(57)【要約】【課題】  単一モード光ファイバと光結合する際、従来のようなモード変換部を必要とせず、基本横モードを保ったまま高出力のレーザ光を低コストで単一モード光ファイバに入射する。【解決手段】  半導体レーザ１は、ｐ型半導体材料からなるクラッド層９とｎ型半導体材料からなるクラッド層３と光閉じ込め層と量子井戸構造からなる活性層５を有し、活性層５から出射されるレーザ光を出射する。この半導体レーザ１におけるｎ側クラッド層３は、ＩｎＰに格子整合したＩｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｐの４元材料を有し、その組成波長が０．９６〜０．９８μｍである。しかも、活性層５の幅が７〜１４μｍ以上である。半導体レーザ１の活性層５と単一モード光ファイバの光入射面を近接して配置すると、活性層５からの光が単一モード光ファイバの光入射面よりコアに入射される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる基板（２）上に、多重量子井戸構造を含む活性層（５）と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層（３）及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層（９）を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、且つ前記活性層の幅が７〜１４μｍであり、基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ（３１）と直接光結合することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
ＩｎＰからなる基板（２）上に、多重量子井戸構造を含む活性層（５）と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層（３）及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層（９）を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、且つ出射端部から出射される光のスポット径が前記活性層と平行な方向において７〜１４μｍであり、基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ（３１）と直接光結合することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成波長が０．９８μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一モード光ファイバとの光結合に用いる半導体レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに用いられる光信号は、長距離にわたって敷設された光ファイバ内を伝送される。このため、光信号の光源として用いられる半導体レーザの特性としては、高出力、高安定度が要求される。
【０００３】
ところで、光の伝送に単一モード光ファイバを使用する場合、半導体レーザと単一モード光ファイバとの間を光結合することになる。しかし、半導体レーザの素子端面と光ファイバの光入射面とを直接突き合わせて結合すると、半導体レーザの光波スポットサイズが２〜３μｍに対して単一モード光ファイバのスポットサイズが１０μｍ程度であり、互いの光導波路光波スポットサイズが異なるために結合損失が生じる。このため、半導体レーザからのレーザ光をレンズによって光ファイバのスポットサイズに変換して結合損失の低減を図るのが一般的に行われていた。
【０００４】
しかしながら、光結合にレンズを用いる構成では、半導体レーザと光ファイバとの間の面倒な光軸調整が必要不可欠であり、光学部品も増すという問題があった。そこで、上記問題を解消するため、下記特許文献１に開示される半導体光デバイスの提案がなされている。
【０００５】
図１７は下記特許文献１に開示される半導体光デバイスの概略図である。図１７に示すように、特許文献１に開示される半導体光デバイス５１は、クラッド、キャップ、電極等の素子化に必要な構成部分５２において、ＭＱＷ活性層５３がバットジョイント部５４を介してテーパ光導波路５５と接合している。ＭＱＷ活性層５３は、歪み超格子活性層であり、活性領域５６を構成している。光導波路５５は、層厚とバンドギャップ波長を連続的に変化させた光導波路であり、スポットサイズ変換領域５７を構成している。
【０００６】
そして、上記半導体光デバイス５１を用いて単一モード光ファイバと光結合する場合には、ＭＱＷ活性層５３の活性領域５６から出射されたレーザ光がバットジョイント部５４でテーパ光導波路５５のスポットサイズ変換領域５７に伝播され、このスポットサイズ変換領域５７でスポットサイズが変換されて光出射端５５ａから出射される。そして、このスポットサイズの変換されたレーザ光は、光出射端５５ａから単一モード光ファイバの光入射面から入射され、半導体光デバイス５１と単一モード光ファイバが光結合される。
【特許文献１】特開平９−６１６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１に開示されるテーパ光導波路５５を有する従来の半導体光デバイス５１では、光出射端５５ａから出射されるレーザ光のスポットサイズが単一モード光ファイバのスポットサイズに合うように半導体光デバイス５１にテーパ光導波路５５を一体に形成する必要があるので、設計が難しく、作成に手間を要し、作成再現性も得にくいという問題があった。
【０００８】
ところで、半導体レーザの活性層の幅を広げれば、半導体レーザから出射されるレーザ光のスポット径を単一モードの光ファイバのコア径に合わせることが可能である。しかし、単純に半導体レーザの活性層の幅を広げただけでは、半導体レーザから出射されるレーザ光に横高次モードが発生し、電流−光出力特性において、不連続点が生じたり、単一モード光ファイバと光結合を行う際に結合損失が大きくなってしまうという新たな問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、単一モード光ファイバと光結合する際、従来のようなモード変換部を必要とせず、基本横モードを保ったまま高出力のレーザ光を低コストで単一モード光ファイバに高い結合効率で入射することができる半導体レーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された半導体レーザは、ＩｎＰからなる基板２上に、多重量子井戸構造を含む活性層５と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層３及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層９を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、且つ前記活性層の幅が７〜１４μｍであり、基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ３１と直接光結合することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、ＩｎＰからなる基板２上に、多重量子井戸構造を含む活性層５と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層３及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層９を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層がＩｎＧａＡｓＰで構成され、且つ出射端部から出射される光のスポット径が前記活性層と平行な方向において７〜１４μｍであり、基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ３１と直接光結合することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２記載の半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成波長が０．９８μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ｎ型クラッド層３をＩｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｐの４元材料で形成し、ｎ型クラッド層３の組成波長を０．９６〜０．９８μｍ、かつ活性層５の幅を７〜１４μｍにしているので、レンズレスでも発振基本横モードを維持しながら単一モード光ファイバと十分な結合効率が得られる。しかも、従来のようなテーパ光導波路やスポットサイズ変換部が不要となり、製造性簡便化、及び素子長を短くして素子のコストも低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る半導体レーザの全体の構成を示す斜視図、図２は半導体レーザの一部拡大断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本例の半導体レーザ１は、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板２の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層４、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層５、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層６が順番に積層されている。
【００１６】
図１において、ｎ型クラッド層３、ＳＣＨ層４、活性層５、ＳＣＨ層６はメサ型に形成されており、このメサ型の両側にｐ型ＩｎＰからなる下部埋込層７およびｎ型ＩｎＰからなる上部埋込層８が形成されている。
【００１７】
また、ＳＣＨ層６の上側および上部埋込層８の上面には、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９が形成されている。ｐ型クラッド層９の上面には、ｐ型コンタクト層１０が形成されている。さらに、ｐ型コンタクト層１０の上面には、ｐ電極１１が設けられている。また、半導体基板２の下面にはｎ電極１２が設けられている。
【００１８】
本例において、活性層５としては、図２に示すように、４層の井戸層５ａと、この各井戸層５ａの両側に位置する５層の障壁層５ｂとを積層した４層のＭＱＷ（多重量子井戸）構造が採用されている。この４層のＭＱＷ構造を有した活性層５の下側に位置するＳＣＨ層４を複数の層４ａ，４ｂ，４ｃからなる多層構造とし、同様に、活性層５の上側に位置するＳＣＨ層６を複数の層６ａ，６ｂ，６ｃからなる多層構造としている。
【００１９】
図２に示すように、活性層５における障壁層５ｂの屈折率をｎｓ、ｎ型クラッド層３の屈折率をｎａ、ｐ型クラッド層９の屈折率をｎｂとする。また、ＳＣＨ層４を構成する各層４ａ，４ｂ，４ｃの屈折率および厚さをそれぞれｎ１，ｎ２，ｎ３，ｔ１，ｔ２，ｔ３とし、同様に、ＳＣＨ層６を構成する各層６ａ，６ｂ，６ｃの屈折率および厚さをｎ１，ｎ２，ｎ３，ｔ１，ｔ２，ｔ３とする。
【００２０】
そして、各屈折率の大小関係は、次のように、活性層５から遠ざかる程小さくなるように設定され、且つ、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３の屈折率ｎａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９の屈折率ｎｂより高い。
【００２１】
ｎｓ＞ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎａ＞ｎｂ
【００２２】
さらに、この半導体レーザ１においては、図３に示すように、各ＳＣＨ層４，６を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層５からクラッド層３，９へ向う程小さくなるように設定されている。
【００２３】
即ち、
ｎｓ−ｎ１＞ｎ１−ｎ２＞ｎ２−ｎ３＞ｎ３−ｎｂ＞ｎ３−ｎａ
となるように設定されている。
【００２４】
また、ＳＣＨ層４，６を構成する各層４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの厚みｔ１，ｔ２，ｔ３は等しく設定されている。
【００２５】
このように構成された半導体レーザ１では、ｐ電極１１とｎ電極１２との間に直流電圧を印加すると、活性層５で光Ｐが生起され、その光Ｐが図１に示した半導体レーザ１の端面１ａ，１ｂから外部へ出射される。
【００２６】
ここで、横高次モードの発生を抑制しつつ、単一モード光ファイバと十分な結合効率を得ることができる活性層幅について説明する。
【００２７】
半導体レーザは前述の通り光が半導体レーザの端面から外部へ出射されるが、その際、所定の大きさのスポット径で光は外部へ出射される。このスポット径とは、本発明においては、活性層端から出射される光の、その端部での光強度分布において、最大光強度の１／ｅ2 （ｅは自然対数の底）となる部分の直径を表している。
【００２８】
図４に、光スポットの偏平率をパラメータとした、出射光の水平方向スポット径と単一モード光ファイバへの光結合効率の関係図を示す。光スポットの偏平率は、スポット径の水平方向：垂直方向の割合比であり、それぞれ１：１．３５，１：１．２，１：１，１：０．８，１：０．６５の割合比を示している。尚、半導体レーザは基本横モードで発振しており、単一モード光ファイバを半導体レーザに近接配置し、レンズレスで光結合している。図４からも分かるように、どの光スポットの偏平率においても約７５％以上の高い光結合効率を得るためには、水平スポット径が７〜１４μｍであれば良いことが分かる。
【００２９】
次に、図５に、水平スポット径とレーザ出射光の遠視野像の広がり角度との関係図を示す。一方、図６には、本例の半導体レーザの活性層幅とレーザ出射光の遠視野像の広がり角度との関係図を示す。図５と図６とを比較して分かるように、同一広がり角度が得られる際の、活性層幅と水平方向スポット径がほぼ同等となっている。従って、本例の半導体レーザにおいては、活性層幅＝スポット径と見なすことができる。従って、単一モード光ファイバとの光結合において、約７５％以上の高い光結合効率を得るためには、活性層幅が７〜１４μｍであれば良いこととなる。
【００３０】
ところで、単純に活性層幅を拡大させただけでは、レーザの発振モードに横高次モードが存在する事となり、レーザ特性が悪化するばかりでなく、ファイバへの光結合効率が低下してしまうこととなる。そこで、本例の半導体レーザでは、前述したように、ｎ側クラッド層をＩｎＧａＡｓＰで構成している。本構成とすることにより、導波路の等価屈折率を低減する事と同等の効果を得ることができ、結果、横高次モードの発生を抑えつつ広い活性層幅の半導体レーザを実現することができる。
【００３１】
図７に、同一活性層構造における、ｎ側クラッド層に用いるＩｎＧａＡｓＰの組成波長に対する、横高次モードを抑圧できる最大の活性層幅（＝カットオフ幅）の関係図の一例を示す。これによれば、通常のＩｎＰクラッド層を用いた半導体レーザでは、カットオフ幅は約３．５μｍである。それに対し、組成波長を０．９６μｍとするとカットオフ幅は約７μｍとなり、さらに組成波長を０．９８μｍとすれば、カットオフ幅は約１４μｍまで拡大することができる。
【００３２】
次に、図３に基いて各層の屈折率について説明する。図３の屈折率特性に示すように、ＳＣＨ層４，６を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層５から各クラッド層３，９へ向う程小さくなるように設定されているので、ＳＣＨ層４，６内における活性層５の近傍領域の屈折率の高い領域においては屈折率が急激に低下し、両クラッド層３，９の近傍領域の屈折率の低い領域においては、屈折率が緩慢に低下する。
【００３３】
このため、光導波路内で光の集中度を緩和する、即ち、光閉じ込め係数を低くすることができ、内部損失が低下する。
【００３４】
また、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３の屈折率ｎａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９の屈折率ｎｂより高いので、図８に示すように、光の分布が、両クラッド層３，９を同一屈折率にしたときの対称な特性Ａ’に対して、特性Ａのようにｎ型クラッド層３側に偏って分布する。
【００３５】
このため、活性層５およびＳＣＨ層４，６における光閉じ込め係数を低くしたことによるｐ型クラッド層９における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。
【００３６】
また、活性層５とｎ型クラッド層３との屈折率差が従来のものより小さくなるので、横高次モードを抑圧できる最大の活性層幅も拡大することができ、レーザの高出力化にさらに有利となる。
【００３７】
具体的には、ｎ型クラッド層組成を０．９６〜０．９８μｍの範囲で設定することにより、７〜１４μｍ程度の幅に拡大できる。これにより、素子抵抗値の増加による光出力の低下も防止できるだけでなく、光スポットサイズを拡大する事ができるため、レンズレスでも単一モード光ファイバへ結合する事が可能となる。
【００３８】
また、ｐ型クラッド層９の厚さを増加させる必要がなく、素子抵抗値の増加による光出力の低下を招く恐れもない。
【００３９】
なお、ここでは、活性層５およびＳＣＨ層４，６における光の閉じ込め係数を低減するための一つの方法として、ＳＣＨ層４，６を構成する各層４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの隣接するもの同士の屈折率差が活性層５から遠くなる程小さくなるように設定し、各層の厚さ４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃを等しくしていたが、図９に示すように、ＳＣＨ層４，６を構成する隣接する層相互間の屈折率差を等しくし、各層４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの厚みｔ１，ｔ２，ｔ３を活性層５から遠いもの程大きくなるように設定してもよい。
【００４０】
即ち、
ｎｓ−ｎ１＝ｎ１−ｎ２＝ｎ２−ｎ３＝ｎ３−ｎｂ＞ｎ３−ｎａ
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
となるように設定してもよい。
【００４１】
また、図１０に示すように、ＳＣＨ層４，６を構成する隣接する層相互間の屈折率差が活性層５から遠くなる程小さくなり、しかも、各層４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの厚みｔ１，ｔ２，ｔ３を活性層５から遠いもの程大きくなるように設定してもよい。
【００４２】
即ち、
ｎｓ−ｎ１＞ｎ１−ｎ２＞ｎ２−ｎ３＞ｎ３−ｎｂ＞ｎ３−ｎａ
ｔ１＜ｔ２＜ｔ３
となるように設定してもよい。
【００４３】
上記図１０、図１１のように、屈折率特性を設定した場合でも、ＳＣＨ層４，６内における活性層５の近傍領域の屈折率の高い領域においては屈折率が急激に低下し、両クラッド層３，９の近傍領域の屈折率が低い領域においては、屈折率が緩慢に低下する。
【００４４】
このため、光導波路内で光の集中度を緩和する、即ち、光閉じ込め係数を低く設定することができ、内部損失が低下する。
【００４５】
また、いずれの場合においても、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３の屈折率ｎａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９の屈折率ｎｂより高いので、光の分布が前記図８で示すように、ｎ型クラッド層３側に偏る。
【００４６】
このため、活性層５およびＳＣＨ層４，６における光閉じ込め係数を低くしたことによるｐ型クラッド層９における価電子帯間光吸収による光損失の増加を抑制することができ、高出力なレーザ光を得ることができる。
【００４７】
次に、上記した図１０の構成の半導体レーザ１の各部の屈折率、厚さについて具体的な数値例とその特性を示す。
【００４８】
共振器長３ｍｍ、端面の一方がＨＲ膜、他方がＬＲ膜、活性層幅９．０μｍとする。
【００４９】
また、各屈折率を組成波長で表し、以下のように設定した。なお、ｐ型クラッド層９は組成が決まっているＩｎＰによって構成されているので、その組成波長ｎｂは一義的に０．９２５μｍとなる。
ｎｓ＝１．２μｍ
ｎ１＝１．１５μｍ
ｎ２＝１．０８μｍ
ｎ３＝０．９９μｍ
ｎａ＝０．９７μｍ
【００５０】
また、ＳＣＨ層４，６の各層４ａ，４ｂ，４ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃの厚さを以下のように設定した。
ｔ１＝３．０ｎｍ
ｔ２＝８．０ｎｍ
ｔ３＝２５ｎｍ
【００５１】
また、ｎ型クラッド層３の厚さは約７．５μｍとしているが、４元素であるＩｎＧａＡｓＰを格子間間隔を合わせてこのような大きな厚さに形成することは通常は困難であり、特に組成波長０．９７μｍの場合、ＧａとＡｓの割合がＩｎやＰに対して微量となってさらに困難さが増すが、希釈原料の導入や各ガスの流量と成長速度の制御によってこれを実現している。
【００５２】
以下、その製造工程の一例を説明する。
先ず始めに、不純物濃度１〜２×１０18／ｃｍ3 のｎ型ＩｎＰの半導体基板２上に、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、層厚が７．５μｍで不純物濃度が１〜２×１０18／ｃｍ3 、組成波長０．９７μｍのＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３を形成する。
【００５３】
次に、組成波長が０．９９μｍ、１．０８μｍ、１．１５μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰをそれぞれ２５ｎｍ、８ｎｍ、３ｎｍの厚さで積層して、ＳＣＨ層４を形成する。
【００５４】
そして、ＳＣＨ層４の上に、ＩｎＧａＡｓＰの井戸層５ａとＩｎＧａＡｓＰの障壁層５ｂを交互に成長し、井戸層数４の多重量子井戸構造の活性層５を形成する。
【００５５】
次に、活性層５の上に、組成波長が１．１５μｍ、１．０８μｍ、０．９９μｍのノンドープＩｎＧａＡｓＰをそれぞれ３ｎｍ、８ｎｍ、２５ｎｍの厚さで積層して、ＳＣＨ層６を形成する。
【００５６】
そして、ＳＣＨ層６の上に、不純物濃度が５〜７×１０17／ｃｍ3 で厚さ０．５μｍのＩｎＰからなるｐ型クラッド層９の下層部を成長する。
【００５７】
その後、プラズマＣＶＤ法等により全面にＳｉＮｘ膜を数１０ｎｍ程度堆積し、これをフォトリソグラフィ工程で幅１０μｍ程度のストライプ状に形成したものをエッチングマスクとして、塩酸、過酸化水素水、水の混合液からなるエッチング溶液に浸し、メサ形状を形成する。これにより活性層部分の幅はおよそ９μｍとなる。
【００５８】
続いて、前記ＳｉＮｘ膜を成長阻害マスクに利用して、ＭＯＶＰＥ法により、ｐ型ＩｎＰの下部埋込層７、ｎ型ＩｎＰの上部埋込層８を積層して、メサ両側部を埋め込んだ後、ＳｉＮｘ膜を除去する。
【００５９】
その後全面に不純物濃度５〜７×１０17／ｃｍ3 のＩｎＰからなるｐ型クラッド層９の上層部を２．５μｍ成長し、さらに、不純物濃度５×１０18／ｃｍ3 程度のＩｎＧａＡｓＰのｐ型コンタクト層１０を０．３μｍ成長する。
【００６０】
そして、ｐ型コンタクト層１０の上面にｐ電極１１を形成し、半導体基板２の下側にｎ電極１２を形成した後、長さ３ｍｍで切り出し、前端面にＬＲ膜２１、後端面にＨＲ膜２２を施し、レーザ構造とする。
【００６１】
上記のように構成された半導体レーザ１の電流対出力の特性を図１１に示す。
図１１において、特性Ｆは上記数値例の半導体レーザの特性であり、特性Ｆ’は単一モード光ファイバとレンズレスで光結合させた時のファイバ出力特性を示す。本例の半導体レーザによれば、結合効率８０％の良好な特性が得られている。
【００６２】
また、この半導体レーザのｐ型クラッド層９内における光閉じ込め係数は１７パーセントであり、従来構造の閉じ込め係数４２パーセントに対して大幅に低減していることが確認されている。
【００６３】
また、実際に作成した半導体レーザから見積もった内部損失の値も、従来構造のものが５〜６ｃｍ-1であるのに対し、この半導体レーザでは、３．０ｃｍ-1以下まで改善されている。
【００６４】
また、上述した半導体レーザは埋め込み構造のものであるが、図１２に示すリッジ構造の半導体レーザについても本発明は同様に適用できる。なお、図１２において、ｐ型クラッド層９およびｐ型コンタクト層１０の上にはＳｉＯ2 からなる絶縁層２３が形成される。
【００６５】
このようなリッジ構造の半導体レーザの場合でも、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９に対して、それより屈折率が大きいＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３を用いているので、前記同様に、光の分布をｎ型クラッド層３側に偏らせることができ、上記同様に高出力のレーザ光が得られる。
【００６６】
また、前述した半導体レーザでは、ｎ型の半導体基板２上に各層を形成した例を示したが、図１３に示すように、ｐ型の半導体基板２’上に各層を形成した半導体レーザにおいても、そのｎ型クラッド層３を、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層９より屈折率が高いＩｎＧａＡｓＰによって構成することで、上記同様の効果を得ることができる。
【００６７】
なお、前述した各半導体レーザでは、ＳＣＨ層４の最も外側の層４ｃの組成波長を、ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３の組成波長より長くしていたが、図１４に示すように、ＳＣＨ層４の最も外側の層４ｃの組成波長をＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３の組成波長より短くしてもよい。
【００６８】
また、前述した半導体レーザでは、ｎ型クラッド層３を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成波長が０．９７μｍの場合を例にとって説明したが、本例の半導体レーザでは、ＩｎＧａＡｓＰの組成波長を０．９６〜０．９８μｍの範囲で選択し、かつ活性層５の幅を７〜１４μｍに設定することができる。
【００６９】
なお、ＩｎＧａＡｓＰの組成波長を０．９６〜０．９８μｍの範囲で選択すれば、単一モード光ファイバと光結合する際に、基本横モードを保ったまま高出力のレーザ光を単一モード光ファイバに入射することができる。図１５は本例の半導体レーザ１と単一モード光ファイバ３１を光結合する場合の概略図である。図１５において、単一モード光ファイバ３１は、光入射面３１ａにＡＲ膜３２が形成されている。本例の半導体レーザ１と単一モード光ファイバ３１を光結合する場合には、図１５に示すように、半導体レーザ１のレーザ光が出射される一方の端面（図１５ではＬＲ面２１）におけるレーザ光の中心軸と、単一モード光ファイバ３１の光入射面３１ａのコア３１ｂの中心軸とを近接して配置する。半導体レーザ１の活性層５からＬＲ面２１より出射された光は、単一モード光ファイバ３１の光入射面３１ａのコア３１ｂに入射される。この構成により、基本横モードを保ったまま活性層幅を広くして半導体レーザ１と単一モード光ファイバ３１を高効率な結合効率で光結合することができる。
【００７０】
また、前述した各半導体レーザでは、活性層５の両側にＳＣＨ層４，６が設けられているが、図１６に示すように、ＳＣＨ層４，６を設けず、活性層５の両側に両クラッド層３，９が隣接している半導体レーザや、外部共振器型半導体レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の他の半導体発光素子についても本発明を同様に適用できる。
【００７１】
このように、本発明の半導体レーザ１によれば、ｎ型クラッド層３に４元材料（Ｉｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｐ）を用い、ｎ型クラッド層３の組成波長を０．９６〜０．９８μｍにし、かつ活性層５の幅を７〜１４μｍに設定している。これにより、発振基本横モードを維持しながら活性層幅も広くなり、ファイバのモードフィールド径に近くなるため、レンズレスでも単一モード光ファイバと十分な結合効率が得られ、レーザモジュールの低コスト化が可能になる。しかも、特許文献１等に開示される従来のようなレーザ光のスポットサイズを単一モード光ファイバのコア径に合わせて変換するテーパ光導波路が不要となるので、素子長を短くでき、素子のコストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る半導体レーザの概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザの要部の断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザの各層の屈折率特性を示す図である。
【図４】光スポットの偏平率をパラメータとした、出射光の水平方向スポット径と単一モード光ファイバへの光結合効率の関係図である。
【図５】水平スポット径とレーザ出射光の遠視野像の広がり角度との関係図である。
【図６】本例の半導体レーザの活性層幅とレーザ出射光の遠視野像の広がり角度との関係図である。
【図７】同一活性層構造における、ｎ側クラッド層に用いるＩｎＧａＡｓＰの組成波長に対する、横高次モードを抑圧できる最大の活性層幅（＝カットオフ幅）の関係図の一例である。
【図８】本発明に係る半導体レーザの光の分布特性を示す図である。
【図９】本発明に係る半導体レーザの他の形態の各層の屈折率特性を示す図である。
【図１０】本発明に係る半導体レーザの他の形態の各層の屈折率特性を示す図である。
【図１１】図１０の形態の供給電流対出力の特性を示す図である。
【図１２】リッジ構造の半導体レーザについての形態を説明するための図である。
【図１３】ｐ型基板上に構成した例を示す図である。
【図１４】他の形態の各層の屈折率特性を示す図である。
【図１５】本発明による半導体レーザと単一モード光ファイバの光結合の説明図である。
【図１６】他の形態の各層の屈折率特性を示す図である。
【図１７】特許文献１に開示される従来の半導体光導波路の斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  半導体レーザ
１ａ，１ｂ  端面
２，２’  半導体基板
３  ｎ型クラッド層
４，６  ＳＣＨ層
５  活性層
７，８  埋込層
９  ｐ型クラッド層
１０  ｐ型コンタクト層
１１  ｐ電極
１２  ｎ電極
２１  ＬＲ膜
２２  ＨＲ膜
２３  絶縁層
３１  単一モード光ファイバ
３１ａ  光入射面
３１ｂ  コア
３２  ＡＲ膜
【図１】
2005268298.tif 000003
【図２】
2005268298.tif 000004
【図３】
2005268298.tif 000005
【図４】
2005268298.tif 000006
【図５】
2005268298.tif 000007
【図６】
2005268298.tif 000008
【図７】
2005268298.tif 000009
【図８】
2005268298.tif 000010
【図９】
2005268298.tif 000011
【図１０】
2005268298.tif 000012
【図１１】
2005268298.tif 000013
【図１２】
2005268298.tif 000014
【図１３】
2005268298.tif 000015
【図１４】
2005268298.tif 000016
【図１５】
2005268298.tif 000017
【図１６】
2005268298.tif 000018
【図１７】
2005268298.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月20日(2005.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる基板（２）上に、多重量子井戸構造を含む活性層（５）と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層（３）及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層（９）を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層をＩｎＧａＡｓＰによって構成し、
且つ、前記活性層で生起された光を前記ｎ型クラッド層側に偏って分布させ、前記ｐ型クラッド層内における価電子帯間吸収を低減させるように、前記ｎ型クラッド層の屈折率を前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高くするとともに、
前記活性層がその共振器長方向において厚さ及び幅が一定にして、該幅が７〜１４μｍであり、
横高次モードが発生することなく基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ（３１）と直接光結合することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
ＩｎＰからなる基板（２）上に、多重量子井戸構造を含む活性層（５）と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層（３）及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層（９）を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層をＩｎＧａＡｓＰによって構成し、
且つ、前記活性層で生起された光を前記ｎ型クラッド層側に偏って分布させ、前記ｐ型クラッド層内における価電子帯間吸収を低減させるように、前記ｎ型クラッド層の屈折率を前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高くするとともに、
前記活性層がその共振器長方向において厚さ及び幅が一定で、
出射端部から出射される光のスポット径が前記活性層と平行な方向において７〜１４μｍであり、
横高次モードが発生することなく基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ（３１）と直接光結合することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成波長が０．９８μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された半導体レーザは、ＩｎＰからなる基板２上に、多重量子井戸構造を含む活性層５と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層３及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層９を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層をＩｎＧａＡｓＰによって構成し、
且つ、前記活性層で生起された光を前記ｎ型クラッド層側に偏って分布させ、前記ｐ型クラッド層内における価電子帯間吸収を低減させるように、前記ｎ型クラッド層の屈折率を前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高くするとともに、
前記活性層がその共振器長方向において厚さ及び幅が一定にして、該幅が７〜１４μｍであり、
横高次モードが発生することなく基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ３１と直接光結合することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
請求項２に記載された発明は、ＩｎＰからなる基板２上に、多重量子井戸構造を含む活性層５と、該活性層を挟んでｎ型クラッド層３及びＩｎＰからなるｐ型クラッド層９を設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層をＩｎＧａＡｓＰによって構成し、
且つ、前記活性層で生起された光を前記ｎ型クラッド層側に偏って分布させ、前記ｐ型クラッド層内における価電子帯間吸収を低減させるように、前記ｎ型クラッド層の屈折率を前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高くするとともに、
前記活性層がその共振器長方向において厚さ及び幅が一定で、
出射端部から出射される光のスポット径が前記活性層と平行な方向において７〜１４μｍであり、
横高次モードが発生することなく基本横モードのみで発振して出射端部から出射される光が単一モード光ファイバ３１と直接光結合することを特徴とする。