WO2021206012A1 - 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法 Download PDF

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barrier layer
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laser device
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高山　徹
東吾 中谷
洋希 永井
隆司 油本
毅 横山
高須賀　祥一
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ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor laser device and a method for manufacturing a semiconductor laser device.
  • the semiconductor laser element is a light source of an image display device such as a display or a projector, a light source of an in-vehicle head lamp, a light source of industrial lighting or consumer lighting, or an industrial device such as a laser welding device, a thin film annealing device, or a laser processing device. It is attracting attention as a light source for various purposes such as a light source.
  • a semiconductor laser element used as a light source of a projector, a laser processing device, or a laser welding device is required to have a high output characteristic in which the light output greatly exceeds 1 watt.
  • a semiconductor laser device having a wavelength of 915 nm used as a light source of a laser welding apparatus is required to have a high output characteristic of 25 W or more.
  • the semiconductor laser device is, for example, a substrate, an N-type clad layer arranged above the substrate, an active layer arranged above the N-type clad layer and having a well layer and a barrier layer, and an active layer above the active layer. It is provided with a P-type clad layer (for example, Patent Document 1).
  • an active layer having a quantum well structure in which the well layer is InGaAs and the barrier layer is AlGaAs is widely used.
  • the present disclosure solves such a problem, and in a semiconductor laser apparatus having an end face window structure, even if the well layer is thickened, COD is suppressed while suppressing deterioration of temperature characteristics and deterioration of long-term reliability. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser apparatus capable of suppressing the hindrance of the effect of improving the level and a method for manufacturing the same.
  • one aspect of the semiconductor laser device is a semiconductor laser device that emits laser light, and includes a substrate, an N-type clad layer arranged above the substrate, and the above. It includes an active layer arranged above the N-type clad layer and a P-type clad layer arranged above the active layer, and the active layer is a well layer and a P arranged above the well layer. It has a side first barrier layer and a P-side second barrier layer arranged above the P-side first barrier layer, and the Al composition ratio of the P-side second barrier layer is the P-side first barrier.
  • the bandgap energy of the second barrier layer on the P side is higher than the bandgap energy of the first barrier layer on the P side, which is higher than the Al composition ratio of the layer. It has an end face window structure in which the bandgap energy of the well layer in the vicinity is larger than the bandgap energy of the well layer in the central portion in the longitudinal direction of the resonator.
  • the effect of improving the COD level is hindered while suppressing deterioration of temperature characteristics and deterioration of long-term reliability. Can be suppressed.
  • FIG. 1 is a top view of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment taken along the line IIA-IIA of FIG.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment taken along the line IIB-IIB of FIG.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment in the IIC-IIC line of FIG.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a semiconductor layer laminating step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining a current injection region forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining a semiconductor layer laminating step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining a current injection region forming step in the method for manufacturing
  • FIG. 3C is a diagram for explaining an embedding step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3D is a diagram for explaining a window region forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3E is a diagram for explaining a groove forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3F is a diagram for explaining an insulating film forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3G is a diagram for explaining a P-side electrode forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 3H is a diagram for explaining an N-side electrode forming step in the method for manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing specific examples of the composition, film thickness, and impurity concentration of each semiconductor layer in the three examples of Example 1, Example 2, and Example 3 for the semiconductor laser apparatus according to the embodiment. ..
  • FIG. 5A is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus of Example 1.
  • FIG. 5B is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser device of the second embodiment.
  • FIG. 5C is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus of Example 3.
  • FIG. 5D is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus of Example 4.
  • FIG. 5A is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus of Example 1.
  • FIG. 5B is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser device
  • FIG. 5E is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus of Example 5.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation and effect of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram showing the dependence of the light confinement rate on the Al composition gradient region length in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram showing the dependence of the waveguide loss on the Al composition gradient region length in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram showing the dependence of the light confinement rate on the concentration of P-type impurities in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram showing the dependence of the waveguide loss on the P-type impurity concentration in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship of waveguide loss with respect to the light confinement rate with respect to the film thickness of the N-side first barrier layer and the P-side first barrier layer in the semiconductor laser apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship of waveguide loss with respect to the light confinement rate with respect to the film thickness of the N-side second barrier layer and the P-side second barrier layer in the semiconductor laser apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 11A is a diagram showing the dependence of the P-type impurity concentration of the potential barrier on the P-type guide layer of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 11B is a diagram showing the dependence of the electron current density of the P-type impurity concentration on the P-type guide layer of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 12A is a diagram showing the dependence of the P-type impurity concentration of the potential barrier on the P-type semiconductor layer of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 12B is a diagram showing the dependence of the electron current density of the P-type impurity concentration on the P-type semiconductor layer of the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 13A is a diagram showing the dependence of the P-type impurity concentration of the potential barrier on the P-type semiconductor layer of the semiconductor laser device of Example 1.
  • FIG. 13B is a diagram showing the dependence of the electron current density of the P-type impurity concentration on the P-type semiconductor layer of the semiconductor laser device of the first embodiment.
  • FIG. 14A is a diagram showing the dependence of the Al composition of the potential barrier on the P-type guide layer of the semiconductor laser apparatus of Example 3.
  • FIG. 14B is a diagram showing the dependence of the Al composition of the electron current density on the P-type guide layer of the semiconductor laser apparatus of Example 3.
  • FIG. 15A is a diagram showing the dependence of the hole current density on the N-type impurity concentration at a position 100 nm from the interface on the N side of the well layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 15B is a diagram showing the dependence of the hole current density on the N-type impurity concentration at the position of the N-type clad layer substrate side interface in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram showing a first example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16B is a diagram showing a second example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16C is a diagram showing a third example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16D is a diagram showing a fourth example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16A is a diagram showing a first example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 16B is a diagram showing a second example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing the dependence of the Al composition of the well layer of the heavy hole and light hole quantum level energy when the Al composition of the P-side first barrier layer and the N-side second barrier layer is 0.06.
  • FIG. 18 is a diagram showing the dependence of the Al composition of the well layer of the heavy hole and light hole quantum level energy when the Al composition of the P-side first barrier layer and the N-side second barrier layer is 0.12.
  • FIG. 19 is a diagram showing the dependence of the Al composition of the well layer of the heavy hole and light hole quantum level energy when the Al composition of the P-side first barrier layer and the N-side second barrier layer is 0.18.
  • FIG. 20 is a top view of the semiconductor laser device according to the modified example.
  • FIG. 20 is a top view of the semiconductor laser device according to the modified example.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment on the XXIA-XXIA line of FIG.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment in the XXIB-XXIB line of FIG.
  • FIG. 21C is a cross-sectional view of the semiconductor laser apparatus according to the embodiment in the XXIC-XXIC line of FIG.
  • FIG. 22 is a diagram showing a state when the semiconductor laser device according to the modified example is mounted on the submount at the junction down.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device according to another modification.
  • the light confinement coefficient to the well layer is increased by increasing the thickness of the well layer to reduce the oscillation threshold value, or the Al composition of the barrier layer made of AlGaAs is adjusted.
  • the conduction band band offset ( ⁇ Ec) the potential barrier is raised to suppress the occurrence of electron overflow, and by lengthening the resonator length and lengthening the resonator length, the operating carrier density is reduced. It is possible that it will happen.
  • the end face window structure can be formed by disordering the atomic arrangement of the barrier layer and the well layer in the end face portion by vacancy diffusion, impurity diffusion, ion implantation, or the like.
  • the well layer is made thicker in an attempt to increase the light confinement coefficient in the well layer, it becomes difficult to disorder the atomic arrangements of the barrier layer and the well layer, and it becomes difficult to form a window region.
  • the annealing temperature when forming the window region is raised, atomic exchange also occurs between the well layer and the barrier layer in the active layer in the gain portion where the window region is not intended to be formed.
  • the band gap energy (Eg) in the gain portion increases, the leakage current in the gain portion increases, the temperature characteristics deteriorate, and the vacancies introduced during crystal growth or dangling on the surface of the growth layer
  • the pores on the surface of the growth layer due to the bond are easily diffused, the oscillation wavelength controllability is lowered, and the long-term reliability is lowered.
  • the transition wavelength of the quantum well layer in the gain portion becomes shorter.
  • the area tends to be long.
  • the light absorption in the transition region hinders the effect of improving the COD level in the window region.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and in a semiconductor laser apparatus having an end face window structure, even if the well layer is thickened, deterioration of temperature characteristics and deterioration of long-term reliability are suppressed.
  • the length of the long resonator is increased in order to reduce the thermal resistance, it is easily affected by the band structure change due to the mounting distortion when mounting the semiconductor laser element, so that there is also a problem that the polarization ratio is likely to decrease.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily exactly illustrated. Therefore, the scales and the like do not always match in each figure.
  • substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.
  • the terms “upper” and “lower” do not indicate the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, and also refer to the stacking order in the stacking configuration. It is used as a term defined by the relative positional relationship. Also, the terms “upper” and “lower” are used not only when the two components are spaced apart from each other and another component exists between the two components, but also when the two components It also applies when they are placed in contact with each other.
  • FIG. 1 is a top view of the semiconductor laser device 1 according to the embodiment.
  • 2A is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1 on the line IIA-IIA of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1 on the line IIB-IIB of FIG. 1
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1. It is sectional drawing of the semiconductor laser apparatus 1 in the IIC-IIC line of FIG. Note that FIG. 2A shows a cross section of the gain portion of the semiconductor laser device 1, and FIG. 2B shows a cross section of the semiconductor laser device 1 on the front end surface 1a side.
  • the semiconductor laser device 1 is a semiconductor laser element that emits laser light, and includes a substrate and a semiconductor laminate (semiconductor laminate structure) composed of a plurality of semiconductor layers arranged above the substrate. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 2C, the semiconductor laser device 1 includes an N-type clad layer 20 arranged above the substrate 10 and an N-type clad layer as semiconductor layers constituting the semiconductor laminate. It includes an active layer 40 arranged above the active layer 20 and a P-type clad layer 60 arranged above the active layer 40.
  • the semiconductor laser device 1 further includes an N-type guide layer 30 arranged between the N-type clad layer 20 and the active layer 40, and the active layer 40 and the P-type clad layer 60 as semiconductor layers constituting the semiconductor laminate.
  • a P-type guide layer 50 arranged between the two, a P-type contact layer 70 arranged above the P-type clad layer 60, and a current block layer 80 are provided.
  • the semiconductor laser device 1 includes a P-side electrode 91 and an N-side electrode 92 connected to the semiconductor laminate, and an insulating film 100 that covers at least a part of the semiconductor laminate.
  • the semiconductor laser device 1 is a semiconductor laser element that emits laser light having a wavelength of 900 nm to 980 nm.
  • the semiconductor laminate in the semiconductor laser device 1 is a group III-V made of an AlGaInAs-based material. It is composed of compound semiconductors.
  • the semiconductor laser apparatus 1 emits a laser beam having a wavelength of 915 nm.
  • the semiconductor laser device 1 has an end face window structure in which a window region 120 is formed in a semiconductor laminate.
  • the substrate 10 is a flat substrate whose main surface is uniformly flat.
  • the substrate 10 is a semiconductor substrate such as a GaAs substrate or an insulating substrate such as a sapphire substrate.
  • the substrate 10 is an n-type GaAs substrate.
  • a buffer layer may be formed between the substrate 10 and the N-type clad layer 20.
  • the buffer layer is, for example, an n-type GaAs layer, and is laminated on the substrate 10.
  • the N-type clad layer 20 is formed above the substrate 10. When the buffer layer is formed on the substrate 10, the N-type clad layer 20 is formed on the buffer layer.
  • the N-type clad layer 20 is an N-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, an n-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the N-type clad layer 20 is, for example, silicon (Si).
  • the N-type guide layer 30 is arranged between the N-type clad layer 20 and the N-side second barrier layer 42b of the active layer 40. Specifically, the N-type guide layer 30 is formed on the N-type clad layer 20.
  • the N-type guide layer 30 is an N-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, an n-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the N-type guide layer 30 is, for example, silicon (Si).
  • the active layer 40 is a semiconductor layer including a light emitting layer, and is located between the N-type clad layer 20 and the P-type clad layer 60. Specifically, the active layer 40 is located between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50. In the present embodiment, the active layer 40 is formed on the N-type guide layer 30.
  • the active layer 40 includes a well layer 41, an N-side first barrier layer 42a arranged below the well layer 41, and an N-side second barrier layer 42b arranged below the N-side first barrier layer 42a. It has a P-side first barrier layer 43a arranged above the well layer 41 and a P-side second barrier layer 43b arranged above the P-side first barrier layer 43a.
  • the well layer 41 is located between the N-side first barrier layer 42a and the P-side first barrier layer 43a, and is in contact with the N-side first barrier layer 42a and the P-side first barrier layer 43a. Specifically, the well layer 41 is formed on the N-side first barrier layer 42a.
  • the well layer 41 is, for example, a single quantum well structure including a single quantum well layer.
  • the well layer 41 is, for example, an undoped GaInAs layer.
  • the well layer 41 is not limited to a single quantum well structure, and may be a multiple quantum well structure including a plurality of quantum well layers. In the present embodiment, the thickness of the well layer 41 is thick, for example, 6 nm or more.
  • the N-side first barrier layer 42a and the N-side second barrier layer 42b are located between the N-type clad layer 20 and the well layer 41, and are in this order from the well layer 41 toward the N-type clad layer 20. It is arranged in. Specifically, the N-side first barrier layer 42a and the N-side second barrier layer 42b are located between the N-type guide layer 30 and the well layer 41.
  • the N-side first barrier layer 42a is formed on the N-side second barrier layer 42b.
  • the N-side first barrier layer 42a is an N-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, an n-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the N-side first barrier layer 42a is, for example, silicon (Si).
  • the N-side first barrier layer 42a may have an undoped region in which impurities are not doped, in addition to the doped region in which impurities are doped.
  • the N-side first barrier layer 42a may have an undoped region in a region near the well layer 41 and a doped region in a region far from the well layer 41.
  • the film thickness of the undoped region of the N-side first barrier layer 42a is preferably 5 nm or more. Doping the N-side first barrier layer 42a near the well layer 41 with impurities reduces the series resistance of the semiconductor laser device, but free carrier loss occurs and the waveguide loss increases. If the film thickness of the undoped region becomes too thick, the series resistance of the semiconductor laser device increases.
  • the film thickness of the undoped region is increased. May be 5 nm or more and 40 nm or less.
  • the doping concentration of impurities in the N-type guide layer 30 gradually increases in the direction away from the well layer 41, the increase in waveguide loss is suppressed even if the film thickness of this undoped region is set to 20 nm or less at the maximum. can do.
  • the N-side second barrier layer 42b located below the N-side first barrier layer 42a is formed on the N-type guide layer 30.
  • the N-side second barrier layer 42b is an N-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, an n-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the N-side second barrier layer 42b is, for example, silicon (Si).
  • the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b are located between the well layer 41 and the P-type clad layer 60, and are in this order from the well layer 41 toward the P-type clad layer 60. It is arranged in. Specifically, the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b are located between the well layer 41 and the P-type guide layer 50.
  • the P-side first barrier layer 43a is formed on the well layer 41.
  • the P-side first barrier layer 43a is a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, a P-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the P-side first barrier layer 43a is, for example, carbon (C).
  • the P-side first barrier layer 43a may have an undoped region in which impurities are not doped, in addition to the doped region in which impurities are doped.
  • the P-side first barrier layer 43a may have an undoped region in a region near the well layer 41 and a doped region in a region far from the well layer 41.
  • the film thickness of the undoped region of the P-side first barrier layer 43a is preferably 5 nm or more. Doping impurities into the P-side first barrier layer 43a near the well layer 41 reduces the series resistance of the semiconductor laser device, but causes free carrier loss and increases waveguide loss. If the film thickness of the undoped region becomes too thick, the series resistance of the semiconductor laser device increases.
  • the film thickness of the undoped region is increased. May be 5 nm or more and 40 nm or less.
  • the doping concentration of impurities in the P-type guide layer changes so as to gradually increase in the direction away from the well layer 41, the increase in waveguide loss is suppressed even if the film thickness of this undoped region is set to 20 nm or less at the maximum. be able to.
  • the P-side second barrier layer 43b is formed on the P-side first barrier layer 43a.
  • the P-side second barrier layer 43b is a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, a P-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the P-side second barrier layer 43b is, for example, carbon (C).
  • the P-type guide layer 50 is arranged between the P-side second barrier layer 43b of the active layer 40 and the P-type clad layer 60. Specifically, the P-type guide layer 50 is formed on the P-side second barrier layer 43b.
  • the P-type guide layer 50 is a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, a P-type AlGaAs layer.
  • the impurity doped into the P-type guide layer 50 is, for example, carbon (C).
  • the P-type clad layer 60 is formed on the P-type guide layer 50.
  • the P-type clad layer 60 is a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, a P-type AlGaAs layer.
  • C is doped as an impurity.
  • the impurity doped into the P-type clad layer 60 is, for example, carbon (C).
  • the P-type contact layer 70 is formed on the P-type clad layer 60.
  • the P-type contact layer 70 is formed between the P-type clad layer 60 and the P-side electrode 91.
  • the P-type contact layer 70 is a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities, for example, a P-type GaAs layer.
  • the P-type contact layer 70 is a laminated film in which the first contact layer 71 and the second contact layer 72 are laminated in order from the P-type clad layer 60 side.
  • the first contact layer 71 is a P-type GaAs layer having a film thickness of 0.2 ⁇ m.
  • the second contact layer 72 is a P-type GaAs layer having a film thickness of 1 ⁇ m, and is formed on the first contact layer 71 and the current block layer 80 so as to fill the opening 80a of the current block layer 80.
  • the current block layer 80 is provided inside the P-type contact layer 70. Specifically, the current block layer 80 is formed on the first contact layer 71 of the P-type contact layer 70.
  • the current block layer 80 is composed of a P-type semiconductor layer intentionally doped with impurities.
  • the current block layer 80 is an n-type GaAs layer doped with silicon (Si) as an impurity.
  • the current block layer 80 has an opening 80a for defining a current injection region.
  • the opening 80a of the current block layer 80 extends linearly along the length direction of the resonator of the semiconductor laser device 1.
  • the opening 80a of the current block layer 80 exists in the gain portion of the semiconductor laser device 1, but does not exist in the end face portion of the semiconductor laser device 1. Therefore, as shown in FIG. 2A, in the gain portion of the semiconductor laser device 1, the current block layer 80 does not cover the central portion of the first contact layer 71.
  • FIG. 2B since the opening 80a of the current block layer 80 is not formed at the end face portion of the semiconductor laser device 1, the current block layer 80 covers the entire first contact layer 71. ..
  • the active layer 40 is generated by heat generation in the first contact layer 71 which is a current injection region by confining the current by the current block layer 80.
  • An effective index of refraction step is formed in the horizontal direction of. As a result, light can be confined in the horizontal direction.
  • the P-side electrode 91 is arranged on the P-type clad layer 60 side and is connected to the P-type contact layer 70. Specifically, the P-side electrode 91 is formed on the P-type contact layer 70.
  • the P-side electrode 91 contains, for example, one metal of Pt, Ti, Cr, Ni, Mo and at least Au.
  • the P-side electrode 91 is composed of a plurality of layers. Specifically, the P-side electrode 91 is composed of three layers, a first P electrode layer 91a, a plating layer 91b, and a second P electrode layer 91c. The first P electrode layer 91a, the plating layer 91b, and the second P electrode layer 91c are laminated on the P-type contact layer 70 in this order. Further, the first P electrode layer 91a and the second P electrode layer 91c are further composed of a plurality of films, and each has a three-layer structure of Ti / Pt / Au, for example. The plating layer 91b is an Au plating film.
  • the gain portion of the semiconductor laser apparatus 1 has three layers of the first P electrode layer 91a, the plating layer 91b, and the second P electrode layer 91c.
  • the semiconductor The plating layer 91b does not exist on the end face portion of the laser device 1, but two layers, a first P electrode layer 91a and a second P electrode layer 91c, exist.
  • the N-side electrode 92 is arranged on the N-type clad layer 20 side.
  • the N-side electrode 92 is formed on the lower surface of the substrate 10 (that is, the main surface on the back side of the substrate 10).
  • the N-side electrode 92 includes, for example, an AuGe film, a Ni film, an Au film, a Ti film, a Pt film, and an Au film that are laminated in order from the substrate 10 side.
  • the insulating film 100 is a dielectric film that covers at least the side surface of the active layer 40. In the present embodiment, the insulating film 100 covers a pair of side surfaces of the semiconductor laminate. Specifically, the insulating film 100 is a side surface of the N-type clad layer 20, the N-type guide layer 30, the active layer 40, the P-type guide layer 50, the P-type clad layer 60, the P-type contact layer 70, and the current block layer 80. Covering.
  • the insulating film 100 is composed of, for example, an insulating film such as SiN or SiO 2 , and functions as a current blocking film.
  • the pair of side surfaces of the semiconductor laminate are inclined inclined surfaces, and the insulating film 100 covers at least the inclined surfaces.
  • the inclined surface of the semiconductor laminate is formed at least on the side surface of the active layer 40. Since the side surface of the active layer 40 is inclined, it is possible to reduce the stray light from the central portion in the width direction of the active layer 40 toward the side surface to return to the central portion again. Therefore, the competition between the laser light oscillated in the active layer 40 and the stray light can be suppressed, so that the laser driving operation is stabilized.
  • the insulating film 100 has an opening 100a.
  • the opening 100a of the insulating film 100 extends linearly along the length direction of the resonator of the semiconductor laser device 1.
  • the opening 100a of the insulating film 100 exists in the gain portion of the semiconductor laser device 1, but does not exist in the end face portion of the semiconductor laser device 1. Therefore, as shown in FIG. 2A, in the gain portion of the semiconductor laser device 1, the insulating film 100 covers only the end portion of the P-type contact layer 70.
  • FIG. 2B since the opening 100a of the insulating film 100 is not formed in the end face portion of the semiconductor laser device 1, the insulating film 100 covers the entire P-type contact layer 70.
  • the semiconductor laser device 1 has a front end surface 1a (light emission end surface) which is an end surface on the front side where laser light is emitted and an end surface on the rear side opposite to the front end surface 1a. It has a rear end surface 1b.
  • the semiconductor laminate of the semiconductor laser device 1 includes an optical waveguide in which the front end surface 1a and the rear end surface 1b are used as a resonator reflection mirror. Therefore, the front end surface 1a and the rear end surface 1b serve as the resonator end surface, and the resonator length of the semiconductor laser device 1 is the distance between the front end surface 1a and the rear end surface 1b.
  • the resonator length of the semiconductor laser device 1 is as long as 2 mm or more, and may be further 4 mm or more. The resonator length of the semiconductor laser device 1 may be less than 2 mm.
  • the width of the current injection region into the optical waveguide is defined by the opening 80a of the current block layer 80.
  • the opening 80a of the current block layer 80 is formed inside the front end surface 1a and the rear end surface 1b. That is, the end portion of the current injection region in the longitudinal direction of the resonator is located inside the front end surface 1a and the rear end surface 1b.
  • the first end face coating film 111 is formed on the front end surface 1a of the semiconductor laminate, and the second end face coating film 112 is formed on the rear end surface 1b of the semiconductor laminate.
  • the first end face coating film 111 and the second end face coating film 112 are reflective films composed of a dielectric multilayer film.
  • the first end face coating film 111 is a multilayer film of Al 2 O 3 and Ta 2 O 5
  • the second end face coating film 112 is a multilayer film of Al 2 O 3 and SiO 2 and Ta 2 O 5.
  • the reflectance of the first end face coating film 111 is 2%
  • the reflectance of the second end face coating film 112 is 95%.
  • the reflectance of the first end face coating film 111 and the second end face coating film 112 is not limited to this.
  • the reflectance of the first end face coating film 111 may be 0.2% or less. As a result, it is possible to suppress problems such as kink generation due to competition between the laser oscillation mode in the semiconductor laser apparatus 1 and the laser oscillation mode in the external resonator.
  • the semiconductor laminate in the semiconductor laser device 1 has end face window structures at both ends in the length direction of the resonator.
  • the window region 120 is formed in a region having a predetermined length from the front end surface 1a.
  • the window region 120 is formed on the end surface portion on the front end surface 1a side of the semiconductor laminate.
  • a similar window region may be formed on the end surface portion on the rear end surface 1b side of the semiconductor laminate.
  • the window region on the rear end surface 1b side does not necessarily have to be formed.
  • the peak energy of photoluminescence in the region where the window region 120 is not formed in the active layer 40 is defined as Eg1
  • the peak energy Eg2 of photoluminescence in the region where the window region 120 is formed in the active layer 40 is defined as Eg1 and Eg2.
  • the bandgap energy of the well layer 41 in the vicinity of the front end surface 1a and the vicinity of the rear end surface 1b is larger than the bandgap energy of the well layer 41 in the central portion in the longitudinal direction of the resonator.
  • the window forming method for forming the window region 120 generally includes an impurity diffusion method and a vacancy diffusion method, but in the present embodiment, the window is formed by the vacancy diffusion method. This is because it is important to reduce the amount of light absorption by reducing the loss in an ultra-high output semiconductor laser device having an output of more than 10 W per emitter. That is, when the window region is formed by the impurity diffusion method, the light absorption becomes large due to the impurities and it becomes difficult to reduce the light absorption loss. This is because the light absorption loss due to the introduction of impurities can be eliminated by forming the window region.
  • the window region 120 is formed on the front end surface 1a side as the end face window structure. Further, a similar window region is formed on the rear end surface 1b side.
  • a window region can be formed by subjecting a rapid high temperature treatment.
  • Ga is exposed to extremely high heat of 800 ° C. to 950 ° C. near the crystal growth temperature.
  • the quantum well structure of the active layer 40 can be disordered and windowed (transparent) by mutual diffusion between the vacancies and Group III elements.
  • the band gap of the active layer 40 can be increased, and the region in which the quantum well structure is disordered can function as a window region.
  • the disordering of the quantum well structure can be suppressed by forming a protective film that suppresses the formation of Ga vacancies during high temperature treatment.
  • the semiconductor laser device 1 since the semiconductor laser device 1 has the end face window structure, the resonator end face of the semiconductor laser device 1 can be made transparent and the light absorption in the vicinity of the front end face 1a can be reduced. As a result, it is possible to suppress the generation of COD on the front end surface 1a.
  • FIGS. 3A to 3H are diagrams for explaining each step in the manufacturing method of the semiconductor laser device 1 according to the embodiment.
  • the upper figure shows the cross section of the portion corresponding to the current injection region which is the region where the current is injected
  • the lower figure shows the current non-injection region which is the region where the current is not injected.
  • the cross section of the part corresponding to is shown.
  • the substrate 10 is prepared, and a plurality of semiconductor layers are laminated on the substrate 10.
  • the steps of laminating a plurality of semiconductor layers include at least a step of arranging the N-type clad layer 20 above the substrate 10, a step of arranging the active layer 40 above the N-type clad layer 20, and a step of arranging the active layer 40.
  • a step of arranging the P-type clad layer 60 on the upper side is included.
  • the N-type clad layer 20, the N-type guide layer 30, and the N-type guide layer 30 are subjected to a crystal growth technique by a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metalorganic chemical vapor deposition
  • the active layer 40, the P-type guide layer 50, the P-type clad layer 60, the first contact layer 71 of the P-type contact layer 70, and the current block layer 80 are sequentially crystal-grown to be laminated.
  • the active layer 40 includes an N-side second barrier layer 42b, an N-side first barrier layer 42a, a well layer 41, a P-side first barrier layer 43a, and a P-side second on the N-type guide layer 30.
  • the barrier layer 43b is laminated by sequentially growing crystals.
  • an opening 80a for defining a current injection region is formed in the current block layer 80.
  • a mask made of SiO 2 or the like is formed on the first contact layer 71 in a predetermined pattern by a photolithography technique, and then the current block layer 80 is exposed by a wet etching technique to expose the first contact layer 71.
  • the opening 80a is formed in the current block layer 80 in the portion corresponding to the current injection region.
  • the opening 80a is not formed in the current block layer 80.
  • a sulfuric acid-based etching solution is preferably used as the etching solution for etching the current block layer 80.
  • the P-type contact layer 70 is subjected to a crystal growth technique by the MOCVD method.
  • the second contact layer 72 is crystal-grown. Specifically, the opening 80a of the current block layer 80 in the current injection region is embedded on the current block layer 80 and on the first contact layer 71 exposed from the opening 80a of the current block layer 80.
  • the second contact layer 72 is crystal-grown.
  • the window region 120 is formed in the portion corresponding to the end face portion in the resonator length direction in the semiconductor laminate of the plurality of semiconductor layers. Specifically, the window region 120 is formed in a portion corresponding to the end surface portion on the front end surface 1a side of the semiconductor laminate. In the present embodiment, the window region 120 is formed in the P-type contact layer 70, the P-type clad layer 60, the P-type guide layer 50, the active layer 40, the N-type guide layer 30, the N-type clad layer 20, and a part of the substrate 10. It is formed in a portion corresponding to the vicinity of the front end surface 1a. The window region 120 is formed by the vacancy diffusion method, but the present invention is not limited to this.
  • a groove 130 having an inclined surface on the side surface of the semiconductor laminate is formed.
  • a mask made of SiO 2 or the like is formed on the P-type contact layer 70 in a predetermined pattern by using photolithography technology, and then the P-type contact layer 70 to N-type clad is formed by wet etching technology. By etching halfway through the layer 20, it is possible to form an inclined groove 130 on the side surface of the semiconductor laminate.
  • the groove 130 is a separation groove when the semiconductor laser device 1 is fragmented, and extends in the longitudinal direction of the resonator in the top view.
  • a sulfuric acid-based etching solution for example, a sulfuric acid-based etching solution can be used.
  • the etching solution is not limited to the sulfuric acid-based etching solution, and an organic acid-based etching solution or an ammonia-based etching solution may be used.
  • the groove 130 is formed by isotropic wet etching. Thereby, an inclined surface can be formed on the side surface of the plurality of semiconductor layers, and a constricted structure (that is, an overhang structure) can be formed in the plurality of semiconductor layers.
  • the inclination angle of the side surface of the groove 130 changes depending on the composition ratio of the Al composition of the AlGaAs material of each layer constituting the plurality of semiconductor layers. In this case, the etching rate can be increased by increasing the Al composition of the AlGaAs material. Therefore, in order to form the inclined side surfaces as shown in FIG.
  • the composition ratio of the Al composition of the P-type clad layer 60 is maximized, so that the plurality of semiconductor layers are in the horizontal direction.
  • the etching rate (horizontal direction) can be maximized.
  • the narrowest portion (the narrowest portion in the horizontal direction) of the plurality of semiconductor layers can be formed in the vicinity of the P-type clad layer 60.
  • a SiN film as an insulating film 100 is deposited on the entire surface of the substrate 10, and then a photo
  • the opening 100a is formed by removing the insulating film 100 in the portion corresponding to the current injection region by using a lithography technique and an etching technique.
  • the insulating film 100 in the portion corresponding to the current non-injection region is not removed, and the opening 100a is not formed in the portion corresponding to the current non-injection region.
  • etching of the insulating film 100 wet etching using a hydrofluoric acid-based etching solution or dry etching by reactive ion etching (RIE) can be used.
  • RIE reactive ion etching
  • the insulating film 100 is a SiN film, but the insulating film 100 is not limited to this, and may be a SiO 2 film or the like.
  • the P-side electrode 91 is formed on the semiconductor laminate.
  • the first P electrode layer 91a, the plating layer 91b, and the second P electrode layer 91c are formed on the P-type contact layer 70 as the P side electrode 91 in this order.
  • a first P electrode layer 91a made of a laminated film of a Ti film, a Pt film and an Au film is formed as a base electrode by an electron beam vapor deposition method, and then a plating layer 91b made of an Au plating film is formed by an electrolytic plating method. To form. Then, using the photolithography technique and the lift-off technique, the plating layer 91b of the portion corresponding to the current non-injection region is selectively etched and removed. In this case, an iodine solution can be used as the etching solution for etching the plating layer 91b made of the Au plating film.
  • a second P electrode layer 91c composed of a laminated film of a Ti film, a Pt film, and an Au film is formed on the plating layer 91b by an electron beam vapor deposition method.
  • the first P electrode layer 91a and the second P electrode layer 91c are formed over almost the entire length in the resonator length direction, but the Au plating layer 91b is not formed in the current non-injection region.
  • the N-side electrode 92 is formed on the lower surface of the substrate 10. Specifically, the N-side electrode 92 is formed by forming an AuGe film, a Ni film, an Au film, a Ti film, a Pt film, and an Au film in this order from the substrate 10 side.
  • the substrate 10 on which the semiconductor laminate is formed is separated into a bar shape by dicing with a blade, cleavage, or the like, and then the groove 130 is further cut as a cutting portion to separate the chips.
  • the individual piece-shaped semiconductor laser device 1 can be manufactured.
  • FIG. 4 is a diagram showing specific examples of the composition, film thickness, and impurity concentration of each semiconductor layer in the three examples of Example 1, Example 2, and Example 3 for the semiconductor laser device 1 according to the above embodiment. Is.
  • Each semiconductor layer of the semiconductor laminate in the semiconductor laser apparatus 1 according to the present embodiment is composed of a group III-V compound semiconductor made of an AlGaInAs-based material, and Al and In compositions are set to X and Y, respectively. It is represented by the composition formula of X Ga 1-XY In Y As (0 ⁇ X ⁇ 1, 0 ⁇ Y ⁇ 1).
  • the Al composition and In composition of the N-type clad layer 20 are set to X NC and Y NC
  • the Al composition and In composition of the N-type guide layer 30 are set to X NG and Y NG
  • the N-side second in the active layer 40 are set to X NC and Y NC
  • the Al composition and in composition of the barrier layer 42b and X NB2 and Y NB2 the Al composition and in composition of the N-side first barrier layer 42a in the active layer 40 and X NB1 and Y NB1, the well layer 41 in the active layer 40
  • the Al composition and In composition are X W and Y W
  • the Al composition and In composition of the P-side first barrier layer 43a in the active layer 40 are X PB1 and Y PB1
  • the P-side second barrier layer 43b in the active layer 40 are X W and Y W
  • the Al composition and In composition of the P-side first barrier layer 43a in the active layer 40 are X PB1 and Y PB1
  • the P-side second barrier layer 43b in the active layer 40 are X PB1 and Y PB1
  • FIG. 4 shows the conditions for obtaining the laser beam in the wavelength band of 915 nm.
  • the Al composition ratio of the N-side second barrier layer 42b is higher than the Al composition ratio of the N-side first barrier layer 42a.
  • the Al composition ratio of the P-side second barrier layer 43b is higher than the Al composition ratio of the P-side first barrier layer 43a.
  • the Al composition changes in the interface region between the N-type clad layer 20 and the N-type guide layer 30 and the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60. doing. Specifically, the Al composition at least in the interface region between the N-type clad layer 20 and the N-type guide layer 30 gradually increases as the distance from the well layer 41 increases. Similarly, the Al composition at least in the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60 gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • FIG. 5A is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser device 1 of the second embodiment.
  • FIG. 5C is a diagram showing an impurity concentration profile and a band structure of the semiconductor laminate in the semiconductor laser device 1 of the third embodiment.
  • D NB1 represents the length of the undoped region in the N-side first barrier layer 42a
  • D PB1 indicates the length of the undoped region in the P-side first barrier layer 43a ing.
  • the N-type clad layer 20, the N-type guide layer 30, and the N-side second barrier are used.
  • the concentration of impurities doped in the layer 42b and the N-side first barrier layer 42a gradually increases as the distance from the well layer 41 increases. That is, as the distance from the well layer 41 increases, the concentration of impurities gradually increases in the order of the N-side first barrier layer 42a, the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, and the N-type clad layer 20.
  • the impurity concentration is constant in each of the N-side first barrier layer 42a, the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, and the N-type clad layer 20.
  • the concentration of impurities doped in the N-type clad layer 20, the N-type guide layer 30, the N-side second barrier layer 42b, and the N-side first barrier layer 42a is not gradual and is separated from the well layer 41. Therefore, it may be gradually increased (that is, the inclination is increased).
  • the concentration of impurities doped in the interface region between the P-type clad layer 60 and the P-type guide layer 50 is constant at 2 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the impurity concentration of the P-type clad layer 60 may be gradually increased in the direction away from the well layer 41, or may be continuously increased. Since the vertical light distribution intensity of the waveguide light is attenuated in the region of the P-type clad layer 60 far from the well layer 41, the impurity concentration may be increased for doping.
  • the P-type impurity concentration of the P-type clad layer 60 is such that the impurity concentration on the well layer 41 side is 2 ⁇ 10 18 cm -3, and the impurity concentration at the portion farthest from the well layer 41 is 5 ⁇ 10. It may be gradually increased to 18 cm- 3 , or it may be gradually increased so that the impurity concentration increases in the direction away from the well layer 41.
  • the Al composition of the P-type clad layer 60 is more than twice the Al composition of the P-type guide layer 50, the light distribution intensity in the direction perpendicular to the substrate normal direction is higher than that of the P-type clad layer 60. Since the difference in refractive index of the P-type guide layer 50 is large, the light is rapidly attenuated from the P-type guide layer 50 toward the P-type clad layer 60. In this case, in order to reduce the series resistance of the semiconductor laser device while suppressing the increase in the waveguide loss due to the occurrence of free carrier loss due to impurity doping, the impurity concentration is increased from the well layer 41 toward the P-type clad layer 60. It is good to increase it continuously.
  • the increase in waveguide loss is suppressed because the impurity concentration is low in the region where the light distribution intensity is high, and the series resistance of the semiconductor laser device is reduced because the impurity concentration is high in the region where the light distribution intensity is low. This is because the increase in waveguide loss is also suppressed.
  • the concentration of impurities doped in the P-type guide layer 50, the P-side second barrier layer 43b, and the P-side first barrier layer 43a gradually increases as the distance from the well layer 41 increases (that is, the inclination increases). doing).
  • the impurity concentration is continuously increased from 2 ⁇ 10 17 cm -3 to 5 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the concentration of impurities doped in the interface region between the P-type clad layer 60 and the P-type guide layer 50 is continuously increased from 5 ⁇ 10 17 cm -3 to 2 ⁇ 10 18 cm -3. good. In this case, it is possible to suppress an increase in waveguide loss due to free carrier absorption loss generated by impurity doping in the interface region between the P-type clad layer 60 and the P-type guide layer 50.
  • the N-side first barrier layer 42a has an undoped region in which impurities are not doped in the region near the well layer 41, and is far from the well layer 41. Has a doping region in which impurities are doped.
  • the film thickness of the undoped region of the N-side first barrier layer 42a is 5 nm.
  • impurities are doped in the entire region of the N-side second barrier layer 42b. That is, impurities are intentionally doped in the entire N-side second barrier layer 42b in the thickness direction.
  • the impurity concentration of the N-side second barrier layer 42b is the same as the impurity concentration of the doping region of the N-side first barrier layer 42a.
  • the P-side first barrier layer 43a has an undoped region in which impurities are not doped in the region near the well layer 41, and impurities are doped in the region far from the well layer 41. It has a doping region.
  • the film thickness of the undoped region of the P-side first barrier layer 43a is 5 nm.
  • impurities are doped in the entire region of the P-side second barrier layer 43b. That is, impurities are intentionally doped in the entire P-side second barrier layer 43b in the thickness direction.
  • the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b is the N-side first barrier layer 42a. Greater than the bandgap energy of.
  • the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b is larger than the bandgap energy of the P-side first barrier layer 43a.
  • the bandgap energy of the P-type clad layer 60 is larger than the bandgap energy of the N-type clad layer 20.
  • the semiconductor laser device 1 has an end face window structure in which the window region 120 is formed. Specifically, the semiconductor laser device 1 has an end face window structure in which the bandgap energy of the well layer 41 near the front end surface 1a is larger than the bandgap energy of the well layer 41 in the central portion in the resonator length direction of the semiconductor laser device 1. Has.
  • the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b was constant, but it is not limited to this.
  • the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b may gradually increase as the distance from the well layer 41 increases. As a result, it is possible to suppress the formation of heterostructure spikes and notches in the conduction band and valence band formed at the interface between the N-side first barrier layer 42a and the N-side second barrier layer 42b, and the operating voltage. Can be reduced.
  • the bandgap energy of the second barrier layer 43b on the P side was constant, but it is not limited to this.
  • the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b may gradually increase as the distance from the well layer 41 increases. As a result, it is possible to suppress the formation of heterostructure spikes and notches in the conduction band and valence band formed at the interface between the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b, and the operating voltage. Can be reduced.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 was the same as the bandgap energy of the N-type guide layer 30, but the bandgap energy is not limited to this. That is, the composition of the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 may be asymmetrical.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is larger than the bandgap energy of the N-type guide layer 30, the electrons injected into the well layer 41 are excited by heat and the P-type guide is excited. The generation of the current leaking to the layer 50 can be suppressed.
  • the N-type guide layer 30 has a higher refractive index than the P-type guide layer 50, the vertical light distribution in the substrate normal direction of the waveguide can be made closer to the N-type layer.
  • the vertical light distribution can be precisely controlled by controlling the Al composition difference between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50.
  • the Al composition difference between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 if the P-type guide layer 50 becomes too large, the vertical light distribution becomes too close to the N-type layer, and light is confined in the well layer 41.
  • the difference in Al composition between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 may be such that the Al composition of the P-type guide layer 50 is relatively large and the difference is 0.05 or less.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is smaller than the bandgap energy of the N-type guide layer 30, the refractive index of the N-type guide layer 30 is lower than the refractive index of the P-type guide layer 50. Therefore, the vertical light distribution in the substrate normal direction of the waveguide can be brought closer to the P side. As a result, a high light confinement coefficient to the well layer 41 can be obtained, and a semiconductor laser device capable of high-temperature and high-output operation with good temperature characteristics while reducing the oscillation threshold current can be obtained.
  • the difference in Al composition between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 may be such that the Al composition of the N-type guide layer 30 is relatively large and the difference is 0.04 or less.
  • the maximum value of the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b was the same as, but not limited to, the maximum value of the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b. ..
  • the maximum value of the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b may be larger than the maximum value of the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b.
  • the N-type guide layer 30 has a higher refractive index than the P-type guide layer 50, the vertical light distribution in the substrate normal direction of the waveguide can be made closer to the N-type layer.
  • the vertical light distribution can be precisely controlled by controlling the Al composition of the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50. ..
  • the Al composition difference between the maximum value of the Al composition of the P-side second barrier layer 43b and the maximum value of the Al composition of the N-side second barrier layer 42b is too large, the Al composition of the P-side second barrier layer 43b becomes too large.
  • the vertical light distribution becomes too close to the N-type layer, the light confinement coefficient to the well layer 41 decreases, and the oscillation threshold current value increases. Therefore, the difference in Al composition between the maximum value of the Al composition of the P-side second barrier layer 43b and the maximum value of the Al composition of the N-side second barrier layer 42b is the maximum value of the Al composition of the P-side second barrier layer 43b. Is relatively large, and the difference may be 0.05 or less.
  • the maximum value of the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b may be smaller than the maximum value of the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is smaller than the bandgap energy of the N-type guide layer 30.
  • the refractive index of the N-type guide layer 30 is lower than the refractive index of the P-type guide layer 50. The light distribution in the vertical direction in the normal direction of the substrate of the waveguide can be brought closer to the P side.
  • the difference in Al composition between the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 may be such that the Al composition of the N-type guide layer 30 is relatively large and the difference is 0.04 or less.
  • the difference in Al composition between the maximum value of the Al composition of the N-side second barrier layer 42b and the maximum value of the Al composition of the P-side second barrier layer 43b is relative to the Al composition of the N-side second barrier layer 42b. It may be increased and the difference may be 0.04 or less.
  • the bandgap energies of the P-type guide layer 50 and the P-side second barrier layer 43b are the same, but are not limited to this.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 may be larger than the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b.
  • the electrons injected into the well layer 41 are heated during high-temperature and high-output operation. It is possible to suppress the generation of an electron current that is excited by and leaks to the P-type guide layer 50. As a result, it is possible to obtain a semiconductor laser device excellent in high temperature and high output operation.
  • the bandgap energy of the N-side first barrier layer 42a and the N-side second barrier layer 42b may be the same, but the bandgap energy of the N-type guide layer 30 is the bandgap of the N-side second barrier layer 42b. It may be more than energy.
  • the refractive index of the N-side second barrier layer 42b and the N-side first barrier layer 42a is equal to or higher than the refractive index of the N-type guide layer 30, and the light confinement coefficient to the well layer 41 can be increased.
  • the oscillation threshold value and the leakage current during high-temperature and high-output operation are reduced, and a semiconductor laser device excellent in high-temperature and high-output operation can be obtained.
  • the bandgap energy of the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b may be the same, but the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b.
  • the refractive index of the P-side second barrier layer 43b and the P-side first barrier layer 43a is equal to or higher than the refractive index of the P-type guide layer 50, and the light confinement coefficient to the well layer 41 can be increased.
  • FIG. 5E shows, in the structure of the semiconductor laser apparatus shown in Example 1, an N-side high Al composition layer having an Al composition higher than that of the N-side first barrier layer 42a between the N-side first barrier layer 42a and the well layer 41.
  • the semiconductor of Example 5 provided with both the 44 and the P-side high Al composition layer 45 having an Al composition higher than that of the P-side first barrier layer 43a between the P-side first barrier layer 43a and the well layer 41.
  • the impurity concentration profile and band structure of the semiconductor laminate in the laser device are shown.
  • Example 5 shown in FIG. 5E includes both the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45, only one of them may be provided.
  • the thickness of the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 becomes too thin, the disordering effect of the quantum well structure due to the mutual exchange of atoms with the well layer 41 decreases, and the wells in the window region 120 The effect of increasing the bandgap energy of the layer 41 by the window forming thermal annealing step is reduced.
  • the thickness of the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 becomes too thick, the N-side high Al composition layer 44 has a lower refractive index than the N-side first barrier layer 42a, and Since the P-side high Al composition layer 45 has a lower refractive index than the P-side first barrier layer 43a, the light confinement coefficient to the well layer 41 decreases.
  • the bandgap energy of the N-side high Al composition layer 44 is larger than that of the N-side first barrier layer 42a
  • the bandgap energy of the P-side high Al composition layer 45 is larger than that of the P-side first barrier layer 43a.
  • the N-side high Al composition layer 44 inhibits the injection of electrons into the well layer 41
  • the P-side high Al composition layer 45 inhibits the injection of holes into the well layer 41, so that the operating voltage increases.
  • the thickness of the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 may be 3 nm or more and 10 nm.
  • the Al composition of the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 becomes too small, the well layer 41 and the N-side high Al composition layer 44 and the well layer 41 and the P-side high Al composition layer 45 The disordering effect of the quantum well structure due to the mutual exchange of atoms with and from is reduced, and the effect of increasing the bandgap energy of the well layer 41 of the window region 120 by the window forming thermal annealing step is reduced.
  • the Al composition becomes too large, the N-side high Al composition layer 44 has a lower refractive index than the N-side first barrier layer 42a, and the P-side high Al composition layer 45 has a lower refractive index than the P-side first barrier layer 43a.
  • the refractive index is low, the light confinement coefficient to the well layer 41 is lowered. Further, the bandgap energy of the N-side high Al composition layer 44 is larger than that of the N-side first barrier layer 42a, and the bandgap energy of the P-side high Al composition layer 45 is larger than that of the P-side first barrier layer 43a.
  • the N-side high Al composition layer 44 inhibits the injection of electrons into the well layer 41, and the P-side high Al composition layer 45 inhibits the injection of holes into the well layer 41, so that the operating voltage increases.
  • the Al composition of the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 may be 0.27 or more and 0.35 or less.
  • N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 it becomes easy to increase the bandgap energy of the well layer 41 in the window region 120 even if the well layer 41 becomes thicker. , A semiconductor laser device having an excellent high temperature operation characteristic and a high COD level can be easily obtained.
  • the N-side high Al composition layer 44 is N-type.
  • the series resistance of the semi-conducting laser device can be reduced.
  • the N-side high Al composition layer 44 is doped with N-type impurities, the potential energy of the valence band is lowered, so that the leakage of the hole current injected into the well layer 41 can be suppressed.
  • the P-side high Al composition layer 45 is doped with a P-type impurity, so that the potential energy of the conduction band increases, so that the leakage of the electron current injected into the well layer 41 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the generation of leakage current when the semiconductor laser device is operated at high temperature and high output, and it is possible to obtain a semiconductor laser device having excellent temperature characteristics.
  • the N-side high Al composition layer 44 should be doped with N-type impurities in the range of 1 ⁇ 10 17 cm -3 to 1 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the P-type impurity may be doped into the P-side high Al composition layer 45 in the range of 1 ⁇ 10 17 cm -3 to 5 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 may be an AlGaAs layer or an AlGaInAs layer.
  • AlGaInAs is used for the P-side high Al composition layer 45, it is possible to increase the potential energy of the conduction band while reducing the potential energy of the valence band of the P-side first barrier layer 43a, and the well layer 41 to P-type.
  • the window region 120 can be easily formed while suppressing the generation of electrons leaking to the layer side.
  • the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 are AlGaInAs
  • the Al composition is 0.3 or more and 0.45 or less
  • the In composition is 0.05 or more and 0.15 or less.
  • the difference in the potential energy of the valence band between the P-side first barrier layer 43a and the P-side high Al composition layer 45 can be reduced.
  • the bandgap energy of the N-side high Al composition layer 44 is reduced by containing In in the N-side high Al composition layer 44, the band gap energy between the N-side first barrier layer 42a and the N-side high Al composition layer 44 is reduced. The difference in potential energy of the conduction band can be reduced.
  • the injection of electrons and holes into the well layer 41 becomes easier and the operating voltage is reduced as compared with the case where the AlGaAs layer having the same Al composition is used. Further, since the Al composition difference between the well layer 41 and the N-side high Al composition layer 44 and the P-side high Al composition layer 45 becomes large, during the window forming thermal annealing step for forming the window region 120, The ion implantation process tends to cause disordering of the group III atomic arrangement due to atomic exchange, and the difference in bandgap energy between the window portion and the gain portion tends to be large. Therefore, a semiconductor laser device having a high COD level can be obtained.
  • the N-type guide layer 30 is an AlGaInAs layer containing In having an In composition of 0.02 or less
  • the refractive index of the N-type guide layer 30 is slightly increased while suppressing the occurrence of lattice defects in the N-type guide layer 30. This makes it possible to easily collect light in the N-type guide layer 30 in the vertical light distribution, so that the controllability of the light distribution shape closer to the N-type layer can be improved.
  • the N-type guide layer 30 may be formed of a superlattice of InGaAs and AlGaAs.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation and effect of the semiconductor laser device 1 according to the embodiment.
  • FIG. 6 shows a band structure before and after annealing in a region (window portion) intended to form a window region and a region (gain portion) not intended to form a window region in a semiconductor laser device having an end face window structure. ing.
  • the “present embodiment” is the semiconductor laser device 1 according to the above-described present embodiment.
  • the "comparative example” is a semiconductor laser device of the comparative example.
  • the semiconductor laser device of the comparative example has an active layer in which a well layer made of InGaAs is formed between an N-side barrier layer made of AlGaAs and a P-side barrier layer made of AlGaAs, aiming at high output.
  • the Al composition of the barrier layer is increased to improve the thermal saturation level.
  • a window region is formed near the end face to improve the COD level.
  • the window region can be formed by disordering the atomic arrangement of the barrier layer and the well layer at the end face portion by diffusion of pores or the like.
  • the bandgap energy (Eg W1 ) after annealing can be made larger than the bandgap energy (Eg W0) before annealing in the window portion intended to form the window region. ..
  • the window region can be formed even if the well layer is thick.
  • the bandgap energy (Eg G1 ) after annealing becomes larger than the bandgap energy (Eg G0) before annealing even in the gain portion. That is, the bandgap energy increases not only in the window portion but also in the gain portion.
  • the leakage current in the gain portion increases and the temperature characteristics deteriorate, and the pores introduced during crystal growth or the pores on the growth layer surface due to the dangling bond on the growth layer surface tend to diffuse.
  • the controllability of the oscillation wavelength decreases and the long-term reliability decreases.
  • the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b are formed on one side of the well layer 41, and at least 2
  • the structure is such that the Al composition is changed in stages.
  • the Al composition ratio of the P-side second barrier layer 43b is relatively higher than the Al composition ratio of the P-side first barrier layer 43a. That is, the Al composition of the P-side first barrier layer 43a on the side closer to the well layer 41 is lowered, and the Al composition of the P-side second barrier layer 43b on the side farther from the well layer 41 is increased.
  • the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b is made higher than the bandgap energy of the P-side first barrier layer 43a.
  • the window portion intended to form the window region is after annealing.
  • the bandgap energy (Eg W1 ) of the above is made larger than the bandgap energy (Eg W0 ) before annealing, and the bandgap energy (Eg G1 ) after annealing is annealed in the gain portion where the formation of the window region is not intended. It can be comparable to the previous bandgap energy (Eg G0).
  • the change in the bandgap energy can be suppressed before and after annealing to suppress the increase in the bandgap energy, while in the window portion, the bandgap energy can be increased. Therefore, in the window portion, the transparency of the semiconductor laminate including the active layer 40 can be promoted, and in the gain portion, the transparency of the semiconductor laminate including the active layer 40 can be suppressed.
  • the semiconductor laser apparatus 1 since the P-side first barrier layer 43a having a low Al composition and a high refractive index is used, the light confinement coefficient to the well layer 41 increases. As a result, the operating carrier density is reduced.
  • the annealing temperature at the time of forming the window region is increased in order to increase the bandgap energy of the window portion and form the window region when the well layer is thickened, Al of the P-side first barrier layer 43a Since the composition is low, the bandgap energy of the well layer 41 in the gain portion is not easily affected by the change due to impurity diffusion, and the wavelength change of the well layer 41 in the gain portion due to the increase in the bandgap energy can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in long-term reliability. In addition, it is possible to suppress that the effect of improving the CCOD level is hindered, and it is also possible to suppress a decrease in slope efficiency and a decrease in temperature characteristics.
  • the semiconductor laser device 1 even if the well layer 41 is thickened in the semiconductor laser device having an end face window structure, deterioration of temperature characteristics and deterioration of long-term reliability are suppressed. , It is possible to suppress the inhibition of the effect of improving the COD level.
  • the bandgap energy of the P-type clad layer 60 is larger than the bandgap energy of the N-type clad layer 20.
  • the refractive index of the P-type clad layer 60 becomes smaller than the refractive index of the N-type clad layer 20, so that the light distribution in the vertical direction of the substrate is closer to the N-type clad layer, and the waveguide loss in the optical waveguide is reduced. be able to. Therefore, it is possible to realize the semiconductor laser device 1 that emits light with high efficiency.
  • the P-type clad layer 60 is susceptible to mounting distortion when the semiconductor laser device 1 is mounted at the junction down (that is, when the P-side electrode 91 side far from the substrate 10 is mounted on the submount). Moreover, since the Al composition is high, the lattice irregular distortion with the substrate 10 is large and the influence of the mounting strain is large. Therefore, when birefringence occurs and the light distribution propagating through the optical waveguide seeps out toward the P-type clad layer 60 more than on the N-type clad layer 20 side, the polarization ratio decreases.
  • the bandgap energy of the P-type clad layer 60 larger than the bandgap energy of the N-type clad layer 20
  • the light distribution in the vertical direction of the substrate becomes closer to the N-type clad layer, and the P-type clad layer 60 becomes The proportion of existing light distribution can be reduced. As a result, it is possible to suppress a decrease in the polarization ratio.
  • the thickness of the well layer 41 is 6 nm or more.
  • the thickness of the well layer 41 As described above, by setting the thickness of the well layer 41 to 6 nm or more, the light confinement coefficient to the well layer 41 can be greatly increased, so that the operating carrier density can be reduced and the heat saturation level can be improved. can. Therefore, the temperature characteristics can be improved.
  • the light confinement coefficient to the well layer 41 decreases, the oscillation threshold value increases, and the operating current value increases, resulting in leakage current.
  • the light confinement coefficient to the well layer 41 is reduced even when the light distribution is closer to the N-type clad layer 20. The influence of can be reduced.
  • the well layer 41 is represented by the composition formula of Al X Ga 1-XY In y As (0 ⁇ X ⁇ 1, 0 ⁇ Y ⁇ 1). It is composed of semiconductor materials.
  • the compressive strain of the well layer 41 is increased, and the energy between the levels of the heavy hole (HH1) at the first level and the light heavy hole (LH1) at the first level can be increased.
  • the number of light heavy holes (LH number) that contributes to the TM mode is reduced.
  • the number of levels (LH levels) of the light holes formed by the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a can be set to one level. Therefore, the polarization ratio can be increased.
  • InAs has the largest lattice constant and the smallest bandgap energy.
  • a semiconductor material having a quaternary composition consisting of AlGaInAs is used for the well layer and the barrier layer of the active layer to obtain a desired bandgap energy
  • a desired bandgap can be obtained with InGaAs or AlGaAs.
  • the strain of compressibility becomes large because the content of In increases.
  • the well layer 41 with AlGaInAs as in the semiconductor laser apparatus 1 according to the present embodiment, it is possible to suppress the generation of COD in which the vicinity of the front end surface 1a is melt-broken by absorption of laser light. ..
  • the window region 120 by forming the window region 120 by vacancy diffusion, the occurrence of free carrier loss due to the presence of impurities is suppressed as compared with the case where the window region 120 is formed by impurity diffusion. be able to. As a result, it is possible to suppress a decrease in slope efficiency.
  • the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • the average refractive index of the P-side second barrier layer 43b can be increased.
  • the light confinement coefficient in the well layer 41 can be greatly increased, so that the operating carrier density can be reduced and the heat saturation level can be improved. Therefore, the temperature characteristics can be improved.
  • the series resistance of the semiconductor laser device 1 can be reduced by gradually increasing the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b as the distance from the well layer 41 increases. Therefore, the low voltage drive semiconductor laser device 1 can be realized.
  • the P-side first barrier layer 43a includes an undoped region in which impurities are not doped, and the film thickness of the undoped region is preferably 5 nm or more. ..
  • This undoped region is preferably 40 nm or less because the series resistance of the semiconductor laser device increases if it becomes too thick.
  • impurities are doped in the entire region of the P-side second barrier layer 43b, and the P-side first barrier layer 43a is located in the region near the well layer 41. It has an undoped region where impurities are not doped, and has a doped region where impurities are doped in a region far from the well layer 41.
  • the doping of impurities starts in the middle of the P-side first barrier layer 43a, so that the series resistance of the semiconductor laser device 1 can be reduced. Further, since the electron potential barriers of the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b are increased, leaked electrons can be suppressed.
  • the concentration of impurities doped in the P-side second barrier layer 43b gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • this configuration increases the electronic potential barrier of the second barrier layer 43b on the P side, it is possible to simultaneously suppress current leakage and reduce the series resistance of the semiconductor laser device while suppressing the increase in waveguide loss. be able to.
  • the semiconductor laser device 1 further includes a P-type guide layer 50 between the P-side second barrier layer 43b and the P-type clad layer 60.
  • the P-type guide layer 50 By providing the P-type guide layer 50 in this way, the light confinement coefficient in the well layer 41 can be further increased. As a result, the operating carrier density can be further reduced, and the heat saturation level can be further improved. Therefore, the temperature characteristics can be further improved.
  • the Al composition at least in the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60 gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • the bandgap energy in the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60 can be increased in inclination.
  • the resistance can be reduced.
  • FIG. 7A shows the dependence of the light confinement rate on the Al composition gradient region length in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 7B shows the dependence of the waveguide loss on the Al composition gradient region length in the semiconductor laser device 1.
  • the Al composition gradient region length is the length of the region where the Al composition is inclined and increased at the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60.
  • the light confinement rate can be improved by lengthening the Al composition gradient region length, so that the operating threshold current can be reduced and the maximum light output can be improved.
  • the Al composition gradient region length is 200 nm or less.
  • the length of the Al composition gradient region is preferably 20 nm or more from the viewpoint of suppressing the occurrence of spikes in the valence band at the interface between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60.
  • the concentration of impurities doped in the P-type guide layer 50 gradually increases as the distance from the well layer 41 increases. That is, the concentration of impurities doped in the P-type guide layer 50 is increasing in inclination.
  • FIG. 8A shows the dependence of the light confinement rate on the concentration of P-type impurities in the semiconductor laser device 1 according to the embodiment.
  • FIG. 8B shows the dependence of the waveguide loss on the P-type impurity concentration in the semiconductor laser device 1.
  • 8A and 8B show simulations of four samples when the Al composition and thickness of the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b are changed in the semiconductor laser apparatus 1 according to the present embodiment. The result is shown.
  • the sample 1 has a P-side first barrier layer 43a having an Al composition of 0.12 and a thickness of 30 nm, and the Al composition increasing in inclination from 0.12 to 0.24 and having a thickness of 15 nm.
  • the P-side second barrier layer 43b in the sample 2 the P-side first barrier layer 43a having an Al composition of 0.12 and a thickness of 15 nm and the Al composition are changed from 0.12 to 0.24.
  • the sample 3 had an Al composition of 0.18 and a P-side first barrier layer 43a having a thickness of 30 nm and an Al composition.
  • the P-type impurity concentration is almost independent of the light confinement rate, but the lower the Al composition of the P-side first barrier layer 43a, the thicker the P-side first barrier layer 43a. It can be seen that the effect of increasing the light confinement rate at that time is great.
  • FIG. 8B if the P-type impurity concentration is too high, the waveguide loss increases, so it is better not to make the P-type impurity concentration too high.
  • the active layer 40 is further arranged below the N-side first barrier layer 42a and the N-side first barrier layer 42a arranged below the well layer 41. It has an N-side second barrier layer 42b to be formed.
  • the Al composition ratio of the N-side second barrier layer 42b is higher than the Al composition ratio of the N-side first barrier layer 42a, and the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b is the N-side first barrier layer 42b. It is larger than the bandgap energy of the barrier layer 42a.
  • the annealing temperature is raised when the well layer is thickened to form the window region, not only in the P-side region of the well layer 41 but also in the N-side region, the gain portion due to the increase in bandgap energy
  • the bandgap energy can be increased in the window portion to increase the wavelength change while suppressing the wavelength change of the well layer 41.
  • the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • the average refractive index of the N-side second barrier layer 42b can be increased.
  • the light confinement coefficient to the well layer 41 can be further increased, so that the operating carrier density can be further reduced and the heat saturation level can be further improved. Therefore, the temperature characteristics can be further improved.
  • the series resistance of the semiconductor laser device 1 can be reduced by gradually increasing the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b as the distance from the well layer 41 increases.
  • impurities are doped in the entire region of the N-side second barrier layer 42b, and the N-side first barrier layer 42a is located in the region near the well layer 41. It has an undoped region where impurities are not doped, and has a doped region where impurities are doped in a region far from the well layer 41.
  • the bandgap energy of the P-side second barrier layer 43b is larger than the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b.
  • the semiconductor laser device 1 further includes an N-type guide layer 30 between the N-side second barrier layer 42b and the N-type clad layer 20.
  • the N-type guide layer 30 By providing the N-type guide layer 30 in this way, the light confinement coefficient in the well layer 41 can be further increased. As a result, the operating carrier density can be further reduced and the heat saturation level can be further improved. Therefore, the temperature characteristics can be further improved.
  • the Al composition at least in the interface region between the N-type guide layer 30 and the N-type clad layer 20 gradually increases as the distance from the well layer 41 increases.
  • the bandgap energy in the interface region between the N-type guide layer 30 and the N-type clad layer 20 can be increased in inclination.
  • the concentration of impurities doped in the N-type clad layer 20, the N-type guide layer 30, the N-side second barrier layer 42b, and the N-side first barrier layer 42a is , It is preferable that the amount gradually increases as the distance from the well layer 41 increases, or gradually increases.
  • the active layer 40 is arranged below the N-side first barrier layer 42a arranged below the well layer 41 and below the N-side first barrier layer 42a. It has an N-side second barrier layer 42b, and the Al composition ratio of the N-side second barrier layer 42b is higher than the Al composition ratio of the N-side first barrier layer 42a, and the band gap of the N-side second barrier layer 42b.
  • the energy is larger than the bandgap energy of the N-side first barrier layer 42a, the N-type guide layer 30 is provided between the N-side second barrier layer 42b and the N-type clad layer 20, and the band of the P-type guide layer 50 is provided.
  • the gap energy may be different from the bandgap energy of the N-type guide layer 30.
  • the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is smaller than the bandgap energy of the N-type guide layer 30
  • the refractive index of the N-type guide layer 30 is lower than the refractive index of the P-type guide layer 50, and the N-type guide is By weakening the light confinement to the layer 30, a high light confinement coefficient to the well layer 41 can be obtained.
  • the N-side first barrier layer 42a and N are located between the well layer 41 and the N-type clad layer 20 from the well layer 41 toward the N-type clad layer 20.
  • the second barrier layer 42b on the N side is provided, the Al composition ratio of the second barrier layer 42b on the N side is higher than the Al composition ratio of the first barrier layer 42a on the N side, and the bandgap energy of the second barrier layer 42b on the N side is It is larger than the bandgap energy of the N-side first barrier layer 42a, and the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b gradually increases as the distance from the well layer 41 increases, and the bandgap of the P-side second barrier layer 43b
  • the maximum value of energy is preferably larger than the maximum value of the bandgap energy of the N-side second barrier layer 42b.
  • FIGS. 9 and 10 show the film thicknesses of the N-side first barrier layer 42a, the N-side second barrier layer 42b, the P-side first barrier layer 43a, and the P-side second barrier layer 43b in the active layer 40. It will be described using.
  • FIG. 9 shows the relationship of the waveguide loss with respect to the light confinement rate with respect to the film thickness of the N-side first barrier layer 42a and the P-side first barrier layer 43a.
  • FIG. 10 shows the relationship of the waveguide loss with respect to the light confinement rate with respect to the film thickness of the N-side second barrier layer 42b and the P-side second barrier layer 43b.
  • FIGS. 9 and 10 show simulation results when the film thickness is changed at 5 nm intervals in the range of 15 nm to 40 nm. Further, in FIGS. 9 and 10, each point is plotted with reference to the case where the film thickness is 15 nm.
  • the film thickness of the N-side first barrier layer 42a As shown in FIG. 9, by making the film thickness of the N-side first barrier layer 42a larger than the film thickness of the P-side first barrier layer 43a, the waveguide loss can be reduced and the light confinement efficiency can be increased. You can see that you can. That is, of the N-side first barrier layer 42a, the N-side second barrier layer 42b, the P-side first barrier layer 43a, and the P-side second barrier layer 43b, the N-side first barrier layer 42a on the side closer to the well layer 41. With respect to the P-side first barrier layer 43a, the film thickness of the N-side first barrier layer 42a should be thicker than the film thickness of the P-side first barrier layer 43a.
  • the film thickness of the P-side second barrier layer 43b should be thicker than the film thickness of the N-side second barrier layer 42b. .. Specifically, by making the film thickness of the P-side second barrier layer 43b larger than the film thickness of the N-side second barrier layer 42b, the waveguide loss can be reduced and the light confinement efficiency can be increased. You can see that you can.
  • the impurity concentration to be doped in the P-type semiconductor layer is larger than the impurity concentration to be doped in the N-type semiconductor layer. Therefore, it is necessary to increase the carrier density of holes. Therefore, the free carrier loss that occurs in the light distribution propagating through the optical waveguide has a greater effect on the P-type semiconductor layer than on the N-type semiconductor layer, and the doping profile of P-type impurities is precisely controlled. There is a need to.
  • the present inventors examined the concentration of impurities to be doped in the P-type semiconductor layer in the semiconductor laser device 1 in the present embodiment.
  • the examination results will be described with reference to FIGS. 11A to 16B.
  • the examination was carried out based on the four samples of sample 1, sample 2, sample 3 and sample 4 described in FIGS. 8A and 8B.
  • FIG. 11A shows that in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment, among the P-type guide layer 50, the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b, the P-type guide layer 50 contains P-type impurities.
  • FIG. 11B shows the dependence of the electron current density at that time on the concentration of P-type impurities in the P-type guide layer 50.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a had Al compositions of 0.12 and 0.18 and thicknesses of 15 nm and 30 nm. Further, with respect to the P-side second barrier layer 43b and the N-side second barrier layer 42b, the Al composition was inclined from 0.12 to 0.24 and from 0.18 to 0.24. In some cases, the thickness was 15 nm. The entire region of the P-side first barrier layer 43a and the P-side second barrier layer 43b was undoped.
  • the N-side first barrier layer 42a the 5 nm region on the well layer 41 side was used as the undoped region, and the region at a distance of 5 nm or more from the well layer 41 was doped with impurities of 1 ⁇ 10 17 cm -3. ..
  • the entire region of the N-side second barrier layer 42b was doped with an impurity of 1.4 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the N-type guide layer 30 was doped with an impurity of 1.4 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the concentration of P-type impurities doped in the P-type guide layer 50 is such that the average value of the concentration of P-type impurities in the entire P-type guide layer 50 is between 2 ⁇ 10 17 cm -3 and 4 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the P-side first barrier layer 43a Since the P-side first barrier layer 43a has a higher refractive index than the P-side second barrier layer 43b, the thicker the film thickness of the P-side first barrier layer 43a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. Increase. In particular, in an optical waveguide in which the light distribution is closer to the N-type semiconductor layer, the light confinement coefficient to the well layer 41 tends to be small. Therefore, in order to suppress the decrease in the light confinement coefficient, the P-side first barrier layer 43a It is effective to increase the film thickness of. However, the electron current that exceeds the well layer 41 and flows through the P-type guide layer 50 increases as the film thickness of the P-side first barrier layer 43a increases. Therefore, the film thickness of the P-side first barrier layer 43a is preferably 10 nm or more and 30 nm or less.
  • FIG. 12A shows when a certain P-type impurity is doped into any of the P-type guide layer 50, the P-side first barrier layer 43a, and the P-side second barrier layer 43b in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment. It shows the dependence of the P-type impurity concentration of the potential barrier ( ⁇ Eg).
  • FIG. 12B shows the dependence of the electron current density at that time on the P-type impurity concentration.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a had Al compositions of 0.12 and 0.18 and thicknesses of 15 nm and 30 nm.
  • the 5 nm region on the well layer 41 side was set as the undoped region.
  • the N-side first barrier layer 42a the 5 nm region on the well layer 41 side is an undoping region, and the region at a distance of 5 nm or more from the well layer 41 is a 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurity. Was doped.
  • the Al composition was inclined from 0.12 to 0.24 and from 0.18 to 0.24. In some cases, the thickness was 15 nm.
  • the N-side second barrier layer 42b was doped with 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurities in the entire region.
  • the N-type guide layer 30 was doped with impurities of 1 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the P-type impurity concentration of the P-side first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 is 1 ⁇ 10 17 cm -3 to 5 ⁇ 17 cm.
  • the potential barrier ( ⁇ Eg) increases from 0.216 eV to 0.254 eV, and the electron current flowing through the P-type guide layer 50 decreases. It can be seen that it has the effect of suppressing the ineffective current.
  • the average value of the P-type impurity concentration in the entire P-type guide layer 50 is 2 ⁇ 10 17 cm -3 to 4 ⁇ 10 17 cm ⁇ .
  • the P-side first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 are doped.
  • the electron current flowing beyond the well layer 41 to the P-type semiconductor layer side can be reduced to reduce the leakage current, and the potential barrier can be reduced. The effect of increasing is also large.
  • the P-side first barrier layer 43a Since the P-side first barrier layer 43a has a higher refractive index than the P-side second barrier layer 43b, the thicker the film thickness of the P-side first barrier layer 43a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. Increase. In particular, in an optical waveguide in which the light distribution is closer to the N-type semiconductor layer, the light confinement coefficient to the well layer 41 tends to be small. Therefore, in order to suppress the decrease in the light confinement coefficient, the P-side first barrier layer 43a It is effective to increase the film thickness of. However, the electron current flowing beyond the well layer 41 and flowing through the P-type guide layer 50 increases as the thickness of the P-side first barrier layer 43a increases, but the increase in leakage electron current increases on the P-side first barrier layer 43a.
  • the P-side second barrier layer 43b and the P-type guide layer 50 are about 10% smaller than the case where the P-type impurity concentration is not doped. Therefore, the film thickness of the P-side first barrier layer 43a is about 10% as compared with the case where the P-side first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 are not doped with the P-type impurity concentration. It can be made thicker, preferably 15 nm or more and 40 nm or less.
  • FIGS. 12A and 12B the P-type impurity concentration to be doped in the P-side first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 was not inclined, but the P-side.
  • the concentration of P-type impurities to be doped in the first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 is inclined, the results shown in FIGS. 13A and 13B are obtained.
  • FIG. 13A shows the dependence of the P-type impurity concentration of the potential barrier ( ⁇ Eg) when impurities are doped with the impurity doping profile of the semiconductor laser device 1 of Example 1 shown in FIG. 5A.
  • FIG. 13B shows the dependence of the electron current density at that time on the P-type impurity concentration.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a had Al compositions of 0.12 and 0.18 and thicknesses of 15 nm and 30 nm.
  • the 5 nm region on the well layer 41 side was set as the undoped region.
  • the N-side first barrier layer 42a the 5 nm region on the well layer 41 side is an undoping region, and the region at a distance of 5 nm or more from the well layer 41 is a 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurity. Was doped.
  • the Al composition was inclined from 0.12 to 0.24 and from 0.18 to 0.24. In some cases, the thickness was 15 nm.
  • the N-side second barrier layer 42b was doped with 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurities in the entire region.
  • the N-type guide layer 30 was doped with impurities of 1 ⁇ 10 17 cm -3.
  • the impurity concentration at the doping start position P1 of the P-type impurity in the P-side first barrier layer 43a is set to 1 ⁇ 10 17 cm -3, and the position P2 of the P-type guide layer 50 on the side away from the well layer 41.
  • the P-type impurity is doped so as to increase the concentration of the P-type impurity in 1 ⁇ 10 17 cm -3 to 1 ⁇ 10 18 cm -3
  • the first P-type impurity is shown in FIGS. 13A and 13B.
  • the potential barrier ( ⁇ Eg) increases from 0.216 eV to 0.254 eV
  • the P-side second barrier layer 43b and the N-side second barrier When the thickness of the layer 42b is 30 nm, the potential barrier ( ⁇ Eg) increases from 0.215 eV to 0.234 eV.
  • the P-type impure concentration at the position P2 is increased, the electron current flowing through the P-type guide layer 50 is reduced, and the reactive current can be suppressed.
  • the P-type impurity concentration at the position P2 is increased, the potential barrier is increased and the series resistance of the semiconductor laser device is also decreased.
  • the P-type impurity concentration is inclined in the P-type guide layer 50, the increase in waveguide loss is suppressed even if the P-type impurity concentration at the position P2 is increased.
  • the concentration of P-type impurities doped in the P-type guide layer 50 is such that the average value of the concentration of P-type impurities in the entire P-type guide layer 50 is between 2 ⁇ 10 17 cm -3 and 4 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the leakage current can be reduced by doping the P-side first barrier layer 43a, the P-side second barrier layer 43b, and the P-type guide layer 50 with P-type impurities so that the impurity concentration is inclined.
  • the P-side first barrier layer 43a Since the P-side first barrier layer 43a has a higher refractive index than the P-side second barrier layer 43b, the thicker the film thickness of the P-side first barrier layer 43a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. Increase. In particular, in an optical waveguide in which the light distribution is closer to the N-type semiconductor layer, the light confinement coefficient to the well layer 41 tends to be small. Therefore, in order to suppress the decrease in the light confinement coefficient, the P-side first barrier layer 43a It is effective to increase the film thickness of. However, if the film thickness of the first barrier layer 43a on the P side is made too thick, light confinement in the well layer 41 becomes large and COD is likely to occur.
  • the film thickness of the P-side first barrier layer 43a is preferably 15 nm or more and 50 nm or less.
  • FIGS. 14A and 14B the Al composition of the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 was symmetrical, but the Al composition of the N-type guide layer 30 and the P-type guide layer 50 was asymmetrical. Then, the results shown in FIGS. 14A and 14B are obtained. Specifically, in FIGS. 14A and 14B, the Al composition of the P-type guide layer 50 is adjusted so that the bandgap energy of the P-type guide layer 50 is larger than the bandgap energy of the N-type guide layer 30. It is made larger than the Al composition of 30.
  • FIG. 14A shows the dependence of the Al composition of the potential barrier on the P-type guide layer 50 of the semiconductor laser device 1 of Example 3 shown in FIG. 5C.
  • FIG. 14B shows the dependence of the electron current density on the Al composition of the P-type guide layer 50 of the semiconductor laser device 1.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a had Al compositions of 0.12 and 0.18 and thicknesses of 15 nm and 30 nm.
  • the 5 nm region on the well layer 41 side was set as the undoped region.
  • the N-side first barrier layer 42a the 5 nm region on the well layer 41 side is an undoping region, and the region at a distance of 5 nm or more from the well layer 41 is a 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurity. Was doped.
  • the Al composition was inclined from 0.12 to 0.24 and the composition was inclined from 0.18 to 0.24, and the thickness was 15 nm. bottom.
  • the Al composition was inclined from 0.12 to XPg and the composition was inclined from 0.18 to XPg, and the thickness was set to 15 nm.
  • the N-side second barrier layer 42b was doped with 1 ⁇ 10 17 cm -3 N-type impurities in the entire region.
  • the Al composition of the N-type guide layer 30 was 0.24, and the Al composition of the P-type guide layer 50 was Xpg.
  • the impurity concentration at the doping start position P1 of the P-type impurity in the P-side first barrier layer 43a is set to 1 ⁇ 10 17 cm -3, and the position P2 of the P-type guide layer 50 on the side away from the well layer 41.
  • P-type impurities are doped so as to increase the concentration of P-type impurities in 5 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the P-type impure concentration at the position P2 is increased, the electron current flowing through the P-type guide layer 50 is reduced, and the reactive current can be suppressed.
  • the P-type impurity concentration at the position P2 is increased, the potential barrier is increased and the series resistance of the semiconductor laser device is also decreased.
  • the P-type impurity concentration is inclined in the P-type guide layer 50, the increase in waveguide loss is suppressed even if the P-type impurity concentration at the position P2 is increased.
  • the Al composition of the P-type guide layer 50 increases, the electron current flowing through the P-type guide layer 50 beyond the well layer 41 sharply decreases.
  • the average value of the P-type impurity concentration in the P-type guide layer 50 is about 3 ⁇ 10 17 cm -3 , and the impurities are doped so that the P-type impurity concentration on the side closer to the well layer 41 becomes smaller. In a state where the waveguide loss is small, the series resistance can be reduced and the increase of the potential barrier can be suppressed.
  • the above effect can be obtained by making the Al composition of the P-type guide layer 50 relatively higher than the Al composition of the N-type guide layer 30. Specifically, if the Al composition of the P-type guide layer 50 is 0.02 larger than the Al composition of the N-type guide layer 30, the potential barrier becomes 0.03 eV larger and the electron current leaking to the P-type guide layer 50 also increases. It can be reduced to about 50% or less. Further, if the Al composition of the P-type guide layer 50 is set to 0.27, which is 0.03 larger than the Al composition of the N-type guide layer, the potential barrier can be increased to a size of 0.27 eV or more, and the P-type guide layer can be increased to 0.27 eV or more. If the Al composition of the guide layer 50 is set to 0.29, which is 0.05 larger than the Al composition of the N-type guide layer, the potential barrier can be increased to a size of 0.3 eV or more.
  • the well layer thickness is 8 nm or more
  • the Al composition of the P-type clad layer 60 is made larger than the Al composition of the N-type clad layer 20
  • the Al composition of the P-type guide layer 50 is higher than the Al composition of the N-type guide layer 30.
  • FIG. 15A shows the dependence of the hole current density of the N-type impurity concentration at a position 100 nm from the interface on the N side of the well layer 41 in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 15B shows the dependence of the hole current density on the N-type impurity concentration at the position of the N-type clad layer substrate side interface in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 16A shows an example of the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer in the semiconductor laser device 1 according to the present embodiment
  • FIG. 16B shows the N-type impurity concentration distribution in the N-type semiconductor layer. Another example is shown.
  • the impurity concentration at the doping start position P1 of the P-type impurity in the P-side first barrier layer 43a is set to 1 ⁇ 10 17 cm -3, and the position P2 of the P-type guide layer 50 on the side away from the well layer 41.
  • P-type impurities are doped so as to increase the concentration of P-type impurities in 1 ⁇ 10 17 cm -3 to 1 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the P-type clad layer 60 is doped with 2 ⁇ 10 18 cm -3 P-type impurities.
  • the P-type impure concentration at the position P2 When the P-type impure concentration at the position P2 is increased, the electron current flowing through the P-type guide layer 50 is reduced, and the reactive current can be suppressed.
  • the P-type impurity concentration at the position P2 when the P-type impurity concentration at the position P2 is increased, the potential barrier is increased and the series resistance of the semiconductor laser device is also decreased. Further, since the P-type impurity concentration is inclined in the P-type guide layer 50, the increase in waveguide loss is suppressed even if the P-type impurity concentration at the position P2 is increased.
  • the concentration of P-type impurities doped in the P-type guide layer 50 is such that the average value of the concentration of P-type impurities in the entire P-type guide layer 50 is between 2 ⁇ 10 17 cm -3 and 4 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • N-type impurities in the N-type semiconductor layer are doped so that the light distribution in the vertical direction is closer to the N-type semiconductor layer, the N-type impurities are doped so that the concentration of the N-type impurities increases in the direction away from the well layer 41. It is carried out.
  • N-type impurities are contained in the region from the well layer 41 of the N-type guide layer 30 and the N-side first barrier layer 42a to the N-type guide layer 30 toward the substrate 10 side from a distance of 5 nm or more.
  • the film thickness of the region near the well layer 41 is equal to or less than the film thickness of the region far from the well layer. This is because the light distribution intensity in the vertical direction is attenuated in the region of the N-type cladding layer 20 having the highest impurity concentration on the side farthest from the well layer 41, and even if the impurity concentration is increased, the influence of free carrier loss is exerted. Because it is small, it does not lead to an increase in waveguide loss, and the effect of reducing the series resistance of the semiconductor laser device can be obtained.
  • the vertical light distribution intensity in the N-type clad layer 20 and the rate of change in the attenuation of the intensity are larger as they are closer to the well layer 41. From this, in order to avoid an increase in waveguide loss due to an increase in impurity concentration, in each region where the concentration is constant when the impurity concentration is increased in multiple stages in a region where the vertical light distribution is not sufficiently attenuated. As for the film thickness, it is better to make the region closer to the well layer 41 thinner.
  • each concentration is set to 1 time, 1.2 times, 1.5 times, 2 times, and 3 times, and in FIG. 15A, the position 100 nm from the interface on the N side of the well layer 41.
  • FIG. 15B shows the calculation result of the hole current density at the position of the interface on the N-type clad layer substrate side.
  • the series resistance of the semiconductor laser device is reduced, so that the operating current of the semiconductor laser device can be reduced.
  • the N-type impurity concentration of the N-type guide layer 30 is set to the other N-type semiconductor layer. It is possible to reduce the waveguide loss by making it the lowest as compared with the N-type impurity of. Therefore, by setting the doping profile of the N-type impurity concentration to the pattern shown in FIG. 16A, it is possible to simultaneously reduce the series resistance of the semiconductor laser device and the waveguide loss.
  • the concentration of N-type impurities on the substrate 10 side continuously increases. You may do so.
  • the N-type impurity concentration at the position where the light distribution intensity is highest is lowered, and the N-type impurity concentration is continuously continued from that position toward the substrate 10.
  • the waveguide loss can be further reduced by increasing the number in a target or stepwise manner.
  • the alternate long and short dash line in FIG. 16B the N-type impurity concentration may be changed non-linearly.
  • the impurity concentration to be doped in the N-side first barrier layer 42a is increased to make the impurity concentration in the N-side second barrier layer 42b lower than the doping concentration in the N-side first barrier layer 42a.
  • the N-type impurity concentration may be gradually increased from the well layer 41 toward the substrate 10.
  • the concentration of impurities to be doped in the N-side first barrier layer may be from 5 ⁇ 10 17 cm -3 to 1 ⁇ 10 18 cm -3.
  • the potential potential of the valence band of the N-side first barrier layer 42a is lowered, and it becomes possible to suppress the leakage of the hole current in which the holes injected into the well layer 41 leak to the N-type layer side.
  • the high temperature and high output operation of the semiconductor laser device can be further enhanced.
  • the N-type impurity concentration of the N-side second barrier layer 42b may be increased with respect to the N-type impurity concentration of the N-type guide layer 30 in the same manner as the impurity concentration of the N-side first barrier layer 42a, but the waveguide loss.
  • the doping concentration of the N-side first barrier layer 42a is increased, when the window region is formed by vacancy diffusion or ion implantation, N-type impurities are present even if the temperature of the thermal annealing step of window formation is lowered. As a result, atomic exchange with the well layer 41 is likely to occur, and the band gap energy of the well layer 41 of the window portion is likely to be increased.
  • the doping of the N-type impurity to the N-type guide layer 30 may be gradually increased from the vicinity of the interface with the N-type clad layer 20 toward the substrate 10 side as shown in FIG. 16D.
  • the portion having the highest light intensity in the vertical light distribution in the normal direction of the substrate is in the region on the well layer 41 side of the N-type guide layer 30.
  • the region on the well layer 41 side of the N-type guide layer 30 has the lowest concentration region of the N-type impurity concentration, an increase in waveguide loss can be suppressed.
  • the waveguide loss increases. It is possible to obtain all the effects of suppressing, suppressing the generation of hole leakage current, and suppressing the increase in series resistance of the semiconductor laser device. Further, even if the concentration of N-type impurities on the substrate 10 side of the N-type clad layer 20 is increased, the N-type clad layer 20 in a region of 1 ⁇ m or more from the interface between the N-type guide layer 30 and the N-type clad layer 20 toward the substrate 10 side.
  • the concentration of N-type impurities in the N-type clad layer 20 in the region of 1 ⁇ m or more from the interface between the N-type guide layer 30 and the N-type clad layer 20 toward the substrate 10 is set. It should be high enough not to reduce the mobility, for example, 1 ⁇ 10 18 cm -3 or more and 3 ⁇ 10 18 cm -3 or less.
  • the N-type impurities in the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, and the N-type clad layer 20 are increased.
  • the concentration may be changed continuously as shown in FIG. 16B.
  • the region where the N-type impurity concentration is increased in the vicinity of the well layer 41 includes not only the N-side first barrier layer 42a but also a part of the N-side second barrier layer 42b, but the thickness of the region is 10 nm or less. If this is the case, it is possible to reduce the series resistance of the semiconductor laser device and further suppress the leakage of the hole current while suppressing the increase in the waveguide loss to a small value.
  • FIGS. 17 to 19 are diagrams showing the dependence of the Al composition of the well layer of the heavy hole and light hole quantum level energies.
  • the Al composition is 0.06
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side second barrier layer 42b are Al 0.06 Ga 0.94 As, and the thickness is 15 nm
  • the P-side second barrier layer is Al 0.24 Ga 0.76 As and the thickness is 15 nm
  • the well layer 41 is Al X Ga 1-XY In Y As
  • the well layer 41 Depends on the Al composition of the relative potential energies of the heavy holes (HH) and light holes (LH) formed in the well layer 41 when the thickness is 6 nm, 8.5 nm, 12 nm, and 15 nm. The calculation result of sex is shown.
  • the electron level, the HH level, and the LH level are represented as En, HHn, and LHn. Further, n is a natural number, and the base level is 1.
  • the energy difference between E1-H1 is set to be constant (1.35 eV) in order to obtain the same oscillation wavelength of 915 nm.
  • FIG. 17 shows the relational expression between the In composition Y and the Al composition X for obtaining the same oscillation wavelength when the Al composition X of the well layer 41 is changed. Also.
  • the irregularity of delivery of the well layer 41 having each Al composition with the GaAs substrate is shown by a alternate long and short dash line.
  • the magnitude relation of the potential energy with respect to the electron level and the magnitude relation of the potential energy with respect to the hole level are opposite.
  • the level with the highest relative potential energy that is, located on the graph
  • the compressive strain of the well layer 41 increases, so that the level of HH changes in the direction in which the potential energy for holes is low, and the level of LH.
  • the potential energy for holes changes in the higher direction. From this, as the Al composition of the well layer 41 is increased to increase the compressive strain, the difference in energy between H1 and L1 becomes larger, and holes are more likely to exist in H1 having the smallest hole potential energy in HH. On the contrary, holes are less likely to exist in L1 having the largest hole potential energy in LH. From this, when the Al composition of the well layer 41 is increased to increase the compressible strain, the number of holes in HH is increased and the number of holes in LH is decreased.
  • the thickness of the well layer 41 is 6 nm, two HH levels having a potential energy lower than the potential energy of LH are formed, so that the holes can exist preferentially in the HH level, and TE. It is possible to obtain a laser beam having a high polarization ratio and a large number of mode components.
  • the LH level is more positive than the energy of the valence band of the first barrier layer.
  • the hole potential energy becomes high, and the quantum level of LH is not formed in the quantum well formed by the P-side first barrier layer 43a, the N-side first barrier layer 42a, and the well layer 41, and the P-side second barrier is formed.
  • a quantum level is formed with the layer 43b and the N-side second barrier layer 42b as the barrier layer.
  • the density of states of the quantum level is inversely proportional to the thickness of the quantum well structure, the density of states of LH1 becomes smaller and the effect of increasing the polarization ratio increases.
  • This state is shown by a thick broken line of L1 in each graph of FIG.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.04 or more and is contained in the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a.
  • LH is not formed, and the thicker the well layer 41, the less LH is formed in the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a in a state where the lattice irregularity of the well layer 41 is low.
  • the well layer 41 is made thicker, the number of HH levels having a lower potential energy of holes is larger than that of L1, and the number of holes existing in L1 is likely to be reduced.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.04 or more and the number of HH levels having a lower hole potential energy than L1 is 3 levels. Therefore, the number of LHs existing at the LH level can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the HH level number in which the Al composition of the well layer 41 is 0.0 or more and the hole potential energy is lower than that of L1 becomes 3 levels, which becomes the LH level.
  • the number of existing LHs can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the well layer 41 Since the well layer 41 has a high refractive index, the thicker the film thickness, the larger the light confinement coefficient to the well layer 41, and the lower the threshold carrier density required for laser oscillation. The number of holes is reduced and the polarization ratio is increased.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a also have a low Al composition, and the P-side second barrier layer 43b, the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, the N-type clad layer 20, and P. Since the refractive index is higher than that of the mold guide layer 50 and the P-type clad layer 60, the thicker the thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. As the value increases and the threshold carrier density required for laser oscillation is reduced, the number of holes present in L1 is further reduced and the polarization ratio is increased.
  • the total film thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is 20 nm or more, it is effective in increasing the light confinement coefficient. However, if the total film thickness is too large, the light confinement coefficient in the well layer 41 increases and the COD level is lowered. Therefore, the total thickness may be 80 nm or less.
  • the Al composition is 0.12
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a are Al 0.12 Ga 0.88 As
  • the thickness is 15 nm.
  • the barrier layer 43b and the N-side second barrier layer 42b are Al 0.24 Ga 0.76 As and the thickness is 15 nm
  • the well layer 41 is Al X Ga 1-XY In Y As
  • the wells are formed.
  • the layer thickness is 6 nm, 8.5 nm, 12 nm, and 15 nm
  • HH heavy hole
  • LH light hole
  • the electron level, the HH level, and the LH level are represented as En, HHn, and LHn. Further, n is a natural number, and the base level is 1.
  • the energy difference between E1-H1 is set to be constant (1.35 eV) in order to obtain the same oscillation wavelength of 915 nm.
  • FIG. 18 shows the relational expression between the In composition Y and the Al composition X for obtaining the same oscillation wavelength when the Al composition X of the well layer 41 is changed. Also. The irregularity of delivery of the well layer 41 having each Al composition with the GaAs substrate is shown by a alternate long and short dash line.
  • the compressive strain of the well layer 41 increases, so that the level of HH changes in the direction in which the potential energy for holes is low, and the level of LH. Changes in the direction in which the potential energy for holes is low. From this, as the Al composition of the well layer 41 is increased to increase the compressive strain, the difference in energy between H1 and L1 becomes larger, and holes are more likely to exist in H1 having the smallest hole potential energy in HH. On the contrary, holes are less likely to exist in L1 having the largest hole potential energy in LH. From this, when the Al composition of the well layer 41 is increased to increase the compressible strain, the number of holes in HH is increased and the number of holes in LH is decreased.
  • the thickness of the well layer 41 is 6 nm, two HH levels having a potential energy lower than the potential energy of LH are formed, so that the holes can preferentially exist in the HH level, and TE. It is possible to obtain a laser beam having a high polarization ratio and a large number of mode components.
  • the LH level is more positive than the energy of the valence band of the first barrier layer.
  • the hole potential energy becomes high, and the quantum level of LH is not formed in the quantum well formed by the P-side first barrier layer 43a, the N-side first barrier layer 42a, and the well layer 41, and the P-side second barrier is formed.
  • a quantum level is formed with the layer 43b and the N-side second barrier layer 42b as the barrier layer.
  • the density of states of the quantum level is inversely proportional to the thickness of the quantum well structure, the density of states of LH1 becomes smaller and the effect of increasing the polarization ratio increases.
  • This state is shown by a thick broken line of L1 or L2 in each graph of FIG.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.08 or more and is contained in the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a.
  • LH is not formed, and the thicker the well layer 41, the less LH is formed in the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a in a state where the lattice irregularity of the well layer 41 is low.
  • the well layer 41 is made thicker, the number of HH levels having a lower potential energy of holes is larger than that of L1, and the number of holes existing in L1 is likely to be reduced.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.02 or more, and the number of HH levels having a lower hole potential energy than L1 is 3 levels. Therefore, the number of LHs existing at the LH level can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the HH level number in which the Al composition of the well layer 41 is 0.0 or more and the hole potential energy is lower than that of L1 becomes 3 levels, and becomes the LH level.
  • the number of existing LHs can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the well layer 41 Since the well layer 41 has a high refractive index, the thicker the film thickness, the larger the light confinement coefficient to the well layer 41, and the lower the threshold carrier density required for laser oscillation. The number of holes is reduced and the polarization ratio is increased.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a also have a low Al composition, and the P-side second barrier layer 43b, the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, the N-type clad layer 20, and P. Since the refractive index is higher than that of the mold guide layer 50 and the P-type clad layer 60, the thicker the thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. As the value increases and the threshold carrier density required for laser oscillation is reduced, the number of holes present in L1 is further reduced and the polarization ratio is increased.
  • the total film thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is 25 nm or more, it is effective in increasing the light confinement coefficient. However, if the total film thickness is made too thick, the light confinement coefficient in the well layer 41 becomes large and the COD level is lowered. Therefore, the total film thickness may be 90 nm or less.
  • the Al composition is 0.18
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a are Al 0.18 Ga 0.82 As
  • the thickness is 15 nm.
  • the barrier layer 43b and the N-side second barrier layer 42b are Al 0.24 Ga 0.76 As and the thickness is 15 nm
  • the well layer 41 is Al X Ga 1-XY In Y As
  • the wells are formed.
  • the layer thickness is 6 nm, 8.5 nm, 12 nm, and 15 nm
  • HH heavy hole
  • LH light hole
  • the electron level, the HH level, and the LH level are represented as En, HHn, and LHn. Further, n is a natural number, and the base level is 1.
  • the energy difference between E1-H1 is set to be constant (1.35 eV) in order to obtain the same oscillation wavelength of 915 nm.
  • FIG. 19 shows a relational expression between the In composition Y and the Al composition X for obtaining the same oscillation wavelength when the Al composition X of the well layer 41 is changed. Also. The irregularity of delivery of the well layer 41 having each Al composition with the GaAs substrate is shown by a alternate long and short dash line.
  • the compressive strain of the well layer 41 increases, so that the level of HH changes in the direction in which the potential energy for holes is low, and the level of LH. Changes in the direction in which the potential energy for holes is low. From this, similarly to the above, as the Al composition of the well layer 41 is increased to increase the compressive strain, the difference in energy between H1 and L1 becomes larger, and holes are formed in H1 having the smallest hole potential energy in HH. Is more likely to exist, and conversely, holes are less likely to exist in L1 having the largest hole potential energy in LH.
  • the thickness of the well layer 41 is 6 nm, two HH levels having a potential energy lower than the potential energy of LH are formed, so that the holes can preferentially exist in the HH level, and TE. It is possible to obtain a laser beam having a high polarization ratio and a large number of mode components.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.02 or more and the number of HH levels having a lower hole potential energy than L1 is 3 levels. Therefore, the number of LHs existing at the LH level can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the HH level number in which the Al composition of the well layer 41 is 0.0 or more and the hole potential energy is lower than that of L1 becomes 3 levels, which becomes the LH level.
  • the number of existing LHs can be reduced, which is effective in increasing the polarization ratio.
  • the well layer 41 Since the well layer 41 has a high refractive index, the thicker the film thickness, the larger the light confinement coefficient to the well layer 41, and the lower the threshold carrier density required for laser oscillation. The number of holes is reduced and the polarization ratio is increased.
  • the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a also have a low Al composition, and the P-side second barrier layer 43b, the N-side second barrier layer 42b, the N-type guide layer 30, the N-type clad layer 20, and P. Since the refractive index is higher than that of the mold guide layer 50 and the P-type clad layer 60, the thicker the thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a, the higher the light confinement coefficient in the well layer 41. As the value increases and the threshold carrier density required for laser oscillation is reduced, the number of holes present in L1 is further reduced and the polarization ratio is increased.
  • the total film thickness of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is 30 nm or more, it is effective in increasing the light confinement coefficient. However, if the total film thickness is made too thick, the light confinement coefficient in the well layer 41 becomes large and the COD level is lowered. Therefore, the total thickness may be 100 nm or less.
  • the Al composition of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is changed from 0.06 to 0.18, and the thickness of the well layer 41 is changed from 6 nm.
  • two or more HH levels which are potential energies lower than the potential energy of LH, are formed. Therefore, holes can preferentially exist in the HH levels, and have a large TE mode component and a high polarization ratio. Laser light can be obtained.
  • the Al composition of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is 0.06 to 0.18 and the thickness of the well layer 41 is 8.5 nm to 15 nm, the film of the well layer 41 is formed.
  • the number of levels of HH having a potential energy lower than the hole potential energy of LH can be increased.
  • the Al composition of the well layer 41 is 0.02 or more, and when the thickness of the well layer 41 is 12 nm, the Al composition of the well layer 41 is Al. Even if InGaAs having a composition of 0 is used as the well layer 41, the number of levels of HH having a potential energy lower than the hole potential energy can be 3 or more, and the number of LHs present in L1 is small. Therefore, the effect of increasing the polarization ratio can be obtained.
  • the thickness of the well layer 41 is thicker than 15 nm, the light confinement coefficient in the well layer 41 may increase and the COD level may decrease. Further, when the window region is formed near the end face of the resonator, if the well layer 41 becomes too thick, group III atom exchange between the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a and the well layer 41 is performed. As a result, the shortening of the wavelength of the band gap in the window region is reduced, and the effect of suppressing COD generation is reduced.
  • the thickness of the well layer 41 is preferably 6 nm or more and 15 nm or less.
  • the Al composition of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a made of AlGaAs is 0.06 to 0.18, but the P-side first barrier layer 43a and If the Al composition of the N-side first barrier layer 42a is made too large, the light confinement coefficient in the well layer 41 becomes small, so that the temperature characteristics of the semiconductor laser device deteriorate. Therefore, the Al composition of the P-side first barrier layer 43a and the N-side first barrier layer 42a is preferably 0.06 or more and 0.22 or less.
  • the Al composition of the N-side second barrier layer 42b and the P-side second barrier layer 43b made of AlGaAs is increased, electron current leaks from the well layer 41 to the P-type layer side and the well layer 41 to the N-type layer
  • the Al composition is preferably 0.24 or more because the leakage of the hole current to the side can be suppressed.
  • the Al composition of the N-side second barrier layer 42b and the P-side second barrier layer 43b is increased too much, the operating voltage will increase. Therefore, the Al composition is preferably 0.32 or less.
  • the resonator length is long. Specifically, the resonator length of the semiconductor laser device 1 is 2 mm or more.
  • the mirror loss of the cavity may increase and the slope efficiency may decrease.
  • the light distribution is guided closer to the N-type semiconductor layer. Since the waveguide loss is reduced, the decrease in slope efficiency can be suppressed and the maximum optical output can be increased even if the cavity length of the semiconductor laser device 1 is increased.
  • the current injection region is defined by providing the current block layer 80 having the opening 80a in the P-type contact layer 70, but the present invention is not limited to this.
  • the current injection region may be defined by providing the ridge portion 200A.
  • FIG. 20 is a top view of the semiconductor laser device 1A according to the modified example.
  • 21A is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1A on the XXIA-XXIA line of FIG. 20
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1A on the XXIB-XXIB line of FIG. 20, and FIG.
  • FIG. 21C is a cross-sectional view of the semiconductor laser device 1A. It is sectional drawing of the semiconductor laser apparatus 1A in the XXIC-XXIC line of FIG. Note that FIG. 21A shows a cross section of the gain portion of the semiconductor laser device 1A, and FIG. 21B shows a cross section of the semiconductor laser device 1A on the front end surface 1a side.
  • the semiconductor laser device 1A in this modification is a semiconductor laser element having a ridge stripe structure having a ridge portion 200A extending in the longitudinal direction of the resonator as an optical waveguide.
  • an insulating film 100A having an opening 100a corresponding to the ridge portion 200A is formed.
  • the insulating film 100A is a dielectric film having a current blocking function.
  • the insulating film 100A is composed of, for example, an insulating film such as SiO 2.
  • a pair of grooves having a depth of 0.2 ⁇ m are formed in the P-type contact layer 70, and the P-type contact other than the ridge portion 200A serving as a current injection path.
  • the surface of the layer 70 is covered with the insulating film 100A.
  • the groove for forming the ridge portion 200A may be formed not only in the P-type contact layer 70 but also in the P-type clad layer 60.
  • the configurations other than the ridge portion 200A and the insulating film 100A are basically the same configurations as those of the semiconductor laser device 1 in the above embodiment.
  • the semiconductor laser device 1A according to the present modification also has the same effect as the semiconductor laser device 1 according to the above embodiment.
  • the opening 80a in the above embodiment that defines the current injection region, the opening 100a in this modification, the resonator length, and the well layer 41.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 90 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 15 A or more and 40 A or less, and the input voltage shall be about 1.7 V or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in the band of about 780 nm or more and 800 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 15 W or more and about 30 W or less.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 90 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 15 A or more and 40 A or less, and the input voltage shall be about 1.6 V or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in a band of about 800 nm or more and 820 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 15 W or more and about 30 W or less.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 90 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 15 A or more and 40 A or less, and the input voltage shall be about 1.5 V or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in a band of about 850 nm or more and 900 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 15 W or more and about 30 W or less.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 90 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 15 A or more and 50 A or less, and the input voltage shall be about 1.45 V or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in a band of about 900 nm or more and 930 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 15 W or more and 40 W or less.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 90 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 15 A or more and 50 A or less, and the input voltage shall be about 1.4 or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in a band of about 930 nm or more and 960 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 15 W or more and 40 W or less.
  • the input current to a semiconductor laser device having an aperture width of 4 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less and a resonator length of 2000 ⁇ m or more and 6000 ⁇ m or less shall be about 1 A or more and 50 A or less, and the input voltage shall be about 1.4 or more and 3 V or less. Therefore, it is possible to realize a semiconductor laser device having a wavelength in the band of about 960 nm or more and 990 nm or less and having optical characteristics of emitting laser light having an optical output of about 1 W or more and 40 W or less.
  • the semiconductor laser device 1A according to this modification has a ridge portion 200A, it is possible to suppress deterioration of characteristics when the semiconductor laser device 1A is mounted on a submount or the like. This point will be described below.
  • the influence of the shear strain generated at the widthwise end of the semiconductor laser device 1 on the optical waveguide becomes large when the semiconductor laser device 1 is mounted on the submount.
  • the polarization plane of the laser beam propagating in the optical waveguide is tilted and becomes elliptically polarized, resulting in a decrease in the polarization ratio.
  • the ridge portion 200A is provided and the optical waveguide is made into a ridge type as in the semiconductor laser device 1A according to the present modification, the shear stress generated in the ridge portion 200A when the semiconductor laser device 1A is mounted at the junction down. And the shear stress generated at the widthwise end of the semiconductor laser device cancel each other out, and the shear stress generated in the optical waveguide is reduced. As a result, it is possible to prevent the polarization plane of the laser beam propagating in the optical waveguide from being tilted and the polarization ratio from being lowered.
  • FIG. 22 is a diagram showing a state when the semiconductor laser device 1A according to the present modification is mounted on the submount 2 at the junction down.
  • the submount 2 one having a larger coefficient of thermal expansion than that of the semiconductor laser device 1A is used.
  • the coefficient of thermal expansion of each semiconductor material constituting the semiconductor laser device 1A is 5.35 ⁇ 10-6 for GaAs, 3.4 ⁇ 10-6 for AlAs, and 4.33 ⁇ 10-6 for InAs.
  • GaN is 5.59 ⁇ 10-6
  • AlN is 4.15 ⁇ 10-6
  • InN is 2.85 ⁇ 10-6 . Therefore, as the submount 2, a material containing a metal material or a ceramic material as a main constituent material is used.
  • the main constituent material of the submount 2 Cu (coefficient of thermal expansion 16.8 ⁇ 10 -6), Ti (thermal expansion coefficient of 8.4 ⁇ 10 -6), Pt (thermal expansion coefficient of 8.4 ⁇ 10 -6 ), Au (coefficient of thermal expansion 14.2 ⁇ 10-6 ), Ni (coefficient of thermal expansion 13.4 ⁇ 10-6 ), SiC (coefficient of thermal expansion 6.6 ⁇ 10-6 ) can be used.
  • the semiconductor laser device 1A when the semiconductor laser device 1A is mounted on the submount 2 by junction down (face down), the semiconductor laser device 1A is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor laser device 1A and the submount 2.
  • a shear stress ( ⁇ 1) generated at the widthwise end of the semiconductor laser device 1 and a shear stress ( ⁇ 2) generated at the ridge portion 200A are added to the active layer 40 of the above.
  • the submount 2 shifts the semiconductor laser device 1A in the horizontal direction (X direction in FIG. 22). Stress is generated in the semiconductor laser device 1A so as to shrink.
  • the shear stress ( ⁇ 1L) generated at the left end portion in the width direction of the semiconductor laser apparatus 1A and the left side of the ridge portion 200A are opposite to each other. Therefore, the shear stresses cancel each other out, and the magnitude thereof becomes smaller.
  • the shear stress generated at the widthwise end of the semiconductor laser apparatus 1A when mounted on the submount 2 is the shear stress due to the groove on the side of the ridge portion. Since it can be canceled by, the influence of shear stress on the light distribution can be reduced. As a result, it is possible to prevent the polarization plane of the laser beam propagating in the optical waveguide from being tilted and the polarization ratio from being lowered.
  • the Al composition of the P-type clad layer 60 should be 0.8 or more. For example, it is effective because the exudation of the light distribution into the P-type clad layer 60 can be reduced. If the Al composition is increased to 0.9 or more, the lattice irregularity with the GaAs substrate may increase and the crystallinity may decrease due to the occurrence of lattice defects. Therefore, the Al composition should be 0.8 or more and 0.9 or less. Just do it.
  • the width of the groove formed on the side of the ridge portion 200A is preferably 10 ⁇ m or more. Thereby, the shear stress outside the ridge portion 200A can be reduced. Specifically, if the width of the groove is widened too much, the load at the time of mounting is concentrated on the ridge portion 200A which is the current injection region, so that the width of the groove is preferably 25 ⁇ m ⁇ 15 ⁇ m. By forming a groove having such a width, rotation of the polarizing surface due to shear stress can be effectively suppressed.
  • the semiconductor laser device 1A is mounted on the submount 2 by junction down, but the present invention is not limited to this.
  • the semiconductor laser device 1A may be mounted on a support substrate such as a submount 2 by junction up (face up).
  • the semiconductor laser device 1 in the above embodiment may be mounted by either a junction down method or a junction up method.
  • the semiconductor laser device may be made of an AlGaInP-based semiconductor material.
  • the semiconductor laser device made of an AlGaInP-based semiconductor material has, for example, an N-type buffer layer 11 and an N-type clad layer 20 on a substrate 10 which is an n-type GaAs substrate.
  • the N-type guide layer 30, the active layer 40, the P-type guide layer 50, the P-type clad layer 60, the intermediate layer 64, the P-type contact layer 70, the insulating film 100A, and the P-side electrode 91 may be sequentially laminated.
  • the intermediate layer 64 has a structure in which the first intermediate layer 61, the second intermediate layer 62, and the third intermediate layer 63 are sequentially laminated.
  • the N-type buffer layer 11 is AlGaAs or GaAs (film thickness: 0.5 ⁇ m, Si impurity concentration: 3 ⁇ 10 17 cm -3 ).
  • the N-type clad layer 20 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 3.6 ⁇ m, Al composition: 0.18, Si impurity concentration: 2 ⁇ 10 18 cm -3 , 6 ⁇ 10 17 cm -3 , 1.4 ⁇ 10 17 cm -3 ), the interface region between the N-type buffer layer 11 and the N-type clad layer 20 is Al x Ga 1-x As, and the film thickness is At 75 nm, the Al composition continuously changes from 0 to 0.31 and the impurity concentration is 3 ⁇ 10 17 cm- 3 .
  • the N-type guide layer 30 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 85 nm, Al composition: zero, active layer 40 side 80 nm: undoped, Si impurity concentration in the remaining portion: At 1 ⁇ 10 17 cm -3 ), the interface region between the N-type clad layer 20 and the N-type guide layer 30 has a film thickness of 20 nm, and the Al composition continuously changes from 0.18 to 0.
  • the N-side second barrier layer 42b is AlGaAs (thickness: 6.5 nm, Al composition: 0.59, undoped), and the N-side first barrier layer 42a is AlGaAs (thickness: 3.5 nm).
  • the well layer 41 is GaInAs (thickness: 8.5 nm, In composition: 0.12)
  • the P-side first barrier layer 43a is AlGaAs (thickness: 3.5 nm).
  • the P-side second barrier layer 43b is AlGaAs (thickness: 17.5 nm, Al composition: 0.59, undoped).
  • the P-type guide layer 50 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 0.17 ⁇ m, Al composition: zero, active layer 40 side 50 nm: undoped, C impurities in the remaining portion. Concentration: 5 ⁇ 10 17 cm -3 ), the P-type clad layer 60 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 0.6 ⁇ m, Al composition: 0.69, C impurity concentration: 5 ⁇ 10 17 cm -3 , 1.2 ⁇ 10 18 cm -3 ), the interface region between the P-type guide layer 50 and the P-type clad layer 60 has a film thickness of 50 nm and is Al. The composition continuously changes from 0 to 0.69, and the C impurity concentration is: 5 ⁇ 10 17 cm -3 ).
  • the first intermediate layer 61 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 0.2 ⁇ m, Al composition: 0.30, C impurity concentration: 1.2. ⁇ 10 18 cm -3 )
  • the second intermediate layer 62 is (Al X Ga 1-X ) 0.5 In 0.5 P (thickness: 0.038 ⁇ m, Al composition: zero, C impurity concentration: 1.
  • the third intermediate layer 63 continuously changes from AlGaAs (thickness: 0.05 ⁇ m, Al composition gradient: 0.52 to 0, C impurity concentration: 1.2 ⁇ 10). It is 18 cm -3 ).
  • the P-type contact layer 70 is GaAs (film thickness: 0.4 ⁇ m, C impurity concentration: 2 ⁇ 10 18 cm -3 ).
  • the semiconductor laser device also has the same effect as that of the first embodiment. For example, even if the well layer 41 is made thicker, it is possible to suppress the deterioration of the temperature characteristics and the deterioration of the long-term reliability, and the inhibition of the effect of improving the COD level.
  • the semiconductor laser device according to the present modification shown in FIG. 23 can also obtain the following effects.
  • the semiconductor laser device according to this modification is made of an AlGaInP-based semiconductor material having a higher bandgap energy than the AlGaAs-based semiconductor material, a high potential barrier can be obtained. As a result, carriers that leak beyond the active layer 40 to the P-type guide layer 50 can be suppressed, so that the slope efficiency can be improved and a semiconductor laser device that can be driven by high-temperature and high-output operation can be obtained.
  • the semiconductor laser device (element) can be aligned. Warpage is reduced. By reducing this warpage, even when asymmetric distortion occurs in the semiconductor laser device during junction-down mounting, the generated asymmetric distortion can be reduced, so that the current block layer is made of an oxide film.
  • the effect of the insulating film 100A that is, the effect of canceling the shear stress generated at the end of the semiconductor laser device by the shear stress due to the ridge shape can be enhanced.
  • the intermediate layer 64 can suppress an increase in the drive voltage of the semiconductor laser device. Specifically, since the Al composition is gradually reduced by the first intermediate layer 61 and the second intermediate layer 62 in the intermediate layer 64, the bandgap energy difference generated when AlGaInP and GaAs are joined is minimized. It is possible to suppress an increase in the drive voltage. Further, by providing the inclined layer of AlGaAs Al composition by the third intermediate layer 63, the bandgap energy of the hetero interface can be smoothed and the increase of the driving voltage can be suppressed.
  • a constricted structure is formed in a plurality of semiconductor layers constituting the semiconductor laminate, and the side surface of the semiconductor laminate is an inclined surface, but the present invention is not limited to this.
  • the semiconductor laser device of the present disclosure is, for example, as a high-power light source, a light source of an image display device such as a display or a projector, a light source of an in-vehicle head lamp, a light source of industrial lighting or consumer lighting, or a laser welding device or a thin film. It can be applied to light sources for various purposes such as light sources for industrial equipment such as annealing equipment and laser processing equipment.

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Abstract

半導体レーザ装置（１）は、Ｎ型クラッド層（２０）と、活性層（４０）と、Ｐ型クラッド層（６０）とを備え、活性層（４０）は、ウェル層（４１）と、ウェル層（４１）の上方に配置されるＰ側第１バリア層（４３ａ）と、Ｐ側第１バリア層（４３ａ）の上方に配置されるＰ側第２バリア層（４３ｂ）とを有する。Ｐ側第２バリア層（４３ｂ）のＡｌ組成比は、Ｐ側第１バリア層（４３ａ）のＡｌ組成比よりも高く、Ｐ側第２バリア層（４３ｂ）のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１バリア層（４３ａ）のバンドギャップエネルギーよりも大きい。半導体レーザ装置（１）は、前端面（１ａ）近傍のウェル層（４１）のバンドギャップエネルギーが、共振器長方向の中央部のウェル層（４１）のバンドギャップエネルギーよりも大きい端面窓構造を有する。

Description

半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法
　本開示は、半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法に関する。
　半導体レーザ素子は、ディスプレイやプロジェクタなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。
　中でも、プロジェクタ、レーザ加工装置又はレーザ溶接装置の光源に用いられる半導体レーザ素子には、光出力が１ワットを大きく超える高出力特性が要望されている。例えば、レーザ溶接装置の光源に用いられる波長９１５ｎｍ帯の半導体レーザ素子には、２５Ｗ以上の高出力特性が要望されている。
　半導体レーザ素子は、例えば、基板と、基板の上方に配置されたＮ型クラッド層と、Ｎ型クラッド層の上方に配置され、ウェル層及びバリア層を有する活性層と、活性層の上方に配置されたＰ型クラッド層とを備える（例えば、特許文献１）。
　発振レーザ波長が９００ｎｍ～９８０ｎｍの半導体レーザ素子においては、ウェル層をＩｎＧａＡｓとしバリア層をＡｌＧａＡｓとした量子井戸構造の活性層が広く用いられている。
特開昭６２－２４９４９６号公報
　半導体レーザ素子をワット級に高出力化するには、熱飽和レベルを向上させたり、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄａｍａｇｅ：端面破壊）レベルを向上させたりすることが考えられる。
　しかしながら、ＣＯＤレベルを向上させるために半導体レーザ素子の端面部に窓領域を形成し、さらに、熱飽和レベルを向上させるために活性層のウェル層を厚くすると、温度特性が劣化したり長期信頼性が低下したり、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されたりする。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、ウェル層を厚くしたとしても、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制できる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る半導体レーザ装置の一態様は、レーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、基板と、前記基板の上方に配置されるＮ型クラッド層と、前記Ｎ型クラッド層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを備え、前記活性層は、ウェル層と、前記ウェル層の上方に配置されるＰ側第１バリア層と、前記Ｐ側第１バリア層の上方に配置されるＰ側第２バリア層とを有し、前記Ｐ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｐ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記半導体レーザ装置は、前記レーザ光が出射する端面近傍の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーが、共振器長方向の中央部の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーよりも大きい端面窓構造を有する。
　本開示によれば、端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、ウェル層を厚くしたとしても、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制できる。
図１は、実施の形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 図２Ａは、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図２Ｂは、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図２Ｃは、図１のＩＩＣ－ＩＩＣ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図３Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における半導体層積層工程を説明するための図である。 図３Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における電流注入領域形成工程を説明するための図である。 図３Ｃは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における埋込工程を説明するための図である。 図３Ｄは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における窓領域形成工程を説明するための図である。 図３Ｅは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における溝形成工程を説明するための図である。 図３Ｆは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法における絶縁膜形成工程を説明するための図である。 図３Ｇは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法におけるＰ側電極形成工程を説明するための図である。 図３Ｈは、実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法におけるＮ側電極形成工程を説明するための図である。 図４は、実施の形態に係る半導体レーザ装置について、実施例１、実施例２及び実施例３の３つの実施例における各半導体層の組成、膜厚及び不純物濃度の具体例を示す図である。 図５Ａは、実施例１の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。 図５Ｂは、実施例２の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。 図５Ｃは、実施例３の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。 図５Ｄは、実施例４の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。 図５Ｅは、実施例５の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。 図６は、実施の形態に係る半導体レーザ装置の作用及び効果を説明するための図である。 図７Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、光閉じ込め率のＡｌ組成傾斜領域長の依存性を示す図である。 図７Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、導波路損失のＡｌ組成傾斜領域長の依存性を示す図である。 図８Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、光閉じ込め率のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図８Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、導波路損失のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図９は、実施の形態に係る半導体レーザ装置におけるＮ側第１バリア層とＰ側第１バリア層との膜厚について、光閉じ込め率に対する導波路損失の関係を示す図である。 図１０は、実施の形態に係る半導体レーザ装置におけるＮ側第２バリア層とＰ側第２バリア層との膜厚について、光閉じ込め率に対する導波路損失の関係を示す図である。 図１１Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置のＰ型ガイド層についてのポテンシャル障壁のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１１Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置のＰ型ガイド層についての電子電流密度のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１２Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置のＰ型半導体層についてのポテンシャル障壁のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１２Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置のＰ型半導体層についての電子電流密度のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１３Ａは、実施例１の半導体レーザ装置のＰ型半導体層についてのポテンシャル障壁のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１３Ｂは、実施例１の半導体レーザ装置のＰ型半導体層についての電子電流密度のＰ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１４Ａは、実施例３の半導体レーザ装置のＰ型ガイド層についてのポテンシャル障壁のＡｌ組成の依存性を示す図である。 図１４Ｂは、実施例３の半導体レーザ装置のＰ型ガイド層についての電子電流密度のＡｌ組成の依存性を示す図である。 図１５Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、ウェル層のＮ側の界面から１００ｎｍの位置での正孔電流密度のＮ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１５Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、Ｎ型クラッド層基板側界面の位置での正孔電流密度のＮ型不純物濃度の依存性を示す図である。 図１６Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の第１の例を示す図である。 図１６Ｂは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の第２の例を示す図である。 図１６Ｃは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の第３の例を示す図である。 図１６Ｄは、実施の形態に係る半導体レーザ装置において、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の第４の例を示す図である。 図１７は、Ｐ側第１バリア層及びＮ側第２バリア層のＡｌ組成が０．０６である場合における、ヘビーホール及びライトホール量子準位エネルギーのウェル層のＡｌ組成の依存性を示す図である。 図１８は、Ｐ側第１バリア層及びＮ側第２バリア層のＡｌ組成が０．１２である場合における、ヘビーホール及びライトホール量子準位エネルギーのウェル層のＡｌ組成の依存性を示す図である。 図１９は、Ｐ側第１バリア層及びＮ側第２バリア層のＡｌ組成が０．１８である場合における、ヘビーホール及びライトホール量子準位エネルギーのウェル層のＡｌ組成の依存性を示す図である。 図２０は、変形例に係る半導体レーザ装置の上面図である。 図２１Ａは、図２０のＸＸＩＡ－ＸＸＩＡ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図２１Ｂは、図２０のＸＸＩＢ－ＸＸＩＢ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図２１Ｃは、図２０のＸＸＩＣ－ＸＸＩＣ線における実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 図２２は、変形例に係る半導体レーザ装置をジャンクションダウンでサブマウントに実装したときの様子を示す図である。 図２３は、他の変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。
　（本開示の一態様を得るに至った経緯）
　まず、本開示の実施の形態の説明に先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯を説明する。
　半導体レーザ素子をワット級に高出力化するには、熱飽和レベルを向上させたり、ＣＯＤレベルを向上させたり、長共振器長化によって熱抵抗を低減したりすることが考えられる。
　具体的には、熱飽和レベルを向上させるには、ウェル層を厚くすることでウェル層への光閉じ込め係数を大きくして発振しきい値を低減したり、ＡｌＧａＡｓからなるバリア層のＡｌ組成を高めて伝導帯バンドオフセット（ΔＥｃ）を大きくすることで電位障壁を高くして電子オーバーフローの発生を抑制したり、共振器長を長くして長共振器長化することで動作キャリア密度を低減したりすることが考えられる。
　また、ＣＯＤレベルを向上させるには、レーザ光の出射端面である前端面側の端面部に窓領域を形成し、半導体レーザ素子に端面窓構造を持たせることが考えられる。端面窓構造は、空孔拡散、不純物拡散又はイオン注入などよって端面部におけるバリア層及びウェル層の原子配列を無秩序化することで形成することができる。
　しかしながら、ウェル層への光閉じ込め係数を大きくしようとしてウェル層を厚くすると、バリア層及びウェル層の原子配列を無秩序化しにくくなり、窓領域を形成することが難しくなる。
　そこで、窓領域を形成する際のアニール温度を高くすることで、ウェル層とバリア層との間の原子の相互交換を促進して原子配列を無秩序化させることが考えられる。
　しかしながら、窓領域を形成する際のアニール温度を高くすると、窓領域の形成を意図していない利得部での活性層におけるウェル層とバリア層との間においても原子交換が生じてしまう。この結果、利得部でのバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）が増大することとなり、利得部における漏れ電流が増大して温度特性が劣化したり、結晶成長時に導入される空孔又は成長層表面のダングリングボンドに起因する成長層表面の空孔が拡散しやすくなって発振波長制御性が低下して長期信頼性が低下したりする。具体的には、バンドギャップエネルギーが増大すると、利得部における量子井戸層の遷移波長が短波長化する。
　さらに、窓領域を形成する際のアニール温度を高くすると、窓領域の形成を意図した領域（窓部）と窓領域の形成を意図していない領域（利得部）との境界に形成される遷移領域が長くなりやすくなる。この結果、遷移領域での光吸収によって窓領域によるＣＯＤレベルの向上効果が阻害される。
　このように、ＣＯＤレベルを向上させるために半導体レーザ素子の端面部に窓領域を形成し、さらに、熱飽和レベルを向上させるために活性層のウェル層を厚くすると、温度特性が劣化したり長期信頼性が低下したり、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されたりするという課題がある。
　本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、ウェル層を厚くしたとしても、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制できる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
　また、熱抵抗を低減させるために長共振器長化すると、半導体レーザ素子を実装するときの実装歪によるバンド構造変化の影響を受けやすくなるので、偏光比が低下しやすくなるという課題もある。
　したがって、本開示は、長共振器長化しても、偏光比が低下することを抑制できる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することも目的としている。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を示すものではなく、積層構成における積層順をもとにした相対的な位置関係により規定される用語として用いられる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態）
　［半導体レーザ装置の層構成］
　まず、実施の形態に係る半導体レーザ装置１の層構成について、図１、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃを用いて説明する。図１は、実施の形態に係る半導体レーザ装置１の上面図である。図２Ａは、図１のＩＩＡ－ＩＩＡ線における同半導体レーザ装置１の断面図であり、図２Ｂは、図１のＩＩＢ－ＩＩＢ線における同半導体レーザ装置１の断面図であり、図２Ｃは、図１のＩＩＣ－ＩＩＣ線における同半導体レーザ装置１の断面図である。なお、図２Ａは、半導体レーザ装置１の利得部における断面を示しており、図２Ｂは、半導体レーザ装置１の前端面１ａ側の端面部における断面を示している。
　半導体レーザ装置１は、レーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、基板と、基板の上方に配置された複数の半導体層からなる半導体積層体（半導体積層構造）とを備える。具体的には、半導体レーザ装置１は、図１～図２Ｃに示すように、半導体積層体を構成する半導体層として、基板１０の上方に配置されるＮ型クラッド層２０と、Ｎ型クラッド層２０の上方に配置される活性層４０と、活性層４０の上方に配置されるＰ型クラッド層６０とを備える。
　半導体レーザ装置１は、さらに、半導体積層体を構成する半導体層として、Ｎ型クラッド層２０と活性層４０との間に配置されるＮ型ガイド層３０と、活性層４０とＰ型クラッド層６０との間に配置されるＰ型ガイド層５０と、Ｐ型クラッド層６０の上方に配置されるＰ型コンタクト層７０と、電流ブロック層８０とを備える。
　また、半導体レーザ装置１は、半導体積層体に接続されたＰ側電極９１及びＮ側電極９２と、半導体積層体の少なくとも一部を覆う絶縁膜１００とを備える。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、波長が９００ｎｍ～９８０ｎｍのレーザ光を出射する半導体レーザ素子であり、例えば、半導体レーザ装置１における半導体積層体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体によって構成されている。一例として、半導体レーザ装置１は、波長９１５ｎｍ帯のレーザ光を出射する。また、詳細は後述するが、半導体レーザ装置１は、半導体積層体に窓領域１２０が形成された端面窓構造を有する。
　以下、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１の各構成要素について、詳細に説明する。
　基板１０は、主面が一様に平面である平面状の基板である。基板１０は、ＧａＡｓ基板等の半導体基板又はサファイア基板等の絶縁基板である。本実施の形態において、基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、基板１０とＮ型クラッド層２０との間にバッファ層が形成されていてもよい。バッファ層は、例えばｎ型ＧａＡｓ層であり、基板１０に積層される。
　Ｎ型クラッド層２０は、基板１０の上方に形成される。基板１０の上にバッファ層が形成されている場合、Ｎ型クラッド層２０は、バッファ層の上に形成される。Ｎ型クラッド層２０は、不純物が意図的にドーピングされたＮ型の半導体層であり、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｎ型クラッド層２０にドーピングされる不純物は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。
　Ｎ型ガイド層３０は、Ｎ型クラッド層２０と活性層４０のＮ側第２バリア層４２ｂとの間に配置されている。具体的には、Ｎ型ガイド層３０は、Ｎ型クラッド層２０の上に形成されている。Ｎ型ガイド層３０は、不純物が意図的にドーピングされたＮ型の半導体層であり、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｎ型ガイド層３０にドーピングされる不純物は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。
　活性層４０は、発光層を含む半導体層であり、Ｎ型クラッド層２０とＰ型クラッド層６０との間に位置している。具体的には、活性層４０は、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０との間に位置している。本実施の形態において、活性層４０は、Ｎ型ガイド層３０の上に形成される。
　活性層４０は、ウェル層４１と、ウェル層４１の下方に配置されるＮ側第１バリア層４２ａと、Ｎ側第１バリア層４２ａの下方に配置されるＮ側第２バリア層４２ｂと、ウェル層４１の上方に配置されるＰ側第１バリア層４３ａと、Ｐ側第１バリア層４３ａの上方に配置されるＰ側第２バリア層４３ｂとを有する。
　ウェル層４１は、Ｎ側第１バリア層４２ａとＰ側第１バリア層４３ａとの間に位置しており、Ｎ側第１バリア層４２ａとＰ側第１バリア層４３ａとに接している。具体的には、ウェル層４１は、Ｎ側第１バリア層４２ａの上に形成される。
　ウェル層４１（井戸層）は、例えば、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造である。ウェル層４１は、例えば、アンドープのＧａＩｎＡｓ層である。なお、ウェル層４１は、単一量子井戸構造に限らず、複数の量子井戸層を含む多重量子井戸構造であってもよい。なお、本実施の形態において、ウェル層４１の厚さは、厚くなっており、例えば６ｎｍ以上である。
　Ｎ側第１バリア層４２ａとＮ側第２バリア層４２ｂとは、Ｎ型クラッド層２０とウェル層４１との間に位置しており、ウェル層４１からＮ型クラッド層２０に向かってこの順で配置されている。具体的には、Ｎ側第１バリア層４２ａとＮ側第２バリア層４２ｂとは、Ｎ型ガイド層３０とウェル層４１との間に位置している。
　Ｎ側第１バリア層４２ａは、Ｎ側第２バリア層４２ｂの上に形成される。本実施の形態において、Ｎ側第１バリア層４２ａは、不純物が意図的にドーピングされたＮ型の半導体層であり、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｎ側第１バリア層４２ａにドーピングされる不純物は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。
　Ｎ側第１バリア層４２ａは、不純物がドーピングされたドープ領域以外に、不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有していてもよい。この場合、Ｎ側第１バリア層４２ａは、ウェル層４１に近い側の領域にアンドープ領域を有し、ウェル層４１から遠い側にドープ領域を有しているとよい。Ｎ側第１バリア層４２ａのアンドープ領域の膜厚は、５ｎｍ以上であるとよい。ウェル層４１近傍のＮ側第１バリア層４２ａに不純物をドーピングすると半導体レーザ装置の直列抵抗が低減するが、フリーキャリア損失が発生し導波路損失が増大する。アンドープ領域の膜厚が厚くなり過ぎると半導体レーザ装置の直列抵抗が増大するため、直列抵抗の増大を抑制しつつ不純物のドーピングによるフリーキャリア損失の増大を抑制するためには、アンドープ領域の膜厚は５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下とすればよい。Ｎ型ガイド層３０における不純物のドーピング濃度がウェル層４１から遠ざかる方向に徐々に増大するように変化している場合は、このアンドープ領域の膜厚を最大２０ｎｍ以下としても導波路損失の増大を抑制することができる。
　Ｎ側第１バリア層４２ａの下に位置するＮ側第２バリア層４２ｂは、Ｎ型ガイド層３０の上に形成される。本実施の形態において、Ｎ側第２バリア層４２ｂは、不純物が意図的にドーピングされたＮ型の半導体層であり、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｎ側第２バリア層４２ｂにドーピングされる不純物は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。
　Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂとは、ウェル層４１とＰ型クラッド層６０との間に位置しており、ウェル層４１からＰ型クラッド層６０に向かってこの順で配置されている。具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂとは、ウェル層４１とＰ型ガイド層５０との間に位置している。
　Ｐ側第１バリア層４３ａは、ウェル層４１の上に形成される。本実施の形態において、Ｐ側第１バリア層４３ａは、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層であり、例えばＰ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｐ側第１バリア層４３ａにドーピングされる不純物は、例えば炭素（Ｃ）である。
　Ｐ側第１バリア層４３ａは、不純物がドーピングされたドープ領域以外に、不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有していてもよい。この場合、Ｐ側第１バリア層４３ａは、ウェル層４１に近い側の領域にアンドープ領域を有し、ウェル層４１から遠い側にドープ領域を有しているとよい。Ｐ側第１バリア層４３ａのアンドープ領域の膜厚は、５ｎｍ以上であるとよい。ウェル層４１近傍のＰ側第１バリア層４３ａに不純物をドーピングすると半導体レーザ装置の直列抵抗が低減するが、フリーキャリア損失が発生し導波路損失が増大する。アンドープ領域の膜厚が厚くなり過ぎると半導体レーザ装置の直列抵抗が増大するため、直列抵抗の増大を抑制しつつ不純物のドーピングによるフリーキャリア損失の増大を抑制するためには、アンドープ領域の膜厚は５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下とすればよい。Ｐ型ガイド層における不純物のドーピング濃度がウェル層４１から遠ざかる方向に徐々に増大するように変化している場合は、このアンドープ領域の膜厚を最大２０ｎｍ以下としても導波路損失の増大を抑制することができる。
　Ｐ側第２バリア層４３ｂは、Ｐ側第１バリア層４３ａの上に形成される。本実施の形態において、Ｐ側第２バリア層４３ｂは、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層であり、例えばＰ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｐ側第２バリア層４３ｂにドーピングされる不純物は、例えば炭素（Ｃ）である。
　Ｐ型ガイド層５０は、活性層４０のＰ側第２バリア層４３ｂとＰ型クラッド層６０との間に配置されている。具体的には、Ｐ型ガイド層５０は、Ｐ側第２バリア層４３ｂの上に形成されている。Ｐ型ガイド層５０は、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層であり、例えばＰ型ＡｌＧａＡｓ層である。Ｐ型ガイド層５０にドーピングされる不純物は、例えば炭素（Ｃ）である。
　Ｐ型クラッド層６０は、Ｐ型ガイド層５０の上に形成される。Ｐ型クラッド層６０は、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層であり、例えばＰ型ＡｌＧａＡｓ層である。不純物としてＣがドーピングされている。Ｐ型クラッド層６０にドーピングされる不純物は、例えば炭素（Ｃ）である。
　Ｐ型コンタクト層７０は、Ｐ型クラッド層６０の上に形成される。Ｐ型コンタクト層７０は、Ｐ型クラッド層６０とＰ側電極９１との間に形成される。Ｐ型コンタクト層７０は、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層であり、例えばＰ型ＧａＡｓ層である。
　本実施の形態において、Ｐ型コンタクト層７０は、Ｐ型クラッド層６０側から順に第１コンタクト層７１と第２コンタクト層７２とが積層された積層膜である。一例として、第１コンタクト層７１は、膜厚０．２μｍのＰ型ＧａＡｓ層である。また、第２コンタクト層７２は、膜厚１μｍのＰ型ＧａＡｓ層であり、電流ブロック層８０の開口部８０ａを埋めるように、第１コンタクト層７１上及び電流ブロック層８０上に形成される。
　電流ブロック層８０は、Ｐ型コンタクト層７０の内部に設けられている。具体的には、電流ブロック層８０は、Ｐ型コンタクト層７０の第１コンタクト層７１上に形成されている。本実施の形態において、電流ブロック層８０は、不純物が意図的にドーピングされたＰ型の半導体層によって構成されている。具体的には、電流ブロック層８０は、不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドーピングされたｎ型ＧａＡｓ層である。
　電流ブロック層８０は、電流注入領域を画定するための開口部８０ａを有する。電流ブロック層８０の開口部８０ａは、半導体レーザ装置１の共振器長方向に沿って直線状に延在している。電流ブロック層８０の開口部８０ａは、半導体レーザ装置１の利得部に存在するが、半導体レーザ装置１の端面部には存在しない。したがって、図２Ａに示すように、半導体レーザ装置１の利得部では、電流ブロック層８０は、第１コンタクト層７１の中央部を覆っていない。一方、図２Ｂに示すように、半導体レーザ装置１の端面部では、電流ブロック層８０の開口部８０ａが形成されていないので、電流ブロック層８０は、第１コンタクト層７１の全体を覆っている。
　このように、Ｐ型コンタクト層７０の内部にＮ型の電流ブロック層８０を設けることで、電流ブロック層８０によって電流閉じ込めを行って電流注入領域となる第１コンタクト層７１における発熱により活性層４０の水平方向に対して実効屈折率ステップが形成される。これにより、水平方向の光閉じ込めを行うことができる。
　Ｐ側電極９１は、Ｐ型クラッド層６０側に配置されており、Ｐ型コンタクト層７０に接続されている。具体的には、Ｐ側電極９１は、Ｐ型コンタクト層７０の上に形成されている。Ｐ側電極９１は、例えば、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＡｕの少なくとの一つの金属を含む。
　本実施の形態において、Ｐ側電極９１は、複数層によって構成されている。具体的には、Ｐ側電極９１は、第１Ｐ電極層９１ａとめっき層９１ｂと第２Ｐ電極層９１ｃとの３層によって構成されている。第１Ｐ電極層９１ａ、めっき層９１ｂ及び第２Ｐ電極層９１ｃは、Ｐ型コンタクト層７０の上にこの順で積層されている。また、第１Ｐ電極層９１ａと第２Ｐ電極層９１ｃとは、さらに複数膜によって構成されており、例えば、それぞれ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造である。また、めっき層９１ｂは、Ａｕめっき膜である。
　また、図２Ａに示すように、半導体レーザ装置１の利得部には、第１Ｐ電極層９１ａ、めっき層９１ｂ及び第２Ｐ電極層９１ｃの３層が存在するが、図２Ｂに示すように、半導体レーザ装置１の端面部には、めっき層９１ｂが存在せず、第１Ｐ電極層９１ａ及び第２Ｐ電極層９１ｃの２層が存在する。
　Ｎ側電極９２は、Ｎ型クラッド層２０側に配置されている。本実施の形態において、Ｎ側電極９２は、基板１０の下面（つまり、基板１０の裏側の主面）に形成されている。Ｎ側電極９２は、例えば、基板１０側から順に積層されたＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜を含む。
　絶縁膜１００は、少なくとも活性層４０の側面を覆う誘電体膜である。本実施の形態において、絶縁膜１００は、半導体積層体の一対の側面を覆っている。具体的には、絶縁膜１００は、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、活性層４０、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ型クラッド層６０、Ｐ型コンタクト層７０及び電流ブロック層８０の側面を覆っている。絶縁膜１００は、例えばＳｉＮ又はＳｉＯ２等の絶縁膜によって構成されており、電流ブロック膜として機能する。
　本実施の形態において、半導体積層体の一対の側面は傾斜する傾斜面であり、絶縁膜１００は、少なくとも傾斜面を覆っている。また、半導体積層体の傾斜面は、少なくとも活性層４０の側面に形成されている。活性層４０の側面が傾斜していることで、活性層４０の幅方向の中央部から側面に向かう迷光が、再度中央部に戻ることを低減することができる。したがって、活性層４０で発振するレーザ光と迷光との競合を抑制できるため、レーザ駆動動作が安定化する。
　また、絶縁膜１００は、開口部１００ａを有する。絶縁膜１００の開口部１００ａは、半導体レーザ装置１の共振器長方向に沿って直線状に延在している。絶縁膜１００の開口部１００ａは、半導体レーザ装置１の利得部に存在するが、半導体レーザ装置１の端面部には存在しない。したがって、図２Ａに示すように、半導体レーザ装置１の利得部では、絶縁膜１００は、Ｐ型コンタクト層７０の端部しか覆っていない。一方、図２Ｂに示すように、半導体レーザ装置１の端面部では、絶縁膜１００の開口部１００ａが形成されていないので、絶縁膜１００は、Ｐ型コンタクト層７０の全体を覆っている。
　図１及び図２Ｃに示すように、半導体レーザ装置１は、レーザ光が出射するフロント側の端面である前端面１ａ（光出射端面）と、前端面１ａとは反対側のリア側の端面である後端面１ｂとを有する。
　半導体レーザ装置１の半導体積層体は、前端面１ａと後端面１ｂとを共振器反射ミラーとした光導波路とを備える。したがって、前端面１ａ及び後端面１ｂは、共振器端面となり、半導体レーザ装置１の共振器長は、前端面１ａと後端面１ｂとの間の距離である。本実施の形態において、半導体レーザ装置１の共振器長は、２ｍｍ以上と長くなっており、さらに４ｍｍ以上であってもよい。なお、半導体レーザ装置１の共振器長は、２ｍｍ未満であってもよい。
　光導波路への電流注入領域の幅は、電流ブロック層８０の開口部８０ａにより画定される。電流ブロック層８０の開口部８０ａは、前端面１ａ及び後端面１ｂよりも内側に形成されている。つまり、電流注入領域の共振器長方向の端部は、前端面１ａ及び後端面１ｂよりも内側に位置している。
　また、半導体レーザ装置１では、半導体積層体の前端面１ａに第１端面コート膜１１１が形成されており、半導体積層体の後端面１ｂに第２端面コート膜１１２が形成されている。第１端面コート膜１１１及び第２端面コート膜１１２は、誘電体多層膜によって構成された反射膜である。例えば、第１端面コート膜１１１は、Ａｌ２Ｏ３とＴａ２Ｏ５との多層膜であり、第２端面コート膜１１２は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５との多層膜である。一例として、第１端面コート膜１１１の反射率は２％であり、第２端面コート膜１１２の反射率は９５％である。
　なお、第１端面コート膜１１１及び第２端面コート膜１１２の反射率は、これに限るものではない。例えば、半導体レーザ装置１が外部共振器で構成される半導体レーザモジュールで使用される場合には、第１端面コート膜１１１の反射率は０．２％以下であってもよい。これにより、半導体レーザ装置１でのレーザ発振モードと外部共振器でのレーザ発振モードとが競合することによるキンク発生等の問題を抑えることができる。
　また、本実施の形態において、半導体レーザ装置１における半導体積層体は、共振器長方向の両端部に端面窓構造を有する。具体的には、活性層４０における光導波路の両端面付近の電流非注入領域において、前端面１ａから所定の長さの領域に窓領域１２０が形成されている。窓領域１２０は、半導体積層体の前端面１ａ側の端面部に形成されている。なお、半導体積層体の後端面１ｂ側の端面部にも、同様の窓領域が形成されていてもよい。後端面１ｂ側の窓領域は、必ずしも形成されなくてもよい。
　ここで、活性層４０において窓領域１２０が形成されていない領域のフォトルミネッセンスのピークエネルギーをＥｇ１とし、活性層４０において窓領域１２０が形成された領域のフォトルミネッセンスのピークエネルギーＥｇ２とし、Ｅｇ１とＥｇ２との差をΔＥｇとすると、例えば、ΔＥｇ＝Ｅｇ２－Ｅｇ１＝１００ｍｅＶの関係になるように窓領域１２０を形成する。つまり、前端面１ａ近傍及び後端面１ｂ近傍の領域における活性層４０のバンドギャップを、前端面１ａ近傍及び後端面１ｂ近傍以外の領域における活性層４０のバンドギャップよりも大きくしている。具体的には、前端面１ａ近傍及び後端面１ｂ近傍のウェル層４１のバンドギャップエネルギーが、共振器長方向の中央部のウェル層４１のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
　また、窓領域１２０を形成するための窓形成方法は、一般に不純物拡散法と空孔拡散法とがあるが、本実施の形態では、空孔拡散法によって窓形成を行っている。これは、１エミッタ当たり１０Ｗを超えるような超高出力の半導体レーザ装置においては、低損失化による光吸収量の低減が重要であるからである。つまり、不純物拡散法で窓領域を形成すると、不純物によって光吸収が大きくなってしまって光吸収ロスを低減することが難しくなるが、空孔拡散法は不純物フリーであるため、空孔拡散法で窓領域を形成することで、不純物導入に起因する光吸収ロスを無くすことができるからである。空孔拡散法によって窓領域を形成することで、端面窓構造として、前端面１ａ側に窓領域１２０が形成される。また、後端面１ｂ側にも同様の窓領域が形成される。
　なお、空孔拡散法は、急速高温処理を施すことで窓領域を形成することができる。例えば、高温処理時にＧａ空孔を生成する保護膜を窓領域の形成を行う領域の半導体層上に形成した後、結晶成長温度付近の８００℃～９５０℃の非常に高温な熱にさらしてＧａ空孔を拡散させることで、空孔とＩＩＩ族元素との相互拡散により活性層４０の量子井戸構造を無秩序化して窓化（透明化）することができる。この結果、活性層４０のバンドギャップを大きくすることができ、量子井戸構造を無秩序化した領域を、窓領域として機能させることができる。また、窓領域以外の領域においては、高温処理時にＧａ空孔の生成を抑制する保護膜を形成することで、量子井戸構造の無秩序化を抑えることができる。
　このように、半導体レーザ装置１が端面窓構造を有することで、半導体レーザ装置１の共振器端面を透明化して前端面１ａ付近における光吸収を低減することができる。これにより、前端面１ａにおいてＣＯＤが発生することを抑制できる。
　［半導体レーザ装置の製造方法］
　次に、図３Ａ～図３Ｈを用いて、実施の形態に係る半導体レーザ装置１の製造方法を説明する。図３Ａ～図３Ｈは、実施の形態に係る半導体レーザ装置１の製造方法における各工程を説明するための図である。なお、図３Ｂ～図３Ｈにおいて、上図は、電流が注入される領域である電流注入領域に対応する部分の断面が示されており、下図は、電流が注入されない領域である電流非注入領域に対応する部分の断面が示されている。
　図３Ａに示すように、まず、基板１０を準備し、基板１０の上に複数の半導体層を積層する。複数の半導体層を積層する工程には、少なくとも、基板１０の上方にＮ型クラッド層２０を配置する工程と、Ｎ型クラッド層２０の上方に活性層４０を配置する工程と、活性層４０の上方にＰ型クラッド層６０を配置する工程とが含まれる。
　具体的には、ｎ－ＧａＡｓのウエハである基板１０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ；Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による結晶成長技術により、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、活性層４０、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ型クラッド層６０、Ｐ型コンタクト層７０の第１コンタクト層７１と、電流ブロック層８０とを順次結晶成長させることで積層する。
　活性層４０としては、Ｎ型ガイド層３０の上に、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ側第１バリア層４２ａ、ウェル層４１と、Ｐ側第１バリア層４３ａ、及び、Ｐ側第２バリア層４３ｂを順次結晶成長させることで積層する。
　次に、図３Ｂに示すように、電流ブロック層８０に、電流注入領域を画定するための開口部８０ａを形成する。具体的には、第１コンタクト層７１の上に、フォトリソグラフィー技術によってＳｉＯ２などからなるマスクを所定のパターンで形成し、その後、ウェットエッチング技術によって電流ブロック層８０を第１コンタクト層７１が露出するまでエッチングすることで、電流注入領域に対応する部分の電流ブロック層８０に開口部８０ａを形成する。一方、半導体レーザ装置１の端面部における電流非注入領域では、電流ブロック層８０に開口部８０ａが形成されない。なお、電流ブロック層８０をエッチングするためのエッチング液は、硫酸系のエッチング液が好適に用いられる。例えば、硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：４０のエッチング液などを用いることができる。
　次に、図３Ｃに示すように、電流ブロック層８０に開口部８０ａを形成する際のマスクをフッ酸系のエッチング液で除去した後、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長技術により、Ｐ型コンタクト層７０の第２コンタクト層７２を結晶成長させる。具体的には、電流注入領域における電流ブロック層８０の開口部８０ａを埋め込むようにして、電流ブロック層８０の上と電流ブロック層８０の開口部８０ａから露出する第１コンタクト層７１の上とに第２コンタクト層７２を結晶成長させる。
　次に、図３Ｄに示すように、複数の半導体層の半導体積層体における共振器長方向の端面部に対応する部分に窓領域１２０を形成する。具体的には、半導体積層体の前端面１ａ側の端面部に対応する部分に窓領域１２０を形成する。本実施の形態において、窓領域１２０はＰ型コンタクト層７０、Ｐ型クラッド層６０、Ｐ型ガイド層５０、活性層４０、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ型クラッド層２０及び基板１０の一部における前端面１ａ近傍に対応する部分に形成される。なお、窓領域１２０は、空孔拡散法によって形成したが、これに限らない。
　次に、図３Ｅに示すように、半導体積層体の側面に傾斜面を有する溝１３０を形成する。具体的には、Ｐ型コンタクト層７０の上に、フォトリソグラフィー技術を用いてＳｉＯ２などからなるマスクを所定のパターンで形成し、その後、ウェットエッチング技術によって、Ｐ型コンタクト層７０からＮ型クラッド層２０の途中までをエッチングすることで、半導体積層体の側面において傾斜する溝１３０を形成することができる。溝１３０は、半導体レーザ装置１を個片化する際の分離溝であり、上面視において、共振器長方向に延在している。
　なお、溝１３０を形成する際のエッチング液は、例えば、硫酸系のエッチング液を用いることができる。この場合、硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：１０のエッチング液を用いることができる。また、エッチング液は、硫酸系のエッチング液に限らず、有機酸系のエッチング液又はアンモニア系のエッチング液を用いてもよい。
　また、溝１３０は、等方性のウェットエッチングにより形成される。これにより、複数の半導体層の側面に傾斜面を形成して、複数の半導体層にくびれ構造（つまりオーバーハング構造）を形成することができる。溝１３０の側面の傾斜角度は、複数の半導体層を構成する各層のＡｌＧａＡｓ材料のＡｌ組成の組成比で変化する。この場合、ＡｌＧａＡｓ材料のＡｌ組成を高くすることで、エッチング速度を速めることができる。したがって、図３Ｅに示されるような傾斜を有する側面を複数の半導体層に形成するためには、Ｐ型クラッド層６０のＡｌ組成の組成比を最も高くすることで、複数の半導体層において横方向（水平方向）のエッチング速度を最も速くすることができる。これにより、Ｐ型クラッド層６０付近に、複数の半導体層の最狭部（水平方向において最も狭い部分）を形成することができる。
　次に、図３Ｆに示すように、溝１３０を形成する際のマスクをフッ酸系のエッチング液で除去した後に、基板１０上の全面に、絶縁膜１００としてＳｉＮ膜を堆積し、その後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、電流注入領域に対応する部分の絶縁膜１００を除去することで開口部１００ａを形成する。なお、電流非注入領域に対応する部分の絶縁膜１００は除去されず、電流非注入領域に対応する部分には開口部１００ａが形成されない。
　絶縁膜１００のエッチングとしては、フッ酸系エッチング液を用いたウェットエッチング又は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチングを用いることができる。また、絶縁膜１００は、ＳｉＮ膜としたが、これに限らず、ＳｉＯ２膜などであってもよい。
　次に、図３Ｇに示すように、半導体積層体の上に、Ｐ側電極９１を形成する。本実施の形態では、Ｐ型コンタクト層７０の上に、Ｐ側電極９１として、第１Ｐ電極層９１ａとめっき層９１ｂと第２Ｐ電極層９１ｃとをこの順で形成する。
　具体的には、電子ビーム蒸着法によってＴｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜との積層膜からなる第１Ｐ電極層９１ａを下地電極として形成し、その後、電解めっき法によってＡｕめっき膜からなるめっき層９１ｂを形成する。そして、フォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、電流非注入領域に対応する部分のめっき層９１ｂを選択的にエッチングして除去する。この場合、Ａｕめっき膜からなるめっき層９１ｂをエッチングするためのエッチング液としては、ヨード液を用いることができる。本実施の形態においては、ヨウ素：ヨウ化カリウム：水＝２８８．８ｇ：４９０ｇ：３５００ｇのヨード液を用いて、さらに、エッチングを安定化するために、バブリング状態でエッチングを行った。その後、電子ビーム蒸着法によって、めっき層９１ｂの上に、Ｔｉ膜とＰｔ膜とＡｕ膜との積層膜からなる第２Ｐ電極層９１ｃを形成する。このように、第１Ｐ電極層９１ａ及び第２Ｐ電極層９１ｃについては、共振器長方向のほぼ全長にわたって形成されるが、Ａｕめっき層９１ｂについては、電流非注入領域に形成されない。
　次に、図３Ｈに示すように、基板１０の下面に、Ｎ側電極９２を形成する。具体的には、基板１０側から、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、及び、Ａｕ膜を順に成膜することで、Ｎ側電極９２を形成する。
　その後、図示しないが、半導体積層体が形成された基板１０を、ブレードを用いたダイシング又は劈開等によってバー状に分離し、その後、さらに溝１３０を切断部として切断することでチップ分離を行う。これにより、個片状の半導体レーザ装置１を作製することができる。
　［半導体層の組成とバンド構造］
　次に、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１の具体例について説明する。
　図４は、上記実施の形態に係る半導体レーザ装置１について、実施例１、実施例２及び実施例３の３つの実施例における各半導体層の組成、膜厚及び不純物濃度の具体例を示す図である。
　本実施の形態に係る半導体レーザ装置１における半導体積層体の各半導体層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体によって構成されており、Ａｌ組成及びＩｎ組成をそれぞれＸ及びＹとして、ＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎＹＡｓ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の組成式で表される。
　図４において、Ｎ型クラッド層２０のＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＮＣ及びＹＮＣとし、Ｎ型ガイド層３０のＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＮＧ及びＹＮＧとし、活性層４０におけるＮ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＮＢ２及びＹＮＢ２とし、活性層４０におけるＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＮＢ１及びＹＮＢ１とし、活性層４０におけるウェル層４１のＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＷ及びＹＷとし、活性層４０におけるＰ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＰＢ１及びＹＰＢ１とし、活性層４０におけるＰ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＰＢ２及びＹＰＢ２とし、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＰＧ及びＹＰＧとし、Ｐ型クラッド層６０のＡｌ組成及びＩｎ組成をＸＰＣ及びＹＰＣとしている。なお、図４には、波長９１５ｎｍ帯のレーザ光を得るための条件が示されている。
　図４に示すように、本実施の形態における半導体レーザ装置１では、活性層４０において、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成比は、Ｎ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成比よりも高くなっており、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成比は、Ｐ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成比よりも高くなっている。
　また、本実施の形態における半導体レーザ装置１では、Ｎ型クラッド層２０とＮ型ガイド層３０との界面領域及びＰ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面領域において、Ａｌ組成が変化している。具体的には、Ｎ型クラッド層２０とＮ型ガイド層３０との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大している。同様に、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大している。
　次に、図４に示される実施例１～３の半導体レーザ装置１における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とについて、図５Ａ～図５Ｃを用いて説明する。
　図５Ａは、実施例１の半導体レーザ装置１における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。
　図５Ｂは、実施例２の半導体レーザ装置１における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。
　図５Ｃは、実施例３の半導体レーザ装置１における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造とを示す図である。
　なお、図５Ａ～図５Ｃにおいて、ＤＮＢ１は、Ｎ側第１バリア層４２ａにおけるアンドープ領域の長さを示しており、ＤＰＢ１は、Ｐ側第１バリア層４３ａにおけるアンドープ領域の長さを示している。
　図５Ａ～図５Ｃに示すように、本実施の形態における半導体レーザ装置１では、実施例１～実施例３のいずれにおいても、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ側第２バリア層４２ｂ及びＮ側第１バリア層４２ａにドーピングされている不純物の濃度は、ウェル層４１から離れるにしたがって段階的に増大している。つまり、ウェル層４１から離れるにしたがって、Ｎ側第１バリア層４２ａ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０及びＮ型クラッド層２０の順で、不純物の濃度が段階的に増大している。また、本実施の形態において、Ｎ側第１バリア層４２ａ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０及びＮ型クラッド層２０の各層において、不純物濃度は一定である。
　なお、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ側第２バリア層４２ｂ及びＮ側第１バリア層４２ａにドーピングされている不純物の濃度は、段階的ではなく、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大（つまり傾斜増大）していてもよい。
　一方、Ｐ型クラッド層６０とＰ型ガイド層５０との界面領域にドーピングされている不純物濃度は２×１０１８ｃｍ－３で一定としている。Ｐ型クラッド層６０の不純物濃度は、ウェル層４１から遠ざかる方向に段階的に増大させてもよいし、連続的に増大させてもよい。Ｐ型クラッド層６０のウェル層４１から遠い側の領域には、導波光の垂直方向の光分布強度が減衰しているため、不純物濃度を高めてドーピングしてもよい。この領域は、光分布強度が小さいため不純物によるフリーキャリア吸収損失の発生が小さく、また、不純物濃度の増大により抵抗値が低下するため、導波路損失の増大を招くことなく、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減することができる。具体的には、Ｐ型クラッド層６０のＰ型不純物濃度は、ウェル層４１側の不純物濃度を２×１０１８ｃｍ－３とし、ウェル層４１から最も離れた部分での不純物濃度を５×１０１８ｃｍ－３となるように徐々に増大させてもよいし、ウェル層４１から遠ざかる方向に不純物濃度が高くなるように段階的に増大させてもよい。ここで、Ｐ型クラッド層６０のＡｌ組成が、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成に対して２倍以上ある場合、基板法線方向の垂直方向の光分布強度は、Ｐ型クラッド層６０と、Ｐ型ガイド層５０の屈折率差が大きいため、Ｐ型ガイド層５０からＰ型クラッド層６０に向かって急激に減衰する。この場合、不純物ドーピングによるフリーキャリア損失の発生による導波路損失の増大を抑制しつつ、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減するためには、ウェル層４１からＰ型クラッド層６０に向かって不純物濃度を連続的に高めるとよい。このようにすると、光分布強度の大きい領域では不純物濃度が低いため導波路損失の増大が抑制され、光分布強度の小さい領域では不純物濃度が高いため半導体レーザ装置の直列抵抗が低減する効果を得つつ導波路損失の増大も抑制されるためである。
　また、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ側第１バリア層４３ａにドーピングされている不純物の濃度は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっている（つまり傾斜増大している）。実施例１から実施例３に示す構造では、Ｐ型不純物濃度は２×１０１７ｃｍ－３から５×１０１７ｃｍ－３となるように連続的に不純物濃度を増大させている。また、Ｐ型クラッド層６０とＰ型ガイド層５０との界面領域にドーピングされている不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ－３から２×１０１８ｃｍ－３へと連続的に増大させてもよい。この場合、Ｐ型クラッド層６０とＰ型ガイド層５０との界面領域で不純物ドーピングにより発生するフリーキャリア吸収損失による導波路損失の増大を抑制することができる。
　また、図５Ａ～図５Ｃに示すように、Ｎ側第１バリア層４２ａは、ウェル層４１に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、ウェル層４１から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する。本実施例において、Ｎ側第１バリア層４２ａのアンドープ領域の膜厚は５ｎｍである。
　一方、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、全領域に不純物がドーピングされている。つまり、厚み方向においてＮ側第２バリア層４２ｂの全体に不純物が意図的にドーピングされている。Ｎ側第２バリア層４２ｂの不純物濃度と、Ｎ側第１バリア層４２ａのドープ領域の不純物濃度とは同じである。
　同様に、Ｐ側第１バリア層４３ａは、ウェル層４１に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、ウェル層４１から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する。本実施例において、Ｐ側第１バリア層４３ａのアンドープ領域の膜厚は５ｎｍである。
　一方、Ｐ側第２バリア層４３ｂについては、全領域に不純物がドーピングされている。つまり、厚み方向においてＰ側第２バリア層４３ｂの全体に不純物が意図的にドーピングされている。
　各実施例におけるバンドギャップエネルギーについては、図５Ａ～図５Ｃに示すように、活性層４０のＮ側半導体領域において、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第１バリア層４２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きい。同様に、活性層４０のＰ側半導体領域において、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第１バリア層４３ａのバンドギャップエネルギーよりも大きい。
　また、Ｐ型クラッド層６０のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型クラッド層２０のバンドギャップエネルギーよりも大きい。
　また、上記のように、半導体レーザ装置１は、窓領域１２０が形成された端面窓構造を有する。具体的には、半導体レーザ装置１は、前端面１ａ近傍のウェル層４１のバンドギャップエネルギーが半導体レーザ装置１の共振器長方向の中央部のウェル層４１のバンドギャップエネルギーよりも大きい端面窓構造を有する。
　なお、図５Ａでは、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、一定であったが、これに限らない。例えば、図５Ｂに示すように、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっていてもよい。これにより、Ｎ側第１バリア層４２ａとＮ側第２バリア層４２ｂとの界面に形成される伝導帯バンドや価電子帯バンドにおけるヘテロ構造スパイクやノッチの形成を抑制することができ、動作電圧を低減することができる。
　同様に、図５Ａでは、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、一定であったが、これに限らない。例えば、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっていてもよい。これにより、Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂとの界面に形成される伝導帯バンドや価電子帯バンドにおけるヘテロ構造スパイクやノッチの形成を抑制することができ、動作電圧を低減することができる。
　また、図５Ａ及び図５Ｂでは、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーと同じであったが、これに限らない。つまり、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０とで組成が非対称になっていてもよい。例えば、図５Ｃに示すように、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーがＮ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも大きい場合、ウェル層４１に注入された電子が熱により励起されてＰ型ガイド層５０に漏れる電流の発生を抑制することができる。また、Ｎ型ガイド層３０の方が、Ｐ型ガイド層５０の屈折率よりも高くなるため、導波路の基板法線方向の垂直方向光分布をＮ型層寄りとすることができる。この場合、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差を制御することで精密に垂直方向光分布を制御することができる。この結果、導波路損失を低減しつつ温度特性のより優れた高温高出力動作可能な半導体レーザ装置を再現性良く得ることができる。Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差において、Ｐ型ガイド層５０の方が大きくなりすぎると垂直方向光分布はＮ型層寄りになりすぎて、ウェル層４１への光閉じ込め係数が低下し、発振しきい電流値の増大を招いてしまう。このため、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差は、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成を相対的に大きくし、その差が０．０５以下であればよい。
　また、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーが、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも小さい場合、Ｎ型ガイド層３０の屈折率が、Ｐ型ガイド層５０の屈折率よりも低くなることで、導波路の基板法線方向の垂直方向光分布をＰ側に寄せることができる。この結果、ウェル層４１への高い光閉じ込め係数を得ることができ、発振しきい値電流を低減しつつ温度特性のよい優れた高温高出力動作可能な半導体レーザ装置を得ることができる。Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差において、Ｎ型ガイド層３０の方が大きくなりすぎると垂直方向光分布はＰ型層に寄りすぎ、導波路損失が増大し、発振しきい値電流の増大及びスロープ効率の低下を招いてしまう。このため、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差は、Ｎ型ガイド層３０のＡｌ組成を相対的に大きくし、その差が０．０４以下であればよい。
　また、図５Ａ及び図５Ｂでは、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーの最大値は、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーの最大値と同じであったが、これに限らない。例えば、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーの最大値は、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーの最大値よりも大きくてもよい。これにより、ウェル層４１に注入された電子が熱により励起されてＰ型ガイド層５０に漏れる電流の発生を抑制することができる。また、Ｎ型ガイド層３０の方が、Ｐ型ガイド層５０の屈折率よりも高くなるため、導波路の基板法線方向の垂直方向光分布をＮ型層寄りとすることができる。この場合、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０のＡｌ組成を制御することで精密に垂直方向光分布を制御することができる。この結果、温度特性により優れた高温高出力動作可能な半導体レーザ装置を再現性よく得ることができる。Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成の最大値と、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成の最大値のＡｌ組成差において、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成が大きくなりすぎると、垂直方向光分布はＮ型層寄りになりすぎて、ウェル層４１への光閉じ込め係数が低下し、発振しきい電流値の増大を招いてしまう。このため、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成の最大値と、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成の最大値のＡｌ組成差は、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成の最大値を相対的に大きくしつつ、その差が０．０５以下であればよい。
　また、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーの最大値は、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーの最大値よりも小さくてもよい。この場合、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも小さくなる。Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーが、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも小さい場合、Ｎ型ガイド層３０の屈折率が、Ｐ型ガイド層５０の屈折率よりも低くなることで、導波路の基板法線方向の垂直方向光分布をＰ側に寄せることができる。この結果、ウェル層４１への高い光閉じ込め係数を得ることができ、発振しきい値電流を低減しつつ温度特性のよい優れた高温高出力動作可能な半導体レーザ装置を得ることができる。Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差において、Ｎ型ガイド層３０の方が大きくなりすぎると垂直方向光分布はＰ型層に寄りすぎ、導波路損失が増大し、発振しきい値電流の増大及びスロープ効率の低下を招いてしまう。このため、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０のＡｌ組成差は、Ｎ型ガイド層３０のＡｌ組成を相対的に大きくし、その差が０．０４以下であればよい。つまり、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成の最大値と、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成の最大値のＡｌ組成差は、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成を相対的に大きくし、その差が０．０４以下であればよい。
　なお、図５Ａでは、Ｐ型ガイド層５０とＰ側第２バリア層４３ｂとのバンドギャップエネルギーは、同じであったが、これに限らない。例えば、図５Ｄに示すように、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーは、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくてもよい。この構成により、ウェル層４１に注入された電子が、高温高出力動作時において熱により励起されてＰ型ガイド層５０に漏れる電子電流の発生を抑制することが可能となる。この結果、高温高出力動作に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
　また、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくすることで、ウェル層４１に注入された電子が、高温高出力動作時において熱により励起されＰ型ガイド層５０に漏れる電子電流の発生を抑制することが可能となる。この結果、高温高出力動作に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
　また、Ｎ側第１バリア層４２ａとＮ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは同じであってもよいが、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーはＮ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギー以上であればよい。この構成により、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ側第１バリア層４２ａの屈折率は、Ｎ型ガイド層３０の屈折率以上となり、ウェル層４１への光閉じ込め係数を増大させることができる。この結果、発振しきい値と高温高出力動作時の漏れ電流が低減し、高温高出力動作に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
　また、Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは同じであってよいが、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーはＰ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギー以上であればよい。この構成により、Ｐ側第２バリア層４３ｂ、Ｐ側第１バリア層４３ａの屈折率は、Ｐ型ガイド層５０の屈折率以上となり、ウェル層４１への光閉じ込め係数を増大させることができる。
　この結果、発振しきい値と高温高出力動作時の漏れ電流が低減し、高温高出力動作に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
　図５Ｅに、実施例１に示した半導体レーザ装置の構造において、Ｎ側第１バリア層４２ａとウェル層４１間に、Ｎ側第１バリア層４２ａよりも高いＡｌ組成のＮ側高Ａｌ組成層４４、及び、Ｐ側第１バリア層４３ａとウェル層４１間との間にＰ側第１バリア層４３ａよりも高いＡｌ組成のＰ側高Ａｌ組成層４５の両方を備えた実施例５の半導体レーザ装置における半導体積層体の不純物濃度プロファイルとバンド構造を示す。なお、図５Ｅに示す実施例５は、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５の両方を備えているが、いずれか一方のみを備えていてもよい。
　この構造により、空孔拡散、不純物拡散で窓部を形成する場合の熱アニール工程やイオン注入による窓形成時においてウェル層４１とＮ側高Ａｌ組成層４４、及び、ウェル層４１とＰ側高Ａｌ組成層４５のＡｌ組成差が大きくなるため両層間において原子の相互交換により、窓部のウェル層４１におけるバンドギャップが大きくなりやすくなるため、窓部と利得部のバンドギャップエネルギーの差を大きくしやすくなる。これにより、ウェル層４１が厚くても、より容易に窓領域１２０を形成することができる。
　Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５の厚さは、薄くなりすぎるとウェル層４１との原子の相互交換による量子井戸構造の無秩序化効果が低下し、窓領域１２０のウェル層４１のバンドギャップエネルギーの窓形成熱アニール工程による増大効果が低下する。逆に、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５の厚さが厚くなりすぎると、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はＮ側第１バリア層４２ａよりも屈折率が低く、且つＰ側高Ａｌ組成層４５はＰ側第１バリア層４３ａよりも屈折率が低いため、ウェル層４１への光閉じ込め係数が低下する。さらに、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はＮ側第１バリア層４２ａよりもバンドギャップエネルギーが大きく、且つＰ側高Ａｌ組成層４５はＰ側第１バリア層４３ａよりもバンドギャップエネルギーが大きくなるため、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はウェル層４１への電子の注入を阻害し、Ｐ側高Ａｌ組成層４５はウェル層４１への正孔の注入を阻害することから動作電圧が増大する。
　したがって、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５の厚さは、厚さ３ｎｍ以上、１０ｎｍであればよい。
　また、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５のＡｌ組成は、小さくなりすぎると、ウェル層４１とＮ側高Ａｌ組成層４４及びウェル層４１とＰ側高Ａｌ組成層４５との原子の相互交換による量子井戸構造の無秩序化効果が低下し、窓領域１２０のウェル層４１のバンドギャップエネルギーの窓形成熱アニール工程による増大効果が低下する。逆に、Ａｌ組成が大きくなりすぎると、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はＮ側第１バリア層４２ａよりも屈折率が低く、Ｐ側高Ａｌ組成層４５はＰ側第１バリア層４３ａよりも屈折率が低いため、ウェル層４１への光閉じ込め係数が低下する。さらに、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はＮ側第１バリア層４２ａよりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｐ側高Ａｌ組成層４５はＰ側第１バリア層４３ａよりもバンドギャップエネルギーが大きくなるため、Ｎ側高Ａｌ組成層４４はウェル層４１への電子の注入を阻害し、Ｐ側高Ａｌ組成層４５はウェル層４１への正孔の注入を阻害することから動作電圧が増大する。
　したがって、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５のＡｌ組成は、０．２７以上、０．３５以下であればよい。
　Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５を備えることにより、ウェル層４１の厚さが厚くなっても窓領域１２０のウェル層４１のバンドギャップエネルギーを増大させることが容易になり、高温動作特性に優れた、ＣＯＤレベルの高い半導体レーザ装置を容易に得ることができる。
　また、図５Ｅに示す構造では、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５には、不純物をドーピングしていない例を示しているが、Ｎ側高Ａｌ組成層４４にＮ型不純物をドーピングし、Ｐ側高Ａｌ組成層４５にＰ型不純物をドーピングすることで、半導レーザ装置の直列抵抗を低減することができる。さらに、Ｎ側高Ａｌ組成層４４にＮ型不純物をドーピングすれば、価電子帯のポテンシャルエネルギーが低下するためにウェル層４１に注入された正孔電流の漏れを抑制することができる。また、Ｐ側高Ａｌ組成層４５にＰ型不純物をドーピングすれば、伝導帯のポテンシャルエネルギーが増大するためにウェル層４１に注入された電子電流の漏れを抑制することができる。この結果、半導体レーザ装置を高温高出力動作させた場合に漏れ電流の発生を抑制することができ、温度特性に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。半導体レーザ装置の直列抵抗低減と温度特性向上を実現するためには、Ｎ側高Ａｌ組成層４４にＮ型不純物を１×１０１７ｃｍ－３から１×１０１８ｃｍ－３の範囲でドーピングすればよく、Ｐ側高Ａｌ組成層４５にＰ型不純物を１×１０１７ｃｍ－３から５×１０１７ｃｍ－３の範囲でドーピングすればよい。
　Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５はＡｌＧａＡｓ層であってもよいし、ＡｌＧａＩｎＡｓ層であってもよい。Ｐ側高Ａｌ組成層４５にＡｌＧａＩｎＡｓを用いると、Ｐ側第１バリア層４３ａの価電子帯のポテンシャルエネルギーを小さくしつつ、伝導帯のポテンシャルエネルギーを高めることが可能となり、ウェル層４１からＰ型層側に漏れ出す電子の発生を抑制しつつ、容易に窓領域１２０を形成することができる。
　特に、Ｎ側高Ａｌ組成層４４とＰ側高Ａｌ組成層４５をＡｌＧａＩｎＡｓとする場合、Ａｌ組成を０．３以上、０．４５以下とし、Ｉｎ組成を０．０５以上、０．１５以下とすることで、Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側高Ａｌ組成層４５との間の価電子帯のポテンシャルエネルギーの差を小さくすることができる。さらに、Ｎ側高Ａｌ組成層４４にＩｎを含有させることでＮ側高Ａｌ組成層４４のバンドギャップエネルギーが小さくなるため、Ｎ側第１バリア層４２ａとＮ側高Ａｌ組成層４４との間の伝導帯のポテンシャルエネルギーの差を小さくすることができる。この結果、ウェル層４１への電子、正孔の注入が、同じＡｌ組成のＡｌＧａＡｓ層を用いた場合と比較して、容易になり動作電圧が低減する。また、ウェル層４１と、Ｎ側高Ａｌ組成層４４及びＰ側高Ａｌ組成層４５との間のＡｌ組成差が大きくなるため、窓領域１２０を形成するための、窓形成熱アニール工程時やイオン注入工程により原子交換によるＩＩＩ族原子配列の無秩序化が生じやすくなり窓部と利得部とのバンドギャップエネルギーの差が大きくなりやすくなる。このためＣＯＤレベルの高い半導体レーザ装置を得ることができる。
　また、Ｎ型ガイド層３０をＩｎ組成が０．０２以下のＩｎを含むＡｌＧａＩｎＡｓ層とすると、Ｎ型ガイド層３０での格子欠陥の発生を抑制しつつＮ型ガイド層３０の屈折率を若干高めることが可能となり、垂直方向光分布においてＮ型ガイド層３０に光を集めやすくなるため、Ｎ型層寄りの光分布形状の制御性を向上させることができる。この場合、Ｎ型ガイド層３０は、ＩｎＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの超格子から形成されていてもよい。
　［半導体レーザ装置の作用・効果］
　次に、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１の作用及び効果について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態に係る半導体レーザ装置１の作用及び効果を説明するための図である。図６では、端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、窓領域の形成を意図した領域（窓部）と窓領域の形成を意図していない領域（利得部）とにおけるアニール前後のバンド構造を示している。
　図６において、「本実施形態」は、上記の本実施の形態に係る半導体レーザ装置１である。
　また、図６において、「比較例」は、比較例の半導体レーザ装置である。比較例の半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＡｓからなるＮ側バリア層とＡｌＧａＡｓからなるＰ側バリア層との間にＩｎＧａＡｓからなるウェル層が形成された活性層を有しており、高出力化を目指して、バリア層のＡｌ組成を高くして熱飽和レバルを向上させた構成になっている。
　半導体レーザ装置では、高出力化を図るために、端面近傍に窓領域を形成してＣＯＤレベルを向上させている。窓領域は、空孔拡散等によって端面部におけるバリア層及びウェル層の原子配列を無秩序化することで形成することができる。
　端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、さらに高出力を図るために、ウェル層を厚くして光閉じ込め係数を大きくすることが考えられる。しかしながら、ウェル層を厚くすると、バリア層及びウェル層の原子配列を無秩序化しにくくなり、窓領域を形成することが難しくなる。そこで、窓領域を形成する際のアニール温度を高くすることで、ウェル層とバリア層との間の原子の相互交換を促進して原子配列を無秩序化させることが考えられる。
　この場合、図６に示すように、窓領域の形成を意図した窓部では、アニール後のバンドギャップエネルギー（ＥｇＷ１）を、アニール前のバンドギャップエネルギー（ＥｇＷ０）よりも大きくすることができる。これにより、ウェル層が厚くても、窓領域を形成することができる。
　しかしながら、窓領域を形成する際のアニール温度を高くすると、窓領域の形成を意図していない利得部での活性層におけるウェル層とバリア層との間においても原子交換が生じてしまう。この結果、利得部においても、アニール後のバンドギャップエネルギー（ＥｇＧ１）がアニール前のバンドギャップエネルギー（ＥｇＧ０）よりも大きくなってしまう。つまり、窓部だけではなく、利得部においても、バンドギャップエネルギーが増大してしまう。この結果、利得部での漏れ電流が増大して温度特性が劣化したり、結晶成長時に導入される空孔又は成長層表面のダングリングボンドに起因する成長層表面の空孔が拡散しやすくなって発振波長制御性が低下して長期信頼性が低下したりする。
　これに対して、本実施の形態における半導体レーザ装置１では、上記のように、ウェル層４１の一方側にＰ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂとを形成し、少なくとも２段階でＡｌ組成を変化させる構造にしている。具体的には、Ｐ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成比をＰ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成比よりも相対的に高くしている。つまり、ウェル層４１に近い側のＰ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成を低くし、ウェル層４１に遠い側のＰ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成を高くしている。さらに、本実施の形態における半導体レーザ装置１では、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーを、Ｐ側第１バリア層４３ａのバンドギャップエネルギーよりも高くしている。
　これにより、ウェル層を厚くして窓領域を形成する際のアニール温度を高くしたとしても、図６の「本実施形態」に示すように、窓領域の形成を意図した窓部では、アニール後のバンドギャップエネルギー（ＥｇＷ１）をアニール前のバンドギャップエネルギー（ＥｇＷ０）よりも大きくしつつ、窓領域の形成を意図していない利得部では、アニール後のバンドギャップエネルギー（ＥｇＧ１）をアニール前のバンドギャップエネルギー（ＥｇＧ０）と同程度にすることができる。
　つまり、利得部では、アニール前後でバンドギャップエネルギーの変化を抑制してバンドギャップエネルギーの増大を抑制しつつ、窓部では、バンドギャップエネルギーを増大させることができる。したがって、窓部では、活性層４０を含む半導体積層体の透明化を促進させつつ、利得部では、活性層４０を含む半導体積層体の透明化を抑制することができる。
　このように、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１によれば、Ａｌ組成が低くて屈折率が高いＰ側第１バリア層４３ａを用いているので、ウェル層４１への光閉じ込め係数が増大して動作キャリア密度が低減する。また、ウェル層を厚くしたときに窓部のバンドギャップエネルギーを増大させて窓領域を形成するために窓領域を形成する際のアニール温度を高めたとしても、Ｐ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成が低いために利得部でのウェル層４１のバンドギャップエネルギーが不純物拡散による変化の影響を受けにくく、バンドギャップエネルギーの増大による利得部でのウェル層４１の波長変化を抑制することができる。この結果、長期信頼性が低下することを抑制できる。また、ＣＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制することができるとともに、スロープ効率が低下したり温度特性が低下したりすることも抑制できる。
　したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１によれば、端面窓構造を有する半導体レーザ装置において、ウェル層４１を厚くしたとしても、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ型クラッド層６０のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型クラッド層２０のバンドギャップエネルギーよりも大きくなっている。
　これにより、Ｐ型クラッド層６０の屈折率がＮ型クラッド層２０の屈折率よりも小さくなるので、基板垂直方向の光分布がＮ型クラッド層寄りになり、光導波路における導波路損失を低減させることができる。したがって、高効率に発光する半導体レーザ装置１を実現することができる。
　さらに、Ｐ型クラッド層６０は、半導体レーザ装置１をジャンクションダウンに実装した場合（つまり、基板１０から遠い側のＰ側電極９１側をサブマウントに実装した場合）に実装歪の影響を受けやすくなり、しかも、Ａｌ組成が高いことで基板１０との格子不整歪が大きく実装歪の影響が大きくなる。このため、複屈折率性が生じ、光導波路を伝搬する光分布がＮ型クラッド層２０側よりもＰ型クラッド層６０の方に大きく染み出すと、偏光比が低下する。
　このとき、Ｐ型クラッド層６０のバンドギャップエネルギーをＮ型クラッド層２０のバンドギャップエネルギーよりも大きくすることで、基板垂直方向の光分布がＮ型クラッド層寄りになり、Ｐ型クラッド層６０に存在する光分布の割合を小さくすることができる。これにより、偏光比が低下することも抑制できる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、ウェル層４１の厚さは、６ｎｍ以上である。
　このように、ウェル層４１の厚さを６ｎｍ以上とすることで、ウェル層４１への光閉じ込め係数を大きく増大させることができるので、動作キャリア密度が低減し、熱飽和レベルを向上させることができる。したがって、温度特性を向上させることができる。
　さらに、光分布をＮ型クラッド層２０寄りとした場合には、ウェル層４１への光閉じ込め係数が低下し、発振しきい値が増大したり動作電流値が増大したりして漏れ電流の発生及び熱飽和レベルの低下を招いてしまうが、ウェル層４１の厚さを６ｎｍ以上にすることで、光分布をＮ型クラッド層２０寄りにした場合でも、ウェル層４１への光閉じ込め係数の低下の影響を軽減することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、ウェル層４１は、ＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎｙＡｓ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の組成式で表される半導体材料によって構成されている。
　この構成により、ウェル層４１の圧縮歪が増大して、第１準位のヘビーホール（ＨＨ１）と第１準位のライトヘビーホール（ＬＨ１）の準位間エネルギーを増大させることができる。これにより、ＴＭモードに寄与するライトヘビーホール数（ＬＨ数）が低減する。しかも、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａで形成されるライトホールの準位数（ＬＨ準位数）を１準位とすることが可能となる。したがって、偏光比を増大させることができる。
　ここで、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ及びＩｎＡｓの中で、ＩｎＡｓが最も格子定数が大きく、バンドギャップエネルギーが最も小さい。この場合、活性層のウェル層及びバリア層にＡｌＧａＩｎＡｓからなる４元系の組成を有す半導体材料を用いて所望のバンドギャップエネルギーを得る場合には、ＩｎＧａＡｓやＡｌＧａＡｓで所望のバンドギャップを得る場合と比較して、Ｉｎの含有率が高まるために圧縮性の歪が大きくなる。
　このため、本実施の形態のように、ウェル層及びバリア層にＡｌＧａＩｎＡｓが用いられた半導体レーザ装置において、レーザ光が出射する前端面に空孔又は不純物を拡散して端面窓構造を形成した場合には、ウェル層の歪エネルギーを小さくするため、ウェル層のＩｎ原子が積層方向に対してＩＩＩ族の格子位置に存在するＡｌ原子やＧａ原子と交換しやすくなり、ウェル層のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）が大きくなりやすくなる。
　この結果、レーザ光の出射端面である光密度が大きい前端面近傍におけるウェル層のバンドギャップエネルギーが容易に大きくなるため、前端面近傍のバンドギャップエネルギーが発熱により小さくなっても、前端面近傍のウェル層では光吸収が小さい状態を容易に維持することができる。
　したがって、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１のように、ウェル層４１をＡｌＧａＩｎＡｓによって構成することで、前端面１ａ近傍がレーザ光の吸収で溶融破壊されるＣＯＤの発生を抑制することができる。
　さらに、本実施の形態のように、窓領域１２０を空孔拡散によって形成することで、不純物拡散によって窓領域１２０を形成した場合と比較して、不純物の存在によるフリーキャリア損失の発生を抑制することができる。これにより、スロープ効率の低下を抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。
　この構成により、Ｐ側第２バリア層４３ｂの平均屈折率を増大させることができる。これにより、ウェル層４１への光閉じ込め係数を大きく増大させることができるので、動作キャリア密度が低減し、熱飽和レベルを向上させることができる。したがって、温度特性を向上させることができる。
　しかも、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーをウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくすることで、半導体レーザ装置１の直列抵抗を低減させることができる。したがって、低電圧駆動の半導体レーザ装置１を実現することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ側第１バリア層４３ａは、不純物がドーピングされていないアンドープ領域を含んでおり、そのアンドープ領域の膜厚は、５ｎｍ以上であるとよい。
　これにより、Ｐ側第１バリア層４３ａの途中から不純物のドーピングが開始することになるので、半導体レーザ装置１の直列抵抗を低減させることができる。さらに、Ｐ側第１バリア層４３ａの電子ポテンシャル障壁が増大するので、漏れ電子を抑制することができる。このアンドープ領域は、厚くなり過ぎると半導体レーザ装置の直列抵抗が増大するため４０ｎｍ以下であるとよい。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１では、Ｐ側第２バリア層４３ｂの全領域に不純物がドーピングされており、Ｐ側第１バリア層４３ａは、ウェル層４１に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、ウェル層４１から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する。
　これにより、Ｐ側第１バリア層４３ａの途中から不純物のドーピングが開始することになるので、半導体レーザ装置１の直列抵抗を低減させることができる。また、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂの各々の電子ポテンシャル障壁が増大するので、漏れ電子を抑制することもできる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ側第２バリア層４３ｂにドーピングされている不純物の濃度は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。
　この構成により、Ｐ側第２バリア層４３ｂの電子ポテンシャル障壁が増大するので、電流漏れの抑制と、導波路損失の増大を抑制しつつ半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させることとを同時に実現することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、さらに、Ｐ側第２バリア層４３ｂとＰ型クラッド層６０との間にＰ型ガイド層５０を備える。
　このように、Ｐ型ガイド層５０を設けることで、ウェル層４１への光閉じ込め係数をさらに増大させることができる。これにより、動作キャリア密度が一層低減し、熱飽和レベルをさらに向上させることができる。したがって、温度特性を一層向上させることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大している。
　この構成により、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面領域におけるバンドギャップエネルギーを傾斜増大させることができる。これにより、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面での価電子帯におけるヘテロ接合スパイクやノッチの発生を抑制することができ、ホールの伝導性が向上して半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させることができる。
　さらに、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面領域におけるＡｌ組成をウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大させることで、高い光閉じ込め率を得ることもできる。この点について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、光閉じ込め率のＡｌ組成傾斜領域長の依存性を示している。図７Ｂは、同半導体レーザ装置１において、導波路損失のＡｌ組成傾斜領域長の依存性を示している。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、Ａｌ組成傾斜領域長は、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面領域において、Ａｌ組成が傾斜して増大する領域の長さである。
　図７Ａに示すように、Ａｌ組成傾斜領域長を長くすることで、光閉じ込め率を向上させることができるので、動作閾値電流の低減及び最大光出力の向上を図ることができる。一方、図７Ｂに示すように、Ａｌ組成傾斜領域長を長くしすぎると、抵抗成分が増大して導波路損失が増大する。したがって、Ａｌ組成傾斜領域長は、２００ｎｍ以下にすることが望ましい。なお、上記のように、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面での価電子帯におけるスパイクの発生を抑制するとの観点では、Ａｌ組成傾斜領域長は、２０ｎｍ以上にするとよい。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ型ガイド層５０にドーピングされている不純物の濃度は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。つまり、Ｐ型ガイド層５０にドーピングされている不純物の濃度は、傾斜増大している。
　この構成により、Ｐ型ガイド層５０の電子ポテンシャル障壁が増大するので、電流漏れの抑制と、導波路損失の増大を抑制しつつ半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させることとを同時に実現することができる。
　ここで、Ｐ側の半導体層のＰ型不純物濃度に傾斜を持たせることについて、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、光閉じ込め率のＰ型不純物濃度の依存性を示している。図８Ｂは、同半導体レーザ装置１において、導波路損失のＰ型不純物濃度の依存性を示している。図８Ａ及び図８Ｂでは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ側第１バリア層４３ａとＰ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成と厚さとを変えたときの４つのサンプルのシミュレーション結果を示している。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、サンプル１は、Ａｌ組成が０．１２で厚さが３０ｎｍのＰ側第１バリア層４３ａとＡｌ組成が０．１２から０．２４に傾斜増大し厚さが１５ｎｍのＰ側第２バリア層４３ｂとを用いた場合であり、サンプル２は、Ａｌ組成が０．１２で厚さが１５ｎｍのＰ側第１バリア層４３ａとＡｌ組成が０．１２から０．２４に傾斜増大し厚さが１５ｎｍのＰ側第２バリア層４３ｂとを用いた場合であり、サンプル３は、Ａｌ組成が０．１８で厚さが３０ｎｍのＰ側第１バリア層４３ａとＡｌ組成が０．１２から０．２４に傾斜増大し厚さが１５ｎｍのＰ側第２バリア層４３ｂとを用いた場合であり、サンプル４は、Ａｌ組成が０．１８で厚さが１５ｎｍのＰ側第１バリア層４３ａとＡｌ組成が０．１２から０．２４に傾斜増大し厚さが１５ｎｍのＰ側第２バリア層４３ｂとを用いた場合である。
　図８Ａに示すように、Ｐ型不純物濃度は光閉じ込め率にほぼ依存しないが、Ｐ側第１バリア層４３ａのＡｌ組成を低くした方が、Ｐ側第１バリア層４３ａの厚さを厚くしたときの光閉じ込め率が増加する効果が大きいことが分かる。一方、図８Ｂに示すように、Ｐ型不純物濃度を高くしすぎると、導波路損失が増大するので、Ｐ型不純物濃度は高くしすぎない方がよい。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、活性層４０は、さらに、ウェル層４１の下方に配置されるＮ側第１バリア層４２ａと、Ｎ側第１バリア層４２ａの下方に配置されるＮ側第２バリア層４２ｂとを有する。そして、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成比は、Ｎ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成比よりも高くなっており、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第１バリア層４２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きくなっている。
　この構成により、ウェル層を厚くして窓領域を形成する際のアニール温度を高くした場合に、ウェル層４１のＰ側領域だけではなくＮ側領域においても、バンドギャップエネルギーの増大による利得部でのウェル層４１の波長変化を抑制しつつ、窓部ではバンドギャップエネルギーを増大させて波長変化を増大できる。これにより、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを一層抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを一層抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなっている。
　この構成により、Ｎ側第２バリア層４２ｂの平均屈折率を増大させることができる。これにより、ウェル層４１への光閉じ込め係数をさらに大きく増大させることができるので、動作キャリア密度が一層低減し、熱飽和レベルをさらに向上させることができる。したがって、温度特性をさらに向上させることができる。
　しかも、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーをウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくすることで、半導体レーザ装置１の直列抵抗を低減させることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１では、Ｎ側第２バリア層４２ｂの全領域に不純物がドーピングされており、Ｎ側第１バリア層４２ａは、ウェル層４１に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、ウェル層４１から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する。
　これにより、Ｎ側第１バリア層４２ａの途中から不純物のドーピングが開始することになるので、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させることができる。また、Ｎ側第１バリア層４２ａ及びＮ側第２バリア層４２ｂの各々の電子ポテンシャル障壁が増大するので、漏れ電子を抑制することもできる。しかも、Ｎ側第１バリア層４２ａにおけるウェル層４１との界面をアンドープ領域にすることで、ウェル層４１の利得の低下を抑制することもできる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１では、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きくなっている。
　これにより、動作電圧が増大することを抑制しつつ、漏れ電子が発生することを効果的に抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１は、さらに、Ｎ側第２バリア層４２ｂとＮ型クラッド層２０との間にＮ型ガイド層３０を備える。
　このように、Ｎ型ガイド層３０を設けることで、ウェル層４１への光閉じ込め係数をさらに増大させることができる。これにより、動作キャリア密度がいっそう低減し、熱飽和レベルをさらに向上させることができる。したがって、温度特性をいっそう向上させることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｎ型ガイド層３０とＮ型クラッド層２０との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大している。
　この構成により、Ｎ型ガイド層３０とＮ型クラッド層２０との界面領域におけるバンドギャップエネルギーを傾斜増大させることができる。これにより、Ｎ型ガイド層３０とＮ型クラッド層２０との界面での価電子帯におけるスパイクの発生を抑制することができ、ホールの伝導性が向上して半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ側第２バリア層４２ｂ及びＮ側第１バリア層４２ａにドーピングされている不純物の濃度は、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に増大する、又は、段階的に増大しているとよい。
　この構成により、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減させつつ導波路損失を低減させることができ、動作電圧を低減させることができるとともに高いスロープ効率による高効率のレーザ発振を実現することができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、活性層４０は、ウェル層４１の下方に配置されるＮ側第１バリア層４２ａと、Ｎ側第１バリア層４２ａの下方に配置されるＮ側第２バリア層４２ｂとを有し、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成比は、Ｎ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成比よりも高く、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第１バリア層４２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きく、Ｎ側第２バリア層４２ｂとＮ型クラッド層２０との間にＮ型ガイド層３０を備え、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーは、Ｎ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーと異なっているとよい。
　この構成により、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーがＮ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも大きい場合、電子ポテンシャル障壁が増大し、漏れ電子の発生を抑制することができる。
　また、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーがＮ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも小さい場合、Ｎ型ガイド層３０の屈折率がＰ型ガイド層５０の屈折率より低くなり、Ｎ型ガイド層３０への光閉じ込めが弱くなることで、ウェル層４１への高い光閉じ込め係数を得ることができる。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、ウェル層４１とＮ型クラッド層２０の間に位置し、ウェル層４１からＮ型クラッド層２０に向かってＮ側第１バリア層４２ａとＮ側第２バリア層４２ｂを備え、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＡｌ組成比は、Ｎ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成比よりも高く、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、Ｎ側第１バリア層４２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きく、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーは、ウェル層４１から離れるにしたがって徐々に大きくなり、Ｐ側第２バリア層４３ｂのバンドギャップエネルギーの最大値は、Ｎ側第２バリア層４２ｂのバンドギャップエネルギーの最大値より大きくなっているとよい。
　この構成により、電子ポテンシャル障壁が増大し、漏れ電子の発生を抑制することができる。
　ここで、活性層４０における、Ｎ側第１バリア層４２ａ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂの膜厚について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、Ｎ側第１バリア層４２ａとＰ側第１バリア層４３ａとの膜厚について、光閉じ込め率に対する導波路損失の関係を示している。図１０は、Ｎ側第２バリア層４２ｂとＰ側第２バリア層４３ｂとの膜厚について、光閉じ込め率に対する導波路損失の関係を示している。なお、図９及び図１０では、１５ｎｍ～４０ｎｍの範囲において５ｎｍ間隔で膜厚を変えていったときのシミュレーション結果を示している。また、図９及び図１０では、膜厚が１５ｎｍのときを基準として各点をプロットしている。
　図９に示すように、Ｎ側第１バリア層４２ａの膜厚をＰ側第１バリア層４３ａの膜厚よりも大きくすることで、導波路損失を低くすることができるとともに光閉じ込め効率を高くすることができることが分かる。つまり、Ｎ側第１バリア層４２ａ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂのうち、ウェル層４１に近い側のＮ側第１バリア層４２ａとＰ側第１バリア層４３ａとについては、Ｎ側第１バリア層４２ａの膜厚は、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚よりも厚い方がよい。
　一方、図１０に示すように、Ｎ側第１バリア層４２ａ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂのうち、ウェル層４１に遠い側のＮ側第２バリア層４２ｂとＰ側第２バリア層４３ｂとについては、Ｐ側第２バリア層４３ｂの膜厚は、Ｎ側第２バリア層４２ｂの膜厚よりも厚い方がよいことが分かる。具体的には、Ｐ側第２バリア層４３ｂの膜厚をＮ側第２バリア層４２ｂの膜厚よりも大きくすることで、導波路損失を低くすることができるとともに光閉じ込め効率を高くすることができることが分かる。
　ここで、正孔は電子よりも移動度が小さく、また、不純物の活性化率も小さい。このため、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減し、また、ＰＮ接合の立ち上がり電圧を低減するためには、Ｐ型半導体層にドーピングする不純物濃度を、Ｎ型半導体層にドーピングする不純物濃度よりも大きくして、正孔のキャリア密度を高める必要がある。このため、光導波路を伝搬する光分布に生じるフリーキャリア損失は、Ｐ型半導体層で生じる影響の方がＮ型半導体層で生じる影響よりも大きく、Ｐ型不純物のドーピングプロファイルについては、精密に制御する必要がある。
　そこで、本発明者らは、本実施の形態における半導体レーザ装置１において、Ｐ型半導体層にドーピングする不純物濃度について検討した。以下、その検討結果について、図１１Ａ～図１６Ｂを用いて説明する。なお、図１１Ａ～図１６Ｂでは、図８Ａ及び図８Ｂで説明した、サンプル１、サンプル２、サンプル３及びサンプル４の４つのサンプルをベースに検討した。
　まず、Ｐ型ガイド層５０の不純物ドーピング効果について、図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて説明する。図１１Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂのうち、Ｐ型ガイド層５０にＰ型不純物をドーピングし、かつ、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂにはＰ型不純物をドーピングしなかった（アンドープ）ときの、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）のＰ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度の依存性を示している。図１１Ｂは、そのときの電子電流密度のＰ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度の依存性を示している。
　具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａについては、Ａｌ組成を０．１２と０．１８とし、厚さを１５ｎｍと３０ｎｍとした。また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂについては、Ａｌ組成を０．１２から０．２４への組成傾斜した場合と、０．１８から０．２４への組成傾斜した場合とし、厚さを１５ｎｍとした。そして、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂについては、いずれも全領域をアンドープとした。また、Ｎ側第１バリア層４２ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とし、ウェル層４１から５ｎｍ以上の距離にある領域には１×１０１７ｃｍ－３の不純物をドーピングした。また、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、全領域に１．４×１０１７ｃｍ－３の不純物をドーピングした。また、Ｎ型ガイド層３０については、１．４×１０１７ｃｍ－３の不純物をドーピングした。なお、Ｎ型クラッド層２０については、ウェル層４１に近い方から遠い方に向かって、１．４×１０１７ｃｍ－３、２×１０１７ｃｍ－３、６×１０１７ｃｍ－３、２×１０１８ｃｍ－３と多段階に不純物をドーピングして不純物濃度を増大させた。
　この構造において、膜厚０．２μｍのＰ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３から５×１０１７ｃｍ－３へと増大させると、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）が０．２１５ｅＶから０．２５ｅＶ以上へと増大するとともに、Ｐ型ガイド層５０に流れる電子電流が減少して無効電流を抑制する効果があることが分かる。また、Ｐ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度を高くすると、ウェル層４１を超えてＰ側半導体層に流れる電子電流を抑制できる。
　一方、Ｐ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度を高くすると、ポテンシャル障壁が大きくなって半導体レーザ装置の直列抵抗が小さくなるものの、導波路損失が大きくなって発光効率（スロープ効率）が低下する。
　したがって、Ｐ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度は、Ｐ型ガイド層５０全体へのＰ型不純物濃度の平均値が２×１０１７ｃｍ－３から４×１０１７ｃｍ－３の間となるように制御することで、導波路損失、半導体レーザ装置の直列抵抗及び漏れ電子電流を低減することができ、ポテンシャル障壁を増大させることができる。
　なお、Ｐ側第１バリア層４３ａは、Ｐ側第２バリア層４３ｂよりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くした方がウェル層４１への光閉じ込め係数が増大する。特に、光分布がＮ型半導体層寄りとなる光導波路においては、ウェル層４１への光閉じ込め係数が小さくなりやすいため、光閉じ込め係数の低下を抑制するためには、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くすることが有効である。ただし、ウェル層４１を超えてＰ型ガイド層５０を流れる電子電流は、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚が厚くなると増大する。したがって、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚は、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下にするとよい。
　次に、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂとＰ型ガイド層５０との不純物ドーピング効果について、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＰ側第２バリア層４３ｂのいずれにも一定のＰ型不純物をドーピングしたときの、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）のＰ型不純物濃度の依存性を示している。図１２Ｂは、そのときの電子電流密度のＰ型不純物濃度の依存性を示している。
　具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａについては、Ａｌ組成を０．１２と０．１８とし、厚さを１５ｎｍと３０ｎｍとした。この場合、Ｐ側第１バリア層４３ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とした。一方、Ｎ側第１バリア層４２ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とし、ウェル層４１から５ｎｍ以上の距離にある領域には、１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂについては、Ａｌ組成を０．１２から０．２４への組成傾斜した場合と、０．１８から０．２４への組成傾斜した場合とし、厚さを１５ｎｍとした。この場合、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、全領域に１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｎ型ガイド層３０については、１×１０１７ｃｍ－３の不純物をドーピングした。なお、Ｎ型クラッド層２０については、ウェル層４１に近い方から遠い方に向かって、１．４×１０１７ｃｍ－３、２×１０１７ｃｍ－３、６×１０１７ｃｍ－３、２×１０１８ｃｍ－３と多段階に不純物をドーピングして不純物濃度を増大させた。
　この構造において、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０（膜厚０．２μｍ）のＰ型不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３から５×１７ｃｍ－３へと増大させると、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）は０．２１６ｅＶから０．２５４ｅＶへと増大するとともに、Ｐ型ガイド層５０に流れる電子電流が減少して無効電流を抑制する効果があることが分かる。一方、Ｐ型ガイド層５０のＰ型不純物濃度を高くすると、ポテンシャル障壁が大きくなって半導体レーザ装置の直列抵抗が小さくなるものの、導波路損失が大きくなって発光効率（スロープ効率）が低下する。
　したがって、この場合も、Ｐ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度は、Ｐ型ガイド層５０全体へのＰ型不純物濃度の平均値が２×１０１７ｃｍ－３から４×１０１７ｃｍ－３の間となるように制御することで、導波路損失、半導体レーザ装置の直列抵抗及び漏れ電子電流を低減することができ、ポテンシャル障壁を増大させることができる。
　また、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にＰ型不純物濃度をドーピングすることで、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にＰ型不純物濃度をドーピングしない場合と比較して、ウェル層４１を超えてＰ型半導体層側に流れる電子電流を小さくして漏れ電流を低減することができるとともに、ポテンシャル障壁が増大する効果も大きくなる。
　なお、Ｐ側第１バリア層４３ａは、Ｐ側第２バリア層４３ｂよりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くした方がウェル層４１への光閉じ込め係数が増大する。特に、光分布がＮ型半導体層寄りとなる光導波路においては、ウェル層４１への光閉じ込め係数が小さくなりやすいため、光閉じ込め係数の低下を抑制するためには、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くすることが有効である。ただし、ウェル層４１を超えてＰ型ガイド層５０を流れる電子電流は、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚が厚くなると増大するが、漏れ電子電流の増大は、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にＰ型不純物濃度をドーピングしない場合と比べて１０％程度小さくなっている。したがって、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚は、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にＰ型不純物濃度をドーピングしない場合と比べて１０％程度厚くすることができ、１５ｎｍ以上、４０ｎｍ以下にするとよい。
　ここで、図１２Ａ及び図１２Ｂでは、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度に傾斜を持たせていなかったが、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度に傾斜を持たせると、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す結果となる。図１３Ａは、図５Ａに示される実施例１の半導体レーザ装置１の不純物ドーピングプロファイルで不純物をドーピングしたときの、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）のＰ型不純物濃度の依存性を示している。図１３Ｂは、そのときの電子電流密度のＰ型不純物濃度の依存性を示している。
　具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａについては、Ａｌ組成を０．１２と０．１８とし、厚さを１５ｎｍと３０ｎｍとした。この場合、Ｐ側第１バリア層４３ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とした。一方、Ｎ側第１バリア層４２ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とし、ウェル層４１から５ｎｍ以上の距離にある領域には、１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂについては、Ａｌ組成を０．１２から０．２４への組成傾斜した場合と、０．１８から０．２４への組成傾斜した場合とし、厚さを１５ｎｍとした。この場合、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、全領域に１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｎ型ガイド層３０については、１×１０１７ｃｍ－３の不純物をドーピングした。なお、Ｎ型クラッド層２０については、ウェル層４１に近い方から遠い方に向かって、１．４×１０１７ｃｍ－３、２×１０１７ｃｍ－３、６×１０１７ｃｍ－３、２×１０１８ｃｍ－３と多段階に不純物をドーピングして不純物濃度を増大させた。
　この構造において、Ｐ側第１バリア層４３ａにおけるＰ型不純物のドーピング開始位置Ｐ１での不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３とし、ウェル層４１から離れた側のＰ型ガイド層５０の位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３から１×１０１８ｃｍ－３へと傾斜増大するようにＰ型不純物をドーピングすると、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａの厚さが１５ｎｍの場合は、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）が０．２１６ｅＶから０．２５４ｅＶに増大し、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂの厚さが３０ｎｍの場合は、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）が０．２１５ｅＶから０．２３４ｅＶに増大する。
　また、上記位置Ｐ２でのＰ型不純濃度を増大させると、Ｐ型ガイド層５０に流れる電子電流が減少して無効電流を抑制することができる。ここで、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を大きくすると、ポテンシャル障壁が大きくなり、半導体レーザ装置の直列抵抗も小さくなる。また、Ｐ型ガイド層５０においてＰ型不純物濃度が傾斜しているので、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を増大させても導波路損失の増大が抑制される。
　したがって、Ｐ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度は、Ｐ型ガイド層５０全体へのＰ型不純物濃度の平均値が２×１０１７ｃｍ－３から４×１０１７ｃｍ－３の間となるように制御することで、導波路損失、半導体レーザ装置の直列抵抗及び漏れ電子電流を低減することができ、ポテンシャル障壁を増大させることができる。
　また、Ｐ側第１バリア層４３ａ、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＰ型ガイド層５０に不純物濃度が傾斜するようにＰ型不純物をドーピングすることで、漏れ電流を低減することができる。
　なお、Ｐ側第１バリア層４３ａは、Ｐ側第２バリア層４３ｂよりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くした方がウェル層４１への光閉じ込め係数が増大する。特に、光分布がＮ型半導体層寄りとなる光導波路においては、ウェル層４１への光閉じ込め係数が小さくなりやすいため、光閉じ込め係数の低下を抑制するためには、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くすることが有効である。しかしながら、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚を厚くし過ぎるとウェル層４１への光閉じ込めが大きくなりＣＯＤが生じやすくなる。具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａの膜厚は、１５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であるとよい。この結果、光分布がＮ型半導体層寄りとなる光導波路において、ＣＯＤの発生を抑制しつつ、ウェル層４１への光閉じ込めを大きくし、発振しきい電流値を低減することができる。
　ここで、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０とのＡｌ組成が対称であったが、Ｎ型ガイド層３０とＰ型ガイド層５０とのＡｌ組成を非対称にすると、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す結果となる。具体的には、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、Ｐ型ガイド層５０のバンドギャップエネルギーがＮ型ガイド層３０のバンドギャップエネルギーよりも大きくなるようにＰ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層３０のＡｌ組成よりも大きくしている。なお、図１４Ａは、図５Ｃに示される実施例３の半導体レーザ装置１のＰ型ガイド層５０についてのポテンシャル障壁のＡｌ組成の依存性を示している。図１４Ｂは、同半導体レーザ装置１のＰ型ガイド層５０についての電子電流密度のＡｌ組成の依存性を示している。
　具体的には、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａについては、Ａｌ組成を０．１２と０．１８とし、厚さを１５ｎｍと３０ｎｍとした。この場合、Ｐ側第１バリア層４３ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とした。一方、Ｎ側第１バリア層４２ａについては、ウェル層４１側の５ｎｍの領域をアンドープ領域とし、ウェル層４１から５ｎｍ以上の距離にある領域には、１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、Ａｌ組成を０．１２から０．２４への組成傾斜した場合と、０．１８から０．２４への組成傾斜した場合とし、厚さを１５ｎｍとした。Ｐ側第２バリア層４３ｂについては、Ａｌ組成を０．１２からＸｐｇへの組成傾斜した場合と、０．１８からＸｐｇへの組成傾斜した場合とし、厚さを１５ｎｍとした。この場合、Ｎ側第２バリア層４２ｂについては、全領域に１×１０１７ｃｍ－３のＮ型不純物をドーピングした。また、Ｎ型ガイド層３０のＡｌ組成を０．２４とし、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＸｐｇとした。なお、Ｎ型クラッド層２０については、ウェル層４１に近い方から遠い方に向かって、１．４×１０１７ｃｍ－３、２×１０１７ｃｍ－３、６×１０１７ｃｍ－３、２×１０１８ｃｍ－３と多段階に不純物をドーピングして不純物濃度を増大させた。
　この構造において、Ｐ側第１バリア層４３ａにおけるＰ型不純物のドーピング開始位置Ｐ１での不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３とし、ウェル層４１から離れた側のＰ型ガイド層５０の位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を５×１０１８ｃｍ－３へと傾斜増大するようにＰ型不純物をドーピングしている。
　ここで、Ｘｐｇを０．２４から０．３まで変化させると、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａの厚さが１５ｎｍの場合は、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）が０．２３５ｅＶから０．３２ｅＶに増大し、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂの厚さが３０ｎｍの場合は、ポテンシャル障壁（ΔＥｇ）が０．２５ｅＶから０．３１５ｅＶに増大する。
　また、上記位置Ｐ２でのＰ型不純濃度を増大させると、Ｐ型ガイド層５０に流れる電子電流が減少して無効電流を抑制することができる。ここで、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を大きくすると、ポテンシャル障壁が大きくなり、半導体レーザ装置の直列抵抗も小さくなる。また、Ｐ型ガイド層５０においてＰ型不純物濃度が傾斜しているので、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を増大させても導波路損失の増大が抑制される。
　また、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成が増大すると、ウェル層４１を超えてＰ型ガイド層５０に流れる電子電流が急激に減少することが分かる。Ｐ型ガイド層５０でのＰ型不純物濃度の平均値は、３×１０１７ｃｍ－３程度であり、ウェル層４１に近い側のＰ型不純物濃度が小さくなるように不純物がドーピングされているため、導波路損失が小さい状態で、直列抵抗を低減できるとともにポテンシャル障壁の増大を抑制することができる。
　また、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層３０のＡｌ組成よりも相対的に高くすることで、上述の効果を得ることができる。具体的には、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層３０のＡｌ組成よりも０．０２大きくすれば、ポテンシャル障壁は０．０３ｅＶ大きくなり、Ｐ型ガイド層５０に漏れる電子電流も５０％程度以下に低減することができる。また、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層のＡｌ組成よりも０．０３大きい０．２７にすれば、ポテンシャル障壁は０．２７ｅＶ以上の大きさに増大することができ、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層のＡｌ組成よりも０．０５大きい０．２９にすれば、ポテンシャル障壁は０．３ｅＶ以上の大きさに増大することができる。
　さらに、ウェル層厚を８ｎｍ以上とし、Ｐ型クラッド層６０のＡｌ組成をＮ型クラッド層２０のＡｌ組成よりも大きくし、Ｐ型ガイド層５０のＡｌ組成をＮ型ガイド層３０のＡｌ組成よりも大きくすることで、ウェル層４１への光閉じ込め係数を増大させつつ、光分布をＮ型半導体層寄りとし、Ｐ型クラッド層６０への光分布の染み出しを低減することができる。この結果、熱飽和レベルが高く、温度特性が良好で、偏光比の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
　次に、Ｎ型不純物濃度の正孔漏れ電流への影響について、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ及び図１６Ｂを用いて説明する。図１５Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、ウェル層４１のＮ側の界面から１００ｎｍの位置での正孔電流密度のＮ型不純物濃度の依存性を示している。図１５Ｂは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｎ型クラッド層基板側界面の位置での正孔電流密度のＮ型不純物濃度の依存性を示している。また、図１６Ａは、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１において、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の一例を示しており、図１６Ｂは、Ｎ型半導体層におけるＮ型不純物濃度分布の他の一例を示している。
　この構造において、Ｐ側第１バリア層４３ａにおけるＰ型不純物のドーピング開始位置Ｐ１での不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３とし、ウェル層４１から離れた側のＰ型ガイド層５０の位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を１×１０１７ｃｍ－３から１×１０１８ｃｍ－３へと傾斜増大するようにＰ型不純物をドーピングしている。また、Ｐ型クラッド層６０には２×１０１８ｃｍ－３のＰ型不純物をドーピングしている。
　上記位置Ｐ２でのＰ型不純濃度を増大させると、Ｐ型ガイド層５０に流れる電子電流が減少して無効電流を抑制することができる。ここで、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を大きくすると、ポテンシャル障壁が大きくなり、半導体レーザ装置の直列抵抗も小さくなる。また、Ｐ型ガイド層５０においてＰ型不純物濃度が傾斜しているので、位置Ｐ２でのＰ型不純物濃度を増大させても導波路損失の増大が抑制される。
　したがって、Ｐ型ガイド層５０にドーピングするＰ型不純物濃度は、Ｐ型ガイド層５０全体へのＰ型不純物濃度の平均値が２×１０１７ｃｍ－３から４×１０１７ｃｍ－３の間となるように制御することで、導波路損失、半導体レーザ装置の直列抵抗及び漏れ電子電流を低減することができ、ポテンシャル障壁を増大させることができる。
　また、Ｎ型半導体層のＮ型不純物は、垂直方向の光分布がＮ型半導体層寄りとなるようにドーピングしているため、ウェル層４１から遠ざかる向きにＮ型不純物濃度が高くなるようにドーピングを行っている。図１６Ａに示される場合は、Ｎ型ガイド層３０とＮ側第１バリア層４２ａのウェル層４１から５ｎｍ以上の距離から基板１０側に向かってＮ型ガイド層３０までの領域ではＮ型不純物を５×１０１６ｃｍ－３のドーピングを行い、Ｎ型クラッド層２０については、ウェル層４１に近い方から遠い方に向かって、７×１０１６ｃｍ－３（０．２５μｍ）、１×１０１７ｃｍ－３（０．２５μｍ）、３×１０１７ｃｍ－３（０．５μｍ）、１×１０１８ｃｍ－３（２μｍ）と多段階に不純物をドーピングして不純物濃度を増大させた。なお、多段階にＮ型不純物をドーピングする場合、Ｎ型クラッド層２０において、異なる不純物濃度を有する隣接した領域では、ウェル層４１から最も遠い領域の膜厚が最も厚く、それ以外の領域では、ウェル層４１に近い側の領域の膜厚はウェル層から遠い側の領域の膜厚以下としている。これは、Ｎ型クラッド層２０においてウェル層４１から最も遠い側における最も高い不純物濃度を有する領域では、垂直方向の光分布強度が減衰しており、不純物濃度を高めてもフリーキャリア損失の影響が小さいので、導波路損失の増大につながらず、半導体レーザ装置の直列抵抗低減の効果を得ることができるためである。
　また、Ｎ型クラッド層２０における垂直方向の光分布強度と、その強度の減衰の変化率は、ウェル層４１に近いほど大きい。このことから、不純物濃度の増大による導波路損失の増大をさけるためには、垂直方向光分布が十分に減衰していない領域において不純物濃度を多段階に増大させていく場合の各濃度一定領域の膜厚は、ウェル層４１に近い側の領域を薄くした方がよい。
　このＮ型層不純物濃度プロファイルを基本として、各濃度を１倍、１．２倍、１．５倍、２倍、３倍として、図１５Ａでは、ウェル層４１のＮ側の界面から１００ｎｍの位置での正孔電流密度の計算結果を示しており、図１５Ｂでは、Ｎ型クラッド層基板側界面の位置での正孔電流密度の計算結果を示している。
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、Ｎ型不純物濃度を高めた方が、正孔電流密度が低くなり、ウェル層４１を超えてＮ型半導体層に漏れて流れる正孔電流が低減されることが分かる。
　また、Ｎ型不純物濃度を高めることで、半導体レーザ装置の直列抵抗が低減するため半導体レーザ装置の動作電流を低減することもできる。また、光分布が存在する割合がＮ型ガイド層３０において最も大きくなるように光分布をＮ型半導体層寄りにしているため、Ｎ型ガイド層３０のＮ型不純物濃度を他のＮ型半導体層のＮ型不純物と比較して最も低くすることで、導波路損失を低減することができる。このことから、Ｎ型不純物濃度のドーピングプロファイルを図１６Ａに示されるパターンにすることで、半導体レーザ装置の直列抵抗の低減と導波路損失の低減とを同時に実現することができる。
　なお、Ｎ型不純物のドーピングプロファイルは、図１６Ａに示すように階段状に変化させた場合のみでなく、図１６Ｂの実線に示すように、基板１０側のＮ型不純物濃度が連続的に増大するようにしてもよい。また、図１６Ｂの破線に示すように、Ｎ型ガイド層３０において、最も光分布強度が高くなる位置のＮ型不純物濃度を低くし、その位置から基板１０側に向かってＮ型不純物濃度を連続的又は階段状に増大させることで、導波路損失をさらに低減することができる。なお、図１６Ｂの一点鎖線に示すように、Ｎ型不純物濃度は、非線形に変化させてもよい。
　また、図１６Ｃに示すように、Ｎ側第１バリア層４２ａにドーピングする不純物濃度を高めて、Ｎ側第２バリア層４２ｂの不純物濃度をＮ側第１バリア層４２ａのドーピング濃度よりも低くし、ウェル層４１から基板１０に向かって段階的にＮ型不純物濃度を高めてもよい。
　この場合、Ｎ側第１バリア層にドーピングする不純物濃度は５×１０１７ｃｍ－３から１×１０１８ｃｍ－３であればよい。これにより、Ｎ側第１バリア層４２ａの価電子帯の電位ポテンシャルが低下し、ウェル層４１に注入された正孔がＮ型層側に漏れる正孔電流の漏れを抑制することが可能となり、半導体レーザ装置の高温高出力動作をより高めることができる。また、Ｎ側第２バリア層４２ｂのＮ型不純物濃度をＮ側第１バリア層４２ａの不純物濃度と同様にＮ型ガイド層３０のＮ型不純物濃度に対して高めてもよいが、導波路損失の増大を伴うため、Ｎ側第２バリア層４２ｂにおいて、Ｎ側第２バリア層４２ｂとＮ側第１バリア層４２ａとの界面近傍から１０ｎｍ以内の距離の領域のＮ型不純物濃度を高めても、正孔電流の漏れを抑制することができる。
　さらに、Ｎ側第１バリア層４２ａのドーピング濃度を高めると、空孔拡散やイオン注入により窓領域を形成する場合、窓部形成の熱アニール工程の温度を低くしても、Ｎ型不純物を介在して、ウェル層４１との間で原子交換が生じやすくなり、窓部のウェル層４１のバンドギャップエネルギーが大きくなりやすくなるという効果を得ることができる。
　また、Ｎ型ガイド層３０へのＮ型不純物のドーピングは、図１６Ｄに示すようにＮ型クラッド層２０との界面近傍から段階的に基板１０側に向かって段階的に増加されてもよい。Ｎ型光分布がＮ型半導体層寄りとなる光導波路においては、基板法線方向の垂直光分布における最も光強度の高い部分がＮ型ガイド層３０中のウェル層４１側の領域にあるため、Ｎ型ガイド層３０においては、Ｎ型ガイド層３０中のウェル層４１側の領域にＮ型不純物濃度の最低濃度領域があれば導波路損失の増大を抑制することができる。
　図１６Ａから図１６Ｄに示す例において、Ｎ型ガイド層３０におけるＮ型不純物濃度の最小値は５×１０１６ｃｍ－３以上、３×１０１７ｃｍ－３以下であれば、導波路損失の増大抑制、正孔漏れ電流発生抑制、半導体レーザ装置の直列抵抗増大抑制の効果を全て得ることができる。また、Ｎ型クラッド層２０の基板１０側のＮ型不純物濃度を高めても、Ｎ型ガイド層３０とＮ型クラッド層２０との界面から基板１０側へ１μｍ以上の領域のＮ型クラッド層２０に存在する光分布の割合が小さいため、導波路損失の増大は小さい。したがって、半導体レーザ装置の直列抵抗の低減のためには、Ｎ型ガイド層３０とＮ型クラッド層２０との界面から基板１０側へ１μｍ以上の領域のＮ型クラッド層２０のＮ型不純物濃度は移動度が低下しない程度に高い方がよく、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上、３×１０１８ｃｍ－３以下であるとよい。
　また、Ｎ側第１バリア層４２ａのＮ型不純物濃度を図１６Ｃ及び図１６Ｄに示すように高めつつ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０及びＮ型クラッド層２０のＮ型不純物濃度を図１６Ｂに示すように連続的に変化させてもよい。また、ウェル層４１近傍でＮ型不純物濃度を高める領域は、Ｎ側第１バリア層４２ａだけでなく、Ｎ側第２バリア層４２ｂを一部含んでいても、その領域の膜厚が１０ｎｍ以下であれば、導波路損失の増大を小さく抑えつつ、半導体レーザ装置の直列抵抗を低減し、正孔電流の漏れをよりいっそう抑制することができる。
　次に、活性層４０のウェル層４１の量子井戸構造について検討した。以下、その検討結果について、図１７～図１９を用いて説明する。図１７～図１９は、ヘビーホール及びライトホール量子準位エネルギーのウェル層のＡｌ組成の依存性を示す図である。
　図１７は、Ａｌ組成を０．０６としてＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第２バリア層４２ｂをＡｌ０．０６Ｇａ０．９４Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂをＡｌ０．２４Ｇａ０．７６Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、ウェル層４１をＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎＹＡｓとした場合に、ウェル層４１の厚さを、６ｎｍ、８．５ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍとしたときにおいて、ウェル層４１に形成されるヘビーホール（ＨＨ）及びライトホール（ＬＨ）の準位の相対的なポテンシャルエネルギーのＡｌ組成依存性の計算結果を示している。ここで、電子準位、ＨＨ準位、ＬＨ準位を、Ｅｎ、ＨＨｎ、ＬＨｎと表す。また、ｎは自然数で、基底準位を１とする。この計算では、波長９１５ｎｍの同じ発振波長を得るために、Ｅ１－Ｈ１間のエネルギー差を一定（１．３５ｅＶ）としている。なお、図１７には、ウェル層４１のＡｌ組成Ｘを変え場合に、同一の発振波長を得るためのＩｎ組成ＹとＡｌ組成Ｘとの関係式が示されている。また。各Ａｌ組成を有するウェル層４１におけるＧａＡｓ基板との交付不整を一点鎖線で示している。
　ここで、電子準位に対するポテンシャルエネルギーの大小関係と正孔準位に対するポテンシャルエネルギーの大小関係とは、逆になる。図１７に示される計算結果において、各準位間のポテンシャルエネルギーを相対的に比較した場合、相対ポテンシャルエネルギーが最も大きい（つまりグラフの上に位置する）準位が、正孔に対するポテンシャルが最も低くなると解釈する。
　図１７に示すように、ウェル層４１の厚さが６ｎｍの場合、Ｌ１より相対に低いポテンシャルエネルギーを有するＨＨの準位が２準位形成されている。したがって、ウェル層４１にホールが注入された場合、ポテンシャルエネルギーの最も低い方から、Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１の順にホールが満たされる。
　ここで、ウェル層４１のＡｌ組成を増大していくと、ウェル層４１の圧縮歪が増大するため、ＨＨの準位は、正孔に対するポテンンシャルエネルギーが低い方向に変化し、ＬＨの準位は、正孔に対するポテンンシャルエネルギーが高い方向に変化する。このことから、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めるほど、Ｈ１とＬ１のエネルギーの差が大きくなり、ＨＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが小さいＨ１にホールが存在しやすくなり、逆に、ＬＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが大きいＬ１にホールが存在しにくくなる。このことから、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めた方が、ＨＨの正孔数が大きくなり、ＬＨの正孔数が小さくなる。ＬＨは、発振したレーザ光において、偏光方向が基板法線方向にあるＴＭモード光の発生に寄与するため、ＬＨの正孔数が多くなると偏光比（ＴＥ／（ＴＥ＋ＴＭ））の低下につながる。したがって、ウェル層４１のＡｌ組成を高めて圧縮性の歪を高めた方が偏光比を高めることができることが分かる。
　また、ウェル層４１の厚さが６ｎｍあれば、ＬＨのポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーとなるＨＨ準位を２準位形成されるため、ホールはＨＨの準位に優先的に存在でき、ＴＥモード成分の多い、高い偏光比のレーザ光を得ることができる。
　ウェル層４１の厚さが８．５ｎｍの場合の結果では、ウェル層４１のＡｌ組成を０．０８以上とすると第１バリア層の価電子帯のエネルギーよりもＬＨの準位の方が、正孔ポテンシャルエネルギーが高くなり、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａとウェル層４１とで形成される量子井戸内にＬＨの量子準位が形成されず、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂをバリア層とする量子準位が形成される。この場合、量子準位の状態密度は量子井戸構造の厚さに反比例するため、ＬＨ１の状態密度がさらに小さくなり、偏光比の増大効果が増す。この状態を、図１７の各グラフにおいてＬ１の太い破線で示している。図１７に示すように、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍ以上にすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０４以上でＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａ内にＬＨが形成されず、また、ウェル層４１が厚いほど、ウェル層４１の格子不整が低い状態で、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａ内にＬＨが形成されなくなることが分かる。また、ウェル層４１は、厚くした方が、Ｌ１よりも正孔のポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位の数が多くなり、Ｌ１に存在する正孔数が低減しやすいことが分かる。
　図１７に示すように、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍ以上にすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０４以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数が３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　また、ウェル層４１の厚さを１２ｎｍ以上にすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数は３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　なお、ウェル層４１は屈折率が高いため、膜厚が厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。
　Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａもＡｌ組成が低く、Ｐ側第２バリア層４３ｂ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ型クラッド層２０、Ｐ型ガイド層５０及びＰ型クラッド層６０よりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａの膜厚は、厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。例えば、Ｐ側第１バリア層４３ａとＮ側第１バリア層４２ａとの合計膜厚を２０ｎｍ以上にすれば、光閉じ込め係数の増大に効果がある。ただし、あまりの合計膜厚を厚くするとウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなりＣＯＤレベルの低下をもたらすため、合計厚は８０ｎｍ以下であればよい。
　また、図１８は、Ａｌ組成を０．１２としてＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａをＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂをＡｌ０．２４Ｇａ０．７６Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、ウェル層４１をＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎＹＡｓとした場合に、ウェル層の厚さを、６ｎｍ、８．５ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍとしたときにおいて、ウェル層４１に形成されるヘビーホール（ＨＨ）及びライトホール（ＬＨ）の準位の相対的なポテンシャルエネルギーのＡｌ組成依存性の計算結果を示している。ここで、図１７と同様に、電子準位、ＨＨ準位、ＬＨ準位を、Ｅｎ、ＨＨｎ、ＬＨｎと表す。また、ｎは自然数で、基底準位を１とする。この計算でも、波長９１５ｎｍの同じ発振波長を得るために、Ｅ１－Ｈ１間のエネルギー差を一定（１．３５ｅＶ）としている。なお、図１８には、ウェル層４１のＡｌ組成Ｘを変え場合に、同一の発振波長を得るためのＩｎ組成ＹとＡｌ組成Ｘとの関係式が示されている。また。各Ａｌ組成を有するウェル層４１におけるＧａＡｓ基板との交付不整を一点鎖線で示している。
　図１８に示すように、ウェル層４１の厚さが６ｎｍの場合、Ｌ１より相対に低いポテンシャルエネルギーを有するＨＨの準位は２準位形成されている。したがって、上記と同様に、ウェル層４１にホールが注入された場合、ポテンシャルエネルギーの最も低い方から、Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１の順にホールが満たされる。
　ここで、ウェル層４１のＡｌ組成を増大していくと、ウェル層４１の圧縮歪が増大するため、ＨＨの準位は、正孔に対するポテンンシャルエネルギーが低い方向に変化し、ＬＨの準位は正孔に対するポテンンシャルエネルギーが低い方向に変化する。このことから、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めるほど、Ｈ１とＬ１のエネルギーの差が大きくなり、ＨＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが小さいＨ１にホールが存在しやすくなり、逆に、ＬＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが大きいＬ１にホールが存在しにくくなる。このことから、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めた方が、ＨＨの正孔数が大きくなり、ＬＨの正孔数が小さくなる。ＬＨは、発振したレーザ光において、偏光方向が基板法線方向にあるＴＭモード光の発生に寄与するため、ＬＨの正孔数が多くなると偏光比（ＴＥ／（ＴＥ＋ＴＭ））の低下につながる。したがって、ウェル層４１のＡｌ組成を高めて圧縮性の歪を高めた方が偏光比を高めることができることが分かる。
　また、ウェル層４１の膜厚が６ｎｍあれば、ＬＨのポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーとなるＨＨ準位を２準位形成されるため、ホールはＨＨの準位に優先的に存在でき、ＴＥモード成分の多い、高い偏光比のレーザ光を得ることができる。
　ウェル層４１の厚さが８．５ｎｍの場合の結果では、ウェル層４１のＡｌ組成を０．０８以上とすると第１バリア層の価電子帯のエネルギーよりもＬＨの準位の方が、正孔ポテンシャルエネルギーが高くなり、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａとウェル層４１とで形成される量子井戸内にＬＨの量子準位が形成されず、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂをバリア層とする量子準位が形成される。この場合、量子準位の状態密度は量子井戸構造の厚さに反比例するため、ＬＨ１の状態密度がさらに小さくなり、偏光比の増大効果が増す。この状態を図１７の各グラフにおいてＬ１又はＬ２の太い破線で示している。図１８に示すように、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍ以上にすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０８以上でＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａ内にＬＨが形成されず、また、ウェル層４１が厚いほど、ウェル層４１の格子不整が低い状態で、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａ内にＬＨが形成されなくなることが分かる。また、ウェル層４１は、厚くした方が、Ｌ１よりも正孔のポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位の数が多くなり、Ｌ１に存在する正孔数が低減しやすいことが分かる。
　図１８に示すように、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍ以上とすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０２以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数が３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　また、ウェル層４１の厚さを１２ｎｍ以上にすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数が３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　なお、ウェル層４１は屈折率が高いため、膜厚が厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。
　Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａもＡｌ組成が低く、Ｐ側第２バリア層４３ｂ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ型クラッド層２０、Ｐ型ガイド層５０及びＰ型クラッド層６０よりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａの膜厚は、厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。例えば、Ｐ側第１バリア層４３ａとＮ側第１バリア層４２ａとの合計膜厚を２５ｎｍ以上にすれば、光閉じ込め係数の増大に効果がある。ただし、あまり合計膜厚を厚くするとウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなりＣＯＤレベルの低下をもたらすため、合計膜厚は９０ｎｍ以下であればよい。
　また、図１９は、Ａｌ組成を０．１８としてＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａをＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、Ｐ側第２バリア層４３ｂ及びＮ側第２バリア層４２ｂをＡｌ０．２４Ｇａ０．７６Ａｓ、厚さ１５ｎｍとし、また、ウェル層４１をＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎＹＡｓとした場合に、ウェル層の厚さを、６ｎｍ、８．５ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍとしたときにおいて、ウェル層４１に形成されるヘビーホール（ＨＨ）及びライトホール（ＬＨ）の準位の相対的なポテンシャルエネルギーのＡｌ組成依存性の計算結果を示している。ここで、図１７と同様に、電子準位、ＨＨ準位、ＬＨ準位を、Ｅｎ、ＨＨｎ、ＬＨｎと表す。また、ｎは自然数で、基底準位を１とする。この計算でも、波長９１５ｎｍの同じ発振波長を得るために、Ｅ１－Ｈ１間のエネルギー差を一定（１．３５ｅＶ）としている。なお、図１９には、ウェル層４１のＡｌ組成Ｘを変え場合に、同一の発振波長を得るためのＩｎ組成ＹとＡｌ組成Ｘとの関係式が示されている。また。各Ａｌ組成を有するウェル層４１におけるＧａＡｓ基板との交付不整を一点鎖線で示している。
　図１９に示すように、ウェル層４１の厚さが６ｎｍの場合、Ｌ１より相対に低いポテンシャルエネルギーを有するＨＨの準位は２準位形成されている。したがって、上記と同様に、ウェル層４１にホールが注入された場合、ポテンシャルエネルギーの最も低い方から、Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１の順にホールが満たされる。
　ここで、ウェル層４１のＡｌ組成を増大していくと、ウェル層４１の圧縮歪が増大するため、ＨＨの準位は、正孔に対するポテンンシャルエネルギーが低い方向に変化し、ＬＨの準位は正孔に対するポテンンシャルエネルギーが低い方向に変化する。このことから、上記と同様に、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めるほど、Ｈ１とＬ１のエネルギーの差が大きくなり、ＨＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが小さいＨ１にホールが存在しやすくなり、逆に、ＬＨで最も正孔ポテンシャルエネルギーが大きいＬ１にホールが存在しにくくなる。このことから、ウェル層４１のＡｌ組成を大きくして圧縮性の歪を高めた方が、ＨＨの正孔数が大きくなり、ＬＨの正孔数が小さくなる。ＬＨは、発振したレーザ光において、偏光方向が基板法線方向にあるＴＭモード光の発生に寄与するため、ＬＨの正孔数が多くなると偏光比（ＴＥ／（ＴＥ＋ＴＭ））の低下につながる。したがって、ウェル層４１のＡｌ組成を高めて圧縮性の歪を高めた方が偏光比を高めることができることが分かる。
　また、ウェル層４１の膜厚が６ｎｍあれば、ＬＨのポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーとなるＨＨ準位を２準位形成されるため、ホールはＨＨの準位に優先的に存在でき、ＴＥモード成分の多い、高い偏光比のレーザ光を得ることができる。
　図１９に示すように、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍ以上とすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０２以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数が３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　また、ウェル層４１の厚さを１２ｎｍ以上とすると、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０以上でＬ１よりも正孔ポテンシャルエネルギーの低いＨＨ準位数は３準位になり、ＬＨ準位に存在するＬＨ数を低減することができ、偏光比の増大に効果的である。
　なお、ウェル層４１は屈折率が高いため、膜厚が厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。
　Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａもＡｌ組成が低く、Ｐ側第２バリア層４３ｂ、Ｎ側第２バリア層４２ｂ、Ｎ型ガイド層３０、Ｎ型クラッド層２０、Ｐ型ガイド層５０及びＰ型クラッド層６０よりも屈折率が高いため、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａの膜厚は、厚い方がウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなり、レーザ発振に必要な閾キャリア密度が低減されるため、さらにＬ１に存在する正孔数が低減し偏光比が増大する。例えば、Ｐ側第１バリア層４３ａとＮ側第１バリア層４２ａとの合計膜厚を３０ｎｍ以上にすれば、光閉じ込め係数の増大に効果がある。ただし、あまり合計膜厚を厚くするとウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなりＣＯＤレベルの低下をもたらすため、合計厚は１００ｎｍ以下であればよい。
　以上、図１７～図１９で説明したように、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成を０．０６から０．１８とし、ウェル層４１の厚さを６ｎｍから１５ｎｍとするとＬＨのポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーとなるＨＨ準位を２準位以上形成されるため、ホールはＨＨの準位に優先的に存在でき、ＴＥモード成分の多い、高い偏光比のレーザ光を得ることができる。
　また、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成を０．０６から０．１８とし、ウェル層４１の厚さを８．５ｎｍから１５ｎｍとすると、ウェル層４１の膜厚が６ｎｍの場合よりも広いウェル層のＡｌ組成範囲において、ＬＨの正孔ポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーを有するＨＨの準位の数を多くすることができる。
　また、ウェル層４１の厚さが８．５ｎｍの場合では、ウェル層４１のＡｌ組成が０．０２以上のＩｎＧａＡｓを、また、ウェル層４１の厚さが１２ｎｍの場合では、ウェル層４１のＡｌ組成が０であるＩｎＧａＡｓをウェル層４１として使用しても、正孔ポテンシャルエネルギーよりも低いポテンシャルエネルギーを有するＨＨの準位の数を３以上とすることができ、Ｌ１に存在するＬＨ数が少なくなり、偏光比増大の効果を得ることができる。
　なお、ウェル層４１の厚さが１５ｎｍよりも厚くなると、ウェル層４１への光閉じ込め係数が大きくなりＣＯＤレベルが低下するおそれがある。また、共振器端面近傍に窓領域を形成する場合、ウェル層４１が厚くなりすぎると、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａとウェル層４１との間のＩＩＩ族原子交換による窓領域におけるバンドギャップの短波長化が小さくなり、ＣＯＤ発生抑制効果が低減する。また、ウェル層４１の厚さが薄くなりすぎると窓形成時の高温アニール工程において、窓領域１２０を形成しない利得部のウェル層４１のバンドギャップの短波長化が生じやすくなり、半導体レーザ装置の温度特性が低下する。このため、ウェル層４１の厚さは６ｎｍ以上１５ｎｍ以下とするとよい。
　また、図１７～図１９では、ＡｌＧａＡｓからなるＰ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成を０．０６から０．１８としているが、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成を大きくし過ぎると、ウェル層４１への光閉じ込め係数が小さくなるため半導体レーザ装置の温度特性が低下する。このため、Ｐ側第１バリア層４３ａ及びＮ側第１バリア層４２ａのＡｌ組成は、０．０６以上、０．２２以下であるとよい。
　また、ＡｌＧａＡｓからなるＮ側第２バリア層４２ｂとＰ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成を高めると、ウェル層４１からＰ型層側への電子電流の漏れと、ウェル層４１からＮ型層側への正孔電流の漏れを抑制することができるため、Ａｌ組成は０．２４以上がよい。しかしながら、あまりにＮ側第２バリア層４２ｂとＰ側第２バリア層４３ｂのＡｌ組成を高めると動作電圧の増大を招くため、Ａｌ組成は０．３２以下がよい。
　また、本実施の形態に係る半導体レーザ装置１では、共振器長が長くなっている。具体的には、半導体レーザ装置１の共振器長は、２ｍｍ以上になっている。
　このように、半導体レーザ装置１の共振器長を長くすることで、半導体レーザ装置１の熱抵抗が低減し、放熱性が向上する。これにより、熱飽和する光出力を増大させることができる。
　なお、半導体レーザ装置１の共振器長を長くしすぎると、共振器のミラー損失が増大してスロープ効率が低下するおそれがあるが、本開示では、光分布をＮ型半導体層寄りにして導波路損失を小さくしているため、半導体レーザ装置１の共振器長を長くしてもスロープ効率の低下が抑制され、最大光出力を増大させることができる。
　（変形例）
　以上、本開示に係る半導体レーザ装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態では、開口部８０ａを有する電流ブロック層８０をＰ型コンタクト層７０内に設けることで電流注入領域が画定されていたが、これに限らない。具体的には、図２０、図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃに示される半導体レーザ装置１Ａのように、リッジ部２００Ａを設けることで電流注入領域が画定されていてもよい。図２０は、変形例に係る半導体レーザ装置１Ａの上面図である。図２１Ａは、図２０のＸＸＩＡ－ＸＸＩＡ線における同半導体レーザ装置１Ａの断面図であり、図２１Ｂは、図２０のＸＸＩＢ－ＸＸＩＢ線における同半導体レーザ装置１Ａの断面図であり、図２１Ｃは、図２０のＸＸＩＣ－ＸＸＩＣ線における同半導体レーザ装置１Ａの断面図である。なお、図２１Ａは、半導体レーザ装置１Ａの利得部における断面を示しており、図２１Ｂは、半導体レーザ装置１Ａの前端面１ａ側の端面部における断面を示している。
　図２０～図２１Ｃに示すように、本変形例における半導体レーザ装置１Ａは、光導波路として共振器長方向に延在するリッジ部２００Ａを有するリッジストライプ構造の半導体レーザ素子である。
　半導体レーザ装置１Ａでは、リッジ部２００Ａに対応する開口部１００ａを有する絶縁膜１００Ａが形成されている。絶縁膜１００Ａは、電流ブロック機能を有する誘電体膜である。絶縁膜１００Ａは、例えばＳｉＯ２等の絶縁膜によって構成されている。
　また、本変形例では、リッジ部２００Ａを形成するために、Ｐ型コンタクト層７０に深さ０．２μｍの一対の溝が形成されており、電流注入経路となるリッジ部２００Ａ以外のＰ型コンタクト層７０の表面が絶縁膜１００Ａで覆われている。これにより、流入された電流をリッジ部２００Ａに集中して流すことができる。なお、リッジ部２００Ａを形成するための溝は、Ｐ型コンタクト層７０だけではなく、Ｐ型クラッド層６０にまで形成されていてもよい。
　本変形例において、リッジ部２００Ａ及び絶縁膜１００Ａ以外の構成は、基本的には、上記実施の形態における半導体レーザ装置１と同様の構成である。
　したがって、本変形例に係る半導体レーザ装置１Ａについても、上記実施の形態に係る半導体レーザ装置１と同様の作用効果を奏する。
　また、電流注入領域を画定する上記実施の形態における開口部８０ａ及び本変形例における開口部１００ａや共振器長、ウェル層４１の組み合わせにより種々の波長帯の半導体レーザ装置として適用することができる。
　例えば、開口幅９０μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１５Ａ以上４０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．７Ｖ以上３Ｖ以下程度とすることで、７８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１５Ｗ以上３０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　例えば、開口幅９０μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１５Ａ以上４０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．６Ｖ以上３Ｖ以下程度とすることで、８００ｎｍ以上８２０ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１５Ｗ以上３０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　例えば、開口幅９０μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１５Ａ以上４０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．５Ｖ以上３Ｖ以下程度とすることで、８５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１５Ｗ以上３０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　例えば、開口幅９０μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１５Ａ以上５０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．４５Ｖ以上３Ｖ以下程度とすることで、９００ｎｍ以上９３０ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１５Ｗ以上４０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　例えば、開口幅９０μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１５Ａ以上５０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．４以上３Ｖ以下程度とすることで、９３０ｎｍ以上９６０ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１５Ｗ以上４０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　例えば、開口幅４μｍ以上３００μｍ以下程度で、且つ、共振器長２０００μｍ以上６０００μｍ以下程度の半導体レーザ装置への投入電流を１Ａ以上５０Ａ以下程度とし、投入電圧を１．４以上３Ｖ以下程度とすることで、９６０ｎｍ以上９９０ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力が１Ｗ以上４０Ｗ以下程度であるレーザ光を出射する光学特性を有する半導体レーザ装置を実現できる。
　また、本変形例に係る半導体レーザ装置１Ａでは、リッジ部２００Ａを有するので、半導体レーザ装置１Ａをサブマウント等に実装したときの特性劣化等を抑制することができる。この点について、以下説明する。
　半導体レーザ装置１Ａの共振器長を長くすると、半導体レーザ装置１をサブマウントに実装したときに半導体レーザ装置１の幅方向の端部に生じるせん断歪が光導波路に及ぼす影響が大きくなる。この場合、光導波路となる電流注入領域に左右非対称なせん断応力が生じると、光導波路を伝搬するレーザ光の偏光面が傾き、楕円偏波となり、偏光比の低下をもたらす。
　そこで、本変形例に係る半導体レーザ装置１Ａのように、リッジ部２００Ａを設けて、光導波路をリッジ型にすると、半導体レーザ装置１Ａをジャンクションダウンで実装したときに、リッジ部２００Ａで生じるせん断応力と半導体レーザ装置の幅方向の端部で生じるせん断応力とが打ち消し合って、光導波路に生じるせん断応力が低減される。これにより、光導波路を伝搬するレーザ光の偏光面が傾いて偏光比が低下することを抑制することができる。
　このことについて、図２２を用いてさらに詳細に説明する。図２２は、本変形例に係る半導体レーザ装置１Ａをジャンクションダウンでサブマウント２に実装したときの様子を示す図である。
　サブマウント２としては、半導体レーザ装置１Ａよりも熱膨張係数が大きいものを用いる。例えば、半導体レーザ装置１Ａを構成する各半導体材料の熱膨張係数は、ＧａＡｓが５．３５×１０－６で、ＡｌＡｓが３．４×１０－６で、ＩｎＡｓが４．３３×１０－６で、ＧａＮが５．５９×１０－６で、ＡｌＮが４．１５×１０－６で、ＩｎＮが２．８５×１０－６である。したがって、サブマウント２としては、金属材料又はセラミック材料を主要構成材料として含むものを用いる。サブマウント２の主要構成材料としては、Ｃｕ（熱膨張係数１６．８×１０－６）、Ｔｉ（熱膨張係数８．４×１０－６）、Ｐｔ（熱膨張係数８．４×１０－６）、Ａｕ（熱膨張係数１４．２×１０－６）、Ｎｉ（熱膨張係数１３．４×１０－６）、ＳｉＣ（熱膨張係数６．６×１０－６）を用いることができる。
　この場合、図２２に示すように、半導体レーザ装置１Ａをサブマウント２にジャンクションダウン（フェイスダウン）で実装すると、半導体レーザ装置１Ａとサブマウント２との熱膨張係数の差によって、半導体レーザ装置１Ａの活性層４０には、半導体レーザ装置１の幅方向の端部で生じるせん断応力（σ１）とリッジ部２００Ａで生じるせん断応力（σ２）とが付加される。
　ここで、サブマウント２の平均熱膨張係数（例えばサブマウントが複数層の材料によって構成されている場合は、各材料の熱膨張係数をＬ（ｉ）、膜厚をＴｉ（ｉ）とすると、ΣＬ（ｉ）Ｔ（ｉ）／ΣＬ（ｉ）のこと）が半導体レーザ装置１Ａの平均熱膨張係数よりも大きい場合、サブマウント２は半導体レーザ装置１Ａを水平方向（図２２のＸ方向）に縮めるように半導体レーザ装置１Ａに応力が生じる。また、リッジ部２００Ａの両側に存在する溝に埋め込まれた金属の熱膨張係数は、半導体レーザ装置１Ａの熱膨張係数よりも大きいため、溝幅を広げるように半導体レーザ装置１Ａに応力が生じる。この結果、半導体レーザ装置１ＡのＸＹ面内には、図２２に示されるように、溝の間の電流注入領域の中央に対して反対称的なせん断応力が生じる。
　具体的には、リッジ部２００Ａの横に形成された溝とＸ方向の位置が同じ活性層において、半導体レーザ装置１Ａの幅方向の左端部で生じるせん断応力（σ１Ｌ）及びリッジ部２００Ａの左側の溝で生じるせん断応力（σ２Ｌ）と、半導体レーザ装置１Ａの幅方向の右端部で生じるせん断応力（σ１Ｒ）及びリッジ部２００Ａの右側の溝で生じるせん断応力（σ２Ｒ）とが、それぞれ逆向きであるため、せん断応力が打ち消し合って、その大きさが小さくなる。
　また、光導波路を伝搬する光の光分布は、水平方向に対して溝の領域まで広がっているため、光分布の端部において光分布が受けるせん断応力の影響は、溝のせん断応力により打ち消されて小さくなる。
　なお、リッジ部２００Ａの幅方向の中央に対して左右のせん断応力が完全に反対称でなければ、せん断応力により半導体レーザ装置１Ａに複屈折率性が生じた場合、光分布とせん断応力との相関積分が０でなくなるため、偏光面が傾斜してしまう。
　このように、本変形例に係る半導体レーザ装置１Ａによれば、サブマウント２に実装したときに、半導体レーザ装置１Ａの幅方向の端部に生じるせん断応力をリッジ部の横の溝によるせん断応力で打ち消すことができるので、光分布に対するせん断応力の影響を低減することができる。これにより、光導波路を伝搬するレーザ光の偏光面が傾いて偏光比が低下することを抑制することができる。
　リッジ型の半導体レーザ装置１Ａの幅方向の端部に生じるせん断応力の光導波路を伝搬するレーザ光への影響を低減するためには、Ｐ型クラッド層６０のＡｌ組成を０．８以上とすれば、光分布のＰ型クラッド層６０への染み出しを低減できるため効果的である。Ａｌ組成を０．９以上に高めると、ＧａＡｓ基板との格子不整が大きくなり格子欠陥の発生による結晶性が低下する可能性があるため、Ａｌ組成は０．８以上、０．９以下とすればよい。
　なお、リッジ部２００Ａの横に形成された溝の幅は、１０μｍ以上であるとよい。これにより、リッジ部２００Ａの外部でのせん断応力を低減することができる。具体的には、溝の幅を広げすぎると電流注入領域となるリッジ部２００Ａに実装時の加重が集中するため、溝の幅は、２５μｍ±１５μｍであるとよい。このような幅の溝にすることで、せん断応力による偏光面の回転を効果的に抑制することができる。
　また、本変形例において、半導体レーザ装置１Ａは、ジャンクションダウンによってサブマウント２に実装されていたが、これに限らない。例えば、半導体レーザ装置１Ａは、ジャンクションアップ（フェイスアップ）によってサブマウント２等の支持基体に実装されていてもよい。
　なお、上記実施の形態における半導体レーザ装置１をサブマウントに実装する場合についても、半導体レーザ装置１は、ジャンクションダウン及びジャンクションアップのいずれの方法で実装されていてもよい。
　（その他の変形例）
　例えば、上記実施の形態における半導体レーザ装置１では、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体材料を用いる場合を例示したが、これに限らず、他の半導体材料を用いてもよい。
　具体的には、半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料によって構成されていてもよい。この場合、図２３に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料によって構成された半導体レーザ装置は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板である基板１０の上に、Ｎ型バッファ層１１、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、活性層４０、Ｐ型ガイド層５０、Ｐ型クラッド層６０、中間層６４、Ｐ型コンタクト層７０、絶縁膜１００Ａ及びＰ側電極９１が順次積層された構成とすることができる。中間層６４は、第１中間層６１、第２中間層６２及び第３中間層６３が順次積層された構成である。
　一例として、Ｎ型バッファ層１１は、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓ（膜厚：０．５μｍ、Ｓｉ不純物濃度：３×１０１７ｃｍ－３）である。Ｎ型クラッド層２０は、（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：３．６μｍ、Ａｌ組成：０．１８、Ｓｉ不純物濃度：２×１０１８ｃｍ－３、６×１０１７ｃｍ－３、１．４×１０１７ｃｍ－３の多段）で、Ｎ型バッファ層１１とＮ型クラッド層２０との界面領域は、ＡｌｘＧａ１-ｘＡｓで膜厚は７５ｎｍ、Ａｌ組成は０から０．３１へ連続的に変化し、不純物濃度は３×１０１７ｃｍ―３である。Ｎ型ガイド層３０は、（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：８５ｎｍ、Ａｌ組成：ゼロ、活性層４０側８０ｎｍ：アンドープ、残りの部分のＳｉ不純物濃度：１×１０１７ｃｍ－３）で、Ｎ型クラッド層２０とＮ型ガイド層３０との界面領域は、膜厚が２０ｎｍで、Ａｌ組成は０．１８から０へ連続的に変化する。
　活性層４０については、Ｎ側第２バリア層４２ｂがＡｌＧａＡｓ（膜厚：６．５ｎｍ、Ａｌ組成：０．５９、アンドープ）で、Ｎ側第１バリア層４２ａがＡｌＧａＡｓ（膜厚：３．５ｎｍ、Ａｌ組成：０．５３、アンドープ）で、ウェル層４１がＧａＩｎＡｓ（膜厚：８．５ｎｍ、Ｉｎ組成：０．１２）で、Ｐ側第１バリア層４３ａがＡｌＧａＡｓ（膜厚：３．５ｎｍ、Ａｌ組成：０．５３、アンドープ）で、Ｐ側第２バリア層４３ｂがＡｌＧａＡｓ（膜厚：１７．５ｎｍ、Ａｌ組成：０．５９、アンドープ）である。
　Ｐ型ガイド層５０は、（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：０．１７μｍ、Ａｌ組成：ゼロ、活性層４０側５０ｎｍ：アンドープ、残りの部分のＣ不純物濃度：５×１０１７ｃｍ－３）で、Ｐ型クラッド層６０は、（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：０．６μｍ、Ａｌ組成：０．６９、Ｃ不純物濃度：５×１０１７ｃｍ－３、１．２×１０１８ｃｍ－３の多段）で、Ｐ型ガイド層５０とＰ型クラッド層６０との界面領域は、膜厚が５０ｎｍで、Ａｌ組成は０から０．６９へ連続的に変化し、Ｃ不純物濃度は：５×１０１７ｃｍ－３）である。
　中間層６４については、第１中間層６１が（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：０．２μｍ、Ａｌ組成：０．３０、Ｃ不純物濃度：１．２×１０１８ｃｍ－３）で、第２中間層６２が（ＡｌＸＧａ１－Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（膜厚：０．０３８μｍ、Ａｌ組成：ゼロ、Ｃ不純物濃度：１．２×１０１８ｃｍ－３）で、第３中間層６３がＡｌＧａＡｓ（膜厚：０．０５μｍ、Ａｌ組成傾斜：０．５２から０へ連続的に変化し、Ｃ不純物濃度：１．２×１０１８ｃｍ－３）である。
　なお、Ｐ型コンタクト層７０は、ＧａＡｓ（膜厚：０．４μｍ、Ｃ不純物濃度：２×１０１８ｃｍ－３）である。
　このように構成される変形例に係る半導体レーザ装置についても、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。例えば、ウェル層４１を厚くしたとしても、温度特性の劣化と長期信頼性の低下とを抑制しつつ、ＣＯＤレベルの向上効果が阻害されることを抑制できる。
　さらに、図２３に示される本変形例に係る半導体レーザ装置では、以下の効果を得ることもできる。
　第１に、本変形例に係る半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料よりバンドギャップエネルギーが高いＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料で構成されているので、高いポテンシャル障壁が得られる。これにより、活性層４０を超えてＰ型ガイド層５０に漏れるキャリアを抑制できるので、スロープ効率を向上させることができるとともに高温高出力動作で駆動できる半導体レーザ装置を得ることができる。
　第２に、不純物（Ｚｎ）が拡散しやすくなるため、窓形成に必要な不純物濃度を低減することができる。これにより、不純物によるフリーキャリア損失を低減することができるので、スロープ効率を向上させることができる。
　第３に、Ｎ型クラッド層２０、Ｎ型ガイド層３０、Ｐ型ガイド層５０およびＰ型クラッド層６０とＧａＡｓ基板である基板１０とを格子整合させることができるので、半導体レーザ装置（素子）の反りが低減する。そして、この反りの低減により、ジャンクションダウン実装時に半導体レーザ装置に非対称な歪が生じた場合においても、生じた非対称な歪を低減することができるため、酸化膜で構成された電流ブロック層である絶縁膜１００Ａの効果、すなわち、半導体レーザ装置の端部に生じるせん断応力をリッジ形状によるせん断応力で打ち消す効果を高めることができる。
　第４に、中間層６４によって、半導体レーザ装置の駆動電圧が上昇することを抑制できる。具体的には、中間層６４における第１中間層６１及び第２中間層６２によって、Ａｌ組成が段階的に低減されているので、ＡｌＧａＩｎＰとＧａＡｓとを接合した際に生じるバンドギャップエネルギー差を最小化することができ、駆動電圧の上昇を抑制することができる。さらに第３中間層６３によってＡｌＧａＡｓのＡｌ組成の傾斜層を設けることで、ヘテロ界面のバンドギャップエネルギーを平滑化し、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
　また、上記実施の形態における半導体レーザ装置１では、半導体積層体を構成する複数の半導体層にくびれ構造を形成して、半導体積層体の側面を傾斜面としたが、これに限らない。
　その他、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示の半導体レーザ装置は、例えば、高出力の光源として、ディスプレイやプロジェクタなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源に適用できる。
　１、１Ａ　半導体レーザ装置
　１ａ　前端面
　１ｂ　後端面
　２　サブマウント
　１０　基板
　１１　Ｎ型バッファ層
　２０　Ｎ型クラッド層
　３０　Ｎ型ガイド層
　４０　活性層
　４１　ウェル層
　４２ａ　Ｎ側第１バリア層
　４２ｂ　Ｎ側第２バリア層
　４３ａ　Ｐ側第１バリア層
　４３ｂ　Ｐ側第２バリア層
　４４　Ｎ側高Ａｌ組成層
　４５　Ｐ側高Ａｌ組成層
　５０　Ｐ型ガイド層
　６０　Ｐ型クラッド層
　６１　第１中間層
　６２　第２中間層
　６３　第３中間層
　６４　中間層
　７０　Ｐ型コンタクト層
　７１　第１コンタクト層
　７２　第２コンタクト層
　８０　電流ブロック層
　８０ａ　開口部
　９１　Ｐ側電極
　９１ａ　第１Ｐ電極層
　９１ｂ　めっき層
　９１ｃ　第２Ｐ電極層
　９２　Ｎ側電極
　１００、１００Ａ　絶縁膜
　１００ａ　開口部
　１１１　第１端面コート膜
　１１２　第２端面コート膜
　１２０　窓領域
　１３０　溝
　２００Ａ　リッジ部

Claims (23)

  1. 　レーザ光を出射する半導体レーザ装置であって、
    　基板と、
    　前記基板の上方に配置されるＮ型クラッド層と、
    　前記Ｎ型クラッド層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置されるＰ型クラッド層とを備え、
    　前記活性層は、
    　ウェル層と、
    　前記ウェル層の上方に配置されるＰ側第１バリア層と、
    　前記Ｐ側第１バリア層の上方に配置されるＰ側第２バリア層とを有し、
    　前記Ｐ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｐ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、
    　前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
    　前記半導体レーザ装置は、前記レーザ光が出射する端面近傍の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーが、共振器長方向の中央部の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーよりも大きい端面窓構造を有する
    　半導体レーザ装置。
  2. 　前記Ｐ型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ型クラッド層のバンドギャップエネルギーよりも大きい
    　請求項１に記載の半導体レーザ装置。
  3. 　前記ウェル層の厚さは、６ｎｍ以上である
    　請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 　前記ウェル層は、ＡｌＸＧａ１－Ｘ－ＹＩｎｙＡｓ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の組成式で表される半導体材料によって構成されている
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  5. 　前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に大きくなる
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  6. 　前記Ｐ側第１バリア層は、不純物がドーピングされていないアンドープ領域を含み、
    　前記アンドープ領域の膜厚は、５ｎｍ以上である
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  7. 　前記Ｐ側第２バリア層の全領域に不純物がドーピングされており、
    　前記Ｐ側第１バリア層は、前記ウェル層に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、前記ウェル層から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  8. 　前記Ｐ側第２バリア層にドーピングされている不純物の濃度は、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に大きくなる
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  9. 　前記ウェル層と前記Ｐ側第１バリア層の間に前記Ｐ側第１バリアよりもＡｌ組成の高いＰ側高Ａｌ組成層を備える
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  10. 　さらに、前記Ｐ側第２バリア層と前記Ｐ型クラッド層との間にＰ型ガイド層を備える
    　請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  11. 　前記Ｐ型ガイド層と前記Ｐ型クラッド層との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に増大する
    　請求項１０に記載の半導体レーザ装置。
  12. 　前記Ｐ型ガイド層にドーピングされている不純物の濃度は、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に大きくなる
    　請求項１０又は１１に記載の半導体レーザ装置。
  13. 　前記活性層は、さらに、前記ウェル層の下方に配置されるＮ側第１バリア層と、前記Ｎ側第１バリア層の下方に配置されるＮ側第２バリア層とを有し、
    　前記Ｎ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｎ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、
    　前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きい
    　請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  14. 　前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に大きくなる
    　請求項１３に記載の半導体レーザ装置。
  15. 　前記Ｎ側第２バリア層の全領域に不純物がドーピングされており、
    　前記Ｎ側第１バリア層は、前記ウェル層に近い側の領域に不純物がドーピングされていないアンドープ領域を有し、かつ、前記ウェル層から遠い側の領域に不純物がドーピングされているドープ領域を有する
    　請求項１３又は１４に記載の半導体レーザ装置。
  16. 　前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きい
    　請求項１３から１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  17. 　前記ウェル層と前記Ｎ側第１バリアの間に前記Ｎ側第１バリアよりもＡｌ組成の高いＮ側高Ａｌ組成層を備える
    　請求項１３から１６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  18. 　さらに、前記Ｎ側第２バリア層と前記Ｎ型クラッド層の間にＮ型ガイド層を備える
    　請求項１３から１７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  19. 　前記Ｎ型ガイド層と前記Ｎ型クラッド層との少なくとも界面領域におけるＡｌ組成は、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に増大する
    　請求項１８に記載の半導体レーザ装置。
  20. 　前記Ｎ型クラッド層、前記Ｎ型ガイド層、前記Ｎ側第２バリア層及び前記Ｎ側第１バリア層にドーピングされている不純物の濃度は、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に増大する、又は、段階的に増大する
    　請求項１８又は１９に記載の半導体レーザ装置。
  21. 　前記活性層は、前記ウェル層の下方に配置されるＮ側第１バリア層と、前記Ｎ側第１バリア層の下方に配置されるＮ側第２バリア層とを有し、
    　前記Ｎ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｎ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、
    　前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
    　前記Ｎ側第２バリア層と前記Ｎ型クラッド層との間にＮ型ガイド層を備え、
    　前記Ｐ型ガイド層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ型ガイド層のバンドギャップエネルギーと異なる
    　請求項１０から１２のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
  22. 　前記ウェル層と前記Ｎ型クラッド層の間に位置し、前記ウェル層から前記Ｎ型クラッド層に向かってＮ側第１バリア層とＮ側第２バリア層を備え、
    　前記Ｎ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｎ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、
    　前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
    　前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記ウェル層から離れるにしたがって徐々に大きくなり、
    　前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーの最大値は、前記Ｎ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーの最大値より大きい
    　請求項５に記載の半導体レーザ装置。
  23. 　レーザ光を出射する半導体レーザ装置の製造方法であって、
    　基板の上方にＮ型クラッド層を配置する工程と、
    　前記Ｎ型クラッド層の上方に活性層を配置する工程と、
    　前記活性層の上方にＰ型クラッド層を配置する工程とを含み、
    　前記活性層は、
    　ウェル層と、
    　前記ウェル層の上方に配置されるＰ側第１バリア層と、
    　前記Ｐ側第１バリア層の上方に配置されるＰ側第２バリア層とを有し、
    　前記Ｐ側第２バリア層のＡｌ組成比は、前記Ｐ側第１バリア層のＡｌ組成比よりも高く、
    　前記Ｐ側第２バリア層のバンドギャップエネルギーは、前記Ｐ側第１バリア層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、
    　前記半導体レーザ装置は、前記レーザ光が出射する端面近傍の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーが、共振器長方向の中央部の前記ウェル層のバンドギャップエネルギーよりも大きい端面窓構造を有する
    　半導体レーザ装置の製造方法。
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