JP2007194561A - 面発光レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】８５０ｎｍ帯面発光レーザにおける、高速変調化に伴う素子信頼性低下の課題を解決するための技術を提供する。
【解決手段】第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層、活性層、及び第２導電型ＤＢＲ層を有する発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザであって、前記活性層が、圧縮性の歪みを有するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１ウェル層と、引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層とを有する量子井戸構造を有し、前記ウェル層のＰ組成ｙ１と前記バリア層のＰ組成ｙ２との間に、｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５の関係が成立することを特徴とする面発光レーザ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面発光レーザに関し、特に、８５０ｎｍ帯の面発光レーザにおける高速変調動作と高信頼性に関してである。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、その低コスト性、低消費電力性から広くデータ通信用の光源として用いられている。特に波長が８５０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬは、ギガビットイーサネット（登録商標）やファイバーチャネル用の光源として広く用いられている。データ通信速度の増大に従って、ＶＣＳＥＬの変調速度は１０Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）といった高速変調動作が要求されてきている。ＶＣＳＥＬを高速で変調するためには、緩和振動周波数（ｆｒ）を上げることと、ＣＲ時定数を小さくすることが必要となる。

ｆｒに関しては、電流を小さい領域に狭窄することによって電流密度を増大させ、狭窄された領域での光子密度を高くすることでｆｒを増加させることが可能である。しかしながら、ＶＣＳＥＬにおいては、活性層の電流密度を大きくすることによって、活性層の温度も急速に上昇し、素子の信頼性に問題が生じる。これは、活性層におけるダークライン欠陥や点欠陥等に起因した転位の増殖速度が、電流密度に関しては電流密度の２乗に比例して、または活性層の温度に関しては温度の指数関数に比例して増大するために、素子寿命が短くなるためである。以上のことから、高速変調動作と素子の信頼性との間には、非常に強いトレードオフの関係がある。

従来、８５０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬの活性層にはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の量子井戸活性層が用いられているが、このＧａＡｓの転位の増殖速度は、ＧａＡｓ基板上の歪みＩｎＧａＡｓやＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ系の材料と比較して大きく、容易に転位が増殖する。また、バリア層のＡｌＧａＡｓは、光強度の強い所では転位が増殖しやすい。このような点から、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の量子井戸活性層を用いた８５０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬにおいて、高速・高信頼性を両立するのは困難である。

転位の増殖速度は活性層の材料系に大きく依存するので、信頼性向上のために転位の動きにくい材料系を８５０ｎｍ帯ＶＣＳＥＬの活性層に用いる技術が非特許文献１に開示されている。この文献では、ウェル層としてＩｎＧａＡｓＰを用い、バリア層としてＩｎＧａＰを用いている。ウェル層にＩｎを入れて転位の増殖速度を抑制し、バリア層にはＡｌを用いない材料系にすることで、素子の信頼性向上を図っている。これは、Ａｌを用いない系を用いることによって、Ａｌに起因する成長中やプロセス工程での酸素の混入による非発光再結合センターの増加を抑制することができる。

また、ＩｎＧａＡｓＰウェル層に圧縮性の歪みをかけ、ＩｎＧａＰバリア層に引張性の歪みをかけることによって、活性層全体として歪みが補償される構造になっているため、歪みに対する信頼性も高くなっている。また、特許文献１では７８０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬの高信頼性を目的として、ウェル層としてＩｎＧａＡｓＰを用い、バリア層としてＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを用いることを開示している。その効果は、上記非特許文献１と同じである。

また、端面発光型の半導体レーザの高信頼活性層材料としてＩｎＧａＡｓＰウェルと、ＧａＡｓＰバリアとを組み合わせた技術が開示されている（例えば、特許文献２、３）。特許文献２では、従来のＡｌＧａＡｓ系材料の端面発光型レーザの劣化の大きな要因の一つであるレーザ端面におけるＣＯＤ（衝撃劣化）を抑制するために、端面におけるＡｌに起因した自然酸化がなくなるようにＡｌを用いない材料系としてＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ系材料を用いることを開示している。また、特許文献３では、７８０ｎｍ帯のＡｌを用いない材料系としてＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓＰ系材料をバリア層に用いることを開示している。

しかしながら、非特許文献１において報告されたように、ウェル層としてＩｎＧａＡｓＰを用い、バリア層としてＩｎＧａＰを用いた活性層構造にはいくつかの問題がある。まず第１の問題点は、特許文献３にも指摘されているようにＩｎＧａＡｓＰウェル層とＩｎＧａＰバリア層の価電子帯バンド不連続値（ΔＥｖ）が大きいことによって、ウェル層間で正孔キャリアの注入が不均一になってしまう点である。

これは、ウェル層間を正孔が通り抜ける際にバリア層のポテンシャル障壁が高いため十分な通り抜けができないため、最もｐ側半導体側のウェル層と最もｎ側半導体側のウェル層との間で正孔濃度に大きな差が生じてしまうためである。注入された正孔キャリアの少ないウェル層は利得が十分でないため、レーザ発振への寄与が弱まってしまう問題点が生じる。しかしながら、高速変調動作にはウェル数を増やすことにより１ウェル当たりのキャリア密度を下げて微分利得を増大させることが必要となるため、不均一キャリア注入が生じるΔＥｖの大きい材料系による量子井戸構造の活性層では難があると考えられる。

第２の問題点は、ＩｎＧａＰバリア層へのＣ（炭素）ドーピングがｎ型になってしまい、信頼性の高い変調ドープ構造を作成することが難しい点である。高速変調動作には量子井戸構造に変調ｐ型ドーピングすることが有効であり、この場合バリア層にのみｐ型ドーピングを施し、発光層であるウェル層には発光効率を低下させないためにドーピングをしない。バリア層にドーピングするｐ型ドーパントとしては、拡散が小さく点欠陥を生じさせないような性質が求められるため、Ｃ（炭素）ドーパントが有効である。

しかしながら、ＣドーパントはＩｎＧａＰにドープされると通常の成長条件下ではｎ型のドーパントとなることが知られており、ｐ型ドーパントとして用いることができない。ＩｎＧａＰのｐ型ドーパントとしてはＺｎやＢｅがあるが、いずれも拡散、点欠陥の発生といった問題点がある。従って、ＩｎＧａＰバリア層を用いると、信頼性の高い変調ドープ構造を作製することができない。

第３の問題点は、ウェル層とバリア層とのヘテロ界面においてＶ族切り替え界面の問題が生じる点である。ＩｎＧａＡｓＰとＩｎＧａＰで構成される量子井戸構造では、この２つの材料の接合するところにヘテロ界面が生じるが、そこでは急峻なＶ族切り替え技術が要求される。

急峻性を高めるために、Ｖ族切り替え時間を十分にとると、待機中に表面が劣化し、ヘテロ界面に非発光中心が多数形成されてしまう。例えば、ＩｎＧａＡｓＰウェル層とＩｎＧａＰバリア層の場合、Ａｓ／ＰのＶ族切り替えを急峻にするためのヘテロ界面での成長中断時間を変えると、量子井戸構造からのフォトルミネッセンスが大きく変わることが報告されている（例えば、非特許文献２）。これは上記材料系の組み合わせのＶ族組成がウェル層とバリア層で大きく異なるために、界面Ｖ族組成を急峻にするためには十分な待機時間が必要であるが、一方このような成長中断している間に界面には非発光再結合中心や変性層が生じるため光学特性は劣化するといったトレードオフがあることに問題がある。

一方、特許文献２で開示された技術は、端面発光レーザの劣化の大きな要因の一つであるレーザ端面におけるＣＯＤ（衝撃劣化）を抑制するために、活性層材料にＡｌを用いない材料系であるＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ系を用いることを開示している。この発明は、端面発光レーザのＣＯＤ劣化を抑制するための技術を開示しており、それをそのままＶＣＳＥＬ構造に適用することはできない。これは、ＶＣＳＥＬの活性層領域は大気に晒されていないため、ＣＯＤ劣化という劣化形態がＶＣＳＥＬには存在せず、特許文献２で問題としている劣化の形態はＶＣＳＥＬでは問題にならないからである。

本発明の課題は、ＶＣＳＥＬ構造における、大気に晒されることのない活性層領域の転位の増殖による劣化を抑制する技術であり、このため、ＣＯＤ劣化の抑制を意図した特許文献２で指定された請求項に記載の主要な構成要素が、８５０ｎｍ帯のＶＣＳＥＬには適用できないといった問題がある。

また、特許文献１では、７８０ｎｍ帯のＡｌフリーの活性層材料としてＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓＰ系材料をバリア層に用いることを開示している。しかし、量子井戸構造はウェル層とバリア層から形成されており、それらの組成、層厚等の適切な組み合わせにおいて機能するものであり、発振波長が異なる場合は設計思想から大幅に変える必要があり、本発明の８５０ｎｍＶＣＳＥＬの活性層としてそのまま適用することはできない。

例えば、特許文献３の実施例では、ウェル層はＧａＡｓ層に格子整合したＩｎ_{０．１６２}Ｇａ_{０．８３８}Ａｓ_{０．６７１}Ｐ_{０．３２９}で構成し、バリア層は歪み量−１％のＧａＡｓ_０．７２Ｐ_０．２８で構成しているが、この構造では量子井戸構造全体の平均歪みがＧａＡｓ基板と整合しておらず、歪みによる信頼性の点で問題が生じる。また価電子帯バンド不連続値もこの組成組み合わせでは十分ではなく、キャリア閉じこめに問題がある。

この問題を解決するためにウェル層に圧縮性の歪みを加え、歪みを補償するような組成に設定すると、今度はその組成がＩｎＧａＡｓＰの不混和領域に入ってしまい、結晶成長上の問題が発生する。このように、７８０ｎｍ帯のＩｎＧａＡｓＰウェル／ＧａＡｓＰバリアの材料系では、高信頼な歪み構造、十分なキャリア閉じこめ、良好な結晶性等の設計思想が実現できない点に課題がある。
特開２００４−２８１９６８号公報（第１１頁、図１） 特開２００２−３０５３５２号公報（第６頁、図１） 特開２００４−０３９７４７号公報（第２２頁、図２） Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ等、"Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ"、２００３年、Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．１４、ｐ．１０５１−１０５３ Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ等、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２００４年 Ｖｏｌ．２６１、３５５−３５８頁、図２

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、低閾値性、高効率性、高速変調性といった高性能な素子特性と高信頼性とを同時に満足する８５０ｎｍ帯ＶＣＳＥＬを提供すること目的とする。

本発明の一つの態様に係る面発光レーザは、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層、活性層、及び第２導電型ＤＢＲ層を有する発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザであって、前記活性層が、圧縮性の歪みを有するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１ウェル層と、引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層とを有する量子井戸構造を有し、前記ウェル層のＰ組成ｙ１と前記バリア層のＰ組成ｙ２との間に、｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５の関係が成立することを特徴とするものである。

これは、圧縮性の歪みを有するＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１ウェル層と引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層から構成する。この材料系では、ウェル層にＩｎが含まれていることにより、欠陥の増殖速度が従来のＧａＡｓウェル層に比べて遅い。また、バリア層はＡｌを含まないＧａＡｓＰから構成されているために、Ａｌに起因する成長中やプロセス工程での酸素の混入による非発光再結合センターの増加を抑制することができる。このため、本材料系により構成された面発光レーザは、高い信頼性を有する。さらに、ウェル層とバリア層のＶ族組成がほぼ同じになるような材料系の組み合わせにすることにより、ヘテロ界面における非発光再結合センターや変性層の影響を受けない、実質的に高信頼な量子井戸構造が実現可能となる。

また、前記第１導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間、または前記第２導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間に選択酸化型またはイオン注入型の電流狭窄層を有するとよい。さらに、前記量子井戸構造が複数の前記ウェル層を有し、前記ウェル層の間に位置するバリア層の層厚が１０ｎｍ以下であり、前記ウェル層の間に位置するバリア層のＰ組成ｙ２が、０．１５≦ｙ２≦０．３５であることを特徴とするとよい。これは、バリア層のＰ組成を上記のようにすることによって、タイプ２型の超格子構造ではなく、タイプ１型の超格子構造を作成することができ、このことによって、高信頼性を有する量子井戸構造を作成することができる。

さらに、前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが前記バリア層であり、前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが、層厚５ｎｍ以下のＧａＡｓ層に接しているとよい。これは、クラッド層と活性層領域における量子井戸構造を作成する間に待機するためであり、この待機時間に生じる表面酸化、不純物付着や変性層の形成などをＧａＡｓ層によって防ぐことができる。

さらにまた、前記バリア層が、炭素をドーピングすることにより形成されたｐ型半導体を有することを特徴とすることが好ましい。これは、炭素は拡散が小さく点欠陥を生じさせないため、信頼性の高い変調ドープ構造を作成することができ、量子井戸構造に変調ｐ型ドーピングすることによって信頼性の高い高速変調を行うことができるようになるためである。

本発明の他の態様に係る面発光レーザは、第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層、活性層、選択酸化型またはイオン注入型の電流狭窄層、及び第２導電型ＤＢＲ層が順次積層され、第１電極と、前記第２導電型ＤＢＲ層に接し電気的に接続された第２の電極と、を有する発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザであって、前記活性層が、圧縮性の歪みを有するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_{１−ｙ１−ｚ１}Ｐ_ｙ１Ｓｂ_ｚ１ウェル層と、引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層を有する量子井戸構造を有することを特徴とするものである。ウェル層とバリア層のＶ族組成がほぼ同じになるような材料系の組み合わせにすることにより、ヘテロ界面における非発光再結合センターや変性層の影響を受けない、実質的に高信頼な量子井戸構造が実現可能となると同時に、Ｓｂを含む材料を用いることによって、設計の自由度を増加させることができる。

本発明に係る面発光レーザによれば、本発明の面発光レーザは、活性層の材料としてＰ組成のほぼ等しいＩｎＧａＡｓＰ（Ｓｂ）／ＧａＡｓＰ系を用いているので、従来のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の活性層で問題であった信頼性の問題を緩和する効果や、従来のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＰ系の活性層で問題であったＶ族切り替え界面での非発光センターや正孔の不均一注入の問題を解決する効果を有する。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、８５０ｎｍ帯の面発光レーザに適用したものである。ここでいう８５０ｎｍ帯の面発光レーザとは、発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザのことである。

図１に本実施の形態に係る面発光レーザの構成図を示す。本実施の形態に係る面発光レーザ１においては、第１導電型のＧａＡｓ基板１１上に、第１導電型の多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層１２、活性層領域１４を含んだ共振器部１３、選択酸化型またはイオン注入型の電流狭窄構造１５、第２導電型のＤＢＲ層１６が順次積層されている。第１導電型のＤＢＲ層１２上には第１の電極１７が形成され、第２導電型のＤＢＲ層１６上には第２の電極１８が形成されている。

第１導電型のＤＢＲ層１２と第２導電型のＤＢＲ層１６とは、高屈折率層１２１、１６１と低屈折率層１２２、１６２の周期構造によって構成されている。電流狭窄構造１５は、高抵抗層１５１と狭窄層１５２から構成される。

第１の電極１７と第２の電極１８との間に電圧が印加されたときに活性層領域１４に流れこむ電流は、この電流狭窄構造１５において、狭窄層１５２の幅に狭窄されることになる。なお、図１においては電流狭窄構造１５が第２導電型ＤＢＲ層１６と共振器部１３との間に形成されていたが、第１導電型ＤＢＲ層１２と共振器部１３との間に形成されてもよく、また、第２導電型ＤＢＲ層１６と共振器部１３との間、第１導電型ＤＢＲ層１２と共振器部１３との間の両方に形成されても良い。

共振器部１３は、活性層領域１４と活性層領域１４の上下に積層されているＧａＡｓ層１９とクラッド層２０とを有している。活性層領域１４は、ウェル層１４１とバリア層１４２から構成される量子井戸構造になっている。本実施の形態に係る面発光レーザにおいては、ウェル層１４１は圧縮性の歪みを有するＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１から構成され、バリア層１４２は引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２層から構成されている。なお、上述の構成では、ウェル層１４１の構成をＩｎＧａＡｓＰにしているが、ＩｎＧａＡｓＰＳｂで構成されていてもよい。また、ウェル層１４１のＰ組成ｙ１とバリア層１４２のＰ組成ｙ２との間に、｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５の関係が成立している。この理由を以下に説明する。

まず、このＶ族組成が略等しいＩｎＧａＡｓＰから構成されるウェル層１４１とＧａＡｓＰから構成されるバリア層１４２との組み合わせにより、８５０ｎｍ帯の発光と良好なキャリア閉じこめおよび歪みの点からみて安定な構造が実現できると保証された訳ではない。即ち、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ系の組み合わせにおいて、波長、キャリア閉じこめ、歪み安定性といった観点から８５０ｎｍＶＣＳＥＬの活性層として機能するような組成の組み合わせが存在するかどうかが重要な点となる。

そこで、本材料系が８５０ｎｍの活性層として機能するかどうかを、ウェル層１４１、バリア層１４２の組成を変えてバンド計算を行って調べた。その結果、８５０ｎｍ帯ではＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ系の組み合わせにおいてＶ族組成が略等しい（｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５）としても、キャリア閉じこめは良好であり、かつ量子井戸構造の平均歪み量はほぼＧａＡｓ基板と整合することを見いだした。

図２は、８５０ｎｍ帯発光のＩｎＧａＡｓＰの組成および格子整合条件組成を図示したものである。横軸はＩｎＧａＡｓＰのＩｎ組成であり、縦軸はＩｎＧａＡｓＰのＰ組成である。図２において、右端の線はＩｎ組成が０であるので、ＧａＡｓＰの組成である。つまり、右端の線がバリア層の組成にあたる。

ここでは、ＩｎＧａＡｓＰをウェル層１４１として用いるので、ウェル層１４１の層厚を変化させることによって量子準位シフト量が発生するため、発光波長を変えることができる。例えば、ウェル層１４１の層厚を５ｎｍとすると量子準位シフト量が大きいため、バリア層１４２の障壁の高さにも少し依存するが）、ウェル層の歪んだ状態でのバルクのバンドギャップＥ_ｇｓｔは、１．３８２ｅＶ（λ＝８９７ｎｍ）程度と小さくても良いが、ウェル層１４１の層厚が１０ｎｍの場合は、量子準位シフト量が大きくないため、ウェル層１４１の歪んだ状態でのバルクのバンドギャップＥ_ｇｓｔは、１．４２１ｅＶ（λ＝８７３ｎｍ）程度が必要となる。

ウェル層１４１の層厚としては、５ｎｍから１０ｎｍ程度が量子効果を出すのに最も適した層厚であるので、図２の中における斜線部分に示された（Ｉｎ，Ｐ）組成領域が８５０ｎｍ発光用のウェル層１４１の組成として適していることが示される。また、図２にＧａＡｓ基板１１と格子整合するような（Ｉｎ，Ｐ）組成を点線で示した。この点線より左側の領域では圧縮性の歪みが、右側の領域では引張性の歪みが生じる。斜め線で示された（Ｉｎ，Ｐ）組成領域は、上述のＧａＡｓ基板１１と整合する組成を示す点線より左側の領域に位置するため、８５０ｎｍ帯のウェル層１４１は必ず圧縮性の歪みがかかっていることがわかる。また、ＩｎやＰの組成が大きいほど図２において、上述の点線との間隔が大きくなることから圧縮性の歪み量が大きくなることがわかる。

また、図２に示されるように、Ｖ族元素が略同一の組成条件下では、８５０ｎｍ帯の適正組成を示す斜線部分において、ＧａＡｓ基板１１と格子整合する点線に対して略対称の位置に図２に示されるグラフの右端の線が位置するため、ＧａＡｓＰで構成されるバリア層１４２における圧縮性歪みとＩｎＧａＡｓＰで構成されるウェル層１４１における引張性歪みが略等しい量になるので、量子井戸構造の平均格子定数はほぼＧａＡｓ基板１１と一致させることができ、歪み構造の安定性も保証される。

次に、ＩｎＧａＡｓＰから構成されるウェル層１４１と略同じＶ族元素の組成を有するＧａＡｓＰから構成されるバリア層１４２とのバンド構造を考えてみる。ここではＰ組成０．２を例にとり、Ｉｎ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ_０．８Ｐ_０．２／ＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２の量子井戸構造において、ウェル層１４１のＩｎ組成ｘ１を大きくしていった時のバンドラインアップを調べた。図３にその結果を示した。

図３において、横軸はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_０．８Ｐ_０．２中のＩｎ組成であり、縦軸がエネルギー（ｅＶ）であり、上に示される曲線が価電子帯上端のエネルギー準位であり、下に示される曲線が伝導帯下端のエネルギー準位である。また、図３におけるグラフの左端の線は、Ｉｎ組成が０を示す線であるので、バリア層１４２であるＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２の価電子帯上端、伝導帯下端のエネルギー位置を示している。

ＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２から構成されるバリア層１４２は引張性の歪みがかかっているので、価電子帯上端には軽い正孔がきている。Ｉｎ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ａｓ_０．８Ｐ_０．２から構成されるウェル層１４１のＩｎ組成ｘ１を徐々に上げていくと、伝導帯下端のエネルギーは単調に下がって行くが、ウェル層１４１のＩｎ組成ｘ１が低いときには、価電子帯上端は軽い正孔で占められているためほとんどエネルギー位置が変化せず、ほとんどＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２の正孔のエネルギーと変わらない。このため、正孔の閉じこめができず、伝導帯の底と価電子帯の底が別の層にあるタイプ２型の超格子構造となっている。この状況は、ＧａＡｓ基板１１と略格子整合するまで続く。

さらにＩｎ組成を上げていくとバリア層１４２には圧縮性の歪みがかかることになり、重い正孔が価電子帯上端に位置するようになる。そのため、単調に価電子帯上端エネルギーが下がって行くことになる。このように、Ｐ組成を一定としてＩｎ組成を大きくしてゆくと、格子整合条件組成まではタイプ２型の超格子構造であり、格子整合条件よりＩｎ組成を大きくしてゆくとウェル内への電子、正孔キャリア閉じこめが共に大きくなってゆくことがわかる。

さらに、ウェル層１４１のＩｎＧａＡｓＰバルクのバンドギャップが１．３８２ｅＶに一定になるように、（Ｉｎ，Ｐ）組成を変化させたときのバンド端変化を調べた。図４にその結果を示す。図４において、横軸はＩｎＧａＡｓＰのＰ組成であり、縦軸はエネルギー（ｅＶ）である。上の曲線がＩｎＧａＡｓＰのＰ組成を変化させたときの伝導帯下端のエネルギー準位であり、下の曲線がＩｎＧａＡｓＰのＰ組成を変化させたときの価電子帯上端のエネルギー準位である。バンドギャップを１．３８２ｅＶ一定になるように変化させるのは、図２においてウェル層１４１のＩｎＧａＡｓＰバルクの組成を、Ｅ_ｇｓｔ＝１．３８２ｅＶの線上に沿った斜め矢印に沿って変化させたことと同じである。

図４に示されるように、ＩｎＧａＡｓＰウェル層のバンドギャップを１．３８２ｅＶ一定にして（Ｉｎ，Ｐ）組成を変化させた場合、伝導帯および価電子帯の端のエネルギーはほとんど変わらないことがわかる。このことは、ウェル層１４１のバンドギャップが決まれば、その（Ｉｎ，Ｐ）組成の選び方でバンドのラインアップが変わることはなく、結晶成長上もしくは積層する層構造の歪みの点で有利な組成を自由に選ぶことができることを意味する。このため、ヘテロ界面を形成する上で有利な、ＧａＡｓＰで構成されるバリア層１４２のＰ組成とＩｎＧａＡｓＰで構成されるウェル層１４１のＰ組成が等しいような構成が総合的に考えて良いということになる。

以上のことから、ウェル層１４１のバルクのバンドギャップを一定にした時、ＧａＡｓＰで構成されるバリア層１４２との伝導帯バンド不連続値ΔＥｃや価電子帯バンド不連続値ΔＥｖは、ＧａＡｓＰのＰ組成によって決まることがわかる。図５に、図２に示した８５０ｎｍ帯発光のＩｎＧａＡｓＰの組成および格子整合条件組成と、このグラフの右端軸にＧａＡｓＰのＰ組成で決まる伝導帯バンド不連続値ΔＥｃと価電子帯バンド不連続値ΔＥｖの値を示した。

図５に示されるように、ＧａＡｓＰから構成されるバリア層１４２においてＰ組成が増大するにしたがって、伝導帯バンド不連続値ΔＥｃと価電子帯バンド不連続値ΔＥｖが増大することがわかる。Ｐ組成が０．１５より小さい場合ΔＥｖは２９ｍｅＶより小さくなるためウェル層１４１への正孔の閉じこめ効果が小さくなり、デバイスとして良好な特性が得られない。一方、バリア層１４２とウェル層１４１とのＰ組成を大きくしてゆくと今度は、バリア層１４２を構成するＧａＡｓＰとウェル層１４１を構成するＩｎＧａＡｓＰ層とがともにＧａＡｓ基板１１に対する格子不整合度が大きくなり、量子井戸としては歪みが整合していても、単層としての歪み臨界を越えることになり、素子特性や素子の信頼性の点で問題が生じてくる。

また、量子井戸構造は面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に適用されるため、量子井戸構造は電界強度の腹の部分に存在していることが重要である。このため、バリア層１４２の層厚は端面発光レーザの場合より小さいことが重要であり、１０ｎｍ以下であることが望ましい。さらに、バリア層１４２の層厚は、正孔と電子の閉じ込め効果が確実なものにするためにウェル層１４１の層厚以上であることが必要である。この層厚条件から、結晶構造安定上の臨界Ｐ組成が、０．３５であることがわかる。

以上のことから、本発明の８５０ｎｍ帯のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１／ＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２系量子井戸構造では、Ｐ組成がウェル層１４１とバリア層１４２とで｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５である場合に、信頼性、特性共に良好な活性層が得られることが明らかになる。また、好ましくはバリア層のＰ組成ｙ２が、０．１５≦ｙ２≦０．３５である時にその効果が顕著であることを示された。さらにバリア層１４２の層厚は１０ｎｍより小さくすることでウェル層１４１を出来るだけ密集させることが望ましい。

また、最も第１導電型ＤＢＲ層１２側に位置するバリア層１４２と、最も電流狭窄構造１５側に位置する層のバリア層１４２には、５ｎｍ以下のＧａＡｓ層１９が接触していることが望ましい。これは、量子井戸構造の両側は、例えばＡｌＧａＡｓ系材料でクラッドし、さらにその外側はＡｌＧａＡｓ系の多層膜ブラック反射鏡で挟むような構造になるが、この際、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ系量子井戸構造とＡｌＧａＡｓ系材料とでは最適成長温度が一般に異なるため、ＡｌＧａＡｓ層と量子井戸構造とを積層する間に、待機工程を設け、成長温度を次に成長する層の最適温度に合わせる。

しかし、その場合、ＡｌＧａＡｓ層やＧａＡｓＰ層が露出した状態での待機になり、Ａｌによる待機中の表面酸化、不純物付着や、ＧａＡｓＰ層における変性層の形成などが生じる。これを防ぐために、本発明ではＧａＡｓ層を量子井戸構造の両側に配置し、待機工程中はＧａＡｓ面が露出しているような構造にする。しかし、ＧａＡｓ層が厚いと８５０ｎｍの光を吸収し、ＶＣＳＥＬの特性を低下させてしまうため、このＧａＡｓ層の層厚は、５ｎｍ以下にして量子準位の波長が８５０ｎｍより短波にする必要がある。

さらにバリア層１４２がＣ（炭素）をドーピングされた構成にすることが好ましい。レーザを高速変調する手法の一つとして量子井戸構造のバリア層にｐ型ドーピングを施す、いわゆる変調ドープ構造がある。ｐ型のドーパントとしては、信頼性の点から拡散定数が小さく、欠陥の作りにくいドーパントが求められる。炭素（Ｃ）はIII−Ｖ族化合物半導体に対して両性不純物として作用し、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）等に比べて拡散し難くまた欠陥も生じにくいが、母体材料によってはｎ型ドーパントとなる。例えば、ＩｎＰやＩｎＧａＰなどに対してはｎ型ドーパントとして作用する。本発明のＧａＡｓＰから構成されるバリア層１４２に対しては炭素（Ｃ）ドーパントはｐ型のドーパントとして機能するので、ｐ型変調ドープ構造が作製可能となる。

第１の電極１７と第２の電極１８に電圧が印加されることによって面発光レーザ１に注入された電流は、電流狭窄構造１５によって所望の大きさに狭窄される。そして、この狭窄された電流はウェル層１４１で電子と正孔の発光再結合という形で光に変換される。ここで生成された光は、第１導電型のＤＢＲ層１２と第２導電型のＤＢＲ層１６から形成される光共振器により定在波が形成される。また、上記の定在波の腹の近傍に密集して位置するウェル層１４１によるゲインと共振器中のロスが釣り合った時に、レーザ発振を起こすことができる。

第１導電型のＤＢＲ層１２、第２導電型のＤＢＲ層１６及び共振器部１３は、面発光レーザ１の発振波長である８５０ｎｍ帯になるように層厚設計がされている。ウェル層１４１における発光波長も８５０ｎｍ帯になるように上述のように組成、層厚を設計しているので、発光した光は効率良く光共振され低閾値でレーザ発振する。

また、ウェル層１４１は圧縮性の歪みを有し重い正孔の面内有効質量が軽くなるため、低キャリア注入で反転分布が生じ、低閾値発振の要因となる。さらに、バリア層１４２のＰ組成ｙ２が上述の範囲にあることによって、電子と正孔とのウェル層１４１内への閉じ込めが強くすることが可能となり、低閾値発振、高温動作、高速変調等の良好なレーザ動作特性の一因とすることができる。

一方、バリア層１４２はウェル層１４１とは逆の歪みである引張性の歪みを有しているため歪み構造が安定であること、ウェル層１４１とバリア層１４２とのＰ組成が略等しいためにヘテロ界面での欠陥が少ないこと、及びウェル層１４１にＩｎが含有されていることによる転位が増大することが低いことから高信頼性を有する面発光レーザを作成することができる。さらに、５ｎｍ以下のＧａＡｓ層１９による待機界面の高品質化により、電流注入時の活性層劣化が大幅に抑制され高信頼性動作が可能となる。また、バリア層１４２における変調Ｃドーピングにより、高信頼性を維持したまま高速変調動作を可能としている。

ウェル層１４１がＩｎＧａＡｓＰの代わりにＩｎＧａＡｓＰＳｂで構成されている場合は、小さいＩｎ組成でも正孔のキャリア閉じこめが可能となり、設計の自由度が増す。ＩｎＧａＡｓＰ層においては、ある程度Ｉｎ組成を大きくしなければ、タイプ２型超格子になったり、正孔の閉じこめが弱かったりする。

この問題点を克服するために、本発明ではウェル層１４１にさらにアンチモン（Ｓｂ）を添加しＩｎＧａＡｓＰＳｂウェル層としてもよい。Ｓｂ元素をＧａＡｓ系材料に入れると、伝導帯下端のエネルギーはほとんど変化しないで、価電子帯上端のバンドエネルギーが伝導帯側に引き寄せられる形で上昇する。このため、Ｉｎ元素よりも効果的に正孔のキャリア閉じこめが可能となる。ＳｂはＩｎと同様、混晶の格子定数を大きくする方向に働くので、歪みの点からは、ＩｎとＳｂは同じような効果がある。一方でＩｎ元素は、電子のキャリア閉じこめを実現する上で必要であり、ＩｎとＳｂの混入割合を調整することにより、ΔＥｃやΔＥｖを比較的自由に設計することが可能となる。

本実施例に係る面発光レーザの構成図を図６に示す。本実施例においては、上述の実施の形態における構成に、第１導電型のＤＢＲ層と第２導電型ＤＢＲ層とにおいて、低屈折率層と高屈折率層との間にグレーディット層を挟んでいる。そこで図６を用いて本発明による面発光レーザの第１の実施例を説明する。ここでは発振波長８５０ｎｍの面発光レーザを例にとって説明する。面発光レーザの構造を概略的に見ると、ｎ型のＤＢＲ層２２とｐ型のＤＢＲ層２６とそれに挟まれた形で共振器部２３が積層され、ｎ型電極２７、ｐ型電極２８と電流狭窄構造２５とがプロセスによって形成されている。以下、各部について詳細に説明する。

まず、Ｓｉドープ（４×１０^１８ｃｍ^−３）のｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、低屈折率層としてＳｉドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層２２１と高屈折率層としてＳｉドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ａｓ層２２２との一対を基本単位にして３５．５ペア（終端はＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層１２２）のｎ型ＤＢＲ層１２を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法にて積層する。もちろん、分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ）法を用いてもよい。低屈折率層と高屈折率層の間は、電気抵抗低減のためにＳｉドープＡｌＧａＡｓグレーディット層２２３が挿入される。ＤＢＲを構成する各層厚は、いわゆるλ／４の多層反射膜になるように設計される。

次に共振器部２３であるが、ｎ型ＤＢＲ層２２の上にＳｉドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓｎ型クラッド層２９１を積層し、続いて４ｎｍ厚のアンドープＧａＡｓ層３０１を積層し、その上に、６ｎｍ厚のアンドープＩｎ_０．１７Ｇａ_０．８３Ａｓ_０．８Ｐ_０．２ウェル層２４１と７ｎｍ厚のアンドープＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２バリア層２４２からなる２重量子井戸構造から構成される活性層領域２４を形成する。引き続き、４ｎｍ厚のアンドープＧａＡｓ層３０２と炭素（Ｃ）ドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓｐ型クラッド層２９２を積層して共振器部２３が構成される。共振器部２３は、光学長として丁度１波長分の共振構造になるように層厚が設計され、活性層領域２４の量子井戸構造の中心が、共振器部に形成される電界強度の定在波の腹にあたるように設計されている。

引き続いて、共振器部２３上に電流狭窄構造２５を形成するためにＡｌ組成の高いＣドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を積層する。これは、ウエハ成長後のプロセスによってＣドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層を電流ブロック領域２５１と電流通過領域２５２を形成する。

Ｃドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層上には、高屈折率層としてＣドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ａｓ層２６１と低屈折率層としてＣドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層２６２との一対を基本単位にして計２５ペアのｐ型ＤＢＲ層２６を積層する。ここでも低屈折率層と高屈折率層の間は、電気抵抗低減のためにＣドープＡｌＧａＡｓグレーディット層２６３が挿入される。最後の層の一部は、ｐ側オーミックコンタクトが取りやすいように３０ｎｍの高濃度のＣドープ（２×１０^１９ｃｍ^−３）ＧａＡｓ層２６４が積層されている。ＤＢＲを構成する各層厚は、ｎ型ＤＢＲ層と同様に、いわゆるλ／４の多層反射膜になるように設計される。

以上のようにして形成された積層構造を、通常のデバイスプロセス工程で面発光レーザ素子に加工する。まず、フォトレジストをエピタキシャル成長膜上へ塗布し、円形のレジストマスクを形成する。つぎに、ドライエッチングにより、下部ｎ型ＤＢＲ層２２の高屈折率層２２１が露出するまでエッチングを行い、直径約３０μｍの円柱状構造を形成する。

この工程により、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層の側面が露出する。そして、水蒸気雰囲気中の炉内において温度約４００度で約１０分間加熱を行うことによって、この層の酸化を行う。電流狭窄層のＡｌ組成は０．９８と大きく、ｐ型のＤＢＲ層２６の中のＡｌ組成０．９と差があるため酸化速度が速く、ｐ型の半導体多層膜では酸化があまり進まず、Ａｌ_０．９８Ｇａ_０．０２Ａｓ層で選択的に酸化が進む。これにより、ドーナッツ型の電流ブロック領域２５１が形成され、中心部には直径が約８μｍの電流通過領域２５２が形成され、電流狭窄構造２５が形成される。

次に、メサ上にチタン(Ｔｉ)／金（Ａｕ）のリング状のｐ型電極２８を形成する。またｎ側電極として、ｎ型ＤＢＲ層２２の高屈折率層であるＡｌＧａＡｓ層２２２を露出させて、その部分にＡｕＧｅ合金のｎ型電極２７を形成する。

本実施例１で用いたウェル／バリア組成は、図５における斜線部分の組成領域に入っており、フォトルミネッセンス（ＰＬ）の発光波長は約８４７ｎｍであった。室温におけるＰＬ半値全幅は約２７ｍｅＶと狭く、これは十分に良好なキャリア閉じこめ効果による（ΔＥｃ、ΔＥｖはそれぞれ７５ｍｅＶ、２６ｍｅＶ程度）ものである。実施例１の面発光レーザは、活性層領域２４を構成する量子井戸構造にＰ組成が等しいＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓＰ材料を用いているので、ウェル／バリアのヘテロ界面での成長待機時間がほとんどないため非発光センターの発生が十分に抑制され素子特性の向上に寄与している。

また、実施例１のウェル／バリア組成における歪み量は、それぞれ０．５１％（圧縮）／―０．７２％（引張）であり、量子井戸構造としては平均−０．４４７％の引張歪みになっており、十分歪み構造上安定である。さらにウェル層に欠陥増殖の少ないＩｎＧａＡｓＰ系材料を用い、さらにバリア層もＡｌフリーにしているために、電流通電動作中の素子信頼性が高い。

また、本実施例１では、活性層領域２４を構成する量子井戸構造の両側に４ｎｍのＧａＡｓ層が設けられ、このＧａＡｓ層中で成長待機して、成長温度をＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓ層の最適成長温度（この場合６５０℃）と量子井戸構造の最適成長温度（この場合５５０℃）の間で変えているので、成長待機工程による欠陥発生が極力抑制されている。このため、ＧａＡｓ層の導入により発振閾値電流はＧａＡｓ層の無い場合と比較して約２０％減少した。

第２の実施例では、バリア層の一部にＣドーピングを施した。図７は、図６における共振器部２３の部分を拡大した層構造図である。第２の実施例では、バリア層２４２の一部にＣドープ（２×１０^１８ｃｍ^−３）された３ｎｍ層厚のＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２層２４４が３つのバリア層中に挿入されている。このＣドープ層２４４は、炭素原子がウェル層２４１に混入しないようにウェル層２４１との界面から２ｎｍ離されている。ＣはＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２層２４４でｐ型のドーパントとなるが、そこで生じた正孔は、すべて２つのウェル層２４１に移動する。従って、ウェル層２４１では約１．５×１０^１８ｃｍ^−３の正孔が溜まることになる。この変調Ｃドープ構造によりウェル層２４１の微分利得が増大し、このため高速変調が可能となる。

第３の実施例では、第１の実施例において用いたウェル層２４１をＩｎＧａＡｓＰではなく、ＩｎＧａＡｓＰＳｂに置き換えている。具体的な組成、層厚としては、Ｉｎ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ_{０．７６６}Ｐ_０．２Ｓｂ_{０．０３４}ウェル層２４１、６ｎｍである。Ｉｎ組成が０．１２であるＩｎ_０．１２Ｇａ_０．８８Ａｓ_０．８Ｐ_０．２ウェル層２４１ではＧａＡｓ_０．８Ｐ_０．２バリア層２４２とのΔＥｖはほとんど零で、正孔の閉じこめ効果はないが、これにＳｂを３．４％程度加えることにより、ΔＥｖは約４６ｍｅＶ、ΔＥｃは約５３ｍｅＶとなる。

第１の実施例において用いたＩｎＧａＡｓＰから構成されるウェル層２４１ではΔＥｃ／ΔＥｖの配分比は約３（＝７５ｍｅＶ／２６ｍｅＶ）であったが、Ｓｂを加えることによりほぼ同じバンドギャップにおいてΔＥｃ／ΔＥｖの配分比が１．１５（＝５３ｍｅＶ／４６ｍｅＶ）になっている。このように、Ｓｂ添加によりバンド設計の自由度が増加する。

また、小さなＩｎ組成でもタイプＩ型の良好な量子井戸構造が形成できるため、Ｉｎ偏析による量子井戸構造の乱れが抑制される。さらに、結晶成長上、少量のＳｂは、サーファクタント効果を有することが知られており、この効果により、成長界面の平坦性が向上することが期待される。Ｓｂの添加量はＰ組成に比べて少量であるので、ウェル／バリアでのＰ組成はほぼ同じにすることが可能であり、Ｖ族切り替えシーケンスによる界面劣化は実施例１と同様、極小に抑えられる。

上述の実施の形態及び実施例においては、面発光レーザの発振波長として８５０ｎｍの例をあげたが、８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下においても本発明の材料系で同様の効果が期待される。また、上述の実施の形態及び実施例においてでは、電流狭窄構造にＡｌＧａＡｓの選択酸化を用いたが、プロトン等のイオン注入による電流狭窄構造であってもよい。さらに、上述の実施の形態及び実施例においてでは量子井戸構造のウェル数を２としたが、本発明によるウェル／バリア層ではΔＥｖが小さくかつバリア層厚も１０ｎｍより小さいので、３から５個のウェル層を電界強度の腹近傍に納めることも可能である。さらにまた、上述の実施の形態及び実施例においてでは、ｎ型電極をｎ型ＤＢＲ層から取ったが、基板側から取ってもよい。また、上述の実施の形態及び実施例においてでは、ｎ型基板上で例示したが、ｐ型基板を用いて積層順番を反対にしても良い。

なお、本発明は上述した実施の形態のみ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において種々の変更が可能であることは勿論である。

本実施の形態に係る面発光レーザの構造図である。 ８５０ｎｍで発光するＩｎＧａＡｓＰ系のＩｎとＰの取りうる組成領域を示した図である。 Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_０．８Ｐ_０．２系のバンド端エネルギーのＩｎ組成ｘ依存性を示したグラフである。 一定バンドギャップを有するＩｎＧａＡｓＰのバンド端エネルギーの組成依存性を示したグラフである。 良好な特性で８５０ｎｍ発光するＩｎＧａＡｓＰ系のＩｎとＰの取りうる組成領域と組成を変化させた時のバンド端の変化を説明した図である。 本発明の実施例１にかかる面発光レーザの構造を示す断面図である。 本発明の実施例２にかかる量子井戸構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 面発光レーザ
１１ 基板 １２ 第１導電型ＤＢＲ層 １３ 共振器部 １４ 活性層領域
１５ 電流狭窄構造 １６ 第２導電型ＤＢＲ層 １７ 第１の電極 １８ 第２の電極
１９ ＧａＡｓ層 ２０ クラッド層
２１ ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＤＢＲ層 ２３ 共振器部 ２４ 活性層領域
２５ 電流狭窄構造 ２６ ｐ型ＤＢＲ層 ２７ ｐ型電極 ２８ ｎ型電極
１２１ 高屈折率層 １２２ 低屈折率層 １４１ ウェル層 １４２ バリア層
１５１ 高抵抗層 １５２ 狭窄層
２２１ 高屈折率層 ２２２ 低屈折率層 ２２３ グレーディット層
２４１ ウェル層 ２４２ バリア層 ２４４ Ｃドープ層
２５１ 電流ブロック領域 ２５２ 電流通過領域
２６１ ＣドープＡｌ_０．１３Ｇａ_０．８７Ａｓ層 ２６２ ＣドープＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ層２６３ グレーディット層 ２６４ 高濃度ＣドープＧａＡｓ層
２９１ ＳｉドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓｎ型クラッド層
２９２ 炭素（Ｃ）ドープＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓｐ型クラッド層
３０１、３０２ アンドープＧａＡｓ層

Claims (10)

1. 第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層、活性層、及び第２導電型ＤＢＲ層を有する発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザであって、
   前記活性層が、圧縮性の歪みを有するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_１−ｙ１Ｐ_ｙ１ウェル層と、引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層とを有する量子井戸構造を有し、
   前記ウェル層のＰ組成ｙ１と前記バリア層のＰ組成ｙ２との間に、
   ｜ｙ１−ｙ２｜≦０．０５
   の関係が成立することを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記第１導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間、または前記第２導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間に選択酸化型またはイオン注入型の電流狭窄層を有する請求項１に記載の面発光レーザ。
3. 前記量子井戸構造が複数の前記ウェル層を有し、前記ウェル層の間に位置するバリア層の層厚が１０ｎｍ以下であり、
   前記ウェル層の間に位置するバリア層のＰ組成ｙ２が、０．１５≦ｙ２≦０．３５であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ。
4. 前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが前記バリア層であり、
   前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが、層厚５ｎｍ以下のＧａＡｓ層に接していることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面発光レーザ。
5. 前記バリア層が、炭素をドーピングすることにより形成されたｐ型半導体を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の面発光レーザ。
6. 第１導電型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型多層膜ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層、活性層、及び第２導電型ＤＢＲ層を有する発振波長が８２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の面発光レーザであって、
   前記活性層が、圧縮性の歪みを有するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_{１−ｙ１−ｚ１}Ｐ_ｙ１Ｓｂ_ｚ１ウェル層と、引張性の歪みを有するＧａＡｓ_１−ｙ２Ｐ_ｙ２バリア層を有する量子井戸構造を有することを特徴とする面発光レーザ。
7. 前記第１導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間、または前記第２導電型ＤＢＲ層と前記活性層の間に選択酸化型またはイオン注入型の電流狭窄層を有する請求項６に記載の面発光レーザ。
8. 前記量子井戸構造が複数の前記ウェル層を有し、前記ウェル層の間に位置するバリア層の層厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の面発光レーザ。
9. 前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが前記バリア層であり、
   前記量子井戸構造の前記基板に最も近い層と最も遠い層とが、層厚５ｎｍ以下のＧａＡｓ層に接していることを特徴とする、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の面発光レーザ。
   請求項５又は請求項６に記載の面発光レーザ。
10. 前記バリア層が、炭素をドーピングすることにより形成されたｐ型半導体を有することを特徴とする、請求項６乃至請求項９に記載の面発光レーザ。

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