(57)【要約】【課題】  ＩｎＧａＡｌＡｓ系の埋め込み型レーザでは素子特性の向上が期待されるが、活性層にＡｌを含むことから、再成長界面に欠陥が発生し、光通信で必要とされる長期信頼性を実現することが困難であった。【解決手段】  再成長層の結晶とＡｌ組成の関係を詳細に検討し、Ａｌ組成を低減した引っ張り歪の量子井戸層を用いることにより、素子特性の向上と長期信頼性を実現した。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上部に量子井戸構造で構成された活性領域と、前記活性領域の上下に光ガイド層と、クラッド層を有し、光の出射方向と交差する方向の側面において、前記活性領域の側面が前記量子井戸層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体層で埋め込まれており、前記量子井戸層のＡｌ組成が０≦Ａｌ組成比≦０．１３のＩｎＧａＡｌＡｓなる化合物半導体層の群から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記量子井戸層のＡｌ組成が０．０１≦Ａｌ組成比≦０．１の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＡｌＡｓが、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ａ（Ｉｎ：０.８７、Ｇａ：０、Ａｌ：０.１３）、Ｂ（Ｉｎ：１．０、Ｇａ:０、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｄ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０．８７、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項４】
ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上部に量子井戸構造で構成された活性領域と、前記活性領域の上下に光ガイド層、クラッド層を有し、光の出射方向と交差する方向の側面において、前記活性領域の側面が前記量子井戸層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体層で埋め込まれており、前記量子井戸層が、組成比（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）が、当該４元系化合物半導体材料の組成図において、Ｅ（Ｉｎ：０.５２、Ｇａ：０、Ａｌ：０.４８）、Ｆ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４７、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｇ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０、Ａｌ：１．０）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、前記量子井戸層が引引っ張り歪を有することを特徴とする半導体光素子。
【請求項５】
前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｆ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４７、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｄ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０．８７、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、引っ張り歪を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項６】
前記活性領域からの発光波長が、１．２５μｍより１．３５μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項７】
前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｉ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４、Ａｌ:０．０７）、Ｊ（Ｉｎ：０．４、Ｇａ：０．６、Ａｌ：０）、Ｋ（Ｉｎ：０．２６、Ｇａ：０．７４、Ａｌ：０）、Ｌ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．４１、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、引っ張り歪を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記活性領域からの発光波長が、１．２５μｍより１．３５μｍの範囲内にあり、前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｉ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４、Ａｌ:０．０７）、Ｊ（Ｉｎ：０．４、Ｇａ：０．６、Ａｌ：０）、Ｋ（Ｉｎ：０．２６、Ｇａ：０．７４、Ａｌ：０）、Ｌ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．４１、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする請求項５に記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項１０】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項７に記載の半導体光素子。
【請求項１１】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項８に記載の半導体光素子。
【請求項１２】
前記活性領域からの発光波長が、１．３６μｍより１．４９μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項１３】
前記４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｏ（Ｉｎ：０.７６、Ｇａ：０．１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０）、Ｑ（Ｉｎ：０．３４、Ｇａ：０．６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０．５５、Ｇａ：０．３２、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項１４】
前記４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｏ（Ｉｎ：０.７６、Ｇａ：０．１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０．）、Ｑ（Ｉｎ：０．３４、Ｇａ：０．６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０．５５、Ｇａ：０．３２、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、前記活性領域からの発光波長が、１．３６μｍより１．４９μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項１５】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体光素子。
【請求項１６】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項１３に記載の半導体光素子。
【請求項１７】
前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする請求項１４に記載の半導体光素子。
【請求項１８】
パッケージ基体と、このパッケージ基体に搭載された半導体光素子とを少なくとも有し、前記半導体光素子が請求項１より請求項１７のいずれかに記載された半導体光素子であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１９】
前記光モジュールの封止構造が非気密封止であり、温度調節器を用いず、少なくとも前記半導体光素子が前記パッケージ基体に搭載されていることを特徴とする請求項１８に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信に用いて好適な半導体光素子及び前記活性領域に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信用半導体レーザにおける高温高速特性の改善対策として、多重量子井戸型活性層の材料をＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体材料からＩｎＧａＡｌＡｓ系化合物半導体材料に置き換える検討が進められている。これは、バンド構造的にＩｎＧａＡｌＡｓ系の方が電子の閉じ込めが強く、高温におけるレーザ特性の劣化が少ないことによる。一方、ＩｎＧａＡｌＡｓ系ではＡｌを含んだ層の結晶表面が酸化しやすいため、メサ状の活性領域の両側を埋め込む時、その再成長界面に欠陥が発生する。この為、半導体レーザの構造としては、埋め込み構造とリッジ構造があるが、ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザとしては再成長界面を必要としないリッジ型が多い。ＩｎＧａＡｌＡｓ系レーザの例としては、活性層の構成に圧縮歪を用いた特開平１０-８４１７０号公報（特許文献１）やJournal of crystal growth １４５  ｐｐ８５８-８６８  １９９４年（非特許文献１）がある。ＩｎＧａＡｌＡｓ系埋め込み型レーザの例としては、IPRM９６（Intern. Conf. on Indium Phosphide and Related Material）のＴｈＡ２-２  ｐ７６５  １９９６年がある（非特許文献２）。又、ＩｎＧａＡｌＡｓ系埋め込み型レーザにおける界面処理の検討としては、硫化アンモニウムによるＳ（硫黄、sulphur）処理があり、例えば、IPRM９８（Intern. Conf. on Indium Phosphide and Related Materiai）ＴｈＰ−４８  ｐ７０２  １９９８年に知られている（非特許文献３）。又、圧縮歪を用いた発振波長別の例は、例えば、１.５５μｍ帯ではＩｎＧａＡｓ量子井戸層（非特許文献２）、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層（非特許文献３）が報告されており、１.３μｍ帯ではＩｎ０.６７３Ｇａ０.１５７Ａｌ０.１７Ａｓ〜Ｉｎ０.７５１Ｇａ０.１０６Ａｌ０.１４３Ａｓなどが第１４回レーザコンファレンス、１９９４年  ＴＨ１.３  ２１５ページで報告されている（非特許文献４）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０-８４１７０号公報（請求項１、図３）
【０００４】
【非特許文献１】Journal of crystal growth  １４５、ｐｐ８５８-８６８ １９９４年
【非特許文献２】IPRM９６（Intern. Conf. on Indium Phosphide and Related Material）のＴｈＡ２-２、ｐ７６５、１９９６年
【非特許文献３】IPRM９８（Intern. Conf. on Indium Phosphide and Related Material）ＴｈＰ−４８  ｐ７０２  １９９８年
【非特許文献４】第１４回レーザコンファレンス、１９９４年  ＴＨ１.３  ２１５ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術におけるリッジ型と埋め込み型の比較では、埋め込み型の方が横方向の電流狭窄が可能なため、低しきい値化や高速化の点で優れる。この為、再成長界面の酸化が問題とならないＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ素子では埋め込み型が多い。一方、活性層にＡｌを含んだＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子では、Ａｌを含んだ表面層の酸化により再成長界面に欠陥が発生する。酸化膜による欠陥を低減する方法として、上記従来技術のＳ処理があるが、光通信で必要とされる長期信頼性を実現するには至っていない。
【０００６】
こうした技術を背景として、本発明の目的は、所定の発振波長帯域を満足しつつ、長期信頼性の確保を可能とするＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ装置を提供することである。ここで、前記発振波長帯は、１．３μｍ帯及び１．３６〜１．４９μｍ帯を指し、こうした半導体レーザ装置は光通信用光源、或いはラマンアンプやファイバーアンプ用の励起光源として好適である。又、技術的には、埋め込み用半導体層の再成長界面の欠陥を低減することが課題となる。これは、長期信頼性を有するＩｎＧａＡｌＡｓ系の埋め込み型構造の提供を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の骨子を列挙すれば、次の通りである。
（１）本発明の第１の形態は、ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上部に量子井戸構造で構成された活性領域と、前記活性領域の上下に光ガイド層と、クラッド層を有し、光の出射方向と交差する方向の側面において、前記活性領域の側面が前記量子井戸層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体層で埋め込まれており、前記量子井戸層のＡｌ組成が０≦Ａｌ組成比≦０．１３のＩｎＧａＡｌＡｓなる化合物半導体層の群から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする半導体光素子である。
【０００８】
尚、本願明細書では、ＩｎＰ基板は、いわゆる結晶成長の為のＩｎＰ基体に結晶性改善の為のバッファ層、或いは活性層下部のＩｎＰクラッド層としての役割などを持つＩｎＰ化合物半導体層が形成されているものも含んでＩｎＰ基板と称することとする。
（２）本発明の第２の形態は、前記量子井戸層のＡｌ組成が０．０１≦Ａｌ組成比≦０．１の範囲にあることを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子である。
（３）本発明の第３の形態は、前記ＩｎＧａＡｌＡｓが、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ａ（Ｉｎ：０.８７、Ｇａ：０、Ａｌ：０.１３）、Ｂ（Ｉｎ：１．０、Ｇａ:０、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｄ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０．８７、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子。
【０００９】
前記積層体の、光の射出方向と交差する方向の側面に設けられた半導体層は、いわゆる埋め込み層と称され、この半導体層内にｐｎ接合などを設け、埋め込み層を介したリーク電流を阻止する各種変形形態を取ることは、特性の要請に応じて自由である。尚、前記少なくとも前記活性領域と前記上部クラッド層の積層体は、前記活性領域に対して基板側の下部クラッド層或いはクラッド層の一部をも含んで積層体を構成する形態も取ることが出来る。
【００１０】
本願発明の最も基本的な形態を説明したが、発振波長が１．３μｍ帯の半導体レーザ装置において、本願発明のごとく、活性領域の量子井戸層のＡｌを低減するために引っ張り歪を有する形態で用いた例はこれまで見出していない。この形態を実現することで、ＩｎＧａＡｌＡｓ層を量子井戸層に用い且つ小さなＡｌ組成比により、再成長界面の酸化低減を実現することを可能とした。表面酸化が少ない状態である為、高品質な埋め込み型化合物半導体積層体を実現することが出来る。従って、半導体光素子の長期の信頼性を確保することが出来る。
【００１１】
更なる発明の主要な具体的諸形態を列挙する。
（４）本発明の第４の形態は、ＩｎＰ基板と、前記ＩｎＰ基板上部に量子井戸構造で構成された活性領域と、前記活性領域の上下に光ガイド層、クラッド層を有し、光の出射方向と交差する方向の側面において、前記活性領域の側面が前記量子井戸層のバンドギャップエネルギーより大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体層で埋め込まれており、前記量子井戸層が引引っ張り歪を有することを特徴とする半導体光素子である。
【００１２】
前記量子井戸層の具体的組成例を示せば、組成比（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）が、当該４元系化合物半導体材料の組成図において、Ｅ（Ｉｎ：０.５２、Ｇａ：０、Ａｌ：０.４８）、Ｆ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４７、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｇ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０、Ａｌ：１．０）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなるものである。
（５）本発明の第５の形態は、前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、引っ張り歪を有することを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子である。
【００１３】
その具体的組成例を示せば、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｆ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４７、Ａｌ:０）、Ｃ（Ｉｎ：０、Ｇａ：１.０、Ａｌ：０）、Ｄ（Ｉｎ：０、Ｇａ：０．８７、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなるものである。
（６）本発明の第６の形態は、前記活性領域からの発光波長が、１．２５μｍより１．３５μｍの範囲内にあることを特徴とする前項（５）に記載の半導体光素子である。
（７）本発明の第７の形態は、前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｉ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４、Ａｌ:０．０７）、Ｊ（Ｉｎ：０．４、Ｇａ：０．６、Ａｌ：０）、Ｋ（Ｉｎ：０．２６、Ｇａ：０．７４、Ａｌ：０）、Ｌ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．４１、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、引っ張り歪を有することを特徴とする前項（５）に記載の半導体光素子。
（８）本発明の第８の形態は、前記活性領域からの発光波長が、１．２５μｍより１．３５μｍの範囲内にあり、前記ＩｎＧａＡｌＡｓ層が、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０.１３）、Ｉ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４、Ａｌ:０．０７）、Ｊ（Ｉｎ：０．４、Ｇａ：０．６、Ａｌ：０）、Ｋ（Ｉｎ：０．２６、Ｇａ：０．７４、Ａｌ：０）、Ｌ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．４１、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする前項（５）に記載の半導体光素子である。
（９）本発明の第９の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（６）に記載の半導体光素子である。
（１０）本発明の第１０の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（７）に記載の半導体光素子である。
（１１）本発明の第１１の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（８）に記載の半導体光素子である。
（１２）本発明の第１２の形態は、前記活性領域からの発光波長が、１．３６μｍより１．４９μｍの範囲内にあることを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子である。
（１３）本発明の第１３の形態は、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｏ（Ｉｎ：０.７６、Ｇａ：０．１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０）、Ｑ（Ｉｎ：０．３４、Ｇａ：０．６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０．５５、Ｇａ：０．３２、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなることを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子である。
（１４）本発明の第１４の形態は、当該４元系化合物半導体材料（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）の組成図において、Ｏ（Ｉｎ：０.７６、Ｇａ：０．１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０．）、Ｑ（Ｉｎ：０．３４、Ｇａ：０．６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０．５５、Ｇａ：０．３２、Ａｌ：０．１３）の範囲内から選ばれた少なくとも一者からなり、前記活性領域からの発光波長が、１．３６μｍより１．４９μｍの範囲内にあることを特徴とする前項（１）に記載の半導体光素子である。
（１５）本発明の第１５の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（１２）に記載の半導体光素子である。
（１６）本発明の第１６の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（１３）に記載の半導体光素子である。
（１７）本発明の第１７の形態は、前記活性領域を構成する障壁層がｐ型のドーピングがなされたことを特徴とする前項（１４）に記載の半導体光素子である。
（１８）本願発明の第１８の形態は、これまで説明してきた諸半導体光素子を送信側光源に搭載した光モジュールである。こうした光モジュールでは、モジュールの封止構造が非気密封止であり、モジュール内に温度調節器を搭載せずとも十分特性を確保出来る。
【００１４】
本発明は、半導体レーザ素子を始め、当該波長範囲の光変調器や光スイッチなどの半導体光素子、およびこれらの半導体光素子を用いたモジュールをも当然提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子において、所定の発振波長帯域を確保しつつ長期信頼性を確保することが出来る。こうして、発振波長帯域及び長期信頼性の両面を満足する埋め込み型のＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
具体的な実施の形態を説明するに先立って、本願発明を裏付ける実験的事実について説明する。
【００１７】
第１は、結晶成長時の結晶性、ホモロジーの観察など結晶面からの検討である。即ち、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｌＡｓ系混晶において、Ａｌを含んだ層の結晶組成と再成長層の結晶性を系統的に調べた。図１は試料構造、表１は表面モホロジーのまとめである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
検討ではＩｎＰ基板２０上にＩｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ層２１を成長する。そして、埋め込み型半導体レーザ装置における埋め込み成長前と同じ処理を施した後、ＩｎＰ層２２を厚さ４００ｎｍに成長した。Ａｌ組成の多いＩｎ０.５２Ａｌ０.４８Ａｓ表面は白濁しているのに対し、Ａｌ組成の少ないＩｎ０.５２Ｇａ０.３６Ａｌ０.１２ＡｓやＩｎ０.５３Ｇａ０.４７Ａｓでは鏡面が得られた。又、Ａｌ組成が０.２４付近では白濁は低減したが、クロスハッチが発生しており、以前として再成長界面には欠陥が残っていた。この結果を表１にまとめた。表面モホロジーはＡｌ組成の低減に伴い鏡面になる傾向があり、Ａｌ組成０.１３以下においてＩｎＰやＩｎＧａＡｓと同等な鏡面が得られた。更に透過電子顕微鏡の評価においても、再成長層の欠陥はＡｌ組成０.１３以下において無くなった。
【００２０】
第２は、埋め込み型半導体レーザ素子における検討結果である。埋め込み型半導体レーザ素子において、Ａｌ組成と素子特性の関係を検討した。図２はＡｌ組成を変えた時の微小電流と電圧の関係である。図２において、横軸は半導体レーザ素子に逆方向電圧を印加した時の印加電圧、縦軸は電流である。量子井戸層（ＩｎＧａＡｌＡｓ層）のＡｌ組成が０.２の場合、逆方向電圧を加えた時のリーク電流は大きいが、Ａｌ組成が０.１の場合には界面のリーク電流は小さく、ＩｎＧａＡｓＰ系埋め込み型レーザと同等の値であった。
【００２１】
一方、素子の信頼性においても、Ａｌ組成が０.１の場合には光通信で必要とされる約１０万時間の長期信頼性が実現されたが、Ａｌ組成が０.２の場合には数万時間以内であった。
【００２２】
以上の結果は、Ａｌ組成の低減に伴い表面層の酸化が減少し、再成長界面の欠陥が低減することを表している。更に、仔細な検討の結果、ＩｎＧａＡｓＰ系と同等の高品質な界面を得るため、もしくは光通信で必要とされる長期信頼性を実現するためには、Ａｌ組成を０.１３以下にする必要があることが明らかとなった。その実例については、後述の実施の形態の説明で例示される。
【００２３】
一方、光通信用半導体レーザにおける送信側光源の発振波長は、１.３μｍ帯、１.５５μｍ帯である。Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓはＩｎ組成を、０.５２〜０.５３（Ｉｎ０.５３Ｇａ０.４７ＡｓやＩｎ０.５２Ａｌ０.４８ＡｓでＩｎＰ基板に格子整合）とすることにより、ＩｎＰ基板に格子整合し、Ｉｎ組成を０.５２〜０.５３に固定しながら、ＡｌとＧａの組成比を変えることにより波長制御が可能である。この為、Ａｌ組成の多い領域では波長は短く、Ａｌ組成の少ない領域では波長が長い。又Ｉｎ組成が多い場合には格子定数は大きく、バンドギャップ波長は短くなり、量子井戸層には圧縮歪が加わる。Ｉｎ組成が少ない場合には格子定数は小さく、バンドギャップ波長は長くなり、量子井戸層には引っ張り歪が加わる。又量子井戸層への歪とデバイス特性との関係については、無歪に比べ歪を導入することによる特性改善が報告されているが、歪としては圧縮歪による報告例が多い。具体的な組成の一例としては、１.５５μｍ帯ではＩｎＧａＡｓ量子井戸層（非特許文献２）、１.３μｍ帯圧縮歪ではＩｎ０.６７３Ｇａ０.１５７Ａｌ０.１７Ａｓ〜Ｉｎ０.７５１Ｇａ０.１０６Ａｌ０.１４３Ａｓ（非特許文献４）などである。一般に１.３μｍ帯では１.５μｍ帯に比べ、波長が短いことからＡｌ組成は多い。この為、１.３μｍ帯での埋め込み型半導体レーザを作製した場合、Ａｌ組成が大きいことから長期に信頼性を有する埋め込み型半導体レーザの実現は困難である。
【００２４】
本発明では以上のことを鑑みて、１.３μｍ帯で発光するＩｎＧａＡｌＡｓ系歪量子井戸層のＡｌ組成低減を試みた。具体的にはＡｌ組成は再成長時の表面ホモロジーが鏡面な組成比とし（表１参照）Ｉｎ組成を低減し、Ｇａ組成を増やすことにより、１.３μｍ付近で発光する歪量子井戸層を作製した。尚、１.３μｍ帯での発光については、一般にＡｌ組成を増すことによっても可能であるが、この場合には長期信頼性が得られないため、Ｉｎ組成を低減し、Ｇａ組成を増大した。
【００２５】
又、Ｇａ組成を増やすことから、量子井戸層には引っ張り歪が加わり、レーザの素子特性、発光波長などが変わる。発光波長は膜厚と井戸層のバンドギャップ波長に依存し、井戸層のバンドギャップ波長は井戸層の混晶組成によるバンドギャップ波長と歪量による波長変化に依存する。図３は、多重量子井戸構造における、量子井戸層の厚さと発光波長変化の一般的な関係を示す図である。横軸が量子井戸層の厚さ、縦軸が発光波長である。図４Ａは、ＩｎＧａＡｌＡｓ混晶における無歪でのバンドギャップ波長と歪量の組成図である。図４ＢはＩｎＧａＡｓにおける歪量を考慮した場合と考慮しない場合の波長変化である。各々の場合が、（組成変化＋歪応力）、（組成変化）として示される。ＩｎＧａＡｌＡｓの引っ張り歪が加わることにより若干、波長が長くなり、合計として波長は短くなる。実際の多重量子井戸構造の発光波長が定められることになる。尚、井戸層の厚さは、一般的に３ｎｍより１０ｎｍ、より好ましくは４ｎｍより８ｎｍ程度である。歪み量は、一般的に０以下−１．９％、より好ましくは−０．８％以下−１．５％程度である。このような、各種パラメータの調整によって、発振波長１．２５μｍより１．３５μｍの１．３μｍ帯を得る。尚、概ね−０．２％程度の歪量によって本願発明の効果が十分と見なし得る。
【００２６】
１．３６〜１．４９μｍ帯においても、一般的には井戸層の厚みは、１．３μｍ帯のそれと同程度である。歪量は、波長が長いのでＡｌ組成が少ない圧縮でも可能である。
【００２７】
引っ張り歪での素子特性や欠陥の無い１.３μｍ帯Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ系歪量子井戸層の組成範囲について検討した。表２は、１.３μｍ帯のＩｎＧａＡｌＡｓ系リッジストライプ型レーザ素子における、圧縮歪、引っ張り歪、無歪でのしきい電流値と１.３μｍでの発光が可能なＡｌ組成の範囲である。
【００２８】
【表２】
2005175295.tif 000004
【００２９】
無歪でのＡｌ組成は０.１１と少ないが、しきい電流値が高い。引っ張り歪（-１.２％）では、しきい電流値が低く、且つ再成長界面の発生しないリッジストライプ型レーザ素子を得ることが出来た。一方、圧縮歪（＋１.２％）では、しきい電流値は低くなるが、Ａｌ組成比が大きく、長期信頼性に問題が発生する。以上の結果は素子特性については、無歪が一番悪く、引っ張りでも圧縮でも歪の効果で素子特性は向上するが、Ａｌ組成の多い圧縮でも高信頼な埋め込み型レーザの実現が困難なことを示している。
【００３０】
図５は、Ａｌ組成が０．１３以下の組成範囲、引っ張り歪の組成範囲、Ａｌ組成が０．１３以下で引っ張り歪の組成範囲及びＡｌ組成が０.１３以下、引っ張り歪における１.３μｍ付近（１.２５μｍ〜１.３５μｍ）での発光が可能なＩｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ井戸層の組成範囲である。図６において、ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層の組成比が（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）が、Ｈ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ：０.３４、Ａｌ：０.１３）、Ｉ（Ｉｎ：０.５３、Ｇａ:０.４０、Ａｌ:０．０７）、Ｊ（Ｉｎ：０．４、Ｇａ：０．６、Ａｌ：０）、Ｋ（Ｉｎ：０．２６、Ｇａ：０.７４、Ａｌ：０）、Ｌ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．４１、Ａｌ：０．１３）の範囲内において、素子の信頼性や特性を劣化させることなく、１.３μｍ付近での発光が可能であった。点Ｌと点Ｋとを結ぶ線の右側の領域は、波長が要請より短波長となる。又、点Ｈと点Ｉと点Ｊとを結ぶ線の左側の領域は逆に、波長が要請より長波長となる。点Ｈと点Ｌを結ぶ線の上方の領域はＡｌの組成比が大きく、長期信頼性の欠けたものとなる。
【００３１】
図５の組成図において、点Ｍ（Ｉｎ：０．３８、Ｇａ：０．５８、Ａｌ：０．０４）は前記の範囲内の例である。この試料による半導体レーザ素子は、所定の波長範囲の確保並びに長期の特性の十分な安定性を示す。一方、点Ｎ（Ｉｎ：０．６４、Ｇａ：０．１８、Ａｌ：０．１８）は、比較例であり、Ａｌ量が多く、長期の安定性に難点を示す。
【００３２】
次に、発光波長が１.３６μｍ〜１.４９μｍの波長帯域について説明する。図６は、１.３６〜１．４９μｍ帯を実現するための領域を示す組成図である。ＩｎＧａＡｌＡｓ量子井戸層の組成比（Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ）が、Ｏ（Ｉｎ：０.７６、Ｇａ：０.１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０）、Ｑ（Ｉｎ：０.３４、Ｇａ：０.６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０.５５、Ｇａ：０.３２、Ａｌ：０.１３）の範囲内にあることが肝要である。この波長帯域においても、点Ｒと点Ｑとを結ぶ線の右側の領域は、波長が要請より短波長となる。又、点Ｏと点Ｐとを結ぶ線の左側の領域は逆に、波長が要請より長波長となる。点Ｏと点Ｒを結ぶ線の上方の領域はＡｌの組成比が大きく、長期信頼性の欠けたものとなる。
【００３３】
図６の組成図において、点Ｓ（Ｉｎ：０．６、Ｇａ：０．３４、Ａｌ：０．０６）及び点Ｔ（Ｉｎ：０．４９、Ｇａ：０．４５、Ａｌ：０．０６）は前記の範囲内の例である。この試料による半導体レーザ素子は、所定の波長範囲の確保並びに長期の特性の十分な安定性を示す。一方、点Ｕ（Ｉｎ：０．７３、Ｇａ：０．０８、Ａｌ：０．１９）及び点Ｖ（Ｉｎ：０．４６、Ｇａ：０．３５、Ａｌ：０．１９）は、比較例であり、Ａｌ量が多く、長期の安定性に難点を示す。
【００３４】
これまで、本願の最も基本的な構成に基づいて説明した。半導体光素子を構成する他の諸部材は、通例の半導体光素子における諸技術と同様に考えて十分である。活性領域に対してＩｎＰ基板側のクラッド層は、ＩｎＰ基板自体或いはＩｎＰ基板にこれとは別異の化合物半導体層、例えば、ＩｎＡｌＡｓ層などを形成した層を用いることが出来る。又、前記活性領域とクラッド層の間にこれらの両領域の中間的な屈折率を有する、いわゆる光閉じ込めの為の光ガイド層を用いることも実際的である。
【００３５】
本発明での活性領域を含む半導体積層体の構成例を、図７を用いて具体的に説明する。本発明の半導体光素子は、ＩｎＰ基板５０の上部に少なくとも、活性領域５４とこの上部に上部のクラッド層を有する。活性領域５４は、これまで説明してきたように量子井戸構造を有する。量子井戸層は、発光波長の選択の関係からＩｎＧａＡｌＡｓ層が用いられる。その組成選択の詳細は、前述した通りである。障壁層は、一般にＩｎＧａＡｌＡｓ層が用いられる。井戸層及び障壁層の厚さは通例の量子井戸構造のそれに倣って十分である。一般に井戸層は４ｎｍから８ｎｍ程度、障壁層は５ｎｍより１０ｎｍ程度が用いられる。活性領域５４と両クラッド層の領域（５１、５２、及び５６、５７）の間にいわゆる光ガイド層５３、５５が挿入されることが実際的である。光ガイド層はＩｎＧａＡｌＡｓ或いはＩｎＧａＡｓＰなどが用いられる。光ガイド層は、発振するレーザ光に対する屈折率がクラッド層のそれより大きく且つ活性領域のそれより小さい値が選択される。光ガイド層の厚さは概ね２０ｎｍより０．２μｍである。勿論、要請される特性に応じて、この光ガイド層は省略することが出来る。こうした光閉じ込めに関する更なる一般的な改良策の適用がなされることもある。これまでの説明では、レーザ共振はファブリ・ペロ型共振器（Fabry-Perot Resonator）でなされた例であるが、その他の共振器、例えばＤＦＢ型（Distributed Feedback）でも勿論十分である。この場合、Ａｌを含んだ層の表面酸化を未然に防ぐため、光ガイド層にＩｎＧａＡｓＰ層を用い、この層と他の層の界面に回折格子を形成することが実際的である。
【００３６】
前記上部のクラッド層は、一つの層でなされる場合、複数の層で構成される場合もある。前述の光ガイド層５５の上部にＩｎＡｌＡｓ層などを上部の第１のクラッド層５６を設け、この上部に更にＩｎＰ層によるクラッド層５７を設ける例が代表的な例である。基板側のクラッド層は、ＩｎＰ基板自体がクラッド層の機能を果たすことが出来る。従って、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層をエピタキシャル成長し、この層を第１の基板側クラッド層、この上部にＩｎＡｌＡｓ層などの基板側の第２のクラッド層５２を設ける例が代表的な例である。
【００３７】
＜実施例１＞
図８は、本発明の１.３μｍ帯の埋め込み型半導体レーザ素子のレーザ光の進行方向と交差する面での断面図である。有機金属気相成長法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２（Ｓｉ濃度：１×１０１８ｃｍ−３、５００ｎｍ膜厚）、ｎ−Ｉｎ０.５２Ｇａ０.０８Ａｌ０.４０Ａｓガイド層３（８０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：９２０ｎｍ、Ｓｉ濃度：１×１０１８ｃｍ−３）を積層した後、歪量子井戸構造６（９周期）、アンドープＩｎ０.５２Ｇａ０.０８Ａｌ０.４０Ａｓガイド層７（８０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：９２０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎ０.５２Ａｌ０.４８Ａｓクラッド層８（１００ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、Ｚｎ濃度：２×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＩｎＰクラッド層９（２００ｎｍ、Ｚｎ濃度：２×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０（１５００ｎｍ膜厚、Ｚｎ濃度：８×１０１７ｃｍ−３）、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１（２００ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、Ｚｎ濃度：２×１０１９ｃｍ−３）を順次成長した。尚、前記歪量子井戸構造６は、アンドープＩｎ０.３８Ｇａ０.５６Ａｌ０.０６Ａｓ歪量子井戸層４（歪量：−１.０％、８ｎｍ膜厚）、アンドープＩｎ０.５２Ｇａ０.１６Ａｌ０.３２Ａｓ障壁層５（１０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：１０００ｎｍ）で構成される。
【００３８】
その後、ドライエッチングもしくはウエットエッチングにより、メサストライプ１２を形成する。このメサストライプの側面を、ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層１３（Fe濃度：２×１０１７ｃｍ−３）により埋め込んだ。更にｐ側電極１４、ｎ側電極１５を受け、レーザ構造とした。
【００３９】
本発明の効果としては、Ｉｎ０.６８Ｇａ０.１１Ａｌ０.２１Ａｓ歪量子井戸層（歪量：＋１.０％、８ｎｍ膜厚）を用いた埋め込み型レーザ素子に比べ、レーザのしきい電流値を約２割の低減でき、素子の寿命を約５倍にできた。又、同じ活性層を用いたリッジストライプ型レーザに比べ、しきい電流値は約４割の低減であった。素子の寿命はレーザの動作電流が５０％増大するまでの時間で評価した。この結果、ＩｎＧａＡｌＡｓ系においてもＩｎＧａＡｓＰ系と同等の１０万時間の長期信頼性が実現できた。尚、埋め込み型構造による閾電流値の低減は、横方向の電流狭窄が十分に行われていることを示している。一方、井戸層のＡｌ組成低減による閾電流値の低減は、再成長界面の欠陥低減を表しており、高品質な再成長界面が得られていることを示している。
【００４０】
＜実施例２＞
図９は、ｐ−ｎ接合を有する埋め込み層を用いたＩｎＰ埋め込み型の半導体レーザ素子の例で、図８と同様に、レーザ光の進行方向と交差する面での断面図である。
【００４１】
上記実施例と同様、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｐ−ＩｎＰクラッド層９までを積層後、メサストライプ１６を形成した。その後、ｐ−ＩｎＰ埋め込み層１７（膜厚８００ｎｍ、Ｚｎ濃度：８×１０１７ｃｍ−３）、ｎ−ＩｎＰ埋め込み層１８（膜厚４００ｎｍ、Ｓｉ濃度：２×１０１８ｃｍ−３）を形成した。更に、ｐ−ＩｎＰクラッド層１９、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０を形成した後、実施例１と同様の工程によりレーザ構造を作製した。
【００４２】
本例の場合には、ｐ−ＩｎＰ層に電流が流れ、埋め込み層のｐ／ｎ／ｐ接合により電流をブロックすることから、埋め込み界面や埋め込み層の結晶性が長期信頼性に大きく影響する。この為、本例ではＩｎ０.６８Ｇａ０.１１Ａｌ０.２１Ａｓ歪量子井戸層（歪量：＋１.０％、８ｎｍ膜厚）を用いた埋め込み型レーザ素子に比べ、レーザのしきい電流値を約４割の低減でき、素子の寿命を約１０倍に増大できた。
【００４３】
＜実施例３＞
本例はｐ型の変調ドープ多重量子井戸構造に適用した例である。図１０は、変調ドープ多重量子井戸構造のレーザ光の進行方向と交差する面での断面図である。
【００４４】
有機金属気相成長法により、ｎ−ＩｎＰ基板１上に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２（Ｓｉ濃度：１×１０１８ｃｍ−３、５００ｎｍ膜厚）、ｎ−Ｉｎ０.５２Ｇａ０.０８Ａｌ０.４０Ａｓガイド層３（８０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：９２０ｎｍ、Ｓｉ濃度：１×１０１８ｃｍ−３）を積層した後、歪量子井戸構造２２（９周期）、アンドープＩｎ０.５２Ｇａ０.０８Ａｌ０.４０Ａｓガイド層７（８０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：９２０ｎｍ）を積層した後、上記実施例１と同様の工程によりレーザ構造を作製した。尚、前記歪量子井戸構造２２は、アンドープＩｎ０.３８Ｇａ０.５６Ａｌ０.０６Ａｓ歪量子井戸層４（歪量：−１.０％、８ｎｍ膜厚）、ＺｎドープＩｎ０.５２Ｇａ０.１６Ａｌ０.３２Ａｓ障壁層２１（１０ｎｍ膜厚、ＩｎＰ基板に格子整合、波長：１０００ｎｍ、Ｚｎ濃度：５×１０１８ｃｍ−３）で構成される。
【００４５】
本発明の効果としては、実施例１と同様にＩｎ０.６８Ｇａ０.１１Ａｌ０.２１Ａｓ歪量子井戸層（歪量：＋１.０％、８ｎｍ膜厚）を用いた埋め込み型レーザ素子に比べ、レーザの閾電流値、素子の信頼性において同様の効果が得られた。更に、従来の圧縮歪や無歪に比べ、本発明での引っ張り歪では、ｐ型変調ドープの効果が非常に大きくなる。この為、Ｉｎ０.６８Ｇａ０.１１Ａｌ０.２１Ａｓ歪量子井戸層（歪量：＋１.０％、８ｎｍ膜厚）では、ｐ型変調ドープ構造にしても緩和振動周波数（緩和振動周波数は微分利得の平方根に比例）は３割程度の増大であったが、本発明のＩｎ０.３８Ｇａ０.５６Ａｌ０.０６Ａｓ歪量子井戸層４（歪量：−１.０％、８ｎｍ膜厚）では、ｐ型変調ドープ構造とすることにより、緩和振動周波数を５割増大できた。このことによって、直接変調型レーザ素子の高速化を実現できた。表３は、上述の効果を裏付ける特性比較である。即ち、表３には、量子井戸層の引っ張り歪、圧縮歪、無歪の各状態の比較である。更に、多重量子井戸構造がアンドープの場合とｐ型変調ドープ多重量子井戸構造の場合の微分利得を示している。本願発明の引っ張り歪みの場合が最も優れた特性を示している。
【００４６】
【表３】
2005175295.tif 000005
【００４７】
尚、ｐ型ドープ量は、２×１０１８ｃｍ−３より１×１０１９ｃｍ−３の範囲を多用する。上記実施例ではｐ型ドーパントとしてＺｎを用いたが、他のｐ型ドーパントであるＣ（カーボン）やＢｅ(ベリリュウム)などを用いても良い。また、ドーパントの濃度、種類、ＩｎＧａＡｌＡｓ層の関係については高濃度においてもなるべく拡散しにくいことが望ましい。
【００４８】
＜実施例４＞
本例は、活性層の発光波長が１.３６μｍ〜１.４９μｍにある半導体光素子に関する本発明の例である。こうした例は、ラマンアンプ用励起光源や１.４８μｍにあるファイバーアンプ用励起光源に適用して有用である。
【００４９】
量子井戸層の組成の選択以外は、実施例２と同様の工程によりレーザ構造を制作する。その実装に当っては、高出力時での放熱を良くするため、ｐ電極側を下にしてＳｉＣ製ヒートシンク上に搭載した。
【００５０】
図６をもって説明した通り、Ｉｎ１-ｘ-ｙＧａｘＡｌｙＡｓ量子井戸層の組成図において、Ａｌ組成が０.１３以下で、上記波長範囲での発光を確保できる組成は、組成比がＯ（Ｉｎ：０．７６、Ｇａ：０.１１、Ａｌ：０.１３）、Ｐ（Ｉｎ：０.５、Ｇａ:０.５、Ａｌ:０）、Ｑ（Ｉｎ：０.３４、Ｇａ：０.６６、Ａｌ：０）、Ｒ（Ｉｎ：０.５５、Ｇａ：０.３２、Ａｌ：０.１３）の範囲内である。尚、１.３６〜１．４９μｍ帯においてはＩｎＧａＡｓでも可能であるが、ＩｎＧａＡｓでは歪量と膜厚を独立に制御できないため、レーザ構造の最適化が困難である。この為、井戸層の組成としてはＡｌを含んだＩｎＧａＡｌＡｓが望ましい。
【００５１】
本例では、半導体レーザ素子の信頼性は光出力の増大に伴い劣化するため、Ｉｎ０.７３Ｇａ０.０８Ａｌ０.１９Ａｓよりなる歪量子井戸層（歪量：＋１.０％、８ｎｍ膜厚）を用いた埋め込み型レーザ素子に比べ、本例では、高出力時（例えば３００ｍＷ）の素子寿命を２０倍以上増大できた。
【００５２】
尚、上記実施例１から４は単体のレーザ構造の例であるが、アレイ状のレーザ構造でも良い。又、ｎ−ＩｎＰ基板上のレーザ構造であるが、ｐ−ＩｎＰ基板上のレーザ構造でも良い。更に、ＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層やガイド層の組成については、組成波長を１０００ｎｍとしたが他の組成でも良く、必要によりＩｎＧａＡｓＰ層を用いることも可能である。井戸層の膜厚についても、本実施例では８ｎｍであるが、素子特性の点から４ｎｍ〜１０ｎｍであれば他の膜厚でも良い。多層構造における結晶成長法としては有機金属気相成長法を用いているが、他の薄膜成長法である分子線エピタキシー法やケミカルビームエピタキシー法などでも良い。一方、埋め込み構造の成長法としては、有機金属気相成長法は他の結晶成長法に比べて選択成長が容易であること、最適な成長温度が高いため酸化膜が飛びやすいことなどから、有機金属気相成長法が望ましい。
【００５３】
＜実施例５＞
本例は光モジュールの例を説明するものである。図１１は、本発明の半導体光素子を光モジュールに搭載したときの概略平面図である。図１２はそのマウント部分の斜視図である。光モジュールのケース４０に、本願発明の係わるＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子４２が収納される。半導体レーザ素子４２はサブマウント４３に搭載され、このサブマウント４３は所定のレーザ搭載用基板４１上に設置されている。この例では、半導体レーザ素子４２の一方の電極は、パッド４５よりワイヤ４６を介してリード４９に、他方の電極は、ワイヤ４７を介してレーザ搭載用基板４１に接続されている。リード４９はケース４０の外部に引き出されている。他方、レーザ搭載用基板４１はリード４８に接続され、ケース４０の外部に引き出されている。この例に見られるように、本願発明に係わるＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子を用いることによって、通例レーザ装置に配していた熱電冷却器、例えばペルチエ素子を用いずとも、常温において、光通信用の光変調が可能となる。
【００５４】
図９のモジュールへの実装に即せば、本発明の埋め込み型半導体レーザ素子４２はワイヤー２４を通して駆動回路２５で動作する。光出力は後段のモニター用受光素子４４での信号が駆動回路２５にフィードバックされて調整される。信号光２７はレンズ２８を通して光ファイバー２９に集光される。
【００５５】
本発明のＩｎＧａＡｌＡｓ系埋め込み型半導体レーザ素子を用いた利点としては、ＩｎＧａＡｓＰ系埋め込み型半導体レーザに比べ、高温におけるレーザ特性の劣化が少ないことから、ペルチェ素子による温度調整機能を設ける必要が無い。又、リッジ型半導体レーザに比べ、活性層が半導体で埋め込まれていることから、素子特性の高温高湿による影響が少ないため、気密封止を必要としない点である。
【００５６】
尚、上記実施例１から実施例５は半導体レーザ素子、および半導体レーザ素子を用いた光モジュールについての例であるが、上記波長範囲の光変調器や光スイッチ、およびこれらの光素子を用いたモジュールにおいても、ＩｎＧａＡｌＡｓ系での作製は可能であり、同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、再成長検討用の試料構造の断面図である。
【図２】図２は、半導体光素子の微小電流と電圧の関係を示すである。
【図３】図３は、量子井戸構造における、量子井戸層の厚さと発振波長の関係を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ＩｎＧａＡｌＡｓ混晶における無歪でのバンドギャップ波長と歪量の関係の例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、歪量と発光波長の関係の例を示す図である。
【図５】図５は、発振波長１．３μｍ帯において、本発明の実施が可能な範囲を示すＩｎＧａＡｌＡｓ組成図である。
【図６】図６は、発振波長１．３６〜１．４９μｍ帯において、本発明の実施が可能な範囲を示すＩｎＧａＡｌＡｓ組成図である。
【図７】図７は、本発明の半導体積層体のモデルを示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施例の半導体光素子のレーザ光の進行方向に交差する面での断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施例の半導体光素子のレーザ光の進行方向に交差する面での断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施例の半導体光素子のレーザ光の進行方向に交差する面での断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第５の実施例を示すモジュールの概略平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５の実施例を示すモジュールの斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：ｎ−ＩｎＰ基板、２：ｎ−ＩｎＰバッファ層、３：ｎ−ＩｎＧａＡｌＡｓガイド層、
４：アンドープＩｎＧａＡｌＡｓ歪量子井戸層、
５：アンドープＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層、６：歪量子井戸構造、
７：アンドープＩｎＧａＡｌＡｓガイド層、８：ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、
９：ｐ−ＩｎＰクラッド層、１０：ｐ−ＩｎＰクラッド層、
１１：ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１２：メサストライプ、
１３：ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層、１４：ｎ側電極、１５：ｐ側電極、
１６：メサストライプ、１７：ｐ−ＩｎＰ埋め込み層、１８：ｎ−ＩｎＰ埋め込み層、
１９：ｐ−ＩｎＰクラッド層、２０：ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、
２１：ＺｎドープＩｎＧａＡｌＡｓ障壁層、２２：歪量子井戸構造、
２３：埋め込み型半導体レーザ、２４：ワイヤー、２５：駆動回路、
２６：モニター用受光素子、２７：信号光、２８：レンズ、２９：光ファイバー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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