JP3459457B2 - 自励発振型半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は出力レーザ光の戻り光に
起因する戻り光雑音を低減した自励発振型半導体レーザ
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ素子は、出力レーザ
光の戻り光が半導体レーザ素子へ再入射された場合、こ
の戻り光に起因した雑音（以下、戻り光雑音という）が
出力レーザ光内に発生するといった問題があった。斯る
戻り光雑音は、例えば半導体レーザ素子を光ディスク装
置の光源として使用する場合に、ディスク面等からの反
射による出力レーザ光の戻り光が半導体レーザ素子へ再
入射することにより発生する。

【０００３】この半導体レーザ素子の戻り光雑音を低減
する為に、自励発振現象を利用する方法が知られてお
り、例えば特開昭６３−２０２０８３号（Ｈ０１Ｓ ３
／１８）公報に開示されている。

【０００４】斯る半導体レーザ素子では、ＡｌＧａＡｓ
活性層を挟むクラッド層のうち、一方のクラッド層に発
振光のエネルギー（発振波長エネルギー：ｈν）よりか
なり大きなバンドギャップエネルギーを持つ屈折率層も
しくは該発振波長エネルギーよりかなり小さなバンドギ
ャップエネルギーを持つ光吸収層を用いることにより、
自励発振させることが記載されている。

【０００５】しかしながら、本願出願人の実験結果によ
ると、上記発振光のエネルギーよりかなり大きなバンド
ギャップエネルギーをもつ屈折率層の場合は、非点隔差
が大きくなり、他方発振光のエネルギーよりかなり小さ
なバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層の場合は、
動作電流値が大きくなるといったことが判った。

【０００６】この問題を解決するものとしては、特開昭
６１−８４８９１号（Ｈ０１Ｓ ３／１８）公報には、
活性層と組成が略同じであるレーザ光（発振光）に対し
て可飽和吸収特性を有する層（可飽和光吸収層）を備
え、活性層と可飽和光吸収層が結合光導波層として働く
程度に近接した半導体レーザ素子が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願出
願人の実験から、可飽和光吸収層を備えたＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ素子の場合、動作直後には自励発振す
るが、僅かな動作時間後には単一モードの発振となると
いうことが判った。

【０００８】このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピ
タキシ成長法（ＭＢＥ法）等の気相エピタキシャル成長
法で形成される。斯る方法における通常の成長条件で
は、（Ａｌ_z1Ｇａ_1-z1）_z2Ｉｎ_{1- z2}Ｐ結晶（０≦ｚ１≦
１：以下ＡｌＧａＩｎＰ系結晶という）が自然超格子構
造をとることが知られている。

【０００９】本願出願人は、僅かな動作時間後に単一モ
ードの発振となる原因を見出した。

【００１０】即ち、この素子に電流が印加された直後
は、略自然超格子構造をとる可飽和光吸収層のバンドギ
ャップと発振光のエネルギーは略等しく設定されている
ので、自励発振する。しかし、可飽和光吸収層は発振し
きい値電流を小さくするために、層厚が小さく設定され
ているので、電流が印加され続けることにより、近接し
た層から可飽和光吸収層へ不純物が拡散して可飽和光吸
収層が自然超格子構造から無秩序化構造に変化する。こ
の無秩序化した可飽和光吸収層は自然超格子構造である
ときに比べてバンドギャップが大きくなるので、この無
秩序化した可飽和光吸収層は発振光を透過するようにな
り、この結果、単一モード発振になるのである。

【００１１】尚、ＧａＡｓ基板の（１００）面から傾斜
した面を結晶成長面として使用する場合には、傾斜角度
が大きい程、ＡｌＧａＩｎＰ結晶は自然超格子構造から
無秩序化構造になることが知られているが、斯る傾斜し
た面を使用する可飽和光吸収層を備えた半導体レーザ装
置でも、可飽和光吸収層の無秩序化構造が完全でないた
め、僅かな動作時間後には同じく単一モード発振になっ
た。

【００１２】また、このように自励発振が起こらなくな
ってしまうといった問題は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体以
外の自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽
和光吸収層を備えた半導体レーザ素子においてもあっ
た。

【００１３】本発明は斯る問題点を鑑みて成されたもの
であり、安定に自励発振する自然超格子構造を取り得る
半導体材料からなる可飽和光吸収層を備えた自励発振型
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】 本発明 の自励発振型半導
体レーザ素子は、可飽和光吸収層を備えた自励発振型半
導体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層は無秩序
化していることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
た第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成さ
れた活性層と、該活性層上に形成された第２導電型のク
ラッド層と、を備え、前記両クラッド層の少なくともど
ちらか一方の層中に無秩序化した可飽和光吸収層を有す
ることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
た第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成さ
れた活性層と、該活性層上に形成された第２導電型のク
ラッド層と、該クラッド層上に形成された無秩序化した
第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上に
形成されたストライプ状リッジ部からなる第２導電型の
クラッド層と、を備えたことを特徴とする。

【００１８】特に、前記第１導電型のクラッド層中に無
秩序化した第１導電型の可飽和光吸収層を有することを
特徴とする。

【００１９】更に、前記クラッド層は、（Ａｌ_xＧ
ａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０＜ｘ≦１）層であることを特
徴とする。

【００２０】更に、前記半導体基板はＧａＡｓ半導体基
板であることを特徴とする。

【００２１】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面は、｛１００｝面又は｛１００｝面から＜０１１＞方
向に１５度以下傾斜した面であることを特徴とする。

【００２２】特に、前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_tＧ
ａ_1-t）_uＩｎ_1-uＰ層であることを特徴とする。

【００２３】特に、前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_v1Ｇ
ａ_1-v1）_w1Ｉｎ_1-w1Ｐ障壁層と（Ａｌ_v2Ｇａ_1-v2）_w2Ｉ
ｎ_1-w2Ｐ（ｖ１＞ｖ２≧０）井戸層からなる量子井戸構
造からなることを特徴とする。

【００２４】更に、前記可飽和光吸収層のドーパント濃
度は、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の範
囲にあることを特徴とする。

【００２５】特に、前記可飽和光吸収層のドーパント濃
度は、４×１０¹⁸ｃｍ^-3以上７×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の範
囲にあることを特徴とする。

【００２６】更に、前記活性層はその両側にアンドープ
領域を備えたことを特徴とする。

【００２７】更に、前記可飽和光吸収層は発振光と略等
しいエネルギーのバンドギャップを有することを特徴と
する。

【００２８】

【作用】本発明によれば、可飽和光吸収層は予め無秩序
構造となっているので、該層に不純物が拡散しても、バ
ンドギャップは殆ど変わらない。従って、長時間安定に
自励発振する。

【００２９】特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有する場合、常に発振光
のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネ
ルギーが略等しくでき、より長時間安定に自励発振でき
ると共に、非点隔差及び動作電流値が小さくできる。

【００３０】更に、第１導電型の半導体基板と、該基板
上に形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド
層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第
２導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された
無秩序化した第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和
光吸収層上に形成されたストライプ状リッジ部からなる
第２導電型のクラッド層と、を備えた場合、特に発振光
のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネ
ルギーが略等しい時、この可飽和光吸収層はエッチング
によりストライプ状リッジ部を形成する際にエッチング
停止層として機能可能である。

【００３１】更に、活性層がその両側にアンドープ領域
を備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更に
より長時間安定に自励発振できる

【００３２】

【実施例】本発明に係る一実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は本実施例の自励発振型のＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を示す断面図、図２はこの半
導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構造図である。

【００３３】図中、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板で、そ
の一主面は（１００）面から［０１１］結晶軸方向に５
°傾斜した面である。前記傾斜した面上には層厚０．３
μｍのｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバッファ層２及び層厚０．
５５μｍのｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１ク
ラッド層３がこの順序で形成されている。

【００３４】このｎ型第１クラッド層３上には層厚１０
０Åのｎ型Ｇａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐ引張り歪み井戸層（歪
量：−０．５％，全３層）４ａと層厚４０Åのｎ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全２層）４ｂとが
交互に積層されてなる引張り歪み多重量子井戸構造層
（引張り歪みＭＱＷ層）からなり、ドーパント濃度が５
×１０¹⁸ｃｍ^-3の略無秩序化され且つ発振光のエネルギ
ーに略等しいバンドギャップを有する可飽和光吸収層４
が形成されている。

【００３５】この可飽和光吸収層４上には層厚０．２５
μｍのｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッ
ド層５が形成されている。

【００３６】前記ｎ型第２クラッド層５上には層厚５０
０Åの（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_{0 .5}Ｐ光ガイド層６
ａ、層厚７５ÅのＧａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐ引張り歪み井戸層
（歪量：−０．５％，全６層）６ｂと層厚４０Åの（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全５層）６ｃとが
交互に積層されてなる引張り歪み多重量子井戸構造層
（引張り歪みＭＱＷ層）、及び層厚５００Åの（Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層６ｄがこの順序で
構成されてなるアンドープの活性層６が形成されてい
る。

【００３７】尚、上記光ガイド層６ａ、６ｄは障壁層６
ｃのバンドギャップ値以上（伝導帯下端が障壁層６ｃの
伝導帯下端以上のエネルギー位置）且つクラッド層のバ
ンドギャップ値より小さいバンドギャップ（伝導帯下端
がクラッド層の伝導帯下端より小さいエネルギー位置）
に設定されているので、光及び電子を閉じ込めができ、
発振しきい値電流等の低減が図れる。また、この光ガイ
ド層６ａ、６ｄはアンドープであるので、光が発生する
部分（ここではＭＱＷ層）に不純物が拡散するのを防止
できる。

【００３８】前記活性層６上には層厚２５０Åのｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１クラッド層７が形
成されている。このｐ型第１クラッド層７上には層厚１
１Åのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ井戸層（全１０層）８ａと
層厚１７Åのｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁
層（全９層）８ｂが交互に積層されてなる多重量子障壁
層（ＭＱＢ層）８が形成されている。このＭＱＢ層は電
子が反射されるように井戸層８ａ及び障壁層８ｂの層厚
及び周期が設定されているので、活性層６から電子が溢
れるのを防止でき、発振しきい値電流等の低減が図れ
る。

【００３９】前記多重量子障壁層８上には、層厚２５０
Åのｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド
層９が形成されている。このｐ型第２クラッド層９上に
は層厚１００Åのｐ型Ｇａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐ引張り歪み井
戸層（歪量：−０．５％，全３層）１０ａと層厚４０Å
のｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全２
層）１０ｂとが交互に積層されてなる引張り歪み多重量
子井戸構造層（引張り歪みＭＱＷ層）からなり、ドーパ
ント濃度が５×１０¹⁸ｃｍ^-3の略無秩序化され且つ発振
光のエネルギーに略等しいバンドギャップを有する可飽
和光吸収層１０が形成されている。

【００４０】この可飽和光吸収層１０上の略中央には共
振器長方向（紙面垂直方向）に延在する高さ０．８μ
ｍ、幅５μｍのストライプ状のリッジ部形状をなすｐ型
（Ａｌ _0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第３クラッド層１１が
形成されている。

【００４１】前記第３クラッド層１１上には前記リッジ
部側面及び可飽和光吸収層１０を覆うように層厚１μｍ
のｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１２が形成されている。
前記第３クラッド層１１のリッジ部上面上には層厚０．
１μｍのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐコンタクト層１３が形成
されている。前記電流ブロック層１２及びコンタクト層
１３上にはこのコンタクト層１３上の層厚が２μｍであ
るｐ型ＧａＡｓキャップ層１４が形成されている。

【００４２】前記キャップ層１４上面にはｐ型側オーミ
ック電極１５が、前記ｎ型ＧａＡｓ基板１下面にはｎ型
側オーミック電極１６が形成されている。

【００４３】斯る半導体レーザ素子は、量子井戸層４
ａ、６ｂ、１０ａ以外はＧａＡｓ半導体基板１と格子整
合しており、ｐ型、ｎ型のドーパントはそれぞれＺｎ、
Ｓｉである。

【００４４】次に、斯る半導体レーザ素子の製造方法に
ついて簡単に説明する。

【００４５】最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型バ
ッファ層２、ｎ型第１クラッド層３、ｎ型可飽和光吸収
層４、ｎ型第２クラッド層５、アンドープの活性層６、
ｐ型第１クラッド層７、ｐ型多重量子障壁層８、ｐ型第
２クラッド層９、ｐ型可飽和光吸収層１０、ｐ型第３ク
ラッド層１１、及びｐ型コンタクト層１３をＭＯＣＶＤ
法（有機金属気相成長法）により連続成長する。次に、
前記ｐ型コンタクト層１３上に形成したストライプ状の
ＳｉＯ₂等からなるマスクを介して、前記ｐ型コンタク
ト層１３及びｐ型第３クラッド層１１をエッチングして
ストライプ状のリッジ部形状にした後、ｎ型電流ブロッ
ク層１２をＭＯＣＶＤ法により形成する。続いて、前記
マスクを除去して前記コンタクト層１３を露出させた
後、ｎ型電流ブロック層１２上及びコンタクト層１３上
にｐ型キャップ層１４をＭＯＣＶＤ法により形成する。
次に、前記キャップ層１４上面にはｐ型側オーミック電
極１５を、前記ｎ型ＧａＡｓ基板１下面にはｎ型側オー
ミック電極１６を蒸着法により形成した後、熱処理して
作成する。

【００４６】斯る半導体レーザ素子の動作実験を行った
結果、安定して長時間自励発振することが確認できた。
また、非点隔差及び動作電流値も小さくかった。

【００４７】このように安定して長時間自励発振する理
由を以下に示す。

【００４８】図３は、（１００）面から［０１１］結晶
軸方向に５°傾斜したｎ型ＧａＡｓ半導体基板面上に層
厚２μｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層をＭＯＣＶＤ法により形
成した場合の室温でのフォトルミネッセンス（ＰＬ）ピ
ーク波長（ｅＶ）とＺｎドーパント濃度（ｃｍ^-3）の関
係を示す。

【００４９】この図から、ドーパント濃度が約３×１０
¹⁸ｃｍ^-3以上の場合にＰＬピーク波長が殆ど一定に近く
なり、約４×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、好ましくは約５×１０
¹⁸ｃｍ^-3以上の場合にＰＬピーク波長がより殆ど一定と
なることが判る。このようにＰＬピーク波長（バンドギ
ャップ）が大きく且つ殆ど一定になるのは、Ｇａ_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｐ層が略無秩序化されているためである。一方、
約１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下の場合は、ＰＬピーク波長が小
さく、略自然超格子構造であることが判る。

【００５０】このようにドーパント濃度が約３×１０¹⁸
ｃｍ^-3以上の場合に、Ｚｎに限らずＭｇ、Ｓｉ、Ｓｅ等
のドーパントであって、又Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ結晶に限ら
ずＡｌＧａＩｎＰ系結晶であれば、該結晶は略無秩序構
造をとり、一方、約１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3以下の場合には、
この結晶は略自然超格子構造をとる。

【００５１】尚、前記傾斜角度が大きくなる程、自然超
格子構造から無秩序化が進むが、例えば傾斜角度が９°
〜１３°であって通常のキャリア濃度を得る約１×１０
¹⁸ｃｍ^-3以下のドーパント濃度のＡｌＧａＩｎＰ系結晶
は、ＰＬピーク波長が１．８９ｅＶ程度以下であり、略
無秩序構造には至らない。この状態と無秩序構造となっ
た場合とのＰＬピーク波長の差は約０．０１ｅＶと大き
い。

【００５２】斯る半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ半導体
基板１の結晶成長面に（１００）面から傾斜した面を使
用しているが、可飽和光吸収層４、１０以外の層のキャ
リア濃度は通常使用する範囲、即ち、これら層のドーパ
ント濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ ^-3より小さいので、略自然
超格子構造である。

【００５３】一方、ｎ型クラッド層中に形成されたｎ型
可飽和光吸収層４及びｐ型クラッド層中に形成されたｐ
型可飽和光吸収層１０は、上述したようにドーパント濃
度が約３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定されているので、予
め略無秩序化構造となっている。この結果、動作時等に
それぞれｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層からの不純物
が拡散しても、可飽和光吸収層４、１０のバンドギャッ
プは殆ど変化しない。

【００５４】従って、発振光のエネルギーと可飽和光吸
収層４、１０のバンドギャップのエネルギーが常に略等
しく保てるので、安定して長時間自励発振する。

【００５５】尚、可飽和光吸収層が量子井戸構造からな
る場合における発振光のエネルギーと可飽和光吸収層の
バンドギャップのエネルギーが略等しくなるとは、図２
に示すように、可飽和光吸収層の井戸層に構成される伝
導帯と価電子帯の量子準位間のエネルギー差が発振光の
エネルギーと略等しくなると定義する。尚、上記ＭＱＢ
層８の井戸層８ａの層厚が小さく、伝導帯と価電子帯の
量子準位間のエネルギー幅が大きいので、発振光が吸収
されることはない。

【００５６】上記実施例では、可飽和光吸収層４、１０
として量子井戸構造からなる層を用いたが、それぞれド
ーパント濃度が３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、例えば５×１０
¹⁸ｃｍ^-3、層厚が３００Åのｎ型、ｐ型（Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層であってもよい。

【００５７】本発明の第１導電型の半導体基板と、該基
板上に形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッ
ド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された
第２導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成され
た発振光と略等しいエネルギーのバンドギャップを有す
る無秩序化した第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽
和光吸収層上に形成されたストライプ状リッジ部からな
る第２導電型のクラッド層と、を備えた自励発振型半導
体レーザ素子では、第２導電型のクラッド層は従来周知
の如く発振光を閉じ込める必要があるので、発振光のエ
ネルギーより大きなエネルギーのバンドギャップを有す
る。従って、第２導電型の可飽和光吸収層は第２導電型
のクラッド層に比べてバンドギャップが小さい材料を含
有するので、例えばＡｌを含む半導体材料の場合に第２
導電型の可飽和光吸収層は第２導電型のクラッド層に比
べてＡｌ組成比が小さくなるので、第２導電型のクラッ
ド層を第２導電型の可飽和光吸収層に比べて選択的にエ
ッチングできる。即ち、エッチングによりリッジ部を形
成する際、第２導電型の可飽和光吸収層がエッチングス
トッパー層として機能する。

【００５８】本発明に係る可飽和光吸収層４、１０は、
略無秩序構造とする手段としてドーパント濃度が３×１
０¹⁸ｃｍ^-3以上、好ましくは４×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、よ
り好ましくは５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が選択される。この
ドーパント濃度範囲を選択した場合には、半導体基板の
結晶性成長面に限らずに略無秩序構造となる。尚、良好
な結晶性を得るために、ドーパント濃度は１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以下、好ましくは７×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定する
のが望ましい。

【００５９】本発明に係る活性層は、引張り歪量子井戸
構造からなる活性層でもよく、圧縮歪量子井戸構造から
なる活性層でもよく、無歪の量子井戸構造の活性層でも
よく、又バルクの活性層でもよい。尚、活性層も不純物
が拡散して無秩序化して波長が変化する恐れがあるの
で、活性層の両側にアンドープの光ガイド層（アンード
ープ領域）のように不純物を拡散防止しえるアンドープ
の層からなる拡散防止層（アンードープ領域）を備える
のが望ましい。

【００６０】尚、本発明に係る活性層はその両側にアン
ードープ領域を備えるとは、活性層内部であってもよ
く、また活性層の外部でもよい。

【００６１】また、本発明に係る可飽和光吸収層も、引
張り歪量子井戸構造、圧縮歪量子井戸構造、無歪の量子
井戸構造、又バルクからなる可飽和光吸収層でもよい。

【００６２】また、本発明に係る可飽和光吸収層は、ｎ
型、ｐ型クラッド層の少なくともどちらか一方にあれば
よい。

【００６３】更に、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、上記リッジ部を有する構造以外の種々の構造でも
勿論よい。

【００６４】尚、本発明でいうクラッド層中に可飽和光
吸収層を有するとは、クラッド層の上面又は下面に設け
たものも含む。

【００６５】また、可飽和光吸収層以外の層は、ドーパ
ント濃度が小さいことが望ましく、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以
下に設定するのが好ましい。何故なら、可飽和光吸収層
は５００Å程度の以下の層厚でよいので、結晶性が悪く
なる恐れはないが、可飽和光吸収層以外の層のドーパン
ト濃度が大きい場合には、結晶性が悪くなり、又活性層
に不純物が拡散する恐れがあるためである。

【００６６】また、本発明に係るクラッド層中には、上
述したようにＭＱＢ層等の他の層が入ってもよく、クラ
ッド層中において組成が異なってもよい。また、ＭＱＢ
層はなくともよい。

【００６７】また、本発明は、ＧａＡｓ半導体基板と、
該基板上に形成したＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰから
なるクラッド層と、該クラッド層上に形成されたＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層と、該活性層上
に形成されたＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるク
ラッド層と、を備え、該クラッド層中にＧａＩｎＰ又は
ＡｌＧａＩｎＰからなる可飽和光吸収層を有するＡｌＧ
ａＩｎＰ系半導体レーザ素子に限らず、他の自然超格子
構造を取り得る可飽和光吸収層を備えた半導体レーザ素
子に勿論適応できる。

【００６８】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面としては、（１００）面から［０１１］結晶軸方向に
傾斜した面と等価な面である｛１００｝面から＜０１１
＞結晶軸方向に傾斜した面であってその傾斜角度が１５
°以下のもの、又は｛１００｝面を使用してもよい。

【００６９】更に、可飽和光吸収層は完全に無秩序化構
造をとる方が、より長時間安定に自励発振するために望
ましい。

【００７０】また、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有しない場合でも該可飽
和光吸収層が発振光に対して透明になる恐れがあるの
で、該層を無秩序化するのが望ましい。しかし、このよ
うに略等しいエネルギーのバンドギャップを有しない場
合には、上述したように非点格差及び動作電流値が大き
くなる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、可飽和光吸収層は予め
無秩序構造となっているので、該層に不純物が拡散して
も、バンドギャップは殆ど変わらない。従って、長時間
安定に自励発振する。

【００７２】特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有する場合、常に発振光
のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネ
ルギーが略等しくでき、より長時間安定に自励発振でき
ると共に、非点隔差及び動作電流値が小さくできる。

【００７３】更に、第１導電型の半導体基板と、該基板
上に形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド
層上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第
２導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された
無秩序化した第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和
光吸収層上に形成されたストライプ状リッジ部からなる
第２導電型のクラッド層と、を備えた場合、特に発振光
のエネルギーと可飽和光吸収層のバンドギャップのエネ
ルギーが略等しい時、この可飽和光吸収層はエッチング
によりストライプ状リッジ部を形成する際にエッチング
停止層として機能可能である。

【００７４】更に、活性層がその両側にアンドープ領域
を備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更に
より長時間安定に自励発振できる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の半導体レーザ素子の断
面図である。

【図２】上記実施例の活性層近傍の模式バンド構造図で
ある。

【図３】ＧａＩｎＰのＰＬピーク波長とドーパント濃度
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ基板（半導体基板） ２ 第１クラッド層 ３ ｎ型第１クラッド層 ４ ｎ型可飽和光吸収層 ５ ｎ型第２クラッド層 ６ 活性層 ７ ｐ型第１クラッド層 ８ ｐ型ＭＱＢ層 ９ ｐ型第２クラッド層 １０ ｐ型可飽和光吸収層 １１ ｐ型第３クラッド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別所 靖之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 茨木 晃 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 吉年 慶一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 山口 隆夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−67780（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239891（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−206584（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198510（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−243672（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202083（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−246662（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82885（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層と可飽和光吸収層とを備えた自励
   発振型半導体レーザ素子において、前記活性層は略自然
   超格子構造であり、前記可飽和光吸収層は無秩序化して
   いることを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 第１導電型の半導体基板と、該基板上に
   形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上
   に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導
   電型のクラッド層と、を備え、 前記活性層は略自然超格子構造であり、前記両クラッド
   層の少なくともどちらか一方の層中に無秩序化した可飽
   和光吸収層を有することを特徴とする自励発振型半導体
   レーザ素子。
3. 【請求項３】 第１導電型の半導体基板と、該基板上に
   形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上
   に形成された略自然超格子構造の活性層と、該活性層上
   に形成された第２導電型のクラッド層と、該クラッド層
   上に形成された無秩序化した第２導電型の可飽和光吸収
   層と、該可飽和光吸収層上に形成されたストライプ状リ
   ッジ部からなる第２導電型のクラッド層と、を備えたこ
   とを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第１導電型のクラッド層中に無秩序
   化した第１導電型の可飽和光吸収層を有することを特徴
   とする請求項３記載の自励発振型半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記活性層はその両側にアンドープ領域
   を備えたことを特徴とする請求項２、３、又は４記載の
   自励発振型半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記クラッド層は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ）
   _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（０＜ｘ≦１）層であることを特徴とする
   請求項２、３、４、又は５記載の自励発振型半導体レー
   ザ素子。
7. 【請求項７】 前記半導体基板はＧａＡｓ半導体基板で
   あることを特徴とする請求項２、３、４、５、又は６記
   載の自励発振型半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長面
   は、｛１００｝面又は｛１００｝面から＜０１１＞方向
   に１５度以下傾斜した面であることを特徴とする請求項
   ７記載の自励発振型半導体レーザ素子。
9. 【請求項９】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ _t Ｇ
   ａ _1-t ） _u Ｉｎ _1-u Ｐ層であることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、５、６、７、又は８記載の自励発振型
   半導体レーザ素子。
10. 【請求項１０】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ _v1 Ｇａ
    _1-v1 ） _w1 Ｉｎ _1-w1 Ｐ障壁層と（Ａｌ _v2 Ｇａ _1-v2 ） _w2 Ｉｎ
    _1-w2 Ｐ（ｖ１＞ｖ２≧０）井戸層からなる量子井戸構造
    からなることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、又は８記載の自励発振型半導体レーザ素子。
11. 【請求項１１】 前記可飽和光吸収層のドーパント濃度
    は、３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下の範囲
    にあることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、８、９、又は１０記載の自励発振型半導体レー
    ザ素子。
12. 【請求項１２】 前記可飽和光吸収層のドーパント濃度
    は、４×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上７×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の範囲
    にあることを特徴とする請求項１１記載の自励発振型半
    導体レーザ素子。
13. 【請求項１３】 前記可飽和光吸収層は発振光と略等し
    いエネルギーのバンドギャップを有することを特徴とす
    る請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、
    １１、又は１２記載の自励発振型半導体レーザ素子。
14. 【請求項１４】 可飽和光吸収層を備えた自励発振型半
    導体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層は、ドー
    パント濃度が３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以
    下の範囲にあり無秩序化していることを特徴とする自励
    発振型半導体レーザ素子。
15. 【請求項１５】 第１導電型の半導体基板と、該基板上
    に形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層
    上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２
    導電型のクラッド層と、を備え、 前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、
    ドーパント濃度が３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上１×１０ ¹⁹ ｃｍ
    ^-3 以下の範囲にあり無秩序化した可飽和光吸収層を有す
    ることを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
16. 【請求項１６】 第１導電型の半導体基板と、該基板上
    に形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層
    上に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２
    導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成されたド
    ーパント濃度 が３×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3
    以下の範囲にあり無秩序化した第２導電型の可飽和光吸
    収層と、該可飽和光吸収層上に形成されたストライプ状
    リッジ部からなる第２導電型のクラッド層と、を備えた
    ことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
17. 【請求項１７】 前記第１導電型のクラッド層中に無秩
    序化した第１導電型の可飽和光吸収層を有することを特
    徴とする請求項１６記載の自励発振型半導体レーザ素
    子。
18. 【請求項１８】 前記活性層はその両側にアンドープ領
    域を備えたことを特徴とする請求項１５、１６、又は１
    ７記載の自励発振型半導体レーザ素子。
19. 【請求項１９】 前記クラッド層は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ）
    _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（０＜ｘ≦１）層であることを特徴とする
    請求項１５、１６、又は１７記載の自励発振型半導体レ
    ーザ素子。
20. 【請求項２０】 前記半導体基板はＧａＡｓ半導体基板
    であることを特徴とする請求項１５、１６、１７、１８
    又は１９記載の自励発振型半導体レーザ素子。
21. 【請求項２１】 前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長面
    は、｛１００｝面又は｛１００｝面から＜０１１＞方向
    に１５度以下傾斜した面であることを特徴とする請求項
    ２０記載の自励発振型半導体レーザ素子。
22. 【請求項２２】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ _t Ｇａ
    _1-t ） _u Ｉｎ _1-u Ｐ層であることを特徴とする請求項１
    ４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、又は２１記
    載の自励発振型半導体レーザ素子。
23. 【請求項２３】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ _v1 Ｇａ
    _1-v1 ） _w1 Ｉｎ _1-w1 Ｐ障壁層と（Ａｌ _v2 Ｇａ _1-v2 ） _w2 Ｉｎ
    _1-w2 Ｐ（ｖ１＞ｖ２≧０）井戸層からなる量子井戸構造
    からなることを特徴とする請求項１４、１５、１６、１
    ７、１８、１９、２０、又は２１記載の自励発振型半導
    体レーザ素子。
24. 【請求項２４】 前記可飽和光吸収層のドーパント濃度
    は、４×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以上７×１０ ¹⁸ ｃｍ ^-3 以下の範囲
    にあることを特徴とする請求項１４、１５、１６、１
    ７、１８、１９、２０、２１、２２、又は２３記載の自
    励発振型半導体レーザ素子。
25. 【請求項２５】 前記可飽和光吸収層は発振光と略等し
    いエネルギーのバンドギャップを有することを特徴とす
    る請求項１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、
    ２１、２２、２３、又は２４記載の自励発振型半導体レ
    ーザ素子。