JP3754169B2 - 半導体レーザ素子及びその設計方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ素子及びその設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、低動作電流で動作することを目的とした半導体レーザ素子の研究開発が活発に行われている。
【0003】
最近、透明な電流ブロック層を採用した実屈折率ガイド型半導体レーザ素子において、半導体レーザ素子の動作電流を低減できることが、IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL.1, NO.2, p102〜p109,1995に報 告されている。
【0004】
従来、斯る実屈折率ガイド型半導体レーザ素子では、実効屈折率差がある程度大きい方が横モードが安定すると考えられる。例えば、上記文献では、実効屈折率差が約5×10-3程度である。
【0005】
しかしながら、上記のような透明な電流ブロック層を採用した実効屈折ガイド型半導体レーザ素子では、基本横モード発振でより光出力を大きくすることが困難である。
【0006】
また、上記の実効屈折ガイド型半導体レーザ素子では、共振器内部の損失を低減出来るので、高光出力化が可能である。しかしながら、光磁気記録媒体や相変化型光記録媒体等の書換え可能な光学記録媒体用の光源として半導体レーザ素子を光ピックアップ装置に用いる場合、半導体レーザ素子の高出力化は必要である。また、4倍以上の速度で書き込みを行う場合、半導体レーザ素子の出力としては少なくとも基本横モード発振で最高出力が70mW以上であり、しかも光ピックアップ装置への搭載時におけるノイズ特性等を低減するために水平方向の水平ビーム広がり角θHが6.5度以上であることが望まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点を鑑み為されたものであり、基本横モード発振で高い光出力が可能な半導体レーザ素子及びその設計方法を提供することを目的とする。
【0008】
また、本発明は基本横モード発振で最高光出力を大きく、且つ水平方向の水平ビーム広がり角θHを大きくすることが可能な半導体レーザ素子及びその設計方 法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザは、第1導電型のクラッド層と、第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し第2導電型のクラッド層よりも小さい屈折率を有する電流ブロック層と、を備え、第2導電型のクラッド層は、平坦部と、平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、リッジ部は電流ブロック層の開口部内に位置し、電流ブロック層は、平坦部上面及びリッジ部側面を覆うように形成され、活性層における開口部に対応する領域(即ち、発光領域中の開口部に対向する領域又は/及び発光領域中の開口部を含む領域)の実効屈折率と前記活性層における前記開口部の両側に対応する領域(即ち、発光領域中の開口部の両側に対向する領域又は/及び発光領域中の開口部の両側を含む領域)の実効屈折率との差Δn及び前記開口部の幅W[μm]が、
Δn≧2×10-3
W≦−1.6×103×Δn+9.3
W≧3.0
の関係を満足する。
【0010】
この場合、いわゆるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。リッジ部の幅は、活性層側から反対側に至るにつれて小さくなってもよい。
【0011】
本発明の半導体レーザ素子では、低動作電流で且つ基本横モード発振で高い光出力を得ることが可能となる。例えば、100mW以上の光出力を得ることが可能となる。
【0012】
また、実効屈折率の差Δnが2×10-3以上であるので、実屈折率ガイド型が良好に保持される。開口部の幅Wは3.0μm以上であるので、高い信頼性が得 られる。
【0013】
実効屈折率の差Δn及び開口部の幅Wが
W≦−1.5×103×Δn+8.55
の関係を満足することがより好ましい。この場合、基本横モード発振で150mW以上の光出力が得られる。
【0014】
第1導電型のクラッド層はAlxGa1-xAsからなり、活性層はAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなり、第2導電型のクラッド層はAlyGa1-yAs(y>q)からなり、電流ブロック層はAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなってもよい。
【0015】
この場合、低動作電流で且つ基本横モード発振で高い光出力が得られる。例えば、基本横モード発振で100mW以上の光出力を得ることが可能となる。
【0016】
実効屈折率の差Δnは、電流ブロック層のAl組成比及び第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択することにより設定されてもよい。
【0017】
第1導電型のクラッド層のAl組成比x及び第2導電型のクラッド層のAl組成比yは、0.4以上0.6以下であることが好ましい。
【0018】
電流ブロック層のAl組成比zは第2導電型クラッド層のAl組成比yよりも大きいことが好ましい。電流ブロック層のAl組成比zと第2導電型クラッド層のAl組成比yとの差は0.02以上であることがより好ましい。この場合、良好な実効屈折率差を容易に実現することが出来る。
【0019】
電流ブロック層のAl組成比zは0.6以下であることが好ましい。これにより、電流ブロック層の結晶性が良好となるので、この電流ブロック層上に形成される層の結晶性も良くなる。この結果、高信頼性の半導体レーザ素子が提供できる。
【0020】
電流ブロック層は、第1導電型の層を少なくとも含むことが好ましい。この場合、この電流ブロック層の第1導電型の層と第2導電型の層とが互いに逆導電型となるので、十分な電流阻止が行える。電流ブロック層が、第1導電型の層のみからなってもよい。
【0021】
電流ブロック層は、活性層上に形成された第1の層と、第1の層上に形成された第2の層とを含み、第2の層は第1導電型であり、第1の層は第2の層よりも低い不純物濃度を有してもよい。この場合、電流ブロック層から活性層への不純物拡散を防止出来る。特に、第1の層がアンドープ層であることが好ましい。
【0022】
電流ブロック層が第1導電型の層からなる場合、活性層側に近づくほど不純物濃度が小さくなってもよい。
【0023】
また、第2導電型のクラッド層中には、エッチング停止層等の厚さが300Å以下の他の層が介在しても実効屈折率差にほとんど影響がないのでよい。
【0024】
更に、電流ブロック層上は、発振光を吸収する第1導電型の電流ブロック層を備えても良い。
【0025】
尚、第1導電型のクラッド層は、第1導電型の半導体基板上に形成されることが好ましく、AlGaAs系半導体レーザ素子では、GaAs基板を用いることが好ましい。
【0026】
活性層は単一量子井戸層からなる単一量子井戸構造を有してもよく、量子井戸層と障壁層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有しても良く、量子効果を有さない単一の層であってもよい。
【0027】
AlGaAs系半導体レーザ素子の多重量子井戸構造は、AlqGa1-qAs(1>x>q≧0,1>y>q≧0)からなる量子井戸層と、AlpGa1-pAs(x≧p>q,y≧p>q)からなる障壁層を含んでもよい。
【0028】
半導体レーザ素子が、基本横モード発振で100mW以上の光出力を達成することがより好ましい。さらに、半導体レーザ素子が、基本横モード発振で150mW以上の光出力を達成することがより好ましい。
【0029】
本発明の他の局面に従う半導体レーザ素子の設計方法は、AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、AlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層と、AlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、電流通路を制限するとともに、電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層とを、この順に含む半導体レーザ素子の設計方法であって、基本横モード発振で所定の光出力が得られるように、活性層におけ記開口部に対応する領域の実効屈折率と活性層における開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn、及び開口部の幅Wを設定するステップと、実効屈折率の差Δが得られるように電流ブロック層のAl組成比z及び第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択するステップとを含む。
【0030】
これにより、低動作電流で且つ基本横モード発振で高光出力を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0031】
設定するステップは、実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]を、Δn≧2×10-3
W≦−1.6×103×Δn+9.3
の関係を満足するように設定することを含むことが好ましい。これにより、基本横モード発振で100mW以上の光出力を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0032】
設定するステップは、実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]を、
W≦−1.5×103×Δn+8.55
の関係を満足するように設定することを含むことがさらに好ましい。これにより、基本横モード発振で150mW以上の光出力を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0033】
設定するステップは、開口部の幅Wを3.0μm以上に設定することを含むことが好ましい。これにより、高い信頼性の半導体レーザ素子が得られる。
【0034】
第2導電型のクラッド層は、平坦部と、平坦部上のストライプ状リッジ部とを有し、リッジ部は電流ブロックの開口部内に位置し、電流ブロック層は、平坦部上面及びリッジ部側面を覆うように形成されてもよい。この場合、いわゆるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。リッジ部の幅は活性層側から反対側に至るにつれて小さくなってもよい。
【0035】
本発明のさらに他の局面に従う半導体レーザ素子は、第1導電型のクラッド層と、第1導電型のクラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第2導電型のクラッド層と、第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し第2導電型のクラッド層よりも小さい屈折率を有する電流ブロック層と、を備え、第2導電型のクラッド層は、平坦部と、平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、リッジ部は電流ブロック層の前記開口部内に位置し、電流ブロック層は、平坦部上面及びリッジ部側面を覆うように形成され、活性層における開口部に対応する領域の実効屈折率と活性層における開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn及び開口部の幅W[μm]が、
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≧2.5
W≦−1.33×103×Δn+8.723
W≦2.25×103×Δn−2.8
の関係を満足する。
【0036】
この場合、いわゆるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。リッジ部の幅は、活性層側から反対側に至るにつれて小さくなる。
【0037】
本発明の半導体レーザ素子では、基本横モード発振で高い最高光出力および大きな水平ビーム広がり角を得ることができる。基本横モード発振で最高光出力を例えば70mW以上と大きくすることが可能となるとともに、水平ビーム広がり角を例えば6.5度以上と大きくすることが可能となる。
【0038】
実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]が
W≦−1.33×103×Δn+7.923
の関係を満足することより好ましい。この場合、基本横モード発振で100mW以上の最高光出力が達成される。
【0039】
実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]が
W≦2.25×103×Δn−3.175
の関係を満足することがより好ましい。この場合、水平ビーム広がり角を7度以上と大きくすることが可能となる。
【0040】
第1導電型のクラッド層はAlxGa1-xAsからなり、活性層はAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなり、第2導電型のクラッド層はAlyGa1-yAs(y>q)からなり、電流ブロック層はAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなってもよい。
【0041】
この場合、基本横モード発振で70mW以上の最高光出力を得ることができるとともに、水平ビーム広がり角を6.5度以上とすることができる。
【0042】
実効屈折率の差Δnは、電流ブロック層のAl組成比z及び第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択することにより設定されてもよい。
【0043】
第1導電型のクラッド層のAl組成比x及び第2導電型のクラッド層のAl組成比yは、0.4以上0.6以下であることが好ましい。
【0044】
電流ブロック層のAl組成比zは第2導電型クラッド層のAl組成比yよりも大きいことが好ましい。電流ブロック層のAl組成比zと第2導電型のクラッド層のAl組成比yとの差が0.02以上であることがより好ましい。この場合、良好な実効屈折率差を容易に実現することができる。
【0045】
電流ブロック層のAl組成比zは0.6以下であることが好ましい。これにより、電流ブロック層の結晶性が良好となるので、この電流ブロック層上に形成される層の結晶性も良くなる。この結果、高信頼性の半導体レーザ素子が提供できる。
【0046】
電流ブロック層は、第1導電型の層を少なくとも含むことが好ましい。この場合、この電流ブロック層の第1導電型の層と第2導電型のクラッド層とが互いに逆導電型となるので、十分な電流阻止が行える。電流ブロック層は、第1導電型の層のみからなってもよい。
【0047】
電流ブロック層は、活性層上に形成された第1の層と、前記第1の層上に形成された第2の層とを含み、第2の層は第1導電型であり、第1の層は第2の層よりも低い不純物濃度を有してもよい。この場合、電流ブロック層から活性層への不純物拡散を防止できる。特に、第1の層がアンドープ層であることが好ましい。
【0048】
電流ブロック層が第1導電型の層からなる場合、活性層側に近づくほど不純物濃度が小さくなってもよい。
【0049】
また、第2のクラッド層中には、エッチング停止層等の厚さが300Å以下の他の層が介在しても実効屈折率差には殆ど影響がないのでよい。
【0050】
さらに、電流ブロック層上には、発振光を吸収する第1導電型の電流ブロック層を備えてもよい。
【0051】
尚、第1導電型のクラッド層は、第1導電型の半導体基板上に形成されることが好ましく、AlGaAs系半導体レーザ素子では、GaAs基板を用いることが好ましい。
【0052】
活性層は単一量子井戸層からなる単一量子井戸構造を有してもよく、量子井戸層と障壁層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有しても良く、量子効果を有さない単一の層であってもよい。
【0053】
AlGaAs系半導体レーザ素子の多重量子井戸構造は、AlqGa1-qAs(1>x>q≧0,1>y>q≧0)からなる量子井戸層と、AlpGa1-pAs(x≧p>q,y≧p>q)からなる障壁層を含んでもよい。
【0054】
半導体レーザ素子が、基本横モード発振で70mW以上の最高光出力を達成することが好ましい。更に、半導体レーザ素子が、基本横モード発振で100mW以上の最高光出力を達成することが好ましい。また、半導体レーザ素子が6.5度以上の水平ビーム広がり角を達成することが好ましい。また、半導体レーザ素子が7度以上の水平ビーム広がり角を達成することがより好ましい。
【0055】
尚、ビームが真円に近い方が装置の光学的設定を容易に行うことが出来る。垂直ビーム広がり角は、水平ビーム広がり角に比べて大きく、例えば15〜30度程度であるので、水平ビーム広がり角は垂直ビーム広がり角と同じ程度まで大きくてもよい。
【0056】
加えて、共振器長は短い方が水平ビーム広がり角を若干大きくできる。一方、共振器長がほぼ300μmより小さいと、COD(瞬時光学損失)のレベルが低くなる。従って、共振器長はほぼ300μm以上600μm以下の範囲内であることが好ましい。
【0057】
本発明のさらに他の局面に従う半導体レーザ素子の設計方法は、AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、AlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層、AlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、電流通路を制限するとともに、電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層とを、この順に含む半導体レーザ素子の設計方法であって、基本横モード発振で所定の最高光出力及び所定の水平ビーム広がり角が得られるように、活性層における開口部に対応する領域の実効屈折率と活性層における開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn、及び開口部の幅Wを設定するステップと、実効屈折率の差Δが得られるように電流ブロック層のAl組成比z及び第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択するステップとを含む。
【0058】
これにより、基本横モード発振で高い最高光出力および大きな水平ビーム広がり角を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0059】
設定するステップは、実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]を、
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≧2.5
W≦−1.33×103×Δn+8.723
W≦2.25×103×Δn−2.8
の関係を満足するように設定することを含むことが好ましい。これにより、基本横モード発振で70mW以上の最高光出力及び6.5度以上の水平ビーム広がり角を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0060】
設定するステップは、実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]を、
W≦−1.33×103×Δn+7.923
の関係を満足するように設定することを含むことがさらに好ましい。この場合、基本横モード発振で100mW以上の最高光出力を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0061】
設定するステップは、実効屈折率の差Δn及び開口部の幅W[μm]を、
W≦2.25×103×Δn−3.175
の関係を満足するように設定することを含むことがさらに好ましい。この場合、7度以上の水平ビーム広がり角を達成する半導体レーザ素子が得られる。
【0062】
第2導電型のクラッド層は、平坦部と、平坦部上のストライプ状リッジ部とを有し、リッジ部は電流ブロックの開口部内に位置し、電流ブロック層は、平坦部上面及び前記リッジ部側面を覆うように形成されてもよい。この場合、いわゆるリッジ導波型半導体レーザ素子が提供される。リッジ部の幅は、活性層側から反対側に至るにつれて小さくなってもよい。
【0063】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態に係るAlGaAs系半導体レーザ素子を図1を用いて説明する。図1はこの半導体レーザの概略模式断面図である。
【0064】
図1において、1はn型GaAs基板である。この基板1上には、0.5μm厚のn型GaAsバッファ層(Seドープ)2、層厚0.1μm厚のn型Als Ga1-sAsバッファ層(Seドープ:x>s>0、本実施形態ではs=0.1 8)3、層厚2.3μm厚のn型AlxGa1-xAsクラッド層(Seドープ:本実施形態ではx=0.45)4、層厚410ÅのアンドープのAlvGa1-vAs光ガイド層(1>x>v、本実施形態ではv=0.35)5、層厚100ÅのアンドープのAlqGa1-qAs(v,w>q≧0、本実施形態ではq=0.035)の単一量子井戸層からなる活性層6、層厚410ÅのアンドープのAlwGa1-wAs光ガイド層(y1,y2>w、本実施形態ではw=0.35)7、及び層厚tμmのp型Aly1Ga1-y1Asクラッド層(Znドープ:本実施形態ではy1=0.45)8がこの順序で形成されている。
【0065】
前記p型クラッド層8の略中央部上には、紙面垂直方向(共振器長方向)に延在する電流通路の開口部幅となる幅W(本実施形態ではW=4.5μm)、層厚200Åのストライプ状のp型AluGa1-uAsエッチング停止層(Znドープ、1≧u>y1,y2、本実施形態ではu=0.7)9、ストライプ状の層厚2μm厚のp型Aly2Ga1-y2Asクラッド層(Znドープ:本実施形態ではy2=0.45)10、及びストライプ状の層厚0.4μmのp型GaAsキャップ層(Znドープ)11がこの順序で形成されてなるストライプ状のリッジ領域部12が構成される。
【0066】
前記p型クラッド層8上には、前記リッジ領域部12の側面を覆うように層厚0.3μmのアンドープのAlz1Ga1-z1As電流ブロック層(1≧z1>y1,y2)13、層厚0.2μmのn型Alz2Ga1-z2As電流ブロック層(Seドープ:1≧z2>y1,y2)14、及び層厚0.3μmのn型GaAsブロック層(Seドープ)15がこの順序で形成されている。
【0067】
前記p型キャップ層11、前記ブロック層13の端面、前記ブロック層14の端面、及び前記ブロック層15上には、層厚6μmのp型GaAsコンタクト層(Znドープ)16が形成されている。
【0068】
前記p型コンタクト層16上にはCr/Auからなるp型側電極17が形成され、前記n型基板1の下面には、Cr/Sn/Auからなるn型側電極18が形成されている。
【0069】
次に、上記の第1の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法の一例を説明する。
【0070】
まず、n型基板1上に、n型GaAsバッファ層2、n型AlGaAsバッファ層3、n型AlGaAsクラッド層4、アンドープのAlGaAs光ガイド層5、アンドープの活性層6、アンドープのAlGaAs光ガイド層7、p型AlGaAsクラッド層(平坦部)8、p型AlGaAs又はAlAsエッチング停止層9、p型クラッド層(後のリッジ領域部に対応)10、及びp型GaAsキャップ層11をこの順序で有機金属気相成長方法(MOCVD法)又は分子線エピタキシー法(MBE法)等の気相成長方法により連続成長する。なお、キャップ層11はp型クラッド層10が製造工程において露出して酸化することにより、この層10上に結晶成長できなくなるのを防止するための保護層である。
【0071】
次に、前記p型GaAsキャップ層11上にストライプ状のSiO2膜を形成 し、これをマスクとしてp型エッチング停止層9まで選択エッチングした後、前記マスクを介した状態でエッチング停止層9もエッチング除去してリッジ領域部12を形成する。なお、停止層9はAl組成比が大きく、エッチング工程後にこの上に結晶性よく結晶を成長することが困難であるので、本実施形態ではエッチング停止層9を除去している。
【0072】
次に、リッジ領域部12側面を覆おうようにクラッド層8上に電流ブロック層13、14、15をこの順序に前記気相成長法により連続成長すると共に、上記キャップ層11上面を露出させる。その後、上記電流ブロック層13、14、15及びキャップ層11上面上にp型GaAsコンタクト層16を前記気相成長法により成長する。
【0073】
この半導体レーザ素子は、電流通路を制限すると共に電流通路を形成するストライプ状の開口部(幅W)を有する電流ブロック層13、14が、p型クラッド層8、10に比べて、バンドギャップが大きく、且つ屈折率が小さい構成である。従って、発光領域(図1中、点線楕円内で模式的に示す領域)において、前記開口部に対応する領域Aの実効屈折率が、該開口部の両側に対応する領域Bの実効屈折率より大きくでき、実屈折率ガイド型半導体レーザとして動作可能となる。ここで、実効屈折率差とは、活性層において、発振波長の光が領域Aで感じる屈折率と領域Bで感じる屈折率との差を意味する。
【0074】
尚、上記構成をとることにより、電流ブロック層13、14は、発振光に対して透明となる透明電流ブロック層である。
【0075】
ここで、上記電流ブロック層13、14の各Al組成比z1、z2、又は前記p型クラッド層8の層厚tを選択することにより、非動作時の実効屈折率差(開口部に対応する領域Aの実効屈折率−開口部の両側に対応する領域Bの実効屈折率)を変化させて、基本横モード発振における最大光出力を測定した。その結果を図2に示す。尚、この測定では、前端面に2%の反射膜、後端面に95%の反射膜を設けると共に、共振器長を1200μmとし、環境温度25℃で測定した。また、図2中の各点における電流ブロック層13、14の各Al組成比z1、z2、及びp型クラッド層8の層厚tを表1に示す。試料No.A1〜A5のストライプ幅Wは4.5μmである。
【0076】
【表1】
【0077】
この図2から判るように、実効屈折率差が3×10-3以下である場合に、基本横モードで発振できる最大光出力は100mW以上となり、更に実効屈折率差が2.6×10-3以下である場合には、基本横モードで発振できる最大光出力は150mW以上、更に2.3×10-3以下である場合、基本横モードで発振できる最大光出力は200mW以上となることが判る。
加えて、上記実効屈折率差が3×10-3である場合、光出力100mWにおいて、発振しきい値電流は43mA、動作電流140mA、垂直広がり角18度、水平広がり角7度であり、上記実効屈折率差が2.5×10-3である場合、光出力170mWにおいて、発振しきい値電流は45mA、動作電流185mA、垂直広がり角18度、水平広がり角7度であった。
【0078】
また、上記実効屈折率差が2.3×10-3である場合、光出力200mWにおいて、発振しきい値電流は47mA、動作電流235mA、垂直広がり角18度、水平広がり角6.5度であった。
【0079】
このように実効屈折率差が3×10-3以下である場合、基本横モード発振で高光出力を低動作電流で実現できる。
【0080】
従って、第1の実施の形態の半導体レーザ素子では、実効屈折率差は3×10-3以下に選択され、好ましくは2.6×10-3以下に選択される。
【0081】
次に、電流ブロック層13、14の各Al組成比z1、z2、p型クラッド層8の厚さt及びストライプ幅Wを選択することにより、非動作時の実効屈折率差Δn(開口部に対応する領域Aの実効屈折率差−開口部の両側に対応する領域Bの実効屈折率)を変化させて、基本横モード発振における最大光出力Pkを測定した。その結果を表2に示す。この場合、半導体レーザ素子の前端面に2%の反射膜、後端面に95%の反射膜を設けるとともに、共振器長を1200μmとし、環境温度25℃で測定を行った。尚、試料B4、B9、B14、B18、B21は、それぞれ試料A1、A2、A3、A4、A5に相当する。
【0082】
【表2】
【0083】
図3は、表1中の試料No.B1〜B21を用いて得た実効屈折率差Δn、基本横モード発振可能な最大光出力Pk及びストライプ幅Wの関係を示す。試料B1〜B21の全てにおいて基本横モード発振が得られた。
【0084】
図3において、最大光出力Pkが100mW以上であるためには、直線Lを含む直線L下側の領域を満足するストライプ幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があり、更に最大光出力Pkが150mW以上であるためには、直線Mを含む直線M下側の領域を満足するストライプ幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があることがわかる。
【0085】
尚、直線Lは下記の式(A1)で表される。
【0086】
W=−1.6×103×Δn[μm]+9.3[μm] ・・・(A1)
直線Mは下記の式(A2)で表される。
【0087】
W=−1.5×103×Δn[μm]+8.55[μm] ・・・(A2)
なお、このような半導体レーザ素子では、動作時に領域Aへキャリアが注入されて領域Aにおける実質的な実効屈折率が10-3程度低下するので、実屈折率ガイド型を良好に保持するために、実効屈折率差は略2×10-3以上であるのがよい。
【0088】
特に、信頼性の点からストライプ幅Wが3.0μm以上であることが好ましい。具体的には、半導体レーザ素子が1000時間以上の安定動作を行うためには、ストライプ幅Wが3.0μm以上であることが好ましい。
【0089】
以上のことから、基本横モード発振で最大光出力Pkが100mW以上であるために、ストライプ幅W及び実効屈折率差Δnは、以下の関係を満足するように選択される。
【0090】
Δn≧2×10-3
W≦−1.6×103×Δn[μm]+9.3[μm]
W≧3.0[μm]
基本横モード発振で最大光出力Pkが150mW以上であるために、上記の関係に加えて、下記の関係を満足することがより好ましい。
【0091】
W=−1.5×103×Δn[μm]+8.55[μm]
また、バンドギャップが大きい(即ちAl組成比の高い)電流ブロック層は、結晶性が比較的悪く、この結果、電流ブロック層を再成長する等の際にこの電流ブロック層からの不純物が活性層6に拡散する恐れがあり、しかも実屈折率ガイド型半導体レーザとし、無効電流を低減するために、p型クラッド層8の層厚は小さく、好ましくは0.25μm以下と設定されるので、上記拡散を抑制するために、上記実施形態のように活性層6側の電流ブロック層13をアンドープ層等の低不純物層とするのが好ましく、勿論上述のようにアンドープ層とするのが好ましい。
【0092】
また、上記第1の実施形態では、活性層6として、AlqGa1-qAs(q≧0)からなる単一量子井戸層を用いたが、AlqGa1-qAs井戸層とAlpGa1-pAs障壁層(p>q≧0)からなる多重量子井戸構造層を用いてもよく、またAlqGa1-qAs(q≧0)からなる量子効果を有しない層であってもよい。
【0093】
次に、本発明の第2の実施の形態に係るAlGaAs系半導体レーザ素子を図4及び図5を用いて説明する。図4の半導体レーザ素子において、図1の半導体レーザ素子に対応する部分には同一符号を付している。
【0094】
図4において、1はn型GaAs基板である。この基板1上には、0.5μm厚のn型GaAsバッファ層(Seドープ)2、層厚0.1μm厚のn型Als Ga1-sAsバッファ層(Seドープ:x>s>0、本実施形態ではs=0.1 8)3、層厚2.2μm厚のn型AlxGa1-xAsクラッド層(Seドープ:本実施形態ではx=0.45)4、層厚200ÅのアンドープのAlvGa1-vAs光ガイド層(1>x>v、本実施形態ではv=0.35)5、層厚80ÅのAlqGa1-qAs(v,w>q≧0、本実施形態ではq=0.11)からなる量子井戸層6a、6a、6aと層厚80ÅのAlpGa1-pAs(v,w≧p>q≧0、本実施形態ではp=0.3)の障壁層6b、6bとが交互に積層されてなるアンドープの活性層6、層厚200ÅのアンドープのAlwGa1-wAs光ガイド層(y1,y2>w、本実施形態ではw=0.35)7、及び層厚tμmのp型Aly1Ga1-y1Asクラッド層(Znドープ:本実施形態ではy1=0.45)8がこの順序で形成されている。
【0095】
前記p型クラッド層8の略中央部上には、紙面垂直方向(共振器長方向)に延在する電流通路の開口部幅となる幅Wμm、層厚200Åのストライプ状のp型AluGa1-uAsエッチング停止層(Znドープ、1≧u>y1,y2、本実施形態ではu=0.7)9、ストライプ状の層厚1.8μm厚のp型Aly2Ga1-y2Asクラッド層(Znドープ:本実施形態ではy2=0.45)10、及びストライプ状の層厚0.7μmのp型GaAsキャップ層(Znドープ)11がこの順序で形成されてなるストライプ状のリッジ領域部12が構成される。前記p型クラッド層8上には、前記リッジ領域部12の側面を覆うように層厚0.3μmのアンドープのAlz1Ga1-z1As電流ブロック層(1≧z1>y1,y2)13、層厚0.2μmのn型Al z2 Ga1-z2 As電流ブロック層(Seドープ:1≧z2>y1,y2)14、及び層厚0.3μmのn型GaAsブロック層(Seドープ)15がこの順序で形成されている。
【0096】
前記p型キャップ層11、前記ブロック層13の端面、前記ブロック層14の端面、及び前記ブロック層15上には、層厚6μmのp型GaAsコンタクト層(Znドープ)16が形成されている。
【0097】
前記p型コンタクト層16上にはCr/Auからなるp型側電極17が形成され、前記n型基板1の下面には、Cr/Sn/Auからなるn型側電極18が形成されている。
【0098】
この第2の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法は、活性層6の詳細な構造を除いて第1の実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法と同様である。
【0099】
この第2の実施の形態の半導体レーザ素子は、電流通路を制限すると共に電流通路を形成するストライプ状の開口部(ストライプ幅W)を有する電流ブロック層13、14が、p型クラッド層8、10に比べて、バンドギャップが大きく屈折率が小さい構成である。従って、発光領域(図4中、点線楕円内で模式的に示す領域)において、前記開口部に対応する領域aの実効屈折率が、該開口部の両側に対応する領域bの実効屈折率より大きくでき、実屈折率ガイド型半導体レーザ素子として動作可能となる。
【0100】
尚、上記構成をとることにより、電流ブロック層13、14は、発振光に対して透明となる透明電流ブロック層である。
【0101】
ここで、上記電流ブロック層13、14の各Al組成比z1、z2、前記p型クラッド層8の層厚t、前記幅Wを選択することにより、非動作時の実効屈折率差Δn(開口部に対応する領域aの実効屈折率nO−開口部の両側に対応する領 域bの実効屈折率nS)を変化させて、基本横モード発振における最大光出力Pk、その時の水平方向の水平ビーム広がり角θH、COD(瞬時光学損傷)、及び 非点隔差を測定し、その結果を下記表3に示す。尚、この測定では、前端面に12%の反射膜、後端面に95%の反射膜を設けると共に、共振器長を600μmとし、環境温度25℃で測定した。
【0102】
【表3】
【0103】
図6は、表3中のNo.C1〜No.C18を用いて得た幅W、実効屈折率差Δn、水平ビーム広がり角θH、及び最大光出力Pkの関係を示す。
【0104】
この図6において、最大光出力Pkが70mW以上であるためには、点線で示 す直線Aと点線で示す直線Xの間の領域Aを満足する幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があり、更に、最大光出力Pkが100mW以上であるためには 、点線で示す直線Bと前記直線Xの間の領域Bを満足する幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があることが判る。
【0105】
また、この図6において、水平ビーム広がり角θHが6.5度以上であるため には、実線で示す直線Cを含む直線C下側の領域C内を満足する幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があり、更に、水平方向のビーム広がり角θHが7度 以上であるためには、実線で示す直線Dを含む直線D下側の領域D内を満足する幅W及び実効屈折率差Δnを選択する必要があることが判る。
【0106】
なお、直線Aは下記の式(B1)で示され、
W=−1.33×103×Δn[μm]+8.723[μm]・・・(B1)
直線Bは下記の式(B2)で示され、
W=−1.33×103×Δn[μm]+7.923[μm]・・・(B2)
直線Xは下記の式(B3)で示され、
W=2.5[μm] ・・・(B3)
直線Cは下記の式(B4)で示され、
W=2.25×103×Δn[μm]−2.8[μm] ・・・(B4)
直線Dは下記の式(B5)で示される。
【0107】
W=2.25×103×Δn[μm]−3.175[μm] ・・・(B5)
また、図7に、上記表3に示すNo.C9〜No.C14のCODとストライプ幅Wとの関係を示す。
【0108】
この図7及び表3から、ストライプ幅Wが2.5μmより小さくなると、最大光出力Pkが100mWより小さくなる他、CODも100mWより小さくなり 、長寿命化が図れないことが判る。
【0109】
図8に、上記表3に示すNo.C1、C2、C5、C9、及びC18の非点隔差と実効屈折率差Δnの関係を示す。
【0110】
この図8及び表3から、実効屈折率差Δnが2.4×10-3より小さくなると非点隔差が急激に大きくなることが判る。このように非点隔差が非常に大きいと光ピックアップ装置の光学設定等が難しくなるので、実効屈折率差Δnは2.4×10-3以上がよいことが判る。
【0111】
また、実効屈折率差Δnが3.5×10-3を越えると、横モード発振が不安定になり、基本横モード発振が困難になる。
【0112】
従って、実効屈折率差Δnは2.4×10-3以上3.5×10-3以下がよい。
【0113】
書き換え可能型光記録媒体用の光源としての半導体レーザは、最大光出力Pk が70mW以上且つ水平ビーム広がり角θHが6.5度以上が要望されるので、 本発明では領域Aと領域Cの重なる領域及び実効屈折率差Δnが2.4×10-3以上3.5×10-3以下の範囲を満足するように幅W及び実効屈折率差Δnが選択される。
【0114】
すなわち、幅W及び実効屈折率差Δnは、
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≦−1.33×103×Δn[μm]+8.723[μm]
W≦2.25×103×Δn[μm]−2.8[μm]
W≧2.5[μm]
を満足するように選択される。
【0115】
より好ましくは、上記関係の他に最大光出力Pkが100mW以上となる下記
関係を満足する場合であり、
W≦−1.33×103×Δn[μm]+7.923[μm]
または、水平ビーム広がり角θHが7度以上となる下記関係を満足する場合で あり、
W≦2.25×103×Δn[μm]−3.175[μm]
更に、好ましくは、最大光出力Pkが100mW以上且つ水平ビーム広がり角θHが7度以上となるように
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≧2.5[μm]
W≦−1.33×10 3 ×Δn[μm]+7.923[μm]
W≦2.25×103×Δn[μm]−3.175[μm]
を満足する場合である。
【0116】
なお、バンドギャップが大きい(即ちAl組成比の高い)電流ブロック層は、結晶性が比較的悪く、この結果、電流ブロック層を再成長する等の際にこの電流ブロック層からの不純物が活性層6に拡散する恐れがあり、しかも実屈折率ガイド型半導体レーザとし、無効電流を低減するために、p型クラッド層8の層厚は小さく、好ましくは0.25μm以下と設定されるので、上記拡散を抑制するために、上記実施形態のように活性層6側の電流ブロック層13をアンドープ層等の低不純物層とするのが好ましく、勿論上述のようにアンドープ層とするのが好ましい。
【0117】
また、上記第2の実施形態では、活性層6として、AlqGa1-qAs(q≧0)からなる単一量子井戸層を用いたが、AlqGa1-qAs井戸層とAlpGa1-pAs障壁層(p>q≧0)からなる多重量子井戸構造層を用いてもよく、またAlqGa1-qAs(q≧0)からなる量子効果を有しない層であってもよい。
【0118】
また、上述の第1及び第2の実施の形態では、エッチング停止層9がp型クラッド層8、10間、即ちp型クラッド層中に介在しているが、歩留まりは低下する恐れはあるが、エッチング停止層9を設けないようにもできる。
【0119】
上記第1及び第2の実施の形態において、AlGaAsクラッド層4、8、10のAl組成比x、y1、y2は0.4以上0.6以下で適宜選択が可能であり、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状の開口部を有し且つ隣接するAlGaAsクラッド層8、10よりAl組成比の高い電流ブロック層13、14は、AlGaAsクラッド層8、10のAl組成比y1、y2より少なくとも0.02以上大きくAl組成比が設定される。
【0120】
しかしながら、AlGaAsは、Al組成比が0.6より大きくなると、結晶性が悪くなり、且つ酸化しやすくなってその上の結晶成長が困難になることを実験で確認している。従って、電流ブロック層13、14のAl組成比z1、z2は0.6以下に選択されるのが好ましい。
【0121】
また、上記第1及び第2の実施の形態では、n型AlGaAs電流ブロック層14とアンドープの電流ブロック層13を同じAl組成比にしたが、異なるようにも勿論できる。また、どちらか一方のみを備える構成にもできる。
【0122】
【発明の効果】
本発明は、基本横モード発振で高光出力が可能な半導体レーザ素子及びその設計方法を提供することができる。
【0123】
また、本発明は、基本横モード発振で高光出力が可能で水平ビーム広がり角θHが大きな半導体レーザ素子及びその設計方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図2】図1の半導体レーザ素子の実効屈折率差Δnと基本横モード発振可能な最大光出力Pkとの関係を示す図である。
【図3】図1の半導体レーザ素子の実効屈折率差Δn、基本横モード発振可能な最大光出力Pk及びストライプ幅Wの関係を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図5】図4の半導体レーザ素子の活性層及びその近傍の模式的バンド構造部である。
【図6】図4の半導体レーザ素子の実効屈折率差Δn、基本横モード発振可能な最大光出力Pk、ストライプ幅W及び水平ビーム広がり角θHの関係を示す図である 。
【図7】図4の半導体レーザ素子のストライプ幅WとCOD(瞬時光学損失)との関係を示す図である。
【図8】図4の半導体レーザ素子の実効屈折率差Δnと非点隔差との関係を示す図である。
【符号の説明】
3 n型クラッド層
6 活性層
8、10 p型クラッド層
12 リッジ領域部
13 アンドープの電流ブロック層
14 n型電流ブロック層
15 n型電流ブロック層
Claims (21)
- AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、該第1導電型のクラッド層上に形成されたAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層と、該活性層上に形成されたAlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、該第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ前記第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し前記第2導電型のクラッド層よりも小さな屈折率を有するAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層と、を備え、
前記第2導電型のクラッド層は、平坦部と、前記平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、前記リッジ部は前記電流ブロック層の前記開口部内に位置し、
前記電流ブロック層は、前記第2導電型のクラッド層上に形成されたAlz1Ga1-z1As(1≧z1>y)からなる第1の層と、前記第1の層上に形成されたAlz2Ga1-z2As(1≧z2>y)からなる第2の層と、前記第2の層上に形成されたGaAsからなる第3の層とを含み、且つ前記平坦部上面及び前記リッジ部側面を覆うように形成され、前記第2の層は前記第1導電型であり、前記第1の層は前記第2の層よりも低い不純物濃度を有し、
前記活性層における前記開口部に対応する領域の実効屈折率と前記活性層における前記開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn及び前記開口部の幅W[μm]が、
Δn≧2×10-3
W≦−1.6×103×Δn+9.3
W≧3.0
の関係を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅Wが
W≦−1.5×103×Δn+8.55
の関係を満足することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。 - 前記電流ブロック層はAlを含み、
前記実効屈折率の差Δnは、前記電流ブロック層のAl組成比及び前記第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択することにより設定されることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。 - 前記電流ブロック層のAl組成比zは前記第2導電型のクラッド層のAl組成比yよりも大きいことを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ素子。
- 前記電流ブロック層のAl組成比zは0.6以下であることを特徴とする請求項3記載の半導体レーザ素子。
- 前記リッジ部の幅は前記活性層側から反対側に至るにつれて小さくなることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
- AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、該第1導電型のクラッド層上に形成されたAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層と、該活性層上に形成されたAlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、該第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ前記第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し前記第2導電型のクラッド層よりも小さな屈折率を有するAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層と、を備え、
前記第2導電型のクラッド層は、平坦部と、前記平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、前記リッジ部は前記電流ブロック層の前記開口部内に位置し、
前記電流ブロック層は、前記第2導電型のクラッド層上に形成されたAlz1Ga1-z1As(1≧z1>y)からなる第1の層と、前記第1の層上に形成されたAlz2Ga1-z2As(1≧z2>y)からなる第2の層と、前記第2の層上に形成されたGaAsからなる第3の層とを含み、且つ前記平坦部上面及び前記リッジ部側面を覆うように形成され、前記第2の層は前記第1導電型であり、前記第1の層は前記第2の層よりも低い不純物濃度を有する半導体レーザ素子の設計方法であって、
基本横モード発振で所定の光出力が得られるように、前記活性層における前記開口部に対応する領域の実効屈折率と前記活性層における前記開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn、及び前記開口部の幅Wを、
Δn≧2×10-3
W≦−1.6×103×Δn+9.3
の関係を満足するように設定するステップと、
前記実効屈折率の差Δが得られるように前記電流ブロック層のAl組成比z及び前記第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択するステップとを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の設計方法。 - 前記設定するステップは、前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅W[μm]を、
W≦−1.5×103×Δn+8.55
の関係を満足するように設定することを含むことを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 前記設定するステップは、前記開口部の幅Wを3.0μm以上に設定することを含むことを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ素子の設計方法。
- 前記リッジ部の幅は前記活性層側から反対側に至るにつれて小さくなることを特徴とする請求項7記載の半導体レーザ素子の設計方法。
- AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、該第1導電型のクラッド層上に形成されたAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層と、該活性層上に形成されたAlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、該第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ前記第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し前記第2導電型のクラッド層よりも小さな屈折率を有するAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層と、を備え、
前記第2導電型のクラッド層は、平坦部と、前記平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、前記リッジ部は前記電流ブロック層の前記開口部内に位置し、
前記電流ブロック層は、前記第2導電型のクラッド層上に形成されたAlz1Ga1-z1As(1≧z1>y)からなる第1の層と、前記第1の層上に形成されたAlz2Ga1-z2As(1≧z2>y)からなる第2の層と、前記第2の層上に形成されたGaAsからなる第3の層とを含み、且つ前記平坦部上面及び前記リッジ部側面を覆うように形成され、前記第2の層は前記第1導電型であり、前記第1の層は前記第2の層よりも低い不純物濃度を有し、
前記活性層における前記開口部に対応する領域の実効屈折率と前記活性層における前記開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn及び前記開口部の幅W[μm]が、
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≧2.5
W≦−1.33×103×Δn+8.723
W≦2.25×103×Δn−2.8
の関係を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅W[μm]が
W≦−1.33×103×Δn+7.923
の関係を満足することを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。 - 前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅W[μm]が
W≦2.55×103×Δn−3.175
の関係を満足することを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。 - 前記電流ブロック層はAlを含み、
前記実効屈折率の差Δnは、前記電流ブロック層のAl組成比及び前記第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択することにより設定されることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。 - 前記電流ブロック層のAl組成比zは前記第2導電型クラッド層のAl組成比yよりも大きいことを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。
- 前記電流ブロック層のAl組成比zは0.6以下であることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。
- 前記リッジ部の幅は前記活性層側から反対側に至るにつれて小さくなることを特徴とする請求項11記載の半導体レーザ素子。
- AlxGa1-xAsからなる第1導電型のクラッド層と、該第1導電型のクラッド層上に形成されたAlqGa1-qAs(1>x>q≧0)からなる活性層と、該活性層上に形成されたAlyGa1-yAs(y>q)からなる第2導電型のクラッド層と、該第2導電型のクラッド層上に形成され、電流通路を制限すると共に電流通路を形成する所定幅のストライプ状開口部を有し、且つ前記第2導電型のクラッド層よりも大きいバンドギャップを有し前記第2導電型のクラッド層よりも小さな屈折率を有するAlzGa1-zAs(1≧z>y)からなる電流ブロック層と、を備え、
前記第2導電型のクラッド層は、平坦部と、前記平坦部上に形成されたストライプ状のリッジ部とを有し、前記リッジ部は前記電流ブロック層の前記開口部内に位置し、
前記電流ブロック層は、前記第2導電型のクラッド層上に形成されたAlz1Ga1-z1As(1≧z1>y)からなる第1の層と、前記第1の層上に形成されたAlz2Ga1-z2As(1≧z2>y)からなる第2の層と、前記第2の層上に形成されたGaAsからなる第3の層とを含み、且つ前記平坦部上面及び前記リッジ部側面を覆うように形成され、前記第2の層は前記第1導電型であり、前記第1の層は前記第2の層よりも低い不純物濃度を有する半導体レーザ素子の設計方法であって、
基本横モード発振で所定の最高光出力及び所定の水平ビーム広がり角が得られるように、前記活性層における前記開口部に対応する領域の実効屈折率と前記活性層における前記開口部の両側に対応する領域の実効屈折率との差Δn、及び前記開口部の幅Wを
2.4×10-3≦Δn≦3.5×10-3
W≧2.5
W≦−1.33×103×Δn+8.723
W≦2.25×103×Δn−2.8
の関係を満足するように設定するステップと、
前記実効屈折率の差Δが得られるように前記電流ブロック層のAl組成比z及び前記第2導電型のクラッド層の開口部の両側部分での厚さを選択するステップとを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の設計方法。 - 前記設定するステップは、前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅W[μm]を、
W≦−1.33×103×Δn+7.923
の関係を満足するように設定することを含むことを特徴とする請求項18記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 前記設定するステップは、前記実効屈折率の差Δn及び前記開口部の幅W[μm]を、
W≦2.25×103×Δn−3.175
の関係を満足するように設定することを含むことを特徴とする請求項18記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 前記リッジ部の幅は前記活性層側から反対側に至るにつれて小さくなることを特徴とする請求項18記載の半導体レーザ素子の設計方法。
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