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JPH07297485A - 半導体レーザ装置，及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置，及びその製造方法

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Publication number
JPH07297485A
JPH07297485A JP6091257A JP9125794A JPH07297485A JP H07297485 A JPH07297485 A JP H07297485A JP 6091257 A JP6091257 A JP 6091257A JP 9125794 A JP9125794 A JP 9125794A JP H07297485 A JPH07297485 A JP H07297485A
Authority
JP
Japan
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layer
quantum well
active layer
type
well structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6091257A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuaki Konno
信明 金野
Shoichi Karakida
昇市 唐木田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP6091257A priority Critical patent/JPH07297485A/ja
Priority to US08/430,800 priority patent/US5644587A/en
Priority to DE19515752A priority patent/DE19515752A1/de
Priority to NL1000253A priority patent/NL1000253C2/xx
Publication of JPH07297485A publication Critical patent/JPH07297485A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオー
ドを作製する。また、レーザダイオードの突発劣化と、
遅い劣化を抑制する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１ａ上に形成された，Ｉｎが添
加されたＩｎy Ｇａ1-yＡｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）
層２ａと、該層２ａ上に形成された、この基板１ａと格
子整合するＡｌＧａＩｎＡｓ上下クラッド層３ａ，４ａ
と、該ＡｌＧａＩｎＡｓ上下クラッド層間３，４ａ間に
形成された、該上下クラッド層及び上記上記基板と格子
整合する，ＡｌＧａＩｎＡｓよりなるバリア層８ａ及び
ガイド層９ａ，及びＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦０．
１５）ウェル層８ａからなる活性層とを備えた。 【効果】 Ａｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオー
ドを作製できる。また、レーザダイオードの突発劣化
と、遅い劣化を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ装置，
及びその製造方法に関し、特に半導体レーザ装置の高信
頼化（長寿命化），および低しきい値化に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体レーザ装置について説明す
る。図３は、文献”High Power AlGaAs Quantum-Well L
asers and Their Reliable Operation", IEEE Journal
of Quantum Electronics vol.27, No.6, 1991 pp1544〜
1549，に示された従来のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの
構造を示したもので、図において、１ｂはｎ型ＧａＡｓ
基板である。ｎ型ＧａＡｓバッファ層２ｂはｎ型ＧａＡ
ｓ基板１ｂ上に配置される。ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x
〜0.5)よりなる下クラッド層３ｂは、ｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層２ｂ上に配置される。三重量子井戸構造の活性層
４ｃは、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.1)よりなるウェル層
７ｃ，Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.3)よりなるバリア層８
ｃ，Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.3)よりなるガイド層９ｃ
から構成され、上記ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)下
クラッド層３ｂ上に配置される。凸型のリッジを形成し
たｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)よりなる上クラッド
層５ｂは、上記三重量子井戸構造の活性層４ｃ上に配置
される。ｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂは、上記ｐ型Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)上クラッド層５ｂの凸型のリッ
ジ上に配置される。ｎ型ＧａＡｓよりなる電流ブロック
層１０ｂは、上記ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)上ク
ラッド層５ｂ上にそのリッジを埋め込むように形成され
る。ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ｂは、上記ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層６ｂ，及び上記ｎ型ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層１０ｂ上の全面に配置される。ｎ側電極１３は、上
記ｎ型ＧａＡｓ基板１ｂ側に形成され、ｐ側電極１２
は、上記ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ｂ上に形成され
る。
【０００３】また、図４は従来のＡｌＧａＡｓ系半導体
レーザの製造フローを示したものであり、以下、この図
を参照してその製造フローについて説明する。まず、図
４(a) において、ｎ型ＧａＡｓ基板１ｂ上に、ｎ型Ｇａ
Ａｓバッファ層２ｂからｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂま
でを、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy) 法，またはＭ
ＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition
）法により順次結晶成長する。
【０００４】次に、ＳｉＮ膜１４を上記ｐ型ＧａＡｓキ
ャップ層６ｂ上に形成し、写真製版によりこれをリッジ
形成領域上のみに残すパターニングを行った後、これを
マスクとしてｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂ及び，ｐ型Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)上クラッド層５ｂの一部のエ
ッチングを行うことにより、図４(b) に示すリッジ２０
を形成する。
【０００５】次に、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０ｂ
を選択成長させ、上記ＳｉＮ膜１４を除去した後、全面
にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ｂを成長させ、図４
(c) に示す構造を形成する。
【０００６】上記の半導体レーザの各層は、その格子定
数がほぼ等しく、互いに格子整合がとれている。一方、
活性層に他の層と格子定数が異なる材料を用いて、歪を
導入することにより、レーザ特性が改善される可能性が
理論的に示されている (E.Yablonovitch and E.O.Kane,
"Band Structure Engineering of Semiconductor Lase
rs for Optical Communications," Journal of Lightwa
ve Technology, Vol.6, p.1292, 1988) 。
【０００７】一般に半導体レーザに用いられるIII-Ｖ族
化合物半導体のバンド構造は図５(a) に示すようになっ
ている。この図において上側の曲線は伝導帯、下側の曲
線は価電子帯を表している。Ｆc,Ｆv は準フェルミレベ
ル、Ｅg は禁制帯幅である。この場合、伝導帯の電子の
有効質量と比較して価電子帯の正孔の有効質量が相当大
きくなっている。このため、図５(a) のバンド構造にお
いては、価電子帯頂上近傍の状態密度が高くなり、レー
ザ発振を行わせるためには、図５(b) に示す価電子帯と
伝導帯の有効質量が同程度であるようなバンド構造をも
つ場合より高いキャリア密度が必要である。従って、レ
ーザ発振のしきい値電流低減のためには図５(a) より同
図(b) のようなバンド構造の方が有利である。一方、価
電子帯間吸収、オージェ再結合等の諸過程も低しきい値
電流化を妨げる要因となっている。実際の価電子帯は、
図６に示すように重い正孔帯、軽い正孔帯、スピン・オ
ービット・スプリットオフ帯 (図中では、それぞれＨＨ
帯、ＬＨ帯、ＳＯ帯と記す) から構成されている (図５
には、光学遷移に主に寄与する重い正孔帯のみを記して
ある) 。これに起因する、価電子帯間吸収の主な過程
は、図６に示すようにスピン・オービット・スプリット
オフ帯の電子が重い正孔帯の正孔と結合することによる
光の吸収である。また、オージェ再結合は、図７に示す
ように伝導帯 (図中のＣＢ) の電子と重い正孔帯の正孔
の再結合によるエネルギーが光として放出されずに、同
じ場所にある正孔にスピン・オービット・スプリットオ
フ帯から電子を励起するために消費されるという、二つ
の連続した過程から成っている。しかし、価電子帯の有
効質量の小さい図５(b) のようなバンド構造が実現でき
れば、キャリア密度の低減によって価電子帯間吸収、オ
ージェ再結合ともに抑制でき、この点からも低しきい値
電流化、高出力化が促進されることとなる。これは、圧
縮歪を用いることにより、可能であることが理論的に明
らかにされた。すなわち、III-Ｖ族化合物半導体に圧縮
歪を導入すると、図８に示すように価電子帯の縮退が解
けると共に最もエネルギーの高い価電子帯となる重い正
孔帯 (図中のＨＨ１) の頂上の曲率が、歪の無い場合の
重い正孔帯 (図中の点線) より大きくなり、図５(b) に
近いバンド構造が得られるのである。
【０００８】この圧縮歪を用いて、半導体レーザの特性
を改善する試みがなされている。まず、ＩｎＰ基板上に
形成された歪量子井戸構造半導体レーザの例 (上條
健, 堀川 英明,"ひずみ量子井戸構造による半導体レー
ザの性能改善," 応用物理, Vol.62,p134,1993) につい
て述べる。これは、光通信への応用を目指した波長１.
４８μｍのレーザである。図９にその素子構造を示す。
活性層はＩｎＧａＡｓＰを用いた多重量子井戸で構成さ
れており、その格子定数は、基板及びクラッド層を構成
しているＩｎＰより大きくなっているため、圧縮歪が導
入されている。このレーザでは、無歪の多重量子井戸構
造レーザより高い出力飽和値が得られている。次に、Ｇ
ａＡｓ基板上に形成された歪量子井戸構造半導体レーザ
の例(C.A.Wang et al,"AlInGaAs-AlGaAs Strained Sing
le-Quantum-Well Diode Lasers," Vol.3,p4,1991 )につ
いて述べる。光ディスク装置用には、光通信で用いられ
る波長１. ４８μｍ，１. ５５μｍより短波長で、かつ
高出力のレーザが求められている。このような短波長レ
ーザには、通常ＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡ
ｓ系のレーザが用いられる。この例では、活性層はウェ
ル層に圧縮歪が導入された単一量子井戸構造から構成さ
れており、ガイド層はＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ(y=0.3〜0.
7)、ウェル層はＡｌy Ｉｎx Ｇａ1-x-y Ａｓ(x=0.12 〜
0.14, y=0.05〜0.17) となっている。これによって、波
長７８５〜８９０ｎｍの短波長での動作が実現してい
る。しかし、しきい値電流及び微分量子効率は、ＡｌＧ
ａＡｓ系のレーザと同程度の値しか得られていない。ま
た、信頼性試験においても、従来のＡｌＧａＡｓ系のレ
ーザを上回るような結果は得られていない。
【０００９】ここまで述べてきた圧縮歪の場合は、軽い
正孔帯のエネルギーレベルは重い正孔帯より低くなる
が、引張り歪を導入した場合は、逆に軽い正孔帯のエネ
ルギーレベルの方が重い正孔帯より高くなり、光学遷移
においては、軽い正孔帯の寄与が大きくなる (大歳
創,"歪み量子井戸レーザー," 応用物理, Vol.59, p.11
93, 1990) 。この様子を図１０に示す。
【００１０】半導体レーザの光学遷移における発振モー
ドについては、軽い正孔帯はＴＭモードに、重い正孔帯
はＴＥモードに対応していることが知られている。そこ
で、活性層に引張り歪を導入して、ＴＭモードとＴＥモ
ードの光学遷移を制御することによって、半導体レーザ
光増幅器での偏波無依存増幅を実現した例がある (上條
健, 堀川 英明, 前掲論文) 。増幅器の構造は、図９
に示したものと同じである。基板にはＩｎＰを用い、活
性層においてＩｎＧａＡｓＰの各成分の組成を制御する
ことによって、量子井戸層に引張り歪を導入している。
図１１に示す信号利得特性からわかるように、０. ２％
の引張り歪において偏波無依存性を実現している。一
方、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザで活性層に引張り歪を
導入した例は知られていない。
【００１１】ＡｌＧａＡｓ系レーザの特性劣化のモード
には、早い劣化、遅い劣化、突発劣化があるが、その主
要な原因の一つはダーク・ライン劣化である。これは、
活性層の発振領域で成長した転位の近傍が非発光領域と
なるものである。従って、ダーク・ライン劣化を抑制す
るためには、活性層以外の層または基板から活性層への
転位の増殖を阻止する必要がある。これには、活性層に
Ｉｎを含む材料 (ＩｎＧａＡｓ等) を用いることが有効
であることが知られている。また、基板についても、転
位の少ないものを用いることが望ましい。ＬＥＣ (液体
封止引き上げ法) ＧａＡｓ基板に関しては、Ｉｎを添加
することによって転位密度を２桁から３桁小さくできる
ことが知られている。ただし、この場合のＩｎの濃度は
１％以下である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の、格子整合型の
ＡｌＧａＡｓ系レーザでは、前述のようにそのバンド構
造が低しきい値電流化、高出力化の障害となっており、
また、信頼性の面においてはダーク・ライン劣化が問題
となっていた。
【００１３】これらの問題を解決するために、活性層に
ＩｎＧａＡｓを用いた歪量子井戸構造レーザが報告され
ており、低しきい値電流化、信頼性の点では改善が図ら
れているが、ＩｎＧａＡｓはＡｌＧａＡｓより禁制帯幅
が狭いため、活性層にＡｌＧａＡｓを用いたレーザより
発振波長が長くなり、短波長化という点からは不利であ
る。Ｉｎを含む活性層を用いることの利点を維持しなが
ら、短波長化を図るために活性層にＡｌＩｎＧａＡｓを
用いる試み (C.A.Wang et al, 前掲論文) もなされてい
るが、前述のようにレーザ特性、信頼性ともに改善は見
られない (これらの二つの例は、いずれも活性層に圧縮
歪を導入したものである) 。
【００１４】圧縮歪を導入した場合は、重い正孔帯の頂
上近傍の曲率を増大させることによって、正孔の有効質
量の低減を図っているが、引張り歪を導入した場合は、
元々正孔の有効質量が小さい軽い正孔帯が価電子帯で最
も高いエネルギーレベルを持ち光学遷移に寄与するよう
になるため、レーザの特性向上に対しては、圧縮歪を導
入した場合と同様に低しきい値電流化、高出力化といっ
た効果を持つことが予測される。しかしながら、引張り
歪導入によって得られるであろう、このような効果を積
極的に利用した例は無く、前述のＩｎＰ基板上に形成し
たＩｎＧａＡｓＰ活性層を備えた半導体レーザ光増幅器
によって重い正孔帯に対応するＴＥモードと軽い正孔帯
に対応するＴＭモードの光学遷移を制御し、利得の偏波
無依存性を実現した例があるのみである (上條 健, 堀
川 英明, 前掲論文) 。
【００１５】ここでＡｌＧａＡｓ系レーザにおいて活性
層に引張り歪を導入する方法として、活性層を構成する
半導体層としてＶ族元素にＰを含むＰ系材料を用いるこ
とが考えられる。しかしながら、エピタキシャル成長に
おいて、ＡｓとＰを同時に精密に制御することは困難で
ある。
【００１６】この発明は上記のような問題点に鑑み、Ａ
ｌＧａＡｓ系レーザにおいて活性層に引張り歪を導入
し、低しきい値電流化、高出力化を図ると同時に、ダー
ク・ライン劣化の発生を低減させることができる短波長
半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することを
目的としている。
【００１７】
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
レーザ装置は、ＧａＡｓ基板，その上のＧａＡｓバッフ
ァ層，その上のＡｌＧａＡｓクラッド層，あるいは量子
井戸構造のＡｌＧａＡｓバリア層及びガイド層等，の所
要の層を、Ｉｎを添加した層とし、その格子定数を所要
の層間で異ならしめることにより、量子井戸構造活性層
のウェル層に引っ張り歪みをかけることにより、Ｐを用
いることなく、Ａｓ系結晶による引張り歪みレーザダイ
オードを得るようにしたものである。
【００１９】即ち、この発明にかかる半導体レーザ装置
は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された、上記
半導体基板と格子整合する組成よりなる上下のクラッド
層と、上記上下クラッド層に挟まれるよう配置され、ウ
ェル層と，これを挟むバリア層及び最外側に位置するガ
イド層とを有し、該ガイド層は上記上下クラッド層と格
子整合するものである，量子井戸構造の活性層とを備
え、上記量子井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、
これを挟む層の格子定数とが異なり、該量子井戸構造活
性層のウェル層に引張り歪みをかけてなることを特徴と
するものである。
【００２０】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、量子井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、
該量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層の格子定
数とが異なるものとしたものである。
【００２１】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、上記量子井戸構造活性層のウェル層を除いて、
上記半導体基板，上記上下のクラッド層，及び上記量子
井戸構造活性層のバリア層及びガイド層に、所定の元素
を添加することにより、量子井戸構造活性層のウェル層
の格子定数と、該量子井戸構造活性層のバリア層及びガ
イド層の格子定数とを異なるものとしたものである。
【００２２】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、上記半導体基板は、Ｉｎが添加されたｎ型Ｉｎ
y Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）基板，または
該基板上に、ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦
０．２）層を備えたものであり、上記上，下のクラッド
層は、該ｎ型ＩｎＧａＡｓ層と格子整合するｎ型（Ａｌ
x Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．
１）よりなるものであり、上記量子井戸構造活性層のバ
リア層及びガイド層は、上記上下クラッド層と格子整合
するｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．
４，ｙ〜０．１）よりなるものであり、上記量子井戸構
造活性層のウェル層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦
０．１５）よりなるものとしたものである。
【００２３】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、上記量子井戸構造活性層を挟む上，下のクラッ
ド層の格子定数と、上記量子井戸構造活性層のバリア層
及びガイド層の格子定数とが異なるものとしたものであ
る。
【００２４】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、上記半導体基板，上記上下のクラッド層，及び
上記量子井戸構造活性層のウェル層を除いて、上記量子
井戸構造活性層のバリア層及びガイド層にのみ、所定の
元素を添加してなるものである。
【００２５】またこの発明は、上記半導体レーザ装置に
おいて、上記半導体基板は、ｎ型ＧａＡｓ基板であり、
上記上，下のクラッド層は、該ｎ型ＧａＡｓ基板と格子
整合するｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．５）よりな
るものであり、上記量子井戸構造活性層のバリア層及び
ガイド層は、上記上下クラッド層と格子整合するｐ型
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（０．３≦x ≦０．
５，０．０５≦y ≦０．１５）よりなるものであり、上
記量子井戸構造活性層のウェル層は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりなるものとしたものであ
る。
【００２６】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法は、所定の元素を添加してなる半導体基板上
に、それぞれ所定の元素を添加してなる、相互に格子整
合の等しい上下のクラッド層，及び量子井戸構造活性層
のバリア層及びガイド層，及び上記所定の元素を添加し
ていない，上記バリア層及びガイド層と異なる格子定数
を有する量子井戸構造活性層のウェル層を少なくとも含
む半導体積層構造を成長する工程と、上記上クラッド層
上のリッジ形成領域に、絶縁膜ストライプを形成する工
程と、上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体
積層構造をその上方より上記上クラッド層の一部を残す
ようエッチング除去し、リッジ領域を形成する工程と、
上記上クラッド層のエッチングによる露出面上に電流ブ
ロック層を形成する工程と、上記絶縁膜ストライプを除
去した後、上記リッジ上，及び上記電流ブロック層上の
全面にコンタクト層を形成する工程と、上記基板側に一
方の導電型側の電極を，上記コンタクト層上に他方の導
電型側の電極を形成する工程とを含み、上記量子井戸構
造活性層のウェル層の格子定数と、これを挟むバリア層
及びガイド層の格子定数とが異なり、該量子井戸構造活
性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導体レーザ
装置を製造することを特徴とするものである。
【００２７】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法は、所定の元素を添加していない半導体基板上
に、所定の元素を添加していない上下のクラッド層，上
記所定の元素を添加してなる、上記上下のクラッド層と
異なる格子定数を有する量子井戸構造活性層のバリア層
及びガイド層，及び上記所定の元素を添加していない量
子井戸構造活性層のウェル層を少なくとも含む半導体積
層構造を成長する工程と、上記上クラッド層上のリッジ
形成領域に、絶縁膜ストライプを形成する工程と、上記
絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体積層構造を
上記上クラッド層の一部を残すようエッチング除去し、
リッジ領域を形成する工程と、上記上クラッド層のエッ
チングによる露出面上に電流ブロック層を形成する工程
と、上記絶縁膜ストライプを除去した後、上記リッジ
上，及び上記電流ブロック層上の全面にコンタクト層を
形成する工程と、上記基板側に一方の導電型側の電極
を，上記コンタクト層上に他方の導電型側の電極を形成
する工程とを含み、上記量子井戸構造活性層のバリア層
及びガイド層の格子定数と、該量子井戸構造活性層を挟
む上，下クラッド層の格子定数とが異なり、該量子井戸
構造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導体
レーザ装置を製造することを特徴とするものである。
【００２８】
【作用】半導体レーザの活性層に他の層と格子定数が異
なる材料を用いても、その膜厚が臨界膜厚以下であれ
ば、ミスフィット転位を発生させること無く、格子歪を
内在させた準安定状態を実現できる。このようにして、
活性層に導入された歪がレーザ特性に与える影響の概要
についてはすでに述べた。以下では、その原理(E.Yablo
novitch and E.O.Kane, 前掲論文) について説明し、
本発明の理論的基礎を明らかにするとともに、引張り歪
を導入した場合についての考察を行う。その後、本発明
の作用について詳述する。
【００２９】すでに述べたように、一般に半導体レーザ
に用いられるIII-Ｖ族化合物半導体のバンド構造は図５
(a) に示すようになっている。この図において、縦軸は
エネルギーＥ軸、横軸は波数ｋ軸であり、ｋ＝０の点は
Ｅ軸上の点である。上側の曲線は伝導帯、下側の曲線は
価電子帯を表している。また、Ｆc,Ｆv は準フェルミレ
ベル、Ｅg は禁制帯幅である。この図からわかるよう
に、価電子帯の頂上の曲率は伝導帯の底の曲率より小さ
い。この領域でのＥとｋの関係は、Ｅ0 をｋ＝０の点
(価電子帯の頂上または伝導帯の底の点 )でのエネルギ
ー、ｈをプランク定数、ｍ* を電子または正孔の有効質
量とすると、近似的に Ｅ＝Ｅ0 ＋（ｈｋ）2 ／（８π2 ｍ* ） と表される( 実際には、有効質量の異方性を考慮する必
要があるため、より複雑な式になるが、ここでは理解を
容易にするため、有効質量が等方的な場合についての式
を用いた) 。これから、曲率が小さいと有効質量が大き
いことがわかる。従ってこの図のようなバンド構造で
は、伝導帯の電子の有効質量と比較して価電子帯の正孔
の有効質量が相当大きいことになる。通常、有効質量が
大きいと状態密度は高くなる。従ってこの場合、価電子
帯頂上近傍の状態密度が高くなり、準フェルミレベルＦ
v は禁制帯のなかまで上がってしまう。これは、レーザ
発振を行わせるために、図５(b) に示す価電子帯と伝導
帯の有効質量が同程度であるようなバンド構造をもつ場
合より高いキャリア密度が必要であることを意味してい
る。従って、レーザ発振のしきい値電流低減のためには
図５(a) より同図(b) のようなバンド構造の方が有利で
ある。
【００３０】一方、価電子帯間吸収、オージェ再結合等
の損失過程も低しきい値電流化を妨げる要因となってい
る。以下でこれらの過程について説明する。図５には、
価電子帯として、光学遷移に主に寄与する重い正孔帯だ
けしか表されていないが、実際の価電子帯は、図６に示
すように重い正孔帯、軽い正孔帯、スピン・オービット
・スプリットオフ帯 (図中では、それぞれＨＨ帯、ＬＨ
帯、ＳＯ帯と記す) から構成されている。これに起因す
る価電子帯間吸収の主な過程は、図６に示すようにスピ
ン・オービット・スプリットオフ帯の電子が重い正孔帯
の正孔と結合する (すなわちスピン・オービット・スプ
リットオフ帯の電子が重い正孔帯に励起される) ことに
よる光の吸収である。伝導帯と重い正孔帯の間の光学遷
移によるエネルギーＥg をもつ光をスピン・オービット
・スプリットオフ帯と重い正孔帯の間の遷移によって吸
収するためには、両帯間のエネルギー差を考慮すると、
波数ｋ＝０の点からある程度離れた領域での遷移が必要
であるが、前述のようにキャリア密度が高くなっている
ため、重い正孔帯のこの領域にもある程度正孔が存在
し、この吸収過程が起こり易くなっている (光の吸収に
伴う遷移においてはｋは変化しない) 。オージェ再結合
は、図７に示すように伝導帯 (図中のＣＢ) の電子と重
い正孔帯の正孔の再結合によるエネルギーが光として放
出されずに、同じ場所にある正孔にスピン・オービット
・スプリットオフ帯から電子を励起するために消費され
るという、二つの連続した過程からなっている。エネル
ギー保存則及び運動量保存則より、この二つの過程を表
す図中の矢印は大きさが等しく向きが逆でなければなら
ない。このオージェ再結合も、高いキャリア密度によっ
て起こり易くなる。従って、価電子帯の有効質量の小さ
い図５(b) のようなバンド構造が実現できれば、キャリ
ア密度の低減によって価電子帯間吸収、オージェ再結合
等の損失過程を抑制でき、この点からも低しきい値電流
化、高出力化が促進されることとなる。
【００３１】このような価電子帯の有効質量の低減は、
圧縮歪を用いることにより、可能である。すなわち、II
I-Ｖ族化合物半導体に圧縮歪を導入した場合、図８に示
すように価電子帯の縮退が解けると共に最もエネルギー
の高い価電子帯となる重い正孔帯 (図中のＨＨ１) の頂
上の曲率が、歪がない場合の重い正孔帯 (図中の点線)
より大きくなり (すなわち正孔の有効質量が小さくな
り) 、図５(b) に近いバンド構造が得られる。
【００３２】ここまで述べてきた圧縮歪の場合は、軽い
正孔帯のエネルギーレベルは重い正孔帯より低くなる
が、引張り歪を導入した場合は、逆に軽い正孔帯のエネ
ルギーレベルの方が重い正孔帯より高くなり、光学遷移
においては、軽い正孔帯の寄与が大きくなる (大歳
創, 前掲論文) 。この様子を図１０に示す。圧縮歪を導
入した場合は、重い正孔帯の頂上近傍の曲率を増大させ
ることによって、正孔の有効質量の低減を図っている
が、引張り歪を導入した場合は、元々正孔の有効質量が
小さい、軽い正孔帯が価電子帯で最も高いエネルギーレ
ベルを持ち光学遷移に寄与するようになるため、レーザ
特性の向上に関しては、圧縮歪を導入した場合と同様に
低しきい値電流化、高出力化といった効果を持つことが
予測される。
【００３３】この発明においては、ＡｌＧａＡｓ系レー
ザにおいてＩｎ組成比ｙが０. ０１以上であるようなＧ
ａ1-y Ｉｎy Ａｓ基板を用いて、Ｐを使用せずに活性層
に引張り歪を導入することによって、上記のように価電
子帯における正孔の有効質量を低減し、低しきい値電流
化、高効率化、高出力化が実現できる。さらに、基板自
体が低転位密度であり、また活性層中の量子井戸層以外
の各層がＩｎを含むように構成されているため量子井戸
層に対する転位の増殖を抑制し、ダーク・ライン劣化の
発生を低減させることにより、高い信頼性が得られる。
また、量子井戸層にはＩｎが含まれていないため、発振
波長の長波長化という問題を生ずることなく、上記のよ
うな高性能、高信頼性の短波長半導体レーザが得られ
る。製造工程においては、上記のようにＶ族元素とし
て、Ｐを使用せず、Ａｓのみを用いているため、従来の
ＡｌＧａＡｓ系レーザにおいて用いられている、良好な
制御性を持つエピタキシャル成長工程をそのまま使用す
ることができる。以下では、各構成に対応した作用につ
いて詳細に述べる。
【００３４】この発明においては、量子井戸構造活性層
のウエル層の格子定数と、これを挟む層の格子定数とを
異ならしめることにより、量子井戸構造活性層のウエル
層に引張り歪みをかけるようにしたので、Ａｓ系結晶を
用いたレーザにこれを用いることにより、Ｐ系結晶を用
いることなくＡｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオ
ードを得ることができ、また、上記引っ張り歪みをかけ
たことにより、量子井戸レーザの活性層の有効質量の低
減により低しきい値電流，高効率，高出力が得られると
ともに、低転位の基板または半導体層を用いることによ
り、転位の増殖を防止して早い劣化を防止し、さらには
突発劣化、及び遅い劣化をも抑制することができ、高信
頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザを得ることかでき
る。
【００３５】この発明においては、量子井戸構造活性層
のウェル層の格子定数と、バリア層とガイド層との格子
定数を異ならしめることにより、上記量子井戸構造活性
層のウエル層に引張り歪みをかけるようにしたので、Ａ
ｓ系結晶を用いたレーザダイオードにおいて、Ｐ系結晶
を用いることなく引張り歪みレーザダイオードを得るこ
とができ、従ってこれにより、上記引っ張り歪みをかけ
たことにより、量子井戸レーザの活性層の有効質量の低
減により低しきい値電流，高効率，高出力が得られると
ともに、低転位の基板または半導体層を用いることによ
り、転位の増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣
化、遅い劣化をも抑制でき、高信頼性，長寿命の歪み量
子井戸レーザを得ることができる効果がある。
【００３６】またこの発明においては、上記半導体レー
ザ装置において、上記量子井戸構造活性層のウェル層を
除いて、上記半導体基板，上記上下のクラッド層，及び
上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層に、所
定の元素を添加してなるものとしたので、量子井戸構造
活性層のウェル層のみその他の層と格子定数を異ならせ
て、上記量子井戸構造活性層のウエル層に引張り歪みを
かけることができ、これによりＡｓ系結晶を用いたレー
ザダイオードにおいてＰ系結晶を用いることなく引張り
歪みレーザダイオードを得ることができ、また量子井戸
構造活性層の有効質量の低減により低しきい値電流，高
効率，高出力が得られるとともに、低転位の基板または
半導体層を用いることにより、転位の増殖を防止して早
い劣化、さらには突発劣化、遅い劣化をも抑制でき、高
信頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザを得ることができ
る。
【００３７】またこの発明においては、Ｉｎが添加され
たｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された，Ｉｎが添加された
ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）層
と、該ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．
２）層上に形成された、この基板と格子整合する，それ
ぞれｎ型，ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ
〜０．６，ｙ〜０．１）よりなる下，上クラッド層と、
該ＡｌＧａＩｎＡｓ下，上クラッド層間に形成された、
該下，上クラッド層，及び上記基板と格子整合する，ｎ
型，ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．
４，ｙ〜０．１）よりなるバリア層及びガイド層，及
び、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりなる
ウェル層からなる活性層とを備え、ＡｌＧａＡｓよりな
るウェル層を、これと格子定数の異なる，Ｉｎを添加し
たＡｌＧａＩｎＡｓよりなるバリア層及びガイド層で挟
んだ構成としたので、ウェル層に引っ張り歪みをかけて
量子井戸構造活性層の有効質量を低減して低しきい値電
流，高効率，高出力が得られるとともに、かつ基板，上
下クラッド層，及びバリア層及びガイド層にＩｎを添加
してある低転位の基板または半導体層を用いたことによ
り、転位の増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣
化、遅い劣化をも抑制できる、高信頼性，長寿命の歪み
量子井戸レーザを得ることができる効果が得られる。
【００３８】またこの発明においては、量子井戸構造活
性層を挟む下，上のクラッド層の格子定数と、上記量子
井戸構造活性層の格子定数とを異ならしめることによ
り、量子井戸構造活性層のバリア層，ガイド層に、ひい
てはそのウェル層に引張り歪みをかけるようにしたの
で、Ａｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオードを得
ることができ、低転位の半導体層を用いることにより、
転移の増殖を防止して早い劣化を防止し、さらには突発
劣化、及び遅い劣化をも抑制することができる。
【００３９】またこの発明においては、上記半導体レー
ザ装置において、上記半導体基板，上記上下のクラッド
層，及び上記量子井戸構造活性層のウェル層を除いて、
上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層にの
み、所定の元素を添加してなるものとしたので、上記
下，上のクラッド層の格子定数と、上記量子井戸構造活
性層のバリア層及びガイド層の格子定数とを異ならせ
て、量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層に、ひ
いてはそのウエル層に引張り歪みをかけることができ、
これによりＡｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオー
ドを得ることができ、量子井戸構造活性層の有効質量の
低減により低しきい値電流，高効率，高出力が得られる
とともに、低転位の基板または半導体層を用いることに
より、転位の増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣
化、遅い劣化をも抑制できる、高信頼性，長寿命の歪み
量子井戸レーザを得ることができる。
【００４０】またこの発明においては、上記半導体レー
ザ装置において、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成されたｎ
型，ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．５）よりなる
下，上クラッド層と、該Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．
５）下，上クラッド層間に形成された、ｎ型，ｐ型（Ａ
ｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（０．３≦x ≦０．５，
０．０５≦y ≦０．１５）よりなるバリア層及びガイド
層，及びＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦x ≦０．１５）より
なるウェル層からなる量子井戸活性層とを備え、上記Ｉ
ｎを添加したＡｌＧａＩｎＡｓよりなるバリア層及びガ
イド層を、これと格子定数の異なるＡｌＧａＡｓ上，下
クラッド層により挟んだ構造としたので、上記ＡｌＧａ
Ａｓよりなる上，下クラッド層よりＩｎを添加したＡｌ
ＧａＩｎＡｓよりなる上記量子井戸活性層のバリア層，
ガイド層に、ひいてはＡｌＧａＡｓよりなるウェル層に
引っ張り歪みをかけることができ、これにより量子井戸
構造活性層の有効質量の低減により低しきい値電流，高
効率，高出力が得られるとともに、バリア層及びガイド
層にＩｎを添加してなる低転位の半導体層を用いたこと
により、転移の増殖を防止して早い劣化、さらには突発
劣化、遅い劣化をも抑制することのできる，高信頼性，
長寿命のＡｓ系結晶による引張り歪みレーザダイオード
を得ることができる。
【００４１】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法においては、所定の元素を添加してなる半導体
基板上に、それぞれ所定の元素を添加してなる、相互に
格子整合の等しい下上のクラッド層，及び量子井戸構造
活性層のバリア層及びガイド層，及び上記所定の元素を
添加していない、上記バリア層及びガイド層と異なる格
子定数を有する量子井戸構造活性層のウェル層を少なく
とも含む半導体積層構造を成長する工程と、上記上クラ
ッド層上のリッジ形成領域に、絶縁膜ストライプを形成
する工程と、上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記
半導体積層構造をその上方より上記上クラッド層の一部
を残すようエッチング除去し、リッジ領域を形成する工
程と、上記上クラッド層のエッチングによる露出面上に
電流ブロック層を形成する工程と、上記絶縁膜ストライ
プを除去した後、上記リッジ上，及び上記電流ブロック
層上の全面にコンタクト層を形成する工程と、上記基板
側に一方の導電型側の電極を，上記コンタクト層上に他
方の導電型側の電極を形成する工程とを含み、上記量子
井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、これを挟むバ
リア層及びガイド層の格子定数とが異なり、該量子井戸
構造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導体
レーザ装置を製造するようにしたので、量子井戸構造活
性層のウェル層のみその他の層と格子定数が異なり、該
量子井戸構造活性層のウエル層に引張り歪みをかけてな
る、その量子井戸構造活性層の有効質量の低減により低
しきい値電流，高効率，高出力が得られるとともに、低
転位の基板または半導体層を用いることにより、転位の
増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣化、遅い劣化
をも抑制できる、高信頼性，長寿命の歪み量子井戸レー
ザを製造することができる。
【００４２】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法においては、所定の元素を添加していない半導
体基板上に、所定の元素を添加していない下上のクラッ
ド層，上記所定の元素を添加してなる、上記下上のクラ
ッド層と異なる格子定数を有する量子井戸構造活性層の
バリア層及びガイド層，及び上記所定の元素を添加して
いない量子井戸構造活性層のウェル層を少なくとも含む
半導体積層構造を成長する工程と、上記上クラッド層上
のリッジ形成領域に、絶縁膜ストライプを形成する工程
と、上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体積
層構造を上記上クラッド層の一部を残すようエッチング
除去し、リッジ領域を形成する工程と、上記上クラッド
層のエッチングによる露出面上に電流ブロック層を形成
する工程と、上記絶縁膜ストライプを除去した後、上記
リッジ上，及び上記電流ブロック層上の全面にコンタク
ト層を形成する工程と、上記基板側に一方の導電型側の
電極，上記コンタクト層上に他方の導電型側の電極を形
成する工程とを含み、上記量子井戸構造活性層のバリア
層及びガイド層の格子定数と、該量子井戸構造活性層を
挟む下，上クラッド層の格子定数とが異なり、該量子井
戸構造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導
体レーザ装置を製造するようにしたので、上記下上のク
ラッド層の格子定数と、上記量子井戸構造活性層のバリ
ア層及びガイド層の格子定数とを異ならせて、量子井戸
構造活性層のバリア層及びガイド層に、ひいてはそのウ
エル層に引張り歪みをかけてなる、その量子井戸構造活
性層の有効質量の低減により低しきい値電流，高効率，
高出力が得られるとともに、低転位の基板または半導体
層を用いることにより、転位の増殖を防止して早い劣
化、さらには突発劣化、遅い劣化をも抑制できる、高信
頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザを製造することがで
きる。
【００４３】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置を示し、図において、１ａはＧａＡｓ基板にＩｎを
添加してなるｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）基
板である。ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）バッ
ファ層（膜厚０．５〜１．０）２ａは、上記ｎ型Ｇａ1-
y Ｉｎy Ａｓ基板１上に配置される。ｎ型（Ａｌx Ｇａ
1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）下ク
ラッド層（膜厚１．５〜２．０μｍ）３ａは、上記ｎ型
Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓバッファ層２ａ上に配置される。三
重量子井戸構造を有する活性層４ａは、上記ｎ型（Ａｌ
x Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ下クラッド層３ａ上に配置
され、この活性層４ａは、ＡｌxＧａ1-x Ａｓ（ｘ〜
０．１）ウェル層（膜厚５０〜１００オングストロー
ム）７ａ，（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜
０．４，ｙ〜０．１）バリア層（膜厚５０〜１００オン
グストローム）８ａ，及び（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎ
yＡｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜０．１）ガイド層（膜厚３０
０〜６００オングストローム）９ａより構成されてい
る。
【００４４】ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ
〜０．６，ｙ〜０．１）上クラッド層（膜厚１．５〜
２．０μｍ）５ａは、上記三重量子井戸を有する活性層
４ａ上に形成され、かつその中央部は凸状のリッジ形状
に形成される。該リッジ２０のリッジ幅は、５〜７μｍ
である。ｐ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）キャッ
プ層６ａは、上記ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓ
上クラッド層５ａのリッジ部上に形成される。ｎ型Ｇａ
1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）電流ブロック層１０ａ
は、上記ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓ上クラッ
ド層５ａの薄膜部上に上記リッジを埋め込むように配置
形成される。ｐ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）コ
ンタクト層１１ａは、上記リッジ部の上記ｐ型Ｇａ1-y
Ｉｎy Ａｓキャップ層６ａ上，及び両側の上記ｎ型Ｇａ
1-y Ｉｎy Ａｓ電流ブロック層１０ａ上の全面に配置さ
れる。
【００４５】上記各層の格子定数，禁制帯幅は、（Ａｌ
x Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓのｘ−ｙ組成面を示す図１２
を参照することにより、これを知ることができる。図１
２におい て、Ｌ1 は、ＩｎＰに格子整合する線、Ｌ2
は、Ｇａ0.9 Ｉｎ0.1 Ａｓに格子整合する線、点々を付
したINDIRECT GAP REGION は、間接ギャップ領域であ
る。
【００４６】次に、本実施例１による半導体レーザ装置
の製造方法について説明する。まず、ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-
y Ａｓ（ｙ＝１）基板１ａ上に、Ｉｎが添加されたＩｎ
y Ｇａ1-y Ａｓ（ｙ＝１）バッファ層２ａ、該Ｉｎy Ｇ
ａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）層２ａと格子整合
する，（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．
６，ｙ〜０．１）よりなる下クラッド層３ａ、及び，該
下クラッド層３ａと格子整合する，（Ａｌx Ｇａ1-x ）
1-y Ｉｎy Ａｓよりなるガイド層（ｘ〜０．４，ｙ〜
０．１）９ａ及びバリア層（ｘ〜０．４，ｙ〜０．１）
８ａ，ＡｌxＧａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりな
るウェル層７ａからなる量子井戸活性層４ａ、（Ａｌx
Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）
上クラッド層５ａ、及びｐ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝
０．１）キャップ層６ａを、順次エピタキシャル成長す
る。
【００４７】次に、上記上クラッド層５ａ上のリッジ形
成領域に、絶縁膜ストライプ（図４の１４）を形成す
る。次に、上記絶縁膜ストライプ１４をマスクとして上
記ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層６ａ，及び上記ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ上クラッド層５ａの一部をエッチング除去す
る。
【００４８】次に、上記ＡｌＧａＩｎＡｓ上クラッド層
５ａのエッチングによる露出面上にｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy
Ａｓ（ｙ＝０．１）電流ブロック層を埋め込み成長す
る。次に、上記絶縁膜ストライプ１４を除去した後、上
記ｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ層６ａ，及びｎ型ＧａＩｎ
Ａｓ電流ブロック層５ａ上の全面にｐ型Ｇａ1-y Ｉｎy
Ａｓ（ｙ＝０．１）コンタクト層１１ａを形成する。
【００４９】次に、上記ＧａＡｓ基板１ａ側にｎ側電極
１３，上記ｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層１１ａ上にｐ
側電極１１を形成して、本レーザ装置を完成する。
【００５０】次に、本実施例１による半導体レーザ装置
の作用について説明する。上記のようにして、ｎ型Ｉｎ
y Ｇａ1-y Ａｓ（ｙ＝１）基板１ａ上に、ＩｎＧａＡｓ
バッファ層２ａ、ＡｌＧａＩｎＡｓ下クラッド層３ａ、
ＡｌＧａＩｎＡｓガイド層９ａ，ＡｌＧａＡｓウェル層
７ａ，ＡｌＧａＩｎＡｓバリア層８ａ，ＡｌＧａＡｓウ
ェル層７ａ，ＡｌＧａＩｎＡｓバリア層８ａ，ＡｌＧａ
Ａｓウェル層７ａ，及びＡｌＧａＩｎＡｓガイド層９
ａ，さらにはＡｌＧａＩｎＡｓ上クラッド層５ａ、ｐ型
ＧａＩｎＡｓキャップ層６ａをエピタキシャル成長する
と、形成される半導体層の積層構造において、各層の格
子定数，歪量は、 (1) ＧａＩｎＡｓ基板１ａ、格子定数５．７０，歪量０
％ (2) ＡｌＧａＩｎＡｓ下クラッド層３ａ、格子定数５．
７０，歪量０％ (3) 量子井戸活性層４ａのガイド層９ａ、格子定数５．
７０，歪量０％ (4) 量子井戸活性層４ａのウェル層７ａ、格子定数５．
６５，歪量０．０９％ (5) 量子井戸活性層４ａのバリア層８ａ、格子定数５．
７０，歪量０％ (6) ＡｌＧａＩｎＡｓ上クラッド層５ａ，格子定数５．
７０，歪量０％ のようになる。
【００５１】なお、上記において、歪量と膜厚との間の
関係としては、歪量を大きくするためには膜厚を薄くす
ればよく、本実施例１においては、ウェル層４ａにより
大きな歪量をかけるためには、ウェル層の厚みを薄く５
０オングストロームの近傍の値にすればよいものであ
る。
【００５２】このように、本実施例１による半導体レー
ザ装置では、ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）１
ａ上に、該Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓと格子整合する，即ち、
図１２上の線Ｌ2 とｘ＝０．６の線が交わる点の組成で
ある（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，
ｙ〜０．１）よりなる上クラッド層３ａを配置し、その
上に形成される，三重量子井戸の活性層４ａのガイド層
９ａ及びバリア層８ａを、これも上記ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎ
y Ａｓ（ｙ＝０．１）と格子整合する，即ち、図８上の
線Ｌ2 とｘ＝０．４の線とが交わる点の組成である（Ａ
ｌx Ｇａ1-x）1-０Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜０．
１）よりなるものとし、これらに挟まれるウェル層７ａ
を、これらの結晶よりも格子定数の小さいＡｌx Ｇａ1-
x Ａｓ（ｘ〜０．１）ウェル層７ａよりなるものとして
構成しており、このため、バリア層８ａ及びガイド層９
ａによって、ウェル層７ａに、上記のように０．０９％
の引っ張り歪がかかることとなり、このようにしてＡｓ
系結晶を用いたレーザダイオードにおいて引っ張り歪み
を有する歪量子井戸構造が形成される。
【００５３】このように本実施例１の半導体レーザで
は、ＧａＡｓ基板から活性層のガイド層，バリア層まで
の層にＩｎを添加することにより、量子井戸構造活性層
のウェル層と、そのバリア層及びガイド層との格子定数
を異ならしめて該ウェル層に引張り歪みをかけるように
しており、従来技術の説明においても述べたように、従
来、ウェル層に圧縮歪みをかけた歪み量子井戸レーザに
ついては比較的その作製が容易であり種々のものが形成
されていたが、この圧縮歪みでなく引っ張り歪みをかけ
た歪み量子井戸レーザを、上記の構成により、Ｐ系結晶
を用いてその作製を困難なものにしてしまうことなく、
Ａｓ系材料のみを用いて簡易に形成することができるも
のである。
【００５４】そして、このように量子井戸構造活性層の
ウェル層に、引っ張り歪みをかけたことにより、上述し
た文献に記載されたように、量子井戸活性層に圧縮歪み
をかけた場合に、該歪量子井戸活性層の有効質量の低減
の効果により、低しきい値電流を、これによりさらに、
高効率及び高出力を得ることができるのと同様、該引っ
張り歪みによる有効質量の低減の効果により、低しきい
値電流，高効率及び高出力を得ることができ、その特性
の改善を大きく図ることができる。
【００５５】また、Ｉｎを添加したＧａＡｓ基板，さら
には同じくＩｎを添加した上下クラッド層３ａ，５ａ，
及びバリア層８ａ及びガイド層９ａは、低転位であり、
これにより転位の増殖（成長速度）を著しく低下でき
て、図１３に示したような転位によるＤＬＤの発生，成
長を著しく低下させることができる。このように、転位
増殖（成長速度）を著しく低下させて、ＤＬＤの発生，
成長による早い劣化を大きく抑制することができるとと
もに、同じくこのＤＬＤ，ＤＳＤ等によると思われる突
然劣化や、これに伴う端面の酸化，ＣＯＤを防止でき、
また、該ＤＳＤ，ディープレベル等による遅い劣化をも
抑制でき、その結果高信頼性，長寿命の歪み量子井戸レ
ーザを得ることができる。
【００５６】また、該半導体レーザを構成する，量子井
戸活性層の井戸層，バリア層，閉じ込め層、及び上下の
クラッド層等、の膜厚及び組成を、ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy
Ａｓ（ｙ＝０．１）基板１、ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ
（ｙ＝０．１）バッファ層（膜厚０．５〜１．０）２
ａ、ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．
６，ｙ〜０．１）下クラッド層（膜厚１．５〜２．０μ
ｍ）３ａ、及び、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．１）ウ
ェル層（膜厚５０〜１００オングストローム）７ａ，
（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜
０．１）バリア層（膜厚５０〜１００オングストロー
ム）８ａ，及び（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ
〜０．４，ｙ〜０．１）ガイド層（膜厚３００〜６００
オングストローム）９ａよりなる三重量子井戸構造を有
する活性層４ａ、さらにｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎ
y Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）上クラッド層（膜厚
１．５〜２．０μｍ）５ａ、ｐ型ＧａＩｎＡｓキャップ
層６ａ、のように設定することにより、ＧａＡｓ基板を
用いた引っ張り歪み量子井戸レーザを、各種の欠陥を生
じることなく、臨界的に構成することができ、これによ
り、従来理論的には可能であっても、実デバイスとして
実現可能な構成は提供できなかった、引っ張り歪み量子
井戸レーザを、実デバイスとして実現できたものであ
る。このように、本実施例１は、実デバイスの提供を可
能とした点で、産業上の利用性において大きな効果を有
するものである。
【００５７】実施例２．以下、この発明の第２の実施例
について説明する。図２は本発明の第２の実施例による
半導体レーザ装置を示し、図において、１ｂはｎ型Ｇａ
Ａｓ基板である。ｎ型ＧａＡｓバッファ層２ｂ（膜厚
０．５〜１．０μｍ）は、上記ｎ型基板１１ｂ上に配置
される。ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5 ）下クラッド
層（膜厚１．５〜２．０μｍ）３ｂは、上記ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２ｂ上に配置される。三重量子井戸を有す
る活性層４ｂは、上記ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5
）下クラッド層３ｂ上に配置され、この活性層４ｂ
は、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.1)ウェル層（膜厚５０〜
１００オングストローム）７ｂ、（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-
y Ｉｎy Ａｓ(x〜0.4, y〜0.1)バリア層（膜厚５０〜１
００オングストローム）８ｂ、（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y
Ｉｎy Ａｓ(x〜0.4, y〜0.1)ガイド層（膜厚１００〜３
００オングストローム）９ｂより構成されている。
【００５８】また、ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)上
クラッド層５ｂは、上記三重量子井戸を有する活性層４
ａ上に形成され、かつその中央部は凸状のリッジ形状に
形成される。ｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂは、上記ｐ型
上クラッド層５ｂのリッジ部上に形成される。ｎ型Ｇａ
Ａｓ電流ブロック層１０ｂは、上記ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x
Ａｓ(x〜0.5)上クラッド層５ｂの薄膜部上に、上記リッ
ジを埋め込むように配置形成される。１１ｂは上記ｐ型
ＧａＡｓキャップ層６ｂ、及び上記ｎ型ＧａＡｓ電流ブ
ロック層１０ｂ上の全面に形成されるｐ型ＧａＡｓコン
タクト層である。
【００５９】本実施例２による半導体レーザ装置の製造
方法，及び作用について説明する。本実施例２による半
導体レーザ装置の製造方法は、上記実施例１のそれとほ
とんど同じであるが、本実施例２においては、まずｎ型
ＧａＡｓ基板１ｂ上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２ｂ
（膜厚０．５〜１．０μｍ）、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ
(x〜0.5 ）下クラッド層（膜厚１．５〜２．０μｍ）３
ｂ、及び，（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ(x〜0.4,
y〜0.1)ガイド層（膜厚１００〜３００オングストロー
ム）９ｂ，Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.1)ウェル層（膜厚
５０〜１００オングストローム）７ｂ，及び（Ａｌx Ｇ
ａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ(x〜0.4, y〜0.1)バリア層（膜
厚５０〜１００オングストローム）８ｂよりなる三重量
子井戸構造の活性層４ｂ、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜
0.5 ）上クラッド層（膜厚１．５〜２．０μｍ）５ｂ、
及びｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂを、順次エピタキシャ
ル成長する。すると、形成される半導体層の積層構造に
おいて、各層の格子定数，歪量は、 (1) ＧａＡｓ基板１ｂ、格子定数５．６５，歪量０％ (2) ＡｌＧａＡｓ下クラッド層３ｂ、格子定数５．６
６，歪量０％ (3) 量子井戸活性層のガイド層９ｂ、格子定数５．７
０，歪量０．１〜０．５％ (4) 量子井戸活性層のウェル層７ｂ、格子定数５．６
５，歪量０．１〜０．５％ (5) 量子井戸活性層のバリア層８ｂ、格子定数５．７
０，歪量０．１〜０．５％ (6) ＡｌＧａＡｓ上クラッド層５ｂ，格子定数５．６
６，歪量０％ ここで、上記ウェル層７ｂは、上記ガイド層９ａ，バリ
ア層８ａが上下のクラッド層３ｂ，５ｂから受ける歪み
と同じ量の歪を受けるものである。
【００６０】ここで、歪量と膜厚との関係としては、歪
量を大きくするためには膜厚を薄くすればよく、本実施
例２においては、ガイド層９ｂ，バリア層８ｂにより大
きな歪量をかけるためには、それぞれ上記のうちの１０
０μｍ，５０μｍの近傍の値とすればよいものである。
【００６１】このように本実施例２による半導体レーザ
装置では、ｎ型ＧａＡｓ基板１ｂ上に、ｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２ｂ、及びＧａＡｓと格子整合するｎ型Ａｌx
Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5 ）下クラッド層３ｂを積層したの
ち、三重量子井戸構造活性層４ｂのガイド層９ｂ及びバ
リア層８ｂに、ともにＩｎを添加した（Ａｌx Ｇａ1-x
）1-y Ｉｎy Ａｓ(x〜0.4, y〜0.1)を用いることによ
り、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5 ）上下クラッド層３
ｂ，５ｂの格子定数と、上記（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉ
ｎy Ａｓガイド層９ｂ，バリア層８ｂの格子定数との差
により、該バリア層及びガイド層に、上記０．１〜０．
５％の引張り歪がかかり、ひいてはそのウェル層にも同
じく０．１〜０．５％の引張り歪みがかかるようにした
ものである。
【００６２】このように本実施例２の半導体レーザで
は、量子井戸構造活性層のガイド層とバリア層のみに、
Ｉｎを添加することにより、ＡｌＧａＡｓよりなる上下
のクラッド層と、量子井戸構造活性層のバリア層及びガ
イド層との格子定数を異ならしめて該バリア層及びガイ
ド層に，ひいてはウェル層に引張り歪みをかけるように
したので、該ウェル層に引張り歪みをかけるようにして
おり、従来技術の説明においても述べたように、従来、
ウェル層に圧縮歪みをかけた歪み量子井戸レーザについ
ては比較的その作製が容易であり種々のものが形成され
ていたが、この圧縮歪みでなく引っ張り歪みをかけた歪
み量子井戸レーザを、上記の構成により、Ｐ系結晶を用
いてその作製を困難なものにしてしまうことなく、Ａｓ
系材料のみを用いて簡易に形成することができるもので
ある。
【００６３】そして、このように量子井戸構造活性層の
ウェル層に、引っ張り歪みをかけたことにより、上述し
た文献に記載されたように、量子井戸活性層に圧縮歪み
をかけた場合に、該歪量子井戸活性層の有効質量の低減
の効果により、低しきい値電流を、これによりさらに、
高効率及び高出力を得ることができるのと同様、該引っ
張り歪みによる有効質量の低減の効果により、低しきい
値電流，高効率及び高出力を得ることができ、その特性
の改善を大きく図ることができる。
【００６４】また、Ｉｎを添加したバリア層及びガイド
層は、低転位であり、これにより転位の増殖（成長速
度）を著しく低下できて、図１３に示したような転位に
よるＤＬＤの発生，成長を著しく低下させることができ
る。このように、転位の増殖（成長速度）を著しく低下
させて、ＤＬＤの発生，成長による早い劣化を大きく抑
制することができるとともに、同じくこのＤＬＤ，ＤＳ
Ｄ等によると思われる突然劣化や、これに伴う端面の酸
化，ＣＯＤを防止でき、また、該ＤＳＤ，ディープレベ
ル等による遅い劣化をも抑制でき、その結果高信頼性，
長寿命の歪み量子井戸レーザを得ることができるもので
ある。
【００６５】また、該半導体レーザを構成する，量子井
戸活性層の井戸層，バリア層，閉じ込め層、及び上下の
クラッド層等，の膜厚及び組成を、ｎ型ＧａＡｓ基板１
ｂ、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２ｂ（膜厚０．５〜１．０
μｍ）、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-xＡｓ(x〜0.5 ）下クラッド
層（膜厚１．５〜２．０μｍ）３ｂ、及び、Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ(x〜0.1)ウェル層（膜厚５０〜１００オングス
トローム）７ｂ，（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ(x
〜0.4, y〜0.1)バリア層（膜厚５０〜１００オングスト
ローム）８ｂ，及び（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ
(x〜0.4, y〜0.1)ガイド層（膜厚１００〜３００オング
ストローム）９ｂよりなる三重量子井戸を有する活性層
４ｂ、さらにｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ(x〜0.5)上クラッ
ド層５ｂ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層６ｂ、のように設定
することにより、ＧａＡｓ基板を用いた量子井戸レーザ
を、各種の欠陥を生じることなく、臨界的に構成するこ
とができ、これにより、従来理論的には可能であって
も、実デバイスとして実現可能な構成は提供できなかっ
た、引っ張り歪み量子井戸レーザを、実デバイスとして
実現できたものである。このように、本実施例２は、実
デバイスの提供を可能とした点で、産業上の利用性にお
いて大きな効果を有するものである。
【００６６】実施例３．上記実施例１，２では、リッジ
型の半導体レーザについて説明したが、本発明は、ＳＡ
Ｓ（Self Alignment Structure）型等の構造にも適用す
ることができ、上記実施例１，２と同様の効果を有す
る。
【００６７】図１４はこのようなＳＡＳ構造とした本発
明の第３の実施例による半導体レーザを示すものであ
り、図において、１ａはｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝
０．１）基板である。３ａは、該ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａ
ｓ（ｙ＝０．１）基板１上に配置された、ｎ型（Ａｌx
Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）
下クラッド層である。三重量子井戸構造を有する活性層
４ａは、上記ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ下
クラッド層３ａ上に配置され、これは上記実施例１と同
様、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．１）ウェル層７ａ，
（Ａｌx Ｇａ1-x）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜
０．１）バリア層８ａ，及び（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉ
ｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜０．１）ガイド層９ａより
構成されている。１５ａは、上記三重量子井戸を有する
活性層４ａ上に形成された、ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y
Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）上クラッド層で
あり、１５ｂは上記上クラッド層１５ａ上，及び両側の
電流ブロック層１０ａ上に形成された第２の上クラッド
層である。上記ｎ型Ｇａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）
電流ブロック層１０ａは、上記ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-
y Ｉｎy Ａｓ上クラッド層１５ｂを挟みこむことによ
り、電流狭窄構造を形成するように形成される。ｐ型Ｇ
ａ1-y Ｉｎy Ａｓ（ｙ＝０．１）コンタクト層１１ａ
は、上記ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜
０．６，ｙ〜０．１）上クラッド層１５ｂ上に形成され
る。
【００６８】なお、本実施例の各層の膜厚，格子定数，
及び歪量は上記実施例１におけるものと同じである。こ
のようなＳＡＳ構造とした本発明の第３の実施例による
半導体レーザにおいても、上記実施例１，実施例２と同
様の効果が得られるものである。
【００６９】また、本実施例３のようなＳＡＳ構造は、
勿論上記本発明の第２の実施例にもこれを適用すること
ができるものである。なお、上記実施例では、ＧａＡｓ
基板としては、Ｉｎ添加をしたものについて述べたが、
同様にＢ（ボロン）を添加したものでもよく、上記実施
例と同様の効果を奏する。
【００７０】即ち、ＨＢ法（Horizontal Bridgeman Met
hod)で製造したＧａＡｓ基板よりもＶＣＺ法(Vertical
Czochralski Method）で製造したＧａＡｓ基板を使用し
たＬＤの方が寿命特性が良いものとなっており、ＶＣＺ
法は、Ｂ（ボロン）が入っているものであり、このＢ
（ボロン）を添加するものでも上記の効果が得られるも
のである。
【００７１】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、量子井
戸構造活性層のウエル層の格子定数と、これを挟む層の
格子定数とを異ならしめることにより、量子井戸構造活
性層のウエル層に引張り歪みをかけるようにしたので、
Ａｓ系結晶を用いたレーザダイオードにこれを用いるこ
とにより、Ｐ系結晶を用いることなくＡｓ系結晶による
引張り歪みレーザダイオードを得ることができる。従っ
てこれにより、上記引っ張り歪みをかけたことにより、
量子井戸レーザの活性層の有効質量の低減により低しき
い値電流，高効率，高出力が得られるとともに、低転位
の基板または半導体層を用いることにより、転位の増殖
を防止して早い劣化を防止し、さらには突発劣化、及び
遅い劣化をも抑制でき、高信頼性，長寿命の歪み量子井
戸レーザを得ることかできる効果がある。
【００７２】またこの発明によれば、量子井戸構造活性
層のウェル層の格子定数と、バリア層とガイド層との格
子定数を異ならしめることにより、上記量子井戸構造活
性層のウエル層に引張り歪みをかけるようにしたので、
Ａｓ系結晶を用いたレーザダイオードにおいて、Ｐ系結
晶を用いることなく引張り歪みレーザダイオードを得る
ことができ、従ってこれにより、上記引っ張り歪みをか
けたことにより、量子井戸レーザの活性層の有効質量の
低減により低しきい値電流，高効率，高出力が得られる
とともに、低転位の基板または半導体層を用いることに
より、転位の増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣
化、遅い劣化をも抑制でき、高信頼性，長寿命の歪み量
子井戸レーザを得ることかできる効果がある。
【００７３】またこの発明によれば、上記半導体レーザ
装置において、上記量子井戸構造活性層のウェル層を除
いて、上記半導体基板，上記上下のクラッド層，及び上
記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層に、所定
の元素を添加してなるものとしたので、量子井戸構造活
性層のウェル層のみその他の層と格子定数を異ならせ
て、上記量子井戸構造活性層のウエル層に引張り歪みを
かけることができ、これによりＡｓ系結晶を用いたレー
ザダイオードにおいてＰ系結晶を用いることなく引張り
歪みレーザダイオードを得ることができ、また量子井戸
構造活性層の有効質量の低減により低しきい値電流，高
効率，高出力が得られるとともに、低転位の基板または
半導体層を用いることにより、転位の増殖を防止して早
い劣化、さらには突発劣化、遅い劣化をも抑制でき、高
信頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザを得ることができ
る効果がある。
【００７４】またこの発明によれば、Ｉｎが添加された
ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成された，Ｉｎが添加されたｎ
型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）層と、
該ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．２）層
上に形成された、この基板と格子整合する，それぞれｎ
型，ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．
６，ｙ〜０．１）よりなる下，上クラッド層と、該Ａｌ
ＧａＩｎＡｓ下，上クラッド層間に形成された、該下，
上クラッド層，及び上記基板と格子整合する，ｎ型，ｐ
型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ
〜０．１）よりなるバリア層及びガイド層，及び、Ａｌ
x Ｇａ1-x Ａｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりなるウェル層
からなる活性層とを備え、ＡｌＧａＡｓよりなるウェル
層を、これと格子定数の異なる，Ｉｎを添加したＡｌＧ
ａＩｎＡｓよりなるバリア層及びガイド層で挟んだ構成
としたので、ウェル層に引っ張り歪みをかけて量子井戸
構造活性層の有効質量を低減して低しきい値電流，高効
率，高出力が得られるとともに、かつ基板，上下クラッ
ド層，及びバリア層及びガイド層にＩｎを添加してある
低転位の基板または半導体層を用いたことにより、転位
の増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣化、遅い劣
化をも抑制できる、高信頼性，長寿命の歪み量子井戸レ
ーザを得ることができる効果が得られる。
【００７５】またこの発明によれば、量子井戸構造活性
層を挟む下，上のクラッド層の格子定数と、上記量子井
戸構造活性層の格子定数とを異ならしめることにより、
量子井戸構造活性層のバリア層，ガイド層に、ひいては
そのウェル層に引張り歪みをかけるようにしたので、Ａ
ｓ系結晶を用いたレーザダイオードをＰ系結晶を用いる
ことなく引張り歪みレーザダイオードを得ることができ
る。従ってこれにより、上記引っ張り歪みをかけたこと
により、量子井戸レーザの活性層の有効質量の低減によ
り低しきい値電流，高効率，高出力が得られるととも
に、低転位の基板または半導体層を用いることにより、
転位の増殖を防止して早い劣化を防止し、さらには突発
劣化、及び遅い劣化をも抑制でき、高信頼性，長寿命の
歪み量子井戸レーザを得ることができる効果がある。
【００７６】またこの発明によれば、上記半導体レーザ
装置において、上記半導体基板，上記上下のクラッド
層，及び上記量子井戸構造活性層のウェル層を除いて、
上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層にの
み、所定の元素を添加してなるものとしたので、上記
下，上のクラッド層の格子定数と、上記量子井戸構造活
性層のバリア層及びガイド層の格子定数とを異ならせ
て、量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層に、ひ
いてはそのウエル層に引張り歪みをかけることができ、
これにより上記と同様、Ｐ系結晶を用いることなくＡｓ
系結晶による引張り歪みレーザダイオードを得ることが
でき、これにより、上記引っ張り歪みをかけたことによ
り、量子井戸レーザの活性層の有効質量の低減により低
しきい値電流，高効率，高出力が得られるとともに、低
転位の基板または半導体層を用いることにより、転位の
増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣化、遅い劣化
をも抑制でき、高信頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザ
を得ることかできる効果がある。
【００７７】またこの発明によれば、上記半導体レーザ
装置において、ｎ型ＧａＡｓ基板上に形成されたｎ型，
ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．５）よりなる下，上
クラッド層と、該Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．５）
下，上クラッド層間に形成された、ｎ型，ｐ型（Ａｌx
Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（０．３≦x ≦０．５，０．
０５≦y ≦０．１５）よりなるバリア層及びガイド層，
及びＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０≦x ≦０．１５）よりなる
ウェル層からなる量子井戸活性層とを備え、上記Ｉｎを
添加したＡｌＧａＩｎＡｓよりなるバリア層及びガイド
層を、これと格子定数の異なるＡｌＧａＡｓ上，下クラ
ッド層により挟んだ構造としたので、上記下，上のクラ
ッド層の格子定数と、上記量子井戸構造活性層のバリア
層及びガイド層の格子定数とを異ならせて、量子井戸構
造活性層のバリア層及びガイド層に、ひいてはそのウエ
ル層に引張り歪みをかけることができ、これにより量子
井戸構造活性層の有効質量の低減により低しきい値電
流，高効率，高出力が得られるとともに、低転位の半導
体層を用いたことにより、転位の増殖を防止して早い劣
化、さらには突発劣化、遅い劣化をも抑制できる、高信
頼性，長寿命のＡｓ系結晶による歪み量子井戸レーザを
得ることができる効果が得られる。
【００７８】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法によれば、所定の元素を添加してなる半導体基
板上に、それぞれ所定の元素を添加してなる、相互に格
子整合の等しい下上のクラッド層，及び量子井戸構造活
性層のバリア層及びガイド層，及び上記所定の元素を添
加していない、上記バリア層及びガイド層と異なる格子
定数を有する量子井戸構造活性層のウェル層を少なくと
も含む半導体積層構造を成長する工程と、上記上クラッ
ド層上のリッジ形成領域に、絶縁膜ストライプを形成す
る工程と、上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半
導体積層構造をその上方より上記上クラッド層の一部を
残すようエッチング除去し、リッジ領域を形成する工程
と、上記上クラッド層のエッチングによる露出面上に電
流ブロック層を形成する工程と、上記絶縁膜ストライプ
を除去した後、上記リッジ上，及び上記電流ブロック層
上の全面にコンタクト層を形成する工程と、上記基板側
に一方の導電型側の電極を，上記コンタクト層上に他方
の導電型側の電極を形成する工程とを含み、上記量子井
戸構造活性層のウェル層の格子定数と、これを挟むバリ
ア層及びガイド層の格子定数とが異なり、該量子井戸構
造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導体レ
ーザ装置を製造するようにしたので、量子井戸構造活性
層のウェル層のみその他の層と格子定数が異なり、該量
子井戸構造活性層のウエル層に引張り歪みをかけてな
る、その量子井戸構造活性層の有効質量の低減により低
しきい値電流，高効率，高出力が得られるとともに、低
転位の基板または半導体層を用いることにより、転位の
増殖を防止して早い劣化、さらには突発劣化、遅い劣化
をも抑制できる、高信頼性，長寿命の歪み量子井戸レー
ザを製造できる効果が得られる。
【００７９】またこの発明にかかる半導体レーザ装置の
製造方法によれば、所定の元素を添加していない半導体
基板上に、所定の元素を添加していない下上のクラッド
層，上記所定の元素を添加してなる、上記下上のクラッ
ド層と異なる格子定数を有する量子井戸構造活性層のバ
リア層及びガイド層，及び上記所定の元素を添加してい
ない量子井戸構造活性層のウェル層を少なくとも含む半
導体積層構造を成長する工程と、上記上クラッド層上の
リッジ形成領域に、絶縁膜ストライプを形成する工程
と、上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体積
層構造を上記上クラッド層の一部を残すようエッチング
除去し、リッジ領域を形成する工程と、上記上クラッド
層のエッチングによる露出面上に電流ブロック層を形成
する工程と、上記絶縁膜ストライプを除去した後、上記
リッジ上，及び上記電流ブロック層上の全面にコンタク
ト層を形成する工程と、上記基板側に一方の導電型側の
電極，上記コンタクト層上に他方の導電型側の電極を形
成する工程とを含み、上記量子井戸構造活性層のバリア
層及びガイド層の格子定数と、該量子井戸構造活性層を
挟む下，上クラッド層の格子定数とが異なり、該量子井
戸構造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてなる半導
体レーザ装置を製造するようにしたので、上記下上のク
ラッド層の格子定数と、上記量子井戸構造活性層のバリ
ア層及びガイド層の格子定数とを異ならせて、量子井戸
構造活性層のバリア層及びガイド層に、ひいてはそのウ
エル層に引張り歪みをかけてなる、その量子井戸構造活
性層の有効質量の低減により低しきい値電流，高効率，
高出力が得られるとともに、低転位の基板または半導体
層を用いることにより、転位の増殖を防止して早い劣
化、さらには突発劣化、遅い劣化をも抑制できる、高信
頼性，長寿命の歪み量子井戸レーザを製造できる効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例による半導体レーザ
装置を示す断面側面図である。
【図２】 この発明の第２の実施例による半導体レーザ
装置を示す断面側面図である。
【図３】 従来の半導体レーザ装置の断面側面図であ
る。
【図４】 上記実施例１および従来例の半導体レーザ装
置の製造フローを示す図である。
【図５】 左側は代表的なIII −Ｖ族半導体の実際のバ
ンド構造（(a) ）を、右側はレ−ザ発振の他の条件をよ
り容易に満たすことのできる理想化されたバンド構造
（(b) ）を示す図である。
【図６】 価電子帯間吸収を示す図である。
【図７】 Auger 再結合を示す図である。
【図８】 Ｉｎ0.77Ｇａ0.23Ａｓの単一５０オングスト
ロ−ム歪み量子井戸について計算されたバンド構造を示
す図（点線は歪み量子井戸と同様のバンドギャップをも
つＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓの通常の重い正孔帯を示してい
る。）である。
【図９】 ３ステップＭＯＶＰＥで成長した、埋め込み
構造を採用し、全ＩｎＧａＡｓＰ圧縮ひずみ量子井戸構
造を活性層とした、１．４８μｍ圧縮ひずみ量子井戸レ
ーザーの断面構造を示す図である。
【図１０】 歪によるバンド端エネルギーの変化（量子
効果によるエネルギー準位の変化は考えていない）を示
す図である。
【図１１】 ０．２％引張りひずみ量子井戸半導体レ−
ザ−光増幅器のＴＥ，ＴＭモ−ド信号利得特性、偏波無
依存増幅特性を示す図である。
【図１２】 （Ａｌx Ｇａ1-x)1-y Ｉｎy Ａｓのｘ−ｙ
組成面を示す図である。
【図１３】 半導体レーザの劣化原因を説明する図であ
る。
【図１４】 本発明の第３の実施例によるＳＡＳ構造を
有する半導体レーザ装置を示す図である。
【符号の説明】
１ａ ｎ型Ｇａ1-yInyＡｓの基板、２ａ ｎ型Ｇａ1-yI
nyＡｓのバッファ層、３ａ ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-
yInyＡｓ下クラッド層、４ａ 三重量子井戸を有する活
性層、５ａ ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-yInyＡｓ上クラ
ッド層、６ａｐ型Ｇａ1-yInyＡｓキャップ層、１０ａ
ｎ型Ｇａ1-yInyＡｓ電流ブロック層、１１ａ ｐ型Ｇａ
1-yInyＡｓコンタクト層、１ｂ ｎ型ＧａＡｓ基板、２
ｂ ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３ｂ ｎ型Ａｌx Ｇａ1-
x Ａｓ下クラッド層、４ｂ 三重量子井戸を有する活性
層、５ｂ ｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ上クラッド層、６ｂ
ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１０ｂ ｎ型ＧａＡｓ電流ブ
ロック層、１１ｂ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、４ｃ
三重量子井戸を有する活性層、１４ ＳｉＮ膜よりなる
選択マスク。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体レーザ装置において、 半導体基板と、 該半導体基板上，またはその上に形成されたバッファ層
    上に、そのうちの下クラッド層が形成された、上記半導
    体基板，または該バッファ層と格子整合する組成よりな
    る上下のクラッド層と、 上記上下クラッド層に挟まれるよう配置され、ウェル層
    と，これを挟むバリア層及び最外側に位置するガイド層
    とを有し、該ガイド層は上記上下クラッド層と格子整合
    するものである，量子井戸構造の活性層とを備え、 上記量子井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、これ
    を挟む層の格子定数とが異なり、該量子井戸構造活性層
    のウェル層に引張り歪みをかけてなることを特徴とする
    半導体レーザ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザ装置におい
    て、 量子井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、該量子井
    戸構造活性層のバリア層及びガイド層の格子定数とが異
    なることを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体レーザ装置におい
    て、 上記量子井戸構造活性層のウェル層を除いて、上記半導
    体基板，上記上下のクラッド層，及び上記量子井戸構造
    活性層のバリア層及びガイド層に、所定の元素を添加し
    てなることを特徴とする半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体レーザ装置におい
    て、 上記半導体基板は、Ｉｎが添加されたｎ型ＧａＡｓ基板
    上に、ｎ型Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（０．０５≦ｙ≦０．
    ２）層を備えたものであり、 上記下，上のクラッド層は、該ｎ型ＩｎＧａＡｓ層と格
    子整合するｎ型，ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａ
    ｓ（ｘ〜０．６，ｙ〜０．１）よりなるものであり、 上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層は、上
    記下，上クラッド層とそれぞれ格子整合するｎ型，ｐ型
    （Ａｌx Ｇａ1-x ）1-y Ｉｎy Ａｓ（ｘ〜０．４，ｙ〜
    ０．１）よりなるものであり、 上記量子井戸構造活性層のウェル層は、Ａｌx Ｇａ1-x
    Ａｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりなるものであることを特
    徴とする半導体レーザ装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の半導体レーザ装置におい
    て、 上記量子井戸構造活性層を挟む上，下のクラッド層の格
    子定数と、上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイ
    ド層の格子定数とが異なることを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体レーザ装置におい
    て、 上記半導体基板，上記上下のクラッド層，及び上記量子
    井戸構造活性層のウェル層を除いて、上記量子井戸構造
    活性層のバリア層及びガイド層にのみ、所定の元素を添
    加してなることを特徴とする半導体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の半導体レーザ装置にお
    いて、 上記半導体基板は、ｎ型ＧａＡｓ基板であり、 上記上，下のクラッド層は、該ｎ型ＧａＡｓ基板と格子
    整合するｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ〜０．５）よりな
    るものであり、 上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層は、上
    記上下クラッド層と格子整合するｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x
    ）1-y Ｉｎy Ａｓ（０．３≦x ≦０．５，０．０５≦y
    ≦０．１５）よりなるものであり、 上記量子井戸構造活性層のウェル層は、Ａｌx Ｇａ1-x
    Ａｓ（０≦ｘ≦０．１５）よりなるものであることを特
    徴とする半導体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 所定の元素を添加してなる第１導電型半
    導体基板上に、それぞれ所定の元素を添加してなる、相
    互に格子整合の等しい上下のクラッド層，及び量子井戸
    構造活性層のバリア層及びガイド層，及び上記所定の元
    素を添加していない、上記バリア層及びガイド層と異な
    る格子定数を有する量子井戸構造活性層のウェル層を少
    なくとも含む半導体積層構造を成長する工程と、 上記上クラッド層上のリッジ形成領域に、絶縁膜ストラ
    イプを形成する工程と、 上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体積層構
    造をその上方より上記上クラッド層の一部を残すようエ
    ッチング除去し、リッジ領域を形成する工程と、 上記上クラッド層のエッチングによる露出面上に第１導
    電型電流ブロック層を形成する工程と、 上記絶縁膜ストライプを除去した後、上記リッジ上，及
    び上記電流ブロック層上の全面に第２導電型コンタクト
    層を形成する工程と、 上記第１導電型基板側に第１導電型側電極，上記第２導
    電型コンタクト層上に第２導電型側電極を形成する工程
    とを含み、 上記量子井戸構造活性層のウェル層の格子定数と、これ
    を挟むバリア層及びガイド層の格子定数とが異なり、該
    量子井戸構造活性層のウェル層に引張り歪みをかけてな
    る半導体レーザ装置を製造することを特徴とする半導体
    レーザ装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 所定の元素を添加していない第１導電型
    半導体基板上に、所定の元素を添加していない上下のク
    ラッド層，上記所定の元素を添加してなる、上記上下の
    クラッド層と異なる格子定数を有する量子井戸構造活性
    層のバリア層及びガイド層，及び上記所定の元素を添加
    していない量子井戸構造活性層のウェル層を少なくとも
    含む半導体積層構造を成長する工程と、 上記上クラッド層上のリッジ形成領域に、絶縁膜ストラ
    イプを形成する工程と、 上記絶縁膜ストライプをマスクとして上記半導体積層構
    造を上記上クラッド層の一部を残すようエッチング除去
    し、リッジ領域を形成する工程と、 上記上クラッド層のエッチングによる露出面上に第１導
    電型電流ブロック層を形成する工程と、 上記絶縁膜ストライプを除去した後、上記リッジ上，及
    び上記電流ブロック層上の全面に第２導電型コンタクト
    層を形成する工程と、 上記第１導電型基板側に第１導電型側電極，上記第２導
    電型コンタクト層上に第２導電型側電極を形成する工程
    とを含み、 上記量子井戸構造活性層のバリア層及びガイド層の格子
    定数と、該量子井戸構造活性層を挟む上，下クラッド層
    の格子定数とが異なり、該量子井戸構造活性層のウェル
    層に引張り歪みをかけてなる半導体レーザ装置を製造す
    ることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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