CN115362609A - 半导体激光装置以及半导体激光装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

半导体激光装置(1)具备：N型包覆层(20)、活性层(40)、以及P型包覆层(60)，活性层(40)具有：阱层(41)、被配置在阱层(41)的上方的P侧第1势垒层(43a)、以及被配置在P侧第1势垒层(43a)的上方的P侧第2势垒层(43b)。P侧第2势垒层(43b)的Al组分比，比P侧第1势垒层(43a)的Al组分比高，P侧第2势垒层(43b)的带隙能量，比P侧第1势垒层(43a)的带隙能量大。半导体激光装置(1)具有，前端面(1a)附近的阱层(41)的带隙能量，比谐振器长度方向的中央部的阱层(41)的带隙能量大的端面窗口结构。

Description

半导体激光装置以及半导体激光装置的制造方法

技术领域

本公开涉及半导体激光装置以及半导体激光装置的制造方法。

背景技术

半导体激光元件作为显示器或投影仪等图像显示装置的光源、车载前照灯的光源、产业用照明或民用照明的光源、或者激光焊接装置、薄膜退火装置、激光加工装置等产业设备的光源等各种用途的光源而受到关注。

在上述这些光源中，尤其是在投影仪、激光加工装置或激光焊接装置的光源所使用的半导体激光元件中希望具有光输出较大的超过1瓦的高输出特性。例如，在激光焊接装置的光源中所使用的波长为915nm波段的半导体激光元件中，则希望具有25W以上的高输出特性。

半导体激光元件例如具备：衬底、被配置在衬底的上方的N型包覆层、被配置在N型包覆层的上方且具有阱层和势垒层的活性层、以及被配置在活性层的上方的P型包覆层(例如，专利文献1)。

在振荡激光波长为900nm～980nm的半导体激光元件中，广泛应用了在阱层采用InGaAs、在势垒层采用AlGaAs的量子阱结构的活性层。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1日本特开昭62-249496号公报

要想使半导体激光元件成为瓦级的高输出，则可以考虑到提高热饱和水平、或提高COD(Catastrophic Optical Damage：光学灾变损伤)水平。

然而，为了提高COD水平，而在半导体激光元件的端面部形成窗口区，进一步为了提高热饱和水平而增厚活性层的阱层，这样会使温度特性劣化、长期可靠性降低，从而会妨碍COD水平的提高效果。

发明内容

本公开为了解决上述的问题，目的在于提供一种在具有端面窗口结构的半导体激光装置中，即使增厚了阱层，也能够在抑制温度特性的劣化和长期可靠性的降低的同时，抑制COD水平的提高效果受到妨碍的半导体激光装置以及该半导体激光装置的制造方法。

为了解决上述的问题，本公开所涉及的半导体激光装置的一个形态为，一种射出激光的半导体激光装置，具备：衬底；N型包覆层，被配置在所述衬底的上方；活性层，被配置在所述N型包覆层的上方；以及P型包覆层，被配置在所述活性层的上方，所述活性层具有：阱层；P侧第1势垒层，被配置在所述阱层的上方；以及P侧第2势垒层，被配置在所述P侧第1势垒层的上方，所述P侧第2势垒层的Al组分比，比所述P侧第1势垒层的Al组分比高，所述P侧第2势垒层的带隙能量，比所述P侧第1势垒层的带隙能量大，所述半导体激光装置具有，射出所述激光的端面附近的所述阱层的带隙能量，比谐振器长度方向的中央部的所述阱层的带隙能量大的端面窗口结构。

通过本公开，在具有端面窗口结构的半导体激光装置中，即使增厚了阱层，也能够在抑制温度特性的劣化和长期可靠性的降低的同时，抑制COD水平的提高效果受到妨碍。

附图说明

图1是实施方式所涉及的半导体激光装置的俯视图。

图2A是在图1的IIA-IIA线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图2B是在图1的IIB-IIB线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图2C是在图1的IIC-IIC线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图3A是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的半导体层的层叠工序的图。

图3B是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的电流注入区形成工序的图。

图3C是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的埋入工序的图。

图3D是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的窗口区形成工序的图。

图3E是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的槽形成工序的图。

图3F是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的绝缘膜形成工序的图。

图3G是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的P侧电极形成工序的图。

图3H是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的制造方法中的N侧电极形成工序的图。

图4示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，实施例1、实施例2以及实施例3这三个实施例中的各半导体层的组分、膜厚以及杂质浓度的具体例。

图5A示出了实施例1的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5B示出了实施例2的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5C示出了实施例3的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5D示出了实施例4的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5E示出了实施例5的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图6是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置的作用以及效果的图。

图7A示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，光限制效率对Al组分倾斜区域长度的依赖关系。

图7B示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，波导损耗对Al组分倾斜区域长度的依赖关系。

图8A示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，光限制效率对P型杂质浓度的依赖关系。

图8B示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，波导损耗对P型杂质浓度的依赖关系。

图9示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置中的N侧第1势垒层和P侧第1势垒层的膜厚，波导损耗相对于光限制效率的关系。

图10示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置中的N侧第2势垒层和P侧第2势垒层的膜厚，波导损耗相对于光限制效率的关系。

图11A示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置的P型引导层的势垒对P型杂质浓度的依赖关系。

图11B示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置的P型引导层的电子电流密度对P型杂质浓度的依赖关系。

图12A示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置的P型半导体层的势垒对P型杂质浓度的依赖关系。

图12B示出了关于实施方式所涉及的半导体激光装置的P型半导体层的电子电流密度的P型杂质浓度的依赖关系。

图13A示出了关于实施例1的半导体激光装置的P型半导体层的势垒对P型杂质浓度的依赖关系。

图13B示出了关于实施例1的半导体激光装置的P型半导体层的电子电流密度对P型杂质浓度的依赖关系。

图14A示出了关于实施例3的半导体激光装置的P型引导层的势垒对Al组分的依赖关系。

图14B示出了关于实施例3的半导体激光装置的P型引导层的电子电流密度对Al组分的依赖关系。

图15A示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，距阱层的N侧的界面100nm的位置上的空穴电流密度对N型杂质浓度的依赖关系。

图15B示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，在N型包覆层衬底侧界面的位置上的空穴电流密度对N型杂质浓度的依赖关系。

图16A示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，N型半导体层中的N型杂质浓度分布的第1例。

图16B示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，N型半导体层中的N型杂质浓度分布的第2例。

图16C示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，N型半导体层中的N型杂质浓度分布的第3例。

图16D示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置中，N型半导体层中的N型杂质浓度分布的第4例。

图17示出了P侧第1势垒层以及N侧第2势垒层的Al组分为0.06的情况下，重空穴以及轻空穴量子能级对阱层的Al组分的依赖关系。

图18示出了P侧第1势垒层以及N侧第2势垒层的Al组分为0.12的情况下，重空穴以及轻空穴量子能级对阱层的Al组分的依赖关系。

图19示出了P侧第1势垒层以及N侧第2势垒层的Al组分为0.18的情况下，重空穴以及轻空穴量子能级对阱层的Al组分的依赖关系。

图20是变形例所涉及的半导体激光装置的俯视图。

图21A是在图20的XXIA-XXIA线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图21B是在图20的XXIB-XXIB线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图21C是在图20的XXIC-XXIC线上的实施方式所涉及的半导体激光装置的剖视图。

图22示出了将变形例所涉及的半导体激光装置以结朝下(junction down)的方式安装到基座(submount)上的样子。

图23是其他的变形例所涉及的半导体激光装置的剖视图。

具体实施方式

(得到本公开的一个形态的经过)

在进行本公开的实施方式的说明之前，首先对得到本公开的一个形态的经过进行说明。

要想使半导体激光元件成为瓦级的高输出，可以考虑到例如提高热饱和水平、提高COD水平、或者通过增长谐振器长度来降低热阻。

具体而言，要想使热饱和水平提高，则需要通过增厚阱层，来增大针对阱层的光学限制因子，以降低振荡阈值，或者通过提高由AlGaAs构成的势垒层的Al组分，增大导带的能带偏移(ΔEc)，从而提高势垒以抑制电子溢出的发生，或者通过增长谐振器长度以成为长的谐振器，以此来降低工作载流子密度。

并且，要想使COD水平提高，可以考虑到在激光的射出端面即前端面侧的端面部形成窗口区，来使半导体激光元件具有端面窗口结构。端面窗口结构能够通过空位扩散、杂质扩散或离子注入等，使端面部中的势垒层以及阱层的原子排列无序化来形成。

然而，要想增大针对阱层的光学限制因子，则需要增厚阱层，这样会难于进行势垒层以及阱层的原子排列的无序化，从而难于形成窗口区。

于是，考虑到通过提高形成窗口区时的退火温度，来促进阱层和势垒层之间的原子的相互交换，以使原子排列无序化。

但是，若提高形成窗口区时的退火温度，则在不想形成窗口区的增益部的活性层中的阱层和势垒层之间也产生原子交换。其结果是，在增益部的带隙能量(Eg)增大，增益部中的漏电流增大，温度特性劣化，或者因在晶体生长时导入的空位或生长层表面的悬空键，而生长层表面的空位容易扩散，振荡波长控制性降低，从而长期可靠性降低。具体而言，若带隙能量增大，则增益部中的量子阱层的迁移波长成为短波长。

而且，若增高形成窗口区时的退火温度，则在想要形成窗口区的区域(窗口部)和不想形成窗口区的区域(增益部)的边界形成的迁移区域容易变长。这样，由于迁移区域的光吸收，从而利用窗口区的COD水平的提高效果受到妨碍。

如以上所述，为了使COD水平提高，而在半导体激光元件的端面部形成窗口区，进一步为了使热饱和水平提高，而使活性层的阱层增厚，这样会造成温度特性劣化或长期可靠性降低，从而出现妨碍提高COD水平的效果的问题。

本公开为了解决上述这样的问题，目的在于提供一种在具有端面窗口结构的半导体激光装置中，即使增厚阱层，也能够在抑制温度特性的劣化和长期可靠性的降低的同时，抑制COD水平的提高效果受到妨碍的半导体激光装置以及该半导体装置的制造方法。

并且，若为了降低热阻而增长谐振器长度，则会因安装半导体激光元件时的安装应变而容易受到能带结构变化的影响，因此还会有偏振比容易下降的问题。

因此，本公开还有一个目的是，提供一种即使将谐振器长增长，也能够抑制偏振比下降的半导体激光装置以及该半导体激光装置的制造方法。

以下参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外，以下将要说明的实施方式均为本公开的一个具体例子。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、以及构成要素的配置位置、连接方式等均为一个例子，其主旨并非是对本公开进行限定。

并且，各个图为模式图，并非严谨的图示。因此，各个图中的比例尺等并非必须一致。另外，在各个图中，对实质上相同的构成赋予相同的符号，并省略或简化重复的说明。

并且，在本说明书中，“上方”以及“下方”这种表现方式并非是指绝对空间认知中的上方向(铅直上方)以及下方向(铅直下方)，而是通过将层叠结构中的层叠顺序为基准的相对的位置关系来规定的表现方式。并且，“上方”以及“下方”这种表现方式不仅适用于两个构成要素彼此空出间隔来配置，在两个构成要素之间存在其他的构成要素的情况，而且适用于两个构成要素以彼此相接的状态来配置的情况。

(实施方式)

[半导体激光装置的层构成]

首先，利用图1、图2A、图2B以及图2C对实施方式所涉及的半导体激光装置1的层构成进行说明。图1是实施方式所涉及的半导体激光装置1的俯视图。图2A是在图1的IIA-IIA线的该半导体激光装置1的剖视图，图2B是在图1的IIB-IIB线的该半导体激光装置1的剖视图，图2C是在图1的IIC-IIC线的该半导体激光装置1的剖视图。另外，图2A示出了半导体激光装置1的增益部中的剖面，图2B示出了半导体激光装置1的前端面1a侧的端面部中的剖面。

半导体激光装置1是射出激光的半导体激光元件，具备衬底、以及被配置在衬底的上方由多个半导体层构成的半导体层叠体(半导体层叠结构)。具体而言，如图1～图2C所示，半导体激光装置1具备：被配置在衬底10的上方的N型包覆层20、被配置在N型包覆层20的上方的活性层40、以及被配置在活性层40的上方的P型包覆层60，这些层是构成半导体层叠体的半导体层。

作为构成半导体层叠体的半导体层，半导体激光装置1进一步具备：被配置在N型包覆层20和活性层40之间的N型引导层30、被配置在活性层40和P型包覆层60之间的P型引导层50、被配置在P型包覆层60的上方的P型接触层70、以及电流阻挡层80。

并且，半导体激光装置1具备：与半导体层叠体连接的P侧电极91和N侧电极92、以及覆盖半导体层叠体的至少一部分的绝缘膜100。

本实施方式所涉及的半导体激光装置1是射出波长为900nm～980nm的激光的半导体激光元件，例如半导体激光装置1中的半导体层叠体由III-V族化合物半导体构成，该III-V族化合物半导体由AlGaInAs类材料构成。作为一个例子，半导体激光装置1射出波长为915nm波段的激光。并且，虽然将在以后进行详细说明，半导体激光装置1具有在半导体层叠体形成有窗口区120的端面窗口结构。

以下对本实施方式所涉及的半导体激光装置1的各构成要素进行详细说明。

衬底10是主面均为平面的平面状的衬底。衬底10是GaAs衬底等半导体衬底或蓝宝石衬底等绝缘衬底。在本实施方式中，衬底10是n型GaAs衬底。另外，在衬底10和N型包覆层20之间也可以形成缓冲层。缓冲层例如是n型GaAs层，层叠于衬底10。

N型包覆层20被形成在衬底10的上方。在衬底10上形成有缓冲层的情况下，N型包覆层20被形成在缓冲层上。N型包覆层20是特意掺杂了杂质的N型的半导体层，例如是n型AlGaAs层。在N型包覆层20中掺杂的杂质例如是硅(Si)。

N型引导层30被配置在N型包覆层20和活性层40的N侧第2势垒层42b之间。具体而言，N型引导层30被形成在N型包覆层20上。N型引导层30是特意掺杂了杂质的N型的半导体层，例如是n型AlGaAs层。在N型引导层30中掺杂的杂质例如是硅(Si)。

活性层40是包括发光层的半导体层，位于N型包覆层20和P型包覆层60之间。具体而言，活性层40位于N型引导层30和P型引导层50之间。在本实施方式中，活性层40被形成在N型引导层30上。

活性层40具有：阱层41、被配置在阱层41的下方的N侧第1势垒层42a、被配置在N侧第1势垒层42a的下方的N侧第2势垒层42b、被配置在阱层41的上方的P侧第1势垒层43a、以及被配置在P侧第1势垒层43a的上方的P侧第2势垒层43b。

阱层41位于N侧第1势垒层42a和P侧第1势垒层43a之间，与N侧第1势垒层42a和P侧第1势垒层43a相接。具体而言，阱层41被形成在N侧第1势垒层42a上。

阱层41(well layer)例如是包括单一的量子阱层的单量子阱结构。阱层41例如是未掺杂的GaInAs层。另外，阱层41不受单量子阱结构所限，也可以是包括多个量子阱层的多重量子阱结构。另外在本实施方式中，阱层41的厚度较厚，例如在6nm以上。

N侧第1势垒层42a以及N侧第2势垒层42b位于N型包覆层20与阱层41之间，从阱层41向N型包覆层20按照该顺序配置。具体而言，N侧第1势垒层42a以及N侧第2势垒层42b位于N型引导层30与阱层41之间。

N侧第1势垒层42a被形成在N侧第2势垒层42b上。在本实施方式中，N侧第1势垒层42a是特意掺杂了杂质的N型的半导体层，例如是n型AlGaAs层。在N侧第1势垒层42a中掺杂的杂质例如是硅(Si)。

N侧第1势垒层42a除了具有掺杂了杂质的掺杂区域以外，还可以具有没有掺杂杂质的未掺杂区域。在这种情况下，N侧第1势垒层42a可以具有位于离阱层41近的一侧的区域的未掺杂区域，以及位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂区域。N侧第1势垒层42a的未掺杂区域的膜厚可以是5nm以上。若在阱层41附近的N侧第1势垒层42a掺杂杂质，虽然半导体激光装置的串联电阻会降低，但是会发生自由载流子损耗，从而波导损耗增大。若未掺杂区域的膜厚过厚，则半导体激光装置的串联电阻增大，因此要想在抑制串联电阻的增大的同时，抑制杂质的掺杂而造成的自由载流子损耗的增大，未掺杂区域的膜厚可以在5nm以上、40nm以下。在N型引导层30中的杂质的掺杂浓度以从阱层41开始随着朝向远离阱层41的方向而逐渐增大的方式来变化的情况下，即使将该未掺杂区域的膜厚设为最大20nm以下，也能够抑制波导损耗的增大。

位于N侧第1势垒层42a下方的N侧第2势垒层42b被形成在N型引导层30上。在本实施方式中，N侧第2势垒层42b是特意掺杂了杂质的N型的半导体层，例如是n型AlGaAs层。在N侧第2势垒层42b中掺杂的杂质例如是硅(Si)。

P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b位于阱层41与P型包覆层60之间，从阱层41朝向P型包覆层60以该顺序配置。具体而言，P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b位于阱层41与P型引导层50之间。

P侧第1势垒层43a被形成在阱层41上。在本实施方式中，P侧第1势垒层43a是特意掺杂了杂质的P型的半导体层，例如是P型AlGaAs层。在P侧第1势垒层43a中掺杂的杂质例如是碳(C)。

P侧第1势垒层43a除了具有掺杂了杂质的掺杂区域以外，还可以具有没有掺杂杂质的未掺杂区域。在这种情况下，P侧第1势垒层43a可以具有位于离阱层41近的一侧的区域的未掺杂区域，以及位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂区域。P侧第1势垒层43a的未掺杂区域的膜厚可以是5nm以上。若在阱层41附近的P侧第1势垒层43a掺杂杂质，虽然半导体激光装置的串联电阻会降低，但是会发生自由载流子损耗，波导损耗增大。若未掺杂区域的膜厚过厚，则半导体激光装置的串联电阻增大，因此要想在抑制串联电阻的增大的同时，抑制因杂质的掺杂而造成的自由载流子损耗的增大，未掺杂区域的膜厚可以是5nm以上40nm以下。在P型引导层中的杂质的掺杂浓度以从阱层41随着朝向远离阱层41的方向而逐渐增大的方式来变化的情况下，即使将该未掺杂区域的膜厚设为最大20nm以下，也能够抑制波导损耗的增大。

P侧第2势垒层43b被形成在P侧第1势垒层43a上。在本实施方式中，P侧第2势垒层43b是特意掺杂了杂质的P型的半导体层，例如是P型AlGaAs层。在P侧第2势垒层43b中掺杂的杂质例如是碳(C)。

P型引导层50被配置在活性层40的P侧第2势垒层43b和P型包覆层60之间。具体而言，P型引导层50被形成在P侧第2势垒层43b上。P型引导层50是特意掺杂了杂质的P型的半导体层，例如是P型AlGaAs层。在P型引导层50中掺杂的杂质例如是碳(C)。

P型包覆层60被形成在P型引导层50上。P型包覆层60是特意掺杂了杂质的P型的半导体层，例如是P型AlGaAs层。作为杂质而掺杂C。在P型包覆层60中掺杂的杂质例如是碳(C)。

P型接触层70被形成在P型包覆层60上。P型接触层70被形成在P型包覆层60和P侧电极91之间。P型接触层70是特意掺杂了杂质的P型的半导体层，例如是P型GaAs层。

在本实施方式中，P型接触层70是从P型包覆层60侧开始依次层叠了第1接触层71和第2接触层72的层叠膜。作为一个例子，第1接触层71是膜厚为0.2μm的P型GaAs层。并且，第2接触层72是膜厚为1μm的P型GaAs层，以能够填埋电流阻挡层80的开口部80a的方式被形成在第1接触层71上以及电流阻挡层80上。

电流阻挡层80被设置在P型接触层70的内部。具体而言，电流阻挡层80被形成在P型接触层70的第1接触层71上。在本实施方式中，电流阻挡层80由特意掺杂了杂质的P型的半导体层构成。具体而言，电流阻挡层80是作为杂质而掺杂了硅(Si)的n型GaAs层。

电流阻挡层80具有用于划定电流注入区的开口部80a。电流阻挡层80的开口部80a沿着半导体激光装置1的谐振器长度方向，而延伸成直线状。电流阻挡层80的开口部80a虽然存在于半导体激光装置1的增益部，但是不存在于半导体激光装置1的端面部。因此，如图2A所示，在半导体激光装置1的增益部，电流阻挡层80没有覆盖第1接触层71的中央部。并且如图2B所示，在半导体激光装置1的端面部，由于没有形成电流阻挡层80的开口部80a，因此电流阻挡层80覆盖第1接触层71的全体。

这样，通过在P型接触层70的内部设置N型的电流阻挡层80，从而通过电流阻挡层80来限制电流，由于成为电流注入区的第1接触层71的生热，从而针对活性层40的水平方向形成有效折射率台阶。据此，能够进行水平方向上的光限制。

P侧电极91被配置在P型包覆层60一侧，与P型接触层70连接。具体而言，P侧电极91被形成在P型接触层70上。P侧电极91例如至少包括Pt、Ti、Cr、Ni、Mo以及Au这些金属的其中之一。

在本实施方式中，P侧电极91由多层构成。具体而言，P侧电极91由第1P电极层91a、镀层91b、以及第2P电极层91c这三层构成。按照第1P电极层91a、镀层91b以及第2P电极层91c的顺序被层叠在P型接触层70上。并且，第1P电极层91a和第2P电极层91c进一步由多层膜构成，例如分别是Ti/Pt/Au这三层结构。并且，镀层91b是镀金膜。

并且，如图2A所示，在半导体激光装置1的增益部存在第1P电极层91a、镀层91b以及第2P电极层91c这三层，如图2B所示，在半导体激光装置1的端面部不存在镀层91b，而是存在第1P电极层91a以及第2P电极层91c这两层。

N侧电极92被配置在N型包覆层20一侧。在本实施方式中，N侧电极92被形成衬底10的底面(即，衬底10的背面)。N侧电极92例如包括在衬底10一侧依次层叠的AuGe膜、Ni膜、Au膜、Ti膜、Pt膜以及Au膜。

绝缘膜100是至少覆盖活性层40的侧面的介电膜。在本实施方式中，绝缘膜100覆盖在半导体层叠体的一对侧面上。具体而言，绝缘膜100覆盖N型包覆层20、N型引导层30、活性层40、P型引导层50、P型包覆层60、P型接触层70以及电流阻挡层80的侧面。绝缘膜100例如由SiN或SiO₂等绝缘膜构成，起到电流阻挡膜的作用。

在本实施方式中，半导体层叠体的一对侧面是倾斜的倾斜面，绝缘膜100至少覆盖倾斜面。并且，半导体层叠体的倾斜面至少被形成在活性层40的侧面。由于活性层40的侧面倾斜，因此能够减少从活性层40的宽度方向的中央部朝向侧面的漫射光再次返回到中央部。因此，能够抑制在活性层40振荡的激光与漫射光的冲突，从而激光驱动工作稳定。

并且，绝缘膜100具有开口部100a。绝缘膜100的开口部100a沿着半导体激光装置1的谐振器长度方向，延伸为直线状。绝缘膜100的开口部100a虽然存在于半导体激光装置1的增益部，但是不存在于半导体激光装置1的端面部。因此，如图2A所示，在半导体激光装置1的增益部，绝缘膜100仅覆盖P型接触层70的端部。另外，如图2B所示，在半导体激光装置1的端面部由于没有形成绝缘膜100的开口部100a，因此，绝缘膜100覆盖P型接触层70的全体。

如图1以及图2C所示，半导体激光装置1具有前端面1a(光射出端面)和后端面1b，前端面1a是射出激光的前端的端面，后端面1b是与前端面1a相反的后端的端面。

半导体激光装置1的半导体层叠体具备将前端面1a和后端面1b作为谐振器反射镜的光波导。因此，前端面1a以及后端面1b为谐振器端面，半导体激光装置1的谐振器长度为前端面1a与后端面1b之间的距离。在本实施方式中，半导体激光装置1的谐振器长度为2mm以上，而且可以是更长的4mm以上。另外，半导体激光装置1的谐振器长也可以小于2mm。

向光波导的电流注入区的宽度由电流阻挡层80的开口部80a来划定。电流阻挡层80的开口部80a与前端面1a以及后端面1b相比被形成在内侧。即电流注入区在谐振器长度方向上的端部的位置，比前端面1a以及后端面1b更靠内侧。

并且，在半导体激光装置1中，在半导体层叠体的前端面1a形成有第1端面涂层膜111，在半导体层叠体的后端面1b形成有第2端面涂层膜112。第1端面涂层膜111以及第2端面涂层膜112是由介电多层膜构成的反射膜。例如，第1端面涂层膜111是Al₂O₃和Ta₂O₅的多层膜，第2端面涂层膜112是Al₂O₃和SiO₂和Ta₂O₅的多层膜。作为一个例子，第1端面涂层膜111的反射率为2％，第2端面涂层膜112的反射率为95％。

另外，第1端面涂层膜111以及第2端面涂层膜112的反射率并非受此所限。例如，半导体激光装置1用于由外部谐振器构成的半导体激光模块的情况下，第1端面涂层膜111的反射率可以是0.2％以下。据此，能够抑制因半导体激光装置1的激光振荡模式与外部谐振器的激光振荡模式的冲突而发生纽结等问题。

并且，在本实施方式中，半导体激光装置1中的半导体层叠体在谐振器长度方向的两端部具有端面窗口结构。具体而言，在活性层40中的光波导的两端面附近的电流非注入区，且是在与前端面1a相距规定长度的区域形成窗口区120。窗口区120被形成在半导体层叠体的前端面1a一侧的端面部。另外，也可以在半导体层叠体的后端面1b一侧的端面部形成同样的窗口区。后端面1b一侧的窗口区并非是必需要形成的。

在此，将活性层40中没有形成窗口区120的区域的光致发光的峰值能量设为Eg1，将活性层40中形成有窗口区120的区域的光致发光的峰值能量设为Eg2，若将Eg1和Eg2的差设为ΔEg，例如能够以成为ΔEg＝Eg2-Eg1＝100meV的关系的方式来形成窗口区120。也就是说，使前端面1a附近以及后端面1b附近的区域中的活性层40的带隙，比前端面1a附近以及后端面1b附近以外的区域中的活性层40的带隙大。具体而言，前端面1a附近以及后端面1b附近的阱层41的带隙能量，比谐振器长度方向的中央部的阱层41的带隙能量大。

并且，用于形成窗口区120的窗形成方法有一般的杂质扩散法和空位扩散法，在本实施方式中通过空位扩散法形成。这是因为，在每一发射极超过10W的超高输出的半导体激光装置中，通过降低损耗来减少光吸收量是重要的。也就是说，若以杂质扩散法来形成窗口区时，由于杂质的影响而光吸收增加，减少光吸收损失将会比较困难，但是，空位扩散法由于没有杂质，因此通过以空位扩散法来形成窗口区，从而能够消除因杂质的导入而造成的光吸收损失。通过空位扩散法来形成窗口区，这样，作为端面窗口结构，则在前端面1a一侧形成窗口区120。并且，在后端面1b一侧也形成同样的窗口区。

另外，空位扩散法能够通过执行快速高温处理，来形成窗口区。例如，在进行高温处理时，在将生成Ga空位的保护膜形成在进行窗口区的形成的区域的半导体层上之后，给予晶体生长温度附近的800℃～950℃这种温度非常高的热来使Ga空位扩散，从而能够通过空位与III族元素的相互扩散来使活性层40的量子阱结构无序化，从而形成窗口(透明化)。这样，能够增大活性层40的带隙，能够将使量子阱结构无序化后的区域，作为窗口区来应用。并且，在窗口区以外的区域，在进行高温处理时通过形成用于抑制Ga空位的生成的保护膜，从而能够抑制量子阱结构的无序化。

如上所述，通过半导体激光装置1具有端面窗口结构，从而能够使半导体激光装置1的谐振器端面透明化，从而减少前端面1a附近的光吸收。据此，在前端面1a能够抑制COD的发生。

[半导体激光装置的制造方法]

接着，利用图3A～图3H对实施方式所涉及的半导体激光装置1的制造方法进行说明。图3A～图3H是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置1的制造方法中的各工序的图。另外在图3B～图3H中，上面的图示出了与注入电流的区域即电流注入区对应的部分的剖面，下面的图示出了与没有注入电流的区域即电流非注入区对应的部分的剖面。

如图3A所示，首先准备衬底10，在衬底10上层叠多个半导体层。对多个半导体层进行层叠的工序中至少包括：在衬底10的上方配置N型包覆层20的工序、在N型包覆层20的上方配置活性层40的工序、在活性层40的上方配置P型包覆层60的工序。

具体而言，在n-GaAs的晶片即衬底10上，通过采用了有机金属化学气相沉积法(MOCVD：Metalorganic Chemical Vapor Deposition)的晶体生长技术，使N型包覆层20、N型引导层30、活性层40、P型引导层50、P型包覆层60、P型接触层70的第1接触层71、电流阻挡层80依次晶体生长来进行层叠。

作为活性层40，在N型引导层30上使N侧第2势垒层42b、N侧第1势垒层42a、阱层41、P侧第1势垒层43a、以及P侧第2势垒层43b依次晶体生长来进行层叠。

接着如图3B所示，在电流阻挡层80形成用于划定电流注入区的开口部80a。具体而言，第1接触层71上通过光刻技术以规定的图案来形成由SiO₂等构成的掩膜，在此之后，通过湿式蚀刻技术，直到第1接触层71露出为止，对电流阻挡层80进行蚀刻，在与电流注入区对应的部分的电流阻挡层80形成开口部80a。另外，在半导体激光装置1的端面部中的电流非注入区，在电流阻挡层80不形成开口部80a。另外，用于对电流阻挡层80进行蚀刻的蚀刻液，适于采用硫酸类的蚀刻液。例如，能够采用硫酸：过氧化氢溶液：水＝1：1：40的蚀刻液等。

接着如图3C所示，用氟酸类的蚀刻液除去在电流阻挡层80形成开口部80a时的掩膜之后，通过采用MOCVD法的晶体生长技术，来晶体生长P型接触层70的第2接触层72。具体而言，以填埋电流注入区中的电流阻挡层80的开口部80a的方式，在电流阻挡层80上以及从电流阻挡层80的开口部80a露出的第1接触层71上晶体生长第2接触层72。

接着如图3D所示，在与多个半导体层的半导体层叠体中的谐振器长度方向的端面部对应的部分形成窗口区120。具体而言，在与半导体层叠体的前端面1a一侧的端面部对应的部分形成窗口区120。在本实施方式中，窗口区120被形成在与P型接触层70、P型包覆层60、P型引导层50、活性层40、N型引导层30、N型包覆层20以及衬底10的一部分中的前端面1a附近对应的部分。另外，窗口区120虽然是通过空位扩散法来形成的，但是并非受此所限。

接着如图3E所示，形成在半导体层叠体的侧面具有倾斜面的槽130。具体而言，在P型接触层70上以规定的图案利用光刻技术来形成由SiO₂等构成的掩膜，在此之后，利用湿式蚀刻技术，从P型接触层70开始直到N型包覆层20的中途为止进行蚀刻，从而能够形成在半导体层叠体的侧面倾斜的槽130。槽130是对半导体激光装置1进行单片化时的分离槽，在进行俯视时在谐振器长度方向上延伸。

另外，形成槽130时的蚀刻液例如能够使用硫酸类的蚀刻液。在这种情况下，能够使用硫酸：过氧化氢溶液：水＝1：1：10的蚀刻液。并且，蚀刻液并非受硫酸类的蚀刻液所限，也可以使用有机酸类的蚀刻液或氨类的蚀刻液。

并且，槽130通过各向同性的湿式蚀刻来形成。据此，在多个半导体层的侧面形成倾斜面，从而能够在多个半导体层形成缩颈构造(即突出(overhang)形状)。槽130的侧面的倾斜角度以构成多个半导体层的各层的AlGaAs材料的Al组分的组分比而变化。在这种情况下，通过使AlGaAs材料的Al组分增高，从而能够加快蚀刻速度。因此，为了在多个半导体层形成具有图3E所示的倾斜的侧面，因此使P型包覆层60的Al组分的组分比成为最高，据此能够使多个半导体层中的横向(水平方向)的蚀刻速度最快。据此，能够在P型包覆层60附近形成多个半导体层的最窄部(水平方向上的最窄部分)。

接着，如图3F所示，用氟酸类的蚀刻液来除去形成槽130时的掩膜之后，在衬底10的整个面上作为绝缘膜100而沉积SiN膜，在此之后利用光刻技术以及蚀刻技术，除去与电流注入区对应的部分的绝缘膜100，来形成开口部100a。另外，与电流非注入区对应的部分的绝缘膜100不被除去，在与电流非注入区对应的部分不形成开口部100a。

作为绝缘膜100的蚀刻，能够采用使用了氟酸类蚀刻液的湿式蚀刻或通过反应性离子蚀刻(RIE)的干式蚀刻。并且，作为绝缘膜100虽然采用了SiN膜，不过并非受此所限，也可以是SiO₂膜等。

接着，如图3G所示，在半导体层叠体上形成P侧电极91。在本实施方式中，在P型接触层70上，以第1P电极层91a、镀层91b、以及第2P电极层91c的顺序来形成P侧电极91。

具体而言，通过电子束蒸镀法来形成由Ti膜、Pt膜、以及Au膜的层叠膜构成的第1P电极层91a，以作为基底电极，在此之后，通过电镀法来形成由镀金膜构成的镀层91b。接着，利用光刻技术以及剥离技术，有选择性地对与电流非注入区对应的部分的镀层91b进行蚀刻来除去。在这种情况下，作为为了对由镀金膜构成的镀层91b进行蚀刻的蚀刻液，能够使用碘溶液。在本实施方式中，使用碘：碘化钾：水＝288.8g：490g：3500g的碘溶液，进一步为了稳定蚀刻，而在鼓泡(bubbling)状态下进行蚀刻。在此之后，通过电子束蒸镀法，在镀层91b上形成由Ti膜、Pt膜、以及Au膜的层叠膜构成的第2P电极层91c。这样，关于第1P电极层91a以及第2P电极层91c，能够在谐振器长度方向的几乎全长上形成，而Au镀层91b不形成在电流非注入区。

接着，如图3H所示，在衬底10的下表面形成N侧电极92。具体而言，从衬底10一侧开始按照AuGe膜、Ni膜、Au膜、Ti膜、Pt膜、以及Au膜的顺序来成膜，从而形成N侧电极92。

在此之后虽然没有进行图示，用切刀对形成有半导体层叠体的衬底10进行切割或劈开等来分离成棒状，在此之后，进一步将槽130作为剪切部来进行剪切，从而进行芯片分离。据此，能够制成单片状的半导体激光装置1。

[半导体层的组分和能带结构]

接着，对本实施方式所涉及的半导体激光装置1的具体例进行说明。

图4示出了针对上述实施方式所涉及的半导体激光装置1，实施例1、实施例2以及实施例3这三个实施例中的各半导体层的组分、膜厚以及杂质浓度的具体例。

本实施方式所涉及的半导体激光装置1中的半导体层叠体的各半导体层由AlGaInAs类材料构成的III-V族化合物半导体来构成，将Al组分以及In组分分别设为X以及Y，由Al_XGa_1-X-YIn_YAs(0＜X＜1、0＜Y＜1)的组分公式来表示。

在图4中，将N型包覆层20的Al组分以及In组分设为X_NC以及Y_NC，将N型引导层30的Al组分以及In组分设为X_NG以及Y_NG，将活性层40中的N侧第2势垒层42b的Al组分以及In组分设为X_NB2以及Y_NB2，将活性层40中的N侧第1势垒层42a的Al组分以及In组分设为X_NB1以及Y_NB1，将活性层40中的阱层41的Al组分以及In组分设为X_W以及Y_W，将活性层40中的P侧第1势垒层43a的Al组分以及In组分设为X_PB1以及Y_PB1，将活性层40中的P侧第2势垒层43b的Al组分以及In组分设为X_PB2以及Y_PB2，将P型引导层50的Al组分以及In组分设为X_PG以及Y_PG，将P型包覆层60的Al组分以及In组分设为X_PC以及Y_PC。另外，在图4中示出了用于得到波长为915nm波段的激光的条件。

如图4所示，在本实施方式中的半导体激光装置1中，在活性层40中，N侧第2势垒层42b的Al组分比，比N侧第1势垒层42a的Al组分比高，P侧第2势垒层43b的Al组分比，比P侧第1势垒层43a的Al组分比高。

并且，在本实施方式中的半导体激光装置1中，在N型包覆层20与N型引导层30的界面区域以及P型引导层50与P型包覆层60的界面区域中，Al组分发生变化。具体而言，至少在N型包覆层20与N型引导层30的界面区域中的Al组分，随着远离阱层41而逐渐增大。同样，至少在P型引导层50与P型包覆层60的界面区域中的Al组分随着远离阱层41而逐渐增大。

接着，利用图5A～图5C对图4所示的实施例1～3的半导体激光装置1中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构进行说明。

图5A示出了实施例1的半导体激光装置1中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5B示出了实施例2的半导体激光装置1中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

图5C示出了实施例3的半导体激光装置1中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构。

另外在图5A～图5C中，D_NB1表示N侧第1势垒层42a中的未掺杂区域的长度，D_PB1表示P侧第1势垒层43a中的未掺杂区域的长度。

如图5A～图5C所示，在本实施方式中的半导体激光装置1中，不论在实施例1～实施例3的哪一个中，在N型包覆层20、N型引导层30、N侧第2势垒层42b以及N侧第1势垒层42a中掺杂的杂质的浓度，随着远离阱层41而阶梯状增大。即随着远离阱层41，以N侧第1势垒层42a、N侧第2势垒层42b、N型引导层30以及N型包覆层20的顺序，杂质的浓度阶梯状地增大。并且在本实施方式中，在N侧第1势垒层42a、N侧第2势垒层42b、N型引导层30以及N型包覆层20的各个层中，杂质浓度不变。

另外，在N型包覆层20、N型引导层30、N侧第2势垒层42b以及N侧第1势垒层42a中掺杂的杂质的浓度不是阶梯状地增大，而是随着远离阱层41而逐渐地增大(即倾斜增大)。

另外，在P型包覆层60与P型引导层50的界面区域中掺杂的杂质浓度不变，为2×10¹⁸cm^-3。P型包覆层60的杂质浓度可以是朝向远离阱层41的方向阶梯状地增大，也可以是连续地增大。在P型包覆层60的离阱层41远的一侧的区域中，由于波导光的垂直方向的光分布强度衰减，因此可以增高杂质浓度来掺杂。在该区域由于光分布强度小，因此杂质造成的自由载流子吸收损耗的发生较少，并且通过杂质浓度的增大，从而电阻值降低，这样则不会导致波导损耗的增大，能够降低半导体激光装置的串联电阻。具体而言，以将阱层41侧的杂质浓度设为2×10¹⁸cm^-3、将离阱层41最远的部分的杂质浓度设为5×10¹⁸cm^-3的方式，来使P型包覆层60的P型杂质浓度逐渐增大，也可以是以杂质浓度朝向远离阱层41的方向增高的方式而阶梯状地增大。在此，在P型包覆层60的Al组分为P型引导层50的Al组分的2倍以上的情况下，由于P型包覆层60和P型引导层50的折射率差大，因此相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布强度从P型引导层50朝向P型包覆层60急剧衰减。在这种情况下，为了抑制因杂质掺杂而造成的自由载流子损耗的发生而导致的波导损耗的增大，并且为了降低半导体激光装置的串联电阻，从而可以使杂质浓度从阱层41朝向P型包覆层60连续地增高。这样，在光分布强度大的区域中，由于杂质浓度低，因此能够抑制波导损耗的增大，在光分布强度小的区域中，由于杂质浓度高，因此既能够得到降低半导体激光装置的串联电阻的效果又能够抑制波导损耗的增大。

并且，在P型引导层50、P侧第2势垒层43b以及P侧第1势垒层43a掺杂的杂质的浓度，随着从阱层41远离而逐渐增大(即倾斜增大)。在实施例1至实施例3所示的结构中，P型杂质浓度以从2×10¹⁷cm^-3成为5×10₁₇cm^-3的方式，杂质浓度连续地增大。并且，在P型包覆层60与P型引导层50的界面区域掺杂的杂质浓度，以从5×10¹⁷cm^-3成为2×10¹⁸cm^-3的方式连续地增大。在这种情况下，在P型包覆层60与P型引导层50的界面区域能够抑制因杂质掺杂而发生的自由载流子吸收损耗所导致的波导损耗的增大。

并且，如图5A～图5C所示，N侧第1势垒层42a具有位于离阱层41近的一侧的区域的没有掺杂杂质的未掺杂区域，并且具有位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。在本实施例中，N侧第1势垒层42a的未掺杂区域的膜厚为5nm。

另外，关于N侧第2势垒层42b，整个区域都被掺杂了杂质。也就是说，在厚度方向上特意地在N侧第2势垒层42b的全体掺杂了杂质。N侧第2势垒层42b的杂质浓度与N侧第1势垒层42a的掺杂区域的杂质浓度相同。

同样，P侧第1势垒层43a具有位于离阱层41近的一侧的区域的没有掺杂杂质的未掺杂区域，并且具有位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。在本实施例中，P侧第1势垒层43a的未掺杂区域的膜厚为5nm。

另外，关于P侧第2势垒层43b，在整个区域都被掺杂了杂质。也就是说在厚度方向上，特意地在P侧第2势垒层43b的全体掺杂了杂质。

关于各实施例中的带隙能量如图5A～图5C所示，在活性层40的N侧半导体区域，N侧第2势垒层42b的带隙能量比N侧第1势垒层42a的带隙能量大。同样，在活性层40的P侧半导体区域，P侧第2势垒层43b的带隙能量比P侧第1势垒层43a的带隙能量大。

并且，P型包覆层60的带隙能量比N型包覆层20的带隙能量大。

并且，如以上所述，半导体激光装置1具有形成了窗口区120的端面窗口结构。具体而言，半导体激光装置1具有前端面1a附近的阱层41的带隙能量比半导体激光装置1的谐振器长度方向的中央部的阱层41的带隙能量大的端面窗口结构。

另外，在图5A中虽然N侧第2势垒层42b的带隙能量不变，但是并非受此所限。例如图5B所示，N侧第2势垒层42b的带隙能量可以随着远离阱层41而逐渐增大。据此，能够抑制在N侧第1势垒层42a与N侧第2势垒层42b的界面形成的导带能带或价带能带中的异质结尖峰(spike)或凹口(notch)的形成，从而能够降低工作电压。

同样，在图5A中虽然P侧第2势垒层43b的带隙能量不变，但是并非受此所限。例如，P侧第2势垒层43b的带隙能量可以随着远离阱层41而逐渐增大。据此，能够抑制在P侧第1势垒层43a与P侧第2势垒层43b的界面形成的导带能带或价带能带中的异质结尖峰或凹口的形成，从而能够降低工作电压。

并且，在图5A以及图5B中，P型引导层50的带隙能量虽然与N型引导层30的带隙能量相同，不过并非受此所限。即N型引导层30与P型引导层50的组分也可以是非对称的。例如图5C所示，在P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量大的情况下，被注入到阱层41的电子受热而被激励，从而能够抑制向P型引导层50泄漏的电流的发生。并且，由于N型引导层30比P型引导层50的折射率高，因此能够使波导路的相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布向N型层偏倚。在这种情况下，通过控制N型引导层30与P型引导层50的Al组分差，从而能够精确地对垂直方向上光分布进行控制。这样，能够良好地再现出既能够降低波导损耗又具有优良的温度特性的可进行高温高输出工作的半导体激光装置。在N型引导层30与P型引导层50的Al组分差中，若P型引导层50过大，则垂直方向上的光分布会过于偏倚向N型层，从而会导致针对阱层41的光学限制因子降低，振荡阈值电流的增大。因此，关于N型引导层30与P型引导层50的Al组分差，可以使P型引导层50的Al组分相对增大，使其差为0.05以下。

并且，在P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量小的情况下，通过使N型引导层30的折射率比P型引导层50的折射率低，从而能够使波导路的相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布偏倚向P侧。这样，能够得到高的针对阱层41的光学限制因子，从而能够得到既能够降低振荡阈值电流又能够进行温度特性优良的高温高输出工作的半导体激光装置。关于N型引导层30与P型引导层50的Al组分差，若N型引导层30过大，则垂直方向上的光分布过于偏倚向P型层，因此会导致波导损耗增大，振荡阈值电流的增大以及倾斜效率的降低。因此，关于N型引导层30与P型引导层50的Al组分差，可以使N型引导层30的Al组分相对增大，使其差为0.04以下。

并且在图5A以及图5B中，P侧第2势垒层43b的带隙能量的最大值虽然与N侧第2势垒层42b的带隙能量的最大值相同，不过并非受此所限。例如，P侧第2势垒层43b的带隙能量的最大值也可以比N侧第2势垒层42b的带隙能量的最大值大。据此，注入到阱层41的电子受热而被激励，从而能够抑制向P型引导层50泄漏的电流的发生。并且，由于N型引导层30比P型引导层50的折射率高，因此能够使波导路在相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布向N型层偏倚。在这种情况下，通过对N侧第2势垒层42b、N型引导层30、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50的Al组分进行控制，从而能够精确地对垂直方向上的光分布进行控制。这样，能够良好地再现出能够进行温度特性优良的高温高输出工作的半导体激光装置。在P侧第2势垒层43b的Al组分的最大值与N侧第2势垒层42b的Al组分的最大值的Al组分差中，若P侧第2势垒层43b的Al组分过大，则垂直方向上的光分布过于偏倚向N型层，从而会导致针对阱层41的光学限制因子降低，振荡阈值电流的增大。因此，关于P侧第2势垒层43b的Al组分的最大值与N侧第2势垒层42b的Al组分的最大值的Al组分差，可以使P侧第2势垒层43b的Al组分的最大值相对增大，并使其差为0.05以下。

并且，P侧第2势垒层43b的带隙能量的最大值可以比N侧第2势垒层42b的带隙能量的最大值小。在这种情况下，P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量小。在P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量小的情况下，通过使N型引导层30的折射率比P型引导层50的折射率低，从而能够使波导路在相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布向P侧偏倚。这样，能够得到高的针对阱层41的光学限制因子，从而能够得到既可以降低振荡阈值电流又能够进行温度特性优良的高温高输出工作的半导体激光装置。在N型引导层30与P型引导层50的Al组分差中，若N型引导层30过大，则垂直方向上的光分布会过于向P型层偏倚，从而导致波导损耗增大，振荡阈值电流的增大以及倾斜效率的降低。因此，关于N型引导层30与P型引导层50的Al组分差，可以使N型引导层30的Al组分相对增大，并使其差为0.04以下。即，关于N侧第2势垒层42b的Al组分的最大值与P侧第2势垒层43b的Al组分的最大值的Al组分差，可以使N侧第2势垒层42b的Al组分相对增大，使其差为0.04以下。

另外在图5A中，虽然P型引导层50与P侧第2势垒层43b的带隙能量相同，不过并非受此所限。例如图5D所示，P型引导层50的带隙能量可以比P侧第2势垒层43b的带隙能量大。通过这种构成，被注入到阱层41的电子在高温高输出工作时受热而被激励，从而能够抑制向P型引导层50泄漏的电子电流的发生。这样，能够得到适于高温高输出工作的半导体激光装置。

并且，通过使P侧第2势垒层43b的带隙能量比N侧第2势垒层42b的带隙能量大，被注入到阱层41的电子在高温高输出工作时受热而被激励，从而能够抑制向P型引导层50泄漏的电子电流的发生。这样，能够得到适于高温高输出工作的半导体激光装置。

并且，N侧第1势垒层42a与N侧第2势垒层42b的带隙能量可以相同，N型引导层30的带隙能量也可以在N侧第2势垒层42b的带隙能量以上。通过这种构成，N侧第2势垒层42b、N侧第1势垒层42a的折射率成为N型引导层30的折射率以上，从而能够使针对阱层41的光学限制因子增大。这样，能够降低振荡阈值电流和高温高输出工作时的漏电流，从而能够得到适于高温高输出工作的半导体激光装置。

并且，虽然P侧第1势垒层43a与P侧第2势垒层43b的带隙能量相同，不过，P型引导层50的带隙能量也可以在P侧第2势垒层43b的带隙能量以上。通过这种构成，P侧第2势垒层43b、P侧第1势垒层43a的折射率成为P型引导层50的折射率以上，从而能够使针对阱层41的光学限制因子增大。

这样，能够降低振荡阈值电流和高温高输出工作时的漏电流，从而能够得到适于高温高输出工作的半导体激光装置。

图5E示出了实施例5的半导体激光装置中的半导体层叠体的杂质浓度分布和能带结构，实施例5的半导体激光装置是在实施例1所示的半导体激光装置的结构中，在N侧第1势垒层42a与阱层41之间具备Al组分比N侧第1势垒层42a高的N侧高Al组分层44、以及在P侧第1势垒层43a与阱层41之间具备Al组分比P侧第1势垒层43a高的P侧高Al组分层45的装置。另外，图5E所示的实施例5虽然具备N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45这双方，不过也可以仅具备其中一方。

根据此构成，在以空位扩散、杂质扩散来形成窗口部的情况下，通过热退火工序或离子注入来进行窗口形成时，由于阱层41与N侧高Al组分层44、以及阱层41与P侧高Al组分层45的Al组分差增大，由于两层间的原子的相互交换，窗口部的阱层41中的带隙容易增大，因此窗口部与增益部的带隙能量的差容易增大。据此，即使增加阱层41的厚度，也能够容易地形成窗口区120。

若N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45的厚度过薄，则与阱层41的原子的相互交换而产生的量子阱结构的无序化效果就会降低，通过窗口形成时的热退火工序而产生的窗口区120的阱层41的带隙能量的增大效果也会降低。相反，若N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45的厚度过厚，则N侧高Al组分层44比N侧第1势垒层42a的折射率低、且P侧高Al组分层45比P侧第1势垒层43a的折射率低，因此针对阱层41的光学限制因子降低。进一步，由于N侧高Al组分层44比N侧第1势垒层42a的带隙能量大、且P侧高Al组分层45比P侧第1势垒层43a的带隙能量大，因此，N侧高Al组分层44会妨碍向阱层41的电子注入，P侧高Al组分层45妨碍向阱层41的空穴注入，因此工作电压增大。

因此，N侧高Al组分层44与P侧高Al组分层45的厚度可以是3nm以上，也可以是10nm。

并且，若N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45的Al组分过小，则阱层41与N侧高Al组分层44、以及阱层41与P侧高Al组分层45的原子的相互交换而产生的量子阱结构的无序化效果降低，通过窗口形成时的热退火工序而产生的窗口区120的阱层41的带隙能量的增大效果也会降低。相反，若Al组分过大，则N侧高Al组分层44比N侧第1势垒层42a的折射率低、P侧高Al组分层45比P侧第1势垒层43a的折射率低，因此针对阱层41的光学限制因子降低。进一步，由于N侧高Al组分层44比N侧第1势垒层42a的带隙能量大，P侧高Al组分层45比P侧第1势垒层43a的带隙能量大，因此N侧高Al组分层44妨碍向阱层41的电子注入，P侧高Al组分层45妨碍向阱层41的空穴注入，从而工作电压增大。

因此，N侧高Al组分层44与P侧高Al组分层45的Al组分可以是0.27以上0.35以下。

通过具备N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45，因此即使阱层41的厚度增厚，也能够容易地使窗口区120的阱层41的带隙能量增大，从而能够容易地得到适于高温工作特性、且COD水平高的半导体激光装置。

并且，在图5E所示的结构中虽然示出了在N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45没有掺杂杂质的例子，不过也可以通过在N侧高Al组分层44掺杂N型杂质、在P侧高Al组分层45掺杂P型杂质，来降低半导体激光装置的串联电阻。而且，若在N侧高Al组分层44掺杂N型杂质，价带的势能就会降低，从而能够抑制被注入到阱层41的空穴电流的泄漏。并且，若在P侧高Al组分层45掺杂P型杂质，导带的势能就会增大，因此能够抑制被注入到阱层41的电子电流的泄漏。这样，在使半导体激光装置进行高温高输出工作的情况下能够抑制漏电流的发生，从而能够得到具有良好的温度特性的半导体激光装置。为了实现半导体激光装置的串联电阻的降低和温度特性的提高，从而可以在N侧高Al组分层44掺杂1×10¹⁷cm^-3至1×10¹⁸cm^-3的范围的N型杂质，在P侧高Al组分层45掺杂1×10¹⁷cm^-3至5×10¹⁷cm^-3的范围的P型杂质。

N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45可以是AlGaAs层，也可以是AlGaInAs层。若在P侧高Al组分层45采用AlGaInAs，则既能够减小P侧第1势垒层43a的价带的势能，又能够提高导带的势能，从而能够在抑制从阱层41向P型层侧电子泄漏的发生的状态下，容易地形成窗口区120。

尤其是在将N侧高Al组分层44和P侧高Al组分层45采用AlGaInAs的情况下，通过将Al组分设为0.3以上0.45以下、将In组分设为0.05以上0.15以下，从而能够减小P侧第1势垒层43a与P侧高Al组分层45之间的价带的势能差。而且，通过使N侧高Al组分层44含有In，从而N侧高Al组分层44的带隙能量变小，从而能够减小N侧第1势垒层42a与N侧高Al组分层44之间的导带的势能差。这样，与采用了相同的Al组分的AlGaAs层的情况相比，向阱层41的电子、空穴的注入变得容易，且工作电压降低。并且，由于阱层41与N侧高Al组分层44以及P侧高Al组分层45之间的Al组分差增大，因此在形成窗口区120时，通过窗口形成热退火工序或离子注入工序，从而容易发生通过原子交换的III族原子排列的无序化，这样，窗口部与增益部的带隙能量的差容易增大。因此，能够得到COD水平高的半导体激光装置。

并且，若在N型引导层30采用含有In组分为0.02以下的AlGaInAs层，则既能够抑制N型引导层30的晶格缺陷的发生，又能够略微提高N型引导层30的折射率，这样在垂直方向的光分布中，光容易集中到N型引导层30，从而能够提高偏倚向N型层的光分布形状的控制性。在这种情况下，N型引导层30也可以由InGaAs和AlGaAs的超晶格来形成。

[半导体激光装置的作用和效果]

接着，利用图6对本实施方式所涉及的半导体激光装置1的作用以及效果进行说明。图6是用于说明实施方式所涉及的半导体激光装置1的作用以及效果的图。在图6中示出了，在具有端面窗口结构的半导体激光装置中，在想要形成窗口区的区域(窗口部)和不想形成窗口区的区域(增益部)中的退火前后的能带结构。

在图6中，“本实施方式”是上述的本实施方式所涉及的半导体激光装置1。

并且在图6中，“比较例”是比较例的半导体激光装置。比较例的半导体激光装置在AlGaAs构成的N侧势垒层和AlGaAs构成的P侧势垒层之间具有活性层，在该活性层形成有InGaAs构成的阱层，为了实现高输出化而提高势垒层的Al组分，从而成为热饱和水平得到了提高的构成。

在半导体激光装置中，为了实现高输出化，而在端面附近形成窗口区，并使COD水平提高。窗口区能够通过空位扩散等使端面部的势垒层以及阱层的原子排列无序化来形成。

在具有端面窗口结构的半导体激光装置中，为了进一步实现高输出，可以考虑到使阱层增厚，增大光学限制因子。然而，若使阱层增厚，则难于使势垒层以及阱层的原子排列无序化，从而难于形成窗口区。于是，考虑到通过提高形成窗口区时的退火温度，来促进阱层和势垒层之间的原子的相互交换，使原子排列无序化。

在这种情况下，如图6所示，在希望形成窗口区的窗口部，能够使退火后的带隙能量(Eg_W1)比退火前的带隙能量(Eg_W0)大。据此，即使阱层增厚，也能够形成窗口区。

然而，若提高形成窗口区时的退火温度，则在不希望形成窗口区的增益部的活性层中的阱层和势垒层之间也会发生原子交换。这样，即使在增益部也会成为退火后的带隙能量(Eg_G1)比退火前的带隙能量(Eg_G0)大。也就是说，不仅是窗口部，而且在增益部也会使带隙能量增大。这样，在增益部的漏电流增大，温度特性劣化，由于晶体生长时被导入的空位或生长层表面的悬空键的影响，生长层表面的空位容易扩散，从而振荡波长控制性降低，或长期可靠性降低。

对此，在本实施方式中的半导体激光装置1中如以上所述的结构，在阱层41的一侧形成P侧第1势垒层43a和P侧第2势垒层43b，至少分两个阶段来使Al组分发生变化。具体而言，相对于P侧第1势垒层43a的Al组分比，使P侧第2势垒层43b的Al组分比相对增高。即，使离阱层41近的一侧的P侧第1势垒层43a的Al组分低，使离阱层41远的一侧的P侧第2势垒层43b的Al组分高。进一步，在本实施方式中的半导体激光装置1，使P侧第2势垒层43b的带隙能量，比P侧第1势垒层43a的带隙能量高。

据此，如图6的“本实施方式”所示，即使将阱层增厚，提高形成窗口区时的退火温度，也能够在想要形成窗口区的窗口部，使退火后的带隙能量(Eg_W1)比退火前的带隙能量(Eg_W0)大，在不希望形成窗口区的增益部，使退火后的带隙能量(Eg_G1)与退火前的带隙能量(Eg_G0)为同等程度。

也就是说，在增益部既能够抑制退火前后的带隙能量的变化又能够抑制带隙能量的增大，在窗口部能够使带隙能量增大。因此，在窗口部能够促进包括活性层40的半导体层叠体的透明化，并且在增益部能够抑制包括活性层40的半导体层叠体的透明化。

这样，通过本实施方式所涉及的半导体激光装置1，由于采用了Al组分低且折射率高的P侧第1势垒层43a，因此针对阱层41的光学限制因子增大，工作载流子密度降低。并且，当使阱层增厚时，由于是增大窗口部的带隙能量来形成窗口区，因此即使增高形成窗口区时的退火温度，由于P侧第1势垒层43a的Al组分低，因此增益部的阱层41的带隙能量不容易受到杂质扩散所带来的变化的影响，从而能够抑制因带隙能量的增大而造成的在增益部的阱层41的波长变化。这样，能够抑制长期可靠性的降低。并且，不仅能够抑制COD水平的提高效果受到妨碍，又能够抑制倾斜效率的降低或温度特性的降低。

因此，通过本实施方式所涉及的半导体激光装置1，在具有端面窗口结构的半导体激光装置，即使增厚阱层41，也能够抑制温度特性的劣化和长期可靠性的降低，并且能够抑制COD水平的提高效果受到妨碍。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1，P型包覆层60的带隙能量成为比N型包覆层20的带隙能量大。

据此，由于P型包覆层60的折射率比N型包覆层20的折射率小，因此衬底垂直方向上的光分布向N型包覆层偏倚，能够减少光波导中的波导损耗。因此，能够实现高效发光的半导体激光装置1。

而且，在对半导体激光装置1进行结朝下安装的情况下(即，将离衬底10远的一侧的P侧电极91侧安装到基座的情况下)，P型包覆层60容易受到安装应变的影响，而且由于Al组分高，与衬底10的晶格失配应变增大，从而安装应变的影响增大。因此，发生双折射性，在光波导传递的光分布与N型包覆层20侧相比则更大地渗出向P型包覆层60，从而偏振比降低。

此时，通过使P型包覆层60的带隙能量，比N型包覆层20的带隙能量大，从而衬底垂直方向上的光分布向N型包覆层偏倚，能够使存在于P型包覆层60的光分布的比例减小。据此，能够抑制偏振比的降低。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1，阱层41的厚度为6nm以上。

这样，通过使阱层41的厚度为6nm以上，从而能够大幅度地增大针对阱层41的光学限制因子，因此能够降低工作载流子密度，使热饱和水平提高。因此，能够使温度特性提高。

而且在光分布向N型包覆层20偏倚的情况下，针对阱层41的光学限制因子降低，振荡阈值电流增大或工作电流值增大，这样会导致漏电流的发生以及热饱和水平的降低，但是通过将阱层41的厚度设为6nm以上，从而即使光分布向N型包覆层20偏倚，也能够减轻针对阱层41的光学限制因子的降低的影响。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，阱层41由Al_XGa_1-X-YIn_yAs(0＜X＜1、0＜Y＜1)的组分公式所表示的半导体材料构成。

通过这种构成，阱层41的压缩应变增大，能够使第1能级的重空穴(HH1)与第1能级的轻空穴(LH1)的能级间能量增大。据此，为了TM模式而需要的轻空穴数(LH数)减少。而且，能够将在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a形成的轻空穴的能级数(LH能级数)设为1个。因此，能够使偏振比增大。

在此，在AlAs、GaAs以及InAs中，InAs的晶格常数最大、带隙能量最小。在这种情况下，在将具有由AlGaInAs构成的4元类的组分的半导体材料用于活性层的阱层以及势垒层来获得所希望的带隙能量的情况下，与通过InGaAs或AlGaAs来获得所希望的带隙的情况相比，由于In的含有率增高，压缩性的应变增大。

因此，如本实施方式所示的在阱层以及势垒层采用AlGaInAs的半导体激光装置，在射出激光的前端面扩散空位或杂质，来形成端面窗口结构，在这种情况下，由于阱层的应变能量减小，因此阱层的In原子针对层叠方向容易与存在于III族的晶格位置的Al原子或Ga原子交换，从而阱层的带隙能量(Eg)容易增大。

这样，激光的射出端面即光密度大的前端面附近的阱层的带隙能量容易增大，即使前端面附近的带隙能量因发热而变小，在前端面附近的阱层也能够容易地维持光吸收少的状态。

因此，如本实施方式所涉及的半导体激光装置1所示，通过由AlGaInAs来构成阱层41，从而能够抑制因前端面1a附近吸收激光而导致的熔体破裂的COD的发生。

并且如本实施方式所示，利用空位扩散来形成窗口区120，这与利用杂质扩散来形成窗口区120的情况相比，能够抑制因杂质的存在而造成自由载流子损耗的发生。据此，能够抑制倾斜效率的降低。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，P侧第2势垒层43b的带隙能量，随着远离阱层41而逐渐增大。

通过这种构成，能够使P侧第2势垒层43b的平均折射率增大。据此，由于能够使针对阱层41的光学限制因子大幅度地增大，因此工作载流子密度降低，从而能够提高热饱和水平。因此，能够使温度特性提高。

而且，通过使P侧第2势垒层43b的带隙能量随着远离阱层41而逐渐增大，从而能够降低半导体激光装置1的串联电阻。因此，能够实现低电压驱动的半导体激光装置1。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1，P侧第1势垒层43a包括没有掺杂杂质的未掺杂区域，该未掺杂区域的膜厚可以是5nm以上。

据此，由于是从P侧第1势垒层43a的中途来开始杂质的掺杂的，因此能够使半导体激光装置1的串联电阻降低。而且，由于P侧第1势垒层43a的电子势垒增大，因此能够抑制电子泄漏。该未掺杂区域若过厚，则半导体激光装置的串联电阻就会增大，因此该未掺杂区域可以是40nm以下。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在P侧第2势垒层43b的全部区域掺杂了杂质，P侧第1势垒层43a具有位于离阱层41近的一侧的区域的没有杂质的未掺杂区域，并且具有位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。

据此，由于是从P侧第1势垒层43a的中途开始掺杂杂质的，因此能够降低半导体激光装置1的串联电阻。并且，由于P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b的各自的电子势垒增大，因此能够抑制电子泄漏。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，被掺杂在P侧第2势垒层43b的杂质的浓度，随着远离阱层41而逐渐增大。

通过这种构成，由于P侧第2势垒层43b的电子势垒增大，因此既能够抑制电流泄漏，又能够抑制波导损耗的增大，从而能够同时实现使半导体激光装置的串联电阻降低。

并且，本实施方式所涉及的半导体激光装置1进一步具备位于P侧第2势垒层43b与P型包覆层60之间的P型引导层50。

这样，通过设置P型引导层50，从而能够进一步使针对阱层41的光学限制因子增大。据此，工作载流子密度进一步降低，从而能够进一步提高热饱和水平。因此能够进一步使温度特性提高。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，关于P型引导层50与P型包覆层60的Al组分，至少P型引导层50与P型包覆层60的界面区域中的Al组分，随着远离阱层41而逐渐增大。

通过这种构成，能够使P型引导层50与P型包覆层60的界面区域中的带隙能量倾斜增大。据此，能够抑制在P型引导层50与P型包覆层60的界面的价带中的异质结尖峰或凹口的发生，空穴的传导性提高，从而能够降低半导体激光装置的串联电阻。

而且，通过使P型引导层50与P型包覆层60的界面区域中的Al组分随着远离阱层41而逐渐增大，从而能够得到高的光学限制因子。关于这一点将利用图7A以及图7B来说明。图7A示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，光限制效率对Al组分倾斜区域长度的依赖关系。图7B示出了在该半导体激光装置1中，波导损耗对Al组分倾斜区域长度的依赖关系。另外，在图7A以及图7B中，Al组分倾斜区域长度在P型引导层50与P型包覆层60的界面区域成为Al组分倾斜并增大的区域的长度。

如图7A所示，通过增长Al组分倾斜区域长度，从而能够使光限制效率提高，这样能够期待工作阈值电流的降低以及最大光输出的提高。并且如图7B所示，若使Al组分倾斜区域长度过长，则电阻成分增大，波导损耗增大。因此，Al组分倾斜区域长度优选为200nm以下。另外，如以上所述，从抑制在P型引导层50和P型包覆层60的界面的价带中的尖峰发生的观点来看，Al组分倾斜区域长度可以在20nm以上。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在P型引导层50中掺杂的杂质的浓度，随着远离阱层41而逐渐增大。即P型引导层50中掺杂的杂质的浓度呈倾斜增大。

通过此构成，由于P型引导层50的电子势垒增大，因此既能够抑制电流泄漏又能够抑制波导损耗的增大，并且能够同时实现半导体激光装置的串联电阻的降低。

在此，针对使P侧的半导体层的P型杂质浓度具有倾斜，利用图8A以及图8B来进行说明。图8A示出了在实施方式所涉及的半导体激光装置1，光限制效率对P型杂质浓度的依赖关系。图8B示出了在该半导体激光装置1，波导损耗对P型杂质浓度的依赖关系。在图8A以及图8B中示出了，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，改变了P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b的Al组分和厚度时的4个取样的模拟结果。在图8A以及图8B中，取样1所采用的情况是：Al组分为0.12、厚度为30nm的P侧第1势垒层43a，以及Al组分从0.12倾斜增大到0.24、厚度为15nm的P侧第2势垒层43b；取样2所采用的情况是：Al组分为0.12、厚度为15nm的P侧第1势垒层43a，以及Al组分从0.12倾斜增大到0.24，厚度为15nm的P侧第2势垒层43b；取样3所采用的情况是：Al组分为0.18、厚度为30nm的P侧第1势垒层43a，以及Al组分从0.12倾斜增大到0.24、厚度为15nm的P侧第2势垒层43b；取样4所采用的情况是：Al组分为0.18、厚度为15nm的P侧第1势垒层43a，以及Al组分从0.12倾斜增大到0.24、厚度为15nm的P侧第2势垒层43b。

从图8A中可知，虽然P型杂质浓度几乎不依赖于光限制效率，但是若使P侧第1势垒层43a的Al组分降低，在使P侧第1势垒层43a的厚度增厚时的光限制效率増加的效果就会大。另外如图8B所示，若使P型杂质浓度过高，由于波导损耗增大，因此P型杂质浓度最好不要过高。

并且在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，活性层40进一步具有：被配置在阱层41的下方的N侧第1势垒层42a、以及被配置在N侧第1势垒层42a的下方的N侧第2势垒层42b。于是，N侧第2势垒层42b的Al组分比，比N侧第1势垒层42a的Al组分比高，N侧第2势垒层42b的带隙能量比N侧第1势垒层42a的带隙能量大。

通过这种构成，在增高了使阱层增厚来形成窗口区时的退火温度的情况下，不仅是阱层41的P侧区域而且在N侧区域也能够抑制因带隙能量的增大而导致的在增益部的阱层41的波长变化，并且能够在窗口部使带隙能量增大，从而增大波长变化。据此，能够进一步控制温度特性的劣化和长期可靠性的降低，从而能够进一步抑制COD水平的提高效果受到妨碍。

并且在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，N侧第2势垒层42b的带隙能量随着远离阱层41而逐渐增大。

根据此构成，能够使N侧第2势垒层42b的平均折射率增大。据此，由于能够进一步大幅度地增大针对阱层41的光学限制因子，从而能够进一步降低工作载流子密度，并进一步提高热饱和水平。因此，能够进一步提高温度特性。

而且，通过使N侧第2势垒层42b的带隙能量随着远离阱层41而逐渐增大，从而能够降低半导体激光装置1的串联电阻。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在N侧第2势垒层42b的全部区域掺杂了杂质，N侧第1势垒层42a具有位于离阱层41近的一侧的区域的没有掺杂杂质的未掺杂区域，并且具有位于离阱层41远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。

据此，由于是在N侧第1势垒层42a的中途开始杂质的掺杂的，因此能够降低半导体激光装置的串联电阻。并且，由于N侧第1势垒层42a以及N侧第2势垒层42b的各个电子势垒增大，因此也能够抑制电子泄漏。而且，通过使N侧第1势垒层42a中的阱层41的界面为未掺杂区域，从而能够抑制阱层41的增益的降低。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，P侧第2势垒层43b的带隙能量，比N侧第2势垒层42b的带隙能量大。

据此，既能够抑制工作电压的增大，又能够有效地抑制电子泄漏的发生。

并且，本实施方式所涉及的半导体激光装置1进一步具备位于N侧第2势垒层42b与N型包覆层20之间的N型引导层30。

这样，通过设置N型引导层30，从而能够使针对阱层41的光学限制因子进一步增大。据此，能够进一步降低工作载流子密度，并能够进一步提高热饱和水平。因此，能够进一步提高温度特性。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，关于N型引导层30与N型包覆层20的Al组分，至少是N型引导层30与N型包覆层20的界面区域中的Al组分，随着远离阱层41而逐渐增大。

通过这种构成，能够使N型引导层30与N型包覆层20的界面区域中的带隙能量倾斜增大。据此，能够抑制N型引导层30与N型包覆层20的界面的价带中的尖峰的发生，并且能够提高空穴的传导性，从而能够降低半导体激光装置的串联电阻。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在N型包覆层20、N型引导层30、N侧第2势垒层42b以及N侧第1势垒层42a中掺杂的杂质的浓度，随着远离阱层41而逐渐增大或呈阶梯状增大。

通过这种构成，既能够降低半导体激光装置的串联电阻又能够降低波导损耗，并且能够在降低工作电压的同时，实现通过高的倾斜效率的高效的激光振荡。

并且在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中可以是，活性层40具有被配置在阱层41的下方的N侧第1势垒层42a、以及被配置在N侧第1势垒层42a的下方的N侧第2势垒层42b，N侧第2势垒层42b的Al组分比，比N侧第1势垒层42a的Al组分比高，N侧第2势垒层42b的带隙能量，比N侧第1势垒层42a的带隙能量大，在N侧第2势垒层42b与N型包覆层20之间具有N型引导层30，P型引导层50的带隙能量与N型引导层30的带隙能量不同。

通过这种构成，在P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量大的情况下，电子势垒增大，从而能够抑制电子泄漏的发生。

并且，在P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量小的情况下，N型引导层30的折射率比P型引导层50的折射率低，针对N型引导层30的光限制变弱，因此能够得到针对阱层41的高的光学限制因子。

并且在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在阱层41与N型包覆层20之间，按照从阱层41朝向N型包覆层20的方向依次具备N侧第1势垒层42a和N侧第2势垒层42b，N侧第2势垒层42b的Al组分比，比N侧第1势垒层42a的Al组分比高，N侧第2势垒层42b的带隙能量，比N侧第1势垒层42a的带隙能量大，N侧第2势垒层42b的带隙能量随着远离阱层41而逐渐增大，P侧第2势垒层43b的带隙能量的最大值比N侧第2势垒层42b的带隙能量的最大值大。

通过这种构成，电子势垒增大，从而能够抑制电子泄漏的发生。

在此，关于活性层40中的N侧第1势垒层42a、N侧第2势垒层42b、P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b的膜厚，将利用图9以及图10来说明。图9示出了针对N侧第1势垒层42a和P侧第1势垒层43a的膜厚，光限制效率与波导损耗的关系。图10示出了针对N侧第2势垒层42b和P侧第2势垒层43b的膜厚，光限制效率与波导损耗的关系。另外，在图9以及图10中示出了，在15nm～40nm的范围中，以5nm的间隔来改变膜厚时的模拟结果。并且，在图9以及图10中以膜厚为15nm时为基准，对各个点进行曲线连接。

从图9中可知，通过使N侧第1势垒层42a的膜厚比P侧第1势垒层43a的膜厚大，从而能够降低波导损耗，并能够提高光限制效率。即在N侧第1势垒层42a、N侧第2势垒层42b、P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b之中，关于离阱层41近的一侧的N侧第1势垒层42a和P侧第1势垒层43a，可以是N侧第1势垒层42a的膜厚比P侧第1势垒层43a的膜厚厚。

另外从图10中可知，在N侧第1势垒层42a、N侧第2势垒层42b、P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b之中，关于离阱层41远的一侧的N侧第2势垒层42b和P侧第2势垒层43b，可以是P侧第2势垒层43b的膜厚比N侧第2势垒层42b的膜厚厚。具体而言，通过使P侧第2势垒层43b的膜厚大于N侧第2势垒层42b的膜厚，从而既能够降低波导损耗，又能够提高光限制效率。

在此，空穴比电子的迁移率小，并且杂质的活化比率也小。因此，为了降低半导体激光装置的串联电阻、且降低PN结的上升电压，从而需要使掺杂到P型半导体层的杂质浓度比掺杂到N型半导体层的杂质浓度大，提高空穴的载流子密度。因此，关于在光波导传播的光分布中发生的自由载流子损耗，在P型半导体层产生的影响，比在N型半导体层产生的影响大，对于P型杂质的掺杂分布需要精密地控制。

于是，本发明人员针对本实施方式中的半导体激光装置1，探讨了P型半导体层中掺杂的杂质浓度。以下将利用图11A～图16B对该探讨的结果进行说明。另外，在图11A～图16B中以图8A以及图8B中说明的取样1、取样2、取样3以及取样4这4个取样为基础来探讨。

首先，利用图11A以及图11B对P型引导层50的杂质掺杂效果进行说明。图11A示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，针对P型引导层50、P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b，在P型引导层50掺杂P型杂质、且在P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b没有掺杂P型杂质(未掺杂)时的势垒(ΔEg)对P型引导层50的P型杂质浓度的依赖关系。图11B示出了此时的电子电流密度对P型引导层50的P型杂质浓度的依赖关系。

具体而言，针对P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a，将Al组分设为0.12和0.18，将厚度设为15nm和30nm。并且，针对P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b，将Al组分设为从0.12向0.24倾斜的情况、以及从0.18向0.24倾斜的情况，将厚度设为15nm。于是，针对P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b，均设为全部区域不掺杂。并且，针对N侧第1势垒层42a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域，将位于离阱层41为5nm以上的距离的区域设为掺杂了1×10¹⁷cm^-3的杂质。并且，针对N侧第2势垒层42b，在全部区域掺杂了1.4×10¹⁷cm^-3的杂质。并且，针对N型引导层30，掺杂了1.4×10¹⁷cm^-3的杂质。另外，针对N型包覆层20，从离阱层41近的一方开始朝向远的一方，分阶段地掺杂1.4×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3、6×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁸cm^-3的杂质，来使杂质浓度增大。

在这种结构中可知，若使膜厚0.2μm的P型引导层50的P型杂质浓度从1×10¹⁷cm^-3增大到5×10¹⁷cm^-3，则如图11A以及图11B所示，势垒(ΔEg)从0.215eV增大为0.25eV以上，与此同时，在P型引导层50流动的电子电流减少，具有抑制无功电流的效果。并且，若增高P型引导层50的P型杂质浓度，则能够抑制电子电流越过阱层41而流入到P侧半导体层。

另外，若增高P型引导层50的P型杂质浓度，则势垒增大，半导体激光装置的串联电阻减小，但是波导损耗增大，发光效率(倾斜效率)降低。

因此，关于P型引导层50中掺杂的P型杂质浓度，通过将给P型引导层50全体的P型杂质浓度的平均值控制在2×10¹⁷cm^-3至4×10¹⁷cm^-3之间，从而能够降低波导损耗、半导体激光装置的串联电阻以及电子电流泄漏，使势垒增大。

另外，由于P侧第1势垒层43a比P侧第2势垒层43b的折射率高，因此将P侧第1势垒层43a的膜厚增厚，则能够增大针对阱层41的光学限制因子。尤其是在光分布向N型半导体层偏倚的光波导中，由于针对阱层41的光学限制因子容易变小，因此为了抑制光学限制因子的降低，增加P侧第1势垒层43a的膜厚是有效的。但是，越过阱层41流入到P型引导层50的电子电流在P侧第1势垒层43a的膜厚变厚时则会增大。因此，P侧第1势垒层43a的膜厚可以是10nm以上30nm以下。

接着，针对P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b和P型引导层50的杂质掺杂效果，将利用图12A以及图12B来说明。图12A示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，在P型引导层50、P侧第1势垒层43a以及P侧第2势垒层43b中均掺杂一定的P型杂质时的势垒(ΔEg)对P型杂质浓度的依赖关系。图12B示出了此时的电子电流密度对P型杂质浓度的依赖关系。

具体而言，针对P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a，将Al组分设为0.12和0.18，将厚度设为15nm和30nm。在这种情况下，针对P侧第1势垒层43a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域。并且，针对N侧第1势垒层42a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域，在位于与阱层41相距5nm以上的距离的区域掺杂1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且，针对P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b，将Al组分设为从0.12向0.24倾斜的情况、和从0.18向0.24倾斜的情况，将厚度设为15nm。在这种情况下，针对N侧第2势垒层42b，在全部区域掺杂了1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且针对N型引导层30，掺杂了1×10¹⁷cm^-3的杂质。另外，针对N型包覆层20，从离阱层41近的一方向远的一方，分多阶段地掺杂1.4×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3、6×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁸cm^-3的杂质，从而使杂质浓度增大。

在该结构中可知，若使P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50(膜厚0.2μm)的P型杂质浓度从1×10¹⁷cm^-3增大到5×¹⁷cm^-3，则如图12A以及图12B所示，势垒(ΔEg)从0.216eV增大到0.254eV，并且流入到P型引导层50的电子电流减少，从而有抑制无功电流的效果。另外，若增高P型引导层50的P型杂质浓度，虽然势垒增大，半导体激光装置的串联电阻减小，但是波导损耗增大，发光效率(倾斜效率)降低。

因此，在这种情况下也是同样，针对在P型引导层50中掺杂的P型杂质浓度，将针对P型引导层50全体的P型杂质浓度的平均值控制在2×10¹⁷cm^-3至4×10¹⁷cm^-3之间，从而能够降低波导损耗、半导体激光装置的串联电阻以及电子电流泄漏，使势垒增大。

并且，通过在P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中掺杂P型杂质浓度，这与在P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中不掺杂P型杂质浓度的情况相比，能够减少越过阱层41流入到P型半导体层侧的电子电流，从而能够降低漏电流，与此同时，势垒的增大效果也大。

另外，由于P侧第1势垒层43a比P侧第2势垒层43b的折射率高，因此使P侧第1势垒层43a的膜厚增厚，则能够增大针对阱层41的光学限制因子。尤其是在光分布向N型半导体层偏倚的光波导，由于针对阱层41的光学限制因子容易变小，为了抑制光学限制因子的降低，使P侧第1势垒层43a的膜厚增厚是有效。但是，越过阱层41流入到P型引导层50的电子电流会因P侧第1势垒层43a的膜厚增厚而增大，但是电子电流泄漏的增大程度，与在P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50不掺杂P型杂质浓度的情况相比，减少10％左右。因此，与在P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中不掺杂P型杂质浓度的情况相比，P侧第1势垒层43a的膜厚能够增厚10％左右，因此可以是15nm以上40nm以下。

在此，在图12A以及图12B中虽然没有使P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中掺杂的P型杂质浓度具有倾斜，若使P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中掺杂的P型杂质浓度具有倾斜，则成为图13A以及图13B所示的结果。图13A示出了在图5A的实施例1的半导体激光装置1的杂质掺杂分布中掺杂了杂质时的势垒(ΔEg)对P型杂质浓度的依赖关系。图13B示出了此时的电子电流密度对P型杂质浓度的依赖关系。

具体而言，针对P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a，将Al组分设为0.12和0.18，将厚度设为15nm和30nm。在这种情况下，针对P侧第1势垒层43a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域。另外，针对N侧第1势垒层42a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域，在位于与阱层41相距5nm以上的距离的区域掺杂了1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且，针对P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b，将Al组分设为从0.12倾斜到0.24的情况、和从0.18倾斜到0.24的情况，将厚度设为15nm。在这种情况下，针对N侧第2势垒层42b，在全部区域掺杂了1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且，针对N型引导层30掺杂了1×10¹⁷cm^-3的杂质。另外，针对N型包覆层20，从离阱层41近的一方朝向远的一方，分阶段地掺杂1.4×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3、6×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁸cm^-3的杂质，使杂质浓度增大。

在该结构中，将P侧第1势垒层43a中的P型杂质的开始掺杂位置P1的杂质浓度设为1×10¹⁷cm^-3，将离阱层41远的一侧的P型引导层50的位置P2的P型杂质浓度设为从1×10¹⁷cm^-3倾斜增大到1×10¹⁸cm^-3，如图13A以及图13B所示，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的厚度为15nm的情况下，势垒(ΔEg)从0.216eV增大到0.254eV，在P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b的厚度为30nm的情况下，势垒(ΔEg)从0.215eV增大到0.234eV。

并且，若使上述位置P2的P型杂质浓度增大，则流入到P型引导层50的电子电流减少，从而能够抑制无功电流。在此，若使位置P2的P型杂质浓度增大，则势垒增大，半导体激光装置的串联电阻变小。并且，在P型引导层50由于P型杂质浓度倾斜，因此，即使增大位置P2的P型杂质浓度也能够抑制波导损耗的增大。

因此，通过将在P型引导层50掺杂的P型杂质浓度控制为，给P型引导层50全体的P型杂质浓度的平均值在2×10¹⁷cm^-3至4×10¹⁷cm^-3之间，从而能够降低波导损耗、半导体激光装置的串联电阻以及电子电流泄漏，因此能够使势垒增大。

并且，通过以P侧第1势垒层43a、P侧第2势垒层43b以及P型引导层50中的杂质浓度倾斜的方式来掺杂P型杂质，从而能够减少漏电流。

另外，由于P侧第1势垒层43a比P侧第2势垒层43b的折射率高，因此使P侧第1势垒层43a的膜厚增厚，则能够增大针对阱层41的光学限制因子。尤其是在光分布向N型半导体层偏倚的光波导，由于针对阱层41的光学限制因子减小，因此为了抑制光学限制因子的降低，使P侧第1势垒层43a的膜厚增厚是有效的。然而，若使P侧第1势垒层43a的膜厚过厚，则针对阱层41的光限制容易增大，从而容易发生COD。具体而言，P侧第1势垒层43a的膜厚优选为15nm以上50nm以下。这样，在光分布向N型半导体层偏倚的光波导，既能够抑制COD的发生，又能够增大针对阱层41的光限制，从而能够降低振荡阈值电流。

在图13A以及图13B中，N型引导层30与P型引导层50的Al组分是对称的，若使N型引导层30与P型引导层50的Al组分非对称，则成为图14A以及图14B所示的结果。具体而言，在图14A以及图14B中，以使P型引导层50的带隙能量比N型引导层30的带隙能量大的方式，使P型引导层50的Al组分比N型引导层30的Al组分大。另外，图14A示出了针对图5C所示的实施例3的半导体激光装置1的P型引导层50的势垒与Al组分的依赖关系。图14B示出了针对该半导体激光装置1的P型引导层50的电子电流密度与Al组分的依赖关系。

具体而言，关于P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a，将Al组分设为0.12和0.18，将厚度设为15nm和30nm。在这种情况下，关于P侧第1势垒层43a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域。并且，关于N侧第1势垒层42a，将从阱层41侧开始的5nm的区域设为未掺杂区域，在离阱层41为5nm以上的区域掺杂了1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且，关于N侧第2势垒层42b，将Al组分设为组分从0.12倾斜到0.24的的情况、以及组分从0.18倾斜到0.24的的情况，将厚度设为15nm。关于P侧第2势垒层43b，将Al组分设为组分从0.12倾斜到Xpg的情况、以及组分从0.18倾斜到Xpg的情况，将厚度设为15nm。在这种情况下，关于N侧第2势垒层42b，在全部区域掺杂了1×10¹⁷cm^-3的N型杂质。并且，将N型引导层30的Al组分设为0.24、将P型引导层50的Al组分设为Xpg。另外，关于N型包覆层20，从离阱层41近的一方向远的一方，分多阶段掺杂1.4×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁷cm^-3、6×10¹⁷cm^-3、2×10¹⁸cm^-3的杂质，使杂质浓度增大。

在该结构中，将P侧第1势垒层43a中的P型杂质的开始掺杂位置P1的杂质浓度设为1×10¹⁷cm^-3，将离阱层41远的一侧的P型引导层50的位置P2的P型杂质浓度设为向5×10¹⁸cm^-3倾斜增大，以这种方式来掺杂P型杂质。

在此，若使Xpg从0.24变化到0.3，则如图14A以及图14B所示，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的厚度为15nm的情况下，势垒(ΔEg)从0.235eV增大到0.32eV，在P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b的厚度为30nm的情况下，势垒(ΔEg)从0.25eV增大到0.315eV。

并且，若使上述位置P2的P型杂质浓度增大，则流入到P型引导层50的电子电流减少，从而能够抑制无功电流。在此，若增大位置P2的P型杂质浓度，则势垒增大，半导体激光装置的串联电阻减小。并且，在P型引导层50由于P型杂质浓度倾斜，因此即使增大位置P2的P型杂质浓度，也能够抑制波导损耗的增大。

并且可以知道，若P型引导层50的Al组分增大，则越过阱层41流入到P型引导层50的电子电流急剧减少。P型引导层50的P型杂质浓度的平均值为3×10¹⁷cm^-3左右，以离阱层41近的一侧的P型杂质浓度减小的方式来掺杂杂质，因此能够以波导损耗小的状态，使串联电阻降低并能够抑制势垒的增大。

并且，通过使P型引导层50的Al组分相对于N型引导层30的Al组分增高，从而能够得到上述的效果。具体而言，若使P型引导层50的Al组分比N型引导层30的Al组分大0.02，则势垒增大0.03eV，从而能够使泄漏到P型引导层50的电子电流降低到50％左右以下。并且，若使P型引导层50的Al组分比N型引导层的Al组分大0.03而成为0.27，从而势垒能够增大到0.27eV以上，若使P型引导层50的Al组分比N型引导层的Al组分大0.05而成为0.29，则势垒能够增大到0.3eV以上。

而且，通过将阱层厚度设为8nm以上，使P型包覆层60的Al组分比N型包覆层20的Al组分大，使P型引导层50的Al组分比N型引导层30的Al组分大，从而能够在增大针对阱层41的光学限制因子的状态下，将光分布设为偏倚向N型半导体层，来减少光分布向P型包覆层60的渗出。这样，能够提高热饱和水平，使温度特性良好，从而能够得到偏振比高的半导体激光装置。

接着，针对N型杂质浓度对空穴漏电流的影响，利用图15A、图15B、图16A以及图16B来进行说明。图15A示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，从阱层41的N侧的界面开始100nm的位置上的空穴电流密度对N型杂质浓度的依赖关系。图15B示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，N型包覆层衬底侧界面的位置上的空穴电流密度对N型杂质浓度的依赖关系。并且，图16A示出了在本实施方式所涉及的半导体激光装置1中，N型半导体层中的N型杂质浓度分布的一个例子，图16B示出了N型半导体层中的N型杂质浓度分布的另一个例子。

在该结构中，将P侧第1势垒层43a中的P型杂质的开始掺杂位置P1的杂质浓度设为1×10¹⁷cm^-3，将离阱层41远的一侧的P型引导层50的位置P2的P型杂质浓度设为从1×10¹⁷cm^-3倾斜增大到1×10¹⁸cm^-3，以这种方式来掺杂P型杂质。并且，在P型包覆层60掺杂了2×10¹⁸cm^-3的P型杂质。

若使上述位置P2的P型杂质浓度增大，则流入到P型引导层50的电子电流减少，从而能够抑制无功电流。在此，若增大位置P2的P型杂质浓度，则势垒增大，半导体激光装置的串联电阻减小。并且，在P型引导层50由于P型杂质浓度倾斜，因此即使增大位置P2的P型杂质浓度，也能够抑制波导损耗的增大。

因此，通过将P型引导层50掺杂的P型杂质浓度控制为，给P型引导层50全体的P型杂质浓度的平均值为2×10¹⁷cm^-3与4×10¹⁷cm^-3之间，从而能够降低波导损耗、半导体激光装置的串联电阻以及电子电流泄漏，使势垒增大。

并且，由于N型半导体层的N型杂质是以垂直方向的光分布向N型半导体层偏倚的方式而被掺杂的，因此以远离阱层41的方向上的N型杂质浓度增高的方式来掺杂。图16A所示的情况是：在N型引导层30和如下的区域掺杂5×10¹⁶cm^-3的N型杂质，上述区域是指，从N侧第1势垒层42a的离阱层41为5nm以上的距离开始朝向衬底10一侧直到N型引导层30为止的区域；针对N型包覆层20，从离阱层41近的一侧向远的一侧分阶段地掺杂7×10¹⁶cm^-3(0.25μm)、1×10¹⁷cm^-3(0.25μm)、3×10¹⁷cm^-3(0.5μm)、1×10¹⁸cm^-3(2μm)，来增大杂质浓度。另外，在分阶段来掺杂N型杂质的情况下，在N型包覆层20的具有不同的杂质浓度的相邻的区域中，离阱层41最远的区域的膜厚最厚，在除此以外的区域，离阱层41近的一侧的区域的膜厚为离阱层远的一侧的区域的膜厚以下。这是因为，在N型包覆层20的离阱层41最远的一侧的具有最高的杂质浓度的区域中，垂直方向上的光分布强度衰减，即使提高杂质浓度，自由载流子损耗的影响也不大，因此不会涉及到波导损耗的增大，从而能够得到降低半导体激光装置的串联电阻的效果的缘故。

并且，关于N型包覆层20中的垂直方向上的光分布强度和该强度的衰减的变化率，离阱层41越近则越大。据此，由于能够避开杂质浓度的增大而造成的波导损耗的增大，因此关于在垂直方向上的光分布没有充分衰减的区域，分多阶段使杂质浓度增大的情况下的各个浓度固定的区域的膜厚，优选为使离阱层41近的一侧的区域薄。

以该N型层杂质浓度分布为基准，将各浓度设为1倍、1.2倍、1.5倍、2倍、3倍，则在图15A示出了离阱层41的N侧界面为100nm的位置上的空穴电流密度的计算结果，图15B示出了N型包覆层衬底侧界面的位置上的空穴电流密度的计算结果。

从图15A以及图15B中可知，当提高N型杂质浓度时，空穴电流密度降低，越过阱层41流入到N型半导体层的空穴电流则减少。

并且，通过提高N型杂质浓度，从而半导体激光装置的串联电阻降低，因此能够减少半导体激光装置的工作电流。并且，以光分布的存在比例在N型引导层30为最大的方式，使光分布向N型半导体层偏倚，因此使N型引导层30的N型杂质浓度与其他的N型半导体层的N型杂质相比成为最低，从而能够降低波导损耗。据此，通过使N型杂质浓度的掺杂分布成为图16A所示的状态，从而能够使半导体激光装置的串联电阻的降低与波导损耗的降低同时实现。

另外，N型杂质的掺杂分布不仅可以是图16A所示的阶梯状的变化，而且可以是图16B的实线所示那样，衬底10侧的N型杂质浓度连续地增大。并且，如图16B的虚线所示，在N型引导层30中，使光分布强度最高的位置的N型杂质浓度降低，使从该位置开始朝向衬底10侧的N型杂质浓度连续地或阶梯状地增大，据此能够进一步减少波导损耗。另外，也可以如图16B的单点划线所示，使N型杂质浓度呈非线形的变化。

并且也可以是如图16C所示，提高N侧第1势垒层42a中掺杂的杂质浓度，使N侧第2势垒层42b的杂质浓度比N侧第1势垒层42a的掺杂浓度低，从阱层41向衬底10分阶段地使N型杂质浓度提高。

在这种情况下，N侧第1势垒层中掺杂的杂质浓度可以是5×10¹⁷cm^-3至1×10¹⁸cm^-3。据此，N侧第1势垒层42a的价带的电势降低，被注入到阱层41的空穴能够抑制空穴电流向N型层侧的泄漏，从而能够进一步提高半导体激光装置的高温高输出工作。并且，虽然可以使N侧第2势垒层42b的N型杂质浓度与N侧第1势垒层42a的杂质浓度同样，相对于N型引导层30的N型杂质浓度提高，但是由于会伴随波导损耗的增大，因此在N侧第2势垒层42b，即使提高与N侧第2势垒层42b与N侧第1势垒层42a的界面附近相距10nm以内的区域的N型杂质浓度，也能够抑制空穴电流的泄漏。

进一步，若提高N侧第1势垒层42a的掺杂浓度，在通过空位扩散或离子注入来形成窗口区的情况下，即使降低窗口部形成中的热退火工序的温度，由于存在N型杂质，因此与阱层41之间容易发生原子交换，从而能够得到窗口部的阱层41的带隙能量容易增大的效果。

并且，给N型引导层30的N型杂质的掺杂可以如图16D所那样，从与N型包覆层20的界面附近开始向衬底10一侧分阶段地增加。在N型光分布向N型半导体层偏倚的光波导中，由于相对于衬底法线方向的垂直方向上的光分布中的光强度最高的部分为N型引导层30中的阱层41侧的区域，因此在N型引导层30中，只要在N型引导层30中的阱层41侧的区域有N型杂质浓度最低的区域，就能够抑制波导损耗的增大。

在图16A至图16D所示的例子中，只要N型引导层30中的N型杂质浓度的最小值为5×10¹⁶cm^-3以上、3×10¹⁷cm^-3以下，就能够得到波导损耗的增大抑制、空穴电流的发生抑制、以及半导体激光装置的串联电阻的增大抑制的效果。并且，即使提高N型包覆层20的衬底10侧的N型杂质浓度，由于在从N型引导层30与N型包覆层20的界面向衬底10一侧为1μm以上的区域的N型包覆层20中的光分布的比例小，因此波导损耗的增大比较小。因此，为了降低半导体激光装置的串联电阻，使从N型引导层30与N型包覆层20的界面开始向衬底10一侧为1μm以上的区域的N型包覆层20的N型杂质浓度，增高到不至于使迁移率降低的程度比较好，例如可以是1×10¹⁸cm^-3以上、3×10¹⁸cm^-3以下。

并且，可以是使N侧第1势垒层42a的N型杂质浓度如图16C以及图16D所示那样增高，与此同时，使N侧第2势垒层42b、N型引导层30以及N型包覆层20的N型杂质浓度如图16B所示那样连续地发生变化。并且，在阱层41附近，即使增高N型杂质浓度的区域除了N侧第1势垒层42a以外还包括N侧第2势垒层42b的一部分的情况下，只要该区域的膜厚为10nm以下，就能够将波导损耗的增大抑制得较小，同时能够降低半导体激光装置的串联电阻，从而能够进一步抑制空穴电流的泄漏。

接着，探讨活性层40的阱层41的量子阱结构。以下利用图17～图19对该探讨结果进行说明。图17～图19示出了重空穴以及轻空穴量子能级对阱层的Al组分的依赖关系。

图17示出了，将Al组分设为0.06，将P侧第1势垒层43a以及N侧第2势垒层42b视为Al_0.06Ga_0.94As、厚度为15nm，将P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b视为Al_0.24Ga_0.76As、厚度为15nm，并且将阱层41视为Al_XGa_1-X-YIn_YAs，在这样的情况下，在将阱层41的厚度设为6nm、8.5nm、12nm、15nm时，形成在阱层41的重空穴(HH)以及轻空穴(LH)的能级的相对势能对Al组分依赖关类的计算结果。在此，将电子能级、HH能级、LH能级以En、HHn、LHn来表示。并且，n为自然数，基底能级为1。在该计算中，为了得到与波长915nm相同的振荡波长，将E1-H1间的能量差设为固定(1.35eV)。另外，在图17中示出了，在改变阱层41的Al组分X的情况下，为了得到相同的振荡波长的In组分Y与Al组分X的关系式。并且，与具有各个Al组分的阱层41中的GaAs衬底的晶格失配由点划线来表示。

在此，相对于电子能级的势能的大小关系与相对于空穴能级的势能的大小关系相反。在图17所示的计算结果中，在对各能级间的势能进行相对比较的情况下，相对势能最大的(即位于线状图的上方)能级解释为，相对于空穴的势能最低。

如图17所示，在阱层41的厚度为6nm的情况下，具有比L1相对低的势能的HH的能级被形成为2个。因此，在空穴被注入到阱层41的情况下，从势能最低的开始按照H1、H2、L1的顺序来填充空穴。

在此，若不停地增大阱层41的Al组分，则阱层41的压缩应变增大，HH的能级向相对于空穴而势能低的方向变化，LH的能级向相对于空穴而势能高的方向变化。从以上可以看出，越增大阱层41的Al组分则压缩性的应变就会增高，从而H1与L1的能量差增大，据此，在HH中，在空穴势能最小的H1容易存在空穴，而在LH中，在空穴势能最大的L1不容易存在空穴。从以上可以看出，在增大阱层41的Al组分，提高压缩性的应变的情况下，则HH的空穴数增大，LH的空穴数减小。由于LH在振荡的激光中，贡献于偏光方向为衬底法线方向的TM模式光的发生，因此若LH的空穴数增多，则会导致偏振比(TE/(TE+TM))的降低。因此可以知道，在增高阱层41的Al组分，提高压缩性的应变的情况下能够提高偏振比。

并且，若阱层41的厚度为6nm，则成为比LH的势能低的势能的HH能级被形成为2个能级，因此空穴能够优先存在于HH的能级，从而能够得到TE模式成分多、且高偏振比的激光。

在阱层41的厚度为8.5nm的情况下的结果中，若将阱层41的Al组分设为0.08以上，则与第1势垒层的价带的能量相比，LH的能级高于空穴势能，这样，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a和阱层41形成的量子阱内不形成LH的量子能级，形成将P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b作为势垒层的量子能级。在这种情况下，由于量子能级的态密度与量子阱结构的厚度成反比，因此LH1的态密度进一步变小，偏振比的增大效果增加。这种状态在图17的各个线状图中以L1的粗虚线来表示。如图17所示可知，若将阱层41的厚度设为8.5nm以上，则在阱层41的Al组分为0.04以上时，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a内不形成LH，并且，若阱层41越厚，则以阱层41的晶格失配低的状态，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a内就越不能形成LH。并且可以知道，在阱层41厚的情况下，空穴的势能比L1低的HH能级数增多，存在于L1的空穴数容易减少。

如图17所示，若将阱层41的厚度设为8.5nm以上，则在阱层41的Al组分为0.04以上时，空穴势能比L1低的HH能级数为3个，从而能够降低存在于LH能级的LH数，并对偏振比的增大有效。

并且，若将阱层41的厚度设为12nm以上，在阱层41的Al组分为0.0以上时，空穴势能比L1低的HH能级数为3个，从而能够降低存在于LH能级的LH数，并对偏振比的增大有效。

另外，由于阱层41的折射率高，在膜厚厚时针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，因此存在于L1的空穴数进一步减少，偏振比增大。

由于P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分也低，比P侧第2势垒层43b、N侧第2势垒层42b、N型引导层30、N型包覆层20、P型引导层50以及P型包覆层60的折射率高，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的膜厚为厚的情况下，针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，因此存在于L1的空穴数进一步减少，偏振比增大。例如，在将P侧第1势垒层43a和N侧第1势垒层42a的合计膜厚设为20nm以上时，能够得到光学限制因子增大的效果。但是如果合计膜厚过厚，则导致针对阱层41的光学限制因子增大，以及COD水平的降低，因此合计膜厚可以是80nm以下。

并且，图18示出了，将Al组分设为0.12、将P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a视为Al_0.12Ga_0.88As、厚度为15nm，并且将P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b视为Al_0.24Ga_0.76As、厚度为15nm，并且将阱层41视为Al_XGa_1-X-YIn_YAs，在这种情况下，在将阱层的厚度设为6nm、8.5nm、12nm、15nm时，被形成在阱层41的重空穴(HH)以及轻空穴(LH)的能级的相对势能对Al组分的依赖关类的计算结果。在此，与图17相同，将电子能级、HH能级、LH能级分别由En、HHn、LHn来表示。并且，n为自然数，将基底能级设为1。即使在该计算中也是同样，为了得到与波长915nm相同的振荡波长，而使E1-H1间的能量差固定(1.35eV)。另外，图18示出了，在改变阱层41的Al组分X的情况下，为了得到相同的振荡波长的In组分Y与Al组分X的关系式。并且，与具有各个Al组分的阱层41中的GaAs衬底的晶格失配由点划线来表示。

如图18所示，在阱层41的厚度为6nm的情况下，形成了具有相对势能比L1低的2个HH的能级。因此，与上述同样，在空穴被注入到阱层41的情况下，从势能最低的一方开始以H1、H2、L1的顺序填充空穴。

在此，若不断地增大阱层41的Al组分，则阱层41的压缩应变增大，因此，HH的能级向针对空穴而势能低的方向变化，LH的能级向针对空穴而势能低的方向变化。从以上可知，越使阱层41的Al组分增大，提高压缩性的应变，则H1和L1的能量差就越大，在HH中，空穴容易存在于空穴势能最小的H1，相反，在LH中，空穴容易存在于空穴势能最大的L1。从以上可知，在使阱层41的Al组分增大，提高压缩性的应变的情况下，HH的空穴数增大，LH的空穴数减小。LH在振荡的激光中，贡献于偏光方向为衬底法线方向的TM模式光的发生，因此在LH的空穴数增多时，会导致偏振比(TE/(TE+TM))降低。因此可以知道，在提高阱层41的Al组分，来提高压缩性的应变的情况下，能够提高偏振比。

并且，若阱层41的膜厚为6nm，则形成势能比LH的势能低的2个HH能级，空穴能够优先存在于HH的能级，TE模式成分多，从而能够得到高偏振比的激光。

在阱层41的厚度为8.5nm的情况下的结果中，若将阱层41的Al组分设为0.08以上，则与第1势垒层的价带的能量相比，LH的能级的空穴势能增高，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a与阱层41形成的量子阱内不形成LH的量子能级，而形成将P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b作为势垒层的量子能级。在这种情况下，由于量子能级的态密度与量子阱结构的厚度成反比，因此，LH1的态密度变得更小，偏振比的增大效果增加。该状态在图17的各个线状图中由L1或L2的粗虚线表示。从图18所示中可知，若将阱层41的厚度设为8.5nm以上，则在阱层41的Al组分为0.08以上时，在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a内不形成LH，并且在阱层41越厚时，以阱层41的晶格失配低的状态，就越不能在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a内形成LH。并且可以知道，在阱层41厚的情况下，空穴的势能比L1低的HH能级数就越多，存在于L1的空穴数就越容易降低。

如图18所示，若将阱层41的厚度设为8.5nm以上，则在阱层41的Al组分为0.02以上时，空穴势能比L1低的HH能级数为3个，能够减少存在于LH能级的LH数，对偏振比的增大有效。

并且，若将阱层41的厚度设为12nm以上，则在阱层41的Al组分为0.0以上时，空穴势能比L1低的HH能级数为4个，能够减少存在于LH能级的LH数，对偏振比的增大有效。

另外，由于阱层41的折射率高，因此在膜厚厚时，由于针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，因此能够进一步减少存在于L1的空穴数，从而偏振比增大。

由于在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a也是Al组分低，与P侧第2势垒层43b、N侧第2势垒层42b、N型引导层30、N型包覆层20、P型引导层50以及P型包覆层60相比，折射率高，因此P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的膜厚厚时，针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，从而能够进一步减少存在于L1的空穴数，偏振比增大。例如，若将P侧第1势垒层43a和N侧第1势垒层42a的合计膜厚设为25nm以上，则对光学限制因子的增大有效。但是，如果合计膜厚增厚，则针对阱层41的光学限制因子增大，COD水平降低，因此合计膜厚可以是90nm以下。

并且，图19示出了，将Al组分设为0.18、将P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a视为Al_0.18Ga_0.82As、厚度为15nm，并且将P侧第2势垒层43b以及N侧第2势垒层42b视为Al_0.24Ga_0.76As、厚度为15nm，并且将阱层41视为Al_XGa_1-X-YIn_YAs的情况下，在将阱层的厚度设为6nm、8.5nm、12nm、15nm时，在阱层41形成的重空穴(HH)以及轻空穴(LH)的能级的相对势能与Al组分依赖关系的计算结果。在此，与图17相同，将电子能级、HH能级、LH能级由En、HHn、LHn来表示。并且，n为自然数，基底能级为1。即使在该计算中，为了得到与波长915nm相同的振荡波长，而使E1-H1间的能量差固定(1.35eV)。另外，图19示出了在改变阱层41的Al组分X的情况下，为了得到相同的振荡波长的In组分Y与Al组分X的关系式。并且，与具有各个Al组分的阱层41中的GaAs衬底的晶格失配由点划线来表示。

如图19所示，在阱层41的厚度为6nm的情况下，形成了具有相对势能比L1低的能级为2个的HH的能级。因此与以上相同，在空穴被注入到阱层41的情况下，从势能最低的一方开始按照H1、H2、L1的顺序填充空穴。

在此，若增大阱层41的Al组分，则阱层41的压缩应变增大，HH的能级向针对空穴而势能低的方向变化，LH的能级向针对空穴而势能低的方向变化。从以上可知，与上述同样，在增大阱层41的Al组分使压缩性的应变越高时，H1与L1的能量差增大，在HH中，空穴容易存在于空穴势能最小的H1，相反，在LH中，空穴不容易存在于空穴势能最大的L1。从以上可知，在增大阱层41的Al组分，提高压缩性的应变的情况下，HH的空穴数增多，LH的空穴数减少。LH在振荡的激光中，由于贡献于偏光方向为衬底法线方向的TM模式光的发生，因此在LH的空穴数增多时，会导致偏振比(TE/(TE+TM))降低。因此可以知道，在增大阱层41的Al组分，提高压缩性的应变的情况下能够提高偏振比。

并且，若阱层41的膜厚为6nm，则形成比LH的势能低的能级为2个的HH能级，空穴能够优先存在于HH的能级，TE模式成分多，因此能够得到高偏振比的激光。

如图19所示，若将阱层41的厚度设为8.5nm以上，在阱层41的Al组分为0.02以上时，成为空穴势能比L1低的HH能级数为3个，因此能够减少LH能级中存在的LH数，对偏振比的增大有效。

并且，若将阱层41的厚度设为12nm以上，在阱层41的Al组分为0.0以上时，成为空穴势能比L1低的HH能级数为4个，因此能够减少LH能级中存在的LH数，对偏振比的增大有效。

另外，由于阱层41的折射率高，因此在膜厚厚时，针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，因此能够进一步减少L1中存在的空穴数，增大偏振比。

在P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a也是Al组分低，与P侧第2势垒层43b、N侧第2势垒层42b、N型引导层30、N型包覆层20、P型引导层50以及P型包覆层60相比，折射率高，因此，P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的膜厚厚的情况下，针对阱层41的光学限制因子增大，激光振荡所需要的阈值载流子密度降低，从而能够进一步减少L1中存在的空穴数，偏振比增大。例如，若使P侧第1势垒层43a和N侧第1势垒层42a的合计膜厚为30nm以上，则对光学限制因子的增大有效。但是，若合计膜厚过厚，则导致针对阱层41的光学限制因子增大，以及COD水平的降低，因此，合计膜厚可以是100nm以下。

如以上利用图17～图19进行的说明所示，在将P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分设为0.06至0.18、阱层41的厚度设为6nm至15nm时，由于形成2个以上比LH的势能低的成为低能级的HH能级，因此，空穴能够优先存在于HH的能级，TE模式成分多，从而能够得到高偏振比的激光。

并且，在将P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分设为0.06至0.18、阱层41的厚度设为8.5nm至15nm时，在阱层41的膜厚比6nm大的阱层的Al组分范围中，能够形成较多的具有比LH的空穴势能低的势能的HH能级。

并且，在阱层41的厚度为8.5nm的情况下，将阱层41的Al组分为0.02以上的InGaAs用作阱层41，并且，在阱层41的厚度为12nm的情况下，即使将阱层41的Al组分为0的InGaAs用作阱层41，也能够将具有比空穴势能低的势能的HH能级数设为3个以上，从而L1中存在的LH数减少，能够得到偏振比增大的效果。

另外，若阱层41的厚度比15nm厚，则会出现针对阱层41的光学限制因子增大，COD水平降低的情况。并且，在窗口区形成在谐振器端面附近的情况下，若阱层41过厚，则通过P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a与阱层41之间的III族原子交换的窗口区中的带隙的短波长化变小，COD的发生抑制效果降低。并且，若阱层41的厚度过薄，则在窗口形成时的高温退火工序中，容易发生没有形成窗口区120的增益部的阱层41的带隙的短波长化，半导体激光装置的温度特性降低。因此，阱层41的厚度可以是6nm以上15nm以下。

并且在图17～图19中，将由AlGaAs构成的P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分设为0.06至0.18，若P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分过大，则针对阱层41的光学限制因子变小，从而半导体激光装置的温度特性降低。因此，P侧第1势垒层43a以及N侧第1势垒层42a的Al组分可以为0.06以上0.22以下。

并且，若增高由AlGaAs构成的N侧第2势垒层42b和P侧第2势垒层43b的Al组分，则能够抑制电子电流从阱层41泄漏到P型层侧，空穴电流从阱层41泄漏到N型层侧，因此Al组分可以是0.24以上。然而，若使N侧第2势垒层42b和P侧第2势垒层43b的Al组分过于增高，则会导致工作电压的增大，因此，Al组分优选为0.32以下。

并且，在本实施方式所涉及的半导体激光装置1，谐振器长度增长。具体而言，半导体激光装置1的谐振器长度为2mm以上。

这样，通过增长半导体激光装置1的谐振器长度，从而半导体激光装置1的热阻降低，散热性提高。据此，能够使热饱和的光输出增大。

另外，若使半导体激光装置1的谐振器长度过长，则会有谐振器的镜损耗增大，倾斜效率降低的可能性，在本公开中由于使光分布向N型半导体层偏倚，使波导损耗减小，因此，即使半导体激光装置1的谐振器长增长，也能够抑制倾斜效率的降低，使最大光输出增大。

(变形例)

以上基于实施方式对本公开所涉及的半导体激光装置以及其制造方法进行了说明，本公开并非受上述各实施方式所限。

例如在上述实施方式中，将具有开口部80a的电流阻挡层80设置在P型接触层70内，来划定了电流注入区，但是并非受此所限。具体而言，如图20、图21A、图21B以及图21C的半导体激光装置1A所示，也可以通过设置脊形部200A来划定电流注入区。图20是变形例所涉及的半导体激光装置1A的俯视图。图21A是图20的XXIA-XXIA线上的该半导体激光装置1A的剖视图，图21B是图20的XXIB-XXIB线上的该半导体激光装置1A的剖视图，图21C是图20的XXIC-XXIC线上的该半导体激光装置1A的剖视图。另外，图21A示出了半导体激光装置1A的增益部中的剖面，图21B示出了半导体激光装置1A的前端面1a侧的端面部的剖面。

如图20～图21C所示，本变形例中的半导体激光装置1A是作为光波导而具有在谐振器长度方向上延伸的脊形部200A的脊条结构的半导体激光元件。

在半导体激光装置1A中，形成了具有与脊形部200A对应的开口部100a的绝缘膜100A。绝缘膜100A是具有电流阻挡功能的介电膜。绝缘膜100A例如由SiO₂等绝缘膜构成。

并且，在本变形例中为了形成脊形部200A，而在P型接触层70上形成了深度为0.2μm的一对槽，成为电流注入路径的脊形部200A以外的P型接触层70的表面由绝缘膜100A覆盖。据此，流入的电流能够集中到脊形部200A来流动。另外，为了形成脊形部200A的槽可以不仅是P型接触层70，也可以被形成到P型包覆层60。

在本变形例中，脊形部200A以及绝缘膜100A以外的构成基本上与上述实施方式中的半导体激光装置1的构成相同。

因此，即使是本变形例所涉及的半导体激光装置1A，也能够实现与上述实施方式所涉及的半导体激光装置1相同的作用效果。

并且，划定电流注入区的上述实施方式中的开口部80a以及本变形例中的开口部100a或谐振器长度，可以通过阱层41的组合而适用于各种波段的半导体激光装置。

例如，针对开口宽度为90μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为15A以上40A以下左右、投入电压设为1.7V以上3V以下左右，据此能够实现具有如下的光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，具有780nm以上800nm以下左右的波段的波长，并且射出光输出为15W以上30W以下左右的激光。

例如，针对开口宽度为90μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为15A以上40A以下左右、投入电压设为1.6V以上3V以下左右，据此能够实现具有如下光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，具有800nm以上820nm以下左右的波段的波长，并且射出光输出为15W以上30W以下左右的激光。

例如，针对开口宽度为90μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为15A以上40A以下左右、投入电压设为1.5V以上3V以下左右，据此能够实现具有如下光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，具有850nm以上900nm以下左右的波段的波长，并且射出光输出为15W以上30W以下左右的激光。

例如，针对开口宽度为90μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为15A以上50A以下左右、将投入电压设为1.45V以上3V以下左右，据此能够实现具有如下光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，900nm以上930nm以下左右的波段的波长，并且输出光输出为15W以上40W以下左右的激光。

例如，针对开口宽度为90μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为15A以上50A以下左右、投入电压设为1.4以上3V以下左右，据此能够实现具有如下光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，具有930nm以上960nm以下左右的波段的波长，并且射出光输出为15W以上40W以下左右的激光。

例如，针对开口宽度为4μm以上300μm以下左右、且谐振器长度为2000μm以上6000μm以下左右的半导体激光装置，将投入电流设为1A以上50A以下左右、投入电压设为1.4以上3V以下左右，据此能够实现具有如下光学特性的半导体激光装置，在此的光学特性是指，具有960nm以上990nm以下左右的波段的波长，并且射出光输出为1W以上40W以下左右的激光。

并且，在本变形例所涉及的半导体激光装置1A中由于具有脊形部200A，因此能够抑制在将半导体激光装置1A安装到基座等时的特性劣化等。关于这一点将在以下说明。

若使半导体激光装置1A的谐振器长度增长，则在将半导体激光装置1安装到基座时的半导体激光装置1的宽度方向上的端部产生的剪切应变对光波导的影响增大。在这种情况下，若在成为光波导的电流注入区产生左右非对称的剪切应力，则在光波导传播的激光的偏振面倾斜，成为椭圆偏振波，导致偏振比的降低。

于是如本变形例所涉及的半导体激光装置1A所示，通过设置脊形部200A，使光波导成为脊型，从而在将半导体激光装置1A进行结朝下(junction-down)安装时，在脊形部200A产生的剪切应力与在半导体激光装置的宽度方向的端部产生的剪切应力抵消，从而能够降低光波导中的剪切应力。据此，能够抑制在光波导传播的激光的偏振面倾斜，偏振比降低。

对此将利用图22进一步进行详细说明。图22示出了以结朝下的方式将本变形例所涉及的半导体激光装置1A安装到基座2时的样子。

基座2采用比半导体激光装置1A的热膨胀系数大的材料。例如，构成半导体激光装置1A的各半导体材料的热膨胀系数为，GaAs为5.35×10^-6、AlAs为3.4×10^-6、InAs为4.33×10^-6、GaN为5.59×10^-6、AlN为4.15×10^-6、InN为2.85×10^-6。因此，基座2采用以金属材料或陶瓷材料为主要构成的材料。作为基座2的主要构成材料能够采用Cu(热膨胀系数16.8×10^-6)、Ti(热膨胀系数8.4×10^-6)、Pt(热膨胀系数8.4×10^-6)、Au(热膨胀系数14.2×10^-6)、Ni(热膨胀系数13.4×10^-6)、SiC(热膨胀系数6.6×10^-6)。

在这种情况下，如图22所示，在将半导体激光装置1A以结朝下(face-down)安装到基座2时，由于半导体激光装置1A与基座2的热膨胀系数差，在半导体激光装置1A的活性层40被施加半导体激光装置1的宽度方向的端部上产生的剪切应力(σ1)和脊形部200A上产生剪切应力(σ2)。

在此，在基座2的平均热膨胀系数(例如在基座由多层材料构成的情况下，若将各材料的热膨胀系数设为L(i)、膜厚设为Ti(i)，则成为ΣL(i)T(i)/ΣL(i))比半导体激光装置1A的平均热膨胀系数大的情况下，在基座2以半导体激光装置1A向水平方向(图22的X方向)缩短的方式，半导体激光装置1A上产生应力。并且，在脊形部200A的两侧的槽中填入的金属的热膨胀系数比半导体激光装置1A的热膨胀系数大，因此，槽的宽度扩大，在半导体激光装置1A上产生应力。这样，如图22所示，在半导体激光装置1A的XY面内，产生相对于槽间的电流注入区的中央而反对称的剪切应力。

具体而言，在脊形部200A的侧方形成的槽与X方向的位置相同的活性层，在半导体激光装置1A的宽度方向的左端部产生的剪切应力(σ1L)以及在脊形部200A的左侧的槽产生剪切应力(σ2L)、与在半导体激光装置1A的宽度方向的右端部产生的剪切应力(σ1R)以及脊形部200A的右侧的槽产生的剪切应力(σ2R)，分别为相反的朝向，因此剪切应力相互抵消而变小。

并且，在光波导传播的光的光分布由于在水平方向上扩展到槽的区域，因此在光分布的端部，光分布所受到的剪切应力的影响由槽的剪切应力抵消而变小。

另外，如果相对于脊形部200A的宽度方向的中央，左右的剪切应力不是完全反对称，则因剪切应力而在半导体激光装置1A产生了双折射性的情况下，由于光分布与剪切应力的相关积分不成为0，因此偏振面倾斜。

这样，通过本变形例所涉及的半导体激光装置1A，在安装到基座2时，在半导体激光装置1A的宽度方向的端部产生的剪切应力，由脊形部侧方的槽产生的剪切应力抵消，因此能够减少剪切应力对光分布的影响。据此，在光波导传播的激光的偏振面倾斜，能够抑制偏振比降低。

为了减少脊型的半导体激光装置1A的宽度方向的端部产生的剪切应力给光波导中传播的激光的影响，若将P型包覆层60的Al组分设为0.8以上，则能够得到减少光分布向P型包覆层60的渗出的效果。若将Al组分设为0.9以上，则与GaAs衬底的晶格失配增大，从而因发生晶格缺陷会导致晶体性降低，因此Al组分可以是0.8以上0.9以下。

另外，形成在脊形部200A的侧方的槽的宽度希望是10μm以上。据此，能够降低脊形部200A的外部的剪切应力。具体而言，若使槽的宽度过宽，则安装时的加重集中到成为电流注入区的脊形部200A，因此希望槽的宽度为25μm±15μm。通过设定这种宽度的槽，从而能够有效地抑制因剪切应力而产生的偏振面的旋转。

并且，在本变形例中，半导体激光装置1A虽然是以结朝下的方式来安装到基座2的，不过并非受此所限。例如，半导体激光装置1A也可以通过结朝上(面朝上)的方式来安装到基座2等的支承基体。

另外，关于将上述实施方式中的半导体激光装置1安装到基座的情况，半导体激光装置1可以采用结朝下以及结朝上的任意的方法来安装。

(其他的变形例)

例如在上述实施方式中的半导体激光装置1中，虽然举例示出了采用AlGaInAs类的半导体材料的情况，不过并非受此所限，也可以采用其他的半导体材料。

具体而言，半导体激光装置也可以由AlGaInP类的半导体材料构成。在这种情况下，如图23所示，由AlGaInP类的半导体材料构成的半导体激光装置例如能够构成为，在n型GaAs衬底即衬底10上依次层叠N型缓冲层11、N型包覆层20、N型引导层30、活性层40、P型引导层50、P型包覆层60、中间层64、P型接触层70、绝缘膜100A以及P侧电极91。中间层64是第1中间层61、第2中间层62以及第3中间层63依次层叠的构成。

作为一个例子，N型缓冲层11为AlGaAs或GaAs(膜厚：0.5μm、Si杂质浓度：3×10¹⁷cm^-3)。N型包覆层20为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：3.6μm、Al组分：0.18、多个阶段的Si杂质浓度：2×10¹⁸cm^-3、6×10¹⁷cm^-3、1.4×10¹⁷cm^-3)，N型缓冲层11与N型包覆层20的界面区域为Al_xGa_1-xAs、膜厚为75nm、Al组分从0至0.31连续变化、杂质浓度为3×10¹⁷cm^―3。N型引导层30为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：85nm、Al组分：零、活性层40侧80nm：未掺杂、其余的部分的Si杂质浓度：1×10¹⁷cm^-3)、N型包覆层20与N型引导层30的界面区域在膜厚为20nm时，Al组分从0.18向0连续变化。

关于活性层40，N侧第2势垒层42b为AlGaAs(膜厚：6.5nm、Al组分：0.59、未掺杂)，N侧第1势垒层42a为AlGaAs(膜厚：3.5nm、Al组分：0.53、未掺杂)，阱层41为GaInAs(膜厚：8.5nm、In组分：0.12)，P侧第1势垒层43a为AlGaAs(膜厚：3.5nm、Al组分：0.53、未掺杂)，P侧第2势垒层43b为AlGaAs(膜厚：17.5nm、Al组分：0.59、未掺杂)。

P型引导层50为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：0.17μm、Al组分：零、活性层40侧50nm：未掺杂、其余的部分的C杂质浓度：5×10¹⁷cm^-3)，P型包覆层60为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：0.6μm、Al组分：0.69、多个阶段的C杂质浓度：5×10¹⁷cm^-3、1.2×10¹⁸cm^-3)，P型引导层50与P型包覆层60的界面区域在膜厚为50nm时，Al组分从0向0.69连续变化，C杂质浓度：5×10¹⁷cm^-3。

关于中间层64，第1中间层61为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：0.2μm、Al组分：0.30、C杂质浓度：1.2×10¹⁸cm^-3)，第2中间层62为(Al_XGa_1-X)0.5In0.5P(膜厚：0.038μm、Al组分：零、C杂质浓度：1.2×10¹⁸cm^-3)，第3中间层63为AlGaAs(膜厚：0.05μm、Al组分倾斜：从0.52向0连续变化、C杂质浓度：1.2×10¹⁸cm^-3)。

另外，P型接触层70为GaAs(膜厚：0.4μm、C杂质浓度：2×10¹⁸cm^-3)。

即使是具有这种构成的变形例所涉及的半导体激光装置，也能够实现与上述实施方式1相同的效果。例如，即使将阱层41增厚，也能够抑制温度特性的劣化和长期可靠性的降低，并能够抑制COD水平的提高效果受到妨碍。

进一步在图23所示的本变形例所涉及的半导体激光装置中能够得到以下的效果。

第1个效果是：本变形例所涉及的半导体激光装置由于是以带隙能量比AlGaAs类的半导体材料高的AlGaInP类的半导体材料构成，因此能够得到高的势垒。据此，能够得到一种能够抑制越过活性层40而泄漏到P型引导层50的载流子，从而既能够提高倾斜效率又能够以高温高输出工作来驱动的半导体激光装置。

第2个效果是：由于杂质(Zn)容易扩散，因此能够降低窗口形成时所需要的杂质浓度。据此，能够减少因杂质造成的自由载流子损耗，从而能够提高倾斜效率。

第3个效果是：由于能够使N型包覆层20、N型引导层30、P型引导层50以及P型包覆层60与GaAs衬底即衬底10晶格匹配，因此能够减少半导体激光装置(元件)的翘曲。于是，由于减少了翘曲，因此在结朝下安装时，即使在半导体激光装置产生非对称的应变，也能够使产生的非对称应变降低，从而，由氧化膜构成的电流阻挡层即绝缘膜100A的效果能够提高，也就是说，在半导体激光装置的端部产生的剪切应力由脊形状所产生的剪切应力抵消的效果提高。

第4个效果是：通过中间层64，能够抑制半导体激光装置的驱动电压上升。具体而言，能够通过中间层64中的第1中间层61以及第2中间层62，来使Al组分阶梯状地降低，因此在对AlGaInP与GaAs进行接合时产生的带隙能量差能够被最小化，从而能够抑制驱动电压的上升。而且，由于通过第3中间层63来设置AlGaAs的Al组分的倾斜层，从而能够使异质结界面的带隙能量平滑化，抑制驱动电压的上升。

并且在上述实施方式中的半导体激光装置1中，在构成半导体层叠体的多个半导体层形成缩颈结构，使半导体层叠体的侧面成为倾斜面，不过并非受此所限。

另外，将本领域技术人员所能够想到的各种变形执行于上述各实施方式而得到的形态、以及在不脱离本公开的主旨的范围内对上述各实施方式中的构成要素以及功能进行任意组合而实现的形态均包括在本公开内。

本公开的半导体激光装置例如作为高输出的光源，能够适用于显示器或投影仪等图像显示装置的光源、车载前照灯的光源、产业用照明或民用照明的光源、或者激光焊接装置、薄膜退火装置、激光加工装置等产业设备的光源等各种用途的光源。

符号说明

1、1A 半导体激光装置

1a 前端面

1b 后端面

2 基座(submount)

10 衬底

11 N型缓冲层

20 N型包覆层

30 N型引导层

40 活性层

41 阱层

42a N侧第1势垒层

42b N侧第2势垒层

43a P侧第1势垒层

43b P侧第2势垒层

44 N侧高Al组分层

45 P侧高Al组分层

50 P型引导层

60 P型包覆层

61 第1中间层

62 第2中间层

63 第3中间层

64 中间层

70 P型接触层

71 第1接触层

72 第2接触层

80 电流阻挡层

80a 开口部

91 P侧电极

91a 第1P电极层

91b 镀层

91c 第2P电极层

92 N侧电极

100、100A 绝缘膜

100a 开口部

111 第1端面涂层膜

112 第2端面涂层膜

120 窗口区

130 槽

200A 脊形部

Claims (23)

1.一种半导体激光装置，射出激光，

所述半导体激光装置具备：

衬底；

N型包覆层，被配置在所述衬底的上方；

活性层，被配置在所述N型包覆层的上方；以及

P型包覆层，被配置在所述活性层的上方，

所述活性层具有：

阱层；

P侧第1势垒层，被配置在所述阱层的上方；以及

P侧第2势垒层，被配置在所述P侧第1势垒层的上方，

所述P侧第2势垒层的Al组分比，比所述P侧第1势垒层的Al组分比高，

所述P侧第2势垒层的带隙能量，比所述P侧第1势垒层的带隙能量大，

所述半导体激光装置具有，射出所述激光的端面附近的所述阱层的带隙能量，比谐振器长度方向的中央部的所述阱层的带隙能量大的端面窗口结构。

2.如权利要求1所述的半导体激光装置，

所述P型包覆层的带隙能量，比所述N型包覆层的带隙能量大。

3.如权利要求1或2所述的半导体激光装置，

所述阱层的厚度为6nm以上。

4.如权利要求1至3的任一项所述的半导体激光装置，

所述阱层由Al_XGa_1-X-YIn_yAs的组分公式所表示的半导体材料构成，其中，0＜X＜1、0＜Y＜1。

5.如权利要求1至4的任一项所述的半导体激光装置，

所述P侧第2势垒层的带隙能量，随着远离所述阱层而逐渐增大。

6.如权利要求1至5的任一项所述的半导体激光装置，

所述P侧第1势垒层包括没有掺杂杂质的未掺杂区域，

所述未掺杂区域的膜厚为5nm以上。

7.如权利要求1至6的任一项所述的半导体激光装置，

在所述P侧第2势垒层的全部区域被掺杂了杂质，

所述P侧第1势垒层具有：位于离所述阱层近的一侧的区域的没有掺杂杂质的未掺杂区域，以及位于离所述阱层远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。

8.如权利要求1至7的任一项所述的半导体激光装置，

在所述P侧第2势垒层中掺杂的杂质的浓度，随着远离所述阱层而逐渐增大。

9.如权利要求1至8的任一项所述的半导体激光装置，

所述半导体激光装置具备位于所述阱层与所述P侧第1势垒层之间的P侧高Al组分层，该P侧高Al组分层比所述P侧第1势垒层的Al组分高。

10.如权利要求1至9的任一项所述的半导体激光装置，

所述半导体激光装置进一步具备位于所述P侧第2势垒层与所述P型包覆层之间的P型引导层。

11.如权利要求10所述的半导体激光装置，

关于所述P型引导层和所述P型包覆层的Al组分，至少所述P型引导层和所述P型包覆层的界面区域中的Al组分，随着远离所述阱层而逐渐增大。

12.如权利要求10或11所述的半导体激光装置，

在所述P型引导层中掺杂的杂质的浓度，随着远离所述阱层而逐渐增大。

13.如权利要求1至12的任一项所述的半导体激光装置，

所述活性层进一步具有被配置在所述阱层的下方的N侧第1势垒层、以及被配置在所述N侧第1势垒层的下方的N侧第2势垒层，

所述N侧第2势垒层的Al组分比，比所述N侧第1势垒层的Al组分比高，

所述N侧第2势垒层的带隙能量，比所述N侧第1势垒层的带隙能量大。

14.如权利要求13所述的半导体激光装置，

所述N侧第2势垒层的带隙能量，随着远离所述阱层而逐渐增大。

15.如权利要求13或14所述的半导体激光装置，

在所述N侧第2势垒层的全部区域被掺杂了杂质，

所述N侧第1势垒层具有：位于离所述阱层近的一侧的区域的没有掺杂杂质的未掺杂区域，以及位于离所述阱层远的一侧的区域的掺杂了杂质的掺杂区域。

16.如权利要求13至15的任一项所述的半导体激光装置，

所述P侧第2势垒层的带隙能量，比所述N侧第2势垒层的带隙能量大。

17.如权利要求13至16的任一项所述的半导体激光装置，

所述半导体激光装置具备位于所述阱层与所述N侧第1势垒层之间的N侧高Al组分层，该N侧高Al组分层比所述N侧第1势垒层的Al组分高。

18.如权利要求13至17的任一项所述的半导体激光装置，

所述半导体激光装置进一步具备位于所述N侧第2势垒层与所述N型包覆层之间的N型引导层。

19.如权利要求18所述的半导体激光装置，

关于所述N型引导层和所述N型包覆层的Al组分，至少所述N型引导层和所述N型包覆层的界面区域中的Al组分，随着远离所述阱层而逐渐增大。

20.如权利要求18或19所述的半导体激光装置，

在所述N型包覆层、所述N型引导层、所述N侧第2势垒层以及所述N侧第1势垒层中掺杂的杂质的浓度，随着远离所述阱层而逐渐增大或阶梯状地增大。

21.如权利要求10至12的任一项所述的半导体激光装置，

所述活性层具有被配置在所述阱层的下方的N侧第1势垒层、以及被配置在所述N侧第1势垒层的下方的N侧第2势垒层，

所述N侧第2势垒层的Al组分比，比所述N侧第1势垒层的Al组分比高，

所述N侧第2势垒层的带隙能量，比所述N侧第1势垒层的带隙能量大，

所述半导体激光装置具备位于所述N侧第2势垒层与所述N型包覆层之间的N型引导层，

所述P型引导层的带隙能量与所述N型引导层的带隙能量不同。

22.如权利要求5所述的半导体激光装置，

在所述阱层和所述N型包覆层之间，按照从所述阱层朝向所述N型包覆层的方向而具备N侧第1势垒层和N侧第2势垒层，

所述N侧第2势垒层的Al组分比，比所述N侧第1势垒层的Al组分比高，

所述N侧第2势垒层的带隙能量，比所述N侧第1势垒层的带隙能量大，

所述N侧第2势垒层的带隙能量，随着远离所述阱层而逐渐增大，

所述P侧第2势垒层的带隙能量的最大值，比所述N侧第2势垒层的带隙能量的最大值大。

23.一种半导体激光装置的制造方法，是射出激光的半导体激光装置的制造方法，

所述半导体激光装置的制造方法包括：

在衬底的上方配置N型包覆层的工序；

在所述N型包覆层的上方配置活性层的工序；以及

在所述活性层的上方配置P型包覆层的工序，

所述活性层具有：

阱层；

被配置在所述阱层的上方的P侧第1势垒层；以及

被配置在所述P侧第1势垒层的上方的P侧第2势垒层，

所述P侧第2势垒层的Al组分比，比所述P侧第1势垒层的Al组分比高，

所述P侧第2势垒层的带隙能量，比所述P侧第1势垒层的带隙能量大，

所述半导体激光装置具有，射出所述激光的端面附近的所述阱层的带隙能量，比谐振器长度方向的中央部的所述阱层的带隙能量大的端面窗口结构。

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