(57)【要約】【課題】  可飽和吸収層のバンドギャップとキャリア寿命を制御して、自励発振を安定して動作させることの可能な半導体レーザ素子および光ディスク装置を提供する。【解決手段】  第１導電型半導体基板４０上に、第１導電型クラッド層１０３，活性層５０，第２導電型クラッド層１０５が順次に積層されており、第２導電型クラッド層１０５上に可飽和吸収層５１が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記可飽和吸収層５１は、非発光再結合中心を増加させるように窒素がドープされたIII−Ｖ族化合物半導体であることを特徴としている。【選択図】      図１
2005101642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記可飽和吸収層は、非発光再結合中心を増加させるように窒素がドープされたIII−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザ素子において、前記活性層，クラッド層には、ＡｌＧａＩｎＰが用いられ、前記可飽和吸収層には、ＡｌＧａＩｎＮＰが用いられることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項２記載の半導体レーザ素子において、前記ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と可飽和吸収層との間には、クラッド層よりもＡｌ組成が小さく、かつ窒素を含まないＡｌＧａＩｎＰ中間層が設けられていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記活性層には、ＡｌＧａＩｎＰ混晶が用いられ、前記可飽和吸収層には、ＡｌＧａＩｎＮＰ混晶が用いられることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子が用いられていることを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子および光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザは、光ディスク装置の光源として広く用いられている。半導体レーザを光ディスク装置に用いる場合に、光ディスク面からの反射光によって雑音が発生してしまうと、信号の読取りエラーを発生させてしまう。これを防止するために、半導体レーザ素子に可飽和吸収体を設けることによって、自励発振動作を生じさせることが検討されている。
【０００３】
図４は、特許文献１に示されている従来の自励発振型半導体レーザ素子の構成図である。図４の半導体レーザ素子は、（１００）面の面方位が〈０１１〉方向に１０度の角度で傾斜したｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２，ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３，ＡｌＧａＩｎＰおよびＧａＩｎＰからなる多重量子井戸活性層４，第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５，ｐ型ＧａＩｎＰからなる可飽和吸収層６，第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７が順次に積層されている。
【０００４】
そして、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７の上面には、共振器の長手方向に延びるストライプ状リッジ部分が形成され、第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７のリッジ部分上には、コンタクト層８が形成されている。第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７およびコンタクト層８の両側には、ｎ型ＧａＡｓの電流ブロック層９が形成されており、コンタクト層８と電流ブロック層９との上には、ｐ型ＧａＡｓのキャップ層１０が形成されている。
【０００５】
そして、キャップ層１０上にはｐ側電極１１が形成され、また、基板１の裏面にはｎ側電極１２が形成されている。
【０００６】
ここで、可飽和吸収層６のＧａＩｎＰと量子井戸活性層４のＧａＩｎＰとは同じ組成でありながら、可飽和吸収層６を秩序化構造とし、量子井戸活性層４を無秩序化構造とすることによって、可飽和吸収層６のエネルギーギャップを量子井戸活性層４のエネルギーギャップよりも８０ｍｅＶ小さくしている。これによって、可飽和吸収層６はレーザ光を効率よく吸収し、光吸収も飽和するために、安定した自励発振が得られる。
【０００７】
また、図５は、特許文献２に示されている従来の自励発振型半導体レーザ素子の構成図である。図５の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、ＧａＡｓバッファ層２２，ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３，活性層２４，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２５，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰからなる可飽和吸収層２６，ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２７，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファ層２８，ｐ−ＧａＡｓキャップ層２９が順次に形成されている。
【０００８】
そして、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２８，ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファ層２９の一部を除去した部分に、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層３０が形成され、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２９およびｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層３０上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３１が形成されている。
【０００９】
そして、ｐ−ＧａＡｓキャップ層３１上にはｐ側電極３２が形成され、また、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の裏面にはｎ側電極３３が形成されている。
【００１０】
ここで、ｐ型の可飽和吸収層２６には、ｐ型不純物であるＺｎ（３×１０１８ｃｍ−３）に加えて、酸素が微量（３×１０１７ｃｍ−３）にドープされている。この酸素ド−ピングによって非発光再結合中心が発生して少数キャリアが消費されるため、少数キャリア寿命が小さくなり、従って、自励発振が安定して発生する。
【特許文献１】特開平９−２８３８４０号公報
【特許文献２】特開平９−３３１０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、図４に示した半導体レーザ素子においては、可飽和吸収層６が秩序化構造となっているが、ド−ピングレベルが２×１０１８ｃｍ−３と高濃度になっている。そのため、ドーピング原子の拡散によって秩序化構造が無秩序化してしまい、可飽和吸収層の無秩序化が進行すると、量子井戸層とのバンドギャップエネルギー差が小さくなって、自励発振が安定して動作しなくなってしまうという問題がある。
【００１２】
また、図５に示した半導体レーザ素子においては、可飽和吸収層２６のキャリア寿命を短くするために酸素をドーピングしているが、ＡｌＧａＩｎＰ系材料のように活性なＡｌを含む材料においては、配管やチャンバー中に残った残留酸素の影響で、可飽和吸収層以外のＡｌＧａＩｎＰ層において結晶品質が低下する恐れがある。これを回避するため、ＡｌＧａＩｎＰ可飽和吸収層２６のＡｌ組成を高くすることが考えられる。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ可飽和吸収層２６のＡｌ組成を高くすると、酸素のドーピング効率が高くなるため、より少ない酸素供給量でキャリア寿命を減らすことができる。しかし、活性層と略等しいバンドギャップ波長にするためには、可飽和吸収層２６のＩｎ組成を大きくして圧縮歪にする必要があるため、歪が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、可飽和吸収層のバンドギャップとキャリア寿命を制御して、自励発振を安定して動作させることの可能な半導体レーザ素子および光ディスク装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記可飽和吸収層は、非発光再結合中心を増加させるように窒素がドープされたIII−Ｖ族化合物半導体であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ素子において、前記活性層，クラッド層には、ＡｌＧａＩｎＰが用いられ、前記可飽和吸収層には、ＡｌＧａＩｎＮＰが用いられることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体レーザ素子において、前記ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と可飽和吸収層との間には、クラッド層よりもＡｌ組成が小さく、かつ窒素を含まないＡｌＧａＩｎＰ中間層が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記活性層には、ＡｌＧａＩｎＰ混晶が用いられ、前記可飽和吸収層には、ＡｌＧａＩｎＮＰ混晶が用いられることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子が用いられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の発明によれば、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記可飽和吸収層は、非発光再結合中心を増加させるように窒素がドープされたIII−Ｖ族化合物半導体であるので、可飽和吸収層において、非発光再結合中心が増加してキャリア寿命が短くなる。従って、自励発振を安定化させることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の発明によれば、可飽和吸収層にＡｌＧａＩｎＮＰを用いることによって、ＡｌＧａＩｎＰを用いる場合に比べて、同じＡｌ組成で圧縮歪量を小さくすることができる。従って、歪量を抑制して可飽和吸収層の窒素取り込み効率を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項３記載の発明によれば、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と可飽和吸収層との間に、クラッド層よりもＡｌ組成が小さくかつ窒素を含まないＡｌＧａＩｎＰ中間層を設けることにより、クラッド層と可飽和吸収層界面の窒素偏析が抑制されて、表面平坦性が改善される。
【００２２】
また、請求項４記載の発明によれば、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層，活性層，第２導電型クラッド層が順次に積層されており、前記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方、または両方に可飽和吸収層が形成されている自励発振型の半導体レーザ素子であって、前記活性層には、ＡｌＧａＩｎＰ混晶が用いられ、前記可飽和吸収層には、ＡｌＧａＩｎＮＰ混晶が用いられるので、自励発振を安定化させることができる。
【００２３】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子を用いることによって、低雑音特性の光ディスク装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体レーザ素子の構成例を示す図である。図１を参照すると、この半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体基板４０上に、第１導電型のクラッド層１０３，活性層５０，第２導電型のクラッド層１０５が順次に積層されており、第２導電型のクラッド層１０５上に可飽和吸収層５１が形成されている。なお、可飽和吸収層５１は、第２導電型のクラッド層１０５側に形成されるかわりに第１導電型のクラッド層１０３側に形成されていても良いし、あるいは、第１導電型のクラッド層１０３と第２導電型のクラッド層１０５との両方に形成されていても良い。
【００２５】
ここで、可飽和吸収層５１は、活性層５０のバンドギャップとほぼ等しいか、または、わずかに小さいバンドギャップを有し、かつ、高濃度に窒素がドープされている。
【００２６】
本発明では、上述のように、可飽和吸収層５１に窒素が高濃度にドープされていることによって、自励発振を安定化させることができる。すなわち、窒素はＶ族元素ではあるが、Ａｓ系やＰ系のIII−Ｖ族化合物半導体との非混和性が強いことが知られている。そのために、窒素をＡｓ系やＰ系のIII−Ｖ族化合物半導体にドープすると、非発光再結合中心が増加して、キャリア寿命が短くなる。例えば、ＩｎＧａＮＡｓ系材料において窒素組成が増加するほどキャリア寿命が小さくなり、窒素濃度が２×１０１８ｃｍ−３のときにキャリア寿命が１．５ｎ秒となる。従って、窒素を高濃度にドープした可飽和吸収層５１を用いると、自励発振を安定化させることができる。
【００２７】
また、可飽和吸収層５１の窒素添加量を増加させていくと、窒素をＶ族元素に含む混晶が形成される。すなわち、図１の半導体レーザ素子において、可飽和吸収層５１は、Ｖ族元素として窒素を含む混晶になる。窒素とＡｓ系またはＰ系のIII−族化合物半導体との混晶は、窒素組成に対してバンドギャップのボーイングが大きくなっている。そのために、窒素組成が小さい混晶においては、窒素を含む前の材料よりもバンドギャップが小さくなる。従って、可飽和吸収層５１の材料として、活性層と同じ材料に窒素を添加した材料を用いると、可飽和吸収層５１のバンドギャップを活性層のバンドギャップよりも小さく設定することができる。このバンドギャップの縮小量は、窒素組成によって厳密に制御することが可能である。これにより、可飽和吸収層５１の光吸収率が向上するため、自励発振を安定化させることができる。
【００２８】
また、図１の半導体レーザ素子において、活性層５０，クラッド層１０３，１０５，および可飽和吸収層５１を、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により構成することができる。
【００２９】
図１の構造を上記のようにＡｌＧａＩｎＰ系に適用することによって（活性層，クラッド層，可飽和吸収層がＡｌＧａＩｎＰ系材料からなることによって）、ＤＶＤ等の光ディスクに適した６３０〜６８０ｎｍの発振波長を有する自励発振型半導体レーザ素子を提供することができる。ここで、可飽和吸収層５１には、例えば、ＧａＩｎＮＰまたはＡｌＧａＩｎＮＰ材料のように窒素（Ｎ）が含まれている。
【００３０】
すなわち、窒素（Ｎ）はＡｌとの結びつきが強いため、可飽和吸収層５１のＡｌ組成を高くした方が容易に窒素が取り込まれる。ＡｌＧａＩｎＰにおいてＡｌ組成を増加させていくとバンドギャップは大きくなる。従って、可飽和吸収層５１のＡｌ組成を活性層のＡｌ組成よりも大きくし、かつ、可飽和吸収層５１のバンドギャップを活性層のバンドギャップに近づけるためには、Ｉｎ組成を大きくして圧縮歪にする必要がある。例えば、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層とほぼ同じバンドギャップとなる（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）１−ａＩｎａＰは、Ｉｎ組成ａが０．７となる。このとき、圧縮歪量は１．５％にもなってしまう。そのため、可飽和吸収層５１の層厚を厚くすることができなくなり、光吸収が不十分となる。これに対して、窒素を添加した場合にはバンドギャップが縮小するため、例えば窒素組成を０．５％にした場合には、Ｉｎ組成ａが０．６でほぼ同じバンドギャップとなる。従って、圧縮歪を１％に低減することができる。これにより、可飽和吸収層５１にＡｌＧａＩｎＮＰを用いると、ＡｌＧａＩｎＰを用いる場合に比べて、同じＡｌ組成で圧縮歪量を小さくすることができることがわかる。従って、歪量を抑制して可飽和吸収層５１の窒素取り込み効率を向上させることができる。
【００３１】
ＡｌＧａＩｎＰ層への窒素の取り込み効率は、結晶成長条件によって大きく異なっている。従って、成長条件を適切に選ぶことにより、可飽和吸収層５１以外のＡｌＧａＩｎＰ層に対する残留窒素取り込みの影響を抑制することができる。
【００３２】
また、図１の半導体レーザ素子において、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５とＡｌＧａＩｎＮＰ可飽和吸収層５１との間には、さらに、クラッド層１０５よりもＡｌ組成が小さく、かつ窒素を含まないＡｌＧａＩｎＰ中間層５２が設けられている。通常、クラッド層のＡｌ組成の方が可飽和吸収層５１のＡｌ組成よりも大きい。そのため、中間層を設けない場合には、クラッド層と可飽和吸収層５１との界面近傍で窒素が過剰に取り込まれてしまう。窒素組成が数％を超えると成長表面が白濁してしまい、素子特性を劣化させる。これに対し、クラッド層と可飽和吸収層５１の間にクラッド層よりもＡｌ組成が小さいＡｌＧａＩｎＰ中間層５２を挿入すると、界面の窒素偏析が抑制されて表面平坦性が改善され、素子特性の劣化が生じなくなる。
【００３３】
そして、上記のような半導体レーザ素子を光ディスク装置に用いることによって、低雑音特性の光ディスク装置を実現することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図２は実施例１の半導体レーザ素子の構成図である。図２を参照すると、実施例１の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２，ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０３，Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層１０４，ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層１０５，ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間層１０６，ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＮＰ可飽和吸収層１０７，ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間層１０６，ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第２クラッド層１０８，ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐコンタクト層１０９が順次積層されている。
【００３６】
そして、ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐコンタクト層１０９，Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１０８がメサストライプ状にドライエッチングされており、さらにメサストライプの側面にｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１０が形成されている。そして、ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐコンタクト層１０９とｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層１１０の上に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１１が形成されている。
【００３７】
そして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１１上にはｐ側電極１１２が形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１３が形成されている。なお、この実施例１では、ｎ型ＧａＡｓ基板として、（１００）面から〈０１１〉方向に１５度の角度で傾斜した基板を用いた。また、結晶成長方法として、減圧ＭＯＣＶＤ法を用いた。
【００３８】
ｐ型可飽和吸収層１０７は、活性層１０４と同じ組成のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐに窒素（Ｎ）を５×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープしている。ここで、Ｇａの原料としては、トリメチルガリウムを使用し、Ｉｎの原料としてはトリメチルアルミニウムを使用し、Ｐの原料としてはＰＨ３を使用した。そして、窒素（Ｎ）のドープは、ジメチルヒドラジンを原料として行なった。すなわち、ジメチルヒドラジンの供給量を変えることにより、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ膜中の窒素濃度を制御することができる。また、これと同時に、可飽和吸収層１０７をｐ型にするために、Ｚｎを１×１０１８ｃｍ−３の濃度でドープしている。
【００３９】
窒素（Ｎ）をドープすることによって、ＧａＩｎＮＰのバンドギャップは、窒素（Ｎ）を導入する前に比べて小さくなる。具体的に、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐに対して窒素（Ｎ）を５×１０１９ｃｍ−３の濃度で導入した場合には、窒素（Ｎ）を導入する前に比べてバンドギャップは約４０ｍｅＶ縮小する。このように、バンドギャップの縮小量は、窒素（Ｎ）のドープ量によって容易に制御することが可能である。
【００４０】
また、ＧａＩｎＮＰの４元混晶は、非混和性が強い材料であり、窒素濃度が増加すると結晶性が低下する傾向がある。さらに、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＮＰを減圧ＭＯＣＶＤ法で結晶成長させる場合に、膜中に窒素を取り込ませやすくするために、燐圧を通常のＡｌＧａＩｎＰ成長時に比べて低下させている。従って、可飽和吸収層１０７中の非発光再結合中心が増加して、キャリア寿命が短くなる。
【００４１】
以上述べたように、可飽和吸収層１０７に窒素を導入することによって、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層よりもバンドギャップが約４０ｍｅＶ縮小し、かつキャリア寿命が短くなる。これにより、活性層１０４で発生した光を効率良く吸収できるようになり、自励発振を安定して動作させることができる。
【００４２】
また、この実施例１では、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層１０５または第２クラッド層１０８とｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＮＰ可飽和吸収層１０７との間に、ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間層１０６を２ｎｍの厚さで設けている。一般に、Ａｌ組成が大きいほど窒素の取り込まれ効率が高くなる。そのため、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐに窒素を５×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープする条件で可飽和吸収層１０７を成長させたときに、中間層１０６を設けない場合には、成長初期にｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層表面に過剰に窒素が取り込まれて成長表面が白濁してしまう。これに対し、図２に示した半導体レーザ素子においては、中間層１０６として、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層よりもＡｌ組成が小さく、かつ窒素を含まないＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ材料を用いているため、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の表面に窒素が偏析するのを抑制できる。
【実施例２】
【００４３】
図３は実施例２の半導体レーザ素子の構成図である。図３の半導体レーザ素子は、活性層２０１が、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを井戸層とし（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐを障壁層とした多重量子井戸構造となっている点で、図２に示した半導体レーザ素子と異なっている。また、図３の半導体レーザ素子は、ｐ型可飽和吸収層２０３が、（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．４Ｉｎ０．６ＮＰを井戸層とし、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐを障壁層とした歪多重量子井戸構造からなっている点で、図２に示した半導体レーザ素子と異なっている。
【００４４】
ＡｌＧａＩｎＰにおいては、Ａｌ組成を増加させていくとバンドギャップは大きくなる。そのため、活性層よりもＡｌ組成を大きくした可飽和吸収層において、活性層とほぼ等しいバンドギャップを得るためにはＩｎ組成を大きくして圧縮歪にする必要がある。図３に示した半導体レーザ素子においては、活性層２０１のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層とほぼ等しいバンドギャップにするために、可飽和吸収層２０３の井戸層のＩｎ組成を０．６と大きくして、圧縮歪を有するようにしている。さらに、可飽和吸収層２０３の井戸層は、Ｖ族元素として窒素組成０．５％を有しているため、窒素を含まない場合に比べて約８０ｍｅＶだけバンドギャップが縮小している。そのため、圧縮歪量が１％に抑えられている。
【００４５】
窒素はＡｌとの結びつきが強い性質を有している。従って、可飽和吸収層２０３の井戸層のＡｌ組成を０．４と高くすることにより、図２に示したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ可飽和吸収層１０７よりも窒素を効率よく導入することができる。
【００４６】
窒素組成０．５％を有する（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．４Ｉｎ０．６ＮＰ可飽和吸収層井戸層は、非発光再結合中心が増加してキャリア寿命が短くなる。そして、構成元素としてＡｌを含むため、窒素だけでなくチャンバー内や原料中に含まれている残留酸素も膜中に取り込まれることになる。従って、よりキャリア寿命が短くなる。これにより、活性層で発生した光を効率良く吸収できるようになり、自励発振を安定して動作させることができる。
【００４７】
また、図３の半導体レーザ素子では、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ第１クラッド層１０５または第２クラッド層１０８とｐ型可飽和吸収層２０３との間に、ｐ型（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．４Ｉｎ０．６Ｐ中間層２０２が２ｎｍの厚さで設けられている。これにより、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層との界面に過剰に窒素が取り込まれることを抑制している。
【００４８】
なお、上述した実施形態，実施例においては、半導体レーザ素子にＡｌＧａＩｎＰ材料系を用いる場合について説明したが、ＡｌＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓＰ系等のIII−Ｖ族化合物半導体材料を用いた自励発振型半導体レーザ素子にも本発明を同様に適用できる。また、上述した実施形態，実施例においては、可飽和吸収層をｐ型クラッド層中に設けているが、ｎ型クラッド層中に設けることも可能であり、さらには、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層との両者に設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の構成例を示す図である。
【図２】実施例１の半導体レーザ素子の構成図である。
【図３】実施例２の半導体レーザ素子の構成図である。
【図４】従来の半導体レーザ素子の構成図である。
【図５】従来の半導体レーザ素子の構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
４０        半導体基板
５０，１０４，２０１  活性層
５１，１０７，２０３  可飽和吸収層
５２，１０６，２０２  中間層
１０３      第１導電型のクラッド層
１０５      第２導電型のクラッド層
１０１      ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２      ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０８      第２クラッド層
１０９      コンタクト層
１１０      電流狭窄層
１１１      キャップ層
１１２      ｐ側電極
１１３      ｎ側電極
【図１】
2005101642.tif 000003
【図２】
2005101642.tif 000004
【図３】
2005101642.tif 000005
【図４】
2005101642.tif 000006
【図５】
2005101642.tif 000007