专利名称：半导体激光装置和使用该半导体激光装置的光拾波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体激光装置和使用了该半导体激光装置的光拾波装置。
背景技术：
现在，半导体激光装置(以下，也称作半导体激光器)在各种各样领域中广泛使用。其中，由于AlGaInP系半导体激光器能够得到波长650nm域的激光，因此，在光盘系统的领域中作为光源广泛使用。此外，作为代表性的半导体激光器，已知有具有包含活性层和夹持该活性层的2个包覆层的双重异质结构，该包覆层中的一个形成了台地(mesa)状脊的结构的半导体激光器(例如，参照日本特开2001-196694号公报)。
图1示出具有这样结构的AlGaInP系半导体激光器的一例。再有，以下示出的各层的组成比省略。在图1中示出的半导体激光器中，在以从(100)面向
方向倾斜了15°的面为主面的n型GaAs基板101上，依次层叠着n型GaAs缓冲层102、n型GaInP缓冲层103、n型(AlGa)InP包覆层104，另外，在它的上面层叠着变形量子井活性层105、p型(AlGa)InP第一包覆层106、p型(或无掺杂)GaInP刻蚀阻止层107、p型(AlGa)InP第二包覆层108、p型GaInP中间层109和p型GaAs间隙层110。在此，p型(AlGa)InP第二包覆层108、p型GaInP中间层109和p型GaAs间隙层110在p型GaInP刻蚀阻止层107上形成为具有正台地形状的脊。此外，在p型GaInP刻蚀阻止层107上和上述脊的侧面上形成n型GaAs电流阻挡层111，在该n型GaAs电流阻挡层111上和位于脊上部的p型GaAs间隙层110上，层叠着p型GaAs接触层112。再有，变形量子井活性层105由(AlGa)InP层和GaInP层构成。
在图1中示出的半导体激光器中，由于n型GaAs电流阻挡层111在脊部狭窄，因此，从p型GaAs接触层112注入的电流向脊底部附近的变形量子井活性层105中集中并注入。这样地，与数十mA这样少的注入电流无关，可以实现激光振荡所需的载流子的反转分布状态。这时，由载流子的复合而发出的光就在垂直于变形量子井活性层105的方向上被n型(AlGa)InP包覆层104和p型(AlGa)InP第一包覆层106这两个包覆层封闭。此外，在平行于变形量子井活性层105的方向上，为了吸收GaAs电流阻挡层111产生的光而进行光的封闭。其结果，由注入的电流产生的增益若超过变形量子井活生层105内的波导中的损失，就产生激光振荡。
在半导体激光器中，若想在75℃以上高温中得到高功率工作，在电流一光输出特性中产生微分量子效率随电流值的增大而逐渐降低的热饱和。产生热饱和是因为随着工作电流值的增大，活性层中的工作载流子密度增大，被热激励的载流子超过活性层与包覆层间的势垒后向包覆层漏出，产生载流子的溢出。一产生载流子的溢出，在活性层中进行发光复合的载流子就变少，因此，不仅发光效率降低，而且漏向包覆层的载流子进行非发光复合，由于该能量变为热能，因此元件的发热进一步变大，从而载流子的溢出就越发增大。
为了防止这样的现象，需要减小高功率工作时的活性层的工作载流子密度，减少从活性层向包覆层漏出的载流子。为了减小活性层中的工作载流子密度，增加半导体激光器的谐振器长度，有效的方法是降低每单位面积注入的载流子密度。
例如，在作为DVD的光源使用的AlGaInP系红色半导体激光器中，伴随着可重写型DVD的高倍速化，为了实现75℃以上的高温工作和200mW以上的高功率工作，使用了增加半导体激光器的谐振器长度到1300μm左右，降低每单位面积注入的载流子密度的方法。
今后，若考虑DVD的进一步高速化或者DVD用光盘系统的多层写入化，对红色半导体激光器期望的光输出期望是300mW左右的高输出功率，推断用于实现该高输出特性的谐振器长度为1500μm以上。这样，半导体激光器的谐振器长一变长，就有不仅导致激光器组件的大型化，而且半导体激光器元件单价增大的问题。
发明内容
本发明考虑上述问题，其目的在于提供一种即使谐振器长度短，也能在高温下高功率工作的半导体激光器。
本发明的半导体激光装置，在基板上具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，在光路上的端面之间形成的波导区域，包含至少分支为2条以上的波导分支区域，上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中。
再有，也可以是如下结构，在基板上集成能够射出至少2种波长的光的半导体激光器，各个半导体激光器具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，在光路上的端面之间形成的波导区域的至少一个包含至少分支为2条以上的波导分支区域，上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中。
此外，本发明的光拾波装置具，有上述的半导体激光装置和接收从上述半导体激光装置射出的光在记录媒体中反射后的反射光的受光部。
从以上的说明可知，根据本发明，能够得到温度特性优良、远视场像(FFP)的光轴稳定、一直到高功率能进行基横模振荡的半导体激光装置。
此外，通过使用本发明的半导体激光装置，能够提供一种温度特性优良远视场像(FFP)的光轴稳定、直到高功率能进行基横模振荡的光拾波装置。
从接下来结合附图对本发明的描述中，将使本发明的这些和其它目的、优点和特征变得更明显，其中
了本发明的特定实施例。附图中图1是示出现有的半导体激光装置的一例的模式图。
图2是示出本发明的半导体激光装置的一例的模式图。
图3A和图3B是示出本发明的光子结晶的微细图案的模式图。
图4是示出本发明的分支区域中的光子结晶的图案的模式图。
图5是本发明的光子结晶的透射率的波长依赖性计算结果。
图6是示出本发明的半导体激光装置中的脊的一例的模式图。
图7是本发明的半导体激光装置中的模式变换区域长度的分支角依赖性的计算结果。
图8是本发明的半导体激光装置中的外部微分量子效率的脊宽度依赖性的计算结果。
图9是本发明的半导体激光装置中的热饱和的光输出的单一条带区域长度依赖性的实验结果。
图10是本发明的半导体激光装置中的工作电流值的单一条带区域长度依赖性的实验结果。
图11是示出本发明的半导体激光装置中的电流-光输出特性的一例的图。
图12A、图12B、图12C和图12D是示出本发明的半导体激光装置的制造方法的一例的模式图。
图13A、图13B和图13C是示出本发明的半导体激光装置的制造方法的一例的模式图。
图14是示出本发明的光拾波装置的一例的模式图。
图15是示出本发明的光拾波装置的一例的模式图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。再有，在以下的实施方式中，有时关于相同的部分标记相同的符号并省略说明。
(实施方式1)在本实施方式中，关于本发明的半导体激光装置(以下也称作半导体激光器)进行说明。
图2是示出本发明的半导体激光装置的一例的结构图。图2中示出的半导体激光装置1形成在将从(100)面向
方向倾斜了10°的面作为主面的n型GaAs基板10上。在n型GaAs基板10上，依次层叠着n型GaAs缓冲层11、n型(AlGa)InP第一包覆层12、活性层13、p型(AlGa)InP第二包覆层14、p型GaInP衍射层15、p型(AlGa)InP第三包覆层16、p型GaInP保护层17、p型GaAs接触层18。半导体激光装置1具有由2个包覆层夹持了活性层13的双重异质结构。
此外，通过p型(AlGa)InP第二包覆层14，在活性层13上形成着具有正台地形状的脊16a。另外，以覆盖上述脊16a的侧面的方式，形成着n型AlInP电流阻挡层19。
通过设置在谐振器方向上的波导分支部20，具有正台地形状的脊16a从前端面向着后端面分支为2个方向。
在波导分支部20下的p型GaInP衍射层15上形成着二维结构，该二维结构具有与激光振荡光的谐振器内波长的半波长的整数倍大致相等的周期性。将这样的结构称作光子(photonic)结晶。在光子结晶中，整齐规则地排列着由如图3A所示的三角点阵状的排列和如图3B所示的正方点阵状的排列构成的柱状的微细结构，使a的长度等于谐振器内波长的半波长的整数倍，对于不同的波数矢量的方向也形成光子带隙。若形成光子带隙，该波长的光就不能在该晶体中存在。利用光子结晶的该性质，在波导分支部20下的p型GaInP衍射层15上形成如图4所示的柱状的微细结构。图4中示出的微细结构具有图3A中示出的三角点阵状的排列，a的长度是0.19μm。在柱状的微细结构中，沿着分支部20的形状形成着没形成微细结构的区域15a。在光子结晶中，由于光子带隙使光不能存在，但在没形成微细结构的区域15a光能够存在。因此，能够在波导分支部20中不散射波导光，而在导波损失小的状态下，分支波导光。因此，能够形成因分支波导而产生的复合损失小的分支波导。通过在p型GaInP衍射层15上形成空穴，之后填入p型(AlGa)InP第三包覆层16，就形成了微细结构的柱状部。图5中示出该微细结构的透射率的波长依赖性计算结果。如图5所示可知，对于660nm波长附近的光透射率减小到1％左右。利用该性质，波导光就能够在波导分支部20不大量散射而在低损失的状态下导波。
图2的例子中示出的活性层13是由(AlGa)InP第一导向层131、GaInP第一阱层132、(AlGa)InP第一势垒层133、GaInP第二阱层134、(AlGa)InP第二势垒层135、GaInP第三阱层136和(AlGa)InP第二导向层137构成的变形量子井活性层。再有，省略上述各层中的组成比的记载。此外，关于上述组成比的一例以后叙述。
在图2中示出的半导体激光装置1中，通过n型AlInP电流阻挡层19，只在脊部狭窄，因此，从p型GaAs接触层20注入的电流向脊底部附近的活性层13集中并注入。因此，可以利用数十mA左右的注入电流来实现激光振荡所需的载流子的反转分布状态。这时，通过载流子的复合而发出的光，就在垂直于活性层13主面的方向上被n型(AlGa)InP第一包覆层12和p型(AlGa)InP第二包覆层14这两个包覆层封闭。此外，在平行于活性层13主面的方向上，被折射率比p型(AlGa)InP第二包覆层14小的n型AlInP电流阻挡层19封闭。因此，就能够成为以脊为波导(脊波导型)的、能够进行基横模振荡的半导体激光元件。
此外，图2示出的半导体激光装置1包含着将单一条带的脊分支为多条(在本实施方式中是2条)的分支区域20。即，包含着单一条带区域20a和分离为2条的条带区域20b、20c。这样，就在激光谐振器中存在由脊条带20a和脊条带20b形成的、以及由脊条带20a和脊条带20b形成的2个谐振器，在单一脊条带部20a中复合由这2个谐振器激发的激光。此外，对单一脊条带区域侧的前端面实施低反射率涂覆，对分离为多个的脊条带侧的后端面实施高反射率涂覆。通常，若对半导体激光器的前端面/后端面实施低反射率涂覆/高反射率涂覆，就能够从前端面侧高效地取出较大的光输出，前端面侧的波导的光密度就大于后端面侧的波导的光密度。这时，由于在光密度高的前端面侧更强地产生波导内的受激发射，因此，前端面侧的活性层中的工作载流子密度就小于后端面侧。对此，在第一实施例中，在通常的单一脊条带结构中，将工作载流子密度变高的后端面侧的脊分割为2条。因此，就能够降低后端面侧的工作载流子密度，能够降低由热能激励的、注入载流子从活性层的泄漏。因此，能够改善温度特性。另外，由于电流注入面积增大，因此，能够降低元件的电流—电压特性中的微分电阻(以下称作Rs)。这样，也能够降低元件的发热，能够改善温度特性。
此外，图2中示出的半导体激光装置1包含由p型(AlGa)InP第二包覆层14形成的、脊的底部宽度W大致固定的第一区域，和脊的底部宽度W连续变化的第二区域(参照图6)。
在这样的半导体激光装置中，利用脊的底部宽度大致固定的第一区域，能够使相对于从光路方向看的脊的截面形状的相对发光位置大致固定。即，能够成为稳定振荡直到高输出功率能，并且振荡的激光的远视场像(以下称作FFP)的光轴稳定的半导体激光装置。此外，由于能够利用脊的宽度连续变化的第二区域来增宽脊的宽度，因此，能够降低元件的电流-电压特性中的Rs。这样，就能够成为FFP的光轴稳定，降低了Rs，一直到高输出功率都能进行基横模振荡的半导体激光装置。再有，所述脊的底部宽度“大致固定”，是指脊底部的宽度中的最大值与最小值之差例如在上述最大值的20％以下。
关于本发明的半导体激光装置的思想进行说明。
如上所述，形成在倾斜基板上的半导体激光装置，由于从光路方向看的脊的截面形状左右不对称，因此，在高功率的状态下容易发生扭折。为了提高发生扭折的光输出，方法之一是降低载流子浓度的分布不对称性。因此，可以缩窄条带宽度，增大向条带中央部注入载流子的注入电流密度，抑制载流子的空间烧孔。通过减小脊底部的宽度，就能够成为直到高输出能更稳定地振荡的半导体激光装置。再有，本说明书中的所述“左右不对称”的“左右”是指，如图2所示，在以半导体激光装置的基板为下方时，从光路方向看的半导体激光装置的截面中的“左右”。
此外，一般地说，在由电流阻挡层的折射率比形成了脊的第二包覆层的折射率小、对振荡的激光透明的电流阻挡层构成的实折射率波导型的激光器的情况下，为了得到抑制了高阶的横模式振荡后稳定的基横模振荡，最好尽可能地减小脊的底部宽度。
但是，若减小脊底部的宽度，则脊上面的宽度也同时减小。由注入电流最狭窄的脊上面的宽度来决定半导体激光装置的Rs。因此，要想得到直到高输出更稳定的振荡，仅单纯减小脊底部的宽度，就有可能导致Rs的增大，使工作电压增大。若工作电压增大，则工作功率也增大，因此，半导体激光装置的发热量就变大，有可能牵涉到温度特性T0的劣化和可靠性的降低。
此外，在高功率激光器中，通常设定取出激光的前端面侧的端面涂覆膜的反射率为5％左右的低反射率，后端面侧的端面涂覆膜的反射率为90％以上的高反射率，提高电流-光输出特性中的外部微分量子效率，使得能够以更低工作电流得到高的光输出。该情况下，如前所述，为了使后端面侧的活性层中的工作载流子密度比前端面侧大，在使半导体激光器高温高功率工作的情况下，容易在后端面侧产生注入载流子从后端面部的活性层向包覆层漏出的泄漏电流。若泄漏电流变大，则半导体激光器的发光效率就降低，工作电流值增大，因此，有可能牵涉到温度特性T0的劣化和可靠性的降低。
此外，在将半导体激光装置使用于光盘系统的情况下，有时向半导体激光器射入从光盘反射回来的光。若增大该返回光成分，就有可能产生跳模噪声，信号再生时的S/N比劣化。为了抑制该现象，使振荡的激光多模化的方法是有效的。一般地，在半导体激光装置中，通过使高频电流与驱动电流重叠，来使振荡的激光多模化。但是，这时，由于Rs一增大，与工作电压的变化相对应的工作电流的变化就变小，因此，有重叠了高频的电流成分也变小的趋势。此外，由于工作电流的变化一减小，则具有可振荡的增益的波长宽度的变化也减小，因此，就有可能损害振荡频谱的多模性，来自光盘的干涉性噪声增大。即，Rs一增大，就有可能牵涉到半导体激光装置的可靠性的降低。
因此，在本发明的半导体激光装置中，在谐振器中将脊一分为二，通过将后端面侧的脊一分为二，来降低对后端面部的活性层的注入载流子密度。这样就能改善半导体激光器的温度特性。
图6中示出本发明的半导体激光装置中的脊形状的一例。图6是示出从p型GaAs接触层20侧看图2中示出的半导体激光装置时的脊的形状的模式图。在此，图7中示出图6所示的脊分支区域中的脊的分支角(θ)和对于它的模式变换区域长度(Lm)的关系。在θ小的情况下，由于Ld变大，因此条带宽度宽的区域变长，由于高阶横模式不截止的区域变长，因此，最好θ不要太小。反之，在θ大的情况下，由于Lm变小，因此，条带宽度宽的区域变短，就难以产生高阶横模式振荡。
在本实施例中，由于在波导分支部20的附近形成了如图4所示的光子结晶，因此，具有即使θ大、分支部中的散射损失也不大的优点。从而，即使分支了波导，也能够在分支波导时不导致振荡阈电流值的增大。在本实施例中，假设θ的大小为60°，Lm的长度成为1μm以下的非常小的值。对此，若想不使用光子结晶而在低损失的状态下分支波导，由于在θ大的情况下，分支区域中改变振荡模式的角度变大，因此，就有波导中的散射损失变大的重大问题。因此，为了兼顾横模式的稳定性和波导损失的降低，θ的大小中就要存在最佳值。在不使用光子结晶的情况下，为了降低因波导的弯曲所产生的散射损失，θ的大小最好在10°以下。此外，假设Lm的长度在20μm以下，为了尽可能减小高阶横模式振荡的区域，θ必须要在3°以上。因此，若设定θ的大小为7°，则Lm的长度就为10μm。在该10μm的区域中，光分布的形状逐渐变化，因此，在波导中传播的光分布的传播常数逐渐变化，不能避免产生波导损失。对此，在本实施例中，利用在波导分支部20下的p型GaInP衍射层15上形成的微细结构，来形成光子带隙。因此，光就能大致近于100％地沿着波导分支区或进行导波，结果，能够在Lm的长度在1μm以下这样的非常短的距离中分支波导光，实现低波导损失的分支波导。
脊20b、20c的间隔(ΔS)取决于分离区域长度。由于若ΔS小，则脊20b、20c下部的活性层发热区域靠近，因此，散热性低，导致温度特性的劣化。为了在热性上分离脊20b、20c的2条条带下的活性层发热，最好ΔS在15μm以上。因此，设定分离区域长度为100μm，ΔS为23μm。利用该结构，能够降低光密度低的后端面部的活性层工作载流子密度，改善温度特性。
下面，关于波导分支区域20以外的脊宽度进行说明。在本实施例中，分割为脊宽度大致固定的第一区域和脊宽度连续变化的第二区域，通过控制各自的宽度来改善温度特性和扭折度。
第一区域的长度(光路上的连接端面之间的方向的长度)例如可以是谐振器长度的2％～45％的范围。其中尤以2％～20％的范围最好。此外，第二区域的长度(光路上的连接端面之间的方向的长度)例如可以是谐振器长度的55％～98％的范围。其中尤以80％～98％的范围最好。再有，在存在多个第二区域的情况下，设定上述第二区域的长度为存在的多个第二区域的合计长度。关于第一区域也同样。再有，本发明的半导体激光装置中的谐振器长度的值不特殊限定。例如，是800μm～1500μm的范围。在200mW以上功率的半导体激光装置的情况下，为了减少泄漏电流，谐振器长度例如可以在900μm～1200μm的范围。
在本发明的半导体激光装置中，在谐振器方向上，随着从实施了低反射率涂覆的前端面直到位于实施了高反射率涂覆的后端面，上述第二区域中的脊底部的宽度变小。这样，能够比前端面部更降低向光密度低的后端面部活性层的电流注入量，能够更多地向光密度高且更多消耗注入载流子的前端面部的活性层注入更多的载流子，能够增大外部微分量子效率，降低泄漏电流。此外，由于能够降低后端面部活性层的工作载流子密度，因此，能够抑制载流子的空间烧孔的发生。这样就能够稳定光分布，抑制扭折的发生，成为直到高功率都能进行基横模振荡的半导体激光装置。
图8中示出本发明的半导体激光装置中的外部微分量子效率的脊宽度依赖性的计算结果。在此，假设在区域2中，前端面侧的脊底部的宽度恒定为3μm，谐振器长度为1100μm。此外，使后端面侧的脊底部宽度从1.6μm变化到3.0μm。以前后面的脊底部的宽度恒定为3.0μm的元件的外部微分量子效率为基准，示出了此时的外部微分量子效率的大小。如图8所示，可知，前后面的脊底部的宽度差越大，外部微分量子效率就越大。若脊底部的宽度过窄，Rs就增大，因此，在本实施例中，将前端面侧的脊底部的最大宽度设定为3.0μm，将后面侧的脊底部的最小宽度设定为2.0μm。
此外，在本发明的半导体激光装置中，也可以在上述第一区域与光路上的一个端面之间、和上述第一区域与光路上的另一个端面之间的两方，具有上述第二区域。这样就能够稳定FFP的光轴，进一步降低了Rs，成为直到高功率能够进行基横模振荡的半导体激光装置。
此外，在本发明的半导体激光装置中，也可以在上述第一区域与上述第二区域的边界处，上述第一区域中的上述脊底部的宽度与上述第二区域中的上述脊的宽度大致相同。这样，在上述第一区域与上述第二区域的边界处，能够抑制光强度分布的变化，进一步降低波导损失。再有，所述“大致相同”是指，在双方区域中的脊的宽度差在例如0.2μm以下。
在图6中示出的例子中，半导体激光装置1的脊包含着脊底部的宽度W1大致固定的第一区域21、23、25和脊底部的宽度W2连续变化的第二区域22、24。此外，在区域21～25的各边界中，脊底部的宽度大致相同，各邻接区域中的脊的侧面连续。区域23与分离区域相同。
在本实施例中，将区域21、24的长度都设定为25μm，将区域23的长度设定为100μm，使区域22的长度变化。图9中示出该情况中的75℃、脉宽100ns、占空比50％的脉冲驱动时的热饱和度，图10中示出240mW时的工作电流值的测定值。可知，若区域23的长度变长，则热饱和的光输出就增大，但工作电流值也增大。因此，在第一实施例中，假设热饱和的光输出在350mW以上，为了稳定地得到300mW以上的光输出，将区域23的长度设定为600μm。
通过设定为这样的半导体激光装置，就能够稳定FFP的光轴，进一步降低Rs和波导损失，成为直到高功率能进行基横模振荡的半导体激光装置。
在图2中示出的半导体激光装置中，各层的厚度、组成、组成比和导电形式等不特殊限定。基于作为半导体激光装置所必要的特性，可以任意设定。例如，可以将各层设定为以下示出的厚度、组成和组成比。再有，括号内示出的数值是各层的厚度，为了容易明白，引用与图2相同的附图标记。
各层的组成比和厚度的一例是，n型GaAs缓冲层11(0.5μm)、n型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第一包覆层12(1.2μm)、p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第二包覆层14(0.1μm)、p型Ga0.55In0.45P衍射光栅层15(200nm)、p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第三包覆层16、p型Ga0.51In0.49P保护层17(50nm)、p型GaAs接触层18(3μm)。此外，活性层13的一例是，由(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(50nm)第一导向层131、Ga0.48In0.52P(5nm)第一阱层132、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5nm)第一势垒层133、Ga0.48In0.52P(5nm)第二阱层134、(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(5nm)第二势垒层135、Ga0.48In0.52P(5nm)第三阱层136和(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(50nm)第二导向层137构成的变形量子井活性层。p型(Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P第三包覆层16的一例，是位于脊上部的p型GaInP保护层15与活性层13之间的距离是1.2μm，脊底部与活性层的距离dp为0.2μm的第二包覆层。n型AlInP电流阻挡层19的厚度的一例是0.3μm。再有，在该例子中，脊上面的宽度比脊底部的宽度小大约1μm左右。
活性层13不特殊限定为如上述一例所示的变形量子井活性层。例如，也可以使用无变形的量子井活性层和松密度(bulk)活性层。此外，活性层13的导电型不特殊限定。可以是p型也可以是n型。也可以是不掺杂的活性层。
此外，如图2中示出的例子，若使用对振荡的激光透明的电流阻挡层，能够降低波导损失，也能降低工作电流值。此外，该情况下，由于在波导中传播的光的分布能够向电流阻挡层渗出很多，因此，也能将条带区域内外的有效折射率的差(Δn)指定为10-3级。此外，通过调节图2中示出的距离dp，能精密地控制Δn，能够降低工作电流值，成为直到高功率能稳定振荡的半导体激光装置。再有，Δn的范围可以是例如3×10-3～7×10-3的范围。若是上述范围，就能够进行直到高功率都稳定的基横模振荡。
相对于基板中的特定结晶面(在图2中示出的例子中是(100)面)的倾斜角度(倾斜角)θ的值不限于图2示出的例子中的10°，例如，可以是7°～15°的范围。若是该范围，就能够成为温度特性T0更优秀的半导体激光装置。若倾斜角小于上述范围，就有可能由于形成自然超点阵而包覆层的带隙变小，温度特性T0降低。此外，若倾斜角大于上述范围，就有可能从光路方向看的脊的截面形状的不对称性增大，此外，活性层的结晶性有可能降低。
在本发明的半导体激光装置中，上述第一区域中的上述脊底部的宽度也可以是1.8μm以上且3.5μm以下的范围。通过设定为这样的半导体激光装置，就能够在脊底部的宽度固定的第一区域中，进一步抑制载流子的空间烧孔的发生。因此，能够成为直到高功率都进一步抑制了扭折的发生的半导体激光装置。
此外，在本发明的半导体激光装置中，上述第二区域中的上述脊底部的宽度也可以是2.0μm以上且3.5μm以下。通过设定为这样的半导体激光装置，能够在第二区域中，既进一步抑制Rs的增大，又进一步有效地截止高阶横模式，因此，能够成为直到高功率都能进行基横模振荡的半导体激光装置。
在本发明的半导体激光装置中，上述第一区域中的上述脊底部的宽度与上述第二区域中的上述脊底部的宽度最大值的差可以在0.5μm以下。通过设定为这样的半导体激光装置，能够在第二区域中抑制伴随着光强度的分布变化引起的波导损失的增大，成为进一步降低了波导损失的半导体激光装置。
在本发明的半导体激光装置中，也可以利用杂质的扩散来无序化上述端面附近的上述活性层。通过设定为这样的半导体激光装置，能够增大上述端面附近的活性层的带隙，得到对激光更透明的端面窗结构。因此，能够成为在更高的光输出中也难以引起端面破坏(所谓C.O.D)的半导体激光装置。
作为杂质，例如可以使用Si、Zn、Mg、O等。此外，杂质的扩散量(掺杂量)可以是例如1×1017m-3～1×1020cm-3的范围，扩散位于距离半导体激光元件的端面例如10μm～50μm的范围。
图11中示出第一实施例中示出的半导体激光装置的室温和CW状态下的电流—光输出特性。如图11所示，即使在光输出300mW时也不发生扭折，保证了稳定的基横模振荡。
再有，在图11示出的例子中，在端面附近的活性层按照掺杂量1×1019cm-3的程度使Zn扩散，活性层的端面附近的区域就成为被杂质无序化后的窗结构。因此，即使在300mW以上的输出中也不发生由光输出破坏了端面的现象即C.O.D。
(实施方式2)本实施方式中，关于在实施方式1中说明的半导体激光装置的制造方法进行说明。
图12和图13是示出本发明中的半导体激光装置的制造方法的一例的截面工序图。
首先，在将从(100)面向
方向倾斜了10°的面为主面的n型GaAs基板10上，形成n型GaAs缓冲层11(0.5μm)、n型(AlGa)InP第一包覆层12(1.2μm)、活性层13、p型(AlGa)InP第二包覆层14(0.1μm)、p型GaInP衍射层15(200nm)(图12A)。括号内的数字示出了各层的厚度。省略各层的组成比的记载。作为活性层13，例如，可以形成与实施方式1中示出的变形量子井活性层的例子同样的活性层。再有，各层的组成比可以是例如与实施方式1中示出的例子同样的组成比。关于各层的形成，可以使用例如MOCVD法和MBE法。
接着，在由上述各层构成的叠层体的最上层即p型GaInP衍射层15(200nm)上涂覆抗蚀剂膜15a(图12B)。利用电子束曝光，在该抗蚀剂膜15a上形成如图3A所示的具有三角点阵状排列的微细图案。之后，将形成图案后的抗蚀剂作为掩膜，利用湿法刻蚀或干法刻蚀来刻蚀p型GaInP衍射层15，形成具有三角点阵状的排列的微细图案。
接着，在p型GaInP衍射层15上形成p型(AlGa)InP第三包覆层16(1.08μm)、p型GaInP保护层17(500nm)、p型GaAs接触层18(3μm)(图12C)。
接着，在由上述各层构成的叠层体的最上层即p型GaAs接触层18上沉积氧化硅膜18a(图12D)。可以利用例如热CVD法(大气压、370°下)进行沉积。此外，其厚度例如是0.3μm。
接着，去掉氧化硅膜18a的端面附近的区域(例如，距离端面50μm宽度的区域)，使p型GaAs接触层18露出。接着，使Zn等杂质原子向该露出部热扩散，使活性层13的端面附近的区域无序化。
接着，将氧化硅膜18a形成为规定的形状。例如可以组合光刻法和干刻蚀法来进行构图。所述规定的形状例如可以是与实施方式1中示出的本发明的半导体激光装置中的脊的形状相同。例如，可以将氧化硅膜18a形成为图6中示出的脊形状。接着，将形成为上述规定形状的氧化硅膜18b作为掩膜，依次选择性地使用盐酸系腐蚀剂等刻蚀p型GaInP保护层17和使用硫酸系或盐酸系刻蚀液等刻蚀p型AlGaInP第三包覆层16，形成台地状的脊(图13A)。
接着，将氧化硅膜18b作为掩膜，选择性地使n型AlInP电流阻挡层19在p型AlGaInP第三包覆层16上生长(图13B)。厚度例如是0.3μm。作为使其生长的方法，例如可以使用MOCVD法。
接着，使用氟酸系刻蚀液等去除氧化硅膜18b(图13C)。
这样地就能够制造本发明的半导体激光装置。
(实施方式3)在本实施方式中，关于本发明的光拾波装置进行说明。
本发明的拾波装置具有上述的本发明的半导体激光装置和接收从上述半导体激光装置射出的光在记录媒体中反射后的反射光的受光部。
通过设定为这样的光拾波装置，能够稳定FFP的光轴，成为直到高功率能进行基横模振荡的光拾波装置。
此外，在本发明的光拾波装置中，还具有分支上述反射光的光分支部，上述受光部也可以接收由上述光分支部分支后的上述反射光。
此外，在本发明的光拾波装置中，也可以在同一基板上形成上述半导体激光装置和上述受光部。这样，就能够成为更小型的光拾波装置。
此外，在本发明的光拾波装置中，也可以在上述基板上进一步具有向上述基板的表面的法线方向反射从上述半导体激光装置射出的光的光学元件。
光学元件不特殊限定。例如，可以使用反射镜。
图14是示出本发明的光拾波装置的一例的模式图。图14中示出的光拾波装置在同一基板53上形成了半导体激光装置1和作为受光部的受光元件55。此外，具有向基板53的表面的法线方向反射从半导体激光装置1射出的激光58的光学元件54。再有，为了抑制激光58在基板53的表面上反射的影响，将半导体激光装置1配置在台座56的上面。再有，光学元件54是利用湿法刻蚀将基板53的表面加工出晶体的面方位的元件。作为受光元件55，例如，可以使用光电二极管等。
从激光器射出的激光58被光学元件54向法线方向射出，由衍射光栅60产生衍射光，利用透镜61、62在光盘63面上聚焦。这些多个衍射光被光盘63反射，再次由衍射光栅60衍射，射入到受光部55中。这时，若按照衍射光栅的图案，在多处形成受光部，就能通过运算多个受光部中的输入信号来检测对于光盘面上的磁道的聚焦程度(聚焦误差信号)和是否正确地聚焦在磁道上(跟踪误差信号)。
在图14中示出的光拾波装置中，由于将受光部55和发光部即半导体激光装置1集成在同一基板上，因此，能够成为更小型的光拾波装置。此外，半导体激光装置1稳定了FFP的光轴，直到高功率能进行基横模振荡，因此，能够成为与DVD等各种各样格式的光盘相对应的光拾波装置。
图15是示出本发明的光拾波装置的另外一例的模式图。图15中示出的光拾波装置在同一基板53上形成了半导体激光装置1和受光元件55。此外，具有向基板53的表面的法线方向反射从半导体激光装置1射出的激光58的反射镜59。再有，为了抑制激光58在基板53的表面上反射的影响，将半导体激光装置1配置在台座56的上面。
通过设定为这样的光拾波装置，就能够得到与图14中示出的光拾波装置的例子同样的效果。
再有，在本说明书中，作为形成在倾斜基板上的半导体激光装置和它的制造方法及本发明的光拾波装置的说明，以GaAlInP系半导体激光装置为代表例进行了说明，但本发明不限定于上述半导体激光装置。在不具有无关断方位角(off orientation angle)的最佳(just)基板上形成的半导体激光装置以及它的组成、结构中也能够适用本发明。
此外，在本说明书中，在电流阻挡层19中使用了AlInP层，但也可以是带隙比阻挡层16低并且折射率低的SiO2、SiN、非晶硅、Al2O3等的氧化膜材料。利用该结构，能够利用氧化膜的绝缘性，仅向脊下部选择性地注入电流，并且，能够在横向封闭光分布，因此，能够得到稳定的基横模振荡。
此外，也可以在基板10上集成能够射出至少2种波长的光的半导体激光器。该情况下，若在这些半导体激光器中包含至少1个上述的波导分支部20，就能够得到本发明的效果。
本发明的半导体激光装置具有温度特性优良，稳定了远视野像(FFP)的光轴，直到高功率能进行基横模振荡的效果，作为光拾波装置等十分有用。
权利要求
1.一种半导体激光装置，其特征在于，在基板上具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，在光路上的端面之间形成的波导区域包含至少分支为2条以上的波导分支区域，上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中。
2.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，在上述波导区域上形成着至少一处以上的台地状的脊。
3.如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于，在上述台地状的脊斜面上具有氧化膜。
4.如权利要求3所述的半导体激光装置，其特征在于，上述氧化膜至少包含1层由SiO2、SiN、非晶硅或Al2O3构成的层。
5.如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于，包含上述脊底部的宽度连续变化的区域。
6.如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征在于，上述脊底部的宽度在上述端面附近恒定。
7.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，在上述端面中，对前面实施了低反射率的端面涂覆，对后面实施了高反射率涂覆。
8.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，上述活性层由量子井活性层构成，利用杂质的扩散，使上述端面附近的上述活性层无序化。
9.如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，上述基板是倾斜基板。
10.一种半导体激光装置，其特征在于，在基板上集成能够射出至少2种波长的光的半导体激光器，各个半导体激光器具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，在光路上的端面之间形成的波导区域的至少一个包含至少分支为2条以上的波导分支区域，上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中。
11.一种光拾波装置，其特征在于，具有半导体激光装置，在基板上具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，在光路上的端面之间形成的波导区域包含至少分支为2条以上的波导分支区域，上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中；以及受光部，接收从上述半导体激光装置射出的光在记录媒体上反射后的反射光。
12.如权利要求11所述的光拾波装置，其特征在于，还具有分支上述反射光的光分支部，上述受光部接收由上述光分支部分支后的上述反射光。
13.如权利要求11所述的光拾波装置，其特征在于，上述半导体激光装置和上述受光部形成在同一基板上。
14.如权利要求13所述的光拾波装置，其特征在于，在上述基板上还具有向上述基板的表面的法线方向反射从上述半导体激光装置射出的光的光学元件。
15.如权利要求14所述的光拾波装置，其特征在于，上述光学元件是反射镜。
16.一种半导体激光装置的制造方法，该半导体激光装置在基板上具有活性层和夹持上述活性层的2个包覆层，其特征在于，在形成于光路上的端面之间的波导区域形成至少分支为2条以上的波导分支区域，将上述波导分支区域形成在具有光子带隙的光子结晶中。
全文摘要
本发明的半导体激光装置(1)，在基板(10)上具有活性层(13)和夹持上述活性层(13)的2个包覆层(12、14)，在光路上的端面之间形成的波导区域，包含至少分支为2条以上的波导分支区域(20)，上述波导分支区域(20)形成在具有光子带隙的光子结晶中。
文档编号H01S5/22GK1797877SQ200510138158
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者高山彻 申请人:松下电器产业株式会社