(57)【要約】【課題】本発明は製作性と歩留まりが良く、高出力の光を発する半導体レーザを提供することを目的とする。【解決手段】ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とを設けた半導体レーザであって、ｎ型クラッド層は、少なくとも一部が、ＩｎＰからなる層と、バンドギャップ波長が０．９７μｍから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも０．１０μｍ短い波長までのＩｎＧａＡｓＰからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、ｐ型クラッド層の屈折率よりも高く構成され、活性層で生起された光がｎ型クラッド層側に偏って分布する。【選択図】図１
2013120893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層は、少なくとも一部が、ＩｎＰからなる層と、バンドギャップ波長が０．９７μｍから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも０．１０μｍ短い波長までのＩｎＧａＡｓＰからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長が、１．１〜１．３５μｍである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】
ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層は、少なくとも一部が、ＩｎＰからなる層と、バンドギャップ波長が０．９７μｍから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも０．１０μｍ短い波長までのＩｎＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＡｌＡｓからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＡｌＡｓのバンドギャップ波長が、１．１〜１．３５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＰ層の厚みが、前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰ層の厚みよりも厚い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６】
前記活性層を挟んだ上下にＳＣＨ層が形成され、前記ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｎ型クラッド層に接する前記ＳＣＨ層の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は製作性と歩留まりが良く、高出力の光を発する半導体レーザに関する。
【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ので、この光信号の光源として用いられる半導体発光素子であ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】
［第１の従来技術］
図７は、高出力特性が配慮された第１の従来技術の半導体レーザ１０の斜視図であり、図８は、要部の断面模式図である。
【０００４】
図７において、半導体レーザ１０は、ｎ型ＩｎＰ（インジウム・リン）からなる半導体基板１１上に、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・砒素・リン）からなるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  光閉込構造）層１３、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１４、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層１５が順番に積層されている。
【０００５】
なお、ｎ型クラッド層１２、ＳＣＨ層１３、活性層１４、ＳＣＨ層１５はメサ型に形成されている。このメサ型の両側にｐ型ＩｎＰからなる下部埋込層１６およびｎ型ＩｎＰからなる上部埋込層１７が形成されている。
【０００６】
また、ＳＣＨ層１５の上側および上部埋込層１７の上面には、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８が形成され、このｐ型クラッド層１８の上面には、ｐ型コンタクト層１９が形成され、さらにこのｐ型コンタクト層１９の上面には、ｐ電極２０が設けられている。また、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が設けられている。
【０００７】
なお、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８の屈折率をｎｂとすると、ｎ型ＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２の屈折率は厳密には電子のプラズマ効果によりｐ型クラッド層１８の屈折率をｎｂより小さいが、説明を簡単にするために、ここではｎ型クラッド層１２の屈折率もｎｂとする。
【０００８】
この第１の従来技術では、良好な発振特性を得るために、活性層１４として、一つの均一物質で構成されたバルク構造の他に、図８に示しているように、複数の井戸層１４ａとこの各井戸層１４ａの両側に位置する複数の障壁層１４ｂとを積層したＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ  多量子井戸）構造が採用されている。
【０００９】
なお、量子井戸を構成する井戸層１４ａやＭＱＷ構造を有さないバルク活性層の場合のように、実際に半導体レーザとしてのゲインを出す部分をアクティブ部と呼んでいる。
【００１０】
さらに、このＭＱＷ構造を有した活性層１４の下側に位置するＳＣＨ層１３を複数の層１３ａ、１３ｂ、１３ｃからなる多層構造とし、同様に、活性層１４の上側に位置するＳＣＨ層１５を複数の層１５ａ、１５ｂ、１５ｃからなる多層構造としている。
【００１１】
そして、ｎ型クラッド層１２、複数の層からなるＳＣＨ層１３、ＭＱＷ構造を有した活性層１４、複数の層からなるＳＣＨ層１５、ｐ型クラッド層１８の各層についての、活性層１４で発光する光に対する屈折率ｎを、図９に示す屈折率特性となるように設定している。
【００１２】
即ち、中央の活性層１４の屈折率が最も高く、両側の各クラッド層１２、１８の屈折率が等しく最も低くなるように設定し、ＳＣＨ層１３、１５の複数の層も段階的に変化させて、活性層１４を中心として上下対称の特性となるようにしている。
【００１３】
このような屈折率特性を有する半導体レーザ１０のｐ電極２０とｎ電極２１との間に直流電圧を印加すると、活性層１４で光Ｐが生起され、その生起された光Ｐが、図７に示す半導体レーザ１０の端面２２ａ、２２ｂから外部へ出射される。
【００１４】
なお、活性層１４の屈折率が各クラッド層１２、１８の屈折率より高いことによって、活性層１４で生起した光Ｐの散逸を防ぐ光導波路が形成され、また、活性層１４と両側のクラッド層１２、１８との間にそれぞれ中間の屈折率を有するＳＣＨ層１３、１５を介在させたことにより、注入したキャリアを活性層１４の近傍に集中させることができ、キャリアと光が同時に同一領域に集中するので、発光効率が高くなる。
【００１５】
このような構造の半導体レーザ１０を高出力化するために、ＳＣＨ層１３、１５および活性層１４への光閉じ込め係数の低減が有効である。
【００１６】
ところが、ＳＣＨ層１３、１５および活性層１４への光閉じ込め係数を低減した場合、両クラッド層１２、１８内を通過する光の成分が多くなり、別の問題が発生する。
【００１７】
即ち、両クラッド層１２、１８内を通過する光の成分が多くなることに対応して両クラッド層１２、１８の厚さを増す必要があるが、ｐ型クラッド層１８は比較的電気抵抗が高いため、このｐ型クラッド層１８の厚さの増加によって素子全体の電気抵抗が増大して、高電流領域での素子の発熱量が大きくなって、光出力を低下させてしまう。
【００１８】
また、両クラッド層１２、１８のうち、ｐ型クラッド層１８内の光の分布が増加すると、価電子帯間光吸収による光損失量が増大してしまう。
【００１９】
この価電子帯間光吸収による光損失量は、ｐ型クラッド層１８のｐ型不純物濃度を小さくすることで低減することができるが、このようにｐ型不純物濃度を小さくすると、素子の電気抵抗がさらに増大してしまい、高出力が得られなくなってしまう。
【００２０】
［第２の従来技術］
この価電子帯間吸収による光損失の問題を解決する構成が、特許文献１に第２の従来技術として開示されている。その要部の断面構造を図１０に示す。ここでは、ｎ型クラッド層１２の内部に、そのｎ型クラッド層１２より屈折率がかなり高く、活性層１４の屈折率に近い光フィールド制御層２３を設けて、光の分布をｎ型クラッド層１２側にシフトさせ、ｐ型クラッド層１８内に分布する光の量を減らす技術が開示されている。光フィールド制御層２３の等価的な屈折率が高いことは図１０に示されている光フィールド制御層２３に用いられている材料の屈折率分布からわかる。
【００２１】
しかし、このようにｎ型クラッド層１２内に活性層１４に近い屈折率の光フィールド制御層２３を設けることは、その構造が複雑化するだけでなく、新たな問題が発生する。
【００２２】
即ち、上記のような光フィールド制御層２３は、活性層１４と同様の構造であるから、ＳＣＨ層１３から遠い位置に設けた場合、別の光導波路が形成されて光の分布が双峰特性になってしまう。
【００２３】
従って、この光フィールド制御層２３は、ＳＣＨ層１３の近くに設けなければならないが、このような屈折率が高い光フィールド制御層２３をＳＣＨ層１３の近くに設けると、導波路全体の等価屈折率が高くなり、シングルモードから横高次モードへ変移しやすくなってしまう。
【００２４】
また、この横高次モードへの変移は、活性層１４とＳＣＨ層１３、１５を含めた領域の幅を狭くすることで防止できるが、このように活性層１４とＳＣＨ層１３、１５を含めた領域の幅を狭くすることは、素子の電気抵抗および熱抵抗の増加を招き、発光効率を却って低下させてしまう。
【００２５】
［第３の従来技術］
以上の問題点を解決する構成が、特許文献２に第３の従来技術として開示されている。図１１は、その第３の従来技術を適用した半導体レーザ３０の全体の構成を示し、図１２は要部の断面の構造を示している。なお、この半導体レーザ３０の構成において、前記第１の従来技術として図７に示した半導体レーザ１０と同一部分には、同一符号を付して説明する。
【００２６】
この半導体レーザ３０では、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１１の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰからなるｎ型クラッド層３２、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層１３、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層１４、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ層１５が順番に積層されている。ｎ型クラッド層３２、ＳＣＨ層１３、活性層１４、ＳＣＨ層１５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１６およびｎ型ＩｎＰからなる上部埋込層１７が形成されている。
【００２７】
また、ＳＣＨ層１５の上側および上部埋込層１７の上面には、ｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８が形成され、このｐ型クラッド層１８の上面には、ｐ型コンタクト層１９が形成され、さらにこのｐ型コンタクト層１９の上面には、ｐ電極２０が設けられている。また、半導体基板１１の下面にはｎ電極２１が設けられている。
【００２８】
図１２に示すように、活性層１４として、４層の井戸層１４ａとこの各井戸層１４ａの両側に位置する５層の障壁層１４ｂ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１４の下側に位置するＳＣＨ層１３を複数の層１３ａ、１３ｂ、１３ｃからなる多層構造とし、同様に、活性層１４の上側に位置するＳＣＨ層１５を複数の層１５ａ、１５ｂ、１５ｃからなる多層構造としている。
【００２９】
図１２に示しているように、活性層１４における障壁層１４ｂの屈折率をｎｓ、ｎ型クラッド層３２の屈折率をｎａ、ｐ型クラッド層１８の屈折率をｎｂとする。
また、ＳＣＨ層１３を構成する各層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ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１５を構成する各層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの屈折率および厚さをそれぞれｎ１、ｎ２、ｎ３、ｔ１、ｔ２、ｔ３とする。
【００３０】
そして、各屈折率の大小関係は、図１３に示すように、活性層１４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３２の屈折率ｎａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８の屈折率ｎｂより高い。つまり、ｎｓ＞ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎａ＞ｎｂとする。さらに、この半導体レーザ３０においては、図１３に示すように、各ＳＣＨ層１３、１５を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層１４からクラッド層３２、１８へ向かう程小さくなるように設定されている。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。また、ＳＣＨ層１３、１５を構成する各層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃの厚みｔ１、ｔ２、ｔ３は等しくても異なっていても良い。
【００３１】
このように構成された半導体レーザ３０では、ｐ電極２０とｎ電極２１との間に直流電圧を印加すると、活性層１４で光Ｐが生起され、その光Ｐが図１１に示した半導体レーザ３０の端面２２ａ、２２ｂから外部へ出射される。
【００３２】
この場合、図１３の屈折率特性に示したように、ＳＣＨ層１３、１５を構成する隣接する層相互間の屈折率差が、活性層１４から各クラッド層３２、１８へ向かう程小さくなるように設定されているので、ＳＣＨ層１３、１５内における活性層１４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、両クラッド層の近傍領域の屈折率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３２の屈折率ｎａは、ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８の屈折率ｎｂより高いので、図１４に示しているように、光の分布が、両クラッド層を同一屈折率にした第１の従来技術の場合における対称な特性Ａ′に対して、特性Ａのようにｎ型クラッド層３２側に偏って分布する。
【００３５】
このため、活性層１４およびＳＣＨ層１３、１５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１８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１４とｎ型クラッド層３２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】
また、前記したようにｎ型クラッド層内に屈折率の高い光フィールド層を設けたものより、構造が簡単で、活性層１３の幅を拡大でき、それにより、素子抵抗値の増加による光出力の低下も防止できる。
【００３８】
ところがこの第３の従来技術では、ｎ型クラッド層３２の屈折率がｐ−ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８の屈折率よりもかなり大きくなると、図１０に示した第２の従来技術と同じくｎ型クラッド層３２が光導波路となってしまい、双峰性の光が出射されてしまう。
【００３９】
つまり、この第３の従来技術ではｎ型クラッド層３２の屈折率がｐ−ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１８の屈折率よりもごく僅かだけ大きくする必要がある。特許文献２に記載されている具体的な構成としては、ｎ型クラッド層３２を構成するＩｎＧａＡｓＰのバンドギャップ波長を０．９７μｍ以下とし、そしてこのｎ型クラッド層３２の厚みを数ミクロンと厚く結晶成長するようになっている。
【００４０】
しかしながら、ＩｎＰからなる半導体基板の上にＩｎＰに近い組成（つまりバンドギャップ波長）のＩｎＧａＡｓＰを均質に数ミクロンも結晶成長することは、結晶欠陥の観点からかなり困難であって高度な技術を必要とし、通常の製造方法では高い確率で結晶表面の白濁が生じてしまう、あるいは活性層１４の品質の劣化につながってしまう。そのため、製造に多くのノウハウを必要とするのみでなく、活性層の品質の観点から歩留まりが著しく劣化する危険性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２０００−１７４３９４号公報
【特許文献２】特許３５２５２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
以上のように、従来技術においては高出力の光を得ることができない、あるいは高出力の光を発することができても結晶成長が非常に難しいという問題を有していた。
【００４３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、結晶成長が容易となる構成でかつ高出力の光を発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する。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の半導体レーザは、ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、前記ｎ型クラッド層は、少なくとも一部が、ＩｎＰからなる層と、バンドギャップ波長が０．９７μｍから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも０．１０μｍ短い波長までのＩｎＧａＡｓＰからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴としている。
【００４５】
本発明の請求項２に記載の半導体レーザは、請求項１に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のバンドギャップ波長が、１．１〜１．３５μｍであることを特徴としている。
【００４６】
本発明の請求項３に記載の半導体レーザは、ＩｎＰからなる半導体基板上に、活性層と該活性層を挟むｎ型クラッド層とｐ型クラッド層とを設けた半導体レーザにおいて、  前記ｎ型クラッド層は、少なくとも一部が、ＩｎＰからなる層と、バンドギャップ波長が０．９７μｍから前記活性層を構成するアクティブ部の波長よりも０．１０μｍ短い波長までのＩｎＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＡｌＡｓからなる層とが層厚方向に交互に積層されて構成され、当該ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｐ型クラッド層の屈折率よりも高く構成されることを特徴としている。
【００４７】
本発明の請求項４に記載の半導体レーザは、請求項３に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ＩｎＡｌＡｓもしくはＩｎＧａＡｌＡｓのバンドギャップ波長が、１．１〜１．３５μｍであることを特徴としている。
【００４８】
本発明の請求項５に記載の半導体レーザは、請求項１または２に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ＩｎＰ層の厚みが、前記ｎ型クラッド層を構成するＩｎＧａＡｓＰ層の厚みよりも厚いことを特徴としている。
【００４９】
本発明の請求項６に記載の半導体レーザは、請求項１乃至５に記載のいずれか一項の半導体レーザにおいて、前記活性層を挟んだ上下にＳＣＨ層が形成され、前記ｎ型クラッド層全体としての等価的な屈折率が、前記ｎ型クラッド層に接する前記ＳＣＨ層の屈折率よりも小さいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、半導体基板に近い側に位置するクラッド層として、製作性がよく且つ屈折率が活性層の上方にある他のクラッド層の屈折率より高い材料と、半導体基板と同じ材料のように製作性のよい半導体材料とを組み合わせて構成することにより、半導体基板に近い側のクラッド層全体としての等価的な屈折率を、活性層の上方にある他のクラッド層の屈折率よりもやや高くする構成としているので、半導体基板側に数ミクロンの厚みのクラッド層を容易に結晶成長することができる。さらに、活性層に結晶成長に起因する不要な結晶歪が入ることがなく、高出力の光を発する半導体レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の半導体レーザの要部断面図
【図２】本発明の半導体レーザの要部の屈折率分布を示す図
【図３】本発明の半導体レーザの要部の屈折率分布を示す図の部分拡大図
【図４】本発明の半導体レーザの特性を示す図
【図５】本発明の半導体レーザから出射された光の分布を示す図
【図６】本発明の半導体レーザと従来技術の半導体レーザの光の出力を示す図
【図７】第１の従来技術の半導体レーザの斜視図
【図８】第１の従来技術の半導体レーザの要部断面図
【図９】第１の従来技術の半導体レーザの要部の屈折率分布を示す図
【図１０】第２の従来技術の半導体レーザの要部の屈折率分布を示す図
【図１１】第３の従来技術の半導体レーザの斜視図
【図１２】第３の従来技術の半導体レーザの要部断面図
【図１３】第３の従来技術の半導体レーザの要部の屈折率分布を示す図
【図１４】第１及び第３の従来技術の半導体レーザから出射された光の分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図７〜図１４に示した従来の実施形態と同一番号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一番号を持つ機能部の説明を省略する。
【００５３】
［実施形態］
図１に本発明の実施形態の要部について、その断面図を示す。ｎ型クラッド層４０以外の構造については、図１１〜１２に示した第３の従来技術と同様としている。ＭＱＷ構造で構成され、井戸層１４ａを含む実際に半導体レーザとしてのゲインを出す部分が活性層のアクティブ部をなしている。本発明で重要な点は、ｎ型クラッド４０の構造であり、以下において考察する。
【００５４】
ｎ型クラッド４０は、所定厚さのＩｎＧａＡｓＰ層３５と所定厚さのＩｎＰ層３６とが層厚方向に交互に積層されて構成されている。
【００５５】
ＩｎＧａＡｓＰ層３５は、ＩｎＰ上への結晶成長が容易な、バンドギャップ波長が０．９７μｍ以上の例えば１．１μｍあるいは１．１５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰを使用している。また、ＩｎＰ層３６は、不図示のｎ型半導体基板１１と同じ材料のＩｎＰを使用している。なお、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５のバンドギャップ波長を１．１〜１．３μｍの範囲とすると本発明の効果を実現できるのに特に好適であることを確認している。  また、図２には本構成における屈折率分布を示している。ここで、ｎ型クラッド層４０の部分について、その屈折率分布の拡大図を図３に示す。ここで、ｎｃはｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５の屈折率である。また、Ｗｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５の厚み、Ｈｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）はｎ型ＩｎＰ層３６の厚みである。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５の厚みＷｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）は互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。同様にｎ型ＩｎＰ層３６の厚みＨｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）は互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００５６】
ここで本発明の原理を説明するために、図４に、Ｗｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）を全て同じと仮定し、Ｈｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）も全て同じと仮定した場合に、Ｗｃ１／Ｈｃ１を変数とした場合におけるｎ型クラッド層４０全体としての等価的な屈折率を示す。図中には、図１２においてバンドギャップ波長を０．９６μｍとした場合のｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３２の屈折率を点線で示している。なお、本発明ではｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５のバンドギャップ波長として１．１５μｍと設定した（値は一例である）。
【００５７】
図４からわかるように、Ｗｃ１／Ｈｃ１の比を適切に設定することにより、バンドギャップ波長０．９６μｍあるいは０．９５μｍのように短く、かつその屈折率がＩｎＰより僅かに高いｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層と等価的な屈折率を有するｎ型クラッド層４０を形成することができることがわかる。換言すると、屈折率が高いｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５と屈折率が低いｎ型ＩｎＰ層３６とを層厚方向に交互に組み合わせて構成することにより、第３の従来技術において用いられているｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層と等価的な屈折率を容易に実現することができたと言うことができる。
【００５８】
バンドギャップ波長が１．１５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５は、第３の従来技術で使用されているバンドギャップ波長が０．９６μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３２よりもＩｎＰ上に結晶成長し易いが、本構成ではさらにこの層厚が１０ｎｍ〜５００ｎｍと薄いため、その結晶成長に関し全く問題がない。またｎ型半導体基板１１と同じ組成であり、結晶成長が極めて容易であるとともに、結晶成長時に発生した結晶歪を除去する効果のあるｎ型ＩｎＰ層３６を、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５とともに用いることにより、バンドギャップ波長０．９６μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層と等価的な屈折率を有するｎ型クラッド層４０を数ミクロンの厚みに容易にかつ歩留まり良く成長することが可能となる。
【００５９】
一般に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５とｎ型ＩｎＰ層３６とを組み合わせたｎ型クラッド層４０全体の等価的な屈折率としては、第３の従来技術で使用していたバンドギャップ波長が０．９７μｍ以下のｎ型ＩｎＧａＡｓＰと同等の値とすることが好ましいので、Ｈｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）＞Ｗｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）と構成するのが好適である。但し、Ｈｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）＜Ｗｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）あるいはＨｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ−１）＝Ｗｃｉ（ｉ＝１，２，，，，，ｎ）と構成しても本発明に属することは言うまでもない。
【００６０】
図５に、本実施形態における光の分布特性Ｇを示す。第３の従来技術で示した図１４と同様に、光の分布が、両クラッド層を同一屈折率にした第１の従来技術の場合における対称な特性Ａ′に対して、特性Ｇのようにｎ型クラッド層４０側に偏って分布する。このため、活性層１４およびＳＣＨ層１３、１５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１８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。
【００６１】
図６に、変数を注入電流とした場合における光の出力を示す。図からわかるように、第３の従来技術の光出力Ｆは第１の従来技術の光出力Ｆ´より改善されているが、本発明ではさらに改善された光出力Ｇを得ている。これはｎ型クラッド層を数ミクロン形成する際に発生する結晶歪について、本発明で使用するバンドギャップ波長が１．１５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層と半導体基板１１と同じ組成のｎ型ＩｎＰ層との組み合わせの方が、第３の従来技術で使用するバンドギャップ波長が０．９６μｍあるいは０．９５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層よりも小さく抑えられているため、その後に形成する活性層１４の結晶品質の品質が優れていることを意味している。
【００６２】
なお、本構成を採用することにより結晶成長時に結晶の白濁などは生じず、極めて優れた歩留まりを実現できた。特にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５のバンドギャップ波長が０．９７μｍより長いほど適しており、結晶成長の制御性と歩留まりの観点から特に１．１〜１．３５μｍのバンドギャップ波長のＩｎＧａＡｓＰが好適であった。
【００６３】
また、例えば活性層１４のバンドギャップ波長（アクティブ部のバンドギャップ波長）が１．５５μｍの場合、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５のバンドギャップ波長は１．４５μｍより短くしないと光の吸収損失が増大し、閾値が高くなってしまうことを実験的に確認した。この活性層のバンドギャップ波長とｎ型クラッドのバンドギャップ波長に０．１０μｍ以上の差がないと光の吸収損失が大きくなってしまうことは、活性層のバンドギャップ波長が１．５５μｍ以外の例えば１．４８μｍや１．３μｍ、あるいは１．６μｍなどその他の各種の波長においても成り立つことを実験的に確認している。
【００６４】
なお、以上の説明においては活性層１４の上下にＳＣＨ層１３、１５を挟んだ構成で説明してきたが、ＳＣＨ層１３、１５は本発明において必須の構成ではない。ｎ型クラッド層４０の屈折率ｎｃ＞ｐ型クラッド層１８の屈折率ｎｂの関係を満たしていればよい。
【００６５】
また、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層３５とｎ型ＩｎＰ層３６とをｎ型クラッド層４０の全厚さに渡って交互に積層しなくてもよい。図５の特性Ｇに示したようなｎ型クラッド層側に偏った分布となる所定厚さ分だけ交互に積層すればよい。
【００６６】
［各種実施形態］
以上においては、本発明におけるｎ型クラッド層４０をｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層とｎ型ＩｎＰ層との組み合わせで構成したが、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層（またはＩｎＧａＡｌＡｓ層）とｎ型ＩｎＰ層との組み合わせで構成してもよい。また、半導体基板がｎ型である場合について述べたが、ｐ型の半導体基板でも適用可能である。そしてこの場合には、上の説明においてｎ型とｐ型が入れ替わることになる。さらにＩｎＰ基板のみならずＧａＡｓ基板の場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、３０……半導体レーザ
１１……半導体基板
１２、３２、４０……ｎ型クラッド層
１３、１５……ＳＣＨ層
１４……活性層
１６、１７……埋込層
１８……ｐ型クラッド層
１９……ｐ型コンタクト層
２０……ｐ電極
３５……ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層
３６……ｎ型ＩｎＰ層
２１……ｎ電極
２２ａ、２２ｂ……端面
【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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【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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