(57)【要約】【課題】  ドループ特性を向上させることが可能な半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供すること。【解決手段】  Ｉｎ（Ｇａ(1-x)Ａｌx）Ｐ（０＜ｘ＜１）を含むｎ型クラッド層２と、Ｉｎ（Ｇａ(1-y)Ａｌy）Ｐ（０＜ｙ＜１）を含むｐ型クラッド層６と、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６の間に位置する、ＡｌＧａＡｓを含む層からなる活性層４と、を備える半導体レーザ素子Ａであって、ｐ型クラッド層６は、これよりも活性層４から離間した本体層６１よりもＡｌの組成比ｙが大である高Ａｌ含有層６２を有する。【選択図】  図２
2010182795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ（Ｇａ(1-x)Ａｌx）Ｐ（０＜ｘ＜１）を含むｎ型クラッド層と、
Ｉｎ（Ｇａ(1-y)Ａｌy）Ｐ（０＜ｙ＜１）を含むｐ型クラッド層と、
上記ｎ型クラッド層および上記ｐ型クラッド層の間に位置する、ＡｌＧａＡｓを含む層からなる活性層と、
を備える半導体レーザ素子であって、
上記ｐ型クラッド層は、これよりも上記活性層から離間した部分よりもＡｌの組成比ｙが大である高Ａｌ含有部を有することを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
上記ｎ型クラッド層は、これよりも上記活性層から離間した部分よりもＡｌの組成比ｘが大である高Ａｌ含有部を有する、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
上記ｎ型クラッド層の上記高Ａｌ含有部は、Ａｌの組成比ｘが均一である高Ａｌ含有層とされている、請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
上記ｎ型クラッド層の上記高Ａｌ含有層とそれ以外の部分とのＡｌの組成比ｘの差が０．１以上である、請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
上記ｐ型クラッド層の上記高Ａｌ含有部は、Ａｌの組成比ｙが均一である高Ａｌ含有層とされている、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
上記ｐ型クラッド層の上記高Ａｌ含有層とそれ以外の部分とのＡｌの組成比ｙの差が０．１以上である、請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
ＧａＡｓを含む半導体基板と、
上記半導体基板に支持された請求項１ないし６のいずれかに記載の複数の半導体レーザ素子と、
を備えることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばレーザプリンタに用いられる半導体レーザ素子および半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の半導体レーザ素子の一例を示している。同図に示された半導体レーザ素子Ｘは、ＧａＡｓからなる基板９１上に形成されており、ｎ型クラッド層９２、ｎ型ガイド層９３、活性層９４、ｐ型ガイド層９５、ｐ型クラッド層９６が積層された構造を有している。ｐ型クラッド層９６は一方向に伸びる凸状のリッジ部９６ａを有しており、このリッジ部９６ａを挟むように電流狭窄層９７ａが設けられている。リッジ部９６ａの上面には、ｐ型コンタクト層９７ｂが形成されている。ｐ型コンタクト層９７ｂは、ｐ側電極９８ｂに導通している。基板９１の下面には、ｎ側電極９８ａが形成されている。半導体レーザ素子Ｘにおいては、活性層９４が、異なる組成比のＡｌＧａＡｓからなる井戸層と障壁層とが積層された構造とされており、赤外領域のレーザ光を発する。
【０００３】
たとえば、半導体レーザ素子Ｘがレーザプリンタに用いられる場合、いわゆるドループ特性が重要とされる。ドループ特性とは、たとえば６００Ｈｚの周波数で発光させるときに、１周期の１０％にあたる時間率で発光させた場合と、１周期の９０％にあたる時間率で発光させた場合とで、レーザ光の光量やビーム形状にどの程度の差があるかをいう。図７は、半導体レーザ素子Ｘのバンドギャップを模式的に示している。同図においては、活性層９４と、これを挟むｎ型クラッド層９２およびｐ型クラッド層９６とを示しており、その他の要素を省略している。活性層９４を挟んだバンドギャップは、半導体レーザ素子Ｘの温度が高いほど低くなる。このため、発光させる時間率の増大に伴い温度が上昇すると、バンドギャップが低くなりキャリアのオーバーフローが発生する。このオーバーフローは、ドループ特性を悪化させる一因となる。
【０００４】
半導体レーザ素子Ｘにおいては、バンドギャップを高めることを目的として、ｎ型クラッド層９２およびｐ型クラッド層９６の材質に、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体を用いている。しかしながら、ドループ特性をさらに高めるためには、いまだ不十分である場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１１１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ドループ特性を向上させることが可能な半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によって提供される半導体レーザ素子は、Ｉｎ（Ｇａ(1-x)Ａｌx）Ｐ（０＜ｘ＜１）を含むｎ型クラッド層と、Ｉｎ（Ｇａ(1-y)Ａｌy）Ｐ（０＜ｙ＜１）を含むｐ型クラッド層と、上記ｎ型クラッド層および上記ｐ型クラッド層の間に位置する、ＡｌＧａＡｓを含む層からなる活性層と、を備える半導体レーザ素子であって、上記ｐ型クラッド層は、これよりも上記活性層から離間した部分よりもＡｌの組成比ｙが大である高Ａｌ含有部を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｎ型クラッド層は、これよりも上記活性層から離間した部分よりもＡｌの組成比ｘが大である高Ａｌ含有部を有する。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｎ型クラッド層の上記高Ａｌ含有部は、Ａｌの組成比ｘが均一である高Ａｌ含有層とされている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｎ型クラッド層の上記高Ａｌ含有層とそれ以外の部分とのＡｌの組成比ｘの差が０．１以上である。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｐ型クラッド層の上記高Ａｌ含有部は、Ａｌの組成比ｙが均一である高Ａｌ含有層とされている。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｐ型クラッド層の上記高Ａｌ含有層とそれ以外の部分とのＡｌの組成比ｙの差が０．１以上である。
【００１３】
このような構成によれば、上記ｎ型クラッド層および上記ｐ型クラッド層のうち上記活性層寄りに位置する各高Ａｌ含有部と上記活性層とのバンドギャップが顕著に大となる。この結果、上記半導体レーザ素子は、温度が上昇した場合においても、たとえば従来技術による半導体レーザ素子よりもバンドギャップが大きい。したがって、温度上昇時のキャリアのオーバーフローを抑制することが可能であり、ドループ特性の改善を図ることができる。
【００１４】
本発明の第２の側面によって提供される半導体レーザ装置は、ＧａＡｓを含む半導体基板と、上記半導体基板に支持された本発明の第１の側面によって提供される複数の半導体レーザ素子と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ装置の一例を示す要部斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示す半導体レーザ素子のバンドギャップを示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図である。
【図７】図６に示す半導体レーザ素子のバンドギャップを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１および図２は、本発明に係る半導体レーザ装置の一例を示している。本実施形態の半導体レーザ装置Ｂは、基板１上に２つの半導体レーザ素子Ａが形成された構造とされている。本実施形態においては、半導体レーザ素子Ａからは赤外領域のレーザ光が発せられる。これにより、半導体レーザ装置Ｂは、同一方向に複数の赤外レーザ光を出射可能な半導体レーザ装置として構成されている。このような半導体レーザ装置Ｂは、たとえばレーザプリンタにおいて感光体を露光させるための光源として用いられる。
【００１９】
基板１は、半導体レーザ素子Ａの土台である。本実施形態においては、基板１の材質としてｎ型ＧａＡｓを用いている。基板１の裏面には、ｎ側電極８１が形成されている。
【００２０】
半導体レーザ素子Ａは、ｎ型クラッド層２、ｎ型ガイド層３、活性層４、ｐ型ガイド層５、ｐ型クラッド層６、電流狭窄層７１、およびｐ型コンタクト層７２が積層された構造とされており、たとえば波長が７８０ｎｍ程度の赤外領域のレーザ光を発する。
【００２１】
ｎ型クラッド層２は、たとえばＳｉがドープされたｎ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば２〜３μｍ程度である。ｎ型クラッド層２は、本体層２１および高Ａｌ含有層２２からなる。高Ａｌ含有層２２は、本発明で言う高Ａｌ含有部の一例に相当し、本体層２１に対して活性層４側に位置している。本体層２１および高Ａｌ含有層２２をなす半導体は、Ｉｎ（Ｇａ(1-x)Ａｌx）Ｐ（０＜ｘ＜１）の組成式で表される。本体層２１のＡｌ組成比ｘは、たとえば０．７、高Ａｌ含有層２２のＡｌ組成比ｘは、たとえば０．８である。本体層２１のＡｌ組成比ｘとしては、０．６〜０．７５が好ましい。高Ａｌ含有層２２のＡｌ組成比ｘとしては、０．７５〜０．９の範囲で、本体層２１のＡｌ組成比ｘよりも１．０以上大きい値が好ましい。高Ａｌ含有層２２の厚さは、たとえば３００〜６００Åである。
【００２２】
活性層４は、互いにＡｌの組成比が異なるＡｌＧａＡｓからなる井戸層と障壁層とが積層された多重量子井戸構造とされており、その全体厚さがたとえば０．０４〜０．２μｍ程度である。上記井戸層は、Ａｌ組成比が０．４程度のＡｌＧａＡｓからなり、その厚さが５０Å程度である。上記障壁層は、Ａｌ組成比が０．１程度のＡｌＧａＡｓからなり、その厚さが４０Å程度である。
【００２３】
活性層４を挟んで、ｎ型ガイド層３およびｐ型ガイド層５が位置している。ｎ型ガイド層３およびｐ型ガイド層５は、厚さがそれぞれ５０Å程度であり、Ａｌ組成比が０．４程度のＡｌＧａＡｓ系半導体からなる。
【００２４】
ｐ型クラッド層６は、たとえばＭｇがドープされたｐ型ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなり、その厚さがたとえば１〜２μｍ程度である。ｐ型クラッド層６は、本体層６１および高Ａｌ含有層６２からなる。高Ａｌ含有層６２は、本発明で言う高Ａｌ含有部の一例に相当し、本体層６１に対して活性層４側に位置している。本体層６１および高Ａｌ含有層６２をなす半導体は、Ｉｎ（Ｇａ(1-y)Ａｌy）Ｐ（０＜ｙ＜１）の組成式で表される。本体層６１のＡｌ組成比ｙは、たとえば０．７、高Ａｌ含有層６２のＡｌ組成比ｙは、たとえば０．８である。本体層６１のＡｌ組成比ｙとしては、０．６〜０．７５が好ましい。高Ａｌ含有層６２のＡｌ組成比ｙとしては、０．７５〜０．９の範囲で、本体層６１のＡｌ組成比ｙよりも１．０以上大きい値が好ましい。高Ａｌ含有層６２の厚さは、たとえば１００〜９００Åである。
【００２５】
本体層６１のうち一方向に伸びる凸状部分は、リッジ部６ａである。リッジ部６ａは、活性層４で発生した光を導波する役割を果たす。
【００２６】
電流狭窄層７１は、リッジ部６ａを挟むように形成されており、ＳｉＯ2などの絶縁材料、またはｎ型半導体材料からなる。電流狭窄層７１は、リッジ部６ａに選択的に電流を流すために設けられている。
【００２７】
ｐ型コンタクト層７２は、たとえばＭｇがドープされたｐ型ＧａＡｓ系半導体からなり、その厚さがたとえば０．１〜１０μｍ程度である。ｐ型コンタクト層７２上には、たとえばＴｉ／Ａｕからなるｐ側電極８２が設けられている。
【００２８】
半導体レーザ装置Ｂの構造には、ジャンクションアップ方式とジャンクションダウン形式がある。
【００２９】
図４は、ジャンクションアップ方式が採用された半導体レーザ装置Ｂを示している。本方式の場合、たとえばＡｌＮからなるサブマウント８５のボンディングパッド８６ａに対して基板１の下面（ｎ側電極８１）が接合される。一方、ｐ側電極８２に導通するボンディングメタル８７と、サブマウント８５のボンディングパッド８６ｂとがワイヤ８８によって接続される。このジャンクションアップ方式の場合、隣り合う半導体レーザ素子Ａのｐ側電極８２どうしの距離は、１４〜２８μｍと比較的狭幅とされる。
【００３０】
図５は、ジャンクションダウン方式が採用された半導体レーザ装置Ｂを示している。本形式の場合、上記ジャンクションアップ方式とは天地逆向きとなり、サブマウント８５のボンディングパッド８６ｂにｐ側電極８２が接合される。このジャンクションダウン方式の場合、ｐ側電極８２とボンディングパッド８６ｂとの位置合わせを適切に行うため、隣り合う半導体レーザ素子Ａのｐ側電極８２どうしの距離は、たとえば２８〜９０μｍ程度とされる。ジャンクションダウン方式は、ジャンクションアップ方式と比べて、半導体レーザ素子Ａからサブマウント８５への放熱を促進するのに有利である。
【００３１】
次に、半導体レーザ素子Ａおよび半導体レーザ装置Ｂの作用について説明する。
【００３２】
図３は、半導体レーザ素子Ａのバンドギャップを模式的に示している。なお、理解の便宜上、同図においてはｎ型クラッド層２、活性層４、およびｐ型クラッド層６以外の要素は省略している。同図によく表れているように、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６の内部においてバンドギャップが異なる状態となっている。より詳しくは、活性層４寄りに位置する高Ａｌ含有層２２，６２と活性層４とのバンドギャップが顕著に大である。これは、本体層２１，６１に対して、高Ａｌ含有層２２，６２のＡｌ組成比ｘ、ｙを大きくしていることによる。この結果、半導体レーザ素子Ａは、温度が上昇した場合においても、たとえば従来技術による半導体レーザ素子Ｘよりもバンドギャップが大きい。したがって、温度上昇時のキャリアのオーバーフローを抑制することが可能であり、ドループ特性の改善を図ることができる。また、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６全体としては、Ａｌ組成比ｘ，ｙが不当に大きくなることを回避することができる。
【００３３】
特に、図４に示したジャンクションアップ方式の半導体レーザ装置Ｂにおいては、隣り合う半導体レーザ素子Ａどうしの間隔が小である。このため、半導体レーザ素子Ａどうしが互いに加熱しやすいこととなり、ジャンクションダウン方式に比べて半導体レーザ素子Ａが温度上昇しがちである。このようなジャンクションアップ方式の半導体レーザ装置Ｂに採用される半導体レーザ素子として、ドループ特性に優れる半導体レーザ素子Ａは、好適である。また、一般的に、隣り合うｐ側電極８２どうしの距離が１００μｍ以下であると、上述した熱影響によるレーザ光の質低下が発生しうる。半導体レーザ素子Ａは、温度上昇してもバンドギャップの低下が抑制される。したがって、ジャンクションアップ方式およびジャンクションダウン方式のいずれの方式においても、隣り合う半導体レーザ素子Ａどうしの熱影響を低減することができる。
【００３４】
本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３５】
本発明で言う高Ａｌ含有部は、上述した高Ａｌ含有層２２，６２に限定されない。たとえば、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６のＡｌ組成比ｘ、ｙの積層方向における分布を、活性層４に近づくほど大となるように、傾斜分布とした構成であってもよい。この場合、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６のうち活性層４寄りに位置する任意の部分が、それよりも活性層４から離れている部分との関係で、高Ａｌ含有部ということができる。また、キャリアのオーバーフローを抑制するには、ｎ型クラッド層２およびｐ型クラッド層６の双方に高Ａｌ含有部を有することが好ましいが、たとえばｐ型クラッド層６のみに高Ａｌ含有層を有する構成であっても、キャリアのオーバーフロー抑制の効果を得ることができる。半導体レーザ装置Ｂに備えられる半導体レーザ素子Ａの個数は、２個に限定されず、たとえば４個などであってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ      半導体レーザ素子
Ｂ      半導体レーザ装置
１      基板
２      ｎ型クラッド層
２１    本体層
２２    高Ａｌ含有層
３      ｎ型ガイド層
４      活性層
５      ｐ型ガイド層
６      ｐ型クラッド層
６１    本体層
６２    高Ａｌ含有層
７１    電流狭窄層
７２    ｐ型コンタクト層
８１    ｎ側電極
８２    ｐ側電極
８５    サブマウント
８６ａ，８６ｂ  ボンディングパッド
８７    ボンディングメタル
８８    ワイヤ
【図１】
2010182795.tif 000003
【図２】
2010182795.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010182795.tif 000007
【図６】
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【図７】
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