(57)【要約】【課題】本発明は、従来より厚みの厚いＩｎ組成の大きな結晶を量子井戸層とした量子井戸構造を実現した、特性の高性能化を図ることができる量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法を提供する。【解決手段】ＩｎＰ基板上に量子井戸層１０が形成される量子井戸構造１２において、前記量子井戸層１０は４４０℃以上５１０℃以下の温度下で結晶成長し、該量子井戸層１０は２％以上１０％未満の圧縮歪を有した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板上に量子井戸層が形成される量子井戸構造において、
前記量子井戸層は４４０℃以上５１０℃以下の温度下で結晶成長し、
該量子井戸層は２％以上１０％未満の圧縮歪を有する
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項２】
請求項１に記載の量子井戸構造において、
バンドギャップ波長が１．９μｍ以上２．８μｍ以下である
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の量子井戸構造において、
前記量子井戸層の厚さは２ｎｍから９ｎｍである
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の量子井戸構造において、
前記量子井戸層の数は１層から７層である
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の量子井戸構造において、
前記量子井戸層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＮ、ＩｎＡｓＳｂのいずれかにより形成される
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の量子井戸構造において、
障壁層がＩｎＰに格子整合、あるいは２％以下の引っ張り歪を有する
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の量子井戸構造において、
前記量子井戸構造は光閉じ込め層に挟まれ、
該光閉じ込め層は前記量子井戸層の結晶成長温度よりも高い温度下で結晶成長した
ことを特徴とする量子井戸構造。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の量子井戸構造を有し、
発振波長は１．９μｍから２．８μｍである
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
請求項８に記載の量子井戸構造を有し、
前記光閉じ込め層には回折格子が形成される
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の半導体レーザにおいて、
クラッド層と前記量子井戸層とからなる積層構造はメサストライプ状に形成され、
該積層構造の両側にはＲｕ又はＦｅをドーピングした半絶縁性半導体結晶が埋め込まれる
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１１】
請求項８又は請求項９に記載の半導体レーザにおいて、
クラッド層と前記量子井戸層からなる積層構造はメサストライプ状に形成され、
該積層構造の両側にはｎ型、ｐ型ＩｎＰ層を交互に積層したｐｎ埋め込み層が埋め込まれる
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の半導体レーザを光源として用いる
ことを特徴とする分光計測装置。
【請求項１３】
ＩｎＰ基板上に第一の光閉じ込め層、量子井戸層、第二の光閉じ込め層を有する積層構造を成長する量子井戸構造の製造方法において、
前記第一の光閉じ込め層を結晶成長する工程と、
前記量子井戸層を結晶成長する工程と、
前記第二の光閉じ込め層を結晶成長する工程とを有し、
前記量子井戸層を結晶成長する温度が４４０℃以上５１０℃以下であって、前記第一の光閉じ込め層又は前記第二の光閉じ込め層を結晶成長する温度が前記量子井戸層を結晶成長する温度より高い
ことを特徴とする量子井戸構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、中赤外領域のレーザ光を用いて医療診断、環境計測、食品検査、ガス濃度測定などを行う分光機器が注目されている。レーザ光源としては、小型、低消費電力で単色の光源が望ましく、半導体レーザはその有力な候補である。半導体レーザでは活性層に歪み量子井戸を導入することにより、発振波長の長波長化に加え、レーザ性能が大幅に改善されることがわかり、現在では、半導体結晶成長技術の進歩に伴って歪み量子井戸構造を半導体レーザに利用できるようになってきている。
【０００３】
特に、ＩｎＰ基板上に形成されるＩｎＧａＡｓＰを用いた半導体レーザは、光ファイバを用いた通信用光源として精力的に研究開発が行われ、成熟した加工技術と優れた性能が実現されている。ＩｎＰ基板上に形成される半導体レーザの対象となる波長域は、前記のように光通信用途のため、主として１．２５μｍから１．６μｍであった。
【０００４】
一方、近年になり、ＩｎＰに対し２％程度の圧縮歪みを有するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）量子井戸構造を活性層に用いることにより、波長２．０μｍ以上で発振する半導体レーザが実現できることが実験的に明らかになった。これにより、従来では光通信分野にほとんど限定されてきたＩｎＰ系材料を用いた半導体レーザの応用範囲が広げられることになった。
【０００５】
さらに、ＩｎＧａＡｓ中のＧａの量を減少させることにより、圧縮歪み量が大きくなり、ＧａをＯとしたＩｎＡｓの場合においては、歪み量は３．２％となり、理論的には２μｍから３μｍの波長帯域のレーザ発光が可能になることがわかってきた。また、ＩｎＡｓにＶ族原子であるＮやＳｂを加えることによっても、レーザの発振波長が増加することが知られている。
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ．Ｇｅｎｄｒｙ、Ｖ．Ｄｒｏｕｏｔ、Ｃ．ＳａｎｔｉｎｅＩＩＩ、ａｎｄ  Ｇ．Ｈｏｌｌｉｎｇｅｒ、「Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｓｔｒａｉｎｅｄ  ＩｎＧａＡｓ  ｌａｙｅｒｓ  ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  ＩｎＰ  ｂｙ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｌｔａｘｙ」Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．１８、４  Ｍａｙ  １９９２、ｐ．２２４９−２２５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に高歪み材料系の結晶成長においては、膜厚の増加に伴う歪み応力の増加により三次元的な島状成長が誘発される。この島状成長は量子井戸構造の結晶品質を著しく悪化させる。ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓを量子井戸層とする量子井戸構造では、ＩｎＰに対して２％を超える圧縮歪みを有する場合、この三次元的な島状成長が顕著になる（上記非特許文献１参照）。
【０００８】
さらに、ＩｎＡｓやｌｎＡｓＮのようなＩｎの組成が大きい結晶では、成長中に表面からＩｎ原子が蒸発するために平坦且つ急峻な界面を有する量子井戸構造を形成することが難しい。このように膜厚の増加に伴う島状成長と、Ｉｎ原子の蒸発が顕著になる場合、Ｉｎ組成の大きな結晶（例えばＩｎＡｓ）の膜厚を大きくすることができず、２μｍ以上での発光が得られないという問題が生じる。
【０００９】
従来のＩｎ組成の大きな結晶を量子井戸層とした量子井戸構造の製造方法では、その成長温度に関して、島状成長やＩｎ原子の蒸発を抑制するための条件が明確でなく、そのため、良質な結晶を得ることが困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、Ｉｎ組成の大きな結晶を形成する際に最適な成長温度をとることにより、島状成長とＩｎ原子の蒸発を抑えることができ、その結果、従来より厚みの厚いＩｎ組成の大きな結晶を量子井戸層とした量子井戸構造を実現した、特性の高性能化を図ることができる量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法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】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係る量子井戸構造は、
ＩｎＰ基板上に量子井戸層が形成される量子井戸構造において、
前記量子井戸層は４４０℃以上５１０℃以下の温度下で結晶成長し、
該量子井戸層は２％以上１０％未満の圧縮歪を有する
ことを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明に係る量子井戸構造において、
バンドギャップ波長が１．９μｍ以上２．８μｍ以下である
ことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明又は第２の発明に係る量子井戸構造において、
前記量子井戸層の厚さは２ｎｍから９ｎｍである
ことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかに係る量子井戸構造において、
前記量子井戸層の数は１層から７層である
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第５の発明（請求項５に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明乃至第４の発明のいずれかに係る量子井戸構造において、
前記量子井戸層は、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓＮ、ＩｎＡｓＳｂのいずれかにより形成される
ことを特徴とする。
【００１６】
上記の課題を解決するための第６の発明（請求項６に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明乃至第５の発明のいずれかに係る量子井戸構造において、
障壁層がＩｎＰに格子整合、あるいは２％以下の引っ張り歪を有する
ことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するための第７の発明（請求項７に対応）に係る量子井戸構造は、第１の発明乃至第６の発明のいずれかに係る量子井戸構造において、
前記量子井戸構造は光閉じ込め層に挟まれ、
該光閉じ込め層は前記量子井戸層の結晶成長温度よりも高い温度下で結晶成長した
ことを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するための第８の発明（請求項８に対応）に係る半導体レーザは、
第１の発明乃至第７の発明のいずれかに係る量子井戸構造を有し、
発振波長は１．９μｍから２．８μｍである
ことを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するための第９の発明（請求項９に対応）に係る半導体レーザは、
第８の発明に係る量子井戸構造を有し、
前記光閉じ込め層には回折格子が形成される
ことを特徴とする。
【００２０】
上記の課題を解決するための第１０の発明（請求項１０に対応）に係る半導体レーザは、第８の発明又は第９の発明に係る半導体レーザにおいて、
クラッド層と前記量子井戸層とからなる積層構造はメサストライプ状に形成され、
該積層構造の両側にはＲｕ又はＦｅをドーピングした半絶縁性半導体結晶が埋め込まれる
ことを特徴とする。
【００２１】
上記の課題を解決するための第１１の発明（請求項１１に対応）に係る半導体レーザは、第８の発明又は第９の発明に係る半導体レーザにおいて、
クラッド層と前記量子井戸層からなる積層構造はメサストライプ状に形成され、
該積層構造の両側にはｎ型、ｐ型ＩｎＰ層を交互に積層したｐｎ埋め込み層が埋め込まれる
ことを特徴とする。
【００２２】
上記の課題を解決するための第１２の発明（請求項１２に対応）に係る分光計測装置は、
第８の発明乃至第１１の発明のいずれかに係る半導体レーザを光源として用いる
ことを特徴とする。
【００２３】
上記の課題を解決するための第１３の発明（請求項１３に対応）に係る量子井戸構造の製造方法は、
ＩｎＰ基板上に第一の光閉じ込め層、量子井戸層、第二の光閉じ込め層を有する積層構造を成長する量子井戸構造の製造方法において、
前記第一の光閉じ込め層を結晶成長する工程と、
前記量子井戸層を結晶成長する工程と、
前記第二の光閉じ込め層を結晶成長する工程とを有し、
前記量子井戸層を結晶成長する温度が４４０℃以上５１０℃以下であって、前記第一の光閉じ込め層又は前記第二の光閉じ込め層を結晶成長する温度が前記量子井戸層を結晶成長する温度より高い
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従来作製が困難であった圧縮歪み量が大きく且つ厚みの厚いＩｎ組成の大きな結晶を量子井戸層とした量子井戸構造を容易に作製することができ、当該構造を適用したレーザの高性能化の実現に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法の実施例について、図１から図８を用いて説明する。図１は実施例１を説明する量子井戸構造を示す概略断面構造図、図２は成長温度と量子井戸層歪み量の関係の一例を示す図、図３はＩｎＡｓ量子井戸層膜厚とＰＬ発光ピーク波長の関係の一例を示す図、図４は量子井戸層数とＰＬ発光ピーク強度の関係の一例を示す図、図５は実施例５を説明する光閉じ込め型量子井戸構造を示す概略断面構造図、図６は実施例６を説明するブロードコンタクトレーザの構造を示す概略斜視図、図７は実施例７を説明するリッジ型ＤＦＢレーザの構造を示す概略斜視図、図８は実施例８を説明する埋め込み型ＤＦＢレーザの構造を示す概略斜視図である。
【実施例１】
【００２６】
量子井戸層１０としてＩｎＰに対し３．２％の圧縮歪みを持つＩｎＡｓを、障壁層１１としてＩｎＰに格子整合（歪み量は０）したＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓを用いた本発明の第１の実施例を、図１を用いて説明する。図１に示したように、本実施例の量子井戸構造１２は、ＩｎＰ（１００）基板１３の面上にＩｎＰバッファ層１４（膜厚２００ｎｍ）、ＩｎＡｓ量子井戸層１０とＩｎＧａＡｓ障壁層１１からなる量子井戸構造１２、ＩｎＰキャップ層１５（膜厚１００ｎｍ）から構成されており、量子井戸層１０の数は２、障壁層１１の数は３である。
【００２７】
上記ＩｎＡｓ量子井戸層１０としては５ｎｍのＩｎＡｓ層を用い、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１としてはＩｎＰに格子整合した膜厚１６．５ｎｍのＩｎＧａＡｓ層を用いた。結晶成長は５０Ｔｏｒｒに減圧したＭＯＶＰＥ法によって行った。成長温度は、ＭＯＶＰＥ成長炉のサセプタに、熱電対を埋め込んだＳｉウエハを置いて測定した値に基づいて決定した。全ての試料においてＩｎＰバッファ層１４の成長温度は６２０℃とし、ＩｎＡｓ量子井戸層１０、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１、ＩｎＰキャップ層１５の成長温度は４２０℃から６２０℃まで変化させた。
【００２８】
また、III族原料としてはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用い、Ｖ族原料としてはアルシン（ＡｓＨ３）およびホスフィン（ＰＨ３）を使用した。試料の構造的特性の評価にはＰｈｉｌｉｐｓ社製のエックス線回折装置を用いた。光学的特性の評価には波長５３２ｎｍのレーザを光源としたフォトルミネセンス（ＰＬ：ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）測定を室温（２５℃）で行った。
【００２９】
成長温度が異なる試料について、エックス線回折測定を行った。図２に成長温度と作製した試料の量子井戸層１０の歪み量の関係を示す。横軸に成長温度、縦軸にＸ線回折測定結果から導出される量子井戸層１０の歪み量をプロットした。量子井戸層１０がＩｎＡｓで劣化なく形成されているのであれば、３．２％の歪み量を示さなければならない。図２から明らかなように、成長温度４４０℃から５１０℃で作製した試料においては、３．２％の歪み量を示している。
【００３０】
しかしながら、４３０℃以下および５２０℃以上においては、３．２％以下の歪み量となっている。これはＩｎＡｓが島状成長やＩｎ原子の蒸発により格子緩和が発生し、良好な量子井戸構造１２が得られていないことを明らかにしている。また、プロットしたマーカが○の試料はＰＬ発光が得られた試料で、×の試料はＰＬ発光が得られなかった試料を示している。
【００３１】
つまり、成長温度５２０℃以上では発光が得られていない。これは成長温度が高いためにＩｎ原子の蒸発が活発になり、量子井戸構造１２の界面を悪化させたためである。成長温度を４４０℃から５１０℃の範囲にすることでＩｎＡｓ層を量子井戸層１０とした良好な量子井戸構造１２が得られることが確認された。
【００３２】
以上の結果より、ＩｎＡｓを量子井戸層１０とした量子井戸構造１２を作製する際には成長温度を４４０℃以上５１０℃以下に設定することで良好な特性を有する量子井戸構造１２が得られることが確認された。
【００３３】
本実施例では、量子井戸層１０としてＩｎＡｓを用いたが、ＩｎＰ基板に対して２％以上の圧縮歪を有するＩｎＧａＡｓを用いても同様に良好な量子井戸構造１２が得られることが確認された。ここで、ＩｎＧａＡｓにおけるＧａ組成比率が零であるＩｎＡｓの歪量が３．２％であるので、圧縮歪量の範囲は３．２％未満である。
【００３４】
また、本実施例では、障壁層１１としてＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡｓ層を用いたが、格子整合したＩｎＧａＡｓＰ層やＩｎＧａＡｌＡｓ層を用いても同様に良好な量子井戸構造１２が得られることが確認された。
【実施例２】
【００３５】
実施例１とＩｎＡｓ量子井戸層１０の膜厚が異なる実施例２について説明する。ＩｎＡｓ量子井戸層１０の成長温度および成長速度は実施例１で示された範囲の条件である。図３にＩｎＡｓ量子井戸層１０の膜厚とＰＬ発光ピーク波長の関係を示す。横軸にＩｎＡｓ量子井戸層１０の膜厚、縦軸にＰＬ発光ピーク波長をプロットしている。●が測定点を示し、実線は計算結果である。
【００３６】
ＩｎＡｓ量子井戸層１０の膜厚を９ｎｍまで厚くしても発光が得られた。このときのＰＬ発光ピーク波長は２．６２μｍであった。また、量子井戸層１０の膜厚と発光波長の関係は計算結果と良く一致していることから、ＩｎＡｓを量子井戸層１０とする良好な量子井戸構造１２が得られていることが確認された。
【実施例３】
【００３７】
実施例１とＩｎＡｓ量子井戸層１０の数の異なる実施例３について説明する。量子井戸層１０は５ｎｍのＩｎＡｓで、障壁層１１はＩｎＰに対し０．５％の引っ張り歪みを有する１６．５ｎｍもしくは２０．０ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ａｓとした。その他の条件は実施例１で示された範囲の条件である。
【００３８】
図４にＩｎＡｓ量子井戸層１０の数とＰＬ発光ピーク強度の関係を示す。横軸にＩｎＡｓ量子井戸層１０の数、縦軸にＰＬ発光ピーク強度をプロットしている。いずれの障壁層１１を用いた場合でも、ＩｎＡｓ量子井戸層１０の数は１０層まで発光が確認された。量子井戸層１０の数が増えると量子井戸構造１２内の歪み応力が蓄積するため、１６．５ｎｍのＩｎＧａＡｓ障壁層１１では量子井戸層１０の数を６層以上にすると単一の量子井戸構造１２に比べて発光強度が半分以下となる。
【００３９】
それに対し、２０．０ｎｍの障壁層１１を用いた場合では、ＩｎＡｓ量子井戸層１０の数が８層で半分以下となっている。障壁層１１を２０．０ｎｍとすることで、７層のＩｎＡｓ量子井戸層１０からなる量子井戸構造１２が得られることが確認された。ここで、障壁層１１の厚さの上限に制限はないが、実際にデバイスに用いる場合には１００ｎｍ程度までが有効である。
【００４０】
本実施例では障壁層１１の歪み量を引っ張り歪み０．５％としたが、引っ張り歪み２％もしくはＩｎＰに格子整合する場合でも同様の結果が得られることが確認された。
参考のため、実施例１から実施例３における量子井戸層１０の成長条件の一例を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【実施例４】
【００４２】
実施例１と量子井戸層１０を構成する結晶が異なる実施例４について説明する。量子井戸層１０は５ｎｍのＩｎＡｓＮとした。Ｎの原料としてはジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を用いた。ＩｎＡｓＮのＮ組成は３％である。ここで、Ｎ組成は１％以上５％以下でも用いることができる。
【００４３】
その他は、実施例１で示された範囲の条件である。作製した量子井戸構造１２のＰＬ測定を行ったところ、２．８μｍにピーク波長を持つ発光が得られ、良好な量子井戸構造１２が得られることが確認された。
【００４４】
本実施例ではＩｎＡｓＮを量子井戸層１０としたが、ＩｎＡｓＳｂを用いた場合でも同様の結果が得られることが確認された。ここで、ＩｎＡｓＳｂのＡｓ組成が零である場合に相当するＩｎＳｂにおける歪量は１０％程度である。したがって、本実施例に適用できるＩｎＡｓＳｂの歪量は１０％未満であると考えられる。また、ＩｎＡｓＳｂにおける歪緩和を考慮すれば５％以下の歪量が有効である。
【実施例５】
【００４５】
図５に実施例５の光閉じ込め（ＳＣＨ：Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造を有する量子井戸構造を示す。本実施例では量子井戸構造１２の上下にＳＣＨ層としてＩｎＰに格子整合したバンドギャップ波長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を用いた。本実施例のＳＣＨ構造は、量子井戸構造１２よりもＳＣＨ層の成長温度が高いことを特徴とする。量子井戸構造１２は実施例１から実施例４に示した構造である。
【００４６】
本実施例のＳＣＨ構造の製造方法を説明する。６２０℃でＩｎＰバッファ層１４を成長後、６２０℃で所定の膜厚の下部ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６を成長する。その後、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１（図１参照）を１０ｎｍ成長し、ＡｓＨ3雰囲気でＩｎＡｓ量子井戸層１０（図１参照）の成長温度（例えば５００℃）まで成長温度を下げる。
【００４７】
ＩｎＡｓ量子井戸層１０成長後、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１を１０ｎｍ成長し、成長温度を６２０℃まで上げる。その後、上部ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６を成長する。その後、ＩｎＰキャップ層１５を成長する。このようなＳＣＨ構造においても実施例１から実施例３で示したものと同等な特性が得られることが確認された。
【００４８】
本実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６を成長後、ＩｎＧａＡｓを１０ｎｍ成長した後に、ＡｓＨ3雰囲気中で温度をＩｎＡｓ量子井戸層１０（図１参照）の成長温度まで下げたが、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１を成長しながら成長温度を下げる、もしくは、ＩｎＧａＡｓ障壁層１１を成長後、ＡｓＨ3雰囲気で成長温度を下げてＩｎＡｓ量子井戸層１０を成長するシーケンスでも同様の特性を有する量子井戸構造１２が得られることが確認された。
【００４９】
本実施例では、ＳＣＨ層としてバンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６を用いたが、ＩｎＰに格子整合したその他のバンドギャップ波長のＩｎＧａＡｓＰ層もしくはＩｎＧａＡｓでも同様な特性が得られた。また、上下のＳＣＨ層の組み合わせにこれらのどの層を用いても、同様の特性が得られることが確認された。
【００５０】
本実施例では、ＩｎＡｓ量子井戸層１０（図１参照）以外の層の成長温度を６２０℃としたが、高品質の結晶が成長できればよく、ＩｎＡｓ量子井戸層１０の成長温度より高ければよい。一般的には７００℃程度までの成長温度で高品質の結晶が成長することができる。
【実施例６】
【００５１】
実施例６として実施例５で示したＳＣＨ構造を用いて作製したブロードコンタクトレーザについて図６を用いて説明する。ＩｎＰ基板１３（図１参照）上にＳｉを１×１０18ｃｍ3の濃度にドーピングしたｎ型ＩｎＰクラッド層１７を成長し、実施例５で示したＳＣＨ構造を作製する。その後、Ｚｎを１×１０18ｃｍ3の濃度でドーピングしたｐ型ＩｎＰクラッド層１８、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１９を順次形成する。
【００５２】
本実施例で用いた量子井戸構造１２は、３層のＩｎＡｓ量子井戸層１０（図１参照）と、２０．０ｎｍのＩｎＰに格子整合したＩｎＧａＡｓ障壁層１１（図１参照）、１００ｎｍのバンドギャップ波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６からなる。コンタクト層１９の成長後、ＳｉＯ2をマスク２０として、４０μｍ幅のストライプ構造を形成し、ｐ型電極２１を蒸着する。その後、ＩｎＰ基板１３を研磨して、裏面にｎ型電極２２を蒸着する。最後に共振器長９００μｍの長さに劈開し、レーザ構造が作製される。
【００５３】
本実施例のレーザは量子井戸層１０（図１参照）の膜厚を変えることで、室温連続動作において波長１．９μｍから２．６μｍでのマルチモード発振が得られ、いずれもしきい値電流密度は１．５ｋＡ／ｃｍ2程度であり、３０ｍＷ程度の光出力が得られた。
本実施例では量子井戸層１０としてＩｎＡｓを用いたが、量子井戸層１０にＩｎＡｓＮもしくはＩｎＡｓＳｂを用いることで、２．８μｍまでの発振が得られ、その他の特性も同様の結果が得られることが確認された。
【実施例７】
【００５４】
実施例７として実施例５で示したＳＣＨ構造用いて作製したリッジ型分布帰還型レーザについて図７を用いて説明する。実施例５と同様にＳＣＨ構造を作製した後、上部ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１６に回折格子を電子ビーム露光およびウェットエッチングを用いて形成し、分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｈｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）構造を作製する。
【００５５】
その後、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１９を再成長する。コンタクト層１９成長後、ＳｉＯ2をマスク２０としてドライエッチングおよびウエットエッチングを併用して１．５μｍ幅のストライプ構造を作製する。その後、ストライプ脇にＳｉＯ2２０を形成し、ｐ型電極２１を蒸着する。ｎ型電極２２形成後、共振器長９００μｍに劈開し、リッジ型ＤＦＢレーザ構造が作製される。
【００５６】
本実施例のレーザは、室温連続動作において波長１．９μｍから２．８μｍでの単一モード発振が得られ、しきい値電流は３０ｍＡ程度であり、５ｍＷ程度の光出力が得られた。また、いずれのレーザにおいても注入電流と動作温度の制御により、４ｎｍの波長変化が可能であった。
【実施例８】
【００５７】
実施例８として実施例５で示したＳＣＨ構造用いて作製した埋め込み型ＤＦＢレーザについて図８を用いて説明する。実施例７と同様にＤＦＢ構造を作製後、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８を再成長する。その後、ＳｉＯ2をマスク２０（図７参照）としてドライエッチングおよびウェットエッチングを用いて１．４μｍ幅のストライプ構造を作製する。
【００５８】
その後、ルテニウム（Ｒｕ）をドーピングした半絶縁性ＩｎＰによりストライプ脇を埋め込む。その後、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８を積み増し成長し、さらにＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１９を形成する。ｐ型、ｎ型電極を形成し、共振器長９００μｍに劈開し、埋め込み型ＤＦＢレーザが作製される。本実施例のレーザは実施例７と同等の特性が得られた。
【００５９】
本実施例では、ストライプ脇の埋め込み層２３としてＲｕをドーピングした半絶縁性ＩｎＰ層を用いたが、Ｆｅをドーピングした半絶縁性ＩｎＰ層、もしくはｎ型、Ｐ型ＩｎＰ層を交互に積層したｐｎ埋め込み層を用いた場合も同様の特性が得られることが確認された。
【実施例９】
【００６０】
実施例９として実施例７、８で示したＤＦＢレーザを用いた気体分子の分光計測装置について説明する。この分光計測装置は、気体分子の吸収線（例えば、ＣＯ2：２．０５μｍ、Ｎ2Ｏ：２．１３μｍ、ＣＯ：２．３３μｍ）と同一の発振波長の実施例７、実施例８記載のＤＦＢレーザを用いることで、従来の通信波長帯のレーザを用いた場合に比べ、２桁以上の感度で計測できた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、例えば、圧縮歪みの大きい量子井戸層を有する良質な量子井戸構造、半導体レーザ、分光計測装置及び量子井戸構造の製造方法に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１を説明する量子井戸構造を示す概略断面構造図である。
【図２】成長温度と量子井戸層歪み量の関係の一例を示す図である。
【図３】ＩｎＡｓ量子井戸層膜厚とＰＬ発光ピーク波長の関係の一例を示す図である。
【図４】量子井戸層数とＰＬ発光ピーク強度の関係の一例を示す図である。
【図５】実施例５を説明する光閉じ込め型量子井戸構造を示す概略断面構造図である。
【図６】実施例６を説明するブロードコンタクトレーザの構造を示す概略斜視図である。
【図７】実施例７を説明するリッジ型ＤＦＢレーザの構造を示す概略斜視図である。
【図８】実施例８を説明する埋め込み型ＤＦＢレーザの構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ＩｎＡｓ量子井戸層
１１  ＩｎＧａＡｓ障壁層
１２  量子井戸構造
１３  ＩｎＰ基板
１４  ＩｎＰバッファ層
１５  ＩｎＰキャップ層
１６  ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
１７  ｎ型ＩｎＰクラッド層
１８  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１９  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２０  ＳｉＯ2マスク
２１  ｐ型電極
２２  ｎ型電極
【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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