JPH11261170A - 半導体レーザおよび半導体発光素子 - Google Patents
半導体レーザおよび半導体発光素子Info
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- JPH11261170A JPH11261170A JP8179598A JP8179598A JPH11261170A JP H11261170 A JPH11261170 A JP H11261170A JP 8179598 A JP8179598 A JP 8179598A JP 8179598 A JP8179598 A JP 8179598A JP H11261170 A JPH11261170 A JP H11261170A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 量子井戸効果を向上させて温度特性の向上を
実現すると同時に、格子不整合を抑制して信頼性の高い
構造を有する半導体レーザを提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板２上に、井戸層８ｂを障壁
層８ａ、８ｃで挟んだ超格子構造の活性層８を備えた半
導体レーザにおいて、井戸層８ｂはＧａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1ーy、障壁層８ａ、８ｂはＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjま
たはＧａＡｓ1-jＰjで形成され、井戸層８ｂと障壁層８
ａ、８ｃとを少なくとも１組以上積層している。井戸層
８ｂのＩｎの組成比ｘを小さくしても、量子井戸におけ
る伝導帯及び価電子帯での電子及び正孔の閉じ込め効果
が十分に得られ、温度特性が向上する。更に、Ｉｎの組
成比ｘを小さくすることにより、格子不整合が抑えられ
て、ＧａＡｓ基板２からの応力歪みが抑えられ、信頼性
が向上する。
実現すると同時に、格子不整合を抑制して信頼性の高い
構造を有する半導体レーザを提供する。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板２上に、井戸層８ｂを障壁
層８ａ、８ｃで挟んだ超格子構造の活性層８を備えた半
導体レーザにおいて、井戸層８ｂはＧａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1ーy、障壁層８ａ、８ｂはＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjま
たはＧａＡｓ1-jＰjで形成され、井戸層８ｂと障壁層８
ａ、８ｃとを少なくとも１組以上積層している。井戸層
８ｂのＩｎの組成比ｘを小さくしても、量子井戸におけ
る伝導帯及び価電子帯での電子及び正孔の閉じ込め効果
が十分に得られ、温度特性が向上する。更に、Ｉｎの組
成比ｘを小さくすることにより、格子不整合が抑えられ
て、ＧａＡｓ基板２からの応力歪みが抑えられ、信頼性
が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、量子井戸構造を有
する半導体レーザ、および半導体発光素子に関し、特
に、温度特性及び信頼性の優れた通信用半導体レーザ、
および温度特性がすぐれた半導体発光素子に関するもの
である。
する半導体レーザ、および半導体発光素子に関し、特
に、温度特性及び信頼性の優れた通信用半導体レーザ、
および温度特性がすぐれた半導体発光素子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信用に使用される半導体レー
ザとして、ＩｎＰ基板上に、ＧａＩｎＡｓＰ井戸層をＧ
ａＩｎＡｓＰ障壁層で挟んだ超格子構造の活性層を備え
た量子井戸レーザが知られている。
ザとして、ＩｎＰ基板上に、ＧａＩｎＡｓＰ井戸層をＧ
ａＩｎＡｓＰ障壁層で挟んだ超格子構造の活性層を備え
た量子井戸レーザが知られている。
【０００３】しかし、この量子井戸レーザは、ＩｎＰク
ラッド若しくはＧａＩｎＡｓＰ障壁層の伝導帯エネルギ
ーＥcbとＧａＩｎＡｓＰ井戸層の伝導帯エネルギーＥcw
とのエネルギー差ΔＥc（＝Ｅcb−Ｅcw）が小さいた
め、量子井戸内のキャリア（電子）の閉じ込めが十分で
なく、高温では電子が障壁を越えて漏れ出す。このた
め、温度特性（Ｔ0）が劣化するという問題があった。
ラッド若しくはＧａＩｎＡｓＰ障壁層の伝導帯エネルギ
ーＥcbとＧａＩｎＡｓＰ井戸層の伝導帯エネルギーＥcw
とのエネルギー差ΔＥc（＝Ｅcb−Ｅcw）が小さいた
め、量子井戸内のキャリア（電子）の閉じ込めが十分で
なく、高温では電子が障壁を越えて漏れ出す。このた
め、温度特性（Ｔ0）が劣化するという問題があった。
【０００４】この温度特性（Ｔ0）の向上を図るため
に、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡ
ｓ障壁層から成る活性層を備えた半導体レーザが提案さ
れている（文献；エレクトロニクス・レターズ Vol.3
2，1996年，第2244頁〜第2245頁）。
に、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡ
ｓ障壁層から成る活性層を備えた半導体レーザが提案さ
れている（文献；エレクトロニクス・レターズ Vol.3
2，1996年，第2244頁〜第2245頁）。
【０００５】この文献によれば、活性層をＧａＩｎＮＡ
ｓ／ＧａＡｓ超格子構造とすると、図１１（ａ）のバン
ド構造に示すように、ＧａＡｓ障壁層の伝導帯エネルギ
ーＥcbとＧａＩｎＮＡｓ井戸層の伝導帯エネルギーＥcw
とのエネルギー差ΔＥcが大きくなるため、高温であっ
ても十分な電子の閉じ込め効果が得られ、温度特性（Ｔ
0）の改善が図れるとしている。
ｓ／ＧａＡｓ超格子構造とすると、図１１（ａ）のバン
ド構造に示すように、ＧａＡｓ障壁層の伝導帯エネルギ
ーＥcbとＧａＩｎＮＡｓ井戸層の伝導帯エネルギーＥcw
とのエネルギー差ΔＥcが大きくなるため、高温であっ
ても十分な電子の閉じ込め効果が得られ、温度特性（Ｔ
0）の改善が図れるとしている。
【０００６】更に、活性層をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ
超格子構造とすると、ＧａＡｓ障壁層とＧａＩｎＮＡｓ
井戸層との価電子帯側でのエネルギー差ΔＥvが小さく
なるという傾向があるが、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層のＩｎ
の組成比を大きくすることにより、価電子帯側のエネル
ギー差ΔＥvを大きくすることができ、正孔の閉じ込め
効果が得られるとしている。
超格子構造とすると、ＧａＡｓ障壁層とＧａＩｎＮＡｓ
井戸層との価電子帯側でのエネルギー差ΔＥvが小さく
なるという傾向があるが、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層のＩｎ
の組成比を大きくすることにより、価電子帯側のエネル
ギー差ΔＥvを大きくすることができ、正孔の閉じ込め
効果が得られるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザでは次のような問題があった。上記従
来の半導体レーザでは、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層のＩｎの
組成比を大きくすることで、価電子帯側での正孔の閉じ
込め効果が得られるようにしている。しかし、ＧａＩｎ
ＮＡｓは、原子半径の大きく異なる元素によって構成さ
れる混晶半導体であるため、均一な組成の結晶を得るこ
とが難しい。図１１（ｂ）に、III族元素とＶ族元素の
原子半径を示すが、Ｎ（窒素）とＩｎ（インジウム）で
は原子半径が約２倍も異なり、Ｉｎの添加量を増加する
とＮの添加が困難となり、ＧａＩｎＮＡｓの結晶性が極
端に悪化する。これは、半導体材料を構成する元素に起
因する本質的な現象であるため、結晶性の改善が極めて
困難であった。
来の半導体レーザでは次のような問題があった。上記従
来の半導体レーザでは、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層のＩｎの
組成比を大きくすることで、価電子帯側での正孔の閉じ
込め効果が得られるようにしている。しかし、ＧａＩｎ
ＮＡｓは、原子半径の大きく異なる元素によって構成さ
れる混晶半導体であるため、均一な組成の結晶を得るこ
とが難しい。図１１（ｂ）に、III族元素とＶ族元素の
原子半径を示すが、Ｎ（窒素）とＩｎ（インジウム）で
は原子半径が約２倍も異なり、Ｉｎの添加量を増加する
とＮの添加が困難となり、ＧａＩｎＮＡｓの結晶性が極
端に悪化する。これは、半導体材料を構成する元素に起
因する本質的な現象であるため、結晶性の改善が極めて
困難であった。
【０００８】特に、光の閉じ込め効率を向上させるため
に多重井戸（ＭＱＷ）レーザを形成する場合には、Ｉｎ
の添加量が多いと格子不整合の影響が顕著に現れること
となり、ＧａＡｓ基板からの応力歪みにより信頼性が低
下する。
に多重井戸（ＭＱＷ）レーザを形成する場合には、Ｉｎ
の添加量が多いと格子不整合の影響が顕著に現れること
となり、ＧａＡｓ基板からの応力歪みにより信頼性が低
下する。
【０００９】尚、文献；Jpn. J. Appl. Phys. Vol.35
（1996)pp.1273-1275には、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層をＡ
ｌＧａＡｓ障壁層で挟むことで、前記価電子帯側でのエ
ネルギー差ΔＥvを大きくする提案もなされているが、
ＡｌＧａＡｓ障壁層中のＡｌ（アルミニウム）が酸化し
易いことから、信頼性の低下を招くという問題がある。
（1996)pp.1273-1275には、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層をＡ
ｌＧａＡｓ障壁層で挟むことで、前記価電子帯側でのエ
ネルギー差ΔＥvを大きくする提案もなされているが、
ＡｌＧａＡｓ障壁層中のＡｌ（アルミニウム）が酸化し
易いことから、信頼性の低下を招くという問題がある。
【００１０】本発明は上記従来技術の課題を克服するた
めになされたものであり、温度特性（Ｔ0）に優れ信頼
性の高い半導体レーザ、および温度特性に優れた半導体
発光素子を提供することを目的とする。
めになされたものであり、温度特性（Ｔ0）に優れ信頼
性の高い半導体レーザ、および温度特性に優れた半導体
発光素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＧａＡｓ基板
上に、第１の層を第２の層で挟んだ超格子構造の活性層
を備えた端面発光型または面発光型の半導体レーザにお
いて、前記第１の層はＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y、前記第
２の層はＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｉ＜１）
から成り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組
以上積層された構造を備えることとした。
上に、第１の層を第２の層で挟んだ超格子構造の活性層
を備えた端面発光型または面発光型の半導体レーザにお
いて、前記第１の層はＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y、前記第
２の層はＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｉ＜１）
から成り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組
以上積層された構造を備えることとした。
【００１２】また、ＧａＡｓ基板上に、第１の層を第２
の層で挟んだ超格子構造の活性層を備えた半導体レーザ
において、前記第１の層はＧａＮyＡｓ1-y、前記第２の
層はＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）から
成り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組以上
積層された構造を備えることとした。
の層で挟んだ超格子構造の活性層を備えた半導体レーザ
において、前記第１の層はＧａＮyＡｓ1-y、前記第２の
層はＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）から
成り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組以上
積層された構造を備えることとした。
【００１３】また、前記第１の層と第２の層の厚みを、
２原子層以上、１０原子層以下の範囲内にした。
２原子層以上、１０原子層以下の範囲内にした。
【００１４】前者の発明では、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y
の第１の層をＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｉ＜
１）の第２の層で挟んだ超格子構造の活性層は、Ｇａ
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y層のＩｎの組成比ｘを小さくして
も、量子井戸における伝導帯及び価電子帯での電子及び
正孔の閉じ込め効果（量子井戸効果）が十分に得られ、
温度特性が向上する。更に、Ｉｎの組成比ｘを小さくす
ることにより、格子不整合が抑えられて、ＧａＡｓ基板
からの応力歪みが低減され、信頼性の高い半導体レーザ
が形成される。
の第１の層をＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｉ＜
１）の第２の層で挟んだ超格子構造の活性層は、Ｇａ
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y層のＩｎの組成比ｘを小さくして
も、量子井戸における伝導帯及び価電子帯での電子及び
正孔の閉じ込め効果（量子井戸効果）が十分に得られ、
温度特性が向上する。更に、Ｉｎの組成比ｘを小さくす
ることにより、格子不整合が抑えられて、ＧａＡｓ基板
からの応力歪みが低減され、信頼性の高い半導体レーザ
が形成される。
【００１５】後者の発明では、ＧａＮyＡｓ1-yの第１の
層とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）の第
２の層について良好な結晶性が得られる。即ち、Ｎを含
みＩｎを含まないIII−Ｖ族化合物半導体の第１の層
と、Ｎを含まずＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体の第
２の層を積層して超格子構造の活性層を形成すること
で、ＮとＩｎを分離して積層することができ、活性層の
結晶性が向上することにより、温度特性（Ｔ0）に優れ
た半導体レーザが実現できる。
層とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）の第
２の層について良好な結晶性が得られる。即ち、Ｎを含
みＩｎを含まないIII−Ｖ族化合物半導体の第１の層
と、Ｎを含まずＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体の第
２の層を積層して超格子構造の活性層を形成すること
で、ＮとＩｎを分離して積層することができ、活性層の
結晶性が向上することにより、温度特性（Ｔ0）に優れ
た半導体レーザが実現できる。
【００１６】また、超格子のバンドギャップ構造が電子
と正孔を空間的に分離して閉じ込めることが可能になる
ため、発振波長の長波長化に有利に作用する。また、活
性層の平均の格子定数をＧａＡｓ基板と等しくすること
ができ、信頼性の高い半導体レーザを実現することがで
きる。
と正孔を空間的に分離して閉じ込めることが可能になる
ため、発振波長の長波長化に有利に作用する。また、活
性層の平均の格子定数をＧａＡｓ基板と等しくすること
ができ、信頼性の高い半導体レーザを実現することがで
きる。
【００１７】また、前記第１の層と第２の層の厚みを、
２原子層以上、１０原子層以下の範囲内にすると、電子
の波動関数と正孔の波動関数の夫々が第１の層と第２の
層への染み出しが大きくなり、双方の波動関数の重なり
が増加する。このため、光学的遷移確率が増加して、発
光効率が増加する。
２原子層以上、１０原子層以下の範囲内にすると、電子
の波動関数と正孔の波動関数の夫々が第１の層と第２の
層への染み出しが大きくなり、双方の波動関数の重なり
が増加する。このため、光学的遷移確率が増加して、発
光効率が増加する。
【００１８】本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、半導体基板上に設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体
であって窒素を含む２以上のＶ族元素を含み、遷移エネ
ルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．
３ｍｅＶ／Ｋ以下である第１の半導体層と、を備える。
と、半導体基板上に設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体
であって窒素を含む２以上のＶ族元素を含み、遷移エネ
ルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．
３ｍｅＶ／Ｋ以下である第１の半導体層と、を備える。
【００１９】このように、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体に窒
素を含む２以上のＶ族元素を含むようにしたので、遷移
エネルギの１次の温度係数を零に近づけることができ
る。また、窒素組成を所定の濃度にして、遷移エネルギ
の１次の温度係数を零点を含む−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上
＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下であるので、半導体発光素子の
発光波長の温度依存性が低減される。
素を含む２以上のＶ族元素を含むようにしたので、遷移
エネルギの１次の温度係数を零に近づけることができ
る。また、窒素組成を所定の濃度にして、遷移エネルギ
の１次の温度係数を零点を含む−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上
＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下であるので、半導体発光素子の
発光波長の温度依存性が低減される。
【００２０】本発明の半導体発光素子では、半導体基板
上に設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体であって窒素を
含む２以上のＶ族元素を含み、遷移エネルギの１次の温
度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以
下である第２の半導体層を備え、第２の半導体層は、第
１の半導体層の第１の面とこの第１の面に対向する第２
の面に接して第１の半導体層を挟み、第１の半導体層の
数は１以上である、ようにしてもよい。
上に設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体であって窒素を
含む２以上のＶ族元素を含み、遷移エネルギの１次の温
度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以
下である第２の半導体層を備え、第２の半導体層は、第
１の半導体層の第１の面とこの第１の面に対向する第２
の面に接して第１の半導体層を挟み、第１の半導体層の
数は１以上である、ようにしてもよい。
【００２１】このように、更に、窒素を含む２以上のＶ
族元素を含み遷移エネルギの１次の温度係数がかかる範
囲の第２の半導体層を備えて、第１の半導体層によって
第２の半導体層を挟めば、超格子構造の半導体発光素子
が形成される。
族元素を含み遷移エネルギの１次の温度係数がかかる範
囲の第２の半導体層を備えて、第１の半導体層によって
第２の半導体層を挟めば、超格子構造の半導体発光素子
が形成される。
【００２２】本発明の半導体発光素子では、第１の半導
体層および第２の半導体層の少なくとも一方は、２．３
ｅＶ以下の遷移エネルギを有し、且つ、第１の半導体層
および第２の半導体層の少なくとも一方に含まれるＶ族
元素における窒素組成が４０％以下であるようにしても
よい。
体層および第２の半導体層の少なくとも一方は、２．３
ｅＶ以下の遷移エネルギを有し、且つ、第１の半導体層
および第２の半導体層の少なくとも一方に含まれるＶ族
元素における窒素組成が４０％以下であるようにしても
よい。
【００２３】このように、発光素子として好適な波長範
囲を達成できる遷移エネルギを有する半導体層を用い
て、半導体発光素子を形成できる。
囲を達成できる遷移エネルギを有する半導体層を用い
て、半導体発光素子を形成できる。
【００２４】本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、半導体基板上に設けられ、組成が１％以上９％以下
の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備え
る。
と、半導体基板上に設けられ、組成が１％以上９％以下
の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備え
る。
【００２５】このように、ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体を
採用し窒素組成が１％以上９％以下にすれば、遷移エネ
ルギの１次の温度係数の値が小さくなるので、発光波長
の温度依存性が低減された半導体発光素子が得られる。
採用し窒素組成が１％以上９％以下にすれば、遷移エネ
ルギの１次の温度係数の値が小さくなるので、発光波長
の温度依存性が低減された半導体発光素子が得られる。
【００２６】本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、半導体基板上に設けられ、組成が３％以上９％以下
の窒素、組成が０％より大きく３０％以下のＩｎ、を含
むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備える。
と、半導体基板上に設けられ、組成が３％以上９％以下
の窒素、組成が０％より大きく３０％以下のＩｎ、を含
むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備える。
【００２７】このように、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶
半導体を採用し窒素組成が３％以上９％以下にすれば、
遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さくなるので、
発光波長の温度依存性が低減された半導体発光素子が得
られる。
半導体を採用し窒素組成が３％以上９％以下にすれば、
遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さくなるので、
発光波長の温度依存性が低減された半導体発光素子が得
られる。
【００２８】本発明の半導体発光素子は、組成が１％以
上９％以下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層、
並びに、組成が３％以上９％以下の窒素および組成が０
％より大きく３０％以下のＩｎを含むＧａ1ーxＩｎxＮy
Ａｓ1-y混晶半導体層、の少なくともいずれかを１層以
上備えるようにしてもよい。
上９％以下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層、
並びに、組成が３％以上９％以下の窒素および組成が０
％より大きく３０％以下のＩｎを含むＧａ1ーxＩｎxＮy
Ａｓ1-y混晶半導体層、の少なくともいずれかを１層以
上備えるようにしてもよい。
【００２９】このように、組成の異なる複数の半導体層
で発光素子を構成すれば、格子整合の調整が好適に行う
ことが可能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度
特性が優れた発光素子が作製可能になる。また、異なる
半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成され
る。
で発光素子を構成すれば、格子整合の調整が好適に行う
ことが可能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度
特性が優れた発光素子が作製可能になる。また、異なる
半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成され
る。
【００３０】なお、以下のような遷移エネルギの１次の
温度係数を有する半導体層であっても良い。本発明の半
導体発光素子では、半導体基板と、半導体基板上に設け
られ、遷移エネルギの１次の温度係数−０．３ｍｅＶ／
Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための組成ｙ
である少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体
と、を備える。また、本発明の半導体発光素子では、半
導体基板と、半導体基板上に設けられ、Ｉｎ組成ｘが０
％より大きく３０％以下であり、遷移エネルギの１次の
温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ
以下を達成するための組成ｙである少なくとも１層以上
のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体と、を備える。
温度係数を有する半導体層であっても良い。本発明の半
導体発光素子では、半導体基板と、半導体基板上に設け
られ、遷移エネルギの１次の温度係数−０．３ｍｅＶ／
Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための組成ｙ
である少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体
と、を備える。また、本発明の半導体発光素子では、半
導体基板と、半導体基板上に設けられ、Ｉｎ組成ｘが０
％より大きく３０％以下であり、遷移エネルギの１次の
温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ
以下を達成するための組成ｙである少なくとも１層以上
のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体と、を備える。
【００３１】このように、ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体お
よびＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用し遷移エ
ネルギの１次の温度係数−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．
３ｍｅＶ／Ｋ以下にすると、遷移エネルギの１次の温度
係数が零近傍の値になるので、発光波長の温度依存性が
低減された半導体発光素子が得られる。
よびＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用し遷移エ
ネルギの１次の温度係数−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．
３ｍｅＶ／Ｋ以下にすると、遷移エネルギの１次の温度
係数が零近傍の値になるので、発光波長の温度依存性が
低減された半導体発光素子が得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の好
適な第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明す
る。図１は、発振波長が１．３μｍ帯以下の端面発光型
半導体レーザの構造及び製造工程を示す縦断面図であ
る。
適な第１の実施の形態を図１〜図５を参照して説明す
る。図１は、発振波長が１．３μｍ帯以下の端面発光型
半導体レーザの構造及び製造工程を示す縦断面図であ
る。
【００３３】図１に基づいてこの端面発光型半導体レー
ザの構造及び製造工程を説明する。第１の工程（同図
（ａ））で、有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ
（００１）基板２上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４、ｎ
−ＧａＩｎＰ下部クラッド層６、活性層８及びｐ−Ｇａ
Ｉｎ上部クラッド層１０を連続的に成長させる。
ザの構造及び製造工程を説明する。第１の工程（同図
（ａ））で、有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ
（００１）基板２上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４、ｎ
−ＧａＩｎＰ下部クラッド層６、活性層８及びｐ−Ｇａ
Ｉｎ上部クラッド層１０を連続的に成長させる。
【００３４】ここで、活性層８は、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1-y井戸層８ｂを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃで挟むことにより、超格子構造を実現してい
る。より具体的には、井戸層８ｂは、Ｉｎの組成比ｘ
が、０＜ｘ≦０．２５の範囲内の値（以下、第１の組成
条件という）に設定され、例えば、厚さ１０ｎｍのＧａ
0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987層にて形成する。
ｓ1-y井戸層８ｂを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃで挟むことにより、超格子構造を実現してい
る。より具体的には、井戸層８ｂは、Ｉｎの組成比ｘ
が、０＜ｘ≦０．２５の範囲内の値（以下、第１の組成
条件という）に設定され、例えば、厚さ１０ｎｍのＧａ
0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987層にて形成する。
【００３５】障壁層８ａ，８ｃは、Ｐの組成比ｊとＩｎ
の組成比ｉが、ｉ≦（ｊ−０．０９６８）÷１．１の条
件（以下、第２の組成条件という）を満足し、且つ、そ
の格子定数がＧａＡｓ基板２の格子定数よりも小さくな
る組成（以下、第３の組成条件という）に設定されてお
り、例えば、いずれも厚さ５０ｎｍのＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19層にて形成する。
の組成比ｉが、ｉ≦（ｊ−０．０９６８）÷１．１の条
件（以下、第２の組成条件という）を満足し、且つ、そ
の格子定数がＧａＡｓ基板２の格子定数よりも小さくな
る組成（以下、第３の組成条件という）に設定されてお
り、例えば、いずれも厚さ５０ｎｍのＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19層にて形成する。
【００３６】次に、第２の工程（同図（ｂ））で、ｐ−
ＧａＩｎＰクラッド層１０上に、ＳｉＮ膜から成る幅５
μｍのストライプパターン１２を形成した後、そのスト
ライプパターン１２をマスクとしてｐ−ＧａＩｎＰクラ
ッド層１０の上部を選択的にエッチングすることによ
り、厚さ１．５μｍのｐ−ＧａＩｎＰリッジストライプ
部１４を形成する。
ＧａＩｎＰクラッド層１０上に、ＳｉＮ膜から成る幅５
μｍのストライプパターン１２を形成した後、そのスト
ライプパターン１２をマスクとしてｐ−ＧａＩｎＰクラ
ッド層１０の上部を選択的にエッチングすることによ
り、厚さ１．５μｍのｐ−ＧａＩｎＰリッジストライプ
部１４を形成する。
【００３７】次に、第３の工程（同図（ｃ））で、ｐ−
ＧａＩｎＰのクラッド層１０及びリッジストライプ部１
４をｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層で埋め込み、それを埋め込み
層１６とする。このｎ−ＡｌＧａＩｎＰ埋め込み層１６
を設けることにより、ｐ−ＧａＩｎＰリッジストライプ
部１４への電流狭窄を実現している。更に、ｐ−ＧａＩ
ｎＰリッジストライプ部１４の屈折率がｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰ埋め込み層１６の屈折率よりも高いため、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰリッジストライプ部１４の下部の活性領域におい
て光を閉じ込めるための屈折率導波効果を実現してい
る。
ＧａＩｎＰのクラッド層１０及びリッジストライプ部１
４をｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層で埋め込み、それを埋め込み
層１６とする。このｎ−ＡｌＧａＩｎＰ埋め込み層１６
を設けることにより、ｐ−ＧａＩｎＰリッジストライプ
部１４への電流狭窄を実現している。更に、ｐ−ＧａＩ
ｎＰリッジストライプ部１４の屈折率がｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＰ埋め込み層１６の屈折率よりも高いため、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰリッジストライプ部１４の下部の活性領域におい
て光を閉じ込めるための屈折率導波効果を実現してい
る。
【００３８】次に、ｐ−ＧａＩｎＰクラッド層１０及び
ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ埋め込み層１６上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１８を成長する。
ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ埋め込み層１６上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１８を成長する。
【００３９】第４の工程（同図（ｄ））では、ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層１８上にｐ−電極２０を形成し、更
に、ｎ−ＧａＡｓ基板２を裏面側から薄層化しその裏面
にｎ−電極２２を形成する。そして、劈開によりレーザ
の共振器を形成することにより、端面出射型半導体レー
ザを完成する。
Ａｓコンタクト層１８上にｐ−電極２０を形成し、更
に、ｎ−ＧａＡｓ基板２を裏面側から薄層化しその裏面
にｎ−電極２２を形成する。そして、劈開によりレーザ
の共振器を形成することにより、端面出射型半導体レー
ザを完成する。
【００４０】図２は、この半導体レーザにおいて、Ｇａ
0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987井戸層８ｂとＧａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ａｓ0.81Ｐ0.19障壁層８ａ，８ｃから成る活性層
８のバンド構造を示している。量子井戸における伝導帯
側のエネルギー差ΔＥcが約４４０ｍｅＶ、価電子帯側
のエネルギー差ΔＥvが約６０ｍｅＶとなった。この結
果、伝導帯側での電子の閉じ込め効果、及び価電子帯側
での正孔の閉じ込め効果が十分に得られ、温度特性（Ｔ
0）の向上が確認された。更に、格子不整合の比率 が実
用上許容される０．１５％以下に抑えられた。このた
め、ＧａＡｓ基板２からの応力歪みが低減され、信頼性
の向上が確認された。
0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987井戸層８ｂとＧａ0.9Ｉ
ｎ0.1Ａｓ0.81Ｐ0.19障壁層８ａ，８ｃから成る活性層
８のバンド構造を示している。量子井戸における伝導帯
側のエネルギー差ΔＥcが約４４０ｍｅＶ、価電子帯側
のエネルギー差ΔＥvが約６０ｍｅＶとなった。この結
果、伝導帯側での電子の閉じ込め効果、及び価電子帯側
での正孔の閉じ込め効果が十分に得られ、温度特性（Ｔ
0）の向上が確認された。更に、格子不整合の比率 が実
用上許容される０．１５％以下に抑えられた。このた
め、ＧａＡｓ基板２からの応力歪みが低減され、信頼性
の向上が確認された。
【００４１】尚、図２は、本発明の理解を容易にするた
めの代表例として、井戸層８ｂをＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ
0.013Ａｓ0.987、障壁層８ａ，８ｃをＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19に特定した場合のバンド構造を示してい
る。よって、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂとＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃにおける前記第１
〜第３の組成条件を満足する全ての活性層８のバンド構
造を示してはいない。しかし、活性層８を前記第１〜第
３の組成条件で形成すると、図２と同様の傾向のバンド
構造が得られると共に、格子不整合の抑制効果が得られ
る。
めの代表例として、井戸層８ｂをＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ
0.013Ａｓ0.987、障壁層８ａ，８ｃをＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19に特定した場合のバンド構造を示してい
る。よって、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂとＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃにおける前記第１
〜第３の組成条件を満足する全ての活性層８のバンド構
造を示してはいない。しかし、活性層８を前記第１〜第
３の組成条件で形成すると、図２と同様の傾向のバンド
構造が得られると共に、格子不整合の抑制効果が得られ
る。
【００４２】以下、前記第１〜第３の組成条件を満足す
ると、温度特性（Ｔ0）の向上と格子不整合の抑制効果
が得られることを、図４及び図５を参照して説明する。
尚、図４及び図５は、実験によって得られた特性図であ
る。
ると、温度特性（Ｔ0）の向上と格子不整合の抑制効果
が得られることを、図４及び図５を参照して説明する。
尚、図４及び図５は、実験によって得られた特性図であ
る。
【００４３】図４は、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８
ｂの特性を示しており、横軸はそのＩｎの組成比ｘ、縦
軸はＮの組成比ｙを示している。実線Ａは、発振波長が
１．３μｍ帯の発振波長に相当するバンドギャップＥg
が得られるときの、Ｉｎ とＮの組成比ｘ，ｙの関係を
示している。
ｂの特性を示しており、横軸はそのＩｎの組成比ｘ、縦
軸はＮの組成比ｙを示している。実線Ａは、発振波長が
１．３μｍ帯の発振波長に相当するバンドギャップＥg
が得られるときの、Ｉｎ とＮの組成比ｘ，ｙの関係を
示している。
【００４４】実線Ｂ１は、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸
層８ｂを仮にＧａＡｓ障壁層で挟んだ場合に、実用上許
容される格子不整合の最大比率（＋０．１５％）となる
ときの組成比ｘ，ｙの関係を示している。実線Ｂ２は、
格子不整合の比率が＋０．１％となるときの組成比ｘ，
ｙの関係を示している。また、実線Ｂ１とＢ２の位置関
係から、Ｉｎの組成比ｘを小さくするほど、格子不整合
の比率が小さくなるという傾向が示されている。
層８ｂを仮にＧａＡｓ障壁層で挟んだ場合に、実用上許
容される格子不整合の最大比率（＋０．１５％）となる
ときの組成比ｘ，ｙの関係を示している。実線Ｂ２は、
格子不整合の比率が＋０．１％となるときの組成比ｘ，
ｙの関係を示している。また、実線Ｂ１とＢ２の位置関
係から、Ｉｎの組成比ｘを小さくするほど、格子不整合
の比率が小さくなるという傾向が示されている。
【００４５】図５は、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの特性を示しており、横軸はＰの組成比ｊ、縦
軸はＩｎの組成比ｉを示している。実線Ｌ１は、Ｇａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃのＩｎとＰの組成
比ｉ，ｊをｉ＝０．１とｊ＝０．１９にした場合の点Ｑ
１と、ｉ＝０とｊ＝０．０８にした場合の点Ｑ２とを近
似的に結んだ直線である。ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊがこ
の実線Ｌ１上の値であれば、前記第１の組成条件に設定
されたＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂの価電子帯エ
ネルギーＥvwよりも、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの価電子帯エネルギーＥvbの方が約６０ｍｅＶ
以上低くなることを示している。即ち、実線Ｌ１は、価
電子帯側のエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が約 ６
０ｍｅＶ以上になるときの組成比ｉ，ｊを示している。
ａ，８ｃの特性を示しており、横軸はＰの組成比ｊ、縦
軸はＩｎの組成比ｉを示している。実線Ｌ１は、Ｇａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃのＩｎとＰの組成
比ｉ，ｊをｉ＝０．１とｊ＝０．１９にした場合の点Ｑ
１と、ｉ＝０とｊ＝０．０８にした場合の点Ｑ２とを近
似的に結んだ直線である。ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊがこ
の実線Ｌ１上の値であれば、前記第１の組成条件に設定
されたＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂの価電子帯エ
ネルギーＥvwよりも、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの価電子帯エネルギーＥvbの方が約６０ｍｅＶ
以上低くなることを示している。即ち、実線Ｌ１は、価
電子帯側のエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が約 ６
０ｍｅＶ以上になるときの組成比ｉ，ｊを示している。
【００４６】また、この実線Ｌ１で画成された右側の領
域ＡL1も、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂの価電子
帯エネルギーＥvwとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの価電子帯エネルギーＥvbとのエネルギー差Δ
Ｅv（＝Ｅvw−Ｅvb）が、約６０ｍｅＶ以上となるとき
の、ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊの範囲を示している。
域ＡL1も、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂの価電子
帯エネルギーＥvwとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの価電子帯エネルギーＥvbとのエネルギー差Δ
Ｅv（＝Ｅvw−Ｅvb）が、約６０ｍｅＶ以上となるとき
の、ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊの範囲を示している。
【００４７】実線Ｌ２は、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁
層８ａ，８ｃの格子定数がＧａＡｓ基板２のそれよりも
小さくなるときの、ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊを示してい
る。また、実線Ｌ２で画成される右側の領域ＡL2も、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃの格子定数がＧ
ａＡｓ基板２のそれよりも小さくなるときの、ＩｎとＰ
の組成比ｉ，ｊの範囲を示している。
層８ａ，８ｃの格子定数がＧａＡｓ基板２のそれよりも
小さくなるときの、ＩｎとＰの組成比ｉ，ｊを示してい
る。また、実線Ｌ２で画成される右側の領域ＡL2も、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃの格子定数がＧ
ａＡｓ基板２のそれよりも小さくなるときの、ＩｎとＰ
の組成比ｉ，ｊの範囲を示している。
【００４８】まず、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂ
のＩｎの組成比ｘを、０＜ｘ≦０．２５に設定したこと
で、この井戸層８ｂの格子不整合の比率を実用上許容さ
れる＋０．１５％以下にすることが可能となった。即
ち、図４において、実線ＡとＢ１の交点ＱでのＩｎの組
成比ｘは０．２５であり、ｘ＝０．２５のときに許容可
能な格子不整合の比率が最大（最も悪い比率）になる。
したがって、Ｉｎの組成比ｘを０＜ｘ≦０．２５に設定
したことで、格子不整合の比率を常に＋０．１５％以下
にすることが可能となり、ＧａＡｓ基板からの応力歪み
を抑制することが可能になった。
のＩｎの組成比ｘを、０＜ｘ≦０．２５に設定したこと
で、この井戸層８ｂの格子不整合の比率を実用上許容さ
れる＋０．１５％以下にすることが可能となった。即
ち、図４において、実線ＡとＢ１の交点ＱでのＩｎの組
成比ｘは０．２５であり、ｘ＝０．２５のときに許容可
能な格子不整合の比率が最大（最も悪い比率）になる。
したがって、Ｉｎの組成比ｘを０＜ｘ≦０．２５に設定
したことで、格子不整合の比率を常に＋０．１５％以下
にすることが可能となり、ＧａＡｓ基板からの応力歪み
を抑制することが可能になった。
【００４９】但し、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂ
の価電子帯エネルギーＥvwは、Ｉｎの組成比ｘを小さく
するほど低くなり、逆にＩｎの組成比ｘを大きくするほ
ど高くなるという特性を有している。このため、価電子
帯側での正孔の閉じ込め効果を向上させようとする観点
からすると、Ｉｎの組成比ｘを単純に０＜ｘ≦０．２５
の範囲に設定しただけでは、格子不整合の抑制が可能に
なっても、正孔の閉じ込め効果が低下するという問題が
生じることになる。
の価電子帯エネルギーＥvwは、Ｉｎの組成比ｘを小さく
するほど低くなり、逆にＩｎの組成比ｘを大きくするほ
ど高くなるという特性を有している。このため、価電子
帯側での正孔の閉じ込め効果を向上させようとする観点
からすると、Ｉｎの組成比ｘを単純に０＜ｘ≦０．２５
の範囲に設定しただけでは、格子不整合の抑制が可能に
なっても、正孔の閉じ込め効果が低下するという問題が
生じることになる。
【００５０】しかし、本発明の半導体レーザでは、障壁
層８ａ，８ｃをＧａＡｓではなく、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰjで形成したことにより、この問題点を解決してい
る。即ち、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjは、Ｐ（リン）を含
むことで価電子帯エネルギーＥvbが低くなるという特性
を有しているため、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂ
のＩｎの組成比ｘを０＜ｘ≦０．２５の範囲に設定した
ことでその価電子帯エネルギーＥvwが低くなっても、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃの価電子帯エネ
ルギーＥvbも低くなることから、井戸層８ｂと障壁層８
ａ，８ｃ間でのエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が
小さくならない。更に、図５中の領域ＡL1は、ｉ≦
（ｊ−０．０９６８）÷１．１の範囲と一致している。
したがって、Ｇａ1-iＩ ｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８
ｃの組成を前記第２の組成条件に基づいて設定す るこ
とにより、正孔の閉じ込め効果が十分に得られる。
層８ａ，８ｃをＧａＡｓではなく、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰjで形成したことにより、この問題点を解決してい
る。即ち、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjは、Ｐ（リン）を含
むことで価電子帯エネルギーＥvbが低くなるという特性
を有しているため、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層８ｂ
のＩｎの組成比ｘを０＜ｘ≦０．２５の範囲に設定した
ことでその価電子帯エネルギーＥvwが低くなっても、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃの価電子帯エネ
ルギーＥvbも低くなることから、井戸層８ｂと障壁層８
ａ，８ｃ間でのエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が
小さくならない。更に、図５中の領域ＡL1は、ｉ≦
（ｊ−０．０９６８）÷１．１の範囲と一致している。
したがって、Ｇａ1-iＩ ｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８
ｃの組成を前記第２の組成条件に基づいて設定す るこ
とにより、正孔の閉じ込め効果が十分に得られる。
【００５１】更に、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃは、Ｉｎの組成比ｉを過度に大きくすると、Ｇ
ａＡｓ基板２の格子定数より大きくなるため、応力歪み
が発生し信頼性が低下することとなる。しかし、Ｉｎと
Ｐの組成比ｉ，ｊを前記第３の組成条件に基づいて設定
したため、これらの組成比ｉ，ｊは図５中の領域ＡL1と
領域ＡL2の重複範囲ＡL1・ＡL2となる。この結果、Ｇａ
Ａｓ基板２とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃ
との格子不整合が抑制されると同時に、価電子帯側の十
分なエネルギー差ΔＥvが確保されている。
ａ，８ｃは、Ｉｎの組成比ｉを過度に大きくすると、Ｇ
ａＡｓ基板２の格子定数より大きくなるため、応力歪み
が発生し信頼性が低下することとなる。しかし、Ｉｎと
Ｐの組成比ｉ，ｊを前記第３の組成条件に基づいて設定
したため、これらの組成比ｉ，ｊは図５中の領域ＡL1と
領域ＡL2の重複範囲ＡL1・ＡL2となる。この結果、Ｇａ
Ａｓ基板２とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８ａ，８ｃ
との格子不整合が抑制されると同時に、価電子帯側の十
分なエネルギー差ΔＥvが確保されている。
【００５２】以上に説明したように、Ｇａ1-xＩｎxＮy
Ａｓ1-y井戸層８ｂとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの組成を前記第１〜第３の組成条件に基づいて
設定したことにより、キャリア閉じ込めの効果及び温度
特性（Ｔ0）に優れ、且つ格子不整合が抑制されて信頼
性の高い構造を有する端面出射型半導体レーザを実現す
ることができる。
Ａｓ1-y井戸層８ｂとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃの組成を前記第１〜第３の組成条件に基づいて
設定したことにより、キャリア閉じ込めの効果及び温度
特性（Ｔ0）に優れ、且つ格子不整合が抑制されて信頼
性の高い構造を有する端面出射型半導体レーザを実現す
ることができる。
【００５３】尚、以上の説明では、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡ
ｓ1-y井戸層８ｂとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃとによる超格子構造の活性層８について説明し
たが、障壁層８ａ，８ｃを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjの
代わりに、ＧａＡｓ基板２より格子定数の小さなＧａＡ
ｓ1-jＰjで形成してもよい。
ｓ1-y井戸層８ｂとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層８
ａ，８ｃとによる超格子構造の活性層８について説明し
たが、障壁層８ａ，８ｃを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰjの
代わりに、ＧａＡｓ基板２より格子定数の小さなＧａＡ
ｓ1-jＰjで形成してもよい。
【００５４】図３は、好適な態様として、厚さ１０ｎｍ
のＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.9 87井戸層８ｂを 厚
さ５０ｎｍのＧａＡｓ0.92Ｐ0.08障壁層８ａ，８ｃで挟
んだ活性層８のバンド構造を示している。量子井戸にお
ける伝導帯側のエネルギー差ΔＥcが約４５０ｍｅＶ、
価電子帯側のエネルギー差ΔＥvが約６０ｍｅＶとなっ
た。この結果、伝導帯側での電子の閉じ込め効果、及び
価電子帯側での正孔の閉じ込め効果が十分に得られ、温
度特性（Ｔ0）の向上が確認された。更に、ＧａＡｓ1-j
Ｐj障壁層８ａ，８ｃは、図５中の点Ｑ２における組成
に相当するため、格子不整合の比率が実用上許容される
０．１５％以下に抑えられる。このため、ＧａＡｓ基板
２からの応力歪みが低減され、信頼性の向上が可能とな
る。
のＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.013Ａｓ0.9 87井戸層８ｂを 厚
さ５０ｎｍのＧａＡｓ0.92Ｐ0.08障壁層８ａ，８ｃで挟
んだ活性層８のバンド構造を示している。量子井戸にお
ける伝導帯側のエネルギー差ΔＥcが約４５０ｍｅＶ、
価電子帯側のエネルギー差ΔＥvが約６０ｍｅＶとなっ
た。この結果、伝導帯側での電子の閉じ込め効果、及び
価電子帯側での正孔の閉じ込め効果が十分に得られ、温
度特性（Ｔ0）の向上が確認された。更に、ＧａＡｓ1-j
Ｐj障壁層８ａ，８ｃは、図５中の点Ｑ２における組成
に相当するため、格子不整合の比率が実用上許容される
０．１５％以下に抑えられる。このため、ＧａＡｓ基板
２からの応力歪みが低減され、信頼性の向上が可能とな
る。
【００５５】（第２の実施の形態）本発明の好適な第２
の実施の形態を図６を参照して説明する。尚、図６は、
発振波長が１．３μｍ帯以下の面発光型半導体レーザの
構造及び製造工程を示す縦断面図である。
の実施の形態を図６を参照して説明する。尚、図６は、
発振波長が１．３μｍ帯以下の面発光型半導体レーザの
構造及び製造工程を示す縦断面図である。
【００５６】図６に基づいて、この面発光型半導体レー
ザの構造及び製造工程を説明する。第１の工程（同図
（ａ））で、有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ
（００１）基板２４上に、ｎ−ＧａＡｓから成る厚さ２
００ｎｍのバッファ層２６、ＤＢＲミラー層２８、ｎ−
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから成る厚さ０．２μｍの下部クラ
ッド層３０、活性層３２、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから
成る厚さ０．２μｍの上部クラッド層３４及び、ミラー
層３６を成長する。
ザの構造及び製造工程を説明する。第１の工程（同図
（ａ））で、有機金属気相成長法により、ｎ−ＧａＡｓ
（００１）基板２４上に、ｎ−ＧａＡｓから成る厚さ２
００ｎｍのバッファ層２６、ＤＢＲミラー層２８、ｎ−
Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから成る厚さ０．２μｍの下部クラ
ッド層３０、活性層３２、ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓから
成る厚さ０．２μｍの上部クラッド層３４及び、ミラー
層３６を成長する。
【００５７】ここで、ＤＢＲミラー層２８は、レーザ波
長の１／４に相当する厚さのｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層
を２０．５ペア積層することにより形成している。
長の１／４に相当する厚さのｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層
を２０．５ペア積層することにより形成している。
【００５８】活性層８は、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-yから
成る井戸層を５層、これらを挟む障壁層をＧａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰjで成長することにより、多重井戸構造として
いる。より具体的には、前記の各井戸層は、Ｉｎの組成
比ｘが、０＜ｘ≦０．２５の範囲内の値（第１の組成条
件）に設定され、例えば、厚さ１０ｎｍのＧａ0.75Ｉｎ
0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987層にて形成する。前記の各障壁層
は、Ｐの組成比ｊとＩｎの組成比ｉが、ｉ≦（ｊ−０．
０９６８）÷１．１の条件（第２の組成条件）を満足
し、且つ、その格子定数がＧａＡｓ基板２の格子定数よ
りも小さくなる組成（第３の組成条件）に設定されてお
り、例えば、いずれも厚さ５０ｎｍのＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19層にて形成する。
成る井戸層を５層、これらを挟む障壁層をＧａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰjで成長することにより、多重井戸構造として
いる。より具体的には、前記の各井戸層は、Ｉｎの組成
比ｘが、０＜ｘ≦０．２５の範囲内の値（第１の組成条
件）に設定され、例えば、厚さ１０ｎｍのＧａ0.75Ｉｎ
0.25Ｎ0.013Ａｓ0.987層にて形成する。前記の各障壁層
は、Ｐの組成比ｊとＩｎの組成比ｉが、ｉ≦（ｊ−０．
０９６８）÷１．１の条件（第２の組成条件）を満足
し、且つ、その格子定数がＧａＡｓ基板２の格子定数よ
りも小さくなる組成（第３の組成条件）に設定されてお
り、例えば、いずれも厚さ５０ｎｍのＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａ
ｓ0.81Ｐ0.19層にて形成する。
【００５９】更に、ミラー層３６は、レーザ波長の１／
４に相当する厚さのｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層を２５ペ
ア積層することにより形成する。
４に相当する厚さのｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ層を２５ペ
ア積層することにより形成する。
【００６０】次に、第２の工程（同図（ｂ））で、ミラ
ー層３６の１０μｍφの領域を残して、ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層３４までプロトンを注入することにより、
ミラー層３６の下部に１０μｍφの電流狭窄部を実現す
るための閉じ込め層３８を形成する。
ー層３６の１０μｍφの領域を残して、ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層３４までプロトンを注入することにより、
ミラー層３６の下部に１０μｍφの電流狭窄部を実現す
るための閉じ込め層３８を形成する。
【００６１】第３の工程（同図（ｃ））では、上面側の
全面にｐ−電極４０を形成する。次に、第４の工程（同
図（ｄ））で、ｎ−ＧａＡｓ基板２４を裏面側から薄層
化して全体の厚みを１００μｍ程度にした後、ｐ−電極
２４の裏面を鏡面仕上げし、更に、レーザ出射領域以外
の部分にｎ−電極４２を形成して、レーザ出射領域に反
射防止膜４４を形成することにより、この半導体レーザ
が完成する。
全面にｐ−電極４０を形成する。次に、第４の工程（同
図（ｄ））で、ｎ−ＧａＡｓ基板２４を裏面側から薄層
化して全体の厚みを１００μｍ程度にした後、ｐ−電極
２４の裏面を鏡面仕上げし、更に、レーザ出射領域以外
の部分にｎ−電極４２を形成して、レーザ出射領域に反
射防止膜４４を形成することにより、この半導体レーザ
が完成する。
【００６２】この面発光型半導体レーザにおいても、活
性層３４のバンド構造が図２と同様になり、且つ、図４
及び図５を参照して説明した第１の実施の形態と同様の
効果が得られる。このため、電子と正孔の閉じ込め効果
が十分に得られ、更に、格子不整合が抑制されることで
信頼性が向上する。
性層３４のバンド構造が図２と同様になり、且つ、図４
及び図５を参照して説明した第１の実施の形態と同様の
効果が得られる。このため、電子と正孔の閉じ込め効果
が十分に得られ、更に、格子不整合が抑制されることで
信頼性が向上する。
【００６３】即ち、前記第１の組成条件に基づいてＧａ
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の組成を設定したことによ
り、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の格子不整合が抑制
される。この結果、ＧａＡｓ基板２４からの応力歪みを
抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが
できる。特に、光の閉じ込め効率の向上を図るための多
重井戸構造を容易に実現することができる。
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の組成を設定したことによ
り、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の格子不整合が抑制
される。この結果、ＧａＡｓ基板２４からの応力歪みを
抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが
できる。特に、光の閉じ込め効率の向上を図るための多
重井戸構造を容易に実現することができる。
【００６４】更に、第２の組成条件に基づいてＧａ1-i
ＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の組成を設定したことにより、
Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の価電子帯エネルギーＥ
vbとＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の価電子帯エネルギ
ーＥvwとのエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が、正
孔を有効に量子井戸中に閉じ込めるための十分なエネル
ギー差となる。更に、第３の組成条件に基づいてＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の組成を設定したことによ
り、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層のＧａＡｓ基板２４
に対する格子不整合が抑制される。
ＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の組成を設定したことにより、
Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の価電子帯エネルギーＥ
vbとＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層の価電子帯エネルギ
ーＥvwとのエネルギー差ΔＥv（＝Ｅvw−Ｅvb）が、正
孔を有効に量子井戸中に閉じ込めるための十分なエネル
ギー差となる。更に、第３の組成条件に基づいてＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層の組成を設定したことによ
り、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層のＧａＡｓ基板２４
に対する格子不整合が抑制される。
【００６５】また、図６には、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y
井戸層とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層とを多重積層し
て多重井戸構造にした場合を示すが、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰj障壁層の代わりに、ＧａＡｓ1-jＰj障壁層を適用
してもよい。即ち、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層とＧ
ａＡｓ1-jＰj障壁層によって多重井戸構造を形成する
と、図３と同様のバンド構造が得られ、且つ、図４及び
図５を参照して説明した第１の実施の形態と同様の効果
が得られる。このため、電子と正孔の閉じ込め効果が十
分に得られ、更に、格子不整合が抑制されて信頼性が向
上する。
井戸層とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層とを多重積層し
て多重井戸構造にした場合を示すが、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰj障壁層の代わりに、ＧａＡｓ1-jＰj障壁層を適用
してもよい。即ち、Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層とＧ
ａＡｓ1-jＰj障壁層によって多重井戸構造を形成する
と、図３と同様のバンド構造が得られ、且つ、図４及び
図５を参照して説明した第１の実施の形態と同様の効果
が得られる。このため、電子と正孔の閉じ込め効果が十
分に得られ、更に、格子不整合が抑制されて信頼性が向
上する。
【００６６】（第３の実施の形態）本発明の好適な第３
の実施の形態を図７を参照して説明する。尚、図７は、
発振波長が１．３μｍ帯の端面発光型半導体レーザの構
造を示す縦断面図である。
の実施の形態を図７を参照して説明する。尚、図７は、
発振波長が１．３μｍ帯の端面発光型半導体レーザの構
造を示す縦断面図である。
【００６７】同図において、この半導体レーザは、有機
金属気相成長法により、トリメチルインジウム、トリエ
チルガリウム、ジメチルヒドラジン、ターシャルブチル
フォスフィン、ターシャルブチルアルシンを夫々Ｉｎ、
Ｇａ、Ｎ、Ｐ、Ａｓの原料とし、成長温度を５５０℃に
設定して、ＧａＡｓ（００１）基板４６上にｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層４８、ｎ−ＧａＩｎＰ下部クラッド層５
０、活性層５２、ｐ−ＧａＩｎＰ上部クラッド層５４を
連続的に成長させた構造を有している。
金属気相成長法により、トリメチルインジウム、トリエ
チルガリウム、ジメチルヒドラジン、ターシャルブチル
フォスフィン、ターシャルブチルアルシンを夫々Ｉｎ、
Ｇａ、Ｎ、Ｐ、Ａｓの原料とし、成長温度を５５０℃に
設定して、ＧａＡｓ（００１）基板４６上にｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層４８、ｎ−ＧａＩｎＰ下部クラッド層５
０、活性層５２、ｐ−ＧａＩｎＰ上部クラッド層５４を
連続的に成長させた構造を有している。
【００６８】活性層５２は、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２
ｂを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層（但し、０≦ｊ＜
１）５２ａ，５２ｃで挟むことにより、超格子構造を実
現している。即ち、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂを、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層（但し、０＜ｊ＜１の場
合）５２ａ，５２ｃ、またはＧａ1-iＩｎiＡｓ障壁層
（但し、ｊ＝０の場合）５２ａ，５２ｃで挟むことによ
り、超格子構造となっている。また、より具体的には、
ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂの厚みを８ｎｍ、Ｇａ1-i
ＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層５２ａ，
５２ｃの厚みを１０ｎｍにしている。
ｂを、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層（但し、０≦ｊ＜
１）５２ａ，５２ｃで挟むことにより、超格子構造を実
現している。即ち、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂを、Ｇ
ａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層（但し、０＜ｊ＜１の場
合）５２ａ，５２ｃ、またはＧａ1-iＩｎiＡｓ障壁層
（但し、ｊ＝０の場合）５２ａ，５２ｃで挟むことによ
り、超格子構造となっている。また、より具体的には、
ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂの厚みを８ｎｍ、Ｇａ1-i
ＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層５２ａ，
５２ｃの厚みを１０ｎｍにしている。
【００６９】更に、上部クラッド層５４の所定領域を選
択エッチングすることにより、ボトムの幅が約１．５μ
ｍのリッジストライプ部６６を形成し、上部クラッド層
５４のエッチング除去された部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
埋め込み層５６を成長させることで、電流の狭窄と光の
効果的な閉じ込めを実現している。更にまた、ｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ埋め込み層５６とｐ−ＧａＩｎＰリッジスト
ライプ部６６上に、ＧａＩｎＡｓＰ中間層５８と低抵抗
のｐ−ＧａＡｓコンタクト層６０を連続的に成長させ、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層６０上にｐ−電極６２、Ｇａ
Ａｓ基板４６の裏面にｎ−電極６４を形成後、劈開によ
り共振器が形成された構造となっている。
択エッチングすることにより、ボトムの幅が約１．５μ
ｍのリッジストライプ部６６を形成し、上部クラッド層
５４のエッチング除去された部分にｎ−ＡｌＧａＩｎＰ
埋め込み層５６を成長させることで、電流の狭窄と光の
効果的な閉じ込めを実現している。更にまた、ｎ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ埋め込み層５６とｐ−ＧａＩｎＰリッジスト
ライプ部６６上に、ＧａＩｎＡｓＰ中間層５８と低抵抗
のｐ−ＧａＡｓコンタクト層６０を連続的に成長させ、
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層６０上にｐ−電極６２、Ｇａ
Ａｓ基板４６の裏面にｎ−電極６４を形成後、劈開によ
り共振器が形成された構造となっている。
【００７０】かかる構造を有する半導体レーザでは、Ｇ
ａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂは、Ｎ（窒素）に較べて原子
半径が大きく異なるＩｎ（インジウム）が含まれないた
め、良好な結晶性が得られる。Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj
（０≦ｊ＜１）障壁層５２ａ，５２ｃも同様に、Ｉｎに
較べて原子半径が大きく異なるＮが含まれないため、良
好な結晶性が得られる。
ａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂは、Ｎ（窒素）に較べて原子
半径が大きく異なるＩｎ（インジウム）が含まれないた
め、良好な結晶性が得られる。Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj
（０≦ｊ＜１）障壁層５２ａ，５２ｃも同様に、Ｉｎに
較べて原子半径が大きく異なるＮが含まれないため、良
好な結晶性が得られる。
【００７１】即ち、Ｎを含みＩｎを含まないIII-Ｖ族化
合物半導体ＧａＮyＡｓ1-yの井戸層５２ｂと、Ｎを含ま
ずＩｎを含むIII-Ｖ族化合物半導体Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰjの障壁層５２ａ，５２ｃとを積層することで、原
子半径の大きく異なるＮとＩｎを分離して結晶の不混和
度を低減した構造となっている。したがって、高品質な
結晶性を有する超格子構造の活性層５２を実現し、応力
歪みが少なく信頼性の高い半導体レーザが得られる。
合物半導体ＧａＮyＡｓ1-yの井戸層５２ｂと、Ｎを含ま
ずＩｎを含むIII-Ｖ族化合物半導体Ｇａ1-iＩｎiＡｓ
1-jＰjの障壁層５２ａ，５２ｃとを積層することで、原
子半径の大きく異なるＮとＩｎを分離して結晶の不混和
度を低減した構造となっている。したがって、高品質な
結晶性を有する超格子構造の活性層５２を実現し、応力
歪みが少なく信頼性の高い半導体レーザが得られる。
【００７２】更に、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層５２ｂのＮの
組成比とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層５２ａ，５２ｃ
のＩｎの組成比を独立に設定することができる。このた
め、井戸層５２ｂと障壁層５２ａ，５２ｃとの伝導帯側
のエネルギー差ΔＥcと、井戸層５２ｂと障壁層５２
ａ，５２ｃとの価電子帯側のエネルギー差ΔＥvを容易
に調整することができ、電子と正孔の十分な閉じ込め効
果を有し且つ優れた温度特性（Ｔ0）を有する半導体レ
ーザを実現することができる。
組成比とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層５２ａ，５２ｃ
のＩｎの組成比を独立に設定することができる。このた
め、井戸層５２ｂと障壁層５２ａ，５２ｃとの伝導帯側
のエネルギー差ΔＥcと、井戸層５２ｂと障壁層５２
ａ，５２ｃとの価電子帯側のエネルギー差ΔＥvを容易
に調整することができ、電子と正孔の十分な閉じ込め効
果を有し且つ優れた温度特性（Ｔ0）を有する半導体レ
ーザを実現することができる。
【００７３】（第４の実施の形態）本発明の好適な第４
の実施の形態を図８を参照して説明する。尚、図８
（ａ）は、多重井戸（ＭＱＷ）レーザの構造を示す縦断
面図、図８（ｂ）は、活性層の構造及び特性を示す説明
図である。また、図８（ａ）（ｂ）において図７と同一
または相当する部分を同一符号で示している。
の実施の形態を図８を参照して説明する。尚、図８
（ａ）は、多重井戸（ＭＱＷ）レーザの構造を示す縦断
面図、図８（ｂ）は、活性層の構造及び特性を示す説明
図である。また、図８（ａ）（ｂ）において図７と同一
または相当する部分を同一符号で示している。
【００７４】図８（ａ）において、前記第３の実施の形
態の半導体レーザは単一量子井戸構造の活性層５２を備
えるのに対し、本実施の形態の半導体レーザでは、これ
に代えて、多重量子井戸構造の活性層６８を備えてい
る。
態の半導体レーザは単一量子井戸構造の活性層５２を備
えるのに対し、本実施の形態の半導体レーザでは、これ
に代えて、多重量子井戸構造の活性層６８を備えてい
る。
【００７５】即ち、図８（ｂ）に示すように、活性層６
８は、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆを
Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層６
８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８ｇで交互に挟んだ多重量子
井戸構造となっている。
８は、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆを
Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層６
８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８ｇで交互に挟んだ多重量子
井戸構造となっている。
【００７６】かかる構造の半導体レーザによれば、活性
層６８を多重量子井戸構造にすることで、キャリアの捕
獲効率が改善するため、温度特性（Ｔ0）の更なる向上
が図られている。
層６８を多重量子井戸構造にすることで、キャリアの捕
獲効率が改善するため、温度特性（Ｔ0）の更なる向上
が図られている。
【００７７】更に、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８
ｄ，６８ｆの格子定数がＧａＡｓの格子定数よりも小さ
いため、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ
に掛かる引っ張り応力と、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但
し、０≦ｊ＜１）障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８
ｇに掛かる圧縮応力が相殺され、活性層６８の平均の格
子定数がＧａＡｓの格子定数とほぼ等しくなる。このた
め、活性層６８全体とＧａＡｓ基板４６との格子不整合
が大幅に低減され、信頼性の高い半導体レーザが実現さ
れている。
ｄ，６８ｆの格子定数がＧａＡｓの格子定数よりも小さ
いため、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ
に掛かる引っ張り応力と、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但
し、０≦ｊ＜１）障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８
ｇに掛かる圧縮応力が相殺され、活性層６８の平均の格
子定数がＧａＡｓの格子定数とほぼ等しくなる。このた
め、活性層６８全体とＧａＡｓ基板４６との格子不整合
が大幅に低減され、信頼性の高い半導体レーザが実現さ
れている。
【００７８】（第５の実施の形態）本発明の好適な第５
の実施の形態を図９、図１０を参照して説明する。本実
施の形態の半導体レーザは、図８に示した第４の実施の
形態と同様に、ｎ−ＧａＩｎＰ下部クラッド層５０とｐ
−ＧａＩｎＰ上部クラッド層５４の間に多重量子井戸構
造の活性層６８を有する多重井戸（ＭＱＷ）レーザに関
するものである。
の実施の形態を図９、図１０を参照して説明する。本実
施の形態の半導体レーザは、図８に示した第４の実施の
形態と同様に、ｎ−ＧａＩｎＰ下部クラッド層５０とｐ
−ＧａＩｎＰ上部クラッド層５４の間に多重量子井戸構
造の活性層６８を有する多重井戸（ＭＱＷ）レーザに関
するものである。
【００７９】但し、本実施の形態の半導体レーザは、図
９に示すように、活性層６８を構成する複数のＧａ1-i
ＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層６８ａ，
６８ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…と複数のＧａＮyＡ
ｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…の夫々
の膜厚ｄ１，ｄ２が極めて薄く、ド・ブロイ波長以下、
例えば約３ｎｍ以下で形成されている。より詳細には、
膜厚ｄ１，ｄ２は、２原子層以上、１０原子以下の範囲
内に設定されている。
９に示すように、活性層６８を構成する複数のＧａ1-i
ＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）障壁層６８ａ，
６８ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…と複数のＧａＮyＡ
ｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…の夫々
の膜厚ｄ１，ｄ２が極めて薄く、ド・ブロイ波長以下、
例えば約３ｎｍ以下で形成されている。より詳細には、
膜厚ｄ１，ｄ２は、２原子層以上、１０原子以下の範囲
内に設定されている。
【００８０】次に、かかる構造の活性層６８を有する半
導体レーザの動作を図１０に基づいて説明する。尚、図
１０（ａ）は、ＧａＡｓの伝導帯エネルギーＥc1及び価
電子帯エネルギーＥv1と、ＧａＮyＡｓ1-yのＮの組成比
に応じた伝導帯エネルギーＥc2及び価電子帯エネルギー
Ｅv2と、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）
のＩｎの組成比に応じた伝導帯エネルギーＥc3及び価電
子帯エネルギーＥv3と、夫々のエネルギーギャップＥg
1，Ｅg2，Ｅg3を示し、図１０（ｂ）は、活性層６８の
バンド構造を示している。
導体レーザの動作を図１０に基づいて説明する。尚、図
１０（ａ）は、ＧａＡｓの伝導帯エネルギーＥc1及び価
電子帯エネルギーＥv1と、ＧａＮyＡｓ1-yのＮの組成比
に応じた伝導帯エネルギーＥc2及び価電子帯エネルギー
Ｅv2と、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）
のＩｎの組成比に応じた伝導帯エネルギーＥc3及び価電
子帯エネルギーＥv3と、夫々のエネルギーギャップＥg
1，Ｅg2，Ｅg3を示し、図１０（ｂ）は、活性層６８の
バンド構造を示している。
【００８１】図１０（ａ）において、ＧａＮyＡｓ
1-yは、Ｎの組成比ｙが大きいほど伝導帯エネルギーＥc
2と価電子帯エネルギーＥv2が下がり、Ｇａ1-iＩｎiＡ
ｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）は、Ｉｎの組成比ｉが大
きいほど、伝導帯エネルギーＥc3が下がり、価電子帯エ
ネルギーＥv3が上がるという特性がある。また、Ｇａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰjは、Ｐを含まない場合（ｊ＝０）
と、Ｐを含む場合（ｊ＞０）とでは、伝導帯エネルギー
Ｅc3と価電子帯エネルギーＥv3が、図示の如く上下にず
れるという傾向がある。
1-yは、Ｎの組成比ｙが大きいほど伝導帯エネルギーＥc
2と価電子帯エネルギーＥv2が下がり、Ｇａ1-iＩｎiＡ
ｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）は、Ｉｎの組成比ｉが大
きいほど、伝導帯エネルギーＥc3が下がり、価電子帯エ
ネルギーＥv3が上がるという特性がある。また、Ｇａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰjは、Ｐを含まない場合（ｊ＝０）
と、Ｐを含む場合（ｊ＞０）とでは、伝導帯エネルギー
Ｅc3と価電子帯エネルギーＥv3が、図示の如く上下にず
れるという傾向がある。
【００８２】そこで、活性層６８全体の平均の格子定数
がＧａＡｓの格子定数とほぼ等しくなるように、ＧａＮ
yＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…のＮ
の組成比ｙとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６
８ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…のＩｎ，Ｐの組成比
ｉ，ｊを調整する。これにより、良好な結晶性の活性層
６８を得ることができ、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…に掛かる引っ張り応力とＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６
８ｇ，６８ｉ…に掛かる圧縮応力が相殺されて、ＧａＡ
ｓ基板からの応力歪みが低減される。
がＧａＡｓの格子定数とほぼ等しくなるように、ＧａＮ
yＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…のＮ
の組成比ｙとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６
８ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…のＩｎ，Ｐの組成比
ｉ，ｊを調整する。これにより、良好な結晶性の活性層
６８を得ることができ、ＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…に掛かる引っ張り応力とＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６
８ｇ，６８ｉ…に掛かる圧縮応力が相殺されて、ＧａＡ
ｓ基板からの応力歪みが低減される。
【００８３】図１０（ｂ）は、このようにＧａＮyＡｓ
1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…のＮの組
成比ｙとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８
ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…のＩｎ，Ｐの組成比ｉ，
ｊを設定した場合のバンド構造を示している。図１０
（ｂ）において、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８
ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ…との伝導帯側のエネルギー差ΔＥc（＝Ｅc3−
Ｅc2）により、キャリア（電子）がＧａＮyＡｓ1-y井戸
層６８ｂ，６８ｄ…に閉じ込められ、一方、Ｇａ1-iＩ
ｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａ
ＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…との価電子帯側のエ
ネルギー差ΔＥv（＝Ｅv2−Ｅv3）により、キャリア
（正孔）がＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８
ｃ，６８ｅ…に閉じ込められるエネルギーポテンシャル
を形成することができる。
1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ，６８ｈ…のＮの組
成比ｙとＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８
ｃ，６８ｅ，６８ｇ，６８ｉ…のＩｎ，Ｐの組成比ｉ，
ｊを設定した場合のバンド構造を示している。図１０
（ｂ）において、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８
ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ…との伝導帯側のエネルギー差ΔＥc（＝Ｅc3−
Ｅc2）により、キャリア（電子）がＧａＮyＡｓ1-y井戸
層６８ｂ，６８ｄ…に閉じ込められ、一方、Ｇａ1-iＩ
ｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａ
ＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…との価電子帯側のエ
ネルギー差ΔＥv（＝Ｅv2−Ｅv3）により、キャリア
（正孔）がＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８
ｃ，６８ｅ…に閉じ込められるエネルギーポテンシャル
を形成することができる。
【００８４】ここで、単に、このエネルギーポテンシャ
ルを見た場合には、正孔がＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８
ｂ，６８ｄ…に閉じ込められないため、光学遷移が起こ
らないこととなるが、本実施の形態では、Ｇａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…の厚みｄ１
とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…の厚みｄ２を
極めて薄くしているので、活性層６８内のキャリア（電
子，正孔）は量子力学的な波動として振る舞うこととな
り、バルクではみられない量子サイズ効果が現れる。
ルを見た場合には、正孔がＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８
ｂ，６８ｄ…に閉じ込められないため、光学遷移が起こ
らないこととなるが、本実施の形態では、Ｇａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…の厚みｄ１
とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…の厚みｄ２を
極めて薄くしているので、活性層６８内のキャリア（電
子，正孔）は量子力学的な波動として振る舞うこととな
り、バルクではみられない量子サイズ効果が現れる。
【００８５】この量子サイズ効果により、ＧａＮyＡｓ
1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…に閉じ込められた電子の波
動関数はψc、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，
６８ｃ，６８ｅ…に閉じ込められた正孔の波動関数はψ
vのようになる。
1-y井戸層６８ｂ，６８ｄ…に閉じ込められた電子の波
動関数はψc、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，
６８ｃ，６８ｅ…に閉じ込められた正孔の波動関数はψ
vのようになる。
【００８６】更に、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８
ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ…が極めて薄いため、波動関数ψcはＧａ1-iＩｎ
iＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…へ染み出
し、波動関数ψvはＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８
ｄ…へ染み出す。そして、双方の波動関数ψcとψvの染
み出しが大きくなり、双方の重なりが大きくなるため、
光学遷移確率が増大し、発光効率が増加して発光ｈνの
強度が大きくなる。即ち、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1- jＰj障壁
層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６
８ｂ，６８ｄ…の価電子帯側のエネルギーが、Ｅv2＜Ｅ
v3の関係であっても、光遷移確率が増大するため、良好
な温度特性（Ｔ0）が得られる。
ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，
６８ｄ…が極めて薄いため、波動関数ψcはＧａ1-iＩｎ
iＡｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…へ染み出
し、波動関数ψvはＧａＮyＡｓ1-y井戸層６８ｂ，６８
ｄ…へ染み出す。そして、双方の波動関数ψcとψvの染
み出しが大きくなり、双方の重なりが大きくなるため、
光学遷移確率が増大し、発光効率が増加して発光ｈνの
強度が大きくなる。即ち、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1- jＰj障壁
層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…とＧａＮyＡｓ1-y井戸層６
８ｂ，６８ｄ…の価電子帯側のエネルギーが、Ｅv2＜Ｅ
v3の関係であっても、光遷移確率が増大するため、良好
な温度特性（Ｔ0）が得られる。
【００８７】尚、各井戸層と障壁層の厚みを量子サイズ
効果が得られる程度の薄さにすることで、上記の光遷移
確率の増大という目的が達成されるが、具体例として、
前記障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…と井戸層６８ｂ，
６８ｄ…の各厚みを、２原子層以上、４０原子層以下の
範囲にすることが望ましい。更に、光遷移確率の更なる
増大化を図るために、２原子層以上、１０原子層以下の
範囲（この場合は、夫々の膜厚ｄ１，ｄ２を３ｎｍ以下
にすることに相当する）にすることが望ましい。本実施
の形態の半導体レーザでは、ｄ１＝ｄ２＝３ｎｍ以下に
設定することで良好な結果が得られた。
効果が得られる程度の薄さにすることで、上記の光遷移
確率の増大という目的が達成されるが、具体例として、
前記障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…と井戸層６８ｂ，
６８ｄ…の各厚みを、２原子層以上、４０原子層以下の
範囲にすることが望ましい。更に、光遷移確率の更なる
増大化を図るために、２原子層以上、１０原子層以下の
範囲（この場合は、夫々の膜厚ｄ１，ｄ２を３ｎｍ以下
にすることに相当する）にすることが望ましい。本実施
の形態の半導体レーザでは、ｄ１＝ｄ２＝３ｎｍ以下に
設定することで良好な結果が得られた。
【００８８】更に、発光波長は、夫々の量子井戸の基底
準位間のエネルギー差で決まるため、ＧａＮyＡｓ1-y井
戸層６８ｂ，６８ｄ…とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層
６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…の個別のバンドギャップＥg
2，Ｅg3よりも小さくなる。このため、ＧａＮyＡｓ1-y
井戸層６８ｂ，６８ｄ…のＮ（窒素）や、Ｇａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…のＩｎ（イ
ンジウム）の組成を増加させることなく、換言すれば、
結晶性の劣化に繋がる格子不整合や結晶欠陥を増加させ
ることなく、発振波長の長波長化が可能となる。
準位間のエネルギー差で決まるため、ＧａＮyＡｓ1-y井
戸層６８ｂ，６８ｄ…とＧａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層
６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…の個別のバンドギャップＥg
2，Ｅg3よりも小さくなる。このため、ＧａＮyＡｓ1-y
井戸層６８ｂ，６８ｄ…のＮ（窒素）や、Ｇａ1-iＩｎi
Ａｓ1-jＰj障壁層６８ａ，６８ｃ，６８ｅ…のＩｎ（イ
ンジウム）の組成を増加させることなく、換言すれば、
結晶性の劣化に繋がる格子不整合や結晶欠陥を増加させ
ることなく、発振波長の長波長化が可能となる。
【００８９】更に、電子と正孔が空間的に分離されるた
め、半導体レーザの損失の一要因となっているオージェ
（Auger）損失を無くすことができ、高効率の半導体レ
ーザを実現することができる。
め、半導体レーザの損失の一要因となっているオージェ
（Auger）損失を無くすことができ、高効率の半導体レ
ーザを実現することができる。
【００９０】尚、Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj障壁層６８
ａ，６８ｃ，６８ｅ…は、Ｐを含まないＧａ1-iＩｎiＡ
ｓ（ｊ＝０の場合）であっても、同様の効果が得られ
る。
ａ，６８ｃ，６８ｅ…は、Ｐを含まないＧａ1-iＩｎiＡ
ｓ（ｊ＝０の場合）であっても、同様の効果が得られ
る。
【００９１】また、端面発光型半導体レーザについて説
明したが、この活性層６８を垂直共振器を有する面発光
型半導体レーザに適用することも可能である。
明したが、この活性層６８を垂直共振器を有する面発光
型半導体レーザに適用することも可能である。
【００９２】以下の実施の形態においては、遷移エネル
ギの温度依存性が低減された半導体発光素子に関する実
施の形態を説明する。以下の記述は上記の実施の形態に
おいて説明した構造の発光素子に対しても適用できる。
ギの温度依存性が低減された半導体発光素子に関する実
施の形態を説明する。以下の記述は上記の実施の形態に
おいて説明した構造の発光素子に対しても適用できる。
【００９３】（第６の実施の形態）本実施の形態の発光
素子は、特に、光ファイバを使用した光通信システムに
好適に適用される。このような通信システムでは、１．
３μｍ帯または１．５５μｍ帯の光信号を半導体レーザ
を用いて発生させ、これを途中で増幅しつつ光ファイバ
を用いて長距離の伝送を行う。例えば、１．５５μｍ帯
では、光信号の信号増幅のための励起レーザとしては、
０．９８μｍ帯および１．４８μｍ帯の２種類があり、
励起バンド幅は、それぞれ０．９８±０．００５μｍお
よび１．４８±０．０１５μｍと狭い。このため、使用
される半導体レーザには、高い波長安定性が必要とされ
る。また、この励起バンド内にレーザの発振波長が含ま
れていても、発振ゲインは平坦ではない。このため、温
度等による波長変動によって利得変動が発生するので、
特性として高い波長安定性が必要とされるのである。以
下の実施の形態では、このような特性の半導体発光素子
について説明する。
素子は、特に、光ファイバを使用した光通信システムに
好適に適用される。このような通信システムでは、１．
３μｍ帯または１．５５μｍ帯の光信号を半導体レーザ
を用いて発生させ、これを途中で増幅しつつ光ファイバ
を用いて長距離の伝送を行う。例えば、１．５５μｍ帯
では、光信号の信号増幅のための励起レーザとしては、
０．９８μｍ帯および１．４８μｍ帯の２種類があり、
励起バンド幅は、それぞれ０．９８±０．００５μｍお
よび１．４８±０．０１５μｍと狭い。このため、使用
される半導体レーザには、高い波長安定性が必要とされ
る。また、この励起バンド内にレーザの発振波長が含ま
れていても、発振ゲインは平坦ではない。このため、温
度等による波長変動によって利得変動が発生するので、
特性として高い波長安定性が必要とされるのである。以
下の実施の形態では、このような特性の半導体発光素子
について説明する。
【００９４】図１２は、本発明の半導体発光素子が適用
されたファブリペロー型（ＦＰ型という）半導体レーザ
を模式的に表した斜視図である。
されたファブリペロー型（ＦＰ型という）半導体レーザ
を模式的に表した斜視図である。
【００９５】図１２を参照すると、ＰＦ型半導体レーザ
は、半導体基板７６の一主面上に、バッファ層７８、第
１のクラッド層７０、第１のガイド層７１、活性層７
２、第２のガイド層７３、第２のクラッド層７４、リッ
ジストライプ部８６、中間層８８、コンタクト層８０、
および第１導電側電極８２を備え、また基板７６の一主
面と対向する面、つまり裏面には第２導電側電極８４を
備える。
は、半導体基板７６の一主面上に、バッファ層７８、第
１のクラッド層７０、第１のガイド層７１、活性層７
２、第２のガイド層７３、第２のクラッド層７４、リッ
ジストライプ部８６、中間層８８、コンタクト層８０、
および第１導電側電極８２を備え、また基板７６の一主
面と対向する面、つまり裏面には第２導電側電極８４を
備える。
【００９６】リッジストライプ部８６は、放射されるレ
ーザ光の光軸方向（ｚ軸）に沿って延びる。リッジスト
ライプ部８６の対向する２側面は、第２のクラッド層７
４および中間層８８（中間層がない場合には、コンタク
ト層８０）に接して設けられて、これらの層７４、８８
に挟まれている。このため、この部分８６は、第１導電
側電極８２からのキャリアをコンタクト層８０および中
間層８８を通して、第２のクラッド層７４に導く。ま
た、リッジストライプ部８６の上記２側面に隣接する側
面は、レーザ光の光軸と直交する方向の両側から埋め込
み層９０によって挟まれている。つまり、埋め込み層９
０は、上記光軸に沿って、且つリッジストライプ部８６
に接して延びる。このため、キャリアの狭窄と、この結
果として効果的な光の閉じ込めを実現している。
ーザ光の光軸方向（ｚ軸）に沿って延びる。リッジスト
ライプ部８６の対向する２側面は、第２のクラッド層７
４および中間層８８（中間層がない場合には、コンタク
ト層８０）に接して設けられて、これらの層７４、８８
に挟まれている。このため、この部分８６は、第１導電
側電極８２からのキャリアをコンタクト層８０および中
間層８８を通して、第２のクラッド層７４に導く。ま
た、リッジストライプ部８６の上記２側面に隣接する側
面は、レーザ光の光軸と直交する方向の両側から埋め込
み層９０によって挟まれている。つまり、埋め込み層９
０は、上記光軸に沿って、且つリッジストライプ部８６
に接して延びる。このため、キャリアの狭窄と、この結
果として効果的な光の閉じ込めを実現している。
【００９７】活性層７２は、再結合することによって発
光に寄与する電子および正孔を閉じ込める。このため、
活性層７２は第１のガイド層７１および第２のガイド層
７３に挟まれ、また対向する２面においてこれらのガイ
ド層７１、７３に接している。活性層７２とこれを両側
から挟むガイド層７１、７３とは活性層領域を構成す
る。活性層においては再結合によって光が発生して、こ
の光は活性層領域に閉じ込められ、また半導体レーザ共
振器（両反射端面）によって光が増幅されレーザ発振が
する。活性層領域は、第１のクラッド層７０および第２
のクラッド層７４によってガイド層７１、７３の外側か
ら挟まれる。ガイド層７１、７３の各々は、活性層７２
に接する面と対向する面において、それぞれ第１のクラ
ッド層７０および第２のクラッド層７４と接している。
活性層領域７１、７２、７３は、クラッド層７０、７４
よりの高い屈折率を有している。この屈折率の違いによ
って、活性層で発生したレーザ光は、効率的に活性層領
域に閉じ込められる。
光に寄与する電子および正孔を閉じ込める。このため、
活性層７２は第１のガイド層７１および第２のガイド層
７３に挟まれ、また対向する２面においてこれらのガイ
ド層７１、７３に接している。活性層７２とこれを両側
から挟むガイド層７１、７３とは活性層領域を構成す
る。活性層においては再結合によって光が発生して、こ
の光は活性層領域に閉じ込められ、また半導体レーザ共
振器（両反射端面）によって光が増幅されレーザ発振が
する。活性層領域は、第１のクラッド層７０および第２
のクラッド層７４によってガイド層７１、７３の外側か
ら挟まれる。ガイド層７１、７３の各々は、活性層７２
に接する面と対向する面において、それぞれ第１のクラ
ッド層７０および第２のクラッド層７４と接している。
活性層領域７１、７２、７３は、クラッド層７０、７４
よりの高い屈折率を有している。この屈折率の違いによ
って、活性層で発生したレーザ光は、効率的に活性層領
域に閉じ込められる。
【００９８】活性層におけるレーザ発振は、第１導電側
電極８２および第２導電側電極８４の一方から電流を注
入することによって起こる。電流注入のため、クラッド
層７０、７４、バッファ層７８、および基板７６は、導
電性を有する。基板７６、バッファ層７８、第１のクラ
ッド層７０は、共に第１の導電型の半導体層で構成さ
れ、また第２のクラッド層７４、リッジストライプ部８
６、中間層８８、およびコンタクト層８０は、共に第２
の導電型の半導体層で構成される。また、第１の導電型
と第２の導電型とは、異なる導電型である。
電極８２および第２導電側電極８４の一方から電流を注
入することによって起こる。電流注入のため、クラッド
層７０、７４、バッファ層７８、および基板７６は、導
電性を有する。基板７６、バッファ層７８、第１のクラ
ッド層７０は、共に第１の導電型の半導体層で構成さ
れ、また第２のクラッド層７４、リッジストライプ部８
６、中間層８８、およびコンタクト層８０は、共に第２
の導電型の半導体層で構成される。また、第１の導電型
と第２の導電型とは、異なる導電型である。
【００９９】このような構成のＰＦ型半導体レーザにお
いて、活性層７２としては、遷移エネルギの１次の温度
係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下
であり、且つ２以上のＶ族元素の一元素として窒素を含
むＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を使用できる。
いて、活性層７２としては、遷移エネルギの１次の温度
係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下
であり、且つ２以上のＶ族元素の一元素として窒素を含
むＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を使用できる。
【０１００】このように、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体が窒
素を含む２以上のＶ族元素を有するようにしたので、遷
移エネルギの１次の温度係数を零に近づけることができ
る。また、窒素組成を所定値にして、遷移エネルギの１
次の温度係数を零点を含む−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋
０．３ｍｅＶ／Ｋ以下にするので、半導体発光素子の発
光波長の温度依存性が低減される。遷移エネルギの１次
の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／
Ｋ以下であれば、既存のＧａＡｓ結晶を使用した半導体
レーザの温度特性と比較して、温度特性が格段に改善さ
れ、また、上記の範囲内において選択的に温度特性を変
更できる。
素を含む２以上のＶ族元素を有するようにしたので、遷
移エネルギの１次の温度係数を零に近づけることができ
る。また、窒素組成を所定値にして、遷移エネルギの１
次の温度係数を零点を含む−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋
０．３ｍｅＶ／Ｋ以下にするので、半導体発光素子の発
光波長の温度依存性が低減される。遷移エネルギの１次
の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／
Ｋ以下であれば、既存のＧａＡｓ結晶を使用した半導体
レーザの温度特性と比較して、温度特性が格段に改善さ
れ、また、上記の範囲内において選択的に温度特性を変
更できる。
【０１０１】このような温度係数の範囲が好適なのは以
下の理由による。従来のＩｎＰ系材料で構成されるＦＰ
型の光通信用半導体レーザの発振波長の温度依存性は、
約０．４ｎｍ／Ｋ、すなわちエネルギに換算して０．３
ｍｅＶ／Ｋである。この値はほぼ材料の物性によって決
まり、これより小さい温度依存性を持つためには、上記
のような材料を適用した本発明の半導体発光素子、例え
ばＦＰ型半導体レーザが極めて効果的である。これによ
って従来型ＦＰ型半導体レーザでは実現できなかった応
用分野が開ける。
下の理由による。従来のＩｎＰ系材料で構成されるＦＰ
型の光通信用半導体レーザの発振波長の温度依存性は、
約０．４ｎｍ／Ｋ、すなわちエネルギに換算して０．３
ｍｅＶ／Ｋである。この値はほぼ材料の物性によって決
まり、これより小さい温度依存性を持つためには、上記
のような材料を適用した本発明の半導体発光素子、例え
ばＦＰ型半導体レーザが極めて効果的である。これによ
って従来型ＦＰ型半導体レーザでは実現できなかった応
用分野が開ける。
【０１０２】このような活性層７２は、組成が１％以上
９％以下の窒素を含む少なくとも１層以上のＧａＮyＡ
ｓ1-y混晶半導体であってもよい。このように、ＧａＮy
Ａｓ1 -y混晶半導体を採用し窒素組成が１％以上９％以
下にすれば、遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さ
くなるので、発光波長の温度依存性が低減された半導体
発光素子が得られる。なお、窒素組成とは、窒素ＮがＶ
族元素なので、（Ｎ原子数）／（Ｖ族元素全体の原子
数）の比を百分率で表したものである。以下、他の元素
に対しても同様の定義を使用する。
９％以下の窒素を含む少なくとも１層以上のＧａＮyＡ
ｓ1-y混晶半導体であってもよい。このように、ＧａＮy
Ａｓ1 -y混晶半導体を採用し窒素組成が１％以上９％以
下にすれば、遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さ
くなるので、発光波長の温度依存性が低減された半導体
発光素子が得られる。なお、窒素組成とは、窒素ＮがＶ
族元素なので、（Ｎ原子数）／（Ｖ族元素全体の原子
数）の比を百分率で表したものである。以下、他の元素
に対しても同様の定義を使用する。
【０１０３】また、活性層７２は、組成が３％以上９％
以下の窒素、組成が０％より大きく３０％以下のＩｎ、
を含む少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混
晶半導体であってもよい。このように、Ｇａ1ーxＩｎxＮ
yＡｓ1-y混晶半導体を採用し窒素組成が３％以上９％以
下にすれば、遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さ
いので、発光波長の温度依存性が低減された半導体発光
素子が得られる。また、Ｉｎ組成を０％より大きく３０
％以下にすれば、下地半導体層、例えばＧａＡｓ半導体
層と格子整合させることができる。
以下の窒素、組成が０％より大きく３０％以下のＩｎ、
を含む少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混
晶半導体であってもよい。このように、Ｇａ1ーxＩｎxＮ
yＡｓ1-y混晶半導体を採用し窒素組成が３％以上９％以
下にすれば、遷移エネルギの１次の温度係数の値が小さ
いので、発光波長の温度依存性が低減された半導体発光
素子が得られる。また、Ｉｎ組成を０％より大きく３０
％以下にすれば、下地半導体層、例えばＧａＡｓ半導体
層と格子整合させることができる。
【０１０４】ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用するとき
には、窒素組成が３．７％以上５．３％以下であっても
よい。また、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用
するときには、窒素組成が５％以上７％以下、Ｉｎ組成
が０％より大きく３０％以下であってもよい。このよう
な範囲であれば、従来のＤＦＢ型半導体レーザの発振波
長の温度依存性である約０．０７ｍｅＶ／Ｋよりも優れ
た発振波長の温度依存性を有するＦＰ型半導体レーザを
実現できる。つまり、ＦＰ型半導体レーザであっても、
ＤＦＢ型半導体レーザと同等以上の温度特性を達成でき
る。
には、窒素組成が３．７％以上５．３％以下であっても
よい。また、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用
するときには、窒素組成が５％以上７％以下、Ｉｎ組成
が０％より大きく３０％以下であってもよい。このよう
な範囲であれば、従来のＤＦＢ型半導体レーザの発振波
長の温度依存性である約０．０７ｍｅＶ／Ｋよりも優れ
た発振波長の温度依存性を有するＦＰ型半導体レーザを
実現できる。つまり、ＦＰ型半導体レーザであっても、
ＤＦＢ型半導体レーザと同等以上の温度特性を達成でき
る。
【０１０５】更に、活性層７２は、遷移エネルギの１次
の温度係数−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ
以下である少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半
導体層であってもよい。加えて、活性層７２は、Ｉｎ組
成ｘが０％より大きく３０％以下であり、遷移エネルギ
の１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍ
ｅＶ／Ｋ以下である少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎx
ＮyＡｓ1-y混晶半導体層であってもよい。このように、
ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体またはＩｎxＧａ1ーxＮyＡｓ
1-y混晶半導体を採用し遷移エネルギの１次の温度係数
−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下にすれ
ば、遷移エネルギの１次の温度係数が零近傍の値になる
ので、発光波長の温度依存性が低減された半導体発光素
子が得られる。なお、このような温度係数の範囲が好適
なのは既に上述したので、ここでは省略する。
の温度係数−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ
以下である少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半
導体層であってもよい。加えて、活性層７２は、Ｉｎ組
成ｘが０％より大きく３０％以下であり、遷移エネルギ
の１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍ
ｅＶ／Ｋ以下である少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎx
ＮyＡｓ1-y混晶半導体層であってもよい。このように、
ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体またはＩｎxＧａ1ーxＮyＡｓ
1-y混晶半導体を採用し遷移エネルギの１次の温度係数
−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下にすれ
ば、遷移エネルギの１次の温度係数が零近傍の値になる
ので、発光波長の温度依存性が低減された半導体発光素
子が得られる。なお、このような温度係数の範囲が好適
なのは既に上述したので、ここでは省略する。
【０１０６】上記の温度係数の範囲は、半導体発光素
子、例えば半導体レーザの使用環境を考慮すると、−４
０℃以上＋８５℃以下において達成されていることが好
ましい。また、−５０℃以上＋１００℃以下において達
成されていれば、使用環境において十分な動作マージン
をを有するので、高信頼度の動作か可能となる。
子、例えば半導体レーザの使用環境を考慮すると、−４
０℃以上＋８５℃以下において達成されていることが好
ましい。また、−５０℃以上＋１００℃以下において達
成されていれば、使用環境において十分な動作マージン
をを有するので、高信頼度の動作か可能となる。
【０１０７】活性層７２は、図１３（ａ）および図１３
（ｂ）に示すような構成でも良い。図１３（ａ）および
図１３（ｂ）は、図１２におけるＡ部の拡大図である。
図１３（ａ）を参照すると、井戸層７２ａが両側から障
壁層７２ｂ、７２ｃによって挟まれている。このよう
に、井戸層７２ａよりもバンド障壁が高い半導体層で井
戸層７２ａを両側から挟むようにしてもよい。また、図
１３（ｂ）に示すように複数の井戸層７２ｄ、７２ｅ、
７２ｆとこれらの井戸層を挟む複数の障壁層７２ｇ、７
２ｈ、７２ｉ、７２ｊによって活性層７２を構成しても
良い。このように多層構成にすると、発光素子の温度安
定性や光出力を向上できる。
（ｂ）に示すような構成でも良い。図１３（ａ）および
図１３（ｂ）は、図１２におけるＡ部の拡大図である。
図１３（ａ）を参照すると、井戸層７２ａが両側から障
壁層７２ｂ、７２ｃによって挟まれている。このよう
に、井戸層７２ａよりもバンド障壁が高い半導体層で井
戸層７２ａを両側から挟むようにしてもよい。また、図
１３（ｂ）に示すように複数の井戸層７２ｄ、７２ｅ、
７２ｆとこれらの井戸層を挟む複数の障壁層７２ｇ、７
２ｈ、７２ｉ、７２ｊによって活性層７２を構成しても
良い。このように多層構成にすると、発光素子の温度安
定性や光出力を向上できる。
【０１０８】このような多層構造においては、Ｖ族元素
として窒素を含み遷移エネルギの１次の温度係数が−
０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下である２
種類のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を備え、一方の半導体層
は、他方の半導体層の第１の面とこの第１の面に対向す
る第２の面に接してこの半導体層を挟むよにしてもよ
い。また、上記他方の半導体層の数は１以上であるよう
にしてもよい。このように、上記のような温度特性のＮ
含有のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の複数の半導体層によっ
て、超格子構造の半導体発光素子を作製してもよい。
として窒素を含み遷移エネルギの１次の温度係数が−
０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下である２
種類のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を備え、一方の半導体層
は、他方の半導体層の第１の面とこの第１の面に対向す
る第２の面に接してこの半導体層を挟むよにしてもよ
い。また、上記他方の半導体層の数は１以上であるよう
にしてもよい。このように、上記のような温度特性のＮ
含有のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の複数の半導体層によっ
て、超格子構造の半導体発光素子を作製してもよい。
【０１０９】また、多層構造は、組成が１％以上９％以
下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体、並びに、組
成が３％以上９％以下の窒素および組成が０％より大き
く３０％以下のＩｎを含むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶
半導体、の少なくともいずれかを備えるようにしてもよ
い。このように、組成の異なる複数の半導体層で発光素
子を構成すれば、格子整合の調整が好適に行うことが可
能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度特性が優
れた発光素子が作製可能になる。また、異なる遷移エネ
ルギの半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成
される。
下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体、並びに、組
成が３％以上９％以下の窒素および組成が０％より大き
く３０％以下のＩｎを含むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶
半導体、の少なくともいずれかを備えるようにしてもよ
い。このように、組成の異なる複数の半導体層で発光素
子を構成すれば、格子整合の調整が好適に行うことが可
能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度特性が優
れた発光素子が作製可能になる。また、異なる遷移エネ
ルギの半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成
される。
【０１１０】なお、このような構造は、単一の層から成
る活性層をガイド層で両側から挟んで形成しても良く、
またガイド層と組み合わせて多層構造にしても良い。こ
のような場合には、それぞれの層の遷移エネルギの温度
変化を小さくできるので、バンドアライメントが一定に
保たれる。このため、発光波長等の発光特性において安
定した性能が実現できる。このような多層構造におい
て、井戸層および障壁層（またはガイド層）の各々の厚
さを一般には３０ｎｍ以下まで薄くすると、井戸層と障
壁層またはガイド層とによって量子井戸構造が形成され
る。発光素子の発光波長は、量子井戸内の量子準位によ
って決定される。この量子準位は、量子井戸のバンド構
造を規定する井戸層および障壁層（またはガイド層）の
遷移エネルギに依存するため、井戸層等の遷移エネルギ
の温度依存性を小さくすることによって、この量子準位
の温度依存性も小さくなるので、発光素子から出射され
る光波長の温度変化を小さくできる。
る活性層をガイド層で両側から挟んで形成しても良く、
またガイド層と組み合わせて多層構造にしても良い。こ
のような場合には、それぞれの層の遷移エネルギの温度
変化を小さくできるので、バンドアライメントが一定に
保たれる。このため、発光波長等の発光特性において安
定した性能が実現できる。このような多層構造におい
て、井戸層および障壁層（またはガイド層）の各々の厚
さを一般には３０ｎｍ以下まで薄くすると、井戸層と障
壁層またはガイド層とによって量子井戸構造が形成され
る。発光素子の発光波長は、量子井戸内の量子準位によ
って決定される。この量子準位は、量子井戸のバンド構
造を規定する井戸層および障壁層（またはガイド層）の
遷移エネルギに依存するため、井戸層等の遷移エネルギ
の温度依存性を小さくすることによって、この量子準位
の温度依存性も小さくなるので、発光素子から出射され
る光波長の温度変化を小さくできる。
【０１１１】図１２に示した構造の発光半導体素子の製
造条件について、ｎ型ＧａＡｓ基板上に順に、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層を有する半導体レーザの場合を簡単に説
明する。
造条件について、ｎ型ＧａＡｓ基板上に順に、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層、ＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層、ｐ型ＧａＩｎＰクラッド層、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層を有する半導体レーザの場合を簡単に説
明する。
【０１１２】半導体層の成長には、石英製の横型反応炉
を用い、基板としてキャリア濃度２×１０18ｃｍー3のｎ
型ＧａＡｓ（００１）基板を使用した。ＩＩＩ族のＧａ
原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ｉｎ原料と
してトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族元素
のＮ原料としてジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、Ａｓ
原料としてターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、Ｐ
原料としてターシャルブチルフォスフィン（ＴＢＰ）を
使用した。これらの原材料は水素ガスをキャリアガスと
してバブリング法によって反応炉内に導入し、成長炉の
圧力は７６Ｔｏｒｒに設定した。成長時の基板の回転速
度は毎分１０回転とした。
を用い、基板としてキャリア濃度２×１０18ｃｍー3のｎ
型ＧａＡｓ（００１）基板を使用した。ＩＩＩ族のＧａ
原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ｉｎ原料と
してトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族元素
のＮ原料としてジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、Ａｓ
原料としてターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、Ｐ
原料としてターシャルブチルフォスフィン（ＴＢＰ）を
使用した。これらの原材料は水素ガスをキャリアガスと
してバブリング法によって反応炉内に導入し、成長炉の
圧力は７６Ｔｏｒｒに設定した。成長時の基板の回転速
度は毎分１０回転とした。
【０１１３】活性層のＧａＩｎＮＡｓ結晶の成長方法
は、成長温度５３０℃で［ＴＢＡｓ］／（［ＴＥＧ］＋
［ＴＭＩ］）（モル供給比）および［ＤＭＨｙ］／
（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給比）を調整
して行うと、所定の条件の下で、ＧａＡｓ（００１）基
板上に格子整合して成長する。それぞれの場合、窒素組
成は［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）を
変化させて調整する。なお、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の成長
速度は、１時間当たり１μｍである。
は、成長温度５３０℃で［ＴＢＡｓ］／（［ＴＥＧ］＋
［ＴＭＩ］）（モル供給比）および［ＤＭＨｙ］／
（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給比）を調整
して行うと、所定の条件の下で、ＧａＡｓ（００１）基
板上に格子整合して成長する。それぞれの場合、窒素組
成は［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）を
変化させて調整する。なお、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の成長
速度は、１時間当たり１μｍである。
【０１１４】本実施の形態におけるＧａＡｓ層を成長す
る場合、上記のＶ族ガスとＩＩＩ族ガスの比は１０であ
る。ＧａＩｎＰを成長する場合、Ｖ族ガスとＩＩＩ族ガ
スの比は５０である。基板を５５０℃に保ち、ガス総量
を毎分２０リットルとした。ｎ型伝導特性を得るため
に、ドーパントとしてテトラエチルシラン（ＴＥＳ
ｉ）、ｐ型伝導特性を得るために、ドーパントしてジエ
チル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いる。なお、ＧａＡｓ層、お
よびＧａＩｎＰ層の成長速度は、１時間当たり１μｍで
ある。
る場合、上記のＶ族ガスとＩＩＩ族ガスの比は１０であ
る。ＧａＩｎＰを成長する場合、Ｖ族ガスとＩＩＩ族ガ
スの比は５０である。基板を５５０℃に保ち、ガス総量
を毎分２０リットルとした。ｎ型伝導特性を得るため
に、ドーパントとしてテトラエチルシラン（ＴＥＳ
ｉ）、ｐ型伝導特性を得るために、ドーパントしてジエ
チル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いる。なお、ＧａＡｓ層、お
よびＧａＩｎＰ層の成長速度は、１時間当たり１μｍで
ある。
【０１１５】 各層のキャリア濃度および厚さは、基板側から順に、 ｎ型バッファ層 ：７×１０17ｃｍー3、 ０．３μｍ ｎ型クラッド層 ：１×１０18ｃｍー3、 １．５μｍ アンドープ・ガイド層： 、 ０．０１μｍ アンドープ・活性層 ： 、 ０．１μｍ アンドープ・ガイド層： 、 ０．０１μｍ ｐ型クラッド層 ：８×１０17ｃｍー3、 １．５μｍ ｐ型コンタクト層：１．２×１０19ｃｍー3、０．３μｍ である。なお、ｐ、ｎ導電型は逆転させても良い。
【０１１６】以上詳細に説明したように、本実施の形態
のＦＰ型半導体レーザの構造が簡単であるため、他の構
造の半導体レーザに比べて安価である。しかし、従来の
ＦＰ型半導体レーザでは、光通信に応用する上では、使
用される環境の温度と共に発振波長が変動するため、適
用範囲が限られていた。ところが、ＦＰ型半導体レーザ
に本発明を適用すれば、遷移エネルギの温度変化が低減
されるため、ＦＰ型半導体レーザが適用できる範囲を広
げることが可能となる。また、ＦＰ型半導体レーザは分
布帰還型（ＤＦＢ型）半導体レーザや分布反射型（ＤＢ
Ｒ型）半導体レーザに比べて構造が簡単なので、製造も
容易である。したがって、光通信技術に与える効果は大
きい。温度変動のため従来では適用できなかった応用領
域にも、本発明を適用すればＰＦ型半導体レーザを使用
していくことが可能になった。
のＦＰ型半導体レーザの構造が簡単であるため、他の構
造の半導体レーザに比べて安価である。しかし、従来の
ＦＰ型半導体レーザでは、光通信に応用する上では、使
用される環境の温度と共に発振波長が変動するため、適
用範囲が限られていた。ところが、ＦＰ型半導体レーザ
に本発明を適用すれば、遷移エネルギの温度変化が低減
されるため、ＦＰ型半導体レーザが適用できる範囲を広
げることが可能となる。また、ＦＰ型半導体レーザは分
布帰還型（ＤＦＢ型）半導体レーザや分布反射型（ＤＢ
Ｒ型）半導体レーザに比べて構造が簡単なので、製造も
容易である。したがって、光通信技術に与える効果は大
きい。温度変動のため従来では適用できなかった応用領
域にも、本発明を適用すればＰＦ型半導体レーザを使用
していくことが可能になった。
【０１１７】ＦＰ型構造の高出力励起用半導体レーザで
は、高い注入電流によって半導体レーザ自体の発熱が大
きくなる。この発熱に伴って半導体発光素子の温度が上
昇するので、発振波長は長波長側に変移する。特に、励
起用レーザは、励起バンドが規定されているため発振波
長の変動や飛びは、大きな問題となる。この対策とし
て、光ファイバにグレーティングを設けて、または回折
格子を用いて、特定の波長を選択する方法等が採用され
ている。このため、装置が高価になっている。しかし、
本発明のような小さい温度依存性の遷移エネルギを有す
る半導体材料を高出力励起用半導体レーザに適用すれ
ば、高い電流注入によって発熱しても、発振波長の変動
を抑制することができるので、グレーティングまたは回
折格子を使用することなく、安定なレーザ発振を達成で
きる。
は、高い注入電流によって半導体レーザ自体の発熱が大
きくなる。この発熱に伴って半導体発光素子の温度が上
昇するので、発振波長は長波長側に変移する。特に、励
起用レーザは、励起バンドが規定されているため発振波
長の変動や飛びは、大きな問題となる。この対策とし
て、光ファイバにグレーティングを設けて、または回折
格子を用いて、特定の波長を選択する方法等が採用され
ている。このため、装置が高価になっている。しかし、
本発明のような小さい温度依存性の遷移エネルギを有す
る半導体材料を高出力励起用半導体レーザに適用すれ
ば、高い電流注入によって発熱しても、発振波長の変動
を抑制することができるので、グレーティングまたは回
折格子を使用することなく、安定なレーザ発振を達成で
きる。
【０１１８】（第７の実施の形態）図１４（ａ）は、本
発明の半導体発光素子の一実施の形態として、分布帰還
型（ＤＦＢ型という）半導体レーザを模式的に表した斜
視図であり、放射されるレーザ光の光軸方向に沿った断
面を示している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ部
の拡大された断面図である。
発明の半導体発光素子の一実施の形態として、分布帰還
型（ＤＦＢ型という）半導体レーザを模式的に表した斜
視図であり、放射されるレーザ光の光軸方向に沿った断
面を示している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ部
の拡大された断面図である。
【０１１９】図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照す
ると、ＤＦＢ型半導体レーザは、半導体基板９６の主面
上において一端面からこの端面に対向する端面まで矩形
の領域上に基板側から順に、バッファ層９８、第１のク
ラッド層１００、第１のガイド層１０１、活性層１０
２、第２のガイド層１０３を有する埋め込み部１０６
と、埋め込み部１０６上には、第２のクラッド層１０
４、コンタクト層１１０、および第１導電側のストライ
プ電極１１２を備え、また基板９６の一主面と対向する
面、つまり裏面全面には第２導電側の裏面電極１１４を
備える。
ると、ＤＦＢ型半導体レーザは、半導体基板９６の主面
上において一端面からこの端面に対向する端面まで矩形
の領域上に基板側から順に、バッファ層９８、第１のク
ラッド層１００、第１のガイド層１０１、活性層１０
２、第２のガイド層１０３を有する埋め込み部１０６
と、埋め込み部１０６上には、第２のクラッド層１０
４、コンタクト層１１０、および第１導電側のストライ
プ電極１１２を備え、また基板９６の一主面と対向する
面、つまり裏面全面には第２導電側の裏面電極１１４を
備える。
【０１２０】埋め込み部１０６は、放射されるレーザ光
の光軸方向（ｚ軸）に沿って延びる。この方向はＤＦＢ
型半導体レーザのストライプ電極が延びる方向と一致す
る。埋め込み部１０６は、その２側面において、基板９
６上の形成された第１のブロック層１１８と、このブロ
ック層１１８上に形成された第２のブロック層１２０と
によって挟まれている。これらのブロック層はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板を使用する場合には、ブロック層１１８はｐ−Ｉ
ｎＰ層、ブロック層１２０はｎ−ＩｎＰ層で形成され
る。このため、基板９６と第２のクラッド層１０４は、
ｐｎ接合によって電気的に分離される。なお、図１４
（ａ）に示した例では、ブロック層１１８、１２０は、
第１導電側から基板９６に達し、埋め込み層１０６の両
側にあってこれに沿って延びるトレンチによって分離さ
れている。
の光軸方向（ｚ軸）に沿って延びる。この方向はＤＦＢ
型半導体レーザのストライプ電極が延びる方向と一致す
る。埋め込み部１０６は、その２側面において、基板９
６上の形成された第１のブロック層１１８と、このブロ
ック層１１８上に形成された第２のブロック層１２０と
によって挟まれている。これらのブロック層はｎ−Ｉｎ
Ｐ基板を使用する場合には、ブロック層１１８はｐ−Ｉ
ｎＰ層、ブロック層１２０はｎ−ＩｎＰ層で形成され
る。このため、基板９６と第２のクラッド層１０４は、
ｐｎ接合によって電気的に分離される。なお、図１４
（ａ）に示した例では、ブロック層１１８、１２０は、
第１導電側から基板９６に達し、埋め込み層１０６の両
側にあってこれに沿って延びるトレンチによって分離さ
れている。
【０１２１】ストライプ電極１１２は、コンタクト層１
１０上に形成された絶縁膜１１６に設けられた開口部に
おいてコンタクト層１１０と電気的に接続される。絶縁
膜１１６に設けられた開口部の形状は、埋め込み層１０
６をその内側に含む矩形形状である。つまり、埋め込み
層が延びる方向に直交する方向の幅が、埋め込み部１０
６の幅より大きい。このため、埋め込み部１０６に効率
よくキャリアを供給できる。また、キャリアの狭窄と、
この結果として効果的な光の閉じ込めを実現している。
１０上に形成された絶縁膜１１６に設けられた開口部に
おいてコンタクト層１１０と電気的に接続される。絶縁
膜１１６に設けられた開口部の形状は、埋め込み層１０
６をその内側に含む矩形形状である。つまり、埋め込み
層が延びる方向に直交する方向の幅が、埋め込み部１０
６の幅より大きい。このため、埋め込み部１０６に効率
よくキャリアを供給できる。また、キャリアの狭窄と、
この結果として効果的な光の閉じ込めを実現している。
【０１２２】埋め込み部１０６においては、基板９６上
に埋め込み領域に、バッファ層９８、第１のクラッド層
１００、第１のガイド層１０１、活性層１０２、第２の
ガイド層１０３から構成されるメサ形状部が形成され、
メサ形状部の対向する２側面はブロック層１１８、１２
０に接している。このため、埋め込み部１０６はブロッ
ク層１１８、１２０によって両側から挟まれて基板９６
上に形成されている。埋め込み部１０６の各層は第１の
及び第２の面を有しｚ軸方向に延び所定幅を備え、それ
ぞれの面を相互に接触させて埋め込み領域上に積層され
ている。このため、電極１１２からのキャリアはコンタ
クト層１１０を通して、クラッド層１０４に導かれる。
活性層領域１０１、１０２、１０３へ注入される。
に埋め込み領域に、バッファ層９８、第１のクラッド層
１００、第１のガイド層１０１、活性層１０２、第２の
ガイド層１０３から構成されるメサ形状部が形成され、
メサ形状部の対向する２側面はブロック層１１８、１２
０に接している。このため、埋め込み部１０６はブロッ
ク層１１８、１２０によって両側から挟まれて基板９６
上に形成されている。埋め込み部１０６の各層は第１の
及び第２の面を有しｚ軸方向に延び所定幅を備え、それ
ぞれの面を相互に接触させて埋め込み領域上に積層され
ている。このため、電極１１２からのキャリアはコンタ
クト層１１０を通して、クラッド層１０４に導かれる。
活性層領域１０１、１０２、１０３へ注入される。
【０１２３】回折格子は、クラッド層１００とガイド層
１０１の界面、および、クラッド層１０４とガイド層１
０３の界面、の少なくともいずれか一方に形成されてい
る。回折格子は、レーザ光の光軸が延びる方向に沿って
形成され、例えば上記界面に形成された周期的な凹部ま
たは凸部であってもよく、これらは局面を有していても
良い。活性層に発生した光はこの回折格子と結合して、
所定の波長が選択される。
１０１の界面、および、クラッド層１０４とガイド層１
０３の界面、の少なくともいずれか一方に形成されてい
る。回折格子は、レーザ光の光軸が延びる方向に沿って
形成され、例えば上記界面に形成された周期的な凹部ま
たは凸部であってもよく、これらは局面を有していても
良い。活性層に発生した光はこの回折格子と結合して、
所定の波長が選択される。
【０１２４】活性層１０２は、再結合することによって
発光に寄与する電子および正孔を閉じ込める。このた
め、活性層１０２は第１のガイド層１０１および第２の
ガイド層１０３に挟まれ、また対向する２面においてこ
れらのガイド層１０１、１０３に接している。活性層１
０２とこれを両側から挟むガイド層１０１、１０３は活
性層領域を構成する。活性層領域は、第１のクラッド層
１００および第２のクラッド層１０４によってガイド層
１０１、１０３の外側から挟まれる。ガイド層１０１、
１０３の各々は、活性層１０２と接する面と対向する面
において、それぞれ第１のクラッド層１００および第２
のクラッド層１０４と接している。活性層領域１０１、
１０２、１０３は、クラッド層１００、１０４よりの高
い屈折率を有している。この屈折率の違いによって、活
性層で発生したレーザ光は、効率的に活性層領域に閉じ
込められる。
発光に寄与する電子および正孔を閉じ込める。このた
め、活性層１０２は第１のガイド層１０１および第２の
ガイド層１０３に挟まれ、また対向する２面においてこ
れらのガイド層１０１、１０３に接している。活性層１
０２とこれを両側から挟むガイド層１０１、１０３は活
性層領域を構成する。活性層領域は、第１のクラッド層
１００および第２のクラッド層１０４によってガイド層
１０１、１０３の外側から挟まれる。ガイド層１０１、
１０３の各々は、活性層１０２と接する面と対向する面
において、それぞれ第１のクラッド層１００および第２
のクラッド層１０４と接している。活性層領域１０１、
１０２、１０３は、クラッド層１００、１０４よりの高
い屈折率を有している。この屈折率の違いによって、活
性層で発生したレーザ光は、効率的に活性層領域に閉じ
込められる。
【０１２５】活性層におけるレーザ発振は、第１導電側
ストライプ電極１１２および第２導電側の裏面電極１１
４の一方から電流を注入することによって起こる。電流
注入のため、クラッド層１００、１０４、バッファ層９
８、および基板９６は、導電性を有する。基板９６、バ
ッファ層９８、第１のクラッド層１００は共に第１の導
電型の半導体層で構成され、また第２のクラッド層１０
４、およびコンタクト層１１０は共に第２の導電型の半
導体層で構成される。また、第１の導電型と第２の導電
型とは、異なる導電型である。
ストライプ電極１１２および第２導電側の裏面電極１１
４の一方から電流を注入することによって起こる。電流
注入のため、クラッド層１００、１０４、バッファ層９
８、および基板９６は、導電性を有する。基板９６、バ
ッファ層９８、第１のクラッド層１００は共に第１の導
電型の半導体層で構成され、また第２のクラッド層１０
４、およびコンタクト層１１０は共に第２の導電型の半
導体層で構成される。また、第１の導電型と第２の導電
型とは、異なる導電型である。
【０１２６】このような構成のＤＦＢ型半導体レーザに
おいては、ＦＰ型半導体レーザと同様に、活性層１０２
が、遷移エネルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／
Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下であり、且つ窒素を含む
２以上のＶ族元素を有するＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を使
用できる。
おいては、ＦＰ型半導体レーザと同様に、活性層１０２
が、遷移エネルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／
Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下であり、且つ窒素を含む
２以上のＶ族元素を有するＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体を使
用できる。
【０１２７】このような活性層１０２は、ＦＰ型半導体
レーザと同様に、組成が１％以上９％以下の窒素を含む
少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体であっ
てもよい。
レーザと同様に、組成が１％以上９％以下の窒素を含む
少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体であっ
てもよい。
【０１２８】また、活性層１０２は、ＦＰ型半導体レー
ザと同様に、組成が３％以上９％以下の窒素、組成が０
％より大きく３０％以下のＩｎ、を含む少なくとも１層
以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体であってもい
よい。
ザと同様に、組成が３％以上９％以下の窒素、組成が０
％より大きく３０％以下のＩｎ、を含む少なくとも１層
以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体であってもい
よい。
【０１２９】更に、活性層１０２は、ＦＰ型半導体レー
ザと同様に、遷移エネルギの１次の温度係数−０．３ｍ
ｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための
組成ｙである少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶
半導体であってもよい。
ザと同様に、遷移エネルギの１次の温度係数−０．３ｍ
ｅＶ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための
組成ｙである少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y混晶
半導体であってもよい。
【０１３０】加えて、活性層１０２は、ＦＰ型半導体レ
ーザと同様に、Ｉｎ組成ｘが０％より大きく３０％以下
であり、遷移エネルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅ
Ｖ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための組
成ｙである少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ
1-y混晶半導体であってもよい。
ーザと同様に、Ｉｎ組成ｘが０％より大きく３０％以下
であり、遷移エネルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅ
Ｖ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下を達成するための組
成ｙである少なくとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ
1-y混晶半導体であってもよい。
【０１３１】以上説明したような半導体層を適用する
と、遷移エネルギの１次の温度係数が零近傍の値になる
ので、発光波長の温度依存性が低減されたＤＦＢ型半導
体レーザが得られる。
と、遷移エネルギの１次の温度係数が零近傍の値になる
ので、発光波長の温度依存性が低減されたＤＦＢ型半導
体レーザが得られる。
【０１３２】なお、ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体を採用す
るときには、窒素組成が３．７％以上５．３％以下であ
ってもよい。また、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体
を採用するときには、窒素組成が５％以上７％以下、Ｉ
ｎ組成が０％より大きく３０％以下であってもよい。こ
のような範囲であれば、従来のＤＦＢ型半導体レーザの
発振波長の温度依存性である約０．０７ｍｅＶ／Ｋより
も優れた発振波長の温度依存性を達成したＤＦＢ型半導
体レーザが得られる。
るときには、窒素組成が３．７％以上５．３％以下であ
ってもよい。また、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体
を採用するときには、窒素組成が５％以上７％以下、Ｉ
ｎ組成が０％より大きく３０％以下であってもよい。こ
のような範囲であれば、従来のＤＦＢ型半導体レーザの
発振波長の温度依存性である約０．０７ｍｅＶ／Ｋより
も優れた発振波長の温度依存性を達成したＤＦＢ型半導
体レーザが得られる。
【０１３３】活性層１０２は、図１５（ａ）および図１
５（ｂ）に示すような構成でも良い。図１５（ａ）およ
び図１５（ｂ）は、図１４（ｂ）におけるＣ部の拡大図
である。図１５（ａ）を参照すると、井戸層１０２ａの
対向する両面において障壁層１０２ｂ、１０２ｃと接し
ている。このように、井戸層１０２ａよりもバンド障壁
が高い半導体層で井戸層１０２ａを両側から接して挟む
ようにしてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように複
数の井戸層１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆとこれを挟む
複数の障壁層１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ
によって活性層１０２を構成しても良い。このように多
層構造にすると、発光素子の温度安定性や光出力が向上
する。
５（ｂ）に示すような構成でも良い。図１５（ａ）およ
び図１５（ｂ）は、図１４（ｂ）におけるＣ部の拡大図
である。図１５（ａ）を参照すると、井戸層１０２ａの
対向する両面において障壁層１０２ｂ、１０２ｃと接し
ている。このように、井戸層１０２ａよりもバンド障壁
が高い半導体層で井戸層１０２ａを両側から接して挟む
ようにしてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように複
数の井戸層１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆとこれを挟む
複数の障壁層１０２ｇ、１０２ｈ、１０２ｉ、１０２ｊ
によって活性層１０２を構成しても良い。このように多
層構造にすると、発光素子の温度安定性や光出力が向上
する。
【０１３４】このような多層構造においては、Ｖ族元素
として窒素を含み２以上のＶ族元素を有し、遷移エネル
ギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３
ｍｅＶ／Ｋ以下である２種類のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体
を備え、一方の半導体層は、他方の半導体層の第１の面
とこの第１の面に対向する第２の面に接してこの半導体
層を挟むようにしてもよい。また、上記他方の半導体層
の数は１以上であるようにしてもよい。このように、複
数の半導体層によって、超格子構造の半導体発光素子を
構成できる。
として窒素を含み２以上のＶ族元素を有し、遷移エネル
ギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．３
ｍｅＶ／Ｋ以下である２種類のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体
を備え、一方の半導体層は、他方の半導体層の第１の面
とこの第１の面に対向する第２の面に接してこの半導体
層を挟むようにしてもよい。また、上記他方の半導体層
の数は１以上であるようにしてもよい。このように、複
数の半導体層によって、超格子構造の半導体発光素子を
構成できる。
【０１３５】また、多層構造は、組成が１％以上９％以
下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体、および、組
成が３％以上９％以下の窒素、組成が０％より大きく３
０％以下のＩｎ、を含むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半
導体、の少なくともいずれかを備えるようにしてもよ
い。このように、組成の異なる複数の半導体層で活性層
を構成すれば、格子整合性の調整が好適に行うことが可
能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度特性が優
れた発光素子が作製可能になる。また、異なる遷移エネ
ルギの半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成
される。
下の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体、および、組
成が３％以上９％以下の窒素、組成が０％より大きく３
０％以下のＩｎ、を含むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半
導体、の少なくともいずれかを備えるようにしてもよ
い。このように、組成の異なる複数の半導体層で活性層
を構成すれば、格子整合性の調整が好適に行うことが可
能になり、また様々な波長で発光し、且つ温度特性が優
れた発光素子が作製可能になる。また、異なる遷移エネ
ルギの半導体層を交互に積層すれば、超格子構造が構成
される。
【０１３６】なお、このような構造は、単一の層から成
る活性層をガイド層で両側から挟んで形成しても良く、
またガイド層と組み合わせて多層構造にしても良い。こ
のような場合には、それぞれの層の遷移エネルギの温度
変化を小さくできるので、バンドアライメントが一定に
保たれる。このため、発光波長等の発光特性において安
定した性能が実現できる。このような多層構造におい
て、井戸層および障壁層（またはガイド層）の各々の厚
さを一般には３０ｎｍ以下まで薄くすると、井戸層と障
壁層またはガイド層とによって量子井戸構造が形成され
る。発光素子の発光波長は、量子井戸内の量子準位によ
って決定される。この量子準位は、量子井戸のバンド構
造を規定する井戸層および障壁層（またはガイド層）の
遷移エネルギに依存するため、これら井戸層等の遷移エ
ネルギの温度依存性を小さくすることによって、量子準
位のエネルギの温度依存性も小さくなる。このため、発
光素子から出射される光の波長の温度変化を小さくでき
る。
る活性層をガイド層で両側から挟んで形成しても良く、
またガイド層と組み合わせて多層構造にしても良い。こ
のような場合には、それぞれの層の遷移エネルギの温度
変化を小さくできるので、バンドアライメントが一定に
保たれる。このため、発光波長等の発光特性において安
定した性能が実現できる。このような多層構造におい
て、井戸層および障壁層（またはガイド層）の各々の厚
さを一般には３０ｎｍ以下まで薄くすると、井戸層と障
壁層またはガイド層とによって量子井戸構造が形成され
る。発光素子の発光波長は、量子井戸内の量子準位によ
って決定される。この量子準位は、量子井戸のバンド構
造を規定する井戸層および障壁層（またはガイド層）の
遷移エネルギに依存するため、これら井戸層等の遷移エ
ネルギの温度依存性を小さくすることによって、量子準
位のエネルギの温度依存性も小さくなる。このため、発
光素子から出射される光の波長の温度変化を小さくでき
る。
【０１３７】本実施の形態で説明したように、本発明を
ＤＦＢ型半導体レーザに適用すれば、窒素組成を変更す
ることによって遷移エネルギの温度依存性を変化でき
る。これは、ＤＦＢ型半導体レーザにとって好適な特性
である。なぜなら、ＤＦＢ型半導体レーザでは、一般
に、発振波長は回折格子のピッチと導波路の等価的な屈
折率で決定される。一方、光が発生する活性層の光学利
得は、活性層を構成する半導体材料で決定されるので、
波長依存性を有する。このため、ＤＦＢ型レーザを広範
囲の温度で動作させるためには、発振波長の温度特性と
利得ピーク波長の温度特性とが大きく異ならないことが
望ましい。つまり、利得ピーク波長あるいは活性層を構
成する半導体材料の遷移エネルギの温度依存性は、発振
波長と同程度に小さいことが望ましいからである。この
ような特性のＤＦＢ型レーザは、温度調整機能を備える
ことなしに、広い温度範囲で使用できる。
ＤＦＢ型半導体レーザに適用すれば、窒素組成を変更す
ることによって遷移エネルギの温度依存性を変化でき
る。これは、ＤＦＢ型半導体レーザにとって好適な特性
である。なぜなら、ＤＦＢ型半導体レーザでは、一般
に、発振波長は回折格子のピッチと導波路の等価的な屈
折率で決定される。一方、光が発生する活性層の光学利
得は、活性層を構成する半導体材料で決定されるので、
波長依存性を有する。このため、ＤＦＢ型レーザを広範
囲の温度で動作させるためには、発振波長の温度特性と
利得ピーク波長の温度特性とが大きく異ならないことが
望ましい。つまり、利得ピーク波長あるいは活性層を構
成する半導体材料の遷移エネルギの温度依存性は、発振
波長と同程度に小さいことが望ましいからである。この
ような特性のＤＦＢ型レーザは、温度調整機能を備える
ことなしに、広い温度範囲で使用できる。
【０１３８】また、近年急速に発展している波長多重通
信（ＷＤＭ）では、狭い波長範囲内にある多くの異なっ
た信号波長を使用して伝送を行うため、１波長当たり波
長変動の許容範囲が０．８ｎｍと非常に小さい。ＤＦＢ
型半導体レーザに上記の材料等を使用すれば、屈折率の
温度依存性の４次係数が遷移エネルギに依存するので、
屈折率の温度依存性を更に小さくすることができる。こ
のため、屈折率と回折格子のピッチとで決定される発振
波長の温度依存性を極めて小さくできる。したがって、
温度調整装置なしでＷＤＭ伝送へも適用できる。また、
温度調整装置を備えないＤＦＢ型半導体レーザでは、価
格の低減、装置の小型化、および省電力化を達成できる
ので、利用可能な分野が広がる。加えて、本発明のＤＦ
Ｂ型半導体レーザに温度調節装置を備えれば、さらに温
度特性が改善される。したがって、いずれの場合でもＤ
ＦＢ型半導体レーザの使用範囲を温度に関して拡張する
ことができる。
信（ＷＤＭ）では、狭い波長範囲内にある多くの異なっ
た信号波長を使用して伝送を行うため、１波長当たり波
長変動の許容範囲が０．８ｎｍと非常に小さい。ＤＦＢ
型半導体レーザに上記の材料等を使用すれば、屈折率の
温度依存性の４次係数が遷移エネルギに依存するので、
屈折率の温度依存性を更に小さくすることができる。こ
のため、屈折率と回折格子のピッチとで決定される発振
波長の温度依存性を極めて小さくできる。したがって、
温度調整装置なしでＷＤＭ伝送へも適用できる。また、
温度調整装置を備えないＤＦＢ型半導体レーザでは、価
格の低減、装置の小型化、および省電力化を達成できる
ので、利用可能な分野が広がる。加えて、本発明のＤＦ
Ｂ型半導体レーザに温度調節装置を備えれば、さらに温
度特性が改善される。したがって、いずれの場合でもＤ
ＦＢ型半導体レーザの使用範囲を温度に関して拡張する
ことができる。
【０１３９】なお、更に実施例を掲げて説明することは
しないが、このような温度特性の問題は、誘電体多層膜
または半導体多層膜で高反射率の分布ブラック反射（Ｄ
ＢＲ）層を構成した垂直共振器型半導体レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）においても、同様に生じる。詳述すれば、ＶＣＳ
ＥＬの発振波長は、高反射ＤＢＲ層の構成に基づいて決
定される。一方、利得ピーク波長は、活性層を構成する
半導体材料で決定される。このため、発振波長と利得ピ
ーク波長との温度特性のズレが大きいと、ＤＦＢ型レー
ザと同様に、素子特性の劣化、あるいはレーザ発振の停
止等の問題を発生させる。このため、これらの構造の発
光素子についても、ＤＦＢ型半導体レーザと同様の効果
がある。
しないが、このような温度特性の問題は、誘電体多層膜
または半導体多層膜で高反射率の分布ブラック反射（Ｄ
ＢＲ）層を構成した垂直共振器型半導体レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）においても、同様に生じる。詳述すれば、ＶＣＳ
ＥＬの発振波長は、高反射ＤＢＲ層の構成に基づいて決
定される。一方、利得ピーク波長は、活性層を構成する
半導体材料で決定される。このため、発振波長と利得ピ
ーク波長との温度特性のズレが大きいと、ＤＦＢ型レー
ザと同様に、素子特性の劣化、あるいはレーザ発振の停
止等の問題を発生させる。このため、これらの構造の発
光素子についても、ＤＦＢ型半導体レーザと同様の効果
がある。
【０１４０】以上、半導体レーザに関して説明したが、
本発明は発光ダイオード等の発光素子についても適用で
きることは言うまでもない。この場合は、温度依存性が
改善されたＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体をｐ型半導体層また
はｎ型半導体層とするために、適宜に不純物元素を導入
する。
本発明は発光ダイオード等の発光素子についても適用で
きることは言うまでもない。この場合は、温度依存性が
改善されたＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体をｐ型半導体層また
はｎ型半導体層とするために、適宜に不純物元素を導入
する。
【０１４１】（第８の実施の形態）本発明は、半導体基
板としては、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、Ｇ
ａＰ基板等を好適に適用できる。
板としては、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、Ｇ
ａＰ基板等を好適に適用できる。
【０１４２】図１６および図１７は、第６の実施の形態
および第７の実施の形態の半導体レーザを含む半導体発
光素子において、半導体基板として好適に使用できるＧ
ａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板等を使
用した場合に、特に好適な半導体層の組み合わせを示
す。なお、図１６および図１７に示した例の組成では、
活性層は基板に格子不整１％以内で整合している。
および第７の実施の形態の半導体レーザを含む半導体発
光素子において、半導体基板として好適に使用できるＧ
ａＡｓ基板、Ｓｉ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板等を使
用した場合に、特に好適な半導体層の組み合わせを示
す。なお、図１６および図１７に示した例の組成では、
活性層は基板に格子不整１％以内で整合している。
【０１４３】ＧａＡｓ基板を使用する場合、格子不整合
の比率が０．１％以下のもとで、ＧａＩｎＮＡｓ、Ａｌ
ＩｎＮＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＮ、ＧａＩｎＮＰ、Ａｌ
ＩｎＮＰ、ＡｌＧａＩｎＰＮ、ＡｌＧａＡｓＰＮ、Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓＰＮ等が０．１μｍ以上の厚みで使用でき
る。上記材料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格
子不整の比率は２％以下で使用可能である。この条件で
は、レーザの活性層に用いる歪量子井戸構造に使用でき
る。なお、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮ
Ｐ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＡｓＮ等についても上記同
様に歪量子井戸構造に適用できる。
の比率が０．１％以下のもとで、ＧａＩｎＮＡｓ、Ａｌ
ＩｎＮＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓＮ、ＧａＩｎＮＰ、Ａｌ
ＩｎＮＰ、ＡｌＧａＩｎＰＮ、ＡｌＧａＡｓＰＮ、Ｉｎ
ＧａＡｌＡｓＰＮ等が０．１μｍ以上の厚みで使用でき
る。上記材料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格
子不整の比率は２％以下で使用可能である。この条件で
は、レーザの活性層に用いる歪量子井戸構造に使用でき
る。なお、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮ
Ｐ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＡｓＮ等についても上記同
様に歪量子井戸構造に適用できる。
【０１４４】ＧａＡｓ基板はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の中でも最も多く使用されているため、他の化合物基板
例えばＩｎＰ基板に比べて安価であり、高速の回路素子
を集積したＧａＡｓＩＣとの集積化が可能である。ま
た、ＧａＡｓ基板では、ＩｎＰ基板に比べて活性層の遷
移エネルギとクラッドの遷移エネルギとの差が大きくと
れるので、高温の動作に関して有利である。特に、垂直
共振器型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の場合では、Ｇａ
Ａｓ基板上にＧａＡｓ／ＡｌＡｓから成る高反射率のブ
ラッグ・リフレクタを製作できる。
の中でも最も多く使用されているため、他の化合物基板
例えばＩｎＰ基板に比べて安価であり、高速の回路素子
を集積したＧａＡｓＩＣとの集積化が可能である。ま
た、ＧａＡｓ基板では、ＩｎＰ基板に比べて活性層の遷
移エネルギとクラッドの遷移エネルギとの差が大きくと
れるので、高温の動作に関して有利である。特に、垂直
共振器型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の場合では、Ｇａ
Ａｓ基板上にＧａＡｓ／ＡｌＡｓから成る高反射率のブ
ラッグ・リフレクタを製作できる。
【０１４５】図１２に示したＦＰ型半導体レーザの各半
導体層に対して特に好適な組み合わせとしては、図１６
を参照すると、ｎ−ＧａＡｓ基板７６、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層７８、ｎ−ＧａＩｎＰクラッド層７０、アンド
ープＧａＩｎＡｓＰガイド層７１、アンドープＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層７２（Ｉｎ組成：１５％、Ｎ組成：５
％）、アンドープＧａＩｎＡｓＰガイド層７３、ｐ−Ｇ
ａＩｎＰクラッド層７４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ中間層８
８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８０とがある。このよう
な組み合わせを構成すれば、遷移エネルギとして０．９
５ｅＶ程度が得られるので、発振波長の温度依存性が小
さい１．３μｍ帯半導体レーザが得られ、更に、ガイド
層７１、７３を活性層７２の両側に備えているので、基
本モードを保ちながら比較的高出力を得ることができ
る。なお、ガイド層７１、７３および中間層８８は設け
なくてもよい。このようにすれば、構造が簡素になる。
クラッド層７０、７４は、ＧａＩｎＰに代えて、ＡｌＧ
ａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰを使用してもよい。これら
の材料は、活性層の材料よりも低い屈折率を有し、且つ
ＡｌＧａＩｎＰはＧａＩｎＰに比べてより大きいバンド
ギャップを有するため、キャリアの高い閉じ込め効果が
ある。
導体層に対して特に好適な組み合わせとしては、図１６
を参照すると、ｎ−ＧａＡｓ基板７６、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層７８、ｎ−ＧａＩｎＰクラッド層７０、アンド
ープＧａＩｎＡｓＰガイド層７１、アンドープＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層７２（Ｉｎ組成：１５％、Ｎ組成：５
％）、アンドープＧａＩｎＡｓＰガイド層７３、ｐ−Ｇ
ａＩｎＰクラッド層７４、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰ中間層８
８、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層８０とがある。このよう
な組み合わせを構成すれば、遷移エネルギとして０．９
５ｅＶ程度が得られるので、発振波長の温度依存性が小
さい１．３μｍ帯半導体レーザが得られ、更に、ガイド
層７１、７３を活性層７２の両側に備えているので、基
本モードを保ちながら比較的高出力を得ることができ
る。なお、ガイド層７１、７３および中間層８８は設け
なくてもよい。このようにすれば、構造が簡素になる。
クラッド層７０、７４は、ＧａＩｎＰに代えて、ＡｌＧ
ａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰを使用してもよい。これら
の材料は、活性層の材料よりも低い屈折率を有し、且つ
ＡｌＧａＩｎＰはＧａＩｎＰに比べてより大きいバンド
ギャップを有するため、キャリアの高い閉じ込め効果が
ある。
【０１４６】活性層７２として、アンドープＧａＩｎＮ
Ａｓ（Ｉｎ組成：２５％、Ｎ組成：９％）を使用すれ
ば、遷移エネルギとして０．８ｅＶ程度となるので、発
振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レー
ザが得られる。また、活性層７２として、アンドープＧ
ａＮＡｓを使用して、窒素組成を変化させれば発振波長
に変化をもたせることができる。なお、これらの半導体
レーザの発振波長の温度依存性は、図１８に示した遷移
エネルギの温度特性に支配されている。
Ａｓ（Ｉｎ組成：２５％、Ｎ組成：９％）を使用すれ
ば、遷移エネルギとして０．８ｅＶ程度となるので、発
振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レー
ザが得られる。また、活性層７２として、アンドープＧ
ａＮＡｓを使用して、窒素組成を変化させれば発振波長
に変化をもたせることができる。なお、これらの半導体
レーザの発振波長の温度依存性は、図１８に示した遷移
エネルギの温度特性に支配されている。
【０１４７】図１７を参照すると、多層構造の活性層７
２にするためには、アンドープＧａＩｎＮＡｓ井戸層
（Ｉｎ組成：１５％、Ｎ組成：５％）とアンドープＧａ
ＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組成：５３％、Ｎ組成：１％）若
しくはＧａＩｎＮＰＡｓ障壁層と、またはアンドープＧ
ａＩｎＮＡｓ井戸層（Ｉｎ組成：２５％、Ｎ組成：１
％）とアンドープＧａＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組成：５３
％、Ｎ組成：１％）またはＧａＩｎＮＰＡｓ障壁層と、
を組み合わせることが好ましい。また、薄層化された多
層構造にすれば、量子井戸構造を形成できる。この材料
を用いると、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰを用いる場合
よりも井戸層および障壁層の遷移エネルギの温度依存性
を小さくできる。このため、井戸層および障壁層のいず
れか一方に上記材料を使用する場合に比べて、量子井戸
構造に基づく量子準位の温度依存性を小さくできる。し
たがって、より安定したレーザ動作が可能となる。
２にするためには、アンドープＧａＩｎＮＡｓ井戸層
（Ｉｎ組成：１５％、Ｎ組成：５％）とアンドープＧａ
ＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組成：５３％、Ｎ組成：１％）若
しくはＧａＩｎＮＰＡｓ障壁層と、またはアンドープＧ
ａＩｎＮＡｓ井戸層（Ｉｎ組成：２５％、Ｎ組成：１
％）とアンドープＧａＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組成：５３
％、Ｎ組成：１％）またはＧａＩｎＮＰＡｓ障壁層と、
を組み合わせることが好ましい。また、薄層化された多
層構造にすれば、量子井戸構造を形成できる。この材料
を用いると、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰを用いる場合
よりも井戸層および障壁層の遷移エネルギの温度依存性
を小さくできる。このため、井戸層および障壁層のいず
れか一方に上記材料を使用する場合に比べて、量子井戸
構造に基づく量子準位の温度依存性を小さくできる。し
たがって、より安定したレーザ動作が可能となる。
【０１４８】Ｓｉ基板を使用する場合、格子不整合の比
率が０．１％のもとで、ＧａＩｎＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、
ＡｌＧａＩｎＮＰ、ＡｌＡｓＮＰ、ＧａＡｓＮＰ、Ａｌ
ＧａＡｓＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＡｌＮＡｓ、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、Ａｌ
ＩｎＮＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡ
ｓＰ等が０．１％以上の厚みで使用できる。上記の材料
を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格子不整の比率
が２％以下で使用可能である。この条件では、レーザの
活性層に用いる歪量子井戸構造に適用できる。なお、Ａ
ｌＮＰ、ＡｌＧａＮＰ等についても上記同様に歪量子井
戸構造に適用できる。
率が０．１％のもとで、ＧａＩｎＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、
ＡｌＧａＩｎＮＰ、ＡｌＡｓＮＰ、ＧａＡｓＮＰ、Ａｌ
ＧａＡｓＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＡｌＮＡｓ、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＡｓ、Ａｌ
ＩｎＮＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡ
ｓＰ等が０．１％以上の厚みで使用できる。上記の材料
を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格子不整の比率
が２％以下で使用可能である。この条件では、レーザの
活性層に用いる歪量子井戸構造に適用できる。なお、Ａ
ｌＮＰ、ＡｌＧａＮＰ等についても上記同様に歪量子井
戸構造に適用できる。
【０１４９】このようにＳｉ基板を用いると、半導体基
板の中で最も安価であり、且つ大口径の基板が入手可能
である。また、シリコン基板上に形成される半導体素子
と集積化が容易である。更に、熱伝導率がＩＩＩ−Ｖ族
半導体基板よりも大きいので、放熱性に優れる。
板の中で最も安価であり、且つ大口径の基板が入手可能
である。また、シリコン基板上に形成される半導体素子
と集積化が容易である。更に、熱伝導率がＩＩＩ−Ｖ族
半導体基板よりも大きいので、放熱性に優れる。
【０１５０】図１２に示したＦＰ型半導体レーザの各半
導体層に対して、特に好適な組み合わせとしては、図１
６を参照すると、ｎ−Ｓｉ基板７６、ｎ−ＧａＮＰバッ
ファ層（Ｎ組成：３％）７８、ｎ−ＡｌＮＰクラッド層
（Ｎ組成：４％）７０、アンドープＡｌＧａＮＰガイド
層（Ａｌ組成：５０％、Ｎ組成：３．５％）７１、アン
ドープＧａＮＰ活性層７２（Ｎ組成：３％）、アンドー
プＡｌＧａＮＰガイド層（Ａｌ組成：５０％、Ｎ組成：
３．５％）７３、ｐ−ＡｌＧａＮＰクラッド層（Ｎ組
成：４％）７４、ｐ−ＧａＮＡｓコンタクト層（Ｎ組
成：１９％）８０となる。このような組み合わせを構成
すれば、発振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯
半導体レーザが得られる。また、ガイド層７１、７３を
活性層７２の両側に備えているので、基本モードを保ち
ながら比較的高出力を得ることができる。
導体層に対して、特に好適な組み合わせとしては、図１
６を参照すると、ｎ−Ｓｉ基板７６、ｎ−ＧａＮＰバッ
ファ層（Ｎ組成：３％）７８、ｎ−ＡｌＮＰクラッド層
（Ｎ組成：４％）７０、アンドープＡｌＧａＮＰガイド
層（Ａｌ組成：５０％、Ｎ組成：３．５％）７１、アン
ドープＧａＮＰ活性層７２（Ｎ組成：３％）、アンドー
プＡｌＧａＮＰガイド層（Ａｌ組成：５０％、Ｎ組成：
３．５％）７３、ｐ−ＡｌＧａＮＰクラッド層（Ｎ組
成：４％）７４、ｐ−ＧａＮＡｓコンタクト層（Ｎ組
成：１９％）８０となる。このような組み合わせを構成
すれば、発振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯
半導体レーザが得られる。また、ガイド層７１、７３を
活性層７２の両側に備えているので、基本モードを保ち
ながら比較的高出力を得ることができる。
【０１５１】図１７を参照すると、多層構造の活性層７
２にするためには、アンドープＧａＮＰ井戸層（Ｎ組
成：３％）とアンドープＡｌＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組
成：１０％、Ｎ組成：４％）を組み合わせることが好ま
しい。また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸
構造を形成できる。この材料を用いると、井戸層および
障壁層の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。こ
のため、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料
を使用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準
位の温度依存性を小さくできる。したがって、より安定
したレーザ動作が可能となる。
２にするためには、アンドープＧａＮＰ井戸層（Ｎ組
成：３％）とアンドープＡｌＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組
成：１０％、Ｎ組成：４％）を組み合わせることが好ま
しい。また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸
構造を形成できる。この材料を用いると、井戸層および
障壁層の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。こ
のため、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料
を使用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準
位の温度依存性を小さくできる。したがって、より安定
したレーザ動作が可能となる。
【０１５２】ＩｎＰ基板を使用する場合、格子不整合の
比率が０．１％のもとで、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮ
Ａｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮ
Ｐ、ＡｌＧａＩｎＮＰ等が０．１μｍ以上の厚みで使用
できる。上記の材料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場
合、格子不整の比率が２％以下で使用が可能である。こ
の条件では、レーザの活性層に用いる歪量子井戸構造に
適用できる。
比率が０．１％のもとで、ＡｌＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮ
Ａｓ、ＡｌＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮ
Ｐ、ＡｌＧａＩｎＮＰ等が０．１μｍ以上の厚みで使用
できる。上記の材料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場
合、格子不整の比率が２％以下で使用が可能である。こ
の条件では、レーザの活性層に用いる歪量子井戸構造に
適用できる。
【０１５３】ＩｎＰ基板を使用すれば、通信用半導体レ
ーザの多くがＩｎＰ基板上に形成されているので、従来
のデバイスの置き換えが容易となる。
ーザの多くがＩｎＰ基板上に形成されているので、従来
のデバイスの置き換えが容易となる。
【０１５４】図１２に示したＦＰ型半導体レーザの各半
導体層に対して、特に好適な組み合わせとしては、図１
６を参照すると、ｎ−ＩｎＰ基板７６、ｎ−ＩｎＰバッ
ファ層７８、ｎ−ＩｎＰクラッド層７０、アンドープＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層７１、アンドープＩｎＮＡｓＰ活
性層７２（Ｎ組成：３．４％、Ａｓ組成：１７）、アン
ドープＩｎＧａＡｓＰガイド層７３、ｐ−ＡｌＮＰクラ
ッド層７４、ｐ−ＧａＮＡｓコンタクト層８０となる。
このような組み合わせを構成すれば、発振波長の温度依
存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レーザが得られ、更
に、ガイド層７１、７３を活性層７２の両側に備えてい
るので、基本モードを保ちながら比較的高出力を得るこ
とができる。なお、このような活性層７２の厚さとして
は１００ｎｍ程度が好ましい。
導体層に対して、特に好適な組み合わせとしては、図１
６を参照すると、ｎ−ＩｎＰ基板７６、ｎ−ＩｎＰバッ
ファ層７８、ｎ−ＩｎＰクラッド層７０、アンドープＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層７１、アンドープＩｎＮＡｓＰ活
性層７２（Ｎ組成：３．４％、Ａｓ組成：１７）、アン
ドープＩｎＧａＡｓＰガイド層７３、ｐ−ＡｌＮＰクラ
ッド層７４、ｐ−ＧａＮＡｓコンタクト層８０となる。
このような組み合わせを構成すれば、発振波長の温度依
存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レーザが得られ、更
に、ガイド層７１、７３を活性層７２の両側に備えてい
るので、基本モードを保ちながら比較的高出力を得るこ
とができる。なお、このような活性層７２の厚さとして
は１００ｎｍ程度が好ましい。
【０１５５】活性層７２として、アンドープＩｎＮＡｓ
Ｐ（Ｎ組成：４％、Ａｓ組成：１８％）を使用すれば、
発振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レ
ーザが得られる。なお、このような半導体層の厚さを８
ｎｍ程度にすれば、量子井戸を構成できる。
Ｐ（Ｎ組成：４％、Ａｓ組成：１８％）を使用すれば、
発振波長の温度依存性が小さい１．５５μｍ帯半導体レ
ーザが得られる。なお、このような半導体層の厚さを８
ｎｍ程度にすれば、量子井戸を構成できる。
【０１５６】図１７を参照すると、多層構造の活性層７
２にするためには、アンドープＩｎＮＡｓＰ井戸層（Ｎ
組成：０．５％、Ａｓ組成：４５％）とアンドープＩｎ
ＧａＮＡｓＰ障壁層とを組み合わせることが好ましい。
また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸構造を
形成できる。この材料を用いると、井戸層および障壁層
の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。このた
め、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料を使
用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準位の
温度依存性を小さくできる。したがって、より安定した
レーザ動作が可能となる。
２にするためには、アンドープＩｎＮＡｓＰ井戸層（Ｎ
組成：０．５％、Ａｓ組成：４５％）とアンドープＩｎ
ＧａＮＡｓＰ障壁層とを組み合わせることが好ましい。
また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸構造を
形成できる。この材料を用いると、井戸層および障壁層
の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。このた
め、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料を使
用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準位の
温度依存性を小さくできる。したがって、より安定した
レーザ動作が可能となる。
【０１５７】ＧａＰ基板を使用する場合、格子不整合の
比率が０．１％以下のもとで、ＧａＮＡｓ、ＡｌＧａＮ
Ａｓ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＡｓ、
ＩｎＮＰ、ＩｎＧａＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＩｎＧａＡｌ
ＮＡｓ等が０．１μｍ以上の厚みで使用できる。上記材
料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格子不整の比
率が２％以下で使用可能である。この条件では、レーザ
の活性層に用いる歪量子井戸構造に適用できる。
比率が０．１％以下のもとで、ＧａＮＡｓ、ＡｌＧａＮ
Ａｓ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＡｓ、
ＩｎＮＰ、ＩｎＧａＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＩｎＧａＡｌ
ＮＡｓ等が０．１μｍ以上の厚みで使用できる。上記材
料を０．１μｍ以下の厚みで用いる場合、格子不整の比
率が２％以下で使用可能である。この条件では、レーザ
の活性層に用いる歪量子井戸構造に適用できる。
【０１５８】ＧａＰ基板を使用すれば、発振波長を規定
すればＧａＡｓ基板に比べて活性層の遷移エネルギとク
ラッド層の遷移エネルギとの差を大きくとれるので、高
温での動作において有利である。
すればＧａＡｓ基板に比べて活性層の遷移エネルギとク
ラッド層の遷移エネルギとの差を大きくとれるので、高
温での動作において有利である。
【０１５９】図１２に示したＦＰ型半導体レーザの各半
導体層に対して、特に好適な組み合わせは、図１６を参
照すると、ｎ−ＧａＰ基板７６、ｎ−ＧａＰバッファ層
７８、ｎ−ＡｌＰクラッド層７０、アンドープＧａＰガ
イド層７１、アンドープＧａＮＰ活性層７２（Ｎ組成：
７％）、アンドープＧａＰガイド層７３、ｐ−ＡｌＰク
ラッド層７４、ｐ−ＧａＰコンタクト層８０となる。こ
のような組み合わせを構成すれば、ガイド層７１、７３
を活性層７２の両側に備えているので、基本モードを保
ちながら比較的高出力を得ることができる。
導体層に対して、特に好適な組み合わせは、図１６を参
照すると、ｎ−ＧａＰ基板７６、ｎ−ＧａＰバッファ層
７８、ｎ−ＡｌＰクラッド層７０、アンドープＧａＰガ
イド層７１、アンドープＧａＮＰ活性層７２（Ｎ組成：
７％）、アンドープＧａＰガイド層７３、ｐ−ＡｌＰク
ラッド層７４、ｐ−ＧａＰコンタクト層８０となる。こ
のような組み合わせを構成すれば、ガイド層７１、７３
を活性層７２の両側に備えているので、基本モードを保
ちながら比較的高出力を得ることができる。
【０１６０】図１７を参照すると、多層構造の活性層７
２にするためには、アンドープＧａＮＰ井戸層（Ｎ組
成：７％）とアンドープＡｌＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組
成：１０％、Ｎ組成：４％）を組み合わせることが好ま
しい。また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸
構造を形成できる。この材料を用いると、井戸層および
障壁層の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。こ
のため、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料
を使用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準
位の温度依存性を小さくできる。したがって、より安定
したレーザ動作が可能となる。
２にするためには、アンドープＧａＮＰ井戸層（Ｎ組
成：７％）とアンドープＡｌＩｎＮＰ障壁層（Ｉｎ組
成：１０％、Ｎ組成：４％）を組み合わせることが好ま
しい。また、薄層化された多層構造にすれば、量子井戸
構造を形成できる。この材料を用いると、井戸層および
障壁層の遷移エネルギの温度依存性を小さくできる。こ
のため、井戸層および障壁層のいずれか一方に上記材料
を使用する場合に比べて、量子井戸構造に基づく量子準
位の温度依存性を小さくできる。したがって、より安定
したレーザ動作が可能となる。
【０１６１】以上、図１２に示したＦＰ型半導体レーザ
に関して好適な半導体層の組み合わせについて説明した
が、上記の１．５５μｍ帯半導体レーザに関しての組み
合わせは、図１４に示したＤＦＢ型半導体レーザについ
ても同様に好適な組み合わせとなる。この場合に、図１
４の半導体層との関係は、基板９６、バッファ層９８、
クラッド層１００、ガイド層１０１、活性層１０２、ガ
イド層１０３、クラッド層１０４、コンタクト層１１
０、となる。
に関して好適な半導体層の組み合わせについて説明した
が、上記の１．５５μｍ帯半導体レーザに関しての組み
合わせは、図１４に示したＤＦＢ型半導体レーザについ
ても同様に好適な組み合わせとなる。この場合に、図１
４の半導体層との関係は、基板９６、バッファ層９８、
クラッド層１００、ガイド層１０１、活性層１０２、ガ
イド層１０３、クラッド層１０４、コンタクト層１１
０、となる。
【０１６２】これらの半導体層は、例えば、有機金属気
相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）、化学線エピタキシ（ＣＢＥ）等によって成長する
ことができる。
相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）、化学線エピタキシ（ＣＢＥ）等によって成長する
ことができる。
【０１６３】なお、上記デバイスにおいて、活性層とガ
イド層にＡｓを含まないものでは、レーザ端面の劣化を
促進するＡｓ酸化物の形成がないため、特に高出力レー
ザにおいて、高出力におけるレーザ端面の破壊を防止で
きるので、高い信頼性が得られる。
イド層にＡｓを含まないものでは、レーザ端面の劣化を
促進するＡｓ酸化物の形成がないため、特に高出力レー
ザにおいて、高出力におけるレーザ端面の破壊を防止で
きるので、高い信頼性が得られる。
【０１６４】（第９の実施の形態）図１８は、ＧａＮy
Ａｓ1-y、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ
＝０．１５）の遷移エネルギの温度依存性を示した特性
図である。横軸には、他のＶ族元素に対する窒素の組成
を百分率で示し、縦軸には、それぞれの物質の遷移エネ
ルギの温度特性をｅＶ／Ｋ単位で示している。
Ａｓ1-y、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ
＝０．１５）の遷移エネルギの温度依存性を示した特性
図である。横軸には、他のＶ族元素に対する窒素の組成
を百分率で示し、縦軸には、それぞれの物質の遷移エネ
ルギの温度特性をｅＶ／Ｋ単位で示している。
【０１６５】遷移エネルギＥｔは、発光素子の発光に寄
与するエネルギ準位間のエネルギ差をいう。これは、発
光波長から求めることができる。例えば、蛍光法（フォ
トルミネッセンス法）を用いる場合には、アルゴンレー
ザで発生された波長５１４ｎｍの光を対象結晶に照射し
て、この結晶から放出される蛍光の波長を分光器によっ
て測定し波長を求めると、遷移エネルギを決定できる。
遷移エネルギの温度依存性は、５Ｋ〜３００Ｋの範囲で
は、この範囲で連続的に温度を変化できるクライオスタ
ット（冷却器）を使用し、また３００Ｋ〜４００Ｋの範
囲では、この範囲で連続的の温度を変化できる加熱装置
を使用して行った。
与するエネルギ準位間のエネルギ差をいう。これは、発
光波長から求めることができる。例えば、蛍光法（フォ
トルミネッセンス法）を用いる場合には、アルゴンレー
ザで発生された波長５１４ｎｍの光を対象結晶に照射し
て、この結晶から放出される蛍光の波長を分光器によっ
て測定し波長を求めると、遷移エネルギを決定できる。
遷移エネルギの温度依存性は、５Ｋ〜３００Ｋの範囲で
は、この範囲で連続的に温度を変化できるクライオスタ
ット（冷却器）を使用し、また３００Ｋ〜４００Ｋの範
囲では、この範囲で連続的の温度を変化できる加熱装置
を使用して行った。
【０１６６】窒素の組成は、Ｘ線回折法、二次イオン質
量分析法（ＳＩＭＳ法）、ＥＰＭＡ法等によって求める
ことができる。図１８においては、Ｘ線回折法、ＳＩＭ
Ｓ法を用いて組成決定を行い、この両方法によって求め
た値は、よく一致することを確認した。Ｘ線回折法で
は、格子定数は組成に比例するという法則に基づいて、
半導体基板とこの上にエピタキシャル成長された半導体
層からの回折角の差から、例えばＧａＮyＡｓ1-yの場合
ではＧａＡｓとＧａＮの既知の格子定数から算出する。
更に、詳述すれば、Ｘ線回折法によりＧａＡｓ（００
４）ピークとＧａＮＡｓ（００４）ピークのずれから窒
素組成を決定した。
量分析法（ＳＩＭＳ法）、ＥＰＭＡ法等によって求める
ことができる。図１８においては、Ｘ線回折法、ＳＩＭ
Ｓ法を用いて組成決定を行い、この両方法によって求め
た値は、よく一致することを確認した。Ｘ線回折法で
は、格子定数は組成に比例するという法則に基づいて、
半導体基板とこの上にエピタキシャル成長された半導体
層からの回折角の差から、例えばＧａＮyＡｓ1-yの場合
ではＧａＡｓとＧａＮの既知の格子定数から算出する。
更に、詳述すれば、Ｘ線回折法によりＧａＡｓ（００
４）ピークとＧａＮＡｓ（００４）ピークのずれから窒
素組成を決定した。
【０１６７】図１９は、このような組成の半導体層のＸ
線回折スペクトルの一例を示し、横軸は回折角度、縦軸
は任意単位で示されたＸ線強度である。図１９によれ
ば、ＧａＡｓ（００４）との格子不整合は０．３％と小
さく、半値幅は△２θ表記で５０秒と小さい。したがっ
て、組成分布、および欠陥の少ない、非常に結晶性の良
好なＧａＩｎＮＡｓ結晶が得られたことが分かる。
線回折スペクトルの一例を示し、横軸は回折角度、縦軸
は任意単位で示されたＸ線強度である。図１９によれ
ば、ＧａＡｓ（００４）との格子不整合は０．３％と小
さく、半値幅は△２θ表記で５０秒と小さい。したがっ
て、組成分布、および欠陥の少ない、非常に結晶性の良
好なＧａＩｎＮＡｓ結晶が得られたことが分かる。
【０１６８】再び図１８を参照すると、ＧａＮyＡｓ1-y
において窒素の組成を変化させた場合の温度係数が示さ
れている。遷移エネルギの１次の温度係数は、温度Ｔ＝
Ｔ２からＴ＝Ｔ１の範囲（Ｔ１＞Ｔ２）において、 △Ｅｔ／△Ｔ ＝［Ｅｔ(T=T１)−Ｅｔ(T=T2)］／［Ｔ１−Ｔ２］ で表される。この割合は、窒素の組成を独立変数とする
と、傾きが正の一次関数で表される関係となる。図１８
に示したデータは実験データを解析した一例であって、
温度Ｔ＝７７Ｋから３００Ｋの範囲での結果である。実
験データを外挿して窒素の組成が零の場合（いわゆる、
ｙ切片）を求めると、−０．３８３ｍｅＶとなる。この
値はＧａＡｓにおけるバンドギャップの値の温度係数−
０．３８０ｍｅＶに非常に近い。本実験の解析から得ら
れた値−０．３８３ｍｅＶと、ＧａＡｓの文献値−０．
３８０ｍｅＶが非常に近いことは、本実施の形態に使用
した窒素濃度が高い結晶が高品質であることを示してい
ると、発明者は考えている。なお、遷移エネルギの変化
の割合、つまり１次の温度係数は、窒素の組成を増加さ
せていくと、負の値から零に近づき、正の値を至ること
を示している。
において窒素の組成を変化させた場合の温度係数が示さ
れている。遷移エネルギの１次の温度係数は、温度Ｔ＝
Ｔ２からＴ＝Ｔ１の範囲（Ｔ１＞Ｔ２）において、 △Ｅｔ／△Ｔ ＝［Ｅｔ(T=T１)−Ｅｔ(T=T2)］／［Ｔ１−Ｔ２］ で表される。この割合は、窒素の組成を独立変数とする
と、傾きが正の一次関数で表される関係となる。図１８
に示したデータは実験データを解析した一例であって、
温度Ｔ＝７７Ｋから３００Ｋの範囲での結果である。実
験データを外挿して窒素の組成が零の場合（いわゆる、
ｙ切片）を求めると、−０．３８３ｍｅＶとなる。この
値はＧａＡｓにおけるバンドギャップの値の温度係数−
０．３８０ｍｅＶに非常に近い。本実験の解析から得ら
れた値−０．３８３ｍｅＶと、ＧａＡｓの文献値−０．
３８０ｍｅＶが非常に近いことは、本実施の形態に使用
した窒素濃度が高い結晶が高品質であることを示してい
ると、発明者は考えている。なお、遷移エネルギの変化
の割合、つまり１次の温度係数は、窒素の組成を増加さ
せていくと、負の値から零に近づき、正の値を至ること
を示している。
【０１６９】また、図１８では、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ
1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）においては、窒素
の組成を０．１％〜９％まで変化させた。これは、窒素
の組成が大きい場合、温度７７Ｋから３００Ｋまでの遷
移エネルギの変化の割合△Ｅｔ／△ＴをＧａＮyＡｓ1-y
の場合と同様に求めた解析例である。この結果、窒素の
組成に対して、傾きが正の一次関数で表される関係にあ
る。本物質の場合には、Ｉｎの組成によって遷移エネル
ギの温度依存性が変化する。図１８の例では、Ｉｎの組
成が高くなるのつれて、温度依存性△Ｅｔ／△Ｔが小さ
くなるが、Ｉｎ組成の依存性に比べて窒素の組成に対す
る依存性の方が大きいことに注目すべきことである。
1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）においては、窒素
の組成を０．１％〜９％まで変化させた。これは、窒素
の組成が大きい場合、温度７７Ｋから３００Ｋまでの遷
移エネルギの変化の割合△Ｅｔ／△ＴをＧａＮyＡｓ1-y
の場合と同様に求めた解析例である。この結果、窒素の
組成に対して、傾きが正の一次関数で表される関係にあ
る。本物質の場合には、Ｉｎの組成によって遷移エネル
ギの温度依存性が変化する。図１８の例では、Ｉｎの組
成が高くなるのつれて、温度依存性△Ｅｔ／△Ｔが小さ
くなるが、Ｉｎ組成の依存性に比べて窒素の組成に対す
る依存性の方が大きいことに注目すべきことである。
【０１７０】なお、ＧａＡｓ、ＧａxＩｎ1ーxＡｓのバン
ドギャップの温度依存性については、文献（Property o
f lattice-matched and strained Indium Gallium Arse
nide, Ed P.Bhattacharya, INSPEC 1993, p73-75）を参
照した。
ドギャップの温度依存性については、文献（Property o
f lattice-matched and strained Indium Gallium Arse
nide, Ed P.Bhattacharya, INSPEC 1993, p73-75）を参
照した。
【０１７１】このように、ＧａＮyＡｓ1-y、Ｇａ1ーxＩ
ｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）では、
遷移エネルギの温度依存性を極めて小さくすることが可
能な窒素の組成の範囲がある。上記のような物質におい
ては、他のＶ族に対して窒素の組成を最大で９％程度に
すると、従来使用されていたＧａＡｓ半導体に比べて発
光素子の光波長の温度依存性を極めて小さくすることが
できる。したがって、例えば温度特性が改善された半導
体発光素子、例えば半導体レーザを提供できる。
ｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）では、
遷移エネルギの温度依存性を極めて小さくすることが可
能な窒素の組成の範囲がある。上記のような物質におい
ては、他のＶ族に対して窒素の組成を最大で９％程度に
すると、従来使用されていたＧａＡｓ半導体に比べて発
光素子の光波長の温度依存性を極めて小さくすることが
できる。したがって、例えば温度特性が改善された半導
体発光素子、例えば半導体レーザを提供できる。
【０１７２】加えて、これらの材料では、遷移エネルギ
をＧａＡｓより遷移エネルギ値を小さくできる。また、
Ｉｎの組成および窒素組成を連続的に変化させることに
よって、遷移エネルギを連続的に変化させることができ
る。したがって、これらの材料を既存の半導体材料と組
み合わせて多層構造を構成すれば、ＧａＡｓより長波長
の半導体発光素子（各種構造の半導体レーザ、発光ダイ
オード）を作成できる。例えば、所定の窒素組成のＧａ
ＮyＡｓ1-y、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-yを活性層に使用す
れば、光ファイバ通信に使用される１．３μｍ帯および
１．５５μｍ帯で使用可能な、発振波長の温度特性が安
定している発光ダイオードおよび半導体レーザを作成で
きる。
をＧａＡｓより遷移エネルギ値を小さくできる。また、
Ｉｎの組成および窒素組成を連続的に変化させることに
よって、遷移エネルギを連続的に変化させることができ
る。したがって、これらの材料を既存の半導体材料と組
み合わせて多層構造を構成すれば、ＧａＡｓより長波長
の半導体発光素子（各種構造の半導体レーザ、発光ダイ
オード）を作成できる。例えば、所定の窒素組成のＧａ
ＮyＡｓ1-y、Ｇａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-yを活性層に使用す
れば、光ファイバ通信に使用される１．３μｍ帯および
１．５５μｍ帯で使用可能な、発振波長の温度特性が安
定している発光ダイオードおよび半導体レーザを作成で
きる。
【０１７３】このような特性は、窒素の原子半径が他の
元素と比較して小さいことが１つの理由であると、発明
者は考えている。原子半径は、 ＩＩＩ族元素 Ａｌ： ０．２３０オングストローム Ｇａ： １．２２５オングストローム Ｉｎ： １．４０６オングストローム Ｖ族元素 Ｎ ： ０．７１９オングストローム Ｐ ： １．１２６オングストローム Ａｓ： １．２２５オングストローム という値である。
元素と比較して小さいことが１つの理由であると、発明
者は考えている。原子半径は、 ＩＩＩ族元素 Ａｌ： ０．２３０オングストローム Ｇａ： １．２２５オングストローム Ｉｎ： １．４０６オングストローム Ｖ族元素 Ｎ ： ０．７１９オングストローム Ｐ ： １．１２６オングストローム Ａｓ： １．２２５オングストローム という値である。
【０１７４】また、窒素の電気陰性度が他の元素に比べ
て大きく異なってこともその理由であると発明者は考え
ている。ポーリングの電気陰性度は、化学便覧、基礎編
II-631、丸善（株）によれば、 ＩＩＩ族元素 Ａｌ： １．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｇａ： １．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｉｎ： １．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｖ族元素 Ｎ ： ３．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｐ ： ２．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ａｓ： ２．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ という値である。
て大きく異なってこともその理由であると発明者は考え
ている。ポーリングの電気陰性度は、化学便覧、基礎編
II-631、丸善（株）によれば、 ＩＩＩ族元素 Ａｌ： １．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｇａ： １．６ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｉｎ： １．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｖ族元素 Ｎ ： ３．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｐ ： ２．１ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ａｓ： ２．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ という値である。
【０１７５】さらに発明者は以下のような考察を行っ
た。例えば、青色発光素子として実用化されているＩｎ
ＧａＮは、ＩｎＮとＧａＮから成る３元系混晶である。
遷移エネルギの温度係数は、ＩｎＮでは−０．１８ｍｅ
Ｖ／Ｋ、ＧａＮでは−０．６０ｍｅＶである。ＩｎxＧ
ａ1ーxＮは、文献（Property of Group III Nitrides, I
NSPEC publication,ed. James H. Edgar）によれば、−
［０．２７＋０．０９×Ｘ］ｍｅＶの温度変化を示し、
本実施の形態において使用したＧａＮyＡｓ1-y、Ｇａ
1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）の
ように温度係数が零になるような特性は示さない。同様
に、ＡｌＮおよびこれを中心にした混晶系についても、
かかる特性を有さない。このことから、発明者は、窒素
と物性が異なるＶ族元素を一緒に含むＩＩＩ−Ｖ族混晶
系においては、温度特性のかかる改善が可能になると考
えている。
た。例えば、青色発光素子として実用化されているＩｎ
ＧａＮは、ＩｎＮとＧａＮから成る３元系混晶である。
遷移エネルギの温度係数は、ＩｎＮでは−０．１８ｍｅ
Ｖ／Ｋ、ＧａＮでは−０．６０ｍｅＶである。ＩｎxＧ
ａ1ーxＮは、文献（Property of Group III Nitrides, I
NSPEC publication,ed. James H. Edgar）によれば、−
［０．２７＋０．０９×Ｘ］ｍｅＶの温度変化を示し、
本実施の形態において使用したＧａＮyＡｓ1-y、Ｇａ
1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y（ｘ＝０．１０、ｘ＝０．１５）の
ように温度係数が零になるような特性は示さない。同様
に、ＡｌＮおよびこれを中心にした混晶系についても、
かかる特性を有さない。このことから、発明者は、窒素
と物性が異なるＶ族元素を一緒に含むＩＩＩ−Ｖ族混晶
系においては、温度特性のかかる改善が可能になると考
えている。
【０１７６】この考察に基づけば、窒素と組み合わせる
元素として、Ａｓ、Ｐ、およびＳｂが考えられる。これ
らのＶ族を含む２元ＩＩＩ−Ｖ族系は、ＡｌＰ、Ｇａ
Ｐ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳ
ｂ、ＧａＳｂ、およびＩｎＳｂ等がある。３元ＩＩＩ−
Ｖ族系は、これらの２元系の組み合わせが考えられる。
更に、４元以上の多元系も、これらの組み合わせによっ
て表される。
元素として、Ａｓ、Ｐ、およびＳｂが考えられる。これ
らのＶ族を含む２元ＩＩＩ−Ｖ族系は、ＡｌＰ、Ｇａ
Ｐ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＳ
ｂ、ＧａＳｂ、およびＩｎＳｂ等がある。３元ＩＩＩ−
Ｖ族系は、これらの２元系の組み合わせが考えられる。
更に、４元以上の多元系も、これらの組み合わせによっ
て表される。
【０１７７】図１８に基づけば、ＧａＮyＡｓ1-y（０＜
ｙ≦０．０９）の材料にあっては、ＧａＡｓ半導体の繊
維エネルギの１次の温度係数０．３８ｍｅＶ／Ｋよりも
小さいので、従来の素子に比べて発光波長の温度依存性
が小さい発光素子を実現できる。
ｙ≦０．０９）の材料にあっては、ＧａＡｓ半導体の繊
維エネルギの１次の温度係数０．３８ｍｅＶ／Ｋよりも
小さいので、従来の素子に比べて発光波長の温度依存性
が小さい発光素子を実現できる。
【０１７８】また、図１８に基づけば、Ｇａ1ーxＩｎxＮ
yＡｓ1-y（０＜ｘ≦０．３、０＜ｙ≦０．０９）の材料
にあっては、Ｇａ1ーxＩｎxＡｓ半導体の繊維エネルギの
１次の温度係数よりも小さいので、従来の比べて発光波
長の温度依存性が小さい発光素子を実現できる。
yＡｓ1-y（０＜ｘ≦０．３、０＜ｙ≦０．０９）の材料
にあっては、Ｇａ1ーxＩｎxＡｓ半導体の繊維エネルギの
１次の温度係数よりも小さいので、従来の比べて発光波
長の温度依存性が小さい発光素子を実現できる。
【０１７９】更に、遷移エネルギの１次の温度係数の好
適な範囲は、窒素組成に関しては、組成が１％以上９％
以下の窒素を含む少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y
混晶半導体を備える半導体発光素子に適用することが好
ましい。また、組成ｘが０％より大きく３０％以下のＩ
ｎを含み、組成ｙが３％以上９％以下の窒素を含む少な
くとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を
備える半導体発光素子に適用することが好ましい。
適な範囲は、窒素組成に関しては、組成が１％以上９％
以下の窒素を含む少なくとも１層以上のＧａＮyＡｓ1-y
混晶半導体を備える半導体発光素子に適用することが好
ましい。また、組成ｘが０％より大きく３０％以下のＩ
ｎを含み、組成ｙが３％以上９％以下の窒素を含む少な
くとも１層以上のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体を
備える半導体発光素子に適用することが好ましい。
【０１８０】更に、２．３ｅＶ以下の遷移エネルギを有
し、且つ、Ｖ族元素に関する窒素組成が４０％以下であ
るＩＩＩ−Ｖ族混晶系であることが好ましい。このよう
な範囲にすれば、発光素子として好適な波長範囲を達成
できる遷移エネルギを有する半導体層が形成される。つ
まり、ＧａＰ半導体の遷移エネルギ２．２６ｅＶ（波
長、５４８ｎｍ）程度以下の遷移エネルギを実現でき
る。なお、ＧａＮＰにおいては、窒素組成４０％におい
て遷移エネルギが０ｅＶとなる。
し、且つ、Ｖ族元素に関する窒素組成が４０％以下であ
るＩＩＩ−Ｖ族混晶系であることが好ましい。このよう
な範囲にすれば、発光素子として好適な波長範囲を達成
できる遷移エネルギを有する半導体層が形成される。つ
まり、ＧａＰ半導体の遷移エネルギ２．２６ｅＶ（波
長、５４８ｎｍ）程度以下の遷移エネルギを実現でき
る。なお、ＧａＮＰにおいては、窒素組成４０％におい
て遷移エネルギが０ｅＶとなる。
【０１８１】図１８に示した特性を有する半導体層は、
例えばＭＯＣＶＤ法のよって以下のように形成した。
例えばＭＯＣＶＤ法のよって以下のように形成した。
【０１８２】面方位が（００１）の半絶縁性ＧａＡｓ基
板上に、０．５μｍ厚のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体単層
膜を成長した。このときの諸条件は、ＭＯＣＶＤ成長炉
内で、成長温度５７０℃として、［ＴＢＡｓ］／［ＴＥ
Ｇ］（モル供給比）＝５と固定して、［ＤＭＨｙ］／
（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給比）＝Ｏ．
２５６〜０．９の範囲で所望の窒素組成に合わせて変化
させた。なお、［ＴＢＡｓ］はｔーブチルアルシンであ
り、［ＴＥＧ］はトリエチルガリウムであり、［ＤＭＨ
ｙ］はジメチルヒドラジンである。
板上に、０．５μｍ厚のＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体単層
膜を成長した。このときの諸条件は、ＭＯＣＶＤ成長炉
内で、成長温度５７０℃として、［ＴＢＡｓ］／［ＴＥ
Ｇ］（モル供給比）＝５と固定して、［ＤＭＨｙ］／
（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給比）＝Ｏ．
２５６〜０．９の範囲で所望の窒素組成に合わせて変化
させた。なお、［ＴＢＡｓ］はｔーブチルアルシンであ
り、［ＴＥＧ］はトリエチルガリウムであり、［ＤＭＨ
ｙ］はジメチルヒドラジンである。
【０１８３】また、面方位が（００１）の半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板上に、０．５μｍ厚のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y
混晶半導体単層膜を成長した。このときの諸条件は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長炉内で、成長温度５３０℃とした。Ｇａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎ0.035Ａｓ0.965混晶半導体では、［ＴＢＡ
ｓ］／（［ＴＥＧ］＋［ＴＭＩ］）（モル供給比）＝
１．８、［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡ
ｓ］）（モル供給比）＝０．９８である。Ｇａ0.85Ｉｎ
0.15Ｎ0.053Ａｓ0.947混晶半導体では、［ＴＢＡｓ］／
（［ＴＥＧ］＋［ＴＭＩ］）（モル供給比）＝２、［Ｄ
ＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給
比）＝０．９６５である。これによって、ＧａＡｓ（０
０１）基板上に格子整合して成長する。それぞれの場
合、窒素組成は［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢ
Ａｓ］）を変化させて調整した。なお、［ＴＭＩ］はト
リメチルインジウムである。
Ａｓ基板上に、０．５μｍ厚のＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y
混晶半導体単層膜を成長した。このときの諸条件は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長炉内で、成長温度５３０℃とした。Ｇａ
0.9Ｉｎ0.1Ｎ0.035Ａｓ0.965混晶半導体では、［ＴＢＡ
ｓ］／（［ＴＥＧ］＋［ＴＭＩ］）（モル供給比）＝
１．８、［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡ
ｓ］）（モル供給比）＝０．９８である。Ｇａ0.85Ｉｎ
0.15Ｎ0.053Ａｓ0.947混晶半導体では、［ＴＢＡｓ］／
（［ＴＥＧ］＋［ＴＭＩ］）（モル供給比）＝２、［Ｄ
ＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢＡｓ］）（モル供給
比）＝０．９６５である。これによって、ＧａＡｓ（０
０１）基板上に格子整合して成長する。それぞれの場
合、窒素組成は［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＴＢ
Ａｓ］）を変化させて調整した。なお、［ＴＭＩ］はト
リメチルインジウムである。
【０１８４】以上、第６の実施の形態から第９の実施の
形態において説明したように、本発明の半導体発光素子
では、発光に寄与する遷移エネルギの温度依存性が小さ
い半導体材料を採用したので、発光波長の温度依存性が
安定する。このため、動作の信頼性が向上するととも
に、温度調整機構が不要になる。したがって、安価、小
型、且つ低消費電力の半導体発光素子が提供される。
形態において説明したように、本発明の半導体発光素子
では、発光に寄与する遷移エネルギの温度依存性が小さ
い半導体材料を採用したので、発光波長の温度依存性が
安定する。このため、動作の信頼性が向上するととも
に、温度調整機構が不要になる。したがって、安価、小
型、且つ低消費電力の半導体発光素子が提供される。
【０１８５】
【発明の効果】以上に説明したように、ＧａＡｓ基板上
に、Ｇａ1-xＩｎxＮy Ａｓ1-y／Ｇａ1 -iＩｎiＡｓ1-jＰ
j（但し、０＜ｉ＜１）超格子構造の活性層、またはＧ
ａ1-xＩｎxＮy Ａｓ1-y／ＧａＡｓ1-jＰj超格子構造の
活性層を設けた本発明の半導体レーザによれば、Ｇａ
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層のＩｎの組成比ｘを小さくし
ても、量子井戸における伝導帯及び価電子帯での電子及
び正孔の閉じ込め効果（量子井戸効果）が十分に得られ
て、温度特性（Ｔ0）の優れた半導体レーザを実現する
ことができる。更に、Ｉｎの組成比ｘを小さくすること
により、格子不整合が抑えられて、ＧａＡｓ基板からの
応力歪みが低減されるため、信頼性の高い半導体レーザ
を実現することができる。
に、Ｇａ1-xＩｎxＮy Ａｓ1-y／Ｇａ1 -iＩｎiＡｓ1-jＰ
j（但し、０＜ｉ＜１）超格子構造の活性層、またはＧ
ａ1-xＩｎxＮy Ａｓ1-y／ＧａＡｓ1-jＰj超格子構造の
活性層を設けた本発明の半導体レーザによれば、Ｇａ
1-xＩｎxＮyＡｓ1-y井戸層のＩｎの組成比ｘを小さくし
ても、量子井戸における伝導帯及び価電子帯での電子及
び正孔の閉じ込め効果（量子井戸効果）が十分に得られ
て、温度特性（Ｔ0）の優れた半導体レーザを実現する
ことができる。更に、Ｉｎの組成比ｘを小さくすること
により、格子不整合が抑えられて、ＧａＡｓ基板からの
応力歪みが低減されるため、信頼性の高い半導体レーザ
を実現することができる。
【０１８６】また、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＮyＡｓ1-y
／Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）超格子
構造の活性層を設けた本発明の半導体レーザによれば、
結晶の高品質化を図ることができ、優れた温度特性（Ｔ
0）を実現することができる。更に、超格子のバンドギ
ャプ構造を、電子と正孔を空間的に分離して閉じ込める
ことができるように設計でき、発振波長の長波長化や高
効率化にも有利である。更に、活性層の平均の格子定数
をＧａＡｓ基板と等しくすることによって、設計の自由
度を広げることができると共に、信頼性の高い半導体レ
ーザを実現することができる。
／Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）超格子
構造の活性層を設けた本発明の半導体レーザによれば、
結晶の高品質化を図ることができ、優れた温度特性（Ｔ
0）を実現することができる。更に、超格子のバンドギ
ャプ構造を、電子と正孔を空間的に分離して閉じ込める
ことができるように設計でき、発振波長の長波長化や高
効率化にも有利である。更に、活性層の平均の格子定数
をＧａＡｓ基板と等しくすることによって、設計の自由
度を広げることができると共に、信頼性の高い半導体レ
ーザを実現することができる。
【０１８７】加えて、本発明の半導体発光素子では、発
光に寄与する遷移エネルギの温度依存性が小さい半導体
材料を採用したので、発光波長の温度依存性が安定す
る。このため、動作の信頼性が向上するとともに、温度
調整機構を不要にすることもできる。したがって、安
価、小型、且つ低消費電力の半導体発光素子が提供され
る。
光に寄与する遷移エネルギの温度依存性が小さい半導体
材料を採用したので、発光波長の温度依存性が安定す
る。このため、動作の信頼性が向上するとともに、温度
調整機構を不要にすることもできる。したがって、安
価、小型、且つ低消費電力の半導体発光素子が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１の実施の形態の半導体レーザの構
造及び製造工程を示す縦断面図である。
造及び製造工程を示す縦断面図である。
【図２】図２は、活性層のバンド構造を示す説明図であ
る。
る。
【図３】図３は、活性層のバンド構造を更に示す説明図
である。
である。
【図４】図４は、井戸層のＩｎとＮの組成比の関係を示
す特性図である。
す特性図である。
【図５】図５は、障壁層のＰとＩｎの組成比の関係を示
す特性図である。
す特性図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態の半導体レーザの構
造及び製造工程を示す縦断面図である。
造及び製造工程を示す縦断面図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態の半導体レーザの構
造を示す縦断面図である。
造を示す縦断面図である。
【図８】図８は、第４の実施の形態の半導体レーザの構
造を示す縦断面図と、活性層及びその特性を示す説明図
である。
造を示す縦断面図と、活性層及びその特性を示す説明図
である。
【図９】図９は、第５の実施の形態の半導体レーザの活
性層の構造及びその特性を示す説明図である。
性層の構造及びその特性を示す説明図である。
【図１０】図１０は、第５の実施の形態の半導体レーザ
の動作を説明するための説明図である。
の動作を説明するための説明図である。
【図１１】図１１は、従来の半導体レーザの活性層のバ
ンド構造と、III族とＶ族元素の原子半径を 示す説明図
である。
ンド構造と、III族とＶ族元素の原子半径を 示す説明図
である。
【図１２】図１２は、本発明の半導体発光素子が適用さ
れたファブリペロー型半導体レーザを模式的に表した斜
視図である。
れたファブリペロー型半導体レーザを模式的に表した斜
視図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、図１２
におけるＡ部の拡大図である。
におけるＡ部の拡大図である。
【図１４】図１４（ａ）は、本発明の半導体発光素子が
適用された分布帰還型半導体レーザを模式的に表した斜
視図であり、放射されるレーザ光の光軸方向に沿った断
面を示している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ部
の拡大された断面図である。
適用された分布帰還型半導体レーザを模式的に表した斜
視図であり、放射されるレーザ光の光軸方向に沿った断
面を示している。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ部
の拡大された断面図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図１４
におけるＣ部の拡大図である。
におけるＣ部の拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明に特に好適な半導体層の組
み合わせを一覧に示した一覧図である。
み合わせを一覧に示した一覧図である。
【図１７】図１７は、本発明に特に好適な半導体層の組
み合わせを一覧に示した一覧図である。
み合わせを一覧に示した一覧図である。
【図１８】図１８は、遷移エネルギを温度係数の窒素組
成に対する依存性を示したグラフである。
成に対する依存性を示したグラフである。
【図１９】図１９は、このような組成の半導体層のＸ線
回折スペクトル図である。
回折スペクトル図である。
２，２４，４６…ＧａＡｓ基板、４，２６，４６…バッ
ファ層、６，３０，５０…下部クラッド層、８，３２，
５２，６８…活性層、８ａ，８ｃ，５２ａ，５２ｃ，６
８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８ｇ…障壁層、８ｂ，５２
ｂ，６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ…井戸層、１０，３４，５
４…上部クラッド層、１４，６６…リッジストライプ
部、１６，５６…埋め込み層、１８，６０…コンタクト
層。７０…第１のクラッド層、７１…第１のガイド層、
７２…活性層、７３…第２のガイド層、７４…第２のク
ラッド層、７６…半導体基板、７８…バッファ層、８０
…コンタクト層、８２…第１導電側電極、８４…第２導
電側電極、８６…リッジストライプ部、８８…中間層。
９６…半導体基板９６、９８…バッファ層、１００…第
１のクラッド層、１０１…第１のガイド層、１０２…活
性層、１０３…第２のガイド層、１０６…埋め込み部１
０６、１０４…第２のクラッド層、１１０…コンタクト
層、１１２…第１導電側のストライプ電極、１１４…第
２導電側の裏面電極、１１８…第１のブロック層、１２
０…第２のブロック層。
ファ層、６，３０，５０…下部クラッド層、８，３２，
５２，６８…活性層、８ａ，８ｃ，５２ａ，５２ｃ，６
８ａ，６８ｃ，６８ｅ，６８ｇ…障壁層、８ｂ，５２
ｂ，６８ｂ，６８ｄ，６８ｆ…井戸層、１０，３４，５
４…上部クラッド層、１４，６６…リッジストライプ
部、１６，５６…埋め込み層、１８，６０…コンタクト
層。７０…第１のクラッド層、７１…第１のガイド層、
７２…活性層、７３…第２のガイド層、７４…第２のク
ラッド層、７６…半導体基板、７８…バッファ層、８０
…コンタクト層、８２…第１導電側電極、８４…第２導
電側電極、８６…リッジストライプ部、８８…中間層。
９６…半導体基板９６、９８…バッファ層、１００…第
１のクラッド層、１０１…第１のガイド層、１０２…活
性層、１０３…第２のガイド層、１０６…埋め込み部１
０６、１０４…第２のクラッド層、１１０…コンタクト
層、１１２…第１導電側のストライプ電極、１１４…第
２導電側の裏面電極、１１８…第１のブロック層、１２
０…第２のブロック層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高岸 成典 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 生駒 暢之 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 田辺 達也 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内
Claims (20)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、第１の層を第２の層
で挟んだ超格子構造の活性層を備えた端面発光型の半導
体レーザにおいて、 前記第１の層はＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y、前記第２の層
はＧａ1-iＩｎiＡｓ1- jＰj（但し、０≦ｉ＜１）から成
り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組以上積
層された構造を有することを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に、第１の層を第２の層
で挟んだ超格子構造の活性層を備えた面発光型の半導体
レーザにおいて、 前記第１の層はＧａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y、前記第２の層
はＧａ1-iＩｎiＡｓ1- jＰj（但し、０≦ｉ＜１）から成
り、前記第１の層と第２の層とが少なくとも１組以上積
層された構造を有することを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 発振波長が１．３μｍ帯もしくはそれよ
り短波長であることを特徴とする請求項１または２のい
ずれか一項に記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記Ｇａ1-xＩｎxＮyＡｓ1-y層のＩｎの
組成比ｘが、０＜ｘ≦０．２５の範囲内の値であること
を特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の
半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj層のＩｎの
組成比ｉとＰの組成比ｊが、 ｉ≦（ｊ−０．０９６８）÷１．１の関係に設定される
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記
載の半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj層（但し、
０≦ｉ＜１）は、前記ＧａＡｓ基板の格子定数と等しい
か又は小さな格子定数であることを特徴とする請求項１
または２のいずれか一項に記載の半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記第１の層はＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ
0.013Ａｓ0.987、前記第２の層はＧａ0.9Ｉｎ0.1Ａｓ
0.81Ｐ0.19であることを特徴とする請求項１または２の
いずれか一項に記載の半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記第１の層はＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ
0.013Ａｓ0.987、前記第２の層はＧａＡｓ0.92Ｐ0.08で
あることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項
に記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】 前記Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj層は、Ｇａ
Ａｓ1-jＰjから成ることを特徴とする請求項６に記載の
半導体レーザ。 - 【請求項１０】 前記Ｇａ1-iＩｎiＡｓ1-jＰj層は、Ｇ
ａＡｓ0.92Ｐ0.08から成ることを特徴とする請求項６に
記載の半導体レーザ。 - 【請求項１１】ＧａＡｓ基板上に、第１の層を第２の層
で挟んだ超格子構造の活性層を備えた半導体レーザにお
いて、 前記第１の層はＧａＮyＡｓ1-y、前記第２の層はＧａ
1-iＩｎiＡｓ1-jＰj（但し、０≦ｊ＜１）から成り、前
記第１の層と第２の層とが少なくとも１組以上積層され
た構造を有することを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項１２】 前記第１の層と前記第２の層で構成さ
れる超格子構造の活性層の平均の格子定数がＧａＡｓの
格子定数に等しいことを特徴とする請求項１１に記載の
半導体レーザ。 - 【請求項１３】 前記第１の層と前記第２の層で構成さ
れる超格子構造の活性層のエネルギーポテンシャルが、
電子に対しては前記第１の層が井戸、前記第２の層が障
壁となり、正孔に対しては前記第２の層が井戸、前記第
１の層が障壁となることを特徴とする請求項１１に記載
の半導体レーザ。 - 【請求項１４】 前記第１の層と第２の層の厚みが、２
原子層以上、１０原子層以下の範囲内であることを特徴
とする請求項１３に記載の半導体レーザ。 - 【請求項１５】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体
であって窒素を含む２以上のＶ族元素を有し、遷移エネ
ルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅＶ／Ｋ以上＋０．
３ｍｅＶ／Ｋ以下である第１の半導体層と、を備えるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１６】 前記半導体基板上に設けられ、ＩＩＩ
−Ｖ族混晶半導体であって窒素を含む２以上のＶ族元素
を有し、遷移エネルギの１次の温度係数が−０．３ｍｅ
Ｖ／Ｋ以上＋０．３ｍｅＶ／Ｋ以下である第２の半導体
層を備え、 前記第２の半導体層は、前記第１の半導体層の第１の面
とこの第１の面に対向する第２の面に接して前記第１の
半導体層を挟み、 前記第１の半導体層の数は１以上である、ことを特徴と
する請求項１５に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１７】 前記第１の半導体層および前記第２の
半導体層の少なくとも一方は、２．３ｅＶ以下の遷移エ
ネルギを有し、且つ、 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の少なく
とも一方に含まれるＶ族元素における窒素組成が４０％
以下である、を特徴とする請求項１５または請求項１６
に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１８】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられ、組成が１％以上９％以下
の窒素を含むＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備える
ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１９】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられ、組成が３％以上９％以下
の窒素、組成が０％より大きく３０％以下のＩｎ、を含
むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体層と、を備えるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２０】 組成が１％以上９％以下の窒素を含む
ＧａＮyＡｓ1-y混晶半導体層、並びに、組成が３％以上
９％以下の窒素および組成が０％より大きく３０％以下
のＩｎを含むＧａ1ーxＩｎxＮyＡｓ1-y混晶半導体層、の
少なくともいずれかを１層以上備える、ことを特徴とす
る請求項１８または請求項１９に半導体発光素子。
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