【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に係り、特に光通信や光インターコネクション等の光源として用いられる量子井戸レーザ装置に関する。 半導体レーザ装置は、光ファイバによる情報伝送等に用いられているが、その適用領域を従来の幹線系から光加入者系や光ＬＡＮ（Local Area Network）等へ広げていくためには、室温から高温環境下に至る広い温度範囲において発振閾値電流が低い半導体レーザ装置が要求されている。

【０００２】

【従来の技術】従来、低閾値電流特性をもつ半導体レーザ装置を実現するために、活性層に量子井戸構造を導入し、光の閉じ込めとキャリアの閉じ込めを分離したＳＣ
Ｈ（Separate-Confinement Heterostructure）構造を用いた量子井戸レーザ装置が用いられている。

【０００３】図７（ａ）、（ｂ）は、代表的なＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置の電流注入時のバンド構造を示すエネルギーバンド図である。 図７（ａ）において、バリア層８０と井戸層８２とが交互に積層された量子井戸活性層８４を挟んで、ｎ型光ガイド層８６及びｐ型光ガイド層８８が設けられている。 また、これらｎ型及びｐ
型光ガイド層８６、８８の外側には、ｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８のバンドギャップエネルギーＥg よりも大きなバンドギャップエネルギーＥg をもつｎ型クラッド層９０及びｐ型クラッド層９２がそれぞれ設けられている。

【０００４】ここで、量子井戸活性層８４の井戸層８２
のバンドギャップエネルギーＥg とｎ型及びｐ型クラッド層９０、９２のバンドギャップエネルギーＥg との中間のバンドギャップエネルギーＥg をもつ量子井戸活性層８４のバリア層８０とｎ型及びｐ型光ガイド層８６、
８８を設けるのは、キャリアはバリア層８０と井戸層８
２とのバンドギャップエネルギー差で井戸層８２に閉じ込めるのに対し、光はｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８
８とｎ型及びｐ型クラッド層９０、９２との屈折率差で閉じ込めるためである。 このようにして、キャリアと光の閉じ込めを分離することで、井戸層８２に閉じ込められる光エネルギーの割合を示す光の閉じ込め係数Γを高めることにより、レーザ発振に必要な利得係数を減少させて、閾値電流を小さくすることが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置において、室温付近での閾値電流は、主に量子井戸活性層８４の井戸層８２への光閉じ込めによって決定される。 しかし、高温環境下では、井戸層８２のキャリアがバリア層８０へ、更にｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８へ溢れ出て、これらの層で再結合を起こす。 そしてこれら井戸層８２以外の層での再結合電流、特に体積の大きいｎ型及びｐ型光ガイド層８６、
８８でのキャリアの再結合電流が大きな要因となって閾値電流を上昇させる。

【０００６】図７（ａ）に示すバリア層８０とｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８とのバンドギャップエネルギーが等しい通常のＳＣＨ構造で、上記の井戸層８２のキャリアがｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８へ溢れ出ることを抑制するために、井戸層８２とバリア層８０並びにｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８とのバンドギャップエネルギー差が大きくなるようなバンドラインアップをとると、井戸層８２への光閉じ込めが小さくなってしまい、室温での閾値電流が上昇してしまう。

【０００７】即ち、通常のＳＣＨ構造では、量子井戸活性層８４の井戸層８２とバリア層８０並びにｎ型及びｐ
型光ガイド層８６、８８とのバンドギャップエネルギー差を小さくして光の閉じ込め係数Γを高めようとすると、ｎ型及びｐ型光ガイド層８６、８８に溢れ出たキャリアの再結合によって、高温環境下での閾値電流が上昇し、反対に、バンドギャップエネルギー差を大きくして井戸層８２へのキャリア閉じ込めを図ろうとすると、井戸層８２への光閉じ込めが小さくなって、室温での閾値電流が上昇してしまうという問題があった。

【０００８】また、図７（ａ）のｎ型光ガイド層８６及びｐ型光ガイド層８８の代わりに、図７（ｂ）に示されるような、階段状又は連続的に屈折率が変化するｎ型光ガイド層９４及びｐ型光ガイド層９６をもつＧＲＩＮ
（Graded Index）−ＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置も作製されている。 しかし、このＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置においても、ｎ型及びｐ型光ガイド層９４、９６のバンドギャップエネルギーＥg を量子井戸活性層８４との境界のすぐ近くから大きくすると、キャリアの溢れる領域を量子井戸活性層８４の近傍に抑制することができるものの、屈折率が急俊に小さくなってしまうため、量子井戸活性層８４の井戸層８２への光の閉じ込めは減少してしまう。 反対に、バンドギャップエネルギーＥg の変化を緩和すると、状況は通常のＳＣＨ
構造の場合と同様になってしまう。

【０００９】従って、従来の量子井戸レーザ装置においては、通常のＳＣＨ構造、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造のいずれを採用しても、このように量子井戸活性層８４への光の閉じ込めと高温環境下での井戸層８２近傍へのキャリアの閉じ込めとを同時に実現することは困難であった。
そこで本発明は、光閉じ込め係数Γを低下させることなく保持したままで、高温環境下での光ガイド層でのキャリアの再結合電流を抑制し、室温から高温に至る広い範囲において低閾値電流で発振する半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図を説明するための量子井戸レーザ装置のバンド構造を示すエネルギーバンド図である。 バリア層１０と井戸層１２
とが交互に積層された量子井戸活性層１４を挟んで、一方にｎ型光ガイド層１６が設けられており、他方にバリア層１０の伝導帯下端のエネルギー準位Ｅc （以下、
「伝導帯下端Ｅc 」と略す）よりも電子のエネルギーを基準として高い伝導帯下端Ｅc をもつｐ型光ガイド層１
８が設けられている。 即ち、このｐ型光ガイド層１８
は、バリア層１０からの伝導帯のバンドオフセットΔＥ
c が電子のエネルギーを基準として正となる材料からなっている。

【００１１】また、このｎ型光ガイド層１６の外側には、このｎ型光ガイド層１６のバンドギャップエネルギーＥg よりも大きいバンドギャップエネルギーＥg をもつｎ型クラッド層２０が設けられ、またｐ型光ガイド層１８の外側には、このｐ型光ガイド層１８及びバリア層１０のバンドギャップエネルギーＥg よりも大きいバンドギャップエネルギーＥg をもつｐ型クラッド層２２が設けられている。

【００１２】そして量子井戸活性層１４とｎ型光ガイド層１６との境界に、その価電子帯上端のエネルギー準位Ｅv （以下、「価電子帯上端Ｅv 」と略す）がｎ型光ガイド層１６の価電子帯上端Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として高くなっているホールブロック層２４が設けられている。 即ち、このホールブロック層２４は、
バリア層１０及びｎ型光ガイド層１６からの価電子帯のバンドオフセットΔＥv がホールのエネルギーを基準として正となる材料からなっている点に本発明の大きな特徴がある。

【００１３】

【作用】一般に、キャリアを量子井戸層近傍に閉じ込めようとする場合、電子とホールとでは状況がかなり異なる。 電子はホールに比べて有効質量が軽いので障壁をトンネルし易く、更に擬フェルミレベルが量子井戸活性層を挟む光ガイド層の伝導帯下端Ｅc 近くまで上がっているために、高いエネルギーを持つ電子が多い。 従って、
電子に対するポテンシャル障壁を設けても、その厚さが薄いとそのポテンシャル障壁をトンネルする電子が生じ、その高さが低いとバリアの上を越える電子が生じてしまう。 これに対して、ホールは電子に比べて有効質量が重く、かつ擬フェルミレベルは光ガイド層の価電子帯上端Ｅv から離れている為、即ち状況が反対であるため、電子よりも比較的容易に量子井戸層近傍に閉じ込めることができる。

【００１４】本発明では、量子井戸活性層１４とｎ型光ガイド層１６との境界に設けたホールブロック層２４の価電子帯上端Ｅv が、量子井戸活性層１４のバリア層１
０及びｎ型光ガイド層１６の価電子帯上端Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として高くなっていることにより、ホールに対するポテンシャル障壁となって、高温環境下で量子井戸活性層１４の井戸層１２から溢れたホールはバリア層１０までに留められ、ｎ型光ガイド層１６
へ溢れ出ることは抑制される。 その結果、ｎ型光ガイド層１６での再結合電流を抑えることができる。

【００１５】尚、ホールブロック層２４を設ける位置は、量子井戸活性層１４とｎ型光ガイド層１６との境界に限定されず、この境界近傍のｎ型光ガイド層１４中であっても、ホールに対するポテンシャル障壁となる効果を発揮することができる。 また、このホールブロック層２４には、引張歪が加わっていることが望ましい。 この場合、引張歪が加わっていないときには価電子帯頂上で縮退していたヘヴィホールバンドとライトホールバンドの縮退が解けて分離し、バリア層１０でキャリア数の多いヘヴィホールに対するポテンシャル障壁が高くなり、
且つ伝導帯のバンドオフセットΔＥc と価電子帯のバンドオフセットΔＥv の比ΔＥc ／ΔＥv が大きくなるため、より有効にｎ型光ガイド層１６へのホールの侵入を抑えることができる。

【００１６】また、ホールブロック層２４の伝導帯下端Ｅc が、電子に対するポテンシャル障壁となる高さより低くなっていることが望ましい。 例えば、ホールブロック層２４の伝導帯下端Ｅc がｎ型光ガイド層１６の伝導帯下端Ｅc とほぼ等しいか、或いはｎ型光ガイド層１６
の伝導帯下端Ｅc より低くなっていれば、ｎ型クラッド層２０から注入された電子の走行を阻害することもないからである。

【００１７】また、ホールブロック層２４の伝導帯下端Ｅc が、ｎ型光ガイド層１６に存在する電子に対するポテンシャル障壁となる高さであっても、そのホールブロック層２４の厚さが、ホールがトンネルすることを阻止するのに十分に厚く、且つ電子がトンネルするのに十分に薄いものであればよい。 この場合も、ｎ型クラッド層２０から注入された電子は容易に量子井戸活性層１４に達するからである。

【００１８】更に、本発明では、ｐ型光ガイド層１８の伝導帯下端Ｅc がバリア層１０及びｎ型光ガイド層１６
の伝導帯下端Ｅc よりも電子のエネルギーを基準として高いため、電子に対するポテンシャル障壁となって、高温環境下で量子井戸活性層１４の井戸層１２から溢れ出た電子はバリア層１０までに留められ、ｐ型光ガイド層１８へ溢れ出ることは抑制される。 その結果、ｐ型光ガイド層１８での再結合電流を抑えることができる。

【００１９】尚、ｐ型光ガイド層１８の伝導帯下端Ｅc
を高くするために、そのバンドギャップエネルギーＥg
を大きくすると、屈折率が小さくなり、光閉じ込めの低下を招くが、その光閉じ込めの低下はｐ型光ガイド層１
８よりも屈折率の大きいｎ型光ガイド層１６の存在によって緩和することができる。 特に、ホールブロック層２
４を設けたことによって量子井戸活性層１４の井戸層１
２から溢れたホールをバリア層１０までに留めることが可能となったため、ｎ型光ガイド層１６の価電子帯上端Ｅv をバリア層１０の価電子帯上端Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として低くすることもできる。 従って、ｎ型光ガイド層１６の屈折率を大きくするためにバンドギャップエネルギーＥg をバリア層１０のそれより小さくしても、ｎ型光ガイド層１６におけるキャリアの再結合は増大せず、光閉じ込めのみを増大させることが可能となる。

【００２０】このようにして、光閉じ込め係数Γを低下させることなく保持したまま、キャリアを井戸層１２近傍に閉じ込めることができることにより、高温でもｎ型光ガイド層１６及びｐ型光ガイド層１８でのキャリアの再結合を抑えることができるため、室温から高温に至るまでの広い範囲において低閾値電流で発振することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 図２（ａ）は本発明の第１の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図、図２（ｂ）はそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。 ｎ型ＩｎＰ基板３０上に、厚さ１μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層３２及び厚さ０．１３μｍ、バンドギャップ波長λg ＝１．２５
μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４が順に積層され、このｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４上に、厚さ１０ｎｍ、バンドギャップ波長λg ＝１．１μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層３６が形成されている。

【００２２】また、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層３６上には、厚さ１０ｎｍ、バンドギャップ波長λg
＝１．２５μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８と厚さ７ｎｍのｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ井戸層４０とが交互に積層されて４層の多重量子井戸構造をなす量子井戸活性層４２が形成されている。 更に、この量子井戸活性層４２上には、厚さ０．１６μｍ、バンドギャップ波長λg ＝１．１μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４
４、厚さ２μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層４６、及びバンドギャップ波長λg ＝１．２５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層４８が順に積層されている。 また、図示はしないが、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４８上には、ｐ側電極が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板３０底面には、ｎ側電極が形成されている。

【００２３】このように第１の実施例によれば、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４と量子井戸活性層４２との境界に設けたｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層３６
の価電子帯上端Ｅv が、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４及びｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８の価電子帯上端Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として高くなっていることにより、ホールに対するポテンシャル障壁となり、量子井戸活性層４２のｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ
井戸層４０から溢れたホールがｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４へ溢れ出ることを抑制することができ、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４での再結合電流を抑えることができる。

【００２４】また、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４
の伝導帯下端Ｅc がｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８の伝導帯下端Ｅc よりも電子のエネルギーを基準として高くなっていることにより、電子に対するポテンシャル障壁となり、量子井戸活性層４２のｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47
Ａｓ井戸層４０から溢れた電子がｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４へ溢れ出ることを抑制することができ、ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層４４での再結合電流を抑えることができる。

【００２５】これにより、上記図７（ｂ）に示した従来のＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置では５％
に達しない井戸層への光閉じ込め係数Γを５．１％に向上させることができた。 そしてこの光閉じ込め係数Γの向上と共に、高温環境下でもキャリアの閉じ込めを保持することができるため、室温から高温に至る広い範囲において閾値電流を下げることができる。

【００２６】尚、上記第１の実施例においては、ホールブロック層が量子井戸活性層とｎ型光ガイド層との境界に設けられているが、このホールブロック層を設ける位置は量子井戸活性層とｎ型光ガイド層との境界近傍のｎ
型光ガイド層中であってもよい。 但し、ホールブロック層が量子井戸活性層とｎ型光ガイド層との境界から離れるにしたがって、量子井戸活性層とホールブロック層との間のｎ型光ガイド層においてキャリアの再結合が生じるため、ホールブロック層は量子井戸活性層とｎ型光ガイド層との境界か、或いはできるだけ境界の近傍に設けることが望ましい。

【００２７】次に、本発明の第２の実施例による量子井戸レーザ装置を、図３を用いて説明する。 図３（ａ）は第２の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図、
図３（ｂ）はそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。 尚、上記図２に示す量子井戸レーザ装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００２８】第２の実施例は、上記図２に示す第１の実施例におけるｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４の代わりに、厚さ０．１３μｍ、バンドギャップ波長λg ＝
１．３５μｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０を用い、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０の屈折率をｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８の屈折率よりも大きくしたものである。 その結果、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０の価電子帯上端Ｅvがｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８の価電子帯上端Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として低くなっている。

【００２９】このようなバンドラインアップでは、通常の場合、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０におけるキャリアの再結合が増大するが、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層３６によってホールがｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層５０に溢れ出ることを抑制するため、ｎ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０のバンドギャップエネルギーＥg をｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８のバンドギャップエネルギーＥg よりも小さくしても、キャリアの再結合は増大しない。 そしてｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層５０のバンドギャップエネルギーＥg を小さくして、
その屈折率が大きくなった分、光閉じ込めを大きくすることができる。

【００３０】このように第２の実施例によれば、屈折率価がｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８のそれよりも大きく、バンドギャップエネルギーＥg がｉ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層３８のそれよりも小さいｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層５０を用いることにより、量子井戸活性層４
２のｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ井戸層４０への光閉じ込め係数Γを更に５．３％にまで大きくすることができた。 そしてこの光閉じ込め係数Γの増大と共に、キャリアをｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ井戸層４０近傍に閉じ込めたままにすることができるため、更に低閾値化を実現することができる。

【００３１】次に、本発明の第３の実施例による量子井戸レーザ装置を、図４を用いて説明する。 図４（ａ）は第３の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図、
図４（ｂ）はそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。 尚、上記図２に示す量子井戸レーザ装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００３２】第３の実施例は、上記図２に示す第１の実施例におけるｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層３６
に引張歪を加え、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ歪ホールブロック層５２としたものである。 このように第３の実施例によれば、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ歪ホールブロック層５２が引張歪をもつことにより、価電子帯頂上でもヘヴィホール（hh）バンドとライトホール（lh）バンドが分離し、図中の破線で示すように、キャリア数の多いヘヴィホール（hh）に対するポテンシャル障壁がライトホール（lh）
に対するポテンシャル障壁よりも高くなる。

【００３３】また、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ歪ホールブロック層５２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層３４及びｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８とのバンドオフセットΔＥ
c 、ΔＥv において、格子整合する場合に比べると、価電子帯側のバンドオフセットΔＥv と伝導帯側のバンドオフセットΔＥc の比ΔＥv ／ΔＥc が大きくなる。 従って、より有効にホールを閉じ込めることができ、更に低閾値化を実現することができる。

【００３４】次に、本発明の第４の実施例による量子井戸レーザ装置を、図５を用いて説明する。 図５は第４の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。
尚、上記図２に示す量子井戸レーザ装置と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【００３５】第４の実施例は、上記図２に示す第１の実施例におけるｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層３８とｉ型Ｉ
ｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ井戸層４０とが交互に積層された量子井戸活性層４２の代わりに、厚さ１０ｎｍ、バンドギャップ波長λg ＝１．２５μｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層５４と厚さ３ｎｍのｉ型Ｉｎ _0.62 Ｇａ _0.38 Ａｓ井戸層５６とが交互に積層されて４層の多重量子井戸構造をなす歪量子井戸活性層５８を用いたものである。

【００３６】このように第４の実施例によれば、歪量子井戸活性層５８を活性層として用いることにより、レーザ発振に必要なキャリア密度を低下させることができ、
従って更に低閾値化を実現することができる。 尚、上記第１〜第４の実施例におけるホールブロック層は、量子井戸活性層又は歪量子井戸活性層のバリア層とｎ型光ガイド層との境界に形成されているが、井戸層とｎ型光ガイド層との境界に形成してもよい。 但し、この場合、ホールブロック層に接する井戸層におけるキャリアのエネルギー準位に変動が生じることに留意する必要がある。

【００３７】次に、本発明の第５の実施例による量子井戸レーザ装置を、図６を用いて説明する。 図６は第５の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。
第５の実施例は、上記図２〜図５に示す第１〜第４の実施例がＩｎＰ系によって構成されているのに対し、Ｇａ
Ａｓ系によって構成されているものである。

【００３８】即ち、ｎ型ＧａＡｓ基板６０上に、厚さ１
μｍのｎ型Ａｌ _0.3 Ｇａ _0.7 Ａｓクラッド層６２及び厚さ０．０６μｍのｎ型Ａｌ _0.15 Ｇａ _0.85 Ａｓ光ガイド層６４が順に積層され、このｎ型Ａｌ _0.15 Ｇａ _0.85 Ａｓ光ガイド層６４上に、厚さ１０ｎｍのｉ型Ｉｎ _0.5 Ｇａ
_0.5 Ｐホールブロック層６６が形成されている。 また、
ｉ型Ｉｎ _0.5 Ｇａ _0.5 Ｐホールブロック層６６上には、
２層の厚さ１０ｎｍのｉ型Ａｌ _0.15 Ｇａ _0.85 Ａｓバリア層６８が厚さ５ｎｍのｉ型ＧａＡｓ井戸層７０を挟んで単一量子井戸構造をなす量子井戸活性層７２が形成されている。

【００３９】更に、この量子井戸活性層７２上には、厚さ０．０８μｍのｐ型Ａｌ _0.25 Ｇａ _0.75 Ａｓ光ガイド層７４、厚さ２μｍのｐ型Ａｌ _0.3 Ｇａ _0.7 Ａｓクラッド層７６、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層７８が順に積層されている。 このように第５の実施例によれば、ＧａＡ
ｓ系の量子井戸レーザ装置においてもｉ型Ｉｎ _0.5 Ｇａ
_0.5 Ｐホールブロック層６６を設けることにより、上記第１〜第４の実施例におけるＩｎＰ系の量子井戸レーザ装置の場合と同様の効果を奏することができる。

【００４０】尚、上記第１〜第５の実施例においては、
活性層として、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造の無歪の量子井戸活性層や歪量子井戸活性層を用いているが、こうした量子井戸構造の代わりに、量子細線や量子箱を用いてもよい。 この場合、キャリアの閉じ込め次元が増加することによって状態密度が変化し、レーザ発振に寄与しないキャリアを減少させることができるため、更なる低閾値化を実現することができる。

【００４１】また、上記第１〜第５の実施例においては、ホールブロック層が、いわゆるタイプＩのストラッドリング（straddling）型のヘテロ接合となっており、
電子に対しても小さなポテンシャル障壁を形成しているが、いわゆるタイプIIのスタッガード（staggered ）型のヘテロ接合をなすホールブロック層であってもよい。
この場合、ホールブロック層は、電子に対するポテンシャル障壁を形成することなく、ホールに対してのみポテンシャル障壁となり、電子をホールブロック層で妨げることなく井戸層に注入することができる。

【００４２】また、このホールブロック層の導電型は、
ｎ型又はｉ型を用いているが、いずれの導電型を用いても、ホールに対するポテンシャル障壁となって量子井戸活性層の量子井戸層にホールを閉じ込める機能を発揮することができる。 更に、上記第１〜第５の実施例においては、ｐ型光ガイド層として、量子井戸活性層のバリア層の伝導帯下端Ｅc よりも電子のエネルギーを基準として高い伝導帯下端Ｅc をもつ単一組成の層を用いているが、このｐ型光ガイド層を、上記図７（ｂ）に示したような多層構造のＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造のｐ型光ガイド層を用いてもよい。 この構造を採用するかどうかは、量子井戸活性層の量子井戸層へのキャリア閉じ込めと光閉じ込めとの調整による。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ｎ型クラッド層と、ｎ型光ガイド層と、井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸活性層と、ｐ型光ガイド層と、
ｐ型クラッド層とが順に形成された半導体レーザ装置において、量子井戸活性層とｎ型光ガイド層との境界又はその境界近傍のｎ型光ガイド層中に、ｎ型光ガイド層及びバリア層の価電子帯上端のエネルギー準位Ｅv よりもホールのエネルギーを基準として高い価電子帯上端のエネルギー準位Ｅv をもつホールブロック層が設けられていることにより、このホールブロック層がホールに対するポテンシャル障壁となって、井戸層から溢れたホールがｎ型光ガイド層へ溢れ出ることを抑制し、ｎ型光ガイド層での再結合電流を抑えることができる。

【００４４】また、ｐ型光ガイド層の伝導帯下端のエネルギー準位Ｅc が、バリア層の伝導帯下端のエネルギー準位Ｅc よりも電子のエネルギーを基準として高くなっていることにより、井戸層から溢れた電子がｐ型光ガイド層へ溢れ出ることを抑制し、ｐ型光ガイド層での再結合電流を抑えることができる。 このため、光閉じ込め係数Γを低下させることなく保持したままで、キャリアを井戸層近傍に閉じ込めて、ｎ型光ガイド層及びｐ型光ガイド層でのキャリアの再結合を抑制することができ、従って室温から高温に至る広い範囲において半導体レーザ装置を低閾値電流で発振することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図を説明するための量子井戸レーザ装置のバンド構造を示すエネルギーバンド図である。

【図２】本発明の第１の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。

【図３】本発明の第２の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。

【図４】本発明の第３の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図及びそのバンド構造を示すエネルギーバンド図である。

【図５】本発明の第４の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例による量子井戸レーザ装置を示す断面図である。

【図７】従来のＳＣＨ構造の量子井戸レーザ装置のバンド構造を示すエネルギーバンド図である。

【符号の説明】

１０…バリア層 １２…井戸層 １４…量子井戸活性層 １６…ｎ型光ガイド層 １８…ｐ型光ガイド層 ２０…ｎ型クラッド層 ２２…ｐ型クラッド層 ２４…ホールブロック層 ３０…ｎ型ＩｎＰ基板 ３２…ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３４…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ３６…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰホールブロック層 ３８…ｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ４０…ｉ型Ｉｎ _0.53 Ｇａ _0.47 Ａｓ井戸層 ４２…量子井戸活性層 ４４…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ４６…ｐ型ＩｎＰクラッド層 ４８…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ５０…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 ５２…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ歪ホールブロック層 ５４…ｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ５６…ｉ型Ｉｎ _0.62 Ｇａ _0.38 Ａｓ井戸層 ５８…歪量子井戸活性層 ６０…ｎ型ＧａＡｓ基板 ６２…ｎ型Ａｌ _0.3 Ｇａ _0.7 Ａｓクラッド層 ６４…ｎ型Ａｌ _0.15 Ｇａ _0.85 Ａｓ光ガイド層 ６６…ｉ型Ｉｎ _0.5 Ｇａ _0.5 Ｐホールブロック層 ６８…ｉ型Ａｌ _0.15 Ｇａ _0.85 Ａｓバリア層 ７０…ｉ型ＧａＡｓ井戸層 ７２…量子井戸活性層 ７４…ｐ型Ａｌ _0.25 Ｇａ _0.75 Ａｓ光ガイド層 ７６…ｐ型Ａｌ _0.3 Ｇａ _0.7 Ａｓクラッド層 ７８…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８０……バリア層 ８２…井戸層 ８４…量子井戸活性層 ８６…ｎ型光ガイド層 ８８…ｐ型光ガイド層 ９０…ｎ型クラッド層 ９２…ｐ型クラッド層 ９４…ｎ型光ガイド層 ９６…ｐ型光ガイド層