(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを有し、少なくとも前記活性層と第２クラッド層を含む領域がメサ状領域からなり、該メサ状領域の外部には電流阻止領域を備えてなる半導体レーザ素子において、
前記活性層はＡｌを含まないＩｎＧａＡｓＰから成り、前記第１、第２クラッド層は少なくともＡｌを含有し、
前記第１クラッド層と前記活性層の間に、前記第１クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな、もしくはＡｌを含有しない第１ガイド層を設けてなり、
前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の間に、前記第１クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな、もしくはＡｌを含有しない保護層を設け、前記保護層より上の領域が前記メサ状領域からな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に記載の半導体レーザ素子において、
前記保護層の禁制帯幅が前記活性層の禁制帯幅に略等しいことを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子において、
前記活性層と前記第２クラッド層との間に、前記第２クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな、もしくはＡｌを含有しない第２ガイド層を設けてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１または３に記載の半導体レーザ素子において、
前記第１、第２クラッド層は、前記活性層より禁制帯幅が３００ｍｅＶ以上大きい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３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記活性層は、発振波長が７８０ｎｍ帯となるよう構成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子において、
前記メサ状領域の外部の電流阻止領域は少なくも第１電流阻止層と、該第１電流阻止層の外側に形成される第２電流阻止層を有してなり、前記第１電流阻止層の禁制帯幅は前記活性層の禁制帯幅より大きく、前記第２電流阻止層の禁制帯幅は前記活性層の禁制帯幅より小さい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、光ディスク、レーザビームプリンタ、光伝送等に用いられる半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクに用いられる半導体レーザ素子では、レンズで微小スポットに集光可能なように近赤外の波長帯（λ＝０．７５〜０．８８μｍ）が一般的に用いられる。そのために、ＧａＡｓ基板上にダブルヘテロ構造から成るＡｌxＧａ1-xＡｓ活性層（ｘ＝０．０１〜０．２０）を形成し、電流及び光閉じ込めのためにストライプ構造を用いる。さらに、光ディスク用の半導体レーザの動作電流を低減するために、活性層を含む領域にメサストライプを形成し、半導体層で埋め込み成長を行ってヘテロ接合を形成した、埋め込みヘテロ構造のレーザがこれまでに提案されている。
【０００３】
図６に埋め込みヘテロ構造のレーザの従来例を示す。ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＝０．３〜０．３５）第１クラッド層２、ｎ−ＡｌxgＧａ1-xgＡｓ（ｘｇ＝０．２５〜０．３）ガイド層４、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（ｘ１＝０．０１〜０．０６）活性層５、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（ｘ２＝０．３５〜０．４）第２クラッド層７を成長し、活性層５を含む成長層に基板１まで到達するメサストライプ９を形成し、メサストライプ９の外部にｐ−Ａｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（ｘ３＝０．２７〜０．３２）第１電流阻止層１０、ｎ−Ａｌx3Ｇａ1-x３Ａｓ（ｘ３＝０．２７〜０．３２）第２電流阻止層１１の成長を行い、メサストライプ９表面に選択的にＺｎ拡散層３１及びメサストライプ表面以外にＳｉＯ2膜３２を形成し、基板１側と成長層表面に電極１４、１５を形成する。
【０００４】
本従来例では発振閾値電流２０ｍＡが報告されている。
【０００５】
本従来例では、メサ状のストライプ９から成る活性層５とその外部の埋め込み層１０、１１のヘテロ接合により、活性層５内部に効率的にキャリヤを閉じ込めることができる。従って、活性層５の内部に注入されたキャリヤが発光領域外へ拡散することによる、動作電流の増大を防止することができ、動作電流の低減が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の半導体レーザ素子では、ＧａＡｓ基板１上にＡｌＧａＡｓ活性層５を含むダブルヘテロ構造を成長し、大気中で活性層５を含む領域にメサストライプ９を形成する。活性層５にはＡｌを含むので、メサ側面の活性層が酸化される。メサストライプ９の外部を半導体層で埋めこみ、ダブルへテロ接合の形成を行なう場合、メサストライプ９側面の活性層５の酸素の除去が困難であるので、接合界面付近の活性層５に酸化に起因する非発光再結合準位が形成される。この状態で、活性層５にキャリヤ注入を行なってレーザ発振を生じさせると、メサストライプ９側面の活性層５において、キャリヤが非発光再結合するために、レーザ発振に寄与しない無効電流が発生する。さらに、通電中にメサストライプ９側面の活性層５に形成された非発光再結合準位を基点に、結晶欠陥が発生し、無効電流のさらなる増大が生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導電型の第２クラッド層とを有し、少なくとも前記活性層と第２クラッド層を含む領域がメサ状領域からなり、該メサ状領域の外部には電流阻止領域を備えてなる半導体レーザ素子において、前記活性層はＡｌを含まないＩｎＧａＡｓＰから成り、前記第１、第２クラッド層は少なくともＡｌを含有し、前記第１クラッド層と前記活性層の間に、前記第１クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな、もしくはＡｌを含有しない第１ガイド層を設けてなり、前記第１クラッド層と前記第１ガイド層の間に、前記第１クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな、もしくはＡｌを含有しない保護層を設け、前記保護層より上の領域が前記メサ状領域からなることを特徴とする。
【０００８】
また、上記において、前記活性層の両側に、それぞれ第１、第２クラッド層よりも禁制帯幅の小さい第１、第２ガイド層を、あるいはさらに、第１クラッド層の上に、第１クラッド層よりも禁制帯幅の小さい保護層を設けてもよい。
【０００９】
さらに、前記保護層の禁制帯幅は前記活性層の禁制帯幅に略等しいことが望ましく、また、メサ状領域の外部の電流阻止領域は少なくも第１電流阻止層と、該第１電流阻止層の外側に形成される第２電流阻止層を有してなり、前記第１電流阻止層の禁制帯幅は前記活性層の禁制帯幅より大きく、前記第２電流阻止層の禁制帯幅は前記活性層の禁制帯幅より小さいことが望ましい。
【００１０】
本発明の半導体レーザ素子は、上記のようにＧａＡｓ基板上にＡｌを含有しないＩｎＧａＡｓＰから成る活性層を設けることにより、メサストライプ側面の活性層表面のＡｌの酸化に起因する無効電流の発生を抑制でき、動作電流の低減が図れる。同時に、クラッド層にＡｌを含有する層とすることにより、クラッド層の禁制帯幅を充分大きくして、活性層からクラッド層への漏れ出しに起因する無効電流の発生を抑制できる。
【００１１】
さらに、活性層に隣接して、第１、第２クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな層、もしくはＡｌを含有しない層、すなわちそれぞれのクラッド層より禁制帯幅の小さなガイド層を設けることにより、メサストライプ側面のガイド層表面のＡｌの酸化に起因する無効電流の発生を抑制して、動作電流の低減が図れる。
【００１２】
さらに、第１クラッド層よりもＡｌ組成比の小さな保護層、もしくはＡｌを含有しない保護層、すなわち第１クラッド層の上に、第１クラッド層よりも禁制帯幅の小さい保護層をメサストライプの底面に設けると、Ａｌの酸化に起因する無効電流の発生を抑制でき、動作電流の低減が図れる。
【００１３】
また、この保護層はメサストライプの形成時のエッチング停止層の機能を持たせることができ、メサストライプ外部の埋め込み成長層の層厚を精密に制御でき有用である。
【００１４】
さらに、本発明の半導体レーザ素子において、保護層の禁制帯幅を活性層の禁制帯幅に略等しく設定することにより、保護層に可飽和吸収層の効果を持たせることができ、自励発振による戻り光雑音の低減が図れる。
【００１５】
なお、可飽和吸収効果を有する保護層がストライプ内部にのみ存在する場合には、光吸収で生成されたキャリヤの飽和により、可飽和吸収効果が低減して、自励発振が起こりにくくなる。これに対して、上記のように可飽和吸収効果を有する保護層をストライプ内部および外部に存在させると、さらにストライプ内部の光吸収で生成されたキャリヤが効率よく、ストライプ外部に拡散することができる。このため、キャリヤの吸収飽和が生じにくく、自励発振が起こりやすい。また、可飽和吸収効果を有する保護層がストライプ内部にのみ存在する場合には、基本横モードの光吸収が増大して、高次横モードの混在発振が起こる。これに対して、同様に、上記の可飽和吸収効果を有する保護層をストライプ内部と外部に存在させると、基本横モードと高次横モードが同時に光吸収の影響を受けるが、ストライプ内部の活性層の利得が大きいために、基本横モードの選択発振を起こさせることができる。
【００１６】
さらに、本発明の半導体レーザ素子において、メサストライプの外部の電流阻止領域の第１電流阻止層の禁制帯幅が活性層の禁制帯幅より大きく、第１電流阻止層の外部の第２電流阻止層の禁制帯幅が活性層の禁制帯幅より小さくするとよい。すなわち、一般に基本横モードと高次横モードを比べると、高次横モードの方がストライプ外部の拡がりが大きい。そこで、上記のように構成することによって、高次横モードは基本横モードに比べて、第２電流阻止層における光吸収の影響を受けやすくなり、したがって、光吸収の少ない基本横モード発振が起こり、実用上重要な基本横モード発振が実現できる。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００１８】
実施例１
図１に実施例１の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００１９】
ｐ−ＧａＡｓ基板１上に、ｐ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第１クラッド層２(層厚１．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ保護層３（層厚０．００７μｍ）、アンドープＩｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第１ガイド層４（層厚０．０１μｍ）、アンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ａｓ0.40Ｐ0.60歪量子井戸活性層５（層厚０．００５μｍ）、アンドープＩｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ第２ガイド層６（層厚０．０１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第２クラッド層７（層厚１．２μｍ）、ｎ−ＧａＡｓキャップ層８（層厚０．１μｍ）、を順次有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成長し、選択エッチングによりｐ−ＧａＡｓ保護層３表面でエッチングを停止させて、メサストライプ９（底幅１μｍ）を形成する。
【００２０】
メサストライプ９の外側を埋め込むように、ｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第１電流阻止層１０（層厚０．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１１(層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２（層厚０．５μｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長する。
【００２１】
ｎ−ＧａＡｓキャップ層８、ｎ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２を埋め込むように、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３（層厚２μｍ）をＭＯＣＶＤ法により成長する。
【００２２】
ｐ−ＧａＡｓ基板１表面とｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３表面にｐ型電極１４とｎ型電極１５を形成する。共振器長を１００μｍに調整し、共振器端面の光出射側端面の反射率が３０％、後側の反射率が６５％となるようにＡｌ2Ｏ3膜とＳｉ膜を形成する。
【００２３】
本実施例の素子で、ｐ型電極１４とｎ型電極１５の間に順方向電圧を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流０．５ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率１．０Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの動作電流は３．５ｍＡである。雰囲気温度７０℃、一定光出力３ｍＷにおける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期の２０％増大する走行時間は１００００時間以上である。また、本実施例の素子の放射光は、ｐｎ接合に平行方向の放射角２５度、垂直方向の放射角２５度の単峰の円形ビームであり、基本横モード動作が実現できている。さらに、本実施例の素子の戻り光雑音は光ディスク装置に必要とされる基準、すなわち−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であり、光ディスク装置に十分適用可能である。
【００２４】
以上のような構成からなり、本実施例の素子において、ｐ−ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｓと格子整合するＩｎＧａＡｓＰ活性層５を形成し、活性層５の組成比を調整することにより、発振波長０．７８μｍを得る。また、クラッド層２、７に少なくともＡｌを含有する、活性層５より禁制帯幅が３００ｍｅＶ以上大きなＡｌＧａＡｓを用いるために、活性層５からクラッド層２、７へのキャリヤリークによる無効電流の発生を抑制できる。
【００２５】
本実施例の素子では、メサストライプ９の側面のＩｎＧａＡｓP活性層５、ＩｎＧａＰ第１ガイド層４、ＩｎＧａＰ第２ガイド層６、さらにメサストライプ９の底面のｐ−ＧａＡｓ保護層３は全てＡｌを含有しない半導体層により形成されている。そこで、大気中でメサストライプ９の形成を行う場合、Ａｌに起因した酸化、即ちＡｌと酸素との結合を抑制することができる。各層のＡｌ以外の構成元素はＧａ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｐであり、大気中の酸素と結合が起こるが、その結合はＡｌに比べて格段に弱く実際上全く影響がない。
【００２６】
また、本実施例のＩｎＧａＡｓＰ活性層５の場合、従来のＡｌＧａＡｓ活性層に比べて、メサストライプ側面の再成長界面あるいは端面反射膜との界面におけるＩｎＧａＡｓＰ活性層内部のフェルミ準位のピンニングが生じにくいために、キャリヤの表面再結合が抑制され、無効電流抑制に伴う動作電流の低減及び信頼性の向上が可能となる。
【００２７】
さらに、本実施例の素子では、保護層３の禁制帯幅が活性層５の禁制帯幅と略等しく設定している。したがって、本実施例では、保護層３が可飽和吸収効果を有するために、自励発振が起こり、戻り光雑音を低減できる。また、保護層３がストライプ９内部および外部に存在するため、ストライプ９内部の光吸収で生成されたキャリヤが効率よくストライプ９の外部に拡散する。このため、保護層３においてキャリヤの吸収飽和が生じにくく、光出力の増大に対して自励発振が起こりやすくなり、低雑音特性が実現できる。さらに、本実施例の素子では、可飽和吸収効果を有する保護層３がメサストライプ９の内部と外部に存在するために、基本横モードと高次横モードが同時に光吸収の影響を受けるが、ストライプ内部の活性層の利得が大きいために、基本横モードの選択発振が可能となる。
【００２８】
さらに、本実施例の素子では、メサストライプ９の外部の電流阻止領域の第１電流阻止層１０の禁制帯幅が活性層５の禁制帯幅より大きく、第１電流阻止層１０の外部の第２電流阻止層１１の禁制帯幅が活性層５の禁制帯幅より小さい。基本横モードと高次横モードを比べると、高次横モードの方がストライプ９外部への拡がりが大きく、高次横モードは基本横モードに比べて第２電流阻止層１１における光吸収の影響を受けやすくなる。したがって、光吸収の少ない基本横モード発振が起き、実用上重要な基本横モード発振が実現できる。
【００２９】
図２に参考例の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００３０】
ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層２（層厚１．２μｍ）、アンドープＩｎ0.23Ｇａ0.77Ａｓ0.57Ｐ0.43活性層５（層厚０．０７μｍ）、ｐ−（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層７（層厚１．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８（層厚０．７μｍ）を順次、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）により成長し、選択エッチングによりＩｎＧａＡｓＰ活性層５表面でエッチングを停止させて、幅２μｍのメサストライプ９を形成する。
【００３１】
メサストライプ９の外側を埋め込むように、ｐ−（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１電流阻止層１０（層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１１（層厚０．６μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２（層厚０．７μｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長する。ｐ−ＧａＡｓキャップ層８とｐ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２の表面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３をＭＯＣＶＤ法により成長する。ｎ−ＧａＡｓ基板１表面とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１３表面にｎ型電極１４とｐ型電極１５を形成する。へき開法により共振器長を２００μｍに調整し、共振器端面の反射率が３０％となるようにＡｌ2Ｏ3膜を形成する。
【００３２】
本参考例の素子で、ｎ型電極１４とｐ型電極１５の間に順方向電圧を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流２ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．６Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの動作電流は６．５ｍＡである。雰囲気温度８０℃、一定光出力３ｍＷにおける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期の２０％増大する走行時間は１００００時間以上である。また、本参考例の素子の放射光は、ｐｎ接合に平行方向の放射角１５度、垂直方向の放射角２５度である。本参考例の素子では、メサストライプ９の底面のＩｎＧａＡｓＰ活性層５はＡｌを含有しない半導体層により形成されている。そこで、メサストライプ９の形成を行う場合、Ａｌに起因した大気中の酸化、即ちＡｌと酸素との結合を抑制することができる。活性層のＡｌ以外の構成元素はＧａ、Ａｓ、Ｉｎ、Pであり、前記と同様の理由により、メサストライプ９底面のＩｎＧａＡｓＰ活性層５の再成長界面には、酸化による非発光再結合準位が非常に少なくできる。
【００３３】
また、第１、第２クラッド層２、７は（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5ＰでＡｌを含有し、活性層５とのバンドギャップの差が非常に大きく、活性層５からクラッド層２、７へのキャリヤリークの漏れ出しを十分にを抑制し、メサストライプ９底面の活性層５におけるキャリヤの非発光再結合による無効電流および結晶欠陥発生による信頼性の悪化を抑制することができ、低電流特性が得られる。
【００３４】
実施例２
図３に実施例２の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００３５】
ｐ−ＧａＡｓ基板１上に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層２(層厚２．０μｍ）、ｐ−Ｉｎ0.60Ｇａ0.40Ａｓ0.18Ｐ0.82保護層３（層厚０．０２μｍ）、アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第１ガイド層４（層厚０．０１μｍ）、アンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ａｓ0.40Ｐ0.60ウエル層（層厚０．０１μｍ、３層）とアンドープＩｎ0.48Ｇａ0.52Ｐバリア層（層厚０．００７μｍ、２層）を交互に配置してなる歪多重量子井戸活性層５、アンドープＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ第２ガイド層６、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（層厚１．５μｍ）、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３（層厚０．１μｍ）、を順次ＭＯＣＶＤ法により成長し、選択エッチングによりｐ−ＩｎＧａＡｓＰ保護層３表面でエッチングを停止させて、幅３μｍのメサストライプ９（底幅１μｍ）を形成する。
【００３６】
メサストライプ９の外側に酸素ドープの高抵抗ＡｌＩｎＰ層２１及びｐ−ＧａＡｓ平坦化層２２を選択的埋め込み成長する。ｐ−ＧａＡｓ基板１表面とｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３表面及びｐ-ＧａＡｓ平坦化層２２表面にｐ型電極１４とｎ型電極１５を形成する。へき開法により共振器長を３７５μｍに調整し、光出射側の共振器端面の反射率を１２％、反対側の反射率を７５％となるようにＡｌ2Ｏ3膜及びＳｉ膜を形成する。
【００３７】
本実施例の素子で、ｐ型電極１４とｎ型電極１５の間に順方向電圧を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流５ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率１．０Ｗ／Ａ、光出力３５ｍＷの動作電流は４０ｍＡである。雰囲気温度７０℃、一定光出力３５ｍＷにおける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期の２０％増大する走行時間は５０００時間以上である。また、本実施例の素子の放射光は、ｐｎ接合に平行方向の放射角１２度、垂直方向の放射角２４度である。本実施例は電流阻領域を酸素ドープの高抵抗ＡｌＩｎＰ層２１及びｐ−ＧａＡｓ平坦化層２２により構成している点で特色があるものであるが、本実施例の素子でも、実施例１と全く同様の作用および効果を得ることができる。
【００３８】
実施例３
図４に実施例３の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００３９】
n-ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層２（層厚１．２μｍ）、ｎ−ＩｎＧａＰ保護層３（層厚０．０１μｍ）、アンドープＩｎ0.60Ｇａ0.40Ａｓ0.18Ｐ0.82第１ガイド層４（層厚０．０２μｍ）、アンドープＩｎ0.52Ｇａ0.48Ａｓ0.22Ｐ0.78歪量子井戸活性層５、アンドープＩｎ0.60Ｇａ0.4Ａｓ0.18Ｐ0.82第２ガイド層６（層厚０．０２μｍ）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（層厚１．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャップ層８（層厚０．１μｍ）、を順次、ガスソースＭＢＥ法により成長し、選択エッチングによりｎ−ＩｎＧａＰ保護層３表面でエッチングを停止させて、幅２μｍのメサストライプ９を形成する。
【００４０】
メサストライプ９の外側に電流阻止のためにＳｉＮ誘電体２３、表面平坦化のためのポリイミド埋め込み層２４を形成する。
【００４１】
ｎ−ＧａＡｓ基板１表面とｐ−ＧａＡｓキャップ層８表面にｎ型電極１４とｐ型電極１５を形成する。共振器長を１５０μｍに調整し、共振器端面の反射率が３０％となるようにＡｌ2Ｏ3膜を形成する。
【００４２】
本実施例の素子で、ｎ型電極１４とｐ型電極１５の間に順方向電圧を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流１．０ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．６Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの動作電流は６．０ｍＡである。雰囲気温度７０℃、一定光出力３ｍＷにおける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期の２０％増大する走行時間は１００００時間以上である。また、本実施例の素子の放射光は、ｐｎ接合に平行方向の放射角１５度、垂直方向の放射角２５度である。
【００４３】
本実施例の素子は、電流阻止領域部分での作用、効果が異なるだけで、他は実施例１と同様である。なお、本実施例の素子は１回の結晶成長により作製できる利点がある。従って、電流阻止層形成のために結晶成長を行うことに起因するドーパントの再拡散を抑制でき、再拡散に起因した無効電流の発生を抑制することができる。
【００４４】
実施例４
図５に実施例４の半導体レーザ素子の断面図を示す。
【００４５】
ｐ−ＧａＡｓ基板１上に、ｐ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層２（層厚０．６μｍ）、ｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ保護層３（層厚０．２μｍ）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ第１ガイド層４（層厚０．６μｍ）、アンドープＩｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓ0.5０Ｐ0.50活性層５（層厚０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（層厚１．２μｍ）、ｎ−ＧａＡｓキャップ層８（層厚０．２μｍ）、を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長し、選択エッチングによりｐ−ＡｌＧａＡｓ保護層３表面でエッチングを停止させて、メサストライプ９（底幅１μｍ）を形成する。
【００４６】
メサストライプ９の外側を埋め込むように、ｎ−Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第１電流阻止層１０（層厚０．２μｍ）、ｐ−ＧａＡｓ第２電流阻止層１１（層厚０．６μｍ）、ｎ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２（層厚０．５μｍ）を順次、ＭＯＣＶＤ法により成長する。ｎ−ＧａＡｓキャップ層８、ｎ−ＧａＡｓ第３電流阻止層１２を埋め込むように、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３（層厚２μｍ）をＭＯＣＶＤ法により成長する。ｐ−ＧａＡｓ基板１表面とｎ−ＧａＡｓコンタクト層１３表面にｐ型電極１４とｎ型電極１５を形成する。共振器長を２００μｍに調整し、共振器端面の反射率が６５％となるようにＡｌ2Ｏ3膜とＳｉを形成する。
【００４７】
本実施例の素子は、ｐ型電極１４とｎ型電極１５の間に順方向電圧を印加した場合、発振波長０．７８μｍ、閾値電流１．０ｍＡ、電流−光出力特性のスロープ効率０．８Ｗ／Ａ、光出力３ｍＷの動作電流は４．８ｍＡである。雰囲気温度７０℃、一定光出力３ｍＷにおける動作電流の変化を調べると、動作電流が初期の２０％増大する走行時間は１００００時間以上である。また、本実施例の素子の放射光は、ｐｎ接合に平行方向の放射角１５度、垂直方向の放射角２５度である。
【００４８】
本実施例の素子では、保護層３にＡｌを含有する場合であるが、Ａｌ組成比が０．１２〜０．１６であれば、大気中の酸素の度合いが少ないので、無効電流の発生を抑制できるという効果になんら支障はない。
【００４９】
なお、本実施例の素子では、保護層３の禁制帯幅が活性層の禁制帯幅５と略等しく、実施例１と同様に、保護層３が過飽和吸収効果を有するために、自励発振が起こり、戻り光雑音を低減できる。
【００５０】
なお、本発明は、以上述べた実施例に限定されるものではなく、実施例以外の層厚、Ａｌ組成比、キャリア濃度においても、本発明の効果を有する限り適用可能である。また、成長法については、ＭＯＣＶＤ法及びＭＢＥ法、ガスソースＭＢＥ法以外に、ＬＰＥ法、ＡＬＥ（原子線エピタキシー）法においても、本発明の効果を有する限り適用可能である。また、本発明はメサストライプの場合について述べたが、それ以外に円形のメサ状領域を有し、表面からレーザ光を出射する面発光レーザの場合にも適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板上にＡｌを含有しないＩｎＧａＡｓＰから成る活性層を設けることにより、メサストライプ側面の活性層表面のＡｌの酸化に起因する無効電流発生を抑制でき、動作電流の低減が図れる。同時に、本発明の半導体レーザ素子では、クラッド層にＡｌを含有することにより、クラッド層の禁制帯幅を十分大きくして、活性層からクラッド層へのキャリヤの漏れだしに起因する無効電流発生を抑制でき、動作電流の低減が図れる有用な半導体レーザ素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】参考例に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図５】本発明の実施例４に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図６】従来の半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
１ ＧａＡｓ基板
２ 第１クラッド層
３ 保護層
４ 第１ガイド層
５ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
６ 第２ガイド層
７ 第２クラッド層
１０ 第１電流阻止層
１１ 第２電流阻止層
１２ 第３電流阻止層
２１ 高抵抗層
２３ 誘電体膜
【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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