(57)【要約】【課題】ジュール熱の発生やそれによる素子温度上昇を大幅に低減し、低しきい値化、低電流化及び高出力化を達成する半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】基板２上に順次形成されたクラッド層３と、活性層４と、クラッド層５と、エッチング停止層７と、このエッチング停止層７上に形成されたクラッド層７とキャップ層８とからなる台形状のリッジ部１０及びこのリッジ部１０を狭持する一対の電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０及び一対の電流狭窄層１１、１１上に積層されたコンタクト層１６と、を備えた半導体レーザ素子１であって、リッジ部１０及び一対の電流狭窄層１１、１１とコンタクト層１６との間に、ＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とを交互に繰り返して複数層積層したクラッド層１５を設け、１層当たりのＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の厚さは１０ｎｍ以下である。【選択図】      図１
2004214333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型基板上に順次形成された第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層と、前記第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層上に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第２導電型ＡｌＧａＩｎＰキャップ層とからなる台形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持し、少なくとも第１導電型ＡｌＩｎＰ層を含む一対の電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層上に積層された第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子であって、
前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層と前記第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層との間に、ＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とを交互に繰り返して複数層積層した第２導電型クラッド層を設け、１層当たりの前記ＡｌＡｓ層と前記ＡｌＩｎＰ層の厚さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報処理や光計測等の光源用に用いられる半導体レーザ素子に係り、特にＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子は、高密度ディスク装置、レーザプリンタ用光源、バーコードリーダ及び光計測等の光源として期待されている。
【０００３】
以下に、この半導体レーザ素子について図２を用いて説明する。
図２は、従来の半導体レーザ素子の断面図である。
従来の半導体レーザ素子１７は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０１７ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第１の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６と、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【０００４】
活性層５としては、例えば、二重量子井戸構造でノンドープＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｐウェル層とノンドープ（Ａｌ０．３Ｇａ０．７）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層により構成される。そして、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、活性層５と、第１の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６とでダブルへテロ構造を形成している。
【０００５】
更に、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７上には、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層１８と、が順次積層されてなるリッジ部１９が形成されている。このリッジ部１９は、上辺の長さＬ２が下辺の長さＬ１よりも短い台形形状である。
【０００６】
更にまた、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７上に形成されたリッジ部１９を挟持する１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１９上及び一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層１１、１１上に形成された２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２と、が積層されている。
【０００７】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１３が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１４が形成されている。
なお、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７は、エッチングを停止して、一定形状のリッジ部１９を得るために設けられたものである。このｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７は、レーザ光に対する吸収損失を抑えるために極力薄くする必要があり、この膜厚は、３ｎｍである。また、この半導体レーザ素子１７と同様なものは、非特許文献１にも開示されている。
【０００８】
この半導体レーザ素子１７は、ｐ型オーミック電極１３側からｎ型オーミック電極１４側に向かって順方向電流を注入し、この電流が発振しきい値以上になったとき、リッジ部１９の下部に対応した活性層５からレーザ発振させて、レーザ光を出射させるものである。
【０００９】
【非特許文献１】
第４７回応用物理学関連連合講演会／講演予稿集Ｎｏ．３／ｐ１１４８／２９ａ−Ｎ−６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、動作電流の低しきい値化、動作電流の低電流化及び高出力化等の高性能化を図るためには、半導体レーザ素子１７の共振器内部の吸収損失αｉを可能な限り、低減することが必要である。
吸収損失αｉの低減を果たすためには、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層１８による吸収を低減し、第１の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７及び第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８の合計厚さを厚くし、かつ活性層５からｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層１８を遠ざけることである。
【００１１】
第１の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６及び第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８を厚くすることが効果的であるが、リッジ部１９の下辺の長さＬ１は、レーザ光放射角やＩ−Ｌ特性（電流−レーザ出力特性）の直線性に大きく影響を及ぼすため、単純に第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８を厚くすることはできない。このため、第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８を厚くする場合には、リッジ部１９の下辺の長さＬ１を変化させずに行うことが必要となる。
【００１２】
そこで、リッジ部１９の下辺の長さＬ１を一定にした状態で第２の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８を厚くすると、上辺の長さＬ２が狭くなる。リッジ部１９の上辺の長さＬ２が狭くなることは、電流経路を狭くすることになり、結果的に抵抗が増加して、この抵抗により発生するジュール熱が増加する。このジュール熱の発生は、半導体レーザ素子１７全体の温度上昇を招き、この半導体レーザ素子１７の劣化を生じることになる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ジュール熱の発生やそれによる素子温度上昇を大幅に低減し、低しきい値化、低電流化及び高出力化を達成できる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１導電型基板上に順次形成された第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層と、前記第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層上に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第２導電型ＡｌＧａＩｎＰキャップ層とからなる台形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持し、少なくとも第１導電型ＡｌＩｎＰ層を含む一対の電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層上に積層された第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子であって、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層と前記第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層との間に、ＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とを交互に繰り返して複数層積層した第２導電型クラッド層を設け、１層当たりの前記ＡｌＡｓ層と前記ＡｌＩｎＰ層の厚さは１０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ素子の実施形態について図１を用いて説明する。
図１は、本発明の半導体レーザ素子の実施形態を示す図である。
従来技術と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上に１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層４と、ノンドープＭＱＷ活性層５（以下、単に活性層５という）と、５×１０１７ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第１のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６と、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７と、が順次積層されている。
【００１７】
更に、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７上には、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングした第２のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８と、２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングした薄いｐ型（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐキャップ層９と、が順次積層されてなる台形状のリッジ部１０が形成されている。
【００１８】
更にまた、ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層７上に形成されたリッジ部１０を挟持する１×１０１８ｃｍ−３のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層１１、１１と、リッジ部１０上及び一対のｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層１１、１１上に形成されたＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とが交互に繰り返して積層された第３のクラッド層１５と、２×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層１６と、２×１０１９ｃｍ−３のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２と、が順次積層されている。
ここで、第３のクラッド層１５におけるＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層は、それぞれの厚さが５ｎｍであり、１×１０１８ｃｍ−３のＺｎが共通にドーピングされている。
【００１９】
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１３が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはＡｕ系のｎ型オーミック電極１４が形成されている。
【００２０】
この半導体レーザ素子１の動作は、従来の半導体レーザ素子１７の動作と同様であるのでその説明を省略する。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、リッジ部１０及び一対の電流狭窄層１１、１１とｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層１６の間にそれぞれの厚さが５ｎｍのＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とが交互に繰り返して積層された第３のクラッド層１５を有しているので、第１のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６及び第２のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８の厚さや形状を変更することなく、ｐ型クラッド層全体の厚さを厚くすることができる。
この結果、電流経路を広くでき、ここで発生するジュール熱を低く抑えることができるため、共振器内部の吸収損失αｉを低減することができる。
【００２２】
また、ＡｌＩｎＰにＡｌＡｓを５０％含ませることにしたため、ジュール熱の放散がより効率的に行われる。従って、動作電流が低くかつ高出力な半導体レーザ素子１を得ることができる。
【００２３】
なお、第３のクラッド層１５中のＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層の厚さが１〜１０ｎｍ以下であれば同様の効果が得られる。本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、第２のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層８の厚さを増加させることにより上辺の長さが絞られる傾向にあるものであれば、一般的な電流狭窄層を有する半導体レーザ素子に適用が可能である。また、一対の電流狭窄層１１、１１は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓ系との多層構造にしても良い。更にまた、一対の電流狭窄層１１、１１の上にｎ型或いはｐ型ＧａＡｓの酸化防止層を形成して、加工プロセス中の表面酸化を防止するようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子によれば、第１導電型基板上に順次形成された第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層と、前記第２導電型ＩｎＧａＰエッチング停止層上に形成された第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第２導電型ＡｌＧａＩｎＰキャップ層とからなる台形状のリッジ部及び前記リッジ部を狭持し、少なくとも第１導電型ＡｌＩｎＰ層を含む一対の電流狭窄層と、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層上に積層された第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層と、を備えた半導体レーザ素子であって、前記リッジ部及び前記一対の電流狭窄層と前記第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層との間に、ＡｌＡｓ層とＡｌＩｎＰ層とを交互に繰り返して複数層積層した第２導電型クラッド層を設け、１層当たりの前記ＡｌＡｓ層と前記ＡｌＩｎＰ層の厚さは１０ｎｍ以下であるので、ジュール熱を発生させることなく、低しきい値化、低電流化及び高出力化を達成する半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施形態の半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】
従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ型ＧａＡｓ基板（第１導電型基板）、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、５…活性層、６…第１のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、７…ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐエッチング停止層、８…第２のｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層、９…ｐ型（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐキャップ層、１０…リッジ部、１１…ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流狭窄層（電流狭窄層）、１２…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１３…ｐ型オーミック電極、１４…ｎ型オーミック電極、１５…第３のクラッド層（第３の第２導電型クラッド層）、１６…ｐ型Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐコンタクト層（第２導電型ＩｎＧａＰコンタクト層）
【図１】
2004214333.tif 000003
【図２】
2004214333.tif 000004