JPH10163561A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH10163561A JPH10163561A JP31720296A JP31720296A JPH10163561A JP H10163561 A JPH10163561 A JP H10163561A JP 31720296 A JP31720296 A JP 31720296A JP 31720296 A JP31720296 A JP 31720296A JP H10163561 A JPH10163561 A JP H10163561A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 動作電流、動作電圧を増大させることなく、
また、非点隔差、放射光の楕円率を増大させることのな
い低雑音特性を有する半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ストライプ構造で形成した電流狭窄構造
を有する自励発振型の半導体レーザ素子において、活性
層が多重量子井戸構造であり、多重量子井戸型活性層を
構成する量子井戸層の層厚の合計が７００Å以上１００
０Å以下とすることで上記問題を解決する。また、活性
層の上部量子障壁層と下部量子障壁層の禁制帯幅が、そ
の間にある量子障壁層の禁制帯幅よりも小さいことでよ
り高い効果が得られる。
また、非点隔差、放射光の楕円率を増大させることのな
い低雑音特性を有する半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 ストライプ構造で形成した電流狭窄構造
を有する自励発振型の半導体レーザ素子において、活性
層が多重量子井戸構造であり、多重量子井戸型活性層を
構成する量子井戸層の層厚の合計が７００Å以上１００
０Å以下とすることで上記問題を解決する。また、活性
層の上部量子障壁層と下部量子障壁層の禁制帯幅が、そ
の間にある量子障壁層の禁制帯幅よりも小さいことでよ
り高い効果が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクに用い
られる低雑音特性を有する自励発振型の半導体レーザ素
子に関する。
られる低雑音特性を有する自励発振型の半導体レーザ素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクに用いられる半導体レーザ素
子は、低雑音化のために自励発振型が用いられる。活性
層に多重量子井戸構造を用い、また、電流狭窄兼光吸収
層で光吸収を行わせることにより、低電流駆動を達成し
た自励発振型の半導体レーザ素子が田中等により特開平
２−７２６８８号公報に記載されている。
子は、低雑音化のために自励発振型が用いられる。活性
層に多重量子井戸構造を用い、また、電流狭窄兼光吸収
層で光吸収を行わせることにより、低電流駆動を達成し
た自励発振型の半導体レーザ素子が田中等により特開平
２−７２６８８号公報に記載されている。
【０００３】図１１に、特開平２−７２６８８号公報に
記載の半導体レーザ素子を示す。ｎ−ＧａＡｓ基板３０
１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３０２、ｎ−ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓクラッド層３０３、多重量子井戸 （ＭＱＷ：
Ｍｕｌｔｉ ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）活性層３０４、
ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡsクラッド層３０５、ｐ−ＧａＡｓ
層３０６を成長し、エッチングによるリッジストライプ
３０７形成後に、リッジストライプ３０７の両側に選択
的にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層３０８の成長を行
い、全面にｐ−ＧａＡｓ埋め込み層３０９を成長する。
基板側と成長層表面に電極３１０、３１１を形成する。
従来では動作電流３５〜４０ｍＡであり、通常のバルク
活性層からなるダブルヘテロ（ＤＨ）構造の半導体レー
ザ素子に比べて、動作電流を３０〜４０％低減できる。
記載の半導体レーザ素子を示す。ｎ−ＧａＡｓ基板３０
１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層３０２、ｎ−ＡｌxＧ
ａ1-xＡｓクラッド層３０３、多重量子井戸 （ＭＱＷ：
Ｍｕｌｔｉ ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）活性層３０４、
ｐ−ＡｌxＧａ1-xＡsクラッド層３０５、ｐ−ＧａＡｓ
層３０６を成長し、エッチングによるリッジストライプ
３０７形成後に、リッジストライプ３０７の両側に選択
的にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄兼光吸収層３０８の成長を行
い、全面にｐ−ＧａＡｓ埋め込み層３０９を成長する。
基板側と成長層表面に電極３１０、３１１を形成する。
従来では動作電流３５〜４０ｍＡであり、通常のバルク
活性層からなるダブルヘテロ（ＤＨ）構造の半導体レー
ザ素子に比べて、動作電流を３０〜４０％低減できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平２−７２６８８
号公報に記載の半導体レーザ素子では、ＭＱＷ活性層の
全層厚を規定することにより、低雑音化を達成してい
る。
号公報に記載の半導体レーザ素子では、ＭＱＷ活性層の
全層厚を規定することにより、低雑音化を達成してい
る。
【０００５】しかし、従来の半導体レーザ素子では、Ｍ
ＱＷ活性層の量子井戸層の層厚合計を規定していないた
めに、次に述べる問題があった。
ＱＷ活性層の量子井戸層の層厚合計を規定していないた
めに、次に述べる問題があった。
【０００６】特開平２−７２６８８号公報に記載の半導
体レーザ素子では、量子井戸層の層厚の合計は３６０Å
から４４０Åである。このとき、低雑音化を達成するに
はリッジストライプ外部の量子井戸層の可飽和吸収量を
大きくするために、リッジストライプ外部に発光分布を
十分に拡げて、リッジストライプ外部のＭＱＷ活性層に
光をしみ出させる必要がある。しかし、発光分布を拡げ
るために、リッジストライプ外部のＭＱＷ活性層におけ
る光の波面が曲がり、ＭＱＷ活性層に平行方向の放射光
のビームウエストがレーザ端面から離れ、一方、垂直方
向の放射光のビームウエストはレーザ端面にあるので半
導体レーザ素子の非点隔差が増大するという問題があっ
た。
体レーザ素子では、量子井戸層の層厚の合計は３６０Å
から４４０Åである。このとき、低雑音化を達成するに
はリッジストライプ外部の量子井戸層の可飽和吸収量を
大きくするために、リッジストライプ外部に発光分布を
十分に拡げて、リッジストライプ外部のＭＱＷ活性層に
光をしみ出させる必要がある。しかし、発光分布を拡げ
るために、リッジストライプ外部のＭＱＷ活性層におけ
る光の波面が曲がり、ＭＱＷ活性層に平行方向の放射光
のビームウエストがレーザ端面から離れ、一方、垂直方
向の放射光のビームウエストはレーザ端面にあるので半
導体レーザ素子の非点隔差が増大するという問題があっ
た。
【０００７】また、リッジストライプ外部に発光分布が
拡がることによって、ＭＱＷ活性層に平行方向の放射角
が狭くなって、放射光の楕円率（＝活性層に垂直方向放
射角／活性層に平行方向放射角）が増大するという問題
があった。
拡がることによって、ＭＱＷ活性層に平行方向の放射角
が狭くなって、放射光の楕円率（＝活性層に垂直方向放
射角／活性層に平行方向放射角）が増大するという問題
があった。
【０００８】半導体レーザ素子の非点隔差増大あるいは
放射光の楕円率増大による光学特性の悪化は、半導体レ
ーザ素子を光ディスクの光源に用いる場合に、半導体レ
ーザ素子からの放射光をレンズで微小スポットに集光す
ることを困難にしたり、放射光のレンズへの結合効率低
下により光出力の有効利用を困難にする問題があった。
放射光の楕円率増大による光学特性の悪化は、半導体レ
ーザ素子を光ディスクの光源に用いる場合に、半導体レ
ーザ素子からの放射光をレンズで微小スポットに集光す
ることを困難にしたり、放射光のレンズへの結合効率低
下により光出力の有効利用を困難にする問題があった。
【０００９】また、従来の半導体レーザ素子では、電流
光閉じ込め手段に電流狭窄兼光吸収層を用いる。この光
閉じ込め手段による光吸収とリッジストライプ外部のＭ
ＱＷ活性層における量子井戸層の可飽和吸収によって、
半導体レーザ素子内部の光吸収損失が過剰に増大するこ
とで、動作電流が増大してしまうという問題があった。
光閉じ込め手段に電流狭窄兼光吸収層を用いる。この光
閉じ込め手段による光吸収とリッジストライプ外部のＭ
ＱＷ活性層における量子井戸層の可飽和吸収によって、
半導体レーザ素子内部の光吸収損失が過剰に増大するこ
とで、動作電流が増大してしまうという問題があった。
【００１０】従って、本発明では動作電流、動作電圧を
増大させることなく、また、非点隔差、放射光の楕円率
を増大させることのない低雑音特性を有する半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
増大させることなく、また、非点隔差、放射光の楕円率
を増大させることのない低雑音特性を有する半導体レー
ザ素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＭＱＷ活性層を有する自励発振型の半導体
レーザ素子は、半導体基板上に、第１導電型のクラッド
層と、活性層と、第２導電型のクラッド層を有し、前記
第２導電型のクラッド層はストライプ形状であり、前記
ストライプ形状の両側部に電流光閉じ込め手段を有し、
前記活性層は量子井戸層と量子障壁層とを交互に複数積
層した多重量子井戸活性層からなる自励発振型の半導体
レーザ素子において、前記量子井戸層の層厚の合計が７
００Å以上１０００Å以下であることを特徴とする。
に、本発明のＭＱＷ活性層を有する自励発振型の半導体
レーザ素子は、半導体基板上に、第１導電型のクラッド
層と、活性層と、第２導電型のクラッド層を有し、前記
第２導電型のクラッド層はストライプ形状であり、前記
ストライプ形状の両側部に電流光閉じ込め手段を有し、
前記活性層は量子井戸層と量子障壁層とを交互に複数積
層した多重量子井戸活性層からなる自励発振型の半導体
レーザ素子において、前記量子井戸層の層厚の合計が７
００Å以上１０００Å以下であることを特徴とする。
【００１２】また、前記量子井戸層の層厚が６０Å以上
１２０Å以下であり、前記量子障壁層の層厚が３０Å以
上８０Å以下であることを特徴とする。
１２０Å以下であり、前記量子障壁層の層厚が３０Å以
上８０Å以下であることを特徴とする。
【００１３】特に、前記電流光閉じ込め手段に、前記活
性層よりも禁制帯幅の大きい第１導電型の電流光閉じ込
め層を有することが好ましい。
性層よりも禁制帯幅の大きい第１導電型の電流光閉じ込
め層を有することが好ましい。
【００１４】また、前記活性層は、前記第１導電型のク
ラッド層側に下部量子障壁層を備え、前記第２導電型の
クラッド層側に上部量子障壁層を備え、前記上部量子障
壁層あるいは前記下部量子障壁層の少なくとも一方が他
の前記量子障壁層よりも禁制帯幅が小さくすることを特
徴とする半導体レーザ素子はより低雑音、低動作電圧電
流の半導体レーザ素子となる。
ラッド層側に下部量子障壁層を備え、前記第２導電型の
クラッド層側に上部量子障壁層を備え、前記上部量子障
壁層あるいは前記下部量子障壁層の少なくとも一方が他
の前記量子障壁層よりも禁制帯幅が小さくすることを特
徴とする半導体レーザ素子はより低雑音、低動作電圧電
流の半導体レーザ素子となる。
【００１５】また、前記ストライプ形状の層厚方向の等
価屈折率ｎ１と、前記電流光閉じ込め手段の層厚方向の
等価屈折率ｎ２との差Δｎ（＝ｎ１−ｎ２）が、３×１
０-3≦Δｎ≦７×１０-3とすることが好ましい。
価屈折率ｎ１と、前記電流光閉じ込め手段の層厚方向の
等価屈折率ｎ２との差Δｎ（＝ｎ１−ｎ２）が、３×１
０-3≦Δｎ≦７×１０-3とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１に実施の形態１の半導体レーザ素子の断面図
を示す。
する。図１に実施の形態１の半導体レーザ素子の断面図
を示す。
【００１７】ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45
Ｇａ0.55Ａｓ第１クラッド層１０３（層厚１．３μ
ｍ）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ低屈折率層１０４（層厚
０．２μｍ）、ノンドープのＭＱＷ活性層１０５、ｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１０６（層厚０．１
５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１０７（層厚
０．００３μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッ
ド層１０８（層厚１．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層１０９（層厚０．８μｍ）を順次、有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により成長する。
ｓバッファ層１０２（層厚０．５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45
Ｇａ0.55Ａｓ第１クラッド層１０３（層厚１．３μ
ｍ）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ低屈折率層１０４（層厚
０．２μｍ）、ノンドープのＭＱＷ活性層１０５、ｐ−
Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１０６（層厚０．１
５μｍ）、ｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１０７（層厚
０．００３μｍ）、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッ
ド層１０８（層厚１．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャップ
層１０９（層厚０．８μｍ）を順次、有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により成長する。
【００１８】ここで、ＭＱＷ活性層は、Ａｌ0.33Ｇａ
0.67Ａｓ下部量子障壁層１２０（層厚５０Å）を成長さ
せ、その上にＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ量子井戸層１２１
（層厚１００Å）とＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ量子障壁層１
２２（層厚５０Å）を量子井戸層を８層とし、量子障壁
層を７層として交互に繰り返し成長させ、さらにその上
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ上部量子障壁層１２３（層厚５
０Å）により構成する。本実施の形態ではＭＱＷ活性層
の全層厚は１２５０Åであり、量子井戸層の層厚の合計
は８００Åである。上記に説明した構造でのＡｌ組成比
の分布を図２に示す。
0.67Ａｓ下部量子障壁層１２０（層厚５０Å）を成長さ
せ、その上にＡｌ0.13Ｇａ0.87Ａｓ量子井戸層１２１
（層厚１００Å）とＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ量子障壁層１
２２（層厚５０Å）を量子井戸層を８層とし、量子障壁
層を７層として交互に繰り返し成長させ、さらにその上
にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓ上部量子障壁層１２３（層厚５
０Å）により構成する。本実施の形態ではＭＱＷ活性層
の全層厚は１２５０Åであり、量子井戸層の層厚の合計
は８００Åである。上記に説明した構造でのＡｌ組成比
の分布を図２に示す。
【００１９】ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９表面にフォ
トレジストのストライプマスクを形成し、選択性エッチ
ングによりｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１０７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１１４を形成する。リッジストラ
イプ１１４の両側を埋め込むように、ｎ−Ａｌ0.7Ｇａ
0.3Ａｓ第１電流光閉じ込め層１１０（層厚０．６μ
ｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ込め層１１１（層厚
０．６μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１２（層厚０．
７μｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長する。ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層１０９、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１２
を埋め込むように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１３
（層厚３μｍ）をＭＯＣＶＤ法により成長する。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１０１表面とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１
３表面にｎ型電極１１５とｐ型電極１１６を形成する。
共振器長を１００〜２５０μｍとするように調整して共
振器端面を形成し、共振器端面の光出射側の端面反射率
が２０〜５０％、反対側の端面反射率が５０％〜９５％
となるように共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜とＳｉ膜を形成す
る。
トレジストのストライプマスクを形成し、選択性エッチ
ングによりｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１０７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１１４を形成する。リッジストラ
イプ１１４の両側を埋め込むように、ｎ−Ａｌ0.7Ｇａ
0.3Ａｓ第１電流光閉じ込め層１１０（層厚０．６μ
ｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ込め層１１１（層厚
０．６μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１２（層厚０．
７μｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長する。ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層１０９、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１１２
を埋め込むように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１３
（層厚３μｍ）をＭＯＣＶＤ法により成長する。ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１０１表面とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１
３表面にｎ型電極１１５とｐ型電極１１６を形成する。
共振器長を１００〜２５０μｍとするように調整して共
振器端面を形成し、共振器端面の光出射側の端面反射率
が２０〜５０％、反対側の端面反射率が５０％〜９５％
となるように共振器端面にＡｌ2Ｏ3膜とＳｉ膜を形成す
る。
【００２０】本実施の形態の半導体レーザ素子では、ｎ
型電極１１５とｐ型電極１１６の間に順方向電圧を印加
した場合、発振波長０．７８μｍ、発振閾値電流１４ｍ
Ａ、電流−光出力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、
光出力３ｍＷの動作電流は１８ｍＡであった。本実施の
形態の半導体レーザ素子は、ＭＱＷ活性層１０５の禁制
帯幅より大きな禁制帯幅を有する第１電流光閉じ込め層
１１０を用いるので、ストライプ外部にあたる活性層に
よって自励発振できる程度まで光吸収が行われ、第１電
流光閉じ込め層１１０における半導体レーザ素子による
発光の光吸収を抑制することができる。
型電極１１５とｐ型電極１１６の間に順方向電圧を印加
した場合、発振波長０．７８μｍ、発振閾値電流１４ｍ
Ａ、電流−光出力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、
光出力３ｍＷの動作電流は１８ｍＡであった。本実施の
形態の半導体レーザ素子は、ＭＱＷ活性層１０５の禁制
帯幅より大きな禁制帯幅を有する第１電流光閉じ込め層
１１０を用いるので、ストライプ外部にあたる活性層に
よって自励発振できる程度まで光吸収が行われ、第１電
流光閉じ込め層１１０における半導体レーザ素子による
発光の光吸収を抑制することができる。
【００２１】活性層厚が８００Åとして量子井戸層の膜
厚の合計と等しくしたバルク活性層を有する自励発振型
半導体レーザ素子の動作電流は２６ｍＡであるので、本
実施の形態の量子井戸活性層を有した半導体レーザ素子
では動作電流を約３０％以上低減することができた。
厚の合計と等しくしたバルク活性層を有する自励発振型
半導体レーザ素子の動作電流は２６ｍＡであるので、本
実施の形態の量子井戸活性層を有した半導体レーザ素子
では動作電流を約３０％以上低減することができた。
【００２２】また、動作電流低減に伴い８００Åのバル
ク活性層を有する半導体レーザ素子に比べて、本実施の
形態の半導体レーザ素子は動作電圧を約５％以上低減す
ることができた。
ク活性層を有する半導体レーザ素子に比べて、本実施の
形態の半導体レーザ素子は動作電圧を約５％以上低減す
ることができた。
【００２３】雰囲気温度７０℃、一定光出力５ｍＷにお
ける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期値より
２０％増大するまでの走行時間は１００００時間以上で
ある。
ける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期値より
２０％増大するまでの走行時間は１００００時間以上で
ある。
【００２４】また、本実施の形態の半導体レーザ素子の
放射角の非点隔差は１３μｍであり、バルク活性層を有
する自励発振型半導体レーザ素子とほぼ同等の値が得ら
れた。
放射角の非点隔差は１３μｍであり、バルク活性層を有
する自励発振型半導体レーザ素子とほぼ同等の値が得ら
れた。
【００２５】さらに、本発明の半導体レーザ素子におい
てＭＱＷ活性層に平行方向の放射角は１２°、垂直方向
の放射角は３８°であり、放射光の楕円率においてもバ
ルク活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子と同
等の値が得られた。
てＭＱＷ活性層に平行方向の放射角は１２°、垂直方向
の放射角は３８°であり、放射光の楕円率においてもバ
ルク活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子と同
等の値が得られた。
【００２６】本発明の半導体レーザ素子では、活性層１
０５とｎ−第１クラッド層１０３の間にｎ−第１クラッ
ド層１０３より屈折率の小さなｎ−低屈折率層１０４を
設けているのは、ＭＱＷ活性層の層厚の合計の厚膜化に
よる垂直方向の放射角増大を抑制して、膜厚８００Åの
バルク活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子と
同等の垂直放射角を得るためである。これによって、ｎ
−低屈折率層１０４が無い場合に比べて２°程度垂直放
射角増大を抑えることができる。なお、ｎ−低屈折率層
１０４は、必ずしも必要とするものではない。
０５とｎ−第１クラッド層１０３の間にｎ−第１クラッ
ド層１０３より屈折率の小さなｎ−低屈折率層１０４を
設けているのは、ＭＱＷ活性層の層厚の合計の厚膜化に
よる垂直方向の放射角増大を抑制して、膜厚８００Åの
バルク活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子と
同等の垂直放射角を得るためである。これによって、ｎ
−低屈折率層１０４が無い場合に比べて２°程度垂直放
射角増大を抑えることができる。なお、ｎ−低屈折率層
１０４は、必ずしも必要とするものではない。
【００２７】本実施の形態の半導体レーザ素子の戻り光
雑音を測定すると、戻り光量０．００１％から１５％ま
で相対雑音強度−１１０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音特性が
得られた。
雑音を測定すると、戻り光量０．００１％から１５％ま
で相対雑音強度−１１０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音特性が
得られた。
【００２８】次に、ＭＱＷ活性層の量子井戸層の層厚の
合計を変化させた場合の非点隔差の変化と、活性層に平
行放射角の変化をそれそれ図３、４に示す。このとき、
自励発振による低雑音特性が得られるように、リッジス
トライプ内部の層厚方向の等価屈折率ｎ１と、リッジス
トライプ両側部の層厚方向の等価屈折率ｎ２との差Δｎ
（＝ｎ１−ｎ２）の調整を行っている。図３より量子井
戸層の膜厚合計が小さくなると、非点隔差が増大するこ
とがわかる。層厚合計が７００Åより小さい場合には、
非点隔差は２０μｍより大きくなる。これは、層厚合計
が小さい場合には、自励発振を起こすためには等価屈折
率の差△ｎを小さくして、リッジストライプ外部への発
分布光の拡がりを増大する必要があり、そのために非点
隔差増大が生じることによる。
合計を変化させた場合の非点隔差の変化と、活性層に平
行放射角の変化をそれそれ図３、４に示す。このとき、
自励発振による低雑音特性が得られるように、リッジス
トライプ内部の層厚方向の等価屈折率ｎ１と、リッジス
トライプ両側部の層厚方向の等価屈折率ｎ２との差Δｎ
（＝ｎ１−ｎ２）の調整を行っている。図３より量子井
戸層の膜厚合計が小さくなると、非点隔差が増大するこ
とがわかる。層厚合計が７００Åより小さい場合には、
非点隔差は２０μｍより大きくなる。これは、層厚合計
が小さい場合には、自励発振を起こすためには等価屈折
率の差△ｎを小さくして、リッジストライプ外部への発
分布光の拡がりを増大する必要があり、そのために非点
隔差増大が生じることによる。
【００２９】図４より量子井戸層厚の合計が小さくなる
と、水平放射角が減少することがわかる。層厚合計が７
００Åより小さい場合には、水平放射角は９°より小さ
くなる。これは、層厚合計が小さい場合には、自励発振
を起こすために等価屈折率の差△ｎを小さくして、スト
ライプ外部への発光分布の拡がりを増大する必要があ
り、そのために平行放射角低減が生じることによる。
と、水平放射角が減少することがわかる。層厚合計が７
００Åより小さい場合には、水平放射角は９°より小さ
くなる。これは、層厚合計が小さい場合には、自励発振
を起こすために等価屈折率の差△ｎを小さくして、スト
ライプ外部への発光分布の拡がりを増大する必要があ
り、そのために平行放射角低減が生じることによる。
【００３０】非点隔差が２０μｍ以上に増大すると、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、光ディスク等のシステムで使用することが困
難となる。また、平行放射角が９°以下に低減すると、
放射光の楕円率（＝垂直放射角／平行放射角）が増大す
るために、レンズとの結合効率が低下して、光ディスク
等のシステムで使用することが困難となる。このよう
に、半導体レーザ素子の光学特性悪化を防止するには、
ＭＱＷ活性層の量子井戸層の層厚合計を７００Åより大
きくすることが重要となる。
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、光ディスク等のシステムで使用することが困
難となる。また、平行放射角が９°以下に低減すると、
放射光の楕円率（＝垂直放射角／平行放射角）が増大す
るために、レンズとの結合効率が低下して、光ディスク
等のシステムで使用することが困難となる。このよう
に、半導体レーザ素子の光学特性悪化を防止するには、
ＭＱＷ活性層の量子井戸層の層厚合計を７００Åより大
きくすることが重要となる。
【００３１】さらに、量子井戸層の層厚合計を変化した
場合の光出力３ｍＷにおける動作電流の変化、及び動作
電圧の変化を各々図５、６に示す。層厚合計が１０００
Åより大きくなると、動作電流は２５ｍＡより増大す
る。これは層厚合計の増大に伴い、半導体レーザ素子発
振に必要な電流値が増大することによる。また、層厚合
計が１０００Åより大きくなると、動作電圧は２．０Ｖ
以上に増大する。これは、ＭＱＷ活性層の量子井戸層へ
のキャリヤ注入が不均一になることに伴う、立ち上がり
電圧の増大と素子抵抗の増大によるものである。このよ
うに、動作電流の増大と動作電圧の増大を防止するに
は、量子井戸層の層厚合計は１０００Åより小さくする
必要がある。
場合の光出力３ｍＷにおける動作電流の変化、及び動作
電圧の変化を各々図５、６に示す。層厚合計が１０００
Åより大きくなると、動作電流は２５ｍＡより増大す
る。これは層厚合計の増大に伴い、半導体レーザ素子発
振に必要な電流値が増大することによる。また、層厚合
計が１０００Åより大きくなると、動作電圧は２．０Ｖ
以上に増大する。これは、ＭＱＷ活性層の量子井戸層へ
のキャリヤ注入が不均一になることに伴う、立ち上がり
電圧の増大と素子抵抗の増大によるものである。このよ
うに、動作電流の増大と動作電圧の増大を防止するに
は、量子井戸層の層厚合計は１０００Åより小さくする
必要がある。
【００３２】また、量子井戸層の厚さが６０Åより薄く
なると、井戸数が多くなりすぎるために、キャリヤの注
入が均一に行われなくなって、動作電圧の増大を引き起
こす。これに対して、量子井戸層の厚さが１２０Åより
厚くなると、量子効果が低下するために動作電流の低減
が困難となる。そこで、量子井戸層は６０Å以上１２０
Å以下が適当である。
なると、井戸数が多くなりすぎるために、キャリヤの注
入が均一に行われなくなって、動作電圧の増大を引き起
こす。これに対して、量子井戸層の厚さが１２０Åより
厚くなると、量子効果が低下するために動作電流の低減
が困難となる。そこで、量子井戸層は６０Å以上１２０
Å以下が適当である。
【００３３】量子障壁層の厚さが３０Åより薄くなる
と、成長層の界面だれの影響を受けて、設計通りの量子
障壁層を得るのが困難となる。これに対して、量子障壁
層の厚さが８０Åより厚くなると、量子井戸間のキャリ
ヤ注入に支障をきたし、全ての量子井戸層に均一にキャ
リヤを注入するのが困難となる。そこで、量子障壁層は
３０Å以上８０Å以下が適当である。
と、成長層の界面だれの影響を受けて、設計通りの量子
障壁層を得るのが困難となる。これに対して、量子障壁
層の厚さが８０Åより厚くなると、量子井戸間のキャリ
ヤ注入に支障をきたし、全ての量子井戸層に均一にキャ
リヤを注入するのが困難となる。そこで、量子障壁層は
３０Å以上８０Å以下が適当である。
【００３４】ここで、量子井戸活性層の全量子井戸層に
キャリヤを均一に注入して動作電流の増大となる素子抵
抗の増大を抑制するためには、量子井戸活性層のｐ型不
純物濃度Ｎｐを５×１０16ｃｍ-3≦Ｎｐ≦２×１０18ｃ
ｍ-3に設定することにより、キャリアの不均一注入によ
り生じる動作電圧の増大を抑制できる。Ｎｐが２×１０
18ｃｍ-3より大きくなると積層膜を形成中にｐ型不純物
の拡散が増大して、ＭＱＷ活性層中の量子井戸層に混晶
化が生じ、ＭＱＷ活性層の量子効果が低減し、動作電流
が増大する問題がある。Ｎｐが５×１０16ｃｍ-3より小
さくなると不純物を添加する効果がほとんどなくなり、
動作電圧が増大する。
キャリヤを均一に注入して動作電流の増大となる素子抵
抗の増大を抑制するためには、量子井戸活性層のｐ型不
純物濃度Ｎｐを５×１０16ｃｍ-3≦Ｎｐ≦２×１０18ｃ
ｍ-3に設定することにより、キャリアの不均一注入によ
り生じる動作電圧の増大を抑制できる。Ｎｐが２×１０
18ｃｍ-3より大きくなると積層膜を形成中にｐ型不純物
の拡散が増大して、ＭＱＷ活性層中の量子井戸層に混晶
化が生じ、ＭＱＷ活性層の量子効果が低減し、動作電流
が増大する問題がある。Ｎｐが５×１０16ｃｍ-3より小
さくなると不純物を添加する効果がほとんどなくなり、
動作電圧が増大する。
【００３５】さらに、本発明の半導体レーザ素子では、
電流光閉じ込め層で光吸収をしないため、リッジストラ
イプ内部と外部との等価屈折率差△ｎを４×１０-3以上
の比較的大きな値として、リッジストライプ外部への発
光分布の広がりを抑制できる。リッジストライプの内部
と外部の層厚方向の等価屈折率差（Δｎ（＝ｎ１−ｎ
２））が小さくなると、リッジストライプ外部の活性層
の過剰な可飽和吸収が起こるために、光学特性の悪化と
動作電流の増大が生じる。等価屈折率差Δｎが７×１０
-3より大きくなると、リッジストライプ外部の活性層の
可飽和吸収が少なくなるために、自励発振が起こりにく
くなって、雑音が増大する。そこで、屈折率差は、４×
１０-3≦Δｎ≦７×１０-3に設定するのが適当である。
電流光閉じ込め層で光吸収をしないため、リッジストラ
イプ内部と外部との等価屈折率差△ｎを４×１０-3以上
の比較的大きな値として、リッジストライプ外部への発
光分布の広がりを抑制できる。リッジストライプの内部
と外部の層厚方向の等価屈折率差（Δｎ（＝ｎ１−ｎ
２））が小さくなると、リッジストライプ外部の活性層
の過剰な可飽和吸収が起こるために、光学特性の悪化と
動作電流の増大が生じる。等価屈折率差Δｎが７×１０
-3より大きくなると、リッジストライプ外部の活性層の
可飽和吸収が少なくなるために、自励発振が起こりにく
くなって、雑音が増大する。そこで、屈折率差は、４×
１０-3≦Δｎ≦７×１０-3に設定するのが適当である。
【００３６】また、リッジストライプの底部の幅（Ｗ
ｓ）が狭くなると、リッジストライプ外部の活性層の過
剰な可飽和吸収が起こるために、光学特性の悪化と動作
電流の増大が生じる。リッジストライプ幅が広くなる
と、リッジストライプ外部の活性層の可飽和吸収が少な
くなるために、自励発振が起こりにくくなって、雑音が
増大する。そこで、リッジストライプ幅は、１μｍ≦Ｗ
ｓ≦４μｍに設定するのが適当である。
ｓ）が狭くなると、リッジストライプ外部の活性層の過
剰な可飽和吸収が起こるために、光学特性の悪化と動作
電流の増大が生じる。リッジストライプ幅が広くなる
と、リッジストライプ外部の活性層の可飽和吸収が少な
くなるために、自励発振が起こりにくくなって、雑音が
増大する。そこで、リッジストライプ幅は、１μｍ≦Ｗ
ｓ≦４μｍに設定するのが適当である。
【００３７】本実施の形態の半導体レーザ素子は、自励
発振型の実屈折率導波型半導体レーザ素子であるため
に、ストライプ外部のＭＱＷ活性層における可飽和吸収
効果を用いている。バルク活性層を有する通常の半導体
レーザ素子では、ＴＭ偏光モードの方がＴＥ偏光モード
よりも可飽和吸収の影響を受けにくいために、通常の発
振モードであるＴＥ偏光モードにＴＭ偏光モードが混在
して発振する現象が見られた。これに対して、本実施の
形態の素子では、活性層に量子井戸構造を用いるため
に、半導体レーザ素子発振利得のＴＥ偏光モード増大効
果を用いることができ、十分にモード選択比の高いＴＥ
偏光モードによる単一モード発振が得られる。
発振型の実屈折率導波型半導体レーザ素子であるため
に、ストライプ外部のＭＱＷ活性層における可飽和吸収
効果を用いている。バルク活性層を有する通常の半導体
レーザ素子では、ＴＭ偏光モードの方がＴＥ偏光モード
よりも可飽和吸収の影響を受けにくいために、通常の発
振モードであるＴＥ偏光モードにＴＭ偏光モードが混在
して発振する現象が見られた。これに対して、本実施の
形態の素子では、活性層に量子井戸構造を用いるため
に、半導体レーザ素子発振利得のＴＥ偏光モード増大効
果を用いることができ、十分にモード選択比の高いＴＥ
偏光モードによる単一モード発振が得られる。
【００３８】本実施の形態の素子のように偏光モードが
単一の半導体レーザ素子はディスクの光源に用いるのに
適している。
単一の半導体レーザ素子はディスクの光源に用いるのに
適している。
【００３９】（実施の形態２）実施の形態２として、図
１に記載の半導体レーザ素子の構造と同一であり、ＭＱ
Ｗ活性層のみ異なる半導体レーザ素子のＡｌ組成比の分
布を図７に示す。
１に記載の半導体レーザ素子の構造と同一であり、ＭＱ
Ｗ活性層のみ異なる半導体レーザ素子のＡｌ組成比の分
布を図７に示す。
【００４０】ＡｌxＧａ1-xＡｓ下部量子障壁層１３０
（層厚５０Å）を成長させ、その上にＡｌ0.13Ｇａ0.87
Ａｓ量子井戸層１３１（層厚１００Å）とＡｌ0.33Ｇａ
0.67Ａｓ量子障壁層１３２（層厚５０Å）を交互に繰り
返し成長させて量子井戸層を８層と量子障壁層を７層形
成し、さらにその上にＡｌxＧａ1-xＡｓ上部量子障壁層
１３３（層厚５０Å）を成長させることにより構成され
ている。本実施の形態もＭＱＷ活性層の全層厚は１２５
０Åであり、量子井戸層の層厚の合計は８００Åとし
た。
（層厚５０Å）を成長させ、その上にＡｌ0.13Ｇａ0.87
Ａｓ量子井戸層１３１（層厚１００Å）とＡｌ0.33Ｇａ
0.67Ａｓ量子障壁層１３２（層厚５０Å）を交互に繰り
返し成長させて量子井戸層を８層と量子障壁層を７層形
成し、さらにその上にＡｌxＧａ1-xＡｓ上部量子障壁層
１３３（層厚５０Å）を成長させることにより構成され
ている。本実施の形態もＭＱＷ活性層の全層厚は１２５
０Åであり、量子井戸層の層厚の合計は８００Åとし
た。
【００４１】図８、９に、下部及び上部量子障壁層のＡ
ｌ組成比に対する半導体レーザの相対雑音強度あるいは
動作電流との相関を示す。
ｌ組成比に対する半導体レーザの相対雑音強度あるいは
動作電流との相関を示す。
【００４２】相対雑音強度は半導体レーザ素子を光ディ
スクで使用した場合の光ディスクからの戻り光による雑
音であり、実用上少なくとも相対雑音強度−１１０ｄＢ
／Ｈｚ以下、望ましくは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下が要求
されている。図８によると、下部及び上部量子障壁層の
Ａｌ組成比が量子障壁層のＡｌ組成比より小さくなると
相対雑音強度は減少し、図９によると動作電流が増大す
る。量子障壁層のＡｌ組成比が０．３３の場合には０．
２３≦ｘ≦０．３のＡｌ組成比とした下部、上部量子障
壁層を有する半導体レーザ素子の特性が良好であるよう
にＡｌ組成比を他の量子障壁層より１０％〜３０％低減
させた下部及び上部量子障壁層とすることが好ましい。
この理由は、下部及び上部量子障壁層のＡｌ組成比が量
子障壁層のＡｌ組成比よりも小さい場合には、下部及び
上部量子障壁層の禁制帯幅が小さくなるため、下部及び
上部量子障壁層の光吸収が増大することで活性層全体で
の可飽和吸収量が増大し、従って自励発振が強くなり相
対雑音強度が減少する。本実施の形態のように、リッジ
ストライプ外部の可飽和吸収量を増大するには、下部及
び上部量子障壁層のＡｌ組成比を調整し、下部及び上部
量子障壁層の禁制帯幅を他の量子障壁層より小さくする
ことで行える。
スクで使用した場合の光ディスクからの戻り光による雑
音であり、実用上少なくとも相対雑音強度−１１０ｄＢ
／Ｈｚ以下、望ましくは−１２０ｄＢ／Ｈｚ以下が要求
されている。図８によると、下部及び上部量子障壁層の
Ａｌ組成比が量子障壁層のＡｌ組成比より小さくなると
相対雑音強度は減少し、図９によると動作電流が増大す
る。量子障壁層のＡｌ組成比が０．３３の場合には０．
２３≦ｘ≦０．３のＡｌ組成比とした下部、上部量子障
壁層を有する半導体レーザ素子の特性が良好であるよう
にＡｌ組成比を他の量子障壁層より１０％〜３０％低減
させた下部及び上部量子障壁層とすることが好ましい。
この理由は、下部及び上部量子障壁層のＡｌ組成比が量
子障壁層のＡｌ組成比よりも小さい場合には、下部及び
上部量子障壁層の禁制帯幅が小さくなるため、下部及び
上部量子障壁層の光吸収が増大することで活性層全体で
の可飽和吸収量が増大し、従って自励発振が強くなり相
対雑音強度が減少する。本実施の形態のように、リッジ
ストライプ外部の可飽和吸収量を増大するには、下部及
び上部量子障壁層のＡｌ組成比を調整し、下部及び上部
量子障壁層の禁制帯幅を他の量子障壁層より小さくする
ことで行える。
【００４３】本実施の形態では下部及び上部量子障壁層
のＡｌ組成比の両方とも量子障壁層１３２のＡｌ組成比
が小さい場合について述べたが、片方だけ小さい場合に
も同様の効果が得られる。
のＡｌ組成比の両方とも量子障壁層１３２のＡｌ組成比
が小さい場合について述べたが、片方だけ小さい場合に
も同様の効果が得られる。
【００４４】（実施の形態３）図１０に実施の形態３の
ＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の断面図を示す。
ＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００４５】ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ｇａ
0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層２０２、ｎ−（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層２０３（層厚１．
５μｍ）、ｐ−ドープ多重量子井戸活性層２０４、ｐ−
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層２０５
（層厚１．５μｍ）、ｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐキャップ層
２０６（層厚０．３μｍ）を順次、分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）により成長し、エッチングにより
ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層の
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２．５μｍのリッジストライプ２０
７を形成する。ＭＱＷ活性層は、図示していないが、
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部量子障壁層(層厚
２００Å）、ＧａＩｎＰ量子井戸層（層厚８０Å）と
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ量子障壁層（層厚４０
Å）を交互に繰り返し成長させて量子井戸層９層と量子
障壁層８層を積層し、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
上部量子障壁層（層厚２００Å）をその上に積層するこ
とにより構成されている。本実施の形態ではＭＱＷ活性
層の全層厚は１４４０Åであり、量子井戸層の層厚合計
は７２０Å、量子井戸の層数は９層である。
0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層２０２、ｎ−（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層２０３（層厚１．
５μｍ）、ｐ−ドープ多重量子井戸活性層２０４、ｐ−
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層２０５
（層厚１．５μｍ）、ｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐキャップ層
２０６（層厚０．３μｍ）を順次、分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）により成長し、エッチングにより
ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層の
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２．５μｍのリッジストライプ２０
７を形成する。ＭＱＷ活性層は、図示していないが、
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下部量子障壁層(層厚
２００Å）、ＧａＩｎＰ量子井戸層（層厚８０Å）と
（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ量子障壁層（層厚４０
Å）を交互に繰り返し成長させて量子井戸層９層と量子
障壁層８層を積層し、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ
上部量子障壁層（層厚２００Å）をその上に積層するこ
とにより構成されている。本実施の形態ではＭＱＷ活性
層の全層厚は１４４０Åであり、量子井戸層の層厚合計
は７２０Å、量子井戸の層数は９層である。
【００４６】リッジストライプ２０７の外側を埋め込む
ように、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｐ第１電流光閉じ込め層２
０８（層厚０．３μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ
込め層２０９（層厚１．２μｍ）を順次、ＭＢＥ法によ
り成長する。ｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐキャップ層２０６と
ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ込め層２０９の表面にｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２１０をＭＢＥ法により成長す
る。
ように、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｐ第１電流光閉じ込め層２
０８（層厚０．３μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ
込め層２０９（層厚１．２μｍ）を順次、ＭＢＥ法によ
り成長する。ｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐキャップ層２０６と
ｎ−ＧａＡｓ第２電流光閉じ込め層２０９の表面にｐ−
ＧａＡｓコンタクト層２１０をＭＢＥ法により成長す
る。
【００４７】ｎ−ＧａＡｓ基板２０１表面とｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層２１０表面にｎ型電極２１１とｐ型電極
２１２を形成する。へき開法により共振器長を３００〜
７００μｍに調整して共振器端面を形成し、共振器端面
の光出射側端面の反射率が３０〜５０％、後側の反射率
が７０〜９５％となるようにＡｌ2Ｏ3膜とＳｉ膜を形成
する。
ｓコンタクト層２１０表面にｎ型電極２１１とｐ型電極
２１２を形成する。へき開法により共振器長を３００〜
７００μｍに調整して共振器端面を形成し、共振器端面
の光出射側端面の反射率が３０〜５０％、後側の反射率
が７０〜９５％となるようにＡｌ2Ｏ3膜とＳｉ膜を形成
する。
【００４８】本実施の形態の素子で、ｎ型電極２１１と
ｐ型電極２１２の間に順方向電圧を印加した場合、発振
波長０．６５μｍ、発振閾値電流２０ｍＡ、電流−光出
力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの
動作電流は２４ｍＡである。本実施の形態の素子は、第
１電流光閉じ込め層に活性層の禁制帯幅より大きな禁制
帯幅を有しする自励発振型の半導体レーザ素子であり、
過剰な光吸収がないため低動作電流で駆動できる。
ｐ型電極２１２の間に順方向電圧を印加した場合、発振
波長０．６５μｍ、発振閾値電流２０ｍＡ、電流−光出
力特性のスロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの
動作電流は２４ｍＡである。本実施の形態の素子は、第
１電流光閉じ込め層に活性層の禁制帯幅より大きな禁制
帯幅を有しする自励発振型の半導体レーザ素子であり、
過剰な光吸収がないため低動作電流で駆動できる。
【００４９】膜厚７２０Åのバルク活性層を有する自励
発振型の半導体レーザ素子の動作電流は３４ｍＡである
ので、本実施の形態の半導体レーザ素子では動作電流を
約３０％以上低減することが可能となった。
発振型の半導体レーザ素子の動作電流は３４ｍＡである
ので、本実施の形態の半導体レーザ素子では動作電流を
約３０％以上低減することが可能となった。
【００５０】また、動作電流低減に伴い膜厚７２０Åの
バルク活性層を有する半導体レーザ素子に比べて、本実
施の形態の素子は動作電圧を約５％以上低減することが
できた。雰囲気温度７０℃、一定光出力５ｍＷにおける
動作電流の変化を調べると、動作電流が初期値より２０
％増大するまでの走行時間は５０００時間以上である。
バルク活性層を有する半導体レーザ素子に比べて、本実
施の形態の素子は動作電圧を約５％以上低減することが
できた。雰囲気温度７０℃、一定光出力５ｍＷにおける
動作電流の変化を調べると、動作電流が初期値より２０
％増大するまでの走行時間は５０００時間以上である。
【００５１】また、本実施の形態の素子の放射角の非点
隔差は１５μｍであり、バルク活性層を有する自励発振
型の半導体レーザ素子とほぼ同等の値が得られた。さら
に、本半導体レーザ素子においてＭＱＷ活性層に平行方
向の放射角は１０度、垂直方向の放射角は３０度であ
り、放射光の楕円率においてもバルク活性層の活性層を
有する自励発振型の半導体レーザ素子と同等の値が得ら
れた。
隔差は１５μｍであり、バルク活性層を有する自励発振
型の半導体レーザ素子とほぼ同等の値が得られた。さら
に、本半導体レーザ素子においてＭＱＷ活性層に平行方
向の放射角は１０度、垂直方向の放射角は３０度であ
り、放射光の楕円率においてもバルク活性層の活性層を
有する自励発振型の半導体レーザ素子と同等の値が得ら
れた。
【００５２】本実施の形態の半導体レーザ素子の戻り光
雑音を測定すると、戻り光量０．００１％から１５％ま
で相対雑音強度−１１０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音特性が
得られた。
雑音を測定すると、戻り光量０．００１％から１５％ま
で相対雑音強度−１１０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音特性が
得られた。
【００５３】このように、本実施の形態の半導体レーザ
素子は光学特性の良好な低電流低電圧駆動の自励発振型
の半導体レーザ素子を実現できた。
素子は光学特性の良好な低電流低電圧駆動の自励発振型
の半導体レーザ素子を実現できた。
【００５４】なお、本発明は、以上述べた実施の形態に
限定されるものではなく、実施の形態以外の層厚、Ａｌ
組成比、キャリア濃度においても、本発明の効果を有す
る限り適用可能である。実施の形態では、電流光閉じ込
め構造について、第２クラッド層近傍にリッジストライ
プを有する構造について述べたが、それ以外に第２クラ
ッド層近傍に溝埋め込みを有する構造においても、本発
明の効果を有する限り適用可能である。
限定されるものではなく、実施の形態以外の層厚、Ａｌ
組成比、キャリア濃度においても、本発明の効果を有す
る限り適用可能である。実施の形態では、電流光閉じ込
め構造について、第２クラッド層近傍にリッジストライ
プを有する構造について述べたが、それ以外に第２クラ
ッド層近傍に溝埋め込みを有する構造においても、本発
明の効果を有する限り適用可能である。
【００５５】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）法においても、本発明の効
果を有する限り適用可能である。
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）法においても、本発明の効
果を有する限り適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】上記課題を解決するために、本発明のＭ
ＱＷ活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子は、
ＭＱＷ活性層の量子井戸層の層厚の合計を７００Åより
大きくすることにより、ストライプ外部の量子井戸層の
可飽和吸収効果を増大させて、ストライプ外部への発光
分布の拡がりの増大を抑制することができる。その結
果、半導体レーザ素子の放射光の非点隔差増大及び楕円
率増大を抑制することができる。また、量子井戸層の層
厚の合計を１０００Åより小さくすることにより、スト
ライプ外部の量子井戸層の可飽和吸収効果の増大に伴う
動作電流増大を抑制でき、全量子井戸層へのキャリヤ注
入不均一に伴う動作電圧の増大を抑制できる。
ＱＷ活性層を有する自励発振型の半導体レーザ素子は、
ＭＱＷ活性層の量子井戸層の層厚の合計を７００Åより
大きくすることにより、ストライプ外部の量子井戸層の
可飽和吸収効果を増大させて、ストライプ外部への発光
分布の拡がりの増大を抑制することができる。その結
果、半導体レーザ素子の放射光の非点隔差増大及び楕円
率増大を抑制することができる。また、量子井戸層の層
厚の合計を１０００Åより小さくすることにより、スト
ライプ外部の量子井戸層の可飽和吸収効果の増大に伴う
動作電流増大を抑制でき、全量子井戸層へのキャリヤ注
入不均一に伴う動作電圧の増大を抑制できる。
【００５７】以上より、本発明の半導体レーザ素子は、
量子井戸層の層厚の合計を７００Åより大きくし、１０
００Åより小さくすることにより、非点隔差増大及び楕
円率増大に伴う光学特性悪化を防止でき、さらに動作電
流増大及び動作電圧増大を抑制でき、光学特性の良好な
低電流低電圧駆動の自励発振型ＭＱＷ半導体レーザ素子
を実現することができる。
量子井戸層の層厚の合計を７００Åより大きくし、１０
００Åより小さくすることにより、非点隔差増大及び楕
円率増大に伴う光学特性悪化を防止でき、さらに動作電
流増大及び動作電圧増大を抑制でき、光学特性の良好な
低電流低電圧駆動の自励発振型ＭＱＷ半導体レーザ素子
を実現することができる。
【００５８】また、本発明の半導体レーザ素子は、電流
光閉じ込め手段に活性層より禁制帯幅が大きく、半導体
レーザ素子光の吸収の少ない電流光閉じ込め層を用い
る。それにより、光吸収はストライプ外部の可飽和吸収
が主体となるので、ＭＱＷ活性層における利得飽和が起
こりにくくなり、動作電流の増大を抑制でき、低電流動
作が実現できる。
光閉じ込め手段に活性層より禁制帯幅が大きく、半導体
レーザ素子光の吸収の少ない電流光閉じ込め層を用い
る。それにより、光吸収はストライプ外部の可飽和吸収
が主体となるので、ＭＱＷ活性層における利得飽和が起
こりにくくなり、動作電流の増大を抑制でき、低電流動
作が実現できる。
【００５９】また、本発明の下部及び上部量子井戸層を
他の量子障壁層の禁制帯よりも小さくすることによっ
て、活性層における光吸収効率を高め、更に自励発振の
強度を強くして低雑音効果を実現することができる。
他の量子障壁層の禁制帯よりも小さくすることによっ
て、活性層における光吸収効率を高め、更に自励発振の
強度を強くして低雑音効果を実現することができる。
【００６０】また、ストライプ構造の外部と内部との等
価屈折率差を所定の値とすることによって、さらに光学
特性の改善と低雑音の両立を実現することができる。
価屈折率差を所定の値とすることによって、さらに光学
特性の改善と低雑音の両立を実現することができる。
【図１】本発明の実施の形態１の半導体レーザ素子を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体レーザ素子の活
性層のＡｌ組成を示す図である。
性層のＡｌ組成を示す図である。
【図３】非点隔差の量子井戸層の層厚合計に対する関係
を示す図である。
を示す図である。
【図４】平行放射角の量子井戸層の層厚合計に対する関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図５】動作電流の量子井戸層の層厚合計に対する関係
を示す図である。
を示す図である。
【図６】動作電圧の量子井戸層の層厚合計に対する関係
を示す図である。
を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２の半導体レーザ素子を示
す図である。
す図である。
【図８】相対雑音強度のＡｌ組成比に対する関係を示す
図である。
図である。
【図９】動作電流のＡｌ組成比に対する関係を示す図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の実施の形態２の半導体レーザ素子の
活性層のＡｌ組成を示す図である。
活性層のＡｌ組成を示す図である。
【図１１】従来の半導体レーザ素子を示す図である。
１０１、２０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２、２０２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １０３、２０３ ｎ−第１クラッド層 １０４ ｎ−低屈折率層 １０５、２０４ ＭＱＷ活性層 １０６、２０５ ｐ−第２クラッド層 １０７ ｐ−ＧａＡｓエッチング停止層 １０８ ｐ−第３クラッド層 １０９、２０６ ｐ−キャップ層 １１４、２０７ リッジストライプ １１０、２０８ ｎ−第１電流光閉じ込め層 １１１、２０９ ｎ−第２電流光閉じ込め層 １１２ ｐ−平坦化層 １１３、２１０ ｐ−コンタクト層 １１５、１１６、２１１、２１２ 電極
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に、第１導電型のクラッド
層と、活性層と、第２導電型のクラッド層を有し、 前記第２導電型のクラッド層はストライプ形状を有し、 前記ストライプ形状の両側部に電流光閉じ込め手段を有
し、 前記活性層は量子井戸層と量子障壁層とを交互に複数積
層した多重量子井戸活性層からなる自励発振型の半導体
レーザ素子において、 前記量子井戸層の層厚の合計が７００Å以上１０００Å
以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記量子井戸層の層厚が６０Å以上１２
０Å以下であり、前記量子障壁層の層厚が３０Å以上８
０Å以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導
体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記電流光閉じ込め手段は、前記活性層
よりも禁制帯幅の大きい第１導電型の電流光閉じ込め層
を有することを特徴とする請求項１乃至２に記載の半導
体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記活性層は、前記第１導電型のクラッ
ド層側に下部量子障壁層を備え、前記第２導電型のクラ
ッド層側に上部量子障壁層を備え、 前記上部量子障壁層あるいは前記下部量子障壁層の少な
くとも一方が他の前記量子障壁層よりも禁制帯幅が小さ
いことを特徴とする請求項１乃至３に記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項５】 前記ストライプ形状の層厚方向の等価屈
折率ｎ１と、前記電流光閉じ込め手段の層厚方向の等価
屈折率ｎ２との差Δｎ（＝ｎ１−ｎ２）が、 ３×１０-3≦Δｎ≦７×１０-3 であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の半導体
レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31720296A JP3572157B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31720296A JP3572157B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163561A true JPH10163561A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3572157B2 JP3572157B2 (ja) | 2004-09-29 |
Family
ID=18085609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31720296A Expired - Fee Related JP3572157B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572157B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6563850B1 (en) | 1997-10-06 | 2003-05-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device and fabricating method thereof |
| JP2008021705A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Nec Electronics Corp | 自励発振型半導体レーザとその製造方法 |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
-
1996
- 1996-11-28 JP JP31720296A patent/JP3572157B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6563850B1 (en) | 1997-10-06 | 2003-05-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device and fabricating method thereof |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| JP2008021705A (ja) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Nec Electronics Corp | 自励発振型半導体レーザとその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3572157B2 (ja) | 2004-09-29 |
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