(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、
前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、
光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整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】
半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、
前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、
光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、
前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、
光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こり、かつ、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
第１導電型クラッド層が、屈折率の異なる複数の層から構成されており、活性層に隣接する前記第1導電型クラッド層が、該層以外の層の屈折率よりも小さな屈折率を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
可飽和吸収層が、光ガイド層とエッチングストップ層とからなり、前記光ガイド層が、第２導電型クラッド層のバンドギャップより小さく、かつ前記エッチングストップ層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
エッチングストップ層が、膜厚２５Å以上、４０Å以下のＧａＡｓ層からなる請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
可飽和吸収層が、膜厚２５Å以上、４０Å以下のＧａＡｓ層によるエッチングストップ層からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
電流狭窄部構造を構成する第２導電型クラッド層の周辺に電流阻止層が配置され、前記電流狭窄部構造を形成する第２導電型クラッド層に垂直方向の実効屈折率と前記電流阻止層に垂直方向の実効屈折率との差が、４×１０-3以上、８×１０-3以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、より詳細には、録再型光ディスク装置の光源に用いられ、低雑音化が実現される半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
録再型光ディスク装置、特に光磁気ディスク装置やミニディスク装置では、その光源に半導体レーザ素子が用いられており、記録時の高出力状態において、半導体レーザ素子からの光出力を一定にして、光ディスクや光部品の磁界を変調させて記録する方式が一般的である。
しかし、これらの半導体レーザ素子では、出力光が、光ディスクまたは光学部品で反射することにより素子へ再入射する戻り光に起因して雑音（以下、「戻り光雑音」と記す）が発生するという問題がある。
【０００３】
この戻り光雑音を低減するために、半導体レーザ素子における活性層の近傍に、レーザ発振光に対して可飽和吸収効果を有する層を配置させて、自励発振を誘起させる自励発振型のレーザが、特開平８−１８１６０号公報または応用物理学会誌第６６巻第９号ｐ９５１〜ｐ９５５（１９９７）に提案されている。
例えば、応用物理学会誌に提案されているレーザ素子は、図１６に示したように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３、活性層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ可飽和吸収層１８、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１２が順次積層されており、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１２に、ｐ−ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層９に至るストライプ状の開口１９が形成され、この開口１９を含むｎ−ＡｌＧａＡｓ電流阻止層１２上にｐ−ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層２０及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５が積層されてなり、さらに、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５側にはｐ型電極１６が、ｎ−ＧａＡｓ基板１側にｎ型電極１７が形成されて構成される。
【０００４】
このようなレーザ素子では、図１７に示したように、光ディスクへの記録に必要な光出力２０ｍＷから４０ｍＷまでの高出力状態では、レーザが自励発振しているために、光ディスク装置に必要なレーザの雑音強度、すなわち−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下を満足することができる。しかし、光ディスクの再生に必要な光出力３ｍＷの低出力状態でも同様に戻り光による雑音の低減が要求されているにもかかわらず、低出力状態では、レーザの雑音強度は−１２５ｄＢ／Ｈｚより大きくなり、光ディスク装置に必要な雑音の低減が実現されないという問題がある。
【０００５】
つまり、高出力状態まで自励発振を維持させるためには、レーザ素子における可飽和吸収効果を増大する必要があるが、可飽和吸収効果を増大すると、低出力状態ではレーザ発振光と自然放出光が混在したモードで発振するようになる。このようなモードでは、自励発振の強度が弱く、また自然放出光による量子雑音が大きくなり、その結果、雑音強度が増大する。よって、上記のような自励発振型レーザでは、高出力での低雑音化と低出力での低雑音化とを両立させるのは原理的に困難であるという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、低出力状態及び高出力状態における低雑音特性の両立が可能な半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、
前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整されてなる半導体レーザ素子が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整されてなる半導体レーザ素子が提供される。
また、本発明によれば、半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第２導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、前記活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであり、光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こり、かつ、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように、活性層の光閉じ込め係数０．１以上、０．１５以下、ストライプ状の開口幅１．２μｍ以上、２．８μｍ以下、出射端面反射率８％以上、１７％以下及び共振器長２５０μｍ以上、４００μｍ以下の全てが調整されてなる半導体レーザ素子が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ素子は、主として、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で、半導体基板上に積層されてなる。
本発明における半導体基板は、通常半導体レーザ素子を形成するために使用される基板であれば特に限定されるものではなく、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ2Ｏ3等の化合物半導体等からなる基板を使用することができる。なかでも、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ａｌ2Ｏ3基板が好ましい。
【０００９】
第１導電型及び第2導電型クラッド層及び活性層を構成する材料は、当該分野で使用することができる材料をいずれも使用することができる。具体的には、ＡｌＧａＡｓ系材料、ＩｎＧａＡｌＰ系材料、ＩｎＧａＡｓＰ系材料、ＩｎＧａＮ系材料等が挙げられる。各層は、これら材料の組成比を適宜調整することにより、所望の特性の半導体レーザー素子を構成する活性層及びクラッド層を得ることができる。なお、活性層及びクラッド層は、それぞれこれら材料の組成比を調整した単一層、複数層で構成されてもよく、異なる材料からなる層を複数層組み合わせて構成されていてもよい。特に、活性層は、異なる組成の材料からなる層を積層した多重量子井戸型の構造を有していてもよく、さらに、歪多重量子井戸型であってもよい。第１導電型クラッド層が複数層からなる場合は、これら複数層は、屈折率の異なる層から構成されていることが好ましく、さらに、第1導電型クラッド層を構成する複数層のうち、活性層に隣接する層が、この層以外の層の屈折率よりも小さな屈折率を有することが好ましい。なお、複数層の各層の組成を調整することにより、光学特性に影響を及ぼすことなく活性層への光閉じ込め係数の制御が可能となる。
【００１０】
本発明のクラッド層と活性層の組み合わせとして、具体的には、ＡｌＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ層（歪多重量子井戸型活性層）、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ層、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＡｌＡｓ層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層等の組み合わせが挙げられる。なかでも、ＡｌＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層等が好ましい。
【００１１】
第１導電型及び第2導電型クラッド層及び活性層の厚さは、使用する材料の種類、得られる半導体レーザ素子の機能等に応じて適宜設定することができる。第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層の厚さは、例えば、０．１〜５μｍ、０．００５〜０．５μｍ及び０．１〜５μｍ程度が挙げられる。なお、第１導電型とは、ｎ型又はｐ型を意味し、第２導電型とは、第１導電型がｎ型の場合はｐ型、ｐ型の場合はｎ型を意味する。
このような組み合わせにより、発振波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍ程度の種々の半導体レーザー素子を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型又は第2導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有する。ここで可飽和吸収層とは、レーザ発振光の吸収が増加してキャリア濃度が増大すると吸収係数が減少する層のことである。この可飽和吸収層における吸収係数の変化により、レーザ発振がパルス状に自励発振して戻り光雑音を低減するように作用させることができる。
【００１３】
可飽和吸収層は、上記した第1導電型及び第2導電型クラッド層を構成する材料として例示した材料を用いて形成することができる。この場合、第1導電型又は第2導電型クラッド層を構成する材料と同様の材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。また、第1導電型及び第2導電型クラッド層の双方に形成されてもよいし、いずれか一方に形成されてもよい。なかでも、第1導電型又は第2導電型クラッド層を構成する材料と同様の材料で、かつ第２導電型クラッド層中に形成されることが好ましい。可飽和吸収層の厚さは、使用する材料等により適宜調整することができ、例えば、２５〜４０Å程度が挙げられる。さらに、可飽和吸収層は、単層又は積層層のいずれであってもよい。例えば、可飽和吸収層が、エッチングストップ層の単層、光ガイド層とエッチングストップ層との積層層からなることが挙げられる。なお、可飽和吸収層が光ガイド層とエッチングストップ層との積層層からなる場合には、光ガイド層は第２導電型クラッド層のバンドギャップより小さく、かつエッチングストップ層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有することが好ましい。光ガイド層のバンドギャップを規定することにより、可飽和吸収効果を有するエッチングストップ層への光の閉じ込めを調整して所望の低雑音特性が得られる。
【００１４】
また、第２導電型クラッド層中に可飽和吸収層を有している場合には、活性層のレーザ発振波長と可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍであることが好ましい。波長差が−１０ｎｍより小さくなると、低出力で量子雑音が増大する。また、波長差が７ｎｍより大きくなると、低出力で戻り光雑音が増大する。よって、低出力でレーザの雑音を低減するために、波長差をこの範囲にすることが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体レーザ素子は、第２導電型クラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有している。ストライプ状の開口は、第2導電型クラッド層の中央付近に形成されることが好ましく、その開口幅は、光導波機構により適宜調整することができる。具体的には、１．２〜２．８μｍ程度が挙げられる。第2導電型クラッド層中の電流狭窄構造は、例えば、上記ストライプ状の開口から上にむかって第2導電型クラッド層がテーパ状、リッジ状、逆テーパ状、これらの組み合わせ形状等の形状を有する構造であることが好ましい。なお、電流狭窄構造の最上部の幅は、０．４〜２．０μｍ程度が好ましい。電流狭窄構造は、０．３〜１．５μｍ程度の厚みであることが挙げられる。また、この電流狭窄構造を構成する第2導電型クラッド層は、単層で形成されていてもよいし、複数層で形成されていてもよい。
【００１６】
電流狭窄部構造を構成する第２導電型クラッド層の周辺には、電流阻止層が配置されていることが好ましい。この電流阻止層は、ストライプ状の開口に電流を閉じ込めるために、隣接するクラッド層と異なる導電型に設定する。また、電流阻止層は、同時にストライプ状の開口に対応する活性層に光を閉じ込める機能も有する。電流阻止層の材料をクラッド層の材料と同じにして、その組成比を調整することにより、レーザ発振光の吸収がなく、屈折率差により光を閉じ込めることができる。具体的には、Ａｌを含有する化合物半導体で電流阻止層とクラッド層が構成されている場合には、電流阻止層のＡｌ組成比をクラッド層のＡｌ組成比よりも大きくすることにより、前記の光吸収がない屈折率差による光閉じ込めが可能となる。屈折率差による光閉じ込めでは、光吸収がないので発振閾値電流の低減、動作電流の低減に効果的である。
【００１７】
電流狭窄部構造を構成する第２導電型クラッド層の周辺に電流阻止層が配置されている場合には、電流狭窄部構造を形成する第２導電型クラッド層に垂直方向の実効屈折率と電流阻止層に垂直方向の実効屈折率との差が、４×１０-3〜８×１０-3であることが好ましい。屈折率差が４×１０-3よりも小さくなると活性層に平行方向の放射角が減少するので、放射光の楕円率が悪化する。また、屈折率差が８×１０-3よりも大きくなると、高出力状態での雑音が増大する。
【００１８】
また、本発明の半導体レーザ素子は、上記構成を有するとともに、▲１▼光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように構成されているか、▲２▼光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こるように構成されているか、▲３▼光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こるように構成されている。
具体的には、活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開口幅、出射端面反射率、共振器長の１つ又は２以上が、上記▲１▼〜▲３▼の所定の発振が起こるように調整されてなる。
【００１９】
ここで、光出力の戻り光が０．５％から２０％となる場合とは、この半導体レーザ素子を、通常の光情報記録再生装置に利用することにより、光情報記録媒体で反射する光が、この半導体レーザ素子に戻ってくる光が０．５％〜２０％程度ある場合を意味する。また、光出力の戻り光が０．１％未満となる場合とは、この半導体レーザ素子からレーザを発した場合でも、半導体レーザ素子に光がほどんど戻らない場合を意味する。
【００２０】
活性層の光閉じ込め係数は、例えば、図５に示したように、半導体レーザ素子の電流狭窄構造の中央部における光出射端面付近の各層に閉じ込められている全光量に対する、活性層に閉じ込められている光量の割合を意味する。具体的には、０．１〜０．１５程度の範囲で調整することができる。なお、活性層の光閉じ込め係数は、活性層のガイド層の厚さを調整して変化させることにより調整することができる。
また、ストライプ状の開口幅とは、第2導電型クラッド層において、その幅が急激に変化する部分における狭くなった第2導電型クラッド層の幅を意味する。具体的には、上記したように、１．２〜２．８μｍ程度の範囲で調整することができる。
【００２１】
さらに、出射端面反射率とは、レーザ光が出射する端面における反射率を意味する。具体的には、８〜１７％程度の範囲で調整することができる。なお、出射端面反射率は、端面にコーティングする絶縁膜の屈折率とその膜厚により所望の範囲に調整することができる。
【００２２】
共振器長とは、レーザ共振器の長さを意味する。具体的には、２５０〜４００μｍ程度の範囲で調整することができる。なお、共振器は、通常の結晶へき開法を用い、その長さはへき開時に調整することができる。
【００２３】
本発明の半導体レーザー素子は、第２導電型クラッド層上及び基板下に電極が形成されてなる。電極は、通常電極材料として使用される導電材により形成することができる。電極の膜厚は、半導体レーザ素子に印可する電圧、使用する材料等により、適宜選択することができる。なお、第2導電型クラッド層の電流狭窄構造の周辺に電流阻止層が形成されている場合、第2導電型クラッド層と電流阻止層との上に電極が形成されていてもよい。また、第２クラッド層と電極との接合を良好にするために、第２クラッド層（及び電流阻止層）と電極との間にコンタクト層が形成されていてもよい。さらに、コンタクト層の他にも、電極、半導体基板、第１導電型クラッド、活性層、第2導電型クラッド層及び電極の間又は各層の中等に、エッチストップ層、中間層、バッファ層、キャップ層、平坦化層等が単独又は組み合わせられて形成されていてもよい。
【００２４】
本発明の半導体レーザー素子の製造方法を説明する。
まず、半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッド層、任意に可飽和吸収層を積層する。各層の形成方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用することができる。例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）、液相成長法（ＬＰＥ法）、等が挙げられる。
【００２５】
次に、第２導電型クラッド層の厚さ方向の一部又は全体を除去して電流狭窄構造を形成する。この際の除去は、公知の方法、例えば、フォトグラフィー及びエッチング工程により行うことができる。
続いて、任意に、電流狭窄構造を含む第2導電型クラッド層上に電流阻止層を積層し、公知の方法によりエッチバックして、電流狭窄構造の周辺に電流阻止層を形成し、さらに任意に、第2導電型クラッド層（及び電流阻止層）上にコンタクト層等を形成する。この際の電流阻止層、コンタクト層等は、上記クラッド層等と同様の方法により形成することができる。
続いて、第2導電型クラッド層（任意に電流阻止層、コンタクト層）上に電極を形成し、任意に、半導体基板を研磨した後、半導体基板の下に電極を形成する。電極は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成することができる。
【００２６】
この後、任意に、出射端面及び反対側端面にコーティング膜を形成することが好ましい。コーティング膜は、出射端面及び反対側端面の反射率を調整することができる材料、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｓｉ等を用いて、スパッタリング法、真空蒸着法により形成することができる。なお、出射端面及び反対側端面は、それぞれ８〜１７％程度であることが好ましい。
なお、本発明の半導体レーザー素子は、発振波長７８０ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系レーザ、発振波長６５０ｎｍ帯又は６３５ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系レーザ、発振波長４００ｎｍ帯のＩｎＧａＮ系青色レーザに適用可能である。
【００２７】
また、この素子から生じるレーザー光を光情報記録再生媒体に照射するための光学系の部品とともに、光情報記録再生装置に利用することができる。この場合の光学系の部品としては、特に限定されず、当該分野で公知のものをいずれも使用することができ、例えば、光学系の部品として、ホログラム、回折格子、集光レンズ、対物レンズ等が挙げられる。光情報記録再生媒体としては、書き込み型ＣＤ、光磁気ディスク、書き込み型ＤＶＤ等が挙げられる。
以下、本発明の半導体レーザ素子の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
実施形態１
この実施形態におけるＡｌＧａＡｓ系リッジ型レーザ素子を、図１に示す。
このレーザ素子は、膜厚１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１上に、
ｎ−ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）
ｎ−Ａｌ0.46Ｇａ0.54Ａｓ第１クラッド層３（厚さ２μｍ）
ｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層４（厚さ０．２μｍ）
ノンドープ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）活性層５
ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１クラッド層６（厚さ０．１３μｍ）
ｐ−Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ光ガイド層７（厚さ１００Å）及び
ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８（厚さ３２Å）
が順次形成され、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８上に、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層９（厚さ１．２μｍ）及び
ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０（厚さ０．７５μｍ）
からなり、ストライプ状の開口幅が２μｍのリッジストライプ１１が形成され、さらにリッジストライプ１１の周辺のｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８上に、
ｎ−Ａ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ第１電流阻止層１２（厚さ０．６μｍ）
ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１３（厚さ０．３μｍ）及び
ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４（厚さ１．０５μｍ）
が順次形成されており、リッジストライプ１１及びｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４上に、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５（厚さ４０μｍ）
が形成され、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５表面にｐ型電極１６、ｎ−ＧａＡｓ基板１表面にｎ型電極１７が形成され、さらに、出射端面及び反対側端面にコーティング膜（図示せず）が形成されて構成される。
【００２９】
なお、ＭＱＷ活性層５は、両端にＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓガイド層（厚さ１５０Å）を有し、その間に、Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸量（厚さ１００Å）５層とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ量子障壁層（厚さ５０Å）４層が交互に積層された構成を有する。
以下に、図１のレーザ素子の製造方法を説明する。
【００３０】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、１回目の有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−Ａｌ0.46Ｇａ0.54Ａｓ第１クラッド層３、ｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層４、ノンドープ多重量子井戸活性層５、ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１クラッド層６、ｐ−Ａｌ0.22Ｇａ0.78Ａｓ光ガイド層７、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層９及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１０を順次形成する。
【００３１】
次に、得られた基板１上のｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層９及びｐ−ＧａＡｓキャップ層１０を、公知のフォトリソグラフィ法と化学エッチング法によりエッチングして、所望の形状のリッジストライプ１１を形成する。
続いて、リッジストライプ１１を形成した基板１上に２回目のＭＯＣＶＤ成長により、ｎ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3Ａｓ第１電流阻止層１２、ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１３及びｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４を積層する。
【００３２】
さらに、ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４、ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１３及びｎ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ第１電流阻止層１２を、リッジストライプ１１の表面が露出するまで選択的にエッチングし、リッジストライプ１１とｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４との表面を平坦化する。
その後、その表面上に３回目のＭＯＣＶＤ成長によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５を形成する。
【００３３】
次いで、基板１を研磨してその厚みを１００μｍにし、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５表面にｐ型電極１６、ｎ−ＧａＡｓ基板１表面にｎ型電極１７を、それぞれ形成する。
続いて、劈開法により共振器長を３２５μｍに調整し、出射端面に反射率１２％のコーティング膜（図示せず）を形成し、反対側端面には反射率９０％のコーティング膜（図示せず）を形成してレーザ素子を完成する。
【００３４】
このように形成されたレーザ素子は、発振閾値電流２５ｍＡ、スロープ効率０．８５Ｗ／Ａ、光出力３０ｍＷでの動作電流６０ｍＡ、動作電圧１．９Ｖが得られた。また、雰囲気温度６０℃、光出力３５ｍＷのエージング走行試験においても５０００時間以上安定に走行し、実用上十分な信頼性が得られた。
【００３５】
また、このレーザ素子は、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層が可飽和吸収層として作用するので、層構造を簡略化することができるとともに、エッチングストップ層の可飽和吸収効果により、低出力で自励発振が起こり、低雑音特性が得られる。
【００３６】
このレーザ素子において、光出力を１ｍＷから４０ｍＷまで変化させたときの戻り光による相対雑音強度を測定した。相対雑音強度の測定は、光ディスクのピックアップに相当する評価装置を用いて行い、レーザからディスク面までの距離を２５ｍｍ、中心周波数７２０ＫＨｚ、帯域１０ＫＨｚとし、ディスク面を±１μｍ変動させることにより、レーザへの戻り光率を０．５％から２０％まで変化させたときの最大雑音強度を求めることにより行った。その結果を図２に示す。
一般に、デジタルディスク装置ではレーザの雑音強度の標準的な仕様として−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下が要求されるが、このレーザ素子では、図２に示したように、光出力２ｍＷから４０ｍＷまで、雑音強度は−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下と標準的な仕様を十分に満足する良好な値が得られた。
【００３７】
このレーザ素子において、光出力３ｍＷでの戻り光無し（戻り光率０．１％未満）の場合と戻り光有りの場合の発振スペクトルを測定した。その結果を図３（ａ）、（ｂ）に示す。
図３（ａ）に示したように、戻り光無しの場合には、自励発振により、スペクトルが変調を受けて、線幅が１．５Åと比較的広く、マルチ縦モードになった。このように、自励発振が起こると、スペクトルがその線幅を増大させ、マルチ縦モード化するために、可干渉性が低下し、戻り光雑音を低減することができる。
図３（ｂ）に示したように、戻り光有りの場合でも、自励発振は影響を受けないので、戻り光無しの場合と同様の発振スペクトルが得られる。
【００３８】
また、光出力３０ｍＷでの戻り光無しの場合と戻り光有りの場合の発振スペクトルを測定した。その結果を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
図４（ａ）に示したように、戻り光無しの場合には、スペクトルは、線幅が０．７Åで、シングル縦モードであった。
一方、図４（ｂ）に示したように、戻り光が有りの場合には、レーザとディスク面で複合共振器が形成されることにより、レーザの利得が変調を受けて、スペクトルは、線幅が１．０Åで、マルチ縦モードになった。マルチ縦モードになると、自励発振による線幅増大の効果はないが、自励発振のときと同様にレーザ光の可干渉性が低下するために戻り光雑音を低減できる。
なお、自励発振では、ある周波数では戻り光の影響を受けて雑音を発生することがあるが、このレーザ素子では、高出力状態で戻り光によるレーザのマルチ縦モード発振を利用するので、自励発振よりも安定した低雑音特性が得られる。
【００３９】
このレーザ素子においては、ＭＱＷ活性層は５層の量子井戸層で構成されており、光閉じ込め係数Γａｃｔは０．１２５である。ここで、Γａｃｔは、図５に示したように、レーザ素子のリッジストライプ１１中央部における光出射端面付近の各層に閉じ込められている全光量２１に対する、活性層５に閉じ込められている光量２２の割合で定義される。なお、活性層がＭＱＷ活性層の場合には、全量子井戸層への光閉じ込め係数の総和をΓａｃｔと定義する。
このレーザ素子は、ＭＱＷ活性層のガイド層の厚さを調整することにより、Γａｃｔを変化させることができる。よって、Γａｃｔを０．０５から０．２まで変化させたときの光出力３０ｍＷでの相対雑音強度及び雰囲気温度６０℃、光出力３５ｍＷでの素子寿命を測定した。それらの結果を図６（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４０】
図６（ａ）に示したように、Γａｃｔが０．１以上で雑音強度の仕様−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下を満足することがわかった。
また、図６（ｂ）に示したように、Γａｃｔが０．１５以上になると、素子寿命は２０００時間未満となり、素子の信頼性が悪化することがわかった。
以上より、Γａｃｔは、０．１以上、０．１５以下に設定することが望ましいことがわかった。
【００４１】
このレーザ素子は、ｎ−第２クラッド層４がＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓからなり、ｎ−第１クラッド層３がＡｌ0.46Ｇａ0.54Ａｓからなる。Ａｌ組成比が大きくなると屈折率は小さくなるので、ｎ−第２クラッド層４の方がｎ−第１クラッド層３よりも屈折率は小さくなる。よって、このような構成とすることにより、活性層５への光閉じ込め係数を低下することなく、活性層５に垂直な方向に対する放射角の増大を防ぐことができる。
このレーザ素子において、ｎ−第１クラッド層のＡｌ組成比を変化させた場合の活性層５に垂直な方向に対する放射角を測定した。その結果を図７に示す。
図７によれば、ｎ−第１クラッド層のＡｌ組成比がｎ−第２クラッド層のＡｌ組成比と同じ０．５のときには、垂直放射角は３２度となり、従来のレーザ素子の垂直放射角２８度よりも増大するので、レンズとの結合効率が低下するという問題がある。しかし、ｎ−第１クラッド層のＡｌ組成比を、このレーザ素子のように０．４６にすると、垂直放射角は従来と同じ値が得られ、レーザ素子とレンズとの結合効率悪化の問題は起こらない。
【００４２】
このレーザ素子において、ストライプ状の開口幅を１μｍから３μｍまで変化させたときの光出力３０ｍＷでの相対雑音強度及び動作電圧の変化を測定した。それらの結果を図８（ａ）、（ｂ）に示す。
図８（ａ）に示したように、ストライプ状の開口幅が２．８μｍより広くなると、雑音強度が増大して、雑音強度の標準的な仕様を満足しなくなる。これはストライプ状の開口幅が広くなると高出力でマルチ縦モード発振が起こりにくくなることを示す。一方、図８（ｂ）に示したように、ストライプ状の開口幅が１．２μｍよりも狭くなると、光出力３０ｍＷでの動作電圧は２．２Ｖよりも増大するという問題が生じる。
以上より、ストライプ幅は１．２μｍ以上、２．８μｍ以下に設定することが望ましい。なお、ストライプ幅を２．５μｍ以下にすると、雑音強度を−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下にできるので、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という観点からはさらに望ましい。
【００４３】
また、このレーザ素子において、光出射端面の反射率を５％から２０％まで変化させた場合の光出力３０ｍＷ及び３ｍＷでの相対雑音強度の変化を測定した。それらの結果を図９（ａ）、（ｂ）に示す。
図９（ａ）に示したように、光出力３０ｍＷでは、反射率が増大するにつれて雑音強度は増大し、反射率が１７％よりも大きくなると雑音強度の標準的な仕様を満たさなくなる。また、図９（ｂ）に示したように、光出力３ｍＷでは、反射率が減少するにつれて雑音強度は増大し、反射率が８％よりも小さくなると雑音強度の標準的な仕様を満たさなくなる。
以上より、光出射端面の反射率は８％以上、１７％以下が望ましい。なお、光出射端面反射率を１０％以上１５％以下にすると、雑音強度を−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下にできるので、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という観点からはさらに望ましい。
【００４４】
さらに、このレーザ素子において、共振器長を２００μｍから４５０μｍまで変化させた場合の光出力３０ｍＷでの相対雑音強度及び雰囲気温度６０℃、光出力３５ｍＷでの素子寿命の変化を測定した。それらの結果を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。
図１０（ａ）に示したように、共振器長が長くなると雑音強度が増大する傾向にある。共振器長が４００μｍよりも長くなると、雑音強度の標準的な仕様を満たさなくなる。
また、図１０（ｂ）に示したように、共振器長が短くなると寿命は悪化する傾向にある。特に、共振器長が２５０μｍより小さくなると、素子寿命は２０００時間よりも短くなる。
以上より、共振器長は２５０μｍ以上、４００μｍ以下が望ましい。なお、共振器長を３７５μｍ以下にすると、雑音強度を−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下にできるので、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という観点からはさらに望ましい。
【００４５】
このレーザ素子は、光出力３ｍＷでのレーザ発振波長λ１が７８０ｎｍであり、可飽和吸収効果を有するｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層のバンドギャップに相当する波長λ２は７８２ｎｍである。よって、これらの差（Δλ：λ１−λ２）は−２ｎｍとなる。
このレーザ素子においては、光ガイド層のＡｌ組成比を変えることにより、可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長λ２の調整が可能となる。よって、λ２を変えることにより、Δλを−１５ｎｍから１０ｎｍまで変化させたときの光出力３０ｍＷ及び光出力３ｍＷでの相対雑音強度の変化を測定した。それらの結果を図１１（ａ）、（ｂ）に示す。
図１１（ａ）に示したように、光出力３０ｍＷでは雑音仕様を満たすのは、Δλが−１０ｎｍ以上である。
また、図１１（ｂ）に示したように、光出力３ｍＷでは、Δλが−１０ｎｍ以上、７ｎｍ以下である。
以上より、光出力３０ｍＷと光出力３ｍＷでともに低雑音強度の標準的な仕様を満たすΔλが−１０ｎｍ以上、７ｎｍ以下が望ましい。なお、Δλを５ｎｍ以下にすると、雑音強度を−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下にできるので、光ディスク装置の雑音許容度の拡大という観点からはさらに望ましい。
【００４６】
このレーザ素子において、エッチングストプ層厚を１０Åから５０Åまで変化させた場合の光出力３０ｍＷ及び３ｍＷでの相対雑音強度の変化を測定した。それらの結果を図１２（ａ）、（ｂ）に示す。
図１２（ａ）に示したように、光出力３０ｍＷでは、層厚が厚くなると雑音強度が増大する傾向にある。層厚が４０Åよりも厚くなると、雑音強度の標準的な仕様を満たさなくなる。層厚が厚くなると、エッチングストップ層への戻り光量が増大して、スペクトルの縦マルチモード発振が起こるのを抑制する傾向があるためであると考えられる。
また、図１２（ｂ）に示したように、光出力３ｍＷでは、層厚が２５Åよりも薄くなると、可飽和吸収効果が低下して自励発振が起こりにくくなるので、雑音強度は、標準的な仕様よりも増大する。
以上より、光出力３０ｍＷと光出力３ｍＷでともに雑音強度の標準的な仕様を満たすには、エッチングストップ層厚を２５Å以上、４０Å以下に設定することが望ましい。
【００４７】
このレーザ素子におけるリッジストライプ内部の活性層に垂直方向の実効屈折率ｎ１とリッジストライプ外部（電流阻止層を構成）の活性層に垂直方向の実効屈折率ｎ２の差（Δｎ：ｎ１−ｎ２）を求めると、６×１０-3となる。また、高出力状態での活性層に平行方向の放射角は１１度である。
このレーザ素子においては、ｐ−第１クラッド層の層厚を変えることにより、Δｎを変化させることができる。よって、Δｎを２×１０-3から１０×１０-3まで変化させた場合の光出力３０ｍＷでの相対雑音強度及び活性層に平行な方向の放射角の変化を測定した。それらの結果を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。
図１３（ａ）に示したように、Δｎが８×１０-3より大きくなると、雑音強度が増大して標準的な仕様を満足しなくなる。これはΔｎが大きくなると高出力時にマルチ縦モード発振が起こりにくくなることを示す。
また、図１３（ｂ）に示したように、Δｎが４×１０-3より小さくなると、平行方向の放射角は８度以下となり、垂直方向の放射角が２８度に対して、放射光の楕円率（＝垂直放射角／平行放射角）が３．５よりも大きくなり、レーザ光をレンズで集光したスポットが楕円形になるという問題が生じる。
以上より、Δｎは４×１０-3以上、８×１０-3以下が望ましい。
【００４８】
実施形態２
この実施形態におけるＡｌＧａＡｓ系レーザ素子を、図１４に示す。
このレーザ素子は、膜厚１００μｍのｎ−ＧａＡｓ基板１上に、
ｎ−ＧａＡｓバッファ層２（厚さ０．５μｍ）
ｎ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ第１クラッド層２３（厚さ２μｍ）
ｎ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層４（厚さ０．２μｍ）
ノンドープ多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）活性層２５
ｐ−Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ第１クラッド層６（厚さ０．１８μｍ）及び
ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８（厚さ２８Å）
が順次形成され、ｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８上に、
ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ第２クラッド層９（厚さ１．２μｍ）及び
ｐ−ＧａＡｓキャップ層１０（厚さ０．７５μｍ）
からなり、ストライプ状の開口幅が２．２μｍのリッジストライプ３１が形成され、さらにリッジストライプ３１の周辺のｐ−ＧａＡｓエッチングストップ層８上に、
ｎ−Ａｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ第１電流阻止層３２（厚さ０．６μｍ）
ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１３（厚さ０．３μｍ）及び
ｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４（厚さ１．０５μｍ）
が順次形成されており、リッジストライプ１１及びｐ−ＧａＡｓ平坦化層１４上に、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５（厚さ３μｍ）
が形成され、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１５表面にｐ型電極１６、ｎ−ＧａＡｓ基板１表面にｎ型電極１７が形成されて、さらに、出射端面及び反対側端面にコーティング膜（図示せず）が形成されて構成される。
【００４９】
なお、ＭＱＷ活性層２５は、両端にＡｌ0.33Ｇａ0.67Ａｓガイド層（厚さ２００Å）を有し、その間に、Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ量子井戸量（厚さ１１０Å）４層とＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ量子障壁層（厚さ５０Å）３層が交互に積層された構成を有する。
このレーザ素子は、劈開法により共振器長が３００μｍに調整され、出射端面に反射率１５％のコーティング膜（図示せず）、反対側端面に反射率７５％のコーティング膜（図示せず）が形成されている。
上記のレーザ素子は、実施形態１と実質的に同様の方法で形成することができる。
【００５０】
このレーザ素子では、発振閾値電流３０ｍＡ、スロープ効率０．７５Ｗ／Ａ、光出力３０ｍＷでの動作電流７０ｍＡ、動作電圧１．９Ｖが得られた。また、雰囲気温度６０℃、光出力３５ｍＷのエージング走行試験においても５０００時間以上安定に走行しており、実用上十分な信頼性が得られている。
このレーザ素子において、光出力を１ｍＷから４０ｍＷまで変化させたときの戻り光による相対雑音強度を測定した。その結果を図１５に示す。
図１５に示したように、このレーザ素子は、光出力２ｍＷから４０ｍＷまで雑音強度の標準的な仕様以下の良好な値が得られた。
このレーザ素子は、光出力３ｍＷでは自励発振による低雑音特性が得られ、光出力３０ｍＷでは戻り光によるマルチ縦モード発振で低雑音特性が得られている。このレーザ素子は、実施形態１のレーザ素子と異なり、可飽和吸収効果はストライプ外部の活性層がその効果を有している。
このレーザ素子における活性層光閉じ込め係数は０．１１、Δｎは２×１０-3である。
このレーザ素子においても、活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開口幅、出射端面の反射率、共振器長を調整することにより、低出力と高出力で低雑音特性の両立を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記第1導電型又は第2導電型クラッド層中にレーザ発振光に対する可飽和吸収層を有し、前記第２導電型のクラッド層中にストライプ状の開口を有する電流狭窄構造を有してなり、光出力２ｍＷから５ｍＷの低出力状態において自励発振が起こり、かつ光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．５％から２０％ではマルチ縦モード発振が起こるように構成されてなるため、低出力状態では自励発振による低雑音特性が得られ、高出力状態では戻り光でのマルチ縦モード発振による低雑音特性が得られることとなり、低出力状態及び高出力状態のいずれの状態においても、雑音特性を低減することができ、低雑音特性の両立を図ることができる。
【００５２】
また、光出力２０ｍＷ以上の高出力状態において、光出力の戻り光が０．１％未満ではシングル縦モード発振が起こるように、前記活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開口幅、出射端面反射率、共振器長が設定されてなる場合には、低出力状態のみ自励発振を起こせばよいので、素子構造の設計に対する自由度が増大できる。
活性層の光閉じ込め係数、ストライプ状の開口幅、出射端面反射率及び共振器長の１つ又は２つ以上を調整することにより、低出力状態及び高出力状態で所定の発振が起こるように構成されているため、比較的容易に低雑音特性の両立が可能となる。
活性層の光閉じ込め係数が、０．１以上、０．１５以下である場合には、高出力状態で、戻り光による安定なマルチ縦モード発振を起こすことができ、十分な低雑音特性を得ることができるとともに、レーザの素子寿命の悪化を抑制することが可能となる。
【００５３】
ストライプ状の開口幅が、１．２μｍ以上、２．８μｍ以下である場合には、高出力状態で安定した縦マルチモード発振による低雑音化が可能となるとともに、動作電圧の増大を抑制することができる。
光出射端面の反射率が、８％以上、１７％以下である場合には、低出力状態と高出力状態での低雑音特性の両立に対する制御性をさらに向上させることができる。
また、共振器長が、２５０μｍ以上、４００μｍ以下である場合には、高出力状態での低雑音化が可能となるとともに、レーザの素子寿命の悪化を抑制できる。
【００５４】
さらに、第１導電型クラッド層が、屈折率の異なる複数の層から構成されており、活性層に隣接する前記第1導電型クラッド層が、該層以外の層の屈折率よりも小さな屈折率を有する場合には、活性層への光閉じ込め係数が増大しても、活性層に垂直方向の放射角の増大を抑制することができ、レーザ素子と光学部品、例えば、レンズとの結合効率の悪化を防止することができる。
また、第２導電型クラッド層中に可飽和吸収層を有しており、活性層のレーザ発振波長と前記可飽和吸収層のバンドギャップに相当する波長との差が、−１０ｎｍから７ｎｍである場合には、低出力状態で安定した自励発振による低雑音化が可能となる。
【００５５】
さらに、可飽和吸収層が、光ガイド層とエッチングストップ層とからなり、前記光ガイド層が、第２導電型クラッド層のバンドギャップより小さく、かつ前記エッチングストップ層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する場合には、電流狭窄構造の形成の際に使用したエッチングストップ層を可飽和吸収層に利用することができるため、層構造の簡略化を図ることができる。
しかも、可飽和吸収効果を有するエッチングストップ層への光閉じ込めを調整して所望の低雑音特性が得られる。
また、エッチングストップ層が、膜厚２５Å以上、４０Å以下のＧａＡｓ層からなる場合には、可飽和吸収層への戻り光を低減できるので、戻り光による可飽和吸収層への影響を低減でき、よって低出力状態と高出力状態で安定した低雑音特性が得られる。
【００５６】
さらに、電流狭窄部構造を構成する第２導電型クラッド層の周辺に電流阻止層が配置され、前記電流狭窄部構造を形成する第２導電型クラッド層に垂直方向の実効屈折率と前記電流阻止層に垂直方向の実効屈折率との差が、４×１０-3以上、８×１０-3以下である場合には、高出力状態で低雑音特性が得られ、さらに活性層に平行方向の放射角の減少を制限できるため、放射光の楕円率の悪化を抑制でき、ひいては、レンズを用いて、容易に回折限界の微小スポットに集光できるので、光ディスクにおいて好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の実施形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】図1の半導体レーザ素子の相対雑音強度と光出力との関係を示す図である。
【図３】図1の半導体レーザ素子における（ａ）戻り光無し、光出力３ｍＷでの発振スペクトル、（ｂ）戻り光有り、光出力３ｍＷでの発振スペクトルを示す図である。
【図４】図1の半導体レーザ素子における（ａ）戻り光無し、光出力３０ｍＷでの発振スペクトル、（ｂ）戻り光有り、光出力３０ｍＷでの発振スペクトルを示す図である。
【図５】活性層の光閉じ込め係数の定義を説明するための図である。
【図６】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度と光閉じ込め係数との関係を示す図、（ｂ）光出力３５ｍＷでの素子寿命と光閉じ込め係数との関係を示す図である。
【図７】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における垂直放射角と第1導電型クラッド層のアルミニウム組成比との関係を示す図である。
【図８】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度とストライプ状の開口幅との関係を示す図、（ｂ）光出力３０ｍＷでの動作電圧とストライプ状の開口幅との関係を示す図である。
【図９】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度と端面反射率との関係を示す図、（ｂ）光出力３ｍＷでの相対雑音強度と端面反射率との関係を示す図である。
【図１０】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度と共振器長との関係を示す図、（ｂ）光出力３０ｍＷでの素子寿命と共振器長との関係を示す図である。
【図１１】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度とΔλとの関係を示す図、（ｂ）光出力３ｍＷでの相対雑音強度とΔλとの関係を示す図である。
【図１２】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度とエッチングストップ層の膜厚との関係を示す図、（ｂ）光出力３ｍＷでの相対雑音強度とエッチングストップ層の膜厚との関係を示す図である。
【図１３】本発明における半導体レーザ素子と同様の構成を有する半導体レーザー素子における（ａ）光出力３０ｍＷでの相対雑音強度とΔｎとの関係を示す図、（ｂ）光出力３ｍＷでの相対雑音強度とΔｎとの関係を示す図である。
【図１４】本発明の半導体レーザ素子の別の実施形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図１５】図1４の半導体レーザ素子の相対雑音強度と光出力との関係を示す図である。
【図１６】従来の半導体レーザ素子の要部の概略断面図である。
【図１７】図1６の半導体レーザ素子の相対雑音強度と光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２  バッファ層
３、２３  ｎ−第１クラッド層
４  ｎ−第２クラッド層
５、２５  活性層
６  ｐ−第１クラッド層
７  ｐ−光ガイド層
８  ｐ−エッチングストップ層
９  ｐ−第２クラッド層
１０  ｐ−キャップ層
１１、３１  リッジストライプ
１２、３２  ｎ−第１電流阻止層
１３  ｎ−第２電流阻止層
１４  ｐ−平坦化層
１５  ｐ−コンタクト層
１６  ｐ型電極
１７  ｎ型電極
２１  活性層に垂直方向の光強度分布
２２  活性層の光強度分布
【図１】
0003710313.tif 000002
【図２】
0003710313.tif 000003
【図３】
0003710313.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003710313.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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