(57)【要約】【課題】ＮＦＰを安定で均一な形状にすることの可能な半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体層２０の上部に帯状のリッジ部２４を備え、半導体層２０のうちリッジ部２４との対応領域に、延在方向に向けて延在する帯状の凸部２２Ａを有する。これにより、活性層２４で発光した光が、リッジ部２４および凸部２２Ａによって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波するので、リッジ部２４および凸部２２Ａの双方の導波機構の相互作用により、横モードを安定化し、フィラメント発光を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、活性層と、前記活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造と、前記電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部とを含む積層構造を備えた
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記積層構造は、第１導電型半導体層、前記活性層および第２導電型半導体層を前記半導体基板側からこの順に有し、
前記凸部は、前記第１導電型半導体層および前記第２導電型半導体層の少なくとも一方の内部に形成されている
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】
前記凸部が、前記第１導電型半導体層の内部に形成されている場合には、前記半導体基板側に突出しており、前記第２導電型半導体層の内部に形成されている場合には、前記半導体基板とは反対側に突出している
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記凸部の高さは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記凸部の幅は、２μｍ以上５μｍ以下である
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】
前記半導体基板は、前記凸部に対応する領域に、前記凸部の高さよりも深く、かつ前記凸部の幅よりも広い帯状の凹部を有している
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６】
前記凹部の深さは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記凹部の幅は、５μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記活性層は、凹凸の無い平坦な面内に形成されている
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８】
前記凸部は、前記電流狭窄構造の幅方向における中央部分との対向領域に形成されている
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９】
前記凸部が複数形成され、
前記凸部同士の間隔は、前記電流狭窄構造の幅よりも狭い
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記凸部は、前記電流狭窄構造の幅方向における中央部分との対向領域を挟み込む一対の領域に形成されている
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１１】
前記凸部が複数形成されると共に、前記対向領域を挟み込む一対の領域の双方に形成され、
前記一対の領域の一方に形成された前記凸部と、前記一対の領域の他方に形成された前記凸部との間の間隔は、前記電流狭窄構造の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
前記凸部が複数形成されると共に、前記対向領域を挟み込む一対の領域の双方に形成され、
前記一対の領域の一方に形成された前記凸部と、前記一対の領域の他方に形成された前記凸部との間の間隔は、前記電流狭窄構造の幅と略等しい
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記凸部は、前記電流狭窄構造の幅方向の中心軸に関して線対称に形成されている
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１４】
前記凸部は、前記電流狭窄構造の延在方向と平行な方向に延在して形成されている
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１５】
前記凸部は、前記電流狭窄構造の延在方向と交差する方向に延在して形成されている
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１６】
前記電流狭窄構造は、リッジ形状となっている
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１７】
前記電流狭窄構造は、電流注入領域を一対の高抵抗領域で挟んだ構造となっている
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１８】
１または複数の帯状の凹部を前記半導体基板の表面に形成する凹部形成工程と、
前記凹部の形成された前記半導体基板の前記凹部側の表面上に、第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を順に形成することにより、前記第１導電型半導体層の内部のうち前記活性層側の前記凹部との対応領域に帯状の凸部を形成する凸部形成工程と、
前記第２導電型半導体層の上部に、前記活性層へ注入される電流を狭窄する電流狭窄構造を、前記凹部の延在方向に向けて延在して形成する電流狭窄構造形成工程と
を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１９】
前記凹部形成工程において、結晶成長法を用いて前記半導体基板上に前記第１導電型半導体層および前記活性層を順に形成したときに前記活性層が凹凸の無い平坦な面内に形成される程度の深さおよび幅を有する１または複数の帯状の凹部を前記半導体基板の表面に形成する
ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項２０】
活性層と、前記活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備え、
前記電流狭窄構造は、リッジ形状となっており、そのリッジ形状の上部に、当該電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部を有する
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２１】
前記凹部の幅は、２μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２２】
前記凹部の深さは、前記電流狭窄構造の高さと略等しいか、またはそれよりも浅い
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２３】
前記凹部は、前記電流狭窄構造の幅方向における中央部分に形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２４】
前記凹部が複数形成され、
前記凹部同士の間隔は、２μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２３に記載の半導体レーザ。
【請求項２５】
前記凹部は、前記電流狭窄構造の幅方向における中央部分を除く部分に形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２６】
前記凹部が複数形成されると共に、前記中央部分を挟み込む一対の領域の双方に形成され、
前記中央部分を挟み込む一対の領域の一方に形成された前記凹部と、前記電流狭窄構造の上部の幅方向における一方の端縁との間の間隔は、２μｍ以上５μｍ以下であり、
前記中央部分を挟み込む一対の領域の他方に形成された前記凹部と、前記電流狭窄構造の上部の幅方向における他方の端縁との間の間隔は、２μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項２５に記載の半導体レーザ。
【請求項２７】
前記凹部は、前記電流狭窄構造の幅方向の中心軸に関して線対称に形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２８】
前記凹部は、前記電流狭窄構造の延在方向と平行な方向に延在して形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項２９】
前記凹部は、前記電流狭窄構造の延在方向と交差する方向に延在して形成されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項３０】
前記凹部が複数形成され、
前記各凹部は、前記電流狭窄構造の幅方向に配列されると共に前記電流狭窄構造の延在方向に配列されている
ことを特徴とする請求項２０に記載の半導体レーザ。
【請求項３１】
前記各凹部は、不均一に配置されている
ことを特徴とする請求項３０に記載の半導体レーザ。
【請求項３２】
活性層と、前記活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備え、
前記電流狭窄構造は、帯状の電流注入領域を一対の高抵抗領域で挟んだ構造となっており、かつ前記電流注入領域の幅方向における中央部分に、前記電流注入領域の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部を有する
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３３】
前記凹部の幅は、２μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３４】
前記凹部が複数形成され、
前記凹部同士の間隔は、２μｍ以上５μｍ以下である
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３５】
前記凹部は、前記電流注入領域の幅方向の中心軸に関して線対称に形成されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３６】
前記凹部は、前記電流注入領域の延在方向と平行な方向に延在して形成されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３７】
前記凹部は、前記電流注入領域の延在方向と交差する方向に延在して形成されている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３８】
前記凹部が２つ形成され、
前記凹部同士の間隔は、前記電流注入領域の延在方向において一定となっている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項３９】
前記凹部が２つ形成され、
前記凹部同士の間隔は、前記電流注入領域の延在方向において、主として光が射出される方向に向かうにつれて広くなっている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項４０】
前記凹部が２つ形成され、
前記凹部同士の間隔は、前記電流注入領域の延在方向において一定となっており、
前記電流注入領域の幅は、主として光が射出される方向に向かうにつれて広くなっている
ことを特徴とする請求項３２に記載の半導体レーザ。
【請求項４１】
活性層と、前記活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備え、
前記電流狭窄構造は、リッジ形状となっており、そのリッジ形状の上部に、前記電流狭窄構造の上部の幅よりも狭い幅のコンタクト層を有する
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４２】
前記積層構造は、前記電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部を有する
ことを特徴とする請求項４１に記載の半導体レーザ。
【請求項４３】
前記電流狭窄構造は、前記コンタクト層および前記コンタクト層の直下の部分に、当該電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部を有する
ことを特徴とする請求項４１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、１または複数の電流狭窄構造を有する半導体レーザに係り、特に高出力の用途に好適なブロードエリア型の半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波路の幅、すなわちストライプ幅を広げた、いわゆるブロードエリア型の半導体レーザは、小型・高信頼性で低コストな高出力レーザ光源として、ディスプレイ、印刷機器、光ディスク初期化装置、材料の加工または医療などさまざまな分野に利用されている。一般に、ブロードエリア型と呼ばれる半導体レーザでは、ストライプ幅が少なくとも５μｍ以上で、そのほとんどは１０μｍ以上、最大で数百μｍ程度となっている。なお、ブロードエリア型の半導体レーザに関する技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６０２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ブロードエリア型の半導体レーザでは、任意の高次モードが発生し、さらにフィラメント発光が生じることもあることから、ＮＦＰの制御が難しく、安定で均一な形状（トップハット形状）を得ることは容易ではない。そのため、ある条件においてＮＦＰが安定で均一となっていたとしても、温度や、注入電流、パワーなどが変化すると、ＮＦＰが揺らぎ易く、不均一な形状となり易い。
【０００５】
従って、安定で均一なＮＦＰが要求される用途、例えばディスプレイに対してブロードエリア型の半導体レーザを適用した場合には、ちらつきが生じたり、明るさが画面内で不均一となるなど、表示品質が低下してしまう虞がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＦＰを安定で均一な形状にすることの可能な半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の半導体レーザは、半導体基板上に、活性層と、１または複数の帯状の電流狭窄構造と、電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部とを含む積層構造を備えている。
【０００８】
本発明の第１の半導体レーザでは、電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部が積層構造内に設けられている。これにより、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凸部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波する。
【０００９】
本発明の第２半導体レーザは、活性層と、活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備えたものである。電流狭窄構造は、リッジ形状となっており、そのリッジ形状の上部に、当該電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部を有している。
【００１０】
本発明の第２の半導体レーザでは、リッジ形状となっている電流狭窄構造の上部に、当該電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部が設けられている。これにより、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凸部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波する。
【００１１】
本発明の第３半導体レーザは、活性層と、活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備えたものである。電流狭窄構造は、帯状の電流注入領域を一対の高抵抗領域で挟んだ構造となっており、かつ電流注入領域の幅方向における中央部分に、電流注入領域の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部を有している。
【００１２】
本発明の第３の半導体レーザでは、電流狭窄構造が帯状の電流注入領域を一対の高抵抗領域で挟んだ構造となっており、また、電流注入領域の幅方向における中央部分に、電流注入領域の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凹部が設けられている。これにより、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凹部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波する。
【００１３】
本発明の第４半導体レーザは、活性層と、活性層へ注入される電流を狭窄する１または複数の帯状の電流狭窄構造とを含む積層構造を備えたものである。電流狭窄構造は、リッジ形状となっており、そのリッジ形状の上部に、電流狭窄構造の上部の幅よりも狭い幅のコンタクト層を有している。
【００１４】
本発明の第４の半導体レーザでは、リッジ形状となっている電流狭窄構造の上部に、電流狭窄構造の上部の幅よりも狭い幅のコンタクト層が設けられている。これにより、活性層で発光した光が、電流狭窄構造と、コンタクト層を介して注入される電流分布とによって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波する。
【００１５】
本発明の半導体レーザの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の各工程を含むものである。
（Ａ）１または複数の帯状の凹部を半導体基板の表面に形成する凹部形成工程
（Ｂ）凹部の形成された半導体基板の凹部側の表面上に、第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層を順に形成することにより、第１導電型半導体層の内部のうち活性層側の凹部との対応領域に帯状の凸部を形成する凸部形成工程
（Ｃ）第２導電型半導体層の上部に、活性層へ注入される電流を狭窄する電流狭窄構造を、凹部の延在方向に向けて延在して形成する電流狭窄構造形成工程
【００１６】
本発明の半導体レーザの製造方法では、電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する１または複数の帯状の凸部が、半導体基板の表面に形成された凹部を利用して第１導電型半導体層内に形成される。これにより、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凸部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１および第２の半導体レーザならびに半導体レーザの製造方法によれば、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凸部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波するようにしたので、電流狭窄構造および凸部の双方の導波機構の相互作用により、横モードを安定化し、フィラメント発光を抑制することができる。これにより、ＮＦＰを安定で均一な形状にすることができる。
【００１８】
本発明の第３の半導体レーザによれば、活性層で発光した光が、電流狭窄構造および凹部によって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波するようにしたので、電流狭窄構造および凹部の双方の導波機構の相互作用により、横モードを安定化し、フィラメント発光を抑制することができる。これにより、ＮＦＰを安定で均一な形状にすることができる。
【００１９】
本発明の第４の半導体レーザによれば、活性層で発光した光が、電流狭窄構造と、コンタクト層を介して注入される電流分布とによって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって導波するようにしたので、電流狭窄構造と、コンタクト層を介して注入される電流分布との双方の導波機構の相互作用により、横モードを安定化し、フィラメント発光を抑制することができる。これにより、ＮＦＰを安定で均一な形状にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成を表したものである。図１（Ｂ）は、図１の半導体レーザ１の屈折率分布を表したものである。図２は、図１の半導体レーザ１の上面構成の一例を表したものである。なお、図１（Ａ）は、図２のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図に対応している。この半導体レーザ１は、半導体基板１０上に形成された半導体層２０（積層構造）の上部にリッジ部２９（電流狭窄構造）を備えたインデックスガイド型のレーザであり、リッジ部２９の幅ＷＲの広い（少なくとも５μｍ以上の）ブロードエリア型のレーザである。
【００２２】
半導体層２０は、下部クラッド層２１、第１下部ガイド層２２、第２下部ガイド層２３、活性層２４、上部ガイド層２５、上部クラッド層２６、中間層２７、コンタクト層２８を半導体基板１０側からこの順に積層して構成されている。リッジ部２９は、半導体層２０の上部、具体的には、上部クラッド層２６の上部、中間層２７およびコンタクト層２８に設けられており、レーザ光の射出方向（軸方向）に延在するストライプ状の凸形状を有している。なお、以下では、上記半導体層２０を構成する各層を積層した方向を縦方向と称し、軸方向および縦方向に垂直な方向を横方向と称する。
【００２３】
ここで、半導体基板１０は、例えばｎ型ＧａＡｓからなり、半導体層２０側の表面に凹部１０Ａを有する加工基板である。なお、ｎ型不純物は、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などである。
【００２４】
凹部１０Ａは、リッジ部２９との対応領域（対向領域）内に、リッジ部２９の延在方向に向けて延在して形成されている。この凹部１０Ａは、後述の製造工程において結晶成長法を用いて半導体基板１０上に下部クラッド層２１、第１下部ガイド層２２、第２下部ガイド層２３、活性層２４を順に形成したときに活性層２４が凹凸の無い平坦な面内に形成される程度の深さおよび幅を有していることが好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の深さＤ１を有すると共に、５μｍ以上１０μｍ以下の幅Ｗ１（開口部分の幅）を有していることが好ましい。また、凹部１０Ａは、図２に示したように、リッジ部２９の延在方向（軸方向）と平行な方向に延在して形成されていることが好ましいが、図３に示したように、リッジ部２９との対向領域において、リッジ部２９の延在方向（軸方向）と交差する方向に延在して形成されていてもよい。また、凹部１０Ａは、図２に示したように、リッジ部２９の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域に形成されていることが好ましいが、リッジ部２９の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域以外の領域に形成されていてもよい。
【００２５】
下部クラッド層２１は、例えばｎ型ＡｌＩｎＰからなり、半導体基板１０の凹部１０Ａに対応する領域に、凹部１０Ａの深さＤ１よりも浅く、かつ凹部１０Ａの幅Ｗ１よりも狭い帯状の凹部２１Ａを有している。凹部２１Ａは、後述の凸部２２Ａと共に構成されるリブ（rib）構造によって、リッジ部２９による横方向の実効的な屈折率分布に変化を生じさせる深さＤ２および幅Ｗ２となっており、深さＤ２が５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅Ｗ１（開口部分の幅）が５μｍ以上１０μｍ以下となっていることが好ましい。
【００２６】
ここで、凹部２１Ａは、後述の製造工程において半導体基板１０上に半導体材料を結晶成長させたときに、凹部１０Ａの影響を受けて形成されたものであることから、凹部２１Ａの深さＤ１および幅Ｗ２は、下部クラッド層２１の厚さを調整したり、凹部１０Ａの深さＤ１および幅Ｗ１を調整することにより所望の範囲内に設定することが可能である。なお、凹部１０Ａの深さＤ１を１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下、幅Ｗ１を５μｍ以上１０μｍ以下とした場合には、下部クラッド層２１を、半導体基板１０に凹部１０Ａを設けていない従来タイプのものと同等の厚さにすることが可能である。
【００２７】
また、凹部２１Ａは、上記したように、凹部１０Ａの影響を受けて形成されることから、凹部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在して形成されている。従って、凹部１０Ａが、図２に示したように、リッジ部２９の幅方向における中央部分との対向領域に形成されている場合には、凹部２１Ａもリッジ部２９の幅方向における中央部分との対向領域に形成され、凹部１０Ａが、図３に示したように、リッジ部２９との対向領域において、リッジ部２９の延在方向と交差する方向に延在して形成されている場合には、凹部２１Ａもリッジ部２９の延在方向と交差する方向に延在して形成されることになる。
【００２８】
第１下部ガイド層２２は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、半導体基板１０の凹部１０Ａに対応する領域に、凹部１０Ａの深さＤ１よりも低く、かつ凹部１０Ａの幅Ｗ１よりも狭い帯状の凸部２２Ａを有している。凸部２２Ａは、下部クラッド層２１の凹部２１Ａを埋め込むようにして形成されている。そのため、凸部２２Ａは、半導体基板１０側（活性層２４とは反対側）に突出した凸形状となっており、凹部１０Ａの延在方向と平行な方向に延在して形成されている。また、凸部２２Ａは、凹部２１Ａと共に構成されるリブ構造によって、リッジ部２９による横方向の実効的な屈折率分布に変化を生じさせる高さ（＝Ｄ２）および幅（＝Ｗ２）となっており、高さが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅（凸形状の付け根部分の幅）が５μｍ以上１０μｍ以下となっていることが好ましい。また、リブ構造において、下部クラッド層２１側の屈折率と第１下部ガイド層２２側の屈折率との差（屈折率差）は、０．１以上となっていることが好ましい。
【００２９】
第２下部ガイド層２３は、例えばｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、凸部２２Ａの直上においても凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。
【００３０】
活性層２４は、例えばアンドープのＧａＩｎＰからなり、後述の製造工程において平坦な第２下部ガイド層２３上に形成されたものである。従って、活性層２４についても凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。この活性層２４において、リッジ部２９との対向領域が発光領域２４Ａとなる。発光領域２４Ａは、対向するリッジ部２９の底部（上部クラッド層２６の部分）と同等の大きさのストライプ幅を有しており、リッジ部２９で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。
【００３１】
上部ガイド層２５は、例えばｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなり、活性層２４と同様、凹凸のほとんど無い平坦な形状となっている。なお、ｐ型不純物は、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などである。
【００３２】
上部クラッド層２６は、例えばｐ型ＡｌＩｎＰからなる。中間層２７は、例えばｐ型ＧａＩｎＰからなる。また、コンタクト層２８は、例えばｐ型ＧａＡｓからなる。ここで、上記したように、上部クラッド層２６の上部、中間層２７およびコンタクト層２８によってリッジ部２９が構成されており、リッジ部２９の上面全体に渡ってコンタクト層２８が形成されている。
【００３３】
また、この半導体レーザ１には、リッジ部２９（コンタクト層２８）の上面に上部電極層３１が形成されており、リッジ部２９の側面と、上部クラッド層２６のうちリッジ部２９の形成されていない表面とに渡って絶縁層３０が形成されている。なお、上部電極層３１は、絶縁層３０の表面上にまで延在して形成されていてもよい。また、半導体基板１０の裏面（半導体層２０とは反対側の表面）には、下部電極層３２が形成されている。
【００３４】
ここで、絶縁層３０は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなる。上部電極層３１は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層２８上にこの順に積層したものであり、コンタクト層２８と電気的に接続されている。また、下部電極層３２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とをｎ型コンタクト層３８側からこの順に積層した構造を有しており、半導体基板１０と電気的に接続されている。
【００３５】
このような構成の半導体レーザ１は、例えば次のようして製造することができる。
【００３６】
まず、半導体基板１０の表面に、所定の幅および深さを有する帯状の凹部１０Ａを形成する。次に、結晶成長法を用いて、半導体基板１０の凹部１０Ａ側の表面上に、下部クラッド層２１、第１下部ガイド層２２、第２下部ガイド層２３、活性層２４、上部ガイド層２５、上部クラッド層２６、中間層２７、コンタクト層２８を半導体基板１０側からこの順に積層する。これにより、活性層２４直下の第１下部ガイド層２２に、凹部１０Ａとの対応領域（対向領域）に帯状の凸部２２Ａが形成されると共に、平坦な第２下部ガイド層２３上に活性層２４が形成される。次に、例えばドライエッチング法を用いて、上部クラッド層２６の上部、中間層２７およびコンタクト層２８を選択的にエッチングする。これにより、半導体層２０の上部にリッジ部２９が形成される。その後、絶縁層３０、上部電極層３１、下部電極層３２を形成したのち、半導体基板１０をリッジ部２９の延在方向と直交する方向にへき開して前端面Ｓ１および後端面Ｓ２を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００３７】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用について説明する。半導体レーザ１では、下部電極層３２と上部電極層３１との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部２９により電流狭窄され、活性層２４の電流注入領域（発光領域２４Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、リッジ部２９および凸部２２Ａによって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって半導体層２０内を導波すると共に、リッジ部２９の延在方向（軸方向）において対向する、一対のへき開面（前端面Ｓ１、後端面Ｓ２）(図２参照)により反射される。そして、一対のへき開面の間を往復するうちに所定の波長でレーザ発振が生じ、レーザビームとしてへき開面から外部に射出される。
【００３８】
ところで、リッジ構造を備えた一般的な半導体レーザでは、活性層の発光領域で発光した光は、リッジ構造による横方向の屈折率差によって、光導波路内に横方向から閉じ込められる。このとき、リッジ幅の狭い（５μｍ未満の）ナローストライプ型の場合には、横方向の屈折率分布はインデックスガイド型（図２５（Ａ）参照）となる。しかし、リッジ幅の広いブロードエリア型の場合には、図２５（Ｂ）に示したように、発光領域への電流注入によるプラズマ効果によって、リッジ構造によって形成された横方向の屈折率分布の中央領域の屈折率が減少し、屈折率分布の中央領域が下に湾曲してしまう。そのため、この場合には、横方向の屈折率分布は全領域においてインデックスガイド型とはならず、中央領域において弱いアンチガイド的な要素のあるゲインガイド型となっている。このように、導波機構が、インデックスガイド型の中央領域にゲインガイド型が複合された導波型（ブロードエリア型の導波型）となっている場合には、両端におけるインデックスモードと、中央領域におけるゲインモードとによって形成される横モードの協同的な相互作用によってＮＦＰが決定されるので、双方のモードを適切に調和させながら全体的なモードをスムースに確立させることが重要となる（T.Asatsuma et al., Proceedings of SPIE, Vol.61040C(2006)参照）。
【００３９】
例えば、リッジ構造の横方向における両端の屈折率差を所定の範囲内（例えば０．００５程度）とすることにより、ＮＦＰをトップハット形状に近づける方策が知られている。しかし、この方策では、広い中央領域のゲイン領域を十分に制御することができないので、注入電流や温度の変化によって横モードが変化してしまう場合がある（D.Imanishi et al., Electronics Letters, 41 (2005) pp1172参照）。
【００４０】
一方、本実施の形態では、リッジ部２９の延在方向に向けて延在する帯状の凸部２２Ａが半導体層２０の光導波領域内（第２下部ガイド層２３）に設けられている。これにより、図１（Ｂ）に示したように、広い中央領域のゲイン領域に、凸部２２Ａによって形成されるナローストライプのインデックスガイドが導入されるので、凸部２２Ａによってインデックスガイド的な横モードが生じると、ゲイン領域において横モードが誘起され、凸部２２Ａによって形成される中央領域のインデックス領域において生じる横モードが、ゲイン領域において誘起される横モードと融合し、中央領域のインデックスガイドがゲイン領域において誘起される横モードを制御する。また、両端のインデックス領域において横モードが生じると、ゲイン領域の横モードと融合し、両端のインデックスガイドが全体のＮＦＰの幅を所定の範囲内に規定する。このようにして、凸部２２Ａに対応したインデックス領域で生じた横モード、ゲイン領域で生じた横モード、および両端のインデックス領域で生じた横モードとが互いに協同的に融合するので、ゲイン領域において生じる横モードが自由度を失い、規定され易くなり、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００４１】
また、凸部２２Ａが、図２に示したように、リッジ部２９の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域に形成されている場合には、インデックスガイド誘起モードのストライプとゲインガイド誘起モードのストライプとが互いに並行となるので、これらのモードがスムースにつながりやすいという利点がある。また、凸部２２Ａが、図３に示したように、リッジ部２９との対向領域において、リッジ部２９の延在方向（軸方向）と交差する方向に延在して形成されている場合には、全体の横モードで特定の空間周期のピークが発生することが抑制され、多くのモードが共存することにより全体としてトップハット形状を形成し易くなることもある。
【００４２】
[第１の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、凸部２２Ａ（凹部２１Ａ、凹部１０Ａ）が１つだけ形成されていたが、例えば図４（Ａ）に示したように中央領域内に２つ形成されていてもよいし、３つ以上形成されていてもよい。なお、凸部２２Ａ（凹部２１Ａ、凹部１０Ａ）を中央領域内に２つ形成した場合の屈折率分布は、例えば図４（Ｂ）のようになる。
【００４３】
また、上記実施の形態では、凸部２２Ａが半導体基板１０側に突出して形成されていたが、半導体基板１０上に凹部１０Ａの代わりに凸部を設け、それに対応して第１下部ガイド層２２の半導体基板１０側の界面に凹部を設けてもよい。この場合には、第１下部ガイド層２２の凹部に対応して下部クラッド層２１の第１下部ガイド層２２側の界面に、活性層２４側に突出した凸形成を形成することができる。
【００４４】
[第２の実施の形態]
図５（Ａ）は、本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ２の断面構成の一例を表したものである。図５（Ｂ）は、図１の半導体レーザ２の屈折率分布を表したものである。図６は、図５の半導体レーザ２の上面構成の一例を表したものである。なお、図５（Ａ）は、図６のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図に対応している。この半導体レーザ２は、上記実施の形態と同様、半導体基板１０上に形成された半導体層２０（積層構造）の上部にリッジ部２９（電流狭窄構造）を備えたインデックスガイド型のレーザであり、リッジ部２９の幅ＷＲの広い（少なくとも５μｍ以上の）ブロードエリア型のレーザである。
【００４５】
この半導体レーザ２は、上記実施の形態において、凸部２２Ａ、凹部２１Ａおよび凹部１０Ａを設ける代わりに、リッジ部２９に一対の凹部３３を設けた点で、上記実施の形態の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について詳細に説明し、上記実施の形態との共通点についての説明を適宜省略するものとする。
【００４６】
本実施の形態では、リッジ部２９には、上記したように、一対の凹部３３が形成されており、リッジ部２９の上部が３分割されている。なお、以下では、三分割された部分のうちリッジ部２９の幅方向の両端に対応する部分をリッジ部２９Ａ，２９Ｃと称し、これらリッジ部２９Ａ，２０Ｃで挟まれた部分をリッジ部２９Ｂと称するものとする。
【００４７】
凹部３３は、リッジ部２９の上面から所定の深さにまで達する溝であり、さらにリッジ部２９の延在方向に向けて延在して形成されている。従って、リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃについても、リッジ部２９の延在方向に向けて延在して形成されている。凹部３３の深さＤ３および凹部３３の横方向の幅Ｗ３は、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃが全体として一つの導波機構を形成するような範囲内であればよく、例えば、深さＤ３がリッジ部２９の高さＤ４と等しいか、またはそれよりも浅くなっていることが好ましく、幅Ｗ３が２μｍ以上５μｍ以下となっていることが好ましい。
【００４８】
凹部３３は、図５（Ａ）、図６に示したように、リッジ部２９の延在方向と平行な方向に延在して形成されていることが好ましいが、図７に示したように、リッジ部２９の延在方向と交差する方向に延在して形成されていてもよい。また、凹部３３は、図５（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向における中央部分に形成されていてもよいが、リッジ部２９の幅方向における中央部分以外の部分に形成されていてもよい。例えば、図８（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向においておおむね三等分する位置に形成されていてもよいし、例えば、図９（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向の両端部近傍に形成されていてもよい。なお、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の半導体レーザの屈折率分布を、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の半導体レーザの屈折率分布をそれぞれ表したものである。
【００４９】
ところで、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは凹部３３によって分離されており、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃから活性層２４に対して狭窄電流を注入するようになっている。また、リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの各上面には、上部電極層３１が設けられており、リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの各上面が上部電極層３１を介して電気的に接続されている。従って、リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは回路的には上部電極層３１と下部電極層３２との間に並列接続されていると言える。しかし、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは上で例示したように深さＤ３が浅く幅Ｗ３が狭い凹部３３で分離されているだけなので、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの電流注入領域の一部が互いに重なり合っており、結果的に一つの発光領域２４Ａを構成する。従って、リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、全体として一つの導波機構を半導体層２０内に形成する。
【００５０】
例えば、凹部３３が、図５（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向における中央部分に形成されている場合には、リッジ部２９の中央領域に形成されたリッジ部２９Ｂの幅Ｗ５は、ナローストライプ型の半導体レーザのストライプ幅と同等の幅（５μｍ未満）となり、リッジ部２９の中央領域以外の領域に形成されたリッジ部２９Ａ，２９Ｃの幅Ｗ４，Ｗ６は、ブロードエリア型の半導体レーザのストライプ幅と同等の幅（少なくとも５μｍ以上）となる。これにより、図５（Ｂ）に示したように、リッジ部２９Ａの外側の端部とリッジ部２９Ｃの外側の端部とにより形成される幅ＷＲのブロードエリア型の導波型の間に、リッジ部２９Ｂによって形成されるナローストライプのインデックスガイドが導入されるので、リッジ部２９Ｂによって形成される中央領域のインデックス領域において生じる横モードが、幅ＷＲのブロードエリア型の導波型に含まれるゲイン領域において生じる横モードと融合し、中央領域のインデックスガイドがゲイン領域において生じる横モードを制御する。また、両端のインデックス領域において横モードが生じると、ゲイン領域の横モードと融合し、両端のインデックスガイドが全体のＮＦＰの幅を所定の範囲内に規定する。このようにして、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃで生じた横モードが互いに協同的に融合するので、ゲイン領域において生じる横モードが自由度を失い、規定され易くなり、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００５１】
また、例えば、凹部３３が、図８（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向においておおむね三等分する位置に形成されている場合には、三等分された各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの幅Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６は、幅の比較的狭いブロードエリア型の半導体レーザのストライプ幅と同等の幅（１０μｍ以上３０以下程度の幅）となる。これにより、図８（Ｂ）に示したように、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃに対応して、比較的狭いブロードエリアのインデックスガイドが形成されるので、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃによって形成される横モードが互いに融合し、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００５２】
なお、各リッジ部２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの幅Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６を上記したように等間隔にしなくてもよく、例えば、リッジ部２９Ｂを相対的にやや狭くして、横モードのピッチを複数存在させ、それらの干渉（ビート周期）によって、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することも可能である。
【００５３】
また、例えば、凹部３３が、図９（Ａ）に示したように、リッジ部２９の幅方向の両端部近傍に形成されている場合には、リッジ部２９の中央領域に形成されたリッジ部２９Ｂの幅Ｗ５は、ブロードエリア型の半導体レーザのストライプ幅と同等の幅（少なくとも５μｍ以上）となり、リッジ部２９の中央領域以外の領域に形成されたリッジ部２９Ａ，２９Ｃの幅Ｗ４，Ｗ６は、ナローストライプ型の半導体レーザのストライプ幅と同等の幅（５μｍ未満）となる。
【００５４】
ここで、一般に、リッジ部によってインデックスガイド構造を形成したブロードエリア型の半導体レーザでは、リッジ部の幅方向の両端のインデックス領域の横モードが中央領域のゲイン領域の横モードよりも先に発振する傾向があり、発振の初期（注入電流量の小さな時期）には、両端のインデックス領域の横モードが強い、両角モードとなることが多い。また、単独のリッジ部によってインデックスガイド構造が形成されている場合には、インデックスガイドの実効的な幅は、中央領域のプラズマ効果の強度に応じて変化するので、この変化によって、両端のインデックスモードと中央領域のゲインモードとの調和がずれてきて、注入電流の大きさによってモードに大きなうねりが生じることがある。
【００５５】
しかし、本実施の形態では、凹部３３を、リッジ部２９の幅方向の両端部近傍に形成し、ブロードエリアのリッジ部２９Ｂの両脇に、ナローストライプのリッジ部２９Ａ，２９Ｃを設けたので、ブロードエリアのリッジ部２９Ｂから中央領域のゲイン領域に積極的に電流注入が行われ、ナローストライプのリッジ部２９Ａ，２９Ｃから両端のインデックス領域に注入する電流量が削減されるので、中央領域のゲイン領域の横モードの強度と、両端のインデックス領域の横モードの強度とのバランスを良くすることができる。これにより、両モード間の融合がよりスムースとなるので、両端のインデックス領域の横モードがいびつになることを低減することができ、かつ、中央領域のゲインを大きくすることができる。また、両端のインデックスガイドによって、全体のＮＦＰの幅を所定の範囲内に規定することもできる。その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００５６】
[第２の実施の形態の変形例]
上記第２の実施の形態において、凹部３３を、リッジ部２９の幅方向の両端部近傍に形成し、ブロードエリアのリッジ部２９Ｂの両脇に、ナローストライプのリッジ部２９Ａ，２９Ｃを設けることにより、中央領域のゲイン領域の横モードの強度と、両端のインデックス領域の横モードの強度とのバランスを良くしていたが、例えば、図１０（Ａ）の半導体レーザ３に示したように、凹部３３を設ける代わりに、リッジ部２９のうちリッジ部２９Ｂの設けられている中央領域の上面にだけ帯状の電極（上部電極３１）を設けるようにしてもよい。なお、図１０（Ａ）の半導体レーザ３の屈折率分布を図８（Ｂ）に示した。このようにした場合であっても、上部電極３１から中央領域のゲイン領域に積極的に電流注入を行うと共に、かつ、両端のインデックス領域に注入する電流量を削減することができるので、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００５７】
なお、上記変形例において、図１１（図１０の上面構成の一例）に示したように、電極をリッジ部２９の延在方向に平行に延在して形成してもよいし、図１２（図１０の上面構成の他の例）に示したように、電極をリッジ部２９の延在方向と交差する方向に延在して形成してもよい。
【００５８】
［第３の実施の形態］
図１３（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ４の断面構成を表したものである。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の半導体レーザ４の屈折率分布を表したものである。図１４は、図１３（Ａ）の半導体レーザ４の上面構成の一例を表したものである。なお、図１３（Ａ）は、図１４のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図に対応している。この半導体レーザ４は、上記第１の実施の形態のリッジ部２９の代わりに、半導体層２０（積層構造）の上部に、帯状の電極層３４（電流注入領域）と、この電極層３４を上部電極層３４の幅方向から挟み込んだ一対の絶縁層３５（高抵抗領域）とを備えたゲインガイド型のレーザであり、上部電極層３４の幅Ｗｓの広い（少なくとも５μｍ以上の）ブロードエリア型のレーザである。
【００５９】
この上部電極層３４は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層２８上にこの順に積層したものであり、コンタクト層２８と電気的に接続されている。また、上部電極層３４は、レーザ光の射出方向（軸方向）に延在するストライプ状の平面形状となっており、一対の絶縁層３５と共に電流狭窄構造をなしている。また、絶縁層３５は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）からなる。
【００６０】
また、本実施の形態において、凹部１０Ａは、上部電極層３４との対応領域（対向領域）内に、上部電極層３４の延在方向に向けて延在して形成されている。この凹部１０Ａは、図１４に示したように、上部電極層３４の延在方向（軸方向）と平行な方向に延在して形成されていることが好ましいが、図１５に示したように、上部電極層３４との対向領域において、上部電極層３４の延在方向と交差する方向に延在して形成されていてもよい。また、凹部１０Ａは、図１４に示したように、上部電極層３４の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域に形成されていることが好ましいが、上部電極層３４の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域以外の領域に形成されていてもよい。
【００６１】
下部クラッド層２１の凹部２１Ａは、凸部２２Ａと共に構成されるリブ（rib）構造によって、電流狭窄構造による横方向の実効的な屈折率分布に変化を生じさせる深さＤ２および幅Ｗ２となっており、深さＤ２が５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅Ｗ１（開口部分の幅）が５μｍ以上１０μｍ以下となっていることが好ましい。
【００６２】
また、凹部２１Ａは、図１４に示したように、上部電極層３４の幅方向における中央部分との対向領域に形成されている場合には、凹部２１Ａも上部電極層３４の幅方向における中央部分との対向領域に形成され、凹部１０Ａが、図１５に示したように、上部電極層３４との対向領域において、上部電極層３４の延在方向と交差する方向に延在して形成されている場合には、凹部２１Ａも上部電極層３４の延在方向と交差する方向に延在して形成されることになる。
【００６３】
第１下部ガイド層２２の凸部２２Ａは、凹部２１Ａと共に構成されるリブ構造によって、電流狭窄構造による横方向の実効的な屈折率分布に変化を生じさせる高さ（＝Ｄ２）および幅（＝Ｗ２）となっており、高さが５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅（凸形状の付け根部分の幅）が５μｍ以上１０μｍ以下となっていることが好ましい。また、リブ構造において、下部クラッド層２１側の屈折率と第１下部ガイド層２２側の屈折率との差（屈折率差）は、０．１以上となっていることが好ましい。
【００６４】
活性層２４において、上部電極層３４との対向領域が発光領域２４Ａとなる。発光領域２４Ａは、対向する上部電極層３４と同等の大きさのストライプ幅を有しており、電流狭窄構造で狭窄された電流が注入される電流注入領域に対応している。
【００６５】
上部クラッド層２６、中間層２７およびコンタクト層２８は、凹凸の無い平坦な平面形状となっており、平坦なコンタクト層２８の表面に、上部電極層３４および絶縁層３５が形成されている。なお、上部電極層３４は、絶縁層３５の表面上にまで延在して形成されていてもよい。ただし、この場合には、上部電極層３４のうちコンタクト層２８との接触部分が、絶縁層３５と共に電流狭窄構造を構成することになる。
【００６６】
本実施の形態の半導体レーザ４では、下部電極層３２と上部電極層３４との間に所定の電圧が印加されると、上部電極層３４と一対の絶縁層３５とにより構成された電流狭窄構造（以下、単に電流狭窄構造と称する。）により電流狭窄され、活性層２４の電流注入領域（発光領域２４Ａ）に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、電流狭窄構造および凸部２２Ａによって形成される屈折率分布に対応した導波機構によって半導体層２０内を導波すると共に、電流狭窄構造の延在方向（軸方向）において対向する、一対のへき開面（前端面Ｓ１、後端面Ｓ２）(図１４参照)により反射される。そして、一対のへき開面の間を往復するうちに所定の波長でレーザ発振が生じ、レーザビームとしてへき開面から外部に射出される。
【００６７】
ところで、ゲインガイド構造を備えた一般的な半導体レーザでは、活性層の発光領域で発光した光は、電流狭窄構造による横方向の屈折率差によって、光導波路内に横方向から閉じ込められる。このとき、発振閾値電流以上その２倍程度以下の範囲内の電流が活性層に注入される場合には、エルミートガウシアンモードがモード次数の低いものからの重ね合わせとして順次現れてくる（T.Asatsuma et al., Proceedings of SPIE, Vol.6104, 61040C(2006)参照）。この場合には、横モードの均一性はインデックスガイド型のそれと比べて優れており、ＮＦＰは比較的トップハット形状となっている。しかし、発振閾値電流の２倍を超える電流を活性層に注入すると、横モードが乱れ、ＮＦＰはトップハット形状から崩れた形状となる。さらに、フィラメント発光が生じたり、モードの揺らぎが生じることもある。
【００６８】
一方、本実施の形態では、電流狭窄構造の延在方向に向けて延在する帯状の凸部２２Ａが半導体層２０の光導波領域内（第２下部ガイド層２３）に設けられている。これにより、図１３（Ｂ）示したように、広いゲイン領域の一部に、凸部２２Ａによって形成されるナローストライプのインデックスガイドが導入されるので、凸部２２Ａによってインデックスガイド的な横モードが生じると、ゲイン領域において横モードが誘起され、凸部２２Ａによって形成される中央領域のインデックス領域において生じる横モードが、ゲイン領域において誘起される横モードと融合し、インデックスガイドがゲイン領域において誘起される横モードを制御する。
【００６９】
全体的な横モードはゲインガイド性となっているので、エルミートガウシアンモードがモード次数の低いものからの重ね合わせとして順次現れてくる。しかし、横モードの「種」となるところは、凸部２２Ａによって形成されるインデックスガイドによって固定されているので、横モードは比較的安定しており、横モードの乱れや、モードの揺らぎが抑制されている。そのため、発振閾値電流の２倍を超える電流を活性層に注入した場合であっても、ゲインガイドの整った横モードを維持することができ、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００７０】
また、凸部２２Ａが、図１４に示したように、上部電極層３４の幅方向（横方向）における中央部分との対向領域に形成されている場合には、インデックスガイド誘起モードのストライプとゲインガイド誘起モードのストライプとが互いに並行となるので、これらのモードがスムースにつながりやすいという利点がある。また、凸部２２Ａが、図１５に示したように、上部電極層３４との対向領域において、上部電極層３４の延在方向（軸方向）と交差する方向に延在して形成されている場合には、全体の横モードで特定の空間周期のピークが発生することが抑制され、多くのモードが共存することにより全体としてトップハット形状を形成し易くなることもある。
【００７１】
[第３の実施の形態の変形例]
上記実施の形態では、凸部２２Ａ（凹部２１Ａ、凹部１０Ａ）が１つだけ形成されていたが、２つ以上形成されていてもよい。また、例えば、２つの凸部２２Ａを設けた場合に、図１６（Ａ）に示したように、凸部２０Ａと凸部２０Ａとの間の間隔Ｗｉが、上部電極層３４の幅（上部電極層３４のうちコンタクト層２８と接している部分の幅）よりも広くなっていてもよい。なお、図１６（Ａ）の半導体レーザの屈折率分布を図１６（Ｂ）に示した。
【００７２】
このようにした場合には、横モードの幅が間隔Ｗｉに規定され、間隔Ｗｉよりも広がるのを抑制することができる。また、例えば、２つの凸部２２Ａを設けた場合に、凸部２０Ａと凸部２０Ａとの間の間隔Ｗｉが、上部電極層３４の幅（上部電極層３４のうちコンタクト層２８と接している部分の幅）とほぼ等しくなっていてもよい。このようにした場合には、リッジ型のインデックスガイドに近い横モードを形成することができる。また、例えば、２つの凸部２２Ａを設けた場合に、間隔Ｗｉが、上部電極層３４の幅（上部電極層３４のうちコンタクト層２８と接している部分の幅）よりも狭くなっていてもよい。このようにした場合には、２本のインデックガイドがゲイン領域において誘起される横モードを制御する。このようにして、双方の横モードが互いに協同的に融合するので、ゲイン領域において生じる横モードが自由度を失い、規定され易くなり、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態では、凸部２２Ａ、凹部２１Ａおよび凹部１０Ａを設けていたが、上記第２の実施の形態と同様、上記第３の実施の形態において、凸部２２Ａ、凹部２１Ａおよび凹部１０Ａを設ける代わりに、図１７（Ａ）、図１８（または図１９）の半導体レーザ５に示したように、上部電極層３４の直下に１つの凹部３３を設けるようにしてもよい。なお、図１７（Ａ）の半導体レーザの屈折率分布を図１７（Ｂ）に示した。この場合には、図１７（Ｂ）に示したように、ゲインガイドモードが１つの凹部３３によって形成されるアンチガイディングの効果で固定されるので、ゲイン領域において生じる横モードが自由度を失い、規定され易くなり、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００７４】
また、上記第３の実施の形態において、凸部２２Ａ、凹部２１Ａおよび凹部１０Ａを設ける代わりに、図２０（Ａ）に示したように、上部電極層３４の直下に２つの凹部３３を設けるようにしてもよい。なお、図２０（Ａ）の半導体レーザの屈折率分布を図２０（Ｂ）に示した。この場合には、図２０（Ｂ）に示したように、広い中央領域のゲイン領域に、２つの凹部３３で挟まれたリッジ形状によって形成されるナローストライプのインデックスガイドが導入されるので、そのリッジ形状によってインデックスガイド的な横モードが生じると、ゲイン領域において横モードが誘起され、リッジ形状によって形成される中央領域のインデックス領域において生じる横モードが、ゲイン領域において誘起される横モードと融合し、リッジ形状のインデックスガイドがゲイン領域において誘起される横モードを制御する。このようにして、双方の横モードが互いに協同的に融合するので、ゲイン領域において生じる横モードが自由度を失い、規定され易くなり、その結果、全体として安定かつ均一なＮＰＦを形成することができる。
【００７５】
ただし、この場合には、図２１に示したように、上部電極層３４の延在方向（軸方向）と平行な方向に延在して形成されていることが好ましい。また、図２２に示したように、上部電極層３４との対向領域において、前端面Ｓ１から後端面Ｓ２に向かうにつれて上部電極層３４の幅が狭くなるようにしてもよいし、また、図２３に示したように、上部電極層３４との対向領域において、前端面Ｓ１から後端面Ｓ２に向かうにつれて凹部３３同士の間隔が狭くなるようにしてもよい。これら図２２および図２３の場合には、共振器長方向で横モードの形成状態が変調されるので、電流の増加につれて特定の領域の光強度だけが増す虞がなくなり、空間的なホールバーニングやフィラメント発光が生じるのを抑制することができる。
【００７６】
また、上記第３の実施の形態において、凸部２２Ａ、凹部２１Ａおよび凹部１０Ａを設ける代わりに、図２４に示したように、上部電極層３４の直下に、複数の凹部３３Ａを、上部電極層３４の延在方向に配列すると共に、上部電極層３４の幅方向に配列してもよい。このとき、各凹部３３Ａを均一に２次元配置してもよいし、不均一に２次元配置してもよい。
【００７７】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００７８】
例えば、上記実施の形態等では、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体レーザを例にして本発明を説明したが、他の化合物半導体レーザ、例えばＡｌＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの赤色半導体レーザ、ＧａＩｎＮ系およびＡｌＧａＩｎＮ系などの窒化ガリウム系の半導体レーザ、ＺｎＣｄＭｇＳＳｅＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族の半導体レーザにも適用可能である。また、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＮＰ系などの、発振波長が可視域とは限らないような半導体レーザにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成図の一例である。
【図２】図１の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図３】図１の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図４】図１の半導体レーザの一変形例の断面構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成図の一例である。
【図６】図５の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図７】図５の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図８】図５の半導体レーザの一変形例の断面構成図である。
【図９】図５の半導体レーザの他の変形例の断面構成図である。
【図１０】図５の半導体レーザのその他の変形例の断面構成図である。
【図１１】図１０の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図１２】図１０の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成図の一例である。
【図１４】図１３の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図１５】図１３の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図１６】図１３の半導体レーザの一変形例の断面構成図である。
【図１７】図１３の半導体レーザの他の変形例の断面構成図である。
【図１８】図１７の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図１９】図１７の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図２０】図１３の半導体レーザのその他の変形例の断面構成図である。
【図２１】図２０の半導体レーザの上面構成図の一例である。
【図２２】図２０の半導体レーザの上面構成図の他の例である。
【図２３】図２０の半導体レーザの上面構成図のその他の例である。
【図２４】図１３の半導体レーザのその他の変形例の断面構成図である。
【図２５】従来の半導体レーザの屈折率分布図の一例である。
【符号の説明】
【００８０】
１…半導体レーザ、２…駆動回路、１０…基板、１１…ｎ型クラッド層、１２…活性層、１２−１〜１２−６…発光領域、１３…ｐ型クラッド層、１４…ｐ型コンタクト層、１５−１〜１５−６…リッジ部、１６Ａ〜１６Ｃ…グループ、１７Ａ〜１７Ｃ…ｐ側電極、１８…溝、１９…ｎ側電極、ｄ１〜ｄ５…３ｄＢ帯域幅、Ｈ…ヒートシンク、ＲA 〜ＲC …抵抗器、Ｗ１〜Ｗ６…ストライプ幅、ＷA 〜ＷC …ストライプ幅の平均値。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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