JPH0799363A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた半導
体レーザにおいて、半導体レーザのしきい値電流を低減
でき、温度特性を向上できるようにすることを最も主要
な特徴とする。 【構成】たとえば、オーバフロー電流の大部分が電子と
されている半導体レーザにおいては、活性層よりもバン
ドギャップが大きく、ｐ−Ｐクラッド層よりもバンドギ
ャップの狭い再結合層を、上記ｐ−クラッド層中に挿入
する。そして、この再結合層にて上記活性層からｐ−ク
ラッド層へオーバフローした電子を正孔と再結合させ、
その再結合により生じる光のエネルギｈν₂ （ｈν₂ ＞
ｈν₁ ）を活性層で吸収させる。こうして、活性層で新
たな電子と正孔とを発生させることより、オーバフロー
電流の増加によるしきい値電流の増大を防止する構成と
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば光情報処理
装置や光計測器の光源として用いられる半導体発光装置
に関するもので、特にＩｎＧａＡｌＰ（インジウム・ガ
リウム・アルミニウム・リン）系の材料を用いる半導体
レーザや発光ダイオードなどに使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば０．６μｍ帯に発振波長
をもつＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた赤色半導体レーザ
が製品化され、光情報処理装置としての高密度光ディス
ク装置、レーザビーム・プリンタ、バーコード・リー
ダ、および光計測器などの光源として期待されている。

【０００３】また、現在では、光情報処理速度の高速度
化および光記録密度の高密度化にともない、この種の半
導体レーザには高出力化および短波長化が求められてい
る。図１５は、従来の短波長の半導体レーザとして、た
とえば屈折率導波型の６３０ｎｍの半導体レーザを示す
ものである。なお、同図（ａ）には半導体レーザの素子
構造（共振器の断面）を、同図（ｂ）には同素子のバン
ド構造をそれぞれ示している。

【０００４】このような構造の半導体レーザは、たとえ
ば有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ基板１の上
に、約１．０μｍ厚のｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２、約５０ｎｍ厚のＩｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層３が順に形成さ
れた後、約３ｎｍ厚のＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層４およ
び約４ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障
壁層５が交互に積層されて、量子井戸構造の活性層（井
戸数は４）６が形成される。

【０００５】また、約５０ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層７、約０．２μｍ厚のｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層８、約
５ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ
層９、約０．８μｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０、約５０ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ
_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層１１、約１μｍ厚のｎ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層１２、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１３が、それぞれ形成される。

【０００６】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１
側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極１４が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板１の反対側にＡｕＺｎ／Ａｕ電極１５がそれぞれ形
成されることで、得られるようになっている。

【０００７】図１６は、従来の利得導波型半導体レーザ
の素子構造を示すものである。この半導体レーザは、上
記した屈折率導波型の半導体レーザと同様に、たとえば
有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ基板２１の上
に、約１．０μｍ厚のｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２２、約５０ｎｍ厚のＩｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層２３が順に形成
された後、約３ｎｍ厚のＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層２４
および約４ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5
Ｐ障壁層２５が交互に積層されて、量子井戸構造の活性
層（井戸数は４）２６が形成される。

【０００８】また、約５０ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層２７が形成された後に、順
次、約１．０μｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２８、約５０ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ
_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層２９、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄
層３０、および約１μｍ厚のｐ−ＧａＡｓコンタクト層
３１が形成される。

【０００９】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板２
１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極３２が、また上記ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２１の反対側にＡｕＺｎ／Ａｕ電極３３がそれぞ
れ形成されることで、得られるようになっている。

【００１０】しかしながら、従来の半導体レーザの場
合、いずれの構造においても活性層とクラッド層とのバ
ンドギャップの差が不十分であり、活性層からｐ−クラ
ッド層への電子のオーバフロー電流が支配的で、しきい
値電流が約９０ｍＡと高く、最高連続発振温度も低かっ
たために、たとえば最高連続発振温度が５０℃で、発光
出力が３ｍＷの条件下では、長期動作をなかなか達成で
きないという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、活性層からｐ−クラッド層への電子のオー
バフローが支配的であったため、特に６３０ｎｍ帯に発
振波長をもつ半導体レーザでは動作の信頼性が低いとい
う問題があった。

【００１２】そこで、この発明は、しきい値電流を低減
でき、最高連続発振温度が高く、長期動作の信頼性を向
上することが可能な半導体発光装置を提供することを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体発光装置にあっては、禁制帯幅
がＥ１の第１の半導体層と、禁制帯幅がＥ２（Ｅ２＞Ｅ
１）の第２の半導体層と、禁制帯幅がＥ３（Ｅ３＞Ｅ２
＞Ｅ１）の第３の半導体層とを有し、この第３の半導体
層で前記第１，第２の半導体層が隔てられている構造を
少なくとも１つ具備してなり、前記第２の半導体層にて
注入されたキャリアの再結合により生じた光が前記第１
の半導体層に吸収されて、その第１の半導体層に電子−
正孔対を発生させる構成とされている。

【００１４】また、この発明の半導体発光装置にあって
は、禁制帯幅がＥ１の活性層の両側を、禁制帯幅がＥ３
（Ｅ３＞Ｅ１）のクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造
のものにおいて、前記クラッド層の少なくとも一方に、
禁制帯幅がＥ２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の再結合層を設け
てなり、前記再結合層にて注入されたキャリアの再結合
により生じた光が前記活性層に吸収されて、その活性層
に電子−正孔対を発生させる構成とされている。

【００１５】さらに、この発明の半導体発光装置にあっ
ては、禁制帯幅がＥ１の活性層と、禁制帯幅がＥ４（Ｅ
４＞Ｅ１）の光ガイド層と、禁制帯幅がＥ３（Ｅ３＞Ｅ
４＞Ｅ１）のクラッド層とを有し、このクラッド層で前
記活性層および光ガイド層を挟んだダブルヘテロ構造の
ものにおいて、前記クラッド層の少なくとも一方に、禁
制帯幅がＥ２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の再結合層を設けて
なり、前記再結合層にて注入されたキャリアの再結合に
より生じた光が前記活性層に吸収されて、その活性層に
電子−正孔対を発生させる構成とされている。

【００１６】

【作用】この発明は、上記した手段により、活性層から
クラッド層へのキャリアのオーバフローが大きくても、
オーバフロー電流の増加によるしきい値電流の増加を防
止できるようになるため、動作特性を向上することが可
能となるものである。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の概念を説明するための
半導体レーザのバンド構造を示すものである。

【００１８】たとえば、オーバフロー電流の大部分が電
子（キャリア）とされている半導体レーザにおいては、
活性層（禁制帯幅Ｅ１の第１の半導体層）よりもバンド
ギャップ（禁制帯幅）が大きく、ｐ−クラッド層（禁制
帯幅Ｅ３の第３の半導体層）よりもバンドギャップの狭
い再結合層（禁制帯幅Ｅ２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２
の半導体層）が、光ガイド層（禁制帯幅Ｅ４（Ｅ４＞Ｅ
１））を隔てた上記ｐ−クラッド層中に挿入された構成
とされている。

【００１９】そして、この再結合層にて上記活性層から
ｐ−クラッド層へオーバフローした電子を正孔と再結合
させ、その再結合により生じる光のエネルギｈν₂ （ｈ
ν₂＞ｈν₁ ）を活性層で吸収させることにより、活性
層で新たな電子と正孔とを発生させるようになってい
る。

【００２０】これにより、たとえ活性層からｐ−クラッ
ド層に電子がオーバフローしたとしても、結果的に電子
が活性層に蓄えられることになるので、オーバフロー電
流の増加によるしきい値電流の増大を防止できるように
なるものである。

【００２１】この場合、ｐ−クラッド層中に挿入される
再結合層はｐ型にドーピングされるが、この再結合層に
おける電子と正孔の再結合確率はそのアクセプタ濃度を
高くすることにより増すため、アクセプタ濃度が高いほ
どその効果は高まる。

【００２２】一方、オーバフロー電流の大部分が正孔
（キャリア）とされている半導体レーザにおいては、ｎ
−クラッド層中に、上述の再結合層（図示していない）
を挿入することにより、同様の効果が得られる。

【００２３】この場合、ｎ−クラッド層中に挿入される
再結合層はｎ型にドーピングされるが、そのドナー濃度
が高いほどその効果は高まる。同様に、オーバフローす
るキャリアが電子と正孔の両方の場合については、ｐ−
クラッド層およびｎ−クラッド層のそれぞれに上述の再
結合層を挿入することで、動作特性の向上が図られる。

【００２４】なお、光ガイド層については、活性層の両
側に設ける場合に限らず、たとえば再結合層が挿入され
るクラッド層と活性層との間にのみ設けるようにしても
良い。

【００２５】以下に、本発明を半導体レーザに適用した
場合について具体例を上げて説明する。図２，図３，図
４は、この発明の第１の実施例にかかる半導体レーザの
構成を概略的に示すものである。なお、図２には半導体
レーザの素子構造（共振器の断面）を、図３には同素子
のバンド構造を、図４には同素子の製造工程をそれぞれ
示している。

【００２６】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図２に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１、ｎ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０２、Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０３、
Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層１０４とＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層１０５とを積層してなる量子井
戸構造の活性層１０６、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）
_0.5 Ｐ光ガイド層１０７、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０８、ｐ−Ｉｎ_0.5（Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９、ｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7）_0.5 Ｐクラッド層１１０、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層１１１、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１１２、
ｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層１１３、ｎ−ＧａＡ
ｓ電流狭窄層１１４、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１５などからなっている。

【００２７】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１０１側に
はＡｕＧｅ／Ａｕ電極１１６が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板１０１の反対側にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極１１７がそ
れぞれ形成された構造とされている。

【００２８】また、このときのバンド構造は、たとえば
図３に示すように、各層のバンドギャップが設定される
ようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１の
半導体層としての活性層１０６よりもバンドギャップが
大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０
８，１１０よりもバンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ
２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９
が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層１０８，１１０間に挿入された構成とされている。

【００２９】なお、この場合の半導体レーザの共振器長
は４００μｍとされ、その発振波長は６３０ｎｍとなる
ように設定されている。さて、このような構造の半導体
レーザは、たとえば図４に示すように、有機金属気相成
長（ＭＯＣＤＶ）法により、面方向が［０１１］方向に
１５°傾斜されているｎ−ＧａＡｓ基板１０１の上に、
約１．０μｍの厚さで上記ｎ−Ｉｎ_0.5（Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０２が、約５０ｎｍの厚さで
上記Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１
０３が、それぞれ形成される。

【００３０】また、約３ｎｍ厚のＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井
戸層１０４と、約４ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層１０５とが交互に積層されて、井戸
数が４とされた上記活性層１０６が形成される。

【００３１】さらに、約５０ｎｍの厚さで上記Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０７が、約５
０ｎｍの厚さで上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）
_0.5Ｐクラッド層１０８が、約３０ｎｍの厚さで上記ｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９
が、約０．１２μｍの厚さで上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１１０が、順に形成さ
れる。

【００３２】そして、約５ｎｍの厚さで上記ｐ−Ｉｎ
_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層１１１が、約０．
８μｍの厚さで上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）
_0.5 Ｐクラッド層１１２が、約５０ｎｍの厚さで上記ｐ
−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層１１３が形成された
後、約０．１５μｍの厚さでｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａ
ｌ_0.7 ）_0.5 Ｐキャップ層１１８が形成される（以上、
同図（ａ））。

【００３３】この後、ストライプ方向が［０１１］方向
となるストライプ状のＳｉＯ₂ マスク１１９が、上記ｎ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐキャップ層１１
８の上に形成される。

【００３４】そして、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッ
チングストップ層１１１が露出されるまでエッチングが
行われ、ストライプ方向が［０１１］方向で、幅が約５
μｍのリッジストライプが形成される（以上、同図
（ｂ））。

【００３５】しかる後、上記ＳｉＯ₂ マスク１１９の上
には成長しないように、上記ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１
１４が約１μｍの厚さで選択的に成長される（以上、同
図（ｃ））。

【００３６】また、上記ＳｉＯ₂ マスク１１９および上
記ｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7）_0.5 Ｐキャップ層
１１８がエッチングにより取り除かれた後に、同一条件
にて、約１μｍの厚さで上記ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１１５が再成長される。

【００３７】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板１
０１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極１１６が、また上記ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１０１の反対側、つまり上記ｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１１５の上にＡｕＺｎ／Ａｕ電極１１７がそ
れぞれ形成されることにより、図２に示した６３０ｎｍ
の半導体レーザが構成される。

【００３８】ここで、約３ｎｍ厚のＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ
井戸層１０４と約４ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層１０５とからなる多重量子井戸構造
の活性層１０６の実効的なバンドギャップは、自然放出
光のピーク波長（以下、単に波長）で６２２ｎｍ程度で
ある。

【００３９】また、約３０ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の自然放出光の波
長は約５９５ｎｍ程度であり、両者の波長差はエネルギ
差にすると９０ｍｅＶ程度である。

【００４０】したがって、上記活性層１０６から上記ｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０
８にオーバフローした電子は、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９で正孔と再結合さ
れて、そこで発生した光が十分に活性層１０６に再吸収
されることになる。

【００４１】この結果、本実施例で作成した素子の場
合、発振波長がＰＬ（フロトルミネッセンス）波長より
も１２ｎｍも長い６３４ｎｍ程度であり、しきい値電流
を約５０ｍＡ、最高連続発振温度を約８０℃とすること
ができた。

【００４２】これは、同一波長で発振する従来の半導体
レーザが、しきい値電流が約９０ｍＡ、最高連続発振温
度が約５０℃であったのに比べると、動作特性の大幅な
向上が図られている。

【００４３】なお、ここでは、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75
Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の自然放出光の波長を
約５９５ｎｍに設定したが、活性層１０６における自然
放出光の波長に対して１５ｎｍ（５０ｍｅＶ）以上短波
長化していれば、このｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａ
ｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９で発生した光を十分に活
性層１０６で吸収させることができる。

【００４４】しかし、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａ
ｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の自然放出光の波長が上
記Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０
７よりも短くなると、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａ
ｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９で発生した光が上記Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０７で吸
収されることになる。

【００４５】また、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）
_0.5 Ｐ再結合層１０９と上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａ
ｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１０８との間のバンドギャッ
プ差が小さくなるので、オーバフローしてきた電子をｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９
に効率良く閉じ込めることができなくなる。

【００４６】そこで、上記Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０７よりも自然放出光の波長
が１５ｎｍ以上長くなるように、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇ
ａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の組成を選ぶ必
要がある。

【００４７】すなわち、自然放出光の波長が活性層１０
６よりも約１５ｎｍ短く、上記Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０７よりも約１５ｎｍ長くな
るように、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5
Ｐ再結合層１０９の組成を選ぶことにより、従来構造よ
りもしきい値電流が低く、最高連続発振温度が高い半導
体レーザを得ることができる。

【００４８】特に、６３０ｎｍ〜６５０ｎｍ帯で動作す
る半導体レーザでは、自然放出光の波長が５７０ｎｍ〜
６９９ｎｍ程度になるように、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の組成を選んだ場
合に、最も大きな効果が得られる。

【００４９】また、本実施例においては、上記ｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９をｐ型
にドーピングするようにしているが、そのアクセプタ濃
度が高くなるほど、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ
_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９での電子と正孔の再結合の
確率を大きくできる。

【００５０】このため、たとえばｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９のアクセプタ濃度
を７×１０¹⁷ｃｍ^-3以上に設定した場合に、より大きな
効果が期待できる。

【００５１】また、本実施例においては、ｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９で発生した
自然放出光は、素子の導波構造により、屈折率の大きい
活性層１０６側に伝搬されやすい。

【００５２】したがって、活性層１０６とｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９との距離が
近いほうが、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ
再結合層１０９で発生した自然放出光のうち、活性層１
０６に伝搬される自然放出光を、活性層１０６と反対側
に伝搬される自然放出光よりも多くできる。

【００５３】このため、活性層１０６とｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９との距離
を、たとえば０．２μｍ以下に設定する必要がある。特
に、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層
１０９側のＩｎ_0.5（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイ
ド層１０７についていえば、８０ｎｍ以下に設定するこ
とによって、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ
再結合層１０９で発生した光を効率良く活性層１０６に
吸収させられるとともに、活性層１０６からＩｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層１０７へのキャ
リアのオーバフローも抑制することが可能となる。

【００５４】さらに、本実施例においては、ｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の厚さ
を約３０ｎｍとしたが、厚すぎても薄すぎても本発明の
効果は得られない。

【００５５】これは、薄すぎると、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９内でのキャリアの
閉じ込め効率が悪くなり、厚すぎると、活性層１０６内
での光の閉じ込め効率が悪くなるためである。

【００５６】そこで、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａ
ｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層１０９の厚さとしては、たとえ
ば１０ｎｍから４００ｎｍに設定することが適当であ
り、特に、２０ｎｍから８０ｎｍの厚さに設定したとき
に最も大きな効果が得られた。

【００５７】なお、本実施例では、オーバフローするキ
ャリアがおもに電子の場合について説明したが、オーバ
フローするキャリアが正孔の場合あるいは電子と正孔の
両方の場合（これらの場合、そのドナー濃度が７×１０
₁₇ｃｍ_-3以上に設定される）についても応用することが
でき、同様に動作特性を向上できる。

【００５８】また、６３０ｎｍ帯で発振するＭＱＷ（多
重量子井戸）構造の半導体レーザに限らず、たとえば活
性層１０６が単一の層からなるダブルヘテロ構造（Ｄ
Ｈ）の半導体レーザや、他の波長帯で動作するＭＱＷあ
るいは単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の半導体レーザにも
適用できる。

【００５９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図５，図６は、第２の実施例にかかる半導体レー
ザの構成を概略的に示すものである。なお、図５には半
導体レーザの素子構造（共振器の断面）を、図６には同
素子のバンド構造をそれぞれ示している。

【００６０】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図５に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１、ｎ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２０２、Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層２０３、
Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層２０４とＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層２０５とを積層してなる量子井
戸構造（井戸数は４）の活性層２０６、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層２０７、ｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２０８、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層２０９、ｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２１
０、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層２１
１、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層２１２とｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ層２１３とからなる２０周
期のブラッグ反射層２１４、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通
電容易層２１５、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層２１６、およ
びｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１７などからなってい
る。

【００６１】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板２０１側に
はＡｕＧｅ／Ａｕ電極２１８が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板２０１の反対側にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極２１９がそ
れぞれ形成された構造とされている。

【００６２】また、このときのバンド構造は、たとえば
図６に示すように、各層のバンドギャップが設定される
ようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１の
半導体層としての活性層２０６よりもバンドギャップが
大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層２０
８，２１０よりもバンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ
２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_{0. 5} （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層２０９
が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層２０８，２１０間に挿入された構成とされている。

【００６３】そして、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ
_0.25）_0.5 Ｐ再結合層２０９の、上記活性層２０６の反
対側には、活性層２０６と反対側に放出された光を上記
活性層２０６側に反射するための、多重薄膜反射層とし
てのｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層２１２を、禁制帯幅がＥ
５（Ｅ５≧Ｅ３）の半導体層としてのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇ
ａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ層２１３により隔ててなるブラ
ッグ反射層２１４が設けられた構成とされている。

【００６４】さて、このような構造の半導体レーザは、
たとえば上述した第１の実施例と同様に、厚さが約５ｎ
ｍのｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層２１
１まで成長させた後、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層１１２を形成する代わりに、約
４４ｎｍの厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層２１２と、
約４２ｎｍの厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）
_0.5 Ｐ層２１３とが交互に積層されて、２０周期のブラ
ッグ反射層２１４が形成される。

【００６５】また、約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ａ
ｌ_0.5 Ｐ層（図示していない）が形成された後、第１の
実施例と同様の工程を経て、約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉ
ｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層２１５が、約１μｍの厚さ
でｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層２１６が、約１μｍの厚さで
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１７が、それぞれ成長され
る。

【００６６】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板２
０１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極２１８が、また上記ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２０１の反対側上にＡｕＺｎ／Ａｕ電極２１
９がそれぞれ形成されることにより、図５に示した半導
体レーザが構成される。

【００６７】この半導体レーザは、しきい値電流が約４
０ｍＡ、最高連続発振温度が約９５℃であり、第１の実
施例に示した素子よりも高い動作特性を示した。これ
は、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層
２０９で生じた光のうち、活性層２０６と反対側に放射
された光を、上述のブラッグ反射層２１４で反射させて
活性層２０６に吸収させることにより、活性層２０６に
おける電子−正孔対の発生を第１の実施例素子よりも増
すことができるためである。

【００６８】なお、本実施例においては、ブラッグ反射
層２１４を２０周期としたが、適宜、その数は決めれば
良い（ただし、反射率はその周期数で決まるため、２０
周期以下の場合には反射率が低くなる分だけ効率が低下
される）。

【００６９】また、本実施例においては、４４ｎｍ厚の
ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層２１２と４２ｎｍ厚のｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ層２１３とでブラッ
グ反射層２１４を構成したが、たとえば反射率が２０％
以上となるような材料と厚さとを選択することで、同様
な効果が期待できる。

【００７０】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図７，図８は、第３の実施例にかかる半導体レー
ザの構成を概略的に示すものである。なお、図７には半
導体レーザの素子構造（共振器の断面）を、図８には同
素子のバンド構造をそれぞれ示している。

【００７１】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図７に示すように、ｐ−ＧａＡｓ基板３０１、ｐ−Ｉｎ
_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層３０２、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.5Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ層３０３とｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5
Ｐ層３０４とからなる２０周期のブラッグ反射層３０
５、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層３０６、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再
結合層３０７、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5
Ｐクラッド層３０８、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）
_0.5 Ｐ光ガイド層３０９、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層３
１０とＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層３１
１とからなる多重量子井戸構造の活性層３１２、Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層３１３、ｎ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層３１
４、ｎ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層３１
５、ｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層３１６、ｐ−ＧａＡｓ電流狭窄層３１７、およびｎ−
ＧａＡｓコンタクト層３１８などからなっている。

【００７２】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板３０１側に
はＡｕＺｎ／Ａｕ電極（ｎ型電極）３１９が、また上記
ｎ−ＧａＡｓ基板３０１の反対側にはＡｕＧｅ／Ａｕ電
極（ｐ型電極）３２０が、それぞれ形成された構造とさ
れている。

【００７３】また、このときのバンド構造は、たとえば
図８に示すように、各層のバンドギャップが設定される
ようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１の
半導体層としての活性層３１２よりもバンドギャップが
大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層３０
６，３０８よりもバンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ
２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層３０７
が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層３０６，３０８間に挿入された構成とされている。

【００７４】そして、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ
_0.25）_0.5 Ｐ再結合層３０７の、上記活性層３１２の反
対側には、活性層３１２と反対側に放出された光を上記
活性層３１２側に反射するためのブラッグ反射層３０５
が設けられた構成とされている。

【００７５】さて、このような構造の半導体レーザは、
たとえば上述した第１の実施例と同様に、面方向が［０
１１］方向に１５°傾斜されたｐ−ＧａＡｓ基板３０１
上に、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層３０２が形成
された後、約４２ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ３０３と約４４ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ
_0.5 Ｐ３０４とが交互に積層されて、２０周期のブラッ
グ反射層３０５が形成される。

【００７６】また、約０．９２μｍの厚さでｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層３０６が、
約３０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）
_0.5 Ｐ再結合層３０７が、約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5Ｐクラッド層３０８が、
約５０ｎｍの厚さでＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5
Ｐ光ガイド層３０９が、それぞれ形成される。

【００７７】さらに、約３ｎｍ厚のＩｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ
井戸層３１０と約４ｎｍ厚のＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層３１１とが交互に積層されて、井戸
数が４とされた多重量子井戸構造の活性層３１２が形成
される。

【００７８】そして、約５０ｎｍの厚さでＩｎ_0.5 （Ｇ
ａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層３１３が、約０．２
μｍの厚さでｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐ
クラッド層３１４が、約５ｎｍの厚さでｎ−Ｉｎ_0.5 Ｇ
ａ_0.5 Ｐエッチングストップ層３１５が、順に形成され
る。

【００７９】この後、約０．８μｍの厚さでｎ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層３１６が、
約３μｍの厚さでｐ−ＧａＡｓ電流狭窄層３１７が、約
１μｍの厚さでｎ−ＧａＡｓコンタクト層３１８が、同
様の工程を経て形成される。

【００８０】そして、最後に、ｐ型電極としてのＡｕＺ
ｎ／Ａｕ電極３１９が上記ｐ−ＧａＡｓ基板３０１側
に、またｎ型電極としてのＡｕＧｅ／Ａｕ電極３２０が
上記ｐ−ＧａＡｓ基板３０１と反対側にそれぞれ形成さ
れることにより、図７に示した半導体レーザが構成され
る。

【００８１】このように構成された半導体レーザは、第
２の実施例に示した素子とほぼ逆の構造であり、オーバ
フローした電子の流れも逆になることから、第２の実施
例素子の場合と同じような動作特性を示すものとなる。

【００８２】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図９，図１０は、第４の実施例にかかる半導体レ
ーザの構成を概略的に示すものである。なお、図９には
半導体レーザの素子構造（共振器の断面）を、図１０に
は同素子のバンド構造をそれぞれ示している。

【００８３】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図９に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板４０１、ｎ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層４０２、Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層４０３、
Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層４０４とＩｎ_0.5 （Ｇａ_0.5
Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層４０５とを積層してなる量子井
戸構造（井戸数は４）の活性層４０６、Ｉｎ_0.5 （Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層４０７、ｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層４０８、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層４０９、ｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層４１
０、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層４１１とｐ−Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ層４１２とからなる２０周
期のブラッグ反射層４１３、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通
電容易層４１４、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層４１５、およ
びｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１６などからなってい
る。

【００８４】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板４０１側に
はＡｕＧｅ／Ａｕ電極４１７が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板４０１の反対側にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極４１８がそ
れぞれ形成された構造とされている。

【００８５】また、このときのバンド構造は、たとえば
図１０に示すように、各層のバンドギャップが設定され
るようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１
の半導体層としての活性層４０６よりもバンドギャップ
が大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層４０
８，４１０よりもバンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ
２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層としてのｐ−
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層４０９
が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層４０８，４１０間に挿入された構成とされている。

【００８６】そして、上記ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75Ａｌ
_0.25）_0.5 Ｐ再結合層４０９の、上記活性層４０６の反
対側には、活性層４０６と反対側に放出された光を上記
活性層４０６側に反射するためのブラッグ反射層４１３
が設けられた構成とされている。

【００８７】さて、このような構造の半導体レーザは、
たとえば上述した第２の実施例と同様に、約０．１２μ
ｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐク
ラッド層４１０まで成長させた後、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ
_0.5 Ｐエッチングストップ層２１１を形成することな
く、約４４ｎｍの厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐ層４１
１と、約４２ｎｍの厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ
_0.5 ）_0.5 Ｐ層４１２とが交互に積層されて、２０周期
のブラッグ反射層４１３が形成される。

【００８８】また、約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇ
ａ_0.5 Ｐ通電容易層４１４が、約１μｍの厚さでｎ−Ｇ
ａＡｓ電流狭窄層４１５が、約１μｍの厚さでｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層４１６が、それぞれ成長される。

【００８９】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板４
０１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極４１７が、また上記ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板４０１の反対側上にＡｕＺｎ／Ａｕ電極４１
８がそれぞれ形成されることにより、図９に示した利得
導波構造の半導体レーザが構成される。

【００９０】この半導体レーザの場合、屈折率導波構造
の半導体レーザ（第１ないし第３の実施例に示した）よ
りは動作特性の点で劣るが、それでも従来構造の半導体
レーザ（図１６参照）に比べて動作特性を大幅に向上で
きる。

【００９１】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図１１，図１２は、第５の実施例にかかる半導体
レーザの構成を概略的に示すものである。なお、図１１
には半導体レーザの素子構造（共振器の断面）を、図１
２には同素子のバンド構造をそれぞれ示している。

【００９２】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図１１に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板５０１、ｎ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５０２、
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層５０
３、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層５０４とＩｎ_0.5 （Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層５０５とを積層してなる量
子井戸構造（井戸数は４）の活性層５０６、Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5Ｐ光ガイド層５０７、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５０８、
５つのｐ−Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65Ｐ（Δａ／ａ＝−２．０
％）井戸層５０９と４つのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐ障壁層５１０とを積層してなるＭＱＷ再結
合層５１１、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐ
クラッド層５１２、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチング
ストップ層５１３、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）
_0.5 Ｐクラッド層５１４、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電
容易層５１５、ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層５１６、および
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５１７などからなっている。

【００９３】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板５０１側に
はＡｕＧｅ／Ａｕ電極５１８が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板５０１の反対側にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極５１９がそ
れぞれ形成された構造とされている。

【００９４】また、このときのバンド構造は、たとえば
図１２に示すように、各層のバンドギャップが設定され
るようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１
の半導体層としての活性層５０６よりもバンドギャップ
が大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５０
８，５１２よりもバンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ
２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層としてのＭＱ
Ｗ再結合層５１１が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５０８，５１２間に挿入された
構成とされている。

【００９５】そして、多重量子井戸構造の再結合層５１
１を採用し、このＭＱＷ再結合層５１１によって発光効
率をより高めた構成とされている。さて、このような構
造の半導体レーザは、たとえば上述した第１の実施例と
同様に、約５０ｎｍの厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａ
ｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５０８まで形成した後に、約
４ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65Ｐ井戸層５０９と、約
３ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐ障
壁層５１０とが交互に積層されて、ＭＱＷ再結合層５１
１が形成される。

【００９６】また、約０．１２μｍの厚さでｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層５１２が、
約５ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングス
トップ層５１３が、それぞれ形成される。

【００９７】さらに、同様の工程を経て、約０．８μｍ
の厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラ
ッド層５１４が、約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ
_0.5Ｐ通電容易層５１５が、約１μｍの厚さでｎ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層５１６が、約１μｍの厚さでｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層５１７が、順に形成される。

【００９８】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板５
０１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極５１８が、また上記ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板５０１の反対側にＡｕＺｎ／Ａｕ電極５１９
がそれぞれ形成されて、図１１に示した半導体レーザが
構成される。

【００９９】こうして得られる半導体レーザは、ＭＱＷ
再結合層５１１の発光効率が第１の実施例の素子などの
再結合層のそれよりも高いため、より効果的にしきい値
電流の低減と最高連続発振温度の向上とが図れるもので
ある。

【０１００】なお、本実施例においては、ＭＱＷ再結合
層５１１のｐ−Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65Ｐ井戸層５０９に引っ
張り歪みを入れ、その基板との格子不整合量Δａ／ａ
（＝（ａ₁ −ａ）／ａ（ａ₁ ：成長層の縦方向の格子定
数、ａ：基板の格子定数）が−２．０％となるように設
定したが、０％≦Δａ／ａ≦−３％の範囲内になるよう
に設定すれば良い。

【０１０１】これは、ＭＱＷ再結合層５１１の自然放出
光の波長が第１の実施例の素子と同じ５９５ｎｍ程度と
なるように、たとえばｐ−Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65Ｐ井戸層５
０９の幅と引っ張り歪みの量とによって設定される。

【０１０２】次に、本発明の第６の実施例について説明
する。図１３，図１４は、第６の実施例にかかる半導体
レーザの構成を概略的に示すものである。なお、図１３
には半導体レーザの素子構造（共振器の断面）を、図１
４には同素子のバンド構造をそれぞれ示している。

【０１０３】すなわち、この半導体レーザは、たとえば
図１３に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板６０１、ｎ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層６０２、
Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ光ガイド層６０
３、Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層６０４とＩｎ_0.5 （Ｇａ
_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層６０５とを積層してなる量
子井戸構造（井戸数は４）の活性層６０６、Ｉｎ_0.5
（Ｇａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5Ｐ光ガイド層６０７、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層６０８、
５つのｐ−Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65Ｐ（Δａ／ａ＝−２．０
％）井戸層６０９と４つのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐ障壁層６１０とを積層してなるＭＱＷ再結
合層６１１、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１
２、ｐ−Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層６１
３、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１４、ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層６１５、ｎ−ＧａＡｓ電流
狭窄層６１６、およびｐ−ＧａＡｓコンタクト層６１７
などからなっている。

【０１０４】そして、上記ｎ−ＧａＡｓ基板６０１側に
はＡｕＧｅ／Ａｕ電極６１８が、また上記ｎ−ＧａＡｓ
基板６０１の反対側にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極６１９がそ
れぞれ形成された構造とされている。

【０１０５】また、このときのバンド構造は、たとえば
図１４に示すように、各層のバンドギャップが設定され
るようになっている。すなわち、禁制帯幅がＥ１の第１
の半導体層としての活性層６０６よりもバンドギャップ
が大きく、禁制帯幅がＥ３の第３の半導体層としてのｐ
−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層６０
８，ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１２よりもバ
ンドギャップの狭い、禁制帯幅がＥ２（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ
１）の第２の半導体層としてのＭＱＷ再結合層６１１
が、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド
層５０８，ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１２間
に挿入された構成とされている。

【０１０６】そして、ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層６０８とｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5
Ｐクラッド層６１２とのバンドギャップ差を変えること
で、多重量子井戸構造のＭＱＷ再結合層６１１への電子
の閉じ込めの効果をより高めた構成とされている。

【０１０７】さて、このような構造の半導体レーザは、
たとえば上述した第１の実施例と同様に、約５０ｎｍの
厚さのｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッ
ド層６０８まで形成した後に、約４ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ
_0.35Ｇａ_0.65Ｐ井戸層６０９と、約３ｎｍ厚のｐ−Ｉｎ
_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐ障壁層６１０とが交互
に積層されて、ＭＱＷ再結合層６１１が形成される。

【０１０８】また、約０．１２μｍの厚さでｐ−Ｉｎ
_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１２が、約５ｎｍの厚さで
ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層６１３
が、それぞれ形成される。

【０１０９】さらに、同様の工程を経て、約０．８μｍ
の厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層６１４が、
約５０ｎｍの厚さでｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層
６１５が、約１μｍの厚さでｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層６
１６が、約１μｍの厚さでｐ−ＧａＡｓコンタクト層６
１７が、順に形成される。

【０１１０】そして、最後に、上記ｎ−ＧａＡｓ基板６
０１側にＡｕＧｅ／Ａｕ電極６１８が、また上記ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板６０１の反対側にＡｕＺｎ／Ａｕ電極６１９
がそれぞれ形成されて、図１３に示した半導体レーザが
構成される。

【０１１１】本実施例により構成される半導体レーザ
は、ＭＱＷ再結合層６１１への電子の閉じ込めの効果が
第５の実施例素子よりも高いため、より動作特性を向上
することができる。

【０１１２】なお、本実施例においては、ＭＱＷ再結合
層６１１に隣接するｐ−クラッド層６１２，６１４とし
て、ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐを用いたが、これに限ら
ず、ＭＱＷ再結合層６１１よりもバンドギャップが大き
い材料であれば用いることができる。

【０１１３】上記したように、活性層からｐ−クラッド
層への電子のオーバフローが大きくても、オーバフロー
電流の増加によるしきい値電流の増加を防止できるよう
にしている。

【０１１４】すなわち、活性層からｐ−クラッド層へオ
ーバフローした電子を再結合層中にて正孔と再結合さ
せ、その再結合による光を活性層に再吸収させるように
している。これにより、活性層中で新たに電子−正孔対
を発生できるようになるため、たとえ電子が活性層から
ｐ−クラッド層へオーバフローしたとしても、結果的に
活性層に電子を蓄えることが可能となる。したがって、
半導体レーザの温度特性を向上することが可能となり、
しきい値電流を低く、最高連続発振温度の高い半導体レ
ーザを実現し得るものである。

【０１１５】なお、上記実施例においては、いずれも半
導体レーザを例に説明したが、これに限らず、たとえば
発光ダイオードなどの半導体発光装置にも適用できる。
この場合、オーバフロー電流が増大しても活性層中にキ
ャリアが再生され、この再生されたキャリアを再び発光
に寄与させることによって発光効率を高めることがで
き、動作電流の大幅な低減が可能となるものである。

【０１１６】また、いずれの実施例においても、活性層
での結合効率を高めるために活性層の両側に光ガイド層
を設けるようにしたが、片側にのみ隣接させて配置する
ようにしても良い。その他、この発明の要旨を変えない
範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。

【０１１７】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、しきい値電流を低減でき、最高連続発振温度が高
く、長期動作の信頼性を向上することが可能な半導体発
光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる半導体レーザのバンド構造を
示す概念図。

【図２】この発明の第１の実施例にかかる半導体レーザ
の構造を示す断面図。

【図３】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す図。

【図４】同じく、半導体レーザの製造工程を説明するた
めに示す断面図。

【図５】この発明の第２の実施例にかかる半導体レーザ
の構造を示す断面図。

【図６】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す図。

【図７】この発明の第３の実施例にかかる半導体レーザ
の構造を示す断面図。

【図８】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す図。

【図９】この発明の第４の実施例にかかる半導体レーザ
の構造を示す断面図。

【図１０】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す
図。

【図１１】この発明の第５の実施例にかかる半導体レー
ザの構造を示す断面図。

【図１２】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す
図。

【図１３】この発明の第６の実施例にかかる半導体レー
ザの構造を示す断面図。

【図１４】同じく、半導体レーザのバンド構造を示す
図。

【図１５】従来技術とその問題点を説明するために示す
屈折率導波型半導体レーザの構成図。

【図１６】同じく、利得導波型半導体レーザの構造を示
す断面図。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１…ｎ
−ＧａＡｓ基板、１０２，２０２，３１４，３１６，４
０２，５０２，６０２…ｎ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ
_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層、１０３，１０７，２０３，２
０７，３０９，３１３，４０３，４０７，５０３，５０
７，６０３，６０７…Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.5Ａｌ_0.5 ）_0.5
Ｐ光ガイド層、１０４，２０４，３１０，４０４，５
０４，６０４…Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ井戸層、１０５，２
０５，３１１，４０５，５０５，６０５…Ｉｎ_0.5 （Ｇ
ａ_0.5 Ａｌ_0.5 ）_0.5 Ｐ障壁層、１０６，２０６，３１
２，４０６，５０６，６０６…活性層、１０８，１１
０，１１２，２０８，２１０，３０６，３０８，４０
８，４１０，５０８，５１２，５１４，６０８…ｐ−Ｉ
ｎ_0.5 （Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 ）_0.5 Ｐクラッド層、１０
９，２０９，３０７，４０９…ｐ−Ｉｎ_0.5 （Ｇａ_0.75
Ａｌ_0.25）_0.5 Ｐ再結合層、１１１，２１１，５１３，
６１３…ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ
層、１１３，２１５，３０２，４１４，５１５，６１５
…ｐ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐ通電容易層、１１４，２１
６，４１５、５１６，６１６…ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄
層、１１５，２１７，４１６，５１７，６１７…ｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層、１１６，２１８，３２０，４１
７，５１８，６１８…ＡｕＧｅ／Ａｕ電極、１１７，２
１９，３１９，４１８，５１９，６１９…ＡｕＺｎ／Ａ
ｕ電極、２１４，３０５，４１３…ブラッグ反射層、３
１５…ｎ−Ｉｎ_0.5 Ｇａ_0.5 Ｐエッチングストップ層、
３１７…ｐ−ＧａＡｓ電流狭窄層、３１８…ｎ−ＧａＡ
ｓコンタクト層、５１１，６１１…ＭＱＷ再結合層、６
１２，６１４…ｐ−Ｉｎ_0.5 Ａｌ_0.5 Ｐクラッド層。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 禁制帯幅がＥ１の第１の半導体層と、 禁制帯幅がＥ２（Ｅ２＞Ｅ１）の第２の半導体層と、 禁制帯幅がＥ３（Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の第３の半導体層
   とを有し、 この第３の半導体層で前記第１，第２の半導体層が隔て
   られている構造を少なくとも１つ具備してなり、 前記第２の半導体層にて注入されたキャリアの再結合に
   より生じた光が前記第１の半導体層に吸収されて、その
   第１の半導体層に電子−正孔対を発生させることを特徴
   とする半導体発光装置。
2. 【請求項２】 禁制帯幅がＥ１の活性層の両側を、禁制
   帯幅がＥ３（Ｅ３＞Ｅ１）のクラッド層で挟んだダブル
   ヘテロ構造の半導体発光装置において、 前記クラッド層の少なくとも一方に、禁制帯幅がＥ２
   （Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の再結合層を設けてなり、 前記再結合層にて注入されたキャリアの再結合により生
   じた光が前記活性層に吸収されて、その活性層に電子−
   正孔対を発生させることを特徴とする半導体発光装置。
3. 【請求項３】 禁制帯幅がＥ１の活性層と、 禁制帯幅がＥ４（Ｅ４＞Ｅ１）の光ガイド層と、 禁制帯幅がＥ３（Ｅ３＞Ｅ４＞Ｅ１）のクラッド層とを
   有し、 このクラッド層で前記活性層および光ガイド層を挟んだ
   ダブルヘテロ構造の半導体発光装置において、 前記クラッド層の少なくとも一方に、禁制帯幅がＥ２
   （Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１）の再結合層を設けてなり、 前記再結合層にて注入されたキャリアの再結合により生
   じた光が前記活性層に吸収されて、その活性層に電子−
   正孔対を発生させることを特徴とする半導体発光装置。
4. 【請求項４】 前記光ガイド層は、前記活性層の両側あ
   るいは片側に隣接させて設けられることを特徴とする請
   求項３に記載の半導体発光装置。
5. 【請求項５】 前記再結合層側に設けられる光ガイド層
   は、その厚さが８０ｎｍ以下に設定されることを特徴と
   する請求項４に記載の半導体発光装置。
6. 【請求項６】 前記再結合層は、その禁制帯幅Ｅ２が前
   記活性層の禁制帯幅Ｅ１よりも５０ｍｅＶ以上大きく、
   前記光ガイド層の禁制帯幅Ｅ４よりも５０ｍｅＶ以上小
   さく設定されることを特徴とする請求項３に記載の半導
   体発光装置。
7. 【請求項７】 前記再結合層は、注入されるキャリアが
   おもに電子の場合、そのアクセプタ濃度が７×１０¹⁷ｃ
   ｍ^-3以上に設定されることを特徴とする請求項２，３ま
   たは６のいずれかに記載の半導体発光装置。
8. 【請求項８】 前記再結合層は、注入されるキャリアが
   おもに正孔の場合、そのドナー濃度が７×１０¹⁷ｃｍ^-3
   以上に設定されることを特徴とする請求項２，３または
   ６のいずれかに記載の半導体発光装置。
9. 【請求項９】 前記再結合層は、多重量子井戸構造によ
   り構成されることを特徴とする請求項２，３，７または
   ８のいずれかに記載の半導体発光装置。
10. 【請求項１０】 前記再結合層は、その多重量子井戸構
    造中の井戸層の基板との格子不整合量Δａ／ａが、０％
    ≦Δａ／ａ≦−３％の範囲内に設定されることを特徴と
    する請求項９に記載の半導体発光装置。
11. 【請求項１１】 前記再結合層は、その厚さが１０ｎｍ
    〜４００ｎｍに設定されるとともに、前記活性層との間
    が２０ｎｍ〜２００ｎｍ隔てられることを特徴とする請
    求項２または３のいずれかに記載の半導体発光装置。
12. 【請求項１２】 前記活性層は、多重量子井戸構造によ
    り構成されることを特徴とする請求項２または３のいず
    れかに記載の半導体発光装置。
13. 【請求項１３】 前記再結合層の前記活性層の反対側に
    は、この再結合層で発生した光を前記活性層側に反射す
    るように各膜厚が設定された多重薄膜反射層が、禁制帯
    幅がＥ５（Ｅ５≧Ｅ３）の半導体層で隔てられて配置さ
    れることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記
    載の半導体発光装置。