JPH1174607A

JPH1174607A - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH1174607A
Application number: JP10175243A
Authority: JP
Inventors: Koji Takahashi; 幸司高橋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP4219010B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＧａＩｎＮＡｓを活性層とする半導体レーザ
装置において、クラッド層から活性層へのキャリアの注
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キャリアを効果的に閉じ込める
ことができ、かつ、低電流・長寿命を実現できるよう
に、ダブルヘテロ接合を構成する。【解決手段】ｐ型のクラッド層がＡｌＧａＡｓから成
り、ｎ型のクラッド層がＡｌＧａＩｎＰから成り、各層
のＡｌのＩＩＩ族比ｘ（０≦ｘ≦１）が０．０５以下で
ある構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【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，１．５５
μｍ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、Ｉ
ｎＰ基板に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰやＡｌＧａＩ
ｎＡｓ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、Ｇ
ａＡｓ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ＧａＡｓｎ型クラッド層７：ｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ活性層３：単一量子井戸井戸層４：Ｇａ_0.7Ｉｎ_0.3Ｎ_0.004Ａｓ_0.996，層厚７ｎｍガイド層６：ＧａＡｓ，層厚１４０ｎｍｐ型クラッド層２：ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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ＧａＩ
ｎＮＡｓ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−Ｋ
Ｈ−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ＧａＩｎＮＡ
ｓ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Ｇａ
Ａｓとのヘテロ接合では価電子帯のバンド不連続（ΔＥ
_v）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（ΔＥ_v）が約６
４０ｍｅＶ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
ΔＥ_v2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ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含み、前記クラッ
ド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ａ
ｓ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Ａｌ_x2Ｉｎ_yＧａ_1-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，ｘ
２（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ＧａＩｎ
ＮＡｓから成る層を含み、前記クラッド層のうちでｐ型
の導電型を示す層がＡｌ_x1Ｇａ_1-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Ａｌ_x2Ｉｎ_yGa_1-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Ａｌ_x3Ｇａ_1-x3
Ａｓ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ＧａＩｎ
ＮＡｓから成る層を含み、前記クラッド層のうちでｐ型
の導電型を示す層がＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦０．０
５）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Ａｌ_x’Ｇａ_1-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、引っ張
り歪を有するＧａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-k層（０≦ｈ＜１，
０＜ｋ＜１）を少なくとも１層含む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Ｇａ
Ａｓ）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。

【００２５】請求項８においては、請求項７に記載の半
導体レーザ装置において、前記の引っ張り歪を有するＧ
ａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を
少なくとも１層含む中間層は、クラッド層のうちでｎ型
の導電型を示す層と前記活性層との間にあることにより
上記の目的を達成する。

【００２６】すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮ
Ａｓ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。

【００２７】請求項９においては、請求項７に記載の半
導体レーザ装置において、前記の引っ張り歪を有するＧ
ａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を
少なくとも１層含む中間層は、量子井戸構造を有する活
性層における光ガイド層のうち、ｎ型の導電型を示すク
ラッド層に近い側の光ガイド層にあることにより上記の
目的を達成する。

【００２８】すなわち、ｎ型クラッド層からＧａＩｎＮ
Ａｓ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、圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ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Ａ
ｌ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Ｇａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-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１００μｍｎ型クラッド層７：ｎ型Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚１μｍ活性層３：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（λ＝１．３μｍ），層厚０．１μｍｐ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Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．８μｍ電流狭窄層１０ｂ：ｎ型Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．５μｍ電流狭窄層１０ｃ：ｐ型Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．８μｍ絶縁膜１１：ＳｉＮ_x，層厚０．３μｍｎ型用電極１２：ＡｕＧｅｐ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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３０ｍ
Ａ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ΔＥ_c1（約４７０ｍｅ
Ｖ）により活性層３内に強く閉じ込められる。また、Ｇ
ａＡｓ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ΔＥ_v1（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１００μｍｐ型クラッド層２：ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓ，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３０ｎｍｎ型第一クラッド層７：ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.45Ｉｎ_0.5Ｐ，層厚０．２μｍｎ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Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．８μｍ電流狭窄層１０ｂ：ｎ型Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．５μｍ電流狭窄層１０ｃ：ｐ型Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ，層厚０．８μｍ絶縁膜１１：ＳｉＮ_x，層厚０．３μｍｎ型用電極１２：ＡｕＧｅｐ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１
４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Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ａｓ、ｎ型クラッド層はＡｌ_0.05Ｇａ_0.45Ｉｎ_0.5
Ｐ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、Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ａｓ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ΔＥ_c1（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、Ａｌ_0.05Ｇａ_0.45Ｉｎ
_0.5Ｐ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ΔＥ_v1（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Ａ
ｌ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】基板１：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍｎ型第二クラッド層８：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１．５μｍｎ型第一クラッド層７：ｎ型ＧａＩｎＰ，層厚０．１μｍ活性層３：単一量子井戸（λ＝１．３１μｍ）井戸層４：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．３５μｍ組成），層厚８ｎｍ，＋１．５％圧縮歪ガイド層６：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．０５μｍ組成），層厚４０ｎｍ，無歪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ＧａＩｎＰ，層厚１μｍ電流狭窄層１０ｂ：ｎ型ＧａＩｎＰ，層厚０．７μｍ電流狭窄層１０ｃ：ｐ型ＧａＩｎＰ，層厚１μｍ絶縁膜１１：ＳｉＮｘ，層厚０．３μｍｎ型用電極１２：ＡｕＧｅｐ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。

【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Ａｌ_0.3Ga_0.7Ａｓ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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（ＡｌＧａＡ
ｓ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】基板１：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍｎ型クラッド層７：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１．５μｍ多層膜１５：ｎ型ＧａＡｓ（層厚１０ｎｍ）と、ｎ型ＧａＡｓＮ（層厚６ｎｍ，−１％引張歪）とを交互に５ペア積層活性層３：二重量子井戸（λ＝１．３１μｍ）井戸層４：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．３５μｍ組成），層厚７ｎｍ，＋１．５％圧縮歪障壁層５：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．０５μｍ組成），層厚８ｎｍ，無歪ガイド層６：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．０５μｍ組成），層厚２０ｎｍ，無歪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ＧａＡｓ，層厚１μｍ電流狭窄層１０ｂ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０．７μｍ電流狭窄層１０ｃ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍｎ型用電極１２：ＡｕＧｅｐ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１．２μｍ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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３０ｍ
Ａ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ＧａＩ
ｎＮＡｓ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ＧａＡ
ｓＮ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、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ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（ＡｌＧａＡ
ｓ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Ｇ
ａＡｓＮ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】基板１：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１００μｍｎ型クラッド層７：ｎ型ＧａＡｓ，層厚１．５μｍ活性層３：二重量子井戸（λ＝１．３１μｍ）ｎ側ガイド層６ｂ：ノンドープＧａＡｓＮ（層厚５ｎｍ，−１％引張歪）と、ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．２μｍ組成，層厚５ｎｍ，無歪）とを交互に４ペア積層井戸層４：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．３５μｍ組成），層厚７ｎｍ，＋１％圧縮歪障壁層５：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．０５μｍ組成），層厚７ｎｍ，無歪ｐ側ガイド層６ａ：ノンドープＧａＩｎＮＡｓ（１．０５μｍ組成），層厚４０ｎｍ，無歪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ＧａＡｓ，層厚１μｍ電流狭窄層１０ｂ：ｎ型ＧａＡｓ，層厚０．７μｍ電流狭窄層１０ｃ：ｐ型ＧａＡｓ，層厚１μｍｎ型用電極１２：ＡｕＧｅｐ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１．０μｍ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ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３０ｍ
Ａ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、ＧａＡ
ｓ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Ｇａ
ＩｎＮＡｓ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Ｇ
ａＩｎＮＡｓ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ＧａＡｓ
Ｎ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２ｐ型クラッド層３活性層４井戸層５障壁層６ガイド層６ａｐ側ガイド層６ｂｎ側ガイド層７ｎ型クラッド層またはｎ型第１クラッド層８ｎ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１２ｎ型用電極１３ｐ型用電極１４回折格子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含み、前記ク
ラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌ_x1Ｇａ
_1-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Ａｌ_x2Ｉｎ_yＧａ_1-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ｘ
１，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。
【請求項２】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ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含み、前記ク
ラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌ_x1Ｇａ
_1-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Ａ
ｌ_x2Ｉｎ_yＧａ_1-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Ａｌ_x3Ｇ
ａ_1-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３】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４】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０．０２
μｍ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５】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６】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。
【請求項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ＧａＩｎＮＡｓから成る層を含み、前記ク
ラッド層のうちでｐ型の導電型を示す層がＡｌ_xＧａ_1-x
Ａｓ（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Ａｌ_x’Ｇａ_1-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、引っ張り歪を有す
るＧａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜
１）を少なくとも１層含む中間層を備えたことを特徴と
する半導体レーザ装置。
【請求項８】請求項７に記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記の引っ張り歪を有するＧａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ
_1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を少なくとも１層含
む中間層は、クラッド層のうちでｎ型の導電型を示す層
と前記活性層との間にあることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
【請求項９】請求項７に記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記の引っ張り歪を有するＧａ_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ
_1-k層（０≦ｈ＜１，０＜ｋ＜１）を少なくとも１層含
む中間層は、量子井戸構造を有する活性層における光ガ
イド層のうち、ｎ型の導電型を示すクラッド層に近い側
の光ガイド層にあることを特徴とする半導体レーザ装
置。
【請求項１０】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、
圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ層を井戸層とする活性層
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】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
であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】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Ｇａ
_1-hＩｎ_hＮ_kＡｓ_1-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
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】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を特徴とする半導体レーザ装
置。