JP3599841B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

【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６３０ｎｍ帯付近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。この６３０ｎｍ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】
ところで、半導体レーザ素子では、温度特性（最高発振温度等）が良好で発振しきい値電流が小さいことが要求される。これら特性改善のためには、ダブルヘテロ構造を構成する活性層とｐ型クラッド層とのエネルギーギャップＥ_ｇの差及 びｐ型クラッド層のホール濃度を大きくして、即ち活性層とｐ型クラッド層との伝導帯におけるバンド不連続（エネルギー差）ΔＥを大きくして、電子の閉じ込めを良好にすることが必要である。
【０００４】
ところで、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子のｐ型クラッド層に用いられるＧａＡｓ半導体基板と格子整合した、即ち無歪の（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ結晶では、エネルギーギャップＥ_ｇに関しては、Ａｌ組成比ｘが大きくなる程大 きくなるが、逆に、ホール濃度は、Ａｌ組成比ｘが大きくなる程小さくなる。
【０００５】
この結果、電子の閉じ込めを良好とするために、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ結晶からなるｐ型クラッド層のＡｌ組成比ｘは、０．５〜０．８程度が選択される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように選択されたＡｌ組成比ｘのｐ型クラッド層を有するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子でも、例えばＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に比べて、ΔＥが小さいため、最高発振温度等の温度特性が悪いといった問題があった。
【０００７】
これらの問題を解決するものとして、特開平４−１１４４８６号（Ｈ０１Ｓ
３／１８）に活性層とｐ型クラッド層の間に電子を透過する厚みの井戸層及び障壁層を交互に積層してなる多重量子障壁（ＭＱＢ）を設けることが開示されている。この多重量子障壁は、井戸層、障壁層の厚みと周期などを制御して、電子の干渉に基づいて電子を高反射するものである。このように多重量子障壁は電子の干渉を利用したものであり、井戸層、障壁層は電子が透過できる厚み、即ち非常に薄い厚みであることが不可欠である他、前記周期が重要となる。従って、この多重量子障壁は井戸層、障壁層の層厚を高精度に制御する必要があり、製造が繁雑であった。
【０００８】
本発明は上述の問題点を鑑み成されたものであり、良好な温度特性を有する製造の容易な半導体レーザ素子を提供することが目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ピックアップ装置は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され該基板と略格子整合する第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるクラッド層と、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前記基板と略格子整合する前記第１導電型とは逆導電型となる第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるクラッド層と、を備え、前記両クラッド層のうちの少なくともｐ型クラッド層中又は該ｐ型クラッド層と前記活性層の間に、前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きく且つ該ｐ型クラッド層よりホール濃度が小さいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｐ型クラッド層を設け、前記ｐ型クラッド層のドーパントがＺｎであると共に、前記他のｐ型クラッド層のドーパントがＭｇであることを特徴とする。
【００１０】
特に、前記他のｐ型クラッド層は前記基板と略格子整合することを特徴とし、更に、前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記ｐ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｐ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなることを特徴とする。
【００１１】
また、前記組成比ｘ２は、０．８＜ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とし、特に０．９≦ｘ２≦１の関係を満足することが望ましく、更にｘ２は略１であることがよい。
【００１２】
加えて、前記他のｐ型クラッド層のホール濃度は、２×１０^１７ｃｍ^−３以上７×１０^１７ｃｍ^−３以下であることを特徴とし、更には、４×１０^１７ｃｍ^−３以上６×１０^１７ｃｍ^−３以下であることがよく、特に、４．５×１０^１７ｃｍ^−３以上５．５×１０^１７ｃｍ^−３以下であることが好ましい。
【００１３】
また、前記他のｐ型クラッド層の層厚は、５００Å以上２０００Å以下であることを特徴とし、１０００Å以上２０００Å以下であることが好ましい。
【００１４】
更に、前記両クラッド層のうちのｎ型クラッド層中又は該ｎ型クラッド層と前記活性層の間に、前記ｎ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｎ型クラッド層を設けたことを特徴とする。
【００１５】
特に、前記他のｎ型クラッド層は前記基板と略格子整合することを特徴とし、更に、前記基板がＧａＡｓ基板であり、前記ｎ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｎ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記組成比ｘ２は、０．８＜ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とし、特に０．９≦ｘ２≦１の関係を満足することが望ましく、更にｘ２は略１であることがよい。
【００１７】
加えて、前記ｎ型クラッド層と前記他のｎ型クラッド層は略等しい電子濃度であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態であるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を図を用いて説明する。尚、図１、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、活性層近傍の模式バンド構造図である。
【００２０】
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〜１３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。
【００２１】
上記バッファ層２上には、層厚０．８〜０．９μｍのｎ型（Ａｌ_ｘａ１Ｇａ_{１−ｘａ１}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（Ｓｉドープ）からなるクラッド層３、及びこのｎ型クラッド層３よりバンドギャップが大きく、障壁層をなす層厚ｔ_ａÅのｎ型（Ａｌ_ｘａ２Ｇａ_{１−ｘａ２}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘａ２＞ｘａ１＞０：Ｓｉドープ）からなるクラッド 層４がこの順序で形成されている。
【００２２】
前記ｎ型クラッド層３上には、図２に詳細を示すように、層厚５００Åのアンドープの（Ａｌ_ｙａＧａ_１−ｙａ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（本実施例ではｙａ＝０．５）光ガイド層５が形成されている。
【００２３】
この光ガイド層５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：本実施例ではｐ＝０、ｑ＝０．６５）量子井戸層６ａ、６ａ、６ａ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：本実施例ではｒ＝０．５、ｓ＝０．４５）量子障壁層６ｂ、６ｂ（典型的には、全５層以下）とが交互に積層されてなるアンドープの歪み補償型多重量子井戸構造（引張り歪ＭＱＷ構造）からなる活性層６が形成されている。
【００２４】
この活性層６上には、層厚５００Åのアンドープの（Ａｌ_ｙｂＧａ_１−ｙｂ）_０．５Ｉ ｎ_０．５Ｐ（本実施例ではｙｂ＝０．５）光ガイド層７が形成されている。
【００２５】
この光ガイド層７上には、下記外側のｐ型クラッド層９よりバンドギャップが大きく障壁層をなす層厚ｔ_ｂÅのｐ型（Ａｌ_ｘｂ２Ｇａ_{１−ｘｂ２}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（Ｍｇ ドープ）からなるクラッド層８、及び層厚が０．２〜０．３μｍ程度の平坦部９ａとこの平坦部の略中央に紙面垂直方向（共振器長方向）に延存する高さ０．５〜０．６μｍ、上部幅３〜４μｍ、下部幅４〜５μｍのストライプ状リッジ部９ｂで構成されるｐ型（Ａｌ_ｘｂ１Ｇａ_{１−ｘｂ１}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘｂ２＞ｘｂ１＞０：Ｚｎドープ）からなるクラッド層９がこの順序で構成される。
【００２６】
前記リッジ部９ｂ上面には、層厚０．１μｍのｐ型Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐコンタクト層１０が形成されており、このコンタクト層１０の側面上及びｐ型クラッド層９上には層厚１μｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１１、１１が形成されている。
【００２７】
前記コンタクト層１０及び電流阻止層１１、１１上には、層厚が２〜６μｍであるｐ型ＧａＡｓキャップ層１２が形成されている。
【００２８】
前記キャップ層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ＧａＡｓ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。
【００２９】
斯る半導体レーザ素子は、図２に示すように、活性層６がバンドギャップの大きいクラッド層３、９で挟まれると共に、この活性層６はこれらクラッド層３、９よりバンドギャップの大きい障壁層をなすクラッド層４、８で挟まれる構成である。この素子では、ｐ型クラッド層８により、活性層６とこのｐ型クラッド層８との伝導帯のエネルギー差ΔＥは大きく電子が該ｐ型クラッド層８を殆ど越えることがないので、電子の活性層６内への閉じ込めが十分行え、しきい値電流、最高発振温度等の温度特性が改善可能となる。
【００３０】
図３は、斯る半導体レーザ素子における障壁層をなすｐ型クラッド層（ｐ型障壁層）８のＡｌ組成比ｘ_ｂ２と障壁層をなすｎ型クラッド層（ｎ型障壁層）４のＡｌ組成比ｘ_ａ２を同じくして変化させた場合の最高発振温度を示す。尚、ここでは、ｐ型障壁層８の層厚ｔ_ｂ、ｎ型障壁層４の層厚ｔ_ａは１０００Å、ｎ型クラッド層３及びｐ型クラッド層９は（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとした。
【００３１】
この図３から判るように、ｐ型障壁層８のＡｌ組成比ｘ_ｂ２、ｎ型障壁層４のＡｌ組成比ｘ_ａ２は、０．８より大が好ましく、０．９以上１以下が最高発振温度が８０℃以上と顕著に大きく好ましいことが判る。
【００３２】
図４は、斯る半導体レーザ素子におけるｐ型障壁層８の層厚ｔ_ｂとｎ型障壁層 ４の層厚ｔ_ａを同じく変化させた場合の最高発振温度の関係を示す。尚、ここで は、ｐ型障壁８とｎ型障壁層４はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとすると共に、ｎ型クラッド層３及びｐ型クラッド層９は（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとした。
【００３３】
この図４から、ｐ型障壁層８の層厚ｔ_ｂ、ｎ型障壁層４の層厚ｔ_ａは、５００Å以上２０００Å以下の場合に最高発振温度が８０℃以上と顕著に大きくなることが判る。
【００３４】
図５は、斯る半導体レーザ素子におけるｎ型クラッド層３の組成比ｘ_ａ１とｐ型クラッド層９の組成比ｘ_ｂ１を同じく変化させると共に、ｎ型障壁層４の層厚ｔ_ａ とｐ型障壁層８の層厚ｔ_ｂを同じく変化させた場合のレーザ光の垂直広がり角度 の変化の計算結果を示す。尚、ｎ型障壁層４とｐ型障壁層８はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐとし、活性層６はＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ量子井戸層（１００Å×３層）と（Ａｌ_０．５ Ｇａ_０．５）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ障壁層（４０Å×２層）からなる量子井戸構造とした。
【００３５】
この図５から、ｐ型障壁層８とｐ型クラッド層９のＡｌ組成比差、ｎ型障壁層４とｎ型クラッド層３のＡｌ組成比差が大きくなる程、レーザ光の垂直広がり角度を小さくできることが判る。
【００３６】
但し、ここでは示さないが、ｐ型障壁層８に比べてｐ型クラッド層９のＡｌ組成比、ｎ型障壁層４に比べてｎ型クラッド層３のＡｌ組比が小さくなり過ぎると、レーザ発振条件を満たさなくなるので、ｐ型クラッド層９のＡｌ組成比ｘ_ｂ１、ｎ型クラッド層３のＡｌ組成比ｘ_ａ１は、０．５より大で０．８以下がよく、０．６以上０．８以下がより好ましい。尚、ｎ型クラッド層３のＡｌ組成比ｘ_ａ１は、光強度分布の観点から、ｐ型クラッド層９のＡｌ組成比ｘ_ｂ１と同じ程度であるのが好ましく、Ａｌ組成比ｘ_ａ１とＡｌ組成比ｘ_ｂ１は略等しく設定するのが更によい。
【００３７】
加えて、この図５からは、垂直広がり角度を小さくするためには、障壁層の層厚ｔ_ａ、ｔ_ｂは１０００Å〜３０００Åが好ましいことが判る。
【００３８】
このように図３〜図５から判るように、障壁層としては、Ａｌ組成比ｘが０．８より大、好ましくは０．９以上１以下である（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐがよく、特にｘは略１がよい。そしてこれら層厚は、最高発振温度からは５００Å〜２０００Åがよく、しかも垂直広がり角度を小さくする点を鑑みると、１０００Å〜２０００Åが良い。
【００３９】
また、障壁層の外側に位置するクラッド層としては、Ａｌ組成比ｙが上記障壁層のＡｌ組成比ｘより小さく、０．５より大０．８以下の（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_０．５ Ｉｎ_０．５Ｐがよく、更にＡｌ組成比ｙは０．６以上０．８以下がより好ましい。
【００４０】
斯る半導体レーザ素子において、ｐ型クラッド層８のホール濃度を変えてレーザ発振実験を行ったところ、ｐ型障壁層のホール濃度に依存し、発振状態が顕著に異なることが判った。その結果を図６に示す。尚、前記ｎ型クラッド層３とｎ型障壁層４は略等しい電子濃度とした。
【００４１】
この図６から判るように、ｐ型障壁層はホール濃度が２×１０^１７ｃｍ^−３以上７×１０^１７ｃｍ^−３以下の範囲外である場合、しきい値電流が大きくなり過ぎ、良好なレーザ発振が行えなかった。即ち、ｐ型障壁層はホール濃度が２×１０^１７ｃｍ^−３以上７×１０^１７ｃｍ^−３以下がよく、特に４×１０^１７ｃｍ^−３以上６×１０^１７ｃｍ^−３以下でしきい値電流を小さくできるので好ましく、更に４．５×１０^１７ｃｍ^−３以上５．５×１０^１７以下でしきい値電流を略極小値にできるのでより好ましい。
【００４２】
尚、ｐ型クラッド層９のホール濃度としては、ｐ型障壁層より大きく７×１０^１７ｃｍ^−３より大きく３×１０^１８ｃｍ^−３以下がよく、典型的には略９×１０^１７ｃｍ^−３以上略１．５×１０^１８ｃｍ^−３以下に設定される。
【００４３】
ここで、上述したように、ｐ型クラッド層９のドーパントにＺｎを用い、ｐ型障壁層８にＺｎとは異なるＭｇを用いる理由を以下に説明する。
【００４４】
まず、ｐ型クラッド層９のドーパントにＺｎを用いる理由は、ＺｎはＡｌＧａＩｎＰ系の結晶性を劣化する恐れが少ないためである。
【００４５】
しかしながら、ＺｎはＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＩｎＰ系結晶のＡｌ組成が大きくなるに従って活性化率が低下し、特に実質のＡｌ組成比が０．４より大で急激に低下する。例えば、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐでは１０^１６ｃｍ^−３台のホール濃度しか得られない。
【００４６】
一方、Ｍｇは、Ａｌ組成が大きいＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＩｎＰ系結晶においても上述のホール濃度を実現できるためであり、しかも、ｐ型障壁層８はｐ型クラッド層９に比べて格段に層厚が小さくてよいので、素子の結晶性を劣化する恐れは小さいためである。
【００４７】
最後に、図７に本発明に係る半導体レーザ素子と従来の障壁層を備えない以外は同じである半導体レーザ素子について、最高発振温度、垂直広がり角度を調べた結果を示す。ここでは、垂直広がり角度を変えるために、光ガイド層の組成比、層厚等も調整している。尚、本発明に係る素子は、ｎ型クラッド層３、ｐ型クラッド層９は（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ、ｎ型障壁層４、ｐ型障壁層８は層厚１０００ÅのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐであり、従来素子のｐ型、ｎ型クラッド層は（Ａｌ_０．７Ｇａ_０．３）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐである。
【００４８】
この図７から判るように、本発明に係る素子は、従来の素子に比べて、同じ垂直広がり角度において最高発振温度を非常に大きくできる。
【００４９】
尚、上述では、垂直広がり角度を小さくし、光強度分布を対称にするように、ｐ型障壁層と対称なｎ型障壁層を設けているが、ｐ型障壁層と非対称なｎ型障壁層を設けてもよく、また、ｎ型障壁層の最高発振温度の改善の寄与は小さく、最高発振温度等の温度特性改善には、ｐ型障壁層のみでもよい。
【００５０】
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。
【００５１】
加えて、上述では、ｐ型障壁層８、ｎ型障壁層４は、それぞれｐ型クラッド層９と活性層６の間、ｎ型クラッド層３と活性層６の間に設けたが、これらは、それぞれｐ型クラッド層９、ｎ型クラッド層３中に設けるようにすることもできる。
【００５２】
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_０．５Ｉｎ_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。
【００５３】
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、平坦部、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。
【００５４】
尚、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_ｕＩｎ_１−ｕＰ（ｘ≧０）結晶は、ｕ＝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、ｕ＝０．５１の近傍であっても殆ど歪が生じないので、（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐと略記しているものは、組成比ｕは０．５１近傍であればよい。
【００５５】
更に、上記各実施例では、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。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、ｐ型クラッド層中又は該ｐ型クラッド層と活性層の間に、前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きく且つ該ｐ型クラッド層よりホール濃度が小さいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｐ型クラッド層を設けたので、製造の簡単な構成で最高発振温度等の温度特性が改善可能となると共に、垂直広がり角度も小さくできる。 更に、前記ｐ型クラッド層のドーパントがＺｎであると共に、前記他のｐ型クラッド層のドーパントがＭｇであるため、これら層の結晶性の劣化を防止しつつ、所望のホール濃度を容易に得られる。
【００５７】
更に、前記他のｐ型クラッド層が基板と略格子整合する場合、他のｐ型クラッド層の層厚を大きくできるので、設計の自由度が増す。特に、基板がＧａＡｓ基板であり、前記ｐ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｐ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなる場合、他のｐ型クラッド層はＧａＡｓ基板と良好に略格子整合する。
【００５８】
また、前記組成比ｘ２が０．８＜ｘ２≦１の関係を満足する場合、十分に最高発振温度を大きくできると共に垂直広がり角度を小さくでき、特に０．９≦ｘ２≦１の関係を満足する場合に顕著に最高発振温度が大きくなる。
【００５９】
加えて、前記他のｐ型クラッド層のホール濃度が２×１０^１７ｃｍ^−３以上７×１０^１７ｃｍ^−３以下である場合にしきい値電流を小さくでき、特に、４×１０^１７ｃｍ^−３以上６×１０^１７ｃｍ^−３以下である場合により小さくでき、更に、４．５×１０^１７ｃｍ^−３以上５．５×１０^１７ｃｍ^−３以下である場合にしきい値電流を極めて小さくできる。
【００６０】
また、前記他のｐ型クラッド層の層厚が５００Å以上２０００Å以下である場合、最高発振温度を十分に高めることができ、特に、１０００Å以上２０００Å以下である場合、垂直広がり角度を小さくできる。
【００６１】
更に、ｎ型クラッド層中又は該ｎ型クラッド層と前記活性層の間に、前記ｎ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｎ型クラッド層を設けた場合、光強度分布を対称に近づけることができ、しかも垂直広がり角度をより小さくできる。
【００６２】
更に、前記他のｎ型クラッド層が基板と略格子整合する場合、他のｎ型クラッド層の層厚を大きくできるので、設計の自由度が大きくなる。特に、基板がＧａＡｓ基板であり、前記ｎ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｎ型クラッド層が（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなる場合、他のｎ型クラッド層はＧａＡｓ基板と良好に略格子整合する。
【００６３】
また、前記組成比ｘ２は、０．８＜ｘ２≦１の関係を満足する場合、特に、０．９≦ｘ２≦１の関係を満足する場合、垂直広がり角度を小さくできる。
【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近傍の模式バンド構造図である。
【図３】ｐ型、ｎ型障壁層のＡｌ組成比ｘ_ｂ２、ｘ_ａ２を共に変化させた場合の最高発振温度Ｔ_ｍａｘの関係を示す図である。
【図４】ｐ型、ｎ型障壁層の層厚ｔ_ｂ、ｔ_ａを共に変化させた場合の最高発振温度Ｔ_ｍａｘ の関係を示す図である。
【図５】障壁層の層厚ｔ_ａ、ｔ_ｂ、障壁層の外側のクラッド層のＡｌ組成比ｘ_ａ１、ｘ_ｂ１、及び垂直広がり角度の関係を示す図である。
【図６】ｐ型障壁層のホール濃度と発振しきい値電流の関係を示す図である。
【図７】本発明に係る半導体レーザ素子と従来例の半導体レーザ素子における最高発振温度、垂直広がり角度を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板
３ ｎ型（Ａｌ_ｘａ１Ｇａ_{１−ｘａ１}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層
４ ｎ型（Ａｌ_ｘａ２Ｇａ_{１−ｘａ２}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（ｎ型障壁層）
６ 活性層
８ ｐ型（Ａｌ_ｘｂ２Ｇａ_{１−ｘｂ２}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層（ｐ型障壁層）
９ ｐ型（Ａｌ_ｘｂ１Ｇａ_{１−ｘｂ１}）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層

Claims (16)

1. 第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され該基板と略格子整合する第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるクラッド層と、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前記基板と略格子整合する前記第１導電型とは逆導電型となる第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるクラッド層と、を備え、前記両クラッド層のうちの少なくともｐ型クラッド層中又は該ｐ型クラッド層と前記活性層の間に、前記ｐ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きく且つ該ｐ型クラッド層よりホール濃度が小さいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｐ型クラッド層を設け、前記ｐ型クラッド層のドーパントがＺｎであると共に、前記他のｐ型クラッド層のドーパントがＭｇであることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 前記他のｐ型クラッド層は、前記基板と略格子整合することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 前記基板はＧａＡｓ基板であり、前記ｐ型クラッド層は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｐ型クラッド層は、（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
4. 前記組成比ｘ２は、０．８＜ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ素子。
5. 前記組成比ｘ２は、０．９≦ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ素子。
6. 前記他のｐ型クラッド層のホール濃度は、２×１０^１７ｃｍ^−３以上７×１０^１７ｃｍ^−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. 前記他のｐ型クラッド層のホール濃度は、４×１０^１７ｃｍ^−３以上６×１０^１７ｃｍ^−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. 前記他のｐ型クラッド層のホール濃度は、４．５×１０^１７ｃｍ^−３以上５．５×１０^１７ｃｍ^−３以下であることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
9. 前記他のｐ型クラッド層の層厚は、５００Å以上２０００Å以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、又は８記載の半導体レーザ素子。
10. 前記他のｐ型クラッド層の層厚は、１０００Å以上２０００Å以下であることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ素子。
11. 前記両クラッド層のうちのｎ型クラッド層中又は該ｎ型クラッド層と前記活性層の間に、前記ｎ型クラッド層よりエネルギーギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩｎＰ系結晶からなる障壁層をなす他のｎ型クラッド層を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０記載の半導体レーザ素子。
12. 前記他のｎ型クラッド層は、前記基板と略格子整合することを特徴とする請求項１１記載の半導体レーザ素子。
13. 前記基板はＧａＡｓ基板であり、前記ｎ型クラッド層は、（Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ系結晶からなり、前記他のｎ型クラッド層は、（Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ（１≧ｘ２＞ｘ１＞０）系結晶からなることを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ素子。
14. 前記組成比ｘ２は、０．８＜ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とする請求項１３記載の半導体レーザ素子。
15. 前記組成比ｘ２は、０．９≦ｘ２≦１の関係を満足することを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザ素子。
16. 前記ｎ型クラッド層と前記他のｎ型クラッド層は略等しい電子濃度であることを特徴とする請求項１１、１２、１３、１４、又は１５記載の半導体レーザ素子。

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