JPH0870162A

JPH0870162A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH0870162A
Application number: JP3798695A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ishizaka; 祥司石坂; Kiyobumi Muro; 清文室; Takeshi Fujimoto; 毅藤本; Yoshikazu Yamada; 義和山田
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】弱導波レーザ、ＬＯＣ構造レーザが有してい
た導波モードの制御デバイス設計上のジレンマを克服
し、高出力化、放射ビームの低分散化、導波モードの改
善等を図ると同時に短波長での出力増加、特性温度の向
上を図る。【構成】素子面から垂直方向に形成された活性層の断
面両外方にキャリアブロック層を設け、この活性層は一
層または複数層の量子井戸層がバリア層および／または
サイドバリア層に挟まれた構造とし、前記キャリアブロ
ック層の断面両外方に導波層を設け、この導波層はクラ
ッド層で挟んだ構造とし、前記量子井戸層の組成は、Ａ
ｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦ｘ≦０．２）とし、前記キャリア
ブロック層の組成は（Ａｌ_yＧａ_1-y）_ZＩｎ_1-ZＰ（０≦
ｙ＜０．３，０．２０≦Ｚ≦０．８３）とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通信、光ディスク等の光
記録、レーザプリンター、レーザ医療、レーザ加工等、
高出力半導体レーザを用いる産業分野に係わる。特に高
出力で低放射角のレーザビームを必要とする固体レーザ
励起用、あるいは高調波変換素子励起用の高出力半導体
レーザに係わる。

【０００２】

【従来の技術】各方面から半導体レーザの高出力化が望
まれている。半導体レーザの単一モードあたりの高出力
化を妨げている要因として瞬時光学損傷（ＣＯＤ）と呼
ばれるレーザビームによる単面腐食がある。ＣＯＤを避
けるために、導波モード（近視野像）を広げレーザのパ
ワー密度を低減する事を主眼に薄い活性層の弱導波レー
ザ、あるいはＬＯＣ構造と呼ばれる分離閉じこめ型レー
ザが検討されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た構造ではＡｌＧａＡｓ系を始めとする各種レーザ材料
には各混晶系のバンドギャップと屈折率の間には強い相
関があるため、キャリアの閉じこめと、導波路への光閉
じこめを独立に制御することは出来ない。

【０００４】特に、高出力化に於いて弱導波レーザ、Ｌ
ＯＣ構造レーザいずれに於いても導波モードを広げる事
は薄い活性層を必要とし、また広がった導波モードでの
発振の為の高い利得を得るには広い活性層が必要である
という自己矛盾を内蔵しており、実際にはこういった手
法によるエピ方向のモード広がりはせいぜい１μｍ程度
が限界でその出力は単一モードあたり１００ｍＷ程度が
限界であった。

【０００５】また、薄い活性層の弱導波レーザでは積層
方向の導波モードが指数関数的な富士山状のプロファイ
ルを有するため全体のビーム強度にくらべて瞬時光学損
傷が起こる活性層での輻射密度が高く高出力化に不利で
あるばかりか、導波モードがクラッド層に深くテールを
引くため比較的厚いクラッド層の成長が必要であった。

【０００６】また、導波モード、放射パターン（遠視野
像）ともに理想とされるガウス型ビームからのズレが大
きく、多くの用途に於いてビームの集光性に問題があっ
た。一方、ＣＯＤの起こる出射単面付近をレーザ出射ビ
ームに対して透明にするいわゆるウインドウ構造、キャ
リア注入を単面付近に行なわない構造のレーザも検討さ
れてきた。しかしこういった構造は一般に製造プロセス
が複雑になる他、非点収差が増大する等の問題がある。

【０００７】また、多数の半導体レーザの間の光学的フ
ィードバックにより単一モードの高出力レーザを作製す
る試みはあるが、デバイスが複雑化する等の問題があ
る。本発明はこのような点に鑑みてなされたものであ
り、従来の弱導波レーザ、ＬＯＣ構造レーザが持ってい
た導波モードの制御のデバイス設計上のジレンマを克服
し、高出力化、放射ビームの低分散化、導波モードの改
善等を図るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、素子面から垂
直方向に形成された活性層の断面両外方にキャリアブロ
ック層が設けられ、前記活性層は、サイドバリア層とこ
れに挟まれた量子井戸層、またはサイドバリア層とこれ
に挟まれた量子井戸層とバリア層の積層からなり、前記
キャリアブロック層の断面両外方に導波層が設けられ、
前記導波層の両外方にクラッド層が設けられ、前記量子
井戸層の組成は、Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦ｘ≦０．
２）、前記キャリアブロック層の組成は、（Ａｌ_yＧａ
_1-y）_ZＩｎ_1-ZＰ（０≦ｙ＜０．３，０．２０≦Ｚ≦
０．８３）の半導体レーザ素子とした。

【０００９】

【作用】前記した手段では、量子井戸レーザの活性層の
両サイドにキャリアの活性層への閉じこめに十分なブロ
ック高さを有するするキャリアブロック層を挿入する。
またこのキャリアブロック層の組成は（Ａｌ_yＧａ_1-y）
_ZＩｎ_1-ZＰであり、ｙの範囲は０≦ｙ＜０．３、Ｚの範
囲は０．２０≦Ｚ≦０．８３が望ましい。

【００１０】このような組成を採用することにより、同
じブロック高さを有するＡｌ_xＧａ₁ _-xＡｓに比較しＡｌ
の含有量が低くいのでＣＯＤの生じるパワーレベルの上
昇を期待できる。また、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓのバンドギャ
ップは最大で２．２ｅＶ（ｘ＝１．０のとき）であるの
に対し、（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐでは直接遷移
領域だけでも２．４ｅＶのバンドギャップであり、発振
波長の短波長化にも対応できる。（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51
Ｉｎ_0.49ＰはＧａＡｓに格子整合しているが、格子不整
合であっても格子緩和が起こらないいわゆる歪超格子で
あってもＺが０．２０〜０．８３の範囲であれば有効で
あるのはいうまでもない。

【００１１】活性層領域とキャリアブロック層の厚みは
発振波長の数分の１以下にする事により活性層領域とキ
ャリアブロック層の導波機能を相殺する事ができる。こ
うした条件において更に導波層そして導波層両端に光の
導波制御のみを目的とする低屈折率差のクラッド、ある
いは直線、２次曲線等のグレーディドインデックス構造
からなる広い導波層を形成する。これにより活性層設計
パラメーターと完全に独立に導波モードの設計が可能に
なるため、高出力、低分散角の放射ビーム、ガウス型ビ
ームに近い導波モードを得る。

【００１２】ここで、端面の瞬時光学損傷を回避して量
子井戸半導体レーザの高出力化をはかるため、またビー
ム放射拡がり角を低減するためには、いわゆる弱導波に
して導波モードを拡げる必要がある。しかしながら活性
層における光学利得には例えば量子井戸レーザの利得飽
和において見られるように一定の限界がある。このため
拡がった導波モードでの発振を維持するためには必然的
に量子井戸の一層の多重化が必要で、この事が弱導波構
造と自己矛盾を起こすため高出力、低放射ビーム角レー
ザダイオード設計上の問題となっていた。

【００１３】前記の反導波機能を有するキャリアブロッ
ク層の存在により弱導波路化とは独立にその発振に必要
な光学利得を与える量子井戸数を設定できる。特に活性
層領域の導波機能をキャリアブロック層の反導波機能に
より相殺した上で、別に導波層に図１−I、II、IIIで示
すようなステップ状、直線状、あるいは２次曲線状等の
屈折率分布を持つ導波モード制御機構を導入する事がで
きる。

【００１４】また、この層にもＰサイドにはＰ、Ｎサイ
ドにはＮの１０¹⁸／ｃｍ³程度のドーピングを行なうこ
とにより効率的なキャリアブロッキングとバンド不連続
面でのショットキーバリヤーの形成による電気抵抗を低
減できる。

【００１５】具体的には活性層領域の導波機能の相殺は
以下のように行う。活性層の導波機能の指標である規格
化周波数Ｖ0をＶ₀＝πｄ₁／λ・（Ｎ₁ ²−Ｎ₀ ²）^0.5で定
義する。量子井戸層がｍ層ある多量子井戸層の場合はＶ
₀＝ｍπｄ ₁／λ・（Ｎ₁ ²−Ｎ₀ ²）^0.5で定義する。また
キャリアブロック層の反導波機能の指標としてＶ₁をＶ₁
＝πｄ₂／λ・（Ｎ₀ ²−Ｎ₂ ²）^0.5で定義する。ここにπ
は円周率、λは発振波長、Ｎ₀は導波層屈折率（導波層
に屈折率分布のある場合は最大値を採用する）、Ｎ₁は
量子井戸層屈折率である。ｄ₂はキャリアブロック層厚
み、Ｎ₂はキャリアブロック層屈折率である。ここで、
Ｖ₀＝２Ｖ₁が活性層とキャリアブロック層の導波機能相
殺の条件であり、｜２Ｖ₁−Ｖ₀｜＜Ｖ₁すなわちＶ₀／３
＜Ｖ₁＜Ｖ₀の時、相殺がほぼ実現される。

【００１６】活性層とキャリアブロック層の導波機能を
相殺した時、導波モードは廻りの導波層、クラッド層に
より独立に制御できる。図１−I、II、IIIいずれの構造
に於いても単一モード発振の為に高次モードに対してカ
ットオフになる状況が望ましい。図１−Iのステップイ
ンデックス型の導波機構に関していえば、この導波モー
ドは規格化周波数；Ｖ₂により記述でき、Ｖ₂は次式で定
義される。

【００１７】Ｖ₂ ＝ π・ｄ₃／λ・（Ｎ₀ ²−Ｎ₃ ²）^0.5 上式において、πは円周率、λは発振波長、ｄ₃は両ク
ラッド層間の厚み。Ｎ₃はクラッド層屈折率である。
尚、導波モードは導波コア層内では正弦関数的でありク
ラッド内では指数関数的なプロファイルになるため規格
化周波数Ｖ₂の増加とともに導波モードはガウス関数に
近づく。対称導波路では規格化周波数；Ｖ₂がπ／２以
下で単一モード導波である。対称に近い導波構造に於い
ては奇数次のモードが励振される確率は殆どないため規
格化周波数；Ｖをさらにπ程度まで上げ更にモードをガ
ウス型に近づけても奇数次横モード発振を引き起こすこ
となく同様の効果を得ることができる。実施例の全ては
Ｖ₂がπに近い設計例である。

【００１８】また、図１−II、IIIに示す様なグレーデ
ィドインデックス構造の採用により一層発振モードをガ
ウス型に近づける事が出来る。キャリアブロック層の反
導波機能Ｖ₁が大きすぎると、導波モードの活性層近傍
にくぼみが生じる。その結果、光閉じこめ率が減少しし
きい値電流の増大を招く。従い、キャリアブロック層が
導波モードに与える影響は小さくなければならない。種
々の半導体レーザの試作を繰り返し、Ｖ₁ ＜Ｖ₂／１０で表されるキャリアブロック層が全体の導波モードに与
える影響が軽微であり、また中央に窪みのない導波モー
ドが得られることを発見した。またキャリアブロック層
が活性層の導波モードを相殺するためには以下の条件で
とくに有効であることを種々の半導体レーザの試作を繰
り返し確認した。

【００１９】Ｖ₀／３＜Ｖ₁ ＜Ｖ₀ さらにキャリアブロック層はキャリアを有効に活性層に
閉じこめなければならない。キャリアブロック層のエネ
ルギーギャップＥ_gs（ｅＶ）とキャリアブロック層の厚
みｄ₂（オンク゛ストローム）と導波層のエネルギーギャップＥ_gd
（ｅＶ，エネルギーギャップに分布がある場合は最小値
を採用する）の関係がＥ_gs−Ｅ_gd ＞２．５×１０³／ｄ₂ ² であればキャリアを十分有効に活性層へ閉じこめられる
ことを発見した。また前記の条件Ｖ₁ ＜Ｖ₂／１０はＥ_gs、Ｅ_gd、ｄ₂を用いてＥ_gs−Ｅ_gd ＜６．２×１０⁴／ｄ₂ ² となる。この効果により、従来構造であるＳＣＨ構造に
比較しＡｌ組成の低いクラッド層が実現できる。

【００２０】Ｐ型、Ｎ型それぞれのキャリアブロック層
の厚み、組成は必ずしも等しい必要はない。その場合は
Ｐ型キャリアブロック層のＶ₁をＶ_1p、Ｎ型キャリアブ
ロック層のＶ₁をＶ_1nとしてＶ₁ ＝（Ｖ_1p ＋Ｖ_1n ）／２とすれば上述の議論はそのまま適用できる。

【００２１】ＡｌＧａＡｓ系の材料の屈折率の組成、波
長依存性についてはたとえば文献 Journal of applied
Physics (USA) vol.60 No.2 (15 July, 1986) p754-767
に記載されている。

【００２２】（Ａｌ_yＧａ_1-y）_zＩｎ_1-zＰ系材料の屈折
率の組成、波長依存性については知られていないが、薄
膜を形成してエリプソメータで求めることができる。ま
た半導体レーザを作製し、出力光の放射パターン（遠視
野像）を計算でフィッティングすることにより屈折率を
求めることもできる。

【００２３】本発明によれば、活性層両サイドのバンド
ギャップが大きく屈折率の低い反導波機能を有するキャ
リアブロック層の作用は活性層が持つ導波機能を低減
し、あるいは相殺する作用を持つ。もう一つの機能は、
注入されたキャリアをブロックし、電子及びホールを活
性層内に閉じこめる作用を有する。この層にもＰあるい
はＮドーピングを行なうことにより、電気抵抗の低減あ
るいはキャリア閉じこめ機能を向上させることができ
る。特にＡｌ_xＧａ_1-xＡｓを用いた場合、全部の層のＡ
ｌ組成を下げられるので、電気抵抗,熱抵抗の低減に大
きく寄与し、かつ化学的安定性が向上する（図１０，１
１参照）。また作製プロセスも容易になる。

【００２４】このようにクラッド層と導波層にＡｌ_xＧ
ａ_1-xＡｓを用いても良い。

【００２５】本発明により低放射ビーム角で近視野像の
良い高効率の半導体レーザを作製するする事が出来る。
また、単純な構造で端面の瞬時光学損傷を回避して高出
力の半導体レーザを作製する事ができる。また、電気抵
抗、熱抵抗が低いので高い電流密度で動作できる。

【００２６】

【実施例】ＭＯＣＶＤ半導体薄膜製造装置により作製し
た実施例１〜１８，比較例１の半導体レーザの構造は以
下の通りである。まず実施１〜１８に共通の構造を説明
する。

【００２７】図２に示すように、ＧａＡｓからなるＮ型
基板８上に、厚さ０．５μｍのＮ型バッファ層１０を形
成し、その上層にＮ型クラッド層１、Ｎ型導波層２、Ｎ
型キャリアブロック層３、活性層４、Ｐ型キャリアブロ
ック層５、Ｐ型導波層６、Ｐ型クラッド層７を順次形成
し、最上層にＮ型キャップ層１１を形成した。

【００２８】実施例１〜実施例１７および比較例２にお
ける各層の具体的構成は下記の通りである。Ｎ型キャップ層１１厚さ：０．３μｍ組成：ＧａＡｓＰ型クラッド層７厚さ：１．０μｍ組成：Ａｌ_0.32Ｇａ_0.68ＡｓＰ型導波層６厚さ：０．４０μｍ組成：Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75ＡｓＮ型導波層２厚さ：０．４０μｍ組成：Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75ＡｓＮ型クラッド層１厚さ：１．０μｍ組成：Ａｌ_0.32Ｇａ_0.68ＡｓＮ型バッファ層１０厚さ：０．５μｍ組成：ＧａＡｓＮ型基板８組成：（１００）ＧａＡｓ実施例１８および比較例３における各層の具体的構成は
下記の通りである。Ｎ型キャップ層１１厚さ：０．３μｍ組成：ＧａＡｓＰ型クラッド層７厚さ：１．０μｍ組成：Ａｌ_0.57Ｇａ_0.43ＡｓＰ型導波層６厚さ：０．４０μｍ組成：Ａｌ_0.50Ｇａ_0.50ＡｓＮ型導波層２厚さ：０．４０μｍ組成：Ａｌ_0.50Ｇａ_0.50ＡｓＮ型クラッド層１厚さ：１．０μｍ組成：Ａｌ_0.57Ｇａ_0.43ＡｓＮ型バッファ層１０厚さ：０．５μｍ組成：ＧａＡｓＮ型基板８組成：（１００）ＧａＡｓ比較例１の構造を図３に示す。ＧａＡｓからなるＮ型基
板８上に、厚さ０．５μｍのＮ型バッファ層１０を形成
し、その上層にＮ型クラッド層１、活性層４、Ｐ型クラ
ッド層７を順次形成し、最上層にＮ型キャップ層１１を
形成した。

【００２９】各層の具体的構成は下記の通りである。Ｎ型キャップ層１１厚さ：０．３μｍ組成：ＧａＡｓＰ型クラッド層７厚さ：１．５μｍ組成：Ａｌ_0.65Ｇａ_0.35ＡｓＮ型クラッド層１厚さ：１．５μｍ組成：Ａｌ_0.65Ｇａ_0.35ＡｓＮ型バッファ層１０厚さ：０．５μｍ組成：ＧａＡｓＮ型基板８組成：（１００）ＧａＡｓ実施例１〜１８では、活性層４はＰ型キャリアブロック
層５とＮ型キャリアブロック層３とに挟まれた領域にお
いて、各キャリアブロック層５，３の内壁側に設けられ
たサイドバリア層１２の間に、４層構造の量子井戸層１
３がバリア層１４に隔てられて形成されている。比較例
１では、活性層４はサイドバリア１２に挟まれた領域に
おいて、４層構造の量子井戸層１３がバリア層１４に隔
てられて形成されている。この活性層４の具体的構成は
各実施例，比較例により異なるので表を用いて説明す
る。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】

【表７】

【００３７】図２に実施例１〜１８および比較例２，３
のエピタキシー成長のプロファイルを示す。図３は比較
例１のエピタキシー成長のプロファイルを示す。図４は
実施例１〜３および比較例１の近視野像、図５は実施例
４〜８および比較例１の近視野像、図６は実施例９〜１
３および比較例１の近視野像、図７は実施例１４〜１７
および比較例１の近視野像、図１１は実施例１８および
比較例１の近視野像である。図８はキャリアブロック層
の巾を横軸、キャリアブロック層と導波層のエネルギー
ギャップ差を縦軸にして、キャリアブロック層の有効範
囲を表現した図である。○印は実施例を表す。番号は実
施例の番号である。

【００３８】図８の右上の曲線より上の範囲ではキャリ
アブロック層の反導波機能が大きいので導波モードに悪
影響を与える。具体的には、活性層近傍の導波モードに
くぼみが生じ、光閉じこめ率の減少を招き、しきい値電
流が増大する。また導波モードがガウス型から大きくは
ずれ放射パターンに収差が生じることになる。そのため
Ｖ₁＜Ｖ₂／１０が望ましい。左下の曲線より下の範囲で
はキャリアの閉じこめが不十分になりしきい値電流の温
度特性が悪化する。有効な範囲は２種類の実線の間であ
る。すなわち、２．５×１０³／ｄ₂ ² ＜Ｅgs−Ｅgd ＜６．２×１０⁴
／ｄ₂ ² とし、またＶ₀／３＜Ｖ₁ ＜Ｖ₀ が成立する範囲では活性層の導波機能をキャリアブロッ
ク層が最適に補正され最も良好な導波モードを示す。図
４〜７から明かなように、比較例１の弱導波半導体レー
ザは両側に指数関数テールを持った中心で尖った特性曲
線になっているのに対し、実施例１〜実施例１８は釣り
鐘状のガウス型ビームに近い特性形状になっている。こ
のため本実施例の半導体レーザを用いた場合には、従来
技術と同程度のモード広がりでも光学損傷の起こる活性
層４（モード中心）でのビーム強度が低くなっており次
の表８，９の結果に示すように、Ａｌ組成の低減も相ま
って、光学損傷レベルを大幅に引き上げることができ
た。

【００３９】

【表８】

【００４０】

【表９】

【００４１】すなわち、本実施例１〜１８では比較例１
に比べて放射角の低減と大幅な光学損傷レベルの改善が
明かとなった。表１〜７においてレーザの発振波長は約
８１０ｎｍ〜６９０ｎｍである。また、光学損傷レベル
は１端面当たりの光出力である。

【００４２】各実施例に共通な技術として、ドーパント
はＮ型としてはＳｅ、Ｐ型としてはＺｎを用い１×１０
¹⁸／ｃｍ³のドーピングを行った。ＳｉＯ₂拡散マスクを
用い表面からストライプ状に亜鉛拡散を行った後、へき
開して利得導波構造のダイオードチップを試作し、ＬＤ
マウントにダイボンディングした後、パルスモードで発
振特性を測定したストライプ巾：２．５μｍ、キャビテ
ィー長：３００μｍのチップの特性を表１に示す。な
お、両端面には光学コーティングを施していない。

【００４３】また、本実施例の量子井戸層の組成はＧａ
Ａｓ又はＡｌＧａＡｓであるが必ずしもそうである必要
はない。基板がＧａＡｓであっても量子井戸層がＧａ_z
Ｉｎ₁ _-zＡｓ（０．６＜ｚ＜１．０）であるいわゆる歪
超格子であってもかまわない。また量子井戸層の組成は
Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０＜ｘ≦０．２）でもかまわない。
その場合でも電流ブロック層の組成は（Ａｌ_yＧａ_1-y）
_ZＩｎ_1-ZＰ（０≦ｙ＜０．３でかつ０．２０≦Ｚ≦０．
８３）で充分である。

【００４４】

【表１０】

【００４５】実施例１６と１８の構成および比較例２と
３の構成につき、ストライプ幅５０μｍ、キャビティ長
９００μｍで前面後面にそれぞれ４％及び９６％の反射
率を有する光学コーティングを施した素子を試作した。

【００４６】図１２に実施例１６と比較例２との連続発
振モードでの典型的な注入電流−光出力特性を示す。実
施例１６と比較例２はキャリアブロック層の材料を除い
て他は同じ構成である。

【００４７】実施例１６においては比較例２を大幅に上
回る出力が得られている。次に、実施例１８と、これと
キャリアブロック層の材料を除いて他の構成材料が同じ
である比較例３の注入電流−光出力特性を図１３に示
す。これらの量子井戸層（活性層）はＡｌ_0.20Ｇａ_0.80
Ａｓであり、この系では比較的短波長である７１０ｍｍ
で発振する。

【００４８】ここでは、キャリアブロック層がＡｌＧａ
ＡｓよりもＡｌＧａＩｎＰの注入電流−光出力特性が優
れていることがわかった。

【００４９】

【発明の効果】本発明により低放射ビーム角で近視野像
の良い高効率の半導体レーザを作製するする事が出来
る。また、単純な構造で端面の瞬時光学損傷を回避して
高出力の半導体レーザを作製する事ができる。また、電
気抵抗、熱抵抗が低いので高い電流密度で動作できる。
さらに化学的安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザのエピタキシ方向への概
略組成断面図

【図２】本発明に係わる実施例１〜１８の概略組成断面
図

【図３】本発明の比較例１として記載した概略組成断面
図

【図４】本発明に係わる実施例１〜３および比較例１の
近視野像

【図５】本発明に係わる実施例４〜８および比較例１の
近視野像

【図６】本発明に係わる実施例９〜１３および比較例１
の近視野像

【図７】本発明に係わる実施例１４〜１７および比較例
１の近視野像

【図８】キャリアブロック層の巾を横軸、エネルギーギ
ャップ差を縦軸にして、キャリアブロック層の有効範囲
を表現した図

【図９】Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ半導体の電気抵抗を示すグラ
フ図

【図１０】Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ半導体の熱抵抗を示すグラ
フ図

【図１１】実施例１８および比較例１の近視野像

【図１２】実施例１６と比較例２との連続発振モードで
の注入電流−光出力特性を示すグラフ図

【図１３】実施例１８と比較例３との連続発振モードで
の注入電流−光出力特性を示すグラフ図

【符号の説明】

１・・ｎ型クラッド層２・・ｎ型導波層３・・ｎ型キャリアブロック層４・・活性層５・・ｐ型キャリアブロック層６・・ｐ型導波層７・・ｐ型クラッド層８・・基板１０・・バッファ層１１・・キャップ層１２・・サイドバリア層１３・・量子井戸層１４・・バリア層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田義和千葉県袖ヶ浦市長浦字拓二号580番32三井石油化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素子面から垂直方向に形成された活性層
の断面両外方にキャリアブロック層が設けられ、前記活性層は、サイドバリア層とこれに挟まれた量子井
戸層、またはサイドバリア層とこれに挟まれた量子井戸
層とバリア層の積層からなり、前記キャリアブロック層の断面両外方に導波層が設けら
れ、前記導波層の両外方にクラッド層が設けられ、前記量子井戸層の組成は、Ａｌ_XＧａ_1-XＡｓ（０≦ｘ≦
０．２）、前記キャリアブロック層の組成は、（Ａｌ_yＧａ_1-y）_Z
Ｉｎ_1-ZＰ（０≦ｙ＜０．３，０．２０≦Ｚ≦０．８
３）であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】前記導波層の屈折率は、前記クラッド層
側から前記キャリアブロック層側にいくにしたがい大き
くなる請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層の導波機能を表す指標（規格
化周波数）Ｖ₀をＶ₀ ＝ π・ｄ₁／λ・（Ｎ₁ ² − Ｎ₀ ²）^0.5 で定義し（ただしπは円周率、λは発振波長、ｄ₁は前
記量子井戸層の厚み、Ｎ₀は前記導波層の屈折率であり
屈折率分布がある場合は最大値を採用し、Ｎ₁は前記量
子井戸層の屈折率、前記量子井戸層がｍ層ある多重量子
井戸の場合は、上式のＶ₀をｍ倍したものを用いる）、前記キャリアブロック層の反導波機能を表す指標Ｖ
₁（規格化周波数）をＶ₁ ＝ π・ｄ₂／λ・（Ｎ₀ ² − Ｎ₂ ²）^0.5 で定義し（ただし、ｄ₂は前記キャリアブロック層の厚
み。Ｎ₂は前記キャリアブロック層の屈折率である）、前記導波層の導波機能を表す指標（規格化周波数）Ｖ₂
をＶ₂ ＝ π・ｄ₃／λ・（Ｎ₀ ² − Ｎ₃ ²）^0.5 で定義し（ただし、ｄ₃は前記両クラッド層間の厚み。
Ｎ₃は前記クラッド層の屈折率である）たとき、前記Ｖ₁と前記Ｖ₂とは下記の範囲、すなわちＶ₁ ＜Ｖ₂／１０にあることを特徴とする請求項１または２記載の半導体
レーザ素子。
【請求項４】前記キャリアブロック層のエネルギーギ
ャップＥ_gs（ｅＶ）と、前記キャリアブロック層の厚み
ｄ₂（オンク゛ストローム）と、前記導波層のエネルギーギャップ
Ｅ_gd（ｅＶ，エネルギーギャップに分布がある場合は最
小値を採用する）との関係が下記の範囲、すなわちＥ_gs−Ｅ_gd ＞２．５×１０³／ｄ₂ ² Ｅ_gs−Ｅ_gd ＜６．２×１０⁴／ｄ₂ ² にあることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
【請求項５】前記Ｖ₀と前記Ｖ₁とは下記の範囲、すな
わちＶ₀／３＜Ｖ₁ ＜Ｖ₀ に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。