JP2005243998A - 半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体レーザの動作により温度上昇し発振波長が変化しても、出力を安定化すると共に、高出力用でもそのＣＯＤレベルを向上させることができる構造の半導体レーザを提供する。
【解決手段】 半導体基板１上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、レーザ発振するように半導体層が積層され、半導体積層部９が形成され、その一端部に、反射率を下げて所定の反射率になるように第１の誘電体膜１７が形成され、他端部に第２の誘電体膜１８が形成されている。第１の誘電体膜１７が、レーザ発振の発振波長λを一定として酸化アルミニウム膜の厚さに対する反射率変化のカーブで、所望の反射率になり、かつ、その反射率変化のカーブの勾配が正になるか、波長に対する反射率変化のカーブの勾配が負になる厚さであると共に、光学距離が０.６λ以上の厚さに設定されている。
【選択図】 図１
【解決手段】 半導体基板１上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、レーザ発振するように半導体層が積層され、半導体積層部９が形成され、その一端部に、反射率を下げて所定の反射率になるように第１の誘電体膜１７が形成され、他端部に第２の誘電体膜１８が形成されている。第１の誘電体膜１７が、レーザ発振の発振波長λを一定として酸化アルミニウム膜の厚さに対する反射率変化のカーブで、所望の反射率になり、かつ、その反射率変化のカーブの勾配が正になるか、波長に対する反射率変化のカーブの勾配が負になる厚さであると共に、光学距離が０.６λ以上の厚さに設定されている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク；digital versatile disk）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−Ｒ/ＲＷなどのピックアップ用光源に用いるのにとくに適した半導体レーザに関する。さらに詳しくは、高出力用でもＣＯＤレベルが高く、長寿命化できる半導体レーザに関する。
半導体レーザは、たとえば図５に示されるように、半導体基板２１にストライプ状の発光領域が形成されるように半導体層が積層されて半導体積層部２２が形成され、ウェハからバー状に劈開されて共振器端面が形成され、その両端面に第１および第２の誘電体膜２３、２４が形成されて両端面の反射率が調整され、バー状からさらにダイシングなどによりチップ化されている。この構造で、ストライプ状発光領域の一方の端面（前端面）から主として光を出射し、他方の端面（後端面）からは発振出力のモニター用に使用する僅かな出力を出すように両端面の反射率が調整されている。そして、図５に示されるように、Ｓｉ基板またはＡｌＮなどからなるサブマウント２５上にマウントされ、光ピックアップなどに組み込まれる。
端面に設けられる第１および第２の誘電体膜２３、２４は、前述のように発振する出力を主として前端面から出射して使用するため、前端面の反射率を小さくし後端面の反射率を大きくするように形成されるが、その反射率をどの程度にするか、また、誘電体膜を１層で形成するか多層で形成するかは、その目的とする半導体レーザにより設定され、種々の構成に形成されている。たとえば前端面に、光学距離で０.１５波長の膜厚のＡｌ2Ｏ3膜と光学距離で０.０４波長の膜厚のＳｉ膜とをそれぞれ１層づつ設けることにより、２％以下程度の小さな反射率として、高出力を得やすくすると共に、端面での熱による破壊（ＣＯＤ）の防止が図られ、後端面には、たとえば光学距離で０.２５波長の膜厚のＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とを交互に４層設けることにより９２％の高反射率に形成される構成などが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
特公平７−３２２８７号公報
前述のように、半導体レーザは、その発振波長に対して前端面および後端面がそれぞれ所望の反射率になるように、ストライプ状発光領域の劈開面に誘電体膜が設けられてその反射率が調整されている。しかし、半導体レーザは動作を始めると、発光領域に電流が集中して発光することにより、発光領域の温度が上昇し、その温度上昇により、発振波長が長くなる。そのため、発光領域の温度が上昇することによりしきい値電流が上昇し発光効率が低下すると共に、発振波長のシフトによる反射率が変化し出力が変動するという問題がある。
さらに、高出力の半導体レーザでは、出射端面側の反射率を小さくして、その前端面から出力を取り出しやすくするように第１の誘電体膜が形成されている。一方、前端面の反射率は、戻り光によるノイズの影響などにより、小さければ小さいほど良いというものではなく、前述のように、所望の反射率に調整したい場合がある。この誘電体膜はスパッタリングなどにより形成されるため、所望の反射率になれば、できるだけ薄い方が製造コスト的に好ましく一般的には所望の反射率となる薄い膜で形成される。ところで、ＣＤ−Ｒ/ＲＷ用半導体レーザのような高出力用の場合には、半導体レーザチップの劈開面と第１の誘電体膜との界面が電界分布の腹の部分となり、とくに８０ｍＷ以上の高出力半導体レーザでは、たとえ第１の誘電体膜が８.５％程度の低反射率になるように形成されても、第１の誘電体膜の温度が上昇し、ＣＯＤ（破局的光学損傷）レベルが低下して、破壊しやすいという問題がある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、半導体レーザが動作を始めて温度上昇し発振波長が変化しても、出力を安定化させることができると共に、高出力用で、出射側端面（前端面）のＣＯＤレベルが低下しやすい半導体レーザでも、そのＣＯＤレベルを向上させることができる構造の半導体レーザを提供することを目的とする。
本発明者は、半導体レーザの動作による温度上昇に伴って発振出力を正確に制御することができないという問題、および高出力用半導体レーザなどで、高温（たとえば７５℃）で高出力（たとえば２００ｍＷ）の加速寿命試験をすると、１００〜２５０時間という短い時間で破壊する半導体レーザが発生するという問題について、鋭意検討を重ねて調べた。その結果、所望の反射率が得られる通常の誘電体膜の厚さでは、その厚さを一定として光の波長を変化させたときの反射率の変化が、波長が大きくなるにつれて反射率も大きくなる厚さに設定されているため、発振波長が長くなると外部微分効率が低下し、より一層出力が低下すること、レーザチップの劈開端面で発生する熱の放散が十分ではなく、その熱により劈開面での半導体結晶が溶融してその端面が破壊に至ることを見出した。
そして、誘電体膜の厚さが、所望の波長近傍における波長変化に対する反射率変化が負になる誘電体膜の厚さを採用することにより、発振波長が長くなる方向に変化すると反射率が下がり、外部微分量子効率が向上して出力も大きくなり、その影響を抑え得ること、前端面に形成する誘電体膜を熱伝導率の大きい酸化アルミニウムにより形成し、かつ、できるだけ厚くすることにより、充分に熱放散をすることができて、２５０ｍＷ以上の高出力用半導体レーザでも、ＣＯＤレベルを高く維持することができることを見出した。
本発明による半導体レーザは、半導体基板と、該半導体基板上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、発振波長λのレーザ発振をするように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の前記ストライプ状発光領域の一端部に、低反射率で所定の反射率になるように形成される第１の誘電体膜と、前記ストライプ状発光領域の他端部に高反射率になるように形成される第２の誘電体膜とを有し、前記第１の誘電体膜が酸化アルミニウム膜により形成され、該酸化アルミニウム膜の厚さが、前記発振波長λを一定として酸化アルミニウム膜の厚さに対する反射率変化のカーブで、所望の反射率になり、かつ、該反射率変化のカーブの勾配が正になる厚さであると共に、光学距離で０.６λ以上となる厚さに設定されている。
ここに光学距離とは、光路長（optical path length）のことで、屈折率がｎの媒質中を距離Ｌだけ光が通過するときのｎＬを意味する。
本発明による半導体レーザは、また、半導体基板と、該半導体基板上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、発振波長λのレーザ発振をするように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の前記ストライプ状発光領域の一端部に、低反射率で所定の反射率になるように形成される第１の誘電体膜と、前記ストライプ状発光領域の他端部に高反射率になるように形成される第２の誘電体膜とを有し、前記第１の誘電体膜が酸化アルミニウム膜により形成され、該酸化アルミニウム膜の厚さが、所望の反射率になる厚さで、かつ、光の波長に対する前記酸化アルミニウム膜が設けられた端面の反射率変化の勾配が負になる厚さであると共に、光学距離で０.６λ以上となる厚さに設定されている。
前記酸化アルミニウム膜が設けられた端面の反射率Ｒｆの光の波長λに対する変化率ｄＲｆ／ｄλが、−１≦（ｄＲｆ／ｄλ）＜０になる厚さに前記第１の誘電体膜の厚さが設定されていることが半導体レーザの動作による発振波長の変化に対して出力の安定化を図るのに好ましい。
前記第１の誘電体膜の厚さが、光学距離で０.６λ以上で１.５λ以下となる厚さに設定されていることが、ストライプ状発光領域端部の放熱が良好で、かつ、製造時の膜厚のバラツキに対しても反射率の変化を抑制することができるため好ましい。
本発明によれば、出射端面側の誘電体膜が、所望の反射率になる厚さに形成されながら、光学距離で０.６λ以上の厚さに形成されているため、ストライプ状発光領域端面で発生する熱を、誘電体膜を介して有効に放熱することができ、端面が加熱され過ぎて破損するという問題を解消することができる。すなわち、従来の半導体レーザでは、ストライプ状発光領域の出射側端面は、所望の出力が出射されるように所望の反射率にするため単層または複層の誘電体膜が設けられていただけであるが、本発明によれば、反射率を調整するだけではなく、端面での熱放散を良くするため、半導体層よりも熱伝導率のよい酸化アルミニウムだけの１層で形成し、しかもその厚さを光学距離で０.６λ以上と厚くすることにより広い面積から熱放散をすることができる。その結果、ストライプ状発光領域端面の温度上昇を抑制することができ、ＣＯＤレベルを向上させることができ、高温（７５℃）、高出力（２００ｍＷ）のエージングを行っても、５００時間以上の長時間破損することなく動作し続けることができ、非常に長寿命の半導体レーザとなる。
さらに、本発明では、第１の誘電体膜の厚さを厚くし、かつ、所望の反射率になるように厚さを設定するだけではなく、波長を一定としたときの誘電体膜の厚さに対する反射率の変化が正となる厚さに設定するか、誘電体膜の厚さを一定としたときの波長に対する反射率の変化率が負となる厚さに設定されているため、半導体レーザが動作し始めると、その発振波長が長くなるという特性を有しているが、僅かに長くなる波長に対しては同じ厚さの誘電体膜では反射率が低下することになる。その結果、外部に出射されるレーザ光の出力は増大する方向となり、温度が上昇するとしきい値電流が増大して出力が低下するのを相殺することができ、外部微分量子効率を向上させることができるため、レーザチップの動作により温度が上昇しても、外部に出射する出力を殆ど低下させることなく動作させることができる。
さらに、前述の第１の誘電体膜側（前端面）の反射率は、とくに高出力の半導体レーザでは、数％程度と低い反射率に設定されるため、所望の反射率に設定するのみならず誘電体膜の厚さに対する反射率の変化が正となる厚さに設定されることにより、発振波長が長波長側にずれた場合に、後述するように、誘電体膜の膜厚に対する反射率は極小側にずれることになり、反射率変化を小さく抑制することができる。すなわち、反射率が小さくて反射率カーブの極小に近いところにある所望の反射率で極小側と反対側では反射率の変化が大きいが、極小側では反射率の変化が小さいため、長波長側にシフトしても反射率のズレを小さく抑えることができる。
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体レーザについて説明をする。本発明による半導体レーザは、図１にその一実施形態の断面説明図が示されるように、半導体基板１上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、発振波長λのレーザ発振をするように半導体層が積層され、半導体積層部９が形成されている。そして、その半導体積層部９のストライプ状発光領域（図１（ｂ）のビームスポットＰ参照）の一端部に、反射率を下げて所定の反射率になるように第１の誘電体膜１７が形成され、ストライプ状発光領域の他端部に反射率を上げて高反射率になるように第２の誘電体膜１８が形成されている。本発明では、第１の誘電体膜１７が酸化アルミニウム膜により形成され、その酸化アルミニウム膜の厚さが、発振波長λを一定として酸化アルミニウム膜の厚さに対する反射率変化のカーブで、所望の反射率になり、かつ、その反射率変化のカーブの勾配が正になる厚さであると共に、光学距離で０.６λ以上、好ましくは０.７λ以上、さらに好ましくは０.８λ以上の厚さに設定されていることに特徴がある。
前述のように、本発明者は、半導体レーザは動作を始めると、発振波長が長くなり、発振波長のシフトによる反射率の変化により出力が低下するという問題、および高出力用半導体レーザでは、とくに加速寿命試験をすると、短い時間で半導体レーザが破壊しやすいという問題を解決するため、鋭意検討を重ねた。その結果、端面に設けられる誘電体膜が従来の厚さでは、発振波長が長くなるとさらに反射率が大きくなり、また、その変化率が大きいことにより、より一層出力が低下するのに対して、誘電体膜の厚さが、所望の波長近傍における波長変化に対する反射率変化が負になる誘電体膜の厚さを採用することにより、発振波長が長くなる方向に変化すると反射率の変化が小さく、しかも反射率自身も小さくなる方向に変化するため、外部微分量子効率が向上し、発振波長の変化による出力の低下を抑え得ること、レーザチップの劈開端面で発生する熱の放散が十分ではなく、その熱により劈開面での半導体結晶が溶融してその端面が破壊するが、第１の誘電体膜１７として、熱伝導率の良い酸化アルミニウムを用いて厚くすることにより、熱放散を充分に行うことができてＣＯＤによる破壊を抑制し得ること、を見出した。
すなわち、第１の誘電体膜１７として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の１層構造を用い、ストライプ状発光領域の劈開面に設ける厚さを種々変化させた場合に、光の波長が７８０ｎｍのとき（Ａ）および７９０ｎｍのとき（Ｂ）における反射率Ｒｆの変化が図２に示されるように、第１の誘電体膜１７の厚さｔを変化させるとその反射率が周期的に変化する。従来は、この第１の誘電体膜１７を設けるのに、スパッタリングなどにより行うため１０ｎｍ付着するのに３分程度かかり、時間がかかるため、所望の反射率（たとえば７８０ｎｍで８.５％）となる最初の厚さである９０ｎｍ程度の厚さが採用されていた。
しかし、波長が長い７９０ｎｍでは、Ｂで示されるように、ほぼ右に平行移動した状態のカーブとなることから分るように、同じ反射率を得るためには誘電体膜の厚さを厚くする必要がある。一方、前述の７８０ｎｍで所望の反射率に合せられた膜厚の第１の誘電体膜１７が設けられた状態で、発振波長が変化して長くなると、誘電体膜の厚さが変らないため、反射率は最初に設定した反射率より高くなる（図２のｂ１の位置になる）。そのため、外部微分量子効率が低下して出射される出力は低下する。
そこで、本発明者は、誘電体膜の厚さを所定の反射率になるように設定するだけではなく、発振波長が長く変化する場合に、反射率の変化が小さくなる関係にある誘電体膜の厚さを採用することにより、この問題を解決した。すなわち、前述の図２に示されるように、前端面の反射率は、とくに高出力半導体レーザでは前端面の反射率を小さくしてできるだけ前端面から出射させるように低い反射率に設定されているため、誘電体膜の厚さに対する反射率の変化のカーブで反射率が極小点の近傍に設定されることが多く、誘電体膜の厚さの変化に対して極小点側では反射率の変化が小さいが、極小点と反対側では誘電体膜の厚さの変化に対する反射率の変化が大きくなる。
一方、波長が長いときの同様の膜厚に対する反射率のカーブは、図２のＢで示されるように、膜厚が厚くなる方に若干ずれる。そこで、たとえば波長が７８０ｎｍのときに同じ反射率（図２のａ１、ａ２、ａ３、ａ４）でも、反射率カーブの勾配が正（ｄＲｆ／ｄｔ＞０）のところ（図２のａ２、ａ４）であれば、その厚さにおける波長の長い光に対しては反射率が極小方向に近づき（図２のｂ２、ｂ４）、反射率の変化が小さくなる。そのため、動作温度により発振波長が長くなると、その波長では反射率Ｒｆそのものが小さくなり、外部微分量子効率が上昇し、温度上昇によりしきい値電流が大きくなって低下する発振出力を補う方向になる。
上述の検討は、誘電体膜の膜厚ｔに対する反射率Ｒｆの変化により、反射率が変化しにくい方向に設定することにより、半導体レーザの発振波長の変化に対応する方法を検討したが、前述のように、半導体レーザが動作することにより温度上昇すると、しきい値電流が増大し、出力が低下する。そのため、温度上昇により発振波長が長くなったときに、誘電体膜による反射率Ｒｆが低下する膜厚に設定することにより、温度上昇による出力の変化を補正することができる。すなわち、たとえば所定の反射率Ｒｆになるときの膜厚を一定として光の波長を変化させると、図３に示されるように波長λの変化により周期的に反射率Ｒｆが変化する。したがって、たとえば所望の反射率が得られる厚さのうち、所望の波長、たとえば７８０ｎｍ近傍で波長に対する反射率Ｒｆの変化率（ｄＲｆ／ｄλ）が負になる厚さｔを採用することにより、温度上昇による出力変化を相殺することができる。
なお、反射率Ｒｆの波長λに対する変化率（ｄＲｆ／ｄλ）の絶対値があまり大きすぎると、たとえ勾配が負であっても反射率の変化が大きくなり過ぎるため、−１≦（ｄＲｆ／ｄλ）＜０であることが好ましい。このような条件を満たしながら、図２から所望の反射率になるような誘電体膜の膜厚を選定することにより、半導体レーザの動作による温度上昇に伴う発振効率の低下にも拘わらず、その出力変化を抑制することができる。
また、前述のように、誘電体膜の厚さを一定以上にすることにより、熱放散を向上させることができ、高出力の半導体レーザでも、ＣＯＤレベルを非常に高く維持することができ、高温（７５℃）、高出力（２００ｍＷ）のエージングを５００時間以上行っても破壊することはなかった。すなわち、第１の誘電体膜として熱伝導率の大きい酸化アルミニウムを用い、その厚さを種々変化させて、ＣＯＤ特性の変化する様子を調べた結果が、図４に示されるように、光学距離で０.６λ以上の厚さ（７８０ｎｍの波長に対して、酸化アルミニウムの屈折率ｎを１.６２とすると、物理的な誘電体膜の厚さｔは２８９ｎｍ以上の厚さ）、好ましくは光学距離で０.７λ以上、さらに好ましくは光学距離で０.８λ以上にすることにより、充分に熱放散をすることができて、２５０ｍＷ以上の高出力用半導体レーザで、前述の加速エージングを行っても、５００時間で破損するものは３０個行って、１個も生じなかった。
この放熱という観点からは、誘電体膜の厚さが厚いほど好ましいが、余り厚くすると成膜時間がかかりコストアップになると共に、厚い誘電体膜で反射率を正確に制御するのは困難になるため、光学距離で１.５λ以下であることが好ましい。具体的には、反射率を８.５％にするのに、光学距離で０.８３λ（酸化アルミニウム膜の物理的厚さが０.８３λ／ｎ＝４００ｎｍ）にすることにより、温度上昇による出力変化への影響を少なくし、寿命も非常に高寿命にすることができた。
後端面に設けられる第２の誘電体膜１８は、大部分を反射させて共振器内で発振させ、前端面側から大きな出力を取り出すことができるようにするため、反射率Ｒｒが、たとえば８０〜９５％程度になるようにα−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜と、Ａｌ2Ｏ3膜とをそれぞれλ／（４ｎ）づつの厚さ（λは発振波長、ｎは誘電体膜の屈折率）で２組程度形成される。しかし、この後端面は、所望の反射率Ｒｒが得られればよく、誘電体膜の材料、組合せなどには制限されない。
半導体基板１、半導体積層部９および電極１５、１６の部分は、従来の一般的な半導体レーザの構造と同じで、半導体積層部９として、たとえば、赤外光である７８０ｎｍ波長用のＡｌＧａＡｓ系化合物半導体や、赤色光である６５０ｎｍ波長発光用のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体が用いられ、これらの半導体材料を積層するための半導体基板１としては、ＧａＡｓ基板が一般的に用いられるが、他の化合物半導体でも構わない。また、半導体基板１の導電形は、半導体レーザを組み込むセットとの関係で、基板側に望まれる導電形のｎ形またはｐ形のいずれかが用いられ、この基板１の導電形にしたがって、積層される半導体層の導電形も定まる。以下の具体例では、半導体基板１がｎ形の例で説明する。
半導体積層部９としては、図１に示される例では、ｎ形クラッド層２、ノンドープまたはｎ形もしくはｐ形の活性層３およびｐ形の第１クラッド層４、ｐ形エッチングストップ層５、ｐ形の第２クラッド層６、キャップ層７、およびリッジ状にエッチングされたｐ形の第２クラッド層６の両側に埋め込まれたｎ形の電流ブロック層１３、キャップ層７および電流ブロック層１３の表面に設けられるｐ型コンタクト層８とからなっている。
具体的には、ｎ形ＧａＡｓ基板１を、たとえばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内に入れ、反応ガスのトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）、アルシン（ＡｓＨ3）および半導体層の導電形に応じて、ｎ形ドーパントガスとしてのＨ２Ｓｅまたはｐ形ドーパントとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）の必要な材料をキャリアガスの水素（Ｈ2）と共に導入し、５００〜７００℃程度で各半導体層をエピタキシャル成長することにより前述の各半導体層の積層構造が得られる。
ｎ形クラッド層２は、たとえばＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０.３≦ｘ１≦０.７、たとえばｘ１＝０.５）からなり、２〜４μｍ程度に形成され、活性層３は、Ａｌy1Ｇａ1-y1Ａｓ（０.０５≦ｙ１≦０.２、たとえばｙ１＝０.１５）のバルク構造またはＡｌy2Ｇａ1-y2Ａｓ（０.０１≦ｙ２≦０.１、たとえばｙ２＝０.０５）からなるウェル層とＡｌy3Ｇａ1-y3Ａｓ（０.２≦ｙ３≦０.５、ｙ２＜ｙ３、たとえばｙ３＝０.３）からなるバリア層とのシングルもしくはマルチの量子井戸（ＳＱＷまたはＭＱＷ）構造により、全体で０.０１〜０.２μｍ程度に形成され、ｐ形第１クラッド層４は、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０.３≦ｘ２≦０.７、たとえばｘ２＝０.５）を０.１〜０.５μｍ程度に形成されている。なお、活性層３とクラッド層２、４との間に光ガイド層を設ける構造など、他の半導体層がいずれかの層間に介在されてもよい。
さらに、エッチングストップ層５が、ｐ形第１クラッド層４上にｐ形またはアンドープの、たとえばＩｎ0.49Ｇａ0.51Ｐにより０.０１〜０.０５μｍ程度に形成され、ｐ形第２クラッド層６が、Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０.３≦ｘ３≦０.７、たとえばｘ３＝０.５）により、０.５〜３μｍ程度形成され、その上にｐ形Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐからなるキャップ層７が０.０１〜０.０５μｍ程度設けられ、キャップ層７およびｐ形第２クラッド層６の両側がエッチングされてリッジ部１１が形成され、その両側に、たとえばＡｌzＧａ1-zＡｓ（０.５≦ｚ≦０.８、たとえばｚ＝０.６）からなる電流ブロック層１３がリッジ部１１の横を埋めるように形成されされている。
なお、エッチングストップ層５は、Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐに限定されるものではなく、たとえばＩｎ0.49（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）0.51Ｐなどを使用することもできるし、キャップ層７は、後の工程でコンタクト層を成長する際に、半導体積層部１０の表面に酸化膜などが形成されて、汚れるのを防止するもので、ＧａＡｓなどの他の半導体層でもよく、また、表面の汚れさえ防止することができればなくてもよい。また、リッジ部１１を形成するためのエッチングは、たとえばＣＶＤ法などにより、ＳｉＯ2またはＳｉＮxなどからなるマスクを形成し、たとえばドライエッチングなどによりキャップ層７を選択的にエッチングし、引き続きＨＣｌのようなエッチング液により、ｐ形第２クラッド層６をエッチングすることにより、図に示されるようにリッジ部１１がストライプ状（紙面と垂直方向）に形成される。なお、さらに露出したエッチングストップ層５を除去する場合もある。
コンタクト層９は、キャップ層７および電流ブロック層１３上に、たとえばｐ形ＧａＡｓ層により、その厚さが０.０５〜１０μｍ程度に形成されている。なお、このコンタクト層９の表面に、Ｔｉ／Ａｕなどからなるｐ側電極１５が、また、半導体基板１の裏面には、研磨により薄くされた後に、Ａｕ／Ｇｅ／ＮｉまたはＴｉ／Ａｕなどからなるｎ側電極１６がそれぞれ形成されている。この電極形成後に劈開などにより、ウェハからチップ化されている。
前述の例では、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体の例であったが、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物で構成する場合には、前述のｎ形およびｐ形クラッド層として、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-uＡｌu）0.51Ｐ（０.４５≦ｕ≦０.８、たとえばｕ＝０.７）を、活性層として、Ｉｎ0.49（Ｇａ1-v1Ａｌv1）0.51Ｐ（０≦ｖ１≦０.２５、たとえばｖ１＝０）／Ｉｎ0.49（Ｇａ1-v2Ａｌv2）0.51Ｐ（０.３≦ｖ２≦０.７、たとえばｖ２＝０.４）による多重量子井戸（ＭＱＷ）構造などで、また、電流ブロック層として、ＧａＡｓやＩｎＡｌＰを用いることにより形成する以外は、前述の例と同様に構成することができる。
また、前述の例では、リッジ構造の半導体レーザであったが、電流ブロック層をクラッド層の間に積層して電流注入領域とするストライプ溝をエッチングにより除去するＳＡＳ構造など、他の構造の半導体レーザでも同様であることは言うまでもない。
本発明によれば、前述のように、ストライプ状発光領域の前端部（出射側）端面に設けられる誘電体膜が所定の反射率にするだけの目的で設けられるのではなく、熱放散を充分に行いＣＯＤレベルを高くすることができるように、一定の厚さ以上に形成され、さらに動作により変化する発振波長のずれに対しても、その出力変化が抑制されるように出射端面側の誘電体膜が設けられている。その結果、非常に寿命が長く、しかも出力特性が安定した半導体レーザが得られる。
本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−Ｒ/ＲＷなどのピックアップ用光源に用いることができ、パーソナルコンピュータなどの電機機器に用いることができる。
１ 半導体基板
９ 半導体積層部
１７ 第１の誘電体膜
１８ 第２の誘電体膜
９ 半導体積層部
１７ 第１の誘電体膜
１８ 第２の誘電体膜
Claims (4)
- 半導体基板と、該半導体基板上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、発振波長λのレーザ発振をするように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の前記ストライプ状発光領域の一端部に、低反射率で所定の反射率になるように形成される第１の誘電体膜と、前記ストライプ状発光領域の他端部に高反射率になるように形成される第２の誘電体膜とを有し、前記第１の誘電体膜が酸化アルミニウム膜により形成され、該酸化アルミニウム膜の厚さが、前記発振波長λを一定として酸化アルミニウム膜の厚さに対する反射率変化のカーブで、所望の反射率になり、かつ、該反射率変化のカーブの勾配が正になる厚さであると共に、光学距離で０.６λ以上となる厚さに設定されてなる半導体レーザ。
- 半導体基板と、該半導体基板上に積層され、ストライプ状発光領域を形成し、発振波長λのレーザ発振をするように半導体層が積層される半導体積層部と、該半導体積層部の前記ストライプ状発光領域の一端部に、低反射率で所定の反射率になるように形成される第１の誘電体膜と、前記ストライプ状発光領域の他端部に高反射率になるように形成される第２の誘電体膜とを有し、前記第１の誘電体膜が酸化アルミニウム膜により形成され、該酸化アルミニウム膜の厚さが、所望の反射率になる厚さで、かつ、光の波長に対する前記酸化アルミニウム膜が設けられた端面の反射率変化の勾配が負になる厚さであると共に、光学距離で０.６λ以上となる厚さに設定されてなる半導体レーザ。
- 前記酸化アルミニウム膜が設けられた端面の反射率Ｒｆの光の波長λに対する変化率ｄＲｆ／ｄλが、−１≦（ｄＲｆ／ｄλ）＜０になる厚さに前記第１の誘電体膜の厚さが設定されてなる請求項２記載の半導体レーザ。
- 前記第１の誘電体膜の厚さが、光学距離で０.６λ以上で１.５λ以下となる厚さに設定される請求項１または２記載の半導体レーザ。
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