JP2013219323A - 半導体積層体及び面発光レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャリア閉じ込め効果が高く、かつ、放熱特性に優れた高利得の半導体積層体を提供する。
【解決手段】基板の上に形成された半導体ＤＢＲと、前記半導体ＤＢＲの上に形成されたワイドバンド半導体層と活性層とが交互に積層形成された共振器層と、を有し、前記活性層は、ＭＱＷ層と、前記ＭＱＷ層の両面に形成された２層のスペーサ層とを有するものであって、前記ＭＱＷ層は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層形成されており、前記ワイドバンド半導体層はｎ層形成されており、前記ワイドバンド半導体層のうち、前記基板側からｍ番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍ−１とし、ｎ、ｍは２以上の整数であって、１＜ｍ≦ｎとした場合に、Ｅｇｍ−１＜Ｅｇｍとなるものであることを特徴とする半導体積層体を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図３
【解決手段】基板の上に形成された半導体ＤＢＲと、前記半導体ＤＢＲの上に形成されたワイドバンド半導体層と活性層とが交互に積層形成された共振器層と、を有し、前記活性層は、ＭＱＷ層と、前記ＭＱＷ層の両面に形成された２層のスペーサ層とを有するものであって、前記ＭＱＷ層は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層形成されており、前記ワイドバンド半導体層はｎ層形成されており、前記ワイドバンド半導体層のうち、前記基板側からｍ番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍ−１とし、ｎ、ｍは２以上の整数であって、１＜ｍ≦ｎとした場合に、Ｅｇｍ−１＜Ｅｇｍとなるものであることを特徴とする半導体積層体を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図３
Description
本発明は、半導体積層体及び面発光レーザ素子に関する。
Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｎｄ：ＹＡＧ等の固体レーザは、波長が限定的であるのに対し、半導体レーザは、活性材料の組成を調整することが比較的容易であるため、種々の波長のレーザ光を出射させることができる。このため、高出力レーザ分野への応用が期待されている。特に、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）は、モードホッピングがなく波長制御性に優れているという特徴を有している。
このような半導体レーザは、活性層への電流注入もしくは光励起によるキャリア注入によって、所定のバンドギャップにおける波長の光を出射する。このため、キャリア注入を効率的に実現する活性層構造として、量子井戸活性層が広く用いられており、更に、また高出力化のため、複数の量子井戸層を障壁層で隔てたＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造が一般的に用いられている。例えば、非特許文献１においては、８ｎｍのＧａＩｎＡｓＰにより形成された３層の量子井戸層を、１０ｎｍのＧａＩｎＰにより形成された障壁層によって隔てた構造のものが開示されている。
また、ＶＣＳＥＬにおいては、更なる高出力化を実現するため、効率的なキャリア閉じ込め、利得向上、活性層において発生した熱の優れた放熱特性等が求められる。
ところで、特許文献１においては、キャリア滲み出し防止層と記載されている量子井戸層を挟む障壁層の更に外側に、よりバンドギャップの広い層を形成することにより、キャリア閉じ込め効果を高めた構造のものが開示されている。
また、特許文献２においては、高出力化を目指して光励起による外部反射鏡ＶＣＳＥＬが開示されている。具体的には、特許文献２に開示されている構造のものは共振器の両側に、厚さλ／２（λ：発振波長）のＧａＩｎＰ層を設けることにより、キャリア閉じ込め効果の向上を図っている。更に、特許文献２に開示されている構造のものは、圧縮歪みを有するＧａＩｎＡｓ系材料を量子井戸層に用いており、その歪みを補償するため引張り歪みを有するＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓ系材料により形成された層を多数用いている。
しかしながら、特許文献１に開示されている構造のものは、バンドギャップ差が小さいため、大幅な高出力化を望むことができないという問題点を有している。また、半導体レーザにおける発振波長帯が７８０ｎｍであることから、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓが上部半導体ＤＢＲ及び下部ＤＢＲにおける高屈折率層に用いられており、上部クラッド層及び下部クラッド層にはＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓが用いられているが、これらの材料は熱伝導率が低いため、高出力化を目的とした半導体レーザに用いることは好ましくない。
また、特許文献２及び特許文献３に開示されている構造のものは、ＧａＩｎＰ層や、Ｇａ（Ｉｎ）ＰＡｓ系材料により形成される層が用いられているが、ＧａＩｎＰや、Ｇａ（Ｉｎ）ＰＡｓ系材料は、熱伝導性が低いため、高出力化を目的とした半導体レーザにおいて用いることは好ましくない。更に、特許文献２に開示されている構造のものを製造する際は、ＧａＡｓ上にＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓ系材料を成長する場合、またはＧａ（Ｉｎ）ＰＡｓ系材料上にＧａＡｓを成長する場合に、成長雰囲気をＡｓ雰囲気からＰ／Ａｓ混合雰囲気、またはＰ／Ａｓ混合雰囲気からＡｓ雰囲気への切り替えが必要である。これらの場合においては、ＡｓまたはＰ原子が脱離しやすく、界面において格子欠陥を生成し、レーザ光の吸収を増加し、高出力化の妨げとなるといった問題点を有している。
非特許文献３においては、様々な構造の光励起用ＶＣＳＥＬが開示されている。その一例として、２ＱＷ量子井戸層の組み合わせを５層積層した構造が開示されているが、一組の２ＱＷ間にキャリアブロック層を設けているが、すべての障壁高さは同一であるため、効果的なキャリア閉じ込め効果を期待することはできない。また、２ＱＷ量子井戸層は均等配置であり光励起を想定した活性層構造は認められない。その他には、ＭＱＷ活性層に含まれる量子井戸層数を表面側ほど多くすることで、表面側の活性層におけるキャリアオーバーフローの防止を試みている。しかし、先例と同様にＭＱＷ間のキャリアブロック層の障壁高さはすべて同一であるため高出力化に適した構造ではない。
また、非特許文献４においても、表面側ほど量子井戸数を増加させた構造等が開示されているが、同様にキャリアブロック層の障壁高さはすべて同一である。
また、非特許文献５においては、赤色系材料の光励起型ＶＣＳＥＬウエハの構造が示されている。一般的に、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色系材料は障壁材料とのバンドオフセット量が確保できないため高出力化は困難であるとされている。ここでは、量子井戸数を数多く積層することで出力を確保しているが、本質的な低いキャリア閉じ込め効果は不変であるため高出力化は望めない。
また、非特許文献６においては、最表面側にＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓよりなる反射防止層兼キャリアブロック層を設けているが、活性層と反射鏡の間にはキャリアブロック層が存在せず、活性層は反射鏡低屈折率層Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓと接しているおり、Ａｌ組成の高い層は酸素を多く含んでいるため多くの非発光再結合に関与するキャリアが発生する可能性が高い。また、非特許文献６に記載されているものでは、先述のように反射鏡低屈折率層として、Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓを用いているため熱伝導性が低く高出力化は望めない。
また、特許文献４においては、キャリアブロック層に関する記載が認められるが、その障壁高さはすべて均一であり、光励起によるキャリア濃度の分布についてはまったく考慮されていない。
よって、本発明は、上記に鑑みなされたものであり、キャリア閉じ込め効果が高く、かつ、放熱特性に優れた高利得の半導体積層体、面発光レーザ素子を提供することを目的とするものである。
本発明は、基板の上に形成された半導体ＤＢＲと、前記半導体ＤＢＲの上に形成されたワイドバンド半導体層と活性層とが交互に積層形成された共振器層と、を有し、前記活性層は、ＭＱＷ層と、前記ＭＱＷ層の両面に形成された２層のスペーサ層とを有するものであって、前記ＭＱＷ層は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層形成されており、前記ワイドバンド半導体層はｎ層形成されており、前記ワイドバンド半導体層のうち、前記基板側からｍ番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍ−１とし、ｎ、ｍは２以上の整数であって、１＜ｍ≦ｎとした場合に、Ｅｇｍ−１＜Ｅｇｍとなるものであることを特徴とする。
本発明によれば、キャリア閉じ込め効果が高く、かつ、放熱特性に優れた高利得の半導体積層体、面発光レーザ素子を提供することができる。
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
〔第１の実施の形態〕
半導体レーザの一種であるＶＣＳＥＬは、反射鏡の膜厚と、共振器の膜厚によって発振波長が決定するため、波長制御性に優れており、活性層における量子井戸層組成と膜厚制御によって発光波長を決定することができるため、比較的容易に波長安定性と高効率とを両立することができる。
半導体レーザの一種であるＶＣＳＥＬは、反射鏡の膜厚と、共振器の膜厚によって発振波長が決定するため、波長制御性に優れており、活性層における量子井戸層組成と膜厚制御によって発光波長を決定することができるため、比較的容易に波長安定性と高効率とを両立することができる。
しかしながら、活性層と放熱材料の間に比較的膜厚の厚い反射鏡を設けなければならないため、端面レーザと比較すると、放熱特性が良くなく、量子井戸層の温度上昇を引き起こし、出力低下などの特性低下を招く。従って、高出力化においては反射鏡を構成する材料や、膜厚について十分な検討を要する。また、活性層そのものについても放熱特性を考慮して、不必要に放熱特性の悪い材料を用いることは避けなければならない。
一方、高出力化のため量子井戸数の増加などの利得向上と同時に、効果的なキャリア閉じ込めについても検討する必要がある。キャリア閉じ込めのために形成されるキャリアブロック層を形成するためのキャリアブロック材料となる化合物半導体材料ついて説明すると、ＡｌＧａＡｓ系材料においては、Ａｌの組成比が０近傍の材料ではキャリアブロック効果が低く、Ａｌの組成比が１近傍の材料では最表面に設けた場合には酸化してしまうため、Ａｌの組成比が０．２〜０．５近傍の材料が好ましい。また、ＡｌＧａＩｎＰ系材料も用いることが可能であるが、図１に示されるように、ＡｌＧａＩｎＰ系材料はＡｌ組成を変化させても、比較的熱伝導率が低いままである。従って、ＶＣＳＥＬにおいて高出力化を実現するためには、ＶＣＳＥＬを形成する材料の組成、膜厚について総合的な検討を行なうことが必要となる。
図１は、ＡｌＧａＡｓ系材料及びＡｌＧａＩｎＰ系材料（格子整合条件）において、Ａｌの組成比に対する熱伝導率を示すものである。ＡｌＧａＡｓ系材料については、Ａｌの組成比が、０．５近傍の材料が最も熱伝導率が低くなるが、ＡｌＧａＩｎＰ系材料については、Ａｌの組成比が高いほど熱伝導率が低くなる。
次に、図２は、ＡｌＧａＡｓ系材料及びＡｌＧａＩｎＰ系材料（格子整合条件）におけるＡｌの組成比に対するバンドギャップを示すものである。いずれもＡｌの組成比が高いほど、バンドギャップが広く、キャリア閉じ込め効果が高い傾向にある。
（半導体積層体）
次に、本実施の形態における半導体積層体について説明する。図３は、本実施の形態における半導体積層体１０を示すものである。本実施の形態における半導体積層体１０は、基板１１として、半導体基板であるＧａＡｓ（１００）１５°オフ（（１１１）方向）基板が用いられており、基板１１の上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペアが３０ペア積層形成された半導体ＤＢＲ１２が形成されている。半導体ＤＢＲ１２の上には、第１キャリアブロック層３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層３４が順次積層形成されている。尚、本実施の形態においては、第１キャリアブロック層３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層３４により形成される領域を共振器層４０と記載する場合がある。また、本実施の形態では、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３、第４キャリアブロック層３４は、基板１１側から１番目のワイドバンド半導体層、２番目のワイドバンド半導体層、３番目のワイドバンド半導体層、４番目のワイドバンド半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体積層体について説明する。図３は、本実施の形態における半導体積層体１０を示すものである。本実施の形態における半導体積層体１０は、基板１１として、半導体基板であるＧａＡｓ（１００）１５°オフ（（１１１）方向）基板が用いられており、基板１１の上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペアが３０ペア積層形成された半導体ＤＢＲ１２が形成されている。半導体ＤＢＲ１２の上には、第１キャリアブロック層３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層３４が順次積層形成されている。尚、本実施の形態においては、第１キャリアブロック層３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層３４により形成される領域を共振器層４０と記載する場合がある。また、本実施の形態では、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３、第４キャリアブロック層３４は、基板１１側から１番目のワイドバンド半導体層、２番目のワイドバンド半導体層、３番目のワイドバンド半導体層、４番目のワイドバンド半導体層と記載する場合がある。
第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３は、各々スペーサ層、ＭＱＷ層、スペーサ層が順次積層された構造、即ち、ＭＱＷ層の両面にスペーサ層が２層形成されている構造のものである。具体的には、第１活性層４１は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６１、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６１の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。また、第２活性層４２は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６２、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６２の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。第３活性層４３は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６３、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６３の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。スペーサ層５１は、ＧａＡｓにより形成されており、ＭＱＷ層６１〜６３には、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷ（λ＝９８０ｎｍ）が形成されている。
また、本実施の形態では、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３及び第４キャリアブロック層３４は、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系の材料により形成されているが、各々の組成比は異なっている。具体的には、第１キャリアブロック層３１は、（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１ＰＺ１Ａｓ１−Ｚ１により形成されており、第２キャリアブロック層３２は、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２ＰＺ２Ａｓ１−Ｚ２により形成されており、第３キャリアブロック層３３は、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３ＰＺ３Ａｓ１−Ｚ３により形成されており、第４キャリアブロック層３４は、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ４Ｉｎ１−Ｙ４ＰＺ４Ａｓ１−Ｚ４により形成されており、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４となるように形成されている。尚、Ｙ１＝Ｙ２＝Ｙ３＝Ｙ４、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝Ｚ４であるものとする。
このような構造の半導体構造体は、基板１１に不図示の放熱板と接続されている場合には、第１活性層４１、第２活性層４２、第３活性層４３において発生した熱は、主に半導体ＤＢＲ１２、基板１１を介して不図示の放熱板に流れる。例えば、第３活性層４３において発生した熱は、第３キャリアブロック層３３→第２活性層４２→第２キャリアブロック層３２→第１活性層４１→第１キャリアブロック層３１→半導体ＤＢＲ→基板１１を主に流れる。このため、半導体積層体１０の表面側（基板１１側とは反対側）の活性層ほど温度上昇が高く、キャリアオーバーフローが発生しやすい。
しかしながら、本実施の形態における半導体積層体１０は、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３及び第４キャリアブロック層３４において、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４となるように形成されている。尚、Ｙ１＝Ｙ２＝Ｙ３＝Ｙ４、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝Ｚ４である。このため、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３及び第４キャリアブロック層３４のバンドギャップをＥｇ１、Ｅｇ２、Ｅｇ３、Ｅｇ４とした場合、Ｅｇ１＜Ｅｇ２＜Ｅｇ３＜Ｅｇ４となる。従って、表面に近いキャリアブロック層ほど、障壁を高くすることができる。これによって第１活性層４１、第２活性層４２、第３活性層４３すべてにおいて、キャリアオーバーフローを抑制することができ、表面からの光励起によってキャリア注入を行う場合に、効果的なキャリア注入が可能となる。
尚、上記においては、活性層を３層、キャリアブロック層を４層形成した場合について説明したが、キャリアブロック層は複数であればよく、この場合において、上記内容を一般化すると、例えば、ｎ層のキャリアブロック層（ｎ番目のワイドバンド半導体層）を形成した場合において、基板１１側からｍ層目の第ｍキャリアブロック層（ｍ番目のワイドバンド半導体層）のＡｌ組成比をＸｍとし、バンドギャップをＥｇｍとすると、２≦ｍ≦ｎの範囲において、Ｘｍ−１＜Ｘｍとなり、Ｅｇｍ−１＜Ｅｇｍとなる。尚、各々のキャリアブロック層におけるＩｎ、Ｐ、Ａｓの組成比は同じ、即ち、基板１１側よりｍ層目における第ｍキャリアブロック層の組成を（ＡｌＸｍＧａ１−Ｘｍ）ＹｍＩｎ１−ＹｍＰＺｍＡｓ１−Ｚｍとした場合、Ｙｍ及びＺｍの値は、各々所定の一定の値であるものとする。また、ｍ、ｎは、２以上の整数であるものとし、Ｙｍについては、上述したバンドギャップの条件を満たす値であれば、いかなる値であってもよい。
（外部反射鏡型のＶＣＳＥＬ）
次に、図４に基づき、上述した本実施の形態における半導体積層体１０を用いた外部反射鏡型のＶＣＳＥＬについて説明する。この外部反射鏡型のＶＣＳＥＬは、図３に示される構造の半導体積層体１０が、放熱用基板７０の上に設置されており、半導体積層体１０の上部には、外部反射鏡８０が設けられている。尚、半導体積層体１０は、共振器層４０が形成されている面が上面となり露出するように、放熱用基板７０の上に設置されており、更に、半導体積層体１０に光を照射する励起用光源９０が設けられている。このような外部反射鏡型のＶＣＳＥＬにおいては、励起用光源９０より光を照射することにより、共振器層４０における第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３において発光し、発光した光が半導体ＤＢＲ１２と外部反射鏡８０とにおいて反射され共振し、レーザ光として基板１１面に対し垂直方向に出射される。
次に、図４に基づき、上述した本実施の形態における半導体積層体１０を用いた外部反射鏡型のＶＣＳＥＬについて説明する。この外部反射鏡型のＶＣＳＥＬは、図３に示される構造の半導体積層体１０が、放熱用基板７０の上に設置されており、半導体積層体１０の上部には、外部反射鏡８０が設けられている。尚、半導体積層体１０は、共振器層４０が形成されている面が上面となり露出するように、放熱用基板７０の上に設置されており、更に、半導体積層体１０に光を照射する励起用光源９０が設けられている。このような外部反射鏡型のＶＣＳＥＬにおいては、励起用光源９０より光を照射することにより、共振器層４０における第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３において発光し、発光した光が半導体ＤＢＲ１２と外部反射鏡８０とにおいて反射され共振し、レーザ光として基板１１面に対し垂直方向に出射される。
本実施の形態においては、外部反射鏡８０は、半導体積層体１０の内部に形成されている半導体ＤＢＲ１２よりも低い反射率となるように形成されており、所定の位置に固定されている。励起用光源９０は、ＧａＡｓのバンドギャップに対応する波長よりも短波長のレーザ光を出射するものであり、励起用光源９０より出射されたレーザ光により、第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３の内部において、キャリアが生成され、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷにおいて再結合し発光する。発光した光は、半導体積層体１０における半導体ＤＢＲ１２と外部反射鏡８０との間で反射を繰り返して増幅され、半導体ＤＢＲ１２よりも反射率の低い外部反射鏡８０よりレーザ光として出射される。
（量子井戸）
次に、第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３におけるＭＱＷ層６１〜６３について説明する。ＭＱＷ層６１〜６３は、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷを含むものである。ＭＱＷ層６１〜６３は、ＧａＩｎＡｓが量子井戸層となるものであり、出射する波長λが約９８０ｎｍであって、量子井戸層の厚さが８ｎｍである場合には、Ｇａ０．８３５Ｉｎ０．１６５Ａｓにおける格子歪みは約１．２％となる。このような比較的格子歪みの大きな層は多数積層することが困難であり、通常は、臨界膜厚を超えないような所定の範囲の膜厚で形成しなければならない。しかしながら、臨界膜厚以上の膜を成膜する方法としては、歪み量子井戸層として逆の歪みを有する層を形成することにより、歪み補償構造とする方法が知られている。
次に、第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３におけるＭＱＷ層６１〜６３について説明する。ＭＱＷ層６１〜６３は、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷを含むものである。ＭＱＷ層６１〜６３は、ＧａＩｎＡｓが量子井戸層となるものであり、出射する波長λが約９８０ｎｍであって、量子井戸層の厚さが８ｎｍである場合には、Ｇａ０．８３５Ｉｎ０．１６５Ａｓにおける格子歪みは約１．２％となる。このような比較的格子歪みの大きな層は多数積層することが困難であり、通常は、臨界膜厚を超えないような所定の範囲の膜厚で形成しなければならない。しかしながら、臨界膜厚以上の膜を成膜する方法としては、歪み量子井戸層として逆の歪みを有する層を形成することにより、歪み補償構造とする方法が知られている。
本実施の形態においては、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３及び第４キャリアブロック層３４は、５種類の元素により形成されているＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料により形成されており、この材料における組成比を適切に設定することにより、任意のバンドギャップと格子歪みを設定することができる。これにより、量子井戸層が格子歪みを有する場合においても、多数積層することが可能である。具体的には、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料を（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰＺＡｓ１−Ｚと記載すると、Ｘ＝０．６、Ｙ＝０．６、Ｚ＝１におけるバンドギャップＥｇは、２．４２ｅＶ、格子歪みは−０．５６％であり、この組成比の層を５０ｎｍ積層することにより、前述したＴＱＷ構造における歪み量の総和を０にすることができる。これにより、理論上は無限に膜を積層することが可能となる。
具体的には、量子井戸層が圧縮歪みを有する場合には、ワイドバンド半導体層は引張り歪みを有し、量子井戸層が引張り歪みを有する場合には、ワイドバンド半導体層は圧縮歪みを有するものにより形成することにより、歪み量の総和を低くすることができる。
（製造方法）
次に、図３等に基づき本実施の形態における半導体積層体の製造方法について説明する。本実施の形態においては、基板１１上に３層の活性層を含む半導体層を積層することにより形成する。この際、半導体層を形成するための結晶成長装置としては、量産性を考慮してＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置が好ましいが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置であってもよい。基板１１には、半導体基板であるＧａＡｓ（１００）基板を用いる。この基板１１の上に、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓをペアとする層を３０．５ペア積層することにより（ＧａＡｓ層：３０層、ＡｌＡｓ層：３１層）、半導体ＤＢＲ１２を形成する。尚、ＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層は、波長λ（９８０ｎｍ）の１／４となるように、屈折率を考慮した膜厚により形成されている。図１に示されるように、ＧａＡｓとＡｌＧａはＡｌＧａＡｓ系の材料においては、熱伝導率が比較的高く、屈折率差を最大にすることができるため、基板１１としてＧａＡｓ基板を用いた場合に、最も好ましい組み合わせとなる。
次に、図３等に基づき本実施の形態における半導体積層体の製造方法について説明する。本実施の形態においては、基板１１上に３層の活性層を含む半導体層を積層することにより形成する。この際、半導体層を形成するための結晶成長装置としては、量産性を考慮してＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置が好ましいが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）装置であってもよい。基板１１には、半導体基板であるＧａＡｓ（１００）基板を用いる。この基板１１の上に、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓをペアとする層を３０．５ペア積層することにより（ＧａＡｓ層：３０層、ＡｌＡｓ層：３１層）、半導体ＤＢＲ１２を形成する。尚、ＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層は、波長λ（９８０ｎｍ）の１／４となるように、屈折率を考慮した膜厚により形成されている。図１に示されるように、ＧａＡｓとＡｌＧａはＡｌＧａＡｓ系の材料においては、熱伝導率が比較的高く、屈折率差を最大にすることができるため、基板１１としてＧａＡｓ基板を用いた場合に、最も好ましい組み合わせとなる。
次に、半導体ＤＢＲ１２の上に、第１キャリアブロック層３１を形成する。第１キャリアブロック層３１は、（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５８Ｉｎ０．４２Ｐを厚さが約２０ｎｍとなるように形成する。この後、第１キャリアブロック層３１の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成し、更に、ＭＱＷ層６１を形成する。ＭＱＷ層６１は、Ｇａ０．８３Ｉｎ０．１７Ａｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷにより形成されている。ここで、量子井戸層／障壁層の厚さを各々８ｎｍ／２０ｎｍとすることにより、発光波長を約９８０ｎｍにすることができる。次に、ＭＱＷ層６１の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成する。このようにスペーサ層５１、ＭＱＷ層６１、スペーサ層５１を積層形成することにより第１の活性層４１が形成される。尚、第１の活性層４１におけるスペーサ層５１は、第１キャリアブロック層３１の中央から後述する第２キャリアブロック層３２の中央までの厚さが光学長として９８０ｎｍとなるように形成されている。
次に、第１の活性層４１の上に、第２キャリアブロック層３２を形成する。第２キャリアブロック層３２は、（Ａｌ０．４Ｇａ０．６）０．５８Ｉｎ０．４２Ｐを厚さが約２０ｎｍとなるように形成する。この後、第２キャリアブロック層３２の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成し、更に、ＭＱＷ層６２を形成する。ＭＱＷ層６２は、Ｇａ０．８３Ｉｎ０．１７Ａｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷにより形成されている。ここで、量子井戸層／障壁層の厚さを各々８ｎｍ／２０ｎｍとすることにより、発光波長を約９８０ｎｍにすることができる。次に、ＭＱＷ層６２の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成する。このようにスペーサ層５１、ＭＱＷ層６２、スペーサ層５１を積層形成することにより第２の活性層４２が形成される。尚、第２の活性層４２におけるスペーサ層５１は、第２キャリアブロック層３２の中央から後述する第３キャリアブロック層３３の中央までの厚さが光学長として９８０ｎｍとなるように形成されている。
次に、第２の活性層４２の上に、第３キャリアブロック層３３を形成する。第３キャリアブロック層３３は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５８Ｉｎ０．４２Ｐを厚さが約２０ｎｍとなるように形成する。この後、第３キャリアブロック層３３の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成し、更に、ＭＱＷ層６３を形成する。ＭＱＷ層６３は、Ｇａ０．８３Ｉｎ０．１７Ａｓ／ＧａＡｓ ＴＱＷにより形成されている。ここで、量子井戸層／障壁層の厚さを各々８ｎｍ／２０ｎｍとすることにより、発光波長を約９８０ｎｍにすることができる。次に、ＭＱＷ層６３の上に、ＧａＡｓからなるスペーサ層５１を形成する。このようにスペーサ層５１、ＭＱＷ層６３、スペーサ層５１を積層形成することにより第３の活性層４３が形成される。尚、第３の活性層４３におけるスペーサ層５１は、第３キャリアブロック層３３の中央から後述する第４キャリアブロック層３４の中央までの厚さが光学長として９８０ｎｍとなるように形成されている。
次に、第３の活性層４３の上に、第４キャリアブロック層３４を形成する。第４キャリアブロック層３４は、Ａｌ０．５８Ｉｎ０．４２Ｐを厚さが約２０ｎｍとなるように形成する。
また、ＭＱＷ層６１、６２、６３の中心は、定在波の腹の位置となるように形成されていることが好ましい。
ところで、文献等においては、９８０ｎｍ帯における半導体レーザにおいては、キャリア閉じ込めを考慮して障壁層やスペーサ層５１等にＡｌを０．２〜０．５程度添加する場合が多い。しかしながら、図１に示すように、このような組成比のＡｌＧａＡｓ系材料は熱伝導率が低く放熱効果が低い。従って、本実施の形態においては、障壁層やスペーサ層５１等に熱伝導率の高いＧａＡｓを用いている。また、キャリアブロック効果を高めるため、キャリアブロック層は、ＡｌＧａＡｓ系材料よりバンドギャップの広い、ＡｌＧａＩｎＰ系材料又はＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料により形成されている。これにより、本実施の形態では、キャリア閉じ込め効果と放熱効果とを両立している。尚、上記において、第１キャリアブロック層３１、第２キャリアブロック層３２、第３キャリアブロック層３３及び第４キャリアブロック層３４は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により形成されているが、これらの層は、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ系材料より形成してもよい。
このように形成された半導体積層体を用いて、図５に示されるような面発光レーザを形成した。尚、励起用光源９０としては、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４の固体レーザを用いており、外部反射鏡８０としては、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２多層膜からなる誘電体ミラーが用いられている。基板１１となるＧａＡｓ基板の厚さは、１００μｍであり、ＡｕＳｎを介して放熱用基板７０となるダイヤモンド基板の上に固定されている。尚、放熱用基板７０としては、ＧａＡｓの熱伝導率よりも高い材料により形成される基板であればよく、シリコンや銅により形成される基板を用いてもよい。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態における半導体積層体について説明する。図５に示されるように、本実施の形態における半導体積層体は、第１の実施の形態とは異なる構造のものである。
次に、第２の実施の形態における半導体積層体について説明する。図５に示されるように、本実施の形態における半導体積層体は、第１の実施の形態とは異なる構造のものである。
本実施の形態における半導体積層体１１０は、基板１１として、半導体基板であるＧａＡｓ（１００）１５°オフ（（１１１）方向）基板が用いられており、基板１１の上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペアが３０ペア積層形成された半導体ＤＢＲ１２が形成されている。半導体ＤＢＲ１２の上には、ＧａＡｓからなるスペーサ層１１３が形成されており、スペーサ層１１３の上には、第１キャリアブロック層１３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層１３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層１３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層１３４が順次積層形成されている。尚、本実施の形態においては、第１キャリアブロック層１３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層１３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層１３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層１３４により形成される領域を共振器層１４０と記載する場合がある。また、本実施の形態では、第１キャリアブロック層１３１、第２キャリアブロック層１３２、第３キャリアブロック層１３３、第４キャリアブロック層１３４は、基板１１より１番目のワイドバンド半導体層、２番目のワイドバンド半導体層、３番目のワイドバンド半導体層、４番目のワイドバンド半導体層と記載する場合がある。
第１活性層４１、第２活性層４２及び第３活性層４３は、各々スペーサ層、ＭＱＷ層、スペーサ層が順次積層された構造、即ち、ＭＱＷ層の両面にスペーサ層が２層形成されている構造のものである。具体的には、第１活性層４１は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６１、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６１の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。また、第２活性層４２は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６２、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６２の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。第３活性層４３は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６３、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６３の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。スペーサ層５１は、ＧａＡｓにより形成されており、ＭＱＷ層６１〜６３は、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＴＱＷ（λ＝９８０ｎｍ）が含まれているものである。
また、本実施の形態では、第１キャリアブロック層１３１、第２キャリアブロック層１３２、第３キャリアブロック層１３３及び第４キャリアブロック層１３４は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により形成されているが、各々の組成比は異なっている。具体的には、第１キャリアブロック層１３１は、（ＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１）Ｙ１Ｉｎ１−Ｙ１Ｐにより形成されており、第２キャリアブロック層１３２は、（ＡｌＸ２Ｇａ１−Ｘ２）Ｙ２Ｉｎ１−Ｙ２Ｐにより形成されており、第３キャリアブロック層１３３は、（ＡｌＸ３Ｇａ１−Ｘ３）Ｙ３Ｉｎ１−Ｙ３Ｐにより形成されており、第４キャリアブロック層１３４は、（ＡｌＸ４Ｇａ１−Ｘ４）Ｙ４Ｉｎ１−Ｙ４Ｐにより形成されており、Ｘ１＜Ｘ２＜Ｘ３＜Ｘ４となるように形成されている。尚、Ｙ１＝Ｙ２＝Ｙ３＝Ｙ４であるものとする。
本実施の形態においては、第１キャリアブロック層１３１、第２キャリアブロック層１３２、第３キャリアブロック層１３３及び第４キャリアブロック層１３４は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料により形成されており、Ｐを含んでいる。このため、結晶成長において、ＧａＡｓスペーサ層との界面では、Ｐ／Ａｓ混合雰囲気からＡｓ雰囲気に、または、Ａｓ雰囲気からＰ／Ａｓ混合雰囲気に切替えが必要となる。しかしながら、この場合、ＧａＡｓ表面におけるＡｓ原子や、ＡｌＧａＩｎＰＡｓ表面におけるＰ原子が脱離しやすく、界面において格子欠陥が生じ、このように生じた格子欠陥は、レーザ光を吸収するため、発光効率が低下してしまう。従って、このような格子欠陥が生じる領域を定在波の節の位置に設定することにより、レーザ光の吸収を最小限にすることができ、また、発光効率の低下を最小限に抑制することができる。
このように、本実施の形態においては、第１キャリアブロック層１３１、第２キャリアブロック層１３２、第３キャリアブロック層１３３については、各々の層の中心が定在波の節の位置となるように形成することにより、レーザ光の吸収を最小にしている。また、第４キャリアブロック層１３４については、第４キャリアブロック層１３４と接するスペーサ層５１との界面が定在波の節の位置とし、第４キャリアブロック層１３４の表面側を定在波の腹の位置とすることにより、格子欠陥等によるレーザ光の吸収を低減している。尚、好ましくは、第４キャリアブロック層１３４を除く、第１キャリアブロック層１３１、第２キャリアブロック層１３２、第３キャリアブロック層１３３の厚さは、発振波長の１／８以下であることが好ましい。
本実施の形態における図５に示される構造のものは、隣接するキャリアブロック層の間隔はすべて均等であるが、表面側より励起する場合、深さ方向に均一にキャリアが生成せず、表面側ほど多くのキャリアが生成する。従って、キャリアブロック層を均等に配置した場合には、表面側のＭＱＷ層ほど多くのキャリアが注入されるが、基板１１側の量子井戸は十分なキャリアが注入されず、外部共振器によるレーザ発振に寄与しない可能性がある。
そこで、図６に示されるように、基板１１側の量子井戸を挟むキャリアブロック層の間隔を、表面側よりも広くなるように形成する。これにより、キャリアブロック層の間に生成するキャリアを増加させ、表面から基板の間に存在するＭＱＷ層に対し均一にキャリア注入し、効率的なレーザ発振させることが可能となる。
図６に示される本実施の形態における半導体積層体１１０ａは、基板１１の上には、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペアが３０ペア積層形成された半導体ＤＢＲ１２が形成されている。半導体ＤＢＲ１２の上には、ＧａＡｓからなるスペーサ層１１３が形成されている。また、スペーサ層１１３の上には、第１キャリアブロック層１３１、第１活性層１４１、第２キャリアブロック層１３２、第２活性層１４２、第３キャリアブロック層１３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層１３４が順次積層形成されている。尚、第１キャリアブロック層１３１、第１活性層４１、第２キャリアブロック層１３２、第２活性層４２、第３キャリアブロック層１３３、第３活性層４３、第４キャリアブロック層１３４により形成される領域を共振器層１４０ａと記載する場合がある。
第１活性層１４１、第２活性層１４２及び第３活性層４３は、各々スペーサ層、ＭＱＷ層、スペーサ層が順次積層された構造、即ち、ＭＱＷ層の両面にスペーサ層が２層形成されている構造のものである。
具体的には、第１活性層１４１は、スペーサ層１５１、ＭＱＷ層６１、スペーサ層１５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６１の両面にスペーサ層１５１が２層形成されている構造のものである。第１のキャリアブロック層１３１と第２のキャリアブロック層１３２との間には、電界強度分布の腹の位置が３つ形成されるように、スペーサ層１５１の厚さが調整されて形成されている。よって、スペーサ層１５１は、スペーサ層５１よりも厚く形成されている。
また、第２活性層１４２は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６２、スペーサ層１５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６２の一方の面にスペーサ層５１が形成され、他方の面にスペーサ層１５１が形成されている。第２のキャリアブロック層１３２と第３のキャリアブロック層１３３との間には、電界強度分布の腹の位置が２つ形成されるように、スペーサ層１５１の厚さが調整されて形成されている。
また、第３活性層４３は、スペーサ層５１、ＭＱＷ層６３、スペーサ層５１が積層された構造、即ち、ＭＱＷ層６３の両面にスペーサ層５１が２層形成されている構造のものである。よって、第３のキャリアブロック層１３３と第４のキャリアブロック層１３４との間には、電界強度分布の腹の位置が１つ形成されている。
このように、図６に示される構造のものは、基板１１側から表面側に向かって、キャリアブロック層の間隔が狭くなるように形成されている。言い換えるならば、表面側から基板１１側に向かってキャリアブロック層の間隔が広くなるように形成されている。即ち、基板１１からｍ−１番目とｍ番目の前記ワイドバンド半導体層の間隔は、ｍ番目とｍ＋１番目の前記ワイドバンド半導体層の間隔よりも広くなるように形成されている。また、図６に示すように、ＭＱＷ層は必ずしもキャリアブロック層間の中心にある必要はなく、電界強度分布の腹位置に存在していればよい。
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
〔第３の実施の形態〕
（面発光レーザ素子）
第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１又は第２の実施の形態における半導体積層体を用いた構造のものであって、発振波長が９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
〔第３の実施の形態〕
（面発光レーザ素子）
第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１又は第２の実施の形態における半導体積層体を用いた構造のものであって、発振波長が９８０ｎｍ帯の面発光レーザ素子である。
図７に示されるように、本実施の形態における面発光レーザ素子は、面方位が傾斜しているいわゆる傾斜基板と称される半導体基板２００上に、バッファ層２０１、下部半導体ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）２０２、活性層２０５、上部半導体ＤＢＲ２０７が積層形成されている。また、上部半導体ＤＢＲ２０７の上にはコンタクト層２０９が形成されており、コンタクト層２０９、上部半導体ＤＢＲ２０７、活性層２０５を除去することにより、メサ２２０が形成されている。尚、電流狭窄層２０８は、上部ＤＢＲ２０７の内部に形成されており、形成されたメサ２２０の側面より、電流狭窄層２０８を酸化することにより、選択酸化領域２０８ａが形成され、酸化されていない領域により電流狭窄領域２０８ｂが形成される。尚、本実施の形態における半導体基板２００上に形成された下部半導体ＤＢＲ２０２、活性層２０５は、第１の実施の形態等における半導体積層体により形成されたものと同等のものであり、本実施の形態における半導体基板２００は第１の実施の形態等における基板１１に相当し、下部半導体ＤＢＲ２０２は半導体ＤＢＲ１２に相当し、活性層２０５は共振器層４０に相当する。
更に、本実施の形態においては、メサ２２０の側面及びメサ周辺の底面を覆うように保護膜２１０が形成されている。上部電極２１１は、保護膜２１０の上に形成されており、メサ２２０の上面において露出しているコンタクト層２０９と接触しており、半導体基板２００の裏面には下部電極２１２が形成されている。
また、上部半導体ＤＢＲ２０７は、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペアが、例えば２５ペア形成されており、上述したように上部半導体ＤＢＲ２０７には、電流狭窄層２０８となるＡｌＡｓ層が形成されている。電流狭窄層２０８は、活性層２０５から３番目となる定在波の節となる位置に、厚さが約３０ｎｍとなるように形成されている。また、コンタクト層２０９は、ｐ−ＧａＡｓにより形成されている。更に、保護膜２１０は、例えばＳｉＮ等により形成されている。
（面発光レーザ素子の製造方法）
次に、図７に基づき本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法について説明する。
次に、図７に基づき本実施の形態における面発光レーザ素子の製造方法について説明する。
最初に、ＧａＡｓからなる半導体基板２００上に、バッファ層２０１、下部半導体ＤＢＲ２０２、活性層２０５、上部半導体ＤＢＲ２０７、コンタクト層２０９を積層形成する。尚、電流狭窄層２０８は、上部半導体ＤＢＲ２０７内に形成されている。形成方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）法が挙げられる。例えば、ＭＯＣＶＤ法により形成する場合には、III族の原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族の原料としては、フォスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）を用い、また、ｐ型ドーパントの原料には四臭化炭素（ＣＢｒ４）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用い、ｎ型ドーパントの原料にはセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を用いて上述した各層を成膜する。尚、前述したように、本実施の形態において、半導体基板２００に下部半導体ＤＢＲ２０２及び活性層２０５が形成されたものは、第１の実施の形態等における半導体積層体と同様のものであり、同様の製造方法により製造することができる。
次に、メサ２２０を形成する。具体的には、コンタクト層２０９の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、メサ２２０が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、Ｃｌ２ガスを用いてＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマエッチング法により、レジストパターンが形成されていない領域におけるコンタクト層２０９、上部半導体ＤＢＲ２０７、活性層２０５の一部を除去することによりメサ２２０を形成する。
次に、水蒸気中で熱処理を行なう。具体的には、メサ２２０を形成することにより、メサ２２０の側面において露出している電流狭窄層２０８において、メサ２２０の側面周囲より酸化することにより選択酸化領域２０８ａを形成する。尚、電流狭窄層２０８において、メサ２２０の中央部分の選択酸化されていない領域、即ち、電流狭窄層２０８において選択酸化領域２０８ａにより囲まれた領域は電流狭窄領域２０８ｂとなり、この電流狭窄領域２０８ｂに電流を集中して流すことができる。
次に、メサ２２０の側面及びメサ周辺の底面に保護膜２１０を形成する。具体的には、メサ２２０が形成されている面に、保護膜２１０として、例えば、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法により成膜する。この後、メサ２２０の上面に開口部を有するレジストパターンを形成し、メサ２２０の上面において、レジストパターンが形成されていない領域の保護膜２１０をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去し、コンタクト層２０９を露出させる。尚、この後、レジストパターンは、有機溶剤等により除去する。
次に、上部電極２１１となるｐ側電極を形成する。具体的には、コンタクト層２０９及び保護膜２１０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、上部電極２１１が形成される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりＣｒ／ＡｕＺｎ／Ａｕからなる金属多層膜を成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの形成されている領域上の金属多層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去し、残存した金属多層膜により上部電極２１１を形成する。これにより、上部電極２１１は、メサ２２０の上面において露出しているコンタクト層２０９と接するように形成することができる。
次に、下部電極２１２となるｎ側電極を形成する。具体的には、半導体基板２００の裏面を所定の厚さ、例えば、１００μｍ〜３００μｍ程度になるまで研磨し、下部電極２１２を成膜する。下部電極２１２は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属多層膜、または、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属多層膜を真空蒸着により成膜することにより形成される。この後、アニールを行なうことにより、上部電極２１１及び下部電極２１２においてオーミックコンタクトをとることができる。
以上の工程により、本実施の形態における面発光レーザ素子を作製することができる。本実施の形態における面発光レーザ素子は、電流注入によりレーザ光を出射するものであり、キャリア閉じ込め効果が高く、かつ、放熱特性に優れた高利得の半導体レーザ素子である。
尚、上記以外の内容については、第１または第２の実施の形態と同様である。
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
１０ 半導体積層体
１１ 基板
１２ 半導体ＤＢＲ
３１ 第１キャリアブロック層（１番目のワイドバンド半導体層）
３２ 第２キャリアブロック層（２番目のワイドバンド半導体層）
３３ 第３キャリアブロック層（３番目のワイドバンド半導体層）
３４ 第４キャリアブロック層（４番目のワイドバンド半導体層）
４０ 共振器層
４１ 第１活性層
４２ 第２活性層
４３ 第３活性層
５１ スペーサ層
６１ ＭＱＷ層
６２ ＭＱＷ層
６３ ＭＱＷ層
７０ 放熱用基板
８０ 外部反射鏡
９０ 励起用光源
１１ 基板
１２ 半導体ＤＢＲ
３１ 第１キャリアブロック層（１番目のワイドバンド半導体層）
３２ 第２キャリアブロック層（２番目のワイドバンド半導体層）
３３ 第３キャリアブロック層（３番目のワイドバンド半導体層）
３４ 第４キャリアブロック層（４番目のワイドバンド半導体層）
４０ 共振器層
４１ 第１活性層
４２ 第２活性層
４３ 第３活性層
５１ スペーサ層
６１ ＭＱＷ層
６２ ＭＱＷ層
６３ ＭＱＷ層
７０ 放熱用基板
８０ 外部反射鏡
９０ 励起用光源
IEEE JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL 22,NO.12,2004,p2828-2833
J.W.Matthews and A.E.Blakslee:J.Cryst.Growth 27(1974)118
Proc. of SPIE Vol.7919 791903 p1-11
Physics Report 429(2006) p67-120
Proc. of SPIE Vol.7919 79190B p1-10
IEEE. Photonic Technology Letters, Vol.9, No.8(1997)p1063-1065
Claims (10)
- 基板の上に形成された半導体ＤＢＲと、
前記半導体ＤＢＲの上に形成されたワイドバンド半導体層と活性層とが交互に積層形成された共振器層と、
を有し、
前記活性層は、ＭＱＷ層と、前記ＭＱＷ層の両面に形成された２層のスペーサ層とを有するものであって、
前記ＭＱＷ層は、障壁層と量子井戸層とが交互に積層形成されており、
前記ワイドバンド半導体層はｎ層形成されており、前記ワイドバンド半導体層のうち、前記基板側からｍ番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるバンドギャップをＥｇｍ−１とし、ｎ、ｍは２以上の整数であって、１＜ｍ≦ｎとした場合に、
Ｅｇｍ−１＜Ｅｇｍ
となるものであることを特徴とする半導体積層体。 - 前記ワイドバンド半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰを含む材料により形成されており、
前記ｍ番目のワイドバンド半導体層におけるＡｌ組成比をＸｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるＡｌ組成比をＸｍ−１とした場合に、
Ｘｍ−１＜Ｘｍ
となるものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層体。 - 前記ワイドバンド半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰＡｓを含む材料により形成されており、
前記ｍ番目のワイドバンド半導体層におけるＡｌ組成比をＸｍとし、前記基板側からｍ−１番目のワイドバンド半導体層におけるＡｌ組成比をＸｍ−１とした場合に、
Ｘｍ−１＜Ｘｍ
となるものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層体。 - 前記ワイドバンド半導体層がＡｌＧａＩｎＰを含む材料により形成されている場合には、前記ＡｌＧａＩｎＰにおけるＩｎ及びＰの組成は一定であり、
また、前記ワイドバンド半導体層がＡｌＧａＩｎＰＡｓを含む材料により形成されている場合には、前記ＡｌＧａＩｎＰＡｓにおけるＩｎ、Ｐ及びＡｓの組成は一定であることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体積層体。 - 前記量子井戸層が圧縮歪みを有する場合には、前記ワイドバンド半導体層は引張り歪みを有し、
前記量子井戸層が引張り歪みを有する場合には、前記ワイドバンド半導体層は圧縮歪みを有するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体積層体。 - 前記基板側から１番目からｎ−１番目のワイドバンド半導体層は、前記ワイドバンド半導体層の中心が、定在波の節となる位置に形成されており、
前記基板側からｎ番目のワイドバンド半導体層は、前記活性層と接する一方の面が前記定在波の節となる位置に形成されており、他方の面が前記定在波の腹となる位置に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体積層体。 - 前記スペーサ層は、ＧａＡｓにより形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の半導体積層体。
- ｍ−１番目とｍ番目の前記ワイドバンド半導体層の間隔は、ｍ番目とｍ＋１番目の前記ワイドバンド半導体層の間隔よりも、広いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体積層体。
- 請求項１から８に記載されている半導体積層体と、
前記共振器層の上部に設けられた外部反射鏡と、
前記共振器層より出射される光の波長よりも短い波長の光を前記共振器層に向けて照射する励起用光源と、
を有する面発光レーザ。 - 請求項１から８に記載されている半導体積層体と、
前記共振器層の上に形成された上部半導体ＤＢＲと、
を有し、前記半導体積層体における前記半導体ＤＢＲは下部半導体ＤＢＲであって、
前記共振器層に電流を注入することにより、レーザ光を出射することを特徴とする面発光レーザ。
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