JPH09199792A

JPH09199792A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH09199792A
Application number: JP30536296A
Authority: JP
Inventors: Hideto Adachi; 秀人足立; Akira Takamori; 晃高森; Isao Kidoguchi; 勲木戸口; Toshiya Fukuhisa; 敏哉福久; Masaya Mannou; 正也萬濃; Yasuhito Kumabuchi; 康仁熊渕
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JP3235778B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定な自励発振特性を有する半導体レーザを
提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡs基板１０１上に、活性層１
０４と、活性層１０４を挟むｎ型クラッド層１０３、ｐ
型クラッド層１０５ａ〜１０５ｃを備えた半導体レーザ
である。さらに、ｐ型クラッド層１０５ａ〜１０５ｃの
間には、可飽和吸収層１０６とエッチングストッパ層１
００とが設けられている。端面の反射率は、約５０％に
設定されている。これにより、端面での反射率を制御し
てミラー損失を最適化することで、しきい値電流を小さ
くすることができるとともに、安定な動作制御を実現で
きる自励発振レーザが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクシステ
ムの光源などに用いられる低雑音自励発振型半導体レー
ザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信、レーザプリンタ、光ディ
スクなどの分野で半導体レーザの需要が高まり、ＧａＡ
ｓ系及びＩｎＰ系を中心として、活発に研究開発が進め
られてきた。光情報処理分野においては、特に波長が７
８０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの光による情報
の記録・再生を行う方式が実用化され、コンパクトディ
スク等で広く普及するに至っている。

【０００３】しかし、最近になって、これらの光ディス
ク装置に益々記憶容量の増加が求められるようになり、
それに伴い、短波長レーザの実現に対する要望が強まっ
てきている。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザは、波長が
６３０〜６９０ｎｍでの赤色領域で発振が可能であり、
現在実用レベルにある半導体レーザの中で最も短波長の
光が得られるものである。従って、従来のＡｌＧａＡｓ
系半導体レーザに代わる次世代の大容量光情報記録用光
源として有望である。

【０００４】ところで、半導体レーザは、光ディスクの
再生時にディスク面からの反射光の帰還や温度の変化に
より強度雑音を発生し、信号の読取エラーを誘発する。
従って、光ディスクの光源用には、強度雑音の少ないレ
ーザが不可欠となる。

【０００５】従来、再生専用・低出力のＡｌＧａＡｓ系
半導体レーザでは、リッジストライプの両側に意図的に
可飽和吸収体が形成されるような構造を採用することに
よって、低雑音化を図ってきた。これによって、縦モー
ドをマルチ化することができる。すなわち、レーザが縦
単一モードで発振しているときに光の帰還や温度変化等
の外乱が入ると、利得ピークの微少な変化によって近接
する縦モードが発振を開始し、元の発振モードとの間で
競合を起して、これが雑音の原因となる。縦モードをマ
ルチ化すると、各モードの強度変化が平均化され、しか
も外乱によって変化しないので、安定な低雑音特性を得
ることができる。

【０００６】また、別の方法として、さらに安定な自励
発振特性を得る方法が、特開昭６３−２０２０８３号公
報に示されている。ここでは、出力光を吸収することの
できる層を設けることによって、自励発振型半導体レー
ザを実現している。

【０００７】さらに、特開平６−２６０７１６号公報で
は、活性層のエネルギーギャップと吸収層のエネルギー
ギャップとをほぼ等しくすることによって特性を改善し
たとの報告がなされている。特に、歪量子井戸活性層の
エネルギーギャップと歪量子井戸可飽和吸収層のそれ
が、ほぼ等しくなっている。この構成によって、良好な
自励発振特性を得ようとしている。同様の構成が、特開
平７−２２６９５号公報にも記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によると、可飽和吸収層と活性層とのエネル
ギーギャップをほぼ等しくするだけでは、良好な自励発
振特性が得られないことが明らかとなった。

【０００９】さらに、自励発振特性のレーザは、同波長
で同出力の自励発振しないレーザと比較して、若干、し
きい値電流が高いということが言える。

【００１０】そこで本発明は、可飽和吸収層と活性層と
のエネルギーギャップ差、さらに、端面反射の条件等も
検討することにより、小さいしきい値電流で、低雑音特
性に有効な安定した自励発振特性をもつ半導体レーザを
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、少なくとも量子井戸層を有する活性層と、該活性層
を挟むクラッド構造と、を備えた半導体レーザであっ
て、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、該
可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の該量
子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、約
３０ｍｅＶから約２００ｍｅＶだけ小さく、それぞれの
端面の反射率が約４０％〜約９０％であって、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１２】本発明の他の局面によれば、少なくとも量
子井戸層を有する活性層と、該活性層を挟むクラッド構
造と、を備えた半導体レーザにおいて、該クラッド構造
は、可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層のエネ
ルギーギャップが、該活性層の該量子井戸層の基底準位
間のエネルギーギャップよりも、約３０ｍｅＶから約２
００ｍｅＶだけ小さく、スロープ効率が約０．１ｍＷ／
ｍＡ〜約０．４ｍＷ／ｍＡであって、そのことによって
上記目的が達成される。好ましくは、前記スロープ効率
が約０．１５ｍＷ／ｍＡ〜約０．３５ｍＷ／ｍＡであ
る。なお、ここでいう「スロープ効率」とは、「自励発
振特性を有する半導体レーザの光出力−電流特性に見ら
れる光吸収領域（例えば、図１３を参照のこと）を除く
部分での効率」を言う。

【００１３】ある実施形態では、前記クラッド構造がさ
らに光ガイド層を含んでいる。

【００１４】好ましくは、共振器長Ｌが約３５０μｍ≦
Ｌ≦約７００μｍである。

【００１５】また、好ましくは、ストライプ幅Ｗが約
２．０μｍ≦Ｗ≦約６．０μｍである。

【００１６】前記活性層及び前記可飽和吸収層は、Ａｌ
_xＧａ_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から構成
される層であり得る。

【００１７】好ましくは、前記可飽和吸収層の上に設け
られたエッチングストッパ層をさらに備えている。

【００１８】好ましくは、前記可飽和吸収層の基底準位
と該可飽和吸収層に隣接する層の伝導帯の底との間のエ
ネルギーギャップ差が、約１００ｍｅＶ〜約２１０ｍｅ
Ｖである。

【００１９】本発明のさらに他の局面によれば、少なく
とも量子井戸層を有する活性層と、該活性層を挟むクラ
ッド構造と、を備えた半導体レーザにおいて、該クラッ
ド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、それぞれの端面
の反射率が約４０％〜約９０％であり、自励発振特性を
示す半導体レーザが提供され、そのことによって上記目
的が達成される。

【００２０】本発明のさらに他の局面によれば、少なく
とも量子井戸層を有する活性層と、該活性層を挟むクラ
ッド構造と、を備えた半導体レーザにおいて、該クラッ
ド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、スロープ効率が
約０．１ｍＷ／ｍＡ〜約０．４ｍＷ／ｍＡである半導体
レーザが提供され、そのことによって上記目的が達成さ
れる。好ましくは、前記スロープ効率が約０．１５ｍＷ
／ｍＡ〜約０．３５ｍＷ／ｍＡである。なお、ここでい
う「スロープ効率」とは、「自励発振特性を有する半導
体レーザの光出力−電流特性に見られる光吸収領域（例
えば、図１３を参照のこと）を除く部分での効率」を言
う。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明者らは、「活性層と可飽和
吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）」と自励発振
との関係を検討した。本願明細書において、活性層と可
飽和吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）とは、活
性層及び可飽和吸収層が量子井戸構造を有している場
合、「レーザ発振前における活性層の量子井戸層の基底
準位間のエネルギーギャップ（Ｅ’ｇａ）から、可飽和
吸収層の基底準位間のエネルギーギャップ（Ｅ’ｇｓ）
を引いた値（Ｅ’ｇａ−Ｅ’ｇｓ）」を意味する。これ
らのエネルギーギャップ（Ｅ’ｇａ、Ｅ’ｇｓ）とバン
ドギャップ（Ｅｇａ、Ｅｇｓ）との関係を、図１に模式
的に示す。一般に、量子井戸構造を持つ半導体層におい
て、基底準位間のエネルギーギャップは、伝導帯の底と
価電子帯の底との間ではなく、それぞれの量子準位間の
エネルギー差（Ｅ’ｇ）であるので、通常のバンドギャ
ップ（Ｅｇ）よりも、約７０ｍｅＶ程度、エネルギーギ
ャップは大きくなる。

【００２２】なお、活性層が量子井戸構造を有し、可飽
和吸収層がバルク構造を有している場合は、活性層と可
飽和吸収層とのエネルギーギャップ差は、「レーザ発振
前における活性層の基底準位間のエネルギーギャップ
（Ｅ’ｇａ）から、可飽和吸収層のバンドギャップ（Ｅ
ｇｓ）を引いた値」を意味することとする。

【００２３】本発明において、可飽和吸収層は、量子井
戸構造を持つこともあれば、バルク構造を持つこともあ
る。そのため、本願明細書では、便宜上、「可飽和吸収
層のエネルギーギャップ」を、次のように定義すること
とする。すなわち、可飽和吸収層が量子井戸構造を有す
る場合は、「基底準位間のエネルギーギャップ（Ｅ’ｇ
ｓ）」を意味し、可飽和吸収層がバルク構造を有する場
合は、その「バンドギャップ（Ｅｇｓ）」を意味するこ
とする。この「可飽和吸収層のエネルギーギャップ」と
いう言葉を用いれば、「活性層と可飽和吸収層とのエネ
ルギーギャップ差」は、「レーザ発振前における活性層
の量子井戸層の活性層の基底準位間のエネルギーギャッ
プから可飽和吸収層のエネルギーギャップを引いた値」
と表現される。

【００２４】本願発明者らによる検討の結果、活性層と
可飽和吸収層とのエネルギーギャップ差（△Ｅ）を約３
０ｍｅＶから約２００ｍｅＶとすることで、可飽和吸収
層がレーザ光を効率よく吸収するとともに、光の吸収も
飽和するため、安定した自励発振が得られることが明ら
かとなった。活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャ
ップ差（△Ｅ）が約３０ｍｅＶより小さければ、自励発
振は得られない。これはエネルギーギャップ差が小さい
ため、可飽和吸収層があまりレーザ光を吸収しないため
であると考えられる。また、エネルギーギャップ差（△
Ｅ）が約２００ｍｅＶを越えると、可飽和吸収層での光
吸収が大きくなりすぎ、可飽和吸収層が飽和特性を示さ
なくなるので、自励発振が起こらない。従って、エネル
ギーギャップ差（△Ｅ）は、約３０ｍｅＶ〜約２００ｍ
ｅＶがよいことがわかった。

【００２５】現在の結晶成長技術によれば、各半導体層
のエネルギーギャップ及びエネルギーギャップ差（△
Ｅ）は数ｍｅＶ以下の精度で制御できる。このため、形
成された活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャップ
差（△Ｅ）が約１０ｍｅＶもあれば、これらの活性層及
び可飽和吸収層は、エネルギーギャップ差（△Ｅ）を設
けることを意図して形成されたものと認められる。従っ
て、活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャップ差
（△Ｅ）が約１０ｍｅＶ以上あれば、活性層の量子井戸
層の基底準位間のエネルギーギャップと可飽和吸収層の
エネルギーギャップとが「ほぼ同一である」とは言えな
い。

【００２６】特に、エネルギーギャップ差（△Ｅ）が約
５０ｍｅＶ〜約１００ｍｅＶの範囲では、可飽和吸収層
の飽和条件が最適となり、高い動作温度でも安定な自励
発振が達成される。エネルギーギャップ差（△Ｅ）が約
１００ｍｅＶを越えると、可飽和吸収層での光吸収がだ
んだん大きくなり、動作電流もやや大きくなる。よっ
て、エネルギーギャップ差は約１００ｍｅＶ以下であれ
ば好ましいといえる。このように、エネルギーギャップ
差が約５０ｍｅＶ〜約１００ｍｅＶの範囲内にあるとき
には、半導体レーザの動作電流が大きくならない上に、
極めて特性のよい自励発振特性が得られる。特に、自動
車に搭載する場合など比較的高温の環境で半導体レーザ
を動作させる可能性がある場合には、このようなエネル
ギーギャップ差に設定することが好ましい。

【００２７】可飽和吸収層の体積を小さくすると、可飽
和吸収層でのキャリア密度を容易に上げられる。活性層
が放出したレーザ光を可飽和吸収層が吸収し、電子とホ
ールのペアを生じるが、可飽和吸収層の体積が小さい
と、単位体積あたりの光の吸収量が増加し、このキャリ
ア密度を容易に上げることができる。そして飽和状態に
なりやすく、可飽和吸収の効果が顕著となる。従って、
可飽和吸収層が薄いほど強くて安定な自励発振特性を得
ることができることが、本発明者らの実験により明らか
となった。このような強くて安定な自励発振を引き起こ
すためには、可飽和吸収層の厚さを、約１０オングスト
ローム〜約１００オングストロームの範囲内にすること
が好ましい。ただし、可飽和吸収層の厚さが約１００オ
ングストロームを越えてバルク構造を持つような厚さで
あっても、エネルギーギャップ差を好ましい範囲内に設
定すれば、問題ない。また可飽和吸収層は、複数に分離
されて設けられても良い。

【００２８】さらに、本発明の半導体レーザは、このよ
うな体積の小さい可飽和吸収層と光ガイド層とを組み合
わせた構成を有するようにすることもできる。本発明の
半導体レーザで、クラッド構造中に光ガイド層を設けれ
ば、可飽和吸収層の体積を小さくするために可飽和吸収
層の厚さを量子井戸層のように薄くした場合であって
も、可飽和吸収層での光の閉じ込め率が極端に減少する
結果として安定な自励発振が得られなくなることを、防
止することができる。光ガイド層を用いれば、例えば、
活性層への光閉じ込め率を約５．０％以上に維持したま
まで可飽和吸収層への閉じ込め率を少なくとも１．２％
程度以上にして、安定な自励発振を生じさせることが可
能となる。

【００２９】このように、本発明における光ガイド層
は、可飽和吸収層の光閉じ込め率を高めるためのもので
あり、活性層から離れた位置に配置される。この点で、
活性層の光閉じ込め率を高めるために活性層に隣接する
位置に配置された従来の光ガイド層とは、大きく異な
る。

【００３０】なお、可飽和吸収層と光ガイド層との位置
関係は、可飽和吸収層の体積及び光閉じ込めを考慮し
て、最適に決定される。可飽和吸収層は、光ガイド層中
に形成してもよいし、また光ガイド層近傍のｐ型クラッ
ド層の中に形成してもよい。

【００３１】さらに、半導体レーザの積層構造の中にエ
ッチングストッパ層を設けることにより、リッジストラ
イプ形成のためのエッチング工程においても、可飽和吸
収層がエッチングされることがなくなる。これより、製
造時のウエハ内でのばらつきが抑制できて、ウエハ内
で、特性のばらつきの少ない半導体レーザを大量に製造
することができるようになる。

【００３２】半導体レーザの端面の反射率に関して、端
面反射率が小さいと、光出力−電流特性における吸収領
域が大きくなり、電流による光出力の制御が困難とな
る。一方、端面反射率が大きすぎると、スロープ効率が
小さくなって駆動電流が大きくなり、その結果として、
キンクの低下による最高光出力の低下が起こる。そこ
で、端面の反射率を制御することで、光吸収領域を小さ
くしてしきい値電流を小さくできるとともに、光吸収領
域の次に現れる安定した光出力領域でレーザの光出力を
制御できる。これにより、安定した制御性を有する自励
発振型の半導体レーザが実現される。

【００３３】同様に、レーザの共振器長及びストライプ
幅の制御により、安定した制御性を有する自励発振型の
レーザとすることができる。

【００３４】可飽和吸収層を用いた自励発振型半導体レ
ーザでは、光出力−電流特性において、レーザ発振の直
前に「とび」が生じることが知られている。

【００３５】一般に半導体レーザでは、レーザ発振のた
めのしきい値電流を小さくすることが望ましい。ここ
で、半導体レーザのしきい値電流は、レーザの損失と関
係がある。すなわち、しきい値利得をｇth、光の伝搬損
失をαｐ、レーザ内部でのフリーキャリア損失をαｆ、
端面でのミラー損失をαMとすると、ｇth＝αｐ＋αｆ
＋αMと表すことができる。この式から、しきい値電流
を小さくするためには、損失を少なくすればよいことが
わかる。

【００３６】上式に現れる３つの損失項のうち、フリー
キャリア損失αｆは、活性層などへのキャリアの注入な
どによって生じるものであって、その制御は困難であ
る。従って、しきい値電流の低減のためには、残る伝搬
損失αp及びミラー損失αMの制御をすることが考えられ
る。そこで、発明者らは、上記のうちで特にミラー損失
αMに着目し、しきい値電流の低減との関連性について
検討した。

【００３７】以下では、添付の図面を参照しながら、上
記で述べたような点に関する検討結果を含めて、本発明
の様々な実施の形態における具体的な構成を説明する。

【００３８】（第１の実施形態）図２は、本発明による
半導体レーザの実施形態の断面図である。

【００３９】この半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１
０１と、ＧａＡｓ基板１０１上に形成された半導体積層
構造を備えている。この半導体積層構造は、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層１０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１
０３、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量子
井戸活性層１０４、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１０５ａ、ｐ型ＧａＩｎＰからなる可飽和吸収層１０
６、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５ｂを含
んでいる。

【００４０】第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０
５ｂの上には、第３のｐ型クラッド層１０５ｃにより、
共振器長方向に延びるストライプ状リッジ部分（幅：約
２．０μｍ〜約６．０μｍ）が形成されている。第３の
ｐ型クラッド層１０５ｃのリッジ上面に相当する箇所に
は、コンタクト層１１０が形成されている。また、第３
のｐ型クラッド層１０５ｃ及びコンタクト層１１０の両
側には、ｎ型ＧａＡｓ層電流ブロック層１１１が形成さ
れている。ｎ型ＧａＡｓ層電流ブロック層１１１は、リ
ッジ側面からさらに横方向に延長されて形成されてい
る。

【００４１】コンタクト層１１０と電流ブロック層１１
１との上には、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２が形成さ
れている。キャップ層１１２の上面にはｐ電極１１３が
形成され、基板１０１の裏面にはｎ電極１１４が形成さ
れている。

【００４２】なお、活性層１０４は、３層の井戸層と障
壁層とからなる多重量子井戸構造となっている。

【００４３】さらに、可飽和吸収層１０６の上であって
第３のｐ型クラッド層１０５ｃのリッジストライプ及び
電流ブロック層１１１の下には、エッチングストッパ層
１００が設けられている。このエッチングストッパ層１
００の組成比はＧａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐであり、第３のｐ型
クラッド層１０５ｃのＡｌＧａＩｎＰとの間で、エッチ
ング工程での選択比がとることができる。

【００４４】本願明細書では、半導体積層構造から、バ
ッファ層、活性層、エッチングストッパ層、コンタクト
層、キャップ層、及び電流ブロック層を除いた残りの部
分を、全体として「クラッド構造」と呼ぶことにする。
本実施形態の場合は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１
０３、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５ａ、
可飽和吸収層１０６、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１０５ｂ、及び第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層１０５ｃが、クラッド構造を構成している。

【００４５】本実施形態の積層構造を構成する各半導体
層のドーピングレベル及び膜厚は、以下の表１に示す通
りである。

【００４６】

【表１】

【００４７】図３は、本実施形態の半導体レーザについ
て、活性層１０４の付近からエッチングストッパ層１０
０の付近までの（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5ＰのＡｌ組
成ｘの分布を示す。上記に説明した本実施形態では、ｎ
型クラッド層１０３、第１のｐ型クラッド１０５ａ、第
２のｐ型クラッド層１０５ｂ、及び第３のｐ型クラッド
層１０５ｃのＡｌ組成は、０．７である。活性層１０４
の内の量子井戸層、及び可飽和吸収層１０６は、それぞ
れＧａ_0.45Ｉｎ_0.55Ｐ及びＧａ_0.40Ｉｎ_0.60Ｐから形成
されているため、まわりの層よりも格子定数が大きく、
ともに圧縮歪が加えられている。

【００４８】自励発振を安定に起こさせるための重要な
点は、活性層１０４の量子井戸層と可飽和吸収層とのエ
ネルギーギャップ差にある。第１の実施形態では、その
エネルギーギャップ差が約５７ｍｅＶとなっており、安
定した自励発振が得られた。

【００４９】本願発明者は、可飽和吸収層のはたらきと
エネルギーギャップ差について検討してみた。その結果
を以下に説明する。

【００５０】まず、図４（ａ）から（ｃ）を参照する。
図４（ａ）からわかるように、注入電流が約４０ｍＡに
なるとレーザ発振（自励発振）が起こり、その後、注入
電流を更に大きくすると、図４（ａ）中のＡ点で自励発
振が停止し、通常のレーザ発振となる。自励発振によっ
て得られる最大の光出力をＰmaxと呼ぶことにする。図
４（ａ）の例では、Ｐmaxは４．０ｍＷである。Ｐmaxを
与える電流よりも小さな電流では、図４（ｃ）のよう
に、時間の経過とともに光出力が大きく振動し、安定し
た振幅を持つ自励発振が得られる。しかし、Ｐmaxを与
える電流よりも大きな電流では、図４（ｂ）に示すよう
に、時間の経過とともに光出力の振幅が徐々に減少し、
通常のレーザ発振になる。

【００５１】注入電流と同様に、動作温度Ｔがあるレベ
ルを越えても、自励発振しなくなる傾向がある。ここ
で、自励発振が観測される最高の温度をＴmaxとする。
Ｔmaxは、言い換えれば、自励発振が停止する温度とも
いえる。

【００５２】図５は、その横軸がエネルギーギャップ差
（ｍｅＶ）、縦軸がＴmax（自励発振が停止する温度）
及びＰmax（室温での自励発振の最大光出力）であり、
それぞれの関係を示すグラフである。実験の結果、エネ
ルギーギャップ差が約１０ｍｅＶの場合及び約２０ｍｅ
Ｖの場合には自励発振は観測されず、約３０ｍｅＶで自
励発振が観測された。３０ｍｅＶでは、５１℃まで自励
発振が観測でき、その時、光出力が５ｍＷまで自励発振
した。

【００５３】図５に示されているように、エネルギーギ
ャップ差が約３０ｍｅＶ以上になると自励発振がおこり
はじめ、約２００ｍｅＶまで自励発振が確認できた。特
にエネルギーギャップ差が約５０ｍｅＶ〜約１００ｍｅ
Ｖの範囲では、Ｔmaxが高く且つＰmaxも大きく、実用的
に好ましい範囲である。

【００５４】エネルギーギャップ差が約１００ｍｅＶを
越えると、活性層と可飽和吸収層とのエネルギーギャッ
プの差から、可飽和吸収層でのレーザ光の吸収が大きく
なり、その結果、動作電流がやや大きくなる傾向にあ
る。これについて、図６を用いて説明する。

【００５５】図６は、横軸がエネルギーギャップ差（ｍ
ｅＶ）、縦軸が動作電流（ｍＡ）のグラフである。これ
より、エネルギーギャップ差が約１００ｍｅＶを越える
と、動作電流が約１３０ｍＡより大きくなる。

【００５６】図７は、動作電流と本実施形態の半導体レ
ーザの寿命との相関関係を示すグラフである。このグラ
フは、半導体レーザの光出力を約５ｍＷに維持し、動作
温度が約６０℃の状態で測定された結果に基づいてい
る。これより、寿命を約５０００時間以上にするには、
動作電流を約１３０ｍＡ以下にすればよいことが図１３
からわかる。

【００５７】図６及び図７からわかるように、寿命の観
点からは、エネルギーギャップ差が約１００ｍｅＶ以下
であることが望ましい。

【００５８】図８は、この半導体レーザの電流−光出力
特性を示すグラフである。グラフの横軸は、レーザへの
注入電流（ｍＡ）を、縦軸は光出力（ｍＷ）を示してい
る。閾値電流は、約５０ｍＡである。自励発振型半導体
レーザの特性が、通常の半導体レーザの特性と異なるの
は、図８にも表れているように、閾値電流近傍で光出力
の急激な立ち上がりが観測される点にある。これは、可
飽和吸収層が存在するために、ある程度のキャリアの注
入量に達するまでは、光出力が外部へ放出されないこと
による。注入電流がある値を越えるとレーザ発振が生じ
て、注入電流に比例して光出力が増加しはじめる。

【００５９】図９は、本実施形態の半導体レーザの図８
のＰ点における出力波形を示す。図９に示されるよう
に、わずか２ｎｓの間に光出力が大きく振動しており、
自励発振していることが確認できた。

【００６０】本発明の半導体レーザでは、可飽和吸収層
のドーピングレベルを約２×１０¹⁸（ｃｍ^-3）として、
キャリアの寿命時間を低減している。その結果、キャリ
アの時間変化率に対する自然放出の寄与が増大し、自励
発振を容易に生じることができる。ドーピングは、ドー
パント濃度が約１×１０¹⁸（ｃｍ^-3）以上になるように
すれば、キャリアの寿命時間を低減する効果がある。

【００６１】上記の構成では、厚さが約５０オングスト
ロームの可飽和吸収層を用いているが、可飽和吸収層の
厚さは、これに限定されない。可飽和吸収層を多重量子
井戸構造を持つものとしても良く、また、バルク構造を
持つものとしてもよい。

【００６２】この半導体レーザの製造工程を、図１０
（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。

【００６３】まず、図１０（ａ）に示すように、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ
層１０２、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０
３、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量子井
戸構造の活性層１０４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第
１のｐ型クラッド層１０５ａ、ｐ型ＧａＩｎＰからなる
可飽和吸収（ＳＡ）層１０６、ＡｌＧａＩｎＰからなる
第２のｐ型クラッド層１０５ｂ、エッチングストッパ
（ＥＳ）層１００、及び第３のｐ型クラッド層１０５ｃ
を、順次、形成する。各層の形成には、例えば、有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法
（ＭＢＥ法）などの方法を用いることができるが、典型
的にはＭＯＶＰＥ法が使用される。

【００６４】第３のｐ型クラッド層１０５ｃの上に、図
１０（ｂ）に示すようにストライプ状のＳｉＯ₂膜をパ
ターニングする。そして、このＳｉＯ₂膜をマスクにし
て、第３のｐ型クラッド層１０５ｃをエッチング液でウ
ェットエッチングし、図１０（ｃ）に示すようなリッジ
ストライプを形成する。

【００６５】エッチングの停止は、ｐ型クラッド層１０
５ａ、１０５ｂ及び１０５ｃの中に形成したエッチング
ストッパ層１００で行なう。エッチングストッパ層１０
０はＧａＩｎＰから構成されており、ＡｌＧａＩｎＰで
できているｐ型クラッド層との間で、エッチング液に対
して選択比を有する。従って、このエッチングストッパ
層１００で、エッチングは停止する。

【００６６】この後、図１０（ｄ）に示すように、リッ
ジストライプの両側にｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１１
１を形成する。そして、図１０（ｅ）に示すようにＳｉ
Ｏ₂膜を除去した後に、図１０（ｆ）に示すように、ｐ
型ＧａＩｎＰキャップ層１１２による埋め込み成長を行
なう。最後に、図１０（ｇ）に示すように、キャップ層
１１２の上にｐ型電極１１３、及びｎ型ＧａＡｓ基板１
０１の裏面にｎ型電極１１４を形成し、半導体レーザが
完成する。

【００６７】このように、本実施形態では、可飽和吸収
層１０６の上のｐ型クラッド層１０５ｂ及び１０５ｃの
中に、エッチングストッパ層１００を設けている。これ
により、エッチング工程による可飽和吸収層１０６への
影響はない。これに対して、本実施形態のようなエッチ
ングストッパ層１００を形成しない場合には、図１１
（ａ）〜（ｃ）を参照して説明するような不具合が生じ
得る。

【００６８】リッジストライプを形成するためのエッチ
ングはウェットエッチングであり、エッチング深さなど
の制御性に優れていて、所望の形状を精度良く形成する
には最適である。しかし、ウェットエッチングであるた
めに、エッチング量がウエハ面内でばらつく可能性があ
る。この結果、具体的には、リッジストライプの形状が
ウエハ面内で異なることになる。

【００６９】図１１（ａ）は、ｐ型クラッド層のエッチ
ングが可飽和吸収層できっちり停止したときの断面図で
ある。この場合には、可飽和吸収層の厚みは、リッジス
トライプの内部でも外部でも均一になっており、膜厚が
かわらない。しかし、ウエハ面内には、図１１（ａ）の
ように良好なエッチング加工が実現されたものだけでは
なく、図１１（ｂ）のように、エッチングが進行しすぎ
て、ストライプ外部の可飽和吸収層の膜厚が薄くなって
いるものも存在し得る。エッチングがさらに過度に進行
すると、図１１（ｃ）に示すように、ストライプ外部の
可飽和吸収層が完全に失われるケースもあり得る。この
ように、ウエハ面内の個々の半導体レーザチップ毎にエ
ッチングによる加工形状にばらつきがあると、各レーザ
チップの動作特性がばらつくことになる。特に、自励発
振型レーザでは、可飽和吸収層により自励発振特性が決
定するため、個々の半導体レーザチップの内部で可飽和
吸収層の膜厚が一定であり、且つ、異なったチップ間で
可飽和吸収層の膜厚のばらつきが抑制されていること
が、良好な動作特性を有するレーザを大量生産できるポ
イントとなる。

【００７０】本実施形態及び従来技術に従って同一ウェ
ハ面内に製造された複数の半導体レーザチップ間におけ
る光出力のばらつきの様子を、図１２（ａ）及び（ｂ）
を参照して説明する。

【００７１】図１２（ａ）に示すように、本実施形態に
従ってエッチングストッパ層を用いている構造では、異
なったサンプル毎にしきい値電流を測定しても、その測
定値は約６０ｍＡでほぼ一定である。しかし、エッチン
グストッパ層を有さない従来技術の構成では、図１２
（ｂ）のように、サンプル間でしきい値電流にばらつき
がある。これは、あるサンプルでは、リッジストライプ
を形成するためのエッチングが進行しすぎて、リッジス
トライプ外部の可飽和吸収層が薄くなったためである。

【００７２】但し、エッチングストッパ層の形成は必須
条件ではなく、エッチングの進行状態を厳密に制御でき
る場合には、エッチングストッパ層の形成は省略でき
る。また、可飽和吸収層に、エッチングストッパ層の機
能を兼ねさせることも可能である。

【００７３】ところで、本実施形態のように、可飽和吸
収層とは別個の層としてエッチングストッパ層を設ける
場合には、可飽和吸収層でのキャリアが、可飽和吸収層
に隣接する層（具体的には、可飽和吸収層を挟み込むｐ
型クラッド層）に拡散するのを抑制する必要がある。こ
れは、可飽和吸収層から隣接層にキャリアがあふれる
と、半導体レーザの可飽和特性が変化してしまうからで
ある。その点を、再び図２を参照して説明する。

【００７４】可飽和吸収層でレーザ光を吸収すると、可
飽和吸収層にキャリアが生成する。このキャリアが拡散
により可飽和吸収層からあふれると、半導体レーザの動
作に悪影響を及ぼすので、そのようなキャリアの拡散が
生じないようにする必要がある。ここでは、可飽和吸収
層とそれに隣接する層（ｐ型クラッド層）との間におけ
る、伝導帯の底のエネルギーギャップ差について検討し
た。

【００７５】可飽和吸収層は量子井戸構造になっている
ので、離散化した準位の底（基底準位）をエネルギーレ
ベルの原点とした。この結果、半導体レーザが良好な動
作特性を示すエネルギー差は、約１００ｍｅＶ〜約２１
０ｍｅＶであることがわかった。エネルギー差が約１０
０ｍｅＶより小さければ、可飽和吸収層での光吸収によ
り生じたキャリアが隣接層へ拡散してしまう。また、エ
ネルギー差が約２１０ｍｅＶより大きければ、ｐ型クラ
ッド層での電気抵抗の増加や結晶性の劣化などの問題が
生じる。すなわち、可飽和吸収層の基底準位を原点とし
たエネルギー差を大きくするためには、ｐクラッド層
（Ａｌ_xＧａ_1-y）_yＩｎ_1-yＰのｙを大きくする必要があ
る。しかし、ｙを大きくすると、ｐ型クラッド層のドー
ピングが難しくなって、電気抵抗が高くなる。さらに、
ｙの増加に伴って格子定数がＧａＡｓ基板よりも小さく
なるので、格子不整合の増大に伴うｐ型クラッド層内部
の歪が増えて、欠陥が生じる。従って、可飽和吸収層の
基底準位と隣接するｐ型クラッド層とのエネルギー差
は、約１００ｍｅＶ〜約２１０ｍｅＶとするのがよい。

【００７６】ｐ型クラッド層（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-y
Ｐの組成において、ＧａＡｓ基板に整合させるために
は、ｙは約０．５１であればよい。ｙの増加に伴ってＧ
ａＡｓ基板よりも格子定数は小さくなり、クラッド層の
内部に引張り歪がかかるが、ｙ＞０．５１であれば、必
要なエネルギーギャップが確保できる。一方、Ａｌ組成
ｘは、０．５以上（ｘとｙとの積が０．５より大き
い）、より好ましくは０．６以上（ｘとｙとの積が０．
３より大きい）が良い。キャリアの拡散を防ぐには伝導
帯の底のエネルギー差を大きくとることが必要となる
が、エネルギー差を大きくすることにより、これが実現
できる。

【００７７】次に、端面でのミラー損失αMを小さくし
てしきい値電流を下げることについて、検討した。その
結果を、以下に説明する。

【００７８】ミラー損失αMは、αM＝１／（２Ｌ）×ｌ
ｏｇ（１／（Ｒf＊Ｒr））と表すことができる。ここ
で、Ｌは共振器長、Ｒfはレーザ出射端面の反射率、及
びＲrはレーザ出射しない端面の反射率である。

【００７９】図１３は、端面の反射率をパラメータとし
て測定した光電流出力特性を示すグラフである。ここ
で、共振器長Ｌ＝５００μｍである。縦軸に光出力（ｍ
Ｗ）、横軸に注入電流（ｍＡ）をとっている。なお、端
面反射率を変化してミラー損失を制御するために、端面
には、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂の絶縁膜の多層構造をコーティ
ングした。

【００８０】図１３より、端面での反射率を大きくすれ
ば、しきい値電流を小さくすることができる。但し、し
きい値電流が小さくなるにつれてスロープ効率も下がる
ために、端面反射率を大きくしすぎると、高光出力領域
でキンクが発生する注入電流値が次第に低下し、高光出
力領域での半導体レーザの使用可能範囲が狭くなって、
実用に耐えなくなる。一方、反射率を小さくすると、キ
ンクが発生する注入電流値が大きくなる。このため、高
光出力領域での半導体レーザの使用可能範囲が大きくな
る（より高出力なレベルまで使用できる）が、しきい値
電流が増加して光吸収領域が大きくなり、この領域では
注入電流による光出力の制御が困難になる。

【００８１】図１４は、端面反射率（横軸）と光出力
（縦軸）との関係において、キンクレベルが５ｍＷ以上
であることを示すライン及び光吸収領域が５ｍＷ以下で
あることを示すラインを、それぞれ付記したものであ
る。これより、半導体レーザのそれぞれの端面の反射率
を、約４０％以上且つ約９０％以下にすれば、キンクレ
ベル及び光吸収領域を考慮しても、実用的な半導体レー
ザが実現できることになる。なお、上記の測定では、温
度を約２５℃に設定して行っているが、温度が高くなる
と、しきい値電流が大きくなる（温度特性）。半導体レ
ーザの実用的な使用温度範囲が約０℃〜約８０℃である
ことを考慮すれば、端面反射率は、好ましくは約５０％
〜約７０％に設定するのがよい。

【００８２】ここで、スロープ効率の影響を、以下にさ
らに検討する。

【００８３】スロープ効率とは、半導体レーザの光出力
−電流特性における直線部分の傾きを言う。但し、半導
体レーザが自励発振特性を有すると、上記特性には、光
吸収領域に相当する「とび」が存在する。そこで、半導
体レーザが自励発振特性を有する場合の「スロープ効
率」とは、光出力−電流特性を示すグラフにおいて、こ
の「とび（光吸収領域）」を含まない部分の傾きとす
る。

【００８４】図１５（ａ）及び（ｂ）は、温度と相対強
度雑音（ＲＩＮ）との関係を示すグラフである。具体的
には、（ａ）は、スロープ効率（Ｓｅ）が０．４２ｍＷ
／ｍＡの場合の測定データであり、（ｂ）は、スロープ
効率（Ｓｅ）が０．１５ｍＷ／ｍＡの場合の測定データ
である。これより、スロープ効率が小さい（ｂ）のグラ
フでは、−１０℃から７０℃の温度範囲で、良好なＲＩ
Ｎ特性が示されているが、スロープ特性が大きい（ａ）
のグラフでは、約３０℃以下の温度範囲でＲＩＮ特性が
急激に悪化している。このように、発明者らの検討によ
れば、特に低温領域でのＲＩＮ特性に、スロープ効率の
値が関係していることが明らかになった。

【００８５】そこで、低温領域でのＲＩＮ特性の劣化に
対するスロープ効率の影響を検討するため、さらに以下
の実験を行った。すなわち、様々なスロープ特性を有す
るサンプルに対して、図１５に示すような温度−ＲＩＮ
特性データを測定し、さらにそのデータにおいて雑音強
度レベルがベースラインから３ｄＢ増加する温度（臨界
温度）を求めて、図１６のようなグラフを作成した。図
１６は、横軸がスロープ効率であり、縦軸が、上記によ
って求めた臨界温度である。

【００８６】図１６で、白丸プロットは、ＲＩＮ特性の
劣化が許容範囲内の良品（ＯＫサンプル）であり、黒丸
プロットは、ＲＩＮ特性の劣化が顕著に生じた不良品
（ＮＧサンプル）である。これより、スロープ効率Ｓｅ
が約０．４ｍＷ／ｍＡよりも大きいサンプルでは、臨界
温度が約３０℃或いはそれ以上である。これは、約３０
℃以下の温度範囲での雑音発生量が大きく、実用には向
かないことを意味している。一方、スロープ効率が約
０．４ｍＷ／ｍＡであれば、臨界温度は約２０℃であ
る。さらに、スロープ効率が約０．３５ｍＷ／ｍＡであ
れば、グラフ上の臨界温度は、１０℃或いはそれ以下に
なっている（臨界温度が１０℃以下のデータは図１６で
は省略している）。これより、スロープ効率を小さくす
ることで、広い温度に渡って優れたＲＩＮ特性を有する
半導体レーザが得られることが確認された。

【００８７】このように、スロープ効率の好ましい設定
範囲の上限は、低温での雑音の低減という観点から決定
される。

【００８８】一方、スロープ効率の好ましい設定範囲の
下限は、動作電流の観点から決定される。すなわち、ス
ロープ効率が約０．１ｍＷ／ｍＡよりも大きければ、環
境温度が約６０℃まで増加しても、動作電流の増加が認
められない。さらに、スロープ効率が約０．１５ｍＷ／
ｍＡよりも大きければ、環境温度が約８０℃まで増加し
ても、動作電流の増加は認められない。一般に、動作電
流が増加するとレーザ寿命が短くなるので、実用的に
は、できるだけ広い温度範囲で動作電流の増加が認めら
れないほうが好ましく、従って、この点がスロープ効率
の好ましい設定範囲の下限値の決定に影響する。

【００８９】図１７は、上記の事項を考慮して作成し
た、半導体レーザのスロープ効率と使用可能温度範囲と
の関係を示すグラフである。動作電流の安定という観点
からは、スロープ効率と動作電流の変動に関連した環境
温度との間の上述の関係に基づいて引かれている、図１
７の線（ａ）よりも下側が好ましい領域である。一方、
低温領域でのＲＩＮ特性という観点からは、図１６のデ
ータに基づいて引かれている、図１７の線（ｂ）よりも
上側が好ましい領域である。

【００９０】以上の点を考慮すれば、スロープ効率は、
好ましくは約０．１ｍＷ／ｍＡ〜約０．４ｍＷ／ｍＡ、
さらに好ましくは約０．１５ｍＷ／ｍＡ〜約０．３５ｍ
Ｗ／ｍＡの範囲に設定する。

【００９１】次に、この半導体レーザの共振器長につい
て検討した。図１８に、共振器長と駆動電流との関係を
示す。

【００９２】共振器長が約７００μｍ以上であると、必
要になる駆動電流が大きくなりすぎる。一方、共振器長
が約３００μｍ以下では、必要な駆動電流のレベルは小
さいが、活性領域の体積が小さくなるために動作に伴っ
て注入される電流の密度が上昇し、信頼性に悪影響を与
える。従って、これらの点を考慮すれば、共振器長Ｌ
は、約３００μｍ≦Ｌ≦約７００μｍの範囲に設定する
ことが好ましい。

【００９３】次に、この半導体レーザのリッジストライ
プの幅Ｗについて検討した。図１９に、またストライプ
幅と駆動電流との関係を示す。

【００９４】ストライプ幅が小さいと、導波損失が増加
するためにしきい値電流が上昇して、高い駆動電流が必
要になる。一方、逆にストライプ幅が広いと、キンクレ
ベルが低下して最高光出力が低下する。図１９に示した
ように、ストライプ幅Ｗを約２．０μｍ≦Ｗ≦約６．０
μｍの範囲に設定すれば、低い駆動電流と高いキンクレ
ベルとを同時に実現できるので好ましい。

【００９５】以上のように、端面反射率、共振器長、及
びストライプ幅を制御することにより、光吸収領域を小
さくして、しきい値電流を小さくすることができる。こ
れより、光吸収領域に続く領域で光出力を制御できるの
で、安定した制御性を有する半導体レーザとすることが
できる。

【００９６】さらに、スロープ効率を適切な範囲に設定
することで、安定した動作電流を確保しながら低温領域
での雑音レベルを抑制して、半導体レーザの良好な動作
特性を実現することができる。

【００９７】（第２の実施形態）次に、図２０を参照し
ながら、本発明による半導体レーザの第２の実施形態を
説明する。

【００９８】この半導体レーザは、ｎ型のＧａＡｓ基板
７０１と、ＧａＡｓ基板７０１上に形成された半導体積
層構造を備えている。この半導体積層構造は、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層７０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７０３、ＡｌＧａＩｎＰ及びＧａＩｎＰからなる多重量
子井戸活性層７０４、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層７０５ａ、光ガイド層７０７、第２のｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層７０５ｂ、ｐ型のＧａＩｎＰからなる
可飽和吸収層７０６、第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層７０５ｃを含んでいる。第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層７０５ｃの上面には、第４のｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層７０５ｄから構成される共振器長方向に
延びるストライプ状リッジ部分（幅：約２．０μｍ〜約
６．０μｍ）が形成されている。第４のｐ型クラッド層
７０５ｄのリッジ部分上面には、コンタクト層７１０が
形成されている。第４のｐ型クラッド層７０５ｄ及びコ
ンタクト層７１０の両側には、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層７１１が形成されている。ｎ型ＧａＡｓ層電流ブロ
ック層７１１は、リッジ側面からさらに横方向に延長さ
れて形成されている。

【００９９】コンタクト層７１０及び電流ブロック層７
１１の上には、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７１２が形成さ
れている。さらに、キャップ層７１２の上面にはｐ電極
７１３が形成され、基板７０１の裏面にはｎ電極７１４
が形成されている。

【０１００】上記のような本実施形態の構成において、
活性層７０４は、３層の井戸層と障壁層からなる多重量
子井戸構造となっている。

【０１０１】さらに、可飽和吸収層７０６（正確には第
３のｐ型クラッド層７０５ｃ）の上であって第４のｐ型
クラッド層７０５ｄのリッジストライプの下には、エッ
チングストッパ層７００が設けられている。このエッチ
ングストッパ層７００の組成比はＧａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐで
あり、第３のｐ型クラッド層７０５ｃ及び第４のｐ型ク
ラッド層７０５ｄのＡｌＧａＩｎＰとの間で、エッチン
グ工程での選択比がとることができる。

【０１０２】本実施形態の場合は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層７０３、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層７０５ａ、光ガイド層７０７、第２のｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層７０５ｂ、可飽和吸収層７０６、第３の
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７０５ｃ、及び第４のｐ
型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７０５ｄが、クラッド構造
を構成している。前述の実施形態の構成と異なる点は、
クラッド構造の中に光ガイド層７０７を設けたことにあ
る。

【０１０３】この構造の伝導帯のバンド図を図２１に示
す。この実施形態の場合も可飽和吸収層でのキャリア
が、可飽和吸収層に隣接する層に拡散するのを抑制する
必要もある。ここでもエネルギーギャップ差は、可飽和
吸収層の基底準位と、隣接するクラッド層の伝導帯の底
とのエネルギー差は、約１００ｍｅＶ〜約２１０ｍｅＶ
に設定する。

【０１０４】本実施形態では、可飽和吸収層の体積を小
さくするともに、光ガイド層をクラッド構造中に設けて
いる。可飽和吸収層の体積を小さくするほど、キャリア
密度を容易に上げることができる。キャリア密度が高い
ほど、光吸収は飽和状態になりやすくなるので、可飽和
吸収効果が顕著となる。このため、可飽和吸収層の体積
を小さくするほど、強い自励発振が得られることにな
る。しかしながら、可飽和吸収層の体積が小さくなるほ
ど、可飽和吸収層における光の閉じ込め率が小さくなっ
てしまうという問題がある。本実施形態では、活性層と
可飽和吸収層との間に光ガイド層を設けることによっ
て、活性層から可飽和吸収層の方向へレーザ光の分布を
広げ、それによって可飽和吸収層の光閉じ込め率を高
め、可飽和吸収層と光の相互作用の働きを強めている。
このように、本実施形態の光ガイド層は、可飽和吸収層
の光閉じ込め率を高めるものであり、活性層の光閉じ込
め率を高める従来の光ガイド層とは、機能が大きく異な
っている。

【０１０５】ここでも、端面反射率の最適な範囲は、光
ガイド層を設けることによって変化せず、第１の実施形
態の場合と同じ範囲でよい。共振器長Ｌやストライプ幅
Ｗ、さらにスロープ効率の適切な範囲についても、同様
である。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可飽和吸
収層と活性層とのエネルギーギャップを制御し、かつ、
レーザ端面での反射率を制御することにより、光吸収領
域が小さく、しかもしきい値電流が小さく、光出力を安
定して制御することができる自励発振特性のレーザを実
現できる。或いは、スロープ効率を適切な範囲に設定す
ることによって、安定した動作電流を確保しながら低温
領域での雑音レベルを抑制して、半導体レーザの良好な
動作特性を実現することができる。

【０１０７】また、可飽和吸収層上にエッチングストッ
パ層を設けることで、特性のばらつきの少ない半導体レ
ーザを安定に大量生産することができる。

【０１０８】さらに、可飽和吸収層に隣接するクラッド
層とのエネルギーギャップ差を調整することにより、可
飽和吸収層から隣接する層へのキャリアの拡散が抑制さ
れ、特性のよい自励発振特性をもつレーザを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エネルギーギャップを説明するための模式的な
図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の半導体レーザの構造
断面図である。

【図３】図２の半導体レーザのバンドギャップエネルギ
ー図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図２の半導体レーザの光出
力特性を説明するための図である。

【図５】エネルギーギャップ差とＴmax（自励発振が停
止する温度）及びＰmax（室温での自励発振の最大光出
力）との関係を示す図である。

【図６】エネルギーギャップ差と動作電流との関係を示
す図である。

【図７】動作電流と寿命時間との関係を示す図である。

【図８】光出力−電流特性を示す図である。

【図９】出力特性を示す図である。

【図１０】（ａ）から（ｇ）は、図２の半導体レーザの
製造工程を示す断面図である。

【図１１】（ａ）から（ｃ）は、リッジストライプ形成
時のエッチングによる不具合を説明するための図であ
る。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、同一ウエハ面内に形成
されたサンプル間での光出力のばらつきを模式的に示す
図である。

【図１３】端面の反射率を変化させたときの注入電流に
対する光出力を示す図である。

【図１４】端面の反射率の最適範囲を説明するための図
である。

【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、異なるスロープ効率値
に対する温度−相対雑音強度特性図である。

【図１６】スロープ効率と温度−相対雑音強度特性にお
ける臨界温度との関係を示す図である。

【図１７】スロープ効率の最適範囲を説明するための図
である。

【図１８】共振器長と駆動電流との関係を示す図であ
る。

【図１９】ストライプ幅と駆動電流との関係を示す図で
ある。

【図２０】本発明の第２の実施形態の半導体レーザの構
造断面図である。

【図２１】図２０の半導体レーザのバンドギャップエネ
ルギー図である。

【符号の説明】

１００エッチングストッパ層１０１基板１０２バッファ層１０３ｎ型クラッド層１０４活性層１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃｐ型クラッド層１０６可飽和吸収層１１０コンタクト層１１１電流ブロック層１１２キャップ層１１３ｐ電極１１４ｎ電極７００エッチングストッパ層７０７光ガイド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福久敏哉大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者萬濃正也大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者熊渕康仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも量子井戸層を有する活性層
と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備えた半導体レ
ーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の該
量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、
約３０ｍｅＶから約２００ｍｅＶだけ小さく、それぞれの端面の反射率が約４０％〜約９０％である、
半導体レーザ。
【請求項２】少なくとも量子井戸層を有する活性層
と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備えた半導体レ
ーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、該可飽和吸収層のエネルギーギャップが、該活性層の該
量子井戸層の基底準位間のエネルギーギャップよりも、
約３０ｍｅＶから約２００ｍｅＶだけ小さく、スロープ効率が約０．１ｍＷ／ｍＡ〜約０．４ｍＷ／ｍ
Ａである、半導体レーザ。
【請求項３】前記スロープ効率が約０．１５ｍＷ／ｍ
Ａ〜約０．３５ｍＷ／ｍＡである、請求項２に記載の半
導体レーザ。
【請求項４】前記クラッド構造がさらに光ガイド層を
含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の半導体
レーザ。
【請求項５】共振器長Ｌが約３５０μｍ≦Ｌ≦約７０
０μｍである、請求項１から４のいずれかに記載の半導
体レーザ。
【請求項６】ストライプ幅Ｗが約２．０μｍ≦Ｗ≦約
６．０μｍである、請求項１から５のいずれかに記載の
半導体レーザ。
【請求項７】前記活性層及び前記可飽和吸収層がＡｌ
_xＧａ_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）から構成
される層である、請求項１から６のいずれかに記載の半
導体レーザ。
【請求項８】前記可飽和吸収層の上に設けられたエッ
チングストッパ層をさらに備えている、請求項１から７
のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項９】前記可飽和吸収層の基底準位と該可飽和
吸収層に隣接する層の伝導帯の底との間のエネルギーギ
ャップ差が、約１００ｍｅＶ〜約２１０ｍｅＶである、
請求項８に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】少なくとも量子井戸層を有する活性層
と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備えた半導体レ
ーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、それぞれの端面の反射率が約４０％〜約９０％であり、
自励発振特性を示す、半導体レーザ。
【請求項１１】少なくとも量子井戸層を有する活性層
と、該活性層を挟むクラッド構造と、を備えた半導体レ
ーザであって、該クラッド構造は、可飽和吸収層を含んでおり、スロープ効率が約０．１ｍＷ／ｍＡ〜約０．４ｍＷ／ｍ
Ａであり、自励発振特性を示す、半導体レーザ。
【請求項１２】前記スロープ効率が約０．１５ｍＷ／
ｍＡ〜約０．３５ｍＷ／ｍＡである、請求項１１に記載
の半導体レーザ。