(57)【要約】【課題】  波長選択性がよく、量子効率が高く、かつ大出力が可能な半導体レーザ装置を得る。【解決手段】  レーザ発光領域２０を、レーザ光の進行方向に並べた複数個のレーザ発光要素２１と、その間に介在するレーザ光透過物質２２とから構成し、レーザ発光領域２０のレーザ発光要素２１とレーザ光透過物質２２の形状を、レーザ発振方向のみ（レーザ波長÷屈折率）とし、発振方向と垂直な２方向である幅及び厚さを波長寸法からずらした形状とする。レーザの発振方向に単一波長の光の定在波が形成され、単一波長の誘導放出が起こる。レーザの発振方向と垂直な方向の半導体層の幅及び膜厚方向には定在波は形成されず、誘導放出は起こらない。これにより、波長の選択性がよく、量子効率が高く、出力の大きい半導体レーザ装置が実現できる。【選択図】        図１
2006270003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたｐｎ接合を有する活性層を含む化合物半導体のレーザ発光領域と、該レーザ発光領域上に形成された電極を備えた半導体レーザ装置において、
上記レーザ発光領域が、レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素と、そのレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質とから構成され、
レーザ光の波長をλ、レーザ発光要素の半導体の屈折率をｎ、レーザ光透過物質の屈折率をｍとしたときに、全てのレーザ発光要素のレーザ光の進行方向の長さと、全てのレーザ光透過物質の長さの和が
ｋλ／ｎ＋ｌλ／ｍ  （ｋ、ｌは整数）
であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ装置において、
ｋ＝１、ｌ＝０であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、
上記レーザ発光領域をレーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と直角な方向であるところの幅方向に見たとき、上記レーザ発光領域を含む半導体レーザ装置の幅方向における領域が上記レーザ発光要素とその両側のレーザ光透過物質から構成され、
レーザ光の波長をλ、上記レーザ発光要素の半導体層の屈折率をｎ、上記両側のレーザ光透過物質の屈折率をｍとしたときに、
上記幅方向における上記レーザ発光要素の半導体層の長さと、上記両側のレーザ光透過物質の全体の長さの和が
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ＋ｒ（ｓ±１／２）λ／ｍ  （ｐ、ｑ、ｒ、ｓは整数）
であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体レーザ装置において、
ｐ＝１、ｑ＝１、ｓ＝０であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、
上記レーザ発光領域をレーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と同一方向であるところの厚さ方向に見たとき、上記レーザ発光要素が上記活性層を含め２層以上の半導体層から構成され、
レーザ光の波長をλ、上記２層以上の半導体層の屈折率をｎとしたときに、
上記２層以上の半導体層の全体の厚さが
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ  （ｐ、ｑは整数）
であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、
レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質が、絶縁物から成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、
レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質が、空気又はガスから成ることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、
上記レーザ発光要素の半導体層が束縛エネルギーの大きい励起子を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【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係り、特に化合物半導体を用いた半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザ装置は、構造面ではシングルヘテロ構造やダブルヘテロ構造が開発されてきた。
【０００３】
これらの半導体レーザ装置で、特にダブルヘテロ接合と呼ばれる構造を持つ半導体レーザ装置の概略を図５に示す。
【０００４】
これは、図示するように、ｎ+型ＧａＡｓ基板７上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８、アンドープＧａＡｓ活性層９、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０を順次形成してレーザ発光領域を構成している。すなわち、アンドープＧａＡｓ活性層９をｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０で挟んだダブルヘテロ接合構造を有している。このダブルヘテロ接合構造のレーザ発光領域はストライプ構造となっており、そのストライプ構造の両側には電流狭窄を行う目的で絶縁物からなる電流ブロック層１１、１２が形成され、埋め込み成長されている。
【０００５】
このようにｐｎ接合をシングルヘテロ構造やダブルヘテロ構造として有するところの活性層を含むレーザ発光領域をストライプ構造やメサ型構造として備え、その両側が高抵抗の電流ブロック層で埋め込まれた構造の半導体レーザ装置は、既に数多く提案されている。例えばＩｎＰ系材料を用いたもの（例えば、特許文献１参照）や、ＧａＮ系材料を用いたもの（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００６】
ダブルヘテロ接合構造の半導体レーザ装置の場合、半導体のｐ型領域から注入された正孔（ホール）と、ｎ型領域から注入された電子は、活性層と呼ばれる領域にたまり、この領域において電子と正孔は再結合する。再結合の際に、半導体のエネルギーギャップに等しいエネルギーを有する光を放出する。一般に、光の放出は等方的であるが、半導体層の両端面は、通常、（１１０）面で劈開したミラー面であり、共振器となるこの両面で光が反射を繰り返して、光の方向と位相が揃うようになる。この方向と位相が揃った光は、さらに正孔と電子の再結合による発光を誘導する。こうして共振器の間には多量の光の定在波が生じて、最終的には外部にレーザ光として放出される。
【０００７】
半導体レーザの課題の１つは、いかに量子効率を上げて出力の大きいレーザ光を発振させるかである。また、一般に、共振器の間隔は波長に比べて大きいため、所望の波長だけでなく、共振器間で波長が変化してマルチモード化した光が発振されてしまうという問題もある。
【０００８】
所望の波長のレーザ光を効率よく取り出すための装置として提案されている分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ、略してＤＦＢ）レーザ装置の概略を図６に示す。
【０００９】
図６において、７はｎ型ＧａＡｓ基板、８は基板７の上のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、９はＡｌＧａＡｓクラッド層８の上のＧａＡｓ活性層、１３は活性層９の上の回折格子１３ａを有するｐ型ＡｌＧａＡｓガイド層、１０はガイド層１３の上のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、１６はクラッド層１０を覆うｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。この構造の従来例としては、例えば特開平５−０４８１９７号公報（特許文献３）がある。
【００１０】
上記ＤＦＢレーザ装置では、レーザ導波路中に回折格子を形成して、共振器の波長選択性を向上させることを試みている。従来は共振器の２つのミラーだけで光の反射を繰り返させたのに比べ、ＤＦＢレーザ装置では半導体中の回折格子が光の一部の反射に寄与するため、回折格子の間隔を持った波長の光の反射の確率が増加し、波長の選択性が部分的に向上する。
【特許文献１】特開平１０−１２９６２号公報
【特許文献２】特開平１０−９３１９８号公報
【特許文献３】特開平５−０４８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ＤＦＢレーザ装置の場合、光の大部分は回折格子のない活性層領域を通るため、波長のマルチモード化が完全には抑えられないという課題があった。また、ＤＦＢレーザ装置では、レーザ発振方向（レーザ光の進行方向）と垂直な方向の考慮がなされておらず、量子効率がかならずしも高くはない。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、レーザ発振の波長選択性と量子効率の向上の２つを改善した半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１の発明は、基板上に形成されたｐｎ接合を有する活性層を含む化合物半導体のレーザ発光領域と、該レーザ発光領域上に形成された電極を備えた半導体レーザ装置において、上記レーザ発光領域が、レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素と、そのレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質とから構成され、レーザ光の波長をλ、レーザ発光要素の半導体の屈折率をｎ、レーザ光透過物質の屈折率をｍとしたときに、全てのレーザ発光要素のレーザ光の進行方向の長さと、全てのレーザ光透過物質の長さの和が
ｋλ／ｎ＋ｌλ／ｍ  （ｋ、ｌは整数）
であることを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の構造の典型例は、同一寸法の複数個のレーザ発光要素をレーザ光の進行方向に一定間隔で並べ、その同一寸法の間隔（レーザ発光要素間）内にレーザ光透過物質を介在させた構成とし、かかる構成においてレーザ発光要素とレーザ光透過物質に、それぞれレーザ光発振波長λの整数倍の数の定在波が乗るようにするものである。このようにレーザ光発振波長λの整数倍の数の定在波が乗るようにすることにより、単一波長の誘導放出が起こり、半導体レーザ装置の波長選択性が良好となる。
【００１５】
しかし、レーザ光の進行方向におけるレーザ発光要素とレーザ光透過物質の個々の長さは、レーザ光の発振波長λの整数倍という関係を満たす限り、相互に異なっていても良い。
【００１６】
なお、一波長が乗る構成の場合、整数ｋはレーザ発光要素の個数に、整数ｌはレーザ光透過物質の個数に一致するので、全てのレーザ発光要素（ｋ個）のレーザ光の進行方向の長さと、全てのレーザ光透過物質（ｌ個）の長さの和が、ｋλ／ｎ＋ｌλ／ｍ  （ｋ、ｌは整数）となるようにすることとなる。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、ｋ＝１、ｌ＝０であることを特徴とする。
【００１８】
これは、レーザ発光要素のレーザ光の進行方向の長さに関し、レーザ発光要素に乗せる定在波を一波長（λ／ｎ）のみとし、レーザ光透過物質の個数ｌをゼロ（ｋ＝１、ｌ＝０）としたものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、上記レーザ発光領域をレーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と直角な方向であるところの幅方向に見たとき、上記レーザ発光領域を含む半導体レーザ装置の幅方向における領域が上記レーザ発光要素とその両側のレーザ光透過物質から構成され、レーザ光の波長をλ、上記レーザ発光要素の半導体層の屈折率をｎ、上記両側のレーザ光透過物質の屈折率をｍとしたときに、上記幅方向における上記レーザ発光要素の半導体層の長さと、上記両側のレーザ光透過物質の全体の長さの和が、
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ＋ｒ（ｓ±１／２）λ／ｍ  （ｐ、ｑ、ｒ、ｓは整数）
であることを特徴とする。
【００２０】
この特徴によれば、半導体レーザ装置の幅方向におけるレーザ発光要素の半導体層の長さとレーザ光透過物質の長さが、レーザ光の発振波長λから半波長又はその整数倍だけずらされる。このため、レーザ光の進行方向と垂直な幅方向において定在波が生じないことから、誘導放出は起こらない。このため半導体レーザ装置の波長選択性及び量子効率がさらに向上する。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３記載の半導体レーザ装置において、ｐ＝１、ｑ＝１、ｓ＝０であることを特徴とする。
【００２２】
これは、レーザ光の進行方向と垂直な幅方向に関し、上記レーザ発光要素の半導体層及び上記両側のレーザ光透過物質に定在波が乗らないように、上記レーザ発光要素の半導体層の長さ（幅）をレーザ光の波長λの一波長（λ／ｎ）から１／２波長ずらした値［（１±１／２）λ／ｎ］とし、上記両側のレーザ光透過物質の長さ（幅）を、レーザ光の波長λの一波長（λ／ｎ）から１／２波長ずらした値の整数倍［ｒ（１／２）λ／ｍ  （ｒは整数）］にするものである。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１又は２記載の半導体レーザ装置において、上記レーザ発光領域をレーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と同一方向であるところの厚さ方向に見たとき、上記レーザ発光要素が上記活性層を含め２層以上の半導体層から構成され、レーザ光の波長をλ、上記２層以上の半導体層の屈折率をｎとしたときに、上記２層以上の半導体層の全体の厚さが
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ  （ｐ、ｑは整数）
であることを特徴とする。
【００２４】
これは、レーザ発光要素のレーザ光の進行方向と垂直な厚さ方向に関し、上記レーザ発光要素の半導体層に定在波が乗らないように、上記レーザ発光要素の２層以上の半導体層の全体の厚みを、レーザ光の波長λの整数倍（ｑ倍）の波長から１／２波長ずらした値［（ｑ±１／２）λ／ｎ］の整数倍（ｐ倍）とするものである。
【００２５】
請求項５においてｐ、ｑの数値が最も小さい形態は、ｐ＝１、ｑ＝１の場合、つまりレーザ発光要素の上記２層以上の半導体層の厚みをレーザ光の波長λの一波長（λ／ｎ）から１／２波長ずらした値［（１±１／２）λ／ｎ］とするものである。
【００２６】
この特徴によれば、レーザの発振方向と垂直な方向の膜厚方向には定在波が形成されず、誘導放出は起こらない。これにより、さらに波長の選択性がよくなる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質が、絶縁物から成ることを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、レーザ光の進行方向に並べられた複数個のレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質が、空気又はガスから成ることを特徴とする。
【００２９】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、上記レーザ発光要素の半導体層が束縛エネルギーの大きい励起子を有することを特徴とする。
【００３０】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、レーザ発光領域を、レーザ光の進行方向に複数個のレーザ発光要素を並べ、その間にレーザ光透過物質を配置した構造としたことにある。個々のレーザ発光要素は、ｐｎ接合を有する活性層を含む化合物半導体で構成され、シングルヘテロ構造又はダブルヘテロ構造のいずれかを持つ。
【００３１】
レーザ発振方向（レーザ光の進行方向）に関しては、活性層領域である個々の半導体層（レーザ発光要素）の長さを、（レーザ光の波長÷屈折率）すなわち、λ／ｎ（ｎは半導体の屈折率）とし、全体の半導体層（レーザ発光要素）の長さをこの長さの整数倍、すなわち、ｋλ／ｎ（ｋは整数）とする。
【００３２】
このようにすると、（レーザ波長÷屈折率）の整数倍に等しい半導体層の長さはブラッグの反射条件を満たし、半導体中で光の強い定在波が形成され、この方向のレーザ発振に寄与する。
【００３３】
次に、レーザ発振の方向と垂直な２方向に関しては、半導体層（レーザ発光要素）の幅又は厚さを、（レーザ光の波長÷ｎ）の値の整数倍（ｐ倍）から±１／２倍ずれた値とする、すなわち、（ｐ±１／２）λ／ｎ（ｐは整数）とする。このようにすると、λ／ｎ値の（整数倍±１／２倍）の長さは、ブラッグの反射条件からずれて弱めあう条件であり、光の定在波は形成されず、この方向にレーザは発振しない。
【００３４】
次に、半導体層と半導体層の間（レーザ発光要素間）はレーザ光透過物質とする。代表的には空気又はガス層とするか、レーザ光に対して透明な絶縁物とする。
【００３５】
このとき、全体のレーザ発光領域の発振方向の寸法は、全てのレーザ発光要素のレーザ光の進行方向の長さと、全てのレーザ光透過物質の長さの和であり、
ｋλ／ｎ＋ｌλ／ｍ  （ｋ、ｌは整数）
と表される。ただし、ｍはレーザ光透過物質である空気（ガス）層あるいは透明な絶縁物の屈折率である。
【００３６】
また発振方向と垂直な２方向のうち幅方向の寸法は、例えば上記レーザ発光要素の両側にレーザ光透過物質の層を備えている場合、
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ＋ｒ（ｓ±１／２）λ／ｍ  （ｐ、ｑ、ｒ、ｓは整数）
で表される。
【００３７】
また発振方向と垂直な２方向のうち膜厚方向の寸法は、上記レーザ発光要素が上記活性層を含む２層以上の半導体層から構成されていると考えた場合、
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ  （ｐ、ｑは整数）
で表される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明ではレーザ発光領域を複数個のレーザ発光要素とその間に介在するレーザ光透過物質とから構成し、個々のレーザ発光要素の長さを（波長÷屈折率）としたので、発振波長がマルチモード化することを防ぎ、波長の選択性がよくなる。また、レーザ発光要素の発振方向と垂直な方向における半導体層の長さ（幅又は膜厚）をレーザ光の波長寸法からずらす形状としたので、さらに波長の選択性がよくなる。またレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質を空気又はガスとしたので、量子効率が高くなる。従って、これらを組み合わせることにより、レーザ発振の波長選択性と量子効率の向上の２つを改善した大出力の半導体レーザ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
[実施形態１]
図１に本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す。この半導体レーザ装置は、ｎ+型ＺｎＭｇＯ基板１上に、アンドープＺｎＯ活性層２、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３を順次積層してシングルヘテロ接合構造のレーザ発光領域２０を構成している。このダブルヘテロ接合構造のレーザ発光領域２０はストライプ構造となっており、そのストライプ構造の両側には電流狭窄を行う目的で、絶縁物であるＳｉＯ2膜からなる電流ブロック層４が形成されている。そして、このレーザ発光領域上に上部電極５が、基板１の下面に下部電極６が形成されている。１５はレーザ光であり、その矢印方向がレーザ発振方向、つまりレーザ光の進行方向を示す。
【００４０】
上記レーザ発光領域２０は、レーザ光の進行方向に一定間隔で並べられた複数個のレーザ発光要素２１と、そのレーザ発光要素間に介在するレーザ光透過物質２２とから構成されている。この実施形態の場合、レーザ光透過物質２２の部分は、上述の電流ブロック層４の材料であって絶縁物たるＳｉＯ2からなる（図２参照）。
【００４１】
ここで、レーザ光の波長をλ、レーザ発光要素２１の半導体の屈折率をｎとしたとき、個々のレーザ発光要素２１のレーザ光の進行方向の長さａはλ／ｎであり、個々のレーザ光透過物質２２の長さｃはλ／ｍとなっている。そして、全てのレーザ発光要素２１についてのレーザ光の進行方向の長さの和は、ｋλ／ｎ（ｋは整数）であり、全てのレーザ光透過物質２２についての長さの和はｌλ／ｍ（ｌは整数）となっている。この実施形態の場合、レーザ発光要素２１及びレーザ光透過物質２２のレーザ光の進行方向の長さを、一波長分（λ／ｎ、λ／ｍ）としていることから、ｋはレーザ発光要素の個数、ｌはレーザ光透過物質の個数と一致する。従って、レーザ光の進行方向におけるｋ個のレーザ発光要素２１の全長と、ｌ個のレーザ光透過物質２２の全長の和として、レーザ発光領域２０全体の長さは、
ｋλ／ｎ＋ｌλ／ｍ  （ｋ、ｌは整数）
となっている。
【００４２】
上記のように構成すると、レーザ発光要素２１にはレーザ光の発振波長λの整数倍（ｋ倍）の数の定在波が乗るようになり、またレーザ光透過物質２２にはレーザ光の発振波長λの整数倍（ｌ倍）の数の定在波が乗るようになるので、単一波長の誘導放出が起こり、半導体レーザ装置の波長選択性及び量子効率が良好となる。
【００４３】
この実施形態では、レーザ光の進行方向におけるレーザ発光要素とレーザ光透過物質の個々の長さをλ／ｎ、λ／ｍとしたが、それぞれレーザ光の発振波長λの整数倍（ｋ倍、ｌ倍）という関係を満たす限り、レーザ発光要素同士で又はレーザ光透過物質同士で相互に異なった長さとしても良い。
[実施形態２]
この第二の実施形態では、図１の半導体レーザ装置における上記レーザ発光領域２０を、レーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と直角な方向であるところの幅方向に見て、次のように構成する。
【００４４】
すなわち、上記レーザ発光領域２０を含む半導体レーザ装置の幅方向における領域を、上記レーザ発光要素２１とその両側のレーザ光透過物質たるＳｉＯ2電流ブロック層４から構成する。そして、レーザ光の波長をλ、レーザ発光要素２１の半導体層の屈折率をｎ、両側のレーザ光透過物質のＳｉＯ2電流ブロック層４の屈折率をｍとしたときに、幅方向におけるレーザ発光要素２１の半導体層の長さと、両側のレーザ光透過物質のＳｉＯ2電流ブロック層４の全体の長さの和が、
ｐ（ｑ±１／２）λ／ｎ＋ｒ（ｓ±１／２）λ／ｍ  （ｐ、ｑ、ｒ、ｓは整数）
となるようにする。
【００４５】
このように設定すれば、幅方向におけるレーザ発光要素の半導体層の長さとレーザ光透過物質の長さが、レーザ光の発振波長λから半波長又はその整数倍だけずらされる。このため、レーザ光の進行方向と垂直な幅方向において定在波が生じない。よって、半導体レーザ装置の波長選択性がさらに向上する。
[実施形態３]
この第三の実施形態では、図１の半導体レーザ装置における上記レーザ発光領域２０を、レーザ光の進行方向と直角かつ半導体層の積層方向と同一方向であるところの厚さ方向に見て、次のように構成する。
【００４６】
すなわち、レーザ発光要素のレーザ光の進行方向と垂直な厚さ方向に関し、上記レーザ発光要素の半導体層に定在波が乗らないように、上記レーザ発光要素の半導体層の厚みを、レーザ光の波長λの整数倍（ｑ倍）の波長から１／２波長ずらした値［（ｑ±１／２）λ／ｎ］の整数倍（ｐ倍）とするものである。
【００４７】
このように構成すると、レーザ発光要素の半導体層の長さが、レーザ光の発振波長λから半波長又はその整数倍だけずらされる。このため、レーザ光の進行方向と垂直な厚み方向においては定在波が生じない。よって半導体レーザ装置の波長選択性がさらに向上する。
【００４８】
図１の場合、各レーザ発光要素２１が、アンドープＺｎＯ活性層２とその上のｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３の２層から成り、それぞれの厚みｔ１、ｔ２がレーザ光の波長λの整数倍（ｑ倍）の波長から１／２波長ずらした値に設定される。
[実施形態４]
図４に第四の実施形態を示す。
【００４９】
これは図１の半導体レーザ装置において、上記レーザ発光領域２０に、上部電極５及びＳｉＯ電流ブロック層４を貫いて長方形断面の穴（トレンチ）１４をあけ、これにより上記レーザ光の進行方向に一定間隔で並べられた複数個のレーザ発光要素２１に区切ると共に、各レーザ発光要素２１間にレーザ光透過物質２２として空気層又はガス層を介在させた構成としたものである。
【００５０】
本実施形態では、レーザ光は絶縁物でなく空気層又はガス層を通過するため、散乱や吸収が低減されて量子効率が向上する。
【実施例１】
【００５１】
以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。
この実施例は、図１で説明したＺｎＯ／ＺｎＭｇＯ系ヘテロ接合型レーザダイオードの例である。図２に断面構造を示す。基本的構造は既に説明した通りであり、レーザ光の進行方向に一定間隔で並べられた複数個のレーザ発光要素２１と、それらの間に介在するレーザ光透過物質２２により構成されるレーザ発光領域２０を有する。
【００５２】
図３に、このヘテロ接合型レーザダイオードのプロセス工程を示す。まず図３（ａ）に示すように、Ｇａをドープしたｎ+型のＺｎＭｇＯ基板上１に、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）法により、０．２７μｍのアンドープＺｎＯ活性層２と、０．３５μｍのｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３を成長させる。アンドープＺｎＯ活性層２の膜厚ｔ１の算出は、レーザ発振波長がλ＝０．３６μｍ、ｎ＝２であることから、定在波が乗らないようにするため、ｔ１＝０．３６μｍ／２＋０．３６μｍ／２・２＝０．２７μｍとした。なおｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３の膜厚ｔ２は、後の研磨工程により０．２７μｍとなる。
【００５３】
次に、ＺｎＯ活性層２とｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３の二層をホト・エッチ工程により加工して、図３（ｂ）に示すように、平面形状がａ×ｂ＝０．１８μｍ×０．２７μｍの小部分（レーザ発光要素２１）が複数個残るように加工し、一列に配置された複数個のレーザ発光要素２１を形成した。この各レーザ発光要素２１の平面形状ａ×ｂの寸法は、幅ｂを厚さｔ１と同じ（ｂ＝ｔ１）にして、（λ／２）×ｔ１（λ＝０．３６μｍ、ｔ＝０．２７μｍ）となるように決めた。
【００５４】
次に、低温の化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、略してＣＶＤ）法により、レーザ光透過物質２２及び電流ブロック層４として機能するところのＳｉＯ2膜を０．７μｍ堆積し、その後、精密研磨法により、このＳｉＯ2膜を０．５４μｍとした。最後に素子の上下両面に上部電極５と下部電極６を形成してレーザダイオードが完成する。
【００５５】
ヘテロ接合の半導体エネルギーバンド構造から明確なように、ＺｎＯ活性層とＺｎＭｇＯクラッド層のバンドギャップは、それぞれ３．３７ｅＶと３．５０ｅＶであり、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層とｎ+型ＺｎＭｇＯ基板から注入される正孔と電子はＺｎＯ活性層に集まり、主としてこの領域でキャリアの再結合が起こる。電子と正孔の再結合により、半導体中では（波長÷屈折率）、すなわち、０．１８μｍの光が放出される。
【００５６】
レーザの発振方向（レーザ光の進行方向）におけるレーザ発光要素２１の半導体層の長さは、この値と同じ０．１８μｍであり、この方向に波長０．１８μｍの光の定在波だけが形成される。この定在波は反転分布状態にある電子とホールの再結合を促進させ、光の放出が大きくなり、この繰り返しで誘導放出によるレーザ発振状態となる。
【００５７】
レーザの発振方向と垂直な方向におけるレーザ発光要素２１の半導体層の幅ｂ及び膜厚ｔ１は供に０．２７μｍであり、定在波は形成されず、むしろ光は弱めあい、レーザ発振は阻止される。最終的には、波長の選択性と発光効率がきわめて高い半導体レーザが実現できる。
【００５８】
本半導体レーザの量子効率は９３％ときわめて高く、発光波長の０．３６０μｍをピークとする波形の半値幅は０．０２５μｍと小さく、高品質の半導体レーザ装置が実現できている。
【実施例２】
【００５９】
図４に第二の実施例を示す。これは、上述の第一の実施例（図３（ｂ））の如く、ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３とアンドープのＺｎＯ活性層２を、ホトエッチ工程により、０．１８μｍ×０．２７μｍの大きさのレーザ発光要素２１が多数並んだ形状に加工するかわりに、まず、図４（ａ）の如く、加工形状を６００μｍ×０．２７μｍのストライプ２３の形状とする。そして、電極を形成した後に、ホトエッチ工程か集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ、略してＦＩＢ）加工法により、図４（ｂ）の如く、ストライプ２３に長方形断面の穴（トレンチ）１４をあける。これによりＺｎＯ活性層２とｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層３の積層体から成るレーザ発光要素２１を、０．１８μｍ×０．２７μｍの大きさで、複数個残す。ここでは、３個の長方形断面の穴（トレンチ）１４をあけることにより、４個のレーザ発光要素２１をレーザ光透過物質である空気（ガス）層により隔離して一列に設けた例を示す。
【００６０】
この第二の実施例では、多数の半導体領域（レーザ発光要素２１）が空気（ガス）層により接続された構造である。本実施例では、レーザ光は絶縁物でなく空気層を通過するため、散乱や吸収が一層、低減されて量子効率は９５％に向上する。
【００６１】
＜変形例＞
上記実施例１、２では、レーザ発光領域２０のレーザ発光要素２１がシングルヘテロ接合構造である場合について説明したが、シングルヘテロ接合構造の場合でも同様に本発明を適用して本発明所期の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第一の実施例に係る半導体レーザ装置の概略図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る半導体レーザ装置の製造工程を示す図である。
【図５】従来技術のダブルヘテロ接合型レーザ装置を示す概略図である。
【図６】従来技術のＤＦＢレーザ装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  基板（ｎ+型ＺｎＭｇＯ）
２  アンドープＺｎＯ活性層
３  ｐ型ＺｎＭｇＯクラッド層
４  ＳｉＯ2電流ブロック層
５  上部電極
６  下部電極
７  基板（ｎ+型ＧａＡｓ）
８  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
９  アンドープＧａＡｓ活性層
１０  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１１  電流ブロック層（絶縁物）
１２  電流ブロック層（絶縁物）
１３  ｐ型ＡｌＧａＡｓガイド層
１３ａ  回折格子
１４  穴（トレンチ）
１５  レーザ光
１６  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
２０  レーザ発光領域
２１  レーザ発光要素
２２  レーザ光透過物質
２３  ストライプ
ａ  レーザ発光要素のレーザ光進行方向の長さ
ｃ  レーザ光透過物質のレーザ光進行方向の長さ
【図１】
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【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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