JPH10135569A

JPH10135569A - 半導体レーザ素子及び光学記録媒体駆動装置

Info

Publication number: JPH10135569A
Application number: JP24121197A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shono; 昌幸庄野; 良治 ▲広▼山; Ryoji Hiroyama; Koji Yoneda; 幸司米田; Toyozo Nishida; 豊三西田; Yasuyuki Bessho; 靖之別所
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、最大光出力が大きく長寿命な半導
体レーザ素子を提供することが目的である。【解決手段】ｎ型クラッド層３と、ｎ型クラッド層３
上に形成された量子井戸層６ａ、６ａ・・・を有する量
子井戸構造６からなる活性層４と、活性層４上に形成さ
れた、平坦部８と平坦部８上のストライプ状リッジ部１
０からなるｐ型クラッド層と、リッジ部１０側面上を覆
うように平坦部８上に形成されると共に一方の端面から
所定距離までのリッジ部１０上面上に形成された電流阻
止層１２と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ素子に
関し、特に量子井戸構造の活性層を有する半導体レーザ
素子及びそれを用いた光学記録媒体駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発振波長が赤色域の半導体レーザ
素子としてＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が活発に
研究開発されている。

【０００３】このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子は
６３０〜６８０ｎｍ帯の発振が可能であり、この波長帯
は視感度が高いことから、斯る素子はレーザーポインタ
ーやラインマーカー等に使用されている他、ＡｌＧａＡ
ｓ系半導体レーザ素子に比べて発振波長が短いことから
高密度記録用光源等として期待されており、現在提案さ
れているデジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）の光源
として採用される予定である。

【０００４】斯る半導体レーザ素子において、活性層に
歪補償型多重量子井戸構造を採用することにより、最大
光出力を４０ｍＷ程度まで実現できることを本願発明者
は見出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、書替可
能型光記録媒体用の光源とする場合、最大光出力を大き
くしつつ長寿命化を図ることが望まれている。

【０００６】本発明は上述の問題点を鑑み成されたもの
であり、最大光出力が大きく長寿命な半導体レーザ素子
を提供することが目的である。

【０００７】また、本発明は最大光出力が大きく長寿命
な半導体レーザ素子を備えた光記録媒体駆動装置を提供
することが目的である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、第１導電型のクラッド層と、該第１導電型のクラ
ッド層上に形成された量子井戸層を有する量子井戸構造
からなる活性層と、該活性層上に形成された前記第１導
電型とは逆導電型となる第２導電型のクラッド層と、を
備えた半導体レーザ素子であって、前記第１導電型のク
ラッド層、前記活性層及び前記第２導電型のクラッド層
は共振器を構成し、前記共振器の少なくとも一方の共振
器端面側に該端面側の前記活性層への電流注入を阻止す
るための電流注入阻止構造を備えることを特徴とする。

【０００９】この半導体レーザ素子は、少なくとも一方
の共振器端面近傍に電流注入阻止構造を有する。この電
流注入阻止構造により共振器端面近傍の活性層への電流
の注入を阻止できるので、主レーザ光を出力する共振器
端面での発熱を抑制でき、高出力化が図れる。

【００１０】また、活性層は実質的に可飽和吸収体であ
り、従って、電流注入阻止構造の採用により生じる電流
注入阻止領域の活性層は、レーザ発振前は損失領域であ
り、レーザ発振中は利得領域となる。本発明の半導体レ
ーザ素子では、活性層が量子井戸構造からなり、可飽和
吸収体となるのは量子井戸構造の量子井戸層のみであ
り、可飽和吸収体の体積が小さくなる。そのため、発振
しきい値電流が大きくなるのを抑制でき、長寿命化が図
れる。

【００１１】これらの結果、本発明の半導体レーザ素子
では、最大光出力を大きくしつつ、しきい値電流を小さ
くでき、長寿命化が図れる。

【００１２】電流注入阻止構造は、第２導電型のクラッ
ド層上に形成され電流注入のためのストライプ状開口部
を有する電流阻止層を含み、ストライプ状開口部は、ス
トライプ状開口部は、少なくとも一方の共振器端面から
所定距離離間した位置から共振器長方向に沿って配置さ
れてもよい。

【００１３】この場合、一方の共振器端面から所定距離
離間した位置から共振器長方向に沿って配置された電流
注入のためのストライプ状開口部を有する電流阻止層に
より、少なくとも一方の共振器端面側に活性層への電流
の注入を阻止する電流注入阻止構造（電流阻止層）が設
けられる。これにより、最大光出力を大きくしつつ、し
きい値電流を小さくでき、しかも長寿命化が図れる。

【００１４】第２導電型のクラッド層は、活性層上に形
成された平坦部と、該平坦部上のストライプ状リッジ部
とを備え、電流阻止層は、リッジ部の側面を覆うように
平坦部上に形成され、且つ少なくとも一方の共振器端面
から所定距離の位置までのリッジ部上面の領域上に形成
されてもよい。

【００１５】この場合、リッジ部側面上を覆うように前
記平坦部上に形成されると共に一方の共振器端面から所
定距離までの前記リッジ部上面上に形成された電流阻止
層により、一方の共振器端面側に活性層の量子井戸構造
への電流注入を阻止するための電流注入阻止構造を備え
ることとなると共に、前記電流阻止層が設けられていな
いリッジ部上面が電流注入領域となる。これにより、最
大光出力を大きくしつつ、しきい値電流を小さくでき、
長寿命化が図れる。

【００１６】特に、前記ストライプ状リッジ部直下の
前記量子井戸層の全体積は、略４×１０^-17〜略１×１
０^-16ｍ³であることが好ましい。それにより、しきい値
電流および最大光出力の特性が良好となる。

【００１７】更に、好ましくは、リッジ部直下の量子井
戸層の全体積は、略４．５×１０^-1 ⁷〜略９×１０^-17ｍ
³、より好ましくは略６×１０^-17〜略８×１０^-17ｍ³で
ある。

【００１８】また、少なくとも一方の共振器端面からの
上記所定距離は、略１０μｍ以上、略４０μｍ以下であ
ることが好ましい。それにより、しきい値電流および最
大光出力の特性が良好となる。

【００１９】また、少なくとも一方の共振器端面からの
上記所定距離は、略２０μｍ以上、略３０μｍ以下であ
ることがさらに好ましい。それにより、しきい値電流お
よび最大光出力の特性がさらに良好となる。

【００２０】短波長化の点からＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザ素子が好ましい。この場合、前記第１、第２導電
型のクラッド層は（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１
≧ｘ１＞０、１＞ｙ１＞０）からなってもよく、前記量
子井戸層は（Ａｌ_pＧａ_1-p） _qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧
０、１＞ｑ＞０）からなってよい。これら構造は、通常
第１導電型のＧａＡｓ基板上に形成されるのが好まし
い。

【００２１】量子井戸構造は、複数の量子井戸層と複数
の障壁層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造で
あってもよい。特に、前記多重量子井戸構造は、複数の
量子井戸層が引張り歪みを有すると共に、複数の障壁層
が圧縮歪みを有する歪補償型であることが好ましい。こ
の場合、短波長化を図りつつしきい値電流を小さく且つ
最大光出力を大きくでき、しかもより長寿命化を図れ
る。

【００２２】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の場
合、複数の量子井戸層は（Ａｌ_pＧａ₁ _-p）_qＩｎ_1-qＰ
（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）からなってもよく、前記
障壁層は（Ａｌ_rＧａ_1-r）_sＩｎ_1-sＰ（１≧ｒ＞ｐ＞
０、１＞ｓ＞０）からなってもよい。

【００２３】前記量子井戸構造は単一量子井戸構造であ
ってもよい。この場合、活性層での可飽和吸収体の体積
を小さくできるので、しきい値電流の増大を顕著に抑制
できる。特に、前記単一量子井戸構造の量子井戸層が引
張り歪みを有してもよい。この場合、より短波長化が図
れる。

【００２４】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の場
合、単一量子井戸構造の量子井戸層は（Ａｌ_pＧａ_1-p）
_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）からなっても
よい。

【００２５】活性層は、量子井戸構造の両側に光ガイド
層を備えてもよく、量子井戸層は引張り歪みを有し、各
光ガイド層の少なくとも量子井戸構造側は圧縮歪みを有
してもよい。この場合、活性層の歪み補償が十分に成さ
れるので、長寿命化を図ることができ、しかも短波長化
も図れる。

【００２６】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の場
合、光ガイド層は（Ａ_x2Ｇａ_1-x2）_y2Ｉｎ_1-y2Ｐ（ｘ１
＞ｘ２＞０、１＞ｙ２＞０）からなってもよい。

【００２７】電流注入阻止構造は、両方の共振器端面近
傍に設けるようにしてもよい。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体
レーザ素子またはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子の場
合、電流阻止層として第１導電型のＧａＡｓ層を用いて
もよい。第１、第２導電型のクラッド層は等しい組成で
なくてもよい。量子井戸層の両面上の光ガイド層は異な
る組成を有してもよい。

【００２８】また、本発明の光学記録媒体駆動装置は、
光学記録媒体を回転させる回転駆動部と、半導体レーザ
素子及び光検出器を含み、前記半導体レーザ素子から出
射されるレーザ光を前記光学記録媒体に照射するととも
に、前記光学記録媒体からの帰還光を前記光検出器で受
光する光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置
を前記光学記録媒体の半径方向に移動させるピックアッ
プ駆動部と、前記光ピックアップ装置の前記光検出器か
らの出力信号を処理する信号処理部とを備える光学記録
媒体駆動装置であって、前記半導体レーザ素子は、第１
導電型のクラッド層と、１または複数の量子井戸層を有
する量子井戸構造からなる活性層と、前記第１導電型と
は逆の第２導電型のクラッド層とがこの順に形成され、
前記第１導電型のクラッド層、前記活性層及び前記第２
導電型のクラッド層は共振器を構成し、前記共振器の少
なくとも一方の共振器端面側には該端面側の前記活性層
への電流注入を阻止するための電流注入阻止構造が形成
されている。

【００２９】電流注入阻止構造は、前記第２導電型のク
ラッド層上に形成され、電流注入のためのストライプ状
開口部を有する電流阻止層を含み、ストライプ状開口部
は、少なくとも一方の共振器端面から所定距離離間した
位置から共振器長方向に向かって配置されてもよい。

【００３０】第２導電型のクラッド層は、前記活性層上
に形成された平坦部と、該平坦部上のストライプ状リッ
ジ部とを備え、電流阻止層は、リッジ部の側面上を覆う
ように平坦部上に形成され、且つ少なくとも一方の共振
器端面から所定距離の位置までのリッジ部上面の領域上
に形成されてもよい。

【００３１】短波長の点から半導体レーザ素子がＡｌＧ
ａＡｓＰ系半導体からなることが好ましい。ＡｌＧａＡ
ｓＰ系半導体レーザ素子の場合、第１、第２導電型のク
ラッド層は（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１
＞０、１＞ｙ１＞０）からなってもよく、前記量子井戸
層は（Ａｌ_pＧａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞
ｑ＞０）からなってもよい。これらの構造は、通常は、
第１導電型のＧａＡｓ半導体基板上に形成されることが
好ましい。

【００３２】量子井戸構造は、量子井戸層と障壁層が交
互に積層されてなる多重量子井戸構造であってもよい。
特に、多重量子井戸構造は、前記量子井戸層が引張り歪
みを有すると共に、前記障壁層が圧縮歪みを有する歪補
償型であることが好ましい。

【００３３】量子井戸構造は単一量子井戸構造であって
もよい。特に、単一量子井戸構造は、前記量子井戸層が
引張り歪みを有してもよい。

【００３４】活性層は、量子井戸構造の両側に光ガイド
層を備えてもよく、量子井戸層は引張り歪みを有し、光
ガイド層の少なくとも量子井戸構造側の領域は圧縮歪み
を有してもよい。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態に係るＡ
ｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を図を用いて説明す
る。尚、図１は斯る半導体レーザ素子の模式斜視図、図
２は図１中の点線Ａ−Ａに沿った模式断面図、図３は図
１及び図２中の点線Ｂ−Ｂに沿った模式断面図、図４は
斯る半導体レーザ素子の活性層近傍の伝導帯側の模式バ
ンド構造図である。

【００３６】図中、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板で、そ
の一主面（結晶成長面）は（１００）面から［０１１］
方向に角度θ（θは好ましくは５度〜１７度、より好ま
しくは７度〜１３度、本実施形態では１３度）で傾斜し
た面であり、この前記一主面上には層厚０．３μｍのｎ
型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバッファ層２が形成されている。

【００３７】上記バッファ層２上には、層厚１．５μｍ
のｎ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1- _y1Ｐ（本形態ではｘ
１＝０．７、ｙ１＝０．５）からなるクラッド層３が形
成されている。

【００３８】上記クラッド層３上には、アンドープの活
性層４が形成されている。図４に詳細を示すように、活
性層４は、光ガイド層５、多重量子井戸構造６、及び光
ガイド層７がこの順序で積層された構成である。

【００３９】前記光ガイド層５は、層厚５００Åのアン
ドープの（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）_y2Ｉｎ _1-y2Ｐ（本形態では
ｘ２＝０．５）からなり、多重量子井戸構造６側の該構
造６と密接する４０Å厚の領域５ａはｙ２＝０．４４に
選択され、圧縮歪みを有すると共に、ｎ型クラッド層３
側の４６０Å厚の領域５ｂはｙ２＝０．５が選択され、
無歪みである。

【００４０】前記多重量子井戸構造６は、層厚１１０Å
の引張り歪を有する（Ａｌ_pＧａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（１＞
ｐ≧０，１＞ｑ＞０．５１：本形態ではｐ＝０、ｑ＝
０．６４）量子井戸層６ａ、６ａ、６ａと層厚４０Åの
圧縮歪みを有する（Ａｌ_rＧａ₁ _-r）_sＩｎ_1-sＰ（１≧ｒ
＞０，０＜ｓ＜０．５１：本形態ではｒ＝０．５、ｓ＝
０．４４）量子障壁層６ｂ、６ｂとが交互に積層されて
なる歪補償型多重量子井戸構造である。

【００４１】前記光ガイド層７は、層厚５００Åのアン
ドープの（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）_y2Ｉｎ _1-y2Ｐ（本形態では
ｘ２＝０．５）からなり、多重量子井戸構造６側の該構
造６と密接する４０Å厚の領域７ａはｙ２＝０．４４が
選択され、圧縮歪みを有すると共に、下記で述べるｐ型
クラッド層８側の４６０Å厚の領域７ｂはｙ２＝０．５
が選択され、無歪みである。

【００４２】前記光ガイド層７上には、層厚０．３μｍ
のｐ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1- _y1Ｐ（本形態ではｘ
１＝０．７、ｙ１＝０．５）からなるｐ型クラッド層と
しての平坦部８及び層厚２０Åのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
からなるエッチング停止層９がこの順序で形成されてい
る。

【００４３】このｐ型エッチング停止層９上には、共振
器長方向に延在する下面幅Ｗ５μｍ、層厚１．２μｍの
ｐ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（本形態ではｘ１
＝０．７、ｙ１＝０．５）からなるｐ型クラッド層とし
てのストライプ状リッジ部１０が形成されている。

【００４４】このリッジ部１０上面上には、層厚０．１
μｍのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐコンタクト層１１が形成さ
れている。

【００４５】１２は、リッジ部１０側面及びコンタクト
層１１側面上を覆うようにエッチング停止層９上に形成
されると共に、主レーザ光を出力する一方の共振器端面
１３ａから所定距離ｌ（本実施形態ではｌ＝２０μｍ）
までのコンタクト層１１の上面上に形成された層厚０．
８μｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層である。従って、図２
に示すように、ｎ型電流阻止層１２には、上記所定距離
から他の共振器端面１３ｂに至る距離ｍのコンタクト層
１１上面上、即ちリッジ部１０上面上に電流通路となる
開口部１２ａを有する。

【００４６】上記電流阻止層１２上及び開口部１２ａ内
のコンタクト層１１上には、層厚３μｍのｐ型ＧａＡｓ
キャップ層１４が形成されている。

【００４７】前記キャップ層１４上面には、Ａｕ−Ｃｒ
からなるｐ型側オーミック電極１５が、前記ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１下面にはＡｕ−Ｓｎ−Ｃｒからなるｎ型側オー
ミック電極１６が形成されている。

【００４８】上記半導体レーザ素子では、主レーザ光を
出力する共振器端面１３ａから所定距離ｌまでのリッジ
部１０面上には電流阻止層１２が形成されているので、
この下の活性層４は電流注入が阻止され、電流注入阻止
領域となり、前記所定距離から他の共振器端面１３ｂに
至る距離ｍのリッジ部１０面上には電流阻止層１２が形
成されていないので、この下の活性層４は電流注入が十
分に行われる電流注入領域となる。

【００４９】即ち、本半導体レーザ素子は、一方の共振
器端面側に電流注入阻止構造を備える。

【００５０】尚、本実施形態では、ストライプ状リッジ
部１０の直下の幅Ｗの量子井戸層６ａ、６ａ、６ａの全
体積は、９．９×１０^-17ｍ³である。

【００５１】斯る半導体レーザ素子の製造工程を図面を
用いて説明する。

【００５２】まず最初に、図５に示すように、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上に、ｎ型バッファ層２、ｎ型クラッド層
３、アンドープの活性層４、ｐ型クラッド層８、ｐ型エ
ッチング停止層９、ｐ型クラッド層１０、及びｐ型コン
タクト層１１をこの順序にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相
成長方法）により連続成長する。

【００５３】次に、図６に示すように、ｐ型コンタクト
層１１上に膜厚０．２μｍのＳｉＯ2膜を電子ビーム蒸
着法により形成し、これをフォトリソグラフィ技術及び
フッ酸系エッチング液のエッチングによりパターニング
してストライプ状のマスク２１を作製する。その後、こ
のマスク２１を介した状態でｐ型コンタクト層１１から
ｐ型エッチング停止層９上までウェットエッチングする
ことによりｐ型クラッド層１０をストライプ状のリッジ
部形状にする。

【００５４】その後、図７に示すように、前記端面１３
ａから所定距離ｌまでのマスク２１をフォトリソグラフ
ィ技術及びフッ酸系エッチング液のエッチングにより除
去する。

【００５５】次に、図８に示すように、前記端面１３ａ
側が除去されたマスク２１を介した状態で、ｎ型電流阻
止層１２をＭＯＣＶＤ法により形成した後、前記マスク
２１をフッ酸系エッチング液により除去する。

【００５６】続いて、ｐ型キャップ層１４をＭＯＣＶＤ
法により形成した後、ｐ型側オーミック電極１５及びｎ
型側オーミック電極１４を形成して、図１に示す半導体
レーザ素子を完成する。

【００５７】下記表１に、本実施形態、活性層４として
量子井戸構造でない層厚８００Åのアンドープの（Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層を用い、端面電流注入阻
止構造を設けない以外は上記実施形態と同じである比較
例１、この比較例１に上記端面電流注入阻止構造を設け
た比較例２、及び上記端面電流注入阻止構造を設けない
以外は上記実施形態と同じである比較例３についてのし
きい値電流及び最大光出力を示す。尚、共振器長Ｌは６
００μｍであり、端面１３ａには反射率５％のコート、
１３ｂには反射率９５％のコートが施されている。

【００５８】

【表１】

【００５９】この表１から判るように、活性層が量子井
戸構造でない比較例１に比べて、活性層が多重量子井戸
構造を有する比較例３の場合、最大光出力を大きく、し
きい値電流を小さくできることが判る。即ち、最大光出
力の増大及びしきい値電流の低減には、活性層が量子井
戸構造を有することが有効であることが判る。

【００６０】一方、端面電流注入阻止構造の導入は、比
較例１と比較例２の比較から判るように、しきい値電流
の増大を招くものと考えられていたが、本実施形態は電
流阻止構造を設けない量子井戸構造の活性層を有する比
較例３に比べ、しきい値電流が殆ど増大せず、最大光出
力を増大できることが判った。しかも、本実施形態の半
導体レーザ素子は、比較例３に比べて長寿命であった。

【００６１】即ち、本実施形態の半導体レーザ素子で
は、主レーザ光を出力する端面１３ａ側近傍に活性層４
への電流注入を阻止するための電流注入阻止構造を有す
ると共に、活性層４が、引張り歪みを有する量子井戸層
６ａと圧縮歪みを有する障壁層６ｂが交互に積層してな
る歪み補償型多重量子井戸構造６を有するので、しきい
値電流を小さくしつつ最大光出力を大きくでき、しかも
長寿命である。

【００６２】次に、本発明の第２の実施形態に係るＡｌ
ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を図を用いて説明する。
尚、図９は斯る半導体レーザ素子の模式斜視図、図１０
は図１中の点線Ａ−Ａに沿った模式断面図、図１１は図
９及び図１０中の点線Ｂ−Ｂに沿った模式断面図、図１
２は斯る半導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構造図
である。

【００６３】本実施形態が第１の実施形態と異なる点
は、第１の実施形態の活性層４の代わりに単一量子井戸
構造を有する活性層２４を用いた点のみであるので、第
１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明
は割愛する。

【００６４】図中、２４はｎ型クラッド層３上に形成さ
れたアンドープの活性層である。図１２に詳細を示すよ
うに、活性層２４は、光ガイド層２５、単一量子井戸構
造２６、及び光ガイド層２７がこの順序で構成されてい
る。

【００６５】前記光ガイド層２５は、層厚５００Åのア
ンドープの（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）_y2Ｉｎ_1-y2Ｐ（本形態で
はｘ２＝０．５）からなり、単一量子井戸構造２６側の
該構造２６と密接する１００Å厚の領域２５ａはｙ２＝
０．４４が選択され、圧縮歪みを有すると共に、ｎ型ク
ラッド層３側の４００Å厚の領域２５ｂはｙ２＝０．５
が選択され、無歪みである。

【００６６】前記単一量子井戸構造２６は、層厚２５０
Åの引張り歪を有する（Ａｌ_pＧａ₁ _-p）_qＩｎ_1-qＰ（１
＞ｐ≧０，１＞ｑ＞０．５１：本形態ではｐ＝０、ｑ＝
０．６７）量子井戸層からのみなる。

【００６７】前記光ガイド層２７は、層厚５００Åのア
ンドープの（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）_y2Ｉｎ_1-y2Ｐ（本形態で
はｘ２＝０．５）からなり、多重量子井戸構造２６側の
該構造６と密接する４０Å厚の領域２７ａはｙ２＝０．
４４が選択され、圧縮歪みを有すると共に、ｐ型クラッ
ド層８側の４６０Å厚の領域２７ｂはｙ２＝０．５が選
択され、無歪みである。

【００６８】この半導体レーザ素子は第１の実施形態と
は活性層以外は同じ構造であり、従って、この半導体レ
ーザ素子は、主レーザ光を出力する共振器端面１３ａか
ら所定距離ｌ（本実施形態ではｌ＝２０μｍ）のリッジ
部１０面上には電流阻止層１２が形成されており、よっ
て、この下の活性層２４は電流注入は阻止され、電流注
入阻止領域となり、前記所定距離から他の端面１３ｂに
至る距離ｍのリッジ部１０面上には電流阻止層１２が形
成されており、よって、この下の活性層２４は電流注入
が十分に行われる電流注入領域となる。

【００６９】即ち、本半導体レーザ素子は、一方の共振
器端面近傍に電流注入阻止構造を有する。

【００７０】尚、本実施形態では、ストライプ状リッジ
部１０の直下の幅Ｗの量子井戸層２６の全体積は、７．
５×１０^-17ｍ³である。

【００７１】下記表２に、上記第２の実施形態、及び上
記端面電流注入阻止領域を設けない以外は上記第２の実
施形態と同じである比較例４についてのしきい値電流及
び最大光出力を示す。尚、共振器長Ｌは６００μｍであ
り、端面１３ａには反射率５％のコート、１３ｂには反
射率９５％のコートが施されている。

【００７２】

【表２】

【００７３】この表２から判るように、活性層が多重量
子井戸構造である比較例３に比べて、活性層が単一量子
井戸構造を有する比較例４の場合、最大光出力を大き
く、且つしきい値電流を小さくできることが判る。即
ち、最大光出力の増大及びしきい値電流の低減には、活
性層が単一量子井戸構造を有することが極めて有効であ
ることが判る。

【００７４】一方、端面近傍電流注入阻止構造の導入
は、活性層が多重量子井戸構造である場合に比べて、本
実施形態は、比較例４としきい値電流が略同等であり、
しきい値電流を小さくでき、しかも比較例４に比べても
最大光出力を大きくでき、極めて大きな最大光出力を得
られることがが判る。しかも、本実施形態は、比較例３
及び比較例４に比べて長寿命であった。

【００７５】次に、上記各実施形態の端面近傍電流注入
阻止構造を備えた活性層４のリッジ部１０直下の幅Ｗの
量子井戸層の全体積と、しきい値電流及び最大光出力の
関係を図１３を示す。尚、最大光出力は、前共振器端面
コートは５％、後共振器端面コートは９５％とした素子
において測定し、しきい値電流は、両端面ともノンコー
トとした素子において測定した。

【００７６】この図１３から判るように、リッジ部１０
直下の量子井戸層の全体積は、略１×１０^-16ｍ³以下が
よく、好ましくは略９×１０^-17ｍ³以下、より好ましく
は略８×１０^-17ｍ³以下である。

【００７７】尚、リッジ部１０直下の量子井戸層の全体
積が小さくなりすぎると、しきい値電流及び最大光出力
の特性は悪くなるので、略４×１０^-17ｍ³以上がよく、
好ましくは略４．５×１０^-17ｍ³以上であり、より好ま
しくは略６×１０^-17〜略８×１０^-17ｍ³である。

【００７８】ここで、第２実施例及び比較例４の半導体
レーザ素子の信頼性試験を行った。この試験では、共振
器の前端面コートの反射率を５％、後端面コートの反射
率を９５％とし、共振器長Ｌを６００μｍ、光出力を３
０ｍＷとし、温度５０℃で動作電流の変化を測定した。

【００７９】図１４に示すように、比較例４の半導体レ
ーザ素子では、百時間を超えると、動作電流が上昇し
た。一方、第２実施例の半導体レーザ素子では、千時間
を超えても、動作電流がほとんど上昇しなかた。このよ
うに、第２実施例の半導体レーザ素子は、比較例４の半
導体レーザ素子に比べて長寿命であることがわかる。

【００８０】なお、上述では、距離ｌとして２０μｍの
例を示したが、２０〜３０μｍで略同等の優れた特性が
得られ、略１０〜略４０μｍの範囲でも効果が得られ
る。

【００８１】また、上述では、歪補償型の量子井戸構造
を有する活性層について説明したが、引っ張り歪みや圧
縮歪のものでも、無歪のものにも適用可能である。しか
しながら、短波長でしきい値電流が小さく且つ最高光出
力が大きく、しかも長寿命であるためには、歪補償型の
量子井戸構造の活性層がよい。

【００８２】更に、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１とｎ型ク
ラッド層３の間に設けたｎ型Ｇａ_0. ₅Ｉｎ_0.5Ｐバッファ
層２に代えてｎ型ＧａＡｓバッファ層を用いてもよく、
またバッファ層はなくともよい。

【００８３】また、エッチング停止層９を用いない構成
も実現可能である。

【００８４】更に、上記各実施形態では、一方の共振器
端面近傍に電流注入阻止構造を設けたが、両方の共振器
端面近傍に電流注入阻止構造を設けるようにしてもよ
い。

【００８５】また、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（ｘ≧
０）結晶は、ｙ＝０．５１の場合に正確にＧａＡｓ半導
体基板と格子整合して歪が生じないが、ｙ＝０．５１の
近傍であっても殆ど歪が生じないので、例えば（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ又はｙ＝０．５と略記している
ものは、組成比ｙが０．５１を含む近傍であればよい。
特に、本発明では、クラッド層、ブロック層は略無歪み
のものが好ましい。

【００８６】更に、上記各実施形態では、ＧａＡｓ半導
体基板１の一主面が（１００）面から［０１１］方向に
傾斜した面であったが、これらと等価な関係にあるもの
が望ましい。即ち、ＧａＡｓ基板の一主面（結晶成長
面）は、（１００）面から［０−１−１］方向に傾斜し
た面、（０１０）面から［１０１］又は［−１０−１］
方向に傾斜した面、（００１）面から［１１０］又は
［−１−１０］方向に傾斜した面でもよく、即ち｛１０
０｝面から＜０１１＞方向に傾斜した面であればよい。

【００８７】また、上記実施形態では、ストライプ状リ
ッジ部を有する半導体レーザ素子について述べたが、本
発明はストライプ状開口部を有する電流ブロック層を備
えた半導体レーザ素子であれば適用可能であり、例えば
セルフアライン型半導体レーザ素子等に適用できる。

【００８８】さらには、上述では、ＡｌＧａＩｎＰ系半
導体レーザ素子について述べたが、本発明は他の材料
系、例えばＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓＰ系、ＧａＩ
ｎＡｓ系、ＺｎＭｇＳＳｅ系、ＡｌＩｎＧａＮ系等の半
導体レーザ素子にも適用できる。

【００８９】図１５は本発明の半導体レーザ素子を用い
た光ピックアップ装置１００の概略図である。図１５に
おいて、半導体レーザ素子３１から出射されたレーザ光
は、回折格子３２、ビームスプリッタ３３、コリメータ
レンズ３４を透過し、開口絞り３５を有する対物レンズ
３６により光ディスクＬＤの表面に集光される。光ディ
スクＬＤからの帰還光は、対物レンズ３６およびコリメ
ータレンズ３４を透過し、ビームスプリッタ３３により
反射され、凹レンズ３７及び円筒レンズ３８を透過して
フォトダイオード３９に入射する。

【００９０】図１６は図１５の光ピックアップ装置１０
０を用いた光学記録媒体駆動装置２００の構成を示すブ
ロック図である。図１６の光学記録媒体駆動装置２００
は光ディスクＬＤから情報を読み取る光ディスクドライ
ブ装置である。

【００９１】光学記録媒体駆動装置２００は、光ピック
アップ装置１００、モータ１０１、回転制御系１０２、
粗動モータ制御系１０４、ピックアップ制御系１０５、
信号処理系１０６およびドライブコントローラ１０７を
含む。モータ１０１は、光ディスクＬＤを所定の速度で
回転させる。回転制御系１０２はモータ１０１の回転動
作を制御する。粗動モータ１０３は、光ピックアップ装
置１００を光ディスクＬＤの半径方向に移動させる。粗
動モータ制御系１０４は、粗動モータ１０３の動作を制
御する。光ピックアップ装置１００は、光ディスクＬＤ
にレーザ光を照射するとともに光ディスクＬＤからの帰
還光を受光する。ピックアップ制御系１０５は、光ピッ
クアップ装置１００の投受光動作を制御する。

【００９２】信号処理系１０６は、光ピックアップ装置
１００のフォトダイオード３９からの信号出力を受け
て、再生信号、フォーカスエラー信号およびトラッキン
グエラー信号を算出し、再生信号をドライブコントロー
ラ１０７に与え、フォーカスエラー信号およびトラッキ
ングエラー信号をピックアップ制御系１０５に与える。
ドライブコントローラ１０７は、ドライブインタフェー
ス１０８を介して与えられる指令に従って回転制御系１
０２、粗動モータ制御系１０４、ピックアップ制御系１
０５および信号処理系１０６を制御するとともに、ドラ
イブインタフェース１０８を介して再生信号を出力す
る。

【００９３】図１６の光学記録媒体駆動装置において
は、本発明の半導体レーザ素子が用いられているので、
低消費電力で確実かつ高密度な情報の記録および再生が
可能となり、かつ製品寿命が長くなる。

【００９４】尚、本発明の半導体レーザ素子は、図１５
に示すものとは異なる構成の光ピックアップ装置、図１
６に示すものとは異なる構成の光学記録媒体駆動装置に
も用いることが出来る。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、最大光出力を大きく且
つ長寿命な半導体レーザ素子を提供することができる。

【００９６】また、本発明によれば、最大光出力を大き
く且つ長寿命な半導体レーザ素子を備えた光記録媒体駆
動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素
子の模式斜視図である。

【図２】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
模式断面図である。

【図３】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
模式断面図である。

【図４】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
活性層近傍の模式バンド構造図である。

【図５】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
製造工程図である。

【図６】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
製造工程図である。

【図７】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
製造工程図である。

【図８】上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の
製造工程図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素
子の模式斜視図である。

【図１０】上記第２の実施形態に係る半導体レーザ素子
の模式断面図である。

【図１１】上記第２の実施形態に係る半導体レーザ素子
の模式断面図である。

【図１２】上記第２の実施形態に係る半導体レーザ素子
の活性層近傍の模式バンド構造図である。

【図１３】ストライプ状リッジ部直下の量子井戸層の全
体積と、しきい値電流及び最大光出力の関係を示す図で
ある。

【図１４】信頼性試験の結果を示す図である。

【図１５】本発明の半導体レーザ素子を用いた光ピック
アップ装置の概略図である。

【図１６】図１５の光ピックアップ装置を用いた光学記
録媒体駆動装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

３ｎ型クラッド層４活性層５光ガイド層６多重量子井戸構造６ａ量子井戸層６ｂ障壁層７光ガイド層８ｐ型クラッド層（平坦部）１０ｐ型クラッド層（ストライプ状リッジ部）１２ｎ型電流阻止層２４活性層２５光ガイド層２６単一量子井戸構造（単一量子井戸層）２７光ガイド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田豊三大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者別所靖之大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型のクラッド層と、該第１導電
型のクラッド層上に形成された量子井戸層を有する量子
井戸構造からなる活性層と、該活性層上に形成された前
記第１導電型とは逆導電型となる第２導電型のクラッド
層と、を備えた半導体レーザ素子であって、前記第１導
電型のクラッド層、前記活性層及び前記第２導電型のク
ラッド層は共振器を構成し、前記共振器の少なくとも一
方の共振器端面側に該端面側の前記活性層への電流注入
を阻止するための電流注入阻止構造を備えることを特徴
とする半導体レーザ素子。
【請求項２】前記電流注入阻止構造は、前記第２導電
型のクラッド層上に形成され、電流注入のためのストラ
イプ状開口部を有する電流阻止層を含み、前記ストライ
プ状開口部は、前記少なくとも一方の共振器端面から所
定距離離間した位置から共振器長方向に向かって配置さ
れることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子。
【請求項３】前記第２導電型のクラッド層は、前記活
性層上に形成された平坦部と、該平坦部上のストライプ
状リッジ部とを備え、前記電流阻止層は、前記リッジ部
の側面上を覆うように前記平坦部上に形成され、且つ前
記少なくとも一方の共振器端面から前記所定距離の位置
までの前記リッジ部上面の領域上に形成されることを特
徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】前記ストライプ状リッジ部直下の前記量
子井戸層の全体積は、略４×１０^-17ｍ³以上、略１×１
０^-16ｍ³以下であることを特徴とする請求項３記載の半
導体レーザ素子。
【請求項５】前記ストライプ状リッジ部直下の前記量
子井戸層の全体積は、略４．５×１０^-17ｍ³以上、略９
×１０^-17ｍ³以下であることを特徴とする請求項４記載
の半導体レーザ素子。
【請求項６】前記ストライプ状リッジ部直下の前記量
子井戸層の全体積は、略６×１０^-17ｍ³以上、略８×１
０^-17ｍ³以下であることを特徴とする請求項５記載の半
導体レーザ素子。
【請求項７】前記少なくとも一方の共振器端面からの
前記所定距離は、略１０μｍ以上、略４０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】前記少なくとも一方の共振器端面からの
前記所定距離は、略２０μｍ以上、略３０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】前記第１、第２導電型のクラッド層は
（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１＞０、１＞
ｙ１＞０）からなり、前記量子井戸層は（Ａｌ _pＧ
ａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）から
なることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子。
【請求項１０】前記量子井戸構造は、量子井戸層と障
壁層が交互に積層されてなる多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】前記多重量子井戸構造は、前記量子井
戸層が引張り歪みを有すると共に、前記障壁層が圧縮歪
みを有する歪補償型であることを特徴とする請求項１０
記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】前記第１、第２導電型のクラッド層は
（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1） _y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１＞０、１＞
ｙ１＞０）からなり、前記量子井戸層は（Ａｌ_pＧ
ａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）から
なり、前記障壁層は（Ａｌ_rＧａ_1-r）_sＩｎ_1-sＰ（１≧
ｒ＞ｐ＞０、１＞ｓ＞０）からなることを特徴とする請
求項１０記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】前記量子井戸構造は単一量子井戸構造
であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子。
【請求項１４】前記単一量子井戸構造は、前記量子井
戸層が引張り歪みを有することを特徴とする請求項１３
記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】前記第１、第２導電型のクラッド層は
（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1） _y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１＞０、１＞
ｙ１＞０）からなり、前記量子井戸層は（Ａｌ_pＧ
ａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）から
なることを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ素
子。
【請求項１６】前記活性層は、量子井戸構造の両側に
光ガイド層を備え、前記量子井戸層は引張り歪みを有
し、前記光ガイド層の少なくとも量子井戸構造側の領域
は圧縮歪みを有することを特徴とする請求項１記載の半
導体レーザ素子。
【請求項１７】前記第１、第２導電型のクラッド層は
（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1） _y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１＞０、１＞
ｙ１＞０）からなり、前記光ガイド層は（Ａｌ_x2Ｇａ
_1-x2）_y2Ｉｎ_1-y2Ｐ（ｘ１＞ｘ２＞ｐ、１＞ｙ２＞０）
からなることを特徴とする請求項１６記載の半導体レー
ザ素子。
【請求項１８】光学記録媒体を回転させる回転駆動部
と、半導体レーザ素子及び光検出器を含み、前記半導体
レーザ素子から出射されるレーザ光を前記光学記録媒体
に照射するとともに、前記光学記録媒体からの帰還光を
前記光検出器で受光する光ピックアップ装置と、前記光
ピックアップ装置を前記光学記録媒体の半径方向に移動
させるピックアップ駆動部と、前記光ピックアップ装置
の前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と
を備える光学記録媒体駆動装置であって、前記半導体レ
ーザ素子は、第１導電型のクラッド層と、１または複数
の量子井戸層を有する量子井戸構造からなる活性層と、
前記第１導電型とは逆の第２導電型のクラッド層とがこ
の順に形成され、前記第１導電型のクラッド層、前記活
性層及び前記第２導電型のクラッド層は共振器を構成
し、前記共振器の少なくとも一方の共振器端面側には該
端面側の前記活性層への電流注入を阻止するための電流
注入阻止構造が形成されていることを特徴とする光学記
録媒体駆動装置。
【請求項１９】前記電流注入阻止構造は、前記第２導
電型のクラッド層上に形成され、電流注入のためのスト
ライプ状開口部を有する電流阻止層を含み、前記ストラ
イプ状開口部は、前記少なくとも一方の共振器端面から
所定距離離間した位置から共振器長方向に向かって配置
されることを特徴とする請求項１８記載の光学記録媒体
駆動装置。
【請求項２０】前記第２導電型のクラッド層は、前記
活性層上に形成された平坦部と、該平坦部上のストライ
プ状リッジ部とを備え、前記電流阻止層は、前記リッジ
部の側面上を覆うように前記平坦部上に形成され、且つ
前記少なくとも一方の共振器端面から前記所定距離の位
置までの前記リッジ部上面の領域上に形成されることを
特徴とする請求項１９記載の光学記録媒体駆動装置。
【請求項２１】前記第１、第２導電型のクラッド層は
（Ａｌ_x1Ｇａ_1-y1） _y1Ｉｎ_1-y1Ｐ（１≧ｘ１＞０、１＞
ｙ１＞０）からなり、前記量子井戸層は（Ａｌ_pＧ
ａ_1-p）_qＩｎ_1-qＰ（ｘ１＞ｐ≧０、１＞ｑ＞０）から
なることを特徴とする請求項１８記載の光学記録媒体駆
動装置。
【請求項２２】前記量子井戸構造は、量子井戸層と障
壁層が交互に積層されてなる多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする請求項１８記載の光学記録媒体駆動装
置。
【請求項２３】前記多重量子井戸構造は、前記量子井
戸層が引張り歪みを有すると共に、前記障壁層が圧縮歪
みを有する歪補償型であることを特徴とする請求項２２
記載の光学記録媒体駆動装置。
【請求項２４】前記量子井戸構造は単一量子井戸構造
であることを特徴とする請求項１８記載の光学記録媒体
駆動装置。
【請求項２５】前記単一量子井戸構造は、前記量子井
戸層が引張り歪みを有することを特徴とする請求項２４
記載の光学記録媒体駆動装置。
【請求項２６】前記活性層は、量子井戸構造の両側に
光ガイド層を備え、前記量子井戸層は引張り歪みを有
し、前記光ガイド層の少なくとも量子井戸構造側の領域
は圧縮歪みを有することを特徴とする請求項１８記載の
光学記録媒体駆動装置。