(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された量子障壁層と、III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された量子井戸層とを有する活性領域を備えたIII−Ｖ族化合物半導体レーザであって、
該活性領域とクラッド層との間に、III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された光導波路層が設けられており、
該光導波路層は、該量子障壁層のエネルギーギャップおよび該クラッド層のエネルギーギャップの中間のエネルギーギャップを有しており、
該光導波路層のエネルギーギャップは、該量子障壁層から該クラッド層に向かって大きくなっている、III−Ｖ族化合物半導体レーザ。
【請求項２】
前記光導波路層のエネルギーギャップは、前記量子障壁層から前記クラッド層に向かって滑らかに大きくなっている、請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ。
【請求項３】
前記光導波路層のエネルギーギャップは、前記量子障壁層から前記クラッド層に向かって段階的に大きくなっている、請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ。
【請求項４】
前記III族元素は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｌを含む群から選択され、前記Ｖ族元素は、前記窒素以外にＡｓ、Ｐ及びＳｂを含む群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のIII−Ｖ族化合物半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長波長帯半導体レーザ素子に関する。特に、家庭へ高速のデータ配送を行うための光ファイバー通信いわゆるＦＴＴＨ（Fiber To The Home）、及びコンピューターのボード間通信いわゆる光インターコネクションに用いられる、高温環境下での低閾値電流及び低駆動電流特性が要求される長波長帯半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを使用した光通信システムあるいは光インターコネクションの光源として、従来はＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰ系の長波長帯半導体レーザ素子が開発されている。しかし、この半導体レーザ素子において、活性層とクラッド層との間の電子に対するバンド不連続差（エネルギーギャップの差）ΔＥｃが約１００ｍｅＶと小さいため、高温動作時に電子を活性層に十分に閉じ込めることができず、いわゆるキャリアのオーバーフローが生じるという問題があった。これが原因で、上記の半導体レーザ素子としては、温度特性が約５０Ｋ程度のものしか得られなかった。
【０００３】
このため、厳しい環境温度で上記の半導体レーザ素子を用いる場合、高温での動作電流が高くなることにより、駆動回路の高い出力が必要とされる。この結果、回路構成が非常に複雑となったり、レーザ素子を冷却するための装置が必要とされたりして、光通信装置の大型化、消費電力の増大等の問題が生じていた。
【０００４】
上記の温度特性の問題を改善するために、ＩｎＰ基板上に活性層としてＩｎＧａＡｌＡｓを用いた半導体レーザ素子、及びＩｎＰ基板上に活性層としてＩｎＡｓＰを用いた半導体レーザ素子が開発されているが、未だ実用上十分なものは得られていない。
【０００５】
一方、上記の温度特性を改善するために、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＩｎＮＡｓによって量子井戸層が形成される半導体レーザ素子が提案されている（特開平8-195522号公報）。この半導体レーザ素子では、１．３〜１．７μmの長波長帯の光を発振でき、かつ１５０Ｋ程度の温度特性が期待できる。なお、量子井戸構造の量子障壁層は、（Ａｌ）ＧａＡｓ層、またはＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との多層構造によって構成されている（特開平8-195522号公報の実施例４〜６）。
【０００６】
以下に、上記のＧａＩｎＮＡｓ系半導体レーザ素子の構造と物性との関係についてより詳細に説明する。
【０００７】
図７は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料の、Ｉｎ及びＮの組成と格子定数またはバンドギャップとの関係を示す。この図から分かるように、ＧａＩｎＡｓの材料への窒素を添加することにより得られるＧａＩｎＮＡｓ系混晶は、添加量に応じて格子定数がＧａＩｎＡｓの格子定数より小さくなり、ＧａＡｓの格子定数に徐々に近づく（ＧａＡｓに格子整合する方向に変化する）。また、窒素に対するエネルギーギャップの大きいボーイングの効果により、伝導帯のバンド端のエネルギー準位はＡ→Ｂ→Ｃと、価電子帯のバンド端のエネルギー準位はＤ→Ｅ→Ｆとそれぞれ変化することで、バンドギャップＥｇが小さくなる。
【０００８】
上記のことから、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を用いて、その中のインジウム及び窒素の組成を適切に選ぶことにより、ＧａＡｓのエネルギーギャップ１．４２ｅＶ（λ：８７３μm）よりも小さなエネルギーギャップ、即ち１．３〜１．７μm帯の長波長帯で発振し、かつＧａＡｓ基板上に格子整合する材料が得られることがわかる。
【０００９】
さらに、ＧａＩｎＮＡｓ系材料の場合ＧａＡｓ基板を用いることができるので、従来の素子構造で使用されているＩｎＰクラッド層に比べてバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓ層をクラッド層に使用できる。このため、バンド不連続差を大きくとることができ、温度特性として約１５０Ｋ程度のレーザ素子を得ることが期待できる。
【００１０】
図８は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料を使用した単一量子井戸構造を有する半導体レーザ素子の構造の一例を示す（第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿集2p-ZC-4 １９９７年１０月）。この半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板７００上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層７０４、ｎ型ＧａＡｓ下部光導波路層７０５（厚さ、１４０ｎｍ）、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層７０６（厚さ、７ｎｍ）、ｐ型ＧａＡｓ上部光導波路層７０７（厚さ、１４０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層７０８、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層７１８がこの順で形成されている。なお、基板７００の裏面及びキャップ層７１８の上には、それぞれｎ側電極７２０及びｐ側電極７２２が設けられている。
【００１１】
７ｎｍの厚さを有するＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層７０６は、ＧａＡｓ基板に対して１．０％の歪みを有する。上記の構造で、共振器長８００μmの場合、閾値が約１０３ｍＡ、発振波長が約１．３μmのレーザ素子が得られる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特開平8-195522号公報に開示されている半導体レーザ素子において、活性領域を構成する量子井戸構造は、量子井戸層としてＧａＩｎＮＡｓ層が用いられ、量子障壁層としては（Ａｌ）ＧａＡｓ層またはＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層との多層構造が用いられている。しかし、このような量子井戸構造では、十分良好な素子特性が得られないという問題がある。
【００１３】
上記問題の主な原因は、ＧａＩｎＮＡｓ層のような窒素を含む層と、（Ａｌ）ＧａＡｓ層等のような窒素を含まない層との間に、良好なヘテロ界面を形成することが困難であることにあると考えられる。
【００１４】
窒素及び窒素以外のＶ族元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体（以下では、Ｎ系半導体と略す）材料は、その１つの特徴として高い混合不安定性、すなわち、相分離しやすい性質を有する。ＧａＩｎＮＡｓ系量子井戸構造を有するレーザ素子を形成する場合、従来によれば、（Ａｌ）ＧａＡｓ量子障壁層という窒素を含まない化合物半導体層上に、量子井戸層を形成するためのＮ系半導体層を、またはＮ系半導体上に（Ａｌ）ＧａＡｓなどによる量子障壁層を成長する必要がある。この成長の途中特に成長初期に、Ｎ系半導体の上記の混合不安定性に起因して、窒素を含む半導体層上に窒素を含まない半導体層を形成する時、Ｖ族元素としてＡｓしか供給されないため、表面における窒素が局在化することで相分離が発生しやすくなり、良好なヘテロ界面を形成することが困難である。さらに、窒素を含まない化合物半導体上に均一な組成のＮ系半導体を構成することが困難ということにより、界面近傍の組成が遷移することによる遷移層が形成され、組成の急峻な界面が得られないという問題もある。
【００１５】
また、Ｎ系半導体材料は、上記の混合不安定性以外に、エネルギーギャップについての高い窒素依存性を有する。すなわち、Ｎ系半導体材料のエネルギーギャップの値は、窒素の濃度に強く影響される。例えば、インジウム混晶比が０．０１変化しても、Ｎ系半導体材料のエネルギーギャップは約０．０１ｅＶ、格子定数で約０．００７％程度しか変化しない。ところが、窒素混晶比がわずか０．０１変化するだけで、Ｎ系半導体のエネルギーギャップは約０．１５ｅＶ、格子定数は約０．２１％程度も変化する。これは、Ｎ系半導体の窒素含有量に対するエネルギーギャップ等のボーイングは、非常に大きいためである。このことから、窒素を含む層と窒素を含まない層とで量子井戸構造を形成する場合は、窒素源の急峻な切り替えを行わない限りは、エネルギーギャップの急峻な構造を持つ量子井戸層は得られない。
【００１６】
さらに、窒素を含む層と窒素を含まない層とを連続的に成長させる場合は、成長途中で、基板温度を変える必要がある。より具体的には、ＧａＩｎＡｓＮ井戸層を成長させる場合は、窒素の取り込み量を増加させるために、５００℃程度の低温成長が必要である。一方、Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ障壁層を成長させる場合は、結晶性を向上させるために７００℃程度の高温条件が必要である。このように、ＧａＩｎＡｓＮ量子井戸層の成長からＧａ（Ａｌ）Ａｓ量子障壁層の成長に切り替える時に、基板温度を変えなければならない。この時点で、量子井戸層表面における蒸気圧の高い元素が再蒸発するか、あるいは成長室内に残存するＣ、Ｏまたは水分などの残留不純物が量子井戸層の表面に吸着されることが生じる。このため、量子井戸層界面部の結晶性が劣化し、さらに、量子井戸層の表面状態の変化により相分離あるいはクラスタリングが発生しやすくなる。その結果、良好な結晶性及び急峻性を有するヘテロ界面を形成することが困難になる。
【００１７】
上記のように、窒素を含む層と窒素を含まない層とで量子井戸構造を形成する場合、量子井戸層と量子障壁層との界面での非発光再結合の割合の増大、及び量子効果の低減によって、閾値が上昇しスロープ効率が低下する。このため、図９に示されるように、共振器内部に損失が少ない構造、いわゆる実屈折率構造であるにも関わらず、室温での電流−光特性のスロープ効率が、通常の実屈折率構造の場合（〜０．４Ｗ／Ａ）に比べて、０．１６Ｗ／Ａと非常に低いものしか得られない。
【００１８】
さらに、温度特性が良好であるという特徴を有するにも関わらず、スロープ効率が良くないことに起因して、高温動作時の駆動電流が高くなり回路構成が複雑になる。上記の半導体レーザ素子に対して信頼性試験を行った結果、素子寿命が５０００時間程度のものしか得られないことが分かった。
【００１９】
上記のように、従来技術によれば、界面での非発光再結合の増大及び量子効果の低減による、閾値の上昇やスロープ効率の低減に起因して、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子が得られていなかった。
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、量子井戸層と量子障壁層との界面部の結晶性が向上し、バンド構造が最適化されさらにその設計の自由度が向上した、高いスロープ効率及び低い閾値を有する量子井戸構造光半導体素子を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるIII−Ｖ族化合物半導体レーザは、III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された量子障壁層と、III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された量子井戸層とを有する活性領域を備えたIII−Ｖ族化合物半導体レーザであって、該活性領域とクラッド層との間に、III族元素、及び窒素を含む２種類以上のＶ族元素によって形成された光導波路層が設けられており、該光導波路層は、該量子障壁層のエネルギーギャップおよび該クラッド層のエネルギーギャップの中間のエネルギーギャップを有しており、該光導波路層のエネルギーギャップは、該量子障壁層から該クラッド層に向かって大きくなっており、そのことにより上記目的が達成される。
前記光導波路層のエネルギーギャップは、前記量子障壁層から前記クラッド層に向かって滑らかに大きくなっていてもよい。
前記光導波路層のエネルギーギャップは、前記量子障壁層から前記クラッド層に向かって段階的に大きくなっていてもよい。
前記III族元素は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｌを含む群から選択され、前記Ｖ族元素は、前記窒素以外にＡｓ、Ｐ及びＳｂを含む群から選択されてもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本発明による量子井戸構造光半導体素子の第１の実施形態である埋め込み型の半導体レーザ素子を説明する。
【００２９】
この半導体レーザ素子は、図１（ａ）に示されるように、ｐ型ＧａＡｓ基板１００と、ｐ型ＧａＡｓバッファー層１０２と、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層１０４と、量子井戸構造１０６（活性領域）と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１の上部クラッド層１０８と、電流狭窄構造１１０と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第２の上部クラッド層１１６と、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１８と、を備えている。
【００３０】
本発明による半導体レーザ素子の量子井戸構造１０６は、図１（ｂ）に示されるように、アンドープＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.022Ａｓ0.978量子井戸活性層１０６ａと、アンドープＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ0.024Ａｓ0.976量子障壁層１０６ｂと、による３周期の積層構造を有する。量子井戸活性層１０６ａは、ＧａＡｓ基板１００に対して１．０％の圧縮歪みを有し、約６ｎｍの厚さを持つ。量子井戸活性層１０６ａは、エネルギーギャップが約０．８８６ｅＶであり、格子定数が約５．７１０Åである。一方、量子障壁層１０６ｂは、ＧａＡｓ基板１００に対して０．２５％の引っ張り歪みを有し、約１２ｎｍの厚さを持つ。量子障壁層１０６ｂは、エネルギーギャップが約１．０３ｅＶであり、格子定数が５．６６７Åである。
【００３１】
また、電流狭窄構造１１０は、下部クラッド層１０４、量子井戸構造１０６及び第１の上部クラッド層１０８によって構成されるメサ構造１０９の両側に設けられている。電流狭窄構造１１０は、ＧａＡｓ基板１００に格子整合するｎ型ＩｎＧａＰ層１１２と、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１３と、ｎ型ＩｎＧａＰ層１１４と、を含んでいる。
【００３２】
なお、基板１００の裏面にｐ側電極１２０が形成され、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１８上にｎ側電極１２２が形成されている。
【００３３】
以下に、上記の半導体レーザ素子の製造工程を説明する。
【００３４】
この製造工程において、III族元素の原料として、ガリウム、インジウム及びアルミニウム等の固体原料を用い、Ｖ族元素の原料としては砒素等の固体原料及びアンモニアを用いる。なお、ｎ型不純物の原料としてシリコンを用い、ｐ型不純物の原料としてはベリリウムを用いる。
【００３５】
まず、６５０℃の基板温度で、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により、ｐ型ＧａＡｓ基板１００上に、約０．３μm厚のｐ型ＧａＡｓバッファー層１０２と、約１．０μm厚のｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層１０４と、を順次形成する。
【００３６】
続いて、砒素抜けを防止するために、砒素フラックスを照射しながら基板温度をＧａＩｎＮＡｓ層の最適成長温度である５００℃程度に降温し、下部クラッド層１０４上に、アンドープＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.022Ａｓ0.978量子井戸活性層１０６ａと、アンドープＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ0.024Ａｓ0.976量子障壁層１０６ｂと、を３周期積層して、量子井戸構造１０６を形成する。
【００３７】
その後、Ｖ族元素の原料である砒素フラックス及びアンモニアを供給しつつ、基板温度を６５０℃程度に昇温した後、１．０μm厚のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１の上部クラッド層１０８、及びｎ型ＧａＡｓ保護層（図１（ａ）に図示せず）を形成する。
【００３８】
続いて、通常のフォトリソ工程により、ストライプ状のＳｉＮ膜による誘電体マスクをｎ型ＧａＡｓ保護層上に形成する。次に、ウエットエッチングプロセスにて、バッファー層１０２の一部の表面が露出するように、下部クラッド層１０４、量子井戸構造１０６、第１の上部クラッド層１０８及びｎ型ＧａＡｓ保護層を選択的にエッチングし、１．５μm幅のメサ構造１０９を形成する。
【００３９】
さらに、ＭＯＣＶＤ法により、誘電体マスクを利用して選択成長を行うことによって、メサ構造１０９の両側の露出しているバッファー層１０２の表面に、ＧａＡｓ基板１００に格子整合するｎ型ＩｎＧａＰ層１１２（厚さ、約０．６μm）、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１３（厚さ、約１μm）、及びｎ型ＩｎＧａＰ層１１４（厚さ、約１μm）を順次形成する。ｎ型ＩｎＧａＰ層１１２、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１３、及びｎ型ＩｎＧａＰ層１１４によって、横方向において光を閉じ込め、かつ電流を狭窄する電流狭窄構造１１０が形成される。
【００４０】
続いて、上記の誘電体マスクを除去した後、ＭＢＥ法により、メサ構造１０９及び電流狭窄構造１１０上に、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第２の上部クラッド層１１６、及びｎ型ＧａＡｓキャップ層１１８を順次形成する。
【００４１】
最後に、基板１００の裏面及びキャップ層１１８の上面に、それぞれｐ側電極１２０及びｎ側電極１２２を形成する。こうして、埋め込み型の半導体レーザ素子が得られる。
【００４２】
上記の構成において、量子井戸活性層１０６ａの格子定数Ａwellが量子障壁層１０６ｂの格子定数Ａbarrierより大きく設定されている。これにより、図７に示されるように、量子井戸層内に電子と正孔を閉じ込める構造が形成できる。
【００４３】
本実施形態によると、量子井戸活性層１０６ａ及び量子障壁層１０６ｂは、共に窒素を含む半導体によって形成されている。このため、窒素を含まない化合物半導体上に窒素を含む半導体を形成する場合、あるいはその逆の順序で半導体層を形成する場合に、それらの層の界面（量子井戸層と量子障壁層との界面）で生じる相分離あるいはクラスタリングによる結晶性の劣化が防止できる。その結果、良好な結晶性及び急峻性を有するヘテロ界面を形成することができ、エネルギーギャップの急峻な変化を持つ量子井戸構造が得られる。
【００４４】
また、量子井戸活性層１０６ａ及び量子障壁層１０６ｂは、構成元素が同一であるので、量子井戸構造形成時の成長温度を一定にする事ができる。このため、量子井戸活性層１０６ａの成長から量子障壁層１０６ｂの成長に切り替える時に最適成長温度にするための待ち時間を設ける必要がなくなり、それらの界面での不純物の吸着、あるいは組成元素の再蒸発による結晶性の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
図２は、本実施形態による量子井戸構造に対する、２結晶法によるＸ線回折パターンのサテライトピークから計算して得られた評価結果を示す。本発明の構造は、従来のものに比べて、量子井戸層と量子障壁層との界面Ｆでの組成の急峻性が改善されていることが確認できる。界面での結晶性の改善及び界面の組成の急峻性の改善により、非発光成分の低減と発光効率の向上が図れ、従来のものに比べて発振閾値は約１０％低減させた９２ｍＡ程度となる。本発明によると、スロープ効率が０．２５Ｗ／Ａという値を示すような、特性の良好な半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４６】
また、量子障壁層としてＧａ（Ａｌ）Ａｓ層を用いる上述した従来例の場合に比べて、本発明によれば、エネルギーギャップのより小さい障壁層を形成する事ができる。これにより、量子井戸層を厚くする場合でも、量子井戸準位のレベルを１つになるように、量子井戸層と量子障壁層とのバンド不連続差を小さくすることができる。その結果、量子井戸内に多数のレベルが存在する場合に生じる、発振レベルの変化による発振波長の飛びを抑制することもできる。
【００４７】
また、量子井戸構造の形成にＩｎＧａＡｓＮ系材料を用いることは、ＧａＡｓＮ系材料を用いることに比べて、次の利点を有する。ＧａＡｓＮ系材料は、ＩｎＧａＡｓＮ系材料に比べて、同程度のバンドギャップを得るためには、窒素の混晶比をより高くする必要がある（図７参照）。窒素混晶比が高いということにより、層分離やクラスタリングが生じやすく良好な結晶構造を得ることが困難である。一方、ＩｎＧａＡｓＮ系材料の場合は、このような問題が回避できる。さらに、ＧａＡｓ基板に格子整合しないため半導体膜を厚く形成する必要がある場合でも、ＧａＡｓＮ系材料より、ＩｎＧａＡｓＮ系材料を用いて量子井戸構造を形成する方が望ましい。
【００４８】
上記の説明では、半導体層の形成にＭＢＥ法を用いたが、他の成長方法、例えばＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用いてもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）
以下に、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本発明による量子井戸構造光半導体素子の第２の実施形態である埋め込み型の半導体レーザ素子を説明する。本実施形態の半導体レーザ素子は、第１の実施形態に比べて、量子井戸構造の構成が異なっており、それ以外の要素は同一である。
【００５０】
この半導体レーザ素子は、図３（ａ）に示されるように、ｐ型ＧａＡｓ基板１００と、ｐ型ＧａＡｓバッファー層１０２と、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層１０４と、量子井戸構造２０６と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１の上部クラッド層１０８と、電流狭窄構造１１０と、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第２の上部クラッド層１１６と、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１８と、を備えている。
【００５１】
本実施形態の量子井戸構造２０６は、図３（ｂ）に示されるように、アンドープＧａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ0.027Ａｓ0.973量子井戸活性層２０６ａと、アンドープＧａ0.96Ｉｎ0.04Ｎ0.022Ａｓ0.978量子障壁層２０６ｂと、による６周期の積層構造を有する。
【００５２】
量子井戸活性層２０６ａは、ＧａＡｓ基板１００に対して０．２５％の圧縮歪みを有し、約７ｎｍの厚さを持つ。量子井戸活性層２０６ａは、エネルギー ギャップが約０．８８５ｅＶであり、格子定数が約５．６６７Åである。一方、量子障壁層２０６ｂは、ＧａＡｓ基板１００に対して０．１４％の引っ張り歪みを有し、約２２ｎｍの厚さを持つ。量子障壁層２０６ｂは、エネルギーギャップが約１．０３ｅＶであり、格子定数が５．６４５Åである。
【００５３】
以下に、本実施形態の半導体レーザ素子の製造工程を説明する。
【００５４】
本実施形態の製造工程において、III族元素の原料として、ガリウム、インジウム及びアルミニウム等の固体原料を用い、Ｖ族元素の原料としてはアルシン（ＡｓＨ3）またはフォスフィン（ＰＨ3）などの水素化物及びアンモニアを用いる。なお、ｎ型不純物の原料としてセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用い、ｐ型不純物の原料としてはジエチルジンク（ＤＥＺ）を用いる。
【００５５】
まず、ガスソース分子線エピタキシー（ＧＳＭＢＥ）法により、５００℃の基板温度で、ｐ型ＧａＡｓ基板１００上に、約０．３μm厚のｐ型ＧａＡｓバッファー層１０２と、約１．０μm厚のｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層１０４と、を順次形成する。ｐ型ＧａＡｓバッファー層１０２、及びｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層１０４は、ｐ型ＧａＡｓ基板１００と格子整合する。
【００５６】
続いて、下部クラッド層１０４上に、アンドープＧａ0.90Ｉｎ0.10Ｎ0.027Ａｓ0.973量子井戸活性層２０６ａと、アンドープＧａ0.96Ｉｎ0.04Ｎ0.022Ａｓ0.978量子障壁層２０６ｂと、を形成する。量子井戸活性層２０６ａと量子障壁層２０６ｂとを、互いの層の歪む応力を補償するように、６周期積層し量子井戸構造２０６を形成する。その後、１．０μm厚のｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１の上部クラッド層１０８を形成する。
【００５７】
続いて、通常のフォトリソ工程により、ストライプ状のＳｉＮ膜による誘電体マスクを第１の上部クラッド層１０８上に形成する。ウエットエッチングプロセスにて、バッファー層１０２の一部の表面が露出するように、下部クラッド層１０４、量子井戸構造２０６、及び第１の上部クラッド層１０８を選択的にエッチングし、１．５μm幅のメサ構造１０９を形成する。
【００５８】
さらに、ＭＯＣＶＤ法により、誘電体マスクを利用して選択成長を行うことによって、メサ構造１０９の両側の露出しているバッファー層１０２の表面に、ＧａＡｓ基板１００に格子整合するｎ型ＩｎＧａＰ層１１２、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１３、及びｎ型ＩｎＧａＰ層１１４を順次形成する。ｎ型ＩｎＧａＰ層１１２、ｐ型ＩｎＧａＰ層１１３、及びｎ型ＩｎＧａＰ層１１４によって、横方向において光を閉じ込め電流を狭窄する電流狭窄構造１１０が形成される。
【００５９】
続いて、上記の誘電体マスクを除去した後、ＧＳＭＢＥ法により、メサ構造１０９及び電流狭窄構造１１０上に、ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第２の上部クラッド層１１６、及びｎ型ＧａＡｓキャップ層１１８を順次形成する。
【００６０】
最後に、基板１００の裏面及びキャップ層１１８の上面に、それぞれｐ側電極１２０及びｎ側電極１２２を形成する。こうして、埋め込み型の半導体レーザ素子が得られる。
【００６１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、量子障壁層にＧａＩｎＡｓＮ層を使うことで、界面の結晶性及び界面の組成の急峻性の向上という効果が得られる。さらに、量子井戸活性層と量子障壁層との界面における歪み応力を低減することにより、歪み応力による界面状態の不安定性に起因する界面の結晶性が劣化するという従来技術における問題を改善できる。本実施形態によれば、相分離が生じる事なく、結晶性の良好な量子井戸構造が得られる。本実施形態によれば、従来例に比べて発振閾値が約１５％低減でき（約８８ｍＡ）、スロープ効率が０．３Ｗ／Ａ、信頼性が５０００時間から２万時間へと向上した半導体レーザ素子が得られる。
【００６２】
（第３の実施形態）
以下に、図４を参照しながら、本発明による量子井戸構造光半導体素子の第３の実施形態であるリッジ型の半導体レーザ素子を説明する。本実施形態において、基板として、ｎ型ＧａＡｓが用いれる。
【００６３】
この半導体レーザ素子は、図４に示されるように、ｎ型ＧａＡｓ基板３００と、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２と、ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層３０４と、量子井戸構造３０６と、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層３０８と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８と、ＳｉＯ2誘電体層３１０と、を備えている。誘電体層３１０は、下部クラッド層３０４、量子井戸構造３０６、上部クラッド層３０８及びキャップ層３１８によって構成されるリッジ構造３０９の両側に設けられている。なお、基板３００の裏面にｎ側電極３２０が形成され、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８及び誘電体層３１０上にｐ側電極３２２が形成されている。
【００６４】
量子井戸構造３０６は、アンドープＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.022Ａｓ0.978量子井戸活性層３０６ａと、アンドープＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ0.022Ａｓ0.978量子障壁層３０６ｂと、による３周期の積層構造を有する。量子井戸活性層３０６ａは、ＧａＡｓ基板３００に対して１．０％の圧縮歪みを有し、約６ｎｍの厚さを持つ。量子井戸活性層３０６ａは、エネルギーギャップが約０．８８６ｅＶであり、格子定数が約５．７１０Åである。一方、量子障壁層３０６ｂは、ＧａＡｓ基板３００に対して０．２５％の引っ張り歪みを有し、約１２ｎｍの厚さを持つ。量子障壁層１０６ｂは、エネルギーギャップが約１．０７ｅＶであり、格子定数が５．６３９Åである。
【００６５】
以下に、上記の半導体レーザ素子の製造工程を説明する。
【００６６】
この製造工程において、ガリウム、インジウム及びアルミニウム等のIII族元素、並びに砒素及び窒素等のＶ族元素の原料としては、第１の実施形態の場合と同様な原料を用いる。
【００６７】
まず、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により、７００℃の基板温度（ＧａＡｓ層の最適成長温度）で、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、約０．２μm厚のｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２と、約１．０μm厚のｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層３０４と、を順次形成する。
【００６８】
続いて、ＧａＩｎＮＡｓ膜中への窒素の取り込み率を向上させるために、砒素フラックスとアンモニアとの雰囲気中で、基板温度を５００℃程度に降下し、下部クラッド層３０４上に、アンドープＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.022Ａｓ0.978量子井戸活性層３０６ａと、アンドープＧａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ0.022Ａｓ0.978量子障壁層３０６ｂと、を形成する。量子井戸活性層３０６ａと量子障壁層３０６ｂとを３周期積層して、量子井戸構造３０６を形成する。
【００６９】
その後、砒素フラックスとアンモニアとの雰囲気中で、基板温度を７００℃程度に昇温した後、１．０μm厚のｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層３０８、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８を形成する。
【００７０】
続いて、通常のフォトリソ工程により、３μmの幅のストライプ状のレジストパターニングをキャップ層３１８上に形成する。次に、ウエットエッチングプロセスにて、キャップ層３１８、及び上部クラッド層３０８の一定の厚さの部分を選択的にエッチングし、３μm幅のリッジ構造３０９を形成する。
【００７１】
さらに、スパッターにより、上部クラッド層３０８を覆うように、ＳｉＯ2による誘電体層３１０（厚さ、約０．５μm）を形成する。
【００７２】
最後に、基板３００側とリッジ構造３０９側に、それぞれｎ側電極３２０及びｐ側電極３２２を形成する。こうして、リッジ型の半導体レーザ素子が得られる。
【００７３】
以下に、図５を参照しながら、上記の量子井戸構造３０６の製造工程における原料の供給についてより詳しく説明する。
【００７４】
図５は、量子井戸構造３０６を形成する時の、ＭＢＥ成長装置の原料供給源の、原料供給を制御するシャッターの開閉シーケンスを示す。「Ｇａ１源」及び「Ｇａ２源」は、互いに異なる強度を有する分子線源を用いることによって、異なる供給量でガリウム原料を供給する供給源を示す。「Ｉｎ１源」及び「Ｉｎ２源」は、互いに異なる強度を有する分子線源を用いることによって、異なる供給量でインジウム原料を供給する供給源を示す。「Ａｓ源」及び「Ｎ源」は、それぞれ一定の供給量で砒素原料及びアンモニアを供給する供給源を示す。これらの供給源の供給量は、成長条件に合わせて適切に設定すればよい。なお、「ＯＮ」（開）及び「ＯＦＦ」（閉）は、それぞれ原料を供給する及び供給しないことを示す。例えはガリウムの供給について、「Ｇａ１源」及び「Ｇａ２源」のシャッターの開閉を制御することによって、ガリウムのトータルの供給量をコントロールできる。すなわち、「Ｇａ１源」及び「Ｇａ２源」の両方のシャッターが共に「開」である場合は、ガリウムの供給量は、「Ｇａ１源」による供給量と「Ｇａ２源」による供給量との合計となり、一方、「Ｇａ１源」及び「Ｇａ２源」のうちの１つのみが「開」である場合は、ガリウムの供給量は、「Ｇａ１源」及び「Ｇａ２源」のいずれか１方による供給量となる。
【００７５】
図５に示されるように、Ｇａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.022Ａｓ0.978量子井戸活性層３０６ａの成長から、Ｇａ0.98Ｉｎ0.02Ｎ0.022Ａｓ0.978量子障壁層３０６ｂの成長に切り替える場合、III族元素であるガリウム及びインジウムの原料供給比のみを変化させ、Ｖ族元素である砒素及び窒素の原料供給比を変化させることなく一定にしている。
【００７６】
このように、量子井戸構造の作製中に半導体層の界面部の形成において、窒素原料の供給量（濃度）を切り替えることなく一定にすることによって、本発明の本質的な課題である、バンドギャップ及び格子定数についての高い窒素濃度依存性による問題を回避できる。このため、量子井戸層と量子障壁層との界面の組成及びエネルギーギャップの急峻性が向上する。さらに、砒素及び窒素の供給量が変わることにより界面状態が不安定となることで生じる相分離あるいはクラスタリング等の発生も抑制できる。この効果により、界面における組成及びエネルギーギャップの急峻性がさらに向上した量子井戸層／量子障壁層の構造が得られる。
【００７７】
本実施形態によれば、従来の素子に比べて、発振閾値は約２０％低減し（約８０ｍＡ）、スロープ効率が０．４Ｗ／Ａに改善できる。
【００７８】
（第４の実施形態）
以下に、図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本発明による量子井戸構造光半導体素子の第４の実施形態である埋め込み型の半導体レーザ素子を説明する。本実施形態と上述の実施形態との主な違いは、本実施形態において、量子井戸構造の上下の少なくとも１方に光導波路層が設けられている。
【００７９】
この半導体レーザ素子は、図６（ａ）に示されるように、ｎ型ＧａＡｓ基板３００と、ｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２と、ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層３０４と、ＧａaＩｎ1-aＮbＡｓ1-b下部光導波路層４０５と、量子井戸構造４０６と、ＧａcＩｎ1-cＮdＡｓ1-d上部光導波路層４０７と、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層３０８と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８と、半絶縁性のＩｎＧａＰ層４１０と、を備えている。半絶縁性のＩｎＧａＰ層４１０は、下部クラッド層３０４、下部光導波路層４０５、量子井戸構造３０６、上部光導波路層４０７、上部クラッド層３０８及びキャップ層３１８によって構成されるメサ構造４０９の両側に設けられている。なお、基板３００の裏面にｎ側電極３２０が形成され、ｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８及びＩｎＧａＰ層４１０上にｐ側電極３２２が形成されている。
【００８０】
ＧａaＩｎ1-aＮbＡｓ1-b下部光導波路層４０５のガリウムの組成ａは、基板３００側から層の積層方向に向かって、１．０から０．９４までに徐々に減少している。なお、ａとｂとの間に、ａ＝（０．４０５−１．１１ｂ）／（０．４０５−０．０３５ｂ）の条件が満足される。このことによって、ＧａaＩｎ1-aＮbＡｓ1-b下部光導波路層４０５は、基板３００に格子整合しながら、図６（ｂ）に示されるように、エネルギーギャップ（伝導帯と価電子帯とのエネルギー準位の差）が基板３００側（図６（ｂ）の下部側）から層の積層方向に向かって徐々に小さくなる。
【００８１】
一方、ＧａcＩｎ1-cＮdＡｓ1-d上部光導波路層４０７のガリウムの組成ｃは、基板３００側から層の積層方向に向かって、０．９４から１．０までに徐々に増加している。なお、ｃとｄとの間に、ｃ＝（０．４０５−１．１１ｄ）／（０．４０５−０．０３５ｄ）の条件が満足される。このことによって、ＧａcＩｎ1-cＮdＡｓ1-d上部光導波路層４０７は、エネルギーギャップが基板３００側から層の積層方向に向かって徐々に大きくなる。
【００８２】
量子井戸構造４０６は、アンドープＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ0.026Ａｓ0.974量子井戸活性層４０６ａと、アンドープＧａ0.80Ｉｎ0.20Ｎ0.024Ａｓ0.976量子障壁層４０６ｂと、による２周期の積層構造を有する。量子井戸活性層４０６ａは、ＧａＡｓ基板３００に対して０．５％の圧縮歪みを有し、約５ｎｍの厚さを持つ。量子井戸活性層４０６ａは、エネルギーギャップが約０．８５５ｅＶであり、格子定数が約５．６８１Åである。一方、量子障壁層４０６ｂは、ＧａＡｓ基板３００に格子整合しており、約１２ｎｍの厚さを持つ。量子障壁層４０６ｂは、エネルギーギャップが約１．０３ｅＶであり、格子定数が５．６３２Åである。
【００８３】
以下に、上記の半導体レーザ素子の製造工程を説明する。
【００８４】
この製造工程において、ガリウム、インジウム及びアルミニウム等のIII族元素の原料として、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスを用い、砒素及び窒素等のＶ族元素の原料としては、それぞれアルシン及びアンモニア等の水素化物を用いる。なお、ｎ型不純物の原料としてセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）を用い、ｐ型不純物の原料としてはジエチルジンク（ＤＥＺ）を用いる。
【００８５】
まず、ＭＯＣＶＤ法により、７００℃の基板温度（ＧａＡｓ層の最適成長温度）で、ｎ型ＧａＡｓ基板３００上に、約０．３μm厚のｎ型ＧａＡｓバッファー層３０２と、約１．０μm厚のｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層３０４と、を順次形成する。
【００８６】
続いて、アンモニア及びアルシンの供給量を調節しながら、ＧａＩｎＮＡｓ膜中への窒素の取り込み率を向上させるために基板温度を５００℃程度に降下する。その後、下部クラッド層３０４上に、上記のＧａaＩｎ1-aＮbＡｓ1-b下部光導波路層４０５を０．３μmの厚さに形成する。
【００８７】
次に、アンドープＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ0.026Ａｓ0.974量子井戸活性層４０６ａと、アンドープＧａ0.90Ｉｎ0.20Ｎ0.024Ａｓ0.976量子障壁層４０６ｂと、を形成する。量子井戸活性層４０６ａと量子障壁層４０６ｂとを２周期積層して、量子井戸構造４０６を形成する。
【００８８】
続いて、アンモニア及びアルシン等の供給量を調節しながら、量子井戸構造４０６上に、上記のＧａaＩｎ1-aＮbＡｓ1-b上部光導波路層４０７を０．３μmの厚さに形成する。
【００８９】
その後、基板温度を７００℃程度に昇温し、アンモニア及びアルシン等の原料を供給しながら、１．０μm厚のｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層３０８、及びｐ型ＧａＡｓキャップ層３１８を形成する。
【００９０】
続いて、通常のフォトリソ工程により、１．５μmの幅のストライプ状のレジストパターニングをキャップ層３１８上に形成する。次に、レジストパターニングをマスクとして、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）により、バッファー層３０２の一部の表面が露出するように、下部クラッド層３０４、下部光導波路層４０５、量子井戸構造４０６、上部光導波路層４０７、上部クラッド層３０８及びキャップ層３１８を選択的にエッチングし、１．５μmの幅のメサ構造４０９を形成する。
【００９１】
さらに、メサ構造４０９の両側のバッファー層３０２上に、光・電流狭窄層であるＩｎＧａＰ層４１０を約３．１μmの厚さに形成する。
【００９２】
最後に、真空蒸着により、基板３００の裏面にｎ側電極３２０を形成し、キャップ層３１８及びＩｎＧａＰ層４１０の上面にｐ側電極３２２を形成する。こうして、埋め込み型の半導体レーザ素子が得られる。
【００９３】
本実施形態によれば、クラッド層と量子井戸構造との間に、これらの層の中間のエネルギーギャップを有する光導波路層が設けられていることによって、量子井戸層の光閉じ込め係数の増加し、素子設計上の自由度が増加する。
【００９４】
さらに、本発明によると、量子井戸構造の外側に位置する光導波路層とクラッド層との間に、良好な結晶性を持つ、Ｎ系半導体層と窒素を含まない層との界面構造を形成できるので、非発光再結合を防ぐことができる。
【００９５】
上記のＮ系半導体として、ＩｎＧａＡｓＮまたはＧａＡｓＮが用いられるが、次の理由で、ＩｎＧａＡｓＮの方がより好ましい。１．１μmの波長帯のバンドギャップを有するＧａＡｓＮの場合、窒素濃度として２％という高い値が必要であり、さらにＧａＡｓ基板に対し０．５％程度の引っ張り歪みを有する。このため、比較的に厚さの大きいガイド層を形成する場合、格子緩和が起こり良好な結晶が得られない。これに対し、ＩｎＧａＡｓＮ系材料は、ＧａＡｓＮと同じ波長帯のバンドギャップを有しさらにＧａＡｓに格子整合する場合には、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ａｓ0.984Ｎ0.016という組成の、混合不安定の原因となる窒素濃度が低い半導体を用いることができる。
【００９６】
本実施形態によると、従来の素子に比べて発振閾値が約２５％低減した（約７５ｍＡ）半導体レーザ素子が得られる。
【００９７】
本実施形態では光導波路層のＧａ組成比が１．０から０．９４に（また０．９４から１．０に）徐々に変化する構成をとっているが、Ｇａ組成比をステップ状に例えば０．０２刻みで変化する構造にしても同様な効果が得られる。また、本実施形態のクラッド層はＡｌＧａＡｓクラッドで形成しているが、窒素及びインジウムが少量含まれたＩｎＧａＡｌＡｓＮ層、あるいはアルミニウムを含まないＩｎＧａＡｓＮ層もしくはＩｎＧａＡｓＰＮ層等で、クラッド層を構成することも可能である。この場合でも、クラッド層の結晶性を損なうことなく、III族あるいはＶ族の組成元素を変えずに、光導波路層とクラッド層とを滑らかに繋ぐバンドギャップ構造を形成しレーザ素子を作製することができる。
【００９８】
以上の実施形態に記載されている量子井戸層及び量子障壁層の混晶比、及び層厚等は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において数々の値が取れることは言うまでもない。
【００９９】
上記の実施形態では量子井戸構造及び光導波路層はＩｎＧａＡｓＮで形成されているが、これらの層を、III族元素としてＡｌまたはＴｌ、Ｖ族元素としてＳｂ等が含まれているようなＮ系半導体で形成しても同様な効果が得られる。
【０１００】
さらに、成長方法、成長温度、あるいは半導体層の具体的な構成も、以上の実施形態に記載されているものに限定されることなく、本発明の効果が得られるであれば、他の方法または構造を用いても良いことは言うまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、下記の効果が得られる。
【０１０２】
量子井戸層及び量子障壁層は、共に窒素及び他のＶ族元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体によって形成されることによって、従来における量子井戸層と量子障壁層との界面での混合不安定性がなくなる。これにより、組成の急峻性及び、エネルギーギャップの急峻性を持つ界面を有する量子井戸層／量子障壁層の構造が形成できる。このため、半導体レーザ素子のスロープ効率の向上及び閾値の低下が図れる。
【０１０３】
また、窒素及び他のＶ族元素を含むIII−Ｖ族化合物半導体による量子障壁層を用いることによって、量子障壁層としてＧａ（Ａｌ）Ａｓ層を用いる従来例の場合に比べて、エネルギーギャップのより小さい障壁層を形成する事ができる。これにより、量子井戸層を厚くする場合でも、量子井戸準位のレベルが１つになるように、量子井戸層と量子障壁層とのバンド不連続差を小さくすることができる。その結果、量子井戸内に多数のレベルが存在する場合に生じる、発振レベルの変化による発振波長の飛びを抑制することができる。
【０１０４】
さらに、量子井戸層の格子定数Ａwellが量子障壁層の格子定数Ａbarrierより大きく設定されているので、量子井戸内に電子とホールを閉じ込める構造が得られる。また、量子井戸層及び量子障壁層の歪み応力を、方向が互いに反対しかつその大きさを等しくすることにより、歪みによる界面での相分離を抑制することができる。
【０１０５】
さらに、窒素を含むＶ族原料の供給量を一定にし、量子井戸層及び量子障壁層を連続的に形成することで、Ｖ族原料の供給量の切り替え時に生じやすい相分離あるいはクラスタリング等の発生が抑制できる。このため、量子井戸層と量子障壁層との界面の状態が安定であり、組成の急峻性及び、エネルギーギャップの急峻性を持つ界面を有する量子井戸層／量子障壁層の構造が確実に形成できる。
【０１０６】
さらに、クラッド層と量子井戸構造との間に、これらの層の中間のエネルギーギャップを有する光導波路層を設けることによって、光閉じ込め係数等の素子設計上の自由度が増加する。
【０１０７】
なお、量子井戸構造を形成するＮ系半導体として用いられえるＩｎＧａＡｓＮとＧａＡｓとを比べると、同じバンドギャップを有する場合、混合不安定性の原因となる窒素の濃度が少なく、かつＧａＡｓ層に格子整合するＩｎＧａＡｓＮを用いる方が、本発明の効果をより十分に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の構造図、（ａ）は断面図、（ｂ）は量子井戸構造のハンド構造を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態により得られた半導体レーザ素子に対する、Ｘ線回折法のデータから計算して得られた評価結果を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態による半導体レーザ素子の構造図、（ａ）は断面図、（ｂ）は量子井戸構造のバンド構造を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態による半導体レーザ素子の構造断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態の半導体レーザ素子の量子井戸構造作製時の、ＭＢＥ成長装置の原料供給源の、原料供給を制御するシャッターの開閉シーケンスを示す図。
【図６】本発明の第４の実施形態による半導体レーザ素子の構造図、（ａ）は断面図、（ｂ）は量子井戸構造のハンド構造を示す図。
【図７】ＧａＩｎＮＡｓ系材料の、Ｉｎ及びＮの組成と格子定数またはバンドギャップとの関係を示す図。
【図８】従来のＧａＩｎＮＡｓ系歪み量子井戸構造半導体レーザ素子の断面構造図。
【図９】従来のＧａＩｎＮＡｓ系歪み量子井戸構造半導体レーザ素子の電流−光出力特性を示す図。
【符号の説明】
１００  ｐ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｐ型ＧａＡｓバッファー層
１０４  ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ下部クラッド層
１０６、２０６、３０６、４０６  量子井戸構造
１０６ａ、２０６ａ、３０６ａ、４０６ａ  ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層
１０６ｂ、２０６ｂ、３０６ｂ、４０６ｂ  ＧａＩｎＮＡｓ量子障壁層
１０８  ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第１の上部クラッド層
１０９  メサ構造
１１０  電流狭窄構造
１１２  ｎ型ＩｎＧａＰ層
１１３  ｐ型ＩｎＧａＰ層
１１４  ｎ型ＩｎＧａＰ層
１１６  ｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ第２の上部クラッド層
１１８  ｎ型ＧａＡｓキャップ層
１２０、３２２  ｐ側電極
１２２、３２０  ｎ側電極
３００  ｎ型ＧａＡｓ基板
３０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３０４  ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
３０８  ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
３０９  リッジ構造
３１０  誘電体層
３１８  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
４０５  ＧａＩｎＮＡｓ下部光導波路層
４０７  ＧａＩｎＮＡｓ上部光導波路層
４０９  メサ構造
４１０  ＩｎＧａＰ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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