(57)【要約】  電子を活性領域（量子井戸）に対して閉じ込めるための閉じ込め層と、更なる電子の閉じ込め及び光子の閉じ込めを行なうための別個のアンチモン系クラッド層とを有する半導体レーザ構造は高温動作に適している。本構造は、９８０ｎｍ〜１．５５μｍ（ミクロン）の遠距離通信波長にわたるレージングに適している。クラッド層は、ＩｎＰに格子整合でき且つ大きな伝導帯オフセットを得るために使用できるＡｌＡｓＳｂを使用する。それは、冷却器が無い（熱電冷却器）動作において非常に有益である。【選択図】  図４
2007510313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を放射することができるとともに、アンチモンが無い活性領域と、
前記活性領域に隣接し、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっているとともに、アンチモンが無い閉じ込め層と、
前記閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含むクラッド層と、
を備える半導体レーザ構造。
【請求項２】
クラッド層が、閉じ込め層よりも低い屈折率を有する、請求項１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３】
クラッド層が光導波クラッド層である、請求項２に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４】
クラッド層が閉じ込め層よりも大きいバンドギャップを有する、請求項２に記載の半導体レーザ構造。
【請求項５】
クラッド層がＩｎＰに格子整合されている、請求項４に記載の半導体レーザ構造。
【請求項６】
クラッド層がＡｌＡｓＳｂを包含する、請求項５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項７】
クラッド層が、主にＡｌ，Ａｓ，Ｓｂを含む化合物を包含する、請求項５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項８】
クラッド層がＡｌＧａＡｓＳｂを包含する、請求項７に記載の半導体レーザ構造。
【請求項９】
活性領域が少なくとも１つの量子井戸を備える、請求項６に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１０】
活性領域が、バリア層によって分離された複数の量子井戸を備える、請求項９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１１】
バリア層が、前記閉じ込め層と同じ材料を含む、請求項１０に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１２】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｓＰを包含する、請求項９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１３】
閉じ込め層がＩｎＰを包含する、請求項１２に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１４】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｌＡｓを包含する、請求項９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１５】
閉じ込め層がＩｎＡｌＡｓを包含する、請求項１４に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１６】
ファブリー・ペロレーザ、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含むグループから選択されるデバイスであって、請求項６に記載の半導体レーザ構造を備えるデバイス。
【請求項１７】
第１の側と第２の側とを有し、放射線を放射することができるとともに、アンチモンが無い活性領域と、
前記活性領域の前記第１の側に隣接し、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっているとともに、アンチモンが無い第１の閉じ込め層と、
前記活性領域の前記第２の側に隣接し、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっているとともに、アンチモンが無い第２の閉じ込め層と、
前記第１の閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含む第１のクラッド層と、
前記第２の閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含む第２のクラッド層と、
を備える半導体レーザ構造。
【請求項１８】
前記第１の閉じ込め層および前記第２の閉じ込め層が協働して電子を活性領域内に閉じ込める、請求項１７に記載の半導体レーザ構造。
【請求項１９】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層が電子を活性領域内に閉じ込めるようになっている、請求項１８に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２０】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層が光子を活性領域内に閉じ込めるようになっている、請求項１８に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２１】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層が光子を活性領域内に閉じ込めるようになっている、請求項１９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２２】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層が、前記第１の閉じ込め層および前記第２の閉じ込め層と協働して、電子を活性領域内に閉じ込めるようになっている、請求項１９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２３】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層がＩｎＰに格子整合されている、請求項２１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２４】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層がＡｌＡｓＳｂを包含する、請求項２１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２５】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層が、主にＡｌ，Ａｓ，Ｓｂを含む化合物を包含する、請求項２１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２６】
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層がＡｌＧａＡｓＳｂを包含する、請求項２５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２７】
活性領域が少なくとも１つの量子井戸を備える、請求項２５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２８】
前記第１の閉じ込め層および前記第２の閉じ込め層がＩｎＰを包含している、請求項２５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項２９】
前記第１の閉じ込め層および前記第２の閉じ込め層がＩｎＰを包含している、請求項２７に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３０】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｓＰを包含している、請求項２９に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３１】
前記第１の閉じ込め層および前記第２の閉じ込め層がＩｎＡｌＡｓを包含している、請求項２７に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３２】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｌＡｓを包含している、請求項３１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３３】
ＩｎＰ材料系に基づく半導体レーザ構造であって、
放射線を放射できる活性領域と、
前記活性領域に隣接し、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっている閉じ込め層と、
前記閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含むクラッド層と、
を備える半導体レーザ構造。
【請求項３４】
クラッド層が光導波クラッド層である、請求項３３に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３５】
クラッド層が、閉じ込め層よりも低い屈折率を有する、請求項３４に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３６】
クラッド層が閉じ込め層よりも大きいバンドギャップを有する、請求項３５に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３７】
クラッド層がＩｎＰに格子整合されている、請求項３６に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３８】
クラッド層が、主にＡｌ，Ａｓ，Ｓｂを含む化合物を包含している、請求項３７に記載の半導体レーザ構造。
【請求項３９】
クラッド層がＡｌＡｓＳｂを包含している、請求項３８に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４０】
クラッド層がＡｌＧａＡｓＳｂを包含している、請求項３８に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４１】
活性領域が少なくとも１つの量子井戸を備える、請求項３８に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４２】
活性領域が、バリア層によって分離された複数の量子井戸を備える、請求項４１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４３】
バリア層が、前記閉じ込め層と同じ材料を含む、請求項４２に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４４】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｓＰを包含している、請求項４１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４５】
閉じ込め層がＩｎＰを包含している、請求項４４に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４６】
少なくとも１つの量子井戸がＩｎＧａＡｌＡｓを包含している、請求項４１に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４７】
閉じ込め層がＩｎＡｌＡｓを包含している、請求項４６に記載の半導体レーザ構造。
【請求項４８】
ファブリー・ペロレーザ、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含むグループから選択されるデバイスであって、請求項３８に記載の半導体レーザ構造を備えるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００３年１１月６日に出願された米国仮特許出願第６０／５１７，４００号に基づく優先権を主張する。
（マイクロフィッシュ付録）
[0002]不適用
【技術分野】
【０００２】
[0003]本発明は、半導体レーザダイオードに関し、特に、優れた温度特性を有する半導体レーザダイオードに関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0004]半導体レーザダイオードは、２つのグループ、すなわち、短波長用途（λ＝０．７８〜０．８９μｍ）（１μｍ＝１ミクロン）で使用するためのものと、長波長用途（λ＝０．９８〜１．６μｍ）で使用するためのものとに分けることができる。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に基づく材料系は、短波長用途に良く適しており、優れた高温性能を示すが、一般に約１．２μｍを越える用途に適していない。しかしながら、現代の光通信システムは、長い波長、一般的には９８０ｎｍ〜１．５５μｍの波長で動作し、したがって、リン化インジウム（ＩｎＰ）系材料が一般に使用される。これは、リン化インジウム系材料が長い波長の用途、特に一般的な信号送信波長範囲である１．３〜１．６μｍの波長の用途に良く適しているからである。通常、ＩｎＰ材料系は高温性能に乏しく、したがって、ＩｎＰ系デバイスを確実に動作させるためには、通常、外部冷却が必要とされる。半導体レーザダイオードを熱電冷却器と一体で実装することは技術的に良く知られているが、これによりコスト、複雑度、ワット損が増大してしまう。
【０００４】
[0005]一般に、レーザダイオードの高温動作能は、特性温度Ｔ０を使用して、以下の方程式（１）で要約されるように閾値電流と温度動作とを結びつけることにより評価される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（Ｔ／Ｔ０）            （１）
【０００５】
[0006]ここで、Ｉは閾値電流であり、Ｉ０は倍率であり、Ｔはケルビン度（°Ｋ）を単位とする温度である。したがって、Ｔ０が高いと、高温動作が可能になる。これは、Ｔ０が高い場合には、温度に伴う閾値電流の変化が小さいからである。高いＴ０は大きな伝導帯オフセットに関連付けられてきた。逆に、一般的なＩｎＰ材料系における低い温度性能は、通常、小さな伝導帯オフセットに起因するものであり、また、小さな伝導帯オフセットは、しばしば、エネルギバンドギャップがＩｎＰよりも高く且つ屈折率がＩｎＰよりも低い適した利用可能な材料を欠いていることによるものである。
【０００６】
[0007]周知のＩｎＰ系レーザ構造の第１の例が図１に示されている。このレーザは、一般に低い特性温度Ｔ０?６０Ｋを有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ材料系を使用している。図１を参照すると、レーザ構造１００は、ｐ−ＩｎＰから成るクラッド層１０１と、ＩｎＧａＡｓＰ（インジウム−ガリウム−ヒ素−リン化物）から成る閉じ込め層１０２，１０８およびバリア層１０４，１０６と、同様にＩｎＧａＡｓＰから成るがバリア層および閉じ込め層とは異なる組成を有する量子井戸１０３，１０５，１０７と、ｎ−ＩｎＰから成る他のクラッド層１０９とを備える（なお、図中、星印は、同じ材料から成る異なる組成を表わすために使用されている）。
【０００７】
[0008]図１のバンド図を参照すると、クラッド層（１０１，１０９）と閉じ込め層（１０２，１０８）との間の伝導帯オフセット１１０は１０９ｍｅＶである（なお、図中、これらの値は、参照符号との混同を避けるため、ｅＶ（電子ボルト）の単位で括弧内に示されている）。バリア層および閉じ込め層（１０２，１０４，１０６，１０８）と量子井戸（１０３，１０５，１０７）との間の伝導帯オフセット１１１は１１１ｍｅＶである。クラッド層（１０１，１０９）と閉じ込め層（１０２，１０８）との間の価電子帯オフセット１１２は１６４ｍｅＶである。バリア層および閉じ込め層（１０２，１０４，１０６，１０８）と量子井戸（１０３，１０５，１０７）との間の価電子帯オフセット１１３は１６６ｍｅＶである。ＩｎＰ（１０１，１０９）のエネルギバンドギャップ１１４は１．３５ｅＶである。ここで図１の屈折率図を参照すると、１．５５μｍの光波長において、クラッド層（１０１，１０９）の屈折率は３．１７であり、バリア層および閉じ込め層（１０２，１０４，１０６，１０８）の屈折率は３．３１であり、量子井戸（１０３，１０５，１０７）の屈折率は３．６である（なお、図中、これらの値は、参照符号との混同を避けるため括弧内に示されている）。
【０００８】
[0009]周知のＩｎＰ系レーザ構造の第２の例が図２に示されている。このレーザは、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ材料系を使用しており、第１の例の構造よりも良好な特性温度Ｔ０?９０Ｋを有する。図２を参照すると、レーザ構造２００は、ｐ−ＩｎＰから成る接続層２０１と、ＩｎＡｌＡｓ（インジウム−アルミニウム−ヒ素）から成るクラッド層２０２，２１０と、ＩｎＧａＡｌＡｓから成る閉じ込め層２０３，２０９およびバリア層２０５，２０７と、ＩｎＧａＡｌＡｓ（インジウム−ガリウム−アルミニウム−ヒ素）から成るが閉じ込め層およびバリア層２０３，２０５，２０７，２０９とは異なる組成を有する量子井戸２０４，２０６，２０８と、ｎ−ＩｎＰから成る基板層２１１とを備える。なお、一般に、半導体レーザダイオードは、基板（図２の２１１）上に構成されているとともに、外界に接続するための接続層（図２の２１０）を有する。完全を期すために図２には接続層および基板層が示されているが、これらの層は、光学的および電気的な閉じ込めに関して重要な役割を果たさず、したがって簡単のために他の図には示されていない。図２のバンド図を参照すると、接続層および基板層（２０１，２１１）とクラッド層（２０２，２１０）との間の伝導帯オフセット２１２は−１８５ｍｅＶである。クラッド層（２０２，２１０）と閉じ込め層およびバリア層（２０３，２０５，２０７，２０９）との間の伝導帯オフセット２１３は２９７ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（２０３，２０５，２０７，２０９）と量子井戸（２０４，２０６，２０８）との間の伝導帯オフセット２１４は１６５ｍｅＶである。接続層および基板層（２０１，２１１）とクラッド層（２０２，２１０）との間の価電子帯オフセット２１５は７５ｍｅＶである。クラッド層（２０２，２１０）と閉じ込め層およびバリア層（２０３，２０５，２０７，２０９）との間の伝導帯オフセット２１６は１２７ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（２０３，２０５，２０７，２０９）と量子井戸（２０４，２０６，２０８）との間の伝導帯オフセット２１７は７１ｍｅＶである。ＩｎＰ（２０１，２１１）のエネルギバンドギャップ２１８は１．３５ｅＶであり、ＩｎＡｌＡｓ（２０２，２１０）のエネルギバンドギャップ２１９は１．４６ｅＶである。ここで図２の屈折率図を参照すると、１．５５μｍの光波長において、接続層および基板層（２０１，２１１）の屈折率は３．１７であり、クラッド層（２０２，２１０）の屈折率は３．２であり、閉じ込め層およびバリア層（２０３，２０５，２０７，２０９）の屈折率は３．３５であり、量子井戸（２０４，２０６，２０８）の屈折率は３．６である。
【０００９】
[0010]周知のレーザ構造の他の例が図３に示されている。このレーザは、それがＧａＡｓに基づいているという点で最初の２つの例と異なっている。このレーザは、ＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ材料系（インジウム−ガリウム−窒素−ヒ素／ガリウム−ヒ素）を使用しており、最初の２つの例の構造よりも改善された特性温度Ｔ０?１２０Ｋを有する。しかしながら、特に光通信波長においてＧａＡｓ系を使用することが必ずしも適切ではなく或いは望ましくない。図３を参照すると、レーザ構造３００は、ｐ−ＡｌＧａＡｓから成るクラッド層３０１と、ＧａＡｓから成る閉じ込め層３０２，３０８およびバリア層３０４，３０６と、ＧａＩｎＮＡｓから成る量子井戸３０３，３０５，３０７と、ｎ−ＡｌＧａＡｓから成る他のクラッド層３０９とを備える。図３のバンド図を参照すると、クラッド層（３０１，３０９）と閉じ込め層（３０２，３０８）との間の伝導帯オフセット３１０は２２４ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（３０２，３０４，３０６，３０８）と量子井戸（３０３，３０５，３０７）との間の伝導帯オフセット３１１は４３４ｍｅＶである。クラッド層（３０１，３０９）と閉じ込め層（３０２，３０８）との間の価電子帯オフセット３１２は１５０ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（３０２，３０４，３０６，３０８）と量子井戸（３０３，３０５，３０７）との間の価電子帯オフセット３１３は１８６ｍｅＶである。ＡｌＧａＡＳ（３０１，３０９）のエネルギバンドギャップ３１４は約１．９０ｅＶであり、ＧａＡｓ（３０２，３０４，３０６，３０８）のエネルギバンドギャップ３１５は１．５２ｅＶである。ここで図３の屈折率図を参照すると、１．５５μｍの光波長において、クラッド層（３０１，３０９）の屈折率は３．２６であり、閉じ込め層およびバリア層（３０２，３０４，３０６，３０８）の屈折率は３．４０であり、量子井戸（３０３，３０５，３０７）の屈折率は３．６である。なお、図３の構造は、実際には、外界に対する機械的および電気的な接続のため、ｎ−ＧａＡｓ基板とｐ−ＧａＡｓ接続層との間に挟まれている。
【００１０】
[0011]前述した従来のレーザ構造は、低い温度性能または他の欠点を有する。したがって、高温動作を向上できる光通信波長のための半導体レーザ構造が依然として大いに望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
[0012]したがって、本発明の目的は、高温動作可能な改良された半導体レーザ構造を提供することである。
【００１２】
[0013]そのため、本発明の一態様は、活性領域と、活性領域に隣接する閉じ込め層と、閉じ込め層に隣接するクラッド層とを有する半導体レーザ構造を提供する。活性領域は、放射線を放射することができ、アンチモンが無い材料から構成される。閉じ込め層は、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっており、アンチモンが無い材料から構成される。クラッド層は、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含む。
【００１３】
[0014]一部の実施形態において、クラッド層は、閉じ込め層よりも低い屈折率を有する。
【００１４】
[0015]一部の実施形態において、クラッド層は、閉じ込め層よりも大きいバンドギャップを有する。
【００１５】
[0016]他の実施形態において、クラッド層は、ＩｎＰに格子整合されている。
【００１６】
[0017]一部の実施形態において、クラッド層はＡｌＡｓＳｂを包含している。
【００１７】
[0018]他の実施形態において、クラッド層は、主にＡｌ，Ａｓ，Ｓｂを含む化合物を包含している。
【００１８】
[0019]更に他の実施形態において、クラッド層はＡｌＧａＡｓＳｂを包含している。
【００１９】
[0020]一部の実施形態において、活性領域は少なくとも１つの量子井戸を備えており、また、他の実施形態において、活性領域は、バリア層によって分離された複数の量子井戸を備える。
【００２０】
[0021]一部の実施形態において、バリア層は、閉じ込め層と同じ材料を含む。
【００２１】
[0022]一部の実施形態において、量子井戸はＩｎＧａＡｓＰを包含している。
【００２２】
[0023]一部の実施形態において、閉じ込め層はＩｎＰを包含している。
【００２３】
[0024]他の実施形態において、量子井戸はＩｎＧａＡｌＡｓを包含している。
【００２４】
[0025]一部の実施形態において、閉じ込め層はＩｎＡｌＡｓを包含している。
【００２５】
[0026]一部の実施形態において、活性領域は約９８０ｎｍの波長で放射線を放射するようになっている。
【００２６】
[0027]他の実施形態において、活性領域は約１．３μｍの波長で放射線を放射するようになっている。
【００２７】
[0028]更に他の実施形態において、活性領域は約１．５５μｍの波長で放射線を放射するようになっている。
【００２８】
[0029]一部の実施形態において、レーザ構造はファブリー・ペロレーザを備える。
【００２９】
[0030]他の実施形態において、レーザ構造は分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを備えている。
【００３０】
[0031]更に他の実施形態において、レーザ構造は半導体光増幅器（ＳＯＡ）を備えている。
【００３１】
[0032]本発明の他の態様においては、第１の側と第２の側とを有するとともに、放射線を放射することができる活性領域と、活性領域の第１の側に隣接するとともに、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっている第１の閉じ込め層と、活性領域の第２の側に隣接するとともに、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっている第２の閉じ込め層と、第１の閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含む第１のクラッド層と、第２の閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含む第２のクラッド層とを備える半導体レーザ構造が提供される。
【００３２】
[0033]一部の実施形態において、第１の閉じ込め層および第２の閉じ込め層は協働して電子を活性領域内に閉じ込める。
【００３３】
[0034]一部の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層は電子を活性領域内に閉じ込めるようになっている。
【００３４】
[0035]一部の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層は、第１の閉じ込め層および第２の閉じ込め層と協働して、電子を活性領域内に閉じ込めるようになっている。
【００３５】
[0036]一部の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層はＩｎＰに格子整合されている。
【００３６】
[0037]一部の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層はＡｌＡｓＳｂを包含している。
【００３７】
[0038]他の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層は、主にＡｌ，Ａｓ，Ｓｂを含む化合物を包含している。
【００３８】
[0039]一部の実施形態において、第１のクラッド層および第２のクラッド層がＡｌＧａＡｓＳｂを包含している。
【００３９】
[0040]一部の実施形態において、活性領域は少なくとも１つの量子井戸を備える。
【００４０】
[0041]一部の実施形態においては、第１の閉じ込め層および第２の閉じ込め層がＩｎＰを包含している。
【００４１】
[0042]他の実施形態においては、量子井戸がＩｎＧａＡｓＰを包含している。
【００４２】
[0043]一部の実施形態においては、第１の閉じ込め層および上記第２の閉じ込め層がＩｎＡｌＡｓを包含している。
【００４３】
[0044]他の実施形態においては、量子井戸がＩｎＧａＡｌＡｓを包含している。
【００４４】
[0045]更に他の実施形態においては、活性領域が少なくとも１つの量子井戸を備え、量子井戸がＩｎＧａＡｌＡｓを包含し、第１の閉じ込め層および第２の閉じ込め層がＩｎＡｌＡｓを包含し、活性領域が約９８０ｎｍの波長で放射線を放射するようになっている。
【００４５】
[0046]本発明の他の態様においては、ＩｎＰ材料系に基づく半導体レーザ構造であって、放射線を放射できる活性領域と、活性領域に隣接し、活性領域内に電子を閉じ込めるようになっている閉じ込め層と、閉じ込め層に隣接するとともに、アンチモン系（Ｓｂ）合金を含むクラッド層とを有する半導体レーザ構造が提供される。
【００４６】
[0047]レーザ構造は、高温で動作することができるとともに、光学系のワット損を低減するために必要なクーラーレス（冷却器が無い）動作において非常に有益である。
【００４７】
[0048]本発明の更なる特徴および利点は、添付図面と併せて解釈される以下の詳細な説明から明らかとなる。
【００４８】
[0055]なお、図面の全体にわたって、同様の特徴的構成が同様の参照符号によって特定される。
【発明の詳細説明】
【００４９】
[0056]本発明は、ＩｎＰに格子整合された状態に成長させることができ且つＩｎＧａＮＡｓ／ＧａＡｓ材料系に類似する伝導帯エネルギオフセットを得る可能性を広げる半導体レーザ構造を提供する。
【００５０】
[0057]ＩｎＰ系材料を使用するレーザ構造の温度性能を高める１つの方法は、対象の光波長でＩｎＰの屈折率よりも小さい屈折率を有し且つＩｎＰのバンドギャップエネルギよりも大きいバンドギャップエネルギを有する導波クラッド材料を使用することである。本発明は、ＡｌＡｓＳｂ（アルミニウム−ヒ素−アンチモン）等のアンチモン系材料を導波クラッド材料として使用する。そのようなアンチモン系クラッド層は、アンチモンを含まない閉じ込め層および活性領域と併用されると、優れた電子閉じ込め特性および導波特性を示す。これらの材料の１つの利点は、それらがＩｎＰに格子整合され得るという点である。
【００５１】
[0058]図４は、本発明の半導体レーザ構造の第１の実施形態を示している。このレーザは、遠隔通信システムにおいて従来から使用されるＩｎＰ材料系を使用するが、新規なＡｌＡｓＳｂ導波クラッド層と共に使用する。図４を参照すると、レーザ構造４００は、ＩｎＧａＡｓＰから成る量子井戸４０３，４０５，４０７を備え且つＩｎＰから成るバリア層４０４，４０６によって分離された活性領域を備える。活性領域は、閉じ込め層４０２，４０８によって境界付けられている。閉じ込め層４０２，４０８は、ｐ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層４０１およびｎ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層４０９によってそれぞれ境界付けられている。これらの層はＩｎＰ基板（図示せず）上に堆積される。図４のバンド図を参照すると、クラッド層（４０１，４０９）と閉じ込め層（４０２，４０８）との間の伝導帯オフセット４１０は５９４ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（４０２，４０４，４０６，４０８）と量子井戸（４０３，４０５，４０７）との間の伝導帯オフセット４１１は２２０ｍｅＶである。クラッド層（４０１，４０９）と閉じ込め層（４０２，４０８）との間の価電子帯オフセット４１２は−２５ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（４０２，４０４，４０６，４０８）と量子井戸（４０３，４０５，４０７）との間の価電子帯オフセット４１３は３３０ｍｅＶである。なお、クラッド層（４０１，４０９）が閉じ込め層およびバリア層（４０２，４０４，４０６，４０８）よりも高いバンドエネルギを有するにもかかわらず、ホール（正孔）は、電子に比べて高いそれらの密度状態、大きな有効質量、低い移動性により、量子井戸（４０３，４０５，４０７）内に依然としてうまく閉じ込められる。
【００５２】
[0059]ＡｌＡｓＳｂ（４０１，４０９）のエネルギバンドギャップ４１４は１．９１ｅＶであり、ＩｎＰ（４０２，４０４，４０６，４０８）のエネルギバンドギャップ４１５は１．３５ｅＶである。ここで図４の屈折率図を参照すると、１．５５μｍの光波長において、クラッド層（４０１，４０９）の屈折率は３．０２であり、バリア層（４０２，４０４，４０６，４０８）の屈折率は３．１７であり、量子井戸（４０３，４０５，４０７）の屈折率は３．６である。クラッド層は光クラッド層または導波クラッド層と見なすことができる。
【００５３】
[0060]したがって、レーザ構造は、放射線を放射することができる活性領域を有しており、活性領域は、電子を閉じ込めるために両側の閉じ込め層によって境界付けられており、また、閉じ込め層は、電子を更に閉じ込めて放射線（光子）を閉じ込めるために導波クラッド層によって境界付けられている。
【００５４】
[0061]図５は、図４の実施形態の材料系よりも新しい材料系を使用する本発明の半導体レーザ構造の第２の実施形態を示しており、更に良好な温度特性を示している。このレーザは、ＩｎＡｌＡｓバリアおよびＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸と共にＡｌＡｓＳｂ導波クラッド層を使用する。図５を参照すると、レーザ構造５００は、ＩｎＡｌＡｓから成るバリア層５０４，５０６によって分離されたＩｎＧａＡｌＡｓから成る量子井戸５０３，５０５，５０７を備える活性領域を備える。活性領域は、閉じ込め層５０２，５０８によって境界付けられている。閉じ込め層５０２，５０８は、ｐ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層５０１およびｎ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層５０９によってそれぞれ境界付けられている。図５のバンド図を参照すると、クラッド層（５０１，５０９）と閉じ込め層（５０２，５０８）との間の伝導帯オフセット５１０は３３４ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（５０２，５０４，５０６，５０８）と量子井戸（５０３，５０５，５０７）との間の伝導帯オフセット５１１は４６２ｍｅＶである。クラッド層（５０１，５０９）と閉じ込め層（５０２，５０８）との間の価電子帯オフセット５１２は１２５ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（５０２，５０４，５０６，５０８）と量子井戸（５０３，５０５，５０７）との間の価電子帯オフセット５１３は１９８ｍｅＶである。ＡｌＡｓＳｂ（５０１，５０９）のエネルギバンドギャップ５１４は１．９１ｅＶであり、ＩｎＡｌＡＳ（５０２，５０４，５０６，５０８）のエネルギバンドギャップ５１５は１．４６ｅＶである。ここで図５の屈折率図を参照すると、１．５５μｍの光波長において、クラッド層（５０１，５０９）の屈折率は３．０２であり、閉じ込め層およびバリア層（５０２，５０４，５０６，５０８）の屈折率は３．２０であり、量子井戸（５０３，５０５，５０７）の屈折率は３．６である。
【００５５】
[0062]閉じ込め層（５０２，５０８）は電子閉じ込めを行なう。クラッド層（５０１，５０９）は、更なる電子閉じ込めを行なうとともに、量子井戸（５０３，５０５，５０７）への電子流れを制御するのに役立ち、これにより、バリア高さの増大だけから期待できる性能よりも良好な性能が得られる。また、クラッド層（５０１，５０９）は、低い屈折率に起因して光閉じ込めも行なう。
【００５６】
[0063]三元ＡｌＡｓＳｂ組成をクラッド層として使用すると、優れた高温性能が得られる。本発明の他の実施形態は、例えばガリウム（Ｇａ）等の他の少量の元素を有する四元組成を使用し、それにより、ＡｌＧａＡｓＳｂをクラッド層として使用する。
【００５７】
[0064]図６は、本発明の半導体レーザ構造の第３の実施形態を示している。この実施形態は、図５の第２の実施形態に類似しているが、９８０ｎｍの波長で動作するようになっている。ここで図６を参照すると、レーザ構造６００は、ＩｎＡｌＡｓから成るバリア層６０４，６０６によって分離されたＩｎＧａＡｌＡｓから成る量子井戸６０３，６０５，６０７を備える活性領域を備える。活性領域は閉じ込め層６０２，６０８によって境界付けられている。閉じ込め層６０２，６０８は、ｐ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層６０１およびｎ−ＡｌＡｓＳｂから成るクラッド層６０９によってそれぞれ境界付けられている。図６のバンド図を参照すると、クラッド層（６０１，６０９）と閉じ込め層（６０２，６０８）との間の伝導帯オフセット６１０は３３４ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（６０２，６０４，６０６，６０８）と量子井戸（６０３，６０５，６０７）との間の伝導帯オフセット６１１は１３７ｍｅＶである。クラッド層（６０１，６０９）と閉じ込め層（６０２，６０８）との間の価電子帯オフセット６１２は１２５ｍｅＶである。閉じ込め層およびバリア層（６０２，６０４，６０６，６０８）と量子井戸（６０３，６０５，６０７）との間の価電子帯オフセット６１３は５９ｍｅＶである。ＡｌＡｓＳｂ（６０１，６０９）のエネルギバンドギャップ６１４は１．９１ｅＶであり、ＩｎＡｌＡｓ（６０２，６０４，６０６，６０８）のエネルギバンドギャップ６１５は１．４６ｅＶである。ここで図６の屈折率図を参照すると、９８０μｍの光波長において、クラッド層（６０１，６０９）の屈折率は３．１０であり、閉じ込め層およびバリア層（６０２，６０４，６０６，６０８）の屈折率は３．３８であり、量子井戸（６０３，６０５，６０７）の屈折率は３．６である。
【００５８】
[0065]図６の実施形態は、本発明が一般的な光遠距離通信システムの長い波長（９８０ｎｍ〜１．５５μｍ）に加えて９８０ｎｍで有益であることを示している。
【００５９】
[0066]本発明は、これらに限らないが、ファブリー・ペロポンプレーザ、回折格子を使用する分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの多くのタイプの半導体レーザ構造に適用できる。
【００６０】
[0067]前述した本発明の実施形態は単なる一例にすぎないものである。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の従来技術であるＩｎＰ系レーザ構造の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【図２】第２の従来技術であるＩｎＰ系レーザ構造の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【図３】従来技術であるＧａＡｓ系レーザ構造の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【図４】本発明の半導体レーザ構造の第１の実施形態の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【図５】本発明の半導体レーザ構造の第２の実施形態の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【図６】本発明の半導体レーザ構造の第３の実施形態の屈折率特性およびバンド構造を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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