(57)【要約】【課題】Ａｌフリーで且つΔＥｇの大きさに因らずに特性を向上させる。【解決手段】活性領域をＩｎＧａＰバリア層２６とＧａＡｓ基板と格子整合したＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７とのＤＱＷ構造とし、Ａｌ組成が０．２０よりも大きいＡｌＧａＡｓでガイド層２４，２８を構成する。その結果、ガイド層２４，２８と井戸層２７との｜ΔＥｃ｜を０．１２ｅＶ以上にでき、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができる。更に、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７と組み合せることによって、小さなＥｇのガイド層２４，２８で、井戸層２７とガイド層２４，２８との｜ΔＥｖ｜を小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることが可能になる。すなわち、井戸層２７へのホール注入のバリアにはならないようにし、且つ、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができる。【選択図】　図３
2004055747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、下部ガイド層と、１つまたは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と、上部ガイド層と、上部クラッド層が形成された発振波長が７６０ｎｍより大きく且つ８００ｎｍより小さい半導体レーザ装置において、
上記井戸層およびバリア層は、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡｓＰの何れかで構成され、
上記ガイド層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．２０＜ｘ≦１）で構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記ガイド層のＩＩＩ族元素中におけるＡｌの組成比を表わす上記ｘの値は０．２５よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記下部クラッド層および上部クラッド層は、Ａｌを含んで構成されており、上記ｘの値は、上記下部クラッド層および上部クラッド層のＡｌの組成比の値よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記ｘの値は、段階的にあるいは連続的に、且つ、上記下部クラッド層および上部クラッド層に近づく程大きくなるように、変化していること特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記ガイド層における少なくともバリア層に接している部分の上記ｘの値は、０．４よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記井戸層は、圧縮歪を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層は、引張歪を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の半導体レーザ装置を、発光装置として用いたことを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、活性領域にＡｌを含まない発振波長７８０ｎｍ帯（７６０ｎｍより大きく８００ｎｍより小さい）の半導体レーザ装置、および、その半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディスク）等のディスクを再生するための半導体レーザ装置として、７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置が広く使用されている。その中でも、高速書き込み可能なＣＤ‐Ｒ（ＣＤｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）用の半導体レーザ装置として、１２０ｍＷ以上の高出力でも信頼性の高い半導体レーザ装置が強く望まれている。
【０００３】
ところで、井戸層／バリア層にＡｌが入っている従来のＡｌＧａＡｓ量子井戸構造の場合には、特に高温，高出力時における信頼性が低下するという問題がある。これは、Ａｌが活性な物質であるために酸素等の微量の不純物とも反応してしまい、材料の劣化を増幅してしまう為と考えられている。それに対抗する１つの方法として、上記井戸層／バリア層にＡｌが入っていない構造にすることによって、高出力，高信頼性を実現することが考えられる。しかしながら、実際には、７８０ｎｍ帯において、１２０ｍＷ以上の高出力で十分な信頼性を有する半導体レーザ装置は未だ出現していない。
【０００４】
上記井戸層／バリア層にＡｌが入っていない構造の発振波長８１０ｎｍの半導体レーザ装置として、特開平１１‐２２０２４４号公報、および、Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｖｏｌ．３８（１９９９）ｐｐ．Ｌ３８７‐Ｌ３８９に開示されているようなものが提案されている。そこで、この従来の技術に基づいて、７８０ｎｍで発振する半導体レーザ装置を作成してみた。
【０００５】
図１２は、上記井戸層／バリア層にＡｌが入っていないＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置を示す構造図である。また、図１３は、図１２に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）のダイアグラムを示す。
【０００６】
図１２において、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型Ａｌ０．６３Ｇａ０．３７Ａｓ下部クラッド層、３はＩｎ０．４８４Ｇａ０．５１６Ｐ下部ガイド層、４は活性領域である。ここで、活性領域４は、バリア層５と井戸層６とから成る二重量子井戸（ＤＱＷ）構造を有している。また、７はＩｎ０．４８４Ｇａ０．５１６Ｐ上部ガイド層、８はｐ型のＡｌ０．６３Ｇａ０．３７Ａｓ上部クラッド層、９はｐ型のＧａＡｓ保護層、１０はＳｉＯ２電流ブロック層、１１はｎ側電極、１２はｐ側電極である。バリア層５は、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６Ｐで構成され、歪は引張歪−０．６２％で、層厚は５ａ，５ｃが８ｎｍであり５ｂが７ｎｍである。尚、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６ＰのＥｇは、歪を考慮しない場合は２．０２ｅＶ程度と算出されるが、引張歪による影響によって１．９３ｅＶ〜１．９６ｅＶ程度になると考えられる。井戸層６は、Ｉｎ０．１６２Ｇａ０．８３８Ａｓ０．６７１Ｐ０．３２９で構成されており、Ｅｇは１．５７ｅＶで、基板と格子整合しており、層厚は６ａ，６ｂ共に５ｎｍである。また、ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層８は、リッジストライプ構造を有し、ストライプ幅は２．５μｍである。
【０００７】
従来の井戸層／バリア層にＡｌが入っていない半導体レーザ装置では、Ｉｎ０．４８４Ｇａ０．５１６Ｐガイド層（Ｅｇ＝１．８９ｅＶ）とＩｎＧａＡｓＰ井戸層の間にＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｐバリア層を挿入して、井戸層に隣接する層（つまり、バリア層５）とのＥｇの差「ΔＥｇ」を０．３６ｅＶ〜０．３９ｅＶと、井戸層／バリア層にＡｌが入っている半導体レーザ装置よりも大きくしている。例えば、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザの量子井戸構造では、通常ΔＥｇ＝０．２５ｅＶ程度である。このように、上記従来の井戸層／バリア層にＡｌが入っていない半導体レーザ装置では、バリア層５に用いるＡｌフリーの材料としてΔＥｇをできるだけ大きくとれる材料を選び、確実なキャリアの閉じ込めを図っているのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の井戸層／バリア層にＡｌが入っていないＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置においては、以下のような問題がある。すなわち、上記半導体レーザ装置の特性を測定したところ、閾値電流は１００ｍＡと高く、良好な特性が得られない。また、温度特性も非常に悪く、８０℃以上では発振しないのである。尚、上記井戸層／バリア層にＡｌが入っているＡｌＧａＡｓ系の７８０ｎｍｍ帯の半導体レーザ装置の場合は、閾値電流が３５ｍＡ、温度特性が１１０Ｋ程度である。したがって、上記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置と比較した場合には、逆に特性が悪化しているのである。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ΔＥｇの大きさに拘らず特性を著しく向上させることができるＡｌフリーの半導体レーザ装置、および、その半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、ＧａＡｓ基板上に，少なくとも，下部クラッド層と，下部ガイド層と，１つあるいは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と，上部ガイド層と，上部クラッド層が形成された発振波長が７６０ｎｍより大きく且つ８００ｎｍより小さい半導体レーザ装置において、上記井戸層およびバリア層はＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡｓＰの何れかで構成され、上記ガイド層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．２０＜ｘ≦１）で構成されていることを特徴としている。
【００１１】
後に詳述するように、ＩｎＧａＡｓＰは、組成を変えると、同じＥｇであってもコンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）とバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）との値は変わってくる。特に、格子定数がＧａＡｓ基板に近い組成であるＩｎＧａＡｓＰのＥｇは、バレンスバンド側に広がってくる。そのために、井戸層およびバリア層にＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いた場合には、両層の間のΔＥｇを大きな値に設定しても、Ｅｖの差（｜ΔＥｖ｜）ばかりが大きくなって、Ｅｃの差（｜ΔＥｃ｜）はＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置程度の大きさを確保することができない。
【００１２】
したがって、上記バリア層およびガイド層としてＩｎＧａＰを用いた従来の７８０ｎｍ帯半導体レーザ装置の場合には、｜ΔＥｃ｜小による電子のオーバーフローが生じて、閾値電流の上昇や温度特性の悪化等の特性不良の原因となっている。
【００１３】
上記構成によれば、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡｓＰの何れかで構成されるＡｌを含まないバリア層の外側に、ＩＩＩ族中のＡｌ組成比が０．２０より大きいＡｌＧａＡｓガイド層が設けられている。したがって、上記ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡｓＰの何れかで構成されるＡｌを含まない井戸層と上記ガイド層との｜ΔＥｃ｜が、０．１２ｅＶ程度以上に設定される。この０．１２ｅＶ程度とは、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの量子井戸構造において、バリア層としてＩＩＩ族のＡｌ組成が０．２７程度のＡｌＧａＡｓを用いた場合の、バリア層と井戸層とのΔＥｃに相当する。したがって、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザと同等以上に電子のオーバーフローが抑制される。
【００１４】
その結果、上記ＩｎＧａＰガイド層を用いた半導体レーザ装置における特性不良の原因であった井戸層からの電子のオーバーフローを解消することができ、活性領域にＡｌを含まない７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置の特性が、著しく向上されるのである。さらに、上記Ａｌを含まないバリア層の存在によって、上記井戸層には、Ａｌを含む上記ＡｌＧａＡｓガイド層が隣接されることはない。したがって、高い信頼性が確保される。
【００１５】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ガイド層のＩＩＩ族元素中におけるＡｌの組成比を表わす上記ｘの値は０．２５よりも大きくなっている。
【００１６】
この実施例によれば、上記ＡｌＧａＡｓガイド層と井戸層との｜ΔＥｃ｜を０．１２ｅＶよりも確実に大きくして、上記井戸層からの電子のオーバーフローがより確実に抑制される。
【００１７】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記下部クラッド層および上部クラッド層はＡｌを含んで構成されており、上記ｘの値は上記下部クラッド層および上部クラッド層のＡｌの組成比の値よりも小さくなっている。
【００１８】
この実施例によれば、上記ＡｌＧａＡｓガイド層の｜ΔＥｃ０｜およびＧａＡｓ基板に対するＥｖの差である｜ΔＥｖ０｜が、上記下部クラッド層および上部クラッド層よりも小さくなる。したがって、上記ガイド層中で電子のオーバーフローが抑え込まれて、温度特性の向上が図られる。
【００１９】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ｘの値は、段階的にあるいは連続的に、且つ、上記下部クラッド層および上部クラッド層に近づく程大きくなるように、変化している。
【００２０】
この実施例によれば、上記ＡｌＧａＡｓガイド層の｜ΔＥｃ０｜および｜ΔＥｖ０｜が、上記井戸層側から下部クラッド層および上部クラッド層側に向かって順次大きくなっている。したがって、より確実に上記ガイド層中で電子のオーバーフローが抑え込まれる。
【００２１】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ガイド層における少なくともバリア層に接している部分の上記ｘの値は、０．４よりも小さくなっている。
【００２２】
この実施例によれば、上記ガイド層における井戸層に近い領域におけるＡｌ組成が低くなっている。したがって、信頼性に悪影響を及ぼすことが防止される。
【００２３】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記井戸層は圧縮歪を有している。
【００２４】
この実施例によれば、上記井戸層には圧縮歪が導入されている。したがって、低閾値電流化が図られる。
【００２５】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記バリア層は引張歪を有している。
【００２６】
この実施例によれば、低閾値電流化を図るために上記井戸層に圧縮歪が導入された場合に、引張歪が導入された上記バリア層は歪補償機能を呈する。したがって、結晶内の欠陥が滅少して、より高い信頼性が得られるのである。
【００２７】
また、第２の発明の光ディスク装置は、上記第１の発明の半導体レーザ装置を発光装置として用いたことを特徴としている。
【００２８】
上記構成によれば、ＣＤ／ＭＤ用の光ディスク装置の発光装置として、従来よりも高い光出力で安定に動作する半導体レーザ装置が用いられている。したがって、光ディスクの回転数を従来よりも高速にしてもデータの読み書きが可能となり、特にＣＤ‐Ｒ，ＣＤ‐ＲＷ（ＣＤｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間が格段に短くなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３０】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の半導体レーザ装置における構成を示す図である。本実施の形態は、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＩｎＧａＰバリア層の量子井戸活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層とを有する発振波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置に関する。
【００３１】
図１において、２１はｎ型ＧａＡｓ基板、２２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（層厚０．５μｍ）、２３はｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下部クラッド層（層厚１．７μｍ）、２４はＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ下部ガイド層（層厚４５ｎｍ）、２５は活性領域である。ここで、活性領域２５は、バリア層２６と井戸層２７とから成る二重量子井戸（ＤＱＷ）構造を有している。また、２８はＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ上部ガイド層（層厚４５ｎｍ）、２９ａはｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部第１クラッド層（層厚０．２μｍ）、３０はｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層（層厚３ｎｍ）、２９ｂはリッジストライプ形状のｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部第２クラッド層（層厚１．２８μｍ）、３１はｐ型ＧａＡｓ保護層（層厚０．７μｍ）、３２はｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第１電流ブロック層（層厚０．６μｍ）、３３はｎ型ＧａＡｓ第２電流ブロック層（層厚０．７μｍ）、３４はｐ型ＧａＡｓ埋込み保護層（層厚０．６μｍ）、３５はｐ型ＧａＡｓキャップ層（層厚２μｍ）、３６はｎ側電極、３７はｐ側電極である。
【００３２】
尚、上記バリア層２６はＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｐで構成され、歪は引張歪−０．６２％で、層厚は２６ａ，２６ｃが８ｎｍであり、２６ｂが７ｎｍである。尚、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６ＰのＥｇは、歪を考慮しない場合は２．０２ｅＶ程度と算出される。しかしながら、引張歪による影響によって、１．９３ｅＶ〜１．９６ｅＶ程度になると考えられる。井戸層２７は、Ｉｎ０．１６２Ｇａ０．８３８Ａｓ０．６７１Ｐ０．３２９で構成され、Ｅｇは１．５７ｅＶで、基板と格子整合しており、層厚は２７ａ，２７ｂ共に５ｎｍである。尚、井戸層２７とバリア層２６との｜ΔＥｇ｜は０．３６ｅＶ〜０．３９ｅＶである。また、ＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８のＥｇは１．８６ｅＶである。
【００３３】
ところで、上記ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置では、通常井戸層とバリア層との｜ΔＥｇ｜は０．２５ｅＶ程度であり、このΔＥｇが０．２０ｅＶ程度になるとキャリアがオーバーフローして特性の劣化が見られるようになる。
【００３４】
上記構成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＩｎＧａＰバリア層／ＡｌＧａＡｓガイド層半導体レーザ装置は、以下のようにして作成することができる。すなわち、先ず、（１００）面を有するＧａＡｓ基板２１上に、ＧａＡｓバッファ層２２、ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２３、ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層２４、３層のバリア層２６と２層の井戸層２７を交互に配置して成るＤＱＷ構造の活性領域２５、ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層２８、ＡｌＧａＡｓ上部第１クラッド層２９ａ、ＧａＡｓエッチングストップ層３０、ＡｌＧａＡｓ上部第２クラッド層２９ｂ、ＧａＡｓ保護層３１を、有機金属気相成長法によって順次結晶成長させる。さらに、ＧａＡｓ保護層３１上におけるリッジストライプ部を形成する部分に、ストライプ方向が（０１１）方向であるようなレジストマスクを写真工程によって形成する。
【００３５】
次に、上記レジストマスク以外の部分におけるＧａＡｓ保護層３１およびＡｌＧａＡｓ上部第２クラッド層２９ｂのみをエッチング除去して、リッジストライプ部を形成する。そして、このリッジストライプ部の上側及び両側を含む全体に、ＡｌＧａＡｓ第１電流ブロック層３２、ＧａＡｓ第２電流ブロック層３３、ＧａＡｓ埋込み保護層３４を、有機金属気相成長法によって順次結晶成長させる。その際に、上記リッジストライプ部上には、リッジストライプ部の形状を反映して電流ブロック層３２，３３および埋込み保護層３４が凸状に形成される。
【００３６】
次に、上記ＧａＡｓ埋込み保護層３４上における上記凸状部を除く領域にレジストマスクを形成する。そして、上記凸状部の埋込み保護層３４，第２電流ブロック層３３および第１電流ブロック層３２をエッチングにより順次除去して、リッジストライプ部の頂部を露出させる。その後、全面に、ＧａＡｓキャップ層３５を有機金属気相成長法によって結晶成長させる。そして最後に、基板２１の表面にｎ側電極３６を形成し、キャップ層３５の表面にｐ側電極３７を形成する。以上のようにして、ストライプ幅２．５μｍの埋込リッジ構造を有するＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＩｎＧａＰバリア層／ＡｌＧａＡｓガイド層の半導体レーザ装置が形成される。
【００３７】
上述のようにして形成された半導体レーザ装置を、共振器長８００μｍで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後、素子特性の測定を行った。その結果、閾値電流Ｉｔｈ＝３８ｍＡ、温度特性Ｔ０＝１０８Ｋを呈した。すなわち、本実施の形態における半導体レーザ装置では、従来の井戸層／バリア層にＡｌが入っていないＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置に比べ、井戸層２７およびバリア層２６の構成は同様であるにも拘らず、閾値電流Ｉｔｈ，温度特性Ｔ０共に向上させることができる。以下、その理由に付いて検証してみる。
【００３８】
（Ｅｃ，Ｅｖの机上検討）
半導体のＥｇは、コンダクションバンドのエネルギー（Ｅｃ）およびバレンスバンドのエネルギー（Ｅｖ）の差である。しかしながら、例え同じＥｇであっても、ＥｃおよびＥｖは材料系や組成等によって相違する。一般に、ＡｌＧａＡｓ系はＥｃ，Ｅｖが高いのに対して、ＩｎＧａＡｓＰ系ではＥｃ，Ｅｖが低いと言われている。異なる半導体層間のヘテロ界面においては、両層間のＥｃ同士の差及びＥｖ同士の差（ΔＥｃ，ΔＥｖ）が電子やキャリアの振る舞いに影響を与える。そこで、本実施の形態の半導体レーザ装置において井戸層２７に用いているＩｎＧａＡｓＰおよびガイド層２４に用いているＡｌＧａＡｓの組成に対するＥｃ，Ｅｖについて着目し、その関係について検討を行ってみる。
【００３９】
以下においては、半導体のＥｇ，Ｅｃ，Ｅｖの大小を、両半導体レーザ装置において基板に用いているＧａＡｓのＥｇ，Ｅｃ，Ｅｖを基準にしてその基準に対する差の値｜ΔＥｇ０｜，｜ΔＥｃ０｜，｜ΔＥｖ０｜で表現することにする。また、｜ΔＥｇ０｜は｜ΔＥｃＯ｜＋｜ΔＥｖＯ｜である。ここで、｜ΔＥｇ０｜のうち｜ΔＥｃ０｜が占める割合を、｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜と表現する。
【００４０】
そうすると、ＩｎＧａＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜については
｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜＝０．１８
という数値がＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６６，ｐ１７８５（１９９５）に開示されており、これを検討に使用する。一方、ＧａＡｓＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜については、上記ＩｎＧａＰより大であることは一般に知られてはいるが、具体的な数値は不明である。そこで、ＧａＡｓＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜として幾つかの値を設定し、更にＩｎＧａＰとＧａＡｓＰとの間の組成であるＩｎＧａＡｓＰについては、組成に応じてＩｎＧａＰの値とＧａＡｓＰの値との間で変化すると仮定し、各組成におけるＩｎＧａＡｓＰの｜ΔＥｇ０｜，｜ΔＥｃ０｜及び｜ΔＥｖ０｜がどのようになるかを検討してみる。ここでは、実際のＧａＡｓＰ特性に最も合った例として、ＧａＡｓＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜を０．６０とした場合を示す。尚、ＩｎＧａＡｓＰ系のＥｇ自体についても、実験結果に基づいて組成との関係を推定した。これは、ＩｎＧａＡｓＰ系のＥｇについて、組成との関係式が幾つか提示されてはいるが、互いに相違しており明確になっていないためである。尚、ＡｌＧａＡｓの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜については、一般に０．６〜０．６５と言われており、０．６として検討を行った。
【００４１】
図４は、ＩｎＧａＡｓＰについて、横軸ｘをＩＩＩ族のＧａ組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥｇとなる（ｘ，ｙ）を結んで等Ｅｇ曲線を描いた図である。図５は、横軸ｘをＩＩＩ族のＧａ組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥｃとなる（ｘ，ｙ）を結んで等Ｅｃ曲線を描いた図である。尚、｜ΔＥｃ０｜を５０ｍｅＶ毎の等間隔で描いている。また、図６は、横軸ｘをＩＩＩ族のＧａ組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥｖとなる（ｘ，ｙ）を結んで等Ｅｖ曲線を描いた図である。尚、｜ΔＥｖ０｜を５０ｍｅＶ毎の等間隔で描いている。図７は、横軸ｘをＩＩＩ族のＧａ組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、ＧａＡｓに対する歪量が同じになる（ｘ，ｙ）を結んで等歪曲線（等格子定数曲線）を描いた図である。ところで、歪によるＥｇ，Ｅｃ，Ｅｖの変化については、ＩｎＧａＰの圧縮歪の場合に関して評価した例が「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，５４，４，ｐｐ．２０５２〜２０５６（１９８３）」に開示されている。しかしながら、その他のＩｎＧａＡｓＰやＧａＡｓＰの種々の組成によってどのように変化するかが不明であるため、図４〜図６においては歪の影響は考慮してはいない。
【００４２】
上記等Ｅｇ線と等Ｅｃ線と等Ｅｖ線とを比較すると、上記等Ｅｇ線上に沿って組成をＩｎＧａＰに近づけると、｜ΔＥｖ０｜は大きくなるが｜ΔＥｃ０｜は若干小さくなり、Ｅｇはバレンスバンド側に広がることが判る。逆に、組成をＧａＡｓＰに近づけると、｜ΔＥｖ０｜は小さくなるが｜ΔＥｃ０｜が大きくなり、Ｅｇはコンダクションバンド側に広がることが判る。
【００４３】
図８に、ＧａＡｓ基板上に格子整合するＩｎＧａＡｓＰおよびＡｌＧａＡｓのＥｃ，Ｅｖの関係を示している。ＩｎＧａＡｓＰ系材料は、ＡｌＧａＡｓ系材料よりも｜ΔＥｖ０｜が大きくなり｜ΔＥｃ０｜が小さくなることが判る。また、図８には、本実施の形態におけるバリア層２６に相当するＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｐについても比較のために示している。尚、このＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｐの組成においては−０．６４％の引張歪を有しており、図８においては、歪の影響を考慮した｜ΔＥｃ０｜の推定値を記載している。この推定値は、圧縮歪ＩｎＧａＰでのＥｇの変化の報告例を参考にしたものであって、飽くまで目安でしかない。
【００４４】
（机上検討図と本実施の形態の比較、図４〜図７から判る効果）
図４〜図７に、本実施の形態半導体レーザ装置におけるＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７およびＩｎＧａＰバリア層２６の各組成（ｘ，ｙ）点を、夫々○，●で示している。但し、ＩｎＧａＰバリア層２６は引張歪であるため、Ｅｇ，｜ΔＥｃ０｜，｜ΔＥｖ０｜共に、実際にはより小さい値になると考えられる。図５より｜ΔＥｃ０｜を読み取り、図６より｜ΔＥｖ０｜を読み取ることができる。また、図８に、井戸層２７，ガイド層２４，２８およびバリア層２６に該当する組成を、夫々▲１▼，▲２▼，▲３▼で示している。それに基づいて、ＧａＡｓ基板２１，ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７，ＩｎＧａＰバリア層２６およびＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８のエネルギーバンドの関係を描くと図３に示すようになる。さらに、本実施の形態における素子構造の活性領域近傍のエネルギーバンドを描くと図２（ａ）に示すようになる。尚、図２（ｂ）に、ＩｎＧａＰガイド層を用いた上記従来の半導体レーザ装置のエネルギーバンドを示している。但し、クラッド層の組成は、本実施の形態に合わせてＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓとしている。
【００４５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）において、本実施の形態の半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置とを比較すると、先ず第１に明確に判ることは、ガイド層同士の比較において、本実施の形態の半導体レーザ装置においては、従来の半導体レーザ装置の場合よりも、ガイド層のＥｇは小さいが、井戸層とガイド層との｜ΔＥｃ｜は逆に大きくなっていることが判る。これによって、ＩｎＧａＰバリア層２６からの電子のオーバーフローがＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８によって抑制されるために、従来のＩｎＧａＰガイド層半導体レーザ装置に対して、閾値電流の低減および温度特性の向上に繋がったと推定される。
【００４６】
（ＡｌＧａＡｓガイド層組成の有効な範囲の決定）
図５および図６は、上述したようにＧａＡｓＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜を０．６０と仮定した場合のものであり、真の曲線は不明である。しかしながら、本実施の形態の半導体レーザ装置と上記従来の半導体レーザ装置とから得られた素子特性が、上述したように、図５および図６による推定に対して大きな齟齬がないために、図４〜図７に示す曲線が有する傾向は、大まかには実態を表わしていると判断される。
【００４７】
以下、この判断に基づいて、ＡｌＧａＡｓ組成がガイド層として有効に機能する｜ΔＥｃ０｜の範囲について述べる。
【００４８】
上記井戸層からのキャリアのオーバーフローについては電子が支配的と考え、｜△Ｅｃ０｜を不必要に小さくしないように設定することにする。尚、発振波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置におけるＩｎＧａＡｓＰ井戸層では、｜ΔＥｃ０｜＝約０．０３ｅＶであり、｜ΔＥｖ０｜＝約０．１２ｅＶであると推定される。但し、この値は、井戸層の歪量等によって変動するので厳密ではない。
【００４９】
先ず、｜ΔＥｃ０｜の最小値については、井戸層からの電子のオーバーフローを防ぐために、ガイド層と井戸層のΔＥｃが０．１２ｅＶ程度以上になるように設定する必要がある。この０．１２ｅＶは、ＡｌＧａＡｓ井戸層を有する７８０ｎｍ帯半導体レーザ装置において、ＩＩＩ族のＡｌ組成が０．２７程度であるＡｌＧａＡｓをガイド層として用いた場合に相当する。本実施の形態の半導体レーザ装置の場合は、井戸層２７が｜ΔＥｃ０｜＝約０．０３ｅＶであるＩｎＧａＡｓＰであることから、ガイド層２４，２８の｜ΔＥｃ０｜＞約０．１５ｅＶ（＝約０．０３ｅＶ＋０．１２ｅＶ）が条件となる。そして、この｜ΔＥｃ０｜に相当するＡｌＧａＡｓは、Ａｌ組成が０．２０よりも大きいＡｌＧａＡｓとなる。但し、これは最低限のΔＥｃを確保するための値であり、より確実にキャリアのオーバーフローを防ぐために、はＡｌ組成が０．２５より大きいＡｌＧａＡｓをガイド層２４，２８として用いることが望ましい。
【００５０】
次に、｜ΔＥｃ０｜の最大値については、電子の注入は相当大きなバリアでなければあまり影響はないと考え、特に考慮しないものとする。本実施の形態の半導体レーザ装置の場合には、ガイド層２４，２８のＡｌ組成は０．３５であるので十分なΔＥｃが得られている。
【００５１】
（Ａｌフリーによる高信頼性）
本実施の形態においては、井戸層２７および井戸層２７に接するバリア層２６にＡｌを含んでいないために、高温，高出力時においても、高い信頼性を得ることが可能である。仮に、ガイド層２４，２８に接するバリア層２６を無くして、ＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８とＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７とを隣接させても、井戸層２７からのキャリアのオーバーフローを抑制できる可能性はある。しかしながら、不純物をより多く含むＡｌを含むガイド層２４，２８は、発光層あるいはそれに隣接する層として用いると非発光再結合が発生して活性領域での結晶の劣化を促進させるので、望ましくはない。
【００５２】
また、本実施の形態においては、上記量子井戸活性領域における最外のバリア層２６ａ，２６ｃの外側がＡｌＧａＡｓのガイド層２４，２８となっている。しかしながら、ＩｎＧａＰバリア層２６の層厚を４ｎｍ以下にすると、高温，高出力時での信頼性が低下する。これは、ガイド層２４，２８のＡｌの影響と考えられる。したがって、ＩｎＧａＰバリア層２６の層厚を４ｎｍより大きくすることによって、ガイド層２４，２８のＡｌの影響を大幅に抑制することができ、高温，高出力時においても高い信頼性を得ることができるのである。
【００５３】
（ＩｎＧａＡｓＰ井戸層によるＥｃ，Ｅｖに関する利点）
図３から判るように、上記ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７は、ＧａＡｓ基板２１に比較して、Ｅｇはバレンスバンド側に広がって｜ΔＥｃ０｜＜｜ΔＥｖ０｜となる。これとは逆に、ＡｌＧａＡｓのガイド層２４，２８は、Ｅｇはコンダクションバンド側に広がって｜ΔＥｃ０｜＞｜ΔＥｖ０｜となる。したがって、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７とＡｌＧａＡｓのガイド層２４，２８との組み合わせは、例えばＡｌＧａＡｓを井戸層とした場合に比較して、井戸層２７とガイド層２４，２８とのΔＥｃおよびΔＥｖを考えると、｜ΔＥｃ｜をより大きくでき、｜ΔＥｖ｜をより小さくできる。すなわち、本実施の形態によれば、小さなＥｇのガイド層で｜ΔＥｖ｜を小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることが可能になるのである。したがって、ガイド層２４，２８のＡｌ組成は、少なくとも０．２０より大きく設定すれば本実施の形態における効果が現れるのである。尚、その場合におけるＡｌ組成は、ＡｌＧａＡｓ井戸層を有する７８０ｎｍ帯半導体レーザ装置におけるガイド層のＡｌ組成よりも０．０５以上少ない。
【００５４】
本実施の形態の半導体レーザ装置においては、ＡｌＧａＡｓのガイド層２４，２８のＡｌ組成を０．３５としているが、０．２０より大きければよく、Ａｌ組成を０．３５より下げても差し支えない。その場合には、キャリアのオーバーフローの効果は少し低下する代わりに、Ａｌによる信頼性の低下をさらに抑制することが可能になる。
【００５５】
以上のごとく、本実施の形態においては、半導体レーザ装置における活性領域２５を、バリア層２６と井戸層２７とから成るＤＱＷ構造とし、バリア層２６をＩｎＧａＰで構成する一方、井戸層２７をＧａＡｓ基板２１と格子整合したＩｎ０．１６２Ｇａ０．８３８Ａｓ０．６７１Ｐ０．３２９で構成している。更に、ガイド層２４，２８をＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓで構成している。このように、ガイド層２４，２８をＡｌＧａＡｓで構成することによって、ガイド層として従来のごとくＩｎＧａＰを用いた場合に比してガイド層のＥｇは小さくなるが、井戸層とガイド層との｜ΔＥｃ｜を大きくすることができる。したがって、ＩｎＧａＰバリア層２６からの電子のオーバーフローをＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８によって抑制することができる。その結果、従来のＩｎＧａＰガイド層半導体レーザ装置よりも、閾値電流の低減および温度特性の向上を図ることができるのである。
【００５６】
さらに、上記ガイド層２４，２８を、０．２０よりも大きいＡｌ組成のＡｌＧａＡｓとすることによって、ガイド層２４，２８と井戸層２７とのΔＥｃを０．１２ｅＶ以上に設定することができ、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができる。さらに、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７と組み合せることによって、小さなＥｇのガイド層２４，２８で、井戸層２７とガイド層２４，２８との｜ΔＥｖ｜を小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることが可能になる。すなわち、井戸層２７へのホール注入のバリアにはならないようにし、且つ、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができるのである。
【００５７】
したがって、上述した従来の井戸層／バリア層にＡｌが入っていないＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置に比べ、井戸層２７およびバリア層２６の構成は同様であるにも拘らず、閾値電流Ｉｔｈ＝３８ｍＡ、温度特性Ｔ０＝１０８Ｋと、ＩｎＧａＰガイド層と比べて素子特性を著しく向上させることができるのである。
【００５８】
その際に、上記ＩｎＧａＰバリア層２６の層厚を４ｎｍより大きくしているので、ＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８のＡｌの影響を大幅に抑制することができ、高温，高出力時に高い信頼性を得ることができる。
【００５９】
（種々の構成の自由度）
本実施の形態においては、上記ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７をＧａＡｓ基板２１と同じ格子定数としたが、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７に歪を加えてもＡｌＧａＡｓのガイド層２４，２８は有効であり、素子特性の向上に繋がる。また、本実施の形態における井戸数は２層であるが、これに限るものではなく、任意の井戸数で同様の効果が得られる。また、本実施の形態においては埋込リッジ構造としたがこれに限定されるものではなく、リッジ構造，内部ストライプ構造，埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果を得ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０ｎｍとしたがこれに限るものではなく、７６０ｎｍよりも大きく且つ８００ｎｍよりも小さい所謂７８０ｎｍ帯であれば同様の効果を得ることができるのである。
【００６１】
＜第２実施の形態＞
本実施の形態は、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＧａＡｓＰバリア層の量子井戸活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層とを有する発振波長が７８０ｎｍである半導体レーザ装置に関する。本実施の形態の半導体レーザ装置は、上記第１実施の形態の半導体レーザ装置において、バリア層２６をＩｎＧａＰからＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８に置き換えたものであり、バリア層以外の構成および製造方法に変更はない。したがって、以下の説明には、上記第１実施の形態における図１をそのまま用ることにする。
【００６２】
上記ＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８バリア層２６は、歪が引張歪−１％で、層厚は２６ａ，２６ｃが８ｎｍであり２６ｂが７ｎｍである。ＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８のＥｇは、歪を考慮しない場合は１．７７ｅＶ程度と算出される。尚、引張歪によるＥｇへの影響については本材料組成付近では明確ではないので、ここでは考慮しないものとする。井戸層２７は、Ｉｎ０．１６２Ｇａ０．８３８Ａｓ０．６７１Ｐ０．３２９で構成され、Ｅｇは１．５７ｅＶで、基板と格子整合しており、層厚は２７ａ，２７ｂ共に５ｎｍである。井戸層２７とバリア層２６との｜ΔＥｇ｜は０．２０ｅＶである。また、ガイド層２４，２８のＥｇは１．８６ｅＶである。
【００６３】
得られた半導体レーザ装置を共振器長８００μｍで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後に、素子特性の測定を行った。その結果、閾値電流Ｉｔｈ＝２５ｍＡ、温度特性Ｔ０＝１４０Ｋであった。このように、引張歪が導入されたＧａＡｓＰバリア層を用いた半導体レーザ装置では、ΔＥｇが０．２０ｅＶと小さいにも拘らず、ＩｎＧａＰバリア層を有する上記第１実施の形態の半導体レーザ装置に比して、素子特性を著しく向上させることができる。
【００６４】
（ＧａＡｓＰバリア層の利点、及び、ＡｌＧａＡｓガイド層を併用する利点）
図２（ｃ）に、本実施の形態の半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す。上記第１実施の形態におけるＩｎＧａＰバリア層を有する半導体レーザ装置の場合には、図２（ａ）に示すエネルギーバンドからも判るように、Ｅｖ側において、ガイド層２４，２８から井戸層２７へ流れ込むホールに対して非常に大きなバリアができていることが判る。一方、本実施の形態におけるＧａＡｓＰバリア層の半導体レーザ装置の場合には、Ｅｖ側において、ガイド層から井戸層へ流れ込むホールに対するバリアは存在しない。図４〜図７に、本実施の形態におけるバリア層のＧａＡｓＰ組成を▲で示している。先に述べたように、ＧａＡｓＰの｜ΔＥｃ０｜／｜ΔＥｇ０｜は０．６０程度であると推定されるため、図６から判るように、ＩｎＧａＰに比較して｜ΔＥｖ０｜を大幅に小さくすることができる。したがって、バリア層としてＩｎＧａＰの変わりにＧａＡｓＰを用いることによって、井戸層とバリア層とのΔＥｖも小さくでき、井戸層へのホールの注入を格段に改善することができるのである。
【００６５】
したがって、本実施の形態によれば、電子およびホール共に、キャリアの注入が効率よく行うことができ、閾値電流の低減に繋がったものと推定される。
【００６６】
一方、図４および図５から判るように、上記ＧａＡｓＰバリア層の｜ΔＥｃ０｜については、ＩｎＧａＰに比べてＥｇが小さくなっているにも関わらず大きくなっている。組成がＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８である場合の｜ΔＥｃ０｜は、０．２１ｅＶ程度と推定される。したがって、上述したようにＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７の｜ΔＥｃ０｜は約０．０３ｅＶであるから、井戸層とバリア層との｜ΔＥｃ｜は０．１８ｅＶ（＝０．２１ｅＶ−０．０３ｅＶ）程度となる。この値は、ＡｌＧａＡｓ井戸層を有する７８０ｎｍ帯半導体レーザ装置と比較しても同等レベルの大きさを有している。しかしながら、ＧａＡｓＰバリア層は−１％の引張歪を有するため、井戸層の両側に薄く形成することはできるのであるが、ガイド層として数１０ｎｍの厚さで形成すると欠陥が発生してしまう。そのため、ガイド層としては、ＧａＡｓ基板に格子整合し、且つ、ΔＥｃを大きく設定できる材料を形成する必要がある。以上のことから、本実施の形態のごとく、ガイド層としてＡｌＧａＡｓを用いるのが効果的なのである。
【００６７】
仮に、上記ガイド層としてＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓＰを用いた場合には、井戸層とガイド層との｜ΔＥｃ｜は、図８からも判るように小さい値になってしまう。井戸層とバリア層との｜ΔＥｃ｜は十分大きいのであるが、バリア層の厚さは薄いので電子は容易にオーバーフローしてしまい、良好な特性を得ることはできないのである。
【００６８】
本実施の形態の半導体レーザ装置におけるＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓガイド層２４，２８は、その｜ΔＥｃ０｜が０．２６ｅＶ程度であり、バリア層よりもさらに高いと推定される。したがって、キャリアのオーバーフロー抑制に関して極めて高い効果を得ることができ、温度特性Ｔ０を向上させることができるのである。
【００６９】
比較として、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置の場合には、バリア層およびガイド層にＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓを用いると、井戸層とバリア層およびガイド層とのΔＥｃは０．１８ｅＶ程度となると推定される。したがって、同じＡｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓを用いた場合でも、本実施の形態の方が井戸層とガイド層とのΔＥｃを大きく取ることができるのである。これは、上記第１実施の形態の説明においても述べたように、井戸層にＩｎＧａＡｓＰを用いたことによる効果である。
【００７０】
（ＧａＡｓＰバリア層の有効な範囲の決定）
本実施の形態においては、上記第１実施の形態に対して、上記バリア層にＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８を用いることで特性を改善するようにしているが、このバリア層は適切な組成範囲のＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＰを用いることで十分な効果を得ることができる。
【００７１】
以下、上記ＩｎＧａＡｓＰ組成がバリア層として有効に機能する｜ΔＥｃ０｜および｜ΔＥｖ０｜の上限と下限とについて述べる。井戸層へのキャリア注入についてはホールが支配的と考え、｜ΔＥｖ０｜を不必要に大きくしないように設定する。また、井戸層からのキャリアのオーバーフローについては電子が支配的と考え、｜△Ｅｃ０｜を不必要に小さくしないように設定することにする。尚、発振波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置におけるＩｎＧａＡｓＰ井戸層では、｜ΔＥｃ０｜＝約０．０３ｅＶであり、｜ΔＥｖ０｜＝約０．１２ｅＶであると推定される。但し、この値は、井戸層の歪量等によって変動するので厳密ではない。
【００７２】
先ず、｜ΔＥｖ０｜の最小値については、バリア層と井戸層とのΔＥｖは少なくとも正の値になる必要がある。したがって、｜ΔＥｖ０｜＞約０．１２ｅＶであり、図６からＰ組成０．１５〜０．３０付近に｜ΔＥｖ０｜の境界が存在すると言える。
【００７３】
次に、｜ΔＥｖ０｜の最大値については、ガイド層からのホールの注入を疎外しない程度に抑える必要がある。ガイド層やクラッド層として、ＩｎＧａＰやＡｌＧａＡｓ等のＧａＡｓ基板に格子整合する種々の材料や組成が用いられるが、少なくとも最も｜ΔＥｖ０｜の大きいＩｎＧａＰが用いられた場合よりも｜ΔＥｖ０｜を小さくする必要があり、｜ΔＥｖ０｜＜約０．３８ｅＶ（図６におけるＧａＡｓに対する歪量が０の破線とＩｎＧａＰの線との交点での｜ΔＥｖ０｜の値）となる。したがって、図６から、Ｐ組成が０．６０〜０．８０である付近に｜ΔＥｖ０｜の境界が存在すると言える。
【００７４】
また、｜ΔＥｃ０｜の最小値については、井戸層からの電子のオーバーフローを防ぐために、バリア層と井戸層のΔＥｃが０．１２ｅＶ程度以上になるように設定する必要がある。この０．１２ｅＶは、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ装置では、バリア層にＩＩＩ族のＡｌ組成が０．２７程度のＡｌＧａＡｓを用いた場合に相当する。したがって、バリア層の｜ΔＥｃ０｜は、井戸層の｜ΔＥｃ０｜が約０．０３ｅＶであるから、｜ΔＥｃ０｜＞約０．１５ｅＶ（約０．０３ｅＶ＋０．１２ｅＶ）となる。図５及び図７から判るように等Ｅｃ線が等格子定数線と平行に近いことから、｜ΔＥｃ０｜に関しては井戸層のＧａＡｓに対する歪量からの歪量の差の値で境界を設定することができる。すなわち、井戸層の歪量との歪量の差が−０．６５％〜−０．８５％の付近に｜ΔＥｃ０｜の境界が存在すると言える。
【００７５】
尚、本実施の形態の半導体レーザ装置の場合には、ＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８が存在するため、ガイド層２４，２８より外側へのキャリアのオーバーフローについては問題が無い構造になっている。しかしながら、バリア層２６と井戸層２７とのΔＥｃを上述のように大きくすることによって、不必要に多くのキャリアがＡｌを含む層ヘオーバーフローしてしまうのを抑制することができ、上記第１実施の形態の場合に比べて、より高い信頼性を得ることができるのである。
【００７６】
次に、｜ΔＥｃ０｜の最大値については、電子の注入は相当大きなバリアでなければあまり影響はないと考え、特に考慮しないものとする。
【００７７】
以上、大まかに推定したＰ組成及び歪量の境界に基づいて、実際に幾種類かのバリア層の半導体レーザ装置を作成して特性を測定した結果によると、Ｐ組成については、０．２よりも大きく且つ０．７５よりも小さい範囲が有効なのである。更には、０．２５よりも大きく且つ０．６よりも小さい範囲で、極めて有効な素子特性を得ることができるのである。また、井戸層の歪量との歪量の差を−０．６５％以下に設定すると、素子特性が低下する。したがって、井戸層の歪量との歪量の差については、−０．６５％よりも大きい範囲が有効なのである。
【００７８】
尚、上述した｜ΔＥｇ０｜，｜ΔＥｃ０｜，｜ΔＥｖ０｜の推定値は、歪によるバンド構造の変化については明確なデータが無いために考慮しておらず、真の値を示しているとは限らない。しかしながら、本実施の形態において得られた範囲は、飽くまでもこれらの推定を参考にして実際に半導体レーザ装置を作成し、その特性を検討した結果に基づいて得たものである。したがって、上記推定値の真偽によって、上記範囲が左右されるものではない。
【００７９】
以上のごとく、本実施の形態においては、上記第１実施の形態の半導体レーザ装置におけるバリア層２６を、ＩｎＧａＰから歪量−１％が導入されたＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８に置き換えて、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＧａＡｓＰバリア層の量子井戸活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層との半導体レーザ装置としている。このように、バリア層２６を、０．２よりも大きく且つ０．７５よりも小さいＰ組成であって、−０．６５％よりも大きい井戸層の歪量（＝基板の歪量）との歪量の差を有するＧａＡｓＰとし、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７と組み合せることによって、バリア層２６と井戸層２７とガイド層２４，２８の｜ΔＥｖ０｜を、井戸層２７の｜ΔＥｖ０｜＜バリア層２６の｜ΔＥｖ０｜＜ガイド層２４，２８の｜ΔＥｖ０｜の大小関係が成立するように設定することができ、ガイド層２４，２８からのホールの注入を効率良く行うことができる。さらに、バリア層２６と井戸層２７との間のΔＥｃを０．１２ｅＶ以上に設定することができ、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができる。
【００８０】
したがって、上記井戸層２７とバリア層２６とのΔＥｇは０．２０ｅＶと小さいにも拘わらず、閾値電流Ｉｔｈ＝２５ｍＡ、温度特性Ｔ０＝１４０Ｋと、ＩｎＧａＰバリア層と比べて素子特性を著しく向上させることができるのである。
【００８１】
（種々の構成の自由度）
本実施の形態においては、上記ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７をＧａＡｓ基板２１と同じ格子定数としたが、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７に歪を加えてもＧａＡｓＰバリア層２６は有効であり、素子特性の向上に繋がる。また、本実施の形態における井戸数は２層であるが、これに限るものではなく、任意の井戸数で同様の効果が得られる。また、本実施の形態においては埋込リッジ構造としたがこれに限定されるものではなく、リッジ構造，内部ストライプ構造，埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０ｎｍとしたがこれに限るものではなく、７６０ｎｍよりも大きく且つ８００ｎｍよりも小さい所謂７８０ｎｍ帯であれば同様の効果を得ることができるのである。
【００８３】
＜第３実施の形態＞
図９は、本実施の形態の半導体レーザ装置における構成を示す図である。本実施の形態は、ＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層／ＩｎＧａＡｓＰバリア層の量子井戸活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層とを有する波長７８０ｎｍの半導体レーザ装置に関する。
【００８４】
図９において、４１はｎ型ＧａＡｓ基板、４２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（層厚０．５μｍ）、４３ａはｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ下部第２クラッド層（層厚３．０μｍ）、４３ｂはｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下部第１クラッド層（層厚０．２μｍ）、４４ａはＡｌ０．４２Ｇａ０．５８Ａｓ下部第２ガイド層（層厚７０ｎｍ）、４４ｂはＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ下部第１ガイド層（層厚１０ｎｍ）、４５は活性領域である。ここで、活性領域４５は、バリア層４６と井戸層４７とから成るＤＱＷ構造を有している。また、４８ａはＡｌ０．３２Ｇａ０．６８Ａｓ上部第１ガイド層（層厚１０ｎｍ）、４８ｂはＡｌ０．４２Ｇａ０．５８Ａｓ上部第２ガイド層（層厚７０ｎｍ）、４９ａはｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部第１クラッド層（層厚０．２μｍ）、５０はｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層（層厚３ｎｍ）、４９ｂはリッジストライプ形状のｐ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部第２クラッド層（層厚１．２８μｍ）、５１はｐ型ＧａＡｓ保護層（層厚０．７μｍ）、５２はｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ第１電流ブロック層（層厚０．６μｍ）、５３はｎ型ＧａＡｓ第２電流ブロック層（層厚０．７μｍ）、５４はｐ型ＧａＡｓ埋込み保護層（層厚０．６μｍ）、５５はｐ型ＧａＡｓキャップ層（層厚２μｍ）、５６はｎ側電極、５７はｐ側電極である。
【００８５】
尚、上記バリア層４６は、Ｉｎ０．１２６Ｇａ０．８７４Ａｓ０．４０７Ｐ０．５９３によって構成され、Ｅｇは１．９８ｅＶ、歪は引張歪−１．２０％で、層厚は４６ａ，４６ｃが１０ｎｍであり４６ｂが５ｎｍである。また、上記井戸層４７は、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．５５Ｐ０．４５で構成され、Ｅｇは１．５５ｅＶ、歪は圧縮歪０．３５％で、層厚は４７ａ，４７ｂ共に８ｎｍである。尚、井戸層４７とバリア層４６との｜ΔＥｇ｜は０．４３ｅＶである。
【００８６】
上記ガイド層４４ｂ，４８ａのＥｇは１．８２ｅＶであり、ガイド層４４ａ，４８ｂのＥｇは１．９５ｅＶである。尚、歪によるバリア層４６および井戸層４７のＥｇへの影響については、本材料組成付近でも明確ではないので、本実施の形態でも考慮しないものとする。
【００８７】
上記構成のＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層／ＩｎＧａＡｓＰバリア層／ＡｌＧａＡｓガイド層半導体レーザ装置は、上記第１実施の形態の場合と同様の成長，プロセスの手法によってストライプ幅２μｍの埋込リッジ構造を形成することによって作成することができる。そして、得られた半導体レーザ装置を共振器長８００μｍで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後に、素子特性の測定を行った。その結果、閾値電流Ｉｔｈ＝３０ｍＡ、温度特性Ｔ０＝１５３Ｋであった。このように、井戸層に圧縮歪を導入すると共にＩｎＧａＡｓＰバリア層を用いた半導体レーザ装置でも、良好な素子特性を得ることができるのである。
【００８８】
図１０（ａ）に、本実施の形態の半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す。本半導体レーザ装置においては、ＡｌＧａＡｓガイド層４４，４８の夫々を２層構造としている。そして、井戸層４７に近いガイド層４４ｂ，４８ａについては、上記第１，第２実施の形態のガイド層２４，２８に比して、Ａｌの組成を０．３２と小さくしている。このように、発光層である井戸層４７に近い領域のＡｌ組成を小さくすることによって、信頼性をより向上させる。一方、井戸層４７から遠いガイド層４４ａ，４８ｂは、Ａｌの組成を上記第１，第２実施の形態のガイド層２４，２８より大きい０．４２とし、井戸層４７側からクラッド層４３，４９側に向かって｜ΔＥｃ０｜，｜ΔＥｖ０｜が順次大きくなるようにしている。したがって、ガイド層４４，４８中でキャリアのオーバーフローを抑え込むことができ、上記第２実施の形態の半導体レーザ装置の場合と略同等の温度特性Ｔ０を得ることができるのである。
【００８９】
本半導体レーザ装置の場合にも、上記バリア層４６をＰ組成が０．６０よりも小さいＩｎＧａＡｓＰで構成しているため、バリア層にＩｎＧａＰを用いた上記第１実施の形態の半導体レーザ装置に比較して、井戸層４７とバリア層４６との間の｜ΔＥｖ｜は小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることができるのである。
【００９０】
図５および図６から判るように、本半導体レーザ装置におけるバリア層４６の組成付近では等Ｅｃ線と等Ｅｖ線との組成に対する変化の仕方が大きく異なっており、適切な組成を選ぶことでバリア層４６の｜ΔＥｃ０｜と｜ΔＥｖ０｜とをある程度独立に制御することが可能である。例えば、等Ｅｃ線が等格子定数線に略平行なことから、バリア層４６のＥｃと歪量とを殆ど変えずにＥｖを変化させることも可能である。本実施の形態においては、上記第２実施の形態の半導体レーザ装置に比較して井戸層４７とバリア層４６との｜ΔＥｖ｜が大きくなるようにＩｎ組成およびＰ組成を調整している。これによって、井戸層４７へのホールの閉じ込めをも向上することが可能になる。
【００９１】
また、本実施の形態においては、上記井戸層４７として０．３５％の圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓＰを用いており、低閾値電流化なる歪の効果を得ることができる。その際に、量子井戸活性領域は、圧縮歪が導入された井戸層４７と−１．２０％の引張歪が導入されたバリア層４６とによる歪補償構造を有している。したがって、活性領域全体としての平均的な歪量を抑制することができ、井戸層を基板に格子整合させる場合と比較して、結晶内の欠陥の量を減らして、更なる信頼性の向上を図ることができる。また、平均的な歪量を小さくしたことによって、量子井戸層活性領域全体としての臨界膜厚も増大し、バリア層４６ａ，４６ｂの層厚を第２実施の形態の場合の８ｎｍに比べて１０ｎｍと厚く設定することができる。また、井戸層４７からＡｌＧａＡｓガイド層４４，４８までの距離を１０ｎｍと大きくしているので、ガイド層４４，４８から活性領域へのＡｌの影響を更に小さくすることができ、高温，高出力時においても高い信頼性を得ることができる。また、本実施の形態においては、上記バリア層４６にＩｎを添加してＩｎＧａＡｓＰ層としているために、Ｉｎによって転位の増殖を抑えることによって、更に高い信頼性を得ることができるのである。
【００９２】
尚、上記構成の半導体レーザ装置におけるガイド層４４，４８は２層構造になっており、Ａｌ組成を量子井戸活性領域側からクラッド層４３，４９側まで２段階に増加している。しかしながら、Ａｌ組成を、量子井戸活性領域側からクラッド層４３，４９側まで連続的に増加させるようにしても一向に構わない。その場合におけるエネルギーバンドの例を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）においては、ＡｌＧａＡｓガイド層４４，４８のＡｌ組成を０．３２からクラッド層４３ｂ，４９と同じ０．５まで増加させている。この場合にも、キャリアのオーバーフローを十分に抑制することができる。
【００９３】
但し、その場合における上記ガイド層４４，４８のＡｌ組成は、少なくともバリア層４６に接する部分については、Ａｌの組成は０．４より小さくするのが望ましい。これは、井戸層４７に近い領域におけるＡｌ組成が高いと、信頼性に悪影響を及ぼすからである。
【００９４】
尚、本実施の形態においては、上記活性領域をＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層／ＩｎＧａＡｓＰ引張歪バリア層としたが、この組み合わせに限定されるものではない。ＩｎＧａＡｓＰ無歪井戸層／ＩｎＧａＡｓＰ引張歪バリア層あるいはＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層／ＧａＡｓＰバリア層の組み合わせも可能である。また、本実施の形態における井戸数は２層であるが、これに限定されるものではなく、任意の井戸数で同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、埋込リッジ構造としたがこれに限定されるものではなく、リッジ構造，内部ストライプ構造，埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０ｎｍとしたがこれに限定されるものではなく、７６０ｎｍよりも大きく且つ８００ｎｍよりも小さい所謂７８０ｎｍ帯であれば同様の効果を得ることができるのである。
【００９６】
＜第４実施の形態＞
本実施の形態は、上記各実施の形態における半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置に関する。図１１は、本実施の形態における光ディスク装置の構成図である。この光ディスク装置は、光ディスク６１にデータを書き込んだり、光ディスク６１に書き込まれたデータを再生したりするものであり、その際に用いる発光装置として、上記各実施の形態の何れか一つにおける半導体レーザ装置６２を備えている。
【００９７】
以下、本光ディスク装置の構成および動作について説明する。本光ディスク装置は、書き込みの際には、半導体レーザ装置６２から出射された信号光（データ信号が重畳されたレーザ光）はコリメートレンズ６３を通過して平行光となり、ビームスプリッタ６４を透過する。そして、λ／４偏光板６５によって偏光状態が調節された後に、レーザ光照射用対物レンズ６６によって集光されて光ディスク６１を照射する。こうして、データ信号が重畳されたレーザ光によって、光ディスク６１にデータが書き込まれる。
【００９８】
一方、読み出しの際には、上記半導体レーザ装置６２から出射されたデータ信号が重畳されていないレーザ光が、上記書き込みの場合と同じ経路を辿って光ディスク６１を照射する。そして、データが記録された光ディスク６１の表面で反射されたレーザ光は、レーザ光照射用対物レンズ６６およびλ／４偏光板６５を経た後、ビームスプリッタ６４で反射されて進行方向が９０゜変更される。その後、再生光用対物レンズ６７によって集光され、信号検出用受光素子６８に入射される。そして、こうして信号検出用受光素子６８内で、入射したレーザ光の強弱に応じて光ディスク６１から読み出されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路６９によって元の情報信号に再生されるのである。
【００９９】
本実施の形態における光ディスク装置においては、上述したように、従来よりも高い光出力で動作する半導体レーザ装置６２を用いている。そのために、光ディスク６１の回転数を従来よりも高速化しても、データの読み書きを行うことが可能である。したがって、従来、特にＣＤ‐Ｒ，ＣＤ‐ＲＷ等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間を格段に短くすることができ、より快適な操作を実現した光ディスク装置を提供することが可能になるのである。
【０１００】
尚、本実施の形態においては、上記各実施の形態における半導体レーザ装置を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明した。しかしながら、この発明はこれに限定される物ではなく、波長７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置を発光装置として用いる光ディスク記録装置や光ディスク再生装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第１の発明の発振波長が７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置は、ＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＡｓＰあるいはＧａＡｓＰの何れか一つで井戸層およびバリア層を構成し、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．２０＜ｘ≦１）でガイド層を構成したので、上記井戸層とガイド層との｜ΔＥｃ｜を、上記バリア層にＡｌＧａＡｓを用いた場合の０．１２ｅＶ以上に設定することができる。したがって、上記井戸層から電子がオーバーフローすることを抑制できる。
【０１０２】
すなわち、この発明によれば、ＩｎＧａＰガイド層を用いた半導体レーザ装置における特性不良の原因であった井戸層からの電子のオーバーフローを解消することができ、活性領域にＡｌを含まない７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置について、閾値電流の低減および温度特性の向上等、著しい特性の向上を図ることができるのである。さらに、上記Ａｌを含まないバリア層の存在によって、上記井戸層には、Ａｌを含む上記ＡｌＧａＡｓガイド層が隣接されることはない。したがって、高い信頼性を確保することができる。
【０１０３】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｘの値を０．２５よりも大きくしたので、上記ＡｌＧａＡｓガイド層と井戸層との｜ΔＥｃ｜を０．１２ｅＶよりも確実に大きくして、上記井戸層からの電子のオーバーフローをより確実に抑制することができる。
【０１０４】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｘの値を上記下部クラッド層および上部クラッド層のＡｌの組成比の値よりも小さくしたので、上記ＡｌＧａＡｓガイド層の｜ΔＥｃ０｜および｜ΔＥｖ０｜を、上記下部クラッド層および上部クラッド層よりも小さくできる。したがって、上記ガイド層中において電子のオーバーフローを抑え込んで、温度特性の向上を図ることができる。
【０１０５】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｘの値を、段階的にあるいは連続的に、且つ、上記下部クラッド層および上部クラッド層に近づく程大きくなるように変化させたので、上記ＡｌＧａＡｓガイド層の｜ΔＥｃ０｜，｜ΔＥｖ０｜を、上記井戸層側から下部クラッド層および上部クラッド層側に向かって順次大きくすることができる。したがって、より確実に上記ガイド層中において電子のオーバーフローを抑え込むことができる。
【０１０６】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ガイド層における少なくともバリア層に接している部分の上記ｘの値を、０．４よりも小さくしたので、上記ガイド層の井戸層に近い領域のＡｌ組成を低くして、信頼性に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【０１０７】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層に圧縮歪を導入したので、低閾値電流化を図ることができる。
【０１０８】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、バリア層に引張歪を導入したので、低閾値電流化を図るために上記井戸層に圧縮歪を導入した場合に、上記引張歪が導入されたバリア層によって、上記井戸層の歪を補償することができる。したがって、結晶内の欠陥を滅少させて、より高い信頼性を得ることができるのである。
【０１０９】
また、第２の発明の光ディスク装置は、従来よりも高い光出力で安定に動作する上記第１の発明の半導体レーザ装置を発光装置として用いたので、光ディスクの回転数を従来よりも高速にしてもデータの読み書きを行うことができる。特にＣＤ‐Ｒ，ＣＤ‐ＲＷ等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間を、格段に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の半導体レーザ装置における構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体レーザ装置および他のバリア層構成を有する半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す図である。
【図３】図１におけるＧａＡｓ基板，ＩｎＧａＡｓＰ井戸層，ＩｎＧａＰバリア層およびＡｌＧａＡｓガイド層のエネルギーバンドの関係を示す図である。
【図４】ＩｎＧａＡｓＰの等Ｅｇ線図である。
【図５】ＩｎＧａＡｓＰの等Ｅｃ線図である。
【図６】ＩｎＧａＡｓＰの等Ｅｖ線図である。
【図７】ＩｎＧａＡｓＰの等格子定数線図である。
【図８】ＧａＡｓ基板に格子整合するＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓおよびＩｎ０．４Ｇａ０．６ＰのＥｃ，Ｅｖの関係を示す図である。
【図９】図１とは異なる半導体レーザ装置における構成を示す図である。
【図１０】図９に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す図である。
【図１１】この発明の光ディスク装置の構成図である。
【図１２】井戸層／バリア層にＡｌが入っていない従来のＩｎＧａＡｓＰ量子井戸半導体レーザ装置の構造を示す図である。
【図１３】図１２に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）を示す図である。
【符号の説明】
２１，４１…ＧａＡｓ基板、
２２，４２…ＧａＡｓバッファ層、
２３…ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、
２４…ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層、
２５，４５…活性領域、
２６…ＩｎＧａＰバリア層、
２７，４７…ＩｎＧａＡｓＰ井戸層、
２８…ＡｌＧａＡｓ上部ガイド層、
２９ａ，４９ａ…ＡｌＧａＡｓ上部第１クラッド層、
２９ｂ，４９ｂ…ＡｌＧａＡｓ上部第２クラッド層、
３０，５０…ＧａＡｓエッチングストップ層、
３１，５１…ＧａＡｓ保護層、
３２，５２…ＡｌＧａＡｓ第１電流ブロック層、
３３，５３…ＧａＡｓ第２電流ブロック層、
３４，５４…ＧａＡｓ埋込み保護層、
３５，５５…ＧａＡｓキャップ層、
３６，５６…ｎ側電極、
３７，５７…ｐ側電極、
４３ａ…ＡｌＧａＡｓ下部第２クラッド層、
４３ｂ…ＡｌＧａＡｓ下部第１クラッド層、
４４ａ…ＡｌＧａＡｓ下部第２ガイド層、
４４ｂ…ＡｌＧａＡｓ下部第１ガイド層、
４６…ＩｎＧａＡｓＰバリア層、
４８ａ…ＡｌＧａＡｓ上部第１ガイド層、
４８ｂ…ＡｌＧａＡｓ上部第２ガイド層、
６１…光ディスク、
６２…半導体レーザ装置、
６３…コリメートレンズ、
６４…ビームスプリッタ、
６５…λ／４偏光板、
６６…レーザ光照射用対物レンズ、
６７…再生光用対物レンズ、
６８…信号検出用受光素子、
６９…信号光再生回路。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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