(57)【要約】【課題】レーザ発振のためのしきい値電流を低減可能な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、ストライプ層４と、正極電極５と、負極電極６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。ストライプ層４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。正極電極５は、リング形状からなる平面形状を有し、ストライプ層４上に形成される。負極電極６は、基板１の裏面に形成される。そして、ストライプ層４は、正極電極５からキャビティ２へ注入された注入電流の拡がりを抑制する。【選択図】図３
2008141185.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、
前記キャビティに接して形成され、リング形状からなるストライプ層と、
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を備え、
前記正極電極および前記負極電極の一方の電極は、前記リング形状からなり、前記ストライプ層に接して形成される、半導体レーザ。
【請求項２】
前記ストライプ層の厚さは、当該半導体レーザの特性に応じて決定される、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、前記クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含み、
前記ストライプ層の厚さは、前記ストライプ層が前記コンタクト層を含む場合、前記レーザ光が発振するときのしきい値電流に応じて決定される、請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、前記クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含み、
前記ストライプ層の厚さは、前記ストライプ層が前記コンタクト層および前記クラッド層を含む場合、前記レーザ光の発振モードに応じて決定される、請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記キャビティは、
曲面からなり、前記出射面に対向する対向面と、
前記出射面から前記対向面に向かう方向における前記キャビティの光軸に沿って前記正極電極および前記負極電極の一方の電極の内側に配置され、前記光軸の方向と異なる方向へレーザ光を反射する空洞部とを更に含む、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記空洞部は、前記光軸に沿って配置された複数の孔からなる、請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記空洞部は、前記出射面および対向面の方向へ突出した形状からなる、請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記空洞部から前記出射面までの距離は、相対的に短く設定される、請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
基板上に形成され、かつ、レーザ光を出射するキャビティを構成する半導体層上に正極電極および負極電極の一方の電極をリング形状に形成する第１の工程と、
前記一方の電極をマスクとして前記半導体層の深さ方向における一部をエッチングしてストライプ層を形成する第２の工程と、
前記第２の工程の後、試料全面上に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記第３の工程の後、前記一方の電極の形状に沿って前記絶縁膜に窓を開ける第４の工程とを備える半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記キャビティは、
曲面からなり、前記レーザ光を出射するための出射面と、
曲面からなり、前記出射面に対向する対向面と、
前記出射面から前記対向面に向かう方向における前記キャビティの光軸に沿って前記正極電極および前記負極電極の一方の電極の内側に配置され、前記光軸の方向と異なる方向へレーザ光を反射する空洞部とを含み、
前記半導体レーザの製造方法は、
前記半導体層を深さ方向にエッチングして前記キャビティを形成する第５の工程を更に備える、請求項９に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記第５の工程において、前記正極電極および前記負極電極の一方の電極の内側に存在する前記半導体層の部分は、前記空洞部が形成されるようにエッチングされる、請求項１０に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関し、特に、モード切替が可能な半導体レーザおよびその製造方法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、従来のリングレーザは、活性層へ注入される電流の拡がりを制御する工夫が施されていないため、レーザ発振のためのしきい値電流が大きくなったり、発振モードを正確に切替えることが困難であるという問題がある。
【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、レーザ発振のためのしきい値電流を低減可能な半導体レーザを提供することである。
【０００８】
また、この発明の別の目的は、発振モードを正確に切替えることができる半導体レーザを提供することである。
【０００９】
更に、この発明の別の目的は、軸モードのレーザ発振を抑制可能な半導体レーザを提供することである。
【００１０】
更に、この発明の別の目的は、レーザ発振のためのしきい値電流を低減可能な半導体レーザの製造方法を提供することである。
【００１１】
更に、この発明の別の目的は、発振モードを正確に切替えることができる半導体レーザの製造方法を提供することである。
【００１２】
更に、この発明の別の目的は、軸モードのレーザ発振を抑制可能な半導体レーザの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、半導体レーザは、キャビティと、ストライプ層と、正極電極および負極電極とを備える。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。ストライプ層は、キャビティに接して形成され、リング形状からなる。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。そして、正極電極および負極電極の一方の電極は、リング形状からなり、ストライプ層に接して形成される。
【００１４】
好ましくは、ストライプ層の厚さは、当該半導体レーザの特性に応じて決定される。
【００１５】
好ましくは、キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含む。そして、ストライプ層の厚さは、ストライプ層がコンタクト層を含む場合、レーザ光が発振するときのしきい値電流に応じて決定される。
【００１６】
好ましくは、キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含む。そして、ストライプ層の厚さは、ストライプ層がコンタクト層およびクラッド層を含む場合、レーザ光の発振モードに応じて決定される。
【００１７】
好ましくは、キャビティは、対向面と、空洞部とを更に含む。対向面は、曲面からなり、前記出射面に対向する。空洞部は、出射面から対向面に向かう方向におけるキャビティの光軸に沿って正極電極および負極電極の一方の電極の内側に配置され、光軸の方向と異なる方向へレーザ光を反射する。
【００１８】
好ましくは、空洞部は、光軸に沿って配置された複数の孔からなる。
【００１９】
好ましくは、空洞部は、出射面および対向面の方向へ突出した形状からなる。
【００２０】
好ましくは、空洞部から出射面までの距離は、相対的に短く設定される。
【００２１】
また、この発明によれば、半導体レーザの製造方法は、基板上に形成され、かつ、レーザ光を出射するキャビティを構成する半導体層上に正極電極および負極電極の一方の電極をリング形状に形成する第１の工程と、一方の電極をマスクとして半導体層の深さ方向における一部をエッチングしてストライプ層を形成する第２の工程と、第２の工程の後、試料全面上に絶縁膜を形成する第３の工程と、第３の工程の後、一方の電極の形状に沿って絶縁膜に窓を開ける第４の工程とを備える。
【００２２】
好ましくは、第２の工程において、エッチング深さは、半導体レーザの特性に応じて決定される。
【００２３】
好ましくは、キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含む。そして、第２の工程において、エッチング深さは、ストライプ層がコンタクト層を含む場合、レーザ光が発振するときのしきい値電流に応じて決定される。
【００２４】
好ましくは、キャビティは、活性層の両側に設けられたクラッド層と、クラッド層上に形成されたコンタクト層とを含む。そして、第２の工程において、エッチング深さは、ストライプ層がコンタクト層およびクラッド層を含む場合、レーザ光の発振モードに応じて決定される。
【００２５】
好ましくは、キャビティは、出射面と、対向面と、対向部とを含む。出射面は、曲面からなり、レーザ光を出射する。対向面は、曲面からなり、出射面に対向する。空洞部は、出射面から対向面に向かう方向におけるキャビティの光軸に沿って正極電極および負極電極の一方の電極の内側に配置され、光軸の方向と異なる方向へレーザ光を反射する。そして、半導体レーザの製造方法は、半導体層を深さ方向にエッチングしてキャビティを形成する第５の工程を更に備える。
【００２６】
好ましくは、第５の工程において、正極電極および負極電極の一方の電極の内側に存在する半導体層の部分は、空洞部が形成されるようにエッチングされる、。
【発明の効果】
【００２７】
この発明による半導体レーザは、レーザ光を出射するキャビティとリング形状からなる一方の電極との間にリング形状からなるストライプ層を備える。その結果、ストライプは、一方の電極からキャビティへ注入された注入電流がリング形状に沿った領域から拡がるのを抑制する。
【００２８】
従って、この発明によれば、レーザ発振のためのしきい値電流を低減できる。
【００２９】
また、この発明による半導体レーザにおいては、レーザ発振のためのしきい値電流が低減される結果、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードで発振するまでに必要な電流値は、出射光強度を弱めることなく小さくなり、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードへと切り替えるために必要な注入電流の範囲も狭くなる。その結果、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードへモードを切り替えるために必要な電流値がストライプ層がない場合に比べ小さくなる。
【００３０】
従って、この発明によれば、発振モードを正確に切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
［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を示す。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５と、負極電極６とを備える。
【００３３】
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５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５は、リング形状から成るリング電極である。負極電極６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。
【００３４】
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ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ−Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｓｉｎｇｌｅ 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５は、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕから成る。負極電極６は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉから成る。
【００３５】
絶縁膜３の膜厚は、０．４μｍである。正極電極５の膜厚は、全体で０．１４μｍである。そして、正極電極５を構成する第１層のＡｕの膜厚は、０．０２μｍであり、Ｚｎの膜厚は、０．０２μｍであり、第２層のＡｕの膜厚は、０．１μｍである。負極電極６の膜厚は、全体で０．６２μｍである。そして、負極電極６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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２は、図１の矢印７の方向から見たキャビティ２の平面図を示す。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。
【００３８】
対向面２１１は、矢印８で示す長手方向に垂直な方向の軸９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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ウイング２２〜２５の矢印８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。
【００４２】
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は、ストライプ層４を更に備える。ストライプ層４は、正極電極５と同じリング形状からなり、キャビティ２に接して設けられる。正極電極５は、ストライプ層４上にストライプ層４に接して形成される。そして、ストライプ層４の厚さｄは、後述するように、半導体レーザ１０の特性に応じて決定される。
【００４３】
図４は、図３に示す断面図の一部の拡大図である。半導体レーザ１０の断面構造は、基板１上にキャビティ２、ストライプ層４および正極電極５を形成した構造から成る。キャビティ２は、バッファ層２０１，２０２と、グレーディッド層２０３と、クラッド層２０４と、グレーディッド層２０５と、活性層２０６と、グレーディッド層２０７と、クラッド層２０８と、コンタクト層２０９とを含む。
【００４４】
バッファ層２０１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２０２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。
【００４５】
グレーディッド層２０３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２０２との界面では０．２であり、クラッド層２０４との界面では０．５である。
【００４６】
クラッド層２０４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２０５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２０５においては、ドーパントであるＳｉの濃度は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて徐々に減少され、クラッド層２０４との界面では約１×１０１８ｃｍ−３であり、活性層２０６との界面では約１×１０１７ｃｍ−３である。また、グレーディッド層２０５においては、Ａｌの含有量ｘもクラッド層２０４から活性層２０６へ向けて放物線状に減少され、クラッド層２０４との界面では０．５であり、活性層２０６との界面では０．２である。
【００４７】
活性層２０６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２０７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２０７においては、ドーパントであるＢｅの濃度は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて徐々に増加され、活性層２０６との界面では約１×１０１７ｃｍ−３であり、クラッド層２０８との界面では約１×１０１８ｃｍ−３である。また、グレーディッド層２０７においては、Ａｌの含有量ｘも活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて放物線状に増加され、活性層２０６との界面では０．２であり、クラッド層２０８との界面では０．５である。
【００４８】
クラッド層２０８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。コンタクト層２０９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。
【００４９】
活性層２０６は、グレーディッド層２０５とグレーディッド層２０７とによって挟み込まれており、グレーディッド層２０５、活性層２０６及びグレーディッド層２０７は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）を構成する。
【００５０】
また、クラッド層２０４及びグレーディッド層２０５は、活性層２０６を中心にしてそれぞれクラッド層２０８及びグレーディッド層２０７と対称に形成される。
【００５１】
つまり、クラッド層２０４は、クラッド層２０８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２０４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２０８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２０５は、グレーディッド層２０７と同じ膜厚を有し、グレーディッド層２０７におけるＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０８側：０．５）と対称なＡｌの含有量ｘの変化（活性層２０６側：０．２→クラッド層２０４側：０．５）を有する。そして、グレーディッド層２０５は、グレーディッド層２０７におけるドーパント（Ｂｅ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０１７ｃｍ−３→クラッド層２０８側：約１×１０１８ｃｍ−３）と対称なドーパント（Ｓｉ）濃度の変化（活性層２０６側：約１×１０１７ｃｍ−３→クラッド層２０４側：約１×１０１８ｃｍ−３）を有する。
【００５２】
図５は、キャビティ２を構成するバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図を示す。
【００５３】
バッファ層２０１のバンドギャップＥｇ１は、１．４１ｅＶであり、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２は、１．７ｅＶである。また、クラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４及びクラッド層２０８のバンドギャップＥｇ８は、２．０ｅＶであり、キャップ層２０９のバンドギャップＥｇ９は、１．４１ｅＶである。
【００５４】
そして、グレーディッド層２０３のバンドギャップＥｇ３は、バッファ層２０２のバンドギャップＥｇ２である１．７ｅＶからクラッド層２０４のバンドギャップＥｇ４である２．０ｅＶまで変化する。また、グレーディッド層２０５のバンドギャップＥｇ５は、クラッド層２０４から活性層２０６へ向けて２．０ｅＶから１．７ｅＶまで放物線状に減少する。更に、グレーディッド層２０７のバンドギャップＥｇ７は、活性層２０６からクラッド層２０８へ向けて１．７ｅＶから２．０ｅＶまで放物線状に増加する。
【００５５】
このように、グレーディッド層２０５においてクラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＳｉの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ５を放物線状に減少させることによってクラッド層２０４を介してグレーディッド層２０５に到達した電子の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された正孔を閉じ込める。また、グレーディッド層２０７においてクラッド層２０８から活性層２０６に向かうに従ってドーパントであるＢｅの濃度を減少させ、かつ、バンドギャップＥｇ７を放物線状に減少させることによってクラッド層２０８を介してグレーディッド層２０７に到達した正孔の活性層２０６への注入を促進するとともに、活性層２０６へ注入された電子を閉じ込める。その結果、電子及び正孔は、活性層２０６に閉じ込められ、再結合し易くなり、半導体レーザ１０におけるレーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００５６】
また、バッファ層２０１，２０２及びグレーディッド層２０３は、ＧａＡｓから成る基板１上にクラッド層２０４及びグレーディッド層２０５を構成するＡｌＧａＡｓを結晶成長させるために設けられる。つまり、ＡｌＧａＡｓをＧａＡｓ上に、直接、結晶成長させるとＡｌＧａＡｓの品質が低下するので、基板１の表面における不純物の影響を除去するために基板１のＧａＡｓと同じＧａＡｓ（バッファ層２０１）を結晶成長させた後、ｉｎ−ｓｉｔｕでＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ（バッファ層２０２）及びＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ：０．２〜０．５）（グレーディッド層２０３）を結晶成長させることにより、ＧａＡｓとの格子不整合を解消して品質の良いＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ（クラッド層２０４）及びＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ：０．５→０．２）（グレーディッド層２０５）を結晶成長させることが可能となる。特に、バッファ層２０２の膜厚が１．０μｍと比較的厚いのは、ＧａＡｓとの格子不整合を解消するためである。
【００５７】
図６は、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布を示す。クラッド層２０４，２０８は、Ａｌの含有量ｘが０．５であるＡｌＧａＡｓから成るので、屈折率が最も小さい。グレーディッド層２０５は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．５から０．２へ放物線状に減少するので、グレーディッド層２０５の屈折率は、クラッド層２０４から活性層２０６に向かうに従って放物線状に増加する。
【００５８】
活性層２０６は、ノンドープのＧａＡｓから成るので、最も大きい屈折率を有する。グレーディッド層２０７は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従ってＡｌの含有量ｘが０．２から０．５へ放物線状に増加するので、グレーディッド層２０７の屈折率は、活性層２０６からクラッド層２０８に向かうに従って放物線状に減少し、最終的にクラッド層２０８の屈折率に一致する。
【００５９】
このように、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８における屈折率の分布は、活性層２０６を中心にして対称になる。その結果、活性層２０６において誘導放出により発生した光は、両側に設けられたグレーディッド層２０５，２０７及びクラッド層２０４，２０８によって光学的に閉じ込められ、レーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００６０】
図７は、図３に示すストライプ層４を詳細に説明するための図である。ストライプ層４が形成される場合、まず、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８およびコンタクト層２０９が基板１上に順次積層され、リング形状からなる正極電極５がコンタクト層２０９上に形成される（図７の（ａ）参照）。その後、コンタクト層２０９の一部が正極電極５をマスクとしてエッチング除去され、正極電極５と同じリング形状からなるストライプ層４が形成される（図７の（ｂ）参照）。
【００６１】
そして、ストライプ層４は、膜厚方向におけるコンタクト層２０９の一部に限らず、膜厚方向におけるコンタクト層２０９の全体によっても構成される。
【００６２】
このように、ストライプ層４がコンタクト層２０９の少なくとも一部を用いて形成されるケースをケース１とする。従って、ケース１においては、基板１上に最初に形成されたコンタクト層２０９の膜厚をｄＣ１とすると、ストライプ層４の膜厚ｄは、０＜ｄ≦ｄＣ１に設定される。
【００６３】
その結果、ケース１においては、ストライプ層４は、コンタクト層２０９の少なくとも一部からなり、キャビティ２は、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８、および一部のコンタクト層２０９（エッチング除去されていないコンタクト層２０９）、またはバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７およびクラッド層２０８からなる。
【００６４】
また、ストライプ層４は、コンタクト層２０９の全体および一部のクラッド層２０８が正極電極５をマスクとしてエッチング除去されて形成される（図７の（ｃ）参照）。そして、ストライプ層４は、膜厚方向におけるコンタクト層２０９の全体およびクラッド層２０８の一部に限らず、膜厚方向におけるコンタクト層２０９およびクラッド層２０８の全体によっても構成される。
【００６５】
このように、ストライプ層４がコンタクト層２０９の全体とクラッド層２０８の少なくとも一部を用いて形成されるケースをケース２とする。従って、ケース２においては、基板１上に最初に形成されたクラッド層２０８の膜厚をｄＣ２とすると、ストライプ層４の膜厚ｄは、ｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２に設定される。
【００６６】
その結果、ケース２においては、ストライプ層４は、コンタクト層２０９の全体および少なくとも一部のクラッド層２０８からなり、キャビティ２は、バッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、および一部のクラッド層２０８（エッチング除去されていないクラッド層２０８）、またはバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６およびグレーディッド層２０７からなる。
【００６７】
図８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２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びコンタクト層２０９を構成するｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓを意味する。
【００６８】
従って、ｎ型ＧａＡｓ、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ及びｐ型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Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．５→０．２）、ＧａＡｓ、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（Ｘ：０．２→０．５）、ｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ及びｐ型ＧａＡｓは、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により結晶成長される。
【００６９】
エピタキシャル層２０が形成された基板１を用意すると、正極電極５を構成するＡｕ／Ｚｎ／Ａｕが、順次、エピタキシャル層２０の全面に電子ビーム蒸着によって形成される。そして、リング形状からなるレジストパターンがＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ上に形成され、Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕがリング形状からなるレジストパターンをマスクとしてエッチング除去され、リング形状からなる正極電極５がエピタキシャル層２０上に形成される。（図８の（ａ）参照）。
【００７０】
そして、エピタキシャル層２０がリング形状からなる正極電極５をマスクとしてエッチング除去され、正極電極５と同じリング形状からなるストライプ層４が形成される。この場合、エッチングは、ストライプ層４の膜厚ｄが０＜ｄ≦ｄＣ１の範囲、またはｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２の範囲に設定されるように行なわれる。これによって、キャビティ２、ストライプ層４および正極電極５が基板１上に形成される（図８の（ｂ）参照）。
【００７１】
その後、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯ２から成る絶縁膜３０がキャビティ２、ストライプ層４および正極電極５を覆うようにスパッタリング、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成される（図８の（ｃ）参照）。
【００７２】
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８の（ｄ）参照）。
【００７３】
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を形成するためにキャビティ２を含めて３μｍ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、ストライプ層４および正極電極５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８の（ｅ）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。また、図８の（ｅ）においては、ストライプ層４および正極電極５は、絶縁膜３によって覆われているため図示されていない。
【００７４】
次に、リング形状から成る正極電極５を露出させるために絶縁膜３に窓を開ける。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８の（ｆ）参照）。これにより、平坦なレジスト面が形成される。
【００７５】
そして、レジスト３４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３５を開ける。そして、パターンニングしたレジスト３４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にリング形状の窓３２を開ける（図８の（ｇ）参照）。これによって、正極電極５が露出する。
【００７６】
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。そして、Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを抵抗加熱により基板１の裏面に蒸着して負極電極６を形成する（図８の（ｇ）参照）。
【００７７】
負極電極６を形成した後、正極電極５を構成するＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ及び負極電極６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。
【００７８】
図９は、図１に示す半導体レーザ１０のキャビティ２から出射されるレーザ光のパターンを示す図である。半導体レーザ１０の正極電極５と負極電極６との間に電圧が印加され、しきい値を超える電流が活性層２０６に注入されると、半導体レーザ１０はレーザ発振し、キャビティ２は、出射面２１０からレーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢは、キャビティ２の長手方向の軸１１と角度θ１を成すレーザ光ＬＢ１と、軸１１と角度θ２を成すレーザ光ＬＢ２とから成る。そして、角度θ１は、角度θ２と等しい。つまり、レーザ光ＬＢは、軸１１に対して対称な２つのレーザ光から成る。
【００７９】
レーザＬＢが出射されるモードを「リングモード」と言う。半導体レーザ１０がリングモードで動作するためには、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２と、リング形状から成るストライプ層４および正極電極５とを形成する必要がある。
【００８０】
このように、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸１１に対して所定の角度θ（＝θ１＝θ２）を成すレーザ光ＬＢを出射することができる。
【００８１】
図１０は、図１に示す半導体レーザ１０が軸１１に対して所定の角度θを成すレーザ光ＬＢを出射する機構を説明するための図である。活性層２０６に注入された電子と正孔とが再結合し、所定の波長λを有する光が発生すると、その発生した光に基づく誘導放出が起こる。そして、誘導放出により発生した多くの光は、ミラー面から成る出射面２１０、対向面２１１及び端面２１２，２１３によって反射され、他の光と相互に干渉する。そして、出射面２１０及び対向面２１１は、入射した光を軸１１と平行な方向に反射せず、所定の角度を成す方向に反射する。また、誘導放出は、注入される電子及び正孔の密度が高い正極電極５の形状に沿った領域で生じ易く、新たに誘導放出によって発生する光と既に誘導放出によって発生した光との干渉は、正極電極５の形状に沿った領域で生じ易い。更に、ウイング２２〜２５は、誘導放出によって発生した光が端面２１２，２１３で多重反射されることによって生じる成分を抑制する。
【００８２】
その結果、誘導放出によって発生した光を相互に強め合う共振器は、正極電極５の形状に沿った領域で形成され、その領域でレーザ発振が起こる。そして、発振したレーザ光ＬＢ０は、キャビティ２内で正極電極５の形状に沿って分布する。従って、出射面２１０から出射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、軸１１に対して所定の角度θを成すものと考えられる。
【００８３】
そして、半導体レーザ１０においては、リング形状からなるストライプ層４がキャビティ２と正極電極５との間に形成されているため、正極電極５から注入された電流は、リング形状に沿った領域から拡がるのを抑制される。その結果、半導体レーザ１０は、リングモードで発振し易くなる。
【００８４】
半導体レーザ１０がリングモードで動作するためにはリング形状から成る正極電極５が必要なことを示すために、図１１に示すように、曲面から成る出射面２１０及び対向面２１１を有するキャビティ２に軸１１の方向に沿って正極電極４０を形成した半導体レーザを作製した。
【００８５】
図１２は、ストライプ層４および正極電極５を形成した半導体レーザ１０及び正極電極４０を形成した半導体レーザから出射されるレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。図１２の（ａ）は、正極電極４０を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示し、図１２の（ｂ）は、ストライプ層４および正極電極５を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示す。また、図１２の（ａ）及び（ｂ）において、横軸は、軸１１に対する角度を示し、縦軸は、出射されたレーザ光の規格化強度を示す。
【００８６】
正極電極４０を形成した場合、角度が０度の方向、すなわち、軸１１の方向にレーザ光がキャビティ２から出射される。レーザ光の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）は５．５度である。
【００８７】
一方、ストライプ層４および正極電極５を形成した場合、軸１１に対して±１９．２度の角度を成すレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２がキャビティ２から出射される。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ）は、レーザ光ＬＢ１及びＬＢ２において同じであり、４．１度である。
【００８８】
このように、リング形状からなるストライプ層４および正極電極５を形成することにより、半導体レーザ１０は、キャビティ２の長手方向の軸１１に対して対称な角度θ（±１９．２度）を成すレーザ光ＬＢを出射することが確認された。
【００８９】
角度θは、次式によって決定される。
【００９０】
【数１】
2008141185.tif 000003
【００９１】
なお、ｎｅｆｆは、キャビティ２の実効屈折率である。
【００９２】
ｎｅｆｆ＝３．３、Ｌ＝６００μｍ及びＷ＝３００μｍを式（１）に代入して角度θを計算した結果、θ＝±１９．２度であった。この計算結果は、上述した内容と良い一致を示す。
【００９３】
実効屈折率ｎｅｆｆが一定の場合、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを大きくするためには、Ｌ／Ｗを小さくすればよく、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを小さくするためには、Ｌ／Ｗを大きくすればよい。
【００９４】
また、Ｌ／Ｗが一定の場合、実効屈折率ｎｅｆｆに応じてレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを変化させることができる。
【００９５】
従って、半導体レーザ１０のキャビティ２の長さＬ、幅Ｗ及び実効屈折率ｎｅｆｆを変化させて設計することにより、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の出射方向を種々変化させた半導体レーザを作製することができる。
【００９６】
なお、正極電極５の形状であるリング形状は、内周形状及び外周形状が略菱形である輪形状から成る。そして、菱形の２つの対角線の比は、キャビティ２が出射するレーザ光ＬＢの方向に応じて決定される。
【００９７】
レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸１１に対して小さい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が短くされる。つまり、リング形状は、軸１１の方向に伸ばされた菱形から成る概略形状を有する。
【００９８】
また、レーザ光ＬＢがキャビティ２の長手方向の軸１１に対して大きい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が長くされる。つまり、リング形状は、軸１１の方向に縮められた菱形から成る概略形状を有する。
【００９９】
従って、この発明におけるリング形状とは、概略、菱形を基本とし、その菱形をキャビティ２の軸９の方向に伸ばしたり、縮めたりした概略形状を有する輪形状を言う。
【０１００】
上述したように、半導体レーザ１０においては、キャビティ２と正極電極５との間にリング形状からなるストライプ層４が形成される。その結果、正極電極５からキャビティ２へ注入された注入電流は、リング形状に沿った領域から拡がるのを抑制される。
【０１０１】
そして、上述したケース１においては、半導体レーザ１０における発振のためのしきい値電流は、ストライプ層４の膜厚ｄが０＜ｄ≦ｄＣ１の範囲で厚くなるに従って低減される。
【０１０２】
また、上述したケース２においては、半導体レーザ１０は、ストライプ層４の膜厚ｄがｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２の範囲で厚くなるに従って、リングモードで発振し易くなる。
【０１０３】
その結果、相対的に低いしきい値電流で半導体レーザを発振させる場合、０＜ｄ≦ｄＣ１の範囲の膜厚ｄを有するストライプ層４を形成すればよく、リングモードで発振させる半導体レーザを作製する場合、ｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２の範囲の膜厚ｄを有するストライプ層４を形成すればよい。
【０１０４】
従って、この発明においては、ストライプ層４の膜厚（＝エッチング深さ）は、半導体レーザの特性に応じて決定される。
【０１０５】
［実施の形態２］
図１３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の正極電極５を正極電極５５に代え、電圧印加回路１２を追加したものであり、その他は、半導体レーザ１０と同じである。
【０１０６】
正極電極５５は、リング電極５Ａと線状電極５Ｂとから成る。リング電極５Ａは、正極電極５とほぼ同じ形状から成る。線状電極５Ｂは、キャビティ２の長手方向に沿ってリング電極５Ａの内側に形成される。
【０１０７】
電圧印加回路１２は、正極電極５５と負極電極６との間に電圧レベルが異なる電圧Ｖ１，Ｖ２（＞Ｖ１），Ｖ３（＞Ｖ２）のいずれかを印加する。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも高く、電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２よりも高い。従って、電圧印加回路１２は、電圧レベルの異なる電圧を正極電極５５と負極電極６との間に印加する。
【０１０８】
半導体レーザ１０Ａは、図８に示す製造工程のうち、図８の（ａ）に示す工程において、リング電極５Ａ及び線状電極５Ｂを形成することにより製造される。
【０１０９】
図１４は、図１３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２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。
【０１１０】
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、電圧印加回路１２は、しきい値Ｉｔｈ〜電流値Ｉ１の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ１を正極電極５５と負極電極６との間に印加する。また、半導体レーザ１０Ａがツインモードでレーザ光を発振する場合、電圧印加回路１２は、電流値Ｉ１〜電流値Ｉ２の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ２を正極電極５５と負極電極６との間に印加する。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、電圧印加回路１２は、電流値Ｉ２〜電流値Ｉ３の範囲の電流をキャビティ２に注入するための電圧Ｖ３を正極電極５５と負極電極６との間に印加する。
【０１１１】
図１５は、図１３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平面図である。また、図１６は、図１３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平面図である。更に、図１７は、図１３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平面図である。
【０１１２】
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２から出射する（図１５参照）。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２から出射する（図１６参照）。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２から出射する（図１７参照）。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。
【０１１３】
このように、半導体レーザ１０Ａは、キャビティ２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。
【０１１４】
半導体レーザ１０Ａは、キャビティ２と正極電極５５との間にストライプ層４を備えている。そして、ストライプ層４の膜厚ｄは、半導体レーザ１０Ａにおいても、０＜ｄ≦ｄＣ１の範囲、またはｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２の範囲に設定される。
【０１１５】
そして、ケース１（膜厚ｄが０＜ｄ≦ｄＣ１の範囲）においては、半導体レーザ１０Ａが安定した基本モードで発振し、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードの各遠視野像で得られる出射角度は、ストライプ層４がない場合に比べ、設計値に近い角度になる。
【０１１６】
また、ケース２（膜厚ｄがｄＣ１＜ｄ≦ｄＣ１＋ｄＣ２の範囲）においては、出射光強度と電流値との関係において、しきい値電流が低減すると同時に、内部量子効率が高くなることで出射光強度も強くなる。その結果、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードで発振するまでに必要な電流値は、出射光強度を弱めることなく小さくでき、かつ、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードへと切り替えるために必要な注入電流の範囲も狭くなる。従って、電流注入によるモード切替の速度を速くできる。
【０１１７】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１１８】
［実施の形態３］
図１８は、実施の形態３による半導体レーザの斜視図である。実施の形態３による半導体レーザ１０Ｂは、図１に示す半導体レーザ１０に孔５０を追加し、正極電極５を正極電極５６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。
【０１１９】
孔５０は、略六角形の形状からなり、正極電極５６の内側に配置される。そして、孔５０は、キャビティ２を基板１まで貫通し、孔５０の端面は、ミラー面からなる。
【０１２０】
正極電極５６は、リング形状からなり、正極電極５と同じように配置される。そして、正極電極５６は、正極電極５と同じ材料からなり、正極電極５と同じ膜厚を有する。
【０１２１】
図１９は、図１８に示す矢印７の方向から見たキャビティ２および正極電極５６の平面図である。
【０１２２】
正極電極５６は、２つの電極５６１，５６２からなる。電極５６１，５６２の各々は、略Ｖ字形状を有する。そして、２つの電極５６１，５６２は、２つのＶ字の開口部が対向するように軸１１に沿って配置される。また、電極５６１と電極５６２との間隔は、５０μｍである。
【０１２３】
電極５６１は、キャビティ２の中心Ｏ側において軸９の方向に５０μｍの長さを有し、出射面２１０側において軸９の方向に６μｍの長さを有する。電極５６２は、軸９方向において電極５６１と同じ長さを有する。
【０１２４】
その結果、電極５６１の出射面２１０側の端から電極５６２の対向面２１１側の端までの長さは、５９０μｍに設定される。また、２つの電極５６１，５６２によって囲まれた領域の軸１１の方向における長さは、５５０μｍに設定される。更に、電極５６１，５６２の各々は、軸１１に平行に形成される部分を有し、この部分の長さは、５０μｍ（＝（１５０−５０）／２）である。その結果、正極電極５６は、軸１１に平行に形成される部分を有し、その部分の長さは、１５０μｍに設定される。
【０１２５】
図２０は、図１８に示す矢印７の方向から見たキャビティ２および孔５０の平面図である。
【０１２６】
孔５０は、キャビティ２の出射面２１０および対向面２１１側へ突出した略六角形の形状を有し、中心がキャビティ２の中心Ｏに一致し、かつ、軸１１に沿って配置される。そして、孔５０と端面２１２，２１３との距離は、２０μｍに設定される。
【０１２７】
孔５０において、端面２１２，２１３に平行な部分は、４０μｍの長さを有し、端面２１２，２１３に非平行な部分は、２０μｍの長さを有する。
【０１２８】
その結果、孔５０は、軸９に沿った方向に２０μｍの長さを有し、軸１１に沿った方向に８０μｍの長さを有する。また、出射面２１０と孔５０との距離および対向面２１１と孔５０との距離は、２６０μｍに設定される。
【０１２９】
図２１は、孔５０の機能を説明するための平面図である。電圧が正極電極５６と負極電極６との間に印加され、電流がキャビティ２に注入されると、正極電極５６に沿った領域内で電子と正孔とが再結合し、光が発生する。そして、その発生した光に基づいて、誘導放出が起こり、レーザ発振する。このレーザ発振に到る過程において、孔５０と出射面２１０との間、および孔５０と対向面２１１との間において、軸１１に沿った方向に伝搬する光も存在する。
【０１３０】
従って、出射面２１０または対向面２１１で反射された光は、軸１１に沿って伝搬し、孔５０に入射する。そうすると、孔５０は、出射面２１０および対向面２１１の方向へ突出した形状を有するので、入射した光を矢印１３，１４の方向に反射する。即ち、孔５０は、軸１１の方向から入射した光を軸１１の方向と異なる方向へ反射する。
【０１３１】
その結果、軸１１の方向に沿って伝搬する光は、レーザ発振に至り難くなり、軸１１の方向から出射されるレーザ光が抑制される。
【０１３２】
このように、孔５０は、軸１１の方向から入射した光を軸１１の方向と異なる方向へ反射する機能を果たす。
【０１３３】
従って、この発明によれば、軸１１の方向から出射されるレーザ光を抑制できる。
【０１３４】
図２２は、図１８に示す半導体レーザ１０Ｂの製造工程を示す図である。図２２に示す製造工程は、図８に示す製造工程の工程（ｄ），（ｅ），（ｇ）をそれぞれ工程（ｄ１），（ｅ１），（ｇ１）に代えたものであり、その他は、図８に示す製造工程と同じである。
【０１３５】
工程（ｃ）において、絶縁膜３０を形成した後、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パターンニングし、レジスト３６を絶縁膜３０上に形成する（工程（ｄ１）参照）。なお、レジスト３６は、孔３６Ａを有する。
【０１３６】
その後、レジスト３６をマスクとして絶縁膜３０をＲＩＥ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、端面２１２，２１３および孔５０を形成するためにキャビティ２を含めて３μｍ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、端面２１２，２１３および孔５０は、ミラー面を有する。ＲＩＥによるエッチング後、レジスト３６を除去すると、キャビティ２、ストライプ層４、正極電極５６、絶縁膜３および孔５０が基板１上に形成された構造が完成する（工程（ｅ１）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。また、図２２の（ｅ１）においては、ストライプ層４および正極電極５６は、絶縁膜３によって覆われているため図示されていない。
【０１３７】
引き続いて、上述した工程（ｆ）が実行される。そして、レジスト３４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３５を開ける。そして、パターンニングしたレジスト３４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にリング形状の窓３２を開ける（工程（ｇ１）参照）。これによって、正極電極５６が露出する。
【０１３８】
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。そして、Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕを抵抗加熱により基板１の裏面に蒸着して負極電極６を形成する（工程（ｇ１）参照）。
【０１３９】
負極電極６を形成した後、正極電極５を構成するＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ及び負極電極６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１０Ｂが製造される。
【０１４０】
図２３は、図２２に示す製造工程に従って作成したキャビティ２の電子顕微鏡像を示す図である。
【０１４１】
図２３に示すように、孔５０は、正極電極５６の内側に設計通りに形成されている。従って、図２２に示す製造工程を用いることによって孔５０を有する半導体レーザ１０Ｂを作成可能である。
【０１４２】
図２４は、発振するレーザ光の他の遠視野像を示す図である。なお、図２４の（ａ）は、孔５０を有する場合の遠視野像を示し、図２４の（ｂ）は、孔５０が無い場合の遠視野像を示す。そして、両方の場合において、遠視野像を測定したときの注入電流の電流値は、１５０ｍＡである。
【０１４３】
孔５０がある場合、リングモードのレーザ光が出射される（図２４の（ａ）参照）。一方、孔５０が無い場合、リングモードのレーザ光と高次の軸モードのレーザ光とが出射される（図２４の（ｂ）参照）。
【０１４４】
このように、孔５０を軸１１に沿って設けることによって、軸モードのレーザ光が出射されるのを抑制できる。
【０１４５】
図２５は、正極電極５６の線幅によるレーザ発振のためのしきい値の違いを示す図である。
【０１４６】
図２５の（ａ）は、正極電極５６の線幅が６μｍである半導体レーザ１０Ｂ１を示し、図２５の（ｂ）は、正極電極５６の線幅が３μｍである半導体レーザ１０Ｂ２を示し、図２５の（ｃ）は、半導体レーザ１０Ｂ１，１０Ｂ２における光強度と電流との関係を示す。そして、図２５の（ｃ）において、縦軸は、光強度を表し、横軸は、電流を表す。また、曲線ｋ１は、正極電極５６の線幅が３μｍである場合の光強度と電流との関係を示し、曲線ｋ２は、正極電極５６の線幅が６μｍである場合の光強度と電流との関係を示す。
【０１４７】
正極電極５６の線幅が３μｍである場合、約１２６ｍＡの電流値でレーザ発振が起こり（曲線ｋ１参照）、正極電極５６の線幅が６μｍである場合、約１３８ｍＡの電流値でレーザ発振が起こる（曲線ｋ２参照）。
【０１４８】
従って、正極電極５６の線幅を細くすることによって、レーザ発振のためのしきい値を低減できる。
【０１４９】
これは、正極電極５６の線幅を細くすることによって、正極電極５６のリング形状に沿って電流が注入される領域の幅が細くなり、電子と正孔との再結合による光の発生と、その発生した光に基づく誘導放出とが相対的に狭い領域で行われるためである。
【０１５０】
図２６は、正極電極５６の線幅による遠視野像の違いを示す図である。図２６の（ａ）は、正極電極５６の線幅が６μｍである半導体レーザ１０Ｂ１を示し、図２６の（ｂ）は、半導体レーザ１０Ｂ１の遠視野像を示し、図２６の（ｃ）は、正極電極５６の線幅が３μｍである半導体レーザ１０Ｂ２を示し、図２６の（ｄ）は、半導体レーザ１０Ｂ２の遠視野像を示す。
【０１５１】
そして、図２６の（ｂ），（ｄ）において、縦軸は、光強度を表し、横軸は、角度を表す。なお、半導体レーザ１０Ｂ１，１０Ｂ２において、遠視野像を測定したときの注入電流の電流値は、両方とも、１５０ｍＡである。
【０１５２】
正極電極５６の線幅が６μｍである場合、リングモードにおける単一のレーザ光に加え、リングモードにおける高次のレーザ光が観測される（図２６の（ａ），（ｂ）参照）。
【０１５３】
一方、正極電極５６の線幅が３μｍである場合、リングモードにおける単一のレーザ光のみが観測される（図２６の（ｃ），（ｄ）参照）。
【０１５４】
従って、正極電極５６の線幅を狭くすることによって、リングモードにおける高次のレーザ光を抑制できる。
【０１５５】
図２７は、孔５０の他の例を示す平面図である。キャビティ２は、孔５０に代えて孔５０Ａを備えていてもよい。孔５０Ａは、両端がキャビティ２の中心Ｏに向かう方向に突出した略六角形の形状を有し、中心が中心Ｏに一致するように軸１１に沿って配置される。
【０１５６】
孔５０Ａは、孔５０と同様に、軸１１に非平行な部分を出射面２１０側および対向面２１１側に有するので、出射面２１０または対向面２１１で反射された光を軸１１の方向と異なる方向に反射する。
【０１５７】
従って、キャビティ２が孔５０Ａを備える場合も、軸モードのレーザ光を抑制できる。
【０１５８】
図２８は、孔５０の更に他の例を示す平面図である。キャビティ２は、孔５０に代えて孔５０Ｂを備えていてもよい。孔５０Ｂは、一方端が出射面２１０側に突出し、他方端がキャビティ２の中心Ｏに向かう方向に突出した略六角形の形状を有し、中心が中心Ｏに一致するように軸１１に沿って配置される。
【０１５９】
孔５０Ｂは、孔５０と同様に、軸１１に非平行な部分を出射面２１０側および対向面２１１側に有するので、出射面２１０または対向面２１１で反射された光を軸１１の方向と異なる方向に反射する。
【０１６０】
従って、キャビティ２が孔５０Ｂを備える場合も、軸モードのレーザ光を抑制できる。
【０１６１】
なお、孔５０Ｂは、一方端がキャビティ２の中心Ｏに向かう方向に突出し、他方端が対向面２１１側に突出した略六角形の形状を有していてもよい。
【０１６２】
図２９は、孔５０の更に他の例を示す平面図である。キャビティ２は、孔５０に代えて孔５０Ｃを備えていてもよい。孔５０Ｃは、複数の孔５０１〜５０３からなる。
【０１６３】
複数の孔５０１〜５０３の各々は、孔５０と相似な形状を有し、軸１１に沿って配置される。
【０１６４】
複数の孔５０１〜５０３の各々は、孔５０と同様に、軸１１に非平行な部分を出射面２１０側および対向面２１１側に有するので、孔５０Ｃは、出射面２１０または対向面２１１で反射された光を軸１１の方向と異なる方向に反射する。
【０１６５】
従って、キャビティ２が孔５０Ｃを備える場合も、軸モードのレーザ光を抑制できる。
【０１６６】
図３０は、孔５０の更に他の例を示す平面図である。キャビティ２は、孔５０に代えて孔５０Ｄを備えていてもよい。孔５０Ｄは、一方端が出射面２１０側に突出し、他方端が対向面２１１側に突出した略六角形の形状を有し、中心が中心Ｏに一致するように軸１１に沿って配置される。そして、孔５０Ｄは、孔５０に比べ、出射面２１０までの距離および対向面２１１までの距離が短い。
【０１６７】
孔５０Ｄは、孔５０と同様に、軸１１に非平行な部分を出射面２１０側および対向面２１１側に有するので、出射面２１０または対向面２１１で反射された光を軸１１の方向と異なる方向に反射する。
【０１６８】
従って、キャビティ２が孔５０Ｄを備える場合も、軸モードのレーザ光を抑制できる。そして、孔５０Ｄは、孔５０に比べ、出射面２１０までの距離および対向面２１１までの距離が短いので、孔５０Ｄと出射面２１０または対向面２１１との間で伝搬する光が誘導放出によって増幅される割合は、相対的に小さくなる。その結果、キャビティ２が孔５０を備える場合よりも、更に、軸モードのレーザ光を抑制できる。
【０１６９】
従って、この半導体レーザ１０Ｂにおいては、好ましくは、孔５０と出射面２１０または対向面２１１との距離は、相対的に短く設定される。
【０１７０】
なお、上述した実施の形態３においては、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３は、略六角形の形状を有すると説明したが、この発明においては、これに限らず、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３は、三角形および五角形等の六角形以外の形状を有してもいてもよく、一般的には、出射面２１０または対向面２１１で反射され、かつ、軸１１方向に伝搬する光を軸１１方向と異なる方向へ反射する形状であれば、どのような形状を有していてもよい。
【０１７１】
また、上述した実施の形態３においては、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３は、その中心がキャビティ２の中心Ｏに一致するように配置されると説明したが、この発明においては、これに限らず、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３は、その中心がキャビティ２の中心Ｏからずれるように配置されていてもよく、一般的には、一部分が軸１１上に位置するように配置されていればよい。
【０１７２】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１７３】
上述したように、この発明による半導体レーザ１０，１０Ａ，１０Ｂは、レーザ光を出射するキャビティ２とリング形状からなる正極電極５，５５，５６との間にリング形状からなるストライプ層４を備える。その結果、ストライプ層４は、正極電極５，５５，５６からキャビティ２へ注入された注入電流がリング形状に沿った領域から拡がるのを抑制する。
【０１７４】
従って、この発明によれば、レーザ発振のためのしきい値電流を低減できる。
【０１７５】
また、この発明による半導体レーザにおいては、レーザ発振のためのしきい値電流が低減される結果、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードで発振するまでに必要な電流値は、出射光強度を弱めることなく小さくなり、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードへと切り替えるために必要な注入電流の範囲も狭くなる。その結果、シングルモード、ツインモードおよびロッキングモードへモードを切り替えるために必要な電流値は、ストライプ層がない場合に比べ小さくなる。
【０１７６】
従って、この発明によれば、発振モードを正確に切り替えることができる。
【０１７７】
更に、この発明による半導体レーザにおいては、軸１１方向に沿って伝搬する光は、軸１１方向と異なる方向へ反射される。
【０１７８】
従って、この発明によれば、軸モードのレーザ光を抑制できる。
【０１７９】
なお、上記においては、正極電極５，５５，５６がリング形状からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、負極電極６がリング形状からなっていてもよい。この場合、ストライプ層４は、キャビティ２と負極電極６との間に形成される。また、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３は、負極電極６の内側に形成される。そして、この発明においては、一般的に、正極電極５，５５，５６および負極電極６の一方の電極がリング形状からなり、正極電極５，５５，５６および負極電極６の一方の電極がストライプ層４に接して形成されていればよい。また、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３が正極電極５，５５，５６および負極電極６の一方の電極の内側に軸１１に沿って配置されていればよい。
【０１８０】
また、この発明においては、孔５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄの各々は、「空洞部」を構成する。
【０１８１】
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】
【０１８２】
この発明は、レーザ発振のためのしきい値電流を低減可能な半導体レーザに適用される。また、この発明は、発振モードを正確に切替えることができる半導体レーザに適用される。更に、この発明的は、軸モードのレーザ発振を抑制可能な半導体レーザに適用される。更に、この発明は、レーザ発振のためのしきい値電流を低減可能な半導体レーザの製造方法に適用される。更に、この発明は、発振モードを正確に切替えることができる半導体レーザの製造方法に適用される。更に、この発明は、軸モードのレーザ発振を抑制可能な半導体レーザの製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【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に示す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３に示す断面図の一部の拡大図である。
【図５】図４に示すバッファ層２０１，２０２、グレーディッド層２０３、クラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７、クラッド層２０８及びキャップ層２０９のエネルギーバンド図である。
【図６】図４に示すクラッド層２０４、グレーディッド層２０５、活性層２０６、グレーディッド層２０７及びクラッド層２０８の屈折率の分布図である。
【図７】図３に示すストライプ層を詳細に説明するための図である。
【図８】図１に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図９】図１に示す半導体レーザのキャビティから出射されるレーザ光のパターンを示す図である。
【図１０】図１に示す半導体レーザが長手方向の軸に対して所定の角度を成すレーザ光を出射する機構を説明するための図である。
【図１１】長手方向の軸に沿って形成された電極を有するキャビティの平面図である。
【図１２】発振するレーザ光の遠視野像を示す図である。
【図１３】実施の形態２による半導体レーザの斜視図である。
【図１４】図１３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１５】図１３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１６】図１３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１７】図１３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。
【図１８】実施の形態３による半導体レーザの斜視図である。
【図１９】図１８に示す矢印７の方向から見たキャビティおよび正極電極の平面図である。
【図２０】図１８に示す矢印７の方向から見たキャビティおよび孔の平面図である。
【図２１】孔の機能を説明するための平面図である。
【図２２】図１８に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図２３】図２２に示す製造工程に従って作成したキャビティの電子顕微鏡像を示す図である。
【図２４】発振するレーザ光の他の遠視野像を示す図である。
【図２５】正極電極の線幅によるレーザ発振のためのしきい値の違いを示す図である。
【図２６】正極電極の線幅による遠視野像の違いを示す図である。
【図２７】孔の他の例を示す平面図である。
【図２８】孔の更に他の例を示す平面図である。
【図２９】孔の更に他の例を示す平面図である。
【図３０】孔の更に他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１ 基板、１ａ，３ａ 表面、２ キャビティ、３，３０ 絶縁膜、２１４，２１５ 領域、４  ストライプ層、５，５５，５６ 正極電極、５Ａ リング電極、５Ｂ 線状電極、６ 負極電極、７，８，１３，１４ 矢印、９，１１ 軸、１０，１０Ａ，１０Ｂ 半導体レーザ、１２ 電圧印加回路、２０ エピタキシャル層、２１ メインキャビティ、２２〜２５ ウイング、３１，３３，３４，３６ レジスト、３２ 窓、３５，５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０１〜５０３ 孔、４０ 電極、２０１，２０２ バッファ層、２０３，２０５，２０７ グレーディッド層、２０４，２０８ クラッド層、２０６ 活性層、２０９ コンタクト層、２１０，２１０Ａ 出射面、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ，２１１Ｅ 対向面、２１２，２１３ 端面、２２１，２３１，２４１，２５１ 曲面、５６１，５６２  電極、ＬＢ，ＬＢ０，ＬＢ１，ＬＢ２ レーザ光。
【図１】
2008141185.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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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