(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧaＡs基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、１つまたは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と、上部クラッド層が形成された発振波長が７６０nmより大きく且つ８００nmより小さい半導体レーザ装置において、
上記バリア層を、上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyで構成すると共に、
上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合に、
０＜ｘ＜１
０.２＜ｙ＜０.７５
｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５
の関係が成立することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記ＧaＡs基板の格子定数をａ0とした場合に、(ａ1−ａ0)/ａ0の値が正の値であること特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記井戸層にＡl元素が含まれていないことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記井戸層がＩnＧaＡsＰで構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層のうちの何れかあるいは総てが、上記井戸層側とは反対側の面においてＡlＧaＡs層に接触していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体レーザ装置において、
上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層は、上記活性領域における最外に位置していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項５あるいは請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層の層厚は４nmより大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記クラッド層はＡlＧaＡsで構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記活性領域とクラッド層との間にＩnＧaＰまたはＩnＧaＡsＰで構成されたガイド層を備えると共に、
上記クラッド層はＡlＧaＩnＰまたはＩnＧaＰで構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は０.２５よりも大きいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れか一つに記載の半導体レーザ装置において、
上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は０.６よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
ＧaＡs基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、１つまたは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と、上部クラッド層が形成された発振波長が７６０nmより大きく且つ８００nmより小さい半導体レーザ装置において、
上記バリア層を、上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyで構成すると共に、
上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合に、
０＜ｘ≦１
０.２＜ｙ＜０.７５
｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５
の関係が成立し、
上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えた
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の何れか一つに記載の半導体レーザ装置を、発光装置として用いたことを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、活性領域にＡlを含まない発振波長７８０nm帯(７６０nmより大きく８００nmより小さい)の半導体レーザ装置、および、その半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ(コンパクトディスク)やＭＤ(ミニディスク)等のディスクを再生するための半導体レーザ装置として、７８０nm帯の半導体レーザ装置が広く使用されている。その中でも、高速書き込み可能なＣＤ‐Ｒ(ＣＤrecordable)用の半導体レーザ装置として、１２０mＷ以上の高出力でも信頼性の高い半導体レーザ装置が強く望まれている。
【０００３】
ところで、井戸層/バリア層にＡlが入っている従来のＡlＧaＡs量子井戸構造の場合には、特に高温,高出力時における信頼性が低下するという問題がある。これは、Ａlが活性な物質であるために酸素等の微量の不純物とも反応してしまい、材料の劣化を増幅してしまう為と考えられている。それに対抗する１つの方法として、上記井戸層/バリア層にＡlが入っていない構造にすることによって、高出力,高信頼性を実現することが考えられる。しかしながら、実際には、７８０nm帯において、１２０mＷ以上の高出力で十分な信頼性を有する半導体レーザ装置は未だ出現していない。
【０００４】
上記井戸層/バリア層にＡlが入っていない構造の発振波長８１０nmの半導体レーザ装置として、特開平１１‐２２０２４４号公報、および、Japanese Journal of Applied Physics Vol.38(1999)pp．L387‐L389に開示されているようなものが提案されている。そこで、この従来の技術に基づいて、７８０nmで発振する半導体レーザ装置を作成してみた。
【０００５】
図１３は、上記井戸層/バリア層にＡlが入っていないＩnＧaＡsＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置を示す構造図である。また、図１４は、図１３に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドギャップ(Ｅg)のダイアグラムを示す。
【０００６】
図１３において、１はｎ型ＧaＡs基板、２はｎ型Ａl0.63Ｇa0.37Ａs下部クラッド層、３はＩn0.484Ｇa0.516Ｐ下部ガイド層、４は活性領域である。ここで、活性領域４は、バリア層５と井戸層６とから成る単一量子井戸(ＳＱＷ)構造を有している。また、７はＩn0.484Ｇa0.516Ｐ上部ガイド層、８はｐ型のＡl0.63Ｇa0.37Ａs上部クラッド層、９はｐ型のＧaＡs保護層、１０はＳiＯ2電流ブロック層、１１はｎ側電極、１２はｐ側電極である。バリア層５は、Ｉn0.4Ｇa0.6Ｐで構成され、歪は引張歪−０.６２％で、層厚は５a及び５b共に５nmである。尚、Ｉn0.4Ｇa0.6ＰのＥgは、歪を考慮しない場合には２.０２eＶ程度と算出されるが、引張歪による影響によって１.９３eＶ〜１.９６eＶ程度になるものと考えられる。井戸層６は、Ｉn0.162Ｇa0.838Ａs0.671Ｐ0.329で構成され、Ｅgは１.５７eＶで、基板と格子整合しており、層厚は５nmである。
【０００７】
従来の井戸層/バリア層にＡlが入っていない半導体レーザ装置では、Ｉn0.484Ｇa0.516Ｐガイド層(Ｅg＝１.８９eＶ)とＩnＧaＡsＰ井戸層の間にＩn0.4Ｇa0.6Ｐバリア層を挿入して、井戸層に隣接する層(つまり、ガイド層３,７)とのＥgの差「ΔＥg」を０.３７eＶ〜０.４０eＶと、井戸層/バリア層にＡlが入っている半導体レーザ装置よりも大きくしている。例えば、ＡlＧaＡs系の半導体レーザの量子井戸構造では、通常ΔＥg＝０.２５eＶ程度である。このように、上記従来の井戸層/バリア層にＡlが入っていない半導体レーザ装置では、バリア層５に用いるＡlフリーの材料としてΔＥgをできるだけ大きくとれる材料を選び、確実なキャリアの閉じ込めを図っているのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の井戸層/バリア層にＡlが入っていないＩnＧaＡsＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置においては、以下のような問題がある。すなわち、上記半導体レーザ装置の特性を測定したところ、閾値電流は１００mＡと高く、且つ、微分効率は０.６Ｗ/Ａとなって、良好な特性が得られない。また、温度特性も非常に悪く、８０℃以上では発振しないのである。尚、上記井戸層/バリア層にＡlが入っているＡlＧaＡs系の７８０nmｍ帯の半導体レーザ装置の場合は、閾値電流が３５mＡ、微分効率が０.９Ｗ/Ａ、温度特性が１１０Ｋ程度である。したがって、上記ＡlＧaＡs系の半導体レーザ装置と比較した場合には、逆に特性が悪化しているのである。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、ΔＥgの大きさに拘らず特性を著しく向上させることができるＡlフリーの半導体レーザ装置、および、その半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明は、
ＧaＡs基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、１つまたは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と、上部クラッド層が形成された発振波長が７６０nmより大きく且つ８００nmより小さい半導体レーザ装置において、
上記バリア層を、上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyで構成すると共に、
上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合に、以下の関係が成立することを特徴としている。
０＜ｘ＜１
０.２＜ｙ＜０.７５
｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５
【００１１】
後に詳述するように、７８０nm帯の半導体レーザ装置にＩnＧaＰバリア層を用いた従来の場合には、
１）バリア層のＥvの広がりによるホールの井戸層への注入効率の低下
２）｜ΔＥc｜小による電子のオーバーフロー
が生じ、特性不良の原因となっている。
【００１２】
ところで、ＩnＧaＡsＰは、組成を変えると、同じＥgであってもコンダクションバンドのエネルギー(Ｅc)とバレンスバンドのエネルギー(Ｅv)の値は変わってくる。バリア層にＩnＧaＡsＰを用いた場合、同じＥgでは、ＩnＧaＰ組成に近づけるとＥgはバレンスバンド側に広がり、井戸層とバリア層との｜ΔＥv｜は大きくなる一方、｜ΔＥc｜は小さくなる。逆に、ＧaＡsＰ組成に近づけるとＥgはコンダクションバンド側に広がり、井戸層とバリア層との｜ΔＥv｜が小さくなる一方、｜ΔＥc｜は大きくなる。そして、Ｅvの変化は特にＩnＧaＡsＰ中のＰ元素の組成に関係し、Ｅcの変化は特に井戸層との歪量の差に関係する。
【００１３】
上記構成によれば、上記バリア層をＩnＧaＡsＰとし、Ｐ元素の組成比を０.２よりも大きく且つ０.７５よりも小さくしているので、従来の場合のＩnＧaＰバリア層に比べ、ＧaＡs基板に対するＥvの差｜ΔＥv0｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【００１４】
さらに、上記バリア層の井戸層に対する歪量を０.６５％より大きくしている。したがって、上記バリア層と井戸層とのΔＥcが、０.１２eＶ程度以上に設定される。この０.１２eＶ程度とは、ＡlＧaＡs系半導体レーザの量子井戸構造において、バリア層としてIII族のＡl組成が０.２７程度のＡlＧaＡsを用いた場合の、バリア層と井戸層とのΔＥcに相当する。したがって、上記井戸層からの電子のオーバーフローが抑制される。
【００１５】
こうして、上記ＩnＧaＰバリア層を用いた従来の半導体レーザ装置における特性不良の原因が解消され、Ｅgが小さいため効果が得られないと考えられていたＧaＡsＰまたはＧaＡsＰに近い組成のＩnＧaＡsＰを用いた７８０nm帯の半導体レーザ装置の特性が、著しく向上されるのである。
【００１６】
さらに、ＩnＧaＡsＰバリア層のＩn元素によって転位の増殖が抑えられ、更に高い信頼性が得られる。
【００１７】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ＧaＡs基板の格子定数をａ0とした場合に、(ａ1−ａ0)/ａ0の値は正の値である。
【００１８】
この実施例によれば、上記井戸層のＧaＡs基板に対する歪は圧縮歪となっている。したがって、例えば、上記バリア層の格子定数ａ2を上記ＧaＡs基板の格子定数ａ0より小さい引張歪にした場合であっても、活性領域全体としての平均的な歪量を抑制することができる。したがって、結晶内の欠陥の量を減らして信頼性の向上を図ることができ、上記活性領域全体としての臨界膜厚が増大するため上記バリア層の層厚を厚くできる。また、上記井戸層は圧縮歪であるため、偏光モードがＴＥモードの半導体レーザ装置が得られる。
【００１９】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記井戸層にＡl元素は含まれていない。
【００２０】
この実施例によれば、上記井戸層およびバリア層には、活性な物質であるために酸素等の微量の不純物とも反応するＡl元素は含まれていない。したがって、高温,高出力時においても高い信頼性が得られる。
【００２１】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記井戸層がＩnＧaＡsＰで構成されている。
【００２２】
この実施例によれば、ＩnＧaＡsＰ井戸層は、ＧaＡs基板に比較してＥgがバレンスバンド側に広がって｜ΔＥc0｜＜｜ΔＥv0｜となる。逆に、ＡlＧaＡsを井戸層とした場合は井戸層のＥgはコンダクションバンド側に広がって｜ΔＥc0｜＞｜ΔＥv0｜となる。したがって、上記ＩnＧaＡsＰ井戸層とバリア層とを組み合せた場合は、ＡlＧaＡsを井戸層とした場合に比較して、井戸層とバリア層との｜ΔＥc｜がより大きく、｜ΔＥv｜がより小さくなる。したがって、井戸層とバリア層との｜ΔＥc｜が大きくなって電子のオーバーフローが抑制され、さらに低閾値電流化,高微分効率化,高温度特性化が図られる。
【００２３】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記バリア層のうちの何れかあるいは総てが、上記井戸層側とは反対側の面においてＡlＧaＡs層に接触している。
【００２４】
この実施例によれば、上記バリア層はＡlＧaＡs層に接触することによって、上記コンダクションバンド側において、上記ＡlＧaＡs層との間で大きなバリアが形成される。したがって、上記ＡlＧaＡs層を井戸層側とは反対側に位置させることによって、上記井戸層からバリア層にオーバーフローした一部の電子が更に上記ＡlＧaＡs層へオーバーフローすることが抑制される。こうして、上記井戸層への電子の閉じ込め効果が更に増加されて、特性が更に向上される。
【００２５】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層は上記活性領域における最外に位置している。
【００２６】
この実施例によれば、上記バリア層に接触しているＡlＧaＡs層は上記活性領域における最外に位置している。したがって、一部の電子が活性領域外にまでオーバーフローすることが抑制され、上記電子の閉じ込め効果がより増加される。
【００２７】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層の層厚は４nmよりも大きくなっている。
【００２８】
この実施例によれば、上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層の層厚が４nmよりも大きいので、上記ＡlＧaＡs層におけるＡlの影響が大幅に抑制されて、高温,高出力時においても高い信頼性が得られる。
【００２９】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えている。
【００３０】
この実施例によれば、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡlＧaＡsガイド層との間に大きなバリアが形成される。したがって、上記活性領域外であるガイド層までの電子のオーバーフローが抑制されて、ＩnＧaＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流および特性温度に対して顕著な向上が図られる。さらに、上記ＧaＡs基板に対する格子整合も図られる。
【００３１】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記クラッド層はＡlＧaＡsで構成されている。
【００３２】
この実施例によれば、バリア層あるいはガイド層からの電子のオーバーフローをさらに抑制することができる。また、ＡlＧaＡsはIII族組成の揺らぎが発生してもＧaＡs基板への格子整合性が維持されることから、１μm以上の厚さを有する上記クラッド層全体が確実に上記ＧaＡs基板に対する格子整合を図ることができるのである。
【００３３】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記活性領域とクラッド層との間にはＩnＧaＰまたはＩnＧaＡsＰで構成されたガイド層を備えると共に、上記クラッド層はＡlＧaＩnＰまたはＩnＧaＰで構成されている。
【００３４】
この実施例によれば、上記ガイド層をＩnＧaＰあるいはＩnＧaＡsＰとしているが、上記コンダクションバンド側においては、上記第１の発明におけるＩnＧaＡsＰバリア層が、井戸層とガイド層の間のバリアとして機能することになる。したがって、上記バリア層の層厚を最適に選ぶことによって、電子が上記井戸層内に充分に留められて良好な素子特性が得られる。
【００３５】
さらに、上記クラッド層をＡlＧaＩnＰまたはＩnＧaＰとしている。このように、上記ＧaＡs基板に対するＥvの差｜ΔＥv0｜が上記ガイド層であるＩnＧaＰまたはＩnＧaＡsＰよりも大きいＡlＧaＩnＰまたはＩnＧaＰを上記クラッド層として用いることによって、上記クラッド層の｜ΔＥv0｜がガイド層よりも大きいバンド構造が得られる。したがって、上記井戸層へのホールの注入が問題なく行われるのである。
【００３６】
さらに、上記井戸層およびバリア層は元より、上記活性領域外のガイド層にもＡlは含まれていない。したがって、高温,高出力動作時においても更に高い信頼性を得ることができる。
【００３７】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は、０.２５よりも大きくなっている。
【００３８】
この実施例によれば、上記バリア層の｜ΔＥv0｜を上記井戸層の｜ΔＥv0｜よりも確実に大きくすることで、注入されたホールが上記井戸層により確実に閉じ込められる。
【００３９】
また、１実施例では、上記第１の発明の半導体レーザ装置において、上記バリア層のＶ族元素中におけるＰの組成比を表わす上記ｙの値は、０.６よりも小さくなっている。
【００４０】
この実施例によれば、上記バリア層の｜ΔＥv0｜をより確実に小さくできる。したがって、上記ガイド層からのバリア層へのホールの注入がより確実に行われる。
【００４１】
また、第２の発明は、
ＧaＡs基板上に、少なくとも、下部クラッド層と、１つまたは複数の井戸層とバリア層とが積層されて成る量子井戸を含む活性領域と、上部クラッド層が形成された発振波長が７６０nmより大きく且つ８００nmより小さい半導体レーザ装置において、
上記バリア層を、上記井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyで構成すると共に、
上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合に、
０＜ｘ≦１
０.２＜ｙ＜０.７５
｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５
の関係が成立し、
上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えた
ことを特徴としている。
【００４２】
上記構成によれば、上記バリア層をＧaＡsＰまたはＩnＧaＡsＰとし、Ｐ元素の組成比を０.２よりも大きく且つ０.７５よりも小さくしているので、従来の場合のＩnＧaＰバリア層に比べ、ＧaＡs基板に対するＥvの差｜ΔＥv0｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【００４３】
さらに、上記バリア層の井戸層に対する歪量を０.６５％より大きくしている。したがって、上記バリア層と井戸層とのΔＥcが、０.１２eＶ程度以上に設定される。この０.１２eＶ程度とは、ＡlＧaＡs系半導体レーザの量子井戸構造において、バリア層としてIII族のＡl組成が０.２７程度のＡlＧaＡsを用いた場合の、バリア層と井戸層とのΔＥcに相当する。したがって、上記井戸層からの電子のオーバーフローが抑制される。
【００４４】
さらに、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡlＧaＡsガイド層との間に大きなバリアが形成される。したがって、上記活性領域外であるガイド層までの電子のオーバーフローが抑制されて、ＩnＧaＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流および特性温度に対して顕著な向上が図られる。さらに、上記ＧaＡs基板に対する格子整合も図られる。
【００４５】
また、第３の発明の光ディスク装置は、上記第１あるいは第２の発明の半導体レーザ装置を発光装置として用いたことを特徴としている。
【００４６】
上記構成によれば、ＣＤ/ＭＤ用の光ディスク装置の発光装置として、従来よりも高い光出力で安定に動作する半導体レーザ装置が用いられている。したがって、光ディスクの回転数を従来よりも高速にしてもデータの読み書きが可能となり、特にＣＤ‐Ｒ,ＣＤ‐ＲＷ(ＣＤrewritable)等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間が格段に短くなる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４８】
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態の半導体レーザ装置における構成を示す図である。本実施の形態は、ＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層の量子井戸活性領域を有する発振波長が７８０nmの半導体レーザ装置に関する。
【００４９】
図１において、２１はｎ型ＧaＡs基板、２２はｎ型ＧaＡsバッファ層（層厚０.５μm)、２３はｎ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下部クラッド層（層厚１.７μm)、２４はＡl0.35Ｇa0.65Ａs下部ガイド層（層厚４５nm）、２５は活性領域である。ここで、活性領域２５は、バリア層２６と井戸層２７とから成る二重量子井戸(ＤＱＷ)構造を有している。また、２８はＡl0.35Ｇa0.65Ａs上部ガイド層（層厚４５nm)、２９aはｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第１クラッド層(層厚０.２μm)、３０はｐ型ＧaＡsエッチングストップ層(層厚３nm）、２９bはリッジストライプ形状のｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第２クラッド層(層厚１.２８μm)、３１はｐ型ＧaＡs保護層(層厚０.７μm)、３２はｎ型Ａl0.7Ｇa0.3Ａs第１電流ブロック層(層厚０.６μm)、３３はｎ型ＧaＡs第２電流ブロック層(層厚０.７μm)、３４はｐ型ＧaＡs埋込み保護層(層厚０.６μm)、３５はｐ型ＧaＡsキャップ層(層厚２μm)、３６はｎ側電極、３７はｐ側電極である。
【００５０】
尚、上記バリア層２６はＧaＡs0.72Ｐ0.28で構成され、歪は引張歪−１％で、層厚は２６a,２６cが８nmであり、２６bが７nmである。尚、ＧaＡs0.72Ｐ0.28のＥgは、歪を考慮しない場合は１.７７eＶ程度と算出される。引張歪によるＥgへの影響については本材料組成付近では明確ではないので、ここでは考慮しないものとする。井戸層２７は、Ｉn0.162Ｇa0.838Ａs0.671Ｐ0.329で構成され、Ｅgは１.５７eＶで、基板と格子整合しており、層厚は２７a,２７b共に５nmである。尚、井戸層２７とバリア層２６とのΔＥgは０.２０eＶである。
【００５１】
ところで、従来のＡlＧaＡs系の量子井戸構造の半導体レーザ装置では、通常ΔＥgは０.２５eＶ程度であり、本実施の形態のごとくΔＥgが０.２０eＶ程度になるとキャリアがオーバーフローして特性の劣化が見られるようになる。
【００５２】
上記構成のＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層半導体レーザ装置は、以下の様にして作成することができる。すなわち、先ず、(１００)面を有するＧaＡs基板２１上に、ＧaＡsバッファ層２２、ＡlＧaＡs下部クラッド層２３、ＡlＧaＡs下部ガイド層２４、３層のバリア層２６と２層の井戸層２７を交互に配置して成るＤＱＷ構造の活性領域２５、ＡlＧaＡs上部ガイド層２８、ＡlＧaＡs上部第１クラッド層２９a、ＧaＡsエッチングストップ層３０、ＡlＧaＡs上部第２クラッド層２９b、ＧaＡs保護層３１を、有機金属気相成長法によって順次結晶成長させる。さらに、ＧaＡs保護層３１上におけるリッジストライプ部を形成する部分に、ストライプ方向が(０１１)方向であるようなレジストマスクを写真工程によって形成する。
【００５３】
次に、上記レジストマスク以外の部分におけるＧaＡs保護層３１およびＡlＧaＡs上部第２クラッド層２９bのみをエッチング除去して、リッジストライプ部を形成する。そして、このリッジストライプ部の上側及び両側を含む全体に、ＡlＧaＡs第１電流ブロック層３２、ＧaＡs第２電流ブロック層３３、ＧaＡs埋込み保護層３４を、有機金属気相成長法によって順次結晶成長させる。その際に、上記リッジストライプ部上には、リッジストライプ部の形状を反映して電流ブロック層３２,３３および埋込み保護層３４が凸状に形成される。
【００５４】
次に、上記ＧaＡs埋込み保護層３４上における上記凸状部を除く領域にレジストマスクを形成する。そして、上記凸状部の埋込み保護層３４,第２電流ブロック層３３および第１電流ブロック層３２をエッチングにより順次除去して、リッジストライプ部の頂部を露出させる。その後、全面に、ＧaＡsキャップ層３５を有機金属気相成長法によって結晶成長させる。そして最後に、基板２１の表面にｎ側電極３６を形成し、キャップ層３５の表面にｐ側電極３７を形成する。以上のようにして、ストライプ幅２.５μmの埋込リッジ構造を有するＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層の半導体レーザ装置が形成される。
【００５５】
尚、比較のため、図１におけるバリア層２６のみを、図１３に示すＩnＧaＡsＰ系量子井戸構造の半導体レーザ装置におけるバリア層５と同じＩn0.4Ｇa0.6ＰとしたＩnＧaＡsＰ井戸層/ＩnＧaＰバリア層の半導体レーザ装置も同様に形成して、ＧaＡsＰバリア層とＩnＧaＰバリア層との違いによる素子特性の比較を行った。尚、ＩnＧaＰバリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置の場合には、井戸層とバリア層とのΔＥgは０.３６eＶ〜０.３９eＶとなる。
【００５６】
両半導体レーザ装置とも、共振器長８００μmで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後、素子特性の測定を行った。その結果、ＧaＡsＰバリア層を用いた本実施の形態の半導体レーザ装置では、閾値電流Ｉth＝２５mＡ、微分効率ηd＝１.０Ｗ/Ａ、温度特性Ｔ0＝１４０Ｋを呈した。これに対して、ＩnＧaＰバリア層を用いた上記比較用の半導体レーザ装置では、閾値電流Ｉth＝３８mＡ、微分効率ηd＝０.５２Ｗ/Ａ、温度特性Ｔ0＝１０８Ｋを呈した。このように、ＩnＧaＰバリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置は、上述したように、井戸層とバリア層とのΔＥgは大きいにも拘らず、良好な特性は得られない。一方、ＧaＡsＰバリア層を用いた本実施の形態の半導体レーザ装置では、上記ΔＥgは０.２０eＶと非常に小さいにも拘らず、ＩnＧaＰバリア層と比べて素子特性を著しく向上できるのである。以下、その理由に付いて検証してみる。
【００５７】
(Ｅc,Ｅvの机上検討)
半導体のＥgは、コンダクションバンドのエネルギー(Ｅc)およびバレンスバンドのエネルギー(Ｅv)の差である。しかしながら、例え同じＥgであっても、ＥcおよびＥvは材料系や組成等によって相違する。一般に、ＡlＧaＡs系はＥc,Ｅvが高いのに対して、ＩnＧaＡsＰ系ではＥc,Ｅvが低いと言われている。異なる半導体層間のヘテロ界面においては、両層間のＥc同士の差及びＥv同士の差(ΔＥc,ΔＥv)が電子やキャリアの振る舞いに影響を与える。そこで、本実施の形態の半導体レーザ装置および比較用の半導体レーザ装置において井戸層およびバリア層に用いているＩnＧaＡsＰに対するＥc,Ｅvについて着目し、その関係について検討を行ってみる。
【００５８】
以下においては、半導体のＥg,Ｅc,Ｅvの大小を、両半導体レーザ装置において基板に用いているＧaＡsのＥg,Ｅc,Ｅvを基準にしてその基準に対する差の値｜ΔＥg0｜,｜ΔＥc0｜,｜ΔＥv0｜で表現することにする。また、｜ΔＥg0｜は｜ΔＥcO｜＋｜ΔＥvO｜である。ここで、｜ΔＥg0｜のうち｜ΔＥc0｜が占める割合を、｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜と表現する。
【００５９】
そうすると、比較例に相当するＩnＧaＰの｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜については
｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜＝０.１８
という数値がAppl.Phys.Lett.66,p1785(1995)に開示されており、これを検討に使用する。一方、本実施の形態に相当するＧaＡsＰの｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜については、上記ＩnＧaＰより大であることは一般に知られてはいるが、具体的な数値は不明である。そこで、ＧaＡsＰの｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜として幾つかの値を設定し、更にＩnＧaＰとＧaＡsＰとの間の組成であるＩnＧaＡsＰについては、組成に応じてＩnＧaＰの値とＧaＡsＰの値との間で変化すると仮定し、各組成におけるＩnＧaＡsＰの｜ΔＥg0｜,｜ΔＥc0｜,｜ΔＥv0｜がどのようになるかを検討してみる。ここでは、実際のＧaＡsＰ特性に最も合った例として、ＧaＡsＰの｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜を０.６０とした場合を示す。尚、ＩnＧaＡsＰ系のＥg自体についても、実験結果に基づいて組成との関係を推定した。これは、ＩnＧaＡsＰ系のＥgについて、組成との関係式が幾つか提示されてはいるが、互いに相違しており明確になっていないためである。
【００６０】
図４は、横軸ｘをIII族のＧa組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥgとなる(ｘ,ｙ)を結んで等Ｅg曲線を描いた図である。図５は、横軸ｘをIII族のＧa組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥcとなる(ｘ,ｙ)を結んで等Ｅc曲線を描いた図である。尚、｜ΔＥc0｜を５０meＶ毎の等間隔で描いている。また、図６は、同様に、横軸ｘをIII族のＧa組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、同じＥvとなる(ｘ,ｙ)を結んで等Ｅv曲線を描いた図である。尚、｜ΔＥv0｜を５０meＶ毎の等間隔で描いている。また、図７は、横軸ｘをIII族のＧa組成とする一方、縦軸ｙをＶ族のＰ組成とした平面上に、ＧaＡsに対する歪量が同じになる(ｘ,ｙ)を結んで等歪曲線(等格子定数曲線)を描いた図である。
【００６１】
上記等Ｅg線と等Ｅc線と等Ｅv線とを比較すると、上記等Ｅg線上に沿って組成をＩnＧaＰに近づけると、｜ΔＥv0｜は大きくなるが｜ΔＥc0｜は若干小さくなり、Ｅgはバレンスバンド側に広がることが判る。逆に、組成をＧaＡsＰに近づけると、｜ΔＥv0｜は小さくなるが｜ΔＥc0｜が大きくなり、Ｅgはコンダクションバンド側に広がることが判る。
【００６２】
(机上検討図と本実施の形態の比較、図４〜図７から判る効果)
図４〜図７に、本実施の形態半導体レーザ装置におけるＩnＧaＡsＰ井戸層２７およびＧaＡsＰバリア層２６の各組成(ｘ,ｙ)点を、夫々○,●で示している。図５より｜ΔＥc0｜を読み取り、図６より｜ΔＥv0｜を読み取り、ＧaＡs基板２１,ＩnＧaＡsＰ井戸層２７およびＧaＡsＰバリア層２６のエネルギーバンドの関係を描くと図３に示すようになる。さらに、素子構造の活性領域近傍のエネルギーバンドを描くと図２(a)に示すようになる。尚、図２(b)に、ＩnＧaＰバリア層を用いた比較用の半導体レーザ装置の場合を示している。
【００６３】
図２において、本実施の形態の半導体レーザ装置と比較用の半導体レーザ装置とを比較すると、先ず第１に明確に判ることは、図２(b)に示すように、ＩnＧaＰバリア層の半導体レーザ装置では、Ｅv側に、ガイド層から流れ込むホールに対して非常に大きなバリアが形成されていることである。このバリアの影響によって井戸層にホールが注入され難くなり、閾値電流の上昇や微分効率の低下が発生したと推測される。これに対して、ＧaＡsＰバリア層の半導体レーザ装置の場合には、図２(a)に示すように、Ｅv側にバリアが存在せず、電子およびホール共にキャリアの注入が効率よく行われて、閾値電流の低減および微分効率の増大に繋がったと推定される。
【００６４】
第２に、上記ＧaＡsＰバリア層の半導体レーザ装置は、ＩnＧaＰバリア層の半導体レーザ装置よりもＥgは小さいが、井戸層とバリア層とのＥc同士の差である｜ΔＥc｜は逆に大きくなっていることが判る。このように、バリア層をＧaＡsＰとすることによって｜ΔＥc｜が大きくなるため、電子のオーバーフローがより抑制されて、更なる閾値電流の低減および微分効率の増大、また、温度特性の向上に繋がったと推定される。
【００６５】
(組成および歪量の有効な範囲の決定)
図５および図６は、上述したようにＧaＡsＰの｜ΔＥc0｜/｜ΔＥg0｜を０.６０と仮定した場合のものであり、真の曲線は不明である。しかしながら、本実施の形態の半導体レーザ装置と比較用の半導体レーザ装置とから得られた素子特性が、上述したように、図５および図６による推定に対して大きな齟齬がないために、図４〜図７に示す曲線が有する傾向は、大まかには実態を表わしていると判断される。
【００６６】
以下、この判断に基づいて、ＩnＧaＡsＰ組成がバリア層として有効に機能する｜ΔＥc0｜および｜ΔＥv0｜の上限と下限とについて述べる。
【００６７】
井戸層へのキャリア注入についてはホールが支配的と考え、｜ΔＥv0｜を不必要に大きくしないように設定する。また、井戸層からのキャリアのオーバーフローについては電子が支配的と考え、｜△Ｅc0｜を不必要に小さくしないように設定することにする。尚、発振波長が７８０nmの半導体レーザ装置におけるＩnＧaＡsＰ井戸層においては、｜ΔＥc0｜＝約０.０３eＶであり、｜ΔＥv0｜＝約０.１２eＶであると推定される。但し、この値は、井戸層の歪量等によって変動するので厳密ではない。
【００６８】
先ず、｜ΔＥv0｜の最小値については、バリア層と井戸層とのΔＥvは少なくとも正の値になる必要がある。したがって、｜ΔＥv0｜＞約０.１２eＶであり、図６からＰ組成０.１５〜０.３０付近に｜ΔＥv0｜の境界が存在すると言える。
【００６９】
次に、｜ΔＥv0｜の最大値については、ガイド層からのホールの注入を疎外しない程度に抑える必要がある。ガイド層やクラッド層として、ＩnＧaＰやＡlＧaＡs等のＧaＡs基板に格子整合する種々の材料や組成が用いられるが、少なくとも最も｜ΔＥv0｜の大きいＩnＧaＰが用いられた場合よりも｜ΔＥv0｜を小さくする必要があり、｜ΔＥv0｜＜約０.３８eＶ(図６におけるＧaＡsに対する歪量が０の破線とＩnＧaＰの線との交点での｜ΔＥv0｜の値)となる。したがって、図６から、Ｐ組成が０.６０〜０.８０である付近に｜ΔＥv0｜の境界が存在すると言える。
【００７０】
また、｜ΔＥc0｜の最小値については、井戸層からの電子のオーバーフローを防ぐために、バリア層と井戸層のΔＥcが０.１２eＶ程度以上になるように設定する必要がある。この０.１２eＶは、ＡlＧaＡs系の半導体レーザ装置では、バリア層にIII族のＡl組成が０.２７程度のＡlＧaＡsを用いた場合に相当する。したがって、バリア層の｜ΔＥc0｜は、井戸層の｜ΔＥc0｜が約０.０３eＶであるから、｜ΔＥc0｜＞約０.１５eＶ(約０.０３eＶ＋０.１２eＶ)となる。図５及び図７から判るように等Ｅc線が等格子定数線と平行に近いことから、｜ΔＥc0｜に関しては井戸層のＧaＡsに対する歪量からの歪量の差の値で境界を設定することができる。すなわち、井戸層の歪量との歪量の差が−０.６５％〜−０.８５％の付近に｜ΔＥc0｜の境界が存在すると言える。
【００７１】
次に、｜ΔＥc0｜の最大値については、電子の注入は相当大きなバリアでなければあまり影響はないと考え、特に考慮しないものとする。
【００７２】
以上、大まかに推定したＰ組成および歪量の境界に基づいて、実際に幾種類かのバリア層の半導体レーザ装置を作成して特性を測定した結果によると、Ｐ組成を０.２以下および０.７５以上に設定すると、素子特性が大幅に低下する。したがって、Ｐ組成については、０.２よりも大きく且つ０.７５よりも小さい範囲が有効なのである。更には、０.２５よりも大きく且つ０.６よりも小さい範囲で、極めて有効な素子特性を得ることができるのである。また、井戸層の歪量との歪量の差を−０.６５％以下に設定すると、素子特性が低下する。したがって、井戸層の歪量との歪量の差については、−０.６５％よりも大きい範囲が有効なのである。
【００７３】
尚、上述した｜ΔＥg0｜,｜ΔＥc0｜,｜ΔＥv0｜の推定値は、歪によるバンド構造の変化については明確なデータが無いために考慮しておらず、真の値を示しているとは限らない。しかしながら、本実施の形態において得られた範囲は、飽くまでもこれらの推定を参考にして実際に半導体レーザ装置を作成し、その特性を検討した結果に基づいて得たものである。したがって、上記推定値の真偽によって、上記範囲が左右されるものではない。
【００７４】
(電子オーバーフローに対するＡlＧaＡsガイド層の利点)
上記コンダクションバンド側においては、ＡlＧaＡsをガイド層として用いることによって、ＧaＡsＰバリア層２６a,２６cとＡlＧaＡsガイド層２４,２８との間でも大きなバリアが形成される。したがって、例え電子の一部がバリア層２６a,２６cにオーバーフローしたとしても、ガイド層２４,２８へのオーバーフローを抑制することができ、井戸層２７への電子の閉じ込め効果が更に増加して、素子特性の向上に非常に効果がある。これは、図１３に示す従来のＩnＧaＡsＰ系半導体レーザ装置と上記比較用のＩnＧaＰバリア層の半導体レーザ装置とを比較した場合に顕著に現れる。両者は、井戸層がＩnＧaＡsＰでありバリア層がＩnＧaＰであり略同じ材料であるのに対して、ガイド層に前者がＩnＧaＰで後者がＡlＧaＡsでの違いがあるだけである。しかしながら、素子特性には、閾値電流は前者が１００mＡで後者が３８mＡであり、温度特性は前者が８０℃では発振せず評価できないほど非常に悪いのに対し、後者が１０８Ｋであり、大きな差が現れている。以上のことから、ＡlＧaＡsをガイド層として用いる効果が判る。
【００７５】
(Ａlフリーによる高信頼性)
本実施の形態においては、井戸層２７および井戸層２７に接するバリア層２６にＡlを含んでいないために、高温,高出力時においても、高い信頼性を得ることが可能である。また、バリア層２６にＩnを添加してＩnＧaＡsＰバリア層とすることによって、更に高い信頼性を得ることが可能になる。これは、Ｉnが転位の増殖を抑えているためと考えられる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、上記活性領域における最外のバリア層２６a,２６cの外側がＡlＧaＡsのガイド層２４,２８となっている。そのため、ＧaＡsＰバリア層２６の層厚を４nm以下にすると、高温,高出力時での信頼性が低下する。これは、ガイド層２４,２８のＡlの影響と考えられる。したがって、ＧaＡsＰバリア層２６の層厚を４nmより大きくすることによって、ガイド層２４,２８のＡlの影響を大幅に抑制することができ、高温,高出力時においても高い信頼性を得ることができる。
【００７７】
(ＩnＧaＡsＰ井戸層によるＥc,Ｅvに関する利点)
図３から判るように、上記ＩnＧaＡsＰ井戸層２７は、ＧaＡs基板２１に比較して、Ｅgはバレンスバンド側に広がって｜ΔＥc0｜＜｜ΔＥv0｜となる。これとは逆に、ＧaＡsＰバリア層２６は、Ｅgはコンダクションバンド側に広がって｜ΔＥc0｜＞｜ΔＥv0｜となる。したがって、ＩnＧaＡsＰ井戸層２７とＧaＡsＰバリア層２６との組み合わせは、例えばＡlＧaＡsを井戸層とした場合に比較して、井戸層２７とバリア層２６とのΔＥcおよびΔＥvを考えると、｜ΔＥc｜をより大きく、｜ΔＥv｜をより小さくできる。すなわち、本実施の形態によれば、小さなＥgのバリア層で｜ΔＥv｜を小さいままに｜ΔＥc｜を大きくすることが可能になる。その結果、井戸層２７とバリア層２６との｜ΔＥc｜を大きくして電子のオーバーフローを抑制し、より低閾値電流化,高微分効率化,高温度特性化が可能になるのである。
【００７８】
(無歪井戸層への引張歪バリア層の影響による効果)
本実施の形態においては、上記井戸層２７としてＧaＡs基板２１に格子整合したＩnＧaＡsＰを用いたが、両側に在るバリア層２６の引張歪の影響によって井戸層２７も歪の影響を受けている。したがって、通常は、井戸層に歪を導入するのであるが、本実施の形態においては、井戸層２７に歪を導入することなく歪の効果を得ることができ、低閾値電流化および高出力化が可能になるのである。
【００７９】
また、本実施の形態における半導体レーザ装置は、ＴＭモード発振を行う。引張歪層の発光は、ライトホールバンドが発光に寄与してＴＭモードとなることが知られている。本実施の形態におけるＩnＧaＡsＰ井戸層２７には、格子定数がＧaＡs基板２１と一致しているにも拘らず、ＧaＡsＰバリア層２６の引張歪の影響を受けて引張歪のエネルギーが加えられてＴＭモードとなるのである。通常、井戸層に引張歪を入れてＴＭモードとする場合、バリア層も引張歪であると、活性領域全体としての歪量が非常に大きくなって信頼性が低下してしまう。ところが、本実施の形態の場合には、無歪の井戸層を用いているために活性領域全体としての歪量を抑制することができ、高い素子特性と高い信頼性の両立が可能なＴＭモードの半導体レーザ装置が得られるのである。
【００８０】
尚、上述のように、本実施の形態においてはＴＭモードを選択しているが、バリア層の引張歪量を下げることや井戸層を圧縮歪とすること等によって、ＴＥモードを選択することも可能である。
【００８１】
以上のごとく、本実施の形態においては、半導体レーザ装置における活性領域２５を、バリア層２６と井戸層２７とから成るＤＱＷ構造とし、バリア層２６を歪量−１％のＧaＡs0.72Ｐ0.28で構成し、井戸層２７をＧaＡs基板２１と格子整合したＩn0.162Ｇa0.838Ａs0.671Ｐ0.329で構成している。このように、バリア層２６を、０.２よりも大きく且つ０.７５よりも小さいＰ組成であって、−０.６５％よりも大きい井戸層の歪量(＝基板の歪量)との歪量の差を有するＧaＡsＰとし、ＩnＧaＡsＰ井戸層２７と組み合せることによって、バリア層２６と井戸層２７とガイド層２４,２８の｜ΔＥv0｜を、井戸層２７の｜ΔＥv0｜＜バリア層２６の｜ΔＥv0｜＜ガイド層２４,２８の｜ΔＥv0｜の大小関係が成立するように設定することができ、ガイド層２４,２８からのホールの注入を効率良く行うことができる。さらに、上記バリア層２６と井戸層２７との間のΔＥcを０.１２eＶ以上に設定することができ、井戸層２７からの電子のオーバーフローを抑制することができる。
【００８２】
したがって、井戸層２７とバリア層２６とのΔＥgは０.２０eＶと小さいにも拘わらず、閾値電流Ｉth＝２５mＡ、微分効率ηd＝１.０Ｗ/Ａ、温度特性Ｔ0＝１４０Ｋと、ＩnＧaＰバリア層と比べて素子特性を著しく向上させることができるのである。
【００８３】
その際に、上記ＧaＡsＰバリア層２６の層厚を４nmより大きくしているので、ＡlＧaＡsガイド層２４,２８のＡlの影響を大幅に抑制することができ、高温,高出力時に高い信頼性を得ることができる。
【００８４】
また、上記ＧaＡsＰバリア層２６にＩnを添加してＩnＧaＡsＰバリア層とすることによって、転位の増殖を抑えることができ、更に高い信頼性を得ることができるのである。
【００８５】
(種々の構成の自由度)
本実施の形態においては、上記ＩnＧaＡsＰ井戸層２７をＧaＡs基板２１と同じ格子定数としたが、ＩnＧaＡsＰ井戸層２７に歪を加えてもＧaＡsＰバリア層２６は有効であり、素子特性の向上に繋がる。また、本実施の形態における井戸数は２層であるが、これに限るものではなく、任意の井戸数で同様の効果が得られる。また、本実施の形態においては埋込リッジ構造としたがこれに限定されるものではなく、リッジ構造,内部ストライプ構造,埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果を得ることができる。
【００８６】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０nmとしたがこれに限るものではなく、７６０nmよりも大きく且つ８００nmよりも小さい所謂７８０nm帯であれば同様の効果を得ることができるのである。
【００８７】
＜第２実施の形態＞
図８は、本実施の形態の半導体レーザ装置における構成を示す図である。本実施の形態は、ＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＩnＧaＡsＰバリア層の量子井戸活性領域を有する波長７８０nmの半導体レーザ装置に関する。
【００８８】
図８において、４１はｎ型ＧaＡs基板、４２はｎ型ＧaＡsバッファ層(層厚０.５μm)、４３aはｎ型Ａl0.4Ｇa0.6Ａs下部第２クラッド層（層厚３.０μm)、４３bはｎ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs下部第１クラッド層（層厚０.２μm)、４４はＡl0.42Ｇa0.58Ａs下部ガイド層(層厚０.１μm)、４５は活性領域である。ここで、活性領域４５は、バリア層４６と井戸層４７とから成るＤＱＷ構造を有している。また、４８はＡl0.42Ｇa0.58Ａs上部ガイド層(層厚０.１μm)、４９aはｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第１クラッド層(層厚０.２μm)、５０はｐ型ＧaＡsエッチングストップ層(層厚３nm)、４９bはリッジストライプ形状のｐ型Ａl0.5Ｇa0.5Ａs上部第２クラッド層（層厚１.２８μm)、５１はｐ型ＧaＡs保護層（層厚０.７μm)、５２はｎ型Ａl0.7Ｇa0.3Ａs第１電流ブロック層(層厚０.６μm)、５３はｎ型ＧaＡs第２電流ブロック層（層厚０.７μm)、５４はｐ型ＧaＡs埋込み保護層（層厚０.６μm)、５５はｐ型ＧaＡsキャップ層(層厚２μm)、５６はｎ側電極、５７はｐ側電極である。
【００８９】
尚、上記バリア層４６は、Ｉn0.09Ｇa0.91Ａs0.41Ｐ0.59によって構成され、Ｅgは２.０２eＶ、歪は引張歪−１.４５％で、層厚は４６a,４６cが１０nmであり４６bが５nmである。また、上記井戸層４７は、Ｉn0.27Ｇa0.73Ａs0.55Ｐ0.45で構成され、Ｅgは１.５５eＶ、歪は圧縮歪０.３５％で、層厚は４７a,４７b共に８nmである。尚、井戸層４７とバリア層４６とのΔＥgは０.４７eＶである。
【００９０】
尚、歪によるバリア層４６および井戸層４７のＥgへの影響については、本材料組成付近でも明確ではないので、本実施の形態でも考慮しないものとする。
【００９１】
上記構成のＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＩnＧaＡsＰバリア層半導体レーザ装置は、上記第１実施の形態の場合と同様の成長,プロセスの手法によってストライプ幅２μmの埋込リッジ構造を形成することによって作成することができる。そして、得られた半導体レーザ素子を共振器長８００μmで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後に、素子特性の測定を行った。その結果、閾値電流Ｉth＝２９mＡ、微分効率ηd＝０.９５Ｗ/Ａ、温度特性Ｔ0＝１５０Ｋであった。このように、井戸層に圧縮歪を導入すると共にＩnＧaＡsＰバリア層を用いた半導体レーザ装置でも、良好な素子特性を得ることができるのである。
【００９２】
図９に、本実施の形態の半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す。本半導体レーザ装置の場合にも、上記第１実施の形態における半導体レーザ装置の場合と同様に、バリア層４６をＰ組成が０.６よりも小さいＩnＧaＡsＰで構成しているため、バリア層にＩnＧaＰを用いた従来の半導体レーザ装置に比較して、井戸層４７とバリア層４６との間の｜ΔＥv｜は小さいままに｜ΔＥc｜を大きくすることができる。
【００９３】
図５および図６から判るように、本半導体レーザ装置におけるバリア層４６の組成付近では等Ｅc線と等Ｅv線との組成に対する変化の仕方が大きく異なっており、適切な組成を選ぶことでバリア層４６の｜ΔＥc0｜と｜ΔＥv0｜とをある程度独立に制御することが可能である。例えば、等Ｅc線が等格子定数線に略平行なことから、バリア層４６のＥcと歪量とを殆ど変えずにＥvを変化させることも可能である。本実施の形態においては、上記第１実施の形態の半導体レーザ装置に比較して井戸層４７とバリア層４６との｜ΔＥv｜が大きくなるようにＩn組成およびＰ組成を調整している。これによって、井戸層４７へのホールの閉じ込めをも向上することが可能になる。
【００９４】
尚、本実施の形態においては、図９と図２(b)との比較から判るように、バリア層にＩnＧaＰを用いた従来の半導体レーザに比べて、バレンスバンドのバリアが小さく設定されている。したがって、本実施の形態においても電子およびホール共にキャリアの注入の効率が大幅に改善されて、素子特性の向上に効果があるのである。さらに、井戸層４７およびこれに接するバリア層４６にＡlを含んでいないために、高温,高出力時においても高い信頼性を得ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態においては、上記ＩnＧaＡsＰバリア層４６は、ＧaＡs基板４１から格子定数がずれて、−１.４５％の引張歪になっている。しかしながら、井戸層４７に圧縮歪を導入することによって活性領域全体としての平均的な歪量を抑制することができ、井戸層を基板に格子整合させる場合に比較して、結晶内の欠陥の量を減らし、更なる信頼性の向上を図ることができる。また、平均的な歪量を小さくしたことによって、活性領域全体としての臨界膜厚も増大し、バリア層４６a,４６bの層厚を１０nmと厚く設定することができる。本実施の形態においても、活性領域における最外のバリア層４６a,４６cの外側がＡlＧaＡsから成るガイド層４４,４８となっているが、井戸層４７からＡlＧaＡsガイド層４４,４８までの距離を１０nmと大きくしているので、ガイド層４４,４８から活性領域へのＡlの影響を更に小さくすることができ、高温,高出力時においても高い信頼性を得ることができる。また、本実施の形態においては、上記バリア層４６にＩnを添加してＩnＧaＡsＰ層としているため、Ｉnによって転位の増殖を抑えることによって、更に高い信頼性を得ることができるのである。
【００９６】
本実施の形態においては、上記井戸層４７として０.３５％の圧縮歪を有するＩnＧaＡsＰを用いており、歪の効果を得ることができる。したがって、低閾値電流化および高出力化が可能になる。尚、圧縮歪層の発光にはヘビーホールバンドが寄与するために、偏光モードはＴＥモードとなることが知られている。本実施の形態における半導体レーザ装置の偏光モードもＴＥモードであり、井戸層４７を圧縮歪とすることによって、ＴＥモードの半導体レーザ装置を形成することができるのである。
【００９７】
尚、本実施の形態においては、上記活性領域をＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＩnＧaＡsＰ引張歪バリア層としたが、この組み合わせに限定されるものではない。ＩnＧaＡsＰ無歪井戸層/ＩnＧaＡsＰ引張歪バリア層あるいはＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＧaＡsＰバリア層の組み合わせも可能である。また、本実施の形態における井戸数は２層であるが、これに限定されるものではなく、任意の井戸数で同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、埋込リッジ構造としたがこれに限定されるものではなく、リッジ構造,内部ストライプ構造,埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０nmとしたがこれに限定されるものではなく、７６０nmよりも大きく且つ８００nmよりも小さい所謂７８０nm帯であれば同様の効果を得ることができるのである。
【００９９】
＜第３実施の形態＞
図１０は、本実施の形態の半導体レーザ装置における構成を示す図である。本実施の形態は、ＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層の量子井戸活性領域を有する波長７８０nmの半導体レーザ装置に関する。
【０１００】
図１０において、６１はｎ型ＧaＡs基板、６２はｎ型ＧaＡsバッファ層(層厚０.５μm)、６３はｎ型(Ａl0.5Ｇa0.5)0.516Ｉn0.484Ｐ下部クラッド層(層厚１.７μm)、６４はＧa0.516Ｉn0.484Ｐ下部ガイド層(層厚５０nm)、６５は活性領域である。ここで、上記活性領域６５は、バリア層６６と井戸層６７とからなるＳＱＷ構造を有している。また、６８はＧa0.516Ｉn0.484Ｐ上部ガイド層(層厚５０nm)、６９aはｐ型(Ａl0.5Ｇa0.5)0.516Ｉn0.484Ｐ上部第１クラッド層（層厚０.２μm)、７０はｐ型ＧaＡsエッチングストップ層(層厚３nm)、６９bはリッジストライプ形状のｐ型(Ａl0.5Ｇa0.5)0.516Ｉn0.484Ｐ上部第２クラッド層(層厚１.２８μm)、７１はｐ型ＧaＡs保護層(層厚１.０μm)、７２はＳiＮx電流ブロック層、７３はｎ側電極、７４はｐ側電極である。
【０１０１】
尚、上記バリア層６６は、ＧaＡs0.75Ｐ0.25で構成され、Ｅgは１.７３eＶ、歪は引張歪−０.８９％で、層厚は６６a,６６b共に５nmである。また、井戸層６７は、Ｉn0.27Ｇa0.73Ａs0.55Ｐ0.45で構成され、Ｅgは１.５５eＶで、歪は圧縮歪０.３５％で、層厚は８nmである。尚、井戸層６７とバリア層６６とのΔＥgは０.１８eＶである。尚、歪によるバリア層６６および井戸層６７のＥgへの影響については、本材料組成付近でも明確ではないので、本実施の形態においても考慮しないものとしている。
【０１０２】
上記構成のＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層半導体レーザ装置は、次のようにして作成される。すなわち、先ず、上記第１実施の形態の場合と同様の成長,プロセスの手法によってリッジストライプ部を形成する。そして、上記リッジストライプ部の上側及び両側を含む全体に、ＳiＮx電流ブロック層７２をプラズマ気相成長法によって成長させる。その際に、上記リッジストライプ部上には、リッジストライプ部の形状を反映して電流ブロック層７２が凸状に形成される。
【０１０３】
次に、上記電流ブロック層７２上における上記凸状部の保護層７１を除く領域にレジストマスクを形成する。そして、上記凸状部における保護層７１の周囲の電流ブロック層７２をエッチングによって除去し、リッジストライプ部の頂部を露出させる。そして最後に、基板６１の表面にｎ側電極７３を形成し、電流ブロック層７２および保護層７１の表面にｐ側電極７４を形成する。以上のようにして、ストライプ幅３μmのリッジ導波路構造を有するＩnＧaＡsＰ井戸層/ＧaＡsＰバリア層の半導体レーザ装置が形成される。
【０１０４】
そして、得られた半導体レーザ素子を共振器長８００μmで壁開し、端面反射コーティングを施し、ステムにマウントした後、素子特性の測定を行った。その結果、閾値電流Ｉth＝３０mＡ、微分効率ηd＝０.９Ｗ/Ａ、温度特性Ｔ0＝１３０Ｋであった。このように、リッジ導波路構造を有するＧaＡsＰバリア層を用いた半導体レーザ装置では、ΔＥgが０.１８eＶと非常に小さいにも拘らず、良好な素子特性を得ることができるのである。
【０１０５】
図１１に、本実施の形態の半導体レーザ装置における活性層近傍のエネルギーバンドを示す。本半導体レーザ装置の場合にも、上記第１実施の形態における半導体レーザ装置の場合と同様に、バリア層６６をＰ組成が０.６０よりも小さいＧaＡsＰで構成しているため、バリア層にＩnＧaＰを用いた従来の半導体レーザ装置に比較して、井戸層６７とバリア層６６との間の｜ΔＥv｜は小さいままに｜ΔＥc｜を大きくすることができる。したがって、特に、電子のオーバーフローを抑制することができ、低閾値電流,高微分効率,高温度特性等の良好な素子特性を得ることができる。尚、バリア層にＩnを添加したＩnＧaＡsＰを用いても、Ｐ組成が０.７５よりも小さければ、図５および図６から判るように、井戸層とバリア層との間の｜ΔＥv｜は小さいままに｜ΔＥc｜を大きくすることができ、良好な素子特性を得ることができるのである。また、本実施の形態においては、ＩnＧaＡsＰ井戸層６７のＩn組成およびＰ組成を上記第１実施の形態の場合よりも増やしており、井戸層６７とバリア層６６との間の｜ΔＥc｜の増大を図っている。
【０１０６】
本実施の形態においては、上記ガイド層６４,６８をＩnＧaＰとしており、図１１から判るように、コンダクションバンド側でＧaＡs0.75Ｐ0.25バリア層６６が井戸層６７とガイド層６４,６８の間におけるバリアになっている。ここで、ＧaＡs0.75Ｐ0.25バリア層６６の層厚を４nm以下に薄くすると、上記閾値電流が上がり、微分効率が下がり、温度特性が下がる。これは、バリア層６６をトンネルする電子が多くなり、ガイド層６４,６８に電子がオーバーフローすることによって電子が井戸層６７に充分に溜まらないためである。また、ＧaＡsＰバリア層６６の層厚を２０nm以上に厚くすると、電子の注入効率が低下するため、閾値電流が増大し、微分効率が低下する。以上のことから、バリア層６６の層厚は、４nmよりは大きく且つ２０nmよりは小さくすることによって、電子を井戸層６７内に充分に溜めることが可能となって良好な素子特性を得ることが可能になるのである。
【０１０７】
さらに、本実施の形態においては、上記ガイド層６４,６８にＩnＧaＰを用いると共に、クラッド層６３,６９にＡlＧaＩnＰを用いている。クラッド層がＡlＧaＡsである場合には、上記第１実施の形態における比較例において図２(b)に示すように、ＩnＧaＰであるバリア層の｜ΔＥv0｜がクラッド層よりも大きいために、ホールの井戸層ヘの注入が阻害される。ところが、本実施の形態の場合には、ＩnＧaＰよりも｜ΔＥv0｜の大きいＡlＧaＩnＰをクラッド層６３,６９に用いているために、図１１に示すように、クラッド層６３,６９の｜ΔＥv0｜がＩnＧaＰであるガイド層６４,６８よりも大きいバンド構造となって、井戸層６７へのホールの注入が問題なく行われるのである。さらに、このバンド構造の場合には、井戸層６７とこれに接するバリア層６６a,６６bとは元より、バリア層６６a,６６bの外側のＩnＧaＰガイド層６４,６８にもＡlは含まれてはいない。そのために、高温,高出力動作時においても高い信頼性を得ることができるのである。
【０１０８】
尚、上述した井戸層６７へのホール注入の効果および高温,高出力時での高信頼性の効果は、ガイド層としてＩnＧaＡsＰを用いると共に、クラッド層としてＩnＧaＰを用いても同様に得ることができる。
【０１０９】
また、本実施の形態においては、上記ＩnＧaＡsＰ井戸層６７を０.３５％の圧縮歪としているので、偏光モードがＴＥモードの半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１１０】
尚、本実施の形態においては、上記活性領域をＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＧaＡsＰ引張歪バリア層としたが、この組み合わせに限定されるものではない。ＩnＧaＡsＰ無歪井戸層/ＧaＡsＰバリア層、ＩnＧaＡsＰ無歪井戸層/ＩnＧaＡsＰ引張歪バリア層、あるいは、ＩnＧaＡsＰ圧縮歪井戸層/ＩnＧaＡsＰ引張歪バリア層の組み合わせも可能である。また、本実施の形態における井戸数は１層であるが、これに限定されるものではなく、任意の井戸数で同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、リッジ導波路構造としたがこれに限定されるものではなく、埋込リッジ構造,内部ストライプ構造,埋込ヘテロ構造等のあらゆる構造に対して同様の効果が得ることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態においては、上記基板としてｎ型基板を用いたが、ｐ型基板を用いると共に各層のｎ型とｐ型とを入れ換えても同様の効果を得ることができる。また、波長を７８０nmとしたがこれに限定されるものではなく、７６０nmよりも大きく且つ８００nmよりも小さい所謂７８０nm帯で同様の効果を得ることができるのである。
【０１１２】
＜第４実施の形態＞
本実施の形態は、上記各実施の形態における半導体レーザ装置を用いた光ディスク装置に関する。図１２は、本実施の形態における光ディスク装置の構成図である。この光ディスク装置は、光ディスク８１にデータを書き込んだり、光ディスク８１に書き込まれたデータを再生したりするものであり、その際に用いる発光装置として、上記各実施の形態の何れか一つにおける半導体レーザ装置８２を備えている。
【０１１３】
以下、本光ディスク装置の構成および動作について説明する。本光ディスク装置は、書き込みの際には、半導体レーザ装置８２から出射された信号光(データ信号が重畳されたレーザ光)はコリメートレンズ８３を通過して平行光となり、ビームスプリッタ８４を透過する。そして、λ/４偏光板８５によって偏光状態が調節された後に、レーザ光照射用対物レンズ８６によって集光されて光ディスク８１を照射する。こうして、データ信号が重畳されたレーザ光によって、光ディスク８１にデータが書き込まれる。
【０１１４】
一方、読み出しの際には、上記半導体レーザ装置８２から出射されたデータ信号が重畳されていないレーザ光が、上記書き込みの場合と同じ経路を辿って光ディスク８１を照射する。そして、データが記録された光ディスク８１の表面で反射されたレーザ光は、レーザ光照射用対物レンズ８６およびλ/４偏光板８５を経た後、ビームスプリッタ８４で反射されて進行方向が９０°変更される。その後、再生光用対物レンズ８７によって集光され、信号検出用受光素子８８に入射される。そして、こうして信号検出用受光素子８８内で、入射したレーザ光の強弱に応じて光ディスク８１から読み出されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路８９によって元の情報信号に再生されるのである。
【０１１５】
本実施の形態における光ディスク装置においては、上述したように、従来よりも高い光出力で動作する半導体レーザ装置８２を用いている。そのために、光ディスク８１の回転数を従来よりも高速化しても、データの読み書きを行うことが可能である。したがって、従来、特にＣＤ‐Ｒ,ＣＤ‐ＲＷ等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間を格段に短くすることができ、より快適な操作を実現した光ディスク装置を提供することが可能になるのである。
【０１１６】
尚、本実施の形態においては、上記各実施の形態における半導体レーザ装置を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明した。しかしながら、この発明はこれに限定される物ではなく、波長７８０nm帯の半導体レーザ装置を発光装置として用いる光ディスク記録装置や光ディスク再生装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１１７】
また、上記第１および第２実施の形態においては、井戸層をバリア層で挟んで構成された活性領域を更にＡlＧaＡsガイド層で挟んだものを用いているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、バリア層自体の層内部にＡlＧaＡs層の薄い層を設けた構造を含む活性領域であっても差し支えない。
【０１１８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、第１の発明の発振波長が７８０nm帯の半導体レーザ装置は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyでバリア層を構成すると共に、０＜ｘ＜１，０.２＜ｙ＜０.７５の関係が成立するようにしたので、従来の場合のＩnＧaＰバリア層に比べ、ＧaＡs基板に対するＥvの差｜ΔＥv0｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【０１１９】
さらに、上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合、｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５の関係が成立するようにしたので、上記バリア層と井戸層のコンダクションバンドエネルギーの差ΔＥcを、０.１２eＶ程度以上に設定できる。この０.１２eＶ程度とは、ＡlＧaＡs系半導体レーザの量子井戸構造において、バリア層としてIII族のＡl組成を０.２７程度のＡlＧaＡsを用いた場合の、バリア層と井戸層とのΔＥcに相当する。したがって、上記井戸層から電子がオーバーフローすることを抑制できる。
【０１２０】
すなわち、この発明によれば、ＩnＧaＰバリア層を用いた半導体レーザ装置における特性不良の原因を解消することができ、従来は、Ｅgが小さいため効果が得られないと考えられていたＧaＡsＰあるいはＩnＧaＡsＰを用いた７８０nm帯の半導体レーザ装置について、閾値電流の低減,微分効率の向上および温度特性の向上等、著しい特性の向上を図ることができるのである。
【０１２１】
さらに、上記バリア層のIII族元素中におけるＧaの組成比を表す上記ｘの値を１より小さくしたので、ＩnＧaＡsＰバリア層のＩn元素によって転位の増殖を抑えて、更に高い信頼性を得ることができる。
【０１２２】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層のＧaＡs基板に対する歪を圧縮歪としたので、上記バリア層の格子定数をＧaＡs基板の格子定数より小さい引張歪に設定した場合にも、活性領域全体としての平均的な歪量を抑制することができる。したがって、結晶内の欠陥の量を減らして信頼性の向上を図ることができ、上記活性領域全体としての臨界膜厚が増大するため上記バリア層の層厚を厚くすることができる。また、上記井戸層は圧縮歪であるため、偏光モードをＴＥモードにできる。
【０１２３】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層およびバリア層に、活性な物質であるために酸素等の微量の不純物とも反応するＡl元素を含んでいないので高温,高出力時においても高い信頼性を得ることができる。
【０１２４】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記井戸層をＩnＧaＡsＰで構成したので、ＡlＧaＡsを井戸層とした場合に比較して、井戸層とバリア層の｜ΔＥc｜をより大きくし｜ΔＥv｜をより小さくできる。したがって、井戸層とバリア層との｜ΔＥc｜を大きくして電子のオーバーフローを抑制して、更なる低閾値電流化,高微分効率化,高温度特性化を図ることができる。
【０１２５】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記バリア層のうちの何れかあるいは総てを、上記井戸層側とは反対側の面においてＡlＧaＡs層に接触させているので、上記コンダクションバンド側において、上記ＡlＧaＡs層との間に大きなバリアを形成できる。したがって、上記ＡlＧaＡs層を井戸層側とは反対側に位置させることによって、電子の一部が上記ＡlＧaＡs層へオーバーフローすることを抑制できる。すなわち、上記井戸層への電子の閉じ込め効果を更に増加でき、特性を更に向上することができる。
【０１２６】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層を上記活性領域における最外に位置させたので、電子の一部が活性領域外にまでオーバーフローすることを抑制でき、上記電子の閉じ込め効果をより効果的に増加できる。
【０１２７】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ＡlＧaＡs層に接触しているバリア層の層厚を４nmよりも大きくしたので、上記ＡlＧaＡs層におけるＡlの影響を大幅に抑制して、高温,高出力時においても高い信頼性を得ることができる。
【０１２８】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えたので、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡlＧaＡsガイド層との間に大きなバリアを形成することができる。したがって、上記活性領域外であるガイド層まで電子がオーバーフローするのを抑制できる。その結果、ＩnＧaＡsＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流及び特性温度に対し顕著な向上を図ることができる。さらに、ＧaＡs基板に対する格子整合を図ることもできる。
【０１２９】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記クラッド層をＡlＧaＡsで構成したので、バリア層あるいはガイド層からの電子のオーバーフローをさらに抑制することができる。また、ＡlＧaＡsはIII族組成の揺らぎが発生してもＧaＡs基板への格子整合性が維持されることから、１μm以上の厚さを有する上記クラッド層全体が確実に上記ＧaＡs基板に対する格子整合を図ることできる。
【０１３０】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記活性領域とクラッド層との間にはＩnＧaＰまたはＩnＧaＡsＰで構成されたガイド層を有しているが、上記コンダクションバンド側においては、上記第１の発明におけるＩnＧaＡsＰバリア層が井戸層とバリア層との間のバリアとして機能している。したがって、上記バリア層の層厚を最適に選ぶことによって、電子を上記井戸層内に充分に溜めることができ、良好な素子特性を得ることができる。
【０１３１】
さらに、｜ΔＥv0｜が上記ガイド層であるＩnＧaＰまたはＩnＧaＡsＰよりも大きいＡlＧaＩnＰまたはＩnＧaＰを上記クラッド層として用いるので、上記クラッド層の｜ΔＥv0｜をガイド層よりも大きくして、上記井戸層へのホールの注入を問題なく行うことができる。
【０１３２】
さらに、上記井戸層およびバリア層は元より、上記活性領域外のガイド層にもＡlを含まないようにして、高温,高出力動作時において更に高い信頼性を得ることができる。
【０１３３】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｙの値を０.２５よりも大きくしたので、上記バリア層の｜ΔＥv0｜を上記井戸層の｜ΔＥv0｜よりも確実に大きくすることで、注入されたホールが上記井戸層により確実に閉じ込めることができる。
【０１３４】
また、１実施例の半導体レーザ装置は、上記ｙの値を０.６よりも小さくしたので、上記バリア層の｜ΔＥv0｜をより確実に小さくして、上記ガイド層からのバリア層へのホールの注入をより確実に行うことができる。
【０１３５】
また、第２の発明の発振波長が７８０nm帯の半導体レーザ装置は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＩn1-xＧaxＡs1-yＰyでバリア層を構成すると共に、０＜ｘ≦１，０.２＜ｙ＜０.７５の関係が成立するようにしたので、従来の場合のＩnＧaＰバリア層に比べ、ＧaＡs基板に対するＥvの差｜ΔＥv0｜を小さく設定できる。したがって、ガイド層からの井戸層へのホールの注入の効率が大幅に改善される。
【０１３６】
さらに、上記井戸層の格子定数をａ1とする一方、上記バリア層の格子定数をａ2とした場合、｜(ａ2−ａ1)/ａ1｜×１００＞０.６５の関係が成立するようにしたので、上記バリア層と井戸層のコンダクションバンドエネルギーの差ΔＥcを、０.１２eＶ程度以上に設定できる。この０.１２eＶ程度とは、ＡlＧaＡs系半導体レーザの量子井戸構造において、バリア層としてIII族のＡl組成を０.２７程度のＡlＧaＡsを用いた場合の、バリア層と井戸層とのΔＥcに相当する。したがって、上記井戸層から電子がオーバーフローすることを抑制できる。
【０１３７】
さらに、上記活性領域とクラッド層との間に、ＡlＧaＡsで構成されたガイド層を備えたので、上記コンダクションバンド側において、上記活性領域とＡlＧaＡsガイド層との間に大きなバリアを形成することができる。したがって、上記活性領域外であるガイド層まで電子がオーバーフローするのを抑制できる。その結果、ＩnＧaＰガイド層を用いた場合に比べて、閾値電流及び特性温度に対し顕著な向上を図ることができる。さらに、ＧaＡs基板に対する格子整合を図ることもできる。
【０１３８】
また、第３の発明の光ディスク装置は、従来よりも高い光出力で安定に動作する上記第１あるいは第２の発明の半導体レーザ装置を発光装置として用いたので、光ディスクの回転数を従来よりも高速にしてもデータの読み書きを行うことができる。特にＣＤ‐Ｒ,ＣＤ‐ＲＷ等への書き込み時に問題となっていた光ディスクヘのアクセス時間を、格段に短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の半導体レーザ装置における構成を示す図である。
【図２】  図１に示す半導体レーザ装置および比較用の半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す図である。
【図３】  図１におけるＧaＡs基板,ＩnＧaＡsＰ井戸層およびＧaＡsＰバリア層のエネルギーバンドの関係を示す図である。
【図４】  ＩnＧaＡsＰの等Ｅg線図である。
【図５】  ＩnＧaＡsＰの等Ｅc線図である。
【図６】  ＩnＧaＡsＰの等Ｅv線図である。
【図７】  ＩnＧaＡsＰの等格子定数線図である。
【図８】  図１とは異なる半導体レーザ装置における構成を示す図である。
【図９】  図８に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す図である。
【図１０】  図１および図８とは異なる半導体レーザ装置における構成を示す図である。
【図１１】  図１０に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドを示す図である。
【図１２】  この発明の光ディスク装置の構成図である。
【図１３】  井戸層/バリア層にＡlが入っていない従来のＩnＧaＡsＰ量子井戸半導体レーザ装置の構造を示す図である。
【図１４】  図１３に示す半導体レーザ装置における活性領域近傍のエネルギーバンドギャップ(Ｅg)を示す図である。
【符号の説明】
２１,４１,６１…ＧaＡs基板、
２２,４２,６２…ＧaＡsバッファ層、
２３…ＡlＧaＡs下部クラッド層、
２４,４４…ＡlＧaＡs下部ガイド層、
２５,４５,６５…活性領域、
２６,６６…ＧaＡsＰバリア層、
２７,４７,６７…ＩnＧaＡsＰ井戸層、２８,４８…ＡlＧaＡs上部ガイド層、
２９a,４９a…ＡlＧaＡs上部第１クラッド層、
２９b,４９b…ＡlＧaＡs上部第２クラッド層、
３０,５０,７０…ＧaＡsエッチングストップ層、
３１,５１,７１…ＧaＡs保護層、
３２,５２…ＡlＧaＡs第１電流ブロック層、
３３,５３…ＧaＡs第２電流ブロック層、
３４,５４…ＧaＡs埋込み保護層、
３５,５５…ＧaＡsキャップ層、
３６,５６,７３…ｎ側電極、
３７,５７,７４…ｐ側電極、
４３a…ＡlＧaＡs下部第２クラッド層、
４３b…ＡlＧaＡs下部第１クラッド層、
４６…ＩnＧaＡsＰバリア層、
６３…ＡlＧaＩnＰ下部クラッド層、
６４…ＧaＩnＰ下部ガイド層、
６８…ＧaＩnＰ上部ガイド層、
６９a…ＡlＧaＩnＰ上部第１クラッド層、
６９b…ＡlＧaＩnＰ上部第２クラッド層、
７２…ＳiＮx電流ブロック層、
８１…光ディスク、
８２…半導体レーザ装置、
８３…コリメートレンズ、
８４…ビームスプリッタ、
８５…λ/４偏光板、
８６…レーザ光照射用対物レンズ、
８７…再生光用対物レンズ、
８８…信号検出用受光素子、
８９…信号光再生回路。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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