(57)【要約】【課題】  発振スペクトル幅の狭いファブリーペロー型の半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  ファブリーペロー型の半導体レーザ素子１０は、活性層１７と、活性層よりも低い屈折率を有するクラッド層１３を有している。活性層とクラッド層の間には、光吸収層１４が配置されており、光吸収層と活性層の間には、分離層１５が配置されている。光吸収層は、活性層の発光ピーク波長よりも短い基礎吸収端波長と、クラッド層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有している。分離層は、光吸収層及び活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。【選択図】  図２
2007208062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファブリーペロー型の半導体レーザ素子であって、
活性層と、
前記活性層より低い屈折率を有するクラッド層と、
前記活性層と前記クラッド層の間に配置され、前記活性層での発光ピーク波長よりも短い基礎吸収端波長と、前記クラッド層よりも小さいバンドギャップエネルギーとを有する半導体からなる光吸収層と、
前記光吸収層と前記活性層の間に配置され、前記光吸収層及び前記活性層の各々よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する分離層と、
前記活性層、クラッド層、光吸収層及び分離層を搭載する基板と、
を備える半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層は、量子井戸層と、この量子井戸層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有するバリア層とが交互に配置された量子井戸構造を有しており、
前記分離層は、前記バリア層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有している、
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記クラッド層は、ｎ型の半導体からなる、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記分離層の厚さが２０ｎｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記光吸収層は、量子井戸層であり、
前記光吸収層に接しながら前記光吸収層を挟み、各々が前記光吸収層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する二つのバリア層を更に備える請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記光吸収層は、前記基板よりも小さい格子定数を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信に適した半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分散が大きな影響を及ぼす光通信のアプリケーション（例えば、１．２５μｍから１．６５μｍ帯の光通信）では、通常、ファブリーペロー（ＦＰ）型の半導体レーザ素子ではなく、分布帰還（ＤＦＢ）型の半導体レーザ素子が用いられる。ＤＦＢレーザ素子は、単一縦モードで発振し、狭いスペクトル幅を有するため、波長分散による信号光波形の崩れを抑えることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ＤＦＢレーザ素子は、回折格子をレーザ素子の内部に設け、その回折波長によって単一縦モード発振を実現するため、ＦＰレーザ素子に比べて製造プロセスが複雑であり、歩留まりも悪く、製造コストが高い。
【０００４】
一方、ＦＰレーザ素子はＤＦＢレーザ素子より安価に製造できるが、多縦モード発振するため、発振スペクトル幅が広くなってしまう。そのため、ＦＰレーザ素子を信号光の光源として使用すると、光ファイバ伝送時の波長分散のために信号光の波形が崩れてしまい、信号光をうまく伝送することは難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、発振スペクトル幅の狭いファブリーペロー型の半導体レーザ素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るファブリーペロー型の半導体レーザ素子は、活性層と、活性層より低い屈折率を有するクラッド層と、活性層とクラッド層の間に配置された光吸収層と、光吸収層と活性層の間に配置された分離層と、これらの活性層、クラッド層、光吸収層及び分離層を搭載する基板とを備えている。光吸収層は、活性層での発光ピーク波長よりも短い基礎吸収端波長と、クラッド層よりも小さいバンドギャップエネルギーとを有する半導体からなる。分離層は、光吸収層及び活性層の各々よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する。
【０００７】
一般に、半導体は、その基礎吸収端波長以下の波長の光を効率良く吸収する。上述のように、光吸収層を構成する半導体の基礎吸収端波長は、活性層での発光ピーク波長よりも短い。このため、光吸収層は、半導体レーザ素子の発振スペクトルにおいて、ピーク光強度を低減することなく、ピーク波長よりも短い波長域の光強度を低減する。従来のファブリーペローレーザは、短波長域での発光強度が比較的強いため、その発振スペクトル幅が広い。これに対し、本発明によれば、光吸収層が発光ピーク波長よりも短い波長域で光強度を低減するため、ピーク光強度を低減することなく発振スペクトル幅を狭めることができる。
【０００８】
光吸収層は、クラッド層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有しているので、活性層へのキャリアの注入を妨げない。これにより、半導体レーザ素子の良好な発光動作を確保することができる。
【０００９】
分離層は、活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有するので、活性層から光吸収層へのキャリアの注入を妨げる。これにより、光吸収層での発光を抑制し、吸収効率を高めることができる。
【００１０】
活性層は、量子井戸層と、この量子井戸層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有するバリア層とが交互に配置された量子井戸構造を有していてもよい。活性層から光吸収層へのキャリアの注入を阻止するため、分離層は、バリア層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有していることが好ましい。
【００１１】
クラッド層は、ｎ型の半導体からなっていてもよい。この場合、光吸収層は、活性層に向けて電子が注入される領域に配置されることになる。このため、光吸収層の価電子帯の頂上付近では、正孔がほとんどなくなり、電子が存在しやすくなる。光吸収は、価電子帯の電子が伝導体の空き準位に遷移することで発生する。したがって、価電子帯の頂上付近に電子が存在しやすくなることで、光吸収層による吸収効率が高まる。これにより、半導体レーザ素子の発振スペクトル幅をいっそう狭めることができる。
【００１２】
分離層の厚さは２０ｎｍ以下であることが好ましい。分離層の厚さを抑えることで、活性層にキャリアが効率良く注入される。これにより、半導体レーザ素子のいっそう良好な発光動作を確保することができる。
【００１３】
光吸収層は、量子井戸層であってもよい。この場合、半導体レーザ素子は、光吸収層に接しながら光吸収層を挟み、各々が光吸収層よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する二つのバリア層を更に備えている。これらのバリア層の一方は、上記のクラッド層であってもよく、他方は、上記の分離層であってもよい。
【００１４】
光吸収層が量子井戸層なので、量子効果によって、光吸収層の吸収スペクトルの立ち上がりが急峻になる。この結果、半導体レーザ素子のピーク光強度を低減することなく、発振スペクトル幅を更に狭めることができる。
【００１５】
光吸収層は、基板よりも小さい格子定数を有していてもよい。この場合、光吸収層に引張歪みを発生させることができる。この引張歪みは、基礎吸収端波長の付近におけるＴＭモード光の吸収効率を高める。ＴＭモード光の寄与によって発振スペクトルの短波長域が増強されている半導体レーザ素子に関しては、引張歪みを有する光吸収層を用いることで、発振スペクトル幅を効率良く狭めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発振スペクトル幅の狭いファブリーペロー型の半導体レーザ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
第１実施形態
図１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子を示す概略断面図である。この半導体レーザ素子１０は、ファブリーペロー（以下、「ＦＰ」）型であり、基板１２の上面に順次に積層された下部クラッド層１３、光吸収層１４、分離層１５、下部ガイド層１６、活性層１７、上部ガイド層１８及び上部クラッド層１９を有する。これらの各層は、化合物半導体からなる。基板１２と下部クラッド層１３は一体であってもよい。この場合、基板１２と下部クラッド層１３は、単一の半導体からなる一つの基材を構成し、その基材の表層が下部クラッド層１３として機能する。
【００１９】
上部クラッド層１９の上には、ストライプ状のアノード２０が設けられている。また、基板１２の下面全体は、カソード２２によって覆われている。レーザ素子１０の両端面は鏡面となっており、レーザ共振器を構成している。アノード２０及びカソード２２を介して活性層１７に電流を注入することにより、レーザ素子１０はレーザ発振を起こし、その一方の端面からレーザ光を出力する。
【００２０】
活性層１７は、下部ガイド層１６及び上部ガイド層１８の各々よりも高い屈折率を有している。また、ガイド層１６及び１８は、双方とも、下部クラッド層１３及び上部クラッド層１９の各々よりも高い屈折率を有している。これらの層は、活性層１７で発生する光を導波する光導波路を形成している。
【００２１】
図２は、レーザ素子１０のエネルギーバンド図である。図２において、符号２６は伝導帯、符合２７は価電子帯、黒丸は電子、白丸は正孔を示す。３５及び３６は、それぞれレーザ素子１０に注入される電子及び正孔の向きを示す。３７は、光吸収層１４の光吸収による電子の遷移を示し、３８は、活性層１７での誘導放出による電子の遷移を示している。
【００２２】
光吸収層１４は、活性層１７よりも大きなバンドギャップエネルギーを有している。この結果、光吸収層１４の基礎吸収端波長は、活性層１７での発光ピーク波長よりも短くなる。光吸収層１４は、この基礎吸収端波長以下の波長の光を効率良く吸収する。
【００２３】
光吸収層１４に隣接する下部クラッド層１３は、光吸収層１４よりも高いバンドギャップエネルギーを有している。また、光吸収層１４に隣接する分離層１５は、光吸収層１４及び活性層１７の各々よりも高いバンドギャップエネルギーを有している。
【００２４】
以下では、従来のＦＰ半導体レーザ素子と比較しながら本実施形態の利点を説明する。図３は、従来のＦＰレーザ素子のエネルギーバンド図である。このレーザ素子は、上述したレーザ素子１０から光吸収層１４及び分離層１５を取り除いた構造を有している。
【００２５】
図４は、従来及び本実施形態のＦＰレーザ素子の双方について利得スペクトル及び発振スペクトルを示している。ここで、（ａ）及び（ｂ）は、従来のＦＰレーザ素子の利得スペクトル４１及び発振スペクトル４５をそれぞれ示し、（ｃ）及び（ｄ）は、本実施形態のＦＰレーザ素子１０の利得スペクトル４１及び発振スペクトル４６をそれぞれ示している。（ｃ）には、光吸収層１４の吸収スペクトル４２も示されている。
【００２６】
図４（ａ）に示されるように、ＦＰレーザ素子の利得スペクトル４１は、最も高い利得を示す発光ピーク波長である１．３μｍに対して非対称である。これは、活性層１７におけるキャリアの状態密度形状及び分布形状が、１．３μｍに対応するエネルギー準位に対して非対称なためである。このような利得スペクトルを反映して、図４（ｂ）に示されるように、従来の発振スペクトル４５の包絡線は、発光ピーク波長（発振スペクトルにおいて最も高い光強度を示す波長）に対して非対称な形状を有する。この包絡線は、発光ピーク波長より短い波長において比較的高い光強度を示す。このため、従来のＦＰレーザ素子は、発振スペクトル幅δλが広い。なお、本実施形態において、発振スペクトル幅δλは、発振スペクトルの最大強度から２０ｄＢ低下した強度での発振スペクトルの包絡線の幅を意味する。
【００２７】
これに対し、本実施形態のＦＰレーザ１０では、光吸収層１４が発光ピーク波長よりも短い波長の光を吸収する。図４（ｃ）に示されるように、光吸収層１４は、発光ピーク波長である１．３μｍから低波長側に向けて吸収量が大きく増加する吸収スペクトル４２を有している。これにより、発光ピーク波長よりも短い波長における誘導放出が抑えられる。光吸収層１４の基礎吸収端波長は発光ピーク波長よりも短いので、光吸収層１４は、発光ピーク波長での誘導放出はほとんど抑制しない。この結果、図４（ｄ）に示されるように、ピーク光強度を低減することなく発振スペクトル幅δλを狭めることができる。
【００２８】
光吸収層１４は、下部クラッド層１３よりも短いバンドギャップエネルギーを有しているので、光吸収層１４は、下部クラッド層１３から活性層１７への電子の注入を妨げない。これにより、半導体レーザ素子１０の良好な発光動作を確保することができる。
【００２９】
分離層１５は、光吸収層１４よりも大きいバンドギャップエネルギーを有しているので、分離層１５は注入電子に対して障壁になる。しかし、分離層１５の厚さを抑えれば、レーザ発振を起こすのに十分な量の注入電子が分離層１５を通過して活性層１７に到達する。分離層１５の厚さは２０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、活性層１７に電子を効率良く注入して、半導体レーザ素子１０の良好な発光動作を確保することができる。
【００３０】
分離層１５は、活性層１７よりも大きいバンドギャップエネルギーを有するので、活性層１７から光吸収層１４への正孔の注入を妨げる。光吸収層１４に正孔が注入されると、その正孔へ伝導帯の電子が遷移することによる発光が生じやすくなる。これは、光吸収層１４の吸収効率を低下させる。これに対し、本実施形態では、分離層１５が光吸収層１４への正孔の注入を妨げるので、光吸収層１４での発光を抑制し、吸収効率を高め、結果として発振スペクトル幅をいっそう狭めることができる。
【００３１】
第２実施形態
図５は、第２の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。この第２実施形態は、第１実施形態のレーザ素子１０において下部ガイド層１６，活性層１７及び上部ガイド層１８を、多重量子井戸構造の活性層３０で置き換えた構造を有している。この活性層３０では、複数の量子井戸層３１と複数のバリア層３２とが交互に積層されている。バリア層３２は、量子井戸層３１よりも大きいバンドギャップエネルギーを有している。
【００３２】
第１実施形態で説明した利点は、活性層がバルク半導体である場合だけでなく、活性層が量子井戸構造を有する場合にも得られる。光吸収層１４の基礎吸収端波長は、活性層３０での発光ピーク波長よりも短い。したがって、発光ピーク波長よりも短い波長域での光強度が光吸収層１４によって低減されるため、第１実施形態と同様に、ピーク光強度を低減することなく発振スペクトル幅を狭くすることができる。分離層１５は、バリア層３２よりも大きいバンドギャップエネルギーを有しているので、活性層３０から光吸収層１４へのキャリアの注入を阻止し、それによって光吸収層１４の発光を抑えることができる。
【００３３】
第３実施形態
図６は、第３の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。この第３実施形態は、光吸収層１４及び分離層１５が２層ずつ設けられている点で第２実施形態と異なる。他の構成は第２実施形態と同様である。光吸収層１４を複数設けることで、光吸収効率を高め、発振スペクトル幅を更に狭めることができる。
【００３４】
第４実施形態
図７は、第４の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。この第４実施形態は、多重量子井戸構造の活性層３０の上下に下部ＳＣＨ（Separated Confinement Heterostructure：分離閉じ込めヘテロ構造）層２８及び上部ＳＣＨ層２９が設けられている点、及び上部ＳＣＨ層２９の上に第２の分離層１５及び第２の光吸収層１４が積層されている点で第２実施形態と異なる。他の構成は第２実施形態と同様である。二つの光吸収層１４が活性層３０の上下に配置されているので、光吸収効率を高め、発振スペクトル幅を更に狭めることができる。
【００３５】
第２の光吸収層１４は、上部クラッド層１９よりも小さいバンドギャップエネルギーを有しているので、第２の光吸収層１４は、下部クラッド層１９から活性層１７への正孔の注入を妨げない。これにより、半導体レーザ素子１０の良好な発光動作を確保することができる。
【００３６】
第２の分離層１５は、第２の光吸収層１４よりも大きいバンドギャップエネルギーを有しているので、第２の分離層１５は注入正孔に対して障壁になる。しかし、第２の分離層１５の厚さを抑えれば、レーザ発振を起こすのに十分な量の注入正孔が第２の分離層１５を通過して活性層１７に到達する。第２の分離層１５の厚さは２０ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、活性層１７に正孔を効率良く注入して、半導体レーザ素子１０の良好な発光動作を確保することができる。
【００３７】
第２の分離層１５は、活性層１７よりも大きいバンドギャップエネルギーを有するので、活性層１７から第２の光吸収層１４への電子の注入を妨げる。第２の光吸収層１４に電子が注入されると、その電子が伝導帯から価電子帯へ遷移することによる発光が生じやすくなる。これは、第２の光吸収層１４の吸収効率を低下させる。しかし、本実施形態では、第２の分離層１５が第２の光吸収層１４への電子の注入を妨げるので、第２の光吸収層１４での発光を抑制し、吸収効率を高め、結果として発振スペクトル幅をいっそう狭めることができる。
【００３８】
第５実施形態
図８は、第５の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。この第５実施形態は、活性層３０の電子注入側にのみ光吸収層１４及び分離層１５が設けられている点で第４実施形態と異なる。他の構成は第４実施形態と同様である。
【００３９】
光吸収層１４は、活性層３０に向けて電子が注入される領域に配置されている。このため、光吸収層１４の価電子帯の頂上付近では、正孔がほとんどなくなり、電子が存在しやすくなる。光吸収は、価電子帯の電子が伝導体の空き準位に遷移することで発生する。したがって、価電子帯の頂上付近に電子が存在しやすくなることで、光吸収層１４による吸収効率が高まる。このため、単一の光吸収層１４しか設けられていなくても、十分に発振スペクトル幅が狭まる。
【００４０】
第６実施形態
図９は、第６の実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。この第６実施形態は、上部ＳＣＨ層２９と上部クラッド層１９との間にキャリアストップ層４８が挿入されている点で第５実施形態と異なる。他の構成は第６実施形態と同様である。キャリアストップ層４８は、上部ＳＣＨ層２９及び上部クラッド層１９の各々よりも大きいバンドギャップエネルギーを有している。このキャリアストップ層４８により、キャリアオーバーフローを抑制することができる。
【００４１】
第７実施形態
以下では、第７の実施形態に係る半導体レーザ素子を説明する。この第７実施形態は、第１実施形態における光吸収層１４をバルク半導体ではなく量子井戸層とした構成を有している。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４２】
光吸収層１４を量子井戸層にするために、光吸収層１４の厚さは２０ｎｍ以下とすることが好ましい。下部クラッド層１３及び分離層１５は、光吸収層１４に接しながら光吸収層１４を挟み、各々が光吸収層１４よりも大きいバンドギャップエネルギーを有している。したがって、下部クラッド層１３及び分離層１５は、量子井戸層である光吸収層１４のためのバリア層として機能する。光吸収層１４は、複数の量子井戸層から成っていてもよい。
【００４３】
図１０は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の利得スペクトル、吸収スペクトル及び発振スペクトルを示す図である。ここで、（ａ）は、利得スペクトル４１及び吸収スペクトル４３を示し、（ｂ）は、発振スペクトル４７を示している。（ａ）に示されるように、光吸収層１４の量子効果によって吸収スペクトル４３の立ち上がりが急峻になっている。これにより、発光ピーク波長よりも低い波長における誘導放出を効率良く抑制し、ピーク光強度を低減することなく発振スペクトル幅δλをいっそう狭めることができる。
【００４４】
第８実施形態
以下では、第８の実施形態に係る半導体レーザ素子を説明する。この第８実施形態は、第１実施形態における光吸収層１４を引張歪み層とした構成を有している。他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４５】
光吸収層１４に引張歪みを付与するため、本実施形態では、基板１２、下部クラッド層１３及び分離層１５の格子定数に比べて、光吸収層１４の格子定数が小さい。すなわち、基板１２、下部クラッド層１３及び分離層１５により、光吸収層１４に引張歪みが生じている。
【００４６】
なお、基板１２は下部クラッド層１３及び分離層１５に比べて厚いため、光吸収層１４に引張歪みを与えるうえでの寄与度が高い。したがって、光吸収層１４が基板１２よりも十分に小さい格子定数を有していれば、下部クラッド層１３及び分離層１５の格子定数にかかわらず、光吸収層１４に引張歪みを与えることが可能である。
【００４７】
光吸収層１４に発生した引張歪みは、光吸収層１４の基礎吸収端波長付近におけるＴＭモード光の吸収効率を高める。したがって、ＴＭモード光の寄与によって発振スペクトルの短波長域が増強されている半導体レーザ素子に関しては、引張歪みを有する光吸収層１４を用いることで、発振スペクトル幅を効率良く狭めることができる。
【実施例】
【００４８】
以下に、本発明に係る半導体レーザ素子の実施例を幾つか挙げる。
【００４９】
第１実施例
第１の実施例は、上述した第２実施形態（図５を参照）と同じ構造を有しており、１．２５μｍ〜１．６５μｍの発振波長帯を有するＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸型半導体レーザ素子である。活性層３０において、量子井戸層３１及びバリア層３２は共にＧａＩｎＡｓＰ混晶からなる。この量子井戸層３１のＩｎＰに対する格子歪みは、０〜１．５％の圧縮歪みである。基板１２、下部クラッド層１３及び上部クラッド層１９は、ＩｎＰからなる。光吸収層１４及び分離層１５は、ＧａＩｎＡｓＰ混晶からなる。
【００５０】
量子井戸層３１の電子−正孔遷移エネルギーＥｇｗは、０．７４５ｅＶ〜０．９９ｅＶである。発光ピーク波長のエネルギーＥｇｌはＥｇｗの近傍であり、Ｅｇｌ≧Ｅｇｗを満たす。バリア層３２のバンドギャップエネルギーＥｇｂは０．８ｅＶ〜１．５ｅＶであり、Ｅｇｂ＞Ｅｇｌを満たす。光吸収層１４のバンドギャップエネルギーＥｇａは、Ｅｇｂ＞Ｅｇａ＞Ｅｇｌを満たす。分離層１５のバンドギャップエネルギーＥｇｓは、Ｅｇｓ＞Ｅｇａを満たす。
【００５１】
量子井戸層３１の数は５〜１５である。量子井戸層３１の厚さは４ｎｍ〜１０ｎｍであり、バリア層３２の厚さは４ｎｍ〜５０ｎｍである。光吸収層１４の厚さは、４ｎｍ〜１００ｎｍである。光吸収層１４が十分に薄ければ、光吸収層１４は量子井戸層となる。
【００５２】
第２実施例
第２の実施例は、上述した第２実施形態（図５を参照）と同じ構造を有しており、１．２５μｍ〜１．６５μｍの発振波長帯を有するＧａＩｎＡｓＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸型半導体レーザ素子である。活性層３０において、量子井戸層３１はＧａＩｎＡｓＰ混晶からなり、バリア層３２はＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなる。この量子井戸層３１のＩｎＰに対する格子歪みは、０〜２％の圧縮歪みである。基板１２、下部クラッド層１３及び上部クラッド層１９は、ＩｎＰからなる。光吸収層１４は、ＧａＩｎＡｓＰ混晶からなり、分離層１５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなる。
【００５３】
量子井戸層３１の電子−正孔遷移エネルギーＥｇｗは、０．７４５ｅＶ〜０．９９ｅＶである。レーザ発光ピーク波長のエネルギーＥｇｌはＥｇｗの近傍にあり、Ｅｇｌ≧Ｅｇｗを満たす。バリア層３２のバンドギャップエネルギーＥｇｂは、０．８ｅＶ〜１．５ｅＶであり、Ｅｇｂ＞Ｅｇｌを満たす。光吸収層１４のバンドギャップエネルギーＥｇａは、Ｅｇｂ＞Ｅｇａ＞Ｅｇｌを満たす。分離層１５のバンドギャップエネルギーＥｇｓは、Ｅｇｓ＞Ｅｇａを満たす。
【００５４】
量子井戸層３１の数は５〜１５である。量子井戸層３１の厚さは４ｎｍ〜１０ｎｍであり、バリア層３２の厚さは４ｎｍ〜５０ｎｍである。光吸収層１４の厚さは、４ｎｍ〜１００ｎｍである。光吸収層１４が十分に薄ければ、光吸収層１４は量子井戸層となる。
【００５５】
第３実施例
第３の実施例は、上述した第２実施形態（図５を参照）と同じ構造を有しており、１．２５μｍ〜１．６５μｍの発振波長帯を有するＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸型半導体レーザ素子である。活性層３０において、量子井戸層３１はＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなり、バリア層３２はＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなる。この量子井戸層３１のＩｎＰに対する格子歪みは、０〜２％の圧縮歪みである。基板１２、下部クラッド層１３及び上部クラッド層１９は、ＩｎＰからなる。光吸収層１４及び分離層１５は、ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶からなる。
【００５６】
量子井戸層３１の電子−正孔遷移エネルギーは、０．７４５ｅＶから０．９９ｅＶである。レーザ発光ピーク波長のエネルギーＥｇｌはＥｇｗの近傍にあり、Ｅｇｌ≧Ｅｇｗを満たす。バリア層３２のバンドギャップエネルギーＥｇｂは、０．８ｅＶ〜１．５ｅＶであり、Ｅｇｂ＞Ｅｇｌを満たす。光吸収層１４のバンドギャップエネルギーＥｇａは、Ｅｇｂ＞Ｅｇａ＞Ｅｇｌを満たす。分離層１５のバンドギャップエネルギーＥｇｓは、Ｅｇｓ＞Ｅｇａを満たす。
【００５７】
量子井戸層３１の数は５〜１５である。量子井戸層３１の厚さは４ｎｍ〜１０ｎｍであり、バリア層３２の厚さは４ｎｍ〜５０ｎｍである。光吸収層１４の厚さは、４ｎｍ〜１００ｎｍである。光吸収層１４が十分に薄ければ、光吸収層１４は量子井戸層となる。
【００５８】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５９】
第７及び第８実施形態では、活性層がバルク半導体から構成されているが、第２〜第６実施形態と同様に、活性層が量子井戸構造を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】半導体レーザ素子を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図３】従来の半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図４】従来及び第１実施形態の利得スペクトル及び発振スペクトルを示す図である。
【図５】第２実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図６】第３実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図７】第４実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図８】第５実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図９】第６実施形態に係る半導体レーザ素子のエネルギーバンド図である。
【図１０】第７実施形態の利得スペクトル、吸収スペクトル及び発振スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…半導体レーザ素子、１２…基板、１３…下部クラッド層、１４…光吸収層、１５…分離層、１６…下部ガイド層、１７…活性層、１８…上部ガイド層、１９…上部クラッド層、２０…アノード、２２…カソード、２６…伝導帯、２７…価電子帯、２８…下部ＳＣＨ層、２９…上部ＳＣＨ層、３０…活性層、３１…井戸層、３２…バリア層、４１…利得スペクトル、４２及び４３…吸収スペクトル、４５〜４７…発振スペクトル、４８…キャリアストップ層。
【図１】
2007208062.tif 000003
【図２】
2007208062.tif 000004
【図３】
2007208062.tif 000005
【図４】
2007208062.tif 000006
【図５】
2007208062.tif 000007
【図６】
2007208062.tif 000008
【図７】
2007208062.tif 000009
【図８】
2007208062.tif 000010
【図９】
2007208062.tif 000011
【図１０】
2007208062.tif 000012