半导体激光装置、半导体激光模块及熔接用激光光源系统的制作方法

本申请涉及半导体激光装置、具备半导体激光装置的半导体激光模块、以及具备半导体激光装置的熔接用激光光源系统。

背景技术：

半导体激光装置用于熔接用光源、投影仪光源、显示器用光源、照明用光源、或者其他电子装置以及信息处理装置等的光源。

以往作为这种半导体激光装置，已知的是在专利文献1公开的构成。下面针对专利文献1公开的以往的半导体激光装置，利用图22a及图22b来说明。图22a是专利文献1公开的以往的半导体激光装置10的截面图，图22b是以往的半导体激光装置10的各个层的禁带宽度的分布图。

如图22a所示，以往半导体激光装置10具有：基板19、设置在基板19的上方的下部覆盖层15、设置在下部覆盖层15的上方的光导层14、设置在光导层14的上部的阻挡层13(n型阻挡层)、设置在阻挡层13的上部的活性层11、在活性层11的上方设置的上部覆盖层12、在上部覆盖层12的上方设置的第一接触层17、具有条纹状的开口部且在第一接触层17的上部设置的电流阻挡层16、以及覆盖电流阻挡层16的开口部且在电流阻挡层16的上部设置的第二接触层18。

如图22b所示，将与活性层11邻接设置的阻挡层13的禁带宽度，设为比活性层11、光导层14以及下部覆盖层15的禁带宽度大。此外，下部覆盖层15的折射率设为比上部覆盖层12的折射率大。

通过这样的构成，基于高驱动电流注入引起的活性层11的升温伴随的载流子溢出的电子，通过阻挡层13高效地注入到活性层11。此外，在光导层14扩展的光成为波导模式，在射出端面的光强度减少，所以能够抑制射出端面的cod(catastrophicopticaldamage：光学灾变损伤)的产生。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：国际公开第2010/050071号

此外，对低电压驱动且高输出的半导体激光装置有需求。但是如所述以往的半导体激光装置10，仅仅控制阻挡层13的禁带宽度(带隙)，则难以实现既抑制cod的产生，又能进行高输出且低电压驱动的半导体激光装置。

技术实现要素：

本申请的目的在于，提供一种既抑制cod的产生并且能够进行高输出且低电压驱动的半导体激光装置、半导体激光模块以及熔接用激光光源系统。

为了达到所述目的，本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，具备层叠结构体，该层叠结构体以第一导电侧半导体层、活性层、第二导电侧半导体层的顺序层叠而成，所述半导体激光装置进行横模多模振荡，所述层叠结构体具备：前端面，激光的射出端面；后端面，与所述前端面相反侧的面；以及光波导路，将所述前端面与所述后端面用作谐振器反射镜，所述第二导电侧半导体层，从所述活性层近的一侧，依次具有第一半导体层和第二半导体层，针对所述光波导路的电流注入区域的宽度，由所述第二半导体层规定，所述电流注入区域的谐振器长度方向的端部，比所述前端面以及所述后端面位于内侧，所述电流注入区域，具有宽度发生变化的宽度变化区域，将所述宽度变化区域的所述前端面侧的宽度设为s1，所述宽度变化区域的所述后端面侧的宽度设为s2时，s1＞s2。

这样通过进行横模多模振荡，从而实现单模振荡的半导体激光装置不可能实现的高输出来进行激光振荡，并且提高注入载流子的使用效率，并且实现低电压驱动。而且在进行横模多模振荡的半导体激光装置中，仅在固定宽度的直线区域进行光波导路的长度方向(谐振器长度方向)的电流注入的情况下，在光波导路内的谐振器长度方向，尤其在前端面(光射出端面)附近区域成为高光密度，产生前端面cod，但是本申请中，在电流注入区域存在s1＞s2的宽度变化区域，随着接近前端面，使光强度在横方向上扩散均匀化，并且使端面光密度减少，能够抑制在前端面产生cod。因此，能够实现既能抑制cod的产生，能够以高输出且低电压驱动的半导体激光装置。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一半导体层的所述电流注入区域的膜厚，与所述第二半导体层的下方区域的膜厚相同。

通过该构成，激光结构为内条纹型结构，所以可以仅在第二半导体层进行电流狭窄。从而在第二半导体层层叠的其他半导体层中，能够使电流注入区域设为比第二半导体层的电流注入区域(例如开口部)充分宽，能够抑制电流狭窄。此外，能够用薄的第二半导体层来规定的电流注入阻止区域进行的电流狭窄来抑制串联电阻的增加，所以能够实现山脊型宽条纹激光不能实现的低电压驱动。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，将连接所述宽度变化区域的所述前端面侧的宽度的一端与所述宽度变化区域的所述后端面侧的宽度的一端的直线、和所述谐振器长度方向构成的角度设为θ时，0°＜θ≤0.5°。

在谐振器长度l为3mm以上的超长谐振器宽条纹形状时，光波导路的长度方向的光强度分布形状，由前端面的反射率与后端面的反射率来决定，随着从前端面向后端面，以指数函数形状产生强度分布的减少。换言之，注入到光波导路内的活性层的载流子，按照光强度分布，以指数函数的方式被消耗。传播光波导路的光，在由第二半导体层规定的电流注入区域的宽度变化区域中的，向将前端面侧的宽度的一端与后端面侧的宽度的一端用直线连接的前端面侧扩展的区域，作为主要光波导区域来传播。在光波导路的长度方向的光强度分布，以指数函数的方式从前端面侧向后端面侧衰减，所以优选的是向活性层注入的载流子，从前端面侧向后端面侧，以指数函数的方式注入。在谐振器长度l为3mm以上的超长谐振器长度的情况下，前端面附近的宽度比指数函数形状宽，但是沿着光波导路的长度方向，越是到后端面侧，渐渐地大致接近于将第二半导体层的前端面侧的宽度的一端与后端面侧的宽度的一端连接的直线状，所以能够以符合光波导路内的活性层的长度方向的光强度分布的方式，进行载流子的分配注入。因此，通过所述角度(锥形角)θ，仅进行简易的角度定义，就能够按照光波导路内的长度方向的光强度分布，进行注入载流子的分配。

而且，通过该锥形角θ满足0°＜θ≤0.5°，能够抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，并且能够最大限度地提高注入载流子的使用效率，以及实现低电压驱动以及高输出，并且能够实现低阈电流以及高斜率效率的低电流驱动动作。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述宽度变化区域是从所述前端面侧的宽度的两端分别与所述后端面侧的宽度的两端，用直线连接而成的锥形状。

通过该构成，锥形状的宽度变化区域的锥形损失，能够用锥形角进行角度控制，从而通过锥形损失控制的高精度控制，能够容易进行超低损失的光波导路设计。

在这里，通常将光波导路设为锥形状时，光波导路损失加上锥形损失所以光波导路损失会增加。但是锥形损失可以通过锥形角来控制该损失量，但是锥形角的角度控制要求0.1°级别的精度。另一方面，在谐振器长度l较长，长度l为3mm以上的情况下，设为将宽度变化区域的前端面侧的宽度的一端与宽度变化区域的后端面侧的宽度的一端，用直线连接的锥形状，能够提高锥形角的角度控制的精度。例如容易以0.01°的精度，进行锥形角的角度控制。从而，容易进行基于锥形损失控制的高精度控制的超低损失的光波导路设计。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第二半导体层，具有与所述电流注入区域对应的开口部。

从而，能够使电流狭窄结构，作为在第一半导体层的上部独立地发挥作用的内条纹型增益引导激光来构成。从而，激光的横方向的光封闭效果，根据被注入的电流值引起的发热而变弱，由第二半导体层规定的电流注入区域的形状而决定的横方向的光封闭的自我调整(self-alignment)，来决定横模的高阶阶数，所以能够在光波导路内存在的横模高阶模式数，没有剩余或不足地利用。其结果，能够高效地利用被注入的载流子。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述活性层是单一量子阱层结构。

通过该构成，能够将活性层体积变小。由此通过宽度变化区域的前端面侧的宽度s1比后端面侧的宽度s2扩展，光波导路内的前端面侧的光密度减少，能够抑制活性层体积变小而导致的增益的不均匀性。其结果，能够减少半导体激光装置的动作时的阈值电流，所以能够进一步减少驱动电流。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一导电侧半导体层，具有第一光导层，从所述半导体激光装置射出的激光，在所述第一光导层具有最大光强度。

这样，光波导路内的层叠方向上的光分布中，最大光强度不在活性层，而是在第一导电侧半导体层内的第一光导层，从而能够将第一光导层设为主要的光波导层。从而，光波导路内的层叠方向上的光分布，能够设成偏重于第一导电侧半导体层，所以使活性层以及第二导电侧半导体层的光吸收损失的影响减少。其结果，能够使光波导路损失为超低损失化，所以能够进一步减少阈值电流。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第二导电侧半导体层，在所述活性层与所述第一半导体层之间具有第二光导层，所述第一半导体层是第二导电侧的覆盖层，所述第二半导体层是电流阻挡层。

这样，在使光波导路内的层叠方向上的光分布的最大光强度在第一光导层，从而将第一光导层作为主要的光波导层的低损失激光结构中，作为第二导电侧的光导层而导入第二光导层，从而将偏重于第一光导层的层叠方向的光分布中的第二导电侧半导体层上的端部提升。从而，能够进行延伸到第一导电侧半导体层侧的另一方的光分布的端部、和杂质的光吸收导致的吸收损失之间的微调整，从而能够实现超低损失以及超低阈值化。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第二光导层，在所述活性层侧具有不掺杂光导层。

如上所述，在使光波导路内的层叠方向上的光分布的最大光强度在第一光导层，使第一光导层作为主要的光波导层的低损失激光结构上，导入第二光导层，从而将偏重于第一光导层的层叠方向的光分布中的第二导电侧半导体层上的端部提升，但是在第二光导层具有用于载流子注入而掺杂杂质的层。因此，由于掺杂杂质，产生光吸收损失。对于此，如本申请，在第二光导层内插入不掺杂光导层，从而降低杂质的掺杂导致的光吸收损失。从而，能够实现进一步降低了光吸收量的超低损失化，并且超低阈值化。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一导电侧半导体层，具有第一导电侧的覆盖层，所述第一导电侧的覆盖层以及所述第二导电侧的覆盖层的成分是，alxga1-xas，其中0＜x＜1。

通过该构成，能够实现具有algaas类的覆盖层的半导体激光装置。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一导电侧的覆盖层以及所述第二导电侧的覆盖层的至少一方，由al成分不同的两层以上的层叠膜构成，在所述两层以上的层叠膜中，在离所述活性层远的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

如上所述，在使光波导路内的层叠方向上的光分布的最大光强度在第一光导层，使第一光导层作为主要的光波导层的低损失激光结构上，导入第二光导层，从而将偏重于第一光导层的层叠方向的光分布中的第二导电侧半导体层上的端部提升，但是将第一导电侧的覆盖层以及第二导电侧的覆盖层的成分设为alxga1-xas(0＜x＜1)，并且，将第一导电侧的覆盖层以及第二导电侧的覆盖层的至少一方，设为al成分不同的两层以上的层叠膜，从而能够自由地微调整光波导路内的层叠方向上的光分布，能够进一步进行超低损失化。进而，在该两层以上的层叠膜，离活性层远的一侧设置al浓度低的成分的膜，从而能够使对层叠方向的光分布影响少的层的带隙能变小。从而使半导体激光装置的动作时的串联电阻尽可能变小，所以温度特性良好，能够进行低功耗动作。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一光导层的成分是alxga1-xas，其中0＜x＜1。

通过该构成，能够实现具有algaas类的第一光导层的半导体激光装置。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一光导层，由al成分不同的两层以上的层叠膜构成，所述第一光导层中的所述两层以上的层叠膜中，在离所述活性层近的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

如上所述，在光波导路内的层叠方向的光分布，在第一光导层具有最大光强度，从而能够直接地调整光分布的大部分存在的第一光导层中的光分布形状。而且，将第一光导层设为al成分不同的两层以上的层叠膜，从而能够以高精度且直接地调整光分布形状，能够进一步实现超低损失化以及低阈值化，所以进一步以低电流驱动。进而，在该两层以上的层叠膜上，在离活性层远的一侧设置al浓度低的成分的膜，从而能够使对层叠方向的光分布影响少的层的带隙能变小。从而，使半导体激光装置的动作时的串联电阻尽可能变小，所以温度特性良好，能够进行低功耗动作。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述活性层的成分是alxinyga1-x-yas，其中0≤x＜1，0≤y＜1。

通过该构成，能够实现具有alingaas类的活性层的半导体激光装置。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述第一导电侧的覆盖层、所述第二导电侧的覆盖层以及所述活性层的成分是alxga1-x-yinyn，其中0≤x≤1，0≤y≤1。

通过该构成，能够实现具有algainn类的覆盖层以及活性层的半导体激光装置。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述半导体激光装置，具备多个所述层叠结构体，多个层叠结构体，通过隧道结来层叠。

从而，能够进行高输出且低电压驱动的激光结构被层叠，所以能够以一个发射体的注入电流的量，就能使多个发射体同时进行激光振荡动作。因此，能够实现增加斜率效率并且使层叠的发射体同时发光的半导体激光装置，能够用低功耗电流，取出超大输出的激光。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述宽度变化区域的所述前端面侧的宽度是，所述电流注入区域的所述前端面侧的宽度，所述宽度变化区域的所述后端面侧的宽度是，所述电流注入区域的所述后端面侧的宽度。

从而，能够将电流注入区域的整体，设为宽度变化区域。

此外可以是，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述电流注入区域，进一步具有宽度为固定的宽度固定区域。

从而，能够实现具有包含宽度变化区域和宽度固定区域的电流注入区域的半导体激光装置。

在这个情况下，在本申请涉及的半导体激光装置的一个方案中，所述宽度固定区域，位于所述宽度变化区域的所述前端面侧。

从而，能够实现具有在前端面侧形成宽度变化区域，在后端面侧形成宽度固定区域的电流注入区域的半导体激光装置。

此外，本申请涉及的半导体激光模块的一个方案，具备所述任一个半导体激光装置。

从而，能够实现具备能够以高输出且低电压驱动的半导体激光装置的半导体激光模块。

此外，本申请涉及的熔接用激光光源系统的一个方案，具备所述任一个半导体激光装置。

从而，能够构筑具备能够以高输出且低电压驱动的半导体激光装置的熔接用激光光源系统。

通过本申请，能够实现既抑制cod的产生又能够高输出且低电压驱动的半导体激光装置、半导体激光模块以及熔接用激光光源系统等。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的半导体激光装置的截面图。

图2是在实施方式1涉及的半导体激光装置，将p侧的第二半导体层(电流阻挡层)用水平方向切断时的截面图。

图3是示意性示出实施方式1涉及的半导体激光装置1的活性层300的周围结构的图。

图4a是示出比较例的半导体激光装置中的光波导路的长度方向的光强度分布的端面反射率依存性的图。

图4b是示出在比较例的半导体激光装置中，使前端面的反射率变化时的前端面与后端面的电场强度比的图。

图5是实施方式1涉及的半导体激光装置中的每一发射体以10w动作时的近场图样的开口宽度s1、s2的依存性的图。

图6是示出在实施方式1涉及的半导体激光装置中，光波导路的前端面与中央部与后端面中，活性层内的宽度方向的载流子浓度的分布、与第二半导体层的开口部的开口宽度s2以及前端面的反射率r1之间的关系的图。

图7是示出实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置的构成的平面图。

图8a是示出实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置(s1＝s2＝105μm)的电流-光输出特性的图。

图8b是示出实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置(s1＝105μm，s2＝50μm)的电流-光输出特性的图。

图8c是示出实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置(s1＝105μm，s2＝25μm)的电流-光输出特性的图。

图9是示出在实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置中，第二半导体层的开口部的锥形角θ与阈值电流密度或者斜率效率之间的关系的图。

图10是示出在实施方式1的半导体激光装置中，开口宽度s1、s2、谐振器长度l以及锥形角θ的组合的图。

图11是示出实施方式1涉及的半导体激光装置中的纵方向的光封闭结构中的光分布与掺杂物浓度分布的轮廓的图。

图12是实施方式1的变形例涉及的半导体激光装置的截面图。

图13是图12示出的半导体激光装置的光波导路内的层叠方向的折射率分布与光分布的图。

图14是实施方式2涉及的半导体激光装置的平面图。

图15是实施方式2的变形例1涉及的半导体激光装置的平面图。

图16是实施方式2的变形例2涉及的半导体激光装置的平面图。

图17是实施方式3涉及的半导体激光装置的截面图。

图18是示意性示出实施方式3涉及的半导体激光装置，施加正向偏压时被注入的载流子(电子及空穴)的动作的图。

图19是实施方式3的变形例涉及的半导体激光装置的构成的平面图。

图20a是实施方式4涉及的半导体激光模块的平面图。

图20b是实施方式4涉及的半导体激光模块的侧面图。

图21是示出实施方式5涉及的熔接用激光光源系统的构成的图。

图22a是以往的半导体激光装置的截面图。

图22b是以往的半导体激光装置的各层的禁带宽度的分布图。

图23a是示出在通常的半导体激光装置中，由于高输出而导致热饱和的情况的图。

图23b是示出在通常的半导体激光装置中，针对谐振器长度l的变化的电流-光输出特性的图。

图24a是示出光波导路的长度方向中的光强度的前端面反射率依存性的示意图。

图24b是示出光波导路的长度方向中的载流子浓度的前端面反射率依存性的示意图。

图25a是示出光波导路的水平方向中的光强度的分布形状的光横模数依存性的示意图。

图25b是示出光波导路的水平方向中的载流子浓度的分布形状的光横模数依存性的示意图。

图26是示出通常的端面射出型的半导体激光装置中的纵方向的光封闭结构中的光分布与掺杂物浓度分布的轮廓的示意图。

具体实施方式

(获得本申请的一个方案的经过)

对低电压驱动且更高输出的半导体激光装置有需求，但是在每一发射体具有10w以上的高输出的半导体激光装置中，投入电流(注入电流)非常大。例如，在投入电流为每一发射体超过10a的很大的多发射体激光中，全部投入电流成为10a×发射体数(n)，如果n＝20，全部投入电流成为200a。为了实现低电压驱动且高输出的半导体激光装置，可以提高电力转换效率，但为了实现高电力转换效率，重要的是积累对各个电特性以及光学特性的改善。其中尤其需要考虑的是，上升电压(阈值电压)的减少、内部电阻的减少、注入载流子的使用效率的提高带来的低阈值化以及斜率效率的提高、以及提高热饱和度。

如图22a所示的以往的半导体激光装置10中，针对高输出的半导体激光装置，通过高禁带宽度的阻挡层能够减少空穴的溢出，但是针对传导带中的电子，向活性层注入载流子受到阻挡层13的高能量势垒，驱动需要高开通电压。因此，由于高上升电压和串联电阻，驱动电压变高，发出的热变大。

在这样的构成中，以更高的输出为目标，将投入电流在每一发射体上升为10a以上，处于高注入状态，则因为高上升电压而被加速的活性层附近的载流子，会进行如下动作。即，关于有效质量大的空穴，被阻挡在价带形成的具有高al成分的阻挡层13(al成分60％)，高效率地注入到活性层的价带。然而，关于有效质量小的电子，由于高上升电压而被加速，通过活性层的传导带，朝向上部覆盖层12的电子的溢出比率增加，作为无效电流来消耗，最终成为热，从而装置整体会发热。因此，在光输出的电流依存性中，失去线性，热饱和度降低，电子溢出进一步加速，无效电流增加，并且发热的负的反馈，从而温度特性加速度地显著降低。陷入了这样地驱动状态的半导体激光装置，随着无效电流的增加，活性层部分的结温上升，缓慢劣化速度加速。缓慢劣化时间的结温依存性的关系，公知的是，随着结温上升而一同降低，是反比例的关系。因此，可以知道以高结温的状态，又兼顾长期信赖性是很困难的。

此外，针对电流注入区域，基片面积明显大的情况下，在电流注入区域产生的热，扩散到基片整体进行散热，但是活性层的结温很高，对活性层的高负载没有变化，光输出的电流依存性虽然有些改善，但是失去线性，以热饱和状态(换言之无效电流多的状态)进行激光驱动，结果上在实现长期信赖性上，依然存在困难。

这样，基于高注入电流的超高输出的半导体激光装置中，上升电压(阈值电压)的减少、内部电阻的减少、注入载流子的使用效率的提高带来的低阈值化以及斜率效率的提高、以及热饱和度的提高，这其中牺牲哪一个，都难以实现长期信赖性。

此外，为了实现高输出的半导体激光装置，需要从激光的射出端面即前端面，取出大输出的光，而在这个情况下，需要抑制cod的产生，cod是通过射出的光，前端面附近被熔融破坏。

为了抑制cod的产生，可以降低前端面的光密度。在这个情况下有效果的是，例如在前端面利用光反射率成为10％以下的低反射率的电介质膜进行涂层，在后端面利用光反射率成为95％左右的高反射率的电介质膜进行涂层。通过这样的构成，从前端面取出的激光的取出效率提高，电流-光输出特性(i-l特性)中的斜率效率提高，动作电流值减少，能够使半导体激光装置的发热量减少。此外，在前端面涂层低反射率的电介质膜，从而在前端面使光密度下降，所以能够大幅度降低光输出值，抑制cod的产生。换言之，能够抑制cod的产生。然而，既抑制cod的产生，又能实现高输出且低电压驱动的半导体体激光装置比较难。

此外，在使用了algaas类的材料的半导体激光装置中，通常要求数百mw以上的光输出的高输出的半导体激光装置中，为了保证长期稳定动作的信赖性，广泛使用端面窗结构。在端面窗结构中，在前端面附近以及后端面附近的量子阱结构的活性层进行杂质扩散，使带隙能增大，针对在光波导路内传播的光进行透明化。因此，能够减少在前端面附近以及后端面附近的光吸收导致的发热而使带隙能缩小。进而，使用将直条纹宽度从50μm拓宽为100μm左右的宽条纹激光结构，从而使在光波导路的横方向上的光分布大幅度扩大，从而使前端面的端面光密度减少，既能抑制cod的产生又能取出高输出的光。在这个情况下，通常为了取出高输出的光，如图23a所示为了使激光振荡动作为高输出，不引起热饱和，如图23b一样使谐振器长度l伸长，牺牲阈值电流的增加与斜率效率的降低以此来减少镜损失，通过降低动作载流子密度，进行激光振荡动作，从而取出高输出的光。

然而，经过本发明人研究的结果，即使是具有实施以上方法的激光结构的半导体激光装置，在实现每一发射体10w以上的高输出的情况下，显然存在新的课题。

具体而言，在电流直条纹宽度针对谐振器长度方向为固定的直条纹结构的半导体激光装置的情况下，随着前端面的反射率变小，光波导路的长度方向上的光分布的强度差变大。关于此，利用图24a及图24b来说明。图24a是示出光波导路的长度方向中的光强度的前端面反射率依存性的图，图24b是示出光波导路的长度方向中的载流子浓度的前端面反射率依存性的图。

如图24a所示，若前端面的反射率降低，在光波导路内的光分布中，前端面侧的光强度比后端面显著增大，针对光波导路的长度方向(谐振器长度方向)，光强度以偏离的形状分布。因此，在光波导路内的活性层区域的长度方向上均匀地注入的载流子的受激发射中的载流子消耗，在前端面侧多，后端面侧少，所以载流子的消耗在长度方向上产生不均匀。其结果，如图24b所示，载流子浓度，针对光波导路的长度方向以偏离的形状分布。

在此，关于电流注入，由于电流注入区域的层叠方向上的串联电阻而影响流动，在直条纹结构的半导体激光装置的情况下，投入电流能够均匀地注入到电流注入区域。

因此，在光波导路的长度方向上，随着所述不均匀的载流子消耗，产生载流子偏倾，产生纵方向(光波导路的长度方向)的空间烧孔(spatialholeburning)。其结果，谐振器长度方向的增益产生不均匀性，不能以高输出取出光。

此外，在直条纹结构上的半导体激光装置中，在光波导路的横方向上产生新的课题。关于此，利用图25a以及图25b来说明。图25a是示出光波导路的水平方向中的光强度的分布形状的光横模数依存性的示意图，图25b是示出光波导路的水平方向中的载流子浓度的分布形状的光横模数依存性的示意图。

如图25a所示，随着光横模(水平光横模)从0阶模式开始逐渐增加阶数，光波导路内的横方向的光分布，成为多个凸形状互相重叠的形状。换言之，由于多模式化，重叠程度增加。此外，如图25b所示，随着光横模式从0阶模式增加阶数，随着图25a的光波导路内的光分布的变化，注入到光波导路内的活性层的载流子浓度的分布，光波导路内的中央部的凹部变小，成为平坦化，消除了不均匀性，进而光横模成为多模化时，中央部的载流子消耗被均匀化，但是光波导路的横方向的端部，光分布变弱，所以存在很多没有消耗的载流子，其结果，在光波导路的横方向的端部，存在陡峭的凸形状。换言之，在光波导路内的光横模式成为多模化时，产生横方向的光分布的不均匀性，产生横方向(光波导路的宽度方向)上的空间烧孔。因此，除了注入载流子的使用效率降低之外，横方向的空间烧孔引起的折射率变化，导致射出光束的对称性不良，光强度分布偏向一部分。

这样，在直条纹结构的高输出的半导体激光装置中，为了高输出化以及高斜率效率化，将前端面反射率降低地过多，从而前端面与后端面的反射率差变大，光波导路内部的载流子的不均匀性增大、产生光强度的不均匀性。其结果，反而导致光输出以及斜率效率的降低，从而难以实现射出光束的对称性良好、高品质以及高信赖性、高电力转换效率且高输出的半导体激光装置。

此外，在每一发射体，数十瓦的超高输出的半导体激光装置中，动作电流值非常大，动作时的自身发热也非常大。为了减少半导体激光装置的发热，通过使动作电流以及动作电压减少，来极力减少功耗。

此外，图26是示出通常的端面射出型的半导体激光装置中的纵方向的光封闭结构中的光分布与掺杂物浓度分布的轮廓的图。这样的结构中的光损失α的值是2cm^-1左右。另外，光损失α由光损失α＝镜损失αm+光波导路损失αi+自由载流子损失αfree来表示。

然而，如上所述，在每一发射体，数十瓦的超高输出的半导体激光装置中，动作电流值非常大，光损失变得过大，所以半导体激光装置的发热变得非常大。

本申请是根据以上的知识见解所作出的，着眼于光波导路内的长度方向的光强度分布与注入到活性层的载流子浓度的分布，从而实现既能抑制cod的产生，又能以高电力转换效率进行数十瓦的高输出且低电压驱动的半导体激光装置。

进而，通过抑制空间烧孔，提高注入载流子的使用效率，从而实现低电压驱动以及高输出，并且实现能够进行低阈值电流以及高斜率效率的低电流驱动动作的半导体激光装置。

下面说明本申请的实施方式。以下说明的实施方式均表示本申请的优选的一个具体例子。所以以下的实施方式示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式等都是一个例子，主旨不是限制本申请。因此，在以下实施方式的构成要素中，表示本申请的最上位概念的方案中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。

此外，各图是示意图，并非是严谨的图示。因此，例如在各图中缩尺等也并非一致。此外，在各图中，对实质上相同的构成赋予相同的符号，省略或简化重复说明。

(实施方式1)

首先，利用图1来说明实施方式1涉及的半导体激光装置1的构成。图1是实施方式1涉及的半导体激光装置1的截面图。

如图1所示，在实施方式1中的半导体激光装置1是具备以第一导电侧半导体层100、活性层300、第二导电侧半导体层200的顺序层叠而成的层叠结构体的端面射出型的激光元件，通过进行横模多模振荡，从而射出激光。

具体而言，半导体激光装置1具备：基板101、在基板101的上表面形成的缓冲层102，在缓冲层102上形成的第一导电侧半导体层100、在第一导电侧半导体层100上形成的活性层300、在活性层300上形成的第二导电侧半导体层200、在基板101的下表面形成的第一电极103、在第二导电侧半导体层200上形成的第二电极104。另外，在本实施方式，第一导电型是n型。此外，第二导电型是与第一导电型不同的导电型，是p型。

在本实施方式，基板101是n-gaas基板。缓冲层102，例如是膜厚0.5μm的n-gaas层，在基板101层叠。

第一导电侧半导体层100，例如是n侧半导体层，由多个半导体层构成。具体而言，第一导电侧半导体层100，具有n侧的第一半导体层110、以及n侧的第二半导体层120。

n侧的第一半导体层110，在缓冲层102上形成。在本实施方式，n侧的第一半导体层110是总膜厚3.395μm的n侧覆盖层(第一导电侧的覆盖层)，该成分为，alxga1-xas(0＜x＜1)。

n侧的第一半导体层110，由al成分不同的两层以上的层叠膜来构成。具体而言，n侧的第一半导体层110，是以n-al0.15ga0.85as构成的n型的第一覆盖层111(膜厚0.05μm)、n-al0.335ga0.665as构成的n型的第二覆盖层112(膜厚2.85μm)、n-al0.335ga0.665as构成的n型的第三覆盖层113(膜厚0.465μm)的顺序层叠而成的层叠膜。在n侧的第一半导体层110中的层叠膜中，在离活性层300远的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

此外，n侧的第二半导体层120，形成在n侧的第一半导体层110上。n侧的第二半导体层120，形成在n侧的第一半导体层110与活性层300之间。在本实施方式，n侧的第二半导体层120是n侧光导层即第一光导层(总膜厚0.605μm)，其成分是alxga1-xas(0＜x＜1)。

n侧的第二半导体层120(第一光导层)，由al成分不同的两层以上的层叠膜构成。具体而言，n侧的第二半导体层120是以n-al0.27ga0.73as构成的n型的第一光波导路层121(膜厚0.56μm)、n-al0.27ga0.73as构成的n型的第二光波导路层122(膜厚0.040μm)、n-al0.25ga0.75as构成的n型的第三光波导路层123(膜厚0.005μm)的顺序层叠而成的层叠膜。在n侧的第二半导体层120中的层叠膜中，在离活性层300近的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

在活性层300上的第二导电侧半导体层200例如是p侧半导体层，由多个半导体层构成。具体而言，第二导电侧半导体层200，从与活性层300近的一侧，依次具有p侧的第一半导体层210与p侧的第二半导体层220。更具体而言，第二导电侧半导体层200具有p侧的第一半导体层210、p侧的第二半导体层220、p侧的第三半导体层230、p侧的第四半导体层240、以及p侧的第五半导体层250。

p侧的第一半导体层210，形成在p侧的第三半导体层230上。p侧的第一半导体层210，形成在p侧的第三半导体层230与p侧的第四半导体层240之间。在本实施方式，p侧的第一半导体层210是，总膜厚0.75μm的p侧覆盖层(第二导电侧的覆盖层)，其成分是alxga1-xas(0＜x＜1)。

p侧的第一半导体层210，由al成分不同的两层以上的层叠膜构成。具体而言，p侧的第一半导体层210是以p-al0.65ga0.35as构成的p型的第一覆盖层211(膜厚0.05μm)、p-al0.65ga0.35as构成的p型的第二覆盖层212(膜厚0.65μm)、p-al0.15ga0.85as构成的p型的第三覆盖层213(膜厚0.05μm)的顺序层叠而成的层叠膜。在p侧的第一半导体层210中的层叠膜中，在离活性层300远的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

p侧的第二半导体层220，形成在p侧的第四半导体层240上。p侧的第二半导体层220，形成在p侧的第四半导体层240与p侧的第五半导体层250之间。在本实施方式中，p侧的第二半导体层220是，由膜厚0.45μm的n-gaas构成的n型的电流阻挡层(第二导电侧的电流阻挡层)。第二半导体层220，具有与电流注入区域对应的开口部221。第二半导体层220的开口部221，例如是，在半导体激光装置1的谐振器长度方向(谐振器的长度方向)延伸的条纹状。

p侧的第三半导体层230，形成在活性层300上。p侧的第三半导体层230(第二光导层)，形成在活性层300与p侧的第一半导体层210之间。在本实施方式，p侧的第三半导体层230是p侧光导层即第二光导层，其成分是alxga1-xas(0＜x＜1)。

p侧的第三半导体层230(第二光导层)由al成分不同的两层以上的层叠膜构成。具体而言，p侧的第三半导体层230是以un-al0.3ga0.7as构成的第一光波导路层231(膜厚0.03μm)、p-al0.4ga0.6as构成的p型的第二光波导路层232(膜厚0.131μm)的顺序层叠而成的层叠膜。在p侧的第三半导体层230中的层叠膜中，在离活性层300近的一侧，设置al浓度低的成分的膜。

在p侧的第三半导体层230中，第一光波导路层231是，有意地没有掺杂杂质的不掺杂光导层。这样，p侧的第三半导体层230(第二光导层)，在活性层300侧具有不掺杂光导层(第一光波导路层231)。

p侧的第四半导体层240，形成在p侧的第一半导体层210上。在本实施方式，p侧的第四半导体层240是由p-gaas构成的p型的第一接触层(膜厚0.4μm)。

p侧的第五半导体层250，以填埋p侧的第二半导体层220的开口部221的方式，形成在p侧的第二半导体层220上以及p侧的第四半导体层240上。在本实施方式，p侧的第五半导体层250是由p-gaas构成的p型的第二接触层(膜厚1.75μm)。

活性层300形成在第一导电侧半导体层100上。具体而言，活性层300，形成在第一导电侧半导体层100与第二导电侧半导体层200之间。在本实施方式，活性层300是单一量子阱结构。此外，活性层300的成分是alxinyga1-x-yas(0≤x＜1，0≤y＜1)。在本实施方式，活性层300是inxga1-xas(0≤x≤1)。在这个情况下，发光波长，在0＜x＜1的情况下是830nm～1000nm，在x＝0(gaas)的情况下是780nm～860nm。

具体而言，活性层300是以un-al0.25ga0.75as构成的第一阻挡层310(膜厚0.005μm)、un-in0.17ga0.83as构成的阱层320(膜厚0.008μm)、un-al0.25ga0.75as构成的第二阻挡层330(膜厚0.01μm)的顺序层叠而成的层叠膜。第一阻挡层310、阱层320以及第二阻挡层330，均为有意地不掺入杂质的不掺杂层。

此外，第一电极103是n侧电极，第二电极104是p侧电极。通过第一电极103以及第二电极104，向层叠结构体提供电流。

在此，半导体激光装置1的谐振器长度方向的结构以及p侧的第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的形状，利用图2来说明。图2是在实施方式1涉及的半导体激光装置1中将p侧的第二半导体层220(电流阻挡层)用水平方向切断时的截面图。

如图2所示，构成半导体激光装置1的层叠结构体具有：激光的射出端面即前端面1a、以及与前端面1a相反侧的面即后端面1b。

此外，构成半导体激光装置1的层叠结构体，具备将前端面1a与后端面1b用作谐振器反射镜的光波导路。针对光波导路的电流注入区域的宽度，由第二半导体层220(电流阻挡层)规定。具体而言，电流注入区域，与第二半导体层220的开口部221对应，在本实施方式，电流注入区域的宽度，由第二半导体层220的开口部221的开口宽度来规定。

第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221，具有开口宽度发生变化的开口宽度变化区域221a。换言之，与第二半导体层220的开口部221对应的电流注入区域，具有宽度变化的宽度变化区域。在本实施方式，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221，开口宽度在全区域发生变化，第二半导体层220的开口部221成为开口宽度变化区域。换言之，在层叠结构体中，电流注入区域的整体，成为宽度变化区域。

此外，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221，比起谐振器端面即前端面1a及后端面1b形成在内侧。换言之，电流注入区域的谐振器长度方向(光波导路的长度方向)的端部，比前端面1a及后端面1b位于内侧。

在本实施方式，从前端面1a向内侧进入长度df的位置，形成有第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的长度方向的一方的端部。此外，从后端面1b向内侧进入长度dr的位置，形成有第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的长度方向的另一方的端部。作为一例，半导体激光装置1的谐振器长度l为l＝6mm的情况下，进入量即长度df以及dr是50μm。另外如后述，长度dr以及df，与形成有端面窗结构的区域对应。

在电流注入区域中，宽度变化区域的前端面侧的宽度设为s1，宽度变化区域的所述后端面侧的宽度设为s2时，s1＞s2。在本实施方式，电流注入区域的整体成为宽度变化区域，宽度变化区域的前端面1a侧的宽度s1是电流注入区域的前端面1a侧的宽度，宽度变化区域的后端面1b侧的宽度是电流注入区域的后端面1b侧的宽度。

此外，在本实施方式，电流注入区域的宽度，与第二半导体层220的开口部221的开口宽度对应，所以第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的前端面1a侧的端部的宽度(开口宽度)为s1，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的后端面1b侧的端部的宽度(开口宽度)为s2，成为s1＞s2。

第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的开口形状，是将前端面1a侧的宽度的两端的各自与后端面1b侧的宽度的两端的各自用直线连接的锥形状，前端面1a侧的开口宽度s1比后端面1b侧的开口宽度s2宽。在第二半导体层220的开口部221，连接前端面1a侧的开口宽度的一端与后端面1b侧的开口宽度的一端的直线、和谐振器长度方向构成的角度设为θ时，角度θ表示第二半导体层220的开口部221的锥形角。

此外，如图2所示，在前端面1a形成有由电介质多层膜构成的第一反射膜410，在后端面1b形成有由电介质多层膜构成的第二反射膜420。第一反射膜410例如是从结晶端面方向为al2o3和ta2o5的多层膜。此外，第二反射膜420例如是从结晶端面方向为al2o3和sio2和ta2o5的多层膜。将第一反射膜410的反射率设为r1，将第二反射膜420的反射率设为r2时，作为一例，r1＝2％，r2＝95％。

接着，针对半导体激光装置1的活性层300的周围结构，利用图3来说明。图3是示意地示出实施方式1涉及的半导体激光装置1的活性层300的周围结构的图。另外，在图3省略了第一反射膜410以及第二反射膜420。

在本实施方式，半导体激光装置1的层叠结构体，在谐振器长度方向的两端部具有端面窗结构。具体而言，如图3所示，在活性层300中光波导路的两端面附近的电流非注入区域中，在距前端面1a的长度为df的区域以及距后端面1b的长度为dr的区域，形成窗。

在此，在活性层300没有形成窗的区域的光致发光的峰能设为eg1，活性层300的形成了窗的区域的峰能设为eg2，将eg1与eg2的差设为δeg时，例如以成为δeg＝eg2-eg1＝100mev的关系的方式形成窗。换言之，使前端面1a附近以及后端面1b附近的区域的活性层300的带隙，设为比前端面1a附近以及后端面1b附近以外的区域的活性层300的带隙大。

此外，形成窗的方法，通常有杂质扩散法以及空穴扩散法，在本实施方式中，通过空穴扩散法来形成窗。这是因为，在每一发射体超过10w的超高输出的半导体激光装置中，重要的是基于低损失化的光吸收量的减少。换言之，以杂质扩散法形成窗时，因为杂质光吸收变得大，难以减少光吸收损失，而空穴扩散法没有杂质，所以通过空穴扩散法来形成窗，从而能够消除导入杂质引起的光吸收损失。通过空穴扩散法来形成窗，从而如图3所示，作为端面窗结构，在前端面1a侧形成第一空穴扩散区域510，在后端面1b侧形成第二空穴扩散区域520。另外在图3，以虚线表示的区域示出第一空穴扩散区域510以及第二空穴扩散区域520。

另外，空穴扩散法，能够通过进行急速高温处理，从而形成窗。例如，结晶成长温度附近的800℃～950℃的非常高温的热中曝晒，使ga空穴扩散，使活性层300混晶化，从而使活性层300的量子阱结构无秩序化，将空穴和iii族元素相互扩散，从而形成窗(透明化)。

这样，在半导体激光装置1的谐振器长度方向的两端部形成窗，从而使半导体激光装置1的谐振器端面透明化，减少前端面1a附近的光吸收。从而，能够抑制在前端面1a产生的cod。

接着，针对如上构成的半导体激光装置1的特性，与比较例的半导体激光装置进行比较地说明。另外，比较例的半导体激光装置是，在半导体激光装置1具备，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的锥形角θ为0°的直条纹结构。

首先，利用图4a以及图4b，说明比较例的半导体激光装置中的光波导路的长度方向的光强度分布(电场强度)的端面反射率依存性。另外，在图4a以及图4b中，半导体激光装置的谐振器长度l设为6mm，后端面1b侧的反射率r2设为95％。此外，图4a示出光波导路的中央部的强度作为1来规格化的情况下的相对强度，图4b示出图4a的具体的数值。

通过图4a以及图4b能够知道，前端面1a侧的反射率r1低的情况下，前端面1a的光强度(电场强度)显著变大。因此，关于注入到活性层300的载流子(电子及空穴)，通过受激发射按每个单位时间消耗的前端面1a侧的动作载流子量显著变大，产生空间烧孔。

在这个情况下，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的锥形角θ从0°开始变大时，前端面1a侧的开口部221的开口宽度s1变大，水平方向的光分布的宽度变广，光密度减少。

因此，在前端面1a侧，随着锥形角θ的增加，通过受激发射按每个单位时间消耗的电子及空穴的数量减少。另一方面，在后端面1b侧，随着锥形角θ的增加，光分布的水平方向的扩展变窄，所以光密度增大。因此，在后端面1b侧，随着锥形角θ的增加，通过受激发射按每个单位时间消耗的电子及空穴的数量增加。其结果，使锥形角θ过大时，在后端面1b侧活性层300中的动作载流子密度减少，产生空间烧孔。

此外，空间烧孔程度变大时，活性层300中的动作载流子浓度大的区域，被热激发，从活性层300向覆盖层(第一半导体层110、210)漏出的载流子溢出增大，光输出的热饱和度降低。

进而，在纵方向(谐振器长度方向)上产生空间烧孔时，在活性层300内获得最大放大增益的波长发生不均，引起振荡阈值电流的增大。在振荡阈值电流增大时，高温动作时的载流子溢出增大，产生温度特性的劣化。

接着说明在光波导路传播的光的高阶的光横模(水平光横模)中，针对阶数的载流子分布的影响。

如本实施方式中的半导体激光装置1，在第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221，后端面1b侧的开口宽度s2比前端面1a侧的开口宽度s1窄时，高阶的光横模的光，不能在光波导路波导从而被截止，光横模数减少。

光横模的阶数，由被形成的光波导路、换言之第二半导体层220的开口部221规定的开口宽度而被限制。具体而言，光横模的阶数，由第二半导体层220的开口部221的开口宽度中最窄的开口宽度s2而被限制，从而决定能够波导的光横模的阶数。

此外，在激光振荡中，光横模之间结合的情况下，光波导路的长度方向的光分布形状相互影响，能够同时振荡的光横模的阶数越少，光波导路的长度方向的光分布形状越变形，估计电流-光输出特性产生非线性。

关于这个点，进行了有关后端面1b侧的开口宽度s2和光横模的阶数的依存性的模拟，其结果用图5来说明。在图5示出，半导体激光装置1中，将谐振器长度l设为6mm、前端面1a侧的反射率r1设为0.2％、后端面1b侧的反射率r2设为95％、第二半导体层220的开口部221的前端面1a侧的开口宽度s1固定为105μm的情况下，第二半导体层220的开口部221的后端面1b侧的开口宽度s2变更为25μm、50μm、75μm、105μm时的、每一发射体的动作输出为10w时的近场图样(nfp)的形状。另外，s1＝s2＝105μm是锥形角θ为0°的直条纹结构。

如图5的(a)所示，在s2＝25μm的情况下，高阶的光横模数是5阶。此外，如图5的(b)所示，在s2＝50μm的情况下，高阶的光横模数是10阶。此外，如图5的(c)所示，在s2＝75μm的情况下，高阶的光横模数有15阶。此外，如图5的(d)所示，在s2＝105μm的情况下(直条纹结构的情况下)，高阶的光横模数是21阶。

这样，在固定了开口宽度s1，变更开口宽度s2的情况下(换言之，变更锥形角θ的情况)，可以知道高阶的光横模，依存于开口宽度s2有很大变化。具体而言，如图5所示可以知道，开口宽度s2变小时，前端面1a的近场图样形状成为高阶的光横模数减少的形状。

接着，利用图6来说明光波导路的前端面1a与中央部与后端面1b中的活性层300内的宽度方向的载流子浓度的分布、与第二半导体层220的开口部221的开口宽度s2以及前端面1a的反射率r1的关系。另外，在图6中，将第二半导体层220的开口部221的开口宽度s1设为105μm，将后端面1b的反射率r2设为95％的情况下，变更了开口宽度s2以及前端面1a的反射率r1。

如图6所示，前端面1a的反射率r1是10％的情况下，因为r1高，光波导路的前端面1a与中央部与后端面1b的平均载流子浓度，不管r2的值都没有很大变化。换言之，在这个情况下，能够知道第二半导体层220的开口部221的开口形状的效果小。

另一方面，随着前端面1a的反射率r1变小，光波导路内的长度方向的光强度差变大。例如，在反射率r1是0.2％的情况下，开口宽度s2是105μm(直条纹)时，通过受激发射在单位时间消耗的电子及空穴，在光波导路的长度方向上的不均匀性增加，而随着开口宽度s2变小，向前端面1a的方向光分布扩展的光密度减少，所以关于通过受激发射在单位时间消耗的电子及空穴，能够知道前端面1a、中央部以及后端面1b在宽度中央部附近的载流子浓度均匀化。这是因为在光波导路波导的光的水平横模包括高阶多模的情况下，将第二半导体层220的开口部221的开口形状做成s1＞s2，从而在光波导路的长度方向上的注入到活性层300的电子及空穴，通过受激发射在单位时间消耗的量的分布均匀。换言之，能够将电子及空穴的对活性层300的注入效率，在光波导路的长度方向进行改善。从而，能够进行激光振荡的阈值电流很小，所以能够减少驱动电流。这样，端面反射率差(r1/r2比)越大，第二半导体层220的开口部221的开口形状(s1＞s2)的效果越大。

但是，高阶的光横模数过少的情况下，例如在图6中，开口宽度s2为25μm，反射率r1为0.2％的情况下，高阶的光横模数，由于开口宽度s2(25μm)而被截止，过多地减少，因为在第二半导体层220的开口部221中的宽度方向的端侧存在没有消耗的载流子，从而在载流子分布产生很大的峰值。这意味着发生了横方向的空间烧孔。换言之验证了只满足第二半导体层220的开口部221的开口形状s1＞s2的关系，并不能抑制横方向的空间烧孔发生。

通过以上的验证结果，在s1＝105μm的情况下，s2为25μm～50μm时，在光波导路的长度方向上，使前端面、中央、后端面的载流子分布的强度差变小，使载流子的注入效率成为最大化，能够更有效地抑制横方向的空间烧孔的发生。利用开口宽度s1与s2的比(开口宽度比)即s2/s1，换句话说设为0.238≤s2/s1≤0.476左右，就能够使载流子的注入效率成为最大化。这样通过本发明者们研究，第一次验证出第二半导体层220的开口部221的开口形状设为0.238≤s2/s1≤0.476时，载流子的注入效率成为最大化。

接着，以所述验证结果为基础，作为实施例实际制作了半导体激光装置，并评价了该半导体激光装置的特性。针对该评价结果，利用图7以及图8a～图8c来说明。图7是表示实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置的构成的平面图。图8a～图8c是示出实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置的电流-光输出特性的图。

如图7所示，实施方式1的实施例涉及的半导体激光装置是，具有将第二半导体层220的开口部221在光波导路的横方向上并行排列20条来形成的多个发射体的多发射体结构的半导体激光元件。如图7表示的实施例的半导体激光装置中，每一发射体的结构，与图1～图3示出的半导体激光装置1同样。

图8a示出在图7的实施例的半导体激光装置中，将第二半导体层220的开口部221的形状设为s1＝s2＝105μm(直条纹结构：s2/s1＝1)的情况下的电流-光输出特性。在这个情况下，阈值电流是21.0a，平均斜率效率(se)是1.14w/a。

图8b示出在图7的实施例的半导体激光装置中，将第二半导体层220的开口部221的开口宽度设为s1＝105μm，s2＝50μm(锥形条纹结构：s2/s1＝0.476)的情况下的电流-光输出特性。在这个情况下，阈值电流是11.9a，平均斜率效率(se)是1.21w/a。

图8c示出在图7的实施例的半导体激光装置中，将第二半导体层220的开口部221的开口宽度设为s1＝105μm，s2＝25μm(锥形条纹结构：s2/s1＝0.238)的情况下的电流-光输出特性。在这个情况下，阈值电流是12.9a，平均斜率效率(se)是1.24w/a。

通过比较图8a与图8b与图8c，可以知道第二半导体层220的开口部221从直形状变为锥形状，能够减少进行激光振荡的阈值电流，并且提高平均斜率效率。

此外，通过比较图8b与图8c，可以知道第二半导体层220的开口部221的s2/s1开口比过于小时，阈值电流的减少效果以及平均斜率效率的提高效果下降。

这样，按照所述验证结果，可以确认在第二半导体层220的开口部221的s2/s1开口比是0.238≤s2/s1≤0.476的情况下，能够减少阈值电流，并且提高平均斜率效率。

这意味着进一步抑制了横方向的空间烧孔，载流子的注入效率由于第二半导体层220的开口部221的开口形状而提高，在横模以高阶多模地进行激光振荡(换言之横模多模振荡)的半导体激光装置中，将第二半导体层220的开口部221的开口形状设为锥形状，从而证实了针对光波导路内的光强度(电场强度)，光波导路的长度方向的载流子(电子及空穴)的注入效率得到提高。

在此，针对第二半导体层220的开口部221的锥形角θ与载流子的注入效率之间的关系，下面研究将第二半导体层220的开口部221中的s1以及s2的关系比，用第二半导体层220的开口部221的锥形角θ来表示的情况。

为了抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，改善载流子的注入效率，可以减少光波导路内的光损失(光波导路损失)。在此，半导体激光装置的光损失α，通常用下列式(a)以及式(b)来表示。

光损失α＝镜损失αm+光波导路损失αi+自由载流子损失αfree···(a)

光波导路损失αi＝光吸收损失α’i+锥形损失αtaper···(b)

在式(a)与式(b)中，第二半导体层220的开口部221的锥形角θ，影响锥形损失αtaper。

在锥形角θ是0°情况下，光波导路成为直形状，虽然锥形损失αtaper成为最小，但是随着锥形角θ的增大，锥形损失αtaper也增大。换言之，根据所述验证结果，如果不是满足s2/s1≥0.238的关系的角度θ，式(b)的锥形损失αtaper增大，阈值电流明显地增大。

如上所述，在图2示出，锥形角θ是在第二半导体层220的开口部221，连接前端面1a侧的开口宽度的一端与后端面1b侧的开口宽度的一端的直线、与谐振器长度方向(光波导路的长度方向)构成的角度。

因此，半导体激光装置1的谐振器长度设为l时，锥形角θ、谐振器长度l、第二半导体层220的开口宽度s1以及s2之间，满足式(c)的关系。

tanθ＝(s1-s2)/(2×l)···(c)

从而，在图8a的情况下(s1＝s2＝105μm)，锥形角θ是0°，在图8b的情况下(s1＝105μm，s2＝50μm)，锥形角θ是大约0.25°，在图8c的情况下(s1＝105μm，s2＝25μm)，锥形角θ是大约0.38°。

基于此，求出锥形角θ针对阈值电流以及平均斜率效率的依存性时，成为图9表示的结果。图9是示出实施例涉及的半导体激光装置中，第二半导体层220的开口部221的锥形角θ与阈值电流密度或者斜率效率之间的关系的图。

如图9所示可以知道，针对锥形角θ是0°的直条纹结构，随着锥形角θ的增加，既能够减少阈值电流密度，又能够提高平均斜率效率。这意味着，将第二半导体层220的开口部221做成锥形状，从而载流子的使用效率提高。

进而关于锥形角θ的增加，在锥形角θ为大约0.22°～大约0.32°的范围时，虽然阈值电流密度从最小值缓慢增加，但平均斜率效率增加。关于阈值电流密度，随着锥形角θ的增加，由于光波导路损失之一的锥形损失增加，从而阈值电流密度增加。此外，关于平均斜率效率，随着锥形角θ的增加，推进了光波导路内的光强度分布的均匀化与活性层的注入载流子的均匀化，每个单位时间的受激发射过程中光波导路的长度方向的载流子的使用效率进一步增加。

进而关于锥形角θ增加，锥形角θ超过大约0.5°时，阈值电流密度进一步增加的同时，平均斜率效率大幅度减少。换言之，锥形角θ过大，阈值电流密度的减少效果以及平均斜率效率的提高效果下降。这是因为，光波导路损失之一的锥形损失的增加变得非常大，从而引起阈值电流密度的增加，锥形损失的增大的影响比光波导路的长度方向的活性层中的载流子的使用效率的改善还大，从而斜率效率降低。

如上所述，锥形角θ的恰当范围，锥形损失αtaper的影响极小的范围，也就是以下式(d)来表示的范围。

0°＜θ≤0.5°···(d)

这样，第一次确认了制作不满足式(d)的范围的锥形角θ的半导体激光装置时，锥形损失αtapper带来的影响显著。

此外，使锥形角θ进一步增大时，由于锥形损失αtaper的增大，从而引起阈值电流的增大以及平均斜率效率的降低。因此，即使将载流子即电子与空穴的注入，结合光波导路内的长度方向的光强度分布来注入，随着光波导路损失αi的增大引起的阈值电流增加以及平均斜率效率的降低，导致电流-光输出特性的效率降低。因此，有必要恰当地设定第二半导体层220的开口部221的锥形角θ。

通过满足式(d)的条件，能够抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，并且将锥形损失αtaper的影响限制在最小限度。

在此将水平横模为多模振荡的本实施方式的半导体激光装置中，开口宽度s1、s2、谐振器长度l以及锥形角θ的组合示出在图10。图10的(a)～(h)中，在s1＝300μm，200μm，105μm，95μm，60μm，40μm，20μm，10μm的情况下，谐振器长度l变更为2000μm，3000μm，4000μm，5000μm，6000μm时，横轴设为开口宽度s2，纵轴设为锥形角θ。另外，图10的(a)～(h)中，用虚线来表示锥形角θ为0.5°的分界线。

如图10的(a)～(h)所示，通过维持式(c)的关系、选择满足式(d)的条件的范围，从而能够抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，并且能够使锥形损失αtaper的影响限制在最小限度。

另外，在图10表示的范围以外，维持式(c)的关系，满足式(d)的条件的范围内，能够抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，并且能够使锥形损失αtaper的影响限制在最小限度。

以上，本实施方式涉及的半导体激光装置1，具备以第一导电侧半导体层100、活性层300、第二导电侧半导体层200的顺序层叠而成的层叠结构体，所述半导体激光装置1是横模多模振荡的半导体激光装置，所述层叠结构体具备：前端面1a，激光的射出端面；后端面1b，与前端面1a相反侧的面；以及光波导路，将前端面1a与后端面1b用作谐振器反射镜，第二导电侧半导体层200，从活性层300近的一侧，依次具有第一半导体层210和第二半导体层220，针对光波导路的电流注入区域的宽度，由第二半导体层220规定，电流注入区域的谐振器长度方向的端部，比前端面1a以及后端面1b位于内侧，电流注入区域，具有宽度发生变化的宽度变化区域，将宽度变化区域的前端面1a侧的宽度设为s1，宽度变化区域的后端面1b侧的宽度设为s2时，s1＞s2。

这样，通过进行横模多模振荡，能够以单模振荡的半导体激光装置不可能实现的高输出进行激光振荡，并且提高注入载流子的使用效率，能够实现低电压驱动。而且，在电流注入区域具有s1＞s2的宽度变化区域，从而随着接近前端面1a，使光强度在横方向上扩散均匀化，并且使端面光密度减少，从而能够抑制在前端面1a产生cod。因此，能够实现既能抑制cod的产生，又能以高输出且低电压驱动的半导体激光装置。

此外，在本实施方式涉及的半导体激光装置1，连接宽度变化区域的前端面1a侧的宽度的一端与宽度变化区域的后端面1b侧的宽度的一端的直线，与谐振器长度方向构成的角度设为θ时，优选的是0°＜θ≤0.5°。

从而，能够抑制纵方向的空间烧孔以及横方向的空间烧孔，并且能够最大限度地提高注入载流子的使用效率，能够实现低电压驱动以及高输出，并且实现基于低阈电流以及高斜率效率的低电流驱动动作。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1中，如图11所示，从半导体激光装置1射出的激光的最大光强度，位于n侧的第二半导体层120(第一光导层)。图11是示出实施方式1涉及的半导体激光装置1中的纵方向的光封闭结构中的光分布与掺杂物浓度分布的轮廓的示意图。

如图11所示在n侧的第二半导体层120侧具有激光的最大光强度，纵方向的光分布的大部分位于n侧的第二半导体层120，从而光波导路损失αi+自由载流子损失αfree成为最小化，能够最大限度改善并提高向活性层300注入的载流子的使用效率。从而能够在低电压驱动中，进行低阈电流以及高斜率效率的低电流驱动，能够实现进行高电力转换效率的数十瓦级别的高输出的半导体激光装置。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，第一半导体层210的电流注入区域中的膜厚，与第二半导体层220的下方区域的膜厚相同。

通过这个构成，半导体激光装置1的激光结构能够设成内条纹型结构，将电流狭窄，仅由第二半导体层220来进行。从而，能够实现山脊型宽条纹激光不能实现的低电压驱动。

另外，在本实施方式涉及的半导体激光装置中，光波导路的两端面附近的长度df以及dr设为df＝dr＝50μm，但不限于此。例如，df以及dr，可以比50μm短，也可以是长度为100μm左右，也可以是df≠dr。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，将用于具有端面窗结构的参数即δeg，设为δeg＝100mev，但不限于此。作为一例即使0mev≤δeg≤200mev，也能起到同样的效果。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1中，作为形成端面窗结构的方法，使用了空穴扩散法，但是不限于此。例如，可以用杂质扩散法来形成端面窗结构。在这个情况下，例如，作为杂质使用si的情况下，通过离子注入法使si扩散，使活性层混晶化。此外，作为杂质使用zn的情况下，对想要形成窗的区域的p侧的半导体层上表面部进行zno镀气，通过热扩散使zn扩散，使活性层混晶化。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，在前端面1a与后端面1b形成的第一反射膜410以及第二反射膜420的反射率，作为r1/r2＝0.021进行了原理验证，但是不限于此。例如，通过图6的验证结果，可以是r1＝10％，r2＝95％(r1/r2＝0.1)。此外，r1/r2＜0.1时，能够起到同样的效果，r1/r2的值越小，越能获得更好的效果。

此外，在第一反射膜410使前端面1a的反射率r1下降，第二反射膜420使后端面1b的反射率r2增加时，作为第一反射膜410以及第二反射膜420的材料，不仅限于al2o3、sio2以及ta2o5的组合，也可以任意组合zro2、tio2、sin、bn、aln以及alxoyn(x＞y)。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1中，n侧的第一半导体层110(n侧覆盖层)为由n-al0.15ga0.85as构成的n型的第一覆盖层111、由n-al0.335ga0.665as构成的n型的第二覆盖层112、由n-al0.335ga0.665as构成的n型的第三覆盖层113的三层结构，为了光封闭结构与自由载流子吸收的减少，将al成分与杂质掺杂浓度，按照层叠方向的光分布进行增减，n侧的第一半导体层110，可以是多层结构，也可以是单层结构。n侧的第一半导体层110即使是单层结构时，也能起到相同的效果。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，n侧的第二半导体层120(n侧光波导层)，作为由n-al0.27ga0.73as构成的n型的第一光波导路层121、由n-al0.27ga0.73as构成的n型的第二光波导路层122、由n-al0.25ga0.75as构成的n型的第三光波导路层123的三层结构，为了做成层叠方向中的光分布中心位于第二半导体层120(n侧光波导层)的光导层结构、并且以高精度控制光分布、减少自由载流子吸收，使al成分与杂质掺杂浓度按照层叠方向的光分布而增减，但是n侧的第二半导体层120可以是多层结构，也可以是单层结构。n侧的第二半导体层120即使是单层结构，也能起到同样的效果。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，活性层300被形成为作为由un-al0.25ga0.75as构成的第一阻挡层310、由un-in0.17ga0.83as构成的阱层320、由un-al0.25ga0.75as构成的第二阻挡层330层叠的单一量子阱结构时，效果最大，活性层300即使是包含两个以上的量子阱结构的多量子阱结构，也能起到同样的效果。

此外，在本实施方式的半导体激光装置1，p侧的第一半导体层210(p侧覆盖层)，作为由p-al0.65ga0.35as构成的p型的第一覆盖层211、由p-al0.65ga0.35as构成的p型的第二覆盖层212、由p-al0.15ga0.85as构成的p型的第三覆盖层213的三层结构，通过折射率的高精度控制，在n侧的第二半导体层120(n侧光波导层)具有层叠方向的光最大强度与光分布的大部分，从而实现了超低损失化(光波导损失αi＝0.5cm^-1)的光波导路，但是p侧的第一半导体层210，可以是多层结构，也可以是单层结构。p侧的第一半导体层210即使是单层结构时，也能够起到同样的效果。

此外，在本实施方式中的半导体激光装置1，作为基板101使用gaas基板，在gaas基板上，通过gaas、algaas以及ingaas的gaas类的半导体材料形成了层叠结构体的各层，但是构成半导体激光装置1的层叠结构体的材料，不限于此。

例如，作为基板101使用gan基板，在gan基板上，可以由gan、algan、ingan或者algainn等氮化物类半导体材料，形成层叠结构体的各层。

作为一例，针对使用alxga1-x-yinyn(0≤x≤1，0≤y≤1)类的材料的半导体激光装置1a，利用图12以及图13来说明。图12是实施方式1的变形例涉及的半导体激光装置1a的截面图。图13是图12示出的半导体激光装置1a的光波导路内的层叠方向的折射率分布与光分布的图。

如图12所示，半导体激光装置1a是具备以第一导电侧半导体层100a、活性层300a、第二导电侧半导体层200a的顺序层叠而成的层叠结构体的、端面射出型的激光元件，通过横模多模振荡，射出激光。

具体而言，半导体激光装置1a具备：基板101a、形成在基板101a的上表面的缓冲层102a、形成在缓冲层102a上的第一导电侧半导体层100a、形成在第一导电侧半导体层100a上的活性层300a、形成在活性层300a上的第二导电侧半导体层200a、形成在基板101a的下表面的第一电极103a、以及形成在第二导电侧半导体层200a上的第二电极104a。

在本变形例，基板101a是n-gan基板。缓冲层102a例如是膜厚1μm的n-gan层。

第一导电侧半导体层100a(n侧半导体层)具有形成在缓冲层102a上的n侧的第一半导体层110a；形成在n侧的第一半导体层110a上的n侧的第二半导体层120a。

n侧的第一半导体层110a是由膜厚为3.7μm的n-al0.026ga0.974n构成的n型的覆盖层。

n侧的第二半导体层120a是n侧光导层即第一光导层(总膜厚1.04μm)，是以un-in0.02ga0.98n构成的n型的第一光波导路层121a(膜厚0.5μm)、n-al0.026ga0.974n构成的n型的第二光波导路层122a(膜厚0.03μm)、n-gan构成的n型的第三光波导路层123a(膜厚0.22μm)、un-in0.008ga0.992n构成的第四光波导路层124a(膜厚0.02μm)的顺序层叠而成的层叠膜。

活性层300a上的第二导电侧半导体层200a(p侧半导体层)具有：p侧的第一半导体层210a、p侧的第二半导体层220a、p侧的第三半导体层230a、p侧的第五半导体层250a。

p侧的第一半导体层210a是p型的覆盖层，形成在p侧的第三半导体层230a上。p侧的第一半导体层210a(总膜厚0.595μm)是以p-al0.026ga0.974n构成的p型的第一覆盖层211a(膜厚0.505μm)、以及高浓度掺杂的p-al0.026ga0.974n构成的p型的第二覆盖层212a(膜厚0.09μm)的顺序层叠而成的层叠膜。

p侧第二半导体层220a是由膜厚0.15μm的n-al0.15ga0.85n构成的n型的电流阻挡层，形成在p侧的第一半导体层210a上。第二半导体层220a，具有与电流注入区域对应的开口部221a。第二半导体层220a的开口部221a，例如是与图2示出的第二半导体层220同样的形状。

p侧的第三半导体层230a是p侧光导层即第二光导层，形成在活性层300a上。p侧的第三半导体层230a具有不掺杂光导层231a(膜厚0.0354μm)、以及载流子溢出抑制层232a(膜厚0.0539μm)。不掺杂光导层231a是以un-in0.008ga0.992n构成的第一光波导路层231aa(膜厚0.017μm)、un-in0.003ga0.997n构成的p型的第二光波导路层231ab(膜厚0.0135μm)、un-gan构成的p型的第三光波导路层231ac(膜厚0.0049μm)的顺序层叠而成的层叠膜。载流子溢出抑制层232a是以p-gan构成的第一载流子溢出抑制层232aa(膜厚0.0049μm)、p-al0.36ga0.64n构成的第二载流子溢出抑制层232ab(膜厚0.005μm)、p-al0.026ga0.974n构成的第三载流子溢出抑制层232ac(膜厚0.044μm)的顺序层叠而成的层叠膜。

p侧的第五半导体层250a，以填埋p侧的第二半导体层220a的开口部221a的方式，形成在p侧的第二半导体层220a上以及p侧的第一半导体层210a上。p侧的第五半导体层250a，是由p-gan构成的p型的接触层(膜厚0.05μm)。

活性层300a是以un-in0.008ga0.992n构成的第一阻挡层310a(膜厚0.019μm)、un-in0.066ga0.934n构成的阱层320a(膜厚0.0075μm)、un-in0.008ga0.992n构成的第一阻挡层310a(膜厚0.019μm)、un-in0.066ga0.934n构成的阱层320a(膜厚0.0075μm)、n-in0.008ga0.992n构成的第二阻挡层330a(膜厚0.019μm)的顺序层叠而成的双重量子阱结构的层叠膜。另外，活性层300a的成分，只要是inxga1-xn(0≤x≤1)就可以。在这个情况下，发光波长是400nm～550nm。

此外，第一电极103a(n侧电极)以及第二电极104a(p侧电极)，与图1表示的半导体激光装置1的第一电极103以及第二电极104同样，由第一电极103a以及第二电极104a提供电流。

虽然未图示，与图2示出的半导体激光装置1同样，构成半导体激光装置1a的层叠结构体具备：前端面1a，激光的射出端面；后端面1b，与前端面1a相反侧的面；以及光波导路，将前端面1a与后端面1b用作谐振器反射镜，

此外，本变形例中的半导体激光装置1a，也与图2示出的半导体激光装置1同样，针对光波导路的电流注入区域的宽度，由第二半导体层220a(电流阻挡层)规定。具体而言，电流注入区域，与第二半导体层220a的开口部221a对应。换言之，在本变形例，电流注入区域的宽度，由第二半导体层220a的开口部221a的开口宽度而被规定，第二半导体层220a的开口部221a的开口宽度s1以及s2，成为s1＞s2。

图13示出本变形例的半导体激光装置1a中的光波导路内的层叠方向的折射率分布与封闭在光波导路的光分布之间的模拟结果。

如图13所示，在本变形例中的半导体激光装置1a，与所述实施方式1中的半导体激光装置1同样，光最大强度以及光分布的大部分位于n侧的第二半导体层120a(n侧光导层)。从而能够实现低损失且稳定的驻波的光波导路。

以上，通过本变形例涉及的半导体激光装置1a，能够起到与所述实施方式1涉及的半导体激光装置1同样的效果。

另外，在半导体激光装置1、1a中，作为基板101使用了gaas基板或者gan基板，但不限于此。例如，作为基板101使用inp基板，在inp基板上，从gaas、algaas、algaasp、inalgaasp、inp、gainp、gap、algap以及ingaasp等半导体材料中，任意选择来形成层叠结构体的各层，从而构成半导体激光装置，也能够得到同样的效果。

(实施方式2)

下面利用图14来说明实施方式2涉及的半导体激光装置2。图14是实施方式2涉及的半导体激光装置2的平面图。

本实施方式中的半导体激光装置2与所述实施方式1中的半导体激光装置1中，由第二半导体层220(电流阻挡层)规定的电流注入区域的形状不同，在本实施方式的半导体激光装置2中，电流注入区域，除了宽度不同的宽度变化区域，还具有宽度固定的宽度固定区域。

具体而言，关于本实施方式中的半导体激光装置2与所述实施方式1中的半导体激光装置1，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221的开口形状不同，其他构成是相同的。

如图14所示，在本实施方式中的半导体激光装置2，第二半导体层220(电流阻挡层)的开口部221具有：开口宽度发生变化的开口宽度变化区域221a、以及开口宽度为固定的开口宽度固定区域221b。

开口宽度变化区域221a，与实施方式1同样，针对开口宽度变化区域221a(宽度变化区域)的前端面1a侧的开口宽度s1、以及开口宽度变化区域221a(宽度变化区域)的后端面1b侧的开口宽度s2，s1＞s2。

开口宽度固定区域221b，是宽度为固定的直线区域(直条纹区域)。在本实施方式，开口宽度固定区域221b，位于开口宽度变化区域221a的前端面1a侧，开口宽度固定区域221b的开口宽度，与开口宽度变化区域221a的前端面1a侧的开口宽度s1是相同的宽度。

这样，在第二半导体层220的开口部221的一部分，形成开口宽度固定区域221b的直线区域(直条纹区域)，从而针对在光波导路传播的光的高阶的光横模的阶数的电子及空穴的载流子分布，带来如下的影响。

即，在第二半导体层220中，开口宽度s2比开口宽度s1窄，所以更高阶的光横模，不能在光波导路波导(被截止)，所以在光波导路波导的光横模减少。这说明不管光波导路内的直线区域的有无，都与实施方式1同样，即使在光波导路内有直线区域，光横模的阶数受到光波导路的宽度的限制。

在这里，将本实施方式中的半导体激光装置2的前端面1a的反射率r1与后端面1b的反射率r2，设为与实施方式1中的半导体激光装置1的反射率r1以及r2同样时，在活性层300由于受激发射在每个单位时间消耗的电子及空穴(载流子)，在光波导路的长度方向上产生不均匀性。也就是产生纵方向的空间烧孔。其结果，虽然产生增益不均匀性，但该不均匀性与实施方式1同样地被减少。换言之，在第二半导体层220的开口部221，形成满足s1＞s2的关系的开口宽度变化区域221a，从而光分布向前端面1a方向扩大，前端面1a区域中的光密度向横方向扩展并减少，从而光波导路内的纵方向以及横方向的光强度分布被均匀化。

而且，在本实施方式，第二半导体层220的开口部221的前端面1a侧，形成有开口宽度固定区域221b，所以不会产生纵方向的空间烧孔，在光波导路的长度方向，能够向活性层300恰当地注入载流子，不会过多或不足。换言之，在r1/r2比极端地小的情况下等，光波导路的长度方向的光强度分布明显地大，所以如实施方式1，形成没有直线区域，只有锥形区域的第二半导体层220的开口部221，难以完全抑制纵方向的空间烧孔，但是如本实施方式，组合锥形区域与直线区域来形成第二半导体层220的开口部221，从而能够完全避免纵方向的空间烧孔。

此外，在本实施方式中，也与实施方式1同样，第二半导体层220的开口部221中的开口宽度变化区域221a的锥形角θ过于大的时候，锥形损失dtaper增大，阈值电流增大，进而锥形角θ变大时，平均斜率效率也下降。因此，在本实施方式中，与实施方式1同样，锥形角θ优选的是0°＜θ≤0.5°。锥形角θ满足这个关系式，从而锥形损失αtaper不会影响到阈值电流以及斜率效率。

另外，在本实施方式，第二半导体层220的开口部221的开口宽度固定区域221b，形成在开口宽度变化区域221a的前端面1a侧，但不限于此。

例如，图15表示的半导体激光装置2a，第二半导体层220的开口部221的开口宽度固定区域221b(直条纹区域)，可以形成在开口宽度变化区域221a的后端面1b侧。在这个情况下，能够使开口宽度固定区域221b的开口宽度，与开口宽度变化区域221a的后端面1b侧的开口宽度s2相同。

这样，通过在第二半导体层220的开口部221的后端面1b侧形成开口宽度固定区域221b，从而在光波导路传播的高阶的光横模的光，受后端面1b侧的开口宽度固定区域221b的开口宽度s2的限制。从而，表示光波导路内的电场强度分布的nfp的形状稳定，高阶的光横模的光，在光波导路稳定地传播，从而能够使激光的ffp的形状的单峰性稳定。

此外，图16表示的半导体激光装置2b，第二半导体层220的开口部221的开口宽度固定区域221b(直条纹区域)，能够形成在开口宽度变化区域221a的前端面1a侧以及后端面1b侧的双方。在这个情况下，将开口宽度固定区域221b的前端面1a侧的开口宽度，设为与开口宽度变化区域221a的前端面1a侧的开口宽度s1相同的宽度，开口宽度固定区域221b的前端面1a侧的开口宽度，设为与开口宽度变化区域221a的后端面1b侧的开口宽度s2相同的宽度。

这样，第二半导体层220的开口部221的前端面1a侧以及后端面1b侧的双方，形成开口宽度固定区域221b，从而能够起到图14的半导体激光装置2以及图15的半导体激光装置2a的双方的效果。换言之，能够减少在r1/r2比极端小的情况等产生的纵方向的空间烧孔，而且能够使射出的激光的光束形状稳定。

(实施方式3)

下面针对实施方式3涉及的半导体激光装置3，利用图17来说明。图17是实施方式3涉及的半导体激光装置3的截面图。

实施方式3涉及的半导体激光装置3具备多个实施方式1或者实施方式2中的半导体激光装置1、2的层叠结构体(激光结构)，具有将该多个层叠结构体以层叠方向，通过隧道结(tunneljunction)层叠的结构(堆栈激光结构)。

具体而言，如图17所示，本实施方式涉及的半导体激光装置3，是将实施方式1中的半导体激光装置1的层叠结构体层叠了两层的双层结构，具有第一激光结构ld1、第二激光结构ld2、以及将第一激光结构ld1与第二激光结构ld2进行隧道结的隧道结层600。

更具体而言，半导体激光装置3具有：在由gaas基板构成的基板101上层叠了第一激光结构ldl和隧道结层600和第二激光结构ld2的层叠结构体、形成在基板101的下表面的第一电极103、以及形成在第二激光结构ld2上的第二电极104。

第一激光结构ld1以及第二激光结构ld1，为相互相同的结构，分别与实施方式1中的半导体激光装置1的层叠结构体相同，是缓冲层102与第一导电侧半导体层100与活性层300与第二导电侧半导体层200的层叠结构体。

隧道结层600是p型的高浓度掺杂层即第一隧道结层610、和形成在第一隧道结层610上的n型的高浓度掺杂层即第二隧道结层620的层叠膜。

这样构成的半导体激光装置3，如图18所示进行发光。图18是示出本实施方式涉及的半导体激光装置3，施加正向偏压时被注入的载流子(电子及空穴)的动作的示意图。如图18所示，被注入的电子在第一激光结构ld1进行辐射复合，进行光子生成。接着，经由隧道结层600，向第二激光结构ld2注入电子。接着，在第二激光结构ld2进行辐射复合，进行光子生成。换言之，在双层结构的半导体激光装置3，两次产生光子，所以发光效率成为两倍。另外，虽然未图示，在三层结构的半导体激光装置中，可以三次产生光子，所以发光效率也成为三倍。

接着，与实施方式1同样，实际制作半导体激光装置3，评价该半导体激光装置的特性。

在这个情况下，针对第一激光结构ld1以及第二激光结构ld2的各自的第二半导体层220的开口部221，设为图2表示的锥形状，s1＝105μm，s2＝50μm。

此外，关于隧道结层600，为了在隧道结部进行动作，需要第一隧道结层610与第二隧道结层620的分界面陡峭地接合，并且第一隧道结层610与第二隧道结层620的杂质掺杂轮廓在接合分界面以陡峭的方式来形成。

于是，在本实施方式，第一隧道结层610是作为杂质掺杂了碳(c)1×10¹⁹cm³的p型gaas层(膜厚25nm)，第二隧道结层620是作为杂质掺杂了硅(si)5×10¹⁸cm³的n型gaas层(膜厚25nm)。

在此，作为引起热扩散的材料，例如选择锌(zn)时，第一隧道结层610与第二隧道结层620的分界面中的掺杂轮廓，由于zn的热扩散而迟钝，隧道结部的隧道电压非常高。另一方面，碳(c)以及硅(si)是热扩散非常少的杂质，所以作为第一隧道结层610的杂质材料使用碳(c)、作为第二隧道结层620的杂质材料使用硅(si)，从而能够抑制第一隧道结层610与第二隧道结层620的分界面的掺杂轮廓，由于杂质的热扩散而钝化。

此外，施加正向偏压时的隧道电压，通过由第一隧道结层610的杂质浓度以及膜厚、和第二隧道结层620的杂质浓度以及膜厚来决定的隧道结部的耗尽层的形成方法，载流子穿过隧道结层600的隧道结部而需要的电压发生变化。因此，如上所述在第一隧道结层610中，碳(c)的杂质浓度设为1×10¹⁹cm³，膜厚设为25nm。此外，在第二隧道结层620中，硅(si)的杂质浓度设为5×10¹⁸cm³，膜厚设为25nm。其结果能够知道，隧道电压为最小的上升电压0.5v时就能够动作。

此外，第一激光结构ld1以及第二激光结构ld2各自的pn结中的i-v特性的上升电压是1.2v。因此，所述双层结构的半导体激光装置3的i-v特性中的动作电压成为，将第一激光结构ld1以及第二激光结构ld2的上升电压(1.2v×2)与隧道电压(0.5v)相加的电压，即2.9v。并且使实际制作的半导体激光装置3动作时，用2.9v就能够动作，已经确认了能够以最小的隧道电压来动作。

接着确认了实际制作的双层结构的半导体激光装置3的电流-光输出特性。在这个情况下，为了确认电流-光输出特性，与实施方式1同样制作了将第二半导体层220的开口部221在光波导路的横方向并行排列了20个，并且将其双层形成的多发射体结构的半导体激光元件。图19是实施方式3的变形例涉及的半导体激光装置的构成的平面图，示意地表示了实际制作的多发射体结构。

如图8b同样，求出实际制作的双层结构的半导体激光装置3的电流-光输出特性时，阈值电流与图8b相同是11.9a，平均斜率效率是2.42w/a。换言之，确认了以两倍的平均斜率效率(1.21w/a×2)来动作。

其结果，即使在双层结构(堆栈激光结构)的半导体激光装置中，也与实施方式1相同，能够抑制纵方向以及横方向的空间烧孔，载流子的注入效率由于第二半导体层220的开口部221而提高，并且在横模多模振荡的半导体激光装置中，确认了针对光波导路内的光强度(电场强度)，光波导路的长度方向的载流子(电子及空穴)的注入效率得到提高。

以上通过本实施方式中的半导体激光装置3，能够获得与实施方式1的半导体激光装置1同样的效果。因此，能够实现既能抑制cod的产生，又能以高输出且低电压驱动的半导体激光装置。

另外，在本实施方式中，激光结构的层叠数为双层，但是不限于此，即使层叠三层以上也有同样的效果。

(实施方式4)

下面利用图20a以及图20b来说明实施方式4涉及的半导体激光模块。图20a是实施方式4涉及的半导体激光模块4的平面图，图20b是该半导体激光模块4的侧面图。

本实施方式中的半导体激光模块4具备，所述实施方式1的半导体激光装置1。具体而言，如图20a以及图20b所示，半导体激光模块4具备：金属基台41、设置在金属基台41上的基台42、在基台42上设置的半导体激光装置1、设置在从半导体激光装置1射出的激光1l的光路上的第一光学元件43以及第二光学元件44。

半导体激光装置1，由于发热从活性层产生载流子的泄漏，导致热饱和度降低。此外，半导体激光装置1，容易受到外部应力的影响，从外部受到过度的应力，则半导体材料的结晶度劣化，从而长期信赖性下降。此外，在半导体激光装置的安装中通常使用金锡焊料，所以半导体激光装置在金锡焊料熔融的程度高温状态下被安装。因此，将半导体激光装置，安装到热膨胀系数与半导体激光装置有很大不同的材料上时，因为加热-冷却过程，半导体激光装置会产生热膨胀系数差引起的安装应力。在本实施方式中，考虑到这些，在具有高散热性的金属基台41上，设置热导率高且晶格常数接近于半导体激光装置1使用的半导体材料的基台42，并且在该基台42上安装半导体激光装置1。

金属基台41，例如可以由铜来构成。此外，基台42可以由接近于半导体激光装置1的晶格常数的材料来构成，例如铜以及钨构成的材料、铜、钨以及钻石构成的材料、或者氮化铝构成的材料。此外，在金属基台41的内部，可以形成液体循环的通道。从而，在通道内循环冷却水，能够进一步提高散热性，所以能够使半导体激光装置1以高输出动作，并且减少了半导体激光装置1的安装应力，能够确保长期信赖性。

第一光学元件43，从半导体激光装置1射出的激光l1中，仅使纵方向的光成形为平行光。第二光学元件44，针对通过第一光学元件43使纵方向的光成形为平行光的激光l1，使横方向的光成形为平行光。通过该构成，激光l1的形状不依存于与半导体激光装置1之间的距离。从而，能够实现有效地利用从半导体激光装置1射出的激光l1的半导体激光模块4。

如上述，本实施方式中的半导体激光模块4具备实施方式1的半导体激光装置1，所以能够实现以低功率动作且高输出的半导体激光模块。

另外，在本实施方式中，使用了实施方式1的半导体激光装置1，但不限于此。例如，可以使用实施方式2、3中的半导体激光装置2、3。在这个情况下，可以设为具有多个发射体的多发射体结构的半导体激光装置。通过使用多发射体结构的半导体激光装置，能够进一步提高半导体激光模块的光输出。

(实施方式5)

下面利用图21来说明实施方式5涉及的熔接用激光光源系统5。图21是示出实施方式5涉及的熔接用激光光源系统5的构成的图。

如图21所示，熔接用激光光源系统5具备：振荡器51、头52、设置在振荡器51与头52之间的光路53、用于驱动振荡器51的驱动电源装置54、以及用于冷却振荡器51的冷却装置55。

振荡器51具备：第一半导体激光模块56a、第二半导体激光模块56b、第三半导体激光模块56c、光多路复用器57、以及第一至第三半导体激光模块56a～56c与光多路复用器57之间设置的第一至第三光路58a～58c。第一至第三半导体激光模块56a～56c，例如是实施方式4中的半导体激光模块4。因此，熔接用激光光源系统5，作为光源，具备射出激光的半导体激光装置。

头52具备光学元件59。光学元件59是例如具有聚光作用的凸透镜等。

振荡器51的第一至第三半导体激光模块56a～56c，通过驱动电源装置54被提供电力，输出成形为平行光的激光。

从第一至第三半导体激光模块56a～56c输出的三个激光，分别通过第一光路58a、第二光路58b和第三光路58c，引导到光多路复用器57。第一至第三光路58a～58c，例如能够由光纤及反射镜等光学元件构成。

光多路复用器57，具有使光多路复用的功能，使由第一至第三光路58a～58c引导的三个激光成为单一的光路。光多路复用器57，能够由例如多路复用棱镜及衍射光栅等构成。通过该光多路复用器57，即使具备多个半导体激光模块的情况下，能够简化朝向头52的光路53。

光路53与第一至第三光路58a～58c同样，能够由光纤及反射镜等光学元件来构成。在以固定头52来构成熔接用激光光源系统5的情况下，可以由反射镜等光学元件来构成光路53。另一方面，在以能够移动的头52来构成熔接用激光光源系统5的情况下，可以由光纤等来构成光路53。

头52的光学元件59，经由光路53，从振荡器51引导的激光聚光为一点。从而，能够将来自在第一至第三半导体激光模块56a～56c搭载的半导体激光装置的激光，以高的光密度直接照射到熔接对象物。进而，能够直接使用半导体激光装置的激光，所以通过变更半导体激光装置，从而能够容易变更所使用的激光的波长。因此，能够按照熔接对象物的光的吸收率来选择合适的波长，能够提高熔接加工的效率。

以上，本实施方式中的熔接用激光光源系统5，具备搭载了实施方式1中的半导体激光装置1的半导体激光模块，所以能够实现以低功率动作且高输出的熔接用激光光源系统。

另外，在本实施方式中使用的第一至第三半导体激光模块56a～56c，搭载了实施方式1中的半导体激光装置1，但不限于此。例如，第一至第三半导体激光模块56a～56c，可以搭载实施方式2、3的半导体激光装置2、3。在这个情况下，可以搭载具有多个发射体的多发射体结构的半导体激光装置。

此外，在本实施方式的熔接用激光光源系统，搭载了3个半导体激光模块，但不限于此。在这个情况下，通过增加半导体激光模块的搭载数，能够获得更高的光输出。

此外，本实施方式中的熔接用激光光源系统5，作为激光熔接设备等的激光熔接装置来实现。

此外，在本实施方式，将光路53设为在光纤的芯添加了稀土族的放大用光纤，在放大用光纤的两端，设置fbg(fiberbragggrating：光纤光栅)，该fbg具有在放大用光纤封闭光的功能，从而实现以放大用光纤来放大的光作为熔接用光源的光纤激光熔接装置。

(变形例)

以上，针对本申请涉及的半导体激光装置、半导体激光模块以及熔接用激光光源系统等，基于实施方式进行了说明，但是本申请不限于所述实施方式1～5。

例如，在所述实施方式1以及2，由第二半导体层220(电流阻挡层)规定的电流注入区域的形状，均为相对于电流注入区域中光波导路的长度方向的中心线，呈对称的形状，但只要是满足式(d)的条件的锥形角θ的范围内，也可以是非对称的形状。

另外，针对各个实施方式实施本领域技术人员所想出的各种变形而获得的形式，不超出本申请的宗旨的范围内，将各个实施方式中的构成要素以及功能任意组合而实现的形式，均包括在本申请中。

本申请涉及的半导体激光装置，能够低功率动作且高输出，所以作为例如熔接用光源、投影仪光源、显示器用光源、照明用光源、或者在其他电子装置及信息处理装置等使用的光源而有用。

符号说明

1，1a，2，2a，2b，3半导体激光装置

1a前端面

1b后端面

4半导体激光模块

5熔接用激光光源系统

100，100a第一导电侧半导体层

101，101a基板

102，102a缓冲层

103，103a第一电极

104，104a第二电极

110，110a第一半导体层

111第一覆盖层

112第二覆盖层

113第三覆盖层

120，120a第二半导体层

121，121a第一光波导路层

122，122a第二光波导路层

123，123a第三光波导路层

124a第四光波导路层

200，200a第二导电侧半导体层

210，210a第一半导体层

211，211a第一覆盖层

212，212a第二覆盖层

213第三覆盖层

220，220a第二半导体层

221，221a开口部

221a开口宽度变化区域

221b开口宽度固定区域

230，230a第三半导体层

231第一光波导路层

231a不掺杂光导层

231aa第一光波导路层

231ab第二光波导路层

231ac第三光波导路层

232第二光波导路层

232a载流子溢出抑制层

232aa第一载流子溢出抑制层

232ab第二载流子溢出抑制层

232ac第三载流子溢出抑制层

240第四半导体层

250，250a第五半导体层

300，300a活性层

310，310a第一阻挡层

320，320a阱层

330，330a第二阻挡层

410第一反射膜

420第二反射膜

510第一空穴扩散区域

520第二空穴扩散区域

600隧道结层

610第一隧道结层

620第二隧道结层

ld1第一激光结构

ld2第二激光结构