(57)【要約】【課題】  １．１μｍよりも短波長な発光波長を有する半導体発光素子を提供する。【解決手段】  半導体レーザは、活性層６を備える。活性層６は、６個の量子ドット層６１と、５個の間隙層６２とを含む。６個の量子ドット層６１および５個の間隙層６２は、交互に積層される。５個の間隙層６２の各々は、ノンドープのＧａＡｓからなる。そして、５個の間隙層６２の各々は、３０〜５０ｎｍの膜厚を有する。６個の量子ドット層６１の各々は、量子ドット６１１とキャップ層６１２とからなる。量子ドット６１１は、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ（ｙ＝０．５〜０．９）からなり、キャップ層６１２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．０〜０．５）からなる。量子ドット６１１は、１．８〜２．４モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓを結晶成長することにより形成される。【選択図】        図２
2006278860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長よりも短い第２の波長を発光する半導体発光素子であって、
第１のバリア層と、
前記第１のバリア層に接して形成された活性層と、
前記活性層に接して形成された第２のバリア層とを備え、
前記活性層は、
前記第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する量子ドットと、
前記量子ドットを覆うように形成されたキャップ層とを含む、半導体発光素子。
【請求項２】
前記量子ドットは、インジウム砒素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記量子ドットは、インジウム、アルミニウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる、請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記量子ドットにおいて、前記インジウムの含有量に対する前記アルミニウムの含有量の比は、０．１〜１．０の範囲である、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記キャップ層は、ガリウム砒素のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する化合物半導体からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記キャップ層は、アルミニウム、ガリウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる、請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記キャップ層において、前記ガリウムの含有量に対する前記アルミニウムの含有量の比は、０．０〜１．０の範囲である、請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
第１および第２のレーザ光を出射する活性層と前記活性層にキャリアを注入する第１および第２の電極とを含む半導体レーザと、
前記第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置された光検出器とを備え、
前記活性層は、
前記第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する量子ドットと、
前記量子ドットを覆うように形成されたキャップ層とを含み、
前記第１のレーザ光は、前記活性層内においてリング形状の経路上を周回するレーザ光の一部が出射されたレーザ光であり、
前記第２のレーザ光は、前記経路上を前記第１のレーザ光と逆の方向に周回するレーザ光の一部が出射されたレーザ光であり、
前記量子ドットは、インジウム砒素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する、半導体レーザジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体発光素子、その製造方法およびその半導体発光素子を用いた半導体レーザジャイロに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術に代表される半導体製造技術の進展によって、集積度の向上に加えて、量子サイズ効果を利用した量子ドットレーザ（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ  Ｌａｓｅｒ）、および単一電子トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のデバイスが提案されている。
【０００３】
特に、電子のド・ブロイ波長と同程度の寸法（大きさ）を有する量子ドットは、その中に電子を０次元的に閉じ込め、電子のエネルギー準位を離散化、即ち、状態密度をデルタ関数とすることが可能となる。量子ドットは、このような電子の閉じ込め効果（量子サイズ効果）が多岐に渡り顕在化されるため、従来の枠を超越した性能を有するデバイスの基本構造として脚光を浴びている。
【０００４】
このような量子ドットを形成する方法として、Ｓ−Ｋ（Ｓｔｒａｎｓｋｙ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）モード成長法と呼ばれる自己形成方法が広く知られている（非特許文献１）。通常、薄膜を基板上に形成する場合、その双方の格子定数が一致する基板と薄膜とを用いる必要がある。これは、格子定数が大きく相違すると、エピタキシャル成長時に歪力が生じるため、欠損が生じて薄膜の平面構造が不均一になるためである。
【０００５】
Ｓ−Ｋモード成長法は、上述した薄膜形成における原則とは逆に、格子定数が大きく異なる材料、例えば、基板よりも格子定数が大きく薄膜をエピタキシャル成長させ、エピタキシャル成長時に生じる歪力を積極的に利用して、基板に量子ドットを自己成長させようとする方法である。
【０００６】
Ｓ−Ｋモード成長法を利用して、例えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板の表面に、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法により砒素（Ａｓ）分子とインジウム（Ｉｎ）分子とを連続的に供給することにより、均一性に優れた量子ドットを形成することができる。
【０００７】
このような方法により、ＩｎＡｓからなる量子ドットをＧａＡｓからなるキャップ層で覆った量子ドットを活性層に用いた量子ドットレーザが作製されている。そして、この量子ドットレーザは、その発振波長が１．１μｍ〜１．２μｍの範囲である。
【０００８】
一方、回転する物体の角速度を検出するものとしてジャイロが知られている。その中でも、光ジャイロは、精度が高いという特徴を有する。光ジャイロは、環状の光路を互いに逆方向に進む２つのレーザ光の周波数差を用いて回転する物体の角速度を検出する。このような光ジャイロとして、希ガスレーザを用いた光ジャイロが提案されている（特許文献１）。
【０００９】
これらの光ジャイロでは、同じ経路を互いに逆方向に周回するレーザ光を取り出して干渉縞を形成させる。図２２は、光ジャイロの一般的な構成を示す図である。図２２に示す光ジャイロにおいて、干渉縞は、次の式によって表される。
【００１０】
【数１】
2006278860.tif 000003
式（１）において、Ｉ０は、レーザ光の強度であり、λは、レーザ光の波長である。また、εは、図２２に示す角度であり、χは、図２２に示すＸ方向の座標である。Δωは、ジャイロが回転したときの時計回りのモードと反時計回りのモードとの周波数差であり、ｔは、時刻である。
【００１１】
Δωは、ジャイロの回転の角速度Ωと比例関係にある。即ち、Δω＝４ＡΩ／（Ｌ１λ）である。ここで、Ａは、リング形状の囲む面積であり、Ｌ１は、光路長である。φは、２つのレーザ光の初期の位相差を表す。
【００１２】
このジャイロでは、干渉縞の移動速度および移動方向を検出することによって、回転する物体の回転速度および回転方向が検出される。
【００１３】
しかし、希ガスレーザを用いた光ジャイロは、駆動に高電圧が必要であり、消費電力が大きいという問題、および装置が大きく、熱に弱いという問題がある。
【００１４】
このような問題を解決するジャイロとして、環状の導波路を備える半導体リングレーザを用いたジャイロが提案されている（特許文献２）。このジャイロにおいて用いられている半導体レーザは、ほぼ一定の幅の環状の導波路を備える。そして、その環状の導波路を互いに反対方向に周回する２つのレーザ光を外部に取り出して、その干渉縞を検出する。
【００１５】
しかし、細い導波路を用いて閉じ込められたレーザ光は、導波路の外部に出射する際に大きく広がってしまうため、実際に干渉縞を精度よく検出することは困難である。そのため、半導体レーザを用いるジャイロでは、半導体レーザの２つの電極間の電圧変化から、２つのレーザ光の周波数差に対応するビート周波数を検出するジャイロ（特許文献３）、および共振器の端面からしみ出したエバネッセント光を用いてビート周波数を検出するジャイロ（特許文献４）が一般的である。
【非特許文献１】ディー・レオナルド（D. Leonard）他４名著，「応用物理学論文集vol.63（Applied Physics Letters Volume 63）」，  １９９３年１２月６日，ｐｐ．３２０３−３２０５．
【特許文献１】特開平１１−３５１８８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０８３１号公報
【特許文献３】特開平４−１７４３１７号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、従来の量子ドットレーザは、ＩｎＡｓからなる量子ドットとＧａＡｓからなるキャップ層とを用いているため、その発振波長を１．１μｍ〜１．２μｍよりも短くすることが困難であるという問題がある。
【００１７】
また、従来の半導体レーザを用いたジャイロでは、精度が低いという問題がある。
【００１８】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、１．１μｍよりも短波長な発光波長を有する半導体発光素子を提供することである。
【００１９】
また、この発明の別の目的は、１．１μｍよりも短波長な発光波長を有する半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００２０】
更に、この発明の別の目的は、精度が高いジャイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この発明によれば、半導体発光素子は、第１の波長よりも短い第２の波長を発光する半導体発光素子であって、第１および第２のバリア層と、活性層とを備える。活性層は、第１のバリア層に接して形成される。第２のバリア層は、活性層に接して形成される。そして、活性層は、量子ドットと、キャップ層とを含む。量子ドットは、第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する。キャップ層は、量子ドットを覆うように形成される。
【００２２】
好ましくは、量子ドットは、インジウム砒素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
【００２３】
好ましくは、量子ドットは、インジウム、アルミニウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる。
【００２４】
好ましくは、量子ドットにおいて、インジウムの含有量に対するアルミニウムの含有量の比は、０．１〜１．０の範囲である。
【００２５】
好ましくは、キャップ層は、ガリウム砒素のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する化合物半導体からなる。
【００２６】
好ましくは、キャップ層は、アルミニウム、ガリウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる。
【００２７】
好ましくは、キャップ層において、ガリウムの含有量に対するアルミニウムの含有量の比は、０．０〜１．０の範囲である。
【００２８】
また、この発明によれば、半導体発光素子の製造方法は、第１の波長よりも短い第２の波長を発光する半導体発光素子の製造方法であって、半導体の表面に複数の材料を供給して膜を成長させて量子ドットを形成する第１のステップと、量子ドットを覆うようにキャップ層を形成する第２のステップとを備える。そして、量子ドットは、第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する。
【００２９】
好ましくは、量子ドットは、インジウム砒素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
【００３０】
好ましくは、量子ドットは、インジウム、アルミニウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる。
【００３１】
好ましくは、量子ドットの形成温度は、キャップ層の形成温度よりも低い。
【００３２】
好ましくは、半導体発光素子の製造方法は、第２のステップの後、量子ドットおよびキャップ層を熱処理する第３のステップをさらに備える。
【００３３】
好ましくは、熱処理の温度は、量子ドットの形成温度よりも高い。
【００３４】
好ましくは、熱処理の温度は、量子ドットおよびキャップ層の形成温度よりも高い。
【００３５】
好ましくは、量子ドットにおいて、インジウムの含有量に対するアルミニウムの含有量の比は、０．１〜１．０の範囲である。
【００３６】
好ましくは、キャップ層は、ガリウム砒素のバンドギャップ以上のバンドギャップを有する化合物半導体からなる。
【００３７】
好ましくは、キャップ層は、アルミニウム、ガリウムおよび砒素を含む化合物半導体からなる。
【００３８】
好ましくは、キャップ層において、ガリウムの含有量に対するアルミニウムの含有量の比は、０．０〜１．０の範囲である。
【００３９】
更に、この発明によれば、半導体レーザジャイロは、半導体レーザと、光検出器とを備える。半導体レーザは、第１および第２のレーザ光を出射する活性層と活性層にキャリアを注入する第１および第２の電極とを含む。光検出器は、第１および第２のレーザ光によって干渉縞が形成される位置に配置される。活性層は、量子ドットと、キャップ層とを含む。量子ドットは、第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する。キャップ層は、量子ドットを覆うように形成される。そして、第１のレーザ光は、活性層内においてリング形状の経路上を周回するレーザ光の一部が出射されたレーザ光である。また、第２のレーザ光は、経路上を第１のレーザ光と逆の方向に周回するレーザ光の一部が出射されたレーザ光である。更に、量子ドットは、インジウム砒素のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
【発明の効果】
【００４０】
この発明による半導体発光素子においては、量子ドットは、第１の波長を発光するときの第１のバンドギャップよりも大きい第２のバンドギャップを有する。従って、量子ドット内に存在する電子および正孔は、量子ドットのバンドギャップが第１のバンドギャップである場合よりも高いエネルギー準位に存在する。
【００４１】
従って、この発明によれば、従来よりも短波長な光を発光できる。
【００４２】
また、この発明による半導体発光素子の製造方法においては、量子ドットおよびキャップ層の形成後、量子ドットおよびキャップ層を熱処理するので、キャップ層の構成元素の一部を量子ドット中へ拡散し、量子ドットのバンドギャップが大きくなる。
【００４３】
従って、この発明によれば、従来よりも短波長な光を発光する半導体発光素子（半導体レーザを含む）を容易に作製できる。
【００４４】
更に、この発明による半導体レーザジャイロにおいては、半導体レーザは、従来よりも短波長な２つのレーザ光を発振するので、光検出器が検出する２つのレーザ光の周波数差がより大きくなり、光検出器の位置における光強度がより強くなる。その結果、干渉縞の移動速度および移動方向の検出精度が高くなる。
【００４５】
従って、この発明によれば、半導体レーザジャイロの精度を向上できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４７】
図１は、この発明の実施の形態による半導体レーザの断面構造図である。この発明の実施の形態による半導体レーザ１０は、負極電極１と、基板２と、バッファ層３と、クラッド層４，８と、バリア層５，７と、活性層６と、コンタクト層９と、正極電極１１とを備える。
【００４８】
負極電極１は、基板２の一主面に形成される。バッファ層３は、負極電極１と反対側の基板２の一主面に形成される。クラッド層４は、バッファ層３上にバッファ層３に接して形成される。
【００４９】
バリア層５は、クラッド層４上にクラッド層４に接して形成される。活性層６は、バリア層５上にバリア層５に接して形成される。バリア層７は、活性層６上に活性層６に接して形成される。クラッド層８は、バリア層７上にバリア層７に接して形成される。コンタクト層９は、クラッド層８上にクラッド層８に接して形成される。正極電極１１は、コンタクト層９上にコンタクト層９に接して形成される。
【００５０】
負極電極１は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。基板２は、シリコン（Ｓｉ）がドープされた（１００）面を有するＧａＡｓからなる。バッファ層３は、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる。クラッド層４は、１×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．２〜０．９）からなる。
【００５１】
バリア層５，７の各々は、ノンドープのＧａＡｓからなる。クラッド層８は、５×１０１７ｃｍ−３のベリリウム（Ｂｅ）がドープされたｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなる。コンタクト層９は、２×１０１９ｃｍ−３よりも多くのＢｅがドープされたｐ型ＧａＡｓからなる。正極電極１１は、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ（０．０１μｍ／０．０１μｍ／０．３μｍ）からなる。
【００５２】
バッファ層３の膜厚は、３００ｎｍであり、クラッド層４の膜厚は、１５００ｎｍであり、バリア層５，７の各々の膜厚は、８０ｎｍであり、クラッド層８の膜厚は、１５００ｎｍであり、コンタクト層９の膜厚は、２００ｎｍである。
【００５３】
負極電極１の膜厚は、全体で０．４３μｍである。そして、負極電極１を構成するＡｕＧｅの膜厚は、０．１μｍであり、Ｎｉの膜厚は、０．０３μｍであり、Ａｕの膜厚は、０．３μｍである。正極電極１１の膜厚は、全体で０．７２μｍである。そして、正極電極１１を構成するＴｉの膜厚は、０．０７μｍであり、Ｐｔの膜厚は、０．０５μｍであり、Ａｕの膜厚は０．６μｍである。
【００５４】
図２は、図１に示す活性層６の拡大断面図である。活性層６は、６個の量子ドット層６１と、５個の間隙層６２とからなる。そして、６個の量子ドット層６１および５個の間隙層６２は、交互に積層される。
【００５５】
６個の量子ドット層６１の各々は、量子ドット６１１と、キャップ層６１２とからなる。キャップ層６１２は、量子ドット６１１を覆う。量子ドット６１１は、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ，ｙ＝０．５〜０．９）からなる。この場合、アルミニウムの含有量とインジウムの含有量との比（＝アルミニウムの含有量／インジウムの含有量）は、０．１〜１．０の範囲である。キャップ層６１２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．０〜０．５）からなる。この場合、アルミニウムの含有量とガリウムの含有量との比（＝アルミニウムの含有量／ガリウムの含有量）は、０．０〜１．０の範囲である。
【００５６】
ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓのバンドギャップは、インジウムの含有量ｙ＝０．５０〜０．９９に対して１．５４ｅＶ〜０．３８ｅＶの範囲であり、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのバンドギャップは、アルミニウムの含有量ｘに対して１．４２ｅＶ〜１．９５ｅＶの範囲である。また、量子ドット６１１のサイズは、数十ｎｍである。
【００５７】
量子ドット６１１は、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが１．８〜６．０モノレイヤー（１モノレイヤー：略０．２８３〜０．３０３ｎｍ）の範囲で結晶成長されて形成される。キャップ層６１２の膜厚は、３〜２０ｎｍの範囲である。
【００５８】
５個の間隙層６２の各々は、ＧａＡｓからなり、３０〜５０ｎｍの膜厚を有する。
【００５９】
図３は、半導体レーザ１０のクラッド層４、バリア層５、活性層６、バリア層７およびクラッド層８における屈折率の分布を示す。クラッド層４，８は、Ａｌの含有量が０．２〜０．９であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成るので、屈折率が最も小さい。バリア層５，７は、ＧａＡｓからなるので、クラッド層３，８よりも大きい屈折率を有する。活性層６は、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓおよびＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから成るので、最も大きい屈折率を有する。
【００６０】
このように、クラッド層４、バリア層５、活性層６、バリア層７およびクラッド層８における屈折率の分布は、活性層６を中心にして対称になる。その結果、活性層６において誘導放出により発生した光は、両側に設けられたバリア層５，７およびクラッド層４，８によって光学的に閉じ込められ、レーザ発振のためのしきい値が低下する。
【００６１】
図４は、量子ドット層６１におけるエネルギーバンド図である。図４において、キャップ層６１２→量子ドット６１１→キャップ層６１２へ向かう方向は、図１に示す断面図において、基板２に垂直な方向ではなく、基板２の面内方向ＤＲ１である。
【００６２】
ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（キャップ層６１２）の伝導帯Ｅｃ１と価電子帯Ｅｖ１とのエネルギー差がバンドギャップＥｇ１に相当し、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ（量子ドット６１１）の伝導帯Ｅｃ２と価電子帯Ｅｖ２とのエネルギー差がバンドギャップＥｇ２に相当する。
【００６３】
そして、キャップ層６１２を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓは、Ｅｇ１＝１．４２ｅＶ〜１．９５ｅＶのバンドギャップを有し、量子ドット６１１を構成するＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓは、Ｅｇ２＝０．３８ｅＶ〜１．５４ｅＶのバンドギャップを有するため、量子ドット６１１を構成するＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓの伝導帯Ｅｃ２は、キャップ層６１２を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの伝導帯Ｅｃ１よりもエネルギー的に低くなり、量子ドット６１１を構成するＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓの価電子帯Ｅｖ２は、キャップ層６１２を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの価電子帯Ｅｖ１よりもエネルギー的に低くなる。
【００６４】
そうすると、キャップ層６１２（＝ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）の伝導帯Ｅｃ１に存在する電子は、エネルギー的により安定な量子ドット６１１（＝ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）へ移動し、キャップ層６１２（＝ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）の価電子帯Ｅｖ１に存在する正孔は、エネルギー的により安定な量子ドット６１１（＝ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）へ移動する。
【００６５】
そして、エネルギー差ΔＥｃが伝導帯側に存在し、エネルギー差ΔＥｖが価電子帯側に存在するので、量子ドット６１１（＝ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）へ移動した電子および正孔は、熱励起によって量子ドット６１１（ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）からキャップ層６１２（＝ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）へ移動することができず、量子ドット６１１（＝ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）中に閉じ込められる。
【００６６】
その結果、量子ドット６１１（＝ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ）の伝導帯Ｅｃ２側には、サブ準位Ｅｓｕｂ１が形成され、量子ドット６１１（＝ＩｎＡｓ）の価電子帯Ｅｖ２側には、サブ準位Ｅｓｕｂ２が形成される。
【００６７】
サブ準位Ｅｓｕｂ１およびサブ準位Ｅｓｕｂ２は、それぞれ、次の式（２）および式（３）によって表される。
【００６８】
【数２】
2006278860.tif 000004
【００６９】
【数３】
2006278860.tif 000005
サブ準位Ｅｓｕｂ１に存在する電子は、サブ準位Ｅｓｕｂ２に存在する正孔と再結合し、サブ準位Ｅｓｕｂ１とサブ準位Ｅｓｕｂ２とのエネルギー差に相当するエネルギーｈνを有する光を発する。そして、再結合によって発生した光により誘導放射が生じ、最終的にレーザ発振に至る。
【００７０】
この発明においては、量子ドット６１１としてＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓを用いているので、量子ドット６１１としてＩｎＡｓが用いられた場合よりもサブ準位Ｅｓｕｂ１，Ｅｓｕｂ２は、エネルギー的に高い位置に存在する。また、サブ準位Ｅｓｕｂ１に存在する電子がサブ準位Ｅｓｕｂ２に存在する正孔と再結合して発生する光のエネルギーｈνは、ｈｃ／λ（ｃ：光速、λ：波長）によって表される。
【００７１】
従って、サブ準位Ｅｓｕｂ１，Ｅｓｕｂ２がエネルギー的に高い位置に存在すれば、サブ準位Ｅｓｕｂ１とサブ準位Ｅｓｕｂ２とのエネルギー差が大きくなり、量子ドット６１１中で発光する光の波長λは、より短くなる。
【００７２】
また、キャップ層６１２として用いるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのＡｌの含有量ｘを多くすることにより、ＧａＡｓをキャップ層６１２に用いた場合よりも伝導帯Ｅｃ側に生じるエネルギー差ΔＥｃおよび価電子帯Ｅｖ側に生じるエネルギー差ΔＥｖが大きくなる。従って、ＧａＡｓをキャップ層６１２に用いた場合よりも、量子ドット６１１とキャップ層６１２との間の歪が大きくなり、サブ準位Ｅｓｕｂ１，Ｅｓｕｂ２がエネルギー的により高くなる。  
【００７３】
従って、エネルギー差ΔＥｃ，ΔＥｖが大きくなれば、サブ準位Ｅｓｕｂ１とサブ準位Ｅｓｕｂ２とのエネルギー差が大きくなり、量子ドット６１１中で発光する光の波長λは、より短くなる。
【００７４】
そこで、この発明においては、量子ドット６１１を構成する化合物半導体のバンドギャップを大きくすることによって、より短波長のレーザ光を発光する半導体レーザ１０を作製することにしたものである。
【００７５】
また、この発明においては、好ましくは、量子ドット６１１を構成する化合物半導体のバンドギャップを大きくし、かつ、量子ドット６１１を覆うキャップ層６１２を構成する化合物半導体のバンドギャップを大きくすることによって、より短波長のレーザ光を発光する半導体レーザ１０を作製することにしたものである。
【００７６】
図５および図６は、それぞれ、図１に示す半導体レーザ１０の製造工程を示す第１および第２の工程図である。
【００７７】
半導体レーザ１０を構成するバッファ層３、クラッド層４，８、バリア層５，７、活性層６およびコンタクト層９は、ＭＢＥにより形成される。まず、Ｓｉがドープされた（１００）面を有するＧａＡｓからなる基板２が真空チャンバへ導入され、真空チャンバは、約１．３３×１０−８Ｐａまで真空排気される。
【００７８】
そして、基板２の温度は、５４０℃〜５７０℃の範囲に設定され、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、Ｇａ、ＡｓおよびＳｉが固体Ｇａ、固体Ａｓおよび固体Ｓｉからそれぞれ基板２の一主面に照射され、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＧａＡｓが基板２上に３００ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。この場合、ｎ型ＧａＡｓの成長速度は、６１０ｎｍ／ｈｒである。これにより、基板２上にバッファ層３が形成される（図５の（ａ）参照）。
【００７９】
その後、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＳｉが固体Ａｌ、固体Ｇａ、固体Ａｓおよび固体Ｓｉからそれぞれバッファ層３の表面に照射され、１×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓがバッファ層３上に１５００ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。この場合、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの成長速度は、６１０〜９００ｎｍ／ｈｒである。
【００８０】
ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓがバッファ層３上に１５００ｎｍの膜厚になるまで結晶成長されると、ＡｌおよびＳｉの照射がシャッタにより停止され、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、ノンドープのＧａＡｓが８０ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。この場合、ノンドープのＧａＡｓの成長速度は、６１０ｎｍ／ｈｒである。
【００８１】
これにより、クラッド層４およびバリア層５がバッファ層３上に順次堆積される（図５の（ｂ）参照）。
【００８２】
その後、後に詳述する方法によって、活性層６がバリア層５上に形成される（図５の（ｃ）参照）。
【００８３】
そして、活性層６が形成されると、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、ＧａおよびＡｓが固体Ｇａおよび固体Ａｓからそれぞれ活性層６の表面に照射され、ノンドープのＧａＡｓが活性層６上に８０ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。この場合、ノンドープのＧａＡｓの成長速度は、６１０ｎｍ／ｈｒである。これにより、バリア層７が活性層６上に形成される。
【００８４】
その後、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、Ａｌ、Ｇａ、ＡｓおよびＢｅが固体Ａｌ、固体Ｇａ、固体Ａｓおよび固体ベリリウム（Ｂｅ）からそれぞれバリア層７の表面に照射され、５×１０１７ｃｍ−３のＢｅがドープされたｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓがバリア層７上に１５００ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。これにより、クラッド層８がバリア層７上に形成される。この場合、ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの成長速度は、６１０〜９００ｎｍ／ｈｒである。
【００８５】
引続いて、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、Ｇａ、ＡｓおよびＢｅが固体Ｇａ、固体Ａｓおよび固体Ｂｅからそれぞれクラッド層８の表面に照射され、２×１０１９ｃｍ−３よりも多いＢｅがドープされたｐ型ＧａＡｓがクラッド層８上に２００ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。この場合、ｐ型ＧａＡｓの成長速度は、６１０ｎｍ／ｈｒである。これにより、コンタクト層９がクラッド層８上に形成される。
【００８６】
そうすると、Ａｕ、ＧｅおよびＮｉが真空蒸着により基板２の裏面に順次堆積され、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる負極電極１が形成され、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕが真空蒸着によりコンタクト層９上に順次堆積され、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＡｕ／Ｚｎ／Ａｕからなる正極電極１１が形成される。
【００８７】
これによって、半導体レーザ１０が完成する（図６の（ｄ）参照）。
【００８８】
図７は、図５の（ｃ）において行なわれる活性層６の形成過程を示す工程図である。
【００８９】
図５の（ｂ）に示す工程によってバリア層５が形成されると、基板２の温度が４７５℃まで降温される。そして、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓがそれぞれ固体Ｉｎ、固体Ａｌおよび固体Ａｓから連続的にバリア層５の表面に照射され、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００が１．７モノレイヤーまで堆積される（図７の（ｃ１）参照）。
【００９０】
この１．７モノレイヤーは、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが下地であるバリア層５のＧａＡｓの格子定数（０．５６ｎｍ）と整合するように均一に２軸性結晶歪を受けた状態で２次元的に成長する臨界膜厚（Ｔｃ）である。
【００９１】
そして、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが１．７モノレイヤーまで結晶成長すると、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００の全面に歪が生じるよりも、グレインを局所的に発生させる方が結晶学的に安定化する。従って、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、１．７モノレイヤーのＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓが結晶成長すると、グレイン６１０がＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ膜６００の表面に形成される（図７の（ｃ２）参照）。
【００９２】
この場合、グレイン６１０の面密度は、１×１０１１ｃｍ−２〜２×１０１１ｃｍ−２の範囲であり、ＩｎＡｓを結晶成長させてグレインを形成する場合の面密度４×１０１０ｃｍ−２〜５×１０１０ｃｍ−２よりも高い。
【００９３】
その後、Ｉｎ、ＡｌおよびＡｓをバリア層５の表面に供給することによって、グレイン６１０が大きくなり、最終的に量子ドット６１１がバリア層５上に形成される（図７の（ｃ３）参照）。
【００９４】
量子ドット６１１がバリア層５上に形成されると、基板２の温度は、５４０℃〜５７０℃の範囲に昇温される。そして、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、Ａｌ、ＧａおよびＡｓがそれぞれ固体Ａｌ、固体Ｇａおよび固体Ａｓからそれぞれ量子ドット６１１の表面に供給され、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓが３〜２０ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。これによって、キャップ層６１２が量子ドット６１１を覆うように形成される（図７の（ｃ４）参照）。
【００９５】
その後、１．３３×１０−３Ｐａの圧力において、ＧａおよびＡｓがそれぞれ固体Ｇａおよび固体Ａｓからそれぞれキャップ層６１２の表面に供給され、ノンドープのＧａＡｓが３０〜５０ｎｍの膜厚になるまで結晶成長される。これによって、間隙層６２が形成される（図７の（ｃ５）参照）。
【００９６】
以後、図７に示す工程ｃ１〜ｃ５を５回繰返して活性層６が形成される。
【００９７】
図８は、図５の（ｃ）において行なわれる活性層６の形成過程を示す他の工程図である。また、図９は、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎを供給するタイミングチャートである。
【００９８】
図５の（ｂ）に示す工程によってバリア層５が形成されると、基板２の温度が４７５℃まで降温される。そして、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがそれぞれ固体Ａｓ、固体Ａｌおよび固体Ｉｎから連続的にバリア層５の表面に照射され、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００が１．７モノレイヤーまで堆積される（図８の（ｃ１−１）参照）。
【００９９】
この１．７モノレイヤーは、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが下地であるバリア層５のＧａＡｓの格子定数（０．５６ｎｍ）と整合するように均一に２軸性結晶歪を受けた状態で２次元的に成長する臨界膜厚（Ｔｃ）である。
【０１００】
そして、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが１．７モノレイヤーまで結晶成長すると、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００の全面に歪が生じるよりも、グレインを局所的に発生させる方が結晶学的に安定化する。従って、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、１．９モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長するまで、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に連続的に照射される。
【０１０１】
そうすると、グレイン６１０がＩｎＡｓ膜６００の表面に形成される（図８の（ｃ２−１）参照）。
【０１０２】
その後、固体Ｉｎに取付けられたシャッタおよび固体Ａｌに取り付けられたシャッタを開閉して、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ換算で２．４モノレイヤー〜３．９モノレイヤーになるまでＩｎおよびＡｌのバリア層５の表面への供給／停止を繰返す。
【０１０３】
そうすると、固体Ｉｎに取付けられたシャッタおよび固体Ａｌに取付けられたシャッタが開いているとき、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に供給されるため、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００の表面に発生したグレイン６１０が成長し、固体Ｉｎに取付けられたシャッタおよび固体Ａｌに取付けられているシャッタが閉じているとき、Ａｓのみがバリア層５の表面に供給されるので、グレイン６１０は成長しない。
【０１０４】
この場合、ＩｎおよびＡｌのバリア層５の表面への供給を停止する停止時間をＩｎおよびＡｌをバリア層５の表面に供給する供給時間よりも長くする。その結果、バリア層５の表面に照射されたＩｎおよびＡｌがグレイン６１０に到達する確率が高くなり、グレイン６１０は、大きく成長する。そして、最終的に、量子ドット６１１がバリア層５上に形成される（図８の（ｃ３−１）参照）。
【０１０５】
このように、量子ドット６１１は、Ａｓ，ＡｌおよびＩｎの連続供給と、ＩｎおよびＡｌの間欠供給とにより形成される。
【０１０６】
即ち、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎは、図９に示すタイミングチャートに従ってバリア層５の表面に供給される。図９の（ａ）は、固体Ｉｎに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示し、図９の（ｂ）は、固体Ａｓに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示し、図９の（ｃ）は、固体Ａｌに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示す。
【０１０７】
ＩｎおよびＡｌは、タイミングｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５，ｔ６〜ｔ７，ｔ８〜ｔ９の間、バリア層５の表面に供給され、タイミングｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６，ｔ７〜ｔ８の間、バリア層５の表面への供給が停止される。そして、タイミングｔ０〜ｔ１間の時間は、１７．３秒であり、タイミングｔ２〜ｔ３間、タイミングｔ４〜ｔ５間、タイミングｔ６〜ｔ７間およびタイミングｔ８〜ｔ９間の各々の時間は、１秒である。また、タイミングｔ１〜ｔ２間、タイミングｔ３〜ｔ４間、タイミングｔ５〜ｔ６間、およびｔ７〜ｔ８間の各々の時間は、１５秒である。
【０１０８】
一方、Ａｓは、タイミングｔ０〜タイミングｔ９の間、連続してバリア層５の表面に供給される。
【０１０９】
固体Ｉｎに取り付けられたシャッタおよび固体Ａｌｎに取り付けられたシャッタが開の場合には、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓは、０．１１モノレイヤー／秒の成長速度で結晶成長するので、タイミングｔ０〜タイミングｔ１までの間において、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎが連続してバリア層５の表面に供給され、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ換算で１．９モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。
【０１１０】
その後、タイミングｔ１〜ｔ２の間、結晶成長が停止され、タイミングｔ２〜ｔ３の間、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に供給され、０．１１モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。以後、これを繰返し、タイミングｔ９までの間に２．４モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。
【０１１１】
そして、タイミングｔ１〜ｔ９までの間のＩｎおよびＡｌの間欠供給により、タイミングｔ１までに発生したグレイン６１０が大きく成長し、タイミングｔ９までの間において量子ドット６１１が形成される。
【０１１２】
このように、量子ドット６１１は、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎの連続供給と、ＩｎおよびＡｌの間欠供給とによっても形成される。
【０１１３】
図８の（ｃ３−１）に示す工程の後、図７に示す工程（ｃ４）および（ｃ５）と同じ工程が実行され、１層の量子ドット層６１と１層のキャップ層６２と形成される。
【０１１４】
その後、図８に示す工程ｃ１−１〜ｃ３−１，ｃ４，ｃ５を５回繰返して活性層６が形成される。
【０１１５】
図１０は、図５の（ｃ）において行なわれる活性層６の形成過程を示す更に他の工程図である。また、図１１は、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎを供給する他のタイミングチャートである。
【０１１６】
図５の（ｂ）に示す工程によってバリア層５が形成されると、基板２の温度が４７５℃まで降温される。そして、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがそれぞれ固体Ａｓ、固体Ａｌおよび固体Ｉｎから連続的にバリア層５の表面に照射され、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００が１．７モノレイヤーまで堆積される（図１０の（ｃ１−２）参照）。
【０１１７】
この１．７モノレイヤーは、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが下地であるバリア層５のＧａＡｓの格子定数（０．５６ｎｍ）と整合するように均一に２軸性結晶歪を受けた状態で２次元的に成長する臨界膜厚（Ｔｃ）である。
【０１１８】
そして、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが１．７モノレイヤーまで結晶成長すると、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００の全面に歪が生じるよりも、グレインを局所的に発生させる方が結晶学的に安定化する。従って、６．６５×１０−４Ｐａの圧力において、１．９モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長するまで、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に連続的に照射される。
【０１１９】
そうすると、グレイン６１０がＩｎＡｓ膜６００の表面に形成される（図１０の（ｃ２−２）参照）。
【０１２０】
その後、固体Ｉｎに取付けられたシャッタを開閉して、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ換算で２．４モノレイヤー〜３．９モノレイヤーになるまでＩｎのバリア層５の表面への供給／停止を繰返す。
【０１２１】
そうすると、固体Ｉｎに取付けられたシャッタが開いているとき、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に供給されるため、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ膜６００の表面に発生したグレイン６１０が成長し、固体Ｉｎに取付けられたシャッタが閉じているとき、ＡｓおよびＡｌのみがバリア層５の表面に供給されるので、グレイン６１０は成長しない。
【０１２２】
この場合、Ｉｎのバリア層５の表面への供給を停止する停止時間をＩｎをバリア層５の表面に供給する供給時間よりも長くする。その結果、バリア層５の表面に照射されたＩｎがグレイン６１０に到達する確率が高くなり、グレイン６１０は、大きく成長する。そして、最終的に、量子ドット６１１がバリア層５上に形成される（図１０の（ｃ３−２）参照）。
【０１２３】
このように、量子ドット６１１は、Ａｓ，ＡｌおよびＩｎの連続供給と、Ｉｎの間欠供給とにより形成される。
【０１２４】
即ち、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎは、図１１に示すタイミングチャートに従ってバリア層５の表面に供給される。図１１の（ａ）は、固体Ｉｎに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示し、図１１の（ｂ）は、固体Ａｓに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示し、図１１の（ｃ）は、固体Ａｌに取付けられたシャッタを開閉するタイミングを示す。
【０１２５】
Ｉｎは、タイミングｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５，ｔ６〜ｔ７，ｔ８〜ｔ９の間、バリア層５の表面に供給され、タイミングｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６，ｔ７〜ｔ８の間、バリア層５の表面への供給が停止される。そして、タイミングｔ０〜ｔ１間の時間は、１７．３秒であり、タイミングｔ２〜ｔ３間、タイミングｔ４〜ｔ５間、タイミングｔ６〜ｔ７間およびタイミングｔ８〜ｔ９間の各々の時間は、１秒である。また、タイミングｔ１〜ｔ２間、タイミングｔ３〜ｔ４間、タイミングｔ５〜ｔ６間、およびｔ７〜ｔ８間の各々の時間は、１５秒である。
【０１２６】
一方、ＡｓおよびＡｌは、タイミングｔ０〜タイミングｔ９の間、連続してバリア層５の表面に供給される。
【０１２７】
固体Ｉｎに取り付けられたシャッタが開の場合には、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓは、０．１１モノレイヤー／秒の成長速度で結晶成長するので、タイミングｔ０〜タイミングｔ１までの間において、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎが連続してバリア層５の表面に供給され、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ換算で１．９モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。
【０１２８】
その後、タイミングｔ１〜ｔ２の間、結晶成長が停止され、タイミングｔ２〜ｔ３の間、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎがバリア層５の表面に供給され、０．１１モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。以後、これを繰返し、タイミングｔ９までの間に２．４モノレイヤーのＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓが結晶成長する。
【０１２９】
そして、タイミングｔ１〜ｔ９までの間のＩｎの間欠供給により、タイミングｔ１までに発生したグレイン６１０が大きく成長し、タイミングｔ９までの間において量子ドット６１１が形成される。
【０１３０】
このように、量子ドット６１１は、Ａｓ、ＡｌおよびＩｎの連続供給と、Ｉｎの間欠供給とによっても形成される。
【０１３１】
図１０の（ｃ３−２）に示す工程の後、図７に示す工程（ｃ４）および（ｃ５）と同じ工程が実行され、１層の量子ドット層６１と１層のキャップ層６２と形成される。
【０１３２】
その後、図１０に示す工程ｃ１−２〜ｃ３−２，ｃ４，ｃ５を５回繰返して活性層６が形成される。
【０１３３】
なお、この発明においては、ＩｎおよびＡｓを連続供給し、かつ、Ａｌを間欠供給してＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓからなる量子ドット６１１を形成してもよい。この場合、図１０および図１１の説明において、ＩｎをＡｌに読み替え、ＡｌをＩｎに読み替えればよい。
【０１３４】
この発明においては、上述した図５〜図７に示す工程、または図５、図６および図８に示す工程、または図５、図６および図１０に示す工程によって半導体レーザ１０を作製した後、半導体レーザ１０をアニールするようにしてもよい。アニールは、６００〜８００℃の温度範囲で１分〜１５０分の間、熱処理することにより行なう。この温度範囲は、量子ドット６１１の形成温度（４７５℃）よりも高い温度である。また、この温度範囲は、量子ドット６１１の形成温度（４７５℃）およびキャップ層６１２の形成温度（５４０〜５７０℃）よりも高い温度である。
【０１３５】
半導体レーザ１０をアニールすると、キャップ層６１２を構成するＡｌｘＧａ１−ｘＡｓのうち、ガリウム（Ｇａ）が量子ドット６１１を構成するＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓ中へ混入し、量子ドット６１１のバンドギャップが更に大きくなる。従って、この発明においては、量子ドット６１１は、Ｉｎ、Ａｌ、ＡｓおよびＧａを含む化合物半導体から構成されていてもよい。
【０１３６】
その結果、アニールすることにより、半導体レーザ１０の発振波長が更に短波長側へシフトする。
【０１３７】
なお、アニールは、活性層６を形成した直後に行なうようにしてもよい。また、アニールは、熱処理に限らず、レーザを照射して行なってもよい。
【０１３８】
上述したように、この発明による半導体レーザ１０は、量子ドット層６１を構成する量子ドット６１１の材料をＩｎＡｓからＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓに変えることによって量子ドット６１１のバンドギャップを大きくし、従来よりも短波長なレーザ光を発振することを特徴とする。
【０１３９】
また、この発明による半導体レーザ１０は、量子ドット層６１を構成する量子ドット６１１の材料をＩｎＡｓからＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓに変え、かつ、キャップ層６１２の材料をＧａＡｓからＡｌｘＧａ１−ｘＡｓに変えることによって、量子ドット６１１中の電子および正孔の電気的な閉じ込めを効果的に行ない、従来よりも短波長なレーザ光を発振することを特徴とする。
【０１４０】
即ち、この発明による半導体レーザ１０は、波長λ１を発光するときのバンドギャップ（ＩｎＡｓのバンドギャップ）よりも大きいバンドギャップを有するＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓを量子ドット６１１に用いることによって、量子ドット６１１中における電子のサブ準位Ｅｓｕｂ１と正孔のサブ準位Ｅｓｕｂ２とのエネルギー差を大きくし、波長λ１よりも短波長である波長λ２（＜λ１）を有するレーザ光を発振することを特徴とする。
【０１４１】
また、この発明による半導体レーザ１０は、波長λ２を発光するときのバンドギャップ（＝ＧａＡｓのバンドギャップ）よりも大きいバンドギャップを有するＡｌｙＧａ１−ｙＡｓをキャップ層６１２に用いることによって、量子ドット６１１の電子および正孔の電気的な閉じ込めを効果的に行ない、波長λ２よりも短波長である波長λ３（＜λ２）を有するレーザ光を発振することを特徴とする。
【０１４２】
半導体レーザ１０の内部損失は、量子ドット６１１の面密度の上昇に伴って低下する。そして、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓを結晶成長させて量子ドット６１１を作成する場合、量子ドット６１１の面密度は、上述したように１×１０１１ｃｍ−２以上であり、半導体レーザ１０の内部損失は、１０ｃｍ−１以下に低減される。
【０１４３】
従って、ＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓからなる量子ドット６１１を用いて半導体レーザ１０を作製した場合、グランドステートからの発光が多くなり、レーザ発振させるためのしきい値電流が低下する。
【０１４４】
また、半導体レーザ１０は、量子ドット６１１を活性層６に含むので、（ｉ）温度が変化しても発振波長が変化しない、（ｉｉ）駆動電流が量子井戸レーザに比べて５〜１０分の１に減少できる、（ｉｉｉ）発振するレーザ光のパワーを強くできる、という量子ドットを用いた半導体レーザに特有の効果も併せて有する。
【０１４５】
図１に示す半導体レーザ１０を用いた半導体レーザジャイロについて説明する。図１２は、この発明の実施の形態による半導体レーザジャイロの斜視図である。この発明の実施の形態による半導体レーザジャイロ１００は、半導体レーザ１１０と、光検出器１１３とを備える。半導体レーザ１１０および光検出器１１３は、基板１１１上にモノリシックに形成される。
【０１４６】
光検出器１１３は、２つの受光素子１１３ａ，１１３ｂからなる。そして、光検出器１１３は、半導体レーザ１１０から出射される２つのレーザ光が干渉縞を形成する位置に配置される。受光素子１１３ａ，１１３ｂの各々は、フォトダイオードであり、半導体レーザ１１０を作製する製造工程で半導体レーザ１１０とともに作製される。
【０１４７】
半導体レーザ１１０は、環状の光路上を互いに反対方向に周回する２つのレーザ光を発光する。光検出器１１３は、半導体レーザ１１０が回転したときに半導体レーザ１１０から出射された２つのレーザ光による干渉縞の移動速度および移動方向を検出して半導体レーザ１１０の回転速度および回転方向を検出する。
【０１４８】
光検出器１１３は、２つの受光素子１１３ａ，１１３ｂから構成されているので、干渉縞が移動すると、２つの受光素子１１３ａ，１１３ｂの各々は、干渉縞の縞模様に対応して強弱の電気信号を出力する。従って、電気信号の強弱が変化する速さを検出することにより、半導体レーザの回転速度を検出できる。また、半導体レーザ１１０の回転方向によって、２つの受光素子１１３ａ，１１３ｂから出力される電気信号の強弱の極性が変わるので、２つの受光素子１１３ａ，１１３ｂから出力される２つの電気信号の位相関係を検出することにより半導体レーザ１１０の回転方向を検出できる。
【０１４９】
図１３は、図１２に示す半導体レーザ１１０の斜視図である。半導体レーザ１１０は、キャビティ１０２と、絶縁膜１０３と、正極電極１０４と、負極電極１０５と、基板１１１とを備える。
【０１５０】
キャビティ１０２は、基板１１１上に形成される。絶縁膜１０３は、キャビティ１０２の表面に形成される。正極電極１０４は、絶縁膜１０３上および絶縁膜１０３がエッチングされた領域に形成される。そして、正極電極１０４は、リング形状から成るリング電極である。負極電極１０５は、キャビティ１０２が形成された基板１１１の表面と反対側の裏面に形成される。
【０１５１】
基板１１１は、単結晶のＧａＡｓから成る。キャビティ１０２については、後述する。絶縁膜１０３は、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から成る。正極電極１０４は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕから成る。負極電極１０５は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉから成る。
【０１５２】
絶縁膜１０３の膜厚は、０．４μｍである。正極電極１０４を構成するＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの膜厚および負極電極１０５を構成するＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉの膜厚については、上述したとおりである。
【０１５３】
キャビティ１０２の幅Ｗは、６０μｍであり、キャビティ１０２の長さＬは、６００μｍである。
【０１５４】
図１４は、図１３の矢印１０６の方向から見たキャビティ１０２の平面図である。キャビティ１０２は、メインキャビティ２１と、ウイング２２〜２５とを含む。メインキャビティ２１は、出射面２１０と、対向面２１１と、端面２１２，２１３とを有する。そして、メインキャビティ２１は、略スタジアム形状から成る。出射面２１０および対向面２１１は、中心Ｏから半径Ｒを有する曲面から成る。半径Ｒは、３００μｍである。また、出射面２１０および対向面２１１は、キャビティ１０２の内側から外側に向かう方向に凸である曲面から成る。
【０１５５】
対向面２１１は、矢印１０７で示す長手方向に垂直な方向の軸１０８に対して出射面２１０と対称である。端面２１２，２１３は、キャビティ１０２の長手方向に垂直な方向においてキャビティ１０２の両端に配置される。即ち、端面２１２，２１３は、キャビティ１０２の長手方向に平行に配置される。そして、出射面２１０、対向面２１１および端面２１２，２１３は、ミラー面から成る。
【０１５６】
ウイング２２，２３は、メインキャビティ２１の出射面２１０側に設けられる。つまり、ウイング２２，２３は、出射面２１０が設けられた領域２１４に隣接して設けられる。ウイング２２は、出射面２１０の延長上に曲面２２１を有する。ウイング２３は、出射面２１０の延長上に曲面２３１を有する。曲面２２１，２３１は、半径Ｒの曲面から成る。
【０１５７】
ウイング２４，２５は、メインキャビティ２１の対向面２１１側に設けられる。つまり、ウイング２４，２５は、対向面２１１が設けられた領域２１５に隣接して設けられる。ウイング２４は、対向面２１１の延長上に曲面２４１を有する。ウイング２５は、対向面２１１の延長上に曲面２５１を有する。曲面２４１，２５１は、半径Ｒの曲面から成る。
【０１５８】
矢印１０７の方向（長手方向）におけるウイング２２〜２５の長さＷｓは、１６０μｍである。ウイング２２〜２５は、メインキャビティ２１で発振したレーザ光の端面２１２，２１３での多重反射によって生成されたモードを抑制するために設けられる。そして、ウイング２２〜２５が多重反射によって生成されたモードを抑制するためには、長さＷｓは、Ｗｓ＞Ｌ／４を満たす必要がある。従って、長さＷｓは、Ｌ／４＝１５０μｍよりも大きい１６０μｍに設定された。
【０１５９】
図１５は、図１３に示す線ＸＶ−ＸＶ間における半導体レーザ１１０の断面図である。半導体レーザ１１０の断面構造は、基板１１１上にキャビティ１０２を形成した構造から成る。キャビティ１０２は、図１に示す半導体レーザ１０のバッファ層３と、クラッド層４，８と、バリア層５，７と、活性層６と、コンタクト層９とを含む。従って、キャビティ１０２は、量子ドット６１１を含む活性層６によってレーザ光ＬＢを発光する。そして、半導体レーザ１１０においては、外部から注入された電子および正孔を電気的に活性層６に閉じ込め、かつ、活性層６において誘導放出により発生した光を光学的に閉じ込めることによりレーザ発振のためのしきい値を低下させている。
【０１６０】
図１６は、図１３に示す半導体レーザ１１０の製造工程を示す図である。エピタキシャル層２０が形成されたＧａＡｓから成る基板１１１を用意する。ここで、エピタキシャル層２０は、バッファ層３、クラッド層４，８、バリア層５，７、活性層６およびコンタクト層９が図１１に示すキャビティ１０２として積層されたものを意味する。
【０１６１】
エピタキシャル層２０が形成された基板１１１を用意すると、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２から成る絶縁膜３０をエピタキシャル層２０上にスパッタリング、またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成する。この場合、絶縁膜３０の膜厚は、０．４μｍである（図１６の（ａ）参照）。
【０１６２】
そして、絶縁膜３０上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりキャビティ１０２の形状にパターンニングし、キャビティ１０２の形状を有するレジスト３１を絶縁膜３０上に形成する（図１６の（ｂ）参照）。
【０１６３】
その後、レジスト３１をマスクとして絶縁膜３０をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりエッチングする。この場合、キャビティ１０２の出射面２１０、対向面２１１および端面２１２，２１３を形成するためにエピタキシャル層２０を含めて３μｍの深さまでエッチングする。そして、ＲＩＥによって形成された出射面２１０、対向面２１１および端面２１２，２１３はミラー面を有する。ＲＩＥによるエッチング後、レジスト３１を除去すると、キャビティ１０２および絶縁膜１０３が基板１１１上に順次形成された構造が完成する（図１６の（ｃ）参照）。なお、このＲＩＥによるエッチングは、エッチングされた端面が高い垂直性および平滑性を有する条件によって行なわれる。
【０１６４】
次に、リング形状から成る正極電極１０４を形成するために絶縁膜１０３に窓を開ける。絶縁膜１０３上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによりパターンニングしてレジストにリング形状の窓を開ける。そして、パターンニングしたレジストをマスクとして絶縁膜１０３をＲＩＥによってエッチングし、絶縁膜１０３にリング形状の窓３２を開ける（図１６の（ｄ）参照）。
【０１６５】
その後、正極電極１０４を形成する。この段階で、基板１の表面１１１ａと絶縁膜１０３の表面１０３ａとの間には段差が存在するので、この段差を埋めるために２層レジストを用いる。即ち、１層目のレジスト３３を全体的に塗布して段差を埋めた後、２層目のレジスト３４を塗布する（図１６の（ｅ）参照）。これにより、平坦なレジスト面が形成される。
【０１６６】
そして、レジスト３３，３４をフォトリソグラフィによりパターンニングして正極電極１０４を形成するための孔３５を形成する（図１６の（ｆ）参照）。この段階で、孔３５を通して絶縁膜１０３、および絶縁膜１０３に開けられた窓３２が露出する。
【０１６７】
正極電極１０４と半導体との良好なコンタクトが得られるように、窓３２を通して半導体表面を０．０１〜０．０２μｍ程度、エッチングする。そして、電子ビーム蒸着により、正極電極１０４を構成するＴｉ（約０．０７μｍ）／Ｐｔ（約０．０５μｍ）／Ａｕ（約０．６μｍ）を全面に形成する。次に、ウェハをアセトンに浸してレジスト３３，３４を除去する。これにより、レジスト３４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕは、リフトオフにより除去され、正極電極１０４がキャビティ１０２上に形成される。この場合、絶縁膜１０３のうち、領域１０３ｂおよびリング形状から成る正極電極１０４の内側の領域１０３ｃ上にもＴｉ／Ｐｔ／Ａｕが形成される。
【０１６８】
その後、へき開を容易にするため、基板１１１を厚さが１００〜１５０μｍになるように研磨する（図１６の（ｇ）参照）。そして、Ｇｅ（約０．１μｍ）／Ｎｉ（約０．０２μｍ）／Ａｕ（約０．５μｍ）を抵抗加熱により基板１１１の裏面に蒸着して負極電極１０５を形成する（図１６の（ｈ）参照）。
【０１６９】
負極電極１０５を形成した後、正極電極１０４を構成するＴｉ／Ｐｔ／Ａｕおよび負極電極１０５を構成するＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを合金化するために、４００〜４５０℃で数分間、熱処理する。その後、チップごとのへき開およびレーザアレイのへき開を行ない、半導体レーザ１１０が製造される。
【０１７０】
図１７は、図１３に示す半導体レーザ１１０のキャビティ１０２から出射されるレーザ光のパターンを示す図である。半導体レーザ１１０の正極電極１０４と負極電極１０５との間に電圧が印加され、しきい値を超える電流が活性層６に注入されると、半導体レーザ１１０はレーザ発振し、キャビティ１０２は、出射面２１０からレーザ光ＬＢを出射する。レーザ光ＬＢは、キャビティ１０２の長手方向の軸１０９と角度θ１を成すレーザ光ＬＢ１と、軸１０９と角度θ２を成すレーザ光ＬＢ２とから成る。そして、角度θ１は、角度θ２と等しい。つまり、レーザ光ＬＢは、軸１０９に対して対称な２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２から成る。
【０１７１】
レーザ光ＬＢが出射されるモードを「リングモード」と言う。半導体レーザ１１０がリングモードで動作するためには、曲面から成る出射面２１０および対向面２１１を有するキャビティ１０２と、リング形状から成る正極電極１０４とを形成する必要がある。
【０１７２】
このように、半導体レーザ１１０は、キャビティ１０２の長手方向の軸１０９に対して所定の角度θ（＝θ１＝θ２）を成すレーザ光ＬＢを出射することができる。
【０１７３】
図１８は、図１３に示す半導体レーザ１１０が軸１０９に対して所定の角度θを成すレーザ光ＬＢを出射する機構を説明するための図である。活性層６に注入された電子と正孔とが再結合し、所定の波長λを有する光が発生すると、その発生した光に基づく誘導放出が起こる。そして、誘導放出により発生した多くの光は、ミラー面から成る出射面２１０、対向面２１１および端面２１２，２１３によって反射され、他の光と相互に干渉する。そして、出射面２１０および対向面２１１は、入射した光を軸１０９と平行な方向に反射せず、所定の角度を成す方向に反射する。また、誘導放出は、注入される電子および正孔の密度が高い正極電極１０４の形状に沿った領域で生じ易く、新たに誘導放出によって発生する光と既に誘導放出によって発生した光との干渉は、正極電極１０４の形状に沿った領域で生じ易い。更に、ウイング２２〜２５は、誘導放出によって発生した光が端面２１２，２１３で多重反射されることによって生じる成分を抑制する。
【０１７４】
その結果、誘導放出によって発生した光を相互に強め合う共振器は、正極電極１０４の形状に沿った領域で形成され、その領域でレーザ発振が起こる。そして、発振したレーザ光ＬＢ０は、キャビティ１０２内で正極電極１０４の形状に沿って分布する。従って、出射面２１０から出射されるレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、軸１０９に対して所定の角度θを成すものと考えられる。
【０１７５】
図１９は、長手方向の軸１０９に沿って形成された電極を有するキャビティ１０２の平面図である。半導体レーザ１１０がリングモードで動作するためにはリング形状から成る正極電極１０４が必要なことを示すために、図１９に示すように、曲面から成る出射面２１０および対向面２１１を有するキャビティ１０２に軸１０９の方向に沿って正極電極４０を形成した半導体レーザを作製した。
【０１７６】
図２０は、正極電極１０４を形成した半導体レーザ１１０および正極電極４０を形成した半導体レーザから出射されるレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す図である。図２０の（ａ）は、正極電極４０を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示し、図２０の（ｂ）は、正極電極１０４を形成した場合のレーザ光の遠視野像を示す。また、図２０の（ａ）および（ｂ）において、横軸は、軸１０９に対する角度を表し、縦軸は、出射されたレーザ光の規格化強度を表す。
【０１７７】
正極電極４０を形成した場合、角度が０度の方向、即ち、軸１０９の方向にレーザ光がキャビティ１０２から出射される。レーザ光の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）は５．５度である。
【０１７８】
一方、正極電極１０４を形成した場合、軸１０９に対して±１９．２度の角度を成すレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２がキャビティ１０２から出射される。レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の波長λは８６２ｎｍであり、強度の半値幅（ＦＷＨＭ）は、レーザ光ＬＢ１およびＬＢ２において同じであり、４．１度である。
【０１７９】
このように、正極電極１０４をリング形状から成るリング電極により構成することにより、半導体レーザ１１０は、キャビティ１０２の長手方向の軸１０９に対して対称な角度θ（±１９．２度）を成すレーザ光ＬＢを出射することが確認された。
【０１８０】
角度θは、次式によって決定される。
【０１８１】
【数４】
2006278860.tif 000006
なお、式（４）において、ｎｅｆｆは、キャビティ１０２の実効屈折率である。
【０１８２】
ｎｅｆｆ＝３．３、Ｌ＝６００μｍおよびＷ＝３００μｍを式（４）に代入して角度θを計算した結果、θ＝±１９．２度であった。この計算結果は、上述した内容と良い一致を示す。
【０１８３】
実効屈折率ｎｅｆｆが一定の場合、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを大きくするためには、Ｌ／Ｗを小さくすればよく、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを小さくするためには、Ｌ／Ｗを大きくすればよい。
【０１８４】
また、Ｌ／Ｗが一定の場合、実効屈折率ｎｅｆｆに応じてレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の角度θを変化させることができる。
【０１８５】
従って、半導体レーザ１１０のキャビティ１０２の長さＬ、幅Ｗおよび実効屈折率ｎｅｆｆを変化させて設計することにより、レーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の出射方向を種々変化させた半導体レーザを作製することができる。
【０１８６】
なお、正極電極１０４の形状であるリング形状は、内周形状および外周形状が略菱形である輪形状から成る。そして、菱形の２つの対角線の比は、キャビティ１０２が出射するレーザ光ＬＢの方向に応じて決定される。
【０１８７】
レーザ光ＬＢがキャビティ１０２の長手方向の軸１０９に対して小さい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が短くされる。つまり、リング形状は、軸１０９の方向に伸ばされた菱形から成る概略形状を有する。
【０１８８】
また、レーザ光ＬＢがキャビティ１０２の長手方向の軸１０９に対して大きい角度を成す方向に出射される場合、端面２１２，２１３が配置される方向の菱形の対角線が長くされる。つまり、リング形状は、軸１０９の方向に縮められた菱形から成る概略形状を有する。
【０１８９】
従って、この発明におけるリング形状とは、概略、菱形を基本とし、その菱形をキャビティ１０２の軸１０９の方向に伸ばしたり、縮めたりした概略形状を有する輪形状を言う。
【０１９０】
図２１は、図１２に示す半導体レーザジャイロ１００の動作原理を説明するための図である。半導体レーザ１１０が回転すると、レーザ光ＬＢ０１とレーザ光ＬＢ０２とでは、経路１２０の光路を一周するのに必要な時間が変化する。光の速度は、一定であるため、半導体レーザ１１０が回転すると、レーザ光ＬＢ０１とレーザ光ＬＢ０２との間で周波数差が生じ、その周波数差に応じた速度で干渉縞が移動する。
【０１９１】
干渉縞の移動方向は、半導体レーザ１１０の回転方向に応じて変化する。このため、干渉縞の移動速度を測定することによって、半導体レーザ１１０の回転速度（角速度）を算出でき、干渉縞の移動方向を検出することによって、半導体レーザ１１０の回転方向を検出できる。より具体的には、活性層６の表面と平行な面内における回転方向と回転速度とを算出できる。
【０１９２】
上述したように、このような光ジャイロの原理は、公知の原理であり、希ガスレーザを用いた光ジャイロなどで利用されている。従って、この発明の半導体レーザジャイロは、公知の駆動回路で駆動でき、ジャイロによって得られた情報を公知の方法で処理できる。なお、この発明による半導体レーザジャイロを３個組み合わせることによって、全方向における回転方向と回転速度とを算出することができる。
【０１９３】
半導体レーザ１１０の正極電極１０４および負極電極１０５間に電圧が印加され、電流が活性層６に注入されると、半導体レーザ１１０は、正極電極１０４のリング形状に沿ってレーザ光ＬＢ０（ＬＢ０１，ＬＢ０２からなる）を発振する。
【０１９４】
そして半導体レーザ１１０が回転すると、レーザ光ＬＢ０１は、リング形状の光路上を一方の方向に周回し、レーザ光ＬＢ０２は、レーザ光ＬＢ０１と反対方向にリング形状の光路上を周回する。
【０１９５】
そうすると、半導体レーザ１１０は、端面２１０の角部１２０ａから２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を放射し、２つのレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、光検出器１１３が配置された位置に干渉縞を形成する。
【０１９６】
そして、光検出器１１３は、干渉縞の移動速度および移動方向を検出する。これによって、半導体レーザ１１０の回転速度および回転方向が検出される。
【０１９７】
この場合、半導体レーザ１１０は、１．１μｍよりも短波長なレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を出射面２１０から出射するので、式（１）におけるΔω（＝４ＡΩ／（Ｌ１λ））は、波長λが短波長側へシフトすることにより大きくなり、光検出器１１３の位置における光強度Ｉ（式（１）参照）がより強くなる。その結果、光検出器１１３は、従来よりも精度を高くして半導体レーザ１１０の回転速度および回転方向を検出できる。
【０１９８】
なお、図１２に示す半導体レーザジャイロ１００は、プリズムおよびレンズなどの光学素子を必要としない利点がある。
【０１９９】
上記においては、量子ドットを半導体レーザに用いた例について説明したが、この発明は、これに限らず、量子ドットをＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）等の半導体発光素子に用いてもよい。
【０２００】
また、上記においては、量子ドット６１１としてＩｎｙＡｌ１−ｙＡｓを用いると説明したが、この発明においては、これに限らず、ＩｎＡｓのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する材料であれば何でもよい。
【０２０１】
更に、上記においては、キャップ層６１２は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、キャップ層６１２は、インジウムガリウム砒素（ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．０１〜０．４５）、ガリウムナイトライド砒素（ＧａＮｘＡｓ１−ｘ，ｘ＝０．００１〜０．０９）、インジウムガリウムナイトライド砒素（ＩｎｘＧａ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ，ｘ＝０．０１〜０．６，ｙ＝０．００１〜０．０９）およびガリウムアンチモン砒素（ＧａＳｂｘＡｓ１−ｘ，ｘ＝０．０１〜０．７）のいずれかからなっていてもよい。
【０２０２】
更に、上記においては、量子ドット６１１およびキャップ層６１２をアニールして活性層６を形成すると説明したが、このアニールの温度および／または時間を制御してキャップ層６１２（ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ）から量子ドット６１１（ＩｎｙＧａ１−ｙＡｓ）へ拡散するＧａ量を制御し、半導体レーザ１０，１１０の発振波長を制御するようにしてもよい。
【０２０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
この発明は、１．１μｍよりも短波長な発光波長を有する半導体発光素子に適用される。また、この発明は、１．１μｍよりも短波長な発光波長を有する半導体発光素子の製造方法に適用される。更に、この発明は、精度が高いジャイロに適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０５】
【図１】この発明の実施の形態による半導体レーザの断面構造図である。
【図２】図１に示す活性層の拡大断面図である。
【図３】半導体レーザのクラッド層、バリア層、活性層、バリア層およびクラッド層における屈折率の分布を示す。
【図４】量子ドット層におけるエネルギーバンド図である。
【図５】図１に示す半導体レーザの製造工程を示す第１の工程図である。
【図６】図１に示す半導体レーザの製造工程を示す第２の工程図である。
【図７】図５の（ｃ）において行なわれる活性層の形成過程を示す工程図である。
【図８】図５の（ｃ）において行なわれる活性層６の形成過程を示す他の工程図である。
【図９】Ａｓ、ＡｌおよびＩｎを供給するタイミングチャートである。
【図１０】図５の（ｃ）において行なわれる活性層６の形成過程を示す更に他の工程図である。
【図１１】Ａｓ、ＡｌおよびＩｎを供給する他のタイミングチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態による半導体レーザジャイロの斜視図である。
【図１３】図１２に示す半導体レーザの斜視図である。
【図１４】図１３の矢印の方向から見たキャビティの平面図である。
【図１５】図１３に示す線ＸＶ−ＸＶ間における半導体レーザの断面図である。
【図１６】図１３に示す半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図１７】図１３に示す半導体レーザのキャビティから出射されるレーザ光のパターンを示す図である。
【図１８】図１３に示す半導体レーザが軸に対して所定の角度θを成すレーザ光ＬＢを出射する機構を説明するための図である。
【図１９】長手方向の軸に沿って形成された電極を有するキャビティの平面図である。
【図２０】正極電極を形成した半導体レーザおよび正極電極を形成した半導体レーザから出射されるレーザ光の遠視野像（Ｆａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す図である。
【図２１】図１２に示す半導体レーザジャイロの動作原理を説明するための図である。
【図２２】光ジャイロの一般的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【０２０６】
１，１０５  負極電極、２，１１１  基板、３  バッファ層、４，８  クラッド層、５，７  バリア層、６，６Ａ  活性層、９  コンタクト層、１０，１１０  半導体レーザ、１０Ａ  サンプル、１１，１０４  正極電極、２１  メインキャビティ、２２〜２５  ウイング、６１  量子ドット層、６２  間欠層、１００  半導体レーザジャイロ、１０２  キャビティ、１０３  絶縁膜、１０８，１０９  軸、１１３  光検出器、１１３ａ，１１３ｂ  受光素子、２１０  出射面、２１１  対向面、２１２，２１３  端面、２１４，２１５  領域、２２１，２３１，２４１，２５１  曲面、６００  ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ膜、６１０  グレイン、６１１  量子ドット、６１２  キャップ層。
【図１】
2006278860.tif 000007
【図２】
2006278860.tif 000008
【図３】
2006278860.tif 000009
【図４】
2006278860.tif 000010
【図５】
2006278860.tif 000011
【図６】
2006278860.tif 000012
【図７】
2006278860.tif 000013
【図８】
2006278860.tif 000014
【図９】
2006278860.tif 000015
【図１０】
2006278860.tif 000016
【図１１】
2006278860.tif 000017
【図１２】
2006278860.tif 000018
【図１３】
2006278860.tif 000019
【図１４】
2006278860.tif 000020
【図１５】
2006278860.tif 000021
【図１６】
2006278860.tif 000022
【図１７】
2006278860.tif 000023
【図１８】
2006278860.tif 000024
【図１９】
2006278860.tif 000025
【図２０】
2006278860.tif 000026
【図２１】
2006278860.tif 000027
【図２２】
2006278860.tif 000028