JP3322512B2 - 半導体レーザ素子の設計方法 - Google Patents
半導体レーザ素子の設計方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、出力レーザ光の戻り光
に起因する雑音を低減可能な半導体レーザ素子及びその
設計方法に関する。
に起因する雑音を低減可能な半導体レーザ素子及びその
設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザ素子では、出力レー
ザ光の戻り光がその半導体レーザ素子へ再入射された場
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る。
斯かる戻り光雑音は、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。
ザ光の戻り光がその半導体レーザ素子へ再入射された場
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る。
斯かる戻り光雑音は、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
するために、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６１−８４８９１号（Ｈ０１Ｓ ３／
１８）公報には、活性層と略同じ組成を有しレーザ光
（発振光）に対して可飽和光吸収特性を有する層（可飽
和光吸収層）を備えた自励発振型半導体レーザ素子が開
示されている。また、特開昭６１−１７１１８６号（Ｈ
０１Ｓ ３／１８）公報には、活性層上に中央のストラ
イプ状の領域を除いて可飽和光吸収層を積層した半導体
レーザ素子が開示されている。これらの可飽和光吸収層
により発振スペクトルが自励発振を起こし、可干渉性が
低下することにより戻り光による雑音が低減される。
するために、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６１−８４８９１号（Ｈ０１Ｓ ３／
１８）公報には、活性層と略同じ組成を有しレーザ光
（発振光）に対して可飽和光吸収特性を有する層（可飽
和光吸収層）を備えた自励発振型半導体レーザ素子が開
示されている。また、特開昭６１−１７１１８６号（Ｈ
０１Ｓ ３／１８）公報には、活性層上に中央のストラ
イプ状の領域を除いて可飽和光吸収層を積層した半導体
レーザ素子が開示されている。これらの可飽和光吸収層
により発振スペクトルが自励発振を起こし、可干渉性が
低下することにより戻り光による雑音が低減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光ディスク装置の光源
として使用される半導体レーザ素子は、再生時には低雑
音特性が要求され、記録時には高出力特性が要求され
る。一般の光ディスク装置では、再生時に３ｍＷの光出
力が必要であり、録音時に３０ｍＷの光出力が必要であ
る。
として使用される半導体レーザ素子は、再生時には低雑
音特性が要求され、記録時には高出力特性が要求され
る。一般の光ディスク装置では、再生時に３ｍＷの光出
力が必要であり、録音時に３０ｍＷの光出力が必要であ
る。
【０００５】しかしながら、上記構成だけでは自励発振
が安定に行えない虞がある。加えて、上記自励発振型半
導体レーザ素子では、自励発振させるために導入された
可飽和光吸収層によりキンクレベル（光出力−電流特性
にキンクが現れる光出力レベル）が低下するので、自励
発振と高出力発振の両方を選択することができない。
が安定に行えない虞がある。加えて、上記自励発振型半
導体レーザ素子では、自励発振させるために導入された
可飽和光吸収層によりキンクレベル（光出力−電流特性
にキンクが現れる光出力レベル）が低下するので、自励
発振と高出力発振の両方を選択することができない。
【０００６】また、可飽和光吸収層を有する半導体レー
ザ素子において高出力を実現するためには、光出射端面
の反射率が低い程有利である。そのため、従来の自励発
振型高出力半導体レーザ素子では、光出射端面の反射率
を５％以下に設定している。しかしながら、このような
従来の自励発振型高出力半導体レーザ素子では、戻り光
率（出力レーザ光の光量に対する戻り光の光量の割合）
が０．１％のあたりで、戻り光雑音特性が悪くなるとい
う傾向がある。
ザ素子において高出力を実現するためには、光出射端面
の反射率が低い程有利である。そのため、従来の自励発
振型高出力半導体レーザ素子では、光出射端面の反射率
を５％以下に設定している。しかしながら、このような
従来の自励発振型高出力半導体レーザ素子では、戻り光
率（出力レーザ光の光量に対する戻り光の光量の割合）
が０．１％のあたりで、戻り光雑音特性が悪くなるとい
う傾向がある。
【０００７】本発明の目的は、安定な自励発振が可能な
半導体レーザ素子の設計方法を提供することである。本
発明の他の目的は、自励発振と高出力発振の両方を選択
可能な半導体レーザ素子の設計方法を提供することであ
る。
半導体レーザ素子の設計方法を提供することである。本
発明の他の目的は、自励発振と高出力発振の両方を選択
可能な半導体レーザ素子の設計方法を提供することであ
る。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
レーザ素子の設計方法は、第１導電型のクラッド層と、
該第１導電型の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、両ク
ラッド層の少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光
吸収層とを備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭
窄するための電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の
設計方法において、 ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ及びｆを正の定
数とした場合、上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の光閉
じ込め係数Γ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、該可
飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ及び
上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓを、 ｙ＝−ａ・ｘ＋ｂ ・・・（Ａ） ｙ＝−ｃ・ｘ＋ｄ ，（ａ＞ｃ，ｂ＞ｄ） ・・・（Ｂ） ｙ＝ｅ ・・・（Ｃ） ｘ＝ｆ ・・・（Ｄ） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ）， 上記式（Ａ）〜（Ｄ）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする。 第１の発明に係る半導体
レーザ素子の設計方法は、第１導電型のクラッド層と、
該第１導電型の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、両ク
ラッド層の少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光
吸収層とを備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭
窄するための電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の
設計方法において、 上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の
光閉じ込め係数Γ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、
該可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ
及び上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓ
を、 ｙ＝−５ｘ＋１．３，（ｘ≦０．２５） ・・・（１） ｙ＝−１／２５ｘ＋３／５０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（２） ｙ＝０．６ ・・・（３） ｘ＝１ ・・・（４） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ） 上記式（１）〜（４）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする。
レーザ素子の設計方法は、第１導電型のクラッド層と、
該第１導電型の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、両ク
ラッド層の少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光
吸収層とを備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭
窄するための電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の
設計方法において、 ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ及びｆを正の定
数とした場合、上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の光閉
じ込め係数Γ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、該可
飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ及び
上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓを、 ｙ＝−ａ・ｘ＋ｂ ・・・（Ａ） ｙ＝−ｃ・ｘ＋ｄ ，（ａ＞ｃ，ｂ＞ｄ） ・・・（Ｂ） ｙ＝ｅ ・・・（Ｃ） ｘ＝ｆ ・・・（Ｄ） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ）， 上記式（Ａ）〜（Ｄ）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする。 第１の発明に係る半導体
レーザ素子の設計方法は、第１導電型のクラッド層と、
該第１導電型の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、両ク
ラッド層の少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光
吸収層とを備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭
窄するための電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の
設計方法において、 上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の
光閉じ込め係数Γ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、
該可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ
及び上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓ
を、 ｙ＝−５ｘ＋１．３，（ｘ≦０．２５） ・・・（１） ｙ＝−１／２５ｘ＋３／５０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（２） ｙ＝０．６ ・・・（３） ｘ＝１ ・・・（４） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ） 上記式（１）〜（４）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする。
【００１１】特に、上記活性層の層厚ｄa 、該活性層の
光閉じ込め係数Γa 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄs 、
該可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γs 、上記電流狭窄
幅Ｗ及び上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長
Ｓが、 ｙ＝−５ｘ＋１．３５，（ｘ≦０．２５） ・・・（５） ｙ＝−１／１５ｘ＋７／６０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（６） ｙ＝０．６ ・・・（７） ｘ＝１ ・・・（８） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γs ／ｄs ）／
（Γa ／ｄa ） 上記式（５）〜（８）で表される直線で囲まれた範囲内
を満足することが好ましい。
光閉じ込め係数Γa 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄs 、
該可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γs 、上記電流狭窄
幅Ｗ及び上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長
Ｓが、 ｙ＝−５ｘ＋１．３５，（ｘ≦０．２５） ・・・（５） ｙ＝−１／１５ｘ＋７／６０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（６） ｙ＝０．６ ・・・（７） ｘ＝１ ・・・（８） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γs ／ｄs ）／
（Γa ／ｄa ） 上記式（５）〜（８）で表される直線で囲まれた範囲内
を満足することが好ましい。
【００１２】また、上記可飽和光吸収層の層幅が上記活
性層の層幅より小さいことが好ましい。
性層の層幅より小さいことが好ましい。
【００１３】特に、上記第２導電型のクラッド層は、平
坦部と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリ
ッジ部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記
平坦部との間に上記可飽和光吸収層が設けられてもよ
い。
坦部と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリ
ッジ部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記
平坦部との間に上記可飽和光吸収層が設けられてもよ
い。
【００１４】また、上記第２導電型のクラッド層上に上
記注入電流を狭窄するための電流ブロック層が設けられ
てもよい。
記注入電流を狭窄するための電流ブロック層が設けられ
てもよい。
【００１５】上記第１導電型のクラッド層は第１導電型
のＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（０＜Ｘ＜１）クラッド層からな
り、上記第２導電型のクラッド層は上記活性層上に形成
されたＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１クラッド層と該第１クラ
ッド層上に形成されたストライプ状リッジ部をなす第２
導電型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ第２クラッド層とからな
り、上記可飽和光吸収層は上記第１クラッド層と上記第
２クラッド層との間に形成された第２導電型の可飽和光
吸収層からなり、上記リッジ部側面上及び上記可飽和光
吸収層上に設けられた第１導電型の電流ブロック層を更
に備え、上記活性層の層厚ｄa 、上記可飽和光吸収層の
層厚ｄs 及び上記第１クラッド層の層厚ｔc が、 ｔc ＝０．４５ ・・・ （９） ｄs ／ｄa ＝０．８ ・・・（１０） ｔc ＝−３／５×ｄs ／ｄa ＋７／１０，ｄs ／ｄa ≦０．６・・・（１１） ｔc ＝−１／１０×ｄs ／ｄa ＋２／５， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１２） ｔc ＝−１／２×ｄs ／ｄa ＋３／４， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１３） 上記式（９）〜（１３）で表される直線で囲まれた範囲
内を満足してもよい。
のＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ（０＜Ｘ＜１）クラッド層からな
り、上記第２導電型のクラッド層は上記活性層上に形成
されたＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１クラッド層と該第１クラ
ッド層上に形成されたストライプ状リッジ部をなす第２
導電型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ第２クラッド層とからな
り、上記可飽和光吸収層は上記第１クラッド層と上記第
２クラッド層との間に形成された第２導電型の可飽和光
吸収層からなり、上記リッジ部側面上及び上記可飽和光
吸収層上に設けられた第１導電型の電流ブロック層を更
に備え、上記活性層の層厚ｄa 、上記可飽和光吸収層の
層厚ｄs 及び上記第１クラッド層の層厚ｔc が、 ｔc ＝０．４５ ・・・ （９） ｄs ／ｄa ＝０．８ ・・・（１０） ｔc ＝−３／５×ｄs ／ｄa ＋７／１０，ｄs ／ｄa ≦０．６・・・（１１） ｔc ＝−１／１０×ｄs ／ｄa ＋２／５， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１２） ｔc ＝−１／２×ｄs ／ｄa ＋３／４， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１３） 上記式（９）〜（１３）で表される直線で囲まれた範囲
内を満足してもよい。
【００１６】特に、上記活性層の層厚は０．０４μｍ以
上０．０６μｍ以下であり、上記第１クラッド層の組成
比Ｘが０．４以上０．６以下であることが好ましい。
上０．０６μｍ以下であり、上記第１クラッド層の組成
比Ｘが０．４以上０．６以下であることが好ましい。
【００１７】また、上記電流ブロック層のバンドギャッ
プが上記第２導電型のクラッド層のバンドギャップより
大きいことが好ましい。
プが上記第２導電型のクラッド層のバンドギャップより
大きいことが好ましい。
【００１８】また、上記活性層の層厚は、０．１μｍ以
下であることが好ましい。
下であることが好ましい。
【００１９】上記活性層の層厚は、０．０３５μｍ以上
０．１μｍ以下であることが更に好ましい。。
０．１μｍ以下であることが更に好ましい。。
【００２０】上記活性層は、ＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ（０≦
Ｙ＜Ｘ＜１）からなってもよい。
Ｙ＜Ｘ＜１）からなってもよい。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【作用】第１及び第２の発明に係る半導体レーザ素子の
設計方法においては、活性層の層厚ｄa 、活性層の光閉
じ込め係数Γa 、可飽和光吸収層の層厚ｄs 、可飽和光
吸収層の光閉じ込め係数Γs 、電流狭窄幅Ｗ及び半導体
レーザ素子の端面での光スポット長Ｓを所定の関係を満
たすように設定することにより、所定γ値以下で安定に
自励発振を起こすことができる。
設計方法においては、活性層の層厚ｄa 、活性層の光閉
じ込め係数Γa 、可飽和光吸収層の層厚ｄs 、可飽和光
吸収層の光閉じ込め係数Γs 、電流狭窄幅Ｗ及び半導体
レーザ素子の端面での光スポット長Ｓを所定の関係を満
たすように設定することにより、所定γ値以下で安定に
自励発振を起こすことができる。
【００２８】特に、可飽和光吸収層の層幅が活性層の層
幅より小さい場合には、接合面に対して水平方向におい
て、可飽和光吸収層を有する領域の実効屈折率が大きく
なり、可飽和光吸収層の光密度が増加するため、可飽和
光吸収層の効果が大きくなる。従って、自励発振周波数
が小さくなり、高い光出力まで自励発振が可能となる。
しかも、斯る場合、接合面に水平方向において可飽和光
吸収層を有する領域の実効屈折率が大きくなるので、よ
り高い光出力まで横モードが安定となり、高出力化が可
能となる。
幅より小さい場合には、接合面に対して水平方向におい
て、可飽和光吸収層を有する領域の実効屈折率が大きく
なり、可飽和光吸収層の光密度が増加するため、可飽和
光吸収層の効果が大きくなる。従って、自励発振周波数
が小さくなり、高い光出力まで自励発振が可能となる。
しかも、斯る場合、接合面に水平方向において可飽和光
吸収層を有する領域の実効屈折率が大きくなるので、よ
り高い光出力まで横モードが安定となり、高出力化が可
能となる。
【００２９】特に、上記第２導電型のクラッド層が平坦
部と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリッ
ジ部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記平
坦部との間に上記可飽和光吸収層が設けられた場合、第
２導電型のクラッド層中に活性層と同じ幅の可飽和光吸
収層を設ける場合に比べて、リッジ部下の実効屈折率と
平坦部下の実効屈折率との差が大きくなるので、非点隔
差が小さくでき、横モードもより安定する。
部と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリッ
ジ部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記平
坦部との間に上記可飽和光吸収層が設けられた場合、第
２導電型のクラッド層中に活性層と同じ幅の可飽和光吸
収層を設ける場合に比べて、リッジ部下の実効屈折率と
平坦部下の実効屈折率との差が大きくなるので、非点隔
差が小さくでき、横モードもより安定する。
【００３０】特に、活性層の層厚ｄa 、可飽和光吸収層
の層厚ｄs 及び第１クラッド層の層厚ｔc を所定の関係
を満たすように設定することにより、所定γ値以下で安
定に自励発振を起こすことができるとともに動作電流が
低くなる。
の層厚ｄs 及び第１クラッド層の層厚ｔc を所定の関係
を満たすように設定することにより、所定γ値以下で安
定に自励発振を起こすことができるとともに動作電流が
低くなる。
【００３１】また、活性層の厚みを小さくした場合、自
励発振を損なうことなく、キンクレベルを低下させず、
より高い光出力が可能となる。
励発振を損なうことなく、キンクレベルを低下させず、
より高い光出力が可能となる。
【００３２】また、電流ブロック層が設けられた半導体
レーザ素子において電流ブロック層のバンドギャップが
クラッド層のバンドギャップより大きい場合には、発振
光が電流ブロック層で吸収されないので、電流ブロック
層が光発振におけるロスを引き起こさないと考えられ
る。従って、斯る場合、低しきい値電流化、高効率化、
及び高出力化が可能となる。しかも、この構成では、リ
ッジ構造のクラッド層の平坦部の厚みを非常に薄くでき
るので、この平坦部を流れる無効電流を低減できる。こ
の結果、動作電流を大幅に低減でき、最大光出力が向上
する。
レーザ素子において電流ブロック層のバンドギャップが
クラッド層のバンドギャップより大きい場合には、発振
光が電流ブロック層で吸収されないので、電流ブロック
層が光発振におけるロスを引き起こさないと考えられ
る。従って、斯る場合、低しきい値電流化、高効率化、
及び高出力化が可能となる。しかも、この構成では、リ
ッジ構造のクラッド層の平坦部の厚みを非常に薄くでき
るので、この平坦部を流れる無効電流を低減できる。こ
の結果、動作電流を大幅に低減でき、最大光出力が向上
する。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は本発明の第１実施例によるＡｌＧ
ａＡｓ系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図１において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、層厚１μｍの
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、層厚１〜１．５μｍのｎ型
ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓクラッド層３、層厚０．０４〜０．
０６μｍのアンドープのＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ（１＞Ｘ＞
Ｙ≧０）活性層４、及び層厚０．３〜０．４５μｍのｐ
型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１クラッド層５が順に形成され
ている。ＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ活性層４のＡｌ組成比Ｙは
例えば０．１４であり、ｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１ク
ラッド層のＡｌ組成比Ｘは略０．４以上略０．６以下で
ある。
細に説明する。図１は本発明の第１実施例によるＡｌＧ
ａＡｓ系半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。
図１において、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、層厚１μｍの
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２、層厚１〜１．５μｍのｎ型
ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓクラッド層３、層厚０．０４〜０．
０６μｍのアンドープのＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ（１＞Ｘ＞
Ｙ≧０）活性層４、及び層厚０．３〜０．４５μｍのｐ
型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１クラッド層５が順に形成され
ている。ＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ活性層４のＡｌ組成比Ｙは
例えば０．１４であり、ｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１ク
ラッド層のＡｌ組成比Ｘは略０．４以上略０．６以下で
ある。
【００３７】ｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第１クラッド層５
上には、発振光のエネルギーｈν（ｈはプランク定数，
νは発振光の振動数）に略等しいエネルギーのバンドギ
ャップを有するｐ型ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ可飽和光吸収層
６が形成されている。ｐ型ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ可飽和光
吸収層６のＡｌ組成比ＺはＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ活性層４
のＡｌ組成比Ｙに略等しい値であり、Ｚ＝０．１０〜
０．１５である。
上には、発振光のエネルギーｈν（ｈはプランク定数，
νは発振光の振動数）に略等しいエネルギーのバンドギ
ャップを有するｐ型ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ可飽和光吸収層
６が形成されている。ｐ型ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ可飽和光
吸収層６のＡｌ組成比ＺはＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ活性層４
のＡｌ組成比Ｙに略等しい値であり、Ｚ＝０．１０〜
０．１５である。
【００３８】ｐ型ＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓ可飽和光吸収層６
上の略中央に、ストライプ状リッジ部をなす層厚０．６
〜１μｍのｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第２クラッド層７が
形成されている。この第２クラッド層７のリッジ部下面
幅（電流狭窄幅）Ｗは２．５〜５．５μｍである。
上の略中央に、ストライプ状リッジ部をなす層厚０．６
〜１μｍのｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第２クラッド層７が
形成されている。この第２クラッド層７のリッジ部下面
幅（電流狭窄幅）Ｗは２．５〜５．５μｍである。
【００３９】この構成において、ｐ型可飽和光吸収層６
は、ｐ型第１及び第２クラッド層５，７からなる層厚
０．９〜１．４５μｍのｐ型クラッド層８中に設けられ
ている。この可飽和光吸収層６は発振光のエネルギーに
略等しいエネルギーのバンドギャップを有し、第２クラ
ッド層７は発振光に比べて大きいエネルギーのバンドギ
ャップを有する。すなわち、可飽和光吸収層６中のＡｌ
組成比Ｚは第２クラッド層７中のＡｌ組成比Ｘよりも小
さい。従って、製造工程において、Ａｌ組成比の違いに
基づくエッチング選択性を利用して、可飽和光吸収層６
は、第２クラッド層７をリッジ形状にエッチングする際
のエッチング停止層として用いることができる。
は、ｐ型第１及び第２クラッド層５，７からなる層厚
０．９〜１．４５μｍのｐ型クラッド層８中に設けられ
ている。この可飽和光吸収層６は発振光のエネルギーに
略等しいエネルギーのバンドギャップを有し、第２クラ
ッド層７は発振光に比べて大きいエネルギーのバンドギ
ャップを有する。すなわち、可飽和光吸収層６中のＡｌ
組成比Ｚは第２クラッド層７中のＡｌ組成比Ｘよりも小
さい。従って、製造工程において、Ａｌ組成比の違いに
基づくエッチング選択性を利用して、可飽和光吸収層６
は、第２クラッド層７をリッジ形状にエッチングする際
のエッチング停止層として用いることができる。
【００４０】ｐ型ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ第２クラッド層７
上には、例えば層厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ
層９が形成され、可飽和光吸収層６上に第２クラッド層
７及びｐ型ＧａＡｓキャップ層９を埋め込むように層厚
０．８μｍのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０が形成さ
れている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層９上及びｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層１０上には、層厚６μｍのｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１１が形成されている。ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１１の上面にはｐ側電極１９が形成され、ｎ
型ＧａＡｓ基板１の下面にはｎ側電極２０が形成されて
いる。
上には、例えば層厚０．３μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ
層９が形成され、可飽和光吸収層６上に第２クラッド層
７及びｐ型ＧａＡｓキャップ層９を埋め込むように層厚
０．８μｍのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０が形成さ
れている。ｐ型ＧａＡｓキャップ層９上及びｎ型ＧａＡ
ｓ電流ブロック層１０上には、層厚６μｍのｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層１１が形成されている。ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１１の上面にはｐ側電極１９が形成され、ｎ
型ＧａＡｓ基板１の下面にはｎ側電極２０が形成されて
いる。
【００４１】上記構造を有する半導体レーザ素子の自励
発振の程度を調べるために、ｎ型クラッド層３、活性層
４、ｐ型第１クラッド層５、ｐ型可飽和光吸収層６及び
ｐ型第２クラッド層７の層厚又は組成比並びにリッジ部
下面幅（電流狭窄幅）Ｗを上述の範囲内で変化させて複
数の試料を作製し、注入電流値を適宜選択して光出力が
３ｍＷでのγ値（縦モード間の可干渉性の程度）を測定
した。
発振の程度を調べるために、ｎ型クラッド層３、活性層
４、ｐ型第１クラッド層５、ｐ型可飽和光吸収層６及び
ｐ型第２クラッド層７の層厚又は組成比並びにリッジ部
下面幅（電流狭窄幅）Ｗを上述の範囲内で変化させて複
数の試料を作製し、注入電流値を適宜選択して光出力が
３ｍＷでのγ値（縦モード間の可干渉性の程度）を測定
した。
【００４２】ここで、γ値は自励発振（縦モード間の可
干渉性）の程度を示しており、γ＝１の場合には自励発
振は行われず、γが０に近づく程自励発振性が強まる。
本願発明者の実験によると、光磁気ディスク装置、コン
パクトディスク（ＣＤ）装置等のデジタル信号を用いた
光ディスク装置に半導体レーザ素子を搭載した場合、γ
値が０．８以下で良好なＣ／Ｎ値が得られ、レーザディ
スク（ＬＤ）装置等のアナログ信号を用いた光ディスク
装置に半導体レーザ素子を搭載した場合、γ値が０．６
以下で良好なＣ／Ｎ値が得られることが判明した。
干渉性）の程度を示しており、γ＝１の場合には自励発
振は行われず、γが０に近づく程自励発振性が強まる。
本願発明者の実験によると、光磁気ディスク装置、コン
パクトディスク（ＣＤ）装置等のデジタル信号を用いた
光ディスク装置に半導体レーザ素子を搭載した場合、γ
値が０．８以下で良好なＣ／Ｎ値が得られ、レーザディ
スク（ＬＤ）装置等のアナログ信号を用いた光ディスク
装置に半導体レーザ素子を搭載した場合、γ値が０．６
以下で良好なＣ／Ｎ値が得られることが判明した。
【００４３】上記の測定結果から、以下に説明するよう
に、良好な自励発振を得るためには、半導体レーザ素子
の光出射端面での光スポット長Ｓ、電流狭窄幅Ｗ、活性
層４の層厚ｄa 、活性層４の光閉じ込め係数Γa 、可飽
和光吸収層６の層厚ｄs 、及び可飽和光吸収層６の光閉
じ込め係数Γa の選択が重要であることが判った。
に、良好な自励発振を得るためには、半導体レーザ素子
の光出射端面での光スポット長Ｓ、電流狭窄幅Ｗ、活性
層４の層厚ｄa 、活性層４の光閉じ込め係数Γa 、可飽
和光吸収層６の層厚ｄs 、及び可飽和光吸収層６の光閉
じ込め係数Γa の選択が重要であることが判った。
【００４４】尚、光閉じ込め係数Γa は、図１に示す直
線ｇ上の光出射端面から出射される全光量（ここでは、
１に規格化されている）に対する活性層４で閉じ込めら
れる光量の割合を意味し、光閉じ込め係数Γs は、直線
ｇ上の光出射端面から出射される全光量に対する可飽和
光吸収層６で閉じ込められる光量の割合を意味する。直
線ｇは、光出射端面上で接合面に垂直かつ電流狭窄幅Ｗ
を２等分する直線である。これらの光閉じ込め係数
Γa ，Γs は、図２に示すように、接合面に垂直で電流
狭窄幅Ｗを二等分する直線ｇ上のニアフィールドパター
ンの面積から得られる。
線ｇ上の光出射端面から出射される全光量（ここでは、
１に規格化されている）に対する活性層４で閉じ込めら
れる光量の割合を意味し、光閉じ込め係数Γs は、直線
ｇ上の光出射端面から出射される全光量に対する可飽和
光吸収層６で閉じ込められる光量の割合を意味する。直
線ｇは、光出射端面上で接合面に垂直かつ電流狭窄幅Ｗ
を２等分する直線である。これらの光閉じ込め係数
Γa ，Γs は、図２に示すように、接合面に垂直で電流
狭窄幅Ｗを二等分する直線ｇ上のニアフィールドパター
ンの面積から得られる。
【００４５】また、図３に示すように、光スポット長Ｓ
は、ファーフィールドパターンの測定から得られる接合
面に水平方向の水平広がり角θh と一定の関係を有する
ので、測定された水平広がり角θh から求めることがで
きる。
は、ファーフィールドパターンの測定から得られる接合
面に水平方向の水平広がり角θh と一定の関係を有する
ので、測定された水平広がり角θh から求めることがで
きる。
【００４６】図４に上記測定結果から得られた各試料の
パラメータとγ値との関係を示す図である。図４のグラ
フの縦軸は（Ｓ−Ｗ）／Ｗであり、横軸は（Γs ／
ｄs ）／（Γa ／ｄa ）である。図中、×印は０．８よ
りも大きいγ値を有する試料、△印は０．６よりも大き
く０．８以下のγ値を有する試料、○印は０．６以下の
γ値を有する試料を示す。
パラメータとγ値との関係を示す図である。図４のグラ
フの縦軸は（Ｓ−Ｗ）／Ｗであり、横軸は（Γs ／
ｄs ）／（Γa ／ｄa ）である。図中、×印は０．８よ
りも大きいγ値を有する試料、△印は０．６よりも大き
く０．８以下のγ値を有する試料、○印は０．６以下の
γ値を有する試料を示す。
【００４７】図４のグラフに、γ≦０．８となる第１領
域及びγ≦０．６となる第２領域を定めることができ
る。ここで、第１領域は次の式（１）〜（４）で表され
る直線で囲まれた範囲内にある。
域及びγ≦０．６となる第２領域を定めることができ
る。ここで、第１領域は次の式（１）〜（４）で表され
る直線で囲まれた範囲内にある。
【００４８】 ｙ＝−５ｘ＋１．３，（ｘ≦０．２５） ・・・（１） ｙ＝−１／２５ｘ＋３／５０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（２） ｙ＝０．６ ・・・（３） ｘ＝１ ・・・（４）
【００４９】また、第２領域は次の式（５）〜（８）で
表される直線で囲まれた範囲内にある。 ｙ＝−５ｘ＋１．３５，（ｘ≦０．２５） ・・・（５） ｙ＝−１／１５ｘ＋７／６０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（６） ｙ＝０．６ ・・・（７） ｘ＝１ ・・・（８） 但し、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γs ／ｄs ）／（Γ
a ／ｄa ）
表される直線で囲まれた範囲内にある。 ｙ＝−５ｘ＋１．３５，（ｘ≦０．２５） ・・・（５） ｙ＝−１／１５ｘ＋７／６０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（６） ｙ＝０．６ ・・・（７） ｘ＝１ ・・・（８） 但し、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γs ／ｄs ）／（Γ
a ／ｄa ）
【００５０】第１領域内の条件を満足する半導体レーザ
素子は０．８以下のγ値を有し、安定に自励発振を行う
ことができる。第２の領域内の条件を満足する半導体レ
ーザ素子は０．６以下のγ値を有し、更に安定に自励発
振を行うことができる。
素子は０．８以下のγ値を有し、安定に自励発振を行う
ことができる。第２の領域内の条件を満足する半導体レ
ーザ素子は０．６以下のγ値を有し、更に安定に自励発
振を行うことができる。
【００５１】この測定結果から、可飽和光吸収層６の単
位厚さ当たりの光強度が活性層４の単位厚さ当たりの光
強度に比べて高くなる程（横軸の値が大きくなる程）低
雑音特性が得られ、光スポット長Ｓが電流狭窄幅Ｗから
より多くはみ出る程（縦軸の値が大きくなる程）低雑音
特性が得られる傾向が見られる。
位厚さ当たりの光強度が活性層４の単位厚さ当たりの光
強度に比べて高くなる程（横軸の値が大きくなる程）低
雑音特性が得られ、光スポット長Ｓが電流狭窄幅Ｗから
より多くはみ出る程（縦軸の値が大きくなる程）低雑音
特性が得られる傾向が見られる。
【００５２】図４のグラフから、γ＝０．８以下又はγ
＝０．６以下での安定な自励発振を得るためには、それ
ぞれ第１領域又は第２領域内の条件を満足するように、
活性層の層厚ｄa 、活性層の光閉じ込め係数Γa 、可飽
和光吸収層の層厚ｄs 、可飽和光吸収層の光閉じ込め係
数Γs 及び半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓ
を設定すればよい。従って、この設計方法を用いれば、
実際に素子を作製することなく、安定に自励発振が行え
る構造を決定することができる。
＝０．６以下での安定な自励発振を得るためには、それ
ぞれ第１領域又は第２領域内の条件を満足するように、
活性層の層厚ｄa 、活性層の光閉じ込め係数Γa 、可飽
和光吸収層の層厚ｄs 、可飽和光吸収層の光閉じ込め係
数Γs 及び半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓ
を設定すればよい。従って、この設計方法を用いれば、
実際に素子を作製することなく、安定に自励発振が行え
る構造を決定することができる。
【００５３】次に、γ＝０．６以下で安定に自励発振を
行う条件、すなわち図４に示す第２領域内の条件で、活
性層４の層厚ｄa と最大光出力との関係を測定した。図
５にその測定結果を示す。尚、最大光出力は、注入電流
値を自励発振可能な領域の値以上にして半導体レーザ素
子を単一モードで発振させることにより得た。
行う条件、すなわち図４に示す第２領域内の条件で、活
性層４の層厚ｄa と最大光出力との関係を測定した。図
５にその測定結果を示す。尚、最大光出力は、注入電流
値を自励発振可能な領域の値以上にして半導体レーザ素
子を単一モードで発振させることにより得た。
【００５４】この図５から、活性層４の層厚ｄa が０．
１μｍ以下で最大光出力が一般の光ディスク装置の記録
時に必要な３０ｍＷ程度となり、層厚ｄa が薄くなる
程、最大光出力が大きくなることが判る。
１μｍ以下で最大光出力が一般の光ディスク装置の記録
時に必要な３０ｍＷ程度となり、層厚ｄa が薄くなる
程、最大光出力が大きくなることが判る。
【００５５】従って、注入電流値を選択することにより
安定な自励発振特性と高出力特性を選択可能な条件は、
図４の第２領域内の条件を満足し、かつ活性層４の層厚
ｄaが０．１μｍ以下であることである。
安定な自励発振特性と高出力特性を選択可能な条件は、
図４の第２領域内の条件を満足し、かつ活性層４の層厚
ｄaが０．１μｍ以下であることである。
【００５６】次に、γ＝０．６以下で安定に自励発振を
行う条件、すなわち図４に示す第２領域内の条件で、可
飽和光吸収層６の層厚ｄs ／活性層４の層厚ｄa と発振
しきい値電流との関係を測定した。図６にその測定結果
を示す。
行う条件、すなわち図４に示す第２領域内の条件で、可
飽和光吸収層６の層厚ｄs ／活性層４の層厚ｄa と発振
しきい値電流との関係を測定した。図６にその測定結果
を示す。
【００５７】この図６から、しきい値電流を８０ｍＡ程
度以下に低減するためには、活性層４の層厚ｄa が０．
０３５μｍ以上０．１μｍ以下である必要があり、更に
しきい値電流を低減するためには０．０５μｍ以上０．
０７μｍ以下が好ましく、略０．０６μｍが最も好まし
いことが判る。
度以下に低減するためには、活性層４の層厚ｄa が０．
０３５μｍ以上０．１μｍ以下である必要があり、更に
しきい値電流を低減するためには０．０５μｍ以上０．
０７μｍ以下が好ましく、略０．０６μｍが最も好まし
いことが判る。
【００５８】従って、図４、図５及び図６の結果から、
発振しきい値電流を８０ｍＡ程度以下に低減しつつ注入
電流値を選択することにより安定な自励発振特性と３０
ｍＷ以上の高出力特性とを選択可能な条件は、図４に示
す第２領域内の条件を満足し、かつ活性層４の層厚ｄa
を０．０３５μｍ以上０．１μｍ以下、好ましくは０．
０５μｍ以上０．０７μｍ以下、最も好ましくは略０．
０６μｍに設定することである。
発振しきい値電流を８０ｍＡ程度以下に低減しつつ注入
電流値を選択することにより安定な自励発振特性と３０
ｍＷ以上の高出力特性とを選択可能な条件は、図４に示
す第２領域内の条件を満足し、かつ活性層４の層厚ｄa
を０．０３５μｍ以上０．１μｍ以下、好ましくは０．
０５μｍ以上０．０７μｍ以下、最も好ましくは略０．
０６μｍに設定することである。
【００５９】更に、３ｍＷの光出力時にγ＝０．６以下
で安定に自励発振を行う場合に動作電流Ｉopが８０ｍＡ
以下となる条件を調べた。図７にその結果を示す。図７
のグラフの横軸は可飽和光吸収層６の層厚ｄs と活性層
４の層厚ｄa との比を示し、縦軸はｐ型第１クラッド層
５の層厚ｔc を示す。図７の斜線領域でγ値が０．６以
下でかつ動作電流Ｉopが８０ｍＡ以下となる。
で安定に自励発振を行う場合に動作電流Ｉopが８０ｍＡ
以下となる条件を調べた。図７にその結果を示す。図７
のグラフの横軸は可飽和光吸収層６の層厚ｄs と活性層
４の層厚ｄa との比を示し、縦軸はｐ型第１クラッド層
５の層厚ｔc を示す。図７の斜線領域でγ値が０．６以
下でかつ動作電流Ｉopが８０ｍＡ以下となる。
【００６０】上記斜線領域は、次の式（９）〜（１３）
で表される直線で囲まれた範囲である。 ｔc ＝０．４５ ・・・ （９） ｄs ／ｄa ＝０．８ ・・・（１０） ｔc ＝−３／５×ｄs ／ｄa ＋７／１０，ｄs ／ｄa ≦０．６・・・（１１） ｔc ＝−１／１０×ｄs ／ｄa ＋２／５， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１２） ｔc ＝−１／２×ｄs ／ｄa ＋３／４， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１３）
で表される直線で囲まれた範囲である。 ｔc ＝０．４５ ・・・ （９） ｄs ／ｄa ＝０．８ ・・・（１０） ｔc ＝−３／５×ｄs ／ｄa ＋７／１０，ｄs ／ｄa ≦０．６・・・（１１） ｔc ＝−１／１０×ｄs ／ｄa ＋２／５， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１２） ｔc ＝−１／２×ｄs ／ｄa ＋３／４， ０．６≦ｄs ／ｄa ≦０．８・・・（１３）
【００６１】尚、ｐ型第１クラッド層５の層厚ｔc が
０．４５μｍを越えると横モードが不安定となる。ま
た、ｄs ／ｄa の値が大きい値程動作電流が大きくな
り、０．８を越えると非常に大きくなる。従って、ｐ型
第１クラッド層５の層厚ｔc は式（９）で示す０．４５
μｍ以下が好ましく、ｄs ／ｄa の値は式（１０）で示
す０．８以下が好ましい。
０．４５μｍを越えると横モードが不安定となる。ま
た、ｄs ／ｄa の値が大きい値程動作電流が大きくな
り、０．８を越えると非常に大きくなる。従って、ｐ型
第１クラッド層５の層厚ｔc は式（９）で示す０．４５
μｍ以下が好ましく、ｄs ／ｄa の値は式（１０）で示
す０．８以下が好ましい。
【００６２】また、半導体レーザ素子が３０ｍＷよりも
高い光出力（たとえば４５ｍＷ）で発振可能であるため
には、図５の結果から活性層４の層厚ｄa が０．０６μ
ｍ程度以下であることが好ましい。更に、３ｍＷの光出
力時の動作電流Ｉopが８０ｍＡ以下であるためには、し
きい値電流は８０ｍＡよりもある程度低い（例えば７０
ｍＡ程度）ことが必要である。従って、図６の結果から
活性層４の層厚ｄa は０．０４μｍ以上であることが好
ましい。
高い光出力（たとえば４５ｍＷ）で発振可能であるため
には、図５の結果から活性層４の層厚ｄa が０．０６μ
ｍ程度以下であることが好ましい。更に、３ｍＷの光出
力時の動作電流Ｉopが８０ｍＡ以下であるためには、し
きい値電流は８０ｍＡよりもある程度低い（例えば７０
ｍＡ程度）ことが必要である。従って、図６の結果から
活性層４の層厚ｄa は０．０４μｍ以上であることが好
ましい。
【００６３】上記の結果から、３０ｍＷ以上の高出力発
振とγ＝０．６以下での安定な自励発振とが選択可能
で、かつ３ｍＷの光出力時の動作電流Ｉopが８０ｍＡ以
下であるためには、ｐ型第１クラッド層５の層厚ｔc 、
活性層４の層厚ｄa 及び可飽和光吸収層６の層厚ｄs が
図７に示す斜線領域内の条件を満足し、活性層４の層厚
ｄa が略０．０４μｍ〜略０．０６μｍであればよい。
尚、ｐ型第１クラッド層５のＡｌ組成比Ｘは、通常略
０．４以上略０．６以下である。
振とγ＝０．６以下での安定な自励発振とが選択可能
で、かつ３ｍＷの光出力時の動作電流Ｉopが８０ｍＡ以
下であるためには、ｐ型第１クラッド層５の層厚ｔc 、
活性層４の層厚ｄa 及び可飽和光吸収層６の層厚ｄs が
図７に示す斜線領域内の条件を満足し、活性層４の層厚
ｄa が略０．０４μｍ〜略０．０６μｍであればよい。
尚、ｐ型第１クラッド層５のＡｌ組成比Ｘは、通常略
０．４以上略０．６以下である。
【００６４】図４に示す第１領域又は第２領域を満足す
る種々の構造又は種々の材料で構成される半導体レーザ
素子は、注入電流を小さくした３ｍＷの低光出力時にお
いて、それぞれγ＝０．８以下又はγ＝０．６以下での
安定な自励発振を行うことができる。多重量子井戸構造
を有さない活性層を備えた半導体レーザ素子の場合に
は、活性層の厚みを上記と同様に（好ましくは０．１μ
ｍ以下）設定することにより高出力化も可能になる。ま
た、多重量子井戸構造からなる活性層を備えた半導体レ
ーザ素子の場合にも、活性層の厚みを上記と同様に（好
ましくは０．１μｍ以下）設定することにより高出力化
も図ることができる。
る種々の構造又は種々の材料で構成される半導体レーザ
素子は、注入電流を小さくした３ｍＷの低光出力時にお
いて、それぞれγ＝０．８以下又はγ＝０．６以下での
安定な自励発振を行うことができる。多重量子井戸構造
を有さない活性層を備えた半導体レーザ素子の場合に
は、活性層の厚みを上記と同様に（好ましくは０．１μ
ｍ以下）設定することにより高出力化も可能になる。ま
た、多重量子井戸構造からなる活性層を備えた半導体レ
ーザ素子の場合にも、活性層の厚みを上記と同様に（好
ましくは０．１μｍ以下）設定することにより高出力化
も図ることができる。
【００６５】ただし、可飽和光吸収層が複数ある場合に
は、光閉じ込め係数Γs はこれらの可飽和光吸収層の光
閉じ込め係数Γを加算したものと定義され、また可飽和
光吸収層が多重量子井戸構造の場合には、各可飽和光吸
収層の光閉じ込め係数Γは各井戸層の光閉じ込め係数Γ
を加算したものと定義される。また、活性層はｎ型クラ
ッド層とｐ型クラッド層との間に挟まれた層と定義され
る。
は、光閉じ込め係数Γs はこれらの可飽和光吸収層の光
閉じ込め係数Γを加算したものと定義され、また可飽和
光吸収層が多重量子井戸構造の場合には、各可飽和光吸
収層の光閉じ込め係数Γは各井戸層の光閉じ込め係数Γ
を加算したものと定義される。また、活性層はｎ型クラ
ッド層とｐ型クラッド層との間に挟まれた層と定義され
る。
【００６６】第１実施例の条件は、図８〜図１１に示す
構造を有する第２〜第５実施例に係る半導体レーザ素子
にも適用することができる。尚、これらの半導体レーザ
素子の条件は可飽和光吸収層の位置が異なる点を除き、
第１実施例と同じである。従って、第１実施例と同一部
分又は対応する部分には、同一符号を付してその説明は
割愛する。尚、図８〜図１１では、ｐ側電極及びｎ側電
極の図示が省略されている。
構造を有する第２〜第５実施例に係る半導体レーザ素子
にも適用することができる。尚、これらの半導体レーザ
素子の条件は可飽和光吸収層の位置が異なる点を除き、
第１実施例と同じである。従って、第１実施例と同一部
分又は対応する部分には、同一符号を付してその説明は
割愛する。尚、図８〜図１１では、ｐ側電極及びｎ側電
極の図示が省略されている。
【００６７】図８に示す第２実施例に係る半導体レーザ
素子は、ｐ型可飽和光吸収層６がｐ型クラッド層８中に
ある点で第１実施例と共通するが、このｐ型可飽和光吸
収層６がリッジ部を形成する際のエッチング停止層とな
らない点で第１実施例と異なる。
素子は、ｐ型可飽和光吸収層６がｐ型クラッド層８中に
ある点で第１実施例と共通するが、このｐ型可飽和光吸
収層６がリッジ部を形成する際のエッチング停止層とな
らない点で第１実施例と異なる。
【００６８】図９に示す第３実施例に係る半導体レーザ
素子が第１実施例と異なるのは、ｐ型クラッド層８中に
可飽和光吸収層がなく、ｎ型クラッド層３中にｎ型可飽
和光吸収層１６が設けられている点である。
素子が第１実施例と異なるのは、ｐ型クラッド層８中に
可飽和光吸収層がなく、ｎ型クラッド層３中にｎ型可飽
和光吸収層１６が設けられている点である。
【００６９】図１０に示す第４実施例に係る半導体レー
ザ素子が第１実施例と異なるのは、ｎ型クラッド層３中
にｎ型可飽和光吸収層１６が更に設けられている点であ
る。
ザ素子が第１実施例と異なるのは、ｎ型クラッド層３中
にｎ型可飽和光吸収層１６が更に設けられている点であ
る。
【００７０】図１１に示す第５実施例に係る半導体レー
ザ素子が第２実施例と異なるのは、ｎ型クラッド層３中
にｎ型可飽和光吸収層１６が更に設けられている点であ
る。
ザ素子が第２実施例と異なるのは、ｎ型クラッド層３中
にｎ型可飽和光吸収層１６が更に設けられている点であ
る。
【００７１】第１実施例の条件は、図１２〜図１５に示
す構造を有する第６〜第９実施例に係る半導体レーザ素
子にも適用することができる。表１及び表２にこれらの
実施例の半導体レーザ素子の条件の一例を示す。ただ
し、これらの実施例において、活性層４は多重量子井戸
構造からなる。この活性層４は、層厚２４０ÅのＡｌ0.
35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層、層厚１００ÅのＡｌ0.11Ｇ
ａ0.89Ａｓ井戸層、層厚８０ÅのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
障壁層、層厚１００ÅのＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ井戸層、
層厚８０ÅのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ障壁層、層厚１００
ÅのＡｌ0.11Ｇａ 0.89Ａｓ井戸層、及び層厚２４０Åの
Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層がこの順序で積層され
てなる。尚、第１〜第５実施例と同一部分又は対応する
部分には、同一符号を付してその説明は割愛する。ま
た、図１２〜図１５では、ｐ側電極及びｎ側電極の図示
が省略されている。
す構造を有する第６〜第９実施例に係る半導体レーザ素
子にも適用することができる。表１及び表２にこれらの
実施例の半導体レーザ素子の条件の一例を示す。ただ
し、これらの実施例において、活性層４は多重量子井戸
構造からなる。この活性層４は、層厚２４０ÅのＡｌ0.
35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層、層厚１００ÅのＡｌ0.11Ｇ
ａ0.89Ａｓ井戸層、層厚８０ÅのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ
障壁層、層厚１００ÅのＡｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ井戸層、
層厚８０ÅのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ障壁層、層厚１００
ÅのＡｌ0.11Ｇａ 0.89Ａｓ井戸層、及び層厚２４０Åの
Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ光ガイド層がこの順序で積層され
てなる。尚、第１〜第５実施例と同一部分又は対応する
部分には、同一符号を付してその説明は割愛する。ま
た、図１２〜図１５では、ｐ側電極及びｎ側電極の図示
が省略されている。
【００７２】
【表１】
【００７３】
【表２】
【００７４】図１２に示す第６実施例に係る半導体レー
ザ素子が第１〜第５実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層８のリッジ部中にｐ型Ａｌ0.11
Ｇａ 0.89Ａｓ可飽和光吸収層６が設けられている点であ
る。この構成では、ｐ型可飽和光吸収層６での光密度が
大きくなり、自励発振の起こり得る条件の幅が広くな
る。
ザ素子が第１〜第５実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓクラッド層８のリッジ部中にｐ型Ａｌ0.11
Ｇａ 0.89Ａｓ可飽和光吸収層６が設けられている点であ
る。この構成では、ｐ型可飽和光吸収層６での光密度が
大きくなり、自励発振の起こり得る条件の幅が広くな
る。
【００７５】一般に、光出力が高くなるに従って自励発
振周波数が高くなるので、より高い光出力で自励発振が
可能であるためには、低い光出力での自励発振周波数が
低いことが必要である。第６実施例の半導体レーザ素子
では、Γs ／（可飽和光吸収層の体積）×利得が大きく
なるので、自励発振周波数が小さくなり、第１〜第５実
施例に比べてより高い光出力まで自励発振が可能とな
る。
振周波数が高くなるので、より高い光出力で自励発振が
可能であるためには、低い光出力での自励発振周波数が
低いことが必要である。第６実施例の半導体レーザ素子
では、Γs ／（可飽和光吸収層の体積）×利得が大きく
なるので、自励発振周波数が小さくなり、第１〜第５実
施例に比べてより高い光出力まで自励発振が可能とな
る。
【００７６】また、リッジ部中のみにｐ型可飽和光吸収
層６が存在するので、ｐ型クラッド層８中に活性層４と
同じ幅のｐ型可飽和光吸収層を設ける場合に比べて、リ
ッジ部下での実効屈折率と平坦部下での実効屈折率との
差が大きくなる。それにより、非点隔差が小さくでき、
横モードもより安定する。
層６が存在するので、ｐ型クラッド層８中に活性層４と
同じ幅のｐ型可飽和光吸収層を設ける場合に比べて、リ
ッジ部下での実効屈折率と平坦部下での実効屈折率との
差が大きくなる。それにより、非点隔差が小さくでき、
横モードもより安定する。
【００７７】図１３に示す第７実施例に係る半導体レー
ザ素子が第６実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.11Ｇａ
0.89Ａｓ可飽和光吸収層６上にｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａ
ｓエッチング停止層１７を設けた点である。この半導体
レーザ素子を製造する場合には、Ａｌ組成比の違いを利
用してエッチング停止層１７まで選択的にエッチングを
行った後、ｐ型可飽和光吸収層６をエッチングしてリッ
ジ部を形成する。従って、第６実施例に比べてｐ型クラ
ッド層８の平坦部の厚みを高精度に制御できる。
ザ素子が第６実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.11Ｇａ
0.89Ａｓ可飽和光吸収層６上にｐ型Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａ
ｓエッチング停止層１７を設けた点である。この半導体
レーザ素子を製造する場合には、Ａｌ組成比の違いを利
用してエッチング停止層１７まで選択的にエッチングを
行った後、ｐ型可飽和光吸収層６をエッチングしてリッ
ジ部を形成する。従って、第６実施例に比べてｐ型クラ
ッド層８の平坦部の厚みを高精度に制御できる。
【００７８】図１４に示す第８実施例に係る半導体レー
ザ素子が第６実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓクラッド層８よりもバンドギャップが大きいｎ
型Ａｌ 0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層１０を用いた点
である。Ａｌを含むIII −Ｖ族半導体材料では、Ａｌ組
成比が大きい程バンドギャップが大きくなる。従って、
大きなバンドギャップを有する電流ブロック層１０は大
気に晒されると酸化されるので、電流ブロック層１０上
には良好な結晶成長を行うためのｎ型ＧａＡｓ酸化防止
層１８が設けられている。
ザ素子が第６実施例と異なるのは、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ
0.5 Ａｓクラッド層８よりもバンドギャップが大きいｎ
型Ａｌ 0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ電流ブロック層１０を用いた点
である。Ａｌを含むIII −Ｖ族半導体材料では、Ａｌ組
成比が大きい程バンドギャップが大きくなる。従って、
大きなバンドギャップを有する電流ブロック層１０は大
気に晒されると酸化されるので、電流ブロック層１０上
には良好な結晶成長を行うためのｎ型ＧａＡｓ酸化防止
層１８が設けられている。
【００７９】ｐ型クラッド層８よりもバンドギャップが
大きい電流ブロック層１０では、ＧａＡｓ電流ブロック
層に比べて光吸収が少ないので、内部損失が小さくな
る。それにより、低しきい値電流化及び高効率化が図れ
る。また、この構成では、ｐ型クラッド層８の平坦部の
厚みを薄くしても電流ブロック層による光吸収が起こら
ないので、スポット長が小さくならない。従って、ｐ型
クラッド層８の平坦部の厚みを非常に薄くすることによ
り、この平坦部を流れる無効電流を低減することができ
る。この結果、良好な低雑音特性を維持しつつ動作電流
を大幅に低減できると共に最大光出力を向上させること
ができる。
大きい電流ブロック層１０では、ＧａＡｓ電流ブロック
層に比べて光吸収が少ないので、内部損失が小さくな
る。それにより、低しきい値電流化及び高効率化が図れ
る。また、この構成では、ｐ型クラッド層８の平坦部の
厚みを薄くしても電流ブロック層による光吸収が起こら
ないので、スポット長が小さくならない。従って、ｐ型
クラッド層８の平坦部の厚みを非常に薄くすることによ
り、この平坦部を流れる無効電流を低減することができ
る。この結果、良好な低雑音特性を維持しつつ動作電流
を大幅に低減できると共に最大光出力を向上させること
ができる。
【００８０】図１５に示す第９実施例に係る半導体レー
ザ素子が第８実施例と異なるのは、第７実施例と同様に
ｐ型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ可飽和光吸収層６上にｐ型Ａ
ｌ0. 7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチング停止層１７が設けられて
いる点である。
ザ素子が第８実施例と異なるのは、第７実施例と同様に
ｐ型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ａｓ可飽和光吸収層６上にｐ型Ａ
ｌ0. 7 Ｇａ0.3 Ａｓエッチング停止層１７が設けられて
いる点である。
【００８１】本実施例の半導体レーザ素子においても、
第８実施例と同様に、大きなバンドギャップを有する電
流ブロック層１０が大気に晒されると酸化されるので、
電流ブロック層１０上には良好な結晶成長を行うための
ｎ型ＧａＡｓ酸化防止層１８が設けられている。
第８実施例と同様に、大きなバンドギャップを有する電
流ブロック層１０が大気に晒されると酸化されるので、
電流ブロック層１０上には良好な結晶成長を行うための
ｎ型ＧａＡｓ酸化防止層１８が設けられている。
【００８２】以下の表３に第６〜第９実施例に係る半導
体レーザ素子の特性を示す。
体レーザ素子の特性を示す。
【００８３】
【表３】
【００８４】この表３から、第６〜第９実施例では、γ
値が小さく、非点隔差も小さく、最大光出力も３０ｍＷ
よりも大幅に大きく、３０ｍＷの光出力時の動作電流Ｉ
opも１３０ｍＡ程度以下と小さいことが判る。特に、電
流ブロック層１０のバンドギャップがクラッド層８のバ
ンドギャップより大きい第８及び第９実施例の場合、非
点隔差が４μｍ程度と非常に小さく、最大光出力は８０
ｍＷ以上に大きくなり、動作電流Ｉopも８０ｍＡ程度に
小さくなることが判る。
値が小さく、非点隔差も小さく、最大光出力も３０ｍＷ
よりも大幅に大きく、３０ｍＷの光出力時の動作電流Ｉ
opも１３０ｍＡ程度以下と小さいことが判る。特に、電
流ブロック層１０のバンドギャップがクラッド層８のバ
ンドギャップより大きい第８及び第９実施例の場合、非
点隔差が４μｍ程度と非常に小さく、最大光出力は８０
ｍＷ以上に大きくなり、動作電流Ｉopも８０ｍＡ程度に
小さくなることが判る。
【００８５】尚、第１〜第５実施例においても、ｐ型ク
ラッド層８よりもバンドギャップが大きい電流ブロック
層１０を用いても勿論よい。
ラッド層８よりもバンドギャップが大きい電流ブロック
層１０を用いても勿論よい。
【００８６】更には、電流ブロック層１０として、半絶
縁性ＧａＡｓ、半絶縁性ＡｌＧａＡｓ、半絶縁性ＺｎＳ
ｅ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ4 、Ａｌ2 Ｏ3 等の絶縁材料、又
はポリイミド等の絶縁性高分子材料を用いてもよい。
縁性ＧａＡｓ、半絶縁性ＡｌＧａＡｓ、半絶縁性ＺｎＳ
ｅ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ4 、Ａｌ2 Ｏ3 等の絶縁材料、又
はポリイミド等の絶縁性高分子材料を用いてもよい。
【００８７】次に、本発明の第１０実施例に係る半導体
レーザ素子を説明する。第１０実施例の半導体レーザ素
子は第９実施例と同様に図１５に示す構造を有する。第
１０実施例の半導体レーザ素子が第９実施例と異なるの
は、光出射端面２１の反射率（以下、前面反射率と呼
ぶ）が１０％以上２０％以下に設定されている点であ
る。
レーザ素子を説明する。第１０実施例の半導体レーザ素
子は第９実施例と同様に図１５に示す構造を有する。第
１０実施例の半導体レーザ素子が第９実施例と異なるの
は、光出射端面２１の反射率（以下、前面反射率と呼
ぶ）が１０％以上２０％以下に設定されている点であ
る。
【００８８】ここで、前面反射率を変えて図１５の構造
を有する複数の試料を作製して３ｍＷの光出力時におけ
る戻り光雑音特性の前面反射率依存性を調べた。試料の
電流狭窄幅Ｗは２．５〜５．５μｍであり、共振器長Ｌ
は３５０μｍであり、後面２２の反射率は９５％であ
る。光路長を５０ｍｍ、戻り光率を０．１％として室温
でＳ／Ｎを測定した。出力レーザ光の中心周波数は７２
０ｋＨｚ、帯域幅は１０ｋＨｚである。
を有する複数の試料を作製して３ｍＷの光出力時におけ
る戻り光雑音特性の前面反射率依存性を調べた。試料の
電流狭窄幅Ｗは２．５〜５．５μｍであり、共振器長Ｌ
は３５０μｍであり、後面２２の反射率は９５％であ
る。光路長を５０ｍｍ、戻り光率を０．１％として室温
でＳ／Ｎを測定した。出力レーザ光の中心周波数は７２
０ｋＨｚ、帯域幅は１０ｋＨｚである。
【００８９】図１６に前面反射率とＳ／Ｎとの関係の測
定結果を示す。図１６から、前面反射率が従来の５％の
場合にはＳ／Ｎが６５ｄＢとなっているのに対して、前
面反射率が１０〜２０％の範囲ではＳ／Ｎが７０ｄＢ以
上に大きくなっていることが判る。
定結果を示す。図１６から、前面反射率が従来の５％の
場合にはＳ／Ｎが６５ｄＢとなっているのに対して、前
面反射率が１０〜２０％の範囲ではＳ／Ｎが７０ｄＢ以
上に大きくなっていることが判る。
【００９０】次に、同様の試料において最大光出力の前
面反射率依存性を調べた。図１７に前面反射率と最大光
出力との関係の測定結果を示す。図１７から、前面反射
率が大きくなる程最大光出力が低下するが、前面反射率
が１０％及び１５％でそれぞれ１４０ｍＷ及び１００ｍ
Ｗの高出力が得られ、前面反射率が２０％においても８
０ｍＷの高出力が得られることが判る。
面反射率依存性を調べた。図１７に前面反射率と最大光
出力との関係の測定結果を示す。図１７から、前面反射
率が大きくなる程最大光出力が低下するが、前面反射率
が１０％及び１５％でそれぞれ１４０ｍＷ及び１００ｍ
Ｗの高出力が得られ、前面反射率が２０％においても８
０ｍＷの高出力が得られることが判る。
【００９１】上記の結果から、Ｓ／Ｎが７０ｄＢ以上と
なる良好な戻り光雑音特性を有しかつ８０ｍＷ以上の高
出力発振が可能であるためには、前面反射率が１０％以
上２０％以下であることが必要であり、より高出力な発
振特性を得るためには、１０％以上１５％以下であるこ
とが好ましいことが判る。
なる良好な戻り光雑音特性を有しかつ８０ｍＷ以上の高
出力発振が可能であるためには、前面反射率が１０％以
上２０％以下であることが必要であり、より高出力な発
振特性を得るためには、１０％以上１５％以下であるこ
とが好ましいことが判る。
【００９２】上記の前面反射率の条件を第１〜第９実施
例に適用してもよい。この場合にも、低光出力時に戻り
光率に依存しない良好な戻り光雑音特性を有し、かつ高
出力発振が可能となる。
例に適用してもよい。この場合にも、低光出力時に戻り
光率に依存しない良好な戻り光雑音特性を有し、かつ高
出力発振が可能となる。
【００９３】上記実施例のように、ＧａＡｓ基板１とｎ
型クラッド層３との間にｎ型バッファ層２を設けること
が好ましいが、ｎ型バッファ層２を設けなくてもよい。
本発明は上述のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に限ら
ず、他の半導体レーザ素子、例えばＡｌＧａＩｎＰ系半
導体レーザ素子にも適用でき、また上述のリッジ構造の
半導体レーザ素子に限らず、セルフアライン型半導体レ
ーザ素子等他の半導体レーザ素子にも適用できる。尚、
他の構造の半導体レーザ素子の場合も、電流狭窄幅Ｗは
活性層側の電流狭窄幅と定義される。
型クラッド層３との間にｎ型バッファ層２を設けること
が好ましいが、ｎ型バッファ層２を設けなくてもよい。
本発明は上述のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子に限ら
ず、他の半導体レーザ素子、例えばＡｌＧａＩｎＰ系半
導体レーザ素子にも適用でき、また上述のリッジ構造の
半導体レーザ素子に限らず、セルフアライン型半導体レ
ーザ素子等他の半導体レーザ素子にも適用できる。尚、
他の構造の半導体レーザ素子の場合も、電流狭窄幅Ｗは
活性層側の電流狭窄幅と定義される。
【００９４】
【発明の効果】第１及び第２の発明によれば、活性層の
層厚ｄa 、活性層の光閉じ込め係数Γa 、可飽和光吸収
層の層厚ｄs 、可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γs 、
電流狭窄幅Ｗ及び半導体レーザ素子の端面での光スポッ
ト長Ｓを所定の関係を満たすように設定することによ
り、所定γ値以下で安定に自励発振を起こすことができ
る。
層厚ｄa 、活性層の光閉じ込め係数Γa 、可飽和光吸収
層の層厚ｄs 、可飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γs 、
電流狭窄幅Ｗ及び半導体レーザ素子の端面での光スポッ
ト長Ｓを所定の関係を満たすように設定することによ
り、所定γ値以下で安定に自励発振を起こすことができ
る。
【００９５】特に、可飽和光吸収層の層幅が活性層の層
幅より小さい場合には、接合面に対して水平方向におい
て、可飽和光吸収層を有する領域の実効屈折率が大きく
なり、可飽和光吸収層の光密度が増加するため、可飽和
光吸収層の効果が大きくなる。従って、自励発振周波数
が小さくなり、高い光出力まで自励発振が可能となる。
しかも、斯る場合、接合面に水平方向において可飽和光
吸収層を有する領域の実効屈折率が大きくなるので、よ
り高い光出力まで横モードが安定となり、高出力化が可
能となる。
幅より小さい場合には、接合面に対して水平方向におい
て、可飽和光吸収層を有する領域の実効屈折率が大きく
なり、可飽和光吸収層の光密度が増加するため、可飽和
光吸収層の効果が大きくなる。従って、自励発振周波数
が小さくなり、高い光出力まで自励発振が可能となる。
しかも、斯る場合、接合面に水平方向において可飽和光
吸収層を有する領域の実効屈折率が大きくなるので、よ
り高い光出力まで横モードが安定となり、高出力化が可
能となる。
【００９６】特に、第２導電型のクラッド層が、平坦部
と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリッジ
部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記平坦
部との間に上記可飽和光吸収層が設けられた場合、第２
導電型のクラッド層中に活性層と同じ幅の可飽和光吸収
層を設ける場合に比べて、リッジ部下の実効屈折率と平
坦部下の実効屈折率との差が大きくなるので、非点隔差
が小さくでき、横モードもより安定する。
と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリッジ
部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記平坦
部との間に上記可飽和光吸収層が設けられた場合、第２
導電型のクラッド層中に活性層と同じ幅の可飽和光吸収
層を設ける場合に比べて、リッジ部下の実効屈折率と平
坦部下の実効屈折率との差が大きくなるので、非点隔差
が小さくでき、横モードもより安定する。
【００９７】特に、活性層の層厚ｄa 、可飽和光吸収層
の層厚ｄs 及び第１クラッド層の層厚ｔc を所定の関係
を満たすように設定することにより、所定γ値以下で安
定に自励発振を起こすことができるとともに動作電流が
低くなる。
の層厚ｄs 及び第１クラッド層の層厚ｔc を所定の関係
を満たすように設定することにより、所定γ値以下で安
定に自励発振を起こすことができるとともに動作電流が
低くなる。
【００９８】また、活性層の厚みを小さくした場合、自
励発振を損なうことなく、キンクレベルを低下させず、
より高い光出力が可能となる。
励発振を損なうことなく、キンクレベルを低下させず、
より高い光出力が可能となる。
【００９９】また、電流ブロック層のバンドギャップが
クラッド層のバンドギャップより大きい場合には、発振
光が電流ブロック層で吸収されないので、電流ブロック
層が光発振におけるロスを引き起こさないと考えられ
る。従って、斯る場合、低しきい値電流化、高効率化、
及び高出力化が可能となる。しかも、この構成では、リ
ッジ構造のクラッド層の平坦部の厚みを非常に薄くでき
るので、この平坦部を流れる無効電流を低減できる。こ
の結果、動作電流を大幅に低減でき、最大光出力が向上
する。
クラッド層のバンドギャップより大きい場合には、発振
光が電流ブロック層で吸収されないので、電流ブロック
層が光発振におけるロスを引き起こさないと考えられ
る。従って、斯る場合、低しきい値電流化、高効率化、
及び高出力化が可能となる。しかも、この構成では、リ
ッジ構造のクラッド層の平坦部の厚みを非常に薄くでき
るので、この平坦部を流れる無効電流を低減できる。こ
の結果、動作電流を大幅に低減でき、最大光出力が向上
する。
【０１００】
【０１０１】
【０１０２】
【図１】本発明に係る第１実施例の半導体レーザ素子の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】光閉じ込め係数Γa ，Γs を説明するための図
である。
である。
【図３】水平広がり角θh と光スポット長Ｓの関係を示
す図である。
す図である。
【図４】γ≦０．８及びγ≦０．６が得られる領域を示
す図である。
す図である。
【図５】最大光出力と活性層の層厚との関係を示す図で
ある。
ある。
【図６】発振しきい値電流と活性層の層厚との関係を示
す図である。
す図である。
【図７】γ≦０．６で動作電流が８０ｍＡ以下の領域を
示す図である。
示す図である。
【図８】本発明に係る第２実施例の半導体レーザ素子の
斜視図である。
斜視図である。
【図９】本発明に係る第３実施例の半導体レーザ素子の
斜視図である。
斜視図である。
【図１０】本発明に係る第４実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１１】本発明に係る第５実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１２】本発明に係る第６実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１３】本発明に係る第７実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１４】本発明に係る第８実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１５】本発明に係る第９実施例の半導体レーザ素子
の斜視図である。
の斜視図である。
【図１６】前面反射率とＳ／Ｎとの関係の測定結果を示
す図である。
す図である。
【図１７】前面反射率と最大光出力との関係の測定結果
を示す図である。
を示す図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３ ｎ型クラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ型第１クラッド層 ６ ｐ型可飽和光吸収層 ７ ｐ型第２クラッド層 ８ ｐ型クラッド層 １０ ｎ型電流ブロック層 １６ ｎ型可飽和光吸収層 ２１ 光出射端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 光晴 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 松川 健一 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 (72)発明者 井手 大輔 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 古沢 浩太郎 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 (72)発明者 國里 竜也 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 (56)参考文献 特開 昭63−202083（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−94490（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167174（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120887（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌ ｅｃｔｒｏｎ．29［５］（1993）ｐ. 1330−1336 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (12)
- 【請求項１】 第１導電型のクラッド層と、該第１導電
型の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、両クラッド層の
少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光吸収層とを
備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭窄するため
の電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の設計方法に
おいて、 ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ及びｆを正の定数とした場合、上記
活性層の層厚ｄ a 、該活性層の光閉じ込め係数Γ a 、上
記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、該可飽和光吸収層の光閉
じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ及び上記半導体レーザ素
子の端面での光スポット長Ｓを、 ｙ＝−ａ・ｘ＋ｂ ・・・（Ａ） ｙ＝−ｃ・ｘ＋ｄ ，（ａ＞ｃ，ｂ＞ｄ） ・・・（Ｂ） ｙ＝ｅ ・・・（Ｃ） ｘ＝ｆ ・・・（Ｄ） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ）， 上記式（Ａ）〜（Ｄ）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする半導体レーザ素子の設計方
法。 - 【請求項２】 第１導電型のクラッド層と、該第１導電
型の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、両クラッド層の
少なくとも一方の層中に設けられた可飽和光吸収層とを
備え、上記活性層へ注入される注入電流を狭窄するため
の電流狭窄幅がＷである半導体レーザ素子の設計方法に
おいて、 上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の光閉じ込め係数Γ
a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、該可飽和光吸収層
の光閉じ込め係数Γ s 、電流狭窄幅Ｗ及び上記半導体レ
ーザ素子の端面での光スポット長Ｓを、 ｙ＝−５ｘ＋１．３，（ｘ≦０．２５） ・・・（１） ｙ＝−１／２５ｘ＋３／５０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（２） ｙ＝０．６ ・・・（３） ｘ＝１ ・・・（４） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ） 上記式（１）〜（４）で表される直線で囲まれた範囲内
に設定することを特徴とする半導体レーザ素子の設計方
法。 - 【請求項３】 上記活性層の層厚ｄ a 、該活性層の光閉
じ込め係数Γ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s 、該可
飽和光吸収層の光閉じ込め係数Γ s 、上記電流狭窄幅Ｗ
及び上記半導体レーザ素子の端面での光スポット長Ｓ
が、 ｙ＝−５ｘ＋１．３５，（ｘ≦０．２５） ・・・（５） ｙ＝−１／１５ｘ＋７／６０，（０．２５≦ｘ≦１） ・・・（６） ｙ＝０．６ ・・・（７） ｘ＝１ ・・・（８） ここで、ｙ＝（Ｓ−Ｗ）／Ｗ，ｘ＝（Γ s ／ｄ s ）／（Γ a ／ｄ a ） 上記式（５）〜（８）で表される直線で囲まれた範囲内
を満足することを特徴とする請求項２記載の半導体レー
ザ素子の設計方法。 - 【請求項４】 上記可飽和光吸収層の層幅が上記活性層
の層幅より小さいことを特徴とする請求項１、２又は３
記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項５】 上記第２導電型のクラッド層は、平坦部
と該平坦部上の一部に形成されたストライプ状のリッジ
部とからなり、該リッジ部中又は該リッジ部と上記平坦
部との間に上記可飽和光吸収層が設けられたことを特徴
とする請求項１、２、３又は４記載の半導体レーザ素子
の設計方法。 - 【請求項６】 上記第２導電型のクラッド層上に上記注
入電流を狭窄するための電流ブロック層が設けられたこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の半導
体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項７】 上記第１導電型のクラッド層は第１導電
型のＡｌ X Ｇａ 1-X Ａｓ（０＜Ｘ＜１）クラッド層から
なり、上記第２導電型のクラッド層は上記活性層上に形
成されたＡｌ X Ｇａ 1-X Ａｓ第１クラッド層と該第１ク
ラッド層上に形成されたストライプ状リッジ部をなす第
２導電型のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ第２クラッド層とからな
り、上記可飽和光吸収層は上記第１クラッド層と上記第
２クラッド層との間に形成された第２導電型の可飽和光
吸収層からなり、上記リッジ部 側面上及び上記可飽和光
吸収層上に設けられた第１導電型の電流ブロック層を更
に備え、 上記活性層の層厚ｄ a 、上記可飽和光吸収層の層厚ｄ s
及び上記第１クラッド層の層厚ｔ c が、 ｔ c ＝０．４５ ・・・ （９） ｄ s ／ｄ a ＝０．８ ・・・（１０） ｔ c ＝−３／５×ｄ s ／ｄ a ＋７／１０，ｄ s ／ｄ a ≦０．６・・・（１１） ｔ c ＝−１／１０×ｄ s ／ｄ a ＋２／５， ０．６≦ｄ s ／ｄ a ≦０．８・・・（１２） ｔ c ＝−１／２×ｄ s ／ｄ a ＋３／４， ０．６≦ｄ s ／ｄ a ≦０．８・・・（１３） 上記式（９）〜（１３）で表される直線で囲まれた範囲
内を満足することを特徴とする請求項１、２、３、４、
５又は６記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項８】 上記活性層の層厚は０．０４μｍ以上
０．０６μｍ以下であり、上記第１クラッド層の組成比
Ｘが０．４以上０．６以下であることを特徴とする請求
項７記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項９】 上記電流ブロック層のバンドギャップが
上記第２導電型のクラッド層のバンドギャップより大き
いことを特徴とする請求項７又は８記載の半導体レーザ
素子の設計方法。 - 【請求項１０】 上記活性層の層厚は、０．１μｍ以下
であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、
６、７、８又は９記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項１１】 上記活性層の層厚は、０．０３５μｍ
以上０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１０
記載の半導体レーザ素子の設計方法。 - 【請求項１２】 上記活性層は、Ａｌ Y Ｇａ 1-Y Ａｓ
（０≦Ｙ＜Ｘ＜１）からなることを特徴とする請求項７
又は８記載の半導体レーザ素子の設計方法。
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| ＩＥＥＥ．Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２９［５］（１９９３）ｐ．１３３０−１３３６ |
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