(57)【要約】【課題】１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにする。【解決手段】１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザを、半導体基板１と、量子井戸層２Ａ及びバリア層２Ｂを含む多重量子井戸活性層２と、多重量子井戸活性層２の側面に接する埋込層６，７とを備えるものとし、バリア層２ＢをＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなるものとし、Ａｌ組成を０．２７５以下にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザであって、
半導体基板と、
量子井戸層及びバリア層を含む多重量子井戸活性層と、
前記多重量子井戸活性層の側面に接する埋込層とを備え、
前記バリア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、Ａｌ組成が０．２７５以下であることを特徴とする、埋込型半導体レーザ。
【請求項２】
前記多重量子井戸活性層の上側又は下側に光ガイド層を備え、
前記光ガイド層は、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、Ａｌ組成が０．２７５以下であることを特徴とする、請求項１記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項３】
前記バリア層又は前記光ガイド層は、Ａｌ組成が０．１３６以上であることを特徴とする、請求項１又は２記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項４】
前記埋込層が、ＩｎＰからなるＩｎＰ埋込層であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項５】
前記埋込層が、ｐｎｐｎサイリスタ構造を構成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項６】
前記埋込層が、半絶縁性半導体層を含み、半絶縁性平面埋込ヘテロ構造を構成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項７】
前記埋込層が、半絶縁性半導体層からなり、半絶縁性埋込ヘテロ構造を構成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項８】
前記量子井戸層が、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、又は、ＧａＩｎＡｓのいずれかによって構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項９】
前記多重量子井戸活性層は、無歪多重量子井戸活性層であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【請求項１０】
前記バリア層は、引張歪みが入れられており、
前記量子井戸層は、圧縮歪みが入れられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光ファイバ伝送方式向けの光源としての埋込型半導体レーザ（光半導体素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット需要の爆発的な増大に伴い、光通信／光伝送において超高速化と大容量化への取り組みが活発化している。
特に、データコム（ギガビット・イーサネット）向けに、アンクールドで、１０Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザが求められている。このアンクールドで１０Ｇｂ／ｓ以上の直接変調が可能な半導体レーザとしては、従来、テレコム向けの光源として用いられてきたＧａＩｎＡｓＰ系材料に代えて、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用い、多重量子井戸活性層を採用した半導体レーザが期待されている。
【０００３】
一般に、半導体レーザでは、光出力が大きくなるほど緩和振動周波数が増大し、その結果、直接変調可能な帯域が拡大し、高速なビットレートでの変調が可能となる。
また、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の多重量子井戸活性層を採用した半導体レーザでは、一般に、量子井戸構造における伝導帯側（電子側）の井戸の深さが１５０ｍｅＶとなり、ＧａＩｎＡｓＰ系の半導体レーザに比べて約２倍以上深くなる。このため、高温動作時の電子（ホットキャリア）のオーバーフローを抑制することができ、広い温度範囲にわたって十分な光出力を得ることができる。特に、高温動作時でも高速なビットレートでの変調が可能となる。
【０００４】
このようなＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体レーザとしては、これまで、図９に示すようなリッジ構造の半導体レーザ１００を中心に研究開発が行なわれてきた。これは、テレコム向けに用いられている埋込型半導体レーザ（図１参照）を、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる多重量子井戸活性層を備えるものとする場合、多重量子井戸活性層を含むメサ構造形成後、埋込層を再成長させる際に、メサ構造の側面にＡｌを含む界面が露出し、酸化されてしまい、このＡｌの酸化による影響を排除することが困難であったからである。
【０００５】
一方、リッジ型半導体レーザ１００は、一般に、発振しきい値が２０ｍＡ以上であり、埋込型半導体レーザの発振しきい値（一般に５〜８ｍＡ程度）に比べて高いため、消費電力が高くなってしまう。また、緩和振動周波数は活性層の体積に依存するため、埋込型半導体レーザに比べて活性層の体積が大きいリッジ型半導体レーザは、大きな緩和振動周波数を得ることができず、寄生容量が増えるため、高速変調動作を実現するのに不利である。
【０００６】
ところで、最近、研究の進展によって、Ａｌを含む界面を埋め込む埋込成長が可能になってきている。
例えば非特許文献１には、ＩｎＰによって埋め込まれたＡｌＧａＩｎＡｓ系量子井戸レーザが開示されている。非特許文献１では、バリア層として、組成波長１０５０ｎｍのＡｌＧａＩｎＡｓを用いている。
【０００７】
また、例えば特許文献１には、ＡｌＧａＩｎＡｓ系活性層を含むメサ構造の周囲をバンドギャップの広い材料で包んでＩｎＰ埋込層への電子の漏出を防ぐことが開示されている。しかし、現実的には、例えばＡｌＩｎＡｓのような材料を特許文献１に記載されているような形状で結晶成長させることは非常に困難である。
【非特許文献１】Bo Chen et al. "A Novel 1.3-μm High T0 AlGaInAs/InP Strained-Compensated Multi-Quantum Well Complex-Coupled Distributed Feedback Laser Diode" Japanese Journal of Applied Physics Vol.38 (1999) pp.5096-5100
【特許文献１】特許第２８１２２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、一般に、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザにおける伝導帯側（電子側）の井戸の深さが深いという利点を、より得ることができるようにするためには、バリア層の組成波長をさらに短波長にするのが好ましいと考えられていた。
そこで、本発明者らは、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料からなる多重量子井戸活性層を備え、バリア層の組成波長を１０５０ｎｍよりも短波長にした１．３μｍ帯（発光波長１２６０ｎｍ〜１３４０ｎｍ）の埋込型半導体レーザを試作した。
【０００９】
具体的には、埋込型半導体レーザは、ｎ型ドープＩｎＰ基板上に、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層（例えば厚さ６ｎｍ）とアンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層（例えば組成波長１０００ｎｍ；例えば厚さ１０ｎｍ）とを１０回繰り返して積層されている多重量子井戸活性層と、多重量子井戸活性層の上側及び下側に積層されているアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層（例えば組成波長１０００ｎｍ；例えば厚さ２０ｎｍ）とを積層した後、量子井戸活性層及び光ガイド層（これらの層の横幅は１．２μｍとした）を含むメサ構造を形成し、このメサ構造を、ｐ型ドープＩｎＰ電流狭窄層及びｎ型ドープＩｎＰ電流狭窄層によって埋め込み、その上に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層、ｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層を形成し、表面側及び裏面側にｐ側電極及びｎ側電極を設けたものとした（例えば図１参照）。
【００１０】
このように構成されるＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザの特性を測定したところ、従来のＧａＩｎＡｓＰ系の埋込型半導体レーザに比べて、例えば８５℃以上の高温動作時でも、室温での駆動電流に対する光出力特性の劣化を小さくすることができ、かつ、発振しきい値も従来のＧａＩｎＡｓＰ系の埋込型半導体レーザとほとんど変わらない値（例えば７〜８ｍＡ）が得られた。
【００１１】
しかしながら、室温での駆動電流に対する光出力特性を比較すると、図１０に示すように、従来のＧａＩｎＡｓＰ系の埋込型半導体レーザでは、駆動電流に比例して光出力がほぼ直線状に増大するような光出力特性が得られているのに対し、ＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザの光出力特性は、駆動電流が増大するにつれて、駆動電流に対して光出力が増大する割合が小さくなってしまうことがわかった。
【００１２】
つまり、上述のＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザは、バリア層として組成波長１０００ｎｍのＡｌＧａＩｎＡｓ層を用いているが、このような構造にすると、図１１に示すように、バリア層とＩｎＰ埋込層との間の電子側（伝導帯側）のエネルギレベルにノッチが存在することになる。
特に、図１２に示すように、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）がバリア層のエネルギレベル（点Ａ）よりも低くなってしまう。また、バリア層のエネルギレベル（点Ａ）とノッチの頂点のエネルギレベル（点Ｂ）とのエネルギ差は例えば３５ｍｅＶになっており、電子が容易に超えられる障壁高さ２ｋＴ＝５２ｍｅＶ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）よりも低くなってしまう。このため、バリア層からノッチの底に電子が流れ込み、ノッチがＨＥＭＴの２次元電子ガスのチャネルのような役割を果たし、ノッチを伝わって電子が量子井戸に有効に注入されずに漏出し、その結果、上述のように、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化してしまうことがわかった。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにした、埋込型半導体レーザ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】
【００１４】
このため、本発明の埋込型半導体レーザは、１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザであって、半導体基板と、量子井戸層及びバリア層を含む多重量子井戸活性層と、多重量子井戸活性層の側面に接する埋込層とを備え、バリア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、Ａｌ組成が０．２７５以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
したがって、本発明の埋込型半導体レーザによれば、１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにすることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる埋込型半導体レーザについて説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザについて、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態にかかる埋込型半導体レーザは、１．３μｍ帯（発光波長１２６０ｎｍ〜１３４０ｎｍ）の半導体レーザであって、例えば図１に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板（半導体基板）１と、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層（例えば厚さ６ｎｍ）２ＡとアンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層２Ｂ（例えば厚さ１０ｎｍ）とを１０回繰り返して積層されている多重量子井戸活性層２と、多重量子井戸活性層２の上側及び下側に積層されているアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３，４（例えば厚さ２０ｎｍ）とを備える。
【００１８】
また、本埋込型半導体レーザでは、図１に示すように、多重量子井戸活性層２及び光ガイド層３，４を含むメサ構造５（ここでは多重量子井戸活性層及び光ガイド層の横幅は１．２μｍとした）が形成され、その両側に、メサ構造５を構成する多重量子井戸活性層２及び光ガイド層３，４の側面に接し、メサ構造５が埋め込まれるように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１上に、ｐ型ドープＩｎＰ電流狭窄層（ＩｎＰ埋込層）６及びｎ型ドープＩｎＰ電流狭窄層（ＩｎＰ埋込層）７を形成し、その上に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８、ｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９を形成することで、埋込構造をｐｎｐｎサイリスタ構造にし、これを電流狭窄構造としている。
【００１９】
さらに、表面側及び裏面側にｐ側電極１０及びｎ側電極１１を設けている。
なお、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８とｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９との間に、ｐ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層を複数層挿入しても良い。また、ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層は上側又は下側に設けるだけでも良い。
ところで、このように、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４をＡｌを含む半導体材料（ここではＡｌＧａＩｎＡｓ）によって構成する場合、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の伝導帯側（電子側）のエネルギレベル（エネルギ位置）が上がるため、これらの層２Ｂ，３，４の側面に接する埋込層（ここではＩｎＰ埋込層）６，７の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルとの関係が問題となる。つまり、上述したように、バリア層２ＢとＩｎＰ埋込層６，７との間の電子側（伝導帯側）のエネルギレベルにノッチが存在することになり、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化してしまうことがわかった。
【００２０】
そこで、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長（伝導帯バンド端における組成波長）が１０７０ｎｍ以上になるようにしている。ここでは、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長を１１００ｎｍにしている。
なお、バリア層２Ｂの組成波長と光ガイド層３，４の組成波長は必ずしも同じにする必要はない。但し、光ガイド層３，４の組成波長は、バリア層２Ｂの組成波長よりも短波長にする必要がある。
【００２１】
このように、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長を１０７０ｎｍ以上にするために、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２ＢのＡｌ組成（Ａｌの組成比）を０．２７５以下にしている。以下、この理由を詳述する。
ここで、図２は、バリア層２Ｂの組成波長を１０００ｎｍから長波長側の１１００ｎｍまで変化させた場合におけるバリア層２Ｂ（図中、実線Ａで示す）、ノッチの頂点（図中、実線Ｂで示す）、ノッチの底（図中、実線Ｃで示す）及びＩｎＰ埋込層６，７（図中、実線Ｄで示す）のそれぞれの伝導帯（電子側）のエネルギレベルのシミュレーション結果を示している。
【００２２】
図２中、実線Ａ，Ｃで示すように、バリア層２Ｂの組成波長が１０４５ｎｍよりも短いと、ノッチの底のエネルギレベル（実線Ｃ）はバリア層２Ｂのエネルギレベル（実線Ａ）よりも低いが、バリア層２Ｂの組成波長が１０４５ｎｍ以上の長波長になると、ノッチの底のエネルギレベル（実線Ｃ）がバリア層２Ｂのエネルギレベル（実線Ａ）よりも高くなる。
【００２３】
上述したように、例えば、バリア層２Ｂの組成波長が１０００ｎｍの場合のバリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）、ノッチの頂点のエネルギレベル（点Ｂ）、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）及びＩｎＰ埋込層６，７のエネルギレベル（点Ｄ）は、それぞれ、図１２に示すような関係になり、特に、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）はバリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）よりも低くなる。これに対し、バリア層２Ｂの組成波長が１０４５ｎｍの場合のバリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）、ノッチの頂点のエネルギレベル（点Ｂ）、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）及びＩｎＰ埋込層６，７のエネルギレベル（点Ｄ）は、それぞれ、図４に示すような関係になり、特に、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）はバリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）よりも高くなる。
【００２４】
次に、図３は、ノッチの底とバリア層２Ｂとのエネルギレベル差（図中、実線Ｃ−Ａで示す）、ノッチの底とノッチの頂点とのエネルギレベル差（図中、実線Ｃ−Ｂで示す）、ノッチの頂点とバリア層２Ｂとのエネルギレベル差（図中、実線Ｂ−Ａで示す）をそれぞれ示している。
図３中、実線Ｂ−Ａで示すように、バリア層２Ｂとノッチの頂点とのエネルギレベル差（実線Ｂ−Ａ）は、ほぼ３５ｍｅＶで変化しないが、図３中、実線Ｃ−Ｂ及び実線Ｂ−Ａで示すように、バリア層２Ｂの組成波長が１０７０ｎｍよりも長波長になると、ノッチの深さ（即ち、ノッチの底とノッチの頂点とのエネルギレベル差：実線Ｃ−Ｂ）が、ノッチの高さ（即ち、ノッチの頂点とバリア層２Ｂとのエネルギレベル差：実線Ｂ−Ａ）の半分以下となる。
【００２５】
例えば、バリア層２Ｂの組成波長が１０７０ｎｍの場合のバリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）、ノッチの頂点のエネルギレベル（点Ｂ）、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）及びＩｎＰ埋込層６，７のエネルギレベル（点Ｄ）は、それぞれ、図５に示すような関係になり、特に、ノッチの底のエネルギレベル（点Ｃ）は、ノッチの深さがノッチの高さの半分以下になり、バリア層２Ｂのエネルギレベル（点Ａ）よりもノッチの頂点のエネルギレベル（点Ｂ）に近くなる。
【００２６】
このように、ノッチの深さがノッチの高さの半分以下になると、電子がノッチ内に局在化しにくくなり、ノッチがチャネルとして機能しなくなり、電子を有効に量子井戸に注入することができるようになることがわかった。
そこで、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２Ｂ（バリア層の伝導帯バンド端）の組成波長が１０７０ｎｍ以上になるようにしている。
【００２７】
このように、バリア層２Ｂの組成波長を１０７０ｎｍ以上にするために、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２ＢのＡｌ組成を０．２７５以下にしている。
一方、本埋込型半導体レーザは、１．３μｍ帯（室温での発光波長１２６０ｎｍ〜１３１０ｎｍ、高温動作時に波長が長波にシフトすることを考慮すれば１２６０ｎｍ〜１３４０ｎｍ）の半導体レーザであるため、バリア層２Ｂ（バリア層の伝導帯バンド端）の組成波長は１３１０ｎｍ以下（高温動作時に波長が長波にシフトすることを考慮すれば１３４０ｎｍ以下）にしている。このため、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２ＢのＡｌ組成を０．１３６以上にしている。
【００２８】
この範囲内において、高温動作時の特性劣化が最も小さいのはバリア組成が最も短波組成の場合であるから、例えば、バリア層２Ｂの組成波長を１０７０ｎｍにするために、バリア層２Ｂの組成比をＡｌ（０．２７５）Ｇａ（０．１９８）Ｉｎ（０．５２３）Ａｓにすれば良い。ここでは、バリア層２Ｂの組成比はＩｎＰ基板に格子整合するように設定している。
【００２９】
したがって、本実施形態にかかる埋込型半導体レーザによれば、１．３μｍ帯の半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにすることができるという利点がある。
ここで、図６は、バリア層２Ｂの組成波長を１１００ｎｍとした埋込型半導体レーザの駆動電流に対する光出力特性、及び、バリア層２Ｂの組成波長を１０００ｎｍとした埋込型半導体レーザの駆動電流に対する光出力特性を示す図である。
【００３０】
この図６に示すように、上述のようにバリア層２Ｂの組成波長を１１００ｎｍとした埋込型半導体レーザの駆動電流に対する光出力特性は、バリア層２Ｂの組成波長を１０００ｎｍとした埋込型半導体レーザの駆動電流に対する光出力特性と比較して、光出力の劣化が抑制されていることがわかる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる埋込型半導体レーザについて、図７を参照しながら説明する。
【００３１】
本実施形態にかかる埋込型半導体レーザは、上述の第１実施形態のものに対し、電流狭窄構造を含む半導体レーザの構造が異なる。
つまり、本埋込型半導体レーザは、１．３μｍ帯（発光波長１２６０ｎｍ〜１３４０ｎｍ）の半導体レーザであって、例えば図７に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板（半導体基板）１と、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層（例えば厚さ６ｎｍ）２ＡとアンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層（例えば厚さ１０ｎｍ）２Ｂとを１０回繰り返して積層されている多重量子井戸活性層２と、多重量子井戸活性層２の上側及び下側に積層されているアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３，４（例えば厚さ２０ｎｍ）とを備え、さらに、上側光ガイド層４上に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８Ａ及びｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９Ａが順に形成されている。なお、図７では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００３２】
また、本埋込型半導体レーザでは、図７に示すように、多重量子井戸活性層２、光ガイド層３，４、クラッド層８Ａ及びコンタクト層９Ａを含むメサ構造５Ａ（これらの層の横幅は１．２μｍである）を形成し、その両側に、メサ構造５Ａを構成する多重量子井戸活性層２、光ガイド層３，４、クラッド層８Ａ及びコンタクト層９Ａの側面に接し、メサ構造５Ａが埋め込まれるように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１上に、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ電流狭窄層（半絶縁性半導体層；ＩｎＰ埋込層）１２を形成することで、埋込構造を半絶縁性埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＢＨ構造）にし、これを電流狭窄構造としている。
【００３３】
さらに、表面側及び裏面側にｐ側電極１０及びｎ側電極１１を設けている。
なお、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８Ａとｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９Ａとの間に、ｐ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層を複数層挿入しても良い。また、ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層は上側又は下側に設けるようにしても良い。
特に、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長（伝導帯バンド端における組成波長）を１０７０ｎｍにしている。なお、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長は、上述の第１実施形態の場合と同様に、１０７０ｎｍ以上になるようにすれば良い。このため、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４のＡｌ組成は０．２７５以下にすれば良い。
【００３４】
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる埋込型半導体レーザによれば、上述の第１実施形態のものと同様に、１．３μｍ帯の半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにすることができるという利点がある。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる埋込型半導体レーザについて、図８を参照しながら説明する。
【００３５】
本実施形態にかかる埋込型半導体レーザは、上述の第１実施形態のものに対し、電流狭窄構造を含む半導体レーザの構造が異なる。
つまり、本埋込型半導体レーザは、１．３μｍ帯（発光波長１２６０ｎｍ〜１３４０ｎｍ）の半導体レーザであって、例えば図８に示すように、ｎ型ドープＩｎＰ基板（半導体基板）１と、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層２Ａ（例えば厚さ６ｎｍ）とアンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層２Ｂ（例えば厚さ１０ｎｍ）とを１０回繰り返して積層されている多重量子井戸活性層２と、多重量子井戸活性層２の上側及び下側に積層されているアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層３，４（例えば厚さ２０ｎｍ）とを備える。なお、図８では、上述の第１実施形態（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００３６】
また、本埋込型半導体レーザでは、図８に示すように、多重量子井戸活性層２及び光ガイド層３，４を含むメサ構造５Ｂ（これらの層の横幅は１．２μｍである）を形成し、その両側に、メサ構造５Ｂを構成する多重量子井戸活性層２及び光ガイド層３，４の側面に接し、メサ構造５Ｂが埋め込まれるように、ｎ型ドープＩｎＰ基板１上に、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ電流狭窄層（半絶縁性半導体層；ＩｎＰ埋込層）１２Ａ、ｎ型ドープＩｎＰ電流狭窄層（ＩｎＰ埋込層）７Ａを形成することで、埋込構造の一部を半絶縁性半導体層１２Ａとした半絶縁性平面埋込ヘテロ構造（ＳＩ−ＰＢＨ構造）を構成し、これを電流狭窄構造としている。そして、上側光ガイド層４及びｎ型ドープＩｎＰ電流狭窄層７Ａ上に、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８及びｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９が順に形成されている。
【００３７】
さらに、表面側及び裏面側にｐ側電極１０及びｎ側電極１１を設けている。
なお、ｐ型ドープＩｎＰクラッド層８とｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層９との間に、ｐ型ドープＧａＩｎＡｓＰ層を複数層挿入しても良い。また、ＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層は上側又は下側に設けるようにしても良い。
特に、本埋込型半導体レーザでは、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長（伝導帯バンド端における組成波長）を１０７０ｎｍにしている。なお、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長は、上述の第１実施形態の場合と同様に、１０７０ｎｍ以上になるようにすれば良い。このため、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４のＡｌ組成は０．２７５以下にすれば良い。
【００３８】
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる埋込型半導体レーザによれば、上述の第１実施形態のものと同様に、１．３μｍ帯の半導体レーザにおいて、駆動電流が増大するにつれて光出力が劣化しないようにすることができるという利点がある。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４の組成波長を１０７０ｎｍ以上にして（即ち、バリア層２ＢのＡｌ組成を０．２７５以下にして）、電子を有効に量子井戸層に注入できるようにしているが、光ガイド層を備えない埋込型半導体レーザの場合には、バリア層の組成波長を１０７０ｎｍ以上にすれば良い（即ち、バリア層のＡｌ組成を０．２７５以下にすれば良い）。
【００３９】
また、上述の各実施形態では、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４をＡｌＧａＩｎＡｓ層としているが、これに限られるものではなく、例えばＡｌＧａＩｎＡｓＰ層としても良い。つまり、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＡｌＧａＩｎＡｓＰを含むＡｌＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いてバリア層及び光ガイド層を構成すれば良い。
また、上述の各実施形態では、バリア層２Ｂ及び光ガイド層３，４は無歪としているが、これに限られるものではなく、歪みを入れても良い。
【００４０】
例えば、より井戸の深さを深くするために、Ｉｎの組成比を減らし、Ａｌ又はＧａの組成比を増やしてバリア層に引張歪みを入れても良い。なお、光ガイド層３，４にはバリア層２Ｂと同じか、より大きい引張歪みを入れることになる。この場合、Ａｌの組成比を増やしてバリア層に引張歪みを入れると、バリア層の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルが上がり、埋込層（ＩｎＰ埋込層）の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルに近づいてしまうため、ノッチができて、光出力の劣化を招くおそれがある。この場合、バリア層の組成波長は短波長になる（バンドギャップが広くなる）。
【００４１】
このため、同じ歪み量でノッチが消えるように組成をコントロールすると、結局、Ｉｎの組成比を減らし、Ｇａの組成比を増やしてバリア層に引張歪みを入れることになる。この場合、Ａｌの組成比は、上述の実施形態と同様に０．２７５以下にすることになる。このように、Ｉｎの組成比を減らし、Ｇａの組成比を増やしてバリア層に引張歪みを入れると、上述の実施形態の組成波長が１０７０ｎｍの場合と比べて、バリア層の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルが下がり、バリア層の組成波長は長波長になる（バンドギャップが狭くなる）。つまり、上述の実施形態と同様に、バリア層の組成波長が１０７０ｎｍ以上になる。
【００４２】
なお、通常、井戸層は圧縮歪みを入れると特性が良くなるため、バリア層には引張歪みを入れることになる。このため、想定しにくいことではあるが、Ａｌ組成を減らしてバリア層に圧縮歪みを入れる場合は、上述の実施形態と同様に、Ａｌ組成は０．２７５以下にすることになるため、ノッチができて光出力の劣化を招くおそれはない。この場合、バリア層の組成波長が１０７０ｎｍ以上になる。
【００４３】
このように、バリア層の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルとＩｎＰ埋込層の伝導帯側（電子側）のエネルギレベルとの相対位置関係を考慮し、ノッチができないように組成をコントロールすると、バリア層に歪みを入れるか否かにかかわらず、Ａｌの組成比は０．２７５以下にすることになり、バリア層の組成波長が１０７０ｎｍ以上になる。
また、上述の各実施形態では、バリア層２ＢをＡｌＧａＩｎＡｓという四元半導体材料によって形成しているが、これに限られるものではなく、例えばＡｌＧａＩｎＡｓＰという五元半導体材料によって形成しても良い。この場合、Ａｓを減らしてＰを入れることになるが、ＩｎＰ基板やＩｎＰ埋込層との関係で、バリア層２ＢをＡｌＧａＩｎＡｓによって形成する場合と同じ歪み（無歪みの場合を含む）、同じエネルギレベル関係（エネルギバンド関係）を維持するためには、Ｉｎの組成比を増やし、Ａｌの組成比を減らすことになる。つまり、Ａｌの組成比は、上述の実施形態と同様に０．２７５以下にすることになる。
【００４４】
このように、ＡｓやＰの割合にかかわらず（いかなるＡｓ／Ｐ比であっても）、Ａｌの組成比は０．２７５以下にすることになり、バリア層の組成波長が１０７０ｎｍ以上になる。
また、上述の各実施形態では、量子井戸層２ＡをＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層としているが、これに限られるものではなく、例えばＡｌＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層としても良い。つまり、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＡｌＧａＩｎＡｓＰを含むＡｌＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いて量子井戸層を構成すれば良い。さらに、量子井戸層はＧａＩｎＡｓＰ量子井戸層やＧａＩｎＡｓ量子井戸層としても良い。つまり、ＧａＩｎＡｓＰ及びＧａＩｎＡｓを含むＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体を用いて量子井戸層を構成しても良い。
【００４５】
また、上述の各実施形態では、熱抵抗が良好で、ＩｎＰ基板上に成長させることができるため、埋込層をＩｎＰ埋込層としているが、これに限られるものではなく、ＩｎＰ基板に格子整合しうるものであって、バリア層又は光ガイド層よりもバンドギャップの広い材料であれば良い。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ埋込層やＩｎＡｌＡｓ埋込層としても良い。
また、上述の各実施形態では、ｎ型の導電性を有するｎ型ドープＩｎＰ基板１上に埋込型半導体レーザを形成しているが、これに限られるものではない。例えば、ｐ型の導電性を有する基板を用いて埋込型半導体レーザを形成することもできる。この場合、半導体基板上に形成される各層は反対の導電型を有するものとなる。また、例えば半絶縁性の基板を用いて埋込型半導体レーザを形成しても良い。さらに、例えばシリコン基板上に貼り合わせるようにして埋込型半導体レーザを形成しても良い。
【００４６】
また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
（付記１）
１．３μｍ帯の埋込型半導体レーザであって、
半導体基板と、
量子井戸層及びバリア層を含む多重量子井戸活性層と、
前記多重量子井戸活性層の側面に接する埋込層とを備え、
前記バリア層は、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、Ａｌ組成が０．２７５以下であることを特徴とする、埋込型半導体レーザ。
【００４７】
（付記２）
前記多重量子井戸活性層の上側又は下側に光ガイド層を備え、
前記光ガイド層は、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ又はＡｌＧａＩｎＡｓからなり、Ａｌ組成が０．２７５以下であることを特徴とする、付記１記載の埋込型半導体レーザ。
（付記３）
前記バリア層は、Ａｌ組成が０．１３６以上であることを特徴とする、付記１又は２記載の埋込型半導体レーザ。
【００４８】
（付記４）
前記光ガイド層は、Ａｌ組成が０．１３６以上であることを特徴とする、付記２又は３記載の埋込型半導体レーザ。
（付記５）
前記埋込層が、ＩｎＰからなるＩｎＰ埋込層であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【００４９】
（付記６）
前記埋込層が、ｐｎｐｎサイリスタ構造を構成することを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
（付記７）
前記埋込層が、半絶縁性半導体層を含み、半絶縁性平面埋込ヘテロ構造を構成することを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【００５０】
（付記８）
前記埋込層が、半絶縁性半導体層からなり、半絶縁性埋込ヘテロ構造を構成することを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
（付記９）
前記量子井戸層が、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、又は、ＧａＩｎＡｓのいずれかによって構成されることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【００５１】
（付記１０）
前記多重量子井戸活性層は、無歪多重量子井戸活性層であることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
（付記１１）
前記バリア層は、引張歪みが入れられており、
前記量子井戸層は、圧縮歪みが入れられていることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の埋込型半導体レーザ。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザにおいてバリア層の組成波長を変化させた場合のバリア層、ノッチの頂点、ノッチの底、埋込層のエネルギレベルの変化を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザにおいてバリア層の組成波長を変化させた場合のバリア層とノッチの頂点との間のエネルギレベル差、バリア層とノッチの底との間のエネルギレベル差、ノッチの頂点とノッチの底との間のエネルギレベル差の変化を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザのバリア層の組成波長を１０４５ｎｍにした場合のバリア層、ノッチの頂点、ノッチの底、埋込層のエネルギレベルを示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザのバリア層の組成波長を１０７０ｎｍにした場合のバリア層、ノッチの頂点、ノッチの底、埋込層のエネルギレベルを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる埋込型半導体レーザによる効果を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる埋込型半導体レーザの構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる埋込型半導体レーザの構成を示す模式図である。
【図９】従来のリッジ型半導体レーザの構成を示す模式図である。
【図１０】ＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザの課題を説明するための図である。
【図１１】ＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザの課題を説明するための図である。
【図１２】ＡｌＧａＩｎＡｓ系の埋込型半導体レーザの課題を説明するための図であって、バリア層の組成波長を１０００ｎｍにした場合のバリア層、ノッチの頂点、ノッチの底、埋込層のエネルギレベルを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  ｎ型ドープＩｎＰ基板（半導体基板）
２  多重量子井戸活性層
２Ａ  アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層
２Ｂ  アンドープＡｌＧａＩｎＡｓバリア層
３，４  アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ光ガイド層
５，５Ａ，５Ｂ  メサ構造
６  ｐ型ドープＩｎＰ電流狭窄層（ＩｎＰ埋込層）
７，７Ａ  ｎ型ドープＩｎＰ電流狭窄層（ＩｎＰ埋込層）
８，８Ａ  ｐ型ドープＩｎＰクラッド層
９，９Ａ  ｐ型ドープＧａＩｎＡｓコンタクト層
１０  ｐ側電極
１１  ｎ側電極
１２，１２Ａ  Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ電流狭窄層（半絶縁性半導体層；ＩｎＰ埋込層）
【図１】
2007103581.tif 000003
【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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