JP2000252588A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JP2000252588A JP2000252588A JP11051893A JP5189399A JP2000252588A JP 2000252588 A JP2000252588 A JP 2000252588A JP 11051893 A JP11051893 A JP 11051893A JP 5189399 A JP5189399 A JP 5189399A JP 2000252588 A JP2000252588 A JP 2000252588A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶欠陥密度が小さいＩｎＰ基板を用いるこ
とができ、しかも２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
室温で発振させることが可能な半導体レーザを提供す
る。 【解決手段】 ＩｎＰ基板１上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなる第１のクラッド層２、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体混晶からなる活性層４、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第２のクラッド層１１を積層してなる半導
体レーザにおいて、活性層４の少なくとも一部を、窒素
原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶としたことを
特徴とする。
とができ、しかも２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
室温で発振させることが可能な半導体レーザを提供す
る。 【解決手段】 ＩｎＰ基板１上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなる第１のクラッド層２、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体混晶からなる活性層４、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第２のクラッド層１１を積層してなる半導
体レーザにおいて、活性層４の少なくとも一部を、窒素
原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶としたことを
特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に、医療、分光学等の分野の光源として好適に用
いられ、近赤外領域のレーザ光を室温で発振可能な半導
体レーザに関するものである。
し、特に、医療、分光学等の分野の光源として好適に用
いられ、近赤外領域のレーザ光を室温で発振可能な半導
体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを光源として用いたレーザ
分光学は、医療、分光学等の分野において広く注目され
ている。このレーザ分光学の原理は、例えば、特開平０
５−０９９８４５号公報に詳しく説明されている。この
レーザ分光学においては、光源として用いられる半導体
レーザは、シングルモードもしくはマルチモードで発振
するもので、そのレーザ光の中心波長は、測定の対象と
なるガス、液体あるいは固体の物質が示す吸収感度の最
も高い波長に一致するように設定されている。
分光学は、医療、分光学等の分野において広く注目され
ている。このレーザ分光学の原理は、例えば、特開平０
５−０９９８４５号公報に詳しく説明されている。この
レーザ分光学においては、光源として用いられる半導体
レーザは、シングルモードもしくはマルチモードで発振
するもので、そのレーザ光の中心波長は、測定の対象と
なるガス、液体あるいは固体の物質が示す吸収感度の最
も高い波長に一致するように設定されている。
【０００３】この様な半導体レーザを用いた分光学の応
用例としては、例えば、レーザスペクトロスコピー等が
ある（参考文献；Akinori Ubukata and Jii Dong et a
l: CREO Pacific RIM '97 p.18 (1997)）。このような
半導体レーザにおいて、特に、近赤外領域のレーザ光を
発振する半導体レーザの材料としては、ＩｎＰ基板上に
形成されるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）が最もよく知られてい
る。この材料は、伝送損失が１．５５μｍ近辺で最小値
をとる石英系光ファイバとマッチすることから、１．５
５μｍ帯域の光通信用光源として広く用いられている。
用例としては、例えば、レーザスペクトロスコピー等が
ある（参考文献；Akinori Ubukata and Jii Dong et a
l: CREO Pacific RIM '97 p.18 (1997)）。このような
半導体レーザにおいて、特に、近赤外領域のレーザ光を
発振する半導体レーザの材料としては、ＩｎＰ基板上に
形成されるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）が最もよく知られてい
る。この材料は、伝送損失が１．５５μｍ近辺で最小値
をとる石英系光ファイバとマッチすることから、１．５
５μｍ帯域の光通信用光源として広く用いられている。
【０００４】このＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を用いた半導体レ
ーザは、近赤外領域のレーザ光を発振することができる
ものの、その発振波長は長くても２μｍ程度が限界であ
る。そこで、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を発振
させるために、例えば、ＩｎＡｓ基板上にＩｎＡｓＳｂ
（Ｐ）活性層を形成、あるいはＧａＳｂ基板上にＡｌＧ
ａＡｓＳｂ活性層を形成した量子井戸レーザ等が提案さ
れている。
ーザは、近赤外領域のレーザ光を発振することができる
ものの、その発振波長は長くても２μｍ程度が限界であ
る。そこで、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を発振
させるために、例えば、ＩｎＡｓ基板上にＩｎＡｓＳｂ
（Ｐ）活性層を形成、あるいはＧａＳｂ基板上にＡｌＧ
ａＡｓＳｂ活性層を形成した量子井戸レーザ等が提案さ
れている。
【０００５】この量子井戸レーザでは、活性層の格子定
数は基板の格子定数に近いものが好ましいといわれてい
る。その理由は、基板上に活性層をエピタキシャル成長
させる際に、成長する活性層と基板との歪が大きすぎる
と、得られた活性層に転位等の格子欠陥が引き起こされ
てその結晶性が低下するためである。
数は基板の格子定数に近いものが好ましいといわれてい
る。その理由は、基板上に活性層をエピタキシャル成長
させる際に、成長する活性層と基板との歪が大きすぎる
と、得られた活性層に転位等の格子欠陥が引き起こされ
てその結晶性が低下するためである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した量
子井戸レーザでは、基板材料としてＩｎＡｓ基板やＧａ
Ｓｂ基板等を用いているが、これらの基板を用いた場
合、低しきい値化が難しいために最低動作電流が非常に
大きくなってしまうという問題点や、室温動作が困難で
あるという問題点等があり、良好な動作特性を有する半
導体レーザを得ることができない。この理由は、ＩｎＡ
ｓ基板やＧａＳｂ基板に元来含まれる結晶欠陥密度が、
ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板等に比べて大きいために、結
晶性が低下し、その品質が劣るためである。
子井戸レーザでは、基板材料としてＩｎＡｓ基板やＧａ
Ｓｂ基板等を用いているが、これらの基板を用いた場
合、低しきい値化が難しいために最低動作電流が非常に
大きくなってしまうという問題点や、室温動作が困難で
あるという問題点等があり、良好な動作特性を有する半
導体レーザを得ることができない。この理由は、ＩｎＡ
ｓ基板やＧａＳｂ基板に元来含まれる結晶欠陥密度が、
ＩｎＰ基板やＧａＡｓ基板等に比べて大きいために、結
晶性が低下し、その品質が劣るためである。
【０００７】また、従来より広く用いられてきたＩｎＰ
基板を他の組成の基板に替えた場合、その製造プロセス
全体を変更しなければならないために、新たな設備投資
等が必要になり、製造コスト増につながるという問題点
が生じる。さらに、ＩｎＰ基板上に形成された素子を集
積する場合、他の組成の基板を用いた素子があると、集
積し難く不都合が生じる。以上の観点から、２μｍ以上
の近赤外領域のレーザ光を発振させる半導体レーザの基
板材料として、ＩｎＰ基板を使用することが望まれてい
た。
基板を他の組成の基板に替えた場合、その製造プロセス
全体を変更しなければならないために、新たな設備投資
等が必要になり、製造コスト増につながるという問題点
が生じる。さらに、ＩｎＰ基板上に形成された素子を集
積する場合、他の組成の基板を用いた素子があると、集
積し難く不都合が生じる。以上の観点から、２μｍ以上
の近赤外領域のレーザ光を発振させる半導体レーザの基
板材料として、ＩｎＰ基板を使用することが望まれてい
た。
【０００８】しかしながら、ＩｎＰ基板を使用すると、
例えば、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）活性層の場合では歪量が
２．５％以上にも達してしまうために、良好な結晶を得
ることが難しいという問題点がある。そこで、ＩｎＰ基
板との歪量を２．５％以下に抑制することで結晶性が良
好となり、かつ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
室温で発振させることが可能な活性層が望まれている。
例えば、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）活性層の場合では歪量が
２．５％以上にも達してしまうために、良好な結晶を得
ることが難しいという問題点がある。そこで、ＩｎＰ基
板との歪量を２．５％以下に抑制することで結晶性が良
好となり、かつ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
室温で発振させることが可能な活性層が望まれている。
【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、結晶欠陥密度が小さいＩｎＰ基板を用いる
ことができ、しかも２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光
を室温で発振させることが可能な半導体レーザを提供す
ることを目的とする。
のであって、結晶欠陥密度が小さいＩｎＰ基板を用いる
ことができ、しかも２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光
を室温で発振させることが可能な半導体レーザを提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体レーザを提供した。すなわ
ち、請求項１記載の半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１のクラッド層、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる活性層、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２のクラッド層を積層し
てなる半導体レーザにおいて、前記活性層の少なくとも
一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶
としたことを特徴としている。
に、本発明は次の様な半導体レーザを提供した。すなわ
ち、請求項１記載の半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１のクラッド層、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる活性層、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２のクラッド層を積層し
てなる半導体レーザにおいて、前記活性層の少なくとも
一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶
としたことを特徴としている。
【００１１】請求項２記載の半導体レーザは、請求項１
記載の半導体レーザにおいて、前記窒素原子を含むＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体混晶を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換してな
るＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたことを特徴とし
ている。
記載の半導体レーザにおいて、前記窒素原子を含むＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体混晶を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換してな
るＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたことを特徴とし
ている。
【００１２】請求項３記載の半導体レーザは、請求項１
または２記載の半導体レーザにおいて、前記窒素原子を
含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、ＧａＡｓＮ、Ｉ
ｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＮＰ、ＧａＡｓＮＳｂの群の中
から選択された１種であることを特徴としている。
または２記載の半導体レーザにおいて、前記窒素原子を
含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、ＧａＡｓＮ、Ｉ
ｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＮＰ、ＧａＡｓＮＳｂの群の中
から選択された１種であることを特徴としている。
【００１３】請求項４記載の半導体レーザは、請求項１
または２記載の半導体レーザにおいて、前記第１及び第
２のクラッド層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａ
Ａｓ、ＡｌＩｎＰの群の中から選択された１種であるこ
とを特徴としている。
または２記載の半導体レーザにおいて、前記第１及び第
２のクラッド層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａ
Ａｓ、ＡｌＩｎＰの群の中から選択された１種であるこ
とを特徴としている。
【００１４】請求項５記載の半導体レーザは、請求項１
または２記載の半導体レーザにおいて、前記第１のクラ
ッド層と前記活性層との間に、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から
選択された１種からなる光ガイド層を形成したことを特
徴としている。
または２記載の半導体レーザにおいて、前記第１のクラ
ッド層と前記活性層との間に、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から
選択された１種からなる光ガイド層を形成したことを特
徴としている。
【００１５】請求項６記載の半導体レーザは、請求項１
記載の半導体レーザにおいて、前記活性層を、量子井戸
層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前記
量子井戸層を窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶としたことを特徴としている。
記載の半導体レーザにおいて、前記活性層を、量子井戸
層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前記
量子井戸層を窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶としたことを特徴としている。
【００１６】請求項７記載の半導体レーザは、請求項６
記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層と前記障
壁層を交互に積層して多重量子井戸構造としたことを特
徴としている。
記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層と前記障
壁層を交互に積層して多重量子井戸構造としたことを特
徴としている。
【００１７】請求項８記載の半導体レーザは、請求項６
または７記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層
をＩｎＧａＡｓＮとし、前記障壁層をＧａＩｎＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の
中から選択された１種としたことを特徴としている。
または７記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層
をＩｎＧａＡｓＮとし、前記障壁層をＧａＩｎＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の
中から選択された１種としたことを特徴としている。
【００１８】請求項９記載の半導体レーザは、請求項１
ないし８のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
前記窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、
窒素原子の濃度がＶ族原子に対して１％以下であること
を特徴としている。
ないし８のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
前記窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、
窒素原子の濃度がＶ族原子に対して１％以下であること
を特徴としている。
【００１９】本発明の半導体レーザでは、活性層の少な
くとも一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶としたことにより、ＩｎＰ基板上に、格子不整合
の小さい活性層を形成することが可能になり、その結
果、活性層の結晶欠陥密度が小さくなり、結晶性が向上
する。また、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子
が非常に大きくなり、その結果、前記活性層のバンドギ
ャップが小さくなる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶中の窒素の含有量を変化させることで、０〜２ｅＶ
の範囲のバンドギャップをカバーすることが可能にな
り、低しきい値化を図ることができる。
くとも一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶としたことにより、ＩｎＰ基板上に、格子不整合
の小さい活性層を形成することが可能になり、その結
果、活性層の結晶欠陥密度が小さくなり、結晶性が向上
する。また、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子
が非常に大きくなり、その結果、前記活性層のバンドギ
ャップが小さくなる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶中の窒素の含有量を変化させることで、０〜２ｅＶ
の範囲のバンドギャップをカバーすることが可能にな
り、低しきい値化を図ることができる。
【００２０】これにより、最低動作電流を小さくするこ
とが可能になり、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
発振させる半導体レーザが実現される。また、ＩｎＰ基
板を用いることにより、従来の製造プロセスを変更せず
にほぼそのまま用いることができ、製造コストを大幅に
削減することが可能である。
とが可能になり、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を
発振させる半導体レーザが実現される。また、ＩｎＰ基
板を用いることにより、従来の製造プロセスを変更せず
にほぼそのまま用いることができ、製造コストを大幅に
削減することが可能である。
【００２１】ここで、活性層を構成する窒素原子を含む
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、ＩＩＩ−族化合物半
導体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とするのが好ましい。そ
の理由は、原子半径の大きい第Ｖ族原子の一部を原子半
径の小さい窒素原子により置換することで、得られたＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶の格子定数がＩｎＰ基板の
格子定数に近ずくこととなり、活性層のＩｎＰ基板に対
する格子歪が小さくなるからである。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶は、ＩＩＩ−族化合物半
導体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換した
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とするのが好ましい。そ
の理由は、原子半径の大きい第Ｖ族原子の一部を原子半
径の小さい窒素原子により置換することで、得られたＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶の格子定数がＩｎＰ基板の
格子定数に近ずくこととなり、活性層のＩｎＰ基板に対
する格子歪が小さくなるからである。
【００２２】この窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体混晶としては、ナロウバンドギャップ半導体材料で
あるＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＮＰ、Ｇａ
ＡｓＮＳｂの群の中から選択された１種であることが好
ましい。活性層にこのような組成の混晶を用いること
で、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪を２％以下に抑
制することが可能である。
導体混晶としては、ナロウバンドギャップ半導体材料で
あるＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＮＰ、Ｇａ
ＡｓＮＳｂの群の中から選択された１種であることが好
ましい。活性層にこのような組成の混晶を用いること
で、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪を２％以下に抑
制することが可能である。
【００２３】活性層を挟む第１及び第２のクラッド層と
しては、ＩｎＰ基板及び活性層に対して格子不整合の小
さいワイドギャップ半導体材料が好ましく、特に、Ｉｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰの群の
中から選択された１種が好ましい。第１のクラッド層と
前記活性層との間に形成する光ガイド層としては、第１
のクラッド層と活性層の間の格子定数を有する材料、例
えば、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、
ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種が好まし
い。
しては、ＩｎＰ基板及び活性層に対して格子不整合の小
さいワイドギャップ半導体材料が好ましく、特に、Ｉｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰの群の
中から選択された１種が好ましい。第１のクラッド層と
前記活性層との間に形成する光ガイド層としては、第１
のクラッド層と活性層の間の格子定数を有する材料、例
えば、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、
ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種が好まし
い。
【００２４】活性層を量子井戸構造とし、その量子井戸
層を窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶とし
てもよい。この場合、格子整合し易い材料の組み合わせ
が好ましく、例えば、量子井戸層をＩｎＧａＡｓＮと
し、前記第１及び第２の障壁層をＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中か
ら選択された１種とする組み合わせが好適である。
層を窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶とし
てもよい。この場合、格子整合し易い材料の組み合わせ
が好ましく、例えば、量子井戸層をＩｎＧａＡｓＮと
し、前記第１及び第２の障壁層をＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中か
ら選択された１種とする組み合わせが好適である。
【００２５】窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
混晶中における窒素原子の濃度は、Ｖ族原子に対して１
％以下であることが好ましく、０．１％以下であればな
お好ましい。窒素原子の濃度を１％以下の範囲、より好
ましくは０．１％以下の範囲で変更することで、バンド
ギャップを０．６３ｅＶ（室温における発振波長１．９
μｍにほぼ相当）あるいはそれ以下の任意の値に変更す
ることができ、０〜２ｅＶの範囲のバンドギャップをカ
バーすることが可能である。これにより、２μｍ以上の
近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レーザ
が実現可能になる。
混晶中における窒素原子の濃度は、Ｖ族原子に対して１
％以下であることが好ましく、０．１％以下であればな
お好ましい。窒素原子の濃度を１％以下の範囲、より好
ましくは０．１％以下の範囲で変更することで、バンド
ギャップを０．６３ｅＶ（室温における発振波長１．９
μｍにほぼ相当）あるいはそれ以下の任意の値に変更す
ることができ、０〜２ｅＶの範囲のバンドギャップをカ
バーすることが可能である。これにより、２μｍ以上の
近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レーザ
が実現可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明の半導体レーザの各実施形
態について、図面に基づき説明する。［第１の実施形
態］図１は本発明の第１の実施形態の２．２μｍ帯域の
レーザ光を室温で発振させる逆メサ型屈折率導波型半導
体レーザを示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断
面図であり、この半導体レーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、厚みが２μｍ、バンドギャップ（Ｅ
g）が１．３５ｅＶのｐ−ＩｎＰクラッド層（第１のク
ラッド層）２が形成され、このｐ−ＩｎＰクラッド層２
上に、厚みが２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅ
Ｖのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（光ガイド層）
３、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎ
ＧａＮＡｓ活性層４、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５
が積層されて逆メサ型のメサストライプ６とされてい
る。
態について、図面に基づき説明する。［第１の実施形
態］図１は本発明の第１の実施形態の２．２μｍ帯域の
レーザ光を室温で発振させる逆メサ型屈折率導波型半導
体レーザを示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断
面図であり、この半導体レーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、厚みが２μｍ、バンドギャップ（Ｅ
g）が１．３５ｅＶのｐ−ＩｎＰクラッド層（第１のク
ラッド層）２が形成され、このｐ−ＩｎＰクラッド層２
上に、厚みが２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅ
Ｖのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（光ガイド層）
３、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎ
ＧａＮＡｓ活性層４、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５
が積層されて逆メサ型のメサストライプ６とされてい
る。
【００２７】このｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５の
上には、繰り返し周期がおよそ３０００Åの回折格子７
が形成されている。このメサストライプ６は、深さが約
４μｍ、幅が約２μｍであり、このメサストライプ６の
両側には、電流ブロック層となるｐ−ＩｎＰ電流狭窄層
８、ｎ−ＩｎＰ電流狭窄層９、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層１
０が順次形成されている。
上には、繰り返し周期がおよそ３０００Åの回折格子７
が形成されている。このメサストライプ６は、深さが約
４μｍ、幅が約２μｍであり、このメサストライプ６の
両側には、電流ブロック層となるｐ−ＩｎＰ電流狭窄層
８、ｎ−ＩｎＰ電流狭窄層９、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層１
０が順次形成されている。
【００２８】そして、このメサストライプ６及びｐ−Ｉ
ｎＰ電流狭窄層１０の上には、厚みが２μｍ、バンドギ
ャップが１．３５ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層（第２の
クラッド層）１１、厚みが０．１μｍ、バンドギャップ
が０．７６ｅＶのｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が
積層され、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、
ＳｉＯ2あるいはＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成さ
れ、この絶縁膜１３のメサストライプ６に対応する位置
に窓が形成され、この絶縁膜１３上にＡｕ合金からなる
電極１４が形成されている。
ｎＰ電流狭窄層１０の上には、厚みが２μｍ、バンドギ
ャップが１．３５ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層（第２の
クラッド層）１１、厚みが０．１μｍ、バンドギャップ
が０．７６ｅＶのｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が
積層され、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、
ＳｉＯ2あるいはＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成さ
れ、この絶縁膜１３のメサストライプ６に対応する位置
に窓が形成され、この絶縁膜１３上にＡｕ合金からなる
電極１４が形成されている。
【００２９】ＩｎＧａＮＡｓ活性層４としては、少なく
ともその一部をＮを含むナロウバンドギャップ半導体材
料のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶、例えば、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体混晶であるＩｎＧａＡｓのＡｓ原子の
一部をＮ原子により置換したＩｎXＧａ1-XＮYＡｓ
1-Y（０＜Ｘ，Ｙ＜１）（ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混
晶）が好ましい。
ともその一部をＮを含むナロウバンドギャップ半導体材
料のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶、例えば、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体混晶であるＩｎＧａＡｓのＡｓ原子の
一部をＮ原子により置換したＩｎXＧａ1-XＮYＡｓ
1-Y（０＜Ｘ，Ｙ＜１）（ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混
晶）が好ましい。
【００３０】ここで、ＮのＶ族原子に対する濃度は、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ活性層４に生じる格子歪を吸収することが
でき、かつＩｎＧａＮＡｓ活性層４とｐ−ＩｎＰ基板１
との格子不整合が小さい範囲であればよく、１％以下、
より好ましくは０．１％以下である。例えば、ＩｎXＧ
ａ1-XＮYＡｓ1-Yの場合、Ｎの濃度が０．１％に対応す
るＸの値は０．７３である。この半導体レーザは、共振
器長が９００μｍ、室温で連続発振するしきい値電流が
約１０ｍＡ、その発振波長が２．２５μｍである。
ｎＧａＮＡｓ活性層４に生じる格子歪を吸収することが
でき、かつＩｎＧａＮＡｓ活性層４とｐ−ＩｎＰ基板１
との格子不整合が小さい範囲であればよく、１％以下、
より好ましくは０．１％以下である。例えば、ＩｎXＧ
ａ1-XＮYＡｓ1-Yの場合、Ｎの濃度が０．１％に対応す
るＸの値は０．７３である。この半導体レーザは、共振
器長が９００μｍ、室温で連続発振するしきい値電流が
約１０ｍＡ、その発振波長が２．２５μｍである。
【００３１】次に、この半導体レーザの製造方法につい
て図１及び図２に基づき説明する。まず、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいはガスソース分子線エピタ
キシャル（ＭＢＥ）法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１
００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ活性層４、ｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５を順次成長した。次い
で、干渉露光法もしくは電子ビーム露光法により、ｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５上に回折格子７を形成し
た。
て図１及び図２に基づき説明する。まず、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）あるいはガスソース分子線エピタ
キシャル（ＭＢＥ）法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１
００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ活性層４、ｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５を順次成長した。次い
で、干渉露光法もしくは電子ビーム露光法により、ｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５上に回折格子７を形成し
た。
【００３２】次いで、ＭＯＣＶＤにより、ｎ−ＩｎＰク
ラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２を順
次成長した。なお、ここでは、Ｐ型のドーパントとして
Ｚｎを、ｎ型のドーパントとしてＳｉを、それぞれ用い
た。次いで、フォトリソグラフィ技術により、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２〜ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５を
逆メサ型のストライプ状に加工し、メサストライプ６と
した。なお、エッチングは、ウエットエッチングの他、
ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等のいずれを用いてもかまわない。
ラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２を順
次成長した。なお、ここでは、Ｐ型のドーパントとして
Ｚｎを、ｎ型のドーパントとしてＳｉを、それぞれ用い
た。次いで、フォトリソグラフィ技術により、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２〜ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５を
逆メサ型のストライプ状に加工し、メサストライプ６と
した。なお、エッチングは、ウエットエッチングの他、
ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等のいずれを用いてもかまわない。
【００３３】次いで、液相成長法（ＬＰＥ法）により、
メサストライプ６の両側に、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層８、
ｎ−ＩｎＰ電流狭窄層９、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層１０を
順次形成した。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングにより絶
縁膜１３のメサストライプ６に対応する位置に窓を開
け、蒸着法により絶縁膜１３上に電極１４を形成した。
以上により、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温
で発振させる半導体レーザを作製することができた。
メサストライプ６の両側に、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層８、
ｎ−ＩｎＰ電流狭窄層９、ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層１０を
順次形成した。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングにより絶
縁膜１３のメサストライプ６に対応する位置に窓を開
け、蒸着法により絶縁膜１３上に電極１４を形成した。
以上により、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温
で発振させる半導体レーザを作製することができた。
【００３４】図３は、ＩｎＧａＮＡｓ活性層の組成とバ
ンドギャップ（Ｅg）及びＩｎＰ基板からの格子不整合
との関係を示す図であり、図３中の右肩上がりの直線群
はバンドギャップ（ｅＶ）を示している。この図から明
かなように、Ｎをわずか０．１％添加する程度でも、バ
ンドギャップは０．６３ｅＶ程度（室温で約１．９μｍ
の発振波長に相当）に達することが解る。
ンドギャップ（Ｅg）及びＩｎＰ基板からの格子不整合
との関係を示す図であり、図３中の右肩上がりの直線群
はバンドギャップ（ｅＶ）を示している。この図から明
かなように、Ｎをわずか０．１％添加する程度でも、バ
ンドギャップは０．６３ｅＶ程度（室温で約１．９μｍ
の発振波長に相当）に達することが解る。
【００３５】従来では、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）層を活性層
として用いた場合、歪を導入してもレーザ光の発振波長
は２．２μｍが限界であったが、Ｖ族原子であるＡｓの
一部をＮで置き換えることによりバンドギャップが小さ
くなり、その結果、レーザ光の発振波長を２．２μｍ以
上とすることができる。バンドギャップが小さくなる理
由は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶の第Ｖ族原子の一
部をＮ原子により置換したため、このＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体混晶の非線形因子が非常に大きくなるためであ
る。これにより、ＩｎＧａＮＡｓ活性層のバンドギャッ
プは、０〜２ｅＶ程度の範囲までカバーすることが可能
である。
として用いた場合、歪を導入してもレーザ光の発振波長
は２．２μｍが限界であったが、Ｖ族原子であるＡｓの
一部をＮで置き換えることによりバンドギャップが小さ
くなり、その結果、レーザ光の発振波長を２．２μｍ以
上とすることができる。バンドギャップが小さくなる理
由は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶の第Ｖ族原子の一
部をＮ原子により置換したため、このＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体混晶の非線形因子が非常に大きくなるためであ
る。これにより、ＩｎＧａＮＡｓ活性層のバンドギャッ
プは、０〜２ｅＶ程度の範囲までカバーすることが可能
である。
【００３６】表１は、２μｍ帯域の代表的な気体の吸収
線のピーク波長λ（μｍ）と、吸収係数の代表値を示し
たものである。
線のピーク波長λ（μｍ）と、吸収係数の代表値を示し
たものである。
【表１】
【００３７】この表１では、数多いガス種のうち、２．
０μｍ〜３．０μｍの範囲において吸収係数のとりわけ
大きなガスをリストアップした。一般的に、吸収係数の
大きなガスほど、分光測定に適したガスである。レーザ
分光学は、ガスの吸収線に一致した波長のレーザ光を必
要とするために、複数種類のガスを測定する際には、ガ
スの種類と同数の光源が必要になる。
０μｍ〜３．０μｍの範囲において吸収係数のとりわけ
大きなガスをリストアップした。一般的に、吸収係数の
大きなガスほど、分光測定に適したガスである。レーザ
分光学は、ガスの吸収線に一致した波長のレーザ光を必
要とするために、複数種類のガスを測定する際には、ガ
スの種類と同数の光源が必要になる。
【００３８】本実施形態の半導体レーザでは、同一の材
料でＮのＶ族原子に対する濃度を変化させるだけで、広
い範囲の波長帯域をカバーすることができるので、特
に、ＩｎＰ基板上に発光素子を集積する場合等において
効果的である。特に、２．２μｍにはＮＨ3、２．３μ
ｍにはＳｉＨ4の強い吸収線が存在することから、半導
体材料のガス分析への応用が期待される。
料でＮのＶ族原子に対する濃度を変化させるだけで、広
い範囲の波長帯域をカバーすることができるので、特
に、ＩｎＰ基板上に発光素子を集積する場合等において
効果的である。特に、２．２μｍにはＮＨ3、２．３μ
ｍにはＳｉＨ4の強い吸収線が存在することから、半導
体材料のガス分析への応用が期待される。
【００３９】以上説明したように、本実施形態の半導体
レーザによれば、活性層の組成をＩｎＧａＮＡｓとした
ので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性層を形成
することにより、活性層の結晶欠陥密度を小さくするこ
とができ、その結晶性を向上させることができる。ま
た、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子を非常に
大きくすることができるので、前記活性層のバンドギャ
ップを小さくすることができる。また、ＩｎＧａＮＡｓ
中のＮの含有量を変化させることで、０〜２ｅＶの範囲
のバンドギャップをカバーすることができ、低しきい値
化を図ることができる。
レーザによれば、活性層の組成をＩｎＧａＮＡｓとした
ので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性層を形成
することにより、活性層の結晶欠陥密度を小さくするこ
とができ、その結晶性を向上させることができる。ま
た、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子を非常に
大きくすることができるので、前記活性層のバンドギャ
ップを小さくすることができる。また、ＩｎＧａＮＡｓ
中のＮの含有量を変化させることで、０〜２ｅＶの範囲
のバンドギャップをカバーすることができ、低しきい値
化を図ることができる。
【００４０】以上により、最低動作電流を小さくするこ
とができ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で
発振させる半導体レーザを実現することができる。ま
た、ＩｎＰ基板を用いることができるので、従来の製造
プロセスを変更せずにほぼそのまま用いることができ、
製造コストを大幅に削減することができる。
とができ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で
発振させる半導体レーザを実現することができる。ま
た、ＩｎＰ基板を用いることができるので、従来の製造
プロセスを変更せずにほぼそのまま用いることができ、
製造コストを大幅に削減することができる。
【００４１】［第２の実施形態］図４は本発明の第２の
実施形態の２．３μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る順メサ型屈折率導波型半導体レーザを示す断面図、図
５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、この半導体レ
ーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが
２μｍ、バンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−
ＩｎＰクラッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３
が積層され、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上
には、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５１ｅＶの
ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バ
ンドギャップが０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２
２が交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成され
ている。
実施形態の２．３μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る順メサ型屈折率導波型半導体レーザを示す断面図、図
５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、この半導体レ
ーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが
２μｍ、バンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−
ＩｎＰクラッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３
が積層され、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上
には、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５１ｅＶの
ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バ
ンドギャップが０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２
２が交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成され
ている。
【００４２】この多重量子井戸構造２３上には、厚みが
２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが３．２μｍ、バンド
ギャップが０．９２ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１１、
厚みが０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶのｎ
−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が積層され、これらｎ
−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層１２は順メサ型のストライプ状に形成されてメサス
トライプ２４とされている。このメサストライプ２４
は、深さが約３μｍ、上端の幅が約５μｍである。
２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが３．２μｍ、バンド
ギャップが０．９２ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１１、
厚みが０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶのｎ
−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が積層され、これらｎ
−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ−ＩｎＧａＡｓコンタク
ト層１２は順メサ型のストライプ状に形成されてメサス
トライプ２４とされている。このメサストライプ２４
は、深さが約３μｍ、上端の幅が約５μｍである。
【００４３】これらｎ−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、ＳｉＯ2あるい
はＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成され、この絶縁膜
１３のメサストライプ２４に対応する位置に窓が形成さ
れ、この絶縁膜１３上にＡｕ合金からなる電極１４が形
成されている。
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、ＳｉＯ2あるい
はＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成され、この絶縁膜
１３のメサストライプ２４に対応する位置に窓が形成さ
れ、この絶縁膜１３上にＡｕ合金からなる電極１４が形
成されている。
【００４４】ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１としては、
少なくともその一部をＮを含むナロウバンドギャップ半
導体材料のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶、例えば、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶であるＩｎＧａＡｓのＡｓ
原子の一部をＮ原子により置換したＩｎXＧａ1-XＮYＡ
ｓ1-Y（０＜Ｘ，Ｙ＜１）（ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体
混晶）が好ましい。
少なくともその一部をＮを含むナロウバンドギャップ半
導体材料のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶、例えば、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶であるＩｎＧａＡｓのＡｓ
原子の一部をＮ原子により置換したＩｎXＧａ1-XＮYＡ
ｓ1-Y（０＜Ｘ，Ｙ＜１）（ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体
混晶）が好ましい。
【００４５】ここで、ＮのＶ族原子に対する濃度は、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１に生じる格子歪を吸収する
ことができ、かつＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１とｐ−
ＩｎＰ基板１との格子不整合が小さい範囲であればよ
く、１％以下、より好ましくは０．１％以下である。例
えば、ＩｎXＧａ1-XＮYＡｓ1-Yの場合、ＮのＶ族原子に
対する濃度が０．１％に対応するＸの値は０．７５であ
る。この半導体レーザは、共振器長が９００μｍ、室温
で連続発振するしきい値電流が約１５ｍＡ、その発振波
長が２．３５μｍである。
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１に生じる格子歪を吸収する
ことができ、かつＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１とｐ−
ＩｎＰ基板１との格子不整合が小さい範囲であればよ
く、１％以下、より好ましくは０．１％以下である。例
えば、ＩｎXＧａ1-XＮYＡｓ1-Yの場合、ＮのＶ族原子に
対する濃度が０．１％に対応するＸの値は０．７５であ
る。この半導体レーザは、共振器長が９００μｍ、室温
で連続発振するしきい値電流が約１５ｍＡ、その発振波
長が２．３５μｍである。
【００４６】次に、この半導体レーザの製造方法につい
て図４及び図５に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造の多重量子井戸構造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層５、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１２を順次成長した。なお、ここで
は、Ｐ型のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパント
としてＳｉを、それぞれ用いた。
て図４及び図５に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造の多重量子井戸構造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層５、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１２を順次成長した。なお、ここで
は、Ｐ型のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパント
としてＳｉを、それぞれ用いた。
【００４７】次いで、フォトリソグラフィ技術により、
ｎ−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２を順メサ型のストライプ状に加工し、メサス
トライプ２４とした。なお、エッチングは、ウエットエ
ッチングの他、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等のいずれを用いても
かまわない。
ｎ−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２を順メサ型のストライプ状に加工し、メサス
トライプ２４とした。なお、エッチングは、ウエットエ
ッチングの他、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等のいずれを用いても
かまわない。
【００４８】次いで、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１及びｎ
−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上に絶縁膜１３を形成
し、選択エッチングにより絶縁膜１３のメサストライプ
２４に対応する位置に窓を開け、蒸着法により絶縁膜１
３上に電極１４を形成した。以上により、２μｍ以上の
近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レーザ
を作製することができる。
−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上に絶縁膜１３を形成
し、選択エッチングにより絶縁膜１３のメサストライプ
２４に対応する位置に窓を開け、蒸着法により絶縁膜１
３上に電極１４を形成した。以上により、２μｍ以上の
近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レーザ
を作製することができる。
【００４９】以上説明したように、本実施形態の半導体
レーザによれば、第１の実施形態の半導体レーザと同様
の効果を奏することができる。さらに、活性層を、Ｉｎ
ＧａＮＡｓ量子井戸層２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２
を交互に積層した３層構造の多重量子井戸構造２３とし
たので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい多重量子井
戸構造２３を形成することができ、低しきい値で２μｍ
以上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体
レーザを実現することができる。
レーザによれば、第１の実施形態の半導体レーザと同様
の効果を奏することができる。さらに、活性層を、Ｉｎ
ＧａＮＡｓ量子井戸層２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２
を交互に積層した３層構造の多重量子井戸構造２３とし
たので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい多重量子井
戸構造２３を形成することができ、低しきい値で２μｍ
以上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体
レーザを実現することができる。
【００５０】［第３の実施形態］図６は本発明の第３の
実施形態の２．２μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る利得導波型半導体レーザを示す断面図、図７は図６の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図であり、この半導体レーザは、ｐ
−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが２μｍ、バ
ンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−ＩｎＰクラ
ッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャップが０．８
９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３が積層さ
れ、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に、厚み
が８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎＧａＮＡ
ｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バンドギャップ
が０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２が交互に積
層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成されている。
実施形態の２．２μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る利得導波型半導体レーザを示す断面図、図７は図６の
Ｃ−Ｃ線に沿う断面図であり、この半導体レーザは、ｐ
−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが２μｍ、バ
ンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−ＩｎＰクラ
ッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャップが０．８
９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３が積層さ
れ、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上に、厚み
が８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎＧａＮＡ
ｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バンドギャップ
が０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２が交互に積
層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成されている。
【００５１】この多重量子井戸構造２３上に、厚みが２
００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが２μｍ、バンドギャッ
プが１．３５ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１１、厚みが
０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１２が積層されている。このｎ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、ＳｉＯ2あるい
はＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成され、この絶縁膜
１３の略中央の位置に窓が形成され、この絶縁膜１３上
にＡｕ合金からなる電極１４が形成されている。
００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが２μｍ、バンドギャッ
プが１．３５ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１１、厚みが
０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１２が積層されている。このｎ−
ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上には、ＳｉＯ2あるい
はＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形成され、この絶縁膜
１３の略中央の位置に窓が形成され、この絶縁膜１３上
にＡｕ合金からなる電極１４が形成されている。
【００５２】多重量子井戸構造２３のＩｎＧａＮＡｓ量
子井戸層２１及びＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２の構成は、
上述した第２の実施形態のものと全く同様であるから、
詳細については説明を省略する。この半導体レーザは、
共振器長が１５００μｍ、室温で連続発振するしきい値
電流が約１４０ｍＡ、その発振波長が２．３８μｍであ
る。
子井戸層２１及びＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２の構成は、
上述した第２の実施形態のものと全く同様であるから、
詳細については説明を省略する。この半導体レーザは、
共振器長が１５００μｍ、室温で連続発振するしきい値
電流が約１４０ｍＡ、その発振波長が２．３８μｍであ
る。
【００５３】次に、この半導体レーザの製造方法につい
て図６及び図７に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造の多重量子井戸構造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層５、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１２を順次成長した。ここでは、Ｐ型
のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパントとしてＳ
ｉを、それぞれ用いた。
て図６及び図７に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造の多重量子井戸構造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉
じ込め層５、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層１２を順次成長した。ここでは、Ｐ型
のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパントとしてＳ
ｉを、それぞれ用いた。
【００５４】次いで、得られた積層体をＩｎＰ基板１
毎、劈開法によりストライプ状に劈開し、ストライプ幅
を３００μｍとした。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングに
より絶縁膜１３の略中央に窓を開け、蒸着法により絶縁
膜１３上に電極１４を形成した。以上により、２μｍ以
上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レ
ーザを作製することができる。本実施形態の半導体レー
ザにおいても、第２の実施形態の半導体レーザと同様の
効果を奏することができる。
毎、劈開法によりストライプ状に劈開し、ストライプ幅
を３００μｍとした。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングに
より絶縁膜１３の略中央に窓を開け、蒸着法により絶縁
膜１３上に電極１４を形成した。以上により、２μｍ以
上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる半導体レ
ーザを作製することができる。本実施形態の半導体レー
ザにおいても、第２の実施形態の半導体レーザと同様の
効果を奏することができる。
【００５５】［第４の実施形態］図８は本発明の第４の
実施形態の２．３μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る逆メサ型屈折率導波型半導体レーザを示す断面図、図
９は図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、この半導体レ
ーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが
２μｍ、バンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−
ＩｎＰクラッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３
が積層され、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上
に、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎ
ＧａＮＡｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バンド
ギャップが０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２が
交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成されてい
る。
実施形態の２．３μｍ帯域のレーザ光を室温で発振させ
る逆メサ型屈折率導波型半導体レーザを示す断面図、図
９は図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、この半導体レ
ーザは、ｐ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、厚みが
２μｍ、バンドギャップ（Ｅg）が１．３５ｅＶのｐ−
ＩｎＰクラッド層２、厚みが２００ｎｍ、バンドギャッ
プが０．８９ｅＶのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３
が積層され、このｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層３上
に、厚みが８ｎｍ、バンドギャップが０．５ｅＶのＩｎ
ＧａＮＡｓ量子井戸層２１と、厚みが１０ｎｍ、バンド
ギャップが０．８９ｅＶのＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２が
交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ多重量子井戸構造（ＭＱＷ）２３が形成されてい
る。
【００５６】この多重量子井戸構造２３上には、厚みが
２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが０．１μｍ、幅が６
μｍのエッチングストップ層３１、厚みが２μｍ、バン
ドギャップが０．９２ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１
１、厚みが０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶ
のｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が積層されてい
る。
２００ｎｍ、バンドギャップが０．８９ｅＶのｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、厚みが０．１μｍ、幅が６
μｍのエッチングストップ層３１、厚みが２μｍ、バン
ドギャップが０．９２ｅＶのｎ−ＩｎＰクラッド層１
１、厚みが０．１μｍ、バンドギャップが０．７６ｅＶ
のｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２が積層されてい
る。
【００５７】このｎ−ＩｎＰクラッド層１１は逆メサ型
のストライプ状に形成されてメサストライプ３２とされ
ている。このメサストライプ３２は、深さが約２μｍ、
幅が約５〜１５μｍである。このメサストライプ３２の
両側方には、メサを補強するためのポリイミド３３が埋
め込まれている。
のストライプ状に形成されてメサストライプ３２とされ
ている。このメサストライプ３２は、深さが約２μｍ、
幅が約５〜１５μｍである。このメサストライプ３２の
両側方には、メサを補強するためのポリイミド３３が埋
め込まれている。
【００５８】このｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１２上
には、ＳｉＯ2あるいはＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形
成され、この絶縁膜１３のメサストライプ３２に対応す
る位置に窓が形成され、この絶縁膜１３上にＡｕ合金か
らなる電極１４が形成されている。
には、ＳｉＯ2あるいはＳｉＮxからなる絶縁膜１３が形
成され、この絶縁膜１３のメサストライプ３２に対応す
る位置に窓が形成され、この絶縁膜１３上にＡｕ合金か
らなる電極１４が形成されている。
【００５９】多重量子井戸構造２３のＩｎＧａＮＡｓ量
子井戸層２１及びＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２の構成は、
上述した第２及び第３の実施形態のものと全く同様であ
るから、詳細については説明を省略する。この半導体レ
ーザは、共振器長が５００μｍ、室温で連続発振するし
きい値電流が約２０ｍＡ、その発振波長が２．３２μｍ
である。
子井戸層２１及びＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２の構成は、
上述した第２及び第３の実施形態のものと全く同様であ
るから、詳細については説明を省略する。この半導体レ
ーザは、共振器長が５００μｍ、室温で連続発振するし
きい値電流が約２０ｍＡ、その発振波長が２．３２μｍ
である。
【００６０】次に、この半導体レーザの製造方法につい
て図８及び図９に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構
造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、エッチン
グストップ層３１、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層１２を順次成長した。なお、こ
こでは、Ｐ型のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパ
ントとしてＳｉを、それぞれ用いた。
て図８及び図９に基づき説明する。まず、ＭＯＣＶＤあ
るいはガスソースＭＢＥ法により、ｐ−ＩｎＰ基板１の
（１００）面上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層２、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ光閉じ込め層３、ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層
２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２２を交互に積層した３層
構造のＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構
造２３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層５、エッチン
グストップ層３１、ｎ−ＩｎＰクラッド層１１、ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層１２を順次成長した。なお、こ
こでは、Ｐ型のドーパントとしてＺｎを、ｎ型のドーパ
ントとしてＳｉを、それぞれ用いた。
【００６１】次いで、フォトリソグラフィ技術により、
ｎ−ＩｎＰクラッド層１１を逆メサ型のストライプ状に
加工し、メサストライプ３２とした。なお、エッチング
は、ウエットエッチングの他、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等も好
適に用いられる。次いで、メサストライプ３２の両側方
にポリイミド３３を埋め込み、メサを補強した。
ｎ−ＩｎＰクラッド層１１を逆メサ型のストライプ状に
加工し、メサストライプ３２とした。なお、エッチング
は、ウエットエッチングの他、ＲＩＥ、ＲＩＢＥ等も好
適に用いられる。次いで、メサストライプ３２の両側方
にポリイミド３３を埋め込み、メサを補強した。
【００６２】次いで、得られた積層体をＩｎＰ基板１
毎、劈開法によりストライプ状に劈開し、ストライプ幅
を３００μｍとした。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングに
より絶縁膜１３のメサストライプ３２に対応する位置に
窓を開け、蒸着法により絶縁膜１３上に電極１４を形成
した。
毎、劈開法によりストライプ状に劈開し、ストライプ幅
を３００μｍとした。次いで、ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層１２上に絶縁膜１３を形成し、選択エッチングに
より絶縁膜１３のメサストライプ３２に対応する位置に
窓を開け、蒸着法により絶縁膜１３上に電極１４を形成
した。
【００６３】以上により、２μｍ以上の近赤外領域のレ
ーザ光を室温で発振させる半導体レーザを作製すること
ができる。本実施形態の半導体レーザにおいても、第２
及び第３の実施形態の半導体レーザと同様の効果を奏す
ることができる。
ーザ光を室温で発振させる半導体レーザを作製すること
ができる。本実施形態の半導体レーザにおいても、第２
及び第３の実施形態の半導体レーザと同様の効果を奏す
ることができる。
【００６４】以上、本発明の実施形態について図面に基
づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
設計の変更等が可能である。例えば、活性層として、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２
２が交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２３を用いたが、２層ある
いは４層以上の量子井戸層を有するＩｎＧａＮＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造としてもよく、また、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１を２つのＩｎＧａＡｓＰ障
壁層２２で挟んでなるＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
単層量子井戸構造（ＳＱＷ）としてもよい。
づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
設計の変更等が可能である。例えば、活性層として、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１とＩｎＧａＡｓＰ障壁層２
２が交互に積層された３層構造のＩｎＧａＮＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２３を用いたが、２層ある
いは４層以上の量子井戸層を有するＩｎＧａＮＡｓ／Ｉ
ｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造としてもよく、また、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ量子井戸層２１を２つのＩｎＧａＡｓＰ障
壁層２２で挟んでなるＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
単層量子井戸構造（ＳＱＷ）としてもよい。
【００６５】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の半導体レー
ザによれば、ＩｎＰ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１のクラッド層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなる活性層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２のクラッド層を積層し、前記活性層の少なくと
も一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混
晶としたので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性
層を形成することができ、その結果、活性層の結晶欠陥
密度を小さくすることができ、結晶性を向上させること
ができる。
ザによれば、ＩｎＰ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１のクラッド層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなる活性層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２のクラッド層を積層し、前記活性層の少なくと
も一部を、窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混
晶としたので、ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性
層を形成することができ、その結果、活性層の結晶欠陥
密度を小さくすることができ、結晶性を向上させること
ができる。
【００６６】また、前記活性層の２次以上の高次の非線
形因子が非常に大きくなるので、前記活性層のバンドギ
ャップを小さくすることができる。また、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体混晶中のＶ族原子に対する窒素の濃度を変
化させることで、０〜２ｅＶの範囲のバンドギャップを
カバーすることができ、低しきい値化を図ることができ
る。
形因子が非常に大きくなるので、前記活性層のバンドギ
ャップを小さくすることができる。また、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体混晶中のＶ族原子に対する窒素の濃度を変
化させることで、０〜２ｅＶの範囲のバンドギャップを
カバーすることができ、低しきい値化を図ることができ
る。
【００６７】したがって、最低動作電流を小さくするこ
とができ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で
発振させる半導体レーザを実現させることができる。ま
た、ＩｎＰ基板を用いたので、従来の製造プロセスを変
更せずにほぼそのまま用いることができ、製造コストを
大幅に削減することができる。
とができ、２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で
発振させる半導体レーザを実現させることができる。ま
た、ＩｎＰ基板を用いたので、従来の製造プロセスを変
更せずにほぼそのまま用いることができ、製造コストを
大幅に削減することができる。
【００６８】以上により、結晶欠陥密度が小さいＩｎＰ
基板を用いることができ、しかも２μｍ以上の近赤外領
域のレーザ光を室温で発振させることができる半導体レ
ーザを提供することができる。
基板を用いることができ、しかも２μｍ以上の近赤外領
域のレーザ光を室温で発振させることができる半導体レ
ーザを提供することができる。
【図１】 本発明の第１の実施形態の逆メサ型屈折率導
波型半導体レーザを示す断面図である。
波型半導体レーザを示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】 ＩｎＧａＮＡｓ活性層の組成とバンドギャッ
プ及びＩｎＰ基板からの格子不整合との関係を示す図で
ある。
プ及びＩｎＰ基板からの格子不整合との関係を示す図で
ある。
【図４】 本発明の第２の実施形態の順メサ型屈折率導
波型半導体レーザを示す断面図である。
波型半導体レーザを示す断面図である。
【図５】 図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】 本発明の第３の実施形態の利得導波型半導体
レーザを示す断面図である。
レーザを示す断面図である。
【図７】 図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】 本発明の第４の実施形態の逆メサ型屈折率導
波型半導体レーザを示す断面図である。
波型半導体レーザを示す断面図である。
【図９】 図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
１ ｐ−ＩｎＰ基板 ２ ｐ−ＩｎＰクラッド層（第１のクラッド層） ３ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（光ガイド層） ４ ＩｎＧａＮＡｓ活性層 ５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層 ６ メサストライプ ７ 回折格子 ８ ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層 ９ ｎ−ＩｎＰ電流狭窄層 １０ ｐ−ＩｎＰ電流狭窄層 １１ ｎ−ＩｎＰクラッド層（第２のクラッド層） １２ ｎ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １３ 絶縁膜 １４ 電極 ２１ ＩｎＧａＮＡｓ量子井戸層 ２２ ＩｎＧａＡｓＰ障壁層 ２３ ＩｎＧａＮＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構
造 ２４ メサストライプ ３１ エッチングストップ層 ３２ メサストライプ ３３ ポリイミド
造 ２４ メサストライプ ３１ エッチングストップ層 ３２ メサストライプ ３３ ポリイミド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月３０日（２０００．３．３
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体レーザを提供した。すなわ
ち、請求項１記載の半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１のクラッド層、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる活性層、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２のクラッド層を積層し
てなる半導体レーザにおいて、前記活性層を、量子井戸
層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前記
量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原子に対して１
％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたことを特
徴としている。
に、本発明は次の様な半導体レーザを提供した。すなわ
ち、請求項１記載の半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１のクラッド層、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶からなる活性層、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２のクラッド層を積層し
てなる半導体レーザにおいて、前記活性層を、量子井戸
層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前記
量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原子に対して１
％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたことを特
徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】請求項２記載の半導体レーザは、請求項１
記載の半導体レーザにおいて、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体混晶をＩｎＧａＮＡｓとしたことを特徴としてい
る。
記載の半導体レーザにおいて、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物
半導体混晶をＩｎＧａＮＡｓとしたことを特徴としてい
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】請求項３記載の半導体レーザは、請求項１
または２記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層
と前記障壁層を交互に積層して多重量子井戸構造とした
ことを特徴としている。
または２記載の半導体レーザにおいて、前記量子井戸層
と前記障壁層を交互に積層して多重量子井戸構造とした
ことを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】本発明の半導体レーザでは、前記活性層
を、量子井戸層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構
造とし、前記量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原
子に対して１％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶と
したことにより、ＩｎＰ基板上に、格子不整合の小さい
活性層を形成することが可能になり、その結果、活性層
の結晶欠陥密度が小さくなり、結晶性が向上する。ま
た、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子が非常に
大きくなり、その結果、前記活性層のバンドギャップが
小さくなる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶中の
窒素の含有量を変化させることで、０〜２ｅＶの範囲の
バンドギャップをカバーすることが可能になり、低しき
い値化を図ることができる。
を、量子井戸層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構
造とし、前記量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原
子に対して１％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶と
したことにより、ＩｎＰ基板上に、格子不整合の小さい
活性層を形成することが可能になり、その結果、活性層
の結晶欠陥密度が小さくなり、結晶性が向上する。ま
た、前記活性層の２次以上の高次の非線形因子が非常に
大きくなり、その結果、前記活性層のバンドギャップが
小さくなる。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶中の
窒素の含有量を変化させることで、０〜２ｅＶの範囲の
バンドギャップをカバーすることが可能になり、低しき
い値化を図ることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】ここで、活性層を、ＩＩＩ−族化合物半導
体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換したＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とする。その理由は、原子
半径の大きい第Ｖ族原子の一部を原子半径の小さい窒素
原子により置換することで、得られたＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体混晶の格子定数がＩｎＰ基板の格子定数に近ず
くこととなり、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪が小
さくなるからである。
体混晶の第Ｖ族原子の一部を窒素原子により置換したＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とする。その理由は、原子
半径の大きい第Ｖ族原子の一部を原子半径の小さい窒素
原子により置換することで、得られたＩＩＩ−Ｖ族窒化
物半導体混晶の格子定数がＩｎＰ基板の格子定数に近ず
くこととなり、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪が小
さくなるからである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶として
は、ナロウバンドギャップ半導体材料であるＩｎＧａＮ
Ａｓが好ましい。活性層にこのような組成の混晶を用い
ることで、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪を２％以
下に抑制することが可能である。
は、ナロウバンドギャップ半導体材料であるＩｎＧａＮ
Ａｓが好ましい。活性層にこのような組成の混晶を用い
ることで、活性層のＩｎＰ基板に対する格子歪を２％以
下に抑制することが可能である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】活性層を量子井戸構造とし、その量子井戸
層をＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とする。この場合、
格子整合し易い材料の組み合わせが好ましく、例えば、
量子井戸層をＩｎＧａＮＡｓとし、前記第１及び第２の
障壁層をＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡ
ｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種とす
る組み合わせが好適である。
層をＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶とする。この場合、
格子整合し易い材料の組み合わせが好ましく、例えば、
量子井戸層をＩｎＧａＮＡｓとし、前記第１及び第２の
障壁層をＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡ
ｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種とす
る組み合わせが好適である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶中における
窒素原子の濃度は、Ｖ族原子に対して１％以下、好まし
くは０．１％以下である。窒素原子の濃度を１％以下の
範囲、より好ましくは０．１％以下の範囲で変更するこ
とで、バンドギャップを０．６３ｅＶ（室温における発
振波長１．９μｍにほぼ相当）あるいはそれ以下の任意
の値に変更することができ、０〜２ｅＶの範囲のバンド
ギャップをカバーすることが可能である。これにより、
２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる
半導体レーザが実現可能になる。
窒素原子の濃度は、Ｖ族原子に対して１％以下、好まし
くは０．１％以下である。窒素原子の濃度を１％以下の
範囲、より好ましくは０．１％以下の範囲で変更するこ
とで、バンドギャップを０．６３ｅＶ（室温における発
振波長１．９μｍにほぼ相当）あるいはそれ以下の任意
の値に変更することができ、０〜２ｅＶの範囲のバンド
ギャップをカバーすることが可能である。これにより、
２μｍ以上の近赤外領域のレーザ光を室温で発振させる
半導体レーザが実現可能になる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６５】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の半導体レー
ザによれば、ＩｎＰ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１のクラッド層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなる活性層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２のクラッド層を積層し、前記活性層を、量子井
戸層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前
記量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原子に対して
１％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたので、
ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性層を形成するこ
とができ、その結果、活性層の結晶欠陥密度を小さくす
ることができ、結晶性を向上させることができる。
ザによれば、ＩｎＰ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１のクラッド層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体混晶からなる活性層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２のクラッド層を積層し、前記活性層を、量子井
戸層を２つの障壁層で挟んでなる量子井戸構造とし、前
記量子井戸層を、窒素原子の濃度が第Ｖ族原子に対して
１％以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体混晶としたので、
ＩｎＰ基板上に格子不整合の小さい活性層を形成するこ
とができ、その結果、活性層の結晶欠陥密度を小さくす
ることができ、結晶性を向上させることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６６】また、前記活性層の２次以上の高次の非線
形因子が非常に大きくなるので、前記活性層のバンドギ
ャップを小さくすることができる。また、ＩＩＩ−Ｖ族
窒化物半導体混晶中における窒素原子の濃度を、Ｖ族原
子に対して１％以下としたので、０〜２ｅＶの範囲のバ
ンドギャップをカバーすることができ、低しきい値化を
図ることができる。
形因子が非常に大きくなるので、前記活性層のバンドギ
ャップを小さくすることができる。また、ＩＩＩ−Ｖ族
窒化物半導体混晶中における窒素原子の濃度を、Ｖ族原
子に対して１％以下としたので、０〜２ｅＶの範囲のバ
ンドギャップをカバーすることができ、低しきい値化を
図ることができる。
Claims (9)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１のクラッド層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体混晶からなる活性層、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる第２のクラッド層を積層してなる半導体レーザに
おいて、 前記活性層の少なくとも一部を、窒素原子を含むＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体混晶としたことを特徴とする半導体
レーザ。 - 【請求項２】 前記窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶の第Ｖ族
原子の一部を窒素原子により置換してなるＩＩＩ−Ｖ族
窒化物半導体混晶としたことを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶は、ＧａＡｓＮ、ＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓ
ＮＰ、ＧａＡｓＮＳｂの群の中から選択された１種であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レー
ザ。 - 【請求項４】 前記第１及び第２のクラッド層は、Ｉｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰの群の
中から選択された１種であることを特徴とする請求項１
または２記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記第１のクラッド層と前記活性層との
間に、ＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、
ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種からなる
光ガイド層を形成したことを特徴とする請求項１または
２記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記活性層を、量子井戸層を２つの障壁
層で挟んでなる量子井戸構造とし、前記量子井戸層を窒
素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体混晶としたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記量子井戸層と前記障壁層を交互に積
層して多重量子井戸構造としたことを特徴とする請求項
６記載の半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記量子井戸層をＩｎＧａＡｓＮとし、
前記障壁層をＧａＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓの群の中から選択された１種と
したことを特徴とする請求項６または７記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項９】 前記窒素原子を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体混晶は、窒素原子の濃度がＶ族原子に対して１％
以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
か１項記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11051893A JP2000252588A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11051893A JP2000252588A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000252588A true JP2000252588A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12899569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11051893A Pending JP2000252588A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000252588A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007094063A1 (ja) | 2006-02-16 | 2007-08-23 | Fujitsu Limited | 半導体光増幅装置 |
| JP2008311536A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Fujitsu Ltd | 半導体光増幅装置、半導体光増幅システム及び半導体光集積素子 |
| JP2012168356A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体光変調素子及び半導体光集積素子 |
| WO2018168430A1 (ja) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09219563A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-08-19 | Hitachi Ltd | 半導体光素子とそれを用いた応用システム |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP11051893A patent/JP2000252588A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09219563A (ja) * | 1996-02-09 | 1997-08-19 | Hitachi Ltd | 半導体光素子とそれを用いた応用システム |
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| US7859746B2 (en) | 2006-02-16 | 2010-12-28 | Fujitsu Limited | Semiconductor optical amplifier |
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| US7859745B2 (en) | 2007-06-15 | 2010-12-28 | Fujitsu Limited | Semiconductor optical amplifying device, semiconductor optical amplifying system and semiconductor optical integrated element |
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| WO2018168430A1 (ja) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム |
| JPWO2018168430A1 (ja) * | 2017-03-16 | 2020-01-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール及び溶接用レーザ光源システム |
| JP7137556B2 (ja) | 2017-03-16 | 2022-09-14 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール、溶接用レーザ光源システム、及び、半導体レーザ装置の製造方法 |
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