JPH10200201A

JPH10200201A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH10200201A
Application number: JP31690397A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Horie; 秀善堀江; Toshinari Fujimori; 俊成藤森; Satoru Nagao; 哲長尾; Hideki Goto; 秀樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高いキンクレベルと温度特
性との両立を図ることにあり、常温近傍では２５０ｍＷ
程度のキンクレベルを持った発振波長が９８０ｎｍ近傍
のレーザを提供することにある。【解決手段】ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロック層お
よび第二導電型第二クラッド層を有し、該電流ブロック
層および第二導電型第二クラッド層が電流注入領域を形
成する半導体レーザであって、横方向の実効屈折率差Δ
n_effが、発光波長において２．５×１０^-3以上５．０×
１０^-3以下であって、かつ、該電流注入領域の幅Ｗが、
１．５μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴とす
る。

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に関す
るものである。本発明のレーザは特に光ファイバー増幅
器用の励起光源等高出力、長寿命を要求される用途に好
適に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】近年における光情報処理技術、光通信技
術の進展は目覚ましい。例えば、光磁気ディスクによる
高密度記録、光ファイバーネットワークによる双方向通
信と枚挙に暇がない。特に通信分野においては、今後の
マルチメディア時代に本格的に対応する大容量の光ファ
イバー伝送路とともに、その伝送方式に対する柔軟性を
持つ信号増幅用のアンプとして、Ｅｒ³⁺等の希土類をド
ープした光ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）の研究が各方
面で盛んに行われている。そして、ＥＤＦＡのコンポー
ネントとして不可欠な要素である高出力で長寿命の半導
体レーザの開発が待たれている。

【０００３】ＥＤＦＡ応用に供することのできる半導体
レーザの発光波長は原理的に３種類存在し、８００ｎ
ｍ、９８０ｎｍ、１４８０ｎｍである。このうち増幅器
そのものの側から見れば９８０ｎｍでの励起が、利得、
ノイズ等を考慮すると最も望ましいことが知られてい
る。この９８０ｎｍの発信波長を有するレーザは光ファ
イバーと結合させ利用するため、出射されるレーザ光
は、その横モードが注入電流、温度、ファイバー端面か
らの戻り光等によらずに安定していることがのぞまれ、
さらに、励起光源であることから、高出力、長寿命であ
ることが期待される。

【０００４】さらこの近傍の波長ではＳＨＧ光源として
の要求もあり、その他種々の応用面においても高性能の
レーザの開発が待たれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来報
告されている９８０ｎｍ近傍の波長を有する半導体レー
ザ、とくに、光学系との結合を前提とした屈折率導波構
造を有する素子には以下のような問題が存在した。すな
わち、高出力、例えば１５０−２００ｍＷ程度の光出力
領域において、キンクと呼ばれる電流・光出力特性にお
ける非線形現象が観測されている。これは、種々の原因
による横モードの不安定性によるものであり、ファイバ
ーとの安定した結合を妨げるものである。さらにこのキ
ンクは、同様の層構成を有するレーザにおいても、層の
組成や厚さがわずかに異なるだけで、比較的低い光出力
の領域から観測され、温度を上昇させた際には、特に低
い光出力の領域から観測されてしまう。

【０００６】本発明の目的は、高いキンクレベルと温度
特性との両立を図ることにあり、常温近傍では２５０ｍ
Ｗ程度のキンクレベルを持った発振波長が９８０ｎｍ近
傍のレーザを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、かか
る課題を解決すべく鋭意検討の結果、屈折率導波機構を
有するＩｎＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、横方向の
実効屈折率差およびレーザ発振に必要な電流狭窄のため
の電流注入領域の幅が、キンクレベルおよびその温度特
性と密接に関係していることを見出し、これらの範囲と
その組み合わせを最適化することによって、高いキンク
レベルと温度特性との両立を実現したものである。即
ち、本発明の要旨は、ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第
一導電型クラッド層、元素としてＩｎ，ＧａおよびＡｓ
を含む活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロッ
ク層および第二導電型第二クラッド層を有し、該電流ブ
ロック層および該第二導電型第二クラッド層が電流注入
領域を形成する半導体レーザであって、横方向の実効屈
折率差Δn_effが、発光波長において２．５×１０^-3以上
５．０×１０^-3以下であって、かつ、該電流注入領域の
幅Ｗが、１．５μｍ以上２．５μｍ以下であることを特
徴とする半導体レーザに存する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の主たる特徴を構成する実効屈折率につい
て詳細に述べる。図１は本発明において使用する実効屈
折率差Δn_effを説明するための素子の断面模式図を示し
ている。図１に使用されている素子構造は、屈折率導波
構造と呼ばれる屈折率差によりレーザ光の平行横モード
を閉じ込める構造である。電流注入領域と称するストラ
イプが形成されており、電流注入領域の両側面に配置さ
れた屈折率の低い電流ブロック層（９）により、活性層
に平行な方向に電流注入領域とその外部とで屈折率段差
がつくられているという特徴を有する。

【０００９】この場合、実効屈折率差Δn_effは、近似的
には各層の組成および厚さならびに発光波長の関数とな
り、その理論および算出法は"Heterostructure Lasers;
H.C. Casey, Jr., M.B. Panish; Academic Press (197
8)"のPart A, p20-p109およびpart B, p156-276ならび
に「半導体レーザ基礎と応用」（第５刷；伊藤良一、中
村道治共編；培風館；平成７年３月３０日出版）の３章
および５章等に記載されているが、本発明の層構成にお
ける具体的算出方法は、以下の通りとする。

【００１０】実効屈折率差Δn_effを求めるために、まず
電流注入領域の内部（図１でＡＡ^*断面）で第一導電型
クラッド層（３）、活性層（４）、第二導電型第一クラ
ッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）から構
成される多層膜をスラブ導波路とみなし、これを伝搬す
るレーザ光の導波モードをＴＥモードについて計算し、
発振波長における基本モードの実効屈折率を求める。導
波モードを計算するに際して、第一導電型クラッド層
（３）および第二導電型第二クラッド層（８）の厚さを
無限大とする近似を行う。また活性層が歪量子井戸と光
ガイド層から構成される場合には、計算に使用する歪量
子井戸の屈折率を光ガイド層の屈折率でおきかえる近似
を行う。こうして得られた基本モードに対する実効屈折
率をn_eff(AA^*)とする。次に同様に電流注入領域の外部
（図１でＢＢ^*断面）で第一導電型クラッド層（３）、
活性層（４）、第二導電型第一クラッド層（５）、電流
ブロック層（９）および第二導電型第二クラッド層
（８）から構成される多層膜をスラブ導波路とみなし、
導波モードの基本モードの実効屈折率を求め、これをn
_eff(BB^*)とする。実際の素子の構造では図１で示した層
の他に素子を形成するためのエッチング阻止層などの層
を挿入する場合が多いが、その場合は断面ＡＡ^*および
断面ＢＢ^*において第一導電型クラッド層（３）と第二
導電型第二クラッド層（８）の間に含まれるすべての層
から構成される多層膜についてそれぞれn_eff(AA^*)およ
びn_eff(BB^*)を求める。また実際の素子の構造では電流
注入領域の形状は図１に示したような矩形ではなく、逆
台形状である場合が多いが、その場合は電流注入領域の
最も狭い部分の内部でn_eff(AA^*)を求め、電流注入領域
の最も広い部分の外部でn_eff(BB^*)を求める。このよう
にして求めたn_eff(AA^*)およびn_eff(BB^*)から実効屈折率
差をΔn_eff=n_eff(AA^*)−n_eff(BB^*)と定義する。

【００１１】そして、本発明においては、この横方向の
実効屈折率差Δn_effが下記式（Ｉ）を満足することを特
徴としており、これにより、キンクレベルの安定と高温
安定性の両立が可能となる。２．５×１０^-3≦Δn_eff≦５．０×１０^-3 ・・・・・（Ｉ）なお、横方向とは、各層の積層方向と光の出射方向に対
してともに直交する方向のことである。

【００１２】また、最適な実効屈折率差Δn_effは、発光
波長および応用分野から求められる半導体レーザの特性
によって異なる。本発明半導体レーザは、Ｉｎ、Ｇａお
よびＡｓを含む活性層を有することを特徴としており、
上記式（Ｉ）は、この様な活性層からの９００〜１２０
０ｎｍ程度、好ましくは９００〜１１００ｎｍ程度の発
光波長における実効屈折率差Δn_effの最適範囲を特定し
たものである。

【００１３】本発明の半導体レーザは、屈折率導波機構
を有し、ＧａＡｓ基板上に少なくとも第一導電型クラッ
ド層、活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロッ
ク層および第二導電型第二クラッド層をこの順に有する
層構成をとる。この様な層構成を全て半導体材料で構成
することによりプレナー型のレーザとすることができ、
放熱性、高温安定性に優れる。

【００１４】図２は、本発明の半導体レーザにおけるエ
ピタキシャル構造の一例としてグルーブ型の半導体レー
ザを構成した模式的一例である。本発明の半導体素子に
おいて、基板としては、格子整合性の点からＧａＡｓ単
結晶基板が使用される。かかるＧａＡｓ単結晶基板
（１）は、通常、バルク結晶から切り出して得られる。

【００１５】バッファ層（２）は、基板バルク結晶の不
完全性を緩和し、結晶軸を同一にしたエピタキシャル薄
膜の形成を容易にするために設けることが好ましい。バ
ッファ層（２）は、基板（１）と同一の化合物で構成す
るのが好ましく、通常、ＧａＡｓが使用される。第一導
電型クラッド層（３）は、通常、活性層（４）の屈折率
より小さな屈折率を有する材料で構成され、バッファ層
（２）としてＧａＡｓを使用した場合は、通常、ＡｌＧ
ａＡｓ系材料（Ａｌ_VＧａ_1-VＡｓ）が使用され、その
混晶比は、屈折率が上記の条件を満足する様に適宜選択
される。

【００１６】活性層（４）の材料および構造は、目的と
する発光波長や出力などによって適宜選択される。活性
層（４）は、少なくともＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む材
料、通常Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）によって構成
され、その構造としては薄膜から成る各種の量子井戸構
造（ＳＱＷ、ＭＱＷ）等を採用することが出来る。そし
て、量子井戸構造には、通常、光ガイド層が併用され
る。光ガイド層の構造としては、活性層の両側に光ガイ
ド層を設けた構造（ＳＣＨ構造）、光ガイド層の組成を
徐々に変化させることにより屈折率を連続的に変化させ
た構造（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造）等を採用することが出
来る。光ガイド層の組成としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ
（０≦ｘ≦１）が好ましい。

【００１７】第二導電型第一クラッド層（５）は、活性
層（４）より小さな屈折率を有する材料で構成される。
そして、第二導電型第一クラッド層（５）の屈折率と、
第一導電型クラッド層（３）のそれとは通常同一とされ
る。従って、第二導電型第一クラッド層（５）の材料と
しては、第一導電型クラッド層（３）と同様に、通常、
ＡｌＧａＡｓ系材料が使用され、その混晶比は、第一導
電型クラッド層（３）と通常同一とされる。この構造で
は、第二導電型第一クラッド層（５）が、Ａｌ _WＧａ
_1-WＡｓからなる層に相当する。

【００１８】図２には、二種類のエッチング阻止層およ
びキャップ層が記載されているが、これらの層は、本発
明の好ましい態様において採用され、電流注入領域の作
り込みを精密かつ容易に行うのに有効である。第二エッ
チング阻止層（６）は、Ａｌ_aＧａ_1-aＡｓ（０≦ａ≦
１）材料にて構成されるが通常はＧａＡｓが好適に使用
される。これはＭＯＣＶＤ法等で第二導電型第二クラッ
ド層等を、特に、ＡｌＧａＡｓ系で再成長させる際に結
晶性よく積層することができるためである。第二エッチ
ング阻止層（６）の厚さは通常２ｎｍ以上が好ましい。

【００１９】第一エッチング阻止層（７）は、Ｉｎ_bＧ
ａ_1-bＰ（０≦ｂ≦１）で表される層が好適であり、本
発明のようにＧａＡｓを基板として使用した際は、通常
歪みのない系でｂ＝０．５が用いられる。第一エッチン
グ阻止層の厚さは通常５ｎｍ以上であり、好ましくは１
０ｎｍ以上である。また、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5ＰはＡｌＧａ
Ａｓと比べて放熱性に劣るので、１００ｎｍ以下が好ま
しい。５ｎｍ未満であると、膜厚の乱れ等により、エッ
チングを阻止することができなくなってしまう可能性が
ある。一方膜厚によっては歪み系を用いることもでき、
ｂ＝０、ｂ＝１等を用いることも可能である。歪み系を
用いる場合、膜厚は１分子層から１５ｎｍ、好ましくは
１０ｎｍ以下である。その様に膜厚が薄ければ、格子整
合がとれなくても、内在する歪みが緩和されるので問題
ない。

【００２０】キャップ層（１０）は、第１回目成長にお
いて電流ブロック層（９）の保護層として用いられると
同時に第二導電型第二クラッド層（８）の成長を容易に
するために用いられ、素子構造を得る前に、一部または
全て除去される。電流ブロック層（９）としては、文字
通り電流をブロックして実質的に流さないことが必要で
あるので、その導電型は第一導電型クラッド層と同一か
あるいはアンドープとすることが好ましく、また、通常
Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）からなる第二導電型第
二クラッド層（８）より屈折率が小さいことが好まし
い。通常、電流ブロック層もＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（０≦ｚ
≦１）からなることが好ましく、したがって混晶比とし
てはｚ≧ｙになることが好ましい。また、上述の光ガイ
ド層との関係では、ｘ＜ｙ≦ｚとすることが好ましい。

【００２１】また、電流ブロック層はＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐ
で構成することもできる。その場合、Ａｌ_aＧａ_1-aＡｓ
（０≦ａ≦１）第二エッチング阻止層（６）のみでＩｎ
_0.5Ｇａ_0.5Ｐ電流ブロック層のエッチングを停止させる
ことができ、かつその後のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｙ≦
１）第二導電型第二クラッド層（８）の再成長も容易に
行うことができるので、上記のＩｎ_bＧａ_1-bＰ（０≦
ｂ≦１）からなる第一エッチング阻止層（７）は不要で
ある。

【００２２】さらに長寿命の半導体レーザ実現のために
は、第一導電型第一クラッド層（３）、第二導電型第一
クラッド層（５）、第二導電型第二クラッド層（８）等
には、Ａｌ混晶比のあまり高くない材料を用いるのが好
ましい。具体的には、各層のＡｌ混晶比ｖ、ｗおよびｙ
は、それぞれ０．４以下であることがことが望ましい。
より好ましくは、レーザ温度特性との関係から０．３≦
ｖ、ｗ、ｙ≦０．４が適当である。

【００２３】ここで、電流ブロック層（９）を含む部分
と、これを含まない部分との実効屈折率差Δn_effが上記
のごとく式（Ｉ）を満たす様に形成される。たとえば、
ＡｌＧａＡｓ系を用いて第二導電型第二クラッド層と電
流ブロック層を形成する際には、上記（Ｉ）を満たすよ
うにＡｌ混晶比を正確に制御しなければならない。この
結果、電流ブロック層のＡｌ混晶比ｚは、０．５以下程
度が好ましい。より好ましくは、０．３≦ｚ≦０．５で
ある。

【００２４】また、実効屈折率差Δn_effが上記式（Ｉ）
を満足する範囲の場合に高いキンクレベルを得るには、
電流ブロック層と第二導電型第二クラッド層で構成され
る電流注入領域の幅Ｗは３．５μｍ以下、より好ましく
は２．５μｍ以下でなければならない。ただし、Ｗがあ
まり小さくなると、レーザ端面での光密度が高くなるた
め、十分な光出力に達する前にレーザが破壊される恐れ
があるので、Ｗの下限は、１．０μｍ以上、より好まし
くは１．５μｍ以上とする。なお、電流注入領域の幅Ｗ
とは、電流注入領域の底部、即ち、電流注入領域内の第
二導電型第二クラッド層の基板に最も近い部分の幅であ
る。

【００２５】第二導電型第二クラッド層（８）の屈折率
は、通常、活性層（４）の屈折率以下とされる。又、第
二導電型第二クラッド層（８）は通常第一導電型クラッ
ド層（３）及び第二導電型第一クラッド層（５）と同一
とされる。また、本発明の好ましい態様のひとつとし
て、第二導電型第一クラッド層、第二導電型第二クラッ
ド層および電流ブロック層の全てを同一組成の材料で構
成することが挙げられる。その場合、第一エッチング阻
止層によって実効屈折率差が形成され、また、キャップ
層を完全には除去しない場合においては、第一エッチン
グ層に加えてキャップ層によっても実効屈折率差が形成
される。この様な層構成を採ることにより、第二導電型
第一クラッド層、第二導電型第二クラッド層および電流
ブロック層のそれぞれの界面における組成の不一致に起
因する諸問題を回避することができ、非常に好ましい。

【００２６】第二導電型第二クラッド層（８）上には電
極の接触抵抗率を下げるため等の目的でコンタクト層
（１１）を設けるのが好ましい。コンタクト層（１１）
は、通常、ＧａＡｓ材料にて構成される。この層は通常
電極との接触抵抗率を低くするためにキャリア濃度を他
の層より高くすることが行われる。また、通常、バッフ
ァ層（２）の厚さは０．１〜１μｍ、好ましくは０．５
〜１μｍ、第一導電型クラッド層（３）の厚さは０．５
〜３μｍ、好ましくは１〜２．５μｍ、活性層（４）の
厚さは量子井戸構造の場合１層当たり０．０００５〜
０．０２μｍ、好ましくは０．００３〜０．２μｍ、第
二導電型第一クラッド層（５）の厚さは０．０５〜０．
３μｍ、好ましくは０．０５〜０．２μｍ、第導電型第
二クラッド層（８）の厚さは０．５〜３μｍ、好ましく
は１〜２．５μｍ、キャップ層（１０）の厚さは０．０
０５〜０．５μｍ、好ましくは０．００５〜０．３μ
ｍ、電流ブロック層（９）の厚さは０．３〜２μｍ、好
ましくは０．３〜１μｍの範囲から選択される。

【００２７】図２に示す半導体発光素子は、さらに電極
（１２）、（１３）を形成して構成される。電極（１
２）は、ｐ型の場合、コンタクト層（１１）表面に例え
ばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを順次に蒸着した後、アロイ処理す
ることによって形成される。一方、電極（１３）は、基
板（１）の表面に形成され、ｎ型電極の場合、基板
（１）表面に例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを順次に蒸着
した後、アロイ処理することによって形成される。

【００２８】その上に、電極を形成して完成されたウエ
ハは、まず、レーザバーに劈開される。レーザバーの端
面は、通常、前端面反射率が約３．５％、後端面反射率
が約９３％となる様にＳｉ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＮ_x等で非
対称コーティングし、次いで、チップ単位に分割し、レ
ーザーダイオード（ＬＤ）として利用する。以上の説明
は、グルーブ型の半導体レーザにかかわるものだが、本
発明は、実効屈折率差が特許請求の範囲に記載された範
囲内である限り、リッジ型の半導体レーザにも同様に適
用できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。（実施例１）図２に示すグルーブ型のレーザ素子を以下
の通り製造した。

【００３０】キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ｇａ
Ａｓ基板（１）上に、ＭＢＥ法にて、バッファ層（２）
として１μｍの厚さのキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3の
ｎ型ＧａＡｓ層、第一導電型クラッド層（３）として
１．５μｍの厚さのキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層、次いで２層の厚さ３０ｎｍ
のアンドープＧａＡｓ光ガイド層に挟まれた厚さ６ｎｍ
のアンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓの単一量子井戸（Ｓ
ＱＷ）構造を有する活性層（４）、第二導電型第一クラ
ッド層（５）として厚さ０．１μｍ、キャリア濃度１×
１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層、第２エッ
チング阻止層（６）として厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度
１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＡｓ層、第１エッチング阻
止層（７）として厚さ２０ｎｍ、キャリア濃度５×１０
¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ層、電流ブロック層
（９）として厚さ０．５μｍ、キャリア濃度５×１０¹⁷
ｃｍ ^-3のｎ型Ａｌ_0.39Ｇａ_0.61Ａｓ層、キャップ層（１
０）として厚さ１０ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ
^-3のｎ型ＧａＡｓ層、を順次積層した。

【００３１】次に、最上層の電流注入領域部分を除く部
分に窒化シリコンのマスクを設けた。この場合に、窒化
シリコンマスクの開口部の幅は１．５μｍとした。第１
エッチング阻止層をエッチングストップ層としてエッチ
ングを行い、電流注入領域部分のキャップ層（１０）と
電流ブロック層（９）を除去した。この時用いたエッチ
ャントは、硫酸（９８ｗｔ％）、過酸化水素（３０ｗｔ
％水溶液）及び水を体積比で１：１：５で混合したもの
を用い、２５℃で３０秒間行った。

【００３２】次いでＨＦ（４９％）とＮＨ₄Ｆ（４０
％）を１：６で混合したエッチング液に２分３０秒間浸
漬して窒化シリコン層を除去し、更に第２エッチング阻
止層をエッチングストップ層として、電流注入領域部分
の第１エッチング阻止層をエッチング除去した。この時
用いたエッチャントは、塩酸（３５ｗｔ％）と水を２：
１に混合したものであり、温度は２５℃、時間は２分間
とした。

【００３３】この後、ＭＯＣＶＤ法にて第二導電型第二
クラッド層（８）としてキャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ層を埋め込み部分（電流注
入領域部分）で１．５μｍの厚さになるよう成長させ、
最後に電極との良好な接触を保つためのコンタクト層
（１１）として、厚さ３μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁹
ｃｍ^-3のｐ型ＧａＡｓ層をやはりＭＯＣＶＤ法にて成長
させレーザ素子用ウエハを形成した。得られたレーザ素
子用ウエハは、電極形成後、レーザバーに劈開し、常法
に従い、前端面反射率３．５％、後端面反射率９３％と
なる様に端面に非対称コーティングを施した後、チップ
に分割してレーザ素子とした。このレーザ素子の電流注
入領域の幅Ｗ、即ち、第二導電型第二クラッド層の、第
二エッチングストップ層との界面における幅は、２．２
μｍであった。

【００３４】計算の結果、このレーザ素子の横方向の実
効屈折率差Δn_effは３．７１×１０ ^-3であった。このレ
ーザ素子の２５℃と７０℃における電流と光出力の関係
を図３に示す。２５℃では閾値電流が２２ｍＡであり、
３５０ｍＡ、２５０ｍＷでキンクが観測された。７０℃
では閾値電流が３５ｍＡであり、３４０ｍＡ、２４０ｍ
Ｗでキンクが観測された。

【００３５】また、この結果を実施例２および３並びに
比較例１から５の結果とともに表１にまとめて示す。表
１中、ｚはＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ電流ブロック層のＡｌ混晶
比、Ｉ_thは閾値電流を表し、「キンクレベル」の欄の＊
印を付した数値は、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Dam
age）レベル、即ち、そこでレーザ素子の破壊が起きた
ことを意味する数値である。

【００３６】（実施例２）電流ブロック層の組成をＡｌ
_0.382Ｇａ_0.618Ａｓと変えた以外は、実施例１と全く同
様にした結果を図４および表１に示す。この場合の実効
屈折率差Δn_effは３．０×１０^-3であった。２５℃では
閾値電流が２３ｍＡであり、３６０ｍＡ、２６０ｍＷで
初めてキンクが観測され、７０℃では閾値電流が３７ｍ
Ａであり、３３０ｍＡ、２００ｍＷで初めてキンク観測
された。

【００３７】（実施例３）電流ブロック層の組成をＡｌ
_0.40Ｇａ_0.60Ａｓと変えた以外は、実施例１と全く同様
にした結果を図５および表１に示す。この場合の実効屈
折率差Δn_effは４．５×１０^-3であった。２５℃では閾
値電流が２１ｍＡであり、３４０ｍＡ、２４０ｍＷで初
めてキンクが観測され、７０℃では閾値電流が３４．５
ｍＡであり、３３０ｍＡ、２２０ｍＷで初めてキンク観
測された。

【００３８】（比較例１）電流ブロック層の組成をＡｌ
_0.36Ｇａ_0.64Ａｓとした以外は、実施例１と全く同様に
した結果を図６および表１に示す。この場合の実効屈折
率差Δn_effは５．４０×１０^-4であった。２５℃では閾
値電流が２４ｍＡであり、３７５ｍＡ、２７５ｍＷで初
めてキンクが観測されたが、７０℃では閾値電流が４０
ｍＡであり、２２０ｍＡ、１０５ｍＷで初めてキンク観
測された。

【００３９】（比較例２）電流ブロック層の組成をＡｌ
_0.413Ｇａ_0.587Ａｓとした以外は、実施例１と全く同様
にした結果を図７および表１に示す。この場合の実効屈
折率差Δn_effは５．５×１０^-3であった。２５℃では閾
値電流が１８ｍＡであり、２６５ｍＡ、２１０ｍＷで初
めてキンクが観測されたが、７０℃では閾値電流が３
３．５ｍＡであり、２９０ｍＡ、１８０ｍＷで初めてキ
ンク観測された。

【００４０】（比較例３）電流ブロック層の組成をＡｌ
_0.60Ｇａ_0.40Ａｓとした以外は、実施例１と全く同様に
した結果を図８および表１に示す。この場合の実効屈折
率差Δn_effは１．１７×１０^-2であった。２５℃では閾
値電流が１７ｍＡであり、２５０ｍＡ、２００ｍＷで初
めてキンクが観測され、４１０ｍＡ、３００ｍＷでレー
ザ素子が破壊された。７０℃では閾値電流が３３ｍＡで
あり、２６０ｍＡ、１６０ｍＷで初めてキンクが観測さ
れ、３９０ｍＡ、２００ｍＷでレーザ素子が破壊され
た。

【００４１】（比較例４）窒化シリコンマスクの開口部
の幅を０．７μｍとした以外、実施例１と全く同様にレ
ーザ素子を製造し、２５℃における電流と光出力の関係
を測定した結果を図９および表１に示す。この場合のレ
ーザ素子の電流注入領域の幅は１．２μｍであった。

【００４２】閾値電流は１６ｍＡであり、キンクが観測
されることなく、２１０ｍＡ、１５０ｍＷでレーザ素子
が破壊された。

【００４３】（比較例５）窒化シリコンマスクの開口部
の幅を３．０μｍとした以外、実施例１と全く同様にレ
ーザ素子を製造し、２５℃における電流と光出力の関係
を測定した結果を図１０および表１に示す。この場合の
レーザ素子の電流注入領域の幅は４．０μｍであった。

【００４４】閾値電流は３０ｍＡであり、１７０ｍＡ、
１００ｍＷで最初のキンクが観測された後、３５６ｍ
Ａ、１５０ｍＷ等数段にわたってキンクが観測された。

【００４５】

【表１】

【００４６】（実施例４）ＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板（ドーパント：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０¹⁸
ｃｍ^-3）の表面に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層
（ドーパント：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3、層厚１μｍ）、ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓからなる
第一導電型第一クラッド層（ドーパント：Ｓｉ、キャリ
ア濃度：１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3、層厚１．５μｍ）、２層の
アンドープ型のＧａＡｓからなる光ガイド層（層厚０．
０３μｍ）に挟まれた、アンドープ型のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8
Ａｓ活性層（層厚０．０６μｍ、ＳＱＷ）、ｐ型Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓからなる第二導電型第一クラッド層（ド
ーパント：Ｂｅ、１×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．１μ
ｍ）、ｐ型ＧａＡｓからなるエッチング阻止層（ドーパ
ント：Ｂｅ、キャリア濃度：１×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚
０．０１μｍ）、ｎ型Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｐからなる電流ブ
ロック層（ドーパント：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０
¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．５μｍ）、ｎ型ＧａＡｓからなるキ
ャップ層（ドーパント：Ｓｉ、キャリア濃度：１×１０
¹⁸ｃｍ^-3、層厚０．１μｍ）を順次形成してエピタキシ
ャルウエハを得た。

【００４７】次いで、キャップ層の上に保護層としてＳ
ｉＮ_x膜を形成し、フォトリソグラフィー法により、Ｓ
ｉＮ_x膜に幅３．０μｍのストライプ状の孔を形成し
た。その後、硫酸（９８重量％）：過酸化水素水（３０
重量％）：水の容量比が３：１：１の混合エッチング水
溶液を使用して２５℃の温度でキャップ層を選択的にエ
ッチングし、更に、塩酸（３６重量％）：水の容量比が
４：１の混合エッチング水溶液を使用して２５℃の温度
で電流阻止層を選択的にエッチングしてグルーブを形成
した。Ｗの幅は２．２μｍとなった。

【００４８】次いで、キャップ層の表面にｐ型Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6Ａｓからなる第二導電型第二クラッド層（ドー
パント：Ｚｎ、キャリア濃度：１×１０¹⁸ｃｍ^-3、層厚
１．５μｍ）を形成してグルーブを埋め込み、更に第二
導電型第二クラッド層の表面にｐ型ＧａＡｓからなるコ
ンタクト層（ドーパント：Ｚｎ、キャリア濃度：１×１
０¹⁹ｃｍ^-3、層厚３．０μｍ）を形成した。上記の第二
導電型第二クラッド層およびコンタクト層は、ＭＯＣＶ
Ｄ法により形成した。

【００４９】得られたレーザ素子用ウエハは、電極形成
後、レーザバーに劈開し、常法に従い、前端面反射率
３．５％、後端面反射率９３％となる様に端面に非対称
コーティングを施した後、チップに分割してレーザ素子
とした。このレーザ素子の電流注入領域の幅Ｗ、即ち、
第二導電型第二クラッド層の、エッチングストップ層と
の界面における幅は、２．２μｍであった。

【００５０】計算の結果、このレーザ素子の横方向の実
効屈折率差Δn_effは３．７×１０^-3であった。２５℃で
は閾値電流が１８ｍＡであり、３４０ｍＡ、２５０ｍＷ
でキンクが観測された。７０℃では閾値電流が３４ｍＡ
であり、３２０ｍＡ、２２０ｍＷでキンクが観測され
た。

【００５１】また、この結果を比較例６から９の結果と
ともに表２にまとめて示す。表２中、ｙはＡｌ_yＧａ_1-y
Ａｓ第二導電型第二クラッド層のＡｌ混晶比、Ｉ_thは閾
値電流を表し、「キンクレベル」の欄の＊印を付した数
値は、ＣＯＤ（CatastrophicOptical Damage）レベル、
即ち、そこでレーザ素子の破壊が起きたことを意味する
数値である。

【００５２】（比較例６）第二導電型第二クラッド層の
組成をＡｌ_0.415Ｇａ_0.585Ａｓとした以外は、実施例４
と全く同様にした結果を表２に示す。この場合の実効屈
折率差Δn_effは１．０×１０^-3であった。２５℃では閾
値電流が２０ｍＡであり、３６５ｍＡ、２７０ｍＷで初
めてキンクが観測されたが、７０℃では閾値電流が３８
ｍＡであり、２７０ｍＡ、１５０ｍＷで初めてキンク観
測された。

【００５３】（比較例７）第二導電型第二クラッド層の
組成をＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓとした以外は、実施例４と
全く同様にした結果を表２に示す。この場合の実効屈折
率差Δn_effは６．０×１０^-3であった。２５℃では閾値
電流が１７ｍＡであり、２４０ｍＡ、１９０ｍＷで初め
てキンクが観測され、７０℃では閾値電流が３０ｍＡで
あり、２８０ｍＡ、１７０ｍＷで初めてキンクが観測さ
れた。

【００５４】（比較例８）窒化シリコンマスクの開口部
の幅を１．８μｍとした以外、実施例４と全く同様にレ
ーザ素子を製造し、２５℃における電流と光出力の関係
を測定した結果を表２に示す。この場合のレーザ素子の
電流注入領域の幅は１．０μｍであった。閾値電流は１
６ｍＡであり、キンクが観測されることなく、２００ｍ
Ａ、１５５ｍＷでレーザ素子が破壊された。

【００５５】（比較例９）窒化シリコンマスクの開口部
の幅を４．８μｍとした以外、実施例４と全く同様にレ
ーザ素子を製造し、２５℃における電流と光出力の関係
を測定した結果を表２に示す。この場合のレーザ素子の
電流注入領域の幅は４．０μｍであった。閾値電流は２
４ｍＡであり、１６０ｍＡ、１００ｍＷで最初のキンク
が観測された。

【００５６】

【表２】

【００５７】

【発明の効果】本発明の半導体レーザは、横方向の実効
屈折率差Δn_effおよび電流注入領域の幅Ｗを特定の範囲
とすることにより、高いキンクレベルと温度特性の両立
を実現するものであり、多大な工業的利益を提供するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザの実効屈折率差Δn_effを
説明する図面である。

【図２】本発明の半導体レーザのグルーブ型エピタキシ
ャル構造の一例を示す断面説明図である。

【図３】本発明実施例１の半導体レーザ素子の２５℃と
７０℃における電流と光出力の関係を示すグラフであ
る。

【図４】本発明実施例２の半導体レーザ素子の２５℃と
７０℃における電流と光出力の関係を示すグラフであ
る。

【図５】本発明実施例３の半導体レーザ素子の２５℃と
７０℃における電流と光出力の関係を示すグラフであ
る。

【図６】比較例１の半導体レーザ素子の２５℃と７０℃
における電流と光出力の関係を示すグラフである。

【図７】比較例２の半導体レーザ素子の２５℃と７０℃
における電流と光出力の関係を示すグラフである。

【図８】比較例３の半導体レーザ素子の２５℃と７０℃
における電流と光出力の関係を示すグラフである。

【図９】比較例４の半導体レーザ素子の２５℃における
電流と光出力の関係を示すグラフである。

【図１０】比較例５の半導体レーザ素子の２５℃におけ
る電流と光出力の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１：ＧａＡｓ単結晶基板２：バッファ層３：第一導
電型クラッド層４：活性層５：第二導電型第一クラッド層６：第二
エッチング阻止層７：第１エッチング阻止層８：第二導電型第二クラッ
ド層９：電流ブロック層１０：キャップ層１１：コンタ
クト層１２：電極１３：電極１４：キンク

フロントページの続き (72)発明者後藤秀樹茨城県牛久市東猯穴町1000番地三菱化学株式会社筑波事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＧａＡｓ基板上に、少なくとも第一導電
型クラッド層、元素としてＩｎ、ＧａおよびＡｓを含む
活性層、第二導電型第一クラッド層、電流ブロック層お
よび第二導電型第二クラッド層を有し、該電流ブロック
層および該第二導電型第二クラッド層が電流注入領域を
形成する半導体レーザであって、横方向の実効屈折率差
Δn_effが、発光波長において２．５×１０^-3以上５．０
×１０ ^-3以下であって、かつ、該電流注入領域の幅Ｗ
が、１．５μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴と
する半導体レーザ。
【請求項２】電流ブロック層および第二導電型第二ク
ラッド層がＡｌ、ＧａおよびＡｓを含むことを特徴とす
る請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】電流ブロック層がＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（０
≦ｚ≦１）からなり、第二導電型第二クラッド層がＡｌ
_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｙ≦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。
【請求項４】発光波長が９００〜１２００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導
体レーザ。
【請求項５】発光波長が９００〜１１００ｎｍである
ことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項６】光ファイバー増幅器の励起光源用である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導
体レーザ。
【請求項７】Ｉｎ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ＜１）薄膜お
よびＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）光ガイド層からな
る歪み量子井戸構造を有する活性層ならびにＡｌ_yＧａ
_1-yＡｓ（０＜ｙ≦１）第二導電型第二クラッド層およ
びＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（０≦ｚ≦１）電流ブロック層から
構成されるリッジ型またはグルーブ型の電流注入領域を
有し、各層の混晶比がｘ＜ｙ≦ｚなる関係を有すること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レ
ーザ。
【請求項８】第二導電型第一クラッド層と電流ブロッ
ク層の間にＡｌ_aＧａ_1-aＡｓ（０≦ａ≦１）第二エッチ
ング阻止層とＩｎ_bＧａ_bＰ（０≦ｂ≦１）第一エッチン
グ阻止層を有することを特徴とする請求項１〜７のいず
れかに記載の半導体レーザ。