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JP6347573B2 - Semiconductor laser element - Google Patents

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JP6347573B2 JP2012262280A JP2012262280A JP6347573B2 JP 6347573 B2 JP6347573 B2 JP 6347573B2 JP 2012262280 A JP2012262280 A JP 2012262280A JP 2012262280 A JP2012262280 A JP 2012262280A JP 6347573 B2 JP6347573 B2 JP 6347573B2
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Description

本発明は、半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device.

半導体レーザ素子は、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)の記録・再生用途に広く普及している。近年、半導体レーザ素子の応用として、固体レーザ装置、リモートセンシング用途、ガスレーザの代替用途、SHG(Second Harmonic Generation)による緑色レーザ用光源などへの展開が期待されている。これらの用途には、赤外領域においてレーザ発振し、200mWを超える高出力であることが必要とされる。   Semiconductor laser devices are widely used for recording / reproducing applications of CD (Compact Disc) and DVD (Digital Versatile Disc). In recent years, semiconductor laser elements are expected to be applied to solid-state laser devices, remote sensing applications, gas laser alternative applications, green laser light sources using SHG (Second Harmonic Generation), and the like. These applications require laser oscillation in the infrared region and a high output exceeding 200 mW.

半導体レーザ素子の高出力化を制限する要因として、COD(Catastrophic Optical Damage)が知られている。CODとは、共振器のレーザ出射端面に形成された端面コーティング膜と端面部活性層との深い界面準位に起因して、非発光再結合が発生し、これにより端面近傍において発熱が生じ、この発熱に伴いバンドギャップがさらに縮小し、その結果としてさらに非発光再結合が促進されるという正帰還が生起し、最終的には高熱によって半導体結晶が溶出してしまい、レーザ発振不能に至らしめる現象である。なお、これ以降、半導体レーザ素子がCODに到達する出力電圧をCODレベルとも記す。   As a factor that limits the increase in the output of a semiconductor laser element, COD (catalytic optical damage) is known. COD is caused by non-radiative recombination due to the deep interface state between the end face coating film formed on the laser emission end face of the resonator and the end face active layer, thereby generating heat near the end face, With this heat generation, the band gap is further reduced, and as a result, positive feedback occurs in which non-radiative recombination is further promoted. Eventually, the semiconductor crystal is eluted by high heat, and laser oscillation becomes impossible. It is a phenomenon. Hereinafter, an output voltage at which the semiconductor laser element reaches the COD is also referred to as a COD level.

CODレベルを高める手段として、たとえば、特開2009−27012号公報(特許文献1)に示されるように、共振器のレーザ出射部の端面近傍に不純物を拡散させ、該端面近傍のバンドギャップを広げることにより、光吸収を低減する端面窓構造が提案されている。また、たとえば、特開平05−218593号公報(特許文献2)には、不純物としてZnを拡散させた窓層のみを高エネルギ化した窓構造の形成方法が提案されている。これらの技術は、たとえば、DVD用に650nm帯半導体レーザに応用されている。   As means for increasing the COD level, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-27012 (Patent Document 1), impurities are diffused near the end face of the laser emitting portion of the resonator, and the band gap near the end face is widened. Thus, an end window structure that reduces light absorption has been proposed. Further, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-218593 (Patent Document 2) proposes a method of forming a window structure in which only a window layer in which Zn is diffused as an impurity is increased in energy. These techniques are applied to, for example, a 650 nm band semiconductor laser for DVD.

また、特開2001−345514号公報(特許文献3)には、窓構造を有する赤外領域の半導体レーザに関し、レーザ部のクラッド層をAlGaInPの4元組成の化合物半導体とすることにより、Znの拡散係数を向上させ、多重量子井戸層〔以下、MQW(Multiple Quantum Well)層とも記す〕であるAlGaAs/GaAsの混晶化を促進し、窓構造を形成する技術が開示されている。この技術は、たとえば、CD用半導体レーザに利用されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-345514 (Patent Document 3) relates to a semiconductor laser in an infrared region having a window structure, by using a compound semiconductor having a quaternary composition of AlGaInP as a cladding layer of a laser part, There is disclosed a technique for improving the diffusion coefficient, promoting the mixed crystallization of AlGaAs / GaAs, which is a multiple quantum well layer (hereinafter also referred to as MQW (Multiple Quantum Well) layer), and forming a window structure. This technique is used for, for example, a semiconductor laser for CD.

特開2009−27012号公報JP 2009-27012 A 特開平05−218593号公報JP 05-218593 A 特開2001−345514号公報JP 2001-345514 A

しかしながら、上記のいずれの技術によっても、固体レーザ装置やリモートセンシング用途の光源として期待されている800nm以上の発振波長を有する半導体レーザにおいて、200mWを超える高出力のレーザに耐え得る窓構造の形成は困難であった。   However, with any of the above technologies, in a semiconductor laser having an oscillation wavelength of 800 nm or more, which is expected as a light source for solid-state laser devices and remote sensing applications, a window structure that can withstand a high-power laser exceeding 200 mW can be formed. It was difficult.

この理由は、キャリアオーバーフローによる閾値電流の増大を十分に抑制できないからである。キャリアオーバーフローとは、大電流を印加した際、共振器の光導波路内のキャリアが、レーザ発振時の発熱によって、活性層からクラッド層へと漏出し、利得飽和を起こす現象である。一般に、半導体レーザの高出力化のためには、活性層を薄層化して光密度を低減し、光出力を向上させる必要がある。しかし、活性層の薄層化に伴い、活性層に注入されたキャリアを、活性層内に閉じ込めることが困難となる。これにより、キャリアが漏出しやすくなり、キャリアオーバーフローに至る。   This is because an increase in threshold current due to carrier overflow cannot be sufficiently suppressed. Carrier overflow is a phenomenon in which, when a large current is applied, carriers in the optical waveguide of the resonator leak from the active layer to the cladding layer due to heat generated during laser oscillation and cause gain saturation. In general, in order to increase the output of a semiconductor laser, it is necessary to reduce the light density by reducing the active layer to improve the light output. However, with the thinning of the active layer, it becomes difficult to confine carriers injected into the active layer in the active layer. Thereby, it becomes easy to leak a carrier and it leads to a carrier overflow.

キャリアオーバーフローにより、閾値電流が増大するため、量子効果による低閾値動作および発光効率の向上が図れなくなる。また、閾値電流が増大すると、無駄な電力消費が増加するとともに、共振器の温度が上昇し、CODを誘発する。   Since the threshold current increases due to the carrier overflow, the low threshold operation and the light emission efficiency cannot be improved due to the quantum effect. Further, when the threshold current increases, useless power consumption increases and the temperature of the resonator rises to induce COD.

ここで、一般的に、閾値電流(Jth)は、下記式(1)により表わされる。 Here, in general, the threshold current (J th ) is represented by the following formula (1).

Figure 0006347573
Figure 0006347573

式(1)中、ηiは内部量子効率を示し、Γは光閉じ込め係数を示し、Rfは出射側端面反射率を示し、Rrは反射側端面反射率を示し、Lは共振器の長さを示し、dは活性層の厚さを示し、αiは内部吸収係数を示し、βはゲイン係数を示す。 In equation (1), η i indicates the internal quantum efficiency, Γ indicates the optical confinement factor, Rf indicates the exit-side end surface reflectivity, Rr indicates the reflect-side end surface reflectivity, and L indicates the length of the resonator. , D represents the thickness of the active layer, α i represents the internal absorption coefficient, and β represents the gain coefficient.

式(1)より、閾値電流の低減には、活性層の厚さdを小さくすることが有効であると考えられる。しかしながら、たとえば、特許文献2のようにGaAs量子井戸を用いた半導体レーザにおいては、GaAsのバルク波長が873nm程度であることを考慮すると、量子効果による低閾値動作のためには、井戸層の厚さは8nm以下とすることはできず、発光波長は840nm程度が限界である。   From equation (1), it is considered effective to reduce the thickness d of the active layer to reduce the threshold current. However, for example, in a semiconductor laser using a GaAs quantum well as in Patent Document 2, considering that the bulk wavelength of GaAs is about 873 nm, the thickness of the well layer is required for low threshold operation due to the quantum effect. The thickness cannot be 8 nm or less, and the emission wavelength is limited to about 840 nm.

さらに、このように、井戸層の厚さが厚い場合には、窓構造の形成において、バリア層およびガイド層であるAlGaAsを混晶化させた際、窓部が透明に成り難いという不具合がある。   Further, when the well layer is thick as described above, there is a problem in that when the AlGaAs as the barrier layer and the guide layer is mixed and crystallized in the formation of the window structure, the window portion is difficult to become transparent. .

また、従来より、量子井戸に圧縮歪みを導入し、ヘビーホールとライトホールの縮退を解き、ヘビーホールの有効質量を低減することが、低閾値電流化に有効であることが知られているが、上記課題の解決手段として十分なものではない。   In addition, conventionally, it is known that introducing a compressive strain in a quantum well, solving the degeneration of heavy holes and light holes, and reducing the effective mass of heavy holes is effective for lowering the threshold current. However, it is not sufficient as means for solving the above problems.

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、800nm〜960nmの波長でレーザ発振し、低閾値電流および高効率を維持しながら、CODレベルの高い、半導体レーザ素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the current situation as described above. The object of the present invention is to oscillate at a wavelength of 800 nm to 960 nm and maintain a low threshold current and high efficiency while maintaining a high COD level. Another object is to provide a semiconductor laser device.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行なったところ、レーザ出射部の端面近傍に不純物を拡散させた窓構造が形成された領域(以下、窓領域とも記す)を有する共振器において、MQW層を、InGaAsを用いた厚さの薄い井戸層と、AlGaAsを用いたバリア層およびガイド層と、から構成した場合には、InとAlとが各層に相互拡散することを見出し、この現象を利用すれば、活性層にInを拡散させて、窓領域に属する活性層のバンドギャップをさらに大きく広げることができ、高出力レーザにも耐え得る良質な窓構造の形成ができるのではないかという着想に至った。そして、本発明者は、この着想に基づき、さらに検討を重ねることにより、圧縮歪みによって低閾値電流で動作可能であり、かつ発光波長900nm程度の高出力が実現可能である半導体レーザ素子の構成を見出し、本発明を完成させたものである。   The present inventor has intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, in a resonator having a region (hereinafter also referred to as a window region) in which a window structure in which impurities are diffused is formed in the vicinity of the end face of the laser emitting portion. In the case where the MQW layer is composed of a thin well layer using InGaAs, and a barrier layer and a guide layer using AlGaAs, it is found that In and Al are interdiffused in each layer. If this phenomenon is utilized, In can be diffused into the active layer to further widen the band gap of the active layer belonging to the window region, and it is not possible to form a high-quality window structure that can withstand high-power lasers. I came up with the idea. Based on this idea, the present inventor has further studied to construct a semiconductor laser device that can be operated with a low threshold current by compressive strain and that can achieve a high output of an emission wavelength of about 900 nm. The title and the present invention have been completed.

すなわち、本発明の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導電型の第1クラッド層と該第1クラッド層上に形成されたInyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層を含む活性層と、該活性層上に形成された第2導電型の第2クラッド層と、該第2クラッド層上に設けられた、第2導電型の第3クラッド層、第1中間層、第2中間層およびコンタクト層がこの順で積層されたリッジストライプ形状の積層体と、を備え、該リッジストライプ形状の積層体は光導波路を構成し、該光導波路において、該活性層のバンドギャップは、該光導波路の長手方向に垂直な端面において最大であることを特徴とする。 That is, the semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type GaAs substrate, a first conductivity type first cladding layer formed on the substrate, and an In y Ga ( 1-y) an active layer including a well layer made of As (0.08 <y <0.25), a second conductivity type second cladding layer formed on the active layer, and the second cladding layer A ridge stripe-shaped laminated body in which a second conductivity type third cladding layer, a first intermediate layer, a second intermediate layer, and a contact layer are laminated in this order. The laminated body constitutes an optical waveguide, and the band gap of the active layer is maximum on the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide.

なお、ここで、第1導電型とは、p型またはn型の導電型を意味し、第2導電型とは第1導電型とは異なるp型またはn型の導電型を意味する。   Here, the first conductivity type means a p-type or n-type conductivity type, and the second conductivity type means a p-type or n-type conductivity type different from the first conductivity type.

また、上記光導波路の長手方向に垂直な端面における上記井戸層が混晶化していることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the well layer in the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide is mixed.

また、上記光導波路の長手方向に垂直な端面における上記活性層は不純物が拡散された窓領域であり、該窓領域にはZnが拡散していることが好ましい。さらに、該窓領域には井戸層のInが拡散していることが好ましい。   The active layer on the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide is a window region in which impurities are diffused, and it is preferable that Zn is diffused in the window region. Furthermore, it is preferable that In of the well layer is diffused in the window region.

また、上記活性層は、上記井戸層とAlxGa(1-x)As(0≦X≦0.5)からなるバリア層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造であることが好ましい。 The active layer preferably has a multiple quantum well structure in which the well layers and barrier layers made of Al x Ga (1-x) As (0 ≦ X ≦ 0.5) are alternately stacked. .

また、上記活性層の厚さは、3nm以上8nm以下であることが好ましい。
また、ガイド層およびバリア層であるAlGaAsと井戸層であるInGaAsの相対的な格子定数の差Δaと、該バリア層の格子定数aとは、以下の式:
0.01≦Δa/a≦0.02
を満たすことが好適である。
The thickness of the active layer is preferably 3 nm or more and 8 nm or less.
Further, the relative lattice constant difference Δa between AlGaAs as the guide layer and the barrier layer and InGaAs as the well layer and the lattice constant a of the barrier layer are expressed by the following formula:
0.01 ≦ Δa / a ≦ 0.02
It is preferable to satisfy.

また、上記活性層は、上記井戸層を少なくとも2層含むことが好ましい。
上記窓領域に属さない活性層のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長と、窓領域に属する活性層のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長との差をΔλとしたとき、Δλが50nm以上であることが好ましい。なお、これ以降、フォトルミネッセンスをPL(Photoluminescence)とも記し、PLスペクトルのピーク波長を、PLピーク波長とも記す。
The active layer preferably includes at least two well layers.
When the difference between the peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer not belonging to the window region and the peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer belonging to the window region is Δλ, Δλ is preferably 50 nm or more. Hereinafter, photoluminescence is also referred to as PL (Photoluminescence), and the peak wavelength of the PL spectrum is also referred to as PL peak wavelength.

また、上記第3クラッド層、第1中間層、第2中間層およびコンタクト層の各層間における相対的な価電子帯のエネルギ差は0.15eV以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the energy difference of the relative valence band between the third cladding layer, the first intermediate layer, the second intermediate layer, and the contact layer is 0.15 eV or less.

また、上記第3クラッド層はAlGaInPを含むことが好適である。   The third cladding layer preferably contains AlGaInP.

本発明の半導体レーザ素子は、800nm〜960nmの波長でレーザ発振し、低閾値電流および高効率を維持しながら、CODレベルが高いという優れた効果を示す。   The semiconductor laser device of the present invention oscillates at a wavelength of 800 nm to 960 nm, and exhibits an excellent effect that the COD level is high while maintaining a low threshold current and high efficiency.

実施の形態の半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。It is a typical perspective view of the semiconductor laser element of an embodiment. 実施の形態の半導体レーザ素子の模式的な上面図である。It is a typical top view of the semiconductor laser element of an embodiment. 図2に示された切断面線III−IIIから見た共振器長手方向における断面図である。It is sectional drawing in the resonator longitudinal direction seen from the cut surface line III-III shown by FIG. 実施の形態の半導体レーザ素子の活性層の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the active layer of the semiconductor laser element of embodiment. 実施の形態の半導体レーザ素子の中間層の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the intermediate | middle layer of the semiconductor laser element of embodiment. 窓領域を除く活性層のPLピーク波長と不純物が拡散した窓領域に属する活性層のPLピーク波長との差(Δλ)と、不純物拡散時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the difference ((DELTA) (lambda)) of PL peak wavelength of the active layer except a window area | region, and PL peak wavelength of the active layer which belongs to the window area | region where the impurity diffused, and impurity diffusion time. ΔλとCODレベルとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (DELTA) (lambda) and a COD level. Δa/aと臨界膜厚との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (DELTA) a / a and a critical film thickness. Δa/aと閾値電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (DELTA) a / a and a threshold current. 臨界膜厚と井戸層のIn組成比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between critical film thickness and In composition ratio of a well layer. 井戸厚固定とした場合の臨界膜厚と井戸層のIn組成比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between critical film thickness at the time of setting a well thickness fixed, and In composition ratio of a well layer. 井戸層のIn組成比とPLピーク波長の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between In composition ratio of a well layer, and PL peak wavelength. 中間層の構成とI−V特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the structure of an intermediate | middle layer, and IV characteristic. 素子抵抗と各層間の相対的なエネルギ差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between element resistance and the relative energy difference between each layer.

以下、図1〜14を参照して、本発明の実施の形態である半導体レーザ素子を説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。   A semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In addition, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensional relationships.

<半導体レーザ素子>
≪素子構成≫
以下、実施の形態の半導体レーザ素子1の構成を説明する。図1は、半導体レーザ素子1の模式的斜視図の一例であり、図2は、半導体レーザ素子1の模式的上面図の一例である。そして、図3は、図2に示す半導体レーザ素子1のIII−III断面図である。
<Semiconductor laser element>
≪Element configuration≫
Hereinafter, the configuration of the semiconductor laser device 1 of the embodiment will be described. FIG. 1 is an example of a schematic perspective view of the semiconductor laser element 1, and FIG. 2 is an example of a schematic top view of the semiconductor laser element 1. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the semiconductor laser device 1 shown in FIG.

半導体レーザ素子1は、図3に示すように、n型のGaAsからなる基板2の上に、n型のGaAsからなるバッファ層(図示せず)と、n型のGaInPAsからなる第1クラッド層3と、n型のAlGaAsからなる下部ガイド層4と、InGa(1-y)Asからなる井戸層51を含む活性層5と、を備えている。活性層5は、図4に示すように、InyGa(1-y)Asからなる井戸層51とAlxGa(1-x)Asからなるバリア層52とが交互に積層されたMQW層である。 As shown in FIG. 3, the semiconductor laser device 1 includes an n-type GaAs buffer layer (not shown) and an n-type GaInPAs first cladding layer on an n-type GaAs substrate 2. 3, a lower guide layer 4 made of n-type AlGaAs, and an active layer 5 including a well layer 51 made of In y Ga (1-y) As. As shown in FIG. 4, the active layer 5 is an MQW layer in which well layers 51 made of In y Ga (1-y) As and barrier layers 52 made of Al x Ga (1-x) As are alternately stacked. It is.

活性層5の上には、p型のAlGaAsからなる上部ガイド層6と、p型のAlGaAsからなる第2クラッド層7とが積層されている。   On the active layer 5, an upper guide layer 6 made of p-type AlGaAs and a second cladding layer 7 made of p-type AlGaAs are stacked.

さらに、第2クラッド層7の上には、p型のGaInPからなる第3クラッド層8と、p型のAlGaAsからなる中間層9と、p型のGaAsからなるコンタクト層10と、をこの順序で積層された構造を含むリッジストライプ形状の積層体30を備えている。そして、リッジストライプ形状の積層体30は光導波路を構成している。また、中間層9は、図5に示すように、第1中間層91と第2中間層92とからなる2層構造を有している。   Further, on the second cladding layer 7, a third cladding layer 8 made of p-type GaInP, an intermediate layer 9 made of p-type AlGaAs, and a contact layer 10 made of p-type GaAs are arranged in this order. A ridge stripe-shaped laminated body 30 including a structure laminated in the above is provided. The ridge stripe-shaped laminate 30 constitutes an optical waveguide. The intermediate layer 9 has a two-layer structure including a first intermediate layer 91 and a second intermediate layer 92 as shown in FIG.

また、半導体レーザ素子1は、図1および2に示すように、共振器端面部に、共振器の長手方向に深さtを持つ、不純物としてZn(亜鉛)が拡散した窓領域20が形成されている。また、図2に示す窓領域20を覆うように、電流非注入領域(図示せず)が形成されている。   In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor laser device 1 has a window region 20 having a depth t in the longitudinal direction of the resonator and Zn (zinc) diffused as an impurity at the cavity end face. ing. A current non-injection region (not shown) is formed so as to cover the window region 20 shown in FIG.

そして、半導体レーザ素子1は、光導波路における活性層5のバンドギャップが、該光導波路の端面において最大であることを特徴とする。ここで、端面において最大であるとは、光導波路の2つの端面のうち、少なくとも一方の端面において最大であることを示し、好ましくは両端面において最大である。   The semiconductor laser device 1 is characterized in that the band gap of the active layer 5 in the optical waveguide is maximum at the end face of the optical waveguide. Here, the phrase “maximum at the end face” means that it is maximum at at least one of the two end faces of the optical waveguide, and preferably maximum at both end faces.

上記の構成を有する実施の形態の半導体レーザ素子1は、赤外の波長帯(すなわち、波長800nm以上960nm以下)において、高出力であり、かつ高信頼性を有し、低閾値電流である、特性を兼備した優れた半導体レーザ素子である。   The semiconductor laser device 1 of the embodiment having the above configuration has high output and high reliability in the infrared wavelength band (that is, wavelength of 800 nm or more and 960 nm or less), and has a low threshold current. It is an excellent semiconductor laser device having both characteristics.

以下、実施の形態の半導体レーザ素子1を構成する各部について説明する。
≪GaAs基板≫
GaAs基板2は、n型の不純物がドーピングされたGaAs(ガリウム砒素)から構成されることが好ましい。n型の不純物としては、たとえば、Si(シリコン)を用いることができる。また、基板2の厚さは特に制限されず、たとえば、450μm程度することができる。
Hereinafter, each part which comprises the semiconductor laser element 1 of embodiment is demonstrated.
≪GaAs substrate≫
The GaAs substrate 2 is preferably composed of GaAs (gallium arsenide) doped with n-type impurities. For example, Si (silicon) can be used as the n-type impurity. The thickness of the substrate 2 is not particularly limited, and can be about 450 μm, for example.

≪バッファ層≫
バッファ層(図示せず)は、GaAs基板2の上に積層されている。バッファ層は、n型の不純物がドーピングされたGaAsから構成されることが好ましい。n型の不純物としては、たとえば、Siを用いることができる。バッファ層の厚さは特に制限されず、たとえば、200nm程度とすることができる。
≪Buffer layer≫
A buffer layer (not shown) is stacked on the GaAs substrate 2. The buffer layer is preferably made of GaAs doped with n-type impurities. For example, Si can be used as the n-type impurity. The thickness of the buffer layer is not particularly limited, and can be about 200 nm, for example.

≪第1クラッド層≫
第1クラッド層3は、バッファ層の上に積層され、キャリアおよび活性層5から発生する光を効率よく閉じ込める機能を有する。第1クラッド層3は、n型の不純物がドーピングされたGaInPAs(ガリウムインジウムリン砒素)から構成されることが好ましい。n型の不純物としては、たとえば、Siを用いることができる。第1クラッド層3の厚さは特に制限されず、たとえば、3000nm程度とすることができる。また、GaInPAsの化学組成は、Ga0.5In0.5PAsであることが好ましい。
≪First cladding layer≫
The first cladding layer 3 is laminated on the buffer layer and has a function of efficiently confining light generated from the carriers and the active layer 5. The first cladding layer 3 is preferably composed of GaInPAs (gallium indium phosphide arsenide) doped with n-type impurities. For example, Si can be used as the n-type impurity. The thickness of the first cladding layer 3 is not particularly limited, and can be, for example, about 3000 nm. The chemical composition of GaInPAs is preferably Ga 0.5 In 0.5 PAs.

≪下部ガイド層≫
下部ガイド層4は、第1クラッド層3の上に積層され、第1クラッド層3と協働して光を閉じ込める機能を有する。ここで、下部ガイド層4の方が第1クラッド層3よりも高い屈折率を有するように形成されることによって、光を下部ガイド層4側に閉じ込めることができる。下部ガイド層4は、n型の不純物がドーピングされたAlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)から構成されることが好ましい。ここで、n型の不純物としては、たとえば、Siを用いることができる。下部ガイド層4の厚さは特に制限されず、たとえば、80nm程度とすることができる。また、AlGaAsは、Al0.3Ga0.7Asの化学組成であることが好ましい。
≪Lower guide layer≫
The lower guide layer 4 is stacked on the first cladding layer 3 and has a function of confining light in cooperation with the first cladding layer 3. Here, the lower guide layer 4 is formed so as to have a higher refractive index than the first cladding layer 3, whereby light can be confined to the lower guide layer 4 side. The lower guide layer 4 is preferably made of AlGaAs (aluminum gallium arsenide) doped with n-type impurities. Here, for example, Si can be used as the n-type impurity. The thickness of the lower guide layer 4 is not particularly limited, and can be about 80 nm, for example. In addition, AlGaAs preferably has a chemical composition of Al 0.3 Ga 0.7 As.

≪活性層≫
活性層5は、電子とホールの輻射再結合により光を発生する層であり、図4に示すように、ノンドープのInyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層51と、p型の不純物がドーピングされたAlxGa(1-x)As(0≦x≦0.5)からなるバリア層52と、が交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。活性層5の厚さは、65nm以上100nm以下であることが好ましい。
≪Active layer≫
The active layer 5 is a layer that generates light by radiative recombination of electrons and holes, and as shown in FIG. 4, non-doped In y Ga (1-y) As (0.08 <y <0.25). Well layers 51 and barrier layers 52 made of Al x Ga (1-x) As (0 ≦ x ≦ 0.5) doped with p-type impurities are stacked in multiple quantum wells It has a structure. The thickness of the active layer 5 is preferably 65 nm or more and 100 nm or less.

井戸層51の厚さは、3nm以上8nm以下であることが好ましい。井戸層51の厚さが、3nm未満であると、厚みの制御が困難であり生産性の観点から好ましくなく、8nmを超過すると、窓領域を形成する際、不純物であるZnが拡散し難くなるという不具合がある。ここで、より好ましい井戸層51の厚さは5nmである。   The thickness of the well layer 51 is preferably 3 nm or more and 8 nm or less. If the thickness of the well layer 51 is less than 3 nm, it is difficult to control the thickness, which is not preferable from the viewpoint of productivity. If the thickness exceeds 8 nm, Zn as an impurity becomes difficult to diffuse when forming the window region. There is a problem that. Here, a more preferable thickness of the well layer 51 is 5 nm.

また、活性層5は、少なくとも2層以上のInyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層51を含むことが好適である。これにより、良好なレーザ発振特性を得ることができる。さらに、窓領域20に属する井戸層51は混晶化していることが好ましい。混晶化によって窓領域20を、より良質な窓構造とすることができる。 The active layer 5 preferably includes at least two well layers 51 made of In y Ga (1-y) As (0.08 <y <0.25). Thereby, good laser oscillation characteristics can be obtained. Furthermore, the well layer 51 belonging to the window region 20 is preferably mixed. The window region 20 can be made to have a higher quality window structure by the mixed crystallization.

また、実施の形態の半導体レーザ素子では、光導波路内において、活性層のバンドギャップは、光導波路の長手方向に垂直な両端面のうち、少なくとも一方の端面において最大であるという特徴を有する。すなわち、端面部活性層のバンドギャップを素子内部と比較して相対的に大きくすることにより、レーザ光の吸収を低減し、端面破壊を防止して、CODレベルを高めることができる。このような特徴を有する活性層は、以下のように、井戸層に含まれるInが、レーザ出射端面近傍の窓領域に拡散することによって実現される。   In the semiconductor laser device of the embodiment, the band gap of the active layer in the optical waveguide has a feature that it is the largest on at least one of the end faces perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide. That is, by making the band gap of the end face active layer relatively large compared to the inside of the device, it is possible to reduce laser light absorption, prevent end face destruction, and increase the COD level. The active layer having such characteristics is realized by diffusing In contained in the well layer into the window region near the laser emission end face as follows.

ここで、従来公知のGaAsからなる井戸層をMQW層に用いた場合と、In0.15Ga0.85Asからなる井戸層(すなわち、y=0.15)をMQW層に用いた場合において、窓領域に属さない活性層のPLピーク波長と、不純物が拡散した窓領域に属する活性層のPLピーク波長との差をΔλとし、Δλと不純物拡散時間との関係を示した結果が、図6である。ここで、Δλは、窓領域20の出来具合を示している。なお、図6のデータを測定するにあたり、不純物拡散温度は、537℃としている。 Here, in the case where a well layer made of GaAs conventionally known is used for the MQW layer, and in the case where the well layer made of In 0.15 Ga 0.85 As (ie, y = 0.15) is used for the MQW layer, FIG. 6 shows the relationship between Δλ and the impurity diffusion time, where Δλ is the difference between the PL peak wavelength of the active layer not belonging to the active layer and the PL peak wavelength of the active layer belonging to the window region where impurities are diffused. Here, Δλ indicates the degree of completion of the window region 20. In measuring the data of FIG. 6, the impurity diffusion temperature is 537.degree.

図6から明らかなように、GaAsからなる井戸層をMQW層に用いた場合においては、Δλは拡散時間120分付近で極大値を示し、その後減少している。これは、クラッド層に用いられているAlGaInP中のInが窓領域へと拡散するため、窓領域のPLピーク波長が長波化し、結果として、Δλを減少させるためであると考えられる。   As is apparent from FIG. 6, in the case where a well layer made of GaAs is used for the MQW layer, Δλ shows a maximum value around a diffusion time of 120 minutes and then decreases. This is considered to be because In in AlGaInP used for the cladding layer diffuses into the window region, the PL peak wavelength in the window region becomes longer, and as a result, Δλ is reduced.

これに対し、InGaAsからなる井戸層をMQW層に用いた場合においては、Δλは不純物拡散時間に従って増加し、不純物拡散時間180分付近において、GaAsからなる井戸層の極大値に比べて、ほぼ2倍以上である90nm程度となっている。これは、MQW層にInGaAsからなる井戸層を用いた場合では、井戸層のInが拡散することにより窓領域のPLピーク波長が短波化するとともに、バリア層に用いられているAlGaAsからAlが混入するため、窓領域の波長シフトが大きくなるためであると考えられる。したがって、活性層5が、InyGa(1-y)Asからなる井戸層51を含むことにより、Δλを50nm以上とする構成が可能となる。 On the other hand, when the well layer made of InGaAs is used for the MQW layer, Δλ increases according to the impurity diffusion time, and is approximately 2 as compared with the maximum value of the well layer made of GaAs around the impurity diffusion time of 180 minutes. It is about 90 nm which is twice or more. This is because when the well layer made of InGaAs is used for the MQW layer, the PL peak wavelength in the window region is shortened by the diffusion of In in the well layer, and Al is mixed in from the AlGaAs used in the barrier layer. Therefore, it is considered that the wavelength shift of the window region becomes large. Therefore, since the active layer 5 includes the well layer 51 made of In y Ga (1-y) As, it is possible to configure Δλ to be 50 nm or more.

図7は、ΔλとCODレベル(半導体レーザ素子がCODに到達する出力)との関係を示したものである。ΔλとCODレベルとの間には、強い相関関係が存在し、Δλの増加に伴って、CODレベルは上昇している。すなわち、Δλの増加に伴って、窓構造はより良質なものとなり、半導体レーザ素子の高出力化が可能となる。そして、Δλが50nm以上であれば、200mW以上の高出力半導体レーザ素子が実現可能である。   FIG. 7 shows the relationship between Δλ and the COD level (the output at which the semiconductor laser element reaches COD). There is a strong correlation between Δλ and the COD level, and the COD level increases as Δλ increases. That is, as Δλ increases, the window structure becomes of higher quality and the output of the semiconductor laser device can be increased. If Δλ is 50 nm or more, a high-power semiconductor laser device of 200 mW or more can be realized.

また、実施の形態の半導体レーザ素子は、以下に説明するように、InyGa(1-y)Asからなる井戸層のIn組成比yを特定の範囲に限定することによって、ガイド層およびバリア層と井戸層との格子歪みを制御し、ガイド層、バリア層および井戸層の結晶品質を確保しながら低閾値電流で動作することが可能である。 In addition, as described below, the semiconductor laser device of the embodiment has a guide layer and a barrier formed by limiting the In composition ratio y of the well layer made of In y Ga (1-y) As to a specific range. It is possible to operate with a low threshold current while controlling the lattice strain between the layer and the well layer and ensuring the crystal quality of the guide layer, the barrier layer, and the well layer.

ここで、AlGaAsからなるバリア層およびガイド層の格子定数をaとし、バリア層およびガイド層の格子定数とInGaAsからなる井戸層の格子定数との相対的な差をΔaとしたとき、Δaをaで除した値、すなわちΔa/aは、格子歪みの指標とすることができる。なお、これ以降、Δa/aを歪量とも記す。   Here, when the lattice constant of the barrier layer and the guide layer made of AlGaAs is a, and when the relative difference between the lattice constant of the barrier layer and the guide layer and the lattice constant of the well layer made of InGaAs is Δa, Δa is a The value divided by, that is, Δa / a can be used as an index of lattice distortion. Hereinafter, Δa / a is also referred to as a strain amount.

図8は、Δa/aと臨界膜厚との関係を示している。図8において、Δa/aが大きくなるほど、臨界膜厚は低下している。ここで、臨界膜厚とは、歪量(Δa/a)に対して、正常に結晶成長を行なうことができる限界の膜厚を意味する。臨界膜厚を超えると格子歪みが大きくなり、結晶表面のモフォロジーを制御できなくなるため、高品質な結晶を形成することができない。   FIG. 8 shows the relationship between Δa / a and the critical film thickness. In FIG. 8, the critical film thickness decreases as Δa / a increases. Here, the critical film thickness means a limit film thickness that allows normal crystal growth with respect to the strain amount (Δa / a). When the critical film thickness is exceeded, lattice distortion increases and the morphology of the crystal surface cannot be controlled, so that high-quality crystals cannot be formed.

本実施の形態の半導体レーザ素子1は、少なくとも2つのInyGa(1-y)Asからなる井戸層51を含む、そして、井戸層51の厚さは、混晶化させた窓領域が不透明となる不具合を防止するため、3nm以上8nm以下であることが好ましい。したがって、井戸層51の厚さが5nm程度である二重量子井戸層〔以下、DQW(Double Quantum Well)層とも記す〕を想定した場合、臨界膜厚は少なくとも10nm程度は必要である。したがって、図8より、Δa/aは、0.02以下であることが好ましい。 The semiconductor laser device 1 of the present embodiment includes a well layer 51 made of at least two In y Ga (1-y) As, and the thickness of the well layer 51 is opaque in the mixed crystal window region. In order to prevent the problem which becomes, it is preferable that it is 3 nm or more and 8 nm or less. Therefore, when a double quantum well layer (hereinafter also referred to as a DQW (Double Quantum Well) layer) in which the thickness of the well layer 51 is about 5 nm is assumed, the critical film thickness needs to be at least about 10 nm. Therefore, from FIG. 8, Δa / a is preferably 0.02 or less.

また、図9は、Δa/aと閾値電流との関係を示している。図9より、圧縮歪みによって低閾値電流化(40mA以下)を実現するためには、Δa/aは、0.01以上であることが好ましい。したがって、Δa/aは、0.01≦Δa/a≦0.02の関係式を満たすことが好ましい。   FIG. 9 shows the relationship between Δa / a and the threshold current. From FIG. 9, in order to realize a low threshold current (40 mA or less) by compressive strain, Δa / a is preferably 0.01 or more. Therefore, Δa / a preferably satisfies the relational expression of 0.01 ≦ Δa / a ≦ 0.02.

また、図8より、Δa/aを0.01以上とするためには、臨界膜厚の上限は30nm程度までとすることが好ましい。   Further, from FIG. 8, in order to make Δa / a 0.01 or more, it is preferable that the upper limit of the critical film thickness is about 30 nm.

さらに、図10は、InyGa(1-y)Asからなる井戸層において、yを変化させたときの、臨界膜厚とyとの関係を示している。図10から、上述のように、10nm程度の臨界膜厚を確保するためには、yは0.25より小さいことを要する。 Further, FIG. 10 shows the relationship between the critical film thickness and y when y is changed in the well layer made of In y Ga (1-y) As. From FIG. 10, as described above, in order to ensure a critical film thickness of about 10 nm, y needs to be smaller than 0.25.

また、図11は、井戸厚固定とした場合において、InyGa(1-y)Asからなる井戸層のyを変化させたときの、臨界膜厚とyとの関係を示している。図11から、上述のように、臨界膜厚の上限を30nm程度までに制限するためには、yは、0.08より大きいことを要する。 FIG. 11 shows the relationship between the critical film thickness and y when y of the well layer made of In y Ga (1-y) As is changed when the well thickness is fixed. From FIG. 11, as described above, in order to limit the upper limit of the critical film thickness to about 30 nm, y needs to be larger than 0.08.

したがって、InyGa(1-y)Asからなる井戸層において、yは、0.08<y<0.25であることを要する。 Therefore, in the well layer made of In y Ga (1-y) As, y needs to satisfy 0.08 <y <0.25.

また、図12は、臨界膜厚以下で井戸層の厚さを一定としたときのPLピーク波長の計算結果を示している。InyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層であり、その厚さが8nm以下であれば、800nm〜960nmの波長でレーザ発振可能であることが確認できる。 FIG. 12 shows the calculation result of the PL peak wavelength when the thickness of the well layer is constant below the critical film thickness. If the well layer is made of In y Ga (1-y) As (0.08 <y <0.25) and the thickness thereof is 8 nm or less, laser oscillation is possible at a wavelength of 800 nm to 960 nm. I can confirm.

≪上部ガイド層≫
上部ガイド層6は、活性層5の上に積層され、下部ガイド層4と同様の役割を担っており、光を閉じ込めるために用いられる。上部ガイド層6は、p型の不純物がドーピングされたAlGaAs(アルミニウムガリウム砒素)から構成されることが好ましい。ここで、p型の不純物としては、たとえば、Znを用いることができる。上部ガイド層6の厚さは特に制限されず、たとえば、80nm程度とすることができる。また、AlGaAsの化学組成は、Al0.3Ga0.7Asであることが好ましい。
≪Upper guide layer≫
The upper guide layer 6 is laminated on the active layer 5 and plays the same role as the lower guide layer 4 and is used to confine light. The upper guide layer 6 is preferably made of AlGaAs (aluminum gallium arsenide) doped with p-type impurities. Here, as the p-type impurity, for example, Zn can be used. The thickness of the upper guide layer 6 is not particularly limited, and can be about 80 nm, for example. The chemical composition of AlGaAs is preferably Al 0.3 Ga 0.7 As.

≪第2クラッド層≫
第2クラッド層7は、上部ガイド層の上に積層され、上部ガイド層と協働して光を閉じ込める機能を有する。第2クラッド層7は、p型の不純物がドーピングされたAlGaAsから構成されることが好ましい。ここで、p型の不純物としては、たとえば、Znを用いることができる。第2クラッド層7の厚さは特に制限されず、たとえば、150nm程度とすることができる。また、AlGaAsの化学組成はAl0.5Ga0.5Asであることが好ましい。
≪Second cladding layer≫
The second cladding layer 7 is stacked on the upper guide layer and has a function of confining light in cooperation with the upper guide layer. The second cladding layer 7 is preferably composed of AlGaAs doped with p-type impurities. Here, as the p-type impurity, for example, Zn can be used. The thickness of the second cladding layer 7 is not particularly limited, and can be, for example, about 150 nm. The chemical composition of AlGaAs is preferably Al 0.5 Ga 0.5 As.

≪第3クラッド層、中間層およびコンタクト層≫
第3クラッド層8と中間層9とコンタクト層10とは、この順序で、第2クラッド層7の上に積層され、リッジストライプ形状の積層体30を構成している。そして、リッジストライプ形状の積層体30は光導波路を構成している。
≪Third cladding layer, intermediate layer and contact layer≫
The third cladding layer 8, the intermediate layer 9, and the contact layer 10 are stacked on the second cladding layer 7 in this order to form a ridge stripe-shaped stacked body 30. The ridge stripe-shaped laminate 30 constitutes an optical waveguide.

(第3クラッド層)
第3クラッド層8は、第2クラッド層7の上に積層されている。第3クラッド層8は、第2クラッド層7と同様の機能を有し、p型の不純物がドーピングされたGaInPから構成されることが好ましい。ここで、p型の不純物としては、たとえば、Znを用いることができる。第3クラッド層8の厚さは特に制限されず、たとえば、1000nm程度とすることができる。また、AlGaInPの化学組成はAl0.7Ga0.3InPであることが好ましい。AlGaInPは、キャリアオーバーフローの抑止効果が高く好適である。
(Third cladding layer)
The third cladding layer 8 is stacked on the second cladding layer 7. The third cladding layer 8 has a function similar to that of the second cladding layer 7 and is preferably composed of GaInP doped with p-type impurities. Here, as the p-type impurity, for example, Zn can be used. The thickness of the third cladding layer 8 is not particularly limited, and can be about 1000 nm, for example. The chemical composition of AlGaInP is preferably Al 0.7 Ga 0.3 InP. AlGaInP is preferable because of its high carrier overflow suppression effect.

(コンタクト層)
コンタクト層10は、電極とのオーミック接合を取るために設けられる。コンタクト層10は、p型の不純物がドーピングされたGaAsであることが好ましい。ここで、p型の不純物としては、たとえば、Znを用いることができる。コンタクト層10の厚さは、400nm以下であることが好ましく、より好ましくは300nm以下である。厚さが400nmを超過すると、オーミック接合が取れ難くなるため好ましくない。
(Contact layer)
The contact layer 10 is provided to make an ohmic contact with the electrode. The contact layer 10 is preferably GaAs doped with p-type impurities. Here, as the p-type impurity, for example, Zn can be used. The thickness of the contact layer 10 is preferably 400 nm or less, more preferably 300 nm or less. If the thickness exceeds 400 nm, it is difficult to obtain an ohmic junction, which is not preferable.

(中間層)
中間層9は、第3クラッド層8とコンタクト層10との間に挟まれるようにして形成されており、第3クラッド層8とコンタクト層10とのバンドエネルギ差を低減する機能を有する。本実施の形態の中間層は、従来型の中間層と異なり、図5に示すように、第1中間層91と第2中間層92からなる2層構造を有することを特徴とする。中間層9の厚さは特に制限されず、たとえば50nm程度とすることができる。また、第1中間層91を構成するGaInPの化学組成はGa0.5In0.5Pであることが好ましく、第2中間層92を構成するAlGaAsの化学組成は、Al0.25Ga0.75Asであることが好ましい。
(Middle layer)
The intermediate layer 9 is formed so as to be sandwiched between the third cladding layer 8 and the contact layer 10, and has a function of reducing a band energy difference between the third cladding layer 8 and the contact layer 10. Unlike the conventional intermediate layer, the intermediate layer of the present embodiment has a two-layer structure including a first intermediate layer 91 and a second intermediate layer 92 as shown in FIG. The thickness of the intermediate layer 9 is not particularly limited, and can be, for example, about 50 nm. The chemical composition of GaInP constituting the first intermediate layer 91 is preferably Ga 0.5 In 0.5 P, and the chemical composition of AlGaAs constituting the second intermediate layer 92 is preferably Al 0.25 Ga 0.75 As. .

従来型の中間層を用いる構成では、コンタクト層/中間層/クラッド層の構成は、GaAsコンタクト層/p型のGaInP中間層/p型のAlGaInPクラッド層となる。このとき、GaAsを基準とした各層の相対的な価電子帯エネルギは、GaAs=0eV、GaInP=−0.23eV、AlGaInP=−0.46eVである。したがって、各層間の相対的な価電子帯のエネルギ差Evは、0.23eVである。   In the configuration using the conventional intermediate layer, the configuration of the contact layer / intermediate layer / cladding layer is GaAs contact layer / p-type GaInP intermediate layer / p-type AlGaInP cladding layer. At this time, the relative valence band energies of the respective layers based on GaAs are GaAs = 0 eV, GaInP = −0.23 eV, and AlGaInP = −0.46 eV. Therefore, the relative valence band energy difference Ev between the layers is 0.23 eV.

これに対し、実施の形態の半導体レーザ素子1では、中間層9は、第1中間層91と第2中間層92とからなる。すなわち、コンタクト層/中間層/クラッド層の構成は、GaAsコンタクト層/p型のAl0.25Ga0.75As第2中間層/p型のGaInP第1中間層/p型のAlGaInPクラッド層、となる。このとき、GaAsを基準とした各層の相対的な価電子帯エネルギは、GaAs=0eV、Al0.25Ga0.75As=−0.11eV、GaInP=−0.23eV、AlGaInP=−0.46eVである。したがって、各層間の相対的な価電子帯のエネルギ差Evは、0.15eV以下となっている。 On the other hand, in the semiconductor laser device 1 of the embodiment, the intermediate layer 9 includes the first intermediate layer 91 and the second intermediate layer 92. That is, the configuration of the contact layer / intermediate layer / cladding layer is GaAs contact layer / p-type Al 0.25 Ga 0.75 As second intermediate layer / p-type GaInP first intermediate layer / p-type AlGaInP clad layer. At this time, the relative valence band energies of the respective layers based on GaAs are GaAs = 0 eV, Al 0.25 Ga 0.75 As = −0.11 eV, GaInP = −0.23 eV, and AlGaInP = −0.46 eV. Therefore, the relative valence band energy difference Ev between the layers is 0.15 eV or less.

図13は、中間層をp型のAl0.25Ga0.75As第2中間層/p型のGaInP第1中間層の2層とした場合と、中間層をp型のGaInP層のみとした場合の、GaAsコンタクト層とp型のAlGaInPクラッド層との間のI−V特性を比較したものである。 FIG. 13 shows the case where the intermediate layer is a p-type Al 0.25 Ga 0.75 As second intermediate layer / p-type GaInP first intermediate layer and the intermediate layer is only a p-type GaInP layer. This is a comparison of IV characteristics between a GaAs contact layer and a p-type AlGaInP cladding layer.

図13より明らかなように、中間層を本発明の構成とした場合は、従来型の構成に比べて、いずれの電流帯においても、低い電圧を維持している。すなわち、エネルギ差Evを0.15eV以下とすることにより、半導体レーザ素子の省電力化が可能である。   As is apparent from FIG. 13, when the intermediate layer has the configuration of the present invention, a lower voltage is maintained in any current band as compared with the conventional configuration. That is, by setting the energy difference Ev to 0.15 eV or less, it is possible to save power in the semiconductor laser element.

また、図14は、素子抵抗Rdと各層間の相対的な価電子帯のエネルギ差Evとの関係を示している。図14より、Evが小さくなるほど、素子抵抗は小さくできることがわかる。すなわち、Evが小さくなるほど、半導体レーザ素子の電力消費をより少なくすることができる。したがって、半導体レーザ素子の省電力化の観点から、第3クラッド層、第1中間層、第2中間層およびコンタクト層の各層間における相対的な価電子帯のエネルギ差Evは、0.15eV以下であることが好ましく、より好ましくは0.10eV以下であり、特に好ましくは、0.05eV以下である。ここで、Evを0.15eVよりもさらに小さくする方法としては、たとえば、中間層をさらに追加する方法、キャリア濃度を調整する方法などが考えられる。   FIG. 14 shows the relationship between the element resistance Rd and the relative energy difference Ev between valence bands. FIG. 14 shows that the element resistance can be reduced as Ev becomes smaller. That is, the smaller the Ev, the lower the power consumption of the semiconductor laser element. Therefore, from the viewpoint of power saving of the semiconductor laser device, the relative valence band energy difference Ev between the third cladding layer, the first intermediate layer, the second intermediate layer, and the contact layer is 0.15 eV or less. Is more preferably 0.10 eV or less, and particularly preferably 0.05 eV or less. Here, as a method of making Ev smaller than 0.15 eV, for example, a method of further adding an intermediate layer, a method of adjusting carrier concentration, and the like can be considered.

≪窓領域≫
窓領域20は、不純物が拡散された領域であり、図1に示すように、半導体レーザ素子1の上面からGaAs基板2の厚さ方向に浸透し、活性層5を貫通して、第1クラッド層3まで達している。また、窓領域20は、共振器の両端面から共振器の長手方向に浸透している。ここで、窓領域20が共振器の長手方向に浸透する深さtの範囲は、40nm程度とすることが好ましい。ここで、不純物としては、たとえば、Znを用いることができる。
≪Window area≫
The window region 20 is a region in which impurities are diffused. As shown in FIG. 1, the window region 20 penetrates from the upper surface of the semiconductor laser element 1 in the thickness direction of the GaAs substrate 2 and penetrates the active layer 5 to form the first cladding. Layer 3 has been reached. Further, the window region 20 penetrates from both end faces of the resonator in the longitudinal direction of the resonator. Here, the range of the depth t that the window region 20 penetrates in the longitudinal direction of the resonator is preferably about 40 nm. Here, for example, Zn can be used as the impurity.

≪電流注入領域および電流非注入領域≫
電流非注入領域(図示せず)は、光導波路のうち、絶縁層で覆われた部分であり、光導波路のうち、絶縁層で覆われていない部分が電流注入領域である。ここで、電流非注入領域は、少なくとも、窓領域を覆うように形成されている。なお、電流非注入領域を形成する絶縁層としては、たとえば、SiO2(酸化シリコン)、SiN(窒化シリコン)などを用いることができる。
≪Current injection region and current non-injection region≫
A current non-injection region (not shown) is a portion of the optical waveguide covered with an insulating layer, and a portion of the optical waveguide that is not covered with an insulating layer is a current injection region. Here, the current non-injection region is formed so as to cover at least the window region. As the insulating layer for forming the current non-injection region, for example, SiO 2 (silicon oxide), SiN (silicon nitride), or the like can be used.

≪電流ブロック層≫
電流ブロック層(図示せず)は、SiO2などからなる絶縁層であり、リッジストライプ形状の積層体30の側面部および第2クラッド層7の露出面を覆うように形成されている。これにより、コンタクト層10へ効率的に電流を流すことができる。
≪Current block layer≫
The current blocking layer (not shown) is an insulating layer made of SiO 2 or the like, and is formed so as to cover the side surface portion of the ridge stripe-shaped stacked body 30 and the exposed surface of the second cladding layer 7. Thereby, a current can be efficiently passed through the contact layer 10.

このような本発明の半導体レーザ素子は、以下のような製造方法によって製造される。換言すれば、以下のような製造方法によって製造される半導体レーザ素子は、上記のような特性を示す。したがって、本発明の半導体レーザ素子は、800nm〜960nmの波長でレーザ発振し、低閾値電流および高効率を維持しながら、CODレベルの高い、という優れた効果を有する。   Such a semiconductor laser device of the present invention is manufactured by the following manufacturing method. In other words, the semiconductor laser device manufactured by the following manufacturing method exhibits the above characteristics. Therefore, the semiconductor laser device of the present invention has an excellent effect of lasing at a wavelength of 800 nm to 960 nm and having a high COD level while maintaining a low threshold current and high efficiency.

<半導体レーザ素子の製造方法>
以下、実施の形態の半導体レーザ素子1の製造方法について詳細に説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Laser Element>
Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor laser device 1 of the embodiment will be described in detail.

まず、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)装置を用いて、n型のGaAs基板2上に、n型のGaAsからなるバッファ層と、n型のGaInPからなる第1クラッド層3とを、成長温度を760℃として、形成する。   First, a buffer layer made of n-type GaAs and a first cladding layer made of n-type GaInP are formed on an n-type GaAs substrate 2 using an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus. 3 is formed at a growth temperature of 760 ° C.

次いで、V族原料を供給しながら降温し、Al0.3Ga0.7Asからなるバリア層52と厚さ5nmのInGaAsからなる井戸層51とが交互に積層されたDQW構造を有する活性層5を、設定温度680℃で形成する。ここで、MQW構造は、DQW構造(二重量子井戸構造)に制限されず、臨界膜厚を超えない限り、積層数を適宜変更することができる。したがって、たとえば、三重量子井戸構造などであっても良い。 Next, the temperature is lowered while supplying a group V raw material, and an active layer 5 having a DQW structure in which barrier layers 52 made of Al 0.3 Ga 0.7 As and well layers 51 made of InGaAs having a thickness of 5 nm are alternately stacked is set. It is formed at a temperature of 680 ° C. Here, the MQW structure is not limited to the DQW structure (double quantum well structure), and the number of stacked layers can be appropriately changed as long as the critical film thickness is not exceeded. Therefore, for example, a triple quantum well structure may be used.

次いで、再度、V族原料を供給しながら760℃まで昇温を行ない、p型のドーパントとしてZnを用いたAl0.5Ga0.5Asからなるp型の第2クラッド層7と、GaAsからなるエッチングストップ層(図示せず)と、p型のドーパントとしてZnを用いたGa0.5In0.5Pからなる第3クラッド層8と、Ga0.5In0.5Pからなる第1中間層91と、Al0.25Ga0.75Asからなる第2中間層92と、GaAsからなるコンタクト層10とを、順次積層する。以上のようにして、半導体レーザ構造を有するウエハを得る。 Next, the temperature is raised again to 760 ° C. while supplying the group V raw material, the p-type second cladding layer 7 made of Al 0.5 Ga 0.5 As using Zn as the p-type dopant, and the etching stop made of GaAs. A third clad layer 8 made of Ga 0.5 In 0.5 P using Zn as a p-type dopant, a first intermediate layer 91 made of Ga 0.5 In 0.5 P, and Al 0.25 Ga 0.75 As The second intermediate layer 92 made of and the contact layer 10 made of GaAs are sequentially stacked. As described above, a wafer having a semiconductor laser structure is obtained.

次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて、ウエハの表面側から(すなわち、コンタクト層10の上から)、窓領域20を形成する部分を開口する工程を実行する。   Next, a step of opening a portion where the window region 20 is to be formed is performed from the front surface side of the wafer (that is, from above the contact layer 10) by using a photolithography technique.

まず、コンタクト層10の上に感光性レジストを塗布し、幅60μm、ピッチ1100μmのストライプ状のパターンを形成する。   First, a photosensitive resist is applied on the contact layer 10 to form a stripe pattern having a width of 60 μm and a pitch of 1100 μm.

次いで、上記感光性レジストをマスクとして、コンタクト層10上にZnO(酸化亜鉛)とSiO2とからなる混合膜(以下、ZnO/SiO2混合膜とも記す。)を形成する。ここで、ZnO/SiO2混合膜は、たとえば、RF(Radio Frequency)スパッタリング装置などを用いて成膜することができる。 Next, a mixed film composed of ZnO (zinc oxide) and SiO 2 (hereinafter also referred to as a ZnO / SiO 2 mixed film) is formed on the contact layer 10 using the photosensitive resist as a mask. Here, the ZnO / SiO 2 mixed film can be formed using, for example, an RF (Radio Frequency) sputtering apparatus.

次いで、アセトンなどの有機溶媒に浸漬し、超音波洗浄を行なうことにより、感光性レジストを除去し、コンタクト層10上に、ストライプ状にパターニングされたZnO/SiO2混合膜を形成する。 Next, the photosensitive resist is removed by immersion in an organic solvent such as acetone and ultrasonic cleaning, and a ZnO / SiO 2 mixed film patterned in a stripe shape is formed on the contact layer 10.

次いで、ウエハ全面を覆うようにして、ZnO/SiO2混合膜をスパッタリング法により成膜した後、さらにZnO/SiO2混合膜の上に、カバーとしてSiO2膜をウエハ全面に蒸着する。 Next, a ZnO / SiO 2 mixed film is formed by sputtering so as to cover the entire surface of the wafer, and then an SiO 2 film is deposited on the entire surface of the wafer as a cover on the ZnO / SiO 2 mixed film.

次いで、このウエハをアニールすることにより、ZnをMQW層(すなわち、活性層5)を突き抜ける程度に拡散させる。これにより、窓領域20が形成される。ここで、アニール条件は、たとえば、532℃で2時間程度とすることができる。   Next, by annealing the wafer, Zn is diffused to penetrate the MQW layer (that is, the active layer 5). Thereby, the window region 20 is formed. Here, the annealing conditions can be, for example, about 532 ° C. for about 2 hours.

アニールの後、このウエハに、HF(フッ化水素)を用いたウエットエッチングを行なうことにより、ウエハ表面に形成されたZnO/SiO2混合膜を除去する。ここで、ウエットエッチングを実行する時間は、たとえば、30秒程度とすることができる。 After the annealing, the wafer is subjected to wet etching using HF (hydrogen fluoride) to remove the ZnO / SiO 2 mixed film formed on the wafer surface. Here, the time for performing the wet etching can be, for example, about 30 seconds.

次いで、ウエハ表面全体に、再度、SiO2膜を蒸着する。そしてフォトリソグラフィ技術を用いてSiO2膜上に、出射端面に平行となるようにレジストのストライプを形成する。レジストのストライプの形成にはステッパーを用いることができる。また、ストライプの幅は1μm〜2μmとなるように形成されることが好ましい。該レジストのストライプをマスクとして、反応性イオンエッチングを実行し、レジストのストライプに沿ってSiO2からなるストライプ状マスク層を形成し、有機洗浄およびアッシングによって該レジストを除去する。 Next, a SiO 2 film is deposited again on the entire wafer surface. Then, a resist stripe is formed on the SiO 2 film by using a photolithography technique so as to be parallel to the emission end face. A stepper can be used to form the resist stripe. The stripe width is preferably 1 μm to 2 μm. Using the resist stripe as a mask, reactive ion etching is performed to form a stripe mask layer made of SiO 2 along the resist stripe, and the resist is removed by organic cleaning and ashing.

次いで、リッジストライプ形状の積層体30を形成する工程を実行する。上記のSiO2からなるストライプ状マスク層を、マスクとして、誘導結合プラズマエッチング装置を用いて、ドライエッチングを行なう。この際、上記GaAsからなるエッチングストップ層までエッチングを行なう。これにより、リッジストライプ形状の積層体30が形成できる。その後、ストライプ状マスク層を、BHF(バッファードフッ酸)を用いたウエットエッチングで除去する。 Next, a step of forming the ridge stripe-shaped laminate 30 is executed. Using the striped mask layer made of SiO 2 as a mask, dry etching is performed using an inductively coupled plasma etching apparatus. At this time, etching is performed up to the etching stop layer made of GaAs. Thereby, the ridge stripe-shaped laminate 30 can be formed. Thereafter, the striped mask layer is removed by wet etching using BHF (buffered hydrofluoric acid).

次いで、再びウエハの厚み方向の一表面の全体にSiO2を蒸着させて、SiO2膜を形成する。SiO2膜は、GaInPからなるエッチングストップ層およびリッジストライプ形状の積層体30を覆うように形成される。 Next, SiO 2 is deposited again on the entire surface of the wafer in the thickness direction to form a SiO 2 film. The SiO 2 film is formed so as to cover the etching stop layer made of GaInP and the ridge stripe-shaped laminate 30.

次いで、SiO膜の、リッジストライプ形状の積層体30の厚み方向の一表面に積層された部分のうち、Znを拡散してMQW層を無秩序化した領域(Zn拡散領域)に積層される部分を除く残余の部分を除去し、該残余のSiO2膜からなる電流非注入領域を形成する。 Next, of the portion of the SiO 2 film laminated on one surface in the thickness direction of the ridge stripe-shaped laminate 30, the portion laminated in the region where the MQW layer is disordered by diffusing Zn (Zn diffusion region) The remaining portion except for is removed, and a current non-injection region made of the remaining SiO 2 film is formed.

ここで、電流非注入領域は、少なくとも窓領域20を覆うように形成され、すなわちZn拡散領域を覆うように設けられる。ここで、電流非注入領域を形成する方法としては、BHFなどを用いたウエットエッチングまたは反応性イオンエッチングを行なうことにより、SiO2膜を除去する方法が好ましい。 Here, the current non-injection region is formed so as to cover at least the window region 20, that is, provided so as to cover the Zn diffusion region. Here, as a method of forming the current non-injection region, a method of removing the SiO 2 film by performing wet etching or reactive ion etching using BHF or the like is preferable.

次いで、ウエハの厚み方向の一表面とは反対の表面(すなわち、ウエハの裏面)を薄く削りウエハの厚みを調節した後、Au(金)、Ge(ゲルマニウム)、Ni(ニッケル)、Mo(モリブデン)、Auを、この順序で成膜し、N型の裏面電極を形成する。ここで、成膜方法としては、たとえば、スパッタリング法、EB(Electron Beam)蒸着法などを用いることができる。また、形成されたN型の裏面電極と、GaAs基板2とのオーミック接合をとるために、該電極を形成後に、アニールを行なうことが好ましい。ここで、アニール条件は、たとえば、440℃で15分程度とすることができる。   Next, after the surface opposite to the one surface in the thickness direction of the wafer (that is, the back surface of the wafer) is thinned to adjust the thickness of the wafer, Au (gold), Ge (germanium), Ni (nickel), Mo (molybdenum) ), Au are formed in this order, and an N-type back electrode is formed. Here, as a film forming method, for example, a sputtering method, an EB (Electron Beam) vapor deposition method, or the like can be used. Further, in order to form an ohmic junction between the formed N-type back electrode and the GaAs substrate 2, it is preferable to perform annealing after the electrode is formed. Here, the annealing conditions can be, for example, about 440 ° C. for about 15 minutes.

次いで、ウエハの厚み方向の一表面に、P型の表面電極を形成する。まず、Ti(チタン)、Auをスパッタリング装置を用いて、この順序で成膜する。次いで、窓領域20を除く部分に、先に成膜されたTi、Au膜を下地として、電界めっきを形成する。このように、窓領域20に電界めっきを形成しないことにより、ウエハを共振器長さに分割する際、分割が容易となる。   Next, a P-type surface electrode is formed on one surface in the wafer thickness direction. First, Ti (titanium) and Au are formed in this order using a sputtering apparatus. Next, electroplating is formed on the portion excluding the window region 20 using the previously formed Ti and Au films as a base. Thus, by not forming the electroplating in the window region 20, when the wafer is divided into the resonator lengths, the division becomes easy.

次いで、各窓領域20の間に、共振器長さ毎に、罫描き線を入れて、その後、ウエハを分割してバーを得る。ここで、実施の形態の半導体レーザ素子1では、共振器長さは1100μmである。   Next, a ruled line is entered between the window regions 20 for each resonator length, and then the wafer is divided to obtain bars. Here, in the semiconductor laser device 1 of the embodiment, the resonator length is 1100 μm.

次いで、分割されたバーの共振器の出射端面および反射端面に、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタリング装置またはEB蒸着装置などを用いて、これらの端面における反射率が非対称となるように端面コート膜を形成する。実施の形態である半導体レーザ素子1では、出射端面の反射率が2%となるように、出射端面にはAl23膜を約140nm成膜し、反射端面については、SiO2膜とTa25膜(五酸化タンタル膜)とを積層したマルチコート膜を成膜して、反射率を96%としている。 Next, an end face coating film is applied to the emission end face and the reflection end face of the resonator of the divided bar using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus or an EB deposition apparatus so that the reflectance at these end faces becomes asymmetric. Form. In the semiconductor laser device 1 according to the embodiment, an Al 2 O 3 film of about 140 nm is formed on the emission end face so that the reflectance of the emission end face is 2%, and the SiO 2 film and Ta are formed on the reflection end face. A multi-coat film in which a 2 O 5 film (tantalum pentoxide film) is laminated is formed to have a reflectance of 96%.

次いで、上記のようにして端面コーティングされたバーを、半導体レーザ素子(チップ)それぞれに分割する。実施の形態の半導体レーザ素子1では、チップ幅を100μmとしている。   Next, the end-coated bar as described above is divided into semiconductor laser elements (chips). In the semiconductor laser device 1 of the embodiment, the chip width is 100 μm.

最後に、分割された半導体レーザチップを、P型の表面電極を下部として、AlN(窒化アルミニウム)を材料としたサブマウントに接合させ、半導体レーザチップの付いたサブマウントをステムといわれる端子に接合して、半導体レーザチップを保護する意味合いでキャップを被せる。このようにして、半導体レーザ素子1を製造することができる。   Finally, the divided semiconductor laser chip is joined to a submount made of AlN (aluminum nitride) with a P-type surface electrode at the bottom, and the submount with the semiconductor laser chip is joined to a terminal called a stem. Then, the cap is put on for the purpose of protecting the semiconductor laser chip. In this way, the semiconductor laser device 1 can be manufactured.

以上に説明した本発明の半導体レーザ素子の構成および効果をまとめると以下のとおりである。   The configuration and effects of the semiconductor laser device of the present invention described above are summarized as follows.

本発明の半導体レーザ素子は、第1導電型のGaAs基板2と、基板2上に形成された第1導電型の第1クラッド層3と、第1クラッド層3上に形成されたInyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層51を含む活性層5と、活性層5上に形成された第2導電型の第2クラッド層7と、第2クラッド層7上に設けられた、第2導電型の第3クラッド層8、第1中間層91、第2中間層92およびコンタクト層10がこの順で積層されたリッジストライプ形状の積層体30と、を備え、リッジストライプ形状の積層体30は光導波路を構成し、上記光導波路において、活性層5のバンドギャップは、該光導波路の長手方向に垂直な端面において最大である、半導体レーザ素子である。 The semiconductor laser device of the present invention includes a first conductivity type GaAs substrate 2, a first conductivity type first cladding layer 3 formed on the substrate 2, and In y Ga formed on the first cladding layer 3. (1-y) an active layer 5 including a well layer 51 made of As (0.08 <y <0.25); a second conductivity type second cladding layer 7 formed on the active layer 5; A ridge stripe-shaped laminate 30 in which a second conductivity type third clad layer 8, a first intermediate layer 91, a second intermediate layer 92, and a contact layer 10 are laminated in this order provided on the second clad layer 7. The ridge stripe-shaped laminate 30 constitutes an optical waveguide, and in the optical waveguide, the band gap of the active layer 5 is maximum at the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide. It is.

上記のような構成とすることにより、本発明の半導体レーザ素子は、800nm〜960nmの波長でレーザ発振し、低閾値電流および高効率を維持しながら、CODレベルが高いという優れた効果を示す。   With the configuration as described above, the semiconductor laser device of the present invention oscillates at a wavelength of 800 nm to 960 nm, and exhibits an excellent effect that the COD level is high while maintaining a low threshold current and high efficiency.

また、上記光導波路の長手方向に垂直な端面における井戸層51が混晶化していることが好ましい。これにより、窓領域20を、より良質な窓構造とすることができる。   Moreover, it is preferable that the well layer 51 in the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide is mixed. Thereby, the window area | region 20 can be made into a higher quality window structure.

また、上記光導波路の長手方向に垂直な端面における活性層5は不純物が拡散された窓領域20であり、窓領域20にはZnが拡散していることが好ましい。さらに窓領域20には井戸層51のInが拡散していることが好ましい。これにより、CODレベルを高め、半導体レーザ素子の高出力化が可能である。   The active layer 5 on the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide is a window region 20 in which impurities are diffused, and it is preferable that Zn is diffused in the window region 20. Furthermore, it is preferable that In of the well layer 51 is diffused in the window region 20. Thereby, it is possible to increase the COD level and increase the output of the semiconductor laser element.

また、活性層5は、井戸層51とAlxGa(1-x)As(0≦x≦0.5)からなるバリア層52とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造であることが好ましい。これにより、良好なレーザ発振特性を得ることができる。 The active layer 5 has a multiple quantum well structure in which well layers 51 and barrier layers 52 made of Al x Ga (1-x) As (0 ≦ x ≦ 0.5) are alternately stacked. preferable. Thereby, good laser oscillation characteristics can be obtained.

また、上記井戸層51の厚さは、3nm以上8nm以下であることが好ましい。これにより、混晶化させた窓領域が不透明となる不具合を防止することができる。   The thickness of the well layer 51 is preferably 3 nm or more and 8 nm or less. As a result, it is possible to prevent a problem that the mixed crystal window region becomes opaque.

また、バリア層52の格子定数と井戸層51の格子定数との相対的な差Δaと、バリア層52の格子定数aとは、以下の式:
0.01≦Δa/a≦0.02
を満たすことが好ましい。これにより、井戸層51とバリア層52との間の格子不整合による歪みを低減し、高品質な結晶を成長させることができる。
The relative difference Δa between the lattice constant of the barrier layer 52 and the lattice constant of the well layer 51 and the lattice constant a of the barrier layer 52 are expressed by the following formula:
0.01 ≦ Δa / a ≦ 0.02
It is preferable to satisfy. Thereby, distortion due to lattice mismatch between the well layer 51 and the barrier layer 52 can be reduced, and a high-quality crystal can be grown.

また、活性層5は、井戸層51を少なくとも2層含む、これにより、高出力においても出力効率が低下し難いレーザを得ることができる。   In addition, the active layer 5 includes at least two well layers 51, so that it is possible to obtain a laser whose output efficiency is not easily lowered even at high output.

また、窓領域20に属さない活性層5のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長と、窓領域20に属する活性層5のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長との差をΔλとしたとき、Δλが50nm以上であることが好ましい。これにより、CODレベルを高め、半導体レーザ素子の高出力化が可能である。   Further, when the difference between the peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer 5 not belonging to the window region 20 and the peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer 5 belonging to the window region 20 is Δλ, Δλ is 50 nm or more. It is preferable. Thereby, it is possible to increase the COD level and increase the output of the semiconductor laser element.

また、上記第3クラッド層8、第1中間層91、第2中間層92およびコンタクト層10の各層間における相対的な価電子帯のエネルギ差は0.15eV以下であることが好ましい。これにより、作動電圧を低減し、半導体レーザ素子の省電力化が可能である。   In addition, the relative energy difference between the valence band between the third cladding layer 8, the first intermediate layer 91, the second intermediate layer 92, and the contact layer 10 is preferably 0.15 eV or less. As a result, the operating voltage can be reduced and the power consumption of the semiconductor laser element can be reduced.

また、上記第3クラッド層8はAlGaInPを含むことが好ましい。これにより、高いエネルギ障壁が確保でき、キャリアオーバーフローを低減することにより高温動作が可能である。   The third cladding layer 8 preferably contains AlGaInP. As a result, a high energy barrier can be secured, and high temperature operation is possible by reducing carrier overflow.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 半導体レーザ素子、2 GaAs基板、3 第1クラッド層、4 下部ガイド層、5 活性層、51 井戸層、52 バリア層、6 上部ガイド層、7 第2クラッド層、8 第3クラッド層、9 中間層、91 第1中間層、92 第2中間層、10 コンタクト層、20 窓領域、30 リッジストライプ形状の積層体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser element, 2 GaAs substrate, 3rd cladding layer, 4 Lower guide layer, 5 Active layer, 51 Well layer, 52 Barrier layer, 6 Upper guide layer, 7 2nd cladding layer, 8 3rd cladding layer, 9 Intermediate layer, 91 1st intermediate layer, 92 2nd intermediate layer, 10 contact layer, 20 window region, 30 Ridge stripe-shaped laminate.

Claims (3)

第1導電型のGaAs基板と、
前記基板上に形成された第1導電型の第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に形成されており、InyGa(1-y)As(0.08<y<0.25)からなる井戸層と、Al x Ga (1-x) As(0≦x≦0.5)からなるバリア層とが交互に積層されてなる活性層と、
前記活性層上に形成された第2導電型の第2クラッド層と、
前記第2クラッド層上に設けられた、第2導電型の第3クラッド層、第1中間層、第2中間層およびコンタクト層がこの順で積層されたリッジストライプ形状の積層体と、を備え、
前記リッジストライプ形状の積層体は光導波路を構成し、
前記光導波路において、前記活性層のバンドギャップは、前記光導波路の長手方向に垂直な端面において最大であり、
前記光導波路の長手方向に垂直な端面における前記活性層は、不純物が拡散された窓領域であり、
前記窓領域にはZnと前記井戸層のInとが拡散しており、
前記窓領域に属さない活性層のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長と、前記窓領域に属する活性層のフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長との差をΔλとしたとき、Δλが50nm以上であり、
前記井戸層の厚さは、6nm以下である、半導体レーザ素子。
A first conductivity type GaAs substrate;
A first conductivity type first cladding layer formed on the substrate;
It is formed on the first cladding layer, In y Ga (1-y ) As and the well layer made of (0.08 <y <0.25), Al x Ga (1-x) As (0 An active layer in which barrier layers made of ≦ x ≦ 0.5 are alternately laminated ,
A second conductivity type second cladding layer formed on the active layer;
A ridge stripe-shaped laminate in which a second conductivity type third cladding layer, a first intermediate layer, a second intermediate layer, and a contact layer are stacked in this order, provided on the second cladding layer; ,
The ridge stripe-shaped laminate constitutes an optical waveguide,
In the optical waveguide, the band gap of the active layer is maximum at an end surface perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide,
The active layer on the end face perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide is a window region in which impurities are diffused,
Zn and In of the well layer are diffused in the window region,
The peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer that does not belong to the window region, when the difference between the peak wavelength of the photoluminescence spectrum of the active layer belonging to the window region was [Delta] [lambda], Ri der [Delta] [lambda] is 50nm or more,
The semiconductor laser device , wherein the well layer has a thickness of 6 nm or less .
前記井戸層の厚さは、3nm以上nm以下である、請求項1に記載の半導体レーザ素子。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a thickness of the well layer is 3 nm or more and 6 nm or less. 前記第3クラッド層、第1中間層、第2中間層およびコンタクト層の各層間における相対的な価電子帯のエネルギ差は0.15eV以下である、請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ素子。   3. The semiconductor according to claim 1, wherein a relative valence band energy difference among the third cladding layer, the first intermediate layer, the second intermediate layer, and the contact layer is 0.15 eV or less. Laser element.
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