(57)【要約】【課題】ガイド層が１００ｎｍ以上の半導体レーザ装置において、動作時の立ち上がり電圧、動作電圧を低減させる。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板２上に、ｎ型の第１クラッド層３、第１ガイド層４、第１エンハンス層５、活性層６、第２エンハンス層７、第２ガイド層８、ｐ型の第２クラッド層９が順次積層されている。第１ガイド層４、第２ガイド層８の厚さは１００ｎｍ以上である。このような半導体レーザにおいて、第１ガイド層４、第２ガイド層８のEg（バンドギャップエネルギー）と活性層６のEgとの差が、第１クラッド層３、第２クラッド層９のEgと活性層６のEgとの差の０．６６倍以下となるようにする。上記構造とすることにより、第１ガイド層４、第２ガイド層８の層内の擬フェルミレベルの傾斜をほぼなくすことができる。これにより、動作時の立ち上がり電圧、動作電圧を低減させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドギャップエネルギーがEg(C1)である第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(Ｇ１）である第１ガイド層と、
前記第１ガイド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(Ａ）であり、レーザ光を発生させる活性層と、
前記活性層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(G2）である第２ガイド層と、
前記第２ガイド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(C2)である第２導電型の第２クラッド層とを備え、
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層の少なくとも一方は１００ｎｍ以上の厚さを有し、Eg(G1）とEg(A）との差、およびEg(G2）とEg(A）との差のうち大きい方が、Eg(C1)とEg(A）との差、およびEg(C2）とEg(A）との差のうち小さい方の０．６６倍以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層はAlGaInPであり、
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層はInGaAsPであり、
前記活性層は、InGaAsであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層のInGaAsPに含まれるAs組成比が０．２以上であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層はInGaPであり、
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層はInGaAsPであり、
前記活性層は、InGaAsであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層のInGaAsPに含まれるAs組成比が０．６以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層はAlGaInPであり、
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層はAlGaAsであり、
前記活性層は、InGaAsであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層はAlGaInPであり、
前記第１ガイド層および前記第２ガイド層はInGaAsPであり、
前記活性層は、GaAsPであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ装置全般に関し、特に、NdまたはYbをドープしたYAGレーザ等の固体レーザ、Ybをドープしたファイバーレーザ、Erをドープしたファイバアンプ等の励起光源として用いられる半導体レーザ等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ装置は、光通信システムなどの光源として広く用いられている。例えば、発振波長が９４０ｎｍである半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板等を用いて形成される。
【０００３】
上記半導体レーザ装置の断面構造について説明する。この構造では、例えば、ｎ型基板上にｎ型クラッド層、ｎ側ガイド層、ｎ側のエンハンス層、活性層、ｐ側のエンハンス層、ｐ側ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型GaAsコンタクト層、ｐ電極が順次積層されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面には、ｎ電極が設けられている。
【０００４】
上記活性層の材料としては、例えば、In0.07Ga0.93Asが用いられる。このバンドギャップエネルギーは、１．３１９eVである（非特許文献１参照）。また、上記ｎ側ガイド層、ｐ側ガイド層の材料としては、例えば、In0.49Ga0.51Pが用いられる。このバンドギャップエネルギーは、１．８４８eVである（非特許文献２参照）。また、上記ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層の材料としては、例えば、(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pが用いられる。このバンドギャップエネルギーは、１．９７１eVである（非特許文献３参照）。
【０００５】
【非特許文献１】K. S. Chan，E. H. Li, and M. C. Y. Chan, “  Optical Gain of Interdiffused InGaAs-GaAs and AlGaAs-GaAs Quantum Wells,”  IEEE J. Quantum. Electron., Vol. 34, No. 1, pp. 157-165, Jan. 1998
【非特許文献２】伊賀健一編著、“  半導体レーザ,”  p.41
【非特許文献３】Z. C. Feng、 E. Armour、 I. Ferguson、 R. A. Stall、 T. Holden, L. Malikova, J. Z. Wan, and F. H. Pollak, “  Nondestructive assessment of In0.48(Ga1-xAlx)0.52P films grown on GaAs (001) by low pressure metalorganic chemical vapor deposition,”  J. Appl. Phys., Vol. 85, No. 7, pp. 3824-3831, Apr. 1999
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の半導体レーザ装置の活性層とガイド層のバンドギャップエネルギー差は、０．５２９eVである。また、活性層とクラッド層のバンドギャップエネルギー差は、０．６５２eVである。このとき、前者は後者の０．８１倍となる。このような半導体レーザ装置では、図９に示すように、電圧−電流特性の立ち上がり電圧（ジャンクション電圧）Ｖｊが大きくなり、動作電圧が高くなる。このため、動作電流が同一の場合、半導体レーザに入力される電力が大きくなる。そうすると、電気入力に対する光出力の割合（電気変換効率）が小さくなる。このとき、光として取り出せない分は熱に変換されるので、半導体レーザの特性や信頼性が低下する。
【０００７】
上記従来の半導体レーザ装置の動作中のバンドダイアグラムを図１０に示す。伝導帯Ｅｃの擬フェルミレベルＥf1を点線で示し、価電子帯Ｅｖの擬フェルミレベルＥf2を一点鎖線で示す。また、ｎ型クラッド層、ｎ側ガイド層、活性層、ｐ側ガイド層、ｐ型クラッド層の各層の位置をＹ１〜Ｙ５とする。上記半導体レーザ装置の動作時には、ｎ型クラッド層Ｙ１から電子が注入され、ｎ側ガイド層Ｙ２、活性層Ｙ３を経てｐ側ガイド層Ｙ４に達する。ここでｎ側ガイド層には不純物がドーピングされていないため、この層を通過する電子密度と正孔密度は同一となる必要がある。このため、ｎ側ガイド層と活性層のバンドギャップエネルギー差が大きい場合は、この層内のＥf1（Ａの部分）が大きく傾斜する。
【０００８】
また、上記動作時にはｐ型クラッド層Ｙ５から正孔が注入され、ｐ側ガイド層Ｙ４、活性層Ｙ３を経てｎ側ガイド層Ｙ２に達する。この場合も上記と同様の現象により、ｐ側ガイド層内のＥf2（Ｂの部分）が大きく傾斜する。このようにＥf1、Ｅf2の傾斜が発生すると、半導体レーザのジャンクション電圧Ｖｊ、動作電圧の増加を引き起こす。
【０００９】
上述したｎ側ガイド層、ｐ側ガイド層が１００ｎｍ未満である場合は、拡散やドリフトにより電子および正孔を十分に輸送できるため、ジャンクション電圧Ｖｊが小さくなることが期待される。しかしこの場合、レーザ光の光強度分布がｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層内に存在することになり、フリーキャリア吸収の影響を受けて半導体レーザのスロープ効率が低下する。これを避けるためには、上記ガイド層の厚さを１００ｎｍ以上とする必要がある。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ｎ側ガイド層、ｐ側ガイド層のうち少なくとも一方の厚さが１００ｎｍ以上の半導体レーザ装置において、ジャンクション電圧、動作電圧を低く抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体レーザ装置は、バンドギャップエネルギーがEg(C1)である第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(Ｇ１）である第１ガイド層と、前記第１ガイド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(Ａ）であり、レーザ光を発生させる活性層と、前記活性層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(G2）である第２ガイド層と、前記第２ガイド層の上に設けられ、バンドギャップエネルギーがEg(C2)である第２導電型の第２クラッド層とを備え、前記第１ガイド層および前記第２ガイド層の少なくとも一方は１００ｎｍ以上の厚さを有し、Eg(G1）とEg(A）との差、およびEg(G2）とEg(A）との差のうち大きい方が、Eg(C1)とEg(A）との差、およびEg(C2）とEg(A）との差のうち小さい方の０．６６倍以下であることを特徴とする。本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ｎ側ガイド層、ｐ側ガイド層のうち少なくとも一方の厚さが１００ｎｍ以上の半導体レーザ装置において、動作時のジャンクション電圧、動作電圧を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
【００１４】
実施の形態１．
本実施の形態に係る半導体レーザについて説明する。上記半導体レーザ装置の断面斜視図を図１に示す。この半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板２を用いて形成されている。ｎ型ＧａＡｓ基板２の上に、ｎ型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pからなる第１クラッド層３、In0.33Ga0.67As0.40P0.60からなる第１ガイド層４（層厚６００ｎｍ）、GaAs0.88P0.12からなる第１エンハンス層５（層厚１０ｎｍ）、In0.07Ga0.93Asからなる活性層６（層厚１２ｎｍ）、GaAs0.88P0.12からなる第２エンハンス層７（層厚１０ｎｍ）、In0.33Ga0.67As0.40P0.60からなる第２ガイド層８（層厚６００ｎｍ）、ｐ型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pからなる第２クラッド層９が積層されている。第２クラッド層９の上面の両側には、プロトン注入領域１２が設けられている。第２クラッド層９およびプロトン注入領域１２の上には、ｐ型GaAsからなるコンタクト層１０、ｐ電極１１が積層されている。また、ＧａＡｓ基板２の裏面には、ｎ電極１が設けられている。
【００１５】
この半導体レーザの動作時には、第２クラッド層９側から活性層６に正孔が注入され、第１クラッド層３側から活性層６に電子が注入される。これらの正孔と電子を結合させることにより、活性層６にレーザ光が発生する。
【００１６】
図１に示した構造において、活性層６のIn組成比を０.０７、層厚を１０ｎｍとすることにより、半導体レーザの発振波長を９４０ｎｍ近傍とすることができる。また、プロトン注入領域１２は、他の領域と比較して高抵抗である。このため、プロトン注入領域１２以外の領域に電流を集中させることができる。なお、第１ガイド層４および第２ガイド層８の層厚を６００ｎｍとしたが、１００ｎｍ以上であれば、この層厚に限定されるものではない。
【００１７】
次に、図１に示した半導体レーザのバンドギャップエネルギー（以下、バンドギャップエネルギーを「Ｅｇ」という）について説明する。図１の第１クラッド層３から第２クラッド層９までの積層膜の伝導帯、価電子帯のバンドダイアグラムを図２に示す。図２に示すように、第１クラッド層３、第１ガイド層４、第１エンハンス層５、活性層６、第２エンハンス層７、第２ガイド層８、第２クラッド層９の各層の伝導帯４１ｃ〜４７ｃが形成されている。この伝導帯に対応するように、価電子帯４１ｖ〜４７ｖが形成されている。
【００１８】
ここで、第１クラッド層３のEgは、伝導帯４１ｃと価電子帯４１ｖとの差、すなわちEg(C1)に等しい。第１ガイド層４のEgは、伝導帯４２ｃと価電子帯４２ｖとの差、すなわちEg(G1)に等しい。活性層６のEgは、伝導帯４４ｃと価電子帯４４ｖとの差、すなわちEg(A)に等しい。第２ガイド層８のEgは、伝導帯４６ｃと価電子帯４６ｖとの差、すなわちEg(G2)に等しい。第２クラッド層９のEgは、伝導帯４７ｃと価電子帯４７ｖとの差、すなわちEg(C2)に等しい。ここでは、Eg(C1)=Eg(C2)>Eg(G1)=Eg(G2)>Eg(A)の関係が成立している。
【００１９】
ここで、非特許文献３によれば、(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5PのEg、すなわち第１クラッド層３および第２クラッド層９のEgは１．９７１ｅＶである。つまり、Eg(C1)=Eg(C2)=１．９７１eVである。また、非特許文献２によれば、In0.33Ga0.67As0.40P0.60のEg、すなわち第１ガイド層４および第２ガイド層８のEgは１．６５３ｅＶである。つまり、Eg(G1)=Eg(G2)=１．６５３eVである。また、非特許文献１によれば、In0.07Ga0.93AsのEg、すなわち活性層６のEgは１．３１９ｅＶである。つまり、Eg(A)=１．３１９eVである。
【００２０】
これらのEgの値より、Eg(A)とEg(G1)との差（または、Eg(A)とEg(G2)との差）は０．３３４eVである。また、Eg(A)とEg(C1)との差（または、Eg(A)とEg(C2)との差）は０．６５２eVである。すなわち|Eg(G1）−Eg(A）|＝|Eg(G2）−Eg(A）|＝０．３３４ｅＶ、|Eg(C1)−Eg(A）|＝|Eg(C2）−Eg(A）|＝０．６５２eVであり、前者は後者の０．５１倍となっている。
【００２１】
次に、図１に示した半導体レーザの電圧−電流特性のシミュレーション結果を図３に示す。図１の構造の電圧−電流特性をＶａとして示す。また、ガイド層のEgと活性層のEgとの差が、クラッド層のEgと活性層のEgとの差の６８％である場合（従来技術）の電圧−電流特性をＶｂとして示す。図３に示すように、Ｖｂのジャンクション電圧Ｖｊは１．５Ｖよりも大きく、これに伴い動作電圧も大きくなっている。これに対してＶａのジャンクション電圧Ｖｊは約１．４Ｖであり、従来技術と比較して低く抑えられている。また、動作電圧も大きく低減されていることが分かる。
【００２２】
次に、図１の半導体レーザのバンドダイアグラムのシミュレーション結果を図４に示す。伝導帯Ｅｃの擬フェルミレベルＥf1を点線で示し、価電子帯Ｅｖの擬フェルミレベルＥf2を一点鎖線で示す。また、図１の第１クラッド層３、第１ガイド層４、活性層６、第２ガイド層８、第２クラッド層９のＹ方向の位置をそれぞれＹ１〜Ｙ５とする。図４に示すように、第１ガイド層４の位置Ｙ２において、Ａの部分にＥf1の傾斜はほとんど見られていない。つまり、第１ガイド層４内では、伝導帯の擬フェルミレベルの傾斜をほぼ無くすことができる。また、第２ガイド層８の位置Ｙ４において、Ｂの部分にＥf2の傾斜はほとんど見られていない。つまり、第２ガイド層８内では、価電子帯の擬フェルミレベルの傾斜をほぼ無くすことができる。
【００２３】
すなわち、図１の構造とすることにより、図４に示すように、第１ガイド層４内の伝導帯の擬フェルミレベルの傾斜、第２ガイド層８内の価電子の擬フェルミレベルの傾斜をほぼ無くすことができる。これにより、図３に示したように、半導体レーザの動作時のジャンクション電圧Ｖｊ、および動作電圧を低減させることができる。
【００２４】
次に、図１の第１ガイド層４および第２ガイド層８の厚さ、Asの組成比を変化させて、半導体レーザの動作電圧をシミュレーションした結果を図５に示す。ここでは半導体レーザの共振器長を１０００μｍ、ストライプ幅を１μｍ、動作時の注入電流を２０ｍＡとする。上記ガイド層の層厚は１００〜６００ｎｍの範囲とする。ここで、第１ガイド層４および第２ガイド層８のInGaAsPのGa組成比をｙ、As組成比をｘとすると、In1-yGayAsxP1-x
のｘとｙは、ｙ=(1.0+x)/2.08の関係を有する。上記Asの組成比（In1-yGayAsxP1-xのＸの値、但しy=(1.0+X)/2.08）が０．２、０．３、０．４、０．５の場合の動作電圧をそれぞれＶ0.2、Ｖ0.3、Ｖ0.4、Ｖ0.5として示す。また、これらのリファレンスとして、上記ガイド層としてIn0.49Ga0.51Pを用いた場合の動作電圧をＶ０として示す。
【００２５】
図５に示すように、Ｖ０と比較して、Ｖ0.2、Ｖ0.3、Ｖ0.4、Ｖ0.5は、半導体レーザの動作電圧が大幅に低減されていることが分かる。つまり、第１ガイド層４および第２ガイド層８の層厚が１００ｎｍ以上である場合、In1-yGayAsxP1-x（但しy=(1.0+X)/2.08）に含まれるAs組成比ｘを０．２以上とすることにより、半導体レーザの動作電圧を大幅に低減させることができる。
【００２６】
なお、図５では、上記ガイド層の層厚が１００〜６００ｎｍの場合を示したが、６００ｎｍより厚い層厚であっても良い。但し、電子及び正孔の相互拡散定数は数μｍ程度なので、これ以上厚くするとドリフトにより強制的に電流を流すこととなり、動作電圧の増加を招くため現実的ではない。
【００２７】
また、上記Asの組成比が０．２、０．３、０．４、０．５のとき、非特許文献２によれば、上記ガイド層のEgはそれぞれ１．７５０、１．７０１、１．６５３、１．６０４eVとなる。このとき、活性層６のEg（１．３１９eV）との差は、それぞれ０．４３１、０．３８２、０．３３４、０．２８５eVとなる。これらの値は、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）のそれぞれ０.６６倍、０.５９倍、０.５１倍、０.４４倍である。上記Asの組成比を更に大きくすると、InGaAsPガイド層のEgは小さくなるので、上記倍率はさらに小さくなる。
【００２８】
図３〜図５に示した結果により、第１ガイド層４のEgと活性層６のEgとの差（または第２ガイド層８のEgと活性層６のEgとの差）が、第１クラッド層３のEgと活性層６のEgとの差（または第２クラッド層９のEgと活性層６のEgとの差）の０．６６倍以下とすることが好適である。すなわち、Eg(G1）とEg(A）の差（またはEg(G2）とEg(A）の差）が、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）の０．６６倍以下とすることが好適である。
【００２９】
これにより、半導体レーザの動作時のジャンクション電圧、および動作電圧を低減させることができる。従って、電気変換効率の低下を抑制し、半導体レーザの特性や信頼性の劣化を防止することができる。
【００３０】
図１に示した構造では、第１クラッド層３および第２クラッド層９として(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pが用いられ、第１ガイド層４および第２ガイド層８としてIn0.33Ga0.67As0.40P0.60が用いられ、活性層６としてIn0.07Ga0.93Asが用いられている。しかし、図５に示した結果より、第１ガイド層４および第２ガイド層８としてIn0.33Ga0.67As0.40P0.60の他、In0.42Ga0.58As0.20P0.80、In0.37Ga0.63As0.30P0.70、In0.28Ga0.72As0.50P0.50等の膜を用いるようにしても、半導体レーザの動作電圧を低減させることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、第１クラッド層３および第２クラッド層９として(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pを用い、第１ガイド層４および第２ガイド層８としてIn0.33Ga0.67As0.40P0.60を用いる例を示した。すなわち、第１クラッド層３および第２クラッド層９の組成が同一で、第１ガイド層４および第２ガイド層８の組成が同一である場合の例を示した。しかし、第１クラッド層３と第２クラッド層９の組成が異なるものであっても良く、第１ガイド層４と第２ガイド層８の組成が異なるものであっても良い。これらの場合には、Eg(G1）とEg(A）との差、およびEg(G2）とEg(A）との差のうち大きい方（同じ場合はいずれでも良い）が、Eg(C1)とEg(A）との差、およびEg(C2）とEg(A）との差のうち小さい方（同じ場合はいずれでも良い）の０．６６倍以下となるようにする。このような構造であっても、図１の構造と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、活性層６が第１エンハンス層５および第２エンハンス層７により挟まれた構造（図１参照）の例を示した。しかし、上記エンハンス層がない構造、つまり活性層６が第１ガイド層４および第２ガイド層８と接触する構造であっても良い。
【００３３】
また、本実施の形態では、第１クラッド層３および第２クラッド層９として(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pを用い、第１ガイド層４および第２ガイド層８としてIn0.33Ga0.67As0.40P0.60を用い、活性層６としてIn0.07Ga0.93Asを用いるようにした。しかし、上記ガイド層のいずれか一方の層厚が１００μｍ以上であって、上記クラッド層、上記ガイド層、上記活性層のEgが本実施の形態に示した関係を満たしていれば、上記以外の材料を用いた半導体レーザ装置にも適用可能である。
【００３４】
実施の形態２．
本実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。ここでは、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。本実施の形態の半導体レーザは、図１で示した構造において、第１クラッド層３としてｎ型のIn0.49Ga0.51Pを用い、第２クラッド層９としてｐ型のIn0.49Ga0.51Pを用いるようにしたものである。また、第１ガイド層４および第２ガイド層８として、In0.23Ga0.77As0.60P0.40を用いるようにしたものである。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００３５】
ここで、非特許文献２によれば、In0.49Ga0.51PのEg、すなわち第１クラッド層３および第２クラッド層９のEgは１．８４８eVとなる。つまり、Eg(C1)=Eg(C2)=１．８４８eVとなる。また、上記文献によれば、In0.23Ga0.77As0.60P0.40のEg、すなわち第１ガイド層４および第２ガイド層８のEgは１．５５６ｅＶとなる。つまり、Eg(G1)=Eg(G2)=１．５５６eVとなる。また、活性層６は実施の形態１と同一の材料であるから、そのEgは１．３１９ｅＶである。つまり、Eg(A)=１．３１９eVである。
【００３６】
これらのEgの値より、Eg(A)とEg(G1)との差（または、Eg(A)とEg(G2)との差）は０．２３７eVである。また、Eg(A)とEg(C1)との差（または、Eg(A)とEg(C2)との差）は０．５２９eVである。すなわち|Eg(G1）−Eg(A）|＝|Eg(G2）−Eg(A）|＝０．２３７ｅＶ、|Eg(C1)−Eg(A）|＝|Eg(C2）−Eg(A）|＝０．５２９eVであり、前者は後者の０．４５倍となっている。
【００３７】
次に、上記ガイド層の厚さ、Asの組成比を変化させて、半導体レーザの動作電圧をシミュレーションした結果を図６に示す。実施の形態１と同様に、半導体レーザの共振器長を１０００μｍ、ストライプ幅を１μｍ、動作時の注入電流を２０ｍＡとする。また、上記ガイド層の層厚は１００〜６００ｎｍの範囲とする。上記Asの組成比（In1-yGayAsxP1-xのＸの値、但しｙ=(1.0+x)/2.08）が０．６、０．７、０．８の場合の動作電圧を、それぞれＶ0.6、Ｖ0.7、Ｖ0.8として示す。
【００３８】
図６に示すように、Ｖ0.6、Ｖ0.7、Ｖ0.8は、図５に示したＶ０（従来技術）と比較して、動作電圧が大幅に低減されていることが分かる。すなわちInGaAsPに含まれるAs組成比を０．６以上とすることにより、従来技術と比較して、半導体レーザの動作電圧を大幅に低減させることができる。つまり、第１クラッド層３および第２クラッド層９としてIn0.49Ga0.51Pを用い、第１ガイド層４および第２ガイド層８としてIn0.23Ga0.77As0.60P0.40を用い、これらのガイド層の層厚が１００ｎｍ以上である場合、In1-yGayAsxP1-xに含まれるAs組成比を０．６以上とすることにより、半導体レーザの動作電圧を大幅に低減させることができる。
【００３９】
また、上記ガイド層のAsの組成比が０．６、０．７、０．８のとき、非特許文献２によれば、上記ガイド層のEgはそれぞれ１．５５６、１．５０８、１．４６１eVとなる。このとき、活性層６のEg（１．３１９eV）との差は、それぞれ０．２３７、０．１８９、０．１４２eVとなる。これらの値は、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）０．５２９eVのそれぞれ約０.４５倍、約０.３６倍、約０.２７倍である。
【００４０】
すなわち、本実施の形態２の構造によれば、Eg(G1）とEg(A）の差（またはEg(G2）とEg(A）の差）が、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）の０．６６倍以下となる。これにより、実施の形態１と同様に、半導体レーザのジャンクション電圧、および動作電圧を低減させることができる。
【００４１】
実施の形態３．
本実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。ここでは、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。本実施の形態の半導体レーザは、図１で示した構造において、第１ガイド層４および第２ガイド層８として、Al0.15Ga0.85Asを用いるようにしたものである。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００４２】
ここで、非特許文献１によれば、Al0.15Ga0.85AsのEg、すなわち第１ガイド層４および第２ガイド層８のEgは１．５９４eVとなる。つまり、Eg(G1)=Eg(G2)=１．５９４eVとなる。また、活性層６のEgは１．３１９ｅＶ、すなわちEg(A)=１．３１９eVである。また、第１クラッド層３および第２クラッド層９のEgは１．９７１eV、すなわち、Eg(C1)=Eg(C2)=１．９７１eVである。
【００４３】
これらのEgの値より、Eg(A)とEg(G1)との差（または、Eg(A)とEg(G2)との差）は０．２７５eVである。また、Eg(A)とEg(C1)との差（または、Eg(A)とEg(C2)との差）は０．６５２eVである。すなわち|Eg(G1）−Eg(A）|＝|Eg(G2）−Eg(A）|＝０．２７５ｅＶ、|Eg(C1)−Eg(A）|＝|Eg(C2）−Eg(A）|＝０．６５２eVであり、前者は後者の約０．４２倍となっている。
【００４４】
すなわち、本実施の形態３の構造によれば、Eg(G1）とEg(A）の差（またはEg(G2）とEg(A）の差）が、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）の０．６６倍以下となる。これにより、実施の形態１と同様に、半導体レーザのジャンクション電圧、および動作電圧を低減させることができる。
【００４５】
実施の形態４．
本実施の形態に係る半導体レーザ装置について説明する。ここでは、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。上記半導体レーザ装置の断面斜視図を図７に示す。第１ガイド層４の上に活性層６が設けられ、その上に第２ガイド層８が設けられた構造となっている。すなわち、本実施の形態では、図１に示した第１エンハンス層５、第２エンハンス層７が設けられていない構造となっている。また、第１ガイド層４、第２ガイド層８の材料として、In0.47Ga0.53As0.10P0.90を用いるようにしたものである。また、活性層６として、GaAs0.88P0.12を用いるようにしたものである。活性層６として上記材料を用いることにより、発振波長が８０８ｎｍ近傍となる半導体レーザを実現することができる。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００４６】
ここで、非特許文献２によれば、In0.47Ga0.53 As0.10P0.90のEg、すなわち第１ガイド層４および第２ガイド層８のEgは１．７９９eVとなる。つまり、Eg(G1)=Eg(G2)=１．７９９eVとなる。また、文献「A. G. Thompson M. Cardona, and K. L. Shaklee, “Electroreflectance in the GaAs-GaP ,”  Phys. Rev., Vol. 146, No. 2, pp. 601-610, June 1966」によれば、GaAs0.88P0.12のEg、すなわち活性層６のEgは１．５７５eVとなる。つまり、Eg(A)=１．５７５eVである。また、第１クラッド層３および第２クラッド層９は実施の形態１と同一の材料であるから、そのEgは１．９７１ｅＶである。つまり、Eg(C1)=Eg(C2)=１．９７１eVである。
【００４７】
これらのEgの値より、Eg(A)とEg(G1)との差（または、Eg(A)とEg(G2)との差）は０．２２４eVである。また、Eg(A)とEg(C1)との差（または、Eg(A)とEg(C2)との差）は０．３９６eVである。すなわち|Eg(G1）−Eg(A）|＝|Eg(G2）−Eg(A）|＝０．２２４ｅＶ、|Eg(C1)−Eg(A）|＝|Eg(C2）−Eg(A）|＝０．３９６eVであり、前者は後者の約０．５７倍となっている。
【００４８】
次に、上記ガイド層の厚さを変化させて、半導体レーザの動作電圧をシミュレーションした結果を図８に示す。実施の形態１と同様に、半導体レーザの共振器長を１０００μｍ、ストライプ幅を１μｍ、動作時の注入電流を２０ｍＡとする。上記ガイド層としてIn0.47Ga0.53As0.10P0.90を用いた場合の動作電圧をＶａ、上記ガイド層としてIn0.49Ga0.51P（リファレンス）を用いた場合の動作電圧をＶｂとして示す。図８に示すように、上記ガイド層としてIn0.49Ga0.51Pを用いた場合（Ｖｂ）と比較して、In0.47Ga0.53As0.10P0.90を用いた場合（Ｖａ）は、動作電圧が低減されている。
【００４９】
すなわち、本実施の形態４の構造によれば、Eg(G1）とEg(A）の差（またはEg(G2）とEg(A）の差）が、Eg(C1)とEg(A）の差（またはEg(C2）とEg(A）の差）の０．６６倍以下となる。これにより、図８に示したように、半導体レーザの動作電圧を低減させることができる。
【００５０】
なお、以上説明した実施の形態１〜４では、ＧａＡｓ基板を用いた半導体レーザの構造を示した。しかし、上記ＧａＡｓ基板の他、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの半導体材料を用いた窒化物系化合物半導体レーザにおいても、同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】半導体レーザ装置の断面斜視図。
【図２】半導体レーザの伝導帯、価電子帯のバンドダイアグラム。
【図３】半導体レーザの電圧−電流特性のシミュレーション結果。
【図４】半導体レーザのバンドダイアグラムのシミュレーション結果。
【図５】半導体レーザの動作電圧のシミュレーション結果。
【図６】半導体レーザの動作電圧のシミュレーション結果。
【図７】半導体レーザ装置の断面斜視図。
【図８】半導体レーザの動作電圧のシミュレーション結果。
【図９】従来の半導体レーザの電圧−電流特性。
【図１０】従来の半導体レーザの伝導帯、価電子帯のバンドダイアグラム。
【符号の説明】
【００５２】
１  ｎ電極、２  ＧａＡｓ基板、３  第１クラッド層、４  第１ガイド層、５  第１エンハンス層、６  活性層、７  第２エンハンス層、８  第２ガイド層、９  第２クラッド層、１０  コンタクト層、１１  ｐ電極。
【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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