(57)【要約】【課題】レーザ光を検出するための検出器を別に設ける必要がない半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザ１０は、基板１と、キャビティ２と、正極電極４と、負極電極５と、観測部６と、電流源７とを備える。キャビティ２は、基板１上に設けられる。そして、キャビティ２は、活性層を含み、レーザ光を出射する。正極電極５は、リング形状からなる平面形状を有し、キャビティ２上に形成される。負極電極５は、基板１の裏面に形成される。観測部６は、一部の正極電極４を切り欠くように形成される。そして、半導体レーザ１０の操作者は、発振したレーザ光を観測部６を通して観測する。電流源７は、観測結果に応じた指示Ｃｏｍを受け、その受けた指示Ｃｏｍによって指定された発振モードで半導体レーザ１０を発振させるための電流を正極電極４へ供給する。【選択図】図１
2008124397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面からなる出射面を有し、前記出射面からレーザ光を出射するキャビティと、
前記キャビティに電流を注入する正極電極および負極電極と、
前記レーザ光の発振モードを観測するための観測部と、
前記観測部を用いて観測された前記レーザ光の発振モードに基づいて、前記レーザ光の発振モードを切替えるモード切替部とを備え、
前記正極電極および負極電極の一方の電極は、リング形状からなる、半導体レーザ。
【請求項２】
前記観測部は、前記キャビティの長手方向に沿って発振する軸モードと前記リング形状に沿って発振するリングモードとからなる第１のモードと、前記軸モードのみからなる第２のモードとを観測するための観測部である、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記観測部は、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードを観測するための観測部である、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記モード切替部は、前記正極電極および前記負極電極から前記キャビティに注入する電流量によって前記発振モードを切替える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザに関し、特に、発振モードをモニター可能な半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザには、分布帰還型レーザ（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）、多重量子井戸構造レーザ（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）、ひずみ量子井戸型レーザ及び多重量子バリア型レーザなどの種々のレーザがある。
【０００３】
これらの半導体レーザのうち、分布帰還型レーザは、活性層に隣接した領域に周期的な凹凸構造から成るガイド層を有し、周期的な凹凸構造によって帰還された光を発振させる半導体レーザである。そして、この分布帰還型レーザの開発によって単一の波長から成るレーザ光を発振させることが容易になった。
【０００４】
また、多重量子井戸構造レーザは、井戸層とバリア層とから成る量子井戸構造を複数設けて活性層を形成した半導体レーザである。そして、この多重量子井戸構造レーザにおいては、電極から注入されたキャリアが量子井戸構造の井戸層に閉じ込められるので、レーザ発振のためのしきい値が低い。
【０００５】
更に、リング形状からなる正極電極を備えたリングレーザも開発されている（特許文献１）。このリングレーザは、曲面を有するキャビティと、キャビティ上に設けられたリング形状からなる正極電極とを備える。そして、このリングレーザは、リング形状からなる正極電極を介して電流を活性層に注入することによってリング形状に沿った領域でレーザ光を発振する。
【特許文献１】特開２００４−２３５３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来、リングレーザを実際に用いる場合、リングレーザから出射されるレーザ光を実際に検出してリングレーザの発振モードを判定し、その判定結果に基づいて、リングレーザの発振モードを切り替える必要があった。すなわち、従来においては、レーザ光を検出するための検出器をリングレーザとは別に設ける必要があった。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、レーザ光を検出するための検出器を別に設ける必要がない半導体レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、半導体レーザは、キャビティと、正極電極および負極電極と、観測部と、モード切替部とを備える。キャビティは、曲面からなる出射面を有し、出射面からレーザ光を出射する。正極電極および負極電極は、キャビティに電流を注入する。観測部は、レーザ光の発振モードを観測するための観測部である。モード切替部は、観測部を用いて観測されたレーザ光の発振モードに基づいて、レーザ光の発振モードを切替える。そして、正極電極および負極電極の一方の電極は、リング形状からなる。
【０００９】
好ましくは、観測部は、キャビティの長手方向に沿って発振する軸モードとリング形状に沿って発振するリングモードとからなる第１のモードと、軸モードのみからなる第２のモードとを観測するための観測部である。
【００１０】
好ましくは、観測部は、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードを観測するための観測部である。
【００１１】
好ましくは、モード切替部は、正極電極および負極電極からキャビティに注入する電流量によって発振モードを切替える。
【発明の効果】
【００１２】
この発明による半導体レーザにおいては、発振したレーザ光は、観測部によって観測され、その観測結果に応じて、半導体レーザの発振モードが切り替えられる。
【００１３】
従って、この発明によれば、発振したレーザ光を検出するための検出器を半導体レーザ以外に設ける必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１による半導体レーザの斜視図である。半導体レーザ１０は、基板１と、キャビティ２と、絶縁膜３と、正極電極４と、負極電極５と、観測部６と、電流源７とを備える。
【００１６】
キャビティ２は、基板１上に形成される。絶縁膜３は、キャビティ２の表面に形成される。正極電極４は、絶縁膜３上及び絶縁膜３がエッチングされた領域に形成される。そして、正極電極４は、リング形状から成るリング電極と、線状電極とからなる。負極電極５は、キャビティ２が形成された基板１の表面と反対側の裏面に形成される。
【００１７】
基板１は、単結晶のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）から成る。キャビティ２は、後述するようにＳＣＨ−ＤＱＷ（Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｄｏｕｂｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）から成る。絶縁膜３は、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から成る。正極電極４は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る。負極電極５は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉから成る。
【００１８】
絶縁膜３の膜厚は、０．４μｍである。正極電極４の膜厚は、全体で０．７２μｍである。そして、正極電極４を構成するＴｉの膜厚は、０．０７μｍであり、Ｐｔの膜厚は、０．０５μｍであり、Ａｕの膜厚は０．６μｍである。負極電極５の膜厚は、全体で０．６２μｍである。そして、負極電極５を構成するＡｕの膜厚は、０．５μｍであり、Ｇｅの膜厚は、０．１μｍであり、Ｎｉの膜厚は、０．０２μｍである。
【００１９】
キャビティ２の幅Ｗは、６０μｍであり、キャビティ２の長さＬは、６００μｍである。
【００２０】
観測部６は、半導体レーザ１０が発振するレーザ光を観測するための観測部である。電流源７は、発振モードを指定するための指示信号Ｃｏｍを外部から受け、その受けた指示Ｃｏｍに基づいて、半導体レーザ１０の発振モードを指示信号Ｃｏｍによって指定された発振モードに設定するための電流を正極電極４に供給する。
【００２１】
図２は、図１の矢印８の方向から見たキャビティ２の平面図である。キャビティ２は、メインキャビティ２１と、ウイング２２〜２５とを含む。メインキャビティ２１は、出射面２１０と、対向面２１１と、端面２１２，２１３とを有する。そして、メインキャビティ２１は、略スタジアム形状から成る。出射面２１０及び対向面２１１は、中心Ｏから半径Ｒを有する曲面から成る。半径Ｒは、３００μｍである。また、出射面２１０及び対向面２１１は、キャビティ２の内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【００２２】
対向面２１１は、矢印９で示す長手方向に垂直な方向の軸１１に対して出射面２１０と対称である。端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に垂直な方向のキャビティ２の両端に配置される。すなわち、端面２１２，２１３は、キャビティ２の長手方向に平行に配置される。そして、出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３は、ミラー面から成る。
【００２３】
ウイング２２，２３は、メインキャビティ２１の出射面２１０側に設けられる。つまり、ウイング２２，２３は、出射面２１０が設けられた領域２１４に隣接して設けられる。ウイング２２は、出射面２１０の延長上に曲面２２１を有する。ウイング２３は、出射面２１０の延長上に曲面２３１を有する。曲面２２１，２３１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００２４】
ウイング２４，２５は、メインキャビティ２１の対向面２１１側に設けられる。つまり、ウイング２４，２５は、対向面２１１が設けられた領域２１５に隣接して設けられる。ウイング２４は、対向面２１１の延長上に曲面２４１を有する。ウイング２５は、対向面２１１の延長上に曲面２５１を有する。曲面２４１，２５１は、半径Ｒの曲面から成る。
【００２５】
ウイング２２〜２５の矢印９の方向（長手方向）の長さＷｓは、１６０μｍである。ウイング２２〜２５は、メインキャビティ２１で発振したレーザ光の端面２１２，２１３での多重反射によって生成されたモードを抑制するために設けられる。そして、ウイング２２〜２５が多重反射によって生成されたモードを抑制するためには、長さＷｓは、Ｗｓ＞Ｌ／４を満たす必要がある。したがって、実施の形態１においては、長さＷｓは、Ｌ／４＝１５０μｍよりも大きい１６０μｍに設定された。
【００２６】
正極電極４は、電極４１〜４５からなる。電極４１は、略Ｖ字形状からなり、中心Ｏよりも出射面２１０側に配置される。電極４２は、線状電極からなり、端面２１２と所定の角度をなし、端面２１２と観測部６との間に配置される。電極４３は、略Ｖ字形状からなり、対向面２１１側に配置される。電極４４は、線状電極からなり、端面２１３と所定の角度をなし、端面２１３と観測部６との間に配置される。電極４５は、線状電極からなり、電極４１と観測部６との間に軸１２に沿って配置される。そして、電極４１〜４５の各々は、５μｍの線幅を有し、キャビティ２の長手方向（＝軸１２の方向）における電極４１と電極４２との間隔Ｄおよび電極４１と電極４４との間隔Ｄは、５０〜６０μｍの範囲に設定される。
【００２７】
半導体レーザ１０においては、電極４１〜４４は、リング形状からなる正極電極を構成する。従って、正極電極４は、リング形状からなる電極（電極４１〜４４）と、リング形状からなる電極の内部に形成された線状電極（電極４５）とからなる。
【００２８】
観測部６は、電極４２，４４，４５と、電極４３との間に配置される。すなわち、観測部６は、電極４１と同じ形状を有する電極の一部を欠くことによって形成される。そして、観測部６は、軸１１の方向に５７μｍの長さを有し、軸１２の方向に２７μｍの長さを有する。
【００２９】
図３は、図１に示す線Ａ−Ａ間における半導体レーザ１０の断面図である。半導体レーザ１０の断面構造は、基板１上にキャビティ２を形成した構造から成る。キャビティ２は、バッファ層２０１と、クラッド層２０２と、活性層２０３と、クラッド層２０４と、コンタクト層２０５とを含む。
【００３０】
バッファ層２０１は、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ＧａＡｓから成る。クラッド層２０２は、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓから成り、膜厚は、４μｍである。
【００３１】
活性層２０３は、ダブル量子井戸構造（ＤＱＷ：Ｄｏｕｂｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）からなり、膜厚は、０．１μｍである。そして、活性層２０３は、９８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。クラッド層２０４は、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓから成り、膜厚は、２μｍである。コンタクト層２０５は、ｐ＋ＧａＡｓからなり、膜厚は、０．５μｍである。
【００３２】
図４は、図１に示す半導体レーザ１０の発振モードを示す図である。半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向に沿った方向にレーザ光ＬＢ０を出射する。また、半導体レーザ１０は、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を同時に出射する。レーザ光ＬＢ１は、キャビティ２の長手方向に対して角度θ１を成し、レーザ光ＬＢ２は、キャビティ２の長手方向に対して角度θ２を成す。そして、角度θ１は、角度θ２に略等しい。
【００３３】
そして、半導体レーザ１０は、レーザ光ＬＢ０のみを出射する軸モードと、レーザ光ＬＢ０，ＬＢ１，ＬＢ２を同時に出射する軸／リングモードとのいずれかで発振する。半導体レーザ１０が発振すると、レーザ光ＬＢ０またはレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２は、観測部６において観測される。
【００３４】
図５は、図４に示す観測部６において観測されるレーザ光の概念図である。半導体レーザ１０が軸モードで発振すると、レーザ光ＬＢ０が観測部６において観測される（図５の（ａ）参照）。この場合、レーザ光ＬＢ０の領域は、明るく、レーザ光ＬＢ０以外の領域は、暗い。
【００３５】
また、半導体レーザ１０が軸／リングモードで発振すると、レーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２が観測部６において観測される（図５の（ｂ）参照）。この場合、レーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２の領域は、明るく、レーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２以外の領域は、暗い。
【００３６】
図６は、図１に示す半導体レーザ１０が出射するレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す図である。なお、図６において、横軸は、軸１２に対する角度を示し、縦軸は、出射されたレーザ光の強度を示す。また、曲線ｋ１は、軸モードにおけるレーザ光を示し、曲線ｋ２は、軸／リングモードにおけるレーザ光を示す。
【００３７】
曲線ｋ１は、０度にピークを有するレーザ光を示し、曲線ｋ２は、０度および約±２０度にピークを有するレーザ光を示す。従って、曲線ｋ１は、軸モードにおけるレーザ光ＬＢ０を示し、曲線ｋ２は、軸／リングモードにおけるレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２を示す。
【００３８】
そして、曲線ｋ１は、キャビティ２への注入電流量が４００ｍＡであるときに得られ、曲線ｋ２は、キャビティ２への注入電流量が１０００ｍＡであるときに得られる。従って、観測部６におけるレーザ光がレーザ光ＬＢ０またはレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２のいずれであるかを判定し、その判定結果に基づいて、半導体レーザ１０を軸モードまたは軸／リングモードで発振させることができる。より具体的には、観測部６で観測したレーザ光がレーザ光ＬＢ０であり、半導体レーザ１０を軸／リングモードで発振させたい場合、キャビティ２への注入電流量を１０００ｍＡに設定する。また、観測部６で観測したレーザ光がレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２であり、半導体レーザ１０を軸モードで発振させたい場合、キャビティ２への注入電流量を４００ｍＡに設定する。
【００３９】
図７は、図１に示す半導体レーザ１０の製造工程を示す図である。エピタキシャル層２０が形成されたＧａＡｓから成る基板１を用意する。ここで、エピタキシャル層２０は、バッファ層２０１、クラッド層２０２、活性層２０３、クラッド層２０４及びコンタクト層２０５を構成するｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ、ＡｌＧａＡｓ、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ及びｐ＋ＧａＡｓを意味する。
【００４０】
従って、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ、ＡｌＧａＡｓ、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ及びｐ＋ＧａＡｓが、順次、基板１を構成するＧａＡｓ上に結晶成長されたエピウェハを用意する。なお、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ、ＡｌＧａＡｓ、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ及びｐ＋ＧａＡｓは、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により結晶成長される。
【００４１】
エピタキシャル層２０が形成された基板１を用意すると、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯ２から成る絶縁膜３０をエピタキシャル層２０上にスパッタリング、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。この場合、絶縁膜３０の膜厚は、０．４μｍである（図７の（ａ）参照）。
【００４２】
そして、絶縁膜３０上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりキャビティ２の形状にパターンニングし、キャビティ２の形状を有するレジスト３１を絶縁膜３０上に形成する（図７の（ｂ）参照）。
【００４３】
その後、レジスト３１をマスクとして絶縁膜３０をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチングする。この場合、キャビティ２の出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３を形成するためにエピタキシャル層２０を含めて４〜５μｍの深さまでエッチングする。そして、ＲＩＥによって形成された出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３はミラー面を有する。ＲＩＥによるエッチング後、レジスト３１を除去すると、キャビティ２及び絶縁膜３が基板１上に順次形成された構造が完成する（図７の（ｃ）参照）。なお、このＲＩＥによるエッチングは、エッチングされた端面が高い垂直性及び平滑性を有する条件によって行なわれる。
【００４４】
次に、リング形状を有する正極電極４を形成するために絶縁膜３に窓を開ける。絶縁膜３上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりパターンニングしてレジストにリング形状の窓を開ける。そして、パターンニングしたレジストをマスクとして絶縁膜３をＲＩＥによってエッチングし、絶縁膜３にリング形状を有する窓３２を開ける（図７の（ｄ）参照）。
【００４５】
その後、正極電極４を形成する。この段階で、基板１の表面１ａと絶縁膜３の表面３ａとの間には段差が存在するので、この段差を埋めるために２層レジストを用いる。すなわち、１層目のレジスト３３を全体的に塗布して段差を埋めた後、２層目のレジスト３４を塗布する（図７の（ｅ）参照）。これにより、平坦なレジスト面が形成される。
【００４６】
そして、レジスト３３，３４をフォトリソグラフィによりパターンニングして正極電極４を形成するための孔３５を形成する（図７の（ｆ）参照）。この段階で、孔３５を通して絶縁膜３、及び絶縁膜３に明けられた窓３２が露出する。
【００４７】
正極電極４と半導体との良好なコンタクトが得られるように、窓３２を通して半導体表面を０．０１〜０．０２μｍ程度、エッチングする。そして、電子ビーム蒸着により、正極電極４を構成するＴｉ（約０．０７μｍ）／Ｐｔ（約０．０５μｍ）／Ａｕ（約０．６μｍ）を全面に形成する。次に、ウェハをアセトンに浸してレジスト３３，３４を除去する。これにより、レジスト３４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕは、リフトオフにより除去され、正極電極４がキャビティ２上に形成される。
【００４８】
その後、へき開を容易にするため、基板１を厚さが１００〜１５０μｍになるように研磨する（図７の（ｇ）参照）。そして、Ｇｅ（約０．１μｍ）／Ｎｉ（約０．０２μｍ）／Ａｕ（約０．５μｍ）を抵抗加熱により基板１の裏面に蒸着して負極電極５を形成する（図７の（ｈ）参照）。
【００４９】
負極電極５を形成した後、正極電極４を構成するＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ及び負極電極５を構成するＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを合金化するために、４００〜４５０℃で数分間、熱処理する。その後、チップごとのへき開及びレーザアレイのへき開を行ない、半導体レーザ１０が製造される。
【００５０】
半導体レーザ１０における発振モードの制御について説明する。半導体レーザ１０の操作者は、電流源７によって、しきい値電流以上のある値の電流を半導体レーザ１０のキャビティ２に注入する。そして、半導体レーザ１０は、レーザ光を発振する。
【００５１】
そうすると、半導体レーザ１０の操作者は、観測部６におけるレーザ光を観測し、その観測されたレーザ光がレーザ光ＬＢ０またはレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２のいずれであるかを判定する。半導体レーザ１０の操作者は、観測したレーザ光がレーザ光ＬＢ０である場合、半導体レーザ１０が軸モードで発振していると判定する。また、半導体レーザ１０の操作者は、観測したレーザ光がレーザ光ＬＢ０〜ＬＢ２である場合、半導体レーザ１０が軸／リングモードで発振していると判定する。
【００５２】
そして、半導体レーザ１０の操作者は、半導体レーザ１０を軸モードで発振させようとしている場合に、半導体レーザ１０が軸モードで発振していると判定したとき、電流源７に対して指示Ｃｏｍを入力しない。これによって、半導体レーザ１０は、軸モードで発振し続ける。
【００５３】
また、半導体レーザ１０の操作者は、半導体レーザ１０を軸モードで発振させようとしている場合に、半導体レーザ１０が軸／リングモードで発振していると判定したとき、４００ｍＡの電流をキャビティ２に注入するための指示Ｃｏｍを電流源７に入力する。電流源７は、指示Ｃｏｍに応じて、４００ｍＡの電流をキャビティ２に注入する。これによって、半導体レーザ１０は、軸／リングモードから軸モードに切り替わり、軸モードで発振する。
【００５４】
更に、半導体レーザ１０の操作者は、半導体レーザ１０を軸／リングモードで発振させようとしている場合に、半導体レーザ１０が軸／リングモードで発振していると判定したとき、電流源７に対して指示Ｃｏｍを入力しない。これによって、半導体レーザ１０は、軸／リングモードで発振し続ける。
【００５５】
更に、半導体レーザ１０の操作者は、半導体レーザ１０を軸／リングモードで発振させようとしている場合に、半導体レーザ１０が軸モードで発振していると判定したとき、１０００ｍＡの電流をキャビティ２に注入するための指示Ｃｏｍを電流源７に入力する。電流源７は、指示Ｃｏｍに応じて、１０００ｍＡの電流をキャビティ２に注入する。これによって、半導体レーザ１０は、軸モードから軸／リングモードに切り替わり、軸／リングモードで発振する。
【００５６】
このように、この発明による半導体レーザ１０は、発振したレーザ光を観測するための観測部６を備えるので、半導体レーザ１０の発振モードを容易に切り替えるために、半導体レーザ１０以外にレーザ光を検出するための検出器を別に設けなくてもよい。
【００５７】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２による半導体レーザ１０Ａの斜視図である。半導体レーザ１０Ａは、半導体レーザ１０のキャビティ２をキャビティ２Ａに代え、正極電極４を正極電極１４に代えたものであり、その他は、半導体レーザ１０と同じである。
【００５８】
キャビティ２Ａは、キャビティ２と同じように略スタジアム形状からなり、基板１上に形成される。正極電極１４は、キャビティ２Ａの表面に形成される。
【００５９】
図９は、図８に示す矢印１３の方向から見た半導体レーザ１０Ａの平面図である。図９に示す平面図は、図２に示す平面図において正極電極４（電極４１〜４５からなる）を正極電極１４に代えたものである。
【００６０】
正極電極１４は、リング電極１４１と、線状電極１４２とからなる。リング電極１４１は、リング形状を有し、軸１２に沿って配置される。線状電極１４２は、軸１２に沿ってリング電極１４１の内側に配置される。その他は、図２において説明したとおりである。
【００６１】
半導体レーザ１０Ａにおいては、観測部６は、リング電極１４１の一部を切断するように配置される。また、電流源７は、指示Ｃｏｍに従ってリング電極１４１および線状電極１４２に電流を供給する。
【００６２】
図１０は、図８に示す線Ａ−Ａ間における半導体レーザ１０Ａの断面図である。半導体レーザ１０Ａの断面構造は、基板１上にキャビティ２Ａおよび正極電極１４を形成した構造から成る。キャビティ２Ａは、バッファ層３０１，３０２と、グレーディッド層３０３と、クラッド層３０４と、グレーディッド層３０５と、活性層３０６と、グレーディッド層３０７と、クラッド層３０８と、キャップ層３０９とを含む。
【００６３】
バッファ層３０１は、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、３×１０１８ｃｍ−３である。バッファ層３０２は、Ｓｉをドープしたｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ）から成り、膜厚は、１．０μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１×１０１８ｃｍ−３である。
【００６４】
グレーディッド層３０３は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は１０１８ｃｍ−３台である。また、アルミニウム（Ａｌ）の含有量ｘは、０．２〜０．５の範囲で変化し、バッファ層３０２との界面では０．２であり、クラッド層３０４との界面では０．５である。
【００６５】
クラッド層３０４は、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである電子の密度は、１０１８ｃｍ−３台である。グレーディッド層３０５は、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層３０５においては、ドーパントであるＳｉの濃度は、クラッド層３０４から活性層３０６へ向けて徐々に減少され、クラッド層３０４との界面では約１×１０１８ｃｍ−３であり、活性層３０６との界面では約１×１０１７ｃｍ−３である。また、グレーディッド層３０５においては、Ａｌの含有量ｘもクラッド層３０４から活性層３０６へ向けて放物線状に減少され、クラッド層３０４との界面では０．５であり、活性層３０６との界面では０．２である。
【００６６】
活性層３０６は、ノンドープのＧａＡｓから成り、膜厚は、０．０１μｍである。グレーディッド層３０７は、ベリリウム（Ｂｅ）をドープしたｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成り、膜厚は、０．２０２μｍである。そして、グレーディッド層３０７においては、ドーパントであるＢｅの濃度は、活性層３０６からクラッド層３０８へ向けて徐々に増加され、活性層３０６との界面では約１×１０１７ｃｍ−３であり、クラッド層３０８との界面では約１×１０１８ｃｍ−３である。また、グレーディッド層３０７においては、Ａｌの含有量ｘも活性層３０６からクラッド層３０８へ向けて放物線状に増加され、活性層３０６との界面では０．２であり、クラッド層３０８との界面では０．５である。
【００６７】
クラッド層３０８は、Ｂｅをドーピングしたｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから成り、膜厚は、１．５μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は、１０１８ｃｍ−３台である。キャップ層３０９は、Ｂｅをドーピングしたｐ型ＧａＡｓから成り、膜厚は、０．２μｍである。そして、多数キャリアである正孔の濃度は１×１０１９ｃｍ−３である。
【００６８】
活性層３０６は、グレーディッド層３０５とグレーディッド層３０７とによって挟み込まれており、グレーディッド層３０５、活性層３０６及びグレーディッド層３０７は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を構成する。
【００６９】
また、クラッド層３０４及びグレーディッド層３０５は、活性層３０６を中心にしてそれぞれクラッド層３０８及びグレーディッド層３０７と対称に形成される。
【００７０】
つまり、クラッド層３０４は、クラッド層３０８と同じ膜厚及び同じＡｌ含有量ｘを有する。そして、クラッド層３０４の多数キャリア密度も、電子と正孔との違いを除けば、クラッド層３０８の多数キャリア密度である１０１８ｃｍ−３台と同じ１０１８ｃｍ−３台である。また、グレーディッド層３０５は、グレーディッド層３０７と同じ膜厚を有し、グレーディッド層３０７におけるＡｌの含有量ｘの変化（活性層３０６側：０．２→クラッド層３０８側：０．５）と対称なＡｌの含有量ｘの変化（活性層３０６側：０．２→クラッド層３０４側：０．５）を有する。そして、グレーディッド層３０５は、グレーディッド層３０７におけるドーパント（Ｂｅ）濃度の変化（活性層３０６側：約１×１０１７ｃｍ−３→クラッド層３０８側：約１×１０１８ｃｍ−３）と対称なドーパント（Ｓｉ）濃度の変化（活性層３０６側：約１×１０１７ｃｍ−３→クラッド層３０４側：約１×１０１８ｃｍ−３）を有する。
【００７１】
半導体レーザ１０Ａは、図７に示す工程（ａ）〜（ｈ）に従って製造される。
【００７２】
図１１は、図８に示す半導体レーザ１０Ａにおける出射光強度と、キャビティ２に注入される電流値との関係を示す図である。キャビティ２Ａに注入される電流値を変化させることにより、半導体レーザ１０Ａは、シングルモード、ツィンモード及びロッキングモードのいずれかのモードでレーザ光を発振する。領域ＭＤＥ１は、シングルモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ２は、ツィンモードでレーザ光を発振する領域であり、領域ＭＤＥ３は、ロッキングモードでレーザ光を発振する領域である。
【００７３】
半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振する場合、電流源７は、しきい値Ｉｔｈ〜電流値Ｉ１の範囲の電流をキャビティ２Ａに注入する。また、半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振する場合、電流源７は、電流値Ｉ１〜電流値Ｉ２の範囲の電流をキャビティ２Ａに注入する。更に、半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振する場合、電流源７は、電流値Ｉ２〜電流値Ｉ３の範囲の電流をキャビティ２Ａに注入する。
【００７４】
図１２は、図８に示す半導体レーザ１０Ａがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す図である。また、図１３は、図８に示す半導体レーザ１０Ａがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す図である。更に、図１４は、図８に示す半導体レーザ１０Ａがロッキングモードでレーザ光を発振した場合を示す図である。
【００７５】
シングルモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、上述したレーザ光ＬＢ１及びＬＢ２から成るレーザ光ＬＢをキャビティ２Ａから出射する（図１２参照）。また、ツィンモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１とレーザ光ＬＢ２とが周期的に切換わるレーザ光をキャビティ２Ａから出射する（図１３参照）。更に、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ１のみをキャビティ２Ａから出射する（図１４参照）。なお、ロッキングモードにおいては、半導体レーザ１０Ａは、レーザ光ＬＢ２のみを出射することも可能である。
【００７６】
このように、半導体レーザ１０Ａは、キャビティ２Ａに注入される電流量に応じてレーザ光の発振モードを切換えることを特徴とする。
【００７７】
そして、半導体レーザ１０Ａの操作者は、観測部６を用いて発振したレーザ光を観測し、半導体レーザ１０Ａの発振モード（シングルモード、ツィンモードおよびロッキングモードのいずれか）を判定するとともに、半導体レーザ１０Ａを所望の発振モード（シングルモード、ツィンモードおよびロッキングモードのいずれか）で発振させるための指示Ｃｏｍを電流源７に入力する。そして、電流源７は、指示Ｃｏｍによって指定された発振モードで半導体レーザ１０Ａを発振させるための電流を正極電極１４に供給する。
【００７８】
上述したように、この発明による半導体レーザ１０，１０Ａは、発振したレーザ光を観測するための観測部６を備えるので、半導体レーザ１０，１０Ａの発振モードを容易に切り替えるために、半導体レーザ１０，１０Ａ以外にレーザ光を検出するための検出器を別に設けなくてもよい。
【００７９】
なお、上記においては、電流源７は、半導体レーザ１０，１０Ａの正極電極４，１４に供給する電流値を切替えて半導体レーザ１０，１０Ａを所望の発振モードで発振させると説明したが、この発明においては、一般的には、電流源７は、半導体レーザ１０，１０Ａの正極電極４，１４に供給する電流密度を切替えて半導体レーザ１０，１０Ａを所望の発振モードで発振させる。
【００８０】
また、観測部６は、半導体レーザ１０，１０Ａの長手方向において正極電極４，１４の両端間に形成されていればよい。
【００８１】
更に、この発明においては、電流源７は、「モード切替部」を構成する。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
この発明は、レーザ光を検出するための検出器を別に設ける必要がない半導体レーザに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施の形態１による半導体レーザの斜視図である。
【図２】図１の矢印の方向から見たキャビティの平面図である。
【図３】図１に示す線Ａ−Ａ間における半導体レーザの断面図である。
【図４】図１に示す半導体レーザの発振モードを示す図である。
【図５】図４に示す観測部において観測されるレーザ光の概念図である。
【図６】図１に示す半導体レーザが出射するレーザ光の遠視野像を示す図である。
【図７】図１に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図８】実施の形態２による半導体レーザの斜視図である。
【図９】図８に示す矢印の方向から見た半導体レーザの平面図である。
【図１０】図８に示す線Ａ−Ａ間における半導体レーザの断面図である。
【図１１】図８に示す半導体レーザにおける出射光強度と、キャビティに注入される電流値との関係を示す図である。
【図１２】図８に示す半導体レーザがシングルモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１３】図８に示す半導体レーザがツィンモードでレーザ光を発振した場合を示す平面図である。
【図１４】図８に示す半導体レーザがロッキングモードでレーザ光を発振する場合を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 基板、１ａ，３ａ 表面、２，２Ａ  キャビティ、３，３０ 絶縁膜、２１４，２１５ 領域、４，１４ 正極電極、１４１ リング電極、１４２ 線状電極、５ 負極電極、６  観測部、７  電流源、８，９ 矢印、１０，１０Ａ 半導体レーザ、１１，１２ 軸、２０ エピタキシャル層、２１ メインキャビティ、２２〜２５ ウイング、３１，３３，３４ レジスト、３２ 窓、３５ 孔、４０ 電極、２０１，３０１，３０２ バッファ層、２０４，３０４，３０８クラッド層、２０５  コンタクト層、２０６，３０６ 活性層、２１０，２１０Ａ 出射面、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ，２１１Ｅ 対向面、２１２，２１３ 端面、２２１，２３１，２４１，２５１ 曲面、３０３，３０５，３０７ グレーディッド層、３０９ キャップ層、ＬＢ，ＬＢ０，ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光。
【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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【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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