特許 6049888 メサ形の電流伝導が改善されたＡＬＧＡＩＮＮ半導体レーザおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6049888

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】メサ形の電流伝導が改善されたＡＬＧＡＩＮＮ半導体レーザおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20161212BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/042 610

   H01S5/343 610

【請求項の数】16

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-533509(P2015-533509)

(86)(22)【出願日】2013年9月3日

(65)【公表番号】特表2015-530753(P2015-530753A)

(43)【公表日】2015年10月15日

(86)【国際出願番号】EP2013068176

(87)【国際公開番号】WO2014048687

(87)【国際公開日】20140403

【審査請求日】2015年4月17日

(31)【優先権主張番号】102012217662.4

(32)【優先日】2012年9月27日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102012220911.5

(32)【優先日】2012年11月15日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】アドリアン ステファン アヴラメスク

(72)【発明者】

【氏名】ゲオアク ブリューダル

(72)【発明者】

【氏名】クリストフ アイヒラー

(72)【発明者】

【氏名】スヴェン ゲアハート

(72)【発明者】

【氏名】テレーザ ヴアム

(72)【発明者】

【氏名】ウーヴェ シュトラウス

【審査官】 里村 利光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７７３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０９１７０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６４９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３００４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２３７７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層を積層した積層構造体を有する半導体レーザ（１）であって、
前記積層構造体は少なくとも、
ａ．ｎ型ドープされたクラッド層（１０）と、
ｂ．第３の導波層（１１）と、
ｃ．内部に発光構造が配置されている活性領域（６）と、
ｄ．第２の導波層（１３）と、
ｅ．阻止層（１４）と、
ｆ．第１の導波層（１５）と、
ｇ．ｐ型ドープされたクラッド層（１６）と
の積層体を有し、
前記第１，第２および第３の導波層（１５，１３，１１）は、少なくともＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎを含み、ここで、ｘは０〜１の間の値をとり、ｙは０〜１の間の値をとり、かつ、ｘとｙとの和は０〜１の間の値をとり、
前記阻止層（１４）のＡｌ含有率は、隣接する前記第１の導波層（１５）のＡｌ含有率より少なくとも２％多く、
前記阻止層（１４）のＡｌ含有率は、前記第１の導波層（１５）から前記第２の導波層（１３）へ向かう方向に増加していき、
前記積層構造体は両側に段部（９）を有し、
前記両側の段部（９）は前記阻止層（１４）の領域内に位置していることにより、前記阻止層（１４）の一部の幅が前記第１の導波層（１５）の幅より大きくなっている
ことを特徴とする半導体レーザ（１）。

【請求項2】

前記Ａｌ含有率は、前記第１の導波層（１５）から前記第２の導波層（１３）に向かう方向に階段状に増大していき、
前記阻止層（１４）は、前記第２の導波層（１３）側にある第１の阻止層（１７）と、前記第１の導波層（１５）側にある第２の阻止層（１８）とに分かれており、
前記第１の阻止層（１７）のＡｌ含有率は、前記第２の阻止層（１８）のＡｌ含有率より少なくとも１％多い、
請求項１記載の半導体レーザ。

【請求項3】

前記第１の導波層（１５）の平均屈折率は、隣接する前記ｐ型ドープされたクラッド層（１６）の平均屈折率より高く、
前記第３の導波層（１１）の平均屈折率は、隣接する前記ｎ型ドープされたクラッド層（１０）の平均屈折率より高い、
請求項１または２記載の半導体レーザ。

【請求項4】

前記両側の段部は、前記第２の阻止層（１８）の領域内に、または前記第１の阻止層（１７）の領域内に位置する、
請求項２または３記載の半導体レーザ。

【請求項5】

前記阻止層（１４）のＡｌ含有率は、前記第１の導波層から前記第２の導波層に向かう方向に、直線状に増大していく、
請求項１記載の半導体レーザ。

【請求項6】

前記第１の導波層（１５）、前記第２の導波層（１３）および前記阻止層（１４）はｐ型ドープされており、
前記阻止層（１４）のドープ濃度は前記第１の導波層（１５）のドープ濃度以上であり、かつ、前記第２の導波層（１３）のドープ濃度は前記第１の導波層（１５）のドープ濃度より低濃度であるか、または、前記第２の導波層（１３）はアンドープ層である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体レーザ。

【請求項7】

前記第１の阻止層（１７）のｐ型ドープは、前記第１の導波層（１５）のｐ型ドープより高濃度であり、
前記第２の阻止層（１７，１８）はｐ型ドープされており、
前記第１の阻止層（１７）のドープは前記第２の阻止層（１８）のドープより高濃度であり、
前記第２の阻止層のドープ濃度は前記第１の導波層（１５）のドープ濃度以上であり、
前記第２の導波層（１３）のドープは前記第１の導波層（１５）のドープより低濃度である、
請求項２から５までのいずれか１項記載の半導体レーザ。

【請求項8】

前記ｐ型ドープされたクラッド層（１６）のドープは、前記第１の導波層（１５）のドープより高濃度である、
請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体レーザ。

【請求項9】

前記第１の阻止層（１７）と前記第２の阻止層（１８）との間に、中間層（２１）が設けられている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体レーザ。

【請求項10】

前記阻止層は、少なくとも１つのＡｌＧａＮ層および／またはＡｌＩｎＧａＮ層および／またはＡｌＩｎＮ層を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体レーザ。

【請求項11】

複数の層をＹ軸に沿って積層した積層構造体を有する半導体レーザの製造方法であって、
前記複数の層は、Ｚ軸とＸ軸とにより定まる平面内にて延在し、
前記Ｘ軸とＺ軸とＹ軸とは相互に直交し、前記Ｙ軸は前記積層構造体の高さを表し、前記Ｘ軸は前記積層構造体の幅を表し、前記Ｚ軸は前記積層構造体の長さを表し、
前記Ｙ軸に沿って少なくとも、
ａ．ｎ型ドープされたクラッド層と、
ｂ．第３の導波層と、
ｃ．内部に発光構造が配置された活性領域と、
ｄ．第２の導波層と、
ｅ．阻止層と、
ｆ．第１の導波層と、
ｇ．ｐ型ドープされたクラッド層と
の積層体を形成する、製造方法において、
前記第１，第２および第３の導波層をＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎから形成し、ここで、ｘは０〜１の間の値をとり、ｙは０〜１の間の値をとり、かつ、ｘとｙとの和は０〜１の間の値をとり、
前記第１の導波層の平均屈折率を、隣接する前記ｐ型ドープされたクラッド層の平均屈折率より高くし、かつ、前記第３の導波層の平均屈折率を、隣接する前記ｎ型ドープされたクラッド層の平均屈折率より高くし、
前記阻止層には、隣接する前記第１の導波層のＡｌ含有率より少なくとも２％多いＡｌ含有率を含ませ、
前記阻止層のＡｌ含有率は、前記第１の導波層から前記第２の導波層に向かう方向に増加するようにし、
前記積層構造体の、ＹＸ平面で見て両側に、対称的な段部を設け、
前記両側の段部を前記阻止層の領域内に配置することにより、当該阻止層の一部の幅が前記第１の導波層の幅より大きくなるようにする
ことを特徴とする製造方法。

【請求項12】

前記Ａｌ含有率を、前記第３の導波層から前記第２の導波層に向かう方向に階段状に増加させ、
前記阻止層を、前記第２の導波層側にある第１の阻止層と、前記第１の導波層側にある第２の阻止層とに分け、前記第１の阻止層には、前記第２の阻止層のアルミニウムより少なくとも１％多いアルミニウムを含有させる、
請求項１１記載の製造方法。

【請求項13】

前記両側の段部を、前記第１の阻止層または前記第２の阻止層の領域に配置する、
請求項１１または１２記載の製造方法。

【請求項14】

前記阻止層のＡｌ含有率を、前記第１の導波層から前記第２の導波層に向かう方向に増加させていく、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の製造方法。

【請求項15】

前記阻止層のＡｌ含有率を、前記第１の導波層から前記第２の導波層に向かう方向に直線状に増加させていく、
請求項１４記載の製造方法。

【請求項16】

前記第１の導波層、前記第２の導波層および前記阻止層にｐ型ドープし、
前記阻止層のドープ濃度を前記第１の導波層のドープ濃度以上に規定し、かつ、前記第２の導波層のドープ濃度を前記第１の導波層のドープ濃度より低く規定する、
請求項１１から１５までのいずれか１項記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の半導体レーザと、請求項１１に記載の半導体レーザの製造方法とに関する。

【0002】

本願は、独国特許出願第１０２０１２２１７６６２．４号および第１０２０１２２２０９１１．５号の優先権を主張するものであり、これを引用することにより、その開示内容は本願の開示内容に含まれるものとする。

【0003】

従来技術では、リッジ導波路形態を有する端面発光型半導体レーザが知られている。この半導体レーザは有利には、III-V 族半導体材料から製造される。半導体レーザは、ＸＺ平面上に位置する複数の層の形状で積層されたものである。これらの各層は、Ｙ軸に沿って相互に重なって配置されている。この半導体レーザはＹＺ平面において、狭幅の上側領域から広幅の下側領域までの段部を有する。半導体レーザのこの積層体は、Ｐ型クラッド層と、導波路と、活性領域と、第２の導波路と、第２のクラッド層とを有する。前記段部は、上部の導波路に接するように設けられている。

【0004】

本発明の課題は、半導体レーザの活性領域における電流伝導を改善することである。

【0005】

本発明の前記課題は、請求項１に記載の半導体レーザと、請求項１１に記載の製造方法とによって解決される。

【0006】

他の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0007】

前記半導体レーザは、阻止層の領域において２次元キャリアガスを弱めることにより電流伝導が改善されるという利点を奏する。さらに、積層構造体の段部が少なくとも阻止層に隣接して配置されていることにより、電流制限絞りも支援されることになる。したがって、段部は阻止層の上面に配置するか、または阻止層中に配置することができる。さらに、第１の導波路を前記段部と共に設けることにより、予想に反して、半導体レーザのパフォーマンスも改善される。このことにより、活性領域における電流密度を、従来技術と比較して上昇させることができる。

【0008】

電流絞りは、阻止層中のアルミニウム含有率が第２の導波層に向かう方向に、つまり活性領域に向かう方向に増大していくことにより支援される。

【0009】

上記構成により、半導体レーザのレーザデータを、特に閾値および勾配を改善することができる。このことを実現するためには、半導体構造体すなわち活性領域内への電荷担体の注入効率を最適化する。このようにして、移動電子がｐ型ドープ領域に達し、ここで非発光再結合を行うことを回避することができる。

【0010】

上述の構成の阻止層により、アルミニウム含有率の過度に急激な変化を回避することができ、これにより、導波層と阻止層との界面における２次元正孔ガスの形成が低減する。２次元正孔ガスにおける正孔の横方向伝導率が高いと、側方の縁辺領域に電流が拡開するという欠点が生じる。これらの利点は、極性層でも非極性層でも実現することができる。

【0011】

このように改善した積層体と、段部の、この積層体に合わせて調整した配置とにより、良好な電子注入効率を維持しながら正孔注入効率の改善を実現することができる。

【0012】

他の１つの実施形態では、アルミニウム含有率が非常に高い層を１つ挿入する代わりに、アルミニウム含有率がそれぞれ異なる複数の層を挿入することにより、活性領域内における正孔輸送が改善され、顕著な２次元正孔ガスの発生が低減または防止されるように、阻止層を構成する。たとえば、前記阻止層はＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＮを含むことができ、特に、前記阻止層をＡｌＧａＮ層および／またはＡｌＩｎＧａＮ層および／またはＡｌＩｎＮ層として構成することができる。

【0013】

ｐ型ドープ側から活性領域の方向にアルミニウム含有率を増加していくことにより、正孔に対して複数の小さな障壁が、または上昇していく１つの障壁が得られる。このようにして、アルミニウム含有率が階段状に上昇するかまたは漸増的に上昇することにより、正孔の輸送が容易になる。このことによって更に、バンド端ジャンプの高さが低下し、ひいては２次元正孔ガスの顕著さも低下する。

【0014】

１つの実施形態では、阻止層は第１の阻止層と第２の阻止層との形態で形成されており、これら２つの阻止層の各アルミニウム含有率は異なり、第２の導波層側にある阻止層のアルミニウム含有率は、第２の阻止層のアルミニウム含有率より少なくとも１％多い。アルミニウム含有率がそれぞれ異なる複数の阻止層を形成することにより、阻止層内の２次元キャリアガスを規定通りに弱めることができる。

【0015】

選択した実施形態に応じて、阻止層のアルミニウム含有率の値を最大３０％とすることができる。このことにより、２次元正孔ガスを大きく弱めることができる。

【0016】

選択した実施形態に応じて、両側の段部を第１の導波層の方により近接させるか、または第２の導波層の方により近接させ、かつ、阻止層に隣接するかないしは阻止層中に配置される。段部が第２の導波層に近接するほど、すなわち活性領域に近接するほど、電流はより絞られ、このことによって活性領域中の電流密度が高くなる。

【0017】

他の１つの実施形態では、前記阻止層は一体形の層として形成されており、アルミニウム含有率は第１の導波層から第２の導波層に向かう方向に増大していく。この増大はたとえば直線状とすることができる。さらに、第２の導波層に向かう方向にアルミニウム含有率が直線状よりも大きく増大することも可能である。アルミニウム含有率の増大の態様と、アルミニウム含有率の値とにより、電流絞りを個別に調整することができる。また、段部を阻止層の領域に配置することにより、活性領域中の電流密度の制限絞りを適合することもできる。

【0018】

他の１つの実施形態では、第１の阻止層と、第２の阻止層と、第１の導波路と、第２の導波路とはｐ型ドープされており、その平均ドープ濃度は、第１の阻止層の平均ドープ濃度が第２の阻止層の平均ドープ濃度より高く、第１の導波層の平均ドープ濃度が第２の阻止層のドープ濃度以上となるように調整されている。また、第２の導波層のドープ濃度は、第１の導波層のドープ濃度より低い。たとえば、第２の導波層をアンドープ層とすることができる。他の１つの実施形態では、第１の阻止層の平均ドープ濃度は第２の阻止層の平均ドープ濃度より高い。また、第２の阻止層の平均ドープ濃度は、第１の導波層の平均ドープ濃度より高い。さらに、第１の導波層の平均ドープ濃度は、第２の導波層の平均ドープ濃度より高い。ドーパントとしては、たとえばマグネシウムを使用することができる。

【0019】

他の１つの実施形態では、ｐ型クラッド層のドープ濃度は第１の導波層のドープ濃度より高い。さらに、選択した実施形態に応じて、各層内にそれぞれ、ドープ濃度に複数の段を設けること、またはドープ濃度の勾配を設けることも可能である。ドープ濃度を低下させることにより、活性領域により生成される光の光学モードの吸収が小さくなる。

【0020】

選択した実施形態に応じて、第１の導波層と第２の導波層との間に少なくとも１つの付加層を設けることもできる。付加層はたとえば、第１の阻止層と第２の阻止層との間に設けることができる。前記付加層はたとえば窒化ガリウムから成ることができ、半導体レーザの機能を支援するもの、または少なくとも阻害しないものとすることができる。

【0021】

以下、図面を参照して、実施例について詳細に説明する。この説明内容を併せて参酌すれば、本発明の上述の特性、特徴および利点と、本発明を実現する態様とを、より明確に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】半導体レーザの概略的な斜視図である。

【図2】一実施形態の半導体レーザの概略的な断面図である。

【図3】図２の半導体レーザの電流伝導の概略図である。

【図4】両側の段部の高さ位置が異なる、２つの阻止層を備えた半導体レーザの他の実施形態を示す図である。

【図5】両側の段部の高さ位置が異なる、２つの阻止層を備えた半導体レーザの他の実施形態を示す図である。

【図6】複数の阻止層を有する半導体レーザの他の実施形態を示す図である。

【図7】複数の阻止層を有する半導体レーザの他の実施形態を示す図である。

【図8】アルミニウム勾配を有する阻止層を備えた半導体レーザの実施形態を示す図である。

【図9】アルミニウム勾配を概略的に示す図である。

【図10】各層のマグネシウムドープ濃度についての表示と共に示す、半導体レーザの概略図である。

【図11】第１の導波層と第２の導波層との間に中間層を備えた半導体レーザの別の実施形態を示す図である。

【図12】半導体レーザの別の実施形態を示す図である。

【図13】半導体レーザの別の実施形態を示す図である。

【図14】半導体レーザの別の実施形態を示す図である。

【図15】半導体レーザの別の実施形態を示す図である。

【0023】

図１に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の座標系を示しており、これらの各軸は相互に直交している。図１は半導体レーザ１の概略的な斜視図であり、この半導体レーザ１は、基体２と、上部層３とを有する。半導体レーザ１は、ＺＸ平面内に位置する複数の層の形態で構成されており、これらの各層はＹ軸に沿って積層されている。段部３の終端にはｐ型コンタクト層４が設けられており、基体２の、このｐ型コンタクト層４とは反対側の終端部に、ｎ型コンタクト層５が設けられている。基体２内には、ｐ型コンタクト層４とｎ型コンタクト層５との間に、光を生成するように構成された活性領域６が配置されている。この活性領域６は、水平方向にＺ軸に沿って延在している。相互に反対側にある側面７，８には、第１の共振器ミラーおよび第２の共振器ミラーが設けられている。上部層３は、Ｘ軸方向に両側に設けられた段部９において、Ｘ軸方向の幅がより広い基体２に繋がっている。レーザ光の出射は、これら２つの共振器ミラーのうち１つを介して行われる。

【0024】

図２は、半導体レーザ１をＹＸ平面で切断したときの概略的な断面図である。ｎ型コンタクト層５には、ｎ型ドープされたクラッド層１０が接続されており、このｎ型ドープクラッド層１０上に第３の導波層１１が配置されている。第３の導波層１１上に活性領域６が設けられており、活性領域６上には第２の導波層１３が配置されている。第２の導波層１３上に阻止層１４が設けられており、この阻止層１４上に第１の導波層１５が配置されている。第１の導波層１５上にｐ型クラッド層１６が配置されており、ｐ型クラッド層１６上にはｐ型コンタクト層４が設けられている。図中の実施例では、阻止層１４は第１の阻止層１７および第２の阻止層１８の形態で形成されている。第１の阻止層１７と第２の阻止層１８とでは、少なくともバンドギャップが異なっており、たとえばアルミニウム含有率によって各バンドギャップを変化させる。第１の阻止層１７は第２の導波層１３側にあり、特に、第２の導波層上に設けられている。第２の阻止層１８は第１の導波層１５側に設けられており、たとえば、第１の導波層１５と第１の阻止層１７とに直接接するように設けられている。ｎ型ドープクラッド層およびｐ型ドープクラッド層は、ガリウムと窒素、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮを含むか、またはＡｌＩｎＮを含み、これら両クラッド層はたとえばＡｌＩｎＧａＮ層として構成されている。

【0025】

第１，第２および第３の導波層１５，１３，１１の組成は、異なる組成とすることができる。第１，第２および／または第３の導波層はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎを含み、ここでｘは、０〜１の間の値をとることができ、ｙは０〜１の間の値をとることができ、和（ｘ＋ｙ）は０〜１の間の値をとることができる。

【0026】

さらに、各導波層１５，１３，１１は平均で、ｐ型クラッド層１６ないしはｎ型クラッド層１０の屈折率より大きい屈折率を有する。第１の導波層１５の厚さを０ｎｍ〜３００ｎｍの間とすることにより、良好な特性が実現される。第１の導波層１５の厚さを２０ｎｍ〜２００ｎｍの間とすることにより、より良好な特性が実現される。更により良好な特性を実現するためには、第１の導波層１５の厚さを４０ｎｍ〜１００ｎｍの間とする。第１の導波層１５はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎから形成されており、ここでｘは、０％〜２０％の間とすることができる。他の１つの実施形態では、ｘを０％〜６％の間とすることができる。他の１つの実施形態では、ｘを０％〜３％の間とすることができる。Ｙは０％〜１０％の間の値をとることができる。

【0027】

第２の導波層１３はＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎから成り、たとえば３ｎｍ〜３００ｎｍの間の厚さを有する。ｘは０％〜５％の間の値をとることができ、ｙは０％〜１２％の間の値をとることができる。たとえば、ｘは０％〜２％の間の値をとることができ、ｙは０％〜７％の間の値をとることができる。

【0028】

阻止層１４はアルミニウム含有層である。阻止層１４は、それぞれ異なるアルミニウム含有率の複数の単層を有する多層構成とするか、または、アルミニウム含有率の勾配を有する単層とするか、または、アルミニウム含有率がそれぞれ異なる複数の層と、アルミニウム勾配を有する少なくとも１つの層とを組み合わせたもので構成することができる。阻止層１４のアルミニウム含有率は、第１の導波層１５の含有率より多い。たとえば、前記阻止層のアルミニウム含有率は第１の導波層１５に隣接する領域において、当該第１の導波層１５のアルミニウム含有率より少なくとも２％多い。選択した実施形態に応じて、第１の導波層１５に隣接する場所における阻止層１４のアルミニウム含有率を、当該第１の導波層１５のアルミニウム含有率よりも少なくとも４％多くすることができる。阻止層１４は、窒化アルミニウムガリウム層、アルミニウムインジウムガリウム窒化物層および／または窒化アルミニウムインジウム層を有することができる。さらに、前記阻止層１４をＡｌＧａＮ層またはＡｌＩｎＧａＮ層またはＡｌＩｎＮ層として形成することもできる。インジウムの割合は、２０％未満、有利には５％未満とすることができる。その際には、阻止層１４の厚さをたとえば１０ｎｍ〜１００ｎｍの間とすることができる。選択した実施形態に応じて、阻止層１４は２０ｎｍ〜６０ｎｍの間の厚さを有することができる。

【0029】

阻止層１４を第１の阻止層１７および第２の阻止層１８の形態とする際には、第１の阻止層１７の平均アルミニウム含有率は、第２の阻止層１８の平均アルミニウム含有率より多い。第１の阻止層および第２の阻止層の各アルミニウム含有率の差は、たとえば１％以上であり、たとえば６％または１５％である。この実施形態ではさらに、第２の阻止層１８も、前記阻止層１４の上記値をとることができる。両側の段部９の高さ位置は、少なくとも阻止層１４に隣接して、特に阻止層１４内に位置する。図２の実施例では、段部９は第２の阻止層１８の領域に配置されている。

【0030】

図３に、ｐ型コンタクト４からｎ型コンタクト５に向かう方向の電流伝導１９を矢印で概略的に示す。アルミニウム含有率が第１の導波層１５より高く、かつ、アルミニウム含有率が階段状に上昇するかまたはアルミニウム含有率が漸増する勾配を示す阻止層１４を配置することにより、電流１９の、活性領域６の方向に作用する制限絞りを実現することができる。この制限絞りは矢印で示している。段部９の上述の構成と、上述の有利な構成の阻止層１４とにより、当該阻止層１４内において生成される２次元正孔ガス１２が弱まる。正孔ガス１２は図３では、点線で概略的に示されている。

【0031】

図４は、別の実施形態の半導体レーザ１の、ＸＹ平面の断面を示す概略図である。この半導体レーザ１の基本的構成は図２の構成となっているが、段部９は図２よりも低い位置にあり、第１の阻止層１７の領域に設けられている。

【0032】

図５は別の実施形態の半導体レーザを示している。この半導体レーザの基本的構成は図２の構成となっているが、第２の阻止層１８の段部９は、第１の導波層１５と第２の阻止層１８との境界領域に位置している。

【0033】

図６は、別の実施形態の半導体レーザの、ＸＹ平面の断面を示す概略図である。この半導体レーザの基本的構成は図２の構成となっているが、図２の構成との相違点としては、第１，２の阻止層１７，１８を設ける代わりに、第１，第２および第３の阻止層１７，１８，２０が設けられている。これら３つの阻止層は、たとえばそれぞれ異なるアルミニウム含有率を有し、第３の阻止層２０のアルミニウム含有率は第２の阻止層１８のアルミニウム含有率より少なく、かつ、第２の阻止層１８のアルミニウム含有率は第１の阻止層１７のアルミニウム含有率より少ない。第１の阻止層１７の最大アルミニウム含有率は、たとえば３０％である。さらに、第３の阻止層２０のアルミニウム含有率は、第１の導波層１５のアルミニウム含有率より少なくとも２％多い。有利には、第３の阻止層２０のアルミニウム含有率は、第１の導波層１５のアルミニウム含有率より少なくとも４％多い。図６の実施例では、段部９は第１の阻止層１７と第２の阻止層１８との境界領域に配置されている。

【0034】

図７は別の実施形態を示しており、この実施形態の基本的構成は、図６の実施形態の構成となっているが、段部９は第１の阻止層１７の領域に配置され、特に、第１の阻止層１７の高さの半分の位置に配置されている。選択した実施形態に応じて、アルミニウム含有率が異なるおよび／または等しい、３つより多くの阻止層を設けることもできる。第１の阻止層１７はたとえば４０ｎｍ〜６０ｎｍの間の厚さとすることができ、特に、たとえば５０ｎｍの厚さとすることができる。段部９は、第１の阻止層の０〜３０ｎｍの間の深さ位置に配置することができ、たとえば２０ｎｍの深さ位置に配置することができる。

【0035】

図８は、別の実施形態の半導体レーザの、ＸＹ平面の断面を示す概略図である。この半導体レーザの基本的構成は図２の構成となっているが、阻止層１４は一体形の阻止層として形成されており、当該一体形の阻止層のアルミニウム含有率は、第１の導波層１５から第２の導波層１３に向かう方向に増加していく。図９は、阻止層１４内においてアルミニウム含有率が第２の導波層１３に向かう方向に増加していく様子を示す概略図である。さらに、阻止層１４のアルミニウム含有率は第１の導波層１５との境界領域において、当該第１の導波層１５のアルミニウム含有率より少なくとも２％多い。また、他の１つの実施形態では、阻止層１４のアルミニウム含有率は第１の導波層１５との境界領域において既に、当該第１の導波層１５のアルミニウム含有率より少なくとも４％多くすることもできる。図中の実施例ではアルミニウム含有率は、図９に示されているように、第２の導波層１３に向かう方向に直線状に増加していく。選択した実施形態に応じて、アルミニウム含有率は第２の導波層１３に向かう方向に、不連続的または指数関数的に増加していくことも可能である。図中の実施例では段部９は、阻止層１４の３分割したうちの最下部分に形成されている。

【0036】

図１０は、図２の半導体レーザ１の、ＸＹ平面の断面を示す概略図である。同図ではさらに、ｐ型クラッド層、第１の導波層１５、第１の阻止層１７、第２の阻止層１８および第２の導波層１３の各マグネシウムドープ濃度の例を示している。

【0037】

他の１つの実施形態では、第１の阻止層と、第２の阻止層と、第１の導波路と、第２の導波路とには、マグネシウムを用いてｐ型ドープされており、その平均マグネシウム含有率は、第１の阻止層の平均マグネシウム含有率が第２の阻止層の平均マグネシウム含有率より多く、第１の導波層の平均マグネシウム含有率が第２の阻止層のマグネシウム含有率以上となるように調整されている。また、第２の導波層のマグネシウム含有率は、第１の導波層のマグネシウム含有率より少ない。第２の導波層はアンドープ層とすることもできる。

【0038】

他の１つの実施形態では、ｐ型クラッド層のマグネシウム含有率は第１の導波層のマグネシウム含有率より多い。さらに、選択した実施形態に応じて、各層内にそれぞれ、マグネシウム含有率に複数の段を設けること、またはマグネシウム含有率の勾配を設けることも可能である。Ｍｇ含有率を低下させることにより、光学モードの吸収がより小さくなる。マグネシウムのドーピングは、１×１０^１７〜５×１０^２０／［１／ｃｍ^３］の範囲内、有利には１×１０^１７〜５×１０^１９／［１／ｃｍ^３］の間の範囲内である。マグネシウムに代えて、たとえば炭素、ベリリウム、亜鉛、カドミウムまたはカルシウムをドーパントとして用いることもできる。

【0039】

図１１に、別の実施形態の半導体レーザの、ＸＹ平面の断面を概略的に示している。この半導体レーザの基本的構成は、図２の構成となっている。しかし、図２の構成の他に更に、第１の阻止層１７と第２の阻止層１８との間に中間層２１が設けられている。中間層２１はたとえば窒化ガリウムを含むか、または窒化ガリウムから成ることができる。選択した実施形態に応じて、中間層２１の層厚をたとえば２０ｎｍ未満とすることができる。

【0040】

さらに、中間層２１を第１の導波層１５と第２の阻止層１８との間に、および／または、第２の導波層１３と第１の阻止層１７との間に配置することもできる。選択した実施形態に応じて、第１の導波層１５と第２の導波層１３との間に複数の中間層２１を設けることも可能である。また、相応の中間層を、アルミニウム勾配を有する一体の阻止層１４内に設けることも可能である。段部９は、たとえば適切な縁辺領域をエッチング除去することにより、半導体レーザに形成される。このエッチング除去では、段部９の高さは時間によって、または、エッチングした層の組成の信号識別を行うことによって達成される。その際にはエッチング速度は、層の組成と、使用されるエッチング法とに依存する。

【0041】

段部９を設けるためには、たとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法またはケミカルアシステッドイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）法等のドライケミカル除去法を用いることができる。

【0042】

活性領域はたとえば、窒化インジウムガリウム層と窒化ガリウム層とを交互に設けて構成される量子トレンチ構造とすることができる。また、他の種類の活性領域を光生成のために用いることも可能である。

【0043】

有利な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は、ここで開示した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の保護範囲を逸脱することなく、実施例から他の変更を導き出すことが可能である。

【0044】

図１２は別の実施形態の半導体レーザを示しており、同図では、上部層３の両側に設けられる段部９の他に、基体２の上面に別の段部２３が追加して設けられている。上部層３と前記別の段部２３との間の距離は、両側でそれぞれ異なる距離とすることができる。その距離は、０．１μｍを上回る範囲、たとえば２μｍを上回る範囲とすることができ、有利には１０μｍを上回る範囲とすることができる。図１２の構成は、メサトレンチを有するリッジレーザとすることができる一実施例を概略的に示している。

【0045】

図１３は、互いに隣り合って配置された複数の半導体レーザを有する、一実施例のレーザバーを示しており、その基体は、それぞれ対応する段部９を有する複数の上部層３を備え、当該各段部９間にはさらに、別の段部２３を設けることができる。これらの別の段部２３がいわゆるメサトレンチを成し、上部層３が半導体レーザを成す。

【0046】

図１４は別の実施形態の半導体レーザを示しており、この半導体レーザでは、上部層３の側方に更に別の上部層３が設けられているが、たとえば、これら別の上部層３の電気的コンタクトは行われない。その間隔、すなわち各段部９の幅２４，２５は、０．１μｍを上回る範囲、たとえば２μｍを上回る範囲、有利には１０μｍを上回る範囲内である。

【0047】

図１５は別の実施形態の半導体レーザを示しており、この半導体レーザでは、上部層３の側方は半導体材料の段部９によって区切られている。さらに、上部層３の側方には充填材料２６が設けられている。この充填材料２６は基体２を覆い、図中の実施例では、当該充填材料２６の高さは上部層３の高さに等しい。このようにして、段部９は充填材料２８に埋め込まれる。図１５の実施例は、埋め込みヘテロ構造レーザとすることができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 高出力レーザ
２ 基体
３ 上部層
４ ｐ型コンタクト
５ ｎ型コンタクト
６ 活性領域
７ 第１の側面
８ 第２の側面
９ 段部
１０ ｎ型クラッド層
１１ 第３の導波層
１２ 正孔ガス
１３ 第２の導波層
１４ 阻止層
１５ 第１の導波層
１６ ｐ型クラッド層
１７ 第１の阻止層
１８ 第２の阻止層
１９ 電流
２０ 第３の阻止層
２１ 中間層
２３ 別の段部
２４ 第１の間隔
２５ 第２の間隔
２６ 充填材料

【図1】

【図2-3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】