JP2005019953A - 高次モード吸収層を有する半導体レーザーダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はキンク（ｋｉｎｋ）レベルを向上させると共に光学損傷（ＣＯＤ）レベルを向上させる半導体レーザーダイオードを提供する。
【解決手段】本発明は、第１導電型半導体基板３２と、前記基板上に形成された第１導電型クラッド層３３と、前記第１導電型クラッド層３３の上面に形成された活性層３４と、前記活性層３４の上面に形成されリッジ構造３５ａを有する第２導電型クラッド層３５と、少なくとも前記リッジ構造周囲の前記第２導電型クラッド層３５上に形成され、前記活性層３４において生成される光エネルギーより低いエネルギーバンドギャップを有する少なくとも一つの高次モード吸収層３６ａを含み前記第２導電型クラッド層３５の屈折率より低い屈折率を有する光制限層３６と、前記光制限層３６上に形成され第１導電型半導体物質から成る電流制限層３７とを含む半導体レーザーダイオードを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザーダイオードに関するもので、より詳しくは、超格子構造の高次モード吸収層を形成することによりキンク（ｋｉｎｋ）レベルを向上させると共に光学損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）レベルを向上させる半導体レーザーダイオードに関するものである。

一般に、半導体レーザーダイオードはＣＤ−ＲＷやＤＶＤ−ＲＷなどのような光ディスクシステムの光ピックアップ装置のための光源としてばかりでなく情報・画像処理、計測、通信及び医療などの多様な分野に幅広く応用されている。このように多様な分野に用いられる半導体レーザーダイオードは高出力でありながら高い光学損傷（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ：ＣＯＤ）レベル及び高いキンク（ｋｉｎｋ）レベルが要求される。

図５は従来の高出力半導体レーザーダイオードの一例を示している。図５のように、前記高出力半導体レーザーダイオードは、下面に第１電極（１１１）が形成された第１導電型半導体基板（１１２）上に第１導電型クラッド層（１１３）、多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を有する活性層（１１４）、リッジ構造（１１５ａ）が形成された第２導電型クラッド層（１１５）が順次形成される。また、リッジ周囲には電流制限層（１１６）が形成され、前記電流制限層（１１６）とリッジ構造（１１５ａ）の上面にはコンタクト層（１１７）が形成され、前記コンタクト層（１１７）の上面には第２電極（１１８）が順次形成される。

前記のような構造の従来の半導体レーザーダイオードにおいては、レーザーの出力を高めるべく急傾斜で幅の狭いリッジ（１１５ａ）を形成する。こうした急傾斜のリッジ（１１５ａ）の形成にはプラズマを利用したドライエッチング工程が用いられる。このように急傾斜で幅の狭いリッジ（１１５ａ）を用いると、活性層（１１４）においてレーザーが発生する領域（ｘ）が狭くなるのでキンク（ｋｉｎｋ）レベルが向上しレーザー出力を高められるが、レーザーの発生領域が狭いので、単位面積あたり光密度が上昇し光学損失（ＣＯＤ）が大きくなり光出力が低下し、ひいては発振中断になる問題がある。こうした問題の原因は、半導体レーザーダイオードの光出射断面においてその活性層から発振される光が吸収されながら断面温度を上昇させ、最悪の場合には該部分を溶融させて素子を破壊してしまうからである。

また、プラズマを利用したドライエッチング工程を用いる場合、エッチング部位にプラズマによる損傷が残り半導体レーザーダイオードの特性に悪影響を与え、半導体レーザーダイオードの信頼度を低下させる問題がある。

図６は従来の高出力半導体レーザーダイオードの他の例を示している。図６のように前記半導体レーザーダイオードは、下面に第１電極（１２１）の形成された第１導電型半導体基板（１２２）上に、第１導電型クラッド層（１２３）、多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を有する活性層（１２４）、リッジ構造（１２５ａ）が形成された第２導電型クラッド層（１２５）が順次形成される。前記第２導電型クラッド層（１２５）の上面には前記第２導電型クラッド層（１２５）の屈折率より低い屈折率を有し、前記第２導電型クラッド層（１２５）に形成されたリッジ構造（１２５ａ）より広い幅を有するリッジ構造（１２６ａ）が形成された光制限層（１２６）が形成され、前記光制限層の周辺には第１導電型半導体物質から成る電流制限層（１２７）が順次形成される。

前記半導体レーザーダイオードは、前記第２導電型クラッド層（１２５）に高い屈折率を有する物質から成るリッジ構造（１２５ａ）をウェットエッチング工程により形成し、酸化膜を使わずに２次成長をさせ前記第２導電型クラッド層（１２５）の屈折率より低い屈折率を有する光制限層（１２６）を形成し、続いて３次成長により第１導電型半導体物質から成る電流制限層（１２７）を形成する。このような構造の半導体レーザーダイオードにおいては、前記第２導電型クラッド層（１２５）に形成されたリッジ構造（１２５ａ）は光制限領域（ｙ）を形成し前記光制限層（１２６）により形成されたリッジ構造（１２６ａ）は電流制限領域（ｚ）を形成するようになる。

このように、前記半導体レーザーダイオードは電流制限（ｃａｒｒｉｅｒ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）と光制限（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）とを分離させてリッジ幅を拡張させることにより光学損失（ＣＯＤ）レベルを高める。しかし、前記半導体レーザーダイオードはリッジ幅の拡張により単位面積あたり光密度を下げ光学損失（ＣＯＤ）レベルを向上させるが、発振されるレーザーの光出力が増加する際、高次モードの発生の為キンク（ｋｉｎｋ）レベルが落ちる問題がある。以下、前記キンク（ｋｉｎｋ）について図７を参照しながらより詳しく説明する。

図７（Ａ）は半導体レーザーダイオードの幅方向に応じたレーザー出力を示すグラフである。図７のように、半導体レーザーダイオードが作動を始めて正常的な作動が進行する場合、半導体レーザーダイオードのレーザー出力は活性層の幅中心、即ちリッジ幅の中心部分に該当する活性層においてレーザー出力のピークが存在するガウス曲線を描くようになる。この場合を基本モードによるレーザー出力という。

ところで、レーザー出力が増加しながら、活性層の中心に存在する電子と正孔の数が減り、こうした減少が一定レベルに至ると、活性層の中心から左右に所定の間隔ほど離れた部分に二つのレーザー出力ピークが表れる（領域Ａと領域Ｂ）。これを１次モードによるレーザー出力といい、光出力が進むほど該ピークの個数は増加するが、基本モード以外のモードを高次モードという。また、こうした高次モードにより半導体レーザーダイオードの出力低下が起きることをキンク（ｋｉｎｋ）という。

図７（Ｂ）は前記キンク（ｋｉｎｋ）が発生する場合、半導体レーザーダイオードの注入電流と光出力との関係を示したグラフである。図７（Ｂ）のように、注入電流が増加するほど発振されるレーザーの光出力は漸次増加し一定レベル（Ｉ_０）になるとそれ以上線形的な増加ができなくなる。これは高次モードによるキンク（ｋｉｎｋ）が発生するためである。図７（Ｂ）において、光出力が増加しては折れる部分がキンク（ｋｉｎｋ）発生部分である。
このように高次モードが生じると、キンク（ｋｉｎｋ）が発生し、これによりレーザー照射位置及びレーザー出力などに係りレーザー特性を低下させる問題があるので、キンク（ｋｉｎｋ）が発生するレベルを高くさせ安定的に高出力のレーザー発振が行われるようにすることが重要である。
したがって、当技術分野においては、高出力のレーザーが発振される場合にも光学損失（ＣＯＤ）が発生せず、同時に高次モードの発生を抑えキンク（ｋｉｎｋ）の発生レベルを高めて安定的に高出力のレーザー発振が行える新たな半導体レーザーダイオード構造が要求されてきた。

本発明は、前記諸問題を解決すべく案出されたもので、その目的は、半導体レーザーダイオードの光出力を増加させる場合に発生しかねないキンクを高次モード吸収層から吸収してキンク（ｋｉｎｋ）レベルを向上させることにより、超出力においても光学損失（ＣＯＤ）が生じないとともに、高いキンク（ｋｉｎｋ）レベルを有する半導体レーザーダイオード及びその製造方法を提供することにある。

前記技術的課題を成し遂げるために、本発明は、第１導電型半導体基板と、前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層の上面に形成された活性層と、前記活性層の上面に形成されリッジ構造を有する第２導電型クラッド層と、少なくとも前記リッジ構造周囲に前記第２導電型クラッド層上に形成され、前記活性層において生成される光エネルギーより低いエネルギーバンドギャップを有する少なくとも一つの高次モード吸収層を含み前記第２導電型クラッド層の屈折率より低い屈折率を有する光制限層と、前記光制限層上に形成され第１導電型半導体物質から成る電流制限層とを含む半導体レーザーダイオードを提供する。

本発明の好ましき実施形態においては、前記光制限層は前記高次モード吸収層の屈折率より低い屈折率を有する少なくとも一つの屈折率調節層をさらに含み、前記屈折率調節層は前記高次モード吸収層と交互に積層され、前記光制限層は前記高次モード吸収層の屈折率と屈折率調節層の屈折率の平均とほぼ同じ屈折率を有する低屈折率層をさらに含む。

さらに、本発明の一実施形態において、前記高次モード吸収層は第２導電型ＡｌＧａＡｓ系物質または第２導電型またはＡｌＧａＩｎＰ系物質で前記屈折率調節層は第２導電型ＡｌＧａＡｓ系物質または第２導電型またはＡｌＧａＩｎＰ系物質である。この際、前記高次モード吸収層は、前記活性層において生成される光の波長が吸収されるエネルギーバンドギャップを有するよう決定することのできるＡｌ含有量を有し、前記屈折率調節層は前記光制限層の屈折率が前記第２導電型クラッド層の屈折率より低いよう前記高次モード吸収層のＡｌ含有量より高いＡｌ含有量を有する。このように、本発明による半導体レーザーダイオードは、第２クラッド層の上部に形成された光制限層に高次モードによる光エネルギーを吸収するための高次モード吸収層を具備することにより、光出力を増加させる場合発生しかねない高次モードによるキンク（ｋｉｎｋ）を除去することができる。

上述したように、本発明による半導体レーザーダイオードは、劣化による光学損失（ＣＯＤ）を減少させるべくリッジ幅を広く形成し、これに伴い発生しかねない高次モードによるキンクの発生を抑制すべく高次モードによる光エネルギーを吸収する高次モード吸収層を具備すると共にリッジ領域の外に放出される光を制限することにより、高出力でありながら高い光学損失（ＣＯＤ）レベル及び高いキンクレベルを有する利点がある。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による半導体レーザーダイオードの一実施例を詳しく説明する。以下に説明する半導体レーザーダイオードの一実施形態は７８０ｎｍ波長のレーザーを発振させるＡｌＧａＡｓ系半導体レーザー素子に対するものであるが、本発明がこれに限定されるわけではなく、下記に説明される実施例は６５０ｎｍ波長のレーザーを発振させるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザー素子にも適用できることは当業者にとって自明である。

図１（Ａ）は本発明による高次モード吸収層を有する半導体レーザーダイオードの一実施例である。図１（Ａ）に示したように本発明による半導体レーザーダイオードは、その背面に合金から成る第１電極（３１）の形成された第１導電型半導体基板（３２）と、前記基板上に形成された第１導電型クラッド層（３３）と、前記第１クラッド層（３３）の上面に形成された活性層（３４）と、前記活性層（３４）の上面に形成されリッジ（ｒｉｄｇｅ）構造（３５ａ）を有する第２導電型クラッド層（３５）と、前記第２導電型クラッド層（３５）の上部に形成され前記第２クラッド層（３５）より低い屈折率を有する光制限層（３６）とを具備する。前記光制限層（３６）は、活性層（３４）において生成される光エネルギーより低いエネルギーバンド（エネルギー帯域）ギャップを有する高次モード吸収層（３６ａ）と前記高次モード吸収層（３６ａ）より低い屈折率を有する屈折率調節層（３６ｂ）とを各々３個ずつ含む。本実施例においては前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）とが各々３個ずつ交互に積層された構造を説明するが、その個数は３個に限定されるわけではない。また、前記光制限層（３６）は前記高次モード吸収層（３６ａ）の屈折率と屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率との平均とほぼ同じ屈折率を有する低屈折率層（３６ｃ）をさらに含む。前記光制限層（３６）の上面には第１導電型半導体物質から成る電流制限層（３７）が形成される。

前記第１導電型半導体基板（３２）はｎ型ＧａＡｓ基板で、前記第１導電性クラッド層（３３）と第２導電性クラッド層（３５）は各々ｎ型とｐ型のＡｌＧａＡｓ物質から成り、前記活性層（３４）は所定の発振波長の多重量子井戸構造から成る。このような各層は先述した順序により連続的な工程で形成されるが、これを１次成長過程という。また、前記基板（３２）には背面に第１電極（３１）が設けられるが、これに限定されるわけではない。一方、図示してはいないが、前記基板（３２）と第１導電性クラッド層（３３）との間にはｎ型ＧａＡｓから成るバッファ層（図示せず）を追加してもよいが、前記バッファ層は基板と第１クラッド層（３３）との結晶整合のための層に過ぎないので基板（３２）に含まれた意味で使われる。

こうして１次成長過程が完了すると、前記第２導電性クラッド層（３５）上にマスクを形成する。前記マスクが配置される領域はリッジが形成される領域である。即ち、マスクが形成された部位は以後のエッチング工程により食刻されないことによりリッジが形成される。前記マスクにはＳｉＯ_２膜のような酸化膜またはＳｉＮ膜のような窒化膜などの誘電体膜が用いられることができ、前記第２クラッド層（３５）内にはエッチング停止層が含まれエッチングにより第２クラッド層（３５）が食刻され過ぎるのを防止できる。次に、エッチング工程により前記第２導電性クラッド層（３５）にリッジ（３５ａ）を形成する。

次いで、リッジ（３５ａ）が形成された前記第２導電性クラッド層（３５）上に高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）と低屈折率層（３６ｃ）を有する光制限層（３６）を形成する。本実施例において前記光制限層（３６）は高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）と低屈折率層（３６ｃ）を全て含むが、これに限られるわけではない。本実施例において前記光制限層の下部、即ち前記第２導電性クラッド層（３５）と接する部分には高次モードによる光エネルギーを吸収すべく高次モード吸収層（３６ａ）及び前記高次モード吸収層による屈折率減少を補正するための屈折率調節層（３６ｂ）が各々３個ずつ交互に積層されている。前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）は高次モードによる光エネルギーを吸収すると同時に、リッジ領域（３５ａ）の光が通過することを制限する役目を果たす。

本実施例においては、先ず前記第２導電性クラッド層（３５）の上面に高次モード吸収層（３６ａ）を形成する。前記高次モード吸収層（３６ａ）はｐ型ＡｌＧａＡｓ層でありエネルギーバンドギャップを光エネルギーより低く設定すべくＡｌの組成を減少させる。本実施例において前記高次モード吸収層（３６ａ）はＡｌ組成を０．１０６ｗｔ％にする。２次モードによりリッジ幅の外領域においてピークを形成する光エネルギー（図７の領域Ａと領域Ｂ）はそのエネルギーより低いエネルギーバンドギャップを有する前記高次モード吸収層（３６ａ）に吸収される。このように、高次モード吸収層（３６ａ）から高次モードの光エネルギーを吸収することにより高次モードの発生及びキンク（ｋｉｎｋ）を抑制し基本モードによる光出力をより向上させることになる。また、前記高次モード吸収層（３６ａ）の厚さは半導体レーザーダイオードの特性に影響を与えるが、これについては下記においてより詳しく説明する。

一方、前記高次モード吸収層（３６ａ）は前記の如く大変低いＡｌ組成を有するので、屈折率が高くなり、このことから光が通過し易くなる。光はリッジ内部に制限されなければならないので、前記高次モード吸収層（３６ａ）による屈折率上昇を補償すべく屈折率調節層（３６ｂ）が高次モード吸収層（３６ａ）の上面に形成される。前記屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率調節により前記高次モード吸収層（３６ａ）の屈折率と屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率との平均は前記第２導電性クラッド層（３５）の屈折率より低く設定されなければならない。これは、前記高次モード吸収層（３６ａ）及び屈折率調節層（３６ｂ）がリッジ（３５ａ）外部への光進行を阻止する光制限層の役目を同時に果たさなければならない為である。本実施例において前記屈折率調節層（３６ｂ）はｐ型ＡｌＧａＡｓ系物質でありＡｌの組成を０．７ｗｔ％とする。

本実施例は、前記第２導電性クラッド層（３５）の上面に先ず高次モード吸収層（３６ａ）を形成し、次いで高次モード吸収層（３６ａ）の上面に屈折率調節層（３６ｂ）を形成したが、これに限定されるわけではなくその順序が異なっても構わない。

前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）は各々少なくとも一つ以上（本実施例においては３個）積層される。前記高次モード吸収層（３６ａ）の厚さは相対的に薄くなければならない。これは、高次モード吸収層（３６ａ）の厚さが厚いと、低いＡｌ含有量を有する前記高次モード吸収層（３６ａ）は屈折率が高いので、厚い厚さだけ光制限が行われないからである。言い換えると、前記高次モード吸収層（３６ａ）は屈折率が高い為その厚さだけ光が進行するので光制限の効果が落ちるのである。したがって、前記高次モード吸収層（３６ａ）及び屈折率調節層（３６ｂ）は相対的にその厚さが薄くなければならず、これにより一つの高次モード吸収層（３６ａ）のみでは高次モードによる光エネルギーを十分に吸収できない為、高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）の対を複数個交互に積層するのが好ましい。

続いて、前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）とが交互に積層された上面に低屈折率層（３６ｃ）を形成することができる。該低屈折率層（３６ｃ）の屈折率は前記第２クラッド層（３５）の屈折率より低く設定され光がリッジの外部に進行するのを阻止する。とりわけ、前記低屈折率層（３６ｃ）の屈折率は、前記高次モード吸収層（３６ａ）の屈折率と屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率との平均とほぼ同じか低いことが好ましい。これは、前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）とにより行われる光制限とほぼ同じレベルの光制限を行える為である。本実施例において前記低屈折率層（３６ｃ）はｐ型ＡｌＧａＡｓ層であり、Ａｌの組成は０．４８ｗｔ％である。もし、交互に積層された前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）のみで十分な光制限が行われるなら、前記低屈折率層（３６ｃ）は形成しなくてもよい。

次いで、前記光制限層（３６）の周囲に電流をリッジ領域に集めるための電流制限層（３７）を形成する。前記電流制限層（３７）は第１導電型半導体物質から成り、電流が半導体レーザーダイオードの両端部に広がるのを防止してリッジ領域に電流を注入するためのものである。前記電流制限層（３７）を形成後、前記基板の背面に合金から成る第１電極（３１）を形成し、前記電流制限層（３７）及び光制限層（３６）の上面に合金から成る第２電極（図示せず）を形成することができる。この際、前記電流制限層（３７）と第２電極との間にはオーミックコンタクト（Ｏｈｍｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ）層（図示せず）を形成することもできる。

図１（Ｂ）は本発明による半導体レーザーダイオードの断面に応じた各層の屈折率の大きさをグラフで示したものである。前記説明したように、光がリッジの外部に進むのを防止すべく第２導電型クラッド層（３５）の屈折率は前記光制限層（３６）の屈折率より高い。高次モード吸収層（３６ａ）はエネルギーバンドギャップを光エネルギーより低く設定すべくＡｌの組成が低いので、屈折率が前記第２導電型クラッド層（３５）の屈折率より高くなりかねない。これを補償すべく屈折率調節層（３６ｂ）のＡｌの組成を高め屈折率をかなり低く設定して前記高次モード吸収層（３６ａ）の屈折率と屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率との平均が前記第２導電型クラッド層（３５）の屈折率より低いよう調整することにより、前記高次モード吸収層（３６ａ）と屈折率調節層（３６ｂ）により光制限が行われるようにする。より十分な光制限のために形成される低屈折率層（３６ｃ）の屈折率は前記高次モード吸収層（３６ａ）の屈折率と屈折率調節層（３６ｂ）の屈折率との平均とほぼ同じか低いことが好ましい。

以下においては、前記高次モード吸収層の厚さと半導体レーザーダイオードの特性との関係について添付の図面を参照しながらより詳しく説明する。下記に説明する数値は前記本発明の実施例において説明されたＡｌ組成が０．１０６ｗｔ％の高次モード吸収層を有する半導体レーザーダイオードに対する実験値であり本発明の理解を促すための説明である。したがって、以下の説明に提示される数値により本発明が限定されるわけではない。

図２は本発明の好ましき実施例による高次モード吸収層の厚さと、１次モードの内部損失と基本モードの内部損失との差とを示した関係のグラフである。一般に、半導体レーザーダイオードにおいてレーザーの発振は光子（ｐｈｏｔｏｎ）の刺激放出によるものである。一つの光子が単位長さを通過する際、刺激放出により放出される光子の数を光利得（ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｉｎ）といい、この際、放出されては再び吸収される光子の数を内部損失（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｌｏｓｓ）という。半導体レーザーダイオードにおいて、高次モードによるレーザー発振は除去されるのが好ましいので、高次モードによる内部損失は大きく基本モードによる内部損失は小さくなければならない。言い換えると、高次モードによる内部損失と基本モードによる内部損失との差が大きくなければならない。

図２は一次モードにおける内部損失と基本モードにおける内部損失との差を高次モード吸収層の厚さに応じて示したもので、高次モード吸収層の厚さが増加するほど高次モードの内部損失と基本モードの内部損失との差が大きくなることがわかる。即ち、高次モード吸収層の厚さが増加するほど、高次モードに対する内部損失が増加してその差が大きくなるのである。言い換えると、高次モード吸収層の厚さが増加するほど、高次モードによるレーザー発振が減少し、基本モードによるレーザー発振が増大してキンク（ｋｉｎｋ）レベルが上昇するといえる。

図３は本発明の好ましき実施例による高次モード吸収層の厚さと、遠視野水平角（ｆａｒ ｆｉｅｌｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ：ＦＦＨ）との関係を示したグラフである。図３のように、高次モード吸収層の厚さが増加するほど遠視野水平角（ＦＦＨ）は減少する。遠視野水平角（ＦＦＨ）とは半導体レーザーダイオードの光出射断面においてレーザーが半導体外部に放出される際水平方向に広がる角度のことで、高次モード吸収層の厚さが増加するほど水平方向に広まる角度が減少するようになる。これは、前記説明したように屈折率の高い高次モード吸収層の厚さが増加すると半導体レーザーダイオードの内部において光制限がよく行われないのでリッジ周囲に光が広まり、広まった状態の光が半導体レーザーダイオードの外部に放出されながら回折によりその放出角度が減少するためである。したがって、本発明においては吸収層及び屈折率調節層を調節して遠視野水平角（ＦＦＨ）を調節する機能も持ち合わせている。

図４は本発明の好ましい実施例による高次モード吸収層の厚さと、リッジ構造の幅との関係を示したグラフである。図４において直線の下部分が基本モードによるレーザー発振が発生する領域で、直線の上部分は高次モードによるレーザー発振が発生する領域である。即ち、図４の直線は基本モードによるレーザー発振と高次モードによるレーザー発振が発生する境界になる。例えば、高次モード吸収層の厚さが７０Åの場合、リッジ構造下段の幅が２．５μｍより大きいと高次モードによるレーザー発振が発生し、２．５μｍより小さいと基本モードによるレーザー発振が発生する。言い換えると、リッジ構造の幅が広い場合レーザーが発振する幅が広くなるので高次モードによる発振が発生し易い。したがって、この場合、高次モードによる光出力の吸収を増加させるべく高次モード吸収層の厚さが大きくなるべきなのである。

このように、前記高次モード吸収層の厚さは、高次モードによる光出力吸収の効率や半導体レーザーダイオードから放出されるレーザーの遠視野水平角（ＦＦＨ）及び半導体レーザーダイオードに形成されるリッジ幅と密接な関係にある。即ち、所望の規格の半導体レーザーダイオードを作製するために前記高次モード吸収層の厚さは適切に調整することができる。

以上、本発明の実施例により説明したように、本発明の特徴は半導体レーザーダイオードの光出力が増加する際、発生する高次モードによるキンクを防止すべく、高次モードによる光エネルギーを吸収するエネルギーバンドギャップの低い高次モード吸収層を形成することにある。

さらに、高次モード吸収層は高い屈折率を有する為、こうした屈折率を補償すべく屈折率調節層を前記高次モード吸収層の上面に設けて前記高次モード吸収層の屈折率と屈折率調節層の屈折率との平均がリッジの形成された第２クラッド層の屈折率より低いようにすることにより、光がリッジ領域の外に放出されることを制限することにその付加的な特徴がある。結果として、本発明によると高次モードによる光エネルギーを吸収して光の拡散を防止することにより、高出力でありながらキンクレベルの高い半導体レーザーダイオードを提供することができる。

以上に説明した本発明の一実施形態はＡｌＧａＡｓ系半導体レーザー素子に関するものであるが、これを６５０ｎｍ波長のレーザーを発振するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザー素子に適用すると次のようになる。前記第１導電型基板はｎ型ＧａＡｓ基板で、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層は各々ｎ型とｐ型のＡｌＧａＩｎＰ物質から成り、前記高次モード吸収層はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層でありエネルギーバンドギャップを光エネルギーより低く設定すべくＡｌの組成が大変低く、前記屈折率調節層はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系物質でありＡｌの組成が高くなるようにして、前記高次モード吸収層と屈折率調節層との平均屈折率が前記第２導電型クラッド層の屈折率より低くなるよう調節し、前記低屈折率層はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層で、その屈折率は前記高次モード吸収層と屈折率調節層との平均屈折率と同じである。

以上に説明した本発明は上述した実施の形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求の範囲により限定される。したがって、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能なことは当技術分野において通常の知識を有する者にとっては自明である。

（Ａ）は本発明の好ましき実施例による半導体レーザーダイオードの斜視図であり、（Ｂ）は本発明の好ましい実施例による半導体レーザーダイオードの断面図及びその断面に応じた屈折率を示したグラフである。 本発明の好ましき実施例による高次モード吸収層の厚さと、１次モードの内部損失と基本モードの内部損失との差とを示した関係のグラフである。 本発明の好ましき実施例による高次モード吸収層の厚さと遠視野水平角との関係を示したグラフである。 本発明の好ましい実施例による高次モード吸収層の厚さとリッジ構造の幅との関係を示したグラフである。 従来の半導体レーザーダイオードの一例を示した斜視図である。 従来の半導体レーザーダイオードの一例を示した斜視図である。 （Ａ）は半導体レーザーダイオードの幅方向に応じたレーザー出力を示したグラフであり、（Ｂ）は半導体レーザーダイオードの注入電流に応じたレーザー出力を示したグラフである。

符号の説明

３１ 第１電極
３２ 第１導電型基板
３３ 第１導電型クラッド層
３４ 活性層
３５ 第２導電型クラッド層
３５ａ リッジ
３６ 光制限層
３６ａ 高次モード吸収層
３６ｂ 屈折率調節層
３７ 電流制限層

Claims (9)

1. 第１導電型半導体基板と、
   前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、
   前記第１導電型クラッド層の上面に形成された活性層と、
   前記活性層の上面に形成されリッジ構造を有する第２導電型クラッド層と、
   少なくとも前記リッジ構造周囲の前記第２導電型クラッド層上に形成され、前記活性層において生成される光エネルギーより低いエネルギーバンドギャップを有する少なくとも一つの高次モード吸収層を含み前記第２導電型クラッド層の屈折率より低い屈折率を有する光制限層と、
   前記光制限層上に形成され、第１導電型半導体物質から成る電流制限層と、
   を有することを特徴とする半導体レーザーダイオード。
2. 前記光制限層は前記高次モード吸収層の屈折率より低い屈折率を有する少なくとも一つの屈折率調節層をさらに有し、前記屈折率調節層は前記高次モード吸収層と交互に積層されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーダイオード。
3. 前記光制限層は前記高次モード吸収層の屈折率と屈折率調節層の屈折率との平均と同じかより低い屈折率を有する低屈折率層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーダイオード。
4. 前記半導体レーザーダイオードは前記光制限層上に第１導電型半導体物質から成る電流制限層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザーダイオード。
5. 前記高次モード吸収層は第２導電型ＡｌＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系物質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ーダイオード。
6. 前記屈折率調節層は第２導電型ＡｌＧａＡｓ系またはＡｌＧａＩｎＰ系物質であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザーダイオード。
7. 前記高次モード吸収層は前記活性層において生成される光の波長が吸収されるエネルギーバンドギャップを有するよう決定できるＡｌ含有量を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザーダイオード。
8. 前記屈折率調節層は前記光制限層の屈折率が前記第２導電型クラッド層の屈折率より低くなるよう前記高次モード吸収層のＡｌ含有量より高いＡｌ含有量を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザーダイオード。
9. 第１導電型半導体基板と、
   前記基板上に形成された第１導電型クラッド層と、
   前記第１導電型クラッド層の上面に形成された活性層と、
   前記活性層の上面に形成されリッジ構造を有する第２導電型クラッド層と、
   前記第２導電型クラッド層上に形成され第１導電型半導体物質から成り、前記活性層から生成される光エネルギーより低いエネルギーバンドギャップを有する少なくとも一つの高次モード吸収層と前記高次モード吸収層より低い屈折率を有する少なくとも一つの屈折率調節層とが交互に積層された構造を有する光制限層と、
   を有することを特徴とする半導体レーザーダイオード。

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