JPH11112087A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作電圧の増大を伴わずに閾値電流を低減す
ることが可能な半導体レーザ素子を提供する。また、発
振波長ずれを併せて防止することも可能とする。 【解決手段】 多重量子井戸構造の活性層１０５を挟ん
で、第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１０６が設け
られた半導体レーザ素子において、第１ガイド層１０４
及び第２ガイド層１０６を量子井戸層１２０に隣接させ
ると共に第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１０６の
禁制帯幅を量子井戸層１２０の禁制帯幅より大きくし、
且つ、第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１０６の少
なくとも一方の禁制帯幅を量子障壁層１２１の禁制帯幅
よりも小さくする構成とする。

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、レー
ザビームプリンタ及び光伝送等の分野において光源とし
て用いられる半導体レーザ素子に関し、特に多重量子井
戸構造の活性層を有する半導体レーザ素子の構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ素子の低電流化のために、
例えば、特公平４−６７３５４号公報には、活性層に電
子のドブロイ波長以下の層厚、即ち、約２０ｎｍ以下の
量子井戸層を多重に設けた多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕ
ｌｔｉｐｌｅ ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）活性層を用い
ることが記載されている。

【０００３】図１３に示すように、この半導体レーザ素
子は、ｎ−ＧａＡｓ基板７０１上に、ｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層７０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層７０３、ｎ
−ＡｌＧａＡｓガイド層７０４、ＭＱＷ活性層７０５、
ｐ−ＡｌＧａＡｓガイド層７０６、ｐ−ＡｌＧａＡｓク
ラッド層７０７及びｐ−ＧａＡｓキャップ層７０８が順
次積層された構造を有する。

【０００４】ここで、ＭＱＷ活性層７０５は、複数のＧ
ａＡｓ量子井戸層７１０と、量子井戸層７１０で挟まれ
たＡｌＧａＡｓ量子障壁層７１１とからなり、この量子
井戸層３層と量子障壁層２層による交互の繰り返しによ
り構成されている。

【０００５】図１４は、このＭＱＷ活性層７０５付近に
おける各層のエネルギーバンドダイヤグラムである。ｎ
−ＡｌＧａＡｓガイド層７０４及びｐ−ＡｌＧａＡｓガ
イド層７０６の禁制帯幅は共に量子障壁層７１１の禁制
帯幅と等しく設定されている。ガイド層７０４、７０６
の禁制帯幅と量子障壁層７１１の禁制帯幅を等しくする
ことにより、量子井戸層７１０は全て同じ禁制帯幅の半
導体層で挟まれるので、量子井戸層７１０間で量子化準
位の拡がりは小さくなり、発光スペクトルが狭くなるこ
とにより、閾値電流の低減が可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の半導
体レーザ素子においては、閾値電流のさらなる低減が要
求されており、上記の従来例で閾値電流をさらに低減せ
んとすれば、ＭＱＷ活性層の量子井戸層への光の閉じ込
め率を増大させる必要がある。従って、従来例ではガイ
ド層の層厚を厚くしていた。

【０００７】しかし、ガイド層の層厚を厚くすると次に
述べる問題が発生する。

【０００８】一般に、ガイド層のドーパント濃度は、ガ
イド層からＭＱＷ活性層へのドーパント拡散を抑制する
ために、通常、クラッド層のドーパント濃度よりかなり
低く設定するか、又はノンドープに設定する。そのため
に、ガイド層を厚くすると、ガイド層における素子抵抗
の増大の影響で、動作電圧が増大する。従って、従来例
では、閾値電流を低減できるものの、動作電圧の増大に
よる特性悪化という新たな問題が生じていた。

【０００９】また、この従来例では、ガイド層の禁制帯
幅を量子障壁層の禁制帯幅と等しく設定している。この
ことは、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁層のＡｌ組成
比と同じまで高く設定することに相当する。従って、こ
の場合には、クラッド層からのドーパントが活性層まで
拡散して量子井戸層のＡｌ組成比が変化し易くなって、
発振波長が設定値からずれてしまい、波長制御が困難に
なるといった問題が生じていた。

【００１０】本発明は、こうした従来技術の課題を解決
するものであり、動作電圧の増大を伴わずに閾値電流を
低減することが可能な半導体レーザ素子を提供すること
を目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、併せて発振波
長ずれを防止することが可能な半導体レーザ素子を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、複数の量子井戸層と、該複数の量子井戸層で挟ま
れた量子障壁層からなる多重量子井戸構造の活性層を挟
んで、第１ガイド層及び第２ガイド層が設けられた半導
体レーザ素子であって、該第１ガイド層及び該第２ガイ
ド層を該量子井戸層に隣接させると共に該第１ガイド層
及び該第２ガイド層の禁制帯幅を該量子井戸層の禁制帯
幅より大きくし、且つ、該第１ガイド層及び該第２ガイ
ド層の少なくとも一方の禁制帯幅を該量子障壁層の禁制
帯幅よりも小さくしてなり、そのことにより上記目的が
達成される。

【００１３】好ましくは、前記第１ガイド層及び前記第
２ガイド層を挟むように第１導電型の第１クラッド層と
第２導電型の第２クラッド層が設けられ、該第１クラッ
ド層と該第２クラッド層との間に前記活性層のレーザ発
振光のエネルギーと略等しい発光エネルギーを有する可
飽和吸収層を設ける構成とする。

【００１４】また、好ましくは、前記第１ガイド層及び
前記第２ガイド層を挟むように第１導電型の第１クラッ
ド層と第２導電型の第２クラッド層が設けられ、該第２
クラッド層の外側であって該第１クラッド層と反対側の
位置に第２導電型の第３クラッド層が設けられ、該第１
クラッド層と該第３クラッド層との間に前記活性層のレ
ーザ発振光のエネルギーと略等しい発光エネルギーを有
する可飽和吸収層を設ける構成とする。

【００１５】また、好ましくは、前記第１ガイド層及び
前記第２ガイド層を挟むように第１導電型の第１クラッ
ド層と第２導電型の第２クラッド層が設けられ、該第２
クラッド層の外側であって該第１クラッド層と反対側の
位置に第２導電型の第３クラッド層がストライプ状に形
成され、ストライプ内部の活性層に閉じ込められた光の
屈折率ｎ_aとストライプ外部の活性層に閉じ込められた
光の屈折率ｎ_bとの差Δｎが下記（１）式の条件 ２×１０^-3≦Δｎ≦７×１０^-3・・・・（１） を満たす構成とする。

【００１６】また、好ましくは、前記第２導電型の第２
クラッド層がｐ型クラッド層であり、前記第２ガイド層
が該ｐ型クラッド層側に位置し、該第２ガイド層の禁制
帯幅を前記量子障壁層の禁制帯幅よりも小さくした構成
とする。

【００１７】また、好ましくは、前記第１ガイド層又は
前記第２ガイド層の禁制帯幅の内、小さい方の禁制帯幅
を前記活性層のレーザ発振光のエネルギーに相当する禁
制帯幅より大きくした構成とする。

【００１８】また、好ましくは、前記第１ガイド層又は
前記第２ガイド層の禁制帯幅の内、小さい方の禁制帯幅
をＥｇ、前記量子障壁層の禁制帯幅をＥｂ、前記活性層
のレーザ発振光のエネルギーに相当する禁制帯幅をＥλ
とした場合に、Ｅｇ、Ｅｂ及びＥλが下記（２）式の条
件 Ｅλ＋１００ｍｅＶ≦Ｅｇ≦Ｅｂ−５０ｍｅＶ・・・・（２） を満たす構成とする。

【００１９】以下に、本発明の作用について説明する。

【００２０】上記構成において、ガイド層の禁制帯幅を
量子障壁層の禁制帯幅より小さくすることは、ガイド層
の屈折率を量子障壁層の屈折率より大きく設定すること
に相当する。従って、ＭＱＷ活性層の量子井戸層への光
の閉じ込め率が増大し、閾値電流が低減する。しかも、
上記従来例のように閾値電流の低減のためにガイド層の
層厚を厚くする必要もないので、素子抵抗の増大に伴う
動作電圧の増大も抑制される。

【００２１】また、ガイド層の禁制帯幅を量子障壁層の
禁制帯幅より小さくすることは、例えば、Ａｌ系半導体
層の場合は、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁層のＡｌ
組成比より小さく設定することに相当する。このため、
クラッド層からガイド層へのドーパント拡散が抑制され
る。従って、ＭＱＷ活性層へのドーパント拡散が抑制さ
れるので、ＭＱＷ活性層の量子井戸層のＡｌ組成比の変
化が抑制され発振波長ずれが防止される。

【００２２】また、ガイド層の禁制帯幅を制御すること
は屈折率を制御することに相当する。従って、２つのガ
イド層の屈折率をそれぞれ適当な値に設定して、垂直放
射角を調整することが可能となる。

【００２３】さらに、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁
層のＡｌ組成比より小さく設定することにより、ガイド
層の非発光再結合準位の数が低減する。このため、量子
井戸層からガイド層に漏れだしたキャリヤに対して、非
発光再結合が抑制される。その結果、キャリヤが発光に
有効に利用され、閾値電流の低減が可能となる。

【００２４】加えて、ＭＱＷ活性層のレーザ発振光の禁
制帯幅と略等しい発光エネルギーの禁制帯幅を有する可
飽和吸収層を、２つのクラッド層の間、例えば、上記第
１クラッド層と上記第２クラッド層の間又は上記第１ク
ラッド層と上記第３クラッド層の間に設ける構成による
場合には、可飽和吸収効果によりレーザ発振光がパルス
状に発振する自励発振が起こる。自励発振状態ではレー
ザの縦モードがマルチモードになり、各縦モードのスペ
クトル線幅が広がる。このため、レーザのコヒーレンシ
ーが低下して、戻り光による影響を受け難くなり、雑音
が低減される。

【００２５】尚、この可飽和吸収層を設ける構成による
場合には、ＭＱＷ活性層と可飽和吸収層の間のクラッド
層のドーパントが可飽和吸収層で拡散が抑制され、ＭＱ
Ｗ活性層側への拡散が増大することが考えられる。しか
しながら、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁層のＡｌ組
成比より小さく設定しているため、クラッド層からガイ
ド層へのドーパント拡散が抑制される。従って、ＭＱＷ
活性層へのドーパント拡散が抑制されるので、ＭＱＷ活
性層の量子井戸層のＡｌ組成比の変化が抑制され発振波
長ずれが防止される。

【００２６】さらに、ストライプ状の第３クラッド層を
設け、上記屈折率差Δｎを上記（１）式の範囲内で設定
すると、ストライプ外部の活性層における可飽和吸収量
が増大し、ストライプ内部に光を閉じ込めたまま自励発
振が起きる。その結果、ストライプ外部の可飽和吸収効
果による波面の影響を受け難くなって、活性層に水平方
向の放射光のスポット位置のずれが小さくなる。即ち、
非点隔差が低減し、光学特性が改善する。

【００２７】また、クラッド層の種類によっては、例え
ば、ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層では、特にＡｌＧａＡ
ｓ系クラッド層に比べてｐ型クラッド層のドーパントが
より拡散しやすい傾向にある。従って、このようなクラ
ッド層にあっては、ｐ型クラッド層側の第２ガイド層の
禁制帯幅を量子障壁層の禁制帯幅より小さくすることに
より、ドーパントの活性層への拡散が抑制され、上記の
波長ずれが一層効果的に防止される。

【００２８】また、２つのガイド層の内、禁制帯幅の小
さい方のガイド層の禁制帯幅を活性層のレーザ発振光の
エネルギーに相当する禁制帯幅より大きく設定すると、
図３に示すように閾値電流を一層効果的に低減すること
が可能となる。

【００２９】特に、２つのガイド層の内、禁制帯幅の小
さい方のガイド層の禁制帯幅Ｅｇを上記（２）式の関係
を満たすように設定すると、図３に示すように閾値電流
をより一層効果的に低減することが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。

【００３１】（実施形態１）図１及び図２は本発明の半
導体レーザ素子の実施形態１を示す。

【００３２】図１に示すように、この半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、層厚０．５μｍのｎ
−ＧａＡｓバッファ層１０２、層厚１．５μｍのｎ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド層１０３、層厚１５ｎｍ
のＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓ第１ガイド層１０４、ノンドー
プＭＱＷ活性層１０５、層厚１５ｎｍのＡｌ_0.25Ｇａ
_0.75Ａｓ第２ガイド層１０６、層厚０．２μｍのｐ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層１０７、層厚０．００
３μｍのｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層１０８、層
厚１．２μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３クラッド層
１０９及び層厚０．８μｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層１
１０を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により順次
積層した構造を有する。

【００３３】ここで、ＭＱＷ活性層１０５は、図２に示
すように層厚８ｎｍのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ量子井戸層１
２０と、層厚５ｎｍのＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ量子障壁層
１２１とからなり、この量子井戸層３層と量子障壁層２
層による交互の繰り返しにより構成されている。尚、各
半導体層の禁制帯幅はＡｌ組成比によって決まる。

【００３４】尚、Ｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層１
０８の層厚は０．００３μｍと非常に薄いために、エッ
チングストッパ層は光の閉じ込め作用又は内部の光吸収
に影響を及ぼさない。また、エッチングストッパ層は次
に述べるリッジストライプをエッチングにより制御よく
形成するのに有用である。但し、エッチングストッパ層
がない場合にも、リッジストライプ形成に対して時間で
エッチングを制御することは可能である。

【００３５】次に、上記の積層体の表面にフォトレジス
トからなるストライプマスクを形成し、選択エッチング
によりｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層１０８の表面
でエッチングを停止させて、底部のストライプ幅２．２
μｍのリッジストライプ１１１を形成する。

【００３６】リッジストライプ１１１の両側を埋め込む
ように、層厚０．６μｍのｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ第１
電流光閉じ込め層１１２、層厚０．３μｍのｎ−ＧａＡ
ｓ第２電流閉じ込め層１１３及び層厚０．３μｍのｐ−
ＧａＡｓ平坦化層１１４をＭＯＣＶＤ法により順次成長
させる。

【００３７】次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１１０及び
ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１４の表面を覆うように、層厚
３μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１５をＭＯＣＶＤ
の法により成長させる。ｎ−ＧａＡｓ基板１０１表面及
びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１５表面にそれぞれｎ型
電極１１６及びｐ型電極１１７を形成する。劈開法によ
り共振器長を３７５μｍに調整し、共振器端面の光出射
側の端面反射率が１０％、後側の端面反射率が７５％と
なるように、各端面にＡｌ₂０₃膜とＳｉ膜を形成する。

【００３８】本実施形態１の半導体レーザ素子におい
て、ｎ型電極１１６とｐ型電極１１７の間に順方向電圧
を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流１５
ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率１．０Ｗ／Ａ、
光出力３５ｍＷにおける動作電流５０ｍＡ、動作電圧
１．８Ｖが得られた。

【００３９】これに対して、従来例の第１ガイド層７０
４と第２ガイド層７０６の禁制帯幅を量子障壁層７１１
の禁制帯幅に等しくした場合（従来形態１）、即ち、第
１ガイド層７０４と第２ガイド層７０６のＡｌ組成比を
０．３５とした場合は、閾値電流２５ｍＡ、動作電流６
０ｍＡ、動作電圧１．８Ｖとなる。

【００４０】このように、本実施形態１の半導体レーザ
素子では、動作電圧の増大を伴わずに閾値電流を２５ｍ
Ａから１５ｍＡまで低減することができた。その結果を
表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】また、第１ガイド層７０４及び第２ガイド
層７０６の層厚を５０ｎｍまで厚く設定した場合（従来
形態２）には、閾値電流を本実施形態と同じ１５ｍＡま
で低減することができる。しかし、その場合にはガイド
層７０４、７０６の層厚の増大による素子抵抗の増大の
ために、動作電圧は２．１Ｖに増大するという問題が発
生する。その結果を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】本実施形態１では、発振波長の設定値０．
７８μｍに対して、作製した半導体レーザ素子の発振波
長も０．７８μｍとなり、発振波長の制御ができる。こ
れに対して、上記従来形態１の場合には、発振波長の設
定値０．７８μｍに対して、発振波長が０．７７５μｍ
まで波長ずれが起こり、発振波長の制御が困難となる。

【００４５】本実施形態１の半導体レーザ素子では、図
２に示すように、第１ガイド層１０４及び第２ガイド層
１０６を量子井戸層１２０に隣接させると共に第１ガイ
ド層１０４及び第２ガイド層１０６の禁制帯幅を量子井
戸層１２０の禁制帯幅より大きくし、且つ、第１ガイド
層１０４及び第２ガイド層１０６の禁制帯幅を量子障壁
層１２１の禁制帯幅よりも小さくしている。

【００４６】ここで、第１ガイド層１０４及び第２ガイ
ド層１０６の禁制帯幅を量子障壁層１２１の禁制帯幅よ
りも小さくすることは、ガイド層１０４、１０６のＡｌ
組成比を量子障壁層１２１のＡｌ組成比より小さく設定
することに相当する。このため、クラッド層１０３、１
０７からガイド層１０４、１０６へのドーパント拡散が
抑制される。従って、ＭＱＷ活性層１０５へのドーパン
ト拡散が抑制されるので、ＭＱＷ活性層１０５の量子井
戸層１２０のＡｌ組成比の変化が抑制され発振波長ずれ
が防止される。

【００４７】また、第１ガイド層１０４又は第２ガイド
層１０６の禁制帯幅を制御することは屈折率を制御する
ことに相当する。従って、２つのガイド層１０４、１０
６の屈折率をそれぞれ適当な値に設定して、垂直放射角
を調整することが可能となる。

【００４８】さらに、ガイド層１０４、１０６のＡｌ組
成比を量子障壁層１２１のＡｌ組成比より小さく設定す
ることにより、ガイド層１０４、１０６の非発光再結合
準位の数を低減できる。このため、量子井戸層１２０か
らガイド層１０４、１０６に漏れだしたキャリヤに対し
て、非発光再結合を抑制できる。従って、キャリヤを発
光に有効に利用でき、閾値電流の低減が可能となる。

【００４９】本実施形態１の半導体レーザ素子におい
て、第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１０６のＡｌ
組成比を変化させた場合、即ち、禁制帯幅を変化させた
場合の閾値電流の変化を調べた。図３に、その結果をガ
イド層１０４、１０６の禁制帯幅と閾値電流との関係で
示す。ここで、Ｅｇは第１ガイド層１０４及び第２ガイ
ド層１０６の禁制帯幅を、Ｅｂは量子障壁層１２１の禁
制帯幅を、ＥλはＭＱＷ活性層１０５のレーザ発振光の
エネルギーに相当する禁制帯幅をそれぞれ表す。この結
果から、ＥｇがＥｂより小さくなると閾値電流は減少
し、ＥｇがＥλ以下ではＥｇ＝Ｅｂのときよりも逆に閾
値電流は増大することがわかる。特に、Ｅｇが下記
（２）式の条件を満たすときに閾値電流は最小になる。

【００５０】 Ｅλ＋１００ｍｅＶ≦Ｅｇ≦Ｅｂ−５０ｍｅＶ・・・・（２） このように、閾値電流はガイド層１０４、１０６の禁制
帯幅に大きく依存する。ここで、ＥｇがＥλ＋１００ｍ
ｅＶより小さくなると閾値電流が増大するのは、ＭＱＷ
活性層１０５の量子井戸層１２０に注入されたキャリヤ
が、第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１０６に隣接
する量子井戸層１２０から第１ガイド層１０４及び第２
ガイド層１０６にキャリヤが漏れだして、量子井戸層１
２０内のキャリヤの閉じ込め率が低下するために、発振
に必要なキャリヤが増大して、閾値電流が増加するため
である。

【００５１】また、ＥｇがＥｂ−５０ｍｅＶより大きい
ときに閾値電流が増大するのは、ＥｇがＥｂ−５０ｍｅ
Ｖより大きいと第１ガイド層１０４及び第２ガイド層１
０６の屈折率が低下するので、ＭＱＷ活性層１０５への
光の閉じ込め率が減少し、発振に多くの電流を必要とす
るためである。

【００５２】（実施形態２）図４及び図５は、本発明の
半導体レーザ素子の実施形態２を示す。

【００５３】図４に示すように、この半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、層厚０．５μｍのｎ
−ＧａＡｓバッファ層２０２、層厚１．５μｍのｎ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド層２０３、層厚１０ｎｍ
のＡｌ_0.27Ｇａ_0.73Ａｓ第１ガイド層２０４、ノンドー
プＭＱＷ活性層２０５、層厚１０ｎｍのＡｌ_0.27Ｇａ
_0.73Ａｓ第２ガイド層２０６、層厚０．２μｍのｐ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層２０７、層厚０．２μ
ｍのｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓエッチングブロック層２０
８、層厚０．００３μｍのｐ−ＧａＡｓエッチングスト
ッパ層２０９、層厚１．２μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ
ｓ第３クラッド層２１０及び層厚０．８μｍのｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ層２１１をＭＯＣＶＤ法により順次積層し
た構造を有する。

【００５４】ここで、ＭＱＷ活性層２０５は、図５に示
すように層厚１０ｎｍのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ量子井戸層
２２０と、層厚５ｎｍのＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ量子障壁
層２２１とからなり、この量子井戸層３層と量子障壁層
２層による交互の繰り返しにより構成されている。

【００５５】次に、上記の積層体の表面にフォトレジス
トからなるストライプマスクを形成し、選択エッチング
によりｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層２０９表面で
エッチングを停止させて、底部のストライプ幅２．２μ
ｍのリッジストライプ２１２を形成する。

【００５６】リッジストライプ２１２の両側を埋め込む
ように、層厚０．６μｍのｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ第１
電流光閉じ込め層２１３、層厚０．３μｍのｎ−ＧａＡ
ｓ第２電流閉じ込め層２１４及び層厚０．３μｍのｐ−
ＧａＡｓ平坦化層２１５を順次ＭＯＣＶＤ法により成長
させる。

【００５７】次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１１及び
ｐ−ＧａＡｓ平坦化層２１５の表面を覆うように、層厚
３μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１６をＭＯＣＶＤ
法により成長させる。ｎ−ＧａＡｓ基板２０１表面及び
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１６表面にそれぞれｎ型電
極２１７及びｐ型電極２１８を形成する。劈開法により
共振器長を３７５μｍに調整し、共振器端面の光出射側
の端面反射率が１２％、後側の端面反射率が９５％とな
るように、各端面にＡｌ₂Ｏ₃膜とＳｉ膜を形成する。

【００５８】本実施形態２の半導体レーザ素子におい
て、ｎ型電極２１７とｐ型電極２１８の間に順方向電圧
を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流３０
ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／
Ａ、光出力３０ｍＷにおける動作電流７０ｍＡ、動作電
圧１．８Ｖが得られた。

【００５９】本実施形態２の半導体レーザ素子では、図
５に示すように、第１ガイド層２０４及び第２ガイド層
２０６を量子井戸層２２０に隣接させると共に第１ガイ
ド層２０４及び第２ガイド層２０６の禁制帯幅を量子井
戸層２２０の禁制帯幅より大きくし、且つ、第１ガイド
層２０４及び第２ガイド層２０６の禁制帯幅を量子障壁
層２２１の禁制帯幅よりも小さくしている。また、第１
クラッド層２０３と第３クラッド層２１０との間にＭＱ
Ｗ活性層２０５のレーザ発振光のエネルギーと略等しい
発光エネルギーを有するｐ−ＧａＡｓエッチングストッ
パ層２０９を設けている。

【００６０】ここで、層厚０．２μｍのｐ−Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ａｓエッチングブロック層２０８に隣接する層厚
０．００３μｍのｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層２
０９の発光エネルギーを、ＭＱＷ活性層２０５のレーザ
発振光のエネルギーに略等しくしているため、このエッ
チングストッパ層２０９が可飽和吸収層として機能す
る。このエッチングストッパ層２０９の可飽和吸収効果
により、レーザ発振光がパルス状に発振する自励発振が
起こる。自励発振状態ではレーザの縦モードがマルチモ
ードになり、各縦モードのスペクトル線幅が広がる。こ
のため、レーザのコヒーレンシーが低下して、戻り光に
よる影響を受け難くなり、雑音を低減させることができ
る。

【００６１】本実施形態２では、発振波長の設定値０．
７８μｍに対して、作製した半導体レーザ素子の発振波
長も０．７８μｍとなり、発振波長の制御ができる。

【００６２】これに対して、従来例の第１ガイド層７０
４と第２ガイド層７０６の禁制帯幅を量子障壁層７１１
の禁制帯幅に等しくした場合（従来形態１）、即ち、第
１ガイド層７０４と第２ガイド層７０６のＡｌ組成比を
０．３５とした場合には、発振波長の設定値０．７８μ
ｍに対して、発振波長が０．７７μｍまで波長ずれが起
こり、発振波長の制御が困難となる。

【００６３】これは、本実施形態２では、可飽和吸収用
に低Ａｌ組成比からなるｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓエッチ
ングブロック層２０８及びｐ−ＧａＡｓエッチングスト
ッパ層２０９をｐ型第２クラッド層２０７に隣接して配
置したために、ｐ型第２クラッド層２０７のドーパント
がこれらの低Ａｌ組成比の層で拡散が抑制され、逆に反
対側のＭＱＷ活性層２０５側への拡散が増大したことに
起因する。

【００６４】これに対し、上記従来形態１では、ガイド
層７０４、７０６のＡｌ組成比が量子障壁層７１１のＡ
ｌ組成比と同じになるために、ｐ型第２クラッド層７０
７のドーパントがＭＱＷ活性層７０５の量子井戸層７１
０まで拡散し易くなり、拡散により量子井戸層７１０の
Ａｌ組成比の変化が生じて、発振波長が短波長側にシフ
トしてしまう。

【００６５】このように、本実施形態２は波長ずれを防
止するのに有効である。また、ドーパント拡散によるＭ
ＱＷ活性層２０５の量子井戸層２２０のＡｌ組成比の変
化は、量子井戸層２２０の層厚、量子障壁層２２１の層
厚にも影響を及ぼす。このため、波長ずれ以外にも、電
気的特性及び光学的特性においても設計値とのずれが生
じる。本実施形態２によれば、このような問題を解決す
ることも可能となる。

【００６６】尚、上記の実施形態２では、可飽和吸収層
として、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓエッチングブロック層
２０８に隣接してｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層２
０９を設ける例を示したが、それ以外に、ｐ型クラッド
層中に、ＭＱＷ活性層の量子準位と略等しい量子準位の
単一量子井戸層を設ける形態、ＭＱＷ活性層の量子準位
と略等しい量子準位の多重量子井戸層を設ける形態及び
ＭＱＷ活性層の量子準位と略等しい禁制帯幅の２０ｎｍ
よりも厚いバルク型半導体層を設ける形態とすることも
可能である。上記いずれの形態においても同様の効果が
得られる。

【００６７】さらに、上記の実施形態２では、ｐ型クラ
ッド層中に可飽和吸収層を設ける形態を示しているが、
それ以外にｎ型クラッド層中に可飽和吸収層を設ける形
態とすることも可能である。即ち、可飽和吸収層は、Ｍ
ＱＷ活性層を挟むｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との
間に適宜設ければ良い。

【００６８】（実施形態３）図６は、本発明の半導体レ
ーザ素子の実施形態３を示す。

【００６９】図６に示すように、この半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＡｓ基板３０１上に、ｎ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐバッファ層３０２、層厚１．５μｍのｎ−（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5ｐ第１クラッド層３０３、層厚３
５ｎｍの（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第１ガイド層
３０４、ノンドープＭＱＷ活性層３０５、層厚３５ｎｍ
の（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２ガイド層３０
６、層厚１．５μｍのｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5ｐ第２クラッド層３０７及び層厚０．３μｍのｐ−
Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5ｐキャップ層３０８を分子線エピタキシ
ャル成長法（ＭＢＥ法）により順次積層した構造を有す
る。

【００７０】ここで、ＭＱＷ活性層３０５は、層厚８ｎ
ｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ量子井戸層と、層厚５ｎｍの（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ量子障壁層とからなり、こ
の量子井戸層４層と量子障壁層３層による交互の繰り返
しにより構成されている。

【００７１】次に、上記の積層体の表面にフォトレジス
トからなるストライプマスクを形成し、選択エッチング
を行い、ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラ
ッド層３０７の平坦部の残し厚さが０．３μｍとなるよ
うにエッチングを停止させて、幅５μｍのリッジストラ
イプ３０９を形成する。

【００７２】次に、リッジストライプ３０９の外側を埋
め込むように、層厚１．２μｍのｎ−ＧａＡｓ電流光閉
じ込め層３１０をＭＢＥ法により成長させる。

【００７３】次に、ｎ−ＧａＡｓ基板３０１表面及びｐ
−ＧａＡキャップ層３０８表面にそれぞれｎ型電極３１
１及びｐ型電極３１２を形成する。劈開法により共振器
長を５００μｍに調整し、共振器端面の光出射側端面の
反射率が５０％、後側の反射率が８５％となるように、
各端面にＡｌ₂Ｏ₃膜とＳｉ膜を形成する。

【００７４】本実施形態３の半導体レーザ素子で、ｎ型
電極３１１とｐ型電極３１２の間に順方向電圧を印加し
た場合、発振波長０．６５μｍ、閾値電流３０ｍＡ、電
流−光出力特性のスロープ効率０．６Ｗ／Ａ、光出力３
ｍＷにおける動作電流３５ｍＡ、動作電圧２Ｖが得られ
た。このように、本実施形態３では、動作電圧の増大を
抑制して閾値電流を低減できる。

【００７５】また、本実施形態３では、発振波長の設定
値０．６５μｍに対して、作製した半導体レーザ素子の
発振波長も０．６５μｍとなり、発振波長の制御ができ
る。

【００７６】これに対して、第１ガイド層７０４及び第
２ガイド層７０６の禁制帯幅を量子障壁層７１１の禁制
帯幅に等しくした場合（従来形態１）、即ち、第１ガイ
ド層７０４及び第２ガイド層７０６のＡｌ組成比を０．
５とした場合には、発振波長の設定値０．６５μｍに対
して、発振波長が０．６４μｍまで波長ずれが起こり、
発振波長の制御が困難となる。これは、ｐ型クラッド層
７０７のドーパントが拡散しやすい傾向にあるため、ｐ
型クラッド層７０７のドーパントがＭＱＷ活性層７０５
へ拡散し、量子井戸層７１０のＡｌ組成比が変化するた
めに波長ずれを起こすためである。

【００７７】このように、クラッド層の種類によって
は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層では、特にＡ
ｌＧａＡｓ系クラッド層に比べてｐ型クラッド層のドー
パントがより拡散しやすい傾向にある。従って、このよ
うなクラッド層にあっては、ｐ型クラッド層側の第２ガ
イド層の禁制帯幅を量子障壁層の禁制帯幅より小さくす
ることにより、ドーパントの活性層への拡散を抑制し
て、波長ずれを一層効果的に防止できる。

【００７８】（実施形態４）図７は、本発明の半導体レ
ーザ素子の実施形態４を示す。

【００７９】図７に示すように、この半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＡｓ基板４０１上に、層厚０．５μｍのｎ
−ＧａＡｓバッファ層４０２、層厚１．２μｍのｎ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド層４０３、層厚０．２μ
ｍのｎ−Ａｌ_0.48Ｇａ_0.52Ａｓ第２クラッド層４０４、
層厚５ｎｍのＡｌ_0.27Ｇａ_0.73Ａｓ第１ガイド層４０
５、ノンドープＭＱＷ活性層４０６、層厚５ｎｍのＡｌ
_0.27Ｇａ_0.73Ａｓ第２ガイド層４０７、層厚０．１５μ
ｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層４０８、層
厚０．００２μｍのｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層
４０９、層厚１．０μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３
クラッド層４１０及び層厚０．８μｍのｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層４１１をＭＯＣＶＤ法により順次積層した構造
を有する。

【００８０】ここで、ＭＱＷ活性層４０６は、層厚１０
ｎｍのＡｌ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ量子井戸層と、層厚５ｎｍ
のＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ量子障壁層とからなり、この量
子井戸層８層と量子障壁層７層による交互の繰り返しに
より構成されている。

【００８１】尚、ｎ型第２クラッド層４０４は、垂直方
向の放射角の制御用に用いられるものであり、本発明の
効果には影響を及ぼさない。

【００８２】次に、上記の積層体の表面にフォトレジス
トからなるストライプマスクを形成し、選択エッチング
によりｐ−ＧａＡｓエッチングストッパ層４０９表面で
エッチングを停止させて、底部のストライプ幅２．２μ
ｍのリッジストライプ４１２を形成する。

【００８３】リッジストライプ４１２の両側を埋め込む
ように、層厚０．６μｍのｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ第１
電流光閉じ込め層４１３、層厚０．３μｍのｎ−ＧａＡ
ｓ第２電流閉じ込め層４１４及び層厚０．３μｍのｐ−
ＧａＡｓ平坦化層４１５をＭＯＣＶＤ法により順次成長
させる。

【００８４】次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層４１１及び
ｐ−ＧａＡｓ平坦化層４１５の表面を覆うように、層厚
３μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１６をＭＯＣＶＤ
法により成長させる。ｎ−ＧａＡｓ基板４０１表面及び
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１６表面にそれぞれｎ型電
極４１７及びｐ型電極４１８を形成する。劈開法により
共振器長を２００μｍに調整し、共振器端面の光出射側
の端面反射率が３０％、後側の端面反射率が７５％とな
るように、各端面にＡｌ₂Ｏ₃膜とＳｉ膜を形成する。

【００８５】本実施形態４の半導体レーザ素子におい
て、ｎ型電極４１７とｐ型電極４１８の間に順方向電圧
を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流１５
ｍＡ、電流−光出力スロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、光出
力３ｍＷの動作電流１９ｍＡ、動作電圧１．８Ｖが得ら
れた。

【００８６】本実施形態４の半導体レーザ素子では、ス
トライプ外部のＭＱＷ活性層での可飽和吸収効果を利用
して、レーザ発振光がパルス状に発振する自励発振が起
こる。自励発振状態ではレーザの縦モードがマルチモー
ドになり、各縦モードのスペクトル線幅が広がる。この
ため、レーザのコヒーレンシーが低下して、戻り光によ
る影響を受け難くなり、雑音を低減させることができ
る。

【００８７】本実施形態４の半導体レーザ素子において
は、活性層に水平方向と垂直方向の放射光の最小スポッ
ト位置の差、即ち、非点隔差は５μｍとなる。

【００８８】これに対して、従来例の第１ガイド層７０
４及び第２ガイド層７０６の禁制帯幅を量子障壁層７１
１の禁制帯幅に等しくした場合（従来形態１）、即ち、
第１ガイド層７０４及び第２ガイド層７０６のＡｌ組成
比を０．３５とした場合には、放射角の非点隔差は１５
μｍに増大する。非点隔差が増大すると、放射光をレン
ズで集光するとき、集光スポットサイズの増大を生じ、
光デイスク等のシステムで使用することが困難となる。

【００８９】即ち、本実施形態４の半導体レーザ素子に
よれば、ガイド層４０５、４０７に隣接する量子井戸層
のストライプ外部における可飽和吸収量を増大すること
ができ、ストライプ内部に光を閉じ込めたまま自励発振
を起こすことができる。その結果、ストライプ外部の可
飽和吸収効果による波面の影響を受け難くなって、活性
層に水平方向の放射光のスポット位置のずれが小さくな
って、非点隔差が改善される。従って、放射光の非点隔
差を低減して、光学特性を改善することが可能となる。

【００９０】図８は、本実施形態４と従来形態１につい
ての半導体レーザ素子の屈折率差Δｎと非点隔差ΔＺと
の関係を示す。ここで、屈折率差Δｎは、ストライプ内
部の活性層に閉じこめられた光の屈折率ｎ_aと、ストラ
イプ外部の活性層に閉じこめられた光の屈折率ｎ_bとの
差を表す。この結果から屈折率差が非点隔差に依存する
ことが認められ、しかも本実施形態４は従来形態１に比
べ非点隔差ΔＺが低く抑えられていることがわかる。

【００９１】自励発振を起こすには、ストライプ外部に
光を滲みださせるために、屈折率差Δｎを７×１０^-3以
下にする必要がある。非点隔差ΔＺは屈折率差Δｎを減
少するにしたがい増大する傾向にある。本実施形態４の
半導体レーザ素子で、非点隔差ΔＺを１０μｍ以下にす
るには屈折率差Δｎを２×１０^-3以上にする必要があ
る。そこで、本実施形態４では、屈折率差Δｎを下記
（１）式の条件を満たす範囲に設定することにより、非
点隔差１０μｍ以下の良好な光学特性を有する自励発振
型の低雑音半導体レーザ素子を構成している。

【００９２】 ２×１０^-3≦Δｎ≦７×１０^-3・・・・（１） これに対して、従来形態１では自励発振を起こすのに必
要な屈折率差７×１０^-3以下において、非点隔差ΔＺは
１０μｍより大きくなる。従って、従来形態１では非点
隔差を低減して、自励発振を起こすことはできない。

【００９３】（実施形態５）図９及び図１０は、本発明
の半導体レーザ素子の実施形態５を示す。

【００９４】図９に示すように、この半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＡｓ基板５０１上に、層厚０．５μｍのｎ
−ＧａＡｓバッファ層５０２、層厚１．５μｍのｎ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド層５０３、層厚１５ｎｍ
のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ第１ガイド層５０４、ノンドープ
ＭＱＷ活性層５０５、層厚１５ｎｍのＡｌ_0.25Ｇａ_0.75
Ａｓ第２ガイド層５０６、層厚０．２μｍのｐ−Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド層５０７、層厚０．００３
μｍのｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストッパ層５０８、
層厚０．０１μｍのｐ−Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ第２エッチ
ングストッパ層５０９、層厚１．０μｍのｎ−Ａｌ_0.5
Ｇａ_0.5Ａｓ電流光閉じ込め層５１０及び層厚０．８μ
ｍのｎ−ＧａＡｓキャップ層５１１をＭＯＣＶＤ法によ
り順次積層した構造を有する。

【００９５】ここで、ＭＱＷ活性層５０５は、図１０に
示すように層厚８ｎｍのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ量子井戸層
５２０と、層厚５ｎｍのＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ量子障壁
層５２１からなり、この量子井戸層２層と量子障壁層１
層による交互の繰り返しにより構成されている。

【００９６】尚、ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストッパ
層５０８及びｐ−Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ第２エッチングス
トッパ層５０９の各層厚は非常に薄いために、エッチン
グストッパ層は光の閉じ込め作用又は内部の光吸収に影
響を及ぼさない。

【００９７】次に、上記積層体の表面にフォトレジスト
からなるストライプ窓を形成し、選択エッチングにより
ｐ−ＧａＡｓ第１エッチングストッパ層表面に到達する
幅２．５μｍのストライプ溝５１２を形成する。

【００９８】次に、ストライプ溝５１２を埋め込むよう
に、層厚１．５μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第３クラ
ッド層５１３及び層厚２μｍのｐ−ＧａＡｓコンタクト
層５１４をＭＯＣＶＤ法により順次成長させる。

【００９９】ｎ−ＧａＡｓ基板５０１表面及びｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層５１４表面にそれぞれｎ型電極５１５
及びｐ型電極５１６を形成する。劈開法により共振器長
を３７５μｍに調整し、共振器端面の光出射側の端面反
射率が３０％、後側の端面反射率が９５％となるよう
に、各端面にＡｌ₂Ｏ₃膜を形成する。

【０１００】本実施形態５の半導体レーザ素子におい
て、ｎ型電極５１５とｐ型電極５１６の間に順方向電圧
を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流１０
ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／
Ａ、光出力３ｍＷの動作電流１４ｍＡ、動作電圧１．７
Ｖが得られた。

【０１０１】本実施形態５の半導体レーザ素子では、図
１０に示すように、第１ガイド層５０４及び第２ガイド
層５０６を量子井戸層５２０に隣接させると共に第１ガ
イド層５０４及び第２ガイド層５０６の禁制帯幅を量子
井戸層５２０の禁制帯幅より大きくし、且つ、第１ガイ
ド層５０４及び第２ガイド層５０６の禁制帯幅を量子障
壁層５２１の禁制帯幅よりも小さくしている。さらに、
第１ガイド層５０４と第２ガイド層５０６の禁制帯幅を
異ならせている。

【０１０２】本実施形態５では、第１ガイド層５０４と
第２ガイド層５０６の禁制帯幅が異なる、即ち、Ａｌ組
成比が異なる。このとき、垂直方向の放射角度は２５度
である。これに対して、第１ガイド層５０４と第２ガイ
ド層５０６の禁制帯幅を等しくした場合、即ち、Ａｌ組
成比を共に０．２５とした場合には、垂直方向の放射角
度は３０度になる。このように、両ガイド層５０４、５
０６のＡｌ組成比を適当な値に設定することによって、
レーザの放射光特性を制御することが可能となる。

【０１０３】（実施形態６）図１１及び図１２は、本発
明の半導体レーザ素子の実施形態６を示す。

【０１０４】図１１に示すように、この半導体レーザ素
子は、サファイア基板６０１上に、層厚０．０５μｍの
ＧａＮバッファ層６０２、層厚３μｍのｎ−ＧａＮ第１
クラッド層６０３、層厚０．１μｍのｎ−Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ第２クラッド層６０４、層厚０．５μｍのｎ−Ａ
ｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第３クラッド層６０５、層厚２０ｎｍ
のノンドープＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ第１ガイド層６０６、ノ
ンドープＭＱＷ活性層６０７、層厚２０ｎｍのノンドー
プＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ第２ガイド層６０８、層厚２０ｎｍ
のｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ第４クラッド層６０９、層厚
０．１μｍのｐ−ＧａＮ第５クラッド層６１０、層厚
０．５μｍのｐ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第６クラッド層６
１１及び層厚０．２μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層６１
２をＭＯＣＶＤ法により順次積層した構造を有する。

【０１０５】ここで、ＭＱＷ活性層６０７は、図１２に
示すように層厚４ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層６
２０と、層厚８ｎｍのＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ量子障壁６２
１とからなり、この量子井戸層３層と量子障壁層２層に
よる交互の繰り返しにより構成されている。

【０１０６】次に、上記積層体の表面にストライプ状の
レジストマスクを形成し、ドライエッチングにより幅２
μｍのリッジストライプ６３０を形成し、ｎ−ＧａＮ第
１クラッド層６０３及びｐ−ＧａＮコンタクト層６１２
にそれぞれｎ型電極６４０及びｐ型電極６４１を形成す
る。劈開法により共振器長は７００μｍ、共振器端面の
光出射側の端面反射率と後側の端面反射率３０％となる
ように誘電体膜のコーティングにより調整する。

【０１０７】本実施形態６の半導体レーザ素子におい
て、ｎ型電極６４０とｐ型電極６４１の間に順方向電圧
を印加した場合、発振波長０．４１μｍ、閾値電流１０
０ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．２Ｗ／
Ａ、閾値電流時の動作電圧６Ｖが得られた。このよう
に、本実施形態６では、動作電圧の増大を抑制して閾値
電流を低減できる。

【０１０８】本実施形態６の半導体レーザ素子では、図
１２に示すように、第１ガイド層６０６及び第２ガイド
層６０８を量子井戸層６２０に隣接させると共に第１ガ
イド層６０６及び第２ガイド層６０８の禁制帯幅を量子
井戸層６２０の禁制帯幅より大きくし、且つ、第１ガイ
ド層６０６及び第２ガイド層６０８の禁制帯幅を量子障
壁層６２１の禁制帯幅よりも小さくしている。さらに、
ガイド層６０６、６０８の禁制帯幅を量子井戸層６２０
と量子障壁層６２１の中間に設定している。

【０１０９】ここで、各半導体層の組成比と禁制帯幅と
の関係については、各半導体層のＩｎ組成比が増大する
と、禁制帯幅は減少し屈折率は増大する関係にある。ま
た、各半導体層のＡｌ組成比が増大すると、禁制帯幅は
増大し屈折率は減少する関係にある。

【０１１０】本実施形態６では、ガイド層６０６、６０
８にノンドープのＩｎＧａＮ層を用いているので、ｎ−
第３クラッド層６０５及びｐ−第４クラッド層６０９か
らのドーパントがＭＱＷ活性層６０７に拡散するのが、
ガイド層６０６、６０８によって抑制されるので、組成
比の変動にともなう発振波長ずれを防止することができ
る。

【０１１１】さらに、ガイド層６０６、６０８にＩｎＧ
ａＮを適用し、その禁制帯幅を量子井戸層６２０と量子
障壁層６２１の中間に設定しているので、ガイド層６０
６、６０８の屈折率を増大させることができる。このた
め、動作電圧の増大を抑制しつつＭＱＷ活性層６０７へ
の光の閉じ込め率を増大させ、閾値電流を低減すること
が可能となる。

【０１１２】これに対して、従来例では、ガイド層７０
４、７０６にｎ型又はｐ型のＧａＮ層を用いるために、
ドーパントがＭＱＷ活性層７０５に拡散して発振波長ず
れを引き起こすという問題が生じる。それを防止するた
めに、ガイド層７０４、７０６をノンドープにすると、
動作電圧が増大するという別の問題が生じる。

【０１１３】尚、上記の各実施形態では、第１ガイド層
及び第２ガイド層の禁制帯幅を量子障壁層の禁制帯幅よ
り小さくした場合について述べたが、第１ガイド層又は
第２ガイド層のいずれか一方の禁制帯幅を量子障壁層の
禁制帯幅より小さくすることも可能である。

【０１１４】また、本発明は、上述の各実施形態で示し
た層厚、Ａｌ、Ｉｎ等の組成比、キャリヤ濃度に限定さ
れるものではなく、それ以外の条件とすることも可能で
ある。

【０１１５】また、成長法については、ＭＯＣＶＤ法及
びＭＢＥ法以外に、ＬＰＥ法、ガスソースＭＢＥ法、Ａ
ＬＥ（原子線エピタキシー）法を適用することも可能で
ある。

【０１１６】

【発明の効果】上記の本発明の半導体レーザ素子によれ
ば、ガイド層の禁制帯幅を量子障壁層の禁制帯幅より小
さくし、即ち、ガイド層の屈折率を量子障壁層の屈折率
より大きく設定しているので、ＭＱＷ活性層の量子井戸
層への光の閉じ込め率を増大することができ、閾値電流
を低減できる。加えて、従来例のようにガイド層の層厚
を厚くする必要もないので、素子抵抗の増大に伴う動作
電圧の増大も抑制することができ、閾値電流を低減でき
る。

【０１１７】また、ガイド層の禁制帯幅を量子障壁層の
禁制帯幅より小さくし、例えば、Ａｌ系半導体層の場合
は、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁層のＡｌ組成比よ
り小さく設定しているので、クラッド層からガイド層へ
のドーパント拡散を抑制することができる。その結果、
ＭＱＷ活性層へのドーパント拡散を抑制することができ
るので、ＭＱＷ活性層の量子井戸層のＡｌ組成比の変化
を抑制することができ発振波長ずれを防止できる。

【０１１８】また、ガイド層の禁制帯幅を制御すること
は屈折率を制御することに相当し、２つのガイド層の屈
折率をそれぞれ適当な値に設定して、垂直放射角を調整
することができる。

【０１１９】さらに、ガイド層のＡｌ組成比を量子障壁
層のＡｌ組成比より小さく設定することにより、ガイド
層の非発光再結合準位の数を低減することができるの
で、量子井戸層からガイド層に漏れだしたキャリヤに対
して、非発光再結合を抑制することができる。その結
果、キャリヤを発光に有効に利用でき、閾値電流を低減
できる。

【０１２０】また、特に請求項２及び請求項３記載の半
導体レーザ素子によれば、ＭＱＷ活性層のレーザ発振光
の禁制帯幅と略等しい発光エネルギーの禁制帯幅を有す
る可飽和吸収層を、２つのクラッド層の間に設ける構成
をとるので、可飽和吸収効果によりレーザ発振光がパル
ス状に発振する自励発振が起こる。自励発振状態ではレ
ーザの縦モードがマルチモードになり、各縦モードのス
ペクトル線幅が広がる。このため、レーザのコヒーレン
シーが低下して、戻り光による影響を受け難くなり、雑
音を低減することができる。

【０１２１】尚、この可飽和吸収層を設ける構成による
場合には、ＭＱＷ活性層と可飽和吸収層の間のクラッド
層のドーパントが可飽和吸収層で拡散が抑制され、ＭＱ
Ｗ活性層側への拡散が増大することが考えられるが、ガ
イド層のＡｌ組成比を量子障壁層のＡｌ組成比より小さ
く設定しているため、クラッド層からガイド層へのドー
パント拡散を抑制することができる。従って、ＭＱＷ活
性層へのドーパント拡散を抑制することができるので、
ＭＱＷ活性層の量子井戸層のＡｌ組成比の変化を抑制し
て発振波長ずれを防止することができる。

【０１２２】また、特に請求項４記載の半導体レーザ素
子によれば、ストライプ状の第３クラッド層を設け、上
記屈折率差Δｎを上記（１）式の範囲内で設定するの
で、ストライプ外部の活性層における可飽和吸収量を増
大させて、ストライプ内部に光を閉じ込めたまま自励発
振を起こすことができる。その結果、ストライプ外部の
可飽和吸収効果による波面の影響を受け難くなって、活
性層に水平方向の放射光のスポット位置のずれを小さく
でき、即ち、非点隔差を低減し、光学特性を改善でき
る。

【０１２３】また、特に請求項５記載の半導体レーザ素
子によれば、ｐ型クラッド層側の第２ガイド層の禁制帯
幅を量子障壁層の禁制帯幅より小さくするので、例え
ば、ＡｌＧａＩｎＰ系クラッド層のようにｐ型クラッド
層のドーパントが拡散しやすい傾向にあるクラッド層に
対し、ドーパントの活性層への拡散を抑制して波長ずれ
を一層効果的に防止できる。

【０１２４】また、特に請求項６記載の半導体レーザ素
子によれば、２つのガイド層の禁制帯幅の内小さい方の
ガイド層の禁制帯幅を、活性層のレーザ発振光のエネル
ギーに相当する禁制帯幅より大きく設定するので、図３
に示すように閾値電流を一層効果的に低減できる。

【０１２５】また、特に請求項７記載の半導体レーザ素
子によれば、２つのガイド層の禁制帯幅の内小さい方の
ガイド層の禁制帯幅Ｅｇを上記（２）式の関係を満たす
ように設定するので、図３に示すように閾値電流を一層
効果的に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の半導体レーザ素子の断
面構造を示す図である。

【図２】 本発明の実施形態１の活性層付近のエネルギ
ーバンドダイヤグラムである。

【図３】 本発明のガイド層の禁制帯幅と閾値電流との
関係を示す図である。

【図４】 本発明の実施形態２の半導体レーザ素子の断
面構造を示す図である。

【図５】 本発明の実施形態２の活性層付近のエネルギ
ーバンドダイヤグラムである。

【図６】 本発明の実施形態３の半導体レーザ素子の断
面構造を示す図である。

【図７】 本発明の実施形態４の半導体レーザ素子の断
面構造を示す図である。

【図８】 半導体レーザ素子の屈折率差と非点隔差との
関係を示す図である。

【図９】 本発明の実施形態５の半導体レーザ素子の断
面構造を示す図である。

【図１０】 本発明の実施形態５の活性層付近のエネル
ギーバンドダイヤグラムである。

【図１１】 本発明の実施形態６の半導体レーザ素子の
断面構造を示す図である。

【図１２】 本発明の実施形態６の活性層付近のエネル
ギーバンドダイヤグラムである。

【図１３】 従来の半導体レーザ素子の断面構造を示す
図である。

【図１４】 従来の活性層付近のエネルギーバンドダイ
ヤグラムである。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７
０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７
０２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，７
０３ ｎ−第１クラッド層 ４０４，６０４ ｎ−第２クラッド層 ６０５ ｎ−第３クラッド層 １０４，２０４，３０４，４０５，５０４，６０６，７
０４ 第１ガイド層 １０５，２０５，３０５，４０６，５０５，６０７，７
０５ ＭＱＷ活性層 １２０，２２０，５２０，６２０，７１０ 量子井戸層 １２１，２２１，５２１，６２１，７１１ 量子障壁層 １０６，２０６，３０６，４０７，５０６，６０８，７
０６ 第２ガイド層 １０７，２０７，３０７，５０７，７０７ ｐ−第２ク
ラッド層 ４０８ ｐ−第３クラッド層 ６０９ ｐ−第４クラッド層 ６１０ ｐ−第５クラッド層 ６１１ ｐ−第６クラッド層 ２０８ ｐ−エッチングブロック層 １０８，２０９，４０９，５０８，５０９ ｐ−エッチ
ングストッパ層 １０９，２１０，４１０，５１３ ｐ−第３クラッド層 １１０，２１１，３０８，４１１ ｐ−キャップ層 １１１，２１２，３０９，４１２，５１２ ストライプ １１２，２１３，３１０，４１３，５１０ ｎ−第１電
流光閉じ込め層 １１３，２１４，４１４ ｎ−第２電流閉じ込め層 １１４，２１５，４１５ ｐ−平坦化層 １１５，２１６，４１６，５１４，６１２，７０８ ｐ
−コンタクト層 １１６，１１７，２１７，２１８，３１１，３１２，４
１７，４１８，５１５，５１６，６４０，６４１ 電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の量子井戸層と、該複数の量子井戸
   層で挟まれた量子障壁層とからなる多重量子井戸構造の
   活性層を挟んで、第１ガイド層及び第２ガイド層が設け
   られた半導体レーザ素子であって、 該第１ガイド層及び該第２ガイド層を該量子井戸層に隣
   接させると共に該第１ガイド層及び該第２ガイド層の禁
   制帯幅を該量子井戸層の禁制帯幅より大きくし、且つ、
   該第１ガイド層及び該第２ガイド層の少なくとも一方の
   禁制帯幅を該量子障壁層の禁制帯幅よりも小さくした半
   導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記第１ガイド層及び前記第２ガイド層
   を挟むように第１導電型の第１クラッド層と第２導電型
   の第２クラッド層が設けられ、該第１クラッド層と該第
   ２クラッド層との間に前記活性層のレーザ発振光のエネ
   ルギーと略等しい発光エネルギーを有する可飽和吸収層
   を設けた請求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記第１ガイド層及び前記第２ガイド層
   を挟むように第１導電型の第１クラッド層と第２導電型
   の第２クラッド層が設けられ、該第２クラッド層の外側
   であって該第１クラッド層と反対側の位置に第２導電型
   の第３クラッド層が設けられ、該第１クラッド層と該第
   ３クラッド層との間に前記活性層のレーザ発振光のエネ
   ルギーと略等しい発光エネルギーを有する可飽和吸収層
   を設けた請求項１記載の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第１ガイド層及び前記第２ガイド層
   を挟むように第１導電型の第１クラッド層と第２導電型
   の第２クラッド層が設けられ、該第２クラッド層の外側
   であって該第１クラッド層と反対側の位置に第２導電型
   の第３クラッド層がストライプ状に形成され、ストライ
   プ内部の活性層に閉じ込められた光の屈折率ｎ_aとスト
   ライプ外部の活性層に閉じ込められた光の屈折率ｎ_bと
   の差Δｎが下記（１）式の条件を満たす ２×１０^-3≦Δｎ≦７×１０^-3・・・・（１） 請求項１又は請求項３記載の半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記第２導電型の第２クラッド層がｐ型
   クラッド層であり、前記第２ガイド層が該ｐ型クラッド
   層側に位置し、該第２ガイド層の禁制帯幅を前記量子障
   壁層の禁制帯幅よりも小さくした請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載の半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記第１ガイド層又は前記第２ガイド層
   の禁制帯幅の内、小さい方の禁制帯幅を前記活性層のレ
   ーザ発振光のエネルギーに相当する禁制帯幅より大きく
   した請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体レー
   ザ素子。
7. 【請求項７】 前記第１ガイド層又は前記第２ガイド層
   の禁制帯幅の内、小さい方の禁制帯幅をＥｇ、前記量子
   障壁層の禁制帯幅をＥｂ、前記活性層のレーザ発振光の
   エネルギーに相当する禁制帯幅をＥλとした場合に、Ｅ
   ｇ、Ｅｂ及びＥλが下記（２）式の条件を満たす Ｅλ＋１００ｍｅＶ≦Ｅｇ≦Ｅｂ−５０ｍｅＶ・・・・（２） 請求項６記載の半導体レーザ素子。