JP2005217010A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ダブルへテロ接合により挟まれた半導体層に電子と正孔とが高いキャリア濃度で蓄積することを抑制し、これにより半導体レーザ装置のしきい値電流を小さく発光効率を高める。
【解決手段】 ｐ−ＩｎＰ層の第１の第１クラッド層１２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓのダブルヘテロ接合層１４、ｐ−ＩｎＰ層の第２の第１クラッド層１６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８、ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸構造の活性層２０、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２、およびｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４を有する光導波路積層構造１０において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合である構成にする。
【選択図】 図１
【解決手段】 ｐ−ＩｎＰ層の第１の第１クラッド層１２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓのダブルヘテロ接合層１４、ｐ−ＩｎＰ層の第２の第１クラッド層１６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８、ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸構造の活性層２０、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２、およびｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４を有する光導波路積層構造１０において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合である構成にする。
【選択図】 図１
Description
この発明は、半導体レーザ装置に係り、特に光通信や光ディスク装置などの光源として使用する半導体レーザ装置に関する。
近年、パソコン用外部記憶装置等として、大容量かつ可搬性のある記録可能な光ディスクシステムが急激に普及してきている。光ディスクシステムの小型化や携帯用のためには、光出力効率が高く、光学的特性や温度特性のよい半導体レーザ装置の開発が必須の要件である。また光ファイバを用いた公衆通信網の普及に伴って、安価に大量の情報量を伝送することが益々求められている。この様な要請に応じて伝送情報量の増大を図るためには、光出力効率の高い半導体レーザ装置の開発が必須の要件である。
従来の半導体レーザ装置の公知例としては、ＤＦＢレーザ素子においてＭＱＷ−ＳＣＨ活性層の上に膜厚２００ｎｍのｐ−ＩｎＰスペーサ層を配設し、このスペーサ層の上にＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子を配設し、この回折格子を介してスペーサ層の上に回折格子を埋め込んだｐ−ＩｎＰ第１クラッド層を配設した構成が開示されている（例えば、特許文献１ 段落番号［００２４］、および図１、図２参照）
しかしながら、上記に記載したＤＦＢレーザ素子においては、ｐ−ＩｎＰスペーサ層とＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子との界面、およびＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子とｐ−ＩｎＰ第１クラッド層との界面を有している。これらの界面はともに電子及び正孔の両キャリアに対してエネルギー準位が低い第１種のヘテロ接合であり、ＧａＩｎＡｓＰ層からなる回折格子のバンドギャップはｐ−ＩｎＰスペーサ層およびｐ−ＩｎＰ第１クラッド層のバンドギャップエネルギーが小さい。
このために回折格子を構成するバンドギャップエネルギーの小さいＧａＩｎＡｓＰ層に電子と正孔の両方が蓄積されやすくなる。この蓄積された電子と正孔のキャリア濃度がそれぞれ１×１０１８（以下、１×１０１８を１Ｅ１８と表記する）ｃｍ−３程度に大きくなると、回折格子層の内部で電子と正孔が結合し、レーザ発振に寄与しない無効電流が流れる。これによりレーザ発振のしきい値電流の増大及び発光効率の低下が生じるという問題点があった。
このために回折格子を構成するバンドギャップエネルギーの小さいＧａＩｎＡｓＰ層に電子と正孔の両方が蓄積されやすくなる。この蓄積された電子と正孔のキャリア濃度がそれぞれ１×１０１８（以下、１×１０１８を１Ｅ１８と表記する）ｃｍ−３程度に大きくなると、回折格子層の内部で電子と正孔が結合し、レーザ発振に寄与しない無効電流が流れる。これによりレーザ発振のしきい値電流の増大及び発光効率の低下が生じるという問題点があった。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的はダブルへテロ接合により挟まれた半導体層に電子と正孔が高いキャリア濃度で蓄積することを抑制し、しきい値電流が小さく、発光効率の良い半導体レーザ装置を提供することである。
この発明に係る半導体レーザ装置は、第１のバンドキャップエネルギーと第１の不純物濃度とを有する第１導電型の第１の半導体層と、この第１の半導体層と互に対向して積層され、第２のバンドキャップエネルギーと第２の不純物濃度とを有する第１導電型の第２の半導体層と、この第２半導体層を介して第１の半導体層と互に対向して積層され、第１、第２のバンドギャップエネルギーよりも小さな第３のバンドギャップエネルギーを有する活性層と、この活性層と第２半導体層とを介して第１の半導体層と互に対向して積層され、第３のバンドギャップエネルギーより大きい第４のバンドギャップエネルギーを有する第２導電型の第３の半導体層と、第１の半導体層と第２の半導体層との間に配設され第３の不純物濃度を有するとともに、伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも大きいエネルギー準位を有するか、または伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも小さいエネルギー準位を有する第１導電型の第４の半導体層と、第１の半導体層、第２の半導体層、活性層、第３の半導体層および第４の半導体層を、第１の半導体層及び第３の半導体層のいずれか一方と近接し互いに対向して表面上に配設するとともに、第１の半導体層及び第３の半導体層のいずれか一方のうち近接する半導体層と同じ導電型を有する半導体基板と、を備えたものである。
この発明に係る半導体レーザ装置においては、第４の半導体層のバンドギャップエネルギーが第１の半導体層および第２の半導体層それぞれのバンドギャップエネルギーより小さく、第１の半導体層と第４の半導体層との界面および第２の半導体層と第４の半導体層との界面がそれぞれ第２種のヘテロ接合となっているので、第４の半導体層には少数キャリアまたは多数キャリアの一方の蓄積が抑制される。このために第４の半導体層における電子と正孔の再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の光導波路積層構造を示す部分断面図である。なお以下の各図において同じ符号は同一のものかまたは相当のものである。
また図２は図１に示された光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
図１において、第１の半導体層としてのｐ型（以下、ｐ型を“ｐ−”で、ｎ型を“ｎ−”で、それぞれ表記する。）のＩｎＰ層からなる第１の第１クラッド層１２の上に第４の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなるダブルヘテロ接合層１４が配設され、このダブルヘテロ接合層１４の上に第２の半導体層としてのｐ−ＩｎＰ層からなる第２の第１クラッド層１６が配設されている。
ダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としては回折格子層やエッチングストッパ層などである。
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の光導波路積層構造を示す部分断面図である。なお以下の各図において同じ符号は同一のものかまたは相当のものである。
また図２は図１に示された光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
図１において、第１の半導体層としてのｐ型（以下、ｐ型を“ｐ−”で、ｎ型を“ｎ−”で、それぞれ表記する。）のＩｎＰ層からなる第１の第１クラッド層１２の上に第４の半導体層としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなるダブルヘテロ接合層１４が配設され、このダブルヘテロ接合層１４の上に第２の半導体層としてのｐ−ＩｎＰ層からなる第２の第１クラッド層１６が配設されている。
ダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としては回折格子層やエッチングストッパ層などである。
第２の第１クラッド層１６の上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８が配設され、この第１光閉込層１８の上に量子井戸構造の活性層２０が配設され、この活性層２０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２が配設され、この第２光閉込層２２の上に第３の半導体層としてのｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４が配設されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
このように光導波路積層構造１０は第１の第１クラッド層１２、ダブルヘテロ接合層１４、第２の第１クラッド層１６、第１光閉込層１８、活性層２０、第２光閉込層２２、および第２クラッド層２４から構成されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
このように光導波路積層構造１０は第１の第１クラッド層１２、ダブルヘテロ接合層１４、第２の第１クラッド層１６、第１光閉込層１８、活性層２０、第２光閉込層２２、および第２クラッド層２４から構成されている。
図２において上側の線が伝導帯のエネルギー準位２６を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位２８である。この光導波路積層構造１０においては、第２の第１クラッド層１６と第１光閉込層１８との界面、第１光閉込層１８と量子井戸層２０ａとの界面、量子井戸層２０ａとバリア層２０ｂとの界面、量子井戸層２０ａと第２光閉込層２２との界面、および第２光閉込層２２と第２クラッド層２４との界面はそれぞれ通常の第１種ヘテロ接合である。
一方、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
すなわち、ダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーは第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーよりも小さく、さらにダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位は第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも大きく、かつダブルヘテロ接合層１４の価電子帯のエネルギー準位は第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも大きくなっている。このような接合が第２種ヘテロ接合である。
さらに言い換えると、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーをＥg、ダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーをＥx、そしてダブルヘテロ接合層１４の価電子帯のエネルギー準位と第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位との差をΔＥvとした場合に、Ｅg＞ΔＥvであって、Ｅx＋ΔＥv＞Ｅgを満たす接合が第２種ヘテロ接合である。
一方、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
すなわち、ダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーは第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーよりも小さく、さらにダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位は第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも大きく、かつダブルヘテロ接合層１４の価電子帯のエネルギー準位は第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも大きくなっている。このような接合が第２種ヘテロ接合である。
さらに言い換えると、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーをＥg、ダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーをＥx、そしてダブルヘテロ接合層１４の価電子帯のエネルギー準位と第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位との差をΔＥvとした場合に、Ｅg＞ΔＥvであって、Ｅx＋ΔＥv＞Ｅgを満たす接合が第２種ヘテロ接合である。
図２における伝導帯のエネルギー準位２６においては、ダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも高くなっている。すなわち第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位より大きいので、ダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さい。さらに、ダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位と第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位との差をΔＥcとした場合に、ΔＥv＞ΔＥcとなっている。
従ってダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。このために再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
ダブルヘテロ接合層１４内にわずかに蓄積される少数キャリアの濃度をさらに低減させるために、ダブルヘテロ接合層１４の不純物濃度を大きくすることが有効である。ｎ型の不純物としては、Ｓ、Ｓｉ、Ｓｅがあり、ｐ型の不純物としては、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇなどがある。
通常、少数キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以下であれば再結合電流が少なくなるため、不純物濃度は２Ｅ１８ｃｍ−３以上、望ましくは５Ｅ１８ｃｍ−３以上、さらに望ましくは１Ｅ１９ｃｍ−３以上とする。また不純物濃度を高めることにより、多数キャリアのフェルミ準位が下がり、バンド障壁が小さくなって、多数キャリアの活性層への注入効率も改善される。
従ってダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。このために再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
ダブルヘテロ接合層１４内にわずかに蓄積される少数キャリアの濃度をさらに低減させるために、ダブルヘテロ接合層１４の不純物濃度を大きくすることが有効である。ｎ型の不純物としては、Ｓ、Ｓｉ、Ｓｅがあり、ｐ型の不純物としては、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｇなどがある。
通常、少数キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３以下であれば再結合電流が少なくなるため、不純物濃度は２Ｅ１８ｃｍ−３以上、望ましくは５Ｅ１８ｃｍ−３以上、さらに望ましくは１Ｅ１９ｃｍ−３以上とする。また不純物濃度を高めることにより、多数キャリアのフェルミ準位が下がり、バンド障壁が小さくなって、多数キャリアの活性層への注入効率も改善される。
変形例１．
この実施の形態１の変形例１は、図１に示された実施の形態１の光導波路積層構造１０と同じ構成であるが、光導波路積層構造１０を構成する材料を替えたものである。
また図３は変形例１に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この変形例１では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
またこの変形例１におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層がある。
図３に示された光導波路積層構造１０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位３０を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位３２である。
図３に示されるように、この変形例１の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。この変形例１においてはΔＥv＜ΔＥcとなっている。
この実施の形態１の変形例１は、図１に示された実施の形態１の光導波路積層構造１０と同じ構成であるが、光導波路積層構造１０を構成する材料を替えたものである。
また図３は変形例１に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この変形例１では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
またこの変形例１におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層がある。
図３に示された光導波路積層構造１０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位３０を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位３２である。
図３に示されるように、この変形例１の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。この変形例１においてはΔＥv＜ΔＥcとなっている。
図３における価電子帯のエネルギー準位３２においては、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも小さくなっている。すなわちダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーは第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーよりも小さく、さらにダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアである正孔に対するエネルギー準位は第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも大きく、ダブルヘテロ接合層１４内における正孔の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりも小さい。このためダブルヘテロ接合層１４内には電子は蓄積するが正孔は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
この変形例１における他の材料構成例として、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＡｓ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ層を、バリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を使用してもよい。但し材料組成比x、y及びzの関係は、０≦y＜x＜z＜１ある。
この変形例１における他の材料構成例として、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＡｓ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ層を、バリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を使用してもよい。但し材料組成比x、y及びzの関係は、０≦y＜x＜z＜１ある。
変形例２．
実施の形態１及び変形例１においては、ダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成であったが、この変形例２ではダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成である。
図４はこの変形例２に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この実施の形態１の変形例２では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。
但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
またこの変形例２におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層や回折格子層がある。
実施の形態１及び変形例１においては、ダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成であったが、この変形例２ではダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成である。
図４はこの変形例２に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この実施の形態１の変形例２では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。
但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
またこの変形例２におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層や回折格子層がある。
図４に示された光導波路積層構造１０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位３４を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位３６である。
図４に示されるように、この変形例２の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。この変形例２においてはΔＥv＜ΔＥcとなっている。
図４における価電子帯のエネルギー準位３４においては、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも低くなっている。変形例１においてはダブルヘテロ接合層１４および第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６は導電型がｎ型であったのに対して、この変形例２においてはダブルヘテロ接合層１４および第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６は導電型がｐ型である。
すなわちダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーは第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーよりも小さく、さらにダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアである正孔に対するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも大きく、ダブルヘテロ接合層１４内における正孔の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりも小さい。
図４に示されるように、この変形例２の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。この変形例２においてはΔＥv＜ΔＥcとなっている。
図４における価電子帯のエネルギー準位３４においては、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも低くなっている。変形例１においてはダブルヘテロ接合層１４および第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６は導電型がｎ型であったのに対して、この変形例２においてはダブルヘテロ接合層１４および第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６は導電型がｐ型である。
すなわちダブルヘテロ接合層１４のバンドギャップエネルギーは第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のバンドギャップエネルギーよりも小さく、さらにダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアである正孔に対するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の価電子帯のエネルギー準位よりも大きく、ダブルヘテロ接合層１４内における正孔の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりも小さい。
このためダブルヘテロ接合層１４内には少数キャリアである電子は蓄積されるが多数キャリアである正孔は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
この変形例２における他の材料構成例として、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６としてｐ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＡｌＡｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ層を、バリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を使用してもよい。但し材料組成比x、y及びzの関係は、０≦y＜x＜z＜１ある。
この変形例２における他の材料構成例として、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６としてｐ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＡｌＡｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ層を、バリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を使用してもよい。但し材料組成比x、y及びzの関係は、０≦y＜x＜z＜１ある。
変形例３．
変形例３もダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成である。
図５はこの変形例３に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この実施の形態１の変形例３では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｎ−ＩｎＰ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＩｎＰ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、またバリア層２０ｂとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＩｎＰ層を、それぞれ用いている。
またこの変形例３におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層または回折格子層がある。
変形例３もダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位よりも大きい構成である。
図５はこの変形例３に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
この実施の形態１の変形例３では一例として、第１の第１クラッド層１２としてｎ−ＩｎＰ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＩｎＰ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、またバリア層２０ｂとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＩｎＰ層を、それぞれ用いている。
またこの変形例３におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層または回折格子層がある。
図５に示された光導波路積層構造１０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位３８を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位４０である。
図５に示されるように、この変形例３の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
図２における伝導帯のエネルギー準位３８においては、ダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも大きくなっている。これは実施の形態１における図２と同様に見えるが、図２の構成ではダブルヘテロ接合層１４、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６はｐ型層であるのに対して、この変形例３における構成では、ダブルヘテロ接合層１４、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６がｎ型層である。
図５に示されるように、この変形例３の光導波路積層構造１０においても、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
図２における伝導帯のエネルギー準位３８においては、ダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも大きくなっている。これは実施の形態１における図２と同様に見えるが、図２の構成ではダブルヘテロ接合層１４、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６はｐ型層であるのに対して、この変形例３における構成では、ダブルヘテロ接合層１４、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６がｎ型層である。
すなわち実施の形態１の図２の構成では、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６のエネルギー準位より大きいのに対して、この変形例３の構成では第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位より大きくなる。このためにダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さいので、ダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
以上のように、この実施に形態１及びその変形例１〜３に係る光導波路積層構造を用いた半導体レーザ装置においては、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合とすることにより、ダブルヘテロ接合層１４には少数キャリアまたは多数キャリアの一方の蓄積が抑制される。このためにダブルヘテロ接合層１４における電子と正孔の再結合確率が小さくなり再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
またダブルヘテロ接合層１４内の少数キャリアが抑制される構成においては、ダブルヘテロ接合層１４の不純物濃度を大きく、例えば、不純物濃度を２Ｅ１８ｃｍ−３以上、望ましくは５Ｅ１８ｃｍ−３以上、さらに望ましくは１Ｅ１９ｃｍ−３以上とすることにより、ダブルヘテロ接合層１４内にわずかに蓄積される少数キャリアの濃度をさらに低減させることができる。また不純物濃度を高めることにより、多数キャリアのフェルミ準位が下がり、バンド障害が小さくなって、多数キャリアの活性層への注入効率も改善される。
またダブルヘテロ接合層１４内の少数キャリアの蓄積が抑制される構成においては、より効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
またダブルヘテロ接合層１４内の少数キャリアが抑制される構成においては、ダブルヘテロ接合層１４の不純物濃度を大きく、例えば、不純物濃度を２Ｅ１８ｃｍ−３以上、望ましくは５Ｅ１８ｃｍ−３以上、さらに望ましくは１Ｅ１９ｃｍ−３以上とすることにより、ダブルヘテロ接合層１４内にわずかに蓄積される少数キャリアの濃度をさらに低減させることができる。また不純物濃度を高めることにより、多数キャリアのフェルミ準位が下がり、バンド障害が小さくなって、多数キャリアの活性層への注入効率も改善される。
またダブルヘテロ接合層１４内の少数キャリアの蓄積が抑制される構成においては、より効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
実施の形態２．
図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の光導波路積層構造を示す部分断面図である。また図７は図６に示されたこの光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
光導波路積層構造５０は実施の形態１の変形例２と基本構成が同じであるが、光導波路積層構造５０が実施の形態１の変形例２に対応する光導波路積層構造１０と相違する点は、この光導波路積層構造５０においては第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間にそれぞれバンド不連続緩和層を設けたことである。
図６において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間に第５の半導体層としての第１バンド不連続緩和層５２が配設されている。またダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間に第６の半導体層としての第２バンド不連続緩和層５４が配設されている。
図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の光導波路積層構造を示す部分断面図である。また図７は図６に示されたこの光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
光導波路積層構造５０は実施の形態１の変形例２と基本構成が同じであるが、光導波路積層構造５０が実施の形態１の変形例２に対応する光導波路積層構造１０と相違する点は、この光導波路積層構造５０においては第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間にそれぞれバンド不連続緩和層を設けたことである。
図６において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間に第５の半導体層としての第１バンド不連続緩和層５２が配設されている。またダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間に第６の半導体層としての第２バンド不連続緩和層５４が配設されている。
光導波路積層構造５０の基本構成の一例として実施の形態１の変形例２と同じ構成が使用されている。
すなわち、第１の第１クラッド層１２としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
この構成の場合、第１バンド不連続緩和層５２はバンドギャップ波長λ1を有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰで構成し、第２バンド不連続緩和層５４はバンドギャップ波長λ2を有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰで構成すればよい。但し０．９８μｍ≦λ1≦１．１μｍ、０．９８μｍ≦λ2≦１．１μｍである。
すなわち、第１の第１クラッド層１２としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＩｎＰ層を、第２の第１クラッド層１６としてｐ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、またバリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x-0.52)Ｉｎ0.52Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を、それぞれ用いている。但し、材料組成比x、及びyの関係は、０≦y＜x≦０．４８である。
この構成の場合、第１バンド不連続緩和層５２はバンドギャップ波長λ1を有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰで構成し、第２バンド不連続緩和層５４はバンドギャップ波長λ2を有するｐ−ＩｎＧａＡｓＰで構成すればよい。但し０．９８μｍ≦λ1≦１．１μｍ、０．９８μｍ≦λ2≦１．１μｍである。
図７に示された光導波路積層構造５０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位５６を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位５８である。
図７に示されるように、このような構成を有する光導波路積層構造５０においては、第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４の正孔に対するエネルギー準位はダブルヘテロ接合層１４の正孔に対するエネルギー準位より小さく、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の正孔に対するエネルギー準位より大きくなる。
このために第１の第１クラッド層１２から量子井戸層２０ａへ正孔が流れ込む際に、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー障壁が第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４により緩和され、量子井戸層２０ａへの正孔の注入効率が増大し、さらに発光効率が改善され、延いては効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
図７に示されるように、このような構成を有する光導波路積層構造５０においては、第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４の正孔に対するエネルギー準位はダブルヘテロ接合層１４の正孔に対するエネルギー準位より小さく、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の正孔に対するエネルギー準位より大きくなる。
このために第１の第１クラッド層１２から量子井戸層２０ａへ正孔が流れ込む際に、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー障壁が第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４により緩和され、量子井戸層２０ａへの正孔の注入効率が増大し、さらに発光効率が改善され、延いては効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
また他の材料を用いた構成例としては、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６としてｐ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｐ−ＡｌＡｓ層を、第１光閉込層１８としてｐ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、量子井戸層２０ａとしてアンドープＡｌyＧａ(1-y)Ａｓ層を、バリア層２０ｂとしてアンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、第２光閉込層２２としてｎ−ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層を、そして第２クラッド層２４としてｎ−ＡｌzＧａ(1-z)Ａｓ層を使用した場合に、第１バンド不連続緩和層５２はｐ−ＡｌuＧａ(1-u)Ａｓ層で構成し、第２バンド不連続緩和層５４はｐ−ＡｌvＧａ(1-v)Ａｓ層で構成すればよい。。但し材料組成比x、y、z及びu、vの関係は、０≦y＜x＜z＜u＜１、０≦y＜x＜z＜v＜１である。
変形例４．
この変形例４も実施の形態１の変形例３と基本構成が同じであるが、この変形例４の光導波路積層構造５０においては第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間にそれぞれバンド不連続緩和層を設けたものである。
図８はこの変形例４に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
実施の形態２の変形例４の光導波路積層構造５０の基本構成は変形例３と同じであり、第１の第１クラッド層１２としてｎ−ＩｎＰ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＩｎＰ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、またバリア層２０ｂとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＩｎＰ層を、それぞれ用いている。
この変形例４も実施の形態１の変形例３と基本構成が同じであるが、この変形例４の光導波路積層構造５０においては第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間にそれぞれバンド不連続緩和層を設けたものである。
図８はこの変形例４に係る光導波路積層構造のエネルギーバンド図である。
実施の形態２の変形例４の光導波路積層構造５０の基本構成は変形例３と同じであり、第１の第１クラッド層１２としてｎ−ＩｎＰ層を、ダブルヘテロ接合層１４としてｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層を、第２の第１クラッド層１６としてｎ−ＩｎＰ層を、第１光閉込層１８としてｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、量子井戸構造の活性層２０を構成する量子井戸層２０ａとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、またバリア層２０ｂとしてＩｎＧａＡｓＰ層を、第２光閉込層２２としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層を、そして第２クラッド層２４としてｐ−ＩｎＰ層を、それぞれ用いている。
この構成の場合、第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４はｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓからなり、その伝導帯のエネルギー準位がダブルヘテロ接合層１４の伝導帯のエネルギー準位よりも小さく、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の伝導帯のエネルギー準位よりも大きいものである。すなわち第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４を構成するｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓは、そのＡｌ組成比が０を越える値を有し、ダブルヘテロ接合層１４のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓよりもＡｌ組成比が小さな材料で構成する。この変形例４におけるダブルヘテロ接合層１４の具体的構成例としてはエッチングストッパ層または回折格子層がある。
図８に示された光導波路積層構造５０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位６０を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位６２である。
図８に示されるように、このような構成を有する光導波路積層構造５０においては、第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４の電子に対するエネルギー準位はダブルヘテロ接合層１４の電子に対するエネルギー準位より小さく、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子に対するエネルギー準位より大きくなる。
図８に示された光導波路積層構造５０のエネルギーバンド図において、上側の線が伝導帯のエネルギー準位６０を、また下側の線が価電子帯のエネルギー準位６２である。
図８に示されるように、このような構成を有する光導波路積層構造５０においては、第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４の電子に対するエネルギー準位はダブルヘテロ接合層１４の電子に対するエネルギー準位より小さく、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子に対するエネルギー準位より大きくなる。
このために第１の第１クラッド層１２から量子井戸層２０ａへ電子が流れ込む際に、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー障壁が第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４により緩和され、量子井戸層２０ａへの電子の注入効率が増大し、さらに発光効率が改善され、延いては効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
以上のように、実施の形態２および実施の形態２の変形例４に係る光導波路積層構造を用いた半導体レーザ装置においては、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位より高くなる構成において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間に第１バンド不連続緩和層５２が、またダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間に第２バンド不連続緩和層５４が、それぞれ配設されることにより、第１の第１クラッド層１２から量子井戸層２０ａへ多数キャリアが流れ込む際に、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー障壁が第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４により緩和され、量子井戸層２０ａへの多数キャリアの注入効率が増大し、さらに発光効率が改善され、延いては効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
以上のように、実施の形態２および実施の形態２の変形例４に係る光導波路積層構造を用いた半導体レーザ装置においては、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の多数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の多数キャリアに対応するエネルギー準位より高くなる構成において、第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との間に第１バンド不連続緩和層５２が、またダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との間に第２バンド不連続緩和層５４が、それぞれ配設されることにより、第１の第１クラッド層１２から量子井戸層２０ａへ多数キャリアが流れ込む際に、ダブルヘテロ接合層１４のエネルギー障壁が第１バンド不連続緩和層５２および第２バンド不連続緩和層５４により緩和され、量子井戸層２０ａへの多数キャリアの注入効率が増大し、さらに発光効率が改善され、延いては効率の高い半導体レーザ装置を得ることができる。
実施の形態３．
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの部分断面斜視図である。また図１０は図９のＸ−Ｘ断面における半導体レーザの断面図である。
図９において、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザという）７０は光の導波方向（ｘ軸方向）に沿った断面で切断され、この断面に対して対称の形状をしている。また図１０のＸ−Ｘ断面はｙ軸方向に平行する断面である。
このＤＦＢレーザ７０はその発振波長が回折格子の周期で定まり、シングルモード発振が可能なことを特徴とし、通信用にも使用されるものである。
図９および図１０において、半導体基板としてのｐ−ＩｎＰ基板７２の上にｐ−ＩｎＰ層からなる第１の第１クラッド層１２が配設され、第１の第１クラッド層１２の上にダブルヘテロ接合層１４が配設されている。この実施の形態３ではこのダブルヘテロ接合層１４はｙ軸方向に延在する帯状の開口１４ａを有する回折格子層で、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層で形成されている。このダブルヘテロ接合層１４の上に開口１４ａを埋め込むようにして、ｐ−ＩｎＰ層からなる第２の第１クラッド層１６が配設されている。
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの部分断面斜視図である。また図１０は図９のＸ−Ｘ断面における半導体レーザの断面図である。
図９において、分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザという）７０は光の導波方向（ｘ軸方向）に沿った断面で切断され、この断面に対して対称の形状をしている。また図１０のＸ−Ｘ断面はｙ軸方向に平行する断面である。
このＤＦＢレーザ７０はその発振波長が回折格子の周期で定まり、シングルモード発振が可能なことを特徴とし、通信用にも使用されるものである。
図９および図１０において、半導体基板としてのｐ−ＩｎＰ基板７２の上にｐ−ＩｎＰ層からなる第１の第１クラッド層１２が配設され、第１の第１クラッド層１２の上にダブルヘテロ接合層１４が配設されている。この実施の形態３ではこのダブルヘテロ接合層１４はｙ軸方向に延在する帯状の開口１４ａを有する回折格子層で、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層で形成されている。このダブルヘテロ接合層１４の上に開口１４ａを埋め込むようにして、ｐ−ＩｎＰ層からなる第２の第１クラッド層１６が配設されている。
この第２の第１クラッド層１６の上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８が配設され、この第１光閉込層１８の上に量子井戸構造の活性層２０が配設され、この活性層２０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２が配設され、この第２光閉込層２２の上にｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４が配設されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
図９および図１０では第１光閉込層１８、活性層２０および第２光閉込層２２を区別して描かれていないが、この積層構造は実施の形態１の図１に示した積層構造と同じである。
そして実施の形態１と同様に、第１の第１クラッド層１２、ダブルヘテロ接合層１４、第２の第１クラッド層１６、第１光閉込層１８、活性層２０、第２光閉込層２２、および第２クラッド層２４から光導波路積層構造１０が構成されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
図９および図１０では第１光閉込層１８、活性層２０および第２光閉込層２２を区別して描かれていないが、この積層構造は実施の形態１の図１に示した積層構造と同じである。
そして実施の形態１と同様に、第１の第１クラッド層１２、ダブルヘテロ接合層１４、第２の第１クラッド層１６、第１光閉込層１８、活性層２０、第２光閉込層２２、および第２クラッド層２４から光導波路積層構造１０が構成されている。
この実施の形態３においては、光導波路積層構造１０が光の導波方向（ｘ軸方向）に延在するリッジ状に形成され、このリッジ状の光導波路積層構造１０の両側は下側からｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７４、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層７６およびｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７８が順次積層された電流狭窄構造８０を形成し、駆動電流が効率よくリッジ内の活性層２０に流れるようになっている。なおｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７４およびｐ−ＩｎＰ電流ブロック層２８はｐ−ＩｎＰに替えてＦｅ−ＩｎＰを用いてもよい。
電流狭窄構造８０のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７８と光導波路積層構造１０の第２クラッド層２４との上にｎ−ＩｎＰコンタクト層８２が配設され、このｎ−ＩｎＰコンタクト層８０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４が配設されている。
これら電流狭窄構造８０および光導波路積層構造１０並びにこれらの上に配設されたｎ−ＩｎＰコンタクト層８２およびｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４は光の導波方向（ｘ軸方向）に延在するリッジ状に形成されている。このリッジ状の積層構造を覆ってＳｉＯ2のパッシベーション膜８６が配設されている。またこのリッジ状の積層構造の頂部に設けられたパッシベーション膜８６の開口８６ａを介して、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４の上にカソード電極８８が配設されるとともに、ｐ−ＩｎＰ基板７２の裏面にアノード電極９０が配設されている。
電流狭窄構造８０のｐ−ＩｎＰ電流ブロック層７８と光導波路積層構造１０の第２クラッド層２４との上にｎ−ＩｎＰコンタクト層８２が配設され、このｎ−ＩｎＰコンタクト層８０の上にｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４が配設されている。
これら電流狭窄構造８０および光導波路積層構造１０並びにこれらの上に配設されたｎ−ＩｎＰコンタクト層８２およびｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４は光の導波方向（ｘ軸方向）に延在するリッジ状に形成されている。このリッジ状の積層構造を覆ってＳｉＯ2のパッシベーション膜８６が配設されている。またこのリッジ状の積層構造の頂部に設けられたパッシベーション膜８６の開口８６ａを介して、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８４の上にカソード電極８８が配設されるとともに、ｐ−ＩｎＰ基板７２の裏面にアノード電極９０が配設されている。
この実施の形態３の光導波路積層構造１０は実施の形態１と同じであり、従って第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
そのために、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位より大きいので、ダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さい。
すなわちダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
そのために、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位より大きいので、ダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さい。
すなわちダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
以上の説明においては、ｐ−ＩｎＰ基板７２にｐ型半導体層からなる第１の第１クラッド層１２を近接して対向させて、ｐ−ＩｎＰ基板７２の上に実施の形態１の光導波路積層構造１０を配設した半導体レーザについて説明した。同様にｐ−ＩｎＰ基板７２にｐ型半導体層からなる第１の第１クラッド層１２を近接して対向させて、ｐ−ＩｎＰ基板７２の上に実施の形態１の変形例２の光導波路積層構造１０や実施の形態２の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。
これらの場合は活性層２０よりｐ−ＩｎＰ基板７２の側にあるｐ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｐ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
また、基板をｐ−ＩｎＰ基板７２として、このｐ−ＩｎＰ基板７２に対向させてｐ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｐ−ＩｎＰ基板７２上に実施の形態１の変形例１および変形例３の光導波路積層構造１０や実施の形態２の変形例４の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。この場合は活性層２０よりｐ−ＩｎＰ基板７２と反対側の側にあるｎ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｎ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
これらの場合は活性層２０よりｐ−ＩｎＰ基板７２の側にあるｐ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｐ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
また、基板をｐ−ＩｎＰ基板７２として、このｐ−ＩｎＰ基板７２に対向させてｐ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｐ−ＩｎＰ基板７２上に実施の形態１の変形例１および変形例３の光導波路積層構造１０や実施の形態２の変形例４の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。この場合は活性層２０よりｐ−ＩｎＰ基板７２と反対側の側にあるｎ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｎ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
さらに、基板をｎ型基板として、このｎ型半導体基板に近接して対向させてｎ型半導体層の第１の第１クラッド層１２を配設し、ｎ型基板上に実施の形態１の変形例１及び変形例３の光導波路積層構造１０や実施の形態２の変形例４の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。これらの場合は活性層２０よりｎ型半導体基板側にあるｎ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｎ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
さらにまた、基板をｎ型基板として、このｎ型基板に近接して対向させてｎ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｎ型基板７２上に実施の形態１および実施の形態１の変形例２の光導波路積層構造１０や実施の形態２の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。この場合は活性層２０よりｎ型基板と反対側にあるｐ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｐ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
なおｎ型基板の場合でもｐ型基板の場合でも、電流狭窄構造８０の構成は変わらない。
以上のように、この実施の形態に係るＤＦＢレーザにおいては、第１の第１クラッド層１２と回折格子層であるダブルヘテロ接合層１４との界面、および回折格子層であるダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合とし、ダブルヘテロ接合層１４に蓄積される多数キャリアあるいは少数キャリアのいずれか一方の蓄積を抑制することにより、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高いＤＦＢレーザ装置が得られる。
さらにまた、基板をｎ型基板として、このｎ型基板に近接して対向させてｎ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｎ型基板７２上に実施の形態１および実施の形態１の変形例２の光導波路積層構造１０や実施の形態２の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。この場合は活性層２０よりｎ型基板と反対側にあるｐ型半導体層である第１の第１クラッド層１２と第２の第１クラッド層１６との間に回折格子層であるｐ型のダブルヘテロ接合層１４を設けた場合である。
なおｎ型基板の場合でもｐ型基板の場合でも、電流狭窄構造８０の構成は変わらない。
以上のように、この実施の形態に係るＤＦＢレーザにおいては、第１の第１クラッド層１２と回折格子層であるダブルヘテロ接合層１４との界面、および回折格子層であるダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合とし、ダブルヘテロ接合層１４に蓄積される多数キャリアあるいは少数キャリアのいずれか一方の蓄積を抑制することにより、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高いＤＦＢレーザ装置が得られる。
実施の形態４．
図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの部分断面斜視図である。また図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面における半導体レーザの断面図である。
図１１のリッジ型半導体レーザ１００は光ディスクシステムや光通信用に使用されるものである。図１１において、リッジ型半導体レーザ１００は光の導波方向（ｘ軸方向）に沿った断面で切断され、この断面に対して対称の形状をしている。また図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ断面はｙ軸方向に平行する断面である。
図１１および図１２において、半導体基板としてのｎ−ＩｎＰ基板１０２の上にｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４が配設され、この第２クラッド層２４の上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２が配設され、この第２光閉込層２２の上に量子井戸構造の活性層２０が配設され、この活性層２０の上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８が配設されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
図１１および図１２では第１光閉込層１８、活性層２０および第２光閉込層２２を区別して描かれていないが、この積層構造は実施の形態１の図１に示した積層構造と同じである。
図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの部分断面斜視図である。また図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面における半導体レーザの断面図である。
図１１のリッジ型半導体レーザ１００は光ディスクシステムや光通信用に使用されるものである。図１１において、リッジ型半導体レーザ１００は光の導波方向（ｘ軸方向）に沿った断面で切断され、この断面に対して対称の形状をしている。また図１２のＸＩＩ−ＸＩＩ断面はｙ軸方向に平行する断面である。
図１１および図１２において、半導体基板としてのｎ−ＩｎＰ基板１０２の上にｎ−ＩｎＰ層からなる第２クラッド層２４が配設され、この第２クラッド層２４の上にｎ−ＩｎＧａＡｓＰの第２光閉込層２２が配設され、この第２光閉込層２２の上に量子井戸構造の活性層２０が配設され、この活性層２０の上にｐ−ＩｎＧａＡｓＰの第１光閉込層１８が配設されている。
量子井戸構造の活性層２０は、第１光閉込層１８および第２光閉込層２２に各々隣接する個別のＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層２０ａの間に挟まれて、量子井戸層２０ａとＩｎＧａＡｓＰからなるバリア層２０ｂとが交互に配設されている。
図１１および図１２では第１光閉込層１８、活性層２０および第２光閉込層２２を区別して描かれていないが、この積層構造は実施の形態１の図１に示した積層構造と同じである。
第１光閉込層１８の上にｐ−ＩｎＰ層からなる第２の第１クラッド層１６が配設され、この第２の第１クラッド層１６の上にダブルヘテロ接合層１４が配設されている。この実施の形態４ではこのダブルヘテロ接合層１４はエッチングストッパ層で、ｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓ層で形成されている。このダブルヘテロ接合層１４の上にｐ−ＩｎＰ層からなる第１の第１クラッド層１２が配設され、第１の第１クラッド層１２の上にｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４が配設されている。
ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４と第１の第１クラッド層１２はダブルヘテロ接合層１４をエッチングストッパ層として使用することにより、ストライプメサ状のリッジ１０６が精度よく形成される。
リッジ１０６の側面及びリッジ１０６の形成に際して露呈したダブルヘテロ接合層１４はＳｉＯ2のパッシベーション膜１０８で覆われている。リッジ１０６の頂部に設けられたパッシベーション膜１０８の開口１０８ａを介して、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４の上にアノード電極９０が配設されるとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１０２の裏面にカソード電極８８が配設されている。
ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４と第１の第１クラッド層１２はダブルヘテロ接合層１４をエッチングストッパ層として使用することにより、ストライプメサ状のリッジ１０６が精度よく形成される。
リッジ１０６の側面及びリッジ１０６の形成に際して露呈したダブルヘテロ接合層１４はＳｉＯ2のパッシベーション膜１０８で覆われている。リッジ１０６の頂部に設けられたパッシベーション膜１０８の開口１０８ａを介して、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１０４の上にアノード電極９０が配設されるとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１０２の裏面にカソード電極８８が配設されている。
この実施の形態４では、実施の形態１と同様に、第１の第１クラッド層１２、ダブルヘテロ接合層１４、第２の第１クラッド層１６、第１光閉込層１８、活性層２０、第２光閉込層２２、および第２クラッド層２４から光導波路積層構造１０が構成されている。
またこの実施の形態４においては、光導波路積層構造１０のｎ型層である第２クラッド層２４がｎ−ＩｎＰ基板１０２に隣接するように、光導波路積層構造１０がｎ−ＩｎＰ基板１０２上に配設されている。
このように、この実施の形態４の光導波路積層構造１０は実施の形態１と同じであり、従って第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
そのために、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位より高いので、ダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さい。
すなわちダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
またこの実施の形態４においては、光導波路積層構造１０のｎ型層である第２クラッド層２４がｎ−ＩｎＰ基板１０２に隣接するように、光導波路積層構造１０がｎ−ＩｎＰ基板１０２上に配設されている。
このように、この実施の形態４の光導波路積層構造１０は実施の形態１と同じであり、従って第１の第１クラッド層１２とダブルヘテロ接合層１４との界面、およびダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面はともに第２種ヘテロ接合である。
そのために、第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいダブルヘテロ接合層１４の少数キャリアに対応するエネルギー準位が第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の少数キャリアに対応するエネルギー準位より高いので、ダブルヘテロ接合層１４内における電子の濃度が隣接する第１の第１クラッド層１２および第２の第１クラッド層１６の電子の濃度よりも小さい。
すなわちダブルヘテロ接合層１４内には正孔は蓄積するが電子は殆ど蓄積されず、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高い半導体レーザ装置が得られる。
以上の説明においては、ｎ−ＩｎＰ基板に近接して対向させてｎ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｎ−ＩｎＰ基板上に実施の形態１の光導波路積層構造１０を配設した構成であるが、同様にｎ−半導体基板に近接して対向させてｎ型半導体層である第２クラッド層２４を配設し、ｎ−ＩｎＰ基板上に実施の形態１の変形例２の光導波路積層構造１０や実施の形態２の光導波路積層構造５０を配設した構成にしてもよい。
以上のように、この実施の形態４に係るリッジ型半導体レーザにおいては、第１の第１クラッド層１２とエッチングストッパ層であるダブルヘテロ接合層１４との界面、およびエッチングストッパ層であるダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合とし、ダブルヘテロ接合層１４に蓄積される多数キャリアあるいは少数キャリアのいずれか一方の蓄積を抑制することにより、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高いリッジ型半導体レーザ装置が得られる。
以上のように、この実施の形態４に係るリッジ型半導体レーザにおいては、第１の第１クラッド層１２とエッチングストッパ層であるダブルヘテロ接合層１４との界面、およびエッチングストッパ層であるダブルヘテロ接合層１４と第２の第１クラッド層１６との界面をともに第２種ヘテロ接合とし、ダブルヘテロ接合層１４に蓄積される多数キャリアあるいは少数キャリアのいずれか一方の蓄積を抑制することにより、ダブルヘテロ接合層１４内における電子と正孔との再結合確率が小さくなり、再結合電流は少なくなる。従って再結合電流によるしきい値電流の上昇や発光効率の低下が抑制され、効率の高いリッジ型半導体レーザ装置が得られる。
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、高効率が求められる光通信や光ディスク装置などの光源として使用する半導体レーザ装置に適している。
１２ 第１の第１クラッド層、 １６ 第２の第１クラッド層、 ２０ 活性層、 ２４ 第２クラッド層、 １４ ダブルヘテロ接合層１４、 ７２ ｐ−ＩｎＰ基板、 １０２ ｎ−ＩｎＰ基板、 ５２ 第１バンド不連続緩和層、 ５４ 第２バンド不連続緩和層。
Claims (6)
- 第１のバンドキャップエネルギーと第１の不純物濃度とを有する第１導電型の第１の半導体層と、
この第１の半導体層と互に対向して積層され、第２のバンドキャップエネルギーと第２の不純物濃度とを有する第１導電型の第２の半導体層と、
この第２半導体層を介して上記第１の半導体層と互に対向して積層され、第１、第２のバンドギャップエネルギーよりも小さな第３のバンドギャップエネルギーを有する活性層と、
この活性層と上記第２半導体層とを介して上記第１の半導体層と互に対向して積層され、第３のバンドギャップエネルギーより大きい第４のバンドギャップエネルギーを有する第２導電型の第３の半導体層と、
上記第１の半導体層と第２の半導体層との間に配設され第３の不純物濃度を有するとともに、伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに上記第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも大きいエネルギー準位を有するか、または伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに上記第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも小さいエネルギー準位を有する第１導電型の第４の半導体層と、
上記第１の半導体層、第２の半導体層、活性層、第３の半導体層および第４の半導体層を、上記第１の半導体層及び第３の半導体層のいずれか一方と近接し互いに対向して表面上に配設するとともに、第１の半導体層及び第３の半導体層のいずれか一方のうち近接する半導体層と同じ導電型を有する半導体基板と、
を備えた半導体レーザ装置。 - 第１導電型がｐ型の場合、第４の半導体層はその伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも大きいエネルギー準位を有し、第１導電型がｎ型の場合、第４の半導体層はその伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位がともに第１、第２の半導体層の伝導帯あるいは価電子帯の対応するエネルギー準位よりも小さいエネルギー準位を有することを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
- 第１の半導体層と第４の半導体層との間に配設され、第１導電型がｎ型の場合は第１、第４の半導体層それぞれの伝導帯のエネルギー準位の中間のエネルギー準位を有し、第１導電型がｐ型の場合は第１、第４の半導体層それぞれの価電子帯のエネルギー準位の中間のエネルギー準位を有する第５の半導体層と、
第２の半導体層と第４の半導体層との間に配設され、第１導電型がｎ型の場合は第２、第４の半導体層それぞれの伝導帯のエネルギー準位の中間のエネルギー準位を有し、第１導電型がｐ型の場合は第２、第４の半導体層それぞれの価電子帯のエネルギー準位の中間のエネルギー準位を有する第６の半導体層と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。 - 第４の半導体層が回折格子層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
- 第４の半導体層がエッチング停止層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
- 第３の不純物濃度が、第１の不純物濃度及び第２の不純物濃度よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
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