JP3789800B2

JP3789800B2 - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP3789800B2
Application number: JP2001321240A
Authority: JP
Inventors: 良治 ▲広▼山; ▲高▼弘上谷; 潔太田; 幸司米田; 昌幸庄野; 晃茨木; 慶一吉年
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP2002124735A

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 JOURNAL 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、ＡｌＧａＩｎＰ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、一主面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度〜１７度で傾斜した第１導電型のＧａＡｓからなる半導体基板と、該半導体基板の一主面上に形成された（Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなると共にＳｉがドープされている第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、該第２導電型のクラッド層上に形成された所定幅のストライプ状欠除部を有し前記第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（Ａｌ _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）からなると共にＳｅがドープされている第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、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、（Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなると共にＳｉがドープされている第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、該第２導電型のクラッド層上に形成された所定幅のストライプ状欠除部を有し前記第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＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞０）からなると共にＳｅがドープされている第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、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が、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】
また、前記第２導電型のクラッド層は、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からなり、前記第１導電型の光閉じ込め層が前記平坦部上及び前記リッジ部側面上に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この場合、ストライプ状欠除部（即ち、ストライプ状開口部）には、リッジ部が介在することとなる。
【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。
【００２７】
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_x2Ｇａ_1-x2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、（Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐからなる。
【００２８】
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_x3Ｇａ_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。
【００２９】
なお、この場合、活性層としては、ＡｌＧａＩｎＰ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であり、より好ましくは略１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上である。
【００４１】
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。
【００４２】
【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、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。
【００４３】
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。
【００４４】
上記バッファ層２上には、層厚１．２μｍのｎ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（本形態ではｘ１＝０．７：Ｓｉドープ）からなるクラッド層３が形成されている。
【００４５】
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_z1Ｇａ_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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
前記リッジ部７ｂ上面には、層厚０．１μｍ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（Ｚｎドーープ）９がこの順序で形成されている。
【００５０】
これらｐ型キャップ層８、９、リッジ部７ｂ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，ｘ２＞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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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（ＭＢＥ法）等の気相成長法でも可能である。
【００５４】
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い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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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１×１０¹⁷ｃｍ^-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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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ＡｌＧａＩｎＰ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。
【００６６】
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０．４５よりも大きくできるのでより望ましく、加えて１×１０¹⁷ｃｍ^-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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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５×１０¹⁶ｃｍ^-3、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3の場合のキャリア濃度は略１×１０¹⁷ｃｍ^-3に対応する。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_vＩｎ_1-vＰ（ｘ≧０）結晶は、ｖ＝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、ｖ＝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ｖ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。
【００７７】
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。
【００７８】
また、上記実施形態では、ストライプ状リッジ部を有する半導体レーザ素子について述べたが、本発明はストライプ状欠除部を有する光閉じ込め層（電流ブロック層）を備えた半導体レーザ素子であれば適用可能であり、例えばセルフアライン型半導体レーザ素子等に適用できる。
【００７９】
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５×１０¹⁷ｃｍ^-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。
【００８１】
【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】
１ｎ型ＧａＡｓ半導体基板
３ｎ型（Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
５活性層
７ｐ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）

Claims

一主面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度〜１７度で傾斜した第１導電型のＧａＡｓからなる半導体基板と、該半導体基板の一主面上に形成された（Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなると共にＳｉがドープされている第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、該第２導電型のクラッド層上に形成された所定幅のストライプ状欠除部を有し前記第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＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞０）からなると共にＳｅがドープされている第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、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。
（Ａｌ _x1 Ｇａ _1-x1 ） _y1 Ｉｎ _1-y1 Ｐからなると共にＳｉがドープされている第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、該第２導電型のクラッド層上に形成された所定幅のストライプ状欠除部を有し前記第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＞ｙ１＞０、１＞ｙ２＞０、１＞ｙ３＞０）からなると共にＳｅがドープされている第１導電型の光閉じ込め層と、を備え、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。
前記第２導電型のクラッド層は、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からなり、前記第１導電型の光閉じ込め層が前記平坦部上及び前記リッジ部側面上に形成されてい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。
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３記載の半導体レーザ素子。
前記不純物濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であ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。
前記不純物濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子。
前記不純物濃度は、５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、又は６記載の半導体レーザ素子。
前記不純物濃度は、７×１０¹⁶ｃｍ^-3以上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。
前記不純物濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3近傍であ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装置。
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又は９記載の半導体レーザ素子。
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又は１０記載の半導体レーザ素子。
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１０又は１１記載の半導体レーザ素子。
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又は１２記載の半導体レーザ素子。
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又は１３記載の半導体レーザ素子。