JP2007189264A - 半導体レーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】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効率（ｄＰ／ｄＩ）の変化を小さくして、光出力が安定した半導体レーザを提供する。
【解決手段】ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦０．３）活性層と、活性層の一方の面に積層された第１ガイド層と、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、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において、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する。
【選択図】図２０
【解決手段】ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ≦０．３）活性層と、活性層の一方の面に積層された第１ガイド層と、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、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において、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する。
【選択図】図２０
Description
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。
図２５（ａ）は、特開平１１−２３３８８３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ＩｎＧａＡｓ活性層１０５が、順次、積層される。更に、活性層１０５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１０７、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１０９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１１１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１１３が形成される。
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１０１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。
特開平１１−２３３８８３号公報
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。
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。
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１７０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、"Analysis of the mode internal coupling in InGaAs/GaAs laser diodes", Laser Physics, Vol.4, No.3, pp.485-492, 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。
図２６に示すように、半導体レーザ１７０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、"Analysis of the mode internal coupling in InGaAs/GaAs laser diodes", Laser Physics, Vol.4, No.3, pp.485-492, 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。
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１０１には吸収されないため、ｐ側電極１１２とｎ側電極１１３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。
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（ｄＰ／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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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／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。
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／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。
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ＧａＡｓ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。
かかる半導体レーザでは、ＧａＡｓ基板やＧａＡｓ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。
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
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
上記第１クラッド層は、上記ＩｎxＧａ1-xＡｓ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。
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。
上記第１クラッド層は、上記ＩｎxＧａ1-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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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−ＧａＡｓ基板１上に、厚さが０．９μｍのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ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Ｉｎ０．１１３Ｇａ０．８８７Ａｓ活性層６、厚さが４０ｎｍのアンドープｉ−ＧａＡｓ０．９５８Ｐ０．０４２ガイド層７、厚さが４０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓガイド層８が積層されている。
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−ＧａＡｓ基板１上に、厚さが０．９μｍのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ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Ｉｎ０．１１３Ｇａ０．８８７Ａｓ活性層６、厚さが４０ｎｍのアンドープｉ−ＧａＡｓ０．９５８Ｐ０．０４２ガイド層７、厚さが４０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ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−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。
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。
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。
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１５０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−Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ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。
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。
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。
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。
一方、図４は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 pp.2676-2680, 1997(T. Hashimoto, et.al., "Reduction of Beam Divergence Angle by Low-Refractive-Index Layers Introduced to Real-Refractive-Index-Guided 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１６０で表される半導体レーザでは、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１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−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層２０８、厚さが２．５μｍのｐ−Ａｌ０．４８Ｇａ０．５２Ａｓクラッド層２０９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１０が形成される。
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−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層２０８、厚さが２．５μｍのｐ−Ａｌ０．４８Ｇａ０．５２Ａｓクラッド層２０９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１０が形成される。
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。
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５９ｎｍ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。
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。
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。
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。
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（１７５ｎｍ）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。
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。
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１００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。
このように、本実施の形態にかかる半導体レーザ１００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。
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。
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１００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−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ、第２クラッド層９には厚さが０．５μｍのｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ、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。
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１００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−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ、第２クラッド層９には厚さが０．５μｍのｐ−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
このように、第１クラッド層２（ｎ−Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ）のＡｌ組成比を、第１クラッド層１０（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。
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。
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。
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。
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２００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。
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。
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−ＧａＡｓ０．９５８Ｐ０．０４２ガイド層７、厚さが５０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ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−Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ第１クラッド層１０が形成される。
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−ＧａＡｓ０．９５８Ｐ０．０４２ガイド層７、厚さが５０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ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−Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ第１クラッド層１０が形成される。
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−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３００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。
また、図９（ｂ）は半導体レーザ３００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。
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。
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−ＧａＡｓＰ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。
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−ＧａＡｓＰ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。
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。
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。
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３００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。
半導体レーザ３１０では、上述の半導体レーザ３００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。
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。
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。
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。
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. Eliseev 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 the mode internal coupling in InGaAs/GaAs laser diodes, "Laser Physics, Vol. 4, No.3, pp. 485-492, 1994）。
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. Eliseev 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 the mode internal coupling in InGaAs/GaAs laser diodes, "Laser Physics, Vol. 4, No.3, pp. 485-492, 1994）。
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。
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。
半導体レーザ３３０は、半導体レーザ３００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−Ａｌ０．２６Ｇａ０．７４Ａｓ）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。
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。
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。
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。
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。
半導体レーザ３４０は、半導体レーザ３００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−Ａｌ０．２６Ｇａ０．７４Ａｓ）を挿入し、かつ第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、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。
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。
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。
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。
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−Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓから形成され、一方、第１クラッド層１０がｐ−Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ａｓ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−Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ０．０９０Ｐ０．０１０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。
また、活性層６よりリッジ１１側のガイド層（ｉ−Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ０．０９０Ｐ０．０１０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。
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１４（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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−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。
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。
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。
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。
半導体レーザ４３０では、半導体レーザ４００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−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ）を挿入し、かつ第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、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。
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。
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。
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。
半導体レーザ４４０では、半導体レーザ４００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−Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ）を挿入している。
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。
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。
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。
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。
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４０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓガイド層４と、厚さ４０ｎｍ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−Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ａｓ０．９９５Ｐ０．００５ガイド層２０と、厚さ６０ｎｍのｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、ＩｎＧａＡｓＰ／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。
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１０６、１０７の層厚を、ガイド層１０３、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。
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１０６、１０７の層厚を、ガイド層１０３、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。
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ｄlcは２．５μｍ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３．５１３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２０ｎｍのＧａＡｓバリア層が含まれている。屈折率は３．５５７である。ＩｎxＧａ1-xＡｓ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。
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３．５１３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２０ｎｍのＧａＡｓバリア層が含まれている。屈折率は３．５５７である。ＩｎxＧａ1-xＡｓ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。
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１０６、１０７の正規化周波数が、基板側のガイド層１０３、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。
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。
半導体レーザ６００では、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２の中で、ＧａＡｓ基板側の０．５μｍ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２５（ａ）に示す従来構造の半導体レーザ１７０では、ＧａＡｓ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。
後述する比較例で示すように、図２５（ａ）に示す従来構造の半導体レーザ１７０では、ＧａＡｓ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。
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 InGaAs/GaAs laser 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／ｄＩ）を抑えることできる。
従って、かかる構造を用いて、ｎ型ＧａＡｓ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。
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１０９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。
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。
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。
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。
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。
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１１−２３３８８３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。
また、ＧａＡｓ基板１側のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２の層厚を、リッジ側のｐ型ＡｌＧａＡｓ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。
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３．５１３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２０ｎｍ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ＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７の層厚ｄug2は５０ｎｍ、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１．５μｍ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３．５１３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２０ｎｍ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ＧａＡｓ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ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１０７の層厚ｄug2は５０ｎｍ、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１．５μｍである。
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、１０７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ＡｌＧａＡｓ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。
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ＡｌＧａＡｓ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。
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１０６、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。
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１０６、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。
具体的には、リッジ側のアンドープＡｌＧａＡｓ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ｎlg2より高く、また、リッジ側のアンドープＡｌＧａＡｓ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、１０４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１１２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／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。
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、１０４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１１２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／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。
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。
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。
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、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。
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、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。
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ｄlc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３．４０６である。
また、その上に積層されたアンドープＧａＡｓ第１ガイド層１３４の層厚ｄlg1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。
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３．４０６である。
また、その上に積層されたアンドープＧａＡｓ第１ガイド層１３４の層厚ｄlg1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。
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ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１３７の層厚ｄug2は３０ｎｍ、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ＡｌＧａＡｓ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。
また、その上に積層されたアンドープＡｌＧａＡｓ第２ガイド層１３７の層厚ｄug2は３０ｎｍ、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ＡｌＧａＡｓ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。
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１４０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、１３４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。
具体的には、基板側のガイド層１３３、１３４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。
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、１３７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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
具体的には、基板側のガイド層１３３、１３４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。
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。
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。
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。
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。
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、１３ 絶縁膜、１４ ｐ側電極、１５ ｎ側電極、１００ 半導体レーザ。
Claims (7)
- 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。 - 上記第１クラッド層が、上記ＩｎｘＧａ１−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１に記載の半導体レーザ。
- 上記第１クラッド層が、上記ＩｎｘＧａ１−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１に記載の半導体レーザ。 - 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１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
- 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１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ。
- 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１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ。
- 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６に記載の半導体レーザ。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2012156559A (ja) * | 2012-05-21 | 2012-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
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-
2007
- 2007-04-20 JP JP2007111419A patent/JP2007189264A/ja active Pending
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