JP4219010B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長１．２〜１．６μｍでレーザ発振する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを用いた光通信システムでは、光ファイバーの損失特性から１．３μｍ，１．５５μｍの波長で発振する半導体レーザが光源として用いられている。それらの波長で発光する半導体レーザは、ＩｎＰ基板に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓといった混晶半導体材料で構成されており、実用的な特性が得られつつあった。しかしながらこれらの混晶材料系を用いて構成された半導体レーザでは、周囲の温度によって発振閾値電流，効率，動作電流等が大きく変化するなど、温度特性が良くない点に問題点があった。通常、半導体レーザの温度特性は特性温度Ｔ0で評価されるが、ＩｎＰ上に構成された上記のものにおいては、Ｔ0として５０〜８０Ｋ程度の値が報告されている。
【０００３】
一方で近年、ＩｎＰ基板に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓで構成された半導体レーザに比べて格段に温度特性が良好な構成として、ＧａＡｓ基板に結晶成長させたＧａＩｎＮＡｓなる混晶半導体材料を活性層に用いることが提案された。
【０００４】
９６年度秋季応用物理学会８ｐ−ＫＨ−７に報告されたＧａＩｎＮＡｓを活性層とする半導体レーザは、図７に示された構成がとられている（第一従来例）。図７の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【０００５】
基板１ ：ｎ型ＧａＡｓ
ｎ型クラッド層７：ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
活性層３ ：単一量子井戸
井戸層４ ：Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.004Ａｓ0.996，層厚７ｎｍ
ガイド層６ ：ＧａＡｓ，層厚１４０ｎｍ
ｐ型クラッド層２：ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
コンタクト層９ ：ｐ型ＧａＡｓ
絶縁膜１１ ：ＳｉＯ2
このような構成をとることにより、発光層であるＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４とその上下の層であるＧａＡｓガイド層６，ＡｌＧａＡｓクラッド層２，７とのエネルギーバンドギャップの差が十分に大きくなる為に発光層への注入キャリアの閉じ込めが十分に行われ、半導体レーザの特性が周囲の温度によって変化しにくい高温動作特性に優れた半導体レーザができるとされている。この第一従来例の構成において、Ｔ0として１２６Ｋの良好な値が報告されている。
【０００６】
また、９６年度秋季応用物理学会８ｐ−ＫＨ−８には、ＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＮＡｓを活性層とし、ｐ／ｎ両クラッド層を共にＧａＩｎＰで構成するダブルヘテロ型半導体レーザの構成により、Ｔ0として約７０〜１００Ｋの良好な温度特性が報告されている（第二従来例）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第一従来例は特別な電流狭窄構造がとられていないブロードストライプ構造で作製されているが、無効電流を抑えて動作電流を極力低減する為には、埋め込みヘテロ構造に加工するのが望ましい。ところが第一従来例の構造ではクラッド層の構成元素として空気中で酸化しやすいＡｌを多く含有している為、埋め込みヘテロ構造に加工しようとすると加工断面が酸化され、その影響で活性層に結晶欠陥が誘起される問題点があった。活性層に結晶欠陥が誘起されると素子の寿命が短くなり、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な信頼性が得られない。また、半導体レーザ装置を構成する材料にＡｌが構成元素として含まれていると、結晶成長により各層を作製する際に酸素が混入されやすい。内部に混入された酸素は活性層中で非発光中心を招いてレーザ素子の動作電流の大幅な増加を招き、活性層に結晶欠陥を誘起して素子の寿命が短くなる。
【０００８】
Ａｌを含まないＧａＡｓでもＧａＩｎＮＡｓ活性層より十分に禁制帯幅が大きく、ｐ／ｎ両クラッド層をＧａＡｓで構成することによりこの問題を避けることができるとも考えられるが、ＧａＩｎＮＡｓとＧａＡｓとのヘテロ接合では価電子帯のバンド不連続（ΔＥv）がほとんど無い為、活性層へ注入されたホールの閉じ込めが行えない。その為、Ａｌを混晶化し、Ａｌ混晶比ｘを第一従来例のように例えば０．３程度の大きな値にせざるを得ない。
【０００９】
一方で第二従来例においては上述のようなＡｌの酸化の問題はない点で優れた構成であるものの、バンドラインナップの上で大きな障害があることを見い出した。すなわち、ＧａＩｎＮＡｓとＧａＩｎＰとのヘテロ接合では価電子帯のバンド不連続（ΔＥv）が約６４０ｍｅＶの大きな値になることを見い出し、図８の様にＧａＩｎＰをｐ／ｎ両クラッド層とした場合には、ｐ型クラッド層とＧａＩｎＮＡｓ活性層との間の価電子帯側にスパイク状の大きなエネルギー障壁（図８においてΔＥv2で示されている）が発生することがわかった。この為にｐ型クラッド層から活性層へのホールの注入効率が大幅に低下し、動作電圧の大幅な増加が生じる。この動作電圧、即ち消費電力の大幅な増加は素子の寿命を短くする原因となることがわかった。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決することを目的にしてなされたものである。すなわち、半導体レーザの各層を少ないＡｌ混晶比で構成することができ、かつ、クラッド層から活性層への電子・ホールの注入を余分なエネルギー障壁なしに行うことができ、かつ、活性層へ注入された電子・ホールを効果的に閉じ込めることができ、その結果として低電流・長寿命を実現できるように好適にヘテロ接合構造が構成された半導体レーザ装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx2ＩｎyＧａ1-x2-yＰから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２（０≦ｘ１，ｘ２≦１）が０．０５以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１２】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層がバンドラインナップの上で好適な材料で構成されている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなる。また、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、素子寿命が長くなる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００１３】
請求項２においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層が２層以上の多層から成っており、２層以上の多層のｎ型クラッド層のうちで最も活性層に隣接する層（第一ｎ型クラッド層）がＡｌx2ＩｎyGa1-x2-yＰから成っており、その次に隣接する層（第二ｎ型クラッド層）がＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２，ｘ３（０≦ｘ１，ｘ２，ｘ３≦１）が０．０５以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１４】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層がバンドラインナップの上で好適な材料で構成されている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなる。また、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、素子寿命が長くなる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００１５】
請求項３においては、前記ＡｌのＩＩＩ族比が０であることにより上記の目的を達成する。
【００１６】
すなわち、各層を構成する材料がＡｌを含まない為、請求項１〜２の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００１７】
請求項４においては、多層のｎ型クラッド層のうちで最も活性層に隣接する層（ｎ型第一クラッド層）の厚さが０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１８】
すなわち、ｎ型第一クラッド層の厚さを一定値以上にしている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入されるホールを効果的に閉じ込めることができ、請求項２，３の作用を効果的に実現できるものである。また、ｎ型第一クラッド層の厚さを一定値以下にしている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層での発熱を効果的に放熱することができ、請求項２，３の作用を効果的に実現できるものである。
【００１９】
請求項５においては、ｎ型の導電型を示す層がヒートシンクに近くしてなることにより上記の目的を達成する。
【００２０】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓ活性層での発熱を効果的に放熱することができ、請求項２，３，４の作用を効果的に実現できるものである。
【００２１】
請求項６においては、埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を有していることにより上記の目的を達成する。
【００２２】
すなわち、各層のＡｌ含有率が低い為に埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を適用することが可能となる。
【００２３】
請求項７においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．０５）から成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx’Ｇａ1-x’Ａｓ（０≦ｘ’≦０．０５）から成り、前記ｎ型の導電型を示すクラッド層と前記活性層のうちの誘導放出光を発生する層との間に、ＧａＡｓの薄膜と引っ張り歪を有するＧａＡｓＮ層の薄膜が交互に積層された多層構造で構成された中間層を備えたことにより上記の目的を達成する。
【００２４】
すなわち、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、ＢＨ構造にしても素子寿命が長くなる。また、ＧａＩｎＮＡｓから成る発光層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層が低Ａｌ混晶比のＡｌＧａＡｓ（またはＧａＡｓ）からなる場合に生じるホールの閉じ込めが引っ張り歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層またはＧａＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層によってブロックされる構成となる為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子、ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁を小さくできる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２６】
すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子に対して過剰なエネルギー障壁が発生せず、かつ活性層からｐ型クラッド層へリークするホールを効果的に閉じ込めることができる構成となる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２８】
すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子に対して過剰なエネルギー障壁が発生せず、かつ活性層からｐ型クラッド層へリークするホールを効果的に閉じ込めることができる構成となると共に、活性層への光閉じ込めを大きくする光ガイド構造を兼ねることができる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２９】
請求項１０においては、請求項７から９のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、基板の導電型がｎ型であり、少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含み圧縮歪を有する層を井戸層とする活性層を備えたことにより上記の目的を達成する。
【００３０】
すなわち、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層の結晶性を高めることができる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００３１】
請求項１１においては、請求項７から１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、前記ＡｌのＩＩＩ族比が０であることにより上記の目的を達成する。
【００３２】
すなわち、各層を構成する材料がＡｌを含まない為、請求項７から９の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００３３】
請求項１２においては、請求項７から１１のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、引っ張り歪を有するＧａ1-hＩｎhＮkＡｓ1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を少なくとも１層含む部分が、活性層からｎ型クラッド層へのホールのリークをブロックするように設けられていることにより上記の目的を達成する。
【００３４】
すなわち、請求項７から１０のいずれかに記載の構成が最適になるよう構成されている為、その作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００３５】
請求項１３においては、請求項７から１２のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を有していることにより上記の目的を達成する。
【００３６】
すなわち、各層のＡｌ含有率が低い為に埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を適用することが可能となり、高性能な半導体レーザが実現されるものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。図１の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００３８】
基板１ ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ
ｎ型クラッド層７：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚１μｍ
活性層３ ：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（λ＝１．３μｍ），層厚０．１μｍ
ｐ型クラッド層２：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
コンタクト層９ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
電流狭窄層１０ａ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
電流狭窄層１０ｂ：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．５μｍ
電流狭窄層１０ｃ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
絶縁膜１１ ：ＳｉＮx，層厚０．３μｍ
ｎ型用電極１２ ：ＡｕＧｅ
ｐ型用電極１３ ：ＡｕＺｎ
電流狭窄構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅は１．５μｍである。また、この素子をｐ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００３９】
従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層にはＧａＡｓ、ｎ型クラッド層にはＧａＩｎＰと、それぞれ異なる材料を用いている点が従来のものと異なる。
【００４０】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３μｍ，閾値電流１０ｍＡ，効率０．３３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ0は１７０Ｋであった。
【００４１】
この素子を６０℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡと大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態のレーザ素子の第一従来例の構造に対する優位性が確かめられる。
【００４２】
図１に示したＡ−Ａ’間のエネルギーバンドのラインナップを図２に示す。ＧａＩｎＰから成るｎ型クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥc1（約４７０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＩｎＧａＰから成るｎ型クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥv1（約６４０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、第二従来例に見られたような活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁は生じない。この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図である。図３（ａ）は素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。図３（ｂ）は活性層近傍のＸ部の拡大図となっている。図３（ｃ）はＢ−Ｂ’間の側面の断面図となっている。図３の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００４４】
基板１ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ
ｐ型クラッド層２ ：ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ，層厚１μｍ
活性層３ ：三重量子井戸（λ＝１．５５μｍ）
井戸層４ ：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ，層厚８ｎｍ
障壁層５ ：ノンドープＩｎＧａＡｓＰＮ，層厚８ｎｍ
ガイド層６ ：ノンドープＩｎＧａＡｓＰＮ，層厚３０ｎｍ
ｎ型第一クラッド層７：ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5Ｐ，層厚０．２μｍ
ｎ型第二クラッド層８：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０．８μｍ
コンタクト層９ ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
電流狭窄層１０ａ ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
電流狭窄層１０ｂ ：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．５μｍ
電流狭窄層１０ｃ ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
絶縁膜１１ ：ＳｉＮx，層厚０．３μｍ
ｎ型用電極１２ ：ＡｕＧｅ
ｐ型用電極１３ ：ＡｕＺｎ
導波路構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅ｗは２μｍである。ｎ型第一クラッド層７には回折格子１４を備えており、図次はされていないがλ／４シフト回折格子を備え、単一波長でレーザ発振する分布帰還型半導体レーザを構成している。また、この素子をｎ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００４５】
従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ、ｎ型クラッド層はＡｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5ＰとＧａＡｓとの２重構造になっており、かつｐ／ｎ非対称である点が従来のものと異なる。
【００４６】
この構成により作製した半導体レーザは、両端面に無反射コーティングを施した状態で、室温において波長１．５５μｍ，閾値電流８ｍＡ，効率０．３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲で見積もったファブリペロー発振時のＴ0は１８５Ｋであった。
【００４７】
この素子を、５０℃，１０ｍＷで信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、十分な寿命が得られた。
【００４８】
図３に示したＢ−Ｂ’間のエネルギーバンドのラインナップを図４に示す。ｎ型クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸から成る活性層３に注入された電子は、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥc1（約５１０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ｐ型クラッド層２から、活性層３に注入されたホールは、Ａｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5Ｐから成るｎ型第一クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥv1（約６８０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。本実施形態の構成では注入されたキャリアの閉じ込めが十分であり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じないことを見い出し、低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。
【００４９】
本実施形態の構造において、ｎ型第一クラッド層は、ｐ型クラッド層から活性層へ注入されたホールがｎ型クラッド層側へあふれ出るのを抑制する役目を果たす。図４にこのｎ型第一クラッド層の厚さと特性温度Ｔ0との相関を示すように、ｎ型第一クラッド層の厚さは少なくとも０．０２μｍの厚さが必要であった。これよりも薄くなるとホールのリークを防ぐ障壁層としての効果がない。また、ｎ型第一クラッド層の厚さが０．２μｍを超えると再び特性温度が減少し始める為、ｎ型第一クラッド層の厚さは少なくとも０．２μｍ以内であることが望ましい。これは、ｎ型第一クラッド層を構成するＡｌＧａＩｎＰの熱抵抗が特に大きい為に厚くなると活性層での発熱を放熱の点でやや不利となる傾向があると推測できる。活性層で発生する熱を効果的に放熱しないと、活性層に閉じ込められたキャリアのオーバーフローが大きくなる点で望ましくない。
【００５０】
本実施形態の構成において、各層のＡｌのＩＩＩ族比を上記以外の値にすることも可能である。ｐ／ｎ両クラッド層を構成する各層のうちで最もＡｌを多く含む層のＡｌのＩＩＩ族比（ＩＩＩ族元素のうちでＡｌの占める割合）と素子の劣化率との相関を図６示す。ＡｌのＩＩＩ族比は０．０５以下でないと埋め込みヘテロ構造にした時に寿命がもたないことが見い出された。
【００５１】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含む活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、各層のＡｌのＩＩＩ族比を一定値以下にすることによって埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００５２】
（実施の形態３）
図９は本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層にはＧａＡｓ、ｎ型クラッド層にはＧａＩｎＰとＧａＡｓの２層とし、ｎ型クラッド層と活性層との間にＧａＩｎＰ層を挟んでいる点が従来のものと異なる。図９の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００５３】
電流狭窄構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅は１．５μｍである。また、この素子をｐ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００５４】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流８ｍＡ，効率０．３５Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１７５Ｋであった。
【００５５】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で埋め込みヘテロ型の導波路を構成した本実施形態のレーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００５６】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００５７】
図９に示したＣ−Ｃ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１０に示す。ＧａＩｎＰから成るｎ型第一クラッド層７を通して、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＩｎＧａＰから成るｎ型第一クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥｖ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。
【００５８】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００５９】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００６０】
（実施の形態４）
図１１は本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料（ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ）で構成されていているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ／ｎ両クラッド層にＡｌを混晶化していないＧａＡｓを用いながら、ｎ型クラッド層と活性層との間にＧａＡｓの薄膜とＧａＡｓＮの薄膜が交互に積層された多層構造を設けてｐ／ｎ非対称となっている点が従来のものと異なる。図１１の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００６１】
電流狭窄構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅は１．２μｍである。また、この素子をｐ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００６２】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流７ｍＡ，効率０．３３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１６５Ｋであった。
【００６３】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態の埋め込みヘテロ型レーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００６４】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００６５】
図１１に示したＤ−Ｄ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１２に示す。ＧａＡｓから成るｎ型第一クラッド層７から、多層膜１５を通してＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＧａＡｓとＧａＡｓＮから成る多層膜１５による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥｖ１により活性層３内に強く閉じ込められる。
【００６６】
また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。これは、ＧａＡｓにＮを混晶化した引っ張り歪ＧａＡｓＮでは、Ｎの混晶化に伴ってエネルギーバンドのボーイングによりＧａＡｓに対して価電子帯のエネルギー端が低エネルギー側へ大きくシフトすることから、活性層３とｎ型クラッド層７との間に引っ張り歪ＧａＡｓＮを含む多層膜を挟むことによって、活性層３からｎ型クラッド層７へホールがリークするのを低減することができ、かつｎ型クラッド層７から活性層３への電子の注入を妨げない構成となるものである。
【００６７】
また引っ張り歪ＧａＡｓＮの部分は、引っ張り歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなる構成が得られることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。
【００６８】
また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。さらに、実施形態１，２，３のようにＶ族元素としてＰを含む層を用いることがなく、Ｖ族元素が増えることによる結晶成長の困難さをも克服することができた。
【００６９】
ところで、本実施形態では、ｎ型クラッド層７の上に引っ張り歪を有する薄層を含む多層膜１５を設け、その上に圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層４を含む活性層３を設けている。このように、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層を発光層として用いる場合、その下地に引っ張り歪を有する層を用いると活性層の発光効率が２０％程度上昇することがわかった。引っ張り歪を内包した下地の上に圧縮歪を有する発光層を作製した場合、発光層の圧縮歪が下地によって相殺されることによっていると推測される。このように、基板の導電型がｎ型であり、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を井戸層とする活性層を備えた場合、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＡｓＮまたはＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層へのキャリアの閉じ込め効果の他にも、活性層そのものの質を高める効果も同時に生じていることが見い出された。
【００７０】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００７１】
（実施の形態５）
図１３は本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料（ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ）で構成されてｐ／ｎ対称となっているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ／ｎ両クラッド層にＡｌを混晶化していないＧａＡｓを用いながら、ｎ型クラッド層と活性層との間のガイド層にＧａＡｓＮの薄膜とＧａＩｎＮＡｓの薄膜が交互に積層された多層構造を設けてｐ／ｎ非対称となっている点が従来のものと異なる。図１３の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００７２】
電流狭窄構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅は１．０μｍとした。また、この素子をｐ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００７３】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流６ｍＡ，効率０．３８Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１８０Ｋであった。
【００７４】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態の埋め込みヘテロ型レーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００７５】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００７６】
図１３に示したＥ−Ｅ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１４に示す。ＧａＡｓから成るｎ型第一クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＧａＡｓＮとＧａＩｎＮＡｓから成るｎ側ガイド層６ｂにより活性層３からｎ型クラッド層７へ漏れ出ることはない。また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。
【００７７】
これは、ＧａＡｓにＮを混晶化した引っ張り歪ＧａＡｓＮでは、Ｎの混晶化に伴ってエネルギーバンドのボーイングによりＧａＡｓに対して価電子帯のエネルギー端，伝導帯のエネルギー端共に低エネルギー側へ大きくシフトすることから、活性層３とｎ型クラッド層７との間に引っ張り歪ＧａＡｓＮを含む多層膜を挟むことによって、活性層３からｎ型クラッド層７へホールがリークするのを低減することができ、かつｎ型クラッド層７から活性層３への電子の注入を妨げない構成となるものである。
【００７８】
また、引っ張り歪ＧａＡｓＮの部分は、引っ張り歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。また、引っ張り歪ＧａＡｓＮとペアとして多層に積層する材料は、上記の例では格子整合ＧａＩｎＮＡｓとしたが、圧縮歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。
【００７９】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなる構成が得られることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、多層からなるｎ側ガイド層６ｂは、クラッド層２，７を構成するＧａＡｓよりも屈折率が高くなる材料で構成されている為、この多層膜を活性層内に設けることによって上述のホールのリークを防ぐ効果と共に光ガイドの効果も兼ねることができる。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。さらに、実施形態１，２，３のようにＶ族元素としてＰを含む層を用いることがなく、Ｖ族元素が増えることによる結晶成長の困難さをも克服することができた。
【００８０】
ところで、本実施形態では、ｎ型クラッド層７の上に引っ張り歪を有する薄層を含む多層膜ガイド層６ｂを設け、その上に圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層４を含む活性層３を設けている。このように、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層を発光層として用いる場合、その下地に引っ張り歪を有する層を用いると活性層の発光効率が２０％程度上昇することがわかった。引っ張り歪を内包した下地の上に圧縮歪を有する発光層を作製した場合、発光層の圧縮歪が下地によって相殺されることによっていると推測される。このように、基板の導電型がｎ型であり、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を井戸層とする活性層を備えた場合、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＡｓＮまたはＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層へのキャリアの閉じ込め効果の他にも、活性層そのものの質を高める効果も同時に生じていることが見い出された。
【００８１】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００８２】
上記の全ての実施形態において、いずれも発振波長１．３μｍまたは１．５５μｍ、活性層はバルクまたは多重量子井戸のいずれかの構成についてその具体例を示したが、本発明はＧａＩｎＮＡｓを含む活性層を有する波長１．２〜１．６μｍでレーザ発振する半導体レーザ装置であれば、特定の発振波長，特定の活性層の構成などの特定の組み合わせに限定されるものではない。また、ガイド構造に関しては埋め込みヘテロ型が最も望ましいが、リッジガイド型等、適宜公知の構造を適用することもできる。
【００８３】
また、これまでの記述の中で「上」と記したものは基板から離れる方向にあることを示しており、「下」と記したものは基板側の方向にあること示している。また、基板の導電型を上記実施形態に示したものと反転させ、全ての構成を上下逆にしてもよい。
【００８４】
本発明の構造を作製する為の結晶成長の方法に対しては、種々の公知技術を適用することが可能である。また、各層のドーパントとなる不純物の種類、ストライプ状の導波路の構造や作製方法、回折格子の構造や作製方法に関しても、様々な公知の技術を用いることが可能である。また、各層の結晶性を良好なものとするために例えば基板と下クラッド層との間等に適宜バッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【００８５】
また、レーザ素子の光出射端面の処理方法、コーティング材料とその形成方法に関して上記実施形態では特定のもに関してしか言及していないが、様々な公知の技術を適用してレーザ素子の構成を変形させることは容易に可能である。
【００８６】
さらに、本発明の半導体レーザは上下から電流を注入して端面からレーザ光が出射するもののみならず、面発光レーザ，横注入型のレーザ，光増幅器等にも適用可能である。また、単体のレーザ素子のみならず、光集積回路等におけるモノリシック光源に適用することも可能であることは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１，２に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込めかつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなるバンドラインナップとなるので低い動作電流・高い特性温度でのレーザ発振が可能となる。さらに、各層がＡｌの少ない材料で構成されている為に素子の寿命が長くなり、また埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造が利用できる為に動作電流が大幅に低減できる。
【００８８】
請求項３に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項１〜２の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００８９】
請求項４に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入されるホールを効果的に閉じ込めることができ、かつ、活性層での発熱を効果的に放熱することができることから、請求項２〜３の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９０】
請求項５に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層での発熱を効果的に放熱することができることから、請求項２〜４の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９１】
請求項６に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項１〜５の作用・効果をより効果的に実現できるものであり、動作電流を最も小さくできる。
【００９２】
請求項７に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込めかつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなるバンドラインナップとなるので低い動作電流・高い特性温度でのレーザ発振が可能となる。さらに、各層がＡｌの少ない材料で構成されている為に素子の寿命が長くなり、また埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造が利用できる為に動作電流が大幅に低減できる。
【００９３】
請求項８，９に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７の作用・効果をより効果的に実現できる。
【００９４】
請求項１０に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜９の作用・効果をより効果的に実現できると共に、活性層に内包される歪が緩和されて活性層の発光効率が向上する効果が得られ、より望ましい。
【００９５】
請求項１１に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１０の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９６】
請求項１２に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１１の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９７】
請求項１３に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１２の作用・効果をより効果的に実現できるものであり、動作電流が小さな高性能な半導体レーザ素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置のｎ型第一クラッド層の厚さとＴ0との相関を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置のＡｌのＩＩＩ族比と素子の劣化率との相関を示す図である。
【図７】第一従来例の半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図８】第二従来例の半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図９】（ａ）本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｙ部の拡大図を示す。
【図１０】本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図１１】（ａ）本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｚ部の拡大図を示す。
【図１２】本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図１３】（ａ）本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｗ部の拡大図を示す。
【図１４】本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ｐ型クラッド層
３ 活性層
４ 井戸層
５ 障壁層
６ ガイド層
６ａ ｐ側ガイド層
６ｂ ｎ側ガイド層
７ ｎ型クラッド層またはｎ型第１クラッド層
８ ｎ型第２クラッド層
９ コンタクト層
１０ 電流狭窄層
１１ 絶縁膜
１２ ｎ型用電極
１３ ｐ型用電極
１４ 回折格子
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長１．２〜１．６μｍでレーザ発振する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを用いた光通信システムでは、光ファイバーの損失特性から１．３μｍ，１．５５μｍの波長で発振する半導体レーザが光源として用いられている。それらの波長で発光する半導体レーザは、ＩｎＰ基板に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓといった混晶半導体材料で構成されており、実用的な特性が得られつつあった。しかしながらこれらの混晶材料系を用いて構成された半導体レーザでは、周囲の温度によって発振閾値電流，効率，動作電流等が大きく変化するなど、温度特性が良くない点に問題点があった。通常、半導体レーザの温度特性は特性温度Ｔ0で評価されるが、ＩｎＰ上に構成された上記のものにおいては、Ｔ0として５０〜８０Ｋ程度の値が報告されている。
【０００３】
一方で近年、ＩｎＰ基板に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓで構成された半導体レーザに比べて格段に温度特性が良好な構成として、ＧａＡｓ基板に結晶成長させたＧａＩｎＮＡｓなる混晶半導体材料を活性層に用いることが提案された。
【０００４】
９６年度秋季応用物理学会８ｐ−ＫＨ−７に報告されたＧａＩｎＮＡｓを活性層とする半導体レーザは、図７に示された構成がとられている（第一従来例）。図７の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【０００５】
基板１ ：ｎ型ＧａＡｓ
ｎ型クラッド層７：ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
活性層３ ：単一量子井戸
井戸層４ ：Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.004Ａｓ0.996，層厚７ｎｍ
ガイド層６ ：ＧａＡｓ，層厚１４０ｎｍ
ｐ型クラッド層２：ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
コンタクト層９ ：ｐ型ＧａＡｓ
絶縁膜１１ ：ＳｉＯ2
このような構成をとることにより、発光層であるＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４とその上下の層であるＧａＡｓガイド層６，ＡｌＧａＡｓクラッド層２，７とのエネルギーバンドギャップの差が十分に大きくなる為に発光層への注入キャリアの閉じ込めが十分に行われ、半導体レーザの特性が周囲の温度によって変化しにくい高温動作特性に優れた半導体レーザができるとされている。この第一従来例の構成において、Ｔ0として１２６Ｋの良好な値が報告されている。
【０００６】
また、９６年度秋季応用物理学会８ｐ−ＫＨ−８には、ＧａＡｓに格子整合するＧａＩｎＮＡｓを活性層とし、ｐ／ｎ両クラッド層を共にＧａＩｎＰで構成するダブルヘテロ型半導体レーザの構成により、Ｔ0として約７０〜１００Ｋの良好な温度特性が報告されている（第二従来例）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した第一従来例は特別な電流狭窄構造がとられていないブロードストライプ構造で作製されているが、無効電流を抑えて動作電流を極力低減する為には、埋め込みヘテロ構造に加工するのが望ましい。ところが第一従来例の構造ではクラッド層の構成元素として空気中で酸化しやすいＡｌを多く含有している為、埋め込みヘテロ構造に加工しようとすると加工断面が酸化され、その影響で活性層に結晶欠陥が誘起される問題点があった。活性層に結晶欠陥が誘起されると素子の寿命が短くなり、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な信頼性が得られない。また、半導体レーザ装置を構成する材料にＡｌが構成元素として含まれていると、結晶成長により各層を作製する際に酸素が混入されやすい。内部に混入された酸素は活性層中で非発光中心を招いてレーザ素子の動作電流の大幅な増加を招き、活性層に結晶欠陥を誘起して素子の寿命が短くなる。
【０００８】
Ａｌを含まないＧａＡｓでもＧａＩｎＮＡｓ活性層より十分に禁制帯幅が大きく、ｐ／ｎ両クラッド層をＧａＡｓで構成することによりこの問題を避けることができるとも考えられるが、ＧａＩｎＮＡｓとＧａＡｓとのヘテロ接合では価電子帯のバンド不連続（ΔＥv）がほとんど無い為、活性層へ注入されたホールの閉じ込めが行えない。その為、Ａｌを混晶化し、Ａｌ混晶比ｘを第一従来例のように例えば０．３程度の大きな値にせざるを得ない。
【０００９】
一方で第二従来例においては上述のようなＡｌの酸化の問題はない点で優れた構成であるものの、バンドラインナップの上で大きな障害があることを見い出した。すなわち、ＧａＩｎＮＡｓとＧａＩｎＰとのヘテロ接合では価電子帯のバンド不連続（ΔＥv）が約６４０ｍｅＶの大きな値になることを見い出し、図８の様にＧａＩｎＰをｐ／ｎ両クラッド層とした場合には、ｐ型クラッド層とＧａＩｎＮＡｓ活性層との間の価電子帯側にスパイク状の大きなエネルギー障壁（図８においてΔＥv2で示されている）が発生することがわかった。この為にｐ型クラッド層から活性層へのホールの注入効率が大幅に低下し、動作電圧の大幅な増加が生じる。この動作電圧、即ち消費電力の大幅な増加は素子の寿命を短くする原因となることがわかった。
【００１０】
本発明は上記の問題点を解決することを目的にしてなされたものである。すなわち、半導体レーザの各層を少ないＡｌ混晶比で構成することができ、かつ、クラッド層から活性層への電子・ホールの注入を余分なエネルギー障壁なしに行うことができ、かつ、活性層へ注入された電子・ホールを効果的に閉じ込めることができ、その結果として低電流・長寿命を実現できるように好適にヘテロ接合構造が構成された半導体レーザ装置を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx2ＩｎyＧａ1-x2-yＰから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２（０≦ｘ１，ｘ２≦１）が０．０５以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１２】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層がバンドラインナップの上で好適な材料で構成されている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなる。また、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、素子寿命が長くなる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００１３】
請求項２においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層が２層以上の多層から成っており、２層以上の多層のｎ型クラッド層のうちで最も活性層に隣接する層（第一ｎ型クラッド層）がＡｌx2ＩｎyGa1-x2-yＰから成っており、その次に隣接する層（第二ｎ型クラッド層）がＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２，ｘ３（０≦ｘ１，ｘ２，ｘ３≦１）が０．０５以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１４】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層がバンドラインナップの上で好適な材料で構成されている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなる。また、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、素子寿命が長くなる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００１５】
請求項３においては、前記ＡｌのＩＩＩ族比が０であることにより上記の目的を達成する。
【００１６】
すなわち、各層を構成する材料がＡｌを含まない為、請求項１〜２の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００１７】
請求項４においては、多層のｎ型クラッド層のうちで最も活性層に隣接する層（ｎ型第一クラッド層）の厚さが０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であることにより上記の目的を達成する。
【００１８】
すなわち、ｎ型第一クラッド層の厚さを一定値以上にしている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入されるホールを効果的に閉じ込めることができ、請求項２，３の作用を効果的に実現できるものである。また、ｎ型第一クラッド層の厚さを一定値以下にしている為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層での発熱を効果的に放熱することができ、請求項２，３の作用を効果的に実現できるものである。
【００１９】
請求項５においては、ｎ型の導電型を示す層がヒートシンクに近くしてなることにより上記の目的を達成する。
【００２０】
すなわち、ＧａＩｎＮＡｓ活性層での発熱を効果的に放熱することができ、請求項２，３，４の作用を効果的に実現できるものである。
【００２１】
請求項６においては、埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を有していることにより上記の目的を達成する。
【００２２】
すなわち、各層のＡｌ含有率が低い為に埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を適用することが可能となる。
【００２３】
請求項７においては、誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．０５）から成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx’Ｇａ1-x’Ａｓ（０≦ｘ’≦０．０５）から成り、前記ｎ型の導電型を示すクラッド層と前記活性層のうちの誘導放出光を発生する層との間に、ＧａＡｓの薄膜と引っ張り歪を有するＧａＡｓＮ層の薄膜が交互に積層された多層構造で構成された中間層を備えたことにより上記の目的を達成する。
【００２４】
すなわち、各層のＡｌの混晶比を小さく構成できる為に、ＢＨ構造にしても素子寿命が長くなる。また、ＧａＩｎＮＡｓから成る発光層に対し、ｐ／ｎ両クラッド層が低Ａｌ混晶比のＡｌＧａＡｓ（またはＧａＡｓ）からなる場合に生じるホールの閉じ込めが引っ張り歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層またはＧａＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層によってブロックされる構成となる為、ＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子、ホールを効果的に閉じ込め、かつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁を小さくできる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２６】
すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子に対して過剰なエネルギー障壁が発生せず、かつ活性層からｐ型クラッド層へリークするホールを効果的に閉じ込めることができる構成となる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２８】
すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮＡｓ活性層へ注入される電子に対して過剰なエネルギー障壁が発生せず、かつ活性層からｐ型クラッド層へリークするホールを効果的に閉じ込めることができる構成となると共に、活性層への光閉じ込めを大きくする光ガイド構造を兼ねることができる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００２９】
請求項１０においては、請求項７から９のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、基板の導電型がｎ型であり、少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含み圧縮歪を有する層を井戸層とする活性層を備えたことにより上記の目的を達成する。
【００３０】
すなわち、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層の結晶性を高めることができる。このような作用により上記の目的が達成されるものである。
【００３１】
請求項１１においては、請求項７から１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、前記ＡｌのＩＩＩ族比が０であることにより上記の目的を達成する。
【００３２】
すなわち、各層を構成する材料がＡｌを含まない為、請求項７から９の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００３３】
請求項１２においては、請求項７から１１のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、引っ張り歪を有するＧａ1-hＩｎhＮkＡｓ1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を少なくとも１層含む部分が、活性層からｎ型クラッド層へのホールのリークをブロックするように設けられていることにより上記の目的を達成する。
【００３４】
すなわち、請求項７から１０のいずれかに記載の構成が最適になるよう構成されている為、その作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００３５】
請求項１３においては、請求項７から１２のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を有していることにより上記の目的を達成する。
【００３６】
すなわち、各層のＡｌ含有率が低い為に埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を適用することが可能となり、高性能な半導体レーザが実現されるものである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。図１の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００３８】
基板１ ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ
ｎ型クラッド層７：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚１μｍ
活性層３ ：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（λ＝１．３μｍ），層厚０．１μｍ
ｐ型クラッド層２：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
コンタクト層９ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
電流狭窄層１０ａ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
電流狭窄層１０ｂ：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．５μｍ
電流狭窄層１０ｃ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
絶縁膜１１ ：ＳｉＮx，層厚０．３μｍ
ｎ型用電極１２ ：ＡｕＧｅ
ｐ型用電極１３ ：ＡｕＺｎ
電流狭窄構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅は１．５μｍである。また、この素子をｐ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００３９】
従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層にはＧａＡｓ、ｎ型クラッド層にはＧａＩｎＰと、それぞれ異なる材料を用いている点が従来のものと異なる。
【００４０】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３μｍ，閾値電流１０ｍＡ，効率０．３３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ0は１７０Ｋであった。
【００４１】
この素子を６０℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡと大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態のレーザ素子の第一従来例の構造に対する優位性が確かめられる。
【００４２】
図１に示したＡ−Ａ’間のエネルギーバンドのラインナップを図２に示す。ＧａＩｎＰから成るｎ型クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥc1（約４７０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＩｎＧａＰから成るｎ型クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥv1（約６４０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、第二従来例に見られたような活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁は生じない。この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図である。図３（ａ）は素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。図３（ｂ）は活性層近傍のＸ部の拡大図となっている。図３（ｃ）はＢ−Ｂ’間の側面の断面図となっている。図３の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００４４】
基板１ ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍ
ｐ型クラッド層２ ：ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ，層厚１μｍ
活性層３ ：三重量子井戸（λ＝１．５５μｍ）
井戸層４ ：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ，層厚８ｎｍ
障壁層５ ：ノンドープＩｎＧａＡｓＰＮ，層厚８ｎｍ
ガイド層６ ：ノンドープＩｎＧａＡｓＰＮ，層厚３０ｎｍ
ｎ型第一クラッド層７：ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5Ｐ，層厚０．２μｍ
ｎ型第二クラッド層８：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０．８μｍ
コンタクト層９ ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１μｍ
電流狭窄層１０ａ ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
電流狭窄層１０ｂ ：ｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．５μｍ
電流狭窄層１０ｃ ：ｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ，層厚０．８μｍ
絶縁膜１１ ：ＳｉＮx，層厚０．３μｍ
ｎ型用電極１２ ：ＡｕＧｅ
ｐ型用電極１３ ：ＡｕＺｎ
導波路構造は埋め込みヘテロ構造であり、活性層の幅ｗは２μｍである。ｎ型第一クラッド層７には回折格子１４を備えており、図次はされていないがλ／４シフト回折格子を備え、単一波長でレーザ発振する分布帰還型半導体レーザを構成している。また、この素子をｎ型電極がヒートシンクに接する向きでマウントした。
【００４５】
従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層はＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ、ｎ型クラッド層はＡｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5ＰとＧａＡｓとの２重構造になっており、かつｐ／ｎ非対称である点が従来のものと異なる。
【００４６】
この構成により作製した半導体レーザは、両端面に無反射コーティングを施した状態で、室温において波長１．５５μｍ，閾値電流８ｍＡ，効率０．３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲で見積もったファブリペロー発振時のＴ0は１８５Ｋであった。
【００４７】
この素子を、５０℃，１０ｍＷで信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、十分な寿命が得られた。
【００４８】
図３に示したＢ−Ｂ’間のエネルギーバンドのラインナップを図４に示す。ｎ型クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＩｎＮＡｓ多重量子井戸から成る活性層３に注入された電子は、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥc1（約５１０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ｐ型クラッド層２から、活性層３に注入されたホールは、Ａｌ0.05Ｇａ0.45Ｉｎ0.5Ｐから成るｎ型第一クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥv1（約６８０ｍｅＶ）により活性層３内に強く閉じ込められる。本実施形態の構成では注入されたキャリアの閉じ込めが十分であり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じないことを見い出し、低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。
【００４９】
本実施形態の構造において、ｎ型第一クラッド層は、ｐ型クラッド層から活性層へ注入されたホールがｎ型クラッド層側へあふれ出るのを抑制する役目を果たす。図４にこのｎ型第一クラッド層の厚さと特性温度Ｔ0との相関を示すように、ｎ型第一クラッド層の厚さは少なくとも０．０２μｍの厚さが必要であった。これよりも薄くなるとホールのリークを防ぐ障壁層としての効果がない。また、ｎ型第一クラッド層の厚さが０．２μｍを超えると再び特性温度が減少し始める為、ｎ型第一クラッド層の厚さは少なくとも０．２μｍ以内であることが望ましい。これは、ｎ型第一クラッド層を構成するＡｌＧａＩｎＰの熱抵抗が特に大きい為に厚くなると活性層での発熱を放熱の点でやや不利となる傾向があると推測できる。活性層で発生する熱を効果的に放熱しないと、活性層に閉じ込められたキャリアのオーバーフローが大きくなる点で望ましくない。
【００５０】
本実施形態の構成において、各層のＡｌのＩＩＩ族比を上記以外の値にすることも可能である。ｐ／ｎ両クラッド層を構成する各層のうちで最もＡｌを多く含む層のＡｌのＩＩＩ族比（ＩＩＩ族元素のうちでＡｌの占める割合）と素子の劣化率との相関を図６示す。ＡｌのＩＩＩ族比は０．０５以下でないと埋め込みヘテロ構造にした時に寿命がもたないことが見い出された。
【００５１】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含む活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、各層のＡｌのＩＩＩ族比を一定値以下にすることによって埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００５２】
（実施の形態３）
図９は本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料で構成されているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ型クラッド層にはＧａＡｓ、ｎ型クラッド層にはＧａＩｎＰとＧａＡｓの２層とし、ｎ型クラッド層と活性層との間にＧａＩｎＰ層を挟んでいる点が従来のものと異なる。図９の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００５３】
【００５４】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流８ｍＡ，効率０．３５Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１７５Ｋであった。
【００５５】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で埋め込みヘテロ型の導波路を構成した本実施形態のレーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００５６】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００５７】
図９に示したＣ−Ｃ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１０に示す。ＧａＩｎＰから成るｎ型第一クラッド層７を通して、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＩｎＧａＰから成るｎ型第一クラッド層７による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥｖ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。
【００５８】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。
【００５９】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００６０】
（実施の形態４）
図１１は本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料（ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ）で構成されていているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ／ｎ両クラッド層にＡｌを混晶化していないＧａＡｓを用いながら、ｎ型クラッド層と活性層との間にＧａＡｓの薄膜とＧａＡｓＮの薄膜が交互に積層された多層構造を設けてｐ／ｎ非対称となっている点が従来のものと異なる。図１１の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００６１】
【００６２】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流７ｍＡ，効率０．３３Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１６５Ｋであった。
【００６３】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態の埋め込みヘテロ型レーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００６４】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００６５】
図１１に示したＤ−Ｄ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１２に示す。ＧａＡｓから成るｎ型第一クラッド層７から、多層膜１５を通してＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＧａＡｓとＧａＡｓＮから成る多層膜１５による価電子帯のエネルギー障壁ΔＥｖ１により活性層３内に強く閉じ込められる。
【００６６】
また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。これは、ＧａＡｓにＮを混晶化した引っ張り歪ＧａＡｓＮでは、Ｎの混晶化に伴ってエネルギーバンドのボーイングによりＧａＡｓに対して価電子帯のエネルギー端が低エネルギー側へ大きくシフトすることから、活性層３とｎ型クラッド層７との間に引っ張り歪ＧａＡｓＮを含む多層膜を挟むことによって、活性層３からｎ型クラッド層７へホールがリークするのを低減することができ、かつｎ型クラッド層７から活性層３への電子の注入を妨げない構成となるものである。
【００６７】
また引っ張り歪ＧａＡｓＮの部分は、引っ張り歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなる構成が得られることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。
【００６８】
また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。さらに、実施形態１，２，３のようにＶ族元素としてＰを含む層を用いることがなく、Ｖ族元素が増えることによる結晶成長の困難さをも克服することができた。
【００６９】
ところで、本実施形態では、ｎ型クラッド層７の上に引っ張り歪を有する薄層を含む多層膜１５を設け、その上に圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層４を含む活性層３を設けている。このように、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層を発光層として用いる場合、その下地に引っ張り歪を有する層を用いると活性層の発光効率が２０％程度上昇することがわかった。引っ張り歪を内包した下地の上に圧縮歪を有する発光層を作製した場合、発光層の圧縮歪が下地によって相殺されることによっていると推測される。このように、基板の導電型がｎ型であり、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を井戸層とする活性層を備えた場合、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＡｓＮまたはＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層へのキャリアの閉じ込め効果の他にも、活性層そのものの質を高める効果も同時に生じていることが見い出された。
【００７０】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００７１】
（実施の形態５）
図１３は本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置を説明するための図であり、素子内部の構造がわかりやすいようにレーザ出射端面方向から見た断面図となっている。従来のものは活性層を挟むｐ／ｎ両クラッド層が同一の材料（ＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＰ）で構成されてｐ／ｎ対称となっているのに対し、本実施形態の半導体レーザでは、ｐ／ｎ両クラッド層にＡｌを混晶化していないＧａＡｓを用いながら、ｎ型クラッド層と活性層との間のガイド層にＧａＡｓＮの薄膜とＧａＩｎＮＡｓの薄膜が交互に積層された多層構造を設けてｐ／ｎ非対称となっている点が従来のものと異なる。図１３の各部の導電型、材料、層厚をまとめて示すと次のようになる。
【００７２】
【００７３】
この構成により作製した半導体レーザは、端面にλ／２コーティングを施した状態で、室温において波長１．３１μｍ，閾値電流６ｍＡ，効率０．３８Ｗ／Ａで連続発振した。また、室温から８５℃の範囲でのＴ０は１８０Ｋであった。
【００７４】
この素子を８５℃，１０ｍＷで駆動することにより信頼性試験を行ったところ、５０００時間以上安定に動作し、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに十分な寿命が得られた。比較の為に従来のようにｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対して埋め込みヘテロ構造を作製しても、１０００時間も安定に動作せず、光通信用半導体レーザ光源として用いるのに不十分であった。また、従来のｐ／ｎ両クラッド層をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで構成されたものに対してリッジ型の電流狭窄構造を作製すると閾値電流３０ｍＡ以上と大きくて消費電力が大幅に増加した上、安定な動作は得られなかった。このことから、Ａｌを含まない材料で構成された本実施形態の埋め込みヘテロ型レーザ素子が従来の構造に対して格段に優れていることが確かめられた。
【００７５】
以下に、本実施形態における作用と効果について説明する。
【００７６】
図１３に示したＥ−Ｅ’間のエネルギーバンドのラインナップを図１４に示す。ＧａＡｓから成るｎ型第一クラッド層７から、ＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする活性層３に注入された電子は、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２による伝導帯のエネルギー障壁ΔＥｃ１により活性層３内に強く閉じ込められる。また、ＧａＡｓから成るｐ型クラッド層２から、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層３に注入されたホールは、ＧａＡｓＮとＧａＩｎＮＡｓから成るｎ側ガイド層６ｂにより活性層３からｎ型クラッド層７へ漏れ出ることはない。また、第二従来例に見られたようなクラッド層と活性層との間に高いエネルギースパイクが生じることはなく、活性層へのキャリアの注入がスムースに行われる。
【００７７】
これは、ＧａＡｓにＮを混晶化した引っ張り歪ＧａＡｓＮでは、Ｎの混晶化に伴ってエネルギーバンドのボーイングによりＧａＡｓに対して価電子帯のエネルギー端，伝導帯のエネルギー端共に低エネルギー側へ大きくシフトすることから、活性層３とｎ型クラッド層７との間に引っ張り歪ＧａＡｓＮを含む多層膜を挟むことによって、活性層３からｎ型クラッド層７へホールがリークするのを低減することができ、かつｎ型クラッド層７から活性層３への電子の注入を妨げない構成となるものである。
【００７８】
また、引っ張り歪ＧａＡｓＮの部分は、引っ張り歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。また、引っ張り歪ＧａＡｓＮとペアとして多層に積層する材料は、上記の例では格子整合ＧａＩｎＮＡｓとしたが、圧縮歪ＧａＩｎＮＡｓであってもよい。
【００７９】
この様に本願発明者は、本実施形態の構成を用いることによって、ＧａＩｎＮＡｓから成る活性層に対して、注入されたキャリアの閉じ込めが十分となり、かつ活性層へのキャリアの注入時に余分なエネルギー障壁が生じなくなる構成が得られることを新たに見い出し、従来の構造に対して格段に低い閾値電流、高い効率、高い温度特性でのレーザ発振が生じるようになった。また、多層からなるｎ側ガイド層６ｂは、クラッド層２，７を構成するＧａＡｓよりも屈折率が高くなる材料で構成されている為、この多層膜を活性層内に設けることによって上述のホールのリークを防ぐ効果と共に光ガイドの効果も兼ねることができる。また、Ａｌを含まない材料系で各層が構成されている為に埋め込みヘテロ構造が採用でき、低い閾値電流、高い効率、十分な素子寿命が得られるようになった。さらに、実施形態１，２，３のようにＶ族元素としてＰを含む層を用いることがなく、Ｖ族元素が増えることによる結晶成長の困難さをも克服することができた。
【００８０】
ところで、本実施形態では、ｎ型クラッド層７の上に引っ張り歪を有する薄層を含む多層膜ガイド層６ｂを設け、その上に圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層４を含む活性層３を設けている。このように、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層を発光層として用いる場合、その下地に引っ張り歪を有する層を用いると活性層の発光効率が２０％程度上昇することがわかった。引っ張り歪を内包した下地の上に圧縮歪を有する発光層を作製した場合、発光層の圧縮歪が下地によって相殺されることによっていると推測される。このように、基板の導電型がｎ型であり、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を井戸層とする活性層を備えた場合、圧縮歪を有する活性層の下地として前記の引っ張り歪を有するＧａＡｓＮまたはＧａＩｎＮＡｓ層を少なくとも１層含む中間層を設けることにより、活性層へのキャリアの閉じ込め効果の他にも、活性層そのものの質を高める効果も同時に生じていることが見い出された。
【００８１】
なお、本実施形態の構成において、クラッド層等の各層にＩＩＩ族比は０．０５以下までのＡｌであれば混晶化しても問題がないことは実施形態２の場合と同じであった。
【００８２】
上記の全ての実施形態において、いずれも発振波長１．３μｍまたは１．５５μｍ、活性層はバルクまたは多重量子井戸のいずれかの構成についてその具体例を示したが、本発明はＧａＩｎＮＡｓを含む活性層を有する波長１．２〜１．６μｍでレーザ発振する半導体レーザ装置であれば、特定の発振波長，特定の活性層の構成などの特定の組み合わせに限定されるものではない。また、ガイド構造に関しては埋め込みヘテロ型が最も望ましいが、リッジガイド型等、適宜公知の構造を適用することもできる。
【００８３】
また、これまでの記述の中で「上」と記したものは基板から離れる方向にあることを示しており、「下」と記したものは基板側の方向にあること示している。また、基板の導電型を上記実施形態に示したものと反転させ、全ての構成を上下逆にしてもよい。
【００８４】
本発明の構造を作製する為の結晶成長の方法に対しては、種々の公知技術を適用することが可能である。また、各層のドーパントとなる不純物の種類、ストライプ状の導波路の構造や作製方法、回折格子の構造や作製方法に関しても、様々な公知の技術を用いることが可能である。また、各層の結晶性を良好なものとするために例えば基板と下クラッド層との間等に適宜バッファ層（緩衝層）を用いることも可能である。
【００８５】
また、レーザ素子の光出射端面の処理方法、コーティング材料とその形成方法に関して上記実施形態では特定のもに関してしか言及していないが、様々な公知の技術を適用してレーザ素子の構成を変形させることは容易に可能である。
【００８６】
さらに、本発明の半導体レーザは上下から電流を注入して端面からレーザ光が出射するもののみならず、面発光レーザ，横注入型のレーザ，光増幅器等にも適用可能である。また、単体のレーザ素子のみならず、光集積回路等におけるモノリシック光源に適用することも可能であることは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１，２に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込めかつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなるバンドラインナップとなるので低い動作電流・高い特性温度でのレーザ発振が可能となる。さらに、各層がＡｌの少ない材料で構成されている為に素子の寿命が長くなり、また埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造が利用できる為に動作電流が大幅に低減できる。
【００８８】
請求項３に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項１〜２の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００８９】
請求項４に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入されるホールを効果的に閉じ込めることができ、かつ、活性層での発熱を効果的に放熱することができることから、請求項２〜３の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９０】
請求項５に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層での発熱を効果的に放熱することができることから、請求項２〜４の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９１】
請求項６に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項１〜５の作用・効果をより効果的に実現できるものであり、動作電流を最も小さくできる。
【００９２】
請求項７に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、活性層へ注入される電子，ホールを効果的に閉じ込めかつ活性層へのキャリア注入時に過剰なエネルギー障壁が小さくなるバンドラインナップとなるので低い動作電流・高い特性温度でのレーザ発振が可能となる。さらに、各層がＡｌの少ない材料で構成されている為に素子の寿命が長くなり、また埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造が利用できる為に動作電流が大幅に低減できる。
【００９３】
請求項８，９に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７の作用・効果をより効果的に実現できる。
【００９４】
請求項１０に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜９の作用・効果をより効果的に実現できると共に、活性層に内包される歪が緩和されて活性層の発光効率が向上する効果が得られ、より望ましい。
【００９５】
請求項１１に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１０の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９６】
請求項１２に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１１の作用・効果をより効果的に実現できるものである。
【００９７】
請求項１３に記述された本発明の半導体レーザ装置によれば、請求項７〜１２の作用・効果をより効果的に実現できるものであり、動作電流が小さな高性能な半導体レーザ素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置のｎ型第一クラッド層の厚さとＴ0との相関を示す図である。
【図６】本発明の第二実施形態による半導体レーザ装置のＡｌのＩＩＩ族比と素子の劣化率との相関を示す図である。
【図７】第一従来例の半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。
【図８】第二従来例の半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図９】（ａ）本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｙ部の拡大図を示す。
【図１０】本発明の第三実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図１１】（ａ）本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｚ部の拡大図を示す。
【図１２】本発明の第四実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【図１３】（ａ）本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置の構造を示す図であり、レーザ出射端面方向から見た断面図である。（ｂ）Ｗ部の拡大図を示す。
【図１４】本発明の第五実施形態による半導体レーザ装置の活性層付近のバンドラインナップを示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ｐ型クラッド層
３ 活性層
４ 井戸層
５ 障壁層
６ ガイド層
６ａ ｐ側ガイド層
６ｂ ｎ側ガイド層
７ ｎ型クラッド層またはｎ型第１クラッド層
８ ｎ型第２クラッド層
９ コンタクト層
１０ 電流狭窄層
１１ 絶縁膜
１２ ｎ型用電極
１３ ｐ型用電極
１４ 回折格子
Claims (7)
- 誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、
前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1-x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx2ＩｎyＧａ1-x2-yＰから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２（０≦ｘ１，ｘ２≦１）が０．０５以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 誘導放出光を発生する活性層と、活性層を挟んで異なる導電型を有するクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、
前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌx1Ｇａ1‐x1Ａｓから成り、前記クラッド層のうちで
ｎ型の導電型を示す層が２層以上の多層から成っており、そのうちで最も活性層に隣接する層（第一ｎ型クラッド層）がＡｌx2ＩｎyＧａ1‐x2-yＰから成っており、その次に隣接する層（第二ｎ型クラッド層）がＡｌx3Ｇａ1‐x3Ａｓから成り、前記半導体レーザ装置を構成する各層のＡｌのＩＩＩ族比ｘ１，ｘ２，ｘ３（０≦ｘ１，ｘ２，ｘ３≦１）が０．０５以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置において、前記ＡｌのＩＩＩ族比が０であることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 請求項２又は３に記載の半導体レーザ装置において、多層のｎ型クラッド層のうちで最も活性層に隣接する層（ｎ型第一クラッド層）の厚さが０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 請求項２、３、又は４のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、ｎ型の導電型を示す層が、ｐ型の導電型を示す層よりもヒートシンクに近くしてなることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 請求項１、２、３、４又は５のいずれかに記載の半導体レーザ装置において、埋め込みヘテロ型の電流狭窄構造を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 誘導放出光を発生する活性層と、該活性層を挟むように設けられ、異なる導電型を有する２つのクラッド層を備え、レーザ発振を得るための共振器構造を備えた半導体レーザ装置であって、
前記クラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．０５）から成り、
前記クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層がＡｌx'Ｇａ1-x'Ａｓ（０≦ｘ’≦０．０５）から成り、
前記活性層が少なくともＧａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓを含む層からなり、
ｎ型の導電型を示す前記クラッド層と前記活性層との間に、ＧａＡｓの薄膜と引っ張り歪を有するＧａＡｓＮ層の薄膜が交互に積層された多層構造で構成された中間層を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
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