(57)【要約】【課題】ｐ型クラッド層から拡散されるＺｎが活性層中では低濃度になるようにして、活性層の結晶品質の劣化を低減できる半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板２上に第1のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４と、活性層６と、Ｚｎをドープした第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７と、ｐ型エッチング停止層８とが順次積層され、、このｐ型エッチング停止層８上には、Ｚｎをドープした第２のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９とｐ型ＡｌＧａＩｎＰキャップ層１０とからなるリッジ部１１が形成され、更にｐ型エッチング停止層８上には、リッジ部１１を挟持する一対のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１２が形成されており、第１のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４と活性層６との間に、第１のｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層４よりも低濃度の第２のｎ導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５を設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板上に第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、Ｚｎをドープした第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２導電型エッチング停止層とが順次積層され、前記第２導電型エッチング停止層上には、Ｚｎをドープした第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第２導電型ＡｌＧａＩｎＰキャップとからなるリッジ部が形成され、更に前記第２導電型エッチング停止層上には、前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層が形成された半導体レーザ素子において、
前記第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と前記活性層との間に、前記第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層よりも低濃度の第２の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光情報処理や光計測等の光源に用いられる半導体レーザ素子に係り、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いた半導体レーザ素子は、高密度ディスク装置、レーザプリンタ用光源、バーコードリーダ及び光計測等の光源として広く用いられている。この半導体レーザ素子のｐ型クラッド層には、通常、Ｚｎが用いられるが、このＺｎが活性層に拡散することによって、この活性層中に非発光センターが形成されるため、発振閾値の上昇や信頼性の低下を招くといった問題を生じる。
この対策を施した半導体レーザ素子が特許文献１〜３に記載されている。
特許文献１には、Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ活性層にＳｅをドープすることによって、ｐ型（ＡｌＧａ）0.52Ｉｎ0.48Ｐ光ガイド層中のＺｎがＩｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ活性層へ拡散することを防止して、発振しきい値電流密度が低く、かつバラツキが小さい半導体レーザ素子を実現することが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、Ｚｎドープされたｐ型クラッド層と活性層との間にＳｉドープされたＡｌＧａＩｎＰ層を設けることによって、ｐ型クラッド層にドープされたＺｎが活性層へ拡散することを防止して、低しきい値電流密度で発振する半導体レーザ素子を実現することが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、（ＡｌxＧａ1-x）zＩｎ1-zＰ層と（ＡｌyＧａ1-y）qＩｎ1-qＰ層（ｙ≧ｘ）とが交互に積層された多層薄膜構造がｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中に活性層に隣接して形成され、Ａｌ組成の小さい（Ａｌ1-xＧａx）zＩｎ1-zＰ層に引っ張り歪が加わる値にｚを選ぶことによって、ｐ型クラッド層中のＺｎが活性層に拡散することを防止して、低しきい値で発振する半導体レーザ素子を実現することが記載されている。
【特許文献１】特開平４−２９３２８９号公報
【特許文献２】特開平６−２３７０３８号公報
【特許文献２】特開平４−２７５４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の場合には、Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ活性層に、Ｓｅがドープされているので、この活性層の結晶品質を低下させるため、レーザ特性を劣化させるといった問題を生じてしまう。
また、特許文献２の場合には、ＳｉドープされたＡｌＧａＩｎＰ層は、ｐ型クラッド層のＺｎの拡散によって、ｐ型にならないときには、良好なレーザ特性が得られないといった問題を生じてしまう。
特許文献３の場合には、引っ張り歪のためにかえって、半導体レーザ素子の信頼性が劣化するといった問題を生じてしまう。
本出願人は、Ｚｎ拡散状況のＳＩＭＳ（２次イオン質量）測定データ、半導体レーザ素子の初期特性データ及び信頼性データを詳細に分析した結果、半導体レーザ素子の劣化や特性の低下は、ｐ型クラッド層のＺｎが活性層に拡散することによって生じるのではなく、ｐ型クラッド層の結晶格子間に存在するＺｎが活性層に拡散した後、ｎ型クラッド層でせき止められ、活性層とｎ型クラッド層との界面に高濃度に蓄積されることが原因であることがわかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するものであり、ｐ型クラッド層から拡散されるＺｎがｎ型クラッド層でせき止められ、活性層中では低濃度になるようにして、Ｚｎが拡散することによる活性層の結晶品質の劣化を低減できる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１導電型の半導体基板上に第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、Ｚｎをドープした第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、第２導電型エッチング停止層とが順次積層され、前記第２導電型エッチング停止層上には、Ｚｎをドープした第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と第２導電型ＡｌＧａＩｎＰキャップとからなるリッジ部が形成され、更に前記第２導電型エッチング停止層上には、前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型電流狭窄層が形成された半導体レーザ素子において、
前記第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と前記活性層との間に、前記第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層よりも低濃度の第２の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を設けたことを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と活性層との間に、第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層よりも低濃度の第２の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を設けたので、活性層近傍ではせき止められずに第２の第１導電型ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層でせき止められるため、活性層近傍ではＺｎの濃度を低くすることができる。この結果、活性層の結晶品質が低下することを防止できるため、低閾値の電流密度で発振し、レーザ特性の良好な半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態における半導体レーザ素子を図１を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態における半導体レーザ素子を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明の実施の形態における半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板２上に１×１０18ｃｍ-3のＳｉ（シリコン）をドーピングしたｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングしたｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）クラッド層４と、１〜5×１０16ｃｍ-3のＳｉをドーピングした低濃度のｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５と、ＭＱＷ（多重量子井戸層）よりなる活性層（以下、単に「活性層」とも称す）６と、５×１０17ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層７と、１×１０18ｃｍ-3のＺｎ（亜鉛）をドーピングしたｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（ガリウムインジウムリン）エッチングストップ層８とが順次積層されている。
【００１１】
ここで、低濃度のｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５の作用について説明する。
ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５は、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層よりも低濃度の１〜5×１０16ｃｍ-3にしてあるので、Ｚｎに対しては、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層７とｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４との間に勾配ができるため、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層７から拡散するＺｎは、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４でせき止められる。
このため、Ｚｎ濃度は、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４中で最も高くなり、活性層５とｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５との間では、低濃度となる。
このため、活性層５中にＺｎが存在することによる結晶品質の劣化が防止される。
【００１２】
更に、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層８上には、１×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層９と、２×１０18ｃｍ-3のＺｎをドーピングした薄いｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層１０とが順次積層されてなる台形状のリッジ部１１が形成されている。
【００１３】
また、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層８上には、リッジ部１１を挟持する１×１０18ｃｍ-3のＳｉをドーピングした一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウムインジウムリン）電流狭窄層１２が形成されている。このリッジ部１１上及び一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層１２上には２×１０19ｃｍ-3のＺｎをドーピングしたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３が積層されている。
【００１４】
そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にはＡｕ系のｐ型オーミック電極１４が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２には、Ａｕ系のｎ型オーミック電極１５が形成されている。
【００１５】
次に、半導体レーザ素子１の動作について説明する。
ｐ型オーミック電極１４側からｎ型オーミック電極１５側に向かって順方向の電流を注入し、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層７から供給される正孔とｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（アルミニウムガリウムインジウムリン）クラッド層４から供給される電子とが活性層６で再結合してレーザ光を生成する。
【００１６】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と活性層５との間に、低濃度ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層５を形成しているので、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層７中から拡散するＺｎは、活性層５近傍ではせき止められずにｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４でせき止められるため、活性層５近傍ではＺｎの濃度を低くすることができる。この結果、活性層５の結晶品質が低下することを防止できるため、低閾値の電流密度で発振し、レーザ特性の良好な半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…半導体レーザ素子、２…ｎ型ＧａＡｓ基板、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第１の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、５…ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第２の第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、６…活性層、７…第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第１の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、８…ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層（第２導電型エッチングストップ層）、９…第２のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（第２の第２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層）、１０…ｐ型Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐキャップ層（第２導電型ＩｎＧａＰキャップ層）、１１…リッジ部、１２…ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流狭窄層（第１導電型電流狭窄層）、１３…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１４…ｐ型オーミック電極、１５…ｎ型オーミック電極
【図１】
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