JP2005167137A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直ビーム拡がり角を小さくして高出力動作時の端面劣化を少なくし、放熱体側への熱移動を良くすることにより高出力動作時における信頼性を高める。
【解決手段】 一主面を有するヒートシンク２４と、このヒートシンク２４の主面上に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０と、このｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の上に配設されたＡｌＧａＡｓ活性層３４と、このＡｌＧａＡｓ活性層３４の上に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８とを備え、ＡｌＧａＡｓ活性層３４のヒートシンク２４側の主面とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０のヒートシンク２４側の主面との間の実効屈折率及び熱抵抗をＡｌＧａＡｓ活性層３４のヒートシンク２４と反対側の主面とｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のヒートシンク２４と反対側の主面との間の実効屈折率及び熱抵抗よりそれぞれ小さくした。
【選択図】 図４

Description

この発明は、半導体レーザ装置に係り、特に放熱体を備え高出力動作を行う半導体レーザ装置に関する。

光情報処理用の光源や光通信の信号源、あるいはファイバアンプの励起光源としての半導体レーザ装置は高出力動作が求められてきている。また金属の溶接や切断に用いられる固体レーザ、例えばＹＡＧレーザの励起用光源としても半導体レーザ装置は高出力動作が求められてきている。このような高出力動作においては、キンクレベルの向上やアスペクト比の低減が不可欠である。

従来の半導体レーザ装置の公知例としては、リッジ導波路を有する半導体レーザにおいて厚さ方向の屈折率分布が活性層から見て非対称になるようにすることにより、キンク発生の原因である高次モードの発生を防止し、これにより高速動作を可能にし、また下クラッド層の屈折率を上クラッド層の屈折率を大きくして導波される光の光強度分布が活性層の上下において基板側にシフトさせ下クラッド層に多くの光が分布するようにし、結果的にアスペクト比を低減した構成が示されている（例えば、特許文献１ 段落番号［００１７］、および図２参照）

さらにまた、他の半導体レーザ装置の公知例として、放熱体側のクラッド層に高屈折率ガイド層を設けることにより光の分布を全体的に放熱体側クラッド層に引き寄せ、これにより活性層近傍の光密度を低くし、ＣＯＤ（光学損傷）レベルを高め、高パワー化を図った構成が開示されている（例えば、特許文献２ 段落番号［００１４］、および図１参照）。

さらにまた、他の半導体レーザ装置の公知例として、短波長発振を行うＡｌＧａＩｎＰ等の４元系半導体レーザの活性層に接して設けられるクラッドの少なくとも一方が３元系混晶例えばＡｌＩｎＰおよびＧａＩｎＰの各薄膜半導体の周期的積層による超格子構造の４元系クラッド層により構成され、これにより混晶の次元を低めることにより混晶中のディスオーダリングによる散乱を減少し、熱伝導率を高めた構成が開示されている（例えば、特許文献３ 段落番号［００１１］〜［００１３］、および図１参照）。

特開平１１−２３３８８３号公報 特開平７−３８１９３号公報 特開平７−１７００１７号公報

しかしながら、高出力動作を伴う半導体レーザ装置においては、レーザチップに発生する熱を如何に効果的に放熱体に伝導させるかが重要な課題になってくるため、単にキンクレベルの向上やアスペクト比の低減のみならず、発生熱を放熱体に伝導させるための半導体レーザを構成する材料の熱伝導率分布が重要な課題になる。
一方、半導体レーザに使用される化合物半導体においてはその組成は屈折率と密接に関連するとともに、熱伝導率とも密接に関連している。
例えばM. A. Afromowitz, “Thermal conductivity of Ga_1-xAl_xAs alloys”, J. Appl. Phys., Vol. 44, N0. 3, March 1973, pp. 1292-1294 によれば、ＡｌＧａＡｓの場合においてはＡｌ組成比が０．５に近づくにつれて熱伝導率が悪くなる。このため放熱体側に配設されたクラッド層と放熱体側でない側に配設されたクラッド層の屈折率の取り方によれば放熱体に熱を移動させるためには不利な構成になる場合があった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は垂直ビーム拡がり角を小さくして高出力動作時の端面劣化を少なくしつつ、放熱体側への熱伝導を良くすることにより高出力動作時における信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することである。

この発明に係る半導体レーザ装置は、一主面を有する放熱体と、 この放熱体の主面上に配設され、この放熱体の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層の第２の主面上に配設され、第１の半導体層の第２の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する活性層と、この活性層の第２の主面上に配設され、活性層の第２の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する第２導電型の第２の半導体層とを備えるとともに、活性層の第１の主面と第１の半導体層の第１の主面との間の実効屈折率が活性層の第２の主面と第２の半導体層の第２の主面との間の実効屈折率より低く、かつ活性層の第１の主面と第１の半導体層の第１の主面との間の熱抵抗が活性層の第２の主面と第２の半導体層の第２の主面との間の熱抵抗より小さくしたものである。

この発明に係る半導体レーザ装置においては、活性層に対して放熱体側にある半導体層の実効屈折率を活性層に対して放熱体側でない半導体層の実効屈折率より低くすることにより光強度分布を活性層に対して放熱体側でない側に拡大させアスペクト比を小さくし、垂直ビーム拡がり角を小さくして良好な高出力動作を確保するとともに、活性層に対して放熱体側に配設された半導体層の熱抵抗を活性層に対して放熱体側でない側に配設された半導体層の熱抵抗より小さくすることにより、放熱体側への良好な熱伝導を可能とする。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。図２はこの発明に係る半導体レーザ装置の半導体層の屈折率分布を示す模式図である。
この実施の形態１では、実施の形態２以下の実施の形態をも含む基本的は構成を述べる。
図１において、半導体レーザ装置１０は、放熱体としてのヒートシンク１２とこのヒートシンク１２の上に配設された半導体レーザ素子１３とから構成されている。半導体レーザ素子１３は、活性層１４を挟んで半導体層１６と半導体層１８とが積層されている。活性層１４に対してヒートシンク１２と反対側には半導体層１６が、また活性層１４に対してヒートシンク１２側に半導体層１８がそれぞれ配設されている。
半導体層１６は、活性層１４に隣接する第１番目の層からヒートシンク１２に最も遠い第ｎ番目の層で構成され、第１番目の層の層厚はｔa1、熱伝導率はλa1、屈折率はｎa1、・・・・、第ｎ−１番目の層の層厚はｔan-1、熱伝導率はλan-1、屈折率はｎan-1、第ｎ番目の層の層厚はｔan、熱伝導率はλan、屈折率はｎanである。
また半導体層１８は、活性層１４に隣接する第１番目の層からヒートシンク１２に最も近い第ｍ番目の層で構成され、第１番目の層の層厚はｔb1、熱伝導率はλb1、屈折率はｎb1、・・・・、第ｍ−１番目の層の層厚はｔbm-1、熱伝導率はλbm-1、屈折率はｎbm-1、第ｍ番目の層の層厚はｔbm、熱伝導率はλbm、屈折率はｎbmである。
なお、各層において放熱体側の主面が第１の主面で、この第１の主面と互いに対向する主面、即ち放熱体側でない方の主面を第２の主面とする。

半導体層１６のうち第ｎ番目の層は例えば、第２の半導体としてのｐ−クラッド層で、半導体層１８のうち第ｍ番目の層は、例えば第１の半導体層としてのｎ−クラッド層である。
この実施の形態１における半導体層１６と半導体層１８との構成は、次の２つの条件（１）及び（２）が満足されるように構成されている。すなわち
（１）半導体層１８の熱伝導が半導体層１６の熱伝導よりも良い。
（２）半導体層１８の実効屈折率（effective refractive index）が半導体層１６の実効屈折率よりも低い。
すなわち、条件（１）は、熱抵抗が各層の層厚に比例し熱伝導率に反比例するとしたとき式（１）で示される。すなわち、
ｔa1／λa1＋ｔa2／λa2＋・・・＋ｔan-1／λan-1＋ｔan／λan ＞ ｔb1／λb1＋ｔb2／λb2＋・・・＋ｔbm-1／λbm-1＋ｔbm／λbm・・・・・・（１）
また、条件（２）は、次のようにして規定する。
いま、各層の中で最も低い屈折率をｎminとし、各層の屈折率分布ｎ（ｘ）を図２に示される屈折率分布で定義する。
ここで、ｔは各層の層厚の１／２とする。例えば、半導体層１８の第１番目の層においてはｔ＝ｔb1／２、ｎ（ｘ）＝ｎb1となる。

そして、実効屈折率が正規化周波数Ｖで近似できるとする。正規化周波数Ｖは式（２）のように近似できる。すなわち、
Ｖ＝(２π／λ）［ｎ（ｘ）^２−ｎmin^２］^１／２ｔ
≒(２π／λ）［２ｎmin×Δｎ］^１／２ｔ・・・・・・・（２）
ここでΔｎ＝ｎ（ｘ）−ｎminであり、λは発振波長である。
従って各層の実効屈折率は［Δｎ］^１／２ｔによって特徴付けられる。この結果、条件（２）は式（３）により示される。
［Δｎa1］^１／２ｔa1＋［Δｎa2］^１／２ｔa2＋・・・＋［Δｎan-1］^１／２ｔan-1＋［Δｎan］^１／２ｔan ＞［Δｎb1］^１／２ｔb1＋［Δｎb2］^１／２ｔb2＋・・・＋［Δｎbm-1］^１／２ｔbm-1＋［Δｎbm］^１／２ｔbm・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
以上のようにこの発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置においては、活性層に対して放熱体側に配設された半導体層の実効屈折率、すなわち活性層の第１の主面と半導体層１８のうち第ｍ番目の層の第１の主面との間の実効屈折率が活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層の実効屈折率、即ち活性層の第２の主面と半導体層１６のうち第ｎ番目の層の第２の主面との間の実効屈折率より低く構成されるので、半導体レーザの光強度分布が活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層に拡大する。つまり、ビームが拡大することにより光密度が低減し、高出力時の端面劣化が発生しにくくなり、高出力動作が可能となるとともに、垂直ビーム拡がり角が小さくなるのでアスペクト比が小さくなる。
さらに活性層に対して放熱体側に配設された半導体層の熱抵抗、すなわち活性層の第１の主面と半導体層１８のうち第ｍ番目の層の第１の主面との間の熱抵抗が、活性層に対して放熱体と反対側に配設された半導体層の熱抵抗、すなわち活性層の第２の主面と半導体層１６のうち第ｎ番目の層の第２の主面との間の熱抵抗よりも小さくなり、活性層近傍に発生した半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくなる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。
なお、実施の形態２以下においては、この実施の形態１の基本的な考え方に基づき、より具体的に構成した実施の形態である。

実施の形態２．
図３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面における半導体レーザ装置の断面図である。
実施の形態２から実施の形態５までは、発振波長が８１０ｎｍ近傍にある固体レーザ、例えば金属の溶接や切断に用いられるＹＡＧレーザの励起用光源として使用される半導体レーザ装置を例にして説明する。
図３において半導体レーザ装置２０は、半導体レーザ素子２２と放熱体としてのＣｕＷのヒートシンク２４とから形成されている。ハッチングを施した部分は電流狭窄のためのプロトン注入領域２６で、この図３におけるハッチングは断面を示すものではない。このプロトン注入領域２６に挟まれた部分は電流が流れる領域であるストライプであり、ストライプ幅はＳで示されている。またこの半導体レーザ素子２２ではレーザ共振器長がＬ、レーザ素子幅がＷ、で示されている。
例えばこの実施の形態２においては、レーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。

図４において、半導体レーザ素子２２は、ｎ−ＧａＡｓ基板２８とこのｎ−ＧａＡｓ基板２８の表面上に、ｎ−ＧａＡｓ基板２８側から順次、第１の半導体層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０（Ａｌ組成比ｘ＝０．９０，層厚ｔ＝１．５μｍ）、第３の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２（Ａｌ組成比ｘ＝０．４０，層厚ｔ＝９４ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓ活性層３４（Ａｌ組成比ｘ＝０．１０，層厚ｔ＝１６ｎｍ）、第４の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６（Ａｌ組成比ｘ＝０．４０，層厚ｔ＝９４ｎｍ）、第２の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８（Ａｌ組成比ｘ＝０．５５，層厚ｔ＝１．５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０が配設されている。
電流狭窄のためのプロトン注入領域２６は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域２６の深さ方向には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面からｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の厚みの中程までプロトンが注入されている。
さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面上にｐ電極４２が配設される。
またｎ−ＧａＡｓ基板２８の裏面側にはｎ電極４４が形成され、このｎ電極４４の表面には層厚が約３μｍの金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６とヒートシンク２４とが半田により接着される。
この実施の形態２はｎ−ＧａＡｓ基板２８がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側に配設されたジャンクションアップ（Ｊ−ＵＰ）組み立てである。

次にこの実施の形態２の半導体レーザの動作について説明する。
H. C. Causey Jr., D. D. Sell, and M. B. Panish, “Refractive index of Al_xGa_1-xAs between 1.2 and 1.8 eV ”, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, No. 2, 15 January 1974, pp. 63 - 65 によれば、ＡｌＧａＡｓ系材料の屈折率はＡｌ組成比が増加するにつれて単調に減少し、Ａｌ組成比ｘに対して屈折率ｎ（ｘ）は式（４）で表すことができる。
ｎ（ｘ）＝３．５９０−０．７１０ｘ ＋０．０９１ｘ^２・・・・（４）
半導体レーザ装置２０におけるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、式（４）から屈折率を計算すると、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の屈折率は３．０２５となり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の屈折率は３．２２７となる。
従ってＡｌＧａＡｓ活性層３４を挟んでアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６は屈折率・層厚とも対称構造であることを考慮すると、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の実効屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。

また近視野像（Near Field Pattern :NFP）のビーム径ωとビーム拡がり角との間では反比例の関係があるので、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるレーザーダイオード（以下、ＬＤという）の信頼性を高めることができる。
さらにまた、光強度分布がヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８側に拡大することになると、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
一方、先に述べたAfromowitz論文によれば、Ａｌ組成比が０から増加するにつれて０．５近傍までは熱抵抗率は単調に増加し、Ａｌ組成比が０．５近傍からさらに増加するにつれて熱抵抗率は単調に減少することが示されている。
半導体レーザ装置２０においては、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の熱伝導率よりもｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の熱伝導率の方が高いことが分かる。

W. B. Joice and R. W. Dixon, “Thermal resistance of heterostructure lasers”, J. Appl. Phys., Vol. 46, No. 2, February 1975, pp.855 - 862 によれば、半導体レーザの熱抵抗を計算することができる。
これに基づき半導体レーザ装置２０の熱抵抗を計算すると、２１．５４℃／Ｗとなった。
比較のためにヒートシンク２４側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層のＡｌ組成比をｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のＡｌ組成比と同じであるｘ＝０．５５にし、層厚はもちろんｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の層厚ｔ＝１．５μｍと同じにし、他の仕様を半導体レーザ装置２０と同じにして熱抵抗を計算すると、この対称屈折率構造の比較例１の熱抵抗は２１．９０℃／Ｗとなった。
従って、この実施の形態に係る半導体レーザ装置２０は、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とのＡｌ組成比を同じにした比較例１の場合に比べて、約１．６％の熱抵抗の低減を図ることができる。

変形例１
図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図５も図２の構成と基本的に同じであるので、図５の断面位置も図３のＩＶ−ＩＶ断面である。なお各図において同じ符号は同じかまたは相当であることを示す。
図５に示された半導体レーザ装置５０が半導体レーザ装置２０と相違する点は、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．９０、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．５５、層厚をｔ＝２．０μｍとしたものである。半導体レーザ装置５０の他の構成は半導体レーザ装置２０におけるものと同じである。
半導体レーザ装置２０においても半導体レーザ装置５０においても、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａの屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａの屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａ側に拡大することになる。
このためにＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の層厚が少し薄くなっても、ｎ−ＧａＡｓ基板２８の光学的な影響を受けることがない。このために半導体レーザ装置５０においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．９０としたそのままで、層厚をｔ＝０．４μｍとしている。
また光強度分布が拡大する方であるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．５５そのままで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の光学的な影響を低減するために層厚をｔ＝２．０μｍと厚くしている。

半導体レーザ装置５０は半導体レーザ装置２０と同様にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａの熱伝導率はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａの熱伝導率よりも高い。そしてさらに、半導体レーザ装置５０では、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａの層厚は半導体レーザ装置２０のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の層厚よりも薄く、ＡｌＧａＡｓ活性層３４からヒートシンク２４までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
半導体レーザ装置５０の熱抵抗は約２１．１１℃／Ｗとなり、比較例１の熱抵抗に比べて約３．６％低下し、半導体レーザ装置２０の熱抵抗に比べて約２．０％低下する。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体側に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の熱伝導が、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体と反対側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の熱伝導より良くすることにより、半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくするとともに、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体側に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体と反対側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の屈折率より低く構成されたので、半導体レーザの光強度分布が放熱体と反対側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層側に拡大し、アスペクト比が小さくなり、またビーム径が拡大することにより光密度が低減し高出力時の端面劣化が発生しにくくなり、高出力動作が可能となる。
さらに、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
また、光強度分布が放熱体と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層側に拡大することになるために、ヒートシンク側のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の層厚を薄くすることが出来て、ヒートシンクへの熱伝導をより容易にして放熱効果を高めることができる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面における半導体レーザ装置の断面図である。
図６において半導体レーザ装置５４は、半導体レーザ素子５６とヒートシンク２４とから形成されている。
例えばこの実施の形態３においても、レーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。
図７において、半導体レーザ素子５６は、ｎ−ＧａＡｓ基板２８とこのｎ−ＧａＡｓ基板２８の表面上に、ｎ−ＧａＡｓ基板２８側から順次、第２の半導体層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８（Ａｌ組成比ｘ＝０．５５，層厚ｔ＝１．５μｍ）、第４の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２（Ａｌ組成比ｘ＝０．４０，層厚ｔ＝９４ｎｍ）、ＡｌＧａＡｓ活性層３４（Ａｌ組成比ｘ＝０．１０，層厚ｔ＝１６ｎｍ）、第３の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６（Ａｌ組成比ｘ＝０．４０，層厚ｔ＝９４ｎｍ）、第１の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０（Ａｌ組成比ｘ＝０．９，層厚ｔ＝１．５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０が配設されている。電流狭窄のためのプロトン注入領域２６は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域２６の深さ方向には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面からｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の厚みの中程までプロトンが注入されている。

さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面上にｐ電極４２が配設され、このｐ電極４２の表面には層厚が約３μｍの金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６とヒートシンク２４とが半田により接着される。
またｎ−ＧａＡｓ基板２８の裏面側にはｎ電極４４が形成されている。
この実施の形態３はｎ−ＧａＡｓ基板２８に形成されるエピタキシャル成長層がヒートシンク２４側に配設されたジャンクションダウン（Ｊ−ＤＯＷＮ）組み立てである。
次にこの実施の形態３の半導体レーザの動作について説明する。
半導体レーザ装置５４におけるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、式（４）から屈折率を計算すると、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の屈折率は３．０２５となり、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の屈折率は３．２２７となる。
従ってＡｌＧａＡｓ活性層３４を挟んでアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２およびアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６は屈折率・層厚とも対称構造であることを考慮すると、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の実効屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８側に拡大することになる。

このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また近視野像（NFP）のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
半導体レーザ装置５４においては、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の熱伝導率よりもｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の熱伝導率の方が高いことが分かる。
半導体レーザ装置５４の熱抵抗を計算すると、９．０６℃／Ｗとなった。
比較のためにヒートシンク２４側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層のＡｌ組成比をｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８のＡｌ組成比と同じｘ＝０．５５にし、層厚をｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の層厚ｔ＝１．５μｍと同じにし、他の仕様を半導体レーザ装置５４と同じにして熱抵抗を計算すると、この対称屈折率構造の比較例２の熱抵抗は９．５４℃／Ｗとなった。
従って、この実施の形態に係る半導体レーザ装置５４は、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層とのＡｌ組成比を同じにした比較例２の場合に比べて、約５．０％の熱抵抗の低減を図ることができる。

変形例２
図８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図８も図６の構成と基本的に同じであるので、図８の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面である。
図８に示された半導体レーザ装置７０が半導体レーザ装置５４と相違する点は、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．９０、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．５５、層厚をｔ＝２．０μｍとしたことである。半導体レーザ装置７０の他の構成は半導体レーザ装置５４におけるものと同じである。
半導体レーザ装置５４においても半導体レーザ装置７０においても、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａの屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａの屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａ側に拡大することになる。このためにヒートシンク２４側のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の層厚が少し薄くなっても、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層４０の光学的な影響を受けることがない。このために半導体レーザ装置７０においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．９０そのままで、層厚をｔ＝０．４μｍと薄くしている。

また光強度分布が拡大する方であるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．５５そのままで、ｐ−ＧａＡｓ基板２８の光学的な影響を低減するために層厚をｔ＝２．０μｍと厚くしている。
半導体レーザ装置７０は半導体レーザ装置５４と同様にｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａの熱伝導率はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａの熱伝導率よりも高い。そしてさらに、半導体レーザ装置７０では、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａの層厚は半導体レーザ装置５４のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の層厚よりも薄く、ＡｌＧａＡｓ活性層３４からヒートシンク２４までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
半導体レーザ装置７０の熱抵抗は約８．３８℃／Ｗとなり、比較例２の熱抵抗に比べて約１２．２％低下し、半導体レーザ装置５４の熱抵抗に比べて約７．５％低下する。

変形例３
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図９も図６の構成と基本的に同じであるので、図９の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面である。
図９に示された半導体レーザ装置７４が半導体レーザ装置５４と相違する点は、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ｂは、Ａｌ組成比はｘ＝０．９０で、層厚もｔ＝１．５μｍとすることにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ｂとｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０とをおなじＡｌ組成比、同じ層厚とするとともに、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６ｂをＡｌ組成比ｘ＝０．８０，層厚ｔ＝５０ｎｍとすることにより、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側のアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２（Ａｌ組成比ｘ＝０．４０，層厚ｔ＝９４ｎｍ）と差異をもたせたことである。半導体レーザ装置７４の他の構成は半導体レーザ装置５４におけるものと同じである。

この半導体レーザ装置７４においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ｂとｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０とが同じ屈折率を有するが、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６ｂよりＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側のアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２の屈折率が高いので、光強度分布はＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側のアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２側に拡大する。
一方、熱伝導率については、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６ｂの熱伝導率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側のアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２の熱伝導率より高いのでＡｌＧａＡｓ活性層３４近傍で発生する熱はヒートシンク２４の方に伝導しやすく放熱が良好になる。
この半導体レーザ装置７４もレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍであるので、ＡｌＧａＡｓ活性層３４からヒートシンク２４までの熱抵抗は約９．０４℃／Ｗとなり、比較例２の熱抵抗９．５４℃／Ｗと比較して、約５．２％低減される。

変形例４
図１０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１０も図６の構成と基本的に同じであるので、図１０の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面である。
図１０に示された半導体レーザ装置７６が半導体レーザ装置５４と相違する点は、半導体レーザ装置５４がｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の一層で構成されているのに対して、半導体レーザ装置７６がｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０に近い側のｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層７８ａ（Ａｌ組成比ｘ＝０．５５，層厚ｔ＝０．３μｍ）とアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３６に近い側のｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７８ｂ（Ａｌ組成比ｘ＝０．９，層厚ｔ＝０．２μｍ）とを備えている点である。半導体レーザ装置７６の他の構成は半導体レーザ装置５４におけるものと同じである。

この半導体レーザ装置７６においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７８ｂの屈折率はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の屈折率よりも低いので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側のアンドープＡｌＧａＡｓガイド層３２側に拡大する。
一方、熱伝導率については、ＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７８ｂの熱伝導率がＡｌＧａＡｓ活性層３４に対してヒートシンク２４と反対側のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の熱伝導率より高く、かつヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７８ｂとｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層７８ａとの層厚の和はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の層厚よりも薄いので、ＡｌＧａＡｓ活性層３４近傍で発生する熱はヒートシンク２４の方に伝導しやすく放熱が良好になる。
この半導体レーザ装置７６もレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍであるので、ＡｌＧａＡｓ活性層３４からヒートシンク２４までの熱抵抗は約９．４４℃／Ｗとなり、比較例２の熱抵抗９．５４℃／Ｗと比較して、約１％低減される。

以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓ層の屈折率がＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓ層の屈折率より低く構成されたので、半導体レーザの光強度分布が放熱体と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓ層に拡大し、ビーム径が拡大することにより光密度が低減し、高出力時の端面劣化が発生しにくくなり高出力動作が可能となり、かつアスペクト比が小さくなるとともに、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体側に配設されたｐ−ＡｌＧａＡｓ層の熱伝導を、ＡｌＧａＡｓ活性層に対して放熱体と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓ層の熱伝導より良くすることにより、半導体レーザの発生熱を放熱体に伝導しやすくしている。
また、光強度分布が放熱体と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層側に拡大することになるために、ヒートシンク側のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層の層厚を薄くすることが出来て、ヒートシンクへの熱伝導をより容易にして放熱効果を高めることができる。
従って高出力動作が可能でしかも高出力動作に伴う発生熱を放熱体に伝導しやすい半導体レーザ装置を構成することができる。延いては高出力動作の信頼性の高い半導体レーザを提供することができる。

実施の形態４．
図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
この実施の形態４においても、半導体レーザ装置の基本的な構成は図３と同じであり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置ではｐ側ガイド層及びｎ側ガイド層をそれぞれ２層備えている点が図３の半導体レーザ装置と異なるのみで、図１１の断面位置も図３のＩＶ−ＩＶ断面と同じである。
またこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においてもジャンクションアップ（Ｊ−ＵＰ）組み立てである。
さらにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置では、クラッド層にＡｌを含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰで構成されるが、その他の層（活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など）はＡｌを実質的に含まないＡｌフリー構造である。
図１１において、半導体レーザ装置８０は、半導体レーザ素子２２とヒートシンク２４とから形成されている。半導体レーザ装置８０も、例えばレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。

半導体レーザ素子２２は、ｎ−ＧａＡｓ基板２８とこのｎ−ＧａＡｓ基板２８の表面上に、ｎ−ＧａＡｓ基板２８側から順次、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０（Ａｌ組成比ｘ＝０．９０，層厚ｔ＝１．５μｍ）、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２（Ｇａ組成比ｙ＝０．５１，層厚ｔ＝１２０ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４（Ｇａ組成比ｙ＝０．６３、Ａｓ組成比ｚ＝０．２５，層厚ｔ＝２０ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６（Ｇａ組成比ｙ＝０．８７、Ａｓ組成比ｚ＝０．７４，層厚ｔ＝１６ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８（Ｇａ組成比ｙ＝０．６３、Ａｓ組成比ｚ＝０．２５，層厚ｔ＝２０ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０（Ｇａ組成比ｙ＝０．５１，層厚ｔ＝１２０ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８（Ａｌ組成比ｘ＝０．５５，層厚ｔ＝１．５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０が配設されている。電流狭窄のためのプロトン注入領域２６は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域２６の深さ方向には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面からｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の厚みの中程までプロトンが注入されている。さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面上にｐ電極４２が配設される。
またｎ−ＧａＡｓ基板２８の裏面側にはｎ電極４４が形成され、このｎ電極の表面には層厚が約３μｍの金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６とヒートシンク２４とが半田により接着される。

この実施の形態４はｎ−ＧａＡｓ基板２８がヒートシンク２４側に配設されたジャンクションアップ（Ｊ−ＵＰ）組み立てである。
この半導体レーザ装置８０においては、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んでアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、材料構成並びに層厚が対称構造になっている。そして、半導体レーザ装置８０におけるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、式（４）から屈折率を計算すると、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の屈折率は３．０２５となり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の屈折率は３．２２７となる。
従ってアンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで屈折率及び層厚とも対称構造であることを考慮すると、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側にあるアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の実効屈折率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側にあるアンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
さらに光強度分布がヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８側に拡大することになると、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。
一方、半導体レーザ装置８０においては、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８の熱伝導率よりもｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の熱伝導率の方が高くなる。このためＩｎＧａＡｓＰ活性層８６近傍で発生した熱がヒートシンク２４に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。

変形例５
図１２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１２の断面位置も図３のＩＶ−ＩＶ断面である。
図１２に示された半導体レーザ装置９６が半導体レーザ装置８０と相違する点は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６とＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んでアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置８０と同一にしながら、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａは、Ａｌ組成比はｘ＝０．９０、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．５５、層厚をｔ＝２．０μｍとしたことである。また半導体レーザ装置９６の他の構成は半導体レーザ装置８０におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置９６では、変形例１と同様に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０ａの層厚は半導体レーザ装置８０のｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０の層厚よりも薄く、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６からヒートシンク２４までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。

変形例６
図１３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１３の断面位置も図３のＩＶ−ＩＶ断面である。
図１３において、半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子２２とヒートシンク２４とから形成されている。半導体レーザ装置１００も、例えばレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。
半導体レーザ装置１００と半導体レーザ装置８０との相違点は、半導体レーザ装置８０がｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３０およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３８を配設しているのに対して、半導体レーザ装置１００ではｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２（Ａｌ組成比ｌ＝０．３６，Ｇａ組成比ｍ＝０．１５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１．５μｍ）およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４（Ａｌ組成比ｌ＝０．２５５，Ｇａ組成比ｍ＝０．２５５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１．５μｍ）を配設したことである。他の構成は半導体レーザ素子８０と同一である。
この半導体レーザ素子１００においては、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。

H. Tanaka, Y. Kawamura, and H. Asahi, “Refractive indices of In_0.49Ga_0.51-xAl_xP lattice matched to GaAs”, J. App. Phys., Vol. 59, No. 3, 1 February 1986, pp. 985 - 986 によれば、ＡｌＧａＩｎＰにおいてＡｌ組成比が増加すると屈折率が低下することが示されている。
そして、半導体レーザ装置１００におけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２におけるＡｌ組成比はｌ＝０．３６であり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４のＡｌ組成比はｌ＝０．２５５である。このためｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４の屈折率がｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２の屈折率よりも高くなる。
従って、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０が、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すれば、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側に配設されているアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４の実効屈折率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側に配設されているアンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２の実効屈折率よりも高くなる。

従って光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４側に拡大することになる。
このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
さらに光強度分布がヒートシンク２４と反対側にあるｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４側に拡大することになると、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２に起因するフリーキャリアの吸収が低減され、光吸収が低減することによりスロープ効率が向上し高出力動作を行うことができる。

また、H. Fujii, Y. Ueno, and K. Endo, “Effect of thermal resistivity on the catastrophic optical damage power density of AlGaInP laser diodes”, Appl. Phys. Lett. Vol. 62, no. 17, 26 April 1993 によれば、ＡｌＧａＩｎＰにおいてＡｌ組成比が増加すると熱伝導率が高くなることが示されている。
半導体レーザ装置１００におけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２におけるＡｌ組成比はｌ＝０．３６であり、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４のＡｌ組成比はｌ＝０．２５５である。このため、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側に配設されているｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２の熱伝導率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側に配設されているｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４の熱伝導率よりも高くなる。このため、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６近傍で発生した熱がヒートシンク２４に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。

変形例７
図１４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１４の断面位置も図３のＩＶ−ＩＶ断面である。
図１４に示された半導体レーザ装置１１０が半導体レーザ装置１００と相違する点は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６とＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んでアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置１００と同一にし、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２ａは、Ａｌ組成比ｌ＝０．３６，Ｇａ組成比ｍ＝０．１５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９で、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０４ａは、Ａｌ組成比ｌ＝０．２５５，Ｇａ組成比ｍ＝０．２５５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９で、層厚をｔ＝２．０μｍとしたことである。 また半導体レーザ装置１１０の他の構成は半導体レーザ装置１００におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置１１０では、変形例１と同様の理由により、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２ａの層厚は半導体レーザ装置１００のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２の層厚よりも薄く、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６からヒートシンク２４までの距離が短いので、ヒートシンクへの熱伝導が容易になり放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、クラッド層にＡｌを含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰで構成されるが、その他の層（活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など）はＡｌを実質的に含まないＡｌフリー構造とした半導体レーザ装置において、実施の形態２と同様の効果を備えている。

実施の形態５．
図１５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
この実施の形態５においても、半導体レーザ装置の基本的な構成は図６と同じであり、この実施の形態に係る半導体レーザ装置ではｐ側ガイド層及びｎ側ガイド層をそれぞれ２層備えている点が図６の半導体レーザ装置と異なるのみで、図１５の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面と同じ断面位置である。
この実施の形態に係る半導体レーザ装置においてもジャンクションダウン（Ｊ−ＤＯＷＮ）組み立てである。
さらにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置では、クラッド層にＡｌを含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰで構成されるが、その他の層（活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など）はＡｌを実質的に含まないＡｌフリー構造である。
図１５において、半導体レーザ装置１１４は、半導体レーザ素子５６とヒートシンク２４とから形成されている。半導体レーザ装置１１４も、例えばレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。

半導体レーザ装置１１４の半導体レーザ素子５６は、ｎ−ＧａＡｓ基板２８とこのｎ−ＧａＡｓ基板２８の表面上に、ｎ−ＧａＡｓ基板２８側から順次、第２の半導体層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８（Ａｌ組成比ｘ＝０．５５，層厚ｔ＝１．５μｍ）、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２（Ｇａ組成比ｙ＝０．５１，層厚ｔ＝１２０ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４（Ｇａ組成比ｙ＝０．６３、Ａｓ組成比ｚ＝０．２５，層厚ｔ＝２０ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６（Ｇａ組成比ｙ＝０．８７、Ａｓ組成比ｚ＝０．７４，層厚ｔ＝１６ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８（Ｇａ組成比ｙ＝０．６３、Ａｓ組成比ｚ＝０．２５，層厚ｔ＝２０ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０（Ｇａ組成比ｙ＝０．５１，層厚ｔ＝１２０ｎｍ）、第１の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０（Ａｌ組成比ｘ＝０．９，層厚ｔ＝１．５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０が配設されている。
電流狭窄のためのプロトン注入領域２６は、素子幅の中央に電流が流れる領域であるストライプを残してその両側に配設され、プロトン注入領域２６の深さ方向には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面からｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の厚みの中程までプロトンが注入されている。

さらにｐ−ＧａＡｓコンタクト層４０の表面上にｐ電極４２が配設され、このｐ電極４２の表面には層厚が約３μｍの金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６とヒートシンク２４とが半田により接着される。
この半導体レーザ装置１１４においては、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。
そして、半導体レーザ装置１１４におけるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０のＡｌ組成比はｘ＝０．９であるので、式（４）から屈折率を計算すると、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の屈折率は３．２２７となり、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の屈折率は３．０２５となる。
従ってアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すると、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側にあるアンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４およびｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の実効屈折率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側にあるアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の実効屈折率より高くなるので、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８側に拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
一方、半導体レーザ装置１１４においては、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側にあるｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０のＡｌ組成比はｘ＝０．９０であり、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８のＡｌ組成比はｘ＝０．５５であるので、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８の熱伝導率よりもｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の熱伝導率の方が高くなる。このためＩｎＧａＡｓＰ活性層８６近傍で発生した熱がヒートシンク２４に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。

変形例８
図１６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１６の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面と同じ断面位置である。
この変形例８の半導体レーザ装置においてもジャンクションダウン（Ｊ−ＤＯＷＮ）組み立てである。
図１６に示された半導体レーザ装置１２０が半導体レーザ装置１１４と相違する点は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６とＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んでアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置８０と同一にしながら、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．９０、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８ａは、Ａｌ組成比をｘ＝０．５５、層厚をｔ＝２．０μｍとしたことである。また半導体レーザ装置１２０の他の構成は半導体レーザ装置１１４におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置１２０では、変形例２と同様に、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０ａの層厚は半導体レーザ装置１１４のｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０の層厚よりも薄く、ＡｌＧａＡｓ活性層３４からヒートシンク２４までの距離が短いので、半導体レーザ装置１１４よりもヒートシンクへの熱伝導が一層容易になり放熱効果を高めることができる。

変形例９
図１７はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１７の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面と同じである。
図１７において、半導体レーザ装置１２４は、半導体レーザ素子５６とヒートシンク２４とから形成されている。半導体レーザ装置１２４も、例えばレーザ共振器長Ｌ＝１０００μｍ、レーザ素子幅Ｗ＝２００μｍ、ストライプ幅Ｓ＝６０μｍである。またヒートシンク２４の厚みは０．３ｍｍである。
半導体レーザ装置１２４と半導体レーザ装置１１４との相違点は、半導体レーザ装置１１４がｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６０およびｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層５８を配設しているのに対して、半導体レーザ装置１２４ではｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６（Ａｌ組成比ｌ＝０．２５５，Ｇａ組成比ｍ＝０．２５５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１．５μｍ）およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８（Ａｌ組成比ｌ＝０．３６，Ｇａ組成比ｍ＝０．１５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１．５μｍ）を配設したことである。他の構成は半導体レーザ装置１１４と同一である。
この半導体レーザ装置１２４においては、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっている。

ＡｌＧａＩｎＰにおいてＡｌ組成比が増加すると屈折率が低下するので、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６の屈折率がｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８の屈折率よりも高くなる。従って、アンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とが、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んで材料構成並びに層厚が対称構造になっていることを考慮すれば、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側に配設されているアンドープＩｎＧａＰガイド層８２、アンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６の実効屈折率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側に配設されているアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８、アンドープＩｎＧａＰガイド層９０およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８の実効屈折率よりも高くなる。

従って、光強度分布はヒートシンク２４と反対側にあるｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６側に拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、アスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
また、ＡｌＧａＩｎＰにおいてはＡｌ組成比が増加すると熱伝導率が高くなるので、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４側に配設されているｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８の熱伝導率がＩｎＧａＡｓＰ活性層８６に対してヒートシンク２４と反対側に配設されているｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６の熱伝導率よりも高くなる。このため、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６近傍で発生した熱がヒートシンク２４に伝導しやすく放熱にすぐれた構成になっている。

変形例１０
図１８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。図１８の断面位置も図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面と同じ断面位置である。
図１８に示された半導体レーザ装置１３０が半導体レーザ装置１２４と相違する点は、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６とＩｎＧａＡｓＰ活性層８６を挟んでアンドープＩｎＧａＰガイド層８２およびアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８４とアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層８８およびアンドープＩｎＧａＰガイド層９０とは、材料構成並びに層厚ともに半導体レーザ装置１２４と同一にし、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８ａは、Ａｌ組成比ｌ＝０．３６，Ｇａ組成比ｍ＝０．１５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９で、層厚をｔ＝０．４μｍとし、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２６ａは、Ａｌ組成比ｌ＝０．２５５，Ｇａ組成比ｍ＝０．２５５，Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９で、層厚をｔ＝２．０μｍとしたことである。また半導体レーザ装置１３０の他の構成は半導体レーザ装置１２４におけるものと同じである。
従って半導体レーザ装置１３０では、変形例２と同様の理由により、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８ａの層厚は半導体レーザ装置１２４のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２８の層厚よりも薄く、ＩｎＧａＡｓＰ活性層８６からヒートシンク２４までの距離が短いので、半導体レーザ装置１２４よりもヒートシンクへの熱伝導が一層容易になり放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、クラッド層にＡｌを含むＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰで構成されるが、その他の層（活性層、ガイド層、コンタクト層、基板など）はＡｌを実質的に含まないＡｌフリー構造とした半導体レーザ装置において、実施の形態３と同様の効果を備えている。

実施の形態６．
図１９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。
図１９において半導体レーザ装置１３４は、発振波長が約６５０ｎｍであるリッジ導波路構造を有する赤色半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子１３６とヒートシンク２４とから形成されている。
図１９において、半導体レーザ素子１３６は、ｎ−ＧａＡｓ基板２８とこのｎ−ＧａＡｓ基板２８の表面上に、ｎ−ＧａＡｓ基板２８側から順次、第２の半導体層としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８（Ａｌ組成比ｌ＝０．３１，Ｇａ組成比ｍ＝０．２０、Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝２．０μｍ）、第４の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４０（Ａｌ組成比ｌ＝０．２３，Ｇａ組成比ｍ＝０．２８、Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１００ｎｍ）、アンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２（Ｇａ組成比ｍ＝０．４４，Ｉｎ組成比ｎ＝０．５６、層厚ｔ＝１０ｎｍ）、第３の半導体層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４４（Ａｌ組成比ｌ＝０．２３，Ｇａ組成比ｍ＝０．２８、Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝１００ｎｍ）、第１の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６（Ａｌ組成比ｌ＝０．３６，Ｇａ組成比ｍ＝０．１５、Ｉｎ組成比０．４９、層厚ｔ＝１．０μｍ）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４８が配設されている。

ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４８とはリッジ導波路が形成され、このリッジ導波路の頂部に開口１５０を有する絶縁膜１５２がｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４８の表面上に形成されている。この開口１５０及び絶縁膜１５２上にｐ電極４２が配設され、ｎ−ＧａＡｓ基板２８の裏面側にｎ電極４４が配設されている。ｐ電極４２の表面上には金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６を介して半導体レーザ素子１３６がヒートシンク２４と半田により接合されている。
この実施の形態に係る半導体レーザ装置１３４においてもジャンクションダウン（Ｊ−ＤＯＷＮ）組み立てであるが、ジャンクションアップ（Ｊ−ＵＰ）組み立てとすることもできる。
半導体レーザ装置１３４においてはｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８の屈折率はｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６の屈折率よりも高くなるので、アンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対してヒートシンク２４と反対側に配設されたアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４０およびｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８の実効屈折率はアンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４４およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。

また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
ＡｌＧａＩｎＰの熱伝導率はＡｌ組成比が高くなるに伴って高くなるので、ヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６の熱伝導率がヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８の熱伝導率よりも高くなり、アンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２近傍で発生した熱がヒートシンク２４側に伝導しやすく放熱効果が高い構成になっている。
さらに、光強度分布は主にヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８側へ拡大することになる。このためヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６の層厚を１．０μｍと薄くしてもｐ−ＧａＡｓコンタクト層１４８の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８はｎ−ＧａＡｓ基板２８の光学的影響を低減するために層厚を２．０μｍと厚くしている。従ってアンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２からヒートシンク２４までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。

変形例１１
図２０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図２０において、半導体レーザ装置１５６が半導体レーザ装置１３４と相違する点は次の点である。
半導体レーザ装置１３４においては、アンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対してｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６とを非対称構造にし、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４０とアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４４とは同じ材料構成で同じ層厚としアンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対してガイド層を対称構造にしていた。
しかしこの半導体レーザ装置１５６においてはアンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対してｎ−ＡｌＧａＩｎＰｓクラッド層１３８とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４６とを非対称構造にするとともに、さらにアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４０とアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４４ａとをアンドープ圧縮歪みＧａＩｎＰ活性層１４２に対して非対称構造としたことである。
すなわちアンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層１４４ａを、Ａｌ組成比ｌ＝０．２５，Ｇａ組成比ｍ＝０．２６、Ｉｎ組成比ｎ＝０．４９、層厚ｔ＝７０ｎｍとしている。
これにより、半導体レーザ装置１５６は半導体レーザ装置１３４より一層高い放熱効果を可能にするものである。
なおこの変形例はガイド層及びクラッド層をともに非対称構造にしたが、クラッド層を対称構造にし、ガイド層のみを非対称構造にしても相応の放熱効果を可能にすることはいうまでもない。

変形例１２
図２１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図２１における半導体レーザ装置１６０は、発振波長が約１４８０ｎｍであるリッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子１６２とヒートシンク２４とから形成されている。
図２１において、半導体レーザ素子１６２は、ｎ−ＩｎＰ基板１６４とこのｎ−ＩｎＰ基板１６４の表面上に、ｎ−ＩｎＰ基板１６４側から順次、第２の半導体層としてのｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６（バンドギャップ波長λg＝０．９９μｍ，層厚ｔ＝２．０μｍ）、第４の半導体層としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層１６８（バンドギャップ波長λg＝１．０８μｍ，層厚ｔ＝１５０ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１７０（バンドギャップ波長λg＝１．４８μｍ，層厚ｔ＝１０ｎｍ）、第３の半導体層としてのアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層１７２（バンドギャップ波長λg＝１．０８μｍ，層厚ｔ＝１５０ｎｍ）、第１の半導体層としてのｐ−ＩｎＰクラッド層１７４（層厚ｔ＝１．０μｍ）、ｐ−ＩｎＰコンタクト層１７６が配設されている。ｐ−ＩｎＰクラッド層１７４とｐ−ＩｎＰコンタクト層１７６とはリッジ導波路が形成され、このリッジの頂部に開口１５０を有する絶縁膜１５２がｐ−ＩｎＰコンタクト層１７６の表面上に形成されている。この開口１５０及び絶縁膜１５２上にｐ電極４２が配設され、ｎ−ＩｎＰ基板１６４の裏面側にｎ電極４４が配設されている。ｐ電極４２の表面上には金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６を介して半導体レーザ素子１６２がヒートシンク２４と半田により接合されている。

半導体レーザ装置１６０においてはｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６の屈折率がｐ−ＩｎＰクラッド層１７４の屈折率よりも高い。従ってアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１７０に対してヒートシンク２４と反対側に配設されたアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層１６８およびｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６の実効屈折率はアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１７０に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＩｎＧａＡｓＰガイド層１７２およびｐ−ＩｎＰクラッド層１７４の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
熱伝導率はヒートシンク２４側に配設された二元組成であるｐ−ＩｎＰクラッド層１７４の熱伝導率がヒートシンク２４と反対側に配設された四元組成のｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６の熱伝導率よりも高くなり、アンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１７０近傍で発生した熱がヒートシンク２４側に伝導しやすく放熱効果が高い構成になっている。
さらに、光強度分布は主にヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６側へ拡大することになる。またコンタクト層もｐ−ＩｎＰであるので、ヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＩｎＰクラッド層１７４の層厚を１．０μｍと薄くしてもｐ−ＩｎＰコンタクト層１７６の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたｎ−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１６６はｎ−ＩｎＰ基板１６４の光学的影響を低減するために層厚を２．０μｍと厚くしている。従ってアンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層１７０からヒートシンク２４までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。

変形例１３
図２２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。
図２２における半導体レーザ装置１８０は、発振波長が約４１０ｎｍであるリッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置で、半導体レーザ素子１８２とヒートシンク２４とから形成されている。
図２２において、半導体レーザ素子１８２は、ｎ−ＧａＮ基板１８４とこのｎ−ＧａＮ基板１８４の表面上に、ｎ−ＧａＮ基板１８４側から順次、第２の半導体層としてのｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６（Ａｌ組成比ｘ＝０．９、層厚ｔ＝２．０μｍ）、第４の半導体層としてのアンドープＧａＮガイド層１８８（層厚ｔ＝１００ｎｍ）、アンドープＩｎＧａＮ活性層１９０（Ｉｎ組成比ｎ＝０．１、層厚ｔ＝１０ｎｍ）、第３の半導体層としてのアンドープＧａＮガイド層１９２（層厚ｔ＝１００ｎｍ）、第１の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４（Ａｌ組成比ｘ＝０．４、層厚ｔ＝１．０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１９６が配設されている。
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４とｐ−ＧａＮコンタクト層１９６とは導波路リッジが形成され、この導波路リッジの頂部に開口１５０を有する絶縁膜１５２がｐ−ＧａＮコンタクト層１９６の表面上に形成されている。この開口１５０及び絶縁膜１５２上にｐ電極４２が配設され、ｎ−ＧａＮ基板１８４の裏面側にｎ電極４４が配設されている。ｐ電極４２の表面上には金メッキ層４６が配設され、この金メッキ層４６を介して半導体レーザ素子１８２がヒートシンク２４と半田により接合されている。

半導体レーザ装置１８０においては、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６の屈折率はｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４の屈折率よりも高くなる。
従ってアンドープＩｎＧａＮ活性層１９０に対してヒートシンク２４と反対側に配設されたアンドープＧａＮガイド層１８８およびｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６の実効屈折率はアンドープＩｎＧａＮ活性層１９０に対してヒートシンク２４側に配設されたアンドープＧａＮガイド層１９２およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４の実効屈折率よりも高くなるので、光強度分布は主にヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６側へ拡大することになる。このため、垂直ビーム拡がり角θvが小さくなり、水平ビーム拡がり角θhは特に変化がないので、水平ビーム拡がり角θhに対する垂直ビーム拡がり角θvの比であるアスペクト比が小さくなる。
また垂直ビーム拡がり角θvが小さくなると近視野像のビーム径が拡大し、光密度が低減するので高出力時の端面劣化を少なくすることになり高出力動作におけるＬＤの信頼性を高めることになる。
熱伝導率は、ヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４の熱伝導率がヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６の熱伝導率よりも高くなり、アンドープＩｎＧａＮ活性層１９０近傍で発生した熱がヒートシンク２４側に移動しやすく放熱効果が高い構成になっている。

さらに、光強度分布は主にアンドープＩｎＧａＮ活性層１９０に対してヒートシンク２４と反対側に配設されたｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６側へ拡大することになる。このため、アンドープＩｎＧａＮ活性層１９０に対してヒートシンク２４側に配設されたｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１９４の層厚を１．０μｍと薄くしてもｐ−ＧａＮコンタクト層１９６の光学的影響を受けることはない。一方光強度分布が拡大する側に配設されたｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１８６はｎ−ＧａＮ基板１８４の光学的影響を低減するために層厚を２．０μｍと厚くしている。従ってアンドープＩｎＧａＮ活性層１９０からヒートシンク２４までの距離を短くすることができ一層放熱効果を高めることができる。
以上のようにこの実施の形態に係る半導体レーザ装置においては、リッジ導波路構造を有する半導体レーザ装置において、実施の形態３と同様の効果を備えている。

なお以上の実施の形態において記載した材料、半導体レーザ構造、各層の組成比および層厚等は、一例であるこれに限るものではない。
また以上の実施の形態においては活性層が一つである単一量子井戸構造を例に示したが、これに限らず多重量子井戸構造の活性層でも同様の効果を奏する。
また記載の実施の形態においては、電流狭窄構造をプロトン注入によりおこなったブロードエリアレーザを示したが、これに限るものではなく、絶縁膜による電流狭窄構造である絶縁膜ストライプレーザにおいても同様の効果を奏する。
また、導波路構造としてリッジ導波路構造を例に説明したが、これに限るものではなく埋め込み構造や埋め込みリッジ構造であっても良い。

以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、固体レーザ励起用など高出力動作が要求される半導体レーザ装置に適している。

この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の模式図である。 この発明に係る半導体レーザ装置の半導体層の屈折率分布を示す模式図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面における半導体レーザ装置の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面における半導体レーザ装置の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。 この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の断面図である。

符号の説明

２４ ヒートシンク、 ３０ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、 ３４ ＡｌＧａＡｓ活性層、 ３８ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、 ３２ アンドープＡｌＧａＡｓガイド層、 ３６ アンドープＡｌＧａＡｓガイド層。

Claims (5)

1. 一主面を有する放熱体と、
   この放熱体の主面上に配設され、この放熱体の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する第１導電型の第１の半導体層と、
   この第１の半導体層の第２の主面上に配設され、上記第１の半導体層の第２の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する活性層と、
   この活性層の第２の主面上に配設され、上記活性層の第２の主面に対向する第１の主面およびこの第１の主面と互いに対向する第２の主面を有する第２導電型の第２の半導体層とを備えるとともに、上記活性層の第１の主面と上記第１の半導体層の第１の主面との間の実効屈折率が上記活性層の第２の主面と上記第２の半導体層の第２の主面との間の実効屈折率より低く、かつ上記活性層の第１の主面と上記第１の半導体層の第１の主面との間の熱抵抗が上記活性層の第２の主面と上記第２の半導体層の第２の主面との間の熱抵抗より小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 第１の半導体層が熱伝導率λ1と屈折率ｎ1と層厚みｔ1とを有し、活性層が屈折率ｎaを有し、第２の半導体層が伝導率λ2と屈折率ｎ2と層厚みｔ2とを有するとともに、ｎa＞ｎ2＞ｎ1、かつ ｔ2／λ2＞ｔ1／λ1 としたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 第１の半導体層と活性層との間に屈折率ｎ3と熱伝導率λ3と層厚ｔ3とを有するアンドープの第３の半導体層が、また第２の半導体層と活性層との間に屈折率ｎ4と熱伝導率λ4と層厚ｔ4とを有するアンドープの第４の半導体層がさらに配設されるとともに、ｎa＞ｎ3、ｎa＞ｎ4、かつｔ4／λ4＞ｔ3／λ3としたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
4. 一主面を有する放熱体と、
   この放熱体の主面上に配設された第１導電型の第１の半導体層と、
   この第１の半導体層の上に配設された一層または複数層の第３の半導体層と、
   この第３の半導体層の上に配設された活性層と、
   この活性層上に配設された一層または複数層の第４の半導体層と、
   この第４の半導体層の上に配設された第２導電型の第２の半導体層とを備え、
   第１の半導体層と第３の半導体層とから定まる熱抵抗が第４の半導体層と第２の半導体層とから定まる熱抵抗より小さくかつ第１の半導体層と第３の半導体層とから定まる実効屈折率が第４の半導体層と第２の半導体層とから定まる実効屈折率より低いことを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 第１の半導体層および第２の半導体層は、それぞれの屈折率ｎ1または屈折率ｎ2が屈折率の減少に伴って熱伝導率が増加する領域にある材料で構成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。

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