ｎＬ〜０．０３６／ｎＬとなるように決定されている（ｎＬ：コヒーレンス長さ）。広幅部４４Ｂは、リッジ部４１Ｂの出射方向中央に位置し、その幅が狭幅部４２Ｂよりも広い。本実施形態においては、広幅部４４Ｂは、その幅Ｈ２ＢがＨ１Ｂより大きく、かつ最大で５μｍとされている。２つのテーパ部４３Ｂは、２つの狭幅部４２Ｂと広幅部４４Ｂとを繋いでいる部分であり、その幅が出射方向において線形的に変化している。
【００３０】
ｐ型コンタクト層６Ｂは、たとえばｐ型ＧａＡｓ系半導体からなり、その厚さがたとえば０．１〜１０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層６Ｂ上には、たとえばＴｉ／Ａｕからなる電極層（図示略）が形成される。
【００３１】
ｐ型クラッド層４Ｂのうち、出射方向と直角である方向においてリッジ部４１Ｂに対して離間し、かつこれを挟むように比較的厚肉の部位が設けられている。この厚肉部位、およびこれを覆う電流狭窄層５Ｂおよびｐ型コンタクト層６Ｂが、隆起部７Ｂとなっている。隆起部７Ｂは、リッジ部４１Ｂよりも突出している。
【００３２】
次に、半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２および半導体レーザＢの作用について説明する。
【００３３】
本実施形態によれば、リッジ部４１Ａ，４１Ｂに広幅部４４Ａ，４４Ｂを設けることにより、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が広くなり、ＰＰＦパワー依存性を縮小することができる。図４は、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２ＢとＰＰＦパワー依存性Δθの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが狭いほどＰＰＦパワー依存性Δθが大きくなってしまう。次に、図５は、しきい値電流Ｉｔｈと幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂとの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが広すぎると、しきい値電流Ｉｔｈが過度に大きくなってしまう。さらに、図６は、キンクレベルＬｋと幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂとの関係を示している。本図によく表れているように、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂが大きすぎると、キンクレベルＬｋが不当に低下してしまう。以上より、発明者は、幅Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂの大きさとして、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂよりも広く、最大で５μｍとすれば、ＰＰＦパワー依存性Δθを縮小しつつ、しきい値電流の増大およびキンクレベルの低下を抑制するのに好適であることを見出した。
【００３４】
また、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂが狭すぎるとＦＦＰパワー依存性が増大し、さらに端面における光密度の増大により端面破壊（以下、ＣＯＤ）のおそれが大きくなる。一方、幅Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａが広すぎると、キンクレベルが低下してしまう。幅Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂを１．５〜４．０μｍとすれば、ＦＦＰパワー依存性の縮小およびＣＯＤ回避とキンクレベルの低下防止とを図るのに好ましい。
【００３５】
また、狭幅部４２Ａ，４２Ｂの長さＬＡ，ＬＢが短すぎると、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が広くなることとなり、製造時のへき開位置のずれに起因してＦＦＰのバラツキが生じたり、キンクレベルの低下を招いたりするおそれがある。一方、長さＬＡ，ＬＢが長すぎると、リッジ部４１Ａ，４１Ｂの平均的な幅が狭くなることとなり、ＦＦＰパワー依存性が増大してしまう。長さＬＡ，ＬＢを２０〜２００μｍとすれば、ＦＦＰのバラツキおよびキンクレベルの低下を回避しつつ、ＦＦＰパワー依存性を縮小することができる。
【００３６】
以上に述べた半導体レーザ素子Ａ１，Ａ２を備える半導体レーザＢは、赤色のレーザ光および赤外領域のレーザ光を、低出力状態および高出力状態のいずれの状態で出射しても、ＦＦＰの変化が比較的小さい。このような半導体レーザＢは、ＤＶＤおよびＣＤ−Ｒの読み書き処理のレーザ光源として用いるのに好適である。
【００３７】
また、隆起部７Ａ，７Ｂが設けられていることにより、半導体レーザＢをたとえば半導体レーザ装置のサブマウント（図示略）に搭載する際に、リッジ部４１Ａ，４１Ｂに過大な力が作用することを回避することが可能である。これにより、リッジ部４１Ａ，４１Ｂが損傷することを防止することができる。
【００３８】
本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３９】
本発明にかかる半導体レーザ素子は、リッジ部の両端に本発明で言う狭幅部が形成されたものに限定されず、たとえばリッジ部の出射側端にのみ狭幅部が形成された構成であってもよい。本発明に係る半導体レーザ素子は、１つの半導体レーザ素子のみを備える半導体レーザに用いてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部斜視図である。
【図２】本発明にかかる半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】広幅部の幅とＦＦＰパワー依存性との関係を示すグラフである。
【図５】広幅部の幅としきい値電流との関係を示すグラフである。
【図６】広幅部の幅とキンクレベルとの関係を示すグラフである。
【図７】従来の半導体レーザ素子および半導体レーザの一例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ１，Ａ２ 半導体レーザ素子
Ｂ 半導体レーザ
Ｉｔｈ しきい値電流
ＬＡ，ＬＢ 長さ
Ｌｋ キンクレベル
Ｈ１Ａ，Ｈ１Ｂ 幅
Ｈ２Ａ，Ｈ２Ｂ 幅
Δθ ＰＰＦパワー依存性
１ （半導体）基板
１１ 電極層
２Ａ，２Ｂ ｎ型クラッド層（第１導電形半導体層）
３Ａ，３Ｂ 活性層
４Ａ，４Ｂ ｐ型クラッド層（第２導電形半導体層）
５Ａ，５Ｂ 電流狭窄層
６Ａ，６Ｂ ｐ型コンタクト層
７Ａ，７Ｂ 隆起部
４１Ａ，４１Ｂ リッジ部
４２Ａ，４２Ｂ 狭幅部
４３Ａ，４３Ｂ テーパ部
４４Ａ，４４Ｂ 広幅部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層された第１導電形半導体層、活性層、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部が形成された第２導電形半導体層と、
上記リッジ部を挟み、かつ上記リッジ部とは屈折率が異なる電流狭窄層と、
を備える半導体レーザ素子であって、
上記リッジ部は、出射方向中央寄りに位置する広幅部、出射方向端寄りに位置し上記広幅部よりも幅が狭い狭幅部、および上記広幅部および上記狭幅部を繋ぐテーパ部を有することを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
上記狭幅部は、その出射方向寸法が２０〜２００μｍである、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
上記狭幅部は、その幅が１．５〜４．０μｍである、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
上記広幅部は、その幅が上記狭幅部の幅以上、５．０μｍ以下である、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
上記リッジ部に対して幅方向において離間しており、かつ上記積層方向において上記リッジ部よりも突出している隆起部が形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
上記活性層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、
赤色のレーザ光を発する、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
上記活性層が、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなり
赤外領域のレーザ光を発する、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
半導体基板と、
上記半導体基板に形成された請求項１ないし５のいずれかに記載の第１半導体レーザ素子と、
上記半導体基板に形成され、かつ互いの出射方向が平行となるように上記第１半導体レーザ素子に対して並べられた、請求項１ないし５のいずれかに記載の第２半導体レーザ素子と、を備えており、
上記第１半導体レーザ素子と上記第２半導体レーザ素子とは、それぞれが出射するレーザ光の波長が異なることを特徴とする、半導体レーザ。
【請求項９】
上記第１半導体レーザ素子は、上記活性層がＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、かつ赤色のレーザ光を発し、
上記第２半導体レーザ素子は、上記活性層がＡｌＧａＡｓ系半導体からなり、かつ赤外領域のレーザ光を発する、請求項８に記載の半導体レーザ。
【請求項１】
互いに積層された第１導電形半導体層、活性層、および積層方向と直角である出射方向に延びるリッジ部が形成された第２導電形半導体層と、
上記リッジ部を挟み、かつ上記リッジ部とは屈折率が異なる電流狭窄層と、
を備える半導体レーザ素子であって、
上記リッジ部は、出射方向中央寄りに位置する広幅部、出射方向端寄りに位置し上記広幅部よりも幅が狭い狭幅部、および上記広幅部および上記狭幅部を繋ぐテーパ部を有することを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
上記狭幅部は、その出射方向寸法が２０〜２００μｍである、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
上記狭幅部は、その幅が１．５〜４．０μｍである、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
上記広幅部は、その幅が上記狭幅部の幅以上、５．０μｍ以下である、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
上記リッジ部に対して幅方向において離間しており、かつ上記積層方向において上記リッジ部よりも突出している隆起部が形成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
上記活性層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、
赤色のレーザ光を発する、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
上記活性層が、ＡｌＧａＡｓ系半導体からなり
赤外領域のレーザ光を発する、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
半導体基板と、
上記半導体基板に形成された請求項１ないし５のいずれかに記載の第１半導体レーザ素子と、
上記半導体基板に形成され、かつ互いの出射方向が平行となるように上記第１半導体レーザ素子に対して並べられた、請求項１ないし５のいずれかに記載の第２半導体レーザ素子と、を備えており、
上記第１半導体レーザ素子と上記第２半導体レーザ素子とは、それぞれが出射するレーザ光の波長が異なることを特徴とする、半導体レーザ。
【請求項９】
上記第１半導体レーザ素子は、上記活性層がＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、かつ赤色のレーザ光を発し、
上記第２半導体レーザ素子は、上記活性層がＡｌＧａＡｓ系半導体からなり、かつ赤外領域のレーザ光を発する、請求項８に記載の半導体レーザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１０９２６１（Ｐ２０１０−１０９２６１Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８１６７４（Ｐ２００８−２８１６７４）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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