JP2012243937A - 半導体レーザ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製作工程が複雑になることなく、電流経路を狭窄できる半導体レーザ構造を提供すること。
【解決手段】（ａ）ｎ型クラッド層２、８、（ｂ）発光層４、１０、及び（ｃ）ｐ型クラッド層６、１２を積層して成るレーザ構造単位１０１、１０３を複数備えるとともに、前記レーザ構造単位１０１、１０３間の境界における一部の領域に、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂから成るトンネル接合層７を備え、前記境界に、以下の（イ）、（ロ）のうちの一方又は両方を備えることを特徴とする半導体レーザ構造。（イ）前記一部以外の領域において、前記ｎ型クラッド層８に接し、そのｎ型クラッド層８よりもバンドギャップエネルギーが大きいｎ型の層２１。（ロ）前記一部以外の領域において、前記ｐ型クラッド層６に接し、そのｐ型クラッド層６よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型の層。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザ構造に関する。

半導体レーザ構造を、例えばレーザレーダ等、パルス大電流による高出力が必要な装置に適用する場合、図４に示すように、レーザ構造単位２０１（ｎ型クラッド層２０３、発光層２０５、及びｐ型クラッド層２０７から成る単位）を、基板２０９の成長面に対して垂直方向に複数積層する構造が用いられる。この構造は、隣接するレーザ構造単位２０１の発光層２０５を数μｍ内に近接できるため、容易にレンズで集光することができる。

この構造では駆動時にレーザ構造単位２０１間にバイアスがかかり、高抵抗となるため、各レーザ構造単位２０１の界面にトンネル接合層２１１を設け、トンネル効果による低抵抗化を図る必要がある。また、半導体レーザ構造には、ｐ側電極２１３、絶縁層２１５、及びｎ側電極２１７が設けられる。

半導体レーザ構造において、発光ストライプ幅（ｐ側電極２１３のうち、絶縁層２１５で覆われず、開口している部分の幅）は、レンズの大きさ等に応じて設定される。この場合、図４において破線で示すように、絶縁層２１５の下への電流の広がりが無視できず、発光ストライプ幅が設計よりも大きくなってしまったり、光に寄与しない無効電流が増大し、光出力が抑制されてしまう。

これに対し、半導体レーザ構造の両側に、非伝導性の埋め込み構造を設けることによって電流経路を狭窄する方法（特許文献１における第１の実施形態参照）や、トンネル接合層の一部を除去して電流経路を狭窄する方法（特許文献１における第３の実施形態参照）が提案されている。

特開２００７−２５１０３１号公報

しかしながら、非伝導性の埋め込み構造を設ける方法では、半導体レーザ構造の製作工程が複雑になってしまう。また、トンネル接合層の一部を除去する方法では、トンネル接合層を除去した領域のレーザ構造単位の境界における電流の流れを十分に抑制できない。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、製作工程が複雑になることなく、電流経路を狭窄できる半導体レーザ構造を提供することを目的とする。

本発明の半導体レーザ構造は、（ａ）ｎ型クラッド層、（ｂ）発光層、及び（ｃ）ｐ型クラッド層を積層して成るレーザ構造単位を複数備えるとともに、前記レーザ構造単位間の境界における一部の領域に、ｐ型導電型層及びｎ型導電型層から成るトンネル接合層を備え、前記境界に、以下の（イ）、（ロ）のうちの一方又は両方を備える。
（イ）前記一部以外の領域において、前記ｎ型クラッド層に接し、そのｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｎ型の層
（ロ）前記一部以外の領域において、前記ｐ型クラッド層に接し、そのｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型の層
本発明の半導体レーザ構造は、前記（イ）の層、前記（ロ）の層、又はその両方の層を備えることにより、レーザ構造単位間の境界において、トンネル接合層が設けられていない領域での電流の流れを、より効果的に抑制し、電流の広がりを抑制することができる。その結果、電流の広がりによる発光ストライプ幅の増大や、無効電流の増大に伴う光出力の低下を抑制することができる。

また、本発明の半導体レーザ構造では、非伝導性の埋め込み構造を設ける必要が無いので、半導体レーザ構造の製作工程が複雑になってしまうことがない。
前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層は、Ａｌ及び／又はＰを含むことが好ましい。前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層は、Ａｌ、Ｐ、又はその両方を含むことにより、バンドギャップエネルギーが一層大きくなる。そのことにより、電流の広がりを抑制する効果が一層顕著になる。

本発明の半導体レーザ構造は、基板を備え、前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層は、前記基板に対し、伸長歪みを有することが好ましい。この場合、前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層のバンドギャップエネルギーが一層大きくなる。そのことにより、電流の広がりを抑制する効果が一層顕著になる。

本発明の半導体レーザ構造は、絶縁層により開口部を狭窄された電極を備え、前記半導体レーザ構造の各層に直交する方向から見たとき、前記一部は、前記開口部の範囲内にあることが好ましい。そのことにより、発光層における電流の広がりを一層効果的に抑制することができる。

その開口部の幅は、５０μｍ以上であることが好ましい。この場合、従来技術のような、埋め込み構造の作製は困難であるが、本発明によれば、電流狭窄を効果的に行うことができる。

前記ｐ型導電型層及び前記（ロ）の層におけるドーパントとしては、Ｚｎが好ましい。また、前記ｎ型導電型層及び前記（イ）の層におけるドーパントとしては、Ｓｅが好ましい。ドーパントが上記のものであることにより、ドーパンの相互拡散を抑制し、安定した電気的特性を実現できる。

前記（イ）の層は、前記境界に面する前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいことが好ましい。この場合、電流の広がりを抑制する効果が一層高くなる。また、前記（ロ）の層は、前記境界に面する前記ｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいことが好ましい。この場合、電流の広がりを抑制する効果が一層高くなる。

半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。 半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。 半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。 従来の半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。

本発明の実施形態を説明する。

１．半導体レーザ素子の製造
本発明の半導体レーザ構造を適用した半導体レーザ素子の製造方法を図１に基づいて説明する。ｎ型InP基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４、第１のｐ型光ガイド層５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型層２１、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂを順次積層する。ここで、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。

その後、トンネル接合層７上に、レーザの共振方向に対して垂直となる方向において所望の幅（例えば200μｍ）を有するレジストを形成し、それ以外の領域のトンネル接合層７をエッチングにより除去する。エッチングには、例えば、H₂SO₄、H₂O₂、H₂Oの混合液を用いることができる。エッチング終了後、レジストを除去する。エッチングにより、トンネル接合層７が残っている領域以外では、ｐ型層２１が露出する。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０、第２のｐ型光ガイド層１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層する。第２のｎ型クラッド層８は、トンネル接合層７が残っている領域ではトンネル接合層７に接し、それ以外の領域では、ｐ型層２１に接する。

ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。

各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表１に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。また、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０はいずれもアンドープ層である。また、各層の成長時の基板温度は５５０〜８００℃とする。

なお、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０は、詳しくは、Al_0.03Ga_0.3In_0.67Asから成り、厚さ10nmの井戸層と、Al_0.25Ga_0.23In_0.52Asから成り、厚さ15nmの障壁層との積層構造を有する。

次に、ｐ型コンタクト層１３上に、ＳｉＯ₂層（絶縁層）３１を所定のパターンとなるように形成する。詳しくは、半導体レーザ構造の各層に直交する方向（図１におけるＤ方向）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域と、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａとが一致するように（幅200μｍのストライプ状に）形成する。

その後、ＳｉＯ₂層３１の上に、Cr/Pt/Auから成るｐ側電極３２を形成する。ｐ側電極３２のうち、ＳｉＯ₂層３１によって覆われず、開口している部分（ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａに対応する部分）は、電流注入ストライプ領域３２ａとなる。すなわち、ＳｉＯ₂層３１は、ｐ側電極３２の開口部を狭窄する。

次に、膜厚が120μｍ程度となるように、ｎ型InP基板１を研削し、研削面にAu-Ge/Ni/Auから成るｎ側電極３３を形成する。さらに、電極（ｎ側電極３３）と半導体（ｎ型InP基板１）とのコンタクトを安定化させるために350℃で30秒間の熱処理を実施する。

次に、共振器を形成するために、壁開により幅500μmで短冊化し、Al₂O₃、a-Si等の材料を用い、一方の端面にレーザ光の波長に対して低反射率の層を形成し、もう一方の端面に高反射率な反射層を形成し、所定の大きさに素子化することで半導体レーザ素子を完成する。

この半導体レーザ素子において、ｐ型層２１は、第１のレーザ構造単位１０１と、第２のレーザ構造単位１０３との境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域において、第１のｐ型クラッド層６と第２のｎ型クラッド層８に接している。ｐ型層２１のバンドギャップエネルギーは、その組成（表１参照）から明らかなように、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。また、ｐ型層２１は、その組成（表１参照）から明らかなように、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有する。

なお、結晶を構成する各元素の原料としては、例えば、Gaの原料にトリメチルガリウム、Alの原料にトリメチルアルミニウム、Inの原料にトリメチルインジウム、Znの原料にジエチルジンクを用いることができる。また、 例えば、Asの原料にAsH₃（アルシン）、Pの原料にPH₃（ホスフィン）、Seの原料にH₂Se（セレン化水素）を用いることができる。

２．半導体レーザ素子が奏する効果
（１）半導体レーザ素子は、レーザ構造単位１０１、１０３の境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域に、ｐ型層２１を備えている。このｐ型層２１のバンドギャップエネルギーは、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。

そのことにより、レーザ構造単位１０１、１０３間の境界において、トンネル接合層７以外の領域での電流の流れを、より効果的に抑制し、電流の広がりを抑制することができる。

（２）ｐ型層２１は、Ａｌを含むので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。
（３）ｐ型層２１は、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有するので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。

（４）半導体レーザの各層に直交する方向Ｄ（図１参照）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域は、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａの範囲内にある。そのことにより、発光層における電流の広がりを一層効果的に抑制することができる。

（５）半導体レーザ素子では、電流注入ストライプ領域３２ａの幅を５０μｍ以上としている。この場合、従来技術のような、埋め込み構造の作製は困難であるが、本実施形態によれば、電流狭窄を効果的に行うことができる。

（６）非伝導性の埋め込み構造を設ける必要が無いので、半導体レーザ構造の製作工程が複雑になってしまうことがない。

１．半導体レーザ素子の製造
本発明の半導体レーザ構造を適用した半導体レーザ素子の製造方法を図２に基づいて説明する。ｎ型GaAs基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４、第１のｐ型光ガイド層５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂを順次積層する。ここで、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。

その後、トンネル接合層７上に、レーザの共振方向に対して垂直となる方向において所望の幅（例えば100μｍ）を有するレジストを形成し、それ以外の領域のトンネル接合層７をエッチングにより除去する。エッチングには、例えば、H₂SO₄、H₂O₂、H₂Oの混合液を用いることができる。エッチング終了後、レジストを除去する。エッチングにより、トンネル接合層７が残っている領域以外では、第１のｐ型クラッド層６が露出する。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型層２２、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０、第２のｐ型光ガイド層１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層する。ｎ型層２２は、トンネル接合層７が残っている領域ではトンネル接合層７に接し、それ以外の領域では、第１のｐ型クラッド層６に接する。

ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。

各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表２に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。また、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０はいずれもアンドープ層である。また、各層の成長時の基板温度は５５０〜８００℃とする。

なお、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０は、詳しくは、In_0.1Ga_0.9Asから成り、厚さ8nmの井戸層と、Al_0.2Ga_0.8Asから成り、厚さ15nmの障壁層 との積層構造を有する。

次に、ｐ型コンタクト層１３上に、ＳｉＯ₂層（絶縁層）３１を所定のパターンとなるように形成する。詳しくは、半導体レーザ構造の各層に直交する方向（図２におけるＤ方向）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域と、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａとが一致するように（幅100μｍのストライプ状に）形成する。

その後、ＳｉＯ₂層３１の上に、Cr/Pt/Auから成るｐ側電極３２を形成する。ｐ側電極３２のうち、ＳｉＯ₂層３１によって覆われず、開口している部分（ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａに対応する部分）は、電流注入ストライプ領域３２ａとなる。すなわち、ＳｉＯ₂層３１は、ｐ側電極３２の開口部を狭窄する。

次に、膜厚が120μｍ程度となるように、ｎ型GaAs基板１を研削し、研削面にAu-Ge/Ni/Auから成るｎ側電極３３を形成する。さらに、電極（ｎ側電極３３）と半導体（ｎ型GaAs基板１）とのコンタクトを安定化させるために350℃で30秒間の熱処理を実施する。

次に、共振器を形成するために、壁開により幅500μmで短冊化し、Al₂O₃、a-Si等の材料を用い、一方の端面にレーザ光の波長に対して低反射率の層を形成し、もう一方の端面に高反射率な反射層を形成し、所定の大きさに素子化することで半導体レーザ素子を完成する。

この半導体レーザ素子において、n型層２２は、第１のレーザ構造単位１０１と、第２のレーザ構造単位１０３との境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域において、第１のｐ型クラッド層６と第２のｎ型クラッド層８に接している。n型層２２のバンドギャップエネルギーは、その組成（表２参照）から明らかなように、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。また、ｎ型層２２は、その組成（表２参照）から明らかなように、ｎ型GaAs基板１に対し、伸長歪みを有する。

なお、結晶を構成する各元素の原料としては、例えば、Gaの原料にトリメチルガリウム、Alの原料にトリメチルアルミニウム、Inの原料にトリメチルインジウム、Znの原料にジエチルジンクを用いることができる。また、 例えば、Asの原料にAsH₃（アルシン）、Pの原料にPH₃（ホスフィン）、Seの原料にH₂Se（セレン化水素）を用いることができる。

２．半導体レーザ素子が奏する効果
（１）半導体レーザ素子は、レーザ構造単位１０１、１０３の境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域に、n型層２２を備えている。このn型層２２のバンドギャップエネルギーは、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。

そのことにより、レーザ構造単位１０１、１０３間の境界において、トンネル接合層７以外の領域での電流の流れを、より効果的に抑制し、電流の広がりを抑制することができる。

（２）n型層２２は、Ａｌ、及びＰを含むので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。
（３）n型層２２は、ｎ型GaAs基板１に対し、伸長歪みを有するので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。

（４）半導体レーザの各層に直交する方向Ｄ（図２参照）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域は、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａの範囲内にある。そのことにより、発光層における電流の広がりを一層効果的に抑制することができる。

（５）半導体レーザ素子では、電流注入ストライプ領域３２ａの幅を５０μｍ以上としている。この場合、従来技術のような、埋め込み構造の作製は困難であるが、本実施形態によれば、電流狭窄を効果的に行うことができる。

（６）非伝導性の埋め込み構造を設ける必要が無いので、半導体レーザ構造の製作工程が複雑になってしまうことがない。

１．半導体レーザ素子の製造
本発明の半導体レーザ構造を適用した半導体レーザ素子の製造方法を図３に基づいて説明する。ｎ型InP基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４、第１のｐ型光ガイド層５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型層２１、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂを順次積層する。ここで、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。

その後、トンネル接合層７上に、レーザの共振方向に対して垂直となる方向において所望の幅（例えば200μｍ）を有するレジストを形成し、それ以外の領域のトンネル接合層７をエッチングにより除去する。エッチングには、例えば、H₂SO₄、H₂O₂、H₂Oの混合液を用いることができる。エッチング終了後、レジストを除去する。エッチングにより、トンネル接合層７が残っている領域以外では、ｐ型層２１が露出する。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型層２２、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０、第２のｐ型光ガイド層１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層する。ｎ型層２２は、トンネル接合層７が残っている領域ではトンネル接合層７に接し、それ以外の領域では、ｐ型層２１に接する。

ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。

各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表３に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。また、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０はいずれもアンドープ層である。また、各層の成長時の基板温度は５５０〜８００℃とする。

なお、第１の多重量子井戸活性層４、及び第２の多重量子井戸活性層１０は、詳しくは、Al_0.03Ga_0.3In_0.67Asから成り、厚さ10nmの井戸層と、Al_0.25Ga_0.23In_0.52Asから成り、厚さ15nmの障壁層との積層構造を有する。

次に、ｐ型コンタクト層１３上に、ＳｉＯ₂層（絶縁層）３１を所定のパターンとなるように形成する。詳しくは、半導体レーザ構造の各層に直交する方向（図３におけるＤ方向）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域と、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａとが一致するように（幅200μｍのストライプ状に）形成する。

その後、ＳｉＯ₂層３１の上に、Cr/Pt/Auから成るｐ側電極３２を形成する。ｐ側電極３２のうち、ＳｉＯ₂層３１によって覆われず、開口している部分（ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａに対応する部分）は、電流注入ストライプ領域３２ａとなる。すなわち、ＳｉＯ₂層３１は、ｐ側電極３２の開口部を狭窄する。

次に、膜厚が120μｍ程度となるように、ｎ型InP基板１を研削し、研削面にAu-Ge/Ni/Auから成るｎ側電極３３を形成する。さらに、電極（ｎ側電極３３）と半導体（ｎ型InP基板１）とのコンタクトを安定化させるために350℃で30秒間の熱処理を実施する。

次に、共振器を形成するために、壁開により幅500μmで短冊化し、Al₂O₃、a-Si等の材料を用い、一方の端面にレーザ光の波長に対して低反射率の層を形成し、もう一方の端面に高反射率な反射層を形成し、所定の大きさに素子化することで半導体レーザ素子を完成する。

この半導体レーザ素子において、ｐ型層２１は、第１のレーザ構造単位１０１と、第２のレーザ構造単位１０３との境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域において、第１のｐ型クラッド層６、及びｎ型層２２に接している。ｐ型層２１のバンドギャップエネルギーは、その組成（表３参照）から明らかなように、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。また、ｐ型層２１は、その組成（表３参照）から明らかなように、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有する。

また、この半導体レーザ素子において、n型層２２は、第１のレーザ構造単位１０１と、第２のレーザ構造単位１０３との境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域において、第２のｎ型クラッド層８、及びｐ型層２１に接している。n型層２２のバンドギャップエネルギーは、その組成（表３参照）から明らかなように、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。また、ｎ型層２２は、その組成（表３参照）から明らかなように、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有する。

なお、結晶を構成する各元素の原料としては、例えば、Gaの原料にトリメチルガリウム、Alの原料にトリメチルアルミニウム、Inの原料にトリメチルインジウム、Znの原料にジエチルジンクを用いることができる。また、 例えば、Asの原料にAsH₃（アルシン）、Pの原料にPH₃（ホスフィン）、Seの原料にH₂Se（セレン化水素）を用いることができる。

２．半導体レーザ素子が奏する効果
（１）半導体レーザ素子は、レーザ構造単位１０１、１０３の境界のうち、トンネル接合層７が存在しない領域に、ｐ型層２１、及びｎ型層２２を備えている。このｐ型層２１、及びｎ型層２２のバンドギャップエネルギーは、第１のｐ型クラッド層６のバンドギャップエネルギーよりも大きく、第２のｎ型クラッド層８のバンドギャップエネルギーよりも大きい。

そのことにより、レーザ構造単位１０１、１０３間の境界において、トンネル接合層７以外の領域での電流の流れを、より効果的に抑制し、電流の広がりを抑制することができる。

（２）ｐ型層２１、及びｎ型層２２は、Ａｌを含むので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。
（３）ｐ型層２１は、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有するので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。また、ｎ型層２２は、ｎ型InP基板１に対し、伸長歪みを有するので、バンドギャップエネルギーが大きい。そのため、上記（１）の効果を一層顕著にすることができる。

（４）半導体レーザの各層に直交する方向Ｄ（図３参照）から見たとき、トンネル接合層７が形成された領域は、ＳｉＯ₂層３１の開口部３１ａの範囲内にある。そのことにより、発光層における電流の広がりを一層効果的に抑制することができる。

（５）半導体レーザ素子では、電流注入ストライプ領域３２ａの幅を５０μｍ以上としている。この場合、従来技術のような、埋め込み構造の作製は困難であるが、本実施形態によれば、電流狭窄を効果的に行うことができる。

（６）非伝導性の埋め込み構造を設ける必要が無いので、半導体レーザ構造の製作工程が複雑になってしまうことがない。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

例えば、前記実施例１は、InP基板上に、InP、AlGaInAs、InGaAs、AlInAsを成長層として形成する構成であるが、これらに限るものではなく、基板にGaAsなどを用いたり、また成長層をGaAs、AlGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInPなど他の材料から成るものとしてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれ、第１のレーザ構造単位１０１と第２のレーザ構造単位１０３の間と同様の構成を形成できる。

また、前記実施例１において、ｐ型層２１は、トンネル接合層７が形成されていない領域のみに設けてもよい。例えば、一旦、ｐ型層２１を全領域にわたって形成してから、一部を除去し、その除去した領域にトンネル接合層７を形成することができる。

また、前記実施例２及び実施例３において、ｎ型層２２は、トンネル接合層７が形成されていない領域のみに設けてもよい。例えば、一旦、ｎ型層２２を全領域にわたって形成してから、トンネル接合層７と重なる領域のｎ型層２２を除去することができる。あるいは、当初から、トンネル接合層７が形成されていない領域のみに、ｎ型層２２を形成してもよい。

また、前記実施例２は、GaAs基板上に、GaAs、AlGaAs、AlGaInPを成長層として形成する構成であるが、これらに限るものではなく、基板にInPなどを用いたり、また成長層をInP、InGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInAs、AlGaInAsなど他の材料から成るものとしてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれ、第１のレーザ構造単位１０１と第２のレーザ構造単位１０３の間と同様の構成を形成できる。

また、前記実施例３は、InP基板上に、InP、AlGaInAs、InGaAs、AlInAsを成長層として形成する構成であるが、これらに限るものではなく、基板にGaAsなどを用いたり、また成長層をGaAs、AlGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInPなど他の材料から成るものとしてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれ、第１のレーザ構造単位１０１と第２のレーザ構造単位１０３の間と同様の構成を形成できる。

１・・・基板、２・・・第１のｎ型クラッド層、３・・・第１のｎ型光ガイド層、
４・・・第１の多重量子井戸活性層、５・・・第１のｐ型光ガイド層、
６・・・第１のｐ型クラッド層、７・・・トンネル接合層、７ａ・・・ｐ型導電型層、
７ｂ・・・ｎ型導電型層、８・・・第２のｎ型クラッド層、
９・・・第２のｎ型光ガイド層、１０・・・第２の多重量子井戸活性層、
１１・・・第２のｐ型光ガイド層、１２・・・第２のｐ型クラッド層、
１３・・・ｐ型コンタクト層、２１・・・ｐ型層、２２・・・ｎ型層、
３１・・・ＳｉＯ₂層、３１ａ・・・開口部、３２・・・ｐ側電極、
３２ａ・・・電流注入ストライプ領域、３３・・・ｎ側電極、
１０１・・・第１のレーザ構造単位、１０３・・・第２のレーザ構造単位、
２０１・・・レーザ構造単位、２０３・・・ｎ型クラッド層、２０５・・・発光層、
２０７・・・ｐ型クラッド層、２０９・・・基板、２１１・・・トンネル接合層、
２１３・・・ｐ側電極、２１５・・・絶縁層、２１７・・・ｎ側電極

Claims (8)

1. （ａ）ｎ型クラッド層、（ｂ）発光層、及び（ｃ）ｐ型クラッド層を積層して成るレーザ構造単位を複数備えるとともに、
   前記レーザ構造単位間の境界における一部の領域に、ｐ型導電型層及びｎ型導電型層から成るトンネル接合層を備え、
   前記境界に、以下の（イ）、（ロ）のうちの一方又は両方を備えることを特徴とする半導体レーザ構造。
   （イ）前記一部以外の領域において、前記ｎ型クラッド層に接し、そのｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｎ型の層
   （ロ）前記一部以外の領域において、前記ｐ型クラッド層に接し、そのｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型の層
2. 前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層は、Ａｌ及び／又はＰを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ構造。
3. 基板を備え、
   前記（イ）の層、又は前記（ロ）の層は、前記基板に対し、伸長歪みを有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ構造。
4. 絶縁層により開口部を狭窄された電極を備え、
   前記半導体レーザ構造の各層に直交する方向から見たとき、前記一部は、前記開口部の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
5. 前記開口部の幅が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ構造。
6. 前記ｐ型導電型層及び前記（ロ）の層におけるドーパントがＺｎであり、前記ｎ型導電型層及び前記（イ）の層におけるドーパントがＳｅであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
7. 前記（イ）の層は、前記境界に面する前記ｐ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
8. 前記（ロ）の層は、前記境界に面する前記ｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。

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