(57)【要約】【課題】量子カスケードレーザを形成するには、原子レベルで膜厚制御された量子井戸を１００層以上作製する必要があり、量産性が低かった。【解決手段】量子カスケードレーザのポテンシャル井戸内に形成されるエネルギー準位が結晶成長面に平行な方向で変調されており、発光層内の電子または正孔は、前記結晶成長面に平行な方向に移動させる。これにより、従来結晶成長面に対して垂直に量子カスケード構造があったものを、結晶面に対して平行に量子カスケード構造を作製することができる。この構成によれば、少なくとも１回の原子レベルで制御された結晶成長があれば、量子カスケードレーザを製造することができる。【選択図】  図１
2004200375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、１つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、発光領域は、結晶成長面に平行な方向に複数のポテンシャル井戸を有し、前記ポテンシャル井戸内に形成されるエネルギー準位が前記結晶成長面に平行な方向で変調されており、発光層内の電子または正孔は、前記結晶成長面に平行な方向に移動することを特徴とした半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記ポテンシャル井戸として量子細線を用いていることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記ポテンシャル井戸として量子ドットを用いていることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記発光層に隣接する半導体のうち、結晶面に平行に発光層を挟む領域は絶縁性半導体となっていることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記発光層が二層以上から構成されていることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、１つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、同一表面にプラス電極とマイナス電極を有することを特徴とした半導体レーザ装置。
【請求項７】
ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、１つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、絶縁性基板を用いたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
基板上に、第１の導電性クラッド層と第１の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２の絶縁性クラッド層と第２の導電性クラッド層を形成する工程を有することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記フォトリソグラフィの光源としてＸ線を用いたことを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記超格子カスケード構造部は１回のフォトリソグラフィ工程で形成されていることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１１】
基板上に、第１の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層及び前記第２の絶縁性クラッド層の一部であって前記活性層の発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変える工程とを有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記導電性に変える手法として、熱拡散またはイオン注入を用いていることを特徴とした請求項１１記載の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、波長５〜２０μｍの中赤外波長のレーザ光を発振することのできる半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは光ディスクや光通信に多用されている。そこで用いられる半導体レーザの発振波長は、１．５５／１．３μｍ（光ファイバー通信用）、０．９８μｍ（ファイバーアンプ用）、０．７８μｍ（コンパクトディスク（ＣＤ）／ミニディスク（ＭＤ）用）、０．６５μｍ（ＤＶＤ用）、０．４１μｍ（高密度ＤＶＤ用）などであり、これらに用いる半導体材料やレーザ構造は、量産的にほぼ確立されたものになっている。一方、半導体レーザの発振可能な波長として、近年、３μｍ〜２０μｍ近傍のいわゆる中赤外域が注目されてきた。この波長帯は、各種有機物の吸収波長を含んでいる。この波長帯の半導体レーザの実現により、例えば、大気分析や医療などの分野にセットを含めた新市場が開けると予想される。
【０００３】
中赤外域の半導体レーザとしてこれまでバンドギャップの狭い材料を半導体レーザの活性層として用いるアプローチがなされていた。例えば、III−Ｖ族半導体（InGaAsSbなど）、IV−VI族半導体（PbTeSeなど）を用いた研究がなされている。しかしながら、III−Ｖ族半導体は物性的にオージェ再結合を有し、しかも、そのオージェ再結合はバンドギャップの狭化により著しく増加する。このため非発光再結合が増加、しきい値電流の急増が生じレーザ発振が困難となる。また、IV−VI族半導体はクラッド層に十分バンドギャップの大きな材料を持ってくることができず、伝導帯（価電子帯）ヘテロ界面におけるヘテロ障壁（ΔＥｃ，ΔＥｖ）を大きくとることができない。このため活性層からクラッド層へのキャリアリークが非常に多い。これら（狭バンドギャップ）III−Ｖ族／IV−VI族半導体は材料の有する欠点のため、温度が室温近くになるとレーザ発振が極めて困難になる。このため、３〜２０μｍ帯においての半導体レーザの発振は低温（およそ１００〜２００ケルビン）でしか得られず、一般的な産業応用に用いることが困難であった。
【０００４】
一方、これに対し、新しい半導体レーザの発光メカニズムとして、近年、量子カスケードレーザ（Quantum Cascade Laser：以下、ＱＣレーザと略す）が実現された（Jerome Faist et al., "Quantum Cascade Laser", Science, vol.264, p.553, 1994）。従来の半導体発光素子（半導体レーザ、発光ダイオードなど）は、活性層を構成する半導体材料のバンド間発光（伝導帯にある電子が、価電子帯にある正孔と再結合し、伝導体と価電子帯のエネルギー差を有する光子を放出）を用いている。
【０００５】
図１５にＱＣレーザの代表的な構造を示す（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図１５において、ｎ型InP基板８１上に、n-InP第１クラッド層８２、InGaAs量子井戸層８３、８４、AlInAs量子障壁層８５、n-InP第２クラッド層８６、InGaAsコンタクト層８７が形成されている。発光部以外は、絶縁性InP埋込層８８が形成されている。そしてAuGe電極８９、９０が形成されている。本ＱＣレーザは、量子井戸層８４の伝導帯内にできる複数の量子準位において、エネルギの高い準位（準位Ａ）に存在する電子が、エネルギーの低い準位（準位Ｂ）に遷移する、所謂サブバンド遷移により発光するものである。このため、前述のようなオージェ再結合が生じることもなく、また、半導体超格子の材料を適当に選ぶことによりヘテロ障壁を大きくすることができ、従来の３〜２０μｍ帯半導体レーザの課題を一挙に解決することができる。この発光する量子井戸のある領域を発光領域と呼ぶ。一方、発光が完了した電子は量子井戸層８３において、次段の発光領域に形成された準位Ａに注入される。この伝導帯の高い準位に電子を移動させる領域を注入領域と呼ぶ。
【０００７】
【非特許文献１】
Mattias Beck et.al., "Continuous Wave Operation of a Mid-Infrared Semiconductor Laser at Room Temperature", Science  vol.295, p.301
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１５においては注入領域、発光領域は量子井戸を１層として描いているが、実際のデバイスでは発光領域、注入領域ともに５〜１０層の超格子（量子井戸と量子障壁）から構成される。また、ＱＣレーザは発光が終了した電子が正孔との再結合で消失することなく、再び注入層に入れ高い準位に入れることにより再び発光に寄与することができるので、１個の電子が多数の光子を放出する。従って、注入領域と発光領域の対が多いほど、スロープ効率は向上する（例えば、F.Capasso et al., IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol.6, No.6, p.931 (2000)） 。
【０００９】
このため、ＱＣレーザでは通常注入領域と発光領域の対としては２０〜３０対が用いられる。したがって層数としては、（注入層５〜１０層＋発光層５〜１０層）ｘ（２０〜３０ステージ）＝２００〜６００層になる。このような層数を各層原子レベル（数〜十数ｎｍ）で作製することは、実験的に可能であっても、量産性よく各層設計通りに作製することは極めて困難である。各層のばらつきは量子準位のばらつきを起こし、光利得の低下、言い換えればしきい値電流の増加や、発振波長の不安定性を引き起こし、量産の面からは課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の半導体レーザ装置は、ポテンシャル井戸内に形成された特定のエネルギー準位間を電子または正孔がエネルギー遷移することで光子を放出し、かつ、１つの電子または正孔に対して前記エネルギー遷移過程が複数回存在する半導体レーザにおいて、発光領域は、結晶成長面に平行な方向に複数のポテンシャル井戸を有し、前記ポテンシャル井戸内に形成されるエネルギー準位が前記結晶成長面に平行な方向で変調されており、発光層内の電子または正孔は、前記結晶成長面に平行な方向に移動することを特徴としたものである。
【００１１】
これにより、従来結晶成長面に対して垂直に量子カスケード構造があったものを、結晶面に対して平行に量子カスケード構造を作製することができる。すなわち、少なくとも１回の原子レベルで制御された結晶成長があれば、ＱＣレーザを作製することができ、従来のような、１００層以上の原子レベル結晶成長を必要としない。
【００１２】
特に、本発明の請求項２に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光領域のポテンシャル井戸として量子細線を用いていれば、ポテンシャル井戸内に、サブバンド間遷移に適した量子準位を形成することができる。
【００１３】
更に、本発明の請求項３に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光領域のポテンシャル井戸として量子ドットを用いていれば、量子細線の最小線幅に比べて、より大きなサイズで量子準位を形成することが出来、作製が容易となる。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光層に隣接する半導体のうち、結晶面に平行に発光層を挟む領域は絶縁性半導体となっていることが望ましい。これにより、結晶面に平行に電子（または正孔）を効率的に流すことができる。
【００１５】
更に、本発明の請求項５に記載の半導体レーザ装置に示すように、発光層として二層以上から構成されており、前記各発光層において電子または正孔が結晶成長面に平行な方向に移動することが望ましい。これにより、同一電圧値において、層数にほぼ比例して光子をより多く放出させることができ、高出力化に適する。
【００１６】
次に、本発明の請求項６に記載の半導体レーザ装置に示すように、このようなＱＣレーザにおいて、同一表面にプラス電極とマイナス電極を有することができる。これにより、レーザ裏面からワイヤーボンド等で電極を取る必要がなく、実装工程を容易化する。
【００１７】
さらに、本発明の請求項７に記載の半導体レーザ装置に示すように、絶縁性基板を用いることにより、寄生容量を取り除くことができ、高速動作が可能となる。
【００１８】
次に、本発明の請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第１の導電性クラッド層と第１の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２の絶縁性クラッド層と第２の導電性クラッド層を形成する工程を有することを特徴とするものである。このようなＱＣレーザにおいては、半導体工程で頻繁に使用されるフォトリソグラフィを用いて量子細線や量子ドットの形状の変化、すなわち、ポテンシャル井戸に形成されるエネルギー準位の変調を決定することができる。したがって、そのエネルギー準位の変調がマスク１枚で決まり、ＱＣレーザの作製が容易になる。
【００１９】
その場合、本発明の請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造方法に示すように、フォトリソグラフィの光源としてＸ線を用いることが望ましい。Ｘ線は波長が０．１〜１ｎｍであるので、極めて精密に量子細線・量子ドット形状を作製できる。
【００２０】
さらに、本発明の請求項１０に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法に示すように、前記超格子カスケード構造部は１回のフォトリソグラフィ工程で形成されることが望ましい。この方法によれば、ポテンシャル井戸を形成する半導体の複数部分が一度に形成され、また前記ポテンシャル井戸を囲むポテンシャル障壁を形成する半導体の複数部分も一度に形成され、これにより、各ポテンシャル井戸間およびポテンシャル障壁間の半導体組成変動がなくなり、組成変動に起因した設計とのずれ（発振波長ばらつきなど）を抑制することができる。
【００２１】
次に、本発明の請求項１１に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法は、基板上に、第１の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層上にフォトリソグラフィ工程で形成した超格子カスケード構造部を有する活性層を形成する工程と、前記活性層上に第２の絶縁性クラッド層を形成する工程と、前記第１の絶縁性クラッド層及び前記第２の絶縁性クラッド層の一部であって前記活性層の発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変える工程とを有することを特徴とするものである。この方法によれば、結晶成長の段階では発光層に接する層は絶縁性半導体とし、前記絶縁性半導体のうち、発光領域に電子または正孔を流し込む部分および流し出す部分を導電性に変えるので、効率よく、活性層に電子を注入し、また活性層から取り出すことができる。
【００２２】
次に、本発明の請求項１２に記載の半導体装置レーザ装置の製造方法は、前記導電性に変える手法として、熱拡散またはイオン注入を用いることが望ましい。これらの手法は、広く用いられている半導体プロセスであり、特殊な製造装置を必要としない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２４】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図（共振器に垂直方向）である。ｎ-InP基板１上に絶縁性InP第１クラッド層２および導電性InP第１クラッド層３が形成されている。これらの第１クラッド層の上部には、InGaAs井戸部５（In組成６０％）とAlInAs障壁部６（In組成４０％）から構成される超格子カスケード構造部を含む活性層４が形成されている（活性層４で井戸部５、障壁部６以外はAlInAs(In組成４０％））。InGaAs井戸部５、AlInAs障壁部６の幅は場所によって異なり、注入領域１２、発光領域１３に最適な量子準位を形成するようになっている。活性層４上には絶縁性InP第２クラッド層７および導電性InP第２クラッド層８が形成されている。第２クラッド層７、８上には導電性InGaAsコンタクト層９(In組成６０％）およびAuGe電極１０が形成されている。また基板１の裏面にもAuGe電極１１が形成されている。
【００２５】
本実施の形態においては電流は電極１０、１１間に流す。例えば電極１１をマイナス、電極１０をプラスにした時、電子は導電領域３から活性層４に注入され、注入領域１２、発光領域１３で構成される超格子カスケード構造部でサブバンド遷移を行い発光した後、活性層４から導電領域８に注入される。本レーザの電流光出力特性を図１（ｂ）に示す。測定は２５℃、連続発振で行った。しきい値電流は約０．２ｍＡと極めて小さい。これは電流が流れる断面積が極めて小さいためである。光出力は１ｍＷ以上得られ、スロープ効率は約０．２Ｗ／Ａであった。発振スペクトルを図１（ｃ）に示す。レーザ発振はサブバンド間遷移で生じており、発振波長は約９μｍである。
【００２６】
図２〜図６は、本半導体レーザの作製方法を示す。ｎ-InP基板１に有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、Feドープ絶縁性InP第１クラッド層２を厚み３μｍ結晶成長させる（図２（ａ））。その後、フォトリソグラフィを用いて絶縁性InPとして残す部分を覆った後、イオン注入法を用いて、Siをイオン注入し導電性InP第１クラッド層３を形成する（図２（ｂ））。次にMOCVDを用いて、InGaAs５（In組成６０％）を厚さ５ｎｍだけ結晶成長させる（図３(ｃ)）。その表面にSiO2を形成した後、フォトリソグラフィを用いて、カスケード構造における井戸部分に相当する部分のみSiO2ストライプ２１を残す（図３(ｄ)）。この井戸部分を残すフォトリソグラフィの光源としては、電子の放射光を利用したＸ線（波長０．１ｎｍ）を用いた。本図では簡単のため、InGaAsを残す部分として、SiO2ストライプを５ライン形成しているが、実デバイスではSiO2ストライプを以下のように残した。
【００２７】
注入領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
2.1＋(1.2)＋6.5＋(1.2)＋5.3＋(2.3)
発光領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
4.0＋(1.1)＋3.6＋(1.2)＋3.0＋(1.6)
つまり、この注入領域／発光領域の一組あたり、６本のSiO2ストライプ２１が残る。今回３０組の注入／発光領域が順次並ぶようにしたので、１８０本のSiO2ストライプ２１が残る。フォトリソグラフィを用いてこのカスケード構造の幅を決めているので、極めて容易かつ自由に形成できる。つまり従来、ＱＣレーザの電子が順次発光するカスケード方向は、結晶成長面に垂直であったため、ＱＣレーザ構造は結晶成長で決まっていたものが、今回のＱＣレーザ構造はフォトリソグラフィで決めることができる。
【００２８】
この後、クエン酸系のウエットエッチングを用いてSiO2ストライプ２１でマスクされていないInGaAsを選択除去した（図４（ｅ））。次に、MOCVDの選択成長を用いて、SiO2ストライプ２１がマスクしていない場所にのみ、活性層４（井戸部５を除く）およびAlInAs障壁部６を形成する（図４（ｆ））。
【００２９】
これらのIn組成は、同一の結晶成長で行うので、活性層４（井戸部５を除く）および障壁部６ともにIn組成は４０％である。しかる後にSiO2ストライプ２１を弗酸系エッチャントで除去する（図５（ｇ））。次にMOCVDを用いて、絶縁性InP第２クラッド層７を形成する（図５(ｈ)）。そして図３（ｃ）同様、フォトリソグラフィとイオン注入を用いて、導電性InP第２クラッド層８を形成する（図６（ｉ））（この導電性第２クラッド層を形成するのは、InGaAsコンタクト層９を形成した後でもよい）。
【００３０】
最後にMOCVDでInGaAsコンタクト層９（In組成６０％）を形成した後、AuGe電極１０、１１を形成する。そしてウエハーをへき開し、レーザが完成する。共振器長は１ｍｍ、幅３００μｍである。
【００３１】
図７は本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図（共振器に垂直方向）である。絶縁性InP基板３０上に絶縁性InP第１クラッド層２が形成されている。この第１クラッド層の上部には、InGaAs井戸部５（In組成６０％）とAlInAs障壁部６（In組成４０％）から構成される超格子カスケード構造を含む活性層４が形成されている。
【００３２】
InGaAs井戸部５、AlInAs障壁部６の幅は場所によって異なり、注入領域１２、発光領域１３に最適な量子準位を形成するようになっている。
【００３３】
なお発光領域内の超格子カスケード構造部以外の材料は障壁部６同様にAlInAs（In組成４０％）である。活性層４上には絶縁性InP第２クラッド層７が形成されている。第２クラッド層７上には絶縁性InGaAsコンタクト層３１(In組成６０％)が形成されている。
【００３４】
クラッド層、コンタクト層にはSiを熱拡散した導電領域３５、３６が、注入領域１２／発光領域１３の両側に形成されている。導電領域３５、３６の表面にはAuGe電極３２、３３が分離されて形成されている。なお基板１の裏面は電極は形成されていない。
【００３５】
本実施の形態においては電流は電極３２、３３間に流す。例えば電極３２をマイナス、電極３３をプラスにした時、電子はSiイオンが熱拡散され導電性となった領域３５から活性層４に注入され、カスケード部１２、１３でサブバンド遷移を行い発光した後、活性層４から導電領域３６に注入される。
【００３６】
本構造は、実施の形態１と異なり、同一面の電極３２、３３から電気的接続が取れるので実装が容易である。
【００３７】
本レーザのしきい値電流は０．２ｍＡ、最大出力は室温パルス動作で１０ｍＷであった。なお、発振波長は約９μｍである。この第２の実施の形態の場合、電極は表面のみであるので、実装が容易である（ワイヤーボンドが不要）。
【００３８】
また、絶縁性基板３０を用いたことで寄生容量が低減され、１０ＧＨｚ以上まで変調可能であった。
【００３９】
図８〜図１１は、本半導体レーザの作製方法を示す。絶縁性InP基板３０に有機金属気相成長法(MOCVD)を用いて、絶縁性InP第１クラッド層２を厚み３μｍ、InGaAs５（In組成６０％）を厚さ５ｎｍだけ結晶成長させる（図８（ａ））。
【００４０】
その表面にSiO2を形成した後、ホトリソグラフィを用いて、カスケード構造における井戸部分に相当する部分のみSiO2ストライプ２１を残す（図８（ｂ））。
【００４１】
本図では簡単のため、InGaAsを残す部分として、SiO2ストライプを５ライン形成しているが、実デバイスではSiO2ストライプを以下のように残した。
【００４２】
注入領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
2.1＋(1.2)＋6.5＋(1.2)＋5.3＋(2.3)
発光領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
4.0＋(1.1)＋3.6＋(1.2)＋3.0＋(1.6)
つまり、この注入領域／発光領域の一組あたり、６本のSiO2ストライプ２１が残る。今回３０組の注入／発光領域が順次並ぶようにしたので、１８０本のSiO2ストライプ２１が残る。フォトリソグラフィを用いてこのカスケード構造の幅を決めているので、極めて容易かつ自由に形成できる。
【００４３】
つまり従来、ＱＣレーザの電子が順次発光するカスケード方向は、エピ面に垂直であったため、ＱＣレーザ構造は結晶成長で決まっていたものが、今回のＱＣレーザ構造はフォトリソグラフィで決めることができる。
【００４４】
この後、クエン酸系のウエットエッチングを用いてSiO2ストライプ２１でマスクされていないInGaAsを選択除去した（図９（ｃ））。
【００４５】
次に、MOCVDの選択成長を用いて、SiO2ストライプ２１がマスクしていない場所にのみ、活性層４（井戸部５を除く）およびAlInAs障壁部６を形成する（図９（ｄ））。これらのIn組成は、同一の結晶成長で行うので、ともにIn組成は４０％である。
【００４６】
しかる後にSiO2ストライプ２１を弗酸系エッチャントで除去する（図１０（ｅ））。
【００４７】
次にMOCVDを用いて、絶縁性InP第２クラッド層７、 絶縁性InGaAsコンタクト層３１（In組成６０％）を形成する（図１０（ｆ））。
【００４８】
次にフォトリソグラフィを用い、Siの熱拡散により、導電部３５、３６を形成する（図１１（ｇ））。さらにフォトリソグラフィを用いて、AuGe電極３２、３３を形成する（図１１（ｈ））。そしてウエハーをへき開し、レーザが完成する。
【００４９】
第２の実施の形態は第１の実施の形態に比べ、結晶成長の回数が少なくプロセスが容易であるという特徴を有する。
【００５０】
図１２は本発明の第３の実施の形態である。基本的な構造（電流の流れる経路など）は図７と同じであるが、量子細線の代わりに量子ドット４１を用いている（図では多数形成される量子ドットを簡略化して記載している）。
【００５１】
量子ドット４１はへき開面に平行な方向（各ドット内の電流が流れる長さ方向）に長さが変わっている。幅としては
注入領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
4.1＋(2.2)＋8.5＋(2.2)＋7.3＋(4.3)
発光領域：（単位ｎｍ、（）内は間隔）
6.0＋(3.1)＋5.6＋(3.2)＋5.0＋(3.6)
を用いた。
【００５２】
なおへき開面に垂直方向の量子ドットの幅（各ドット内の電流が流れ込む幅）は５ｎｍとした。
【００５３】
量子ドットにすることにより、同じ量子準位を形成するのに必要なサイズを量子細線より大きくすることができ（例えば、形状寸法の最小値は、量子細線が１．１ｎｍに対し（第１、第２の実施の形態）、量子ドットでは２．２ｎｍで同機能を達成する）、作製が容易になる。
【００５４】
この量子ドットの製法は、基本的に第２の実施の形態（図８〜図１１）に示したものと同じであるが、井戸部のSiO2マスク４２のフォトリソグラフィパターンを角状にし、SiO2ストライプを作製した図９（ｃ）の代わりにSiO2マスクパターンを図１３（ａ）のようにドット状に変更する。
【００５５】
この結果、障壁部を含む活性層４３を埋め込みSiO2を除去した後は、図１３（ｂ）のようになる。この後は、図１０（ｆ）〜図１１（ｈ）と同工程になる。
【００５６】
本発明の第４の実施の形態を図１４に示す。絶縁性InP中間層５１を介して、第２活性層５２が形成されており、その内部には第２InGaAs井戸部５３、第２AlInAs障壁部５４が形成されている（ともに紙面に垂直方向の量子細線）。このようにカスケード構造を２層にすることにより、より多くの電子を発光に寄与させることができ、高出力化できる。具体的には、本レーザ構造では、第１の実施の形態に比べて、同一印加電圧値に対して２倍の電流を流すことができ、約２倍の光出力が得られた。本実施の形態ではカスケード構造は２層としたが、３層以上にしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上の実施の形態１〜４における共通な特徴をまとめて述べる。従来はエピ膜を堆積することでカスケード構造を作っていた。このため、結晶成長が非常な手間であるだけでなく、結晶成長中の各膜の組成が互いに僅かに異なり、発振波長のばらつきとなっていた。
【００５８】
本発明の構造では、井戸部／障壁部の各結晶組成が、各部内のどの二つをとっても同一である。このため、カスケード動作における波長変動などを抑制することができ優れたレーザ特性を得ることができる。例えば従来のＱＣレーザでは、組成のばらつきのため、マルチ縦モード発振をすることが多かった。本発明の構造では、第１〜４の実施の形態ともに超格子内の組成変動がまったくないので、シングル縦モードを得ることができる等、多くの利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図
（ｂ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ装置の電流光出力特性図
（ｃ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザ装置の発振波長スペクトル図
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
（ｂ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
【図３】（ｃ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
（ｄ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
【図４】（ｅ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
（ｆ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
【図５】（ｇ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
（ｈ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
【図６】（ｉ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
（ｊ）本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの製造方法を示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図
【図８】（ａ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
（ｂ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
【図９】（ｃ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
（ｄ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
【図１０】（ｅ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
（ｆ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
【図１１】（ｇ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
（ｈ）本発明の第２の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
【図１２】本発明の第３の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図
【図１３】（ａ）本発明の第３の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
（ｂ）本発明の第３の実施の形態における半導体レーザ装置の製造方法を示す図
【図１４】本発明の第４の実施の形態における半導体レーザ装置の断面図
【図１５】従来の半導体レーザ装置の断面図
【符号の説明】
１、８１  n-InP基板
２  絶縁性InP第１クラッド層
３  導電性InP第１クラッド層
４  AlInAs活性層（InGaAs井戸部５とAlInAs障壁部６を含む）
５  InGaAs井戸部
６  AlInAs障壁部
７  絶縁性InP第２クラッド層
８  導電性InP第２クラッド層
９  導電性InGaAsコンタクト層
１０、１１、３２、３３、８９、９０  AuGe電極
１２  注入領域
１３  発光領域
２１、４２  SiO2マスク
３０  絶縁性InP基板
３１  絶縁性InGaAsコンタクト層
３５、３６  Si熱拡散導電部
４１  量子ドット
４３  障壁部を含む活性層
５１  絶縁性InP中間層
５２  第２活性層
５３  第２InGaAs井戸部
５４  第２AlInAs障壁部
８２  n-InP第１クラッド層
８３、８４  InGaAs量子井戸層
８５  AlInAs量子障壁層
８６  n-InP第２クラッド層
８７  n-InGaAsコンタクト層
８８  絶縁性InP埋込層
【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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【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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【図１５】
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