(57)【要約】【課題】低しきい値電流および高スロープ効率を有し、高い電力変換効率を備えた半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザＬＤ１は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、第１光ガイド層上に積層された活性層と、活性層上に積層された第２光ガイド層と、第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備えている。半導体レーザ装置ＬＤ１は、ｎ側光ガイド層とｐ側光ガイド層の和である総光ガイド層の厚さが、結晶成長方向に１次以上のモードが許容される厚さとされている。ｎ側光ガイド層とｎ型クラッド層の間に、ｎ型クラッド層の屈折率よりも屈折率の低い低屈折率層を設けると共に、活性層位置を総光ガイド層の中心よりもｐ型クラッド層側へ変位させる。【選択図】図４
2014197598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率層を備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率層を備え、
前記第２光ガイド層と前記第２導電型クラッド層の間に、前記第２導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率層を備え、
前記第１導電型クラッド層の屈折率の２乗と前記第１低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根と前記第１低屈折率層の層厚の積が、前記第２導電型クラッド層の屈折率の２乗と前記第２低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根と前記第２低屈折率層の層厚の積よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層を備え、
前記第２光ガイド層と前記第２導電型クラッド層の間に、前記活性層の屈折率よりも低くかつ前記第２光ガイド層の屈折率よりも高い高屈折率層を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第２導電型クラッド層にリッジ部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平１１−２３３８８２に開示されるように、遠視野像（ＦＦＰ）を狭くするように改善された半導体レーザ装置が知られている。上記特許文献では、第１導電型クラッド層と第１導電側光ガイド層の間に第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第１導電側低屈折率層を挿入した半導体レーザが開示されている。このような構成によれば、結晶成長方向の光強度分布を拡げ、その結果遠視野像（ＦＦＰ）を狭くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３３８８２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５１０１８号公報
【特許文献３】特開２００７−２２０６９２号公報
【特許文献４】特開平８−１９５５２９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. Alam and M. Lundstrom、“Simple Analysis of Carrier Transport and Buildup in Separate Confinement Heterostructure Quantum Well Lasers”、 IEEE、 Pnotonics Tecnol. Lett.、 Vol. 6、 No. 12、 pp. 1418-1420、 1994
【非特許文献２】伊賀編著、“半導体レーザ”，ｐｐ．３５−３８，平成６年１０月２５日（オーム社）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の半導体レーザ装置では、ｎ型クラッド層とｎ側ガイド層内にｎ型クラッド層よりも屈折率の低い低屈折率層を挿入すると、しきい値電流の増加を招くという問題があった。この問題は、ＮＦＰの光強度分布が結晶成長方向に拡大し、活性層への光閉じ込め率が低下してしまうことに起因していた。
【０００６】
また、従来の半導体レーザ装置では、活性層位置を、総光ガイド層の中心位置からｐ型クラッド層側へ変位させることによって、スロープ効率の向上が可能であった。総光ガイド層の中心位置とは、ｎ側光ガイド層の層厚とｐ側光ガイド層の層厚の和である総光ガイド層厚の半分の位置である。しかしながら、この構成を採用した場合、しきい値電流の上昇を招くという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低しきい値電流および高スロープ効率を有し、高い電力変換効率を備えた半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明にかかる半導体レーザ装置は、
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率層を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明にかかる半導体レーザ装置は、
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率層を備え、
前記第２光ガイド層と前記第２導電型クラッド層の間に、前記第２導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率層を備え、
前記第１導電型クラッド層の屈折率の２乗と前記第１低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根と前記第１低屈折率層の層厚の積が、前記第２導電型クラッド層の屈折率の２乗と前記第２低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根と前記第２低屈折率層の層厚の積よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
第３の発明にかかる半導体レーザ装置は、
第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に積層された第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層上に積層された活性層と、前記活性層上に積層された第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層上に積層された第２導電型クラッド層と、を備え、
前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層の層厚の和は、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードを許容する層厚であり、
前記第１光ガイド層の層厚は前記第２光ガイド層の層厚よりも厚く、
前記第１導電型クラッド層と前記第１光ガイド層の間に、前記第１導電型クラッド層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層を備え、
前記第２光ガイド層と前記第２導電型クラッド層の間に、前記活性層の屈折率よりも低くかつ前記第２光ガイド層の屈折率よりも高い高屈折率層を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる半導体レーザ装置によれば、低いしきい値電流および高いスロープ効率を有し、高い電力変換効率を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１を説明するための結晶成長方向の層構造の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の実施例１にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の実施例２にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の実施例２にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の実施例３にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の作用を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図１５】実施の形態に対する比較例の半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図１６】比較例の半導体レーザ装置の作用を説明するための図である。
【図１７】半導体レーザ装置の光ガイド層内に滞留するキャリア分布及び光強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明で、半導体レーザ装置の構成をその断面図を用いて説明することがあるが、その図には便宜上ｘｙｚ座標軸を記載している。その場合、ｙ軸は、半導体層の結晶成長方向に相当している。ｚ軸は、半導体レーザ装置の奥行き方向であり、半導体レーザ装置の前端面と後端面によって挟まれる共振器の長さ方向（つまり共振器方向）に相当している。ｘ軸は、半導体レーザ装置の幅方向に相当する。
【００１４】
実施の形態１．
［モード数の説明］
結晶成長方向のモード数に関して図１を用いて概略を説明する。図１は、本発明の実施の形態１を説明するための結晶成長方向の層構造の一例を示す図である。図１においては、便宜上、ｎ型クラッド層の低屈折率層１（屈折率ｎ２）、ｐ型クラッド層の低屈折率層１ａ（屈折率ｎ２）、およびこれらの間に挟まれた光ガイド層としての高屈折率層２（屈折率ｎ１）の積層構造を用いて説明する。
【００１５】
図１には、紙面右側に、上記の３層の積層構造を模式的に図示している。図１の紙面左側には、これら３層の各半導体層の屈折率を模式的に図示している。低屈折率層１および低屈折率層１ａは、屈折率がｎ２である。高屈折率層２は、屈折率がｎ１である。ｎ１はｎ２よりも大きい。
【００１６】
高屈折率層２の層厚は、２Ｔであるものとする。波長をλとすると、一般に高屈折率層への光の閉じ込め状態やモード数は、下記の式（１）で示す正規化周波数ｖの値で決まる。ｖ値が大きくなるとモード数が増える。ｖ値がπ／２以上となると、１次モード以上の高次モードが許容される。
【００１７】
本発明の実施の形態それぞれにかかる半導体レーザ装置は、その前提として、光ガイド層等の半導体層が、高次モードを許容するのに十分な層厚を有しているものとする。従って、各実施の形態にかかる半導体レーザ装置は、ｖ値がπ／２以上となるものである。
【００１８】
高屈折率層２の屈折率と低屈折率層１、１ａの屈折率が近い値の場合、つまりｎ１≒ｎ２である場合、ｖの値は、Δｎの平方根と高屈折率層の層厚Ｔとに比例することが分かる。Δｎは、高屈折率層２と低屈折率層１、１ａの屈折率の差である。
【００１９】
【数１】
2014197598.tif 000003
【００２０】
［実施の形態１の装置の構成および動作］
（実施の形態１の実施例１）
図２は、本発明の実施の形態１の実施例１にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１を示す断面図である。半導体レーザ装置ＬＤ１は、いわゆるファブリペロ型の半導体レーザ装置である。図２に示す断面構造が図２のｚ軸方向（つまり図の紙面貫通方向）にそのまま延長した物体が、半導体レーザ装置ＬＤ１である。
【００２１】
半導体レーザ装置ＬＤ１は、ｚ軸方向に見て、両端に１つずつへき開面を備えている。一方のへき開面はレーザ光を出射する前端面となり、他方のへき開面が後端面となる。前端面と後端面には、それぞれの面に適切な膜厚の反射防止膜や保護膜が形成されている。前端面と後端面とにより共振器が形成され、前端面と後端面の間の距離が共振器長となる。
【００２２】
ＬＤ１は、裏面にｎ型電極３を備えたｎ型ＧａＡｓ基板４を備える。ｎ型ＧａＡｓ基板４上には、結晶成長された複数の半導体層が設けられている。複数の半導体層は、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５と、ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層６と、ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層７と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層８と、ＡｌＧａＡｓバリア層９と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０と、ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層１１と、ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４と、を含んでいる。
【００２３】
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５はＡｌ組成比０．２５０、層厚１．５μｍである。ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層６はＡｌ組成比０．１８３、層厚４６５ｎｍである。ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層７はＡｌ組成比０．１００、層厚１０ｎｍである。ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層８はＩｎ組成比０．１３８、層厚８ｎｍである。
【００２４】
ＡｌＧａＡｓバリア層９はＡｌ組成比０．１００、層厚３ｎｍである。ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０はＩｎ組成比０．１３８、層厚８ｎｍである。ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層１１はＡｌ組成比０．１００、層厚１０ｎｍである。
【００２５】
ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２はＡｌ組成比０．１８３、層厚４６５ｎｍである。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３はＡｌ組成比０．２５０、層厚１．５μｍである。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４は層厚０．２μｍである。
【００２６】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４上には、ＳｉＮ膜１５およびｐ型電極１６が設けられている。ＳｉＮ膜１５は層厚０．２μｍである。ＳｉＮ膜１５は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４の上部において幅Ｗの部分には設けられていない。この部分には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４上に直接ｐ型電極１６が形成される。これにより、幅Ｗのストライプ構造（電流狭窄構造）が形成されている。
【００２７】
ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７はＡｌ組成比０．５００、層厚ｔｌ（パラメータ）である。Ｉｎ組成比０．１３８、層厚８ｎｍの量子井戸活性層８、１０から出射されるレーザ光の発振波長は９８０ｎｍである。波長９８０ｎｍにおけるＡｌ組成比０．１００、０．５００のＡｌＧａＡｓ層の屈折率及びＩｎ組成比０．１３８のＩｎＧａＡｓ層の屈折率は、それぞれ３．４５５２４６、３．２１７４９２及び３．５４３２６８である。
【００２８】
本願発明者は、１次モード以上の高次モードが許容されるほどに厚い光ガイド層を有する構造を詳細に調べた。その結果、本願発明者は、ｎ型クラッド層とｎ側光ガイド層の間にｎ型クラッド層の屈折率よりも屈折率の低い低屈折率層を設けると、下記の４つの作用が生ずることを見出した。
【００２９】
作用１は、近視野像（ＮＦＰ）の光強度分布は狭くなり、活性層への光閉じ込め率が大きくなることである。
作用２は、遠視野像（ＦＦＰ）が拡がることである。
作用３は、光強度分布のピーク位置は総光ガイド層中心からｐ型クラッド層側へ変位することである。
作用４は、光強度分布のピーク強度は低屈折率層を設けない場合に比べて大きくなることである。
【００３０】
ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層をＡｌ組成比０．２５０のＡｌＧａＡｓとし、ｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層をＡｌ組成比０．１８３のＡｌＧａＡｓとする。そうすると、式（１）により、ｖ値がπ／２となって１次モードが許容し始める総光ガイド層厚が、９２９．７ｎｍと求まる。
【００３１】
ＩｎＧａＡｓ活性層やＡｌ組成比０．１００のＡｌＧａＡｓ層が、ｎ側光ガイド層とｐ側光ガイド層の間にある。これらは前記ｎ側光ガイド層とｐ側光ガイド層よりも屈折率が高い。このため、総光ガイド層厚が９２９．７ｎｍあれば、確実に１次モード以上の高次モードが許容されることになる。
【００３２】
そこで、ｎ側光ガイド層厚及びｐ側光ガイド層の層厚を４６５ｎｍとし、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層の層厚をｔｌとして、本願発明の効果を考察する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するための図である。
【００３３】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態１の実施例１にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１の基本モードの光閉じ込め率のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７の層厚依存性を示す図である。具体的には、図３（ａ）は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層８、１０の基本モードに関する光閉じ込め率Γについての、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７の層厚ｔｌ依存性である。
【００３４】
低屈折率層の層厚が厚くなると、単調に光閉じ込め率が増加することが分かる。これは、従来技術で知られていたのとは逆の現象である。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けることで、ＮＦＰの光強度分布が狭くなることが反映されている。
【００３５】
図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１の実施例１にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１の遠視野像（ＦＦＰ）のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７の層厚依存性を示す図である。具体的には、図３（ｂ）は、結晶成長方向ＦＦＰの半値全角（θｙ）のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７の層厚依存性である。低屈折率層の層厚が増すにつれて、θｙは単調に増加し、ＦＦＰは拡大することが分かる。これも近視野像（ＮＦＰ）の光強度分布が狭くなることを示すものである。
【００３６】
これは、後述する図１５の比較例とは逆の現象である。つまり、結晶成長方向に１次モード以上の高次モードが許容されるほどの厚い総光ガイド層を有する半導体レーザ装置では、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けると光閉じ込め率を高めることができる。その結果しきい値電流を下げることが可能となる。
【００３７】
（実施の形態１の実施例２）
図４は、本発明の実施の形態１の実施例２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１１を示す断面図である。実施例２では、層厚ｔｇｎと層厚ｔｇｐの和は、９３０ｎｍという一定値とすることにする。層厚ｔｇｎは、ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層６ａであり、層厚ｔｇｐは、ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２ａである。
【００３８】
ただし、層厚ｔｇｎとｔｇｐの割合を変化させて、活性層位置Ｐを総光ガイド層内で変位させる。活性層位置Ｐとは、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層８、１０の間のＡｌＧａＡｓバリア層９の中心の位置である。一方、図４の一点鎖線の位置は、ｔｇｎ＝ｔｇｐ＝４６５ｎｍのときの活性層位置、つまり活性層が総ガイド層の中心にある場合である。活性層位置Ｐは、この一点鎖線位置を原点とした場合の、ＡｌＧａＡｓバリア層９の中心位置を示す寸法（ｎｍ）である。
【００３９】
層厚ｔｇｎとｔｇｐの割合を変化させることで、活性層位置Ｐが図４の紙面上方または下方にずれることになり、すなわち活性層位置Ｐが変位することになる。上述した点を除き、各層のＡｌ組成比及びＩｎ組成比は、図２に示した実施例１の半導体レーザ装置ＬＤ１と同じである。
【００４０】
図５は、本発明の実施の形態１の実施例２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１１の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。具体的には、図５は、基本モードの光閉じ込め率Γの活性層位置Ｐ依存性を、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７の層厚ｔｌをパラメータとして示したものである。
【００４１】
破線はｔｌ＝０ｎｍ、つまりｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けないものである。総光ガイド層の中心位置（Ｐ＝０ｎｍ）で光閉じ込め率がもっとも高くなり、ｎ型クラッド層側及びｐ型クラッド層側へ活性層位置を変位させると光閉じ込め率は対称に減少する様子が分かる。
【００４２】
一点鎖線は、層厚５０ｎｍのｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けた場合である。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けない場合に比べて、光閉じ込め率のピーク強度が大きくなること及び、ピーク強度位置がｐ型クラッド層側へ変位することが分かる。
【００４３】
実線は、層厚１００ｎｍのｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７を設けた場合である。さらに光閉じ込め率のピーク強度が大きくなること及びピーク強度位置がｐクラッド層側へ変位することが分かる。
【００４４】
活性層位置を、総光ガイド層の中心位置からｐ型クラッド層側へ変位させるとスロープ効率向上は可能である。総光ガイド層の中心位置とは、ｎ側光ガイド層の層厚とｐ側光ガイド層の層厚の和である総光ガイド層厚の半分の位置である。
【００４５】
上記実施の形態では、活性層位置Ｐを、総光ガイド層の中心位置つまり図４の一点鎖線位置から、ｐ型クラッド層側に変位させていることになる。図５では、その紙面右側に行くほど、ｐ型クラッド層側に大きく活性層位置Ｐを取っていることになり、図４では活性層位置Ｐが紙面上方に移動していることになる。
【００４６】
以上説明したように、実施の形態１では、ｎ側光ガイド層とｎ型クラッド層の間に、ｎ型クラッド層よりも屈折率の低い低屈折率を設けると共に、活性層位置Ｐを総光ガイド層の中心（一点鎖線位置）よりもｐ型クラッド層側へ変位させる。そうすると、光閉じ込め率向上によるしきい値電流の低減と、ｐ型クラッド層側への活性層位置変位によるスロープ効率の向上が図れる。結果、電力変換効率の高い半導体レーザ装置が実現できることとなる。
【００４７】
なお、活性層位置Ｐを変位させると、１次以上の高次モードの光閉じ込め率が増すが、基本モードの光閉じ込め率に比べて通常は小さいので問題とはならない。基本モードの光閉じ込め率が１次以上の高次モードの光閉じ込め率よりも大きい範囲であれば、高次モードが発振することはないので、基本モードの光閉じ込め率のみを考慮すればよい。
【００４８】
（実施の形態１の実施例３）
図６は、本発明の実施の形態１の実施例３にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１２を示す断面図である。半導体レーザ装置ＬＤ１２は、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａを備えている。図６は、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの屈折率を変えた例を示している。これは、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの屈折率は、上記Ａｌ組成比０．５００に限定するものではなくｎ型クラッド層の屈折率よりも低ければよいことを示すためである。
【００４９】
実施例３では、１次モード以上の高次モードが許容される結晶成長方向のガイド層として、ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層６ｂ及びｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２ｂの層厚の和である総光ガイド層厚は１０００ｎｍで一定としている。
【００５０】
図７（ａ）は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚依存性を示す図である。図７（ｂ）は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の遠視野像（ＦＦＰ）の半値全角（θｙ）のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚依存性を示す図である。
【００５１】
図７（ａ）は、活性層が総ガイド層中心に存在する場合の基本モード光閉じ込め率のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚依存性を、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａのＡｌ組成比をパラメータとして示したものである。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚が厚くなると光閉じ込め率が大きくなること、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａのＡｌ組成比が大きいと光閉じ込め率が大きくなることが分かる。
【００５２】
図７（ｂ）は、結晶成長方向ＦＦＰの半値全角（θｙ）のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚依存性である。層厚を厚くするにつれて、θｙが大きくなりＦＦＰが拡がることが分かる。尚、Ａｌ組成比０．３５及び０．４５のＡｌＧａＡｓ層の屈折率は、それぞれ３．３０３０８３及び３．２４５６５３である。
【００５３】
図８は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。図８に基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａのＡｌ組成比をパラメータとして示している。
【００５４】
図８において、破線はｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａを設けない場合の特性カーブである。一点鎖線はＡｌ組成比０．３５、層厚５０ｎｍのｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの設けた場合の特性カーブである。実線はＡｌ組成比０．４５、層厚５０ｎｍのｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａを設けた場合の特性カーブである。
【００５５】
低屈折率層のＡｌ組成比が大きい場合、つまり低屈折率層の屈折率が小さい場合は、光閉じ込め率のピーク強度が大きくなると共にピーク位置自体もｐ型クラッド層側へ変位することが分かる。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの層厚が１００ｎｍの場合も同様である。
【００５６】
以上説明したように、ｎ型クラッド層とｎ側光ガイド層間に設けたｎ側低屈折率層は、ＮＦＰの光強度分布のピーク位置を総光ガイド層中心からｐ型クラッド層側へ変位させることができる。これと共に、この低屈折率層は、ＮＦＰの光強度分布のピーク強度を低屈折率層が無い場合に比べて大きくし、半導体レーザ装置のスロープ効率を高めると共にしきい値電流を下げる効果がある。
【００５７】
［実施の形態に対する比較例］
（比較例の装置の構成）
図１５は、実施の形態に対する比較例として示す半導体レーザ装置ＬＤ１５０を示す図である。比較例にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１５０は、基本モードのみが許容される点で、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置とは異なっている。
【００５８】
半導体レーザ装置ＬＤ１５０は、ｎ型電極１０１が裏面に形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１０２を備えている。ｎ型ＧａＡｓ基板１０２上には、結晶成長された複数の半導体層が設けられている。複数の半導体層は、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３と、ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１０４と、ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層１０５と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０６と、ＡｌＧａＡｓバリア層１０７と、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０８と、ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層１０９と、ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１１０と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１１と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２と、を含んでいる。
【００５９】
ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３は、Ａｌ組成比０．２５０、層厚１．５μｍである。ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１０４は、Ａｌ組成比０．１８３、層厚５０ｎｎである。ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層１０５は、Ａｌ組成比０．１００、層厚１０ｎｍである。
【００６０】
ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０６は、Ｉｎ組成比０．１３８、層厚８ｎｍである。ＡｌＧａＡｓバリア層１０７は、Ａｌ組成比０．１００、層厚３ｎｍである。ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０８は、Ｉｎ組成比０．１３８、層厚８ｎｍである。ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層１０９は、Ａｌ組成比０．１００、層厚１０ｎｍである。
【００６１】
ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１１０は、Ａｌ組成比０．１８３、層厚５０ｎｍである。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１１１は、Ａｌ組成比０．２５０、層厚１．５μｍである。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２は、層厚０．２μｍである。これらの積層構造の最上部には、ｐ型電極１１３が備えられている。
【００６２】
ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１４が、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３とｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１０４との間に設けられている。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１４は、Ａｌ組成比０．５０、層厚ｔｌであるものとする。ｔｌは、図１６に示すパラメータである。
【００６３】
（比較例にかかる装置のモード数）
図１５の比較例にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１５０に関して、簡略化してＶ値を求めてみる。ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層１０９、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０８、ＡｌＧａＡｓバリア層１０７、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１０６、ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層の屈折率はＡｌ組成比０．１８３の光ガイド層と同じと近似すると、高屈折率層の層厚は１３９ｎｍとなる。
【００６４】
半導体層の屈折率を求める方法が公知である。例えば、上述の非特許文献２における３５ページ〜３８ページの記載内容を参照することで、半導体層の屈折率を求めることができる。波長９８０ｎｍにおけるＡｌ組成比０．１８３のＡｌＧａＡｓ層の屈折率は３．４０３１８６と、Ａｌ組成比０．２５０のＡｌＧａＡｓ層の屈折率は３．３６２１２５と求まる。式（１）を用いると、ｖは、０．４６９７となり、π／２よりも小さいので、基本モードのみが許容されることが分かる。
【００６５】
（比較例の作用）
図１６（ａ）は、比較例の半導体レーザ装置ＬＤ１５０の基本モードの光閉じ込め率のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１４の層厚依存性を示す図である。図１６（ｂ）は、比較例の半導体レーザ装置の遠視野像（ＦＦＰ）の半値全角（θｙ）のｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１４の層厚依存性を示す図である。
【００６６】
図１６（ａ）より、活性層への光閉じ込め率は、低屈折率層の層厚が増すにつれて単調に減少することが分かる。また、図１６（ｂ）より、結晶成長方向ＦＦＰの半値全角（θｙ）も、低屈折率層の層厚が増すにつれて単調に小さくなることが分かる。これらのことは、結晶成長方向の近視野像（ＮＦＰ）である光強度分布が、低屈折率層の層厚が増すにつれて拡大することを意味するものである。
【００６７】
図１７は、半導体レーザ装置の光ガイド層内に滞留するキャリア分布及び光強度分布を示す図である。図１７で各分布を示す半導体レーザ装置は、ｎ型クラッド層１２０、ｎ側光ガイド層１２１、活性層１２２、ｐ側光ガイド層１２３、ｐ型クラッド層１２４の積層構造を備える。
【００６８】
上述した非特許文献１に示されているように、ｐ側光ガイド層内のキャリア分布の傾きは、ｎ側光ガイド層内のキャリア分布の傾きに比べて「μｎ／μｐ倍」だけ大きくなる。μｎは電子の移動度であり、μｐは正孔の移動度である。
【００６９】
活性層近傍の光ガイド層が最もキャリアが少なくなる。このため、図１７に矢印で示すように、活性層位置をｐ側クラッド層側へ変位させると、ガイド層内のキャリアが減少する。その結果、レーザ光のキャリア吸収が減りスロープ効率低下を防止することが可能となる。特に、レーザ発振中に多くのキャリアが光ガイド層内に滞留する厚い光ガイド層を有する半導体レーザ装置では顕著となる。
【００７０】
但し、ＮＦＰ光強度分布のピーク位置は、ｎ側光ガイド層とｐ側光ガイド層を合わせた層厚の中心にあるので、活性層位置をｐ型クラッド層側へ変位させると活性層への光閉じ込め率が低下し、しきい値電流の上昇を招くことになる。動作電流に対して、しきい値電流の割合が小さい場合は、活性層位置をｐ型クラッド層側へ変位させることは有効である。
【００７１】
［実施の形態１の変形例］
本実施の形態では、バリア層、光ガイド層、クラッド層をＡｌＧａＡｓの例を示したが、本願発明は、この半導体材料に限られるものではない。本実施の形態にかかる上述の作用効果は、複数の半導体層の間における屈折率の関係で決まるものである。従って、ＧａＮ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＩｎＰ系等の他の材料でも、上述した屈折率の関係を満たすように各半導体層を設ければ実施の形態１と同様な効果を得ることが出来る。
【００７２】
また、実施の形態１では、活性層をＩｎＧａＡｓとして発振波長９８０ｎｍの半導体レーザ装置としたが、本発明はこれに限られるものではない。活性層に他の半導体材料を用いてもよく、発振波長が９８０ｎｍ以外であっても同様な効果が得られる。
【００７３】
実施の形態２．
［実施の形態２の装置の構成］
図９は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２を示す断面図である。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ａの代わりにｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂを設ける。さらに、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を追加した点が実施の形態１の実施例３とは異なっている。それ以外の構造は、図６に示す実施の形態１の実施例３にかかる半導体レーザ装置ＬＤ１２と同様である。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂはＡｌ組成比０．５００、層厚１００ｎｍである。ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８はＡｌ組成比ｘｌｐ、層厚ｔｌｐである。
【００７４】
上記構成を備えた実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２は、下記の２つの特徴的構成を備えることになる。
【００７５】
第１の特徴的構成は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３とｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２ｂの間にも、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３の屈折率より屈折率が低いｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を設けたことである。
【００７６】
第２の特徴的構成は、ｎ側設計値ｖ´ｎを、ｐ側設計値ｖ´ｐよりも大きくしたことである。ｎ側設計値ｖ´ｎとは、「ｎ型クラッド層の屈折率の２乗とｎ側低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根」と「ｎ側低屈折率層の層厚」の積である。ｐ側設計値ｖ´ｐとは、「ｐ型クラッド層の屈折率の２乗とｐ側低屈折率層の屈折率の２乗の差の平方根」と「ｐ側低屈折率層の層厚」の積である。
【００７７】
［実施の形態２の動作および作用効果］
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２の作用を説明するための図である。
【００７８】
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２の基本モードの光閉じ込め率のｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚依存性を示す図である。図１０（ａ）は、Ａｌ組成比ｘｌｐ＝０．３００のｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を設け、かつ活性層が総光ガイド層中心に存在する場合の基本モード光閉じ込め率のｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚依存性を示したものである。ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚が厚くなると光閉じ込め率が大きくなることが分かる。
【００７９】
尚、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５とｎ側ＡｌＧａＡｓガイド層６ｂの間には、Ａｌ組成比０．５００で層厚１００ｎｍのｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂを設けている。
【００８０】
図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２の遠視野像（ＦＦＰ）の半値全角（θｙ）のｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚依存性を示す図である。図１０（ｂ）は、結晶成長方向ＦＦＰの半値全角（θｙ）のｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚依存性である。層厚を厚くするにつれて、θｙが大きくなりＦＦＰが拡がることが分かる。ここで、Ａｌ組成比０．３００のＡｌＧａＡｓ層の屈折率は、３．３３２４０４である。
【００８１】
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。図１１は、基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性であり、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚をパラメータとして示している。
【００８２】
破線は、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を設けない場合の特性カーブを示している。一点鎖線は、Ａｌ組成比ｘｌｐ＝０．３００、層厚ｔｌｐ＝３０ｎｍのｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を設けた場合の特性カーブを示している。実線は、Ａｌ組成比ｘｌｐ＝０．３００、層厚ｔｌｐ＝５０ｎｍのｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８を設けた場合の特性カーブを示している。
【００８３】
低屈折率の層厚を厚くすると光閉じ込め率のピーク強度が大きくなることが分かる。また、ピーク強度の位置は、総光ガイド層中心側へ多少ずれるが、それでもピーク位置は中心よりはｐ型クラッド層側に存在する。
【００８４】
これらの傾向より、活性層を光閉じ込め率がピークとなる近傍に配置すれば、低しきい値電流で高スロープ効率の半導体レーザ装置が実現できることが分かる。尚、ピーク強度位置が総光ガイド層中心側へずれるのは、屈折率分布が対称形に近づくからである。
【００８５】
上述した第２の特徴的構成について説明する。先ず、図１および式（１）を参照して説明したとおり、高屈折率領域への光の閉じ込め度合いは、（ｎ１２−ｎ２２）１／２と、高屈折率領域の層厚の積で決まる。（ｎ１２−ｎ２２）１／２は、高屈折率領域の屈折率の２乗であるｎ１２と、低屈折率領域の屈折率の２乗であるｎ２２の差の平方根である。
【００８６】
一方、実施の形態１で説明したとおり、ｎ側に低屈折率層を設けることで光閉じ込め率のピーク位置がｐ側へと変位する効果が生じる。その低屈折率層の屈折率、層厚に応じて、ピーク位置変位度合いが変化することが見出されており、この点については実施の形態１で図５を用いて述べた。
【００８７】
実施の形態２ではｐ側にも低屈折率層を設けることとしているが、そのｐ側低屈折率層を設けることにより、光閉じ込め率のピーク位置が、ｎ側に変位する効果が発生すると考えられる。そしてそのピーク位置変位度合いは、ｎ側低屈折率層の場合と同じく、ｐ側低屈折率層においても、屈折率および層厚が寄与すると考えられる。
【００８８】
そこで、ｎ側低屈折率層によるｐ側へのピーク位置変位度合いと、ｐ側低屈折率層によるｎ側へのピーク位置変位度合いと、を比較して、ｐ側へのピーク位置変位度合いのほうが勝るように各層の屈折率および層厚を設計する必要がある。具体的には、光閉じ込め率のピーク位置を総光ガイド層中心よりもｐ型クラッド層側へ変位させるには、下記のｎ側設計値ｖ´ｎを、ｐ側設計値ｖ´ｐよりも大きくしておく必要がある。
【００８９】
ｎ側設計値ｖ´ｎは、下記の式（２）で定まる値である。
ｖ´ｎ＝（ｎ１ｎ２−ｎ２ｎ２）１／２×Ｔｎ          ・・・（２）
ここで、（ｎ１ｎ２−ｎ２ｎ２）１／２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層５の屈折率ｎ１ｎの２乗とｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂの屈折率ｎ２ｎの２乗との差の平方根である。２Ｔｎは、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂの層厚である。
【００９０】
ｐ側設計値ｖ´ｐは、下記の式（３）で定まる値である。
ｖ´ｐ＝（ｎ１ｐ２−ｎ２ｐ２）１／２×Ｔｐ          ・・・（３）
ここで、（ｎ１ｐ２−ｎ２ｐ２）１／２は、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３の屈折率ｎ１ｐの２乗とｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の屈折率ｎ２ｐの２乗との差の平方根である。Ｔｐは、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８の層厚である。
【００９１】
この第２の特徴的構成を備えることで、光閉じ込め率のピーク位置を総光ガイド層中心よりもｐ型クラッド層側へ変位させることができる。
【００９２】
以上説明した実施の形態２にかかる半導体レーザ装置ＬＤ２は、ｎ型クラッド層とｎ側光ガイド層間に設けたｎ側低屈折率層と、ｐ型クラッド層とｐ側光ガイド層間に設けたｐ側低屈折率層と、を備えている。さらに、上記の第２の特徴的構成が要求する条件も満たしている。
【００９３】
このｎ側低屈折率層およびｐ側低屈折率層は、光強度分布のピーク位置を総光ガイド層中心からｐ型クラッド層側へ変位させると共に、ＮＦＰの光強度分布のピーク強度を低屈折率層が無い場合に比べて大きくすることができる。結果、半導体レーザ装置ＬＤ２のスロープ効率を高めると共にしきい値電流を下げることができる。
【００９４】
実施の形態３．
［実施の形態３の装置の構成］
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置ＬＤ３を示す断面図である。実施の形態３は、ｎ型クラッド層とｎ側光ガイド層の間にｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂを設ける。更に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３とｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２ｂの間に、活性層の屈折率よりも低くかつｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２ｂの屈折率よりも高いｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率１９層を設けるものである。
【００９５】
半導体レーザ装置ＬＤ３は、図１２に示すように、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１８に代えてｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９を備える点が、他の実施の形態と異なっている。ｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９はＡｌ組成比０．１２０であり、層厚２０ｎｍである。Ａｌ組成比０．１２０のＡｌＧａＡｓ層の屈折率は３．４４２４０７である。その他の層構造は、図９に示したものと同じである。
【００９６】
［実施の形態３の動作および作用効果］
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置ＬＤ３の基本モードの光閉じ込め率の活性層位置依存性を示す図である。
【００９７】
破線で示す特性カーブＣｖ２は、参照のために載せたｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂ及びｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９を設けない場合であり、ｐ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂも設けない場合の特性である。一点鎖線で示す特性カーブＣｖ１は、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂ（Ａｌ組成比０．５００層厚５０ｎｍ）のみを設けた場合の特性であり、参照のために載せたものである。
【００９８】
実線で示す特性カーブＣｖ０は、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂ（Ａｌ組成比０．５００層厚５０ｎｍ）及びｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９（Ａｌ組成比０．１２０層厚２０ｎｍ）を設けた場合の特性である。ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂ及びｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９を設けると、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂのみを設けた場合に比べて、光強度分布のピーク強度は低下するが、ピークとなる位置はよりｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３側へ変位する。
【００９９】
しきい値電流低減の観点では、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂのみを設けたものには及ばないが、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３側への活性層位置変位を大きくできるのでスロープ効率向上の点ではむしろ優れている。また、ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１７ｂ及びｐ側ＡｌＧａＡｓ高屈折率層１９を設けると、両方とも設けない場合に比べて、しきい値電流低減及びスロープ効率向上が図れることが同図から分かる。
【０１００】
活性層が総光ガイド層中心に存在するときの結晶成長方向ＦＦＰの半値全角（θｙ）は、ｎ側及びｐ側にＡｌＧａＡｓ低屈折率層が無い場合には２７．８°である。ｎ側にのみＡｌＧａＡｓ低屈折率層がある場合には２８．６°である。ｎ側にはＡｌＧａＡｓ低屈折率層があり、ｐ側にはＡｌＧａＡｓ高屈折率層がある場合には、２８．６°である。ｎ側にはＡｌＧａＡｓ低屈折率層を、ｐ側にはＡｌＧａＡｓ高屈折率層を設けた場合でも、θｙは大きくなりＦＦＰは拡がることが分かる。
【０１０１】
以上説明した実施の形態３にかかる半導体レーザ装置ＬＤ３は、ｎ型クラッド層とｎ側光ガイド層間に設けた低屈折率層と、ｐ型クラッド層とｐ側光ガイド層間に設けた高屈折率層と、を備えている。
【０１０２】
この低屈折率層および高屈折率層は、ＮＦＰの光強度分布のピーク位置を総光ガイド層中心からｐ型クラッド層側へ変位させると共に、ＮＦＰの光強度分布のピーク強度をこの低屈折率層及び高屈折率層が無い場合に比べて大きくすることができる。結果、半導体レーザ装置ＬＤ３のスロープ効率を高めると共にしきい値電流を下げることができる。
【０１０３】
実施の形態４．
図１４は、本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置ＬＤ４を示す断面図である。図１４は、半導体レーザ装置の中央部におけるｐ型ＧａＡｓコンタクト層及びｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を残しつつ、その両脇をエッチングで除去することでリッジを形成したリッジ型半導体レーザ装置である。
【０１０４】
エッチングによる除去を行うことで、ｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層でのｘ方向の電流拡がりを抑制できる。このため、電流が活性層まで到達するまでの電流拡がりを少なくできる。このため、しきい値電流の低減が図れる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、ｐ型クラッド層までエッチングで除去しているが、ｐ型クラッド層の途中までエッチングしても良いし、ｐ側光ガイド層１２ａの途中までエッチングしてもよい。また、コンタクト層のみをエッチングしても構わない。
【０１０６】
以上説明したように、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置ＬＤ４はリッジ構造を備える。このリッジ構造は、結晶成長方向及び共振器長方向と垂直な方向の電流拡がりを抑制し、半導体レーザ装置ＬＤ４のしきい値電流を下げる効果がある。
【符号の説明】
【０１０７】
１  低屈折率層（ｎ型クラッド層）、１ａ  低屈折率層（ｐ型クラッド層）、２  高屈折率層（光ガイド層）、３  ｎ型電極、４  ｎ型ＧａＡｓ基板、５  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、６  ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、６ａ、６ｂ  ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、７  ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層、８  ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、９  ＡｌＧａＡｓバリア層、１０  ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、１１  ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層、１２  ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、１２ａ、１２ｂ  ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、１３  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１４  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１５  ＳｉＮ膜、１６  ｐ型電極、１７  ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層、１７ａ  ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層、１７ｂ  ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層、１８  ｐ側低屈折率層、１９  ｐ側高屈折率層、１０１  ｎ型電極、１０２  ｎ型ＧａＡｓ基板、１０３  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１０４  ｎ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、１０５  ｎ側ＡｌＧａＡｓバリア層、１０６  ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、１０７  ＡｌＧａＡｓバリア層、１０８  ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、１０９  ｐ側ＡｌＧａＡｓバリア層、１１０  ｐ側ＡｌＧａＡｓ光ガイド層、１１１  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１１２  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１１３  ｐ型電極、１１４  ｎ側ＡｌＧａＡｓ低屈折率層
【図１】
2014197598.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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