(57)【要約】【課題】素子特性や信頼性に優れた分布帰還型半導体レーザを得る。【解決手段】半導体レーザを、半導体基板１と、半導体基板１上に設けられた活性層６と、活性層６に近接して設けられ光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈する回折格子３ａと、回折格子３ａの凹凸形状を埋込むように形成された回折格子埋込み層５と、で構成し、回折格子３ａの格子定数が回折格子埋込み層５の格子定数と異なることとした。【選択図】        図１
2004221106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた活性層と、
前記活性層に近接して設けられ光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈する回折格子と、
前記回折格子の凹凸形状を埋込むように形成された回折格子埋込み層と、
を備え、前記回折格子の格子定数が前記回折格子埋込み層の格子定数と異なることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記回折格子の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数より大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記回折格子の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数より小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた活性層と、
前記活性層に近接して設けられ光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈し少なくとも底部側の回折格子層および上部側のキャップ層の２層で構成された回折格子と、
前記回折格子の凹凸形状を埋込むように形成された回折格子埋込み層と、
を備え、前記回折格子層の格子定数が前記回折格子埋込み層の格子定数と異なることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
前記回折格子層の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数より大きいことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項６】
前記回折格子層の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数より小さいことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ。
【請求項７】
前記回折格子が、前記活性層に対して前記半導体基板側に設けられたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記回折格子が、前記活性層に対して素子表面側に設けられたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記半導体基板がインジウム燐（ＩｎＰ）で構成され、前記回折格子層がインジウムガリウム砒素燐（ＩｎＧａＡｓＰ）で構成されていることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記回折格子あるいは前記回折格子層の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数に対して０．２％以上０．８％以下の範囲で大きいことを特徴とする請求項２または５記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
前記回折格子あるいは前記回折格子層の格子定数が、前記回折格子埋込み層の格子定数に対して０．２％以上０．８％以下の範囲で小さいことを特徴とする請求項３または６記載の半導体レーザ。
【請求項１２】
第１導電型のＩｎＰ基板上に、第１導電型のＩｎＰバッファ層、第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、第１導電型のＩｎＰキャップ層、の各層を順次結晶成長する工程と、
リソグラフィ技術とドライエッチング技術によって前記第１導電型のＩｎＰバッファ層、前記第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ回折格子層および前記第１導電型のＩｎＰキャップ層に、光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈する回折格子を形成する工程と、
前記回折格子が形成されたウエハ表面上に、前記第１導電型のＩｎＧａＡｓＰ回折格子層とは格子定数の異なる第１導電型のＩｎＰ回折格子埋込み層を結晶成長して前記回折格子の凹凸形状を平坦化する工程と、
上記第１導電型のＩｎＰ回折格子埋込み層の結晶成長と連続して活性層、第２導電型のＩｎＰクラッド層、第２導電型のコンタクト層の各層を順次結晶成長する工程と、を含んでなり、
前記各結晶成長時を通して、成長温度が一定でかつ原料ガスにおけるＩＩＩ族原子に対するＶ族原子の原子数比も一定であることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザに関し、特に分布帰還型半導体レーザの素子構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ型半導体レーザ）では、活性層に近接して回折格子と呼ばれる周期的な凹凸形状を呈する構造を形成する。かかる回折格子によって、活性層の屈折率を周期的に変化させて、活性層内で発生するレーザ光の狭スペクトル化を図っている。
【０００３】
活性層の下部側、つまり、基板側に回折格子を有する構造は、特に小さな微分抵抗を持つこと、および回折格子を形成するエッチング工程において深さ方向の制御が容易であることから、活性層の上部側、つまり素子表面側に回折格子を有する構造に対して製造し易いという利点がある。しかしながら、回折格子の埋込み結晶成長時に埋込み層に結晶欠陥が発生し、その結晶欠陥が転位の始点となって結晶成長時あるいは素子動作時に活性層を貫通して、活性層に結晶欠陥による非発光領域が生じる結果、半導体レーザの素子特性劣化や素子信頼性が低下する問題があった。
【０００４】
このような問題点の解決を試みた従来のＤＦＢ型半導体レーザが非特許文献１に開示されている。非特許文献１中の図２は従来のＤＦＢ型半導体レーザの素子構造断面図を示したものである。ｎ型ＩｎＰバッファ層上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層を形成後、リソグラフィ技術とエッチング技術により２００ｎｍ周期のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子を形成する。その後、ｎ型ＩｎＰ埋込みバッファ層で回折格子を埋込み、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉込め層、ＩｎＧａＡｌＡｓ多重量子井戸活性層、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉込め層、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ光ガイド層、ｐ型ＩｎＰクラッド層の各層を結晶成長によって順次形成する。このようにして非特許文献１中の図２のＤＦＢ型半導体レーザを得る。
【０００５】
非特許文献１によれば、ｎ型ＩｎＰ埋込みバッファ層で回折格子を埋込む際、結晶成長温度を５７０℃以上（平坦面では４９０℃）、結晶成長速度を０．７５μｍ／ｈｒｓ以下（平坦面では２．３μｍ／ｈｒｓ）、ホスフィン圧力を１．６Ｔｏｒｒ以上（平坦面では０．７５Ｔｏｒｒ）とすると、ｎ型ＩｎＰ埋込みバッファ層に結晶欠陥が導入されない結晶成長を行うことができたとされる。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｄ．  Ｔａｋｅｍｏｔｏ，  ｅｔ．  ａｌ．，  ”Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ  ｓｔｒａｉｎｅｄ−ＩｎＧａＡｌＡｓ−ＭＱＷ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｖｅｒ  ａｎ  ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ  ｇｒａｔｉｎｇ”，  ２００１  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１３ｔｈ  ＩＰＲＭ  １４−１８、Ｍａｙ  ２００１、  Ｎａｒａ、Ｊａｐａｎ、ｐ．  ３９４−３９７
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の非特許文献１によるＤＦＢ型半導体レーザの素子構造および製造方法によると、上述の埋込み結晶成長条件では、平坦面に制御性良くＩｎＰ層を成長する結晶成長条件に対してホスフィン（ＰＨ３）圧力は２倍、結晶成長速度は１／３倍となっている。しかしながら、このような平坦面とは異なる極端な結晶成長条件では、化合物半導体の結晶成長において重要な原料ガスにおけるＩＩＩ族原子に対するＶ族原子の原子数比（以下、Ｖ／ＩＩＩ比と言う）は一定ではなく、導電性を制御するための結晶成長層における不純物濃度、あるいは結晶成長層の層厚等の制御性が著しく低下する問題があった。因みに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長では、Ｖ／ＩＩＩ比は結晶成長層の結晶性に大きな影響を及ぼすことが知られている。
【０００８】
回折格子埋込み層に結晶欠陥が発生するのは、回折格子の周期構造に伴い埋込み結晶成長層に格子歪が導入されるためである。つまり、回折格子のような凹凸形状の面上に埋込み結晶成長を行うと、回折格子の底面の平坦面から成長する結晶面と、回折格子の斜面から成長する結晶面の両者が接する境界面が必然的に生じる。このような境界面では結晶欠陥が多数発生し、上述の従来例で開示されたＶ／ＩＩＩ比、成長温度、成長速度等のように、通常の平坦面上の結晶成長とは顕著に異なる極端な結晶成長条件を適用しない限り、結晶欠陥の発生を防止することはできないが、かかる従来の製造方法でも、完全に結晶欠陥を低減できている訳ではなかった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、良好な埋込み結晶成長が実現でき、この結果、素子特性や信頼性に優れた半導体レーザおよびその製造方法を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザは、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられた活性層と、上記活性層に近接して設けられ光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈する回折格子と、上記回折格子の凹凸形状を埋込むように形成された回折格子埋込み層と、を備え、上記回折格子の格子定数が上記回折格子埋込み層の格子定数と異なることとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の発明者等は、様々な回折格子上の埋込み結晶成長実験を繰り返した結果、半導体レーザの回折格子層の格子定数を回折格子埋込み層（従来例でＩｎＰ埋込みバッファ層に相当する）を構成するＩｎＰの格子定数と異なる格子定数にすれば、換言すると不整合系を適用すれば、回折格子埋込み層の結晶成長時における上述の境界面で発生する結晶欠陥が顕著に低減されることを見出した。つまり、回折格子層の格子定数を回折格子埋込み層を構成するＩｎＰの格子定数と異なる値にすることにより、回折格子埋込み層に導入される格子歪が補償され、通常の結晶成長条件でも結晶欠陥を発生させない埋込み結晶成長が実現できることを見出した。この結果、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の制御性を低下させることなく、かつ結晶欠陥のない埋込み結晶成長が可能となる効果がもたらされることを発明者等は見出した。
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による半導体レーザの共振器方向における断面図を図１に示す。図中、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰバッファ層、３はｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層、４はｎ型ＩｎＰキャップ層、５はｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層、６は多重量子井戸活性層、７はｐ型ＩｎＰクラッド層、８はｐ型ＩｎＰコンタクト層、９はｐ型電極、１０はｎ型電極、をそれぞれ示す。多重量子井戸活性層６は、１１のＩｎ０．８０Ｇａ０．２０Ａｓ０．９０Ｐ０．１０ウエル層と１２のＩｎ０．７０Ｇａ０．３０Ａｓ０．６０Ｐ０．４０バリア層との積層構造によって構成されている。なお、多重量子井戸活性層６への電流狭窄構造（図示せず）については特に言及していないが、例えば埋込みヘテロ構造のような一般的な電流狭窄構造を適用すれば良く、特定の電流狭窄構造に限定される訳ではない。
【００１３】
ここで、ｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３の格子定数はｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の格子定数値である０．５８６９ｎｍより０．５％小さい０．５８４０ｎｍに設定されている。このような格子定数の選択は、回折格子層３を構成する４元化合物半導体結晶における各原子の構成比の調整によって容易に実現できる。回折格子層３と回折格子埋込み層５間の格子不整合により、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５のいわゆる境界面に発生する歪を補償することが可能となって、この結果、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５における平坦面（底面部）から結晶成長した結晶面と斜面部から結晶成長した結晶面との境界面で発生する結晶欠陥を顕著に抑制できる。
【００１４】
本実施の形態の半導体レーザでは、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層２を結晶成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の良好な制御性を維持しつつ、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となるため、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる効果がある。
【００１５】
ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の境界面に発生する圧縮歪は回折格子３ａの形状で変化するが、変化した圧縮歪を補償するようにｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層３の格子定数を変化させることも可能である。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層３の組成比、格子定数とバンドキャップエネルギー間には、図２に示すような関係があり、このグラフに従って回折格子としての所望のバンドギャップエネルギー、ひいては屈折率を維持した状態で、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層３の各構成原子の組成比を調整して格子定数を変えることにより上述の具体例と同様の効果が得られる。なお、図２中の数値はバンドギャップエネルギー（エレクトロンボルト単位）を表している。
【００１６】
なお、上述の説明では、回折格子層３の格子定数が回折格子埋込み層５の格子定数より０．５％小さい場合を具体例として示したが、０．２％以上０．８％以下の範囲で小さければ、同様な効果が得られる。また、回折格子３ａを回折格子層３のみで構成し、かかる圧縮歪を導入しても、上述の効果が得られる。
【００１７】
以上、本実施の形態では、上述したように回折格子層の格子定数を回折格子埋込み層の格子より小さい値に設定したので、かかる両者間の格子不整合により、回折格子埋込み層に発生する歪を補償することが可能となり、この結果、回折格子埋込み層における平坦面から成長した結晶面と斜面部から成長した結晶面との境界面で発生する結晶欠陥を顕著に抑制でき、また、回折格子埋込み層の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層を結晶成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の良好な制御性を維持しつつ、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となって、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる。
【００１８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２による半導体レーザの製造方法を図３（ａ）〜（ｄ）の各断面図に示す。図中、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
【００１９】
本実施の形態における半導体レーザの製造方法を図３に基づき説明する。まず、ｎ型ＩｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰバッファ層２を５μｍ、ｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３を６０ｎｍ、ｎ型ＩｎＰキャップ層４を４０ｎｍ、順次結晶成長する（図３（ａ））。
【００２０】
上述の各層が結晶成長されたウエハに対して、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によって、２００ｎｍ周期で共振器方向における断面が連続した凹凸形状を呈する回折格子３ａを形成する（図３（ｂ））。本実施の形態では、回折格子形成時のエッチング底部はｎ型ＩｎＰキャップ層４の表面からｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３を経て、ｎ型ＩｎＰバッファ層２中に達している。
【００２１】
ウエハ上に形成された回折格子３ａの凹凸形状を平坦化すべく、埋込み結晶成長によってｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５を形成する。回折格子３ａの主要部を構成するｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３では、構成原子の組成比を調整することにより、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５に対して予め格子定数を異なるようにしている。本実施の形態では、具体的にはｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３の格子定数を、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の格子定数値である０．５８６９ｎｍに対して０．５％小さい０．５８４０ｎｍに設定している。
【００２２】
続いて、図３（ｃ）に示すようなノンドープＩｎ０．７０Ｇａ０．３０Ａｓ０．６０Ｐ０．４０バリア層１２を１５ｎｍ、ノンドープＩｎ０．８０Ｇａ０．２０Ａｓ０．９０Ｐ０．１０ウエル層１１を７周期積層した多重量子井戸構造からなる多重量子井戸活性層６を結晶成長し、さらに続けてｐ型ＩｎＰクラッド層７を１μｍ、ｐ型ＩｎＰコンタクト層８を５００ｎｍ、順次結晶成長する（図３（ｃ））。
【００２３】
かかる全ての結晶成長工程終了後、素子の表面側にｐ型電極９、ｎ型ＩｎＰ基板１裏面側にｎ型電極１０を、それぞれスパッタ法、電子ビーム蒸着法等の手段により成膜して、ＤＦＢ型半導体レーザが完成する（図３（ｄ））。
【００２４】
本実施の形態における半導体レーザの製造方法では、上述の結晶成長は全て有機金属化学気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）を用い、また、結晶成長温度は５５０℃一定とした。さらに、Ｖ／ＩＩＩ比も結晶成長工程全体にわたって一定とした。なお、本実施の形態では、結晶成長法としてＭＯ−ＣＶＤ法を適用した例について説明したが、他の気相成長法、例えば、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）でも、同様な効果が得られる。
【００２５】
本実施の形態の半導体レーザの製造方法では、回折格子３ａへの埋込み結晶成長時に平坦面と同一のＶ／ＩＩＩ比、成長温度、成長速度等の結晶成長条件を適用しても、上述した如くｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層３の格子定数はｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の格子定数値である０．５８６９ｎｍに対して０．５％小さい０．５８４０ｎｍに設定されているので、回折格子埋込み層５に導入される格子歪が補償され、通常の結晶成長条件でも結晶欠陥を発生させない埋込み層結晶成長が実現できる。この結果、素子特性や信頼性に優れた半導体レーザを再現性良く製造できる効果がある。
【００２６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３による半導体レーザの共振器方向における断面図を図４に示す。図中、１３はｎ型Ｉｎ０．８４Ｇａ０．１６Ａｓ０．５０Ｐ０．５０回折格子層であり、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。ここで、ｎ型Ｉｎ０．８４Ｇａ０．１６Ａｓ０．５０Ｐ０．５０回折格子層１３の格子定数はｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の格子定数値である０．５８６９ｎｍより０．５％大きい０．５８９８ｎｍに設定している。格子定数の選択方法は実施の形態１で述べた方法と同一である。
【００２７】
かかる格子不整合によって、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５に発生する歪を補償することができる。この結果、ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の特に境界面に発生する結晶欠陥を抑制できる。ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層２を結晶成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の制御性を低下させずに、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となって、素子特性、信頼性に優れた半導体レーザが得られる。
【００２８】
ｎ型ＩｎＰ回折格子埋込み層５に発生する引っ張り歪は回折格子の形状で変化するが、変化した引っ張り歪を補償するようにｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１３の格子定数を変化させることも可能である。ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１３の組成、格子定数とバンドキャップエネルギー間には、図２に示すような関係があり、このグラフに従って回折格子としての所望のバンドギャップエネルギー、ひいては屈折率を維持した状態でｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層１３の各構成原子の組成比を調整して格子定数を変えることにより上述の具体例と同様の効果が得られる。
【００２９】
なお、上述の説明では回折格子層１３の格子定数が回折格子埋込み層５の格子定数より０．５％大きい場合を具体例として示したが、０．２％以上０．８％以下の範囲で大きければ、同様な効果が得られる。また、回折格子３ａを回折格子層３のみで構成しかかる引っ張り歪を導入しても、上述の効果が得られる。
【００３０】
本実施の形態における半導体レーザの製造方法は、実施の形態２の半導体レーザの製造方法において、ｎ型Ｉｎ０．８４Ｇａ０．１６Ａｓ０．５０Ｐ０．５０回折格子層１３の組成が異なる点のみ相違し、他の各工程は同一である。
【００３１】
以上、本実施の形態の半導体レーザでは、上述したように、回折格子層の格子定数を回折格子埋込み層の格子より大きい値に設定したので、かかる両者間の格子不整合により、回折格子埋込み層に発生する歪を補償することが可能となり、この結果、回折格子埋込み層における平坦面から成長した結晶面と斜面部から成長した結晶面との境界面で発生する結晶欠陥を顕著に抑制でき、また、回折格子埋込み層の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層を成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の良好な制御性を保持しつつ、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となって、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる。
【００３２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４による半導体レーザの共振器方向における断面図を図５に示す。図中、１４はｐ型ＩｎＰバッファ層、１５はｐ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層、１６はｐ型ＩｎＰキャップ層、１７はｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層であり、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。なお、多重量子井戸活性層６への電流狭窄構造（図示せず）については特に言及していないが、実施の形態１と同様、一般的な電流狭窄構造を適用すれば良く、特定の構造に限定される訳ではない。
【００３３】
本実施の形態による半導体レーザの特徴は、実施の形態１の半導体レーザでは活性層６に対して基板１側に回折格子が設けられていたのに対して、反対側、つまり活性層６に対して素子表面側に回折格子が設けられている点にある。このような素子構造においても、回折格子埋込み層１７のいわゆる境界面で発生した結晶欠陥は、素子動作時に多重量子井戸活性層６側に転位して活性層６内で増殖して半導体レーザの信頼性に悪影響を及ぼすおそれがあるため、本実施の形態による半導体レーザのような素子構造を適用すれば、半導体レーザの信頼性が向上する効果がある。
【００３４】
本実施の形態による半導体レーザでは実施の形態１で説明した半導体レーザと同様に、ｐ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層１５の格子定数はｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層１７の格子定数値である０．５８６９ｎｍより０．５％小さい０．５８４０ｎｍに設定されている。かかる両者間の格子不整合により、ｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層１７に発生する歪を補償することが可能となり、この結果、ｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層１７における平坦面（底面部）から結晶成長した結晶面と斜面部から結晶成長した結晶面との境界面で発生する結晶欠陥を顕著に抑制できる。
【００３５】
ｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層１７の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層２を結晶成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の良好な制御性を保持しつつ、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となって、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる効果がある。
【００３６】
なお、上述の説明では、回折格子層１５の格子定数が回折格子埋込み層１７の格子定数より０．５％小さい場合を具体例として示したが、０．２％以上０．８％以下の範囲で小さければ同様な効果が得られる。
【００３７】
また、実施の形態３で説明したように、回折格子層１５の格子定数が回折格子埋込み層１７の格子定数より０．５％大きくしても上述の素子構造と同様な効果が得られる。さらに、両者の格子定数間で０．２％以上０．８％以下の範囲で大きければ、０．５％大きい場合と同様な効果が得られる。なお、回折格子３ａを回折格子層１５のみで構成し、かかる圧縮あるいは引っ張り歪を導入しても、上述の効果が得られる。
【００３８】
以上、本実施の形態の半導体レーザでは、上述したように回折格子層の格子定数を回折格子埋込み層の格子と異なる値に設定したので、かかる両者間の格子不整合により、回折格子埋込み層に発生する歪を補償することが可能となり、この結果、回折格子埋込み層における平坦面から成長した結晶面と斜面部から成長した結晶面との境界面で発生する結晶欠陥を顕著に抑制でき、また、回折格子埋込み層の結晶成長条件は平坦面にｎ型ＩｎＰバッファ層を成長する条件と何ら変わらないので、Ｖ／ＩＩＩ比を一定に維持しながら、結晶成長層における不純物濃度、層厚等の良好な制御性を保持つつ、かつ結晶欠陥の無い埋込み結晶成長が可能となって、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザでは、半導体基板と、上記半導体基板上に設けられた活性層と、上記活性層に近接して設けられ光導波方向に沿って所定の周期で変化する凹凸形状を呈する回折格子と、上記回折格子の凹凸形状を埋込むように形成された回折格子埋込み層と、を備え、上記回折格子の格子定数が上記回折格子埋込み層の格子定数と異なることとしたので、回折格子埋込み層における結晶欠陥の発生を顕著に防止できるため、優れた素子特性や信頼性を有する半導体レーザが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の半導体レーザの共振器方向における断面構造を示す図である。
【図２】ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層の組成比、格子定数とバンドキャップエネルギーの関係を示す図である。
【図３】実施の形態２の半導体レーザの製造方法を示す図である。
【図４】実施の形態３の半導体レーザの共振器方向における断面構造を示す図である。
【図５】実施の形態４の半導体レーザの共振器方向における断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＩｎＰ基板、  ２  ｎ型ＩｎＰバッファ層、  ３  ｎ型ｎ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層、  ３ａ  回折格子、  ４ｎ型ＩｎＰキャップ層、  ５  ｎ型ＩｎＰバッファ層、  ６  多重量子井戸活性層、  ７  ｐ型ＩｎＰクラッド層、  ８  ｐ型ＩｎＰコンタクト層、  ９  ｐ型電極、  １０  ｎ型電極、  １１  Ｉｎ０．８０Ｇａ０．２０Ａｓ０．９０Ｐ０．１０ウエル層、  １２  Ｉｎ０．７０Ｇａ０．３０Ａｓ０．６０Ｐ０．４０バリア層、  １３  ｎ型Ｉｎ０．８４Ｇａ０．１６Ａｓ０．５０Ｐ０．５０回折格子層、  １４  ｐ型ＩｎＰバッファ層、  １５  ｐ型Ｉｎ０．６５Ｇａ０．３５Ａｓ０．６２Ｐ０．３８回折格子層、  １６  ｐ型ＩｎＰキャップ層、  １７ｐ型ＩｎＰ回折格子埋込み層。
【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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