(57)【要約】【課題】素子の寿命を改善できる半導体レーザを提供する。【解決手段】活性領域１３は、ｐ型半導体層１５とｎ型半導体層１７との間に設けられている。活性領域１３は、一又は複数の障壁層１９と、複数の井戸層２１ａ、２１ｂと、第１の光閉じ込め層２３と、第２の光閉じ込め層２５とを含む。障壁層１９および井戸層２１ａ、２１ｂは、第１の光閉じ込め層２３と第２の光閉じ込め層２５との間に設けられている。井戸層２１ａ、２１ｂは、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体から成る。障壁層１９、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５は、ＧａＡｓ半導体を基準にして負の歪みを有している。障壁層１９、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５は、製造上で生じるばらつきを超えて負の歪みを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に設けられており量子井戸構造を有する活性領域を備え、
前記活性領域は、一又は複数の障壁層と、一又は複数の井戸層と、第１および第２の光閉じ込め層とを含み、
前記障壁層および前記井戸層は、前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられており、
前記井戸層は、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含んでおりＧａＡｓより大きい格子定数を有する第１のIII−Ｖ化合物半導体から成り、
前記障壁層は、ＧａＡｓより小さい格子定数を有する第２のIII−Ｖ化合物半導体から成り、
前記第１および第２の光閉じ込め層は、ＧａＡｓより小さい格子定数を有する第３のIII−Ｖ化合物半導体から成り、
前記障壁層並びに前記第１および第２の光閉じ込め層の厚さの総和は、前記井戸層の厚さの総和の３倍より大きい、ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記井戸層の前記第１のIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体の少なくともいずれかである、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項３】
前記障壁層の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかであり、
前記第１および第２の光閉じ込め層の前記第３のIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体およびＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項４】
前記活性領域は第３および第４の光閉じ込め層をさらに含み、
前記障壁層、前記井戸層、前記第１の光閉じ込め層および前記第２の光閉じ込め層は、前記第３の光閉じ込め層と前記第４の光閉じ込め層との間に設けられている、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【請求項５】
前記第３の光閉じ込め層と前記第４の光閉じ込め層はＧａＡｓ半導体からなる、ことを特徴とする請求項４に記載された半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、
前記ｎ型半導体層はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成る、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０００−２７７８６７号公報）には、ＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザが記載されている。ＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザにおけるＧａＩｎＮＡｓ井戸層のＮ組成の最適値は、歪量と相分離のトレードオフの関係により、Ｎ組成の３％以下の領域である。しかしながら、この領域では、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層の歪量は大きい。これにより、長期的には、転位の発生、相分離の誘起等がおこり、ＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザの信頼性を確保することができない。この課題を解決するために、特許文献１のＧａＩｎＮＡｓ半導体レーザは、ガリウム砒素化合物半導体基板上に、第１のクラッド層と、発光活性層と、第２のクラッド層とを有する。活性層は、少なくとも一対の障壁層と井戸層を有する量子井戸構造を含む。井戸層が３％以下の窒素（Ｎ）含有量のＧａＩｎＮＡｓから成り、障壁層はＧａＡｓに対してマイナス（−）歪みを有するIII−Ｖ族化合物半導体材料から成る。更に、活性層に用いられる井戸層と障壁層とのエネルギー差が、伝導帯において４．８×１０−２０ジュール（３００ｍｅＶ）以上、価電子帯において以上０．８×１０−２０ジュール（５０ｍｅＶ）以上２．３×１０−２０ジュール（２００ｍｅＶ）以下である。
【０００３】
特許文献２（特開２０００−５８９６４号公報）には、量子井戸構造を有する半導体レーザ素子が記載されている。光半導体素子の活性領域は、量子障壁層と、量子井戸層とを有する。量子井戸層は、窒素を含む２種類以上のＶ族元素とIII族元素とによって構成される材料から成る。量子障壁層は、窒素を含む２種類以上のＶ族元素とIII族元素とによって構成される材料から成る。この半導体レーザ素子によれば、スロープ効率の向上及び閾値の低下が得られる。
【０００４】
特許文献３（特開２００１−３５８４０９号公報）には、半導体光デバイス装置が記載されている。半導体光デバイス装置は、ＩｎＸＧａ１−ＸＮＹＡｓ１−Ｙ（Ｘは０より大きく１以下、Ｙは０より大きく１以下）井戸層と、該井戸層の上下に隣接するＧａＮＺＡｓ１−Ｚ（Ｚは０より大きく１以下）バリア層とを含む量子井戸活性層を基板上に有する。半導体光デバイス装置によれば、発振光の波長制御が容易であり、かつ、安定した発振波長の得られる信頼性に優れた長波長用光源（１マイクロメートル帯）を有する半導体光デバイス装置が提供される。
【特許文献１】特開２０００−２７７８６７号公報
【特許文献２】特開２０００−５８９６４号公報
【特許文献３】特開２００１−３５８４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、平均歪みを
平均歪＝ＳＵＭ(各層の歪)×(各層の厚み)/ＳＵＭ(各層の厚み)
（ＳＵＭは活性層全体にわたる和と示す）と規定し、障壁層にＧａＡｓり小さい格子定数(マイナスの歪)をもつ層を用いて平均歪を低減、つまりゼロに近づけると特性向上に効果が得られると記載されている。平均歪の範囲は−０．５％〜＋０．５％であり、障壁層にＧａＡｓより小さい格子定数(マイナスの歪)をもつ層を用いて平均歪をゼロ(あるいはゼロの近傍)とする、すなわち「歪を補償する」ことにより、デバイス特性の向上させる技術が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２の半導体レーザ素子では、量子井戸層および量子障壁層の歪み応力を互いに逆方向でその大きさが等しくしている。つまり、量子井戸の歪を補償している。
【０００７】
さらに、特許文献３では、圧縮歪みを有するＧａＩｎＮＡｓ井戸層と、引っ張り歪みを有するＧａＮＡａ障壁層を用いて量子井戸の歪を補償していると考えられる。
【０００８】
これらの文献では平均歪を小さくするまたはゼロ(あるいはゼロの近傍)とすることによって、すなわち「歪を補償する」ことによって、デバイス特性を向上させている。障壁層にＧａＡｓより小さい格子定数(マイナスの歪)をもつ層(例えばＧａＮＡＳなど)を用いるだけでは、長期信頼性は十分ではない。求められていることは、更なる長期信頼性の向上である。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の事情を鑑みて為されたものであり、素子の寿命を改善できる半導体発光素子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】
【００１０】
本発明の一側面によれば、半導体発光素子は、（ａ）ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に設けられており量子井戸構造を有する活性領域を備え、（ａ１）前記活性領域は、一又は複数の障壁層と、一又は複数の井戸層と、第１および第２の光閉じ込め層とを含み、（ａ２）前記障壁層および前記井戸層は、前記第１の光閉じ込め層と前記第２の光閉じ込め層との間に設けられており、（ａ３）前記井戸層は、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含んでおりＧａＡｓより大きい格子定数を有する第１のIII−Ｖ化合物半導体から成り、（ａ４）前記障壁層は、ＧａＡｓより小さい格子定数を有する第２のIII−Ｖ化合物半導体から成り、（ａ５）前記第１および第２の光閉じ込め層は、ＧａＡｓより小さい格子定数を有する第３のIII−Ｖ化合物半導体から成り、（ａ６）前記障壁層並びに前記第１および第２の光閉じ込め層の厚さの総和は、前記井戸層の厚さの総和の３倍より大きい。
【００１１】
この半導体発光素子によれば、活性領域に負の歪みが残る。負の歪みを有する活性領域を用いると、半導体発光素子の寿命が改善される。
【００１２】
本発明に係る半導体発光素子では、前記井戸層は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体の少なくともいずれかから成ることが好ましい。
この半導体発光素子によれば、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体として、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体を用いることができる。
【００１３】
本発明に係る半導体発光素子では、前記障壁層の前記第２のIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかであり、前記第１および第２の光閉じ込め層は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体およびＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかでから成ることが好ましい。
この半導体発光素子によれば、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体は、負の歪みを有する活性領域を実現できる。
【００１４】
本発明に係る半導体発光素子では、前記活性領域は第３および第４の光閉じ込め層をさらに含むことが好ましく、前記障壁層、前記井戸層、前記第１の光閉じ込め層および前記第２の光閉じ込め層は、前記第３の光閉じ込め層と前記第４の光閉じ込め層との間に設けられている。
この半導体発光素子によれば、第３および第４の光閉じ込め層が第１および第２の光閉じ込め層の外側に位置しているので、少なくとも２種類の光閉じ込め層を用いて、光ガイドと活性領域の歪み量との両方を調整できる。
【００１５】
本発明に係る半導体発光素子では、前記第３の光閉じ込め層と前記第４の光閉じ込め層はＧａＡｓ半導体からなることが好ましい。
第３及び第４の光閉じ込め層の材料として、基準となるＧａＡｓ半導体を用いるので、第１および第２の光閉じ込め層の厚さによって歪み量を調整できる。
【００１６】
本発明に係る半導体発光素子では、前記ｐ型半導体層はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、前記ｎ型半導体層はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることが好ましい。
この半導体発光素子によれば、負の歪みを有する活性領域にキャリアを閉じ込めることができる。
【００１７】
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】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、素子の寿命を改善できる半導体発光素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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素子に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２０】
図１は、実施の形態に係る半導体レーザを示す図面である。半導体レーザ１１は量子井戸構造を有する活性領域１３を備え、活性領域１３は、ｐ型半導体層１５とｎ型半導体層１７との間に設けられている。活性領域１３は、一又は複数の障壁層１９と、複数の井戸層２１ａ、２１ｂと、第１の光閉じ込め層２３と、第２の光閉じ込め層２５とを含む。障壁層１９および井戸層２１ａ、２１ｂは、第１の光閉じ込め層２３と第２の光閉じ込め層２５との間に設けられている。井戸層２１ａ、２１ｂは、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、また、ＧａＡｓより大きい格子定数を有しておりＧａＡｓ半導体を基準にして正の歪みを示す。障壁層１９はIII−Ｖ化合物半導体から成る。第１および第２の光閉じ込め層２３，２５はIII−Ｖ化合物半導体から成る。障壁層１９、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５は、ＧａＡｓより小さい格子定数を有しておりＧａＡｓ半導体を基準にして負の歪みを示す。井戸層２１ａ、２１ｂ、障壁層１９、第１及び第２の光閉じ込め層２３、２５から成る活性領域１３は、製造上で生じるばらつきを超えて負の平均歪みを有している。
【００２１】
この半導体レーザ１１によれば、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５の負の歪みの総和が井戸層２１ａ、２１ｂの正の歪みの総和より大きいので、活性領域に負の歪みが残る。負の歪みを有する活性領域１３を用いると、半導体レーザ１１の寿命が改善される。
【００２２】
半導体レーザ１１では、井戸層２１ａ、２１ｂは、Ｖ族元素として窒素および砒素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体として、ＧａＩｎＮＡｓ半導体およびＧａＩｎＮＡｓＳｂ半導体を用いることができる。
【００２３】
半導体レーザ１１では、障壁層１９のIII−Ｖ化合物半導体は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかであることが好ましい。ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体は、負の歪みを有する活性領域を実現するために役立つ。また、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５は、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体およびＧａＮＡｓＰ半導体の少なくともいずれかでから成ることが好ましい。ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体及びＧａＮＡｓＰ半導体は、負の歪みを有する活性領域を実現するために役立つ。
【００２４】
図２は、量子井戸構造を含む半導体レーザの伝導バンドのダイアグラムを示す図面である。ｐ型半導体層１５およびｎ型半導体層１７は、キャリアを活性領域１３に閉じ込めるように働く。例えば、ｎ型半導体層１７の伝導バンドは、活性領域１３内の半導体層の伝導バンドより高く、ｎ型半導体層１７は電子に対する障壁を提供する。図示されてないが、ｐ型半導体層１５の価電子バンドは、活性領域１３内の半導体層の価電子バンドより大きく、ｐ型半導体層１５はホールに対する障壁を提供する。既に説明したように、障壁層１９、第１および第２の光閉じ込め層２３、２５はＧａＡｓを基準にして負の歪みを有している。つまり、歪みは各層の格子定数から得られる歪量であり、
歪み=（（その層の格子定数）−（ＧａＡｓの格子定数））／（ＧａＡｓの格子定数）
と定義する。ここで、該当層の格子定数がガリウムヒ素の格子定数より大きい場合は歪みがプラスとなり、その層の格子定数がガリウムヒ素の格子定数より小さい場合は歪みがマイナスとなる。
【００２５】
活性領域に負の歪みが残すために、より具体的には、障壁層１９並びに第１および第２の光閉じ込め層２３、２５の厚さの総和を、井戸層２１ａ、２１ｂの厚みの総和の３倍より大きくする。例示的に説明すれば、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体を用いる半導体レーザ（１．３−１．５５マイクロメートル帯）では、井戸層の歪み（ｄＷ−ｄＧａＡｓ）／ｄＧａＡｓは、２パーセント前後になる（ｄＷは井戸層の格子定数を示し、ｄＧａＡｓはＧａＡｓの格子定数を示す）。例えば、Ｇａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．０１Ａｓ０．９９半導体は約２．２パーセントの歪みを有するが、組成によって、１．８パーセント程度の歪みにもなる。一方、ＧａＡｓに対して負の歪みを有する層、例えば、ＧａＮＡｓ半導体、ＧａＡｓＰ半導体、ＧａＮＡｓＰ半導体といった、インジウムを含まずガリウムおよびヒ素を少なくとも含むIII−Ｖ化合物半導体の歪み（ｄＢ−ｄＧａＡｓ）／ｄＧａＡｓは、大きくても−０．６パーセント程度である（ｄＢは障壁層および光閉じ込め層の格子定数を示す）。例えば、ＧａＮ０．０１１Ａｓ０．９８９半導体の歪みは−０．２２パーセントであり、ＧａＰ０．１１Ａｓ０．９半導体の歪みは−０．５７パーセントである。活性領域における平均歪み
ＳＵＭ（井戸層の半導体の歪み）×（井戸層の厚み）＋ＳＵＭ（負の歪みを有する半導体の歪み）×（負の歪みを有する半導体層の厚み）
を負にする。上記の歪み値を参照すると、負の歪みを有する半導体の歪みが相対的に大きく井戸層の半導体の歪みが相対的に小さい活性領域では
ＲＡＴＩＯ＝ＳＵＭ（負の歪みを持つ半導体層の厚みの総和）／ＳＵＭ（井戸層の厚みの総和）
＝１．８／０．６＝３
となる。負の歪みを有する半導体層に歪みが小さい半導体材料を用いる場合、および／または井戸層に歪みが大きい半導体材料を用いる場合には、このＲＡＴＩＯは３より大きくなる。
【００２６】
図２を参照しながら具体的に説明すれば、和Ｄ−が障壁層１９の厚みＤＢと、第１の光閉じ込め層２３の厚さＤ２３と、第２の光閉じ込め層２５の厚さＤ２５との総和によって定義され、和Ｄ＋が井戸層２１ａ、２１ｂの厚みＤＷの総和によって定義される。比Ｄ−／Ｄ＋＞３である。この条件を満たす活性領域は負の歪みを有している。
【００２７】
図１を再び参照すると、半導体レーザ１１は、活性領域１３上に設けられたｐ型クラッド層２７を含む。ｐ型クラッド層２７上にはｐ型キャップ層２９が設けられている。一例では、キャップ層２９は、ストライプ形状を有している。キャップ層２９上には、アノード電極３１が設けられている。半導体レーザ１１は、活性領域１３を搭載する基板３３を含む。基板３３の裏面には、カソード電極３５が設けられている。基板３３としては、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板を使用できる。
【００２８】
半導体レーザでは、ｐ型半導体層１５はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、ｎ型半導体層１７はIII族元素としてアルミニウムを含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることが好ましい。これらの半導体としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体が使用される。この半導体レーザによれば、負の歪みを有する活性領域にキャリアを閉じ込めることができる。ｐ型クラッド層２７としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ半導体を使用できる。キャップ層２９としては、例えば、ＧａＡｓ半導体を使用できる。アノード電極３１としては、例えば、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）の多層膜を使用できる。カソード電極３５としては、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とニッケル（Ｎｉ）の合金層を使用できる。
【００２９】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、実施の形態に係る半導体レーザの変形例である。これらの図面に示されるように、活性領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ、第３の光閉じ込め層３７ａ、３７ｂ、３７ｃおよび第４の光閉じ込め層３９ａ、３９ｂ、３９ｃをさらに含むことができる。変形例の半導体レーザでは、第１の光閉じ込め層２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび第２の光閉じ込め層２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、それぞれ、第３の光閉じ込め層３７ａ、３７ｂ、３７ｃと第４の光閉じ込め層３９ａ、３９ｂ、３９ｃとの間に設けられていることが好ましい。この半導体レーザ１１ａ、１１ｂ、１１ｃによれば、第３の光閉じ込め層３７ａ、３７ｂ、３７ｃおよび第４の光閉じ込め層３９ａ、３９ｂ、３９ｃが、それぞれ、第１の光閉じ込め層２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび第２の光閉じ込め層２５ａ、２５ｂ、２５ｃの外側に位置しているので、少なくとも２種類の光閉じ込め層を用いて、光閉じ込めと活性領域の歪み量との両方を調整できる。好適な実施例では、第３の光閉じ込め層３７ａ、３７ｂ、３７ｃおよび第４の光閉じ込め層３９ａ、３９ｂ、３９ｃはＧａＡｓ半導体からなる。第３および第４の光閉じ込め層の材料として、基準となるＧａＡｓ半導体を用いるので、第１および第２の光閉じ込め層の厚さによって歪み量を調整できる。必要な場合には、光閉じ込め層の半導体材料は障壁層の半導体材料と異なるようにしてもよい。また、必要な場合には、第１の光閉じ込め層の半導体材料は第２の光閉じ込め層の半導体材料と異なるようにしてもよい。さらに、必要な場合には、第３および第４の光閉じ込め層の半導体材料はＧａＡｓ半導体と異なるようにしてもよい。
【００３０】
（実施例１）
この実施例の半導体レーザは、図３（Ａ）に示された構造（第１および第２の光閉じ込め層の厚さが第３および第４の光閉じ込め層の厚さより厚い）を有する。第１および第２の光閉じ込め層の各々は、１１６ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層であり、障壁層は８ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層である。第３および第４の光閉じ込め層の各々は、２４ｎｍの厚さを有するＧａＡｓ半導体層である。
【００３１】
（実施例２）
この実施例の半導体レーザは、図３（Ｂ）に示された構造（第１および第２の光閉じ込め層の厚さが第３および第４の光閉じ込め層の厚さより厚い）を有する。第１および第２の光閉じ込め層の各々は、９３ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層であり、障壁層は８ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層である。第３および第４の光閉じ込め層の各々は、４７ｎｍの厚さを有するＧａＡｓ半導体層である。
【００３２】
（実施例３）
この実施例の半導体レーザは、図３（Ｃ）に示された構造（第１および第２の光閉じ込め層の厚さが第３および第４の光閉じ込め層の厚さとほぼ同じ）を有する。第１および第２の光閉じ込め層の各々は、７０ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層であり、障壁層は８ｎｍの厚さを有するＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体層である。第３および第４の光閉じ込め層の各々は、７０ｎｍの厚さを有するＧａＡｓ半導体層である。
【００３３】
これらの実施例において、ｎ型クラッド層は１．６マイクロメートル厚のＡｌＧａＡｓ半導体から成り、ｐ型クラッド層は１．５マイクロメートル厚のＡｌＧａＡｓ半導体から成る。基板は、３５０マイクロメートル厚のＧａＡｓ製支持基体である。各井戸層は、７ｎｍの厚さを有するＧａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．００４Ａｓ０．９８９半導体層である。また、Ｇａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．００４Ａｓ０．９８９半導体の歪みは＋２．３パーセントであり、一方、ＧａＮ０．００１１Ａｓ０．９８９半導体の歪みは−０．２２パーセントである。
【００３４】
図４は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示された半導体レーザの寿命を示すグラフである。横軸は、負の歪みを有する半導体層の総和を示し、縦軸は半導体レーザの寿命を相対値で示す。測定点Ｐ０は、図３（Ｄ）に示される構造を有する半導体レーザの寿命を示し、この構造は第１および第２の光閉じ込め層を含まず第３および第４のＧａＡｓ光閉じ込め層を有しており、この半導体レーザの寿命の相対値は１である。測定点Ｐ１は、１４８ｎｍ（７０＋７０＋８）の負の歪み層を含み、この半導体レーザの寿命の相対値は１２０である。測定点Ｐ２は、１９４ｎｍ（９３＋９３＋８）の負の歪み層を含み、この半導体レーザの寿命の相対値は１０００である。測定点Ｐ３は、２４０（１１６＋１１６＋８）ｎｍの負の歪み層を含み、この半導体レーザの寿命の相対値は２５００である。この結果は示すように、負の歪み層が大きくなるにつれて、半導体レーザの寿命が大きくなる。
【００３５】
引き続いて、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）を参照しながら、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層を含む活性領域を有する端面発光型レーザダイオードをＧａＡｓ基板（Ｓｉドープ）５１上に作製する。ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アルミニウム（Ａｌ）原料として、それぞれ、有機金属材料のＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＭＨｙ、ＴＢＡｓおよびＴＭＡｌを用いることができる。
【００３６】
図５（Ａ）に示されるように、ＧａＡｓ基板５１上に、ＭＯＶＰＥ法により半導体膜を順に成長する。ｎ型ドーパントを添加した２００ｎｍ厚のＧａＡｓバッファ膜５３を成長する。その膜５３上に、ｎ型ドーパントを添加した１．５マイクロメートル厚のＡｌＧａＡｓクラッド膜５５を成長し、その膜５５上に活性領域５７を成長する。活性領域５７は、アンドープＧａＡｓ光閉じ込め膜、アンドープＧａＮＡｓ光閉じ込め膜、アンドープＧａＩｎＮＡｓ井戸膜、アンドープアンドープＧａＮＡｓ障壁膜、アンドープＧａＩｎＮＡｓ井戸膜、アンドープＧａＮＡｓ光閉じ込め膜から構成される。これらの半導体膜は、ｎ型クラッド層５５上に順に形成される。活性領域５７の構造は、例えば、既に説明された構造を有することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。次いで、活性領域５７の上にｐ型ドーパントを添加した１．５マイクロメートル厚のＡｌＧａＡｓクラッド膜５９を成長し、この膜５９上にｐ型ドーパントを添加したＧａＡｓキャップ膜６１を成長する。図５（Ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィ法を用いてＧａＡｓキャップ膜６１をストライプ状のＧａＡｓコンタクト領域６１ａを形成する。
【００３７】
図５（Ｃ）に示されるように、このようにして得られたエピタキシャルウエハ上に酸化膜６３を形成する。図５（Ｄ）に示されるように、この酸化膜に対してフォトエッチング工程により酸化膜の所望領域を除去して開口６３ａを形成する。この後に、図５（Ｅ）に示されるように、開口６３ａにｐ型電極６５を形成する。続いて、図５（Ｆ）に示されるように、基板５１の裏面にｎ型電極６７を形成する。このようにして得られたウエハを壁開により切断して、共振器長６００マイクロメートルの半導体レーザのチップを装置を得ることができる。半導体レーザの活性領域５７の平均歪が正(プラス)の領域では十分な素子寿命が得られていないが、これに対して平均歪がゼロより小さくなって初めて寿命が大きくなる。また、実験結果によれば、平均歪の絶対値を負の領域で大きくすればするほど、寿命が大きくなることを示している。
【００３８】
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。本実施の形態では、端面発光型の半導体レーザについて例示的に説明しているけれども、例えば、発光ダイオードおよび半導体光増幅素子等にも同様に使用できる。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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、実施の形態に係る半導体レーザを示す図面である。
【図２】図２は、量子井戸構造を含む半導体レーザの伝導バンドのダイアグラムを示す図面である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、実施の形態に係る半導体レーザの変形例を示す図面である。図３（Ｄ）は、半導体レーザの一例を示す図面である。
【図４】図４は、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示された半導体レーザの寿命を示すグラフである。
【図５】図５（Ａ）は、ＧａＡｓウエハ上にエピタキシャル膜を形成する工程を示す図面である。図５（Ｂ）は、ストライプ状のコンタクト領域を形成する工程を示す図面である。図５（Ｃ）は、酸化膜を形成する工程を示す図面である。図５（Ｄ）は、酸化膜に開口を形成する工程を示す図面である。図５（Ｅ）は、アノード電極を形成する工程を示す図面である。図５（Ｆ）は、カソード電極を形成する工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…半導体レーザ、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…活性領域、１５…ｐ型半導体層、１７…ｎ型半導体層、１９…障壁層、２１ａ、２１ｂ…井戸層、２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ…第１の光閉じ込め層、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…第２の光閉じ込め層、２７…ｐ型クラッド層、２９…キャップ層、３１…アノード電極、３３…基板、３５…カソード電極、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…第３の光閉じ込め層、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ…第４の光閉じ込め層
【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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