JP2006269921A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温で良好な自励発振を起こし、かつ、戻り光ノイズが小さい半導体レーザ装置を提供すること。
【解決手段】 クラッド層に、可飽和吸収層８３を形成する。また、活性層８１と可飽和吸収層８３との間に、ポテンシャル井戸構造を有するキャリアトラップ層８２を形成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ディスク信号の読み出しに用いられれば好適な半導体レーザ装置に関する。

半導体レーザ装置を、光ディスク信号の読み取りに用いた場合においては、読み取り時の戻り光によって光出力が変動して誘起される雑音が特に大きくなるので、低雑音特性に対する要求が高い。

従来、この戻り光に対する雑音特性を改善した半導体レーザ装置としては、半導体レーザ装置の可干渉性を低下させて、戻り光に対する影響を受けにくくした自励発振型半導体レーザ装置がある。

図９Ａは、従来の赤色自励発振型半導体レーザ装置の模式的断面図である。また、図９Ｂは、その赤色自励発振型半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。

図９Ａに示すように、この赤色自励発振型半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板９１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９２、ＭＱＷ活性層９３、ｐ型第１クラッド層９４ａ、ｐ型ＧａＩｎＰ可飽和吸収層９７、ｐ型第２クラッド層９４ｂ、ｐ型中間層９５、ｐ型キャップ層９６が順次積層されている。また、リッジストライプ内への電流狭窄のため、リッジストライプの側方にｎ型ＧａＡｓブロック層９８が形成されている。また、図９Ｂのバンドプロファイルに示すように、ｐ型ＧａＩｎＰ可飽和吸収層９７におけるキャリアのポテンシャルエネルギーは、隣接するｐ型第１クラッド層９４ａおよびｐ型第２クラッド層９４ｂのキャリアのポテンシャルエネルギーよりも低くなっている。このため、活性層９３からあふれたオーバーフローキャリアは、ｐ型ＧａＩｎＰ可飽和吸収層９７に入りこむようになっている。

ここで、図９Ａに示した従来例の赤色自励発振レーザには、ＡｌＧａＩｎＰ結晶が用いられているが、ＡｌＧａＩｎＰ結晶を用いた赤色自励発振レーザは、以下に示す二つの理由によって、ＡｌＧａＡｓ結晶を用いた近赤外自励発振レーザよりも高温で自励発振を起こしにくいという問題がある。

一つ目の理由は、可飽和吸収を構成するＧａＩｎＰとＧａＡｓとを比較すると、ＧａＩｎＰの方が吸収飽和しにくいという理由である。可飽和吸収層にたくさんのキャリアが貯まらないと吸収飽和が起こらないので、ＡｌＧａＩｎＰ結晶を用いた赤色自励発振レーザは、ＡｌＧａＡｓ結晶を用いた近赤外自励発振レーザよりも高温で自励発振を起こしにくくなるのである。

また、二つ目の理由は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ装置と比べて、活性層とクラッド層の間のバンド障壁が低くて、活性層のキャリアがオーバーフローし易いという理由である。このことから、ＡｌＧａＩｎＰ結晶を用いた赤色自励発振レーザは、ＡｌＧａＡｓ結晶を用いた近赤外自励発振レーザよりも温度特性が悪くなるので、高温で自励発振を起こしにくくなるのである。ここで、高温での良好な自発発振を妨げる要因としては、特に、後者のキャリアオーバーフローに起因する要因が大きいことが分かっている。

図１０は、上記キャリアオーバーフローに起因する問題の理解を容易にするために作製した模式図である。

従来の半導体レーザ装置では、高温で活性層１０３からオーバーフローした図１０に１０１で示すキャリアは、図１０に示すように、可飽和吸収層１０７へ流れ込むようになっている。このことにより、特に、高温での動作においては、活性層１０３内のキャリアがオーバーフローしてクラッド層１０５へ流れ出し、可飽和吸収層１０７へ入り込むことにより、可飽和吸収層１０７の光吸収量が減少することになる。

したがって、レーザ光の励起でのキャリアがあるときと、なくなったときとでの吸収量の差が過度に小さくなって自励発振が起こらないという問題がある。または、レーザ光がオフの状態での可飽和吸収層の吸収量が元々小さくなってしまって、自励振動に十分な光の吸収量の増減幅が小さくなって、良好な自励振動を起こすことができないという問題がある。
特開２０００−２１６５０１号公報

そこで、本発明の課題は、高温で良好な自励発振を起こし、かつ、戻り光ノイズが小さい半導体レーザ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、
半導体基板上に、少なくとも、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順次設け、
上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方は、可飽和吸収層を含み、
上記可飽和吸収層と上記活性層との間に、キャリアをトラップするキャリアトラップ層が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、上記可飽和吸収層と上記活性層との間に、キャリアをトラップするキャリアトラップ層を形成したので、上記活性層からオーバーフローしたキャリアが上記可飽和吸収層へ入り込む前にそのキャリアを上記キャリアトラップ層にトラップ（閉じ込める）することができて、上記可飽和吸収層に流れ込むオーバーフローキャリアの量を抑制できる。したがって、レーザ光がオフの状態における可飽和吸収層のキャリア吸収量を増大させることができるので、可飽和吸収層のキャリア吸収量の増減幅を大きくすることができて、低雑音を実現できると共に、高温における良好な自励振動を実現できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、上記第２クラッド層内のみに存在する。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、上記第１クラッド層内のみに存在する。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、上記第１クラッド層内と上記第２クラッド層内の両方に存在する。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記第２クラッド層の一部が、凸状のリッジストライプ構造の一部である。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、少なくとも上記第２クラッド層内に存在し、上記可飽和吸収層の上記半導体基板側と反対側の表面上に凸状のリッジストライプ構造が形成されている。

上記実施形態によれば、上記可飽和吸収層の上記半導体基板側と反対側の表面上に凸状のリッジストライプ構造が形成されているので、所定の領域に正確に電流を流すことができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層の上記半導体基板側の表面および上記可飽和吸収層の上記半導体基板側と反対側の表面のうちの少なくとも一方は、凹面である。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層は、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度は、上記キャリアトラップ層の上記活性層側の表面に接触している層のキャリア濃度よりも高いと共に、上記キャリアトラップ層の上記可飽和吸収層側の表面に接触している層のキャリア濃度よりも高い。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度が、このキャリアトラップ層に接触している層のキャリア濃度よりも高いので、上記キャリアトラップ層で、上記活性層からオーバーフローしたキャリアの寿命を短くできて、すみやかにキャリアを消滅させることができる。したがって、高温でも良好な自励振動を実現できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、上記キャリアトラップ層の厚さが、１０ｎｍ以上であり、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離が、１０ｎｍ以上である。

本発明者は、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度と、結晶のキャリア寿命との関係を調べた。そして、キャリアトラップ層のキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である場合は、キャリアトラップ層のキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3より小さい場合と比較して、キャリア寿命が急激に減少することを発見した。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるので、結晶のキャリア寿命を格段に短くできる。また、上記キャリアトラップ層の厚さが、１０ｎｍ以上であるので、キャリアトラップ層を通過して可飽和吸収層に向かうオーバーフローキャリアの量を抑制できる。また、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離が、１０ｎｍ以上であるので、キャリアトラップ層を通過したオーバーフローキャリアが、上記キャリアトラップ層に到達するのを抑制できる。したがって、オーバーフローキャリアが可飽和吸収層に入り込むのを確実に防止できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層が、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、上記キャリアトラップ層には、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされている。

本発明者は、ｐ型不純物ドーパントまたはｎ型不純物ドーパントのいずれか一方のみがドープされている場合、このいずれか一方のドーパントが拡散して、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）を引き起こすということを発見した。また、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされている場合、活性層からオーバーフローしたキャリアを、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされている層でトラップでき、かつ、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）が起こることがないということを発見した。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層には、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされているので、上記キャリアトラップ層で、活性層からオーバーフローしたキャリアを効率的にトラップでき、かつ、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）の発生を確実に防止できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層の上記ｐ型不純物ドーパントのキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であると共に、上記キャリアトラップ層の上記ｎ型不純物ドーパントのキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、上記キャリアトラップ層の厚さが、１０ｎｍ以上であり、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離が、１０ｎｍ以上である。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層のｐ型不純物ドーパントのキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であると共に、上記キャリアトラップ層のｎ型不純物ドーパントのキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるので、ｐ型不純物ドーパントのキャリア濃度およびｎ型不純物ドーパントのキャリア濃度のうちの少なくとも一方が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも小さい場合と比較して結晶のキャリア寿命を短くできる。また、上記キャリアトラップ層の厚さが、１０ｎｍ以上であるので、キャリアトラップ層を通過するオーバーフローキャリアの量を低減できる。また、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離が、１０ｎｍ以上であるので、キャリアトラップ層を通過したオーバーフローキャリアが上記可飽和吸収層に到達するのを確実に抑制できる。したがって、それらの相乗効果によって高温における良好な自励発振を実現できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層が、発光しない非発光領域を有する。

本発明者は、キャリアトラップ層に、発光しない非発光領域を形成すれば、この非発光領域でオーバーキャリアを効率的にトラップできて、キャリア寿命を更に短縮できることを見いだした。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層が、発光しない非発光領域を有するので、キャリア寿命を更に低減できて、可飽和吸収層のキャリア吸収量の増減幅を更に大きくすることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層が、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、上記キャリアトラップ層のバンドギャップが、上記キャリアトラップ層の上記活性層側の表面に接触している層のバンドキャップよりも小さいと共に、上記キャリアトラップ層の上記可飽和吸収層側の表面に接触している層のバンドギャップよりも小さい。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層のバンドギャップが、上記キャリアトラップ層の上記活性層側の表面に接触している層のバンドキャップよりも小さいと共に、上記キャリアトラップ層の上記可飽和吸収層側の表面に接触している層のバンドギャップよりも小さいので、上記キャリアトラップ層でオーバーフローキャリアを確実にトラップすることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層の厚さが、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層の距離が、１０ｎｍ以上である。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層の厚さが、６ｎｍ以上であるので、オーバーフローキャリアを確実にトラップすることができる。また、上記キャリアトラップ層の厚さが、１５０ｎｍ以下であるので、半導体レーザ装置のサイズが大きくなることがない。また、上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層の距離が、１０ｎｍ以上であるので、上記キャリアトラップ層を越えたオーバーフローキャリアが、上記可飽和吸収層に入りこむのを効率的に抑制できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層のキャリア濃度が、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層によってオーバーフローキャリアのキャリア寿命を効率よく低減できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層には、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントとの両方がドープされている。

上記実施形態によれば、活性層からオーバーフローしたキャリアをキャリアトラップ層で確実にトラップでき、かつ、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）の発生も確実に防止できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層が、レーザ発振光を吸収しない。

上記実施形態によれば、上記キャリアトラップ層が、レーザ発振光を吸収しないので、レーザ光の出力強度を大きくすることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層の結晶組成が、上記可飽和吸収層の結晶組成と同一であり、かつ、上記キャリアトラップ層の厚さが、上記可飽和吸収層の厚さよりも薄い。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、複数の層からなり、上記複数の層のうちで最も厚さが薄い層は、上記活性層に最も近い層である。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記可飽和吸収層が、複数の層からなり、上記可飽和吸収層において、上記複数の層のうちで上記活性層に最も近い層のみにｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされている。

また、一実施形態の半導体レーザ装置は、上記キャリアトラップ層の上記半導体基板側の表面と、上記キャリアトラップ層の上記半導体基板側と反対側の表面とのうちの少なくとも一方は、凹面である。

本発明の半導体レーザ装置によれば、可飽和吸収層と活性層との間に、キャリアをトラップするキャリアトラップ層を形成したので、上記活性層からオーバーフローしたキャリアを上記キャリアトラップ層にトラップ（閉じ込める）することができて、上記可飽和吸収層に流れ込むオーバーフローキャリアの量を抑制できる。したがって、レーザ光がオフの状態における可飽和吸収層のキャリア吸収量を増大させることができるので、可飽和吸収層のキャリア吸収量の増減幅を大きくすることができて、高温における良好な自励振動を実現できる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置によれば、クラッド層の一部でキャリア濃度を大きくしているので、このキャリア濃度を大きな部分でオーバーフローキャリアのキャリア寿命を下げることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置によれば、クラッド層の一部に、ｐ型およびｎ型不純物ドーパントの両方がドープされた層が存在するので、キャリア濃度を増大させることができて、キャリア寿命を下げることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置によれば、結晶成長において、クラッド層の途中において成長中断等を行うことによって、キャリアトラップ層に、非発光領域を形成しているので、より効果的にオーバーフローキャリアをトラップすることができる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置によれば、クラッド層の一部に井戸状のキャリアトラップ層を設けているので、この井戸状のキャリアトラップ層で、より効果的にオーバーフローキャリアをトラップできる。

また、一実施形態の半導体レーザ装置によれば、２層以上で形成した可飽和吸収層の活性層に近い第１層をキャリアトラップ層とするので、オーバーフローキャリアが可飽和吸収層に入り込むのを効率的に抑制できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

尚、以下の実施形態の半導体レーザ装置は、全てＡｌＧａＩｎＰ系赤色自励発振レーザ装置であるが、本発明の結晶材料はＡｌＧａＩｎＰ系に限られるものではなく、本発明の半導体レーザ装置が、ＡｌＧａＡｓ系近赤外レーザ装置、ＧａＮ系半導体レーザ装置、または、ＺｎＳｅ系青色レーザ装置等のＡｌＧａＩｎＰ系赤色自励発振レーザ装置以外の半導体レーザ装置であっても良いことは勿論である。

また、結晶成長の方法が、以下の実施形態で使用されているＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）に限られないことも勿論であり、結晶成長の方法として、例えば、ＭＯＣＶＤ法（化学気相成長法）等のＭＢＥ法以外の方法が採用されても良いことも勿論である。

（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置の模式断面図である。

図１Ａに示すように、この半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層６が順次形成されている。

上記ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。上記第１クラッド層２中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３から間隔１００ｎｍ離れてｎ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ１２ｎｍ）７を設けている。

また、上記活性層３と可飽和吸収層７の間のクラッド層２中には、Ｓｉのキャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3と大きく設定されたキャリアトラップ層１１１（活性層３との間隔２０ｎｍ、厚さ５０ｎｍ）が設けられている。キャリア濃度を大きくすると結晶のキャリア寿命が短くなる。上記キャリアトラップ層１１１を設けることにより、活性層からオーバーフローしたキャリアをこのキャリアトラップ層１１１でトラップすることができ（このキャリアトラップ層１１１に収容することができ）、短いキャリア寿命ですみやかにキャリアを消滅させることができる。したがって、活性層３からオーバーフローしたキャリアが、可飽和吸収層７へ流れ込むのを抑制することができる。

上記第２クラッド層４は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。そして、第２クラッド層４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層８が形成されている。この埋め込み層８とｐコンタクト層６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極９が設けられている。また、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極１０が設けられている。

図１Ｂは、上記キャリアトラップ層１１１およびその近傍のＳｉ濃度を示す図である。

図１Ｂに示すように、キャリアトラップ層１１１のＳｉのキャリア濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3に設定されている一方、キャリアトラップ層１１１に隣接する第１クラッド層２のＳｉのキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3に設定されている。このように、キャリア濃度が大きな部分でもってキャリアトラップ層１１１を形成すると、キャリアトラップ層１１１でオーバーフローキャリアのキャリア寿命を下げることができる。

第１実施形態の半導体レーザ装置のように、キャリアトラップ層１１１のキャリア濃度を、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定し、かつ、キャリアトラップ層１１１の厚さを、１０ｎｍ以上に設定し、かつ、キャリアトラップ層１１１と可飽和吸収層７との距離を、１０ｎｍ以上に設定すると、これらの設定の相乗効果によって、良好な自励発振を実現できる温度を従来と比較して格段に高くすることができる。

以下に、上記構成の半導体レーザ装置を製造する半導体レーザ装置の製造方法の一例を説明する。

先ず、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法を用いて、基板１上に、ｎ型第１クラッド層２（可飽和吸収層７およびキャリアトラップ層１１１を含む）、活性層３、ｐ型第２クラッド層４、ｐ型中間層５、ｐ型コンタクト層６を順次成長させる。

次に、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いて、ｐ型コンタクト層６、ｐ型中間層５およびｐ型第２クラッド層４を選択的に除去して、ｐ型コンタクト層６、ｐ型中間層５およびｐ型第２クラッド層４にまたがるストライプ状リッジ構造を作成する。

続いて、ＭＢＥ法によって、ストライプ状リッジ構造の側方に、ｎ−ＧａＡｓ層８を順次成長（再成長）させる。最後に、リッジ部分の上部に成長した不要層を選択的にエッチングで除去した後、ｐ側電極９およびｎ側電極１０を形成する。

上記可飽和吸収層７は、レーザ光を吸収して励起キャリアを生成するようなバンドギャップを有するように設定されている。この可飽和吸収層７が、レーザ光を吸収してキャリアを生成し、生成されたキャリアで吸収飽和が生じる事によって自励振動が起こるようになっている。

上記第１実施形態によれば、上記キャリアトラップ層１１１を作成することによって、このキャリアトラップ層１１１で活性層３からのオーバーフローキャリアをトラップできるので、レーザ光がオフとなったときの可飽和吸収層７のキャリア吸収量を増大させることができる。したがって、可飽和吸収層７のキャリアの吸収量の増減幅を大きくすることができて、レーザ光の吸収によって減少していた可飽和吸収層７のキャリアの吸収量が、レーザ光がオフとなったときに再び元の吸収量にもどることで発生する自励振動を、効率が良いものにすることができる。そして、安定に自励発振動作を行うことができる温度を、７０℃まで格段に上昇させることができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。

この半導体レーザ装置は、図２に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層２２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層２４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層２５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。第２クラッド層２４中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層２３から間隔１００ｎｍ離れてｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ１２ｎｍ）２７が設けられている。

上記活性層２３と可飽和吸収層２７の間の第２クラッド層２４中には、ｎ型不純物ドーパントの一例としてのＳｉ（キャリア濃度 ５×１０¹⁹ｃｍ^-3）およびｐ型不純物ドーパントの一例としてのＢｅ（キャリア濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3）の両方がドープされたキャリアトラップ層２１１（活性層との間隔２０ｎｍ、厚さ５０ｎｍ）が設けられている。

図２に示すように、上記第２クラッド層２４の一部は、凸状のリッジストライプ構造の一部になっている。すなわち、上記第２クラッド層２４は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。第２クラッド層２４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層２８が形成されている。

上記埋め込み層２８とｐコンタクト層２６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極２９が設けられ、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極２０が設けられている。

上記第１実施形態では、キャリア濃度が大きく設定された図１Ａに１１１で示す層をオーバーフローキャリアのトラップとして作成して、オーバーフローキャリアを上記キャリアトラップ層１１１に収容することで、結晶のキャリア寿命を短くした。しかしながら、pクラッド層中に可飽和吸収層を設ける場合、ｐ型不純物Ｂｅを多くドープすると、これが拡散して、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）を引き起こす。

しかしながら、第２実施形態のように、たとえpクラッド層２４に可飽和吸収層２７を設ける場合であっても、Ｂｅに加えてＳｉがドープされた不純物濃度が高いキャリアトラップ層２１１を作成すると、オーバーフローしたキャリアを、このキャリアトラップ層２１１で効率よくトラップすることができて、結晶のキャリア寿命を短くすることができると共に、しきい値上昇などの良くない効果（悪影響）が起こることもない。そして、可飽和吸収層２７へ流れ込むオーバーフローキャリアの量を効率よく抑制できる。

上記第２実施形態のように、キャリアトラップ層２１１のｐ型不純物ドーパントのキャリア濃度を、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定すると共に、キャリアトラップ層２１１のｎ型不純物ドーパントのキャリア濃度を、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定し、かつ、キャリアトラップ層２１１の厚さを、１０ｎｍ以上に設定し、かつ、キャリアトラップ層２１１と可飽和吸収層２７との距離を、１０ｎｍ以上に設定すると、これらの設定の相乗効果によって、良好な自励発振を実現できる温度を従来と比較して格段に高くすることができる。

尚、上記第１実施形態では、可飽和吸収層７は、第１クラッド層２内のみに存在し、上記第２実施形態では、可飽和吸収層２７は、第２クラッド層２４内のみに存在していたが、この発明では、可飽和吸収層が、第１クラッド層と第２クラッド層の両方に存在していても良いことは、勿論である。

（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。

この半導体レーザ装置は、図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層３２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層３４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層３５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。第２クラッド層３４中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３３から間隔１００ｎｍ離れてｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ１２ｎｍ）３７が設けられている。

また、上記活性層３３と可飽和吸収層３７の間の第２クラッド層３４の途中には、ＳｉとＢｅを同時にドープしたキャリアトラップ層３１１（活性層との間隔２０ｎｍ、厚さ５０ｎｍ）が設けられている。このキャリアトラップ層３１１には、そのキャリアトラップ層３１１の厚さ方向と垂直な方向に広がる、基板３１の表面と略平行な非発光領域である非発光センター３１３が形成されている。

この非発光センター３１３は、キャリアトラップ層３１１の結晶成長中に１分間の成長中断を行うことで形成されている。すなわち、上記非発光センター３１３は、結晶成長中に短い成長中断を行うことで、成長再開時の界面に形成されている。

上記第２クラッド層３４は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。第２クラッド層３４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層３８が形成されている。上記埋め込み層３８とｐコンタクト層３６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極３９が設けられ、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極３０が設けられている。

上記第３実施形態では、上記活性層３３と可飽和吸収層３７の間の第２クラッド層３４の途中に、ＳｉとＢｅを同時にドープしたキャリアトラップ層３１１を設け、更に、このキャリアトラップ層３１１に非発光センター３１３を形成している。このように、ＳｉとＢｅを同時にドープしたキャリアトラップ層３１１に非発光領域を設けると、キャリア寿命を格段に小さくすることができて、非発光センター３１３が形成されなかった第２実施形態の半導体レーザ装置と比較して、より効果的にオーバーフローキャリアをトラップすることができる。

（第４実施形態）
図４Ａは、本発明の第４実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。

図４Ａに示すように、この半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板４１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層４２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層４４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層４５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。第２クラッド層４４中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４３から間隔１００ｎｍ離れてｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ９ｎｍ）４７aが設けられている。また、可飽和吸収層４７aの活性層４３側には、これと隣接して p-（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層４７ｂ(厚さ５０ｎｍ)が設けられ、可飽和吸収層４７aへの光分布が大きくなるようにしている。

上記第２クラッド層４４は、凸状のリッジストライプ構造（ストライプ状のリッジ部分）を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。

上記リッジストライプ構造は、可飽和吸収層４７aの基板４１側と反対側の表面に形成されている。上記可飽和吸収層４７aは、リッジストライプ形成時のエッチングストップ層となっている。このことにより、リッジ形状を精度良く形成できる。上記ｐ−クラッド層４４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層４８が形成されている。埋め込み層４８とｐコンタクト層４６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極４９が設けられ、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極４０が設けられている。

また、活性層４３と可飽和吸収層４７aの間のクラッド層４４の途中には、レーザ光を吸収しないようなバンドギャップに設定されたp-（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）ＩｎＰ（Ｂｅ濃度２×１０¹⁹ｃｍ^-3, 厚さ １０ｎｍ）キャリアトラップ層４１１が、活性層４３から５０ｎｍの間隔を隔てられて設けられている。

図４Ｂは、図４Ａに示す半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。

図４Ｂに示すように、上記キャリアトラップ層４１１は、周囲の第２クラッド層４４よりもバンドギャップが小さくなっており（ポテンシャルが低くなっており）、エネルギーバンドにおいて井戸構造となっている。したがって、このトラップ層４１１でオーバーフローしたキャリアを効果的にとらえる事ができて、可飽和吸収層７aへ流れ込むオーバーフローキャリアの量を抑制できる。

尚、上記第４実施形態のように、キャリアトラップ層４１１における基板４１の厚さを、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定し、かつ、キャリアトラップ層４１１と可飽和吸収層４７aの距離を、１０ｎｍ以上に設定し、かつ、キャリアトラップ層４１１のキャリア濃度を、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定すると、これらの設定の相乗効果によって、良好な自励発振を実現できる温度を従来と比較して格段に高くすることができる。

（第５実施形態）
図５Ａは、本発明の第５実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。

この半導体レーザ装置は、図５Ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層５２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層５３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層５４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層５５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層５３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。第２クラッド層５４中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層５３から間隔１００ｎｍ離れてｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ１０ｎｍ）５７aが設けられている。また、可飽和吸収層５７aの活性層５３側には、これと隣接して p-（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層５７b (厚さ５０ｎｍ)が設けられ、可飽和吸収層５７aへの光分布が大きくなるようにしている。

上記第２クラッド層５４は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。上記可飽和吸収層５７aは、リッジストライプ形成時に、エッチングストップ層としての役割を果たすようになっている。このことにより、リッジ形状を精度良く形成できる。上記ｐ−クラッド層５４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層５８が形成されている。

上記埋め込み層５８とｐコンタクト層５６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極５９が設けられ、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極５０が設けられている。

また、活性層５３と可飽和吸収層５７aの間のクラッド層５４の途中には、ＧａＩｎＰの組成が活性層５３を構成する井戸層のＧａＩｎＰの組成および可飽和吸収層５７aを構成するＧａＩｎＰの組成と同じで、かつ、厚さが３ｎｍからなる２層（間隔 ５ｎｍ）のキャリアトラップ層５１１が、活性層から５０ｎｍの間隔が隔てられて設けられている。

図５Ｂは、図５Ａに示す半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。

図５Ｂに示すように、上記キャリアトラップ層５１１は、エネルギーバンドにおいて井戸構造となっている。詳しくは、上記トラップ層５１１は、膜厚が３ｎｍ程度の薄さに設定された層を複数（この実施形態では２層）形成することにより作成されている。もっと詳細にいうと、上記トラップ層５１１は、活性層５３より薄い井戸構造になっている。図５Ｂに示すように、上記トラップ層５１１を、活性層５３より薄い井戸構造にすると、トラップ層５１１の量子準位が高くなって、トラップ層５１１はレーザ光を吸収しなくなる。また、上記キャリアトラップ層５１１は、エネルギーバンドにおいて井戸構造となっているので、このキャリアトラップ層５１１でオーバーフローしたキャリアを効果的にとらえる事ができて、可飽和吸収層５７aへ流れ込むオーバーフローキャリアの量を抑制できる。また、第５実施形態のように、トラップ層５１１は、膜厚が３ｎｍ程度の薄さに設定された層を複数（この実施形態では２層）形成することにより作成し、かつ、一層の厚さを薄くすると、量子効果により実効的なバンドギャップを広くすることができて、レーザ光の吸収を抑制することができる。

上記第５実施形態のように、キャリアトラップ層の結晶組成を、可飽和吸収層の結晶組成と同一に設定し、かつ、キャリアトラップ層の厚さを、可飽和吸収層の厚さよりも薄く設定すると自励発振を促進できる。

（第６実施形態）
図６Ａは、本発明の半導体レーザ装置の模式断面図である。

図６Ａに示すように、この半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板６１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層６２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層６３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層６４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層６５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層６６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層６３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。

上記第２クラッド層６４中には、ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層６３から間隔１００ｎｍ離れて２層からなるｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（各厚さ７ｎｍ、間隔５ｎｍ）６７aが設けられている。また、可飽和吸収層６７aの活性層側には、これと隣接してp-（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層６７b (厚さ５０ｎｍ)が設けられ、可飽和吸収層６７aへの光分布が大きくなるようにしている。上記第２クラッド層６４は、ストライプ状のリッジ部分を有しており、そのリッジ部分両側の平坦部は、リッジ部分より薄くなっている。

上記可飽和吸収層６７aは、リッジストライプ形成時にエッチングストップ層としての役割を果たす。このことから、リッジ形状を精度良く形成できる。ｐ−クラッド層６４のリッジ部分の両側面および平坦部上には、n-ＧａＡｓ埋め込み層６８が形成されている。埋め込み層６８とｐコンタクト層６６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極６９が設けられ、基板の裏側にはＡｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極６０が設けられている。

２層からなる可飽和吸収層６７aにおける活性層６３層側の一方の層のみに、Ｓｉ（キャリア濃度 ５×１０¹⁹ｃｍ^-3）とＢｅ（キャリア濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3）の両方がドープしてある。

図６Ｂは、図６Ａに示す半導体レーザ装置のバンドプロファイルを示す図である。

図６Ｂに示すように、活性層６３の半導体基板６１側と反対側には、ポテンシャルが活性層６３よりも大きい第２クラッド層６４が形成されている。また、第２クラッド層６４の活性層６３側と反対側には、活性層６３よりもバンドギャップ（ポテンシャル）が小さく、かつ、ポテンシャルの大きさが等しい二つの可飽和吸収層６７aが形成されている。上記二つの可飽和吸収層６７aのうちの活性層６３側の一方の層は、キャリアトラップ層の役割もかねている。

第６実施形態のように、第２クラッド層６４の活性層６３側と反対側に、活性層６３よりもポテンシャルが小さく、かつ、ポテンシャルの大きさが等しい二つの可飽和吸収層６７aを形成した場合、活性層６３からオーバーフローしたキャリアが、可飽和吸収層６７aへ流れ込むが、この実施形態では、可飽和吸収層６７aにおける活性層側の一方の層のキャリア寿命が短くなっているために、この可飽和吸収層６７aの１層目でキャリアがトラップされ、オーバーフローしたキャリアは可飽和吸収層６７aの２層目のへ流れ込みにくくなる。したがって、高温でも可飽和吸収層６７aのキャリア吸収量の増減幅を大きくすることができて、高温においても安定な自励発振を起こすことができる。

上記第６実施形態のように、可飽和吸収層を、複数の層で構成し、更に、その複数の層のうちで活性層に最も近い層の厚さを、最も薄く設定すると、自励発振を促進できる。また、可飽和吸収層を、複数の層で構成し、更に、その複数の層のうちで活性層に最も近い層のみに、ｐ型不純物ドーパントおよびｎ型不純物ドーパントの両方をドープすると、自励発振を促進できる。

（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。

この半導体レーザ装置は、図７に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板７１上に、ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第１クラッド層７２、アンドープＧａＩｎＰ/ＡｌＧａＩｎＰ ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７３、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）ＩｎＰ第２クラッド層７４、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層７５、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７６が順次形成されている。ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７３は、ＧａＩｎＰ量子井戸層(５層、厚さ７ｎｍ)と、（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰバリア層(４層、厚さ５ｎｍ)からなるＭＱＷを（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）ＩｎＰガイド層(厚さ５０ｎｍ)で挟みこんだ構造となっている。

上記第２クラッド層７４は、凹状電流通路となっている。ｐ−ＧａＩｎＰ可飽和吸収層（厚さ１２ｎｍ）７７が設けられ、また、Ｓｉ（キャリア濃度 ５×１０¹⁹ｃｍ^-3）およびＢｅ（キャリア濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3）をドープしたキャリアトラップ層７１１（活性層との間隔２０ｎｍ、厚さ５０ｎｍ）が設けられている。上記可飽和吸収層７７の基板７１側の表面および可飽和吸収層７７の基板７１側と反対側の表面は、凹面になっている。また、キャリアトラップ層７１１の基板７１側の表面およびキャリアトラップ層７１１の基板７１側と反対側の表面は、凹面になっている。

また、キャリアトラップ層７１１の両側には、n-ＧａＡｓ電流阻止層７８が形成されている。ｐコンタクト層７６の上には、Ａｕ／Ｍｏ／ＡｕＺｎからなるｐ側電極７９が設けられ、基板の裏側には、Ａｕ／Ｍｏ／Ｎｉ／ＡｕＧｅから成るｎ側電極７０が設けられている。

上記第７実施形態の半導体レーザ装置を、例えば、以下のようにして製造する。

先ず、ＧａＡｓ基板７１上に、第１クラッド層７２、ＭＱＷ活性層７３、第２クラッド層７４の一部と、電流阻止層７８を結晶成長させる。次に、電流阻止層７８を凹状にエッチングして、中央の電流通路を形成する。最後に、上記電流通路に、キャリアトラップ層７１１、可飽和吸収層を含むpクラッド層７４、および、p−コンタクト層７６を順次再成長し形成する。

上記第７実施形態によれば、キャリアトラップ層７１１は再成長界面に接しているので、キャリア寿命を短くできて、オーバーフローキャリアを効果的にトラップできる。

上記図１Ａ〜図７を用いてこの発明の好適な実施形態を説明した。しかしながら、バンドプロファイル構造が、図８に示すような構造、すなわち、活性層８１と、クラッド層に形成された可飽和吸収層８３との間にポテンシャル井戸構造を有するキャリアトラップ層８２が形成されている構造を有する半導体レーザがこの発明の範疇に入ることは勿論である。

本発明の第１実施形態のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ装置の模式断面図である。 上記第１実施形態の半導体レーザ装置のキャリアトラップ層およびその近傍のＳｉ濃度を示す図である。 本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 本発明の第４実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 上記第４実施形態の半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。 本発明の第５実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 上記第５実施形態の半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。 本発明の第６実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 上記第６実施形態の半導体レーザ装置のバンドプロファイルを示す図である。 本発明の第７実施形態の半導体レーザ装置の模式断面図である。 本発明の半導体レーザ装置が有するバンドプロファイル構造を示す図である。 従来の赤色自励発振型半導体レーザ装置の模式的断面図である。 図９Ａに示す半導体レーザ装置の各層のバンドプロファイルを示す図である。 キャリアオーバーフローに起因する問題の理解を容易にするために作製した模式図である。

符号の説明

１,２１,３１,４１,５１,６１,７１ ｎ−ＧａＡｓ基板
２,２２,３２,４２,５２,６２,７２ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
３,２３,３３,４３,５３,６３,７３ ＳＣＨ−ＭＱＷ 活性層
４,２４,３４,４４,５４,６４,７４ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
５,２５,３５,４５,５５,６５,７５ ｐ−ＧａＩｎＰ 中間層
６,２６,３６,４６,５６,６６,７６ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
７,２７,３７,４７ａ,５７ａ,６７ａ,７７ 可飽和吸収層
８,２８,３８,４８,５８,６８ ｎ−ＧａＡｓ埋め込み層
９,２９,３９,４９,５９,６９,７９ ｐ側電極
１０,２０,３０,４０,５０,６０,７０ ｎ側電極
４７ｂ,５７ｂ,６７ｂ ガイド層
１１１,２１１,３１１,４１１,５１１,７１１ キャリアトラップ層
７８ 電流阻止層
３１３ 非発光センター

Claims (21)

1. 半導体基板上に、少なくとも、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順次設け、
   上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方は、可飽和吸収層を含み、
   上記可飽和吸収層と上記活性層との間に、キャリアをトラップするキャリアトラップ層が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１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記可飽和吸収層は、上記第２クラッド層内のみに存在することを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記可飽和吸収層は、上記第１クラッド層内のみに存在することを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記可飽和吸収層は、上記第１クラッド層内と上記第２クラッド層内の両方に存在することを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記第２クラッド層の一部は、凸状のリッジストライプ構造の一部であることを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記可飽和吸収層は、少なくとも上記第２クラッド層内に存在し、
   上記可飽和吸収層の上記半導体基板側と反対側の表面上に凸状のリッジストライプ構造が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記可飽和吸収層の上記半導体基板側の表面および上記可飽和吸収層の上記半導体基板側と反対側の表面のうちの少なくとも一方は、凹面であることを特徴とする半導体レーザ装置。
8. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   上記キャリアトラップ層は、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、
   上記キャリアトラップ層のキャリア濃度は、上記キャリアトラップ層の上記活性層側の表面に接触している層のキャリア濃度よりも高いと共に、上記キャリアトラップ層の上記可飽和吸収層側の表面に接触している層のキャリア濃度よりも高いことを特徴とする半導体レーザ装置。
9. 請求項８に記載の半導体レーザ装置において、
   上記キャリアトラップ層のキャリア濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、
   上記キャリアトラップ層の厚さは、１０ｎｍ以上であり、
   上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離は、１０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
10. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層は、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、
    上記キャリアトラップ層には、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
11. 請求項１０に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層の上記ｐ型不純物ドーパントのキャリア濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であると共に、上記キャリアトラップ層の上記ｎ型不純物ドーパントのキャリア濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であり、
    上記キャリアトラップ層の厚さは、１０ｎｍ以上であり、
    上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層との距離は、１０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
12. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層は、発光しない非発光領域を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
13. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層は、上記第１クラッド層および上記第２クラッド層のうちの少なくとも一方に形成され、
    上記キャリアトラップ層のバンドギャップは、上記キャリアトラップ層の上記活性層側の表面に接触している層のバンドキャップよりも小さいと共に、上記キャリアトラップ層の上記可飽和吸収層側の表面に接触している層のバンドギャップよりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
14. 請求項１３に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層の厚さは、６ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、
    上記キャリアトラップ層と上記可飽和吸収層の距離は、１０ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
15. 請求項１３に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層のキャリア濃度は、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることを特徴とする半導体レーザ装置
16. 請求項１３に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層には、ｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントとの両方がドープされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
17. 請求項１３に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層は、レーザ発振光を吸収しないことを特徴とする半導体レーザ装置。
18. 請求項１７に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層の結晶組成が、上記可飽和吸収層の結晶組成と同一であり、かつ、上記キャリアトラップ層の厚さが、上記可飽和吸収層の厚さよりも薄いことを特徴とする半導体レーザ装置。
19. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記可飽和吸収層は、複数の層からなり、
    上記複数の層のうちで最も厚さが薄い層は、上記活性層に最も近い層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
20. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
    上記可飽和吸収層は、複数の層からなり、
    上記可飽和吸収層において、上記複数の層のうちで上記活性層に最も近い層のみにｐ型不純物ドーパントとｎ型不純物ドーパントの両方がドープされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
21. 請求項７に記載の半導体レーザ装置において、
    上記キャリアトラップ層の上記半導体基板側の表面と、上記キャリアトラップ層の上記半導体基板側と反対側の表面とのうちの少なくとも一方は、凹面であることを特徴とする半導体レーザ装置。

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