(57)【要約】【課題】  温度特性を高めると共にしきい電流を低減し、信頼性に優れた半導体レーザを提供する。【解決手段】  第２ガイド層１５，電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８によりＳＡＳ構造が形成されている。活性層１４は、ＧａＩｎＮＡｓ混晶など、窒素（Ｎ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されている。活性層１４のバンド不連続量ΔＥｃが大きくなり、キャリアも効率良く閉じ込めることが可能となり、温度特性が高くなる。また、屈折率が大きくなって光が活性層１４に閉じ込められ、しきい電流の増大が抑制される。第１ガイド層１３の厚みｔ１、並びに第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の合計厚みｔ２は、それぞれ例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。回折格子層を設けてＤＦＢレーザとしてもよい。【選択図】        図１
2006019617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一面側に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１クラッド層と、
前記第１クラッド層の上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１ガイド層と、
前記第１ガイド層上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むと共に、５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素であるＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層と、
前記活性層上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２ガイド層と、
前記第２ガイド層上に設けられると共に前記活性層の電流注入領域に対応して開口を有し、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流ブロッキング層と、
前記電流ブロッキング層の開口を介して前記第２ガイド層に接し、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２クラッド層と、
前記第２クラッド層の上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第３クラッド層と
を備えたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層に含まれるヒ素の組成が０．９０以上である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層はＧａＩｎＮＡｓ混晶により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層はＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記活性層はＧａＮＡｓ混晶により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記活性層はＧａＮＡｓＳｂ混晶により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１ガイド層、前記第２ガイド層および前記第２クラッド層に含まれるアルミニウムの組成が０．１以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記第１ガイド層、前記第２ガイド層および前記第２クラッド層はＧａＡｓにより構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１ガイド層の厚みは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ前記第２ガイド層と前記第２クラッド層との合計厚みは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記電流ブロッキング層に含まれるアルミニウムの組成が０．２以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記電流ブロッキング層はＡｌＧａＡｓ混晶により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第１クラッド層および前記第３クラッド層に含まれるアルミニウムの組成が０．３以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記活性層は、１層以上の井戸層と１層以上のバリア層とを交互に積層した構成を有し、前記井戸層および前記バリア層のうちの少なくとも一方が、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むと共に、５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素であるＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１４】
前記第２ガイド層と前記電流ブロッキング層および前記第２クラッド層のうちの少なくとも一方との間に挟まれた領域に、回折格子層を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１５】
前記回折格子層は、吸収回折格子層である
ことを特徴とする請求項１４記載の半導体レーザ。
【請求項１６】
前記活性層の近傍に、キャリアブロッキング層を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用レーザなどとして好適な半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信では、１．３μｍ帯および１．５５μｍ帯の波長の半導体レーザが用いられている。その波長帯のレーザは、従来では、ＩｎＰ系半導体レーザで実用化されてきた（例えば、非特許文献１参照。）。しかし、ＩｎＰ系半導体レーザは材料費が高いことに加え、温度特性が悪く冷却装置をつけなければならないので、一般的に高価である。
【０００３】
最近、安価でかつ大口径基板が作製可能なＧａＡｓ基板上において、ＧａＩｎＮＡｓ層を活性層に用いることにより１．３μｍ以上の発光を得られることが明らかになった（例えば、非特許文献２参照。）。また、このＧａＩｎＮＡｓを活性層としたレーザは、優れた温度特性を示すことが分かっている。すなわち、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ活性層レーザを用いることにより、従来のＩｎＰ系デバイスの高コストおよび低い温度特性という問題点を解決できる可能性がある。
【非特許文献１】伊藤良一，「半導体レーザ」，培風館，１９８９年４月
【非特許文献２】Ｋ．ナカハラ（K. Nakahara ），外４名、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸レーザの１．３μｍ連続動作（1.3um continuous-wave lasing operation in GaInNAs quantum-well lasers ），「フォトニクス・テクノロジー・レターズ（Photonics Technology Letters）」，（米国），ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc.），１９９８年４月，第１０巻，第４号，ｐ．４８７−４８８
【特許文献１】国際公開第９６／１２３２８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、通信用デバイスでは、埋め込み型（ＢＨ；Buried Hetero structure ）または自己整合型（ＳＡＳ；Self Aligned Structure）半導体レーザが用いられることが多い。その理由は、しきい電流を低減でき、かつファイバでの結合効率向上に重要なアスペクト比を１に近づけることができるからである。また、横方向における光閉じ込めの制御が可能となるので、空間ホールバーニングを抑制し、単一横モード発振が可能となる。
【０００５】
しかしながら、ＧａＡｓ基板上の光デバイスでは、信頼性の高いＢＨ半導体レーザ実現することが困難である。その原因は、ＧａＡｓ系デバイスでは、光を閉じ込めるためにＡｌＧａＡｓ層を用いることが多いからである。再成長表面にＡｌを含む層が出ると、激しく酸化するので、レーザデバイス中に酸素が取り込まれ、劣化が促進されて信頼性が大きく低下してしまう。アルミニウムを含まない層としてＩｎＧａＰ層があるが、熱抵抗が高くなってしまうので、ＧａＡｓ系デバイスの利点である温度特性を劣化させる原因となる。
【０００６】
一方、ＳＡＳ半導体レーザでは、しきい電流を下げるために光閉じ込めを強くするには、素子のアルミニウム（Ａｌ）組成を高くする必要がある。しかし、アルミニウム組成を高めることにより素子の熱抵抗が高くなると共に、アルミニウムの酸化により信頼性低下につながってしまう。アルミニウムを含まないＩｎＧａＰ層をクラッド層などに用いることも考えられるが、ＩｎＧａＰ層は熱抵抗が高いので、素子の温度特性を悪くするおそれがある。
【０００７】
なお、特許文献１には、素子のアルミニウム組成を低くすることのできる、いわゆるＤＣＨ（Discrete Confinement Heterostructure；分離閉じ込め型）−ＳＡＳ半導体レーザが記載されている。このＤＣＨ−ＳＡＳ半導体レーザは、活性層わきにＡｌＧａＡｓよりなるキャリアブロッキング層を有しており、キャリアのオーバーフローを抑えることでしきい電流の上昇を抑制するようにしている。しかしながら、この構成では、活性層近くにアルミニウムを含む材料よりなるキャリアブロッキング層が設けられているので、端面における信頼性低下に加えて直列抵抗および熱抵抗の上昇などが起こる可能性があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、温度特性を高めると共にしきい電流を低減し、信頼性に優れた半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による半導体レーザは、基板と、基板の一面側に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１クラッド層と、第１クラッド層の上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第１ガイド層と、第１ガイド層上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むと共に、５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素であるＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層と、活性層上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２ガイド層と、第２ガイド層上に設けられると共に活性層の電流注入領域に対応して開口を有し、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる電流ブロッキング層と、電流ブロッキング層の開口を介して第２ガイド層に接し、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第２クラッド層と、第２クラッド層の上に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる第３クラッド層とを備えたものである。ここで「５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素である」とは、活性層１４に含まれるヒ素の組成が例えば０．９０以上であることをいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体レーザによれば、第２ガイド層、電流ブロッキング層および第２クラッド層によりＳＡＳ構造を形成すると共に、活性層を、窒素（Ｎ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしたので、活性層のバンド不連続量ΔＥｃを大きくとることができ、優れた温度特性を得ることができる。よって、冷却装置のないアンクールデバイスにも適しており、低コスト化にも有利である。また、活性層の屈折率が大きくなり、活性層に光を閉じ込めることができ、しきい電流の増加を抑制することができる。更に、活性層への光閉じ込めの低下を防ぐことができるので、第１ガイド層の厚みおよび第２ガイド層と第２クラッド層との合計厚みを大きくすることが可能となり、これにより熱はけを良くして温度特性をより高めることができる。加えて、活性層に光が閉じ込められるので、素子のアルミニウム組成を更に小さくすることも可能となり、温度特性および信頼性を更に向上させることができる。更にまた、ＳＡＳ構造を採用することにより、目的とする特性に応じて、第１ガイド層の厚みおよび第２ガイド層と第２クラッド層との合計厚みなどの素子設計が容易になる。したがって、温度特性を高めると共にしきい電流を低減し、信頼性の高いＳＡＳ半導体レーザを実現することができる。
【００１１】
更にまた、第１ガイド層の厚み、第２ガイド層と第２クラッド層との合計厚みを１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下と厚くすれば、第１ガイド層、第２ガイド層および第２クラッド層の熱はけを良くして、素子の温度特性をより向上させることができる。
【００１２】
加えてまた、第１ガイド層、第２ガイド層および第２クラッド層に含まれるアルミニウムの組成を０．１以下とすれば、または、第１ガイド層、第２ガイド層および第２クラッド層をＧａＡｓにより構成すれば、第１ガイド層、第２ガイド層および第２クラッド層の熱抵抗を小さくして、素子の温度特性をより高めることができる。
【００１３】
更にまた、第２ガイド層と電流ブロッキング層および第２クラッド層のうちの少なくとも一方との間に挟まれた領域に、回折格子層を有するようにすれば、ＤＦＢ（Distributed Feedback；分布帰還型レーザ）を形成することができ、通信用レーザなどの用途にきわめて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの断面構成を表すものである。この半導体レーザは、例えば、基板１１の一面側に、第１クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，電流ブロッキング層１６，キャップ層１７，第２クラッド層１８，第３クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０が、基板１１側から順に積層されている。また、この半導体レーザでは、電流ブロッキング層１６が、活性層１４の電流注入領域に対応して、例えば約２μｍ幅のストライプ状の開口１６Ａを有すると共に、第２クラッド層１８が、電流ブロッキング層１６の開口１６Ａを介して第２ガイド層１５に接している。すなわち、この半導体レーザは、ＳＡＳ構造を有し、電流ブロッキング層１６により電流を狭めると共に光を横方向に閉じ込めることができるようになっている。開口１６Ａの幅は、横方向の光閉じ込めにより変えることが可能である。
【００１６】
基板１１は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に厚みという）が２μｍ程度であり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。なお、第１クラッド層１２ないしｐ側コンタクト層２０は、基板１１の（１００）面上に形成されている。第１クラッド層１２は、例えば、厚みが２μｍ程度であり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ混晶により構成されている。第１クラッド層１２に含まれるアルミニウムの組成は、例えば０．３以下であることが好ましい。第１ガイド層１３は、例えば、厚みが２００ｎｍ程度であり、不純物を添加しないＧａＡｓにより構成されている。
【００１７】
活性層１４は、例えば、厚みが８ｎｍ程度であり、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むと共に、５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素であるＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されている。具体的には、ＧａＩｎＮＡｓ混晶，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶，ＧａＮＡｓ混晶，ＧａＮＡｓＳｂ混晶などが挙げられる。これにより、この半導体レーザでは、活性層１４のバンド不連続量ΔＥｃを大きくとることができ、温度特性を高めることができると共に、活性層１４の屈折率を大きくして光を活性層１４に閉じ込め、しきい電流を低減することができるようになっている。ここで「５Ｂ族元素のうちの主たる元素がヒ素である」とは、活性層１４に含まれるヒ素の組成が例えば０．９０以上であることをいう。
【００１８】
活性層１４は、全体として上述した材料により構成されていてもよいが、一部が上述した材料により構成されていてもよい。具体的には、活性層１４は、１層以上の井戸層と１層以上のバリア層とを交互に積層したＭＱＷ（Multi Quantum Well；多重量子井戸）構造を有し、井戸層およびバリア層のうちの少なくとも一方が上述した材料により構成されていればよい。例えば、活性層１４は、ＧａＩｎＮＡｓ混晶よりなる井戸層とＧａＡｓよりなるバリア層とを交互に積層したＴＱＷ（Triple Quantum Well ；三重量子井戸）構造を有している。
【００１９】
第２ガイド層１５は、例えば、厚みが１００ｎｍ程度であり、不純物を添加しないＧａＡｓにより構成されている。
【００２０】
電流ブロッキング層１６は、例えば、厚みが３００ｎｍ程度であり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ混晶により構成されている。電流ブロッキング層１６に含まれるアルミニウムの組成は、例えば０．２以下であることが好ましい。キャップ層１７は、後述する製造工程において電流ブロッキング層１６に含まれるアルミニウムの酸化を防止するためのものであり、例えば、厚みが１０ｎｍ程度であり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。なお、電流ブロッキング層１６の開口１６Ａの側面は、必ずしも傾斜面でなくてもよい。
【００２１】
第２クラッド層１８は、例えば、厚みが１００ｎｍ程度であり、不純物を添加しないＧａＡｓにより構成されている。このように、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８をＧａＡｓにより構成することにより、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の熱抵抗を小さくして、素子の温度特性を高めることができる。第１ガイド層１３の厚みｔ１、並びに、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の合計厚みｔ２は特に限定されないが、例えば、ｔ１は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつｔ２は１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍ未満では熱抵抗を下げる効果が小さく、また５００ｎｍより大きいと光閉じ込めが弱くなりすぎてしきい電流が上昇するおそれがあるからである。更に、ｔ１，ｔ２はそれぞれ、例えば１００ｎｍないし２００ｎｍ程度であればより好ましい。光閉じ込めが良好であり、しきい電流をあまり上昇させないからである。
【００２２】
第３クラッド層１９は、例えば、厚みが２μｍ程度であり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ混晶により構成されている。第３クラッド層１９に含まれるアルミニウムの組成は、例えば０．３以下であることが好ましい。ｐ側コンタクト層２０は、例えば、厚みが３００ｎｍ程度であり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００２３】
また、この半導体レーザは、基板１１の一面と対向する他面側に、ｎ側電極（図示せず）を有している。ｎ側電極は、例えば、金（Ａｕ）層，金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層および金（Ａｕ）層を基板１１の側から順に積層し、熱処理により合金化した構造を有しており、基板１１を介して第１クラッド層１２と電気的に接続されている。一方、ｐ側コンタクト層２０の上には、ｐ側電極（図示せず）が設けられている。ｐ側電極は、例えば、チタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層をｐ側コンタクト層２０の側から順に積層し、熱処理により合金化した構造を有しており、ｐ側コンタクト層２０と電気的に接続されている。
【００２４】
なお、この半導体レーザでは、例えば電流ブロッキング層１６のストライプ状の開口１６Ａの長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００２５】
この半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２６】
図２および図３は本実施の形態に係る半導体レーザの製造方法を工程順に表すものである。まず、図２（Ａ）に示したように、例えば、上述した厚みおよび材料よりなる基板１１の（１００）面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した厚みおよび材料よりなる第１クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，電流ブロッキング層１６およびキャップ層１７を順次成長させる。
【００２７】
次いで、図２（Ｂ）に示したように、キャップ層１７の上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法およびフォトリソグラフィ技術により、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなるストライプ状のマスク層２１を形成する。
【００２８】
続いて、図３（Ａ）に示したように、例えばウェットエッチングにより、キャップ層１７および電流ブロッキング層１６を選択的に除去する。このとき、電流ブロッキング層１６を、第２ガイド層１５が露出するまで完全に除去する必要がある。これにより、電流ブロッキング層１６にストライプ状の開口１６Ａが形成される。そののち、図３（Ｂ）に示したように、マスク層２１を除去する。
【００２９】
なお、電流ブロッキング層１６および開口１６Ａは、エッチングによらず、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりなるマスクを用いて選択成長により形成してもよい。これにより、アルミニウムを含む電流ブロッキング層１６を大気にさらすことなく形成することができる。
【００３０】
そののち、図１に示したように、キャップ層１７，電流ブロッキング層１６および開口１６Ａ内に露出した第２ガイド層１５の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した厚みおよび材料よりなる第２クラッド層１８，第３クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順次成長させる。
【００３１】
ｐ側コンタクト層２０を形成したのち、例えば、基板１１の他面側を研削して基板１１の厚さを１００μｍ程度とし、その他面側にｎ側電極を形成する。また、ｐ側コンタクト層２０の上に、ｐ側電極を形成する。ｎ側電極およびｐ側電極を形成したのち、基板１１を所定の大きさに整え、電流ブロッキング層１６の開口１６Ａの延長方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザが形成される。
【００３２】
この半導体レーザでは、ｎ側電極とｐ側電極との間に所定の電圧が印加されると、電流ブロッキング層１６により電流狭窄され、活性層１４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、活性層１４が、窒素（Ｎ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されているので、図４（Ａ）に示したように、活性層１４のバンド不連続量ΔＥｃが大きくなり、キャリアも効率よく閉じ込めることが可能となり、温度特性が向上する。また、活性層１４の屈折率が大きくなり、第１ガイド層１３の厚みｔ１および第２ガイド層１５と第２クラッド層１８との合計厚みｔ２が例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下と厚くても、活性層１４に光が閉じ込められる。よって、光閉じ込めの低下によるしきい電流の増加が少なくなり、しきい電流が低減される。
【００３３】
これに対して、従来のＳＡＳ半導体レーザにおいてガイド層を厚くした場合には、活性層が例えばＩｎＧａＡｓなどの窒素（Ｎ）を含まないＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されているので、図４（Ｂ）に示したように、バンド不連続量ΔＥｃが小さく、キャリアの閉じ込めが十分には行われない。そのため、第１ガイド層、第２ガイド層および第２クラッド層が厚くなって、光密度が下がると急激にしきい電流が上昇する。一方、ＤＣＨ−ＳＡＳ半導体レーザでは、活性層わきにＡｌＧａＡｓよりなるキャリアブロッキング層を設けることによりキャリアのオーバーフローを抑えてしきい電流の上昇を抑制しているが、活性層の近くにアルミニウムを含む材料よりなるキャリアブロッキング層が存在するので、端面における信頼性低下に加えて、直列抵抗および熱抵抗の上昇などが起こる可能性がある。
【００３４】
このように本実施の形態では、活性層１４を、窒素（Ｎ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成するようにしたので、活性層１４のバンド不連続量ΔＥｃを大きくとることができ、キャリアも効率よく閉じ込めることが可能となり、優れた温度特性を得ることができる。よって、冷却装置のないアンクールデバイスにも適しており、高価なペルチェ素子などが不要なため低コスト化にも有利である。また、活性層１４の屈折率が大きくなり、活性層１４に光を閉じ込めることができ、しきい電流の増大を防ぐことができる。更に、活性層１４への光閉じ込めの低下を防ぐことができることから、第１ガイド層１３の厚みｔ１および第２ガイド層１５と第２クラッド層１８との合計厚みｔ２を大きくすることが可能となり、これにより熱はけを良くして温度特性をより高めることができる。加えて、活性層１４に光を閉じ込められるので、素子のアルミニウム組成を更に小さくすることも可能となり、温度特性および信頼性を更に向上させることができる。更にまた、ＳＡＳ構造を採用することにより、目的とする特性に応じて、第１ガイド層１３の厚みｔ１および第２ガイド層１５と第２クラッド層１８との合計厚みｔ２などの素子設計が容易になる。したがって、温度特性を高めると共にしきい電流を低減し、信頼性の高いＳＡＳ半導体レーザを実現することができる。
【００３５】
加えてまた、第１ガイド層１３の厚みｔ１、第２ガイド層１５と第２クラッド層１８との合計厚みｔ２を例えば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下と厚くすれば、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の熱はけを良くして、素子の温度特性をより向上させることができる。
【００３６】
更にまた、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８をＧａＡｓにより構成すれば、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の熱抵抗を小さくして、素子の温度特性をより高めることができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８がＧａＡｓにより構成されている場合について説明したが、他の材料により構成されていてもよい。例えば、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８は、ＡｌＧａＡｓ混晶により構成されていてもよい。その場合、第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８に含まれるアルミニウムの組成は、０．１以下であることが好ましい。第１ガイド層１３、第２ガイド層１５および第２クラッド層１８の熱抵抗を小さくして、素子の温度特性を高めることができるからである。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面構造を表すものである。この半導体レーザは、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８との間に挟まれた領域に、回折格子層３１を有することを除いては、第１の実施の形態で説明した半導体レーザと同一である。したがって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。また、第１の実施の形態と製造工程が重複する部分については、図２および図３を参照して説明する。
【００３９】
回折格子層３１は、例えば、図６に示したように、第２ガイド層１５の上面に形成され、深さが例えば１０ｎｍないし５０ｎｍ程度の凹凸の格子構造３１Ａと、例えばＡｌＧａＡｓ混晶により構成され、格子構造３１Ａの凹凸を埋める埋め込み層３１Ｂとを有し、波長選択性が強くなっている。よって、このような回折格子層３１を有することにより、この半導体レーザは、単一発振波長で安定した動作が可能なＤＦＢレーザとなっている。なお、図６は、図５に示した回折格子層３１を、積層方向および電流ブロッキング層１６の開口１６Ａの延長方向の両方に対して垂直な方向、すなわち、紙面と平行に横方向から見た構成を表している。
【００４０】
埋め込み層３１Ｂの構成材料は、ＡｌＧａＡｓ混晶に限らず、第２ガイド層１５の構成材料との間に屈折率差を有し、回折格子層３１を形成可能なものであればよい。例えば、埋め込み層３１Ｂが例えばＧａＩｎＮＡｓ混晶またはＧａＮＡｓＳｂ混晶により構成されていれば、回折格子層３１が吸収回折格子層となり、吸収回折格子型ＤＦＢ半導体レーザが実現される。回折格子層３１の格子構造３１Ａの凹凸の深さ、および埋め込み層３１Ｂの組成を変えることにより半導体レーザの特性を変化させることができる。
【００４１】
この半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。
【００４２】
まず、図２（Ａ）に示した工程により、第１の実施の形態と同様にして、例えば、上述した厚みおよび材料よりなる基板１１の（１００）面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した厚みおよび材料よりなる第１クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４および第２ガイド層１５を順次成長させる。
【００４３】
次いで、第２ガイド層１５の表面にフォトレジスト層（図示せず）を形成し、このフォトレジスト層に、例えばＥＢ（Electron Beam ；電子線）露光装置により、格子構造３１Ａを形成するためのパターンを形成し、例えばドライエッチングにより第２ガイド層１５を例えば深さ１０ｎｍないし５０ｎｍ程度エッチングする。これにより、第２ガイド層１５の表面に、格子構造３１Ａが形成される。
【００４４】
続いて、フォトレジスト層を剥離し、前処理を行ったのち、格子構造３１Ａの上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、成長速度を遅くして、上述した材料よりなる埋め込み層３１Ｂを形成する。これにより、図６に示した回折格子層３１が形成される。
【００４５】
そののち、同じく図２（Ａ）に示した工程により、第１の実施の形態と同様にして、回折格子層３１の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、電流ブロッキング層１６およびキャップ層１７を順次成長させる。
【００４６】
電流ブロッキング層１６およびキャップ層１７を形成したのち、図２（Ｂ）ないし図３（Ｂ）に示した工程により、第１の実施の形態と同様にして、電流ブロッキング層１６にストライプ状の開口１６Ａを形成する。
【００４７】
開口１６Ａを形成したのち、第１の実施の形態と同様にして、図５に示したように、キャップ層１７，電流ブロッキング層１６および開口１６Ａ内に露出した回折格子層３１の上に、例えばＭＯＣＶＤ法により、上述した厚みおよび材料よりなる第２クラッド層１８，第３クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順次成長させる。
【００４８】
ｐ側コンタクト層２０を形成したのち、第１の実施の形態と同様にして、ｎ側電極およびｐ側電極を形成し、一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図５に示した半導体レーザが形成される。
【００４９】
この半導体レーザでは、ｎ側電極とｐ側電極との間に所定の電圧が印加されると、電流ブロッキング層１６により電流狭窄され、活性層１４に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８との間に挟まれた領域に、回折格子層３１が設けられているので、この回折格子層３１が最も強い反射を示すブラッグ波長でレーザ発振が起こる。よって、単一発振波長で安定した動作が行われる。
【００５０】
このように本実施の形態では、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８との間に挟まれた領域に、回折格子層３１を有するようにしたので、ＤＦＢ半導体レーザを形成することができ、通信用レーザなどの用途にきわめて好適である。
【００５１】
なお、本実施の形態では、回折格子層３１が、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８との間に挟まれた領域、すなわち第２ガイド層１５の全面にわたって設けられている場合について説明したが、回折格子層３１は、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６および第２クラッド層１８のうち少なくとも一方との間に挟まれた領域に設けられていればよい。例えば、回折格子層３１は、第２ガイド層１５と電流ブロッキング層１６との間の領域、すなわち電流ブロッキング層１６の下のみに形成されていてもよい。
【００５２】
（変形例）
図７は、本発明の変形例に係る半導体レーザの断面構造を表すものである。この半導体レーザは、活性層１４近傍にキャリアブロッキング層４１，４２を有することを除いては、第１の実施の形態で説明した半導体レーザと同一である。したがって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００５３】
キャリアブロッキング層４１，４２は、活性層に注入されたキャリアを閉じ込めるためのものであり、例えば厚みがそれぞれ２０ｎｍ程度であり、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓにより構成されている。キャリアブロッキング層４１，４２の形成位置は、活性層１４近傍であれば特に限定されないが、例えば、キャリアブロッキング層４１は第１ガイド層１３と活性層１４との間に設けられ、キャリアブロッキング層４２は活性層１４と第２ガイド層１５との間に設けられている。
【００５４】
この半導体レーザは、第１ガイド層１３と活性層１４との間にキャリアブロッキング層４１を形成し、活性層１４と第２ガイド層１５との間にキャリアブロッキング層４２を形成することを除いては、第１の実施の形態の半導体レーザと同様にして製造することができる。また、この半導体レーザの作用および効果としては、活性層１４が窒素を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成されていると共に、活性層１４近傍にキャリアブロッキング層４１，４２が形成されているので、キャリアを更に効率よく閉じ込めることが可能となり、レーザ特性を更に向上させることができる。
【００５５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態ではｎ型不純物としてケイ素（Ｓｉ）、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）を用いた場合について説明したが、ｎ型不純物として例えばセレン（Ｓｅ）、ｐ型不純物として炭素（Ｃ）など他の不純物を用いてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明による半導体レーザは、例えば、光ファイバ通信あるいは光配線の光源などとして用いられる通信用レーザとしてきわめて好適である。また、熱飽和特性および信頼性の向上も期待できるため、ハイパワーレーザにも適していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザの製造方法を工程順に表す断面図である。
【図３】図２に続く工程を表す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は図１に示した半導体レーザにおけるエネルギー準位、光分布およびキャリア分布を表す図であり、図４（Ｂ）は従来のＳＡＳ半導体レーザにおけるエネルギー準位、光分布およびキャリア分布を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図６】図５に示した回折格子層の構成を表す一部拡大断面図である。
【図７】本発明の変形例に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１１…基板、１２…第１クラッド層、１３…第１ガイド層、１４…活性層、１５…第２ガイド層、１６…電流ブロッキング層、１７…キャップ層、１８…第２クラッド層、１９…第３クラッド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…マスク層、３１…回折格子層、３１Ａ…格子構造、３１Ｂ…埋め込み層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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