(57)【要約】【課題】活性層から発するレーザ光の電極間共振を抑えて電気変換効率を十分に高くすることのできる半導体レーザ装置を得る。【解決手段】基板２ａおよび活性層５を有し、活性層５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、基板２ａのキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されている。【選択図】図３
2011114214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板および活性層を有し、前記活性層から発するレーザ光のエネルギーが、前記基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、
前記基板のキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
基板および活性層を有し、前記活性層から発するレーザ光のエネルギーが、前記基板のバンドギャップエネルギーよりも大きい値に設定された半導体レーザ装置において、
前記レーザ光のエネルギーと前記基板のバンドギャップエネルギーとの差は、１３０ｍｅＶ以下であり、
前記基板のキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定された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】
この発明は、基板および活性層を有する半導体レーザ装置に関し、特に、ＮｄドープＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザまたはＹｂドープＹＡＧ（Ｙｂ：ＹＡＧ）レーザなどの固体レーザ、Ｙｂドープファイバーレーザ、Ｅｒドープファイバアンプなどの励起光源用半導体レーザ装置、光通信用光源用の半導体レーザ装置などの電気変換効率を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザ装置は、たとえばｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型クラッド層、ガイド層、活性層、ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などを順次エピタキシャル成長させることにより形成されている（たとえば、非特許文献１参照）。
この際、ＧａＡｓ基板のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３程度に設定されている。
【０００３】
一般に、半導体レーザ装置は、他のレーザ装置に比べて格段に電気変換効率が高いと言われているが、近年の省エネルギー化の強い要求下においては、さらなる効率向上が求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｄ．Ｂｉｓｐｉｎｇ  ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｎｏｌ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２１，ｐｐ．１７６６−１７６８，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の半導体レーザ装置は、近年の省エネルギー化を目的とした効率向上の要求に対して十分に応えることができないという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電気変換効率の高い半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る半導体レーザ装置は、基板および活性層を有し、活性層から発するレーザ光のエネルギーが、基板のバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、基板のキャリア濃度を、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、基板のキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３以上にすることにより、活性層から発するレーザ光の電極間共振を抑えて効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１が適用される半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の共振状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図４】図１の半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトラムを示す説明図である。
【図５】図３の半導体レーザ装置から出射されるレーザ光のスペクトラムを示す説明図である。
【図６】図１および図３の半導体レーザ装置の電気変換効率を示す特性図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図１０】図９の半導体レーザ装置の電気変換効率を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１が適用される半導体レーザ装置を示す斜視図であり、発振波長λL≒９１５ｎｍの半導体レーザ装置の場合の構成を示している。
図１において、半導体レーザ装置は、ｎ電極１と、ｎ型ＧａＡｓ基板（以下、単に「基板」という）２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（以下、単に「ｎ型クラッド層」という）３と、ｎ側ＡｌＧａＡｓガイド層（以下、単に「ｎ側ガイド層」という）４と、ＩｎＧａＡｓ活性層（以下、単に「活性層」という）５と、ｐ側ＡｌＧａＡｓガイド層（以下、単に「ｐ側ガイド層」という）６と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（以下、単に「ｐ型クラッド層」という）７と、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８と、ｐ電極９と、プロトン注入領域１０とを備えている。
【００１１】
基板２は、キャリア濃度＝０．８５×１０１８ｃｍ−３、バンドギャップ波長λＢ≒８７０ｎｍ（＜λＬ）である。
ｎ型クラッド層３は、Ａｌ組成比＝０．２５、Ｇａ組成比＝０．７５、層厚＝１．５μｍであり、ｎ側ガイド層４は、Ａｌ組成比＝０．１５、Ｇａ組成比＝０．８５、層厚＝５００ｎｍである。
【００１２】
ここで、活性層５は、Ｉｎ組成比＝０．０７、Ｇａ組成比＝０．９３、層厚＝１２ｎｍであることから、発振波長λＬは９１５ｎｍ程度となる。
ｐ側ガイド層６は、Ａｌ組成比＝０．１５、Ｇａ組成比＝０．８５、層厚＝５００ｎｍであり、ｐ型クラッド層７は、Ａｌ組成比＝０．２５、Ｇａ組成比＝０．７５、層厚＝１．５μｍである。
【００１３】
図１の半導体レーザ装置に順方向のバイアスを印加し、ｎ型クラッド層３から電子を注入し、ｐ型クラッド層７からホール（正孔）を注入する。
こうして注入された電子およびホールは、それぞれ、ｎ側ガイド層４と、ｐ側ガイド層６とを介して、活性層５に導入される。
【００１４】
これにより、活性層５においては、電子とホールとが再結合して発光に至る。
ここで、ストライプ幅（プロトン注入していない領域）＝１５０μｍ、共振器長＝１２００μｍ、としている。
【００１５】
図２はレーザ光の共振状態を模式的に示す斜視図であり、ｎ電極１、基板２、活性層５およびｐ電極９のみを代表的に示している。
図２において、ｎ電極１、基板２、活性層５およびｐ電極９の各一端は、前端面１１を形成し、各他端は、後端面１２を形成している。
【００１６】
一般に、半導体レーザ装置は、前端面１１と後端面１２との間で、レーザ光が増幅しながら往復を繰り返し、損失と等しくなった時点で発振する。
以下、便宜上、前端面１１と後端面１２との間のレーザ光の往復を、「端面間共振」と呼ぶことにする。
【００１７】
また、活性層５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２のバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置、つまり、発振波長λＬ（≒９１５ｎｍ）が基板２のバンドギャップ波長λＢ（≒８７０ｎｍ）よりも長い半導体レーザ装置においては、発振波長λＬは、基板２でのバンド間吸収の影響を受けることがない。
したがって、金属であるｎ電極１とｐ電極９との間においても、レーザ光が往復すると言われている。
【００１８】
以下、便宜上、ｎ電極１とｐ電極９との間のレーザ光の往復を、「電極間共振」と呼ぶことにする。
電極間共振が存在すると、効率低下などのレーザ特性の悪化を招く。また、電極間共振が存在する場合の特徴の１つとしては、スペクトルに電極間隔に相当する間隔で変調が見られることが挙げられる。
【００１９】
図３はこの発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、図１の場合と同様に、発振波長λL≒９１５ｎｍの半導体レーザ装置を示している。
図３において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００２０】
この場合、基板２ａは、キャリア濃度＝２．２×１０１８ｃｍ−３、バンドギャップ波長λＢ≒８７０ｎｍである。
なお、発振波長λL（≒９１５ｎｍ）は、１．３５５ｅＶのエネルギーに相当し、基板２ａのバンドギャップ波長λＢ（≒８７０ｎｍ）は、１．４２４ｅＶのエネルギーに相当する。
また、前述の通り、発振波長λL（≒９１５ｎｍ）は、基板２ａのバンドギャップ波長λＢ（≒８７０ｎｍ）よりも長いので、基板２ａのバンド間吸収の影響を受けることがない。
【００２１】
図４および図５は基板のキャリア濃度を変化させたときの閾値未満の電流値でのスペクトラム（実験結果の一部）を示す説明図であり、図４は基板キャリア濃度が０．８５×１０１８ｃｍ−３の場合のスペクトラムを示し、図５は基板キャリア濃度が２．２×１０１８ｃｍ−３の場合のスペクトラムを示している。
【００２２】
すなわち、図４は基板２を用いた一般的な半導体レーザ装置（図１）に対応し、図５は基板２ａを用いたこの発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置（図３）に対応している。
ここでは、この発明の実施の形態１（図３）による効果を明らかにするために、図４および図５を対比して示している。図４および図５において、横軸は波長［ｎｍ］、縦軸はレーザ光強度［ａ．ｕ．］である。
【００２３】
図４においては、矢印で示すように、約１．０ｎｍ（基板の厚さに相当）の間隔でスペクトラムが変調されている様子が分かる。このことは、端面間共振のみでなく、電極間共振が生じていることを示している。
一方、図５においては、約１．０ｎｍの間隔のスペクトラム変調は、ほとんど消滅していることが分かる。
【００２４】
図５から分かるように、図３のように、基板２ａのキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３（図１内の基板２のキャリア濃度＝０．８５×１０１８ｃｍ−３の２倍以上）に設定することにより、電極間共振は、ほぼ消滅する。
したがって、図３のように、キャリア濃度≧２．２×１０１８ｃｍ−３の基板２ａを用いた半導体レーザ装置においては、スペクトラム特性が大きく改善することが予測される。
【００２５】
図６は図１および図３の半導体レーザ装置の電気変換効率を示す特性図であり、半導体レーザ装置からの光出力（＝３．２Ｗ）をそのときの注入電力で除算した値を電気変換効率とし、基板キャリア濃度（横軸）に対する電気変換効率比（縦軸）の依存性を示している。
【００２６】
図６において、電気変換効率比（縦軸）は、基板キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３の電気変換効率で正規化した値である。
図６から明らかなように、電気変換効率は、基板キャリア濃度を高く設定するほど向上する。
【００２７】
ここで、電極間共振の抑制による電気変換効率向上の内訳を精査すると、スロープ効率の向上が大きく効いていることが確認することができる。
つまり、電極間共振の抑制は、基板のキャリアによるフリーキャリア吸収によって生じるというよりも、基板とｎ型クラッド層との間での反射が増大することによって、レーザ光が基板側へ浸透しなくなるという本質的な現象が生じることにより引き起こされていると考えられる。すなわち、基板キャリア濃度を高く設定すると基板屈折率が低下するので、高キャリア濃度の基板は、あたかも金属のように作用し、レーザ光に対して高反射率材となることが原因と考えられる。
【００２８】
なお、上記説明では、各ガイド層４、６および各クラッド層３、７を、それぞれＡｌＧａＡｓで構成したが、これに限定されるものではなく、たとえば、各層をＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰで構成しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２９】
以上の通り、この発明の実施の形態１（図３）に係る半導体レーザ装置は、基板２ａおよび活性層５を有し、活性層５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、基板２ａのキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されている。
【００３０】
このように、基板２ａのキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定することにより、図５および図６（基板キャリア濃度と半導体レーザ装置の特性との関係）から、レーザ光の電極間共振を抑制することができるので、活性層５から発するレーザ光の電極間共振を抑制して効率を高めることができる。
【００３１】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図３）では、発振波長λL≒９１５ｎｍの半導体レーザ装置に基板２ａを適用したが、図７のように、発振波長λL≒１０６０ｎｍの半導体レーザ装置に基板２ａを適用してもよい。
【００３２】
図７はこの発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、発振波長λL≒１０６０ｎｍの半導体レーザ装置の場合の構成を示している。
図７において、前述（図３参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、各層１３〜１７は、図３内の各層３〜７にそれぞれ対応している。
【００３３】
この場合、ｎ型クラッド層１３は、Ａｌ組成比＝０．３５、Ｇａ組成比＝０．６５、層厚＝１．５μｍであり、ｎ側ガイド層１４は、層厚＝５００ｎｍである。
また、活性層１５は、Ｉｎ組成比０．２４、Ｇａ組成比＝０．７６、層厚＝９ｎｍである。
さらに、ｐ側ガイド層１６は、層厚＝５００ｎｍであり、ｐ型クラッド層１７は、Ａｌ組成比＝０．３５、Ｇａ組成比＝０．６５、層厚＝１．５μｍである。
【００３４】
図７においては、活性層１５が、Ｉｎ組成比＝０．２４、Ｇａ組成比＝０．７６、層厚＝９ｎｍの「ＩｎＧａＡｓ量子井戸」を構成することから、発振波長λＬは１０６０ｎｍ程度となる。
このとき、発振波長λＬは、基板２ａのバンドギャップ波長λＢよりも長いので、基板２ａのバンド間吸収の影響を受けることがない。
また、基板２ａのキャリア濃度が高い（≧２．２×１０１８ｃｍ−３）ので、電極間共振が生じることもなく、高効率の半導体レーザを実現することができる。
【００３５】
なお、上記説明では、各ガイド層１４、１６および各クラッド層１３、１７を、それぞれＡｌＧａＡｓで構成したが、これに限定されるものではなく、たとえば、各層をＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰで構成しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
以上の通り、この発明の実施の形態２（図７）によれば、基板２ａおよび活性層１５を有し、活性層１５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、基板２ａのキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されているので、前述の実施の形態１（図３）と同様に、レーザ光の電極間共振を抑制することができ、活性層１５から発するレーザ光の電極間共振を抑制して効率を高めることができる。
【００３７】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図７）では、発振波長λL≒１０６０ｎｍの半導体レーザ装置に基板２ａを適用したが、図８のように、発振波長λL≒１２２０ｎｍの半導体レーザ装置に基板２ａを適用してもよい。
【００３８】
図８はこの発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、発振波長λL≒１２２０ｎｍの半導体レーザ装置の場合の構成を示している。
図８において、前述（図３、図７参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
【００３９】
この場合、半導体レーザ装置は、前述と同様のｎ電極１、基板２ａ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８、ｐ電極９およびプロトン注入領域１０に加えて、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（以下、単に「ｎ型クラッド層」という）２３と、ｎ側ＧａＡｓガイド層（以下、単に「ｎ側ガイド層」という）２４と、ＧａＩｎＮＡｓ活性層（以下、単に「活性層」という）２５と、ｐ側ＧａＡｓガイド層（以下、単に「ｐ側ガイド層」という）２６と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（以下、単に「ｐ型クラッド層」という）２７とを備えている。
【００４０】
また、活性層２５の両側には、ｎ側ＧａＡｓＮ歪補償層（以下、単に「ｎ側歪補償層」という）２０ｎと、ｐ側ＧａＡｓＮ歪補償層（以下、単に「ｎ側歪補償層」という）２０ｐとが設けられている。
【００４１】
ｎ型クラッド層２３は、Ａｌ組成比＝０．４５、Ｇａ組成比＝０．５５、層厚＝１．５μｍであり、ｎ側ガイド層２４は、層厚＝３８０ｎｍである。
活性層２５は、Ｇａ組成比＝０．６８、Ｉｎ組成比＝０．３２、Ｎ組成比＝０．００７、Ａｓ組成比＝０．９９３、層厚＝６．５ｎｍである。
【００４２】
また、ｐ側ガイド層２６は、層厚＝３８０ｎｍであり、ｐ型クラッド層２７は、Ａｌ組成比０．４５、Ｇａ組成比０．５５、層厚＝１．５μｍである。
さらに、ｎ側歪補償層２０ｎは、Ｎ組成比＝０．０１、層厚＝５ｎｍであり、ｐ側歪補償層２０ｐは、Ｎ組成比＝０．０１、層厚＝５ｎｍである。
【００４３】
図８においては、活性層２５が、Ｉｎ組成比＝０．３２、Ｎ組成比＝０．００７、Ａｓ組成比＝０．９９３、層厚＝６．５ｎｍの「ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸」を構成することから、発振波長λＬは１２２０ｎｍ程度となる。
このとき、発振波長λＬは、基板２ａのバンドギャップ波長λＢよりも長いので、基板２ａのバンド間吸収の影響を受けることがない。
また、基板２ａのキャリア濃度が高い（≧２．２×１０１８ｃｍ−３）ので、電極間共振が生じることもなく、高効率の半導体レーザを実現することができる。
【００４４】
なお、上記説明では、活性層２５をＧａＩｎＮＡｓで構成したが、これに限定されるものではなく、たとえば、Ｓｂを添加したＧａＩｎＮＡｓＳｂで構成しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４５】
また、上記実施の形態１〜３（図３、図７、図８）においては、基板２ａとして、ＧａＡｓ基板を用いた半導体レーザ装置の例を示したが、基板２ａとしてＧａＮ基板を用い、各クラッド層および各ガイド層としてＡｌＧａＮを用い、活性層としてＩｎＧａＮを用いた半導体レーザ装置の場合であっても、発振波長λＬは基板２ａのバンドギャップ波長λＢよりも長いので、基板２ａのキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定することにより、前述と同様の効果が得られる。
【００４６】
以上の通り、この発明の実施の形態３（図８）によれば、基板２ａおよび活性層２５を有し、活性層２５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも小さい値に設定された半導体レーザ装置において、基板２ａのキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されているので、前述の実施の形態１、２（図３、図７）と同様に、レーザ光の電極間共振を抑制することができ、活性層２５から発するレーザ光の電極間共振を抑制して効率を高めることができる。
【００４７】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１〜３（図３、図７、図８）では、各クラッド層の層厚が１．５μｍに設定された（発振波長λL＞λＢの）半導体レーザ装置に基板２ａを適用したが、図９のように、各クラッド層の層厚が０．７μｍに設定された（発振波長λL≒８００ｎｍ＜λＢの）半導体レーザ装置に基板２ａを適用してもよい。
【００４８】
図９はこの発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図であり、発振波長λL≒８００ｎｍの半導体レーザ装置の場合の構成を示している。
図９において、前述（図３、図７、図８参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、各層３３〜３７は、図３内の各層３〜７（図７内の各層１３〜１７、図８内の各層２３〜２７）にそれぞれ対応している。
【００４９】
この場合、半導体レーザ装置は、前述と同様のｎ電極１、基板２ａ、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８、ｐ電極９およびプロトン注入領域１０に加えて、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下、単に「ｎ型クラッド層」という）３３と、ｎ側ＩｎＧａＰガイド層３４と、
ＧａＡｓＰ活性層（以下、単に「活性層」という）３５と、ｐ側ＩｎＧａＰガイド層（以下、単に「ｐ側ガイド層」という）３６と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（以下、単に「ｐ型クラッド層」という）３７とを備えている。
【００５０】
ｎ型クラッド層３３は、Ａｌ組成比＝０．１５、Ｇａ組成比＝０．３５、Ｉｎ組成比＝０．５、層厚＝０．７μｍであり、ｎ側ガイド層３４は、Ｉｎ組成比＝０．４９、Ｇａ組成比＝０．５１、層厚＝６００ｎｍである。
また、発振波長λＬの活性層３５は、Ａｓ組成比＝０．８８、Ｐ組成比＝０．１２、層厚＝１２ｎｍである。
【００５１】
さらに、ｐ側ガイド層３６は、Ｉｎ組成比＝０．４９、Ｇａ組成比＝０．５１、層厚＝６００ｎｍであり、ｐ型クラッド層３７は、Ａｌ組成比＝０．１５、Ｇａ組成比＝０．３５、Ｉｎ組成比＝０．５、層厚＝０．７μｍである。
【００５２】
図９においては、活性層３５が、Ｐ組成比＝０．１２、層厚１２ｎｍの「ＧａＡｓＰ量子井戸」を構成することから、発振波長λＬは約８００ｎｍとなり、基板２ａのバンドギャップ波長λＢ（≒８７０ｎｍ）よりも短い。
【００５３】
この場合、発振波長λＬと基板２ａのバンドギャップ波長λＢとのエネルギー差は、約１３０ｍｅＶ以下である。
ここで、ストライプ幅（プロトン注入していない領域）＝２００μｍ、共振器長＝１２００μｍとしている。
【００５４】
図１０は図９の半導体レーザ装置の電気変換効率を示す特性図であり、前述（図６）と同様に、半導体レーザ装置からの光出力（＝３．２Ｗ）をそのときの注入電力で除算した値を電気変換効率とし、基板キャリア濃度（横軸）に対する電気変換効率比（縦軸）の依存性を示している。
【００５５】
図１０において、電気変換効率比（縦軸）は、図１の基板キャリア濃度＝１×１０１８ｃｍ−３の電気変換効率で正規化した値である。
図１０から明らかなように、電気変換効率は、基板キャリア濃度を高く設定するほど向上し、２．２×１０１８ｃｍ−３以上では飽和する傾向となる。
【００５６】
この場合、発振波長λＬが基板２ａのバンドギャップ波長λＢよりも短いので、発振波長λＬは、基板２ａのバンド間吸収の影響を受けることになる。ただし、発振波長λＬと基板２ａのバンドギャップ波長λＢとのエネルギー差（≦１３０ｍｅＶ）が小さいので、吸収係数は小さいものと考えられる。
図１０に示すように、１３０ｍｅＶ程度以下のエネルギー差の場合は、基板２ａのキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定することにより、確実に電気変換効率を向上させることが可能なことが分かる。
【００５７】
すなわち、基板２ａのキャリア濃度と半導体レーザ装置の特性との関係を精査すると、活性層３５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きい値に設定された場合であっても、レーザ光のエネルギーと基板２ａのバンドギャップエネルギーとの差が１３０ｍｅＶ以下の場合には、効率が高くなることが確認することができる。
したがって、レーザ光のエネルギーと基板２ａのバンドギャップエネルギーとの差を１３０ｍｅＶ以下とし、かつ基板２ａのキャリア濃度を２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定することにより、効率を高める効果がある。
【００５８】
なお、上記説明では、活性層３５をＧａＡｓＰで構成したが、これに限定されるものではなく、たとえば、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＡｓで構成しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、各ガイド層３４、３６をＩｎＧａＰで構成し、各クラッド層３３、３７をＡｌＧａＩｎＰで構成したが、これに限定されるものではなく、各ガイド層３４、３６をＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰで構成し、各クラッド層３３、３７をＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰで構成しても同様の効果が得られる。
【００５９】
以上の通り、この発明の実施の形態４（図９）によれば、基板２ａおよび活性層３５を有し、活性層３５から発するレーザ光のエネルギーが、基板２ａのバンドギャップエネルギーよりも大きい値に設定された半導体レーザ装置において、レーザ光のエネルギーと基板２ａのバンドギャップエネルギーとの差は、１３０ｍｅＶ以下であり、基板２ａのキャリア濃度は、２．２×１０１８ｃｍ−３以上に設定されているので、半導体レーザ装置の効率を高めることができる。
【００６０】
また、上記実施の形態１〜４（図３、図７〜図９）のように、基板２ａのキャリア濃度を高く設定すると、基板２ａの抵抗率が低下するので、半導体レーザ装置の動作電圧を低減する効果もある。この結果、注入電力に対する光出力（電気変換効率）をさらに向上させる効果が期待できる。
なお、上記実施の形態１〜４（図６、図１０）で示したように、基板２ａのキャリア濃度を高い値に設定するほど効果があるが、基板２ａの結晶性を損なわない範囲であることが必要なので、基板２ａのキャリア濃度の上限は、１×１０１９ｃｍ−３程度と考えられる。
【００６１】
また、基板２ａ中のドーパント（ｄｏｐａｎｔ：ドーピングされる不純物）は、高温になるほど移動しやすい傾向にあるので、上記実施の形態１〜４の適用対象は、最初の結晶成長工程の後に再度成長工程が行われる半導体レーザ装置よりも、１回の結晶成長工程で形成される構造の半導体レーザ装置の方が有効である。
【００６２】
同様に、結晶成長後のウエハプロセスは、高温状態が少ない方が好ましいので、たとえば、上記実施の形態１〜４のようにプロトン注入を用いることは、常温で電流狭窄構造を形成することから好ましい方法である。
【００６３】
さらに、電極間共振現象は、基板２ａとしてＧａＡｓ基板を用いた半導体レーザ装置で生じる傾向にあるので、特に基板２ａの材料としてＧａＡｓを用いた半導体レーザ装置においてこの発明は有効である。
【符号の説明】
【００６４】
１  ｎ電極、２ａ  基板（ｎ型ＧａＡｓ基板）、３、１３、２３、３３  ｎ型クラッド層、４、１４、２４、３４  ｎ側ガイド層、５、１５、２５、３５  活性層、６、１６、２６、３６  ｐ側ガイド層、７、１７、２７、３７  ｐ型クラッド層、８  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、９  ｐ電極、１０  プロトン注入領域、２０ｎ  ｎ側歪補償層（ｎ側ＧａＡｓＮ歪補償層）、２０ｐ  ｐ側歪補償層（ｐ側ＧａＡｓＮ歪補償層）。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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