JPH10163566A

JPH10163566A - 自励発振型半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH10163566A
Application number: JP32163796A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sumino; 雅芳角野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JP2956623B2

Abstract

(57)【要約】【課題】動作寿命が長く、閾値の小さい安定した良好
な特性を有する自励発振型半導体レーザ素子を提供す
る。また、光ディスク装置のピックアップ用光源として
用いた際、レーザーの戻り光雑音を低減させ、高性能な
光ディスク装置を低コストで実現可能とする自励発振型
半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】可飽和吸収層を備えた自励発振型半導体
レーザ素子において、可飽和吸収層における可飽和吸収
層を構成する半導体層の内で最小の禁制帯幅を有する半
導体層１の格子欠陥密度が、活性層を構成する半導体層
の内で最小の禁制帯幅を有する半導体層２の格子欠陥密
度の５倍以上であることを特徴とする自励発振型半導体
レーザ素子

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自励発振型半導体
レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスク装置のピックアップ用光源と
して用いられる半導体レーザの戻り光雑音を低減するた
めに自励発振型半導体レーザダイオード（ＬＤ）が研究
されている。既に、レーザのｐクラッド層内部に可飽和
吸収層を導入することによって、自励発振するレーザが
実現されている。

【０００３】閾値の小さい安定した自励発振型レーザを
得るためには、可飽和吸収層の吸収波長がレーザの発振
波長とほぼ等しいこと、可飽和吸収層で発生するキャリ
アの寿命が短いこと、可飽和吸収層の吸収波長が安定し
ていることが重要である。

【０００４】可飽和吸収層の吸収波長の制御に関して
は、例えば、１９９６年春季応用物理学関係連合講演会
の講演予稿集１０２４ページの２６ａ−Ｃ−１０に、
「赤色半導体レーザにおける自励発振特性の可飽和吸収
層構造依存性」と題する報告がある。そこでは、レーザ
発振時のバンドギャップ縮小効果を考慮して、発振波長
に対する可飽和吸収層の吸収波長の最適化が必要である
ことが示されている。

【０００５】キャリア寿命の制御に関しては、可飽和吸
収層のｐドーパント濃度を高くして発光再結合確率を増
大させる方法によりキャリア寿命を小さくしている。例
えば１９９５年春季応用物理学関係連合講演会の講演予
稿集１０５８ペ−ジの２６ｐ−ＺＡ−５に、「可飽和吸
収層を用いた自励発振型赤色半導体レーザの設計」と題
する報告がある。そこでは、自励発振を持続させるため
には可飽和吸収層のｐドーパント濃度を２×１０¹⁸ｃｍ
^-3以上にする必要があることが示されている。

【０００６】このように可飽和吸収層のドーパント濃度
を高くすると、ドーパントの拡散が生じやすくなる。特
に、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた半導体ＬＤでは、ｐ
ドーパントにＺｎを用いる場合が多く、ＧａＩｎＰ可飽
和吸収層のＺｎのドーパント濃度を高くすると、結晶成
長中にＧａＩｎＰ可飽和吸収層内や周辺のＡｌＧａＩｎ
Ｐ層へＺｎが拡散することが知られている。

【０００７】ＧａＩｎＰ層やＡｌＧａＩｎＰ層には、自
然超格子なるIII族原子配列の秩序構造が自発的に形成
されており、これらの材料のバンドギャップエネルギは
無秩序構造のものより小さくなっていることが知られて
いる。これらの秩序構造層にＺｎが拡散すると、この秩
序構造が無秩序化されるため、ＧａＩｎＰ層やＡｌＧａ
ＩｎＰ層のエネルギバンドギャップが増大し、可飽和吸
収層の吸収波長が変化する。可飽和吸収層にＧａＩｎＰ
／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸構造を用いた場合には、Ｚｎ
拡散により量子井戸構造自体が無秩序化され、吸収波長
の変化はより大きくなる。

【０００８】可飽和吸収層の吸収波長の安定化に関して
は、例えば、特開平７−２６３７９４号公報に自励発振
型半導体レーザ素子の発明がある。そこでは、可飽和吸
収層のＺｎドーパント濃度を３×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１×１
０¹⁹ｃｍ^-3にすることで可飽和吸収層を無秩序化するこ
とが提案されている。

【０００９】特に有用な波長６５０ｎｍ以下のＡｌＧａ
ＩｎＰ系の半導体レーザでは、材料の制限からキャリア
の閉じ込め効果が弱く、電子が活性層からｐクラッド層
にオーバーフローしやすい。特に動作温度が上昇する
と、電子のオーバーフローが増し、閾電流値が増大す
る。従来の自励発振型半導体レーザの可飽和吸収層はｐ
クラッド層中に設けられているため、可飽和吸収層が電
子のオーバーフローを助長させやすい。また、オーバー
フローした電子は可飽和吸収層に捕らえられるため、可
飽和吸収層の吸収波長は変化し、吸収量が減り、安定し
た自励発振動作が得られない。

【００１０】オーバーフローが生じると、光出力を維持
するために活性層のキャリア密度が上昇する。一般に、
発光再結合によるキャリア寿命は、キャリア密度に依存
し、キャリア密度が増大するとキャリア寿命は低減す
る。特にレーザ発振が生じる時は、活性層のキャリア密
度は非常に高くなっているため、活性層のキャリア寿命
は非常に短くなり、可飽和吸収層のキャリア寿命に近づ
いている。結局、電子のオーバーフローにより活性層の
キャリア密度が増大し、活性層のキャリア寿命の方が可
飽和吸収層より短くなって、自励発振が停止してしま
う。

【００１１】このような電子のオーバーフローを低減さ
せるための従来の技術として、多重量子障壁（ＭＱＢ）
構造を、活性層と可飽和吸収層との間のｐクラッド層中
に設けることが行われている。これは電子波の多重反射
の干渉効果によって、電子に対する実効的なヘテロ障壁
を増大させる試みである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の自励発振型半導体レーザには、閾値が高い、温度特
性が低い、動作寿命が短いといった問題がある。従来技
術では、可飽和吸収層に高濃度のｐドーピングを行って
いる。これが、吸収波長の制御性や安定性を損なう原因
になっている。

【００１３】上記従来の発明においても、可飽和吸収層
のドーパント濃度は３×１０¹⁸ｃｍ ^-3以上と非常に高い
値であり、それに隣接するｐクラッド層のドーパント濃
度との差が大きいため、Ｚｎが拡散する。それによって
可飽和吸収層のドーパント濃度が変化したり、可飽和吸
収層とｐクラッド層からなる量子井戸構造が変化したり
する。特に、可飽和吸収層が多重量子井戸構造の場合
は、Ｚｎの拡散により多重量子井戸構造自体が無秩序化
してしまう虞がある。そのような現象は成長中だけでな
く、ＬＤ素子として動作している最中にも生じることが
報告されている。例えば素子の閾値が上昇したり、自励
発振が消滅したりする。これは、可飽和吸収層の吸収波
長が変化するためであると考えられている。また、可飽
和吸収層のドーパント濃度が高いため、発光層である活
性層にまでドーパントの拡散が生じ、発光層の結晶品質
が低下してしまい、上述の問題が生じることも考えられ
る。

【００１４】一方、電子のオーバーフローを低減させる
ため、ＭＱＢ構造を、活性層と可飽和吸収層との間のｐ
クラッド層中に設けることが行われているが、電子のコ
ヒーレンス長はＭＱＢの量子井戸の２、３周期分しかな
く、その効果は現れにくい。また、オーバーフローした
電子がＭＱＢ構造のウエル層に蓄積し、ＭＱＢのバンド
構造が変化してしまうという問題もある。結局、ｐクラ
ッド層間に設けられた可飽和吸収層は、電子のオーバー
フローを助長させること、それによって可飽和吸収層の
吸収波長と吸収量が減り、安定した自励発振動作が得ら
れないという問題を引き起こす。また、可飽和吸収層は
ｐクラッド層間のみに設けられることが多く、この時、
活性層付近に閉じ込められる光強度分布が活性層の中心
に関して対称にならないため、光スポットが歪むという
問題を起こす。

【００１５】そこで本発明の目的は、上記問題を解決
し、動作寿命が長く、閾値の小さい安定した良好な特性
を有する自励発振型半導体レーザ素子を提供することで
ある。また、光ディスク装置のピックアップ用光源とし
て用いた際、レーザーの戻り光雑音を低減させ、高性能
な光ディスク装置を低コストで実現可能とする自励発振
型半導体レーザ素子を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を
完成した。

【００１７】第１の本発明は、可飽和吸収層を備えた自
励発振型半導体レーザ素子において、少なくとも１つの
可飽和吸収層における可飽和吸収層を構成する半導体層
の内で最小の禁制帯幅を有する少なくとも１つの半導体
層１の格子欠陥密度が、活性層を構成する半導体層の内
で最小の禁制帯幅を有する少なくとも１つの半導体層２
の格子欠陥密度の５倍以上であることを特徴とする自励
発振型半導体レーザ素子に関する。

【００１８】第２の発明は、伝導帯あるいは価電子帯と
のエネルギ準位差が０．５ｅＶ以上である深いエネルギ
準位を有する格子欠陥に関して、半導体層１の格子欠陥
密度が半導体層２の格子欠陥密度の１０倍以上である第
１の発明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００１９】第３の発明は、半導体層１のドーパント濃
度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3である第１又は第２
の発明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２０】第４の発明は、半導体層１が完全に無秩序
化したときの禁制帯幅Ｅｇに対して、半導体層１の禁制
帯幅Ｅｇ1が、Ｅｇ≧Ｅｇ1＞Ｅｇ−１０ｍｅＶなる程度
に無秩序化している第１、第２又は第３の発明の自励発
振型半導体レーザ素子に関する。

【００２１】第５の発明は、半導体層１のドーパント濃
度と、可飽和吸収層に接して設けられているクラッド層
のドーパント濃度とが等しい第１〜第４のいずれかの発
明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２２】第６の発明は、半導体層１にＡｌを含む材
料を用いる第１〜第５のいずれかの発明の自励発振型半
導体レーザ素子に関する。

【００２３】第７の発明は、可飽和吸収層が単一量子井
戸構造または多重量子井戸構造を有する第１〜第６のい
ずれかの発明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２４】第８の発明は、可飽和吸収層が、そのウエ
ル層とバリア層に反対符号の格子整合歪を有する歪補償
型多重量子井戸構造を有する第１〜第６のいずれかの発
明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２５】第９の発明は、可飽和吸収層の構造が、ド
ーピングをしない時の可飽和吸収層の最低遷移エネルギ
と活性層の最低遷移エネルギとの差が１０ｍｅＶ以内に
制御された構造である第１〜第８のいずれかの発明の自
励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２６】第１０の発明は、ｎ型クラッド層間にのみ
可飽和吸収層が設けられている第１〜第９のいずれかの
発明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２７】第１１の発明は、可飽和吸収層が片方の導
電型のクラッド層間のみに設けられている自励発振型半
導体レーザ素子であって、可飽和吸収層が設けられてい
ない他方の導電型のクラッド層間に新たに半導体層を設
け、その半導体層の層厚とバンドギャップが、層に垂直
な方向（層厚方向）の活性層付近の光分布が活性層の中
心に関してほぼ線対称になり且つその半導体層がレーザ
光を吸収しないように設定されていることを特徴とする
自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２８】第１２の発明は、基板を任意の面方位のＧ
ａＡｓ基板とし、クラッド層、活性層、可飽和吸収層と
して、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１）なる材料を用いる第１〜第１１のいずれかの発
明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００２９】第１３の発明は、基板を任意の面方位のサ
ファイア基板とし、クラッド層、活性層、可飽和吸収層
として、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）なる材料を用いる第１〜第１１のいずれかの
発明の自励発振型半導体レーザ素子に関する。

【００３０】

【発明の実施の形態】自励発振動作を実現するために
は、活性層と可飽和吸収層の吸収係数、微分利得、キャ
リア寿命等の物性値を制御を行うことが必要である。図
２０に、自励発振動作を実現するための、活性層と可飽
和吸収層の微分利得比とキャリア寿命比の満たすべき条
件図の一例を示す。τ_actとτ_saは、それぞれ活性層と
可飽和吸収層のキャリア寿命を表し、ｇ_actとｇ_saは、
それぞれ活性層と可飽和吸収層の微分利得を表す。これ
は相対非飽和吸収定数（β）が−３、吸収領域体積比
（ｈ）が０．１の典型的な場合である。

【００３１】図２０に示されるように、可飽和吸収層を
有する半導体レーザ素子では、微分利得比とキャリア寿
命比の値に応じて、双安定領域と安定発振領域と自励発
振領域の、発振動作の異なる３つの領域がある。自励発
振動作は、図２０の自励発振領域に属する、活性層と可
飽和吸収層の微分利得とキャリア寿命のときに実現す
る。図２０中の矢印は、可飽和吸収層のキャリア寿命を
減少させると、安定発振領域から自励発振領域に変化す
ることを示している。

【００３２】図２０で示される上記の内容を定性的に述
べると、自励発振動作を実現する上では、可飽和吸収層
の微分利得が活性層の微分利得より大きいこと、可飽和
吸収層のキャリア寿命が活性層のキャリア寿命より小さ
いことが好ましいと言える。

【００３３】本発明の自励発振型半導体レーザ素子で
は、前者の条件は、活性層の遷移エネルギに対して可飽
和吸収層の遷移エネルギを最適に調整することで満たさ
れる。後者の条件は、可飽和吸収層における浅い順位の
ドーピングによるキャリアの発光再結合によるキャリア
寿命の低減に加えて、可飽和吸収層あるいはその界面に
深いエネルギ順位の不純物や格子欠陥を導入してキャリ
アの非発光再結合による捕獲確率を増大させ、キャリア
寿命を低減させることで達成される。

【００３４】本発明の自励発振型半導体レーザでは、可
飽和吸収層の遷移エネルギはドーパント濃度を制御する
ことで微妙に調整することができ、それとは独立に、可
飽和吸収層に格子欠陥を導入することで可飽和吸収層の
キャリア寿命を低減させることが可能になる。

【００３５】図２１は、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
バルクのキャリア寿命τとフォトルミネセンス（ＰＬ）
強度のＡｌ組成Ｘ依存性を示すグラフである。図２１か
ら、キャリア寿命とＰＬ強度は、Ａｌ組成が増加すると
共に減少することがわかる。これは、Ａｌ組成の増加と
共に酸素などの深いエネルギ順位を形成する不純物の濃
度が増加し、非発光再結合確率が増加するためである。
特に、Ａｌ組成が小さい場合は、Ａｌ組成に正比例して
酸素などの不純物が取り込まれ、深いエネルギ順位を形
成する。図２１から、Ａｌ組成が小さい（０．２以下）
ＡｌＧａＩｎＰバルクにおいては、キャリア寿命とＰＬ
強度は、Ａｌ組成の増加と共に同じ割合で減少している
ことがわかる。すなわちＰＬ強度が１桁減少する時にキ
ャリア寿命も１桁減少している。このように、深いエネ
ルギ順位を形成する場合には、ＰＬ強度とキャリア寿命
の間には強い相関がある。

【００３６】図２２は、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐバルクの深いエネルギ準位（Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3）の欠陥
密度とＰＬ強度の成長温度依存性を表すグラフである。
欠陥準位の深さは０．４５ｅＶ（Ｄ1）、０．５０ｅＶ
（Ｄ2）、１．３ｅＶ（Ｄ3）であり、キャリアの捕獲断
面積はそれぞれ６×１０^-13ｃｍ²（Ｄ1）、１×１０^- ¹⁵
ｃｍ²（Ｄ2）、２×１０^-10ｃｍ²（Ｄ3）である。図２
２から、深い準位Ｄ2とＤ3の欠陥密度は成長温度が低く
なるに従って増加するが、Ｄ1の欠陥密度はそれほど変
わらない。欠陥密度はＤ1が最も高いが、Ｄ3はキャリア
の捕獲断面積は極めて大きい。従って、Ｄ3の欠陥密度
が増加すると、大半のキャリアはＤ3の欠陥準位に捕獲
されて非発光再結合するため、ＰＬ強度が減少すると解
釈できる。図２２では、成長温度が７００℃から６６０
℃に低下すると、Ｄ3の欠陥密度は１桁増加し、ＰＬ強
度は１桁減少している。よって、上で述べたようにＰＬ
強度が１桁減少するとキャリア寿命は１桁減少すると考
えると、Ｄ3の欠陥密度が１桁増加するとキャリア寿命
は１桁減少することがわかる。したがって、キャリア寿
命の低減に有効なのは、伝導帯（あるいは価電子帯）と
のエネルギ準位差が０．５ｅＶ以上である深いエネルギ
準位を有する格子欠陥の密度を増大させることであるこ
とがわかる。また、このような深い格子欠陥密度の増加
量は、ＰＬ強度の低下量で評価できる。

【００３７】本発明の自励発振型半導体レーザでは、可
飽和吸収層の格子欠陥密度が、活性層の格子欠陥密度の
５倍以上である特徴を有するため、可飽和吸収層の非発
光再結合によるキャリア寿命が活性層の１／５以下にな
ることが期待でき、より安定な自励発振型半導体レーザ
の実現が可能となる。

【００３８】あるいは本発明の自励発振型半導体レーザ
では、特に、伝導帯あるいは価電子帯とのエネルギ準位
差が０．５ｅＶ以上である深いエネルギ準位を有する格
子欠陥に関して、可飽和吸収層の格子欠陥密度が、活性
層の格子欠陥密度の１０倍以上である特徴を有するた
め、可飽和吸収層の非発光再結合によるキャリア寿命が
活性層の１／１０以下になることが期待でき、さらに安
定な自励発振型半導体レーザの実現が可能になる。

【００３９】あるいは本発明の自励発振型半導体レーザ
素子は、可飽和吸収層の欠陥が増大するような成長条件
で形成されるため、可飽和吸収層のドーパント濃度が１
×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3であっても、欠陥によるキ
ャリア捕獲量がドーピングした不純物によるキャリア捕
獲量を補うため、可飽和吸収層のキャリアの寿命は小さ
くなり、自励発振が可能である。

【００４０】あるいは本発明の自励発振型半導体レーザ
素子は、その可飽和吸収層のドーパント濃度が１×１０
¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3なる特徴を有するため、ドーパン
トが活性層に拡散してクラッド層や活性層の結晶品質を
劣化させる、あるいはｐｎ接合位置が活性層から離れて
レーザ発振しなくなる、などの問題が生じない。

【００４１】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層が無秩序化している特徴を有するため、ド
ーパントの拡散による無秩序化により可飽和吸収層の吸
収波長が変化することがない。

【００４２】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層のドーパント濃度と、可飽和吸収層に接し
て設けられているクラッド層のドーパント濃度とが等し
いという特徴を有するため、ドーパントの拡散やそれに
伴う過剰濃度ドーピングによるクラッド層の品質の劣化
を防ぐことができる。なお、本発明で用いる欠陥数が増
大するような成長条件を、可飽和吸収層の成長時にのみ
用いれば、クラッド層の品質は良好に保てる。

【００４３】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層にＡｌを含む材料を用いる特徴を有するた
め、結晶成長時にＡｌに伴って混入する酸素不純物が形
成する深いエネルギ準位でキャリアの再結合が促進さ
れ、キャリア寿命がさらに低減される。

【００４４】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層が単一または多重量子井戸構造を有する特
徴を持つため、複数の量子井戸界面に形成される深い界
面エネルギ準位でキャリアの再結合が促進され、キャリ
ア寿命がさらに低減される。量子井戸構造は量子井戸幅
を精密に制御することにより、可飽和吸収層の吸収波長
を数ｍｅＶの精度で制御できるので有利である。

【００４５】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層に歪補償型多重量子井戸構造を用いる特徴
を有するため、界面欠陥によりキャリア寿命がさらに低
減される。

【００４６】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
量子井戸構造の可飽和吸収層において、可飽和吸収層の
ドーパント濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3に抑え
られている特徴、あるいは可飽和吸収層とｐクラッド層
のドーパント濃度が等しい特徴を有するため、ドーパン
トの拡散が生じにくい。したがって、ドーパントの拡散
により量子井戸構造が消失または変形しにくいので、可
飽和吸収層の吸収波長を安定させる作用がある。また、
可飽和吸収層の吸収波長がレーザの発振波長とほぼ等し
くなるように容易にかつ高精度で設計できる。

【００４７】あるいは本発明では、上記の特徴に加えて
可飽和吸収層の構造が、ドーピングをしない時の可飽和
吸収層の遷移エネルギと活性層の遷移エネルギとの差が
１０ｍｅＶ以内に制御された構造である特徴を有する。
すなわち、例えば活性層が多重量子井戸構造である場
合、活性層と同じ構造で井戸数が異なる可飽和吸収層を
成長させ、可飽和吸収層のドーパント濃度を調整して、
吸収波長を自励発振に最適な値にし、それとは独立に可
飽和吸収層の欠陥密度を増やしてキャリア寿命を制御す
る。アンドープの可飽和吸収層の量子井戸構造が活性層
と同じなので、再現性よく作製できる利点がある。

【００４８】実用上注目されている発振波長６５０ｎｍ
以下のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＤでは、ポテンシャルバリ
アによるキャリアの閉じ込め効果が小さいため、活性層
に注入された電子がｐクラッド層へオーバーフローしや
すい。

【００４９】図２３は、ｐクラッド層間に可飽和吸収層
がある従来の自励発振型半導体レーザ素子の活性層付近
のバンド構造の模式図である。この場合は、電子(2305)
が可飽和吸収層(2304)に引張られてｐクラッド層（230
2)へオーバーフロー(2306)しやすい。オーバーフローが
生じると、光出力を維持するためには、活性層のキャリ
ア密度が上昇する。一般にキャリア寿命はキャリア密度
に依存し、キャリア密度が増大するとキャリア寿命は低
減する。特にレーザ発振が生じる時は、活性層のキャリ
ア密度は非常に高くなっているため、活性層のキャリア
寿命は非常に短くなり、可飽和吸収層のキャリア寿命に
近づいてくる。最終的には、電子のオーバーフローが大
きくなると、活性層のキャリア寿命の方が短くなって、
自励発振が停止してしまう。

【００５０】さらに、ｐクラッド層間に可飽和吸収層が
ある場合は、オーバーフローした電子は可飽和吸収層に
注入される。可飽和吸収層のキャリア密度が増加する
と、吸収波長が変化し、吸収量も減り、安定した自励発
振動作が得られない。

【００５１】図２４は、本発明の自励発振型半導体レー
ザ素子の活性層付近のバンド構造の模式図である。本発
明では、前記の可飽和吸収層に欠陥を導入しキャリア寿
命を制御する特徴に加えて、ｎクラッド層間にのみ可飽
和吸収層が設けられている特徴を有する。ｎクラッド層
間に設けられた可飽和吸収層での少数キャリアは正孔
（ホール）である。正孔は電子より数十倍も質量が大き
いため、活性層からオーバーフローしにくい。したがっ
て、ｎクラッド層間に設けられた可飽和吸収層は、ｐク
ラッド層間に設けられた可飽和吸収層に比べて、キャリ
アのオーバーフローを助長させ難く、可飽和吸収層にキ
ャリアが蓄積され難い。それによって可飽和吸収層の吸
収波長は安定し、温度特性の良好な自励発振動作（例え
ば６０℃以上の比較的高温における自励発振動作）が得
られる。

【００５２】本発明の自励発振型半導体レーザは、上記
のｎクラッド層間に可飽和吸収層が設けられた特徴に加
えて、可飽和吸収層が設けられていないｐクラッド層間
に新たに半導体層（光分布調整層）を設け、その光分布
調整層の層厚とバンドギャップが、層に垂直な方向の活
性層付近の光分布が活性層の中心に関してほぼ線対称に
なり、かつその光分布調整層がレーザ光を吸収しないよ
うに設定されている特徴を有する。図１５は、光分布調
整層を設けた本発明の自励発振型半導体レーザの活性層
付近の伝導帯エネルギと光強度分布を示す図である。こ
のため、本発明の半導体レーザ素子内部の光強度分布
は、可飽和吸収層が片方の導電型のクラッド層にのみ設
けられている従来の半導体レーザ素子内部の光強度分布
と比べて、歪がすくない。集光ビーム形状はレーザ内部
の光強度分布を反映するので、歪みの少ない集光ビーム
形状が得られる。このため、本発明の自励発振型半導体
レーザ素子は、温度特性の良好な自励発振動作と歪みの
少ない集光ビーム形状を両立させることができる。

【００５３】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。

【００５４】実施例１図１は、本発明の第１の実施例であるＡｌＧａＩｎＰ系
の自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図である。こ
の素子は、６３０ｎｍ帯の赤色レーザ素子であり、ｎ電
極(101)、ｎ−ＧａＡｓ基板(102)、層厚３００ｎｍのｎ
−ＧａＡｓバッファ層(103)、層厚１００ｎｍのｎ−Ｇ
ａＩｎＰバッファ層(1O4)、層厚８００ｎｍの（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｎ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層(105)、層厚５０ｎｍの（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａＩｎＰ光
閉じ込め層(106)、４つのウエル層を有する量子井戸構
造の多重量子井戸活性層(107)、層厚５０ｎｍの（Ａｌ
_0.5Ｇａ_O.5）_0.5Ｉｎ_O.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａＩ
ｎＰ光閉じ込め層(108)、層厚１００ｎｍの（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_O.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層(109)、可飽和吸収層(110)、層厚１００
０ｎｍ（メサ脇クラッド層厚３００ｎｍ）の（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層(111)（メサ幅約５μｍ）、層厚７０
０ｎｍのｎ−ＧａＡｓブロック層(112)、層厚１００ｎ
ｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成のｐ−ＧａＩｎＰコンタ
クト層(113)、層厚２００ｎｍのｐ−ＧａＡｓコンタク
ト層(114)及びｐ電極(115)から構成される。

【００５５】以下に本実施例の素子の各層のドーパント
濃度について述べる。ｎ−ＧａＡｓバッファ層(103)、
ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層(104)、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層(105)及びｎ−ＧａＡｓブロック層(112)のド
ーパント濃度は５×１０¹⁷ｃｍ ^-3とした。ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層(109、111）のドーパント濃度は８×
１０¹⁷ｃｍ^-3とした。ｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層(11
3)のドーパント濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層(114)のドーパント濃度は５×１０¹ ⁸ｃｍ
^-3とした。ＡｌＧａＩｎＰ光閉じ込め層(106、108)及び
多重量子井戸活性層(107)はアンドープ層とした。

【００５６】図２に、多重量子井戸活性層(107)の断面
構成図を示す。多重量子井戸活性層は、層厚１０ｎｍの
Ｇａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(202)と層厚４ｎｍの（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_O.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(201)から構成
され、４つのウエル層を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩ
ｎＰ量子井戸構造を有する。また、この多重量子井戸活
性層は、ＧａＩｎＰウエル層(202)に０．５％の引張歪
を有し、ＡｌＧａＩｎＰバリア層(201)に０．３％の圧
縮歪を有する、アンドープの歪補償型多重量子井戸構造
を持つ。

【００５７】図３に、可飽和吸収層(110)の断面構成図
を示す。可飽和吸収層(110)は、層厚１１ｎｍのｐ−Ｇ
ａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(302)と層厚４ｎｍのｐ−
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(301)から
構成され、２つのウエル層を有するｐ−ＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＧａＩｎＰ量子井戸構造を有する。この可飽和吸収層
は、ｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)に０．５％の引張歪
を有し、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰバリア層(301)に０．３％
の圧縮歪を有する、歪補償型多重量子井戸構造を持つ。
また、この可飽和吸収層のドーパント濃度は２×１０¹⁸
ｃｍ^-3とした。

【００５８】本実施例の素子は、可飽和吸収層(110)の
ｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)の格子欠陥密度が、多重
量子井戸活性層(107)のＧａＩｎＰウエル層(202)の格子
欠陥密度の５倍以上であること、可飽和吸収層(110)が
二重量子井戸構造を持つこと、そのウエル層とバリア層
に反対符号の格子整合歪を有する歪補償型多重量子井戸
構造を持つこと、多重量子井戸活性層(107)の遷移エネ
ルギとアンドープの可飽和吸収層(110)の遷移エネルギ
が等しく設定されていることを特徴とする。また、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(111)の層厚は、可飽和吸収
層の光閉じ込め係数が自励発振に必要な値を満たすよう
に設定されている。

【００５９】可飽和吸収層(110)のＧａＩｎＰウエル層
の格子欠陥密度を活性層(107)のＧａＩｎＰウエル層の
格子欠陥密度の５倍以上とするためには、ガスソースＭ
ＢＥ法を用いた場合では、活性層のＧａＩｎＰウエル層
(202)を成長させた時のＶ族／III族比と同じＶ族／III
族比で、活性層の成長温度より４０℃以上低い温度で可
飽和吸収層のｎ−ＧａＩｎＰウエル層(302)を成長させ
ればよい。本発明の自励発振型半導体レーザ素子は、ガ
スソースＭＢＥ法だけでなくＭＯＶＰＥ法など他の成長
方法でも実施できる。

【００６０】以下に、本実施例の自励発振型半導体レー
ザ素子の成長方法の一例として、ガスソースＭＢＥ法を
用いた場合を述べる。III族原料は固体金属、Ｖ族原料
はＡｓＨ₃、ＰＨ₃ガスを用いる。ｐドーパントはＢｅ、
ｎドーパントはＳｉを用いる。ガスソ−スＭＢＥ法では
ｐドーパントに拡散の少ないＢｅを容易に用いることが
できる。

【００６１】図４は、本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系自励
発振型半導体レーザ素子の活性層付近の伝導帯のバンド
構造、および相対欠陥密度と成長温度のプロファイルを
示す図である。ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰの成長
は、成長速度１μｍ／ｈ、成長時のＰＨ₃流量は４sccm
の条件で行った。ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重量
子井戸活性層(107)は、最大のＰＬピ−ク強度が得られ
る５４０℃の成長温度で成長させた。

【００６２】可飽和吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエ
ル層(302)は５００℃の成長温度で成長させ、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰバリア層(301)は５４０℃の成長温度で成長
させた。最初のｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)を成長す
る直前に、基板表面にＰのみ供給し、かつＧａ、Ｉｎの
供給を中断した状態を３分間保ち、その間に基板温度を
４０℃だけ低下させた。可飽和吸収層のＧａＩｎＰ／Ａ
ｌＧａＩｎＰの多重量子井戸のすべての界面では同様に
３分間の界面待機を行った。可飽和吸収層の最後のｐ−
ＧａＩｎＰウエル層(302)の成長直後には、３分間の界
面待機中に基板温度を４０℃上げて、５４０℃でｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層(111)を成長させた。３分間の
界面待機を行うと、界面に炭素や酸素などの不純物を吸
着するので、界面での深いエネルギ準位が形成され、キ
ャリア寿命の低減に効果的である。

【００６３】反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）装置を用
いた成長表面の観察において、活性層のＧａＩｎＰウエ
ル層(202)の成長時には、（２×１）のＲＨＥＥＤパタ
ーンが得られ、可飽和吸収層のｐ−ＧａＩｎＰウエル層
(302)の成長時には、（２×２）のＲＨＥＥＤパターン
が得られ、成長時の表面再構成構造がそれぞれ異なるた
め、それを目安に再現性よく成長できた。

【００６４】実施例２第２の実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、可飽和
吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)において伝
導帯あるいは価電子帯とのエネルギ準位差が０．５ｅＶ
以上である深いエネルギ準位を有する格子欠陥に関し
て、可飽和吸収層のｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)の格
子欠陥密度が、活性層(107)のＧａＩｎＰウエル層(202)
の格子欠陥密度の１０倍以上であり、かかる構成以外は
実施例１の自励発振型半導体レーザ素子と同様な構造と
した。

【００６５】本実施例においては、実施例１と同じ成長
速度とＶ族流量で、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重
量子井戸活性層(107)を最大のＰＬピ−ク強度が得られ
る５４０℃の成長温度で成長させ、かつ可飽和吸収層(1
10)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層を４８０℃の低い成長温
度で成長させた。活性層(107)のＧａＩｎＰウエル層(20
2)の成長時のＲＨＥＥＤパタ−ンは（２×１）、可飽和
吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層(302)の成長時の
ＲＨＥＥＤパタ−ンは（１×１）に近い（２×２）とな
ることを目安に再現性よく成長できた。

【００６６】実施例３第３の実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、可飽和
吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層とｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰバリア層において伝導帯あるいは価電子帯とのエ
ネルギ準位差が０．５ｅＶ以上である深いエネルギ準位
を有する格子欠陥に関して、可飽和吸収層のｐ−ＧａＩ
ｎＰウエル層とｐ−ＡｌＧａＩｎＰバリア層の格子欠陥
密度が、それぞれ活性層(107)のＧａＩｎＰウエル層と
ＡｌＧａＩｎＰバリア層の格子欠陥密度の１０倍以上で
あり、かかる構成以外は実施例２の自励発振型半導体レ
ーザ素子と同様な構造とした。

【００６７】可飽和吸収層(110)のＡｌＧａＩｎＰバリ
ア層にキャリアの波動関数がしみ出しているので、キャ
リアがＡｌＧａＩｎＰバリア層の欠陥準位を介して非発
光再結合し、キャリア寿命の低減に効果がある。

【００６８】図５は、本実施例のＡｌＧａＩｎＰ系自励
発振型半導体レーザ素子の活性層付近の伝導帯のバンド
構造、および相対欠陥密度と成長温度のプロファイルを
示す図である。本実施例においては、多重量子井戸活性
層(107)を、実施例１と同じ成長速度とＶ族流量で、最
大のＰＬピーク強度が得られる５４０℃の成長温度で成
長させた。

【００６９】可飽和吸収層は、その全体を、量子井戸界
面では３分間の界面待機時間を設けて、４８０℃の低い
成長温度で成長させ、続いてｐ−クラッド層(111)を５
４０℃で成長させた。

【００７０】活性層のＧａＩｎＰウエル層とＡｌＧａＩ
ｎＰバリア層の成長時のＲＨＥＥＤパタ−ンは（２×
１）、可飽和吸収層のＧａＩｎＰウエル層とＡｌＧａＩ
ｎＰバリア層の成長時のＲＨＥＥＤパターンは（１×
１）に近い（２×２）となることを目安に再現性よく成
長できた。

【００７１】実施例４第４の実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、可飽和
吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層のドーパント濃
度が９×１０¹⁷ｃｍ^-3であり、１×１０¹⁸ｃｍ ^-3以下に
抑えられていること以外は実施例３の自励発振型半導体
レーザ素子と同様な構造とした。可飽和吸収層のｐ−Ｇ
ａＩｎＰウエル層は、ドーパント濃度が９×１０¹⁷ｃｍ
^-3であっても、同層に導入した格子欠陥により、キャリ
アの寿命が小さい自励発振型半導体レーザ素子が得られ
る。

【００７２】実施例５第５の実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、可飽和
吸収層(110)とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(109、11
1)のドーパント濃度が８×１０¹⁷ｃｍ^-3であること以外
は実施例４の自励発振型半導体レーザ素子と同様な構造
とした。本実施例は、実施例４の構成に加えて、可飽和
吸収層のｐドーパント濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に抑
えられていること、可飽和吸収層に接して設けられてい
るクラッド層のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(109、11
1)とのドーパント濃度が等しいことを特徴とする。

【００７３】本実施例は、可飽和吸収層(110)内の量子
井戸構造中のドーパント濃度が一定であり、可飽和吸収
層を挟むクラッド層(109)とクラッド層(111)とのドーパ
ント濃度差がないため、ｐドーパントの拡散が生じにく
い。

【００７４】実施例６第６の実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、ＧａＩ
ｎＰウエル層が完全に無秩序化した時の禁制帯幅Ｅｇに
対して、可飽和吸収層(110)のｐ−ＧａＩｎＰウエル層
(302)のアンドープでの禁制帯幅Ｅｇ1が、Ｅｇ≧Ｅｇ1
＞Ｅｇ−１０ｍｅＶなる程度に無秩序化していること以
外は実施例５の自励発振型半導体レーザ素子と同様な構
造とした。

【００７５】ガスソースＭＢＥ法では、成長温度がＭＯ
ＶＰＥ法に比べて１００℃程度低いため、秩序構造がで
きにくい傾向がある。（００１）ＧａＡｓ基板上にガス
ソ−スＭＢＥ法で成長したＧａＩｎＰ層の禁制帯幅Ｅｇ
2は、Ｅｇ2≒Ｅｇ−２０ｍｅＶなる程度に無秩序化して
いる。さらに、成長温度を５７０℃以上あるいは４８０
℃以下にした場合は、Ｅｇ≧Ｅｇ1＞Ｅｇ−１０ｍｅＶ
なる程度に無秩序化する。

【００７６】可飽和吸収層を無秩序化することで、可飽
和吸収層の吸収波長が安定する効果が得られる。なお、
ＭＯＶＰＥ法を用いても、成長温度とＶ族／III族比を
制御することで可飽和吸収層の欠陥密度を増加させ、か
つ無秩序化できる。

【００７７】実施例７図６は、本発明の第７の実施例であるＡｌＧａＩｎＰ系
の自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図である。本
実施例の自励発振型半導体レーザ素子は、可飽和吸収層
のウエル層にＡｌＧａＩｎＰを用いる以外は実施例６と
同様な構造とした。

【００７８】図７に、本実施例の可飽和吸収層(600)の
構造を示す。この可飽和吸収層は、層厚１２ｎｍのｐ−
（Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9）_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(602)と層
厚４ｎｍの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層
(601)からなる多重量子井戸構造を有する。また、この
可飽和吸収層は、欠陥密度が活性層の欠陥密度より１０
倍以上大きく、可飽和吸収層とｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層(109、111）のドーパント濃度は８×１０¹⁷ｃｍ
^-3とした。また、ウエル層の層厚は発振波長を効率よく
吸収するように厳密に微調整した。

【００７９】本実施例では、可飽和吸収層のウエル層(6
02)に、Ａｌに伴って酸素が取り込まれ、欠陥と同様に
結晶中で深いエネルギ順位を形成するため、キャリア寿
命の低減に効果的である。

【００８０】実施例８図８は、本発明の第８の実施例であるＡｌＧａＩｎＰ系
の自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図である。こ
の素子は、ｎ電極(801)、ｎ−ＧａＡｓ基板(802)、層厚
３００ｎｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層(803)、層厚１０
０ｎｍのｎ−ＧａＩｎＰバッファ層(804)、層厚８００
ｎｍの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有す
るｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(805)、量子井戸構造
を有する可飽和吸収層(806)、層厚１００ｎｍの（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｎ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層(807)、層厚５０ｎｍの（Ａｌ_0.5Ｇ
ａ _0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａＩｎＰ
光閉じ込め層(808)、量子井戸構造を有する多重量子井
戸活性層(809)、層厚５０ｎｍの（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）₀ _.5
Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａＩｎＰ光閉じ込め
層(810)、層厚１０００ｎｍ（メサ脇クラッド層厚３０
０ｎｍ）の（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を
有するｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(811)（メサ幅約
５μｍ）、層厚８００ｎｍのｎ−ＧａＡｓブロック層(8
12)、層厚１００ｎｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有
するｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層(813)、層厚２００ｎ
ｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層(814)、ｐ電極(815)から
構成される。

【００８１】本実施例の素子は、可飽和吸収層(806)が
ｎクラッド層間のみに設けられていること、可飽和吸収
層のｎ−ＧａＩｎＰウエル層(1002)とｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐバリア層(1001)の格子欠陥密度が、それぞれ多重量子
井戸活性層(809)のＧａＩｎＰウエル層(902)とＡｌＧａ
ＩｎＰバリア層(901)の格子欠陥密度の１０倍以上であ
ること、可飽和吸収層が二重量子井戸構造を有するこ
と、そのウエル層とバリア層に反対符号の格子整合歪を
有する歪補償型多重量子井戸構造を持つことを特徴とす
る。

【００８２】以下に本実施例の素子の各層のドーパント
濃度について述べる。ｎ−ＧａＡｓバッファ層(803)、
ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層(804)、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層(805)及びｎ−ＧａＡｓブロック層(812)のド
ーパント濃度は５×１０¹⁷ｃｍ ^-3とした。ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層(811)のドーパント濃度は８×１０¹⁷
ｃｍ^-3とした。ｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層(813)のド
ーパント濃度は１×１０¹ ⁸ｃｍ^-3、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層(814)のドーパント濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3とし
た。多重量子井戸活性層(809)及びＡｌＧａＩｎＰ光閉
じ込め層(808、810)はアンドープ層とした。

【００８３】図９に、多重量子井戸活性層(809)の断面
構成図を示す。多重量子井戸活性層は、層厚１０ｎｍの
Ｇａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(902)と層厚４ｎｍの（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(901)から構成
され、４つのウエル層を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩ
ｎＰ量子井戸構造を有する。

【００８４】図１０に、可飽和吸収層(806)の断面構成
図を示す。可飽和吸収層は、層厚１０ｎｍのｎ−Ｇａ
_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(1002)と層厚４ｎｍのｎ−（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(1001)から構成
され、２つのウエル層を有するｎ−ＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ量子井戸構造を有する。この可飽和吸収層のド
ーパント濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

【００８５】本実施例の素子は、可飽和吸収層(806)が
ｎクラッド層間のみに設けられているため、オーバーフ
ローした電子が可飽和吸収層に注入されない。また、Ｍ
ＯＶＰＥ法を用いて成長する場合では、Ｚｎに比べてよ
り拡散の小さいＳｉを可飽和吸収層のドーパントに用い
ることができるので、可飽和吸収層がｐクラッド層間に
設けられている場合より有利である。

【００８６】本実施例の素子の成長は、実施例１と同じ
成長速度とＶ族流量で、可飽和吸収層全体を、量子井戸
界面では３分間の界面待機時間を設けて、４８０℃の低
い成長温度で成長させ、ｎクラッド層(805、807)を５４
０℃で成長させ、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの多重量
子井戸活性層(809)を最大のＰＬピ−ク強度が得られる
５４０℃の成長温度で成長させる方法で行った。

【００８７】可飽和吸収層のＧａＩｎＰウエル層とＡｌ
ＧａＩｎＰバリア層の成長時のＲＨＥＥＤパターンは
（１×１）に近い（２×２）、活性層のＧａＩｎＰウエ
ル層とＡｌＧａＩｎＰバリア層の成長時のＲＨＥＥＤパ
ターンは（２×１）となることを目安に再現性よく成長
できた。

【００８８】実施例９本発明の第９の実施例の自励発振型半導体レーザ素子
は、可飽和吸収層の構造が、ドーピングをしない時の可
飽和吸収層の最低遷移エネルギと活性層の最低遷移エネ
ルギとの差が１０ｍｅＶ以内に制御されたこと以外は実
施例８と同様な構造とした。

【００８９】活性層と可飽和吸収層の最低遷移エネルギ
が完全にー致すると、活性層の最低遷移エネルギ値では
可飽和吸収層の微分利得が正にならないので、自励発振
しない。可飽和吸収層の最低遷移エネルギは活性層の最
低遷移エネルギ値より１０ｍｅＶ程度小さい方がよい。
それにはドーピングをしない時の可飽和吸収層の最低遷
移エネルギと活性層の最低遷移エネルギが１０ｍｅＶ以
内で一致しているのが望ましい。

【００９０】可飽和吸収層の最低遷移エネルギは、ウエ
ル層厚を変える方法で調整できる。本実施例では、ウエ
ル幅が９ｎｍから１０ｎｍに変化すると最低遷移エネル
ギは約２０ｍｅＶ低下する。したがって、可飽和吸収層
と活性層の最低遷移エネルギ差を１０ｍｅＶ以内に制御
するには、両層のウエル層を１分子層以内で制御する必
要がある。ガスソースＭＢＥ法は原子層オーダの制御が
可能であり、ＭＯＶＰＥ法に比べて急峻な界面を形成す
ることができるので、自励発振型半導体レーザの成長に
有利である。

【００９１】可飽和吸収層の微分利得が大きいエネルギ
領域は１０ｍｅＶ程度と狭いので、可飽和吸収層の吸収
エネルギを１ｍｅＶオーダで微調整できる方が望まし
い。ＭＯＶＰＥ法であっても、可飽和吸収層のドーパン
ト濃度を調整することで可飽和吸収層の吸収エネルギを
１ｍｅＶオーダで微調整できる。本実施例の可飽和吸収
層のキャリア寿命は可飽和吸収層に導入した欠陥で既に
小さくなっているので、自励発振を保ちながら、可飽和
吸収層のドーパント濃度を独立に調整できる。よって本
実施例では、可飽和吸収層の吸収エネルギを１ｍｅＶオ
ーダで微調整できる。

【００９２】実施例１０図１１は、本発明の第１０の実施例であるＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図ある。
この素子は、ｎ電極(1101)、ｎ−ＧａＡｓ基板(1102)、
層厚３００ｎｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層(1103)、層厚
１００ｎｍのｎ−ＧａＩｎＰバッファ層(1104)、層厚１
０００ｎｍの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成
を有するｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(1105)、量子井
戸構造を有する可飽和吸収層(1106)、層厚１００ｎｍの
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層(1107)、層厚５０ｎｍの（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａ
ＩｎＰ光閉じ込め層(1108)、量子井戸構造を有する多重
量子井戸活性層(1109)、層厚５０ｎｍの（Ａｌ_0. ₅Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するＡｌＧａＩｎＰ光
閉じ込め層(1110)、層厚１００ｎｍの（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層(1111)、光分布調整層(1112)、層厚１０
００ｎｍ（メサ脇クラッド層厚３００ｎｍ）の（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなる組成を有するｐ−ＡｌＧ
ａＩｎＰクラッド層(1113)（メサ幅約５μｍ）、ｎ−Ｇ
ａＡｓブロック層(1114)、層厚１００ｎｍのＧａ_0.5Ｉ
ｎ_0.5Ｐなる組成のｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層(111
5)、層厚２００ｎｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層(111
6)、ｐ電極(1117)から構成される。

【００９３】以下に本実施例の素子の各層のドーパント
濃度について述べる。ｎ−ＧａＡｓバッファ層(1103)、
ｎ−ＧａＩｎＰバッファ層(1104)、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層(1105、1107）のドーパント濃度は８×１０
¹⁷ｃｍ^-3とした。ｎ−ＧａＡｓブロック層(1114)のドー
パント濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。ｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層（1111、1113)のドーパント濃度は８×
１０¹⁷ｃｍ^-3とした。ｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層(111
5)のドーパント濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層(1116)のドーパント濃度は５×１０¹⁸ｃｍ
^-3とした。多重量子井戸活性層(1109)及びＡｌＧａＩｎ
Ｐ光閉じ込め層(1108、1110)はアンドープ層とした。

【００９４】図１２に、多重量子井戸活性層(1109)の断
面構成図を示す。多重量子井戸活性層は、層厚１０ｎｍ
のＧａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(1202)と層厚４ｎｍの
（Ａｌ _0.5Ｇａ_0.5）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(1201)から
構成され、４つのウエル層を有するＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ量子井戸構造を持つ。

【００９５】図１３に、可飽和吸収層(1106)の断面構成
図を示す。可飽和吸収層は、層厚１０ｎｍのｎ−Ｇａ
_0.58Ｉｎ_0.42Ｐウエル層(1302)と層厚４ｎｍのｎ−（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.48Ｉｎ_0.52Ｐバリア層(1301)から構成
され、２つのウエル層を有するｎ−ＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ量子井戸構造を有する。可飽和吸収層のドーパ
ント濃度は８×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。

【００９６】図１４に、光分布調整層(1112)の断面構成
図を示す。光分布調整層は、層厚１２ｎｍのｐ−（Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐウエル層(1402)と層厚４ｎｍ
のｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層(1401)
から構成され、２つのウエル層を有するｐ−ＧａＩｎＰ
／ＡｌＧａＩｎＰ量子井戸構造を有する。光分布調整層
のドーパント濃度は８×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。

【００９７】本実施例の自励発振型半導体レーザ素子
は、Ｐクラッド層間に新たに光分布調整層(1112)を設け
たこと以外は実施例９と同様な構造とした。

【００９８】図１５は、本実施例の自励発振型半導体レ
ーザ素子の活性層付近の伝導帯エネルギとレーザ発振時
の光強度分布を示す図である。光分布調整層の活性層か
らの距離と層厚とバンドギャップは、層に垂直な方向の
活性層付近の光分布が活性層の中心に関してほぼ線対称
(1500)になり、かつ光分布調整層がレーザ光を吸収しな
いように設定した。

【００９９】これによって集光したビームスポットの形
状の歪みを小さくできる。また、発振動作中に、活性層
からオーバーフローする電子が光分布調整層に溜まった
としても、光分布調整層はレーザ光を吸収することがな
いので損失層にならない。また、可飽和吸収層はｎクラ
ッド層間に設けられているので、活性層からオーバーフ
ローする電子は可飽和吸収層に溜まらず、可飽和吸収層
の吸収波長は変化しない。

【０１００】実施例１１本発明の第１１の実施例の自励発振型半導体レーザ素子
は、実施例１０のＡｌＧａＩｎＰ系の自励発振型半導体
レーザ素子の特徴を有するＡｌＧａＩｎＮ系の自励発振
型半導体レーザ素子である。

【０１０１】図１６は、本実施例のＡｌＧａＩｎＮ系の
自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図である。本実
施例の素子は、厚さ３５０μｍのＡ面サファイア基板(1
601)、層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層(1602)、層厚３
μｍのｎ−ＧａＮクラッド層(1603)、層厚１００ｎｍの
ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラック防止層(1604)、層厚４０
０ｎｍのｎ−Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎクラッド層(1605)、ｎ
型可飽和吸収層(1606)、層厚５０ｎｍのｎ−Ａｌ_0.12Ｇ
ａ_0.88Ｎクラッド層(1607)、層厚１００ｎｍのｎ−Ｇａ
Ｎ光閉じ込め層(1608)、多重量子井戸活性層(1609)、層
厚１００ｎｍのｐ−ＧａＮ光閉じ込め層(1610)、層厚５
０ｎｍのｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層(1611)、ｐ
型ＩｎＧａＮ光分布調整層(1612)、層厚４００ｎｍのｐ
−Ａｌ_0. ₁₅Ｇａ_0.85Ｎクラッド層(1613)、層厚５００ｎ
ｍのｐ−ＧａＮクラッド層(1614)、層厚１５ｎｍのｐ−
ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層(1615)、ｐ電極(1616)
及びｎ電極(1617)から構成される。

【０１０２】図１７に、ｐ型光分布調整層(1612)の断面
構成図を示す。ｐ型光分布調整層は、層厚１５ｎｍのｐ
−ＧａＮバリア層(1701)と層厚３．４ｎｍのｐ−Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎウエル層(1702)と層厚５ｎｍのｐ−ＧａＮ
バリア層(1703)から構成され、２つのウエル層を有する
構造を持つ。

【０１０３】図１８に、多重量子井戸活性層(1609)の断
面構成図を示す。多重量子井戸活性層は、層厚５ｎｍの
ｐ−Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層(1801)と層厚２．５ｎ
ｍのｐ−Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎウエル層(1802)から構成さ
れ、８つのウエル層を有する構造を持つ。

【０１０４】図１９に、ｎ型可飽和吸収層(1606)の断面
構成図を示す。ｎ型可飽和吸収層は、層厚１０ｎｍのｎ
−ＧａＮバリア層(1901)と層厚５ｎｍのｎ−Ｉｎ_0.05Ｇ
ａ_0. ₉₅Ｎバリア層(1902)と層厚２．６ｎｍのｎ−Ｉｎ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎウエル層(1903)から構成され、２つのウエ
ル層を有する構造を持つ。

【０１０５】本実施例は、ＡｌＧａＩｎＮ系材料から成
ること、ｎ型可飽和吸収層(1606)とｐ型光分布調整層(1
612)を有すること、成長温度を変えることでｎ型可飽和
吸収層(1606)は多重量子井戸活性層(1609)の１０倍以上
の欠陥密度を有することに特徴がある。これらの特徴的
構成により、安定かつ優れた自励発振特性を有する発振
波長４２０ｎｍの青色半導体レーザ素子が得られた。

【０１０６】上記の素子はＭＯＶＰＥ法やガスソースＭ
ＢＥ法を用いて作製できる。以下にＭＯＶＰＥ法による
上記ＬＤ素子の作製方法の一例を述べる。

【０１０７】Ｖ族原料にはＮＨ₃、ＡｓＨ₃、III族原料
にはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）を用いる。ｐドーパント原料にはＣＰ₂Ｍｇ、ｎド
ーパント原料にはＳｉＨ₄を用いる。

【０１０８】まず、Ａ面サファイア基板(1601)を成長室
である反応管に導入し、Ｈ₂キャリアガスを反応管に流
す。その状態で基板を１１５０℃に昇温させ、１０分間
加熱した後５５０℃に降温し、ＮＨ₃とＴＭＧａを導入
して層厚３０ｎｍのＧａＮバッファ層(1602)を成長させ
た。サファイア基板とＧａＮには１０％以上もの格子不
整合があるが、低温成長のＧａＮバッファ層(1602)を最
初に成長させ、かつその層厚を制御することで結晶性の
よいＧａＮ層が得られた。

【０１０９】その後、Ｈ₂キャリアガスを反応管に流し
たまま基板温度を１０００℃に上げてＮＨ₃とＴＭＧａ
とＳｉＨ₄を導入して層厚３μｍのｎ−ＧａＮクラッド
層(1603)を成長させた。このｎ−ＧａＮクラッド層は、
成長温度：１０００℃、Ｖ族／III族比：７５０で成長
させた。

【０１１０】次に、ＴＭＩｎを導入して層厚１００ｎｍ
のｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラック防止層(1604)を成長さ
せた。同じＶ族／III族比で、続く層厚４００ｎｍのｎ
−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層(1605、1607)は１０７
０℃で成長させ、ｎ型可飽和吸収層(1606)は成長温度８
００℃、多重量子井戸活性層(1609)は１０００℃で成長
させた。これによって、本実施例のｎ型可飽和吸収層(1
606)は、多重量子井戸活性層(1609)の１０倍以上の欠陥
密度を有することができる。各層のｎドーパント濃度は
８×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。

【０１１１】このようにしてｐ型の層も順次成長させ
た。ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層(1615)は、Ｎ
Ｈ₃、ＡｓＨ₃、ＴＭＧａ及びＣＰ₂Ｍｇを導入して成長
させた。このｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層の層
厚を１５ｎｍとすることで臨界膜厚以内の良好な品質の
結晶が得られた。

【０１１２】成長後は６００℃で１時間熱アニールを行
い、結晶中に取り込まれたＨ原子を追い出し、Ｍｇを活
性化させホール濃度を向上させた。ｐクラッド層のｐド
ーパント濃度は８×１０¹⁷ｃｍ^-3、ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ
_0.96コンタクト層(1615)のｐドーパント濃度は５×１０
¹⁸ｃｍ^-3とした。

【０１１３】成長終了後の降温はサファイア基板が割れ
ないようにゆっくり行った。ウエハを取り出した後、ｎ
−ＧａＮクラッド層(1603)表面までエッチングを行い、
このｎ−ＧａＮクラッド層にｎ電極(1617)を取り付け、
ｐ−ＧａＡｓ_0.04Ｎ_0.96コンタクト層(1615)上にｐ電極
(1615)を取り付けてＬＤ素子を得た。

【０１１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、可飽和吸収層の吸収波長がレーザの発振波長と
ほぼ等しく、可飽和吸収層で発生するキャリアの寿命が
短く、可飽和吸収層の吸収波長が安定するため、動作寿
命が長く、閾値の小さい安定した良好な特性の自励発振
型レーザ素子を得ることができる。

【０１１５】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は光分布調整層を有するので光スポット形状の歪が少
ない。

【０１１６】本発明の半導体レーザ素子を光ディスク装
置のピックアップ用光源として用いることにより、レー
ザの戻り光雑音が低減した高性能の光ディスク装置が低
コストで実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるＡｌＧａＩｎＰ系
の自励発振型半導体レーザ素子の断面構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例である自励発振型半導体
レーザ素子の多重量子井戸活性層の断面構成図である。

【図３】本発明の第１の実施例である自励発振型半導体
レーザ素子の可飽和吸収層の断面構成図である。

【図４】実施例１のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半導体
レーザ素子の活性層付近の伝導帯のバンド構造、および
相対欠陥密度と成長温度のプロファイルを示す図であ
る。

【図５】実施例３のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半導体
レーザ素子の活性層付近の伝導帯のバンド構造、および
相対欠陥密度と成長温度のプロファイルを示す図であ
る。

【図６】実施例７のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半導体
レーザ素子の断面構成図である。

【図７】実施例７の素子の可飽和吸収層の断面構造図で
ある。

【図８】実施例８のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半導体
レーザ素子の断面構成図である。

【図９】実施例８の素子の多重量子井戸活性層の断面構
成図である。

【図１０】実施例８の素子の可飽和吸収層の断面構成図
である。

【図１１】実施例１０のＡｌＧａＩｎＰ系自励発振型半
導体レーザ素子の断面構成図である。

【図１２】実施例１０の素子の多重量子井戸活性層の断
面構成図である。

【図１３】実施例１０の素子の可飽和吸収層の断面構成
図である。

【図１４】実施例１０の光分布調整層の断面構成図であ
る。

【図１５】実施例１０の自励発振型半導体レーザ素子の
活性層付近の伝導帯エネルギとレーザ発振時の光強度分
布を示す図である。

【図１６】実施例１１のＡｌＧａＩｎＮ系自励発振型半
導体レーザ素子の断面構成図である。

【図１７】実施例１１の素子のｐ型光分布調整層の断面
構成図である。

【図１８】実施例１１の素子の多重量子井戸活性層の断
面構成図である。

【図１９】実施例１１の素子のｎ型可飽和吸収層の断面
構成図である。

【図２０】半導体レーザ素子の自励発振動作を実現する
ための、活性層と可飽和吸収層の微分利得比とキャリア
寿命比の満たすべき条件図である。

【図２１】（Ａｌ_XＧａ_1-X）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバルクのキャ
リア寿命とフォトルミネセンス（ＰＬ）強度のＡｌ組成
依存性を示すグラフである。

【図２２】（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバルクの深
いエネルギ準位（Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3）の欠陥密度とＰＬ強
度の成長温度依存性を表すグラフである。

【図２３】従来の自励発振型半導体レーザ素子の活性層
付近のバンド構造の模式図である。

【図２４】本発明の自励発振型半導体レーザ素子の活性
層付近のバンド構造の模式図である。

【符号の説明】

１０１、８０１、１１０１、１６１７ｎ電極１０２、８０２、１１０２ｎ−ＧａＡｓ基板１０３、８０３、１１０３ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０４、８０４、１１０４ｎ−ＧａＩｎＰバッファ
層１０５、８０５、８０７、１１０５、１１０７ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６、１０８、８０８、８１０、１１０８、１１１０
ＡｌＧａＩｎＰ光閉じ込め層１０７、８０９、１１０９、１６０９多重量子井戸
活性層１０９、８１１、１１１１、１１１３ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層１１０、６００、８０６、１１０６可飽和吸収層１１１ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１２、８１２、１１１４ｎ−ＧａＡｓブロック層１１３、８１３、１１１５ｐ−ＧａＩｎＰコンタク
ト層１１４、８１４、１１１６ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１１５、８１５、１１１７、１６１６ｐ電極２０１、９０１、１２０１ＡｌＧａＩｎＰバリア層２０２、９０２、１２０２ＧａＩｎＰウエル層３０１、６０１、１４０１ｐ−ＡｌＧａＩｎＰバリ
ア層３０２ｐ−ＧａＩｎＰウエル層６０２、１４０２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰウエル層１００１、１３０１ｎ−ＡｌＧａＩｎＰバリア層１００２、１３０２ｎ−ＧａＩｎＰウエル層１１１２光分布調整層１６０１Ａ面サファイア基板１６０２ＧａＮバッファ層１６０３ｎ−ＧａＮクラッド層１６０４ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層１６０５ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６０６ｎ型可飽和吸収層１６０７ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１６０８ｎ−ＧａＮ光閉じ込め層１６１０ｐ−ＧａＮ光閉じ込め層１６１１、１６１３ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１６１２ｐ型光分布調整層１６１４ｐ−ＧａＮクラッド層１６１５ｐ−ＧａＡｓＮコンタクト層１７０１ｐ−ＧａＮバリア層１７０２ｐ−ＩｎＧａＮウエル層１７０３ｐ−ＧａＮバリア層１８０１ＩｎＧａＮバリア層１８０２ＩｎＧａＮウエル層１９０１ｎ−ＧａＮバリア層１９０２ｎ−ＩｎＧａＮバリア層１９０３ｎ−ＩｎＧａＮウエル層２３０１、２４０１ｎクラッド層２３０２ｐクラッド層２３０３、２４０３多重量子井戸活性層２３０４ｐ型可飽和吸収層２３０５電子２３０６オーバーフロー２４０２ｎ型可飽和吸収層２４０５ホール（正孔）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可飽和吸収層を備えた自励発振型半導体
レーザ素子において、少なくとも１つの可飽和吸収層に
おける可飽和吸収層を構成する半導体層の内で最小の禁
制帯幅を有する少なくとも１つの半導体層１の格子欠陥
密度が、活性層を構成する半導体層の内で最小の禁制帯
幅を有する少なくとも１つの半導体層２の格子欠陥密度
の５倍以上であることを特徴とする自励発振型半導体レ
ーザ素子。
【請求項２】伝導帯あるいは価電子帯とのエネルギ準
位差が０．５ｅＶ以上である深いエネルギ準位を有する
格子欠陥に関して、半導体層１の格子欠陥密度が半導体
層２の格子欠陥密度の１０倍以上である請求項１記載の
自励発振型半導体レーザ素子。
【請求項３】半導体層１のドーパント濃度が１×１０
¹⁷〜１×１０¹⁸ｃｍ ^-3である請求項１又は２記載の自励
発振型半導体レーザ素子。
【請求項４】半導体層１が完全に無秩序化したときの
禁制帯幅Ｅｇに対して、半導体層１の禁制帯幅Ｅｇ1
が、Ｅｇ≧Ｅｇ1＞Ｅｇ−１０ｍｅＶなる程度に無秩序
化している請求項１、２又は３記載の自励発振型半導体
レーザ素子。
【請求項５】半導体層１のドーパント濃度と、可飽和
吸収層に接して設けられているクラッド層のドーパント
濃度とが等しい請求項１〜４のいずれか１項に記載の自
励発振型半導体レーザ素子。
【請求項６】半導体層１にＡｌを含む材料を用いる請
求項１〜５のいずれか１項に記載の自励発振型半導体レ
ーザ素子。
【請求項７】可飽和吸収層が単一量子井戸構造または
多重量子井戸構造を有する請求項１〜６のいずれか１項
に記載の自励発振型半導体レーザ素子。
【請求項８】可飽和吸収層が、そのウエル層とバリア
層に反対符号の格子整合歪を有する歪補償型多重量子井
戸構造を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の自
励発振型半導体レーザ素子。
【請求項９】可飽和吸収層の構造が、ドーピングをし
ない時の可飽和吸収層の最低遷移エネルギと活性層の最
低遷移エネルギとの差が１０ｍｅＶ以内に制御された構
造である請求項１〜８のいずれか１項に記載の自励発振
型半導体レーザ素子。
【請求項１０】ｎ型クラッド層間にのみ可飽和吸収層
が設けられている請求項１〜９のいずれか１項に記載の
自励発振型半導体レーザ素子。
【請求項１１】可飽和吸収層が片方の導電型のクラッ
ド層間のみに設けられている自励発振型半導体レーザ素
子であって、可飽和吸収層が設けられていない他方の導
電型のクラッド層間に新たに半導体層を設け、その半導
体層の層厚とバンドギャップが、層に垂直な方向の活性
層付近の光分布が活性層の中心に関してほぼ線対称にな
り且つその半導体層がレーザ光を吸収しないように設定
されていることを特徴とする自励発振型半導体レーザ素
子。
【請求項１２】基板を任意の面方位のＧａＡｓ基板と
し、クラッド層、活性層、可飽和吸収層として、（Ａｌ
_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる
材料を用いる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の自
励発振型半導体レーザ素子。
【請求項１３】基板を任意の面方位のサファイア基板
とし、クラッド層、活性層、可飽和吸収層として、（Ａ
ｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）な
る材料を用いる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
自励発振型半導体レーザ素子。