JPH07235733A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH07235733A JPH07235733A JP6220212A JP22021294A JPH07235733A JP H07235733 A JPH07235733 A JP H07235733A JP 6220212 A JP6220212 A JP 6220212A JP 22021294 A JP22021294 A JP 22021294A JP H07235733 A JPH07235733 A JP H07235733A
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- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3213—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities asymmetric clading layers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な温度特性、低発振しきい値電流を有す
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。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１と、この基板１上
に形成されこの基板１と略格子整合するＡｌＧａＩｎＰ
系結晶からなるｎ型クラッド層３と、このクラッド層３
上に形成された活性層４と、この活性層４上に形成され
基板１と略格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなる
ｐ型クラッド層５，７と、を備え、ｐ型クラッド層５，
７間に、電子が略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を
有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるｐ型クラッド層６
を設けた。
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。 【構成】 ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１と、この基板１上
に形成されこの基板１と略格子整合するＡｌＧａＩｎＰ
系結晶からなるｎ型クラッド層３と、このクラッド層３
上に形成された活性層４と、この活性層４上に形成され
基板１と略格子整合するＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなる
ｐ型クラッド層５，７と、を備え、ｐ型クラッド層５，
７間に、電子が略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を
有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶からなるｐ型クラッド層６
を設けた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ素子に関す
る。
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。
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Ｅgの差及びｐ型クラッド層のｐ−キ
ャリア濃度を大きくして、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
c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。
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Ｅgの差及びｐ型クラッド層のｐ−キ
ャリア濃度を大きくして、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
c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（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ結晶では、エネルギーギャップＥgに関しては、Ａ
ｌ組成比ｘが大きくなる程大きくなるが、逆にｐ-キャ
リア濃度に関しては、図１１に示すようにＡｌ組成比ｘ
が大きくなる程小さくなる。尚、図１１は、一例として
成長温度（Ｔg）が６５０℃、ドーパントであるＺｎの
供給量とIII族原子の供給量との関係がＺｎ／III＝０．
６の条件で有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で
結晶成長した場合を示す。
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（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ
0.5Ｐ結晶では、エネルギーギャップＥgに関しては、Ａ
ｌ組成比ｘが大きくなる程大きくなるが、逆にｐ-キャ
リア濃度に関しては、図１１に示すようにＡｌ組成比ｘ
が大きくなる程小さくなる。尚、図１１は、一例として
成長温度（Ｔg）が６５０℃、ドーパントであるＺｎの
供給量とIII族原子の供給量との関係がＺｎ／III＝０．
６の条件で有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で
結晶成長した場合を示す。
【０００５】この結果、電子の閉じ込めを良好とするた
めに、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ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。
めに、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ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ＡｌＧ
ａＩｎＰ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、ΔＥcが小さいため温度
特性が悪く、発振しきい値電流が大きいといった問題が
あった。
択されたＡｌ組成比ｘのｐ型クラッド層を有するＡｌＧ
ａＩｎＰ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、ΔＥcが小さいため温度
特性が悪く、発振しきい値電流が大きいといった問題が
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（Ｈ０１Ｓ３／１８）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、製造が困難であった。
平４−１１４４８６号（Ｈ０１Ｓ３／１８）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、製造が困難であった。
【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、低発振しきい値電流を有する
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。
であり、良好な温度特性、低発振しきい値電流を有する
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】本発明の半導体レーザ素
子は、第１導電型のＧａＡｓ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ＡｌＧａ
ＩｎＰ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、電子が略透過しない厚みを有し且つ引張り歪
を有する前記ｐ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
なる他のｐ型クラッド層を設けたことを特徴とする。
子は、第１導電型のＧａＡｓ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ＡｌＧａ
ＩｎＰ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、電子が略透過しない厚みを有し且つ引張り歪
を有する前記ｐ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
なる他のｐ型クラッド層を設けたことを特徴とする。
【００１０】特に、前記他のｐ型クラッド層は、（Ａｌ
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
【００１１】特に、前記他のｐ型クラッド層は、（Ａｌ
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
【００１２】特に、前記他のｐ型クラッド層は、（Ａｌ
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）からなることを特徴とする。
【００１３】更に、前記他のｐ型クラッド層の歪量は、
−１．５％以上−０．５％以下の範囲にあることを特徴
とする。
−１．５％以上−０．５％以下の範囲にあることを特徴
とする。
【００１４】特に、前記他のｐ型クラッド層の歪量は、
−１．２％以上−０．８％以下の範囲にあることを特徴
とする。
−１．２％以上−０．８％以下の範囲にあることを特徴
とする。
【００１５】特に、前記他のｐ型クラッド層の歪量は、
−１．１％以上−０．９％以下の範囲にあることを特徴
とする。
−１．１％以上−０．９％以下の範囲にあることを特徴
とする。
【００１６】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面は、｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７
度以下傾斜した面であることを特徴とする。
面は、｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７
度以下傾斜した面であることを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明の構成では、ＧａＡｓ半導体基板と略格
子整合をする（即ち略無歪の）ＡｌＧａＩｎＰ系結晶か
らなるｐ型クラッド層に加えて、電子が略透過しない厚
み（量子効果を略生じない、即ちバルクの厚み）を有し
且つ引張り歪を有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩ
ｎＰ系結晶からなる他のｐ型クラッド層を備えている。
この他のｐ型クラッド層は、活性層とこの他のｐ型クラ
ッド層との伝導帯におけるエネルギー差を大きくできる
と共に、該他のｐ型クラッド層は電子が略透過しないの
で、この他のｐ型クラッド層は障壁層として機能する。
従って、略格子整合をするｐ型クラッド層による電子の
活性層への閉じ込め効果の他、他のｐ型クラッド層によ
り電子の活性層への閉じ込めが十分に行える。この結
果、発振しきい値電流が低減され且つ温度特性が改善さ
れる。
子整合をする（即ち略無歪の）ＡｌＧａＩｎＰ系結晶か
らなるｐ型クラッド層に加えて、電子が略透過しない厚
み（量子効果を略生じない、即ちバルクの厚み）を有し
且つ引張り歪を有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶又はＡｌＩ
ｎＰ系結晶からなる他のｐ型クラッド層を備えている。
この他のｐ型クラッド層は、活性層とこの他のｐ型クラ
ッド層との伝導帯におけるエネルギー差を大きくできる
と共に、該他のｐ型クラッド層は電子が略透過しないの
で、この他のｐ型クラッド層は障壁層として機能する。
従って、略格子整合をするｐ型クラッド層による電子の
活性層への閉じ込め効果の他、他のｐ型クラッド層によ
り電子の活性層への閉じ込めが十分に行える。この結
果、発振しきい値電流が低減され且つ温度特性が改善さ
れる。
【００１８】しかも、この構成の場合、他のｐ型クラッ
ド層は全ｐ型クラッド層の一部であるので、他のｐ型ク
ラッド層のｐ−キャリア濃度が低くとも素子抵抗が著し
く大きくなる恐れがない。
ド層は全ｐ型クラッド層の一部であるので、他のｐ型ク
ラッド層のｐ−キャリア濃度が低くとも素子抵抗が著し
く大きくなる恐れがない。
【００１９】また、この他のｐ型クラッド層は層厚が大
きく且つこの層厚は高精度に制御されていなくとも良い
ので、製造が容易である。
きく且つこの層厚は高精度に制御されていなくとも良い
ので、製造が容易である。
【００２０】特に、前記他のｐ型クラッド層が（Ａｌz
Ｇａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）の場合、発振しきい値電流及び温度特性が良好に
なり、更に（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦
１，０．５１＜ｕ＜１）からなる場合より好ましく、
（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５
１＜ｕ＜１）からなる場合顕著に発振しきい値電流及び
温度特性が改善される。
Ｇａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）の場合、発振しきい値電流及び温度特性が良好に
なり、更に（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦
１，０．５１＜ｕ＜１）からなる場合より好ましく、
（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５
１＜ｕ＜１）からなる場合顕著に発振しきい値電流及び
温度特性が改善される。
【００２１】加えて、前記他のｐ型クラッド層の歪量が
−１．５％以上−０．５％以下の範囲、更には−１．２
％以上−０．８％以下の範囲、特に−１．１％以上−
０．９％以下の範囲にある場合、発振しきい値電流及び
温度特性がより改善される。
−１．５％以上−０．５％以下の範囲、更には−１．２
％以上−０．８％以下の範囲、特に−１．１％以上−
０．９％以下の範囲にある場合、発振しきい値電流及び
温度特性がより改善される。
【００２２】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７度
以下傾斜した面である場合、発振しきい値電流及び温度
特性が好ましく改善される。
面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７度
以下傾斜した面である場合、発振しきい値電流及び温度
特性が好ましく改善される。
【００２３】
【実施例】本発明の第１実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系
半導体レーザ素子を図を用いて説明する。ここで、図
１、図２及び図３はそれぞれこの半導体レーザ素子の模
式斜視図、模式断面構造図、活性層近傍の模式バンド構
造図である。
半導体レーザ素子を図を用いて説明する。ここで、図
１、図２及び図３はそれぞれこの半導体レーザ素子の模
式斜視図、模式断面構造図、活性層近傍の模式バンド構
造図である。
【００２４】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：以下角度θをオフ角度θという）で傾斜した面で
ある。前記一主面上には層厚０．３μｍのｎ型Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5Ｐバッファ層２及び層厚０．８〜０．９μｍの
ｎ型（ＡｌxaＧａ1-xa）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ＞ｙａ，ｙ
ｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｘａ＝０．７）からなるクラ
ッド層３がこの順序で形成されている。
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：以下角度θをオフ角度θという）で傾斜した面で
ある。前記一主面上には層厚０．３μｍのｎ型Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5Ｐバッファ層２及び層厚０．８〜０．９μｍの
ｎ型（ＡｌxaＧａ1-xa）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ＞ｙａ，ｙ
ｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｘａ＝０．７）からなるクラ
ッド層３がこの順序で形成されている。
【００２５】前記ｎ型クラッド層３上には、図３に詳細
を示すように、層厚５００Åのアンドープの（ＡｌyaＧ
ａ1-ya）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙａ≧ｒ：本実施例ではｙａ＝
０．５）光ガイド層４ａ、層厚７５Åの引張り歪を有す
る（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐ≧０，ｑ＞０．５
１：本実施例ではｐ＝０、ｑ＝０．５８）引張り歪量子
井戸層４ｂ、４ｂ、４ｂ、４ｂ（典型的には、全６層以
下、本実施例では全４層）と層厚４０Åの（ＡｌrＧａ
1-r）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ，ｘｂ，ｘｃ＞ｒ＞ｐ：本実
施例ではｒ＝０．５）量子障壁層４ｃ、４ｃ、４ｃ（典
型的には、全５層以下、本実施例では全３層）とが交互
に積層されてなるアンドープの引張り歪多重量子井戸構
造（引張り歪ＭＱＷ構造）、及び層厚５００Åのアンド
ープの（Ａｌ ybＧａ1-yb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙｂ≧ｒ：本
実施例ではｙｂ＝０．５）光ガイド層４ｄがこの順序で
構成されてなる活性層４が形成されている。尚、本実施
例の引張り歪量子井戸層４ｂ、４ｂ、・・の歪量Δａ／
ａ0（Δａ＝歪層の格子定数ａ−ＧａＡｓ半導体基板の
格子定数ａ0）は−０．５％である。
を示すように、層厚５００Åのアンドープの（ＡｌyaＧ
ａ1-ya）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙａ≧ｒ：本実施例ではｙａ＝
０．５）光ガイド層４ａ、層厚７５Åの引張り歪を有す
る（ＡｌpＧａ1-p）qＩｎ1-qＰ（ｐ≧０，ｑ＞０．５
１：本実施例ではｐ＝０、ｑ＝０．５８）引張り歪量子
井戸層４ｂ、４ｂ、４ｂ、４ｂ（典型的には、全６層以
下、本実施例では全４層）と層厚４０Åの（ＡｌrＧａ
1-r）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ，ｘｂ，ｘｃ＞ｒ＞ｐ：本実
施例ではｒ＝０．５）量子障壁層４ｃ、４ｃ、４ｃ（典
型的には、全５層以下、本実施例では全３層）とが交互
に積層されてなるアンドープの引張り歪多重量子井戸構
造（引張り歪ＭＱＷ構造）、及び層厚５００Åのアンド
ープの（Ａｌ ybＧａ1-yb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙｂ≧ｒ：本
実施例ではｙｂ＝０．５）光ガイド層４ｄがこの順序で
構成されてなる活性層４が形成されている。尚、本実施
例の引張り歪量子井戸層４ｂ、４ｂ、・・の歪量Δａ／
ａ0（Δａ＝歪層の格子定数ａ−ＧａＡｓ半導体基板の
格子定数ａ0）は−０．５％である。
【００２６】前記活性層４上には、層厚３００Åのｐ型
（ＡｌxbＧａ1-xb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘｂ＞ｙａ，ｙｂ＞
ｐ≧０：本実施例ではｘｂ＝０．７）からなるクラッド
層５が形成されている。
（ＡｌxbＧａ1-xb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘｂ＞ｙａ，ｙｂ＞
ｐ≧０：本実施例ではｘｂ＝０．７）からなるクラッド
層５が形成されている。
【００２７】前記ｐ型クラッド層５上には、ｐ型（Ａｌ
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（ｕ＞０．５１、ｚ＞ｙａ，ｙｂ
＞ｐ≧０：本実施例ではｚ＝０．７、ｕ＝０．７、歪量
＝−１．４％）からなる引張り歪を有するｐ型クラッド
層（障壁層）６が形成されている。このｐ型クラッド層
６は電子が略透過しない厚み、好ましくは全く透過しな
い厚みに設定され、本実施例の場合は層厚は２５０Åで
ある。
zＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（ｕ＞０．５１、ｚ＞ｙａ，ｙｂ
＞ｐ≧０：本実施例ではｚ＝０．７、ｕ＝０．７、歪量
＝−１．４％）からなる引張り歪を有するｐ型クラッド
層（障壁層）６が形成されている。このｐ型クラッド層
６は電子が略透過しない厚み、好ましくは全く透過しな
い厚みに設定され、本実施例の場合は層厚は２５０Åで
ある。
【００２８】前記ｐ型クラッド層６上には、厚み０．２
〜０．３μｍの平坦部７ａと、上部幅３．５μｍ、下部
幅５μｍ、厚み０．７μｍの共振器方向（紙面垂直方
向）に延在するストライプ状リッジ部７ｂとからなるｐ
型（ＡｌxcＧａ1-xc）0.5Ｉｎ0 .5Ｐ（ｘｃ＞ｙａ，ｙｂ
＞ｐ≧０：本実施例ではｘｃ＝０．７）からなるクラッ
ド層７が形成されている。
〜０．３μｍの平坦部７ａと、上部幅３．５μｍ、下部
幅５μｍ、厚み０．７μｍの共振器方向（紙面垂直方
向）に延在するストライプ状リッジ部７ｂとからなるｐ
型（ＡｌxcＧａ1-xc）0.5Ｉｎ0 .5Ｐ（ｘｃ＞ｙａ，ｙｂ
＞ｐ≧０：本実施例ではｘｃ＝０．７）からなるクラッ
ド層７が形成されている。
【００２９】前記リッジ部７ｂ上面には、層厚０．１μ
ｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層８が形成されて
おり、このコンタクト層８の側面上及びｐ型クラッド層
７上には層厚１μｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層９、９が
形成されている。
ｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層８が形成されて
おり、このコンタクト層８の側面上及びｐ型クラッド層
７上には層厚１μｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層９、９が
形成されている。
【００３０】前記コンタクト層８及び電流阻止層９、９
上には、層厚が２〜６μｍであるｐ型ＧａＡｓキャップ
層１０が形成されている。
上には、層厚が２〜６μｍであるｐ型ＧａＡｓキャップ
層１０が形成されている。
【００３１】前記キャップ層１０上面にはＡｕ−Ｃｒか
らなるｐ型側オーミック電極１１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１２が形成されている。
らなるｐ型側オーミック電極１１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１２が形成されている。
【００３２】表１に、斯る半導体レーザ素子と引張り歪
を有するｐ型クラッド層６を設けていない以外は本実施
例と同じである比較例（従来例）の半導体レーザ素子の
発振しきい値電流（ｍＡ）と最高発振温度（℃）を示
す。尚、共振器長４００μｍ、端面ノンコート、ＣＷ
（連続発振）の条件で行った。
を有するｐ型クラッド層６を設けていない以外は本実施
例と同じである比較例（従来例）の半導体レーザ素子の
発振しきい値電流（ｍＡ）と最高発振温度（℃）を示
す。尚、共振器長４００μｍ、端面ノンコート、ＣＷ
（連続発振）の条件で行った。
【００３３】
【表１】
【００３４】この表１から、しきい値電流については、
比較例の８０ｍＡに比べて本実施例は５０ｍＡと非常に
小さくなっており、また最高発振温度についても、比較
例の４０℃に比べて本実施例は８０℃と大きくなってお
り、両特性とも比較例に比べて本実施例の方が格段に改
善されていることが判る。
比較例の８０ｍＡに比べて本実施例は５０ｍＡと非常に
小さくなっており、また最高発振温度についても、比較
例の４０℃に比べて本実施例は８０℃と大きくなってお
り、両特性とも比較例に比べて本実施例の方が格段に改
善されていることが判る。
【００３５】図４に、この実施例において使用したｐ型
クラッド層３、５、７としての無歪、即ちＧａＡｓ半導
体基板１と格子整合した（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
結晶及び引張歪を有するｐ型クラッド層６としての（Ａ
ｌxＧａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶とエネルギーギャップＥ
gとの関係を示す。この図から、上述したように（Ａｌx
Ｇａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶の方が（ＡｌxＧａ1-x）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ結晶よりエネルギーギャップＥgが大きくなる
ことが判る。また、この関係はこの組成比０．５と組成
比０．７との場合に限らず、Ａｌ組成比が同じであれ
ば、（ＡｌxＧａ1-x）uＩｎ1-uＰ（ｕ＞０．５１）結晶
の方が（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ結晶に比べてエネ
ルギーギャップＥgが大きくなり、ｘ＝１の場合最も大
きくなる。尚、Ａｌ組成比ｘが０．７近傍でエネルギー
ギャップＥgが屈折するのは、この点で直接遷移から間
接遷移に変わるためである。
クラッド層３、５、７としての無歪、即ちＧａＡｓ半導
体基板１と格子整合した（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
結晶及び引張歪を有するｐ型クラッド層６としての（Ａ
ｌxＧａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶とエネルギーギャップＥ
gとの関係を示す。この図から、上述したように（Ａｌx
Ｇａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶の方が（ＡｌxＧａ1-x）0.5
Ｉｎ0.5Ｐ結晶よりエネルギーギャップＥgが大きくなる
ことが判る。また、この関係はこの組成比０．５と組成
比０．７との場合に限らず、Ａｌ組成比が同じであれ
ば、（ＡｌxＧａ1-x）uＩｎ1-uＰ（ｕ＞０．５１）結晶
の方が（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ結晶に比べてエネ
ルギーギャップＥgが大きくなり、ｘ＝１の場合最も大
きくなる。尚、Ａｌ組成比ｘが０．７近傍でエネルギー
ギャップＥgが屈折するのは、この点で直接遷移から間
接遷移に変わるためである。
【００３６】従って、前記図４から判るように、活性層
４はその量子井戸構造が障壁層４ｃ、４ｃ、４ｃとエネ
ルギーギャップが等しい（又はこれらより大きくてもよ
い）光ガイド層４ａ、４ｄに挟まれた構成からなり、そ
してこの活性層４は該活性層４よりエネルギーギャップ
が大きいクラッド層３、５、７により挟まれ、更にｐ型
クラッド層５、７の間、即ち無歪のｐ型クラッド層中に
は、引張り歪を有しこのｐ型クラッド層よりエネルギー
ギャップが大きく、且つ電子を略透過しない厚みのｐ型
クラッド層６が設けられた構成である。この結果、活性
層４とこのｐ型クラッド層６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６を殆ど越えるこ
とがなく、且つ電子がこのｐ型クラッド層６を略透過し
ないので、電子の活性層４内への閉じ込めが十分行え、
上述のようなしきい値電流、最高発振温度等の温度特性
が改善されるのである。
４はその量子井戸構造が障壁層４ｃ、４ｃ、４ｃとエネ
ルギーギャップが等しい（又はこれらより大きくてもよ
い）光ガイド層４ａ、４ｄに挟まれた構成からなり、そ
してこの活性層４は該活性層４よりエネルギーギャップ
が大きいクラッド層３、５、７により挟まれ、更にｐ型
クラッド層５、７の間、即ち無歪のｐ型クラッド層中に
は、引張り歪を有しこのｐ型クラッド層よりエネルギー
ギャップが大きく、且つ電子を略透過しない厚みのｐ型
クラッド層６が設けられた構成である。この結果、活性
層４とこのｐ型クラッド層６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６を殆ど越えるこ
とがなく、且つ電子がこのｐ型クラッド層６を略透過し
ないので、電子の活性層４内への閉じ込めが十分行え、
上述のようなしきい値電流、最高発振温度等の温度特性
が改善されるのである。
【００３７】次に、本発明の第２実施例に係るＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例
とは、無歪のｐ型クラッド層中でなく、このｐ型クラッ
ド層と活性層の間に、該ｐ型クラッド層よりバンドギャ
ップが大きい引張り歪を有し、且つ電子を略透過しない
厚みを有するクラッド層を設ける点のみ異なる。この第
１実施例と異なる活性層近傍のみを模式バンド構造図で
ある図５を用いて説明する。尚、第１実施例と同じ部分
又は対応する部分には同一符号を付してその説明を割愛
する。
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例
とは、無歪のｐ型クラッド層中でなく、このｐ型クラッ
ド層と活性層の間に、該ｐ型クラッド層よりバンドギャ
ップが大きい引張り歪を有し、且つ電子を略透過しない
厚みを有するクラッド層を設ける点のみ異なる。この第
１実施例と異なる活性層近傍のみを模式バンド構造図で
ある図５を用いて説明する。尚、第１実施例と同じ部分
又は対応する部分には同一符号を付してその説明を割愛
する。
【００３８】３はｎ型クラッド層、４は引張り歪ＭＱＷ
構造を有する活性層、６は引張り歪及び電子を略透過し
ない厚みを有するｐ型（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（ｕ
＞０．５１、ｚ＞ｙａ，ｙｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｚ
＝０．７、ｕ＝０．７）からなるｐ型クラッド層であ
る。
構造を有する活性層、６は引張り歪及び電子を略透過し
ない厚みを有するｐ型（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（ｕ
＞０．５１、ｚ＞ｙａ，ｙｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｚ
＝０．７、ｕ＝０．７）からなるｐ型クラッド層であ
る。
【００３９】即ち、本実施例では、ｐ型クラッド層５を
省き、電子を略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を有
するクラッド層６を活性層４とｐ型クラッド層７の間に
形成している。
省き、電子を略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を有
するクラッド層６を活性層４とｐ型クラッド層７の間に
形成している。
【００４０】本実施例の半導体レーザ素子においても、
ｐ型クラッド層６は無歪のｐ型クラッド層７に比べてバ
ンドギャップが大きく、電子を略透過しないので、第１
実施例と同じく電子の活性層４内への閉じ込めが十分行
える。従って、発振しきい値電流、及び最高発振温度等
の温度特性が改善される。
ｐ型クラッド層６は無歪のｐ型クラッド層７に比べてバ
ンドギャップが大きく、電子を略透過しないので、第１
実施例と同じく電子の活性層４内への閉じ込めが十分行
える。従って、発振しきい値電流、及び最高発振温度等
の温度特性が改善される。
【００４１】次に、本発明の第３実施例に係るＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例
と異なる点は、無歪のｐ型、ｎ型クラッド層中に電子を
略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を有しそれぞれ該
ｐ型、ｎ型クラッド層よりバンドギャップが大きいｐ
型、ｎ型クラッド層を複数設けた点と活性層が単一量子
井戸構造からなる点である。図６は本実施例の半導体レ
ーザ素子の模式断面構造図、図７及び図８は活性層近傍
の模式バンド構造図、模式屈折率分布図である。尚、第
１実施例と同じ部分又は対応する部分には同一符号を付
してその説明を割愛する。
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例
と異なる点は、無歪のｐ型、ｎ型クラッド層中に電子を
略透過しない厚みを有し且つ引張り歪を有しそれぞれ該
ｐ型、ｎ型クラッド層よりバンドギャップが大きいｐ
型、ｎ型クラッド層を複数設けた点と活性層が単一量子
井戸構造からなる点である。図６は本実施例の半導体レ
ーザ素子の模式断面構造図、図７及び図８は活性層近傍
の模式バンド構造図、模式屈折率分布図である。尚、第
１実施例と同じ部分又は対応する部分には同一符号を付
してその説明を割愛する。
【００４２】ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層２上に
は、層厚０．７〜０．８μｍのｎ型（ＡｌxaＧａ1-xa）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例
ではｘａ＝０．７）からなるクラッド層３が形成されて
いる。
は、層厚０．７〜０．８μｍのｎ型（ＡｌxaＧａ1-xa）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘａ＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例
ではｘａ＝０．７）からなるクラッド層３が形成されて
いる。
【００４３】このｎ型クラッド層３上には、層厚２００
Åのｎ型（Ａｌz1Ｇａ1-z1）u1Ｉｎ 1-u1Ｐ（ｕ１＞ｕ２
＞ｕ３＞０．５１、ｚ１＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実
施例ではｕ１＝０．７５、ｚ１＝０．７）からなる引張
り歪を有するクラッド層６１、層厚２００Åのｎ型（Ａ
ｌx1Ｇａ1-x1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ１＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ
≧０：本実施例でｘ１＝０．７）からなるクラッド層３
１、層厚２００Åのｎ型（Ａｌz2Ｇａ1-z2）u2Ｉｎ1-u2
Ｐ（ｚ２＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ２＝
０．７、ｚ２＝０．７）からなる引張り歪を有するクラ
ッド層６２、層厚２００Åのｎ型（Ａｌx2Ｇａ1-x2）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ２＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例
でｘ２＝０．７）からなるクラッド層３２、層厚２５０
Åのｎ型（Ａｌz3Ｇａ1-z3）u3Ｉｎ1-u3Ｐ（ｚ３＞ｙ
ａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ３＝０．６、ｚ３
＝０．７）からなる引張り歪を有するｎ型クラッド層６
３、層厚２００Åのｎ型（Ａｌx3Ｇａ1-x3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ（ｘ３＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例でｘ３＝
０．７）からなるクラッド層３３がこの順序で形成され
ている。
Åのｎ型（Ａｌz1Ｇａ1-z1）u1Ｉｎ 1-u1Ｐ（ｕ１＞ｕ２
＞ｕ３＞０．５１、ｚ１＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実
施例ではｕ１＝０．７５、ｚ１＝０．７）からなる引張
り歪を有するクラッド層６１、層厚２００Åのｎ型（Ａ
ｌx1Ｇａ1-x1）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ１＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ
≧０：本実施例でｘ１＝０．７）からなるクラッド層３
１、層厚２００Åのｎ型（Ａｌz2Ｇａ1-z2）u2Ｉｎ1-u2
Ｐ（ｚ２＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ２＝
０．７、ｚ２＝０．７）からなる引張り歪を有するクラ
ッド層６２、層厚２００Åのｎ型（Ａｌx2Ｇａ1-x2）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ２＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例
でｘ２＝０．７）からなるクラッド層３２、層厚２５０
Åのｎ型（Ａｌz3Ｇａ1-z3）u3Ｉｎ1-u3Ｐ（ｚ３＞ｙ
ａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ３＝０．６、ｚ３
＝０．７）からなる引張り歪を有するｎ型クラッド層６
３、層厚２００Åのｎ型（Ａｌx3Ｇａ1-x3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ（ｘ３＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例でｘ３＝
０．７）からなるクラッド層３３がこの順序で形成され
ている。
【００４４】前記ｎ型クラッド層３３上には、層厚５０
０Åのアンドープの（ＡｌyaＧａ1- ya）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
（ｙａ＞ｐｐ：本実施例ではｙａ＝０．５）光ガイド層
４ａ、層厚２５０Åの引張り歪を有するアンドープの
（ＡｌppＧａ1-pp）qqＩｎ1-qqＰ（ｑｑ＞０．５１：本
実施例ではｐｐ＝０、ｑｑ＝０．７、 Δａ／ａ0＝−
１．４％）単一量子井戸層４ｅ、及び層厚５００Åのア
ンドープの（ＡｌybＧａ1-yb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙｂ＞ｐ
ｐ：本実施例ではｙｂ＝０．５）光ガイド層４ｄがこの
順序で構成されてなる活性層４が形成されている。
０Åのアンドープの（ＡｌyaＧａ1- ya）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
（ｙａ＞ｐｐ：本実施例ではｙａ＝０．５）光ガイド層
４ａ、層厚２５０Åの引張り歪を有するアンドープの
（ＡｌppＧａ1-pp）qqＩｎ1-qqＰ（ｑｑ＞０．５１：本
実施例ではｐｐ＝０、ｑｑ＝０．７、 Δａ／ａ0＝−
１．４％）単一量子井戸層４ｅ、及び層厚５００Åのア
ンドープの（ＡｌybＧａ1-yb）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｙｂ＞ｐ
ｐ：本実施例ではｙｂ＝０．５）光ガイド層４ｄがこの
順序で構成されてなる活性層４が形成されている。
【００４５】この活性層４上には、層厚２００Åのｐ型
（Ａｌx4Ｇａ1-x4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ４＞ｙａ，ｙｂ＞
ｐｐ≧０：本実施例でｘ４＝０．７）からなるクラッド
層５１、層厚２５０Åのｐ型（Ａｌz4Ｇａ1-z4）u4Ｉｎ
1-u4Ｐ（ｕ６＞ｕ５＞ｕ４＞０．５１、ｚ４＞ｙａ，ｙ
ｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｕ４＝０．６、ｚ４＝０．
７）からなる引張り歪を有するクラッド層６４、層厚２
００Åのｐ型（Ａｌx5Ｇａ1-x5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ５＞
ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例でｘ５＝０．７）から
なるクラッド層５２、層厚２００Åのｐ型（Ａｌz5Ｇａ
1-z5）u5Ｉｎ1-u5Ｐ（ｚ５＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本
実施例ではｕ５＝０．７、ｚ５＝０．７）からなる引張
り歪を有するクラッド層６５、層厚２００Åのｐ型（Ａ
ｌx6Ｇａ1- x6）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ６＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ
≧０：本実施例でｘ６＝０．７）からなるクラッド層５
３、層厚２００Åのｐ型（Ａｌz6Ｇａ1-z6）u6Ｉｎ1-u6
Ｐ（ｚ６＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ６＝
０．７５、ｚ６＝０．７）からなる引張り歪を有するク
ラッド層６６がこの順序で形成されている。
（Ａｌx4Ｇａ1-x4）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ４＞ｙａ，ｙｂ＞
ｐｐ≧０：本実施例でｘ４＝０．７）からなるクラッド
層５１、層厚２５０Åのｐ型（Ａｌz4Ｇａ1-z4）u4Ｉｎ
1-u4Ｐ（ｕ６＞ｕ５＞ｕ４＞０．５１、ｚ４＞ｙａ，ｙ
ｂ＞ｐ≧０：本実施例ではｕ４＝０．６、ｚ４＝０．
７）からなる引張り歪を有するクラッド層６４、層厚２
００Åのｐ型（Ａｌx5Ｇａ1-x5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ５＞
ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例でｘ５＝０．７）から
なるクラッド層５２、層厚２００Åのｐ型（Ａｌz5Ｇａ
1-z5）u5Ｉｎ1-u5Ｐ（ｚ５＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本
実施例ではｕ５＝０．７、ｚ５＝０．７）からなる引張
り歪を有するクラッド層６５、層厚２００Åのｐ型（Ａ
ｌx6Ｇａ1- x6）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ｘ６＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ
≧０：本実施例でｘ６＝０．７）からなるクラッド層５
３、層厚２００Åのｐ型（Ａｌz6Ｇａ1-z6）u6Ｉｎ1-u6
Ｐ（ｚ６＞ｙａ，ｙｂ＞ｐｐ≧０：本実施例ではｕ６＝
０．７５、ｚ６＝０．７）からなる引張り歪を有するク
ラッド層６６がこの順序で形成されている。
【００４６】本実施例のように単一量子井戸構造の活性
層を用いた場合、発振しきい値電流の低減には有効であ
るが、最高発振温度などの温度特性が劣化する虞れがあ
る。この場合にも、第１、第２実施例のように無歪のｐ
型クラッド層中又は該層と活性層の間に、引張り歪を有
し且つ電子を略透過しない厚みのｐ型クラッド層を設け
るのみでも発振しきい値電流の低減、温度特性の改善が
行えるが、本実施例のように電子が略透過しない厚みを
有し且つ引張歪みを有する複数のクラッド層を設け、活
性層４を頂点に屈折率分布が本質的に山形、好ましくは
活性層４に対して対称に分布するようにすれば、活性層
４中の光の閉じ込めが良くなり、温度特性が更に改善で
きる。
層を用いた場合、発振しきい値電流の低減には有効であ
るが、最高発振温度などの温度特性が劣化する虞れがあ
る。この場合にも、第１、第２実施例のように無歪のｐ
型クラッド層中又は該層と活性層の間に、引張り歪を有
し且つ電子を略透過しない厚みのｐ型クラッド層を設け
るのみでも発振しきい値電流の低減、温度特性の改善が
行えるが、本実施例のように電子が略透過しない厚みを
有し且つ引張歪みを有する複数のクラッド層を設け、活
性層４を頂点に屈折率分布が本質的に山形、好ましくは
活性層４に対して対称に分布するようにすれば、活性層
４中の光の閉じ込めが良くなり、温度特性が更に改善で
きる。
【００４７】次に、第４実施例に係るＡｌＧａＩｎＰ系
半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例と異なる
点は障壁層となるｐ型（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰクラ
ッド層６の組成比ｚ又は組成比ｕ（歪量）をそれぞれ異
ならせた点並びにクラッド層６の層厚を３００Åとした
点のみであるので、説明は割愛する。
半導体レーザ素子を説明する。尚、第１実施例と異なる
点は障壁層となるｐ型（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰクラ
ッド層６の組成比ｚ又は組成比ｕ（歪量）をそれぞれ異
ならせた点並びにクラッド層６の層厚を３００Åとした
点のみであるので、説明は割愛する。
【００４８】図９に斯る半導体レーザ素子の最高発振温
度Ｔmax（℃ ）及び発振しきい値電流（ｍＡ）と、クラ
ッド層６の組成比ｚの関係を示す。尚、この図では例と
してクラッド層６の歪量は−１％であり、端面ノンコー
ト、共振器長４００μｍの半導体レーザ素子を連続発振
（ＣＷ）で複数個測定した場合を示す。
度Ｔmax（℃ ）及び発振しきい値電流（ｍＡ）と、クラ
ッド層６の組成比ｚの関係を示す。尚、この図では例と
してクラッド層６の歪量は−１％であり、端面ノンコー
ト、共振器長４００μｍの半導体レーザ素子を連続発振
（ＣＷ）で複数個測定した場合を示す。
【００４９】この図９から、クラッド層６の組成比ｚは
０．７以上１以下の範囲であれば、表１で示した比較例
に比べて最高発振温度が約８０℃以上と非常に大きく且
つ発振しきい値電流も約５０ｍＡ以下と顕著に小さくな
ることが判る。加えて、最高発振温度及び発振しきい値
電流は組成比ｚが１に近い方がより改善されることが判
る。従って、クラッド層６の組成比ｚは０．８以上１以
下がより好ましく、更に０．９以上１以下が好ましく、
特に好ましいのは略１である。
０．７以上１以下の範囲であれば、表１で示した比較例
に比べて最高発振温度が約８０℃以上と非常に大きく且
つ発振しきい値電流も約５０ｍＡ以下と顕著に小さくな
ることが判る。加えて、最高発振温度及び発振しきい値
電流は組成比ｚが１に近い方がより改善されることが判
る。従って、クラッド層６の組成比ｚは０．８以上１以
下がより好ましく、更に０．９以上１以下が好ましく、
特に好ましいのは略１である。
【００５０】図１０に斯る半導体レーザ素子の最高発振
温度Ｔmax（℃ ）及び発振しきい値電流（ｍＡ）と、ク
ラッド層６の歪量（％）の関係を示す。尚、この図では
例としてクラッド層６の組成比ｚは１であり、端面ノン
コート、共振器長４００μｍの半導体レーザ素子を連続
発振（ＣＷ）で複数個測定した場合を示す。
温度Ｔmax（℃ ）及び発振しきい値電流（ｍＡ）と、ク
ラッド層６の歪量（％）の関係を示す。尚、この図では
例としてクラッド層６の組成比ｚは１であり、端面ノン
コート、共振器長４００μｍの半導体レーザ素子を連続
発振（ＣＷ）で複数個測定した場合を示す。
【００５１】この図１０から、クラッド層６の歪量は−
１．５％（ｕ＝０．７１）以上−０．５％（ｕ＝０．５
８）以下の範囲であれば、表１で示した比較例に比べて
最高発振温度が非常に大きく且つ発振しきい値電流も顕
著に小さくなることが判る。加えて、最高発振温度及び
発振しきい値電流は歪量が略−１％（ｕ＝０．６５）に
近い方がより改善されることが判る。従って、クラッド
層６の歪量は−１．２％（ｕ＝０．６７）以上−０．８
％（ｕ＝０．６２）以下がより好ましく、更に−１．１
％（ｕ＝０．６６）以上−０．９％（ｕ＝０．６３）以
下が好ましく、特に好ましいのは略−１％である。
１．５％（ｕ＝０．７１）以上−０．５％（ｕ＝０．５
８）以下の範囲であれば、表１で示した比較例に比べて
最高発振温度が非常に大きく且つ発振しきい値電流も顕
著に小さくなることが判る。加えて、最高発振温度及び
発振しきい値電流は歪量が略−１％（ｕ＝０．６５）に
近い方がより改善されることが判る。従って、クラッド
層６の歪量は−１．２％（ｕ＝０．６７）以上−０．８
％（ｕ＝０．６２）以下がより好ましく、更に−１．１
％（ｕ＝０．６６）以上−０．９％（ｕ＝０．６３）以
下が好ましく、特に好ましいのは略−１％である。
【００５２】上述の各実施例では、引張り歪を有する量
子井戸構造の活性層について説明したが、圧縮歪のもの
でも、無歪のものでもよく、更には量子井戸層と量子障
壁層の歪みが逆の歪みを有する歪補償型の量子井戸構造
の活性層でもよく、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くともよ
い。しかし、アンドープの光ガイド層がない場合は、引
張り歪を有するクラッド層以外の活性層に近接する層は
活性層への不純物の拡散を防止するためにアンドープで
あることが望ましい。
子井戸構造の活性層について説明したが、圧縮歪のもの
でも、無歪のものでもよく、更には量子井戸層と量子障
壁層の歪みが逆の歪みを有する歪補償型の量子井戸構造
の活性層でもよく、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くともよ
い。しかし、アンドープの光ガイド層がない場合は、引
張り歪を有するクラッド層以外の活性層に近接する層は
活性層への不純物の拡散を防止するためにアンドープで
あることが望ましい。
【００５３】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Ｇａ0. 5Ｉｎ0.5Ｐ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。
ラッド層３の間に設けたｎ型Ｇａ0. 5Ｉｎ0.5Ｐ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。
【００５４】尚、（ＡｌxＧａ1-x）uＩｎ1-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、（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ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。また、上述の障壁層を成
さない各クラッド層の各Ａｌ組成比は０．７を選択して
いるが、上述と同様の理由から好ましくは０．５〜０．
８程度から適宜選択される。
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、（ＡｌxＧ
ａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ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。また、上述の障壁層を成
さない各クラッド層の各Ａｌ組成比は０．７を選択して
いるが、上述と同様の理由から好ましくは０．５〜０．
８程度から適宜選択される。
【００５５】また、引張り歪を有し且つ電子を略透過し
ない厚みの障壁層をなすｐ型クラッド層は、その層厚が
電子を略透過しない厚み以上臨界膜厚（ある歪における
結晶性の顕著な劣化が生じる膜厚）未満、及びその歪量
（引張り歪は負の値）が−２％程度以上の間で選択され
る。即ち、この歪量はその絶対値の大きい方が、バンド
ギャップが大きくなるが、この絶対値が大きいと臨界膜
厚は小さくなるので、層厚と歪量は適宜選択される。
ない厚みの障壁層をなすｐ型クラッド層は、その層厚が
電子を略透過しない厚み以上臨界膜厚（ある歪における
結晶性の顕著な劣化が生じる膜厚）未満、及びその歪量
（引張り歪は負の値）が−２％程度以上の間で選択され
る。即ち、この歪量はその絶対値の大きい方が、バンド
ギャップが大きくなるが、この絶対値が大きいと臨界膜
厚は小さくなるので、層厚と歪量は適宜選択される。
【００５６】しかしながら、上記第４実施例で示したよ
うに、障壁層をなすｐ型クラッド層は、その歪量は−
１．５％以上−０．５％以下がよく、−１．２％以上−
０．８％以下がより好ましく、更に−１．１％以上−
０．９％以下が好ましく、特に好ましいのは略−１％で
ある。また、障壁層をなす（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ
（１≧ｚ＞０，ｕ＞０．５１）からなるｐ型クラッド層
は、その組成比ｚが０．７以上１以下の範囲が好まし
く、０．８以上１以下がより好ましく、更に０．９以上
１以下が好ましく、特に好ましいのは略１である。
うに、障壁層をなすｐ型クラッド層は、その歪量は−
１．５％以上−０．５％以下がよく、−１．２％以上−
０．８％以下がより好ましく、更に−１．１％以上−
０．９％以下が好ましく、特に好ましいのは略−１％で
ある。また、障壁層をなす（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ
（１≧ｚ＞０，ｕ＞０．５１）からなるｐ型クラッド層
は、その組成比ｚが０．７以上１以下の範囲が好まし
く、０．８以上１以下がより好ましく、更に０．９以上
１以下が好ましく、特に好ましいのは略１である。
【００５７】また、障壁層をなす（ＡｌzＧａ1-z）uＩ
ｎ1-uＰ（１≧ｚ＞０，ｕ＞０．５１）からなるｐ型ク
ラッド層の層厚は上述したように電子が略透過しない厚
み、より好ましいのは電子が透過しない厚みであり、具
体的には２００Å以上５００Å以下程度が好ましく、よ
り好ましいのは２５０Å以上４００Å以下程度である。
ｎ1-uＰ（１≧ｚ＞０，ｕ＞０．５１）からなるｐ型ク
ラッド層の層厚は上述したように電子が略透過しない厚
み、より好ましいのは電子が透過しない厚みであり、具
体的には２００Å以上５００Å以下程度が好ましく、よ
り好ましいのは２５０Å以上４００Å以下程度である。
【００５８】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ことが
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。
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ことが
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。
【００５９】
【発明の効果】本発明の構成では、ＧａＡｓ半導体基板
と略格子整合をする（即ち略無歪の）ＡｌＧａＩｎＰ系
結晶からなるｐ型クラッド層に加えて、電子が略透過し
ない厚み（量子効果を略生じない、即ちバルクの厚み）
を有し且つ引張り歪を有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶又は
ＡｌＩｎＰ系結晶からなる他のｐ型クラッド層を備えて
いる。この他のｐ型クラッド層は、活性層とこの他のｐ
型クラッド層との伝導帯におけるエネルギ差を大きくで
きると共に、該他のｐ型クラッド層は電子が略透過しな
いので、この他のｐ型クラッド層は障壁層として機能す
る。従って、略格子整合をするｐ型クラッド層による電
子の活性層への閉じ込め効果の他、他のｐ型クラッド層
により電子の活性層への閉じ込めが十分に行える。この
結果、発振しきい値電流が低減され且つ温度特性が改善
される。
と略格子整合をする（即ち略無歪の）ＡｌＧａＩｎＰ系
結晶からなるｐ型クラッド層に加えて、電子が略透過し
ない厚み（量子効果を略生じない、即ちバルクの厚み）
を有し且つ引張り歪を有するＡｌＧａＩｎＰ系結晶又は
ＡｌＩｎＰ系結晶からなる他のｐ型クラッド層を備えて
いる。この他のｐ型クラッド層は、活性層とこの他のｐ
型クラッド層との伝導帯におけるエネルギ差を大きくで
きると共に、該他のｐ型クラッド層は電子が略透過しな
いので、この他のｐ型クラッド層は障壁層として機能す
る。従って、略格子整合をするｐ型クラッド層による電
子の活性層への閉じ込め効果の他、他のｐ型クラッド層
により電子の活性層への閉じ込めが十分に行える。この
結果、発振しきい値電流が低減され且つ温度特性が改善
される。
【００６０】しかも、この構成の場合、他のｐ型クラッ
ド層は全ｐ型クラッド層の一部であるので、他のｐ型ク
ラッド層のｐ−キャリア濃度が低くとも素子抵抗が著し
く大きくなる恐れがない。
ド層は全ｐ型クラッド層の一部であるので、他のｐ型ク
ラッド層のｐ−キャリア濃度が低くとも素子抵抗が著し
く大きくなる恐れがない。
【００６１】また、この他のｐ型クラッド層は層厚が大
きく且つこの層厚は高精度に制御されていなくとも良い
ので、製造が容易である。
きく且つこの層厚は高精度に制御されていなくとも良い
ので、製造が容易である。
【００６２】特に、前記他のｐ型クラッド層が（Ａｌz
Ｇａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）の場合、発振しきい値電流及び温度特性が良好に
なり、更に（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦
１，０．５１＜ｕ＜１）からなる場合より好ましく、
（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５
１＜ｕ＜１）からなる場合顕著に発振しきい値電流及び
温度特性が改善される。
Ｇａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ
＜１）の場合、発振しきい値電流及び温度特性が良好に
なり、更に（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦
１，０．５１＜ｕ＜１）からなる場合より好ましく、
（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５
１＜ｕ＜１）からなる場合顕著に発振しきい値電流及び
温度特性が改善される。
【００６３】加えて、前記他のｐ型クラッド層の歪量が
−１．５％以上−０．５％以下の範囲、更には−１．２
％以上−０．８％以下の範囲、特に−１．１％以上−
０．９％以下の範囲にある場合、発振しきい値電流及び
温度特性がより改善される。
−１．５％以上−０．５％以下の範囲、更には−１．２
％以上−０．８％以下の範囲、特に−１．１％以上−
０．９％以下の範囲にある場合、発振しきい値電流及び
温度特性がより改善される。
【００６４】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７度
以下傾斜した面である場合、発振しきい値電流及び温度
特性が好ましく改善される。
面が｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７度
以下傾斜した面である場合、発振しきい値電流及び温度
特性が好ましく改善される。
【図１】本発明の第１実施例に係る半導体レーザ素子の
模式斜視図である。
模式斜視図である。
【図２】上記実施例の半導体レーザ素子の模式断面構造
図である。
図である。
【図３】上記実施例の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。
模式バンド構造図である。
【図４】（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ結晶及び（Ａｌ
xＧａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶のＡｌ組成比とエネルギー
ギャップＥg（ｅＶ）の関係を示す図である。
xＧａ1-x）0.7Ｉｎ0.3Ｐ結晶のＡｌ組成比とエネルギー
ギャップＥg（ｅＶ）の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例に係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。
活性層近傍の模式バンド構造図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る半導体レーザ素子の
模式断面構造図である。
模式断面構造図である。
【図７】上記実施例の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。
模式バンド構造図である。
【図８】上記実施例の半導体レーザ素子の活性層近傍の
屈折率分布を模式的に示す図である。
屈折率分布を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る半導体レーザ素子の
最高発振温度及び発振しきい値電流とｐ型クラッド層６
のＡｌ組成比ｚの関係を示す図である。
最高発振温度及び発振しきい値電流とｐ型クラッド層６
のＡｌ組成比ｚの関係を示す図である。
【図１０】上記第４実施例に係る半導体レーザ素子の最
高発振温度及び発振しきい値電流とｐ型クラッド層６の
歪量の関係を示す図である。
高発振温度及び発振しきい値電流とｐ型クラッド層６の
歪量の関係を示す図である。
【図１１】（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ結晶のＡｌ組
成比とｐ−キャリア濃度（ｃｍ-3）の関係を示す図であ
る。
成比とｐ−キャリア濃度（ｃｍ-3）の関係を示す図であ
る。
１ ｎ型ＧａＡｓ半導体基板 ３ ｎ型（ＡｌxaＧａ1-xa）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ型（ＡｌxbＧａ1-xb）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ６ ｐ型（ＡｌzＧａ1-z）uＩｎ1-uＰクラッド層 ７ ｐ型（ＡｌxcＧａ1-xc）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ３１ ｎ型（Ａｌx1Ｇａ1-x1）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ３２ ｎ型（Ａｌx2Ｇａ1-x2）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ３３ ｎ型（Ａｌx3Ｇａ1-x3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ５１ ｐ型（Ａｌx4Ｇａ1-x4）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ５２ ｐ型（Ａｌx5Ｇａ1-x5）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ５３ ｐ型（Ａｌx6Ｇａ1-x6）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層 ６１ ｎ型（Ａｌz1Ｇａ1-z1）u1Ｉｎ1-u1Ｐクラッド層 ６２ ｎ型（Ａｌz2Ｇａ1-z2）u2Ｉｎ1-u2Ｐクラッド層 ６３ ｎ型（Ａｌz3Ｇａ1-z3）u3Ｉｎ1-u3Ｐクラッド層 ６４ ｐ型（Ａｌz4Ｇａ1-z4）u4Ｉｎ1-u4Ｐクラッド層 ６５ ｐ型（Ａｌz5Ｇａ1-z5）u5Ｉｎ1-u5Ｐクラッド層 ６６ ｐ型（Ａｌz6Ｇａ1-z6）u6Ｉｎ1-u6Ｐクラッド層
フロントページの続き (72)発明者 別所 靖之 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 賀勢 裕之 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 西田 豊三 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 上谷 ▲高▼弘 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 鈴木 順子 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
Claims (8)
- 【請求項１】 第１導電型のＧａＡｓ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、電子が略透過しない厚みを有し且つ
引張り歪を有する前記ｐ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
結晶からなる他のｐ型クラッド層を設けたことを特徴と
する半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記他のｐ型クラッド層は、（ＡｌzＧ
ａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．７≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ＜
１）からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項３】 前記他のｐ型クラッド層は、（ＡｌzＧ
ａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．８≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ＜
１）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。 - 【請求項４】 前記他のｐ型クラッド層は、（ＡｌzＧ
ａ1-z）uＩｎ1-uＰ（０．９≦ｚ≦１，０．５１＜ｕ＜
１）からなることを特徴とする請求項３記載の半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項５】 前記他のｐ型クラッド層の歪量は、−
１．５％以上−０．５％以下の範囲にあることを特徴と
する請求項１、２、３又は４記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記他のｐ型クラッド層の歪量は、−
１．２％以上−０．８％以下の範囲にあることを特徴と
する請求項５記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記他のｐ型クラッド層の歪量は、−
１．１％以上−０．９％以下の範囲にあることを特徴と
する請求項６記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長面
は、｛１００｝面から＜０１１＞方向に５度以上１７度
以下傾斜した面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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220212A JPH07235733A (ja) | 1993-12-27 | 1994-09-14 | 半導体レーザ素子 |
| US08/363,619 US5555271A (en) | 1993-12-27 | 1994-12-23 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33232193 | 1993-12-27 | ||
| JP5-332321 | 1993-12-27 | ||
| JP6220212A JPH07235733A (ja) | 1993-12-27 | 1994-09-14 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07235733A true JPH07235733A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=26523587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6220212A Pending JPH07235733A (ja) | 1993-12-27 | 1994-09-14 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5555271A (ja) |
| JP (1) | JPH07235733A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6542528B1 (en) | 1999-02-15 | 2003-04-01 | Ricoh Company, Ltd. | Light-emitting semiconductor device producing red wavelength optical radiation |
| CN104584242A (zh) * | 2012-08-23 | 2015-04-29 | 欧司朗光电半导体有限公司 | 光电子半导体本体和光电子半导体芯片 |
| JP2020529129A (ja) * | 2017-07-28 | 2020-10-01 | ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 発光装置における効率的な電子およびホールブロック用の歪みＡｌＧａＩｎＰ層 |
| US11322650B2 (en) | 2017-07-28 | 2022-05-03 | Lumileds Llc | Strained AlGaInP layers for efficient electron and hole blocking in light emitting devices |
Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH08288544A (ja) | 1995-04-14 | 1996-11-01 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| US5935426A (en) | 1997-08-08 | 1999-08-10 | Teledyne Industries, Inc., A California Corporation | Water treatment device with volumetric and time monitoring features |
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| GB2344458B (en) * | 1998-12-02 | 2000-12-27 | Arima Optoelectronics Corp | Light-emitting diodes |
| JP2000252590A (ja) | 1999-03-02 | 2000-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
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