JPH1174603A

JPH1174603A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH1174603A
Application number: JP23078297A
Authority: JP
Inventors: Hajime Saito; 肇斉藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】自励発振型半導体レーザ素子において、可飽
和吸収層で生成されたキャリアをストライプ内のみに再
注入する高効率なフォトンリサイクル動作を実現し、動
作電流と雑音の低減を両立させた素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子は、第１導電型半導体
基板上１０１に、第１導電型クラッド層１０２、活性層
１０３、第２導電型第１クラッド層１０４、該第２導電
型第１クラッド層１０４に達するストライプ状の溝１０
６を有し前記活性層１０３よりバンドギャップの大きい
電流狭窄層、及び第２導電型第２クラッド層１０８とを
少なくとも有する半導体レーザ素子において、前記第２
導電型第１クラッド層１０４の前記電流狭窄層非形成領
域上面、及び前記電流狭窄層上面に、連続した可飽和吸
収層１０７が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は種々の光ディスクシ
ステム、特に録再可能な光ディスクシステムの光源など
の用途に対して低電流かつ低雑音で動作する自励発振型
半導体レーザ素子およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクシステム等に用いられる従来
の半導体レーザ素子では、ディスク等で反射されたレー
ザ光が半導体レーザ素子へ再入射することによって雑音
が発生する、所謂「戻り光雑音」が問題となっている。
この戻り光雑音を低減するための手段として、自励発振
現象を利用する方法が知られており、例えば特開平８−
１８１６０号公報には、以下に示すような自励発振型半
導体レーザ素子が開示されている。

【０００３】（従来例１）図５に、上記公報に開示され
た第１の自励発振型半導体レーザ素子の構造断面図を示
す。この半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ−
ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
３、アンドープ活性層４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッ
ド層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層６、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ第２クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８が
形成されている。ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７お
よびｐ−ＧａＡｓキャップ層８はリッジ形状にエッチン
グされ、リッジ外部のｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層６
上にはｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７およびｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層８を埋め込むようにｎ−ＡｌＧａＡｓ
電流阻止層９が形成されている。更にｐ−ＧａＡｓキャ
ップ層８上およびｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層９上には
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１０が形成されている。

【０００４】この構成においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可
飽和吸収層６により発振スペクトルが自励振動を起こ
し、可干渉性が低下することにより戻り光雑音が低減さ
れることが示されている。

【０００５】（従来例２）図６に、上記公報に開示され
た第２の自励発振型半導体レーザ素子の構造断面図を示
す。この半導体レーザは、従来例１の自励発振型半導体
レーザ素子におけるｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層６を
リッジ内部のｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層７中にの
み形成している。

【０００６】この構成においては、体積の減少によりｐ
−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層６での光密度が大きくなる
ため、自励発振の起こり得る条件の幅が広くなることが
示されている。

【０００７】（従来例３）図８に、特開昭６３−２０２
０８３号に開示された第３の自励発振型半導体レーザ素
子の構造断面図を示す。この半導体レーザはｎ−ＧａＡ
ｓ光吸収層１５にストライプ状溝部１６を形成した自己
整合型自励発振レーザで、ｎ−ＧａＡｓ光吸収層は電流
狭窄機構を兼ね備えている。

【０００８】この構成においては、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可
飽和吸収層１７によって位相が反転した２つのモード間
で自励発振を生じることがしめされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例
１、２では、各々以下のような問題がある。従来例１の
半導体レーザ素子では、図７に示すように光吸収によっ
てリッジストライプ内部の可飽和吸収層で生成されたキ
ャリアの大半が濃度勾配によりリッジストライプ外部の
可飽和吸収層へ拡散する。生成キャリアのうち、電子は
ポテンシャル障壁の低い電流阻止層へ拡散し、注入され
た正孔と再結合して消滅する。一方、生成された正孔は
ポテンシャル障壁のあまり高くないｐ−第１クラッド層
へオーバーフローしやすいため、正孔による電流はリッ
ジ幅より大きく広がって活性層へ再注入される。

【００１０】このように光吸収によって生じたキャリア
が再び発光に寄与する動作はフォトンリサイクルと呼ば
れ、レーザ動作電流の低減および自励発振出力の増大に
寄与するが、従来例１の構造では再注入電流がストライ
プ幅に比べて大きく広がるためフォトンリサイクル効率
が低いという問題がある。

【００１１】従来例２の半導体レーザ素子構造では、結
晶成長の過程において電流阻止層はｐ−第１クラッド層
表面から上方へむかってエピタキシャル成長するため、
可飽和吸収層と電流阻止層との結晶界面には結晶欠陥や
高抵抗層から成る表面準位が存在する。生成された電子
はこの表面準位によって拡散を阻止されるため、可飽和
吸収層内で正孔と再結合して消滅する。すなわち、フォ
トンリサイクル動作が行われないという欠点がある。

【００１２】また、このような過程で消滅するキャリア
の寿命は、拡散によって消滅するキャリアの寿命よりも
長いため、可飽和吸収層での光吸収の飽和が起こりやす
く、自励発振出力の増大が困難であるという問題があ
る。

【００１３】従来例３の半導体レーザ素子構造では、リ
ッジストライプ外部の可飽和吸収層が導電型の異なる光
吸収層によって分離されているため、光吸収によって生
成されたキャリアはストライプ内活性層へ再注入されや
すいが、図１１に示すように従来例１と同じくその効率
は低いという問題がある。

【００１４】このように従来の自励発振型半導体レーザ
素子においては、フォトンリサイクルが効率的に行われ
ないため、動作電流の低減と自励発振出力の増大を両立
させることは困難であった。

【００１５】本発明は上記従来技術の問題点を解決すべ
くなされたものであり、フォトンリサイクル効率が高い
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る半導体レーザ素子は、第１導電型半導体基板上に、
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッ
ド層、該第２導電型第１クラッド層に達するストライプ
状の溝を有し前記活性層よりバンドギャップの大きい電
流狭窄層、及び第２導電型第２クラッド層とを少なくと
も有する半導体レーザ素子において、前記第２導電型第
１クラッド層の前記電流狭窄層非形成領域上面、及び前
記電流狭窄層上面に、連続した可飽和吸収層が形成され
てなることによって上記目的を達成する。

【００１７】この発明（請求項２）に係る半導体レーザ
素子は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッ
ド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッチング
停止層、該エッチング停止層に達するストライプ状の溝
を有し前記活性層よりバンドギャップの大きい電流狭窄
層、前記第２導電型第１クラッド層の前記電流狭窄層非
形成領域上面、及び前記電流狭窄層上面に連続して形成
した可飽和吸収層、及び第２導電型第２クラッド層とを
有し、前記エッチング停止層は、そのバンドギャップが
前記活性層より大きく、かつ前記第２導電型第２クラッ
ド層より小さいことによって、上記目的を達成する。

【００１８】この発明（請求項３）に係る半導体レーザ
素子は、前記エッチング停止層は、量子効果を生じる膜
厚を有することによって、活性層よりもバンドギャップ
を大きくされてなることによって、上記目的を達成す
る。

【００１９】この発明（請求項４）に係る半導体レーザ
素子は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッ
ド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッチング
停止層、該エッチング停止層に達するストライプ状の溝
を有し、前記活性層よりバンドギャップの大きい電流狭
窄層、及び第２導電型第２クラッド層とを少なくとも有
する半導体レーザ素子において、前記エッチング停止層
上の前記ストライプ状の溝内に、前記第２導電型第２ク
ラッド層とほぼバンドギャップの等しい電子障壁層が形
成されると共に、該電子障壁層上面、及び前記電流狭窄
層上面に連続した可飽和吸収層が形成されてなることに
よって、上記目的を達成する。

【００２０】この発明（請求項５）に係る半導体レーザ
素子は、前記ストライプ状の溝を有する電流狭窄層は、
ストライプ状の溝の無い領域の膜厚が０．１μｍ以上１
μｍ以下であることによって、上記目的を達成する。

【００２１】この発明（請求項６）に係る半導体レーザ
素子は、前記可飽和吸収層は単一の結晶成長工程で形成
されてなることによって、上記目的を達成する。

【００２２】以下に、本発明の作用につき説明する。請
求項１の発明にあっては、ストライプ内からストライプ
外にかけて連続した可飽和吸収層を有し、ストライプ外
における可飽和吸収層が、正孔に対して大きなポテンシ
ャル障壁を持つ電流阻止層により第１上クラッド層と隔
離されて形成されている。従ってストライプ内の可飽和
吸収層で生成された正孔はストライプ外の第１上クラッ
ド層へオーバーフローせず、ストライプ内活性層へのみ
再注入される。この高効率なフォトンリサイクル動作よ
って電流広がりを抑制し該半導体レーザ素子の低電流化
が実現される。また、高効率なフォトンリサイクル動作
はレーザ素子の自励発振動作を高出力まで維持できるた
め、光ディスクシステムの書き込み時においても戻り光
雑音を回避出来、低雑音動作と高出力動作の両立が実現
される。

【００２３】請求項２、３の発明にあっては、ストライ
プ内において可飽和吸収層と第１上クラッド層との界面
に、ストライプ外へ達するエッチング停止層が形成され
ている場合においても、エッチング停止層のバンドギャ
ップを可飽和吸収層及び活性層のバンドギャップより大
きくすることにより、可飽和吸収層からエッチング停止
層への電子の拡散を阻止し、正孔をストライプ内へのみ
再注入することが出来る。これにより第１の発明と同じ
く、高効率なフォトンリサイクル動作を得ることが出来
る。

【００２４】請求項４の発明にあっては、エッチング停
止層および可飽和吸収層に比べて十分大きなバンドギャ
ップを有する第２導電型の半導体層を形成して両層を隔
離することにより、光吸収によって生成した電子がエッ
チング停止層へ拡散するのを阻止することが出来る。こ
れにより請求項１、２の発明と同じく、高効率なフォト
ンリサイクル動作を得ることが出来る。また該半導体層
のバンドギャップを第２上クラッド層と略等しくするこ
とにより、光学特性の変化を小さくすることが出来る。

【００２５】請求項５の発明にあっては、ストライプ状
の溝を有する電流狭窄層は、ストライプ状の溝の無い領
域の膜厚が０．１μｍ以上１μｍ以下であることによ
り、ストライプ外における可飽和吸収層が、積層方向に
おいて第１上クラッド層と０．１μｍ以上隔離されて形
成されていることとなり、可飽和吸収層で生成されたキ
ャリアは電流阻止層と第１上クラッド層の界面に生じる
空乏層の影響を受けない。従ってキャリアの拡散が阻害
されることなく、高効率なフォトンリサイクル動作が実
現できる。また、電流狭窄層の膜厚の上限は理論的には
無いものと考えられるが、エッチングによって溝部を形
成する際、あまり厚いとエッチング時間を長くする必要
が生じ、その結果ストライプ幅の制御が困難となる。従
って、ストライプ幅（１〜４μｍ）を再現性よく制御す
るには電流狭窄層を１μｍ以下とするのが好ましい。

【００２６】請求項６の発明にあっては、ストライプ内
およびストライプ外における可飽和吸収層が、結晶成長
の工程において同時に形成されることにより、可飽和吸
収層内には高抵抗領域や欠陥領域が存在しない。従って
可飽和吸収層で生成された電子はストライプ内からスト
ライプ外へ円滑に拡散し、高効率なフォトンリサイクル
動作が実現できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【００２８】（実施形態１）図１に、第１の発明に係わ
る実施形態の半導体レーザ素子の断面図を示す。この半
導体レーザ素子は以下のようにして作製される。

【００２９】まずｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、第１回
目の結晶成長により１．０μｍのｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａ
ｓクラッド層１０２、ノンドープ量子井戸活性層１０
３、０．２μｍのｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第１クラッド
層１０４、０．６μｍのｎ−Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3Ａｓ電流阻
止層１０５を順次積層する。ノンドープ量子井戸活性層
１０３は、０．０１μｍのＡｌ_0.14Ｇａ_0.86Ａｓ井戸層
および０．０１μｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層および
同構造のガイド層から形成されている。本実施形態にお
いては、井戸層の数は３層とした。次に、公知のフォト
リソグラフィ技術および選択エッチング技術を用いて、
ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層１０４に到達するよう
にｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１０５にストライプ状溝
１０６を形成する。ストライプ状溝１０６の幅はｐ−Ａ
ｌＧａＡｓ第１クラッド層１０４との界面において１〜
４μｍとした。その後、第２回目の結晶成長により０．
０１μｍのｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ａｓ可飽和吸収層１０
７、１．２μｍのｐ−Ａｌ_0. ₅Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッド
層１０８、２．０μｍのｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９
を順次積層する。最後にｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９
上面およびｎ−ＧａＡｓ基板１０１下面に各々オーミッ
ク電極を形成し、劈開法により共振器長を３００μｍに
調整して、劈開両端面に反射率３０％のコーティング膜
を形成し本発明の半導体レーザ素子を得た。

【００３０】本実施形態の半導体レーザ素子の室温２５
℃で光出力３０ｍＷにおける動作電流と、自励発振の最
大出力を下記表１に示す。また比較例として、本実施形
態の材料で従来例１と同一の構造である半導体レーザ素
子を作製し、同様の評価を行った結果についても同時に
示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から理解されるように、ストライプ外
のｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層がｐ−ＡｌＧａＡｓ第
１クラッド層と隔離されて形成された本実施形態の半導
体レーザ素子は、ストライプ外のｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽
和吸収層がｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層に接して形
成された比較例の半導体レーザ素子に比べて動作電流が
小さく、かつ最大自励発振出力が２倍以上に向上してい
る。

【００３３】このような結果が得られた理由について
は、以下のように考えられる。図２に、本実施形態にお
いて光吸収によりｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１０７
で生成したキャリアの拡散経路を示す。

【００３４】ストライプ外に拡散した電子がｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ電流阻止層側へ拡散する過程は従来例１の場合と
同じであるが、正孔に対してはｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻
止層側のポテンシャル障壁とｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラ
ッド層側のキャリア濃度勾配によりストライプ外へオー
バーフロー出来ないため、正孔による拡散電流はストラ
イプ直下の活性層領域へ再注入される。この動作により
ストライプ外への電流広がりが抑制出来、動作電流が低
減されると共に、可飽和吸収層で生成したキャリアが効
率よく消費されるため、光吸収の飽和が起こりにくく自
励発振出力が増大する。

【００３５】本実施形態においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
電流阻止層１０５はｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１０
７にくらべバンドギャップ差が大きい材料で構成されて
いるが、従来例３のようにｎ−ＧａＡｓで電流阻止層１
０５を形成した場合には正孔に対するポテンシャル障壁
が高く出来ないため、正孔が過剰に生成された場合には
電流阻止層へオーバーフローしやすくなり、本発明の効
果は得られない。

【００３６】また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層とｐ−
ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層との界面にはｐｎ接合によ
る空乏層が存在し、その厚みは積層方向においてｐｎ接
合界面より０．１μｍ以内と見積もられる。この領域で
は空乏層内の電界によってキャリアの拡散が阻害される
ため、電流狭窄部外における可飽和吸収層は積層方向に
おいてｐ−第１クラッド層と０．１μｍ以上隔離されて
形成されていることが好ましい。

【００３７】尚、本実施形態では活性層の量子井戸層を
３層としたが、他の井戸層数を採用したいわゆる多重量
子井戸構造であっても本発明の効果は損なわれることは
ない。

【００３８】（実施形態２）図３に、第２の発明に係わ
る実施形態の半導体レーザ素子の断面図を示す。本実施
形態が先の実施形態１と異なる点は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
第１クラッド層１０４上に０．０５μｍのｐ−Ａｌ_0.2
Ｇａ_0.8Ａｓエッチング停止層１１０が形成されている
点である。本実施形態におけるｐ−ＡｌＧａＡｓエッチ
ング停止層１１０はｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ第２クラッ
ド層１０８に比べてＡｌ混晶比が低いため、実施形態１
に比べてストライプ状溝１０６エッチング時の選択性を
上げることが出来る。また実施形態１に比べてＡｌ酸化
物が形成されにくいため、結晶再成長時の界面欠陥を低
減することが出来、半導体レーザ素子の信頼性と歩留ま
りを大きく改善することが出来る。また該エッチング停
止層１１０はレーザ光を吸収しないため、可飽和吸収効
果には何ら影響を及ぼさない。

【００３９】Ａｌを含む本実施形態のエッチング停止層
１１０の膜厚は、１００〜２００Å以上であることが好
ましく、５００Å（０．０５μｍ）以上であることがよ
り好ましい。

【００４０】本実施形態における該ｐ−ＡｌＧａＡｓエ
ッチング停止層１１０のバンドギャップは１．６７ｅＶ
で、図９に示すようにｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１
０７の量子準位による実質的なバンドギャップ１．４５
ｅＶより大きい。このため、光吸収によって生成した電
子は可飽和吸収層からエッチング停止層には拡散出来
ず、実施形態１において説明したのと同じ経路を拡散し
て消滅する。光吸収によって生成した正孔に対しては、
可飽和吸収層とエッチング停止層との間の障壁はあまり
高くないので、過剰な注入キャリアと共にストライプ内
へのみ再注入される。これにより第１の発明と同じく、
高効率なフォトンリサイクル動作を得ることが出来る。
本実施形態の半導体レーザ素子の室温２５℃で光出力３
０ｍＷにおける動作電流および自励発振の最大出力は各
々５５ｍＡおよび４５ｍＷで、界面欠陥が低減した結果
実施形態１に比べてフォトンリサイクル動作が高効率に
行われていることがわかった。

【００４１】本実施形態においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓ
電流阻止層１０５をストライプ状にエッチングして溝部
１０６を形成する。電流阻止層１０５はＡｌ混晶比が〜
０．７と高いため、弗化水素酸（ＨＦ）を用いてエッチ
ングを行う。ＨＦエッチングレートはＡｌ混晶比に対し
て指数関数的に変化し、Ａｌ混晶比が〜０．４以下では
ほとんどエッチングされない。本実施形態ではエッチン
グ停止層１１０は０．０５μｍと比較的厚いため、多少
エッチングされてもそのエッチング停止層としての機能
は十分果たし得る。従って、Ａｌ混晶比の上限は０．
４、より好ましくは０，２５以下であるとよい。

【００４２】（実施形態３）本実施形態では、エッチン
グ停止層１１０を０．００３μｍのｐ−ＧａＡｓとした
他は実施形態２と全く同じにして本発明の半導体レーザ
素子を作製した。

【００４３】本実施形態におけるｐ−ＧａＡｓエッチン
グ停止層１１０は実施形態２におけるＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａ
ｓに比べて更にＡｌ混晶比が低いため、半導体レーザ素
子の信頼性と歩留まりを更に改善することが出来る。ま
た該エッチング停止層１１０は非常に薄いため、該エッ
チング停止層自体は可飽和吸収層としては働かない。

【００４４】Ａｌを含まない本実施形態のエッチング停
止層１１０の層厚は、２０Å以上で十分その機能を果た
す。一方、レーザ光を吸収するか否かはバンドギャップ
で決まるため、層厚と共にＡｌ混晶比が関与する。本実
施形態のＧａＡｓエッチング停止層１１０では〜３０Å
以下の量子井戸層であれば、全くレーザ光を吸収しな
い。

【００４５】本実施形態における該ｐ−ＧａＡｓエッチ
ング停止層１１０はｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１０
７よりＡｌ混晶比が低いため、ストライプ内においては
光吸収および生成キャリアの拡散が起こる。しかしスト
ライプ外においては該ｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１
１０よりＡｌ混晶比の高い層で挟まれているため、量子
準位による実質的なバンドギャップがストライプ内より
大きくなる。このバンドギャップ差によって、生成した
電子はストライプ内からストライプ外には拡散出来ず、
実施形態２において説明したのと同じ効果を得ることが
出来る。

【００４６】本実施形態の半導体レーザ素子の室温２５
℃で光出力３０ｍＷにおける動作電流および自励発振の
最大出力は各々５０ｍＡおよび５０ｍＷで、界面欠陥が
更に低減した結果実施形態２に比べてフォトンリサイク
ル動作が高効率に行われていることがわかった。

【００４７】（実施形態４）図４に、第３の発明に係わ
る実施形態の半導体レーザ素子の断面図を示す。本実施
形態が先の実施形態３と異なる点は、ストライプ状溝１
０６内部のｐ−ＧａＡｓエッチング停止層１１０とｐ−
ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１０７との間に０．１μｍの
ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ電子障壁層１１１が形成されて
いる点である。この半導体レーザ素子は以下のようにし
て作製される。

【００４８】まず実施形態３と同じくｎ−ＧａＡｓ基板
１０１上にｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１０５までを順
次積層する。次に、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１０５
上に１．０μｍのＳｉＯ₂膜を蒸着し、公知のフォトリ
ソグラフィ技術と選択エッチング技術を用いて、該Ｓｉ
Ｏ₂膜のみをストライプ状に加工する。更に該ストライ
プ状ＳｉＯ₂膜をエッチングマスクとして、ｐ−ＧａＡ
ｓエッチング停止層１１１に到達するようにｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ電流阻止層１０５にストライプ状溝１０６を形成
する。ＳｉＯ₂膜を残したまま、公知の選択成長技術に
よりｐ−ＡｌＧａＡｓ電子障壁層１１１をストライプ状
溝１０６内部にのみ成長させ、試料を大気に曝さないよ
う別の反応室に移した後公知のドライエッチング技術に
よりＳｉＯ₂膜だけを除去する。再び試料を大気に曝さ
ないよう結晶成長装置に戻し、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和
吸収層１０７、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０
８、ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０９を順次積層する。

【００４９】本実施形態ではエッチング停止層および可
飽和吸収層に比べて十分大きなバンドギャップを有する
電子障壁層１１１によって両層を隔離しているため、光
吸収によって生成した電子が可飽和吸収層からエッチン
グ停止層へ拡散するのを阻止することが出来る。

【００５０】本実施形態では該電子障壁層１１１の厚み
を０．１μｍとしたが、トンネル効果によって電子が該
障壁層を透過するのを防ぐためには、該障壁層の厚みは
０．０５μｍ以上とすることが好ましい。

【００５１】該電子障壁層１１１のバンドギャップは、
エッチング停止層および可飽和吸収層に比べて十分大き
ければ本発明の効果は得られるが、図１０に示す本実施
形態の様に該障壁層のバンドギャップを第２上クラッド
層と等しくすることにより、光学特性の変化を小さくす
ることが出来る。

【００５２】本実施形態の半導体レーザ素子の室温２５
℃で光出力３０ｍＷにおける動作電流および自励発振の
最大出力は各々４５ｍＡおよび６０ｍＷで、電子の拡散
を阻止する効果が高くなったため、先の実施形態３に比
べてフォトンリサイクル動作が更に高効率に行われてい
ることがわかった。以上、本発明の実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは
ない。材料系としてはＡｌＧａＡｓ系材料のみを示した
が、他の材料系、例えばＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料などでも同様の効果が得られる。また活性層が
量子効果を持たないバルク構造の場合や、可飽和吸収層
がバルク構造あるいは多重量子井戸構造の場合でも、本
発明の主旨に反しない限り同様の効果が得られる。また
活性層の発振波長や可飽和吸収層の吸収係数、あるいは
共振器長や端面反射率などの変更を行っても本発明の効
果は損なわれない。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に依れば可飽
和吸収領域で生成したキャリアが高効率なフォトンリサ
イクル動作によってストライプ内活性層へ再注入される
ため、ストライプ外活性層への電流広がりを抑制して動
作電流を低減しかつ自励発振出力を増大することが可能
となる。これによって、光ディスクシステム等において
使用される半導体レーザを低電流かつ低雑音で動作させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１における半導体レーザ素子
の断面図である。

【図２】本発明の実施形態１において、可飽和吸収層で
生成されたキャリアの拡散経路を表す説明図である。

【図３】本発明の実施形態２および３における半導体レ
ーザ素子の断面図である。

【図４】本発明の実施形態４における半導体レーザ素子
の断面図である。

【図５】従来例１おける半導体レーザ素子の断面図であ
る。

【図６】従来例２おける半導体レーザ素子の断面図であ
る。

【図７】従来例１において、可飽和吸収層で生成された
キャリアの拡散経路を表す説明図である。

【図８】従来例３における半導体レーザ素子の断面図で
ある。

【図９】本発明の実施形態２および３におけるバンドダ
イヤグラムである。

【図１０】本発明の実施形態４におけるバンドダイヤグ
ラムである。

【図１１】従来例において、可飽和吸収層で生成された
キャリアの拡散経路を表す説明図である。

【符号の説明】

１、１０１ｎ−ＧａＡｓ基板２ｎ−ＧａＡｓバッファ層３、１０２ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４、１０３活性層５、１０４ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層９、１０５ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１０６ストライプ状溝６、１０７ｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層７、１０８ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層８、１０９ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１０ｐ−エッチング停止層１１１ｐ−電子障壁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型半導体基板上に、第１導電型
クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、該第
２導電型第１クラッド層に達するストライプ状の溝を有
し前記活性層よりバンドギャップの大きい電流狭窄層、
及び第２導電型第２クラッド層とを少なくとも有する半
導体レーザ素子において、前記第２導電型第１クラッド層の前記電流狭窄層非形成
領域上面、及び前記電流狭窄層上面に、連続した可飽和
吸収層が形成されてなることを特徴とする半導体レーザ
素子。
【請求項２】第１導電型半導体基板上に、第１導電型
クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッ
チング停止層、該エッチング停止層に達するストライプ
状の溝を有し前記活性層よりバンドギャップの大きい電
流狭窄層、前記第２導電型第１クラッド層の前記電流狭
窄層非形成領域上面、及び前記電流狭窄層上面に連続し
て形成した可飽和吸収層、及び第２導電型第２クラッド
層とを有し、前記エッチング停止層は、そのバンドギャップが前記活
性層より大きく、かつ前記第２導電型第２クラッド層よ
り小さいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】前記エッチング停止層は、量子効果を生
じる膜厚を有することによって、活性層よりもバンドギ
ャップを大きくされてなることを特徴とする請求項２に
記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】第１導電型半導体基板上に、第１導電型
クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層、エッ
チング停止層、該エッチング停止層に達するストライプ
状の溝を有し、前記活性層よりバンドギャップの大きい
電流狭窄層、及び第２導電型第２クラッド層とを少なく
とも有する半導体レーザ素子において、前記エッチング停止層上の前記ストライプ状の溝内に、
前記第２導電型第２クラッド層とほぼバンドギャップの
等しい電子障壁層が形成されると共に、該電子障壁層上
面、及び前記電流狭窄層上面に連続した可飽和吸収層が
形成されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】前記ストライプ状の溝を有する電流狭窄
層は、ストライプ状の溝の無い領域の膜厚が０．１μｍ
以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、
３又は４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】前記請求項１、２、３、４、又は５のい
ずれかの半導体レーザ素子において、前記可飽和吸収層は単一の結晶成長工程で形成されてな
ることを特徴とする半導体レーザ素子。