JP3291447B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発振波長が赤色域の半導体レーザ
素子としてＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子が活発に
研究開発されている。特に、このＡｌＧａＩｎＰ系半導
体レーザ素子は６３０〜６８０ｎｍ帯の発振が可能であ
り、この波長帯は視感度が高いことから、斯る素子はレ
ーザーポインターやラインマーカー等に使用されている
他、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に比べて発振波長
が短いことから高密度記録用光源等として期待されてい
る。

【０００３】斯る半導体レーザ素子は、一般に電流ブロ
ック層にはＧａＡｓ層が用いられるが、例えば、IEEE J
OURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，
VOL．１，NO．２，JUNE 1995 p723〜p727には電流ブロ
ック層として、ＡｌＩｎＰ層とＧａＡｓ層からなる２層
構造を採用した例が示されている。

【０００４】この文献において、この２層構造の電流ブ
ロック層を備えた半導体レーザ素子は電流ブロック層が
ＧａＡｓ層の１層構造である一般的な半導体レーザ素子
より、発振しきい値電流及びスロープ効率が改善できる
ことが報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＡｌＧａＩ
ｎＰ系半導体レーザ素子にかかわらず、半導体レーザ素
子は発振しきい値電流及びスロープ効率を更に改善する
ことが要求されている。

【０００６】この中でも、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザ素子は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に比べ、材
料固有の問題から発振しきい値電流及びスロープ効率の
特性が劣り、更なる特性向上が求められている。

【０００７】本発明は上述の問題点を鑑み成されたもの
であり、良好な発振しきい値電流及びスロープ効率の特
性を有する半導体レーザ素子を提供することが目的であ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、（Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなる第１導
電型のクラッド層と、該第１導電型のクラッド層上に形
成された活性層と、該活性層上に形成された平坦部と該
平坦部上に形成されたストライプ状リッジ部とを有する
前記第１導電型とは逆導電型となる（Ａｌ _x2 Ｇａ _1-x2 ）
_y2 Ｉｎ _1-y2 Ｐからなる第２導電型のクラッド層と、前記
第２導電型のクラッド層の前記平坦部上及び前記リッジ
部の側面上に形成され、前記第２導電型のクラッド層よ
り屈折率が小さく且つ発振光のエネルギー（ｈν：ｈは
プランク定数、νは発振光の振動数）より大きなエネル
ギーのバンドギャップ（Ｅg：Ｅg＞ｈν）を有する（Ａ
ｌ _x3 Ｇａ _1-x3 ） _y3 Ｉｎ _1-y3 Ｐ（１≧ｘ３＞ｘ１＞０、１
≧ｘ３＞ｘ２＞０、１＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞
ｙ３＞０）からなる第１導電型の光閉じ込め層と、を備
え、前記第２導電型のクラッド層の前記平坦部の層厚が
１３００Å以下であり、前記光閉じ込め層の不純物濃度
は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする。

【０００９】斯る半導体レーザ素子は、発振しきい値電
流とスロープ効率の特性が良好となる。

【００１０】また、本発明の半導体レーザ素子は、（Ａ
ｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなる第１導電型のクラ
ッド層と、該第１導電型のクラッド層上に形成された活
性層と、該活性層上に形成された平坦部と該平坦部上に
形成されたストライプ状リッジ部とを有する前記第１導
電型とは逆導電型となる（Ａｌ _x2 Ｇａ _1-x2 ） _y2 Ｉｎ _1-y2
Ｐからなる第２導電型のクラッド層と、前記第２導電型
のクラッド層の前記平坦部上及び前記リッジ部の側面上
に形成され、前記第２導電型のクラッド層より屈折率が
小さく且つ発振光のエネルギーより大きなエネルギーの
バンドギャップを有する（Ａｌ _x3 Ｇａ _1-x3 ） _y3 Ｉｎ _1-y3
Ｐ（１≧ｘ３＞ｘ１＞０、１≧ｘ３＞ｘ２＞０、１＞ｙ
１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞０）からなる第１導
電型の光閉じ込め層と、を備え、前記第２導電型のクラ
ッド層の前記平坦部の層厚が１３００Å以下であり、前
記光閉じ込め層の少なくとも前記活性層側の不純物濃度
は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする。

【００１１】斯る半導体レーザ素子も、発振しきい値電
流とスロープ効率の特性が良好となる。

【００１２】特に、前記第２導電型のクラッド層の前記
平坦部の層厚が８００Å以下であることを特徴とする。
更に、前記第２導電型のクラッド層の前記平坦部の層厚
が１００Å以上であることを特徴とする。

【００１３】

【００１４】更に、前記平坦部と前記リッジ部の間であ
って、前記平坦部上にエッチング停止層を有することを
特徴とする。

【００１５】斯る場合、平坦部を高精度に形成できるの
で、発振しきい値電流とスロープ効率の特性が良好な半
導体レーザ素子の製造歩留まりが向上する。

【００１６】特に、前記不純物濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ
^-3以下であることを特徴とする。

【００１７】この場合、発振しきい値電流とスロープ効
率の特性がより良好になる。

【００１８】更に、前記不純物濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ
^-3以下であることを特徴とする。

【００１９】この場合、発振しきい値電流とスロープ効
率の特性が更に良好になる。

【００２０】また、前記不純物濃度は、５×１０¹⁶ｃｍ
^-3以上であることを特徴とする。

【００２１】この場合、光閉じ込め層全体又は光閉じ込
め層の少なくとも活性層側を十分なキャリア濃度を有し
得る低抵抗領域とすることが可能であり、よってこの低
抵抗領域と第２導電型のクラッド層とのｐｎ接合により
電流阻止効果が好ましく得られるので、発振しきい値電
流とスロープ効率の特性を良好にできる。

【００２２】更に、前記不純物濃度は、７×１０¹⁶ｃｍ
^-3以上であることを特徴とする。

【００２３】この場合、光閉じ込め層全体又は光閉じ込
め層の少なくとも活性層側をより十分なキャリア濃度を
有しえる低抵抗領域とすることが可能であり、よってこ
の領域と第２導電型のクラッド層とのｐｎ接合により電
流阻止効果が好ましく得られるので、発振しきい値電流
とスロープ効率の特性を良好にできる。

【００２４】更に、前記不純物濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ
^-3近傍であることを特徴とする。

【００２５】この場合、発振しきい値電流が著しく小さ
くなり、かつスロープ効率が０．５Ｗ／Ａ以下となり、
しかも、低抵抗領域と第２導電型のクラッド層とのｐｎ
接合により十分な電流阻止効果が得られるので、非常に
好ましい。また、前記光閉じ込め層は、Ｓｅがドープさ
れていることを特徴とする。

【００２６】また、基板として第１導電型のＧａＡｓ基
板を用い、第１導電型のクラッド層、第２導電型のクラ
ッド層、光閉じ込め層は、それぞれＧａＡｓ基板と略格
子整合する（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、（Ａｌ_x2
Ｇａ_1-x2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、（Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3）_0.5 Ｉｎ
_0.5Ｐからなる。

【００２７】この場合、平坦部の厚みは０．０１〜０．
１３μｍがよく、好ましくは０．０３〜０．０８μｍで
あり、光閉じ込め層の厚みは０．３〜１μｍがよく、好
ましくは０．４〜０．８５μｍ、より好ましくは０．５
〜０．７５μｍである。また、光閉じ込め層が（Ａｌ_x3
Ｇａ_1-x3）_y3Ｉｎ_1-y3Ｐからなる場合には、４元系より
３元系の方が熱伝導がよく、しかも実効屈折率が最大に
できるので、Ａｌ組成比ｘ３は１が最も好ましい。

【００２８】なお、この場合、活性層としては、ＡｌＧ
ａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる単一又は多重量子井戸
構造層やＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる非量子
井戸層である単一層が用いれる。

【００２９】更に、 前記光閉じ込め層上には、該光閉
じ込め層より熱伝導効率が大きい第１導電型の電流ブロ
ック層を有することを特徴とする。

【００３０】この場合、例えば前記（Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3）
_y3Ｉｎ_1-y3Ｐからなる光閉じ込め層は熱伝導性が悪く、
発振しきい値電流等を劣化させる恐れがあったが、前記
光閉じ込め層の層厚を小さくして放熱効果の低減を抑
え、前記電流ブロック層によって電流阻止効果を十分確
保しつつ放熱効果も補える。

【００３１】特に、前記光閉じ込め層上には、該光閉じ
込め層より不純物濃度（即ち、キャリア濃度）が大きい
第１導電型の電流ブロック層を有することを特徴とす
る。

【００３２】この場合、前記光閉じ込め層の電流ブロッ
ク層としての機能は、不純物濃度（キャリア濃度）が小
さいため、電流阻止効果が小さくなる恐れがあるが、不
純物濃度（キャリア濃度）が大きい電流ブロック層で十
分に電流阻止効果を補える。

【００３３】なお、上記第１導電型の電流ブロック層は
発振光のエネルギーより小さなエネルギーのバンドギャ
ップを有することが好ましい。

【００３４】特に、前記電流ブロック層は、ＧａＡｓか
らなることを特徴とする。

【００３５】この場合、ＧａＡｓは酸化する恐れもな
く、製造上好ましい利点を有する上に、ＡｌＧａＩｎＰ
やＡｌＩｎＰ等に比べて熱伝導性もよいので、好まし
い。

【００３６】また、前記光閉じ込め層の少なくとも前記
活性層側のキャリア濃度は略５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であ
ることを特徴とする。

【００３７】この場合、光閉じ込め層の少なくとも活性
層側を低抵抗領域とでき、この領域と第２導電型のクラ
ッド層とのｐｎ接合により電流阻止効果が好ましく得ら
れるので、発振しきい値電流とスロープ効率の特性を良
好にできる。

【００３８】特に、前記光閉じ込め層は、低抵抗層であ
ることを特徴とする。

【００３９】この場合、光閉じ込め層は低抵抗層であ
り、第２導電型のクラッド層とのｐｎ接合による電流阻
止効果が好ましく得られるので、発振しきい値電流とス
ロープ効率の特性が著しく良好になる。なお、この低抵
抗層としてのキャリア濃度は好ましくは略５×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3以上であり、より好ましくは略１×１０¹⁷ｃｍ^-3以
上である。

【００４０】なお、上記各層は、好ましくはＭＯＣＶＤ
法やＭＢＥ法等の気相成長法により形成される。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態であるＡｌ
ＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を図を用いて説明する。
尚、図１、及び図２は、それぞれ斯る半導体レーザ素子
の模式断面構造図、活性層乃至電流ブロック層近傍の模
式バンド構造図である。

【００４２】図中、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板で、そ
の一主面（結晶成長面）は（１００）面から［０１１］
方向に角度θ（θ＝５度〜１７度、好ましくは７度〜１
３度：以下この角度θをオフ角度θという）で傾斜した
面であり、この前記一主面上には層厚０．３μｍのｎ型
Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバッファ層２が形成されている。

【００４３】上記バッファ層２上には、層厚１．２μｍ
のｎ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_0.5Ｉｎ_{0 .5}Ｐ（本形態ではｘ
１＝０．７：Ｓｉドープ）からなるクラッド層３が形成
されている。

【００４４】図２に詳細を示すように、前記ｎ型クラッ
ド層３上には、層厚５００Åのアンドープの（Ａｌ_z1Ｇ
ａ_1-z1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（本形態ではｚ１＝０．５）光ガ
イド層４が形成されている。

【００４５】この光ガイド層４上には、層厚１００Åの
引張り歪を有する（Ａｌ_pＧａ_1-p） _qＩｎ_1-qＰ（１＞ｐ
≧０，１＞ｑ＞０．５１：本形態ではｐ＝０、ｑ＝０．
６５）量子井戸層５ａ、５ａ、５ａと層厚４０Åの圧縮
歪みを有する（Ａｌ_rＧａ_1-r）_sＩｎ_1-sＰ（１≧ｒ＞
０，０＜ｓ＜０．５１：本形態ではｒ＝０．５、ｓ＝
０．４５）量子障壁層５ｂ、５ｂとが交互に積層されて
なるアンドープの歪補償型多重量子井戸構造からなる活
性層５が形成されている。

【００４６】この活性層５上には、層厚５００Åのアン
ドープの（Ａｌ_z2Ｇａ_1-z2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（本形態では
ｚ２＝０．５）光ガイド層６が形成されている。

【００４７】この光ガイド層６上には、層厚ｔの平坦部
７ａとこの平坦部の略中央に紙面垂直方向（共振器長方
向）に延在する高さ０．５〜０．８μｍ、上部幅２．５
〜３．５μｍ、下部幅３．５〜４．５μｍのストライプ
状リッジ部７ｂで構成されるｐ型（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（本形態ではｘ２＝０．７：Ｚｎドープ）
からなるクラッド層７が形成されている。

【００４８】前記リッジ部７ｂ上面には、層厚０．１μ
ｍのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐキャップ層（Ｚｎドープ）
８、及び層厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層（Ｚ
ｎドーープ）９がこの順序で形成されている。

【００４９】これらｐ型キャップ層８、９、リッジ部７
ｂの側面上及び平坦部７ａ上には、層厚ｕμｍのｎ型
（Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（１≧ｘ３＞ｘ１，ｘ
２＞０：本実施形態ではｘ３＝１，Ｓｅドープ）からな
る不純物濃度が５×１０¹⁷ｃｍ ^-3以下の電流ブロック層
としても機能し且つ光閉じ込め機能を有する光閉じ込め
層１０及びこの光閉じ込め層１０より熱伝導性がよく且
つ不純物濃度が大きく本実施形態では１×１０¹⁸ｃｍ^-3
である層厚０．３μｍのｎ型ＧａＡｓ（Ｓｅドープ）か
らなる電流ブロック層１１がこの順序で形成されてい
る。

【００５０】前記キャップ層９及び電流ブロック層１１
上には、層厚５μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層（Ｚｎ
ドープ）１２が形成されている。

【００５１】前記コンタクト層１２上面にはＡｕ−Ｃｒ
からなるｐ型側オーミック電極１３が、前記ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１下面にはＡｕ−Ｓｎ−Ｃｒからなるｎ型側オー
ミック電極１４が形成されている。

【００５２】この半導体レーザ素子は、従来周知の有機
金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって各層の結
晶成長が行われるが、他の分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ法）等の気相成長法でも可能である。

【００５３】斯る半導体レーザ素子は、活性層５のバン
ドギャップ（即ち発振光のエネルギー（ｈν））よりエ
ネルギーの大きなバンドギャップのクラッド層３、７で
挟まれると共に、発振光のエネルギー（ｈν）よりバン
ドギャップが大きく（即ち、発振光の吸収が殆どなく）
且つクラッド層７より屈折率の小さい光閉じ込め層１０
と該光閉じ込め層１０より熱伝導性に優れる電流ブロッ
ク層１１を備えている。なお、この光閉じ込め層１０
は、クラッド層７と同じ導電型であったり、アンドープ
である場合には、電流阻止効果や電流挟窄効果が薄れ、
発振しきい値電流やスロープ効率が悪くなるので、これ
らに設定しない。

【００５４】そして、本実施形態の半導体レーザ素子
は、上記発振光に対して透明な光閉じ込め層１０の構成
により実屈折率導波型レーザ素子として動作するもので
あるが、このように実屈折率導波型として動作するため
には、上記リッジ部７ｂ領域下と該リッジ部７ｂ領域外
下における活性層５に対する実屈折率差は所定値以上が
必要であり、実屈折率導波型として良好に動作するため
には、好ましくは上記屈折率差は３×１０^-3以上が要求
される。

【００５５】図３は、上記平坦部７ａの層厚ｔと、リッ
ジ部７ｂ領域下とリッジ部７ｂ外領域下での活性層５に
対する実屈折率差の関係を計算により求めた結果を示
す。

【００５６】この図３から、本実施形態では、実屈折率
差が３×１０^-3以上となるように、平坦部７ａの層厚ｔ
は１３００Å以下が選択され、好ましくは５×１０^-3以
上となる８００Å以下が選択される。そして、活性層５
又は光ガイド層６に直接光閉じ込め層１０が接する構造
では、製造においてこれら層が大気に晒されるといった
不都合が生じるので、層厚ｔは例えば略１００Åを下限
とした方がよい。

【００５７】図４は、実験によって求めた本実施形態の
半導体レーザ素子の光閉じ込め層１０の層厚ｕと発振し
きい値電流の関係を示す。尚、この特性は、光閉じ込め
層１０の不純物濃度を１×１０¹⁷ｃｍ^-3、共振器長Ｌ＝
４００μｍ、端面非コート、室温の条件で連続発振させ
て得た。

【００５８】この図４から、光閉じ込め層１０の層厚ｕ
は０．３μｍ以上１μｍ以下がよく、更に好ましいのは
０．４μｍ以上０．８５μｍ以下、より好ましいのは
０．５μｍ以上０．７５μｍ以下であることが判る。

【００５９】このように、光閉じ込め層１０がある程度
の厚みが必要なのは次の理由による。即ち、本実施形態
では、電流ブロック層１１が光吸収を行なえる材料で構
成されるため、光閉じ込め層１０の厚みが小さいと、電
流ブロック層１１によって強く光吸収が行われ、厚すぎ
ると、光閉じ込め層１０は放熱性が悪く、素子の放熱特
性が悪くなるためである。

【００６０】図５は、本実施形態の半導体レーザ素子と
従来の電流ブロック層がＧａＡｓ層の１層構造であるロ
スガイド型のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の電流
−光出力特性図（Ｉ−Ｌ特性図）を示す。尚、この特性
も、光閉じ込め層１０の不純物濃度を１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3、共振器長Ｌ＝４００μｍ、ｕ＝０．５μｍ、ｔ＝
０．０５μｍ、端面非コート、室温の条件で連続発振さ
せて得た。

【００６１】この図５から、本実施形態の素子が従来の
素子に比べて、発振しきい値電流値が小さく、且つスロ
ープ効率も良好であることが判る。

【００６２】次に、図６に光閉じ込め層１０の不純物濃
度（ドーパント濃度）と、発振しきい値電流、スロープ
効率との関係を示す。

【００６３】この図６から、光閉じ込め層１０は不純物
濃度が小さくなる程、発振しきい値電流が小さくなると
共に、スロープ効率が大きくなることが理解できる。

【００６４】特に、光閉じ込め層１０の不純物濃度が５
×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の場合に、従来の電流ブロック層が
ＧａＡｓ層の１層構造であるロスガイド型のＡｌＧａＩ
ｎＰ系半導体レーザ素子の発振しきい値電流よりも小さ
な４０ｍＡ以下にできると共に、スロープ効率を従来の
素子よりも大きな０．３以上にできる。

【００６５】更に、この不純物濃度が３×１０¹⁷ｃｍ^-3
以下の場合、発振しきい値電流を３０ｍＡより小さくで
き、スロープ効率も０．４よりも大きくできるのでより
好ましく、更に２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の場合、発振しき
い値電流を２５ｍＡより小さく、スロープ効率も０．４
５よりも大きくできるのでより望ましく、加えて１×１
０¹⁷ｃｍ^-3以下の場合には、発振しきい値電流が著しく
小さくなり、スロープ効率も０．５以上となるので、非
常に好ましい。

【００６６】更に、前記不純物濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ
^-3近傍である場合、発振しきい値電流が著しく小さくな
り、かつスロープ効率が０．５Ｗ／Ａ以下となり、しか
も、低抵抗領域と第２導電型のクラッド層とのｐｎ接合
により十分な電流阻止効果が得られるので、最も好まし
い。

【００６７】上述のように、光閉じ込め層１０は不純物
濃度が小さくなる程、発振しきい値電流及びスロープ効
率が改善されることが判る。

【００６８】このことは、従来素子では、電流ブロック
層がこの層と隣接するクラッド層等と逆導電型となすこ
とにより形成されるｐ−ｎ接合により電流をブロックす
るため、電流ブロック層は不純物濃度が高いことが望ま
しいと考えられていた点とは全く逆の現象である。

【００６９】この理由は十分でないが、本発明の半導体
レーザ素子の場合、クラッド層７に比べてバンドギャッ
プが大きい（Ａｌ組成比が大きい）光閉じ込め層１０は
不純物（ドーパント）が動きやすく、この層１０からの
不純物が（ドーパント：本実施形態ではＳｅ）が活性層
５側へ拡散してしまうからであると考えられる。しか
も、本発明の素子は、従来に比べて平坦部の層厚ｔが従
来の半導体レーザ素子に比べて小さくなっている点も原
因の１つであろうと考えられる。

【００７０】また、この光閉じ込め層１０の不純物濃度
（キャリア濃度）が非常に小さくなる場合には、クラッ
ド層７とのｐｎ接合による電流阻止効果や電流挟窄効果
が薄れ、発振しきい値電流やスロープ効率が悪くなるの
で、この不純物濃度は２×１０¹⁶ｃｍ^-3より大がよく、
好ましくは５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上である。尚、上述の実
施形態では、ドーパントの活性化率は略１００％である
ので、上記不純物濃度が２×１０¹⁶ｃｍ^-3の場合のキャ
リア濃度は略２×１０¹⁶ｃｍ^-3であり、不純物濃度が５
×１０¹⁶ｃｍ^-3の場合のキャリア濃度は略５×１０¹⁶ｃ
ｍ^-3、不純物濃度が７×１０¹⁶ｃｍ^-3の場合のキャリア
濃度は略７×１０¹⁶ｃｍ^-3、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3の場合のキャリア濃度は略１×１０¹⁷ｃｍ^-3に対応
する。

【００７１】尚、前記電流ブロック層１１は、電流ブロ
ック層としても機能する光閉じ込め層１０より層厚を大
きくして、電流阻止効果を大きくするようにしてもよ
い。

【００７２】また、上述では、歪補償型の量子井戸構造
の活性層について主に説明したが、引っ張り歪みや圧縮
歪のものでも、無歪のものでもよく、勿論バルク構造で
もよい。また、上述の活性層は量子井戸層に光閉じ込め
をよくするために光ガイド層を備えたが、これら光ガイ
ド層はない構成も可能である。

【００７３】更に、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１とｎ型ク
ラッド層３の間に設けたｎ型Ｇａ_{0. 5}Ｉｎ_0.5Ｐバッファ
層２に代えてｎ型ＧａＡｓバッファ層を用いてもよく、
またバッファ層はなくともよい。

【００７４】また、上述のようにリッジ部と平坦部で構
成されるクラッド層中には、例えば両部の間にエッチン
グ停止層や、平坦部又はリッジ部中に可飽和光吸収層等
の他の層が含まれる構成とすることもできる。

【００７５】また、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（ｘ≧
０）結晶は、ｙ＝０．５１の場合に正確にＧａＡｓ半導
体基板と格子整合して歪が生じないが、ｙ＝０．５１の
近傍であっても殆ど歪が生じないので、（Ａｌ_xＧ
ａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐと略記しているものは、組成比ｙ
は０．５１近傍であればよい。特に、本発明では、クラ
ッド層、ブロック層は略無歪みのものが好ましい。

【００７６】更に、上記実施形態では、ＧａＡｓ半導体
基板１の一主面が（１００）面から［０１１］方向に傾
斜した面であったが、これらと等価な関係にあるものが
望ましい。即ち、ＧａＡｓ基板の一主面（結晶成長面）
は、（１００）面から［０−１−１］方向に傾斜した
面、（０１０）面から［１０１］又は［−１０−１］方
向に傾斜した面、（００１）面から［１１０］又は［−
１−１０］方向に傾斜した面でもよく、即ち｛１００｝
面から＜０１１＞方向に傾斜した面であればよい。

【００７７】

【００７８】加えて、上記実施形態では、層全体にわた
り不純物濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である光閉じ込め
層を用いたが、少なくとも活性層側の不純物濃度を５×
１０ ¹⁷ｃｍ^-3以下とする光閉じ込め層も使用可能であ
る。更に、光閉じ込め層の層中で不純物濃度が漸次的、
段階的に変化するようにもでき、また、光閉じ込め層を
異なる組成比の複数層からなるようにしてもよい。

【００７９】

【００８０】

【発明の効果】良好な発振しきい値電流及びスロープ効
率の特性を有する半導体レーザ素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である半導体レーザ素子
の模式断面構造図である。

【図２】上記実施の一形態である半導体レーザ素子の活
性層乃至電流ブロック層近傍の模式バンド構造図であ
る。

【図３】ｐ型クラッド層の平坦部の層厚ｔと実屈折率差
の関係を示す図である。

【図４】光閉じ込め層の層厚ｕと発振しきい値電流の関
係を示す図である。

【図５】上記実施形態の半導体レーザ素子と従来の半導
体レーザ素子の光出力−電流特性の関係を示す図であ
る。

【図６】光閉じ込め層の不純物濃度と、発振しきい値電
流、スロープ効率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板 ３ ｎ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ５ 活性層 ７ ｐ型（Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層 ７ａ 平坦部 ７ｂ リッジ部 １０ 光閉じ込め層（ｎ型（Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ層） １１ 電流ブロック層（ｎ型ＧａＡｓ層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 幸司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 庄野 昌幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 茨木 晃 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 吉年 慶一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−321656（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−130344（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37078（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｓ ｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓ，１［２］（1995），ｐ．723−727 14ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｓｅｍｉ ｃｏｎ．Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆ．, （1994），ｐ．243−244 Ｔｈ３．５ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからな
   る第１導電型のクラッド層と、該第１導電型のクラッド
   層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された平
   坦部と該平坦部上に形成されたストライプ状リッジ部と
   を有する前記第１導電型とは逆導電型となる（Ａｌ _x2 Ｇ
   ａ _1-x2 ） _y2 Ｉｎ _1-y2 Ｐからなる第２導電型のクラッド層
   と、前記第２導電型のクラッド層の前記平坦部上及び前
   記リッジ部の側面上に形成され、前記第２導電型のクラ
   ッド層より屈折率が小さく且つ発振光のエネルギーより
   大きなエネルギーのバンドギャップを有する（Ａｌ _x3 Ｇ
   ａ _1-x3 ） _y3 Ｉｎ _1-y3 Ｐ（１≧ｘ３＞ｘ１＞０、１≧ｘ３
   ＞ｘ２＞０、１＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞
   ０）からなる第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、前
   記第２導電型のクラッド層の前記平坦部の層厚が１３０
   ０Å以下であり、前記光閉じ込め層の不純物濃度は、５
   ×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする半導体レー
   ザ素子。
2. 【請求項２】 （Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからな
   る第１導電型のクラッド層と、該第１導電型のクラッド
   層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された平
   坦部と該平坦部上に形成されたストライプ状リッジ部と
   を有する前記第１導電型とは逆導電型となる（Ａｌ _x2 Ｇ
   ａ _1-x2 ） _y2 Ｉｎ _1-y2 Ｐからなる第２導電型のクラッド層
   と、前記第２導電型のクラッド層の前記平坦部上及び前
   記リッジ部の側面上に形成され、前記第２導電型のクラ
   ッド層より屈折率が小さく且つ発振光のエネルギーより
   大きなエネルギーのバンドギャップを有する（Ａｌ _x3 Ｇ
   ａ _1-x3 ） _y3 Ｉｎ _1-y3 Ｐ（１≧ｘ３＞ｘ１＞０、１≧ｘ３
   ＞ｘ２＞０、１＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞
   ０）からなる第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、前
   記第２導電型のクラッド層の前記平坦部の層厚が１３０
   ０Å以下であり、前記光閉じ込め層の少なくとも前記活
   性層側の不純物濃度は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であるこ
   とを特徴とする半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記第２導電型のクラッド層の前記平坦
   部の層厚が８００Å以下であることを特徴とする請求項
   １又は２記載の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第２導電型のクラッド層の前記平坦
   部の層厚が１００Å以上であることを特徴とする請求項
   １、２又は３記載の半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記平坦部と前記リッジ部の間であっ
   て、前記平坦部上にエッチング停止層を有することを特
   徴とする請求項１、２、３又は４記載の半導体レーザ素
   子。
6. 【請求項６】 前記不純物濃度は、３×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以
   下であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５
   記載の半導体レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記不純物濃度は、２×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以
   下であることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ
   素子。
8. 【請求項８】 前記不純物濃度は、５×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以
   上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
   ６又は７記載の半導体レーザ素子。
9. 【請求項９】 前記不純物濃度は、７×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以
   上であることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ
   素子。
10. 【請求項１０】 前記不純物濃度は、１×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3
    近傍であることを特徴とする請求項１、２、３、４又は
    ５記載の半導体レーザ装置。
11. 【請求項１１】 前記光閉じ込め層は、Ｓｅがドープさ
    れていることを特徴とする１、２、３、４、５、６、
    ７、８、９又は１０記載の半導体レーザ素子。
12. 【請求項１２】 前記光閉じ込め層上には、該光閉じ込
    め層より熱伝導効率が大きい第１導電型の電流ブロック
    層を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８、９、１０又は１１記載の半導体レーザ
    素子。
13. 【請求項１３】 前記光閉じ込め層上には、該光閉じ込
    め層より不純物濃度が大きい第１導電型の電流ブロック
    層を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、
    ５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載の半導体
    レーザ素子。
14. 【請求項１４】 前記電流ブロック層は、ＧａＡｓから
    なることを特徴とする請求項１２又は１３記載の半導体
    レーザ素子。
15. 【請求項１５】 前記光閉じ込め層の少なくとも前記活
    性層側のキャリア濃度は略５×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上である
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３又は１４記載の半導体
    レーザ素子。
16. 【請求項１６】 前記光閉じ込め層は、低抵抗層である
    ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の
    半導体レーザ素子。