JP2004172439A - 半導体レーザ装置およびその製造方法および光伝送モジュールおよび光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】多重量子井戸構造を活性層とする半導体レーザ装置において、電子と正孔の両者を均一に注入することにより、低閾電流で動作させる。
【解決手段】井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる活性層１０４を含み、障壁層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されており、障壁層には、１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物がドーピングされている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法および光伝送モジュールおよび光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
１．３μｍ帯や１．５５μｍ帯の光通信用半導体レーザ素子として、Ｖ族元素に窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体（窒素系Ｖ族混晶半導体）材料を用いる研究が行われている。例えば、特許文献１には、Ｖ族元素として窒素と砒素を含むＧａＩｎＮＡｓ系半導体レーザが示されている。このような窒素系Ｖ族混晶半導体材料を活性層に用いることにより、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍや１．５５μｍ帯の長波長帯半導体レーザを形成することが可能となる。しかしながら、原子半径の小さい窒素は他のＶ族元素との混和性が低いため、このような窒素系Ｖ族混晶半導体材料は、窒素添加量を増加させるにつれて良好な結晶品質を得ることが難しい材料系となっている。一方、窒素添加量を少なくして１．３μｍよりも長波長帯の発光を得るには、歪量を２％以上と高歪にする必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献２には、ＧａＩｎＮＡｓ発光層（井戸層）を有する半導体発光素子において、ＧａＩｎＮＡｓＰを障壁層に用いた構造が示されている。ここで、井戸層はＧａＡｓ基板に対して圧縮歪を有し、障壁層は引っ張り歪を有する歪補償構造となっている。この特許文献２においては、歪補償型多重量子井戸構造を用いることにより、半導体発光素子の特性を向上させている。
【０００４】
また、例えば、特許文献３には、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ井戸層とＧａＮＡｓ障壁層を有する半導体レーザ素子が示されており、障壁層の材料をＧａＡｓからＧａＮＡｓに変えることにより、波長１．３μｍでのフォトルミネッセンス強度を向上させている。これは、障壁層と井戸層の双方に窒素が含まれることにより、ホモエピタキシャルに近づくので、結晶性が向上していると記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１９５５２２号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１２６００４号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００２−１１８３２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の窒素系Ｖ族混晶半導体を活性層とする半導体レーザにおいては、量子井戸構造の障壁層にも窒素を添加することで、特性を改善している。しかしながら、窒素を添加すると、価電子帯のバンド端位置が低下するため、井戸層と窒素を含む障壁層との価電子帯バンド不連続が大きくなってしまい、多重量子井戸構造の各井戸層に正孔が均一に注入されなくなるという問題が生じる。すなわち、井戸層間で電子あるいは正孔の注入密度に偏りが存在すると、電子あるいは正孔のいずれかの注入密度が低い井戸では利得が低下するため、量子井戸構造全体の実質的な利得が減少してしまい、閾電流の増加を引き起こしてしまう。
【０００９】
本発明は、多重量子井戸構造を活性層とする半導体レーザ装置において、電子と正孔の両者を均一に注入することにより、低閾電流で動作させることの可能な半導体レーザ装置およびその製造方法および光伝送モジュールおよび光伝送システムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる活性層を含み、障壁層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されており、障壁層には、１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物がドーピングされていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ装置において、前記ｐ型不純物は、炭素（Ｃ）であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体レーザ装置において、前記障壁層において、井戸層に隣接した領域の方が井戸層に隣接していない領域よりもｐ型不純物のドーピング濃度が低くなっていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、井戸層と障壁層とは、それぞれ逆方向の歪を有していることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、前記井戸層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、一対の多層膜反射鏡と、一対の多層膜反射鏡ではさまれた共振器構造とを有する面発光型のものとなっており、共振器構造は、前記活性層を含んでいることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を作製しているの製造方法であって、障壁層に対する炭素（Ｃ）のドーピングを有機窒素原料を用いて行うことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光伝送モジュールである。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の光伝送モジュールを用いていることを特徴とする光伝送システムである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の半導体レーザ装置は、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる活性層を含み、障壁層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されており、障壁層には、１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物がドーピングされていることを特徴としている。
【００２１】
窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体、すなわち窒素系Ｖ族混晶半導体は、エネルギーバンドギャップと格子定数との関係において、非常に大きなボーイングパラメータを有していることが知られている。そのため、窒素組成の小さい領域では、格子定数が小さくなるにつれてバンドギャップエネルギーが小さくなるという現象が生じる。また、窒素組成の小さい領域において、特に伝導帯バンド端のエネルギー位置が大きく低下する。そのため、障壁層と井戸層との伝導帯バンド不連続を低減することで、同じ井戸層厚でも伝導帯の量子準位が低くなるため、発光波長をより長波長化することができる。従って、長波長帯の半導体レーザを形成する上で有利となっている。
【００２２】
さらに、多重量子井戸構造の障壁層に窒素系Ｖ族混晶半導体を用いることで、障壁層と井戸層との伝導帯バンド不連続を低減できることから、多重量子井戸構造の各井戸層に電子を均等に注入する効果があることを、本願の発明者は新たに見出した。
【００２３】
しかしながら、障壁層に窒素系Ｖ族混晶半導体を用いると、障壁層と井戸層との価電子帯バンド不連続は逆に増加してしまう。そのため、多重量子井戸構造の各井戸層に対する正孔の注入が不均一になるという課題が生じることが明らかとなった。
【００２４】
そこで、本発明においては、窒素を含む障壁層に１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物をドーピングしたことを特徴としている。窒素を含む障壁層にｐ型不純物をドーピングすることによって、多重量子井戸構造の各井戸層に注入される正孔濃度を均一化することが可能となる。これにより、多重量子井戸構造の各井戸層に、電子と正孔の両方を均一に注入することができるため、井戸層間で利得を均一化することができ、閾電流を低減することができる。
【００２５】
さらに、窒素を含む障壁層に１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物をドーピングすることで、井戸層で利得を発生させるのに必要な透明化キャリア密度を減少させることもできる。そのため、より少ないキャリア注入で利得が得られるようになるため、閾電流を下げる効果がある。
【００２６】
また、障壁層のｐ型ドーピング濃度を高くするにつれて、量子井戸の微分利得も増大する。これにより、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させて、より高速変調動作が可能となる。
【００２７】
障壁層のｐ型不純物ドーピング濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３以上が望ましい。これよりドーピング濃度が低くなると上記の効果が得られなくなってしまうためである。また、ｐ型不純物ドーピング濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３以下が望ましい。これよりもドーピング濃度が高くなると、結晶の品質が劣化してしまうためである。
【００２８】
さらに望ましくは、ｐ型不純物ドーピング濃度を２×１０^１８ｃｍ^−３以下にするほうが好ましい。２×１０^１８ｃｍ^−３よりも高くなると、自由キャリア吸収や価電子帯間吸収が増加するため、内部吸収損失が増加してしまう。従って、閾電流を低減する上で、障壁層のｐ型不純物ドーピング濃度は２×１０^１８ｃｍ^−３以下に抑制することが望ましい。
【００２９】
障壁層に加えて、量子井戸層にもｐ型不純物をドーピングすることもできる。しかしながら、量子井戸層のｐ型不純物濃度を１×１０^１８ｃｍ^−３以上と高くすると、発光効率が低下してしまう。従って、井戸層のｐ型不純物濃度は、障壁層のｐ型不純物濃度よりも低く設定する変調ドーピングが望ましい。
【００３０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態の半導体レーザ装置は、上述した第１の実施形態の半導体レーザ装置において、ｐ型不純物が炭素（Ｃ）であることを特徴としている。
【００３１】
炭素（Ｃ）は、他のｐ型不純物であるＢｅに比べて偏析しにくいという特徴を有している。また、さらに別のｐ型不純物であるＺｎに比べて拡散係数が小さいため、成長中や成長後の熱処理を受けても、急峻なドーピングプロファイルが得られる。また、炭素（Ｃ）は浅い準位を形成するため、活性化率が高いドーパントとなっており、１×１０^１８ｃｍ^−３以上に高濃度ドーピングすることが容易である。
【００３２】
従って、多重量子井戸構造の窒素を含む障壁層におけるｐ型不純物に炭素（Ｃ）を用いることにより、急峻な変調ドーピングプロファイルを形成できる。
【００３３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の半導体レーザ装置は、上述した第１，第２の実施形態の半導体レーザ装置の障壁層において、井戸層に隣接した領域の方が井戸層に隣接していない領域よりもｐ型不純物のドーピング濃度が低くなっていることを特徴としている。
【００３４】
障壁層において、量子井戸層に隣接した領域のドーピング濃度を低くすることで、量子井戸層と障壁層との界面に形成される非発光再結合成分を低減することができる。従って、閾電流の増加を抑制し、信頼性が向上する。
【００３５】
障壁層におけるｐ型不純物濃度が低い領域は、階段状に不純物濃度を変化させることもできる。あるいは、ｐ型不純物濃度を井戸層との界面に向かって連続的に減少させて、ｐ型不純物濃度を傾斜させることもできる。
【００３６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態の半導体レーザ装置は、上述した第１〜第３のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置において、井戸層と障壁層とは、それぞれ逆方向の歪を有していることを特徴としている。
【００３７】
窒素は原子半径が小さい元素であるため、少ない窒素添加量においても、結晶の格子定数を小さくする方向に変化させることができる。従って、例えばＧａＩｎＡｓやＧａＩｎＮＡｓ等の圧縮歪を有する量子井戸層に対して、ＧａＮＡｓ等の引っ張り歪を有する障壁層を形成することができる。これにより、井戸層の歪を補償する歪補償構造を構成して、多重量子井戸構造の正味の歪量を低減することができ、半導体レーザの信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、別な材料系を用いることで、引っ張り歪を有する井戸層と圧縮歪を有する障壁層を構成することも可能である。例えば、井戸層にＧａＮＡｓやＧａＮＡｓＰを用いることで引っ張り歪をもたせることができる。また、障壁層にＧａＩｎＮＡｓやＧａＮＡｓＳｂを用いることで圧縮歪をもたせることができる。すなわち、引っ張り歪を有する井戸層と圧縮歪を有する障壁層で歪補償構造を形成することもでき、これにより信頼性を向上させることができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、上述した第１〜第４のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置において、井戸層は窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されていることを特徴としている。
【００４０】
窒素と他のＶ族元素とを含む混晶半導体としては、例えば、ＧａＮＡｓ， ＧａＩｎＮＡｓ， ＧａＮＡｓＳｂ， ＧａＩｎＮＡｓＳｂ， ＧａＮＡｓＰ， ＧａＩｎＮＡｓＰ， ＧａＩｎＮＡｓＰＳｂ等がある。窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体（窒素系Ｖ族混晶半導体）は、窒素を添加していくと、ある範囲まではバンドギャップが小さくなるという特性を有している。この特性により、ＧａＡｓ基板上に、石英光ファイバの伝送に適した１．３〜１．６μｍの長波長帯の活性層を形成することが可能となる。
【００４１】
さらに、窒素系Ｖ族混晶半導体においては、窒素組成の小さい領域において、伝導帯バンド端のエネルギー位置が低下するという特徴がある。そのため、窒素系Ｖ族混晶半導体を量子井戸層に用いると、ＧａＡｓ障壁層との伝導帯バンド不連続が２００〜４００ｍｅＶと非常に大きくなる。このため、窒素系Ｖ族混晶半導体を量子井戸層に用いた半導体レーザにおいては、量子井戸層に対する電子の閉じ込めが強くなり、特性温度を１５０〜２５０Ｋと非常に高くできるという特徴を有している。しかしながら、その反面、量子井戸層に対する電子の閉じ込めが強すぎて、多重量子井戸構造の場合には、窒素を含まない量子井戸層を用いる場合に比べて、電子の注入が著しく不均一になるという問題が生じる。
【００４２】
本発明では、障壁層に窒素を添加することにより、障壁層と窒素系Ｖ族混晶半導体で構成された量子井戸層との伝導帯バンド不連続を制御して低減することができる。従って、窒素系Ｖ族混晶半導体を量子井戸層に用いたときの特徴である良好な温度特性を維持しながら、量子井戸層間で電子の注入を均一化することが可能となる。
【００４３】
一方、障壁層に窒素系Ｖ族混晶半導体を用いると、価電子帯バンド端位置が低下するため、障壁層と井戸層との価電子帯バンド不連続は増加してしまう。特に、価電子帯正孔の有効質量は伝導帯電子の有効質量よりも大きいため、正孔の注入均一性は障壁高さに敏感に依存する。そのため、多重量子井戸構造の各井戸層に正孔を均一に注入することが困難となってしまう。特に、ＧａＮＡｓはＧａＡｓよりも価電子帯バンド端位置が低くなるため、ＧａＮＡｓを障壁層に用いると、ＧａＡｓ／ＧａＮＡｓ界面に価電子帯ヘテロ障壁が形成され、正孔が注入されにくくなるという問題が生じる。
【００４４】
そこで、本発明においては、窒素を含む障壁層に１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物をドーピングすることによって、窒素系Ｖ族混晶半導体で構成された量子井戸層に対する正孔の注入効率を改善し、量子井戸層それぞれに均一に正孔を注入できるようにした。
【００４５】
従って、窒素系Ｖ族混晶半導体で構成された多重量子井戸活性層に、電子と正孔の両方を均一に注入することが可能となり、これにより、井戸間で利得を均一化し、閾電流を低減することができる。
【００４６】
また、窒素を含む障壁層に１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物をドーピングすることで、井戸層で利得を発生させるのに必要な透明化キャリア密度を減少させることができる。これにより、より少ないキャリア注入で利得が得られるようになるため、閾電流を下げることができる。
【００４７】
また、障壁層のｐ型ドーピング濃度を高くするにつれて、量子井戸の微分利得も増大する。これにより、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させことができ、より高速変調動作が可能となる。
【００４８】
従って、窒素系Ｖ族混晶半導体を活性層とする長波長帯半導体レーザにおいて、閾電流を低減し、高速変調動作が可能となる。
【００４９】
さらに、第４の実施形態に示したように、ＧａＩｎＡｓ， ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ等の歪量２％を超える高圧縮歪を有する量子井戸層に対して歪補償構造を形成することができるため、素子の信頼性が向上する。
【００５０】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態の半導体レーザ装置は、上述した第１乃至第５のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置において、一対の多層膜反射鏡と、一対の多層膜反射鏡ではさまれた共振器構造とを有する面発光型のものとなっており、共振器構造は、前記活性層を含んでいることを特徴としている。
【００５１】
面発光型半導体レーザでは、共振器長が短いために、活性層を多重量子井戸構造にしたほうが閾電流密度を低減できる。従って、多重量子井戸構造において電子と正孔の両者を均一に注入できるという本発明の特徴が、面発光半導体レーザ構造に対して特に有効となる。
【００５２】
また、面発光型半導体レーザを実用的に使う上で、低閾電流は必須な条件である。また、近年１０Ｇｂｐｓ以上の伝送に対する要求も高くなっている。本発明では、障壁層に１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物をドーピングしたことにより、従来構造よりも閾電流を低減し、また変調速度を向上させることができる。
【００５３】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態は、上述した第１〜第６のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置の製造方法であって、障壁層に対する炭素（Ｃ）のドーピングを、有機窒素原料を用いて行うことを特徴としている。
【００５４】
炭素（Ｃ）のドーピングは、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いて、ＴＭＡ中に含まれる炭素（Ｃ）をオートドーピングする方法が報告されている（文献「電子情報通信学会論文誌Ｃ−１ Ｖｏ．Ｊ８１−Ｃ−１ Ｎｏ．７ ｐｐ．４１０−４１６， １９９８」）。しかしながら、窒素を含む障壁層に対する炭素（Ｃ）ドーピングにＴＭＡを用いると、活性なＡｌと窒素が結合して表面モフォロジーが劣化してしまうという問題が生じる。
【００５５】
また、別な炭素（Ｃ）のドーピング方法としては、ＣＣｌ_４やＣＢｒ_４といったハロゲン化物を用いる方法も知られている。しかしながら、ＣｌやＢｒは化合物半導体をエッチングする作用を有しており、ドーピング量によって成長速度を制御する必要がある。
【００５６】
本発明では、障壁層を結晶成長するときに、窒素原料として有機窒素原料を用いることにより、障壁層に炭素（Ｃ）を同時にドーピングすることができる。有機窒素原料としては、例えばジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）やモノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）等がある。これらの有機窒素原料のメチル基から炭素（Ｃ）が膜中に取りこまれてオートドーピングされる。
【００５７】
ドーピング濃度の制御は、成長温度や有機窒素原料と他のＶ族原料との供給比を変えることにより容易に制御可能である。従って、窒素を含む障壁層に対するｐ型不純物のドーピングを容易に行うことができる。
【００５８】
なお、有機窒素原料を用いた炭素（Ｃ）ドーピングは、障壁層以外の層に対しても用いることが可能である。例えば、量子井戸層や、クラッド層、半導体多層膜反射鏡、コンタクト層等に適用することができる。
【００５９】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態は、第１〜第６のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光伝送モジュールである。
【００６０】
第１〜第６の実施形態の半導体レーザ装置は、閾電流を低減し、高速変調動作ができる。従って、第１〜第６のいずれかの実施形態の半導体レーザ装置を用いていることで、光伝送モジュールの消費電力を低減し、また、光伝送モジュールの伝送速度を高くすることができる。
【００６１】
（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態は、第８の実施形態の光伝送モジュールを用いていることを特徴とする光伝送システムである。
【００６２】
第８の実施形態の光伝送モジュールでは、光源である半導体レーザ装置の閾電流を低減し、変調速度を増加させている。従って、第８の実施形態の光伝送モジュールを用いることで、低消費電力で大容量の光伝送システムを構築できる。
【００６３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００６４】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の半導体レーザ装置を示す図である。図１を参照すると、実施例１の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、ＧａＡｓ下部光導波層１０３、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層１０４、ＧａＡｓ上部光導波層１０５、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７が順次積層されている。
【００６５】
ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上のこのような半導体積層構造は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いてエピタキシャル成長した。
【００６６】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７の表面には、ｐ側電極１０９が形成されており、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、ｎ側電極１０８が形成されている。
【００６７】
この実施例１の半導体レーザ装置の特徴は、活性１０４に用いている多重量子井戸構造にある。図２は、実施例１の半導体レーザ装置における多重量子井戸活性層１０４の構造を示す図である。図２を参照すると、多重量子井戸活性層１０４は、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１の上下をＧａＮＡｓ障壁層２０２ではさんだ構成となっている。ここで、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１の層厚は６ｎｍ、ＧａＮＡｓ障壁層２０２の層厚は１０ｎｍとした。
【００６８】
ＧａＡｓとＧａＮの混晶であるＧａＮＡｓは、エネルギーバンドギャップと格子定数の関係において、非常に大きなボーイングパラメータを有していることが知られている。そのため、窒素組成の小さい領域では、格子定数が小さくなるにつれてバンドギャップエネルギーが小さくなる。また、窒素組成の小さい領域において、特に伝導帯バンド端のエネルギー位置が低下する。そのため、ＧａＮＡｓ障壁層２０２とＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１との伝導帯バンド不連続を低減することができ、同じ井戸層厚でも伝導帯の量子準位が低くなるため、発光波長をより長波長化できる。従って、より長波長の半導体レーザを形成する上で有利となっている。
【００６９】
また、多重量子井戸構造１０４の障壁層２０２にＧａＮＡｓ混晶半導体を用いることにより、ＧａＮＡｓ障壁層２０２とＧａＩｎＡｓ井戸層２０１との伝導帯バンド不連続が低減できるため、多重量子井戸構造１０４の各ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１に電子を均等に注入することができる。
【００７０】
一方、ＧａＮＡｓはＧａＡｓよりも価電子帯バンド端位置が低下するため、ＧａＮＡｓ障壁層２０２とＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１との価電子帯バンド不連続は増加してしまう。また、ＧａＡｓ上部光導波層１０５と、ＧａＮＡｓ障壁層２０２との間にヘテロ障壁が形成されるため、正孔が注入されにくくなる。
【００７１】
そこで、この実施例１においては、ＧａＮＡｓ障壁層２０２にｐ型不純物であるＣを１．５×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でドーピングしている。ＧａＮＡｓ障壁層２０２にｐ型不純物をドーピングすることによって、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１に対する正孔の注入効率を改善し、各井戸層に正孔を均一に注入できるようにした。
【００７２】
すなわち、本発明によれば、多重量子井戸構造１０４の障壁層２０２に、１．５×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でＣドーピングしたＧａＮＡｓ混晶半導体を用いることにより、各ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１に対して均一に電子と正孔を注入することが可能となる。これにより、井戸層間で利得が不均一になることを抑制し、多重量子井戸構造１０４全体の利得が向上する。従って、閾電流を低減することができる。
【００７３】
また、ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１は、ＧａＡｓ基板１０１よりも格子定数が大きいため、圧縮歪を有している。ＧａＩｎＡｓ量子井戸層２０１の圧縮歪量を２．５％と大きくすることにより、波長１．２μｍ帯で発光する。一方、ＧａＮＡｓ障壁層２０２はＧａＡｓ基板１０１よりも格子定数が小さくなっており、井戸層とは逆方向の引っ張り歪を有している。これにより、歪補償構造を構成して、多重量子井戸構造の正味の歪量を低減することができる。従って、半導体レーザの信頼性を向上させることができる。
【００７４】
また、ＧａＮＡｓ障壁層２０２にｐ型不純物を１．５×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でドーピングすることにより、価電子帯の正孔密度が高くなり、井戸層２０１で利得を発生させるのに必要な透明化キャリア密度を減少させることができる。これにより、より少ないキャリア注入で利得が得られるようになり、閾電流を下げることができる。
【００７５】
また、ＧａＮＡｓ障壁層２０２にｐ型不純物をドーピングすることで、微分利得も増大する。これにより、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させて、より高速変調動作が可能となる。
【００７６】
ＧａＮＡｓ障壁層２０２の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法で行った。その際、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ａｓ原料としてＡｓＨ_３を用い、窒素原料として有機原料であるジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を使用した。
【００７７】
窒素原料に有機窒素原料を用いることにより、有機窒素原料のメチル基から炭素（Ｃ）が膜中に取りこまれて，ＧａＮＡｓ障壁層２０２にｐ型不純物である炭素（Ｃ）を同時にドーピングすることが可能となる。本発明では、炭素（Ｃ）のドーピング原料にＤＭＨｙを使用していることが特徴である。
【００７８】
炭素（Ｃ）ドーピング濃度の制御は、成長温度やＤＭＨｙとＡｓＨ_３との供給比、Ｖ／ＩＩＩ比等を変えることにより、容易に制御可能である。従って、ＧａＮＡｓ障壁層２０２に対する炭素（Ｃ）ドーピングを容易に行うことができる。
【００７９】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２の半導体レーザ装置を示す図である。図３を参照すすと、実施例２の半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層３０１、ＧａＡｓ下部光導波層１０３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層３０２、ＧａＡｓ上部光導波層１０５、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層３０３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７が順次積層されている。
【００８０】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０７の表面には、ｐ側電極１０９が形成されており、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面には、ｎ側電極１０８が形成されている。
【００８１】
図４は、実施例２の半導体レーザ装置における多重量子井戸活性層３０２の構造を示す図である。図４を参照すると、多重量子井戸活性層３０２は、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の上下をＧａＮＡｓ障壁層４０２ではさんだ構成となっている。ここで、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の層厚は８ｎｍ、ＧａＮＡｓ障壁層４０２の層厚は１５ｎｍとした。
【００８２】
ＧａＮＡｓ障壁層４０２において、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に隣接した領域４０２ｂは、中央の領域４０２ａよりも炭素（Ｃ）ドーピング濃度が低減されている。すなわち、中央の領域４０２ａでは、炭素（Ｃ）ドーピング濃度を１．５×１０^１８ｃｍ^−３としており、幅２ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に隣接した領域４０２ｂでは、炭素（Ｃ）ドーピング濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３としている。
【００８３】
ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＩｎＡｓとＧａＩｎＮの混晶と考えられる。ＧａＩｎＡｓに比べてＧａＩｎＮのバンドギャップエネルギーは大きいが、窒素組成が小さい領域では、ＧａＩｎＮＡｓのバンドギャップエネルギーはＧａＩｎＡｓよりも小さくなるという特性を有している。この特性により、ＧａＡｓ基板上に、石英光ファイバの伝送に適した１．３〜１．６μｍの長波長帯の活性層を形成することが可能となる。
【００８４】
しかし、原子半径の小さい窒素は他のＶ族元素との混和性が低いため、窒素添加量を増加させるにつれて、良好な結晶品質を得ることが難しい材料系となっている。そのため、ＧａＩｎＮＡｓ混晶において良好な結晶品質を保ちながら１．３μｍよりも長波長帯の発光を得るには、窒素添加量を少なくしてＩｎ組成を増加させる必要がある。そのため、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の圧縮歪量は２％以上と高歪になってしまう。しかし、歪量を大きくしすぎると、格子不整合に伴う転位が発生して結晶性が劣化してしまう。
【００８５】
この実施例２においては、ＧａＮＡｓ障壁層４０２を用いることで、障壁層と量子井戸層との伝導帯バンド不連続を低減し、伝導帯の量子準位を低減している。そのため、同じ井戸層を用いても、ＧａＡｓ障壁層を用いる場合に比べてＧａＮＡｓ障壁層を用いた方が発光波長を長波長化することが可能となる。あるいは、同じ発光波長を得るのに、ＧａＮＡｓ障壁層を用いた方がＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の歪量または窒素量を減少させることができる。これにより、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の結晶品質を向上させることができる。
【００８６】
また、窒素組成の小さい領域において、ＧａＩｎＮＡｓの伝導帯バンド端のエネルギー位置は、窒素組成１％に対して約１５０ｍｅＶも低下する。そのため、ＧａＩｎＮＡｓを量子井戸層に用いると、ＧａＡｓとの伝導帯バンド不連続が２００ｍｅＶ以上と大きくなる。そのため、多重量子井戸構造の井戸数を増やしていくと、電子の注入が不均一になるという問題も生じる。
【００８７】
そこで、本発明では、障壁層に窒素を添加したＧａＮＡｓを用い、これにより、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１との伝導帯バンド不連続を小さくして、電子の注入を均一化している。
【００８８】
一方、ＧａＮＡｓはＧａＡｓよりも価電子帯バンド端位置が低下するため、ＧａＮＡｓ障壁層４０２とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１との価電子帯バンド不連続は増加してしまう。また、ＧａＡｓ上部光導波層１０５と、ＧａＮＡｓ障壁層４０２との間にヘテロ障壁が形成されるため、正孔が注入されにくくなる。
【００８９】
そこで、この実施例２においては、ＧａＮＡｓ障壁層４０２にｐ型不純物である炭素（Ｃ）をドーピングしている。ＧａＮＡｓ障壁層４０２に、ｐ型不純物をドーピングすることによって、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に対する正孔の注入効率を改善し、各井戸層に正孔を均一に注入できるようにした。
【００９０】
従って、本発明では、多重量子井戸構造３０２の各ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に対して均一に電子と正孔を注入することにより、井戸層間の利得の不均一化を抑制して、閾電流を低減することができる。
【００９１】
また、この実施例２のＧａＮＡｓ障壁層４０２は、ＧａＡｓ基板１０１よりも格子定数が小さくなっており、井戸層４０１とは逆方向の引っ張り歪を有している。これにより、歪補償構造を構成して、多重量子井戸構造の正味の歪量を低減することができる。従って、高歪量子井戸層を有する半導体レーザの信頼性を向上させることができる。
【００９２】
また、ＧａＮＡｓ障壁層４０２ａには、ｐ型不純物である炭素（Ｃ）が、１．５×１０^１８ｃｍ^−３の濃度でドーピングされている。従って、より少ないキャリア注入で利得が得られるようになるため、閾電流を下げることができる。また、微分利得も増大するため、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させて、より高速変調動作が可能となる。
【００９３】
さらに、実施例２のＧａＮＡｓ障壁層４０２において、量子井戸層に隣接した領域４０２ｂのドーピング濃度を５×１０^１７ｃｍ^−３と低くすることで、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１と障壁層４０２との界面に形成される非発光再結合成分を低減することができる。従って、更に閾電流の増加を抑制でき、信頼性が向上する。
【００９４】
また、ＧａＮＡｓ障壁層４０２に炭素（Ｃ）をドーピングする原料として、有機窒素原料であるＤＭＨｙを使用している。炭素（Ｃ）濃度が低い層４０２ｂにおいては、炭素（Ｃ）濃度が高い層４０２ａに比べて、ＧａＮＡｓの窒素組成が小さくなっている。
【００９５】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３の面発光型半導体レーザを示す図である。図５を参照すると、実施例３の面発光型半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ 分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）５０１が積層されている。ここで、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ ５０１は、ｎ型ＧａＡｓ高屈折率層とｎ型Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ低屈折率層とが、媒質内波長の１／４の層厚で交互に積層されて形成されている。そして、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ ５０１上には、ＧａＡｓ下部スペーサ層５０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層５０３、ＧａＡｓ上部スペーサ層５０４、ｐ型ＡｌＡｓ層５０５、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ ５０６が順次積層されている。
【００９６】
そして、上記積層構造の表面から、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ ５０１に達するまで円筒状にエッチングされて、メサ構造が形成されている。そして、メサ構造の側面からＡｌＡｓ層５０５が選択的に酸化されてＡｌＯ_ｘ絶縁領域５０７が形成されている。
【００９７】
そして、メサ構造の表面には、光取り出し領域を除いてリング状のｐ側電極１０９が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１裏面には、ｎ側電極１０８が形成されている。
【００９８】
図５の面発光型半導体レーザにおいては、ｐ側電極１０９とｎ側電極１０８に順方向バイアスをかけることにより、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層５０３に電流が注入されて、波長１．３μｍ帯で発光する。このとき、電流はＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層５０３上に形成されたＡｌＡｓ層５０５において、酸化されていない導電領域を通って流れ込む。これにより、電流をメササイズよりも狭い領域に集中させて閾電流を低減している。また、選択酸化された絶縁領域５０７は、酸化されていないＡｌＡｓ層５０５よりも屈折率が大きく低下するため、光を集光するレンズの役割を果たして、回折損失を低減している。
【００９９】
図５の面発光型半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ ＤＢＲ ５０１とｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ ５０６とではさまれた領域が共振器構造となっており、基板に対して垂直上方にレーザ光が取り出される。
【０１００】
図６は、実施例３の面発光型半導体レーザにおける多重量子井戸活性層５０３の構造を示す図である。図６を参照すると、多重量子井戸活性層５０３は、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の上下をＧａＮＡｓ障壁層６０１ではさんだ構成となっている。ここで、井戸数は４個とした。また、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の層厚は６ｎｍ、ＧａＮＡｓ障壁層２０２の層厚は１５ｎｍとした。
【０１０１】
図６の構造が図４の構造と異なっている点は、ＧａＮＡｓ障壁層６０１において、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に隣接した領域６０１ｂは、中央の領域６０１ａよりも炭素（Ｃ）ドーピング濃度が低減されており、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の界面に近づくにつれて炭素（Ｃ）ドーピング濃度が連続的に減少している点である。すなわち、中央の領域６０１ａでは、炭素（Ｃ）ドーピング濃度を１．５×１０^１８ｃｍ^−３と一定にしており、領域６０１ｂでは、炭素（Ｃ）ドーピング濃度が１．５×１０^１８ｃｍ^−３から５×１０^１７ｃｍ^−３まで連続的に傾斜した構造となっている。
【０１０２】
面発光型半導体レーザにおいては、共振器長が端面発光型半導体レーザに比べて短いために、活性層を単一量子井戸構造にするよりも、多重量子井戸構造にしたほうが閾電流密度を低減できる。多重量子井戸構造の井戸数は、３個以上にするのが望ましい。この実施例３では、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の井戸数を４個とした。ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１では伝導帯バンド端位置が低くなっているため、このように井戸数が多くなると、多重量子井戸構造５０３の各ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に電子を均等に注入することが困難となる。
【０１０３】
そこで、この実施例３では、障壁層６０１にＧａＮＡｓ混晶半導体を用いており、これにより、ＧａＮＡｓ障壁層６０１とＧａＩｎＮＡｓ井戸層４０１との伝導帯バンド不連続を低減して、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に電子を均等に注入できるようにしている。
【０１０４】
一方、ＧａＮＡｓはＧａＡｓよりも価電子帯バンド端位置が低下するため、ＧａＮＡｓ障壁層６０１とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１との価電子帯バンド不連続は増加してしまう。また、ＧａＡｓ上部スペーサ層５０４と、ＧａＮＡｓ障壁層６０１との間にヘテロ障壁が形成されるため、正孔が注入されにくくなる。
【０１０５】
そこで、この実施例３においては、ＧａＮＡｓ障壁層６０１にｐ型不純物である炭素（Ｃ）をドーピングすることによって、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に対する正孔の注入効率を改善し、各井戸層に正孔を均一に注入できるようにしている。
【０１０６】
すなわち、本発明によれば、多重量子井戸活性層５０３の障壁層６０１に、炭素（Ｃ）ドーピングしたＧａＮＡｓ混晶半導体を用いることにより、各ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１に対して均一に電子と正孔を注入できるようにしている。これにより、井戸層間で利得が不均一になることを抑制し、多重量子井戸活性層５０４全体の利得が向上する。従って、閾電流を低減することができる。
【０１０７】
また、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１は、２％の圧縮歪を有している。ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１の各層厚は６ｎｍであり、臨界膜厚以下となっている。しかし、このような高歪層を多層に積層すると、転位が発生しやすく、素子の信頼性を得るのが困難となる。
【０１０８】
この実施例３では、ＧａＮＡｓ障壁層６０１は、ＧａＡｓ基板１０１よりも格子定数が小さくなっており、井戸層４０１とは逆方向の引っ張り歪を有している。従って、歪補償構造を構成して、多重量子井戸構造の正味の歪量を低減することができる。これにより、半導体レーザの信頼性を向上させることができる。
【０１０９】
また、ＧａＮＡｓ障壁層６０１には、ｐ型不純物である炭素（Ｃ）が高濃度にドーピングされている。従って、より少ないキャリア注入で利得が得られるようになるため、閾電流を下げることができる。また、微分利得も増大するため、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させて、より高速変調動作が可能となる。
【０１１０】
さらに、ＧａＮＡｓ障壁層６０１において、量子井戸層４０１に隣接した領域６０１ｂでは、炭素（Ｃ）ドーピング濃度が界面に近づくにつれて５×１０^１７ｃｍ^−３まで低くなるように構成されている。これにより、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４０１と障壁層６０１との界面に形成される非発光再結合成分を低減している。
【０１１１】
以上の実施例においては、障壁層材料としてＧａＮＡｓを用いているが、障壁層材料としては、他の材料を用いることもできる。すなわち、障壁層材料としては、ＩＩＩ族元素として、Ｂ， Ｇａ， Ｉｎ， Ａｌのうちいずれかの元素を少なくとも一つ含み、Ｖ族元素として、窒素と、それ以外にＡｓ， Ｐ， Ｓｂ のうちいずれかの元素を少なくとも一つ含む混晶であればよい。
【０１１２】
また、井戸層材料としては、ＧａＩｎＡｓ， ＧａＡｓＳｂ， ＧａＩｎＡｓＳｂ， ＩｎＡｓ等の窒素を含まない材料や、ＧａＮＡｓ， ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ， ＧａＩｎＮＡｓＳｂ， ＧａＮＡｓＰ， ＧａＩｎＮＡｓＰ， ＧａＩｎＮＡｓＰＳｂ等の窒素系Ｖ族混晶半導体材料を用いることができる。
【０１１３】
このとき、障壁層のエネルギーバンドギャップは井戸層のバンドギャップよりも大きく、タイプＩのバンド接続形状を有している必要がある。
【０１１４】
また、本発明の特徴は多重量子井戸構造の構成にある。従って、この多重量子井戸構造を用いて、様々な半導体レーザに適用することが可能である。また、上述した実施例に示されていない、別な材料系や、導電型、電流狭窄構造等を用いることもできる。
【０１１５】
また、１次元や２次元のアレイ光源として用いることもできる。また、本発明の上述した特徴は、半導体レーザ以外にも、光受光素子、光変調素子、光増幅素子等に用いることも可能である。
【０１１６】
（実施例４）
図７は、本発明の実施例４の光伝送システムを示す図である。図７の光伝送システムは、光送信部７０１で発生した光信号が石英光ファイバ７０４を通って光受信部７０２に伝送されるように構成されている。また、図７では、光送信部７０１，光ファイバ７０４，光受信部７０２を２系列備えており、双方向に通信できるようになっている。ここで、光送信部７０１と光受信部７０２は、１つのパッケージに集積されて、光送受信モジュール７０３として構成されている。
【０１１７】
この実施例４では、光送信部７０１の光源に、実施例１〜実施例３のいずれかの半導体レーザ装置を用いていることを特徴としている。上記の半導体レーザ装置は、実施例１〜実施例３において説明したように、従来構造よりも閾電流が低減されている。従って、光伝送部７０１の消費電力を低減することができ、低消費電力の光伝送システムを構築できる。
【０１１８】
また、半導体レーザ装置の直接変調限界である緩和振動周波数を増加させて、より高速変調動作が可能である。従って、光伝送システムの伝送容量を増加させることができる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項６記載の発明によれば、井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる活性層を含み、障壁層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されており、障壁層には、１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物がドーピングされているので、電子と正孔の両者を均一に注入できるようになり、閾電流を低減することができる。さらに、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させことができ、より高速変調動作が可能となる。
【０１２０】
特に、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の半導体レーザ装置において、前記ｐ型不純物は、炭素（Ｃ）であるので、多重量子井戸構造の障壁層の変調ドーピングプロファイルを制御性よく形成できる。
【０１２１】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の半導体レーザ装置において、前記障壁層において、井戸層に隣接した領域の方が井戸層に隣接していない領域よりもｐ型不純物のドーピング濃度が低くなっているので、さらに閾電流が低減でき、信頼性が向上する。
【０１２２】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、井戸層と障壁層とは、それぞれ逆方向の歪を有しているので、歪補償構造を構成して、半導体レーザの信頼性を向上させることができる。
【０１２３】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、前記井戸層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されているので、石英光ファイバの伝送に適した１．３〜１．６μｍの長波長帯半導体レーザにおいて、電子と正孔の注入を均一化し、閾電流を低減することができる。さらに、半導体レーザの直接変調限界である緩和振動周波数を増加させ、より高速変調動作が可能となる。
【０１２４】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、一対の多層膜反射鏡と、一対の多層膜反射鏡ではさまれた共振器構造とを有する面発光型のものとなっており、共振器構造は、前記活性層を含んでいるので、面発光型半導体レーザ装置の閾電流を低減し、また変調速度を向上させることができる。
【０１２５】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を作製する半導体レーザ装置の製造方法であって、障壁層に対する炭素（Ｃ）のドーピングを有機窒素原料を用いて行うので、窒素を含む障壁層に対するｐ型不純物のドーピングを容易に行うことができる。
【０１２６】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光伝送モジュールであるので、光伝送モジュールの消費電力を低減し、また光伝送モジュールの伝送速度を高くすることができる。
【０１２７】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の光伝送モジュールを用いていることを特徴とする光伝送システムであるので、低消費電力で大容量の光伝送システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の半導体レーザ装置を示す図である。
【図２】実施例１の半導体レーザ装置における多重量子井戸活性層の構造を示す図である。
【図３】実施例２の半導体レーザ装置を示す図である。
【図４】実施例２の半導体レーザ装置における多重量子井戸活性層の構造を示す図である。
【図５】実施例３の面発光型半導体レーザを示す図である。
【図６】実施例３の面発光型半導体レーザにおける多重量子井戸活性層の構造を示す図である。
【図７】実施例４の光伝送システムを示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０３ ＧａＡｓ下部光導波層
１０４ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層
１０５ ＧａＡｓ上部光導波層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
１０７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１０８ ｐ側電極
１０９ ｎ側電極
２０１ ＧａＩｎＡｓ量子井戸層
２０２ ＧａＮＡｓ障壁層
３０１ ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層
３０２ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ多重量子井戸活性層
３０３ ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層
４０１ ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層
４０２ ＧａＮＡｓ障壁層
４０２ａ 高濃度ドーピング領域
４０２ｂ 低濃度ドーピング領域
５０１ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ下部ＤＢＲ
５０２ ＧａＡｓ下部スペーサ層
５０３ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓ 多重量子井戸活性層
５０４ ＧａＡｓ上部スペーサ層
５０５ ＡｌＡｓ層
５０６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ上部ＤＢＲ
５０７ ＡｌＯ_ｘ絶縁領域
６０１ ＧａＮＡｓ障壁層
６０１ａ ドーピング濃度一定層
６０１ｂ ドーピング濃度傾斜層
７０１ 光送信部
７０２ 光受信部
７０３ 光送受信モジュール
７０４ 石英光ファイバ

Claims (9)

1. 井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造からなる活性層を含み、障壁層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されており、障壁層には、１×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３のｐ型不純物がドーピングされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１記載の半導体レーザ装置において、前記ｐ型不純物は、炭素（Ｃ）であることを特徴とする半導体レーザ装置。
3. 請求項１または請求項２記載の半導体レーザ装置において、前記障壁層において、井戸層に隣接した領域の方が井戸層に隣接していない領域よりもｐ型不純物のドーピング濃度が低くなっていることを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、井戸層と障壁層とは、それぞれ逆方向の歪を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、前記井戸層は、窒素と他のＶ族元素を含む混晶半導体で構成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、一対の多層膜反射鏡と、一対の多層膜反射鏡ではさまれた共振器構造とを有する面発光型のものとなっており、共振器構造は、前記活性層を含んでいることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を作製する半導体レーザ装置の製造方法であって、障壁層に対する炭素（Ｃ）のドーピングを有機窒素原料を用いて行うことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置を用いていることを特徴とする光伝送モジュール。
9. 請求項８記載の光伝送モジュールを用いていることを特徴とする光伝送システム。

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