(57)【要約】【課題】Ｖ族としてアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族材料系において長波長の発光を可能にする量子井戸構造を有する半導体レーザを提供する。【解決手段】半導体レーザは、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域との間に設けられた活性層を備える。活性層のタイプＩＩ量子井戸構造は、井戸層と、井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層とを含む。井戸層は、２つの障壁層の間に位置する。井戸層は、井戸層内の電子への低ポテンシャル及び井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有する第１領域、並びに第１領域の低ポテンシャルより高く井戸層内の電子への高ポテンシャル及び第１領域の高ポテンシャルより低く井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有する第２領域を含む。第１領域及び第２領域は、一方の障壁層から他方の障壁層への方向に配列される。【選択図】図１
2020098890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザであって、
ｐ型半導体領域と、
ｎ型半導体領域と、
前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、
を備え、
前記タイプＩＩ量子井戸構造は、
ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の井戸層と、
前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、
を含み、
前記タイプＩＩ量子井戸構造において、前記井戸層は、前記障壁層の間に設けられ、
前記井戸層は、前記井戸層内の電子への低ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有する第１領域、並びに前記第１領域の前記低ポテンシャルより高く前記井戸層内の電子への高ポテンシャル及び前記第１領域の前記高ポテンシャルより低く前記井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有する第２領域を含み、
前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから他の一つへの方向に配列される、半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１領域は、ＩＩＩ族元素としてインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、前記第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、三元化合物又は四元化合物であり、
前記第２領域は、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてアンチモンを含む第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、前記第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、三元化合物又は四元化合物である、請求項１に記載された半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１領域は、ＧａＩｎＡｓを含み、
前記第２領域は、ＧａＡｓＳｂを含む、請求項１又は請求項２に記載された半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１領域は、ｎ型ドーパントを含む部分を有する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項５】
前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む部分を有する、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項６】
半導体レーザであって、
ｐ型半導体領域と、
ｎ型半導体領域と、
前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、
を備え、
前記タイプＩＩ量子井戸構造は、
ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む複数の井戸層と、
前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、
を含み、
前記井戸層及び前記障壁層は、前記障壁層の各々が前記井戸層の間に設けられるように交互に配列され、
前記井戸層の各々は、一又は複数の第１領域及び一又は複数の第２領域を含み、
前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから前記障壁層のうちの別の一つへの方向に交互に配列され、
前記第１領域の各々は、前記第２領域のうちの少なくとも一つとタイプＩＩヘテロ接合を成し、
前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方は、ドーパントを含む部分を有する、半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１領域は、前記井戸層内の電子への低ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有しており、
前記第１領域は、ｎ型ドーパントを含む部分を有する、請求項６に記載された半導体レーザ。
【請求項８】
前記第２領域は、前記井戸層内の電子への高ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有しており、
前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む部分を有する、請求項６又は請求項７に記載された半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、Ｗ形状のタイプＩＩ活性層を含むレーザダイオードを開示する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】”Novel  type-II  material  system  for  laser  applications  in  the  near-infraredregime”   C.  Berger,  C.  Moller,  P.  Hens,  C.  Fuchs,  W.  Stolz,  S.  W.  Koch,  A.  Ruiz  Perez,  J.  Hader,  and  J.  V.  Moloney,   AIP  Advances  5,  047105  (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光通信の主要に用いられる波長帯、例えば１．５マイクロメートル帯の光より長波の光源が求められている、Ｖ族としてアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族材料系は、長波光源の一候補であって、タイプＩと異なるヘテロ接合を実現できる。
【０００５】
本発明の一側面は、Ｖ族としてアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族材料系において長波長の発光を可能にする量子井戸構造を有する半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る半導体レーザは、ｐ型半導体領域と、ｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、を備え、前記タイプＩＩ量子井戸構造は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の井戸層と、前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、を含み、前記タイプＩＩ量子井戸構造において、前記井戸層は、前記障壁層の間に設けられ、前記井戸層は、前記井戸層内の電子への低ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有する第１領域、並びに前記第１領域の前記低ポテンシャルより高く前記井戸層内の電子への高ポテンシャル及び前記第１領域の前記高ポテンシャルより低く前記井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有する第２領域を含み、前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから他の一つへの方向に配列される。
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体レーザは、ｐ型半導体領域と、ｎ型半導体領域と、前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、を備え、前記タイプＩＩ量子井戸構造は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む複数の井戸層と、前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、を含み、前記井戸層及び前記障壁層は、前記井戸層の各々が前記障壁層の間に設けられるように、交互に配列され、前記井戸層の各々は、一又は複数の第１領域及び一又は複数の第２領域を含み、前記第１領域の各々は、前記第２領域のうちの少なくとも一つとタイプＩＩヘテロ接合を成し、前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから前記障壁層のうちの別の一つへの方向に交互に配列され、前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方は、ドーパントを含む部分を有する。
【０００８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、Ｖ族としてアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族材料系において長波長の発光を可能にする量子井戸構造を有する半導体レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部では、本実施形態に係る半導体レーザを示す図面である。
【図２】図２は、活性層における伝導帯及び価電子帯のポテンシャルを示す。
【図３】図３は、タイプＩＩ量子井戸構造における選択的ドーパント添加のプロファイルを示す図面である。
【図４】図４は、タイプＩＩ量子井戸構造におけるインジウム及びアンチモンのプロファイルを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
引き続き具体例を説明する。
【００１２】
具体例に係る半導体レーザは、（ａ）ｐ型半導体領域と、（ｂ）ｎ型半導体領域と、（ｃ）前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、を備え、前記タイプＩＩ量子井戸構造は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の井戸層と、前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、を含み、前記タイプＩＩ量子井戸構造において、前記井戸層は、前記障壁層の間に設けられ、前記井戸層は、前記井戸層内の電子への低ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有する第１領域、並びに前記第１領域の前記低ポテンシャルより高く前記井戸層内の電子への高ポテンシャル及び前記第１領域の前記高ポテンシャルより低く前記井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有する第２領域を含み、前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから他の一つへの方向に配列される。
【００１３】
この半導体レーザによれば、井戸層に、障壁層の一方から障壁層の他方への方向に配列される第１領域及び第２領域を与える。第１領域は、井戸層内の電子へ低ポテンシャルを与えると共に井戸層内の正孔へ高ポテンシャルを与える。第２領域は、井戸層内の電子へ高ポテンシャルを与えると共に井戸層内の正孔への低ポテンシャルを与える。
【００１４】
第１領域及び第２領域の配列は、電子に第１領域において大きな確率振幅を与え、正孔に第２領域において大きな確率振幅を与える。障壁層は、第１領域及び第２領域を含む井戸層内の電子の波動関数及び／又は正孔の波動関数を内側にシフトさせる。
【００１５】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第１領域は、ＩＩＩ族元素としてインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、前記第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、三元化合物又は四元化合物であり、前記第２領域は、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてアンチモンを含む第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備え、前記第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、三元化合物又は四元化合物である。
【００１６】
この半導体レーザによれば、第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の三元化合物及び四元化合物並びに第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の三元化合物及び四元化合物は、長波長の発光を可能にする。
【００１７】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第１領域は、ＧａＩｎＡｓ及びＧａＩｎＡｓＰの一方を含み、前記第２領域は、ＧａＡｓＳｂ及びＧａＩｎＡｓＳｂの一方を含む。
【００１８】
この半導体レーザによれば、これらの三元化合物及び四元化合物は、発光を可能にする量子準位を与えることができる。三元化合物及び四元化合物は、第１領域及び第２領域を含む井戸層にタイプＩＩのバンドアライメントを提供できる。
【００１９】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第１領域は、ｎ型ドーパントを含む部分を有する。
【００２０】
この半導体レーザによれば、ｎ型ドーパントを含む第１領域は、ｎ型ドーパントの濃度に応じて深い井戸を形成すると共に、ｎ型ドーパント濃度に応じて高ポテンシャルを形成する。ｎ型ドーパントの添加は、井戸層の光学遷移の準位差を長波長側にシフトさせる。
【００２１】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む部分を有する。
【００２２】
この半導体レーザによれば、ｐ型ドーパントを含む第２領域は、ｐ型ドーパントの濃度に応じて高いポテンシャルを形成すると共に、ｐ型ドーパント濃度に応じて深い井戸を形成する。ｐ型ドーパントの添加は、井戸層の光学遷移の準位差を長波長側にシフトさせる。
【００２３】
具体例に係る半導体レーザは、（ａ）ｐ型半導体領域と、（ｂ）ｎ型半導体領域と、（ｃ）前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との間に設けられ、タイプＩＩ量子井戸構造を有する活性層と、を備え、前記タイプＩＩ量子井戸構造は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む複数の井戸層と、前記井戸層内の電子及び正孔に対してそれぞれの障壁を提供する複数の障壁層と、を含み、前記井戸層及び前記障壁層は、前記障壁層の各々が前記井戸層の間に設けられるように交互に配列され、前記井戸層の各々は、一又は複数の第１領域及び一又は複数の第２領域を含み、前記井戸層の前記第１領域及び前記第２領域は、前記障壁層のうちの一つから前記障壁層のうちの別の一つへの方向に交互に配列され、前記第１領域の各々は、前記第２領域のうちの少なくとも一つとタイプＩＩヘテロ接合を成し、前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方は、ドーパントを含む部分を有する。
【００２４】
この半導体レーザによれば、第１領域及び第２領域の少なくとも一方の領域は、当該領域に多数キャリアを生成できるドーパントを含む部分を有する、ドーパントの添加は、井戸層の光学遷移の準位をシフトさせる。
【００２５】
また、井戸層及び障壁層は、井戸層の各々が障壁層の間に設けられるように交互に配列されるようにしてもよい。
【００２６】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第１領域は、前記井戸層内の電子への低ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への高ポテンシャルを有しており、前記第１領域は、ｎ型ドーパントを含む部分を有する。
【００２７】
この半導体レーザによれば、第１領域が、ｎ型ドーパントで添加される。ｎ型ドーパントの添加は、井戸層の光学遷移の準位差を長波長側にシフトさせる。
【００２８】
具体例に係る半導体レーザでは、前記第２領域は、前記井戸層内の電子への高ポテンシャル及び前記井戸層内の正孔への低ポテンシャルを有しており、前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む部分を有する。
【００２９】
この半導体レーザによれば、第２領域が、ｐ型ドーパントで添加される。ｐ型ドーパントの添加は、井戸層の光学遷移の準位差を長波長側にシフトさせる。
【００３０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、半導体レーザといった半導体発光デバイスに係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３１】
図１の（ａ）部は、本実施形態に係る半導体レーザの活性層の構造並びに活性層の伝導帯及び価電子帯のポテンシャルを示す図面である。図１の（ｂ）部及び（ｃ）部の各々は、図１の（ａ）部に示された活性層を含む半導体レーザを示す図面である。
【００３２】
半導体レーザ１１は、活性層１３を備え、活性層１３は、少なくとも一つのタイプＩＩ量子井戸構造１５を有する。半導体レーザ１１は、更に、ｐ型半導体領域１７及びｎ型半導体領域１９を備え、活性層１３は、ｐ型半導体領域１７とｎ型半導体領域１９との間に設けられる。半導体レーザ１１は、支持体２１を更に備えることができ、ｐ型半導体領域１７、活性層１３、及びｎ型半導体領域１９は、支持体２１の半導体主面（主面２１ａとして参照される）上に搭載される。
【００３３】
タイプＩＩ量子井戸構造１５は、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む井戸層２３、及びＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を含む複数の障壁層を含み、井戸層２３は、これらの障壁層の間に設けられる。タイプＩＩ量子井戸構造１５では、複数の障壁層は、第１障壁層２５及び第２障壁層２７の少なくとも一方を含む。本実施例では、タイプＩＩ量子井戸構造１５は、井戸層２３に加えて、第１障壁層２５及び第２障壁層２７を備える。井戸層２３は、第１障壁層２５と第２障壁層２７との間に設けられる。第１障壁層２５は、井戸層２３内の電子Ｅ及び正孔Ｈに対してそれぞれの障壁（Ｂ１Ｅ、Ｂ１Ｈ）を提供する。第２障壁層２７は、井戸層２３内の電子Ｅ及び正孔Ｈに対してそれぞれの障壁（Ｂ２Ｅ、Ｂ２Ｈ）を提供する。ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、例えば三元化合物又は四元化合物を含むことができる。
【００３４】
例示的な活性層１３が図１の（ａ）部及び図２に示されており、活性層１３は、３つの井戸層２３を含む。詳細には、井戸層２３の各々は、少なくとも一つの第１領域２３ａ及び少なくとも一つの第２領域２３ｂを含む。第１領域２３ａは、井戸層２３内の電子Ｅへの低ポテンシャルＬＰＥ及び井戸層２３内の正孔Ｈへの高ポテンシャルＨＰＨを有する。第２領域２３ｂは、第１領域２３ａの低ポテンシャルＬＰＥより高く井戸層２３内の電子Ｅへ与える高ポテンシャルＨＰＥ及び第１領域２３ａの高ポテンシャルＨＰＨより低く井戸層２３内の正孔へ与える低ポテンシャルＬＰＨを有する。第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂは、第１障壁層２５から第２障壁層２７への第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
【００３５】
本実施例に係るタイプＩＩ量子井戸構造１５では、井戸層２３には、単一の第１領域２３ａ及び単一の第２領域２３ｂが提供されることができる。また、複数の第１領域２３ａ及び一又は複数の第２領域２３ｂを含む井戸層２３、例えば２つの第１領域２３ａ及び１つの第２領域２３ｂでは、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂが、第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列される。或いは、一又は複数の第１領域２３ａ及び複数の第２領域２３ｂを含む井戸層２３、例えば１つの第１領域２３ａ及び２つの第２領域２３ｂでは、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂが、第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列される。
【００３６】
図２は、３つのタイプＩＩ量子井戸構造１５を含む活性層の伝導帯及び価電子帯のポテンシャル、並びに井戸層内の電子及び正孔の波動関数を示す図面である。
【００３７】
（第１障壁層２５）
ある井戸層２３内の第１障壁層２５は、該井戸層２３内の第１領域２３ａにタイプＩヘテロ接合を成して、電子Ｅへ低ポテンシャルＬＰＥを提供する第１領域２３ａの電子Ｅの波動関数を井戸層２３内にシフトさせる。このシフトは、このシフトされた波動関数が、該第１領域２３ａにタイプＩＩヘテロ接合を成す第２領域２３ｂ内の正孔Ｈの波動関数と大きな重なりを有することを可能にする。
【００３８】
第１障壁層２５は、タイプＩヘテロ界面において、低ポテンシャルＬＰＥを規定する第１電子障壁Ｂ１Ｅを第１領域２３ａの伝導帯に提供すると共に、高ポテンシャルＨＰＨを規定する第１正孔障壁Ｂ１Ｈを第１領域２３ａの価電子帯に提供する。第１電子障壁Ｂ１Ｅの絶対値は、第１正孔障壁Ｂ１Ｈの絶対値より大きい。
【００３９】
（第２障壁層２７）
ある井戸層２３内の第２障壁層２７は、該井戸層２３内の第２領域２３ｂにタイプＩヘテロ接合を成して、正孔Ｈへ低ポテンシャルＬＰＨを提供する第２領域２３ｂの正孔Ｈの波動関数を井戸層２３内にシフトさせる。このシフトは、このシフトされた波動関数が、該第２領域２３ｂにタイプＩＩヘテロ接合を成す第１領域２３ａ内の電子Ｅの波動関数と大きな重なりを有することを可能にする。
【００４０】
第２障壁層２７は、タイプＩヘテロ界面において、高ポテンシャルＨＰＥを規定する第２電子障壁Ｂ２Ｅを第２領域２３ｂの伝導帯に提供すると共に、低ポテンシャルＬＰＨを規定する第２正孔障壁Ｂ２Ｈを第２領域２３ｂの価電子帯に提供する。第２正孔障壁Ｂ２Ｈの絶対値は、第２電子障壁Ｂ２Ｅの絶対値より大きい。
【００４１】
半導体レーザ１１によれば、あるタイプＩＩ量子井戸構造１５の井戸層２３に、該タイプＩＩ量子井戸構造１５内の第１障壁層２５から第２障壁層２７への方向に配列される第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂを与える。第１領域２３ａは、該井戸層２３内の電子Ｅへ低ポテンシャルＬＰＥを与えると共に井戸層２３内の正孔Ｈへ高ポテンシャルＨＰＨを与える。第２領域２３ｂは、井戸層２３内の電子Ｅへ高ポテンシャルＨＰＥを与えると共に井戸層２３内の正孔Ｈへの低ポテンシャルＬＰＥを与える。第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂの配列は、電子Ｅの波動関数ＷＦＥに第１領域２３ａにおいて大きな確率振幅を与え、正孔Ｈの波動関数ＷＦＨに第２領域２３ｂにおいて大きな確率振幅を与える。第１障壁層２５及び第２障壁層２７は、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂを含む井戸層２３内の電子Ｅの波動関数ＷＦＥ及び正孔Ｈの波動関数ＷＦＨをそれぞれ内側にシフトさせる。
【００４２】
第１障壁層２５は、井戸層２３の第１領域２３ａに、第１障壁層２５からの非対称な障壁（第１電子障壁Ｂ１Ｅの絶対値が第２電子障壁Ｂ２Ｅの絶対値より大きい）を与える。また、第２障壁層２７は、井戸層２３の第２領域２３ｂに、第２障壁層２７からの非対称な障壁（第２正孔障壁Ｂ２Ｈの絶対値が第１正孔障壁Ｂ１Ｈの絶対値より大きい）を与える。
【００４３】
活性層１３は、タイプＩヘテロ界面及びタイプＩＩヘテロ界面を量子井戸構造（１５）に提供する。井戸層２３において、第１領域２３ａが、正孔に対して高ポテンシャルを生成し、第２領域２３ｂが、電子に対して高ポテンシャルを生成することを可能にする。タイプＩヘテロ界面を井戸層２３に提供する障壁層を用いて、タイプＩＩヘテロ界面を含む井戸層２３内の電子の空間分布及び正孔の空間分布の少なくとも一方を修正する。
【００４４】
修正された空間分布のキャリア（電子及び／又は正孔）は、井戸層２３内の第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂのタイプＩＩ量子井戸によって生成される光学レベルを遷移して、長波長の光（例えば、波長１．２マイクロメートル以上の光、具体的にはＩｎＰ基板を用いる発光素子では波長２マイクロンメートル以上の光、及びＧａＡｓ基板を用いる発光素子では１．２マイクロンメートル以上）を生成できる。
【００４５】
一実施例では、図２に示されるように、井戸層２３には、単一の第１領域２３ａ及び単一の第２領域２３ｂが提供され、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂは、互いにタイプＩＩヘテロ接合を成す。第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂは、それぞれ、第１障壁層２５及び第２障壁層２７に単一のタイプＩＩヘテロ接合を形成する。第１障壁層２５及び第２障壁層２７は、それぞれにタイプＩヘテロ接合を成す第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂにおける電子及び正孔の波動関数を内側にシフトさせる。これらのシフトは、第１領域２３ａと第２領域２３ｂとの間の単一のタイプＩＩヘテロ接合の近傍において、シフトされた波動関数が大きな重なり積分を有することを可能にする。
【００４６】
別の実施例では、井戸層２３には、単一の第１領域２３ａ及び２つの第２領域２３ｂが提供され、第１領域２３ａが２つの第２領域２３ｂの間に設けられて、２つのタイプＩＩヘテロ接合を形成する。２つの第２領域２３ｂの一方は、第１障壁層２５にタイプＩヘテロ接合を形成し、２つの第２領域２３ｂの他方は、第２障壁層２７にタイプＩヘテロ接合を形成する。これら２つのタイプＩヘテロ接合は、第２領域２３ｂ内のキャリアの波動関数をシフトさせて、これらのシフトは、個々のタイプＩＩヘテロ接合近傍における大きな重なり積分を可能にする。
【００４７】
更なる実施例では、井戸層２３には、２つの第１領域２３ａ及び単一の第２領域２３ｂが提供され、第２領域２３ｂが２つの第１領域２３ａの間に設けられて、２つのタイプＩＩヘテロ接合を形成する。２つの第１領域２３ａの一方は、第１障壁層２５にタイプＩヘテロ接合を形成し、２つの第１領域２３ａの他方は、第２障壁層２７にタイプＩヘテロ接合を形成する。これら２つのタイプＩヘテロ接合は、第２領域２３ｂ内のキャリアの波動関数をシフトさせて、これらのシフトは、個々のタイプＩＩヘテロ接合近傍における大きな重なり積分を可能にする。
【００４８】
具体的には、複数のタイプＩＩ量子井戸構造１５を有する活性層１３では、隣合う２つのタイプＩＩ量子井戸構造１５が、一方の井戸層２３の第１障壁層２５を他方の井戸層２３の第２障壁層２７として共有するように配列されることができる。
【００４９】
或いは、複数のタイプＩＩ量子井戸構造１５を有する活性層１３では、隣合う２つのタイプＩＩ量子井戸構造１５が、一方の井戸層２３の第１障壁層２５を他方の井戸層２３の第１障壁層２５として共有するように配列されることができる。
【００５０】
或いは、隣合う２つのタイプＩＩ量子井戸構造１５が、一方の井戸層２３の第２障壁層２７を他方の井戸層２３の第２障壁層２７として共有するように配列されることができる。
【００５１】
必要な場合には、半導体レーザ１１は、活性層１３の最も外側の障壁層（第１障壁層２５及び第２障壁層２７）の外にそれぞれの光閉じ込め層２９ａ、２９ｂを備えることができる。
【００５２】
図１の（ｂ）部及び（ｃ）部を参照すると、半導体レーザ１１は、リッジ構造ＲＧ又は埋込ヘテロ構造ＢＪを有することができる。また、半導体レーザ１１は、ファブリペロ（ＦＰ）型又は分布帰還（ＤＦＢ）型を有することができる。ＦＰ型の半導体レーザ１１は、例えば約１ミリメートル程度の共振器長ＣＶＬを有する。
【００５３】
リッジ構造ＲＧ。
半導体レーザ１１は、リッジ構造ＲＧにｐ型半導体領域１７を与える。具体的には、ｐ型半導体領域１７は、ｐ型クラッド層３１及びｐ型コンタクト層３５を含む。ｎ型半導体領域１９は、ｎ型クラッド層を含む。
【００５４】
必要な場合には、半導体レーザ１１は、（ｐ型半導体）第１中間層３３ａ、（ｐ型半導体）第２中間層３３ｂ及び／又は（ｎ型半導体）第３中間層３３ｃを含むことができる。
【００５５】
第１中間層３３ａはｐ型クラッド層３１とｐ型コンタクト層３５との間に設けられる。第１中間層３３ａは、ｐ型クラッド層３１とｐ型コンタクト層３５との間のバンドギャップを提供する単一組成、又はｐ型クラッド層３１とｐ型コンタクト層３５との間で徐々にバンドギャップを変化させる組成傾斜のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を有して、これらの半導体層間のヘテロ障壁を小さくする。
【００５６】
第２中間層３３ｂは活性層１３（上側光閉じ込め層２９ａ）とｐ型クラッド層３１との間に設けられる。第２中間層３３ｂは、ｐ型クラッド層３１と上側光閉じ込め層２９ａとの間のバンドギャップを提供する単一組成、又はｐ型クラッド層３１と上側光閉じ込め層２９ａとの間で徐々にバンドギャップを変化させる組成傾斜のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を有して、これらの半導体層間のヘテロ障壁を小さくする。
【００５７】
第３中間層３３ｃは活性層１３（下側閉じ込め層２９ｂ）とｎ型クラッド層（１９）との間に設けられる。第３中間層３３ｃは、ｎ型クラッド層（１９）と下側光閉じ込め層２９ｂとの間のバンドギャップを提供する単一組成、又はｎ型クラッド層（１９）と下側光閉じ込め層２９ｂとの間で徐々にバンドギャップを変化させる組成傾斜のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を有して、これらの半導体層間のヘテロ障壁を小さくする。
【００５８】
半導体レーザ１１は、リッジ構造ＲＧを覆う無機絶縁膜３７を備える。半導体レーザ１１は、第１電極３９ａ及び第２電極３９ｂを備え、第１電極３９ａは、リッジ構造ＲＧ上に位置する無機絶縁膜３７の開口３７ａを介してｐ型半導体領域１７に接触を成し、第２電極３９ｂは、支持体２１の裏面２１ｂに接触を成す。
【００５９】
埋込ヘテロ構造ＢＪ。
半導体レーザ１１は、半導体メサ４１及び半導体埋込領域４３を含む。半導体埋込領域４３は半導体メサ４１を埋め込む。半導体メサ４１は、ｐ型半導体領域１７、活性層１３、及びｎ型半導体領域１９を含む。ｐ型半導体領域１７は、ｐ型クラッド層３１及びｐ型コンタクト層３５を含む。ｎ型半導体領域１９は、ｎ型クラッド層を含む。
【００６０】
半導体レーザ１１は、半導体メサ４１及び半導体埋込領域４３の上面を覆う無機絶縁膜３７を備える。半導体レーザ１１は、第１電極３９ａ及び第２電極３９ｂを備え、第１電極３９ａは、半導体メサ４１上に位置する無機絶縁膜３７の開口３７ａを介してｐ型半導体領域１７に接触を成し、第２電極３９ｂは、支持体２１の裏面２１ｂに接触を成す。
【００６１】
図１に示される半導体レーザ１１では、井戸層２３、第１障壁層２５及び第２障壁層２７は、以下のような材料を備えることができる。
【００６２】
井戸層２３では、第１領域２３ａは、ＩＩＩ族元素としてインジウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備える。この第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、例えば三元化合物又は四元化合物であることができ、五元以上の構成元素の化合物半導体を除かない。
【００６３】
具体的には、第１領域２３ａは、ＧａＩｎＡｓを含むことができる。第１領域２３ａは、ＧａＩｎＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓの少なくともいずれか一方を含むことができる。
【００６４】
また、第２領域２３ｂは、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてアンチモンを含む第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備える。この第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、三元化合物又は四元化合物であることができ、五元以上の構成元素の化合物半導体を除かない。
【００６５】
具体的には、第２領域２３ｂは、ＧａＡｓＳｂを含むことができる。第２領域２３ｂは、ＧａＩｎＡｓＳｂ，ＡｌＧａＡｓＳｂの少なくともいずれか一方を含むことができる。第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体に接合して、タイプＩＩヘテロ界面を形成できる。
【００６６】
半導体レーザ１１によれば、第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の三元化合物及び四元化合物並びに第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の三元化合物及び四元化合物は、発光を可能にする量子準位を与えることができる。これらの三元化合物及び四元化合物は、長波長の発光を可能にする。三元化合物及び四元化合物は、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂを含む井戸層２３にタイプＩＩのバンドアライメントを提供できる。
【００６７】
第１領域２３ａは、１〜１０ｎｍの厚さを有することができ、第２領域２３ｂは、１〜１０ｎｍの厚さを有することができる。
【００６８】
タイプＩＩ量子井戸構造１５では、第１障壁層２５は、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素及び燐の少なくとも一方を含む第３ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備えることができる。
【００６９】
また、第２障壁層２７は、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素及び燐の少なくとも一方を含む第４ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を備えることができる。
【００７０】
半導体レーザ１１によれば、第１障壁層２５及び第２障壁層２７は、井戸層２３の第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂ内の電子及び正孔の両方に障壁を提供できる。
第３ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体及び第４ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体：ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ。
ＧａＡｓＰは、ＧａＡｓの格子定数より小さい格子定数を有し、ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰはＧａＡｓの格子定数より小さい格子定数を有することができる。
ＡｌＩｎＡｓ及びＡｌＧａＩｎＡｓは、ＩｎＰの格子定数より小さい格子定数を有することができる。
【００７１】
第１障壁層２５は、５〜５０ｎｍの厚さを有することができ、第２障壁層２７は、５〜５０ｎｍの厚さを有することができる。井戸層２３は、２〜２０ｎｍの厚さを有することができる。
【００７２】
ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層は、第１障壁層２５及び第２障壁層２７のバンドギャップより大きなバンドギャップを有する。ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層は，障壁層（２５、２７）又は光閉じ込め層（２９ａ、２９ｂ）にタイプＩＩヘテロ接合と異なる接合、例えばタイプＩヘテロ接合を成す。ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＩｎＰを含むことができる。
【００７３】
支持体２１は、ＧａＡｓ及びＩｎＰのいずれか一方を備える半導体支持体を含む。半導体レーザ１１によれば、長波長の発光を可能にする活性層１３が、ＧａＡｓ及びＩｎＰのいずれか一方を備える半導体支持体上に提供される。ＧａＡｓ及びＩｎＰは大口径ウエハを提供できる。
【００７４】
ＧａＡｓの半導体支持体を含む半導体レーザ１１では、第３ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体及び第４ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の少なくとも一方は、Ｖ族元素としてヒ素及び燐のいずれか一方を含む三元化合物であることがよい。この半導体レーザ１１によれば、障壁層が、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素及び燐の一方を含む三元化合物によって提供される。この三元化合物、例えばＧａＡｓＰ及びＧａＩｎＰは、ＧａＡｓ面上において井戸層における圧縮歪みの一部又は全部を相殺することができる。
【００７５】
ＧａＡｓの半導体支持体を含む半導体レーザ１１は、長波長の光（例えば、波長１．２マイクロメートル以上の光）を生成する。
【００７６】
ＩｎＰの半導体支持体を含む半導体レーザ１１では、第３ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体及び第４ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の少なくとも一方は、ＩＩＩ族元素としてアルミニウムを更に備えることがよい。
【００７７】
この半導体レーザ１１によれば、障壁層（２５、２７）が、ＩＩＩ族元素としてガリウム及びアルミニウムの少なくとも一方を含むと共にＶ族元素としてヒ素及び燐の少なくとも一方を含む三元化合物及び四元化合物によって提供される。このＩＩＩ−Ｖ化合物半導体、例えばＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、及びＧａＩｎＡｓＰは、ＩｎＰ面上において井戸層２３における圧縮歪みの一部又は全部を相殺することができる。
【００７８】
ＩｎＰの半導体支持体を含む半導体レーザ１１では、第１領域２３ａのＧａＩｎＡｓ及び第２領域２３ｂのＧａＡｓＳｂの一方は、ＩｎＰより大きな格子定数数を有し、第１領域２３ａのＧａＩｎＡｓ及び第２領域２３ｂのＧａＡｓＳｂの他方は、ＩｎＰより小さい格子定数を有することがよい。
【００７９】
この半導体レーザ１１によれば、ＧａＩｎＡｓを含む第１領域２３ａ及びＧａＡｓＳｂを含む第２領域２３ｂは、ＩｎＰ主面上において井戸層２３の応力の一部又は全部をキャンセルできる。
【００８０】
ＩｎＰの半導体支持体を含む半導体レーザ１１は、長波長の光（例えば、波長２マイクロメートルより大きい光）を生成する。
【００８１】
半導体レーザ１１の典型的なリッジ構造。
無機絶縁膜３７：ＳｉＮといったシリコン系無機絶縁膜。
ｐ型半導体領域１７。
ｐ型コンタクト層３５：ｐ型ＧａＡｓ層。
第２中間層３３ｂ：ｐ型のＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ａｓ組成傾斜層（ｘは０以上１以下の範囲）。
ｐ型クラッド層３１：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＧａＩｎＰ，ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ。
第１中間層３３ａ：Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１−ｙ）Ａｓ組成傾斜層（ｙは０より大きく１未満の範囲）。
上側光閉じ込め層及び下側光閉じ込め層：ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ。
活性層１３。
障壁層：ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ。
井戸層２３の第１領域２３ａ／第２領域２３ｂ：ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂタイプＩＩヘテロ構造体、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＡｓＳｂ。
井戸層２３内のタイプＩＩヘテロ接合の数：１〜４。
第３中間層３３ｃ：Ａｌ（ｚ）Ｇａ（１−ｚ）Ａｓ組成傾斜層（ｚはは０より大きく１未満の範囲）。
ｎ型半導体領域１９：ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層。
支持体２１：ｎ型ＧａＡｓ。
共振器長：１ミリメートル。
半導体リッジの幅：５マイクロメートル。
【００８２】
半導体レーザ１１の典型的なリッジ構造。（Ａｌを構成元素に含まない構造）
無機絶縁膜３７：ＳｉＮといったシリコン系無機絶縁膜。
ｐ型半導体領域１７。
ｐ型コンタクト層３５：ｐ型ＧａＡｓ層。
第２中間層３３ｂ：ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ層。
ｐ型クラッド層３１：ｐ型ＧａＩｎＰ層。
第１中間層３３ａ：ＧａＩｎＡｓＰ層。
上側光閉じ込め層及び下側光閉じ込め層：ＧａＩｎＡｓＰ。
活性層１３。
障壁層：ＧａＩｎＡｓＰ。
井戸層２３の第１領域２３ａ／第２領域２３ｂ：ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂタイプＩＩヘテロ構造体、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＡｓＳｂ。
井戸層２３内のタイプＩＩヘテロ接合の数：１〜４。
第３中間層３３ｃ：ＧａＩｎＡｓＰ層。
ｎ型半導体領域１９：ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層。
支持体２１：ｎ型ＧａＡｓ。
共振器長：１ミリメートル。
半導体リッジの幅：５マイクロメートル。
【００８３】
半導体レーザ１１の典型的な埋込ヘテロ構造。
無機絶縁膜３７：ＳｉＮといったシリコン系無機絶縁膜。
ｐ型半導体領域１７。
ｐ型コンタクト層３５：ｐ型ＧａＩｎＡｓ層。
第２中間層３３ｂ：ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ層。
ｐ型クラッド層３１：ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層。
上側光閉じ込め層及び下側光閉じ込め層：ＡｌＧａＩｎＡｓ。
活性層１３。
障壁層：ＡｌＧａＩｎＡｓ。
井戸層２３の第１領域２３ａ／第２領域２３ｂ：ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂタイプＩＩヘテロ構造体、ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＡｓＳｂ。
井戸層２３内のタイプＩＩヘテロ接合の数：１〜４。
ｎ型半導体領域１９：ｎ型ＡｌＩｎＡｓクラッド層。
支持体２１：ｎ型ＩｎＰ。
半導体埋込領域４３：半絶縁性ＩｎＰ電流ブロック層。
共振器長：５００マイクロメートル。
半導体メサ４１の幅：３マイクロメートル。
【００８４】
図３は、タイプＩＩ量子井戸構造における選択的ドーパント添加のプロファイルを示す図面である。図３に示されるプロファイルは、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂの両方に提供される選択的ドーパント添加を示す。しかしながら、第１領域２３ａ及び第２領域２３ｂの少なくともいずれか一方に、選択的ドーパント添加が提供される。第１領域２３ａに選択的ドーパント添加を提供でき、或いは第２領域２３ｂに選択的ドーパント添加を提供できる。
【００８５】
既に説明したように、第１領域２３ａは、第２領域２３ｂの高ポテンシャルＨＰＥより低く井戸層２３内の電子Ｅに与えられる低ポテンシャルＬＰＥ及び第２領域２３ｂの低ポテンシャルＬＰＨより高く井戸層２３内の正孔Ｈに与えられる高ポテンシャルＨＰＨを有する。第１領域２３ａへのｎ型ドーパントの添加により、第１領域２３ａの一部又は全部に、ｎ型ドーパントを提供できる。ｎ型ドーパントの添加は、低ポテンシャルＬＰＥを図３に示されたＳＦＴＮのように下げて井戸を深くする。深い井戸は、タイプＩＩ量子井戸構造１５の伝導帯の井戸における量子準位を低くして、タイプＩＩ量子井戸構造１５における光学的遷移に寄与する準位差を小さくできる。ｎ型ドーパントの添加は、タイプＩＩ量子井戸構造１５における光学遷移の準位を長波長側にシフトさせて、小さい準位差は、長波長の発光を可能にする。
【００８６】
本実施例では、第１領域２３ａの全体にｎ型ドーパントを添加するｎ型ドーパントプロファイルＰＦＮが示される。ｎ型ドーパントは、シリコンを包含する。
ｎ型ドーパント濃度：例えばＩｎＧａＡｓに１０１７〜１０１９ｃｍ−３。
【００８７】
また、既に説明したように、第２領域２３ｂは、第１領域２３ａの低ポテンシャルＬＰＥより高く井戸層２３内の電子Ｅに与えられる高ポテンシャルＨＰＥ及び第１領域２３ａの高ポテンシャルＨＰＨより低く井戸層２３内の正孔に与えられる低ポテンシャルＬＰＨを有する。第２領域２３ｂへのｐ型ドーパントの添加により、第２領域２３ｂの一部又は全部に、ｐ型ドーパントを提供できる。ｐ型ドーパントの添加は、低ポテンシャルＬＰＰを図３に示されたＳＦＴＰのように下げて井戸を深くする。深い井戸は、タイプＩＩ量子井戸構造１５の価電子帯の井戸における量子準位を低くして、タイプＩＩ量子井戸構造１５における光学的遷移に寄与する準位差を小さくできる。ｐ型ドーパントの添加は、タイプＩＩ量子井戸構造１５における光学遷移の準位を長波長側にシフトさせて、小さい準位差は、長波長の発光を可能にする。
【００８８】
本実施例では、第２領域２３ｂの全体にｐ型ドーパントを添加するｐ型ドーパントプロファイルＰＦＰ示される。ｐ型ドーパントは、亜鉛、炭素、ベリリウムを包含する。
ｐ型ドーパント濃度：例えばＧａＡｓＳｂに１０１７〜１０１９ｃｍ−３。
【００８９】
図４は、タイプＩＩ量子井戸構造におけるインジウム及びアンチモンのプロファイルを示す図面である。
【００９０】
第１領域２３ａの第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてインジウム（インジウムプロファイルＰＦＩ）を含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む。本実施例では、第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、コンタミネーションを除いて、Ｖ族元素としてアンチモンを含まない。具体的には、第１ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてインジウム及びガリウム並びにＶ族元素としてヒ素を含む三元化合物又は四元化合物である。
【００９１】
第２領域２３ｂの第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてアンチモン（アンチモンプロファイルＰＦＡ）を含む。第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、コンタミネーションを除いて、ＩＩＩ族元素としてインジウムを含まない。具体的には、第２ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてガリウム及びＶ族元素としてアンチモン及びヒ素を含む三元化合物又は四元化合物である。
【００９２】
具体的には、ＧａＡｓにおいてｎ型ドーパント濃度を１×１０１５ｃｍ−３から１×１０１８ｃｍ−３に増加すると、ＧａＡｓの伝道帯のレベルはフェルミ準位を基準にして０．１８エレクトロンボルトのシフトを引き起こす。このエネルギーシフトを波長に換算すると、実効波長差で０．１７マイクロメートル（例えば１マイクロメートルから１．１７マイクロメートルへシフト）になる。
【００９３】
ガリウムのＩＩＩ族元素及びアンチモンのＶ族元素に加えて一又は二の構成元素の追加によれば、結果として得られる三元化合物又は四元化合物の格子定数を、二元ガリウムアンチモンの格子定数より小さくすると共にＧａＡｓ及びＩｎＰの格子定数に近づけることができる。インジウムのＩＩＩ族元素及びヒ素のＶ族元素に加えて一又は二の構成元素の追加によれば、結果として得られる三元化合物及び四元化合物の格子定数を、二元インジウムヒ素の格子定数より小さくすると共にＧａＡｓ及びＩｎＰの格子定数に近づけることができる。
【００９４】
主要な工程を含む以下の製法方法により、半導体レーザ１１を作製できる。タイプＩＩ量子井戸構造及びクラッド層は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により成長されることができる。ＳｉドープＧａＩｎＡｓ／アンドープＧａＡｓＳｂ量子井戸構造を成長するために、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）及びアンチモン（Ｓｂ）の原料は、それぞれ、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ターシャルブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、及びトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を含む。ｎ型ドーパント源、例えばＳｉドーパントは、シラン（ＳｉＨ４）を含む。キャリアガスは、例えば水素を含む。これらの原料及びドーパントガスを反応炉に供給して、反応炉内のＩｎＰ基板上で半導体薄膜をエピタキシャルに成長する。具体的には、半導体生成物がＩｎＰ基板に格子整合する気相比でＴＭＧａ、ＴＭＩｎ及びＴＢＡｓを供給する同時に、ドナー濃度１×１０１８ｃｍ−３となる気相比でＳｉＨ４ガスを反応炉に供給して、ＳｉドープＧａＩｎＡｓ層を選択的ドーピングで成長する。引き続く、ＧａＡｓＳｂ層の成長では、ＴＭＧａ，ＴＭＩｎ，ＴＢＡｓ及びＳｉＨ４の供給を停止する。次いで、半導体生成物がＩｎＰ基板に格子整合する気相比でＴＭＧａ，ＴＢＡｓ及びＴＭＳｂを供給する。このシーケンスにより井戸層を成長できる。井戸層及び障壁層の成長を繰り返すことによってタイプＩＩ多重量子井戸構造を形成できる。半導体の構成原子に応じた原料を供給することによって、半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板を作製できる。
【００９５】
このように作製されたエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、エッチング（必要な場合には、再成長）及びメタライズを適用することにより、繰り返しの井戸層及び障壁層を含むタイプＩＩ多重量子井戸構造を有する埋込ヘテロ構造及びリッジ構造の半導体レーザ１１を作製できる。
【００９６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｖ族としてアンチモンを含むＩＩＩ−Ｖ族材料系において長波長の発光を可能にする量子井戸構造を有する半導体発光素子を提供できる。
【符号の説明】
【００９８】
１１…半導体レーザ、１３…活性層、１５…タイプＩＩ量子井戸構造、１７…ｐ型半導体領域、１９…ｎ型半導体領域、２１…支持体、２３…井戸層、２５…第１障壁層、２７…第２障壁層。
【図１】
2020098890.tif 000003
【図２】
2020098890.tif 000004
【図３】
2020098890.tif 000005
【図４】
2020098890.tif 000006