JP4155834B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザに関し、特に、出射光のパターンを変更可能な半導体レーザ、又は従来の出射方向と異なる出射方向を有する半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザには、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）、多重量子井戸構造レーザ（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、ひずみ量子井戸型レーザ及び多重量子バリア型レーザなどの種々のレーザがある。
【０００３】
これらの半導体レーザのうち、分布帰還型レーザは、活性層に隣接した領域に周期的な凹凸構造から成るガイド層を有し、周期的な凹凸構造によって帰還された光を発振させる半導体レーザである。そして、この分布帰還型レーザの開発によって単一の波長から成るレーザ光を発振させることが容易になった。
【０００４】
また、多重量子井戸構造レーザは、井戸層とバリア層とから成る量子井戸構造を複数設けて活性層を形成した半導体レーザである。そして、この多重量子井戸構造レーザにおいては、電極から注入されたキャリアが量子井戸構造の井戸層に閉じ込められるので、レーザ発振のためのしきい値が低い。
【０００５】
このように、各種の改良を行なって、発振のしきい値が低く、単一波長のレーザ光を発振する半導体レーザが開発されている。
【０００６】
また、最近では、面発光型レーザも開発されている（非特許文献１）。
【０００７】
【非特許文献１】
小沼 稔、外１名、”よくわかる半導体レーザ”、初版、日本、光学図書株式会社、平成７年４月１０日、ｐ１４３〜１４４及びｐ１４９〜１５２
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在までに開発された半導体レーザにおいては、出射するレーザ光のパターンを変えることができないという問題がある。
【０００９】
また、従来の半導体レーザは、キャビティの長手方向と同じ方向にレーザ光を出射することはできるが、長手方向と異なる方向にレーザ光を出射することができないという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の出射方向と異なる出射方向を有する半導体レーザを提供することである。
【００１１】
また、この発明の別の目的は、出射するレーザ光のパターンを変更することができる半導体レーザを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、半導体レーザは、キャビティと、正極電極と負極電極とを備える。キャビティは、曲面から成る出射面を有し、出射面からレーザ光を出射する。正極電極及び負極電極は、キャビティに電流を注入する。そして、正極電極及び負極電極の一方の電極は、リング形状から成る。
【００１３】
好ましくは、キャビティは、キャビティの長手方向の一方端に出射面を有し、長手方向の他方端に曲面から成る対向面を有する。
【００１４】
好ましくは、対向面は、キャビティの長手方向に垂直な方向の軸に対して出射面と対称である。
【００１５】
好ましくは、対向面は、キャビティの長手方向に垂直な方向の軸に対して出射面と非対称である。
【００１６】
好ましくは、出射面および対向面は、キャビティの外側に向かって凸になるように形成される。
【００１７】
好ましくは、出射面および対向面は、キャビティの内側に向かって凸になるように形成される。
【００１８】
好ましくは、出射面及び対向面は、キャビティの長手方向の同じ方向に凸になるように形成される。
【００１９】
好ましくは、キャビティは、キャビティの長手方向の一方端に出射面を有し、長手方向の他方端に平面から成る対向面を有する。
【００２０】
好ましくは、キャビティの長手方向に垂直な方向の端面は、ミラー面である。
好ましくは、キャビティは、メインキャビティと、ウイングとを含む。メインキャビティは、出射面及び対向面を長手方向の両端に有し、略スタジアム形状から成る。ウイングは、出射面及び対向面が形成された領域に隣接して設けられる。 好ましくは、半導体レーザは、電圧印加回路を更に備える。電圧印加回路は、正極電極と負極電極との間に電圧を印加する。正極電極及び負極電極の一方の電極は、リング電極と線状電極とから成る。リング電極は、リング形状から成る。線状電極は、長手方向に沿ってリング電極の内側に形成され、略直線形状を有する。そして、電圧印加回路は、キャビティから出射されるレーザ光のモードに応じて異なる電圧を正極電極と負極電極との間に印加する。
【００２１】
好ましくは、キャビティは、電圧印加回路が第１の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、シングルモードのレーザ光を出射面から出射する。また、キャビティは、電圧印加回路が第１の電圧よりも高い第２の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、ツインモードのレーザ光を出射面から出射する。更に、キャビティは、電圧印加回路が第２の電圧よりも高い第３の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、ロックキングモードのレーザ光を出射面から出射する。
【００２２】
好ましくは、キャビティは、量子井戸構造を含む。
この発明による半導体レーザは、曲面から成るキャビティと、リング形状から成る電極とを備える。そして、正極電極と負極電極との間に所定の電圧が印加され、キャビティにしきい値以上の電流が注入されると、キャビティ内でレーザ発振が起こり、発振したレーザ光は、キャビティ内で電極の形状に沿って分布する。
【００２３】
従って、この発明によれば、キャビティの長手方向と異なる方向にレーザ光を出射できる。
【００２４】
また、この発明による半導体レーザにおいては、キャビティに印加される電圧のレベルによって、発振モードがシングルモード、ツインモード及びロッキングモードのいずれかに切換えられる。そして、シングルモード、ツインモード及びロッキングモードにおいては、各々、異なったパターンのレーザ光が発振される。
【００２５】
従って、この発明によれば、出射されるレーザ光のパターンを変更することができる半導体レーザを作製できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１による半導体レーザの斜視図を示す。半導体レーザ１０は、基板１と、キャビティ２と、絶縁膜３と、正極電極４と、負極電極５とを備える。
【００２８】
キャビティ２は、基板１上に形成される。絶縁膜３は、キャビティ２の表面に形成される。正極電極４は、絶縁膜３上及び絶縁膜３がエッチングされた領域に形成される。そして、正極電極４は、リング形状から成るリング電極である。負極電極５は、キャビティ２が形成された基板１の表面と反対側の裏面に形成される。
【００２９】
基板１は、単結晶のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から成る。キャビティ２は、後述するようにＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）から成る。絶縁膜３は、シリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から成る。正極電極４は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る。負極電極５は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉから成る。
【００３０】
絶縁膜３の膜厚は、０．４μｍである。正極電極４の膜厚は、全体で０．７２μｍである。そして、正極電極４を構成するＴｉの膜厚は、０．０７μｍであり、Ｐｔの膜厚は、０．０５μｍであり、Ａｕの膜厚は０．６μｍである。負極電極５の膜厚は、全体で０．６２μｍである。そして、負極電極５を構成するＡｕの膜厚は、０．５μｍであり、Ｇｅの膜厚は、０．１μｍであり、Ｎｉの膜厚は、０．０２μｍである。
【００３１】
キャビティ２の幅Ｗは、６０μｍであり、キャビティ２の長さＬは、６００μｍである。
【００３２】
図２は、図１の矢印６の方向から見たキャビティ２の平面図を示す。キャビティ２は、メインキャビティ２１と、ウイング２２〜２５とを含む。メインキャビティ２１は、出射面２１０と、対向面２１１と、端面２１２，２１３とを有する。そして、メインキャビティ２１は、略スタジアム形状から成る。出射面２１０及び対向面２１１は、中心Ｏから半径Ｒを有する曲面から成る。半径Ｒは、３００μｍである。また、出射面２１０及び対向面２１１は、キャビティ２の内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【００３３】
対向面２１１は、矢印７で示す長手方向に垂直な方向の軸８に対して出射面２１０と対称である。端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に垂直な方向のキャビティ２の両端に配置される。すなわち、端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に平行に配置される。そして、出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３は、ミラー面から成る。
【００３４】
ウイング２２，２３は、メインキャビティ２１の出射面２１０側に設けられる。つまり、ウイング２２，２３は、出射面２１０が設けられた領域２１４に隣接して設けられる。ウイング２２は、出射面２１０の延長上に曲面２２１を有する。ウイング２３は、出射面２１０の延長上に曲面２３１を有する。曲面２２１，２３１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００３５】
ウイング２４，２５は、メインキャビティ２１の対向面２１１側に設けられる。つまり、ウイング２４，２５は、対向面２１１が設けられた領域２１５に隣接して設けられる。ウイング２４は、対向面２１１の延長上に曲面２４１を有する。ウイング２５は、対向面２１１の延長上に曲面２５１を有する。曲面２４１，２５１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００３６】
ウイング２２〜２５の矢印７の方向（長手方向）の長さＷｓは、１６０μｍである。ウイング２２〜２５は、メインキャビティ２１で発振したレーザ光の端面２１２，２１３での多重反射によって生成されたモードを抑制するために設けられる。そして、ウイング２２〜２５が多重反射によって生成されたモードを抑制するためには、長さＷｓは、Ｗｓ＞Ｌ／４を満たす必要がある。したがって、実施の形態１においては、長さＷｓは、Ｌ／４＝１５０μｍよりも大きい１６０μｍに設定された。
【００３７】
図３は、図１に示すＡ−Ａ線における半導体レーザ１０の断面図を示す。半導体レーザ１０の断面構造は、基板１上にキャビティ２を形成した構造から成る。キャビティ２は、バッファ層２０１，２０２と、グレーディッド層２０３と、クラッド層２０４と、グレーディッド層２０５と、活性層２０６と、グレーディッド層２０７と、クラッド層２０８と、キャップ層２０９とを含む。
【００３８】
バッファ層２０１は、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、３×１０18ｃｍ-3である。バッファ層２０２は、Ｓｉをドープしたｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ）から成り、膜厚は、１．０μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１×１０18ｃｍ-3である。
【００３９】
グレーディッド層２０３は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は１０18ｃｍ-3台である。また、アルミニウム（Ａｌ）の含有量ｘは、０．２〜０．５の範囲で変化し、バッファ層２０２との界面では０．２であり、クラッド層２０４との界面では０．５である。
【００４０】
クラッド層２０４は、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１０18ｃｍ-3台である。グレーディッド層２０５は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層２０５においては、ドーパントであるＳｉの濃度は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて徐々に減少され、クラッド層２０４との界面では約１×１０18ｃｍ-3であり、活性層２０６との界面では約１×１０17ｃｍ-3である。また、グレーディッド層２０５においては、Ａｌの含有量ｘもクラッド層２０４から活性層２０６へ向けて放物線状に減少され、クラッド層２０４との界面では０．５であり、活性層２０６との界面では０．２である。
【００４１】
活性層２０６は、ノンドープのＧａＡｓから成り、膜厚は、０．０１μｍである。グレーディッド層２０７は、ベリリウム（Ｂｅ）をドープしたｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層２０７においては、ドーパントであるＢｅの濃度は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて徐々に増加され、活性層２０６との界面では約１×１０17ｃｍ-3であり、クラッド層２０８との界面では約１×１０18ｃｍ-3である。また、グレーディッド層２０７においては、Ａｌの含有量ｘも活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて放物線状に増加され、活性層２０６との界面では０．２であり、クラッド層２０８との界面では０．５である。
【００４２】
クラッド層２０８は、Ｂｅをドーピングしたｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は、１０18ｃｍ-3台である。キャップ層２０９は、Ｂｅをドーピングしたｐ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００４３】
活性層２０６は、グレーディッド層２０５とグレーディッド層２０７とによって挟み込まれており、グレーディッド層２０５、活性層２０６及びグレーディッド層２０７は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を構成する。
【００４４】
また、クラッド層２０４及びグレーディッド層２０５は、活性層２０６を中心にしてそれぞれクラッド層２０８及びグレーディッド層２０７と対称に形成される。
【００４５】
つまり、クラッド層２０４は、クラッド層２０８と同じ膜厚及び同じＡｌ含有量ｘを有する。そして、クラッド層２０４の多数キャリア密度も、電子と正孔との違いを除けば、クラッド層２０８の多数キャリア密度である１０18ｃｍ-3台と同じ１０18ｃｍ-3台である。また、グレーディッド層２０５は、グレーディッド層２０７と同じ膜厚を有し、グレーディッド層２０７におけるＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０８側：０．５）と対称なＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０４側：０．５）を有する。そして、グレーディッド層２０５は、グレーディッド層２０７におけるドーパント（Ｂｅ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０17ｃｍ-3→クラッド層２０８側：約１×１０18ｃｍ-3）と対称なドーパント（Ｓｉ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０17ｃｍ-3→クラッド層２０４側：約１×１０18ｃｍ-3）を有する。
【００４６】
図４は、キャビティ２を構成するバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図を示す。
【００４７】
バッファ層２０１のバンドギャップＥｇ１は、１．４１ｅＶであり、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２は、１．７ｅＶである。また、クラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４及びクラッド層２０８のバンドギャップＥｇ８は、２．０ｅＶであり、キャップ層２０９のバンドギャップＥｇ９は、１．４１ｅＶである。
【００４８】
そして、グレーディッド層２０３のバンドギャップＥｇ３は、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２である１．７ｅＶからクラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４である２．０ｅＶまで変化する。また、グレーディッド層２０５のバンドギャップＥｇ５は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて２．０ｅＶから１．７ｅＶまで放物線状に減少する。更に、グレーディッド層２０７のバンドギャップＥｇ７は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて１．７ｅＶから２．０ｅＶまで放物線状に増加する。
【００４９】
このように、グレーディッド層２０５においてクラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＳｉの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ５を放物線状に減少させることによってクラッド層２０４を介してグレーディッド層２０５に到達した電子の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された正孔を閉じ込める。また、グレーディッド層２０７においてクラッド層２０８から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＢｅの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ７を放物線状に減少させることによってクラッド層２０８を介してグレーディッド層２０７に到達した正孔の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された電子を閉じ込める。その結果、電子及び正孔は、活性層２０６に閉じ込められ、再結合し易くなり、半導体レーザ１０におけるレーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００５０】
また、バッファ層２０１，２０２及びグレーディッド層２０３は、ＧａＡｓから成る基板１上にクラッド層２０４及びグレーディッド層２０５を構成するＡｌＧａＡｓを結晶成長させるために設けられる。つまり、ＡｌＧａＡｓをＧａＡｓ上に、直接、結晶させるとＡｌＧａＡｓの品質が低下するので、基板１の表面における不純物の影響を除去するために基板１のＧａＡｓと同じＧａＡｓ（バッファ層２０１）を結晶成長させた後、ｉｎ−ｓｉｔｕでＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ（バッファ層２０２）及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ：０．２〜０．５）（グレーディッド層２０３）を結晶成長させることにより、ＧａＡｓとの格子不整合を解消して品質の良いＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ（クラッド層２０４）及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ：０．５→０．２）（グレーディッド層２０５）を結晶させることが可能となる。特に、バッファ層２０２の膜厚が１．０μｍと比較的厚いのは、ＧａＡｓとの格子不整合を解消するためである。
【００５１】
図５は、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布を示す。クラッド層２０４，２０８は、Ａｌの含有量ｘが０．５であるＡｌＧａＡｓから成るので、屈折率が最も小さい。グレーディッド層２０５は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．５から０．２へ放物線状に減少するので、グレーディッド層２０５の屈折率は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従って放物線状に増加する。
【００５２】
活性層２０６は、ノンドープのＧａＡｓから成るので、最も大きい屈折率を有する。グレーディッド層２０７は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．２から０．５へ放物線状に増加するので、グレーディッド層２０７の屈折率は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従って放物線状に減少し、最終的にクラッド層２０８の屈折率に一致する。
【００５３】
このように、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布は、活性層２０６を中心にして対称になる。その結果、活性層２０６において誘導放出により発生した光は、両側に設けられたグレーディッド層２０５，２０７及びクラッド層２０４，２０８によって光学的に閉じ込められ、レーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００５４】
上述したように、半導体レーザ１０においては、外部から注入された電子及び正孔を電気的に活性層２０６に閉じ込め、かつ、活性層２０６において誘導放出により発生した光を光学的に閉じ込めることによりレーザ発振のためのしきい値を低下させている。
【００５５】
図６は、半導体レーザ１０の製造工程を示す。エピタキシャル層２０が形成されたＧａＡｓから成る基板１を用意する。ここで、エピタキシャル層２０は、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９を構成するｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓを意味する。
【００５６】
従って、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓが、順次、基板１を構成するＧａＡｓ上に結晶成長されたエピウェハを用意する。なお、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓは、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により結晶成長される。
【００５７】
エピタキシャル層２０が形成された基板１を用意すると、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＯ2から成る絶縁膜３０をエピタキシャル層２０上にスパッタリング、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。この場合、絶縁膜３０の膜厚は、０．４μｍである（図６の（ａ）参照）。
【００５８】
そして、絶縁膜３０上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりキャビティ２の形状にパターンニングし、キャビティ２の形状を有するレジスト３１を絶縁膜３０上に形成する（図６の（ｂ）参照）。
【００５９】
その後、レジスト３１をマスクとして絶縁膜３０をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチングする。この場合、キャビティ２の出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３を形成するためにエピタキシャル層２０を含めて３μｍの深さまでエッチングする。そして、ＲＩＥによって形成された出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３はミラー面を有する。ＲＩＥによるエッチング後、レジスト３１を除去すると、キャビティ２及び絶縁膜３が基板１上に順次形成された構造が完成する（図６の（ｃ）参照）。なお、このＲＩＥによるエッチングは、エッチングされた端面が高い垂直性及び平滑性を有する条件によって行なわれる。
【００６０】
次に、リング形状から成る正極電極４を形成するために絶縁膜３に窓を開ける。絶縁膜３上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりパターンニングしてレジストにリング形状の窓を開ける。そして、パターンニングしたレジストをマスクとして絶縁膜３をＲＩＥによってエッチングし、絶縁膜３にリング形状の窓３２を開ける（図６の（ｄ）参照）。
【００６１】
その後、正極電極４を形成する。この段階で、基板１の表面１ａと絶縁膜３の表面３ａとの間には段差が存在するので、この段差を埋めるために２層レジストを用いる。すなわち、１層目のレジスト３３を全体的に塗布して段差を埋めた後、２層目のレジスト３４を塗布する（図６の（ｅ）参照）。これにより、平坦なレジスト面が形成される。
【００６２】
そして、レジスト３３，３４をフォトリソグラフィによりパターンニングして正極電極４を形成するための孔３５を形成する（図６の（ｆ）参照）。この段階で、孔３５を通して絶縁膜３、及び絶縁膜３に明けられた窓３２が露出する。
【００６３】
正極電極４と半導体との良好なコンタクトが得られるように、窓３２を通して半導体表面を０．０１〜０．０２μｍ程度、エッチングする。そして、電子ビーム蒸着により、正極電極４を構成するＴｉ（約０．０７μｍ）／Ｐｔ（約０．０５μｍ）／Ａｕ（約０．６μｍ）を全面に形成する。次に、ウェハをアセトンに浸してレジスト３３，３４を除去する。これにより、レジスト３４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕは、リフトオフにより除去され、正極電極４がキャビティ２上に形成される。この場合、絶縁膜３のうち、領域３ｂ及びリング形状から成る正極電極４の内側の領域３ｃ上にもＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが形成される。
【００６４】
その後、へき開を容易にするため、基板１を厚さが１００〜１５０μｍになるように研磨する（図６の（ｇ）参照）。そして、Ｇｅ（約０．１μｍ）／Ｎｉ（約０．０２μｍ）／Ａｕ（約０．５μｍ）を抵抗加熱により基板１の裏面に蒸着して負極電極５を形成する（図６の（ｈ）参照）。
【００６５】
負極電極５を形成した後、正極電極４を構成するＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ及び負極電極５を構成するＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを合金化するために、４００〜４５０℃で数分間、熱処理する。その後、チップごとのへき開及びレーザアレイのへき開を行ない、半導体レーザ１０が製造される。
【００６６】
図７は、半導体レーザ１０のキャビティ２から出射されるレーザ光のパターンを示す。半導体レーザ１０の正極電極４と負極電極５との間に電圧が印加され、しきい値を超える電流が活性層６に注入されると、半導体レーザ１０はレーザ発振し、キャビティ２は、出射面２１０からレーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢは、キャビティ２の長手方向の軸９と角度θ１を成すレーザ光ＬＢ１と、軸９と角度θ２を成すレーザ光ＬＢ２とから成る。そして、角度θ１は、角度θ２と等しい。つまり、レーザ光ＬＢは、軸９に対して対称な２つのレーザ光から成る。
【００６７】
レーザＬＢが出射されるモードを「リングモード」と言う。半導体レーザ１０がリングモードで動作するためには、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２と、リング形状から成る正極電極４とを形成する必要がある。
【００６８】
このように、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸９に対して所定の角度θ（＝θ１＝θ２）を成すレーザ光ＬＢを出射することができる。
【００６９】
図８は、半導体レーザ１０が軸９に対して所定の角度θを成すレーザ光ＬＢを出射する機構を説明するための図である。活性層２０６に注入された電子と正孔とが再結合し、所定の波長λを有する光が発生すると、その発生した光に基づく誘導放出が起こる。そして、誘導放出により発生した多くの光は、ミラー面から成る出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３によって反射され、他の光と相互に干渉する。そして、出射面２１０及び対向面２１１は、入射した光を軸９と平行な方向に反射せず、所定の角度を成す方向に反射する。また、誘導放出は、注入される電子及び正孔の密度が高い正極電極４の形状に沿った領域で生じ易く、新たに誘導放出によって発生する光と既に誘導放出によって発生した光との干渉は、正極電極４の形状に沿った領域で生じ易い。更に、ウイング２２〜２５は、誘導放出によって発生した光が端面２１２，２１３で多重反射されることによって生じる成分を抑制する。
【００７０】
その結果、誘導放出によって発生した光を相互に強め合う共振器は、正極電極４の形状に沿った領域で形成され、その領域でレーザ発振が起こる。そして、発振したレーザ光ＬＢ０は、キャビティ２内で正極電極４の形状に沿って分布する。従って、出射面２１０から出射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、軸９に対して所定の角度θを成すものと考えられる。
【００７１】
半導体レーザ１０がリングモードで動作するためにはリング形状から成る正極電極４が必要なことを示すために、図９に示すように、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２に軸９の方向に沿って正極電極４０を形成した半導体レーザを作製した。
【００７２】
図１０は、正極電極４を形成した半導体レーザ１０及び正極電極４０を形成した半導体レーザから出射されるレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。図１０の（ａ）は、正極電極４０を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示し、図１０の（ｂ）は、正極電極４を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示す。また、図１０の（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、軸９に対する角度を示し、縦軸は、出射されたレーザ光の規格化強度を示す。
【００７３】
正極電極４０を形成した場合、角度が０度の方向、すなわち、軸９の方向にレーザ光がキャビティ２から出射される。レーザ光の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）は５．５度である。
【００７４】
一方、正極電極４を形成した場合、軸９に対して±１９．２度の角度を成すレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２がキャビティ２から出射される。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ）は、レーザ光ＬＢ１及びＬＢ２において同じであり、４．１度である。
【００７５】
このように、正極電極４をリング形状から成るリング電極により構成することにより、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸９に対して対称な角度θ（±１９．２度）を成すレーザ光ＬＢを出射することが確認された。
【００７６】
角度θは、次式によって決定される。
【００７７】
【数１】
【００７８】
なお、ｎeffは、キャビティ２の実効屈折率である。
ｎeff＝３．３、Ｌ＝６００μｍ及びＷ＝３００μｍを式（１）に代入して角度θを計算した結果、θ＝±１９．２度であった。この計算結果は、上述した内容と良い一致を示す。
【００７９】
実効屈折率ｎeffが一定の場合、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを大きくするためには、Ｌ／Ｗを小さくすればよく、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを小さくするためには、Ｌ／Ｗを大きくすればよい。
【００８０】
また、Ｌ／Ｗが一定の場合、実効屈折率ｎeffに応じてレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを変化させることができる。
【００８１】
従って、半導体レーザ１０のキャビティ２の長さＬ、幅Ｗ及び実効屈折率ｎeffを変化させて設計することにより、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の出射方向を種々変化させた半導体レーザを作製することができる。
【００８２】
なお、正極電極５の形状であるリング形状は、内周形状及び外周形状が略菱形である輪形状から成る。そして、菱形の２つの対角線の比は、キャビティ２が出射するレーザ光ＬＢの方向に応じて決定される。
【００８３】
レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸９に対して小さい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が短くされる。つまり、リング形状は、軸９の方向に伸ばされた菱形から成る概略形状を有する。
【００８４】
また、レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸９に対して大きい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が長くされる。つまり、リング形状は、軸９の方向に縮められた菱形から成る概略形状を有する。
【００８５】
従って、この発明におけるリング形状とは、概略、菱形を基本とし、その菱形をキャビティ２の軸９の方向に伸ばしたり、縮めたりした概略形状を有する輪形状を言う。
【００８６】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２による半導体レーザ１０Ａの斜視図を示す。半導体レーザ１０Ａは、半導体レーザ１０の正極電極４を正極電極４４に代え、電圧印加回路１１を追加したものであり、その他は、半導体レーザ１０と同じである。
【００８７】
正極電極４４は、リング電極４Ａと線状電極４Ｂとから成る。リング電極４Ａは、正極電極４とほぼ同じ形状から成る。線状電極４Ｂは、キャビティ２の長手方向に沿ってリング電極４Ａの内側に形成される。
【００８８】
電圧印加回路１１は、正極電極４４と負極電極５との間に電圧レベルが異なる電圧Ｖ１，Ｖ２（＞Ｖ１），Ｖ３（＞Ｖ２）のいずれかを印加する。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも高く、電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２よりも高い。従って、電圧印加回路１１は、電圧レベルの異なる電圧を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。
【００８９】
半導体レーザ１０Ａは、図６に示す製造工程のうち、図６の（ｃ）に示す工程において、リング電極４Ａ及び線状電極４Ｂを形成するための窓を絶縁膜３に開けることにより製造される。
【００９０】
図１２は、半導体レーザ１０Ａにおける出射光強度と、キャビティ２に注入される電流値との関係を示す図である。キャビティ２に注入される電流値を変化させることにより、半導体レーザ１０Ａは、シングルモード、ツィンモード及びロッキングモードのいずれかのモードでレーザ光を発振する。領域ＭＤＥ１は、シングルモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ２は、ツィンモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ３は、ロッキングモードでレーザ光を発振する領域である。
【００９１】
半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、しきい値Ｉｔｈ〜電流値Ｉ１の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ１を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。また、半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、電流値Ｉ１〜電流値Ｉ２の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ２を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。更に、半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、電流値Ｉ２〜電流値Ｉ３の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ３を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。
【００９２】
図１３は、半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す。また、図１４は、半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す。更に、図１５は、半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振した場合を示す。
【００９３】
シングルモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、上述したレーザ光ＬＢ１及びＬＢ２から成るレーザ光ＬＢをキャビティ２から出射する。また、ツィンモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１とレーザ光ＬＢ２とが周期的に切換わるレーザ光をキャビティ２から出射する。更に、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１のみをキャビティ２から出射する。なお、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ２のみを出射することも可能である。
【００９４】
このように、半導体レーザ１０Ａは、キャビティ２に注入される電流量に応じてレーザ光の発振モードを切換えることを特徴とする。
【００９５】
上記においては、キャビティ２は、軸８に対して相互に対称に形成された出射面２１０及び対向面２１１を有すると説明したが、この発明による半導体レーザ１０は、図１６に示すキャビティ２Ａを備えていてもよい。キャビティ２Ａは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ａに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ａは、軸８に対して出射面２１０と非対称である。そして、対向面２１１Ａは、キャビティ２Ａの内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【００９６】
このように、相互に非対称な曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ａを軸９の方向に形成したキャビティ２Ａを用いた場合にも、半導体レーザ１０，１０Ａは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。キャビティ２Ａは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ａが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径と対向面２１１Ａの半径との比に応じて決定される。
【００９７】
また、この発明による半導体レーザは、キャビティ２に代えて図１７に示すキャビティ２Ｂを備えていてもよい。キャビティ２Ｂは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ｂに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ｂは、軸８に平行な平面から成る。
【００９８】
キャビティ２Ｂにおいては、出射面２１０は、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射し、出射面２１０で反射された光は、端面２１２，２１３に斜め方向から入射し、端面２１２，２１３によって対向面２１１Ｂの方向へ反射される。そして、平面から成る対向面２１１Ｂは、斜め方向から光を受け、その受けた光を斜め方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｂ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｂは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０から出射する。
【００９９】
このように、曲面から成る出射面２１０及び平面から成る対向面２１１Ｂを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｂを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。
【０１００】
キャビティ２Ｂは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｂが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径に応じて決定される。
【０１０１】
更に、この発明による半導体レーザは、図１８に示すキャビティ２Ｃを備えていてもよい。キャビティ２Ｃは、キャビティ２の出射面２１０を出射面２１０Ａに代え、対向面２１１を対向面２１１Ｃに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃは、キャビティ２Ｃの外側から内側に向かう方向に凸な曲面から成る。また、対向面２１１Ｃは、軸８に対して出射面２１０Ａと対称である。キャビティ２Ｃにおいては、出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃは、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｃ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｃは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０２】
このように、キャビティ２Ｃの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｃを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。そして、キャビティ２Ｃは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。
【０１０３】
更に、この発明による半導体レーザは、図１９に示すキャビティ２Ｄを備えていてもよい。キャビティ２Ｄは、キャビティ２Ｃの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｄに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｃと同じである。対向面２１１Ｄは、キャビティ２Ｄの外側から内側に向かう方向に凸な曲面から成る。また、対向面２１１Ｄは、軸８に対して出射面２１０Ａと非対称である。
【０１０４】
このように、相互に非対称な曲面から成る出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｄを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｄを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。キャビティ２Ｄは、キャビティ２Ｃが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｄが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０Ａの半径と対向面２１１Ｄの半径との比に応じて決定される。
【０１０５】
更に、この発明による半導体レーザは、図２０に示すキャビティ２Ｅを備えていてもよい。キャビティ２Ｅは、キャビティ２Ｃの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｅに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｃと同じである。対向面２１１Ｅは、軸８に平行な平面から成る。
【０１０６】
キャビティ２Ｅにおいては、出射面２１０Ａは、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射し、出射面２１０Ａで反射された光は、端面２１２，２１３に斜め方向から入射し、端面２１２，２１３によって対向面２１１Ｅの方向へ反射される。そして、平面から成る対向面２１１Ｅは、斜め方向から光を受け、その受けた光を斜め方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｅ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｅは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０７】
このように、曲面から成る出射面２１０Ａ及び平面から成る対向面２１１Ｅを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｅを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０８】
キャビティ２Ｅは、キャビティ２Ｃが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｅが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０Ａの半径に応じて決定される。
【０１０９】
更に、この発明による半導体レーザは、図２１に示すキャビティ２Ｆを備えていてもよい。キャビティ２Ｆは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ｃに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ｃは、キャビティ２Ｆの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る。つまり、出射面２１０及び対向面２１１Ｃは、同じ方向に凸である曲面から成る。そして、対向面２１１Ｃの半径は、出射面２１０の半径と同じである。なお、図２１においては、出射面２１０及び対向面２１１Ｃは、紙面上、右から左の方向へ凸であるが、紙面上、左から右の方向へ凸であってもよい。
【０１１０】
このように、同じ方向に凸である曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ｃを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｆを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。そして、キャビティ２Ｆは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。
【０１１１】
更に、この発明による半導体レーザは、図２２に示すキャビティ２Ｇを備えていてもよい。キャビティ２Ｇは、キャビティ２Ｆの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｄに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｆと同じである。対向面２１１Ｄは、キャビティ２Ｇの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る。そして、対向面２１１Ｄの半径は、出射面２１０の半径と異なる。なお、図２２においても、出射面２１０及び対向面２１１Ｄは、紙面上、右から左の方向へ凸であるが、紙面上、左から右の方向へ凸であってもよい。
【０１１２】
このように、同じ方向に凸である曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ｄを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｇを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。
【０１１３】
キャビティ２Ｇは、キャビティ２Ｆが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｇが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径と対向面２１１Ｄの半径との比に応じて決定される。
【０１１４】
なお、上記においては、正極電極４，４４をリング電極から構成すると説明したが、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９を構成する半導体の導電型を反対にした場合には、上述した正極電極４，４４と同じ形状から成るリング電極により負極電極５を作製する。
【０１１５】
従って、この発明による半導体レーザにおいては、正極電極及び負極電極の一方がリング電極から構成されていればよい。
【０１１６】
上述したように、この発明による半導体レーザは、曲面から成る出射面と、リング形状の電極とを備えることを特徴とする。
【０１１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１による半導体レーザの斜視図である。
【図２】 図１に示すキャビティの平面図である。
【図３】 図１に示すＡ−Ａ線における半導体レーザの断面構造図である。
【図４】 図３に示すバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図である。
【図５】 図３に示すクラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８の屈折率の分布図である。
【図６】 図１に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図７】 図１に示す半導体レーザのキャビティから出射されるレーザ光のパターンを示す図である。
【図８】 図１に示す半導体レーザが長手方向の軸に対して所定の角度を成すレーザ光を出射する機構を説明するための図である。
【図９】 長手方向の軸に沿って形成された電極を有するキャビティの平面図である。
【図１０】 発振するレーザ光の遠視野像を示す図である。
【図１１】 実施の形態２による半導体レーザの斜視図である。
【図１２】 図１１に示す半導体レーザにおける出射光強度と、キャビティに注入される電流値との関係を示す図である。
【図１３】 図１１に示す半導体レーザがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１４】 図１１に示す半導体レーザがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１５】 図１１に示す半導体レーザがロッキングモードでレーザ光を発振する場合を示す平面図である。
【図１６】 キャビティの他の平面図である。
【図１７】 キャビティの更に他の平面図である。
【図１８】 キャビティの更に他の平面図である。
【図１９】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２０】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２１】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２２】 キャビティの更に他の平面図である。
【符号の説明】
１ 基板、１ａ，３ａ 表面、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ キャビティ、３，３０ 絶縁膜、３ｂ，３ｃ，２１４，２１５ 領域、４，４４ 正極電極、４Ａ リング電極、４Ｂ 線状電極、５ 負極電極、６，７ 矢印、８，９ 軸、１０，１０Ａ 半導体レーザ、１１ 電圧印加回路、２０ エピタキシャル層、２１ メインキャビティ、２２〜２５ ウイング、３１，３３，３４ レジスト、３２ 窓、３５ 孔、４０ 電極、２０１，２０２ バッファ層、２０３，２０５，２０７ グレーディッド層、２０４，２０８ クラッド層、２０６ 活性層、２０９ キャップ層、２１０，２１０Ａ 出射面、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ，２１１Ｅ 対向面、２１２，２１３ 端面、２２１，２３１，２４１，２５１ 曲面、ＬＢ，ＬＢ０，ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザに関し、特に、出射光のパターンを変更可能な半導体レーザ、又は従来の出射方向と異なる出射方向を有する半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザには、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）、多重量子井戸構造レーザ（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、ひずみ量子井戸型レーザ及び多重量子バリア型レーザなどの種々のレーザがある。
【０００３】
これらの半導体レーザのうち、分布帰還型レーザは、活性層に隣接した領域に周期的な凹凸構造から成るガイド層を有し、周期的な凹凸構造によって帰還された光を発振させる半導体レーザである。そして、この分布帰還型レーザの開発によって単一の波長から成るレーザ光を発振させることが容易になった。
【０００４】
また、多重量子井戸構造レーザは、井戸層とバリア層とから成る量子井戸構造を複数設けて活性層を形成した半導体レーザである。そして、この多重量子井戸構造レーザにおいては、電極から注入されたキャリアが量子井戸構造の井戸層に閉じ込められるので、レーザ発振のためのしきい値が低い。
【０００５】
このように、各種の改良を行なって、発振のしきい値が低く、単一波長のレーザ光を発振する半導体レーザが開発されている。
【０００６】
また、最近では、面発光型レーザも開発されている（非特許文献１）。
【０００７】
【非特許文献１】
小沼 稔、外１名、”よくわかる半導体レーザ”、初版、日本、光学図書株式会社、平成７年４月１０日、ｐ１４３〜１４４及びｐ１４９〜１５２
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現在までに開発された半導体レーザにおいては、出射するレーザ光のパターンを変えることができないという問題がある。
【０００９】
また、従来の半導体レーザは、キャビティの長手方向と同じ方向にレーザ光を出射することはできるが、長手方向と異なる方向にレーザ光を出射することができないという問題がある。
【００１０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の出射方向と異なる出射方向を有する半導体レーザを提供することである。
【００１１】
また、この発明の別の目的は、出射するレーザ光のパターンを変更することができる半導体レーザを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、半導体レーザは、キャビティと、正極電極と負極電極とを備える。キャビティは、曲面から成る出射面を有し、出射面からレーザ光を出射する。正極電極及び負極電極は、キャビティに電流を注入する。そして、正極電極及び負極電極の一方の電極は、リング形状から成る。
【００１３】
好ましくは、キャビティは、キャビティの長手方向の一方端に出射面を有し、長手方向の他方端に曲面から成る対向面を有する。
【００１４】
好ましくは、対向面は、キャビティの長手方向に垂直な方向の軸に対して出射面と対称である。
【００１５】
好ましくは、対向面は、キャビティの長手方向に垂直な方向の軸に対して出射面と非対称である。
【００１６】
好ましくは、出射面および対向面は、キャビティの外側に向かって凸になるように形成される。
【００１７】
好ましくは、出射面および対向面は、キャビティの内側に向かって凸になるように形成される。
【００１８】
好ましくは、出射面及び対向面は、キャビティの長手方向の同じ方向に凸になるように形成される。
【００１９】
好ましくは、キャビティは、キャビティの長手方向の一方端に出射面を有し、長手方向の他方端に平面から成る対向面を有する。
【００２０】
好ましくは、キャビティの長手方向に垂直な方向の端面は、ミラー面である。
好ましくは、キャビティは、メインキャビティと、ウイングとを含む。メインキャビティは、出射面及び対向面を長手方向の両端に有し、略スタジアム形状から成る。ウイングは、出射面及び対向面が形成された領域に隣接して設けられる。 好ましくは、半導体レーザは、電圧印加回路を更に備える。電圧印加回路は、正極電極と負極電極との間に電圧を印加する。正極電極及び負極電極の一方の電極は、リング電極と線状電極とから成る。リング電極は、リング形状から成る。線状電極は、長手方向に沿ってリング電極の内側に形成され、略直線形状を有する。そして、電圧印加回路は、キャビティから出射されるレーザ光のモードに応じて異なる電圧を正極電極と負極電極との間に印加する。
【００２１】
好ましくは、キャビティは、電圧印加回路が第１の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、シングルモードのレーザ光を出射面から出射する。また、キャビティは、電圧印加回路が第１の電圧よりも高い第２の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、ツインモードのレーザ光を出射面から出射する。更に、キャビティは、電圧印加回路が第２の電圧よりも高い第３の電圧を正極電極と負極電極との間に印加したとき、ロックキングモードのレーザ光を出射面から出射する。
【００２２】
好ましくは、キャビティは、量子井戸構造を含む。
この発明による半導体レーザは、曲面から成るキャビティと、リング形状から成る電極とを備える。そして、正極電極と負極電極との間に所定の電圧が印加され、キャビティにしきい値以上の電流が注入されると、キャビティ内でレーザ発振が起こり、発振したレーザ光は、キャビティ内で電極の形状に沿って分布する。
【００２３】
従って、この発明によれば、キャビティの長手方向と異なる方向にレーザ光を出射できる。
【００２４】
また、この発明による半導体レーザにおいては、キャビティに印加される電圧のレベルによって、発振モードがシングルモード、ツインモード及びロッキングモードのいずれかに切換えられる。そして、シングルモード、ツインモード及びロッキングモードにおいては、各々、異なったパターンのレーザ光が発振される。
【００２５】
従って、この発明によれば、出射されるレーザ光のパターンを変更することができる半導体レーザを作製できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１による半導体レーザの斜視図を示す。半導体レーザ１０は、基板１と、キャビティ２と、絶縁膜３と、正極電極４と、負極電極５とを備える。
【００２８】
キャビティ２は、基板１上に形成される。絶縁膜３は、キャビティ２の表面に形成される。正極電極４は、絶縁膜３上及び絶縁膜３がエッチングされた領域に形成される。そして、正極電極４は、リング形状から成るリング電極である。負極電極５は、キャビティ２が形成された基板１の表面と反対側の裏面に形成される。
【００２９】
基板１は、単結晶のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から成る。キャビティ２は、後述するようにＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）から成る。絶縁膜３は、シリコンナイトライド（Ｓｉ3Ｎ4）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）から成る。正極電極４は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る。負極電極５は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉから成る。
【００３０】
絶縁膜３の膜厚は、０．４μｍである。正極電極４の膜厚は、全体で０．７２μｍである。そして、正極電極４を構成するＴｉの膜厚は、０．０７μｍであり、Ｐｔの膜厚は、０．０５μｍであり、Ａｕの膜厚は０．６μｍである。負極電極５の膜厚は、全体で０．６２μｍである。そして、負極電極５を構成するＡｕの膜厚は、０．５μｍであり、Ｇｅの膜厚は、０．１μｍであり、Ｎｉの膜厚は、０．０２μｍである。
【００３１】
キャビティ２の幅Ｗは、６０μｍであり、キャビティ２の長さＬは、６００μｍである。
【００３２】
図２は、図１の矢印６の方向から見たキャビティ２の平面図を示す。キャビティ２は、メインキャビティ２１と、ウイング２２〜２５とを含む。メインキャビティ２１は、出射面２１０と、対向面２１１と、端面２１２，２１３とを有する。そして、メインキャビティ２１は、略スタジアム形状から成る。出射面２１０及び対向面２１１は、中心Ｏから半径Ｒを有する曲面から成る。半径Ｒは、３００μｍである。また、出射面２１０及び対向面２１１は、キャビティ２の内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【００３３】
対向面２１１は、矢印７で示す長手方向に垂直な方向の軸８に対して出射面２１０と対称である。端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に垂直な方向のキャビティ２の両端に配置される。すなわち、端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に平行に配置される。そして、出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３は、ミラー面から成る。
【００３４】
ウイング２２，２３は、メインキャビティ２１の出射面２１０側に設けられる。つまり、ウイング２２，２３は、出射面２１０が設けられた領域２１４に隣接して設けられる。ウイング２２は、出射面２１０の延長上に曲面２２１を有する。ウイング２３は、出射面２１０の延長上に曲面２３１を有する。曲面２２１，２３１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００３５】
ウイング２４，２５は、メインキャビティ２１の対向面２１１側に設けられる。つまり、ウイング２４，２５は、対向面２１１が設けられた領域２１５に隣接して設けられる。ウイング２４は、対向面２１１の延長上に曲面２４１を有する。ウイング２５は、対向面２１１の延長上に曲面２５１を有する。曲面２４１，２５１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００３６】
ウイング２２〜２５の矢印７の方向（長手方向）の長さＷｓは、１６０μｍである。ウイング２２〜２５は、メインキャビティ２１で発振したレーザ光の端面２１２，２１３での多重反射によって生成されたモードを抑制するために設けられる。そして、ウイング２２〜２５が多重反射によって生成されたモードを抑制するためには、長さＷｓは、Ｗｓ＞Ｌ／４を満たす必要がある。したがって、実施の形態１においては、長さＷｓは、Ｌ／４＝１５０μｍよりも大きい１６０μｍに設定された。
【００３７】
図３は、図１に示すＡ−Ａ線における半導体レーザ１０の断面図を示す。半導体レーザ１０の断面構造は、基板１上にキャビティ２を形成した構造から成る。キャビティ２は、バッファ層２０１，２０２と、グレーディッド層２０３と、クラッド層２０４と、グレーディッド層２０５と、活性層２０６と、グレーディッド層２０７と、クラッド層２０８と、キャップ層２０９とを含む。
【００３８】
バッファ層２０１は、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、３×１０18ｃｍ-3である。バッファ層２０２は、Ｓｉをドープしたｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ）から成り、膜厚は、１．０μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１×１０18ｃｍ-3である。
【００３９】
グレーディッド層２０３は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は１０18ｃｍ-3台である。また、アルミニウム（Ａｌ）の含有量ｘは、０．２〜０．５の範囲で変化し、バッファ層２０２との界面では０．２であり、クラッド層２０４との界面では０．５である。
【００４０】
クラッド層２０４は、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１０18ｃｍ-3台である。グレーディッド層２０５は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層２０５においては、ドーパントであるＳｉの濃度は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて徐々に減少され、クラッド層２０４との界面では約１×１０18ｃｍ-3であり、活性層２０６との界面では約１×１０17ｃｍ-3である。また、グレーディッド層２０５においては、Ａｌの含有量ｘもクラッド層２０４から活性層２０６へ向けて放物線状に減少され、クラッド層２０４との界面では０．５であり、活性層２０６との界面では０．２である。
【００４１】
活性層２０６は、ノンドープのＧａＡｓから成り、膜厚は、０．０１μｍである。グレーディッド層２０７は、ベリリウム（Ｂｅ）をドープしたｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層２０７においては、ドーパントであるＢｅの濃度は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて徐々に増加され、活性層２０６との界面では約１×１０17ｃｍ-3であり、クラッド層２０８との界面では約１×１０18ｃｍ-3である。また、グレーディッド層２０７においては、Ａｌの含有量ｘも活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて放物線状に増加され、活性層２０６との界面では０．２であり、クラッド層２０８との界面では０．５である。
【００４２】
クラッド層２０８は、Ｂｅをドーピングしたｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は、１０18ｃｍ-3台である。キャップ層２０９は、Ｂｅをドーピングしたｐ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は１×１０19ｃｍ-3である。
【００４３】
活性層２０６は、グレーディッド層２０５とグレーディッド層２０７とによって挟み込まれており、グレーディッド層２０５、活性層２０６及びグレーディッド層２０７は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を構成する。
【００４４】
また、クラッド層２０４及びグレーディッド層２０５は、活性層２０６を中心にしてそれぞれクラッド層２０８及びグレーディッド層２０７と対称に形成される。
【００４５】
つまり、クラッド層２０４は、クラッド層２０８と同じ膜厚及び同じＡｌ含有量ｘを有する。そして、クラッド層２０４の多数キャリア密度も、電子と正孔との違いを除けば、クラッド層２０８の多数キャリア密度である１０18ｃｍ-3台と同じ１０18ｃｍ-3台である。また、グレーディッド層２０５は、グレーディッド層２０７と同じ膜厚を有し、グレーディッド層２０７におけるＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０８側：０．５）と対称なＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０４側：０．５）を有する。そして、グレーディッド層２０５は、グレーディッド層２０７におけるドーパント（Ｂｅ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０17ｃｍ-3→クラッド層２０８側：約１×１０18ｃｍ-3）と対称なドーパント（Ｓｉ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０17ｃｍ-3→クラッド層２０４側：約１×１０18ｃｍ-3）を有する。
【００４６】
図４は、キャビティ２を構成するバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図を示す。
【００４７】
バッファ層２０１のバンドギャップＥｇ１は、１．４１ｅＶであり、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２は、１．７ｅＶである。また、クラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４及びクラッド層２０８のバンドギャップＥｇ８は、２．０ｅＶであり、キャップ層２０９のバンドギャップＥｇ９は、１．４１ｅＶである。
【００４８】
そして、グレーディッド層２０３のバンドギャップＥｇ３は、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２である１．７ｅＶからクラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４である２．０ｅＶまで変化する。また、グレーディッド層２０５のバンドギャップＥｇ５は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて２．０ｅＶから１．７ｅＶまで放物線状に減少する。更に、グレーディッド層２０７のバンドギャップＥｇ７は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて１．７ｅＶから２．０ｅＶまで放物線状に増加する。
【００４９】
このように、グレーディッド層２０５においてクラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＳｉの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ５を放物線状に減少させることによってクラッド層２０４を介してグレーディッド層２０５に到達した電子の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された正孔を閉じ込める。また、グレーディッド層２０７においてクラッド層２０８から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＢｅの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ７を放物線状に減少させることによってクラッド層２０８を介してグレーディッド層２０７に到達した正孔の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された電子を閉じ込める。その結果、電子及び正孔は、活性層２０６に閉じ込められ、再結合し易くなり、半導体レーザ１０におけるレーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００５０】
また、バッファ層２０１，２０２及びグレーディッド層２０３は、ＧａＡｓから成る基板１上にクラッド層２０４及びグレーディッド層２０５を構成するＡｌＧａＡｓを結晶成長させるために設けられる。つまり、ＡｌＧａＡｓをＧａＡｓ上に、直接、結晶させるとＡｌＧａＡｓの品質が低下するので、基板１の表面における不純物の影響を除去するために基板１のＧａＡｓと同じＧａＡｓ（バッファ層２０１）を結晶成長させた後、ｉｎ−ｓｉｔｕでＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ（バッファ層２０２）及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ：０．２〜０．５）（グレーディッド層２０３）を結晶成長させることにより、ＧａＡｓとの格子不整合を解消して品質の良いＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ（クラッド層２０４）及びＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ：０．５→０．２）（グレーディッド層２０５）を結晶させることが可能となる。特に、バッファ層２０２の膜厚が１．０μｍと比較的厚いのは、ＧａＡｓとの格子不整合を解消するためである。
【００５１】
図５は、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布を示す。クラッド層２０４，２０８は、Ａｌの含有量ｘが０．５であるＡｌＧａＡｓから成るので、屈折率が最も小さい。グレーディッド層２０５は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．５から０．２へ放物線状に減少するので、グレーディッド層２０５の屈折率は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従って放物線状に増加する。
【００５２】
活性層２０６は、ノンドープのＧａＡｓから成るので、最も大きい屈折率を有する。グレーディッド層２０７は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．２から０．５へ放物線状に増加するので、グレーディッド層２０７の屈折率は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従って放物線状に減少し、最終的にクラッド層２０８の屈折率に一致する。
【００５３】
このように、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布は、活性層２０６を中心にして対称になる。その結果、活性層２０６において誘導放出により発生した光は、両側に設けられたグレーディッド層２０５，２０７及びクラッド層２０４，２０８によって光学的に閉じ込められ、レーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００５４】
上述したように、半導体レーザ１０においては、外部から注入された電子及び正孔を電気的に活性層２０６に閉じ込め、かつ、活性層２０６において誘導放出により発生した光を光学的に閉じ込めることによりレーザ発振のためのしきい値を低下させている。
【００５５】
図６は、半導体レーザ１０の製造工程を示す。エピタキシャル層２０が形成されたＧａＡｓから成る基板１を用意する。ここで、エピタキシャル層２０は、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９を構成するｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓを意味する。
【００５６】
従って、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓが、順次、基板１を構成するＧａＡｓ上に結晶成長されたエピウェハを用意する。なお、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓは、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により結晶成長される。
【００５７】
エピタキシャル層２０が形成された基板１を用意すると、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＯ2から成る絶縁膜３０をエピタキシャル層２０上にスパッタリング、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。この場合、絶縁膜３０の膜厚は、０．４μｍである（図６の（ａ）参照）。
【００５８】
そして、絶縁膜３０上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりキャビティ２の形状にパターンニングし、キャビティ２の形状を有するレジスト３１を絶縁膜３０上に形成する（図６の（ｂ）参照）。
【００５９】
その後、レジスト３１をマスクとして絶縁膜３０をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチングする。この場合、キャビティ２の出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３を形成するためにエピタキシャル層２０を含めて３μｍの深さまでエッチングする。そして、ＲＩＥによって形成された出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３はミラー面を有する。ＲＩＥによるエッチング後、レジスト３１を除去すると、キャビティ２及び絶縁膜３が基板１上に順次形成された構造が完成する（図６の（ｃ）参照）。なお、このＲＩＥによるエッチングは、エッチングされた端面が高い垂直性及び平滑性を有する条件によって行なわれる。
【００６０】
次に、リング形状から成る正極電極４を形成するために絶縁膜３に窓を開ける。絶縁膜３上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりパターンニングしてレジストにリング形状の窓を開ける。そして、パターンニングしたレジストをマスクとして絶縁膜３をＲＩＥによってエッチングし、絶縁膜３にリング形状の窓３２を開ける（図６の（ｄ）参照）。
【００６１】
その後、正極電極４を形成する。この段階で、基板１の表面１ａと絶縁膜３の表面３ａとの間には段差が存在するので、この段差を埋めるために２層レジストを用いる。すなわち、１層目のレジスト３３を全体的に塗布して段差を埋めた後、２層目のレジスト３４を塗布する（図６の（ｅ）参照）。これにより、平坦なレジスト面が形成される。
【００６２】
そして、レジスト３３，３４をフォトリソグラフィによりパターンニングして正極電極４を形成するための孔３５を形成する（図６の（ｆ）参照）。この段階で、孔３５を通して絶縁膜３、及び絶縁膜３に明けられた窓３２が露出する。
【００６３】
正極電極４と半導体との良好なコンタクトが得られるように、窓３２を通して半導体表面を０．０１〜０．０２μｍ程度、エッチングする。そして、電子ビーム蒸着により、正極電極４を構成するＴｉ（約０．０７μｍ）／Ｐｔ（約０．０５μｍ）／Ａｕ（約０．６μｍ）を全面に形成する。次に、ウェハをアセトンに浸してレジスト３３，３４を除去する。これにより、レジスト３４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕは、リフトオフにより除去され、正極電極４がキャビティ２上に形成される。この場合、絶縁膜３のうち、領域３ｂ及びリング形状から成る正極電極４の内側の領域３ｃ上にもＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが形成される。
【００６４】
その後、へき開を容易にするため、基板１を厚さが１００〜１５０μｍになるように研磨する（図６の（ｇ）参照）。そして、Ｇｅ（約０．１μｍ）／Ｎｉ（約０．０２μｍ）／Ａｕ（約０．５μｍ）を抵抗加熱により基板１の裏面に蒸着して負極電極５を形成する（図６の（ｈ）参照）。
【００６５】
負極電極５を形成した後、正極電極４を構成するＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ及び負極電極５を構成するＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを合金化するために、４００〜４５０℃で数分間、熱処理する。その後、チップごとのへき開及びレーザアレイのへき開を行ない、半導体レーザ１０が製造される。
【００６６】
図７は、半導体レーザ１０のキャビティ２から出射されるレーザ光のパターンを示す。半導体レーザ１０の正極電極４と負極電極５との間に電圧が印加され、しきい値を超える電流が活性層６に注入されると、半導体レーザ１０はレーザ発振し、キャビティ２は、出射面２１０からレーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢは、キャビティ２の長手方向の軸９と角度θ１を成すレーザ光ＬＢ１と、軸９と角度θ２を成すレーザ光ＬＢ２とから成る。そして、角度θ１は、角度θ２と等しい。つまり、レーザ光ＬＢは、軸９に対して対称な２つのレーザ光から成る。
【００６７】
レーザＬＢが出射されるモードを「リングモード」と言う。半導体レーザ１０がリングモードで動作するためには、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２と、リング形状から成る正極電極４とを形成する必要がある。
【００６８】
このように、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸９に対して所定の角度θ（＝θ１＝θ２）を成すレーザ光ＬＢを出射することができる。
【００６９】
図８は、半導体レーザ１０が軸９に対して所定の角度θを成すレーザ光ＬＢを出射する機構を説明するための図である。活性層２０６に注入された電子と正孔とが再結合し、所定の波長λを有する光が発生すると、その発生した光に基づく誘導放出が起こる。そして、誘導放出により発生した多くの光は、ミラー面から成る出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３によって反射され、他の光と相互に干渉する。そして、出射面２１０及び対向面２１１は、入射した光を軸９と平行な方向に反射せず、所定の角度を成す方向に反射する。また、誘導放出は、注入される電子及び正孔の密度が高い正極電極４の形状に沿った領域で生じ易く、新たに誘導放出によって発生する光と既に誘導放出によって発生した光との干渉は、正極電極４の形状に沿った領域で生じ易い。更に、ウイング２２〜２５は、誘導放出によって発生した光が端面２１２，２１３で多重反射されることによって生じる成分を抑制する。
【００７０】
その結果、誘導放出によって発生した光を相互に強め合う共振器は、正極電極４の形状に沿った領域で形成され、その領域でレーザ発振が起こる。そして、発振したレーザ光ＬＢ０は、キャビティ２内で正極電極４の形状に沿って分布する。従って、出射面２１０から出射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、軸９に対して所定の角度θを成すものと考えられる。
【００７１】
半導体レーザ１０がリングモードで動作するためにはリング形状から成る正極電極４が必要なことを示すために、図９に示すように、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２に軸９の方向に沿って正極電極４０を形成した半導体レーザを作製した。
【００７２】
図１０は、正極電極４を形成した半導体レーザ１０及び正極電極４０を形成した半導体レーザから出射されるレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。図１０の（ａ）は、正極電極４０を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示し、図１０の（ｂ）は、正極電極４を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示す。また、図１０の（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、軸９に対する角度を示し、縦軸は、出射されたレーザ光の規格化強度を示す。
【００７３】
正極電極４０を形成した場合、角度が０度の方向、すなわち、軸９の方向にレーザ光がキャビティ２から出射される。レーザ光の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）は５．５度である。
【００７４】
一方、正極電極４を形成した場合、軸９に対して±１９．２度の角度を成すレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２がキャビティ２から出射される。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ）は、レーザ光ＬＢ１及びＬＢ２において同じであり、４．１度である。
【００７５】
このように、正極電極４をリング形状から成るリング電極により構成することにより、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸９に対して対称な角度θ（±１９．２度）を成すレーザ光ＬＢを出射することが確認された。
【００７６】
角度θは、次式によって決定される。
【００７７】
【数１】
なお、ｎeffは、キャビティ２の実効屈折率である。
ｎeff＝３．３、Ｌ＝６００μｍ及びＷ＝３００μｍを式（１）に代入して角度θを計算した結果、θ＝±１９．２度であった。この計算結果は、上述した内容と良い一致を示す。
【００７９】
実効屈折率ｎeffが一定の場合、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを大きくするためには、Ｌ／Ｗを小さくすればよく、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを小さくするためには、Ｌ／Ｗを大きくすればよい。
【００８０】
また、Ｌ／Ｗが一定の場合、実効屈折率ｎeffに応じてレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを変化させることができる。
【００８１】
従って、半導体レーザ１０のキャビティ２の長さＬ、幅Ｗ及び実効屈折率ｎeffを変化させて設計することにより、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の出射方向を種々変化させた半導体レーザを作製することができる。
【００８２】
なお、正極電極５の形状であるリング形状は、内周形状及び外周形状が略菱形である輪形状から成る。そして、菱形の２つの対角線の比は、キャビティ２が出射するレーザ光ＬＢの方向に応じて決定される。
【００８３】
レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸９に対して小さい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が短くされる。つまり、リング形状は、軸９の方向に伸ばされた菱形から成る概略形状を有する。
【００８４】
また、レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸９に対して大きい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が長くされる。つまり、リング形状は、軸９の方向に縮められた菱形から成る概略形状を有する。
【００８５】
従って、この発明におけるリング形状とは、概略、菱形を基本とし、その菱形をキャビティ２の軸９の方向に伸ばしたり、縮めたりした概略形状を有する輪形状を言う。
【００８６】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２による半導体レーザ１０Ａの斜視図を示す。半導体レーザ１０Ａは、半導体レーザ１０の正極電極４を正極電極４４に代え、電圧印加回路１１を追加したものであり、その他は、半導体レーザ１０と同じである。
【００８７】
正極電極４４は、リング電極４Ａと線状電極４Ｂとから成る。リング電極４Ａは、正極電極４とほぼ同じ形状から成る。線状電極４Ｂは、キャビティ２の長手方向に沿ってリング電極４Ａの内側に形成される。
【００８８】
電圧印加回路１１は、正極電極４４と負極電極５との間に電圧レベルが異なる電圧Ｖ１，Ｖ２（＞Ｖ１），Ｖ３（＞Ｖ２）のいずれかを印加する。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも高く、電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２よりも高い。従って、電圧印加回路１１は、電圧レベルの異なる電圧を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。
【００８９】
半導体レーザ１０Ａは、図６に示す製造工程のうち、図６の（ｃ）に示す工程において、リング電極４Ａ及び線状電極４Ｂを形成するための窓を絶縁膜３に開けることにより製造される。
【００９０】
図１２は、半導体レーザ１０Ａにおける出射光強度と、キャビティ２に注入される電流値との関係を示す図である。キャビティ２に注入される電流値を変化させることにより、半導体レーザ１０Ａは、シングルモード、ツィンモード及びロッキングモードのいずれかのモードでレーザ光を発振する。領域ＭＤＥ１は、シングルモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ２は、ツィンモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ３は、ロッキングモードでレーザ光を発振する領域である。
【００９１】
半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、しきい値Ｉｔｈ〜電流値Ｉ１の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ１を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。また、半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、電流値Ｉ１〜電流値Ｉ２の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ２を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。更に、半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１１は、電流値Ｉ２〜電流値Ｉ３の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ３を正極電極４４と負極電極５との間に印加する。
【００９２】
図１３は、半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す。また、図１４は、半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す。更に、図１５は、半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振した場合を示す。
【００９３】
シングルモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、上述したレーザ光ＬＢ１及びＬＢ２から成るレーザ光ＬＢをキャビティ２から出射する。また、ツィンモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１とレーザ光ＬＢ２とが周期的に切換わるレーザ光をキャビティ２から出射する。更に、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１のみをキャビティ２から出射する。なお、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ２のみを出射することも可能である。
【００９４】
このように、半導体レーザ１０Ａは、キャビティ２に注入される電流量に応じてレーザ光の発振モードを切換えることを特徴とする。
【００９５】
上記においては、キャビティ２は、軸８に対して相互に対称に形成された出射面２１０及び対向面２１１を有すると説明したが、この発明による半導体レーザ１０は、図１６に示すキャビティ２Ａを備えていてもよい。キャビティ２Ａは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ａに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ａは、軸８に対して出射面２１０と非対称である。そして、対向面２１１Ａは、キャビティ２Ａの内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【００９６】
このように、相互に非対称な曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ａを軸９の方向に形成したキャビティ２Ａを用いた場合にも、半導体レーザ１０，１０Ａは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。キャビティ２Ａは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ａが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径と対向面２１１Ａの半径との比に応じて決定される。
【００９７】
また、この発明による半導体レーザは、キャビティ２に代えて図１７に示すキャビティ２Ｂを備えていてもよい。キャビティ２Ｂは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ｂに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ｂは、軸８に平行な平面から成る。
【００９８】
キャビティ２Ｂにおいては、出射面２１０は、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射し、出射面２１０で反射された光は、端面２１２，２１３に斜め方向から入射し、端面２１２，２１３によって対向面２１１Ｂの方向へ反射される。そして、平面から成る対向面２１１Ｂは、斜め方向から光を受け、その受けた光を斜め方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｂ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｂは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０から出射する。
【００９９】
このように、曲面から成る出射面２１０及び平面から成る対向面２１１Ｂを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｂを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。
【０１００】
キャビティ２Ｂは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｂが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径に応じて決定される。
【０１０１】
更に、この発明による半導体レーザは、図１８に示すキャビティ２Ｃを備えていてもよい。キャビティ２Ｃは、キャビティ２の出射面２１０を出射面２１０Ａに代え、対向面２１１を対向面２１１Ｃに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃは、キャビティ２Ｃの外側から内側に向かう方向に凸な曲面から成る。また、対向面２１１Ｃは、軸８に対して出射面２１０Ａと対称である。キャビティ２Ｃにおいては、出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃは、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｃ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｃは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０２】
このように、キャビティ２Ｃの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｃを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｃを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。そして、キャビティ２Ｃは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。
【０１０３】
更に、この発明による半導体レーザは、図１９に示すキャビティ２Ｄを備えていてもよい。キャビティ２Ｄは、キャビティ２Ｃの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｄに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｃと同じである。対向面２１１Ｄは、キャビティ２Ｄの外側から内側に向かう方向に凸な曲面から成る。また、対向面２１１Ｄは、軸８に対して出射面２１０Ａと非対称である。
【０１０４】
このように、相互に非対称な曲面から成る出射面２１０Ａ及び対向面２１１Ｄを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｄを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。キャビティ２Ｄは、キャビティ２Ｃが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｄが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０Ａの半径と対向面２１１Ｄの半径との比に応じて決定される。
【０１０５】
更に、この発明による半導体レーザは、図２０に示すキャビティ２Ｅを備えていてもよい。キャビティ２Ｅは、キャビティ２Ｃの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｅに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｃと同じである。対向面２１１Ｅは、軸８に平行な平面から成る。
【０１０６】
キャビティ２Ｅにおいては、出射面２１０Ａは、入射した光を軸９に対して所定の角度を成す方向に反射し、出射面２１０Ａで反射された光は、端面２１２，２１３に斜め方向から入射し、端面２１２，２１３によって対向面２１１Ｅの方向へ反射される。そして、平面から成る対向面２１１Ｅは、斜め方向から光を受け、その受けた光を斜め方向に反射する。その結果、キャビティ２Ｅ内で発振したレーザ光は、正極電極４，４４の形状に沿って分布し、キャビティ２Ｅは、軸９に対して所定の角度を成す方向にレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０７】
このように、曲面から成る出射面２１０Ａ及び平面から成る対向面２１１Ｅを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｅを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０Ａから出射する。
【０１０８】
キャビティ２Ｅは、キャビティ２Ｃが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｅが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０Ａの半径に応じて決定される。
【０１０９】
更に、この発明による半導体レーザは、図２１に示すキャビティ２Ｆを備えていてもよい。キャビティ２Ｆは、キャビティ２の対向面２１１を対向面２１１Ｃに代えたものであり、その他は、キャビティ２と同じである。対向面２１１Ｃは、キャビティ２Ｆの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る。つまり、出射面２１０及び対向面２１１Ｃは、同じ方向に凸である曲面から成る。そして、対向面２１１Ｃの半径は、出射面２１０の半径と同じである。なお、図２１においては、出射面２１０及び対向面２１１Ｃは、紙面上、右から左の方向へ凸であるが、紙面上、左から右の方向へ凸であってもよい。
【０１１０】
このように、同じ方向に凸である曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ｃを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｆを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。そして、キャビティ２Ｆは、キャビティ２が出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。
【０１１１】
更に、この発明による半導体レーザは、図２２に示すキャビティ２Ｇを備えていてもよい。キャビティ２Ｇは、キャビティ２Ｆの対向面２１１Ｃを対向面２１１Ｄに代えたものであり、その他は、キャビティ２Ｆと同じである。対向面２１１Ｄは、キャビティ２Ｇの外側から内側に向かう方向に凸である曲面から成る。そして、対向面２１１Ｄの半径は、出射面２１０の半径と異なる。なお、図２２においても、出射面２１０及び対向面２１１Ｄは、紙面上、右から左の方向へ凸であるが、紙面上、左から右の方向へ凸であってもよい。
【０１１２】
このように、同じ方向に凸である曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１Ｄを軸９の方向に形成したキャビティ２Ｇを用いた場合にも、この発明による半導体レーザは、軸９に対して所定の角度を成すレーザ光を出射面２１０から出射する。
【０１１３】
キャビティ２Ｇは、キャビティ２Ｆが出射するレーザ光の方向と異なる方向にレーザ光を出射する。そして、キャビティ２Ｇが出射するレーザ光の方向は、出射面２１０の半径と対向面２１１Ｄの半径との比に応じて決定される。
【０１１４】
なお、上記においては、正極電極４，４４をリング電極から構成すると説明したが、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９を構成する半導体の導電型を反対にした場合には、上述した正極電極４，４４と同じ形状から成るリング電極により負極電極５を作製する。
【０１１５】
従って、この発明による半導体レーザにおいては、正極電極及び負極電極の一方がリング電極から構成されていればよい。
【０１１６】
上述したように、この発明による半導体レーザは、曲面から成る出射面と、リング形状の電極とを備えることを特徴とする。
【０１１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１による半導体レーザの斜視図である。
【図２】 図１に示すキャビティの平面図である。
【図３】 図１に示すＡ−Ａ線における半導体レーザの断面構造図である。
【図４】 図３に示すバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図である。
【図５】 図３に示すクラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８の屈折率の分布図である。
【図６】 図１に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図７】 図１に示す半導体レーザのキャビティから出射されるレーザ光のパターンを示す図である。
【図８】 図１に示す半導体レーザが長手方向の軸に対して所定の角度を成すレーザ光を出射する機構を説明するための図である。
【図９】 長手方向の軸に沿って形成された電極を有するキャビティの平面図である。
【図１０】 発振するレーザ光の遠視野像を示す図である。
【図１１】 実施の形態２による半導体レーザの斜視図である。
【図１２】 図１１に示す半導体レーザにおける出射光強度と、キャビティに注入される電流値との関係を示す図である。
【図１３】 図１１に示す半導体レーザがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１４】 図１１に示す半導体レーザがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１５】 図１１に示す半導体レーザがロッキングモードでレーザ光を発振する場合を示す平面図である。
【図１６】 キャビティの他の平面図である。
【図１７】 キャビティの更に他の平面図である。
【図１８】 キャビティの更に他の平面図である。
【図１９】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２０】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２１】 キャビティの更に他の平面図である。
【図２２】 キャビティの更に他の平面図である。
【符号の説明】
１ 基板、１ａ，３ａ 表面、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ キャビティ、３，３０ 絶縁膜、３ｂ，３ｃ，２１４，２１５ 領域、４，４４ 正極電極、４Ａ リング電極、４Ｂ 線状電極、５ 負極電極、６，７ 矢印、８，９ 軸、１０，１０Ａ 半導体レーザ、１１ 電圧印加回路、２０ エピタキシャル層、２１ メインキャビティ、２２〜２５ ウイング、３１，３３，３４ レジスト、３２ 窓、３５ 孔、４０ 電極、２０１，２０２ バッファ層、２０３，２０５，２０７ グレーディッド層、２０４，２０８ クラッド層、２０６ 活性層、２０９ キャップ層、２１０，２１０Ａ 出射面、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ，２１１Ｅ 対向面、２１２，２１３ 端面、２２１，２３１，２４１，２５１ 曲面、ＬＢ，ＬＢ０，ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光。
Claims (11)
- 曲面から成る出射面を有し、前記出射面からレーザ光を出射するキャビティと、
前記キャビティに電流を注入する正極電極及び負極電極と、
前記正極電極と前記負極電極との間に電圧を印加する電圧印加回路とを備え、
前記正極電極及び前記負極電極の一方の電極は、リング形状から成り、
前記レーザ光は、前記キャビティの一部である前記一方の電極のリング形状に沿った領域で発振し、
前記正極電極及び前記負極電極の一方の電極は、
前記リング形状から成るリング電極と、
前記長手方向に沿って前記リング電極の内側に形成され、略直線形状を有する線状電極とから成り、
前記電圧印加回路は、前記キャビティから出射される前記レーザ光のモードに応じて異なる電圧を前記正極電極と前記負極電極との間に印加し、
前記キャビティは、前記電圧印加回路が第１の電圧を前記正極電極と前記負極電極との間に印加したとき、シングルモードのレーザ光を前記出射面から出射し、前記電圧印加回路が前記第１の電圧よりも高い第２の電圧を前記正極電極と前記負極電極との間に印加したとき、ツインモードのレーザ光を前記出射面から出射し、前記電圧印加回路が前記第２の電圧よりも高い第３の電圧を前記正極電極と前記負極電極との間に印加したとき、ロックキングモードのレーザ光を前記出射面から出射する、半導体レーザ。 - 前記キャビティは、長手方向の一方端に前記出射面を有し、前記長手方向の他方端に曲面から成る対向面を有する、請求項１に記載の半導体レーザ。
- 前記対向面は、前記長手方向に垂直な方向の軸に対して前記出射面と対称である、請求項２に記載の半導体レーザ。
- 前記対向面は、前記長手方向に垂直な方向の軸に対して前記出射面と非対称である、請求項２に記載の半導体レーザ。
- 前記出射面及び前記対向面は、前記キャビティの外側に向かって凸になるように形成される、請求項３または請求項４に記載の半導体レーザ。
- 前記出射面及び前記対向面は、前記キャビティの内側に向かって凸になるように形成される、請求項３または請求項４に記載の半導体レーザ。
- 前記出射面及び前記対向面は、前記長手方向の同じ方向に凸になるように形成される、請求項３または請求項４に記載の半導体レーザ。
- 前記キャビティは、長手方向の一方端に前記出射面を有し、前記長手方向の他方端に平面から成る対向面を有する、請求項１に記載の半導体レーザ。
- 前記キャビティの前記長手方向に垂直な方向の端面は、ミラー面である、請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
- 前記キャビティは、
前記出射面及び前記対向面を前記長手方向の両端に有し、対向する２つの曲面と対向する２つの平面とによって構成される略スタジアム形状から成るメインキャビティと、
前記出射面及び前記対向面が形成された領域に隣接して設けられたウイングとを含む、請求項３に記載の半導体レーザ。 - 前記キャビティは、量子井戸構造を含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
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