(57)【要約】【課題】温度が変動してもそのバンドギャップをほぼ一定の状態に保持することができ、しかも製造が容易な混晶半導体とその製造方法およびそれを用いた半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】分子線エピタキシャル成長法を用い、Ｎ原子の供給法としてプラズマセルを用い、Ｂｉ原子供給法としてクヌードセンセルを用い、基板温度４５０度以下でＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４を成長させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢｉとＮを含み他がIII 族とＶ族の元素よりなる材料からなることを特徴とする混晶半導体。
【請求項２】
請求項１記載の半導体混晶において、前記材料はＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx であることを特徴とする混晶半導体。
【請求項３】
請求項１記載の混晶半導体において、前記材料はＧａＡｓに格子定数がほぼ一致したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx であることを特徴とする混晶半導体。
【請求項４】
分子線エピタキシャル成長法を用い、Ｎ原子の供給法としてプラズマセルを用い、Ｂｉ原子供給法としてクヌードセンセルを用い、基板温度４５０度以下でＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を成長させることを特徴とする混晶半導体の製造方法。
【請求項５】
ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その基板上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 活性層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓクラッド層がＡｌＧａＡｓクラッド層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項５記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓ化合物半導体基板がＧａＡｓクラッド層を兼ねることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＮy1Ａｓ1-x1-y1 Ｂｉx1下部閉じ込め層、ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、ＧａＮy1Ａｓ1-x1-y1 Ｂｉx1上部閉じ込め層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有し、光キャリア分離閉じ込めを行うことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項８記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層がＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＮy4Ａｓ1-x4-y4 Ｂｉx4バリア層の量子井戸構造であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１０】
ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＩｎy1Ｎ1-x1-y1 Ａｓx1下部閉じ込め層、ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、ＧａＩｎy1Ｎ1-x1-y1 Ａｓx1上部閉じ込め層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有し、光キャリア分離閉じ込めを行うことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層がＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＩｎy4Ｎ1-x4-y4 Ａｓx4バリア層の量子井戸構造であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
請求項８又は１０記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、もしくはＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＮy4Ａｓ1-x4-y4 Ｂｉx4バリア層の量子井戸構造を活性層に用いて面発光させることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１３】
請求項８又は１０記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓクラッド層がＡｌＧａＡｓクラッド層であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
請求項８又は１０記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓ化合物半導体基板がＧａＡｓクラッド層を兼ねることを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる半導体材料中、III 族元素とＶ族元素からなるIII −Ｖ族の混晶半導体とその製造方法およびそれを用いた半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、その伝送路である光ファイバの損失が小さい１．３μｍから１．６μｍの領域における半導体素子が、光源の半導体レーザとして用いられている。そして、その半導体素子にはＧａＩｎＡｓＰ混晶半導体が用いられ、信頼性を含め良好な特性が得られている。
【０００３】
一方、通信に用いられる情報量が膨大になるにつれて、従来の一個の波長を使った通信方式から、多数の波長を使って通信情報を増大させる波長多重通信方式が注目を集めている。この場合には、波長は時間経過に対して常に一定であることが必要である。
【０００４】
従来から用いられているＧａＩｎＡｓＰやＧａＩｎＡｌＡｓ等の半導体材料は、周囲の温度変動に伴ってバンドギャップや屈折率が変動するという欠点を持っていた。そのため、波長多重通信にこれらの材料よりなる素子を用いるときには、その温度を一定にするためにペルチエ素子上に搭載する必要があったが、これは同時に装置全体の寸法を大きくし、値段が高くなるという欠点があった。
【特許文献１】特開平９−８４０５号公報
【特許文献２】特開平１０−７４９７７号公報
【特許文献３】特開平６−３７３５５号公報
【特許文献４】特開平７−１９３３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、温度変動に対してバンドギャップがほとんど変化しない混晶半導体材料を得ることを目的とする。この目的のために、以前に、本発明者らにより、Ｂｉを含み他がIII 族とＶ族の元素よりなる材料からなり、かつ上記材料のバンドギャップが０．６ｅＶから１．５ｅＶであることを特徴とする混晶半導体が提案されており（上記特許文献１参照）、その物理的機構として以下のような説明がなされている。
【０００６】
Ｂｉは半金属であり、負のバンドギャップを持っている。この負のバンドギャップを形成している電子の波動関数は、通常の正のバンドギャップを形成しているものとは、伝導帯や価電子帯が逆になっている。したがって、Ｂｉを含むIII −Ｖ族混晶半導体の価電子帯にはＢｉの伝導帯が混成し、伝導帯にはＢｉの価電子帯が混成している。このため、温度変化に対してＢｉを含むIII −Ｖ族混晶半導体のエネルギー準位は、Ｂｉと他のIII −Ｖ族原子から逆の作用を受け、互いに相殺させることが可能になる。したがって、Ｂｉを含むIII −Ｖ族混晶半導体では、バンドギャップが温度により変化する係数がＢｉの量とともに小さくなる。そして、その具体的材料として、ＧａＩｎＡｓＢｉ、ＧａＩｎＰＢｉ、ＧａＡｓＰＢｉ混晶が挙げられている。しかし、その後の実験により、これらの材料は製造が極めて難しく、また一定の特性を持つ混晶半導体を再現性よく得ることができないことが判明した。
【０００７】
そこで、本発明は、上記材料に代わる新しい材料からなる混晶半導体を提示する。具体的には、ＢｉとＮを含み他がIII 族とＶ族の元素よりなる材料からなる混晶半導体、特に、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx よりなる混晶半導体である。なかでも、ＧａＡｓに格子定数がほぼ一致したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx を材料とすることを特徴とする混晶半導体が、半導体レーザを構成するのに適している。このような材料を用いることによって、温度が変動してもそのバンドギャップをほぼ一定の状態に保持することができる。
【０００８】
このように、本発明は、上記状況に鑑みて、温度が変動してもそのバンドギャップをほぼ一定の状態に保持することができ、しかも製造が容易な混晶半導体とその製造方法およびそれを用いた半導体レーザ装置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】
【０００９】
〔１〕混晶半導体において、ＢｉとＮを含み他がIII 族とＶ族の元素よりなる材料からなることを特徴とする。
【００１０】
〔２〕上記〔１〕記載の混晶半導体において、前記材料はＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx であることを特徴とする。
【００１１】
〔３〕上記〔１〕記載の混晶半導体において、前記材料はＧａＡｓに格子定数がほぼ一致したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx であることを特徴とする。
【００１２】
〔４〕混晶半導体の製造方法において、分子線エピタキシャル成長法を用い、Ｎ原子の供給法としてプラズマセルを用い、Ｂｉ原子供給法としてクヌードセンセルを用い、基板温度４５０度以下でＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を成長させることを特徴とする。
【００１３】
〔５〕半導体レーザ装置において、ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その基板上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 活性層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有することを特徴とする。
【００１４】
〔６〕上記〔５〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓクラッド層がＡｌＧａＡｓクラッド層であることを特徴とする。
【００１５】
〔７〕上記〔５〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓ化合物半導体基板がＧａＡｓクラッド層を兼ねることを特徴とする。
【００１６】
〔８〕半導体レーザ装置において、ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＮy1Ａｓ1-x1-y1 Ｂｉx1下部閉じ込め層、ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、ＧａＮy1Ａｓ1-x1-y1 Ｂｉx1上部閉じ込め層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有し、光キャリア分離閉じ込めを行うことを特徴とする。
【００１７】
〔９〕上記〔８〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層がＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＮy4Ａｓ1-x4-y4 Ｂｉx4バリア層の量子井戸構造であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【００１８】
〔１０〕半導体レーザ装置において、ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、その上にＧａＡｓクラッド層、ＧａＩｎy1Ｎ1-x1-y1 Ａｓx1下部閉じ込め層、ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、ＧａＩｎy1Ｎ1-x1-y1 Ａｓx1上部閉じ込め層、ＧａＡｓクラッド層のダブルヘテロ構造を有し、光キャリア分離閉じ込めを行うことを特徴とする。
【００１９】
〔１１〕上記〔１０〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層がＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＩｎy4Ｎ1-x4-y4 Ａｓx4バリア層の量子井戸構造であることを特徴とする。
【００２０】
〔１２〕上記〔８〕又は〔１０〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2活性層、もしくはＧａＮy3Ａｓ1-x3-y3 Ｂｉx3井戸層／ＧａＮy4Ａｓ1-x4-y4 Ｂｉx4バリア層の量子井戸構造を活性層に用いて面発光させることを特徴とする。
【００２１】
〔１３〕上記〔８〕又は〔１０〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓクラッド層がＡｌＧａＡｓクラッド層であることを特徴とする。
【００２２】
〔１４〕上記〔８〕又は〔１０〕記載の半導体レーザ装置において、前記ＧａＡｓ化合物半導体基板がＧａＡｓクラッド層を兼ねることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による混晶半導体は、ＢｉとＮを含み他がIII 族とＶ族の元素よりなる材料からなり、温度変動に対してそのバンドギャップがほとんど変化しない半導体材料を得ることができる。また、上記材料を用いることにより、波長が温度により変化しない半導体レーザばかりでなく、温度が変化しても特性が変化しない光波長フィルタなど、多くの温度無依存の波長特性を持つ光デバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、III −Ｖ族混晶半導体であって、ＮとＢｉを含み、III 族構成元素としてＡｓを含んだＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）であり、その格子定数がＧａＡｓの格子定数とほぼ一致するような組成比とすることを特徴とする混晶半導体である。ここで、ｘ及びｙは、０＜ｘ＜０．０８、０＜ｙ＜０．０８であることが好ましく、この範囲で通信用の１．３μｍと１．５５μｍ帯がカバーできる。本発明の混晶半導体の製造方法は分子線エピタキシャル成長法により、Ｎ原子の供給はプラズマセル、Ｂｉ原子の供給はクヌードセンセルを用い、基板温度が４５０℃以下で成長させる。ＧａＡｓ化合物半導体を基板とし、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx を活性層、ＧａＡｓをクラッド層、更にＧａＮＡｓＢｉを閉じ込め層としたダブルヘテロ構造の半導体レーザ層構造が提供できる。また、量子井戸構造を有するもの、面発光レーザ等への応用も可能である。本発明にかかる混晶半導体の１組成の物は、室温でのバンドギャップが０．８０ｅＶであり、７７Ｋまで温度を上げても、バンドギャップは室温と同じ０．８０ｅＶを示している。この温度依存性によってＷＤＭ通信方式の大きな課題の解決に寄与する。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の実施例１を示すＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を含む層構造の１例、図２はそのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を含む層構造のＸ線回折パターンを示す図、図３は本発明の実施例１の層構造を得るための分子線エピタキシャル成長装置の概略図である。
【００２７】
図１において、１はＧａＡｓ基板、２はＧａＡｓ1-x Ｂｉx 混晶膜、３はＧａＮy Ａｓ1-y 混晶膜、４はＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜である。
【００２８】
この層構造は、図３に示す分子線エピタキシャル成長装置を用いて形成され、図２は基板上に成長したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４を含む層構造のＸ線回折パターンを示している。参照膜とするため、このＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４の下にはＧａＮy Ａｓ1-y 混晶膜３／ＧａＡｓ1-x Ｂｉx 混晶膜２も成長させている。
【００２９】
図２に示すＸ線回折パターンには、これらの各混晶膜２，３，４に対応するピークが現れており、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４が得られていることが分かる。このＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４の存在は、ラザフォード後方散乱によっても確認された。
【００３０】
このＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜４の製造装置について次に説明する。
【００３１】
図３に、そのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を製造した分子線エピタキシャル成長装置の略図が示されており、超高真空のチェンバー１１に加熱機構１２を備えた基板１３を置き、Ｇａ，Ａｓ, Ｎ，Ｂｉ原子が各々のセル１４，１５，１６，１７から分子線状態で基板１３に当てられるような構造となっている。必要があれば、ＲＨＥＥＤ用電子銃１８による成長表面の電子線回折像をＲＨＥＥＤ用蛍光スクリーン１９で観察して、表面の状態を確認しながら結晶成長することができる。また、超高真空状態を維持するために、セル１４〜１７の周りに配置される液体窒素シュラウド２０に液体窒素を供給して、ガスの発生を抑えるようにしている。なお、２１は高周波印加装置、２２はガス供給系、２３はヌードイオンゲージを示している。
【００３２】
次に、この装置を用いてＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を成長する方法について説明する。
【００３３】
まず、備え付けの加熱機構（ヒータ）１２を用いて基板１３の温度を上昇させていく。この時、基板１３の温度が１９０℃になるとＡｓセル１５の前にあるシャッター１５Ａが開いてＡｓビームを基板１３に供給し、ＧａＡｓ表面からのＡｓの離脱を防ぐようにする。次に、基板温度を５５０℃にして、９５０℃に加熱したＧａクヌードセンセル１４の前にあるシャッター１４Ａを開くことにより、Ｇａビームを基板１３に供給し３０ｎｍ厚のＧａＡｓを基板１３上に成長させる。これは、基板１３の表面状態を理想的なものとするためである。そして、基板温度を４００℃まで下げて、１３．５６ＭＨｚの１５０Ｗの高周波を高周波印加装置２１で印加してプラズマ状態としたＮセル１６のシャッター１６Ａと４２５℃に加熱したＢｉクヌードセンセル１７のシャッター１７Ａとを同時に開くことにより、Ｇａビームに加えて、Ｂｉビーム、Ｎビームを供給することにより、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を成長させる。
【００３４】
因みに、この成長基板温度を５００℃まで上昇させるとＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜は得られなかった。これは、５００℃では、相分離が起こってＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を成長できなかったためである。また、異なった組成のＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を得るためには、Ｂｉ原子のビーム強度やＮ原子のプラズマビーム強度を変えればよい。
【００３５】
このように、分子線エピタキシャル成長法を用い、Ｎ原子の供給法としてプラズマセルを用い、Ｂｉ原子供給法としてクヌードセンセルを用い、基板温度４５０度以下で成長させることで目的とするＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を得ることができる。
【００３６】
ここでは、Ａｓビームの供給方法として、固体のＡｓを入れたセルを加熱して供給する方法について述べているが、アルシンガス（ＡｓＨ3 ）を分解してＡｓビーム源とするいわゆるガスソースＭＢＥ成長法など、原理的に同じと思われる他の方法でも、成長させることができることは言うまでもない。
【実施例２】
【００３７】
図４は本発明の実施例２を示す図であり、実施例１の方法で成長したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶半導体の組成と、等バンドギャップ線（等Ｅｇ線）や等格子定数線の関係を示す図である。この図は、この混晶系において、ＧａＡｓと格子定数が等しい５．６５３Å（オングストローム）の格子定数を持つＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶で１．４２ｅＶから０．８ｅＶより小さいバンドギャップを持つことを示している。
【００３８】
図４中、点Ａはバンドギャップ０．８０ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶、点Ｂはバンドギャップ０．８９ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶、点Ｃはバンドギャップ０．９５ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶、点Ｄはバンドギャップ１．０３ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶、点Ｅはバンドギャップ１．１３ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶を示す。また、これらの混晶の格子定数はすべてのＧａＡｓに一致している。
【００３９】
この中で、例えば点Ａの混晶では、室温でのバンドギャップが０．８０ｅＶであるが７７Ｋまで温度を上げてもバンドギャップ０．８０ｅＶとほとんど変化しなかった。他の点の混晶でも同様にバンドギャップの温度依存性は極めて小さかった。このＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶は実施例１に記述した方法により、０＜ｘ＜０．０８、０＜ｙ＜０．０８の範囲のものを得ることができた。
【実施例３】
【００４０】
次に、ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶を半導体レーザに適用した実施例３を、図５に示すレーザ装置の断面図により説明する。ここでは、クラッド層が基板と兼用されている。また、ＧａＡｓクラッド層に代えてＡｌＧａＡｓクラッド層を用いるようにしてもよい。
【００４１】
図５において、３１はｎ型ＧａＡｓ基板、３２はｎ型でバンドギャップが１．１３ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶（図４中の点Ｅの混晶に対応）によるキャリア閉じ込め層、３３は図４中の点Ｃの混晶によるＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶活性層、３４はｐ型でバンドギャップが１．１３ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶（図４中の点Ｅの混晶に対応）によるキャリア閉じ込め層、３５はｐ型ＧａＡｓクラッド層、３６はｐ+ 型ＧａＡｓキャップ層、３７はｎ型電極、３８はｐ型電極をそれぞれ示している。
【００４２】
上記した構造は、半導体レーザとしてよく知られている光・キャリア分離閉じ込め型ヘテロ構造を半導体レーザに適応したものであり、これにより低閾値のレーザを実現することができる。上記した活性層３３から発生するレーザ光の波長は１．３μｍであり、温度が−６０℃から８０℃の範囲で変化してもレーザ光の波長は一定であった。これは、バンドギャップは温度が高くなるにつれてわずかに小さくなるが、レーザ発振閾値も上昇するので、バンドフィリング効果により、発振波長を短波長にシフトさせ、両者の結果として、レーザ波長が一定となったものである。上記した混晶の組成は、一例を示したものにすぎず、光通信波長帯のこの近傍の組成を有するＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶のバンドギャップは、温度に対してほとんど変化しないので、これらの混晶を同じように用いることができる。
【００４３】
また、図５におけるキャリア閉じ込め層３２と３４は１．１３ｅＶのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶を用いているが、このレーザの特性を決めているのは、活性層３３であるので、キャリア閉じ込め層３２，３４をバンドギャップ１．１３ｅＶで格子定数がＧａＡｓに一致するＧａＩｎＮＡｓ混晶としてもほぼ同じレーザ特性を得ることができる。
【００４４】
さらに、図５におけるＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶活性層３３は、図４中の点ＣのＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶を用いる代わりに、図４中の点ＣのＧａＮy1Ａｓ1-x1-y1 Ｂｉx1混晶を用いた井戸層と図４中の点Ｄの組成を持つＧａＮy2Ａｓ1-x2-y2 Ｂｉx2混晶を用いたバリア層による量子井戸構造を活性層とすることによりさらに性能を向上させることができる。この時のバリア層については、同じバンドギャップで格子定数がＧａＡｓに一致するＧａＩｎＮＡｓ混晶を用いてもほぼ同じ性能の量子井戸半導体レーザが得られる。
【実施例４】
【００４５】
また、本発明によれば、上記したＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 活性層、もしくはＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 井戸層／ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx バリア層量子井戸構造を活性層に用いて面発光レーザを作ることができる。このＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 井戸層／ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx バリア層量子井戸構造を面発光レーザの活性層に適用した実施例４を、図６に示すレーザ装置の断面図により説明する。図６において、４１はｎ型ＧａＡｓ基板、４２はｎ型のＡｌＡｓとＧａＡｓの多層膜ミラー、４３はＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 井戸層／ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx バリア層量子井戸構造による活性層、４４はｐ型のＡｌＡｓとＧａＡｓの多層膜ミラー、４５はｐ+ 型ＧａＡｓキャップ層、４６はｎ型電極、４７は円形のレーザ光取り出し口を持つｐ型電極をそれぞれ示している。
【００４６】
上記した構造は、良く知られている面発光のレーザの構造であり、ｎ型電極４６とｐ型電極４７間に電流を流すことによって、基板と垂直な方向にレーザ光を取り出すことができる。
【００４７】
図６に示した簡単な構造により、光通信波長帯の面発光レーザを実現でき、またこのレーザ光はｎ型ＧａＡｓ基板４１に吸収されないので、上下両方向から光を取り出すことができた。
【００４８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、温度依存性が小さいIII −Ｖ族混晶半導体とその製造方法およびそれを用いた半導体レーザ装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１を示すＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を含む層構造の一例である。
【図２】図１のＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜を含む層構造のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施例１の層構造を得るための分子線エピタキシャル成長装置の概略図である。
【図４】本発明の実施例２を示すＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶の組成と、等しいバンドギャップ線や等格子定数線の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例３を示すレーザ装置の断面図である。
【図６】本発明の実施例４を示す面発光レーザ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    ＧａＡｓ基板
２    ＧａＡｓ1-x Ｂｉx 混晶膜
３    ＧａＮy Ａｓ1-y 混晶膜
４    ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶膜
１１    超高真空のチャンバー
１２    加熱機構
１３    基板
１４    Ｇａクヌードセンセル
１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ，１７Ａ    シャッター
１５    Ａｓセル
１６    Ｎセル
１７    Ｂｉクヌードセンセル
１８    ＲＨＥＥＤ用電子銃
１９    ＲＨＥＥＤ用蛍光スクリーン
２０    液体窒素シュラウド
２１    高周波印加装置
２２    ガス供給系
２３    ヌードイオンゲージ
３１，４１    ｎ型ＧａＡｓ基板
３２    ｎ型のＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶によるキャリア閉じ込め層
３３    ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶活性層
３４    ｐ型のＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 混晶によるキャリア閉じ込め層
３５    ｐ型ＧａＡｓクラッド層
３６，４５    ｐ+ 型ＧａＡｓキャップ層
３７，４６    ｎ型電極
３８    ｐ型電極
４２    ｎ型のＡｌＡｓとＧａＡｓの多層膜ミラー
４３    ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx 井戸層／ＧａＮy Ａｓ1-x-y Ｂｉx バリア層量子井戸構造による活性層
４４    ｐ型のＡｌＡｓとＧａＡｓの多層膜ミラー
４７    円形のレーザ光取り出し口を持つｐ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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