(57)【要約】【課題】半導体レーザの活性層における発光波長の面内均一性を向上する。【解決手段】含有率を変化させたときに、活性層の面内における誘導放出光の波長差は実質的に変化させない一方、該誘導放出光の広がり角は変化させる広がり角制御用物質を材料として含むＮ型クラッド層を、層歪を生じない厚みとなるよう薄膜化し、この薄膜化に起因する広がり角の増大は、当該広がり角制御物質の含有率を調整することによって相殺し又は減殺する。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型ＧａＡｓ基板上に、Ｎ型クラッド層、活性層、及びＰ型クラッド層が積層されてなる半導体レーザ構造において、
前記Ｎ型クラッド層が、実質的な層歪を生じないよう薄層化されていることを特徴とする半導体レーザ構造。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ構造において、
前記Ｎ型クラッド層が、その含有率を変化させたときに、前記活性層の面内における誘導放出光の波長差は実質的に変化させない一方、該誘導放出光の広がり角は変化させる材料を含んで構成されていることを特徴とする半導体レーザ構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体レーザ構造において、
前記半導体が、化合物半導体であることを特徴とする半導体レーザ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ構造に関し、特に活性層における発光波長の面内均一性を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に例示する半導体レーザの構造は、Ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｎ型クラッド層）２、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（活性層）３、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｐ型クラッド層）４、及びＰ型ＧａＡｓ層（キャップ層）５がこの順に積層されて成る。Ｎ型ＧａＡｓ基板１側の端面にはマイナス電極６が設けられ、キャップ層５側の端面にプラス電極７が設けられている。この種の半導体レーザにおいては、活性層３面内における発光波長差を３ｎｍ以下にし、且つレーザ光の広がり角（θ⊥）を１９〜２１Å以下にしたいとの要請がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような基準を歩留まりよくクリアするのは困難であった。例えば、Ｎ型クラッド層の厚みを１０μｍに設計すれば、レーザ光の広がり角を１９〜２１Å以下に抑えることはできる。一方、Ｎ型クラッド層の層厚が１０μｍまで厚くなると、層歪が生じ易くなってしまう。甚だしい場合には、その層歪に起因して、活性層３面内での発光波長差が３μｍをオーバーしてしまうこともあった。
【０００４】
本発明の目的は、活性層における発光波長の面内均一性を向上できる半導体レーザ構造を提供することにある。また本発明の目的は、レーザ光の広がり角を１９〜２１Å以内にし、且つ活性層面内での発光波長差を３ｎｍ以内にできる半導体レーザ構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ構造は、Ｎ型ＧａＡｓ基板上に、Ｎ型クラッド層、活性層、及びＰ型クラッド層を積層してなる半導体レーザ構造において、前記Ｎ型クラッド層を、層歪を生じないよう薄層化したことを特徴とする。
【０００６】
また本発明の半導体レーザ構造は、前記Ｎ型クラッド層を、その含有率を変化させたときに、前記活性層の面内における誘導放出光の波長差は実質的に変化させない一方、該誘導放出光の広がり角は変化させる材料（以下、広がり角制御用材料という。）を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
また本発明において、前記半導体は化合物半導体であることを特徴とする。
【０００８】
【作用及び効果】
本発明によれば、Ｎ型クラッド層を薄層化したことにより、該Ｎ型クラッド層における層歪は実質的に無くなる。これにより、活性層における発光波長の面内均一性を向上できる。また広がり角制御用材料の含有率を調整することにより、活性層における発光波長の面内均一性は良好に保ったまま、Ｎ型クラッド層の薄層化に起因する誘導放出光の広がり角の増大を抑制できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態による半導体レーザ構造について説明する。従来と同様の構成については、説明を省略する。
【００１０】
本半導体レーザ構造は、Ｎ型ＧａＡｓ基板上に、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｎ型クラッド層）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（活性層）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｐ型クラッド層）、及びＰ型ＧａＡｓ層（キャップ層）をこの順に積層して成る。Ｎ型ＧａＡｓ基板の厚みは３００μｍであり、活性層の厚みは０．１μｍであり、Ｐ型クラッド層の厚みは５μｍであり、キャップ層の厚みは１μｍである。また、Ｐ型クラッド層におけるＡｌとＧａの混晶比は０．４：０．６であり、活性層におけるＡｌとＧａの混晶比は０．２：０．８である。
【００１１】
そして本半導体レーザ構造は、以上の構成において、Ｎ型クラッド層を実質的な層歪を生じないように層厚５μｍ未満、好ましくは１μｍに薄膜化し、且つ該Ｎ型クラッド層におけるＡｌの混晶比を０．５以上、好ましくは０．７としたことを最大の特徴としている。
【００１２】
本半導体レーザ構造によれば、Ｎ型クラッド層を薄層化したことにより、該Ｎ型クラッド層における層歪は実質的に無くなるから、活性層面内での発光波長差を３ｎｍ以下、好適には略０．５ｎｍまで抑えることができる。またＡｌの混晶比を上記の如く調整することにより、活性層における発光波長の面内均一性は良好に保ったまま、レーザ光の広がり角（θ⊥）を１９〜２１Å以下にできる。
【００１３】
〔実施例〕
図１に示した半導体レーザ構造のＮ型クラッド層の層厚だけを１０μｍ、５μｍ、１μｍと変えたものをそれぞれ作成し、各半導体レーザ構造について活性層面内における発光波長差とレーザ光の広がり角とを調べた。このときのＮ型クラッド層の厚みと、活性層の面内における発光波長差との関係を図２に示し、Ｎ型クラッド層の厚みと、活性層におけるレーザ光の広がり角との関係を図３に示す。
【００１４】
その結果、図２に示すように、Ｎ型クラッド層の層厚が薄くなるにしたがって、活性層面内での発光波長差が小さくなってゆくことが判明した。具体的には、Ｎ型クラッド層の厚みが５μｍ未満のときには、活性層面内での発光波長差を３ｎｍ以下に抑制できる。特に、Ｎ型クラッド層の厚みが１μｍ未満のときには、活性層面内での発光波長差を略０．５ｎｍとすることができる。これは、Ｎ型クラッド層の層厚が薄い程、その層歪が小さくなるためであると考えられる。
【００１５】
しかしその一方で、図３に示すように、Ｎ型クラッド層の層厚が薄くなるにしたがって、レーザ光の広がり角は大きくなってゆくことも判明した。具体的には、Ｎ型クラッド層の厚みが１０μｍ→１μｍと薄層化すると、レーザ光の広がり角が２０Å→２５Åと大きくなってしまった。これは、Ｎ型クラッド層を薄くしたことにより、誘導放出光の閉じ込めが弱くなるためであると考えられる。
【００１６】
そこで、活性層における発光波長の面内均一性を良好に保ちながら、レーザ光の広がり角が増大するという弊害を如何にして除去するかについて検討したところ、該弊害はＮ型クラッド層におけるＡｌ混晶比によって除去できることが判明した。
【００１７】
Ｎ型クラッド層の層厚を１μｍに固定しておいて、Ｎ型クラッド層のＡｌ混晶比だけを０．３、０．５、０．７と変えたものをそれぞれ作成し、各半導体レーザ構造について、活性層面内における発光波長差とレーザ光の広がり角とを調べた。このときのＮ型クラッド層のＡｌ混晶比とレーザ光の広がり角との関係を図４に示し、Ｎ型クラッド層のＡｌ混晶比と活性層面内での発光波長差との関係を図５に示す。
【００１８】
図４に示すように、Ａｌ混晶比が０．３→０．５→０．７とアップしてゆくにつれて、レーザ光の広がり角は小さくなってゆくのが分かる。これは、Ａｌ混晶比が増大することにより、誘導放出光の閉じ込め効果が増大するためであると考えられる。特に、Ａｌ混晶比を０．７としたときには、レーザ光の広がり角は略２０Åとなり、Ｎ型クラッド層を薄層化することに起因する弊害を完全に相殺できた。
【００１９】
しかも、図５に示すように、Ａｌ混晶比を増大させても、活性層面内での発光波長差は殆ど変化しないことが判明した。つまり、Ａｌの含有率を変化させても活性層の面内における誘導放出光の波長差は実質的に変化しない。従って、Ａｌ混晶比を変化させることにより、発光波長差を小さく保ったまま、レーザ光の広がり角を小さくできる。このように本半導体レーザ構造において、Ａｌは、その含有率を変化させたときに、活性層の面内における誘導放出光の波長差は実質的に変化させない一方、該誘導放出光の広がり角は変化させる材料である。
【００２０】
以上のように、好ましくは、Ｎ型クラッド層の層厚を１０μｍから１μｍへ薄くし、且つ該Ｎ型クラッド層におけるＡｌ混晶比を０．３から０．７へ上げることにより、活性層面内での発光波長差を１．０未満にでき、しかもレーザ光の広がり角（θ⊥）を１９〜２１Å以下に抑制できる。
【００２１】
以上、本発明を３元化合物半導体レーザに適用した場合について説明した。本発明は、４元化合物半導体レーザにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体レーザ構造を示す図。
【図２】Ｎ型クラッド層の厚みと活性層の面内における発光波長のばらつきとの関係を示す図。
【図３】Ｎ型クラッド層の厚みと活性層におけるレーザ光の広がり角との関係を示す図。
【図４】Ｎ型クラッド層の厚みを１μｍに固定した場合において、該Ｎ型クラッド層のＡｌ混晶比と、活性層におけるレーザ光の広がり角との関係を示した図。
【図５】Ｎ型クラッド層の厚みを１μｍに固定した場合において、該Ｎ型クラッド層のＡｌ混晶比と、活性層の面内における発光波長のばらつきとの関係を示した図。
【符号の説明】
１　Ｎ型ＧａＡｓ基板
２　Ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｎ型クラッド層）
３　Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（活性層）
４　Ｐ型ＡｌＧａＡｓ層（Ｐ型クラッド層）
５　Ｐ型ＧａＡｓ層（キャップ層）
６　マイナス電極
７　プラス電極
【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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