JP2001210910A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP2001210910A
JP2001210910A JP2000257436A JP2000257436A JP2001210910A JP 2001210910 A JP2001210910 A JP 2001210910A JP 2000257436 A JP2000257436 A JP 2000257436A JP 2000257436 A JP2000257436 A JP 2000257436A JP 2001210910 A JP2001210910 A JP 2001210910A
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layer
semiconductor laser
refractive index
guide
thickness
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Kimio Shigihara
君男 鴫原
Kazue Kawasaki
和重 川崎
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光のアスペクト比が大きく、キンクレ
ベルが高く、かつ、光出力効率の変化の小さい半導体レ
ーザを提供する。また、高温におけるしきい値電流の増
加及び光出力効率の低下を防止した半導体レーザを提供
する。 【解決手段】 半導体レーザが、ガイド層とクラッド層
との間に低屈折率層を含み、かつ、活性層とガイド層と
の総層厚を、発振波長の略１５％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に、光ファイバ増幅器に用いられる励起用半導体
レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】図２５（ａ）は、特開平１１−２３３８
８３号公報に記載されたリッジ型半導体レーザの断面図
である。全体が１７０で表される半導体レーザでは、基
板にｎ型ＧａＡｓ基板１０１が用いられる。ＧａＡｓ基
板１０１上には、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、
アンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０３、アンドー
プＧａＡｓ第１ガイド層１０４、アンドープＩｎＧａＡ
ｓ活性層１０５が、順次、積層される。更に、活性層１
０５を挟んで対称の位置に、アンドープＧａＡｓ第１ガ
イド層１０６、アンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１
０７、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０８が順次、積層
される。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０８は、電流狭
窄が起きるようにリッジ構造となっている。リッジ部１
０９上にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０が形成され
ている。更に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０の一部
が露出するように絶縁層１１１が形成され、該絶縁層１
１１家にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１０の露出部分と
電気的に接続されたｐ側電極１１２が形成される。一
方、ＧａＡｓ基板１０１の反対側の面には、ｎ側電極１
１３が形成される。
【０００３】図２５（ａ）に示す半導体レーザ１７０で
は、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２の屈折率
（ｎlc）が、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０８の屈折
率（ｎuc）より大きくなるように形成されているため
（図２５（ｂ））、活性層１０５で発光したレーザ光の
光強度分布は、ピークの位置が活性層ＧａＡｓ基板１０
１側にシフトした分布となる。この結果、光強度分布の
Ｘ軸方向の遠視野像（Far Field Pattern:FFP）が狭く
なり、レーザ光のアスペクト比（θV（Ｘ軸方向のθ）
／θH（Ｙ軸方向のθ）：θは半値全角）を小さくする
ことができる。又、光強度のリッジ部１０９方向への分
布が小さくなり、リッジ部１０９の不連続な屈折率分布
の影響を受けにくくなる。このため、横モードの変化に
起因して発生するキンク、即ち、基本モードでの発光が
１次モードの発光に変化することにより生じる光出力の
不連続点を高くし、安定した発光強度を得ることができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図２５（ａ）
に示す半導体レーザ１７０では、縦モードの変化に起因
するキンクのレベル、即ち、半導体レーザの電流−光出
力特性において、電流の変化に対する光出力の変化効率
（ｄＰ／ｄＩ）が大きく、安定した光強度が得られない
という問題があった。特に、半導体レーザを、光ファイ
バ増幅器の励起用半導体レーザとして使用する場合に
は、光強度の変動が増幅されるため、光強度の安定化が
大きな課題であった。更に、半導体レーザが発光により
高温になった場合の、しきい値電流の増加、光出力効率
の低下等が問題であった。
【０００５】図２６は、図２５（ａ）に示す半導体レー
ザ１７０の電流−光出力（Ｐ−Ｉ）特性、及び電流−効
率（ｄＰ／ｄＩ−Ｉ）特性である。横軸は電流（Ｉ）を
示し、縦軸は光出力（Ｐ）及び効率（ｄＰ／ｄＩ）を示
す。また、線（ａ）は電流（Ｉ）と光出力（Ｐ）との関
係を示し、線（ｂ）は電流（Ｉ）と効率（ｄＰ／ｄＩ）
との関係を示す。図２６に示すように、半導体レーザ１
７０では、電流の変化に対して効率（ｄＰ／ｄＩ）が大
きく変化し、安定した発光が得られなくなる。かかる原
因としては、P.G.Eliseev and A.E.Drakin著の、"Analys
is of the mode internal coupling in InGaAs/GaAs la
ser diodes", Laser Physics, Vol.4, No.3, pp.485-49
2,1994年に記載されているように、ｐ側電極１１２とｎ
側電極１１３との間での光の共振が考えられる。
【０００６】更に、発明者らが検討した結果、ＧａＡｓ
基板１０１中に広がったレーザ光は、ＧａＡｓ基板１０
１には吸収されないため、ｐ側電極１１２とｎ側電極１
１３との間でかかるレーザ光が共振することが分かっ
た。このため、ＧａＡｓ基板１０１中へのレーザ光の広
がりを抑えることにより、光出力効率（ｄＰ／ｄＩ）を
小さくして、安定したレーザ発光を得られることを見出
し、本発明を完成した。
【０００７】即ち、本発明は、レーザ光のアスペクト比
が大きく、基本モードでの発光から１次モードでの発光
に移行するキンクレベルが高く、かつ、光出力効率（ｄ
Ｐ／ｄＩ）の変化が小さい半導体レーザの提供を目的と
する。更には、高温におけるしきい値電流の増加及び光
出力効率（ｄＰ／ｄＩ）の低下を防止した半導体レーザ
の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
と、該半導体基板上に形成された活性層と、該活性層の
両側に積層されたガイド層と、該ガイド層の両側に積層
されたクラッド層と、を含む半導体レーザであって、該
ガイド層と該クラッド層との間に、該クラッド層より屈
折率の低い低屈折率層を含み、かつ、該活性層と該ガイ
ド層との総層厚が、該半導体レーザの発振波長の略１５
％以上であることを特徴とする半導体レーザである。こ
のように、低屈折率層を挿入することにより、発光光の
分布を、低屈折率層、ガイド層及び活性層内に閉じ込め
ることができる。これにより、近視野像での光強度が増
大し、レーザ光の広がり角を小さくできる。また、発光
モードが基本モードから高次モードに移行するのを防
ぎ、安定したレーザ発光を得ることができる。また、高
温におけるしきい値電流の増加及び光出力効率の低下を
防止することができる。
【０００９】上記活性層と上記ガイド層との総層厚は、
上記半導体レーザの発振波長の略１８％であることが好
ましい。活性層とガイド層との層厚をこのように設定す
ることにより、発光光を十分にかかる層に閉じ込めるこ
とができる。これにより、高温におけるしきい値電流の
増加及び発光効率の低減を防止することができる。
【００１０】上記低屈折率層は、上記活性層の片側又は
両側に設けられたことが好ましい。活性層の片側又は両
側に低屈折率層を挿入することにより、発光光の閉じ込
め効果を得ることができるからである。
【００１１】また、本発明は、半導体基板と、該半導体
基板上に形成された活性層と、該活性層の一方の面に積
層された第１ガイド層と、該第１ガイド層に積層され、
少なくとも一部に電流狭窄部が形成された第１クラッド
層と、該活性層の他方の面に積層された第２ガイド層
と、該第２ガイド層に積層され、該第１クラッド層より
高い屈折率を有する第２クラッド層と、を含む半導体レ
ーザであって、該半導体レーザの発光光が該活性層内で
最大強度となるように、該発光光の分布をシフトさせた
ことを特徴とする半導体レーザでもある。第２クラッド
層の屈折率を第１クラッド層の屈折率より高くすること
により、発光光の分布を第２クラッド側にシフトさせ、
アスペクト比が小さく、安定したレーザ光を得ることが
できる。また、レーザ光のピーク位置が活性層内に位置
するようにして、発光効率を向上させることができる。
【００１２】また、本発明は、上記第１ガイド層の屈折
率を、上記第２ガイド層の屈折率より大きくして、上記
発光光の分布をシフトさせたことを特徴とする半導体レ
ーザでもある。かかる構造を用いることにより、発光光
のピーク位置を、活性層内にシフトさせることができ
る。
【００１３】また、本発明は、上記第１ガイド層の層厚
を、上記第２ガイド層の層厚より大きくして、上記発光
光の分布をシフトさせたことを特徴とする半導体レーザ
でもある。かかる構造を用いることにより、発光光のピ
ーク位置を、活性層内にシフトさせることができる。
【００１４】また、本発明は、更に、上記第１ガイド層
のバンドギャップを、上記第２ガイド層のバンドギャッ
プより大きくしたことを特徴とする半導体レーザでもあ
る。かかる構造では、活性層に注入された電子のオーバ
ーフローを低減でき、発光効率を向上させることができ
る。
【００１５】また、本発明は、上記第２クラッド層が、
上記基板と上記活性層の間に配置され、かつ該第２クラ
ッド層の層厚が、上記第１クラッド層の層厚より大きい
ことを特徴とする半導体レーザでもある。かかる構造で
は、基板中への光の分布を少なくして、電極間で生じる
共振現象を抑制できる。この結果、発光効率（ｄＰ／ｄ
Ｉ）の変動を小さくして、安定した光出力を得ることが
できる。
【００１６】本発明は、ＧａＡｓ基板と、該ＧａＡｓ基
板上に形成されたＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦０．３）
活性層と、該活性層の一方の面に積層された第１ガイド
層と、該第１ガイド層に積層され、少なくとも一部に電
流狭窄部が形成された第１クラッド層と、該活性層の他
方の面に順次積層された第２ガイド層及び第２クラッド
層と、を含む半導体レーザであって、該第１ガイド層の
有する正規化周波数を、該第２ガイド層の有する正規化
周波数より大きくしたことを特徴とする半導体レーザで
ある。かかる半導体レーザでは、ＧａＡｓ基板やＧａＡ
ｓコンタクト層のようなＧａＡｓ層内への光強度分布を
少なくすることができ、ｐ側電極とｎ側電極との間での
光の共振を低減することができる。これにより、電流−
光出力特性における縦モード変化に起因するキンクレベ
ルを向上させ、即ち、光強度の変化効率（ｄＰ／ｄＩ）
を抑えることが可能となる。従って、光出力の安定した
半導体レーザを得ることが可能となる。
【００１７】
【数１】なお、正規化周波数Ｖは、以下の式１により定
義される。 Ｖ＝ｋ0・（√（ｎ1 2−ｎ2 2））・Ｔ （式１） ここで、ｋ0：自由空間の波数（２π／λ） ｎ1：ガイド層の屈折率 ｎ2：クラッド層の屈折率 Ｔ：ガイド層の層厚
【００１８】上記第１クラッド層は、上記ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ活性層を挟んで、上記ＧａＡｓ基板と反対側に設け
られたものであってもよい。かかる構造を用いることに
より、リッジ型の半導体レーザに、本発明を適用でき
る。
【００１９】上記第１クラッド層は、上記ＩｎxＧａ1-x
Ａｓ活性層に対して、上記ＧａＡｓ基板と同じ側に設け
られ、更に、上記第２クラッド層上に、ＧａＡｓコンタ
クト層が積層されたものであっても良い。かかる構造を
用いることにより、埋め込み型電流ブロック層を備えた
半導体レーザに、本発明を適用できる。
【００２０】上記第１ガイド層の層厚は、上記第２ガイ
ド層の層厚より大きいことが好ましい。上記式１より、
第１ガイド層の層厚を、第２ガイド層の層厚より大きく
することにより、第１ガイド層の有する正規化周波数
を、第２ガイド層の有する正規化周波数より大きくでき
るからである。
【００２１】上記第１ガイド層の屈折率は、上記第２ガ
イド層の屈折率より大きいことが好ましい。上記式１よ
り、第１ガイド層の屈折率を、第２ガイド層の屈折率よ
り大きくすることにより、第１ガイド層の有する正規化
周波数を、第２ガイド層の有する正規化周波数より大き
くできるからである。
【００２２】上記第２クラッド層の屈折率は、上記第１
クラッド層の屈折率より大きいことが好ましい。かかる
構造を用いることにより、レーザ光のアスペクト比を向
上させ、電流−光強度特性において、光強度の横モード
のモード変化に起因して発生するキンクを高くすること
ができる。これにより、安定した光強度を得ることがで
きる。
【００２３】上記第２クラッド層の層厚は、上記第１ク
ラッド層の層厚より大きいことが好ましい。かかる構造
を用いることにより、ＩｎＧａＡｓ活性層とＧａＡｓ基
板との距離が大きくなり、ＧａＡｓ基板内への光強度分
布を、更に、抑えることができるからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１（ａ）は、本
発明の実施の形態１にかかる半導体レーザの断面図であ
る。全体が１００で示される半導体レーザでは、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に、厚さが０．９μｍのｎ−Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ第１クラッド層２が形成されている。第１ク
ラッド層２上には、第１クラッド層２より屈折率が低
く、厚さが０．９μｍのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ第２
クラッド層（低屈折率層）３が形成されている。更に、
厚さが４０ｎｍのｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓガイド層
４、厚さが４０ｎｍのｉ−ＧａＡｓ0.958Ｐ0.042ガイド
層５、厚さが１５ｎｍのＩｎ0.113Ｇａ0.8 87Ａｓ活性層
６、厚さが４０ｎｍのアンドープｉ−ＧａＡｓ0.958Ｐ
0.042ガイド層７、厚さが４０ｎｍのｉ−Ａｌ0.20Ｇａ
0.80Ａｓガイド層８が積層されている。
【００２５】ガイド層８の上には、厚さが０．９μｍの
ｐ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ第２クラッド層（低屈折率
層）９、厚さが０．９μｍのｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ
第１クラッド層１０が形成される。第２クラッド層９の
屈折率は、第１クラッド層１０の屈折率より低くなって
いる。第１クラッド層１０には、電流狭窄層としてリッ
ジ部１１が形成されている。リッジ部１１上にはｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層１２が形成され、更に、絶縁膜１３
が設けられている。絶縁膜１３上には、コンタクト層１
２と電気的に接続するようにｐ側電極１４が形成されて
いる。一方、基板１の裏面には、ｎ側電極１５が形成さ
れている。
【００２６】また、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に、半導
体レーザ１００の厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布
及び光強度の分布を示す。なお、以下の図面において
も、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向は、図１（ａ）に示す各軸
の方向と同じ方向とする。
【００２７】図２（ａ）は、比較例１の半導体レーザで
あって、低屈折率層３、９を設けない半導体レーザ１５
０の断面図である。図１（ａ）で用いた符号で用いた符
号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所を示
す。また、２ａは、厚さが１．８μｍのｎ−Ａｌ0.30Ｇ
ａ0.70Ａｓ第１クラッド層、５ａは厚さが３４ｎｍのｉ
−ＧａＡｓ0.950Ｐ0.050層、７ａは厚さが３４ｎｍのｉ
−ＧａＡｓ0.950Ｐ0.050層、１０ａは厚さが１．８μｍ
のｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１クラッド層である。ま
た、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に、半導体レーザ１５０
の厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布及び光強度の分
布を示す。
【００２８】図３は、横モードのレーザ発光が、基本モ
ード（０次モード）から１次モードに変わる境界（カッ
トオフ境界）を示す。図３において、横軸が残し膜厚
ｔ、縦軸がリッジ幅ｗを示す（ｔ、ｗについては、（図
１（ａ）、図２（ａ）参照））。図中、線Ａは図１
（ａ）の半導体レーザ１００のカットオフ境界を示し、
線Ｂは図２（ａ）の半導体レーザ１５０のカットオフ境
界を示す。線Ａ、Ｂより上側は基本モードと１次モード
の双方が許容される領域であり、線Ａ、Ｂより下側は基
本モードのみが許容される領域である。図３から明らか
なように、半導体レーザの残し膜厚ｔ、リッジ幅ｗを変
更する場合、半導体レーザ１００（線Ａ）の方が広い領
域で基本モードとなる。即ち、本実施の形態にかかる半
導体レーザ１００を用いることにより、基本モードのみ
が許容される安定領域が大幅に拡大できる。これは、低
屈折率層３、９を挿入することにより、光強度の分布
が、図２（ｃ）から図１（ｃ）のように、狭くなったた
めと考えられる。
【００２９】一方、図４は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol.
36 pp.2676-2680, 1997(T. Hashimoto, et.al., "Redu
ction of Beam Divergence Angle by Low-Refractive-I
ndexLayers Introduced to Real-Refractive-Index-Gui
ded GaAlAs High-Power Laser Diodes")に記載された実
屈折率型半導体レーザ１６０の断面図である。全体が１
６０で表される半導体レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板２
０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２０２、厚さが２．
５μｍのｎ−Ａｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層２０３、
ｎ−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層２０４、２重量子井戸から
なるＡｌＧａＡｓ活性層２０５、厚さ０．１５μｍのｐ
−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層２０６が積層されている。な
お、活性層２０５には、２つのガイド層、２つの量子井
戸層、及び量子井戸層に挟まれたバリア層が含まれ、そ
の総層厚は５９ｎｍである。低屈折率層２０６上には、
厚さが０．７μｍのｎ−Ａｌ0.625Ｇａ0.375Ａｓ電流ブ
ロック層２０７が一部に形成され、その上に、ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓ低屈折率層２０８、厚さが２．５μｍのｐ−Ａ
ｌ0.48Ｇａ0.52Ａｓクラッド層２０９、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層２１０が形成される。
【００３０】図５（ａ）は、図４の半導体レーザ１６０
のストライプ部の拡大図である。また、図５（ｂ）及び
図５（ｃ）は、半導体レーザ１６０の厚み方向（Ｘ軸方
向）の屈折率の分布及び光強度の分布である。
【００３１】図４の半導体レーザ１６０では、ストライ
プ部における活性層２０５の厚さは、上述のように５９
ｎｍである。かかる厚さ（５９ｎｍ）は、半導体レーザ
１６０の発振波長７８０ｎｍの約８％程度であり非常に
薄い。それゆえに、Ｘ軸方向の光の閉じ込めは弱くなっ
ている。また、図４の半導体レーザ１６０では、活性層
２０５とクラッド層２０３、２０９の間に、それぞれ低
屈折率層２０４、２０６、２０８が挿入されているた
め、屈折率分布は、図５（ｂ）のようになる。
【００３２】図５（ｃ）において、実線は半導体レーザ
１６０の光強度分布であり、破線は、低屈折率層を挿入
しない場合の光強度分布である。図から明らかなよう
に、低屈折率層２０４、２０６、２０７を挿入すること
により、活性層２０５、クラッド層２０３、２０９では
光強度が増加し、低屈折率層２０４、２０６、２０８で
は光強度が減少する。このため、実効的な発光光の広が
りを低減することができる。しかしながら、光強度の分
布は、Ｘ軸方向に広がるため、電流ブロック層２０７の
影響を受けやすくなる。この結果、横モードにおいて、
基本モードから高次モードへの移行が発生しやすく、光
出力の低下が見られるようになる。また、上述のよう
に、活性層２０５内への光閉じ込め率が小さくなるた
め、高温におけるしきい値電流の増加、発光効率の低下
を招くこととなる。
【００３３】これに対して、図１（ａ）に示す本実施の
形態にかかる半導体レーザ１００では、ガイド層と活性
層の総層厚が１７５ｎｍである。かかる厚さ（１７５ｎ
ｍ）は、半導体レーザ１００の発振波長９８０ｎｍの約
１８％であり、図４の半導体レーザ１６０に比べて厚く
なっている。従って、発光光の多くの部分を、ガイド
層、活性層内に閉じ込めることができる。この結果、図
１（ａ）の導体レーザ１００では、活性層内への光閉じ
込め率は４．０５％となる。これに対して、例えば、図
２のような低屈折率層を挿入しない半導体レーザ１５０
では、活性層への光閉じ込め率は３．４５％となる。こ
のように、半導体レーザのガイド層と活性層の総層厚
を、発振波長の１５％以上とすることにより、発光光を
活性層に十分に閉じ込めることが可能となる。これによ
り、高温におけるしきい値電流の増加及び発光効率の低
減を防止することができる。
【００３４】なお、低屈折率層を挿入した図１（ａ）の
半導体レーザ１００の発光光の広がり角は２９．４°で
ある。一方、低屈折率層を挿入しない図２（ａ）の半導
体レーザ１５０の発光光の広がり角は２９．５°であ
る。このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ１
００では、低屈折率層を挿入して、活性層内への光閉じ
込め率を増大させたにも拘わらず、発光光の広がり角は
増大しない。これは、図４の半導体レーザ１６０と異な
り、本実施の形態にかかる半導体レーザ１００では、ガ
イド層、活性層の総層厚が十分に厚いために、ガイド
層、活性層内に光を十分に閉じ込め、低屈折率層（第２
クラッド層）、第１クラッド層への光の分布を低減でき
るためである。
【００３５】また、本実施の形態にかかる半導体レーザ
１００では、同様に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
２、１０への光の分布も小さいため、リッジ部１１の横
方向（Ｙ軸方向）の屈折率分布の影響も受けにくい。こ
の結果、図３に示すように、基本モードで発光する領域
を拡大させることができる。
【００３６】実施の形態２．図６（ａ）に、本実施の形
態にかかる半導体レーザ２００の断面図である。半導体
レーザ２００の構造は、図１（ａ）の半導体レーザ１０
０と同じである。但し、第１クラッド層２には厚さが
１．３μｍのｎ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ、第２クラッド
層３には厚さが０．５μｍのｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａ
ｓ、第２クラッド層９には厚さが０．５μｍのｐ−Ａｌ
0.35Ｇａ0.65Ａｓ、第１クラッド層１０には厚さが１．
３μｍのｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓが、それぞれ用いら
れている。
【００３７】図６（ｂ）は、厚み方向の屈折率の分布で
ある。第１クラッド層２のＡｌの組成比を、第１クラッ
ド層１０より大きくすることにより、第１クラッド層２
の屈折率が第１クラッド層１０の屈折率より大きくなっ
ている。
【００３８】図６（ｃ）は、厚み方向の光強度分布であ
る。図中、実線は、本実施の形態にかかる半導体レーザ
２００の光強度分布である。一方、破線は、第１クラッ
ド層２と第１クラッド層１０のＡｌの組成比が等しい半
導体レーザの光強度分布である。
【００３９】図６（ｃ）から明らかなように、本実施の
形態にかかる半導体レーザ２００では、発光光の強度分
布が、基板１側に広がる。この結果、光強度分布のＸ軸
方向の遠視野像が狭くなり、レーザ光のアスペクト比を
低減できる。
【００４０】なお、本実施の形態にかかる半導体レーザ
２００では、低屈折率層３、９が形成されているため、
実施の形態１にかかる半導体レーザ１００と同様に、基
本モードのみの発光領域が大幅に拡大する等の効果を得
ることができる。
【００４１】図７（ａ）は、本実施の形態にかかる他の
半導体レーザ２１０の断面図である。図６（ａ）で用い
た符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所を
示す。また、図７（ｂ）は半導体レーザ２１０の厚み方
向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図７（ｃ）は厚み方向
の光強度の分布を示す。
【００４２】図７（ａ）に示す半導体レーザ２１０で
は、低屈折率層９を、第２ガイド層８と第１クラッド層
１０との間にのみ設けた。また、第１クラッド層２の層
厚を、１．３μｍから１．８μｍに大きくした。他の構
造は、半導体レーザ２００と同様である。
【００４３】このように、第１クラッド層２（ｎ−Ａｌ
0.28Ｇａ0.72Ａｓ）のＡｌ組成比を、第１クラッド層１
０（ｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ）より小さくし、第１ク
ラッド層２の屈折率を、第１クラッド層１０の屈折率を
高くすることにより、発光光の強度分布を基板１側に広
げることができる。この結果、上記半導体レーザ２００
と同様に、光強度分布のＸ軸方向の遠視野像が狭くな
り、レーザ光のアスペクト比を低減できる。また、低屈
折率層９を、活性層６よりリッジ１１側のみに挿入する
ことによっても、活性層６内での光の閉じ込め率が増大
し、高温でのしきい値電流の増加及び発光効率の低下等
を防止できる。また、第１クラッド層２の層厚を厚くし
て、発光光のピーク位置からｎ−ＧａＡｓ基板１までの
距離を大きくすることにより、基板１中への光の分布を
小さくすることができる。これにより、後述するよう
に、電極１４、１５間での光の共振を抑えることができ
る。
【００４４】図８（ａ）は、本実施の形態にかかる他の
半導体レーザ２２０の断面図である。図６（ａ）で用い
た符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所を
示す。また、図８（ｂ）は半導体レーザ２２０の厚み方
向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図８（ｃ）は厚み方向
の光強度の分布を示す。
【００４５】図８（ａ）に示す半導体レーザ２２０で
は、低屈折率層３を、第１クラッド層１と第２ガイド層
３との間にのみ設けた。他の構造は、半導体レーザ２０
０と同様である。このように、第１クラッド層２の屈折
率を、第１クラッド層１０の屈折率より高くすることに
より、発光光の分布を基板１側に広げることができる。
この結果、上記半導体レーザ２００と同様に、レーザ光
のアスペクト比を低減できる。また、低屈折率層９を、
活性層６より基板１側のみに挿入することによっても、
活性層６内での光の閉じ込め率が増大し、高温でのしき
い値電流の増加及び発光効率の低下等を防止できる。
【００４６】実施の形態３．図９（ａ）に、本実施の形
態にかかる半導体レーザ３００の断面図を示す。全体が
３００で示される半導体レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、厚さが０．８μｍのｎ−Ａｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ
第１クラッド層２が形成されている。第１クラッド層２
上には、厚さが４０ｎｍのｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓガ
イド層４、厚さが４０ｎｍのｉ−ＧａＡｓ0.958Ｐ0.042
ガイド層５、厚さが１５ｎｍのＩｎ0.113Ｇａ0.887Ａｓ
活性層６、厚さが５０ｎｍのアンドープｉ−ＧａＡｓ
0.958Ｐ0.042ガイド層７、厚さが５０ｎｍのｉ−Ａｌ
0.20Ｇａ0.80Ａｓガイド層８が積層されている。ガイド
層８の上には、厚さが１．８μｍのｐ−Ａｌ0.30Ｇａ
0.70Ａｓ第１クラッド層１０が形成される。
【００４７】第１クラッド層１０には、電流狭窄層とし
てリッジ部１１が形成されている。リッジ部１１上には
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２が形成され、更に、絶縁
膜１３が設けられている。絶縁膜１３上には、コンタク
ト層１２と電気的に接続するようにｐ側電極１４が形成
されている。一方、基板１の裏面には、ｎ側電極１５が
形成されている。また、図９（ｂ）は半導体レーザ３０
０の厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図９（ｃ）
は厚み方向の光強度の分布を示す。
【００４８】このように、第１クラッド層２の屈折率
を、第１クラッド層１０の屈折率より大きくすることに
より、実施の形態２と同様に、発光光の光強度分布を、
基板１側に拡大することができる。これにより、レーザ
光のアスペクト比を低減できる。
【００４９】しかしながら、図９（ｃ）に破線で示した
ように、発光光の分布を基板１側に拡大させた場合、発
光強度のピーク位置（発光強度が最大となる位置）も基
板１側にシフトする。このように、発光強度のピーク位
置が活性層６からずれた場合、半導体レーザ３００の発
光効率が低下する。従って、本実施の形態では、活性層
６よりリッジ１１側のガイド層（ｉ−ＧａＡｓＰ層７、
ｉ−ＡｌＧａＡｓ層８）の層厚（合計１００ｎｍ）を、
基板側のガイド層（ｉ−ＡｌＧａＡｓ層４、ｉ−ＧａＡ
ｓＰ層５）の層厚（合計８０ｎｍ）より厚くしている。
これにより、基板１側にシフトした発光強度のピーク位
置をリッジ１１側にシフトさせ、活性層６内に移動させ
ることができる。この結果、光とキャリアの相互作用を
強めることができ、発光効率を向上させることができ
る。
【００５０】図１０（ａ）は、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ３１０の断面図である。図９（ａ）で用
いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所
を示す。また、図１０（ｂ）は半導体レーザ３１０の厚
み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１０（ｃ）は厚
み方向の光強度の分布を示す。
【００５１】半導体レーザ３１０は、上記半導体レーザ
３００に、低屈折率層３、９を挿入した構造となってい
る。半導体レーザ３１０では、上述の半導体レーザ３０
０と同様に、基板１側にシフトした発光強度のピーク位
置をリッジ側にシフトさせ、ピーク位置を活性層６内に
移動させることができる。この結果、光とキャリアの相
互作用を強くして、発光効率を向上させることができ
る。発光効率については、従来構造の半導体レーザ（図
２）では、スロープ効率が約０．８５Ｗ／Ａであったも
のが、半導体レーザ３１０では、約０．９５Ｗ／Ａまで
向上した。
【００５２】また、低屈折率層３、９を挿入することに
より、活性層６内への光の閉じ込め率を大きくし、高温
でのしきい値電流の増加や発光効率の低下等を防止でき
る。
【００５３】図１１（ａ）は、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ３２０の断面図である。図９（ａ）で用
いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所
を示す。また、図１１（ｂ）は半導体レーザ３２０の厚
み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１１（ｃ）は厚
み方向の光強度の分布を示す。
【００５４】半導体レーザ３２０は、上記半導体レーザ
３１０の第１クラッド層２（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）の層厚
を、０．８μｍから３．０μｍに厚くしたものである。
このように、発光光のピーク位置からｎ−ＧａＡｓ基板
１までの距離を大きくすることにより、基板１中への光
の分布を小さくすることができる。この結果、P. G. El
iseev and A. E. Drakinらが指摘した、電極１４、１５
間での光の共振を抑えることができる（"Analysis of t
he mode internal coupling in InGaAs/GaAs laser dio
des, "Laser Physics, Vol. 4, No.3, pp. 485-492, 19
94）。
【００５５】図１２（ａ）に、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ３３０の断面図を示す。図９（ａ）で用
いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所
を示す。また、図１２（ｂ）は半導体レーザ３３０の厚
み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１２（ｃ）は厚
み方向の光強度の分布を示す。
【００５６】半導体レーザ３３０は、半導体レーザ３０
０に対して、更に、活性層６よりリッジ１１側に、厚さ
１．８μｍの低屈折率層９（ｎ−Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ａ
ｓ）を挿入したものである。このように、低屈折率層９
を活性層６のリッジ１１側のみに挿入しても、活性層６
内へに光閉じ込め率を増大させることができる。この結
果、高温でのしきい値電流の増加及び発光効率の低下等
を防止することができる。
【００５７】なお、低屈折率層は、活性層６より基板１
側のみに挿入しても同様の効果を得ることができる。
【００５８】図１３（ａ）に、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ３４０の断面図を示す。図９（ａ）で用
いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個所
を示す。また、図１３（ｂ）は半導体レーザ３３０の厚
み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１３（ｃ）は厚
み方向の光強度の分布を示す。
【００５９】半導体レーザ３４０は、半導体レーザ３０
０に対して、更に、活性層６よりリッジ１１側に、厚さ
１．８μｍの低屈折率層９（ｎ−Ａｌ0.26Ｇａ0.74Ａ
ｓ）を挿入し、かつ第１クラッド層２（ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ）の層厚を、０．８μｍから３．０μｍに厚くしたも
のである。
【００６０】このように、低屈折率層９を挿入すること
により、活性層６内へに光閉じ込め率を増大させて、高
温でのしきい値電流の増加及び発光効率の低下等を防止
することができる。また、発光光のピーク位置からｎ−
ＧａＡｓ基板１までの距離を大きくすることにより、基
板１中への光の分布を小さくして、電極１４、１５間で
の光の共振を抑えることができる。
【００６１】実施の形態４．図１４（ａ）は、本実施の
形態にかかる半導体レーザ４００の断面図である。図１
（ａ）で用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又
は相当個所を示す。また、図１４（ｂ）は半導体レーザ
４１０の厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１４
（ｃ）は厚み方向の光強度の分布を示す。
【００６２】本実施の形態にかかる半導体レーザ４００
では、第１クラッド層２がｎ−Ａｌ 0.28Ｇａ0.72Ａｓか
ら形成され、一方、第１クラッド層１０がｐ−Ａｌ0.30
Ｇａ 0.70Ａｓから形成されている。これにより、第１ク
ラッド層２の屈折率が、第１クラッド層１０の屈折率よ
り高くなる。また、活性層６よりリッジ１１側のガイド
層（ｉ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ0.09 0Ｐ0.010層７、ｉ−
Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層８）の屈折率を、活性層６より
基板側のガイド層（ｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層４、ｉ
−ＧａＡｓ0.958Ｐ0.042層５）の屈折率より高くしてい
る。なお、ガイド層の層厚は、それぞれ８０ｎｍであ
る。
【００６３】このように、上記実施の形態３にかかる半
導体レーザ３００と同様に、第１クラッド層２の屈折率
を、第１クラッド層１０の屈折率より高くすることによ
り、基板１側にシフトした発光強度のピーク位置（図１
４（ｃ）中に破線で示す。）をリッジ１１側にシフトさ
せることができ（図１４（ｃ）中に実線で示す。）、発
光強度のピーク位置を活性層６内に移動させることがで
きる。この結果、光とキャリアの相互作用を強め、発光
効率を向上させることができる。
【００６４】図１５（ａ）は、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ４１０の断面図である。図１４（ａ）で
用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個
所を示す。また、図１５（ｂ）は半導体レーザ４１０の
厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１５（ｃ）は
厚み方向の光強度の分布を示す。
【００６５】半導体レーザ４１０では、上記半導体レー
ザ４００に対して、第１クラッド層２、１０と第１ガイ
ド層４、８との間に、それぞれ低屈折率層３、９が挿入
されている。他の構造は、上記半導体レーザ４００と同
じである。
【００６６】このように、低屈折率層３、９を挿入する
ことにより、活性層６内への光閉じ込め率を増大させ
て、高温でのしきい値電流の増加及び発光効率の低下等
を防止することができる。
【００６７】図１６（ａ）は、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ４２０の断面図である。図１４（ａ）で
用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個
所を示す。また、図１６（ｂ）は半導体レーザ４２０の
厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１６（ｃ）は
厚み方向の光強度の分布を示す。
【００６８】半導体レーザ４２０は、上記半導体レーザ
４１０に対して、第１クラッド層２（ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ）の層厚を、０．８μｍから３．０μｍに厚くしたも
のである。このように、発光光のピーク位置からｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１までの距離を大きくすることにより、基板
１中への光の分布を小さくすることができる。これによ
り、電極１４、１５間での光の共振を抑えることができ
る。
【００６９】図１７（ａ）に、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ４３０の断面図を示す。図１４（ａ）で
用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個
所を示す。また、図１７（ｂ）は半導体レーザ４３０の
厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１７（ｃ）は
厚み方向の光強度の分布を示す。
【００７０】半導体レーザ４３０では、半導体レーザ４
００に対して、更に、活性層６より基板１側に、厚さ
０．５μｍの低屈折率層３（ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａ
ｓ）を挿入し、かつ第１クラッド層２（ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ）の層厚を、０．８μｍから３．０μｍに厚くしたも
のである。
【００７１】このように、低屈折率層３を挿入すること
により、活性層６内への光閉じ込め率を増大させて、高
温でのしきい値電流の増加及び発光効率の低下等を防止
することができる。また、発光光のピーク位置からｎ−
ＧａＡｓ基板１までの距離を大きくすることにより、基
板１中への光の分布を小さくして、電極１４、１５間で
の光の共振を抑えることができる。
【００７２】図１８（ａ）に、本実施の形態にかかる他
の半導体レーザ４４０の断面図を示す。図１４（ａ）で
用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当個
所を示す。また、図１８（ｂ）は半導体レーザ４４０の
厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１８（ｃ）は
厚み方向の光強度の分布を示す。
【００７３】半導体レーザ４４０では、半導体レーザ４
００に対して、更に、活性層６より基板１側に、厚さ
０．５μｍの低屈折率層３（ｎ−Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａ
ｓ）を挿入している。
【００７４】このように、低屈折率層３を挿入すること
により、活性層６内への光閉じ込め率を増大させて、高
温でのしきい値電流の増加、発光効率の低下等を防止す
ることができる。なお、低屈折率層３を活性層６よりリ
ッジ１１側に挿入した場合も、同様の効果を得ることが
できる。
【００７５】実施の形態５．図１９（ａ）は、本実施の
形態にかかる半導体レーザ５００の断面図である。図１
（ａ）で用いた符号と同一符号を付した部分は、同一又
は相当個所を示す。また、図１４（ｂ）は半導体レーザ
４１０の厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率の分布、図１４
（ｃ）は厚み方向の光強度の分布を示す。
【００７６】本実施の形態にかかる半導体レーザ５００
では、活性層６より基板１側のガイド層が、厚さ４０ｎ
ｍのｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓガイド層４と、厚さ４０
ｎｍのｉ−ＧａＡｓ0.958Ｐ0.042ガイド層５とから形成
されている。一方、活性層６よりリッジ１１側のガイド
層が、厚さ６０ｎｍのｉ−Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ａｓ0.99 5
Ｐ0.005ガイド層２０と、厚さ６０ｎｍのｉ−Ａｌ0.25
Ｇａ0.75Ａｓガイド層２１から形成されている。他の構
成は、図１４（ａ）の半導体レーザ４００と同様であ
る。
【００７７】半導体レーザ５００では、第１クラッド層
２の屈折率が、第１クラッド層１０の屈折率より大きい
ため、図１９（ｃ）に示すように、光強度の分布を基板
１側に拡大し、発光光の広がりが低減される。これによ
り、レーザ光のアスペクト比を低減することができる。
【００７８】また、リッジ１１側のガイド層２０、２１
の層厚を、基板１側のガイド層４、５の層厚より厚くす
ることにより、発光強度のピークの位置を活性層６内に
シフトさせることができる。これにより、光とキャリア
の相互作用を強め、発光効率を向上させることができ
る。
【００７９】更に、半導体レーザ５００では、ガイド層
２０のバンドギャップが、ガイド層５のバンドギャップ
より大きくなっている。また、ガイド層４のバンドギャ
ップが、ガイド層２１のバンドギャップより大きくなっ
ている。これにより、電極１５から活性層６に注入され
る電子が、電極１５側にオーバーフローするのを防止
し、発光効率を向上させることができる。
【００８０】なお、上記実施の形態１から５では、活性
層６を挟んで、基板１と反対側に電流狭窄層（リッジ部
１１）を有する構造について説明したが、例えば図４に
ように、基板側に電流狭窄層を有する構造にも、本発明
を適用できる。
【００８１】また、電流狭窄層として、リッジ構造を例
に説明したが、かかる構造に限るものではない。例え
ば、埋め込み型の電流狭窄層等を用いてもかまわない。
【００８２】また、活性層６には、単一量子井戸構造、
多重量子井戸構造のいずれの構造を用いてもよい。本発
明の半導体レーザでは、歪補償のために、活性層６に接
するガイド層５、７の材料にＧａＡｓＰを用いたが、歪
補償しない場合には、例えばＧａＡｓを用いることもで
きる。また、ガイド層全体で、歪補償を行うこともでき
る。
【００８３】また、上記実施の形態では、ＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ系ＬＤ（レーザダイオード）を例に説明した
が、本発明は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＬＤ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系ＬＤ等の他の半導体レーザにも適用
することができる。
【００８４】実施の形態６．図２０（ａ）は、本発明の
実施の形態６にかかる半導体レーザの断面図であり、図
２０（ｂ）は厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率である。図
中、図２５（ａ）で用いた符号と同一符号を付した部分
は、同一又は相当箇所を示す。本実施の形態にかかる半
導体レーザ６００の層構造は、図２５（ａ）の半導体レ
ーザの層構造と略同一であるが、リッジ側のガイド層１
０６、１０７の有する正規化周波数を、基板側のガイド
層１０３、１０４の有する正規化周波数より大きくする
ために、ガイド層１０６、１０７の層厚を、ガイド層１
０３、１０４の層厚より大きくした点で異なっている。
ここで、正規化周波数Ｖは、上述の式１により表される
ため、本実施の形態のように、ガイド層の層厚Ｔを大き
くすることにより、正規化周波数Ｖを大きくできる。
【００８５】具体的には、図２０（ａ）の構造では、ｎ
型ＧａＡｓ基板１０１上に積層されたｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１０２の屈折率ｎlcは３．３５５０、層厚ｄ
lcは２．５μｍである。また、基板側のアンドープＡｌ
ＧａＡｓ第２ガイド層１０３の層厚ｄlg2は５０ｎｍ、
屈折率は３．４０６である。また、基板側のアンドープ
ＧａＡｓ第１ガイド層１０４の層厚ｄlg1は１０ｎｍ
で、屈折率は３．５１３である。また、アンドープＩｎ
ＧａＡｓ活性層１０５は、層厚が８ｎｍの二重量子井戸
からなり、その間に２０ｎｍのＧａＡｓバリア層が含ま
れている。屈折率は３．５５７である。ＩｎxＧａ1-xＡ
ｓ層の組成は、所望の発光波長が得られるように、０＜
ｘ≦０．３の範囲内で適宜選択される。更に、リッジ側
のアンドープＧａＡｓ第１ガイド層１０６の層厚ｄug1
は４０ｎｍで、屈折率は３．５１３である。また、リッ
ジ側のアンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７の層
厚ｄug2は３０ｎｍ、屈折率は３．４０６である。ま
た、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０８の屈折率ｎucは
３．３４３で、層厚ｄucは１．８μｍである。
【００８６】このように、半導体レーザ６００では、活
性層１０５を挟む第１ガイド層１０４、１０６、第２ガ
イド層１０３、１０７の屈折率がそれぞれ同じである
が、リッジ側の第１、第２ガイド層１０６、１０７の層
厚が、基板側の第１、第２ガイド層１０３、１０４の層
厚より大きくなっているため、リッジ側のガイド層１０
６、１０７の正規化周波数が、基板側のガイド層１０
３、１０４の正規化周波数より大きくなる。この結果、
ＩｎＧａＡｓ活性層１０５で発生したレーザ光の発光強
度のピーク位置は、リッジ側のガイド層１０６、１０７
側にシフトし、ＧａＡｓ基板１０１中に分布する光強度
を少なくできる。
【００８７】半導体レーザ６００では、ｎ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層１０２の中で、ＧａＡｓ基板側の０．５μ
ｍの層１０２’内に含まれる光強度の分布は、全体の
０．０７％となる。後述する比較例で示すように、図２
５（ａ）に示す従来構造の半導体レーザ１７０では、Ｇ
ａＡｓ基板側の０．５μｍの層１０２’内に含まれる光
の分布は、全体の０．５９％である。即ち、本実施の形
態にかかる構造を用いることにより、ｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１０２中で、基板１０１側の０．５μｍの層
１０２’内に含まれる光強度の分布は、図６の従来構造
の半導体レーザの約１／９に低減できる（従来構造の半
導体レーザ１７０の詳細については、比較例２として後
述する）。このことは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１内に分
布する光強度分布をも低減できることを意味する。
【００８８】ここで、半導体レーザに供給する電流の変
化に対する光強度の変化効率（ｄＰ／ｄＩ）は、上述
の"Analysis of the mode internal coupling in InGaA
s/GaAslaser diodes"に示されているように、ｐ側電極
１１２とｎ側電極１１３との間での光の共振により発生
すると考えられる。発明者らの検討によれば、ＧａＡｓ
基板１０１内への光分布を低減することにより、ｐ側電
極１１２とｎ側電極１１３との間での光の共振を減らす
ことができ、この結果、光強度の変化効率（ｄＰ／ｄ
Ｉ）を抑えることできる。
【００８９】従って、かかる構造を用いて、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１０１内への光の分布を少なくすることにより、
ｐ側電極１１２とｎ側電極１１３との間での光の共振を
減らし、縦モード変化に起因するキンクレベルを向上さ
せること、即ち、光強度の変化効率（ｄＰ／ｄＩ）を抑
えることが可能となる。
【００９０】尚、かかる構造では、レーザ光の強度分布
のピーク位置がリッジ側にシフトするため、リッジ部１
０９の不連続な屈折率の影響を受けることが懸念され
る。しかし、ＩｎＧａＡｓ活性層１０５に隣接するリッ
ジ側のガイド層１０６、１０７の層厚が、基板側のガイ
ド層１０３、１０４に比べて大きいため、レーザ光はリ
ッジ側には広がりにくく、リッジ部１０９の不連続な屈
折率による影響は問題にならない程度に低減される。
【００９１】図２１は、図２０の半導体レーザ６００の
電流−光出力（Ｐ−Ｉ）特性、及び電流−効率（ｄＰ／
ｄＩ−Ｉ）特性である。横軸は電流（Ｉ）を示し、縦軸
は光出力（Ｐ）及び効率（ｄＰ／ｄＩ）を示す。また、
線（ａ）は電流（Ｉ）と光出力（Ｐ）との関係を示し、
線（ｂ）は電流（Ｉ）と効率（ｄＰ／ｄＩ）との関係を
示す。図２６（ａ）の従来構造の半導体レーザに比較し
て、効率（ｄＰ／ｄＩ）の変動が抑えられ、安定したレ
ーザ光が得られることがわかる。
【００９２】尚、図２０（ａ）では、リッジ側のアンド
ープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７、及びリッジ側の
アンドープＧａＡｓ第１ガイド層１０６の双方の層厚を
大きくしたが、一方の層厚を大きくするだけでも同様の
効果が得られる。また、ガイド層の組成が連続的に変化
するグレーディッドインデクス型（Graded Index）のガ
イド層を用いる場合には、リッジ側のガイド層の層厚
を、基板側のガイド層の層厚より大きくなるように形成
すれば、同様の効果を得ることができる。なお、後述す
る実施の形態８においても同様に、これらの効果を得る
ことができる。
【００９３】また、図２０（ａ）の構造では、ＧａＡｓ
基板１０１側のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２の屈
折率を、リッジ側のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１１
の屈折率より大きくしているため、特開平１１−２３３
８８３号公報に記載された発明と同様に、レーザ光のア
スペクト比（θV（Ｘ軸方向のθ）／θH（Ｙ軸方向の
θ））を向上させることができる。これにより、電流−
光強度特性において、光強度の横モードのモード変化に
起因して発生するキンクを高くし、安定した光強度を得
ることができる。
【００９４】また、ＧａＡｓ基板１側のｎ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層１０２の層厚を、リッジ側のｐ型ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層１０８の層厚より大きくすることによ
り、ＩｎＧａＡｓ活性層１０５とＧａＡｓ基板１０１と
の距離を大きくし、ＧａＡｓ基板１０１に分布する光強
度を、更に、抑えることもできる。
【００９５】図２５（ａ）に比較例２として、従来構造
の半導体レーザ１７０を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１
上に積層されたｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２の屈
折率ｎlcは３．３５５０、層厚ｄlcは１．８μｍであ
る。また、基板側のアンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド
層１０３の層厚ｄlg2は５０ｎｍ、屈折率は３．４０６
である。また、基板側のアンドープＧａＡｓ第１ガイド
層１０４の層厚ｄlg1は１０ｎｍで、屈折率は３．５１
３である。また、アンドープＩｎＧａＡｓ活性層１０５
は、層厚が８ｎｍの二重量子井戸からなり、その間に２
０ｎｍのＧａＡｓバリア層が含まれている。屈折率は
３．５５７である。更に、リッジ側のアンドープＧａＡ
ｓ第１ガイド層１０６の層厚ｄug1は１０ｎｍで、屈折
率は３．５１３である。また、リッジ側のアンドープＡ
ｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７の層厚ｄug2は５０ｎ
ｍ、屈折率は３．４０６である。また、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層１０８の屈折率ｎucは３．３４３で、層厚
ｄucは１．５μｍである。
【００９６】このように、図２５（ａ）の半導体レーザ
１７０では、ＩｎＧａＡｓ活性層１０５を挟んで、第１
ガイド層１０４、１０６、及び第２ガイド層１０３、１
０７の屈折率、層厚が、それぞれ対称となるように形成
されている。かかる構造では、光強度は、活性層１０５
を中心としてＸ軸方向に略対称に分布するため、ｎ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層１０２中の、ＧａＡｓ基板側の
０．５μｍの層１０２’内に含まれる光強度分布は、全
体の約０．５９％となる。これは、図２０（ａ）の場合
の約９倍である。
【００９７】実施の形態７．図２２（ａ）に、実施の形
態７にかかる半導体レーザの断面図を、図２２（ｂ）に
厚み方向の屈折率を示す。図中、図２５（ａ）で用いた
符号と同一符号を付した部分は、同一又は相当箇所を示
す。本実施の形態にかかる半導体レーザ７００の層構造
は、図２５（ａ）の半導体レーザ１７０の層構造と略同
一であるが、リッジ側のガイド層１０６、１０７の有す
る正規化周波数を、基板側のガイド層１０３、１０４の
有する正規化周波数より大きくするために、ガイド層１
０６、１０７の屈折率を、ガイド層１０３、１０４の屈
折率より大きくしている点で異なっている。
【００９８】具体的には、リッジ側のアンドープＡｌＧ
ａＡｓ第２ガイド層１０７の屈折率ｎug2は、基板側の
アンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０３の屈折率ｎ
lg2より高く、また、リッジ側のアンドープＡｌＧａＡ
ｓ第１ガイド層１０６の屈折率ｎug1は、基板側のアン
ドープＡｌＧａＡｓ第１ガイド層１０４の屈折率ｎlg1
より高く設定している。このように設定すると、式１か
らわかるように、リッジ側のガイド層１０６、１０７の
有する正規化周波数を、基板側のガイド層１０３、１０
４の有する正規化周波数より大きくでき、上記実施の形
態６と同様の効果を得ることができる。即ち、ＧａＡｓ
基板１０１中への光の分布を少なくして、ｐ側電極１１
２とｎ側電極１１３との間で生じる共振現象を抑制する
ことにより、縦モード変化に起因するキンクレベルを向
上させることができる。これにより、効率（ｄＰ／ｄ
Ｉ）の変動を小さくして、安定した光出力を得ることが
できる。
【００９９】尚、本実施の形態では、リッジ側のアンド
ープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７、及びリッジ側の
アンドープＧａＡｓ第１ガイド層１０６の双方の屈折率
を高くしたが、一方の屈折率を高くするだけでも、同様
の効果が得られる。また、ガイド層の組成が連続的に変
化するグレーディッドインデクス型（Graded Index）の
ガイド層を用いる場合には、全体的に、リッジ側のガイ
ド層の屈折率を、基板側のガイド層の屈折率より高くな
るように形成すればよい。なお、後述する実施の形態９
においても同様に、これらの効果を得ることができる。
【０１００】実施の形態８．図２３（ａ）は、本発明の
実施の形態８にかかる半導体レーザの断面図、図２３
（ｂ）は厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率である。本実施
の形態にかかる半導体レーザ８００は、電流ブロック層
１４４がＧａＡｓ基板１３１の上に形成され、埋め込み
型の電流狭窄部１３９が設けられた構造となっている。
また、電流狭窄部１３９側のガイド層１３３、１３４の
有する正規化周波数を、表面側のガイド層１３６、１３
７の有する正規化周波数より大きくするために、ガイド
層１３３、１３４の層厚が、ガイド層１３６、１３７の
層厚より大きくなるように設計されている。
【０１０１】具体的には、図２３（ａ）の構造では、ｎ
型ＧａＡｓ基板１３１上に積層されたｎ型ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１３２の屈折率ｎlcは３．３５５０、層厚ｄ
lcは２．５μｍである。クラッド層１３２の一部は、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層からなる電流ブロック層１４４により
挟まれ、その間が電流狭窄部１３９となっている。更
に、その上に積層されたアンドープＡｌＧａＡｓ第２ガ
イド層１３３の層厚ｄlg2は５０ｎｍ、屈折率は３．４
０６である。また、その上に積層されたアンドープＧａ
Ａｓ第１ガイド層１３４の層厚ｄlg 1は１０ｎｍで、屈
折率は３．５１３である。また、その上に積層されたア
ンドープＩｎＧａＡｓ活性層１３５は、層厚が８ｎｍの
二重量子井戸からなり、その間に２０ｎｍのＧａＡｓバ
リア層が含まれている。屈折率は３．５５７である。
【０１０２】更に、表面側のアンドープＧａＡｓ第１ガ
イド層１３６の層厚ｄug1は４０ｎｍで、屈折率は３．
５１３である。また、その上に積層されたアンドープＡ
ｌＧａＡｓ第２ガイド層１３７の層厚ｄug2は３０ｎ
ｍ、屈折率は３．４０６である。また、その上に積層さ
れたｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８の屈折率ｎucは
３．３４３で、層厚ｄucは１．８μｍである。ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１３８の上には、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１４０が形成されている。ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層１４０の上部、及びＧａＡｓ基板１３１の下部に
は、ｐ側電極１４２、ｎ側電極１４３が、それぞれ設け
られている。
【０１０３】かかる構造では、ｐ型ＧａＡｓコンタクト
層１４０内に光が分布することにより、かかる光の振動
が維持され、ｐ側電極１４２、ｎ側電極１４３間の共振
の原因となる。従って、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４
０内への光強度分布を低減するようにガイド層が設計さ
れている。具体的には、基板側のガイド層１３３、１３
４の層厚を、上側のガイド層１３６、１３７の層厚より
大きくし、光強度のピーク位置を基板側にシフトさせる
ことにより、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４０中への光
の分布を低減している。これにより、ｐ側電極１１２と
ｎ側電極１１３との間で生じる共振現象を抑制し、縦モ
ード変化に起因するキンクレベルを向上させることがで
き、効率（ｄＰ／ｄＩ）の変動を小さくして、安定した
光出力を得ることができる。
【０１０４】なお、本実施の形態では、基板側のガイド
層１３３、１３４の層厚が、上側のガイド層１３６、１
３７の層厚より大きいため、基板側への光分布は少なく
なる。これにより、電流狭窄部１３９における不連続な
屈折率の影響、及びＧａＡｓ基板１３１中に光が分布す
ることにより発生する共振の影響は、問題にならない程
度にまで低減することができる。
【０１０５】更に、このように、埋めこみ型の電流ブロ
ック層１４４を有する構造においても、ＧａＡｓコンタ
クト層１４０側のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８の
屈折率を、基板側のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３２
の屈折率より大きくすることにより、レーザ光のアスペ
クト比（θV（Ｘ軸方向のθ）／θH（Ｙ軸方向のθ））
の向上が可能となる。
【０１０６】また、ＧａＡｓコンタクト層１４０側のｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８の層厚を、基板側のｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３２の層厚より大きくする
ことにより、ＩｎＧａＡｓ活性層１０５とＧａＡｓコン
タクト層１４０との距離を大きくし、ＧａＡｓコンタク
ト層１４０内に分布する光強度を、更に、抑えることも
可能となる。
【０１０７】実施の形態９．図２４（ａ）は、本発明の
実施の形態９にかかる半導体レーザの断面図であり、図
２４（ｂ）は厚み方向（Ｘ軸方向）の屈折率である。図
中、図２３（ａ）で用いた符号と同一符号を付した部分
は、同一又は相当箇所を示す。本実施の形態にかかる半
導体レーザ９００の層構造は、図２３（ａ）の半導体レ
ーザ８００の層構造と略同一であり、電流ブロック層１
４４がＧａＡｓ基板１３１の上に形成され、埋め込み型
の電流狭窄部１３９が設けられた構造となっている。一
方、本実施の形態にかかる半導体レーザ９００では、図
２３（ａ）の半導体レーザ８００と異なり、電流狭窄部
１３９側のガイド層１３３、１３４の有する正規化周波
数を、表面側のガイド層１３６、１３７の有する正規化
周波数より大きくするために、ガイド層１３３、１３４
の屈折率が、ガイド層１３６、１３７の屈折率より大き
くなるように設計されている。
【０１０８】具体的には、基板側のガイド層１３３、１
３４の屈折率を、上側のガイド層１３６、１３７の屈折
率より大きくし、光強度のピーク位置を基板側にシフト
させることにより、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４０中
への光の分布を低減している。これにより、ｐ側電極１
１２とｎ側電極１１３との間で生じる共振現象を抑制
し、縦モード変化に起因するキンクレベルを向上させる
ことができ、効率（ｄＰ／ｄＩ）の変動を小さくして、
安定した光出力を得ることができる。
【０１０９】なお、本実施の形態では、基板側のガイド
層１３３、１３４の屈折率が、上側のガイド層１３６、
１３７の屈折率より大きいため、基板側への光分布は少
なくなる。これにより、電流狭窄部１３９における不連
続な屈折率の影響、及びＧａＡｓ基板１３１中に光が分
布することにより発生する共振の影響は、問題にならな
い程度にまで低減することができる。
【０１１０】また、このように、埋めこみ型の電流ブロ
ック層１４４を有する構造においても、ＧａＡｓコンタ
クト層１４０側のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８の
屈折率を、基板側のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３２
の屈折率より大きくすることにより、レーザ光のアスペ
クト比（θV（Ｘ軸方向のθ）／θH（Ｙ軸方向のθ））
の向上が可能となる。
【０１１１】更に、ＧａＡｓコンタクト層１４０側のｐ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８の層厚を、基板側のｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３２の層厚より大きくする
ことにより、ＩｎＧａＡｓ活性層１０５とＧａＡｓコン
タクト層１４０との距離を大きくし、ＧａＡｓコンタク
ト層１４０内に分布する光強度を、更に、抑えることも
可能となる。
【０１１２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる半導体レーザでは、レーザ光のアスペクト比を
小さくでき、電流−光強度特性において、光強度の横モ
ードの変化に起因して発生するキンクを高くでき、光強
度の安定した半導体レーザを得ることができる。
【０１１３】また、基本モードでの発光から１次モード
での発光に移行するキンクレベルを高くし、光出力効率
（ｄＰ／ｄＩ）の変化の小さい半導体レーザを得ること
ができる。
【０１１４】また、高温におけるしきい値電流の増加及
び光出力効率（ｄＰ／ｄＩ）の低下を防止した半導体レ
ーザを得ることができる。
【０１１５】また、電極間で発生する光の振動を低減
し、電流−光出力特性における電流の変化に対する光出
力効率（ｄＰ／ｄＩ）の変化を小さくすることができ、
光出力の安定した半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ
の断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図２】 比較例１にかかる半導体レーザの断面図、屈
折率分布及び光強度分布である。
【図３】 基本モードと１次モードとのカットオフ境界
を示す図である。
【図４】 従来構造の半導体レーザの断面図である。
【図５】 従来構造の半導体レーザの断面図、屈折率分
布及び光強度分布である。
【図６】 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ
の断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図７】 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ
の断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図８】 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ
の断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図９】 本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ
の断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１０】 本発明の実施の形態３にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１１】 本発明の実施の形態３にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１２】 本発明の実施の形態３にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１３】 本発明の実施の形態３にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１４】 本発明の実施の形態４にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１５】 本発明の実施の形態４にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１６】 本発明の実施の形態４にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１７】 本発明の実施の形態４にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１８】 本発明の実施の形態４にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図１９】 本発明の実施の形態５にかかる半導体レー
ザの断面図、屈折率分布及び光強度分布である。
【図２０】 本発明の実施の形態６にかかる半導体レー
ザの断面図及び屈折率分布である。
【図２１】 電流と、光出力、効率との関係である。
【図２２】 本発明の実施の形態７にかかる半導体レー
ザの断面図及び屈折率分布である。
【図２３】 本発明の実施の形態８にかかる半導体レー
ザの断面図及び屈折率分布である。
【図２４】 本発明の実施の形態９にかかる半導体レー
ザの断面図及び屈折率分布である。
【図２５】 従来構造にかかる半導体レーザの断面図及
び屈折率分布である。
【図２６】 電流と、光出力、効率との関係である。
【符号の説明】
１ 基板、２、１０ 第１クラッド層、３、９ 第２ク
ラッド層（低屈折率層）、４、５、７、８ ガイド層、
６ 活性層、１１ リッジ部、１２ コンタクト層、１
３ 絶縁膜、１４ ｐ側電極、１５ ｎ側電極、１００
半導体レーザ。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板と、 該半導体基板上に形成された活性層と、 該活性層の両側に積層されたガイド層と、 該ガイド層の両側に積層されたクラッド層と、を含む半
    導体レーザであって、 該ガイド層と該クラッド層との間に、該クラッド層より
    屈折率の低い低屈折率層を含み、かつ、該活性層と該ガ
    イド層との総層厚が、該半導体レーザの発振波長の略１
    ５％以上であることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 上記活性層と上記ガイド層との総層厚
    が、上記半導体レーザの発振波長の略１８％であること
    を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 上記低屈折率層が、上記活性層の片側又
    は両側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の
    半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 半導体基板と、 該半導体基板上に形成された活性層と、 該活性層の一方の面に積層された第１ガイド層と、 該第１ガイド層に積層され、少なくとも一部に電流狭窄
    部が形成された第１クラッド層と、 該活性層の他方の面に積層された第２ガイド層と、 該第２ガイド層に積層され、該第１クラッド層より高い
    屈折率を有する第２クラッド層と、を含む半導体レーザ
    であって、 該半導体レーザの発光光が該活性層内で最大強度となる
    ように、該発光光の分布をシフトさせたことを特徴とす
    る半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 上記第１ガイド層の屈折率を、上記第２
    ガイド層の屈折率より大きくして、上記発光光の分布を
    シフトさせたことを特徴とする請求項４に記載の半導体
    レーザ。
  6. 【請求項６】 上記第１ガイド層の層厚を、上記第２ガ
    イド層の層厚より大きくして、上記発光光の分布をシフ
    トさせたことを特徴とする請求項４に記載の半導体レー
    ザ。
  7. 【請求項７】 更に、上記第１ガイド層のバンドギャッ
    プを、上記第２ガイド層のバンドギャップより大きくし
    たことを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 上記第２クラッド層が、上記基板と上記
    活性層の間に配置され、かつ該第２クラッド層の層厚
    が、上記第１クラッド層の層厚より大きいことを特徴と
    する請求項４に記載の半導体レーザ。
  9. 【請求項９】 ＧａＡｓ基板と、 該ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜
    ｘ≦０．３）活性層と、 該活性層の一方の面に積層された第１ガイド層と、 該第１ガイド層に積層され、少なくとも一部に電流狭窄
    部が形成された第１クラッド層と、 該活性層の他方の面に順次積層された第２ガイド層及び
    第２クラッド層と、を含む半導体レーザであって、 該第１ガイド層の有する正規化周波数を、該第２ガイド
    層の有する正規化周波数より大きくしたことを特徴とす
    る半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】 上記第１クラッド層が、上記ＩｎxＧ
    ａ1-xＡｓ活性層を挟んで、上記ＧａＡｓ基板と反対側
    に設けられたことを特徴とする請求項９に記載の半導体
    レーザ。
  11. 【請求項１１】 上記第１クラッド層が、上記ＩｎxＧ
    ａ1-xＡｓ活性層に対して、上記ＧａＡｓ基板と同じ側
    に設けられ、 更に、上記第２クラッド層上に、ＧａＡｓコンタクト層
    が積層されたことを特徴とする請求項９に記載の半導体
    レーザ。
  12. 【請求項１２】 上記第１ガイド層の層厚が、上記第２
    ガイド層の層厚より大きいことを特徴とする請求項９〜
    １１のいずれかに記載の半導体レーザ。
  13. 【請求項１３】 上記第１ガイド層の屈折率が、上記第
    ２ガイド層の屈折率より大きいことを特徴とする請求項
    ９〜１１のいずれかに記載の半導体レーザ。
  14. 【請求項１４】 上記第２クラッド層の屈折率が、上記
    第１クラッド層の屈折率より大きいことを特徴とする請
    求項９〜１３のいずれかに記載の半導体レーザ。
  15. 【請求項１５】 上記第２クラッド層の層厚が、上記第
    １クラッド層の層厚より大きいことを特徴とする請求項
    １４に記載の半導体レーザ。
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