JP2003152281A - 半導体レーザ素子およびそれを用いた光ディスク装置 - Google Patents

半導体レーザ素子およびそれを用いた光ディスク装置

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JP2003152281A JP2001350030A JP2001350030A JP2003152281A JP 2003152281 A JP2003152281 A JP 2003152281A JP 2001350030 A JP2001350030 A JP 2001350030A JP 2001350030 A JP2001350030 A JP 2001350030A JP 2003152281 A JP2003152281 A JP 2003152281A
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芳江 藤城
Takeshi Obayashi
健 大林
Kei Yamamoto
圭 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ７８０nm帯ＩnＧaＡsＰ井戸層半導体レーザ
素子の低閾値電流化を図る。 【解決手段】 井戸層をＰ組成が０.５５よりも小さい
０.５１のＩnＧaＡsＰで構成して、ＩnＧaＡsＰを成長
時にスピノーダル分解が発生しないようにする。また、
井戸層の歪を１％よりも小さく且つ０.２５％よりも大
きい０.６５％の圧縮歪として、閾値電流を低減する。
こうして、活性領域１５の劣化を防ぐと共に閾値電流を
下げることによって、１００mＷ以上の高出力時でも安
定して長時間動作が可能な波長７８０nm帯ＩnＧaＡsＰ
井戸層半導体レーザ素子を得る。さらに、活性領域１５
内の障壁層に−１.２％の引張歪を導入して井戸層の圧
縮歪による応力を補償することによって、高出力時の信
頼性をさらに高くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、近年、特に高い
光出力が要求されるＣＤ(コンパクトディスク)やＭＤ
(ミニディスク)等の分野における光ディスク装置に用い
られる半導体レーザ素子、および、その半導体レーザ素
子を用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡlＧaＡs系の半導体レーザ素子は、Ｃ
Ｄ/ＭＤ等の光ディスク分野でのピックアップ用発光装
置を始めとして様々な用途に数多く用いられている。こ
の半導体レーザ素子においては、例えば、ｎ‐ＧaＡs基
板上に、ｎ‐ＡlＧaＡsクラッド層,ＡlＧaＡs活性層,ｐ
‐ＡlＧaＡsクラッド層,ｐ‐ＧaＡsコンタクト層を順次
積層した構造が一般に用いられている。しかしながら、
このような構造の場合には、活性層にＡl元素を含んで
いるために、高出力で動作させる場合には、瞬時光学損
傷(Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ)や素子寿命
等の信頼性に関する大きな問題を抱えている。これは、
Ａlがその性質上非常に酸化され易い物質であるため、
Ａlを含む層においてはその劈開形成された共振器端面
に酸化による非発光再結合準位が多数形成されることに
よる。このことから、ＡlＧaＡs系の半導体レーザ素子
における特に活性層およびその周辺の層をＡlフリー化
する改良が試みられている。
【０００３】このようなＡlフリー化された半導体レー
ザ素子として、特開平１１‐２２０２４４号公報に開示
されているようなものがある。この半導体レーザ素子の
構造を図９に示す。ＧaＡs基板１上に、ｐ‐ＡlＧaＡs
下部クラッド層２,ｉ‐ＩnＧaＡsＰ下部光ガイド層３,
無歪又は−０.３％以下の引張歪を呈する１層のＩnＧa
ＡsＰ井戸層と引張歪を呈する２層のＩnＧaＡsＰ障壁層
とを交互に積層して成る多重量子井戸活性領域４,ｉ‐
ＩnＧaＡsＰ上部光ガイド層５,ｎ‐ＡlＧaＡs上部第１
クラッド層６,ｎ‐ＩnＧaＰエッチングストップ層７,ｎ
‐ＡlＧaＡs上部第２クラッド層８およびｎ‐ＧaＡsコ
ンタクト層９が、この順に積層されて形成されている。
そして、エッチングストップ層７の直上に上部第２クラ
ッド層８およびコンタクト層９で成るリッジストライプ
構造が形成されている。
【０００４】このリッジストライプ構造は、高さが２.
２μmであり、幅がエッチストップ７の直上で最も広い
個所で約３μmである。上記リッジストライプ構造にお
ける両側面には絶縁膜１０としてＳiＯ2膜が積層されて
おり、リッジストライプ構造の直下にのみ電流が流れる
電流狭窄構造を形成している。上記構成の半導体レーザ
素子は、活性領域としてＡlを含まない材料を用いるこ
とによって、Ａlの酸化による劈開端面の劣化を防いで
ＣＯＤレベルを向上させている。
【０００５】尚、本従来の半導体レーザ素子において
は、上記井戸層の歪として無歪または引張歪を適用して
いるが、その理由は以下の通りである。
【０００６】すなわち、４元化合物であるＩnＧaＡsＰ
においては、構成原子の大きさや結合エネルギー等に差
があるために、自由エネルギーの観点から相分離した方
が安定となる組成および温度を有する場合がある。この
相分離現象をスピノーダル分解という。また、上述した
ような相分離を起こす領域をミシビリティギャップと言
う。
【０００７】図１０に、ＩnＧaＡsＰがスピノーダル分
解する温度を表すスピノーダル曲線を示す。この曲線
は、文献Jap.J.Appl.Phys.,21,p797(1982)等に示されて
おり、一般によく知られている。ある組成のＩnＧaＡs
Ｐを成長させる場合には、図１０に示される温度よりも
低い温度で成長させるとスピノーダル分解が起るとされ
ている。したがって、例えば、６００℃の曲線上にある
組成のＩnＧaＡsＰは６００℃以上の温度で成長する必
要がある。また、この６００℃の曲線よりも内側の組成
で成長させる場合には、さらに高い温度で成長させなけ
ればならないことになる。
【０００８】ところが、通常、上記ＩnＧaＡsＰをＭＯ
ＣＶＤ(有機金属気相成長)法等によって成長する場合、
成長温度は６００℃〜６７０℃程度で行われる。これ
は、Ｐ元素の蒸気圧が高くて脱離し易いために、成長温
度を高くできないことによる。したがって、６００℃〜
６７０℃のスピノーダル曲線よりも内側の組成のＩnＧa
ＡsＰを成長させようとすると、スピノーダル分解を起
こして良好な結晶が成長できないことになる。そのため
に、６００℃〜６７０℃の成長温度で成長させて確実に
良好な結晶を得るためには、少し低めの温度である５０
０℃〜６００℃付近のスピノーダル曲線を境界として、
その外側の組成で成長させるべきであると考えられる。
【０００９】また、図１０には、J.Electron.Mater.,3,
3,p635(1974)に示されて一般に知られているＩnＧaＡs
Ｐ等のエネルギーバンドギャップ(Ｅg)線も記載してい
る。さらに、ＧaＡsに対する歪量(１.０％,０.２５％,
０％,−１.０％を)を示す線を破線で記載している。
【００１０】ここで、例えば、ＩnＧaＡsＰ井戸層を有
する半導体レーザ素子を、７８０nmで発振させることを
考える。その場合、ＩnＧaＡsＰ井戸層に要求されるＥg
は、図１０に領域(ａ)と示された１.５５eＶ〜１.６０e
Ｖ付近となる。したがって、その領域(ａ)の中において
確実に良好な結晶を得るスピノーダル曲線の境界である
５００℃〜６００℃は、丁度、ＧaＡsに対する歪量が０
％の無歪となる付近である。以上のことから、良好な結
晶を得るためには、図１０において、領域(ａ)の中であ
ってスピノーダル曲線の境界５００℃〜６００℃よりも
右下方向、すなわち無歪あるいは引張歪となる領域での
組成にする必要である。特に、領域(ａ)中において、歪
の効果が大きく現れてくる０.２５％以上の圧縮歪とな
る組成では、スピノーダル分解する温度が最低でも６５
０℃以上となるため、確実に良好な結晶を得ることは困
難なのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ素子に歪
を用いた場合、一般的な歪の効果として閾値電流の低下
が期待できる。但し、歪による閾値電流の低下の程度
は、圧縮歪および引張歪の何れの場合であってもその歪
量によって変化する。歪量と閾値電流密度との関係につ
いては、例えば通信用長波長で発振するＩnＧaＡs井戸
層に関して文献「P.J.A. Thijs, Proc.13th IEEE Int.Se
miconductor Laser Conf.,Takamatsu Japan，p2(Sept．
1992)」がある。この文献に記載されている歪量と閾値電
流密度との関係を図１１に示す。これによると、圧縮歪
および引張歪の何れの場合も１.５％付近で最も閾値電
流密度が下がっている。そして、引張歪の場合には０％
〜−１％位の間で無歪の場合以上に閾値電流密度が高く
なっている。したがって、引張歪の場合に低い閾値電流
密度を得るためには、歪が−１％を超える必要がある。
【００１２】しかしながら、上記従来の７８０nmで発振
させるＩnＧaＡsＰ井戸層を有する半導体レーザ素子の
場合には、上述したように、図１０において、ＩnＧaＡ
sＰ井戸層に要求されるＥgの領域(ａ)の範囲内において
は−１％の引張歪を得ることはできない。つまり、引張
歪の井戸層を有する半導体レーザ素子を波長７８０nmで
発振させる場合は、低い閾値電流を得ることができない
という問題がある。
【００１３】そこで、この発明の目的は、低閾値電流化
を図ることができるＩnＧaＡsＰ井戸層を有する７８０n
m帯の半導体レーザ素子、および、その半導体レーザ素
子を用いた光ディスク装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、ＧaＡs基板上に,少なくとも,第１導
電型クラッド層と,第１ガイド層と,圧縮歪が導入された
井戸層を含む歪量子井戸活性領域と,第２ガイド層と,第
２導電型クラッド層が順次形成された発振波長が０.７
６μmより大きく且つ０.８μmより小さい半導体レーザ
素子において、上記井戸層をＩnＧaＡs1-xＰxで構成す
ると共に、上記井戸層の構成材料の格子定数をａ(well)
とし,上記ＧaＡs基板の格子定数をａ(ＧaＡs)とした場
合に、以下の関係が成立することを特徴としている。 ｘ＜０.５５ {ａ(well)−ａ(ＧaＡs)}/ａ(ＧaＡs)×１００＜１.０
(％)
【００１５】上記構成によれば、ＩnＧaＡs1-xＰx井戸
層のＧaＡs基板に対する歪が１％よりも小さい圧縮歪と
なり、且つ、Ｖ族元素中におけるＰの組成が０.５５よ
りも小さくなっている。したがって、スピノーダル分解
する温度がＩnＧaＡsＰを成長させるのに十分な程度に
まで下げることが可能になり、高信頼性が得られる。さ
らに、上記井戸層がＡlフリーになることによって、歪
量子井戸活性領域の劣化が防止される。さらに、上記井
戸層の歪が１％よりも小さい圧縮歪であるために、閾値
電流密度を無歪の場合よりも低下させることが可能にな
る。
【００１６】すなわち、高出力時においても安定して長
時間動作することが可能な、閾値電流の低い７８０nm帯
半導体レーザ素子が得られるのである。
【００１７】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体レーザ素子において、上記井戸層の歪量を表わす上
記「{ａ(well)−ａ(ＧaＡs)}/ａ(ＧaＡs)×１００」の値
は、０.２５％よりも大きくなっている。
【００１８】この実施例によれば、上記井戸層の圧縮歪
量が、０.２５％より大きくなっている。したがって、
圧縮歪による閾値電流の低減効果がより確実に得られ
る。その結果、駆動電流が下がり、信頼性がさらに高め
られる。
【００１９】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体レーザ素子において、上記井戸層のＶ族元素中にお
けるＰ組成を表わす上記ｘの値は、０.５０よりも小さ
くなっている。
【００２０】この実施例によれば、上記井戸層のＰ組成
が０.５０よりも小さいために、ＩnＧaＡsＰ成長時にお
けるスピノーダル分解の発生がさらに抑制される。した
がって、特に高信頼性の半導体レーザ素子が得られる。
【００２１】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体レーザ素子において、上記井戸層の歪量は０.５％
よりも小さくなっている。
【００２２】この実施例によれば、上記井戸層の歪量が
０.５％よりも小さいため、ＩnＧaＡsＰ成長時における
スピノーダル分解の発生が更に抑制される。したがっ
て、特に高信頼性の半導体レーザ素子が得られる。
【００２３】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体レーザ素子において、上記歪量子井戸活性領域は障
壁層を含んで構成されており、上記障壁層には引張歪が
導入されている。
【００２４】この実施例によれば、上記歪量子井戸活性
領域を構成する障壁層には引張歪が与えられているの
で、上記歪量子井戸活性領域全体において歪補償がなさ
れている。したがって、上記井戸層の圧縮歪に由来する
応力が緩和されて、上記井戸層の結晶劣化が防がれる。
その結果、高出力下での信頼性がより安定化される。
【００２５】また、１実施例では、上記第１の発明の半
導体レーザ素子において、上記井戸層の層厚は８nmより
も大きくなっている。
【００２６】この実施例によれば、上記井戸層の層厚が
８nm以上と厚くなっている。したがって、エネルギーバ
ンド差を大きくする必要から井戸層圧縮歪量と障壁層引
張歪量との絶対値に大きな差が付くように歪量を設定し
た場合でも、歪量子井戸活性領域内における平均歪量が
小さくなる。したがって、低閾値電流と高い信頼性とを
両立させることが可能になる。さらに、成長させる際に
上記井戸層‐障壁層間の界面の急峻性になまりが生じた
場合でも、そのなまりがエネルギーバンド構造に与える
影響を相対的に小さくすることができる。したがって、
エネルギーバンド構造のなまりによる素子特性の悪化が
防止される。
【００２７】また、第２の発明は、上記第１の発明の半
導体レーザ素子を、発光装置として用いたことを特徴と
している。
【００２８】上記構成によれば、ＣＤ/ＭＤ用の光ディ
スク装置の発光装置として、従来よりも高い光出力で安
定に動作する半導体レーザ素子が用いられている。した
がって、光ディスクの回転数を従来よりも高速にしても
データの読み書きが可能となり、特にＣＤ‐Ｒ(ＣＤrec
ordable),ＣＤ‐ＲＷ(ＣＤrewritable)等への書き込み
時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間が格
段に短くなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
【００３０】＜第１実施の形態＞図１は、本実施の形態
の半導体レーザ素子における構成を示す断面図である。
また、図２は、図１に示す半導体レーザ素子の製造方法
を示す模式的断面図である。本実施の形態は、歪量が
０.２５％よりも大きく１.０％よりも小さい圧縮歪を呈
するＩnＧaＡsＰ井戸層の量子井戸活性領域を有する発
振波長が０.７８μm帯の半導体レーザ素子に関する。
【００３１】図１に示すように、本実施の形態における
半導体レーザ素子は、ｎ‐ＧaＡs基板１１上に、ｎ‐Ｇ
aＡsバッファ層(層厚０.５μm)１２，ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5
Ａs下部クラッド層(層厚１.７μm)１３，ｉ‐Ａl0.3Ｇa
0.7Ａs(層厚４０nm)とｉ‐Ａl0.2Ｇa0.8Ａs(層厚５nm)
との順に積層された２層から成る下部光ガイド層１４，
多重量子井戸活性層(発振波長０.７８５μm)１５，ｉ‐
Ａl0.2Ｇa0.8Ａs(層厚５nm)とｉ‐Ａl0.3Ｇa0.7Ａs(層
厚４０nm)との順に積層された２層から成る上部光ガイ
ド層１６，ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第１クラッド層(層
厚０.２μm)１７，ｐ‐ＧaＡsエッチングストップ層(層
厚３nm)１８，ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第２クラッド層
(層厚１.２μm)１９，ｐ‐ＧaＡsコンタクト層(層厚０.
７μm)２０が、この順序でＧaＡs基板１１側から積層さ
れて形成されている。そして、ＧaＡsエッチングストッ
プ層１８の直上に、ＡlＧaＡs上部第２クラッド層１９
およびＧaＡsコンタクト層２０で成るリッジストライプ
構造が形成されている。このリッジストライプ構造は、
高さが約２μmであり、幅がエッチングストップ層１８
の直上の最も広い個所で約２.５μmである。
【００３２】さらに、上記リッジストライプ構造の両側
には、その側面を埋め込むように、ｎ‐Ａl0.7Ｇa0.3Ａ
s第１埋め込み層(層厚０.６μm)２１，ｎ‐ＧaＡs第２
埋め込み層(層厚０.６μm)２２，ｐ‐ＧaＡs第３埋め込
み層(層厚０.７μm)２３が積層され、主に上記リッジス
トライプ構造の直下にのみ電流が流れるような電流狭窄
構造を形成している。さらに、上記リッジストライプ構
造および第１〜第３埋め込み層２１〜２３上の全面に、
ｐ‐ＧaＡsキャップ層(層厚２μm)２４が積層されてい
る。
【００３３】ここで、上記多重量子井戸活性領域１５
は、２層の０.６５％圧縮歪のＩn0.34Ｇa0.66Ａs0.49Ｐ
0.51井戸層(層厚７.５nm)と３層の−１.２％引張歪のＩ
n0.05Ｇa0.95Ａs0.56Ｐ0.44障壁層(基板側から第１,第
３層目の層厚７.５nm,第２層目の層厚７nm)とを、交互
に積層して(つまり、障壁層で井戸層を挟んで)構成され
ている。
【００３４】上記構成の０.６５％圧縮歪ＩnＧaＡsＰ井
戸層半導体レーザ素子は、以下の様にして作製される。
尚、以下の説明においては、各層の構成材料や層厚は省
略することにする。先ず、図２(a)に示すように、ｎ‐
基板１１上に、ｎ‐バッファ層１２、ｎ‐下部クラッド
層１３、下部光ガイド層１４、３層の障壁層および２層
の井戸層を交互に配置して成る多重量子井戸活性領域１
５、上部光ガイド層１６、ｐ‐上部第１クラッド層１
７、ｐ‐エッチングストップ層１８、ｐ‐上部第２クラ
ッド層１９、ｐ‐コンタクト２０を、ＭＯＣＶＤによっ
て上述の順次で積層させる。尚、多重量子井戸活性領域
１５周辺を成長する際の雰囲気温度は６７０℃である。
さらに、ｐ‐コンタクト２０上におけるリッジストライ
プ構造を形成する部分に、ストライプ状のレジストマス
ク２５を形成する。
【００３５】次に、図２(b)に示すように、上記レジス
トマスク２５の直下以外の部分におけるｐ‐コンタクト
２０およびｐ‐上部第２クラッド層１９のみをウエット
エッチング法によって除去して、高さが約２μmで幅が
最も広い個所で約２.５μmのリッジストライプ構造を形
成する。その場合におけるエッチングは、硫酸と過酸化
水素水との混合水溶液およびフッ酸を用いて、２段階に
分けてｐ‐エッチングストップ層１８の上面まで行う。
【００３６】次に、図２(c)に示すように、再度ＭＯＣ
ＶＤ法によって、上記リッジストライプ構造の両側にリ
ッジストライプ構造の側面を埋め込むように、ｎ‐第１
埋め込み層２１、ｎ‐第２埋め込み層２２、ｐ‐第３埋
め込み層２３を、順次積層する。その場合、上記リッジ
ストライプ構造の上面にも各埋め込み層２１,２２,２３
が上記リッジストライプ構造の形状を反映して凸状に形
成される。次に、ｐ‐第３埋め込み層２３上における上
記凸状部を除く領域を覆うようにレジストマスク(図示
せず)を形成する。そして、上記凸状部の第１〜第３埋
め込み層２１〜２３のみをエッチングによって順次除去
して、ｐ‐コンタクト２０の上面を露出させる。その
後、上記レジストマスクを除去し、再びＭＯＣＶＤ法に
よってｐ‐キャップ層２４を全面に積層させる。
【００３７】以後、図示してはいないが、基板１１の表
面にｎ側電極を形成し、ｐ‐キャップ層２４の表面にｐ
側電極を形成する。そうした後に、通常のウエハプロセ
スを経ることによって、共振器長８００μmの埋め込み
リッジ型半導体レーザ素子が形成される。
【００３８】ＩnＧaＡsＰを０.７８μm帯の半導体レー
ザ素子の歪量子井戸層に適用する場合、図１０のスピノ
ーダル曲線をそのまま適用すべきではないと推定され
る。その根拠は、主に以下の３つである。
【００３９】１）圧縮歪では、歪量が大きくなる程、無
歪である場合に対してＥgが大きくなる。但し、その程
度については、ＩnＧaＰに関しては文献「J.Appl.Phys.,
54,4,p2052(1983)」に実測したデータが公開されてい
る。しかしながら、ＩnＧaＡsＰに関しては明確にされ
てはいない。このＥgの変化によって、図１０における
各Ｅgを表す線は、ＧaＡsに対する歪量が０％を表わす
破線との交点を境にして、歪量０％の線から圧縮歪側に
離れるに従ってより水平に近い傾きになって行くことが
推定される。したがって、図１０における領域(ａ)で示
された７８０nmで発振する領域のうち、圧縮歪側の領域
については、よりＰ組成の少ない方向にずれていること
になる。
【００４０】２）図１０に示したＩnＧaＡsＰのＥgのデ
ータは２０年以上前に提示されたものであり、どこまで
正確な数値を示されているかは不明である。その後に幾
つかの文献において組成に対するＥgの計算式が提示さ
れてはいるが、各々が相違しており、明確にはなってい
ない。
【００４１】３）図１０のスピノーダル曲線は、元素間
の結合エネルギーを基にした計算で求められているが、
井戸層のような薄層の場合には、下地の層との格子整合
性による影響が大きいと考えられ、曲線が変化する可能
性がある。すなわち、層厚が薄く且つ歪量が小さい層の
場合には、歪を内包するにも拘らずＧaＡs基板の格子配
列に適合しようとするため、本来ならば自由エネルギー
的に不安定で有限のスピノーダル分解温度を持つ結晶で
あるにも拘らず、格子整合に近い格子定数を有する自由
エネルギー的に安定な状態を取ろうとする。そのため
に、スピノーダル分解する温度が下がって、より低い温
度で成長できることが可能になると考えられる。また、
成長方法等によってもスピノーダル分解温度が変化する
と考えられる。
【００４２】これらは何れも定量的なデータが明確にな
ってはいないが、従来の技術では良好な成長ができない
と判断されていた７８０nm帯で発振する圧縮歪の井戸層
が、よりＰ組成を少なく設定にすることによって成長で
きる可能性を示している。
【００４３】そこで、図１０における領域(ａ)のうちの
圧縮歪側の領域であって、Ｐ組成が少ない領域におい
て、ＩnＧaＡsＰ井戸層の組成を種々設定して半導体レ
ーザ素子を作成し、その特性の比較検討を行った。その
結果、本実施の形態における０.６５％圧縮歪のＩn0.34
Ｇa0.66Ａs0.49Ｐ0.51井戸層のごとく、圧縮歪の量を１
％より小さくし、且つ、Ｐ組成を０.５５より小さくす
ることによって、高出力で信頼性の高い半導体レーザ素
子を得ることができるのである。
【００４４】これは、上記３)の理由よって、圧縮歪量
を１％より小さくすることでスピノーダル分解する温度
がＩnＧaＡsＰを成長させるのに十分な程度にまで下が
ったこと、そして、上記１)及び２)の理由によって、７
８０nmの波長が得られるＥgが図１０に示されたＥgの線
よりもＰ組成の少ない方にずれたことによるものと推測
される。図３に、上記１)及び２)の理由から推測される
上記領域(ａ)を形成する１.５５eＶ,１.６０eＶのＥg線
を示す。但し、これは必ずしも真の値を示すものではな
く、本実施の形態においては、図３に示す領域(ａ)に基
づいて実際に半導体レーザ素子を作製し、それによって
有効なＰの組成が０.５５より小さいことを導き出して
いる。尚、図３には、比較のために、従来考えられてい
た領域(ａ)を形成するＥg線も併せて示している。
【００４５】また、圧縮歪量を０.５％より小さくする
こと、もしくは、Ｐ組成を０.５０より小さくすること
によって、更にスピノーダル分解を抑制でき、より高い
信頼性を得ることができる。
【００４６】さらに、上述のような構成を有するＩnＧa
ＡsＰ圧縮歪量子井戸半導体レーザ素子においては、そ
の閾値電流と井戸層圧縮歪量との関係について調べる
と、図４に示すように、井戸層の歪量を０.２５％＜圧
縮歪量＜１.０％としたとき、閾値電流が無歪の場合よ
りも顕著に低くなることが分る。中でも、歪量を０.３
％＜圧縮歪量＜０.８％とした場合に、特に圧縮歪導入
による閾値電流の改善効果が高くなるのである。
【００４７】尚、以下の実施の形態中において用いる
「歪量」とは、ＧaＡs基板の格子定数をa(ＧaＡs)とし、
対象とする層を構成する材料の格子定数をa(Ｘ)とした
場合に、{a(Ｘ)−a(ＧaＡs)}/a(ＧaＡs)×１００(％)で
定義する。また、図４は、「井戸層が無歪の場合の閾値
電流密度」に対する「井戸層に歪を導入した場合の閾電流
密度」の比によって、歪導入による閾値電流密度の変化
を示したものである。尚、図４に示す結果は、図１１に
示した通信用長波長で発振するＩnＧaＡs井戸層半導体
レーザ素子による閾値電流密度の結果と相違している
が、これは井戸層で使用している材料や発振波長の違い
によるものと考えられる。
【００４８】上述のように、本実施の形態においては、
少なくとも井戸層をＡlフリーのＩnＧaＡsＰで構成して
活性領域の劣化を防ぐと共に、井戸層のＰ組成を図３に
おける圧縮歪１％以下の領域(ａ)内において０.５５よ
りも小さい０.５１とすることによって、ＩnＧaＡsＰを
ＭＯＣＶＤ法等によって成長させる際にスピノーダル分
解が発生しないようにしている。また、井戸層の歪を１
％よりも小さく且つ０.２５％よりも大きい０.６５％と
閾値電流低減にとって適正な大きさの圧縮歪を導入する
ことによって、閾値電流を下げることができる。その結
果、１００mＷ以上という高い光出力でも安定して長時
間動作させることが可能な波長０.７８μm帯光ディスク
用半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４９】さらに、本実施の形態においては、活性領
域内の障壁層に−１.２％の引張歪を導入することによ
って、上記活性領域内で井戸層の圧縮歪による応力を補
償するようにしている。したがって、上記応力による井
戸層の結晶劣化が起こり難くなり、結果として、高出力
駆動時の信頼性をさらに高くすることができる。
【００５０】ところで、半導体レーザ素子として歪の入
った層を用いる場合には、あまり層厚を厚くすると自ら
の応力によって結晶劣化が発生する。その結晶劣化が発
生するようになる層厚が臨界膜厚と言われるものであ
り、その算出式としては幾つかの計算式があるが、一般
にMatthewの理論(Thin Solid Films,26,1,pp.129〜134
（1975))による計算がよく用いられている。ここで、本
実施の形態のように、障壁層にも歪を導入したような２
種類以上の異なる歪量の層が組み合わされた場合には、
活性領域内の各層個々の臨界膜厚だけではなく、活性領
域全体の平均歪量Δに対する臨界膜厚についても考慮す
る必要がある。
【００５１】つまり、上記井戸層(層数ｍ)と障壁層(層
数ｎ)との各層厚をＤwm,Ｄbnとし、歪量をΔＡwm,ΔＡb
nとした場合に、Δ＝Σ(ΔＡwm×Ｄwm＋ΔＡbn×Ｄbn)/
(Σ（Ｄwm＋Ｄbn))で定義される活性領域内の平均歪量
Δから求められる臨界膜厚よりも、活性領域内の総膜厚
Σ(Ｄwm＋Ｄbn)を小さくする必要がある。本実施の形態
の場合においては、量子井戸活性領域(平均歪量：−０.
４５％)の臨界膜厚理論値が５８nmであるのに対し、実
際における量子井戸活性領域の総膜厚は３７nmであり、
上記臨界膜厚理論値よりも薄く結晶劣化が発生しない条
件を満たしている。
【００５２】ところで、本実施の形態においては、障壁
層に−１.２％という比較的大きな引張歪を導入してい
るが、これも閾値電流の改善を日的としたものである。
波長０.７８μm帯量子井戸半導体レーザ素子の障壁層と
して用いることが可能な組成のＩnＧaＡsＰ結晶は、概
ね引張歪量が大きいほどＥgも大きくなる。そのため、
本実施の形態のように障壁層に大きな引張歪を導入する
ことによって、井戸層のバンドギャップエネルギーＥg
(ｗ)と障壁層のバンドギャップエネルギーＥg(ｂ)との
差ΔＥg＝(Ｅg(ｂ)−Ｅg(ｗ))を大きくすることができ
る。結果として、上記井戸層からのキャリアのオーバー
フローを減少させることができ、レーザの発振閾電流値
を下げることができるのである。
【００５３】尚、本実施の形態においては、上記多重量
子井戸活性領域１２周辺の成長温度を６７０℃とし、成
長圧力,材料ガスの流量および分圧等の成長条件を最適
化している。そのために、スピノーダル分解の抑制に加
えて、Ｐの離脱等による結晶の悪化もなく、高出力で良
好な素子特性および信頼性を得ることができる。このよ
うに、以下に続く第２実施の形態〜第４実施の形態の半
導体レーザ素子を成長する際にも、各成長温度ごとに最
適化した成長条件を適用している。
【００５４】＜第２実施の形態＞図５は、本実施の形態
の半導体レーザ素子における構成を示す断面図である。
図５に示すように、本実施の形態における半導体レーザ
装置は、ｎ‐ＧaＡs基板３１上に、ｎ‐ＧaＡsバッファ
層(層厚０.５μm)３２，ｎ‐Ａl0.4Ｇa0.6Ａs下部第１
クラッド層(層厚１.５μm)３３a，ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs
下部第２クラッド層(層厚１.５μm)３３b，ｉ‐Ａl0.35
Ｇa0.65Ａs下部光ガイド層(層厚３０nm)３４，多重量子
井戸活性領域(発振波長０.７８μm)３５，ｉ‐Ａl0.35
Ｇa0.65Ａs上部光ガイド層(層厚３０nm)３６，ｐ‐Ａl
0.5Ｇa0.5Ａs上部第１クラッド層(層厚０.２μm)３７，
ｐ‐ＧaＡsエッチングストップ層（層厚３nm）３８，ｐ
‐Ａl 0.5Ｇa0.5Ａs上部第２クラッド層(層厚１.２μm)
３９，ｐ‐ＧaＡsコンタクト層(層厚０.７μm)４０が、
この順でｎ‐ＧaＡs基板３１側から積層されて形成され
ている。そして、ｐ‐ＧaＡsエッチストップ層３８の直
上に、ＡlＧaＡs上部第２クラッド層３９およびＧaＡs
コンタクト層４０で成るリッジストライプ構造が形成さ
れている。このリッジストライプ構造は、高さが約２μ
mであり、幅がエッチングストップ層３８直上の最も広
い箇所で約２μmである。
【００５５】さらに、上記リッジストライプ構造の両側
には、その側面を埋め込むようにｎ‐Ａl0.7Ｇa0.3Ａs
第１埋め込み層(層厚０.６μm)４１，ｎ‐ＧaＡs第２埋
め込み層(層厚０.６μm)４２，ｐ‐ＧaＡs第３埋込み層
(層厚０.７μm)４３が積層され、主に上記リッジストラ
イプ構造の直下にのみ電流が流れるような電流狭窄構造
を形成している。さらに、上記リッジストライプ構造お
よび第１〜第３埋め込み層４１〜４３上の全面に、ｐ‐
ＧaＡsキャップ層(層厚２μm)４４が積層されている。
【００５６】ここで、上記多重量子井戸活性領域３５
は、２層の０.３５％圧縮歪のＩn0.27Ｇa0.73Ａs0.55Ｐ
0.45井戸層(層厚８nm)と、３層の−１.４５％引張歪の
Ｉn0.09Ｇa0.91Ａs0.41Ｐ0.59障壁層(基板側から第１,
第３層目の層厚１０nm,第２層目の層厚５nm)とを、交互
に積層して(つまり、障壁層で井戸層を挟んで)構成され
ている。尚、多重量子井戸活性領域３５の周辺を成長す
る際の雰囲気温度は６００℃に設定されている。
【００５７】本実施の形態における半導体レーザ素子
は、上記第１実施の形態における半導体レーザ素子の場
合と同様に、井戸層周辺の層をＡlフリーの層とし、且
つ、ＩnＧaＡsＰ井戸層のＰ組成を圧縮歪１％以下の領
域(ａ)内において０.５０よりも小さい０.４５としてい
るので、ＭＯＣＶＤ法等によって形成する際にスピノー
ダル分解が発生することはない。また、井戸層の歪量を
１％よりも小さく且つ０.２５％よりも大きい０.３５％
と適正な値に設定して閾値電流の低減を図り、さらには
歪補償構造も取り入れているので、発振波長０.７８μm
で動作させた場合に、安定して高出力動作を行うことが
できる。
【００５８】また、本実施の形態においては、特に上記
井戸層の圧縮歪量を、０.５％以下に設定したために、
スピノーダル分解する温度が上記第１実施の形態の場合
よりもさらに下がっていると推定される。したがって、
井戸層および障壁層を成長させる際に、Ｐの離脱を抑制
するために成長温度をやや低めに設定したとしても、ス
ピノーダル分解による井戸層結晶の悪化はなく、上記第
１実施の形態の場合と同レベル以上の高い信頼性を確保
することができるのである。
【００５９】尚、本実施の形態の半導体レーザ装置にお
ける活性領域の平均歪量および総膜厚は、夫々−０.７
５％および４１nmである。このように、総膜厚４１nm
は、計算される臨界膜厚３１nmよりもおおきくなっては
いるが、本実施の形態における半導体レーザ素子は良好
な信頼性を有している。これは、少なくとも本実施の形
態のようなＧaＡs基板上のＩnＧaＡsＰ系材料での歪補
償構造においては、半導体レーザの特性から見た臨界膜
厚は、実際にはMatthewの理論より厚いことが推定され
る。そこで、種々の検討を行った結果、Matthewの理論
による臨界膜厚の１.５倍未満での膜厚であれば、半導
体レーザ素子として十分な特性が得られることが判明し
た。本実施の形態の半導体レーザ装置における活性領域
の総膜厚４１nmは、臨界膜厚３１nmの１.５倍である４
６.５nmよりも小さい。したがって、結晶劣化は発生せ
ず、良好な信頼性を呈することができるのである。
【００６０】＜第３実施の形態＞図６は、本実施の形態
の半導体レーザ装置における構成を示す断面図である。
図６に示すように、本実施の形態における半導体レーザ
装置は、ｎ‐ＧaＡs基板５１上に、ｎ‐ＧaＡsバッファ
層(層厚０.５μm)５２，ｎ‐Ａl0.4Ｇa0.6Ａs下部第１
クラッド層(層厚１.３μm)５３a，ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs
下部第２クラッド層(層厚１.０μm)５３b，ｉ‐Ａl0.35
Ｇa0.65Ａs(層厚３０nm)とｉ‐Ａl0.25Ｇa 0.75Ａs(層厚
３nm)との順に２層から成る下部光ガイド層５４，多重
量子井戸活性領域(発振波長０.７８μm)５５，ｉ‐Ａl
0.25Ｇa0.75Ａs(層厚３nm)とｉ‐Ａl 0.35Ｇa0.65Ａs(層
厚３０nm）との順に２層から成る上部光ガイド層５６，
ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第１クラッド層(層厚０.２μ
m)５７，ｐ‐ＧaＡsエッチングストップ層(層厚３nm)５
８，ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第２クラッド層(層厚１.
２μm)５９，ｐ‐ＧaＡsコンタクト層(層厚１.０μm)６
０が、この順でｎ‐ＧaＡs基板５１側から積層されてい
る。そして、ｐ‐ＧaＡsエッチングストップ層５８直上
に、ＡlＧaＡs上部第２クラッド層５９およびＧaＡsン
タクト層６０で成るリッジストライプ構造が形成されて
いる。このリッジストライプ構造は、高さが２.２μmで
あり、幅がエッチングストップ層５８直上の最も広い個
所で約２.５μmである。
【００６１】さらに、上記リッジストライプ構造におけ
る側面とその両側におけるエッチングストップ層５８上
とには、絶縁膜６１としてＳiＮ膜が積層され、主に上
記リッジストライプ構造の直下にのみ電流が流れるよう
な電流狭窄構造を形成している。
【００６２】ここで、上記多重量子井戸活性領域５５
は、２層の０.２８％圧縮歪のＩn0.25Ｇa0.75Ａs0.57Ｐ
0.43井戸層(層厚１１nm）と、３層の−１.２％引張歪の
ＧaＡs 0.66Ｐ0.34障壁層(基板側から第１,第３層目の層
厚７nm,第２層目の層厚６nm)とを、交互に積層して(つ
まり、障壁層で井戸層を挟んで)構成されている。尚、
本実施の形態における半導体レーザ素子を作製する際の
成長温度は６５０℃に設定している。
【００６３】本実施の形態における半導体レーザ素子
は、上記第１実施の形態および第２実施の形態における
半導体レーザ素子の場合と同様に、井戸層周辺の層をＡ
lフリーの層とし、且つ、ＩnＧaＡsＰ井戸層のＰ組成を
圧縮歪１％以下の領域(ａ)内において０.５０よりも小
さい０.４３としているので、ＭＯＣＶＤ法等によって
形成する際にスピノーダル分解が発生することはない。
また、上記井戸層の歪量を１％よりも小さく且つ０.２
５％よりも大きい０.２８％と適正な値に設定して閾値
電流の低減を図り、さらには歪補償構造も取り入れてい
るので、発振波長０.７８μmで動作させた場合に、安定
して高出力動作を行うことができる。
【００６４】また、本実施の形態においては、特に上記
井戸層の歪を小さな歪量の圧縮歪に設定すると共に、上
記井戸層の層厚を１１nmと比較的厚めに設定している。
したがって、圧縮歪の井戸層と引張歪の障壁層とにおけ
る歪量の絶対値に大きな差があったとしても活性領域内
の平均歪量は小さくなり、活性領域の臨界膜厚理論値は
実際の活性領域膜厚よりも大きくなるのである。
【００６５】尚、本実施の形態の半導体レーザ装置にお
ける上記井戸層,障壁層および活性領域内平均の歪量
は、夫々＋０.２８％,−１.２％および−０.４２％であ
る。また、活性領域の臨界膜厚および実際の活性領域総
膜厚は、夫々６３nmおよび４２nmである。このように、
上記井戸層の圧縮歪量を閾値電流低減に有効な歪量の下
限(０.２５％)に近い値である０.２８％としたのは、ス
ピノーダル分解による活性領域結晶の劣化の可能性をで
きる限り抑制するためである。さらに、本実施の形態の
半導体レーザ装置においては、上記井戸層の層厚を障壁
層の層厚の１.５倍以上に厚くすることによって、実活
性領域総厚４２nmに対して臨界膜厚理論値を６３nmと約
１.５倍の値にすることができるのである。
【００６６】以上、本実施の形態の半導体レーザ素子に
おいては、ＩnＧaＡsＰ井戸層のＰ組成は０.５０よりも
小さく、上記井戸層の歪量は１％よりも小さく且つ０.
２５％よりも大きいという条件を満たしつつ、低圧縮歪
井戸層‐高引張歪障壁層という条件の下で井戸層の層厚
を厚くしている。したがって、活性領域結晶の劣化の抑
制による高い信頼性と上記第１,２実施の形態の場合と
同程度の低閾値電流とを同時に実現できるのである。さ
らに、上記井戸層の層厚を厚くしたことによって、仮に
井戸層‐障壁層間の界面の急峻性が悪くそのバンド構造
境界部分になまりが生じた場合であっても、上記井戸層
‐障壁層間におけるバンド構造境界部分のなまりが活性
領域内のバンド構造全体に与える影響が相対的に小さく
なり、層界面の急峻性悪化に由来する特性の悪化を防ぐ
ことができる。尚、ここで述べた効果を得るためには、
上記井戸層の厚さが８nmよりも大きいことが望ましい。
【００６７】＜第４実施の形態＞図７は、本実施の形態
の半導体レーザ素子における構成を示す断面図である。
図７に示すように、本実施の形態における半導体レーザ
装置は、ｎ‐ＧaＡs基板７１上に、ｎ‐ＧaＡsバッファ
層(層厚０.５μm)７２，ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下部クラ
ッド層(層厚１.７μm)７３，ｉ‐Ｉn0.49Ｇa0.51Ｐ下部
光ガイド層(層厚４０nm)７４，多重量子井戸活性領域
(発振波長０.７７５μm)７５，ｉ‐Ｉn0.49Ｇa0.51Ｐ上
部光ガイド層(層厚４０nm)７６，ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs
上部第１クラッド層(層厚１.４４μm)７７，ｐ‐ＧaＡs
保護層(層厚３nm)７８が、この順でｎ‐ＧaＡs基板７１
側から積層されて、メサストライプ構造が形成されてい
る。このメサストライプ構造は、高さが約３μmであ
り、幅が最も広い箇所で約２μmである。そして、その
最下部は、ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下部クラッド層７３の
半ばまで達している。
【００６８】さらに、上記メサストライプ構造の両側に
は、その側面を埋め込むようにｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs第
１埋め込み層(層厚１.５μm)７９，ｎ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａ
s第２埋め込み層(層厚１.５μm)８０，ｐ‐ＧaＡs第３
埋込み層(層厚０.１μm)８１が積層され、主に上記メサ
ストライプ構造にのみ電流が流れるような電流狭窄構造
(所謂埋め込みヘテロ型構造)を形成している。さらに、
上記メサストライプ構造および第１〜第３埋め込み層７
９〜８１上の全面に、ｐ‐Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第２ク
ラッド層(層厚１.０μm)８２，ｐ‐ＧaＡsキャップ層
(層厚２μm)８３が積層されている。
【００６９】ここで、上記多重量子井戸活性領域７５
は、２層の０.４６％圧縮歪のＩn0.28Ｇa0.72Ａs0.56Ｐ
0.44井戸層(層厚３.５nm）と、３層の−１％引張歪のＩ
n0.35Ｇa0.65Ｐ障壁層(基板側から第１,第３層目の層厚
６nm,第２層目の層厚５nm)とを、交互に積層して(つま
り、障壁層で井戸層を挟んで)構成されている。尚、多
重量子井戸活性領域７５の平均歪量は−０.５７％であ
る。また、多重量子井戸活性領域７５の総膜厚は２４nm
であり、臨界膜厚理論値４４nm以下である。
【００７０】本実施の形態における半導体レーザ素子
は、上記第１実施の形態〜第３実施の形態における半導
体レーザ素子の場合と同様に、井戸層周辺の層をＡlフ
リーの層とし、且つ、ＩnＧaＡsＰ井戸層のＰ組成を圧
縮歪１％以下の領域(ａ)内において０.５０よりも小さ
い０.４４としているので、ＭＯＣＶＤ法等によって形
成する際にスピノーダル分解が発生することはない。ま
た、上記井戸層の歪量を１％よりも小さく且つ０.２５
％よりも大きい０.４６％と適正な値に設定して閾値電
流の低減を図り、さらには歪補償構造も取り入れている
ので、発振波長０.７８μmで動作させた場合に、安定し
て高出力動作を行うことが可能な埋め込みヘテロ型量子
井戸半導体レーザ素子を提供できる。
【００７１】以上、上記第１実施の形態〜第４実施の形
態において、この発明における４種類の半導体レーザ素
子を挙げた。この発明の目的とするところは、上記井戸
層をＩnＧaＡsＰとしてＡlフリー化し、且つ、そのＰ組
成をスピノーダル分解が発生しないように圧縮歪１％以
下の領域(ａ)内において０.５５より小さくし、さら
に、その歪量を１％よりも小さく且つ０.２５％よりも
大きく最適化して閾値電流の低減を図り、場合によって
は障壁層にも井戸層とは反対の大きさの歪を導入するこ
とによって、１００mＷ以上という高い光出力でも安定
に動作する発振波長０.７８μm帯の半導体レーザ素子を
得ることである。したがって、上述した特許請求の範囲
に記載された条件に沿うものであれば、井戸層および障
壁層の材料組成,層厚,層数,歪量やその他の各層の構成
は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００７２】＜第５実施の形態＞本実施の形態は、上記
各実施の形態における半導体レーザ装置を用いた光ディ
スク装置に関する。図８は、本実施の形態における光デ
ィスク装置の構成図である。この光ディスク装置は、光
ディスク９１にデータを書き込んだり、光ディスク９１
に書き込まれたデータを再生したりするものであり、そ
の際に用いる発光装置として、上記各実施の形態の何れ
か一つにおける半導体レーザ素子９２を備えている。
【００７３】以下、本光ディスク装置の構成および動作
について説明する。本光ディスク装置は、書き込みの際
には、半導体レーザ素子９２から出射された信号光(デ
ータ信号が重畳されたレーザ光)はコリメートレンズ９
３を通過して平行光となり、ビームスプリッタ９４を透
過する。そして、λ/４偏光板９５によって偏光状態が
調節された後に、レーザ光照射用対物レンズ９６によっ
て集光されて光ディスク９１を照射する。こうして、デ
ータ信号が重畳されたレーザ光によって、光ディスク９
１にデータが書き込まれる。
【００７４】一方、読み出しの際には、上記半導体レー
ザ素子９２から出射されたデータ信号が重畳されていな
いレーザ光が、上記書き込みの場合と同じ経路を辿って
光ディスク９１を照射する。そして、データが記録され
た光ディスク９１の表面で反射されたレーザ光は、レー
ザ光照射用対物レンズ９６およびλ/４偏光板９５を経
た後、ビームスプリッタ９４で反射されて進行方向が９
０゜変更される。その後、再生光用対物レンズ９７によ
って集光され、信号検出用受光素子９８に入射される。
そして、こうして信号検出用受光素子９８内で、入射し
たレーザ光の強弱に応じて光ディスク９１から読み出さ
れたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路
９９によって元の情報信号に再生されるのである。
【００７５】本実施の形態における光ディスク装置にお
いては、上述したように、従来よりも高い光出力で動作
する半導体レーザ素子９２を用いている。そのために、
光ディスク９１の回転数を従来よりも高速化しても、デ
ータの読み書きを行うことが可能である。したがって、
従来、特にＣＤ‐Ｒ,ＣＤ‐ＲＷ等への書き込み時に問
題となっていた光ディスクヘのアクセス時間を格段に短
くすることができ、より快適な操作を実現した光ディス
ク装置を提供することが可能になるのである。
【００７６】尚、本実施の形態においては、上記各実施
の形態における半導体レーザ素子を記録再生型の光ディ
スク装置に適用した例について説明した。しかしなが
ら、この発明はこれに限定される物ではなく、波長０.
７８μm帯の半導体レーザ素子を発光装置として用いる
光ディスク記録装置や光ディスク再生装置にも適用可能
であることは言うまでもない。
【００７７】
【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
発振波長が０.７８μm帯の半導体レーザ装置は、井戸層
をＩnＧaＡs1-xＰxで構成すると共にｘ＜０.５５となる
ようにし、上記井戸層の格子定数をａ(well)としＧaＡs
基板の格子定数をａ(ＧaＡs)とした場合に、「{ａ(well)
−ａ(ＧaＡs)}/ａ(ＧaＡs)×１００＜１.０」の関係が
成立するようにしたので、上記ＩnＧaＡsＰ井戸層を成
長させる際にスピノーダル分解の発生を抑制することが
できる。したがって、高信頼性を得ることができる。さ
らに、上記井戸層をＡlフリーにして、歪量子井戸活性
領域の上記ＣＯＤ等による劣化を防止することができ
る。さらに、上記井戸層の歪を１％よりも小さい圧縮歪
としたので、閾値電流密度を無歪の場合よりも低下させ
ることができる。
【００７８】すなわち、この発明によれば、１００mＷ
〜２００mＷという高出力時においても安定して長時間
動作することが可能な、閾値電流の低い７８０nm帯半導
体レーザ素子を得ることができるのである。
【００７９】また、１実施例の半導体レーザ素子は、上
記「{ａ(well)−ａ(ＧaＡs)}/ａ(ＧaＡs)×１００(％)」
で表わされる上記井戸層の歪量を０.２５％よりも大き
くしたので、圧縮歪による閾値電流の低減効果をより確
実に得ることができる。したがって、駆動電流を下げて
信頼性をさらに高めることができる。
【００８０】また、１実施例の半導体レーザ素子は、上
記ｘの値を０.５０よりも小さくしたので、上記ＩnＧa
ＡsＰ井戸層の成長時におけるスピノーダル分解の発生
を更に抑制することができる。したがって、特に高信頼
性の半導体レーザ素子を得ることができる。
【００８１】また、１実施例の半導体レーザ素子は、上
記井戸層の歪量を０.５％よりも小さくしたので、上記
ＩnＧaＡsＰ井戸層の成長時におけるスピノーダル分解
の発生を更に抑制することができる。したがって、特に
高信頼性の半導体レーザ素子を得ることができる。
【００８２】また、１実施例の半導体レーザ素子は、上
記歪量子井戸活性領域を、引張歪が導入された障壁層を
含んで構成したので、上記歪量子井戸活性領域全体にお
いて歪補償を行うことができる。したがって、上記井戸
層の圧縮歪に由来する応力を緩和して、上記井戸層の結
晶劣化を防止することができる。その結果、高出力下で
の信頼性をより安定化させることができる。
【００８３】また、１実施例の半導体レーザ素子は、上
記井戸層の層厚を８nmよりも大きくしたので、エネルギ
ーバンド差を大きくする必要から井戸層圧縮歪量と障壁
層引張歪量との絶対値に大きな差が付くように歪量を設
定した場合でも、歪量子井戸活性領域内における平均歪
量を小さくできる。したがって、低閾値電流と高い信頼
性とを両立させることが可能になる。さらに、成長させ
る際に上記井戸層‐障壁層間の界面の急峻性になまりが
生じた場合でも、そのなまりがエネルギーバンド構造に
与える影響を相対的に小さくすることができる。したが
って、エネルギーバンド構造のなまりによる素子特性の
悪化を防止することができる。
【００８４】また、第２の発明は、上記第１の発明の半
導体レーザ素子を発光装置として用いたので、光ディス
クの回転数を従来よりも高速にしてもデータの読み書き
を行うことができる。特にＣＤ‐Ｒ,ＣＤ‐ＲＷ等への
書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス
時間を、格段に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の半導体レーザ素子における構成を
示す断面図である。
【図２】 図１に示す半導体レーザ素子の製造方法を示
す図である。
【図３】 推測される７８０nm発振Ｅg領域(ａ)を示す
図である。
【図４】 井戸層圧縮歪量に対する閾値電流密度の変化
を示す図である。
【図５】 図１とは異なる半導体レーザ素子における構
成を示す断面図である。
【図６】 図１および図５とは異なる半導体レーザ素子
における構成を示す断面図である。
【図７】 図１,図５および図６とは異なる半導体レー
ザ素子における構成を示す断面図である。
【図８】 この発明の光ディスク装置の構成図である。
【図９】 従来のＡlフリー化された半導体レーザ装置
の構造を示す断面図である。
【図１０】 従来から用いられているＩnＧaＡsＰのス
ピノーダル曲線を示す図である。
【図１１】 ＩnＧaＡs井戸層に関する歪量と閾値電流
密度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１,３１,５１,７１…ＧaＡs基板、 １２,３２,５２,７２…ＧaＡsバッファ層、 １３,３３,５３,７３…ＡlＧaＡs下部クラッド層、 １４,３４,５４…ＡlＧaＡs下部光ガイド層、 １５,３５,５５,７５…多重量子井戸活性層、 １６,３６,５６…ＡlＧaＡs上部光ガイド層、 １７,３７,５７,７７…ＡlＧaＡs上部第１クラッド層、 １８,３８,５８…ＧaＡsエッチングストップ層、 １９,３９,５９,８２…ＡlＧaＡs上部第２クラッド層、 ２０,４０,６０…ＧaＡsコンタクト層、 ２１,４１,７９…ＡlＧaＡs第１埋め込み層、 ２２,４２…ＧaＡs第２埋め込み層、 ２３,４３,８１…ＧaＡs第３埋め込み層、 ２４,４４,８３…ＧaＡsキャップ層、 ６１…絶縁膜(ＳiＮ膜)、 ７４…ＩnＧaＰ下部光ガイド層、 ７６…ＩnＧaＰ上部光ガイド層、 ７８…ＧaＡs保護層、 ８０…ＡlＧaＡs第２埋め込み層、 ９１…光ディスク、 ９２…半導体レーザ素子、 ９３…コリメートレンズ、 ９４…ビームスプリッタ、 ９５…λ/４偏光板、 ９６…レーザ光照射用対物レンズ、 ９７…再生光用対物レンズ、 ９８…信号検出用受光素子、 ９９…信号光再生回路。
フロントページの続き (72)発明者 山本 圭 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA04 AA11 AA21 AA45 AA53 AA74 BA05 CA13 CB02 DA05 DA23 EA23 EA24 EA28

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧaＡs基板上に、少なくとも、第１導電
    型クラッド層と、第１ガイド層と、圧縮歪が導入された
    井戸層を含む歪量子井戸活性領域と、第２ガイド層と、
    第２導電型クラッド層が順次形成された発振波長が０.
    ７６μmより大きく且つ０.８μmより小さい半導体レー
    ザ素子において、 上記井戸層を、ＩnＧaＡs1-xＰxで構成すると共に、 上記井戸層の構成材料の格子定数をａ(well)とし、上記
    ＧaＡs基板の格子定数をａ(ＧaＡs)とした場合に、 ｘ＜０.５５ {ａ(well)−ａ(ＧaＡs)}/ａ(ＧaＡs)×１００＜１.０
    (％) の関係が成立することを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ素子にお
    いて、 上記井戸層の歪量を表わす上記「［{ａ(well)−ａ(Ｇa
    Ａs)}/ａ(ＧaＡs)］×１００」の値は、０.２５％より
    も大きいことを特徴とする半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の半導
    体レーザ素子において、 上記井戸層のＶ族元素中におけるＰ組成を表わす上記ｘ
    の値は、０.５０よりも小さいことを特徴とする半導体
    レーザ素子。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記
    載の半導体レーザ素子において、 上記井戸層の歪量は、０.５％よりも小さいことを特徴
    とする半導体レーザ素子。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記
    載の半導体レーザ素子において、 上記歪量子井戸活性領域は障壁層を含んで構成されてお
    り、 上記障壁層には引張歪が導入されていることを特徴とす
    る半導体レーザ素子。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５の何れか一つに記
    載の半導体レーザ素子において、 上記井戸層の層厚は、８nmよりも大きいことを特徴とす
    る半導体レーザ素子。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記
    載の半導体レーザ素子を、発光装置として用いたことを
    特徴とする光ディスク装置。
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