(57)【要約】【課題】半導体レーザの主要な特性を極端に悪化させることなく、出射される光の縦方向の遠視野像の半値全幅を実効的に低減させ、光ファイバーとレンズで構成された光学系などと半導体レーザとの良好な結合を実現し、かつ、半導体レーザそのものの高出力動作特性も向上させること。【解決手段】第一導電型を示す基板上に、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、活性層構造、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層をこの順に有しており、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容されている発振波長λ（ｎｍ）の半導体レーザであって、当該半導体レーザから出射される光の放射パターンにおいて、基板に垂直な方向の遠視野像（ＦＦＰＶ）の中に、最大強度がＩＶｍａｉｎである主ピークと、極大強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークが存在するとともに、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５（ＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋のうち強度が大きい方）である半導体レーザ。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型を示す基板上に、少なくとも、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、活性層構造、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層をこの順に有しており、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容されている発振波長λ（ｎｍ）の半導体レーザであって、
当該半導体レーザから出射される光の放射パターンにおいて、基板に垂直な方向の遠視野像（ＦＦＰＶ）の中に、最大強度がＩＶｍａｉｎである主ピークと、極大強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークが存在するとともに、以下の式を満たすことを特徴とする半導体レーザ。
【数１】
2004103678.tif 000002
（上式において、ＩＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋のうち強度が大きい方を表す。）
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザであって、主ピークが現れる角度をＰ（ＩＶｍａｉｎ）、極大強度がＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークが現れる角度をそれぞれＰ（ＩＶｓｕｂ−）、Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）とするとき、以下の式を満足することを特徴とする半導体レーザ。
【数２】
2004103678.tif 000003
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザであって、当該半導体レーザから出射される主ピークの放射パターンにおいて、基板に平行な方向の遠視野像（ＦＦＰＨ）の中に１つの極大値しか存在しないことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザであって、基板に平行な方向の遠視野像（ＦＦＰＨ）の最大強度をＩＨｍａｉｎ、当該最大強度を有するピークが現れる角度をＰ（ＩＨｍａｉｎ）とするとき、以下の式を満足することを特徴とする半導体レーザ。
【数３】
2004103678.tif 000004
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、その発振波長λ（ｎｍ）が以下の式を満たすことを特徴とする半導体レーザ。
【数４】
2004103678.tif 000005
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、素子内に複数の発光点を有しないことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、第一導電型第一クラッド層の平均屈折率をＮｘｎ、第一導電型第二クラッド層の平均屈折率をＮｓｎ、活性層構造の平均的屈折率をＮａ、第二導電型第二クラッド層の屈折率Ｎｓｐ、第二導電型第一クラッド層の平均屈折率をＮｘｐとするとき、これら屈折率が以下の式を満たすことを特徴とする半導体レーザ。
【数５】
2004103678.tif 000006
【請求項８】
請求項７に記載の半導体レーザであって、活性層構造の少なくとも片側に光ガイド層を有し、この屈折率をＮｇとするとき、各層の屈折率が以下の式を満たすことを特徴とする半導体レーザ。
【数６】
2004103678.tif 000007
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、基板がＧａＡｓからなり、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層の少なくとも一部分がＡｌ，ＧａおよびＡｓを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、基板がＧａＡｓからなり、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層の少なくとも一部がＩｎ、ＧａおよびＰを含むことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、活性層構造が歪み量子井戸層を含み、当該量子井戸層がＩｎ、ＧａおよびＡｓを含むことを特徴とする半導体レーザ
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザであって、第一導電型側がｎ型で、第二導電型がｐ型であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体レーザと、当該半導体レーザの光の出射端側に光ファイバーを具備することを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項１４】
請求項１３に記載の半導体レーザモジュールであって、光ファイバーの先端が集光効果を有し、かつ、半導体レーザの前端面と直接光学的に結合する様に加工されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【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に関するものである。本発明は、光ファイバー増幅器用励起光源や光情報処理用の光源、医療用半導体レーザ等のように、光学系との高い結合効率が望まれる場合に好適に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年における光情報処理技術、光通信技術の進展は枚挙に暇がない。
例えば、通信分野においては、今後の情報通信（ＩＴ）時代に本格的に対応する大容量の光ファイバー伝送路とともに、その伝送方式に対する柔軟性を持つ信号増幅用のアンプとして、Ｅｒ３＋等の希土類をドープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）の研究が各方面で盛んに行なわれている。そして、ＥＤＦＡのコンポーネントとして不可欠な要素である、高効率な励起光源用の半導体レーザの開発が待たれている。
【０００３】
ＥＤＦＡ応用に供することのできる励起光源の発振波長は、原理的に８００ｎｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍの３種類存在する。このうち増幅器の特性から見れば９８０ｎｍでの励起が、利得やノイズ等を考慮すると最も望ましいことが知られている。このような９８０ｎｍの発振波長を有する半導体レーザ（ＬＤ）は、励起光源として高出力でありながら長寿命であるという相反する特性を満たすことが要求されている。さらに、光増幅器用の励起光源は光ファイバーと良好な結合を実現することも必須であるために、一般に、単一横モード発振することが望まれ、半導体レーザから出射される光の遠視野像（ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ）は基板に垂直な方向（縦方向）と基板に平行な方向（横方向）の縦横比が１に近く、さらに放射角の絶対値も狭いことが望まれる。
【０００４】
一方通信分野への応用以外でも、半導体レーザには、ＳＨＧ光源、レーザプリンタ用の熱源としての応用、医療分野における各種応用があり、これらの分野でも多くの場合半導体レーザから出射された光は各種光学系と結合される場合が多く、その縦方向、横方向のＦＦＰの絶対値が狭いことと、その縦横比が１に近いことは非常に重要な特性となっている。
【０００５】
縦方向に関して基本モードのみの伝播が許容されている設計を有する半導体レーザ、すなわち、その縦方向の規格化周波数がπ／２以下である半導体レーザにおいて、その光閉じ込めは縦方向と横方向では極端に異なっている。横方向の光閉じ込めはその電流注入領域の幅が数μｍから数百μｍであって、導波路構造も同程度の寸法を有していることから、発振波長に比べて比較的広く、端面近傍の発光パターン（近視野像：ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎ：　ＮＦＰ）に対して、出射される光の横方向のＦＦＰ（ＦＦＰＨ）には回折の効果が比較的少ないのが一般的である。これに対して、縦方向の光閉じ込めは発振波長よりも極端に薄い活性層構造により実現されるため、出射される光の縦方向のＦＦＰ（ＦＦＰＶ）には極端な回折の効果が現れ、その半値全幅はＦＦＰＨよりも広くなるのが普通である。このため、外部の光学系との結合特性を向上させるためには、ＦＦＰＶの実効的な半値全幅を狭くすることが望まれる。
【０００６】
また、この様な半導体レーザが実現されれば、結果として縦方向のＮＦＰ（ＮＦＰＶ）のサイズが拡大することとなるため、端面における光密度が低下し、半導体レーザの高出力動作特性も改善されると考えられる。
非特許文献１で議論されている通り、ＦＦＰＶは活性層あるいは光ガイド層の厚みに依存することが知られている。しかし、これらの厚みを単に薄くする方法でＦＦＰＶが狭い半導体レーザを実現しても、その他の素子特性が悪化してしまう等の問題があった。
【非特許文献１】Ｈ．Ｃ．　Ｃａｓｅｙ，Ｊｒ．，　Ｍ．　Ｂ．　Ｐａｎｉｓｈ著Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌａｓｅｒｓ　（Ａｃａｄｅｍｉｃ　ｐｒｅｓｓ，　１９７８）　のＣｈａｐｔｅｒ　２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の従来技術の問題点を解決することを課題とした。
具体的には、半導体レーザの主要な特性を極端に悪化させることなくＦＦＰＶの半値全幅を実効的に低減させ、光ファイバーとレンズで構成された光学系などと半導体レーザとの良好な結合を実現し、かつ、半導体レーザそのものの高出力動作特性も向上させることを本発明の解決すべき課題とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、出射される光の放射パターンにおいて、基板に垂直な方向の遠視野像（ＦＦＰＶ）が特定の条件を満たす場合に優れた半導体レーザとなり得ることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、第一導電型を示す基板上に、少なくとも、第一導電型を示す第一クラッド層、第一導電型を示す第二クラッド層、活性層構造、基板と異なる導電型である第二導電型を示す第二クラッド層、第二導電型を示す第一クラッド層をこの順に有しており、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容されている発振波長λ（ｎｍ）の半導体レーザであって、当該半導体レーザから出射される光の放射パターンにおいて、基板に垂直な方向の遠視野像（ＦＦＰＶ）の中に、最大強度がＩＶｍａｉｎである主ピークと、極大強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークが存在するとともに、以下の式を満たすことを特徴とする半導体レーザを提供する。
【数７】
０　＜　ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ　＜　０．５
（上式において、ＩＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋のうち強度が大きい方を表す。）
【００１０】
本発明の半導体レーザは、主ピークが現れる角度をＰ（ＩＶｍａｉｎ）、極大強度がＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークが現れる角度をそれぞれＰ（ＩＶｓｕｂ−）、Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）とするとき、以下の式を満足することが好ましい。
【数８】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　８０度
【００１１】
本発明の半導体レーザは、当該半導体レーザから出射される主ピークの放射パターンにおいて、基板に平行な方向の遠視野像（ＦＦＰＨ）の中に１つの極大値しか存在しないことが好ましい。また、基板に平行な方向の遠視野像（ＦＦＰＨ）の最大強度をＩＨｍａｉｎ、当該最大強度を有するピークが現れる角度をＰ（ＩＨｍａｉｎ）とするとき、以下の式を満足することが好ましい。
【数９】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＨｍａｉｎ）｜　＜　５度
【００１２】
また、本発明の半導体レーザは、その発振波長λ（ｎｍ）が以下の式を満たすことが好ましい。
【数１０】
９００ｎｍ　＜　λ　＜　１３５０ｎｍ
【００１３】
さらに、本発明の半導体レーザは、素子内に複数の発光点を有しないことが好ましい。また、第一導電型第一クラッド層の平均屈折率をＮｘｎ、第一導電型第二クラッド層の平均屈折率をＮｓｎ、活性層構造の平均的屈折率をＮａ、第二導電型第二クラッド層の屈折率Ｎｓｐ、第二導電型第一クラッド層の平均屈折率をＮｘｐとするとき、これら屈折率が以下の式を満たすことが好ましい。
【数１１】
Ｎｓｎ　＜　Ｎｘｎ　＜　Ｎａ
Ｎｓｐ　＜　Ｎｘｐ　＜　Ｎａ　
【００１４】
さらに、本発明の半導体レーザが活性層構造の少なくとも片側に光ガイド層を有し、この屈折率をＮｇとするとき、各層の屈折率は以下の式を満たすことが好ましい。
【数１２】
Ｎｓｎ　＜　Ｎｘｎ　＜　Ｎｇ　＜　Ｎａ
Ｎｓｐ　＜　Ｎｘｐ　＜　Ｎｇ　＜　Ｎａ　
【００１５】
本発明の半導体レーザは、基板がＧａＡｓからなり、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層の少なくとも一部分がＡｌ，ＧａおよびＡｓを含むことが好ましい。また、基板がＧａＡｓからなり、第一導電型第一クラッド層、第一導電型第二クラッド層、第二導電型第二クラッド層、第二導電型第一クラッド層の少なくとも一部がＩｎ，ＧａおよびＰを含むことが好ましい。さらに、活性層構造が歪み量子井戸層を含み、当該量子井戸層がＩｎ，ＧａおよびＡｓを含むことが好ましい。また、第一導電型側がｎ型で、第二導電型がｐ型であることが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記の半導体レーザと、当該半導体レーザの光の出射端側に光ファイバーを具備することを特徴とする半導体レーザモジュールも提供する。
本発明の半導体レーザモジュールは、光ファイバーの先端が集光効果を有し、かつ、半導体レーザの前端面と直接光学的に結合する様に加工されていることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本明細書で使用しているいくつかの表記に関して説明する。
本明細書において「Ａ層の上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、前記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。
【００１８】
また、ＦＦＰを記述する際の位置の定義は、本明細書においても通常の方法に従うものとする。これを図１を用いて説明する。先ず、基板に垂直な方向（縦方向）と水平な方向（横方向）にあって、互いに直行しあう２つの円を仮定する。さらに、これら２つの円の中心が素子構造上の発光中心Ｃとなる様にデバイスを配する。ここで、素子構造上の発光中心Ｃから物理的な鉛直方向に伸ばした直線が当該２つの円の弧と共に交わる点がＦＦＰを記述する際の０度となる。すなわち、これを原点に、ＦＦＰを記述するための位置は、０度と素子構造上の発光中心をつなぐ直線が、それぞれの円弧上の点となす角度で定義される。図１は縦のＦＦＰが＋φ度、横のＦＦＰが＋θ度である位置を示したものである。これら角度で定義される位置の関数としてプロットされた光の強度分布が、ＦＦＰそのものである。なお、図中に示した＋−の方向は相対的なものであって、一般には方向が逆であっても構わない。
【００１９】
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書に添付する図面は、本発明の構造を把握しやすくするために、敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は本明細書に記載されているとおりである。
【００２０】
本発明の半導体レーザは、第一導電型を示す基板上に、少なくとも、第一導電型を示す第一クラッド層、第一導電型を示す第二クラッド層、活性層構造、基板と異なる導電型である第二導電型を示す第二クラッド層、第二導電型を示す第一クラッド層をこの順に有しており、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容されている。以下において、本発明の半導体レーザの好ましい構成例およびその製造法について具体的に説明する。
【００２１】
先ず、本発明の半導体レーザの主たる特徴を、図２に示すＬＤを参照しながら説明する。図２左には各層構造により実現される屈折率の縦方向の空間分布を示し、また図２下には本図中で使用する方向の呼び方を示した。
【００２２】
図２は、ｎ型基板（１０１）上に、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる厚みｔｘｎ（ｎｍ）のｎ型第一クラッド層（１０２）、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐからなる厚みｔｓｎ（ｎｍ）のｎ型第二クラッド層（１０３）、アンドープＧａＡｓからなる厚みｔｇｎ（ｎｍ）の第一光ガイド層（１０４）、厚みｔａ（ｎｍ）の活性層構造（１０５）、アンドープＧａＡｓからなる厚みｔｇｐ（ｎｍ）の第二光ガイド層（１０６）、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐからなる厚みｔｓｐ（ｎｍ）のｐ型第二クラッド層（１０７）、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓからなる厚みｔｘｐ（ｎｍ）のｐ型第一クラッド層（１０８）を有しており、さらに電極との接触抵抗を下げるためのコンタクト層（１０９）、また横方向に対して電流注入領域を限定するためのＳｉＮ層（１１０）とｐ側電極（１１１）、ｎ側電極（１１２）より構成されているブロードエリア型ＬＤを示すものである。本発明では、ｎ型第一クラッド層（１０２）とｐ型第一クラッド層（１０８）などの対をなす層が必ずしも対称である必要はないが、図２では同じ屈折率を有する材料で構成され、また厚みも以下の条件を満たしている。
【数１３】
ｔｘｎ　＝　ｔｘｐ　＝　ｔｘ
ｔｓｎ　＝　ｔｓｐ　＝　ｔｓ
ｔｇｎ　＝　ｔｇｐ　＝　ｔｇ
また活性層構造（１０５）は、基板（１０１）側から、厚み６ｎｍのＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層（１２１）、厚み８ｎｍのＧａＡｓ障壁（バリア）層（１２２）、厚み６ｎｍのＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層（１２３）が積層された歪み二重量子井戸構造であり、その発振波長はλ（ｎｍ）である。
【００２３】
本発明においては、ＬＤの光閉じ込めの基本となる活性層構造（１０５）に対する縦方向の閉じ込めは、活性層構造（１０５）の上下に位置する２つのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ第一クラッド層（１０２，１０８）と、活性層構造（１０５）を含む２つのＧａＡｓ光ガイド層（１０４，１０６）との間の屈折率差によって実現する。基板（１０１）がＧａＡｓであり、格子整合性の観点から第一クラッド層（１０２，１０８）をＡｌＧａＡｓで構成する場合には、Ａｌ組成は０．４よりも小さいことが好ましく、０．３より小さいことがより好ましく、０．２よりも小さいことがさらに好ましい。これはＬＤ全体を構成する層の中で基板（１０１）とコンタクト層（１０９）を除いて最も厚いクラッド層（１０２，１０８）のＡｌ組成を下げることで素子全体の熱抵抗を下げることが可能であり、高出力動作に適した構造とすることができるからである。また、第一クラッド層（１０２，１０８）は、基板（１０１）がＧａＡｓである場合にはＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐを適応することも可能である。さらに、第一クラッド層（１０２，１０８）は単一の材料から構成される必要はなく、光に対して単一の層と等価に作用するような、複数の層から構成されてもかまわない。この場合、光はこれら複数の層の平均的な屈折率によって制御されることになる。
【００２４】
第一クラッド層（１０２，１０８）の厚みｔｘ（ｎｍ）は、その層の活性層側から離れる方向に対して光を十分に減衰させる必要があることから発振波長λ（ｎｍ）に対して以下の関係を有することが好ましい。
【数１４】
λ　＜　ｔｘ
特に９８０ｎｍ帯ＬＤなどの様に、基板が発振波長に対して透明であり、かつ第一クラッド層（１０２，１０８）および第二クラッド層（１０３，１０７）よりも屈折率が大きい場合には、クラッド層（１０２，１０３）から基板（１０１）側にもれ出した光が基板中を伝播することから、基板モードがＬＤ本来のモードに重畳することが知られている。これを抑制するためには、第一クラッド層（１０２，１０８）の厚みを波長に対して適切に厚くしておくことが望ましい。
【００２５】
また、光閉じ込めを実現するためには、光ガイド層（１０４，１０６）は第一クラッド層（１０２，１０８）よりも屈折率の大きな材料で構成される必要がある。基板（１０１）がＧａＡｓであって、光ガイド層（１０４，１０６）をＡｌＧａＡｓ系材料で構成する場合には、さらに光ガイド層（１０４，１０６）においてもそのＡｌ組成は０．４よりも小さいことが好ましく、０．２より小さいことがより好ましく、０．１よりも小さいことがさらに好ましい。また最も望ましいのはＡｌを含まないＧａＡｓを用いる場合である。特に信頼性の観点から、Ａｌを含まない光ガイド層が望まれる。
【００２６】
通常のＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造をＡｌＧａＡｓ系材料で構成した場合においては、前記第一クラッド層（１０２，１０８）と光ガイド層（１０４，１０６）は直接的に接しているが、本発明においてはこれらの層の間に第二クラッド層（１０３，１０７）を有している点に特徴がある。この層は光ガイド層（１０４，１０６）、さらには第一クラッド層（１０２，１０８）よりも屈折率が低く設定される必要がある。
【００２７】
この結果、図２左に示される通り、第二クラッド層（１０３，１０７）は、屈折率としては最も小さい値を有する層となる。図２左では、ｎの下に記載される矢印の向きは屈折率が大きくなる方向を意味する。また、伝導帯側の電子に対しては（またここには示されていないが荷電子帯のホールに対しても）、第二クラッド層（１０３，１０７）は障壁となる機能を有する。図２左のＥｇの上に記載される矢印の向きは電子に対してポテンシャルが大きくなる方向を意味する。
【００２８】
第二クラッド層（１０３，１０７）は、このため、次に述べる通り、縦方向の光閉じ込めに関して非常に重要な機能を有している。この第二クラッド層（１０３，１０７）は光ガイド層（１０４，１０６）よりも、また、第一クラッド層（１０２，１０８）よりも屈折率が低くなる様に選択されるため、この相対的な屈折率の関係から、第二クラッド層（１０３，１０７）は、その外側、すなわち第一クラッド層（１０２，１０８）側とまた光ガイド層（１０４，１０６）側の両側に光の分布を押しやる機能を発現する。このため、第一クラッド層（１０２，１０８）側に適度に分布が広げられたＮＦＰＶの成分は、比較的狭いＦＦＰを実現することに寄与する。すなわち、第二クラッド層（１０３，１０７）の反導波的な特性が適度に作用する場合には、この存在によって、比較的狭いＦＦＰを実現することが可能となる。さらに、この様に第二クラッド層（１０３，１０７）の反導波的な特性が適切に作用している場合には、素子のＦＦＰには非常に特徴的な形状が現れる。一般的に縦方向に基本モードのみが伝播する様に設計されている半導体レーザ、すなわちその縦方向の規格化周波数がπ／２以下である半導体レーザのＦＦＰＶは、ノイズの重畳、光の干渉パターン等の副次的な事例を除けば、図３に示される様に単峰性のピークとなる。しかし、本発明においては、図４に示される様に１つの主ピーク（強度がＩＶｍａｉｎ）と２つの副ピーク（強度がＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋であり、強度の大きな一方を改めてＩＶｓｕｂとも記述する）が観測され、かつ、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５を満たすことが特徴である。この副ピークは第二クラッド層（１０３，１０７）が光ガイド層（１０４，１０６）側に光を押しやることによって、比較的活性層に近い部分に集中させられたＮＦＰＶの成分が、大きな回折を起こして発生するものである。このため、第二クラッド層（１０３，１０７）の存在は単に第一クラッド層（１０２，１０８）側に向けてＮＦＰの分布を広げるだけでは無く、半導体レーザに欠かすことができない活性層近傍における光の閉じ込めを保つ効果もある。そして本発明によれば、ＦＦＰを狭く（ＮＦＰを広く）した際に発生するＬＤのしきい値上昇、スロープ効率の低下、駆動電流の上昇等の副作用なしにＦＦＰを狭くすることが可能である。このためには、縦方向における光閉じ込めにおいて、活性層近傍に付近に集中させる度合い、すなわち、ＦＦＰに見られる２つの副ピークの存在こそが非常に重要である。本発明においては、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５であることが必須であって、望ましくは０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．３、より望ましくは０．０５＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．２である。これら指標は、第一クラッド層（１０２，１０８）、第二クラッド層（１０３，１０７）、光ガイド層（１０４，１０６）、活性層構造（１０５）の（平均的）屈折率、あるいは厚みなどの、絶対的、また、相対的な関係で規定されるものである。例えば、極端に第二クラッド層（１０３，１０７）の屈折率を下げること、あるいは厚みを増すこと、また光ガイド層（１０４、１０６）の厚みを極端に薄くすることなどは、導波路が過度に反導波的になりＬ���構造中の縦方向の光閉じ込めがあまりに弱くなり過ぎ、結果として、極端な発振しきい値の増大、スロープ効率の低下、駆動電流の増大などを招く結果となり望ましくない。
【００２９】
また、主ピークがあらわれる角度をＰ（ＩＶｍａｉｎ）、強度がＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークがあらわれる角度をそれぞれＰ（ＩＶｓｕｂ−）、Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）とすると、本発明においては、以下の関係を満たすことが望ましい。
【数１５】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　８０度
【００３０】
これは、ＮＦＰＶの成分の中で活性層近傍に集中される度合いを示す重要な指標であって、以下の関係を満たすことがより望ましい。
【数１６】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　５０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）｜　＞　５０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　１００度
【００３１】
さらに望ましいのは、以下の関係を満たす場合である。
【数１７】
６０度　＞　｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　５５度
６０度　＞　｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）｜　＞　５５度
１２０度　＞　｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　１１０度
【００３２】
第二クラッド層（１０３，１０７）が有するもう一つの機能は、高温でＬＤ駆動を駆動している場合、あるいは高出力動作中でＬＤの自己発熱によって活性層の温度が相当に上がってしまう場合などに、Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層（１２１，１２３）から第一クラッド層（１０２，１０８）中へのキャリアの熱的な漏れ出し（オーバーフロー）を抑制する機能である。本構造においては、図２に示される様に活性層構造（１０５）側から光ガイド層（１０４，１０６）を通って第一クラッド層（１０２，１０８）側にもれ出すキャリアから見て、光ガイド層（１０４，１０６）と第一クラッド層（１０２，１０８）の間の障壁の高さよりも第二クラッド層（１０３，１０７）の障壁が高いために、キャリアのオーバーフローを抑制する観点でも望ましい。しかし、極端に大きな障壁は第一クラッド層（１０２，１０８）側から活性層構造（１０５）側へ注入されるキャリアに対して、その注入を阻害してしまうことから第一クラッド層（１０２，１０８）と第二クラッド層（１０３，１０７）のバンドギャップの差は０．０５ｅＶ〜０．４５ｅＶ程度であることが望ましく、さらに望ましくは０．１ｅＶ〜０．３ｅＶ程度であることが望ましい。
【００３３】
次に、本発明の半導体レーザの一例である単一横モード動作可能な半導体レーザについて図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の半導体レーザにおけるエピタキシャル構造の一例として埋め込みストライプ型の半導体レーザの構成を示した概略断面図である。
この半導体レーザは半導体基板（１）上に形成され、屈折率導波構造を有し、第二導電型第一クラッド層が第二導電型上側第一クラッド層（１０）と第二導電型下側第一クラッド層（９）の二層に分かれ、この第二導電型上側第一クラッド層（１０）と電流ブロック層（１１）／キャップ層（１２）とで電流閉じ込めと光閉じ込めを共に実現し、さらに電極との接触抵抗を下げるためのコンタクト層（１３）を有する半導体レーザである。この種のレーザは光通信に用いられる光ファイバー増幅器用の光源や、情報処理用の大規模光磁気メモリーのピックアップ光源、医療用高出力半導体レーザとして用いられ、層構成や使用材料等を適宜選択することによって、さらに様々な用途へ応用することもできる。
【００３４】
基板（１）としては、半導体基板であればＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ等、また誘電体基板であればＡｌＯｘ等を使用することができる。基板（１）はいわゆるジャスト基板だけではなく、エピタキシャル成長の際の結晶性を向上させる観点から、いわゆるオフ基板（ｍｉｓｓ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の使用も可能である。オフ基板は、ステップフローモードでの良好な結晶成長を促進する効果を有しており、広く使用されている。オフ基板は０．５度〜２度程度の傾斜を持つものが広く用いられるが、後述する量子井戸構造を構成する材料系によっては傾斜を１０度前後にすることもある。
基板（１）は、ＭＢＥあるいはＭＯＣＶＤ等の結晶成長技術を利用して半導体レーザを製造するために、あらかじめ化学エッチングや熱処理等を施しておいてもよい。使用する基板（１）の厚みは通常３５０μｍ程度のものであり、素子作製のプロセス中の機械的強度が確保されるようにするのが普通であり、半導体レーザの端面を形成するために、プロセス途中で１００μｍ程度に薄くポリッシングされるのが普通である。
【００３５】
バッファ層（２）は、基板バルク結晶の不完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バッファ層（２）は、基板（１）と同一の化合物で構成するのが好ましく、基板（１）がＧａＡｓの場合は通常、ＧａＡｓが使用され、基板がＩｎＰである場合にはＩｎＰが使用される。しかし、超格子層をバッファ層（２）に使用することも広く行われており、同一の化合物で形成されずＧａＡｓ基板上では、例えば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの超格子構造が使用される場合もある。またバッファ層（２）の組成を徐々に層内で変化させることもできる。一方、誘電体基板を用いた場合には必ずしも基板（１）と同一の物質ではなく、その所望の発光波長、デバイス全体の構造から、適宜、基板と異なった材料が選ばれる場合もある。
【００３６】
第一導電型第一クラッド層（３）は各種材料によって構成することが可能であって、実現したい発振波長によって選択される活性層構造（６）、あるいは基板（１）等に合わせて適宜選択される。例えば本発明をＧａＡｓ基板上で実現した場合には、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料などを使用することが可能であって、また、例えばＩｎＰ基板上で実現した場合にはＩｎＧａＡｓＰ系材料などを使用することができる。
【００３７】
また、特にＡｌＧａＡｓ系材料を用いた場合には、素子全体の熱抵抗を下げ、高出力動作に適した構造とするために、第一導電型第一クラッド層（３）のＡｌ組成は０．４０未満であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。また、第一導電型第一クラッド層（３）の厚みｔｘｎ（ｎｍ）は、活性層構造（６）から離れる方向に対して光を十分に減衰させる必要があることから、発振波長λ（ｎｍ）よりも大きくすることが好ましい。
【００３８】
また前記の様に、第一導電型第一クラッド層（３）にＡｌＧａＡｓを用いた場合には、ＡｌｘｎＧａ１−ｘｎＡｓ層のＡｌ組成が、通常のＳＣＨ構造、あるいはＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造を有するＬＤよりも低いため、ドーパントの活性化率を高くできる効果も期待できる。特に第一導電型がｎ型でありＳｉをドーパントとする場合などにおいて、ＭＢＥ法によって結晶成長をすることを想定すると、Ｎ．　Ｃｈａｎｄｅｔ　ａｌ．，　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｒｅｖｉｅｗ　Ｂ　ｖｏｌ．３０　（１９８４）　Ｐ．４４８１にある通り、Ｓｉドナーのイオン化エネルギーはＡｌ組成に大きく依存することが知られており、低Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓにおいてはドーピングレベルを比較的少なめに設定しても十分に抵抗の小さい層を形成することができるために非常に望ましい。よって、第一導電型第一クラッド層（３）のドーピングレベルは１．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜１．０ｘ１０１８ｃｍ−３であることが望ましく、３．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜７．５ｘ１０１７ｃｍ−３であることがより望ましい。
さらにドーピングは第一導電型第一クラッド層（３）内で一様に行われる必要はなく、基板（１）側ほど高く、また活性層構造（６）に近い側ほど低く設定されることが望ましい。これは光密度の高い部分において自由電子による吸収を抑制するために有効な方法である。
【００３９】
第一導電型第二クラッド層（４）は各種材料によって構成することが可能であって、実現したい発振波長によって選択される活性層構造（６）、あるいは基板等に合わせて適宜選択される。例えば本発明をＧａＡｓ基板上で実現した場合には、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料などを使用することが可能であって、また、例えばＩｎＰ基板上で実現した場合にはＩｎＧａＡｓＰ系材料などを使用することができる。
【００４０】
また、第一導電型第二クラッド層（４）をＡｌＧａＡｓ系材料で構成し、これをＡｌｓｎＧａ１−ｓｎＡｓとした場合は、そのＡｌ組成ｓｎは０．５未満であることが好ましい。また、第一導電型第二クラッド層（４）のＡｌ組成は、隣接する第一導電型第一クラッド層（３）のＡｌ組成と第一光ガイド層（５）のＡｌ組成よりも大きくする。このような構成を採用することによって、第一導電型第二クラッド層（４）は最も屈折率が小さな層となり、伝導帯側の電子や荷電子帯のホールに対して障壁となる機能を持つことになる。また、第一導電型第二クラッド層（４）のＡｌ組成と、第一導電型第一クラッド層（３）のＡｌ組成との差は、０．０８より大きいことが望ましい。これによって、活性層構造（６）から第一導電型第一クラッド層（３）へキャリアがオーバーフローするのを第一導電型第二クラッド層（４）が十分に抑制することができる。ただし、第一導電型第一クラッド層（３）から活性層構造（６）へのキャリア注入を過度に阻害しないように、これら２つの層のＡｌ組成の差は０．４未満にしておくことが好ましい。
【００４１】
第一導電型第二クラッド層（４）の厚みｔｓｎ（ｎｍ）は、第一光ガイド層（５）の厚みｔｇｎ（ｎｍ）よりも小さいことが好ましい。このような構成を採用することによって、極端な発振しきい値の増大、スロープ効率の低下、駆動電流の増大を回避することができる。適度な縦方向のＮＦＰ拡大効果を得るためには、ｔｓｎ／ｔｇｎが０．３より大きいことが好ましい。また、第一導電型第二クラッド層（４）の厚みｔｓｎは、１０ｎｍよりも厚く、１００ｎｍよりも薄いことが好ましい。第一導電型第二クラッド層（４）の厚みｔｓｎが１０ｎｍ以下であると光学的な効果が薄れる場合があり、逆に１００ｎｍ以上であると光閉じ込めが極端に弱くなってＬＤが発振しなくなる場合がある。
【００４２】
また、第一導電型第二クラッド層（４）において、これをＡｌＧａＡｓ系材料で構成し、ＡｌｓｎＧａ１−ｓｎＡｓとした場合は、このＡｌ組成ｓｎが本発明のＬＤ構造の中で比較的高いために、ドーパントのドーピングレベルは第一導電型第一クラッド層（３）と比較して高く設定することが望ましい。特に第一導電型がｎ型でありＳｉをドーパントとする場合などにおいて、ＭＢＥ法によって結晶成長をすることを想定すると、そのドーピングレベルは３．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜１．０ｘ１０１８ｃｍ−３であることが望ましく、４．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜７．５ｘ１０１７ｃｍ−３であることがより望ましい。
【００４３】
ここで、前記の第一導電型第一クラッド層（３）の平均屈折率をＮｘｎ、第一導電型第二クラッド層（４）の平均屈折率をＮｓｎ、後述する活性層構造（６）の平均的屈折率をＮａとすると、これら屈折率がＮｓｎ＜Ｎｘｎ＜Ｎａを満たすことが望ましい。これは完成した素子のＦＦＰＶの中に本質的に３つの極大値が存在し、その強度がＩＶｍａｉｎである最大値を有する主ピークと、その強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である極大値を有する２つの副ピークから構成されており、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５を実現するための１つの手段である（ＩＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋で強度の大きな方）。
【００４４】
図５には示されていないが、第一導電型第一クラッド層（３）と第一導電型第二クラッド層（４）の間には、基板（１）との格子整合性等の観点、あるいは逆に意図的に導入する歪みの観点などから適宜選択されたＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＰ系等の材料からなり、そのバンドギャップが第一導電型第一クラッド層（３）側では、第一導電型第一クラッド層（３）に接近しており、また第一導電型第二クラッド層（４）側では第一導電型第二クラッド層（４）に接近している様な層を挿入することも可能である。この様な遷移層は第一導電型第一クラッド層（３）側から第一導電型第二クラッド層（４）を通じて活性層構造（６）にキャリアを注入する際の電気抵抗を低減できるために非常に好ましい。
【００４５】
第一導電型第二クラッド層（４）上の第一光ガイド層（５）は、各種材料によって構成することが可能であって、実現したい発振波長によって選択される活性層構造（６）、あるいは基板（１）等に合わせて適宜選択される。例えば本発明をＧａＡｓ基板上で実現した場合には、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料などを使用することが可能であって、また、例えばＩｎＰ基板上で実現した場合にはＩｎＧａＡｓＰ系材料などを使用することができる。
【００４６】
第一光ガイド層（５）をＡｌＧａＡｓ系材料で構成する場合、光閉じ込めを実現するために、第一光ガイド層（５）は第一導電型第一クラッド層（３）よりＡｌ組成の小さな材料で構成する必要がある。具体的には、第一光ガイド層（５）のＡｌ組成は０．４よりも小さいことが好ましく、０．２より小さいことがより好ましく、０．１よりも小さいことがさらに好ましい。また最も望ましいのはＡｌを含まないＧａＡｓを用いる場合である。特に信頼性の観点から、Ａｌを含まない光ガイド層が望まれる。
【００４７】
また第一光ガイド層（５）の厚みｔｇｎ（ｎｍ）は、第一導電型第二クラッド層（４）にその機能を十分に発揮させるために、以下の式を満たすことが好ましい。
【数１８】
０．５×［λ／（４×Ｎｇｎ）］　ｎｍ　＜ｔｇｎ＜　１．５×［λ／（４×Ｎｇｎ）］　ｎｍ
上式において、Ｎｇｎは第一光ガイド層（５）の屈折率である。第一光ガイド層（５）の厚みｔｇｎを上式の上限未満にすることによって、特に第一導電型第二クラッド層（４）のキャリアのオーバーフロー抑制効果を十分に発揮させるとともに、キンクレベルの低下等を有効に回避することができる。また、第一光ガイド層（５）の厚みｔｇｎを上式の下限より大きくすることによって、第一導電型第二クラッド層（４）の反導波的な特性が過度にならないようにすることができる。
【００４８】
特にＡｌＧａＡｓ系材料によって第一光ガイド層（５）を構成した場合においては、ＡｌＧａＡｓからなる厚みｔｇｎの第一光ガイド層（５）はかならずしも単一のＡｌ組成を有する層である必要はなく、第一光ガイド層（５）の中でＡｌ組成を変化させることも可能である。このように第一光ガイド層（５）の中でＡｌ組成の異なる領域が存在する場合の屈折率は平均的な屈折率をもって第一光ガイド層（５）の屈折率と考えることができる。
【００４９】
第一光ガイド層（５）の導電型はｐ型、ｎ型、あるいはアンドープであっても本発明の効果は変わらない。
【００５０】
前記の事情は活性層構造（６）の上に位置する第二光ガイド層（７）においても同様である。
【００５１】
本発明で言う活性層構造（６）とは、量子効果の現れないほどに十分な膜厚を有する単層のバルク活性層である場合、あるいは、量子効果が顕著になるほどに薄い薄膜からなり、光ガイド層に障壁層としての役割を担わせた単層の量子井戸活性層（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ：　ＳＱＷ）である場合がある。また、多くの場合においては当該量子井戸層の両側には、量子井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層が具備されることから、同じＳＱＷ構造でも障壁層、量子井戸層、障壁層と積層された場合もあり得る。さらに、活性層構造が、図５に示されるように、基板（１）側から障壁層（２１）、量子井戸層（２２）、障壁層（２３）、量子井戸層（２４）、障壁層（２５）と積層されたいわゆる二重量子井戸構造（Ｓｔｒａｉｎｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ：　Ｓ−ＤＱＷ）であっても良い。さらに、量子井戸層を３層以上多重に用いた多重量子井戸構造が用いられる場合もある。また、これら量子井戸層には意図的に歪みが導入される場合もあり、例えば、しきい値を低下させるために圧縮性の応力を内在させることなどは広く行われている。また、本発明で好ましく応用される９００ｎｍ〜１３５０ｎｍ程度の波長を有する半導体レーザにあっては、ＧａＡｓ基板上にＩｎ、ＧａおよびＡｓを含み基板に格子整合しない歪み量子井戸層を含むことで実現されるのが望ましい。
【００５２】
歪み量子井戸層の具体的な材料としては、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等を挙げることができる。歪みを有する量子井戸層は、その歪みの効果によって光学利得の増大等を期待することができる。このため第一クラッド層（３，９，１０）と活性層構造（６）の間が、適度に弱い縦方向の光閉じ込めであっても、十分なＬＤ特性を実現できる。このため、歪み量子井戸層は本発明においては望ましい。
【００５３】
障壁層（２１，２３，２５）の導電型はｐ型、ｎ型、あるいはアンドープであっても本発明の効果は変わらないが、障壁層（２１，２３，２５）はｎ型の導電型を示す部分を有することが望ましい。この様な状況においては、障壁層（２１，２３，２５）から電子が活性層構造内の量子井戸層（２２，２４）に供給されることからＬＤの利得特性を効果的に広帯域化することができて望ましい。このような素子は後述する様にグレーティングファイバー等の外部共振器によって効果的に発振波長を固定化することができる。また、この際にｎ型のドーパントはＳｉであることが望ましい。さらに、Ｓｉの様なｎ型のドーパントが障壁層（２１，２３，２５）内に一様にドーピングされているのではなく、歪み量子井戸層（２２，２４）等の他の層との界面近傍にはドーピングが施されず、障壁層（２１，２３，２５）の中心付近に選択的にドーピングされていることが最も望ましい。
【００５４】
第二導電型第二クラッド層（８）は、各種材料によって構成することが可能であって、実現したい発振波長によって選択される活性層構造（６）、あるいは基板（１）等に合わせて適宜選択される。例えば本発明をＧａＡｓ基板上で実現した場合には、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＰ系材料、ＡｌＧａＩｎＰ系材料などを使用することが可能であって、また、例えばＩｎＰ基板上で実現した場合にはＩｎＧａＡｓＰ系材料などを使用することができる。
【００５５】
第二導電型第二クラッド層（８）をＡｌＧａＡｓ系材料を用いて構成する場合には、そのＡｌ組成は０．５未満であることが好ましい。第二導電型第二クラッド層（８）のＡｌ組成は、隣接する第二導電型下側第一クラッド層（９）のＡｌ組成と第二光ガイド層（７）のＡｌ組成よりも大きくなければならない。このような構成を採用することによって、第二導電型第二クラッド層（８）は最も屈折率が小さな層となり、伝導帯側の電子や荷電子帯のホールに対して障壁となる機能を持つことになる。また、第二導電型第二クラッド層（８）のＡｌ組成と、第二導電型下側第一クラッド層（９）のＡｌ組成との差は、０．０８より大きくすることが好ましい。これによって、活性層構造（６）から第二導電型下側第一クラッド層（９）へキャリアがオーバーフローするのを第二導電型第二クラッド層（８）が十分に抑制することができる。ただし、第二導電型下側第一クラッド層（９）から活性層構造（６）へのキャリア注入を過度に阻害しないように、Ａｌ組成の差は０．４未満にしておくことが好ましい。
【００５６】
第二導電型第二クラッド層（８）の厚みｔｓｐ（ｎｍ）は、第二光ガイド層（７）の厚みｔｇｐ（ｎｍ）よりも小さいことが好ましい。このような構成を採用することによって、極端な発振しきい値の増大、スロープ効率の低下、駆動電流の増大を回避することができる。適度な縦方向のＮＦＰ拡大効果を得るためには、ｔｓｐ／ｔｇｐが０．３より大きいことが好ましい。また、第二導電型第二クラッド層（８）の厚みｔｓｐは、１０ｎｍよりも厚く、１００ｎｍよりも薄いことが好ましい。第二導電型第二クラッド層（８）の厚みｔｓｐが１０ｎｍ以下であると光学的な効果が薄れる場合があり、逆に１００ｎｍ以上であると光閉じ込めが極端に弱くなってＬＤが発振しなくなる場合がある。
【００５７】
第二導電型第二クラッド層（８）は、必ずしも第一導電型第二クラッド層（４）と同じ屈折率、同じ厚み、同じ材料で構成される必要はないが、縦方向のビームの対称性を確保するためには、光学的に等価である屈折率を有し、かつ同じ厚みであることが望ましい。
【００５８】
また、活性層構造（６）の平均的屈折率をＮａ、第二導電型第二クラッド層（８）の屈折率Ｎｓｐ、後述する第二導電型第一クラッド層（９，１０）の平均屈折率をＮｘｐとするとき、これら屈折率がＮｓｐ＜Ｎｘｐ＜Ｎａを満たすことが望ましい。これは完成した素子のＦＦＰＶの中に存在する最大強度がＩＶｍａｉｎである主ピークと、極大強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークについて、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５を実現するための１つの手段である（ＩＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋のうち強度が大きい方を表す）。
【００５９】
特に第二導電型がｐ型でありＢｅをドーパントとする場合などにおいて、ＭＢＥ法によって結晶成長をすることを想定すると、そのドーピングレベルは３．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜１．０ｘ１０１８ｃｍ−３であることが望ましく、４．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜７．５ｘ１０１７ｃｍ−３であることがより望ましい。
【００６０】
図５には示されていないが、第二導電型第二クラッド層（８）と第二導電型下側第一クラッド層（９）の間には、基板（１）との格子整合性等の観点、あるいは逆に意図的に導入する歪みの観点などから適宜選択されたＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＰ系等の材料からなり、そのバンドギャップが第二導電型第二クラッド層（８）側では、第二導電型第二クラッド層（８）に接近しており、また第二導電型下側第一クラッド層（９）側では第二導電型下側第一クラッド層（９）に接近している様な層を挿入することも可能である。この様な遷移層は第二導電型第一クラッド層（９，１０）側から第二導電型第二クラッド層（８）を通じて活性層構造（６）にキャリアを注入する際の電気抵抗を低減できるために非常に好ましい。
【００６１】
第二導電型第一クラッド層は、図５の態様では、第二導電型下側第一クラッド層（９）と第二導電型上側第一クラッド層（１０）の二層に別れている。この場合には素子作製を容易にするために、これら二層の間にエッチング停止層を有していてもかまわない。
【００６２】
第二導電型第一クラッド層（９，１０）の材料は、前記の第二導電型第二クラッド層（８）と同様に選択することができる。特に第二導電型第一クラッド層（９，１０）の材料としてＡｌＧａＡｓ系材料を用いた場合には、素子全体の熱抵抗を下げ、高出力動作に適した構造とするために、第二導電型第一クラッド層（９，１０）のＡｌ組成は０．４０未満であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２以下であることがさらに好ましい。また、第二導電型下側第一クラッド層（９）と第二導電型上側第一クラッド層（１０）の総厚みは、活性層構造（６）から離れる方向に対して光を十分に減衰させる必要があることから、発振波長λよりも大きくすることが好ましい。
【００６３】
第二導電型下側第一クラッド層（９）の厚みは、活性層への電流注入経路が、電流の横方向への広がりによって極端に広くならないようにするために、１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが望ましい。またより望ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍ程度であることが望ましい。
【００６４】
また、第二導電型下側第一クラッド層（９）また第二導電型上側第一クラッド層（１０）のドーピングレベルは１．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜１．０ｘ１０１８ｃｍ−３であることが望ましく、３．０ｘ１０１７ｃｍ−３〜７．５ｘ１０１７ｃｍ−３であることがより望ましい。
さらにドーピングは第二導電型下側第一クラッド層（９）また第二導電型上側第一クラッド層（１０）で一様に行われる必要はなく、コンタクト層（１３）側ほど高く、また活性層構造（６）に近い側ほど低く設定されることが望ましい。これは光密度の高い部分において自由電子による吸収を抑制するために有効な方法である。
【００６５】
第二導電型上側第一クラッド層（１０）はその側面に形成されている電流ブロック層（１１）とともに、電流閉じ込めと横方向の光閉じ込めの２つの機能を実現する。これは本発明を単一横モード動作するＬＤに適応する時に望ましい構成である。このために、横方向に対する電流閉じ込めの観点では、電流ブロック層（１１）の導電型は第一導電型かあるいはアンドープとすることが好ましい。また、横方向の光閉じ込めの観点、特に屈折率導波を基礎とした導波路としての特性を満足するためには、電流ブロック層（１１）は第二導電型第一クラッド層（９，１０）よりも小さな屈折率を有する材料で形成される。この場合には、主ピークの放射パターンにおいてＦＦＰＨは基本的に１つの極大値を持つこととなり、本発明において望ましい。また、横方向の光閉じ込めを、いわゆるロスガイド型にすることも可能であって、この場合には、電流ブロック層（１１）を構成する材料の実効的なバンドギャップが発振波長を吸収する様にすることで、主ピークの放射パターンにおいて横方向のＦＦＰＨが基本的に１つの極大値を持つ様にできるため、本発明において望ましい。
【００６６】
また、本発明では電流ブロック層（１１）を構成する材料は、基板（１）、活性層構造（６）、あるいはどのような横方向の導波構造とするかによって適宜選択することが可能である。例えば、第二導電型第一クラッド層（９，１０）とともに、電流ブロック層（１１）もＡｌＧａＡｓ系材料で形成し、それぞれＡｌｘｐＧａ１−ｘｐＡｓ、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓであるとしたとき、そのＡｌ組成をｚ＞ｘｐにすることで実屈折率導波構造が実現できる。実屈折率導波型であり、単一横モード動作する半導体レーザを作製する場合においては、電流ブロック層（１１）と第二導電型上側第一クラッド層（１０）との屈折率差によって主に規定される横方向の有効屈折率差は１０−３のオーダであることが望ましい。さらには電流注入路の幅であって、かつ、導波路の幅に相当する、第二導電型上側第一クラッド層（１０）と第二導電型下側第一クラッド層（９）が接する部分の横方向の幅Ｗは、ＬＤを単一横モード動作させる観点では、紙面に垂直な共振器方向に誤差の範囲で一様であって、その幅は６μｍ以下であることが望ましく、より望ましくは３μｍ以下であることが望ましい。しかし、高出力動作と単一横モード動作の両立を目指すためには、必ずしも共振器方向に一様な導波路である必要はなく、半導体レーザの主たる光の出射方向である前端面側においては、その導波路の幅を相対的に広くして高出力動作に適する様にし、一方、後端面側においてはその導波路の幅を狭くして、単一横モード動作可能である様にすることが望ましい。また、この様な場合においては、一方の発光点近傍における電流注入路の幅をＷｅｘｐ、素子中の最も狭い電流注入路の幅Ｗｓｔｄとした場合に以下の式を満たすことが好ましい。
【数１９】
１．５＜Ｗｅｘｐ／Ｗｓｔｄ＜５．０
さらに、以下の式を満たすことがより好ましい。
【数２０】
２．５　＜　Ｗｅｘｐ／Ｗｓｔｄ　＜　３．５
【００６７】
キャップ層（１２）は、第１回目の成長において電流ブロック層（１１）の保護層として用いられると同時に第二導電型上側第一クラッド層（１０）の成長を容易にするために用いられ、素子構造を得る前に、一部または全て除去される。
【００６８】
第二導電型上側第一クラッド層（１０）の上には、電極（１４）との接触抵抗率を下げるため等の目的で、コンタクト層（１３）を設けるのが好ましい。コンタクト層（１３）は、通常、ＧａＡｓ材料にて構成される。この層は、通常電極（１４）との接触抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他の層より高くする。また導電型は第二導電型である。
【００６９】
半導体レーザを構成する各層の厚みは、それぞれの層の機能を効果的に奏する範囲内で適宜選択される。
【００７０】
また、本発明の半導体レーザにおいては、第一導電型はｎ型であることが望ましく、第二導電型はｐ型であることが望ましい。これはｎ型の基板の方が良質である場合が多いからである。
【００７１】
図５に示す半導体レーザは、さらに電極（１４）および（１５）を形成することにより作製される。エピタキシャル層側電極（１４）は、例えば第二導電型がｐ型の場合、コンタクト層（１３）表面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次に蒸着した後、合金化処理することによって形成される。一方、基板側電極（１５）は基板（１）表面に形成され、第一導電型がｎ型の場合、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを基板表面に順に蒸着した後、合金化処理することによって形成される。
【００７２】
製造した半導体ウエハーには、光の出射面である端面を形成する。端面は共振器を構成する鏡となる。好ましくは、劈開により端面を形成する。劈開は広く用いられる方法であり、劈開によって形成される端面は使用する基板（１）の方位によって異なる。例えば、好適に利用されるｎｏｍｉｎａｌｌｙ（１００）と結晶学的に等価な面をもつ基板を使用して端面発光型レーザ等の素子を形成する際には、（１１０）もしくはこれと結晶学的に等価な面が共振器を形成する面となる。一方、オフ基板を使用するときには、傾斜させた方向と共振器方向の関係によっては端面が共振器方向と９０度にならない場合もある。例えば（１００）基板から、（１−１０）方向に向けて角度を２度傾けた基板（１）を使用した場合には端面も２度傾くことになる。
【００７３】
劈開によって素子の共振器長も決定される。一般に共振器長は長い方が高出力動作に適するが、本発明が適応される半導体レーザにおいては、これは６００μｍ以上あることが望ましい。またさらに望ましくは９００μｍ〜３０００μｍであることが望ましい。このように共振器長の上限があるのは、極端に長い共振器長を有する半導体レーザは、逆に、しきい値電流の上昇、効率の低下等、特性劣化をきたす恐れがあるからである。
【００７４】
本発明では、露出した半導体端面上に、図６に示すように、誘電体、または誘電体および半導体の組合せからなるコーティング層（１６，１７）を形成するのが好ましい。コーティング層（１６，１７）は、主に半導体レーザからの光の取り出し効率を上げる目的と、端面の保護という２つの目的のために形成される。また、素子からの光出力を片側の端面から効率良く取り出すためには、発振波長に対して反射率の低い（例えば反射率１０％以下）コーティング層を主たる光の出射方向である前端面に施し、また、発振波長に対して反射率の高い（例えば８０％以上）のコーティング層をもう一方の後端面に施す非対称コーティングを行うのが望ましい。これは、単に素子の高出力化を進めるだけでは無く、波長安定化のために使用されるグレーティングファイバーなどの外部共振器から戻ってくる光を積極的にレーザ内部に取り込み、波長の安定化を促進する点でも非常に重要である。また、これらの目的のためには前端面の反射率は５％、より望ましくは２．５％以下であることが好ましい。
【００７５】
コーティング層（１６，１７）には、さまざまな材料を用いることができる。例えば、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉおよびＺｎＳからなる群から選ばれる１種または２種以上の組合せを用いることが好ましい。低反射率のコーティング層としてはＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等が、また高反射率のコーティング層としてはＡｌＯｘ／Ｓｉの多層膜、ＴｉＯｘ／ＳｉＯｘの多層膜等が用いられる。それぞれの膜厚を調節することによって、所望の反射率を実現することができる。しかし、一般に低反射率のコーティング層とするＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ等の膜厚は、その波長λでの屈折率の実数部分をｎとしてλ／４ｎ近傍になるように調整するのが一般的である。また、高反射多層膜の場合も、膜を構成する各材料がλ／４ｎ近傍になるように調整するのが一般的である。
【００７６】
コーティングが終了したレーザバーを再度劈開することによって、各素子を分離し、半導体レーザとすることができる。
【００７７】
この様にして作製された素子、あるいは他の層をさらに有する素子においても、本発明を用いることで、半導体レーザの主要な特性を極端に悪化させることなく、そのＦＦＰＶの半値全幅を実効的に低減させ、光ファイバー、レンズで構成された光学系などと半導体レーザの良好な結合を実現できる。言い換えると、第一クラッド層（３，９，１０）、第二クラッド層（４，８）、光ガイド層（５，７）、活性層構造（６）等の屈折率、厚み等が適切に設定され、かつ、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容される様に規格化周波数がπ／２以下である半導体レーザにおいては、当該半導体レーザから出射される光の放射パターンにおいて、ＦＦＰＶの中に存在する最大強度がＩＶｍａｉｎである主ピークと、極大強度がそれぞれＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークについて、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５を実現することができる（ＩＶｓｕｂはＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋のうち強度が大きい方を表す）。本発明においては、０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．５であることが必須であって、望ましくは０＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．３、より望ましくは０．０５＜ＩＶｓｕｂ／ＩＶｍａｉｎ＜０．２である。これら指標は、第一クラッド層（３、９，１０）、第二クラッド層（４，８）、光ガイド層（５，７）、活性層構造（６）の（平均的）屈折率、あるいは厚みなどの、絶対的、また、相対的な関係で規定されるものである。例えば、極端に第二クラッド層（４，８）の屈折率を下げること、あるいは厚みを増すこと、また光ガイド層（５，７）の厚みを極端に薄くすることなどは、導波路が過度に反導波的になりＬＤ構造中の縦方向の光閉じ込めがあまりに弱くなり過ぎ、結果として、極端な発振しきい値の増大、スロープ効率の低下、駆動電流の増大などを招く結果となり望ましくない。
【００７８】
また、本発明によって、第一クラッド層（３，９，１０）、第二クラッド層（４，８）、光ガイド層（５，７）、活性層構造（６）等の屈折率、厚み等が非常に適切に設定され、かつ、縦方向に関して基本モードの伝播のみが許容されている半導体レーザにおいては、１つの主ピークがあらわれる角度をＰ（ＩＶｍａｉｎ）、強度がＩＶｓｕｂ−とＩＶｓｕｂ＋である２つの副ピークがあらわれる角度をそれぞれＰ（ＩＶｓｕｂ−）、Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）とするとき、以下の関係を満たすことが好ましい。より好ましい範囲は、前記の図２の説明における好ましい範囲と同じである。
【数２１】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）｜　＞　４０度
｜Ｐ（ＩＶｓｕｂ＋）−Ｐ（ＩＶｓｕｂ−）｜　＞　８０度
【００７９】
また、この場合においても、前記の様な適切な縦方向の設計を実施しており、かつ実屈折率導波構造を有する結果として、ＦＦＰＨの最大値をＩＨｍａｉｎ、これがあらわれる角度をＰ（ＩＨｍａｉｎ）として、以下の関係も満たすことが最も望ましい。
【数２２】
｜Ｐ（ＩＶｍａｉｎ）−Ｐ（ＩＨｍａｉｎ）｜　＜　５度
【００８０】
本発明の半導体レーザに対して波長の安定化を図るためにレーザ外部に波長選択性のある鏡を準備し、外部共振器と本発明のレーザを結合させることが望ましい。特にファイバーグレーティングを用いて外部共振器を形成させること望ましい。またこの場合には、半導体レーザの他にファイバーグレーティング、温度安定化用のクーラ等を内臓した半導体レーザモジュールを形成することも可能である。ファイバーグレーティングはその目的に応じて中心波長、反射あるいは透過帯域、ファイバーグレーティングが有するレーザ側への光の反射率等を適宜選択可能である。特に前記ファイバーグレーティングのレーザ側への光の反射率がレーザの発振波長において２〜１５％、好ましくは５〜１０％であり、かつ、その反射帯域が中心波長に対して０．１〜５．０ｎｍ、好ましくは０．５〜１．５ｎｍであることが望ましい。
【００８１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、濃度、厚み、操作手順等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下の実施例に示す具体例に制限されるものではない。
【００８２】
＜実施例１＞
図５にその光の出射方向からの断面図が示されている半導体レーザを以下の手順で作製した。
先ず、キャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓ基板（１）の（１００）面上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層（２）として厚み０．５μｍでキャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層；第一導電型第一クラッド層（３）として厚み２．３μｍで、キャリア濃度が基板側から１．３μｍは７．５×１０１７ｃｍ−３であり、その上１μｍは３．０×１０１７ｃｍ−３であるＳｉドープｎ型Ａｌ０．１９Ｇａ０．８１Ａｓ層；第一導電型二クラッド層（４）として厚みが３５ｎｍでキャリア濃度が８．０×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ；第一光ガイド層（５）として、厚みが８０ｎｍで、基板側から３５ｎｍはＳｉのドーピングレベルが２．０×１０１７ｃｍ−３であり、その上４５ｎｍはアンドープであるＧａＡｓ層；活性層構造（６）として、厚み５ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）、厚み６ｎｍのアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層、厚み７ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し両量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）、厚み６ｎｍのアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層、厚み５ｎｍで、キャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）の５層からなる活性層構造；第二光ガイド層（７）として、厚みが８０ｎｍで、基板側から４５ｎｍはアンドープで、その上３５ｎｍはＢｅのドーピングレベルが３．０×１０１７ｃｍ−３であるＧａＡｓ層；第二導電型二クラッド層（８）として厚みが３５ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＢｅドープｐ型Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層；第二導電型下側第一クラッド層（９）として厚み２５ｎｍで、キャリア濃度が５．０×１０１７ｃｍ−３のＢｅドープｐ型Ａｌ０．１９Ｇａ０．８１Ａｓ層；電流ブロック層（１１）として厚み０．３μｍでキャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型Ａｌ０．２３Ｇａ０．７８Ａｓ層；キャップ層（１２）として厚み１０ｎｍでキャリア濃度７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層を順次積層した。
【００８３】
最上層の電流注入領域部分を除く部分に窒化シリコンのマスクを設けた。このとき、窒化シリコンマスクの開口部の幅は１．５μｍとした。これをマスクとして２０℃で１０５秒間エッチングを行い、電流注入領域部分のキャップ層と電流ブロック層を除去した。エッチング剤は、リン酸（８５重量％）、過酸化水素（３０重量％水溶液）および水を体積比１：１：３０で混合した混合液を使用した。
【００８４】
その後、ＭＯＣＶＤ法にて第二導電型上側第一クラッド層（１０）として厚み２．３μｍで、キャリア濃度が基板側から１μｍは４．０×１０１７ｃｍ−３であり、その上の１．３μｍは７．５×１０１７ｃｍ−３であるＺｎドープｐ型Ａｌ０．１９Ｇａ０．８１Ａｓ層；コンタクト層（１３）として厚み３．０μｍで、キャリア濃度が基板側から２．７μｍは１．０×１０１８ｃｍ−３であり、その上の０．３μｍは６．０×１０１８ｃｍ−３であるＺｎドープＧａＡｓ層を再成長した。
さらに、エピタキシャル層側（ｐ側）電極（１４）としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、それぞれ７０ｎｍ／７０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、また、基板をポリッシングした後には、基板側（ｎ側）電極（１５）としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕをそれぞれ１５０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、その後、４００℃で合金化を５分間行って半導体レーザ用のウエハーを完成させた。
なお、完成した半導体レーザの電流注入領域の幅Ｗは２．２μｍであった。
【００８５】
続いて、大気中で、共振器長１６００μｍのレーザバーの状態に劈開して（１１０）面を露出させ、ＡｌＯｘ膜を発振波長９８０ｎｍにおいて前端面の反射率が２．５％になるように１６５ｎｍ製膜し、コーティング層（１６）を形成した（図６）。さらに後端面側の処理を行うために、厚み１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚み６０ｎｍのアモルファスＳｉ層／厚み１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚み６０ｎｍのアモルファスＳｉ層の４層からなるコーティング層（１７）を形成し、反射率９２％の後端面を作製した。
【００８６】
作製した素子の２５℃における電流光出力特性においては、しきい値電流は２９．９ｍＡ、スロープ効率は０．９１Ｗ／Ａ、キンクレベルは６２０ｍＷであった。また電流を１．２２Ａ注入した際に最大光出力７６１ｍＷであった。
また４５０ｍＷ光出力時におけるＦＦＰＶの半値全幅は２３．５度であり、ＦＦＰＨの半値全幅は８．５度であった。この際、図４に典型例が示されるように、ＦＦＰＶには副ピーク、主ピーク、副ピークの順に３つのピークが確認され、それぞれのピークの位置は角度の順に、−５４．６度、０．９度、５５．３度であった。また主ピークの強度を１とした場合の相対的な強度は、角度順にそれぞれ、０．０７、１、０．０４であった。一方、ＦＦＰＶの主ピーク部分のＦＦＰＨには１つのピークのみが確認され、そのピークの位置は−０．２度であった。なお、４５０ｍＷ出力時における素子の発振波長は９８４ｎｍであった。
【００８７】
この素子を用いて、その素子の前端面側に先端が楔型をしたファイバーレンズを有するグレーティング付の光ファイバーを実装し、バタフライ型のパッケージを有する半導体レーザモジュールを作製した。このグレーティングファイバーの反射中心は９８２ｎｍであり、その反射率は３％であった。２５℃において、ファイバー端から出射される光に対して、しきい値電流２５．６ｍＡ、スロープ効率０．７５ｍＷ／ｍＡであった。結合効率は約８２．４％と良好であった。
【００８８】
＜実施例２＞
図５にその光の出射方向からの断面図が示されている半導体レーザを以下の手順で作製した。
先ず、キャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓ基板（１）の（１００）面上に、ＭＯＣＶＤ法にて、バッファ層（２）として厚み０．５μｍでキャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層；第一導電型第一クラッド層（３）として厚み２．３μｍで、キャリア濃度が基板側から１．３μｍは７．５×１０１７ｃｍ−３であり、その上１μｍは３．０×１０１７ｃｍ−３であるＳｉドープｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ層；第一導電型二クラッド層（４）として厚みが３５ｎｍでキャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型Ａｌ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ；第一光ガイド層（５）として、厚みが７２ｎｍで、基板側から３２ｎｍはＳｉのドーピングレベルが２．０×１０１７ｃｍ−３であり、その上４０ｎｍはアンドープであるＡｌ０．２６Ｇａ０．７４Ａｓ層；活性層構造（６）として、厚み５ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）、厚み６ｎｍのアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層、厚み７ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し両量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）、厚み６ｎｍのアンドープＩｎ０．１６Ｇａ０．８４Ａｓ歪み量子井戸層、厚み５ｎｍで、キャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ障壁層（但し量子井戸層側１ｎｍはアンドープ）の５層からなる活性層構造；第二光ガイド層（７）として、厚みが７２ｎｍで、基板側から３２ｎｍはアンドープで、その上４０ｎｍはＺｎのドーピングレベルが３．０×１０１７ｃｍ−３であるＡｌ０．２６Ｇａ０．７４Ａｓ層；第二導電型二クラッド層（８）として厚みが３５ｎｍでキャリア濃度が７．５×１０１７ｃｍ−３のＺｎドープｐ型Ａｌ０．７１Ｇａ０．２９Ａｓ；第二導電型下側第一クラッド層（９）として厚み２５ｎｍで、キャリア濃度が５．０×１０１７ｃｍ−３のＺｎドープｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ層；電流ブロック層（１１）として厚み０．３μｍでキャリア濃度５．０×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型Ａｌ０．４９Ｇａ０．５１Ａｓ層；キャップ層（１２）として厚み１０ｎｍでキャリア濃度７．５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層を順次積層した。
【００８９】
最上層の電流注入領域部分を除く部分に窒化シリコンのマスクを設けた。このとき、窒化シリコンマスクの開口部の幅は１．５μｍとした。これをマスクとして２０℃で９７秒間エッチングを行い、電流注入領域部分のキャップ層と電流ブロック層を除去した。エッチング剤は、リン酸（８５重量％）、過酸化水素（３０重量％水溶液）および水を体積比１：１：３０で混合した混合液を使用した。
【００９０】
その後、引き続きＭＯＣＶＤ法にて、第二導電型上側第一クラッド層（１０）として厚み２．３μｍで、キャリア濃度が基板側から１μｍは４．０×１０１７ｃｍ−３であり、その上の１．３μｍは７．５×１０１７ｃｍ−３であるＺｎドープｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓ層；コンタクト層（１３）として厚み３．０μｍで、キャリア濃度が基板側から２．７μｍは１．０×１０１８ｃｍ−３であり、その上の０．３μｍは６．０×１０１８ｃｍ−３であるＺｎドープＧａＡｓ層を再成長した。
さらに、エピタキシャル層側（ｐ側）電極（１４）としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、それぞれ７０ｎｍ／７０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、また、基板をポリッシングした後には、基板側（ｎ側）電極（１５）としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕをそれぞれ１５０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、その後、４００℃で合金化を５分間行って半導体レーザ用のウエハーを完成させた。
なお、完成した半導体レーザの電流注入領域の幅Ｗは２．３μｍであった。
【００９１】
続いて、大気中で、共振器長１６００μｍのレーザバーの状態に劈開して（１１０）面を露出させ、ＡｌＯｘ膜を発振波長９８０ｎｍにおいて前端面の反射率が２．５％になるように１６５ｎｍ製膜し、コーティング層（１６）を形成した（図６）。さらに後端面側の処理を行うために、厚み１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚み６０ｎｍのアモルファスＳｉ層／厚み１７０ｎｍのＡｌＯｘ層／厚み６０ｎｍのアモルファスＳｉ層の４層からなるコーティング層（１７）を形成し、反射率９２％の後端面を作製した。
【００９２】
作製した素子の２５℃における電流光出力特性においては、しきい値電流は２７．１ｍＡ、スロープ効率は０．９４Ｗ／Ａ、キンクレベルは５８０ｍＷであった。また素子の最大光出力６８２ｍＷであった。
【００９３】
縦方向ＦＦＰの半値全幅は２１．８度であり、横方向ＦＦＰの半値全幅は８．７度であった。この際、縦方向のＦＦＰには、図４に典型例が示されるように、ＦＦＰＶには副ピーク、主ピーク、副ピークの順に３つのピークが確認され、それぞれのピークの位置は角度の順に、−５３．５度、−０．２度、５３．９度であった。また主ピークの強度を１とした場合の相対的な強度は、角度順にそれぞれ０．１、１、０．０７であった。一方、ＦＦＰＶの主ピーク部分のＦＦＰＨには１つの主ピークのみが確認され、そのピークの位置は０．５度であった。なお、４５０ｍＷ出力時における素子の発振波長は９８４ｎｍであった。
【００９４】
この素子を用いて、その素子の前端面側に先端が楔型をしたファイバーレンズを有するグレーティング付の光ファイバーを実装し、バタフライ型のパッケージを有する半導体レーザモジュールを作製した。このグレーティングファイバーの反射中心は９８２ｎｍであり、その反射率は３％であった。２５℃において、ファイバー端から出射される光に対して、しきい値電流２３．６ｍＡ、スロープ効率０．７８ｍＷ／ｍＡであった。結合効率は約８２．９％と良好であった。
【００９５】
＜実施例３＞
発振波長を７８０ｎｍ近傍に有するロスガイド型半導体レーザを以下の手順で作製した。
先ず、キャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＧａＡｓ基板（１）の（１００）面上に、ＭＯＣＶＤ法にて、バッファ層（２）として厚み１．０μｍでキャリア濃度１．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層；第一導電型第一クラッド層（３）として厚み１．５μｍで、キャリア濃度が基板側から１．０μｍは１．０×１０１８ｃｍ−３であり、その上０．５μｍは６．０×１０１７ｃｍ−３であるＳｉドープｎ型Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層；第一導電型二クラッド層（４）として厚みが２５ｎｍでキャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層；活性層構造（６）として、厚み１００ｎｍでアンドープであるＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ単層のバルク活性層；第二導電型二クラッド層（８）として厚みが２５ｎｍでキャリア濃度が１．０×１０１８ｃｍ−３のＺｎドープｐ型Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓ層；第二導電型下側第一クラッド層（９）として厚み３５０ｎｍで、キャリア濃度が８．０×１０１７ｃｍ−３のＺｎドープｐ型Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層；電流ブロック層（１１）として厚み０．７μｍでキャリア濃度３．０×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層を順次積層した。
【００９６】
最上層の電流注入領域部分を除く部分に窒化シリコンのマスクを設けた。このとき、窒化シリコンマスクの開口部の幅は１．２μｍとした。これをマスクとして電流注入領域部分の電流ブロック層を除去した。エッチング剤は、リン酸（８５重量％）、過酸化水素（３０重量％水溶液）および水を体積比１：１：３０で混合した混合液を使用した。
【００９７】
その後、引き続きＭＯＣＶＤ法にて、第二導電型上側第一クラッド層（１０）として厚み１．１５μｍで、キャリア濃度が１．４×１０１８ｃｍ−３であるＺｎドープｐ型Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層；コンタクト層（１３）として厚み７．０μｍで、キャリア濃度が７．０×１０１８ｃｍ−３であるＺｎドープＧａＡｓ層を再成長した。
さらに、エピタキシャル層側（ｐ側）電極としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、それぞれ７０ｎｍ／７０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、また、基板をポリッシングした後には、基板側（ｎ側）電極としてＡｕＧｅＮｉ／Ａｕをそれぞれ１５０ｎｍ／８０ｎｍだけ蒸着し、その後、４００℃で合金化を５分間行って半導体レーザ用のウエハーを完成させた。
なお、完成した半導体レーザの電流注入領域の幅Ｗは３．２μｍであった。
【００９８】
続いて、大気中で、共振器長２５０μｍのレーザバーの状態に劈開して（１１０）面を露出させ、ＡｌＯｘ膜を発振波長７８０ｎｍにおいて前後端面とも反射率が３３％になるように製膜した。
【００９９】
作製した素子の２５℃における電流光出力特性においては、しきい値電流は４３．５ｍＡ、スロープ効率は０．２９Ｗ／Ａであった。また、この素子の３ｍＷ出力時における縦方向ＦＦＰの半値全幅は２２．８度であり、横方向ＦＦＰの半値全幅は８．７度であった。この際には縦方向のＦＦＰには副ピーク、主ピーク、副ピークの順に３つのピークが確認された。また主ピークの強度を１とした場合の相対的な強度は、角度順にそれぞれ０．２１、１、０．１１であった。一方、ＦＦＰＶの主ピーク部分のＦＦＰＨには１つのピークのみが確認され、そのピークの位置は０．７度であった。なお、３ｍＷ出力時における素子の発振波長は７７５ｎｍであった。
【０１００】
＜比較例１＞
第一光ガイド層（５）および第二光ガイド層（７）の厚みを４０ｎｍ、また、その中のアンドープ領域を１０ｎｍとし、かつ、第一導電型第二クラッド層（４）と第二導電型第二クラッド層（８）の厚みを共に５０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして半導体レーザを作製した。
しきい値電流は３９．５ｍＡ、スロープ効率は０．７０Ｗ／Ａ、キンクレベルは４８５ｍＷと、素子特性全般において実施例１に及ばなかった。素子の最大光出力も５２０ｍＷと実施例１と比較して低かった。
また４５０ｍＷ光出力時における縦方向のＦＦＰには、副ピーク、主ピーク、副ピークの順に３つのピークが確認され、それぞれのピークの位置は、角度の順に−５５．８度、０．３度、５７．６度であったが、主ピークの強度を１とした場合の相対的な強度は、角度順にそれぞれ、０．６１、１．０、０．４であり、副ピークの強度は実施例１よりも非常に大きかった。なお、主ピーク部分に限ってみた縦方向のＦＦＰの半値全幅は１５．２度であり、横方向ＦＦＰの半値全幅は８．４度であった。なお、４５０ｍＷ出力時における素子の発振波長は９９２ｎｍであった。
【０１０１】
この素子を用いて、実施例１と同様のバタフライ型のパッケージを有する半導体レーザモジュールを作製した。２５℃において、ファイバー端から出射される光に対して、しきい値電流３６．１ｍＡ、スロープ効率０．４８ｍＷ／ｍＡであった。結合効率は約６８．６％と実施例１に及ばなかった。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザは、半導体レーザの主要な特性を極端に悪化させることなく、出射される光の縦方向の遠視野像の半値全幅を実効的に低減させ、光ファイバーとレンズで構成された光学系などと半導体レーザとの良好な結合を実現し、かつ、半導体レーザそのものの高出力動作特性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＦＰの位置の規定を説明する図である。
【図２】本発明の半導体レーザの一態様を光の出射方向から見た断面図である。
【図３】従来の半導体レーザのＦＦＰＶを示す図である。
【図４】本発明の半導体レーザのＦＦＰＶを示す図である。
【図５】本発明の半導体レーザの一態様を光の出射方向から見た断面図である。
【図６】本発明の半導体レーザの一態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
３１　　基板
３２　　素子構造
１０１　　ｎ型基板
１０２　　ｎ型第一クラッド層
１０３　　ｎ型第二クラッド層
１０４　　第一光ガイド層
１０５　　活性層構造
１０６　　第二光ガイド層
１０７　　ｐ型第二クラッド層
１０８　　ｐ型第一クラッド層
１０９　　コンタクト層
１１０　　ＳｉＮ層
１１１　　ｐ側電極
１１２　　ｎ側電極
１２１、１２３　　歪み量子井戸層
１２２　　障壁層
１　　第一導電型基板
２　　バッファ層
３　　第一導電型第一クラッド層
４　　第一導電型第二クラッド層
５　　第一光ガイド層
６　　活性層構造
７　　第二光ガイド層
８　　第二導電型第二クラッド層
９　　第二導電型下側第一クラッド層
１０　　第二導電型上側第一クラッド層
１１　　電流ブロック層
１２　　キャップ層
１３　　コンタクト層
１４　　エピタキシャル層側電極
１５　　基板側電極
１６、１７　　コーティング層
２１、２３、２５　　障壁層
２２、２４　　歪み量子井戸層
【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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