半導体レーザ素子
【課題】高出力化に適しかつ安定したＴＭモード発振が得られる半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子７０は、リッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプ３０を備えている。リッジストライプ３０の側面には、ｎ型電流狭窄層６が形成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅であるリッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅であるリッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されている。
【解決手段】半導体レーザ素子７０は、リッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプ３０を備えている。リッジストライプ３０の側面には、ｎ型電流狭窄層６が形成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅であるリッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅であるリッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置（ＨＤＤ；Hard disc Drive）の記憶容量を増大させるためには、ディスクの微小領域に信号を書き込む必要がある。信号の熱安定性を確保しつつ微小領域に信号を記録するためには、熱的に安定した記録媒体が必要となるが、そうすると書き換えには強い磁場が必要となるというジレンマが生じる。現行のＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）方式では記録密度が飽和しつつある今、「熱アシスト記録」方式の実現が希求されている。「熱アシスト記録」方式は、レーザダイオード（半導体レーザ素子）を熱源とすることで、一時的に磁界を保持する力を弱めて書き込みを行う方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現行のスライダ作成工程と親和性を持たせるためには、「熱アシスト記録」方式の記録装置に用いられる半導体レーザ素子は、従来の光ピックアップ用の半導体レーザ素子とは異なり、小さいチップサイズで高い出力を得る必要がある。
また、半導体レーザ素子の実装空間には制限があるため、光学系設計によっては従来の半導体レーザ素子での一般的なＴＥ（Tranverse Electric）偏光だけではなく、ＴＭ（Tranverse Magnetic）偏光を実現する必要が生じる場合もある。
【０００５】
この発明の目的は、高出力化に適しかつ安定したＴＭモード発振が得られ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】
【０００６】
この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層と、第１ｐ型クラッド層と、前記第１ｐ型クラッド層における前記ｎ型クラッド層側とは反対側に形成されかつリッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプと、前記ｎ型クラッド層および前記第１ｐ型クラッド層に挟まれ、引っ張り歪が生じている活性層と、前記リッジストライプの側面に形成された電流狭窄層とを備えている。そして、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側の面の幅である第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側と反対側の面の幅である第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されている。この構成では、引っ張り歪が生じている活性層を備えているので、ＴＭモードで発振する半導体レーザが得られる。
【０００７】
第１リッジ幅が狭いと、動作時に半導体レーザ素子の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、第１リッジ幅が広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この発明の構成では、第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【０００８】
また、第２リッジ幅が狭いと、リッジストライプの抵抗が大きくなる。リッジストライプの抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この発明の構成では、第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【０００９】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記第１ｐ型クラッド層の膜厚が、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層と活性層との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層から活性層までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００１０】
この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記電流狭窄層が形成された後にｐ型コンタクト層が形成される３回成長型半導体レーザ素子である。そして、前記電流狭窄層がｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層からなり、前記（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有している。
【００１１】
電流狭窄層を形成している（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層におけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。前記実施形態では、（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００１２】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層の膜厚が、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層を超えてコンタクト層にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記第２ｐ型クラッド層が形成される際にｐ型コンタクト層が形成され、その後に前記電流狭窄層が形成される１回成長型半導体レーザ素子であって、前記電流狭窄層がＳｉＯ２またはＳｉＮ層からなる。
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ＳｉＯ２またはＳｉＮ層からなる電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層からはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ２またはＳｉＮ層は硬いため、電流狭窄層と活性層との間の熱膨張係数の違いによって、活性層に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。
【００１４】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、レーザ共振器の端面部分に、前記活性層のバンドギャップを拡大する端面窓構造が形成されていることが好ましい。レーザ共振器の端面部分に端面窓構造が形成されると、その端面部分において、活性層のバンドギャップを拡大させることができる。このため、内部で電子と正孔が再結合してできた誘導放出光がレーザ共振器の端面部分で吸収されにくくなるから、発熱を抑制できる。これにより、端面光学損傷を抑制できるので、高出力化が可能となる。
【００１５】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなり、前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７＞ｘ１を満たす組成を有していることが好ましい。
この理由につい説明する。ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。これらのクラッド層によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層とクラッド層との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】前記半導体レーザダイオードの活性層の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図５】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図６】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図７】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図８】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図９】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１０】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図１１】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。
【図１３】図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図である。
【図１４】図１２のXIV−XIV 線に沿う断面図である。
【図１５】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１６】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１７】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１８】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１９】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図２０】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図２は図１のII-II線に沿う断面図であり、図３は図１のIII-III線に沿う断面図である。
この半導体レーザダイオード７０は、３回の結晶成長工程を経て作製される３回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード７０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２と、基板の裏面（半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。
【００１８】
基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２を形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。エピタキシャル成長とは、下地層からの格子の連続性を保った状態での結晶成長をいう。下地層との格子不整合は、結晶成長される層の格子の歪によって吸収され、下地層との界面での格子の連続性が保たれる。
【００１９】
半導体積層構造２は、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層1１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４とを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４は活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４との間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４からｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００２０】
ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４は、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１（たとえば１０００ｎｍ〜２０００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓ基板１とｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６との接着性を高めるために設けられた層である。ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ｐ型電極４とオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ＧａＡｓにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。
【００２２】
ｎ型クラッド層１６と、第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９とは、活性層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるキャリア閉じ込め効果と、活性層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果とを生じるものである。ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。
【００２３】
ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６は、ｎ側ガイド層１１よりもバンドギャップが広く、第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、ｐ側ガイド層１２よりもバンドギャップが広い。これにより、良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うことができ、高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２４】
高出力化を可能とするためには、端面光学損傷を抑制することが重要である。そこで、後述するように、レーザ共振器端面部分に亜鉛などの不純物を拡散することにより、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０を作製することが好ましい。端面窓構造４０を作製するために、亜鉛等の不純物を拡散する場合、不純物を拡散すべき領域が燐を含んでいれば拡散速度が速い。この実施形態では、ｎ型クラッド層１６および第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９は、それぞれ燐を含む（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなる。したがって、亜鉛等の不純物を拡散させやすいので、端面窓構造４０の作製が容易である。これにより、高出力化に適した半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２５】
また、この実施形態におけるｎ型クラッド層１６およびｐ型クラッド層１７，１９は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））の組成に対するＩｎの組成の比を、０．４９／０．５１としているので、ＧａＡｓ基板１と格子整合するため、高品質の結晶を得ることができる。この結果、信頼性の高い半導体レーザ素子が得られる。
ｎ側ガイド層１１は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。
【００２６】
ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１およびｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２は、活性層１０に光閉じ込め効果を生じる半導体層であり、かつ、クラッド層１６，１７，１９とともに、活性層１０へのキャリア閉じ込め構造を形成している。これにより、活性層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。
【００２７】
クラッド層１６，１７，１９を形成している（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。クラッド層１６，１７，１９のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。前述したように、クラッド層１６，１７，１９によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層１１，１２とクラッド層１６，１７，１９との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【００２８】
第１ｐ型クラッド層１７の膜厚は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層１７と活性層１０との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層１９から活性層１０までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００２９】
活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層２２１（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）とアンドープのＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。
【００３０】
無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード７０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。
【００３１】
図３に示すように、ｐ型半導体層１４内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０を形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０の一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０が形成されている。つまり、リッジストライプ３０は、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型キャップ層２０とから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。
【００３２】
リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００３３】
リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０の抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【００３４】
リッジストライプ３０の側面には、ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）電流狭窄層（埋め込み層）６（たとえば３００ｎｍ〜４５０ｎｍ厚、この例では４００ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、両端面３１，３２よりの両端部分を除く中間部領域においては、ｐ型キャップ層２０の側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。一方、両端部領域においては、ｐ型キャップ層２０の上面および側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層６は、（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
【００３５】
中間部領域においては、ｎ型電流狭窄層６およびｐ型キャップ層２０の露出面がコンタクト層２１によって覆われ、両端部領域においては、ｎ型電流狭窄層６の露出面がコンタクト層２１によって覆われている。
電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９ＰにおけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層６の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。
【００３６】
この実施形態では、電流狭窄層６を形成している（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
また、電流狭窄層６の膜厚は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６を超えてコンタクト層２１にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。
【００３７】
半導体積層構造２は、リッジストライプ３０の長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００３８】
ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１に配されるように、ｐ型コンタクト層２１にオーミック接合されている。
図１および図２に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。
【００３９】
このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４から電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００４０】
図５〜図１１は、図１〜図３に示す半導体レーザダイオード７０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図５、図７〜図９は、図３に対応する中央部の横断面図であり、図６は端部付近の横断面図である。図１０および図１１は、平面図である。
まず、図５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２０を順に成長させる（１回目の結晶成長工程）。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。
【００４１】
次に、図６および図１０に示すように、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させる。これにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。
【００４２】
次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図７および図１１に示すように、ストライプ状のＳｉＯ２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型キャップ層２０および第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０が形成される。リッジストライプ３０の形成後に、マスク層５２全体のうち、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にある部分５２ａ（図１１参照）のみを除去する。
【００４３】
次に、図８に示すように、表面にｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層６を成膜させる（２回目の結晶成長工程）。このとき、マスク層５２がマスクとして機能する。そのため、半導体レーザダイオード７０の両端部間の中間部に相当する領域では、図８に示すように、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われない。一方、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域では、マスク層５２が存在しないため、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われる。
【００４４】
この後、マスク層５２を除去する。そして、図９に示すように、表面にｐ型コンタクト層２１を成長させる（３回目の結晶成長工程）。
最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１にオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
図１２は、この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図１３は図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図であり、図１４は図１２のXIV- XIV線に沿う断面図である。図１２〜図１４において、図１〜図３に示された各部に対応する部分には、図１〜図３と同一の参照符号を付してある。
【００４５】
この半導体レーザダイオード８０は、１回の結晶成長工程を経て作製される１回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード８０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２Ａと、基板の裏面（半導体積層構造２Ａと反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２Ａの表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。
【００４６】
基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２Ａを形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。
半導体積層構造２Ａは、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４Ａとを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４Ａは活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４Ａとの間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４Ａからｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００４７】
ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４Ａは、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａ（たとえば１００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では３００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
【００４８】
ｎ側ガイド層１１は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。
【００４９】
クラッド層１６，１７，１９を形成している（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。クラッド層１６，１７，１９のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。前述したように、クラッド層１６，１７，１９によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層１１，１２とクラッド層１６，１７，１９との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【００５０】
第１ｐ型クラッド層１７の膜厚は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層１７と活性層１０との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層１９から活性層１０までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００５１】
活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有している。活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）２２１とアンドープのＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。
【００５２】
無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード８０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。
【００５３】
ｐ型半導体層１４Ａ内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａは、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０Ａを形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａの一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０Ａが形成されている。つまり、リッジストライプ３０Ａは、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型コンタクト層２１Ａとから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。
【００５４】
リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなる。電流密度が高くなると、急激な電流注入が発生して、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなる。電流の拡散範囲が大きくなると、キャリア不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００５５】
リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０Ａの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【００５６】
リッジストライプ３０Ａの側面には、ＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層（埋め込み層）６Ａ（たとえば２００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では２５０ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、ｐ型コンタクト層２１Ａの側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、電流狭窄層６Ａによって覆われている。
【００５７】
電流狭窄層６Ａの膜厚は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６Ａの膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６Ａからはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６Ａの膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層は硬いため、電流狭窄層６Ａと活性層１０との間の熱膨張係数の違いによって、活性層１０に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。
【００５８】
半導体積層構造２Ａは、リッジストライプ３０Ａの長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００５９】
ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１Ａに配されるように、ｐ型コンタクト層２１Ａにオーミック接合されている。
図１２および図１３に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。
【００６０】
このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４Ａから電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００６１】
図１５〜図２０は、図１２〜図１４に示す半導体レーザダイオード８０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図１５、図１７および図１８は、図１４に対応する中央部の横断面図であり、図１６は端部付近の横断面図である。図１９および図２０は、平面図である。
まず、図１５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａを順に成長させる。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。
【００６２】
次に、図１６および図１９に示すように、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させるこれにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。
【００６３】
次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図１７および図２０に示すように、ストライプ状のＳｉＯ２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型コンタクト層２１Ａおよび第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０Ａが形成される。この後、マスク層５２を除去する。
次に、表面にＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層６Ａを成膜させる。その後、ｐ型コンタクト層２１Ａ上の電流狭窄層６Ａを除去する。これにより、図１８に示すように、リッジストライプ３０Ａの側面は電流狭窄層６Ａによって覆われるが、リッジストライプ３０Ａの頂面（ｐ型コンタクト層２１は電流狭窄層６Ａによって覆われない。
【００６４】
最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａにオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 基板
２，２Ａ 半導体積層構造
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
６ ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層
６Ａ ＳｉＯ２またはＳｉＮ電流狭窄層
１０ 活性層
１１ ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層
１２ ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層
１３ ｎ型半導体層
１４，１４Ａ ｐ型半導体層
１５ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１６ ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
１７，１９ ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
１８ ｐ型エッチングストップ層
２０ ｐ型キャップ層
２１，２１Ａ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３０，３０Ａ リッジストライプ
４０ 端面窓構造
７０，８０ 半導体レーザダイオード
２２１ 量子井戸層
２２２ 障壁層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置（ＨＤＤ；Hard disc Drive）の記憶容量を増大させるためには、ディスクの微小領域に信号を書き込む必要がある。信号の熱安定性を確保しつつ微小領域に信号を記録するためには、熱的に安定した記録媒体が必要となるが、そうすると書き換えには強い磁場が必要となるというジレンマが生じる。現行のＧＭＲ（Giant Magneto Resistance）方式では記録密度が飽和しつつある今、「熱アシスト記録」方式の実現が希求されている。「熱アシスト記録」方式は、レーザダイオード（半導体レーザ素子）を熱源とすることで、一時的に磁界を保持する力を弱めて書き込みを行う方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１１３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現行のスライダ作成工程と親和性を持たせるためには、「熱アシスト記録」方式の記録装置に用いられる半導体レーザ素子は、従来の光ピックアップ用の半導体レーザ素子とは異なり、小さいチップサイズで高い出力を得る必要がある。
また、半導体レーザ素子の実装空間には制限があるため、光学系設計によっては従来の半導体レーザ素子での一般的なＴＥ（Tranverse Electric）偏光だけではなく、ＴＭ（Tranverse Magnetic）偏光を実現する必要が生じる場合もある。
【０００５】
この発明の目的は、高出力化に適しかつ安定したＴＭモード発振が得られ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】
【０００６】
この発明の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層と、第１ｐ型クラッド層と、前記第１ｐ型クラッド層における前記ｎ型クラッド層側とは反対側に形成されかつリッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプと、前記ｎ型クラッド層および前記第１ｐ型クラッド層に挟まれ、引っ張り歪が生じている活性層と、前記リッジストライプの側面に形成された電流狭窄層とを備えている。そして、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側の面の幅である第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側と反対側の面の幅である第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されている。この構成では、引っ張り歪が生じている活性層を備えているので、ＴＭモードで発振する半導体レーザが得られる。
【０００７】
第１リッジ幅が狭いと、動作時に半導体レーザ素子の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、第１リッジ幅が広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この発明の構成では、第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【０００８】
また、第２リッジ幅が狭いと、リッジストライプの抵抗が大きくなる。リッジストライプの抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この発明の構成では、第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【０００９】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記第１ｐ型クラッド層の膜厚が、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層と活性層との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層から活性層までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００１０】
この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記電流狭窄層が形成された後にｐ型コンタクト層が形成される３回成長型半導体レーザ素子である。そして、前記電流狭窄層がｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層からなり、前記（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有している。
【００１１】
電流狭窄層を形成している（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層におけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層と電流狭窄層との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。前記実施形態では、（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００１２】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層の膜厚が、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層を超えてコンタクト層にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記半導体レーザ素子は、前記第２ｐ型クラッド層が形成される際にｐ型コンタクト層が形成され、その後に前記電流狭窄層が形成される１回成長型半導体レーザ素子であって、前記電流狭窄層がＳｉＯ２またはＳｉＮ層からなる。
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ＳｉＯ２またはＳｉＮ層からなる電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層からはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ２またはＳｉＮ層は硬いため、電流狭窄層と活性層との間の熱膨張係数の違いによって、活性層に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。
【００１４】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、レーザ共振器の端面部分に、前記活性層のバンドギャップを拡大する端面窓構造が形成されていることが好ましい。レーザ共振器の端面部分に端面窓構造が形成されると、その端面部分において、活性層のバンドギャップを拡大させることができる。このため、内部で電子と正孔が再結合してできた誘導放出光がレーザ共振器の端面部分で吸収されにくくなるから、発熱を抑制できる。これにより、端面光学損傷を抑制できるので、高出力化が可能となる。
【００１５】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなり、前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７＞ｘ１を満たす組成を有していることが好ましい。
この理由につい説明する。ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。これらのクラッド層によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層とクラッド層との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】前記半導体レーザダイオードの活性層の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図５】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図６】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図７】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図８】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図９】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１０】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図１１】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図１２】この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図である。
【図１３】図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図である。
【図１４】図１２のXIV−XIV 線に沿う断面図である。
【図１５】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１６】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１７】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１８】半導体レーザダイオードの製造工程を示す断面図である。
【図１９】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【図２０】半導体レーザダイオードの製造工程を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図２は図１のII-II線に沿う断面図であり、図３は図１のIII-III線に沿う断面図である。
この半導体レーザダイオード７０は、３回の結晶成長工程を経て作製される３回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード７０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２と、基板の裏面（半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。
【００１８】
基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２を形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。エピタキシャル成長とは、下地層からの格子の連続性を保った状態での結晶成長をいう。下地層との格子不整合は、結晶成長される層の格子の歪によって吸収され、下地層との界面での格子の連続性が保たれる。
【００１９】
半導体積層構造２は、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層1１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４とを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４は活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４との間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４からｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００２０】
ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４は、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１（たとえば１０００ｎｍ〜２０００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓ基板１とｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６との接着性を高めるために設けられた層である。ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５は、ＧａＡｓにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ｐ型電極４とオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１は、ＧａＡｓにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。
【００２２】
ｎ型クラッド層１６と、第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９とは、活性層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるキャリア閉じ込め効果と、活性層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果とを生じるものである。ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｐ型ドーパントとしてのＺｎをドープすることによって、ｐ型半導体層とされている。
【００２３】
ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６は、ｎ側ガイド層１１よりもバンドギャップが広く、第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９は、ｐ側ガイド層１２よりもバンドギャップが広い。これにより、良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うことができ、高効率の半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２４】
高出力化を可能とするためには、端面光学損傷を抑制することが重要である。そこで、後述するように、レーザ共振器端面部分に亜鉛などの不純物を拡散することにより、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０を作製することが好ましい。端面窓構造４０を作製するために、亜鉛等の不純物を拡散する場合、不純物を拡散すべき領域が燐を含んでいれば拡散速度が速い。この実施形態では、ｎ型クラッド層１６および第１および第２ｐ型クラッド層１７，１９は、それぞれ燐を含む（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなる。したがって、亜鉛等の不純物を拡散させやすいので、端面窓構造４０の作製が容易である。これにより、高出力化に適した半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２５】
また、この実施形態におけるｎ型クラッド層１６およびｐ型クラッド層１７，１９は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））の組成に対するＩｎの組成の比を、０．４９／０．５１としているので、ＧａＡｓ基板１と格子整合するため、高品質の結晶を得ることができる。この結果、信頼性の高い半導体レーザ素子が得られる。
ｎ側ガイド層１１は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。
【００２６】
ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１およびｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２は、活性層１０に光閉じ込め効果を生じる半導体層であり、かつ、クラッド層１６，１７，１９とともに、活性層１０へのキャリア閉じ込め構造を形成している。これにより、活性層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。
【００２７】
クラッド層１６，１７，１９を形成している（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。クラッド層１６，１７，１９のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。前述したように、クラッド層１６，１７，１９によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層１１，１２とクラッド層１６，１７，１９との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【００２８】
第１ｐ型クラッド層１７の膜厚は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層１７と活性層１０との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層１９から活性層１０までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００２９】
活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層２２１（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）とアンドープのＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。
【００３０】
無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード７０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。
【００３１】
図３に示すように、ｐ型半導体層１４内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０を形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型キャップ層２０の一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０が形成されている。つまり、リッジストライプ３０は、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型キャップ層２０とから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。
【００３２】
リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなるので、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなるので、キャリア供給不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００３３】
リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０の抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【００３４】
リッジストライプ３０の側面には、ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）電流狭窄層（埋め込み層）６（たとえば３００ｎｍ〜４５０ｎｍ厚、この例では４００ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、両端面３１，３２よりの両端部分を除く中間部領域においては、ｐ型キャップ層２０の側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。一方、両端部領域においては、ｐ型キャップ層２０の上面および側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、ｎ型電流狭窄層６によって覆われている。ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層６は、（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによって、ｎ型半導体層とされている。
【００３５】
中間部領域においては、ｎ型電流狭窄層６およびｐ型キャップ層２０の露出面がコンタクト層２１によって覆われ、両端部領域においては、ｎ型電流狭窄層６の露出面がコンタクト層２１によって覆われている。
電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。電流狭窄層６を形成しているｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９ＰにおけるＡｌ組成が多くなるほど、電流狭窄層６の屈折率が小さくなる。ｘ４が０．７より小さいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が小さくなるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が弱くなる。このため、動作電流が大きくなり、最大出力が低下してしまう。一方、ｘ４が０．９より大きいと、第１ｐ型および第２ｐ型クラッド層１７，１９と電流狭窄層６との間の屈折率差が大きくなりすぎるため、電流狭窄層６による幅方向の光閉じ込め効果が強くなりすぎる。このため、光密度が高くなり、キンクが発生しやすくなる。
【００３６】
この実施形態では、電流狭窄層６を形成している（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有しているので、最大出力が低下するのを防止できるとともにキンクの発生を抑制または防止できる。これにより、高出力化に適しかつ特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
また、電流狭窄層６の膜厚は、３００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６の膜厚が３００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６を超えてコンタクト層２１にはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６の膜厚が４５０ｎｍより大きいと、その製造が困難となるからである。
【００３７】
半導体積層構造２は、リッジストライプ３０の長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００３８】
ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１に配されるように、ｐ型コンタクト層２１にオーミック接合されている。
図１および図２に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。
【００３９】
このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４から電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００４０】
図５〜図１１は、図１〜図３に示す半導体レーザダイオード７０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図５、図７〜図９は、図３に対応する中央部の横断面図であり、図６は端部付近の横断面図である。図１０および図１１は、平面図である。
まず、図５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓキャップ層２０を順に成長させる（１回目の結晶成長工程）。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。
【００４１】
次に、図６および図１０に示すように、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させる。これにより、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。
【００４２】
次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図７および図１１に示すように、ストライプ状のＳｉＯ２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型キャップ層２０および第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０が形成される。リッジストライプ３０の形成後に、マスク層５２全体のうち、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域にある部分５２ａ（図１１参照）のみを除去する。
【００４３】
次に、図８に示すように、表面にｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層６を成膜させる（２回目の結晶成長工程）。このとき、マスク層５２がマスクとして機能する。そのため、半導体レーザダイオード７０の両端部間の中間部に相当する領域では、図８に示すように、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われない。一方、半導体レーザダイオード７０の端面近傍に相当する領域では、マスク層５２が存在しないため、リッジストライプ３０の頂面（ｐ型キャップ層２０の上面）はｎ型電流狭窄層６によって覆われる。
【００４４】
この後、マスク層５２を除去する。そして、図９に示すように、表面にｐ型コンタクト層２１を成長させる（３回目の結晶成長工程）。
最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１にオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
図１２は、この発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの構成を説明するための平面図であり、図１３は図１２のXIII- XIII 線に沿う断面図であり、図１４は図１２のXIV- XIV線に沿う断面図である。図１２〜図１４において、図１〜図３に示された各部に対応する部分には、図１〜図３と同一の参照符号を付してある。
【００４５】
この半導体レーザダイオード８０は、１回の結晶成長工程を経て作製される１回成長型半導体レーザダイオードである。半導体レーザダイオード８０は、基板１と、基板１上に結晶成長によって形成された半導体積層構造２Ａと、基板の裏面（半導体積層構造２Ａと反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、半導体積層構造２Ａの表面に接触するように形成されたｐ型電極４を備えたファブリぺロー型のものである。
【００４６】
基板１は、この実施形態では、ＧａＡｓ単結晶基板で構成されている。ＧａＡｓ基板１の表面の面方位は、（１００）面に対して、１０°のオフ角を有している。半導体積層構造２Ａを形成する各層は、基板１に対してエピタキシャル成長されている。
半導体積層構造２Ａは、活性層１０と、ｎ側ガイド層１１と、ｐ側ガイド層１２と、ｎ型半導体層１３と、ｐ型半導体層１４Ａとを備えている。ｎ型半導体層１３は活性層１０に対して基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１４Ａは活性層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。ｎ側ガイド層１１はｎ型半導体層１３と活性層１０との間に配置され、ｐ側ガイド層１２は活性層１０とｐ型半導体層１４Ａとの間に配置されている。こうして、ダブルヘテロ接合が形成されている。活性層１０には、ｎ型半導体層１３からｎ側ガイド層１１を介して電子が注入され、ｐ型半導体層１４Ａからｐ側ガイド層１２を介して正孔が注入される。これらが活性層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。
【００４７】
ｎ型半導体層１３は、基板１側から順に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５（たとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ厚、この例では１００ｎｍ厚）およびｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１６（たとえば２０００ｎｍ〜３０００ｎｍ厚、この例では２５００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
一方、ｐ型半導体層１４Ａは、ｐ型ガイド層１２上に、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１７（たとえば２５０ｎｍ〜４００ｎｍ厚、この例では３５０ｎｍ厚）、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８（たとえば５ｎｍ〜１０ｎｍ厚、この例では５ｎｍ厚）、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層（０≦ｘ１≦１）１９（たとえば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ厚、この例では１０００ｎｍ厚）、およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａ（たとえば１００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では３００ｎｍ厚）を積層して構成されている。
【００４８】
ｎ側ガイド層１１は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、ｎ型半導体層１３上に積層されることにより構成されている。ｐ側ガイド層１２は、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）層（たとえば２０ｎｍ〜３０ｎｍ厚、この例では２０ｎｍ厚）からなり、活性層１０上に積層されることにより構成されている。
【００４９】
クラッド層１６，１７，１９を形成している（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有していることが好ましい。この理由について説明する。クラッド層１６，１７，１９のバンドギャップは、Ａｌ組成が多くなるほど大きくなる。前述したように、クラッド層１６，１７，１９によって良好なキャリア閉じ込めおよび光閉じ込めを行うためには、ガイド層１１，１２とクラッド層１６，１７，１９との間のバンドギャップ差を所定値以上にすることが好ましい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きくすることによって、前記バンドギャップ差を前記所定値以上にすることができる。
【００５０】
第１ｐ型クラッド層１７の膜厚は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が３００ｎｍより小さいと、第１ｐ型クラッド層１７と活性層１０との間の屈折率差を緩和することができず、キンクが発生しやすくなるからである。一方、第１ｐ型クラッド層１７の膜厚が４００ｎｍより大きいと、第２ｐ型クラッド層１９から活性層１０までの電流経路が長くなって、特性が悪化してしまうからである。
【００５１】
活性層１０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓＰを含む多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple-quantum well）構造を有している。活性層１０は、この実施形態では、図４に示すように、アンドープのＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる量子井戸（well）層（たとえば８ｎｍ〜１４ｎｍ厚、この例では１３ｎｍ厚）２２１とアンドープのＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる障壁(barrier）層２２２とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸構造を有している。障壁層２２２の膜厚は、４ｎｍより大きくかつ量子井戸層２２１の膜厚より小さい範囲内の大きさに形成されている。この例では、障壁層２２２の膜厚は、６．５ｎｍ厚である。
【００５２】
無歪の状態でのＧａＡｓＰ層の格子定数はＧａＡｓ基板１の格子定数より小さいので、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１には引っ張り応力（引っ張り歪）が生じている。これにより、半導体レーザダイオード８０は、ＴＭモードで発振することが可能となる。なお、ＴＭモードの出力光は、光伝搬方向に対して磁界方向が垂直（光伝搬方向に対して電界方向が平行）となるＴＭ波となる。
【００５３】
ｐ型半導体層１４Ａ内の、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａは、その一部が除去されることによって、リッジストライプ３０Ａを形成している。より具体的には、第２ｐ型クラッド層１９およびｐ型コンタクト層２１Ａの一部がエッチング除去され、横断面視が略台形形状（メサ形）のリッジストライプ３０Ａが形成されている。つまり、リッジストライプ３０Ａは、第２ｐ型クラッド層１９とｐ型コンタクト層２１Ａとから構成されている。第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側の面の幅（第１リッジ幅）を「リッジボトム幅Ｗ１」といい、第２ｐ型クラッド層１９における第１ｐ型クラッド層１７側と反対側の面の幅（第２リッジ幅）を「リッジトップ幅Ｗ２」ということにする。
【００５４】
リッジボトム幅Ｗ１は、３．０μｍ以上４．５μｍ以下であり、好ましくは３．５μｍである。リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍより狭いと、動作時に半導体レーザ素子７０の幅中央にキャリアが集中しやすくなり、電流密度が高くなる。電流密度が高くなると、急激な電流注入が発生して、キンクが発生するおそれがある。一方、リッジボトム幅Ｗ１が４．５μｍより広いと、動作時において電流が拡散する範囲が大きくなる。電流の拡散範囲が大きくなると、キャリア不足が発生し、キンクが発生するおそれがある。この実施形態では、リッジボトム幅Ｗ１が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成されているので、キンクの発生を抑制または防止できる。このため、特性の安定した半導体レーザ素子が得られる。
【００５５】
リッジトップ幅Ｗ２は、２．０μｍ以上であり、好ましくは２．５μｍである。リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍより狭いと、リッジストライプ３０の抵抗が大きくなる。リッジストライプ３０の抵抗が大きくなると、動作電流が大きくなり、光出力の最大値が低下する。この実施形態では、リッジトップ幅Ｗ２が２．０μｍ以上に形成されているので、リッジストライプ３０Ａの抵抗を小さくすることができる。これにより、動作電流を下げることができ、光出力の最大値が低下するのを防止できる。
【００５６】
リッジストライプ３０Ａの側面には、ＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層（埋め込み層）６Ａ（たとえば２００ｎｍ〜３００ｎｍ厚、この例では２５０ｎｍ厚）が形成されている。より具体的には、ｐ型コンタクト層２１Ａの側面と、第２ｐ型クラッド層１９の露出面と、ｐ型エッチングストップ層１８の露出面は、電流狭窄層６Ａによって覆われている。
【００５７】
電流狭窄層６Ａの膜厚は、２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。電流狭窄層６Ａの膜厚が２００ｎｍより小さいと、横断面視において光ビームが電流狭窄層６Ａからはみ出るおそれがあるからである。一方、電流狭窄層６Ａの膜厚が３００ｎｍより大きいと、ＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層は硬いため、電流狭窄層６Ａと活性層１０との間の熱膨張係数の違いによって、活性層１０に応力がかかり、活性層に加わる引っ張り歪の大きさが変化するおそれがあるからである。
【００５８】
半導体積層構造２Ａは、リッジストライプ３０Ａの長手方向両端における劈開面により形成された一対の端面（劈開面）３１，３２を有している。この一対の端面３１，３２は、互いに平行である。こうして、ｎ側ガイド層１１、活性層１０およびｐ側ガイド層１２によって、前記一対の端面３１，３２を共振器端面とするファブリペロー共振器が形成されている。すなわち、活性層１０で発生した光は、共振器端面３１，３２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面３１，３２からレーザ光として素子外に取り出される。
【００５９】
ｎ型電極３は、たとえばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ合金からなり、そのＡｕＧｅ側が基板１側に配されるように、基板１にオーミック接合されている。ｐ型電極４は、たとえばＴｉ／Ａｕ合金からなり、そのＴｉ側がｐ型コンタクト層２１Ａに配されるように、ｐ型コンタクト層２１Ａにオーミック接合されている。
図１２および図１３に示すように、共振器の端面部分には、活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０が形成されている。この端面窓構造４０は、たとえば、共振器の端面部分に亜鉛（Ｚｎ）を拡散することによって形成される。
【００６０】
このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１３およびｐ型半導体層１４Ａから電子および正孔を活性層１０に注入することによって、この活性層１０内での電子および正孔の再結合を生じさせ、たとえば、発振波長が７７０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の光を発生させることができる。この光は、共振器端面３１，３２の間をガイド層１１，１２に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面３１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。
【００６１】
図１５〜図２０は、図１２〜図１４に示す半導体レーザダイオード８０の製造方法を示す横断面図である。ただし、図１５、図１７および図１８は、図１４に対応する中央部の横断面図であり、図１６は端部付近の横断面図である。図１９および図２０は、平面図である。
まず、図１５に示すように、ＧａＡｓ基板１上に、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１５、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１６、ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１１、活性層１０、ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層１２、第１ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８、第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１９およびｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａを順に成長させる。なお、活性層１０は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層からなる量子井戸層２２１と、Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層からなる障壁層２２２とを交互に複数周期繰り返し成長させることによって形成される。
【００６２】
次に、図１６および図１９に示すように、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０上にＺｎＯ（酸化亜鉛）５１をパターニングする。そして、たとえば、５００〜６００°Ｃで約２時間、アニール処理を行うことにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域にＺｎを拡散させるこれにより、半導体レーザダイオード８０の端面近傍に相当する領域に、端面窓構造４０が形成される。
【００６３】
次に、ＺｎＯ層５１を除去する。それから、図１７および図２０に示すように、ストライプ状のＳｉＯ２絶縁膜をマスク層５２として、エッチングにより、ｐ型コンタクト層２１Ａおよび第２ｐ型クラッド層１９の一部を除去する。そうすると、頂面にマスク層５２が積層されたリッジストライプ３０Ａが形成される。この後、マスク層５２を除去する。
次に、表面にＳｉＯ２またはＳｉＮ絶縁層からなる電流狭窄層６Ａを成膜させる。その後、ｐ型コンタクト層２１Ａ上の電流狭窄層６Ａを除去する。これにより、図１８に示すように、リッジストライプ３０Ａの側面は電流狭窄層６Ａによって覆われるが、リッジストライプ３０Ａの頂面（ｐ型コンタクト層２１は電流狭窄層６Ａによって覆われない。
【００６４】
最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１Ａにオーミック接触するｐ型電極４を形成する。また、ＧａＡｓ基板１にオーミック接触するｎ型電極３を形成する。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 基板
２，２Ａ 半導体積層構造
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
６ ｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ電流狭窄層
６Ａ ＳｉＯ２またはＳｉＮ電流狭窄層
１０ 活性層
１１ ｎ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層
１２ ｐ側Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓガイド層
１３ ｎ型半導体層
１４，１４Ａ ｐ型半導体層
１５ ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１６ ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
１７，１９ ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
１８ ｐ型エッチングストップ層
２０ ｐ型キャップ層
２１，２１Ａ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３０，３０Ａ リッジストライプ
４０ 端面窓構造
７０，８０ 半導体レーザダイオード
２２１ 量子井戸層
２２２ 障壁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層と、
第１ｐ型クラッド層と、
前記第１ｐ型クラッド層における前記ｎ型クラッド層側とは反対側に形成されかつリッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプと、
前記ｎ型クラッド層および前記第１ｐ型クラッド層に挟まれ、引っ張り歪が生じている活性層と、
前記リッジストライプの側面に形成された電流狭窄層とを備え、
前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側の面の幅である第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側と反対側の面の幅である第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されている、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１ｐ型クラッド層の膜厚が、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流狭窄層が形成された後にｐ型コンタクト層が形成される３回成長型半導体レーザ素子であって、
前記電流狭窄層がｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層からなり、前記（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有している、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ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】
前記第２ｐ型クラッド層が形成される際にｐ型コンタクト層が形成され、その後に前記電流狭窄層が形成される１回成長型半導体レーザ素子であって、
前記電流狭窄層がＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
レーザ共振器の端面部分に、前記活性層のバンドギャップを拡大する端面窓構造が形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなり、
前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７＞ｘ１を満たす組成を有している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１】
ｎ型クラッド層と、
第１ｐ型クラッド層と、
前記第１ｐ型クラッド層における前記ｎ型クラッド層側とは反対側に形成されかつリッジストライプ状に形成された第２ｐ型クラッド層を含むリッジストライプと、
前記ｎ型クラッド層および前記第１ｐ型クラッド層に挟まれ、引っ張り歪が生じている活性層と、
前記リッジストライプの側面に形成された電流狭窄層とを備え、
前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側の面の幅である第１リッジ幅が３．０μｍ以上４．５μｍ以下に形成され、前記第２ｐ型クラッド層における前記第１ｐ型クラッド層側と反対側の面の幅である第２リッジ幅が２．０μｍ以上に形成されている、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１ｐ型クラッド層の膜厚が、３００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記電流狭窄層が形成された後にｐ型コンタクト層が形成される３回成長型半導体レーザ素子であって、
前記電流狭窄層がｎ型（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ（０≦ｘ４≦１）層からなり、前記（Ａｌｘ４Ｇａ（１−ｘ４））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７≦ｘ４≦０．９を満たす組成を有している、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記電流狭窄層の膜厚が３００ｎｍ以上４５０ｎｍ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】
前記第２ｐ型クラッド層が形成される際にｐ型コンタクト層が形成され、その後に前記電流狭窄層が形成される１回成長型半導体レーザ素子であって、
前記電流狭窄層がＳｉＯ２層またはＳｉＮ層からなる、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記電流狭窄層の膜厚が２００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
レーザ共振器の端面部分に、前記活性層のバンドギャップを拡大する端面窓構造が形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記ｎ型クラッド層、第１ｐ型クラッド層および第２ｐ型クラッド層は、（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層からなり、
前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、０．７＞ｘ１を満たす組成を有している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１５６３９７（Ｐ２０１２−１５６３９７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７３２（Ｐ２０１１−１５７３２）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]