JP2006269988A

JP2006269988A - 半導体レーザ

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Publication number: JP2006269988A
Application number: JP2005089809A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Asazuma; 庸紀朝妻
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】電流注入領域の幅方向端部における発光を安定化させることができ、ＮＦＰの均一性を向上させることができる半導体レーザを提供する。
【解決手段】ｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０が順に積層され、ｐ型半導体層４０に電流狭窄領域５０が設けられている。ｐ型半導体層４０の電流通過領域５１に、境界線５２から幅方向内側にずれた位置に凹部７０を設け、この凹部７０内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも低くする。活性層３０の凹部直下領域３０Ｂの実効屈折率を低下させ、凹部直下領域３０Ｂと電流非注入領域３０Ｃとの間の端部領域３０Ｄにおける利得を相対的に高めて光強度を大きくする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ブロードエリア型半導体レーザなどの半導体レーザに関する。

半導体レーザ（laser diode ；ＬＤ）は、ＣＤ（Compact Disk）またはＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のような光ディスク装置における光源としての用途のほか、ディスプレイ，印刷機器，材料の加工または医療などさまざまな分野に応用されている。これらの応用分野においては出力の高いことが望ましい場合が多く、高出力半導体レーザに対する要望が高まっている。

出力を高くする一つの方法として、ストライプ状の電流注入領域を有する半導体レーザの場合、電流注入領域の幅、すなわちストライプ幅を広くすることが有効である。例えば、光ディスク用の半導体レーザでは、ストライプ幅の典型的な値が２μｍないし３μｍ程度であるのに対して、高出力用として開発されている半導体レーザには、ストライプ幅を５０μｍないし１００μｍに広げたものも出現している。このようにストライプ幅を広くした半導体レーザは、ブロードエリア型半導体レーザと呼ばれている。なお、ここでいう「ブロードエリア型」の基準となるストライプ幅の明確な数値は規定されていないが、本明細書においては例えば概ね１０μｍ以上のものをいうこととする。

図１８は、従来のブロードエリア型半導体レーザの一例を表したものである。この半導体レーザは、基板１１０上に、ｎ型クラッド層１２０，活性層１３０，ｐ型クラッド層１４１およびｐ側コンタクト層１４２が順に積層された構成を有している。ｐ側コンタクト層１４２およびｐ型クラッド層１４１の一部には、例えばイオン打ち込みにより不活性化された一対の電流狭窄領域１５０が設けられ、この電流狭窄領域１５０により活性層１３０の電流注入領域１３０Ａが制限されている。すなわち、この半導体レーザは利得導波型のものである。また、ｐ側コンタクト層１４２上にはｐ側電極１６１が設けられると共に、基板１１０の裏側にはｎ側電極１６２が設けられている。

図１９は、従来のブロードエリア型半導体レーザの他の例を表したものである。この半導体レーザは屈折率導波型のものであり、電流狭窄領域１５０のｐ側コンタクト層１４２およびｐ型クラッド層１４１の一部がエッチングにより除去され、突条部１５１Ａが形成されている。電流狭窄領域１５０は絶縁膜１５０Ａで覆われている。

このようなブロードエリア型半導体レーザでは、一般的に、出射端面における光強度の位置的な分布（以下、「ＮＦＰ」（Near Field Pattern；近視野像）という。）が均一なものが望ましい。なぜなら、上述した材料加工のような応用分野では、空間的に均一に照射あるいは加熱することが要求されるからである。
特開平３−１２５４９０号公報

しかしながら、ブロードエリア型半導体レーザでは電流注入領域の幅が広いので、モード競合が発生してＮＦＰが不均一になってしまうという問題があった。そのため、上述したような各種応用分野への適用に困難が生じていた。

すなわち、利得導波型では、図２０に示したように、電流注入領域１３０Ａの幅方向中央付近の利得は大きい一方、幅方向端部の利得は低くなっていた。レーザ光は基本的に電流注入領域１３０Ａ内の利得分布に従った強度分布を示すので、ＮＦＰにもそれに応じた分布が生じてしまっていた。

一方、屈折率導波型の場合には、突条部１５１Ａにより活性層１３０に実効屈折率差が与えられており、電流注入領域１３０Ａに光を閉じ込めることができる。そのため、図２１に示したように、電流注入領域１３０Ａの幅方向端部の光強度は利得導波型の場合ほど著しく低下せず、ＮＦＰの均一性は概して高かった。しかしそれでも、特に注入する電流が大きい場合には、幅方向中央の電流分布が大きくなる影響で、やはり中央付近の光強度が相対的に高くなってしまうという問題があった。また、中央付近の光強度が高くなると、戻り光の影響により発振状態が不安定になるおそれもあった。

なお、従来では、ｐ型クラッド層のストライプの両端に溝を設け、この溝をｎ型半導体層で埋め込むことにより、ストライプ幅を精度よく制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この構成では溝によってストライプ幅を精確に規定することはできるものの、ストライプ内部における利得分布を修正することはできなかった。そのため、ＮＦＰの不均一性を十分に改善することは難しかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電流注入領域の幅方向端部における発光を安定化させることができ、ＮＦＰの均一性を向上させることができる半導体レーザを提供することにある。

本発明による半導体レーザは、第１導電型半導体層，活性層および第２導電型半導体層を順に積層した積層構造を備え、第２導電型半導体層に、活性層の電流注入領域を制限する一対の電流狭窄領域が設けられたものであって、第２導電型半導体層は、一対の電流狭窄領域の間の電流通過領域の、電流狭窄領域と電流通過領域との境界線から幅方向内側にずれた位置に凹部を有し、凹部内の屈折率は第２導電型半導体層よりも低いものである。

本発明による半導体レーザでは、第２導電型半導体層の電流通過領域の、境界線から幅方向内側にずれた位置に凹部が設けられており、この凹部内の屈折率が第２導電型半導体層よりも低くされているので、活性層の凹部直下領域では実効屈折率が低下して、利得が下がる。一方、活性層の電流注入領域の外側の電流非注入領域ではもともと利得が小さい。よって、凹部直下領域と電流非注入領域との間に挟まれた端部領域では相対的に利得が上昇し、それに応じて光強度も大きくなる。従って、電流注入領域の中央付近だけでなく端部領域でも光強度が大きくなり、ＮＦＰの均一性が向上する。

本発明の半導体レーザによれば、第２導電型半導体層の電流通過領域の境界線から幅方向内側にずれた位置に凹部を設け、この凹部内の屈折率を第２導電型半導体層よりも低くするようにしたので、活性層の凹部直下領域の実効屈折率を低くして、この凹部直下領域と電流非注入領域との間の端部領域において相対的に利得を増し光強度を大きくすることができる。よって、電流注入領域の全体にわたり均一な強度で発光させることができ、ＮＦＰの均一性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成を表すものである。この半導体レーザは、ディスプレイ，印刷機器，材料加工または医療などの応用分野に用いられる高出力半導体レーザであり、基板１０上に、ｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０の積層構造を有している。ｐ型半導体層４０には、例えばプロトン（Ｈ⁺）またはホウ素（Ｂ⁺）イオン打ち込みにより不活性化された一対の電流狭窄領域５０が設けられ、この電流狭窄領域５０により活性層３０の電流注入領域３０Ａが制限されている。すなわち、この半導体レーザは利得導波型のものである。

基板１０は、例えば、厚みが１００μｍ程度に薄膜化され、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型半導体層２０は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に「厚み」という。）が３μｍであり、シリコンなどのｎ型不純物を添加したｎ型ＡｌＧａＡｓ混晶よりなるｎ型クラッド層２１を有している。

活性層３０は、例えば、厚さが３０ｎｍであり、不純物を添加しないＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。この活性層３０の中央部は、電流狭窄領域５０の間の電流通過領域５１を介して電流が注入されることにより発光が起こる電流注入領域３０Ａとなっている。電流注入領域３０Ａの幅Ｗ１は例えば１０μｍ以上である。すなわち、この半導体レーザは、ブロードエリア型半導体レーザである。

ｐ型半導体層４０は、例えば、ｐ型クラッド層４１およびｐ側コンタクト層４２が基板１０側から順に積層された構成を有している。ｐ型クラッド層４１は、例えば、厚さが２μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている。ｐ側コンタクト層４２は、例えば、厚さが０．５μｍであり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。

また、ｐ型半導体層４０は、一対の電流狭窄領域５０の間の電流通過領域５１の幅方向両側の、電流狭窄領域５０と電流通過領域５１との境界線５２から幅方向内側にずれた位置に凹部７０を有しており、この凹部７０内の屈折率はｐ型半導体層４０よりも低くされている。これにより、この半導体レーザでは、活性層３０の凹部直下領域３０Ｂと電流非注入領域３０Ｃとの間の端部領域３０Ｄにおける光強度を大きくし、ＮＦＰの均一性を向上させることができるようになっている。

凹部７０と境界線５２との間の距離Ｘは、例えば１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。距離Ｘが１μｍ以上であれば、端部領域３０Ｄに光が安定に存在することができるからである。このことは、典型的な半導体レーザの縦方向の光閉じ込めの条件（ガイド層の厚みの条件）や、シングルモード光ファイバのコア径の典型値が２μｍ〜５μｍであることなどに照らしても明らかである。また、距離Ｘが１０μｍよりも広いと十分な効果が得られなくなったり、あるいは端部領域３０Ｄ内で更に光強度分布が生じてしまうおそれがあるからである。なお、ここでいう「凹部７０と境界線５２との間の距離ｘ」とは凹部７０の中央と境界線５２との間の距離を表す。

凹部７０の幅Ｗ２は、例えば３μｍないし５μｍ程度であることが好ましい。この範囲の幅であれば、フォトリソグラフィ技術により無理なく作製できるからである。凹部７０の深さＤは、活性層３０に達しない深さであることが好ましい。凹部７０が深ければ活性層３０における凹部直下領域３０Ｂとそれ以外の領域との実効屈折率の差が大きくなるので、ある程度深い方が望ましいが、凹部７０が活性層３０にまで達すると電流注入領域３０Ａが分断されてしまうからである。

電流通過領域５１は、図２に示したように帯状に形成され、凹部７０は、電流通過領域５１の長手方向に平行な溝状に設けられている。なお、凹部７０は電流通過領域５１の長手方向全体に沿って設けられている必要はなく、電流通過領域５１の長手方向一部に沿って設けられていてもよい。例えば、凹部７０は主出射側端面付近のみに設けられていてもよい。ただし、凹部７０を電流通過領域５１の長手方向全体に沿って設ければ、製造工程において凹部７０を容易に作製することができる。

ｐ型半導体層４０上にはｐ側電極６１が設けられており、このｐ側電極６１が凹部７０を埋め込んでいる。ｐ側電極６１の構成材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）または金（Ａｕ）が好ましい。半導体レーザの典型的な構成材料であるＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ混晶の屈折率が約３〜４であるのに対して、ｐ側電極６１によく使われる金属材料、例えば金の屈折率は、波長が５００ｎｍ以上の光に対しては１以下であり、簡単な工程で凹部３２内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも低くすることができるからである。なお、ｐ側電極６１からの電流は主としてｐ側コンタクト層４２とｐ側電極６１との接触面を介して供給されるので、凹部７０が電流に与える影響はほとんど無いと考えられる。

なお、凹部７０内はｐ型半導体層４０よりも屈折率が低くなっていればよく、例えば凹部７０内に空気が入っていてもよいし、あるいは凹部７０が二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの絶縁層により埋め込まれていてもよい。また、図３に示したように、ｐ側電極６１が凹部７０の深さ方向の一部を埋め込むと共に凹部７０の残りの部分に空気８０が入っていてもよい。

一方、基板１０の裏面側にはｎ側電極６２が形成されている。ｎ側電極６２は、例えば、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層，ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層を基板１０の側から順に積層した構造を有しており、基板１０を介してｎ型クラッド層２１と電気的に接続されている。

また、この半導体レーザでは、共振器方向において対向する一対の端面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面には反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜は低くなるように調整され、他方の反射鏡膜は高くなるように調整されている。これにより、活性層３０において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして射出される。

この半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。

図４および図５は、この半導体レーザの製造方法を工程順に表すものである。まず、図４に示したように、例えば、上述した材料よりなる基板１０の一面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した厚みおよび材料よりなるｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０を順次積層する。

次いで、同じく図４に示したように、例えば、ｐ型半導体層４０上にマスク（図示せず）を形成し、例えば上述したイオンの打ち込みにより電流狭窄領域５０を形成する。

続いて、図５に示したように、ｐ型半導体層４０上に別のマスク（図示せず）を形成し、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、ｐ型半導体層４０の電流通過領域５１の幅方向両側の、境界線５２から距離Ｘだけ幅方向内側にずれた位置に凹部７０を設ける。

そののち、図１に示したように、基板１０の裏面側をラッピングして基板１０を上述した厚みまで薄膜化し、その面に上述した材料よりなるｎ側電極６２を形成する。

また、同じく図１に示したように、ｐ型半導体層４０上に、例えば上述した材料よりなるｐ側電極６１を形成する。これにより、凹部７０の深さ方向の少なくとも一部をｐ側電極６１で埋め込み、簡単な工程で凹部７０内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも小さくすることができる。

ｎ側電極６２およびｐ側電極６１を形成したのち、基板１０を所定の大きさに整え、一対の共振器端面に反射鏡膜（図示せず）を形成する。これにより、図１および図２に示した半導体レーザが完成する。

この半導体レーザでは、ｎ側電極６２とｐ側電極６１との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側電極６１から供給される駆動電流は電流通過領域５１を介して活性層３０の電流注入領域３０Ａに注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜（図示せず）により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。

ここで、電流通過領域５１に設けられた凹部７０内の屈折率がｐ型半導体層４０よりも低くされているので、活性層３０の凹部直下領域３０Ｂでは図６（Ｂ）に示したように実効屈折率が低下し、図６（Ｃ）に示したように利得も下がる。一方、活性層３０の電流注入領域３０Ａの外側の電流非注入領域３０Ｃではもともと利得が小さい。よって、凹部直下領域３０Ｂと電流非注入領域３０Ｃとの間に挟まれた端部領域３０Ｄでは相対的に利得が上昇する。レーザ光は基本的に利得の分布に従った強度分布を示すので、光は、図２０および図２１に示した従来構造に比べて端部領域３０Ｄに存在しやすくなる（閉じ込められやすくなる）。従って、電流注入領域３０Ａの中央付近だけでなく端部領域３０Ｄでも光強度が大きくなり、ＮＦＰの均一性が向上する。なお、注入される電流量が同じであれば端部領域３０Ｄの光強度増大に応じて中央付近の光強度はやや抑えられ、ＮＦＰは更に均一化される。

このように本実施の形態では、ｐ型半導体層４０の電流通過領域５１の、境界線５２から幅方向内側にずれた位置に凹部７０を設け、この凹部７０内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも低くするようにしたので、活性層３０の凹部直下領域３０Ｂの実効屈折率を低くして、この凹部直下領域３０Ｂと電流非注入領域３０Ｃとの間の端部領域３０Ｄにおいて相対的に利得を増し光強度を大きくすることができる。よって、電流注入領域３０Ａの全体にわたり均一な強度で発光させることができ、ＮＦＰの均一性を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図７（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成を表すものであり、図８はこの半導体レーザをｐ型半導体層の側から見た構成を表すものである。この半導体レーザは屈折率導波型のものであり、電流狭窄領域５０のｐ側コンタクト層４２およびｐ型クラッド層４１の一部がエッチングにより除去され、電流通過領域５１が突条部５１Ａとなっていることを除いては、第１の実施の形態の半導体レーザと同一の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。

基板１０，ｎ型半導体層２０，活性層３０，ｐ型半導体層４０，ｐ側電極６１およびｎ側電極６２は第１の実施の形態と同様に構成されている。

電流狭窄領域５０は、例えば二酸化ケイ素よりなる絶縁膜５０Ａで覆われている。凹部７０は突条部５１Ａの上面に設けられていることを除いては第１の実施の形態と同様に構成されている。

図９および図１０は、この半導体レーザの製造方法を工程順に表すものである。まず、図９に示したように、例えば、上述した材料よりなる基板１０の一面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した厚みおよび材料よりなるｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０を順次積層する。

次いで、同じく図９に示したように、例えば、ｐ型半導体層４０の上にフォトレジストよりなるマスク（図示せず）を形成し、このマスクを用いたドライエッチングにより、電流狭窄領域５０のｐ側コンタクト層４２およびｐ型クラッド層４１の一部を選択的に除去する一方、電流通過領域５１に突条部５１Ａを形成する。

続いて、同じく図９に示したように、例えば、電流狭窄領域５０のｐ型半導体層４０上に、例えば真空蒸着法により、上述した材料よりなる絶縁膜５０Ａを形成する。絶縁膜５０Ａには、突条部５１Ａの上面に対応して開口を設ける。

そののち、図１０に示したように、ｐ型半導体層４０上に別のマスク（図示せず）を形成し、例えばフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより、突条部５１Ａの上面の幅方向両側の、境界線５２から距離Ｘだけ幅方向内側にずれた位置に凹部７０を設ける。

凹部７０を設けたのち、図７に示したように、基板１０の裏面側をラッピングして基板１０を上述した厚みまで薄膜化し、その面に上述した材料よりなるｎ側電極６２を形成する。

また、同じく図７に示したように、ｐ型半導体層４０上に、例えば上述した材料よりなるｐ側電極６１を形成する。これにより、凹部７０の深さ方向の少なくとも一部をｐ側電極６１で埋め込み、簡単な工程で凹部７０内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも小さくすることができる。

この半導体レーザでは、ｎ側電極６２とｐ側電極６１との間に所定の電圧が印加されると、第１の実施の形態と同様にしてレーザ発振が生じ、レーザビームが外部に射出される。ここで、電流通過領域５１に設けられた凹部７０内の屈折率がｐ型半導体層４０よりも低くされているので、活性層３０の凹部直下領域３０Ｂでは図１１（Ｂ）に示したように実効屈折率が低下し、図１１（Ｃ）に示したように利得も下がる。よって、凹部直下領域３０Ｂと電流非注入領域３０Ｃとの間に挟まれた端部領域３０Ｄでは相対的に利得が上昇し、光強度も増大する。従って、ＮＦＰの均一性が向上する。特に、注入する電流が大きい場合には、幅方向中央の電流分布が大きくなる影響で、中央付近の光強度が相対的に高くなりやすいが、凹部７０が設けられていることにより端部領域３０Ｄの光強度も増大し、全体の光強度分布がより均一に近づく。よって、中央付近に戻り光が入射した場合にも、戻り光の影響により発振状態が不安定になることが抑制される。

このように本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加えて、特に屈折率導波型の場合に、注入する電流を大きくしてもＮＦＰの均一性を高くすることができ、戻り光による影響も抑制することができる。

（第３の実施の形態）
図１２は本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成を表すものであり、図１３は、この半導体レーザをｐ型半導体層の側から見た構成を表すものである。この半導体レーザは、例えば、凹部７０を電流通過領域５１の幅方向片側に設けたことを除いては、第２の実施の形態の半導体レーザと同一の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。

ｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０は、基板１０に例えば１０°のオフ角をつけて形成されたものであることを除いては、第１の実施の形態と同様に構成されている。

突条部５１Ａの一対の側面のうち片方は急斜面５３Ａ、他方は緩斜面５３Ｂとなっており、凹部７０は、突条部５１Ａの上面の緩斜面５３Ｂ側に設けられている。これにより、この半導体レーザでは、緩斜面５３Ｂ側の端部領域３０Ｄの光強度を大きくすることができ、オフ基板上に形成された半導体レーザの場合にもＮＦＰの均一性および対称性を高めることができるようになっている。

ｐ側電極６１およびｎ側電極６２は、第１の実施の形態と同様に構成されている。

この半導体レーザは、凹部７０を突条部５１Ａの上面の緩傾斜面５３Ｂ側のみに形成することを除いては、第２の実施の形態と同様にして製造することができる。

この半導体レーザでは、ｎ側電極６２とｐ側電極６１との間に所定の電圧が印加されると、第１の実施の形態と同様にしてレーザ発振が生じ、レーザビームが外部に射出される。ここで、電流注入領域３０Ａの急斜面５３Ａ側では、図１４（Ｂ）に示したように、突条部５１Ａによって与えられる実効屈折率差が急斜面５３Ａで急激に変化するので、図１４（Ｃ）に示したように、利得も急激に変化する。一方、緩斜面５３Ｂ側では、突条部５１Ａの上面に凹部７０が設けられているので、活性層３０の凹部直下領域３０Ｂでは図１４（Ｂ）に示したように実効屈折率が低下し、図１４（Ｃ）に示したように利得も下がる。よって、緩斜面５３Ｂ側の端部領域３０Ｄでは相対的に利得が上昇し、光強度も増大する。従って、ＮＦＰの均一性および対称性が向上する。

このように本実施の形態では、凹部７０を電流通過領域５１の幅方向片側、具体的には突条部５１Ａの上面の緩斜面５３Ｂ側に設けるようにしたので、緩斜面５３Ｂ側の端部領域３０Ｄの光強度を大きくすることができ、オフ基板上に形成された半導体レーザの場合にもＮＦＰの均一性および対称性を高めることができる。

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。

第１の実施の形態と同様にして、電流通過領域５１の幅方向両側に凹部７０を有する半導体レーザを作製した。その際、電流注入領域３０Ａの幅Ｗ１は６０μｍ、境界線５２と凹部７０との間の距離Ｘは８μｍ、凹部７０の幅Ｗ２は３μｍ、凹部７０の深さＤは２．２μｍとした。また、ｐ側電極６１はチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をｐ型半導体層４０側から順に積層した構造とし、凹部７０内をｐ側電極６１で埋め込んだ。得られた半導体レーザについてＮＦＰを調べた。その結果を図１５に示す。

本実施例に対する比較例として、従来のように凹部を設けなかったことを除き、本実施例と同様にして半導体レーザを作製した。この比較例についてもＮＦＰを調べた。その結果を図１６に示す。

このように、本実施の形態では、比較例に比べて均一なＮＦＰを得ることができた。すなわち、ｐ型半導体層４０の電流通過領域５１の境界線５２から幅方向内側にずれた位置に凹部７０を設け、この凹部７０内の屈折率をｐ型半導体層４０よりも低くするようにすれば、電流注入領域３０Ａの全体にわたり均一な強度で発光させることができ、ＮＦＰの均一性を改善できることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第３の実施の形態では、第２の実施の形態の屈折率導波型の半導体レーザにおいて電流通過領域５１の幅方向片側に凹部７０を設けた場合を例として説明したが、第３の実施の形態は第１の実施の形態の利得導波型のものにも適用可能である。例えば、図１７に示したようにオフ角θをつけた基板上に利得導波型の半導体レーザを形成した場合、凹部７０は、基板の結晶面の法線ＮのＢ側、すなわち、鉛直方向Ｖに関して法線Ｎとは逆側に設けることが望ましい。

更に、例えば、上記第３の実施の形態では、オフ基板上に形成した半導体レーザを例として説明したが、第３の実施の形態の適用対象はオフ基板上の半導体レーザに限られない。例えば、オフ角をつけない基板１０上に半導体レーザを形成し、ＮＦＰを計測して光強度分布を調べた上で、端部の光強度の低下が著しい側にのみ凹部７０を設け、ＮＦＰの非対称性を矯正するようにしてもよい。

加えて、上記実施の形態および実施例において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態および実施例においては、ｎ型不純物としてシリコンを用いたが、セレン（Ｓｅ）など他のｎ型不純物を用いてもよい。

更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、半導体レーザを構成する材料について具体的に例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例で説明したＧａＡｓ系素子以外にも、ＡｌＧａＩｎＰ系あるいはＩｎＰ系などの他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体，窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの他の半導体材料を用いる場合についても広く適用することができる。

加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、ｎ型半導体層２０，活性層３０およびｐ型半導体層４０をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等を用いてもよい。

更にまた、例えば、上記実施の形態および実施例においては、ｎ型の基板１０上に、ｎ型半導体層２０、活性層３０およびｐ型半導体層４０を順に積層した構成を有する半導体レーザについて説明したが、ｐ型の基板を用い、ｐ型の基板上に、ｐ型半導体層、活性層およびｎ型半導体層を積層した逆導電型の構造としてもよい。

加えてまた、例えば、上記実施の形態および実施例では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また他の層を更に備えていてもよい。例えば、活性層３０とｎ型半導体層２０またはｐ型半導体層４０との間に、光ガイド層が設けられていてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。図１に示した半導体レーザをｐ型半導体層の側から見た構成を表した平面図である。図１に示した半導体レーザの変形例を表す断面図である。図１に示した半導体レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。図４の工程に続く工程を表す断面図である。図６（Ａ）は図１に示した半導体レーザの一部を表す断面図であり、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）はこの半導体レーザにおける実効屈折率分布および利得分布をそれぞれ表す図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。図７に示した半導体レーザをｐ型半導体層の側から見た構成を表した平面図である。図７に示した半導体レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。図９の工程に続く工程を表す断面図である。図１１（Ａ）は図７に示した半導体レーザの一部を表す断面図であり、図１１（Ｂ）および図１１（Ｃ）はこの半導体レーザにおける実効屈折率分布および利得分布をそれぞれ表す図である。本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。図１２に示した半導体レーザをｐ型半導体層の側から見た構成を表した平面図である。図１４（Ａ）は図１２に示した半導体レーザの一部を表す断面図であり、図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）はこの半導体レーザにおける実効屈折率分布および利得分布をそれぞれ表す図である。本発明の実施例に係る半導体レーザのＮＦＰを表す図である。比較例に係る半導体レーザのＮＦＰを表す図である。図１に示した半導体レーザの変形例を説明するための図である。従来の半導体レーザの構造の一例を表す断面図である。従来の半導体レーザの構造の他の例を表す断面図である。図２０（Ａ）は図１８に示した半導体レーザの一部を表す断面図であり、図２０（Ｂ）はこの半導体レーザにおける利得分布を表す図である。図２１（Ａ）は図１９に示した半導体レーザの一部を表す断面図であり、図２１（Ｂ）はこの半導体レーザにおける利得分布を表す図である。

符号の説明

１０…基板、２０…ｎ型半導体層、２１…ｎ型クラッド層、３０…活性層、３０Ａ…電流注入領域、３０Ｂ…凹部直下領域、３０Ｃ…電流非注入領域、３０Ｄ…端部領域、４０…ｐ型半導体層、４１…ｐ型クラッド層、４２…ｐ側コンタクト層、５０…電流狭窄領域、５０Ａ…絶縁膜、５１…電流通過領域、５１Ａ…突条部、５２…境界線、５３Ａ…急斜面、５３Ｂ…緩斜面、６１…ｐ側電極、６２…ｎ側電極、７０…凹部、８０…空気。

Claims

第１導電型半導体層，活性層および第２導電型半導体層を順に積層した積層構造を備え、前記第２導電型半導体層に、前記活性層の電流注入領域を制限する一対の電流狭窄領域が設けられた半導体レーザであって、
前記第２導電型半導体層は、前記一対の電流狭窄領域の間の電流通過領域の、前記電流狭窄領域と前記電流通過領域との境界線から幅方向内側にずれた位置に凹部を有し、前記凹部内の屈折率は前記第２導電型半導体層よりも低い
ことを特徴とする半導体レーザ。
前記凹部は、前記電流通過領域の幅方向両側に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記凹部と前記境界線との間の距離は、１μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記第２導電型半導体層上に電極が設けられており、前記電極は前記凹部の深さ方向の少なくとも一部を埋め込んでいる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記凹部は、前記電流通過領域の幅方向片側に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
前記活性層の電流注入領域は１０μｍ以上の幅を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。