JP2818029B2 - 半導体レーザ素子及びそれを用いたレーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ素子及びそれを用いたレーザ装置Info
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Description
技術分野 本発明は、通信、光ディスク等の光記録、レーザプリ
ンター、レーザ医療、レーザ加工等、高出力半導体レー
ザを用いる産業分野に係わる。特に高出力で低放射角の
レーザビームを必要とする固体レーザ励起用、あるいは
高調波変換素子励起用の高出力半導体レーザ及びそれを
用いたレーザ装置に係わる。 背景技術 各方面から半導体レーザの高出力化が望まれている。
半導体レーザの単一モードあたりの高出力化を妨げてい
る要因として瞬時光学損傷（COD）と呼ばれるレーザビ
ームによる端面融解がある。CODは特にAlGaAs系レーザ
において顕著である。レーザ導波モードを広げレーザの
パワー密度を低減する事を主眼に薄い活性層の弱導波レ
ーザ、あるいはLOC構造と呼ばれる分離閉じこめ型レー
ザが検討されてきた。 しかしながら、こうした構造ではAlGaAs系を始めとす
る各種レーザ材料には各混晶系のバンドギャップと屈折
率の間には強い相関があるため、キャリヤーの閉じこめ
と、導波路への光閉じこめを独立に制御することは出来
ない。 特に、高出力化に於いて弱導波レーザ、LOC構造レー
ザいずれに於いても導波モードを広げる事は薄い活性層
を必要とし、また広がった導波モードでの発振の為の高
い利得を得るには広い活性層が必要であるという自己矛
盾を内蔵しており、実際にはこういった手法によるエピ
方向のモード広がりはせいぜい１μｍ程度が限界でその
出力は単一モードあたり100mW程度が限界であった。 また、薄い活性層の弱導波レーザでは積層方向の導波
のモードが指数関数的な富士山状のなだらかな傾斜のプ
ロファイルを有するため全体のビーム強度にくらべて瞬
時光学損傷が起こる活性層での輻射密度が高く高出力化
に不利であるばかりか、導波モードがクラッド層に深く
テールを引くため導波モードの広がりの割にはかなり厚
いクラッド層の成長が必要であった。 また、導波モード（ニアフィールドパターン）、ビー
ム放射角（ファーフィールドパターン）ともに理想とさ
れるガウス型ビームからのズレが大きく、多くの用途に
於いてビームの集光性に問題があった。 一方、CODの起こる出射端面付近をレーザ出射ビーム
に対して透明にするいわゆるウインドウ構造、キャリヤ
ー注入を端面付近に行なわない構造のレーザも検討され
てきた。しかしこういった構造は一般に製造プロセスが
複雑になる他、非点収差が増大する等の問題がある。 また、多数の半導体レーザの間の光学的フィードバッ
クにより単一モードの高出力レーザを作製する試みはあ
るが、デバイスが複雑化する等の問題がある。 本発明の目的は、近年のMBE法、MOCVD法等により多層
の薄膜形成が容易になったことに鑑みて、従来の弱導波
レーザ、LOC構造レーザが持っていた導波モードの制御
のデバイス設計上のジレンマを克服、高出力化、放射ビ
ームの低分散化、ビームプロファイルの改善等の課題を
解決しようとするものである。 発明の開示 本発明では、通常のダブルヘテロレーザ、量子井戸レ
ーザの活性層の両サイドに、活性層の導波特性を相殺し
かつキャリヤーの活性層への閉じこめ十分な障壁高さを
有する障壁層を挿入する。これにより、導波モードの閉
じこめと、発振に必要な活性層厚みを独立に設計出来
る。 この際、活性層領域とこの障害層の厚みを発振波長の
数分の１以下にする事により障壁層と活性層の導波機能
を相殺する事ができる。こうした条件において更に両側
に導波層そして導波層両端に光の導波制御のみを目的と
する低屈折率差のクラッド、あるいは直線、２次曲線等
のグレーディドインデックス構造からなる広い導波層を
形成する。これにより活性層設計パラメーターと完全に
独立に導波モードの設計が可能に成るため、高出力、低
分散角の放射ビーム、ガウス型ビームに近い安定したモ
ードを得る。 端面の瞬時光学損傷を回避して半導体レーザの高出力
化をはかるため、またビーム放射拡がり角を低減するた
めには、いわゆる弱導波にして導波モードを拡げる必要
がある。しかしながら活性層における光学利得には例え
ば量子井戸レーザの利得飽和において見られるように一
定の限界がある。このため拡がった導波モードでの発振
を維持するためには必然的に広い活性層あるいは量子井
戸の一層の多重化が必要で、この事が弱導波構造と自己
矛盾を起こすため高出力、低放射ビーム角レーザダイオ
ード設計上の問題となっていた。 上記の反導波機能を有する障壁層の存在により弱導波
路化とは独立にその発振に必要な光学利得を与える活性
層厚み、量子井戸数を設定できる。特に、活性層領域の
導波機能を障壁層の反導波機能により相殺した上で、別
に導波層に図１−（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すような
ステップ状、直線状、あるいは２次曲線状の屈折率分布
等を持つ導波モード制御機構を導入する事により活性層
の設計と導波モードの設計とが両立するため、高出力か
つ、低分散角の放射ビームすなわちガウス型ビームに近
い安定した特性を得ることができる。 本発明はMBE、MOCVDあるいはMOMBE等の超薄膜半導体
製造装置を用いる事により容易に実現できる。また、本
発明の効果はAlGaAs系半導体を用いたレーザダイオード
で顕著であるが、GaInAs系、AlGaInAs系、GaInAsP系、A
lGaInP系の各種III−Ｖ族半導体材料さらには各種のII
−VI族半導体レーザにおいてほぼ同様の効果を期待でき
る。 図１に示す様に従来のダブルヘテロ型構造、あるいは
多重量子井戸構造のレーザの活性層両サイドに活性層の
導波特性を相殺する機能と、またキャリヤーの活性層へ
の閉じこめに十分な障壁高さを有する導波層よりも低屈
折率でワイドギャップの材料からなる反導波機能とキャ
リヤーブロック機能を有する薄膜層を挿入する。 また、この層にもＰサイドにはＰ、ＮサイドにはＮの
1018/cm3程度のドーピングを行なう事により効率的なキ
ャリヤーブロッキングとバンド不連続面でのショットキ
ーバリヤーの形成による抵抗を低減できる。 活性層領域とこのは反導波機能を持つ障壁層の導波機
能の相殺は両方の厚みが発振波長の数分の１以下の条件
では、図１に於いて概ね、導波層の屈折率をN0、活性層
の屈折率、及び厚みをそれぞれN1、d0、障壁層の屈折
率、及び厚みをそれぞれN2、d1とするとき、 d0×（N1 2−N0 2）0.5＝２×d1（N0 2−N2 2）0.5 の条件が成り立つ時ほぼ実現される。活性層が多重量子
井戸構造のように多層で構成される場合には各層につき
左辺にあたる量を計算し、それを加算したものを左辺に
使用すれば良い。具体的には量子井戸間のバリヤー層の
組成が導波層の組成と等しいｍ個で厚みdwの量子井戸か
らなる活性層の場合には、 ｍ×dw（N1 2−N0 2）0.5＝２×d1（N0 2−N2 2）0.5 の時に活性層と障壁層の導波機能の相殺がほぼ実現され
る。 活性層と障壁層の導波機能を相殺した時、導波モード
は廻りの導波層、クラッド層により独立に制御できる。
図１−（ａ）、（ｂ）、（ｃ）いずれの構造に於いても
単一モード発振の為に高次モードに対してカットオフに
なる状況が望ましい。図１−（ａ）のステップインデッ
クス型の導波機構に関していえば、この導波モードは規
格化周波数;V2により記述でき、V2は次式で定義され
る。 V2（πd2/λ）×（N0 2−N3 2）0.5 ここに、πは円周率で、λは発振波長（オングストロ
ーム）、d2は活性層、障壁層を含む導波層の厚み（オン
グストローム）である。また、N0は導波層の屈折率、N2
はクラッド層の屈折率である。 対称導波路では規格化周波数;Vがπ/2以下で単一モー
ド導波である。尚、導波モードは導波層内では正弦関数
的でありクラッド内では指数関数的なプロファイルにな
る。Ｖ＝π/2の時、導波層へのモード閉じこめ率は約65
％で、従来の弱導波レーザのほぼ全域に亘る指数関数的
なプロファイルと異なり、ガウス型に近い導波モードが
実現される（図21参照）。実施例１、２（それぞれ図2,
3の構造）がほぼこの状況で設計されたものである。 対称に近い導波構造に於いては奇数次のモードが励振
される確率は殆どないため規格化周波数;Vをさらにπ程
度まで上げ更にモードをガウス型に近づけても多横モー
ド発振を引き起こすことなく同様の効果を得ることがで
きる。図４の構造の実施例３はＶがπに近い設計例であ
る。 また、図１−（ｂ）、（ｃ）に示す様なグレーディド
インデックス構造の採用により一層発振モードがガウス
型に近づける事が出来る。 上記のことを指針にし、我々は繰り返し半導体レーザ
の試作を行い障壁層に関して以下の条件を得ることがで
きた。V0を V0＝π・d0/λ・（N1 2−N0 2）0.5 で定義する。πは円周率、d0は活性層厚み。λは発振波
長（オングストローム）。N1は活性層屈折率、N0は導波
層屈折率。活性層が量子井戸の場合は、dwは井戸層厚
み、N1は井戸層屈折率、N0は導波層屈折率。井戸がＮ本
ある多重量子井戸の場合は V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 とする。 次にV1を V1＝π・d1/λ・（N0 2−N2 2）0.5 で定義する。πは円周率、d1は障壁層厚み。N2は障壁層
屈折率、N0は導波層屈折率。 次にV2を V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 で定義する。πは円周率、d2はクラッド層間の厚み。N0
は導波層屈折率、N3はクラッド層屈折率である。 上式から明らかのようにV0、V1、V2はそれぞれ活性
層、障壁層、導波層の規格化周波数に相当する。障壁層
の反導波機能が大きすぎると、導波モードの活性層近傍
にくぼみが生じる。その結果、光閉じこめ率が減少しし
きい値電流の増大を招く。従い、障壁層が導波モードに
与える影響は小さくなければならない。本発明は種々の
半導体レーザの試作を繰り返し、 V1＜V2/10 であれば障壁層が全体の導波モードに与える影響が軽微
であることを発見した。 また障壁層が活性層の導波モードを相殺するためには
以下の条件で特に有効であることを種々の半導体レーザ
の試作を繰り返し確認した。 V0/3＜V1＜V0 さらに障壁層はキャリヤーを有効に活性層に閉じこめ
なければならない。我々は、障壁層の厚みをd1（オング
ストローム）、導波層と障壁層のエネルギーギャップ差
をＥ（eV）としたとき、Ｅ＞2.5×103/d1 2であればキャ
リヤーを十分有効に活性層へ閉じこめられることを発見
した。 ここで、AlxGa1-xAs（０≦ｘ＜1:ただしｘは原子比）
を用いた半導体レーザにおいて、導波層の組成はAlx1Ga
1-x1As（０≦x1＜0.35）とするのがよく、さらには、障
壁層の組成がAlx2Ga1-x2As（ただしx1＜x2＜１）である
ときΔｘ＝x2−x1とすると、Δｘと障壁層の厚みd1（オ
ングストローム）の関係が、Δ ｘ＞（2.2×103/d1 2）かつΔｘ＜（5.0×104/d1 2） の範囲にあるとよい。 また、d0を活性層の厚みとし、V0＝π・d0/λ・（N1 2
−N0 2）0.5ただし、活性層が量子井戸である場合には、
dwは量子井戸層の厚み、N1は量子井戸層の屈折率、N0は
導波層の屈折率とし、かつ量子井戸の本数をＮとしたと
きには、 V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 と定義したとき、 （V0/3）＜V1＜V0 となるようにするとよい。 活性層両サイドのバンドギャップが大きく屈折率の低
い反導波機能を有する障壁層の作用は活性層が持つ導波
機能を低減あるいは相殺する作用を持つ。またもう一つ
の機能は、注入されたキャリヤーをブロックし、電子及
びホールを活性層内に閉じこめる作用を有する。この層
にもＰあるいはＮドーピングを行なうことにより、抵抗
の低減あるいはキャリヤー閉じこめ機能を向上させる。 導波層の導波モード制御構造は発振モードの拡がり、
プロフィールを安定に制御する作用を有する。 図面の簡単な説明
ンター、レーザ医療、レーザ加工等、高出力半導体レー
ザを用いる産業分野に係わる。特に高出力で低放射角の
レーザビームを必要とする固体レーザ励起用、あるいは
高調波変換素子励起用の高出力半導体レーザ及びそれを
用いたレーザ装置に係わる。 背景技術 各方面から半導体レーザの高出力化が望まれている。
半導体レーザの単一モードあたりの高出力化を妨げてい
る要因として瞬時光学損傷（COD）と呼ばれるレーザビ
ームによる端面融解がある。CODは特にAlGaAs系レーザ
において顕著である。レーザ導波モードを広げレーザの
パワー密度を低減する事を主眼に薄い活性層の弱導波レ
ーザ、あるいはLOC構造と呼ばれる分離閉じこめ型レー
ザが検討されてきた。 しかしながら、こうした構造ではAlGaAs系を始めとす
る各種レーザ材料には各混晶系のバンドギャップと屈折
率の間には強い相関があるため、キャリヤーの閉じこめ
と、導波路への光閉じこめを独立に制御することは出来
ない。 特に、高出力化に於いて弱導波レーザ、LOC構造レー
ザいずれに於いても導波モードを広げる事は薄い活性層
を必要とし、また広がった導波モードでの発振の為の高
い利得を得るには広い活性層が必要であるという自己矛
盾を内蔵しており、実際にはこういった手法によるエピ
方向のモード広がりはせいぜい１μｍ程度が限界でその
出力は単一モードあたり100mW程度が限界であった。 また、薄い活性層の弱導波レーザでは積層方向の導波
のモードが指数関数的な富士山状のなだらかな傾斜のプ
ロファイルを有するため全体のビーム強度にくらべて瞬
時光学損傷が起こる活性層での輻射密度が高く高出力化
に不利であるばかりか、導波モードがクラッド層に深く
テールを引くため導波モードの広がりの割にはかなり厚
いクラッド層の成長が必要であった。 また、導波モード（ニアフィールドパターン）、ビー
ム放射角（ファーフィールドパターン）ともに理想とさ
れるガウス型ビームからのズレが大きく、多くの用途に
於いてビームの集光性に問題があった。 一方、CODの起こる出射端面付近をレーザ出射ビーム
に対して透明にするいわゆるウインドウ構造、キャリヤ
ー注入を端面付近に行なわない構造のレーザも検討され
てきた。しかしこういった構造は一般に製造プロセスが
複雑になる他、非点収差が増大する等の問題がある。 また、多数の半導体レーザの間の光学的フィードバッ
クにより単一モードの高出力レーザを作製する試みはあ
るが、デバイスが複雑化する等の問題がある。 本発明の目的は、近年のMBE法、MOCVD法等により多層
の薄膜形成が容易になったことに鑑みて、従来の弱導波
レーザ、LOC構造レーザが持っていた導波モードの制御
のデバイス設計上のジレンマを克服、高出力化、放射ビ
ームの低分散化、ビームプロファイルの改善等の課題を
解決しようとするものである。 発明の開示 本発明では、通常のダブルヘテロレーザ、量子井戸レ
ーザの活性層の両サイドに、活性層の導波特性を相殺し
かつキャリヤーの活性層への閉じこめ十分な障壁高さを
有する障壁層を挿入する。これにより、導波モードの閉
じこめと、発振に必要な活性層厚みを独立に設計出来
る。 この際、活性層領域とこの障害層の厚みを発振波長の
数分の１以下にする事により障壁層と活性層の導波機能
を相殺する事ができる。こうした条件において更に両側
に導波層そして導波層両端に光の導波制御のみを目的と
する低屈折率差のクラッド、あるいは直線、２次曲線等
のグレーディドインデックス構造からなる広い導波層を
形成する。これにより活性層設計パラメーターと完全に
独立に導波モードの設計が可能に成るため、高出力、低
分散角の放射ビーム、ガウス型ビームに近い安定したモ
ードを得る。 端面の瞬時光学損傷を回避して半導体レーザの高出力
化をはかるため、またビーム放射拡がり角を低減するた
めには、いわゆる弱導波にして導波モードを拡げる必要
がある。しかしながら活性層における光学利得には例え
ば量子井戸レーザの利得飽和において見られるように一
定の限界がある。このため拡がった導波モードでの発振
を維持するためには必然的に広い活性層あるいは量子井
戸の一層の多重化が必要で、この事が弱導波構造と自己
矛盾を起こすため高出力、低放射ビーム角レーザダイオ
ード設計上の問題となっていた。 上記の反導波機能を有する障壁層の存在により弱導波
路化とは独立にその発振に必要な光学利得を与える活性
層厚み、量子井戸数を設定できる。特に、活性層領域の
導波機能を障壁層の反導波機能により相殺した上で、別
に導波層に図１−（ａ），（ｂ），（ｃ）で示すような
ステップ状、直線状、あるいは２次曲線状の屈折率分布
等を持つ導波モード制御機構を導入する事により活性層
の設計と導波モードの設計とが両立するため、高出力か
つ、低分散角の放射ビームすなわちガウス型ビームに近
い安定した特性を得ることができる。 本発明はMBE、MOCVDあるいはMOMBE等の超薄膜半導体
製造装置を用いる事により容易に実現できる。また、本
発明の効果はAlGaAs系半導体を用いたレーザダイオード
で顕著であるが、GaInAs系、AlGaInAs系、GaInAsP系、A
lGaInP系の各種III−Ｖ族半導体材料さらには各種のII
−VI族半導体レーザにおいてほぼ同様の効果を期待でき
る。 図１に示す様に従来のダブルヘテロ型構造、あるいは
多重量子井戸構造のレーザの活性層両サイドに活性層の
導波特性を相殺する機能と、またキャリヤーの活性層へ
の閉じこめに十分な障壁高さを有する導波層よりも低屈
折率でワイドギャップの材料からなる反導波機能とキャ
リヤーブロック機能を有する薄膜層を挿入する。 また、この層にもＰサイドにはＰ、ＮサイドにはＮの
1018/cm3程度のドーピングを行なう事により効率的なキ
ャリヤーブロッキングとバンド不連続面でのショットキ
ーバリヤーの形成による抵抗を低減できる。 活性層領域とこのは反導波機能を持つ障壁層の導波機
能の相殺は両方の厚みが発振波長の数分の１以下の条件
では、図１に於いて概ね、導波層の屈折率をN0、活性層
の屈折率、及び厚みをそれぞれN1、d0、障壁層の屈折
率、及び厚みをそれぞれN2、d1とするとき、 d0×（N1 2−N0 2）0.5＝２×d1（N0 2−N2 2）0.5 の条件が成り立つ時ほぼ実現される。活性層が多重量子
井戸構造のように多層で構成される場合には各層につき
左辺にあたる量を計算し、それを加算したものを左辺に
使用すれば良い。具体的には量子井戸間のバリヤー層の
組成が導波層の組成と等しいｍ個で厚みdwの量子井戸か
らなる活性層の場合には、 ｍ×dw（N1 2−N0 2）0.5＝２×d1（N0 2−N2 2）0.5 の時に活性層と障壁層の導波機能の相殺がほぼ実現され
る。 活性層と障壁層の導波機能を相殺した時、導波モード
は廻りの導波層、クラッド層により独立に制御できる。
図１−（ａ）、（ｂ）、（ｃ）いずれの構造に於いても
単一モード発振の為に高次モードに対してカットオフに
なる状況が望ましい。図１−（ａ）のステップインデッ
クス型の導波機構に関していえば、この導波モードは規
格化周波数;V2により記述でき、V2は次式で定義され
る。 V2（πd2/λ）×（N0 2−N3 2）0.5 ここに、πは円周率で、λは発振波長（オングストロ
ーム）、d2は活性層、障壁層を含む導波層の厚み（オン
グストローム）である。また、N0は導波層の屈折率、N2
はクラッド層の屈折率である。 対称導波路では規格化周波数;Vがπ/2以下で単一モー
ド導波である。尚、導波モードは導波層内では正弦関数
的でありクラッド内では指数関数的なプロファイルにな
る。Ｖ＝π/2の時、導波層へのモード閉じこめ率は約65
％で、従来の弱導波レーザのほぼ全域に亘る指数関数的
なプロファイルと異なり、ガウス型に近い導波モードが
実現される（図21参照）。実施例１、２（それぞれ図2,
3の構造）がほぼこの状況で設計されたものである。 対称に近い導波構造に於いては奇数次のモードが励振
される確率は殆どないため規格化周波数;Vをさらにπ程
度まで上げ更にモードをガウス型に近づけても多横モー
ド発振を引き起こすことなく同様の効果を得ることがで
きる。図４の構造の実施例３はＶがπに近い設計例であ
る。 また、図１−（ｂ）、（ｃ）に示す様なグレーディド
インデックス構造の採用により一層発振モードがガウス
型に近づける事が出来る。 上記のことを指針にし、我々は繰り返し半導体レーザ
の試作を行い障壁層に関して以下の条件を得ることがで
きた。V0を V0＝π・d0/λ・（N1 2−N0 2）0.5 で定義する。πは円周率、d0は活性層厚み。λは発振波
長（オングストローム）。N1は活性層屈折率、N0は導波
層屈折率。活性層が量子井戸の場合は、dwは井戸層厚
み、N1は井戸層屈折率、N0は導波層屈折率。井戸がＮ本
ある多重量子井戸の場合は V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 とする。 次にV1を V1＝π・d1/λ・（N0 2−N2 2）0.5 で定義する。πは円周率、d1は障壁層厚み。N2は障壁層
屈折率、N0は導波層屈折率。 次にV2を V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 で定義する。πは円周率、d2はクラッド層間の厚み。N0
は導波層屈折率、N3はクラッド層屈折率である。 上式から明らかのようにV0、V1、V2はそれぞれ活性
層、障壁層、導波層の規格化周波数に相当する。障壁層
の反導波機能が大きすぎると、導波モードの活性層近傍
にくぼみが生じる。その結果、光閉じこめ率が減少しし
きい値電流の増大を招く。従い、障壁層が導波モードに
与える影響は小さくなければならない。本発明は種々の
半導体レーザの試作を繰り返し、 V1＜V2/10 であれば障壁層が全体の導波モードに与える影響が軽微
であることを発見した。 また障壁層が活性層の導波モードを相殺するためには
以下の条件で特に有効であることを種々の半導体レーザ
の試作を繰り返し確認した。 V0/3＜V1＜V0 さらに障壁層はキャリヤーを有効に活性層に閉じこめ
なければならない。我々は、障壁層の厚みをd1（オング
ストローム）、導波層と障壁層のエネルギーギャップ差
をＥ（eV）としたとき、Ｅ＞2.5×103/d1 2であればキャ
リヤーを十分有効に活性層へ閉じこめられることを発見
した。 ここで、AlxGa1-xAs（０≦ｘ＜1:ただしｘは原子比）
を用いた半導体レーザにおいて、導波層の組成はAlx1Ga
1-x1As（０≦x1＜0.35）とするのがよく、さらには、障
壁層の組成がAlx2Ga1-x2As（ただしx1＜x2＜１）である
ときΔｘ＝x2−x1とすると、Δｘと障壁層の厚みd1（オ
ングストローム）の関係が、Δ ｘ＞（2.2×103/d1 2）かつΔｘ＜（5.0×104/d1 2） の範囲にあるとよい。 また、d0を活性層の厚みとし、V0＝π・d0/λ・（N1 2
−N0 2）0.5ただし、活性層が量子井戸である場合には、
dwは量子井戸層の厚み、N1は量子井戸層の屈折率、N0は
導波層の屈折率とし、かつ量子井戸の本数をＮとしたと
きには、 V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 と定義したとき、 （V0/3）＜V1＜V0 となるようにするとよい。 活性層両サイドのバンドギャップが大きく屈折率の低
い反導波機能を有する障壁層の作用は活性層が持つ導波
機能を低減あるいは相殺する作用を持つ。またもう一つ
の機能は、注入されたキャリヤーをブロックし、電子及
びホールを活性層内に閉じこめる作用を有する。この層
にもＰあるいはＮドーピングを行なうことにより、抵抗
の低減あるいはキャリヤー閉じこめ機能を向上させる。 導波層の導波モード制御構造は発振モードの拡がり、
プロフィールを安定に制御する作用を有する。 図面の簡単な説明
【図１】 本発明の半導体レーザのエピタキシ方向への概略組成
断面図
断面図
【図２】 本発明に係わる実施例１の概略組成断面図
【図３】 本発明に係わる実施例２の概略組成断面図
【図４】 本発明に係わる実施例３の概略組成断面図
【図５】 本発明に係わる実施例４の概略組成断面図
【図６】 本発明に係わる実施例５の概略組成断面図
【図７】 本発明に係わる実施例６の概略組成断面図
【図８】 本発明に係わる実施例７の概略組成断面図
【図９】 本発明に係わる実施例８の概略組成断面図
【図１０】 本発明に係わる実施例９の概略組成断面図
【図１１】 本発明に係わる実施例10の概略組成断面図
【図１２】 本発明に係わる実施例11概略組成断面図
【図１３】 本発明に係わる実施例12概略組成断面図
【図１４】 本発明に係わる実施例13概略組成断面図
【図１５】 本発明に係わる実施例14概略組成断面図
【図１６】 本発明に係わる実施例15概略組成断面図
【図１７】 本発明に係わる実施例16概略組成断面図
【図１８】 本発明に係わる実施例17概略組成断面図
【図１９】 本発明に係わる実施例18概略組成断面図
【図２０】 本発明に係わる比較例概略組成断面図
【図２１】 実施例１〜３と参照例の導波モード特性を表す図
【図２２】 実施例１〜３と参照例の放射ビーム角の特性を表す図
【図２３】 実施例４〜７の導波モード特性を表す図
【図２４】 実施例４〜７の放射ビーム角の特性を表す図
【図２５】 実施例1,8〜10の導波モード特性を表す図
【図２６】 実施例1,8〜10の放射ビーム角の特性を表す図
【図２７】 実施例11〜14の導波モード特性を表す図
【図２８】 実施例11〜14の放射ビーム角の特性を表す図
【図２９】 実施例15〜18の導波モード特性を表す図
【図３０】 実施例15〜18の放射ビーム角の特性を表す図
【図３１】 障壁層の有効範囲を表現する図
【図３２】 本発明のレーザ素子を利用した直接結合型半導体レー
ザ励起固体レーザ装置を示す図
ザ励起固体レーザ装置を示す図
【図３３】 本発明のレーザ素子を利用したファイバー結合型半導
体レーザ励起固体レーザ装置を示す図 発明を実施するための最良の形態 以下本発明を図面に基づいて説明する。 MOCVD半導体薄膜製造装置により図２〜20に示すよう
なプロファイルのエピタキシー成長を行った。図２は実
施例１、図３は実施例２、図４は実施例３、図５は実施
例４、図６は実施例５、図７は実施例６、図８は実施例
７、図９は実施例８、図10は実施例９、図11は実施例1
0、図12は実施例11、図13は実施例12、図14は実施例1
3、図15は実施例14、図16は実施例15、図17は実施例1
6、図18は実施例17、図19は実施例18、そして図20は比
較例におけるレーザ素子の概略組成平面図である。図21
は実施例１〜３と比較例の導波モード、図22は実施例１
〜３と比較例の放射モード、図23は実施例４〜７の導波
モード、図24は実施例４〜７の放射モード、図25は実施
例1,8〜10の導波モード、図26は実施例1,8〜10の放射モ
ード、図27は実施例11〜14の導波モード、図28は実施例
11〜14の放射モード、図29は実施例15〜18の導波モー
ド、図30は実施例15〜18の放射モード、図31は障壁層の
巾を横軸、Al組成差を縦軸にして、障壁層の有効範囲を
表現した図である。 図31において、右上の曲線より上の範囲では障壁層の
反導波機能大きすぎ、導波モードに大きな影響を与え
る。具体的には、活性層近傍の導波モードにくぼみが生
じ、光閉じこめ率の減少を招き、しきい値電流が増大す
る。また導波モードがガウス型から大きくはずれ放射パ
ターンに収差が生じることになる。左下の曲線より下の
範囲ではキャリヤーの閉じこめが不十分になりしきい値
電流の温度特性が悪化する。 V0/3＜V1＜V0 が成立する範囲では活性層の導波機能を障壁層が最適に
補正され最も良好な導波モードを示す。この範囲にある
実施例は◎で示してある。は実施例１を表す。は実
施例２を表す。以下同様に、同図（図31）において丸付
数字で示されたものはその数字に対応した実施例を示し
ている。 本発明において有効な範囲（効果のある範囲）は２種
類の実線の間である。 各実施例に共通な技術としてドーパントはｎ型として
はSe、ｐ型としてはZnを用い１×1018/cm3のドーピング
を行った。SiO2拡散マスクを用い表面からストライプ状
に亜鉛拡散を行った後、へき開して利得導波構造のダイ
オードチップを試作し、LDマウントにダイボンディング
した後、パルスモードで発振特性を測定した。代表的な
ストライプ巾:2.5μｍ、キャビティー長:300μｍのチッ
プの特性を表１に示す。なお、両端面には光学コーティ
ングを施していない。 （実施例１） 図２に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:165オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:165オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例２） 図３に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:2.0μｍ 組成:Al0.31Ga0.69As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:2.0μｍ 組成:Al0.31Ga0.69As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、８層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例３） 図４に示すように、ｐ型グラッド層７とｐ型高導波層
６との間に、ｎ型反転層15を設けている。このｎ型反転
層の配置により、横方向への電流狭搾を活性層４の近く
で行うことができる。 すなわち、ｎ型反転層15により、横方向にも光の閉じ
込めが行われ、安定した横モードを実現することができ
る。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:0.8μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型反転層15 厚さ:0.2μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型光導波層６ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、８層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例４） 図５に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例５） 図６に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例６） 図７に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例７） 図８に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例８） 図９に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例９） 図10に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例10） 図11に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例11） 図12に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例12） 図13に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:135オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:135オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例13） 図14に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例14） 図15に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例15） 図16に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例16） 図17に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例17） 図18に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例18） 図19に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:280オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:280オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （比較例） 図20は、前記実施例１〜18との比較のために作成した
従来構造の量子井戸型レーザ素子の概略組成平面図であ
る。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.5μｍ 組成:Al0.65Ga0.35As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.5μｍ 組成:Al0.65Ga0.35As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、サイドバリア層12に挟まれた領域におい
て、バリア層14を隔てて４層の量子井戸層13が設けられ
ている。この活性層４の具体的な構成は下記の通りであ
る。 サイドバリア層12 厚さ:120オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:50オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50yオングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 図21から明らかなように、比較例の弱導波半導体レー
ザは両側に指数関数テールを持った中心で尖った特性曲
線になっているのに対し、実施例１〜実施例18は釣り鐘
状のガウス型ビームに近い特性形状になっている。この
ため本実施例の半導体レーザを用いた場合には、従来技
術と同程度のモード広がりでも光学損傷の起こる活性層
４（モード中心）でのビーム強度が低くなっており次の
表１の測定結果に示すように、光学損傷レベルを大幅に
引き上げることができた。すなわち、本実施例１〜３で
は比較例に比べて放射角の低減と大幅な光学損傷レベル
の改善が明かとなった。なお、表１においてレーザの発
振波長（オングストローム）は約800nmである。また、
光学損傷レベル、スロープ効率はいずれも１端面当たり
の光出力である。 産業上の利用可能性 本発明により、通信、光ディスク等の光記録、レーザ
プリンター、レーザ医療、レーザ加工等、高出力半導体
レーザを用いる産業分野において、低放射ビーム角でビ
ームプロファイルの良い高効率の半導体レーザを得る事
が出来る。また、単純な構造で端面の瞬時光学損傷を回
避して高出力の半導体レーザを作製する事ができる。特
にAlxGa1-xAs半導体レーザでは導波層のAl組成を下げら
れるために作製プロセスも容易になる。 このため、本発明の素子は、高効率半導体レーザ装置
として利用でき、さらには、固体レーザの励起源とし
て、半導体レーザ励起固体レーザ装置を構成することが
できる。固体レーザとしては、Nd:YAGや、Nd:YLFなどの
レーザ媒質を使用できる。半導体レーザを固体レーザの
励起源として用いる場合、半導体レーザとレーザ媒質と
の結合方式が問題となる。通常、半導体レーザからの励
起光は、半導体レーザの励起ボリュームとレーザ発振器
のモードボリュームとがモードマッチングするようなレ
ンズで効率よく集光される。 本発明に係るレーザ素子では、このようにレンズを用
いて集光してもよく、図32、図33のように、半導体レー
ザ素子21からの励起光に何等光学的加工を施さずにレー
ザ媒質23に投入することもできる。なお、23は出力ミラ
ーである。また、図32は半導体レーザ素子21とレーザ媒
質23とを直接結合する直接結合型、図33は半導体レーザ
素子21のレーザ媒質23とを光ファイバー22で結合するフ
ァイバー結合型半導体レーザ励起固体レーザ装置であ
る。
体レーザ励起固体レーザ装置を示す図 発明を実施するための最良の形態 以下本発明を図面に基づいて説明する。 MOCVD半導体薄膜製造装置により図２〜20に示すよう
なプロファイルのエピタキシー成長を行った。図２は実
施例１、図３は実施例２、図４は実施例３、図５は実施
例４、図６は実施例５、図７は実施例６、図８は実施例
７、図９は実施例８、図10は実施例９、図11は実施例1
0、図12は実施例11、図13は実施例12、図14は実施例1
3、図15は実施例14、図16は実施例15、図17は実施例1
6、図18は実施例17、図19は実施例18、そして図20は比
較例におけるレーザ素子の概略組成平面図である。図21
は実施例１〜３と比較例の導波モード、図22は実施例１
〜３と比較例の放射モード、図23は実施例４〜７の導波
モード、図24は実施例４〜７の放射モード、図25は実施
例1,8〜10の導波モード、図26は実施例1,8〜10の放射モ
ード、図27は実施例11〜14の導波モード、図28は実施例
11〜14の放射モード、図29は実施例15〜18の導波モー
ド、図30は実施例15〜18の放射モード、図31は障壁層の
巾を横軸、Al組成差を縦軸にして、障壁層の有効範囲を
表現した図である。 図31において、右上の曲線より上の範囲では障壁層の
反導波機能大きすぎ、導波モードに大きな影響を与え
る。具体的には、活性層近傍の導波モードにくぼみが生
じ、光閉じこめ率の減少を招き、しきい値電流が増大す
る。また導波モードがガウス型から大きくはずれ放射パ
ターンに収差が生じることになる。左下の曲線より下の
範囲ではキャリヤーの閉じこめが不十分になりしきい値
電流の温度特性が悪化する。 V0/3＜V1＜V0 が成立する範囲では活性層の導波機能を障壁層が最適に
補正され最も良好な導波モードを示す。この範囲にある
実施例は◎で示してある。は実施例１を表す。は実
施例２を表す。以下同様に、同図（図31）において丸付
数字で示されたものはその数字に対応した実施例を示し
ている。 本発明において有効な範囲（効果のある範囲）は２種
類の実線の間である。 各実施例に共通な技術としてドーパントはｎ型として
はSe、ｐ型としてはZnを用い１×1018/cm3のドーピング
を行った。SiO2拡散マスクを用い表面からストライプ状
に亜鉛拡散を行った後、へき開して利得導波構造のダイ
オードチップを試作し、LDマウントにダイボンディング
した後、パルスモードで発振特性を測定した。代表的な
ストライプ巾:2.5μｍ、キャビティー長:300μｍのチッ
プの特性を表１に示す。なお、両端面には光学コーティ
ングを施していない。 （実施例１） 図２に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:165オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:165オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例２） 図３に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:2.0μｍ 組成:Al0.31Ga0.69As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:2.0μｍ 組成:Al0.31Ga0.69As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、８層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例３） 図４に示すように、ｐ型グラッド層７とｐ型高導波層
６との間に、ｎ型反転層15を設けている。このｎ型反転
層の配置により、横方向への電流狭搾を活性層４の近く
で行うことができる。 すなわち、ｎ型反転層15により、横方向にも光の閉じ
込めが行われ、安定した横モードを実現することができ
る。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:0.8μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型反転層15 厚さ:0.2μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型光導波層６ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.93μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、８層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 （実施例４） 図５に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例５） 図６に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例６） 図７に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例７） 図８に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.38Ga0.62As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図23、放射モードの測
定結果を図24に示す。 （実施例８） 図９に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例９） 図10に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例10） 図11に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As ｎ型障壁層３ 厚さ:500オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図25、放射モードの測
定結果を図26に示す。 （実施例11） 図12に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例12） 図13に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:135オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:135オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例13） 図14に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例14） 図15に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:330オングストローム 組成:Al0.50Ga0.50As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図27、放射モードの測
定結果を図28に示す。 （実施例15） 図16に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例16） 図17に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:100オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例17） 図18に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:200オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （実施例18） 図19に示すように、GaAsからなるｎ型基板８上に、厚
さ0.5μｍのｎ型バッファ層10を形成し、その上層にｎ
型クラッド層１、ｎ型光導波層２、ｎ型障壁層３、活性
層４、ｐ型障壁層５、ｐ型光導波層６、ｐ型クラッド層
７を順次形成し、最上層にｎ型キャップ層11を形成し
た。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｐ型光導波層６ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型光導波層２ 厚さ:0.46μｍ 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.0μｍ 組成:Al0.35Ga0.65As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、ｐ型障壁層５とｎ型障壁層３とに挟まれ
た領域において、各障壁層5,3の内壁側に設けられたサ
イドバリア層12の間に、４層構造の量子井戸層13がそれ
ぞれバリア層14に隔てられて形成されている。この活性
層４の具体的構成は下記の通りである。 ｐ型障壁層５ 厚さ:280オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As サイドバリア層12 厚さ:25オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As 量子井戸層13 厚さ:55オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50オングストローム 組成:Al0.25Ga0.75As ｎ型障壁層３ 厚さ:280オングストローム 組成:Al0.65Ga0.35As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図29、放射モードの測
定結果を図30に示す。 （比較例） 図20は、前記実施例１〜18との比較のために作成した
従来構造の量子井戸型レーザ素子の概略組成平面図であ
る。 各層の具体的構成は下記の通りである。 ｎ型キャップ層11 厚さ:0.3μｍ 組成:GaAs ｐ型クラッド層７ 厚さ:1.5μｍ 組成:Al0.65Ga0.35As ｎ型クラッド層１ 厚さ:1.5μｍ 組成:Al0.65Ga0.35As ｎ型バッファ層10 厚さ:0.5μｍ 組成:GaAs ｎ型基板８ 組成：（100）GaAs 活性層４は、サイドバリア層12に挟まれた領域におい
て、バリア層14を隔てて４層の量子井戸層13が設けられ
ている。この活性層４の具体的な構成は下記の通りであ
る。 サイドバリア層12 厚さ:120オングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 量子井戸層13 厚さ:50オングストローム 組成:GaAs バリア層14 厚さ:50yオングストローム 組成:Al0.30Ga0.70As 本実施例に示した構造に対するエピタキシー層に垂直
方向の導波モードプロフィールを図21、放射モードの測
定結果を図22に示す。 図21から明らかなように、比較例の弱導波半導体レー
ザは両側に指数関数テールを持った中心で尖った特性曲
線になっているのに対し、実施例１〜実施例18は釣り鐘
状のガウス型ビームに近い特性形状になっている。この
ため本実施例の半導体レーザを用いた場合には、従来技
術と同程度のモード広がりでも光学損傷の起こる活性層
４（モード中心）でのビーム強度が低くなっており次の
表１の測定結果に示すように、光学損傷レベルを大幅に
引き上げることができた。すなわち、本実施例１〜３で
は比較例に比べて放射角の低減と大幅な光学損傷レベル
の改善が明かとなった。なお、表１においてレーザの発
振波長（オングストローム）は約800nmである。また、
光学損傷レベル、スロープ効率はいずれも１端面当たり
の光出力である。 産業上の利用可能性 本発明により、通信、光ディスク等の光記録、レーザ
プリンター、レーザ医療、レーザ加工等、高出力半導体
レーザを用いる産業分野において、低放射ビーム角でビ
ームプロファイルの良い高効率の半導体レーザを得る事
が出来る。また、単純な構造で端面の瞬時光学損傷を回
避して高出力の半導体レーザを作製する事ができる。特
にAlxGa1-xAs半導体レーザでは導波層のAl組成を下げら
れるために作製プロセスも容易になる。 このため、本発明の素子は、高効率半導体レーザ装置
として利用でき、さらには、固体レーザの励起源とし
て、半導体レーザ励起固体レーザ装置を構成することが
できる。固体レーザとしては、Nd:YAGや、Nd:YLFなどの
レーザ媒質を使用できる。半導体レーザを固体レーザの
励起源として用いる場合、半導体レーザとレーザ媒質と
の結合方式が問題となる。通常、半導体レーザからの励
起光は、半導体レーザの励起ボリュームとレーザ発振器
のモードボリュームとがモードマッチングするようなレ
ンズで効率よく集光される。 本発明に係るレーザ素子では、このようにレンズを用
いて集光してもよく、図32、図33のように、半導体レー
ザ素子21からの励起光に何等光学的加工を施さずにレー
ザ媒質23に投入することもできる。なお、23は出力ミラ
ーである。また、図32は半導体レーザ素子21とレーザ媒
質23とを直接結合する直接結合型、図33は半導体レーザ
素子21のレーザ媒質23とを光ファイバー22で結合するフ
ァイバー結合型半導体レーザ励起固体レーザ装置であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 義和 千葉県袖ヶ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内 (72)発明者 石坂 祥司 千葉県袖ヶ浦市長浦字拓二号580番32 三井石油化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−15385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−188392（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−133781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−75417（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−150087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−96695（ＪＰ，Ａ) 平成７年（1995年）第42回春季応物学 会予稿集 ｐ．1059 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (9)
- 【請求項１】光導波機能を有する活性層が設けられた半
導体レーザ素子において、 半導体基板上に、第１クラッド層、第１導波層、第１障
壁層、活性層、第２障壁層、第２導波層、第２クラッド
層がこの順に形成され、前記第１および第２障壁層は活
性層の光導波機能を低減する機能を有しており、 規格化周波数V1,V2を V1＝π・d1/λ・（N0 2−N2 2）0.5 V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 と定義したとき、 V1＜V2/10かつＥ＞2.5×103/d1 2 （ただし、πは円周率、d1（オングストローム）は障壁
層の厚み、d2は両クラッド層間の厚み、λは発振波長、
N0は導波層の屈折率（導波層の屈折率が連続的に変化す
る場合はN0はその最大値とする）、N2は障壁層の屈折
率、N3はクラッド層の屈折率、Ｅ（eV）を導波層と障壁
層のエネルギーギャップの差とする） であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】AlXGa1-XAS（０≦Ｘ＜１）を用いた請求項
１の半導体レーザにおいて、導波層の組成は AlX1Ga1-X1As（０≦X1＜0.35） であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項３】障壁層の組成がA1X2Ga1-X2As（ただしX1＜
X2＜１）であるとき、X2とX1の差である△Ｘと障壁層の
厚みd1（オングストローム）の関係が、 △Ｘ＞（2.2×103/d1 2） かつ △Ｘ＜（5.0×104/d1 2） の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項４】d0を活性層の厚みとし、V0を、 V0＝π・d0/λ・（N1 2−N0 2）0.5 ただし、活性層が量子井戸である場合には、dwは量子井
戸層の厚み、N1は量子井戸層の屈折率、N0は導波層の屈
折率とし、かつ量子井戸の本数をＮとしたときには、 V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 と定義したとき、 （V0/3）＜V1＜V0 となることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項５】光導波機能を有する活性層が設けられた半
導体レーザ素子において、 半導体基板上に、第１図クラッド層、第１導波層、第１
障壁層、活性層、第２障壁層、第２導波層、第２クラッ
ド層がこの順に形成され、前記第１および第２障壁層は
活性層の光導波機能を低減する機能を有しており、 規格化周波数V1,V2,V0を V1＝π・d1/λ・（N0 2−N2 2）0.5 V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 V0＝π・d0/λ・（N1 2−N0 2）0.5 ただし、活性層がＮ層の量子井戸層である場合には、 V0＝Ｎ・π・dw/λ・（N1 2−N0 2）0.5 と定義したとき、 V0/3＜V1＜V0かつV1＜V2/10 （ただし、πは円周率、d0（オングストローム）は活性
層の厚み、d1は第１または第２の障壁層の厚み、d2は両
クラッド層間の厚み、dwは量子井戸層の厚み、λは発振
波長、N0は導波層の屈折率（導波層の屈折率が連続的に
変化する場合はN0はその最大値とする）、N1は活性層ま
たは量子井戸層の屈折率、N2は障壁層の屈折率、N3はク
ラッド層の屈折率とする） であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項６】光導波機能を有する活性層が設けられた半
導体レーザ素子において、 半導体基板上に、第１クラッド層、第１導波層、第１障
壁層、活性層、第２障壁層、第２導波層、第２クラッド
層がこの順に形成され、前記第１および第２障壁層は活
性層の光導波機能を低減する機能を有しており、 V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 と定義したとき、 V2≧π/2 （ただしπは円周率、d2は両クラッド層間の厚み、λは
発振波長、N0は導波層の最大屈折率、N3はクラッド層の
屈折率とする）であることを特徴とする半導体レーザ素
子。 - 【請求項７】導波モードの規格化周波数Ｖを定義するた
め、πは円周率、d1を障壁層の厚み、d2を両クラッド層
間の厚み、λを発振波長、N0を導波層の屈折率（但し導
波層の屈折率が連続的に変化する場合はN0として最大値
を用いる）、N2を障壁層の屈折率、N3はクラッド層の屈
折率とし、V1およびV2を、 V1＝π・d1/λ・（N0 2−N2 2）0.5 V2＝π・d2/λ・（N0 2−N3 2）0.5 と定義したとき、 V1＜Ｖ2/10 となることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項８】請求項１から７のいずれかに記載の半導体
レーザ素子を、レーザ励起用光源として用いた半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置。 - 【請求項９】請求項８記載のレーザ装置において、レー
ザ素子から出力される励起光を、レンズを用いずに固体
レーザに投入することを特徴とする半導体レーザ励起固
体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5505542A JP2818029B2 (ja) | 1992-02-05 | 1993-02-05 | 半導体レーザ素子及びそれを用いたレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2028992 | 1992-02-05 | ||
| JP4-20289 | 1992-02-05 | ||
| JP5505542A JP2818029B2 (ja) | 1992-02-05 | 1993-02-05 | 半導体レーザ素子及びそれを用いたレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2818029B2 true JP2818029B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=26357201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5505542A Expired - Lifetime JP2818029B2 (ja) | 1992-02-05 | 1993-02-05 | 半導体レーザ素子及びそれを用いたレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2818029B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110943370A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-31 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种vcsel芯片及其制备方法 |
-
1993
- 1993-02-05 JP JP5505542A patent/JP2818029B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 平成７年（１９９５年）第４２回春季応物学会予稿集 ｐ．１０５９ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110943370A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-03-31 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种vcsel芯片及其制备方法 |
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