JPH07321395A - 自励発振型半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定に自励発振する自然超格子構造を取り得
る半導体材料からなる可飽和光吸収層を備えた自励発振
型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 【構成】 可飽和光吸収層５、１５の両面に、アンドー
プの不純物拡散防止層４、６、１４、１６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力レーザ光の戻り光
に起因する戻り光雑音を低減した自励発振型半導体レー
ザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ素子は、出力レーザ
光の戻り光が半導体レーザ素子へ再入射する場合、この
戻り光に起因した雑音（以下、戻り光雑音という）が出
力レーザ光内に発生するといった問題があった。斯る戻
り光雑音は、例えば半導体レーザ素子を光ディスク装置
の光源として使用する場合に、ディスク面等からの反射
による出力レーザ光の戻り光が半導体レーザ素子へ再入
射することにより発生する。

【０００３】この半導体レーザ素子の戻り光雑音を低減
する為に、自励発振現象を利用する方法が知られてお
り、例えば特開昭６３−２０２０８３号（Ｈ０１Ｓ ３
／１８）公報に開示されている。

【０００４】斯る半導体レーザ素子では、ＡｌＧａＡｓ
活性層を挟むクラッド層のうち、一方のクラッド層に発
振光のエネルギー（発振波長エネルギー：ｈν）よりか
なり大きなバンドギャップエネルギーを持つ屈折率層も
しくは該発振光のエネルギーよりかなり小さなバンドギ
ャップエネルギーを持つ光吸収層を用いることにより、
自励発振させることが記載されている。

【０００５】しかしながら、本願出願人の実験結果によ
ると、上記発振光のエネルギーよりかなり大きなバンド
ギャップエネルギーをもつ屈折率層の場合は、非点隔差
が大きくなり、他方発振光のエネルギーよりかなり小さ
なバンドギャップエネルギーを持つ光吸収層の場合は、
動作電流値が大きくなるといったことが判った。

【０００６】この問題を解決するものとしては、特開昭
６１−８４８９１号（Ｈ０１Ｓ ３／１８）公報には、
活性層と組成が略同じであるレーザ光（発振光）に対し
て可飽和吸収特性を有する層（可飽和光吸収層）を備
え、活性層と可飽和光吸収層が結合光導波路として働く
程度に近接した半導体レーザ素子が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願出
願人の実験から、可飽和光吸収層を備えたＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザ素子の場合、動作直後には自励発振す
るが、僅かな動作時間後には単一モードの発振となると
いった問題があることが判った。

【０００８】このＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子
は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピ
タキシ成長法（ＭＢＥ法）等のエピタキシャル成長法で
形成される。斯る方法における通常の成長条件では、
（Ａｌ_z1Ｇａ_1-z1）_z2Ｉｎ_1-z2Ｐ結晶（０≦ｚ１≦１：
以下ＡｌＧａＩｎＰ系結晶という）が自然超格子構造又
は自然超格子構造と無秩序化構造の間をとることが知ら
れている。

【０００９】本願出願人は、僅かな動作時間後に単一モ
ードの発振となる原因を見出した。

【００１０】即ち、この素子に電流が印加された直後
は、可飽和光吸収層のバンドギャップと発振光のエネル
ギーは略等しく設定されているので、自励発振する。し
かし、可飽和光吸収層は発振しきい値電流を小さくする
ために、層厚が小さく設定されているので、電流が印加
され続けることにより、近接した層から可飽和光吸収層
へ不純物が拡散して可飽和光吸収層がより無秩序化構造
に変化する。

【００１１】上記無秩序化構造はより完全な無秩序化と
なる程、バンドギャップが大きくなるので、斯る可飽和
光吸収層は発振光を透過するようになり、この結果、単
一モード発振になるのである。

【００１２】また、このように自励発振が起こらなくな
ってしまうといった問題は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体以
外の自然超格子構造を取り得る半導体材料からなる可飽
和光吸収層を備えた半導体レーザ素子においてもあっ
た。

【００１３】本発明は斯る問題点を鑑みて成されたもの
であり、安定に自励発振する自然超格子構造を取り得る
半導体材料からなる可飽和光吸収層を備えた自励発振型
半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の自励発振型半導
体レーザ素子は、可飽和光吸収層を備えた自励発振型半
導体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層の両面に
ブロッキング層を設けたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
た第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成さ
れた活性層と、該活性層上に形成された第２導電型のク
ラッド層と、前記活性層と光結合して光導波路として機
能する位置に設けられた可飽和光吸収層と、を備え、前
記可飽和光吸収層の両面に不純物拡散防止層を設けたこ
とを特徴とする。

【００１６】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
た第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成さ
れた活性層と、該活性層上に形成された第２導電型のク
ラッド層と、を備え、前記両クラッド層の少なくともど
ちらか一方の層中に、両面を不純物拡散防止層で挟んだ
可飽和光吸収層を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型のＧａＡｓ基板と、該基板上に形成さ
れた第１導電型の（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０＜
ｘ≦１）クラッド層と、該クラッド層上に形成された活
性層と、該活性層上に形成された第２導電型の（Ａｌ_y
Ｇａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０＜ｙ≦１）クラッド層と、
を備え、前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の
層中に、両面を不純物拡散防止層で挟んだ可飽和光吸収
層を設けたことを特徴とする。

【００１８】また、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、第１導電型の半導体基板と、該基板上に形成され
た第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成さ
れた活性層と、該活性層上に形成された第２導電型のク
ラッド層と、該クラッド層上に形成された第１の不純物
拡散防止層と、該第１の不純物拡散防止層上に形成され
た第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和光吸収層上
に形成された第２の不純物拡散防止層と、該第２の不純
物拡散防止層上に形成されたストライプ状リッジ形状か
らなる第２導電型のクラッド層と、を備えたことを特徴
とする。

【００１９】特に、前記第２の不純物拡散防止層は、エ
ッチング停止層であることを特徴とする。

【００２０】特に、前記第１導電型のクラッド層中に、
両面を不純物拡散防止層で挟んだ第１導電型の可飽和光
吸収層を設けたことを特徴とする。

【００２１】特に、前記活性層は、その両面をアンドー
プ層で挟まれたことを特徴とする。

【００２２】特に、前記可飽和光吸収層は、自然超格子
構造を取り得る半導体材料からなることを特徴とする。

【００２３】特に、前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_tＧ
ａ_1-t）_uＩｎ_1-uＰ（０≦ｔ＜１）層であることを特徴
とする。

【００２４】特に、前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_v1Ｇ
ａ_1-v1）_w1Ｉｎ_1-w1Ｐ障壁層と（Ａｌ_v2Ｇａ_1-v2）_w2Ｉ
ｎ_1-w2Ｐ（１≧ｖ１＞ｖ２≧０）井戸層からなる量子井
戸構造から構成されることを特徴とする。

【００２５】特に、前記可飽和光吸収層は、発振光と略
等しいエネルギーのバンドギャップを有することを特徴
とする。

【００２６】特に、前記不純物拡散防止層は、アンドー
プ層であることを特徴とする。

【００２７】特に、前記不純物拡散防止層は、アンドー
プ層であることを特徴とする。

【００２８】特に、前記不純物拡散防止層は、発振光を
吸収しないことを特徴とする。

【００２９】特に、前記不純物拡散防止層と隣接する前
記クラッド層との間には、エネルギー障壁が構成された
ことを特徴とする。

【００３０】更に、前記不純物拡散防止層は、前記可飽
和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域に
ある部分の両面に設けられていることを特徴とする。

【００３１】

【作用】本発明によれば、可飽和光吸収層の両面（両
側）をブロッキング層又はアンドープ層等の不純物拡散
防止層で挟んでいるので、可飽和光吸収層への不純物拡
散が防止される。この結果、可飽和光吸収層はより一層
の無秩序化等によりバンドギャップの大きさが変動する
ということはなく常に一定であるので、長時間安定に自
励発振する。また、不純物拡散防止層が可飽和光吸収層
のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にある部分の
両面にあれば、同様の効果がある。

【００３２】特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有する場合、より長時間
安定に自励発振できると共に、非点隔差及び動作電流値
が小さくできる。

【００３３】更に、活性層がその両面にアンドープ層を
備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更によ
り長時間安定に自励発振できる。

【００３４】更に、第１の不純物拡散防止層と、該第１
の不純物拡散防止層上に形成された可飽和光吸収層と、
該可飽和光吸収層上に形成された第２の不純物拡散防止
層と、該第２の不純物拡散防止層上の一部に形成された
ストライプ状リッジ形状からなる第２導電型のクラッド
層と、を備えた場合、前記可飽和光吸収層は、クラッド
層とは、大きく異なる材料成分を有するので、前記スト
ライプ状リッジ形状からなるクラッド層を形成する際の
エッチング停止層となる。特に、前記第２の不純物拡散
防止層がエッチング停止層である場合には、可飽和光吸
収層がエッチングされて、素子毎の該層の可飽和光吸収
特性が変わる恐れがない。

【００３５】更に、不純物拡散防止層が発振光を吸収す
る場合には、該層に不純物が拡散されることにより、そ
の光吸収量が変化して、自励発振状態に変化を及ぼす恐
れがあるので、不純物拡散防止層は常に発振光を吸収し
ないことが望ましい。

【００３６】更に、不純物拡散防止層と隣接するクラッ
ド層との間にエネルギー障壁が構成される場合には、不
純物拡散防止層と隣接するクラッド層を構成する材料又
は組成が異なるので、このエネルギー障壁で不純物が拡
散するのが防止される。従って、不純物が可飽和光吸収
層により拡散しにくくなる。この結果、不純物拡散防止
層の層厚を小さくできるので、この層がアンドープ層で
ある場合、素子の抵抗が小さくできる。

【００３７】

【実施例】本発明に係る一実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は本実施例の自励発振型のＡｌＧａ
ＩｎＰ系半導体レーザ素子を示す断面図、図２はこの半
導体レーザ素子の活性層近傍のバンド構造図である。

【００３８】図１中、１はｎ型ＧａＡｓ半導体基板で、
その一主面は（１００）面から［０１１］結晶軸方向に
５°傾斜した面である。前記傾斜した面上には、層厚
０．３μｍのｎ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバッファ層２及び層
厚０．６μｍのｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第
１クラッド層３がこの順序で形成されている。

【００３９】このｎ型第１クラッド層３上には、層厚２
００Åのアンドープの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
不純物拡散防止層４が形成されている。

【００４０】図２に示すように、この不純物拡散防止層
４上には、層厚１００Åのｎ型Ｇａ _0.58Ｉｎ_0.42Ｐ引張
り歪み井戸層（歪量：−０．５％，全３層）５ａと層厚
４０Åのｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層
（全２層）５ｂとが交互に積層されてなる引張り歪み多
重量子井戸構造層（引張り歪みＭＱＷ層）からなり、発
振光のエネルギーに略等しいバンドギャップを有する可
飽和光吸収層５が形成されている。

【００４１】この可飽和光吸収層５上には、層厚２００
Åのアンドープの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純
物拡散防止層６が形成されている。

【００４２】この不純物拡散防止層６上には、層厚０．
２５μｍのｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3） _0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２ク
ラッド層７及び層厚５００Åのアンドープの（Ａｌ_0.5
Ｇａ_{0 .5}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光ガイド層８がこの順序で形成
されている。

【００４３】この光ガイド層８上には、層厚７５ÅのＧ
ａ_0.58Ｉｎ_0.42Ｐ引張り歪み井戸層（歪量：−０．５
％，全６層）９ａと層厚４０Åの（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全５層）９ｂとが交互に積層され
てなる引張り歪み多重量子井戸構造層（引張り歪みＭＱ
Ｗ層）からなるアンドープの活性層９が形成されてい
る。

【００４４】この活性層９には、層厚５００Åのアンド
ープの（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_{0 .5}Ｐ光ガイド層１０
が形成されている。

【００４５】尚、上記光ガイド層８、１０は障壁層９ｂ
のバンドギャップ値以上（伝導帯下端が障壁層９ｂの伝
導帯下端以上のエネルギー位置）且つクラッド層のバン
ドギャップ値より小さいバンドギャップ（伝導帯下端が
クラッド層の伝導帯下端より小さいエネルギー位置）に
設定されているので、光及び電子を閉じ込めができ、発
振しきい値電流等の低減が図れる。また、この光ガイド
層８、１０はアンドープであるので、活性層９に不純物
が拡散するのを防止できる。

【００４６】上記光ガイド層１０上には、層厚２５０Å
のｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_{0 .5}Ｐ第１クラッド層
１１が形成されている。このｐ型第１クラッド層１１上
には層厚１１Åのｐ型Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ井戸層（全１０
層）１２ａと層厚１７Åのｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全９層）１２ｂが交互に積層されて
なる多重量子障壁層（ＭＱＢ層）１２が形成されてい
る。このＭＱＢ層は電子が反射されるように井戸層１２
ａ及び障壁層１２ｂの層厚及び周期が設定されているの
で、活性層９から電子が溢れるのを防止でき、発振しき
い値電流等の低減が図れる。

【００４７】前記ＭＱＢ層１２上には、層厚０．２５μ
ｍのｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第２クラッド
層１３が形成されている。

【００４８】この第１クラッド層１３上には、層厚２０
０Åのアンドープの（Ａｌ_0.7Ｇａ_{0 .3}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不
純物拡散防止層１４が形成されている。

【００４９】以下、図２に詳細を示すように、この不純
物拡散防止層１４上には、層厚１００Åのｐ型Ｇａ_0.58
Ｉｎ_0.42Ｐ引張り歪み井戸層（歪量：−０．５％，全３
層）１５ａと層厚４０Åのｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ障壁層（全２層）１５ｂとが交互に積層され
てなる引張り歪み多重量子井戸構造層（引張り歪みＭＱ
Ｗ層）からなる発振光のエネルギーに略等しいバンドギ
ャップを有する可飽和光吸収層１５が形成されている。

【００５０】この可飽和光吸収層１５上の略中央には、
共振器長方向（紙面垂直方向）に延在するストライプ状
の層厚２００Åのアンドープの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ不純物拡散防止層１６が形成されている。

【００５１】この不純物拡散防止層１６上には、共振器
長方向（紙面垂直方向）に延在する高さ０．８μｍ、幅
５μｍのストライプ状のリッジ部形状をなすｐ型（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ第３クラッド層１７が形成さ
れている。

【００５２】前記可飽和光吸収層１５上には、前記不純
物拡散防止層１６側面及び前記リッジ部側面を覆うよう
に層厚１μｍのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１８が形成
されている。

【００５３】前記第３クラッド層１７のリッジ部上面上
には、層厚０．１μｍのｐ型Ｇａ_{0. 5}Ｉｎ_0.5Ｐコンタク
ト層１９が形成されている。前記電流ブロック層１８及
びコンタクト層１９上には、このコンタクト層１９上の
層厚が２μｍであるｐ型ＧａＡｓキャップ層２０が形成
されている。

【００５４】前記キャップ層２０上面には、ｐ型側オー
ミック電極２１が形成され、前記ｎ型ＧａＡｓ基板１下
面には、ｎ型側オーミック電極２２が形成されている。

【００５５】上述のように可飽和光吸収層５、１５が量
子井戸構造からなる場合、発振光のエネルギーと可飽和
光吸収層のバンドギャップのエネルギーが略等しくなる
とは、可飽和光吸収層の井戸層に構成される伝導帯と価
電子帯の量子準位間のエネルギー差が発振光のエネルギ
ーと略等しくなると定義する。

【００５６】尚、上記ＭＱＢ層１２の井戸層１２ａの層
厚が小さく、伝導帯と価電子帯の量子準位間のエネルギ
ー幅が大きいので、発振光が吸収されることはない。ま
た、不純物拡散防止層４、６、８、１０、１４、１６
も、発振光を吸収することはない。

【００５７】次に、斯る半導体レーザ素子の製造方法に
ついて簡単に説明する。

【００５８】最初に、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型バ
ッファ層２、ｎ型第１クラッド層３、アンドープの不純
物拡散防止層４、ｎ型可飽和光吸収層５、アンドープの
不純物拡散防止層６、ｎ型第２クラッド層７、アンドー
プの光ガイド層８、アンドープの活性層９、アンドープ
の光ガイド層１０、ｐ型第１クラッド層１１、ｐ型ＭＱ
Ｂ層１２、ｐ型第２クラッド層１３、アンドープの不純
物拡散防止層１４、ｐ型可飽和光吸収層１５、アンドー
プの不純物拡散防止層１６、ｐ型第３クラッド層１７、
及びｐ型コンタクト層１９をＭＯＣＶＤ法（有機金属気
相成長法）により連続成長する。

【００５９】次に、前記ｐ型コンタクト層１９上にスト
ライプ状のＳｉＯ₂等からなるマスクを形成し、該マス
クを介して前記ｐ型コンタクト層１９及びｐ型第３クラ
ッド層１７、不純物拡散防止層１６を化学エッチングし
てストライプ状のリッジ部形状にした後、ｎ型電流ブロ
ック層１８をＭＯＣＶＤ法により形成する。

【００６０】続いて、前記マスクを除去して前記コンタ
クト層１９を露出させた後、ｎ型電流ブロック層１８上
及びコンタクト層１９上にｐ型キャップ層２０をＭＯＣ
ＶＤ法により形成する。

【００６１】次に、前記キャップ層２０上面にはｐ型側
オーミック電極２１を、前記ｎ型ＧａＡｓ基板１下面に
はｎ型側オーミック電極２２を蒸着法により形成した
後、熱処理して作成する。

【００６２】尚、クラッド層は従来周知の如く発振光を
閉じ込める必要があるので、発振光のエネルギーより大
きなエネルギーのバンドギャップを有する。従って、可
飽和光吸収層はクラッド層に比べてバンドギャップが小
さい材料を含有するので、例えば上述のようにＡｌを含
む半導体材料の場合には、可飽和光吸収層はクラッド層
に比べてＡｌ組成比が小さくなるので、クラッド層１７
及び該クラッド層と同組成の不純物拡散層１６を可飽和
光吸収層１５に比べて選択的にエッチングできる。即
ち、エッチングによりリッジ部を形成する際、可飽和光
吸収層１５がエッチング停止層となる。

【００６３】斯る半導体レーザ素子の動作実験を行った
結果、安定して長時間自励発振することが確認できた。

【００６４】このように安定して長時間自励発振する理
由を以下に示す。

【００６５】本実施例の素子は、可飽和光吸収層の両面
にアンドープの不純物拡散防止層が設けられているの
で、動作時等に拡散移動する不純物は、このアンドープ
の不純物拡散防止層に取り込まれて可飽和光吸収層に不
純物が達しない。従って、可飽和光吸収層がより無秩序
化することがなく、可飽和光吸収層のバンドギャップの
大きさが変動しないためである。

【００６６】尚、第３クラッド層１６下のみ不純物拡散
防止層１６が設けられているのは、第３クラッド層１６
下にない可飽和光吸収層１５の部分は、実質的な光閉じ
込め領域ではないためである。

【００６７】また、本実施例では、発振光のエネルギー
と可飽和光吸収層のバンドギャップのエネルギーが略等
しく設定されているので、非点隔差及び動作電流値も小
さかった。

【００６８】上記アンドープの不純物拡散層は、クラッ
ド層と同じ組成（同じバンドギャップの大きさ）である
が、発振光を吸収しないならば、異なる組成を選択して
もよい。以下にその例を示す。

【００６９】次に、第２実施例について図面を用いて説
明する。尚、図３は本実施例の自励発振型半導体レーザ
素子の断面構造図、図４は活性層近傍のバンド構造図で
あり、第１実施例と同一部分及び対応する部分には、同
一符号を付してその説明を割愛する。

【００７０】本実施例が第１実施例と異なる点は、不純
物拡散防止層と隣接するクラッド層のバンドギャップが
異なり、該層間の界面にはエネルギー障壁が形成された
点と、可飽和光吸収層１５全面に不純物拡散防止層を設
けられている点である。

【００７１】図３中、２４、２６、３４は、層厚１００
Åのアンドープの（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純
物拡散防止層である。

【００７２】３６は、可飽和光吸収層１５上全面に設け
られた層厚１００Åのアンドープの（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物拡散防止層である。

【００７３】図４に示すように、 可飽和光吸収層と隣
接するクラッド層の界面にエネルギー障壁が形成される
場合には、この障壁が不純物拡散を防止する効果がある
ので、第１実施例に比べて不純物拡散防止層の層厚を小
さくしてもよく、この場合、アンドープ層の厚みが小さ
くなるので、素子抵抗を小さくできる。

【００７４】また、不純物拡散防止層３６は、第３クラ
ッド層１７とＡｌ組成比が大きく異なるので、リッジ部
を化学エッチングにより形成する際のエッチング停止層
としても働く。但し、本実施例のように不純物拡散防止
層３６が薄い場合には、第１実施例と同じくエッチング
される場合もある。

【００７５】また、不純物拡散防止層２４、２６、３
４、３６として、引張り歪を導入することにより、クラ
ッド層よりバンドギャップが大きくした、例えばアンド
ープの（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.58Ｉｎ_0.42Ｐ不純物拡散防
止層としても同様の効果が得られる。

【００７６】上述では、活性層として、引張り歪量子井
戸構造からなる活性層を用いたが、本発明に係る活性層
は、圧縮歪量子井戸構造からなる活性層でもよく、無歪
の量子井戸構造の活性層でもよく、又バルクの活性層で
もよい。尚、活性層も不純物が拡散して無秩序化して波
長が変化する恐れがあるので、上述のように活性層の両
面にアンドープの光ガイド層等の不純物を拡散防止する
ためのアンドープ層を設けるのが望ましい。

【００７７】また、本発明に係る可飽和光吸収層は、発
振光に応じて、引張り歪量子井戸構造、圧縮歪量子井戸
構造、無歪の量子井戸構造、又バルクからなる可飽和光
吸収層が適宜選択される。

【００７８】また、本発明に係る可飽和光吸収層は、ｎ
型、ｐ型クラッド層の少なくともどちらか一方にあれば
よい。

【００７９】更に、本発明の自励発振型半導体レーザ素
子は、上記リッジ部を有する構造以外の種々の構造でも
勿論よい。

【００８０】尚、本発明でいうクラッド層中に可飽和光
吸収層を有するとは、クラッド層と隣接して設けた場合
も含む。

【００８１】また、本発明に係るクラッド層中には、上
述したようにＭＱＢ層等の他の層が入ってもよく、また
ＭＱＢ層はなくともよい。更には、クラッド層はその層
中で組成が異なってもよい。

【００８２】また、本発明は、ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａ
ＩｎＰからなる可飽和光吸収層を有するＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザ素子に限らず、他の自然超格子構造を取
り得る可飽和光吸収層を備えた半導体レーザ素子に勿論
適応できる。即ち、可飽和光吸収層を備えた自励発振型
半導体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層の両面
に不純物拡散防止層を設ければよい。

【００８３】更に、前記ＧａＡｓ半導体基板の結晶成長
面としては、（１００）面から［０１１］結晶軸方向に
傾斜した面と等価な面である｛１００｝面から＜０１１
＞結晶軸方向に傾斜した面であってその傾斜角度が１７
°以下のもの、又は｛１００｝面を使用してもよい。

【００８４】また、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有しない場合でも、可飽
和光吸収層が発振光に対して透明になったり、光吸収量
が変わって自励状態が変化する恐れがあるので、可飽和
光吸収層の両面に不純物拡散防止層を設けるのが望まし
い。しかし、このように略等しいエネルギーのバンドギ
ャップを有しない場合には、上述したように非点隔格差
及び動作電流値が大きくなる。

【００８５】また、上述したように、不純物拡散防止層
が可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め
領域にある部分、即ち可飽和光吸収層が実質的に働く部
分の両面にあれば効果がある。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、可飽和光吸収層の両面
をブロッキング層又はアンドープ層等の不純物拡散防止
層で挟んでいるので、可飽和光吸収層への不純物拡散が
防止される。この結果、可飽和光吸収層は無秩序化等に
よりバンドギャップの大きさが変動することなく常に一
定であるので、長時間安定に自励発振する。また、不純
物拡散防止層が可飽和光吸収層のうち少なくとも実質的
な光閉じ込め領域にある部分の両面にあれば、同様の効
果がある。

【００８７】特に、可飽和光吸収層が発振光と略等しい
エネルギーのバンドギャップを有する場合、より長時間
安定に自励発振できると共に、非点隔差及び動作電流値
が小さくできる。

【００８８】更に、活性層がその両面にアンドープ層を
備えた場合、発振光の波長がより安定するので、更によ
り長時間安定に自励発振できる。

【００８９】更に、第１の不純物拡散防止層と、該第１
の不純物拡散防止層上に形成された可飽和光吸収層と、
該可飽和光吸収層上に形成された第２の不純物拡散防止
層と、該第２の不純物拡散防止層上の一部に形成された
ストライプ状リッジ形状からなる第２導電型のクラッド
層と、を備えた場合、前記可飽和光吸収層は、クラッド
層とは、大きく異なる材料成分を有するので、前記スト
ライプ状リッジ形状からなるクラッド層を形成する際の
エッチング停止層となる。特に、前記第２の不純物拡散
防止層がエッチング停止層である場合には、可飽和光吸
収層がエッチングされて、素子毎の該層の可飽和光吸収
特性が変わる恐れがない。

【００９０】更に、不純物拡散防止層が発振光を吸収し
ない場合には、自励発振状態に変化を及ぼす恐れがな
い。

【００９１】更に、不純物拡散防止層と隣接するクラッ
ド層との間にエネルギー障壁が構成される場合には、不
純物拡散防止層と隣接するクラッド層を構成する材料又
は組成が異なるので、このエネルギー障壁で不純物が拡
散するのが防止される。従って、不純物が可飽和光吸収
層により拡散しにくくなる。この結果、不純物拡散防止
層の層厚を小さくできるので、この層がアンドープ層で
ある場合、素子の抵抗が小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る半導体レーザ素子の
模式断面構造図である。

【図２】上記実施例の活性層近傍の模式バンド構造図で
ある。

【図３】本発明の第２実施例に係る半導体レーザ素子の
模式断面構造図である。

【図４】上記実施例の活性層近傍の模式バンド構造図で
ある。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ基板（半導体基板） ３ ｎ型第１クラッド層 ４ 不純物拡散防止層 ５ ｎ型可飽和光吸収層 ６ 不純物拡散防止層 ７ ｎ型第２クラッド層 ８ 光ガイド層 ９ 活性層 １０ 光ガイド層 １１ ｐ型第１クラッド層 １３ ｐ型第２クラッド層 １４ 不純物拡散防止層 １５ ｐ型可飽和光吸収層 １６ 不純物拡散防止層 １７ ｐ型第２クラッド層 １８ ｎ型電流ブロック層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別所 靖之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 茨木 晃 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 吉年 慶一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可飽和光吸収層を備えた自励発振型半導
   体レーザ素子において、前記可飽和光吸収層の両面にブ
   ロッキング層を設けたことを特徴とする自励発振型半導
   体レーザ素子。
2. 【請求項２】 第１導電型の半導体基板と、該基板上に
   形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上
   に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導
   電型のクラッド層と、前記活性層と光結合して光導波路
   として機能する位置に設けられた可飽和光吸収層と、を
   備え、前記可飽和光吸収層の両面に不純物拡散防止層を
   設けたことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 第１導電型の半導体基板と、該基板上に
   形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上
   に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導
   電型のクラッド層と、を備え、 前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、
   両面を不純物拡散防止層で挟んだ可飽和光吸収層を設け
   たことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 第１導電型のＧａＡｓ基板と、該基板上
   に形成された第１導電型の（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5
   Ｐ（０＜ｘ≦１）クラッド層と、該クラッド層上に形成
   された活性層と、該活性層上に形成された第２導電型の
   （Ａｌ_yＧａ_{1 -y}）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（０＜ｙ≦１）クラッド
   層と、を備え、 前記両クラッド層の少なくともどちらか一方の層中に、
   両面を不純物拡散防止層で挟んだ可飽和光吸収層を設け
   たことを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 第１導電型の半導体基板と、該基板上に
   形成された第１導電型のクラッド層と、該クラッド層上
   に形成された活性層と、該活性層上に形成された第２導
   電型のクラッド層と、該クラッド層上に形成された第１
   の不純物拡散防止層と、該第１の不純物拡散防止層上に
   形成された第２導電型の可飽和光吸収層と、該可飽和光
   吸収層上に形成された第２の不純物拡散防止層と、該第
   ２の不純物拡散防止層上に形成されたストライプ状リッ
   ジ形状からなる第２導電型のクラッド層と、を備えたこ
   とを特徴とする自励発振型半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記第２の不純物拡散防止層は、エッチ
   ング停止層であることを特徴とする請求項５記載の自励
   発振型半導体レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記第１導電型のクラッド層中に、両面
   を不純物拡散防止層で挟んだ第１導電型の可飽和光吸収
   層を設けたことを特徴とする請求項５又は６記載の自励
   発振型半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 前記活性層は、その両面をアンドープ層
   で挟まれたことを特徴とする請求項２、３、４、５、
   ６、又は７記載の自励発振型半導体レーザ素子。
9. 【請求項９】 前記可飽和光吸収層は、自然超格子構造
   を取り得る半導体材料からなることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、５、６、７、又は８記載の自励発振型
   半導体レーザ素子。
10. 【請求項１０】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_tＧａ
    _1-t）_uＩｎ_1-uＰ（０≦ｔ＜１）層であることを特徴と
    する請求項９記載の自励発振型半導体レーザ素子。
11. 【請求項１１】 前記可飽和光吸収層は、（Ａｌ_v1Ｇａ
    _1-v1）_w1Ｉｎ_1-w1Ｐ障壁層と（Ａｌ_v2Ｇａ_1-v2）_w2Ｉｎ
    _1-w2Ｐ（１≧ｖ１＞ｖ２≧０）井戸層からなる量子井戸
    構造から構成されたことを特徴とする請求項９記載の自
    励発振型半導体レーザ素子。
12. 【請求項１２】 前記可飽和光吸収層は、発振光と略等
    しいエネルギーのバンドギャップを有することを特徴と
    する請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１
    ０、又は１１記載の自励発振型半導体レーザ素子。
13. 【請求項１３】 前記不純物拡散防止層は、アンドープ
    層であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、８、９、１０、１１、又は１２記載の自励発振
    型半導体レーザ素子。
14. 【請求項１４】 前記不純物拡散防止層は、発振光を吸
    収しないことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
    ６、７、８、９、１０、１１、１２、又は１３記載の自
    励発振型半導体レーザ素子。
15. 【請求項１５】 前記不純物拡散防止層と隣接する前記
    クラッド層との間には、エネルギー障壁が構成されるこ
    とを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７、８、
    ９、１０、１１、１２、１３、又は１４記載の自励発振
    型半導体レーザ素子。
16. 【請求項１６】 前記不純物拡散防止層は、前記可飽和
    光吸収層のうち少なくとも実質的な光閉じ込め領域にあ
    る部分の両面に設けられていることを特徴とする請求項
    １、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１
    ２、１３、１４又は１５記載の自励発振型半導体レーザ
    素子。