JPH11243259A - 半導体レーザおよび半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

半導体レーザおよび半導体レーザの駆動方法

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JPH11243259A
JPH11243259A JP10256645A JP25664598A JPH11243259A JP H11243259 A JPH11243259 A JP H11243259A JP 10256645 A JP10256645 A JP 10256645A JP 25664598 A JP25664598 A JP 25664598A JP H11243259 A JPH11243259 A JP H11243259A
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layer
semiconductor laser
active layer
semiconductor
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Katsunori Abe
克則 安部
Kinya Atsumi
欣也 渥美
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Denso Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大出力用のものにおいて、活性層での注入電
流の閉じ込めと光密度分布のピーク位置が重なることに
よる転位などの劣化の発生を抑制する。 【解決手段】 ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓ
層２，ｎ−Ａｌ０． ４Ｇａ０．６Ａｓの第１のクラッド
層３，ｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓの第１の光ガイド
層４，ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造を有す
る活性層５，ｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの第２の光
ガイド層６，ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０． ５Ａｓの第２のク
ラッド層７，ｐ−ＧａＡｓ層８を順次積層し、メサ状に
形成して絶縁膜９，電極１０，１１などを形成する。活
性層５に対して両側の各層の屈折率が非対称に設定され
るので、光密度分布のピーク位置を活性層５からシフト
させることができ、劣化を抑制して長期信頼性を図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に活
性層を含んだ複数の半導体層を積層形成してその活性層
をダブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザおよび半
導体レーザの駆動方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】この種の半導体レーザ
のうちで、例えば、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に用いるものがある。このような
半導体レーザは、検知対象との間の距離に応じて反射光
の遅延時間が異なることを利用して距離を測定するもの
であるが、測定可能な検知対象までの距離は光出力のレ
ベルに依存するのでできるだけ大出力が得られるものが
要求される。
【０００３】例えば、自動車間の距離を測定するために
は、１００ｍ程度の先の測定対象物まで検知する必要が
あり、この程度の検知を行なうためには、半導体レーザ
においては、パルス駆動で数十ワットクラスの光出力が
必要となる。また、パルス駆動で数十ワットクラスの光
出力を得るには、パルス電流で数十アンペアの駆動電流
が必要となる。
【０００４】このような大出力の半導体レーザとして
は、電流と光を効率良く閉じ込める必要上から、例え
ば、図１２に示すような光ガイド層付きの多重量子井戸
構造を採用したものが供されている。これは、例えば、
ＧａＡｓ基板を用いて活性層にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系の多重量子井戸構造を採用したもので、ｎ型のＧａＡ
ｓ基板上にｎ−ＧａＡｓ層，クラッド層，光ガイド層，
活性層，光ガイド層，クラッド層およびｐ−ＧａＡｓ層
を順次積層して形成した構造である。
【０００５】この場合、クラッド層および光ガイド層は
ＡｌＧａＡｓのアルミニウム（Ａｌ）の組成比を適当に
選択することによりそれぞれの層の機能を果たすように
設定されているものである。また、活性層は、ＡｌＧａ
ＡｓとＧａＡｓ層を電子，正孔のド・ブロイ波長程度あ
るいはそれ以下にまで薄くした膜厚で交互に積層形成す
ることで多重量子井戸構造を形成している。また、活性
層の厚さ寸法は、電流を効率良く閉じ込めるために、例
えば０．１μｍ程度に形成する。
【０００６】図１２（ａ）はこのように積層形成した構
造の表面からの深さに対してアルミニウムの組成比を示
したもので、これはアルミニウムの組成比を変化させる
ことにより、バンドギャップが変化すると共に、同図
（ｂ）に示すように各層の屈折率が変化するので、これ
によってクラッド層，光ガイド層および活性層のそれぞ
れに要求される屈折率の分布構造を形成することができ
る。
【０００７】このようなＳＣＨ（separate confinement
heterostructure）構造を採用することにより、これら
の各層の屈折率の関係を、活性層が一番大きい屈折率と
して、光ガイド層，クラッド層の順に小さくなるように
設定することができ、これによって、活性層において発
生した光は、活性層を中心として光ガイド層の範囲でレ
ーザ光として増幅することができるようになるので、活
性層のみに注入キャリアと光が集中的に分布する場合に
比べて、同図（ｂ）に破線で示したように、光密度分布
が広げられるようになり、エネルギーの集中を緩和する
ことができるようになる。
【０００８】また、特許第２５５８７６８号公報に示さ
れるものにおいても、上述と同様にして活性層を中心と
してその両側に形成した光ガイド層の屈折率を活性層と
クラッド層との間で連続的に変化させるいわゆるＧＲＩ
Ｎ（graded-index）−ＳＣＨタイプの構成として設けた
半導体レーザ装置が開示されており、これにより、光密
度分布を光ガイド層まで広げることにより活性層でのエ
ネルギーの集中を緩和することができる。
【０００９】ところで、上述のような従来構成のもので
は、いずれのものにおいても、注入キャリアの分布のピ
ークと発生する光密度分布のピークとが基本的には非常
に薄く形成した活性層内で同じピーク位置を有するの
で、エネルギーの集中の程度の緩和の効果を大きくする
ことには自ずと限界がある。このことは、上述のような
パルス駆動で数十ワットクラスの高出力を得るようにし
た半導体レーザにおいては特に重要な構成要素となって
いる。
【００１０】したがって、このように電流と光とが高密
度で活性層に集中することから、長時間の駆動には過大
なエネルギーが集中することに起因して結晶内に部分的
に転位が発生する原因となり、これによって出力が低下
してしまうことになるので、結局寿命を低下させること
になる。
【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、活性層への注入電流の領域とこれによ
って発生する光の密度分布のピーク位置が重なることに
起因して発生する劣化を低減して信頼性の向上および長
寿命化を図ることができるようにした半導体レーザを提
供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、活性層の上下に位置する半導体層をバンドギャップ
が大きいものとしてダブルヘテロ構造を形成し、これに
よってキャリアの閉じ込めが可能な構成としているの
で、効率良く電流を閉じ込めて光出力に変換させること
ができ、また、活性層の上下に位置する半導体層の屈折
率を異なるように設定しているので、この活性層におい
て発生する光の密度分布としてはそのピーク位置が活性
層の中心位置から屈折率の高い層が設けられた側にシフ
トするようになり、全体として電流と光のエネルギーが
活性層に集中するのを避けることができるようになる。
この結果、従来の電流分布のピークと光密度分布のピー
クとが一致する構造のものに比べて、転位の発生確率を
低くして信頼性の向上を図ることができると共に、長寿
命化を図ることができるようになる。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、活性層の
上下に位置する半導体層として第１および第２のクラッ
ド層を設けているので、活性層で発生した光密度分布の
ピーク位置を活性層の中心位置から第１あるいは第２の
クラッド層のうちの屈折率の高い側のクラッド層にシフ
トさせることができるようになり、上述と同様の効果を
得ることができるようになる。
【００１４】また、請求項３に記載の発明によれば、上
述の構成において、活性層を中心としてその上下に所定
の屈折率を有する第１および第２の光ガイド層を設ける
ので、活性層により発生させる光を第１および第２の光
ガイド層の範囲まで広げた状態で分布させることがで
き、しかも、クラッド層の屈折率を異なるように設定し
ていることにより、光密度分布のピーク位置を活性層の
中心位置からシフトさせた状態とすることができるの
で、活性層での電流および光のエネルギーの集中を抑制
することができるようになる。また、光ガイド層を設け
ることにより、光と電流とを別々に効率良く閉じ込める
ことに加えて、その光ガイド層の厚さ寸法を適当に選定
することにより垂直方向のビーム広がり角を制御するこ
とができるようになる。
【００１５】請求項４の発明によれば、活性層の上下に
設ける半導体層として屈折率を異なるように設定した第
１および第２の光ガイド層を設けるので、活性層で発生
した光の密度分布を光ガイド層を含めた範囲内でシフト
させることができるようになり、活性層での光の集中を
緩和すると共に、そのピーク位置をシフトさせることが
できるので、活性層での電流および光のエネルギーの集
中を抑制することができるようになる。
【００１６】請求項５の発明によれば、活性層の上下に
隣接する半導体層として第１および第２の光ガイド層を
設けると共に、さらにその上下に隣接して第１および第
２のクラッド層を設ける構成とし、第１および第２のク
ラッド層の屈折率を、隣接する第１および第２の光ガイ
ド層の屈折率よりも小さく、且つ、隣接する第１あるい
は第２の光ガイド層の屈折率と前記活性層を挟んで対向
する第２あるいは第１の光ガイド層の屈折率との大小関
係と同じ大小関係となるように設定したので、全体とし
て屈折率の分布を活性層を中心としていずれかの側にシ
フトさせる構成とすることができ、これによって、活性
層で発生した光の密度分布を光ガイド層を含めた範囲内
でシフトさせることができるようになり、活性層での光
の集中を緩和すると共に、そのピーク位置をシフトさせ
ることができるので、活性層での電流および光のエネル
ギーの集中を抑制することができるようになる。
【００１７】請求項６の発明によれば、活性層の上下に
隣接して設ける第１および第２の光ガイド層のエネルギ
ーバンドギャップの値を活性層のエネルギーバンドギャ
ップと前記第１および第２のクラッド層のエネルギーバ
ンドギャップとの間で連続的に変化するように形成して
いるので、活性層で発生する光を光ガイド層の範囲内に
広げた状態に分布させることができると共に、それらの
外側に位置するクラッド層の屈折率が異なるように設定
されていることから、光密度分布を活性層の中心位置か
らシフトさせることができるようになり、活性層での電
流および光のエネルギーの集中を抑制することができる
ようになる。
【００１８】請求項７の発明によれば、活性層の上下に
位置する半導体層のうちの屈折率の高い側の半導体層の
膜厚を屈折率が低い側の半導体層の膜厚よりも厚く形成
したので、屈折率差の効果に加えて、膜厚差の効果が得
られるようになり、これによって、光密度分布が屈折率
が高く且つ膜厚の厚い半導体層側にシフトし、上述の場
合のものに比べて、さらに光密度分布を活性層の中心位
置からシフトさせることができるようになり、活性層で
の電流および光のエネルギーの集中を抑制することがで
きるようになる。
【００１９】請求項８の発明によれば、ＧａＡｓ半導体
基板上に、ダブルヘテロ構造となるように活性層を含ん
だ複数の半導体層を順次積層形成する構成で、活性層の
上下には第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇ
ａ１−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
１−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層を、それぞれＡｌ（ア
ルミニウム）の組成比を示すＸ１およびＸ２の値を異な
るように形成しているので、ダブルヘテロ構造を採用し
た活性層を設けることで電流の閉じ込め効果を高めるこ
とができると共に、第１および第２のクラッド層をアル
ミニウムの組成比を異なるように設定してそれらの屈折
率を異なるように設定したので、注入した電流を活性層
に閉じ込める構成として効率の向上を図り、しかも、発
生する光の密度分布を活性層の中心からシフトさせてエ
ネルギーの集中を緩和させることができるようになる。
これにより、活性層の転位の発生などの劣化を抑制して
長時間の駆動に対する劣化を低減して長期信頼性を確保
することができるようになる。
【００２０】請求項９の発明によれば、上記構成のもの
に活性層の上下に隣接して第１および第２の光ガイド層
を設ける構成としているので、全体として発生する光の
密度分布を光ガイド層の範囲まで広げた状態としなが
ら、そのピーク位置を活性層の中心位置からシフトさせ
た状態とすることができるようになり、エネルギーの集
中を緩和させることができ、上述と同様の効果を得るこ
とができる。
【００２１】請求項１０の発明によれば、ＧａＡｓ半導
体基板上に、ダブルヘテロ構造となるように活性層を含
んだ複数の半導体層を順次積層形成する構成で、活性層
の上下に第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ１Ｇ
ａ１−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層をおよびＡｌＹ２Ｇ
ａ１−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層それぞれＡｌ（アル
ミニウム）の組成比を示すＹ１およびＹ２の値を異なる
ように形成すると共に、第１および第２のクラッド層と
してＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層を形
成しているので、ダブルヘテロ構造を採用した活性層を
設けることで電流の閉じ込め効果を高めることができる
と共に、第１および第２の光ガイド層をアルミニウムの
組成比を異なるように設定してそれらの屈折率を異なる
ように設定したので、注入した電流を活性層に閉じ込め
る構成として効率の向上を図り、しかも、発生する光の
密度分布を活性層の中心からシフトさせてエネルギーの
集中を緩和させることができ、上述と同様の効果を得る
ことができる。
【００２２】請求項１１の発明によれば、第１および第
２の光ガイド層のうちのアルミニウム組成比が小さい側
の光ガイド層の膜厚をアルミニウム組成比が大きい側の
光ガイド層の膜厚よりも厚く形成したので、屈折率差の
効果に加えて、膜厚差の効果が得られるようになり、こ
れによって、光密度分布が屈折率が高く且つ膜厚の厚い
光ガイド層側にシフトし、上述の場合のものに比べて、
さらに光密度分布を活性層の中心位置からシフトさせる
ことができるようになり、活性層での電流および光のエ
ネルギーの集中を抑制することができるようになる。
【００２３】請求項１２の発明によれば、ＧａＡｓ半導
体基板上に、ダブルヘテロ構造となる活性層を含んだ複
数の半導体層を順次積層形成する構成で、活性層の上下
に第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ１Ｇａ
１−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層およびＡｌＹ２Ｇａ
１−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層をそれぞれ形成すると
共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
１−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
１−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成し、そ
れら各層のＡｌ（アルミニウム）の組成比を示すＸ１，
Ｘ２，Ｙ１およびＹ２の値が異なる値に設定されると共
に、次の２つの関係（１），（２）のうちのいずれかの
関係を満たすように形成したので、各層の屈折率の関係
を活性層を中心として非対称に分布した状態とすること
ができるようになり、発生する光の密度分布を活性層の
中心からシフトさせてエネルギーの集中を緩和させるこ
とができ、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２４】請求項１３の発明によれば、前記第１およ
び第２の光ガイド層のうちで、それらの組成比Ｙ１，Ｙ
２を小さく設定した側の膜厚を大きく設定した側の膜厚
よりも厚くなるように設定したので、屈折率差の効果に
加えて、膜厚差の効果が得られるようになり、これによ
って、光密度分布が屈折率が高く且つ膜厚の厚い光ガイ
ド層側にシフトし、上述の場合のものに比べて、さらに
光密度分布を活性層の中心位置からシフトさせることが
できるようになり、活性層での電流および光のエネルギ
ーの集中を抑制することができるようになる。
【００２５】請求項１４の発明によれば、クラッド層の
アルミニウム組成比を０．４以上とし、且つ光ガイド層
のアルミニウム組成比を０．１以上で０．３以下となる
ように設定したので、クラッド層の屈折率を低くするこ
とができると共に、光ガイド層との屈折率差を取ること
ができ、注入されたキャリアを有効に閉じ込めて光を閉
じ込めることができるようになり、この結果、数十アン
ペアの電流で数十ワット級の光出力を得ることができる
ようになる。
【００２６】請求項１５の発明によれば、ＧａＡｓ半導
体基板上に、ダブルヘテロ構造の活性層を含んだ複数の
半導体層を順次積層形成する構成で、その活性層の上下
に第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ１Ｇａ
１−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層およびＡｌＹ２Ｇａ
１−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層をそれぞれ形成すると
共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
１−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
１−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成する構
成で、しかも第１および第２の光ガイド層をＡｌ（アル
ミニウム）の組成比を示すＹ１およびＹ２の値が隣接す
る各半導体層との間で連続的に変化するように形成する
と共に、第１および第２のクラッド層のＡｌ（アルミニ
ウム）の組成比を示すＸ１およびＸ２の値が異なる値
（Ｘ１≠Ｘ２）となるように形成したので、各層の屈折
率の関係を活性層を中心として非対称に分布した状態と
することができるようになり、発生する光の密度分布を
活性層の中心からシフトさせてエネルギーの集中を緩和
させることができ、上述と同様の効果を得ることができ
る。
【００２７】請求項１６の発明によれば、光ガイド層の
膜厚を０．５μｍ以上に設定したので、注入されたキャ
リアを有効に閉じ込めて光を閉じ込めることができるよ
うになり、この結果、数十アンペアの電流で数十ワット
級の光出力を得ることができるようになる。
【００２８】請求項１７の発明によれば、第１および第
２のクラッド層のうち、アルミニウムの組成比が小さい
側のクラッド層の膜厚を、アルミニウムの組成比が大き
い側のクラッド層の膜厚よりも厚くなるように形成した
ので、屈折率差の効果に加えて、膜厚差の効果が得られ
るようになり、光密度分布が屈折率が高く且つ膜厚の厚
いクラッド層側にシフトし、前述の場合のものに比べ
て、さらに光密度分布を活性層の中心位置からシフトさ
せることができるようになり、活性層での電流および光
のエネルギーの集中を抑制することができるようにな
る。
【００２９】請求項１８の発明によれば、活性層を、エ
ネルギーバンドギャップの大きさが異なる２種類の半導
体材料を交互に積層した多重量子井戸構造に形成してい
るので、前述したように光密度分布のピークを活性層の
中心位置からシフトさせた構成を採用しながら、しきい
値を小さくする構成とすることができるので発光効率を
高めると共に、活性層内での電流の閉じ込め効果を高め
て効率の良い発振動作を行なわせることができる。
【００３０】請求項２１の発明によれば、半導体層の積
層構造を、例えば、屈折率を異なるように形成したりあ
るいは膜厚を異なるように形成するなどにより、動作時
の光密度分布のピーク位置が活性層の上下に位置する半
導体層のいずれか一方側の内部に形成されるように構成
したので、電流と光のエネルギーが活性層内部に集中す
るのを避けることができ、この結果、従来の電流分布の
ピークと光密度分布のピークとが一致する構造のものに
比べて、転位の発生確率を低くして信頼性の向上を図る
ことができると共に、長寿命化を図ることができるよう
になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
をＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の多重量子井戸型の活性層
を有する大出力用の半導体レーザに適用した場合の第１
の実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明
する。
【００３２】図１は断面構造を模式的に示すもので、半
導体基板としてのｎ−ＧａＡｓ（導電型がｎ型のＧａＡ
ｓ）基板１上に次の各半導体層が順次積層形成されてい
る。まず、ＧａＡｓ基板１上には、膜厚０．５μｍのｎ
−ＧａＡｓ層２が積層され、この上には、膜厚１μｍの
ｎ−Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層が第１のクラッド層３
として積層され、この上に、膜厚１μｍのｎ−Ａｌ
０．２Ｇａ０．８Ａｓ層が第１の光ガイド層４として積
層されている。
【００３３】この上には、活性層５が積層形成されてい
る。活性層５は、膜厚１５ｎｍのＧａＡｓ層５ａを６層
と膜厚７．５ｎｍのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層５ｂを
５層それぞれ交互に積層形成することにより多重量子井
戸構造となるように形成したもので、この場合に活性層
５の全体の膜厚は、各層の膜厚を合計した値である１２
７．５ｎｍとなる。
【００３４】この活性層５の上には、膜厚１μｍのｐ−
Ａｌ０．３Ｇｓ０．７Ａｓ層が第２の光ガイド層６とし
て積層され、この上には、膜厚１μｍのｐ−Ａｌ０．５
Ｇａ０．５Ａｓ層が第２のクラッド層７として積層され
ている。そして、この上には膜厚０．８μｍのｐ−Ｇａ
Ａｓ層８が積層されている。そして、前述した第１のク
ラッド層３を含んでこれよりも上に位置する半導体層３
〜８は、全体として図中横方向に対してはメサ状に形成
されており、図示の断面図に垂直な方向に対してはこの
形状を延長したストライプ状に形成されている。
【００３５】また、このようなメサ状をなす部分にはそ
の表面にＳｉＯ２などの絶縁膜９が被膜形成されてい
る。ｐ−ＧａＡｓ層８の上面には、所定のストライプ幅
（１００μｍ以上で例えば４００μｍ）で絶縁膜９に開
口部９ａが形成されており、ｐ−ＧａＡｓ層８の上面と
共に全面に渡ってｐ型用電極１０が被膜されている。こ
のｐ型用電極１０は、例えば、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ（膜厚
は、例えば、１５ｎｍ／３００ｎｍ／６００ｎｍ）の各
金属を３層に積層形成したもので、これによって、ｐ−
ＧａＡｓ層８とオーミックコンタクトを形成している。
【００３６】また、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面（下面）
側には、ｎ型用電極１１が被膜形成されている。このｎ
型用電極１１は、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの各金
属を３層に順次積層形成したもので、これによってｐ−
ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクトを形成してい
る。さらに、ｎ型用電極１１の下面側には、接合用金属
層１２が形成されている。この接合用金属層１２は、例
えば、Ａｕ／Ｓｎを積層形成したもので、図示しない銅
（Ｃｕ）製の台座と接合する際に適したものである。
【００３７】上述の構成において、ＡｌＧａＡｓ層を有
する半導体層では、本発明でいうところのアルミニウム
（Ａｌ）の組成比を示す値Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２とし
て、第１のクラッド層３のＡｌ組成比Ｘ１は「０．４」
であり、第２のクラッド層７のＡｌ組成比Ｘ２は「０．
５」である。また、第１の光ガイド層４のＡｌ組成比Ｙ
１は「０．２」であり、第２の光ガイド層６のＡｌ組成
比Ｙ２は「０．３」である。
【００３８】上述の構成の半導体レーザは、次のように
して製造される。ｎ−ＧａＡｓ基板１の各半導体層２〜
８は、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタ
キシー）法あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition ）法などにより順次積層形成され
る。
【００３９】すなわち、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、膜厚
０．５μｍのｎ−ＧａＡｓ層２、膜厚１μｍのｎ−Ａｌ
０．４Ｇａ０．６Ａｓ層（第１のクラッド層３）、膜厚
１μｍのｎ−Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層（第１の光ガ
イド層４）、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ／ＧａＡｓの多
重量子井戸構造を持つ活性層５、膜厚１μｍのｐ−Ａｌ
０．３Ｇｓ０．７Ａｓ層（第２の光ガイド層６）、膜厚
１μｍのｐ−Ａｌ０． ５Ｇａ０．５Ａｓ層（第２のクラ
ッド層７）および膜厚０．８μｍのｐ−ＧａＡｓ層８の
各半導体層が順次積層形成される。
【００４０】この場合、ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ系の混晶
システムにおいては、アルミニウムの組成比が０あるい
は１に相当するＧａＡｓとＡｌＡｓとがほぼ同じ格子定
数を有する材料であるから、ｎ−ＧａＡｓ基板１の上に
積層する半導体層２〜８のＡｌＸＧａ１−ＸＡｓのアル
ミニウムの組成比を適当に選んでも、その格子定数がほ
ぼ同程度となることから、格子整合をとるための膜厚な
どの制約を受けることがない。なお、他の材料を用いる
場合には、組成比を異なる設定とする半導体膜を形成す
るときに、このような格子整合について膜厚などの考慮
をする必要がある。
【００４１】さて、半導体層２〜８を形成した後に、エ
ッチング処理を行なうことにより、メサ部を形成する。
これは、一般的なフォトリソグラフィ処理を用いること
によりエッチングマスクをパターニングした状態で化学
エッチング処理を行なって形成するもので、ｎ−ＧａＡ
ｓ層２の表面までエッチングして図示のような断面で長
手方向にストライプ状の形状を得ることができる。
【００４２】次に、メサ部の表面およびｎ−ＧａＡｓ層
２の表面を覆うように絶縁膜９としてＳｉＯ２膜を形成
する。この絶縁膜９は、例えば、プラズマＣＶＤなどの
方法により成膜形成する。続いて、ｐ−ＧａＡｓ層８の
表面に形成されている絶縁膜９を所定のストライプ幅と
して４００μｍの幅寸法で除去する。これは、上述同様
に、フォトリソグラフィ処理を行なうことによってパタ
ーニングした状態でシリコン酸化膜のエッチング処理を
行なって窓部９ａを形成する。
【００４３】窓部９ａを形成した状態で、この上に全面
にｐ型用電極１０を形成する。このｐ型用電極１０は、
電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などにより、例えば、ｐ型用
電極材料としてＣｒ（クロム）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ
（金）の各金属膜を、それぞれ膜厚として１５ｎｍ／３
００ｎｍ／６００ｎｍ程度に順次成膜して積層形成した
ものである。成膜後に熱処理（例えば３６０℃程度）を
行なうことにより、絶縁膜９が除去された部分のｐ−Ｇ
ａＡｓ層８との間でオーミックコンタクトを形成する。
【００４４】一方、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面側には、
全面にｎ型用電極１１を形成する。このｎ型用電極１１
は、上述同様に電子ビーム蒸着法などにより、ｎ型用電
極材料としてＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）／Ｎｉ（ニッ
ケル）／Ａｕ（金）の各金属膜を、所定の膜厚で順次成
膜して積層形成したものである。同様にして、成膜後に
熱処理を行なってｎ−ＧａＡｓ基板１とオーミックコン
タクトを形成する。この後、ｎ型用電極１１の表面に、
接合用金属層１２を形成する。これは、上述同様にして
電子ビーム蒸着法などにより形成するもので、Ａｕ
（金）／Ｓｎ（スズ）の各金属膜を所定の膜厚で順次成
膜して積層形成するか、あるいはＡｕ−Ｓｎを合金とし
て直接蒸着することにより形成する。
【００４５】最後に、端面を劈開して図示のような半導
体レーザチップを得る。この場合、劈開により得るチッ
プのサイズは、例えば、５００μｍ×８００μｍであ
る。これにより、活性層５は、ストライプ状に電極を形
成することにより幅寸法が設定され、対向する劈開面に
より共振の反射鏡を構成するキャビティを設けた状態と
なる。このように形成された半導体レーザチップは、熱
伝導特性が良い材料として、例えば銅製の台座に裏面の
接合用金属層１２を固定して電気的に接続してマウント
し、上面側のｐ型用電極１０との間にも電気的接続を得
ることにより、活性層５のストライプ幅が４００μｍ
（大出力用途として１００μｍ以上設けることが必要）
の半導体レーザ装置として形成される。
【００４６】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、本実施例においては、第１の光ガイド層４と第２
の光ガイド層６とのＡｌ組成比Ｙ１，Ｙ２はそれぞれＹ
１＝０．２，Ｙ２＝０．３であり、これはＹ１＜Ｙ２の
関係となる。また、第１のクラッド層３と第２のクラッ
ド層７とのＡｌ組成比Ｘ１，Ｘ２はそれぞれＸ１＝０．
４，Ｘ２＝０．５であり、Ｘ１＜Ｘ２の関係となる。し
たがって、それぞれのＡｌ組成比の大小関係は、 ０＜Ｙ１＜Ｙ２＜Ｘ１＜Ｘ２＜１ という関係を満たしている（請求項１０の式（１）に相
当）。
【００４７】ここで、ＡｌＧａＡｓ系の材料において
は、Ａｌ組成比の値を大きくするとその層のバンドギャ
ップが大きくなると共に光学的特性として屈折率が小さ
くなる性質を有している。したがって、各半導体層２〜
８について、半導体層８側の表面からの深さ寸法を横軸
にとってみたときのＡｌ組成比を示すと、図２（ａ）の
ようになり、このときの各半導体層２〜８の屈折率ｎの
分布は同図（ｂ）に示すようになる。なお、ＡｌＸＧａ
１−ＸＡｓ系の材料におけるＡｌ組成比と屈折率ｎとの
関係については、波長８５０ｎｍの光に対して図４に示
すような関係がある。
【００４８】上述の場合、同図（ａ）では、活性層５の
Ａｌ組成比を示す部分は、他の半導体層の膜厚に比べて
薄いため省略して示しているが、詳細には図３に示すよ
うになっている。また、この活性層５の屈折率ｎについ
ては、活性層５の全体としての平均的な値を示してい
る。これは、複数の屈折率が異なる半導体層５ａ，５ｂ
を交互に積層した多重量子井戸構造となっているので、
これらの各屈折率の値を膜厚に対応した加重平均をとる
ことにより得ている。
【００４９】さて、一般に光は屈折率が大きい領域に閉
じ込められる性質を有しているので、上述のように構成
された状態では、活性層５にて発生した光は活性層５を
中心として第１および第２の光ガイド層３および５を含
んだ領域に効率良く閉じ込めることができるようにな
る。しかも、この構成においては、活性層５を挟んで両
側に位置する半導体層３，４，６，７の屈折率が上述の
関係で設定されているので、第１の光ガイド層４および
第１のクラッド層３側の屈折率の方が第２の光ガイド層
６および第２のクラッド層７側の屈折率よりも大きくな
るので、同図（ｂ）に破線で示しているように、光密度
分布のピーク位置は活性層５の中心から第１の光ガイド
層４側にシフトするようになる。
【００５０】一方、活性層５に注入する電流について
は、活性層５がダブルヘテロ構造に形成されていること
および多重量子井戸構造を採用していることから、キャ
リアを活性層５の領域内に効率良く閉じ込めることがで
きると共に、量子効果によってしきい値電流を小さくす
ることができ、全体として発光効率を向上させることが
できる。
【００５１】この結果、電流は活性層５に閉じ込められ
るが、光密度分布のピークについては第１の光ガイド層
４側にシフトさせて活性層５に集中するのを避けること
ができるようになる。これによって、エネルギーの活性
層５への集中を回避して転位などの発生による劣化を防
止することができるようになり、長時間駆動に対する信
頼性が向上するようになる。
【００５２】なお、図２（ｂ）に示した本実施形態のも
のでは、光密度分布のピーク位置が光ガイド層４に位置
しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、要
は、活性層５の上下の層の屈折率を異ならせることで、
光密度分布のピーク位置がシフトすれば良く、上記実施
形態に示したものと同様の効果を得ることができる。こ
のようにすることで、活性層５内における光密度が低下
し、長寿命化を図ることができるようになる。つまり、
図２（ｂ）に示したように、光密度分布のピーク位置を
活性層５から外すように構成することで長寿命化を図る
ことができるのである。
【００５３】また、この構成においては、活性層５を中
心として光ガイド層４，６をＡｌＧａＡｓ系で構成して
いるので、発振波長を７８０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲
で、例えばこの実施形態の場合には８５０ｎｍ程度に設
定することができ、これによって、レーザレーダ用に適
した赤外線半導体レーザとして用いることができるよう
になる。さらに、この構成においては、ストライプ幅を
１００μｍ以上で４００μｍに設定しているので、数十
アンペアのパルス電流により駆動して数十ワットクラス
のレーザ光出力を得ることができるようになる。
【００５４】なお、上記構成において、光ガイド層４，
６およびクラッド層３，７のＡｌ組成比の値を次のよう
に設定しても同様の作用効果を得ることができる。すな
わち、第１の光ガイド層４と第２の光ガイド層６とのＡ
ｌ組成比Ｙ１，Ｙ２をそれぞれＹ１＝０．３，Ｙ２＝
０．２としてＹ１＞Ｙ２の関係となるように設定し、第
１のクラッド層３と第２のクラッド層７とのＡｌ組成比
Ｘ１，Ｘ２をそれぞれＸ１＝０．５，Ｘ２＝０．４とし
てＸ１＞Ｘ２の関係となるように設定することで、それ
ぞれのＡｌ組成比の大小関係を、 ０＜Ｙ２＜Ｙ１＜Ｘ２＜Ｘ１＜１ という関係を満たすようにすることである（請求項１０
の式（２）に相当）。この結果、図２に示す関係は、活
性層５の領域を中心として左右が入れ替わった状態の特
性となり、光密度分布のピーク位置についても第２の光
ガイド層側にシフトするようになる。
【００５５】また、上記構成において、光ガイド層４，
６の膜厚を適当に選定して形成することにより、出力光
の垂直方向のビーム広がり角を所望の角度に設定するこ
とができる。さらに、上述の関係を満たすように各半導
体層のＡｌ組成比を設定する限りにおいては、上述した
値に限らず、適宜のＡｌ組成比の値に設定することがで
きるし、各半導体層の膜厚についても適宜の寸法に設定
することができる。
【００５６】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるとこ
ろは、第１のクラッド層（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ａｓ）
３および第２のクラッド層（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ａ
ｓ）７のＡｌ組成比Ｘ１およびＸ２を同じ値として
「０．４」に設定した（Ｘ１＝Ｘ２＝０．４）ところで
ある。この結果、図５（ａ）に示すように、Ａｌ組成比
で示す分布図では第１の光ガイド層４および第２の光ガ
イド層６の両者のＡｌ組成比Ｙ１（＝０．２）およびＹ
２（＝０．３）のみが異なる値に設定された状態となる
ものである。
【００５７】このような構成とした本実施形態において
も、活性層５の両側に設けられた第１および第２の光ガ
イド層４，６のＡｌ組成比Ｙ１，Ｙ２が異なるように設
定されていることから、第１の実施形態と同様の作用効
果を得ることができるようになる。なお、構成上におい
ては、第１の実施形態のものよりも若干簡単な構成とな
ると共に、クラッド層３，７についてはＡｌ組成比を同
じ値に設定するので、光ガイド層４，６のＡｌ組成比Ｙ
１，Ｙ２の設定可能な幅が広くなる。
【００５８】上記実施形態においては、光ガイド層４，
６のＡｌ組成比の値を次のように設定しても同様の作用
効果を得ることができる。すなわち、第１の光ガイド層
４と第２の光ガイド層６とのＡｌ組成比Ｙ１，Ｙ２を入
れ替えることにより、それぞれＹ１＝０．３，Ｙ２＝
０．２としてＹ１＞Ｙ２の関係となるように設定するこ
とで、それぞれのＡｌ組成比の大小関係を、 ０＜Ｙ２＜Ｙ１＜Ｘ１（＝Ｘ２）＜１ という関係を満たすようにすることである。この結果、
図５に示す関係は、活性層５の領域を中心として左右が
入れ替わった状態の特性となり、光密度分布のピーク位
置についても第２の光ガイド層側にシフトするようにな
る。
【００５９】さらに、上述の関係を満たすように光ガイ
ド層およびクラッド層のＡｌ組成比を設定する限りにお
いては、上述した値に限らず、適宜のＡｌ組成比の値に
設定することができるし、各半導体層の膜厚についても
適宜の寸法に設定することができる。
【００６０】（第３の実施形態）図６は、本発明の第３
の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるとこ
ろは、第１の光ガイド層（ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１Ａｓ）
４および第２の光ガイド層（ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ２Ａ
ｓ）６のＡｌ組成比Ｙ１およびＹ２を同じ値として
「０．２」に設定した（Ｙ１＝Ｙ２＝０．２）ところで
ある。この結果、図６（ａ）に示すように、Ａｌ組成比
で示す分布図では第１のクラッド層３および第２のクラ
ッド層７の両者のＡｌ組成比Ｘ１（＝０．３）およびＸ
２（＝０．４）のみが異なる値に設定された状態となる
ものである。
【００６１】このような構成とした本実施形態において
も、活性層５の両側に光ガイド層４，６を介して設けら
れた第１および第２のクラッド層３，７のＡｌ組成比Ｘ
１，Ｘ２が異なるように設定されていることから、第１
の実施形態と同様の作用効果を得ることができるように
なる。なお、構成上においては、第１の実施形態のもの
よりも若干簡単な構成となると共に、光ガイド層４，６
についてはＡｌ組成比を同じ値に設定するので、クラッ
ド層３，７のＡｌ組成比Ｘ１，Ｘ２の設定可能な幅が広
くなる。なお、上記実施形態においても、第２の実施形
態と同様にして、Ａｌ組成比を反対の関係に設定するよ
うに変形することができるものである。
【００６２】（第４の実施形態）図７は、本発明の第４
の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるとこ
ろは、第１および第２の光ガイド層４，６に代えて、層
内のＡｌ組成比を連続的に変化させた構成の第１および
第２の光ガイド層１３，１４を設けることにより、ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ（graded-index Separate Confinement He
terostructure ）構造としたところである。
【００６３】すなわち、図７（ａ）に示すように、第１
の光ガイド層１３を形成しているＡｌＹ１Ｇａ１−Ｙ１
Ａｓ層のＡｌ組成比Y1を、活性層５側から第１のクラッ
ド層３側に向けて「０．２」から「０．３」まで連続的
に変化するように形成しており、一方、第２の光ガイド
層１４を形成しているＡｌＹ２Ｇａ１−Ｙ２Ａｓ層のＡ
ｌ組成比Ｙ１を、活性層５側から第２のクラッド層７側
に向けて「０．２」から「０．４」まで連続的に変化す
るように形成している。このように構成することによ
り、ｐ−ＧａＡｓ層８の表面側から深さ方向に対する屈
折率のプロファイルは同図（ｂ）に示すようになる。
【００６４】このような構成とした本実施形態において
も、活性層５の両側に光ガイド層１３，１４を介して設
けられた第１および第２のクラッド層３，７のＡｌ組成
比Ｘ１，Ｘ２が異なるように設定されていることから、
第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるよ
うになる。また、本実施形態においては、光ガイド層１
３，１４のＡｌ組成比を連続的に変化させるＧＲＩＮ−
ＳＣＨ構造としてるので、キャリアを有効に活性層５内
に閉じ込めることができるようになり、発光効率が高
く、高温特性に優れた半導体レーザを得ることができ
る。なお、上記実施形態においても、第２の実施形態と
同様にして、Ａｌ組成比を反対の関係に設定するように
変形することができるものである。
【００６５】（第５の実施形態）図８および図９は、本
発明の第５の実施形態を示すもので、第１の実施形態と
異なるところは、光ガイド層４，６を設けない構成とし
たところである。図８は、模式的な断面を示しており、
図９（ａ）にはこの構成に対応した各層のＡｌ組成比を
示しており、同図（ｂ）には各層の屈折率を示してい
る。
【００６６】このような構成とすることにより、簡単な
構成としながら、第１の実施形態と同様の作用効果を得
ることができるようになる。なお、上記実施形態におい
ても、第２の実施形態と同様にして、Ａｌ組成比を反対
の関係に設定するように変形することができるものであ
る。
【００６７】（第６の実施形態）図１０は本発明の第６
の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるとこ
ろは、光ガイド層４，６の膜厚を異なる膜厚に設定した
ところである。すなわち、第１の光ガイド層４の膜厚Ｌ
１を１．５μｍとし、第２の光ガイド層６の膜厚Ｌ２を
１．０μｍとしたところであり、これにより、屈折率の
大きい側の光ガイド層４の膜厚Ｌ１を屈折率の小さい側
の光ガイド層６の膜厚Ｌ２よりも厚く（Ｌ１＞Ｌ２）設
定したことになる。
【００６８】図１０（ａ）は、この構成における各半導
体層２〜８のＡｌ組成比を示すものであり、同図（ｂ）
は、このときの各半導体層２〜８の屈折率ｎの分布を示
している。この図からもわかるように、光ガイド層４の
Ａｌ組成比を光ガイド層６のＡｌ組成比よりも小さくな
るように設定しており、これによって、光ガイド層４の
屈折率ｎが光ガイド層６の屈折率よりも大きくなる。そ
して、屈折率ｎが大きく設定される側の光ガイド層４が
光ガイド層６よりも膜厚を厚く設定されるので、同図
（ｂ）に示すように、光密度分布のピークを光ガイド層
４の側にシフトさせることができるようになる。
【００６９】このような構成とすることにより、第１の
実施形態における屈折率差による効果に加えて、第１お
よび第２の光ガイド層４，６の膜厚の差による効果も得
られ、光密度分布のピーク位置は活性層５への集中を回
避することができ、転移などの発生による劣化を防止す
る効果も高まり、長時間駆動に対する信頼性をさらに向
上させることができるようになる。
【００７０】なお、上記構成において、光ガイド層４，
６およびクラッド層３，７のＡｌ組成比の値および膜厚
を次のように設定しても同様の作用効果を得ることがで
きるようになる。
【００７１】すなわち、第１の光ガイド層４および第２
の光ガイド層６の各組成比Ｙ１，Ｙ２をそれぞれ、Ｙ１
＝０．３，Ｙ２＝０．２としてＹ１＞Ｙ２という関係と
なるように設定し、第１のクラッド層３および第２のク
ラッド層７のＡｌ組成比Ｘ１，Ｘ２をそれぞれＸ１＝
０．５，Ｘ２＝０．４としてＸ１＞Ｘ２という関係とな
るように設定し、それぞれのＡｌ組成比の大小関係を、 ０＜Ｙ２＜Ｙ１＜Ｘ２＜Ｘ１＜１ という関係を満たすように設定する。
【００７２】さらに、第１の光ガイド層４の膜厚Ｌ１と
第２の光ガイド層６の膜厚Ｌ２をそれぞれＬ１＝１．０
μｍ，Ｌ２＝１．５μｍとしてそれらの大小関係を、Ｌ
２＞Ｌ１となるように設定する。
【００７３】この結果、同図（ａ）に示した関係は、活
性層５の領域を中心として左右が入れ替わった状態の特
性分布図となり、光密度分布のピーク位置は第１の光ガ
イド層４側にシフトした状態の特性となる。
【００７４】（第７の実施形態）図１１は本発明の第７
の実施形態を示すもので、第４の実施形態と異なるとこ
ろは、Ａｌ組成比が連続的に変化するように形成された
第１および第２の光ガイド層１３，１４のそれぞれの膜
厚Ｌ１３，Ｌ１４を異なる膜厚に設定したところであ
る。すなわち、第１の光ガイド層１３の膜厚Ｌ１３を
１．５μｍとし、第２の光ガイド層１４の膜厚Ｌ１４を
１．０μｍとしたところであり、これにより、屈折率の
大きい側の光ガイド層１３の膜厚Ｌ１３を屈折率の小さ
い側の光ガイド層１４の膜厚Ｌ１４よりも厚く（Ｌ１３
＞Ｌ１４）設定したことになる。
【００７５】図１１（ａ）は、この構成における各半導
体層２，３，１３，５，１４，７，８のＡｌ組成比を示
すものであり、同図（ｂ）は、このときの屈折率ｎの分
布を示している。この図からもわかるように、第１の光
ガイド層１３は、第１のクラッド層３と接触する側での
Ａｌ組成比を、第２の光ガイド層１４の第２のクラッド
層７と接触する側でのＡｌ組成比よりも小さくなるよう
に設定しており、これによって、光ガイド層１３のクラ
ッド層３と接触する側でも屈折率ｎが光ガイド層１４の
対応する部分の屈折率よりも大きくなる。そして、屈折
率ｎが大きく設定される側の光ガイド層１３が光ガイド
層１４よりも膜厚を厚く設定されるので、同図（ｂ）に
示すように、光密度分布のピークを光ガイド層１３の側
にシフトさせることができるようになる。
【００７６】このような構成とすることにより、第１の
実施形態における屈折率差による効果に加えて、第１お
よび第２の光ガイド層１３，１４の膜厚の差による効果
も得られ、光密度分布のピーク位置は活性層５への集中
を回避することができ、転移などの発生による劣化を防
止する効果も高まり、長時間駆動に対する信頼性をさら
に向上させることができるようになる。
【００７７】なお、上記構成においても、前記第６の実
施形態の場合と同様に、光ガイド層１３，１４およびク
ラッド層３，７のＡｌ組成比の値および膜厚を次のよう
に設定しても同様の作用効果を得ることができるように
なる。
【００７８】すなわち、第１の光ガイド層１３の膜厚Ｌ
１３と第２の光ガイド層１４の膜厚Ｌ１４をそれぞれＬ
１３＝１．０μｍ，Ｌ１４＝１．５μｍとしてそれらの
大小関係を、 Ｌ１４＞Ｌ１３ となるように設定する。
【００７９】この結果、同図（ａ）に示した関係は、活
性層５の領域を中心として左右が入れ替わった状態の特
性分布図となり、光密度分布のピーク位置は第１の光ガ
イド層１３側にシフトした状態の特性となる。
【００８０】本発明は、上記実施形態にのみ限定される
ものではなく、次のように変形また拡張できる。活性層
５の多重量子井戸構造については、これに限らず、積層
する層数を適宜変更することもできるし、ＧａＡｓ層５
ａの膜厚およびＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層５ｂの膜厚
やＡｌ組成比についても適宜に設定することができる。
なお、積層する層数については、しきい値の点と大出力
を得る点との両者からの制約があるため、目的とする出
力レベルや要求される特性などから決められることにな
る。
【００８１】光ガイド層およびクラッド層の膜厚は必要
に応じて適宜の値に設定することができる。なお、光ガ
イド層の膜厚は、垂直方向のビームの広がり角を制御す
る関係から最適な値となるように設定することができ
る。さらに、光ガイド層およびクラッド層のそれぞれの
Ａｌ組成比については、各層間の関係を満たす範囲内で
適宜に変更設定することができる。
【００８２】半導体層間の屈折率を異なるように設定す
る方法としては、ＡｌＧａＡｓのように、Ａｌの組成比
を異なるように設定することで制御することもできる
し、他の化合物系の材料を用いることによっても制御す
ることができる。また、使用する半導体基板もＧａＡｓ
のものに限らず、他の化合物系の材料やＳｉなどの半導
体材料を用いることができる。
【００８３】本発明は、パルス駆動で用いる半導体レー
ザ以外にも連続駆動するものにおいても適用できるし、
さらには、測距用などの大出力用の半導体レーザ以外
に、光通信などに用いられる半導体レーザについても適
用することができ、同様の効果を得ることができるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す模式的な縦断側
面図
【図２】深さ方向に対する各層のアルミニウム組成比お
よび屈折率の関係を示す図
【図３】活性層のアルミニウム組成比を詳細に示す図２
（ａ）相当図
【図４】ＡｌＧａＡｓ系材料のアルミニウム組成比に対
する屈折率の相関図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図２相当図
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図２相当図
【図７】本発明の第４の実施形態を示す図２相当図
【図８】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図９】図２相当図
【図１０】本発明の第６の実施形態を示す図２相当図
【図１１】本発明の第７の実施形態を示す図２相当図
【図１２】従来例を示す図２相当図
【符号の説明】
１はｎ−ＧａＡｓ基板（半導体基板）、３は第１のクラ
ッド層、４，１３は第１の光ガイド層、５は活性層、５
ａはＧａＡｓ層、５ｂはＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層、
６，１４は第２の光ガイド層、７は第２のクラッド層、
９は絶縁膜、１０はｐ型用電極、１１はｎ型用電極、１
２は接合用電極層である。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に活性層を含んだ複数の半
    導体層を積層形成してその活性層をダブルヘテロ構造と
    した構成の半導体レーザにおいて、 前記複数の半導体層のうちの前記活性層の上下に位置す
    る半導体層の屈折率を異なるように形成したことを特徴
    とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、 前記活性層の上下に位置する半導体層として第１および
    第２のクラッド層を設けたことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の半導体レーザにおい
    て、 前記活性層と第１クラッド層との間および前記活性層と
    第２のクラッド層との間にそれぞれ前記半導体層として
    所定の屈折率を有する第１および第２の光ガイド層を設
    けたことを特徴とする半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
    て、 前記活性層の上下に隣接して位置する半導体層として第
    １および第２の光ガイド層を設けたことを特徴とする半
    導体レーザ。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体レーザにおい
    て、 前記第１および第２の光ガイド層の前記活性層と反対側
    にそれぞれ隣接した半導体層として第１および第２のク
    ラッド層を設け、 それらの第１および第２のクラッド層の屈折率を、隣接
    する前記第１および第２の光ガイド層の屈折率よりも小
    さく、且つ、隣接する前記第１あるいは第２の光ガイド
    層の屈折率と前記活性層を挟んで対向する前記第２ある
    いは第１の光ガイド層の屈折率との大小関係と同じ大小
    関係となるように設定されていることを特徴とする半導
    体レーザ。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の半導体レーザにおい
    て、 前記第１および第２の光ガイド層は、エネルギーバンド
    ギャップの値が前記活性層のエネルギーバンドギャップ
    と前記第１および第２のクラッド層のエネルギーバンド
    ギャップとの間で連続的に変化するように形成されてい
    ることを特徴とする半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の半
    導体レーザにおいて、 前記活性層の上下に位置する半導体層のうち、屈折率の
    高い側の半導体層の膜厚を屈折率が低い側の半導体層の
    膜厚よりも厚く形成したことを特徴とする半導体レー
    ザ。
  8. 【請求項８】 ＧａＡｓ半導体基板上に、活性層を含ん
    だ複数の半導体層を積層形成し、その活性層の上下には
    第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
    １−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
    １−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成してダ
    ブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザにおいて、 前記第１および第２のクラッド層は、それらのＡｌ（ア
    ルミニウム）の組成比を示すＸ１およびＸ２の値が異な
    る値（Ｘ１≠Ｘ２）となるように形成されていることを
    特徴とする半導体レーザ。
  9. 【請求項９】 ＧａＡｓ半導体基板上に、活性層を含ん
    だ複数の半導体層を積層形成し、その活性層の上下には
    第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ１Ｇａ
    １−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層をそれぞれ形成すると
    共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
    １−Ｘ１Ａｓ（Ｙ１＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
    １−Ｘ２Ａｓ（Ｙ１＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成して
    ダブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザにおいて、 前記第１および第２のクラッド層は、それらのＡｌ（ア
    ルミニウム）の組成比を示すＸ１およびＸ２の値が異な
    る値（Ｘ１≠Ｘ２）となるように形成されていることを
    特徴とする半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】 ＧａＡｓ半導体基板上に、活性層を含
    んだ複数の半導体層を積層形成し、その活性層の上下に
    は第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ １Ｇａ
    １−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層およびＡｌＹ２Ｇａ
    １−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層をそれぞれ形成すると
    共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
    １−Ｘ１Ａｓ（Ｙ１，Ｙ２＜Ｘ１＜１）層をそれぞれ形
    成してダブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザにお
    いて、 前記第１および第２の光ガイド層は、それらのＡｌ（ア
    ルミニウム）の組成比を示すＹ１およびＹ２の値が異な
    る値（Ｙ１≠Ｙ２）となるように形成されていることを
    特徴とする半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体レーザにお
    いて、 前記第１および第２の光ガイド層のういち、アルミニウ
    ム組成比が小さい側の光ガイド層の膜厚を、アルミニウ
    ム組成比が大きい側の光ガイド層の膜厚よりも厚く形成
    したことを特徴とする半導体レーザ。
  12. 【請求項１２】 ＧａＡｓ半導体基板上に、活性層を含
    んだ複数の半導体層を積層形成し、その活性層の上下に
    は第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ １Ｇａ
    １−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層およびＡｌＹ２Ｇａ
    １−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層をそれぞれ形成すると
    共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
    １−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
    １−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成してダ
    ブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザにおいて、 前記第１，第２の光ガイド層およびクラッド層は、それ
    らのＡｌ（アルミニウム）の組成比を示すＸ１，Ｘ２，
    Ｙ１およびＹ２の値が異なる値に設定されると共に、次
    の２つの関係（１），（２）のうちのいずれかの関係を
    満たすように形成されていることを特徴とする半導体レ
    ーザ。 Ｙ１＜Ｙ２＜Ｘ１＜Ｘ２ …（１） Ｙ２＜Ｙ１＜Ｘ２＜Ｘ１ …（２）
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の半導体レーザにお
    いて、前記第１および第２の光ガイド層のうちで、それ
    らの組成比Ｙ１，Ｙ２を小さく設定した側の膜厚を大き
    く設定した側の膜厚よりも厚くなるように設定したこと
    を特徴とする半導体レーザ。
  14. 【請求項１４】 請求項９ないし１３のいずれかに記載
    の半導体レーザにおいて、 前記クラッド層のアルミニウム組成比を０．４以上と
    し、且つ光ガイド層のアルミニウム組成比を０．１以上
    で０．３以下となるように設定したことを特徴とする半
    導体レーザ。
  15. 【請求項１５】 ＧａＡｓ半導体基板上に、活性層を含
    んだ複数の半導体層を積層形成し、その活性層の上下に
    は第１および第２の光ガイド層としてＡｌＹ １Ｇａ
    １−Ｙ１Ａｓ（０＜Ｙ１＜１）層およびＡｌＹ２Ｇａ
    １−Ｙ２Ａｓ（０＜Ｙ２＜１）層をそれぞれ形成すると
    共に、第１および第２のクラッド層としてＡｌＸ１Ｇａ
    １−Ｘ１Ａｓ（０＜Ｘ１＜１）層およびＡｌＸ２Ｇａ
    １−Ｘ２Ａｓ（０＜Ｘ２＜１）層をそれぞれ形成してダ
    ブルヘテロ構造とした構成の半導体レーザにおいて、 前記第１および第２の光ガイド層は、それらのＡｌ（ア
    ルミニウム）の組成比を示すＹ１およびＹ２の値が隣接
    する各半導体層との間で連続的に変化するように形成さ
    れ、 前記第１および第２のクラッド層は、それらのＡｌ（ア
    ルミニウム）の組成比を示すＸ１およびＸ２の値が異な
    る値（Ｘ１≠Ｘ２）となるように形成されていることを
    特徴とする半導体レーザ。
  16. 【請求項１６】 請求項９ないし１５のいずれかに記載
    の半導体レーザにおいて、 前記光ガイド層の膜厚を０．５μｍ以上に設定したこと
    を特徴とする半導体レーザ。
  17. 【請求項１７】 請求項８，９および１５のいずれかに
    記載の半導体レーザにおいて、 前記第１および第２のクラッド層のうち、アルミニウム
    の組成比が小さい側のクラッド層の膜厚を、アルミニウ
    ムの組成比が大きい側のクラッド層の膜厚よりも厚くな
    るように形成したことを特徴とする半導体レーザ。
  18. 【請求項１８】 請求項１ないし１７のいずれかに記載
    の半導体レーザにおいて、 前記活性層は、エネルギーバンドギャップの大きさが異
    なる２種類の半導体材料を交互に積層した多重量子井戸
    構造に形成されていることを特徴とする半導体レーザ。
  19. 【請求項１９】 請求項１ないし１８のいずれかに記載
    の半導体レーザにおいて、 前記活性層は、その発光領域を制限するためのストライ
    プ幅が１００μｍ以上の幅寸法に設定されていることを
    特徴とする半導体レーザ。
  20. 【請求項２０】 請求項１ないし１９のいずれかに記載
    の半導体レーザの駆動方法において、 前記活性層に対して、数十アンペアの電流をパルス駆動
    で与えることにより数十ワット級の光出力を得るように
    駆動することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１ないし７のいずれかに記載の
    半導体レーザにおいて、 前記半導体層の積層構造は、前記活性層への電流の注入
    による発光動作を行なうときに、その光密度分布のピー
    ク位置が前記活性層の上下に位置する半導体層のいずれ
    か一方側の内部に形成されるように構成したことを特徴
    とする半導体レーザ。
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