(57)【要約】【課題】  大出力で、かつ、円形に近いビーム形状のレーザ光を得ることができる半導体レーザを提供することにある。【解決手段】  ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡｓ層２が形成され、その上にｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる活性層５、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層８がメサ形に積層されている。活性層５と光ガイド層４との合計の厚さが１．５μｍ以上となっている。ｎ−ＧａＡｓ層２およびメサ状部の上面には絶縁膜９およびｐ型電極１０が形成されている。ストライプ幅は４００μｍとなっている。【選択図】      図５
2004336085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ幅が１００μｍ以上である半導体レーザであって、
キャリアである電子および正孔が注入され、該注入されたキャリアを再結合させることで光を発生する活性層と、
前記活性層に対して前記電子を注入する側に少なくとも形成され、前記活性層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成されて前記活性層で発生された前記光を閉じ込める光ガイド層と、
前記光ガイド層を含めた前記活性層の上下に形成され、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成されたクラッド層とを有し、
前記活性層と前記光ガイド層との厚さの合計が１．５μｍ以上とされ、かつ、
前記電子および正孔の前記クラッド層から前記活性層に到達する距離が前記正孔の方において前記電子よりも短くされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層の厚さを０．０５μｍ以上、０．１５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層と前記光ガイド層と前記クラッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層と前記光ガイド層と前記クラッド層とを、ＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料のいずれかの材料にて構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記活性層と前記光ガイド層との厚さの合計を５．５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記活性層の一方の面にｎ型の光ガイド層を介してｎ型のクラッド層を配置するとともに、前記活性層の他方の面にｐ型のクラッド層を直接配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記クラッド層は前記活性層の一方の面に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記活性層の他方の面に形成された第２導電型の第２のクラッド層とからなり、
さらに、前記第１のクラッド層側に形成された半導体基板と、該半導体基板の前記第１のクラッド層とは反対側に形成された下面電極と、前記第２のクラッド層上に形成され１００μｍ以上のストライプ幅を有する上面電極とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
下面に下面電極を有するｎ型の半導体基板と、
前記半導体基板の前記下面電極とは反対側の上面に形成されたｎ型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成され、前記第１のクラッド層よりも実質的に屈折率が高くＡｌＧａＡｓ系材料からなるｎ型の光ガイド層と、
前記光ガイド層上に形成され、ＡｌＧａＡｓ系材料からなり、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率が高く、キャリアが注入されて該注入されたキャリアを再結合させることで光を発生する活性層と、
前記活性層上に直接形成され、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率が低いｐ型の第２のクラッド層と、
前記第２のクラッド層上に形成され、１００μｍ以上のストライプ幅を有する上面電極とを有し、
前記第１の光ガイド層と前記活性層と前記第２の光ガイド層との厚さの合計を１．５μｍ以上、かつ５．５μｍ以下としたことを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザに係り、特に、ロボットの目やレーザレーダシステム等を構成する測距用の半導体レーザとして好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザを用いて自動車間の距離を測定し、車間距離を一定に保ったり、また前方の車に接近し過ぎた場合に警報を発する、あるいはブレーキをかけるというようなシステムが検討されている。このようなシステムでは、１００ｍ先の物体を検知する必要があり、半導体レーザにおいてはパルス駆動で数十Ｗクラスの光出力が要求されている。この大出力半導体レーザの構造を図８に示す。ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にｎ−ＧａＡｓ層２２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２３が積層され、その上に活性層２４、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５、ｐ−ＧａＡｓ層２６がメサ状に積層されている。ここで、活性層とは、注入されたキャリアを閉じ込め、再結合させることで光に変換する層である。さらに、絶縁膜２７およびｐ型電極２８が形成されている。一方、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の裏面にはｎ型電極２９およびＡｕ／Ｓｎ層３０が形成されている。
【０００３】
一般に、数十Ｗクラスの大出力パルス半導体レーザは大出力化のため図８に示すようにストライプ幅を少なくとも１００μｍ以上とする必要がある。一方、活性層２４の厚さはキャリアを狭い領域に閉じ込め、しきい値電流を小さくするという目的から０．１μｍ程度にする必要がある。このように、大出力パルス半導体レーザは波長に比べストライプ幅が大きく、かつ活性層の厚さは小さくなっているため、活性層の拡がり方向（水平方向）には光の回折が起こらず、活性層の厚さ方向（垂直方向）には回折が起こるため、ビーム形状は活性層の厚さ方向（垂直方向）に広がった楕円形状となっており、楕円比（図９でのビーム断面の長径Ｈと短径Ｗの比Ｈ／Ｗ）が２．５〜３．２程度となっている。
【０００４】
そして、レーザ光のビームを所望の広がり角を持つ範囲に集光するために光学レンズが用いられており、レンズ設計の容易さ、システムの小型化という観点から、放射されるレーザ光のビーム形状はなるべく円形に近い方が望ましく、楕円比が「２．５」よりも小さいものが要求されている。
【０００５】
円形に近いビーム形状のレーザ光を得るための一般的手法として、特許文献１では小出力半導体レーザにおいて、半導体に高屈折率のレンズ部を形成している。ところが、半導体内にレンズ部を形成しようとすると、新たなる工程が必要となる問題があった。そこで、レンズ部を必要とせず円形に近いレーザ光を得るようにしたものとして、特許文献２がある。特許文献２では、同じく小出力半導体レーザにおいて、活性層の上下に活性層より屈折率の低い光ガイド層（閉じ込め層）を形成し、さらに、活性層の幅を０．５μｍ以上、１．５μｍ以下としている。ここで、光ガイド層というのは、活性層で発生した光を閉じ込め、導波させる働きをする層のことである。
【特許文献１】特開昭５５−１４３０９２号公報
【特許文献２】特開平４−１５１８８７号公報
【特許文献３】特開昭６１−７９２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に示された半導体レーザは、小出力（数十ｍＷ）クラスの半導体レーザ（ストライプ幅；数μｍ〜数十μｍ）に用いることにより円形に近いビーム形状のレーザ光を得ることができるが、上記ストライプ幅が１００μｍ以上の大出力パルス半導体レーザに用いた場合、単に活性層の幅を限定し、光ガイド層で挟んだ構造にしただけでは円形に近いビーム形状のレーザ光を得ることができないことが分かった。
【０００７】
これは、一般的に小出力の半導体レーザ（ストライプ幅が１００μｍ未満）においては、発光開始電流（しきい値電流）が変わってしまうという問題により、光ガイド層の厚さをあまり大きくとれず、従って、ビーム形状を変化させるためにはストライプ幅を変化させたり、活性層の幅を変えたり、また活性層の両側にキャリア障壁層を付加させたり（特許文献３）するしかないと考えられていたためである。そして、この発光開始電流変化はストライプ幅が１００μｍ以上の半導体レーザにおいても生じると考えられていたため大出力半導体レーザにおいては、上記のように楕円比２．５〜３．２程度のものしか得られていなかった。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、ストライプ幅が１００μｍ以上を有する大出力の半導体レーザにおいて円形に近いビーム形状のレーザ光を得ることができる半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、光の閉じ込め効果は光ガイド層と活性層の厚みの合計で決定されることを見出した。
【００１０】
そこで、請求項１に記載の発明は、ストライプ幅が１００μｍ以上である半導体レーザであって、
キャリアである電子および正孔が注入され、該注入されたキャリアを再結合させることで光を発生する活性層と、前記活性層に対して前記電子を注入する側に少なくとも形成され、前記活性層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成されて前記活性層で発生された前記光を閉じ込める光ガイド層と、前記光ガイド層を含めた前記活性層の上下に形成され、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率の低い材料で構成されたクラッド層とを有し、
前記活性層と前記光ガイド層との厚さの合計が１．５μｍ以上とされ、かつ、
前記電子および正孔の前記クラッド層から前記活性層に到達する距離が前記正孔の方において前記電子よりも短くされている半導体レーザをその要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明における前記活性層の厚さを０．０５μｍ以上、０．１５μｍ以下とした半導体レーザをその要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明における前記活性層と前記光ガイド層と前記クラッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成した半導体レーザをその要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明における前記活性層と前記光ガイド層と前記クラッド層とを、ＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料のいずれかの材料にて構成した半導体レーザをその要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明における前記活性層と前記光ガイド層との厚さの合計を５．５μｍ以下とした半導体レーザをその要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明における前記活性層の一方の面にｎ型の光ガイド層を介してｎ型のクラッド層を配置するとともに、前記活性層の他方の面にｐ型のクラッド層を直接配置した半導体レーザをその要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明における前記クラッド層は前記活性層の一方の面に形成された第１導電型の第１のクラッド層と、前記活性層の他方の面に形成された第２導電型の第２のクラッド層とからなり、さらに、前記第１のクラッド層側に形成された半導体基板と、該半導体基板の前記第１のクラッド層とは反対側に形成された下面電極と、前記第２のクラッド層上に形成され１００μｍ以上のストライプ幅を有する上面電極とを有する半導体レーザをその要旨とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、下面に下面電極を有するＮ型の半導体基板と、前記半導体基板の前記下面電極とは反対側の上面に形成されたＮ型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成され、前記第１のクラッド層よりも実質的に屈折率が高くＡｌＧａＡｓ系材料からなるＮ型の光ガイド層と、前記光ガイド層上に形成され、ＡｌＧａＡｓ系材料からなり、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率が高く、キャリアが注入されて該注入されたキャリアを再結合させることで光を発生する活性層と、前記活性層上に形成され、前記光ガイド層よりも実質的に屈折率が低いＰ型の第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成され、１００μｍ以上のストライプ幅を有する上面電極とを有し、前記第１の光ガイド層と前記活性層と前記第２の光ガイド層との厚さの合計を１．５μｍ以上、かつ５．５μｍ以下とした半導体レーザをその要旨とする。
【００１８】
請求項１乃至８に記載の発明によれば、光ガイド層の厚さを厚くしていくと、光ガイド層の厚さ方向（垂直方向）の光の回折効果が小さくなりビームは狭くなる。一方、光ガイド層の拡がり方向（水平方向）の回折効果は変化しない。図４に示すように、活性層と光ガイド層の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることでビームが円形に近づく。
【００１９】
さらに、クラッド層から注入される電子および正孔が活性層まで到達する距離は正孔の方において電子よりも短くされており、従って、全体の抵抗が減少し、素子の発熱が抑えられ信頼性が向上する。請求項６、８に記載の発明では、活性層の一方の面にｎ型の光ガイド層を介してｎ型のクラッド層を配置するとともに、活性層の他方の面にｐ型のクラッド層を直接配置しており、キャリアである電子がｎ型のクラッド層からｎ型の光ガイド層を介して活性層に注入される一方、キャリアである正孔はｐ型のクラッド層から直接活性層に注入される。
【００２０】
請求項２に記載の発明のように、活性層の厚さを０．０５μｍ以上、０．１５μｍ以下とすれば、キャリアは活性層の狭い領域のみに閉じ込められるためしきい値電流の増加、光出力の低下は起こらない。
【００２１】
請求項３に記載の発明のように、活性層と光ガイド層とクラッド層とをＡｌＧａＡｓ系材料にて構成すれば、ビームの楕円比が「２．５」よりも小さくなる。
【００２２】
請求項４に記載の発明のように、活性層と光ガイド層とクラッド層とをＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＳｂ系材料、ＡｌＧａＩｎＮ系材料のいずれかの材料にて構成すれば、ビームの楕円比が「２．５」よりも小さくなる。
【００２３】
請求項５に記載の発明のように、活性層と光ガイド層との厚さの合計を、さらに５．５μｍ以下とすれば、ビームが円形に近づく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、この発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
【００２５】
図２は本実施形態の大出力半導体レーザの斜視図を示し、図１には大出力半導体レーザの断面図を示す。図３には、大出力半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。この大出力半導体レーザはパルス駆動されるようになっている。
【００２６】
半導体基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓ層２、第１のクラッド層としてのｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３、第１の光ガイド層としてのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる活性層５、第２の光ガイド層としてのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６、第２のクラッド層としてのｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層８が順に積層されている。活性層５は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡｓとＧａＡｓとが交互に積層され、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓが５層、ＧａＡｓが６層形成されている。又、クラッド層３と光ガイド層４と活性層５と光ガイド層６とクラッド層７とＧａＡｓ層８とは、メサ形となっている。そして、活性層５の前端面（図２における手前側端面）には低反射膜、後端面には高反射膜がコーティングされている。
【００２７】
ｎ−ＧａＡｓ層２の厚さは５００ｎｍ（０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３の厚さは１μｍ、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４の厚さは０〜２．２５μｍである。又、活性層５においては、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓの一層の厚さが７．５ｎｍ（０．００７５μｍ）であり、かつ、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓが５層あるので、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓの合計の厚さは３７．５ｎｍ（＝７．５ｎｍ×５層）となっている。又、活性層５におけるＧａＡｓの一層の厚さが１５ｎｍ（０．０１５μｍ）であり、かつ、ＧａＡｓが６層あるのでＧａＡｓの合計の厚さは９０ｎｍ（＝１５ｎｍ×６層）となっている。よって、活性層５の厚さは１２７．５ｎｍ、即ち、０．１２７５μｍとなっている。
【００２８】
ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６の厚さは０〜２．２５μｍ、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７の厚さは１μｍ、ｐ−ＧａＡｓ層８の厚さが０．８μｍである。
【００２９】
本実施形態では、活性層５の厚さが１２７．５ｎｍで、活性層５と光ガイド層４と光ガイド層６との合計の厚さが１．５μｍ以上となっている。
【００３０】
又、活性層５の屈折率（平均屈折率）は「３．６」であり、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４およびｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６の屈折率はそれぞれ「３．５」であり、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３およびｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７の屈折率はそれぞれ「３．３」である。そして、図３に示すように、光ガイド層４，６は活性層５よりもバンドギャップが大きくなるように設定されている。
【００３１】
ｎ−ＧａＡｓ層２およびメサ状部の上面にはＳｉＯ2からなる絶縁膜９が形成されるとともに、メサ状部の上面には絶縁膜９の無い窓部１３が形成されている。さらに、その上にはＣｒ／Ａｕからなる上面電極としてのｐ型電極１０が形成され、ｐ−ＧａＡｓ層８とオーミックコンタクトが取られている。窓部１３の幅、即ち、ストライプ幅は４００μｍとなっている。
【００３２】
ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる下面電極としてのｎ型電極１１が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板１とオーミックコンタクトが取られている。又、ｎ型電極１１の表面にはＡｕ／Ｓｎ層１２が形成され、このＡｕ／Ｓｎ層１２は半導体レーザ素子と、台座であるＣｕ製のヒートシンクを接合するための接合剤である。
【００３３】
図２に示すように、この大出力半導体レーザの縦横の寸法は、５００μｍ×６００μｍとなっている。
【００３４】
次に、この大出力半導体レーザの製造方法を説明する。
【００３５】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−ＧａＡｓ層２、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造からなる活性層５、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７、ｐ−ＧａＡｓ層８を順次ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により積層する。その後、エッチングによりメサ状部を形成する。
【００３６】
引き続き、ｎ−ＧａＡｓ層２およびメサ状部の上面にＳｉＯ2からなる絶縁膜９をプラズマＣＶＤ法により成膜し、エッチングにより窓あけをして窓部１３を形成する。そして、絶縁膜９上に、Ｃｒ／Ａｕからなるｐ型電極１０を電子ビーム蒸着法により形成し、約３６０℃において熱処理を行いオーミックコンタクトを取る。
【００３７】
さらに、ｎ−ＧａＡｓ基板１の裏面にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ型電極１１を電子ビーム蒸着法により形成し、熱処理を行いオーミックコンタクトを取る。その後、Ａｕ／Ｓｎ層１２を電子ビーム蒸着法により形成する。最後に、端面をへき開し半導体レーザチップとする。
【００３８】
このレーザのｐ型電極１０とｎ型電極１１の間にパルスの電流を流すことにより、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７側より正孔が、ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３側より電子がそれぞれ活性層５内に注入され、再結合することにより発光する。このようにして発光した光がへき開した前後の端面で反射を繰り返すことで増幅されレーザ発振し、前端面よりレーザ光が発射される。
【００３９】
図４には、活性層５の厚さを１２７．５ｎｍとし、ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４およびｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６の厚さを変えることにより、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の合計の厚さを変えた場合のビームの楕円比（図９におけるＨ／Ｗ）の測定結果を示す。尚、ここで、光ガイド層４の膜厚と光ガイド層６の膜厚は等しくした。
【００４０】
この図４から次のことが分かる。即ち、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることでビームの楕円比を「２．５」よりも小さくすることができる。さらに、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の厚さの合計を４．５μｍ付近に選べば楕円比が「１」、即ち完全な円形に近いビームを得ることができる。これは、光ガイド層の膜厚を大きくしていくと、光ガイド層の厚さ方向（垂直方向）には光の回折効果が小さくなりビームは狭くなるのに対し、光ガイド層の拡がり方向（水平方向）の回折効果は変化しないためである。その結果、図４に示すように、ビームの楕円比を「１」程度から「３」程度にまで制御することができる。又、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の厚さの合計を５．５μｍ以下とすることで、ビームの楕円比を０．４よりも大きくすることができる。これは、楕円比２．５の縦横を入れ換えたものにほかならない。
【００４１】
尚、図４において、ハッチングで示した領域は、図８に示した大出力半導体レーザ（光ガイド層の無い半導体レーザ）の楕円比を示し、その楕円比は２．５〜３．２程度である。
【００４２】
ここで、活性層５の厚さを０．１μｍ付近（０．１±０．０５μｍの間）とすることで、キャリアを狭い所に閉じ込め、キャリアを有効に再結合させることができるため、しきい値電流を低くすることができ、又、光出力が低下することも防止できる。
【００４３】
このように、活性層５と光ガイド層４および光ガイド層６の合計の膜厚を１．５μｍ以上にし、かつ、活性層５の膜厚を０．１μｍ付近にするために、本実施形態では、光ガイド層４および光ガイド層６の合計の厚さを１．５μｍ以上にしている。
【００４４】
尚、図４の測定に際しては上述のようにｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４とｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層６の膜厚を同一としたが、異なっていてもよい。後述の第２実施形態で詳述するが、キャリアである電子および正孔がクラッド層から活性層まで到達する距離において正孔の方が電子よりも短くなれば、全体の抵抗が減少し、素子の発熱が抑えられ信頼性が向上する。
【００４５】
このように本実施形態の半導体レーザでは、ストライプ幅を４００μｍの大出力用とし、活性層５の上下に、活性層５より屈折率の低い光ガイド層４，６を有し、さらに、その光ガイド層４，６を含めた活性層５の上下に光ガイド層４，６より屈折率の低いクラッド層３，７を有し、かつ活性層５と光ガイド層４，６の厚さの合計を１．５μｍ以上とした。よって、光ガイド層４，６の厚さを厚くしていくと、光ガイド層４，６の厚さ方向（垂直方向）の光の回折効果が小さくなりビームは狭くなる。一方、光ガイド層４，６の拡がり方向（水平方向）の回折効果は変化しない。このようにして、活性層５と光ガイド層４，６の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることでビームを円形に近づけることができる。
【００４６】
又、活性層５の厚さを、０．０５〜０．１５μｍの範囲内である０．１２７５μｍとしたので、キャリアは活性層５の狭い領域のみに閉じ込められるため、これによってしきい値電流の増加、光出力の低下は防止できる。
【００４７】
さらに、活性層５と光ガイド層４，６とクラッド層３，７とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成した。よって、活性層５と光ガイド層４，６の合計の厚さを１．５μｍ以上とすることで、ビームの楕円比を「２．５」よりも小さくすることができる。このように、大出力のままビームの楕円比が「２．５」よりも小さい円形に近いビーム形状を得ることができ、集光のためのレンズ設計およびレンズ製作が容易になり、又、システムの要求に適合したビーム形状のレーザの製作が可能となる。
【００４８】
さらには、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いたことにより、発振波長が０．８μｍ帯のレーザを得ることができる。
【００４９】
以上、一般的に小出力の半導体レーザ（ストライプ幅が１００μｍ未満）においては、発光開始電流（しきい値電流）が変わってしまうという問題により、光ガイド層の厚さをあまり大きくとれず、従って、ビーム形状を変化させるためにはストライプ幅を変化させたり、活性層の幅を変えたり、また活性層の両側にキャリア障壁層を付加させたり（特許文献３）するしかないと考えられていた。そして、この発光開始電流変化はストライプ幅が１００μｍ以上の半導体レーザにおいても生じると考えられていたため大出力半導体レーザにおいては、上記のように楕円比２．５〜３．２程度のものしか得られていなかった。しかしながら、本発明者等は、ストライプ幅１００μｍ以上の半導体レーザにおいては、光ガイド層の厚さを変えても、しきい値電流（発光開始電流）はほとんど変化しないということを見出し、又、光ガイド層の厚さ及び活性層の厚さを積極的に変化させることによりビームの形状が制御できるということを見出した。そして、その光ガイド層及び活性層の厚さの合計を１．５μｍ以上とすることによりビームの形状を「２．５」より小さくできるということを見出した。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本実施形態の大出力半導体レーザは、図５，６に示すように、活性層５の下のみｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４を設け、活性層５の上には光ガイド層が設けられていない。その結果、キャリアである電子がｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層３からｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４を介して活性層５に注入されるとともに、キャリアである正孔がｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層７から直接、活性層５に注入される。よって、キャリアである電子および正孔が活性層５まで到達する距離は正孔の方が電子よりも短くなる。従って、全体の抵抗が減少し、素子の発熱が抑えられ信頼性が向上する。この場合においても、活性層５とｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層４の合計の膜厚を１．５μｍ以上とすることで第１実施形態と同様に楕円比が「２．５」よりも小さいビーム形状を得ることができる。
【００５２】
尚、本発明は上記各実施形態に限定されるものでなく、例えば、上記各実施形態ではストライプ幅が４００μｍであったが、ストライプ幅が１００μｍ以上の半導体レーザであれば適用できる。又、パルス駆動の半導体レーザの他にも直流駆動（ＣＷ）の半導体レーザに使用してもよい。さらに、上記各実施形態では活性層と光ガイド層とクラッド層とを、ＡｌＧａＡｓ系材料にて構成したが、他にも、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＮ系等の材料にて構成してもよい。この場合、活性層５と光ガイド層の厚さの合計を２．５μｍ以上、５．５μｍ以下とすることにより、ビームの楕円比をほぼ「２」以下に設定できる。そして、材料に応じた発振波長のレーザを得ることができる。
【００５３】
さらに、上記各実施形態ではメサ形の半導体レーザを用いて説明したが、図７に示すように、メサ形でない半導体レーザとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態の大出力半導体レーザの断面図。
【図２】第１実施形態の大出力半導体レーザの斜視図。
【図３】第１実施形態の大出力半導体レーザのエネルギーバンド図。
【図４】活性層と光ガイド層の厚さの合計値と楕円比との関係を示すグラフ。
【図５】第２実施形態の大出力半導体レーザの断面図。
【図６】第２実施形態の大出力半導体レーザのエネルギーバンド図。
【図７】他の実施形態の大出力半導体レーザの斜視図。
【図８】従来の大出力半導体レーザの斜視図。
【図９】ビームの断面を示す断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１    半導体基板としてのｎ−ＧａＡｓ基板
３    第１のクラッド層としてのｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層
４    第１の光ガイド層としてのｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
５    活性層
６    第２の光ガイド層としてのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層
７    第２のクラッド層としてのｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層
１０  上面電極としてのｐ型電極
１１  下面電極としてのｎ型電極
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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