JPH088494A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大出力で、かつ、円形に近いビーム形状のレ
ーザ光を得ることができる半導体レーザを提供すること
にある。 【構成】 ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡｓ層２が
形成され、その上にｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド
層３、ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ
_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる
活性層５、ｐ−Ａｌ _0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６、ｐ
−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層
８がメサ形に積層されている。活性層５の厚さが１２
７．５ｎｍで、活性層５と光ガイド層４と光ガイド層６
との合計の厚さが１．５μｍ以上となっている。ｎ−Ｇ
ａＡｓ層２およびメサ状部の上面には絶縁膜９およびｐ
型電極１０が形成されている。ストライプ幅は４００μ
ｍとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザに係
り、特に、ロボットの目やレーザレーダシステム等を構
成する測距用の半導体レーザとして好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザを用いて自動車間の
距離を測定し、車間距離を一定に保ったり、また前方の
車に接近し過ぎた場合に警報を発する、あるいはブレー
キをかけるというようなシステムが検討されている。こ
のようなシステムでは、１００ｍ先の物体を検知する必
要があり、半導体レーザにおいてはパルス駆動で数十Ｗ
クラスの光出力が要求されている。この大出力半導体レ
ーザの構造を図８に示す。ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にｎ
−ＧａＡｓ層２２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２３が
積層され、その上に活性層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層２５、ｐ−ＧａＡｓ層２６がメサ状に積層されて
いる。ここで、活性層とは、注入されたキャリアを閉じ
込め、再結合させることで光に変換する層である。さら
に、絶縁膜２７およびｐ型電極２８が形成されている。
一方、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の裏面にはｎ型電極２９お
よびＡｕ／Ｓｎ層３０が形成されている。

【０００３】一般に、数十Ｗクラスの大出力パルス半導
体レーザは大出力化のため図８に示すようにストライプ
幅を少なくとも１００μｍ以上とする必要がある。一
方、活性層２４の厚さはキャリアを狭い領域に閉じ込
め、しきい値電流を小さくするという目的から０．１μ
ｍ程度にする必要がある。このように、大出力パルス半
導体レーザは波長に比べストライプ幅が大きく、かつ活
性層の厚さは小さくなっているため、活性層の拡がり方
向（水平方向）には光の回折が起こらず、活性層の厚さ
方向（垂直方向）には回折が起こるため、ビーム形状は
活性層の厚さ方向（垂直方向）に広がった楕円形状とな
っており、楕円比（図９でのビーム断面の長径Ｈと短径
Ｗの比Ｈ／Ｗ）が２．５〜３．２程度となっている。

【０００４】そして、レーザ光のビームを所望の広がり
角を持つ範囲に集光するために光学レンズが用いられて
おり、レンズ設計の容易さ、システムの小型化という観
点から、放射されるレーザ光のビーム形状はなるべく円
形に近い方が望ましく、楕円比が「２．５」よりも小さ
いものが要求されている。

【０００５】円形に近いビーム形状のレーザ光を得るた
めの一般的手法として、特開昭５５−１４３０９２号公
報では小出力半導体レーザにおいて、半導体に高屈折率
のレンズ部を形成している。ところが、半導体内にレン
ズ部を形成しようとすると、新たなる工程が必要となる
問題があった。そこで、レンズ部を必要とせず円形に近
いレーザ光を得るようにしたものとして、特開平４−１
５１８８７号公報がある。特開平４−１５１８８７号公
報では、同じく小出力半導体レーザにおいて、活性層の
上下に活性層より屈折率の低い光ガイド層（閉じ込め
層）を形成し、さらに、活性層の幅を０．５μｍ以上、
１．５μｍ以下としている。ここで、光ガイド層という
のは、活性層で発生した光を閉じ込め、導波させる働き
をする層のことである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
４−１５１８８７号公報に示された半導体レーザは、小
出力（数十ｍＷ）クラスの半導体レーザ（ストライプ
幅；数μｍ〜数十μｍ）に用いることにより円形に近い
ビーム形状のレーザ光を得ることができるが、上記スト
ライプ幅が１００μｍ以上の大出力パルス半導体レーザ
に用いた場合、単に活性層の幅を限定し、光ガイド層で
挟んだ構造にしただけでは円形に近いビーム形状のレー
ザ光を得ることができないことが分かった。

【０００７】これは、一般的に小出力の半導体レーザ
（ストライプ幅が１００μｍ未満）においては、発光開
始電流（しきい値電流）が変わってしまうという問題に
より、光ガイド層の厚さをあまり大きくとれず、従っ
て、ビーム形状を変化させるためにはストライプ幅を変
化させたり、活性層の幅を変えたり、また活性層の両側
にキャリア障壁層を付加させたり（特開昭６１−７９２
８８号公報）するしかないと考えられていたためであ
る。そして、この発光開始電流変化はストライプ幅が１
００μｍ以上の半導体レーザにおいても生じると考えら
れていたため大出力半導体レーザにおいては、上記のよ
うに楕円比２．５〜３．２程度のものしか得られていな
かった。

【０００８】そこで、この発明の目的は、ストライプ幅
が１００μｍ以上を有する大出力の半導体レーザにおい
て円形に近いビーム形状のレーザ光を得ることができる
半導体レーザを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、光の閉じ
込め効果は光ガイド層と活性層の厚みの合計で決定され
ることを見出した。

【００１０】そこで、請求項１に記載の発明は、ストラ
イプ幅が１００μｍ以上である半導体レーザであって、
キャリアが注入され、該注入されたキャリアを再結合さ
せることで光を発生する活性層と、前記活性層の上下の
少なくともいずれか一方に形成され、前記活性層よりも
実質的に屈折率の低い材料で構成されて前記活性層で発
生された前記光を閉じ込める光ガイド層と、前記光ガイ
ド層を含めた前記活性層の上下に形成され、前記光ガイ
ド層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成されたクラ
ッド層とを有し、前記活性層と前記光ガイド層との厚さ
の合計を１．５μｍ以上とした半導体レーザをその要旨
とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記活性層の厚さを０．０５μｍ以上、
０．１５μｍ以下とした半導体レーザをその要旨とす
る。請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載
の発明における前記活性層と前記光ガイド層と前記クラ
ッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成した半導体レ
ーザをその要旨とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか１項に記載の発明における前記活性層と前記光
ガイド層と前記クラッド層とを、ＩｎＧａＡｌＰ系材
料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、
ＡｌＧａＩｎＮ系材料のいずれかの材料にて構成した半
導体レーザをその要旨とする。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか１項に記載の発明における前記活性層と前記光
ガイド層との厚さの合計を５．５μｍ以下とした半導体
レーザをその要旨とする。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか１項に記載の発明における前記活性層の一方の
面にｎ型の光ガイド層を介してｎ型のクラッド層を配置
するとともに、前記活性層の他方の面にｐ型のクラッド
層を配置した半導体レーザをその要旨とする。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか１項に記載の発明における前記クラッド層は前
記活性層の一方の面に形成された第１導電型の第１のク
ラッド層と、前記活性層の他方の面に形成された第２導
電型の第２のクラッド層とからなり、さらに、前記第１
のクラッド層側に形成された半導体基板と、該半導体基
板の前記第１のクラッド層とは反対側に形成された下面
電極と、前記第２のクラッド層上に形成され１００μｍ
以上のストライプ幅を有する上面電極とを有する半導体
レーザをその要旨とする。

【００１６】請求項８に記載の発明は、下面に下面電極
を有する第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の
前記下面電極とは反対側の上面に形成され、第１導電型
の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成
され、前記第１のクラッド層よりも実質的に屈折率が高
くＡｌＧａＡｓ系材料からなる第１導電型の第１の光ガ
イド層と、前記第１の光ガイド層上に形成され、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料からなり、前記第１の光ガイド層よりも実
質的に屈折率が高く、キャリアが注入されて該注入され
たキャリアを再結合させることで光を発生する活性層
と、前記活性層上に形成され、前記活性層よりも実質的
に屈折率が低くＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２導電型
の第２の光ガイド層と、前記第２の光ガイド層上に形成
され、前記第２の光ガイド層よりも実質的に屈折率が低
い第２導電型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッ
ド層上に形成され、１００μｍ以上のストライプ幅を有
する上面電極とを有し、前記第１の光ガイド層と前記活
性層と前記第２の光ガイド層との厚さの合計を１．５μ
ｍ以上、かつ５．５μｍ以下とした半導体レーザをその
要旨とする。

【００１７】

【作用】請求項１，７，８に記載の発明によれば、光ガ
イド層の厚さを厚くしていくと、光ガイド層の厚さ方向
（垂直方向）の光の回折効果が小さくなりビームは狭く
なる。一方、光ガイド層の拡がり方向（水平方向）の回
折効果は変化しない。図４に示すように、活性層と光ガ
イド層の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることでビー
ムが円形に近づく。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、活性層の厚さを０．０５μ
ｍ以上、０．１５μｍ以下としたので、キャリアは活性
層の狭い領域のみに閉じ込められるためしきい値電流の
増加、光出力の低下は起こらない。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または２に記載の発明の作用に加え、活性層と光ガイド
層とクラッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成した
ので、ビームの楕円比が「２．５」よりも小さくなる。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、活性層
と光ガイド層とクラッド層とを、ＩｎＧａＡｌＰ系材
料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、
ＡｌＧａＩｎＮ系材料のいずれかの材料にて構成したの
で、ビームの楕円比が「２．５」よりも小さくなる。

【００２１】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４のいずれか１項に記載の発明の作用に加え、活性層
と光ガイド層との厚さの合計を、さらに５．５μｍ以下
としたので、ビームが円形に近づく。

【００２２】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか１項に記載の発明の作用に加え、活性層の一方
の面にｎ型の光ガイド層を介してｎ型のクラッド層を配
置するとともに、活性層の他方の面にｐ型のクラッド層
を配置したので、キャリアである電子がｎ型のクラッド
層からｎ型の光ガイド層を介して活性層に注入されると
ともに、キャリアである正孔がｐ型のクラッド層から直
接、活性層に注入される。よって、キャリアである電子
および正孔が活性層まで到達する距離は正孔の方が電子
よりも短くなる。従って、全体の抵抗が減少し、素子の
発熱が抑えられ信頼性が向上する。

【００２３】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明を具体化した第１実施例
を図面に従って説明する。

【００２４】図２は本実施例の大出力半導体レーザの斜
視図を示し、図１には大出力半導体レーザの断面図を示
す。図３には、大出力半導体レーザのエネルギーバンド
図を示す。この大出力半導体レーザはパルス駆動される
ようになっている。

【００２５】半導体基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板１上
に、ｎ−ＧａＡｓ層２、第１のクラッド層としてのｎ−
Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層３、第１の光ガイド層
としてのｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ
_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる
活性層５、第２の光ガイド層としてのｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ
_0.8 Ａｓ光ガイド層６、第２のクラッド層としてのｐ−
Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層８
が順に積層されている。活性層５は、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8
ＡｓとＧａＡｓとが交互に積層され、Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8
Ａｓが５層、ＧａＡｓが６層形成されている。又、クラ
ッド層３と光ガイド層４と活性層５と光ガイド層６とク
ラッド層７とＧａＡｓ層８とは、メサ形となっている。
そして、活性層５の前端面（図２における手前側端面）
には低反射膜、後端面には高反射膜がコーティングされ
ている。

【００２６】ｎ−ＧａＡｓ層２の厚さは５００ｎｍ
（０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層
３の厚さは１μｍ、ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド
層４の厚さは０〜２．２５μｍである。又、活性層５に
おいては、Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓの一層の厚さが７．５
ｎｍ（０．００７５μｍ）であり、かつ、Ａｌ_0.2 Ｇａ
_{0. 8} Ａｓが５層あるので、Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓの合計
の厚さは３７．５ｎｍ（＝７．５ｎｍ×５層）となって
いる。又、活性層５におけるＧａＡｓの一層の厚さが１
５ｎｍ（０．０１５μｍ）であり、かつ、ＧａＡｓが６
層あるのでＧａＡｓの合計の厚さは９０ｎｍ（＝１５ｎ
ｍ×６層）となっている。よって、活性層５の厚さは１
２７．５ｎｍ、即ち、０．１２７５μｍとなっている。

【００２７】ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６の
厚さは０〜２．２５μｍ、ｐ−Ａｌ _0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓク
ラッド層７の厚さは１μｍ、ｐ−ＧａＡｓ層８の厚さが
０．８μｍである。

【００２８】本実施例では、活性層５の厚さが１２７．
５ｎｍで、活性層５と光ガイド層４と光ガイド層６との
合計の厚さが１．５μｍ以上となっている。又、活性層
５の屈折率（平均屈折率）は「３．６」であり、ｎ−Ａ
ｌ_0.2 Ｇａ _0.8 Ａｓ光ガイド層４およびｐ−Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６の屈折率はそれぞれ「３．５」
であり、ｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層３および
ｐ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層７の屈折率はそれ
ぞれ「３．３」である。そして、図３に示すように、光
ガイド層４，６は活性層５よりもバンドギャップが大き
くなるように設定されている。

【００２９】ｎ−ＧａＡｓ層２およびメサ状部の上面に
はＳｉＯ₂ からなる絶縁膜９が形成されるとともに、メ
サ状部の上面には絶縁膜９の無い窓部１３が形成されて
いる。さらに、その上にはＣｒ／Ａｕからなる上面電極
としてのｐ型電極１０が形成され、ｐ−ＧａＡｓ層８と
オーミックコンタクトが取られている。窓部１３の幅、
即ち、ストライプ幅は４００μｍとなっている。

【００３０】ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＡｕＧｅ／
Ｎｉ／Ａｕからなる下面電極としてのｎ型電極１１が形
成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクトが
取られている。又、ｎ型電極１１の表面にはＡｕ／Ｓｎ
層１２が形成され、このＡｕ／Ｓｎ層１２は半導体レー
ザ素子と、台座であるＣｕ製のヒートシンクを接合する
ための接合剤である。

【００３１】図２に示すように、この大出力半導体レー
ザの縦横の寸法は、５００μｍ×６００μｍとなってい
る。次に、この大出力半導体レーザの製造方法を説明す
る。

【００３２】まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡ
ｓ層２、ｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層３、ｎ−
Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる活性層５、ｐ
−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６、ｐ−Ａｌ_0.4 Ｇ
ａ_0.6 Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層８を順次ＭＯ
ＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により積層
する。その後、エッチングによりメサ状部を形成する。

【００３３】引き続き、ｎ−ＧａＡｓ層２およびメサ状
部の上面にＳｉＯ₂ からなる絶縁膜９をプラズマＣＶＤ
法により成膜し、エッチングにより窓あけをして窓部１
３を形成する。そして、絶縁膜９上に、Ｃｒ／Ａｕから
なるｐ型電極１０を電子ビーム蒸着法により形成し、約
３６０℃において熱処理を行いオーミックコンタクトを
取る。

【００３４】さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型電極１１を電子ビーム蒸
着法により形成し、熱処理を行いオーミックコンタクト
を取る。その後、Ａｕ／Ｓｎ層１２を電子ビーム蒸着法
により形成する。最後に、端面をへき開し半導体レーザ
チップとする。

【００３５】このレーザのｐ型電極１０とｎ型電極１１
の間にパルスの電流を流すことにより、ｐ−Ａｌ_0.4 Ｇ
ａ_0.6 Ａｓクラッド層７側より正孔が、ｎ−Ａｌ_0.4 Ｇ
ａ_{0. 6} Ａｓクラッド層３側より電子がそれぞれ活性層５
内に注入され、再結合することにより発光する。このよ
うにして発光した光がへき開した前後の端面で反射を繰
り返すことで増幅されレーザ発振し、前端面よりレーザ
光が発射される。

【００３６】図４には、活性層５の厚さを１２７．５ｎ
ｍとし、ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４および
ｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６の厚さを変える
ことにより、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層
６の合計の厚さを変えた場合のビームの楕円比（図９に
おけるＨ／Ｗ）の測定結果を示す。尚、このとき、光ガ
イド層４の膜厚と光ガイド層６の膜厚は等しくなってい
る。

【００３７】この図４から次のことが分かる。即ち、活
性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の厚さの合計
を１．５μｍ以上とすることでビームの楕円比を「２．
５」よりも小さくすることができる。さらに、活性層５
と光ガイド層４および光ガイド層６の厚さの合計を４．
５μｍ付近に選べば楕円比が「１」、即ち完全な円形に
近いビームを得ることができる。これは、光ガイド層の
膜厚を大きくしていくと、光ガイド層の厚さ方向（垂直
方向）には光の回折効果が小さくなりビームは狭くなる
のに対し、光ガイド層の拡がり方向（水平方向）の回折
効果は変化しないためである。その結果、図４に示すよ
うに、ビームの楕円比を「１」程度から「３」程度にま
で制御することができる。又、活性層５と光ガイド層４
および光ガイド層６の厚さの合計を５．５μｍ以下とす
ることで、ビームの楕円比を０．４よりも大きくするこ
とができる。これは、楕円比２．５の縦横を入れ換えた
ものにほかならない。

【００３８】尚、図４において、ハッチングで示した領
域は、図８に示した大出力半導体レーザ（光ガイド層の
無い半導体レーザ）の楕円比を示し、その楕円比は２．
５〜３．２程度である。

【００３９】ここで、活性層５の厚さを０．１μｍ付近
（０．１±０．０５μｍの間）とすることで、キャリア
を狭い所に閉じ込め、キャリアを有効に再結合させるこ
とができるため、しきい値電流を低くすることができ、
又、光出力が低下することも防止できる。

【００４０】このように、活性層５と光ガイド層４およ
び光ガイド層６の合計の膜厚を１．５μｍ以上にし、か
つ、活性層５の膜厚を０．１μｍ付近にするために、本
実施例では、光ガイド層４および光ガイド層６の合計の
厚さを１．５μｍ以上にしている。

【００４１】尚、ｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層
４とｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層６の膜厚は同
一でも異なっていてもよい。このように本実施例の半導
体レーザでは、ストライプ幅を４００μｍの大出力用と
し、活性層５の上下に、活性層５より屈折率の低い光ガ
イド層４，６を有し、さらに、その光ガイド層４，６を
含めた活性層５の上下に光ガイド層４，６より屈折率の
低いクラッド層３，７を有し、かつ活性層５と光ガイド
層４，６の厚さの合計を１．５μｍ以上とした。よっ
て、光ガイド層４，６の厚さを厚くしていくと、光ガイ
ド層４，６の厚さ方向（垂直方向）の光の回折効果が小
さくなりビームは狭くなる。一方、光ガイド層４，６の
拡がり方向（水平方向）の回折効果は変化しない。この
ようにして、活性層５と光ガイド層４，６の厚さの合計
を１．５μｍ以上とすることでビームを円形に近づける
ことができる。

【００４２】又、活性層５の厚さを、０．０５〜０．１
５μｍの範囲内である０．１２７５μｍとしたので、キ
ャリアは活性層５の狭い領域のみに閉じ込められるた
め、これによってもしきい値電流の増加、光出力の低下
は防止できる。

【００４３】さらに、活性層５と光ガイド層４，６とク
ラッド層３，７とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成し
た。よって、活性層５と光ガイド層４，６の合計の厚さ
を１．５μｍ以上とすることで、ビームの楕円比を
「２．５」よりも小さくすることができる。このよう
に、大出力のままビームの楕円比が「２．５」よりも小
さい円形に近いビーム形状を得ることができ、集光のた
めのレンズ設計およびレンズ製作が容易になり、又、シ
ステムの要求に適合したビーム形状のレーザの製作が可
能となる。

【００４４】さらには、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いたこ
とにより、発振波長が０．８μｍ帯のレーザを得ること
ができる。以上、一般的に小出力の半導体レーザ（スト
ライプ幅が１００μｍ未満）においては、発光開始電流
（しきい値電流）が変わってしまうという問題により、
光ガイド層の厚さをあまり大きくとれず、従って、ビー
ム形状を変化させるためにはストライプ幅を変化させた
り、活性層の幅を変えたり、また活性層の両側にキャリ
ア障壁層を付加させたり（特開昭６１−７９２８８号公
報）するしかないと考えられていた。そして、この発光
開始電流変化はストライプ幅が１００μｍ以上の半導体
レーザにおいても生じると考えられていたため大出力半
導体レーザにおいては、上記のように楕円比２．５〜
３．２程度のものしか得られていなかった。しかしなが
ら、本発明者等は、ストライプ幅１００μｍ以上の半導
体レーザにおいては、光ガイド層の厚さを変えても、し
きい値電流（発光開始電流）はほとんど変化しないとい
うことを見出し、又、光ガイド層の厚さ及び活性層の厚
さを積極的に変化させることによりビームの形状が制御
できるということを見出した。そして、その光ガイド層
及び活性層の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることに
よりビームの形状を「２．５」より小さくできるという
ことを見出した。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４５】本実施例の大出力半導体レーザは、図５，
６に示すように、活性層５の下のみｎ−Ａｌ_0.2 Ｇａ
_0.8 Ａｓ光ガイド層４を設け、活性層５の上には光ガイ
ド層が設けられていない。その結果、キャリアである電
子がｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層３からｎ−Ａ
ｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４を介して活性層５に注
入されるとともに、キャリアである正孔がｐ−Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド層７から直接、活性層５に注入さ
れる。よって、キャリアである電子および正孔が活性層
５まで到達する距離は正孔の方が電子よりも短くなる。
従って、全体の抵抗が減少し、素子の発熱が抑えられ信
頼性が向上する。この場合においても、活性層５とｎ−
Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層４の合計の膜厚を１．
５μｍ以上とすることで第１実施例と同様に楕円比が
「２．５」よりも小さいビーム形状を得ることができ
る。

【００４６】尚、この発明は上記各実施例に限定される
ものでなく、例えば、上記各実施例ではストライプ幅が
４００μｍであったが、ストライプ幅が１００μｍ以上
の半導体レーザであれば適用できる。又、パルス駆動の
半導体レーザの他にも直流駆動（ＣＷ）の半導体レーザ
に使用してもよい。さらに、上記各実施例では活性層と
光ガイド層とクラッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて
構成したが、他にも、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮ系等の材料にて
構成してもよい。この場合、活性層５と光ガイド層の厚
さの合計を２．５μｍ以上、５．５μｍ以下とすること
により、ビームの楕円比をほぼ「２」以下に設定でき
る。そして、材料に応じた発振波長のレーザを得ること
ができる。

【００４７】さらに、上記各実施例ではメサ形の半導体
レーザを用いて説明したが、図７に示すように、メサ形
でない半導体レーザとしてもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１，７，８に
記載の発明によれば、大出力で、かつ円形に近いビーム
形状のレーザ光を得ることができる。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、しきい値電流の増加、光出
力の低下を防止することができる。請求項３，４，５に
記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加
え、ビームの楕円比を「２．５」よりも小さくすること
ができる。

【００５０】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、素子の発熱が抑えられ信頼
性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の大出力半導体レーザの断面図。

【図２】第１実施例の大出力半導体レーザの斜視図。

【図３】第１実施例の大出力半導体レーザのエネルギー
バンド図。

【図４】活性層と光ガイド層の厚さの合計値と楕円比と
の関係を示すグラフ。

【図５】第２実施例の大出力半導体レーザの断面図。

【図６】第２実施例の大出力半導体レーザのエネルギー
バンド図。

【図７】他の実施例の大出力半導体レーザの斜視図。

【図８】従来の大出力半導体レーザの斜視図。

【図９】ビームの断面を示す断面図。

【符号の説明】 １…半導体基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板、３…第１の
クラッド層としてのｎ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓクラッド
層、４…第１の光ガイド層としてのｎ−Ａｌ_{0. 2} Ｇａ
_0.8 Ａｓ光ガイド層、５…活性層、６…第２の光ガイド
層としてのｐ−Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ光ガイド層、７…
第２のクラッド層としてのｐ−Ａｌ_0.4 Ｇａ_0.6 Ａｓク
ラッド層、１０…上面電極としてのｐ型電極、１１…下
面電極としてのｎ型電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 祥樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ストライプ幅が１００μｍ以上である半
   導体レーザであって、 キャリアが注入され、該注入されたキャリアを再結合さ
   せることで光を発生する活性層と、 前記活性層の上下の少なくともいずれか一方に形成さ
   れ、前記活性層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成
   されて前記活性層で発生された前記光を閉じ込める光ガ
   イド層と、 前記光ガイド層を含めた前記活性層の上下に形成され、
   前記光ガイド層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成
   されたクラッド層とを有し、前記活性層と前記光ガイド
   層との厚さの合計を１．５μｍ以上としたことを特徴と
   する半導体レーザ。
2. 【請求項２】 前記活性層の厚さを０．０５μｍ以上、
   ０．１５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記
   載の半導体レーザ。
3. 【請求項３】 前記活性層と前記光ガイド層と前記クラ
   ッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成したことを特
   徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
4. 【請求項４】 前記活性層と前記光ガイド層と前記クラ
   ッド層とを、ＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系
   材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料
   のいずれかの材料にて構成したことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
5. 【請求項５】 前記活性層と前記光ガイド層との厚さの
   合計を５．５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
6. 【請求項６】 前記活性層の一方の面にｎ型の光ガイド
   層を介してｎ型のクラッド層を配置するとともに、前記
   活性層の他方の面にｐ型のクラッド層を配置したことを
   特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体
   レーザ。
7. 【請求項７】 前記クラッド層は前記活性層の一方の面
   に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記活
   性層の他方の面に形成された第２導電型の第２のクラッ
   ド層とからなり、 さらに、前記第１のクラッド層側に形成された半導体基
   板と、該半導体基板の前記第１のクラッド層とは反対側
   に形成された下面電極と、前記第２のクラッド層上に形
   成され１００μｍ以上のストライプ幅を有する上面電極
   とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
   項に記載の半導体レーザ。
8. 【請求項８】 下面に下面電極を有する第１導電型の半
   導体基板と、 前記半導体基板の前記下面電極とは反対側の上面に形成
   され、第１導電型の第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層上に形成され、前記第１のクラッ
   ド層よりも実質的に屈折率が高くＡｌＧａＡｓ系材料か
   らなる第１導電型の第１の光ガイド層と、 前記第１の光ガイド層上に形成され、ＡｌＧａＡｓ系材
   料からなり、前記第１の光ガイド層よりも実質的に屈折
   率が高く、キャリアが注入されて該注入されたキャリア
   を再結合させることで光を発生する活性層と、 前記活性層上に形成され、前記活性層よりも実質的に屈
   折率が低くＡｌＧａＡｓ系材料からなる第２導電型の第
   ２の光ガイド層と、 前記第２の光ガイド層上に形成され、前記第２の光ガイ
   ド層よりも実質的に屈折率が低い第２導電型の第２のク
   ラッド層と、 前記第２のクラッド層上に形成され、１００μｍ以上の
   ストライプ幅を有する上面電極とを有し、前記第１の光
   ガイド層と前記活性層と前記第２の光ガイド層との厚さ
   の合計を１．５μｍ以上、かつ５．５μｍ以下としたこ
   とを特徴とする半導体レーザ。