JP2002026454A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる波長帯のレーザをモノリシックに集積
化する装置において、製造コストを低減し、さらに垂直
方向のビーム広がり角の広がりを抑制する。 【解決手段】 多重量子井戸活性層１０４における井戸
層１５１がＧａＡｌＡｓ系半導体材料、バリヤ層１５２
がＧａＡｌＡｓ、クラッド層１０２、１０６がＩｎ（Ｇ
ａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦１）で形成されていることか
ら、光ビームの広がり角の拡大が抑制され、またクラッ
ド層と活性層との間のバンドギャップ差が拡大されるの
でレーザ動作時において活性層からクラッド層への電子
の漏れが抑制されて温度特性が向上し、さらに井戸層に
均一にキャリアが注入されて電圧降下が防止される。ま
た活性層１０４とクラッド層１０２、１０６との間に、
Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦ｙ≦１）から成る光ガイ
ド層１０３、１０５を有することで、クラッド層を構成
する材料のドーパントが活性層に拡散することが防止さ
れるので、装置の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザ素子は光ディスク用
光源として広く用いられている。特に、ＡｌＧａＡｓ混
晶を用いた発振波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザダイオ
ードは、ＣＤ（Compact Disk）用光源として広く普及し
ている。

【０００３】そして、消費電力を抑制するために、更な
る低閾値化と、ディスクヘの記録に対応するための高出
力化とが求められている。これらの要求にこたえるた
め、活性層に利得の大きい量子井戸構造が用いられるよ
うになってきた。

【０００４】図９に、従来の７８０ｎｍ帯量子井戸半導
体レーザダイオードのダブルヘテロ構造部分を示す。

【０００５】ｎ−ＧａＡｓ基板９０１上に、ｎ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層９０２、ＡｌＧａＡｓ光ガイド層９０
３、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層９０４、ＡｌＧａＡ
ｓ光ガイド層９０５、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０
６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層９０７が形成されてい
る。ＭＱＷ活性層９０４では、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子
井戸層９５１とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層９５２とが
交互に配列されている。

【０００６】実際のレーザ素子では、この構造に対し
て、さらにストライプ状の電流を注入するための加工、
及び必要に応じて横モードを制御するための加工が施さ
れる。

【０００７】このように、従来のレーザ素子では、基板
９０１上に全てＡｌＧａＡｓ混晶からなるダブルヘテロ
構造体が形成され、さらに光を発生する活性層９０４は
井戸層９５１とバリヤ層９５２から成る量子井戸となっ
ている。活性層９０４の上下には、活性層９０４の周囲
の光を閉じ込めるように作用する光ガイド層９０３及び
９０５が形成されている。

【０００８】この構造は、通常ＳＣＨ構造（Separate C
onfinement Heterostructure）と呼ばれており、ＣＤ用
光源として広く用いられている。

【０００９】ー方で、１９９０年代に入り、ＩｎＧａＡ
ｌＰ混晶を用いた６５０ｎｍ帯半導体レーザが実用化さ
れた。ＩｎＧａＡｌＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶と同様
にＧａＡｓ基板に格子整合する材料系である。ＩｎＧａ
ＡｌＰ混晶は、ＡｌＧａＡｓ混晶より大きいバンドギャ
ップを有する。このため、より発振波長の短かい６５０
nm帯でのレーザ発振が可能であり、ＣＤよりも記録密度
の高いＤＶＤ用ピックアップの光源として用いられてい
る。

【００１０】図１０に、６５０ｎｍ帯半導体レーザのダ
ブルヘテロ構造を示す。ｎ−ＧａＡｓ基板１００１上
に、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１００２、ＩｎＧａ
ＡｌＰ光ガイド層１００３、ＭＱＷ活性層１００４、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ光ガイド層１００５、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ
クラッド層１００６、ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層１００
７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１００８が形成されてい
る。ＭＱＷ活性層１００４では、ＩｎＧａＡｌＰ量子井
戸層１０５１とＩｎＧａＡｌＰバリヤ層１０５２とが交
互に配列されている。

【００１１】このように、基板はＧａＡｓから成り、ダ
ブルヘテロ構造は基本的にＩｎＧａＡｌＰ混晶から成っ
ている。これら２つの材料系は、いずれもＧａＡｓ基板
に格子整合するため、両者を組み合わせてダブルヘテロ
構造を作成することが考えられる。そこで、活性層にＡ
ｌＧａＡｓ混晶を用い、クラッド層にＩｎＧａＡｌＰ混
晶を用いた構造においては、次のような二つの長所が存
在する。

【００１２】第１の長所は、レーザダイオードの温度特
性に関する。図９におけるｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
９０２及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９０６を、それ
ぞれｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１０２及びｐ−Ｉ
ｎＧａＡｌＰクラッド層１１０６に置き換えた構造を、
図１１に示す。この装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１１０１
上に、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１０２、ＡｌＧ
ａＡｓ光ガイド層１１０３、ＭＱＷ活性層１１０４、Ａ
ｌＧａＡｓ光ガイド層１１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰク
ラッド層１１０６、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰキャップ層１１
０７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０８を備え、活性
層１１０４はＡｌＧａＡｓ量子井戸層１１５１、ＡｌＧ
ａＡｓバリヤ層１１５２を有している。

【００１３】ここで、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１００
８からｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１１０６へのホー
ルの注入を容易にするため、ＩｎＧａＰキャップ層１１
０７が挿入されている。通常は、動作温度が上昇すると
活性層１１０４及び光ガイド層１１０５からクラッド層
１１０６に電子が漏れ出し、動作電流が急激に上昇す
る。しかし、クラッド層をＡｌＧａＡｓ混晶から、バン
ドギャップのより大きいＩｎＧａＡｌＰ混晶に置き換え
ることで、電子の漏れを大幅に抑制することができる。
その結果、素子の温度特性を改善することが可能であ
る。

【００１４】活性層がＭＱＷでない構造については、す
でに以下のような公知文献が存在する。

【００１５】 IEEE' Journal of Quantum Electronics Vo1.29, 1993 この文献に開示された技術では、活性層にＧａＡｓを用
いクラッド層にＩｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ混晶が
用いられている。この発振波長は８３０ｎｍであり、最
大連続動作温度は２３０℃である。

【００１６】また、Technical Report of IECE. ED99-1
97, CPM99-108（1999-10）に掲載された論文には、活性
層にＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓを用いたものが開示されてい
る。この装置の発振波長は７８０ｎｍで、連続動作可能
な最大温度は、１７５℃を超える。

【００１７】以上の文献に開示された技術によれば、温
度特性を向上させることはできる。しかし、発明者等が
検討した結果、クラッド層にＩｎＧａＡｌ混晶を用いた
場合、いくつかの課題があることが判明したので、この
ことについては後述する。

【００１８】第２の長所は、レーザー素子の集積化に関
する。近年、ＤＶＤ−ＲＯＭが普及するに至っている。
このＤＶＤ−ＲＯＭとの互換性を保つため、ピックアッ
プにはＤＶＤ用の６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子と、Ｃ
Ｄ用の７８０ｎｍ波長帯のレーザ素子とが併用されてい
る。

【００１９】しかし、２つのレーザ素子を１つのピック
アップに組み込むと、光学系が複雑になり、コスト面及
びスペース面において問題が生じていた。

【００２０】この問題に関しては、発明者等が特願平１
０−１８１０６８号において提案したように、２つのレ
ーザ素子を１チップにモノリシックに集積することによ
り、解決することができる。

【００２１】しかし、２つのレーザ素子をモノリシック
に集積する場合、それぞれの材料系が異なると横モード
制御構造を作成する工程が非常に複雑化するという新た
な問題が発生する。

【００２２】クラッド層を同一の材料系で構成すると、
ストライプ加工を同時に行うことができるので、プロセ
スを大幅に簡略化することができる。ところが、この場
合にいは以下に述べるような問題があり実用化されるに
至っていなかった。

【００２３】活性層に量子井戸を用いた７８０ｎｍ帯の
半導体レーザ素子に、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層を適用
すると、垂直方向のビーム広がり角が大きくなり、実用
上支障をきたす。

【００２４】図１１に示された構造を有するレーザ素子
における垂直方向のビーム広がり角を算出した結果を図
１２に示す。

【００２５】この構造は、クラッド層としてＩｎO.5
（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ層、光ガイド層及びバリヤ層
としてＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層、量子井戸層としてＡｌ0.
1Ｇａ0.9Ａｓ井戸層を有し、井戸層の厚さが４ｎｍ、井
戸数は５とし、光ガイド層の厚さに対するビーム広がり
角を計算した。

【００２６】広がり角が大きくなると、レンズとのカッ
プリングが悪くなること、また横方向の広がり角に対す
る比が大きくなって円形に集光しにくくなること等の問
題が生じる。そこで、半値全角で約３５度以下であるこ
とが要求される。

【００２７】一方、活性層にｐ型不純物が拡散するのを
抑制するため、活性層とクラッド層との間の光ガイド層
はあまり薄くすることができないことが判明している。
従って、光ガイド層は経験上２０ｎｍ以上であることが
望ましい。この厚さに対応するビーム広がり角は、図１
２に示されたように約４４度となる。この広がり角では
上述した要求を満足することはできない。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体レーザ装置では、垂直方向のビーム広がり角が大
き過ぎる問題があった。

【００２９】本発明は上記事情に鑑み、垂直方向のビー
ム広がり角の広がりを抑制することが可能な半導体レー
ザ装置を提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、井戸層とバリヤ層とを有する多重量子井戸活性層
と、前記多重量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側
にそれぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを備
え、前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて
形成されており、前記バリヤ層が、ＧａＡｌＡｓ系半導
体材料を用いて形成されており、前記第１及び第２のク
ラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦１）系
半導体材料を用いて形成されていることを特徴とする。

【００３１】前記多重量子井戸活性層と前記第１のクラ
ッド層との間、及び前記多重量子井戸活性層と前記第２
のクラッド層との間に、それぞれ第１及び第２の光ガイ
ド層が形成されており、前記第１及び第２の光ガイド層
は、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦ｙ≦１）系半導体材
料を用いて形成されていてもよい。

【００３２】また本発明の半導体レーザ装置は、異なる
波長帯を有する第１、第２のレーザ素子がモノリシック
に形成されており、前記第１、第２のレーザ素子はそれ
ぞれ、井戸層とバリヤ層とを有する多重量子井戸活性層
と、前記多重量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側
にそれぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを有
し、前記第１のレーザ素子の前記井戸層が、ＧａＡｌＡ
ｓ系半導体材料を用いて形成され、前記バリヤ層が、Ｇ
ａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて形成されており、前記
第２のレーザ素子の前記井戸層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半
導体材料を用いて形成され、前記バリヤ層が、ＩｎＧａ
ＡｌＰ系半導体材料を用いて形成されており、前記第１
及び第２のレーザ素子の前記第１及び第２のクラッド層
が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦１）系半導体材
料を用いて形成されていることを特徴とする。

【００３３】あるいは本発明の半導体レーザ装置は、井
戸層を有する単一量子井戸活性層と、前記単一量子井戸
活性層の一方の面及び他方の面側にそれぞれ形成された
第１及び第２のクラッド層とを備え、前記井戸層が、Ｇ
ａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて形成されており、前記
第１及び第２のクラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ
（０≦ｘ≦１）系半導体材料を用いて形成されているこ
とを特徴とする。

【００３４】ここで、前記単一量子井戸活性層と前記第
１のクラッド層との間、及び前記多重量子井戸活性層と
前記第２のクラッド層との間に、それぞれ第１及び第２
の光ガイド層が形成され、前記第１及び第２の光ガイド
層は、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦ｙ≦１）系半導体
材料又はＡｌyＧａ1-yＡｓ（０．４≦ｙ≦１）系半導体
材料を用いて形成されていることが望ましい。

【００３５】本発明の半導体レーザ装置は、異なる波長
帯を有する第１、第２のレーザ素子がモノリシックに形
成されており、前記第１、第２のレーザ素子はそれぞ
れ、井戸層を有する単一量子井戸活性層と、前記単一量
子井戸活性層の一方の面及び他方の面側にそれぞれ形成
された第１及び第２のクラッド層とを有し、前記第１の
レーザ素子の前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系半導体材料
を用いて形成されており、前記第２のレーザ素子の前記
井戸層が、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体材料を用いて形成さ
れており、前記第１及び第２のレーザ素子の前記第１及
び第２のクラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦
ｙ≦１）系半導体材料又はＡｌyＧａ1-yＡｓ（０．４≦
ｙ≦１）系半導体材料を用いて形成されていることを特
徴とする。

【００３６】

【発明の実施の形態】先ず、ダブルヘテロ構造を有する
半導体レーザ装置を設計する際に、克服すべき課題を整
理すると次のようである。

【００３７】（１） 垂直方向の広がり角が所定の角度
より大きくならないこと。

【００３８】半導体レーザでは、通常数μｍの幅を有す
るストライプ状共振器を用いる。このため水平方向の広
がり角は、必然的に約１０度を超えないことが望まし
い。

【００３９】一方、垂直方向の広がり角は、本来は同等
に１０度が望ましいが、通常は約３０度である。広がり
角が大きすぎると、レンズとのカップリングが悪くなる
こと、また通常横方向の広がり角に対する比が大きくな
って円形に集光しにくいこと等の問題が発生する。よっ
て、一般には半値全角で約３５度以下であることが要求
される。

【００４０】（２） 活性層に多重量子井戸層を用いる
場合、各量子井戸層に均一にキャリヤが注入されるよう
にすること。

【００４１】複数の量子井戸層に均一にキャリヤが注入
されないと、活性層に余分な電圧降下が生じたり、ある
いは必要な利得が得られないといった不都合を生じる。

【００４２】垂直方向の広がり角を小さくするため、光
ガイド層及びバリヤ層を、屈折率がＡｌＧａＡｓ混晶よ
りも小さいＩｎＧａＡｌＰで構成することが考えられ
る。図１３に、この構成における光ガイド層厚に対する
ビームの広がり角を示す。

【００４３】ここで、クラッド層はＩｎ0.5（Ｇａ0.3Ａ
ｌ0.7）0.5Ｐ、光ガイド層及びバリヤ層はＩｎ0.5（Ｇ
ａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ、量子井戸層はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａ
ｓで構成され、井戸層厚は４ｎｍ、井戸数は５とし、光
ガイド層の厚さと組成をパラメータとして計算した。こ
の構成によれば、図１３に示されたように広がり角を３
５度以下に設計することが可能である。

【００４４】しかし、発明者等の検討により、この構成
で量子井戸へキャリヤを注入すると、次のような問題が
発生することがわかった。

【００４５】図１５に、素子に約２．２Ｖの順方向バイ
アスを印加した状態でのダブルヘテロ構造近傍のバンド
ダイヤグラムを示す。ここで、Ｅcはコンダクションバ
ンド（伝導帯）、Ｅvはバレンスバンド（価電子帯）、
Ｅnは電子の凝フェルミレベル、Ｅpはホールの凝フェル
ミレベル、Ｊeは電子電流とする。

【００４６】各井戸層には、均一にキャリヤが注入され
るべきである。このため、図中矢印で示され、活性層に
印加される電圧が均一であり、各井戸に均一なキャリヤ
が注入される必要がある。ところが、図１５に示された
ように、矢印で示された電圧には傾斜角が存在するの
で、井戸ごとに注入されるキャリヤには偏りが発生し、
活性層において電圧降下が発生してしまうこととなる。
このような現象は、ダブルヘテロ構造の設計に際して回
避すべきことである。

【００４７】（３） 井戸層にドーパントが拡散しない
ようにすること。

【００４８】ｐ−ＩｎＧａＡｌＰは、ドーパントとして
亜鉛が多く用いられている。素子の温度特性の向上と抵
抗を低減するためには、ｐドーパントをできるだけ多く
ドーピングすることが有効である。

【００４９】しかし、亜鉛は非常に拡散し易いので、ク
ラッド層にドーピングされた亜鉛が結晶成長中に活性層
まで拡散し、素子の特性や信頼性に悪影響を及ぼす。活
性層に量子井戸を用いた素子では、井戸層自体が薄いた
めその影響を受けやすい。従って、井戸層とクラッド層
は可能なだけ離すことが必要となる。

【００５０】そのためには、光ガイド層を拡散抑制層と
して利用することが効果的である。以下に説明する実施
の形態は、上記知見に基づいて構成された量子井戸活性
層を有するダブルヘテロ構造を備えるものである。

【００５１】各実施の形態による装置は、バリヤ層及び
光ガイド層に、ＡｌＧａＡｓ混晶より屈折率が小さい材
料を用いることで、ビームの広がり角をできるだけ小さ
くしている。具体的には、光ガイド層にはＩｎＧａＡｌ
Ｐ混晶を用いる。またバリヤ層には、各量子井戸層に均
一にキャリヤが注入されるように構成している。

【００５２】バリヤ層に、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）
0.5Ｐ、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.9Ａｌ0.1）0.5Ｐ、ＩｎＧａＰ
をそれぞれ用いた場合のダブルヘテロ構造近傍のエネル
ギバンドダイヤグラムを、上記説明で用いた図１５、及
び図１６、図１７に示す。いずれの場合も活性層におい
て、矢印で示されたように電圧降下が発生しており、し
かも図１５に示されたようにアルミ組成の増加に従って
増加している。Ａｌを含まないＩｎＧａＰ組成において
も、約０．１Ｖの電圧降下が発生することが判明した。
従って、バリヤ層にＩｎＧａＡｌＰ混晶を用いることは
望ましくないことがわかる。

【００５３】また、バリヤ層に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ、
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓをそれぞれ用
いた場合におけるダブルヘテロ構造近傍のエネルギバン
ドダイヤグラムを図１８〜図２０に示す。いずれも場合
においても、活性層において電圧降下が殆ど発生してい
ない。

【００５４】検討の結果、バリヤ層にＡｌＧａＡｓ混晶
を用いることにより、ウエル全体に均一にキャリアを注
入することが可能であることが判明した。よって、バリ
ヤ層にはＡｌＧａＡｓ混晶を用いるのが望ましい。

【００５５】以上の検討より、ウエル層にはＡｌＧａＡ
ｓ混晶を用い、光ガイド層にはＩｎＧａＡｌＰ混晶を用
いることが望ましいことがわかる。この構成を有する装
置に対して、垂直方向のビーム広がり角を求めた結果を
図１４に示す。ここで、クラッド層はＩｎ0.5（Ｇａ0.3
Ａｌ0.7）0.5Ｐ、光ガイド層はＩｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.
5）0.5Ｐ、バリヤ層はＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ、量子井戸層
はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ井戸層の構成であり、井戸層厚は
４ｎｍ、井戸数は５であるとし、光ガイド層の厚さに対
するビームの広がり角を算出した。これにより、光ガイ
ド層厚２０ｎｍにおいて、約３３度のビームの広がり角
が得られることがわかった。

【００５６】以上の検討に基づき、クラッド層にＩｎＧ
ａＡｌＰ混晶を用いた７８０ｎｍ帯半導体レーザダイオ
ードには、光ガイド層にＩｎＧａＡｌＰ混晶、ウエル層
にはＡｌＧａＡｓ混晶を用いる構成が適当である。

【００５７】図２２に、バリヤ層と光ガイド層にそれぞ
れＡｌＧａＡｓ混晶又はＩｎＧａＡｌＰ混晶を用いた場
合の特性について示す。

【００５８】バリヤ層及び光ガイド層に、共にＡｌＧａ
Ａｓ混晶を用いた場合は、ビームの垂直広がり角が大き
くなるという問題がある。バリヤ層にＩｎＧａＡｌＰ混
晶、光ガイド層にＡｌＧａＡｓ混晶を用いた場合は、活
性層に電圧降下が生じる。バリヤ層及び光ガイド層に共
にＩｎＧａＡｌＰ混晶を用いた場合も、活性層に電圧降
下が発生する。そして、バリヤ層にＡｌＧａＡｓ混晶、
光ガイド層にＩｎＧａＡｌＰ混晶を用いた場合には、こ
のような問題は発生しない。

【００５９】次に、本発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。

【００６０】本発明の第１の実施の形態による７８０ｎ
ｍ波長帯の半導体レーザ装置の縦断面構造を図１に示
す。この装置は、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体層を用いた赤
色半導体レーザであって、以下の文献において提案され
ているＳＢＲ（Selective Barriered Ridge）型であ
る。

【００６１】Extended Abstructs, 19th Conf. Solid S
tate Device and Materials, Tokyo(1987), pp. 115-11
8 ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上にｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ
0.7）0.5Ｐ第１クラッド層１０２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａ
ｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層１０３、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ
／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性層１０４、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層１０５、ｐ−Ｉ
ｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド層１０６、
ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストッパ層１０７、ｐ−Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層１０８、ｐ
−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層１０９、ｎ−ＧａＡｓ電
流ブロック層１１１、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０
が形成され、基板１０１の素子形成面と反対側の面にｎ
電極１２２、コンタクト層１１０の表面上にｐ電極１２
１が形成されている。

【００６２】製造工程の概略を説明すると、以下のとお
りである。ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、順にｎ−Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層１０２、Ｉ
ｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層１０３、Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活
性層１０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド
層１０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２ク
ラッド層１０６、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストッパ層
１０７、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラ
ッド層１０８、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層１０９
を形成していく。

【００６３】次に、キャップ層１０９の表面上に図示さ
れていないシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ技
術を用いてこの膜をストライプ状に加工し、これをマス
クとしてクラッド層１０８の一部をリッジストライプ状
に加工する。さらにこのマスクを用いてｎ−ＧａＡｓ電
流ブロック層１１１をＭＯＣＶＤ法を用いて選択成長さ
せ、シリコン膜から成るマスクを除去する。この後、全
体にコンタクト層１１０をＭＯＣＶＤ法により形成し、
基板１０１上及びコンタクト層１１０上にそれぞれ電極
１２２及び１２１を形成する。

【００６４】クラッド層１０２、１０６、１０８は、Ｉ
ｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐで構成され、クラッド層
１０２におけるｎ型不純物としてはＳｉ、クラッド層１
０６、１０８におけるｐ型不純物としては亜鉛を用いて
おり、厚さは約１μｍである。

【００６５】光ガイド層１０３、１０５はＩｎ0.5（Ｇ
ａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐを用いて形成されており、アンド
ープであって厚さは３９ｎｍである。

【００６６】活性層１０４は多重量子井戸構造であり、
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子井戸層１５１は厚さが１０ｎ
ｍ、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層１５２は厚さ４ｎｍで
発振波長は７８０ｎｍである。

【００６７】本実施の形態によるレーザ装置は、クラッ
ド層１０２、１０６、１０８にＩｎＧａＡｌＰを用いて
いるにもかかわらず、垂直広がり角が比較的小さい量子
井戸型レーザが実現される。本レーザ装置の垂直方向の
ビーム広がり角の半値全幅は、３３度である。

【００６８】また活性層１０４における電圧降下も抑制
され、５ｍＷ出力時における動作電圧は２．２Ｖであっ
た。活性層１０４の井戸層１５１とクラッド層１０２及
び１０７の間にそれぞれ光ガイド層１０３及び１０５が
存在する。このため、クラッド層におけるドーパントが
井戸層１５１へ拡散することを抑制できる。このこと
は、２波長モノリシックレーザ素子を製造する装置にお
いて、信頼性を確保する上で有効である。

【００６９】次に、上記構造を用いて７８０ｎｍ波長帯
のレーザ素子と、６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子とをモ
ノリシックに集積化したレーザ装置の構造を図２に示
す。

【００７０】ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層２０２及び２
１２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層２０
３及び２１３、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ多重量子井戸活性層２０４及びＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ／
Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ多重量子井戸活性層２
１４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層２０
５及び２１５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第
２クラッド層２０６及び２１６、ｐ−ＩｎＧａＰエッチ
ングストッパ層２０７及び２１７、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ
0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層２０８及び２１８、
ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層２０９及び２１９、ｎ
−ＧａＡｓ電流ブロック層２１１、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層２１０が形成され、さらに基板２０１の表面上に
共通ｎ電極絶縁性ＡｌＮサブマウント２２３が形成さ
れ、コンタクト層２１０上に７８０ｎｍＬＤのｐ電極２
２１、６５０ｎｍＬＤのｐ電極２２３が形成されてい
る。

【００７１】ここで、７８０ｎｍレーザ素子の活性層
は、図２（ｂ）に示されたように、多重量子井戸活性層
２５１とバリヤ層２５２とが交互に形成されている。ま
た６５０ｎｍレーザ素子の活性層は、図２（ｃ）に示さ
れたように、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ井戸層２５３とＩｎ0.5
（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐバリヤ層２５４とが交互に形
成されている。

【００７２】本レーザ装置によれば、７８０ｎｍ波長帯
のレーザ素子と、６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子とで、
共にＩｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐを用いてクラッド
層を構成しており、製造工程を共用することで簡略化が
可能である。

【００７３】また、７８０ｎｍレーザ素子のダブルヘテ
ロ構造において、クラッド層２０２及び２０６にＩｎＧ
ａＡｌＰ、光ガイド層２０３及び２０５にＩｎＧａＡｌ
Ｐ、バリヤ層２５４にＧａＡｓを用いていることで、光
ビームの広がりを抑制すると共に、各ウエルへのキャリ
ヤの均一かつスムーズな注入が実現され、電圧降下が防
止される。

【００７４】本発明の第２の実施の形態によるＩＳ（In
ner Strip）型半導体レーザ装置について、７８０ｎｍ
波長帯レーザ素子を図３に、７８０ｎｍ波長帯レーザ素
子及び６５０ｎｍ波長帯レーザ素子をモノリシック集積
化した装置を図４に示す。

【００７５】ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層３０２、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層３０３、Ａｌ0.
08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層３０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層
３０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラ
ッド層３０６、ＡｌＧａＰ電流ブロック層３０７、ｐ−
Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層３０
８、ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層３０９、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層３１０が形成され、さらにｐ電極３２１、ｎ
電極３２２が形成されている。活性層３０４は、Ａｌ0.
1Ｇａ0.9Ａｓ量子井戸層３５１、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバ
リヤ層３５２を有している。

【００７６】本実施の形態におけるクラッド層３０２及
び３０６、井戸層３５１、バリヤ層３５２の構成材料
は、上記第１の実施の形態と同様であるが、電流ブロッ
ク層３０７の構造が異なっている。電流ブロック層３０
７の中央部分のストライプ部に光を導くために、電流ブ
ロック層３０８に溝を形成した後、第３クラッド層３０
８でこの溝を埋め込んでいる。この溝において電流が狭
窄される。そして、溝部における電流ブロック層３０７
と第３クラッド層３０８との屈折率の差によって光が有
効にストライプ部に閉じ込められ、屈折率導波型レーザ
素子を構成する。

【００７７】この構造を用いて、７８０ｎｍ波長帯のレ
ーザ素子と、６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子とをモノリ
シックに集積化したレーザ装置の構造を図４に示す。

【００７８】ｎ−ＧａＡｓ基板４０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層４０２、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層４０３、Ａｌ0.
08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層４０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層
４０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラ
ッド層４０６、ｎ−ＡｌＧａＰ電流ブロック層４０７、
ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層４
０８、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層４０９、ｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層４１０が形成され、さらにｐ電極４
２１、共通ｎ電極４２３が形成されている。

【００７９】ここで、活性層４０４は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ａｓ井戸層４５１とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層４５２
とが交互に配置されている。

【００８０】さらに、６５０ｎｍ波長帯レーザ素子とし
て、基板４０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）
0.5Ｐ第１クラッド層４１２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.
5）0.5Ｐ光ガイド層４１３、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ／Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ多重量子井戸活性層４１４、
Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層４１５、ｐ
−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド層４１
６、ｎ−ＡｌＧａＰ電流ブロック層４１７、ｐ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層４１８、ｐ−
Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層４１９、ｐ−ＧａＡｓコン
タクト層４２０、さらにｐ電極４２２、共通ｎ電極４２
３が形成されている。この活性層４１４は、Ｉｎ0.5Ｇ
ａ0.5Ｐ井戸層４５３とＩｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5
Ｐバリヤ層４５４とが交互に配置されている。

【００８１】本発明の第３の実施の形態による利得ガイ
ド型７８０ｎｍ波長帯レーザ素子の構造を図５に示す。

【００８２】ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層５０２、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層５０３、Ａｌ0.
08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層５０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層
５０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラ
ッド層５０６、ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層５０７、ｐ−
ＧａＡｓ電流ブロック層５０８、ｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層５０９、さらにｐ電極５２１、ｎ電極５２２が形成
されている。活性層５０４は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子
井戸層５５１と、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層５５２と
を有している。

【００８３】クラッド層５０２及び５０６、光ガイド層
５０３、活性層５０４における井戸層５５１及びバリヤ
層５５２は、上記第１の実施の形態と同様の材料を用い
て形成している。

【００８４】この素子では、電流ブロック層５０８がス
トライプ状に除去されており、この部分において電流が
狭窄されて注入される。このストライプ部における電流
狭窄によって生じた利得分布により、光が導波されるこ
とで、利得導波型レーザ素子を構成している。

【００８５】図６に、上記構造を用いて、７８０ｎｍ波
長帯のレーザ素子と、６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子と
をモノリシックに集積化したレーザ装置の構造を示す。

【００８６】ｎ−ＧａＡｓ基板６０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層６０２、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層６０３、Ａｌ0.
08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層６０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層
６０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラ
ッド層６０６、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層６０
７、ｎ−ＡｌＧａＰ電流ブロック層６０８、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層６０９、さらにｐ電極６２１、共通ｎ電
極６２３が形成されている。

【００８７】ここで、活性層６０４は、図６（ｂ）に示
されたように、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ井戸層６５１とＡｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層６５２とが交互に配置されてい
る。

【００８８】さらに、６５０ｎｍ波長帯レーザ素子とし
て、基板６０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）
0.5Ｐ第１クラッド層６１２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.
5）0.5Ｐ光ガイド層６１３、Ｉｎ0.5.Ｇａ0.5Ｐ／Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ多重量子井戸活性層６１
４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層６１
５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド
層６１６、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層６１７、ｎ
−ＡｌＧａＰ電流ブロック層６１８、ｐ−ＧａＡｓコン
タクト層６１９、さらにｐ電極６２２、共通ｎ電極６２
３が形成されている。

【００８９】活性層６１４は、図６（ｃ）に示されたよ
うに、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ井戸層６５３とＩｎ0.5（Ｇａ
0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐバリヤ層６５４とが交互に配置され
ている。

【００９０】本発明の第４の実施の形態による利得ガイ
ド型７８０ｎｍ帯半導体レーザダイオードの構造を図７
に示す。

【００９１】ｎ−ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ−Ｉｎ0.
5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第１クラッド層７０２、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層７０３、Ａｌ0.
08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性
層７０４、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層
７０５、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラ
ッド層７０６、ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層７０７、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層７０８、プロトン注入領域７０
９、さらにｐ電極７２１、ｎ電極７２２が形成されてい
る。活性層７０４は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子井戸層７
５１、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層７５２を有してい
る。

【００９２】クラッド層７０２及び７０６、光ガイド層
７０３及び７０５、活性層７０４における井戸層７５１
及びバリヤ層７５２は、上記第１の実施の形態と同様の
材料を用いて形成している。

【００９３】ここで、第２クラッド層７０６には、レー
ザ発振にかかわるストライプ状領域を除いてプロトンが
注入されている。注入された部分は、電気抵抗が高くな
るので、電流をよりストライプ部分に狭窄することが可
能である。光が狭窄されることによって生じた利得分布
によって、ストライプ部にガイドされる。

【００９４】図８に、上記構造を用いて、７８０ｎｍ波
長帯のレーザ素子と、６５０ｎｍ波長帯のレーザ素子と
をモノリシックに集積化したレーザ装置の構造を示す。

【００９５】７８０ｎｍ波長帯のレーザ素子として、ｎ
−ＧａＡｓ基板８０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ
0.7）0.5Ｐ第１クラッド層８０２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａ
ｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層８０３、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ
／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性層８０４、Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層８０５、ｐ−Ｉ
ｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド層８０６、
ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層８０７、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層８０８、プロトン注入領域８０９、さらに
ｐ電極８２１、共通ｎ電極８２３が形成されている。

【００９６】ここで、活性層８０４は、図８（ｂ）に示
されたように、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子井戸層８５１と
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層８５２とが交互に配置され
ている。

【００９７】さらに、６５０ｎｍ波長帯レーザ素子とし
て、基板８０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）
0.5Ｐ第１クラッド層８１２、Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.
5）0.5Ｐ光ガイド層８１３、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ／Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性層８１４、Ｉｎ0.5
（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ光ガイド層８１５、ｐ−Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド層８１６、ｐ
−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層８１７、ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層８１８、ｐ電極８２２、共通ｎ電極８２３が
形成されている。

【００９８】この活性層８１４は、図８（ｃ）に示され
たように、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ量子井戸層８５３とＩｎ0.
5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐバリヤ層８５４とが交互に配
置されている。クラッド層８１２及び８１６、光ガイド
層８１３及び８１５、活性層８１４、バリヤ層８５４は
上記第１の実施の形態と同様である。第２クラッド層８
０６及び８１６には、レーザ発振に係わるストライプ状
領域を除いてプロトンが注入されている。

【００９９】注入部分の電気抵抗が高くなるので、電流
をストライプ部分に狭窄することができる。光は、狭窄
によって生じた利得分布によってガイドされる。

【０１００】上述した実施の形態は一例であって、本発
明を限定するものではない。例えば、上記実施の形態
は、井戸層とバリヤ層とを複数含む多重量子井戸活性層
を有する。しかし、井戸層のみを有する単一量子井戸活
性層を有する装置に本発明を適用することも可能であ
る。

【０１０１】この場合は、活性層にバリヤ層が存在しな
い。よって、活性層内における電圧降下を考慮する必要
はなく、ビームの広がり角が所定角以上に広がらないよ
うに考慮すればよい。

【０１０２】またこの場合における光ガイド層は、Ｉｎ
（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦ｙ≦１）、又はＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（０．４≦ｙ≦１）を用いて形成することができ
る。以下に、ビームの広がり角についてシミュレーショ
ンを行った結果について述べる。

【０１０３】活性層の厚さを４０オングストローム、ク
ラッド層のＡｌ組成率を０．７、光ガイド層の厚さを３
００オングストローム、光ガイド層の材料をＩｎＧａＡ
ｌＰと、ＡｌＧａＡｓとに組成を変えてシミュレーショ
ンを行った結果を、図２３に示す。ここで、実線で示さ
れた曲線は光ガイド層の材料がＩｎＧａＡｌＰであり、
点線で示された曲線はＡｌＧａＡｓであるとする。

【０１０４】この図２３より明らかなように、光ガイド
層の材料がＩｎＧａＡｌＰである場合は、Ａｌの組成率
ｘにかかわらず３５度以下の広がり角という要求を満た
している。光ガイド層の材料がＡｌＧａＡｓである場合
は、Ａｌの組成率ｘが０．４以上でこの要求を満たして
いる。

【０１０５】さらに、活性層の厚さを１００オングスト
ロームに変えた場合のシミュレーション結果を図２４に
示す。この場合は、全体に活性層が４０オングストロー
ムの場合よりも若干広がり角は大きくなる。しかし、光
ガイド層の材料がＧａＡｌＰである場合はＡｌの組成率
ｘにかかわらず３５度以下の広がり角という要求を満た
しており、光ガイド層の材料がＡｌＧａＡｓである場合
は、Ａｌの組成率ｘが０．４５以上でこの要求を満たし
ている。

【０１０６】従って、活性層の厚さを４０オングストロ
ームとした場合、光ガイド層がＩｎＧａＡｌＰを用いて
形成している場合はビームの広がりを抑制することが可
能であり、ＡｌＧａＡｓを用いている場合は、Ａｌの組
成率ｘが０．４以上とすることが望ましい。

【０１０７】さらに、活性層の厚さを１００オングスト
ロームとした場合、光ガイド層の材料がＡｌＧａＡｓを
用いて形成している場合はビームの広がりを抑制するこ
とが可能であり、ＡｌＧａＡｓを用いている場合はＡｌ
の組成率ｘが０．４５以上とすることが望ましい。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ装置によれば、多重量子井戸活性層を有する場合、
井戸層がＧａＡｌＡｓ系半導体材料、バリヤ層がＧａＡ
ｌＡｓ系半導体材料、第１及び第２のクラッド層がＩｎ
（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦１）系半導体材料を用い
て形成されていることから、光ビームの広がり角の拡大
が抑制され、またクラッド層と活性層との間のバンドギ
ャップ差が拡大されるのでレーザ動作時において活性層
からクラッド層への電子の漏れが抑制されて温度特性が
向上し、さらに井戸層に均一にキャリアが注入されて電
圧降下が防止される。単一量子井戸活性層を有する場合
は、バリヤ層が存在しないので活性層における電圧降下
の問題は発生せず、光ビームの広がり角を考慮すればよ
いが、井戸層がＧａＡｌＡｓ系半導体材料、第１及び第
２のクラッド層がＩｎ（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦
１）系半導体材料を用いて形成されていることから、光
ビームの広がり角の拡大が抑制される。

【０１０９】また活性層とクラッド層との間にガイド層
を有する場合は、クラッド層を構成する材料のドーパン
トが活性層に拡散することが防止されるので、装置の信
頼性が向上する。

【０１１０】さらに、第１、第２のレーザ素子をモノリ
シックに集積化した装置では、共にクラッド層がＩｎＧ
ａＡｌＰ系の半導体材料を用いて形成されるため、工程
が共通化されて製造コストが低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による７８０ｎｍ帯
半導体レーザダイオードの断面構造を示した縦断面図。

【図２】本発明の第１実施の形態による７８０ｎｍ帯及
び６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード素子をモノリ
シックに集積化した装置の断面構造を示した縦断面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態による７８０ｎｍ帯
半導体レーザダイオードの断面構造を示した縦断面図。

【図４】本発明の第２実施の形態による７８０ｎｍ帯及
び６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード素子をモノリ
シックに集積化した装置の断面構造を示した縦断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態による７８０ｎｍ帯
半導体レーザダイオードの断面構造を示した縦断面図。

【図６】本発明の第３実施の形態による７８０ｎｍ帯及
び６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード素子をモノリ
シックに集積化した装置の断面構造を示した縦断面図。

【図７】本発明の第４の実施の形態による７８０ｎｍ帯
半導体レーザダイオードの断面構造を示した縦断面図。

【図８】本発明の第４実施の形態による７８０ｎｍ帯及
び６５０ｎｍ帯の半導体レーザダイオード素子をモノリ
シックに集積化した装置の断面構造を示した縦断面図。

【図９】従来の７８０ｎｍ帯半導体レーザ装置の断面構
造を示した縦断面図。

【図１０】従来の６５０ｎｍ帯半導体レーザ装置のダブ
ルヘテロ構造を示した縦断面図。

【図１１】図９に示された従来のレーザ装置のクラッド
層をＩｎＧａＡｌＰに置き換えた場合の断面構造を示し
た縦断面図。

【図１２】図１１の装置における垂直方向のビーム広が
り角を計算した結果を示すグラフ。

【図１３】従来の７８０ｎｍ波長帯の半導体レーザ装置
におけるクラッド層、光ガイド層を、ＩｎＧａＡｌＰに
置き換えた場合における垂直方向のビーム底がり角を計
算した結果を示すグラフ。

【図１４】本発明の第１の実施の形態による７８０ｎｍ
波長帯の半導体レーザ素子における垂直方向のビーム広
がり角を計算した結果を示すグラフ。

【図１５】バリヤ層にＩｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐ
を用いた装置におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダ
イヤグラム。

【図１６】バリヤ層にＩｎ0.5（Ｇａ0.8Ａｌ0.2）0.5Ｐ
を用いた装置におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダ
イヤグラム。

【図１７】バリヤ層にＩｎ0.5（Ｇａ0.9Ａｌ0.1）0.5Ｐ
を用いた装置におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダ
イヤグラム。

【図１８】バリヤ層にＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐを用いた装置に
おけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダイヤグラム。

【図１９】バリヤ層にＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓを用いた装置
におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダイヤグラム。

【図２０】バリヤ層にＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓを用いた装置
におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダイヤグラム。

【図２１】バリヤ層にＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓを用いた装置
におけるダブルヘテロ構造近傍のバンドダイヤグラム。

【図２２】ダブルヘテロ構造を有する半導体レーザ装置
におけるバリヤ層と光ガイド層の材料と変えた場合にお
けるそれぞれの特徴を示す説明図。

【図２３】活性層の厚さを４０オングストローム、クラ
ッド層のＡｌ組成率を０．７、光ガイド層の厚さを３０
０オングストローム、光ガイド層の材料をＩｎＧａＡｌ
Ｐ系半導体材料と、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料とに組成
を変えて光ビームの広がり角についてシミュレーション
を行った結果を示すグラフ。

【図２４】活性層の厚さを１００オングストローム、ク
ラッド層のＡｌ組成率を０．７、光ガイド層の厚さを３
００オングストローム、光ガイド層の材料をＩｎＧａＡ
ｌＰ系半導体材料と、ＡｌＧａＡｓ系半導体材料とに組
成を変えて光ビームの広がり角についてシミュレーショ
ンを行った結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７
０１、８０１、９０１、１００１、１１０１ ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板 １０２、２０２、２１２、３０２、４０２、４１２、５
０２、６０２、６１２、７０２、８０２、８１２、１０
０２、１１０２ ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ
第１クラッド層 １０３、２０３、２１３、３０３、４０３、４１３、５
０３、６０３、６１３、７０３、８０３、８１３、１０
０３ Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5光ガイド層 １０４、２０４、３０４、４０４、４１４、５０４、６
０４、７０４、８０４、８１４ Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ａｓ
／Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ多重量子井戸活性層 １０５、２０５、２１５、３０５、４０５、４１５、５
０５、６０５、６１５、７０５、８０５、８１５ Ｉｎ
0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5光ガイド層 １０６、２０６、２１６、３０６、４０６、４１６、５
０６、６０６、６１６、７０６、８０６、８１６ ｐ−
Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第２クラッド層 １０７、２０７、２１７、５０７ ｐ−ＩｎＧａＰエッ
チングストッパ層 １０８、２０８、２１８、３０８、４０８、４１８ ｐ
−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第３クラッド層 １０９、２０９、２１９、３０９、４０９、４１９、６
０７、６１７、７０７、８０７ ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ
キャップ層 １１０、２１０、３１０、４１０、４２０、６０９、６
１９、７０８、８０８ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １１１、２１１、５０８ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層 １２１、３２１、５２１、７２１ ｐ電極 １２２、３２２、５２２、７２２ ｎ電極 １５１、３５１、５５１、７５１ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ
量子井戸層 １５２、３５２、５５２、７５２ Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ
バリヤ層 ２１４ Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ／Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5)
0.5Ｐ多重量子井戸活性層 ２２１、４２１、６２１、８２１ ７８０ｎｍＬＤのｐ
電極 ２２２、４２２、６２２、８２２ ６５０ｎｍＬＤのｐ
電極 ２２３、４２３、６２３、８２３ 共通ｎ電極絶縁性Ａ
ｌＮサブマウント ２５１、４５１、６５１、８５１ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ
量子井戸層 ２５２、４５２、６５２、８５２、８５２ Ａｌ0.4Ｇ
ａ0.6Ａｓバリヤ層 ２５３、４５３、６５３、８５３ Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ量
子井戸層 ２５４、４５４、６５４、８５４ Ｉｎ0.5（Ｇａ0.5Ａ
ｌ0.5）0.5Ｐバリヤ層 ３０７、４０７、４１７、６０８ ｎ−ＡｌＧａＰ電流
ブロック層 ５０７ ｎ−ＩｎＧａＰキャップ層 ５０８ ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層 ５０９、８１８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ６１７、８１７ ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層 ６１８ ｎ−ＡｌＧａｐ電流ブロック層 ７０９、８０９ プロトン注入領域 ９０２ ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ９０３、１１０５ ＡｌＧａＡｓ光ガイド層 ９０４、１００４、１１０４ ＭＱＷ活性層 ９０５、１１０３ ＡｌＧａＡｓ光ガイド層 ９０６ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層 ９０７、１００８、１１０８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層 ９５１、１１５１ Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ量子井戸層 ９５２、１１５２ Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓバリヤ層 １００５、１１０２ ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １００６ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 １００７、１１０７ ｐ−ＩｎＧａＰキャップ層 １０５１ ＩｎＧａＡｌＰ量子井戸層 １０５２ ＩｎＧａＡｌＰバリヤ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玄 永 康 一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 5F073 AA08 AA09 AA13 AA45 AA53 AA74 AB06 CA05 CA14 DA05 DA14 DA35 EA19

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】井戸層とバリヤ層とを有する多重量子井戸
   活性層と、 前記多重量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側にそ
   れぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを備え、 前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて形成
   されており、 前記バリヤ層が、ＧａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて形
   成されており、 前記第１及び第２のクラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌ
   x）Ｐ（０≦ｘ≦１）系半導体材料を用いて形成されて
   いることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】前記多重量子井戸活性層と前記第１のクラ
   ッド層との間、及び前記多重量子井戸活性層と前記第２
   のクラッド層との間に、それぞれ第１及び第２の光ガイ
   ド層が形成され、 前記第１及び第２の光ガイド層は、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌ
   y）Ｐ（０≦ｙ≦１）系半導体材料を用いて形成されて
   いることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装
   置。
3. 【請求項３】異なる波長帯を有する第１、第２のレーザ
   素子がモノリシックに形成された半導体レーザ装置にお
   いて、 前記第１、第２のレーザ素子はそれぞれ、 井戸層とバリヤ層とを有する多重量子井戸活性層と、 前記多重量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側にそ
   れぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを有し、 前記第１のレーザ素子の前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系
   半導体材料を用いて形成され、前記バリヤ層が、ＧａＡ
   ｌＡｓ系半導体材料を用いて形成されており、 前記第２のレーザ素子の前記井戸層が、ＩｎＧａＡｌＰ
   系半導体材料を用いて形成され、前記バリヤ層が、Ｉｎ
   ＧａＡｌＰ系半導体材料を用いて形成されており、 前記第１及び第２のレーザ素子の前記第１及び第２のク
   ラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌx）Ｐ（０≦ｘ≦１）系
   半導体材料を用いて形成されていることを特徴とする半
   導体レーザ装置。
4. 【請求項４】井戸層を有する単一量子井戸活性層と、 前記単一量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側にそ
   れぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを備え、 前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系半導体材料を用いて形成
   されており、 前記第１及び第２のクラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-xＡｌ
   x）Ｐ（０≦ｘ≦１）系半導体材料を用いて形成されて
   いることを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】前記単一量子井戸活性層と前記第１のクラ
   ッド層との間、及び前記多重量子井戸活性層と前記第２
   のクラッド層との間に、それぞれ第１及び第２の光ガイ
   ド層が形成され、 前記第１及び第２の光ガイド層は、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌ
   y）Ｐ（０≦ｙ≦１）系半導体材料又はＡｌyＧａ1-yＡ
   ｓ（０．４≦ｙ≦１）系半導体材料を用いて形成されて
   いることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装
   置。
6. 【請求項６】異なる波長帯を有する第１、第２のレーザ
   素子がモノリシックに形成された半導体レーザ装置にお
   いて、 前記第１、第２のレーザ素子はそれぞれ、 井戸層を有する単一量子井戸活性層と、 前記単一量子井戸活性層の一方の面及び他方の面側にそ
   れぞれ形成された第１及び第２のクラッド層とを有し、 前記第１のレーザ素子の前記井戸層が、ＧａＡｌＡｓ系
   半導体材料を用いて形成されており、 前記第２のレーザ素子の前記井戸層が、ＩｎＧａＡｌＰ
   系半導体材料を用いて形成されており、 前記第１及び第２のレーザ素子の前記第１及び第２のク
   ラッド層が、Ｉｎ（Ｇａ1-yＡｌy）Ｐ（０≦ｙ≦１）系
   半導体材料又はＡｌyＧａ1-yＡｓ（０．４≦ｙ≦１）系
   半導体材料を用いて形成されていることを特徴とする半
   導体レーザ装置。