半導体レーザ装置
【課題】高出力・高温動作時の消費電力を抑制し、信頼性の高い二波長レーザ装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザ装置は、共に基板１０１上に形成された第１の半導体レーザ素子１０２と、第１の半導体レーザ素子１０２と発振波長が異なり、第２の半導体レーザ素子１０３とを備える。第１の半導体レーザ素子１０２及び第２の半導体レーザ素子１０３の共振器長は１５００μｍ以上であり、第１の半導体レーザ素子１０２及び第２の半導体レーザ素子１０３は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有している。活性層３０３は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、１層のみの井戸層を含む。
【解決手段】半導体レーザ装置は、共に基板１０１上に形成された第１の半導体レーザ素子１０２と、第１の半導体レーザ素子１０２と発振波長が異なり、第２の半導体レーザ素子１０３とを備える。第１の半導体レーザ素子１０２及び第２の半導体レーザ素子１０３の共振器長は１５００μｍ以上であり、第１の半導体レーザ素子１０２及び第２の半導体レーザ素子１０３は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有している。活性層３０３は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、１層のみの井戸層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置、特に、異なる２つの波長のレーザ光をひとつのチップから出力するモノリシック二波長レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノリシック二波長レーザ装置（以下、二波長レーザ装置）は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)記録用の６６０ｎｍ帯の半導体レーザ素子（以下、ＤＶＤ用レーザ素子）、およびライトスクライブ・ＣＤ(Compact Disc)記録用の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子（以下、ＣＤ用レーザ素子）が、１つの素子上に集積された半導体レーザ装置である。二波長レーザ装置では、１つの素子上に２つのレーザ素子を同時に形成できるため、２つのレーザ素子を個別に形成した後に、それぞれを基板上に並べて実装する場合と比べて、２つのレーザ光の平行度、距離を極めて精度良く制御することができる。
【０００３】
二波長レーザ装置においては、その製法上の制約により、例えば、特許文献１に記載のように、ＤＶＤレーザ素子とＣＤレーザ素子とが同一構成の共振器を有するという条件の下で、ＤＶＤ用レーザ素子の共振器とＣＤ用レーザ素子の共振器のそれぞれで定格出力の最適化を図らなければならない。
【０００４】
ＤＶＤ用レーザ素子を構成する半導体材料は、ＣＤ用レーザ素子を構成する半導体材料と比べて発熱に弱く、利得飽和に伴う出力の低下が生じやすいという特徴がある。このため、ＤＶＤ用レーザ素子の最適な共振器長は、ＣＤ用レーザ素子の最適な共振器長よりも長くなる。
【０００５】
例えば、ＤＶＤ２層記録に最低限必要とされる出力は、ケース温度８５℃環境下でのパルス駆動で、ＤＶＤ用レーザ素子の出力３００ｍＷ以上であるが、これを実現するためには二波長レーザ装置の共振器長が１５００μｍ以上、さらには２０００μｍ以上であることが好ましい。この場合、ＣＤレーザ素子からみれば、最適な共振器長から大きく逸脱することとなるため、しきい値電流の増大、および活性層に注入した電流を光に変換する効率の低下が発生する。特に、ライトスクライブの品質を高めるにあたり、消費電力の増大に伴う素子温度の上昇が深刻な課題となる。従来のＣＤ記録においては、ＣＤ用レーザ素子の最高到達温度は８５℃であった。これに対して、ライトスクライブにおいては、ＣＤ用レーザ素子の最高到達温度は９５℃となる。この最高到達温度の上昇は、二波長レーザ装置の信頼性を著しく低下させる。
【０００６】
特許文献１は、二波長レーザ装置において、赤色、赤外それぞれのレーザ素子に最適な共振器長の設定を実現する方法が記載されている。一方又は両方のレーザの端面から共振器中央へ向かって一部の領域に、活性層への電流注入を阻止する端面窓構造を採ることにより、実効的な共振器長を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６７２１８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５３５７号公報
【特許文献３】特開２００１−０５７４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、長い共振器を有する二波長レーザ装置において、光出力が高く、長時間にわたって安定して動作するＣＤ用レーザ素子を実現するためには、ＣＤ用レーザ素子の消費電力を抑制することが求められる。
【０００９】
レーザ装置の消費電力の増加によりレーザ装置の発熱が一定以上となった場合、光ピックアップにおいてレーザ光を集光するためにレーザ装置の近傍に設置されるプラスチックレンズにクラックが発生するおそれがある。
【００１０】
また、レーザ装置に電流を供給する駆動回路の出力が増大した場合、駆動回路を構成する半導体素子のジャンクション温度１５０℃近傍となり、駆動回路の寿命劣化が深刻な課題となる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の二波長レーザにおいて、電流を注入する領域と電流を注入しない領域では、電流注入に伴う屈折率変化に差が生じる。このため、電流を注入する領域に対する電流を注入しない領域の比率が高くなった場合、共振器内を伝播する光がモード競合をおこし、動作が不安定となる不具合が生じる。
【００１２】
また、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなる活性層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）をクラッド層とを有するＣＤレーザ素子について、二波長レーザ装置の利点である製造プロセスの簡便さを享受しつつ、キンクレベルを向上させるという狭ストライプ化の利点を維持し、さらに消費電力の上昇を抑制する手法については、例えば、特許文献２、特許文献３に記述があるものの、詳細な検討は行われてこなかった。
【００１３】
特許文献２によれば、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｃＡｓｃ）０．５Ｐからなるクラッド層とＡｌＧａＡｓ量子井戸からなる活性層を有する７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子において、クラッド層の組成ｃについて０≦ｃ≦０．２とすることにより、クラッド層の移動度を高め、ＣＤ用レーザ素子の高出力化を図ることができることが記述されている。
【００１４】
しかしながら、二波長レーザ装置において、クラッド層の組成ｃを０≦ｃ≦０．２とした場合、ＤＶＤ用レーザ素子とＣＤ用レーザ素子の性能を維持させつつ、製造プロセスにおいてプロセスの簡便さを享受することはできない。理由は以下の通りである。
【００１５】
８５℃の高温下、ＤＶＤ用レーザ素子の出力を３００ｍＷ以上とするため、ＤＶＤ用レーザ素子のクラッド層は、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成される。さらに、活性層とクラッド層のバンド障壁の関係において、キャリアのオーバーフローが増加することに伴う利得の低下を抑制するためには、組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８としなければならない。
【００１６】
一方、ＤＶＤ用レーザ素子の導波路となるリッジ部と、ＣＤ用レーザ素子の導波路となるリッジ部とは、一回のエッチングにより同時に形成する必要がある。二つのリッジ部の間隔、平行度をフォトマスクの精度で制御できるためである。この場合、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層とＤＶＤ用レーザ素子クラッドを構成するＩｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）における組成ｘの差は、少なくとも０．０５以下とする必要がある。
【００１７】
また、ＤＶＤ用レーザ素子、ＣＤ用レーザ素子共に端面劣化を抑制するための窓構造を有するが、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層とＤＶＤ用レーザ素子クラッドの組成ｘ１を上記の範囲とすることで、窓構造の形成も同時に行うことができ、製造プロセスを簡便にすることができる。
【００１８】
したがって、ＤＶＤ用レーザ素子の利得の低下を抑制しつつ、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するためには、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層の組成についても、０．６≦ｘ≦０．８としなければならず、特許文献２に記載の効果は、二波長レーザ装置においては得ることができない。
【００１９】
また、特許文献３には、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるクラッド層とＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）量子井戸を含む活性層とを有する７８０ｎｍ帯のレーザにおいて、活性層の構造を膜厚が０．０１μｍ以上、０．０５μｍ以下のバルク構造とすることにより、クラッド層と活性層との界面で生じるバンドギャップの不連続の高さを低減し、動作電流、動作電圧の改善を図れることが記載されている。
【００２０】
しかしながら、長い共振器長を有する共振器を備えた二波長レーザ装置においては、活性層膜厚の増加に伴うしきい値電流の増加の影響が支配的となる。このため、高出力・高温動作において熱飽和レベルの低下が顕著となり、消費電力の低減効果を得ることができない。
【００２１】
以上のように、いずれの従来技術においても高出力で且つ消費電力の抑制が十分に図られた二波長レーザ装置を得ることが困難である。
【００２２】
本発明は、高出力・高温動作時の消費電力を抑制し、信頼性の高い二波長レーザ装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の一例に係る半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子と、前記第１の半導体レーザ素子と発振波長が異なり、前記第１の半導体レーザ素子と同一の基板上に形成された第２の半導体レーザ素子とを備え、前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子の共振器長が互いに等しく、且つ１５００μｍ以上であって、前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有し、前記第１の半導体レーザ素子は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、１層のみの第１の井戸層を含む第１の活性層を有している。
【００２４】
この構成によれば、第１の活性層が１層のみの第１の井戸層を含み、且つ第１の半導体レーザ素子の共振器長を１５００μｍ以上とすることで、第１の活性層が複数の井戸層を含む場合よりもしきい値電流を小さくすることができ、高出力化した場合でも消費電力を低減することができる。また、発熱量を抑えることができるので、高温状態でも従来の半導体レーザ素子に比べて信頼性を向上させうる。このため、半導体レーザ装置の第１の半導体レーザ素子をＣＤ用のレーザ素子としてだけでなく、ライトスクライブ用のレーザ素子として用いた場合でも、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一例に係る半導体レーザ装置によれば、ＤＶＤ２層記録、およびライトスクライブ等のいずれにも対応可能であり、第１の半導体レーザ素子の消費電力を低減し、信頼性の高い二波長レーザ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方（光出射方向）端面側から見た断面図である。
【図２】（ａ）は、素子Ａ及び素子Ｂを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものであり、（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ａと素子Ｂを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【図３】ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、井戸層厚としきい値電流との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】素子Ａと素子Ｂのノイズ特性を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方端面側から見た断面図である。
【図６】（ａ）は、素子Ｃ及び素子Ｄを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示す図であり、（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ｃと素子Ｄを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力が、比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力よりも低くなる限界共振器長について、ｎ型第２クラッド層の不純物濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
−二波長レーザ装置の構成−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方（光出射方向）端面側から見た断面図である。同図に示すように、本実施形態の二波長レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上にＤＶＤ用レーザ素子（第２の半導体レーザ素子）１０２、およびＣＤ用レーザ素子（第１の半導体レーザ素子）１０３が互いに隣接して形成されたものである。
【００２９】
ＤＶＤ用レーザ素子１０２においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層２０２、活性層２０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層２０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層２０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層２０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層２０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８が順次積層されている。
【００３０】
活性層２０３は、その発振波長が６６０ｎｍであり、ＧａＩｎＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造を有している。ＧａＩｎＰからなる井戸層の厚みは例えば６．５ｎｍであり、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる障壁層の厚みは例えば４ｎｍであり、井戸層の数は例えば３である。
【００３１】
ｎ型クラッド層２０２の厚みは例えば２．７μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層２０４の厚みは０．１７μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度であり、ｐ型第２クラッド層２０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００３２】
ｐ型第２クラッド層２０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８からｐ側ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層２０５までの距離）は例えば１．５μｍとし、リッジ部の幅は例えば３．５μｍとする。
【００３３】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層２０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層２０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００３４】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８の上面上、及び電流ブロック層２０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極２１０が形成されている。
【００３５】
一方、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の裏面上には、例えばＡｕＧｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層の積層体からなるｎ型電極１０４が形成されている。このｎ型電極１０４はＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共用されている。
【００３６】
活性層２０３の前方端面（光出射端面）と後方端面との間の距離（共振器長）はＤＶＤ用レーザ素子１０２として十分な出力（例えば３００ｍＷ以上）を確保するために１５００μｍ以上であればよく、１７００μｍ以上であれば後述のようにより好ましい。本実施形態では共振器長を１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が９°、垂直拡がり角が１６°となるよう構成している。活性層２０３で生じた光は活性層を含む半導体層の前方の端面から出射される。
【００３７】
また、ＣＤ用レーザ素子１０３においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層３０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層３０２、活性層３０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層３０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層３０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層３０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が順次積層されている。
【００３８】
活性層３０３は、その発振波長が７８０ｎｍのＧａＡｓ／Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなる量子井戸構造を有しており、ＧａＡｓからなる井戸層の厚みは後述のように６ｎｍ以下であれば好ましく、本実施形態では例えば３．７ｎｍとする。Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなり、井戸層の上下に配置される障壁層の厚みは例えば３０ｎｍ程度である。井戸層の数は１である。
【００３９】
ｎ型クラッド層３０２の厚みは例えば３．３μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層３０４の厚みは例えば０．２３μｍ、不純物濃度は７×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｐ型第２クラッド層３０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００４０】
ｐ型第２クラッド層３０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は基板１０１の上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８からｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５までの距離）は例えば１．５μｍとし、リッジ部の幅は４．５μｍとする。
【００４１】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層３０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層３０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００４２】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８の上面上、及び電流ブロック層３０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極３１０が形成されている。
【００４３】
活性層３０３の前方及び後方の端面間の距離（共振器長）は１５００μｍ以上であればよく、後述するように、１７００μｍ以上であればより好ましい。ＣＤ用レーザ素子１０３の共振器長はＤＶＤ用レーザ素子１０２の共振器長と等しくなっている。このため、ＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とは劈開工程などにより同時に形成することができる。
【００４４】
本実施形態では共振器長は１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が８°、垂直拡がり角が１５°となるよう構成している。
【００４５】
また、上述の通り、ＤＶＤ用レーザ素子１０２において、キャリアのオーバーフローを低減し、以て利得の低下を抑制するため、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成されるクラッド層の組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８とする。併せて、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するため、ＣＤ用レーザ素子１０３のクラッド層の組成ｘについても０．６≦ｘ≦０．８とする。クラッド層の組成をＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共通にすることで、共通の製造工程を経てＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とを作製することができる。
【００４６】
なお、二波長レーザ装置のチップ幅（共振器方向に垂直で、且つ基板１０１の主面に平行な方向の半導体チップの長さ）は例えば２３０μｍ、厚み（ｐ型電極３１０からｎ型電極１０４までの厚み）は１００μｍとする。
【００４７】
素子の共振器端面は前方端面、後方端面共に誘電体膜（図示せず）によりコーティングされている。誘電体膜の形成は、二波長レーザ装置の全体で一体的に行う必要があるため、誘電体膜の膜種、膜厚は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２、及びＣＤ用レーザ素子１０３で共通となる。レーザ光が出射される前方端面の反射率は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２で８％、ＣＤ用レーザ素子１０３で７％である。また、前方端面の反対側にある後方端面の反射率はともに９０％である。
【００４８】
−二波長レーザ装置の効果の検証−
本願発明者らは、本実施形態の二波長レーザ装置の効果を検証するために、以下で説明するいくつかの測定等を行った。
【００４９】
以下、第１の実施形態に係る二波長レーザにおけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ａ」と呼び、素子Ａと比較のために作製した二波長レーザ装置におけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｂ」とする。素子Ｂは、素子Ａの活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を２層設けたＣＤ用レーザ素子であり、光の閉じ込めを同等とするためにｐ型第１クラッド層の厚みを変更した以外は素子Ａと同じ構成を有している。素子Ｂの井戸層の厚みは素子Ａの井戸層と同じ３．７ｎｍである。本願発明の具体的効果を検証するため、素子Ａと素子Ｂは、光の閉じ込めを同等とするように拡がり角が調整されている。
【００５０】
図２（ａ）は、素子Ａ及び素子Ｂを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものである。
【００５１】
同図に示す結果より、共振器長が１０００μｍ以上の範囲において、活性層３０３に単一量子井戸構造を用いた素子Ａの方が、素子Ｂよりもしきい値電流を低く抑えることができることが分かる。素子Ａ、素子Ｂ共に共振器長が長いほど、しきい値電流は増加するが、素子Ａの方が素子Ｂよりもしきい値電流の増加率が低い。このため、共振器長が長い場合ほど、素子Ａと素子Ｂのしきい値電流の差が拡大する。
【００５２】
図２（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ａと素子Ｂを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【００５３】
同図に示す結果から、光出力が４００ｍＷのパルス駆動を行う条件では、共振器長が１７００μｍ未満の場合に、素子Ｂの方が素子Ａよりも動作電流が小さい、すなわち、素子Ｂの消費電力が素子Ａの消費電力より低くなっていることが分かる。逆に、共振器長が１７００μｍ以上の場合には、素子Ａの方が動作電流が小さい、すなわち、素子Ａの方が素子Ｂよりも消費電力を低く抑えることができることが分かる。従って、共振器長が長いほど、素子Ａの方が素子Ｂよりも消費電力の面で有利になるといえる。
【００５４】
安定したライトスクライブ動作を実現するためには、少なくとも４００ｍＷ以上の光出力が必要である。以上の結果から、素子Ａでライトスクライブを行う際には共振器長が１７００μｍ以上であることが消費電力の面から好ましいことが分かる。なお、通常のディスク読み取り動作時の光出力は約３ｍＷ以下である。光出力によって素子Ａが素子Ｂより有利となる共振器長の範囲は変わる。
【００５５】
光ピックアップ内部に半導体レーザ装置が搭載される場合の放熱環境を考慮すると、例えば、図２（ｂ）に示す、素子Ｂに対する素子Ａの消費電力の低減効果は、共振器長が２２００μｍの場合、温度にしておよそマイナス８℃に相当する。
【００５６】
以上、素子Ａと素子Ｂの比較から、活性層３０３を構成する井戸層を１層として消費電力を低減する効果は、共振器長が特定の範囲の場合に限られることが導き出される。本実施形態の二波長レーザ装置についてみれば、ライトスクライブ動作を行う際、消費電力の低減効果を得ることができるのは、共振器長が１７００μｍ以上の場合に限られる。上記の現象は、以下のように考察される。
【００５７】
（１）活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を１層とすることで、しきいキャリア密度が下がるため、しきい値電流を下げる効果が得られる。
【００５８】
（２）一方、活性層３０３にＧａＡｓからなる井戸層が１層のみ設けられていることで、利得飽和に起因する出力飽和が生じやすくなる。これは、活性層３０３に注入した電流が光に変換される効率の低下が発生しやすいことに相当する。この出力飽和は、共振器長が長いほど緩和される傾向にある。
【００５９】
（３）素子Ａの消費電力は、しきい値電流の低減に起因する消費電力の低減効果（１）と、出力飽和に起因する消費電力の増大（２）との総和で決まる。
【００６０】
（４）共振器長が１７００μｍ未満のレーザ素子においては（２）の影響が支配的であり、結果として、素子Ａの消費電力は、素子Ｂの消費電力よりも高くなる。
【００６１】
（５）一方、共振器長が１７００μｍ以上のレーザ素子においては（２）の影響が緩和されるため、結果として、素子Ａの消費電力は、素子Ｂの消費電力よりも低くなる。
【００６２】
このように、本実施形態の構成によれば、ＤＶＤ用レーザ素子の性能を最適とするために長共振器化が図られる二波長レーザ装置において、ＣＤ用レーザ素子の消費電力の低減を実現することができる。
【００６３】
なお、図３は、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、井戸層厚としきい値電流との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図中の破線は、共振器長１５００μｍの場合について、素子Ａの活性層３０３を構成する井戸層厚としきい値電流の関係を示している。
【００６４】
発振波長を７８０ｎｍで一定とするため、井戸層厚が４ｎｍ以上の場合には、井戸層の構成材料をＧａＡｓからＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜０．１５）とする必要がある。その結果、井戸層厚を６ｎｍ以上とした場合に、しきい値電流が急激に増大し、７ｎｍ以上では、素子Ｂよりも、しきい値電流が高くなる。しきい値電流の増大はノイズ特性を劣化させる。従って、素子Ａの井戸層厚は６ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００６５】
図４は、素子Ａと素子Ｂのノイズ特性を示す図である。各レーザ素子の共振器長は１５００μｍとしている。ここでは、戻り光量を変化させた場合のノイズレベルを測定している。
【００６６】
図４に示す結果から、素子Ａのしきい値電流が素子Ｂのしきい値電流よりも低下したことに伴って、素子Ａでは素子Ｂに比べて約３ｄＢ／Ｈｚのノイズレベルの低下が確認できる。よって、素子Ａにおいて、井戸層厚を６ｎｍ以上とした場合には、しきい値電流が増加するだけでなく、ノイズ特性の劣化も生じると考えられる。
【００６７】
また、通常、ＣＤ記録、ライトスクライブ用のＣＤ用レーザ素子においては、垂直方向の拡がり角を１５°とするように光の閉じ込め強さを調整するという点をかんがみても、井戸層厚は６ｎｍ以下であることが望ましい。井戸層を含む活性層３０３を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）の屈折率が、ｎ型クラッド層３０２、ｐ型第１クラッド層３０４、及びｐ型第２クラッド層３０６を構成するＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の屈折率と比べて高いため、井戸層が厚くなるほど垂直方向の光分布が井戸層に集中し、所望の垂直拡がり角を得ることができないためである。
【００６８】
また、本実施形態の二波長レーザ装置のＣＤ用レーザ素子において、Ｉｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層３０２、ｐ型第１クラッド層３０４、及びｐ型第２クラッド層３０６を、それぞれＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で構成しても、ＣＤ用レーザ素子を構成することが可能である。しかしながら、この場合、電流が光に変換される効率が本実施形態に係るＣＤ用レーザ素子ほど高くないため、クラッド層はＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で構成するのがより好ましい。これは、クラッド層にＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を用いた場合の方が活性層とクラッド層とのバンドギャップ差を大きくでき、活性層に注入された電流を効率良く光に変換することができるためである。電流の光への変換効率は高温になるに従って低下するため、ケース温度９５℃の環境下で光出力４００ｍＷの出力を確保するためには、クラッド層をＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で構成することが特に望ましい。
【００６９】
以上のように、本実施形態の二波長レーザ装置によれば、共振器長を長くして高出力化を図った場合や高温で動作させた場合にもＣＤ用レーザ素子の消費電力を低減することができるので、従来の二波長レーザ装置に比べて信頼性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態の二波長レーザ装置は、公知の半導体製造技術を用いて製造することが可能である。
【００７１】
（第２の実施形態）
−二波長レーザ装置の構成−
図５は、本発明の第２の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方端面側から見た断面図である。同図に示すように、本実施形態の二波長レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１上にＤＶＤ用レーザ素子１０２、およびＣＤ用レーザ素子１０３が形成されたものである。ＤＶＤ用レーザ素子１０２の構成は、第１の実施形態に係る二波長レーザ素子と同一であるため、説明は省略する。
【００７２】
ＣＤ用レーザ素子１０３においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層３０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型第１クラッド層３０２ａ、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型第２クラッド層３０２ｂ、活性層３０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層３０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層３０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層３０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が順次積層されている。
【００７３】
活性層３０３は、その発振波長が７８０ｎｍのＧａＡｓ／Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなる量子井戸構造を有しており、ＧａＡｓからなる井戸層の厚みは６ｎｍ以下であれば好ましく、本実施形態では例えば３．７ｎｍとする。井戸層の数は１である。
【００７４】
ｎ型第１クラッド層３０２ａの厚みは例えば２．８μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みは例えば０．５μｍ、不純物濃度は３×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層３０４の厚みは例えば０．２３μｍ、不純物濃度は７×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｐ型第２クラッド層３０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００７５】
ｐ型第２クラッド層３０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は基板１０１の上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。
リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８からｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５までの距離）は１．５μｍとし、リッジ部の幅は４．５μｍとする。
【００７６】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層３０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層３０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００７７】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８の上面上、及び電流ブロック層３０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極３１０が形成されている。
【００７８】
活性層３０３の前方及び後方の端面間の距離（共振器長）は１５００μｍ以上であれば好ましく、ＤＶＤ用レーザ素子１０２の共振器長と等しくなっている。このため、ＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とは劈開工程などにより同時に形成することができる。
【００７９】
本実施形態では共振器長は１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が８°、垂直拡がり角が１５°となるよう構成している。
【００８０】
また、上述の通り、ＤＶＤ用レーザ素子１０２において、キャリアのオーバーフローを低減し、以て利得の低下を抑制するため、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成されるクラッド層の組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８とする。併せて、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するため、ＣＤ用レーザ素子１０３のクラッド層の組成ｘについても０．６≦ｘ≦０．８とする。クラッド層の組成をＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共通にすることで、共通の製造工程を経てＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とを作製することができる。
【００８１】
なお、二波長レーザ装置のチップ幅（共振器方向に垂直で、且つ基板１０１の主面に平行な方向の半導体チップの長さ）は例えば２３０μｍ、厚みは１００μｍとする
素子の共振器端面は前方端面、後方端面共に誘電体膜（図示せず）によりコーティングされている。誘電体膜の形成は、二波長レーザ装置の全体で一体的に行う必要があるため、誘電体膜の膜種、膜厚は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２、及びＣＤ用レーザ素子１０３で共通となる。レーザ光が出射される前方端面の反射率は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２で８％、ＣＤ用レーザ素子１０３で５％である。また、前方端面の反対側にある後方端面の反射率はともに９０％である。
【００８２】
−二波長レーザ装置の効果の検証−
本願発明者らは、本実施形態の二波長レーザ装置の効果を検証するために、以下で説明するいくつかの測定等を行った。
【００８３】
以下、第２の実施形態に係る二波長レーザにおけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｃ」と呼び、素子Ｃと比較のために作製した二波長レーザ装置におけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｄ」とする。素子Ｄは、素子Ｃの活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を２層設けたＣＤ用レーザ素子であり、その他の構成は素子Ｃと同じである。素子Ｄの井戸層の厚みは素子Ｃの井戸層と同じ３．７ｎｍである。本願発明の具体的効果を検証するため、素子Ｃと素子Ｄは、光の閉じ込めを同等とするように拡がり角を調整されている。
【００８４】
図６（ａ）は、素子Ｃ及び素子Ｄを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものである。
【００８５】
同図に示す結果より、共振器長が１０００μｍ以上の範囲において、活性層３０３に単一量子井戸構造を用いた素子Ｃの方が、素子Ｄよりもしきい値電流を低く抑えることができることが分かる。素子Ｃ、素子Ｄ共に共振器長が長いほど、しきい値電流は増加するが、素子Ｃの方が素子Ｄよりもしきい値電流の増加率が低い。このため、共振器長が長い場合ほど、素子Ｃと素子Ｄのしきい値電流の差が拡大する。
【００８６】
図６（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ｃと素子Ｄを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【００８７】
同図に示す結果から、光出力が４００ｍＷのパルス駆動を行う条件では、共振器長が１４００μｍ未満の場合に、素子Ｄの方が素子Ｃよりも動作電流が小さい、すなわち、素子Ｄの消費電力が素子Ｃの消費電力より低くなっていることが分かる。逆に、共振器長が１４００μｍ以上の場合には、素子Ｃの方が動作電流が小さい、すなわち、素子Ｃの方が素子Ｄよりも消費電力を低く抑えることができることが分かる。従って、共振器長が長いほど、素子Ｃの方が消費電力の面で素子Ｄよりも有利になるといえる。
【００８８】
光ピックアップ内部に半導体レーザ装置が搭載される場合の放熱環境を考慮すると、例えば、図６（ｂ）に示す素子Ｄに対する素子Ｃの消費電力の低減効果は、共振器長が２２００μｍの場合、温度にしておよそマイナス１０℃に相当する。
【００８９】
以上、素子Ｃと素子Ｄの比較から、活性層３０３を構成する井戸層を１層として消費電力を低減する効果は、共振器長が特定の範囲の場合に限られることが導き出される。
本実施の形態２についてみれば、消費電力の低減効果を得ることができるのは、共振器長が１４００μｍ以上の場合に限られる。
【００９０】
ここで、本実施形態のＣＤ用レーザ素子を第１の実施形態に係るＣＤ用レーザ素子と比較すると、消費電力の低減効果を得ることができる下限の共振器長が約３００μｍ短くなっている。そこで、以下、第１の実施形態に係る素子Ａと、第２の実施形態に係る素子Ｃとの比較について考察する。
【００９１】
素子Ａと素子Ｃは、共に活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を１層とすることで、しきい値電流を下げる効果を得ている点で共通する。
【００９２】
一方、素子Ａと素子Ｃの違いは、素子Ａのｎ型クラッド層がｎ型クラッド層３０２のみで構成されているのに対し、素子Ｃのｎ型クラッド層は、互いに不純物濃度が異なるｎ型第１クラッド層３０２ａ、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの２層で構成されている点にある。素子Ｃにおいて、活性層３０３に隣接するｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度は３×１０１７ｃｍ−３であるのに対し、素子Ａでのｎ型クラッド層３０２の不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３である。クラッド層に添加された不純物から生成される自由電子は光を吸収する効果があることから、クラッド層の不純物濃度が高いほど吸収損失が増大すると考えられる。
【００９３】
活性層３０３で生成した光は、活性層３０３を中心に、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とに挟まれた領域に閉じ込められている。通常、ＣＤ記録用、ライトスクライブ用のＣＤ用レーザ素子においては、垂直方向の拡がり角が１５°となるように光の閉じ込め強さが調整されるが、この場合、ｎ型クラッド層３０２の側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する０．２５μｍの範囲に全光量の５０％、活性層３０３に隣接する０．５μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められることになる。
【００９４】
従って、素子Ｃの場合、ｎ型クラッド層内に分布する光の９０％が不純物濃度が比較的低いｎ型第２クラッド層３０２ｂ内に分布しているため、素子Ａよりも吸収損失が低いと考えられる。この結果、本実施形態のＣＤ用レーザ素子では、活性層３０３を構成する井戸層を１層とすることで、利得飽和に起因する出力飽和の不具合が軽減されたと考えられる。
【００９５】
なお、素子Ｃのｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度が低いほど、吸収損失を抑えることは可能である。しかしながら、クラッド層内の不純物濃度を過度に低くした場合、ｎ型第２クラッド層３０２ｂがキャリアの障壁層となり、ｎ型電極１０４から活性層へのキャリア注入を阻害し、電流が光に変換される効率が低下する。素子Ｃにおいて、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度を２×１０１７ｃｍ−３とした場合には、素子Ｃの消費電力は増加したことから、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度は２×１０１７ｃｍ−３以上とすることが好ましい。
【００９６】
図７は、活性層３０３に含まれる井戸層が１つのみである本実施形態のＣＤ用レーザ素子の消費電力が、井戸層が２つである比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力よりも低くなる最小の共振器長（以下、限界共振器長）について、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度との関係を示す図である。ここでは、安定したライトスクライブ動作の実現に必要とされる、ケース温度９５℃の環境下で光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合の消費電力の測定を行った。
【００９７】
図７に示す結果から、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度が３×１０１７ｃｍ−３の場合に限界共振器長は最小となることが分かる。従って、共振器長が１４００μｍ以上の場合であれば、本実施形態に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力が比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力を下回ることとなる。
【００９８】
なお、素子Ｃにおいて、不純物濃度が低いｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みを０．５μｍ以上とする構成も考えられる。しかし、ｎ型第２クラッド層３０２ｂ側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する厚さが０．５μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められていることから、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みを０．５μｍ以上としても、利得飽和に起因する出力飽和を抑制する効果は限定的である。逆に、不純物濃度が低い層が過度に厚い場合には、クラッド層のバルク抵抗が上昇する結果、素子の発熱量が増加し、結果的に素子の消費電力は増加する。従って、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みは１．５μｍ程度以下であることが好ましい。
【００９９】
また、ｎ型クラッド層３０２ｂの不純物濃度と同様、ｐ型第１クラッド層３０４の不純物濃度を(例えばｐ型第２クラッド層３０６よりも）低く抑えることによっても、自由電子による光吸収が減少し、出力飽和を軽減することができる。ＣＤ用レーザ素子において、垂直方向の拡がり角が１５°となるように光の閉じ込め強さを調整した場合、ｐ型第１クラッド層３０４の側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する０．１μｍの範囲に全光量の５０％、０．２μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められている。
【０１００】
ｐ型第１クラッド層３０４に用いるｐ型不純物としては、通常ＺｎやＭｇが使われるが、これらの不純物はｎ型不純物に比べて拡散係数が格段に大きい。二波長レーザ装置の構造形成に際しては、二種類のダブルヘテロ構造を形成するため、特に先に形成されるダブルヘテロ構造は、エピタキシャル成長での高温状態にさらされる時間が長く、ｐ型不純物の大きな拡散定数は無視できない。そのため、ｐ型第１クラッド層３０４の不純物濃度が７×１０１７ｃｍ−３より高濃度であると活性層３０３への不純物拡散が素子の信頼性に重大な影響を及ぼす。このことから、少なくとも活性層３０３からｐ型第１クラッド層３０４にかけての不純物濃度（ｐ型不純物濃度）が７×１０１７ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【０１０１】
このように、本実施形態の二波長レーザ装置によれば、ＤＶＤ用レーザ素子の性能を最適化するために長共振器化が図られており、且つＣＤ用レーザ素子の消費電力の低減を実現することができる。
【０１０２】
以上のように、ＤＶＤ用レーザ素子の出力３００ｍＷ以上を実現するためには、二波長レーザ装置の共振器長として１５００μｍ以上が必須である。１５００μｍ以上の共振器長においてＣＤ用レーザ素子は井戸層を１層とするとクラッド層の不純物濃度に依存するバルク抵抗や吸収損失を考慮して設計することにより、良好なノイズ特性と低消費電力での高出力動作が可能となる。
【０１０３】
また、本発明の一例に係る二波長レーザ装置の構成によれば、ｎ型クラッド層の不純物濃度を２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ５×１０１７ｃｍ−３の範囲とすれば、共振器長が１７００μｍ以上の場合、ＣＤレーザ素子において９５℃までの高温においても出力４００ｍＷの条件で良好なノイズ特性を実現することができる。
【０１０４】
以上のことから、本発明の一例に係る二波長レーザ装置を用いれば、光ピックアップにおいて、過剰な放熱機構や戻り光ノイズ対策機構を設けることなく、光ディスクの再生・記録の品質を高めることが可能となる。
【０１０５】
なお、以上で説明した実施形態は本発明の実施形態の一例であって、各部材の構成材料や厚み、形状などは本発明の趣旨を逸脱しない限り変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る二波長レーザ装置は、ＤＶＤ２層記録、およびライトスクライブのいずれにも対応可能であり、ＤＶＤ及びＣＤを用いた種々の記録、再生装置等の光源として有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１ 基板
１０２ ＤＶＤ用レーザ素子
１０３ ＣＤ用レーザ素子
１０４ ｎ型電極
２０１、３０１ バッファ層
２０２、３０２ ｎ型クラッド層
２０３、３０３ 活性層
２０４、３０４ ｐ型第１クラッド層
２０５、３０５ エッチング停止層
２０６、３０６ ｐ型第２クラッド層
２０７、３０７ 中間層
２０８、３０８ コンタクト層
２０９ 電流ブロック層
２１０ ｐ型電極
３０２ａ ｎ型第１クラッド層
３０２ｂ ｎ型第２クラッド層
３０９ 電流ブロック層
３１０ ｐ型電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置、特に、異なる２つの波長のレーザ光をひとつのチップから出力するモノリシック二波長レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノリシック二波長レーザ装置（以下、二波長レーザ装置）は、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)記録用の６６０ｎｍ帯の半導体レーザ素子（以下、ＤＶＤ用レーザ素子）、およびライトスクライブ・ＣＤ(Compact Disc)記録用の７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子（以下、ＣＤ用レーザ素子）が、１つの素子上に集積された半導体レーザ装置である。二波長レーザ装置では、１つの素子上に２つのレーザ素子を同時に形成できるため、２つのレーザ素子を個別に形成した後に、それぞれを基板上に並べて実装する場合と比べて、２つのレーザ光の平行度、距離を極めて精度良く制御することができる。
【０００３】
二波長レーザ装置においては、その製法上の制約により、例えば、特許文献１に記載のように、ＤＶＤレーザ素子とＣＤレーザ素子とが同一構成の共振器を有するという条件の下で、ＤＶＤ用レーザ素子の共振器とＣＤ用レーザ素子の共振器のそれぞれで定格出力の最適化を図らなければならない。
【０００４】
ＤＶＤ用レーザ素子を構成する半導体材料は、ＣＤ用レーザ素子を構成する半導体材料と比べて発熱に弱く、利得飽和に伴う出力の低下が生じやすいという特徴がある。このため、ＤＶＤ用レーザ素子の最適な共振器長は、ＣＤ用レーザ素子の最適な共振器長よりも長くなる。
【０００５】
例えば、ＤＶＤ２層記録に最低限必要とされる出力は、ケース温度８５℃環境下でのパルス駆動で、ＤＶＤ用レーザ素子の出力３００ｍＷ以上であるが、これを実現するためには二波長レーザ装置の共振器長が１５００μｍ以上、さらには２０００μｍ以上であることが好ましい。この場合、ＣＤレーザ素子からみれば、最適な共振器長から大きく逸脱することとなるため、しきい値電流の増大、および活性層に注入した電流を光に変換する効率の低下が発生する。特に、ライトスクライブの品質を高めるにあたり、消費電力の増大に伴う素子温度の上昇が深刻な課題となる。従来のＣＤ記録においては、ＣＤ用レーザ素子の最高到達温度は８５℃であった。これに対して、ライトスクライブにおいては、ＣＤ用レーザ素子の最高到達温度は９５℃となる。この最高到達温度の上昇は、二波長レーザ装置の信頼性を著しく低下させる。
【０００６】
特許文献１は、二波長レーザ装置において、赤色、赤外それぞれのレーザ素子に最適な共振器長の設定を実現する方法が記載されている。一方又は両方のレーザの端面から共振器中央へ向かって一部の領域に、活性層への電流注入を阻止する端面窓構造を採ることにより、実効的な共振器長を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６７２１８号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５３５７号公報
【特許文献３】特開２００１−０５７４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、長い共振器を有する二波長レーザ装置において、光出力が高く、長時間にわたって安定して動作するＣＤ用レーザ素子を実現するためには、ＣＤ用レーザ素子の消費電力を抑制することが求められる。
【０００９】
レーザ装置の消費電力の増加によりレーザ装置の発熱が一定以上となった場合、光ピックアップにおいてレーザ光を集光するためにレーザ装置の近傍に設置されるプラスチックレンズにクラックが発生するおそれがある。
【００１０】
また、レーザ装置に電流を供給する駆動回路の出力が増大した場合、駆動回路を構成する半導体素子のジャンクション温度１５０℃近傍となり、駆動回路の寿命劣化が深刻な課題となる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の二波長レーザにおいて、電流を注入する領域と電流を注入しない領域では、電流注入に伴う屈折率変化に差が生じる。このため、電流を注入する領域に対する電流を注入しない領域の比率が高くなった場合、共振器内を伝播する光がモード競合をおこし、動作が不安定となる不具合が生じる。
【００１２】
また、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなる活性層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）をクラッド層とを有するＣＤレーザ素子について、二波長レーザ装置の利点である製造プロセスの簡便さを享受しつつ、キンクレベルを向上させるという狭ストライプ化の利点を維持し、さらに消費電力の上昇を抑制する手法については、例えば、特許文献２、特許文献３に記述があるものの、詳細な検討は行われてこなかった。
【００１３】
特許文献２によれば、Ｉｎ０．５（Ｇａ１−ｃＡｓｃ）０．５Ｐからなるクラッド層とＡｌＧａＡｓ量子井戸からなる活性層を有する７８０ｎｍ帯の半導体レーザ素子において、クラッド層の組成ｃについて０≦ｃ≦０．２とすることにより、クラッド層の移動度を高め、ＣＤ用レーザ素子の高出力化を図ることができることが記述されている。
【００１４】
しかしながら、二波長レーザ装置において、クラッド層の組成ｃを０≦ｃ≦０．２とした場合、ＤＶＤ用レーザ素子とＣＤ用レーザ素子の性能を維持させつつ、製造プロセスにおいてプロセスの簡便さを享受することはできない。理由は以下の通りである。
【００１５】
８５℃の高温下、ＤＶＤ用レーザ素子の出力を３００ｍＷ以上とするため、ＤＶＤ用レーザ素子のクラッド層は、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成される。さらに、活性層とクラッド層のバンド障壁の関係において、キャリアのオーバーフローが増加することに伴う利得の低下を抑制するためには、組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８としなければならない。
【００１６】
一方、ＤＶＤ用レーザ素子の導波路となるリッジ部と、ＣＤ用レーザ素子の導波路となるリッジ部とは、一回のエッチングにより同時に形成する必要がある。二つのリッジ部の間隔、平行度をフォトマスクの精度で制御できるためである。この場合、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層とＤＶＤ用レーザ素子クラッドを構成するＩｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）における組成ｘの差は、少なくとも０．０５以下とする必要がある。
【００１７】
また、ＤＶＤ用レーザ素子、ＣＤ用レーザ素子共に端面劣化を抑制するための窓構造を有するが、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層とＤＶＤ用レーザ素子クラッドの組成ｘ１を上記の範囲とすることで、窓構造の形成も同時に行うことができ、製造プロセスを簡便にすることができる。
【００１８】
したがって、ＤＶＤ用レーザ素子の利得の低下を抑制しつつ、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するためには、ＣＤ用レーザ素子のクラッド層の組成についても、０．６≦ｘ≦０．８としなければならず、特許文献２に記載の効果は、二波長レーザ装置においては得ることができない。
【００１９】
また、特許文献３には、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１）からなるクラッド層とＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）量子井戸を含む活性層とを有する７８０ｎｍ帯のレーザにおいて、活性層の構造を膜厚が０．０１μｍ以上、０．０５μｍ以下のバルク構造とすることにより、クラッド層と活性層との界面で生じるバンドギャップの不連続の高さを低減し、動作電流、動作電圧の改善を図れることが記載されている。
【００２０】
しかしながら、長い共振器長を有する共振器を備えた二波長レーザ装置においては、活性層膜厚の増加に伴うしきい値電流の増加の影響が支配的となる。このため、高出力・高温動作において熱飽和レベルの低下が顕著となり、消費電力の低減効果を得ることができない。
【００２１】
以上のように、いずれの従来技術においても高出力で且つ消費電力の抑制が十分に図られた二波長レーザ装置を得ることが困難である。
【００２２】
本発明は、高出力・高温動作時の消費電力を抑制し、信頼性の高い二波長レーザ装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の一例に係る半導体レーザ装置は、第１の半導体レーザ素子と、前記第１の半導体レーザ素子と発振波長が異なり、前記第１の半導体レーザ素子と同一の基板上に形成された第２の半導体レーザ素子とを備え、前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子の共振器長が互いに等しく、且つ１５００μｍ以上であって、前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有し、前記第１の半導体レーザ素子は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、１層のみの第１の井戸層を含む第１の活性層を有している。
【００２４】
この構成によれば、第１の活性層が１層のみの第１の井戸層を含み、且つ第１の半導体レーザ素子の共振器長を１５００μｍ以上とすることで、第１の活性層が複数の井戸層を含む場合よりもしきい値電流を小さくすることができ、高出力化した場合でも消費電力を低減することができる。また、発熱量を抑えることができるので、高温状態でも従来の半導体レーザ素子に比べて信頼性を向上させうる。このため、半導体レーザ装置の第１の半導体レーザ素子をＣＤ用のレーザ素子としてだけでなく、ライトスクライブ用のレーザ素子として用いた場合でも、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一例に係る半導体レーザ装置によれば、ＤＶＤ２層記録、およびライトスクライブ等のいずれにも対応可能であり、第１の半導体レーザ素子の消費電力を低減し、信頼性の高い二波長レーザ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方（光出射方向）端面側から見た断面図である。
【図２】（ａ）は、素子Ａ及び素子Ｂを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものであり、（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ａと素子Ｂを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【図３】ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、井戸層厚としきい値電流との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】素子Ａと素子Ｂのノイズ特性を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方端面側から見た断面図である。
【図６】（ａ）は、素子Ｃ及び素子Ｄを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示す図であり、（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ｃと素子Ｄを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力が、比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力よりも低くなる限界共振器長について、ｎ型第２クラッド層の不純物濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
−二波長レーザ装置の構成−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方（光出射方向）端面側から見た断面図である。同図に示すように、本実施形態の二波長レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上にＤＶＤ用レーザ素子（第２の半導体レーザ素子）１０２、およびＣＤ用レーザ素子（第１の半導体レーザ素子）１０３が互いに隣接して形成されたものである。
【００２９】
ＤＶＤ用レーザ素子１０２においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層２０２、活性層２０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層２０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層２０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層２０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層２０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８が順次積層されている。
【００３０】
活性層２０３は、その発振波長が６６０ｎｍであり、ＧａＩｎＰ／Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる量子井戸構造を有している。ＧａＩｎＰからなる井戸層の厚みは例えば６．５ｎｍであり、Ｉｎ０．５（Ｇａ０．５Ａｌ０．５）０．５Ｐからなる障壁層の厚みは例えば４ｎｍであり、井戸層の数は例えば３である。
【００３１】
ｎ型クラッド層２０２の厚みは例えば２．７μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層２０４の厚みは０．１７μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度であり、ｐ型第２クラッド層２０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００３２】
ｐ型第２クラッド層２０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８からｐ側ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層２０５までの距離）は例えば１．５μｍとし、リッジ部の幅は例えば３．５μｍとする。
【００３３】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層２０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層２０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００３４】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層２０８の上面上、及び電流ブロック層２０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極２１０が形成されている。
【００３５】
一方、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の裏面上には、例えばＡｕＧｅ層／Ｎｉ層／Ａｕ層の積層体からなるｎ型電極１０４が形成されている。このｎ型電極１０４はＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共用されている。
【００３６】
活性層２０３の前方端面（光出射端面）と後方端面との間の距離（共振器長）はＤＶＤ用レーザ素子１０２として十分な出力（例えば３００ｍＷ以上）を確保するために１５００μｍ以上であればよく、１７００μｍ以上であれば後述のようにより好ましい。本実施形態では共振器長を１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が９°、垂直拡がり角が１６°となるよう構成している。活性層２０３で生じた光は活性層を含む半導体層の前方の端面から出射される。
【００３７】
また、ＣＤ用レーザ素子１０３においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層３０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型クラッド層３０２、活性層３０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層３０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層３０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層３０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が順次積層されている。
【００３８】
活性層３０３は、その発振波長が７８０ｎｍのＧａＡｓ／Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなる量子井戸構造を有しており、ＧａＡｓからなる井戸層の厚みは後述のように６ｎｍ以下であれば好ましく、本実施形態では例えば３．７ｎｍとする。Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなり、井戸層の上下に配置される障壁層の厚みは例えば３０ｎｍ程度である。井戸層の数は１である。
【００３９】
ｎ型クラッド層３０２の厚みは例えば３．３μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層３０４の厚みは例えば０．２３μｍ、不純物濃度は７×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｐ型第２クラッド層３０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００４０】
ｐ型第２クラッド層３０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は基板１０１の上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８からｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５までの距離）は例えば１．５μｍとし、リッジ部の幅は４．５μｍとする。
【００４１】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層３０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層３０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００４２】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８の上面上、及び電流ブロック層３０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極３１０が形成されている。
【００４３】
活性層３０３の前方及び後方の端面間の距離（共振器長）は１５００μｍ以上であればよく、後述するように、１７００μｍ以上であればより好ましい。ＣＤ用レーザ素子１０３の共振器長はＤＶＤ用レーザ素子１０２の共振器長と等しくなっている。このため、ＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とは劈開工程などにより同時に形成することができる。
【００４４】
本実施形態では共振器長は１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が８°、垂直拡がり角が１５°となるよう構成している。
【００４５】
また、上述の通り、ＤＶＤ用レーザ素子１０２において、キャリアのオーバーフローを低減し、以て利得の低下を抑制するため、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成されるクラッド層の組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８とする。併せて、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するため、ＣＤ用レーザ素子１０３のクラッド層の組成ｘについても０．６≦ｘ≦０．８とする。クラッド層の組成をＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共通にすることで、共通の製造工程を経てＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とを作製することができる。
【００４６】
なお、二波長レーザ装置のチップ幅（共振器方向に垂直で、且つ基板１０１の主面に平行な方向の半導体チップの長さ）は例えば２３０μｍ、厚み（ｐ型電極３１０からｎ型電極１０４までの厚み）は１００μｍとする。
【００４７】
素子の共振器端面は前方端面、後方端面共に誘電体膜（図示せず）によりコーティングされている。誘電体膜の形成は、二波長レーザ装置の全体で一体的に行う必要があるため、誘電体膜の膜種、膜厚は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２、及びＣＤ用レーザ素子１０３で共通となる。レーザ光が出射される前方端面の反射率は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２で８％、ＣＤ用レーザ素子１０３で７％である。また、前方端面の反対側にある後方端面の反射率はともに９０％である。
【００４８】
−二波長レーザ装置の効果の検証−
本願発明者らは、本実施形態の二波長レーザ装置の効果を検証するために、以下で説明するいくつかの測定等を行った。
【００４９】
以下、第１の実施形態に係る二波長レーザにおけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ａ」と呼び、素子Ａと比較のために作製した二波長レーザ装置におけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｂ」とする。素子Ｂは、素子Ａの活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を２層設けたＣＤ用レーザ素子であり、光の閉じ込めを同等とするためにｐ型第１クラッド層の厚みを変更した以外は素子Ａと同じ構成を有している。素子Ｂの井戸層の厚みは素子Ａの井戸層と同じ３．７ｎｍである。本願発明の具体的効果を検証するため、素子Ａと素子Ｂは、光の閉じ込めを同等とするように拡がり角が調整されている。
【００５０】
図２（ａ）は、素子Ａ及び素子Ｂを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものである。
【００５１】
同図に示す結果より、共振器長が１０００μｍ以上の範囲において、活性層３０３に単一量子井戸構造を用いた素子Ａの方が、素子Ｂよりもしきい値電流を低く抑えることができることが分かる。素子Ａ、素子Ｂ共に共振器長が長いほど、しきい値電流は増加するが、素子Ａの方が素子Ｂよりもしきい値電流の増加率が低い。このため、共振器長が長い場合ほど、素子Ａと素子Ｂのしきい値電流の差が拡大する。
【００５２】
図２（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ａと素子Ｂを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【００５３】
同図に示す結果から、光出力が４００ｍＷのパルス駆動を行う条件では、共振器長が１７００μｍ未満の場合に、素子Ｂの方が素子Ａよりも動作電流が小さい、すなわち、素子Ｂの消費電力が素子Ａの消費電力より低くなっていることが分かる。逆に、共振器長が１７００μｍ以上の場合には、素子Ａの方が動作電流が小さい、すなわち、素子Ａの方が素子Ｂよりも消費電力を低く抑えることができることが分かる。従って、共振器長が長いほど、素子Ａの方が素子Ｂよりも消費電力の面で有利になるといえる。
【００５４】
安定したライトスクライブ動作を実現するためには、少なくとも４００ｍＷ以上の光出力が必要である。以上の結果から、素子Ａでライトスクライブを行う際には共振器長が１７００μｍ以上であることが消費電力の面から好ましいことが分かる。なお、通常のディスク読み取り動作時の光出力は約３ｍＷ以下である。光出力によって素子Ａが素子Ｂより有利となる共振器長の範囲は変わる。
【００５５】
光ピックアップ内部に半導体レーザ装置が搭載される場合の放熱環境を考慮すると、例えば、図２（ｂ）に示す、素子Ｂに対する素子Ａの消費電力の低減効果は、共振器長が２２００μｍの場合、温度にしておよそマイナス８℃に相当する。
【００５６】
以上、素子Ａと素子Ｂの比較から、活性層３０３を構成する井戸層を１層として消費電力を低減する効果は、共振器長が特定の範囲の場合に限られることが導き出される。本実施形態の二波長レーザ装置についてみれば、ライトスクライブ動作を行う際、消費電力の低減効果を得ることができるのは、共振器長が１７００μｍ以上の場合に限られる。上記の現象は、以下のように考察される。
【００５７】
（１）活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を１層とすることで、しきいキャリア密度が下がるため、しきい値電流を下げる効果が得られる。
【００５８】
（２）一方、活性層３０３にＧａＡｓからなる井戸層が１層のみ設けられていることで、利得飽和に起因する出力飽和が生じやすくなる。これは、活性層３０３に注入した電流が光に変換される効率の低下が発生しやすいことに相当する。この出力飽和は、共振器長が長いほど緩和される傾向にある。
【００５９】
（３）素子Ａの消費電力は、しきい値電流の低減に起因する消費電力の低減効果（１）と、出力飽和に起因する消費電力の増大（２）との総和で決まる。
【００６０】
（４）共振器長が１７００μｍ未満のレーザ素子においては（２）の影響が支配的であり、結果として、素子Ａの消費電力は、素子Ｂの消費電力よりも高くなる。
【００６１】
（５）一方、共振器長が１７００μｍ以上のレーザ素子においては（２）の影響が緩和されるため、結果として、素子Ａの消費電力は、素子Ｂの消費電力よりも低くなる。
【００６２】
このように、本実施形態の構成によれば、ＤＶＤ用レーザ素子の性能を最適とするために長共振器化が図られる二波長レーザ装置において、ＣＤ用レーザ素子の消費電力の低減を実現することができる。
【００６３】
なお、図３は、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、井戸層厚としきい値電流との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図中の破線は、共振器長１５００μｍの場合について、素子Ａの活性層３０３を構成する井戸層厚としきい値電流の関係を示している。
【００６４】
発振波長を７８０ｎｍで一定とするため、井戸層厚が４ｎｍ以上の場合には、井戸層の構成材料をＧａＡｓからＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜０．１５）とする必要がある。その結果、井戸層厚を６ｎｍ以上とした場合に、しきい値電流が急激に増大し、７ｎｍ以上では、素子Ｂよりも、しきい値電流が高くなる。しきい値電流の増大はノイズ特性を劣化させる。従って、素子Ａの井戸層厚は６ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００６５】
図４は、素子Ａと素子Ｂのノイズ特性を示す図である。各レーザ素子の共振器長は１５００μｍとしている。ここでは、戻り光量を変化させた場合のノイズレベルを測定している。
【００６６】
図４に示す結果から、素子Ａのしきい値電流が素子Ｂのしきい値電流よりも低下したことに伴って、素子Ａでは素子Ｂに比べて約３ｄＢ／Ｈｚのノイズレベルの低下が確認できる。よって、素子Ａにおいて、井戸層厚を６ｎｍ以上とした場合には、しきい値電流が増加するだけでなく、ノイズ特性の劣化も生じると考えられる。
【００６７】
また、通常、ＣＤ記録、ライトスクライブ用のＣＤ用レーザ素子においては、垂直方向の拡がり角を１５°とするように光の閉じ込め強さを調整するという点をかんがみても、井戸層厚は６ｎｍ以下であることが望ましい。井戸層を含む活性層３０３を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）の屈折率が、ｎ型クラッド層３０２、ｐ型第１クラッド層３０４、及びｐ型第２クラッド層３０６を構成するＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の屈折率と比べて高いため、井戸層が厚くなるほど垂直方向の光分布が井戸層に集中し、所望の垂直拡がり角を得ることができないためである。
【００６８】
また、本実施形態の二波長レーザ装置のＣＤ用レーザ素子において、Ｉｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層３０２、ｐ型第１クラッド層３０４、及びｐ型第２クラッド層３０６を、それぞれＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）で構成しても、ＣＤ用レーザ素子を構成することが可能である。しかしながら、この場合、電流が光に変換される効率が本実施形態に係るＣＤ用レーザ素子ほど高くないため、クラッド層はＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で構成するのがより好ましい。これは、クラッド層にＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を用いた場合の方が活性層とクラッド層とのバンドギャップ差を大きくでき、活性層に注入された電流を効率良く光に変換することができるためである。電流の光への変換効率は高温になるに従って低下するため、ケース温度９５℃の環境下で光出力４００ｍＷの出力を確保するためには、クラッド層をＩｎ１−ｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）ｙＰ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で構成することが特に望ましい。
【００６９】
以上のように、本実施形態の二波長レーザ装置によれば、共振器長を長くして高出力化を図った場合や高温で動作させた場合にもＣＤ用レーザ素子の消費電力を低減することができるので、従来の二波長レーザ装置に比べて信頼性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施形態の二波長レーザ装置は、公知の半導体製造技術を用いて製造することが可能である。
【００７１】
（第２の実施形態）
−二波長レーザ装置の構成−
図５は、本発明の第２の実施形態に係る二波長レーザ装置を前方端面側から見た断面図である。同図に示すように、本実施形態の二波長レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１上にＤＶＤ用レーザ素子１０２、およびＣＤ用レーザ素子１０３が形成されたものである。ＤＶＤ用レーザ素子１０２の構成は、第１の実施形態に係る二波長レーザ素子と同一であるため、説明は省略する。
【００７２】
ＣＤ用レーザ素子１０３においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上面上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層３０１、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型第１クラッド層３０２ａ、ｎ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３２Ａｌ０．６８）０．５Ｐからなるｎ型第２クラッド層３０２ｂ、活性層３０３、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第１クラッド層３０４、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５、ｐ型Ｉｎ０．５（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５Ｐからなるｐ型第２クラッド層３０６、ｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層３０７、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が順次積層されている。
【００７３】
活性層３０３は、その発振波長が７８０ｎｍのＧａＡｓ／Ａｌ０．５９Ｇａ０．４１Ａｓからなる量子井戸構造を有しており、ＧａＡｓからなる井戸層の厚みは６ｎｍ以下であれば好ましく、本実施形態では例えば３．７ｎｍとする。井戸層の数は１である。
【００７４】
ｎ型第１クラッド層３０２ａの厚みは例えば２．８μｍ、不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みは例えば０．５μｍ、不純物濃度は３×１０１７ｃｍ−３程度である。ｐ型第１クラッド層３０４の厚みは例えば０．２３μｍ、不純物濃度は７×１０１７ｃｍ−３程度とする。ｐ型第２クラッド層３０６の厚みは例えば１．５μｍ、不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３程度である。
【００７５】
ｐ型第２クラッド層３０６には、導波路となる台形状のリッジ部が設けられている。リッジ部は基板１０１の上方から見ると光の出射方向に平行な方向にまっすぐ延びている。
リッジ部の高さ（ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８からｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチング停止層３０５までの距離）は１．５μｍとし、リッジ部の幅は４．５μｍとする。
【００７６】
リッジ部の両側面上及びエッチング停止層３０５の上面上にはＳｉ３Ｎ４からなる電流ブロック層３０９が形成され、これにより、リッジ部にのみ電流が流れるような構造となっている。
【００７７】
また、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３０８の上面上、及び電流ブロック層３０９の上には、両層と接し、例えばＴｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層の積層体からなるｐ型電極３１０が形成されている。
【００７８】
活性層３０３の前方及び後方の端面間の距離（共振器長）は１５００μｍ以上であれば好ましく、ＤＶＤ用レーザ素子１０２の共振器長と等しくなっている。このため、ＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とは劈開工程などにより同時に形成することができる。
【００７９】
本実施形態では共振器長は１５００μｍ、２０００μｍ、２２００μｍ、および２３５０μｍの４種類とする。光の閉じ込めは、水平拡がり角が８°、垂直拡がり角が１５°となるよう構成している。
【００８０】
また、上述の通り、ＤＶＤ用レーザ素子１０２において、キャリアのオーバーフローを低減し、以て利得の低下を抑制するため、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘＡｌｘ）１−ｙＰ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）から構成されるクラッド層の組成ｘについては、０．６≦ｘ≦０．８とする。併せて、二波長レーザ装置の製造プロセスの簡便さを享受するため、ＣＤ用レーザ素子１０３のクラッド層の組成ｘについても０．６≦ｘ≦０．８とする。クラッド層の組成をＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とで共通にすることで、共通の製造工程を経てＤＶＤ用レーザ素子１０２とＣＤ用レーザ素子１０３とを作製することができる。
【００８１】
なお、二波長レーザ装置のチップ幅（共振器方向に垂直で、且つ基板１０１の主面に平行な方向の半導体チップの長さ）は例えば２３０μｍ、厚みは１００μｍとする
素子の共振器端面は前方端面、後方端面共に誘電体膜（図示せず）によりコーティングされている。誘電体膜の形成は、二波長レーザ装置の全体で一体的に行う必要があるため、誘電体膜の膜種、膜厚は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２、及びＣＤ用レーザ素子１０３で共通となる。レーザ光が出射される前方端面の反射率は、ＤＶＤ用レーザ素子１０２で８％、ＣＤ用レーザ素子１０３で５％である。また、前方端面の反対側にある後方端面の反射率はともに９０％である。
【００８２】
−二波長レーザ装置の効果の検証−
本願発明者らは、本実施形態の二波長レーザ装置の効果を検証するために、以下で説明するいくつかの測定等を行った。
【００８３】
以下、第２の実施形態に係る二波長レーザにおけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｃ」と呼び、素子Ｃと比較のために作製した二波長レーザ装置におけるＣＤ用レーザ素子を「素子Ｄ」とする。素子Ｄは、素子Ｃの活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を２層設けたＣＤ用レーザ素子であり、その他の構成は素子Ｃと同じである。素子Ｄの井戸層の厚みは素子Ｃの井戸層と同じ３．７ｎｍである。本願発明の具体的効果を検証するため、素子Ｃと素子Ｄは、光の閉じ込めを同等とするように拡がり角を調整されている。
【００８４】
図６（ａ）は、素子Ｃ及び素子Ｄを、ケース温度９５℃の環境下で素子をパルス駆動した場合における、共振器長としきい値電流との関係の測定結果を示すものである。
【００８５】
同図に示す結果より、共振器長が１０００μｍ以上の範囲において、活性層３０３に単一量子井戸構造を用いた素子Ｃの方が、素子Ｄよりもしきい値電流を低く抑えることができることが分かる。素子Ｃ、素子Ｄ共に共振器長が長いほど、しきい値電流は増加するが、素子Ｃの方が素子Ｄよりもしきい値電流の増加率が低い。このため、共振器長が長い場合ほど、素子Ｃと素子Ｄのしきい値電流の差が拡大する。
【００８６】
図６（ｂ）は、ケース温度９５℃の環境下で素子Ｃと素子Ｄを光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合における、動作電流と共振器長の関係の測定結果を示す図である。
【００８７】
同図に示す結果から、光出力が４００ｍＷのパルス駆動を行う条件では、共振器長が１４００μｍ未満の場合に、素子Ｄの方が素子Ｃよりも動作電流が小さい、すなわち、素子Ｄの消費電力が素子Ｃの消費電力より低くなっていることが分かる。逆に、共振器長が１４００μｍ以上の場合には、素子Ｃの方が動作電流が小さい、すなわち、素子Ｃの方が素子Ｄよりも消費電力を低く抑えることができることが分かる。従って、共振器長が長いほど、素子Ｃの方が消費電力の面で素子Ｄよりも有利になるといえる。
【００８８】
光ピックアップ内部に半導体レーザ装置が搭載される場合の放熱環境を考慮すると、例えば、図６（ｂ）に示す素子Ｄに対する素子Ｃの消費電力の低減効果は、共振器長が２２００μｍの場合、温度にしておよそマイナス１０℃に相当する。
【００８９】
以上、素子Ｃと素子Ｄの比較から、活性層３０３を構成する井戸層を１層として消費電力を低減する効果は、共振器長が特定の範囲の場合に限られることが導き出される。
本実施の形態２についてみれば、消費電力の低減効果を得ることができるのは、共振器長が１４００μｍ以上の場合に限られる。
【００９０】
ここで、本実施形態のＣＤ用レーザ素子を第１の実施形態に係るＣＤ用レーザ素子と比較すると、消費電力の低減効果を得ることができる下限の共振器長が約３００μｍ短くなっている。そこで、以下、第１の実施形態に係る素子Ａと、第２の実施形態に係る素子Ｃとの比較について考察する。
【００９１】
素子Ａと素子Ｃは、共に活性層３０３において、ＧａＡｓからなる井戸層を１層とすることで、しきい値電流を下げる効果を得ている点で共通する。
【００９２】
一方、素子Ａと素子Ｃの違いは、素子Ａのｎ型クラッド層がｎ型クラッド層３０２のみで構成されているのに対し、素子Ｃのｎ型クラッド層は、互いに不純物濃度が異なるｎ型第１クラッド層３０２ａ、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの２層で構成されている点にある。素子Ｃにおいて、活性層３０３に隣接するｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度は３×１０１７ｃｍ−３であるのに対し、素子Ａでのｎ型クラッド層３０２の不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３である。クラッド層に添加された不純物から生成される自由電子は光を吸収する効果があることから、クラッド層の不純物濃度が高いほど吸収損失が増大すると考えられる。
【００９３】
活性層３０３で生成した光は、活性層３０３を中心に、ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とに挟まれた領域に閉じ込められている。通常、ＣＤ記録用、ライトスクライブ用のＣＤ用レーザ素子においては、垂直方向の拡がり角が１５°となるように光の閉じ込め強さが調整されるが、この場合、ｎ型クラッド層３０２の側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する０．２５μｍの範囲に全光量の５０％、活性層３０３に隣接する０．５μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められることになる。
【００９４】
従って、素子Ｃの場合、ｎ型クラッド層内に分布する光の９０％が不純物濃度が比較的低いｎ型第２クラッド層３０２ｂ内に分布しているため、素子Ａよりも吸収損失が低いと考えられる。この結果、本実施形態のＣＤ用レーザ素子では、活性層３０３を構成する井戸層を１層とすることで、利得飽和に起因する出力飽和の不具合が軽減されたと考えられる。
【００９５】
なお、素子Ｃのｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度が低いほど、吸収損失を抑えることは可能である。しかしながら、クラッド層内の不純物濃度を過度に低くした場合、ｎ型第２クラッド層３０２ｂがキャリアの障壁層となり、ｎ型電極１０４から活性層へのキャリア注入を阻害し、電流が光に変換される効率が低下する。素子Ｃにおいて、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度を２×１０１７ｃｍ−３とした場合には、素子Ｃの消費電力は増加したことから、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度は２×１０１７ｃｍ−３以上とすることが好ましい。
【００９６】
図７は、活性層３０３に含まれる井戸層が１つのみである本実施形態のＣＤ用レーザ素子の消費電力が、井戸層が２つである比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力よりも低くなる最小の共振器長（以下、限界共振器長）について、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度との関係を示す図である。ここでは、安定したライトスクライブ動作の実現に必要とされる、ケース温度９５℃の環境下で光出力４００ｍＷのパルス駆動した場合の消費電力の測定を行った。
【００９７】
図７に示す結果から、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの不純物濃度が３×１０１７ｃｍ−３の場合に限界共振器長は最小となることが分かる。従って、共振器長が１４００μｍ以上の場合であれば、本実施形態に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力が比較例に係るＣＤ用レーザ素子の消費電力を下回ることとなる。
【００９８】
なお、素子Ｃにおいて、不純物濃度が低いｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みを０．５μｍ以上とする構成も考えられる。しかし、ｎ型第２クラッド層３０２ｂ側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する厚さが０．５μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められていることから、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みを０．５μｍ以上としても、利得飽和に起因する出力飽和を抑制する効果は限定的である。逆に、不純物濃度が低い層が過度に厚い場合には、クラッド層のバルク抵抗が上昇する結果、素子の発熱量が増加し、結果的に素子の消費電力は増加する。従って、ｎ型第２クラッド層３０２ｂの厚みは１．５μｍ程度以下であることが好ましい。
【００９９】
また、ｎ型クラッド層３０２ｂの不純物濃度と同様、ｐ型第１クラッド層３０４の不純物濃度を(例えばｐ型第２クラッド層３０６よりも）低く抑えることによっても、自由電子による光吸収が減少し、出力飽和を軽減することができる。ＣＤ用レーザ素子において、垂直方向の拡がり角が１５°となるように光の閉じ込め強さを調整した場合、ｐ型第１クラッド層３０４の側に分布する全光量のうち、活性層３０３に隣接する０．１μｍの範囲に全光量の５０％、０．２μｍの範囲に全光量の９０％の光が閉じ込められている。
【０１００】
ｐ型第１クラッド層３０４に用いるｐ型不純物としては、通常ＺｎやＭｇが使われるが、これらの不純物はｎ型不純物に比べて拡散係数が格段に大きい。二波長レーザ装置の構造形成に際しては、二種類のダブルヘテロ構造を形成するため、特に先に形成されるダブルヘテロ構造は、エピタキシャル成長での高温状態にさらされる時間が長く、ｐ型不純物の大きな拡散定数は無視できない。そのため、ｐ型第１クラッド層３０４の不純物濃度が７×１０１７ｃｍ−３より高濃度であると活性層３０３への不純物拡散が素子の信頼性に重大な影響を及ぼす。このことから、少なくとも活性層３０３からｐ型第１クラッド層３０４にかけての不純物濃度（ｐ型不純物濃度）が７×１０１７ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【０１０１】
このように、本実施形態の二波長レーザ装置によれば、ＤＶＤ用レーザ素子の性能を最適化するために長共振器化が図られており、且つＣＤ用レーザ素子の消費電力の低減を実現することができる。
【０１０２】
以上のように、ＤＶＤ用レーザ素子の出力３００ｍＷ以上を実現するためには、二波長レーザ装置の共振器長として１５００μｍ以上が必須である。１５００μｍ以上の共振器長においてＣＤ用レーザ素子は井戸層を１層とするとクラッド層の不純物濃度に依存するバルク抵抗や吸収損失を考慮して設計することにより、良好なノイズ特性と低消費電力での高出力動作が可能となる。
【０１０３】
また、本発明の一例に係る二波長レーザ装置の構成によれば、ｎ型クラッド層の不純物濃度を２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ５×１０１７ｃｍ−３の範囲とすれば、共振器長が１７００μｍ以上の場合、ＣＤレーザ素子において９５℃までの高温においても出力４００ｍＷの条件で良好なノイズ特性を実現することができる。
【０１０４】
以上のことから、本発明の一例に係る二波長レーザ装置を用いれば、光ピックアップにおいて、過剰な放熱機構や戻り光ノイズ対策機構を設けることなく、光ディスクの再生・記録の品質を高めることが可能となる。
【０１０５】
なお、以上で説明した実施形態は本発明の実施形態の一例であって、各部材の構成材料や厚み、形状などは本発明の趣旨を逸脱しない限り変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明に係る二波長レーザ装置は、ＤＶＤ２層記録、およびライトスクライブのいずれにも対応可能であり、ＤＶＤ及びＣＤを用いた種々の記録、再生装置等の光源として有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０１ 基板
１０２ ＤＶＤ用レーザ素子
１０３ ＣＤ用レーザ素子
１０４ ｎ型電極
２０１、３０１ バッファ層
２０２、３０２ ｎ型クラッド層
２０３、３０３ 活性層
２０４、３０４ ｐ型第１クラッド層
２０５、３０５ エッチング停止層
２０６、３０６ ｐ型第２クラッド層
２０７、３０７ 中間層
２０８、３０８ コンタクト層
２０９ 電流ブロック層
２１０ ｐ型電極
３０２ａ ｎ型第１クラッド層
３０２ｂ ｎ型第２クラッド層
３０９ 電流ブロック層
３１０ ｐ型電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体レーザ素子と、前記第１の半導体レーザ素子と発振波長が異なり、前記第１の半導体レーザ素子と同一の基板上に形成された第２の半導体レーザ素子とを備え、
前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子の共振器長が互いに等しく、且つ１５００μｍ以上であって、
前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有し、
前記第１の半導体レーザ素子は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、１層のみの第１の井戸層を含む第１の活性層を有している半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子はＡｌＧａＡｓ系材料からなる前記第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１の障壁層とで構成された前記第１の活性層を有し、
前記第２の半導体レーザ素子はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第２の障壁層とで構成された第２の活性層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の発振波長範囲は７８０ｎｍ帯であり、前記第２の半導体レーザ素子の発振波長範囲は６６０ｎｍ帯であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の井戸層の厚みが６ｎｍ以下であって、前記第１の井戸層の組成がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓであり、０≦ｚ＜０．１５であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ装置において、
前記ｎ型クラッド層の組成におけるｘ１は０．６≦ｘ１≦０．８であって、前記ｐ型クラッド層の組成におけるｘ２は０．６≦ｘ２≦０．８であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層のうち、前記第１の活性層に隣接する少なくとも厚さが０．５μｍの領域の不純物濃度は２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ３×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層は、ｎ型第１クラッド層と、前記ｎ型第１クラッド層よりも不純物濃度が低く、前記ｎ型第１クラッド層と前記第１の活性層との間に挟まれたｎ型第２クラッド層とを有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子の共振器長は１７００μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層のうち、前記第１の活性層に隣接する少なくとも厚さが０．５μｍの領域の不純物濃度が２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ５×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１】
第１の半導体レーザ素子と、前記第１の半導体レーザ素子と発振波長が異なり、前記第１の半導体レーザ素子と同一の基板上に形成された第２の半導体レーザ素子とを備え、
前記第１の半導体レーザ素子と前記第２の半導体レーザ素子の共振器長が互いに等しく、且つ１５００μｍ以上であって、
前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子は、それぞれＩｎｙ（Ｇａ１−ｘ１Ａｌｘ１）１−ｙＰ （０＜ｘ１＜１、０＜ｙ＜１）からなるｎ型クラッド層と、Ｉｎｙ（Ｇａ１−ｘ２Ａｌｘ２）１−ｙＰ （０＜ｘ２＜１、０＜ｙ＜１）からなるｐ型クラッド層とを有し、
前記第１の半導体レーザ素子は、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（０≦ｚ＜１）からなり、前記ｎ型クラッド層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられ、１層のみの第１の井戸層を含む第１の活性層を有している半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子はＡｌＧａＡｓ系材料からなる前記第１の井戸層と、前記第１の井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第１の障壁層とで構成された前記第１の活性層を有し、
前記第２の半導体レーザ素子はＩｎＧａＡｌＰ系材料からなる第２の井戸層と、前記第２の井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい第２の障壁層とで構成された第２の活性層を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の発振波長範囲は７８０ｎｍ帯であり、前記第２の半導体レーザ素子の発振波長範囲は６６０ｎｍ帯であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の井戸層の厚みが６ｎｍ以下であって、前記第１の井戸層の組成がＡｌｚＧａ１−ｚＡｓであり、０≦ｚ＜０．１５であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体レーザ装置において、
前記ｎ型クラッド層の組成におけるｘ１は０．６≦ｘ１≦０．８であって、前記ｐ型クラッド層の組成におけるｘ２は０．６≦ｘ２≦０．８であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層のうち、前記第１の活性層に隣接する少なくとも厚さが０．５μｍの領域の不純物濃度は２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ３×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層は、ｎ型第１クラッド層と、前記ｎ型第１クラッド層よりも不純物濃度が低く、前記ｎ型第１クラッド層と前記第１の活性層との間に挟まれたｎ型第２クラッド層とを有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子及び前記第２の半導体レーザ素子の共振器長は１７００μｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
前記第１の半導体レーザ素子の前記ｎ型クラッド層のうち、前記第１の活性層に隣接する少なくとも厚さが０．５μｍの領域の不純物濃度が２×１０１７ｃｍ−３以上、且つ５×１０１７ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８３２７９（Ｐ２０１０−２８３２７９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７４１９（Ｐ２００９−１３７４１９）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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