(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ＤＱＷ構造とし、Ｐ組成が０．２よりも大きく且つ０．７５よりも小さく、井戸層の歪量（＝基板の歪量）との差が−０．６５％よりも大きいＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓＰでバリア層を構成し、ＧａＡｓ基板と格子整合したＩｎＧａＡｓＰで井戸層を構成する。従来の場合のＩｎＧａＰバリア層に比べ、ＧａＡｓ基板に対するＥｖの差｜ΔＥｖ０｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。さらに、バリア層と井戸層との間のΔＥｃを０．１２ｅＶ以上に設定でき、井戸層からの電子のオーバーフローを抑制できる。こうして、井戸層とバリア層とのΔＥｇは小さいにも拘わらず、ＩｎＧａＰバリア層に比較して素子特性を著しく向上できる。【選択図】　図２
2004039747.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、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、
上記バリア層を、上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ１−ｙＰｙで構成すると共に、
上記井戸層の格子定数をａ１とする一方、上記バリア層の格子定数をａ２とした場合に、
０＜ｘ≦１
０．２＜ｙ＜０．７５
｜（ａ２−ａ１）／ａ１｜×１００＞０．６５
の関係が成立す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ＧａＡｓ基板の格子定数をａ０とした場合に、（ａ１−ａ０）／ａ０の値が正の値であること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、
上記井戸層にＡｌ元素が含まれていな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、
上記井戸層がＩｎＧａＡｓＰ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、
上記バリア層のうちの何れかあるいは総てが、上記井戸層側とは反対側の面においてＡｌＧａＡｓ層に接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
上記ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層は、上記活性領域における最外に位置していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項５あるいは請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
上記ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層の層厚は４ｎｍより大きい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において、
上記バリア層のＩＩＩ族元素中におけるＧａの組成比を表す上記ｘの値は１より小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記活性領域とクラッド層との間に、ＡｌＧａＡｓで構成されたガイド層を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記クラッド層はＡｌＧａＡｓ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１１】
請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記活性領域とクラッド層との間にＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰで構成されたガイド層を備えると共に、
上記クラッド層はＡｌＧａＩｎＰまたはＩｎＧａＰ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１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙ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１３】
請求項１乃至請求項１２の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は０．６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１４】
請求項１乃至請求項１３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１３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１４は、図１３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１３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とから成る単一量子井戸（ＳＱＷ）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及び５ｂ共に５ｎｍである。尚、Ｉｎ０．４Ｇａ０．６ＰのＥｇは、歪を考慮しない場合には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程度になるものと考えられる。井戸層６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５ｎｍ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、ガイド層３，７）とのＥｇの差「ΔＥｇ」を０．３７ｅＶ〜０．４０ｅＶ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、且つ、微分効率は０．６Ｗ／Ａとなって、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、微分効率が０．９Ｗ／Ａ、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，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、上記バリア層を，上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ１−ｙＰｙで構成すると共に、上記井戸層の格子定数をａ１とする一方，上記バリア層の格子定数をａ２とした場合に、以下の関係が成立することを特徴としている。
０＜ｘ≦１
０．２＜ｙ＜０．７５
｜（ａ２−ａ１）／ａ１｜×１００＞０．６５
【００１１】
後に詳述するように、７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置にＩｎＧａＰバリア層を用いた従来の場合には、
１）バリア層のＥｖの広がりによるホールの井戸層への注入効率の低下
２）｜ΔＥｃ｜小による電子のオーバーフロー
が生じ、特性不良の原因となっている。
【００１２】
ところで、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）の値は変わってくる。バリア層にＩｎＧａＡｓＰを用いた場合、同じＥｇでは、ＩｎＧａＰ組成に近づけるとＥｇはバレンスバンド側に広がり、井戸層とバリア層との｜ΔＥｖ｜は大きくなる一方、｜ΔＥｃ｜は小さくなる。逆に、ＧａＡｓＰ組成に近づけるとＥｇはコンダクションバンド側に広がり、井戸層とバリア層との｜ΔＥｖ｜が小さくなる一方、｜ΔＥｃ｜は大きくなる。そして、Ｅｖの変化は特にＩｎＧａＡｓＰ中のＰ元素の組成に関係し、Ｅｃの変化は特に井戸層との歪量の差に関係する。
【００１３】
上記構成によれば、上記バリア層をＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓＰとし、Ｐ元素の組成比を０．２よりも大きく且つ０．７５よりも小さくしているので、従来の場合のＩｎＧａＰバリア層に比べ、ＧａＡｓ基板に対するＥｖの差｜ΔＥｖ０｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【００１４】
さらに、上記バリア層の井戸層に対する歪量を０．６５％以上にしている。したがって、上記バリア層と井戸層との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、上記井戸層からの電子のオーバーフローが抑制される。
【００１５】
こうして、上記ＩｎＧａＰバリア層を用いた従来の半導体レーザ装置における特性不良の原因が解消され、Ｅｇが小さいため効果が得られないと考えられていたＧａＡｓＰまたはＧａＡｓＰに近い組成のＩｎＧａＡｓＰを用いた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。
【００１６】
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ＧａＡｓ基板の格子定数をａ０とした場合に、（ａ１−ａ０）／ａ０の値は正の値である。
【００１７】
この実施例によれば、上記井戸層のＧａＡｓ基板に対する歪は圧縮歪となっている。したがって、例えば、上記バリア層の格子定数ａ２を上記ＧａＡｓ基板の格子定数ａ０より小さい引張歪にした場合であっても、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る。したがって、結晶内の欠陥の量を減らして信頼性の向上を図ることができ、上記活性領域全体としての臨界膜厚が増大するため上記バリア層の層厚を厚くできる。また、上記井戸層は圧縮歪であるため、偏光モードがＴＥモードの半導体レーザ装置が得られる。
【００１８】
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、上記井戸層にＡｌ元素は含まれていない。
【００１９】
この実施例によれば、上記井戸層およびバリア層には、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するＡｌ元素は含まれていない。したがって、高温，高出力時においても高い信頼性が得られる。
【００２０】
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、上記井戸層がＩｎＧａＡｓＰで構成されている。
【００２１】
この実施例によれば、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層は、ＧａＡｓ基板に比較してＥｇがバレンスバンド側に広がって｜ΔＥｃ０｜＜｜ΔＥｖ０｜となる。逆に、ＡｌＧａＡｓを井戸層とした場合は井戸層の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、上記ＩｎＧａＡｓＰ井戸層とバリア層とを組み合せた場合は、ＡｌＧａＡｓを井戸層とした場合に比較して、井戸層とバリア層との｜ΔＥｃ｜がより大きく、｜ΔＥｖ｜がより小さくなる。したがって、井戸層とバリア層との｜ΔＥｃ｜が大きくなって電子のオーバーフローが抑制され、さらに低閾値電流化，高微分効率化，高温度特性化が図られる。
【００２２】
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、上記バリア層のうちの何れかあるいは総てが、上記井戸層側とは反対側の面においてＡｌＧａＡｓ層に接触している。
【００２３】
この実施例によれば、上記バリア層はＡｌＧａＡｓ層に接触することによって、上記コンダクションバンド側において、上記ＡｌＧａＡｓ層との間で大きなバリアが形成される。したがって、上記ＡｌＧａＡｓ層を井戸層側とは反対側に位置させることによって、上記井戸層からバリア層にオーバーフローした一部の電子が更に上記ＡｌＧａＡｓ層へオーバーフローすることが抑制される。こうして、上記井戸層への電子の閉じ込め効果が更に増加されて、特性が更に向上される。
【００２４】
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ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層は上記活性領域における最外に位置している。
【００２５】
この実施例によれば、上記バリア層に接触しているＡｌＧａＡｓ層は上記活性領域における最外に位置している。したがって、一部の電子が活性領域外にまでオーバーフローすることが抑制され、上記電子の閉じ込め効果がより増加される。
【００２６】
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ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層の層厚は４ｎｍよりも大きくなっている。
【００２７】
この実施例によれば、上記ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層の層厚が４ｎｍよりも大きいので、上記ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの影響が大幅に抑制されて、高温，高出力時においても高い信頼性が得られる。
【００２８】
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、上記バリア層のＩＩＩ族元素中におけるＧａの組成比を表す上記ｘの値は１より小さくなっている。
【００２９】
この実施例によれば、ＩｎＧａＡｓＰバリア層のＩｎ元素によって転位の増殖が抑えられ、更に高い信頼性が得られる。
【００３０】
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、上記活性領域とクラッド層との間に、ＡｌＧａＡｓで構成されたガイド層を備えている。
【００３１】
この実施例によれば、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層との間に大きなバリアが形成される。したがって、上記活性領域外であるガイド層までの電子のオーバーフローが抑制されて、ＩｎＧａＡｓＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流および特性温度に対して顕著な向上が図られる。さらに、上記ＧａＡｓ基板に対する格子整合も図られる。
【００３２】
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、上記クラッド層はＡｌＧａＡｓで構成されている。
【００３３】
この実施例によれば、バリア層あるいはガイド層からの電子のオーバーフローをさらに抑制することができる。また、ＡｌＧａＡｓはＩＩＩ族組成の揺らぎが発生してもＧａＡｓ基板への格子整合性が維持されることから、１μｍ以上の厚さを有する上記クラッド層全体が確実に上記ＧａＡｓ基板に対する格子整合を図ることができるのである。
【００３４】
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、上記活性領域とクラッド層との間にはＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰで構成されたガイド層を備えると共に、上記クラッド層はＡｌＧａＩｎＰまたはＩｎＧａＰで構成されている。
【００３５】
この実施例によれば、上記ガイド層をＩｎＧａＰあるいはＩｎＧａＡｓＰとしているが、上記コンダクションバンド側においては、上記第１の発明におけるＩｎＧａＡｓＰバリア層が、井戸層とガイド層の間のバリアとして機能することになる。したがって、上記バリア層の層厚を最適に選ぶことによって、電子が上記井戸層内に充分に留められて良好な素子特性が得られる。
【００３６】
さらに、上記クラッド層をＡｌＧａＩｎＰまたはＩｎＧａＰとしている。このように、上記ＧａＡｓ基板に対するＥｖの差｜ΔＥｖ０｜が上記ガイド層であるＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰよりも大きいＡｌＧａＩｎＰまたはＩｎＧａＰを上記クラッド層として用いることによって、上記クラッド層の｜ΔＥｖ０｜がガイド層よりも大きいバンド構造が得られる。したがって、上記井戸層へのホールの注入が問題なく行われるのである。
【００３７】
さらに、上記井戸層およびバリア層は元より、上記活性領域外のガイド層にもＡｌは含まれていない。したがって、高温，高出力動作時においても更に高い信頼性を得ることができる。
【００３８】
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、上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は、０．２５よりも大きくなっている。
【００３９】
この実施例によれば、上記バリア層の｜ΔＥｖ０｜を上記井戸層の｜ΔＥｖ０｜よりも確実に大きくすることで、注入されたホールが上記井戸層により確実に閉じ込められる。
【００４０】
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、上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は、０．６よりも小さくなっている。
【００４１】
この実施例によれば、上記バリア層の｜ΔＥｖ０｜をより確実に小さくできる。したがって、上記ガイド層からのバリア層へのホールの注入がより確実に行われる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【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。
【００４５】
＜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／ＧａＡｓＰバリア層の量子井戸活性領域を有する発振波長が７８０ｎｍの半導体レーザ装置に関する。
【００４６】
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。
【００４７】
尚、上記バリア層２６はＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８で構成され、歪は引張歪−１％で、層厚は２６ａ，２６ｃが８ｎｍであり、２６ｂが７ｎｍである。尚、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。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。尚、井戸層２７とバリア層２６とのΔＥｇは０．２０ｅＶである。
【００４８】
ところで、従来のＡｌＧａＡｓ系の量子井戸構造の半導体レーザ装置では、通常ΔＥｇは０．２５ｅＶ程度であり、本実施の形態のごとく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。
【００４９】
上記構成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＧａＡｓＰバリア層半導体レーザ装置は、以下の様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。
【００５０】
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。
【００５１】
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／ＧａＡｓＰバリア層の半導体レーザ装置が形成される。
【００５２】
尚、比較のため、図１におけるバリア層２６のみを、図１３に示すＩｎＧａＡｓＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置におけるバリア層５と同じＩｎ０．４Ｇａ０．６ＰとしたＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＩｎＧａＰバリア層の半導体レーザ装置も同様に形成して、ＧａＡｓＰバリア層とＩｎＧａＰバリア層との違いによる素子特性の比較を行った。尚、ＩｎＧａＰバリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置の場合には、井戸層とバリア層とのΔＥｇは０．３６ｅＶ〜０．３９ｅＶとなる。
【００５３】
両半導体レーザ装置とも、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、ＧａＡｓＰバリア層を用いた本実施の形態の半導体レーザ装置では、閾値電流Ｉｔｈ＝２５ｍＡ、微分効率ηｄ＝１．０Ｗ／Ａ、温度特性Ｔ０＝１４０Ｋを呈した。これに対して、ＩｎＧａＰバリア層を用いた上記比較用の半導体レーザ装置では、閾値電流Ｉｔｈ＝３８ｍＡ、微分効率ηｄ＝０．５２Ｗ／Ａ、温度特性Ｔ０＝１０８Ｋを呈した。このように、ＩｎＧａＰバリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置は、上述したように、井戸層とバリア層とのΔＥｇは大きいにも拘らず、良好な特性は得られない。一方、ＧａＡｓＰバリア層を用いた本実施の形態の半導体レーザ装置では、上記ΔＥｇは０．２０ｅＶと非常に小さいにも拘らず、ＩｎＧａＰバリア層と比べて素子特性を著しく向上できるのである。以下、その理由に付いて検証してみる。
【００５４】
（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および比較用の半導体レーザ装置において井戸層およびバリア層に用いているＩｎＧａＡｓＰ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。
【００５５】
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。
【００５６】
そうすると、比較例に相当する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、本実施の形態に相当する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｜，｜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。
【００５７】
図４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、同様に、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。また、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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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ＧａＡｓＰバリア層２６の各組成（ｘ，ｙ）点を、夫々○，●で示している。図５より｜ΔＥｃ０｜を読み取り、図６より｜ΔＥｖ０｜を読み取り、ＧａＡｓ基板２１，ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７およびＧａＡｓＰバリア層２６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、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バリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置の場合を示している。
【００６０】
図２において、本実施の形態の半導体レーザ装置と比較用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、図２（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＰバリア層の半導体レーザ装置では、Ｅｖ側に、ガイド層から流れ込むホールに対して非常に大きなバリアが形成されていることである。このバリアの影響によって井戸層にホールが注入され難くなり、閾値電流の上昇や微分効率の低下が発生したと推測される。これに対して、ＧａＡｓＰバリア層の半導体レーザ装置の場合には、図２（ａ）に示すように、Ｅｖ側にバリアが存在せず、電子およびホール共にキャリアの注入が効率よく行われて、閾値電流の低減および微分効率の増大に繋がったと推定される。
【００６１】
第２に、上記ＧａＡｓＰバリア層の半導体レーザ装置は、ＩｎＧａＰバリア層の半導体レーザ装置よりもＥｇは小さいが、井戸層とバリア層とのＥｃ同士の差である｜ΔＥｃ｜は逆に大きくなっていることが判る。このように、バリア層をＧａＡｓＰとすることによって｜ΔＥｃ｜が大きくなるため、電子のオーバーフローがより抑制されて、更なる閾値電流の低減および微分効率の増大、また、温度特性の向上に繋がったと推定される。
【００６２】
（組成および歪量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比較用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。
【００６３】
以下、この判断に基づいて、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。
【００６４】
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井戸層においては、｜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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上、大まかに推定したＰ組成およ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組成を０．２以下および０．７５以上に設定すると、素子特性が大幅に低下する。したがって、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。
【００７０】
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。
【００７１】
（電子オーバーフローに対するＡｌＧａＡｓガイド層の利点）
上記コンダクションバンド側においては、ＡｌＧａＡｓをガイド層として用いることによって、ＧａＡｓＰバリア層２６ａ，２６ｃとＡｌＧａＡｓガイド層２４，２８との間でも大きなバリアが形成される。したがって、例え電子の一部がバリア層２６ａ，２６ｃにオーバーフローしたとしても、ガイド層２４，２８へのオーバーフローを抑制することができ、井戸層２７への電子の閉じ込め効果が更に増加して、素子特性の向上に非常に効果がある。これは、図１３に示す従来のＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ装置と上記比較用のＩｎＧａＰバリア層の半導体レーザ装置とを比較した場合に顕著に現れる。両者は、井戸層がＩｎＧａＡｓＰでありバリア層がＩｎＧａＰであり略同じ材料であるのに対して、ガイド層に前者がＩｎＧａＰで後者がＡｌＧａＡｓでの違いがあるだけである。しかしながら、素子特性には、閾値電流は前者が１００ｍＡで後者が３８ｍＡであり、温度特性は前者が８０℃では発振せず評価できないほど非常に悪いのに対し、後者が１０８Ｋであり、大きな差が現れている。以上のことから、ＡｌＧａＡｓをガイド層として用いる効果が判る。
【００７２】
（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。また、バリア層２６にＩｎを添加してＩｎＧａＡｓＰバリア層とすることによって、更に高い信頼性を得ることが可能になる。これは、Ｉｎが転位の増殖を抑えているためと考えられる。
【００７３】
また、本実施の形態においては、上記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。そのため、ＧａＡｓＰ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、ＧａＡｓＰ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。
【００７４】
（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、ＧａＡｓＰバリア層２６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ＧａＡｓＰバリア層２６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とバリア層２６とのΔＥｃおよびΔＥｖを考えると、｜ΔＥｃ｜をより大きく、｜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のバリア層で｜ΔＥｖ｜を小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることが可能になる。その結果、井戸層２７とバリア層２６との｜ΔＥｃ｜を大きくして電子のオーバーフローを抑制し、より低閾値電流化，高微分効率化，高温度特性化が可能になるのである。
【００７５】
（無歪井戸層への引張歪バリア層の影響による効果）
本実施の形態においては、上記井戸層２７としてＧａＡｓ基板２１に格子整合したＩｎＧａＡｓＰを用いたが、両側に在るバリア層２６の引張歪の影響によって井戸層２７も歪の影響を受けている。したがって、通常は、井戸層に歪を導入するのであるが、本実施の形態においては、井戸層２７に歪を導入することなく歪の効果を得ることができ、低閾値電流化および高出力化が可能になるのである。
【００７６】
また、本実施の形態における半導体レーザ装置は、ＴＭモード発振を行う。引張歪層の発光は、ライトホールバンドが発光に寄与してＴＭモードとなることが知られている。本実施の形態におけるＩｎＧａＡｓＰ井戸層２７には、格子定数がＧａＡｓ基板２１と一致しているにも拘らず、ＧａＡｓＰバリア層２６の引張歪の影響を受けて引張歪のエネルギーが加えられてＴＭモードとなるのである。通常、井戸層に引張歪を入れてＴＭモードとする場合、バリア層も引張歪であると、活性領域全体としての歪量が非常に大きくなって信頼性が低下してしまう。ところが、本実施の形態の場合には、無歪の井戸層を用いているために活性領域全体としての歪量を抑制することができ、高い素子特性と高い信頼性の両立が可能なＴＭモードの半導体レーザ装置が得られるのである。
【００７７】
尚、上述のように、本実施の形態においてはＴＭモードを選択しているが、バリア層の引張歪量を下げることや井戸層を圧縮歪とすること等によって、ＴＥモードを選択することも可能である。
【００７８】
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を歪量−１％のＧａＡｓ０．７２Ｐ０．２８で構成し、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。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、上記バリア層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。
【００７９】
したがって、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、微分効率ηｄ＝１．０Ｗ／Ａ、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。
【００８０】
その際に、上記ＧａＡｓＰ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。
【００８１】
また、上記ＧａＡｓＰバリア層２６にＩｎを添加してＩｎＧａＡｓＰバリア層とすることによって、転位の増殖を抑えることができ、更に高い信頼性を得ることができるのである。
【００８２】
（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。
【００８３】
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。
【００８４】
＜第２実施の形態＞
図８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を有する波長７８０ｎｍの半導体レーザ装置に関する。
【００８５】
図８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）、４４はＡｌ０．４２Ｇａ０．５８Ａｓ下部ガイド層（層厚０．１μｍ）、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、４８はＡｌ０．４２Ｇａ０．５８Ａｓ上部ガイド層（層厚０．１μｍ）、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。
【００８６】
尚、上記バリア層４６は、Ｉｎ０．０９Ｇａ０．９１Ａｓ０．４１Ｐ０．５９によって構成され、Ｅｇは２．０２ｅＶ、歪は引張歪−１．４５％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０．４７ｅＶである。
【００８７】
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。
【００８８】
上記構成のＩｎＧａＡｓＰ圧縮歪井戸層／ＩｎＧａＡｓＰバリア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素子を共振器長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＝２９ｍＡ、微分効率ηｄ＝０．９５Ｗ／Ａ、温度特性Ｔ０＝１５０Ｋ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。
【００８９】
図９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の場合にも、上記第１実施の形態における半導体レーザ装置の場合と同様に、バリア層４６をＰ組成が０．６よりも小さいＩｎＧａＡｓＰで構成しているため、バリア層にＩｎＧａＰを用いた従来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。
【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｜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】
尚、本実施の形態においては、図９と図２（ｂ）との比較から判るように、バリア層にＩｎＧａＰを用いた従来の半導体レーザに比べて、バレンスバンドのバリアが小さく設定されている。したがって、本実施の形態においても電子およびホール共にキャリアの注入の効率が大幅に改善されて、素子特性の向上に効果があるのである。さらに、井戸層４７およびこれに接するバリア層４６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できる。
【００９２】
また、本実施の形態においては、上記ＩｎＧａＡｓＰバリア層４６は、ＧａＡｓ基板４１から格子定数がずれて、−１．４５％の引張歪になっている。しかしながら、井戸層４７に圧縮歪を導入することによ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に比較して、結晶内の欠陥の量を減らし、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、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１０ｎｍと厚く設定することができる。本実施の形態においても、活性領域における最外のバリア層４６ａ，４６ｃの外側がＡｌＧａＡｓから成るガイド層４４，４８となっているが、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、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。
【００９３】
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、歪の効果を得ることができる。したがって、低閾値電流化および高出力化が可能になる。尚、圧縮歪層の発光にはヘビーホールバンドが寄与するために、偏光モードはＴＥモードとなることが知られている。本実施の形態における半導体レーザ装置の偏光モードもＴＥモードであり、井戸層４７を圧縮歪とすることによって、ＴＥモードの半導体レーザ装置を形成することができるのである。
【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３実施の形態＞
図１０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／ＧａＡｓＰバリア層の量子井戸活性領域を有する波長７８０ｎｍの半導体レーザ装置に関する。
【００９７】
図１０において、６１はｎ型ＧａＡｓ基板、６２はｎ型ＧａＡｓバッファ層（層厚０．５μｍ）、６３はｎ型（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１６Ｉｎ０．４８４Ｐ下部クラッド層（層厚１．７μｍ）、６４はＧａ０．５１６Ｉｎ０．４８４Ｐ下部ガイド層（層厚５０ｎｍ）、６５は活性領域である。ここで、上記活性領域６５は、バリア層６６と井戸層６７とからなるＳＱＷ構造を有している。また、６８はＧａ０．５１６Ｉｎ０．４８４Ｐ上部ガイド層（層厚５０ｎｍ）、６９ａはｐ型（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１６Ｉｎ０．４８４Ｐ上部第１クラッド層（層厚０．２μｍ）、７０はｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層（層厚３ｎｍ）、６９ｂはリッジストライプ形状のｐ型（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５１６Ｉｎ０．４８４Ｐ上部第２クラッド層（層厚１．２８μｍ）、７１はｐ型ＧａＡｓ保護層（層厚１．０μｍ）、７２はＳｉＮｘ電流ブロック層、７３はｎ側電極、７４はｐ側電極である。
【００９８】
尚、上記バリア層６６は、ＧａＡｓ０．７５Ｐ０．２５で構成され、Ｅｇは１．７３ｅＶ、歪は引張歪−０．８９％で、層厚は６６ａ，６６ｂ共に５ｎｍである。また、井戸層６７は、Ｉｎ０．２７Ｇａ０．７３Ａｓ０．５５Ｐ０．４５で構成され、Ｅｇは１．５５ｅＶで、歪は圧縮歪０．３５％で、層厚は８ｎｍである。尚、井戸層６７とバリア層６６とのΔＥｇは０．１８ｅＶである。尚、歪によるバリア層６６および井戸層６７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、本実施の形態においても考慮しないものとしている。
【００９９】
上記構成のＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＧａＡｓＰバリア層半導体レーザ装置は、次のようにして作成される。すなわち、先ず、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リッジストライプ部を形成する。そして、上記リッジストライプ部の上側及び両側を含む全体に、ＳｉＮｘ電流ブロック層７２をプラズマ気相成長法によって成長させる。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７２が凸状に形成される。
【０１００】
次に、上記電流ブロック層７２上における上記凸状部の保護層７１を除く領域にレジストマスクを形成する。そして、上記凸状部における保護層７１の周囲の電流ブロック層７２をエッチングによって除去し、リッジストライプ部の頂部を露出させる。そして最後に、基板６１の表面にｎ側電極７３を形成し、電流ブロック層７２および保護層７１の表面にｐ側電極７４を形成する。以上のようにして、ストライプ幅３μｍのリッジ導波路構造を有するＩｎＧａＡｓＰ井戸層／ＧａＡｓＰバリア層の半導体レーザ装置が形成される。
【０１０１】
そして、得られた半導体レーザ素子を共振器長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＝３０ｍＡ、微分効率ηｄ＝０．９Ｗ／Ａ、温度特性Ｔ０＝１３０Ｋであった。このように、リッジ導波路構造を有するＧａＡｓＰバリア層を用いた半導体レーザ装置では、ΔＥｇが０．１８ｅＶと非常に小さいにも拘らず、良好な素子特性を得ることができるのである。
【０１０２】
図１１に、本実施の形態の半導体レーザ装置における活性層近傍のエネルギーバンドを示す。本半導体レーザ装置の場合にも、上記第１実施の形態における半導体レーザ装置の場合と同様に、バリア層６６をＰ組成が０．６０よりも小さいＧａＡｓＰで構成しているため、バリア層にＩｎＧａＰを用いた従来の半導体レーザ装置に比較して、井戸層６７とバリア層６６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。したがって、特に、電子のオーバーフローを抑制することができ、低閾値電流，高微分効率，高温度特性等の良好な素子特性を得ることができる。尚、バリア層にＩｎを添加したＩｎＧａＡｓＰを用いても、Ｐ組成が０．７５よりも小さければ、図５および図６から判るように、井戸層とバリア層との間の｜ΔＥｖ｜は小さいままに｜ΔＥｃ｜を大きくすることができ、良好な素子特性を得ることができるのである。また、本実施の形態においては、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層６７のＩｎ組成およびＰ組成を上記第１実施の形態の場合よりも増やしており、井戸層６７とバリア層６６との間の｜ΔＥｃ｜の増大を図っている。
【０１０３】
本実施の形態においては、上記ガイド層６４，６８をＩｎＧａＰとしており、図１１から判るように、コンダクションバンド側でＧａＡｓ０．７５Ｐ０．２５バリア層６６が井戸層６７とガイド層６４，６８の間におけるバリアになっている。ここで、ＧａＡｓ０．７５Ｐ０．２５バリア層６６の層厚を４ｎｍ以下に薄くすると、上記閾値電流が上がり、微分効率が下がり、温度特性が下がる。これは、バリア層６６をトンネルする電子が多くなり、ガイド層６４，６８に電子がオーバーフローすることによって電子が井戸層６７に充分に溜まらないためである。また、ＧａＡｓＰバリア層６６の層厚を２０ｎｍ以上に厚くすると、電子の注入効率が低下するため、閾値電流が増大し、微分効率が低下する。以上のことから、バリア層６６の層厚は、４ｎｍよりは大きく且つ２０ｎｍよりは小さくすることによって、電子を井戸層６７内に充分に溜めることが可能となって良好な素子特性を得ることが可能になるのである。
【０１０４】
さらに、本実施の形態においては、上記ガイド層６４，６８にＩｎＧａＰを用いると共に、クラッド層６３，６９にＡｌＧａＩｎＰを用いている。クラッド層がＡｌＧａＡｓである場合には、上記第１実施の形態における比較例において図２（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＰであるバリア層の｜ΔＥｖ０｜がクラッド層よりも大きいために、ホールの井戸層ヘの注入が阻害される。ところが、本実施の形態の場合には、ＩｎＧａＰよりも｜ΔＥｖ０｜の大きいＡｌＧａＩｎＰをクラッド層６３，６９に用いているために、図１１に示すように、クラッド層６３，６９の｜ΔＥｖ０｜がＩｎＧａＰであるガイド層６４，６８よりも大きいバンド構造となって、井戸層６７へのホールの注入が問題なく行われるのである。さらに、このバンド構造の場合には、井戸層６７とこれに接するバリア層６６ａ，６６ｂとは元より、バリア層６６ａ，６６ｂの外側のＩｎＧａＰガイド層６４，６８にもＡｌは含まれてはいない。そのために、高温，高出力動作時においても高い信頼性を得ることができるのである。
【０１０５】
尚、上述した井戸層６７へのホール注入の効果および高温，高出力時での高信頼性の効果は、ガイド層としてＩｎＧａＡｓＰを用いると共に、クラッド層としてＩｎＧａＰを用いても同様に得ることができる。
【０１０６】
また、本実施の形態においては、上記ＩｎＧａＡｓＰ井戸層６７を０．３５％の圧縮歪としているので、偏光モードがＴＥモードの半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１０７】
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／ＧａＡｓＰ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／ＧａＡｓＰバリア層、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／ＩｎＧａＡｓＰ引張歪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１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、リッジ導波路構造としたがこれに限定されるものではなく、埋込リッジ構造，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が得ることができる。
【０１０８】
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帯で同様の効果を得ることができるのである。
【０１０９】
＜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１２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８１にデータを書き込んだり、光ディスク８１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８２を備えている。
【０１１０】
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８２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８３を通過して平行光となり、ビームスプリッタ８４を透過する。そして、λ／４偏光板８５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８６によって集光されて光ディスク８１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８１にデータが書き込まれる。
【０１１１】
一方、読み出しの際には、上記半導体レーザ装置８２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８１を照射する。そして、データが記録された光ディスク８１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８６およびλ／４偏光板８５を経た後、ビームスプリッタ８４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８７によって集光され、信号検出用受光素子８８に入射される。そして、こうして信号検出用受光素子８８内で、入射したレーザ光の強弱に応じて光ディスク８１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８９によって元の情報信号に再生されるのである。
【０１１２】
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８２を用いている。そのために、光ディスク８１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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、上記第１および第２実施の形態においては、井戸層をバリア層で挟んで構成された活性領域を更にＡｌＧａＡｓガイド層で挟んだものを用いているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、バリア層自体の層内部にＡｌＧａＡｓ層の薄い層を設けた構造を含む活性領域であっても差し支えない。
【０１１５】
【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、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ１−ｙＰｙでバリア層を構成すると共に、０＜ｘ≦１，０．２＜ｙ＜０．７５の関係が成立するようにしたので、従来の場合のＩｎＧａＰバリア層に比べ、ＧａＡｓ基板に対するＥｖの差｜ΔＥｖ０｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【０１１６】
さらに、上記井戸層の格子定数をａ１とする一方、上記バリア層の格子定数をａ２とした場合、｜（ａ２−ａ１）／ａ１｜×１００＞０．６５の関係が成立するようにしたので、上記バリア層と井戸層のコンダクションバンドエネルギーの差ΔＥｃを、０．１２ｅＶ程度以上に設定できる。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組成を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、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。
【０１１７】
すなわち、この発明によれば、ＩｎＧａＰバリア層を用いた半導体レーザ装置における特性不良の原因を解消することができ、従来は、Ｅｇが小さいため効果が得られないと考えられていたＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓＰを用いた７８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置について、閾値電流の低減，微分効率の向上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。
【０１１８】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層のＧａＡｓ基板に対する歪を圧縮歪としたので、上記バリア層の格子定数をＧａＡｓ基板の格子定数より小さい引張歪に設定した場合にも、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る。したがって、結晶内の欠陥の量を減らして信頼性の向上を図ることができ、上記活性領域全体としての臨界膜厚が増大するため上記バリア層の層厚を厚くすることができる。また、上記井戸層は圧縮歪であるため、偏光モードをＴＥモードにできる。
【０１１９】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層およびバリア層に、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するＡｌ元素を含んでいないので高温，高出力時においても高い信頼性を得ることができる。
【０１２０】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層をＩｎＧａＡｓＰで構成したので、ＡｌＧａＡｓを井戸層とした場合に比較して、井戸層とバリア層の｜ΔＥｃ｜をより大きくし｜ΔＥｖ｜をより小さくできる。したがって、井戸層とバリア層との｜ΔＥｃ｜を大きくして電子のオーバーフローを抑制して、更なる低閾値電流化，高微分効率化，高温度特性化を図ることができる。
【０１２１】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記バリア層のうちの何れかあるいは総てを、上記井戸層側とは反対側の面においてＡｌＧａＡｓ層に接触させているので、上記コンダクションバンド側において、上記ＡｌＧａＡｓ層との間に大きなバリアを形成できる。したがって、上記ＡｌＧａＡｓ層を井戸層側とは反対側に位置させることによって、電子の一部が上記ＡｌＧａＡｓ層へオーバーフローすることを抑制できる。すなわち、上記井戸層への電子の閉じ込め効果を更に増加でき、特性を更に向上することができる。
【０１２２】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層を上記活性領域における最外に位置させたので、電子の一部が活性領域外にまでオーバーフローすることを抑制でき、上記電子の閉じ込め効果をより効果的に増加できる。
【０１２３】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ＡｌＧａＡｓ層に接触しているバリア層の層厚を４ｎｍよりも大きくしたので、上記ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの影響を大幅に抑制して、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。
【０１２４】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記バリア層のＩＩＩ族元素中におけるＧａの組成比を表す上記ｘの値を１より小さくしたので、ＩｎＧａＡｓＰバリア層のＩｎ元素によって転位の増殖を抑えて、更に高い信頼性を得ることができる。
【０１２５】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記活性領域とクラッド層との間に、ＡｌＧａＡｓで構成されたガイド層を備えたので、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡｌＧａＡｓガイド層との間に大きなバリアを形成することができる。したがって、上記活性領域外であるガイド層まで電子がオーバーフローするのを抑制できる。その結果、ＩｎＧａＡｓＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流及び特性温度に対し顕著な向上を図ることができる。さらに、ＧａＡｓ基板に対する格子整合を図ることもできる。
【０１２６】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記クラッド層をＡｌＧａＡｓで構成したので、バリア層あるいはガイド層からの電子のオーバーフローをさらに抑制することができる。また、ＡｌＧａＡｓはＩＩＩ族組成の揺らぎが発生してもＧａＡｓ基板への格子整合性が維持されることから、１μｍ以上の厚さを有する上記クラッド層全体が確実に上記ＧａＡｓ基板に対する格子整合を図ることできる。
【０１２７】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記活性領域とクラッド層との間にはＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰで構成されたガイド層を有しているが、上記コンダクションバンド側においては、上記第１の発明におけるＩｎＧａＡｓＰバリア層が井戸層とバリア層との間のバリアとして機能している。したがって、上記バリア層の層厚を最適に選ぶことによって、電子を上記井戸層内に充分に溜めることができ、良好な素子特性を得ることができる。
【０１２８】
さらに、｜ΔＥｖ０｜が上記ガイド層であるＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰよりも大きいＡｌＧａＩｎＰまたはＩｎＧａＰを上記クラッド層として用いるので、上記クラッド層の｜ΔＥｖ０｜をガイド層よりも大きくして、上記井戸層へのホールの注入を問題なく行うことができる。
【０１２９】
さらに、上記井戸層およびバリア層は元より、上記活性領域外のガイド層にもＡｌを含まないようにして、高温，高出力動作時において更に高い信頼性を得ることができる。
【０１３０】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｙの値を０．２５よりも大きくしたので、上記バリア層の｜ΔＥｖ０｜を上記井戸層の｜ΔＥｖ０｜よりも確実に大きくすることで、注入されたホールが上記井戸層により確実に閉じ込めることができる。
【０１３１】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｙの値を０．６よりも小さくしたので、上記バリア層の｜ΔＥｖ０｜をより確実に小さくして、上記ガイド層からのバリア層へのホールの注入をより確実に行うことができる。
【０１３２】
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比較用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図である。
【図３】図１におけるＧａＡｓ基板，ＩｎＧａＡｓＰ井戸層およびＧａＡｓＰバリア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】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９】図８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１０】図１および図８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１１】図１０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１２】この発明の光ディスク装置の構成図である。
【図１３】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１４】図１３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】
２１，４１，６１…ＧａＡｓ基板、
２２，４２，６２…ＧａＡｓバッファ層、
２３…ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層、
２４，４４…ＡｌＧａＡｓ下部ガイド層、
２５，４５，６５…活性領域、
２６，６６…ＧａＡｓＰバリア層、
２７，４７，６７…ＩｎＧａＡｓＰ井戸層、２８，４８…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、
３０，５０，７０…ＧａＡｓエッチングストップ層、
３１，５１，７１…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、
３６，５６，７３…ｎ側電極、
３７，５７，７４…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、
４６…ＩｎＧａＡｓＰバリア層、
６３…ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層、
６４…ＧａＩｎＰ下部ガイド層、
６８…ＧａＩｎＰ上部ガイド層、
６９ａ…ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層、
６９ｂ…ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層、
７２…ＳｉＮｘ電流ブロック層、
８１…光ディスク、
８２…半導体レーザ装置、
８３…コリメートレンズ、
８４…ビームスプリッタ、
８５…λ／４偏光板、
８６…レーザ光照射用対物レンズ、
８７…再生光用対物レンズ、
８８…信号検出用受光素子、
８９…信号光再生回路。
【図１】
2004039747.tif 000003
【図２】
2004039747.tif 000004
【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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【図１４】
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