JP3189791B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザに関す
るものであり、特に詳しくは、１．３ミクロン帯の光ア
クセス系及び光データリンク系に利用可能な端面発光又
は面発光半導体レーザに関するものである。
るものであり、特に詳しくは、１．３ミクロン帯の光ア
クセス系及び光データリンク系に利用可能な端面発光又
は面発光半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】１．３ミクロン帯の半導体レーザは、光
アクセス系の光源として重要である。この波長領域は、
主としてＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａ
ＡｓやＩｎＡｓＰといった材料においてレーザ化が実現
されている。然しながら、ＧａＡｓ基板上にこの１．３
ミクロン帯で発光する材料があれば、電子の閉じ込め層
としてＧａＡｓ基板に略格子整合するＡｌＧａＡｓやＡ
ｌＧａＩｎＰ等の材料系を用いる事が出来る為、レーザ
の高温動作時に問題となる電子のキャリア漏れを大幅に
抑制する事が可能となる。又、ＧａＡｓ基板上に１．３
ミクロン帯で発光する材料を用いれば、ＧａＡｓ／Ａｌ
Ａｓ系の半導体多層膜ミラーと組み合わせる事で、１．
３ミクロン帯の長波の面発光レーザを実現することが可
能となる。
アクセス系の光源として重要である。この波長領域は、
主としてＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａ
ＡｓやＩｎＡｓＰといった材料においてレーザ化が実現
されている。然しながら、ＧａＡｓ基板上にこの１．３
ミクロン帯で発光する材料があれば、電子の閉じ込め層
としてＧａＡｓ基板に略格子整合するＡｌＧａＡｓやＡ
ｌＧａＩｎＰ等の材料系を用いる事が出来る為、レーザ
の高温動作時に問題となる電子のキャリア漏れを大幅に
抑制する事が可能となる。又、ＧａＡｓ基板上に１．３
ミクロン帯で発光する材料を用いれば、ＧａＡｓ／Ａｌ
Ａｓ系の半導体多層膜ミラーと組み合わせる事で、１．
３ミクロン帯の長波の面発光レーザを実現することが可
能となる。
【０００３】ＧａＡｓ基板上の長波長帯発光材料に関し
ては、近藤らにより、ＧａＩｎＮＡｓを用いた構造が報
告されている。近藤らは、「アイ・イー・イー・イー、
レーザ・アンド・エレクトロオプティクス・ソサイテ
ィ、１９９７・アニュアル・ミーティング」第３２巻、
第２４号（１９９６年）、第２２４４〜２２４５頁に於
いて、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓの量子井戸層と
ＧａＡｓ障壁層とから成る量子井戸構造を活性層とし、
１．２ミクロンに於けるレーザ発振を報告している。
ては、近藤らにより、ＧａＩｎＮＡｓを用いた構造が報
告されている。近藤らは、「アイ・イー・イー・イー、
レーザ・アンド・エレクトロオプティクス・ソサイテ
ィ、１９９７・アニュアル・ミーティング」第３２巻、
第２４号（１９９６年）、第２２４４〜２２４５頁に於
いて、ＧａＡｓ基板上にＧａＩｎＮＡｓの量子井戸層と
ＧａＡｓ障壁層とから成る量子井戸構造を活性層とし、
１．２ミクロンに於けるレーザ発振を報告している。
【０００４】又、ＧａＡｓ基板上に格子不整合の大きい
材料を島状（ドット状）に成長させる方法により、例え
ば、格子不整合度３．５％のＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ結晶
を成長させて、これを活性層とする長波長帯半導体レー
ザが報告された。これは、量子ドットを活性層としたレ
ーザとして、エレクトロニクス・レター、３０巻、１７
号、１４１６〜１４１７頁に記載されている。
材料を島状（ドット状）に成長させる方法により、例え
ば、格子不整合度３．５％のＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ結晶
を成長させて、これを活性層とする長波長帯半導体レー
ザが報告された。これは、量子ドットを活性層としたレ
ーザとして、エレクトロニクス・レター、３０巻、１７
号、１４１６〜１４１７頁に記載されている。
【０００５】然しながら、近藤らによって報告された半
導体レーザでは、量子井戸発光層がＧａＩｎＮＡｓで構
成されており、１．３ミクロン以上の波長で発光させる
には更にＮ組成を上げる必要があり、高品質なＧａＩｎ
ＮＡｓエピタキシャル成長層を形成する事は困難であ
る。
導体レーザでは、量子井戸発光層がＧａＩｎＮＡｓで構
成されており、１．３ミクロン以上の波長で発光させる
には更にＮ組成を上げる必要があり、高品質なＧａＩｎ
ＮＡｓエピタキシャル成長層を形成する事は困難であ
る。
【０００６】又、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓドット
を用いた場合、量子ドットの基底状態の状態数が小さい
為に、レーザ発振に必要な利得を得る為にキャリアを注
入してゆくと、高次のレベルまでキャリアが注入され、
発光波長が短波長化してしまう。その為、ＩｎＧａＡｓ
ドットの発振波長は最大で１．１μｍである。従って、
ＧａＡｓ基板上の量子ドットを使って１．３μｍの長波
長帯レーザを作る事は困難である。
を用いた場合、量子ドットの基底状態の状態数が小さい
為に、レーザ発振に必要な利得を得る為にキャリアを注
入してゆくと、高次のレベルまでキャリアが注入され、
発光波長が短波長化してしまう。その為、ＩｎＧａＡｓ
ドットの発振波長は最大で１．１μｍである。従って、
ＧａＡｓ基板上の量子ドットを使って１．３μｍの長波
長帯レーザを作る事は困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記した従来の欠点を改良し、ＧａＡｓ基板上にも
形成可能な１．３ミクロン帯の発光域を有する半導体レ
ーザを提供するものである。
は、上記した従来の欠点を改良し、ＧａＡｓ基板上にも
形成可能な１．３ミクロン帯の発光域を有する半導体レ
ーザを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には以下に記載されたような技術
構成を採用するものである。
達成するため、基本的には以下に記載されたような技術
構成を採用するものである。
【０００９】即ち、本発明に係る態様としては、活性領
域にＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられている
半導体レーザであって、且つ当該量子井戸層が、厚み方
向とは異なる方向に、Ｓｂ組成の異なるＧａＡｓＳｂが
交互に連なる組成変調構造を有する半導体レーザであ
り、更に具体的には、活性領域にＧａＡｓＳｂから成る
量子井戸層が設けられている半導体レーザであって、且
つ当該量子井戸層が、厚み方向とは異なる方向に、Ｓｂ
組成の異なるＧａＡｓＳｂが交互に連なる組成変調構造
を有すると共に、当該組成変調構造に於ける当該個々の
ＧａＡｓＳｂのＳｂ含量が、ＡｓとＳｂとの合計モル量
１モルに対して０．２乃至０．４モルの範囲で互いに異
なっている半導体レーザである。
域にＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられている
半導体レーザであって、且つ当該量子井戸層が、厚み方
向とは異なる方向に、Ｓｂ組成の異なるＧａＡｓＳｂが
交互に連なる組成変調構造を有する半導体レーザであ
り、更に具体的には、活性領域にＧａＡｓＳｂから成る
量子井戸層が設けられている半導体レーザであって、且
つ当該量子井戸層が、厚み方向とは異なる方向に、Ｓｂ
組成の異なるＧａＡｓＳｂが交互に連なる組成変調構造
を有すると共に、当該組成変調構造に於ける当該個々の
ＧａＡｓＳｂのＳｂ含量が、ＡｓとＳｂとの合計モル量
１モルに対して０．２乃至０．４モルの範囲で互いに異
なっている半導体レーザである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明にかかる当該半導体レーザ
は、上記したような構成を採用しており、その特徴は、
活性領域にＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられ
ている事により、当該量子井戸層がＧａＡｓ基板上に形
成可能であると共に、当該ＧａＡｓＳｂにより１．３ミ
クロン帯の発光域を有する半導体が得られる。
は、上記したような構成を採用しており、その特徴は、
活性領域にＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられ
ている事により、当該量子井戸層がＧａＡｓ基板上に形
成可能であると共に、当該ＧａＡｓＳｂにより１．３ミ
クロン帯の発光域を有する半導体が得られる。
【００１１】本発明に於いて、当該量子井戸層を形成す
るＧａＡｓＳｂは、式：ＧａＡｓ1- x Ｓｂx （但し、ｘ
はＳｂのモル量をＡｓとＳｂとの合計モル量で割ったモ
ル割合である）で表される組成を有するものである。当
該ＧａＡｓ1-x Ｓｂx で表される組成を有するＧａＡｓ
Ｓｂは、ＧａＡｓとＧａＳｂの２種類の二元混晶を元に
する三元混晶であり、Ａｓ、Ｓｂの第Ｖ族元素が副格子
上で混じり合う。この様に、第Ｖ族元素が副格子上で混
じり合う場合、バンドギャップのボーイングが大きくな
り、バンドギャップが狭小化する。一方、ＧａＡｓＳｂ
のＳｂ含量ｘを増加していくに連れて、ＧａＡｓＳｂの
格子定数がＧａＡｓの格子定数より大きくなる為、Ｇａ
Ａｓ基板上に歪みによる欠陥を生じさせない様にエピタ
キシャル成長させるには、Ｓｂ含量ｘが大きい程その層
厚を小さくする必要がある。この為、ＧａＡｓＳｂ混晶
を用いて、１．２μｍ乃至１．３μｍの波長を発光強度
を落さずに実現出来るＳｂ含量ｘには最適範囲がある。
具体的には、当該ＧａＡｓＳｂのＳｂ含量ｘが、Ａｓと
Ｓｂとの合計モル量１モルに対して０．２乃至０．４モ
ルの範囲内である事が好ましい。かかる範囲内に於いて
は、本発明に係る半導体レーザが１．２乃至１．３５μ
ｍの波長範囲で発光可能となる事が確認されている。
るＧａＡｓＳｂは、式：ＧａＡｓ1- x Ｓｂx （但し、ｘ
はＳｂのモル量をＡｓとＳｂとの合計モル量で割ったモ
ル割合である）で表される組成を有するものである。当
該ＧａＡｓ1-x Ｓｂx で表される組成を有するＧａＡｓ
Ｓｂは、ＧａＡｓとＧａＳｂの２種類の二元混晶を元に
する三元混晶であり、Ａｓ、Ｓｂの第Ｖ族元素が副格子
上で混じり合う。この様に、第Ｖ族元素が副格子上で混
じり合う場合、バンドギャップのボーイングが大きくな
り、バンドギャップが狭小化する。一方、ＧａＡｓＳｂ
のＳｂ含量ｘを増加していくに連れて、ＧａＡｓＳｂの
格子定数がＧａＡｓの格子定数より大きくなる為、Ｇａ
Ａｓ基板上に歪みによる欠陥を生じさせない様にエピタ
キシャル成長させるには、Ｓｂ含量ｘが大きい程その層
厚を小さくする必要がある。この為、ＧａＡｓＳｂ混晶
を用いて、１．２μｍ乃至１．３μｍの波長を発光強度
を落さずに実現出来るＳｂ含量ｘには最適範囲がある。
具体的には、当該ＧａＡｓＳｂのＳｂ含量ｘが、Ａｓと
Ｓｂとの合計モル量１モルに対して０．２乃至０．４モ
ルの範囲内である事が好ましい。かかる範囲内に於いて
は、本発明に係る半導体レーザが１．２乃至１．３５μ
ｍの波長範囲で発光可能となる事が確認されている。
【００１２】又、本発明者が得た新たな知見によると、
当該Ｓｂ含量ｘの最適範囲である０．２乃至０．４モル
の範囲内に於いて、当該量子井戸層が、厚み方向とは異
なる方向、典型的には厚み方向とは略垂直の方向に、Ｓ
ｂ組成の異なるＧａＡｓＳｂ、例えばＧａＡｓ0.6 Ｓｂ
0.4 とＧａＡｓ0.8 Ｓｂ0.2 との２種類のＧａＡｓＳｂ
が交互に連なる組成変調構造を有する様になる。かかる
組成変調構造を有する事により、バンドギャップの狭小
化が一層促進され、より少ないＳｂ含量で長波長発光が
可能となる。図７に、かかる組成変調構造の一具体例と
して、ＧａＡｓ 0.7 Ｓｂ0.3 から成る量子井戸層７０２
の電子顕微鏡写真のトレースを示した。この例では、Ｇ
ａＡｓ光導波層７０１、７０３の（１００）面にエピタ
キシャル的に接合した当該量子井戸層７０２が、ＧａＡ
ｓ0.6 Ｓｂ0.4 の領域７１１とＧａＡｓ０0.8 Ｓｂ0.2
の領域７１２とが交互に連なった構造となっている。
当該Ｓｂ含量ｘの最適範囲である０．２乃至０．４モル
の範囲内に於いて、当該量子井戸層が、厚み方向とは異
なる方向、典型的には厚み方向とは略垂直の方向に、Ｓ
ｂ組成の異なるＧａＡｓＳｂ、例えばＧａＡｓ0.6 Ｓｂ
0.4 とＧａＡｓ0.8 Ｓｂ0.2 との２種類のＧａＡｓＳｂ
が交互に連なる組成変調構造を有する様になる。かかる
組成変調構造を有する事により、バンドギャップの狭小
化が一層促進され、より少ないＳｂ含量で長波長発光が
可能となる。図７に、かかる組成変調構造の一具体例と
して、ＧａＡｓ 0.7 Ｓｂ0.3 から成る量子井戸層７０２
の電子顕微鏡写真のトレースを示した。この例では、Ｇ
ａＡｓ光導波層７０１、７０３の（１００）面にエピタ
キシャル的に接合した当該量子井戸層７０２が、ＧａＡ
ｓ0.6 Ｓｂ0.4 の領域７１１とＧａＡｓ０0.8 Ｓｂ0.2
の領域７１２とが交互に連なった構造となっている。
【００１３】以下に、図面に示した本発明に係る半導体
レーザの具体例に即して、本発明に係る半導体レーザの
具体的態様について更に詳細に説明する。
レーザの具体例に即して、本発明に係る半導体レーザの
具体的態様について更に詳細に説明する。
【００１４】本発明に係る半導体レーザは、従来公知の
略あらゆるタイプの端面発光又は面発光半導体レーザに
適用可能であり、又、その際に、ＧａＡｓ基板を適用可
能である。典型的な当該端面発光又は面発光半導体レー
ザとして、当該活性領域が、夫々がＧａＡｓ等の基板上
に形成された、第１の導電性を有する第１の光導波層
と、当該第１の導電性とは異なる第２の導電性を有す第
２の光導波層との間に設けられている、所謂ダブルヘテ
ロ型の半導体レーザがあり、更に当該端面発光半導体レ
ーザとしては、埋め込み型の半導体レーザがあるが、図
１には、当該ダブルヘテロ型且つ埋め込み型の半導体レ
ーザの１例として、ダブル・チャネル・プラナー埋め込
みヘテロ構造（ＤＣＰＢＨ）の半導体レーザが示されて
いる。即ち、図１に示した半導体レーザに於いては、例
えばｎ型のＧａＡｓ基板１０２上にｎ型のＧａＡｓバッ
ファ層を介して活性領域を構成する活性層１０４が設け
られており、当該活性層１０４上にｐ型のＧａＡｓクラ
ッド層１０５、ｐ型のＧａＡｓブロック層１０６、ｎ型
のＧａＡｓ層１０７、ｐ型のＧａＡｓ埋め込み層１０
８、及びｐ型のＧａＡｓキャップ層１０９が順次積層形
成されており、しかも当該活性層１０４の中央のストラ
イプ部分が、当該ｐ型のＧａＡｓブロッキング層１０６
の垂下部分１１１により囲繞されている。尚、図中１０
１及び１１０は、夫々電極である。
略あらゆるタイプの端面発光又は面発光半導体レーザに
適用可能であり、又、その際に、ＧａＡｓ基板を適用可
能である。典型的な当該端面発光又は面発光半導体レー
ザとして、当該活性領域が、夫々がＧａＡｓ等の基板上
に形成された、第１の導電性を有する第１の光導波層
と、当該第１の導電性とは異なる第２の導電性を有す第
２の光導波層との間に設けられている、所謂ダブルヘテ
ロ型の半導体レーザがあり、更に当該端面発光半導体レ
ーザとしては、埋め込み型の半導体レーザがあるが、図
１には、当該ダブルヘテロ型且つ埋め込み型の半導体レ
ーザの１例として、ダブル・チャネル・プラナー埋め込
みヘテロ構造（ＤＣＰＢＨ）の半導体レーザが示されて
いる。即ち、図１に示した半導体レーザに於いては、例
えばｎ型のＧａＡｓ基板１０２上にｎ型のＧａＡｓバッ
ファ層を介して活性領域を構成する活性層１０４が設け
られており、当該活性層１０４上にｐ型のＧａＡｓクラ
ッド層１０５、ｐ型のＧａＡｓブロック層１０６、ｎ型
のＧａＡｓ層１０７、ｐ型のＧａＡｓ埋め込み層１０
８、及びｐ型のＧａＡｓキャップ層１０９が順次積層形
成されており、しかも当該活性層１０４の中央のストラ
イプ部分が、当該ｐ型のＧａＡｓブロッキング層１０６
の垂下部分１１１により囲繞されている。尚、図中１０
１及び１１０は、夫々電極である。
【００１５】次に、図２に示された半導体レーザは、所
謂リッジ導波型の半導体レーザであり、図中、ｎ型光導
波層２０２上に活性領域を構成する活性層２０３、ｐ型
光導波層２０４が順次積層形成されている。更に、当該
ｐ型光導波層２０４上には、高濃度ｐ型ドープコンタク
ト層２０５が形成され、又電流狭窄を実現する為、２つ
のトレンチ構造２１０が設けられ、これらのトレンチに
挟まれたリッジ部２０９以外には電流が流れない様にす
る為、絶縁体膜２０６が形成されている。尚、図中２０
７、２０８は、夫々ｐ型のコンタクト金属膜とｎ型のコ
ンタクト金属膜であり、又２０１は電圧源であり、当該
金属膜２０７、２０８間に電圧を印加すると、リッジの
部分２０９のみに電流が流れ、活性層２０３に於いて発
光する。生じた光は、上下の光導波層によりリッジスト
ライプ方向に導波する。ストライプの終端は、へき開面
になっており、光の一部は反射し全体として光共振器を
形成する。この様にして、しきい値電流密度以上でレー
ザが発振される。
謂リッジ導波型の半導体レーザであり、図中、ｎ型光導
波層２０２上に活性領域を構成する活性層２０３、ｐ型
光導波層２０４が順次積層形成されている。更に、当該
ｐ型光導波層２０４上には、高濃度ｐ型ドープコンタク
ト層２０５が形成され、又電流狭窄を実現する為、２つ
のトレンチ構造２１０が設けられ、これらのトレンチに
挟まれたリッジ部２０９以外には電流が流れない様にす
る為、絶縁体膜２０６が形成されている。尚、図中２０
７、２０８は、夫々ｐ型のコンタクト金属膜とｎ型のコ
ンタクト金属膜であり、又２０１は電圧源であり、当該
金属膜２０７、２０８間に電圧を印加すると、リッジの
部分２０９のみに電流が流れ、活性層２０３に於いて発
光する。生じた光は、上下の光導波層によりリッジスト
ライプ方向に導波する。ストライプの終端は、へき開面
になっており、光の一部は反射し全体として光共振器を
形成する。この様にして、しきい値電流密度以上でレー
ザが発振される。
【００１６】次に、図３に示された半導体レーザは面発
光型の半導体レーザであり、図中、例えばＧａＡｓ基板
３０１上に形成された多層構造のｎ型及びｐ型の分布ブ
ラッグ反射器（ＤＢＲ）構造のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜３
０２、３０４の間に、スペーサ層３０７を介して活性領
域を構成する活性層３０３が設けられている。尚、図中
３０５、３０６は、夫々アノード及びカソードである。
尚、図１乃至図３の例では、ＧａＡｓ基板上に形成する
ＧａＡｓ等の膜は、夫々エピタキシャル的に例えばＧａ
Ａｓの（１００）面に接合したエピタキシャル成長層と
して形成する事が出来る。
光型の半導体レーザであり、図中、例えばＧａＡｓ基板
３０１上に形成された多層構造のｎ型及びｐ型の分布ブ
ラッグ反射器（ＤＢＲ）構造のＧａＡｓ／ＡｌＡｓ膜３
０２、３０４の間に、スペーサ層３０７を介して活性領
域を構成する活性層３０３が設けられている。尚、図中
３０５、３０６は、夫々アノード及びカソードである。
尚、図１乃至図３の例では、ＧａＡｓ基板上に形成する
ＧａＡｓ等の膜は、夫々エピタキシャル的に例えばＧａ
Ａｓの（１００）面に接合したエピタキシャル成長層と
して形成する事が出来る。
【００１７】本発明に於いて、当該活性領域に当該Ｇａ
ＡｓＳｂから成る量子井戸層を設ける場合、当該活性領
域の少なくとも一部分ないしは全部に当該量子井戸層を
含む量子井戸構造部分を設ければよく、従って例えば当
該ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層以外の量子井戸層、
或いは当該ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層を含まない
量子井戸構造を含む活性領域が併存している様な場合
も、本発明の範囲内に含まれる。その際、当該ＧａＡｓ
Ｓｂから成る量子井戸層を含む量子井戸構造部分に於い
て、当該量子井戸層の両側に、ＧａＡｓよりもバンドギ
ャップの大きな物質から成る障壁層が設けられている事
が好ましい。これは、例えばＧａＡｓＳｂとＧａＡｓと
を用いてヘテロ界面が形成されている場合、ＧａＡｓＳ
ｂの伝導帯バンド端エネルギーとＧａＡｓの伝導帯バン
ド端エネルギーの差、即ち伝導帯不連続値が数十ミリｅ
Ｖ程度と、余り大きくない為、高温時の電子のキャリア
漏れを抑制する為には、ＧａＡｓよりも大きなバンドギ
ャップを有する物質でＧａＡｓＳｂを挟む事で、当該伝
導帯不連続値を例えば０．１ｅＶ以上にする事が可能と
なる為、効果的である。具体的には、当該障壁層を形成
する好適な物質として、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、Ａ
ｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰから成る
群から選ばれる物質が挙げられる。これらのうち、格子
定数がＧａＡｓの格子定数より小さいと、ＧａＡｓＳｂ
の圧縮性歪みを補償する効果がある為、構造的に安定と
なり、レーザの信頼性の点で有利となる。具体的には、
ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａ
ＩｎＰから成る群から選ばれる物質である事が好まし
い。かかる物質は、第ＩＩＩ族元素同士又は第Ｖ族元素
同士の組成を変化させる事により、ＧａＡｓよりも格子
定数を小とする事が可能である。
ＡｓＳｂから成る量子井戸層を設ける場合、当該活性領
域の少なくとも一部分ないしは全部に当該量子井戸層を
含む量子井戸構造部分を設ければよく、従って例えば当
該ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層以外の量子井戸層、
或いは当該ＧａＡｓＳｂから成る量子井戸層を含まない
量子井戸構造を含む活性領域が併存している様な場合
も、本発明の範囲内に含まれる。その際、当該ＧａＡｓ
Ｓｂから成る量子井戸層を含む量子井戸構造部分に於い
て、当該量子井戸層の両側に、ＧａＡｓよりもバンドギ
ャップの大きな物質から成る障壁層が設けられている事
が好ましい。これは、例えばＧａＡｓＳｂとＧａＡｓと
を用いてヘテロ界面が形成されている場合、ＧａＡｓＳ
ｂの伝導帯バンド端エネルギーとＧａＡｓの伝導帯バン
ド端エネルギーの差、即ち伝導帯不連続値が数十ミリｅ
Ｖ程度と、余り大きくない為、高温時の電子のキャリア
漏れを抑制する為には、ＧａＡｓよりも大きなバンドギ
ャップを有する物質でＧａＡｓＳｂを挟む事で、当該伝
導帯不連続値を例えば０．１ｅＶ以上にする事が可能と
なる為、効果的である。具体的には、当該障壁層を形成
する好適な物質として、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、Ａ
ｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰから成る
群から選ばれる物質が挙げられる。これらのうち、格子
定数がＧａＡｓの格子定数より小さいと、ＧａＡｓＳｂ
の圧縮性歪みを補償する効果がある為、構造的に安定と
なり、レーザの信頼性の点で有利となる。具体的には、
ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａ
ＩｎＰから成る群から選ばれる物質である事が好まし
い。かかる物質は、第ＩＩＩ族元素同士又は第Ｖ族元素
同士の組成を変化させる事により、ＧａＡｓよりも格子
定数を小とする事が可能である。
【００１８】但し、当該ＧａＡｓよりも大きなバンドギ
ャップを有する障壁層でＧａＡｓＳｂから成る量子井戸
層を挟む場合、電子の量子準位が大きく変化し、より短
波長化を起し、所望する１．３ミクロン波長帯の発光を
難しくする可能性がある。それは、当該量子井戸層の厚
みが歪みの制約により、１０ナノメートル以下に抑えら
れた場合に、顕著に生ずる現象である。その場合には、
当該量子井戸層と当該障壁層との間に、当該量子井戸層
を形成するＧａＡｓＳｂのバンド端エネルギーと、当該
障壁層を形成するＧａＡｓよりもバンドギャップの大き
な物質のバンド端エネルギーとの間のバンド端エネルギ
ーを有する物質から成る、例えば数分子程度の、中間層
を設けると、電子の量子準位変化を抑制する事が出来る
為、好ましい。当該中間層を形成する好適な物質として
は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ及びＧａＡｓＮから成る群か
ら選ばれる物質が挙げられる。具体的には、例えば、当
該障壁層がＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓから成るとき、中間層と
して例えばＧａＡｓ３分子層程度で効果がある。又これ
らの物質のうち、格子定数がＧａＡｓの格子定数より小
さい物質であると、積層構造の歪みに対する安定性を増
加させ、又量子の電子準位変化の抑制に効果を上げる事
が可能となる為、好ましい。具体的には、ＧａＡｓＮ及
びＧａＡｓＰから成る群から選ばれる物質が挙げられ
る。かかる物質は、第ＩＩＩ族元素同士又は第Ｖ族元素
同士の組成を変化させる事により、ＧａＡｓよりも格子
定数を小とする事が可能である。
ャップを有する障壁層でＧａＡｓＳｂから成る量子井戸
層を挟む場合、電子の量子準位が大きく変化し、より短
波長化を起し、所望する１．３ミクロン波長帯の発光を
難しくする可能性がある。それは、当該量子井戸層の厚
みが歪みの制約により、１０ナノメートル以下に抑えら
れた場合に、顕著に生ずる現象である。その場合には、
当該量子井戸層と当該障壁層との間に、当該量子井戸層
を形成するＧａＡｓＳｂのバンド端エネルギーと、当該
障壁層を形成するＧａＡｓよりもバンドギャップの大き
な物質のバンド端エネルギーとの間のバンド端エネルギ
ーを有する物質から成る、例えば数分子程度の、中間層
を設けると、電子の量子準位変化を抑制する事が出来る
為、好ましい。当該中間層を形成する好適な物質として
は、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ及びＧａＡｓＮから成る群か
ら選ばれる物質が挙げられる。具体的には、例えば、当
該障壁層がＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓから成るとき、中間層と
して例えばＧａＡｓ３分子層程度で効果がある。又これ
らの物質のうち、格子定数がＧａＡｓの格子定数より小
さい物質であると、積層構造の歪みに対する安定性を増
加させ、又量子の電子準位変化の抑制に効果を上げる事
が可能となる為、好ましい。具体的には、ＧａＡｓＮ及
びＧａＡｓＰから成る群から選ばれる物質が挙げられ
る。かかる物質は、第ＩＩＩ族元素同士又は第Ｖ族元素
同士の組成を変化させる事により、ＧａＡｓよりも格子
定数を小とする事が可能である。
【００１９】図４乃至図６にかかる障壁層、中間層を含
む量子井戸構造が設けられた活性層１０４（図２のＡ部
分を拡大）、２０３、３０３の具体例を示す。即ち、図
４に示した活性層４０１に於いては、下部及び上部光導
波層４０２及び４０３の間に、Ｓｂを含有する複数の量
子井戸層４０５が設けられ、当該各量子井戸層４０５の
両側には夫々障壁層４０４が設けられている。又、以下
の実施例に於いて詳述する図５の例も、図４と同様の構
造を有する。次に、図６の例では、図５の活性層５１２
とは異なる活性層構造を有し、下部及び上部光導波層６
０１及び６０２の間に、Ｓｂを含有する複数の量子井戸
層６０４が設けられ、当該各量子井戸層６０４の両側に
は夫々障壁層６０３が設けられ、更に当該量子井戸層６
０４と当該障壁層６０３との間には、夫々中間層６０５
が設けられている。当該量子井戸層の典型的な厚みは、
５０乃至１００Åであり、層数は１乃至５層、好ましく
は２乃至３層、障壁層の典型的な厚みは１００乃至３０
０Åであり、中間層の厚みは、３乃至５原子分、即ち９
乃至１５Åである。
む量子井戸構造が設けられた活性層１０４（図２のＡ部
分を拡大）、２０３、３０３の具体例を示す。即ち、図
４に示した活性層４０１に於いては、下部及び上部光導
波層４０２及び４０３の間に、Ｓｂを含有する複数の量
子井戸層４０５が設けられ、当該各量子井戸層４０５の
両側には夫々障壁層４０４が設けられている。又、以下
の実施例に於いて詳述する図５の例も、図４と同様の構
造を有する。次に、図６の例では、図５の活性層５１２
とは異なる活性層構造を有し、下部及び上部光導波層６
０１及び６０２の間に、Ｓｂを含有する複数の量子井戸
層６０４が設けられ、当該各量子井戸層６０４の両側に
は夫々障壁層６０３が設けられ、更に当該量子井戸層６
０４と当該障壁層６０３との間には、夫々中間層６０５
が設けられている。当該量子井戸層の典型的な厚みは、
５０乃至１００Åであり、層数は１乃至５層、好ましく
は２乃至３層、障壁層の典型的な厚みは１００乃至３０
０Åであり、中間層の厚みは、３乃至５原子分、即ち９
乃至１５Åである。
【００２０】
【実施例】以下に、本発明に係る半導体レーザの具体的
実施例を説明するが、当該実施例は本発明の効果を例証
する為のものであり、いかなる意味においても、本発明
を制限して解釈する為のものではない。
実施例を説明するが、当該実施例は本発明の効果を例証
する為のものであり、いかなる意味においても、本発明
を制限して解釈する為のものではない。
【００２１】実施例１ 本実施例においては、図２に示した様な所謂リッジ導波
型の半導体レーザの製造方法について説明する。ＧａＡ
ｓ基板への各層のエピタキシャル成長は、ガスソース分
子線エピタキシー法を用いて実施した。図５に示した様
に、まずＳｉドープ（３×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓ基板
５０１上にＳｉドープ（１×１０18ｃｍ -3）ＧａＡｓバ
ッファ層５０２、１．５μｍ層厚のＳｉドープ（１×１
０18ｃｍ -3）Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３を順次積層
形成し、ｎ型光導波層５１１を形成した。次に、４０ナ
ノメートルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６
を積層形成し、次いで１０ナノメートルのアンドープＧ
ａＡｓ障壁層５０５と８ナノメートルの歪ＧａＡｓ0.7
Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４を４周期積層し、更に４０ナ
ノメートルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０
６′を積層して、活性領域を構成する活性層５１２を形
成した。更に、当該活性層５１２上に、１．５μｍのＢ
ｅドープ（１×１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層
５０７を積層し、ｐ型光導波層５１３を形成し、最後
に、ｐ型コンタクト層として５０ナノメートルの厚みの
Ｂｅドープ（１×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓコンタクト層
５０８を形成した。図２に示した様なリッジストライプ
レーザ化には、まずリソグラフィーと化学エッチングに
よりリッジストライプの両側にトレンチ構造２１０を形
成した。リッジストライプの上面以外の領域に２００ナ
ノメートルの厚みのＳｉＯ2絶縁体膜２０６を形成し、
電流がリッジストライプ部のみに注入出来る様にした。
その後、Ｔｉ／Ａｕのｐ型のコンタクト金属膜２０７と
Ｔｉ／Ａｕのｎ型コンタクト金属膜２０８を形成し、合
金化した。この半導体レーザの室温における発振波長は
１．２９μｍ、しきい値電流密度は１．０ｋＡ／ｃｍ2
であった。又、室温から８５℃迄の特性温度は約８０Ｋ
が得られた。
型の半導体レーザの製造方法について説明する。ＧａＡ
ｓ基板への各層のエピタキシャル成長は、ガスソース分
子線エピタキシー法を用いて実施した。図５に示した様
に、まずＳｉドープ（３×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓ基板
５０１上にＳｉドープ（１×１０18ｃｍ -3）ＧａＡｓバ
ッファ層５０２、１．５μｍ層厚のＳｉドープ（１×１
０18ｃｍ -3）Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３を順次積層
形成し、ｎ型光導波層５１１を形成した。次に、４０ナ
ノメートルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６
を積層形成し、次いで１０ナノメートルのアンドープＧ
ａＡｓ障壁層５０５と８ナノメートルの歪ＧａＡｓ0.7
Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４を４周期積層し、更に４０ナ
ノメートルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０
６′を積層して、活性領域を構成する活性層５１２を形
成した。更に、当該活性層５１２上に、１．５μｍのＢ
ｅドープ（１×１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層
５０７を積層し、ｐ型光導波層５１３を形成し、最後
に、ｐ型コンタクト層として５０ナノメートルの厚みの
Ｂｅドープ（１×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓコンタクト層
５０８を形成した。図２に示した様なリッジストライプ
レーザ化には、まずリソグラフィーと化学エッチングに
よりリッジストライプの両側にトレンチ構造２１０を形
成した。リッジストライプの上面以外の領域に２００ナ
ノメートルの厚みのＳｉＯ2絶縁体膜２０６を形成し、
電流がリッジストライプ部のみに注入出来る様にした。
その後、Ｔｉ／Ａｕのｐ型のコンタクト金属膜２０７と
Ｔｉ／Ａｕのｎ型コンタクト金属膜２０８を形成し、合
金化した。この半導体レーザの室温における発振波長は
１．２９μｍ、しきい値電流密度は１．０ｋＡ／ｃｍ2
であった。又、室温から８５℃迄の特性温度は約８０Ｋ
が得られた。
【００２２】図８は、かくして得られた第１の実施例の
バンド構造図である。図中、８０１、８０２、８０３、
８０４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、ＧａＡｓバッファ
層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３、アンドープ
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６の各バンドである。８０
５、８０６は夫々アンドープＧａＡｓ障壁層５０５と歪
ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４のバンド、８０
７、８０８、８０９は夫々アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ層５０６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０７、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層５０８のバンドである。本実施例
においては、ＧａＡｓ障壁層５０５と歪ＧａＡｓＳｂ量
子井戸層５０４との交互積層で量子井戸構造が形成され
ている。本発明で特徴的なところは、図８に示した様
に、Ｓｂ系材料を発光層に用いる事で、ＧａＡｓ基板上
に、波長１．３μｍ以上の発光が得られた事である。こ
のＧａＡｓＳｂ層の構造を［−１１０］断面の透過型電
子顕微鏡観察を行ったところ、図７に示した様に、積層
方向と垂直な方向に１ナノメートル程度の間隔でＳｂ組
成が変化する、所謂組成変調構造が観察された。
バンド構造図である。図中、８０１、８０２、８０３、
８０４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、ＧａＡｓバッファ
層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３、アンドープ
Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６の各バンドである。８０
５、８０６は夫々アンドープＧａＡｓ障壁層５０５と歪
ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４のバンド、８０
７、８０８、８０９は夫々アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ層５０６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０７、ｐ型
ＧａＡｓコンタクト層５０８のバンドである。本実施例
においては、ＧａＡｓ障壁層５０５と歪ＧａＡｓＳｂ量
子井戸層５０４との交互積層で量子井戸構造が形成され
ている。本発明で特徴的なところは、図８に示した様
に、Ｓｂ系材料を発光層に用いる事で、ＧａＡｓ基板上
に、波長１．３μｍ以上の発光が得られた事である。こ
のＧａＡｓＳｂ層の構造を［−１１０］断面の透過型電
子顕微鏡観察を行ったところ、図７に示した様に、積層
方向と垂直な方向に１ナノメートル程度の間隔でＳｂ組
成が変化する、所謂組成変調構造が観察された。
【００２３】実施例２ 図９は、本発明の第２の実施例として、図５と同様の構
造の活性領域を設けた半導体レーザを作製した場合のバ
ンド構造図である。本実施例に於いては、４０ナノメー
トルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６、１０
ナノメートルのアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５０５と
８ナノメートルの歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0. 3 量子井戸層５
０４とを３周期積層し、その上に５０ナノメートルのア
ンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６′を積層して活
性層５１２を形成した。図９に於いて、９０１、９０
２、９０３、９０４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、Ｇａ
Ａｓバッファ層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０
３、アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ層５０６の各バン
ドである。９０５、９０６は夫々アンドープＧａＡｓ障
壁層５０５と歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４
のバンド、９０７、９０８、９０９は夫々アンドープＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0. 6 Ａｓ
層５０７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５０８のバンドで
ある。量子井戸構造の障壁層５０５にＡｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ層を用いる事で、伝導帯バンド不連続値を約２００
ｍｅＶにする事が出来、十分な電子閉じ込めが実現され
た。この活性領域を有する半導体積層構造を、第１の実
施例と同様にリッジ半導体レーザにすると、半導体レー
ザの室温に於ける発振波長は１．２６μｍ、しきい値電
流密度は１．１ｋＡ／ｃｍ2 であった。又、室温から８
５℃迄の特性温度は約１００Ｋが得られた。発振波長が
３０ナノメートル程ＧａＡｓを障壁層にもつ第１の実施
例の半導体レーザに比べて短波長化しているのは、障壁
層にＡｌＧａＡｓを用いた事により、主に電子の量子準
位エネルギーが高エネルギー側にシフトした事による。
又、ＡｌＧａＡｓを用いて十分な電子閉じ込め構造にな
っている為、室温から８５℃迄の特性温度は約１００Ｋ
と、大きくなっている。本実施例では、障壁層としてＡ
ｌＧａＡｓを例にとって説明したが、これがＧａＡｓ
Ｐ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰ等
であってもよい。特に、ＧａＡｓＰの様に格子定数がＧ
ａＡｓよりも小さい材料系の場合、ＧａＡｓＳｂの圧縮
性歪みを補償する効果があるため、構造的に安定とな
り、レーザの信頼性の点で有利となる。
造の活性領域を設けた半導体レーザを作製した場合のバ
ンド構造図である。本実施例に於いては、４０ナノメー
トルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６、１０
ナノメートルのアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５０５と
８ナノメートルの歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0. 3 量子井戸層５
０４とを３周期積層し、その上に５０ナノメートルのア
ンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６′を積層して活
性層５１２を形成した。図９に於いて、９０１、９０
２、９０３、９０４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、Ｇａ
Ａｓバッファ層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０
３、アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ層５０６の各バン
ドである。９０５、９０６は夫々アンドープＧａＡｓ障
壁層５０５と歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層５０４
のバンド、９０７、９０８、９０９は夫々アンドープＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0. 6 Ａｓ
層５０７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５０８のバンドで
ある。量子井戸構造の障壁層５０５にＡｌ0.2 Ｇａ0.8
Ａｓ層を用いる事で、伝導帯バンド不連続値を約２００
ｍｅＶにする事が出来、十分な電子閉じ込めが実現され
た。この活性領域を有する半導体積層構造を、第１の実
施例と同様にリッジ半導体レーザにすると、半導体レー
ザの室温に於ける発振波長は１．２６μｍ、しきい値電
流密度は１．１ｋＡ／ｃｍ2 であった。又、室温から８
５℃迄の特性温度は約１００Ｋが得られた。発振波長が
３０ナノメートル程ＧａＡｓを障壁層にもつ第１の実施
例の半導体レーザに比べて短波長化しているのは、障壁
層にＡｌＧａＡｓを用いた事により、主に電子の量子準
位エネルギーが高エネルギー側にシフトした事による。
又、ＡｌＧａＡｓを用いて十分な電子閉じ込め構造にな
っている為、室温から８５℃迄の特性温度は約１００Ｋ
と、大きくなっている。本実施例では、障壁層としてＡ
ｌＧａＡｓを例にとって説明したが、これがＧａＡｓ
Ｐ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰ等
であってもよい。特に、ＧａＡｓＰの様に格子定数がＧ
ａＡｓよりも小さい材料系の場合、ＧａＡｓＳｂの圧縮
性歪みを補償する効果があるため、構造的に安定とな
り、レーザの信頼性の点で有利となる。
【００２４】実施例３ 図１０は、本発明の第３の実施例として、図６と同様の
構造の活性領域を設けた半導体レーザを作製した場合の
バンド構造図である。活性層５１２は、４０ナノメート
ルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層６０１、障壁層
として１０ナノメートルのアンドープＡｌＧａＡｓ層６
０３を有し、量子井戸層６０４は８ナノメートルの歪Ｇ
ａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 であり、その量子井戸層６０４の両
側に、障壁層６０３と量子井戸層６０４の間の伝導帯バ
ンドエネルギーを有する中間層６０５を有している。本
実施例では、中間層として、０．９ナノメートルのＧａ
Ａｓ層を用いた。この様な量子井戸構造を３周期積層
し、その上に５０ナノメートルのアンドープＡｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓ層６０２を積層して活性領域５１２を形成し
た。図１０に於いて、１００１、１００２、１００３、
１００４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、ＧａＡｓバッフ
ァ層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３、アンドー
プＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層６０１の各バンドである。１
００５、１００６、１００７は夫々アンドープＧａＡｓ
障壁層６０３、歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層６０
４、中間層６０５の各バンド、１００８、１００９、１
０１０は夫々アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０
６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０７、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層５０８のバンドである。量子井戸構造の障壁
層６０３にＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層を用いる事で、伝導
帯バンド不連続値を約２００ｍｅＶにする事が出来、十
分な電子閉じ込めが実現された。更に、ＧａＡｓ中間層
６０５を量子井戸層６０４と障壁層６０３との間に設け
る事で、電子の量子準位エネルギーが高エネルギーシフ
ト化を抑制する事と、ＡｌＧａＡｓ層が有する非発光結
合中心の影響を低減する事が可能となる。この活性領域
を有する半導体積層構造を、第１の実施例と同様にリッ
ジ半導体レーザにすると、半導体レーザの室温に於ける
発振波長は１．２８μｍ、しきい値電流密度は０．９ｋ
Ａ／ｃｍ2であった。又、室温から８５℃迄の特性温度
は約１００Ｋが得られた。発振波長が２０ナノメートル
程ＡｌＧａＡｓを障壁層にもつ第２の実施例の半導体レ
ーザに比べて長波長化しているのは、中間層にＧａＡｓ
を用いた事により、主に電子の量子準位エネルギーの高
エネルギーシフト化を抑制した事による。又、ＧａＡｓ
中間層を用いる事で、しきい値電流密度は、ＡｌＧａＡ
ｓを用いた第２の実施例の半導体レーザに比べて低減さ
れている。本実施例では、中間層としてＧａＡｓを例に
とって説明したが、これがＧａＡｓＰ及びＧａＡｓＮ等
であってもよい。この場合も、ＧａＡｓＮの様に格子定
数がＧａＡｓよりも小さな材料の場合、ＧａＡｓＳｂの
圧縮性歪みを補償する効果がある為、構造的に安定とな
り、レーザの信頼性の点で有利となる。尚、図８乃至図
１０に於いて、８１１、９１１、１０１１は夫々活性層
の範囲を示している。
構造の活性領域を設けた半導体レーザを作製した場合の
バンド構造図である。活性層５１２は、４０ナノメート
ルのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層６０１、障壁層
として１０ナノメートルのアンドープＡｌＧａＡｓ層６
０３を有し、量子井戸層６０４は８ナノメートルの歪Ｇ
ａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 であり、その量子井戸層６０４の両
側に、障壁層６０３と量子井戸層６０４の間の伝導帯バ
ンドエネルギーを有する中間層６０５を有している。本
実施例では、中間層として、０．９ナノメートルのＧａ
Ａｓ層を用いた。この様な量子井戸構造を３周期積層
し、その上に５０ナノメートルのアンドープＡｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓ層６０２を積層して活性領域５１２を形成し
た。図１０に於いて、１００１、１００２、１００３、
１００４は、夫々ＧａＡｓ基板５０１、ＧａＡｓバッフ
ァ層５０２、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０３、アンドー
プＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層６０１の各バンドである。１
００５、１００６、１００７は夫々アンドープＧａＡｓ
障壁層６０３、歪ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 量子井戸層６０
４、中間層６０５の各バンド、１００８、１００９、１
０１０は夫々アンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層５０
６′、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ層５０７、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層５０８のバンドである。量子井戸構造の障壁
層６０３にＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層を用いる事で、伝導
帯バンド不連続値を約２００ｍｅＶにする事が出来、十
分な電子閉じ込めが実現された。更に、ＧａＡｓ中間層
６０５を量子井戸層６０４と障壁層６０３との間に設け
る事で、電子の量子準位エネルギーが高エネルギーシフ
ト化を抑制する事と、ＡｌＧａＡｓ層が有する非発光結
合中心の影響を低減する事が可能となる。この活性領域
を有する半導体積層構造を、第１の実施例と同様にリッ
ジ半導体レーザにすると、半導体レーザの室温に於ける
発振波長は１．２８μｍ、しきい値電流密度は０．９ｋ
Ａ／ｃｍ2であった。又、室温から８５℃迄の特性温度
は約１００Ｋが得られた。発振波長が２０ナノメートル
程ＡｌＧａＡｓを障壁層にもつ第２の実施例の半導体レ
ーザに比べて長波長化しているのは、中間層にＧａＡｓ
を用いた事により、主に電子の量子準位エネルギーの高
エネルギーシフト化を抑制した事による。又、ＧａＡｓ
中間層を用いる事で、しきい値電流密度は、ＡｌＧａＡ
ｓを用いた第２の実施例の半導体レーザに比べて低減さ
れている。本実施例では、中間層としてＧａＡｓを例に
とって説明したが、これがＧａＡｓＰ及びＧａＡｓＮ等
であってもよい。この場合も、ＧａＡｓＮの様に格子定
数がＧａＡｓよりも小さな材料の場合、ＧａＡｓＳｂの
圧縮性歪みを補償する効果がある為、構造的に安定とな
り、レーザの信頼性の点で有利となる。尚、図８乃至図
１０に於いて、８１１、９１１、１０１１は夫々活性層
の範囲を示している。
【００２５】尚、以上の実施例がガスソース分子線エピ
タキシー法により製造可能であるが、例えば有機金属気
相成長（ＭＯＶＰＥ）法により製造してもよく、又活性
層の光閉じ込め構造に、ＡｌＧａＡｓの組成を変えたＧ
ＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｓｅｐａ
ｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ）構造であってもよい。
タキシー法により製造可能であるが、例えば有機金属気
相成長（ＭＯＶＰＥ）法により製造してもよく、又活性
層の光閉じ込め構造に、ＡｌＧａＡｓの組成を変えたＧ
ＲＩＮ−ＳＣＨ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ Ｓｅｐａ
ｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ）構造であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係る当該半導体レーザは、上記
したような技術構成を採用しているので、活性領域にＧ
ａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられている事によ
り、当該量子井戸層がＧａＡｓ基板上に形成可能である
と共に、当該ＧａＡｓＳｂにより１．３ミクロン帯の発
光域を有する半導体レーザが得られる。
したような技術構成を採用しているので、活性領域にＧ
ａＡｓＳｂから成る量子井戸層が設けられている事によ
り、当該量子井戸層がＧａＡｓ基板上に形成可能である
と共に、当該ＧａＡｓＳｂにより１．３ミクロン帯の発
光域を有する半導体レーザが得られる。
【図１】本発明に係る半導体レーザの一具体例であるＤ
ＣＰＢＨ型の半導体レーザの断面図である。
ＣＰＢＨ型の半導体レーザの断面図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザの一具体例であるリ
ッジ導波型の半導体レーザの断面図である。
ッジ導波型の半導体レーザの断面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザの一具体例である面
発光半導体レーザの断面図である。
発光半導体レーザの断面図である。
【図４】本発明に係る半導体レーザの特徴をなす活性領
域の構成を説明する為の断面図である。
域の構成を説明する為の断面図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザ、特にその特徴をな
す活性領域の構成を説明する為の断面図である。
す活性領域の構成を説明する為の断面図である。
【図６】本発明に係る半導体レーザの特徴をなす活性領
域の構成を説明する為の断面図である。
域の構成を説明する為の断面図である。
【図７】本発明に於けるＧａＡｓＳｂ量子井戸層の組成
変調構造を説明する為の断面図である。
変調構造を説明する為の断面図である。
【図８】実施例にて作製した本発明に係る半導体レーザ
のバンド構造図である。
のバンド構造図である。
【図９】実施例にて作製した本発明に係る半導体レーザ
のバンド構造図である。
のバンド構造図である。
【図１０】実施例にて作製した本発明に係る半導体レー
ザのバンド構造図である。
ザのバンド構造図である。
１０４、２０３、３０３、５１２ 活性領域を構成する
活性層 ４０５、５０４、６０４ 量子井戸層 ４０４、５０５、６０３ 障壁層 ６０５ 中間層
活性層 ４０５、５０４、６０４ 量子井戸層 ４０４、５０５、６０３ 障壁層 ６０５ 中間層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−225677（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−106082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−235492（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−3384（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130988（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267773（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−56045（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−125135（ＪＰ，Ａ) Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ 47［４ ］（1993）ｐ．2190−2196 Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．34［22 ］（1998）ｐ．2127−2129 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (15)
- 【請求項１】 活性領域にＧａＡｓＳｂから成る量子井
戸層が設けられている半導体レーザであって、且つ当該
量子井戸層が、厚み方向とは異なる方向に、Ｓｂ組成の
異なるＧａＡｓＳｂが交互に連なる組成変調構造を有す
る事を特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 活性領域にＧａＡｓＳｂから成る量子井
戸層が設けられている半導体レーザであって、且つ当該
量子井戸層が、厚み方向とは異なる方向に、Ｓｂ組成の
異なるＧａＡｓＳｂが交互に連なる組成変調構造を有す
ると共に、当該組成変調構造に於ける当該個々のＧａＡ
ｓＳｂのＳｂ含量が、ＡｓとＳｂとの合計モル量１モル
に対して０．２乃至０．４モルの範囲で互いに異なって
いる事を特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 当該量子井戸層が、厚み方向と略垂直の
方向に、Ｓｂ組成の異なるＧａＡｓＳｂが交互に連なる
組成変調構造を有する事を特徴とする請求項１又は２に
記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 当該活性領域がＧａＡｓ基板上に設けら
れている事を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載
の半導体レーザ。 - 【請求項５】 当該活性領域が、夫々がＧａＡｓ基板上
に形成された、第１の導電性を有する第１の光導波層
と、当該第１の導電性とは異なる第２の導電性を有す第
２の光導波層との間に設けられている事を特徴とする請
求項４に記載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 当該活性領域の少なくとも一部分に当該
量子井戸層を含む量子井戸構造部分が設けられている事
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項７】 当該量子井戸構造部分に於いて、当該量
子井戸層の両側に、ＧａＡｓよりもバンドギャップの大
きな物質から成る障壁層が設けられている事を特徴とす
る請求項６に記載の半導体レーザ。 - 【請求項８】 当該障壁層を形成する物質がＡｌＧａＡ
ｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌ
ＧａＩｎＰから成る群から選ばれる事を特徴とする請求
項７に記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 当該障壁層を形成する物質の格子定数
が、ＧａＡｓの格子定数より小さい事を特徴とする請求
項７に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１０】 当該障壁層を形成する物質が、ＧａＡ
ｓＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰ
から成る群から選ばれる物質である事を特徴とする請求
項９に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１１】 当該量子井戸層と当該障壁層との間
に、当該量子井戸層を形成するＧａＡｓＳｂのバンド端
エネルギーと、当該障壁層を形成するＧａＡｓよりもバ
ンドギャップの大きな物質のバンド端エネルギーとの間
のバンド端エネルギーを有する物質から成る中間層が設
けられている事を特徴とする請求項７乃至１０のうちの
何れかに記載の半導体レーザ。 - 【請求項１２】 当該中間層を形成する物質が、ＧａＡ
ｓ、ＧａＡｓＰ及びＧａＡｓＮから成る群から選ばれる
物質である事を特徴とする請求項１１に記載の半導体レ
ーザ。 - 【請求項１３】 当該中間層を形成する物質の格子定数
が、ＧａＡｓの格子定数より小さい事を特徴とする請求
項１１に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１４】 当該中間層を形成する物質が、ＧａＡ
ｓＮ及びＧａＡｓＰから成る群から選ばれる物質である
事を特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１５】 当該活性領域がＧａＡｓ基板上に設け
られた発光域が１．３ミクロン帯である事を特徴とする
請求項１乃至１４の何れかに記載の半導体レーザ。
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| Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３４［２２］（１９９８）ｐ．２１２７−２１２９ |
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Also Published As
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