JPH04373190A - 歪量子井戸半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバー通信等に必
要な高性能の歪量子井戸半導体レーザおよびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザの特性向上を実
現するために、半導体レーザの活性層を量子井戸構造と
した単一量子井戸（ＳＱＷ）レーザや多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）レーザに関する研究がおこなわれている。この量
子井戸層を有する半導体レーザは量子サイズ効果により
、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待できる
。例えば微分ゲインの増大・ＴＭ発光の低減等により低
しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和振動
周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答・低
チャーピング化が得られる。

【０００３】従来のＭＱＷを用いた半導体レーザを図５
に示す。図５に示すようにこの半導体レーザはＩｎＰ基
板上に、クラッド層を介して量子井戸層とその上にクラ
ッド層を持つメサを有している。そしてメサは電流ブロ
ック層で埋め込まれた構造になっている。この構造でＩ
ｎＰ基板上に成長させた膜はすべてＩｎＰ基板に格子整
合する組成になっており、膜には歪が入らないようにな
っている。

【０００４】この歪を用いないＩｎＰ系半導体レーザで
は　　オージェ効果により、期待されたほど低しきい値
化が図れないことが明かとなってきた。そこで、このオ
ージェ効果を低減するために量子井戸活性層領域に歪を
導入し、エネルギーバンド構造を大きく変化させて低し
きい値化が可能な、特性のよい歪量子井戸半導体レーザ
の研究が活発に行なわれている。［Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏ
ｖｉｔｃｈａｎｄ　Ｅ．Ｏ．Ｋａｎｅ，　Ｊ．Ｌｉｇｈ
ｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ．（シ゛ェイ　ライトウエイ
フ゛　テクノロシ゛ー），　ＬＴ−４，　５０４　（１
９８６）］図４に従来の歪量子井戸半導体レーザを示す
（第３７回応用物理学会関連連合講演会３０ａ−ＳＡ−
９）。３１はＳｎドープＩｎＰ基板、３２はｎ−ＩｎＰ
クラッド層、３３は厚み１００ｎｍの１．３μｍ波長組
成のノンドープＩｎＧａＡｓＰバリア層、３４は厚み４
ｎｍで格子不整合率が０．６％程度のノンドープＩｎ０
．６２Ｇａ０．３８Ａｓ歪井戸層、３５は井戸数３の歪
量子井戸、３６はｐ−ＩｎＰクラッド層、３７はｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓコンタクト層、３８はｐ−ｎ−ｐ電流ブロッ
ク層、４０はＡｕ／Ｓｎよりなるｎ側電極、４１はＡｕ
／Ｚｎよりなるｐ側電極である。この構成は図５とほぼ
同じであるが、井戸層にＩｎＰ基板より格子定数の大き
いノンドープＩｎ０．６２Ｇａ０．３８Ａｓ層をもちい
て歪を導入し、歪井戸層としているところが異なる。

【０００５】以上のように構成された従来の歪量子井戸
半導体レーザにおいて、電流をｐ側電極から導入し、ｐ
−ｎ−ｐ電流ブロック層で挟窄したのち、歪量子井戸層
に注入する。歪量子井戸層は発振波長が１．５５μｍと
なるように設計されており、実際にも波長１．５４μｍ
で発振した。

【０００６】しかし、量子井戸に歪を導入することで期
待されていた低閾値化は実現されず、微分ゲインもあま
り向上しなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】歪量子井戸層は、圧縮
歪を導入したＩｎ０．６２Ｇａ０．３８Ａｓ歪井戸層と
、歪を導入していないＩｎＧａＡｓＰ（λ＝１．３μｍ
）バリア層をもちいているため、井戸層に歪を導入した
歪井戸層とバリア層の内部応力の作用反作用の関係から
井戸層に導入した歪の量は緩和され、バリア層には引張
り応力が発生することになる。すなわち、従来は圧縮歪
を緩和するために井戸層が広がろうとしてもバリア層が
存在するために広がれないと考えられてきたが、実際に
はバリア層は井戸層とともに広がり歪井戸層の歪が緩和
される。 その結果、歪井戸層に入ってほしい歪の量がバリア層で
緩和されてしまい、マイクロＸＭＡなどを用いて結晶の
組成から推測される歪の量に対して、実際に歪井戸層に
存在してる歪の量は小さいことになる。

【０００８】これをわかりやすく説明したのが図６とで
ある。図６に従来の歪井戸層を示す。図６（ａ）には、
ＩｎＰ基板６１とバリア層６２と井戸層６３の格子定数
に対応した大きさを示している。すなわちＩｎＰ６１と
バリア層６２の格子定数は等しく、井戸層６３はそれよ
り大きい。バリア層６２と井戸層６３は連続に結晶格子
が結合しなくてはならないために図６（ｂ）に示したよ
うに同じ大きさとなり、井戸層６３は縮まった分だけ井
戸層内に圧縮応力を生ずることとなる。しかしながら、
井戸層６３は元の大きさに広がろうとするために、バリ
ア層６２は井戸層６３に引きずられながら膨張する。そ
の結果、図６（ｃ）に示したように井戸層が広がり、バ
リア層も井戸層と応力が釣りあうように膨張する。その
結果、井戸層６３の圧縮応力は僅かに緩和されるものの
圧縮応力が存在し、バリア層６２には膨張した分だけ引
張り応力が発生することとなる。

【０００９】このように、井戸層に圧縮歪を導入しよう
とした場合、井戸層の組成をＩｎＰと格子整合する組成
からＰＬ発光波長が長波長の組成になる。いま、井戸層
に歪を導入するべく井戸層にＩｎＰより格子定数の大き
いＩｎ０．６２Ｇａ０．３８Ａｓを用いた場合、バルク
結晶を仮定した場合のＰＬ発光波長は１．８μｍ程度と
なり、ＩｎＰと格子整合するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７
ＡｓのＰＬ発光波長１．６７μｍに対して長波長側にシ
フトしてしまう。 レーザの発振波長を１．５５μｍとするためにはＩｎ０
．５３Ｇａ０．４７Ａｓを用いた場合には井戸層の幅が
５ｎｍ程度で良いが、Ｉｎ０．６２Ｇａ０．３８Ａｓを
用いた場合にはさらに量子シフトする必要があるため歪
井戸層の幅を３−４ｎｍと薄くする必要がある。

【００１０】このように井戸層を薄くすると、ＩｎＰ化
合物の１原子間隔は０．３ｎｍ程度であり、井戸層とバ
リア層との結晶界面に存在するテラスによる界面の乱れ
が２原子層程度であるとすれば各層の厚みは１．２ｎｍ
程度ばらつくことになる。井戸層の膜厚のばらつきは、
少なくとも２０％以内におさめる必要があるため井戸層
の膜厚は５ｎｍ程度は必要ということになる。従って、
井戸層の組成をＩｎ０．６２Ｇａ０．３８Ａｓとして圧
縮歪を導入し、井戸層の膜厚を３ｎｍ程度としてレーザ
を作製した場合には、膜厚のばらつきによりゲインピー
クの半値幅が広がり微分利得が減少し、歪量子井戸の効
果が充分に著せることができなくなる。

【００１１】上記のように、歪量子井戸半導体レーザで
は、井戸層の膜厚をＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法の膜厚制御
の限界以下の膜厚ばらつきで制御する必要があるという
問題点を有していた。

【００１２】本発明は上記問題点に鑑み、井戸層の膜厚
が歪を導入しない場合と同程度である歪量子井戸半導体
レーザおよびその製造方法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の半導体レーザは、化合物半導体基板と、前
記化合物半導体基板上に歪量子井戸層を有し、前記歪量
子井戸層が前記化合物半導体基板より格子定数の小さい
バリア層と、前記バリア層より格子定数の大きい井戸層
を備えた歪量子井戸半導体レーザとするものである。

【００１４】化合物半導体基板と、前記化合物半導体基
板上に歪量子井戸層を有し、前記歪量子井戸層が前記化
合物半導体基板より格子定数の小さいバリア層と、前記
化合物半導体基板と格子定数がほぼ等しい井戸層を備え
た歪量子井戸半導体レーザとするものである。

【００１５】好ましくは化合物半導体基板と、バリア層
との間に格子定数が前記基板から前記バリア層に徐々に
変化するバッファ層を備えた歪量子井戸半導体レーザと
するものである。

【００１６】また、化合物半導体単結晶基板上に、前記
化合物半導体基板と同組成同伝導型を有する第１のクラ
ッド層と、前記化合物半導体基板と組成が異なり負の格
子不整合率を有するバッファ層と、前記バッファ層より
バンドギャップが小さく前記バッファ層に対して正の格
子不整合率を有する井戸層と前記バッファ層と井戸層を
１回以上交互に成長した量子井戸層と、前記結晶基板と
同組成反伝導型を有する第２のクラッド層を成長する工
程と、前記第２のクラッド層から前記第１のクラッド層
までをストライプ状にエッチングする工程と、前記スト
ライプ上に電流ブロック層を成長する工程を含む歪量子
井戸半導体レーザの製造方法とするものである。

【００１７】

【作用】図４に示すように従来の歪量子井戸半導体レー
ザでは、図６を用いて説明したように基板、バリア層よ
り格子定数の大きい井戸層を用いることによって、井戸
層に圧縮歪を導入しているのに対し、本発明では上記構
成によって基板、井戸層より格子定数の小さいバリア層
を用いてバリア層に生じる引張り歪の反作用として井戸
層に圧縮歪を導入するものである。これをわかりやすく
説明したものが図７である。

【００１８】図７に本発明の歪井戸層を示す。図７（ａ
）には、ＩｎＰ基板とバリア層と井戸層の格子定数に対
応した大きさを示している。すなわちＩｎＰと井戸層の
格子定数は等しく、バリア層の格子定数はそれより小さ
い。しかしながら、実際にはＩｎＰ基板とバリア層と井
戸層は連続に結晶格子が結合しなくてはならないために
図７（ｂ）に示したように平面方向の格子定数は同じ大
きさとなり、バリア層は広がった分だけバリア層内に引
張り応力を生ずることとなる。しかしながら、バリア層
は元の大きさに縮まろうとするために、井戸層はバリア
層に引きずられながら収縮する。その結果、図７（ｃ）
に示したようにバリア層が縮まり、井戸層もバリア層と
応力が釣りあうように収縮する。その結果、バリア層の
引張り応力は緩和され、井戸層には収縮した分だけ圧縮
応力が発生することとなる。

【００１９】つぎにバリア層の引張り歪が井戸層に導入
されることを式により説明する。図７のバリア層の格子
不整合をΔａ、剛性率をＹｂ、結晶の膜厚をＬｂとした
場合、バリア層に発生する応力Ｆｂは（１）式で、歪エ
ネルギーＥｂは（２）式で示される。

【００２０】 　　　　　　　　　　　　Ｆｂ＝Δａ＊Ｙｂ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（１）　　　　　　　　　　　　Ｅｂ＝Ｌｂ＊
Ｆｂ＝Ｌｂ＊Δａ＊Ｙｂ　　　　　　　　　　　　　　
　　（２）　　バリア層は引張り応力を緩和するために
収縮した場合、バリア層と隣接して接合している井戸層
も同時に収縮するため井戸層内に圧縮応力が発生する。 即ち、バリア層がΔｂ収縮した場合、バリア層内のエネ
ルギーは（３）式で示される。

【００２１】 　　　　　　　　　　　　Ｅｂ＝Ｌｂ＊（Δａ−Δｂ）
＊Ｙｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）一
方、井戸層もバリア層の収縮量と等しくΔｂ収縮するた
め、井戸層の格子不整合率をΔｂ、剛性率をＹｗ、結晶
の膜厚をＬｗとした場合の井戸層に発生する歪エネルギ
ーＥｗは（４）式で示される。

【００２２】 　　　　　　　　　　　　Ｅｗ＝Ｌｗ＊Δｂ＊Ｙｗ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（４）バリア層内の歪エネルギーＥｂと井戸層内の歪
エネルギーＥｗはつりあうことより（５）式がなりたつ
。

【００２３】 　　　　　　　　　　　　Ｌｂ＊（Δａ−Δｂ）＊Ｙｂ
＝Ｌｗ＊Δｂ＊Ｙｗ　　　　　　（５）井戸層の格子の
不整合Δｂをは（５）式を変形して（６）式となる。

【００２４】 　　　　　　　　　　　　Δｂ＝Δａ＊（Ｌｂ／（Ｌｂ
＋Ｌｗ））＊Ｙｂ／Ｙｗ　　（６）井戸層の組成をＩｎ
０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ（ＩｎＰに格子整合）、膜厚
Ｌｗを５ｎｍとし、バリア層の組成をＩｎ０．５８Ｇａ
０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７、膜厚Ｌｂを１０ｎｍ
とした場合、剛性率はＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓと
Ｉｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７とほ
ぼ同様であるためＹｂ＝Ｙａとなる。井戸層に対するバ
リア層の格子不整合率はΔａ＝３％である。以上を（６
）式に代入すると、　　ＩｎＰ基板に対する井戸層の格
子不整合　　：Δｂ＝　　　　　　２％圧縮歪　　　　
ＩｎＰ基板に対するバリア層の格子不整合：Δａ−Δｂ
＝１％引張り歪となり、バリア層の格子不整合率３パー
セントのうち２パーセントが井戸層に導入されることが
証明された。

【００２５】次に歪を３パーセント導入するためにバリ
ア層の組成をＩｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓ０．６３Ｐ
０．３７としたがこの理由を以下に示す。

【００２６】バリア層に３％程度の歪を導入する場合に
はバリア層の組成をＧａ（ｘ）Ｉｎ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ
）Ｐ（１−ｙ）とした場合に、（７）式のようにｘを変
化させればよいこととなる。

【００２７】 　　　　　　　　　　　　ｘ＝０．４７ｙ−０．３７　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７
）バリア層のバンドギャップＥｇはＧａ（ｘ）Ｉｎ（１
−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）とした場合に（８）式の
ように計算される。

【００２８】 　　Ｅｇ＝１．３５＋０．６７２ｘ−１．０９１ｙ＋０
．７５８ｘ２＋０．１０１ｙ２−０．１５７ｘｙ−０．
３１２ｘ２ｙ＋０．１０９ｘｙ２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（８）バリア層の組成を波長λｇ＝１．３μｍとした場
合には（７）式および（８）式よりｘ＝０．９、ｙ＝１
．０となる。その結果次のような利点を有する。 （ａ）井戸層に歪を直接導入しないため組成のずれによ
る発振波長の長波長シフトの補正のための井戸層を薄膜
化する必要が無い。 （ｂ）歪の緩和機構を考慮しているために設計通りの歪
を導入できる。 （ｃ）バリア層に引張り歪を導入した結果、バンド構造
が変化しホール濃度の高い軽いホールのエネルギーレベ
ルが重いホールのエネルギーレベルに対して低エネルギ
ー側にシフトするためにホールの注入効率が増大し、微
分利得が向上される。 （ｄ）同一のバンドギャップＥｇを有するＧａ（ｘ）Ｉ
ｎ（１−ｘ）Ａｓ（ｙ）Ｐ（１−ｙ）４元系結晶におい
て、ｘが大きい程Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓに対す
る導伝帯でのエネルギーバンドギャップの不連続ΔＥｖ
が小さくなる。その結果、ホールの注入効率が増大し、
微分利得が向上する。 （ｅ）バリア層の膜厚を変化させることで井戸層に導入
できる歪の量を容易に変化でき、かつホールの注入効率
などの他の物理現象が変化しないために歪の効果を容易
に分離し検討できる。 （ｆ）歪量子井戸層を図５に示したように埋め込み構造
とした場合に、井戸層の結晶成長方向の歪量が小さく、
埋め込み界面での結晶性の乱れが緩和できる。 （ｇ）ＩｎＰ単結晶基板から歪量子井戸層のバリア層に
至るまでの間に、格子定数が徐々に変化してそれぞれの
結晶に格子整合するバッファ層を導入することで歪量子
井戸内部における歪量の分布を抑制することができる利
点を有する。

【００２９】

【実施例】従来の歪量子井戸半導体レーザは、基板、バ
リア層より格子定数の大きな井戸層を用いて井戸層に直
接圧縮歪を導入していたが、本実施例ではいずれも基板
、井戸層より格子定数の小さいバリア層を用いてバリア
層に引張り歪を導入し、その反作用で井戸層に圧縮歪を
導入している点が特徴である。

【００３０】以下本発明の歪量子井戸半導体レーザにつ
いて、以下図面を参照しながら説明する。

【００３１】図１は本発明の第１の実施例における歪量
子井戸半導体レーザの構造図を示すものである。図１に
おいて、１はＳｎドープＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰク
ラッド層、３は厚み１００ｎｍのノンドープＩｎ０．５
８Ｇａ０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７バリア層、４は
厚み５ｎｍのノンドープＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ
井戸層、５は井戸数５の歪量子井戸、６はｐ−ＩｎＰク
ラッド層、７はｐ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓコン
タクト層、８はｐ−ｎ−ｐ電流ブロック層、１０はＡｕ
／Ｓｎよりなるｎ側電極、１１はＡｕ／Ｚｎよりなるｐ
側電極である。

【００３２】この図においてその構成は図４で示したも
のとほぼ同様である。図４と異なる本実施例の特徴は歪
量子井戸層がノンドープＩｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓ
０．６３Ｐ０．３７バリア層と、ノンドープＩｎ０．５
３Ｇａ０．４７Ａｓ井戸層で構成され、バリア層に引張
り歪が導入され、その反作用で井戸層に歪が導入されて
いるところである。

【００３３】以上のように構成されたこの実施例の歪量
子井戸半導体レーザ装置の動作は従来のレーザ装置と同
様であるので説明を省略する。

【００３４】歪量子井戸はバリア層３と井戸層４の５層
構造よりなり、バリア層には１％の引張り歪が存在し、
井戸層には２％の圧縮歪が存在している。井戸層の膜厚
は井戸層の組成において１．５５μｍの発光波長が得ら
れるよう５ｎｍに設定した。本実施例に示したレーザを
作製して諸特性を評価した結果、発振閾値電流は７ｍＡ
となり同一構造で無歪の場合の１８ｍＡに対して４０％
に低減された。これは、歪効果によりオージェ効果が抑
制されしきい値電流が低下したためと考えられる。また
、スロープ効率は０．２５Ｗ／Ａとなり、図５で説明し
た同一構造で無歪の場合の０．１５Ｗ／Ａに対して１．
７倍に向上した。これは、伝導帯におけるバンドの不連
続ΔＥｖが低減されたためにホールの注入効率が上昇し
、バンドフィリングの効果が緩和されるために量子井戸
層の層数を５ペアまで低減でき、量子井戸内部での光の
内部損失が減少できたためと考えられる。

【００３５】さらに、半導体レーザの動作速度を規制す
る緩和振動周波数はｆｒ＝１０ＧＨｚ／ｍＷとなり、同
一構造で無歪の場合の６ＧＨｚに対して１．７倍に向上
した。これは、伝導帯のバンド構造が分裂しホールの存
在確立の高い軽いホールがバリア層内部に重いホールと
して供給されたためにホールの寿命τｐが減少したため
と考えられる。

【００３６】加えて、無歪の場合の井戸層の厚みが２ｎ
ｍであるのにたいして、本実施例の歪井戸層の厚みは５
ｎｍであるために井戸層とバリア層との間の界面の不均
一性に基づく膜厚の変動の影響を受けにくく歩留まりが
高くかつ特性の安定したレーザを容易に作製することが
可能となる。

【００３７】以下本発明の第２の実施例について図面を
参照しながら説明する。図２は本発明の第２の実施例の
歪量子井戸半導体レーザの構造図を示すものである。図
２において、１はＳｎドープＩｎＰ基板、２はｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、１２は格子定数をＩｎＰからＩｎ０．１
Ｇａ０．９Ａｓへと徐々に変化させたバッファ層、３は
厚み１００ｎｍのノンドープＩｎ０．５８Ｇａ０．４２
Ａｓ０．６３Ｐ０．３７バリア層、４は厚み５ｎｍのノ
ンドープＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ井戸層、５は井
戸数５の歪量子井戸、６はｐ−ＩｎＰクラッド層、７は
ｐ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓコンタクト層、８は
ｐ−ｎ−ｐ電流ブロック層、１０はＡｕ／Ｓｎよりなる
ｎ側電極、１１はＡｕ／Ｚｎよりなるｐ側電極である。

【００３８】この図においてその構成は第１の実施例で
示したものとほぼ同様である。第１の実施例と異なる本
実施例の特徴はＩｎＰ基板からＩｎ０．５８Ｇａ０．４
２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７へと徐々に変化させたバッフ
ァ層１２を用いているところである。

【００３９】以上のように構成されたこの実施例の歪量
子井戸半導体レーザ装置の動作は従来のレーザ装置と同
様であるので説明を省略する。

【００４０】歪量子井戸はバリア層３と井戸層４の５層
構造よりなり、バリア層には１％の引張り歪が存在し、
井戸層には２％の圧縮歪が存在している。井戸層の膜厚
は井戸層の組成において１．５５μｍの発光波長が得ら
れるよう５ｎｍに設定した。バッファ層１２はＩｎＰ基
板１からバリア層３にかけてＩｎＰ層とバリア層とを順
次１６ｎｍ（ＩｎＰ）、４ｎｍ（ハ゛リア）、１２ｎｍ
（ＩｎＰ）、８ｎｍ（ハ゛リア）、８ｎｍ（ＩｎＰ）、
１２ｎｍ（ハ゛リア）、４ｎｍ（ＩｎＰ）、１６ｎｍ（
ハ゛リア）とそれぞれの膜厚を変化させながら積層する
ことにより量子井戸構造を構成するバリア層の歪が結晶
基板により大きく緩和されるのを防止することができる
。実際、本実施例に示したレーザを作製して諸特性を評
価した結果、発振閾値電流は７ｍＡとなり同一構造で無
歪の場合の１８ｍＡに対して４０％に低減された。また
、スロープ効率は０．３Ｗ／Ａとなり、同一構造で無歪
の場合の０．１５Ｗ／Ａに対して２倍に向上した。これ
は、伝導帯におけるバンドの不連続ΔＥｖが低減されそ
の低下の度合が均一であったためと考えられる。緩和振
動周波数ｆｒは１０ＧＨｚであった。

【００４１】図３は本発明の実施例における歪量子井戸
半導体レーザの製造方法を示す工程断面図である。Ｓｎ
ドープＩｎＰ基板１上にＭＯＶＰＥ法を用いて膜厚０．
５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層２、膜厚１０ｎｍのノン
ドープＩｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３
７バリア層３および膜厚４ｎｍのＩｎ０．５３Ｇａ０．
４７Ａｓ歪井戸層４を繰り返し成長し井戸数５とした歪
量子井戸５、さらにｐ−ＩｎＰクラッド層６を連続的に
成長する結晶成長工程（図３ａ）の後、メサ状にエッチ
ングするメサエッチング工程（図３ｂ）、電流ブロック
層８およびコンタクト層７をＬＰＥ成長する埋め込み成
長工程（図３ｃ）、ｎ側電極１０とｐ側電極１１を蒸着
により形成する電極蒸着工程（図３ｄ）よりなる。

【００４２】以上のように作製されたこの実施例の歪量
子井戸半導体レーザのバリア層３の結晶成長条件を以下
に説明する。

【００４３】 ＴＭＩ　　＝２．０×１０−４ｍｏｌ／ｍｉｎＴＭＧ　
　＝１．８×１０−４ｍｏｌ／ｍｉｎＡｓＨ３　＝１．
０×１０−３ｍｏｌ／ｍｉｎ全流量　　＝５リッター／
ｍｉｎ 成長温度＝６４０℃ 上記の成長条件で成長された膜厚１０ｎｍのＩｎ０．５
８Ｇａ０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７結晶を１００ｎ
ｍのＩｎＰ層で挟んだ層数５０ペアーの歪量子井戸構造
を作製して格子定数を測定した結果−３％の格子不整合
率を有しており、かつＰＬ波長は１．２５μｍとなった
。さらに、ＩｎＰ基板上に膜厚５ｎｍのＩｎ０．５３Ｇ
ａ０．４７Ａｓ結晶を膜厚１０ｎｍのＩｎ０．５８Ｇａ
０．４２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７結晶で挟んだ層数５０
ペアーの歪量子井戸構造を作製して格子定数を測定した
結果ＩｎＰ基板に対して−１％と２％の格子不整合率を
有しており、かつＰＬ波長は１．５５μｍとなった。

【００４４】なお、実施例において、バリア層に引張り
歪を導入する手段として組成がＩｎ０．５８Ｇａ０．４
２Ａｓ０．６３Ｐ０．３７の結晶を用いたがその他の結
晶例えば、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ａｓ、ＧａＡＳ系、Ｚ
ｎＳｅＳ系、ＩｎＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系ＩｎＧａ
ＡｌＡｓＰ系であっても引張り歪が導入されればよい。 また、実施例では井戸層に歪を導入していないがバリア
層の影響で圧縮歪が導入されればその他の組成例えば圧
縮歪が導入されるＩｎ０．６Ｇａ０．４Ａｓなど、およ
び他の結晶系例えばＧａＡｓ系、ＺｎＳｅＳ系、ＩｎＡ
ｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系であっ
てもよい。レーザ構造をＤＨレーザとしたが、ＤＦＢレ
ーザ、ＤＢＲレーザなど付加価値の高いレーザへの適応
が可能である。また、活性層の構造をＰＢＨタイプとし
たが、その他の構造でもよい。さらに本実施例では歪超
格子構造をレーザに適応したが、導波路、受光素子等へ
の適応が可能である。また、結晶基板よりバッファ層に
かけての格子定数を徐々に変化させる手段においては内
部に欠陥を発生しない方法であれば他の方法であっても
よい。

【００４５】また、実施例ではＩｎＰ系化合物半導体と
したが、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅ等他の半導体材
料でもよい。結晶成長方法はＭＯＶＰＥ法としたが、ガ
スソースＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ法のみならず、エルビウム
などの不純物元素を添加する場合ハイドライドＶＰＥ法
など他の成長方法を用いてもよい。

【００４６】また、実施例では歪量子井戸半導体レーザ
の構造と製造方法を示したが、この構造および製造方法
で作製した半導体レーザの歪量子井戸の部分を光導波路
として用いることができるため、光導波路としての機能
もあわせもつものである。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明はバリア層に引張り
歪を設けることにより井戸層に歪を導入でき、低閾値、
高スロープ効率、高動作速度、低歪の歪量子井戸半導体
レーザを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における歪量子井戸半導
体レーザの構成断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例における歪量子井戸半導
体レーザの構成断面図である。

【図３】本発明の第３の実施例における歪量子井戸半導
体レーザの製造方法を示す工程断面図である。

【図４】従来の歪量子井戸半導体レーザの構成断面図で
ある。

【図５】従来の多重量子井戸半導体レーザの構成断面図
である。

【図６】従来の井戸層に圧縮歪を導入する過程を説明す
るための図である。

【図７】本発明の井戸層に圧縮歪を導入する過程を説明
するための図である。

【符号の説明】

１　　ＳｎドープＩｎＰ基板 ２　　ｎ−ＩｎＰクラッド層、 ３　　ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ４　　ＩｎＧａＡｓ井戸層、 ５　　歪量子井戸、 ６　　ｐ−ＩｎＰクラッド層 ７　　ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８　　ｐ−ｎ−ｐ電流ブロック層、 １０　　Ａｕ／Ｓｎよりなるｎ側電極 １１　　Ａｕ／Ｚｎよりなるｐ側電極 １２　　バッファ層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化合物半導体基板と、前記化合物半導
   体基板上に歪量子井戸層を有し、前記歪量子井戸層が前
   記化合物半導体基板より格子定数の小さいバリア層と、
   前記バリア層より格子定数の大きい井戸層を備えたこと
   を特徴とする歪量子井戸半導体レーザ。
2. 【請求項２】　　化合物半導体基板と、前記化合物半導
   体基板上に歪量子井戸層を有し、前記歪量子井戸層が前
   記化合物半導体基板より格子定数の小さいバリア層と、
   前記化合物半導体基板と格子定数がほぼ等しい井戸層を
   備えたことを特徴とする歪量子井戸半導体レーザ。
3. 【請求項３】　　化合物半導体基板と、バリア層との間
   に格子定数が前記基板から前記バリア層に徐々に変化す
   るバッファ層を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   歪量子井戸半導体レーザ。
4. 【請求項４】　　化合物半導体基板上に、前記化合物半
   導体基板と同組成同伝導型を有する第１のクラッド層と
   、前記化合物半導体基板と組成が異なり負の格子不整合
   率を有するバッファ層と、前記バッファ層よりバンドギ
   ャップが小さく前記バッファ層に対して正の格子不整合
   率を有する井戸層と前記バッファ層と井戸層を１回以上
   交互に成長した量子井戸層と、前記結晶基板と同組成反
   伝導型を有する第２のクラッド層を成長する工程と、前
   記第２のクラッド層から前記第１のクラッド層までをス
   トライプ状にエッチングする工程と、前記ストライプ上
   に電流ブロック層を成長する工程を含むことを特徴とす
   る歪量子井戸半導体レーザの製造方法。