JP2005050993A - 酸化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 低雑音で信頼性の高い酸化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】 半導体レーザ素子は、ＺｎＯ障壁層とＣｄ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ井戸層とから成る量子井戸活性層１０５と、この量子井戸活性層１０５に対して独立して形成されたｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８とを備えて、自励発振する。これにより、雑音および消費電力を低く抑えることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体レーザ素子に関し、さらに詳しくは、低雑音で省電力性と光学特性に優れた酸化物半導体レーザ素子に関する。

近年、高密度な光ディスク記録システムのレーザ光源として利用すべく、３〜３．５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体の結晶成長およびデバイス技術が急速に発展している。特に、III族窒化物半導体の技術進展は目ざましく、光学特性や信頼性は既に実用化の域に達している。一方、酸化物半導体についても現在研究が進みつつあり、特に、ＺｎＯ（酸化亜鉛）は励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また、原材料が安価、環境や人体に無害で成膜手法が簡便であるなどの特徴を有し、高効率・低消費電力で環境性に優れた半導体レーザ素子を実現出来る可能性がある。

以下、ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めてＺｎＯ系半導体と言う。

光ディスク記録システムに用いられる従来の半導体レーザ素子では、ディスクなどで反射されたレーザ光が半導体レーザ素子へ再入射することによって雑音が発生する、所謂「戻り光雑音」が問題となっている。この戻り光雑音を低減するための手段として、自励発振現象を利用する方法が知られている。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体を用いた７８０ｎｍ帯の自励発振型半導体レーザ素子に関しては、特許第２９５８１２２号（特許文献１）、特開２０００−２２３７８０号公報（特許文献２）などに開示されている。また、上記高密度な光ディスク記録システムのレーザ光源として、紫外〜緑色の短波長帯のＧａＮ系半導体レーザ素子が用いられている。このＧａＮ系半導体レーザ素子を自励発振させる技術が、特開平９−１９１１６０号公報（特許文献３）、特開平１０−２９４５３２号公報（特許文献４）、特開２００２−２４６６８６号公報（特許文献５）および特開２００２−１５１７８６号公報（特許文献６）などに開示されている。

ところで、ＺｎＯ系半導体は強いイオン性に起因する自己補償効果のために従来ｐ型の導電型制御が困難であったが、Applied Physics Letters Vol.８１ （２００２） p１８３０などに示されているように、アクセプタ不純物として窒素（Ｎ）を用いることで再現性よくｐ型層が得られるようになった。

これにより、ＺｎＯ系半導体を用いて実用的な電子デバイスを作製する研究がさかんになり、特に強い結合エネルギーを有する自由励起子を利用したＺｎＯ系半導体発光素子に関して、国際公開第００／１６４１１号パンフレット（特許文献７）、特開２００１−４４５００号公報（特許文献８）、特開２００１−２８７９９８号公報（特許文献９）および特開２００２−１６２８５号公報（特許文献１０）などに多くの技術が開示されている。

しかし、ＺｎＯ系半導体を始めとする酸化物半導体を用いたレーザ素子に関しては、戻り光雑音を回避出来る好適な構造が未だ開示されていない。
特許第２９５８１２２号 特開２０００−２２３７８０号公報 特開平９−１９１１６０号公報 特開平１０−２９４５３２号公報 特開２００２−２４６６８６号公報 特開２００２−１５１７８６号公報 国際公開第００／１６４１１号パンフレット 特開２００１−４４５００号公報 特開２００１−２８７９９８号公報 特開２００２−１６２８５号公報

そこで、本発明の目的は、低雑音で信頼性の高い酸化物半導体レーザ素子を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の酸化物半導体レーザ素子は、酸化物半導体を含む活性層と、この活性層に対して独立して形成された可飽和吸収領域とを備え、自励発振することを特徴としている。

上記構成の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記活性層が酸化物半導体を含むので、強い励起子結合エネルギーを利用して量子効率の極めて高い誘導放出光を得ることが出来、また、自励発振特性を有するので、雑音および消費電力を低く抑えることが出来る。

特に、上記活性層と独立した可飽和吸収領域を形成することにより、活性層と可飽和吸収領域とを各々最適に設計出来る。その結果、閾値増大を抑制出来ると共に、放射角を容易且つ好適に制御出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層、上記活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層および電極が順次積層され、上記活性層に供給する電流を狭窄する電流狭窄機構を備え、上記第１導電型クラッド層、上記活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層および電流狭窄機構はＺｎＯ系半導体を含む。

ここで、「少なくとも」と言う文言は、活性層の両側の光ガイド層、エッチングストップ層、平坦化層およびキャップ層などを設けてもよいということを意味している。

また、本明細書において、第１導電型とは、ｐ型またはｎ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がｐ型の場合はｎ型、ｎ型の場合はｐ型を意味する。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記ＺｎＯ系半導体は特に強い励起子発光が得られ、青色〜紫外域にバンドギャップを有する直接遷移型酸化物半導体である。また、上記ＺｎＯ系半導体はバンドギャップ制御されたヘテロ構造や量子井戸構造を作製することが出来、実用的なレベルでレーザ発振に要求される構造を作製することが可能である。すなわち、上記ＺｎＯ系半導体は低閾値電流で動作する短波長半導体レーザ素子材料として非常に適している。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記可飽和吸収領域は量子効果を奏するドット形状を有する、または、上記可飽和吸収領域は量子井戸層を含む、または、上記可飽和吸収領域は単一量子井戸層を含む。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収領域は、量子効果を奏するドット形状を有する、または、量子井戸層を含むことにより、微分吸収が大きくなって、吸収が飽和しやすくなる。特に、このような効果は、可飽和吸収領域が単一量子井戸層を含むことによって極めて高くなる。したがって、自励発振が生じやすく、且つ、高出力まで自励発振を維持することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記可飽和吸収領域は、光屈折率またはバンドギャップの異なる２層以上の層から成る多層構造を含む。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収領域が光屈折率またはバンドギャップの異なる２層以上の層から成る多層構造を含むことにより、可飽和吸収領域の光吸収量を微細に制御出来る。特に、上記可飽和吸収領域が可飽和吸収体として働く量子井戸層を含む場合、量子井戸層に接するように屈折率の低い層を形成することにより、この屈折率の低い層が光ガイド層として働き、可飽和吸収効果を更に向上させることが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記可飽和吸収領域は、任意の第１導電型半導体層および第２導電型半導体層のいずれとも接合面を有するように形成されている。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記任意の第１導電型半導体層および第２導電型半導体層のいずれとも接合面を有するように可飽和吸収領域を形成することにより、生成したキャリアがポテンシャルの高い層にブロックされながらポテンシャルの低い層に落ちて遠方に拡散する。その結果、上記可飽和吸収領域において吸収によって生じたキャリアを早く消滅して、高出力まで自励発振を維持することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記可飽和吸収領域は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の不純物がドーピングされている。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記可飽和吸収領域における不純物のドーピング濃度を１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上にすることにより、可飽和吸収領域で生じたキャリアは更に早く再結合して消滅する。その結果、更に高出力まで自励発振を維持することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層は、井戸層と障壁層との交互積層によって構成される量子井戸構造を含む。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記量子井戸構造を活性層が含むので、光学利得を増大させて発振閾値電流を低減出来る。

また、自励発振を効率よく起こすためには、微分吸収と微分利得とのバランスを好適に保つ必要があるが、活性層が量子井戸構造を含むことにより、微分吸収と微分利得とのバランスを容易に制御することが出来る。

ところで、酸化物半導体はキャリア（特に正孔）の有効質量が大きいので、高速変調に追随出来ず、実用的な光出力レベルで自励発振が弱くなり、戻り光雑音を回避出来なくなることがある。このような問題を防ぐには、注入キャリアが活性層内に均一に分布するようにし、高速変調下においても再結合を促進出来る必要がある。

そこで、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記井戸層の層厚を１〜８ｎｍの範囲内にする。これにより、上記井戸層の利得飽和を抑止し、且つ、井戸層内にキャリアを均一に分布させることが出来る。その結果、発振閾値電流を低減して良好な自励発振特性を得ることが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記障壁層の層厚は１〜８ｎｍの範囲内である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記障壁層の層厚が１〜８ｎｍの範囲内であるので、井戸層へキャリアを効率よく閉じ込めることが出来ると共に、井戸層内にキャリアを均一に分布させることが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記井戸層の数は１〜５の範囲内である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記井戸層の数が１〜５の範囲内であるから、活性層内にキャリアを均一に分布させることが出来ると共に、発振閾値電流が最も低くなるよう素子構造を最適化することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層は、上記井戸層の表面が引張応力を受けている歪量子井戸活性層である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記井戸層の表面内に引張応力を与えることにより、価電子帯のバンド構造が変化する。その結果、キャリアの有効質量が軽減されて、移動度を増大させることが出来る。したがって、高速変調下においてもキャリアの再結合が促進され、高出力まで自励発振を維持することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記井戸層はＺｎＣｄＯとＺｎＭｇＯとの少なくとも一方を含み、上記可飽和吸収領域はＣｄＺｎＯとＩｎＧａＮとの少なくとも一方を含む。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記井戸層はＺｎＣｄＯとＺｎＭｇＯとの少なくとも一方を含むので、自励発振を得るのに最適となるよう発振波長と微分利得を制御することが出来る。

また、上記可飽和吸収領域はＣｄＺｎＯとＩｎＧａＮとの少なくとも一方を含むので、バンドギャップが小さくなると共に、組成比の増大により偏析し局在しやすくなる。すなわち、良好な自励発振を得るのに有効な量子ドット形状の可飽和吸収領域を簡便に形成することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層と上記可飽和吸収領域との少なくとも一方は、ＺｎＳｅＯ、ＺｎＳＯおよびＺｎＴｅＯのうちの少なくとも１つの３元ＺｎＯ系混晶半導体を含む。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記３元ＺｎＯ系混晶半導体は、価電子帯の状態密度が小さく、ＺｎＯやＣｄＺｎＯに比べキャリアの有効質量が小さい。したがって、上記活性層と上記可飽和吸収領域との少なくとも一方が３元ＺｎＯ系混晶半導体を含むことにより、高速変調下においてもキャリアが追随しやすくなって、高出力まで自励発振を維持することが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層のレーザ発振波長と、上記可飽和吸収領域のバンドギャップに対応する波長との差が−２０〜＋２０ｎｍの範囲内にある。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記活性層のレーザ発振波長と、上記可飽和吸収領域のバンドギャップに対応する波長との差を−２０〜＋２０ｎｍの範囲内にすることにより、動作電流の増大を抑えて振幅の大きな自励発振出力を得ることが出来、戻り光雑音を効果的に抑止出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層の上記可飽和吸収領域側の端と、上記可飽和吸収領域の上記活性層側の端との間は、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層の可飽和吸収領域側の端と、可飽和吸収領域の上記活性層側の端との間において、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内であるので、可飽和吸収領域がレーザ光を効果的に吸収出来、動作電流増大を抑えて良好な自励発振出力を得ることが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子において、上記電流狭窄機構は、上記活性層の上記電極側の端を含む平面から、上記第２導電型コンタクト層の上記電極側の端を含む平面までの任意の領域、または、上記活性層の上記基板側の端を含む平面から、上記基板の上記活性層側の端を含む平面までの任意の領域に形成された電流ブロック層を含み、上記活性層の上記ブロック層側の端と、上記電流ブロック層の上記活性層側の端との間は、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層のブロック層側の端と、電流ブロック層の活性層側の端との間において、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内であるので、可飽和吸収領域がレーザ光を効果的に吸収出来、動作電流増大を抑えて良好な自励発振出力を得ることが出来る。

一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記活性層からのレーザ光を出射するレーザ光出射端面の光反射率は１０〜３０％の範囲内である。

上記実施形態の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記活性層へ過度の戻り光が入射した場合、光吸収による急激なキャリア対の生成が生じて自励発振が停止することがあるが、レーザ光出射端面の光反射率を１０〜３０％の範囲内であると、高出力まで戻り光に擾乱されず、自励発振を維持することが出来る。

以上より明らかなように、本発明の酸化物半導体レーザ素子は、活性層が酸化物半導体を含むので、強い励起子結合エネルギーを利用して量子効率の極めて高い誘導放出光を得ることが出来、また、自励発振特性を有するので、雑音および消費電力を低く抑えることが出来る。

また、上記可飽和吸収領域が活性層に対して独立しているので、閾値増大を抑制出来ると共に、放射角を容易且つ好適に制御出来る。

以下、本発明の酸化物半導体レーザ素子を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（実施形態１）
本実施形態１では、リッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。

図１に、本発明の実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図を示す。

上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子は、亜鉛面（０００１）を成長主面とするｎ型ＺｎＯ単結晶基板１０１上に、Ｇａ（ガリウム）ドーピング濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ０．５μｍのｎ型ＺｎＯバッファ層１０２、Ｇａドーピング濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ１．０μｍのｎ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏクラッド層１０３、Ｇａドーピング濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3で厚さ３０ｎｍのｎ型ＺｎＯ光ガイド層１０４、ノンドープ量子井戸活性層１０５、Ｎ（窒素）ドーピング濃度が５×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層１０６、Ｎドーピング濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ０．１μｍのｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層１０７、Ｍｇドーピング濃度が５×１０²⁰ｃｍ^-3で厚さ５ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８、Ｎドーピング濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ１．１μｍのｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層１０９、Ｎドーピング濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3で厚さ０．５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層１１０がこの順で積層されている。

本実施形態１では、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１０１が基板の一例に、ｎ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏクラッド層１０３が第１導電型クラッド層の一例に、量子井戸活性層１０５が活性層の一例に、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８が可飽和吸収領域の一例に、ｐ型ＺｎＯコンタクト層１１０が第２導電型コンタクト層の一例にそれぞれ相当している。また、上記ｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層１０７とｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層１０９とが、第２導電型クラッド層の一例を構成している。

上記量子井戸活性層１０５は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、厚さ６ｎｍのＣｄ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ井戸層とが交互に積層されて成っている。上記ＺｎＯ障壁層は２層ある一方、Ｃｄ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ井戸層は３層ある。

上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層１１０およびｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層１０９は、リッジストライプ状にエッチング加工されてリッジストライプ１１４を構成している。また、上記リッジストライプ１１４の幅Ｗ１は２μｍである。なお、上記リッジストライプ１１４のエッチング加工時、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８がエッチングストップ層として機能する。つまり、上記ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８が可飽和吸収層とエッチングストップ層の役割りを兼ね備えている。

上記リッジストライプ１１４の側面は、Ｇａが３×１０¹⁸ｃｍ^-3の濃度でドーピングされたｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層１１１によって埋め込まれている。つまり、上記ｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層１１１は、リッジストライプ１１４の両側に形成されている。

上記ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１０１の裏面にはｎ型オーミック電極１１２が形成し、ｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層１１１およびｐ型ＺｎＯコンタクト層１１０の上には、電極の一例としてのｐ型オーミック電極１１３が形成されている。なお、上記ｎ型オーミック電極１１２はＴｉで構成し、ｐ型オーミック電極１１３はＮｉで構成している。

本発明の酸化物半導体レーザ素子は、固体あるいは気体原料を用いたＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、レーザＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法などの結晶成長手法で作製することが出来るが、本実施形態１のＺｎＯ系半導体レーザ素子はレーザＭＢＥ法によって作製した。

上記保護膜は、厚さ７０ｎｍのＳｉＯ₂と厚さ６０ｎｍのＴｉＯ₂とを交互に積層した多層反射膜である。この多層反射膜の総厚は、光出射端面での光反射率が１５％、光反射端面での光反射率が９０％となるように調整した。このような光出射端面と光反射端面とによって、量子井戸活性層１０５からの光が共振増幅される。

本実施形態１の構造を作製後、リッジストライプに垂直なミラー端面に保護膜を真空蒸着した後、素子を共振器長３００μｍに分離した。

本実施形態１のＺｎＯ系半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４０５ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流が３５ｍＡ、光出力５ｍＷでの動作電圧が４Ｖであった。

また、上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子の出力波形を観察したところ、直流電圧を印加しているにもかかわらず図２のようなパルス状の自励発振出力が得られ、スペクトルは多モード発振であった。この多モード自励発振は、出力７ｍＷまで安定に得られた。

次に、上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子の雑音特性を調べるため、放射光を光ディスクで反射させ、反射光を半導体レーザ素子に戻してＲＩＮ（相対雑音強度）を測定した。光出力が１〜５ｍＷ、戻り光量が０．１〜１０％の範囲で、ＲＩＮは−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であった。したがって、上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子が光ディスク記録再生システム用光源として適した低雑音特性を有することがわかった。

図４に、可飽和吸収量ΔλとＲＩＮとの関係を示す。この可飽和吸収量Δλを以下の（式１）で定義する。
可飽和吸収量Δλ＝（半導体レーザ素子の発振波長）−（可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長） …（式１）
光ディスク記録再生システム用光源として好適なＲＩＮは−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下である。本実施形態１では、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８の組成および層厚を変化させて可飽和吸収層のバンドギャップを変化させることにより、可飽和吸収量Δλが−２０〜＋２０ｎｍの範囲内で、ＲＩＮを−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下にできる。

しかし、可飽和吸収量Δλが＋２０ｎｍより大きいと、可飽和吸収量が小なすぎて自励発振が弱くなり、戻り光雑音が増大する。一方、可飽和吸収量Δλが−２０ｎｍより小さいと、可飽和吸収量が多すぎて発振出力のゆらぎが顕著となり、動作電流と量子雑音が増大する。

以上の結果、良好な自励発振特性を得て雑音を回避するには、可飽和吸収量Δλが−２０〜＋２０ｎｍの範囲内となるよう可飽和吸収層の構造を調整すればよいことがわかった。

上記実施形態１では、リッジストライプ１１４の幅Ｗ１は、層厚方向において一定であったが、層厚方向に異なっていてもよい。また、上記リッジストライプ１１４の幅Ｗ１は、リッジストライプ１１４が延びる方向においても異なってもよい。

上記実施形態１では、ｐ型オーミック電極の活性層側の表面積は、活性層のｐ型オーミック電極側の表面積と同じにしていたが、活性層のｐ型オーミック電極側の表面積よりも小さくしてもよい。

また、井戸層の利得飽和を抑止し、且つ、井戸層内にキャリアを均一に分布させる観点上、井戸層の層厚は１〜８ｎｍの範囲内にするのが好ましい。

また、井戸層へキャリアを効率よく閉じ込める観点上、障壁層の層厚は１〜８ｎｍの範囲内にするの好ましい。

また、活性層内にキャリアを均一に分布させると共に、発振閾値電流の増大を防ぐ観点上、井戸層の数は１〜５の範囲内にするのが好ましい。

図５に、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８の不純物ドーピング濃度と、自励発振が得られる最大出力との関係を示す。

光ディスクシステムの信号再生に必要となる光出力はおよそ３ｍＷ以上であるが、上記不純物ドーピング濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の時に３ｍＷ以上の自励発振出力が得られている。この理由は、可飽和吸収領域で生じたキャリアがドーピング不純物に捕獲され再結合して消滅しやすくなったためと考えられる。よって、過飽和吸収層への不純物ドーピング濃度は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることが好ましい。

次に、比較例として、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ過飽和吸収層１０８を図６のようにｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層３０７中に形成した他は、本実施形態１と同様にしてＺｎＯ系半導体レーザ素子を作製した。つまり、比較例のＺｎＯ系半導体レーザ素子では、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ過飽和吸収層１０８を層厚方向の両側からｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層３０７で挟んでいる。このような比較例のＺｎＯ系半導体レーザ素子でも自励発振は得られたが、本実施形態１のＺｎＯ系半導体レーザ素子に比べてその自励発振の最大出力は低かった。具体的には、比較例のＺｎＯ系半導体レーザ素子において、自励発振の最大出力は５ｍＷであった。この理由は、過飽和吸収層がポテンシャルの高いｐ型第１クラッド層に挟まれているため、光吸収によって生じたキャリアが閉じ込められて消滅しにくく、自励発振を維持出来なくなったものと考えられる。

これに対して、本実施形態１のＺｎＯ系半導体レーザ素子では、過飽和吸収層はｎ型電流ブロック層１１１およびｐ型クラッド層１０７，１０９のいずれとも接合面を有するように形成されているので、生成したキャリアはポテンシャルの高いｐ型クラッド層にブロックされながらポテンシャルの低いｎ型電流ブロック層に拡散する。その結果、キャリアが早く消滅し、高出力まで自励発振を維持することが出来たものと考えられる。すなわち、可飽和吸収領域は、任意のｎ型半導体層およびｐ型半導体層のいずれとも接合面を有するように形成されていることが好ましい。

上記実施形態１において、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８の代わりに、図７に示すようなドット形状を有する可飽和吸収領域４０８を用いてもよい。但し、この可飽和吸収領域の径は量子効果を奏する範囲内とする。

また、上記実施形態１において、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８の代わりに、図８に示すような可飽和吸収領域５０８を用いてもよい。この可飽和吸収領域５０８は、Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ量子井戸層５０８ａとＧａＮ障壁層５０８ｂとを交互に積層して形成している。このような可飽和吸収領域５０８を用いる場合、井戸層の数が多くなると、井戸層の体積が増えて可飽和状態が起こりにくいので、自励発振が起こりにくくなる。逆に、井戸層の数が少ないほど自励発振が起こりやすくなる。したがって、量子井戸層を含む可飽和吸収領域を用いる場合は、量子井戸層の数を１つにするのが特に好ましい。つまり、本実施形態１において、単一量子井戸層を含む可飽和吸収領域を用いるのは特に好ましい。

また、上記実施形態１において、ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層１０８の代わりに、光屈折率またはバンドギャップの異なる２層以上の層から成る多層構造を含む可飽和吸収領域を用いてもよい。

また、上記実施形態１では、保護膜である多層反射膜は、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とで構成したが、異なる任意の金属酸化物を交互に積層して構成してもよいし、または、異なる任意の金属窒化物を交互に積層して構成してもよい。例えば、ＭｇＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₃Ｏ₃およびＧａ₃Ｏ₃などを多層反射膜の材料として用いることが出来る。

また、上記レーザ光出射端面の光反射率が高いと十分な光出力が得られず、逆に、レーザ光出射端面の光反射率が低いと、光ディスクなどで反射したレーザ光がＺｎＯ系半導体レーザ素子に大量に戻り、急激なキャリア対の生成が生じて自励発振を阻害してしまう。このため、上記レーザ光出射端面の光反射率は１０〜３０％の範囲内とすることが好ましい。

（実施形態２）
本実施形態２では、ＳＡＳ（自己整合）型ＺｎＯ系半導体レーザ素子に本発明を適用した例について説明する。

図３に、本発明の実施形態２のＳＡＳ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図を示す。

上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子は、亜鉛面を主面としたｎ型ＺｎＯ単結晶基板２０１上に、Ｇａドーピング濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ０．１μｍのＺｎＯバッファ層２０２、Ｇａドーピング濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ１．０μｍのｎ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏクラッド層２０３、Ｇａドーピング濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3で厚さ３０ｎｍのｎ型ＺｎＯ光ガイド層２０４、ノンドープ量子井戸活性層２０５、Ｎドーピング濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層２０６、Ｎドーピング濃度が５×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ０．１μｍのｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層２０７、Ｎドーピング濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ１０ｎｍのｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８、Ｇａドーピング濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3で厚さ１．０μｍのｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層２０９がこの順で積層されている。

本実施形態２では、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板２０１が基板の一例に、ｎ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏクラッド層２０３が第１導電型クラッド層の一例に、量子井戸活性層２０５が活性層の一例に、ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８が可飽和吸収領域の一例にそれぞれ相当している。

上記量子井戸活性層２０５は、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、厚さ６ｎｍのＣｄ_0.05Ｚｎ_0.95Ｏ戸層とが交互に積層されて成っている。上記ＺｎＯ障壁層は２層ある一方、Ｃｄ_0.05Ｚｎ_0.95Ｏ井戸層は３層ある。

上記ｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層２０９には、エッチングによってストライプ形状の溝２１４が形成されている。この溝２１４は、ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８の表面まで達している。つまり、上記溝２１４の底面は、ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８の表面の一部となっている。また、上記溝２１４において基板表面と平行な方向（図５の左右方向）の幅は、量子井戸活性層２０５に向って徐々に狭くなり、量子井戸活性層２０５に最も近い部分で１．８μｍとなっている。

また、上記ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８の表面の一部上、および、ｎ型Ｍｇ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ電流ブロック層２０９上には、Nドーピング濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ１．１μｍのｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層２１０を積層している。これにより、上記ｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層２１０の一部が溝２１４を埋めて、溝２１４内にチャネルストライプが形成される。このｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層２１０とｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第１クラッド層２０７とが、第２導電型クラッド層の一例を構成している。

また、上記ｐ型Ｍｇ_0.1Ｚｎ_0.9Ｏ第２クラッド層２１０上には、Nドーピング濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3で厚さ０．５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層２１１が形成されている。

また、上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層２１１上には、電極の一例としてのｐ型オーミック電極２１３が形成される一方、ｎ型ＺｎＯ基板２０１の下にはｎ型オーミック電極２１２が形成されている。なお、上記ｎ型オーミック電極２１２はＡｌで構成し、ｐ型オーミック電極２１３はＰｄで構成している。

本実施形態２の構造を作製後、リッジストライプに垂直なミラー端面に上記実施形態１と同様の保護膜を真空蒸着した後、素子を共振器長３００μｍに分離した。

本実施形態２のＺｎＯ系半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４０５ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流が３５ｍＡ、光出力５ｍＷでの動作電圧が４Vであった。

また、上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子の多モード自励発振は、出力１０ｍＷまで安定に得られた。

上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子のＲＩＮを実施形態１と同様にして測定したところ、光出力が１〜１０ｍＷ、戻り光量が０．１〜１０％の範囲内で、ＲＩＮは−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であった。したがって、上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子においても、良好な低雑音特性を有することがわかった。

（実施形態３）
図９に、本実施形態３のＳＡＳ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図を示す。また、図９において、図３に示した上記実施形態２の構成部と同一構成部は、図３における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。

本実施形態３のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層２０８の代わりに、可飽和吸収領域の一例としての過飽和吸収層６０８を用いた他は、上記実施形態２と同様にしてＳＡＳ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子を作製した。

上記過飽和吸収層６０８は、Ｎドーピング濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ５ｎｍのｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ光吸収層６０８ａと、Ｎドーピング濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3で厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層６０８ｂとの２層から成る積層構造を有している。

本実施形態３のＺｎＯ系半導体レーザ素子においても、上記実施形態２と同様にパルス状の自励発振出力が得られたが、自励発振最大出力は１６ｍＷまで向上した。

本実施形態３の可飽和吸収層６０８は、屈折率の小さなｐ型ＺｎＯ光ガイド層６０８ｂによってｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ光吸収層６０８ａに光を閉じ込め、効率よく可飽和吸収を生ぜしめる構造となっている。このため、本実施形態３は、上記実施形態２に比べて自励発振最大出力が向上したものと考えられる。

本実施形態３の可飽和吸収層において、光ガイド層を光吸収層に接して形成すれば、自励発振最大出力が向上する効果を得ることができる。したがって、上記光ガイド層は、光吸収層の基板側へ形成してもよく、また、光吸収層の両側に形成してもよい。つまり、ｐ型第１クラッド層と光吸収層との間に光ガイド層を形成してもよく、また、光吸収層を層厚方向の両側から挟むように光ガイド層を形成してもよい。この場合も、上記光ガイド層を光吸収層に接して形成するのは言うまでもない。

しかし、レーザ光が照射される活性層とこれを吸収する可飽和吸収領域が離れすぎていると、光ガイド層を設けても可飽和吸収効果は向上しない。また、上記活性層と可飽和吸収領域が近すぎても動作電流や量子雑音が増大し、放射角制御も困難となる。活性層の可飽和吸収領域側の端と、可飽和吸収領域の活性層側の端との間は、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内であることが好ましい。

（実施形態４）
図１０に、本実施形態４のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図を示す。また、図１０において、図１に示した上記実施形態１の構成部と同一構成部は、図１における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。

上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子は、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板１０１、ｎ型ＺｎＯバッファ層１０２およびｎ型オーミック電極１１２の代わりに、サファイア基板７０１、ｎ型ＺｎＯバッファ層７０２およびｎ型オーミック電極７１２を用いた他は、上記実施形態１と同様に作製した。

上記サファイ基板７０１は、サファイア（０００１）面を成長主面としている。また、上記サファイア基板７０１は絶縁体であるため、サファイア基板７０１にオーミック電極を直接形成することが出来ない。したがって、成長層の一部をエッチングしてｎ型ＺｎＯバッファ層７０２の一部を露出させ、その一部上にｎ型オーミック電極７１２を形成している。

本実施形態４のＺｎＯ系半導体レーザ素子においても、上記実施形態１と同様にパルス状の自励発振出力が得られ、自励発振最大出力は１２ｍＷまで向上できた。

本実施形態４で用いたサファイア基板７０１はＺｎＯに対して面内格子定数が１８％大きいので、サファイア基板７０１上に成長したＺｎＯ系半導体層は面内で引張応力を受ける。このため、量子井戸活性層１０５は歪みを内在し、バンド構造が変化して正孔の有効質量が軽減する。このことにより、自励発振周波数の増大する高出力においてもキャリアが追随し、自励発振を維持することが出来たものと考えられる。

活性層表面に引張応力を与えるには、ＺｎＯ系半導体をエピタキシャル成長出来、かつ、面内格子定数がＺｎＯ系半導体より大きな基板を用いればよい。このような基板には、サファイア（０００１）面を成長主面とする基板の他に、ＮａＡｌＯ₂またはＮａＧａＯ₂から成る基板や、Ｓｉ（１１１）面を成長主面とする基板を用いることが出来る。また、上記実施形態１と同様にＺｎＯ単結晶基板を用い、ＺｎＯ系半導体と同じ結晶構造であってＺｎＯ系半導体よりも大きな面内格子定数を有するＩｎＧａＮでバッファ層を形成して、このバッファ層上にＺｎＯ系半導体をエピタキシャル成長してもよい。また、上記量子井戸活性層１０５を構成する障壁層に、ＺｎＯ系半導体と同じ結晶構造であってＺｎＯ系半導体よりも大きな面内格子定数を有する材料を用いても、井戸層に引張応力を与えることが出来る。

（実施形態５）
本実施形態５では、量子井戸活性層１０５を、厚さ５ｎｍのＺｎＯ障壁層と、厚さ６ｎｍのＺｎ_0.9Ｓｅ_0.1Ｏ井戸層とを交互に積層させて構成した他は、上記実施形態１と同様にしてＺｎＯ系半導体レーザ素子を作製した。なお、上記ＺｎＯ障壁層は２層ある一方、Ｚｎ_0.9Ｓｅ_0.1Ｏ井戸層は３層ある。

本実施形態５のＺｎＯ系半導体レーザ素子においても、上記実施形態１と同様にパルス状の自励発振出力が得られ、自励発振最大出力は１２ｍＷまで向上できた。

本実施形態５において用いたＺｎＳｅＯ井戸層は、価電子帯の状態密度が小さく、ＺｎＯやＣｄＺｎＯに比べキャリアの有効質量が小さい。したがって、高速変調下においてもキャリアが追随しやすくなって、高出力まで自励発振を維持出来たものと考えられる。

高出力まで自励発振を維持出来きる活性層の材料には、ＺｎＳｅＯの他、ＺｎＳＯおよびＺｎＴｅＯの３元II−VI族混晶半導体を用いることが出来る。但し、これら３元II−VI族混晶半導体は、Ｓｅ、ＳおよびＴｅの組成比が大きくなると、長波長化と結晶性劣化が顕著となるため、ＺｎＳｅＯにおいてはＳｅ組成比は１３％以下、ＺｎＳＯにおいてはＳ組成比が１３％以下、ＺｎＴｅＯにおいてはＴｅ組成比が３％以下であることが好ましい。

上記実施形態１〜５の構成を適宜組み合せて、ＺｎＯ系半導体レーザ素子を作製してもよい。

上記実施形態１〜５において、電流ブロック層は、活性層のｐ型オーミック電極側の端を含む平面から、ｐ型コンタクト層のｐ型オーミック電極側の端を含む平面までの任意の領域、または、活性層の基板側の端を含む平面から、基板の活性層側の端を含む平面までの任意の領域に形成してもよい。

また、本発明において、ｐ型コンタクト層は、電流ブロック層上面にかかるように形成されていてもよい。

上記実施形態１〜５では、電流狭窄機構は、電流ブロック層で形成したが、電流ブロック層の他に、図１１に示す電極ストライプ構造や、図１２に示すリッジストライプのみからなる電流狭窄機構などを含んでもよい。

図１１のＺｎＯ系半導体レーザ素子では、可飽和吸収層を形成するまでは上記実施形態１と同様に作製し、ｐ型第２クラッド層以降に形成する層は上記実施形態１と異なるように作製している。つまり、図１１のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、リッジストライプ形状を有さない平板形状のｐ型ＭｇＺｎＯ第２クラッド層８０９，ｐ型ＺｎＯコンタクト層８１０を備えている。そして、上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層８１０上には、ストライプ形状の溝を有するＳｉＯ₂絶縁体膜８１４を形成した後、その溝を埋めるようにストライプ形状のｐ型オーミック電極８１３を形成している。

図１２のＺｎＯ系半導体レーザ素子も、可飽和吸収層を形成するまでは上記実施形態１と同様に作製し、ｐ型第２クラッド層以降に形成する層は上記実施形態１と異なるように作製している。つまり、図１２のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、リッジストライプ形状を有するｐ型ＭｇＺｎＯ第２クラッド層９０９，ｐ型ＺｎＯコンタクト層９１０を備えている。そして、上記ｐ型ＭｇＺｎＯ第２クラッド層９０９の上面と、ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層９０９の上部の側面と、ｐ型ＺｎＯコンタクト層９１０の側面とをＳｉ₂絶縁膜９１４で覆っている。また、上記ｐ型ＺｎＯコンタクト層９１０には、ストライプ形状のｐ型オーミック電極９１３を形成している。

上記実施形態１〜５において、ＺｎＣｄＯとＺｎＭｇＯとの少なくとも一方を含む井戸層を活性層を形成するために用いてもよい。

上記実施形態１〜５において、ＣｄＺｎＯとＩｎＧａＮとの少なくとも一方を含む可飽和吸収領域を用いてもよい。

上記実施形態１〜５では、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層をこの順で積層していたが、ｐ型クラッド層、活性層、ｎ型クラッド層、ｎ型コンタクト層をこの順で積層してもよい。つまり、上記実施形態１〜５において、各層の導電型を逆にしてもよい。

なお、本発明の酸化物半導体レーザ素子が備える層の材料が、上記実施形態１〜５に限定されないのは言うまでもない。

また、本発明の酸化物半導体レーザ素子は低雑音であるから、例えば高密度光記録に好適に用いることができる。

また、本発明は、ダブルへテロ構造の半導体レーザに適用できるのは勿論のこと、シングルへテロ構造の半導体レーザにも適用することが出来る。

図１は本発明の実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。 図２は上記ＺｎＯ系半導体レーザ素子の自励発振出力波形を示す図である。 図３は本発明の実施形態２のＳＡＳ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。 図４は上記実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の可飽和吸収量ΔλとＲＩＮとの関係を示す図である。 図５は、上記実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子のＩｎＧａＮ可飽和吸収層の不純物ドーピング濃度と、自励発振最大出力との関係を示す図である。 図６は上記実施形態１に対する比較例の半導体レーザ素子の模式断面図である。 図７は上記実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の変形例の模式断面図である。 図８は上記実施形態１のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の変形例の模式断面図である。 図９は本発明の実施形態３のＳＡＳ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。 図１０は本発明の実施形態４のリッジストライプ型ＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。 図１１は本発明の他の実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。 図１２は本発明の他の実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の模式断面図である。

符号の説明

１０５，２０５ 量子井戸活性層
１０８ 可飽和吸収層
１０８ ｐ型Ｉｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ可飽和吸収層
２０８ ｐ型Ｃｄ_0.2Ｚｎ_0.8Ｏ可飽和吸収層
４０８，５０８ 可飽和吸収領域
６０８ 過飽和吸収層

Claims (18)

1. 酸化物半導体を含む活性層と、この活性層に対して独立して形成された可飽和吸収領域とを備え、自励発振することを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
2. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層、上記活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層および電極が順次積層され、
   上記活性層に供給する電流を狭窄する電流狭窄機構を備え、
   上記第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層および電流狭窄機構はＺｎＯ系半導体を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
3. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は、量子効果を奏するドット形状を有することを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
4. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は量子井戸層を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
5. 請求項４に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は単一量子井戸層を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
6. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は、光屈折率またはバンドギャップの異なる２層以上の層から成る多層構造を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
7. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は、任意の第１導電型半導体層および第２導電型半導体層のいずれとも接合面を有するように形成されていることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
8. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記可飽和吸収領域は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の不純物がドーピングされていることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
9. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
   上記活性層は、井戸層と障壁層との交互積層によって構成される量子井戸構造を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
10. 請求項９に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記井戸層の層厚は１〜８ｎｍの範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
11. 請求項９に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記障壁層の層厚は１〜８ｎｍの範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
12. 請求項９に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記井戸層の数は１〜５の範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
13. 請求項９に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記活性層は、上記井戸層の表面が引張応力を受けている歪量子井戸活性層であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
14. 請求項９に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記井戸層はＺｎＣｄＯとＺｎＭｇＯとの少なくとも一方を含み、
    上記可飽和吸収領域はＣｄＺｎＯとＩｎＧａＮとの少なくとも一方を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
15. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記活性層と上記可飽和吸収領域との少なくとも一方は、ＺｎＳｅＯ、ＺｎＳＯおよびＺｎＴｅＯのうちの少なくとも１つの３元ＺｎＯ系混晶半導体を含むことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
16. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記活性層のレーザ発振波長と、上記可飽和吸収領域のバンドギャップに対応する波長との差は、−２０〜＋２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
17. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記活性層の上記可飽和吸収領域側の端と、上記可飽和吸収領域の上記活性層側の端との間は、層厚方向に平行な距離が１０ｎｍ〜０．１μｍの範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
18. 請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
    上記活性層からのレーザ光を出射するレーザ光出射端面の光反射率は１０〜３０％の範囲内であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。

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