WO2026009792A1 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

半導体レーザ素子

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WO2026009792A1
WO2026009792A1 PCT/JP2025/022872 JP2025022872W WO2026009792A1 WO 2026009792 A1 WO2026009792 A1 WO 2026009792A1 JP 2025022872 W JP2025022872 W JP 2025022872W WO 2026009792 A1 WO2026009792 A1 WO 2026009792A1
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layer
type cladding
cladding layer
light
type
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凌 藤堂
良宜 田中
圭二 日▲高▼
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor laser element.
  • substrate 10 is a semiconductor substrate such as a GaAs substrate.
  • substrate 10 is an n-type GaAs substrate.
  • Substrate 10 contains at least one of silicon (Si), tellurium (Te), and selenium (Se) as an n-type dopant.
  • Substrate 10 has a first major surface 11 and a second major surface 12 opposite to first major surface 11.
  • the first n-type cladding layer 22 is the portion of the n-type cladding layer 21 that is closer to the active layer 20.
  • the second n-type cladding layer 23 is the portion of the n-type cladding layer 21 that is farther from the active layer 20.
  • the first n-type cladding layer 22 is disposed between the active layer 20 and the second n-type cladding layer 23.
  • the thickness of the second n-type cladding layer 23 is smaller than the thickness of the first n-type cladding layer 22.
  • the thickness of the first n-type cladding layer 22 is, for example, 930 nm or more and 1340 nm or less.
  • the thickness of the second n-type cladding layer 23 is, for example, 640 nm or more and 860 nm or less.
  • the first p-type cladding layer 26 is the portion of the p-type cladding layer 25 that is closer to the active layer 20.
  • the second p-type cladding layer 27 is the portion of the p-type cladding layer 25 that is farther from the active layer 20.
  • the first p-type cladding layer 26 is disposed between the active layer 20 and the second p-type cladding layer 27.
  • the Al composition of the first p-type cladding layer 26 is smaller than the Al composition of the second p-type cladding layer 27.
  • the first p-type cladding layer 26 is formed, for example, from AlGaAs having an Al composition of 0.25 or more and 0.32 or less.
  • the second p-type cladding layer 27 is formed, for example, from AlGaAs having an Al composition of 0.40 or more and 0.50 or less.
  • the thickness of the second p-type cladding layer 27 is smaller than the thickness of the first p-type cladding layer 26.
  • the thickness of the first p-type cladding layer 26 is, for example, 700 nm or more and 1000 nm or less.
  • the thickness of the second p-type cladding layer 27 is, for example, 480 nm or more and 640 nm or less.
  • the active layer 20 is disposed between the n-type cladding layer 21 and the p-type cladding layer 25, and is in contact with the n-type cladding layer 21 and the p-type cladding layer 25. More specifically, the active layer 20 is disposed between the first n-type cladding layer 22 and the first p-type cladding layer 26, and is in contact with the first n-type cladding layer 22 and the first p-type cladding layer 26.
  • the wavelength of the light emitted from the active layer 20 is, for example, 800 nm or more and 990 nm or less.
  • the well layer 30 is disposed between the barrier layer 31 and the barrier layer 32.
  • the band gap energy of the well layer 30 is smaller than the band gap energy of the barrier layers 31 and 32.
  • the well layer 30 is, for example, InGaAs having an indium composition of 0 or more and 0.15 or less.
  • InGaAs having an indium composition y is In y Ga 1-y As.
  • the barrier layers 31 and 32 are, for example, formed of AlGaAs having an Al composition of 0.05 or more and 0.15 or less.
  • the first guide layer 33 is a portion of the active layer 20 that is close to the n-type cladding layer 21 (more specifically, the first n-type cladding layer 22) and is in contact with the n-type cladding layer 21 (more specifically, the first n-type cladding layer 22).
  • the barrier layer 31 is disposed between the well layer 30 and the first guide layer 33.
  • the refractive index of the first guide layer 33 is greater than the refractive index of the n-type cladding layer 21.
  • the first guide layer 33 is formed, for example, from AlGaAs having an Al composition of 0.05 or more and 0.15 or less.
  • the second guide layer 34 is a portion of the active layer 20 that is close to the p-type cladding layer 25 (more specifically, the first p-type cladding layer 26) and is in contact with the p-type cladding layer 25 (more specifically, the first p-type cladding layer 26).
  • the barrier layer 32 is disposed between the well layer 30 and the second guide layer 34.
  • the refractive index of the second guide layer 34 is greater than the refractive index of the p-type cladding layer 25.
  • the second guide layer 34 is formed, for example, from AlGaAs having an Al composition of 0.05 or more and 0.15 or less.
  • the tunnel layer 16 is disposed between adjacent first and second light-emitting layers of the plurality of light-emitting layers 15.
  • the tunnel layer 16 includes a p-type tunnel layer 35 and an n-type tunnel layer 36.
  • the p-type tunnel layer 35 is disposed on the second p-type cladding layer 27 of the first light-emitting layer.
  • the p-type tunnel layer 35 is in contact with the second p-type cladding layer 27 of the first light-emitting layer.
  • the p-type tunnel layer 35 contains, for example, carbon (C) as a p-type dopant.
  • the p-type dopant concentration of the p-type tunnel layer 35 is greater than the p-type dopant concentration of the second p-type cladding layer 27 of the first light-emitting layer.
  • the n-type tunnel layer 36 is disposed on the p-type tunnel layer 35.
  • the n-type tunnel layer 36 is in contact with the second n-type cladding layer 23 of the second light-emitting layer.
  • the n-type tunnel layer 36 contains at least one of silicon (Si), tellurium (Te), and selenium (Se) as an n-type dopant.
  • the n-type dopant concentration of the n-type tunnel layer 36 is greater than the n-type dopant concentration of the second n-type cladding layer 23 of the second light-emitting layer.
  • the p-type contact layer 17 is disposed on the second p-type cladding layer 27.
  • the p-type contact layer 17 is disposed on the second p-type cladding layer 27 of the light-emitting layer 15 that is closest to the second electrode 19 among the plurality of light-emitting layers 15.
  • the p-type contact layer 17 is, for example, a p-type GaAs layer.
  • the p-type contact layer 17 contains, for example, carbon (C) as a p-type dopant.
  • the p-type dopant concentration of the p-type contact layer 17 is greater than the p-type dopant concentration of the first p-type cladding layer 26 and greater than the p-type dopant concentration of the second p-type cladding layer 27.
  • the insulating layer 18 covers the side surfaces of the mesa structure of the light-emitting layer 15.
  • the insulating layer 18 may also cover a portion of the first major surface 11 of the substrate 10.
  • the insulating layer 18 is formed of, for example, silicon nitride.
  • the first electrode 13 is formed on the second major surface 12 of the substrate 10.
  • the first electrode 13 is, for example, a Ti (titanium)/Au (gold) laminate.
  • the second electrode 19 is formed on the p-type contact layer 17.
  • the second electrode 19 is, for example, an AuGeNi/Au laminate.
  • the optical output of the semiconductor laser element 1 is, for example, 10 W or more.
  • the laser light output of the semiconductor laser element 1 may be 20 W or more, 50 W or more, 100 W or more, 150 W or more, or 200 W or more.
  • the semiconductor laser element 1 is used, for example, as a light source for LiDAR (Light Detection and Ranging, or Laser Imaging Detection and Ranging), an example of a distance measurement device. Because the optical output of the semiconductor laser element 1 is high, the distance measurement accuracy of the LiDAR is improved.
  • LiDAR Light Detection and Ranging, or Laser Imaging Detection and Ranging
  • the light-emitting layer 15, the tunnel layer 16, and the p-type contact layer 17 are formed on the first major surface 11 of the substrate 10 (Step S1).
  • the light-emitting layer 15 and the tunnel layer 16 are formed, for example, by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metalorganic chemical vapor deposition
  • the semiconductor stack including the light-emitting layer 15, the tunnel layer 16, and the p-type contact layer 17 is etched to form a mesa structure (Step S2).
  • An insulating layer 18 is formed on the side surface of the mesa structure (Step S3).
  • the insulating layer 18 is formed, for example, by plasma CVD.
  • the first electrode 13 is formed on the second major surface 12 of the substrate 10, and the second electrode 19 is formed on the p-type contact layer 17 (Step S4).
  • the first electrode 13 and the second electrode 19 are formed, for example, by vapor deposition. In this manner, the semiconductor laser device 1 is obtained.
  • a higher voltage is applied to the second electrode 19 than to the first electrode 13, applying a forward voltage to the semiconductor laser device 1.
  • a forward current flows through the semiconductor laser device 1. Holes are injected from the second electrode 19 into the light-emitting layer 15. Electrons are injected from the first electrode 13 into the light-emitting layer 15. Electrons and holes combine in the active layer 20 (more specifically, the well layer 30), causing the light-emitting layer 15 to emit light. In this way, the semiconductor laser device 1 emits laser light.
  • the operation of the semiconductor laser device 1 of this embodiment will be explained in comparison with the semiconductor laser device of the first comparative example and the semiconductor laser device of the second comparative example.
  • the semiconductor laser device of the first comparative example is configured similarly to the semiconductor laser device 1 of this embodiment, but differs from the semiconductor laser device 1 of this embodiment in that the n-type cladding layer 21 is composed only of the second n-type cladding layer 23, and the p-type cladding layer 25 is composed only of the second p-type cladding layer 27.
  • the semiconductor laser device of the second comparative example is configured similarly to the semiconductor laser device 1 of this embodiment, but differs from the semiconductor laser device 1 of this embodiment in that the n-type cladding layer 21 is composed only of the first n-type cladding layer 22, and the p-type cladding layer 25 is composed only of the first p-type cladding layer 26.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the semiconductor material and that of the substrate 10 increases.
  • the n-type cladding layer 21 is formed only from the second n-type cladding layer 23, which has a higher Al composition, so there is a large difference between the thermal expansion coefficient of the light-emitting layer 15 and that of the substrate 10.
  • Heat applied to the substrate 10 and light-emitting layer 15 during the manufacturing process of the semiconductor laser device 1 causes the substrate 10 to warp significantly. Stress caused by the warping of the substrate 10 is applied to the light-emitting layer 15.
  • the semiconductor laser element of the first comparative example is prone to cracking and failure.
  • the reliability of the semiconductor laser element of the first comparative example is low.
  • due to the warping of the substrate 10 it becomes difficult to grip the laminate of the light-emitting layer 15 and the substrate 10 with a suction device, making it difficult to transport the substrate 10 on which the light-emitting layer 15 has been formed to the film-forming device for forming the insulating layer 18 and the film-forming device for forming the first electrode 13 and the second electrode 19. This reduces the productivity of the semiconductor laser element of the first comparative example.
  • the n-type cladding layer 21 includes, in addition to the second n-type cladding layer 23, a first n-type cladding layer 22 having an Al composition lower than that of the second n-type cladding layer 23.
  • the p-type cladding layer 25 includes, in addition to the second p-type cladding layer 27, a first p-type cladding layer 26 having an Al composition lower than that of the second p-type cladding layer 27. Therefore, in this embodiment, the difference between the thermal expansion coefficient of the light-emitting layer 15 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10 (e.g., a GaAs substrate) is reduced. Warping of the substrate 10 caused by heat applied to the substrate 10 and light-emitting layer 15 during the manufacturing process of the semiconductor laser device 1 is reduced. The stress applied to the light-emitting layer 15 due to warping of the substrate 10 is reduced.
  • the difference between the refractive index of the active layer 20 and the refractive index of the n-type cladding layer 21 and the difference between the refractive index of the active layer 20 and the refractive index of the p-type cladding layer 25 also decrease.
  • the confinement of carriers (electrons and holes) in the active layer 20 and the confinement of light in the active layer 20 decrease.
  • the optical output of the semiconductor laser element of the second comparative example decreases.
  • the n-type cladding layer 21 includes, in addition to the first n-type cladding layer 22, a second n-type cladding layer 23 having a higher Al composition than the first n-type cladding layer 22.
  • the p-type cladding layer 25 includes, in addition to the first p-type cladding layer 26, a second p-type cladding layer 27 having a higher Al composition than the first p-type cladding layer 26.
  • the difference between the bandgap energy of the active layer 20 and the bandgap energy of the n-type cladding layer 21, and the difference between the bandgap energy of the active layer 20 and the bandgap energy of the p-type cladding layer 25, increase.
  • the difference between the refractive index of the active layer 20 and the refractive index of the n-type cladding layer 21 and the difference between the refractive index of the active layer 20 and the refractive index of the p-type cladding layer 25 increase. Confinement of carriers (electrons and holes) in the active layer 20 and confinement of light in the active layer 20 are improved.
  • the optical output of the semiconductor laser device 1 of this embodiment increases.
  • the semiconductor laser devices 1 of Samples 1 to 9 were fabricated.
  • the substrate 10 was a GaAs substrate.
  • At least one light-emitting layer 15 was a five-layer light-emitting layer.
  • the first n-type cladding layer 22 and the first p-type cladding layer 26 were made of AlGaAs.
  • the first n-type cladding layer 22 had a thickness of 1350 nm, and the first p-type cladding layer 26 had a thickness of 1000 nm.
  • the Al compositions of the first n-type cladding layer 22 and the first p-type cladding layer 26 were as shown in Table 1.
  • the second n-type cladding layer 23 and the second p-type cladding layer 27 were made of AlGaAs.
  • the second n-type cladding layer 23 had a thickness of 860 nm, and the second p-type cladding layer 27 had a thickness of 640 nm.
  • the Al compositions of the second n-type cladding layer 23 and the second p-type cladding layer 27 are as shown in Table 1.
  • the curvatures of the substrates 10 of the semiconductor laser devices 1 of Samples 1 to 9 are as shown in Table 1.
  • the light-emitting efficiencies of the semiconductor laser devices 1 of Samples 1 to 9 when a forward current having a current density of 247 A/ cm2 is passed through the semiconductor laser devices 1 of Samples 1 to 9 are as shown in Table 1.
  • the curvature of the substrate 10 is 0.245 rad/m or less. Therefore, the warpage of the semiconductor laser elements 1 in Samples 1 to 9 is small. Furthermore, the light emission efficiency of the semiconductor laser elements 1 in Samples 1 to 9 is 5.4 W/A or more. Therefore, the light emission efficiency of the semiconductor laser elements 1 in Samples 1 to 9 is high, and the light output of the semiconductor laser elements 1 in Samples 1 to 9 is improved.
  • the semiconductor laser device 1 of this embodiment comprises a substrate 10 and at least one light-emitting layer 15 disposed on the substrate 10.
  • the at least one light-emitting layer 15 includes a first n-type cladding layer 22, a second n-type cladding layer 23, an active layer 20, a first p-type cladding layer 26, and a second p-type cladding layer 27.
  • the active layer 20 is disposed between the first n-type cladding layer 22 and the first p-type cladding layer 26.
  • the first n-type cladding layer 22 is disposed between the active layer 20 and the second n-type cladding layer 23.
  • the first p-type cladding layer 26 is disposed between the active layer 20 and the second p-type cladding layer 27.
  • the aluminum composition of the first n-type cladding layer 22 is smaller than the aluminum composition of the second n-type cladding layer 23.
  • the aluminum composition of the first p-type cladding layer 26 is smaller than the aluminum composition of the second p-type cladding layer 27.
  • At least one light-emitting layer 15 includes a first n-type cladding layer 22 and a first p-type cladding layer 26 with a smaller aluminum composition. This reduces the difference between the thermal expansion coefficient of the at least one light-emitting layer 15 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10. This reduces warping of the semiconductor laser device 1 caused by heat during manufacturing of the semiconductor laser device 1. Furthermore, at least one light-emitting layer 15 includes a second n-type cladding layer 23 and a second p-type cladding layer 27 with a larger aluminum composition. This improves carrier confinement in the active layer 20 and light confinement in the active layer 20. This improves the optical output of the semiconductor laser device 1.
  • the substrate 10 is a GaAs substrate.
  • the first n-type cladding layer 22 is formed of AlGaAs having an aluminum composition of 0.25 or more and 0.32 or less.
  • the second n-type cladding layer 23 is formed of AlGaAs having an aluminum composition of 0.40 or more and 0.50 or less.
  • the first p-type cladding layer 26 is formed of AlGaAs having an aluminum composition of 0.25 or more and 0.32 or less.
  • the second p-type cladding layer 27 is formed of AlGaAs having an aluminum composition of 0.40 or more and 0.50 or less.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of at least one light-emitting layer 15 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10 is reduced. Warping of the semiconductor laser element 1 caused by heat during manufacturing of the semiconductor laser element 1 is reduced. In addition, carrier confinement in the active layer 20 and light confinement in the active layer 20 are improved. The optical output of the semiconductor laser element 1 is improved.
  • the thickness of the second p-type cladding layer 27 is smaller than the thickness of the first p-type cladding layer 26.
  • the thickness of the second n-type cladding layer 23 is smaller than the thickness of the first n-type cladding layer 22.
  • the thickness of the first p-type cladding layer 26 is 700 nm or more and 1000 nm or less.
  • the thickness of the first n-type cladding layer 22 is 930 nm or more and 1340 nm or less.
  • the thickness of the second p-type cladding layer 27 is 480 nm or more and 640 nm or less.
  • the thickness of the second n-type cladding layer 23 is 640 nm or more and 860 nm or less.
  • the thickness of the second p-type cladding layer 27 is 480 nm or more and the thickness of the second n-type cladding layer 23 is 640 nm or more, carrier confinement in the active layer 20 and light confinement in the active layer 20 are improved.
  • the optical output of the semiconductor laser element 1 is improved.
  • the semiconductor laser device 1 of this embodiment further includes a tunnel layer 16.
  • At least one light-emitting layer 15 is a plurality of light-emitting layers 15.
  • the tunnel layer 16 is disposed between adjacent first and second light-emitting layers of the plurality of light-emitting layers 15.
  • the tunnel layer 16 includes a p-type tunnel layer 35 and an n-type tunnel layer 36.
  • the p-type tunnel layer 35 is disposed on the second p-type cladding layer 27 of the first light-emitting layer.
  • the p-type tunnel layer 35 has a higher p-type dopant concentration than the second p-type cladding layer 27 of the first light-emitting layer.
  • the n-type tunnel layer 36 is disposed on the second n-type cladding layer 23 of the second light-emitting layer.
  • the n-type tunnel layer 36 has a higher n-type dopant concentration than the second n-type cladding layer 23 of the second light-emitting layer.
  • the tunnel layer 16 promotes the movement of carriers (electrons and holes) between the multiple light-emitting layers 15. This allows the number of light-emitting layers 15 included in the semiconductor laser device 1 to be increased, thereby improving the optical output of the semiconductor laser device 1.
  • At least one light-emitting layer 15 is four or more light-emitting layers 15.
  • the number of light-emitting layers 15 included in the semiconductor laser element 1 can be increased, improving the optical output of the semiconductor laser element 1.
  • the wavelength of the light emitted from the active layer 20 is not less than 800 nm and not more than 990 nm.
  • a semiconductor material can be used for the well layer 30 that reduces the difference between the thermal expansion coefficient of the well layer 30 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of at least one light-emitting layer 15 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10 is reduced. Warping of the semiconductor laser element 1 caused by heat during the manufacturing of the semiconductor laser element 1 is reduced.
  • the active layer 20 includes barrier layers 31 and 32 and a well layer 30.
  • the well layer 30 is formed of InGaAs having an indium composition of 0 or more and 0.15 or less.
  • the difference between the thermal expansion coefficient of the well layer 30 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10 is reduced, and the difference between the thermal expansion coefficient of at least one light-emitting layer 15 and the thermal expansion coefficient of the substrate 10 is reduced. Warping of the semiconductor laser element 1 caused by heat during the manufacturing of the semiconductor laser element 1 is reduced.
  • the laser light output of the semiconductor laser element 1 is 10 W or more.
  • the substrate is a GaAs substrate
  • the first n-type cladding layer is formed of AlGaAs having an aluminum composition of 0.25 or more and 0.32 or less
  • the second n-type cladding layer is formed of AlGaAs having the aluminum composition of 0.40 or more and 0.50 or less
  • the first p-type cladding layer is made of AlGaAs having an aluminum composition of 0.25 or more and 0.32 or less
  • the thickness of the second p-type cladding layer is smaller than the thickness of the first p-type cladding layer; 3.
  • the thickness of the first p-type cladding layer is 700 nm or more and 1000 nm or less; the thickness of the first n-type cladding layer is 930 nm or more and 1340 nm or less; the thickness of the second p-type cladding layer is 480 nm or more and 640 nm or less; 4.
  • the second n-type cladding layer has a thickness of 640 nm or more and 860 nm or less.
  • (Appendix 5) Further comprising a tunnel layer; the at least one light-emitting layer is a plurality of light-emitting layers, the tunnel layer is disposed between a first light-emitting layer and a second light-emitting layer that are adjacent to each other among the plurality of light-emitting layers, the tunnel layer includes a p-type tunnel layer and an n-type tunnel layer; the p-type tunnel layer is disposed on the second p-type cladding layer of the first light emitting layer; a p-type dopant concentration of the p-type tunnel layer is higher than a p-type dopant concentration of the second p-type clad layer of the first light emitting layer; the n-type tunnel layer is disposed on the second n-type cladding layer of the second light emitting layer; 5.
  • the semiconductor laser device wherein the n-type tunnel layer has a higher n-type dopant concentration than the second n-type cladding layer of the second light-emitting layer.
  • Appendix 6 6.
  • Appendix 7 7.
  • the semiconductor laser device according to claim 1, wherein the wavelength of light emitted from the active layer is 800 nm or more and 990 nm or less.
  • the active layer includes a barrier layer and a well layer, 8.
  • Appendix 9) 9.
  • the semiconductor laser device is 10 W or more.

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Abstract

半導体レーザ素子は、基板と、少なくとも一つの発光層とを備える。少なくとも一つの発光層は、第１のｎ型クラッド層と、第２のｎ型クラッド層と、活性層と、第１のｐ型クラッド層と、第２のｐ型クラッド層とを含む。第１のｎ型クラッド層のアルミニウム組成は、第２のｎ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい。第１のｐ型クラッド層のアルミニウム組成は、第２のｐ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい。

Description

半導体レーザ素子
　本開示は、半導体レーザ素子に関する。
　特開２０２２－６０６３０号公報（特許文献１）は、半導体基板と、発光部と、第１電極と、第２電極とを備える半導体レーザ素子を開示している。
特開２０２２－６０６３０号公報
［概要］
　本開示の目的は、反りが低減されているとともに光出力が向上する半導体レーザ素子を提供することである。
　本開示の半導体レーザ素子は、基板と、基板上に配置されている少なくとも一つの発光層とを備える。少なくとも一つの発光層は、第１のｎ型クラッド層と、第２のｎ型クラッド層と、活性層と、第１のｐ型クラッド層と、第２のｐ型クラッド層とを含む。活性層は、第１のｎ型クラッド層と第１のｐ型クラッド層との間に配置されている。第１のｎ型クラッド層は、活性層と第２のｎ型クラッド層との間に配置されている。第１のｐ型クラッド層は、活性層と第２のｐ型クラッド層との間に配置されている。第１のｎ型クラッド層のアルミニウム組成は、第２のｎ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい。第１のｐ型クラッド層のアルミニウム組成は、第２のｐ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい。
図１は、実施の形態の半導体レーザ素子の概略断面図である。 図２は、実施の形態の半導体レーザ素子の発光層の概略部分拡大断面図である。 図３は、実施の形態の半導体レーザ素子の活性層の概略部分拡大断面図である。 図４は、実施の形態の半導体レーザ素子のトンネル層の概略部分拡大断面図である。 図５は、実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法の一例のフローチャートを示す図である。
［詳細な説明］
　図面に基づいて本開示の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
　図１から図４を参照して、実施の形態の半導体レーザ素子１を説明する。半導体レーザ素子１は、基板１０と、少なくとも一つの発光層１５と、トンネル層１６と、ｐ型コンタクト層１７と、第１電極１３と、第２電極１９と、絶縁層１８とを備える。
　図１を参照して、基板１０は、例えば、ＧａＡｓ基板などのような半導体基板である。本実施の形態では、基板１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板である。基板１０は、ｎ型ドーパントとして、例えば、シリコン（Ｓｉ）、テルル（Ｔｅ）またはセレン（Ｓｅ）の少なくとも一つを含む。基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１とは反対側の第２主面１２とを有する。
　図１から図４を参照して、少なくとも一つの発光層１５は、基板１０の第１主面１１上に配置されている。少なくとも一つの発光層１５は、複数の発光層１５であってもよく、複数の発光層１５は、基板１０の第１主面１１上に積層されていてもよい。少なくとも一つの発光層１５は、４層以上の発光層１５であってもよい。基板１０上に積層された複数の発光層１５は、メサ構造を有してもよい。
　図２を参照して、少なくとも一つの発光層１５は、ｎ型クラッド層２１と、活性層２０と、ｐ型クラッド層２５とを含む。ｎ型クラッド層２１は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓで形成されている。ｎ型クラッド層２１は、ｎ型ドーパントとして、例えば、シリコン（Ｓｉ）、テルル（Ｔｅ）またはセレン（Ｓｅ）の少なくとも一つを含む。ｐ型クラッド層２５は、例えば、ｎ型のＡｌＧａＡｓで形成されている。ｐ型クラッド層２５は、ｐ型ドーパントとして、例えば、炭素（Ｃ）を含む。ｎ型クラッド層２１は、第１のｎ型クラッド層２２と、第２のｎ型クラッド層２３とを含む。ｐ型クラッド層２５は、第１のｐ型クラッド層２６と、第２のｐ型クラッド層２７とを含む。
　図２を参照して、第１のｎ型クラッド層２２は、ｎ型クラッド層２１のうち活性層２０に近い部分である。第２のｎ型クラッド層２３は、ｎ型クラッド層２１のうち活性層２０から遠い部分である。第１のｎ型クラッド層２２は、活性層２０と第２のｎ型クラッド層２３との間に配置されている。
　第１のｎ型クラッド層２２のアルミニウム組成（Ａｌ組成）は、第２のｎ型クラッド層２３のＡｌ組成よりも小さい。第１のｎ型クラッド層２２は、例えば、０．２５以上０．３２以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。第２のｎ型クラッド層２３は、例えば、０．４０以上０．５０以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。本明細書において、Ａｌ組成ｘを有するＡｌＧａＡｓは、ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓである。
　第２のｎ型クラッド層２３の厚さは、第１のｎ型クラッド層２２の厚さよりも小さい。第１のｎ型クラッド層２２の厚さは、例えば、９３０ｎｍ以上１３４０ｎｍ以下である。第２のｎ型クラッド層２３の厚さは、例えば、６４０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である。
　図２を参照して、第１のｐ型クラッド層２６は、ｐ型クラッド層２５のうち活性層２０に近い部分である。第２のｐ型クラッド層２７は、ｐ型クラッド層２５のうち活性層２０から遠い部分である。第１のｐ型クラッド層２６は、活性層２０と第２のｐ型クラッド層２７との間に配置されている。
　第１のｐ型クラッド層２６のＡｌ組成は、第２のｐ型クラッド層２７のＡｌ組成よりも小さい。第１のｐ型クラッド層２６は、例えば、０．２５以上０．３２以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。第２のｐ型クラッド層２７は、例えば、０．４０以上０．５０以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。
　第２のｐ型クラッド層２７の厚さは、第１のｐ型クラッド層２６の厚さよりも小さい。第１のｐ型クラッド層２６の厚さは、例えば、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第２のｐ型クラッド層２７の厚さは、例えば、４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下である。
　図２及び図３を参照して、活性層２０は、ｎ型クラッド層２１とｐ型クラッド層２５との間に配置されており、ｎ型クラッド層２１とｐ型クラッド層２５とに接触している。より具体的には、活性層２０は、第１のｎ型クラッド層２２と第１のｐ型クラッド層２６との間に配置されており、第１のｎ型クラッド層２２と第１のｐ型クラッド層２６とに接触している。活性層２０から放射される光の波長は、例えば、８００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下である。活性層２０から放射される光の波長は、例えば、８５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であってもよい。活性層２０は、井戸層３０と、バリア層３１，３２とを含む。活性層２０は、第１ガイド層３３と、第２ガイド層３４とをさらに含んでもよい。
　井戸層３０は、バリア層３１とバリア層３２との間に配置されている。井戸層３０のバンドギャップエネルギーは、バリア層３１，３２のバンドギャップエネルギーよりも小さい。井戸層３０は、例えば、０以上０．１５以下のインジウム組成を有するＩｎＧａＡｓである。本明細書において、インジウム組成ｙを有するＩｎＧａＡｓは、ＩｎｙＧａ１－ｙＡｓである。バリア層３１，３２は、例えば、０．０５以上０．１５以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。
　第１ガイド層３３は、活性層２０のうちｎ型クラッド層２１（より具体的には、第１のｎ型クラッド層２２）に近い部分であり、ｎ型クラッド層２１（より具体的には、第１のｎ型クラッド層２２）に接触する。バリア層３１は、井戸層３０と第１ガイド層３３との間に配置されている。活性層２０から放射される光の波長において、第１ガイド層３３の屈折率は、ｎ型クラッド層２１の屈折率よりも大きい。第１ガイド層３３は、例えば、０．０５以上０．１５以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。
　第２ガイド層３４は、活性層２０のうちｐ型クラッド層２５（より具体的には、第１のｐ型クラッド層２６）に近い部分であり、ｐ型クラッド層２５（より具体的には、第１のｐ型クラッド層２６）に接触する。バリア層３２は、井戸層３０と第２ガイド層３４との間に配置されている。活性層２０から放射される光の波長において、第２ガイド層３４の屈折率は、ｐ型クラッド層２５の屈折率よりも大きい。第２ガイド層３４は、例えば、０．０５以上０．１５以下のＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。
　図１及び図４を参照して、トンネル層１６は、複数の発光層１５のうち互いに隣り合う第１発光層と第２発光層との間に配置されている。トンネル層１６は、ｐ型トンネル層３５と、ｎ型トンネル層３６とを含む。
　ｐ型トンネル層３５は、第１発光層の第２のｐ型クラッド層２７上に配置されている。ｐ型トンネル層３５は、第１発光層の第２のｐ型クラッド層２７に接触している。ｐ型トンネル層３５は、ｐ型ドーパントとして、例えば、炭素（Ｃ）を含む。ｐ型トンネル層３５のｐ型ドーパント濃度は、第１発光層の第２のｐ型クラッド層２７のｐ型ドーパント濃度よりも大きい。
　ｎ型トンネル層３６は、ｐ型トンネル層３５上に配置されている。ｎ型トンネル層３６は、第２発光層の第２のｎ型クラッド層２３に接触している。ｎ型トンネル層３６は、ｎ型ドーパントとして、例えば、シリコン（Ｓｉ）、テルル（Ｔｅ）またはセレン（Ｓｅ）の少なくとも一つを含む。ｎ型トンネル層３６のｎ型ドーパント濃度は、第２発光層の第２のｎ型クラッド層２３のｎ型ドーパント濃度よりも大きい。
　図１を参照して、ｐ型コンタクト層１７は、第２のｐ型クラッド層２７上に配置されている。少なくとも一つの発光層１５が複数の発光層１５である場合、ｐ型コンタクト層１７は、複数の発光層１５のうち第２電極１９に最も近い発光層１５の第２のｐ型クラッド層２７上に配置されている。ｐ型コンタクト層１７は、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層である。ｐ型コンタクト層１７は、ｐ型ドーパントとして、例えば、炭素（Ｃ）を含む。ｐ型コンタクト層１７のｐ型ドーパンド濃度は、第１のｐ型クラッド層２６のｐ型ドーパント濃度よりも大きく、かつ、第２のｐ型クラッド層２７のｐ型ドーパント濃度よりも大きい。
　図１を参照して、絶縁層１８は、発光層１５のメサ構造の側面を覆っている。絶縁層１８は、基板１０の第１主面１１の一部をさらに覆ってもよい。絶縁層１８は、例えば、窒化シリコンで形成されている。
　図１を参照して、第１電極１３は、基板１０の第２主面１２上に形成されている。第１電極１３は、例えば、Ｔｉ（チタン）／Ａｕ（金）の積層体である。第２電極１９は、ｐ型コンタクト層１７上に形成されている。第２電極１９は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕの積層体である。
　半導体レーザ素子１の光出力は、例えば、１０Ｗ以上である。半導体レーザ素子１のレーザ光の出力は、２０Ｗ以上であってもよく、５０Ｗ以上であってもよく、１００Ｗ以上であってもよく、１５０Ｗ以上であってもよく、２００Ｗ以上であってもよい。半導体レーザ素子１は、例えば、距離測定装置の一例であるＬｉＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、または、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）の光源として用いられる。半導体レーザ素子１の光出力は大きいため、ＬｉＤＡＲの距離測定精度が向上する。
　図５を参照して、本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法の一例を説明する。
　基板１０の第１主面１１上に、発光層１５とトンネル層１６とｐ型コンタクト層１７とを形成する（ステップＳ１）。発光層１５及びトンネル層１６は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって形成される。それから、発光層１５、トンネル層１６及びｐ型コンタクト層１７を含む半導体積層体をエッチングして、メサ構造を形成する（ステップＳ２）。メサ構造の側面に絶縁層１８を形成する（ステップＳ３）。絶縁層１８は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成される。基板１０の第２主面１２上に第１電極１３を形成するとともに、ｐ型コンタクト層１７上に第２電極１９を形成する（ステップＳ４）。第１電極１３及び第２電極１９は、例えば、蒸着によって形成される。こうして、半導体レーザ素子１が得られる。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１の動作を説明する。第２電極１９に第１電極１３よりも高い電圧を印加して、半導体レーザ素子１に順方向電圧を印加する。半導体レーザ素子１に、順方向電流が流れる。正孔は、第２電極１９から発光層１５に注入される。電子は、第１電極１３から発光層１５に注入される。活性層２０（より具体的には、井戸層３０）において電子と正孔とが結合して、発光層１５は光を放射する。こうして、半導体レーザ素子１は、レーザ光を放射する。
　第１比較例の半導体レーザ素子及び第２比較例の半導体レーザ素子と対比しながら、本実施の形態の半導体レーザ素子１の作用を説明する。第１比較例の半導体レーザ素子は、本実施の形態の半導体レーザ素子１と同様に構成されているが、ｎ型クラッド層２１が第２のｎ型クラッド層２３のみで構成されており、かつ、ｐ型クラッド層２５が第２のｐ型クラッド層２７のみで構成されている点で、本実施の形態の半導体レーザ素子１と異なっている。第２比較例の半導体レーザ素子は、本実施の形態の半導体レーザ素子１と同様に構成されているが、ｎ型クラッド層２１が第１のｎ型クラッド層２２のみで構成されており、かつ、ｐ型クラッド層２５が第１のｐ型クラッド層２６のみで構成されている点で、本実施の形態の半導体レーザ素子１と異なっている。
　ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料のＡｌ組成が増加すると、半導体材料の熱膨張係数と基板１０（例えば、ＧａＡｓ基板）の熱膨張係数との間の差が増加する。第１比較例では、ｎ型クラッド層２１がより高いＡｌ組成を有する第２のｎ型クラッド層２３のみで形成されているため、発光層１５の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が大きい。半導体レーザ素子１の製造工程において基板１０及び発光層１５に印加される熱によって、基板１０が大きく反る。基板１０の反りに起因する応力が発光層１５に印加される。
　そのため、第１比較例の半導体レーザ素子は、割れやすく、かつ、故障しやすい。第１比較例の半導体レーザ素子の信頼性は低い。また、基板１０の反りのために、発光層１５と基板１０との積層体を、吸着装置で把持することが困難になって、発光層１５が形成された基板１０を、絶縁層１８を形成するための成膜装置並びに第１電極１３及び第２電極１９を形成するための成膜装置へ搬送することが困難になる。第１比較例の半導体レーザ素子の生産性が低下する。
　これに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子１では、ｎ型クラッド層２１は、第２のｎ型クラッド層２３に加えて、第２のｎ型クラッド層２３よりも低いＡｌ組成を有する第１のｎ型クラッド層２２を含む。ｐ型クラッド層２５は、第２のｐ型クラッド層２７に加えて、第２のｐ型クラッド層２７よりも低いＡｌ組成を有する第１のｐ型クラッド層２６を含む。そのため、本実施の形態では、発光層１５の熱膨張係数と基板１０（例えば、ＧａＡｓ基板）の熱膨張係数との間の差が減少する。半導体レーザ素子１の製造工程において基板１０及び発光層１５に印加される熱に起因する基板１０の反りが減少する。基板１０の反りに起因して発光層１５に印加される応力が減少する。
　そのため、本実施の形態の半導体レーザ素子１は、割れにくく、かつ、故障しいくい。本実施の形態の半導体レーザ素子１の信頼性は向上する。また、発光層１５と基板１０との積層体の搬送が容易になり、半導体レーザ素子１の生産性が向上する。
　ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料のＡｌ組成が減少すると、半導体材料のバンドギャップエネルギーが減少するとともに、半導体材料の屈折率が増加する。そのため、第２比較例では、活性層２０のバンドギャップエネルギーとｎ型クラッド層２１のバンドギャップエネルギーとの間の差、及び、活性層２０のバンドギャップエネルギーとｐ型クラッド層２５のバンドギャップエネルギーとの間の差が減少する。活性層２０の屈折率とｎ型クラッド層２１の屈折率との間の差と、活性層２０の屈折率とｐ型クラッド層２５の屈折率との間の差とは、減少する。活性層２０へのキャリア（電子及び正孔）の閉じ込め及び活性層２０への光の閉じ込めが低下する。第２比較例の半導体レーザ素子の光出力は低下する。
　これに対し、本実施の形態の半導体レーザ素子１では、ｎ型クラッド層２１は、第１のｎ型クラッド層２２に加えて、第１のｎ型クラッド層２２よりも高いＡｌ組成を有する第２のｎ型クラッド層２３を含む。ｐ型クラッド層２５は、第１のｐ型クラッド層２６に加えて、第１のｐ型クラッド層２６よりも高いＡｌ組成を有する第２のｐ型クラッド層２７を含む。そのため、本実施の形態の半導体レーザ素子１では、活性層２０のバンドギャップエネルギーとｎ型クラッド層２１のバンドギャップエネルギーとの間の差、及び、活性層２０のバンドギャップエネルギーとｐ型クラッド層２５のバンドギャップエネルギーとの間の差が増加する。活性層２０の屈折率とｎ型クラッド層２１の屈折率との間の差と、活性層２０の屈折率とｐ型クラッド層２５の屈折率との間の差とは、増加する。活性層２０へのキャリア（電子及び正孔）の閉じ込め及び活性層２０への光の閉じ込めが向上する。本実施の形態の半導体レーザ素子１の光出力は増加する。
　（実施例）
　サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１を作製した。サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１では、基板１０はＧａＡｓ基板である。少なくとも一つの発光層１５は、５層の発光層である。第１のｎ型クラッド層２２及び第１のｐ型クラッド層２６は、ＡｌＧａＡｓで形成されている。第１のｎ型クラッド層２２の厚さは１３５０ｎｍであり、第１のｐ型クラッド層２６の厚さは１０００ｎｍである。第１のｎ型クラッド層２２及び第１のｐ型クラッド層２６のＡｌ組成は、表１に示されるとおりである。第２のｎ型クラッド層２３及び第２のｐ型クラッド層２７は、ＡｌＧａＡｓで形成されている。第２のｎ型クラッド層２３の厚さは８６０ｎｍであり、第２のｐ型クラッド層２７の厚さは６４０ｎｍである。第２のｎ型クラッド層２３及び第２のｐ型クラッド層２７のＡｌ組成は、表１に示されるとおりである。サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の基板１０の曲率は、表１に示されるとおりである。サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１に２４７Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する順方向電流を流したときのサンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の発光効率は、表１に示されるとおりである。
　サンプル１からサンプル９では、基板１０の曲率は、０．２４５ｒａｄ／ｍ以下である。そのため、サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の反りは小さい。また、サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の発光効率は、５．４Ｗ／Ａ以上である。そのため、サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の発光効率は大きく、サンプル１からサンプル９の半導体レーザ素子１の光出力は向上している。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１の効果を説明する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１は、基板１０と、基板１０上に配置されている少なくとも一つの発光層１５とを備える。少なくとも一つの発光層１５は、第１のｎ型クラッド層２２と、第２のｎ型クラッド層２３と、活性層２０と、第１のｐ型クラッド層２６と、第２のｐ型クラッド層２７とを含む。活性層２０は、第１のｎ型クラッド層２２と第１のｐ型クラッド層２６との間に配置されている。第１のｎ型クラッド層２２は、活性層２０と第２のｎ型クラッド層２３との間に配置されている。第１のｐ型クラッド層２６は、活性層２０と第２のｐ型クラッド層２７との間に配置されている。第１のｎ型クラッド層２２のアルミニウム組成は、第２のｎ型クラッド層２３のアルミニウム組成よりも小さい。第１のｐ型クラッド層２６のアルミニウム組成は、第２のｐ型クラッド層２７のアルミニウム組成よりも小さい。
　少なくとも一つの発光層１５は、より小さなアルミニウム組成を有する第１のｎ型クラッド層２２及び第１のｐ型クラッド層２６を含む。そのため、少なくとも一つの発光層１５の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少する。半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。また、少なくとも一つの発光層１５は、より大きなアルミニウム組成を有する第２のｎ型クラッド層２３及び第２のｐ型クラッド層２７を含む。そのため、活性層２０へのキャリアの閉じ込め及び活性層２０への光の閉じ込めが向上する。半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、基板１０は、ＧａＡｓ基板である。第１のｎ型クラッド層２２は、０．２５以上０．３２以下のアルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。第２のｎ型クラッド層２３は、０．４０以上０．５０以下のアルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。第１のｐ型クラッド層２６は、０．２５以上０．３２以下のアルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。第２のｐ型クラッド層２７は、０．４０以上０．５０以下のアルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている。
　そのため、少なくとも一つの発光層１５の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少する。半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。また、活性層２０へのキャリアの閉じ込め及び活性層２０への光の閉じ込めが向上する。半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、第２のｐ型クラッド層２７の厚さは、第１のｐ型クラッド層２６の厚さよりも小さい。第２のｎ型クラッド層２３の厚さは、第１のｎ型クラッド層２２の厚さよりも小さい。
　そのため、半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、第１のｐ型クラッド層２６の厚さは、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第１のｎ型クラッド層２２の厚さは、９３０ｎｍ以上１３４０ｎｍ以下である。第２のｐ型クラッド層２７の厚さは、４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下である。第２のｎ型クラッド層２３の厚さは、６４０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である。
　そのため、半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。また、第２のｐ型クラッド層２７の厚さは４８０ｎｍ以上であり、かつ、第２のｎ型クラッド層２３の厚さは６４０ｎｍ以上であるため、活性層２０へのキャリアの閉じ込め及び活性層２０への光の閉じ込めが向上する。半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１は、トンネル層１６をさらに備える。少なくとも一つの発光層１５は、複数の発光層１５である。トンネル層１６は、複数の発光層１５のうち互いに隣り合う第１発光層と第２発光層との間に配置されている。トンネル層１６は、ｐ型トンネル層３５と、ｎ型トンネル層３６とを含む。ｐ型トンネル層３５は第１発光層の第２のｐ型クラッド層２７上に配置されている。ｐ型トンネル層３５のｐ型ドーパント濃度は第１発光層の第２のｐ型クラッド層２７のｐ型ドーパント濃度よりも大きい。ｎ型トンネル層３６は第２発光層の第２のｎ型クラッド層２３上に配置されている。ｎ型トンネル層３６のｎ型ドーパント濃度は第２発光層の第２のｎ型クラッド層２３のｎ型ドーパント濃度よりも大きい。
　トンネル層１６は、複数の発光層１５間のキャリア（電子及び正孔）の移動を促進する。そのため、半導体レーザ素子１に含まれる発光層１５の層数を増加させることができる。半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、少なくとも一つの発光層１５は、４層以上の発光層１５である。
　そのため、半導体レーザ素子１に含まれる発光層１５の層数を増加させることができる。半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、活性層２０から放射される光の波長は、８００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下である。
　そのため、井戸層３０の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少するような半導体材料を井戸層３０に用いることができる。少なくとも一つの発光層１５の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少する。半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、活性層２０は、バリア層３１，３２と、井戸層３０とを含む。井戸層３０は、０以上０．１５以下のインジウム組成を有するＩｎＧａＡｓで形成されている。
　そのため、井戸層３０の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少して、少なくとも一つの発光層１５の熱膨張係数と基板１０の熱膨張係数との間の差が減少する。半導体レーザ素子１の製造時の熱に起因する半導体レーザ素子１の反りが低減される。
　本実施の形態の半導体レーザ素子１では、半導体レーザ素子１のレーザ光の出力は、１０Ｗ以上である。
　そのため、半導体レーザ素子１の光出力は向上する。
　以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
　基板と、
　前記基板上に配置されている少なくとも一つの発光層とを備え、
　前記少なくとも一つの発光層は、第１のｎ型クラッド層と、第２のｎ型クラッド層と、活性層と、第１のｐ型クラッド層と、第２のｐ型クラッド層とを含み、
　前記活性層は、前記第１のｎ型クラッド層と前記第１のｐ型クラッド層との間に配置されており、前記第１のｎ型クラッド層は、前記活性層と前記第２のｎ型クラッド層との間に配置されており、前記第１のｐ型クラッド層は、前記活性層と前記第２のｐ型クラッド層との間に配置されており、
　前記第１のｎ型クラッド層のアルミニウム組成は、前記第２のｎ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さく、
　前記第１のｐ型クラッド層のアルミニウム組成は、前記第２のｐ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい、半導体レーザ素子。
（付記２）
　前記基板は、ＧａＡｓ基板であり、
　前記第１のｎ型クラッド層は、０．２５以上０．３２以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
　前記第２のｎ型クラッド層は、０．４０以上０．５０以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
　前記第１のｐ型クラッド層は、０．２５以上０．３２以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
　前記第２のｐ型クラッド層は、０．４０以上０．５０以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている、付記１に記載の半導体レーザ素子。
（付記３）
　前記第２のｐ型クラッド層の厚さは、前記第１のｐ型クラッド層の厚さよりも小さく、
　前記第２のｎ型クラッド層の厚さは、前記第１のｎ型クラッド層の厚さよりも小さい、付記１または付記２に記載の半導体レーザ素子。
（付記４）
　前記第１のｐ型クラッド層の厚さは、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
　前記第１のｎ型クラッド層の厚さは、９３０ｎｍ以上１３４０ｎｍ以下であり、
　前記第２のｐ型クラッド層の厚さは、４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下であり、
　前記第２のｎ型クラッド層の厚さは、６４０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である、付記３に記載の半導体レーザ素子。
（付記５）
　トンネル層をさらに備え、
　前記少なくとも一つの発光層は、複数の発光層であり、
　前記トンネル層は、前記複数の発光層のうち互いに隣り合う第１発光層と第２発光層との間に配置されており、
　前記トンネル層は、ｐ型トンネル層と、ｎ型トンネル層とを含み、
　前記ｐ型トンネル層は前記第１発光層の前記第２のｐ型クラッド層上に配置されており、
　前記ｐ型トンネル層のｐ型ドーパント濃度は前記第１発光層の前記第２のｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度よりも大きく、
　前記ｎ型トンネル層は前記第２発光層の前記第２のｎ型クラッド層上に配置されており、
　前記ｎ型トンネル層のｎ型ドーパント濃度は前記第２発光層の前記第２のｎ型クラッド層のｎ型ドーパント濃度よりも大きい、付記１から付記４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
（付記６）
　前記少なくとも一つの発光層は、４層以上の発光層である、付記１から付記５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
（付記７）
　前記活性層から放射される光の波長は、８００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下である、付記１から付記６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
（付記８）
　前記活性層は、バリア層と、井戸層とを含み、
　前記井戸層は、０以上０．１５以下のインジウム組成を有するＩｎＧａＡｓで形成されている、付記１から付記７のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
（付記９）
　レーザ光の出力は、１０Ｗ以上である、付記１から付記８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
　１　半導体レーザ素子、１０　基板、１１　第１主面、１２　第２主面、１３　第１電極、１５　発光層、１６　トンネル層、１７　ｐ型コンタクト層、１８　絶縁層、１９　第２電極、２０　活性層、２１　ｎ型クラッド層、２２　第１のｎ型クラッド層、２３　第２のｎ型クラッド層、２５　ｐ型クラッド層、２６　第１のｐ型クラッド層、２７　第２のｐ型クラッド層、３０　井戸層、３１，３２　バリア層、３３　第１ガイド層、３４　第２ガイド層、３５　ｐ型トンネル層、３６　ｎ型トンネル層。

Claims (9)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に配置されている少なくとも一つの発光層とを備え、
    　前記少なくとも一つの発光層は、第１のｎ型クラッド層と、第２のｎ型クラッド層と、活性層と、第１のｐ型クラッド層と、第２のｐ型クラッド層とを含み、
    　前記活性層は、前記第１のｎ型クラッド層と前記第１のｐ型クラッド層との間に配置されており、前記第１のｎ型クラッド層は、前記活性層と前記第２のｎ型クラッド層との間に配置されており、前記第１のｐ型クラッド層は、前記活性層と前記第２のｐ型クラッド層との間に配置されており、
    　前記第１のｎ型クラッド層のアルミニウム組成は、前記第２のｎ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さく、
    　前記第１のｐ型クラッド層のアルミニウム組成は、前記第２のｐ型クラッド層のアルミニウム組成よりも小さい、半導体レーザ素子。
  2. 　前記基板は、ＧａＡｓ基板であり、
    　前記第１のｎ型クラッド層は、０．２５以上０．３２以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
    　前記第２のｎ型クラッド層は、０．４０以上０．５０以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
    　前記第１のｐ型クラッド層は、０．２５以上０．３２以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されており、
    　前記第２のｐ型クラッド層は、０．４０以上０．５０以下の前記アルミニウム組成を有するＡｌＧａＡｓで形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
  3. 　前記第２のｐ型クラッド層の厚さは、前記第１のｐ型クラッド層の厚さよりも小さく、
    　前記第２のｎ型クラッド層の厚さは、前記第１のｎ型クラッド層の厚さよりも小さい、請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ素子。
  4. 　前記第１のｐ型クラッド層の厚さは、７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
    　前記第１のｎ型クラッド層の厚さは、９３０ｎｍ以上１３４０ｎｍ以下であり、
    　前記第２のｐ型クラッド層の厚さは、４８０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下であり、
    　前記第２のｎ型クラッド層の厚さは、６４０ｎｍ以上８６０ｎｍ以下である、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
  5. 　トンネル層をさらに備え、
    　前記少なくとも一つの発光層は、複数の発光層であり、
    　前記トンネル層は、前記複数の発光層のうち互いに隣り合う第１発光層と第２発光層との間に配置されており、
    　前記トンネル層は、ｐ型トンネル層と、ｎ型トンネル層とを含み、
    　前記ｐ型トンネル層は前記第１発光層の前記第２のｐ型クラッド層上に配置されており、
    　前記ｐ型トンネル層のｐ型ドーパント濃度は前記第１発光層の前記第２のｐ型クラッド層のｐ型ドーパント濃度よりも大きく、
    　前記ｎ型トンネル層は前記第２発光層の前記第２のｎ型クラッド層上に配置されており、
    　前記ｎ型トンネル層のｎ型ドーパント濃度は前記第２発光層の前記第２のｎ型クラッド層のｎ型ドーパント濃度よりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  6. 　前記少なくとも一つの発光層は、４層以上の発光層である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 　前記活性層から放射される光の波長は、８００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 　前記活性層は、バリア層と、井戸層とを含み、
    　前記井戸層は、０以上０．１５以下のインジウム組成を有するＩｎＧａＡｓで形成されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  9. 　前記半導体レーザ素子のレーザ光の出力は、１０Ｗ以上である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
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