特許 7296845 変調ドープ半導体レーザ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-15

(45)【発行日】2023-06-23

(54)【発明の名称】変調ドープ半導体レーザ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/34 20060101AFI20230616BHJP

   H01S 5/20 20060101ALI20230616BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230616BHJP

   C23C 16/30 20060101ALI20230616BHJP

【ＦＩ】

H01S5/34

H01S5/20

H01L21/205

C23C16/30

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019189348

(22)【出願日】2019-10-16

(65)【公開番号】P2021034708

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】P 2019150057

(32)【優先日】2019-08-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本ルメンタム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中島 崇之

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】関野 裕司

【審査官】佐竹 政彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２７７８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０９９９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１２９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１２６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４６４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－３１２４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２２８０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３２６９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交互に積層された複数の第１層及び複数の第２層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、
前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、
前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、
を有し、
前記複数の第１層は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第２層は、前記ドナーをさらに含有し、
前記複数の第２層では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第２層の前記ｐ型キャリア濃度の１０％以下になっていることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項2】

請求項１に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第１層のそれぞれ及び前記複数の第２層のそれぞれで、前記ｐ型キャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第１層の対応する１つであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第２層の対応する１つであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第１層のそれぞれは、バリア層であり、
前記複数の第２層のそれぞれは、量子井戸層であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第１層のそれぞれは、量子井戸層であり、
前記複数の第２層のそれぞれは、バリア層であることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、
前記ドナーは、Ｓｉであることを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層よりも低いことを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、
前記複数の第２層は、前記ｎ型キャリア濃度において、前記ｎ型半導体層よりも低いことを特徴とする変調ドープ半導体レーザ。

【請求項11】

ｎ型半導体層を形成する工程と、
交互に積層された複数の第１層及び複数の第２層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、
前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記複数の第１層は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、
前記複数の第２層は、前記ドナーをさらに含有し、
前記複数の第２層では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第２層の前記ｐ型キャリア濃度の１０％以下になっていることを特徴とする変調ドープ半導体レーザの製造方法。

【請求項12】

請求項１１に記載された変調ドープ半導体レーザの製造方法であって、
前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする変調ドープ半導体レーザの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変調ドープ半導体レーザ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）の障壁層にアクセプタを添加した変調ドープ半導体レーザが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－２８４７９９号公報

【文献】特開２０１２－２２０５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光半導体素子の結晶成長で多く用いられるＭＯＣＶＤ（Metal organic Chemical Vapor Deposition）法では、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）が主に用いられる。Ｚｎは結晶成長中に拡散しやすい。そのため、ｐ側ＳＣＨのキャリア濃度が低下し、ＭＱＷのキャリア濃度が上昇する。特許文献１では、Ｚｎに代わり拡散性の低いベリリウムなどを使うことが開示されているが、ベリリウムはＭＯＣＶＤには使用することができない。またｐ型ドーパントがＭＱＷに拡散し、ＭＱＷ内のキャリア濃度が上昇することが知られている（特許文献２）。

【0005】

本発明は、適切なキャリア濃度の確保を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明に係る変調ドープ半導体レーザは、交互に積層された複数の第１層及び複数の第２層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有する多重量子井戸と、前記複数層の最上層に接触するｐ型半導体層と、前記複数層の最下層に接触するｎ型半導体層と、を有し、前記複数の第１層は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、前記複数の第２層は、前記ドナーをさらに含有し、前記複数の第２層では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第２層の前記ｐ型キャリア濃度の１０％以下になっていることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、多重量子井戸は、高いｐ型キャリア濃度を有するので、ｐ型半導体層からのアクセプタの拡散を抑えることができ、適切なキャリア濃度が確保される。その一方で、多重量子井戸の第２層は、電界を均一にするために、実効キャリア濃度が低くなっている。

【0008】

（２）（１）に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、分離閉じ込めヘテロ構造を構成するためにあることを特徴としてもよい。

【0009】

（３）（１）又は（２）に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数の第１層のそれぞれ及び前記複数の第２層のそれぞれで、前記ｐ型キャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上であることを特徴としてもよい。

【0010】

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第１層の対応する１つであることを特徴としてもよい。

【0011】

（５）（１）から（３）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数層の前記最上層及び前記最下層のそれぞれは、前記複数の第２層の対応する１つであることを特徴としてもよい。

【0012】

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数の第１層のそれぞれは、バリア層であり、前記複数の第２層のそれぞれは、量子井戸層であることを特徴としてもよい。

【0013】

（７）（１）から（５）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数の第１層のそれぞれは、量子井戸層であり、前記複数の第２層のそれぞれは、バリア層であることを特徴としてもよい。

【0014】

（８）（１）から（６）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方であり、前記ドナーは、Ｓｉであることを特徴としてもよい。

【0015】

（９）（１）から（８）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層よりも低いことを特徴としてもよい。

【0016】

（１０）（１）から（９）のいずれか１項に記載された変調ドープ半導体レーザであって、前記複数の第２層は、前記ｎ型キャリア濃度において、前記ｎ型半導体層よりも低いことを特徴としてもよい。

【0017】

（１１）本発明に係る変調ドープ半導体レーザの製造方法は、ｎ型半導体層を形成する工程と、交互に積層された複数の第１層及び複数の第２層を含む複数層からなり、アクセプタ及びドナーを含有し、前記複数層の最下層が前記ｎ型半導体に接触して載るように、多重量子井戸を形成する工程と、前記複数層の最上層に接触して載るように、有機金属気相成長法によって、ｐ型半導体層を形成する工程と、を含み、前記複数の第１層は、ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、前記複数の第２層は、前記ｐ型キャリア濃度において、前記ｐ型半導体層の１０％以上１５０％以下になるように、前記アクセプタを含有し、前記複数の第２層は、前記ドナーをさらに含有し、前記複数の第２層では、前記ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分に相当する実効キャリア濃度が、前記複数の第２層の前記ｐ型キャリア濃度の１０％以下になっていることを特徴とする。

【0018】

本発明によれば、多重量子井戸は、高いｐ型キャリア濃度を有するので、ｐ型半導体層からのアクセプタの拡散を抑えることができ、適切なキャリア濃度が確保される。その一方で、多重量子井戸の第２層は、電界を均一にするために、実効キャリア濃度が低くなっている。

【0019】

（１２）（１１）に記載された変調ドープ半導体レーザの製造方法であって、前記多重量子井戸は、前記有機金属気相成長法によって形成されることを特徴としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１の実施形態に係る変調ドープ半導体レーザの平面図である。

【図2】図１に示す変調ドープ半導体レーザのII－II線断面図である。

【図3A】ドナー（ｎ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。

【図3B】アクセプタ（ｐ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。

【図3C】ｐ型キャリア濃度とｎ型キャリア濃度の差分（実効キャリア濃度）を示す図である。

【図4A】第２の実施形態において、ドナー（ｎ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。

【図4B】第２の実施形態において、アクセプタ（ｐ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。

【図4C】第２の実施形態において、ｐ型キャリア濃度とｎ型キャリア濃度の差分（実効キャリア濃度）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

【0022】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る変調ドープ半導体レーザの平面図である。図２は、図１に示す変調ドープ半導体レーザのII－II線断面図である。

【0023】

変調ドープ半導体レーザは、分布帰還型半導体レーザ(Distributed Feedback Laser：ＤＦＢレーザ)であってもよい。変調ドープ半導体レーザは、図示しない変調部がモノリシックに集積された変調器集積型半導体光素子（例えば変調器集積レーザ）であってもよい。変調器集積レーザは、レーザ部に駆動電流を注入することにより出射される連続光を変調部で変調して、信号光が出力される。変調部は、電界吸収型変調器（ＥＡ（Electro-Absorption）変調器）であってもよい。電界吸収型変調器は、チャープ（波動変調）が小さく、光信号のＯＮレベルとＯＦＦレベルの差である消光比が大きく、広域帯である、といった有利な特性を有することに加え、小型で低コストであることにより、幅広く用いられる。

【0024】

変調ドープ半導体レーザは、リッジ構造を有している。リッジ構造は後述する多重量子井戸が横に広がり、その上部に半導体のメサストライプ（導波路）が形成されている構造である。なお、埋め込みヘテロ構造（Buried Heterostructure：ＢＨ構造）であっても構わない。ＢＨ構造とは、多重量子井戸がメサストライプ内にあり、メサストライプ構造の両側に埋め込み層を有する構造をいう。ＢＨ構造は、横方向に光を閉じ込める効果が強く、ＦＦＰ（Far Field Pattern）がより円形となるので、光ファイバとの結合効率が高いという利点があり、さらに、放熱性に優れているといった利点がある。

【0025】

［ｎ型半導体層］
変調ドープ半導体レーザは、下クラッド層１０（ｎ型ＩｎＰ層）の上に、ｎ型半導体層１２（ＩｎＧａＡｌＡｓ層）を有する。ｎ型半導体層１２のドナー（ｎ型ドーパント）は、Ｓｉである。Ｓｉは結晶成長中の拡散がほとんどないことで知られている。ｎ型半導体層１２は、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を構成するためにある。

【0026】

［多重量子井戸］
変調ドープ半導体レーザは、多重量子井戸（Multiple-Quantum Well：ＭＱＷ）１４を有する。多重量子井戸１４は、アクセプタ（ｐ型ドーパント）及びドナー（ｎ型ドーパント）を含有する。多重量子井戸１４は、複数層からなり、最下層がｎ型半導体層１２に接触している。

【0027】

多重量子井戸１４を構成する複数層は、複数の第１層１６を含む。複数層の最上層は、第１層１６である。複数層の最下層も、第１層１６である。複数の第１層１６のそれぞれは、バリア層（ＩｎＧａＡｌＡｓ層）である。多重量子井戸１４を構成する複数層は、複数の第２層１８を含む。複数の第２層１８のそれぞれは、量子井戸層（ＩｎＧａＡｌＡｓ層）である。複数の第１層１６及び複数の第２層１８は、交互に積層されている。

【0028】

第１層１６（バリア層）は、アクセプタ（ｐ型ドーパント）を含有している。アクセプタは、Ｚｎ及びＭｇの少なくとも一方である。第２層１８（量子井戸層）も、アクセプタ（ｐ型ドーパント）を含有している。第２層１８（量子井戸層）は、ドナー（ｎ型ドーパント）も含有している。ドナーは、Ｓｉ（ｎ型半導体層１２のドナーと同じ材料）である。

【0029】

［ｐ型半導体層］
変調ドープ半導体レーザは、ｐ型半導体層２０（ＩｎＧａＡｌＡｓ層）を有する。ｐ型半導体層２０のアクセプタは、例えばＺｎ及びＭｇの少なくとも一方（第１層１６のアクセプタと同じ材料）であり、拡散の抑制が極めて困難である。ｐ型半導体層２０は、多重量子井戸１４の最上層（第１層１６）に接触している。ｐ型半導体層２０は、分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を構成するためにある。ｐ型半導体層２０に上クラッド層２２（ｐ型ＩｎＰ層）が積層されている。またｐ型半導体層２０の上部には回折格子２８が形成されている。

【0030】

下クラッド層１０の裏面には、電極２４（例えばカソード）がある。上クラッド層２２の上には、電極２４（例えばカソード）と対向して電圧を印加するための電極２６（例えばアノード）がある。

【0031】

［キャリア濃度］
図３Ａ～図３Ｃは、第１の実施形態において、多重量子井戸（ＭＱＷ）付近のキャリア濃度を示す図である。ここでキャリア濃度とは添加された不純物の密度を示す。厳密には、ドーピングされた不純物全てがキャリアとして機能するわけではないが、ここでは説明の簡略化のためにすべての不純物がキャリアとして機能するとしている。また意図的に不純物を添加していない状態であっても、半導体には非常に微量の様々な不純物が含まれており、意図的に添加していない状態および実効的にキャリアとして機能しない量を１×１０^１５ｃｍ^－３又はそれ以下とする。

【0032】

図３Ａ～図３Ｃにおいて、横軸は、説明しやすいように多重量子井戸１４（ＭＱＷ）の幅を拡大して記載しており、他の層とは実際の比率が異なる。さらに、実際のプロファイルは多層成長によりドーパントの拡散などにより各層の界面はなだらかに変化するが、ここでは説明のためにキャリア濃度の変化は急峻に示している。

【0033】

図３Ａは、ドナー（ｎ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。上クラッド層２２（ｐ－ｃｌａｄ）及びｐ型半導体層２０（ｐ－ＳＣＨ）には、ドナーであるＳｉは添加されていない。多重量子井戸１４（ＭＱＷ）の第２層１８である量子井戸層（Ｗ２）には、ドナーであるＳｉ（２×１０^１７ｃｍ^－３）が添加されている。ｎ型半導体層１２（ｎ－ＳＣＨ）には、不純物として１×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉがドーピングされている。量子井戸層（Ｗ２）は、ｎ型キャリア濃度において、ｎ型半導体層１２よりも低い。なお、下クラッド層１０（ｎ－ｃｌａｄ）には、最初からｎ型ドーパントが添加されている。ここではＳｉの例を示したが、他のドナーを使用しても構わない。

【0034】

図３Ｂは、アクセプタ（ｐ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。ｎ型半導体層１２（ｎ－ＳＣＨ）には、ｐ型ドーパントであるＺｎは添加されていない。上クラッド層２２（ｐ－ｃｌａｄ）には、ｐ型ドーパントであるＺｎが添加されている。なお、アクセプタは、Ｍｇであっても構わない。

【0035】

ｐ型半導体層２０（ｐ－ＳＣＨ）及び上クラッド層２２（ｐ－ｃｌａｄ）には、それぞれ、不純物として１×１０^１８ｃｍ^－３のＺｎがドーピングされている。多重量子井戸１４（ＭＱＷ）では、第１層１６であるバリア層（Ｂ１）及び量子井戸層（Ｗ２）のいずれにも、２×１０^１７ｃｍ^－３のＺｎがドーピングされている。

【0036】

多重量子井戸１４（ＭＱＷ）では、バリア層（Ｂ１）及び量子井戸層（Ｗ２）のいずれでも、ｐ型キャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３以上である。多重量子井戸１４（ＭＱＷ）では、バリア層（Ｂ１）及び量子井戸層（Ｗ２）のいずれでも、ｐ型キャリア濃度において、ｐ型半導体層２０（ｐ－ＳＣＨ）の１０％以上１５０％以下である（例えばｐ型半導体層２０よりも低い）。

【0037】

図３Ｃは、ｐ型キャリア濃度とｎ型キャリア濃度の差分（実効キャリア濃度）を示す図である。上述したように、ｐ型キャリアはドーピングされたＺｎであり、ｎ型キャリアはドーピングされたＳｉである。量子井戸層（Ｗ２）では、ＺｎとＳｉの両方がほぼ同濃度でドーピングされているため、二つのキャリアが打ち消し合い、実効キャリア濃度（ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分）は非常に低くなる。

【0038】

量子井戸層（Ｗ２）では、実効キャリア濃度が、量子井戸層（Ｗ２）のｐ型キャリア濃度の１０％以下になっている。これに対して、バリア層（Ｂ１）では、Ｚｎのみがドーピングされており、ｐ型キャリアが残った状態となる。つまり変調ドープ半導体レーザが構成される。

【0039】

従来の変調ドープ半導体レーザは、バリア層にｐ型キャリアのみがドーピングされる場合、量子井戸層には何もドーピングしていないことが一般的であった。前述したように、ｐ型不純物であるＺｎやＭｇは拡散する性質を持っている。そのため、バリア層のみにｐ型ドーパントを添加した場合は、そのｐ型トーパントは量子井戸層に拡散する恐れがある。その結果、所望の（設計通りの）キャリア密度は、バリア層においては下がり、量子井戸層において上がることとなり、所望通りの特性を得ることができない。

【0040】

本実施形態においては、量子井戸層（Ｗ２）にも、バリア層（Ｂ１）と同じ密度のｐ型ドーパントが添加されており拡散が起こりづらくなっている。このままでは量子井戸層（Ｗ２）もｐ型となるが、同時にｎ型ドーパントのＳｉをドーピングしているため、実効キャリア濃度は非常に小さくなり、実質的にバリア層（Ｂ１）のみがｐ型となる変調ドープ半導体レーザを実現することができる。なお、Ｓｉは拡散が非常に小さいことが分かっており、Ｓｉの拡散については考慮する必要が無い。そして拡散の影響を受けないため、設計通りの特性を得ることができる。

【0041】

さらに、Ｚｎは多重量子井戸１４（ＭＱＷ）の上のｐ型半導体層２０（ｐ－ＳＣＨ）や上クラッド層２２（ｐ－ｃｌａｄ）からも拡散してくる。しかし、多重量子井戸１４（ＭＱＷ）とその上方層が、キャリア濃度において比較的近いために、拡散量を十分に低減することができる。そのため、拡散の影響を受けづらく所望の特性を得ることが可能となる。

【0042】

なお、量子井戸層（Ｗ２）にドーピングするＺｎとＳｉの密度は同一であることが好ましいが、±１０％以内であれば十分に変調ドープ半導体レーザとして機能する。本実施形態に係る変調ドープ半導体レーザは、１．３μｍ帯の直接変調型半導体レーザとして動作し、高速応答性に優れた素子である。なお、本構造は、連続発振する半導体レーザに適用しても構わないし、１．５５μｍ帯の半導体レーザに適用しても構わない。

【0043】

［製造方法］
次に、本実施形態に係る変調ドープ半導体レーザの製造方法について説明する。図２に示す下クラッド層１０の上に、ｎ型半導体層１２をＩｎＧａＡｌＡｓから形成する。その上に、第１層１６（バリア層）及び第２層１８（量子井戸層）をそれぞれＩｎＧａＡｌＡｓで構成した例えば５層の多重量子井戸１４を形成する。その上に、ＩｎＧａＡｌＡｓで構成されたｐ型半導体層２０及び回折格子２８を形成する。

【0044】

これらの形成は、それぞれ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて行う。ｎ型半導体層１２の形成では、不純物として１×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉをドーピングしながら多層成長させる。同様に、多重量子井戸１４の第１層１６（バリア層）の形成では２×１０^１７ｃｍ^－３のＺｎを、第２層１８（量子井戸層）の形成では、２×１０^１７ｃｍ^－３のＺｎ及び２×１０^１７ｃｍ^－３のＳｉの両方をドーピングしながら成長させる。また、多重量子井戸１４は、波長が１．３μｍ帯に対応した組成で構成する。ｐ型半導体層２０及び回折格子２８の形成では、１×１０^１８ｃｍ^－３のＺｎをドーピングする。

【0045】

次に、回折格子２８を回折格子としての形状に加工し、１×１０^１８ｃｍ^－３のＺｎがドーピングされた上クラッド層２２及びコンタクト層（図示せず）を多層成長させる。さらに、上クラッド層２２をリッジ形状に加工し、パッシベーション膜（図示せず）を形成し、上面に電極２６を形成し、裏面に電極２４を形成する。最後に、複数のチップに分割し、端面をコーティングすることで、変調ドープ半導体レーザが完成する。その他の内容は、上述した変調ドープ半導体レーザの詳細から自明の内容を含む。

【0046】

［第２の実施形態］
図４Ａ～図４Ｃは、第２の実施形態において、多重量子井戸（ＭＱＷ）付近のキャリア濃度を示す図である。本実施形態は、第１の実施形態とは逆に、量子井戸層（Ｗ１）が第１層であり、バリア層（Ｂ２）が第２層である。多重量子井戸（ＭＱＷ）の最上層のバリア層（Ｂ２）は第２層であり、最下層のバリア層（Ｂ２）も第２層である。

【0047】

図４Ａは、ドナー（ｎ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。ｎ型半導体層（ｎ－ＳＣＨ）には、不純物として１×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉがドーピングされている。多重量子井戸（ＭＱＷ）のバリア層（Ｂ２）には、ドナーであるＳｉ（２×１０^１７ｃｍ^－３）が添加されている。バリア層（Ｂ２）は、ｎ型キャリア濃度において、ｎ型半導体層よりも低い。これに対して、上クラッド層２２（ｐ－ｃｌａｄ）及びｐ型半導体層（ｐ－ＳＣＨ）には、ドナーであるＳｉは添加されていない。量子井戸層（Ｗ１）にもＳｉは添加されていない。

【0048】

図４Ｂは、アクセプタ（ｐ型ドーパント）のキャリア濃度を示す図である。多重量子井戸（ＭＱＷ）では、バリア層（Ｂ２）及び量子井戸層（Ｗ１）のいずれにも、２×１０^１７ｃｍ^－３のＺｎがドーピングされている。その他の詳細は、図３Ｂに示す内容と同じであるため、説明を省略する。

【0049】

図４Ｃは、ｐ型キャリア濃度とｎ型キャリア濃度の差分（実効キャリア濃度）を示す図である。多重量子井戸（ＭＱＷ）のバリア層（Ｂ２）では、ＺｎとＳｉの両方がほぼ同濃度でドーピングされているため、二つのキャリアが打ち消し合い、実効キャリア濃度（ｐ型キャリア濃度及びｎ型キャリア濃度の差分）は非常に低くなる。バリア層（Ｂ２）では、実効キャリア濃度が、バリア層（Ｂ２）のｐ型キャリア濃度の１０％以下になっている。これに対して、量子井戸層（Ｗ１）では、Ｚｎのみがドーピングされており、ｐ型キャリアが残った状態となる。つまり変調ドープ半導体レーザが構成される。

【0050】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

【符号の説明】

【0051】

１０ 下クラッド層、１２ ｎ型半導体層、１４ 多重量子井戸、１６ 第１層、１８ 第２層、２０ ｐ型半導体層、２２ 上クラッド層、２４ 電極、２６ 電極、２８ 回折格子。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】