(57)【要約】【課題】ｐ型半導体基板に半導体デバイスを形成する場合において、変性層による悪影響を抑制するように改善された半導体レーザ装置および電界吸収型光変調器を提供する。【解決手段】半導体レーザ装置２０は、ｐ型ＩｎＰ基板１の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２、ｐ型光閉込め層３、多重量子井戸層（ＭＱＷ層）４、ｎ型光閉込め層５、ｎ型ＩｎＰクラッド層６、ｎ型コンタクト層１０、および絶縁膜１２が、この順に積層されたものである。ｐ型光閉込め層３は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓまたはｐ型ＡｌＩｎＡｓで形成され、ｐ型ＩｎＰクラッド層２に格子整合する。半導体レーザ装置２０は、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とｐ型光閉込め層３の間に、ＩｎＡｓ変性層７およびバンド不連続緩和層９を備えている。【選択図】図１
2015130401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型ＩｎＰ基板と、
前記ｐ型ＩｎＰ基板の上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層と、
前記ｐ型ＩｎＰクラッド層の上に設けられたＩｎＡｓ層と、
前記ＩｎＡｓ層の上に設けられ、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されたバンド不連続緩和層と、
前記バンド不連続緩和層の上に設けられ、ＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓで形成したｐ型光閉込め層と、
前記ｐ型光閉込め層の上に設けられた多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上に設けられたｎ型光閉込め層と、
前記ｎ型光閉込め層の上に設けられたｎ型ＩｎＰクラッド層と、
を備える半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記ＩｎＡｓ層は、１層〜１０層の原子層が積層された層である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記バンド不連続緩和層の導電型がｐ型である請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記バンド不連続緩和層がアンドープである請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記バンド不連続緩和層の厚さが５ｎｍ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記バンド不連続緩和層のバンドギャップ波長が９００ｎｍ以上１５００ｎｍ以内である請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記ｐ型光閉込め層は、ＡｌＩｎＡｓ層または、バンドギャップ波長が８３７ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲のＡｌＧａＩｎＡｓ層である請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
ｐ型ＩｎＰ基板と、
前記ｐ型ＩｎＰ基板の上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層と、
前記ｐ型ＩｎＰクラッド層の上に設けられたＩｎＡｓ層と、
前記ＩｎＡｓ層の上に設けられ、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されたバンド不連続緩和層と、
前記バンド不連続緩和層の上に設けられ、ＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓで形成したｐ型光閉込め層と、
前記ｐ型光閉込め層の上に設けられた多重量子井戸層と、
前記多重量子井戸層の上に設けられたｎ型光閉込め層と、
前記ｎ型光閉込め層の上に設けられたｎ型ＩｎＰクラッド層と、
を備える電界吸収型光変調器。
【請求項９】
前記ＩｎＡｓ層は、１層〜１０層の原子層が積層された層である請求項８に記載の電界吸収型光変調器。
【請求項１０】
前記バンド不連続緩和層の導電型がｐ型である請求項８または９に記載の電界吸収型光変調器。
【請求項１１】
前記バンド不連続緩和層がアンドープである請求項８または９に記載の電界吸収型光変調器。
【請求項１２】
前記バンド不連続緩和層の厚さが５ｎｍ以上である請求項８〜１１のいずれか１項に記載の電界吸収型光変調器。
【請求項１３】
前記バンド不連続緩和層のバンドギャップ波長が９００ｎｍ以上１５００ｎｍ以内である請求項８〜１２のいずれか１項に記載の電界吸収型光変調器。
【請求項１４】
前記ｐ型光閉込め層は、ＡｌＩｎＡｓ層または、バンドギャップ波長が８３７ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲のＡｌＧａＩｎＡｓ層である請求項８〜１３のいずれか１項に記載の電界吸収型光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置および電界吸収型光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開平１１−５４８３７号公報に開示されているように、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を適用したＳＣＨ構造（分離閉じ込めヘテロ構造：Separate Confinement Heterostructure）を備えた半導体レーザ装置が知られている。この公報にかかる半導体レーザ装置は、ｎ型ＩｎＰ基板、層、ＭＱＷ層を有し、ＩｎＰクラッド層と光閉込め層の界面におけるエッチングストッパ層として、ＩｎＧａＡｓＰ系の層を挿入することが提案されている。このエッチングストッパ層の組成比を適切に定めることでバンド不連続を緩和するようにしている。
【０００３】
また、例えば、特開２００１−２４４５６６号公報に開示されているように、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成された半導体レーザ装置が知られている。この半導体レーザ装置は、具体的には、ｎ型ＩｎＰ単結晶半導体基板の一方の面上に順次形成された、ｎ型ＩｎＰバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＢＤＲ層、ｎ型ＡｌＩｎＡｓ光閉込め層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＧＲＩＮ層、ＡｌＧａＩｎＡｓのＭＱＷ構造からなる活性層、真性ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＧＲＩＮ層、ｐ型ＩｎＰクラッド層を含んでいる。この公報には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓ−ＢＤＲ層がｎ型ＩｎＰバッファ層とｎ型ＡｌＩｎＡｓ光閉込め層との間のバンドの不連続を緩和させる役割を有している旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５４８３７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４５６６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５０５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ｐ型ＩｎＰ基板を用いた半導体レーザ装置の一例に、ｐ型ＩｎＰ基板の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層、これに格子整合するｐ型光閉込め層、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、ｎ型光閉込め層、およびｎ型ＩｎＰクラッド層を順次積層したものがある。このような積層構造は電界吸収型光変調器においても同様に用いられている。
【０００６】
半導体層の結晶成長が理想的に行われれば、価電子帯および導電帯においてキャリア注入を阻害するようなバンド不連続は存在しない。しかしながら、現実的にはそのような理想的な結晶成長が困難であることも多いので、各半導体層を積層したときにｐ型ＩｎＰクラッド層とｐ型光閉込め層の界面にｐ型のＩｎＡｓ変性層が生じる場合がある。この変性層がバンド不連続を生じさせ、デバイス特性が低下する問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ｐ型半導体基板に半導体デバイスを形成する場合において、変性層による悪影響を抑制するように改善された半導体レーザ装置および電界吸収型光変調器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】
【０００８】
本発明にかかる半導体レーザ装置は、ｐ型ＩｎＰ基板と、前記ｐ型ＩｎＰ基板の上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層と、前記ｐ型ＩｎＰクラッド層の上に設けられたＩｎＡｓ層と、前記ＩｎＡｓ層の上に設けられ、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されたバンド不連続緩和層と、前記バンド不連続緩和層の上に設けられ、ＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓで形成したｐ型光閉込め層と、前記ｐ型光閉込め層の上に設けられた多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層の上に設けられたｎ型光閉込め層と、前記ｎ型光閉込め層の上に設けられたｎ型ＩｎＰクラッド層と、を備える。
【０００９】
本発明にかかる電界吸収型光変調器は、ｐ型ＩｎＰ基板と、前記ｐ型ＩｎＰ基板の上に設けられたｐ型ＩｎＰクラッド層と、前記ｐ型ＩｎＰクラッド層の上に設けられたＩｎＡｓ層と、前記ＩｎＡｓ層の上に設けられ、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されたバンド不連続緩和層と、前記バンド不連続緩和層の上に設けられ、ＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓで形成したｐ型光閉込め層と、前記ｐ型光閉込め層の上に設けられた多重量子井戸層と、前記多重量子井戸層の上に設けられたｎ型光閉込め層と、前記ｎ型光閉込め層の上に設けられたｎ型ＩｎＰクラッド層と、
を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ｐ型ＩｎＰ基板上の半導体積層構造中にＩｎＡｓ層が変性層として形成された場合でも、そのバンド不連続を緩和するようにＡｌＧａＩｎＡｓのバンド不連続緩和層を設けたので、この変性層による悪影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の半導体積層構造の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のバンド構造図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するために用いる、変性層が無い場合の半導体積層構造の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するために用いる、変性層が無い場合のバンド構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するために用いる、変性層がある場合の半導体積層構造の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するために用いる、変性層がある場合のバンド構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果を説明するために用いる、変性層の有無による電流光出力特性の違いを示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態１の作用効果を説明するために示す比較例にかかる半導体レーザ装置の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の作用効果を説明するために示す比較例にかかる半導体レーザ装置のバンド構造を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の作用効果を説明するために示す比較例にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０の断面図である。半導体レーザ装置２０は、ＳＣＨ構造（分離閉じ込めヘテロ構造：Separate Confinement Heterostructure）を備えている。半導体レーザ装置２０は、具体的にはｐ型ＩｎＰ基板１の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２、ｐ型光閉込め層３、多重量子井戸層（ＭＱＷ層）４、ｎ型光閉込め層５、ｎ型ＩｎＰクラッド層６、ｎ型コンタクト層１０、および絶縁膜１２が、この順に積層されたものである。
【００１３】
ｐ型光閉込め層３は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓまたはｐ型ＡｌＩｎＡｓで形成され、ｐ型ＩｎＰクラッド層２に格子整合する。ｎ型光閉込め層５の材料系は任意に選択できる。ｐ型光閉込め層３およびｎ型光閉込め層５で多重量子井戸層４を挟み込むことで光閉込めが行われる。ｐ型ＩｎＰ基板１およびｎ型コンタクト層１０には、それぞれ電極１３が設けられている。以下、ｐ型光閉込め層３、多重量子井戸層（ＭＱＷ層）４、およびｎ型光閉込め層５を、まとめて活性層１９とも称す。
【００１４】
半導体レーザ装置２０は、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とｐ型光閉込め層３の間に、ＩｎＡｓ変性層７およびバンド不連続緩和層９を備えている。バンド不連続緩和層９は、ＡｌＧａＩｎＡｓで形成されており、その導電型はｐ型であり、膜厚は５ｎｍである。また、バンド不連続緩和層９のＡｌＧａＩｎＡｓ組成は、バンド不連続緩和層９のバンドギャップ波長が１０５０ｎｍとなるように調整している。
【００１５】
半導体レーザ装置２０は、ｐ型ＩｎＰクラッド層２、活性層１９、およびｎ型ＩｎＰクラッド層６からなるリッジを備えている。このリッジの両脇には、電流狭窄のための電流ブロック層１１が埋め込まれている。なお、導波路構造および電流狭窄構造は特に限定されず、埋め込み型、リッジ型のいずれであってもよい。なお、各層の結晶成長は有機金属気相化学成長法（ＭＯＣＶＤ法）により行えばよい。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０が有する半導体積層構造の断面図であり、図１におけるｐ型ＩｎＰ基板１からｎ型ＩｎＰクラッド層６までの間の層構造を表している。図３は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０のバンド構造図である。図３の横軸は各半導体層の位置と対応付けられており、紙面左側から、ｐ型ＩｎＰ基板１、ｐ型ＩｎＰクラッド層２、ｐ型光閉込め層３、多重量子井戸層４、ｎ型光閉込め層５、ｎ型ＩｎＰクラッド層６となっている。ＩｎＡｓ変性層７は、Ａｌ材料ガス供給が開始される層の界面に生じる。図２および図３に示すように、ＡｌＧａＩｎＡｓをバンド不連続緩和層９として挿入した場合、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とｐ型光閉込め層３の界面にＩｎＡｓ変性層７が生成される。
【００１７】
バンド不連続緩和層９のバンドギャップの大きさは、ＩｎＡｓ変性層７とＡｌＩｎＡｓからなるｐ型光閉込め層３の中間となるようにする。これにより、ＩｎＡｓとＡｌＩｎＡｓとがヘテロ接合した場合に比べ、ＡｌＩｎＡｓ層のバンドのひずみが緩和される。ＩｎＰとＩｎＡｓとの接合界面において、ＩｎＰの荷電子帯側へのひずみが抑制される。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０の電流光出力特性を示すグラフである。図４は３００Ｋ（ケルビン）の雰囲気のシミュレーション値であり、実際の光出力特性と一致するよう物性定数を設定している。図４の実線のグラフは、実施の形態１に対応する図２の層構造における特性を示す。一方、図４の破線のグラフは、ＩｎＡｓ変性層７は生成されているもののバンド不連続緩和層９を設けない場合の特性を示しており、後述する図９および図１０に関連する特性カーブ１０２である。バンド不連続緩和層９により、実線に示すようにレーザ特性が改善している。
【００１９】
ここで、図７〜図１１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の作用効果およびＩｎＡｓ変性層７による電流光出力特性への悪影響を説明する。図７は、ＩｎＡｓ変性層７が無い場合の半導体積層構造の断面図である。ＩｎＡｓ変性層７が無いほかは、図２の半導体積層構造と同じである。図８は、ＩｎＡｓ変性層７が無い場合のバンド構造を示す図である。図８において紙面左側の端がｐ型ＩｎＰ基板１であり、右側の端がｎ型ＩｎＰクラッド層６である。理想的に結晶成長が行われた場合、図８に示すように価電子帯および導電帯にはキャリア注入を阻害するようなバンド不連続が存在しない。しかしながら、現実的にはそのような理想的な結晶成長が困難であることも多いので、ｐ型ＩｎＰ基板の上に前述のごとく各半導体層を積層したときに、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とｐ型光閉込め層３の界面にｐ型のＩｎＡｓ変性層７が生じてしまう。
【００２０】
ＩｎＡｓ変性層７が生成される具体的状況は、次のとおりである。ＭＯＣＶＤ装置を用いた結晶成長において、ｐ型ＩｎＰ基板１の上にｐ型ＩｎＰクラッド層２を積層したのちにＡｌＧａＩｎＡｓ系のＳＣＨを積層する。この光閉込め層の成長のため、材料ガスとしてＡｌ系材料ガス（例としてトリメチルアルミニウム）およびアルシンの供給が開始される。このとき、トリメチルアルミニウムガスは材料ガス供給管内に吸着するので、結晶成長が行われるリアクタ内には先にアルシンが供給され、続いてトリメチルアルミニウムが供給される。このように各々の材料ガスが時間差をもってリアクタ内に供給されるので、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とこれに積層されるべきＡｌＧａＩｎＡｓ層の界面ではトリメチルアルミニウムの供給が遅延する。そのようなトリメチルアルミニウムの供給遅延が起きている間、ＩｎＡｓ変性層７が１原子層〜数原子層にわたって成長される。数原子層とは、具体的には１０原子層以下である。
【００２１】
図９は、ＩｎＡｓ変性層７がある場合の半導体積層構造の断面図である。図１０は図９のバンド構造を示す図であり、枠Ｘはバンド不連続箇所を示す。ＩｎＡｓのバンドギャップは、０．３５ｅＶである。これに対し、ＩｎＰのバンドギャップは１．３４ｅＶであり、光閉込め層に用いられるＡｌＩｎＡｓのバンドギャップは１．４９ｅＶである。このように、ＩｎＡｓのバンドギャップは、ＩｎＰおよびＡｌＩｎＡｓに比べて、はるかに狭いバンドギャップを有している。特に、ＩｎＡｓとＡｌＩｎＡｓはバンドギャップが大きく異なる。その結果、ＡｌＩｎＡｓのバンドは大きく価電子帯側にひずみ、ｐ型ＩｎＰクラッド層２がひずんだＡｌＩｎＡｓ層のフェルミ準位に合わせて接合するので、ＩｎＰ層も価電子帯側にひずむ。これが、図１０の枠Ｘに示したバンド不連続の原因である。
【００２２】
図１０に示すようなバンド不連続が存在すると、活性層１９へのホールの供給が十分に行われず、キャリア不均一注入による発振しきい値の上昇、およびスロープ効率の悪化など、レーザ特性の悪化を招く。図１１は、ＩｎＡｓ変性層７の有無による電流光出力特性の違いを示すグラフである。特性カーブ１０１が、ＩｎＡｓ変性層７がない場合、つまり図７の層構造の電流光出力特性である。特性カーブ１０２が、ＩｎＡｓ変性層７がある場合、つまり図９の層構造の電流光出力特性である。ＩｎＡｓ変性層７が存在すると特性カーブ１０２のように光出力の低下を招くという問題がある。
【００２３】
次に、比較例にかかる半導体レーザ装置を提示して実施の形態１の効果を説明する。図１２は、比較例にかかる半導体レーザ装置の断面図であり、図１３はそのバンド構造を示す図である。比較例では、バンド不連続緩和層９をバンド不連続緩和層１０８に置換する。このバンド不連続緩和層１０８は、特開平１１−５４８３７号公報に記載のエッチングストッパ層と同様にＩｎＧａＡｓＰで形成される。
【００２４】
バンド不連続緩和層１０８によりバンド不連続を平坦化させようとしても、ＩｎＡｓ変性層７が形成された場合には効果的ではない。ＩｎＡｓ変性層７は、上記説明したとおり、トリメチルアルミニウムの供給が開始される層の界面に生じる。バンド不連続緩和層１０８を設ける場合、ｐ型ＩｎＰ基板１の上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層２、ＩｎＧａＡｓＰのバンド不連続緩和層１０８、ＩｎＡｓ変性層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓまたはｐ型ＡｌＩｎＡｓで形成されるｐ型光閉込め層３の順に複数の半導体層が形成される。この層構造に対応するバンド構造が図１３に示されている。
【００２５】
図１３の枠Ｘ２にバンドのひずみが図示されているように、バンド不連続緩和層１０８では、ｐ型ＩｎＰクラッド層３とＩｎＡｓ変性層７の間のバンド不連続を緩和する効果が少ない。また、ＩｎＧａＡｓＰの材料固有の性質として、ＩｎＰなどとヘテロ接合したときに伝導帯側のエネルギー差よりも荷電子帯側のエネルギー差のほうが大きい。よって、バンド不連続緩和層１０８を用いた場合には荷電子帯側で量子井戸構造が生成され、ここにホールがパイルアップされることで、活性層１９へのキャリア注入が阻害されてしまう。その結果、レーザ特性が悪化してしまう。
【００２６】
図１４は、本発明の実施の形態１の作用効果を説明するために示す比較例にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。シミュレーションは３００Ｋ（ケルビン）の雰囲気の電流光出力特性である。図１４の破線のグラフは、図１１の特性カーブ１０２と同じである。図１４の実線グラフおよび一点鎖線グラフは、それぞれバンドギャップ波長が１１００ｎｍ、１２００ｎｍとなるように組成比を調節したＩｎＧａＡｓＰでバンド不連続緩和層１０８を形成した場合の特性を示す。図１４では特性カーブ１０２と比較例の特性はほとんど同じである。
【００２７】
図４に示した実施の形態１の特性と図１４に示した比較例の特性を比べると、実施の形態１のほうが良好な電流光出力特性を示している。このように、ＩｎＰ層とＡｌＧａＩｎＡｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓＰで形成したバンド不連続緩和層１０８を設けたとしても、バンド不連続緩和層９のような優れた特性改善効果を得ることはできない。
【００２８】
以上説明したように、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０によれば、ＩｎＡｓ変性層７が存在する場合においてもバンド不連続緩和層９がバンド不連続を緩和することができる。その結果、ＩｎＡｓ変性層７が生じた場合においても良好なレーザ特性を得ることができる。図３のバンド構造と図８のバンド構造を比較すると、ｐ型ＩｎＰクラッド層２とＩｎＡｓ変性層７の間における荷電子帯側へのバンドの落ち込みが緩和されている。バンドが全体として高エネルギー側にシフトしており価電子帯のホールにとってはエネルギーが低下したことに相当するから、ホールの供給に必要なエネルギーが低下したことを意味する。よって、比較例よりも容易にホールが活性層に供給されるようになっており、レーザ特性が改善する。また、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０では、ＩｎＡｓ変性層７が生じない結晶成長条件導出などの複雑な製造プロセスが不要なので、安定した生産が可能となる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０において、バンド不連続緩和層９をアンドープとしたものである。ＡｌＧａＩｎＡｓで形成したアンドープのバンド不連続緩和層９では、そのフェルミ準位が禁制帯内に存在する。この場合、バンド不連続緩和層９が他の半導体とヘテロ接合したときには、実施の形態１に比べてバンド不連続緩和層９のバンドが荷電子帯側に落ち込むようになる。しかし、ドーピングした場合と比べてバンド構造に差はほとんどみられないため、レーザ特性に差は生じない。よって、バンド不連続緩和層９のキャリア濃度はアンドープであってもよく、ドーピング可能な範囲で高ドープであっても構わない。
【００３０】
ただし、アンドープとした場合には抵抗値が高いので、低抵抗にする観点からはバンド不連続緩和層９にドーピングを施すことが好ましい。アンドープにしたことにより活性層１９へのキャリア供給が阻害されるので、図４に示すようにアンドープの仕様の特性がわずかに悪い。しかし、バンド不連続緩和層９を挿入しなかった場合に比べれば、電流光出力特性は改善される。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０においてバンド不連続緩和層９の膜厚を５ｎｍ以上としたものである。レーザ特性が悪化する原因は、ＩｎＡｓ変性層７周辺の半導体層の間におけるバンド不連続である。図５は、本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。バンド不連続緩和層９の組成比はバンドギャップ波長が１０５０ｎｍとなるようにし、導電型はｐ型である。バンド不連続緩和層９の膜厚を、３ｎｍから３０ｎｍまで変化させた場合の電流光出力特性が示されている。
【００３２】
バンド不連続緩和層９の膜厚は５ｎｍ以上であることが好ましい。例えば図５の一点鎖線はバンド不連続緩和層９の膜厚が３ｎｍのときの特性であり、バンド不連続緩和層９を設けることによる効果が小さい。これは、バンド不連続緩和層９が十分に薄い膜であり、かつ、ヘテロ接合しようとするバンドギャップに大きな差がない場合には、あたかもバンド不連続緩和層９がないかのように各層のフェルミ準位が接合するからである。一方、バンド不連続緩和層９を５ｎｍ以上の厚膜とした場合、例えば厚さ３０ｎｍとした場合には図５の二点鎖線のように、さらに電流光出力特性が改善する。これは、バンド不連続緩和層９を厚膜化することにより、導波する光の損失が最も大きいｐ型ＩｎＰ基板１が発光領域から遠ざけられたからである。
【００３３】
以上の結果より、本実施の形態では、電流光出力特性が安定するようにバンド不連続緩和層９の膜厚を５ｎｍ以上に設定している。なお、バンド不連続緩和層９の膜厚を５ｎｍ以上に設定するとともに、厚く作成したバンド不連続緩和層９を光閉込め層として利用しても良い。
【００３４】
実施の形態４．
実施の形態４にかかる半導体レーザ装置は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０において、バンド不連続緩和層９の組成比を、バンドギャップ波長が９００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の範囲内となるように決定したものである。図６は、本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の電流光出力特性を示すグラフである。バンド不連続緩和層９のＡｌＧａＩｎＡｓ組成比を、バンドギャップ波長が９００ｎｍ〜１５００ｎｍとなる範囲内で変化させている。バンドギャップ波長が長波長側となるようにバンド不連続緩和層９の組成を変えていくほど、電流光出力特性が悪化する。これは、バンド不連続緩和層９のバンドギャップ波長が長波長側であると、価電子帯側バンドに井戸構造が形成され、この井戸にホールがパイルアップされることにより活性層１９へのキャリア不均一注入が生じるからである。
【００３５】
実施の形態５．
実施の形態５にかかる半導体レーザ装置は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置２０において、ｐ型光閉込め層３をバンドギャップ波長が８３４ｎｍより高く１０００ｎｍ以下のＡｌＧａＩｎＡｓで形成したものである。バンドギャップ波長８３４ｎｍのＡｌＧａＩｎＡｓは、Ｇａ組成比＝０であり、すなわちＡｌＩｎＡｓである。ｐ型光閉込め層３の材料はＡｌＩｎＡｓ層が好ましいが、上記の条件を満たすＡｌＧａＩｎＡｓでもよい。
【００３６】
バンド不連続緩和層９の効果は、バンド不連続を形成するヘテロ接合両側の材料組成に左右される。しかし、ＩｎＡｓ変性層７は他の層に比較してバンドギャップ波長が極端に長波長側であり、ｐ型光閉込め層３の半導体層によりバンド不連続の程度が大きく変化するものでない。しかし、ｐ型光閉込め層３にバンドギャップ波長が長波長側の半導体材料を用いた場合、キャリア閉じ込めの効果が小さくなり、レーザ特性の悪化を招く。そこで、実施の形態５では、レーザ特性の悪化しない範囲として、ｐ型光閉込め層３をバンドギャップ波長８３４ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のＡｌＧａＩｎＡｓで形成する。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、ｐ型光閉込め層３をＡｌＩｎＡｓで形成したが、本発明はこれに限られない。ｐ型光閉込め層３をＡｌＧａＩｎＡｓで形成してもよく、この場合も同様の効果を得ることができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態１〜５の各構成は任意に組み合わせても良く、実施の形態１〜５の各構成を全て備えた半導体レーザ装置を提供しても良い。ただし、バンド不連続緩和層９をアンドープかつ厚膜とする場合は、半導体レーザ装置２０内の直列抵抗成分が大きくなるため、用途に応じて行うことが好ましい。
【００３９】
なお、ｎ型ＩｎＰ基板でも同様にｎ型ＩｎＰクラッド層とｎ型光閉込め層界面に変性層が生成されることがあり、この場合は変性層は上記実施の形態とは異なりｎ型の導電性を有する。しかしながら、本願発明者の知見によれば、ｎ型ＩｎＰ基板の場合はＩｎＡｓ変性層がｎ型となり電気伝導を担うキャリアが電子なのでＩｎＡｓ変性層の悪影響は受けない。よって特性悪化の要因となるのは実施の形態にかかるｐ型のＩｎＡｓ変性層７である。
【００４０】
なお、上述した実施の形態では、変性層７およびバンド不連続緩和層９を設けた半導体レーザ装置２０が提供されている。しかしながら、本発明は半導体レーザ装置のみならず、電界吸収型光変調器に対しても適用することができる。図１に示す半導体レーザ装置２０と同様の構造を備えた構造において多重量子井戸層４を光吸収層として用いるとともに電極１３に変調信号を入力することで電界吸収型光変調器が提供される。実施の形態２〜４についても同様に電界吸収型光変調器に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ｐ型ＩｎＰ基板、２  ｐ型ＩｎＰクラッド層、３  ｐ型光閉込め層、４  多重量子井戸層、５  ｎ型光閉込め層、６  ｎ型ＩｎＰクラッド層、７  ＩｎＡｓ変性層、９  バンド不連続緩和層、１０  ｎ型コンタクト層、１１  電流ブロック層、１２  絶縁膜、１３  電極、１９  活性層、２０  半導体レーザ装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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