(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶を構成する原子の組成を変更し、バンドギャップエネルギーを変化させたとき歪量が変化する材料系からなる量子井戸活性層を備えた半導体レーザ素子において、
前記量子井戸活性層が、ｐ型およびｎ型の一対のクラッド層に挟まれた、層数２の量子井戸層からなり、
前記量子井戸活性層と前記一対のクラッド層の各層との間に、ＡｌＧａＩｎＰ材料からなるガイド層を備え、
前記量子井戸層の各層が、ＧａＩｎＰ材料からなり、室温での発振波長が６３０ｎｍ以上６４２ｎｍ以下であるとき、１００Å以上１２０Å未満の井戸幅を有し、該量子井戸層のΓ点におけるヘビィホールのエネルギー準位とライトホールにおけるエネルギー準位の差の絶対値が結晶破壊の生じない範囲で最大となる引張り歪量に設定されてなり、
前記一対のクラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ材料からなり、前記一対のクラッド層のうちｐ型クラッド層が、不純物として１×１０18ｃｍ-3以上の濃度のＢｅを含み、
出射光の、該量子井戸活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥が２３°以上２７°以下である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、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報システムにおいて、記録および読み出し用の光源として好適に使用されるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子は、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報システム等において、記録及び読み出し用の光源として使用され始めている。特に、発振波長が６３５ｎｍから６５０ｎｍの半導体レーザ素子はＤＶＤを始めとする高密度光ディスクを実現するためのキーデバイスとして使用されている。
【０００３】
このような光情報処理システムの光源として半導体レーザ素子を使用する場合、情報の高密度化のためには短波長化が必要とされ、書き換えを高速に行うためには高出力化が必要とされ、さらに、システム本体の高温動作を保証するためには半導体レーザ素子の高温動作およびその環境での高い信頼性が必要とされる。
【０００４】
さらに、最近では、１回書き込み可能なＤＶＤ−Ｒが規格制定および製品化されており、このＤＶＤ−Ｒは安い記録コストと大きな記録容量によって今後広く一般に広まると考えられる。
【０００５】
このＤＶＤ−Ｒドライブに使用される半導体レーザ素子は、室温（２５℃）での発振波長が６３０ｎｍ〜６４２ｎｍに限られている（以下、発振波長は全て室温での発振波長とする）。この理由は、ＤＶＤ−Ｒメディアの記録材料として６３０ｎｍ〜６４２ｎｍ付近でのみ大きい吸収係数を有する色素が用いられているためである。また、ＤＶＤ−Ｒドライブでは、書き込みのために光出力３０ｍＷという高出力が必要とされ、さらに、装置本体の高温における動作を保証するために半導体レーザ素子に対しても高温で動作することが要求される。
【０００６】
しかしながら、このような短波長で高出力の半導体レーザ素子は、長波長の半導体レーザ素子に比べて作製が格段に困難である。その理由は以下の通りである。
【０００７】
発振波長を短波長にするためには活性層のバンドギャップを大きくする必要がある。このように活性層のバンドギャップを大きくすると活性層とクラッド層のバンドギャップ差が小さくなる。ところが、半導体レーザ素子においては、そのバンドギャップ差により活性層からの電子またはホールのオーバーフローを防いでいる。従って、活性層とクラッド層のバンドギャップの差が小さくなると、電子のオーバーフローが増えることになる。その結果、半導体レーザ素子においては、高温における閾値電流および動作電流の、温度に対する閾値電流および動作電流の増大の度合いが大きくなり、いわゆる温度特性が悪くなる。
【０００８】
ＡｌＧａＩｎＰ系材料に代表されるIII−Ｖ族化合物半導体の場合、ＡｌのＧａに対する割合を増やすと、格子定数を殆ど変えることなくバンドギャップを大きくできることが知られている。このため、活性層にＡｌのＧａに対する割合の多い層を用いれば発振波長を短くすることが可能であるが、Ａｌは活性な元素であり半導体レーザ素子の信頼性を低下させることも周知の事実である。このため、活性層にＡｌを入れない、例えば、ＧａＩｎＰの量子井戸活性層を用いた半導体レーザ素子が開発されている。
【０００９】
ＧａＩｎＰ層を活性層に用いて発振波長を短くするためには、ＩｎのＧａに対する割合を減らせば良い。または、量子井戸層の厚さを薄くして量子準位を変えても良い。しかし、ＩｎとＧａの割合を変えると量子井戸層の格子定数とＧａＡｓ基板との格子定数が異なってしまうため量子井戸層に歪み（格子歪み）が生じる。例えば、ＩｎとＧａが１：１であると歪みは生じない、いわゆる格子整合状態となるが、Ｉｎの割合を増加させると量子井戸層の格子定数が大きくなり、量子井戸層には圧縮歪み（正の歪み）が加わり、逆に、Ｉｎの割合を減少させると量子井戸層の格子定数が小さくなり、量子井戸層には引張り歪み（負の歪み）が加わることになる。
【００１０】
歪みの絶対値が一定の値を越えると、結晶にハッチング等が生じる、いわゆる結晶破壊が発生する。結晶破壊が生じる歪みの絶対値は量子井戸層の厚さ（複数の量子井戸層がある場合はそれらの総和）と歪みの絶対値の積に略比例することが知られている。量子井戸層が結晶破壊を起こした場合、当然のことながら半導体レーザ素子として使用できない。
【００１１】
即ち、歪みを有する層を活性層として用いるためには層厚の十分薄い、例えば２００オングストローム以下の層を量子井戸層として用いる必要がある。
【００１２】
さらに、高出力の半導体レーザ素子の場合には、素子内部の光密度を減らすために、低出力の半導体レーザ素子の場合よりも薄い活性層を用いる。このため、活性層への光の閉じ込め係数が下がるので、さらに温度特性が悪くなる。
【００１３】
現在のところ、発振波長が比較的長い６５０ｎｍで光出力３０ｍＷの半導体レーザ素子は、６０℃〜７０℃の温度で動作可能なものが開発されている（例えば第４４回応用物理学会関連予稿集 3１ａ−ＮＧ−６）。しかし、ＤＶＤ−Ｒ装置用の半導体レーザ素子として必須である発振波長６４２ｎｍ以下および光出力３０ｍＷ以上で使用可能な半導体レーザ素子は、信頼性を考慮すると、４０℃以上の温度では使用できなかった（Ｕ．Ｓ．ＤＶＤ Ｃｏｎｆｅｒｅｃｅ Ｍａｙ２８ａｎｄ２９、１９９７予稿集）。
【００１４】
このように最高使用温度４０℃以下の半導体レーザ素子をドライブ装置を用いて使用することは、ドライブ装置の保証温度（最大５０℃）を考慮すると困難であり、仮に使用するとしても何らかの冷却装置を使用する必要がある。しかし、冷却装置を使用することはドライブ装置を大型化することになり、さらに、コストを高くすることになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、室温での発振波長６３０ｎｍから６４２ｎｍ、光出力３０ｍＷの半導体レーザ素子において、５０℃の温度条件で十分な信頼性を有するものは、従来、実現されていなかった。
【００１６】
また、同様の理由で室温での発振波長６５０ｎｍから６６０ｎｍの半導体レーザ素子で７０℃以上の温度で動作可能なものも実現されていない。
【００１７】
高温で十分な信頼性を有する半導体レーザ素子を得るためには、閾値電流を低く、また、端面光密度を低くすることが望ましい。しかし、これらのパラメータは一般に相反する。
【００１８】
例えば、活性層付近での光分布を広げて出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥を小さくすると、端面での光密度が低くなって端面での劣化を防ぐことができる。ここで、出射光の半値幅は、出射光の遠視野像において、光出力の最大値の１／２となる方向から、最大値となる方向を挟んで反対側の光出力の最大値の１／２となる方向とのなす角度（半値全角）で表わすものとする。しかし、この場合には光の閉じ込め係数も小さくなり、レーザ発振のための閾値電流が高くなる。従って、活性層でのレーザ発振のために必要とされるキャリアが増えるため、キャリアである電子がクラッド層にオーバーフローして発光効率が悪くなる。その結果、半導体レーザ素子の信頼性が低下してしまうという問題があった。
【００１９】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、波長６３０ｎｍ以上６４２ｎｍ以下で高出力（光出力３０ｍＷ）動作が可能であり、高い温度条件（５０℃）でも十分な信頼性（ＭＴＴＦ３０００時間）を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、室温での発振波長６５０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下で高い温度条件（７０℃）でも十分な信頼性（ＭＴＴＦ１００００時間）を得ることができる半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
さらに、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上のＧａＩｎＰやＧａＮまたはＳｉ基板上のＧａＩｎＮ、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上のＧａＩｎＡｓ、ＧａＳｂ基板上のＧａＩｎＳｂ等におけるＩｎ量といった組成比によって歪量が変化する化合物半導体材料を用いて、発振波長を変えても、容易に最適な量子井戸活性層の構成を導くことができ、狙った波長で、狙った特性を持つ半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手投】
本願の発明者は、鋭意検討を行った結果、量子井戸活性層の井戸幅と、活性層歪量とが、ある特定の関係を有する場合に、狙った波長で、信頼性の高い半導体レーザ素子が得られることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００２３】
また、量子井戸活性層の構造を決定する井戸幅（井戸層厚）と、半導体レーザ素子の出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥とがある特定の関係を有する場合に、高温で信頼性の高い半導体レーザ素子が得られることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００２４】
本発明の半導体レーザ素子は、
結晶を構成する原子の組成を変更し、バンドギャップエネルギーを変化させたとき歪量が変化する材料系からなる量子井戸活性層を備えた半導体レーザ素子において、
前記量子井戸活性層の、量子井戸層が複数個あって、量子井戸層の各井戸幅が４０Å以上１２０Å未満であると共に、
前記量子井戸層が、該量子井戸層のΓ点におけるヘビィホールのエネルギー準位とライトホールにおけるエネルギー準位の差の絶対値が結晶破壊の生じない範囲で最大となる歪量に設定されてなるものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＩｎＰ系材料からなる量子井戸活性層を有し、室温での発振波長が６３０ｎｍ以上６４２ｎｍ以下である半導体レーザ素子において、該活性層を構成する量子井戸層の層厚が９０オングストローム以上１２０オングストローム未満であり、出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥が２２°以上２７°以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
前記量子井戸層の層厚が１００オングストローム以上１２０オングストローム未満であり、前記θ⊥が２３°以上２７°以下であるのが好ましい。
【００２７】
本発明の半導体レーザ素子は、
前記量子井戸層がGaInP系材料からなり、室温での発振が６５０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下であるとき、
前記量子井戸層の井戸幅が４０Å以上７０Å以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
本発明の半導体レーザ素子は、
前記量子井戸層の層数が２以上４以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明の半導体レーザ素子は、出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥が、１９°以上３１°以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
本発明の半導体レーザ素子は、前記量子井戸層の層数が２、又は３であり、前記θ⊥が２０°以上２４°以下であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３１】
前記量子井戸活性層を挟む一対のクラッド層のうち、ｐ型クラッド層の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であるのが好ましい。
【００３２】
前記ｐ型クラッド層のドーパントがＢｅであるのが好ましい。
【００３３】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、半導体層の成長を分子線エピタキシャル装置により行うのが好ましい。
【００３４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３５】
本発明にあっては、
結晶を構成する原子の組成を変更し、バンドギャップエネルギーを変化させたとき歪量が変化する材料系からなる量子井戸活性層を備えた半導体レーザ素子において、
前記量子井戸活性層の、量子井戸層が複数個あって、量子井戸層の各井戸幅が４０Å以上１２０Å未満であると共に、
前記量子井戸層が、該量子井戸層のΓ点におけるヘビィホールのエネルギー準位とライトホールにおけるエネルギー準位の差の絶対値が結晶破壊の生じない範囲で最大となる歪量に設定されてなるもの
とする。
【００３６】
これにより、後述する実施形態に示すように、量子井戸の歪量が、量子井戸のヘビィホールとライトホールのエネルギー準位が一致するラインからできるだけ離れ、かつ、結晶欠陥が発生しない臨界膜厚に設定されるため、レーザの発振波長を変えても、ヘビィホールまたはライトホールにキャリアが集中して、効率のよいレーザ発振を導くことが可能になる。
【００３７】
本発明にあっては、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発振波長６３０ｎｍ以上６４２ｎｍ以下の半導体レーザ素子において、ＧａＩｎＰ量子井戸層の層厚を９０オングストローム以上１２０オングストローム未満とし、出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥を２２°以上２７°以下とする。これにより、後述する実施形態に示すように、端面光密度を十分低くして端面部分での光による劣化を防ぎ、格子歪みの限界を超えることによる結晶破壊（ハッチング）も発生せず、しかも、光閉じ込め係数が十分であるので動作電流が低減する。さらに、発振閾値電流が十分低いので動作電流が低く、電流の増加率も低いので信頼性が向上する。その結果、光出力３０ｍＷ、温度５０℃の条件で書き換え用の半導体レーザ素子として十分なＭＴＴＦ３０００時間以上の信頼性が得られる。
【００３８】
上記量子井戸層の層厚を１００オングストローム以上１２０オングストローム未満とし、θ⊥を２３°以上２７°以下とすれば、さらに閾値電流が低くなる。
【００３９】
本発明にあっては、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる発振波長６５０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の半導体レーザ素子において、ＧａＩｎＰ量子井戸層の層厚を４０オングストローム以上７０オングストローム未満とし、量子井戸層の層厚を２以上４以下にし、出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥を１９°以上２４°以下とする。
【００４０】
これにより、後述する実施形態に示すように、端面光密度を十分低くして端面部分での光による劣化を防ぎ、格子歪みの限界を超えることによる結晶破壊（ハッチング）も発生せず、しかも、光閉じ込め係数が十分であるので動作電流が低減する。さらに、発振閾値電流が十分低いので動作電流が低く、電流の増加率も低いので信頼性が向上する。その結果、光出力５ｍＷ、温度７０℃の条件で再生用の半導体レーザ素子として十分なＭＴＴＦ１０万時間以上の信頼性が得られる。
【００４１】
上記量子井戸の層数を２又は３とし、θ⊥を２０°以上２４°以下にすれば、端面での光密度がより低減し、活性層部分での光を広げることが可能になる。その結果、光出力３５ｍＷ（ＣＷ）、温度７０℃の条件で書き換え用の半導体レーザ素子として十分なＭＴＴＦ７万時間以上の信頼性が得られる。
【００４２】
上記量子井戸の層数を２とし、θ⊥を２１．５°にすれば、さらに端面での光分布を広げ、活性層部分での光密度を低減することが可能になる。その結果、光出力７０ｍＷ（パルス）、温度７０℃の条件で書き込み用の半導体レーザ素子として十分なＭＴＴＦ３０００時間以上の信頼性が得られる。
【００４３】
さらに、ｐ型クラッド層の不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以上にすれば、キャリアである電子が活性層からｐ型クラッド層ヘオーバーフローするのを防ぐバリア効果が大きくなる。
【００４４】
上記ｐ型クラッド層のドーパントとしてＺｎやＭｇを用いると結晶内での拡散係数が大きいため、半導体層の成長中または熱処理時に拡散が起こってｐ型クラッド層の不純物濃度を高くすることができない。よって、ｐ型クラッド層のドーパントとしてはＢｅを用いるのが好ましい。
【００４５】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体層の成長にはＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）やＭＢＥ（分子線エピタキシヤル）法を用いることができる。但し、Ｂｅは一般に有機原料が用いられておらず、また、除外装置の観点からもＭＢＥ装置を用いるのが好ましい。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（実施形態１）
図１（ｄ）は、本実施形態の半導体レーザ素子の概略構造を示す断面図である。
【００４８】
この半導体レーザ素子は、ＡｌＧａＩｎＰ系屈折率導波型半導体レーザ素子であり、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ第１光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ第２光ガイド層４２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５が設けられている。その上にはｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１６、ｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８からなるストライプ状メサ部３１が設けられている。このメサ部３１の両側にはｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０が設けられている。さらに、コンタクト層１８上および基板１１裏面には各々電極（図示せず）が設けられている。
【００４９】
この半導体レーザ素子は、例えば、以下のようにして作製することができる。
【００５０】
まず、図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１１上にＭＢＥ法によりｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１２、ＡｌＧａＩｎＰ第１光ガイド層４３、多重量子井戸活性層４１、ＡｌＧａＩｎＰ第２光ガイド層４２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１４、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１６、ｐ−ＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層１７およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８を順次成長させる。
【００５１】
このとき、活性層４１としては図２に示すような２層のＧａＩｎＰ量子井戸層４６と１層のＡｌＧａＩｎＰ障壁層４７からなる多重量子井戸活性層を形成した。また、量子井戸層厚（量子井戸幅）、光ガイド層厚、光ガイド層Ａｌ混晶比、クラッド層Ａｌ混晶比は後述する表３に示すように変化させた。ここで、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰのｙのことをＡｌ混晶比と称することにする。また、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層１２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層１４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１６、多重量子井戸活性層４１の量子井戸層４６と障壁層４７、エッチングストップ層１５、中間バンドギャップ層１７およびコンタクト層１８の層厚と混晶比（ｘ、ｙ）は、下記表１に示すように設定した。さらに、各層におけるドーピング量は、ｎ型第１クラッド層１２はＳｉを１×１０18ｃｍ-3、光ガイド層４３、量子井戸活性層４１、光ガイド層４３はノンドープ、ｐ型第３クラッド層１６はＢｅを１×１０18ｃｍ-3とした。また、ｐ型第２クラッド層１４、エッチングストップ層１５、中間バンドギャップ層１７およびコンタクト層１８の不純物と濃度は、下記表２に示すように設定した。
【００５２】
【表１】
0004093709.tif 000002
【００５３】
【表２】
0004093709.tif 000003
次に、この上にマスク層としてＡｌ2Ｏ3膜１９を蒸著し、フォトリソグラフィーによりストライプ状にパターン加工する。その後、Ａｌ2Ｏ3膜１９をマスクとして湿式エッチングを行ってコンタクト層１８、中間バンドギャップ層１７およびｐ型第３クラッド層１６のうち、Ａｌ2Ｏ3膜１９の両側に相当する部分を除去してＡｌ2Ｏ3膜１９直下の部分にメサ部３１を形成する。なお、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１６を除去する際には、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層１５との選択エッチングによりエッチングを確実に停止させる。
【００５４】
その後、第２回目のＭＢＥ成長を行って、メサ部３１の両側にｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層２０を断面凸状に成長させる。このとき、Ａｌ2Ｏ3膜１９上にはｎ−ＧａＡｓ多結晶層２１が断面凸状に形成される。
【００５５】
この上に、図１（ｂ）に示すようにフォトレジスト３２を塗布する。そして、フォトリソグラフィーによりｎ−ＧａＡｓ多結晶層２１の部分に開口２３を設けて、ｎ−ＧａＡｓ多結晶層２１の頂部３３を露出させる。
【００５６】
次に、図１（ｃ）に示すように、硫酸系エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９に対してｎ−ＧａＡｓ多結晶層２１を選択エッチングして除去し、続いて、フォトレジスト３２を除去する。
【００５７】
そして、図１（ｄ）に示すように、フッ酸系エッチング液を用いて、Ａｌ2Ｏ3膜１９をエッチングして除去する。その後、コンタクト層１８の表面、基板１１の裏面に各々電極（図示せず）を形成して本実施形態の半導体レーザ素子が得られる。
【００５８】
次に、高温で高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得るために、本願の発明者が量子井戸幅およびθ⊥について、特定の関係を見い出した経緯について説明する。
【００５９】
まず、上述したＵ．Ｓ．ＤＶＤ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｍａｙ２８ａｎｄ２９、１９９７予稿集に記載されている活性層の構造を図８に示す。
【００６０】
この図８において、横軸は積層方向の距離を示し、縦軸は（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰのＡｌ混晶比ｙを示す。活性層を構成する量子井戸層１４６はＧａxＩｎ1-xＰであり、その井戸幅は８５オングストローム、光ガイド層１４２、１４３の厚さは５００オングストローム、光ガイド層１４２、１４３のＡｌ混晶比は０．５、クラッド層１１２、１１４のＡｌ混晶比は０．７である。この構造では、出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅θ⊥が２５．５°になる。
【００６１】
図９に、この半導体レーザ素子における信頼性試験結果を示す。この構造によれば、温度３０℃、光出力３０ｍＷの条件でＭＴＴＦ５４００時間が得られている。しかし、装置の環境温度を保証するために必要な５０℃では、光出力３０ｍＷが得られずに半導体レーザ素子が劣化するという問題が生じる。
【００６２】
従って、高温での動作を行うためには、動作電流、すなわち、発振閾値電流をさらに下げる必要がある。
【００６３】
このため、本願の発明者は、量子井戸層の組成をＧａxＩｎ1-xＰとしたまま量子井戸層厚（量子井戸幅）と光ガイド構造を変化させて以下のように実験を行った。ここで、光ガイド構造とは、具体的には（１）光ガイド層Ａｌ混晶比、（２）クラッド層Ａｌ混晶比および（３）光ガイド層厚である。また、光ガイド層のＡｌ混晶比と障壁層のＡｌ混晶比は同じとした。
【００６４】
本実施形態では、表３に示すように量子井戸幅、光ガイド層厚、光ガイド層Ａｌ混晶比およびクラッド層Ａｌ混晶比を変化させた半導体レーザ素子を作製した。また、比較のために表４に示すような半導体レーザ素子を作製した。この表４中、ロット名Ｘ０３が図８に示した従来の半導体レーザ素子を示す。
【００６５】
【表３】
0004093709.tif 000004
【００６６】
【表４】
0004093709.tif 000005
このとき、半導体レーザ素子の発振波長は、活性層の歪み量、具体的にはＧａxＩｎ1-xＰ層の混晶比ｘを調整して、ＤＶＤ−Ｒ用に最適な６３５ｎｍから６４２ｎｍの範囲になるように設定した。なお、混晶比ｘと格子歪み量の関係は以下の通りである。
【００６７】
混晶比Ｘ＝０．５１−格子歪み量（％）×０．１３５
さらに、この半導体レーザ素子のθ⊥は、量子井戸幅と光ガイド層の厚さとガイド層Ａｌ混晶比およびクラッド層Ａｌ混晶比によって決定される。図３に計算と実験から求めたθ⊥と光ガイド層およびクラッド層の混晶比の関係を示す。なお、計算は、マックスウェルの方程式を数値解法により解いて求めている。ここでは、光ガイド層厚を５００オングストロームとしているが、光ガイド層厚が大きくなると光が活性層付近に集まるためにθ⊥が小さくなり、光ガイド層厚が小さくなるとθ⊥は大きくなる。
【００６８】
この図３から、例えば、量子井戸層厚が１１０オングストロームで光ガイド層のＡｌ混晶比が０．５６およびクラッド層のＡｌ混晶比が０．６８では、θ⊥２３．７°が得られる。
【００６９】
図４に、このようにして作製した半導体レーザ素子の量子井戸幅とθ⊥と閾値電流との関係を示す。この図中、数値は２５℃における閾値電流を示している。
【００７０】
この図４によれば、井戸幅が大きい方がＩｔｈが低くなり、θ⊥が小さい方がＩｔｈが大きくなっている。
【００７１】
井戸幅が大きい方がＩｔｈが低くなる理由は以下の通りである。
【００７２】
図５に、発振波長と量子井戸幅と活性層歪量との関係を示す。
【００７３】
発振波長の中心値を６３８ｎｍにするために、井戸幅が決まると、図５の実線上に活性層歪量の値をｘを調整して設定する。井戸幅が大きいと、ｘを大きくしなければ同じ波長を得ることができないため量子井戸層の引っ張り歪量が増大する。
【００７４】
図５の上に、Γ点付近の電子準位、ライトホール準位、ヘビィホール準位の運動量空間におけるエネルギー依存性を示す。引張り歪量が増大することにより、Γ点ではライトホール準位のエネルギーがヘビィホール準位のエネルギーより十分高くなるので注入されたキャリア（ホール）はライトホールとして分布する。
【００７５】
ヘビィホールと電子の再結合によるレーザ光とライトホールと電子の再結合によるレーザ光とでは偏光方向や利得が異なる。ライトホール準位とヘビィホール準位のエネルギーが等しく、同じ量のキャリアが存在している場合には、利得の低い偏光方向で発振が生じ、もう一方の偏光方向に寄与するキャリアは自然放出光となってレーザ発振には寄与しないので発振閾値が高くなってしまう。ライトホール準位のエネルギーがヘビィホール準位のエネルギーより十分高い本実施形態の半導体レーザ素子ではヘビィホール準位にしかキャリアが無いため、注入されたキャリアは全て一方の偏光方向のレーザ光にのみ寄与するので発振閾値が低くなり、効率も高くなるので動作電流が低くなる。即ち、温度特性が良くなるのである。
【００７６】
量子井戸層厚７０オングストローム以上の各半導体レーザ素子について、信頼性を評価した結果を示す。信頼性試験は、５０℃、３０ｍＷの条件で光出力一定とした駆動方法により測定した。
【００７７】
この図６から、Ｘ８４、Ｘ８６およびＸ８９の半導体レーザ素子は全て、５０℃、３０ｍＷにおいて高い信頼性を有し、十分に実用化が可能であることがわかる。
【００７８】
しかし、Ｘ１０８の半導体レーザ素子に関しては、θ⊥を大きくして活性層の光閉じ込め係数を上げることにより動作電流（Ｉｏｐ）は低下したが、信頼性試験では突然に停止する故障モードとなった。劣化した素子の光出射端面の発光パターン測定したところ、活性層中央部に暗部があり、明らかに端面部の光密度が大きいために劣化したと考えられる。この理由は、半導体レーザ素子内部での光密度が高いため、レーザ端面部分での酸化等により劣化が進み、突然に劣化する故障モードが現れていると考えられる。
【００７９】
レーザ端面部分での光密度を下げるためには、活性層付近での光ビームサイズを広げることが必要であり、これは、半導体レーザ素子から出射される光の活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅（θ⊥）が狭くなることにつながる。従って、この実験よりθ⊥を２７°以下にする必要がある。
【００８０】
θ⊥が２７°以下ではレーザ端面部分での劣化が生じないため、図６に示した半導体レーザ素子の信頼性はほぼ発振閾値電流の値によって決まる。すなわち、発振閾値電流の低いロットは高い信頼性を有している。同じロット内の個々の素子においても、初期Ｉｏｐの高い素子は電流の増加率も高く、初期Ｉｏｐの低い素子は電流の増加率も低いことから、初期Ｉｏｐ、すなわち発振閾値電流を下げることが高い信頼性を得るために必要であることがわかる。
【００８１】
上記表３および表４に各半導体レーザ素子の発振閾値電流、発振波長、θ⊥、θ／／（出射光の、活性層の積層面に対して平行な方向の半値幅）、および信頼性を示す推定平均故障時間ＭＴＴＦも同時に示した。
【００８２】
以上の結果から、波長６３０ｎｍ以上６４２ｎｍで発振する半導体レーザ素子において、５０℃および３０ｍＷでＭＴＴＦ３０００時間以上を得るためには、量子井戸層厚９０オングストローム以上１２０オングストローム未満でθ⊥を２２°以上２７°以下にすればよい。
【００８３】
さらに、量子井戸層厚１００オングストローム以上１２０オングストローム未満でθ⊥を２２°以上２７°以下にすれば、より閾値電流を低くすることができるので好ましい。
【００８４】
（実施形態２）
本実施形態では、ｐ型第２クラッド層１４およびｐ型第３クラッド層１６のドーピング量について検討を行った。
【００８５】
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層１６のＢｅドーピング量を５×１０17ｃｍ-3とした以外は、実施形態１において表３に示したＸ８９と同様の構造の半導体レーザ素子を作製した。
【００８６】
図７（ａ）はｐ型第３クラッド層１６のＢｅドーピング量を５×１０17ｃｍ-3とした半導体レーザ素子のＩ−Ｌ（電流一光出力）特性を示す図であり、図７（ｂ）はｐ型第３クラッド層１６のＢｅドーピング量を１×１０18ｃｍ-3とした半導体レーザ素子（Ｘ８９）のＩ−Ｌ（電流−光出力）特性を示す図である。
【００８７】
この図７からわかるように、ｐ型第２クラッド層１４およびｐ型第３クラッド層１６のＢｅドーピング量を５×１０17ｃｍ-3とした半導体レーザ素子では、２５℃での閾値電流はＸ８９とほぼ同じ値であちが、高温５０℃での閾値電流および動作電流はＸ８９よりも高くなっている。
【００８８】
これは、ｐ型クラッド層のドーピング濃度が低いと、キャリアである電子が活性層からｐ型クラッド層ヘオーバーフローするのを防ぐ実効的なバリア効果が下がるためである。つまり、ｐ型クラッド層のドーピング濃度が低いと、電子がオーバーフローし易く、その結果、温度特性が悪くなって５０℃で３０ｍＷの光出力を得ることができない。特に、波長が６４２ｎｍ以下と短いため、活性層のバンドギャップが大きくなり、相対的に活性層とクラッド層によるバリア効果が小さくなるので、ｐ型クラッド層のドーピング量を増やしてバリア効果を得ることは重要である。
【００８９】
ここで、５０℃で３０ｍＷの光出力を得るためには、ｐ型クラッド層のドーピング量を１×１０18ｃｍ-3とするのが好ましい。また、他の半導体レーザ素子の実験から、ドーピング量がある程度以上になるとＩｔｈが上昇するという結果が得られているので、本発明においても適宜ドーピング量を調整するのが好ましい。
【００９０】
なお、上記実施形態では半導体層の成長のためにＭＢＥ装置を用いている。その他の成長装置として、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子の製造においては一般に、ＭＯＣＶＤ装置が用いられている。このＭＯＣＶＤ装置では、ｐ型ドーパントとしてＺｎまたはＭｇが使用されるが、ＺｎまたはＭｇは結晶内での拡散係数が大きいので、成長中または熱処理時の拡散が起こり、ｐ型クラッド層のドーピング濃度を高くすることができない。これは、ドーピング濃度を高くすると、活性層へのドーパントの拡散が生じ、閾値電流が増加するからである。
【００９１】
一方、Ｂｅではこのようなドーパントの拡散の問題が生じないが、有機原料が一般的でなく、また、除外装置の関係からもドーパントとしてＢｅを用いる成長はＭＢＥ法に限られる。従って、上記実施形態のように、製造装置としてＭＢＥ装置を用い、ｐ型クラッド層のドーパントとしてＢｅを用いれば、５０℃、３０ｍＷ以上の条件で実用上十分に高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【００９２】
（実施の形態３）
本実施例では、波長６５０ｎｍから６６０ｎｍにおける最適構造の例を示す。波長６５０ｎｍはDVD-video、DVD-ROM、DVD-audioなどの再生用として、光出力５ｍＷから１０ｍＷが必要とされている。再生用の半導体レーザは記録用の半導体レーザと違い、10000時間以上の高い信頼性を必要とされる。高い信頼性を得るためには、低い閾値電流と良好な温度特性と、高い温度での動作電流を低減し、高い信頼性を得る必要がある。
【００９３】
本実施例は、DVD-video、DVD-ROM、DVD-audioなどのDVDファミリーディスクの再生専用ドライブに用いられる、半導体レーザ素子の例を示す。図10は本半導体レーザ素子の概略構造を示す図である。
【００９４】
本実施例の構造は実施の形態１の構造と多重量子井戸活性層４１の構造が異なる以外は同一である。
【００９５】
図11に本実施の形態の多重量子井戸の構造図を示す。量子井戸の数及び量子井戸幅は図１３のように変化させた。ここで、光ガイド層４３及び４２のＡｌ混晶比は０．５０、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４のＡｌ混晶比は０．７２である。光ガイド層４３及び４２の混晶比、ｎ型クラッド層１２及びｐ型クラッド層１４のＡｌ混晶比は量子井戸数、量子井戸幅を変えても、すべて同一としている。
【００９６】
本実施例の作成方法は、実施の形態１と活性層構造を除き、同一のため省略する。
【００９７】
次に高温で高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得るために本願の発明者が量子井戸幅及び量子井戸の数について、特定の関係を見出した経緯について説明する。
【００９８】
発振波長６５０ｎｍから６６０ｎｍにおける最適構造は以下のように決定する。
【００９９】
図１２に、発振波長と量子井戸幅と活性層歪量の関係を示す。図中には６５０ｎｍ及び６６０ｎｍの波長を得るための関係を示している。
【０１００】
発振波長として６５０ｎｍまたは６６０ｎｍを得るためには、図１２の６５０ｎｍまたは６６０ｎｍと記したライン上の任意の井戸幅を選ぶことができるが、発振閾値をできるだけ下げ、高温度での動作電流を低減し、信頼性を上げるためには、実施の形態１で記述したように、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギーがなるべく離れ、ヘビィホールまたはライトホールにキャリアを集中させる方がよい。
【０１０１】
図１２の中で２点鎖線で示したラインは、ヘビィホール準位とライトホール準位が一致するラインである。このラインより上では、ヘビィホール準位のエネルギーがライトホール準位のエネルギーよりも高いため、活性層に注入されたホールは、ヘビィホール準位に集中し、レーザ発振はヘビィホールと電子の性結合により発生する。逆にこのラインより下では、ライトホール準位のエネルギーがヘビィホール準位のエネルギーより高いため、活性層に注入されたホールは、ライトホール準位に集中し、レーザ発振はヘビィホールと電子の再結合により発生する。図の２点鎖線の上でも下でも、このラインより離れれば、閾値は下がるが、図１２よりわかるように発振波長が、６５０ｎｍまたは６６０ｎｍでは、井戸幅が、略１００Åより大きいところでは量子井戸の井戸幅を変化させても歪量を変化させることはできず、その結果、ライトホールとヘビィホール準位の一致するラインに近い構成になってしまうことが分かる。
【０１０２】
したがって、準位の一致するラインから離すことが可能な、井戸幅７０Å以下が有利である。
【０１０３】
図１３に、井戸幅４０Åから１１５Åに、井戸数を９層から２層に変化させたときの、動作電流Ｉop（７０℃）、閾値電流Ith（２５℃）、特性温度TOの結果を示す。図１３では、７０Åより右方向になると、閾値が上昇し、特性温度TOが低くなる。これは、井戸幅が大きくなると、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギが接近して、発振に必要とされる価電子帯を充填するためのキャリアが増えるためである。また左方向（４０Å以下）では、再び閾値電流が増加する。これは、量子井戸界面の効果と考えられる。即ち、井戸層とバリア層の界面では、素子成長時に構成材料の量を切り替えるが、この切り替えが完全に行われないために、理想の結晶状態よりずれ、非発光再結合中心が存在する。活性層が厚い場合は、この非発光再結合の効果は少ないが、井戸幅が小さくなると効果は増大し、閾値が上昇することになる。
【０１０４】
一方、波長６３０ｎｍから６４０ｎｍでは、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギーが一致するラインより上の領域は、井戸幅７０Åより薄い領域となり、ラインより離れるためには、さらに小さい領域は非発光再結合の領域に入るため、十分な、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギーの分離が得られない。したがって、６３０ｎｍから６４０ｎｍでは、実施の形態１で述べたようなライトホール準位とヘビィホール準位が一致するラインより下の領域で、且つ歪の大きいことから起因する結晶破壊のない領域を選ぶ必要がある。
【０１０５】
したがって、必要とする発振波長により、自動的に活性層の量子井戸層の厚さに最適点が存在する。尚、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギーが一致するラインより上の領域は、ヘビィホールと電子による再結合のため、レーザ発振は、ｐ-ｎ接合面に電界が平行なＴＥモードとなり、ヘビィホール準位とライトホール準位のエネルギーが一致するラインより下の領域はライトホールと電子による再結合のため、レーザ発振はｐ-ｎ接合面に電界が垂直なＴＭモードとなる。
【０１０６】
図１３の上下方向は井戸幅×井戸数を示す。この井戸幅×井戸数は活性層の利得を持つトータルな厚さを示す。また、井戸幅×井戸数が大きくなると、光閉じ込め係数が増大するため、特性温度がよくなるが、活性層内部の体積が増えるために、同じ閾値キャリア密度を得るために閾値電流が増える。また、井戸幅×井戸数が小さくなると、光閉じ込め係数が減少し、レーザ発振を得るために必要とされる利得が増大し、閾値電流が増える。したがって、井戸幅×井戸数にも最適点が存在する。
【０１０７】
ここで、Ｉthの一番小さい井戸幅は約７５Åであるが、井戸幅５０Åの方が特性温度TOが高いため、Iop（７０℃）が一番近い５０Å×４層が一番良い特性になる。
【０１０８】
図１４に井戸幅×井戸数に対する温度特性の依存性を示す。井戸幅×井戸数はほぼ活性層の光閉じ込め係数に関係する。同じ井戸幅では、特性温度TOは井戸幅×井戸数が大きくなると大きくなる傾向がある。しかし、図１４ではその関係が井戸幅によって変わることを示しており、井戸幅５０Åにおいて、同じ井戸幅×井戸数でも高い特性温度が得られ、したがって高い温度でも低い動作電流が得られることを示す。
【０１０９】
本実施例の半導体レーザ素子（量子井戸幅５０Å、量子井戸数４）の発振閾値Ith（２５℃）が４９ｍＡ、θ⊥は３０°、θ／／は８．５°であった。
【０１１０】
図１５に、本実施形態の半導体レーザ素子の信頼性を示す。Ｉopが初期の１．２倍になる時間を寿命として平均故障時間（MTTF）を推定すると、７０℃５ｍＷで推定ＭＴＴＦは１０万時間以上と十分な信頼性を有し、ＤＶＤファミリーの再生用ディスクの再生用ドライブの半導体レーザ素子として十分使用できる。
【０１１１】
ここで、本実施例では、ｐ型第２クラッド層１４及びｐ型第３クラッド層１６のドーピング量について検討を行った。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層及び第２クラッド層のＢｅドーピング量を５×１０17ｃｍ-3とし、量子井戸幅５０Å、量子井戸数４とした。
【０１１２】
この比較用の素子の７０℃５ｍＷでの動作電流が高い。したがって推定ＭＴＴＦは１５００時間と再生用ドライブに要求される値（約１００００時間）より低くなる。
【０１１３】
（実施の形態４）
本実施例では、書き換えを行うＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ−ＲＷドライブに用いられる６５０ｎｍ６６０ｎｍを出射する高出力半導体レーザ素子について記述する。
【０１１４】
ＤＶＤ−ＲＡＭ及びＤＶＤ−ＲＷドライブでは、例えばメディアの結晶状態を変えて（相変化）情報を記録する。その結晶の相を変化させるために高い出力の半導体レーザ素子が必要である。その出力パワーはパルス駆動条件で光出力５０ｍＷ（ＣＷ駆動条件で３５ｍＷに相当）または光出力７０ｍＷ（ＣＷ駆動条件で５０ｍＷ）が必要とされる。
【０１１５】
図１７は本実施例の半導体レーザ素子の概略構成を示す断面図である。本実施例の構造は実施の形態１の構造と多重量子井戸活性層４１の構造が異なる以外は同一である。
【０１１６】
図１８に多重量子井戸活性層の構造図を示す。ここで光ガイド層４３および４２のＡｌ混晶比は０．５９、ｎ型クラッド層１２、ｐ型クラッド層１４のＡｌ混晶比は０．６９である。
【０１１７】
実施の形態３と同じく、波長が６５０ｎｍから６６０ｎｍであるため、同様の理由により、活性層の厚さは５０Åが最適である。
【０１１８】
高出力を得るためには、端面の光密度を低減するために、活性層部分での光を拡げる必要がある。
【０１１９】
図１９に活性層の量子井戸の数に対するθ⊥（出射光の、活性層の積層面に対して垂直な方向の半値幅）および活性層での光密度の値を示す。井戸数が増えるほど、一定出力での光密度が上がっていく。
【０１２０】
したがって、井戸幅はそのままで、井戸の数を４層から３層に減らし、活性層部分での光密度を低減した構造とした。ここで光ガイド層４３、４２、ｎ型クラッド層１２、及びｐ型クラッド層１４のＡｌ混晶比を変えることにより屈折率が変化し、端面での光密度、及びθ⊥を変えることができる。（クラッド層のＡｌ混晶比）−（ガイド層のＡｌ混晶比）を０．１とすることで、井戸数２でθ⊥２２°を得ることができる。
【０１２１】
その他の部分は、実施の形態３と同様である。実施の形態３と同様の方法で半導体レーザ素子を作成し、特性を測定した。室温での閾値電流は５１ｍＷであり、θ⊥２２°を得られた。図２０に７０°３５ｍＷ（ＣＷ）での信頼性試験の結果を示す。１０００時間以上安定に動作し、推定寿命ＭＴＴＦは７万時間であり、十分な信頼性を有する。
【０１２２】
（実施の形態５）
次に、パルス７０ｍＷの光出力を得るためには、光出力が上昇する分、さらに端面の光分布を広げ、活性層部分での光密度を下げる必要がある。したがって、井戸の層数を３層からさらに数を減少させ、井戸幅５０Å、井戸数２層とした。その他の部分は、実施の形態４と同じ構造である。
【０１２３】
実施の形態４と同様の方法で、半導体レーザ素子を作成し、特性を測定した。室温での閾値電流は５４ｍＡであり、θ⊥２１．５°が得られた。活性層のトータルの厚さを小さくしたために、活性層での光分布が広がり、したがって高い光出力を出した場合でも、活性層の光密度はあまりあがらない。図２１に７０℃、パルス７０ｍＷにおける信頼性試験結果を示す。７０℃７０ｍＷでも安定に動作し、推定ＭＴＴＦは３０００時間と、書き込み用の半導体レーザ素子として十分な信頼性を得ることができた。
【０１２４】
また、比較のために、本実施の形態５と同じ構造で、ｐ型第２クラッド層１４及びｐ型第３クラッド層１６のドーピング量について検討を行った。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層及び第２クラッド層のＢｅドーピング量を７×１０17ｃｍ-3とし、量子井戸幅５０Å、量子井戸数２とした。図２２に、この比較用の素子の７０℃７０ｍＷパルスの信頼性走行経過を示す。Ｂｅドーピング濃度が低いと、温度特性が悪く、７０℃５ｍＷでの動作電流が高い。したがって、７０℃７０ｍＷのパルスでの信頼性試験では、初期より劣化の程度が大きく、初期Ｉopの１．２倍となる点を寿命として推定すると、ＭＴＴＦは５００時間となる。端面での光密度を下げるために、量子井戸層の厚さの総和を小さくすることにより、活性層での光閉じ込め係数が減少する。したがって、温度特性が比較的悪くなるため、ｐ型クラッド層でのＢｅ濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であることが重要である。
【０１２５】
以上の説明は基板面の向きに依存しない。しかし、より高い信頼性を得るために基板の主面を（１００）面から［０１１］方向に１０〜１５度傾けても良いことは言うまでもない。
【０１２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、波長６３０ｎｍ以上６４２ｎｍで光出力３０ｍＷの半導体レーザ素子において、５０℃の高温条件で書き込み用の半導体レーザ素子として十分なＭＴＴＦ３０００時間以上という高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。従って、本発明の半導体レーザ素子は、ＤＶＤ−Ｒ用の半導体レーザ素子として好適に使用することができ、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理システム等において、記録コストを低廉化し、記録容量を大きくするために非常に有効である。
【０１２７】
また、波長６５０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下で、光出力５ｍＷ、３５ｍＷ（ＣＷ）、７０ｍＷ（パルス）のいずれかの半導体レーザ素子において、７０℃の高温条件で、再生用、書き換え用、書き込み用のいずれかの半導体レーザ素子として十分な、それぞれ、ＭＴＴＦ１０万時間以上、７万時間以上、３０００時間以上という高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。従って、本発明の半導体レーザ素子は、DVD-video、DVD-ROM、DVD-audioなどのDVDファミリーディスクの再生専用ドライブ、或いは、DVD-RAM、DVD-RWドライブに用いる半導体レーザ素子として好適に使用することができ、光磁気ディスクや光ディスク等の光情報処理システム等において、記録コストを低廉化し、記録容量を大きくするために非常に有効である。
【０１２８】
さらに、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上のＧａＩｎＰやＧａＮまたはＳｉ基板上のＧａＩｎＮ、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板上のＧａＩｎＡｓ、ＧａＳｂ基板上のＧａＩｎＳｂにおけるＩｎ量といった組成比によって歪量が変化する化合物半導体材料を用いて、発振波長を変えても、容易に最適な量子井戸活性層の構成を導くことができ、狙った波長で、狙った特性を持つ半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図２】実施形態の半導体レーザ素子における量子井戸活性層の概略構造を示す図である。
【図３】実施形態の半導体レーザ素子におけるθ⊥と光ガイド層のＡｌ混晶比とクラッド層のＡｌ混晶比の関係を示す図である。
【図４】実施形態の半導体レーザ素子における量子井戸幅とθ⊥と閾値電流の関係を示す図である。
【図５】実施形態の半導体レーザ素子における波長と量子井戸幅と活性層歪量の関係を示す図である。
【図６】実施形態の半導体レーザ素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図７】実施形態の半導体レーザ素子におけるＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザ素子における量子井戸活性層の概略構造を示す図である。
【図９】従来の半導体レーザ素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図１０】実施形態の半導体レーザ素子の概略構造を示す図である。
【図１１】実施形態の半導体レーザ素子における量子井戸活性層の概略構造を示す図である。
【図１２】実施形態の半導体レーザ素子における波長と量子井戸幅と活性層歪量の関係を示す図である。
【図１３】実施形態の半導体レーザ素子における（井戸幅×井戸数）と、井戸幅とを変化させたときの、動作電流Ｉop、閾値電流Ith、特性温度TOの値を示す図である。
【図１４】実施形態の半導体レーザ素子における（井戸幅×井戸数）と、温度特性TOとの関係を示す図である。
【図１５】実施形態の半導体レーザ素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図１６】比較用の素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図１７】実施形態の半導体レーザ素子の概略構造を示す図である。
【図１８】実施形態の半導体レーザ素子における量子井戸活性層の概略構造を示す図である。
【図１９】実施形態の半導体レーザ素子における、井戸層の数と活性層での光密度、及びθ⊥との関係を示す図である。
【図２０】実施形態の半導体レーザ素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図２１】実施形態の半導体レーザ素子における信頼性評価結果を示す図である。
【図２２】比較用の素子における信頼性評価結果を示す図である。
【符号の説明】
１１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１２  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
１４  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
１５  ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１６  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層
１７  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ中間バンドギャップ層
１８  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１９  マスク層
２０  ＧａＡｓ電流ブロック層
２１  ＧａＡｓ多結晶層
２３  開口
３１  メサ部
４１  量子井戸活性層
４２  ＡｌＧａＩｎＰ第２光ガイド層
４３  ＡｌＧａＩｎＰ第１光ガイド層
４６  ＧａＩｎＰ井戸層
４７  ＡｌＧａＩｎＰ障壁層
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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