半導体レーザ素子
【課題】ＴＭモード発振が得られかつ信頼性の高い半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザダイオード７０は、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１４および第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９と、ｎ型クラッド層１４とｐ型クラッド層１７，１９に挟まれた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と、これらのガイド層１１，１２に挟まれた活性層１０とを含む。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積層して構成されている。
【解決手段】半導体レーザダイオード７０は、ｎ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１４および第１および第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層１７，１９と、ｎ型クラッド層１４とｐ型クラッド層１７，１９に挟まれた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と、これらのガイド層１１，１２に挟まれた活性層１０とを含む。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積層して構成されている。
【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、ＴＭモード発振が得られかつ信頼性の高い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、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、 前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれたｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層と、前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層に挟まれ、少なくとも２つの量子井戸層および隣接する前記量子井戸層に挟まれた障壁層を含む活性層とを備えている。前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層は、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなる。前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層ならび前記障壁層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる。前記量子井戸層は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる。前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有している。前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している。
【０００７】
この発明の構成では、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層が、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなるのに対し、ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる。このため、クラッド層とガイド層との間のバンドギャップ差を大きくすることができる。また、クラッド層とガイド層に自己拡散係数が互いに異なる物質を用いることで、クラッド層に対するキャリアの拡散速度とガイド層に対するキャリアの拡散速度とを異ならせることができる。これにより、活性層にキャリアが過剰に注入されるのを防止できる。この結果、温度上昇により活性層からキャリアがクラッド層等の周囲の層に溢れ出すいわゆるキャリアオーバーフローを抑制または防止することができる。したがって、キャリアオーバーフローに起因する特性劣化を抑制または防止できる。
【０００８】
また、この発明の構成では、前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有しており、前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している。この理由について説明する。
クラッド層およびガイド層のバンドギャップは、Ａｌ組成が高いほど大きくなる。前述したように、活性層にキャリアが過剰に注入されるのを防止するためには、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。より具体的には、クラッド層のバンドギャップを大きくし、ガイド層のバンドギャップを小さくすればよい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きく、ｘ２を０．８以下とすることによって、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。
【０００９】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記量子井戸層に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じていることが好ましい。格子不整合率が−０．４％より大きい（引っ張り歪の大きさが小さい）と、ＴＭモードでの発振が起こりにくくなり、格子不整合率が−０．９％より小さい（引っ張り歪の大きさが大きい）と、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
【００１０】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であり、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。発振波長および発光量子井戸層の膜厚がこのような条件を満たしていると、ＴＭ成分光出力をＴＥ成分光出力より大きくすることができるとともに、閾値電流を低くすることができるからである。
【００１１】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下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。半導体レーザ素子をＴＭモードで発振させるためには、量子井戸層に引っ張り歪が生じることが必要である。量子井戸層の格子定数が小さいほど、量子井戸層に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。量子井戸層を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３３層の格子定数は、Ａｓの組成に対するＰの組成の比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど小さくなる。つまり、比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど、量子井戸層に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。
【００１２】
比ｘ３／（１−ｘ３）が１／９以上であることが好ましい理由は、ＴＥ成分光出力よりもＴＭ成分光出力を大きくするためである。一方、比ｘ３／（１−ｘ３）が１／４以下であることが好ましい理由は、その比が１／４より大きくては、Ｐ組成の増大により、量子井戸層に生じる引っ張り歪が増大し、クラックやリーク電流が発生するおそれがあるからである。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、前記障壁層の厚さが前記量子井戸層の厚さより薄く形成されている。
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記量子井戸層の数が、２以上５以下であることが好ましい。量子井戸層の数が２より少ないと、１つの量子井戸層の膜厚を大きくする必要があるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。一方、量子井戸層の数が５より多いと、界面が多くなるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
【００１４】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層のキャリア濃度が、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。ドーパント濃度が０．７×１０１８ｃｍ−３より低いと活性層にキャリアが注入されにくくなるからである。一方、ドーパント濃度が２．０×１０１８ｃｍ−３より高いと、活性層にキャリアが過剰に注入され、余剰分が光吸収源となって、発振効率が悪くなるからである。
【００１５】
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。
【００１６】
前記端面窓構造は、前記レーザ共振器の端面部分に、Ｚｎなどの不純物を選択的に拡散することによって形成されており、前記ｎ側ガイド層と前記ｎ型クラッド層との界面から前記ｎ型クラッド層側への前記不純物の拡散長が、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であることが好ましい。前記拡散長が４００ｎｍより短いと、端面窓構造としての効果が得られなくなるからである。一方、前記拡散長が１３００ｎｍより大きいと、不純物の拡散量が多くなるため、特性が劣化するおそれがあるからである。
【００１７】
この発明の一実施形態では、ｎ極電極が形成されたｎ極電極面と、ｐ極電極が形成されたｐ極電極面と、レーザ共振器端面と、前記レーザ共振器端面を覆うように形成された反射膜とを含んでいる。そして、前記反射膜が、前記レーザ共振器端面を被覆する端面被覆部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極電極面側に回り込むｐ極側回り込み部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量より少ない回り込み量で前記ｎ極電極面側に回り込むｎ極側回り込み部とを含んでいる。
【００１８】
ｎ極側回り込み部のｎ極電極面側への回り込み量は、ｐ極側回り込み部のｐ極電極面側への回り込み量より少ないので、ｎ極側回り込み部によってｎ極電極面が覆われる面積を、ｐ極側回り込み部によってｐ極電極面が覆われる面積よりも小さくすることができる。このため、ｎ極電極面を外部に接続するための接続領域を確保しやすくなる。
なお、ｎ極電極面側への回り込み量を少なくすると、レーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分では反射膜の膜むらが発生するおそれがある。しかしながら、ｎ極電極面は発光部である活性層から離れた位置にあるので、レーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分で膜むらが発生したとしても、特性劣化は生じにくいと考えられる。
【００１９】
前記ｎ極側回り込み部の前記ｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であり、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上であることが好ましい。ｎ極側回り込み部のｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であることが好ましい理由は、ｎ極電極面を外部に接続するための接続領域を確保しやすくためである。当該回り込み量を１０μｍ未満にするとレーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分で反射膜の膜むらが発生するおそれがあるが、前述したように特性劣化は生じにくいと考えられるからである。
【００２０】
一方、ｐ極側回り込み部のｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上であることが好ましい理由は、ｐ極電極面は発光部である活性層に近い位置にあるので、レーザ共振器端面におけるｐ極電極面に近い部分において反射膜の膜むらが生じるのを防止するためである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、この発明の一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２は、図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図４は、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】図５は、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】図６は、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】図７は、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】図８は、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】図９は、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】図１０は、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】図１１は、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】図１２Ａは、レーザバーの外観を示す斜視図であり、図１２Ｂは、スペーサの外観を示す斜視図である。
【図１３】図１３Ａは、複数のレーザバーを整列させる工程を説明するための断面図であり、図１３Ｂは、整列された複数のレーザバーの劈開端面に反射膜を形成する工程を説明するための断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａはレーザバーから切り出された半導体レーザ素子を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂはレーザバーから切り出された半導体レーザ素子を示す底面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは図１４ＡのＣ−Ｃ線に沿う一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、この発明の一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、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。基板１の厚さは５０μｍ〜１００μｍ程度であり、半導体積層構造２は５μｍ〜８μｍ程度である。図２および図３では、基板１の厚さは半導体積層構造２の厚さよりも薄く描かれているが、実際には、基板１の厚さは半導体積層構造２よりもはるかに大きい。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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３００ｎｍ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
クラッド層１６，１７，１９のドーパント濃度は、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。ドーパント濃度が０．７×１０１８ｃｍ−３より低いと活性層１０にキャリアが注入されにくくなるからである。一方、ドーパント濃度が２．０×１０１８ｃｍ−３より高いと、活性層１０にキャリアが過剰に注入され、余剰分が光吸収源となって、発振効率が悪くなるからである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
この実施形態では、クラッド層１６，１７，１９が（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）から形成されているのに対し、ガイド層１１，１２がＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）から形成されている。このため、クラッド層１６，１７，１９とガイド層１１，１２との間のバンドギャップ差が大きくすることができる。また、クラッド層１６，１７，１９とガイド層１１，１２との格子定数が異なるため、クラッド層１６，１７，１９に対するキャリアの拡散速度とガイド層１１，１２に対するキャリアの拡散速度とを異ならせることができる。これにより、活性層１０にキャリアが過剰に注入されるのを防止できる。この結果、温度上昇により活性層１０からキャリアがクラッド層１６，１７，１９等の周囲の層に溢れ出すいわゆるキャリアオーバーフローを抑制または防止することができる。したがって、キャリアオーバーフローに起因する特性劣化を抑制または防止できる。
【００３４】
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。また、ガイド層１１，１２を形成しているＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８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およびガイド層１１，１２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、活性層１０にキャリアが過剰に注入されるのを防止するためには、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、ｘ２を０．８以下とすることによって、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。
【００３５】
レーザ共振器端面部分に活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０を作製した場合、共振器端面部分での活性層１０のバンドギャップは、共振器中央部分のバンドギャップとガイド層１１，１２のバンドギャップとの平均値となる。したがって、端面窓構造４０を作製することによって端面部分での活性層１０のバンドギャップを十分に拡大するためには、ガイド層１１，１２のバンドギャップが所定値（具体的には、１．８ｅＶ程度）以上であることが必要となる。そこで、ｘ２を０．４以上とすることによって、ガイド層１１，１２のバンドギャップを前記所定値以上とすることができる。
【００３６】
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９ｎｍ〜１２ｎｍ厚、この例では１２ｎｍ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。なお、障壁層２２２を形成しているＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、ガイド層１１，１２と同様に、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有していることが好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
量子井戸層２２１に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じていることが好ましい。格子不整合率が−０．４％より大きい（引っ張り歪の大きさが小さい）と、ＴＭモードでの発振が起こりにくくなり、格子不整合率が−０．９％より小さい（引っ張り歪の大きさが大きい）と、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
また、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下でかつ発光量子井戸層２２１の膜厚が、９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。発振波長および発光量子井戸層２２１の膜厚がこのような条件を満たしていると、後述する実験結果から分かるように、ＴＥ成分光出力よりもＴＭ成分光出力を大きくすることができるとともに、閾値電流を低くすることができるからである。
【００３９】
量子井戸層２２１を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成Ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下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。半導体レーザ素子７０をＴＭモードで発振させるためには、量子井戸層２２１に引っ張り歪が生じることが必要である。量子井戸層２２１の格子定数が小さいほど、量子井戸層２２１に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。量子井戸層２２１を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３３層の格子定数は、Ａｓの組成に対するＰの組成の比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど小さくなる。つまり、比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど、量子井戸層２２１に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。
【００４０】
比ｘ３／（１−ｘ３）が１／９以上であることが好ましい理由は、ＴＥ成分光出力に対するＴＭ成分光出力の比率を大きくするためである。一方、比ｘ３／（１−ｘ３）が１／４以下であることが好ましい理由は、その比が１／４より大きくては、Ｐ組成の増大により、量子井戸層２２１に生じる引っ張り歪が増大し、クラックやリーク電流が発生するおそれがあるからである。
【００４１】
また、量子井戸層２２１の数は、２以上５以下であることが好ましい。量子井戸層２２１の数が２より少ないと、１つの量子井戸層２２１の膜厚を大きくする必要があるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。一方、量子井戸層２２１の数が５より多いと、界面が多くなるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
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。
【００４２】
リッジストライプ３０の側面には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層６は、ＡｌＧａＩｎＰ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。
【００４３】
そして、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。
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。
【００４４】
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。ｎ側ガイド層１１とｎ型クラッド層１６との界面からｎ型クラッド層１６側への亜鉛の拡散長Ｌは、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であることが好ましい。前記拡散長Ｌが４００ｎｍより短いと、端面窓構造としての効果が得られなくなる。一方、前記拡散長Ｌが１３００ｎｍより大きいと、不純物（この場合は亜鉛）の拡散量が多くなるため、特性が劣化するおそれがある。
【００４５】
なお、図１〜図３においては、図示が省略されているが、共振器端面には、共振器端面を保護するための反射膜６０（図１４Ａ，図１４Ｂ，図１４Ｃ参照）が形成されている。
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７８０ｎｍ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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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。この際、ｎ側ガイド層１１とｎ型クラッド層１６との界面からｎ型クラッド層１６側へのＺｎの拡散長Ｌが、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲となるように、アニール処理を行う。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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、図８に示すように、表面にｎ型電流狭窄層６を成膜させる。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分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。
【００５０】
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。
そして、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５〜図１１では、１つの半導体レーザ素子に対する製造方法が図示されているが、電極３，４が形成された時点では、実際には、個々のレーザチップが切り出される前のレーザウエハが作製されることになる。レーザウエハが作製されると、リッジストライプ３０の長手方向に垂直な方向（劈開方向）に沿ってレーザウエハを等間隔で劈開することにより、図１２Ａに示すようなレーザバー８０を切り出す。
【００５１】
レーザバー８０において、劈開によって形成された端面８１，８２（図１の３１，３２に相当する）が共振端面となる。レーザバー８０におけるｎ型電極（ｎ極電極）３が形成されている面（図１２Ａでは下面）を「ｎ極電極面８３」といい、レーザバー８０におけるｐ型電極（ｐ極電極）４が形成されている面（図１２Ａでは上面）を「ｐ極電極面８４」ということにする。
【００５２】
レーザバー８０の幅（共振長）Ｗは、例えば３５０μｍである。レーザバー８０の厚さＤは、例えば６０μｍ〜１１０μｍ程度である。活性層１０とレーザバー８０のｐ極電極面８４との距離ｄは、例えば２μｍ〜５μｍ程度である。したがって、活性層１０は、ｎ極電極面８３とｐ極電極面８４との間において、ｐ極電極面８４に近い位置に存在している。
【００５３】
次に、複数のレーザバー８０の劈開端面（共振器端面）８１，８２に反射膜を形成する。反射膜を形成する工程は、具体的には、複数のレーザバー８０を整列させる第１工程と、整列された複数のレーザバー８０の劈開端面８１，８２に、反射膜を形成する第２工程とからなる。
第１工程では、図１３Ａに示すように、図示しない整列治具を使用して、レーザバー８０とスペーサ９０とを交互に複数個積み重ねる。この際、複数のレーザバー８０を、隣り合うレーザバー８０の一方のレーザバー８０のｎ極電極面８３が他方のレーザバー８０のｐ極電極面８４と向かい合うように整列させる。
【００５４】
スペーサ９０は、図１２Ｂに示すように、レーザバー８０とほぼ同様な長さを有している。スペーサ９０の横断面形状は、略台形である。より具体的には、スペーサ９０の横断面形状は、横長矩形の下側の２つのコーナ部が湾曲状に切除された形状である。つまり、スペーサ９０は、その両側部の下部に長さ方向に延びた切除部９０ａを有している。この切除部９０ａによって、スペーサ９０の幅は、厚さ中央部付近から下面側にいくほど小さくなっている。スペーサ９０は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【００５５】
スペーサ９０の上面の幅Ｗｕは、レーザバー８０の幅Ｗよりも若干短い長さであり、例えば３４０μｍである。スペーサ９０の下面の幅Ｗｄは、スペーサ９０の上面の幅Ｗｕより短い長さであり、例えば３１０μｍである。
図１３Ａに示すように、複数のスペーサ９０と複数のレーザバー８０とは、各レーザバー８０のｎ極電極面８３にそのレーザバー８０に隣接する一方のスペーサ９０の幅広の面が重なり合い、各レーザバー８０のｐ極電極面８４にそのレーザバー８０に隣接する他方のスペーサ９０の幅狭の面が重なり合うように、積み重ねられる。
【００５６】
レーザバー８０とスペーサ９０とが交互に複数個積み重ねられた状態では、図１３Ａに示すように、各レーザバー８０の劈開端面８１，８２は露出している。また、この状態では、各レーザバー８０のｎ極電極面８３およびｐ極電極面８４の両側縁部には、スペーサ９０によって覆われない露出部が存在する。ｎ極電極面８４にはスペーサ９０の幅広の面が重なり合い、ｐ極電極面８４にはスペーサ９０の幅狭の面が重なり合っているため、ｎ極電極面８３の露出部の幅は、ｐ極電極面８４の露出部の幅より小さい。
【００５７】
第２工程では、図１３Ｂに示すように、レーザバー８０とスペーサ９０とが交互に積み重ねられた状態で、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等によって、レーザバー８０の劈開端面（共振器端面）８１，８２に反射膜６０を形成する。
反射膜６０は、絶縁膜で構成されており、共振器端面８１，８２を保護する保護膜として機能する。反射膜６０は、例えば、ＺｒＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に複数回繰り返し積層した多重反射膜で構成される。図１３Ｂに示すように、反射膜６０は、レーザバー８０の劈開端面８１，８２に形成されるとともに、レーザバー８０におけるｎ極電極面８３およびｐ極電極面８４の露出部にも形成される。
【００５８】
このようにして反射膜６０が形成されると、レーザバー８０を、リッジストライプ３０が中央にくるようして切断（図１２Ａの破線に沿って切断）することにより、個々のレーザチップ（半導体レーザ素子）７０を切り出す。
図１４Ａ，１４Ｂおよび図１４Ｃは、切り出された半導体レーザ素子を示している。図１４Ａは半導体レーザ素子を示す平面図である。図１４Ｂは半導体レーザ素子を示す底面図である。図１４Ｃは図１４ＡのＣ−Ｃ線に沿う一部拡大断面図である。
【００５９】
反射膜６０は、各レーザ共振器端面３１，３２を被覆する端面被覆部６１と、端面被覆部６１に連続し、ｐ極電極面８４側に回り込むｐ極側回り込み部６２と、端面被覆部６１に連続し、ｎ極電極面８３側に回り込むｎ極側回り込み部６３とを含んでいる。ｎ極側回り込み部６３のｎ極電極面８３側への回り込み量Ａは、ｐ極側回り込み部６２のｐ極電極面８４側への回り込み量Ｂより少ない。回り込み量Ａは、例えば５μｍであり、回り込み量Ｂは例えば２０μｍである。
【００６０】
この半導体レーザ素子７０では、レーザ共振器端面３１，３２（８１，８２）に反射膜６０を形成する際には、レーザ共振器端面３１，３２からｎ極電極面８３側およびｐ極電極面８４側に反射膜を回り込ませているので、レーザ共振器端面３１，３２に均一に反射膜６０を形成することができる。これにより、反射膜の膜むらによる反射率のばらつきを防止でき、反射率のばらつきによる特性劣化を防止できる。
【００６１】
また、ｎ極側回り込み部６３のｎ極電極面８３側への回り込み量Ａは、ｐ極側回り込み部６２のｐ極電極面８４側への回り込み量Ｂより少ないので、ｎ極側回り込み部６３によってｎ極電極面８３が覆われる面積を、ｐ極側回り込み部６２によってｐ極電極面８４が覆われる面積よりも小さくすることができる。このため、ｎ極電極面８３を外部に接続するための接続領域を確保しやすくなる。たとえば、ｎ極電極面８３を外部に金ボールで接続するときには、金ボールとｎ極電極面８３とのコンタクト領域を大きくとることができる。
【００６２】
反射膜形成時において、ｎ極電極面８３側への回り込み量Ａを少なくすると、レーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分では反射膜６０の膜むらが発生するおそれがある。しかしながら、ｎ極電極面８３は発光部である活性層１０から離れた位置にあるので、レーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分で膜むらが発生したとしても、特性劣化は生じにくいと考えられる。
【００６３】
なお、回り込み量Ａは１０μｍ未満であり、回り込み量Ｂは１０μｍ以上であることが好ましい。回り込み量Ａが１０μｍ未満であることが好ましい理由は、ｎ極電極面８３を外部に接続するための接続領域を確保しやすくためである。また、回り込み量Ａを１０μｍ未満にするとレーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分で反射膜の膜むらが発生するおそれがあるが、前述したように特性劣化は生じにくいと考えられるからである。
【００６４】
一方、回り込み量Ｂが１０μｍ以上であることが好ましい理由は、ｐ極電極面８４は発光部である活性層１０に近い位置にあるので、レーザ共振器端面３１，３２におけるｐ極電極面８４に近い部分において反射膜の膜むらが生じるのを防止するためである。 次に、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］と偏光比［ｄＢ］との関係について説明する。ここで、偏光比は、偏光比＝１０LOG（ＴＭ成分光出力／ＴＥ成分光出力）として定義される。発振波長が異なる複数の実験サンプルを用いて実験を行った。
【００６５】
実験サンプルとして、次のａ〜ｄの４種類サンプルを用意した。
ａ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が８２０ｎｍ〜８３０ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
ｂ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が８００ｎｍ〜８２０ｎｍとなる半導体レーザ素子
ｃ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が７９０ｎｍ〜８００ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
ｄ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が７８０ｎｍ〜７９０ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
活性層１０の引っ張り歪量［％］の絶対値は、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなる。つまり、サンプルａの引っ張り歪の大きさが最も小さく、サンプルｄの引っ張り歪の大きさが最も大きくなる。
【００６６】
通電条件は、２５°Ｃで６０ｍＷとした。
各サンプルａ〜ｄに対する偏光比［ｄＢ］の測定結果を表１に示す。なお、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］が０のときの偏光比［ｄＢ］は−３５程度である。
【００６７】
【表１】
【００６８】
全てのサンプルに対する偏光比［ｄＢ］が正となっており、全てのサンプルにおいて、ＴＭ成分光出力がＴＥ成分光出力よりも大きくなっていることが分かる。
次に、活性層１０の引っ張り歪量［％］と閾値電流［ｍＡ］との関係について説明する。前記ａ〜ｄと同様な実験サンプルを用いて実験を行った。通電条件は、２５°Ｃとした。
【００６９】
各サンプルａ〜ｄに対する閾値電流［ｍＡ］の測定結果を表２に示す。なお、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］が０のときの閾値電流［ｍＡ］は、２４．５［ｍＡ］程度である。
【００７０】
【表２】
【００７１】
全てのサンプルに対する閾値電流［ｍＡ］が、引っ張り歪量［％］が０のときの閾値電流よりも低くなっていることが分かる。
これらの実験結果から、量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であれば、ＴＭ成分光出力がＴＥ成分光出力よりも大きくなりかつ閾値電流を低い抑えることができることがわかる。
【００７２】
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】
【００７３】
１ 基板
２ 半導体積層構造
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
６ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ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 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 第１ｐ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
１９ 第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
２０ ｐ型キャップ層
２１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４０ 端面窓構造
６０ 反射膜
６１ 端面被覆部
６２ ｐ極側回り込み部
６３ ｎ極側回り込み部
７０ 半導体レーザダイオード
８３ ｎ極電極面
８４ ｐ極電極面
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、ＴＭモード発振が得られかつ信頼性の高い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、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、 前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれたｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層と、前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層に挟まれ、少なくとも２つの量子井戸層および隣接する前記量子井戸層に挟まれた障壁層を含む活性層とを備えている。前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層は、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなる。前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層ならび前記障壁層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる。前記量子井戸層は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなる。前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有している。前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している。
【０００７】
この発明の構成では、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層が、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなるのに対し、ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなる。このため、クラッド層とガイド層との間のバンドギャップ差を大きくすることができる。また、クラッド層とガイド層に自己拡散係数が互いに異なる物質を用いることで、クラッド層に対するキャリアの拡散速度とガイド層に対するキャリアの拡散速度とを異ならせることができる。これにより、活性層にキャリアが過剰に注入されるのを防止できる。この結果、温度上昇により活性層からキャリアがクラッド層等の周囲の層に溢れ出すいわゆるキャリアオーバーフローを抑制または防止することができる。したがって、キャリアオーバーフローに起因する特性劣化を抑制または防止できる。
【０００８】
また、この発明の構成では、前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有しており、前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している。この理由について説明する。
クラッド層およびガイド層のバンドギャップは、Ａｌ組成が高いほど大きくなる。前述したように、活性層にキャリアが過剰に注入されるのを防止するためには、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。より具体的には、クラッド層のバンドギャップを大きくし、ガイド層のバンドギャップを小さくすればよい。そこで、ｘ１を０．７よりも大きく、ｘ２を０．８以下とすることによって、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。
【０００９】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記量子井戸層に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じていることが好ましい。格子不整合率が−０．４％より大きい（引っ張り歪の大きさが小さい）と、ＴＭモードでの発振が起こりにくくなり、格子不整合率が−０．９％より小さい（引っ張り歪の大きさが大きい）と、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
【００１０】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であり、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。発振波長および発光量子井戸層の膜厚がこのような条件を満たしていると、ＴＭ成分光出力をＴＥ成分光出力より大きくすることができるとともに、閾値電流を低くすることができるからである。
【００１１】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下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。半導体レーザ素子をＴＭモードで発振させるためには、量子井戸層に引っ張り歪が生じることが必要である。量子井戸層の格子定数が小さいほど、量子井戸層に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。量子井戸層を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３３層の格子定数は、Ａｓの組成に対するＰの組成の比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど小さくなる。つまり、比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど、量子井戸層に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。
【００１２】
比ｘ３／（１−ｘ３）が１／９以上であることが好ましい理由は、ＴＥ成分光出力よりもＴＭ成分光出力を大きくするためである。一方、比ｘ３／（１−ｘ３）が１／４以下であることが好ましい理由は、その比が１／４より大きくては、Ｐ組成の増大により、量子井戸層に生じる引っ張り歪が増大し、クラックやリーク電流が発生するおそれがあるからである。
【００１３】
この発明の一実施形態では、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、前記障壁層の厚さが前記量子井戸層の厚さより薄く形成されている。
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記量子井戸層の数が、２以上５以下であることが好ましい。量子井戸層の数が２より少ないと、１つの量子井戸層の膜厚を大きくする必要があるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。一方、量子井戸層の数が５より多いと、界面が多くなるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
【００１４】
前記半導体レーザ素子は、具体的には、前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層のキャリア濃度が、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。ドーパント濃度が０．７×１０１８ｃｍ−３より低いと活性層にキャリアが注入されにくくなるからである。一方、ドーパント濃度が２．０×１０１８ｃｍ−３より高いと、活性層にキャリアが過剰に注入され、余剰分が光吸収源となって、発振効率が悪くなるからである。
【００１５】
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。
【００１６】
前記端面窓構造は、前記レーザ共振器の端面部分に、Ｚｎなどの不純物を選択的に拡散することによって形成されており、前記ｎ側ガイド層と前記ｎ型クラッド層との界面から前記ｎ型クラッド層側への前記不純物の拡散長が、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であることが好ましい。前記拡散長が４００ｎｍより短いと、端面窓構造としての効果が得られなくなるからである。一方、前記拡散長が１３００ｎｍより大きいと、不純物の拡散量が多くなるため、特性が劣化するおそれがあるからである。
【００１７】
この発明の一実施形態では、ｎ極電極が形成されたｎ極電極面と、ｐ極電極が形成されたｐ極電極面と、レーザ共振器端面と、前記レーザ共振器端面を覆うように形成された反射膜とを含んでいる。そして、前記反射膜が、前記レーザ共振器端面を被覆する端面被覆部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極電極面側に回り込むｐ極側回り込み部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量より少ない回り込み量で前記ｎ極電極面側に回り込むｎ極側回り込み部とを含んでいる。
【００１８】
ｎ極側回り込み部のｎ極電極面側への回り込み量は、ｐ極側回り込み部のｐ極電極面側への回り込み量より少ないので、ｎ極側回り込み部によってｎ極電極面が覆われる面積を、ｐ極側回り込み部によってｐ極電極面が覆われる面積よりも小さくすることができる。このため、ｎ極電極面を外部に接続するための接続領域を確保しやすくなる。
なお、ｎ極電極面側への回り込み量を少なくすると、レーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分では反射膜の膜むらが発生するおそれがある。しかしながら、ｎ極電極面は発光部である活性層から離れた位置にあるので、レーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分で膜むらが発生したとしても、特性劣化は生じにくいと考えられる。
【００１９】
前記ｎ極側回り込み部の前記ｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であり、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上であることが好ましい。ｎ極側回り込み部のｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であることが好ましい理由は、ｎ極電極面を外部に接続するための接続領域を確保しやすくためである。当該回り込み量を１０μｍ未満にするとレーザ共振器端面におけるｎ極電極面に近い部分で反射膜の膜むらが発生するおそれがあるが、前述したように特性劣化は生じにくいと考えられるからである。
【００２０】
一方、ｐ極側回り込み部のｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上であることが好ましい理由は、ｐ極電極面は発光部である活性層に近い位置にあるので、レーザ共振器端面におけるｐ極電極面に近い部分において反射膜の膜むらが生じるのを防止するためである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、この発明の一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２は、図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図４は、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】図５は、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】図６は、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】図７は、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】図８は、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】図９は、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】図１０は、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】図１１は、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】図１２Ａは、レーザバーの外観を示す斜視図であり、図１２Ｂは、スペーサの外観を示す斜視図である。
【図１３】図１３Ａは、複数のレーザバーを整列させる工程を説明するための断面図であり、図１３Ｂは、整列された複数のレーザバーの劈開端面に反射膜を形成する工程を説明するための断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａはレーザバーから切り出された半導体レーザ素子を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂはレーザバーから切り出された半導体レーザ素子を示す底面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは図１４ＡのＣ−Ｃ線に沿う一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、この発明の一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、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。基板１の厚さは５０μｍ〜１００μｍ程度であり、半導体積層構造２は５μｍ〜８μｍ程度である。図２および図３では、基板１の厚さは半導体積層構造２の厚さよりも薄く描かれているが、実際には、基板１の厚さは半導体積層構造２よりもはるかに大きい。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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３００ｎｍ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
クラッド層１６，１７，１９のドーパント濃度は、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。ドーパント濃度が０．７×１０１８ｃｍ−３より低いと活性層１０にキャリアが注入されにくくなるからである。一方、ドーパント濃度が２．０×１０１８ｃｍ−３より高いと、活性層１０にキャリアが過剰に注入され、余剰分が光吸収源となって、発振効率が悪くなるからである。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
この実施形態では、クラッド層１６，１７，１９が（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）から形成されているのに対し、ガイド層１１，１２がＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ（０≦ｘ２≦１）から形成されている。このため、クラッド層１６，１７，１９とガイド層１１，１２との間のバンドギャップ差が大きくすることができる。また、クラッド層１６，１７，１９とガイド層１１，１２との格子定数が異なるため、クラッド層１６，１７，１９に対するキャリアの拡散速度とガイド層１１，１２に対するキャリアの拡散速度とを異ならせることができる。これにより、活性層１０にキャリアが過剰に注入されるのを防止できる。この結果、温度上昇により活性層１０からキャリアがクラッド層１６，１７，１９等の周囲の層に溢れ出すいわゆるキャリアオーバーフローを抑制または防止することができる。したがって、キャリアオーバーフローに起因する特性劣化を抑制または防止できる。
【００３４】
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。また、ガイド層１１，１２を形成しているＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８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およびガイド層１１，１２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、活性層１０にキャリアが過剰に注入されるのを防止するためには、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、ｘ２を０．８以下とすることによって、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。
【００３５】
レーザ共振器端面部分に活性層１０のバンドギャップを拡大する端面窓構造４０を作製した場合、共振器端面部分での活性層１０のバンドギャップは、共振器中央部分のバンドギャップとガイド層１１，１２のバンドギャップとの平均値となる。したがって、端面窓構造４０を作製することによって端面部分での活性層１０のバンドギャップを十分に拡大するためには、ガイド層１１，１２のバンドギャップが所定値（具体的には、１．８ｅＶ程度）以上であることが必要となる。そこで、ｘ２を０．４以上とすることによって、ガイド層１１，１２のバンドギャップを前記所定値以上とすることができる。
【００３６】
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９ｎｍ〜１２ｎｍ厚、この例では１２ｎｍ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。なお、障壁層２２２を形成しているＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、ガイド層１１，１２と同様に、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有していることが好ましい。
【００３７】
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。
【００３８】
量子井戸層２２１に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じていることが好ましい。格子不整合率が−０．４％より大きい（引っ張り歪の大きさが小さい）と、ＴＭモードでの発振が起こりにくくなり、格子不整合率が−０．９％より小さい（引っ張り歪の大きさが大きい）と、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
また、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下でかつ発光量子井戸層２２１の膜厚が、９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。発振波長および発光量子井戸層２２１の膜厚がこのような条件を満たしていると、後述する実験結果から分かるように、ＴＥ成分光出力よりもＴＭ成分光出力を大きくすることができるとともに、閾値電流を低くすることができるからである。
【００３９】
量子井戸層２２１を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成Ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下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。半導体レーザ素子７０をＴＭモードで発振させるためには、量子井戸層２２１に引っ張り歪が生じることが必要である。量子井戸層２２１の格子定数が小さいほど、量子井戸層２２１に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。量子井戸層２２１を形成しているＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３３層の格子定数は、Ａｓの組成に対するＰの組成の比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど小さくなる。つまり、比ｘ３／（１−ｘ３）が大きいほど、量子井戸層２２１に大きな引っ張り歪を生じさせることができる。
【００４０】
比ｘ３／（１−ｘ３）が１／９以上であることが好ましい理由は、ＴＥ成分光出力に対するＴＭ成分光出力の比率を大きくするためである。一方、比ｘ３／（１−ｘ３）が１／４以下であることが好ましい理由は、その比が１／４より大きくては、Ｐ組成の増大により、量子井戸層２２１に生じる引っ張り歪が増大し、クラックやリーク電流が発生するおそれがあるからである。
【００４１】
また、量子井戸層２２１の数は、２以上５以下であることが好ましい。量子井戸層２２１の数が２より少ないと、１つの量子井戸層２２１の膜厚を大きくする必要があるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。一方、量子井戸層２２１の数が５より多いと、界面が多くなるため、結晶欠陥が発生しやすくなるからである。
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。
【００４２】
リッジストライプ３０の側面には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰ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ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層６は、ＡｌＧａＩｎＰ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。
【００４３】
そして、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。
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。
【００４４】
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。ｎ側ガイド層１１とｎ型クラッド層１６との界面からｎ型クラッド層１６側への亜鉛の拡散長Ｌは、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下であることが好ましい。前記拡散長Ｌが４００ｎｍより短いと、端面窓構造としての効果が得られなくなる。一方、前記拡散長Ｌが１３００ｎｍより大きいと、不純物（この場合は亜鉛）の拡散量が多くなるため、特性が劣化するおそれがある。
【００４５】
なお、図１〜図３においては、図示が省略されているが、共振器端面には、共振器端面を保護するための反射膜６０（図１４Ａ，図１４Ｂ，図１４Ｃ参照）が形成されている。
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７８０ｎｍ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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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。この際、ｎ側ガイド層１１とｎ型クラッド層１６との界面からｎ型クラッド層１６側へのＺｎの拡散長Ｌが、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の範囲となるように、アニール処理を行う。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。
【００４８】
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。
【００４９】
次に、図８に示すように、表面にｎ型電流狭窄層６を成膜させる。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分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。
【００５０】
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。
そして、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５〜図１１では、１つの半導体レーザ素子に対する製造方法が図示されているが、電極３，４が形成された時点では、実際には、個々のレーザチップが切り出される前のレーザウエハが作製されることになる。レーザウエハが作製されると、リッジストライプ３０の長手方向に垂直な方向（劈開方向）に沿ってレーザウエハを等間隔で劈開することにより、図１２Ａに示すようなレーザバー８０を切り出す。
【００５１】
レーザバー８０において、劈開によって形成された端面８１，８２（図１の３１，３２に相当する）が共振端面となる。レーザバー８０におけるｎ型電極（ｎ極電極）３が形成されている面（図１２Ａでは下面）を「ｎ極電極面８３」といい、レーザバー８０におけるｐ型電極（ｐ極電極）４が形成されている面（図１２Ａでは上面）を「ｐ極電極面８４」ということにする。
【００５２】
レーザバー８０の幅（共振長）Ｗは、例えば３５０μｍである。レーザバー８０の厚さＤは、例えば６０μｍ〜１１０μｍ程度である。活性層１０とレーザバー８０のｐ極電極面８４との距離ｄは、例えば２μｍ〜５μｍ程度である。したがって、活性層１０は、ｎ極電極面８３とｐ極電極面８４との間において、ｐ極電極面８４に近い位置に存在している。
【００５３】
次に、複数のレーザバー８０の劈開端面（共振器端面）８１，８２に反射膜を形成する。反射膜を形成する工程は、具体的には、複数のレーザバー８０を整列させる第１工程と、整列された複数のレーザバー８０の劈開端面８１，８２に、反射膜を形成する第２工程とからなる。
第１工程では、図１３Ａに示すように、図示しない整列治具を使用して、レーザバー８０とスペーサ９０とを交互に複数個積み重ねる。この際、複数のレーザバー８０を、隣り合うレーザバー８０の一方のレーザバー８０のｎ極電極面８３が他方のレーザバー８０のｐ極電極面８４と向かい合うように整列させる。
【００５４】
スペーサ９０は、図１２Ｂに示すように、レーザバー８０とほぼ同様な長さを有している。スペーサ９０の横断面形状は、略台形である。より具体的には、スペーサ９０の横断面形状は、横長矩形の下側の２つのコーナ部が湾曲状に切除された形状である。つまり、スペーサ９０は、その両側部の下部に長さ方向に延びた切除部９０ａを有している。この切除部９０ａによって、スペーサ９０の幅は、厚さ中央部付近から下面側にいくほど小さくなっている。スペーサ９０は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。
【００５５】
スペーサ９０の上面の幅Ｗｕは、レーザバー８０の幅Ｗよりも若干短い長さであり、例えば３４０μｍである。スペーサ９０の下面の幅Ｗｄは、スペーサ９０の上面の幅Ｗｕより短い長さであり、例えば３１０μｍである。
図１３Ａに示すように、複数のスペーサ９０と複数のレーザバー８０とは、各レーザバー８０のｎ極電極面８３にそのレーザバー８０に隣接する一方のスペーサ９０の幅広の面が重なり合い、各レーザバー８０のｐ極電極面８４にそのレーザバー８０に隣接する他方のスペーサ９０の幅狭の面が重なり合うように、積み重ねられる。
【００５６】
レーザバー８０とスペーサ９０とが交互に複数個積み重ねられた状態では、図１３Ａに示すように、各レーザバー８０の劈開端面８１，８２は露出している。また、この状態では、各レーザバー８０のｎ極電極面８３およびｐ極電極面８４の両側縁部には、スペーサ９０によって覆われない露出部が存在する。ｎ極電極面８４にはスペーサ９０の幅広の面が重なり合い、ｐ極電極面８４にはスペーサ９０の幅狭の面が重なり合っているため、ｎ極電極面８３の露出部の幅は、ｐ極電極面８４の露出部の幅より小さい。
【００５７】
第２工程では、図１３Ｂに示すように、レーザバー８０とスペーサ９０とが交互に積み重ねられた状態で、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等によって、レーザバー８０の劈開端面（共振器端面）８１，８２に反射膜６０を形成する。
反射膜６０は、絶縁膜で構成されており、共振器端面８１，８２を保護する保護膜として機能する。反射膜６０は、例えば、ＺｒＯ２膜とＳｉＯ２膜とを交互に複数回繰り返し積層した多重反射膜で構成される。図１３Ｂに示すように、反射膜６０は、レーザバー８０の劈開端面８１，８２に形成されるとともに、レーザバー８０におけるｎ極電極面８３およびｐ極電極面８４の露出部にも形成される。
【００５８】
このようにして反射膜６０が形成されると、レーザバー８０を、リッジストライプ３０が中央にくるようして切断（図１２Ａの破線に沿って切断）することにより、個々のレーザチップ（半導体レーザ素子）７０を切り出す。
図１４Ａ，１４Ｂおよび図１４Ｃは、切り出された半導体レーザ素子を示している。図１４Ａは半導体レーザ素子を示す平面図である。図１４Ｂは半導体レーザ素子を示す底面図である。図１４Ｃは図１４ＡのＣ−Ｃ線に沿う一部拡大断面図である。
【００５９】
反射膜６０は、各レーザ共振器端面３１，３２を被覆する端面被覆部６１と、端面被覆部６１に連続し、ｐ極電極面８４側に回り込むｐ極側回り込み部６２と、端面被覆部６１に連続し、ｎ極電極面８３側に回り込むｎ極側回り込み部６３とを含んでいる。ｎ極側回り込み部６３のｎ極電極面８３側への回り込み量Ａは、ｐ極側回り込み部６２のｐ極電極面８４側への回り込み量Ｂより少ない。回り込み量Ａは、例えば５μｍであり、回り込み量Ｂは例えば２０μｍである。
【００６０】
この半導体レーザ素子７０では、レーザ共振器端面３１，３２（８１，８２）に反射膜６０を形成する際には、レーザ共振器端面３１，３２からｎ極電極面８３側およびｐ極電極面８４側に反射膜を回り込ませているので、レーザ共振器端面３１，３２に均一に反射膜６０を形成することができる。これにより、反射膜の膜むらによる反射率のばらつきを防止でき、反射率のばらつきによる特性劣化を防止できる。
【００６１】
また、ｎ極側回り込み部６３のｎ極電極面８３側への回り込み量Ａは、ｐ極側回り込み部６２のｐ極電極面８４側への回り込み量Ｂより少ないので、ｎ極側回り込み部６３によってｎ極電極面８３が覆われる面積を、ｐ極側回り込み部６２によってｐ極電極面８４が覆われる面積よりも小さくすることができる。このため、ｎ極電極面８３を外部に接続するための接続領域を確保しやすくなる。たとえば、ｎ極電極面８３を外部に金ボールで接続するときには、金ボールとｎ極電極面８３とのコンタクト領域を大きくとることができる。
【００６２】
反射膜形成時において、ｎ極電極面８３側への回り込み量Ａを少なくすると、レーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分では反射膜６０の膜むらが発生するおそれがある。しかしながら、ｎ極電極面８３は発光部である活性層１０から離れた位置にあるので、レーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分で膜むらが発生したとしても、特性劣化は生じにくいと考えられる。
【００６３】
なお、回り込み量Ａは１０μｍ未満であり、回り込み量Ｂは１０μｍ以上であることが好ましい。回り込み量Ａが１０μｍ未満であることが好ましい理由は、ｎ極電極面８３を外部に接続するための接続領域を確保しやすくためである。また、回り込み量Ａを１０μｍ未満にするとレーザ共振器端面３１，３２におけるｎ極電極面８３に近い部分で反射膜の膜むらが発生するおそれがあるが、前述したように特性劣化は生じにくいと考えられるからである。
【００６４】
一方、回り込み量Ｂが１０μｍ以上であることが好ましい理由は、ｐ極電極面８４は発光部である活性層１０に近い位置にあるので、レーザ共振器端面３１，３２におけるｐ極電極面８４に近い部分において反射膜の膜むらが生じるのを防止するためである。 次に、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］と偏光比［ｄＢ］との関係について説明する。ここで、偏光比は、偏光比＝１０LOG（ＴＭ成分光出力／ＴＥ成分光出力）として定義される。発振波長が異なる複数の実験サンプルを用いて実験を行った。
【００６５】
実験サンプルとして、次のａ〜ｄの４種類サンプルを用意した。
ａ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が８２０ｎｍ〜８３０ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
ｂ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が８００ｎｍ〜８２０ｎｍとなる半導体レーザ素子
ｃ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が７９０ｎｍ〜８００ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
ｄ：量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ〜１２ｎｍでかつ発振波長が７８０ｎｍ〜７９０ｎｍとなる活性層１０を有する半導体レーザ素子
活性層１０の引っ張り歪量［％］の絶対値は、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄとなる。つまり、サンプルａの引っ張り歪の大きさが最も小さく、サンプルｄの引っ張り歪の大きさが最も大きくなる。
【００６６】
通電条件は、２５°Ｃで６０ｍＷとした。
各サンプルａ〜ｄに対する偏光比［ｄＢ］の測定結果を表１に示す。なお、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］が０のときの偏光比［ｄＢ］は−３５程度である。
【００６７】
【表１】
【００６８】
全てのサンプルに対する偏光比［ｄＢ］が正となっており、全てのサンプルにおいて、ＴＭ成分光出力がＴＥ成分光出力よりも大きくなっていることが分かる。
次に、活性層１０の引っ張り歪量［％］と閾値電流［ｍＡ］との関係について説明する。前記ａ〜ｄと同様な実験サンプルを用いて実験を行った。通電条件は、２５°Ｃとした。
【００６９】
各サンプルａ〜ｄに対する閾値電流［ｍＡ］の測定結果を表２に示す。なお、量子化井戸層２１１の引っ張り歪量［％］が０のときの閾値電流［ｍＡ］は、２４．５［ｍＡ］程度である。
【００７０】
【表２】
【００７１】
全てのサンプルに対する閾値電流［ｍＡ］が、引っ張り歪量［％］が０のときの閾値電流よりも低くなっていることが分かる。
これらの実験結果から、量子井戸層２１１の膜厚が９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であれば、ＴＭ成分光出力がＴＥ成分光出力よりも大きくなりかつ閾値電流を低い抑えることができることがわかる。
【００７２】
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】
【００７３】
１ 基板
２ 半導体積層構造
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
６ ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ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 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 第１ｐ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
１９ 第２ｐ型（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐクラッド層
２０ ｐ型キャップ層
２１ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
４０ 端面窓構造
６０ 反射膜
６１ 端面被覆部
６２ ｐ極側回り込み部
６３ ｎ極側回り込み部
７０ 半導体レーザダイオード
８３ ｎ極電極面
８４ ｐ極電極面
２２１ 量子井戸層
２２２ 障壁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれたｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層と、
前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層に挟まれ、少なくとも２つの量子井戸層および隣接する前記量子井戸層に挟まれた障壁層を含む活性層とを備え、
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層は、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなり、
前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層ならび前記障壁層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなり、
前記量子井戸層は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなり、
前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有しており、
前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記量子井戸層に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であり、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下を満たす組成を有している、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、前記障壁層の厚さが前記量子井戸層の厚さより薄い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記量子井戸層の数が、２以上５以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層のキャリア濃度が、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下である、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】
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１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記端面窓構造は、前記レーザ共振器の端面部分に、不純物を選択的に拡散することによって形成されており、前記ｎ側カイド層と前記ｎ型クラッド層との界面から前記ｎ型クラッド層側への前記不純物の拡散長が、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下である請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
ｎ極電極が形成されたｎ極電極面と、
ｐ極電極が形成されたｐ極電極面と、
レーザ共振器端面と、
前記レーザ共振器端面を覆うように形成された反射膜とを含み、
前記反射膜が、前記レーザ共振器端面を被覆する端面被覆部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極電極面側に回り込むｐ極側回り込み部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量より少ない回り込み量で前記ｎ極電極面側に回り込むｎ極側回り込み部とを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記ｎ極側回り込み部の前記ｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であり、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上である、請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１】
ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層に挟まれたｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層と、
前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層に挟まれ、少なくとも２つの量子井戸層および隣接する前記量子井戸層に挟まれた障壁層を含む活性層とを備え、
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層は、それぞれ（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層（０≦ｘ１≦１）からなり、
前記ｐ側ガイド層およびｎ側ガイド層ならび前記障壁層は、それぞれＡｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層（０≦ｘ２≦１）からなり、
前記量子井戸層は、ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層（０≦ｘ３≦１）からなり、
前記（Ａｌｘ１Ｇａ（１−ｘ１））０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層は、ｘ１＞０．７を満たす組成を有しており、
前記Ａｌｘ２Ｇａ（１−ｘ２）Ａｓ層は、０．４≦ｘ２≦０．８を満たす組成を有している、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記量子井戸層に、格子不整合率が−０．４％以下で−０．９％以上の引っ張り歪が生じている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
発振波長が７８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下であり、前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ＧａＡｓ（１−ｘ３）Ｐｘ３層は、Ａｓの組成（１−ｘ３）に対するＰの組成ｘ３の比ｘ３／（１−ｘ３）が、１／９以上１／４以下を満たす組成を有している、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記量子井戸層の厚さが９ｎｍ以上１２ｎｍ以下であり、前記障壁層の厚さが前記量子井戸層の厚さより薄い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記量子井戸層の数が、２以上５以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層のキャリア濃度が、０．７×１０１８ｃｍ−３以上２．０×１０１８ｃｍ−３以下である、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】
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１〜７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記端面窓構造は、前記レーザ共振器の端面部分に、不純物を選択的に拡散することによって形成されており、前記ｎ側カイド層と前記ｎ型クラッド層との界面から前記ｎ型クラッド層側への前記不純物の拡散長が、４００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下である請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
ｎ極電極が形成されたｎ極電極面と、
ｐ極電極が形成されたｐ極電極面と、
レーザ共振器端面と、
前記レーザ共振器端面を覆うように形成された反射膜とを含み、
前記反射膜が、前記レーザ共振器端面を被覆する端面被覆部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極電極面側に回り込むｐ極側回り込み部と、前記端面被覆部に連続し、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量より少ない回り込み量で前記ｎ極電極面側に回り込むｎ極側回り込み部とを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記ｎ極側回り込み部の前記ｎ極電極面側への回り込み量が１０μｍ未満であり、前記ｐ極側回り込み部の前記ｐ極電極面側への回り込み量が１０μｍ以上である、請求項１０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１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【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１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１６９５８２（Ｐ２０１２−１６９５８２Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１５９８（Ｐ２０１１−７１５９８）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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