(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光発光の半導体レーザ装置において，Al組成xが０．８から０．９５の間の(AlxGa1-x)0.5In0.5Pと同等のΓ点のエネルギ−ギャップをもち，圧縮歪が加えられたAlyIn1-yP混晶（yが０．４４から０．５０の範囲）からなり，その伝導帯底のエネルギ−位置は隣接するクラッド層のそれより高い第１の障壁層を活性層近傍のクラッド層中に持ち、
AlGaInP系結晶からなる該量子井戸活性層の一部を構成する第２の障壁層がAlzIn1-zP混晶からなり，そのAl組成zが０．３５から０．４０の範囲であ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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光ディスクの記憶再生装置，レーザビ−ムプリンタなどに利用される半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存のＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた可視光半導体レーザにおいては、活性層量子井戸とクラッド層との禁制帯幅差が４５０ｍｅＶ程度であり，これが伝導帯と価電子帯に配分されるため，それぞれの帯においてのバンド不連続量は２００ｍｅＶ程度と小さい。さらに，発振波長の短波長化のため活性層量子井戸の禁制帯幅が大きくなるとバンド不連続量は一層小さくなり，キャリア，特に電子が活性層からクラッド層に漏れやすくなる。このため，動作温度が高くなるに従いレーザの発振特性が悪化し，短波長化とともに使用上限環境温度が低下する。
【０００３】
この弱点を克服するため，活性層外側にＡｌＩｎＰ／ＧａＩｎＰなどの超格子層（例えば，Ｋｉｓｈｉｎｏら，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，１８２２（１９９１））や引張歪の入ったＡｌxＩｎ1-xＰ単層障壁層（例えば，賀勢ら，１９９４年秋応用物理学会２０ｐ−Ｓ−８）をｐ−クラッド層中に設けるなどの手段が図られてきた。しかし，超格子層では異種結晶界面が多く結晶欠陥発生の原因となり，また１ｎｍ程度の層を精度良く，数周期にわたり均一に製作する必要が有り，レーザ素子個体差がでやすくなる。発振波長の短波長化を目的としたレーザ素子では活性層量子井戸に引張歪を入れる設計が多く，この場合に引張歪のはいったAlxIn1-xP単層障壁層を導入すると，引張歪の導入量が全体として大きくなり，結晶欠陥が生じやすくなる。また，ｘを大きくするとAlInPは正孔に対しても大きな障壁となり，正孔の注入を妨げ，素子抵抗を高める原因にもなる。従来技術にはこれらの問題が存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた可視半導体レーザにおいて，許容動作温度を上昇させるために、電子の活性層からの漏洩量を低減すること，またその際に正孔に対する障壁をできる限り小さくして素子抵抗増加を防ぐことが課題である。電子の漏洩はＸバレ−を介したものとΓバレ−を介したものがあり，これら両方に対する電子漏洩防止策を行う必要が有る。さらに素子抵抗低減などの素子特性の向上を図るためにはクラッド層のＡｌ組成を減らすことが必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１にＧａＡｓ基板上に成長したAlxIn1-xPと(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pとのバンドラインアップを示す。ここではAlxIn1-xPの伝導帯Γ点底のエネルギ−位置を共通の基準にし、０とした。これによれば、ｘ＝０．４７付近で価電子帯Γ点のバンド不連続量はなくなるが，他方伝導帯Γ点では１００ｍｅＶ程度のバンド不連続量が存在する。このAl0.47In0.53Pの例のように，価電子帯に関しては，クラッド層に対する障壁高さが室温エネルギ−程度の２５ｍｅＶ以下であり伝導帯に対しては障壁となる層を導入することにより正孔の注入効率の低下が素子特性に大きな影響を及ぼさないようにする。このために圧縮歪が入り，Al組成ｙが０．８から０．９５の間の(AlyGa1-y)0.5In0.5Pと同等のΓ点のエネルギ−ギャップをもつAlGaInP系結晶からなる障壁層を導入することにより上記の条件を満たすことができる。ところが，上記の障壁層では伝導帯Ｘ点に対する障壁は形成不可能である。そこで量子井戸活性層を構成する障壁層のＸ点位置を低くすることによりクラッド層とのバンド不連続量を大きくすることできる。具体的にはＡｌの組成比が大きく圧縮歪の入ったAlGaInP系結晶ではΓ点禁制帯幅を既存の障壁層と同等にしてＸ点の位置を低くすることができる。そこで０．４から０．５５の間のAl組成ｙをもつ(AlyGa1-y)0.5In0.5Pと同等のΓ点のエネルギ−ギャップをもち，圧縮歪の入ったAlGaInP系結晶を活性層量子井戸を構成する障壁層に用いることによりＸ点におけるクラッド層とのバンド不連続量を大きくすることができる。
【０００６】
また，活性層近傍にＡｌxＩｎ1-xＰなどの障壁層を設けることによりキャリア閉じ込め効率が向上するので，その外側の(AlyGa1-y)0.5In0.5Pクラッド層のＡｌ組成を減らすことができ，ｐ−クラッド層のｐ型不純物濃度を増し，かつ結晶性を向上することができる。
【０００７】
なお，請求項に述べた該AlGaInP系結晶に支障の無い範囲でＡｓなどを添加したものも本発明の範囲に含まれる。
【０００８】
【作用】
圧縮歪が入り，Al組成ｙが０．８から０．９５の間の(AlyGa1-y)0.5In0.5Pと同等のΓ点のエネルギ−ギャップをもつAlGaInP系結晶からなる障壁層を導入することにより伝導帯Γ点の障壁を１００ｅＶと高く保ったまま価電子帯の障壁をほとんど消滅させることができる。このバンドラインアップの例を図２に示した。これによりレーザ素子の高温動作特性が向上させることができる。
【０００９】
図３に示すように、活性層量子井戸を構成する障壁層に０．４から０．５５の間のAl組成ｙをもつ(AlyGa1-y)0.5In0.5Pと同等のΓ点のエネルギ−ギャップをもち、圧縮歪が加えられたAlGaInP系結晶（例えば，AlxIn1-xP（０．３４≦ｘ≦０．４０））を用いることにより、クラッド層とのＸ点におけるバンド不連続量を大きくすることができ，Ｘ点からの電子漏洩が低減され，レーザ素子の高温動作特性が向上する。
【００１０】
活性層近傍にＡｌxＩｎ1-xＰ障壁層を設けさらにその外側の（ＡｌyＧａ1-y）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層のＡｌ組成を減らしｙ＜０．６とすることにより該クラッド層中の酸素濃度低減，成長給密度低下が可能となり，さらにｐ型クラッド層に用いた場合はｐ型不純物濃度を従来より高くすることができる。またｎ型クラッド層中にこの構造を導入すればＧａＡｓとのバンド不連続量を減らすことができる。これらの改善により素子抵抗を低減することができ、動作温度上昇，発振閾値低減など素子特性を向上できる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
図４に従って説明する。ｎ−ＧａＡｓ（１００）基板（１×１０18／ｃｍ3）上に有機金属エピタキシャル成長法によりＳｉをド−プしたｎ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層（１×１０18／ｃｍ3）を１．５μｍ，ド−ピングしていない(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P／ＧａＩｎＰ／(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの単一量子井戸，ド−ピングしていない(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層を１５ｎｍ，Ｚｎをド−ピングしたｐ−Al0.47In0.53Pを２０ｎｍ，Ｚｎをド−ピングしたｐ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P層（８×１０17／ｃｍ3）（［ｐ］＝２×１０17／ｃｍ3）を１μｍ成長する。成長温度は７００℃，成長圧力は１００ｔｏｒｒである。これをメサエッチング後Ｓｉド−プしたｎ−ＧａＡｓ（１×１０19／ｃｍ3）を０．７μｍ埋込成長し，Ｚｎをド−プしたｐ−ＧａＡｓ（１×１０19／ｃｍ3）を２μｍ成長する。その後ｐ型およびｎ型のオ−ミック電極をつけ，劈開し，レーザチップとする。この素子ではＡｌＩｎＰ障壁層のないこと以外は同じ多層構造を持つ素子に比べ最高発振温度が２０℃上昇する。また素子抵抗はほとんど変らない。
【００１２】
（実施例２）
実施例１に示すAlInP障壁層に加え、量子井戸活性層を構成する(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pの代わりにAl0.4In0.6P結晶を障壁層として用いる（図３）。この場合はＸバレ−に関して、活性層中ＡｌＩｎＰと(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pとのバンド不連続量を大きくすることができ、最高発振温度が実施例１に比べさらに５℃上昇でき、また発振閾値も１割低下した。
【００１３】
（実施例３）
図５に示すように、実施例１と同じｎ−ＧａＡｓ基板上にｎ−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5Pを１．４μｍ，Ｓｉをド−プしたｎ−Al0.50In0.50Ｐ（１０ｎｍ）／ｎ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P（１０ｎｍ）（１×１０18／ｃｍ3）を５層成長する。活性層直上の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pを成長後，Ｚｎをド−ピングしたｐ−Al0.47In0.53Ｐ（１０ｎｍ）／ｐ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P（１０ｎｍ）を５層，Ｚｎをド−プした(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P（１×１０18／ｃｍ3）を０．９μｍ成長する。この構造にすることにより、素子抵抗及び発振閾値が低下した。
【００１４】
【発明の効果】
可視光発光の半導体レーザ−の高温動作時の素子特性が向上し、従来よりも高温での使用に耐えられる半導体レーザ装置を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  AlxIn1-xP/(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P異種結晶接合のバンドラインアップ。
【図２】クラッド層中の圧縮歪AlGaInP障壁層導入によるバンドラインアップ。
【図３】活性層中の圧縮歪AlGaInP障壁層導入によるバンドラインアップ。
【図４】本発明による圧縮歪AlGaInP障壁層をクラッド層に導入したレーザ素子断面図。
【図５】本発明によるクラッド層AlGaInPのAl組成を減らしたレーザ素子断面図。
【符号の説明】
１…ｐ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P、２…ｐ−Al0.47In0.53P、３…ｕ−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P、４…ｎ−(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P、５…ｕ−GaInP、６…ｕ−Al0.4In0.6P、７…ｐ型電極、８…ｐ−GaAs、９…ｎ−GaAs、１０…ｎ−GaAs、１１…ｎ−GaAs基板、１２…ｎ型電極、１３…ｐ−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P、１４…ｐ−Al0.40In0.60P（１０ｎｍ）／(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P（１０ｎｍ）５周期、１５…ｎ−Al0.40In0.60P（１０ｎｍ）／(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P（１０ｎｍ）５周期、１６…ｎ−(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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