JP2014120556A - 半導体レーザダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】後端面でのＣＯＤ劣化を抑制できる半導体レーザダイオードを提供する。
【解決手段】 ＬＤ１０は、半導体材料からなる基板３１と、その内部に活性層３３と、活性層３３を挟むように積層された下クラッド層３２および上クラッド層３４とを備えている。ＬＤ１０では、前端面１１ａと後端面１１ｂから共振器が形成されている。ＬＤ１０では、共振器方向と並行に、複数のストライプ（ストライプ２０ａ、ストライプ２０ｂ、及びストライプ２０ｃ）が形成されている。ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれの幅が、前端面１１ａから後端面１１ｂに向かって、連続的に徐々に狭くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザダイオードに関する。

従来の半導体レーザダイオード（以下、「ＬＤ」と略称する）は、複数のストライプ（マルチストライプ構造）を有し、各ストライプの幅が共振器長全域で同じ幅で構成されている。また、各ストライプとの間隔は、レーザ光が出射される前端面側（低反射率側）では、各ストライプから出射される各レーザ光が一点となるように、各ストライプとの間隔を狭く構成し、後端面側（高反射率側）では、通電時に各ストライプから発生する熱が、隣り合うストライプに与える影響が少なくなるように、各ストライプとの間隔を広く構成するようにしている。このため、各ストライプの間隔が、前端面側、チップ中央部、後端面側で異なり、前端面側から、チップ中央部、後端面側へかけて広くなる構造となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−７６１８８号公報 特開平３−２３１４８３号公報 特開昭６３−０３３８８９号公報 特開平８−４６２８８号公報

従来のＬＤはストライプの幅が同じに構成され、各ストライプの共振器長全域で均一に電流が供給され、各ストライプの共振器長全域で活性層を流れる電流密度が同じになることが一般的であった。このため、各ストライプの共振器長全域で利得が同じになり、高出力動作時には、後端面でも光密度が大きくなって、後端面でＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）劣化することがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、後端面でのＣＯＤ劣化を抑制できる半導体レーザダイオードを提供することを目的とする。

本発明にかかる半導体レーザダイオードは、
半導体基板に積層された活性層および前記活性層を挟むように前記半導体基板に積層された一対のクラッド層と、
前記活性層の対向する２つの端部のうち一方を前端面とし他方を後端面として、前記前端面の反射率よりも前記後端面の反射率が高く形成された共振器と、
前記活性層における利得を前記前端面側よりも前記後端面側で小さくする利得制御構造と、
を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる半導体レーザダイオードによれば、後端面でのＣＯＤ劣化を抑制できる。

本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ａ−Ａ断面）である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。 共振器内部の光密度分布を示した図である。 共振器内部の光密度分布の計算結果を示した図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｃ−Ｃ断面）である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｄ−Ｄ断面）である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態５にかかる半導体レーザダイオードの共振器方向の断面図（Ｅ−Ｅ断面）である。 本発明の実施の形態６にかかる半導体レーザダイオードを示す上面図である。 本発明の実施の形態６にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｆ−Ｆ断面）である。 本発明の実施の形態６にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｇ−Ｇ断面）である。 本発明の実施の形態１から６にかかる半導体レーザダイオードの変形例で、ストライプ状にコンタクト部を形成していない例を、実施の形態１の半導体レーザダイオードに適用した一例の断面図である。 本発明の実施の形態７にかかる半導体レーザダイオードの上面図を示すものである。 本発明の実施の形態７にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｈ−Ｈ断面）である。 本発明の実施の形態８にかかる半導体レーザダイオードの後端面１１ｂ側の断面図である。 本発明の実施の形態の変形例として、実施の形態１のＬＤ１０の後端面１１ｂ側における断面図である。 本発明の実施の形態の変形例として、実施の形態１のＬＤ１０の構成を変形して基板３１までエッチングを施したＬＤを示す図である。 本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの平面図である。 本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの変形例についての平面図である。 本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの断面図である。 本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの断面図である。

以下の実施の形態の説明及び各図面において、複数の実施の形態において同一の符号を付した構成は、同一又は相当する構成を示すものである。以下、共振器における前端面から後端面に向かう方向を、「共振器方向」とも称す。また、本発明の各実施形態に適用され、ＬＤの活性層における利得を前端面側よりも後端面側で小さくする構造が、上記の課題を解決するための手段における「利得制御構造」に相当している。

実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１における半導体レーザダイオード（以下、「ＬＤ」と称す）の上面図である。図２および図３は、実施の形態１におけるＬＤ１０の断面図である。ＬＤ１０は、半導体材料からなる基板３１と、その内部に活性層３３と、活性層３３を挟むように積層された下クラッド層３２および上クラッド層３４とを備えている。図１において、ＬＤ１０は、低反射率のコーティング膜１２ａを形成した前端面１１ａと、前端面１１ａのコーティング膜１２ａの反射率より高反射率のコーティング膜１２ｂを形成した後端面１１ｂとを備えている。前端面１１ａと後端面１１ｂから共振器が形成されている。ＬＤの端面より出射される光は、端面の反射率に依存し、反射率が小さい面での出射光が大きくなる。後端面１１ｂからの出射光より、反射率の小さい前端面１１ａからの出射光が大きくなる。

ＬＤ１０では、共振器方向と並行に、複数のストライプ（ストライプ２０ａ、ストライプ２０ｂ、及びストライプ２０ｃ）が形成されている。ストライプ２０ａ、ストライプ２０ｂ、及びストライプ２０ｃの３本のストライプにより、ストライプ構造２０が形成されている。ストライプ構造２０は、活性層３３に注入される電流が前端面１１ａ側より後端面１１ｂ側で小さくなるように電流を狭窄する。ストライプ２０ａとストライプ２０ｂとの間にある間隔を「間隔２１ａ」と、ストライプ２０ｂとストライプ２０ｃとの間にある間隔を「間隔２１ｂ」と、それぞれ符号を付する。実施の形態１では、ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれの幅が、前端面１１ａから後端面１１ｂに向かって、連続的に徐々に狭くなっている。これに伴い、間隔２１ａ，２１ｂが、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて、連続的に徐々に広くなっている。つまり、間隔２１ａ，２１ｂが、前端面１１ａ側ではほとんど存在せず、後端面１１ｂ側では大きくなっている。

ここで、ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと間隔２１ａ，２１ｂとを合わせた全体の幅を、ストライプ構造２０の幅Ｗと称す。幅Ｗは、前端面１１ａから後端面１１ｂにわたる全体で、同じ幅となるように形成されている。すなわち、前端面１１ａから後端面１１ｂまで、ストライプ構造２０の全体の幅Ｗが一定になるように、少なくとも外側のストライプ２０ａと２０ｃでは、ストライプ幅が図１においてＬＤ１０の前後非対称になっている。

実施の形態１にかかるＬＤ１０では、ストライプ構造２０の全体の幅Ｗは４０μｍ程度である。この幅Ｗは、光出力が数ワット程度のいわゆる高出力ＬＤにおいて多く採用されているストライプの幅と同じ程度となる。

図２は、図１のＡ―Ａ断面の断面図を示すものであり、ＬＤ１０の後端面１１ｂ側における断面構造を図示したものである。図２に示すように、基板３１の上に、バンド不連続緩和層３９ａ、下クラッド層３２、活性層３３、上クラッド層３４、バンド不連続緩和層３９ｂ、コンタクト層３５が形成されている。コンタクト層３５は、共振器方向にストライプ状に形成したコンタクト部３５ａを有している。

コンタクト層３５の上には、絶縁層３６が形成されている。絶縁層３６をストライプ状に除去した開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃが、コンタクト層３５の一部であるコンタクト部３５ａの上に形成されている。絶縁層３６は、絶縁膜３６ａ及び絶縁膜３６ｂを有している。開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの間にある絶縁膜３６ａ及び絶縁膜３６ｂが、開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの間に位置している。絶縁層３６の上には、電極８０が形成され、基板３１の下には、電極８５が形成されている。電極８０は開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃを介してコンタクト層３５と接続しており、これにより、電極８０と上クラッド層３４等との電気的接続が形成されている。

ここで、開口部７０ａ、７０ｂおよび７０ｃは、ストライプ２０ａ、２０ｂおよび２０ｃをそれぞれ構成している。すなわち、図２に示した開口部７０ａが、図１に示したストライプ２０ａの領域に相当する。同様に、開口部７０ｂがストライプ２０ｂの領域に、開口部７０ｃがストライプ２０ｃの領域に相当する。図２に示した開口部７０ａと開口部７０ｂとの間にある絶縁膜３６ａの幅が、図１に示した間隔２１ａに相当する。同様に、開口部７０ｂと開口部７０ｃとの間にある絶縁膜３６ｂの幅が、間隔２１ｂに相当する。

図３は、図１のＢ―Ｂ断面の断面図を示すものであり、ＬＤ１０の前端面１１ａ側における断面構造を図示したものである。図２と図３を比較すると、図３に示す前端面１１ａ側断面図の開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅は、図２に示す後端面１１ｂ側断面図の開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅よりも、広く形成されている。図２および図３に示す各位置の開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅は、図１のストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅に相当している。このような絶縁膜構造を有するＬＤ１０においては、ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅が、前端面１１ａ側よりも後端面１１ｂ側のほうが狭くなっている。

［実施の形態１の装置の製造方法］
ＬＤ１０を製造方法について示す。基板３１の上にバンド不連続緩和層３９ａ、下クラッド層３２、活性層３３、上クラッド層３４、バンド不連続緩和層３９ｂ、コンタクト層３５を結晶成長する。その後、ストライプ状にコンタクト層３５を除去してコンタクト部３５ａを形成する。コンタクト層３５の上に絶縁層３６を形成する。絶縁層３６をストライプ状にエッチングして開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃを、コンタクト層３５の一部であるコンタクト部３５ａの上に形成する。絶縁層３６の上に電極８０を形成する。さらに、基板３１の下には電極８５を形成する。

［実施の形態１の装置の動作および作用効果］
ＬＤ１０の駆動時には、電極８０から開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃを通って、電流５０が供給される。供給された電流５０が、コンタクト部３５ａ、バンド不連続緩和層３９ｂ、上クラッド層３４を通って、活性層３３に供給される。活性層３３に流れる電流５０は、開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅に依存し、開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅が広いほど活性層３３に流れる電流５０が大きくなる。

ストライプ状に形成されたコンタクト部３５ａが、活性層３３に供給される電流５０の共振器に対して横方向の電流の広がり幅を狭窄する。これは、コンタクト部３５ａがストライプ状に形成されたことで、ＬＤ１０に電流狭窄部が設けられたものである。共振器方向に垂直な横方向への電流の広がり幅は、コンタクト部３５ａの幅に依存する。コンタクト部３５ａの幅が、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて同じ幅で形成されている。このため、横方向の電流の広がり幅は前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて同じになる。従って、活性層３３に流れる電流５０の電流密度は、開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃから供給される電流に依存する。開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃから供給される電流は、開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃの幅、すなわちこれに相当するストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅に依存する。

活性層３３での利得は、活性層３３に流れる電流５０の電流密度に依存し、活性層３３に流れる電流５０の電流密度が大きくなると、活性層３３での利得も大きくなる。ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅が狭い後端面１１ｂ側では、活性層３３に供給される電流５０が小さくなり、活性層３３に流れる電流５０の電流密度が小さくなる。その結果、後端面１１ｂ側では、前端面１１ａ側に比べて、活性層３３での利得が小さくなる。

実施の形態１のＬＤ１０では、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて、ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅が狭くなるように形成してある。前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて、ストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅に依存して活性層３３に流れる電流５０が小さくなり、活性層３３に流れる電流５０の電流密度が小さくなる。その結果、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて、活性層３３での利得が小さくなる。

図４は、本発明の実施の形態１にかかるＬＤ１０の共振器内部の光の強度を示した図である。活性層３３での利得係数をｇ、活性層３３での損失係数をαｉとする。共振器内部の光の強度は、図４において、右方向（後端面に方向）に進む光の強度６０ａは（１）式で与えられる。また、左方向（前端面に方向）に進む光の強度６０ｂは（２）式で与えられ、共振器内部の光密度６０ｃは（３）式で与えられる。
Ｐ_＋ ＝ｅｘｐ^{（ｇ−αｉ）ｚ}・・・ （１）
Ｐ_― ＝ｅｘｐ^{−（ｇ−αｉ）ｚ}・・・ （２）
Ｐｚ ＝ Ｐ_＋ ＋ Ｐ₋ ・・・ （３）

活性層３３での利得は、活性層３３に注入される電流密度に依存する。活性層３３へ注入される電流密度を変えることにより、活性層３３内部での共振器方向の利得に変化をつけることができる。このように、ＬＤ１０は、利得制御構造を備えているのである。

共振器の前端面１１ａから後端面１１ｂに向かって利得が小さくなるようにすると、共振器の前端面１１ａから後端面１１ｂでの利得が均一な場合よりも、後端面１１ｂの光密度を小さくすることができる。後端面１１ｂでの光密度が小さくなるため、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を低減できる。また、前端面１１ａ側から後端面１１ｂ側に向かって電流密度を小さくすることによって、前端面１１ａ側から後端面１１ｂ側に向かって利得を小さくした場合は、後端面１１ｂ近傍での電流が小さくなるので、後端面１１ｂ近傍での発熱も抑えられる。

図５は、共振器内部の光密度、及び光の進む方向の光の強度を計算した結果を示す図である。ＬＤの共振器長Ｌは１０００μｍで、前端面１１ａには反射率Ｒｆ＝１０％のコーティング膜１２ａを後端面１１ｂには反射率Ｒｒ＝９５％のコーティング膜１２ｂを形成してある場合の、共振器内部の光密度、及び光の進む方向の光の強度を計算した結果を示してある。
図５（ａ）は、共振器長Ｌ＝１０００μｍ、Ｒｆ＝１０％、Ｒｒ＝９５％として、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて利得を小さくしたＬＤの場合の結果を示した図である。一方、図５（ｂ）は、比較例の図であり、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて利得が均一な場合のＬＤの計算結果を示した図である。
図５（ｃ）は、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて利得を小さくしたＬＤの場合と利得が均一なＬＤの場合とで、光密度分布を対比的に示したものである。図５（ｃ）からわかるとおり、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて利得を小さくすることにより、後端面１１ａでの光密度が低減されている。

以上説明した実施の形態１による半導体レーザダイオードによれば、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて活性層３３に流れる電流５０の電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

［実施の形態１の変形例］
なお、間隔２１ａ，２１ｂについては、図面の上では模式的に広く示されているが、前端面１１ａ側と後端面１１ｂ側で活性層３３に供給する電流に差をつけることができれば良い。例えば、ストライプ幅１０μｍに対して、間隔１μｍ程度、又はそれ以下でもかまわない。

また、ストライプの本数については図面上では、３本であるが、ストライプの本数は、２本であってもよく、３本以上であってもよい。複数のストライプを設けることで、ストライプ構造の全体の幅Ｗを一定にしつつ、各々のストライプ幅を変えることができる。

なお、実施の形態１については、ストライプ構造２０の全体の幅が４０μｍの構造で説明したが、ストライプ構造２０の全体の幅は４０μｍに限定したものではない。ストライプ構造２０の全体の幅が４０μｍより広い構成でも、狭い構成でも、同様に適用できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、前端面から後端面まで複数のストライプで形成したストライプ構造としたが、実施の形態２では、前端面側を広い幅の単一のストライプとし、後端面側を複数のストライプに分岐させる構造とした点が異なる。それ以外の構成については、実施の形態１と同様である。

図６は、本発明の実施の形態２におけるＬＤの上面図を示すものである。図６において、ストライプ構造２２は、前端面１１ａ側では、相対的に幅の広い単一のストライプ２２ｄである。これに対し、後端面１１ｂ側でストライプ構造２２が３本のストライプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃに分岐している。ストライプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃそれぞれの幅は、ストライプ２２ｄの幅よりも狭い。ストライプ２２ａとストライプ２２ｂとの間にある間隔を間隔２３ａと、ストライプ２２ｂとストライプ２２ｃとの間にある間隔を間隔２３ｂと、それぞれ符号を付する。実施の形態２では、ストライプ２２ａ，２２ｂ，２２ｃの幅が、分岐部５２ａ，５２ｂから後端面１１ｂに向かって連続的に徐々に狭くなっている。これにともない、間隔２３ａ，２３ｂが、分岐部５２ａ，５２ｂから後端面１１ｂにかけて、連続的に、徐々に広くなっている。３本のストライプ２２ａ，２１ｂ，２２ｃそれぞれの幅を足し合わせた合計は、ストライプ２２ｄの幅より狭くなっている。ストライプ構造２２の全体の幅は、実施の形態１にかかるストライプ構造２０と同様に、前端面１１ａから後端面１１ｂにわたる全体で、同じ幅となるように形成されている。

図７および図８は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードの断面図である。図６のＣ−Ｃ断面が図７である。図６のＣ−Ｃ断面は、図１のＡ−Ａ断面と同様に後端面１１ｂ側の位置におけるＬＤの断面を示している。図６のＤ−Ｄ断面が図８である。図６のＤ−Ｄ断面は、図１のＢ−Ｂ断面と同様に前端面１１ａ側の位置におけるＬＤの断面を示している。

図７に示すように、後端面１１ｂ側には、絶縁層４１が設けられている。絶縁層４１は、ストライプ構造部を形成するために選択的に開口させられた開口部７２ａ，７２ｂ，７２ｃを備えており、これらの開口部の間には絶縁膜４１ａ，４１ｂが形成されている。図７に示した開口部７２ａが、図６に示したストライプ２２ａの領域に相当する。同様に、開口部７２ｂがストライプ２２ｂの領域に、開口部７２ｃがストライプ２２ｃの領域に相当する。図７に示した絶縁膜４１ａの幅が、図６に示した間隔２３ａに相当する。同様に、絶縁膜４１ｂの幅が、間隔２３ｂに相当する。

図８において、前端面１１ａ側では、絶縁膜を広く除去した開口部７２ｄが形成されている。図７に示した開口部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの幅の合計よりも、開口部７２ｄの幅のほうが広く形成されている。図８に示した開口部７２ｄが、図６に示したストライプ２２ｄの領域に相当する。

以上説明した実施の形態２による半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、分岐部５２ａ，５２ｂから後端面１１ｂにかけて活性層３３に流れる電流５０の電流密度を小さくすることができる。これにより後端面１１ｂでの光密度を低減することができ、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

実施の形態３．
実施の形態２にかかる半導体レーザダイオードでは、３本のストライプに分岐後、後端面に向かってその分岐したストライプの幅が狭くなっている。これに対し、実施の形態３にかかる半導体レーザダイオードでは、分岐したストライプの幅を変化させないという点が、実施の形態２と異なっている。それ以外については、実施の形態２と同様である。

図９は、本発明の実施の形態３におけるＬＤの上面図を示すものである。図９において、ストライプ構造２４は、前端面１１ａ側では、幅の広いストライプ２４ｄであるが、後端面１１ｂ側で、ストライプ構造２４が３本のストライプ２４ａ，２４ｂ，２４ｃに分岐している。ストライプ２４ａとストライプ２４ｂとの間にある間隔を間隔２５ａと、ストライプ２４ｂとストライプ２４ｃとの間にある間隔を間隔２５ｂと、それぞれ符号を付する。ストライプ２４ａ，２４ｂ，２４ｃそれぞれの幅は、分岐部から後端面１１ｂまで一定である。また、間隔２５ａ，２５ｂは、分岐部から後端面１１ｂまで一定の幅である。

実施の形態１にかかる半導体レーザダイオードと同様、ストライプ構造２４の全体の幅が、前端面１１ａから後端面１１ｂにわたる全体で、一定の幅となるように形成されている。３本のストライプ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの幅の合計の幅が、ストライプ２４ｄの幅より狭くなっている。このため、後端面１１ｂ側では、活性層３３に供給される電流５０が小さくなり、電流密度が小さくなって、活性層３３の利得が小さくなる。

以上説明した実施の形態３による半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、後端面１１ｂでの電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４におけるＬＤの上面図を示すものである。実施の形態１〜３では、ストライプ構造全の体の幅は、同じ幅に構成していた。これに対し、実施の形態４では、後端面近傍にて、ストライプ構造の全体の幅が後端面に向かって広くなる構造としている点が異なる。このような構造は、「フレア構造」とも称される。

図１０において、後端面１１ｂ側で、ストライプ構造２６が、ストライプ構造２６の全体の幅が後端面１１ｂに向かって連続的に徐々に広くなるフレア構造２６ｅになっている。また、ストライプ構造２６は、前端面１１ａ側では、１本の幅の広いストライプ２６ｄであるが、後端面１１ｂ側で、ストライプ２６構造が３本のストライプ２６ａ，２６ｂ，２６ｃに分岐している。ストライプ２６ａとストライプ２６ｂとの間にある間隔を間隔２７ａと、ストライプ２６ｂとストライプ２６ｃとの間にある間隔を間隔２７ｂと、それぞれ符号を付する。分岐部から後端面１１ｂ側に向かって各々ストライプ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの幅が連続的に徐々に狭くなっている。これに伴い、ストライプの間隔２７ａ，２７ｂが、連続的に徐々に広くなっている。

以上説明した実施の形態４にかかる半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、後端面１１ｂでの電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、複数のストライプを有するストライプ構造として、後端面側で、各ストライプの幅を狭くすることにより、活性層に流れる電流を小さくして、活性層の利得を小さくした。これに対し、実施の形態５では、１本のストライプを有するストライプ構造として、後端面側で、部分的に絶縁膜を残して、電流を阻害する領域（電流阻害部）を設けたストライプ構造としている点が異なる。それ以外については、実施の形態１〜４のＬＤの構成と同様である。

図１１は、本発明の実施の形態５におけるＬＤの上面図を示すものである。図１１において、ストライプ構造２８の全体の幅が、前端面１１ａ側から後端面１１ｂ側にかけて一定の幅で形成されている。ストライプ構造２８の前端面１１ａ側では、絶縁膜を除去した幅の広いストライプ２８ｄが形成されている。ストライプ構造２８の後端面１１ｂ側では、共振器方向に対して垂直に櫛状に絶縁層の一部を除去して開口した櫛状の部分ストライプ２８ａ，２８ｂ，２８ｃが形成されている。なお、櫛状に限らず、複数の島状の絶縁膜を所定間隔で配置することで電流を阻害する領域を設けても良い。

ここで、ストライプ２８ｄと櫛状の部分ストライプ２８ａとの間にある間隔を間隔２９ａと、櫛状の部分ストライプ２８ａと櫛状の部分ストライプ２８ｂとの間にある間隔を間隔２９ｂと、櫛状の部分ストライプ２８ｂと櫛状の部分ストライプ２８ｃとの間にある間隔を間隔２９ｃと、櫛状の部分ストライプ２８ｃと後端面１１ｂとの間にある間隔を間隔２９ｄと、それぞれ符号を付する。

図１２は、実施の形態５にかかるＬＤの共振器方向の断面図（Ｅ−Ｅ断面）を示す図である。図１２において、前端面１１ａ側では、絶縁層の一部が除去され開口された開口部７８ｄがあり、開口部７８ｄでは、コンタクト層３５の上に電極８０が形成されている。後端面１１ｂ側では、櫛状に絶縁層を除去した開口部７８ａ，７８ｂ，７８ｃが形成され、櫛状に絶縁膜４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが形成されている。

図１２に示した開口部７８ａが、図１１に示した櫛状の部分ストライプ２８ａの領域に相当する。同様に、開口部７８ｂが、櫛状の部分ストライプ２８ｂの領域に、開口部７８ｃが、櫛状の部分ストライプ２８ｃの領域に、開口部７８ｄが、ストライプ２８ｄに相当する。図１２に示した絶縁膜４５ａの幅が、図６に示した櫛状の間隔２９ａに相当する。同様に、絶縁膜４５ｂの幅が櫛状の間隔２９ｂに、絶縁膜４５ｃの幅が櫛状の間隔２９ｃに、絶縁膜４５ｄの幅が櫛状の間隔２９ｄに相当する。

後端面１１ｂ側では、櫛状に絶縁膜４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが残っている部分では、電流が流れない。このため、後端面１１ｂ側では、前端面１１ａ側に比べて活性層３３に流れる電流５０が小さくなり、活性層３３に流れる電流密度が小さくなる。その結果、後端面１１ｂ側では、部分的に活性層３３の利得が小さくなる。

以上説明した実施の形態５にかかる半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、後端面１１ｂでの電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

実施の形態６．
実施の形態６にかかるＬＤは、活性層での利得を小さくする利得制御構造として、後端面側の電極の電気抵抗を大きくするものである。つまり、実施の形態６にかかる利得制御構造は、後端面近傍での電気抵抗を大きくすることにより活性層に流れる電流を小さくし、後端面１１ｂ側で利得を小さくしている。この点が、実施の形態１〜５にかかるＬＤと異なっている。それ以外については、実施の形態１〜５のＬＤと同様の構成を備える。

図１３は、本発明の実施の形態６にかかるＬＤの一例の上面図を示すものである。前端面１１ａ側の電極８１と後端面１１ｂ側の電極８２を異なる電極構造で構成し、後端面１１ｂ側の電極８２の電気抵抗を前端面１１ａ側の電極８１に比べ大きくしている。

図１４および図１５は、実施の形態６にかかるＬＤの断面図である。図１４は、前端面１１ａ側の図１３のＦ―Ｆ断面の断面図を示すものである。図１５は、後端面１１ｂ側の図１３のＧ―Ｇ断面の断面図を示すものである。図１４において、前端面１１ａ側が、電極８１で形成されている。

図１５において、後端面１１ｂ側では、電極８２が形成されている。電極８２は、電極８１と同じ抵抗率の電極８２ａの上に、電極８１より抵抗率の高い電極８２ｂを積層したものである。本実施形態では、電極８１と電極８２ａを同じ電極材料とする。このような構成によれば、後端面１１ｂ側の電極８２の電気抵抗が、前端面１１ａ側の電極８１より高いため、後端面１１ｂ側の電極８２の領域では、前端面１１ａ側の電極８１の領域より活性層３３に流れる電流５０が小さくなり、活性層３３の利得が小さくなる。このようにして利得制御構造が実現される。

以上説明した実施の形態６にかかる半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、後端面１１ｂでの電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

なお、実施の形態１、２及び４において、ストライプ幅を連続的に徐々に狭くした構造について示したが、ストライプ幅を段階的（階段状）に徐々に狭くした構造でも同様に、前端面１１ａ側より後端面１１ｂ側の利得を小さくできる。それ以外の構造については、実施の形態１、２及び４と同様であり、同様の効果が期待できる。

なお、実施の形態１〜６において、コンタクト層３５をストライプ状に除去して、ストライプ状に形成されたコンタクト部３５ａが、活性層３３に供給される電流５０の共振器に対して横方向の電流の広がり幅を狭窄する電流狭窄部として動作する構造について説明してきた。しかしながら、本発明はこれに限られない。実施の形態１〜６のそれぞれにおいて、変形例として、コンタクト層３５をストライプ状に除去してコンタクト部３５ａを形成しなくともよく、絶縁膜で形成したストライプ構造で電流狭窄することが可能である。

図１６は、上記の変形例の一例として、実施の形態１について、コンタクト部３５ａを形成していない例を示した図である。図１６は、上記変形例の構成を実施の形態１の半導体レーザダイオードに適用した図である。図１６は、図１に示すＡ−Ａの相当する位置の断面（すなわち、後端面１１ｂ側ｂの断面）を示している。図１６において、ＬＤ駆動時には、電極８０から開口部７０ａ，７０ｂ，７０ｃを通って供給された電流５１が、コンタクト層４６の内部で、図１に示したストライプ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対して横方向に広がる。電流５１は、上クラッド層３４を通って、活性層３３に供給される。この時、コンタクト層４６の内部での、共振器に対して横方向の電流の広がり幅は、ストライプ構造２０の全体の幅に依存する。ストライプ構造２０の全体の幅に依存して、活性層３３に供給される横方向の電流の広がり幅が狭窄されて活性層３３に供給される。

なお、実施の形態２〜６においても、上記変形を同様に適用でき、同様の効果が期待できる。

実施の形態７．
実施の形態７は、活性層での利得を小さくする利得制御構造として、後端面１１ｂ側に高抵抗層を形成して後端面部の電気抵抗を大きくしている。この点が、実施の形態１〜６と異なる。実施の形態６にかかるＬＤでは、後端面１１ｂ近傍での電気抵抗を大きくすることにより、活性層に流れる電流を小さくして利得を小さくしているからである。それ以外については、実施の形態１〜６にかかるＬＤと同様の構成を備えている。

図１７は、本発明の実施の形態７にかかる半導体レーザダイオードの上面図を示すものである。後端面１１ｂ側に高抵抗領域８６を形成している。前端面１１ａ側と後端面１１ｂ側では、結晶構造が異なる。後端面１１ｂの高抵抗領域８６では、高抵抗層８６ａと第２のコンタクト層８６ｂを、コンタクト層３５の上に形成し、後端面１１ｂ側の電気抵抗を前端面１１ａ側に比べ大きくしている。

図１８は、本発明の実施の形態７にかかる半導体レーザダイオードの断面図（Ｈ−Ｈ断面）である。図１８は、後端面１１ｂ側の図１７のＨ―Ｈ断面の断面図を示すものである。

図１８において、後端面１１ｂ側では、コンタクト層３５の上に、コンタクト層３５より抵抗率の高い高抵抗層８６ａと第２のコンタクト層８６ｂを積層した結晶構造が形成されている。後端面１１ｂ側の抵抗が、前端面１１ａ側より高いため、後端面１１ｂ側の領域では、前端面１１ａ側の領域より活性層３３に流れる電流５０が小さくなり、活性層３３の利得が小さくなる。

以上説明した実施の形態７にかかる半導体レーザダイオードによれば、後端面１１ｂ側で、後端面１１ｂでの電流密度を小さくして、後端面１１ｂでの光密度を低減し、後端面１１ｂでのＣＯＤ劣化を抑制して、信頼性を向上することができる効果がある。

実施の形態８．
なお、実施の形態１から６において、プレーナー型（平型）ＬＤで、絶縁膜で形成したストライプ構造で電流狭窄をする構造であったが、結晶層をエッチングしたいわゆるメサ構造により電流狭窄する構造でも良い。

図１９は、本発明の実施の形態８にかかる半導体レーザダイオードの後端面１１ｂ側の断面図である。図１９は後端面１１ｂ側の断面図を示すものであり、図１における後端面１１ｂ側のＡ―Ａ断面に対応する位置の断面を示すものである。コンタクト層３５をバンド不連続緩和層３９ｂまでエッチングし、ストライプ状にメサ構造を形成したコンタクト層３５ｄ，３５ｅ，３５ｆを形成している。ストライプ状のメサ構造に形成したコンタクト層３５ｄ，３５ｅ，３５ｆの両サイドに絶縁膜３６を形成し、コンタクト層３５ｄと３５ｅの間にストライプ状の絶縁膜３６ｄを、コンタクト層３５ｅと３５ｆの間にストライプ状の絶縁膜３６ｅを形成している。

図示は省略するが、実施の形態８にかかるＬＤにおいても、図１に示したＬＤ１０と同様に、ストライプ構造の幅は前端面１１ａ側ほど広く、後端面１１ｂ側ほど狭くなる（電流が流れない部分の面積が多くなる）という構造を備える。つまり、絶縁膜３６ｄ、３６ｅの幅が、前端面１１ａ側においてはゼロとなる。

なお、上記例では、コンタクト層３５をエッチングした構造を示したが、上クラッド層３４までエッチングしても良い。また、このメサ構造による電流狭窄構造をＬＤの平面視で見た場合におけるストライプ形状は、図１、図６、図９、図１０、および図１１のそれぞれのストライプ形状（複数のストライプ形状、分岐したストライプ形状、後端面１１ｂ側ほど幅狭となる形状、部分的に絶縁領域を設けた形状）からなる群から選択された１つの形状とすることができる。

図２０は、本発明の実施の形態の変形例として示す半導体レーザダイオードの後端面１１ｂ側における断面図である。図２０は、ＬＤの後端面１１ｂ側の断面図を示すものであり、図１における後端面のＡ―Ａ断面に相当する位置を示すものである。コンタクト層３５を上クラッド層３４までエッチングし、ストライプ状にメサ構造を形成している。ストライプ状のメサ構造の両サイドに絶縁膜３６を形成し、各々のメサ構造の間にストライプ状の絶縁膜３６ｆ，３６ｇを形成している。

なお、実施の形態１〜６において、コンタクト層３５をストライプ状に除去して、ストライプ状に形成されたコンタクト部３５ａを形成する構造について説明してきた。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。ストライプ状に基板３１までエッチングを施して、活性層３３に供給される電流５０の共振器に対して横方向の電流の広がり幅を狭窄する電流狭窄部として動作する構造でも良い。

図２１は、本発明の実施の形態の変形例として、実施の形態１のＬＤ１０の構成を変形して基板３１までエッチングを施したＬＤを示す図である。ストライプ状に基板３１までエッチングして、絶縁膜３６ｆを形成し、活性層３３に供給される電流５０の共振器に対して横方向の電流の広がり幅を狭窄する電流狭窄部として動作している。

なお、上記例では、基板３１内部に至るまでエッチングした例を示したが、基板３１まで到達しているのであれば、同様に横方向の電流の広がり幅を狭窄する電流狭窄部として動作することができる。

なお、上述した図１、図６、図１０は（特に図６，１０）は、複数のストライプに分岐して、後端面側にいくほど分岐後の複数のストライプそれぞれの幅が徐々に狭くなるストライプ構造となっている。これにより、共振器の前端面１１ａから後面端１１ｂに向かって、活性層の利得を徐々に小さくすることができる。その結果、活性層内での急激な利得変化を緩和する効果がある。また、図１０に示したフレア構造とした場合、後端面１１ｂ側での発光領域が広くなる。

実施の形態９．
前述の実施の形態では、絶縁層の開口部の全体の幅Ｗを一定にして、絶縁層の開口部により電流を調整する形態を説明した。一方、以下に述べる実施の形態９のように、「コンタクト層の幅」や「絶縁層の開口部の全体の幅」を変えて電流を調整し、電流密度を調整するすることもできる。

図２２は、本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの平面図である。図２４は、本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの断面図であり、図２２のＩ−Ｉ線に沿う断面を示すものである。図２５は、本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの断面図であり、図２２のＪ−Ｊ線に沿う断面を示すものである。

コンタクト層３５をエッチングし、コンタクト層３５の幅９２ａについては、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて一定にする。一方、絶縁層３６の開口部の全体の幅９１ａを、前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて徐々に狭くする。なお、徐々にではなく、階段状に変化させても良い。これにより、後端面側の電流を相対的に小さくし、電流密度を小さくできる。

図２３は、本発明の実施の形態９にかかる半導体レーザダイオードの変形例についての平面図である。図２２の場合とは逆に、絶縁層３６の開口部の全体の幅９１ｂを前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて一定にする。また、コンタクト層３５の幅９２ｂを前端面１１ａから後端面１１ｂにかけて徐々に広くする。なお、徐々にではなく、階段状に変化させても良い。これにより、後端面側の電流を相対的に小さくし、電流密度を小さくできる。

なお、コンタクト層３５の幅９１ａ、９１ｂと絶縁層３６の開口部の幅９２ａ、９２ｂとのうちどちらか一方を一定にして、他方を変えた例を示したが、両方を同時に変更してもよい。コンタクト層３５の幅９１ａ、９１ｂと絶縁層３６の開口部９２ａ、９２ｂの幅の比率を、電流密度が小さくなるように前端面から後端面にかけて変えてもよい。このようにしても、前端面から後端面にかけて電流密度を小さくできる。

なお、図２２、図２３には、絶縁層３６の開口部に電流を阻害する部分が含まれていない構造を示しているが、絶縁層３６の開口部内に電流を阻害する部分（具体的には、実施の形態５にかかる「部分的に絶縁膜を残して、電流を阻害する領域」）があっても良い。

なお、上述した全ての実施の形態にかかる半導体レーザダイオードにおいては、ストライプ上における絶縁層３６（絶縁膜）の平面形状を工夫して（つまり開口を設けて）、電流密度を低下させる構造を実現している。絶縁膜を追加しこの絶縁膜の平面形状を工夫するためのエッチングを施すことにより、ストライプ構造全体の幅Ｗを一定にしつつ複数の或いは分岐した後の各ストライプの幅を変更（狭く）することが、製造上容易であるという効果がある。

１０ 半導体レーザダイオード（ＬＤ）、１１ａ 前端面、１１ｂ 後端面、１２ａ、１２ｂ コーティング膜、２０ ストライプ構造、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ストライプ、２１ａ，２１ｂ 間隔、２２ ストライプ構造、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ストライプ、２２ｄ ストライプ、２３ａ，２３ｂ 間隔、２４ ストライプ構造、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ ストライプ、２４ｄ ストライプ、２５ａ，２５ｂ 間隔、２６ ストライプ構造、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ストライプ、２６ｄ ストライプ、２６ｅ フレア構造、２７ａ，２７ｂ 間隔、２８ ストライプ構造、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 部分ストライプ、２８ｄ ストライプ、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ 間隔、３１ 基板、３２ 下クラッド層、３３ 活性層、３４ 上クラッド層、３５ コンタクト層、３５ａ コンタクト部、３５ｄ，３５ｅ，３５ｆ コンタクト層、３６ 絶縁層、３６ａ，３６ｂ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ，３６ｆ，３６ｇ 絶縁膜、３９、３９ａ、３９ｂ バンド不連続緩和層、４１ 絶縁層、４１ａ，４１ｂ 絶縁膜、４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ 絶縁膜、４６ コンタクト層、５０ 電流、５１ 電流、５２ａ，５２ｂ 分岐部、６０ａ，６０ｂ 強度、６０ｃ 光密度、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 開口部、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ 開口部、７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ 開口部、８０，８１，８２，８２ａ，８２ｂ，８５ 電極、８６ 高抵抗領域、８６ａ 高抵抗層、８６ｂ コンタクト層

Claims (14)

1. 半導体基板に積層された活性層および前記活性層を挟むように前記半導体基板に積層された一対のクラッド層と、
   前記活性層の対向する２つの端部のうち一方を前端面とし他方を後端面として、前記前端面の反射率よりも前記後端面の反射率が高く形成された共振器と、
   前記活性層における利得を前記前端面側よりも前記後端面側で小さくする利得制御構造と、
   を備えたことを特徴とする半導体レーザダイオード。
2. 前記利得制御構造は、前記活性層に供給する電流の電流密度を前記前端面側より前記後端面側で小さくするもの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ダイオード。
3. 前記利得制御構造は、前記活性層に積層され前記活性層に注入される電流が前記前端面側より前記後端面側で小さくなるように電流を狭窄するストライプ構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
4. 前記ストライプ構造は、前記前端面側に設けられた前端面側部分と、前記後端面側に設けられた後端面側部分と、を備え、
   前記ストライプ構造は、前記後端面側部分において複数のストライプに分岐したことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
5. 前記複数のストライプのそれぞれは、前記後端面側にかけて徐々に幅が狭くなることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザダイオード。
6. 前記クラッド層に積層された絶縁膜と、
   前記絶縁膜に積層された電極層と、
   を含み、
   前記絶縁膜は、前記前端面と前記後端面との間を伸び且つ前記活性層よりも平面方向の幅の狭い開口を備え、
   前記電極層は、前記開口を介して前記クラッド層と電気的に接続し、
   前記ストライプは、前記電極層と前記クラッド層とを前記開口を介して電気的に接続させることで電流を狭窄するものであることを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザダイオード。
7. 前記ストライプ構造は、前記前端面から前記後端面にかけて並行に伸びるように設けられた複数のストライプを含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
8. 前記複数のストライプそれぞれの幅は前記前端面側より前記後端面側で狭いことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザダイオード。
9. 前記前端面側から前記後端面側にかけて徐々に前記複数のストライプそれぞれの幅が狭くなることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
10. 前記ストライプは、前記活性層への電流を阻害する部分である電流阻害部を前記後端面側に有することを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
11. 前記ストライプは、前記クラッド層上に前記活性層よりも細く設けられ前記前端面と前記後端面との間を伸びる電極層を含み、
    前記電極層は、
    前記後端面側に設けられ第１抵抗率を有する後端面側電極部と、
    前記前端面側に設けられ前記第１抵抗率よりも低い第２抵抗率を有する前端面側電極部と、
    を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
12. 前記電流阻害部は、前記共振器方向と平行に伸びるように、１つ又は複数個、前記ストライプの内部に設けられたことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザダイオード。
13. 前記電流阻害部の幅は、前記ストライプの中央から前記後端面にかけて徐々に広くなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザダイオード。
14. 前記電流阻害部は、前記共振器方向と垂直に伸びるように、１つ又は複数個、前記ストライプの内部に設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザダイオード。

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