(57)【要約】【課題】トンネル接合層のトンネル効率が高く、トンネル接合層における光の閉じ込めや吸収が生じにくい半導体レーザ構造を提供すること。【解決手段】（ａ）ｎ型クラッド層２、８、（ｂ）発光層３、４、５、９、１０、１１、及び（ｃ）ｐ型クラッド層５、１２を積層して成るレーザ構造単位１０１、１０３を複数備えるとともに、前記レーザ構造単位１０１、１０３の間に、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂから成るトンネル接合層７を備え、前記ｐ型導電型層７ａと前記ｎ型導電型層７ｂの少なくとも一方の層内のバンドギャップエネルギーが一様でなく、前記ｐ型導電型層７ａと前記ｎ型導電型層７ｂとの界面におけるバンドギャップエネルギーが、前記トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ構造。【選択図】図１
2011192913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ｎ型クラッド層、（ｂ）発光層、及び（ｃ）ｐ型クラッド層を積層して成るレーザ構造単位を複数備えるとともに、
前記レーザ構造単位の間に、ｐ型導電型層及びｎ型導電型層から成るトンネル接合層を備え、
前記ｐ型導電型層と前記ｎ型導電型層の少なくとも一方の層内のバンドギャップエネルギーが一様でなく、
前記ｐ型導電型層と前記ｎ型導電型層との界面におけるバンドギャップエネルギーが、前記トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの平均値よりも小さいことを特徴とする半導体レーザ構造。
【請求項２】
前記トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの最大値が、前記発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりも大きいことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３】
前記平均値が、前記発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりも大きいことを特徴とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４】
前記トンネル接合層のうち、バンドギャップエネルギーが、前記発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりも小さい部分の厚さが３５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
【請求項５】
前記トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーは、前記界面からの距離に比例して大きくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
【請求項６】
前記トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーは、前記界面からの距離が大きくなるほど増大し、
その増大の割合は、前記界面に近いほど高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
【請求項７】
基板を備えるとともに、
前記トンネル接合層は、前記基板に対して圧縮歪みを有する第１の層と、前記基板に対して引張歪みを有する第２の層とを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
【請求項８】
前記レーザ構造単位を３以上備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ構造を、例えばレーザレーダ等、パルス大電流による高出力が必要な装置に適用する場合、レーザ構造単位（ｎ型クラッド層、発光層、及びｐ型クラッド層から成る単位）を、基板の成長面に対して垂直方向に複数積層する構造が用いられる。この構造は、隣接するレーザ構造単位の発光層を数μｍ内に近接できるため、光密度を大きくすることができる。
【０００３】
この構造では駆動時にレーザ構造単位間に逆バイアスがかかり、高抵抗となるため、各レーザ構造単位の界面にトンネル接合層を設け、トンネル効果による低抵抗化を図る必要がある（図６、特許文献１参照） 。トンネル接合層は、厚さがそれぞれ数ｎｍ〜数十ｎｍであるｐ型導電型層及びｎ型導電型層から構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８５３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トンネル接合層のトンネル効果による低抵抗化をより顕著にするためは、その層を構成する結晶として、バンドギャップエネルギーの小さい材料を用い、トンネル効率を向上させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、トンネル接合層のバンドギャップエネルギーが、発光層で生じるレーザのエネルギー（波長）よりも小さくなると、トンネル接合層で光が閉じ込められ、さらに吸収されてしまう割合が増加するため、発光層の数に比例した光出力を得ることが困難となる。
【０００７】
トンネル接合層による光閉じ込め及び光吸収を小さくするために、発光層とトンネル接合層間の距離を大きくする、またはトンネル接合層を薄くすることが考えられる。しかし、発光層とトンネル接合層間の距離を大きくしてしまうと、各発光層間の距離が大きくなってしまい、光を絞ることが困難になる。また、トンネル接合層の厚さを薄くしていくと、トンネル接合層からのドーパント拡散、またトンネル接合層の量子効果等の影響でキャリアのトンネル効率が低下し、却って光出力が低下してしまう。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、トンネル接合層のトンネル効率が高く、トンネル接合層における光の閉じ込めや吸収が生じにくい半導体レーザ構造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】
【０００９】
本発明の半導体レーザ構造は、（ａ）ｎ型クラッド層、（ｂ）発光層、及び（ｃ）ｐ型クラッド層を積層して成るレーザ構造単位を複数備えるとともに、レーザ構造単位の間に、ｐ型導電型層及びｎ型導電型層から成るトンネル接合層を備え、ｐ型導電型層とｎ型導電型層の少なくとも一方の層内のバンドギャップエネルギーが一様でなく、ｐ型導電型層とｎ型導電型層との界面におけるバンドギャップエネルギーが、トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの平均値よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ｐ型導電型層とｎ型導電型層との界面におけるバンドギャップエネルギーは低くし、且つトンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの平均値は大きくすることができる。トンネル接合層におけるトンネル効果は、ｐ型導電型層とｎ型導電型層との界面でのバンドギャップエネルギーが小さいほど高いので、本発明によれば、トンネル接合層におけるトンネル効果が高い。
【００１１】
また、トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの平均値が大きいため、トンネル接合層全体としての実効的な屈折率が小さくなるので、トンネル接合層における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
【００１２】
「層内のバンドギャップエネルギーが一様でなく」とは、層の一方の界面から、反対側の界面まで、バンドギャップエネルギーがどこでも一様（同じ値）であるものを除外することを意味する。
【００１３】
本発明の半導体レーザ構造では、トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの最大値が、発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりも大きいことが好ましい。この場合、トンネル接合層における光の閉じ込め及び吸収が一層生じにくい。
【００１４】
本発明の半導体レーザ構造では、トンネル接合層におけるバンドギャップエネルギーの平均値が、発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりも大きいことが好ましい。この場合、トンネル接合層における光の閉じ込め及び吸収が一層生じにくい。
【００１５】
本発明の半導体レーザ構造では、トンネル接合層のうち、発光層から生じるレーザの波長に対応するエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが小さい部分の厚さが３５ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、半導体レーザ構造の全体としての光出力が高い。
【００１６】
本発明の半導体レーザ構造において、トンネル接合層のバンドギャップエネルギーは、ｐ型導電型層とｎ型導電型層との界面からの距離に比例して大きくなることが好ましい。この場合、界面においてバンドギャップエネルギーを小さくするとともに、トンネル接合層全体としての実効的なバンドギャップエネルギーを大きくすることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体レーザ構造において、トンネル接合層のバンドギャップエネルギーは、ｐ型導電型層とｎ型導電型層との界面からの距離が大きくなるほど増大し、その増大の割合は、その界面に近いほど高いことが好ましい。この場合、トンネル接合層のうち、バンドギャップエネルギーが小さい部分の割合が小さくなるので、トンネル接合層における光の閉じ込め及び吸収が一層生じにくい。
【００１８】
本発明の半導体レーザ構造としては、基板を備えるとともに、トンネル接合層が、その基板に対して圧縮歪みを有する第１の層と、基板に対して引張歪みを有する第２の層とを備えるものが挙げられる。この場合、トンネル接合層全体として、圧縮歪みと引張歪みとが相殺される。そのため、トンネル接合層内における格子不整合による結晶欠陥の発生を抑制できる。また、３元素系の材料のように、格子定数を基板に対して合わせることが困難な材料でも、トンネル接合層の形成に使用できる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ構造としては、レーザ構造単位を３以上備えるものが挙げられる。この場合、光密度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。
【図２】半導体レーザ素子の構成を表す斜視図である。
【図３】トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの態様を示す概念図である。
【図４】トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの態様を示す概念図である。
【図５】トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの態様を示す概念図である。
【図６】従来の半導体レーザ構造の構成を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００２２】
１．半導体レーザ構造の製造
半導体レーザ構造の製造方法を図１に基づいて説明する。ｎ型GaAs基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層（発光層）３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４（波長８５０ｎｍ）、第１のｐ型光ガイド層（発光層）５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂ、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層（発光層）９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０（波長８５０ｎｍ）、第２のｐ型光ガイド層（発光層）１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層した。成長時の基板温度は５５０〜８００℃とした。
【００２３】
ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。また、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。
【００２４】
各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表１に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。
【００２５】
【表１】
2011192913.tif 000003
【００２６】
ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂの組成におけるｘは、０〜０．２の範囲の値である。ｘの値は、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面でｘ＝０であり、界面からの距離に比例して大きくなる。界面からの距離が３０ｎｍのときｘ＝０．２となる。ＭＯＣＶＤ法によりｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂを形成するとき、供給する原料の割合を時間ともに変化させることにより、ｘの値を上記のように変化させることができる。
【００２７】
なお、結晶を構成する各元素の原料は、以下のようにした。Gaの原料は、トリメチルガリウム、又はトリエチルガリウムとした。Alの原料は、トリメチルアルミニウム、又はトリエチルアルミニウムとした。Znの原料は、ジメチルジンク、又はジエチルジンクとした。Asの原料は、AsH3（アルシン）とした。Seの原料は、H2Se（セレン化水素）とした。
【００２８】
２．半導体レーザ素子の製造
上記のように製造した半導体レーザ構造を用いて、図２に示す半導体レーザ素子を製造した。
【００２９】
ｐ型コンタクト層１３上に、所定のパターンからなるSiO2酸化膜１０５を形成し、さらにその上にCr/Pt/Auから成る電極１０７を形成した。次に、ｎ型GaAs基板１の膜厚が１２０μｍ程度となるように、ｎ型GaAs基板１を研削し、研削面にAu-Ge/Ni/Auから成る電極１０９を形成した。さらに、電極１０９と半導体レーザ構造とのコンタクトを安定化させるために３６０℃で３０秒間の熱処理を実施した。
【００３０】
次に、共振器を形成するために壁開により幅５００μmで短冊化し、Al2O3、a-Si等の材料を用い、一方の端面にレーザ光の波長に対して低反射率の低反射率膜１１１を形成し、もう一方の端面に高反射率な反射層１１３を形成し、所定の大きさに素子化することで半導体レーザ素子を製造した。
【００３１】
３．半導体レーザ構造が奏する効果
（１）ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面におけるバンドギャップエネルギーは、１．４２ｅＶという低い値である。トンネル接合層によるトンネル効果は、界面でのバンドギャップエネルギーが小さいほど高いので、本実施例では、トンネル接合層によるトンネル効果が高い。
【００３２】
一方、トンネル接合層７の全体（１つのトンネル接合層７における厚み方向の全体）におけるバンドギャップエネルギーの平均値は１．５４ｅＶであり、界面におけるバンドギャップエネルギーよりも高い。そのため、トンネル接合層７全体としての実効的な屈折率が小さくなるので、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（２）半導体レーザ構造で発生するレーザの波長は０．８５μｍであり、それに対応するエネルギーは１．４６ｅＶである。それに対し、トンネル接合層７の全体におけるバンドギャップエネルギーの平均値は、上述したように、１．５４ｅＶである。また、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの最大値は、ｘ＝０．２の位置での値であり、１．６５ｅＶである。
【００３３】
上記のように、レーザの波長に対応するエネルギーは、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値よりも小さいから、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（３）トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーは、図３に示すように、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面からの距離に比例して大きくなる。そのため、界面におけるバンドギャップエネルギーを小さくしつつ、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値を大きくすることができる。その結果、トンネル接合層７によるトンネル効果と、光の閉じ込め及び吸収を防止する効果とを両立できる。
（４）トンネル接合層７のうち、バンドギャップエネルギーがレーザの波長に対応するエネルギー（１．４６ｅＶ）より低い部分の厚みは１０ｎｍである。そのため、トンネル接合層７による光の閉じ込め及び吸収による影響は小さく、半導体レーザ構造の全体としての光出力が高い。
【実施例２】
【００３４】
１．半導体レーザ構造の製造
半導体レーザ構造の製造方法を図１に基づいて説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層（発光層）３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４（波長１５５０ｎｍ）、第１のｐ型光ガイド層（発光層）５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂ、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層（発光層）９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０（波長１５５０ｎｍ）、第２のｐ型光ガイド層（発光層）１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層した。成長時の基板温度は５５０〜８００℃とした。
【００３５】
ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。また、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。
【００３６】
各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表２に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。
【００３７】
【表２】
2011192913.tif 000004
【００３８】
ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂの組成におけるｘ及びｘ‘は、それぞれ、０〜０．１２の範囲の値である。ｘ、ｘ‘は、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面で０であり、界面からの距離に比例して大きくなる。界面からの距離が２５ｎｍのとき、ｘ、ｘ’は０．１２となる。
【００３９】
また、ｙ、ｙ’は、それぞれ、０．３５〜０．４７の範囲の値である。ｙ、ｙ‘は、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面で０．４７であり、界面からの距離に比例して小さくなる。界面からの距離が２５ｎｍのとき、ｙ、ｙ’は０．３５となる。また、ｘ、ｘ‘、ｙ、ｙ’は、界面からの距離によらず、ｘ＋ｙ＝０．４７、ｘ‘＋ｙ’＝０．４７の関係にある。
【００４０】
ｘ、ｘ‘、ｙ、ｙ’が上記のように変化するとき、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂの格子定数は、ｎ型ＩｎＰ基板１に格子整合する値となる。
ＭＯＣＶＤ法によりｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂを形成するとき、供給する原料の割合を時間ともに変化させることにより、ｘ、ｘ‘、ｙ、ｙ’の値を上記のように変化させることができる。
【００４１】
なお、結晶を構成する各元素の原料は、以下のようにした。Gaの原料は、トリメチルガリウム、又はトリエチルガリウムとした。Alの原料は、トリメチルアルミニウム、又はトリエチルアルミニウムとした。Inの原料は、トリメチルインジウム、又はトリエチルインジウムとした。Znの原料は、ジメチルジンク、又はジエチルジンクとした。Asの原料は、AsH3（アルシン）とした。Seの原料は、H2Se（セレン化水素）とした。
【００４２】
２．半導体レーザ素子の製造
前記実施例１と同様にして、図２に示す半導体レーザ素子を製造した。
３．半導体レーザ構造が奏する効果
（１）ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面におけるバンドギャップエネルギーは、０．７４ｅＶという低い値である。トンネル接合層によるトンネル効果は、界面でのバンドギャップエネルギーが小さいほど高いので、本実施例では、トンネル接合層によるトンネル効果が高い。
【００４３】
一方、トンネル接合層７の全体（１つのトンネル接合層７における厚み方向の全体）におけるバンドギャップエネルギーの平均値は０．８５ｅＶであり、界面におけるバンドギャップエネルギーよりも高い。そのため、トンネル接合層７全体としての実効的な屈折率が小さくなるので、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（２）半導体レーザ構造で発生するレーザの波長は１．５５μｍであり、それに対応するエネルギーは０．８０ｅＶである。それに対し、トンネル接合層７の全体におけるバンドギャップエネルギーの平均値は、上述したように、０．８５ｅＶである。また、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの最大値は、ｘ、ｘ’＝０．１２、ｙ、ｙ’＝０．３５の位置での値であり、０．９０ｅＶである。
【００４４】
上記のように、レーザの波長に対応するエネルギーは、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値よりも小さいから、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（３）トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーは、図４に示すように、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面からの距離が大きくなるほど増大し、その増大の割合は、界面に近いほど高い。すなわち、図４のグラフにおいて、バンドギャップエネルギーを表す曲線は上に凸となる。そのため、界面におけるバンドギャップエネルギーを小さくしつつ、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値を大きくすることができる。その結果、トンネル接合層７によるトンネル効果と、光の閉じ込め及び吸収を防止する効果とを両立できる。
（４）トンネル接合層７のうち、バンドギャップエネルギーがレーザの波長に対応するエネルギー（０．８０ｅＶ）より低い部分の厚みは７ｎｍである。そのため、トンネル接合層７による光の閉じ込め及び吸収による影響は小さく、半導体レーザ構造の全体としての光出力が高い。
【実施例３】
【００４５】
１．半導体レーザ構造の製造
半導体レーザ構造の製造方法を図１に基づいて説明する。ｎ型ＩｎＰ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層（発光層）３、第１の多重量子井戸活性層（発光層）４（波長１５５０ｎｍ）、第１のｐ型光ガイド層（発光層）５、第１のｐ型クラッド層６、ｐ型導電型層７ａ、ｎ型導電型層７ｂ、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層（発光層）９、第２の多重量子井戸活性層（発光層）１０（波長１５５０ｎｍ）、第２のｐ型光ガイド層（発光層）１１、第２のｐ型クラッド層１２、及びｐ型コンタクト層１３を順次積層した。成長時の基板温度は５５０〜８００℃とした。
【００４６】
ここで、第１のｎ型クラッド層２、第１のｎ型光ガイド層３、第１の多重量子井戸活性層４、第１のｐ型光ガイド層５、及び第１のｐ型クラッド層６は、第１のレーザ構造単位１０１を構成する。また、第２のｎ型クラッド層８、第２のｎ型光ガイド層９、第２の多重量子井戸活性層１０、第２のｐ型光ガイド層１１、及び第２のｐ型クラッド層１２は、第２のレーザ構造単位１０３を構成する。また、ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂは、トンネル接合層７を構成する。
【００４７】
各層のキャリア濃度、厚さ、組成は、表３に示すとおりである。なお、全てのｎ型層のドーパントはＳｅであり、全てのｐ型層のドーパントはＺｎである。
【００４８】
【表３】
2011192913.tif 000005
【００４９】
ｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂの組成におけるｘは、０．４〜０．６５の範囲の値である。ｘ、は、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面で０．４であり、界面からの距離に比例して大きくなる。界面からの距離が１８ｎｍのとき、ｘは０．６５となる。
【００５０】
図５は、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの態様を示す。この図５において、Ｌ１は、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面（ｘ＝０．４）を示し、Ｌ２は、Ｘ＝０．４７の位置を示し、Ｌ３は、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂの最も外側の位置（Ｘ＝０．６５）を示す。Ｌ１とＬ２との間では、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂの格子定数は、ｎ型ＩｎＰ基板１の格子定数（５．８７Å）よりも大きく、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂには、圧縮歪みが生じる。また、Ｌ２とＬ３との間では、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂの格子定数は、ｎ型ＩｎＰ基板１の格子定数（５．８７Å）よりも小さく、ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂには、引張歪みが生じる。
【００５１】
ＭＯＣＶＤ法によりｐ型導電型層７ａ、及びｎ型導電型層７ｂを形成するとき、供給する原料の割合を時間ともに変化させることにより、ｘの値を上記のように変化させることができる。
【００５２】
なお、結晶を構成する各元素の原料は、以下のようにした。Gaの原料は、トリメチルガリウム、又はトリエチルガリウムとした。Alの原料は、トリメチルアルミニウム、又はトリエチルアルミニウムとした。Inの原料は、トリメチルインジウム、又はトリエチルインジウムとした。Znの原料は、ジメチルジンク、又はジエチルジンクとした。Asの原料は、AsH3（アルシン）とした。Seの原料は、H2Se（セレン化水素）とした。
【００５３】
２．半導体レーザ素子の製造
前記実施例１と同様にして、図２に示す半導体レーザ素子を製造した。
３．半導体レーザ構造が奏する効果
（１）ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面におけるバンドギャップエネルギーは、０．６７ｅＶという低い値である。トンネル接合層によるトンネル効果は、界面でのバンドギャップエネルギーが小さいほど高いので、本実施例では、トンネル接合層によるトンネル効果が高い。
【００５４】
一方、トンネル接合層７の全体（１つのトンネル接合層７における厚み方向の全体）におけるバンドギャップエネルギーの平均値は０．８１ｅＶであり、界面におけるバンドギャップエネルギーよりも高い。そのため、トンネル接合層７全体としての実効的な屈折率が小さくなるので、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（２）半導体レーザ構造で発生するレーザの波長は１．５５μｍであり、それに対応するエネルギーは０．８０ｅＶである。それに対し、トンネル接合層７の全体におけるバンドギャップエネルギーの平均値は、上述したように、０．８１ｅＶである。また、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの最大値は、ｘ＝０．６５の位置での値であり、０．９５ｅＶである。
【００５５】
上記のように、レーザの波長に対応するエネルギーは、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値よりも小さいから、トンネル接合層７における光の閉じ込め及び吸収が生じにくい。
（３）トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーは、図５に示すように、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面からの距離に比例して大きくなる。そのため、界面におけるバンドギャップエネルギーを小さくしつつ、トンネル接合層７におけるバンドギャップエネルギーの平均値、及び最大値を大きくすることができる。その結果、トンネル接合層７によるトンネル効果と、光の閉じ込め及び吸収を防止する効果とを両立できる。
（４）トンネル接合層７のうち、バンドギャップエネルギーがレーザの波長に対応するエネルギー（０．８０ｅＶ）より低い部分の厚みは１７ｎｍである。そのため、トンネル接合層７による光の閉じ込め及び吸収による影響は小さく、半導体レーザ構造の全体としての光出力が高い。
（５）ｐ型導電型層７ａ及びｎ型導電型層７ｂには、上述したように、ｎ型ＩｎＰ基板１に対して圧縮歪みを有する層（図５においてＬ１とＬ２との間の層）と、ｎ型ＩｎＰ基板１に対して引張歪みを有する層（図５においてＬ２とＬ３との間の層）とを備える。そのため、トンネル接合層７全体として、圧縮歪みと引張歪みとが相殺される。その結果、トンネル接合層７内における格子不整合による結晶欠陥の発生を抑制できる。また、３元素系の材料のように、格子定数をｎ型ＩｎＰ基板１に対して合わせることが困難な材料でも、トンネル接合層７の形成に使用できる。
【００５６】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記実施例１は、GaAs基板上にGaAs、AlGaAsを成長層とする構成であるが、これらに限るものではなく、基板にInPなどを用いたり、また成長層をInP、InGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInAs、AlGaInPなど他の材料としてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれトンネル接合層が設けられる。
【００５７】
また、前記実施例２は、InP基板上にInP、AlGaInAs、InGaAsを成長層とする構成であるが、これらに限るものではなく、基板にGaAsなどを用いたり、また成長層をGaAs、AlGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInPなど他の材料としてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれトンネル接合層が設けられる。
【００５８】
また、前記実施例３は、InP基板上にInP、AlGaInAs、InGaAsを成長層とする構成であるが、これらに限るものではなく、基板にGaAsなどを用いたり、また成長層をGaAs、AlGaAs、InGaP、InGaAsP、AlGaInPなど他の材料としてもよい。また、レーザ構造単位の数は２には限定されず、３以上であってもよい。その場合は、各レーザ構造単位の間にそれぞれトンネル接合層が設けられる。
【００５９】
また、バンドギャップエネルギーの変化の仕方は、前記実施例１〜３に示されたものに限定されず、ｐ型導電型層７ａとｎ型導電型層７ｂとの界面でのバンドギャップエネルギーが、トンネル接合層７全体の平均値に比べて小さいものであればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・基板、２・・・第１のｎ型クラッド層、３・・・第１のｎ型光ガイド層、
４・・・第１の多重量子井戸活性層、５・・・第１のｐ型光ガイド層、
６・・・第１のｐ型クラッド層、７・・・トンネル接合層、７ａ・・・ｐ型導電型層、
７ｂ・・・ｎ型導電型層、８・・・第２のｎ型クラッド層、９・・・第２のｎ型光ガイド層、
１０・・・第２の多重量子井戸活性層、１１・・・第２のｐ型光ガイド層、
１２・・・第２のｐ型クラッド層、１３・・・ｐ型コンタクト層、
１０１、１０３・・・レーザ構造単位、１０５・・・酸化膜、１０７、１０９・・・電極、
１１１・・・低反射率膜、１１３・・・反射層
【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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