(57)【要約】  本発明は端面発光半導体レーザーに関している。この半導体レーザーは、放射ビームを生成する活性領域（１）と、前記活性領域（１）にて生成された放射ビームを半導体レーザー内に誘導するのに適した全導波路（８）とを有し、前記全導波路（８）は、第１のｎ型ドープ層（４）と第２のｎ型ドープ層（５）とを含み、前記第２のｎ型ドープ層（５）は第１のｎ型ドープ層（４）と活性領域（１）との間に設けられている。また前記第２のｎ型ドープ層（５）の屈折率ｎ2は前記第１のｎ型ドープ層（４）の屈折率ｎ1よりも大きさｄｎだけ大きい。
2013505560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面発光半導体レーザーであって、
放射ビームを生成する活性領域（１）と、
前記活性領域（１）にて生成された放射ビームを半導体レーザー内に誘導するのに適した全導波路（８）とを有し、
前記全導波路（８）は、第１のｎ型ドープ層（４）と第２のｎ型ドープ層（５）とを含み、前記第２のｎ型ドープ層（５）は第１のｎ型ドープ層（４）と活性領域（１）との間に設けられており、さらに、
前記第２のｎ型ドープ層（５）の屈折率ｎ2が前記第１のｎ型ドープ層（４）の屈折率ｎ1よりも大きさｄｎだけ大きいことを特徴とする端面発光半導体レーザー。
【請求項２】
前記全導波路（８）は一次導波路（８１）と二次導波路（８２）とを有し、第１のｎ型ドープ層（４）は前記二次導波路（８２）の一部である、請求項１記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項３】
前記全導波路（８）は、ｐ型ドープ層（１２）から開放されている、請求項１または２記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項４】
前記全導波路（８）は、唯一のｐ型ドープ層（１２）を有し、該ｐ型ドープ層の厚さは、全導波路（８）の厚さの１０％の値よりも小さい、請求項１または２記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項５】
前記全導波路（８）はさらに第１の非ドープ層（２）を有し、該第１の非ドープ層（２）は活性領域（１）と第２のｎ型ドープ層（５）との間に設けられ、前記第１の非ドープ層（２）の屈折率ｎ3は、第２のｎ型ドープ層（５）の屈折率ｎ2よりも大である、請求項１から４いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項６】
前記全導波路（８）は、第２の非ドープ層（３）を有し、該第２の非ドープ層は活性領域（１）の、第１の非ドープ層（２）とは反対側に設けられている、請求項１から５いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項７】
前記第１の非ドープ層（２）と第２の非ドープ層（３）は異なる厚さを有している、請求項１から６いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項８】
さらにｎ型ドープ外被層（６）とｐ型ドープ外被層（７）を有している、請求項１から７いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項９】
レーザービームの基本モードが実質的に第２のｎ型ドープ層（５）に制限されている、請求項１から８いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１０】
前記第１のｎ型ドープ層（４）と第２のｎ型ドープ層（５）との間の屈折率差分ｄｎは、０.０３乃至０.１の間の値であり、この場合境界の値も含まれる、請求項１から９いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１１】
第２のｎ型ドープ層（５）の厚さが全導波路（８）の厚さの８％乃至２０％の間の値を有している、請求項１から１０いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１２】
第２のｎ型ドープ層（５）の厚さは、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの間の値を有し、この場合境界の値も含まれている、請求項１から１１いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１３】
第１のｎ型ドープ層（４）内のｎ型ドープ剤は全導波路（８）の外側に向けて段階的に又は連続的に増加している、請求項１から１２いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１４】
前記半導体レーザーは、砒化物化合物半導体材料をベースとしている、請求項１から１３いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【請求項１５】
赤外線スペクトル領域のレーザービームが放出される、請求項１から１４いずれか１項記載の端面発光半導体レーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は端面発光半導体レーザーに関している。
【背景技術】
【０００２】
端面発光半導体レーザーは通常は、半導体レーザーの活性領域で生成された放射ビームを半導体レーザー内に導く導波路を有している。
【０００３】
従来の導波路は通常はｐ型ドープされた半導体層を含んでおり、このｐ型ドープされた半導体層は正孔の僅かな移動度に基づき部材の高い直列抵抗となり得る。そのような構成素子の直列抵抗を低減するために、例えば、ｐ型ドープされた導波路領域のｐ型ドーピングを重ねることが試みられている。しかしながらそのようなケースでは、導波路におけるロスが増加する危険性があり、このことはレーザーの閾値電流を増大させる結果につながりかねない。
【０００４】
本発明の課題は、半導体レーザーの低い直列抵抗と、大電流のもとでの非常に高い効率とを実現可能にさせる改善された導波路を備えた端面発光半導体レーザーを提供することにある。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴を備えた端面発光半導体レーザーによって解決される。
【０００６】
さらに別の実施形態及び改善形態は各従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の端面発光型半導体レーザーは特に
放射ビームを生成する活性領域と、
活性領域にて生成された放射ビームを半導体レーザー内に誘導するのに適した全導波路とを有し、
前記全導波路は、第１のｎ型ドープ層と第２のｎ型ドープ層とを含み、前記第２のｎ型ドープ層は第１のｎ型ドープ層と活性領域との間に設けられており、さらに、
前記第２のｎ型ドープ層の屈折率ｎ2が前記第１のｎ型ドープ層の屈折率ｎ1よりも大きさｄｎだけ大きい。
【０００８】
半導体レーザーのそのつどのレーザーモードの、半導体レーザーの放射ビームを生成する活性領域とのオーバーラップを以下では"閉じ込め係数（Confinemnet-Faktor;ＣＦ）"と称して表わすものとする。また一次のレーザーモードを、"基本レーザーモード"とも称する。
【０００９】
本発明による全導波路には、基本レーザーモードの閉じ込め係数をより高次のレーザーモードの閉じ込め係数よりも高める目的が課せられている。この全導波路は、本発明によれば一次導波路と、より高次の少なくとも１つのさらなる導波路を含み、このさらなる導波路は通常は二次導波路と称される。
【００１０】
一次導波路は基本モードを誘導する。この"誘導"との記載の概念には、当該モードの総強度の少なくとも５０％がそれぞれの導波路内に集中される意味合いが含まれる。
【００１１】
前記一次導波路は有利には活性領域とｎ型ドープされた第２の層とを含んでいる。この一次導波路はさらに、いわゆる副次的な井戸構造（Nebentopf）も含んでいる。この副次的な井戸構造は例えば活性領域に埋まっているドープされていない領域によって形成される。このドープされていない領域は、通常は、全導波路の層よりも高い屈折率を有している。
【００１２】
前記二次導波路は前記一次導波路を含み、第２のｎ型ドープ層と第１のｎ型ドープ層に接する。この場合第２のｎ型ドープ層の屈折率ｎ2は、第１のｎ型ドープ層の屈折率ｎ1よりも大きさｄｎだけ大きい。二次導波路は、より高次のモード全てを誘導するために設けられており、より高次の導波路が何も設けられていない場合は二次のモードを誘導するために設けられている。
【００１３】
さらにまた、より高次のモードの誘導のためにさらなる高次の導波路も考えられる。それぞれの導波路を形成する各層の材料組成と厚みは、基本モードの有効な屈折率が十分な大きさとなるように選択されるべきである。それにより基本モードは二次導波路内（若しくはより高次の導波路内）ではなく一次導波路内を導かれるようになる。
【００１４】
なおここでは導波路総合体が上面に設けられた層のほかにさらなる層を含み得ることを述べておく。これらのさらなる層は、一次導波路の一部、二次導波路の一部、又はより高次の導波路の一部であってもよい。
【００１５】
本発明の目的は、一次導波路と、異なるレーザーモードを異なって誘導するより高次の導波路の導入によって、様々なモードの閉じ込め係数を有利に制御することにある。特に、基本レーザーモードの閉じ込め係数を、より高次のレーザーモードの閉じ込め係数よりも高めることが試みられている。
【００１６】
本発明による半導体レーザーの特に有利な実施形態によれば、導波路総合体がｐ型ドープ層から開放される。
【００１７】
本発明で、ｎ型ドープ層またはｐ型ドープ層を取り上げる場合は、それらの層が相応の付加的なドープ剤（ｎ型又はｐ型ドープ剤）を有していることを意味する。また本願における非ドープ層とは、付加的なドープ剤（ドーパント）で所期のようにドープされていない層を指すものと理解されたい。但しそのような非ドープ層も、例えば反応路内のエピタキシャル成長による層の析出の際には不可避のもの固有のドーピングを有し得る。
【００１８】
この趣旨からみれば、「全導波路がｐ型ドープ層から解放されている」ということは、「全導波路がｐ型ドープ剤によって付加的に所期のようにドープされた層を何も持たない」ことを意味している。
【００１９】
さらに別の実施形態によれば、半導体レーザーの全導波路が非常に薄い唯一のｐ型ドープ層しか有さない。特に有利には、この非常に薄いｐ型ドープ層は、当該全導波路の厚みの１０％以下の厚み、例えば２００ｎｍ以下の厚みを有する。なおここでは、このｐ型ドープ層がその材料に関して必ずしも均質に形成される必要はないことを述べておく。それどころかこのｐ型ドープ層内の材料組成は任意に変更可能である。
【００２０】
全導波路がｐ型ドープ層を全く持たないか非常に薄いｐ型ドープ層しか持たないならば、このことは次のような利点をもたらす。すなわち全導波路の全体の厚さが同じでも、半導体レーザーの直列抵抗は、ｐ型ドープされた分厚い導波路層を有する従来型の半導体レーザーよりも小さくなる。
【００２１】
特に有利にはレーザー放射の基本モードが実質的に第２のｎ型ドープ層に制限される。このことはつまり本発明によれば、第２のｎ型ドープ層並びに活性領域の光強度の半分よりも多く集中することを意味する。
【００２２】
半導体レーザーのさらに別の有利な実施形態によれば、導波路総合体がさらに第１の非ドープ層を有し、該第１の非ドープ層は活性領域と第２のｎ型ドープ層との間に設けられ、この場合第１の非ドープ層の屈折率ｎ3は第２のｎ型ドープ層の屈折率ｎ2よりも大である。
【００２３】
この実施形態のもとではさらに有利には全導波路内部に第２の非ドープ層が設けられる。この第２の非ドープ層は活性領域の側に位置し、第１の非ドープ層に対向している。このケースでは活性領域が２つの非ドープ層の内部に埋込まれる。前記２つの非ドープ層は副次的な井戸を形成し得る非ドープ領域を形成する。
【００２４】
さらにこの実施形態による全導波路は、第１のｎ型ドープ層と第２のｎ型ドープ層の他に、２つの非ドープ層を有しており、これらの２つの非ドープ層の内部には活性領域が埋込まれており、これによって、第１の非ドープ層と第２の非ドープ層は異なる厚さを有することが可能となる。このケースでは活性領域は、第１の非ドープ層と第２の非ドープ層によって形成される非ドープ領域の内部に非対称に配置される。この場合特に有利には、第１の非ドープ層（これは活性領域と第２のｎ型ドープ層との間に配置されている）が、第２の非ドープ層（これは第１の非ドープ層とは反対側にある活性領域の側に設けられている）よりも薄く形成される。これにより有利にはさらに基本モードの閉じ込め係数を高めることが可能となる。
【００２５】
半導体レーザーのさらに別の実施形態によれば、全導波路がさらにｎ型ドープされた外被層とｐ型ドープされた外被層とを有する。なお本願では、その屈折率が目下着目しているモードの有効な屈折率よりも小さな場合に、その層を"外被層"と称するものとする。
【００２６】
通常は、半導体レーザーの、活性領域、第１の非ドープ層、第２の非ドープ層、第１のｎ型ドープ層、第２のｎ型ドープ層などの複数の半導体層のみでなく、外被層も成長基板上でエピタキシャル成長される。この成長基板は以下に述べる材料の１つを含むか以下の材料の１つからなっている。すなわち、ガリウム砒素、りん化インジウム、ひ化インジウム砒素、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、ガリウム窒化物。成長基板が、該成長基板の次に位置する全導波路の層よりも高い屈折率を有する場合には、ｎ型ドープ外被層又はｐ型ドープ外被層が、全導波路と当該成長基板との間に設けられる。ここでの外被層のドーピングは通常は、全導波路の隣接層のドーピングに基づいて定められる。すなわち、成長基板に隣接して配置された全導波路の層がｎ型ドープされている場合には、成長基板と全導波路の間には有利にはｎ型ドープされた外被層が設けられる。しかしながら成長基板に隣接して配置される全導波路の層がｐ型ドープされている場合には、通常はｐ型ドープされた外被層が、成長基板と全導波路の間に配置される。
【００２７】
成長基板と導波路総合体の間のｐ型ドープされた外被層又はｎ型ドープされた外被層を用いることにより、レーザー放射のモードが有利にかつ効果的に成長基板から分離される。これによって半導体レーザーの効率は高まる。さもなければレーザー放射のモードが光の吸収ロスを被り、及び／又は半導体レーザーの垂直方向のファーフィールドが損なわれる可能性が生じる。
【００２８】
この場合通常はｎ型ドープ外被層が、全導波路の第１のｎ型ドープ層に隣接して配設され、それに対してｐ型ドープ外被層は、ｎ型ドープ層に対向している活性領域の側に配設される。
【００２９】
さらに別の有利な実施形態によれば、量子井戸毎の半導体レーザーの基本モードでの閉じ込め係数は０.４％乃至１％の間の値、特に有利には０.４％乃至０.６％の間の値となり、この場合それぞれの境界の値も含まれる。
【００３０】
さらに別の有利な実施形態によれば、第１のｎ型ドープ層と第２のｎ型ドープ層との間の屈折率の差ｄｎは、０.０３乃至０.１の間の値となり、ここでも境界の値が含まれる。屈折率の差ｄｎが比較的小さいならば、基本モードは第１のｎ型ドープ層の内部で広がり、これによって半導体レーザーのファーフィールドの幅も有利には顕著に減少する。
【００３１】
第２のｎ型ドープ層と第２の厚さは、さらに有利には、２００ｎｍ乃至８００ｎｍの間の値となり、この場合も境界の値は含まれる。
【００３２】
特に有利には、第２のｎドープ層の厚さが全導波路の厚さに関してその８％乃至２０％の間の値となる。
【００３３】
さらに別の実施形態によれば第１のｎ型ドープ層内のｎ型ドープ剤の濃度は、全導波路の外側に向けて段階的若しくは連続的に上昇する経過特性を示す。通常はこのようにすることにより、半導体レーザー内部で基本レーザーモードの他に高次のモードが形成されることを抑制するために、高次のレーザーモードに対する自由電荷担体の吸収に基づく光吸収ロスを高めることが可能となる。
【００３４】
有利な実施形態によれば、端面発光半導体レーザーは砒素化合物半導体材料をベースとしている。
【００３５】
本発明との関連において「砒素化合物半導体材料をベースとする」とは、放射ビームを生成する活性領域がＡｌnＧａmＩｎ1-n-mＡｓ（但し０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，且つｎ＋ｍ≦１）を含有することを意味している。その際、この材料は必ずしも上述の式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろこの材料は、その屈折率を実質的に変化させない１つまたは複数のドープ剤ならびに付加的な成分を含有していてもよい。但し一部、別の材料による僅かな置換があったとしても、分かり易くするという趣旨で、上述の式には結晶格子（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ）の主要な成分のみが含まれるものとする。
【００３６】
砒化物化合物半導体材料をベースにしている半導体レーザーは、特に赤外線スペクトル領域のレーザービームの送出に適している。
【００３７】
以下では本発明を図面に示された実施例に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による端面発光半導体レーザーの第１実施例の概略的な断面図
【図２】図１のＲ方向に沿った当該第１実施例の端面発光半導体レーザーの屈折率ｎを距離ｂに関して概略的に示した図
【図３】図１の実施例による半導体レーザーの屈折率の経過特性を全導波路内部の四次の光学的モードまでの強度プロファイルＩと共に概略的に示した図
【図４】図１の実施例による半導体レーザーの異なるモード毎の閉じ込め係数を第２のｎ型ドープ層の厚さｄの関数で概略的に示した図
【図５】図１の実施例による半導体レーザーの屈折率経過特性とＲ方向に沿った３つの異なる実施例によるｎ型ドープ濃度ｃnの３つの異なるプロファイルを概略的に示した図
【図６】端面発光半導体レーザーの第２実施例による屈折率ｎの経過特性を全導波路内部の四次の光学的モードの強度プロファイルと共に示した図
【図７】第２実施例による半導体レーザーの異なるモード毎の閉じ込め係数ＣＦを第２のｎ型ドープ層の厚さｄの関数で概略的に示した図
【図８】端面発光半導体レーザーの第３実施例による屈折率ｎの経過特性を全導波路内部の四次の光学的モードの強度プロファイルと共に示した図
【図９】第３実施例による半導体レーザーの異なるモード毎の閉じ込め係数ＣＦを第２のｎ型ドープ層の厚さｄの関数で概略的に示した図
【００３９】
これらの図面において同一また同様に作用する構成要素には同一の参照番号が付されている。図面は縮尺通りに示されたものではなく、むしろより明確にするために個々の要素、例えば層の厚さなどは誇張して大きく示されている場合もある。
【００４０】
実施例
図１の実施例による端面発光半導体レーザーは、電磁放射を発生させるのに適した活性領域１を有している。前記放射を発生するために、活性領域１は、有利には、ｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造部、シングル量子井戸構造あるいはマルチ量子井戸構造（ＭＱＷ）を有している。特に有利には前記活性領域１は放射ビームの生成のためのシングル量子井戸を有しているここでの量子井戸構造という表現には、量子化の次元に関する情報は何も含まれない。したがって量子井戸構造には例えば、量子箱、量子線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれる。
【００４１】
活性領域１は図１の実施例による半導体レーザーの場合、第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３との間に配設されている。第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３はここでは活性領域１に直接接するように配設されている。つまり第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３はそれぞれ１つの、活性領域１との共通の境界面を形成している。それによりこの活性領域１は、第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３によって形成される非ドープ領域内に埋込まれる。前記第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３は、副次的な井戸として作用する非ドープ領域を形成する。
【００４２】
さらに図１の半導体レーザーは第１のｎ型ドープ層４と第２のｎ型ドープ層５を含み、この場合第２のｎ型ドープ層５は、活性領域１と第１のｎ型ドープ層４との間に設けられている。本発明によれば、第２のｎ型ドープ層５は第１の非ドープ層２と直接接触し、第１のｎ型ドープ層４は第２のｎ型ドープ層５と直接接触して設けられている。つまりこの第２のｎ型ドープ層５は第１の非ドープ層２と共に共通の境界面を形成し、第１のｎ型ドープ層４は第２のｎ型ドープ層５と共に共通の境界面を形成している。
【００４３】
前記活性領域１と前記２つの非ドープ層２，３並びに前記２つのｎ型ドープ層４，５は、本発明によれば、半導体レーザーの全導波路８を形成しており、この全導波路は、活性領域１において生成された放射ビームを半導体レーザー内に誘導するのに適している。活性領域１は本発明によれば全導波路８内部において、全導波路８の非ドープ領域を形成している２つの非ドープ層２，３の間に対称的に設けられている。前記２つの非ドープ層２，３は、換言すれば同じ厚さを有している。
【００４４】
さらに前記第１のｎ型ドープ層４に隣接してさらにｎ型ドープされた外被層６が設けられている。それに対して活性領域１の、前記ｎ型ドープ外被層６に対向している側には、第２の非ドープ層３に隣接してｐ型ドープされた外被層７が配置されている。ｐ型ドープ外被層７は本発明によれば第２の非ドープ層３と直接接触して配設されており、つまりｐ型ドープ外被層７は第２の非ドープ層３と共に共通の境界面を形成している。
【００４５】
全導波路８の複数の層、すなわち本発明によれば、活性領域１、第１の非ドープ層２、第２の非ドープ層３、第１のｎ型ドープ層４、第２のｎ型ドープ層５は、成長基板１３上でエピタキシャル成長されている。全導波路９のこれらの層はｎ型ドープ外被層６によって成長基板１３から分離されている。
【００４６】
図１による半導体レーザーの全導波路８は、ｐ型ドープ層から開放されている。それ故にその直列抵抗は有利には、全導波路８内部にｐ型ドープ層を有している構成素子に比べて格段に低減される。半導体レーザーの直列抵抗は面積に関して有利には２*１０-4Ωｃｍ2以下であり、特に有利には１０-5Ωｃｍ2以下である。
【００４７】
半導体レーザーはその２つの側面９，１０（これらは活性領域１の主要延在面に対して垂直方向に延びている）において、活性領域１内で生成された放射ビームを反射するのに適したファセットを有している。それゆえ半導体レーザーの作動中に活性領域１の主要延在面に沿って当該半導体レーザー内部において電磁放射から生じる電磁波が形成され、この電磁波がレーザービームとなる。このレーザービームは通常はファセットを介して出力される。
【００４８】
図２には図１のＲ方向に沿った半導体レーザー内部の屈折率ｎの経過特性が半導体レーザーの層の厚さｂに依存して示されている。この屈折率プロファイルは、成長基板１３の屈折率で始まっており、その値はここでは約３.６である。この成長基板１３に接するようにしてｎ型ドープ外被層６が配設されており、この外被層６は、約０.７乃至１μｍの間の値の厚さと、約３.２の値の屈折率とを有している。ｎドープ外被層６は本発明によれば、レーザービームのモードを成長基板１３から分離させる課題を有している。
【００４９】
第１のｎ型ドープ層４（これはｎ型ドープ外被層６と直接接触している）は、約１.８μｍの厚さと、約３.３７の屈折率ｎ1とを有している。さらに第１のｎ型ドープ層４に直接接するように第２のｎ型ドープ層５が配設されており、この第２のｎ型ドープ層５は約０.３５μｍの厚さと約３.４１の屈折率ｎ2とを有している。
【００５０】
前記第２のｎ型ドープ層５の屈折率ｎ2は、前記第１のｎ型ドープ層４の屈折率ｎ1よりも約０.０４の値ｄｎだけ大きい。
【００５１】
特に有利には、第１のｎ型ドープ層４と第２のｎ型ドープ層５との間の屈折率の差ｄｎは、０.０４乃至０.０５の間であり、ここでは境界の値も含まれる。
【００５２】
第１の非ドープ層２と第２の非ドープ層３の両方は、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの間の値の厚さと、約３.４５の値の屈折率とを有している。それにより、前記第１の非ドープ層２の屈折率ｎ3は、前記第２のｎ型ドープ層５の屈折率ｎ2よりも大である。２つの非ドープ層２，３内に埋込まれている活性領域１は、約３.６の値の屈折率を有している。活性領域１の厚さは通常は３ｎｍから１２ｎｍの間の値、例えば７ｎｍであり得る。
【００５３】
ｐ型ドープ外套層７（これは第２の非ドープ層３に直接接するように設けられている）は、本発明によれば約０.７μｍの厚さと約３.２の値の屈折率とを有している。
【００５４】
本発明による半導体レーザーは砒化物化合物半導体材料をベースとしており、約９６５ｎｍの波長の赤外線スペクトル領域のレーザービームを放出する。
【００５５】
しかしながら端面発光半導体レーザーの全導波路に対する本発明の構想は、前述した材料グループに又は前述した放射波長に限定されるものではない。それどころか本発明の構想によれば、その他の材料並びに放射波長、例えば８０８ｎｍの波長にも適用できるものである。
【００５６】
ｎドープ外被層６及びｐ型ドープ外被層７，第１のｎ型ドープ層４及び第２のｎ型ドープ層５、並びに、第１の非ドープ層２及び第２の非ドープ層３は、異なるアルミニウム含有量を含んだＡｌＧａＡｓを有している。この場合層毎の異なるアルミニウム含有量は、前述した層毎の屈折率の違いに結び付く。
【００５７】
ｐ型ドープ外被層７及びｎ型ドープ外被層６は、約５０％のアルミニウム含有量を有し、それに対して２つの非ドープ層２，３のアルミニウム含有量は約１１％である。第１のｎ型ドープ層４は、約２５％のアルミニウム含有量を有し、それに対して第２のｎ型ドープ層５は約１９％のアルミニウム含有量を有している。
【００５８】
活性領域１は、本発明によれば放射ビームの生成のためにＩｎＧａＡｓ量子井戸構造を有している。この活性領域１は本発明によれば残りの層とは異なってアルミニウムは含んでいない。しかしながら活性領域１は、特に８５０ｎｍの値よりも小さい放射波長に対しては通常はアルミニウムを有している。
【００５９】
図３には図１の半導体レーザーの屈折率の経過が図２に基づいて説明したように示されている。さらに図３には、全導波路８内で形成されるレーザービームの四次までのモードの強度Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4並びにそれらの屈折率ｎeff1,ｎeff2,ｎeff3,ｎeff4がプロットされている。
【００６０】
レーザービームの基本モード、すなわち、一次のモードは、この場合第２のｎ型ドープ層５内部に明確に局在化される。ここでは基本モードの強度経過Ｉ1が約１.６の規格値を有する唯一の最大値を有し、これは第２のｎ型ドープ層５の内部に存在する。ここでは強度Ｉ1が非ドープ層２，３及び活性領域１まではその最大値から急峻に低下し、ｐ型ドープ外被層７内へ小さく低下する末端部が示されている。最大値の活性領域１とは反対側では、基本モードの強度Ｉ1はフラットに低下する。それは第１のｎ型ドープ層４に沿って延在している。ｎ型ドープ外被層６内の基本モードの強度は無視できるくらいに小さい。
【００６１】
活性領域１、第１の非ドープ層２、第２の非ドープ層３及び第２のｎ型ドープ層５は本発明によれば基本レーザーモードを誘導するのに適した一次導波路８１を形成している。
【００６２】
二次、三次及び四次のモードの強度Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4も、非ドープ層２，３近傍の第２のｎ型ドープ層５内部において局所的な最大値を有する。但しこの局所的な最大値は基本モードの最大値の値よりはそれぞれ明らかに小さい。二次のモードはここでは約０.２の値の最大値を有し、それに対して三次のモードの最大値は約０.４の値の最大値を有し、四次のモードの最大値は約０.５の値である。
【００６３】
活性領域１、第１の非ドープ層２、第２の非ドープ層３、第１のｎ型ドープ層４及び第２のｎ型ドープ層５は本発明によれば、より高次のレーザーモードを誘導するのに適した二次導波路８２を形成している。
【００６４】
全導波路８は、一次導波路８１の層と二次導波路８２の層とを含んでいる。本発明による全導波路８は、活性領域１、第１の非ドープ層２、第２の非ドープ層３、第１のｎ型ドープ層４及び第２のｎ型ドープ層５によって形成されている。
【００６５】
より高次のモード、特に二次と三次のモードは第２のｎ型ドープ層５内部において局所的最大値を有し、この局所的最大値は基本モードの最大値よりも著しく小さいため、より高次のモード、特に二次と三次のモードの出現の確率は僅かである。さらに高次のモード、通常は四次以上のモードでは、より高次のドープに基づき大きな光学的ロスを被る外被層内への末端が頻繁に示される。そのためさらに高次のモードの出現は通常はごく希である。
【００６６】
二次のモードの強度Ｉ2はさらに唯一のさらなる局所的最大値を第１のｎ型ドープ層４内において有し、ポジションｂ＝約２.７５μｍの箇所にて約１.０の値である。このさらなる最大値の幅はここでは約１.６μｍである。
【００６７】
三次のモードの強度Ｉ3は、２つのさらなる局所的最大値を有し、それらの値はそれぞれ約０.８であり、二次のモードと同様に第１のｎ型ドープ層４内に位置している。これらの２つの最大値の幅は約１μｍである。これらの最大値はポジションｂ＝２.９μｍの箇所の特性曲線における局所的最小値に対して対称的に位置している。
【００６８】
四次のモードの強度Ｉ4は３つのさらなる局所的最大値を有し、それらの値はそれぞれ約０.７である。四次のモードの強度Ｉ4のこれらのさらなる局所的最大値も第１のｎ型ドープ層４内部に位置している。これらの３つの最大値の幅はここでは約０.７μｍであり、さらにこれらの最大値はポジションｂ＝２.９μｍの箇所の真ん中の最大値を中心に左右対称に位置している。
【００６９】
半導体レーザー内の異なるモードの強度経過の結果として、モード次数の増加と共に有効屈折率ｎeff1, ｎeff2, ｎeff3, ｎeff4は減少する。基本モードの有効屈折率ｎeff1は約３.３８であり、二次のモードの有効屈折率ｎeff2は約３.３６であり、三次のモードの有効屈折率ｎeff3は約３.３４であり、四次のモードの有効屈折率ｎeff4は約３.３３である。
【００７０】
図４には基本レーザーモード、二次、三次、四次のレーザーモードの各閉じ込め係数ＣＦ1、ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4が、図１、図２及び図３による実施例の第２のｎ型ドープ層５の厚さｄの関数で示されている。なお全導波路８の厚さ全体は一定に維持される。その値は約２.３μｍである。基本レーザーモードの閉じ込め係数ＣＦ1は、第２のｎ型ドープ層５の厚さｄが約０.３μｍの値のもとで約０.５５％の最大値を有する。それに対して二次、三次、四次のレーザーモードの閉じ込め係数ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4の最大値は第２のｎ型ドープ層５の厚さｄのもとで明らかにより高い値にシフトする。さらに当該グラフの原点における（つまり全導波路８が第２のｎ型ドープ層５から開放されている）基本レーザーモードの閉じ込め係数ＣＦ1は、二次、三次、四次のモードの閉じ込め係数の値よりも低い値を有する。このことは、従来の全導波路、すなわち唯一つのｎ型ドープ層しか持たず本発明のように２つのｎ型ドープ層４，５は設けられていない全導波路のもとでは、基本レーザーモードの閉じ込め係数ＣＦ1は、より高次のモードの閉じ込め係数ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4よりも低い。そのためより高次の不所望なレーザーモードが出現する危険性が高い。
【００７１】
図５には、図２に基づいて既に詳細に説明した図１の実施例による端面発光半導体レーザーの屈折率ｎの経過が示されている。さらにこの図５では半導体レーザー内部の第１のｎ型ドーピングのプロファイルｃnが概略的に示されている。これに対して代替的にさらに変更された２つのｎ型ドーピングプロファイルｃn1及びｃn2が概略的に示されており、それらのもとではドーピングが第１のｎ型ドープ層４の活性領域１とは反対側に対して上昇している。この第１のｎ型ドープ層４の活性領域１とは反対側は全導波路８の外側を形成している。
【００７２】
ｎ型ドープ剤としてはここでは例えばテルル又はシリコンが用いられてもよい。
【００７３】
第１のｎ型ドーピングプロファイルＣnは、ｎ型ドープ外被層６の内部で約１ １０17ｃｍ-3の値のｎ型ドープ剤濃度を有し、第１のｎ型ドープ層４への移行領域においては約１ １０16ｃｍ-3の値に減少している。第１のｎ型ドープ層４と第２のｎ型ドープ層５は約１ １０16ｃｍ-3の値のｎ型ドープ剤含有量を有している。すなわち第１のｎ型ドーピングプロファイルＣnは、第１のｎ型ドープ層４及び第２のｎ型ドープ層５の内部において約１ １０16ｃｍ-3の値のもとで一定に経過している。２つの非ドープ層２，３によって形成される非ドープ領域への移行領域のもとでは、第１のｎ型ドーピングプロファイルＣnが急峻に値０に減少している。
【００７４】
第１の変更されたｎ型ドーピングプロファイルｃn1は、第１のｎ型ドーピングプロファイルｃnとは異なり、第１のｎ型ドープ層４の活性領域１とは反対側に対して、約０.５μｍの第１のｎ型ドープ層４の厚さ内で連続的に上昇している。この第１の変更されたｎ型ドーピングプロファイルはこの場合逆放物線の経過を有している。
【００７５】
第２の変更されたｎ型ドーピングプロファイルｃn2も、第１の変更されたｎ型ドーピングプロファイルと同じように、第１のｎ型ドープ層４の活性領域１とは反対側に対して、第１のｎ型ドープ層４の約０.５μｍの厚さ内で上昇している。但し第１の変更されたｎ型ドーピングプロファイルｃn1とは異なり、第２のｎ型ドーピングプロファイルｃn2は約２ １０16ｃｍ-3の値を有する矩形関数に従って経過する。
【００７６】
基本レーザーモードの大半は、第２のｎ型ドープ層５と第１の非ドープ層２に対して制限されているので、変更されたｎ型ドーピングプロファイルを用いることにより（図５に基づき詳細に説明したように）、より高次のモードの損失を自由電荷担体の吸収に基づき有利に増大させることができる。
【００７７】
図６及び図７の第２実施例による半導体レーザーは図１乃至図３の第１実施例による半導体レーザーとは異なって第３のｎ型ドープ層１１を有している。この第３のｎ型ドープ層１１は第１のｎ型ドープ層４に接するように配置されている。なお以下の第２実施例による半導体レーザーの説明では、既に説明した部分の繰返しを防ぐために、第１実施例による半導体レーザーとの違いを中心に説明する。
【００７８】
第２実施例による全導波路８の厚さは第１実施例に対して一定に維持される。
【００７９】
第３のｎ型ドープ層１１は約０.５μｍの厚さを有しており、それに対して第１のｎ型ドープ層４は約１.５μｍの厚さを有している。第３のｎ型ドープ層１１は第１のｎ型ドープ層４と直接接触するように配置されている。前記第３のｎ型ドープ層１１の屈折率ｎ3は、第１のｎ型ドープ層４の屈折率ｎ1よりも第２屈折率差分ｄｎ2だけ小さい。
【００８０】
特に有利には、第１のｎ型ドープ層４と第３のｎ型ドープ層１１との間の第２の屈折率差分ｄｎ2も、０.０４乃至０.０５の間の値にあり、この場合は境界の値も含まれ得る。
【００８１】
本発明によれば第３のｎ型ドープ層１１と、第１のｎ型ドープ層４及び第３のｎ型ドープ層１１の間の第２の屈折率差分ｄｎ2とを用いることによって、より高次のさらなる導波路８３，詳細には三次の導波路が得られる。この三次の導波路８３は、より高次のモードの誘導に寄与する。
【００８２】
この三次の導波路８３は、本発明によれば、活性領域１、第１の非ドープ層２、第２の非ドープ層３、第１のｎ型ドープ層４、第２のｎ型ドープ層５並びに第３のｎ型ドープ層１１によって形成されている。
【００８３】
第１のｎ型ドープ層４と第３のｎ型ドープ層１１との間の第２の屈折率の差分ｄｎ2は、基本モードの強度プロファイルＩ1を実質的に変えることはない。それに対してより高次の強度プロファイルＩ2、Ｉ3、Ｉ4は僅かに変化する。そのため例えば二次のモードの強度プロファイルＩ2は第１実施例（図３参照）のときに比べて僅かに高い最大値を有する。
【００８４】
図７には図４に類似して基本レーザーモードの綴込み係数ＣＦ1、並びに二次、三次、四次のレーザーモードの各閉じ込め係数ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4が、図６による実施例の第２のｎ型ドープ層５の厚さｄの関数で示されている。ここでは第３のｎ型ドープ層１１の厚さが次のように変更されている。すなわち全導波路８の厚さ全体が一定に維持されるように変更されている。
【００８５】
図７に示されているように、図１、図２、及び図３による半導体レーザー構造にさらなる屈折率の差分ｄｎ2を有する第３のｎ型ドープ層１１が、半導体レーザーの能力を実質的に変えることなく挿入されている。
【００８６】
さらに図７では、約３００ｎｍの第２のｎ型ドープ層５の厚さのもとでより高次のモードの閉じ込め係数ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4が基本モードの閉じ込め係数ＣＦ1に対して常に抑圧されていることが示されている。
【００８７】
図８及び図９の第３実施例による半導体レーザーは図１乃至図４の第１実施例による半導体レーザーとは異なって非常に薄いｐ型ドープ層１２を全導波路８内に有している。
【００８８】
なお以下の第３実施例による半導体レーザーの説明では、既に説明した部分の繰返しを防ぐために、第１実施例による半導体レーザーとの比較における相違点を中心に説明する。
【００８９】
このｐ型ドープ層１２はｐ型ドープ外被層７と第２の非ドープ層３との間に設けられている。また前記ｐ型ドープ層１２は第２のｎ型ドープ層５とほぼ同じ屈折率を有している。前期ｐ型ドープ層１２の厚さは特に有利には、全導波路８の厚さの１０％の値を超えることはない。本発明によれば前記ｐ型ドープ層１２は約５０ｎｍの厚さを有している。
【００９０】
図３との比較において図８における二次、三次及び四次のモードの強度プロファイルＩ2、Ｉ3、Ｉ4に着目すれば、それらが前記ｐ型ドープ層１２の導入によって実質的に変化しないことが認められる。但し活性領域１についてはこのｐ型ドープ層１２のために、基本モードの最大値の方向性がシフトする。そのため基本モードの閉じ込め係数ＣＦ1も高まる。
【００９１】
第３実施例における基本レーザーモードの閉じ込め係数並びに二次、三次、四次のレーザーモードの閉じ込め係数については、図９において第２のｎ型ドープ層５の厚さｄに依存して示されている。ここではｐ型ドープ層１２の厚さが一定に維持され、第１のｎ型ドープ層４の厚さは可変である。そのため全導波路８の厚さも一定に維持される。
【００９２】
図９には、より高次のモードの閉じ込め係数ＣＦ2、ＣＦ3、ＣＦ4が実質的に不変に維持され、それに対して基本レーザーモードの閉じ込め係数ＣＦ1の最大値は第１実施例に比べて約０.８５％に高められている。
【００９３】
この特許明細書は、ドイツ特許出願ＤＥ１０ ２００９ ０４１ ９３４.９の優先権を主張し、これにより、前記出願の開示内容は参照によってこの明細書に組み込まれる。
【００９４】
なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴の組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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