CN1159084A - 半导体激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在防止在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷。本发明中，势阱层通过由Ga0.56In0.44P构成的主要区域和在从该区域到势阱层与势垒层的界面之间为了使其变形从-0.5％逐渐地变化为-0.1％而由组成逐渐变化的GaInP构成的过渡区域构成，另外，势垒层通过由(Al0.5Ga0.5)0.452In0.548P构成的主要区域和在从该区域到势垒层与势阱层界面之间为了使其变形从+0.4％逐渐地变化为-0.1％而由组成逐渐变化的AlGaInP构成的过渡区域构成。

Description

半导体激光装置
本发明涉及半导体激光装置，特别是具有变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置。
为了将红色激光二极管的振荡波长从685nm缩短为635-650nm，最近，使用减小多重量子势阱活性层的GaInP势阱层的In组成比的变形多重量子势阱结构。这样，当减小GaInP的In组成比时，对于GaAs基板，晶格常数就减小了，从而在上述活性层中将发生牵引变形。
当应变多重量子势阱层的晶格常数如上述那样与基板不完全一致时，如果势阱层和势垒层的层数增多，势阱层和势垒层便相互牵引而接近相互平衡的晶格常数(通常，称为自由独立式的晶格常数)。因此，平均说来，在变形多重量子势阱层中存在畸变，当该变形多重量子势阱层的总层厚超过某一值(临界膜厚)时，就发生位错等缺陷。因此，在形成激光的变形多重量子势阱活性层时，必须在不超过临界膜厚的范围内形成。这样，由于变形多重量子势阱层存在临界膜厚，所以，即使想增多势阱层和势垒层数而增大多重数，也有一定限制。
作为解决这一问题的方法，已知的有日本专利公报特开平6-224516号所示的在将势阱层和势垒层交替地积层的变形多重量子势阱活性层中，通过使势阱层和势垒层分别具有相反的变形而使该变形多重量子势阱活性层的自由独立式的晶格常数与基板的晶格常数基本上一致的方法。
该公报作为一个实施例记载的活性层为变形多重量子势阱结构的半导体激光装置示于图13。该激光装置是通过在n型GaAs基板1上形成n型AlGaInP镀层2、变形多重量子势阱活性层203、p型AlGaInP镀层4、p型GaInP能级不连续缓和层和p型GaAs盖层，将镀层4蚀刻成条纹状并将其用n型GaAs电流块层7埋入，进而全面形成p型GaAs触点层8，最后形成阳极9和阴极10而制成的。该变形多重量子势阱半导体激光的n型镀层2、变形多重量子势阱活性层3和p型镀层4的部分剖面图示于图14。另外，该部分的晶格状态示于图15(a)，变形的状态示于图15(b)，能级结构示于图15(c)。在该半导体激光装置中，活性层203中的势阱层211由厚度5nm的Ga0.44In0.56P构成，势垒层212由厚度5nm的(Al0.45Ga0.55)0.57In0.43P构成。这时，势阱层211、势垒层212由于与GaAs基板1的晶格不匹配，分别包含压缩变形0.5％、牵引变形0.5％，这样，通过在势垒层212中导入与势阱层211相反的变形，便可使多重量子势阱活性层203的自由独立式的晶格常数与GaAs基板的晶格常数基本上一致。
在上述公报中，记载了将这种变形多重量子势阱经过无限的周期后即使进行外延生长，也可以不发生位错缺陷等而生长成由优质的结晶构成的多重量子势阱层。
但是，若变形多重量子势阱结构的势阱层为具有牵引变形的层，为了缓和该牵引变形，如果在势垒层中导入与牵引变形相反的压缩变形，生长变形多重量子势阱层，则生长层的表面形态将变坏，从而光学特性变差。
实际上，如图16所示，设势垒层为无变形的层时，如果增加势阱层的牵引变形量，多重量子势阱层的光致发光强度将降低。另外，如图17所示，设势阱层为具有一定的牵引变形0.5％的层时，如果使势垒层的变形从牵引变形变化为压缩变形，多重量子势阱的光致发光强度就减小。为了缓和变形多重量子势阱结构的势阱层的牵引变形(变形量：-0.5％：Ga0.56In0.44P)，如果在势垒层中导入压缩变形0.4％，生长多重量子势阱层，则生长层的表面形态将变坏，从而如图17所示，光学特性进一步变差。这是由于在用势垒层的压缩变形缓和这种势阱层的牵引变形的变形多重量子势阱结构中，在势阱层与势垒层的界面这两层的晶格常数差别很大，在结晶生长时容易在该界面发生位错等晶格缺陷。
另一方面，由图17可知，设势阱层为具有牵引变形的层时，如果在势垒层中也导入牵引变形，则变形多重量子势阱结构的光致发光强度比在势垒层中导入压缩变形时大，从而光学特性将得到改善。这是由于通过减小在势阱层与势垒层的界面上这两层的变形量之差即减小晶格常数之差，便可抑制在该界面发生位错等晶格缺陷。
如上所述，在将势阱层和势垒层交替地积层而成的变形多重量子势阱活性层中，如果使势阱层和势垒层分别具有相反的变形，由于在势阱层与势垒层的界面上的晶格常数之差(变形量之差)增大，所以，在该界面上将发生位错等晶格缺陷，从而该变形多重量子势阱结构的光学特性将变坏。
另外，如果使势阱层和势垒层都是具有牵引变形的层，则光致发光强度将增大，从而光学特性获得改善，但是，由这些势垒层和势阱层构成的整个多重量子势阱活性层便成为具有牵引变形的状态，当该活性层的总膜厚超过上述临界膜厚时，就发生位错。因此，必须在不超过临界膜厚的范围内形成变形多重量子势阱活性层，从而能积层的势阱层和势垒层的数量便存在一个极限。另外，即使势垒层和势阱层的变形都是牵引变形，当它们的变形量不同时，在这些层的界面上也会发生由该变形量不同引起的位错等晶格缺陷，从而变形多重量子势阱结构的改变特性将变坏。
本发明就是鉴于上述问题而作出的，目的旨在提供在变形多重量子势阱活性层中即使势阱层和势垒层是分别具有不同的变形的层也可以防止在势阱层与势垒层的界面上发生由晶格常数不同引起的位错等晶格缺陷的半导体激光装置。
本发明(第1方面)的半导体激光装置是一种具有将分别包含具有均匀的变形的主要区域的多个势阱层和分别包含具有与该势阱层的主要区域的变形不同的均匀的变形的主要区域的多个势垒层交替地积层而成的变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置，其特征在于：使上述多个势阱层和上述势垒层内的至少一层包含其变形逐渐变化的过渡区域，以使随着从该层包含的上述主要区域接近与该层相邻的层，就从该主要区域的变形接近与该层相邻的层包含的上述主要区域的变形，从而使在包含上述过渡区域的层和与该层相邻的层之间的界面上这两层的变形量之差小于这两层的上述主要区域的变形量之差。
另外，本发明(第2方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势阱层和上述多个势垒层成为包含上述过渡区域的层。
另外，本发明(第3方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势阱层成为包含上述过渡区域的层，使上述势垒层成为只由上述主要区域构成的层。
另外，本发明(第4方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势垒层成为包含上述过渡区域的层，使上述势阱层成为只由上述主要区域构成的层。
另外，本发明(第5方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述势阱层主要区域具有的变形为牵引变形，使上述势垒层主要区域具有的变形为压缩变形。
另外，本发明(第6方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都为牵引变形。
另外，本发明(第7方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述势阱层主要区域具有的变形为压缩变形，使上述势垒层主要区域具有的变形为牵引变形。
另外，本发明(第8方面)的半导体激光装置的特征在于：在上述第1方面的半导体激光装置中使上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都为压缩变形。
图1是本发明实施例2的半导体激光装置的剖面图。
图2是表示本发明实施例2的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的剖面图。
图3是表示本发明实施例2的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图4是表示本发明实施例2的变形例的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图5是表示本发明实施例2的其他变形例的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图6是表示本发明实施例3的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图7是表示本发明实施例4的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图8是表示本发明实施例5的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图9是表示本发明实施例5的变形例的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图10是表示本发明实施例6的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图11是表示本发明实施例7的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图12是表示本发明实施例7的变形例的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的变形的状态的图。
图13是先有的半导体激光装置的剖面图。
图14是表示先有的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的剖面图。
图15(a)是先有的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层的晶格，图15(b)表示其变形的状态，图15(c)表示其能级结构。
图16是表示势垒层中不包含变形时的变形多重量子势阱结构的光致发光强度与势阱层的变形量的关系的图。
图17是表示势阱层的变形为-0.5％时的变形多重量子势阱结构的光致发光强度与势垒层的变形量的关系的图。
实施例1.
本发明实施例1的半导体激光装置如图1～12所示，在具有将分别包含具有均匀的变形的主要区域110的多个势阱层11和分别包含具有与该势阱层11的主要区域110的变形不同的均匀的变形的主要区域120的多个势垒层12交替地积层而成的变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置中，使上述多个势阱层11和上述多个势垒层12内的至少一层包含其变形逐渐变化的过渡区域111、121，以使随着从该层包含的上述主要区域110、120接近与该相邻的层，就从该主要区域110、120的变形接近与该层相邻的层包含的上述主要区域120、110的变形，从而使在包含上述过渡区域111、121的层和与该层相邻的层之间的界面上这两层的变形量之差小于这两层的上述主要求110、120的变形量之差。这样，由于可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，所以，可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。于是，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态的恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。实施例2.
本发明实施例2第2方面的半导体激光装置如图1～5所示，是在上述实施例1的半导体激光装置中使上述多个势阱层11和上述多个势垒层12成为包含上述过渡区域111、121的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，可以防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明的实施例2(第5方面)的半导体激光装置如图1～5所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形为牵引变形，使上述势垒层主要区域120具有的变形为压缩变形。这时，也和上述实施例1的半导体激光装置一样，可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，可以防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明实施例2。
本实施例2的半导体激光装置在势阱层是具有牵引变形的层而势垒层是具有压缩变形的层的变形多重量子势阱活性层中，在势阱层和势垒层中都设置过渡区域，以使从这些层的界面到各层的内侧的变形量逐渐变化，从而使在势阱层与势垒层的界面上的变形量在势阱层一侧和在势垒层一侧相同。
图1是实施例2的半导体激光装置的剖面图，图2是将该半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层放大示出的剖面图。该变形多重量子势阱半导体激光装置如图1所示，是通过在n型GaAs基板1上生长n型AlGaInP镀层2、变形多重量子势阱活性层3、p型AlGaInP镀层4、p型GaInP能级不连续缓和层5和p型GaAs盖层6，并将p型镀层4、能级不连续缓和层5和盖层6蚀刻成带状，将其用n型GaAs电流块层7埋入，进而在整个面上生长p型GaAs触点层8，最后形成阳极9和阴极10而制成的。活性层3如图2所示，成为稗多重量子势阱结构。上述各层的生长使用有机金属气相生长法(MOCVD法)等进行。
上述变形多重量子势阱活性层3的变形的状态示于图3。势阱层11是厚度为5nm的层，其主要区域110由Ga0.56In0.44P构成。另外，势垒层12是厚度为5nm的层，其主要区域120由(Al0.5Ga0.5)0.452In0.548P构成。这时，势阱层11的主要区域110和势垒层12的主要区域120由于与GaAs基板1的晶格不匹配分别包含牵引变形0.5％(相对于GaAs基板，-0.5％)和压缩变形0.4％(相对于GaAs基板，+0.4％)，在势阱层主要区域110和势垒层主要区域120中，变形量(晶格匹配度)相差0.9％。这里，变形量前面的符号为“+”时表示压缩变形，为“-”时表示牵引变形。
在上述势阱层11中，从上述主要区域110到该势阱层11与该层相邻的势垒层12的界面，设置由GaInP构成的厚度数埃的过渡区域111。该过渡区域111是在从势阱层主要区域110到上述界面之间GaInP的组成从Ga0.56In0.44P(变形量-0.5％)逐渐变化为Ga0.512In0.488P(变形量-0.1％)以使其变形从-0.5％逐渐变化为-0.1％的区域。
另外，在上述势垒层12中，从上述主要区域120到该势垒层12与该层相邻的势阱层11的界面，设置由AlGaInP构成的厚度数埃的过渡区域121。该过渡区域121是在从势垒层主要区域120到上述界面之间AlGaInP的组成从(Al0.5Ga0.5)0.452In0.548P(变形量+0.4％)逐渐变化为(Al0.5Ga0.5)0.512In0.488P(变形量-0.1％)以使其变形从+0.4％逐渐变化为-0.1％的区域。
在上述变形多重量子势阱活性层3中，如上所述，在势阱层11和势垒层12中分别设置过渡区域111和121，在这些势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量都成为-0.1％。即，在该界面上，势阱层11与势垒层之间的变形量没有差别。
这样，在本实施例2中，如上所述，通过消除在势阱层11与势垒层12的界面上变形量的不同即通过消除晶格常数的不同，便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷，于是，便可改善生长变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态，从而可以提高变形多重量子势阱结构的光学特性。进而，便可提高在活性层中采用该结构的变形多重量子势阱半导体激光的激光特性。
在以上的说明中，说明了势阱层主要区域110的变形量为-0.5％的牵引变形、势垒层主要区域120的变形量为0.4％的压缩变形的变形多重量子势阱结构，但是，对于势阱层11和势垒层12的主要区域的变形的大小与此不同的情况，也可以应用具有本实施例2的有过渡区域的势阱层和势垒层的变形多重量子势阱结构，势阱层11与势垒层12的主要区域的变形量之差越大，其效果越显著。
另外，在以上的说明中，说明了在变形多重量子势阱活性层3的势阱层11与势垒层12的界面上这两层的变形量之差为0的情况，但是，在该界面上这两层的变形量也可以有若干差别。即，如图4所示的变形例所示的那样，在变形多重量子势阱活性层中，可以使势阱层过渡区域111的变形量在主要区域110到上述界面之间从-0.5％变化到-0.2％，另外，使势垒层过渡区域121的变形量在主要区域120到上述界面之间从+0.4％变化到0％，从而使在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差成为0.2％，小于两层的主要区域110、120的变形量之差0.9％。在该实施例2的变形例的半导体激光装置中，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。
另外，在以上说明的本实施例2及其变形例的半导体激光装置中，在变形多重量子势阱活性层中，使在具有牵引变形的势阱层与具有压缩变形的势垒层的界面上两层间的变形量之差为0，或者在该界面上势阱层的变形比势垒层的变形偏向于牵引变形，但是，只要在上述界面上两层间的变形量之差小于两层的主要区域间的变形量之差，也可以使在该界面上势阱层的变形比在相同界面上势垒层的变形偏向于压缩变形。即，如图5所示的其他变形例所示的那样，在变形多重量子势阱活性层中，也可以使势阱层过渡区域111的变形量在主要区域110到势阱层11与势垒层12的界面之间从-0.5％变化到0％，使势垒层过渡区域121的变形量在主要区域120到上述界面之间从+0.4％变化到-0.2％，从而使在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差成为0.2％，小于两层的主要区域110、120的变形量之差0.9％。在该实施例2的其他变形例的半导体激光装置中，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。实施例3.
本发明实施例3(第3方面)的半导体激光装置如图6所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述多个势阱层11成为包含上述过渡区域111的层，使上述多个势垒层12只是由上述主要区域120构成的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120(整个势垒层12)之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明实施例3(第5方面)的半导体激光装置如图6所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形为牵引变形，使上述势垒层主要区域120具有的变形为压缩变形。这时，和上述实施例1的半导体激光装置一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明上述实施例3。
在上述实施例2中说明的变形多重量子势阱活性层3中，在势阱层11和势垒层12中都设置了过渡区域，但是，也可以只在其中某一个层中设置过渡区域。即，本实施例3的半导体激光装置如图6所示，具有只在势阱层11中设置其变形从-0.5％变化到-0.1％的过渡区域111、而使势垒层12由具有均匀的变形的主要区域120构成的层的变形多重量子势阱活性层。
在本实施例3中，和上述实施例2一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。实施例4.
本发明实施例4(第4方面)的半导体激光装置如图7所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述多个势垒层12为包含上述过渡区域121的层，使上述多个势阱层11为只由上述主要区域110构成的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110(整个势阱层11)与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
本发明实施例4(第4方面)的半导体激光装置如图7所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形为牵引变形，使上述势垒层主要区域120具有的变形为压缩变形。这时，和上述实施例1的半导体激光装置一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明上述实施例4。
在上述实施例3中说明的变形多重量子势阱活性层3中，只在势阱层11中设置了过渡区域，但是，也可以只在势垒层12中设置过渡区域。即，本实施例4的半导体激光装置如图7所示，具有只在势垒层12中设置其变形从+0.4％变化到-0.1％的过渡区域121、而使势阱层11由具有均匀的变形的主要区域110构成的层的变形多重量子势阱活性层。
在本实施例4中，和上述实施例2、3一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。实施例5.
本发明实施例5(第2方面)的半导体激光装置如图8、9所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述多个势阱层11和上述多个势垒层12为包含上述过渡区域111、121的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
本发明实施例5(第6方面)的半导体激光装置如图8、9所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形和上述势垒层主要区域120具有的变形都为牵引变形。这时，和上述实施例1的半导体激光装置一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明上述实施例5。
在上述实施例2、3、4中，都是使具备具有牵引变形的势阱层11的变形多重量子势阱活性层3的势垒层12为具有压缩变形的层，但是，只要使该变形多重量子势阱活性层3的总层厚小于发生位错等缺陷的临界膜厚，也可以使势垒层12为具有牵引变形的层。即，本实施例5的半导体激光装置如图8所示，使势阱层主要区域110的变形量为牵引变形-0.5％，使势垒层主要区域120的变形量为牵引变形-0.1％，从而使活性层3的总层厚小于上述临界膜厚，在势阱层11中设置使其变形量从主要区域110到势阱层11与势垒层12的界面减小的过渡区域111，进而在势垒层12中设置使其变形量从主要区域120到势阱层11与势垒层12的界面增加的过渡区域121，从而使在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差为0。
在本实施例5中，和上述实施例2一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。
在以上的说明中，说明了在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差为0的情况，但是，也可以如图9所示的变形例那样使在界面上两层的变形量有若干差别。在该本实施例5的变形例的半导体激光装置中，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。实施例6.
本发明实施例6(第2方面)的半导体激光装置如图10所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述多个势阱层11和上述多个势垒层12为包含上述过渡区域111、121的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
本发明实施例6(第7方面)的半导体激光装置如图10所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形为压缩变形，使上述势垒层主要区域120具有的变形为牵引变形。这时，和上述实施例1的半导体激光装置一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明上述实施例6。
在上述实施例2～5中，说明了势阱层是具有牵引变形的层的变形多重量子势阱活性层，但是，如上述特开平6-224516所示的半导体激光装置那样，在具有势阱层具有压缩变形而势垒层具有牵引变形的变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置中通过设置和上述实施例2～5一样的过渡区域，也可以改善其激光特性。
在上述公报中记载了可以以良好的结晶层生长使势阱层为具有压缩变形的层、而为了缓和该压缩变形使势垒层为具有牵引变形层的变形多重量子势阱活性层，但是，该公报所示的势阱层与势垒层的变形量相差1.0％，在势阱层与势垒层之间如果有如此大的变形量之差，如前所述，在该界面上就容易发生位错等晶格缺陷，实际上难于生长具有良好的结晶性的变形多重量子势阱活性层。
本实施例6的半导体激光装置具有的变形多重量子势阱活性层3的变形的状态示于图10。该半导体激光装置除了变形多重量子势阱活性层3以外，和图1、2所示的上述实施例2的半导体激光装置相同。势阱层11的主要区域110由Ga0.448In0.552P构成，势垒层12的主要区域120由(Al0.5Ga0.5)0.548In0.452P构成。势阱层主要区域110和势垒层主要区域120由于与GaAs基板的晶格不匹配而分别包含压缩变形0.5％(相对于GaAs基板，为+0.5％)和牵引变形0.4％(相对于GaAs基板，为-0.4％)，这两个主要区域之间的变形量(晶格匹配度)之差为0.9％。
在势阱层11中，在从主要区域110到该势阱层11和与其相邻的势垒层12的界面之间，设置使GaInP的组成从Ga0.448In0.552P(变形＝+0.5％)逐渐地变化为Ga0.488In0.512P(变形＝+0.1％)的厚度数埃的过渡区域111，与使其变形从+0.5％逐渐地变化为+0.1％，另外，在势垒层12中，在从主要区域120到该势垒层12和与其相邻的势阱层11的界面之间，设置使AlGaInP的组成从(Al0.5Ga0.5)0.548In0.452P(变形＝-0.4％)逐渐地变化为(Al0.5Ga0.5)0.488In0.512P(变形＝+0.1％)的厚度数埃的过渡区域121，以使其变形从-0.4％逐渐地变化为+0.1％。这样，在势阱层11与势垒层12的界面上势阱层和势垒层的变形量都成为+0.1％，从而在该界面上两层的变形量之差便成为0。
在本实施例6中，通过减小在具有压缩变形的势阱层11与具有牵引变形的势垒层12的界面上两层的变形量的不同，便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷，这样便可改善生长上述变形多重量子势阱活性层3时的表面形态，从而可以提高该活性层的光学特性。此外，通过将该变形多重量子势阱结构使用于活性层，便可提高半导体激光装置的激光特性。实施例7.
本实施例7(第2方面)的半导体激光装置如图11、12所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述多个势阱层11和上述多个势垒层12为含有上述过渡区域111、121的层。这样，便可使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
另外，本实施例7(第8方面)的半导体激光装置如图11、12所示，在上述实施例1的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域110具有的变形和上述势垒层主要区域120具有的变形都是压缩变形。这时，和上述实施例1的半导体激光装置一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。因此，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层3的半导体激光装置的激光特性。
下面，详细说明上述实施例7。
上述实施例6的变形多重量子势阱活性层是在具备具有压缩变形的势阱层11的变形多重量子势阱活性层中，使势垒层12为具有牵引变形的层，但是，只要使变形多重量子势阱活性层3的总层厚小于上述临界膜厚，也可以使该势垒层12为具有压缩变形的层。即，本实施例7的半导体激光装置的变形多重量子势阱活性层如图11所示，使势阱层11的主要区域110的变形量为压缩变形+0.5％，使势垒层12的主要区域120的变形量为压缩变形+0.1％，通过在势阱层11中设置其变形量从主要区域110到势阱层11与势垒层12的界面减小的过渡区域111、在势垒层12中其变形量从主要区域120到势阱层11与势垒层12的界面增加的过渡区域121，使在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差成为0。本实施例7的半导体激光装置除了变形多重量子势阱活性层3以外，和图1、2所示的上述实施例2的半导体激光装置相同。
在这样的本实施例7中，和上述实施例6一样，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。
在以上的说明中，说明了在势阱层11与势垒层12的界面上两层的变形量之差为0的情况，但是，也可以如图12所示的变形例那样使在界面上两层的变形量有若干差别。在该本实施例7的变形例的半导体激光装置中，也可以使在势阱层11与势垒层12的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域110与势垒层主要区域120之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷。这样，便可防止生长该变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该活性层3的光学特性，同时可以提高半导体激光装置的激光特性。
如上所述，按照本发明第1方面的的半导体激光装置，由于在具有将分别包含具有均匀的变形的主要区域的多个势阱层和分别包含具有与该势阱层的主要区域的变形不同的均匀的变形的主要区域的多个势垒层交替地积层而成的变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置中，使上述多个势阱层和上述势垒层内的至少一层包含其变形逐渐变化的过渡区域，以使随着从该层包含的上述主要区域接近与该层相邻的层，就从该主要区域的变形接近与该层相邻的层包含的上述主要区域的变形，从而使在包含上述过渡区域的层和与该层相邻的层之间的界面上这两层的变形量之差小于这两层的上述主要区域的变形量之差，所以，可以抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层3的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，按照本发明第2方面的半导体激光装置，由于在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势阱层和上述多个势垒层为包含上述过渡区域的层，所以，可以使在势阱层与势垒层的界面上两层间的变形量之差小于势阱层主要区域与势垒层主要区域之间的变形量之差，从而便可抑制在该界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，按照本发明第3方面的半导体激光装置，由于在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势阱层为包含上述过渡区域的层，而使上述多个势垒层为只由上述主要区域构成的层，所以，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，按照本发明第4方面的半导体激光装置，由于在上述第1方面的半导体激光装置中使上述多个势垒层为包含上述过渡区域的层，而使上述多个势阱层为只由上述主要区域构成的层，所以，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明第5方面的半导体激光装置，是在上述第1方面的半导体激光装置中使上述势阱层主要区域具有的变形为牵引变形，使上述势垒层主要区域具有的变形为压缩变形，按照该半导体激光装置，和上述第1方面的半导体激光装置一样，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明第6方面的半导体激光装置，是在上述第1方面的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都为牵引变形，按照该半导体激光装置，和上述第1方面的半导体激光装置一样，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明第7方面的半导体激光装置，是在上述第1方面的半导体激光装置中，使上述势阱层具有的变形为压缩变形，使上述势垒层具有的变形为牵引变形，该半导体激光装置和上述第1方面的半导体激光装置一样，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。
另外，本发明第8方面的半导体激光装置，是在上述第1方面的半导体激光装置中，使上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都为压缩变形，该半导体激光装置和上述第1方面半导体激光装置一样，可以抑制在势阱层与势垒层的界面上发生位错等晶格缺陷，这样，便可防止生长上述变形多重量子势阱活性层3时生长层的表面形态恶化，从而可以提高该变形多重量子势阱活性层的光学特性，同时可以提高具有该变形多重量子势阱活性层的半导体激光装置的激光特性。

Claims (8)

1.一种半导体激光装置，该装置具有将分别包含具有均匀的变形的主要区域的多个势阱层和分别包含具有与该势阱层的主要区域的变形不同的均匀的变形的主要区域的多个势垒层交替地积层而成的变形多重量子势阱活性层的其特征在于：使上述多个势阱层和上述势垒层内的至少一层包含其变形逐渐变化的过渡区域，以使随着从该层包含的上述主要区域接近与该层相邻的层，就从该主要区域的变形接近与该层相邻的层包含的上述主要区域的变形，从而使在包含上述过渡区域的层和与该层相邻的层之间的界面上这两层的变形量之差小于这两层的上述主要区域的变形量之差。
2.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述多个势阱层和上述多个势垒层是包含上述过渡区域的层。
3.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述多个势阱层是包含上述过渡区域的层，上述多个势垒层是只由上述主要区域构成的层。
4.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述多个势垒层是包含上述过渡区域的层，上述多个势阱层是只由上述主要区域构成的层。
5.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述势阱层主要区域具有的变形是牵引变形，上述势垒层主要区域具有的变形是压缩变形。
6.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都是牵引变形。
7.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述势阱层主要区域具有的变形是压缩变形，上述势垒层主要区域具有的变形是牵引变形。
8.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于：上述势阱层主要区域具有的变形和上述势垒层主要区域具有的变形都是压缩变形。
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