JP3654315B2 - 半導体レーザ - Google Patents
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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し、特に詳細には、III −Ｖ族化合物半導体からなる発振波長帯が0.63〜1.1 μｍの半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発振波長が0.7 〜0.85μｍ帯にある半導体レーザとしては、例えば文献(1) W.T.Tsang:IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-20(1984) pp.1119 〜1132に示されているように、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｎまたはｉ−ＡｌＧａＡｓ光導波層、ｉ−ＡｌＧａＡｓ活性層、ｐまたはｉ−ＡｌＧａＡｓ光導波層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００３】
また、上記発振波長帯の半導体レーザとして、文献(2)J.S.Yoo他： Japanese Journal of Applied Physics （ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス）Vol.31(1992)pp. L1686 〜L1688 に示されているように、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層、ｎまたはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光導波層、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1活性層（x1＜x2，y1＜y2）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光導波層、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものも提案されている。
【０００４】
また発振波長が0.63〜0.73μｍ帯にある半導体レーザとして、例えば文献(3) B.P.Bour他:IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-30(1994)p.593に示されているように、ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｉ−ＩｎＧａＡｌＰ光導波層、ＩｎＧａＰ引っ張り歪み量子井戸、ｉ−ＩｎＧａＡｌＰ光導波層、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｐ−ＩｎＧａＰ障壁減少層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００５】
さらに発振波長1.03μｍ帯の半導体レーザとして、例えば文献(4)G.Zhang他:IEEE Photonics Technology Letters（フォトニクス・テクノロジー・レターズ) Vol.6(1994)pp.1 〜4 に示されているように、ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ＩｎＧａＡｓ圧縮歪み量子井戸、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記文献(1) に示されている構造には、活性層に含まれているＡｌが化学的に活性で酸化しやすいため、劈開して形成した共振器端面が劣化しやすく、高信頼性を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】
文献(2) に示されている構造はこのような問題に対処するものであるが、その反面この構造は、文献(5)H.Hamada 他：IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-27(1991)p.1483 に指摘されているように、ＩｎＧａＰの成長が基板面方位や成長条件に大きく依存するため、良質の結晶を再現性良く得るのが難しいという問題がある。
【０００８】
また文献(3) 、(4) に示されている構造も、上記文献(5) に指摘されているように、ＩｎＧａＡｌＰ系材料の成長が基板面方位や成長条件に大きく依存するために、良質の結晶を再現性良く得るのが難しいという問題がある。
【０００９】
さらに上記文献(2) に示されている構造は、文献(6)J.Hashimoto他：Electronics Letters （エレクトロニクス・レターズ)Vol.30(1994)pp.1146〜1147に指摘されているように、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層の一部領域以外をエッチングし、該一部領域をリッジ状に残して光導波路を形成する場合、エッチング深さを制御するのが困難で、そのため、高出力領域まで基本横モード制御されたレーザを再現性良く作製することが困難となっている。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、良質の結晶が再現性良く得られ、高出力発振下においても信頼性の高い、発振波長帯0.63〜1.1 μｍの半導体レーザを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の半導体レーザは、活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明による第２の半導体レーザは、活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成され、基板に近い方のクラッド層を下部クラッド層、基板から遠い方のクラッド層を上部クラッド層としたとき、上部クラッド層が、光導波層に接する上部第１クラッド層、およびその外側に形成されてＡｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層のＡｓ／Ｐ比よりも大である上部第２クラッド層の２層から構成され、この上部クラッド層の一部領域以外において、上部第２クラッド層の表面側からほぼ上部第１クラッド層と上部第２クラッド層の境界部分までエッチングがなされ、上記一部領域がリッジ状に残されて光導波路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の効果】
上記構成を有する本発明の第１および２の半導体レーザは、活性層に酸化しやすいＡｌを含まないので、また光導波層およびクラッド層においてもＡｌを全く含まないか、含む場合でもこれら各層のＡｓの含有量が比較的少ないことからＡｌの含有量を低減できるので、共振器端面の劣化を抑えて、高出力発振下においても高い信頼性を得ることができる。
【００１４】
さらに本発明の第１および２の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系のIII −Ｖ族化合物半導体において、Ｖ族元素としてＰのみを含む半導体上にＶ族元素としてＡｓのみを含む半導体を成長させたり、その反対にＶ族元素としてＡｓのみを含む半導体上にＶ族元素としてＰのみを含む半導体を成長させて得る層構成を持たないので、そのような層構成のヘテロ界面で起こるＡｓとＰとの置換による結晶性の劣化も防止できる。そこで本発明の半導体レーザは、この点からも、高出力発振下における信頼性が高いものとなる。
【００１５】
また本発明の第１および２の半導体レーザは、クラッド層がＩｎＧａＡｓＰ系あるいはＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の材料で形成されているので、このクラッド層をＩｎＧａＰ系の材料で形成する場合のように結晶成長が基板面方位や成長条件に大きく依存することがなくなり、良質の結晶が再現性良く得られるものとなる。
【００１６】
そして特に本発明の第２の半導体レーザは、外側の上部第２クラッド層のＡｓ／Ｐ比が内側の上部第１クラッド層のそれよりも大とされているので、エッチングにより上部クラッド層の一部領域をリッジ状に残して光導波路を形成する際に、Ａｓ／Ｐ比がより大で選択的化学エッチングされやすい上部第２クラッド層のみをエッチングして、上部第１クラッド層と上部第２クラッド層の境界部分でエッチングを停止させることができる。本発明による第２の半導体レーザは、このようにしてエッチング深さを正確に制御できるので、常に高出力領域まで基本横モード制御されたものとなり得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態による半導体レーザを作製する工程を順を追って示すものであり、以下、これらの図を参照して説明する。
【００１８】
同図（ａ）に示されるように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板２の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層３（０≦z3≦１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層４（０≦z2≦z3，０≦y2≦0.98，x2≒0.49y2）、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層５（x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層６、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８を順次成長させる。
【００１９】
この際、各層３〜７の組成は、図２に示すように屈折率がクラッド層３および７、光導波層４および６、活性層５の順で次第に大きくなり、一方エネルギーギャップは上記の順で次第に小さくなるような組成とする。
【００２０】
その後、光導波路を形成するために、図１の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよびエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度のリッジストライプを設ける。このときのエッチング深さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される深さとする。その後、絶縁膜９を形成する。
【００２１】
次に同図の（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィー技術によりリッジ頂上部の領域の絶縁膜９を除去した後、ｐ側電極10を形成する。また基板２の裏側にはｎ側電極１を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。なおこの発振波長は、x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98の関係の下にx1およびy1を適当に決定することにより、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００２２】
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態について説明する。同図の（ａ）に示すように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板22の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層23、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層24、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層25、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層26、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層27、ｐ−ＧａＡｓキャップ層28を順次成長させる。その後、絶縁膜29を形成する。
【００２３】
なお、上記各層23、24、25、26、27および28の組成は、第１実施形態の各層３、４、５、６、７および８の組成と同じとする。
【００２４】
その後、光導波路を形成するために、同図の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよびエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度の、絶縁膜29をマスクとして備えるリッジストライプを設ける。このときのリッジの深さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される深さとする。その後、絶縁膜29をマスクとして、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5層30（z3≦z5≦１，0.9 ≦y5≦0.98，x5≒0.49y5）の選択埋め込みを行なう。この埋め込み層30の組成は、屈折率が上記ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層27よりも小さくなるものとする。
【００２５】
次に同図の（ｃ）に示すように絶縁膜29を除去して、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層31を成長させ、その上にｐ側電極32を形成する。また基板22の裏側にはｎ側電極21を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。この場合の発振波長も、第１実施形態と同様にして、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００２６】
次に、図４を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図４の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態による半導体レーザを作製する工程を順を追って示すものであり、以下、これらの図を参照して説明する。
【００２７】
同図（ａ）に示されるように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板102 の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層103 （０≦z3＜１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層104 （０≦z2≦z3，０≦y2≦0.98，x2≒0.49y2）、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層105 （０≦y1≦0.98，x1≒0.49y1）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層106 、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層107 、ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層108 （０≦z3＜z4，０≦y4≦0.5 ，x4≒0.49y4）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層109 を順次成長させる。
【００２８】
この際、各層103 〜108 の組成は、図５に示すように屈折率がクラッド層103 、107 および108 、光導波層104 および106 、活性層105 の順で次第に大きくなり、一方エネルギーギャップは上記の順で次第に小さくなるような組成とする。
【００２９】
その後、光導波路を形成するために、図４の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよび硫酸系のウエットエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度のリッジストライプを設ける。この際、Ａｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層107 よりも大である上部第２クラッド層108 は硫酸系のエッチング液でエッチングされやすく、上部第１クラッド層107 は硫酸系のエッチング液でエッチングされ難いので、リッジのエッチングをこれら両クラッド層108 、107 の境界近傍で容易に停止させることができる。なお上部第２クラッド層108 の厚さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される厚さとする。その後、絶縁膜110 を形成する。
【００３０】
次に同図の（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィー技術によりリッジ頂上部の領域の絶縁膜110 を除去した後、ｐ側電極111 を形成する。また基板102 の裏側にはｎ側電極101 を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。なおこの発振波長は、x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98の関係の下にx1およびy1を適当に決定することにより、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００３１】
次に、図６を参照して本発明の第４実施形態について説明する。同図の（ａ）に示すように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板122 の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層123 、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層124 、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層125 、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層126 、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層127 、ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層128 、ｐ−ＧａＡｓキャップ層129 を順次成長させる。その後、絶縁膜130 を形成する。
【００３２】
なお、上記各層123 、124 、125 、126 、127 および128 の組成は、第３実施形態の各層103 、104 、105 、106 、107 および108 の組成と同じとする。
【００３３】
その後、光導波路を形成するために、同図の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよび硫酸系のウエットエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度の、絶縁膜130 をマスクとして備えるリッジストライプを設ける。この際も、Ａｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層127 よりも大である上部第２クラッド層128 は硫酸系のエッチング液でエッチングされやすく、上部第１クラッド層127 は硫酸系のエッチング液でエッチングされ難いので、リッジのエッチングをこれら両クラッド層128 、127 の境界近傍で容易に停止させることができる。なお上部第２クラッド層128 の厚さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される厚さとする。
【００３４】
その後、絶縁膜130 をマスクとして、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5層131 （０≦z5≦１，0.9 ≦y5≦0.98，x5≒0.49y5）の選択埋め込みを行なう。この埋め込み層131 の組成は、屈折率が上記ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層128 よりも小さくなるものとする。
【００３５】
次に同図の（ｃ）に示すように絶縁膜130 を除去して、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層132 を成長させ、その上にｐ側電極133 を形成する。また基板122 の裏側にはｎ側電極121 を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。この場合の発振波長も、第３実施形態と同様にして、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００３６】
なお上記４つの実施形態の構造は、特に量子井戸が単一で、光導波層組成が一定のＳＱＷ−ＳＣＨと呼ばれる構造であるが、ＳＱＷの代わりに量子井戸を複数とするＭＱＷ構造に対しても本発明は適用可能である。さらに、光導波層に関しては、ＧＲＩＮ構造（ＧＲａｄｅｄ−ＩＮｄｅｘ）すなわち屈折率分布構造が考えられる。
【００３７】
また上記４つの実施形態ではｎ型基板を用いているが、本発明においてはｐ型基板を用いることも可能である。さらに活性層には、歪み量子井戸構造を用いてもよい。活性層が歪み量子井戸の場合は、その歪みを相殺するような歪みを有する光導波層を用いてもよい。そして出射ビームの断面の対称性を確保するために、下部クラッド層を上部クラッド層のように２層構造としてもよい。
【００３８】
また上記実施形態は、単純なリッジ構造を有するものであるが、これらの実施形態の構成に通常のリソグラフィーおよびエッチング技術による加工を施して屈折率導波機構付き半導体レーザを形成したり、回折格子付きの半導体レーザや光集積回路を形成することも可能である。さらに、電流狭窄機構として３層の埋め込み成長で形成されるｐ−ｎ−ｐ構造等が適用されてもよい。
【００３９】
また上記各実施形態は、各層がＧａＡｓに格子整合する組成を有するものであるので、x1≒0.49y1，x2≒0.49y2の関係となっているが、各層に歪みがかかった場合にはこれらの関係は無くなる。
【００４０】
そして発振波長帯に関しては、活性層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1とするものについては前述の通りであるが、活性層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸としてＧａＡｓ基板と格子整合しない歪み量子井戸構造については、630 〜1100ｎｍの範囲で制御することができる。
【００４１】
また結晶成長法として、固体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図２】第１実施形態の半導体レーザの各層の屈折率とエネルギーギャップを示す概略図
【図３】本発明の第２実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図４】本発明の第３実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図５】第３実施形態の半導体レーザの各層の屈折率とエネルギーギャップを示す概略図
【図６】本発明の第４実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【符号の説明】
１ ｎ側電極
２ ｎ−ＧａＡｓ基板
３ ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
４ ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
５ ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
６ ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
７ ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層
８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９ 絶縁膜
10 ｐ側電極
21 ｎ側電極
22 ｎ−ＧａＡｓ基板
23 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
24 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
25 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
26 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
27 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層
28 ｐ−ＧａＡｓキャップ層
29 絶縁膜
30 ｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5埋め込み層
31 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
32 ｐ側電極
101 ｎ側電極
102 ｎ−ＧａＡｓ基板
103 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
104 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
105 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
106 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
107 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層
108 ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層
109 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
110 絶縁膜
111 ｐ側電極
121 ｎ側電極
122 ｎ−ＧａＡｓ基板
123 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
124 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
125 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
126 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
127 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層
128 ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層
129 ｐ−ＧａＡｓキャップ層
130 絶縁膜
131 ｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5埋め込み層
132 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
133 ｐ側電極
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザに関し、特に詳細には、III −Ｖ族化合物半導体からなる発振波長帯が0.63〜1.1 μｍの半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発振波長が0.7 〜0.85μｍ帯にある半導体レーザとしては、例えば文献(1) W.T.Tsang:IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-20(1984) pp.1119 〜1132に示されているように、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｎまたはｉ−ＡｌＧａＡｓ光導波層、ｉ−ＡｌＧａＡｓ活性層、ｐまたはｉ−ＡｌＧａＡｓ光導波層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００３】
また、上記発振波長帯の半導体レーザとして、文献(2)J.S.Yoo他： Japanese Journal of Applied Physics （ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス）Vol.31(1992)pp. L1686 〜L1688 に示されているように、ｎ−ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層、ｎまたはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光導波層、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1活性層（x1＜x2，y1＜y2）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2光導波層、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものも提案されている。
【０００４】
また発振波長が0.63〜0.73μｍ帯にある半導体レーザとして、例えば文献(3) B.P.Bour他:IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-30(1994)p.593に示されているように、ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｉ−ＩｎＧａＡｌＰ光導波層、ＩｎＧａＰ引っ張り歪み量子井戸、ｉ−ＩｎＧａＡｌＰ光導波層、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層、ｐ−ＩｎＧａＰ障壁減少層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００５】
さらに発振波長1.03μｍ帯の半導体レーザとして、例えば文献(4)G.Zhang他:IEEE Photonics Technology Letters（フォトニクス・テクノロジー・レターズ) Vol.6(1994)pp.1 〜4 に示されているように、ＧａＡｓ基板にｎ−ＩｎＧａＰクラッド層、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ＩｎＧａＡｓ圧縮歪み量子井戸、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を形成してなるものが広く知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記文献(1) に示されている構造には、活性層に含まれているＡｌが化学的に活性で酸化しやすいため、劈開して形成した共振器端面が劣化しやすく、高信頼性を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】
文献(2) に示されている構造はこのような問題に対処するものであるが、その反面この構造は、文献(5)H.Hamada 他：IEEE Journal of Quantum Electronics （ジャーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス) QE-27(1991)p.1483 に指摘されているように、ＩｎＧａＰの成長が基板面方位や成長条件に大きく依存するため、良質の結晶を再現性良く得るのが難しいという問題がある。
【０００８】
また文献(3) 、(4) に示されている構造も、上記文献(5) に指摘されているように、ＩｎＧａＡｌＰ系材料の成長が基板面方位や成長条件に大きく依存するために、良質の結晶を再現性良く得るのが難しいという問題がある。
【０００９】
さらに上記文献(2) に示されている構造は、文献(6)J.Hashimoto他：Electronics Letters （エレクトロニクス・レターズ)Vol.30(1994)pp.1146〜1147に指摘されているように、ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層の一部領域以外をエッチングし、該一部領域をリッジ状に残して光導波路を形成する場合、エッチング深さを制御するのが困難で、そのため、高出力領域まで基本横モード制御されたレーザを再現性良く作製することが困難となっている。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、良質の結晶が再現性良く得られ、高出力発振下においても信頼性の高い、発振波長帯0.63〜1.1 μｍの半導体レーザを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の半導体レーザは、活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明による第２の半導体レーザは、活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成され、基板に近い方のクラッド層を下部クラッド層、基板から遠い方のクラッド層を上部クラッド層としたとき、上部クラッド層が、光導波層に接する上部第１クラッド層、およびその外側に形成されてＡｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層のＡｓ／Ｐ比よりも大である上部第２クラッド層の２層から構成され、この上部クラッド層の一部領域以外において、上部第２クラッド層の表面側からほぼ上部第１クラッド層と上部第２クラッド層の境界部分までエッチングがなされ、上記一部領域がリッジ状に残されて光導波路が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の効果】
上記構成を有する本発明の第１および２の半導体レーザは、活性層に酸化しやすいＡｌを含まないので、また光導波層およびクラッド層においてもＡｌを全く含まないか、含む場合でもこれら各層のＡｓの含有量が比較的少ないことからＡｌの含有量を低減できるので、共振器端面の劣化を抑えて、高出力発振下においても高い信頼性を得ることができる。
【００１４】
さらに本発明の第１および２の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系のIII −Ｖ族化合物半導体において、Ｖ族元素としてＰのみを含む半導体上にＶ族元素としてＡｓのみを含む半導体を成長させたり、その反対にＶ族元素としてＡｓのみを含む半導体上にＶ族元素としてＰのみを含む半導体を成長させて得る層構成を持たないので、そのような層構成のヘテロ界面で起こるＡｓとＰとの置換による結晶性の劣化も防止できる。そこで本発明の半導体レーザは、この点からも、高出力発振下における信頼性が高いものとなる。
【００１５】
また本発明の第１および２の半導体レーザは、クラッド層がＩｎＧａＡｓＰ系あるいはＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の材料で形成されているので、このクラッド層をＩｎＧａＰ系の材料で形成する場合のように結晶成長が基板面方位や成長条件に大きく依存することがなくなり、良質の結晶が再現性良く得られるものとなる。
【００１６】
そして特に本発明の第２の半導体レーザは、外側の上部第２クラッド層のＡｓ／Ｐ比が内側の上部第１クラッド層のそれよりも大とされているので、エッチングにより上部クラッド層の一部領域をリッジ状に残して光導波路を形成する際に、Ａｓ／Ｐ比がより大で選択的化学エッチングされやすい上部第２クラッド層のみをエッチングして、上部第１クラッド層と上部第２クラッド層の境界部分でエッチングを停止させることができる。本発明による第２の半導体レーザは、このようにしてエッチング深さを正確に制御できるので、常に高出力領域まで基本横モード制御されたものとなり得る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態による半導体レーザを作製する工程を順を追って示すものであり、以下、これらの図を参照して説明する。
【００１８】
同図（ａ）に示されるように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板２の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層３（０≦z3≦１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層４（０≦z2≦z3，０≦y2≦0.98，x2≒0.49y2）、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層５（x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層６、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８を順次成長させる。
【００１９】
この際、各層３〜７の組成は、図２に示すように屈折率がクラッド層３および７、光導波層４および６、活性層５の順で次第に大きくなり、一方エネルギーギャップは上記の順で次第に小さくなるような組成とする。
【００２０】
その後、光導波路を形成するために、図１の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよびエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度のリッジストライプを設ける。このときのエッチング深さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される深さとする。その後、絶縁膜９を形成する。
【００２１】
次に同図の（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィー技術によりリッジ頂上部の領域の絶縁膜９を除去した後、ｐ側電極10を形成する。また基板２の裏側にはｎ側電極１を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。なおこの発振波長は、x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98の関係の下にx1およびy1を適当に決定することにより、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００２２】
次に、図３を参照して本発明の第２実施形態について説明する。同図の（ａ）に示すように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板22の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層23、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層24、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層25、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層26、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層27、ｐ−ＧａＡｓキャップ層28を順次成長させる。その後、絶縁膜29を形成する。
【００２３】
なお、上記各層23、24、25、26、27および28の組成は、第１実施形態の各層３、４、５、６、７および８の組成と同じとする。
【００２４】
その後、光導波路を形成するために、同図の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよびエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度の、絶縁膜29をマスクとして備えるリッジストライプを設ける。このときのリッジの深さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される深さとする。その後、絶縁膜29をマスクとして、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5層30（z3≦z5≦１，0.9 ≦y5≦0.98，x5≒0.49y5）の選択埋め込みを行なう。この埋め込み層30の組成は、屈折率が上記ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層27よりも小さくなるものとする。
【００２５】
次に同図の（ｃ）に示すように絶縁膜29を除去して、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層31を成長させ、その上にｐ側電極32を形成する。また基板22の裏側にはｎ側電極21を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。この場合の発振波長も、第１実施形態と同様にして、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００２６】
次に、図４を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図４の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態による半導体レーザを作製する工程を順を追って示すものであり、以下、これらの図を参照して説明する。
【００２７】
同図（ａ）に示されるように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板102 の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層103 （０≦z3＜１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層104 （０≦z2≦z3，０≦y2≦0.98，x2≒0.49y2）、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層105 （０≦y1≦0.98，x1≒0.49y1）、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層106 、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層107 、ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層108 （０≦z3＜z4，０≦y4≦0.5 ，x4≒0.49y4）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層109 を順次成長させる。
【００２８】
この際、各層103 〜108 の組成は、図５に示すように屈折率がクラッド層103 、107 および108 、光導波層104 および106 、活性層105 の順で次第に大きくなり、一方エネルギーギャップは上記の順で次第に小さくなるような組成とする。
【００２９】
その後、光導波路を形成するために、図４の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよび硫酸系のウエットエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度のリッジストライプを設ける。この際、Ａｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層107 よりも大である上部第２クラッド層108 は硫酸系のエッチング液でエッチングされやすく、上部第１クラッド層107 は硫酸系のエッチング液でエッチングされ難いので、リッジのエッチングをこれら両クラッド層108 、107 の境界近傍で容易に停止させることができる。なお上部第２クラッド層108 の厚さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される厚さとする。その後、絶縁膜110 を形成する。
【００３０】
次に同図の（ｃ）に示すように、通常のリソグラフィー技術によりリッジ頂上部の領域の絶縁膜110 を除去した後、ｐ側電極111 を形成する。また基板102 の裏側にはｎ側電極101 を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。なおこの発振波長は、x1≒0.49y1，０≦y1≦0.98の関係の下にx1およびy1を適当に決定することにより、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００３１】
次に、図６を参照して本発明の第４実施形態について説明する。同図の（ａ）に示すように、まずｎ−ＧａＡｓ（001 ）基板122 の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層123 、ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層124 、ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層125 、ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層126 、ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層127 、ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層128 、ｐ−ＧａＡｓキャップ層129 を順次成長させる。その後、絶縁膜130 を形成する。
【００３２】
なお、上記各層123 、124 、125 、126 、127 および128 の組成は、第３実施形態の各層103 、104 、105 、106 、107 および108 の組成と同じとする。
【００３３】
その後、光導波路を形成するために、同図の（ｂ）に示すように、通常のリソグラフィーおよび硫酸系のウエットエッチング技術により、両側に溝を有する幅３μｍ程度の、絶縁膜130 をマスクとして備えるリッジストライプを設ける。この際も、Ａｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層127 よりも大である上部第２クラッド層128 は硫酸系のエッチング液でエッチングされやすく、上部第１クラッド層127 は硫酸系のエッチング液でエッチングされ難いので、リッジのエッチングをこれら両クラッド層128 、127 の境界近傍で容易に停止させることができる。なお上部第２クラッド層128 の厚さは、リッジ構造における屈折率導波が高出力時まで達成される厚さとする。
【００３４】
その後、絶縁膜130 をマスクとして、ＧａＡｓに格子整合するｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5層131 （０≦z5≦１，0.9 ≦y5≦0.98，x5≒0.49y5）の選択埋め込みを行なう。この埋め込み層131 の組成は、屈折率が上記ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層128 よりも小さくなるものとする。
【００３５】
次に同図の（ｃ）に示すように絶縁膜130 を除去して、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層132 を成長させ、その上にｐ側電極133 を形成する。また基板122 の裏側にはｎ側電極121 を形成する。以上により、発振波長が660 〜870 ｎｍの範囲にある半導体レーザが得られる。この場合の発振波長も、第３実施形態と同様にして、上記範囲内で任意に制御することができる。
【００３６】
なお上記４つの実施形態の構造は、特に量子井戸が単一で、光導波層組成が一定のＳＱＷ−ＳＣＨと呼ばれる構造であるが、ＳＱＷの代わりに量子井戸を複数とするＭＱＷ構造に対しても本発明は適用可能である。さらに、光導波層に関しては、ＧＲＩＮ構造（ＧＲａｄｅｄ−ＩＮｄｅｘ）すなわち屈折率分布構造が考えられる。
【００３７】
また上記４つの実施形態ではｎ型基板を用いているが、本発明においてはｐ型基板を用いることも可能である。さらに活性層には、歪み量子井戸構造を用いてもよい。活性層が歪み量子井戸の場合は、その歪みを相殺するような歪みを有する光導波層を用いてもよい。そして出射ビームの断面の対称性を確保するために、下部クラッド層を上部クラッド層のように２層構造としてもよい。
【００３８】
また上記実施形態は、単純なリッジ構造を有するものであるが、これらの実施形態の構成に通常のリソグラフィーおよびエッチング技術による加工を施して屈折率導波機構付き半導体レーザを形成したり、回折格子付きの半導体レーザや光集積回路を形成することも可能である。さらに、電流狭窄機構として３層の埋め込み成長で形成されるｐ−ｎ−ｐ構造等が適用されてもよい。
【００３９】
また上記各実施形態は、各層がＧａＡｓに格子整合する組成を有するものであるので、x1≒0.49y1，x2≒0.49y2の関係となっているが、各層に歪みがかかった場合にはこれらの関係は無くなる。
【００４０】
そして発振波長帯に関しては、活性層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1とするものについては前述の通りであるが、活性層をＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸としてＧａＡｓ基板と格子整合しない歪み量子井戸構造については、630 〜1100ｎｍの範囲で制御することができる。
【００４１】
また結晶成長法として、固体あるいはガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図２】第１実施形態の半導体レーザの各層の屈折率とエネルギーギャップを示す概略図
【図３】本発明の第２実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図４】本発明の第３実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【図５】第３実施形態の半導体レーザの各層の屈折率とエネルギーギャップを示す概略図
【図６】本発明の第４実施形態による半導体レーザの層構成を示す概略図
【符号の説明】
１ ｎ側電極
２ ｎ−ＧａＡｓ基板
３ ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
４ ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
５ ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
６ ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
７ ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層
８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
９ 絶縁膜
10 ｐ側電極
21 ｎ側電極
22 ｎ−ＧａＡｓ基板
23 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
24 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
25 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
26 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
27 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部クラッド層
28 ｐ−ＧａＡｓキャップ層
29 絶縁膜
30 ｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5埋め込み層
31 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
32 ｐ側電極
101 ｎ側電極
102 ｎ−ＧａＡｓ基板
103 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
104 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
105 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
106 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
107 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層
108 ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層
109 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
110 絶縁膜
111 ｐ側電極
121 ｎ側電極
122 ｎ−ＧａＡｓ基板
123 ｎ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3下部クラッド層
124 ｎまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2下部光導波層
125 ｉ−Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1量子井戸活性層
126 ｐまたはｉ−Ｉｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2上部光導波層
127 ｐ−Ｉｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3上部第１クラッド層
128 ｐ−Ｉｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4上部第２クラッド層
129 ｐ−ＧａＡｓキャップ層
130 絶縁膜
131 ｎ−Ｉｎx5（Ｇａ1-z5Ａｌz5）1-x5Ａｓ1-y5Ｐy5埋め込み層
132 ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
133 ｐ側電極
Claims (4)
- 活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、
この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、
クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、
前記活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成されていることを特徴とする半導体レーザ。 - 前記活性層がＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1（０≦y1≦0.98）であり、
前記光導波層がＩｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2（０≦z2≦１，０≦y2≦0.98）であり、前記クラッド層がＧａＡｓと格子整合するＩｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3（０≦z2≦z3≦１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 - 活性層がＡｓおよびＰの双方を必ず含むＩｎＧａＡｓＰ系の化合物半導体からなり、
この活性層を挟む光導波層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上であるＩｎＧａＡｓＰ系の４元の化合物半導体、あるいはＶ族元素の中でのＡｓの含有量が２〜10％であるＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、
クラッド層が、Ｖ族元素の中でのＡｓの含有量が２％以上である、ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系の５元の化合物半導体からなり、
前記活性層、光導波層およびクラッド層が、該クラッド層と格子整合するＧａＡｓ基板の上に形成され、
基板に近い方のクラッド層を下部クラッド層、基板から遠い方のクラッド層を上部クラッド層としたとき、上部クラッド層が、光導波層に接する上部第１クラッド層、およびその外側に形成されてＡｓ／Ｐ比が上部第１クラッド層のＡｓ／Ｐ比よりも大である上部第２クラッド層の２層から構成され、
この上部クラッド層の一部領域以外において、上部第２クラッド層の表面側からほぼ上部第１クラッド層と上部第２クラッド層の境界部分までエッチングがなされ、前記一部領域がリッジ状に残されて光導波路が形成されていることを特徴とする半導体レーザ。 - 前記活性層がＩｎx1Ｇａ1-x1Ａｓ1-y1Ｐy1（０≦y1≦0.98）であり、
前記光導波層がＩｎx2（Ｇａ1-z2Ａｌz2）1-x2Ａｓ1-y2Ｐy2（０≦z2≦１，０≦y2≦0.98）であり、
前記下部クラッド層および上部第１クラッド層が、ＧａＡｓと格子整合するＩｎx3（Ｇａ1-z3Ａｌz3）1-x3Ａｓ1-y3Ｐy3（０≦z2≦z3≦１，0.9 ≦y3≦0.98，x3≒0.49y3）であり、
前記上部第２クラッド層が、ＧａＡｓと格子整合するＩｎx4（Ｇａ1-z4Ａｌz4）1-x4Ａｓ1-y4Ｐy4（０≦z3＜z4，０≦y4≦0.5 ，x4≒0.49y4 ）であることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ。
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