JP2000294879A

JP2000294879A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2000294879A
Application number: JP9997599A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimoyama; 謙司下山; Kazumasa Kiyomi; 和正清見
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: JP3889896B2

Abstract

(57)【要約】【課題】しきい値電流が低くて、最高発振温度が高
く、高信頼性であり、且つ円形に近いビームを形成しう
る半導体発光装置を提供すること。【解決手段】基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａ
ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１
クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓ
Ｐ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性
層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成される
ことを特徴とする半導体発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に関
し、特にＡｌＧａＩｎＰ系及びＡｌＧａＡｓＰ系半導体
材料を用いた半導体レーザ等の半導体発光装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従
来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）の一例として、図
３に模型的に示す構造を有するものがある。すなわち図
３において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は基板
３０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラ
ッド層である。３０３はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層
であり、３０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド
層である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ活性層３０３のエ
ネルギーギャップが、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２
及び３０４のエネルギーギャップより小さくなるよう混
晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしてい
る。３０６はコンタクト層である。

【０００３】３０５はｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止
（ブロック）層である。電流阻止層３０５は、レーザー
発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭
窄を行う目的で設けられる。３０５は、層３０４を選択
エッチングしてリッジを形成した後、ＳｉＮｘなどのア
モルファス膜を用いて選択成長させることによって形成
する。

【０００４】ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰ（以下あわ
せて「ＡｌＧａＩｎＰ系化合物」という。）はＡｌＧａ
ＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓ（以下あわせて「ＡｌＧａＡｓ
Ｐ系化合物」という。）と比較して、抵抗率が高く、熱
抵抗が大きい等の欠点を有している。このことが素子の
動作電圧を高くし、発熱を大きくするなどの問題を発生
させており、素子の特性や信頼性の向上に対する大きな
障害となっている。特に、半導体レーザのように、電流
狭窄が行なわれたり、発光密度が高くなる場合には、上
記の問題はますます深刻になる。

【０００５】また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物のクラ
ッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛（Ｚｎ）が用
いられているが、Ｚｎの活性化率が低いために抵抗率を
下げるためには高濃度でドーピングを行う必要がある。
しかしながら、Ｚｎを高濃度でドーピングすると活性化
しなかったＺｎが成長中にＡｌＧａＩｎＰ系化合物結晶
中を速い速度で拡散していき、ｐｎ接合位置が発光層よ
りもｎ側に大きくずれたりすることがある。この場合、
電流電圧特性に異常をもたらしたり、レーザーのしきい
値電流を増加させたりする。このようなｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物層からのＺｎ拡散は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
系化合物層の層厚の増加に伴って、顕著になる。また、
レーザーのように発光層の厚みが比較的薄い場合、とり
わけ非常に薄い発光層（１０ｎｍ以下）を有する量子井
戸レーザにおいては、Ｚｎ拡散による電流電圧特性の異
常が生じやすくなる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物層に
は、拡散係数の小さいＳｉが有効である。

【０００６】通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性
層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、
クラッド層の膜厚として１〜２μｍ程度は必要となる。
有機金属気相成長法でＡｌＧａＩｎＰ系化合物を成長す
るとき、ＩＩＩ族原料となる有機金属とＶ族原料となる
ＰＨ₃との供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ）を非常に大きくす
る必要がある。このために、成長速度を余り大きくでき
ない、成長原料コストがＡｌＧａＡｓ系化合物などに比
べてかなり高くなるといった問題が生じている。特に多
数枚を同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ
以外に除害等の点でますます深刻となる。

【０００７】これらの問題点を解決するために、特開平
８−１２５２８５号公報にＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎ
Ｐからなる活性層を有する半導体発光装置において、発
光素子の素子特性を劣化させない程度にＺｎドープｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層を薄くし、活性層及
びｎ側クラッドへのＺｎ拡散を少なくさせることが記載
されている。ただし、活性層上下のＡｌＧａＩｎＰ系化
合物クラッド層の膜厚を薄くすると、キャリア及び光の
閉じ込めが不十分となり、素子特性を劣化させてしまう
ので、不足分をほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つ
ＡｌＧａＡｓＰ系化合物で代用できることが記載されて
いる。

【０００８】ディジタルビデオディスクを中心とする記
録密度向上のために、情報処理用光源として従来のＡｌ
ＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ）レー
ザが実用化され始めている。そして、短波長化かつ低し
きい値・高温動作に向けて以下のような検討がなされて
きた。まず、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可
視レーザの作製において、活性層に量子井戸構造を採用
し、さらに量子井戸層に圧縮もしくは引っ張り歪みを加
えることにより、短波長化かつ低しきい値化が図られて
いる。

【０００９】さらに、（１００）面から［０１１］方向
（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用い
ることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）に
よるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすく
したり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）
の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大に
よる素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させるこ
とが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、
ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな
凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以
下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性
層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波
長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしま
う。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチ
ングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量
子効果による短波長化が可能となる。このように、短波
長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステッ
プバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピン
グにより短波長化による発振しきい値電流の増加及び温
度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に８〜
１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０
ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩ
ｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度
を選択する必要がある。

【００１０】一方、光通信の分野においては、ＦＴＴＨ
（Fiber to the home）やホームマルチメディアなどの
家庭内データリンク、オフィスビル内や事業所内での光
ＬＡＮが今後ますます促進される計画が立てられている
が、このような短距離光通信の普及にあたっては、従来
の幹線系に用いられた部品と比べて、大幅にコストを低
減した部品が求められている。そこで、近年、プラスチ
ック光ファイバー（ＰＯＦ）を用いた低損失光伝送がフ
ァイバー及びそのモジュール部品の低コスト化、ファイ
バー接続の容易さの観点から注目を集めている。このＰ
ＯＦに適した光源として、波長６５０ｎｍの半導体レー
ザあるいは発光ダイオードが開発されている（S.Yamaza
ki,et.al,Proc.ECOC’94 PDP,1994,PP1-4、A.K.Dutta,e
t.al,IEEEPhotonics Technolgy Letter,Vol.7,No.10,19
95,PP1134-1136）。とりわけ、半導体レーザはＬＤチッ
プにＲＣ時定数を低減する工夫を施すことにより、双方
向通信に要求される数Ｇｂｐｓ程度の高速の伝送速度を
実現できる。しかしながら、光ファイバーを用いた光通
信に適した可視光の光源については、ファイバーとの結
合効率、高温での信頼性を含めて充分な特性を示す素子
が作製されていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題を解決することを課題とした。すなわち本発
明は、しきい値電流が低くて、最高発振温度が高く、高
信頼性であり、且つ円形に近いビームを形成しうるため
に光ファイバーとの結合に適している半導体発光装置を
提供することを解決すべき課題とした。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を進めた結果、基板上に、第１
導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッ
ド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡ
ｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成され
た第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる
第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第
２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第
２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層か
ら少なくとも構成されることを特徴とする半導体発光装
置が所期の効果を有効に奏することを見出した。

【００１３】本発明の半導体発光装置の好ましい実施態
様として、前記基板と前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導電型
のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層
が形成されている態様；前記第１導電型のＡｌＧａＡｓ
Ｐ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層と前記第１導電
型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層
の間に、第１導電型の光ガイド層が形成されている態
様；前記電流阻止層の屈折率が前記活性層の屈折率より
も小さい態様；前記電流阻止層のバンドギャップが前記
活性層のバンドギャップがよりも大きい態様；前記電流
阻止層が、第１導電型、第２導電型又は高抵抗の化合物
半導体層を含む一以上の化合物半導体層を有している態
様；前記電流阻止層が、ＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡ
ｓからなる態様；前記電流阻止層の底面が、前記第１導
電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド
層の上面に接している態様；前記電流阻止層の底面が、
前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓから
なるクラッド層の上面に接している態様；前記電流阻止
層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌ
ＧａＡｓからなる光ガイド層の上面に接している態様；
前記活性層が、量子井戸層、及び量子井戸層を挟むバリ
ア層及び／又は光閉じ込め層で構成されている態様；前
記バリア層又は前記光閉じ込め層に不純物がドープされ
ている態様を挙げることができる。

【００１４】また、本発明の半導体発光装置の別の好ま
しい実施態様として、前記光ガイド層が第１導電型のＡ
ｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；前記活性
層の厚みが０．０５〜０．５μｍである態様；前記量子
井戸層の層数が３〜６である態様；前記量子井戸層に圧
縮あるいは引っ張りの歪みが加えられる態様；前記基板
の表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する態
様；室温付近での発振波長が６３０〜７００ｎｍである
態様；電流狭窄を行うためのリッジ構造を有している態
様；リッジ構造の底部の幅が、装置端面近傍で装置中央
部より広くなっている態様；前記リッジ構造の底部の幅
が、装置端面近傍で装置中央部より狭くなっている態
様；遠視野像が単一ピークである態様；レーザチップの
組立方式がジャンクション・アップである態様；前記ク
ラッド層のうち、ｎ型の層のキャリア濃度が１×１０¹⁸
ｃｍ^-3以下である態様；電極に最も近いｐ型クラッド層
がドーパントとしてＣを含むＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧ
ａＡｓからなる態様；活性層に最も近いｐ型クラッド層
がドーパントとしてＢｅ及び／又はＭｇを含むＡｌＧａ
ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる態様；ｎ型ドーパントと
してＳｉを用いた態様；前記低屈折率電流阻止層をハロ
ゲン元素を有するガスを少量添加しながら有機金属気相
成長法により選択成長した態様；少なくとも前記活性層
をドライエッチング又は反応性ガスエッチングで形成し
た態様；前記活性層をエッチングした後に大気にさらす
ことなく引き続き埋め込み成長を行って電流阻止層を形
成した態様を挙げることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体発光装置につい
て、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的
に説明する。本発明の半導体発光装置は、基板上に、第
１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラ
ッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又は
ＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成さ
れた第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからな
る第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された
第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる
第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層
から少なくとも構成されることを特徴とする。

【００１６】本明細書において「Ａ層の上に形成された
Ｂ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接する
ようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以
上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されて
いる場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面と
Ｂ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ
層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記
表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層
の説明と実施例の具体例から明らかである。また、本明
細書において「〜」はその前後の数値を包含する範囲を
表す。

【００１７】本発明の半導体発光装置の基板は、その上
にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能なもの
であれば、導電性や材料については特に限定されない。
好ましいのは導電性がある材料であり、望ましくはその
上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃等の結晶基板、
特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板である。通常Ａｌ
ＧａＩｎＰ系可視レーザにはＧａＡｓ基板が用いられ
る。その場合基板結晶成長面は低次な面またはそれと結
晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好ま
しい。なお、本明細書において（１００）面という場
合、必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要
はなく、最大３０°程度のオフアングルを有する場合ま
で包含することとする。ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系
からなる可視レーザの作製において、（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフ
した基板を用いることにより、自然超格子の形成（オー
ダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短
波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺ
ｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘ
テロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特
性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が
小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘ
テロ海面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構
造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したと
きに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長
（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より
小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることによ
り、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦と
なり、設計通りに量子効果による短波長化が可能とな
る。このように、短波長化の阻害要因となっている自然
超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、か
つｐ型高濃度ドーピングにより短波長化による発振しき
い値電流の増加及び温度特性の劣化を抑制するために、
通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−
１−１］方向）に８〜１６度程度オフした基板が用いら
れる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とす
る波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮
して、適切なオフ角度を選択する必要がある。基板上に
は、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込ま
ないために厚み０．２〜２μｍ程度のバッファ層を用い
ることが好ましい。

【００１８】基板上に形成されるダブルヘテロ構造は、
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるク
ラッド層、その上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａ
ＩｎＰからなる活性層、その上に形成された第２導電型
のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層か
ら少なくとも構成され、このとき、クラッド層は、活性
層より屈折率が小さくなるように組成が選択される。ま
た、ダブルヘテロ構造には、光閉じ込め層として機能す
る層を含んでいてもよく、このとき、光閉じ込め層は、
活性層より屈折率が小さくなるように組成が選択され
る。また、活性層は、単一の層からなる場合に限定され
ず、複数の量子井戸層及びそれらに挟まれたバリア層な
らびに最上の量子井戸層の上及び最下の量子井戸層の下
に積層された光閉じ込め層からなる多量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）を有していてもよい。

【００１９】第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐからなるクラッド層は、第１導電型クラッド層が単層
からなるものであるときは、好ましくは１〜２μｍ程度
の厚みを有することが必要とされる。第１導電型クラッ
ド層は複数層からなるものであってもよく、具体的には
ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上記クラッド層
（第１導電型第２クラッド層）のほかに、例えばより基
板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰか
らなるクラッド層（第１導電型第１クラッド層）が形成
されている態様を例示することができる。第１導電型ク
ラッド層が２層以上からなる場合は、第１導電型第１ク
ラッド層の厚さを薄くすることができ、下限としては
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、
０．３μｍ以下がより好ましい。第１導電型第１クラッ
ド層のキャリア濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸
ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内では５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好まし
い。

【００２０】本発明の半導体発光装置には、光ガイド層
を形成することができる。特に第１導電型第１クラッド
層と第１導電型第２クラッド層の間に形成することが好
ましい。光ガイド層は、活性層の光を光ガイド層側に滲
み出させ、近視野像の発光パターンを縦方向に拡げる機
能を有する。光ガイド層の屈折率が活性層よりも低く、
かつ第１導電型第１クラッド層及び第１導電型第２クラ
ッド層よりも大きければ、材料については特に限定しな
いが、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、ＡｌＧ
ａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰもしくはＡｌＧａＩｎＰ又は
ＡｌＩｎＰであることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ又は
ＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓと比べて
表面酸化が起こりにくいという利点はあるが、ＡｌＧａ
Ａｓ又はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然
超格子の形成による屈折率の変化などの問題がある。Ａ
ｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰの場合は、屈折率制御の
観点から、Ａｌ組成の上限は０．７以下が好ましく、
０．６以下がより好ましい。下限は、０．３以上が好ま
しく、０．４以上がより好ましい。ＧａＩｎＰ又は（Ａ
ｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの場合も、屈折率制御の観点
から、Ａｌ組成ｘについては上限は０．６以下が好まし
く、０．５以下がより好ましいく、０．５以下が最も好
ましい。下限は、０以上が好ましい。光ガイド層は、ク
ラッド層よりもＡｌ組成を低減できることから、エッチ
ング等のプロセス時の表面酸化を低減できる利点もあ
る。光ガイド層の厚みは、上限は０．５μｍ以下が好ま
しく、０．３μｍ以下がより好ましい。下限は０．００
５μｍ以上が好ましく、０．０１μｍ以上がより好まし
い。

【００２１】ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層は、バルク活性層でもよいが、低しきい値化、応答
速度向上の観点から、単数もしくは複数の量子井戸層を
有する量子井戸層及び前記量子井戸層を挟むバリア層及
び又は光閉じ込め層により構成されることが好ましい。
活性層に量子井戸構造とすることにより、単層のバルク
活性層と比較して、短波長化（６３０ｎｍ〜６６０ｎ
ｍ）かつ低しきい値化、高速応答化ができる。この場
合、高温動作を向上させるために、多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造にしたり、この場合、高温動作を向上させるた
めに、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造にしたり、量子井戸
層に圧縮（Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ、ｘ＜０．５２）あるいは引
っ張り（Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ、ｘ＞０．５２）の歪みが加え
られることが有効である。さらに、応答速度を向上させ
るために、活性層のバリア層及び又は光閉じ込め層に不
純物をドープする変調ドープ構造とすることが好まし
い。

【００２２】活性層内のキャリア濃度は特に限定されな
いが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ド
ープをすることなく、アンドープの状態（この場合でも
わずかに（通常、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下）第１又は第２
導電型になっている）であることが、素子の性能の向上
及び安定化の点からより好ましく、光閉じ込め層も少な
くとも量子井戸層に近い部分はアンドープの状態である
ことが好ましい。

【００２３】量子井戸層の厚みは、室温付近の発振波長
が６３０〜６７０ｎｍの場合、３〜７ｎｍが好ましく、
４〜６ｎｍがより好ましい。一方、室温付近の発振波長
が６７０〜７００ｎｍの場合、６〜１０ｎｍが好まし
く、７〜９ｎｍがより好ましい。井戸層の厚みは、２〜
８ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。光閉じ
込め層は、Ｚｎ等の不純物の量子井戸層への混入（拡
散）の防止、量子井戸層への閉じ込めの増加を図る観点
から有効であり、光閉じ込め層の厚みを適切に選ぶこと
により、レーザ発振しきい値電流の低減、寿命向上等を
実現できる。具体的に、光閉じ込め層の厚みは、室温付
近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合に、下限とし
て３０ｎｍ以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好まし
い。上限として、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎ
ｍ以下がより好ましい。一方、室温付近の発振波長が６
３０〜６７０ｎｍの場合は、下限として５ｎｍ以上が好
ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、１
００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好まし
い。

【００２４】活性層内の量子井戸層の層数は、室温付近
の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、温度特性の観
点から、上限は６以下が好ましく、５以下がより好まし
い。下限は、２以上が好ましく、３以上がより好まし
い。一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの
場合は、上限は５以下が好ましく、４以下がより好まし
い。下限は、１以上が好ましく、２以上がより好まし
い。

【００２５】第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐ化合物からなる第１クラッド層については、その上に
ほぼ屈折率の等しい第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌ
ＧａＡｓＰからなる第２導電型第２クラッド層が形成さ
れていることから、キャリアの閉じ込めができる程度に
膜厚を薄くすることができる。膜圧の下限としては、
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。膜圧の上限としては、０．５μｍ以下が好ま
しく、０．３μｍ以下がより好ましい。キャリア濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ま
しく、その範囲内では２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましい。

【００２６】第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなる第２クラッド層については、その上に形成
されるコンタクト層に光があまり滲み出さない程度の膜
厚が必要である。膜厚は０．３〜３μｍの範囲が好まし
く、その範囲内では０．５μｍ以上が好ましく、１．５
μｍ以下が好ましい。キャリア濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ
^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内で
は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3
以下が好ましい。

【００２７】少なくとも活性層を含むリッジ構造を両側
から挟む電流阻止層の底面は、第１導電型のＡｌＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の上面、第１導
電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッ
ド層の上面、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなる光ガイド層の上面のいずれかに接するよう
に形成することが好ましい。すなわち、リッジ構造をエ
ッチングで形成するときに、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａ
ＡｓＰとＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰとの材料系の違
いにより、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰ
からなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡ
ｌＧａＡｓＰからなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧ
ａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなる光ガイド層のいずれ
かをエッチング停止層として機能させることができるた
め、リッジ構造の両脇でのクラッド層厚の均一性を向上
させることが可能となり、レーザ特性の均一性、歩留ま
りを向上させることが可能となる。一方、リッジの両脇
の層の底面を第１導電型のＧａＡｓバッファ層もしくは
第１導電型のＧａＡｓ基板の上面に接するように形成す
るのは、以下の問題が発生するので好ましくない。すな
わち、リッジの高さが大きくなるために、通過抵抗が高
くなって、応答速度が向上できなくなったり、活性層の
横幅（ストライプ幅）が広くせざるを得なくなり、しき
い値電流の増大、横モードの不安定性を招く。また、電
流阻止層と接するクラッド層よりもバンドギャップが小
さいために、漏れ（リーク）電流を増大しやすくなり、
レーザ特性及び信頼性を劣化させてしまうため好ましく
ない。

【００２８】電流阻止層の材料は特に限定されず、誘電
体であっても半導体であってもよい。誘電体と半導体に
はそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるた
め、電流阻止層の材料はこれらの利点と欠点を考慮して
適宜決定するのが好ましい。電流阻止層の材料として誘
電体を用いる場合は、例えばＳｉＮｘ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃などを用いることができる。誘電体を用いると、低
屈折率でかつ絶縁特性の優れた層を形成することができ
るなどの利点がある反面、熱伝導率が低いために放熱性
が悪い、劈開性が悪い、平坦化しにくいためにジャンク
ション・ダウンで組み立てにくいなどの欠点も有してい
る。

【００２９】一方、電流阻止層の材料として半導体を用
いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために
放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすいためにジ
ャンクション・アップで組み立てやすい、コンタクト層
を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすい
などの利点がある反面、ｐｎ接合による容量増加による
ＲＣ時定数を増加させてしまう、低屈折率にするために
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰなどの高Ａｌ組成化合物が必
要になる時は表面酸化などの対策が必要であるなどの欠
点がある。第２導電型第２クラッド層よりも低屈折率に
することや、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、
半導体としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰ、もしく
はＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰを用いることが好まし
い。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然超格子
の形成による屈折率の変化、選択成長（リッジ側壁と底
面）におけるＩｎ組成の不安定性などがあるので、選択
成長時の保護膜へのポリの堆積防止（ＨＣｌ添加選択成
長）ができるのであれば、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰを選択する方が好ましい。ただし、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰの場合は、Ａｌ組成がＡｌＡｓに近く
なりすぎると潮解性を示すので、Ａｌ組成の上限は０．
９５以下が好ましく、０．９０以下がより好ましく、
０．８５以下が最も好ましい。活性層よりも低屈折率に
する必要があることから、Ａｌ組成の下限は０．３０以
上が好ましく、０．４０以上がより好ましく、０．４５
以上が最も好ましい。

【００３０】電流阻止層の屈折率は電流阻止層に挟まれ
た活性層の屈折率よりも低くすることにより、単一横モ
ード発振や動作電流を低減することが可能となる。電流
阻止層と活性層との屈折率差が大きすぎると、活性層内
に光が閉じこもりすぎるために、電流−光出力における
キンクレベル及び光学的端面損傷（ＣＯＤ）レベルが低
減するという問題が生じる。一方、電流阻止層と活性層
との屈折率差が小さすぎる場合、活性層の外側へ光が漏
れやすくなるために、発振しきい値電流の上昇や電流−
光出力における効率が低下するという問題が生じる。こ
れらのことを考え併せて、電流阻止層と活性層との屈折
率差は、電流阻止層が化合物半導体の場合、下限は０．
００１以上が好ましく、０．００３以上がより好まし
く、０．００７以上が最も好ましい。上限は、１．０以
下が好ましく、０．５以下がより好ましく、０．１以下
が最も好ましい。電流阻止層が誘電体の場合、下限は
０．１以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、
０．７以上が最も好ましい。上限は、３．０以下が好ま
しく、２．５以下がより好ましく、１．８以下が最も好
ましい。

【００３１】電流阻止層のバンドギャップを電流阻止層
に挟まれた活性層のバンドギャップよりも大きくするこ
とにより、活性層に有効に電流を注入することができる
ようになり、発振しきい値電流の低減や温度特性を向上
させることができる。電流阻止層は、光分布（特に横方
向）制御あるいは電流阻止機能向上の観点から、屈折率
あるいはキャリア濃度又は導電型の異なる２つ以上の層
から形成してもよい。リッジ構造の場合は、電流阻止層
の表面側に電流阻止機能の向上、表面酸化の抑制あるい
はプロセス上の表面保護などの目的から、表面保護層を
形成してもよい。表面保護層の導電型は特に規定しない
が、ＧａＡｓ基板を用いている場合は、第２導電型キャ
ップ層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓが好ましく、この時のＡｌ組
成は０．４以下が好ましく、０．２以下がより好まし
く、０．１以下が最も好ましい。

【００３２】電流阻止層の導電型は、第１導電型、第２
導電型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成
する不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）のいずれ
か１種または２種以上の組み合わせで構成することがで
きる。また、導電型あるいは組成の異なる複数の層から
形成されてもよい。リッジ脇を構成する電流阻止層は、
その底面が接する層と反対の導電型あるいは高抵抗とす
ることが好ましい。また、厚みについては、あまり薄い
と電流阻止に支障を生じる可能性があるため、下限は
０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上であ
り、リッジの高さ等を勘案して、上限は５μｍ以下が好
ましく、３μｍ以下がより好ましい。

【００３３】第２導電型第２クラッド層の表面に酸化防
止、プロセス上の保護などの目的で第２導電型のキャッ
プ層を形成してもよい。ＧａＡｓ基板を用いている場合
は、第２導電型キャップ層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓが好まし
く、ｘは０．４以下が好ましく、０．２以下がより好ま
しく、０．１以下が最も好ましい。キャリア濃度につい
ては、下限は１ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、３ｘ１
０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、５ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上
が最も好ましい。上限は２ｘ１０²⁰ｃｍ^-3以下が好まし
く、５ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましく、３ｘ１０¹⁹
ｃｍ^-3以上が最も好ましい。キャップ層のキャリア濃度
を高く（５ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3以上）設定することにより、
コンタクト層として機能させることができる。

【００３４】電流狭窄部の上に電極を形成する際には、
電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キ
ャリア濃度）のコンタクト層を介して電極材料を形成す
ることが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層
表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成
することが好ましい。このとき、クラッド層は活性層よ
り屈折率が小さい材料を選択し、コンタクト層はクラッ
ド層よりバンドギャップが通常小さい材料を選択し、金
属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャ
リア密度（ｃｍ^-3）を有するのが好ましい。キャリア密
度の下限は、１×１０¹⁸以上が好ましく、３×１０¹⁸以
上がより好ましく、５×１０¹⁸以上が最も好ましい。上
限は、２×１０²⁰以下が好ましく、５×１０¹⁹以下がよ
り好ましく、３×１０¹⁸以下が最も好ましい。

【００３５】基板あるいはバッファ層とクラッド層との
間、もしくはキャップ層あるいはコンタクト層とクラッ
ド層との間に、バンドギャップ不連続による通過抵抗の
増大を抑制することなどのために、組成を徐々に変化さ
せた組成クレード層を挿入してもよい。

【００３６】上述のクラッド層や電流阻止層等に用いる
ドーパントの種類は、各層に求められる機能を発揮しう
る範囲内で適宜選択することができる。ｐ型の層がＡｌ
ＧａＡｓＰ系化合物層である場合には、ドーパントとし
てＺｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み合わせが好ま
しく、ｐ型の層がＡｌＧａＩｎＰ系化合物である場合に
はドーパントとしてＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み
合わせが好ましい。又ｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ及びこれらの組み合わせが好ましい。

【００３７】閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が
（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、電
流阻止層の開口部で定義されるストライプ領域が［０１
−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びてい
ることが好ましい。この理由は、ストライプ領域を［０
１−１］方向に選んだ方が、［０１１］方向よりも誘導
放出確率を大きくでき、低しきい値化が達成できるから
である。

【００３８】高出力動作を実現するには、ストライプ幅
を広くすることが端面での光密度低減の観点から有効で
あるが、動作電流を低減するためにはストライプ幅を狭
くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そ
こで、図２（ａ）に示すように、ゲイン領域となる中央
付近のストライプ幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近のス
トライプ幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることによ
り、低動作電流と高出力動作を同時に実現することがで
き、高い信頼性も確保することができる。

【００３９】一方、円形に近いビームを実現するには、
ストライプ幅を狭くすることが有効であるが、ストライ
プ幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制
の観点から好まくない。そこで、図２（ｂ）に示すよう
に、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅Ｗ２を比
較的広くし、端部付近のストライプ幅Ｗ１を比較的狭く
なるようにすることにより、ビームスポット低減と低動
作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保
することができる。

【００４０】中央から端部付近へかけては、図２に示す
ようにストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分を設け
ることが好ましい。ストライプ幅が一定である端部の長
さは、所望の特性に応じて設計すればよい。劈開精度の
観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがよ
り好ましい。ストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分
の長さは、導波路損失低減の観点から５〜１００μｍが
好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。

【００４１】ただし、必要に応じて、以下のようにスト
ライプの窓を作製してもよい。（１）幅一定の端部、漸増あるいは漸減部分のストライ
プ幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。（２）幅一定の端部を形成せずに、端部まで幅が漸増あ
るいは漸減するようにしたもの。（３）片側（通常は高出力光取り出し側である前端面）
の端部だけストライプ幅が漸増あるいは漸減するように
したもの。（４）端部のストライプ幅が前端面と後端面とで異なる
もの。（５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせた
もの。

【００４２】また、端面付近に電極を設けないようにす
れば、以下の効果がある。（１）端部での再結合電流を低減することは、高い信頼
性での高出力動作が実現可能となる（特に中央部より幅
を広くしている場合）。（２）端部近傍のストライプ領域への電流注入によるバ
ルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減すること
は、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の作製が
容易になる（特に中央部より幅を広くしている場合）。

【００４３】本発明の半導体発光装置を製造する方法は
特に制限されない。結晶の成長方法としては、ＭＯＣＶ
Ｄ法やＭＢＥ法等の公知の成長法を用いることができ
る。各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、
装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いて
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルへ
テロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３
５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）にするのが
好ましい。

【００４４】活性層上にリッジ構造を形成する場合、リ
ッジ上部にＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ₂
Ｏ₃膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉから
なる群から保護膜を形成する。これらの保護膜は、エッ
チング用及び電流阻止層の選択成長用に用いられ、プロ
セスの簡素化、エッチング（ドライエッチング及び又は
反応性ガスエッチング）／選択成長の連続プロセスの実
現の観点から、エッチング及び選択成長に同一保護膜が
用いられることが好ましい。電流阻止層を選択成長によ
り形成する方法が一般的に用いられる。この場合、成長
温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６０程度
（ＡｌＧａＡｓの場合）とするのが好ましい。特に保護
膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧ
ａＡｓＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣ
ｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が防止さ
れるため非常に好ましいが、Ａｌの組成が高いほど、あ
るいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の成長条
件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ開口部
のみに選択成長を行う（セレクティブモード）のに必要
なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの導入量
が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半
導体層がエッチングされてしまうが（エッチングモー
ド）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一定と
した場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣｌ導
入量は増加する。そこで、最適なＨＣｌ導入量はトリメ
チルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モ
ル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル
数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（ＨＣｌ
／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、０．
０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。
上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好まし
く、５以下が最も好ましい。ただし、リッジにＩｎを含
む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させ
る場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。

【００４５】なお、ＭＯＣＶＤ装置（反応室）内で活性
層などの半導体層を「その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）」エッ
チングするときは、反応性ガスであれば特に限定しない
が、ＨＣｌ等ハライドガス、Ｃｌ₂等のハロゲンガスを
用いるのが好ましい。ＭＯＣＶＤ反応室内への反応性ガ
ス導入量は、Ｈ₂キャリアガスとの流量との比が０．０
００５〜０．０５程度となることが好ましい。上記以外
に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせることが
可能である等、本発明は様々なリッジ導波型の半導体発
光装置に応用可能である。

【００４６】

【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
さらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試
薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り
適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲
は以下に示す具体例に制限されるものではない。

【００４７】（実施例）本実施例では、結晶成長法とし
て、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるＭＯＶＰＥ
法を用いて、図１に示す断面構造を有する半導体発光装
置を製造した。まず、最初に（１００）面から［０−１
−１］Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚
さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ
法により厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッ
ファ層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）（図示せず）、厚さ
０．１μｍのＳｉドープＡｌＧａＡｓ組成グレード層
（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１０２、厚さ１．５μｍのＳ
ｉドープＡｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝１ｘ１
０¹⁸ｃｍ^-3）１０３、厚さ０．１μｍのＳｉドープＡｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ光ガイド層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１
０４、厚さ０．１５μｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（ｎ＝１ｘ１０ ¹⁸ｃｍ
^-3）１０５、厚さ７０ｎｍのノンドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ光閉じ込め層１０６あるいは厚さ５
ｎｍのノンドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリ
ア層１０７に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのノンドープＧａ
_0.44Ｉｎ_0.5 ₆Ｐ井戸層１０８（４層）からなる四重量子
井戸（ＱＱＷ）活性層１０９、厚さ０．１μｍのＺｎド
ープｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層
（ｐ＝７ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3）１１０、厚さ１．２μｍのＺ
ｎドープｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層（ｐ＝
１．５ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3；屈折率３．２９、波長６５５ｎ
ｍ）１１１、厚さ０．１μｍのＺｎドープＡｌＧａＡｓ
組成グレード層（ｐ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１２、厚さ
０．２μｍのＺｎドープＧａＡｓキャップ層（ｐ＝１ｘ
１０¹⁸ｃｍ^-3）１１３を順次積層することにより、ダブ
ルへテロ構造を形成した（図１（ａ））。

【００４８】次にこのダブルへテロ基板の表面にＳｉＮ
ｘ保護膜１１４を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラ
フィ法によりこのＳｉＮｘ膜１１４にオフアングルの方
向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅５μｍのストライ
プ状のＳｉＮｘ保護膜１１４を２５０μｍ間隔で多数形
成した。続いてＳｉＮｘ保護膜１１４をエッチングマス
クとして、エッチングすべき材料に適したエッチャント
を選択して、複数回のウェットエッチングにより、Ｓｉ
ドープＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ光ガイド層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸
ｃｍ^-3）１０４が露出するまでエッチングを行った。そ
の結果、活性層の横幅が約３μｍ、底部の横幅が約３．
５μｍのストライプ状のリッジが形成された。

【００４９】リッジが形成されたウェハをＭＯＣＶＤ装
置に設置して、厚み１．５μｍのアンドープＡｌ_0.6Ｇ
ａ_0.4Ａｓ電流阻止層（比抵抗１０⁵Ω・ｃｍ以上；屈折
率３．４２、波長６５５ｎｍ）１１５、厚み０．５μｍ
のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ表面保護層（ｎ＝２．０ｘ１
０¹⁸ｃｍ^-3）１１６をエッチングにより形成されたリッ
ジ構造の両脇にＭＯＣＶＤ法により成長させた。このと
き、高抵抗のＡｌ_0.6Ｇａ_0.4Ａｓ電流阻止層１１５の成
長中にＳｉＮｘ膜１１４上への多結晶の堆積を抑制する
のに十分な流量のＨＣｌガスを成長用基板に対してガス
流の上流側から導入した。ＳｉＮｘ膜１１４を除去した
後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝２．０ｘ１０¹⁹ｃ
ｍ^-3）１１７を３μｍ成長させて本発明のエピタキシャ
ルウェハの製造を終了した（図１（ｂ））。

【００５０】この後、ｐ側の電極１１８を蒸着し、基板
を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極１１９を蒸着
し、アロイした（図１（ｃ））。こうして作製したウエ
ハーより、ファブリー・ペロー面を形成するために劈開
によりチップバーに切り出して、レーザ共振器構造を形
成した。このときの共振器長は３５０μｍとした。前端
面３２％−後端面８０％の非対称コーティングを施した
後、２次劈開によりチップに分離した。チップをジャン
クション・ダウンで組立した後、連続通電（ＣＷ）にて
電流−光出力、電流−電圧特性を測定した。

【００５１】２５℃において、発振波長が平均６５５ｎ
ｍ、しきい値電流が平均１０ｍＡと低いこと、スロープ
効率が平均０．６ｍＷ／ｍＡと高いこと、動作電圧が平
均２．２Ｖと低いことが確認された。従来のロスガイド
レーザに比べて、ストライプ幅を比較的狭くしている割
には、低い動作電圧が得られたのは、リッジ部が低抵抗
になるようにＡｌＧａＡｓとしていることが原因と考え
られる。５ｍＷ出力における垂直広がり角は平均３０
°、水平広がり角は平均２５°であり、ほぼ円形に近い
の単一ピークの遠視野像（ビーム広がり角）が得られる
ことが確認され、光ファイバーとの結合効率を向上させ
やすいことが判った。また、８０℃においても、しきい
値電流が平均３０ｍＡの低いしきち値電流で発振し、最
高１００℃の高温までレーザ発振を達成できた。マルチ
モードのＧＩ（Graded Index）型ＰＯＦと試作したレー
ザを用いた信号伝送実験で、１００ｍの長さで２．５ｂ
ｐｓまでのきれいなアイパターン伝送が確認でき、試作
したレーザ素子は高速応答性に優れることが判明した。
本実施例のように、リッジ部及び電流阻止層をＡｌＧａ
Ａｓとし、かつ活性層を歪み量子井戸とした埋め込み構
造により、活性層外部への漏れ電流、導波路損失及びリ
ッジ部通過抵抗を低減できることから、しきい値電流、
動作電流及び動作電圧が低くでき、かなりの高温までレ
ーザ発振させることができたと考えられる。さらに、制
御性良くリッジ形状を決めることができたため、諸特性
のバッチ内及びバッチ間のばらつきも小さいことが判明
した。これらの結果から、本実施例の半導体レーザは光
ファイバーを用いた短距離光通信、光データリンク用光
源などに利用されることがわかる。また、高い信頼性
（８０℃の高温における５ｍＷ出力での１０００時間以
上安定動作）が得られることが確認されている。

【００５２】（実施例２）ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１１０、ノンドープＧａ_0.44Ｉｎ
_0.56Ｐ井戸層１０８を４層含む四重量子井戸（ＱＱＷ）
活性層１０９及びｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
クラッド層１０５をエッチングする工程において、埋め
込み成長直前にＭＯＣＶＤ成長室にＨＣｌガスを導入
し、反応性ガスエッチングを施して、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ａｓ光ガイド層１０４までエッチングを行い、さら
にエッチング後大気にさらすことなく引き続いて、ＭＯ
ＣＶＤ装置内で電流阻止層の埋め込み成長を行ったこと
以外は実施例１と同一プロセスでチップを作製した。実
施例１と同様に良好なレーザ特性が得られ、特に非常に
高い信頼性（８０℃の高温における５ｍＷ出力での１
０，０００時間以上安定動作）が得られた。このこと
は、活性層両脇及びリッジ両脇の底面の酸化が低減でき
たことから、活性層内部への転位伝搬や欠陥を介したリ
ーク電流の増大による素子の劣化を実施例１よりも抑制
できたことによるものと考えられる。

【００５３】実施例１及び２に基づいたレーザ素子試作
結果から、良好なレーザ特性（動作電流、最高光出力、
最高発振温度等）、高速応答性、低いビームアスペクト
比（より円形に近いビーム形状）を得るために好適な条
件が次のように確認された。活性層の横幅については、
下限は１．０μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以上がよ
り好ましい。上限については、５μｍ以下が好ましく、
４μｍ以下がより好ましい。また、共振器長の長さにつ
いては、下限は１５０μｍ以上が好ましく、２００μｍ
以上がより好ましい。上限については、７００μｍ以下
が好ましく、６００μｍ以下がより好ましい。

【００５４】また、実施例１及び２では、組立方法とし
てジャンクション・ダウンを用いたが、半田の這い上が
りの懸念から、通信用ではジャンクション・アップ組立
とする。すなわちチップ発光点が上側となり、エピタキ
シャル面側電極がサブマウントもしくはヒートシンクと
半田によりアロイ接合させることもあるが、本発明の半
導体発光装置では、従来の素子構造よりも発熱を大幅に
低減できているので、ジャンクション・アップでも高温
でのレーザ特性や信頼性が優れることは言うまでもな
い。

【００５５】実施例のリッジ形成時のエッチング工程に
おいて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層及びｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ
_0.25Ａｓクラッド層のエッチングには、リン酸−過酸化
水素系、酒石酸−過酸化水素系などが用いられる。本実
施例では、リン酸：過酸化水素：水の混合組成比が１：
１：１５となるエッチング液を使用した。また、ｐ型
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１１０、四
重量子井戸（ＱＱＷ）活性層１０９及びｎ型（Ａｌ_0.7
Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層１０５のエッチング
には、硫酸、塩酸、リン酸−塩酸系などが用いられる。
本実施例では、上記のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰか
らなる層の組成に適したエッチャント液を使用し、複数
回のエッチングを行った。これらのエッチングでは、Ａ
ｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰとＡｌＧａＡｓとのエッチ
ングレート選択比をお互いに大きくとることができるた
め、制御性良くリッジ形状を形成することができる。さ
らに、上記のエッチングは、ウェットエッチングに限る
ものではなく、リッジ形状制御あるいはリッジ側壁及リ
ッジ両脇底面の酸化低減の観点から、ドライエッチング
あるいは反応性ガスエッチングで形成してもよい。ドラ
イエッチングでは、形状制御（面方位の影響を受けな
い）という利点があるものの、損傷（ダメージ）が入り
やすいあるいは残留生成物があるなどの欠点を有してい
るので、ウェット処理（表面エッチング）あるいは反応
性ガスエッチングと組み合わせて用いることも有効であ
る。本実施例において、活性層の左右両脇がエッチング
で露出されるので、高信頼化の観点から、活性層をエッ
チングする工程において、ドライエッチングあるいは反
応性ガスエッチングで形成することが好ましく、さらに
エッチング後大気にさらすことなく引き続いて、電流阻
止層の埋め込み成長を行うことがより好ましい。このと
き、ＭＯＣＶＤ装置内での反応性ガスエッチングは、そ
の後の選択成長と基本的に同じ条件（基板温度、反応室
内圧力、ガス流量等）で行う（気相エッチング）こと
が、エッチングから成長への切り替え時間低減の観点か
ら好ましい。

【００５６】上記のＭＯＣＶＤ法において、使用した原
料ガスとしてＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にはアルシン
（ＡｓＨ₃）及びホスフィン（ＰＨ₃）を、キャリアガス
には精製により高純度化された水素（Ｈ₂）を用いた。
また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、
ｎ型ドーパントにはジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いた。上
記実施例における結晶成長条件は、成長温度６５０〜７
５０℃、圧力１０²ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比２５〜５０
（ＡｌＧａＡｓ）及び５００〜７５０（ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ＧａＩｎＰ）、成長速度２〜５μｍ／ｈｒ（ＡｌＧ
ａＡｓ）及び１〜２μｍ／ｈｒ（ＡｌＧａＩｎＰ，Ｇａ
ＩｎＰ）であった。また、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の
成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／ＩＩＩ族のモル比が
０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．３となる様
に導入した。

【００５７】実施例２におけるガスエッチング（気相エ
ッチング）条件は、基本的には後の成長条件と同じにな
るように設定した。例えば、基板温度６５０〜７５０
℃、圧力１０²ｈＰａ、ＨＣｌガス導入量５０ｓｃｃｍ
（ＨＣｌ／Ｈ₂のモル比０．００５）とした。上記実施
例では基板側にｎ型の基板を用いたが、ｐ型基板を用い
て上記の構造の各層の導電型を反転させてエピタキシャ
ルウェハを作製してもよい。また、結晶成長法はＭＯＶ
ＰＥ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法
等の気相成長法においても本発明の半導体発光素子を良
好に製造することができる。

【００５８】半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比
較的薄いために（通常０．１μｍ以下）、亜鉛およびセ
レンのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用
いると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこし
て反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣
化させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題
を生じ易かった。Ｚｎ拡散を抑制するための方法とし
て、ｎ側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みた
が、表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結
晶品質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。
そこで、本発明のようにＡｌＧａＩｎＰクラッド層の厚
みを極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量
を低減させることができ、拡散を防止するための余分な
ドービングが不要になった。そのためにｎ型クラッド層
のキャリア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に抑えることが
でき、結晶品質及び素子特性を向上することができた。

【００５９】活性層を量子井戸構造等のような超薄膜に
すると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要とな
る。そこで本発明では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物ク
ラッド層のドーピング不純物としてＣを、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ系化合物クラッド層のドーピング不純物としてＢ
ｅまたはＭｇを、ｎ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物クラッド
層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層のドーピ
ング不純物としてＳｉをそれぞれ用いることにより不純
物拡散をさらに低減させ、素子作製の歩留りや再現性を
大きく向上させることができた。

【００６０】また、ＡｌＧａＡｓＰ系化合物はＡｌＧａ
ＩｎＰ系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低
い等の利点も有しており、電流狭窄のために形成される
リッジ部をＡｌＧａＡｓＰ系化合物にすることにより、
従来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減
することができた。このことにより、素子の特性や信頼
性の向上も図ることができた。

【００６１】さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物に特有な
原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少すなわち
発光波長の短波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの
良化及び安定化に関しては面方位を（１００）から〔０
１１〕方向に５〜２５度傾斜させた第１導電型のＧａＡ
ｓ基板を用いることが有効であった。また、発光層のＡ
ｌ組成の低減化は、素子の信頼性、寿命の向上の点で重
要であるが、これは、ＧａＡｓＰ基板を用いることによ
り容易に達成することができた。このときは、格子整合
を取るためにＡｌＧａＡｓＰクラッドを採用するのが好
ましい。さらに、本発明により成長時間及び原料コスト
の低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いにはかる
ことができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置によ
る安定生産が可能となった。

【００６２】（比較例）ｎ型及びｐ型のＡｌＧａＡｓク
ラッド層１０３、１１１は使用せず、クラッド層をＡｌ
ＧａＩｎＰ単一層とし、ｎ型及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層１０５、１１０の厚みをそれぞれ２．０μｍ、
１．５μｍとし、ＡｌＧａＡｓ組成グレード層１０２、
１１２は使用せず、かわりに同じ厚みのＧａ_0.52Ｉｎ
_0.48Ｐからなる中間バンドギャップ層を形成したこと以
外、実施例１と同一の条件でレーザチップを作製した。
チップジャンクション・ダウンで組立した後、連続通電
（ＣＷ）にてレーザ特性を測定した。２５℃において、
しきい値電流は平均１５ｍＡであり実施例１とあまり大
きく変わらなかったが、５ｍＷにおける動作電圧が２．
５Ｖとかなり高くなった。６０℃では、しきい値電流が
平均５０ｍＡまでに上昇し、最高発振温度は８０℃まで
であった。このように、リッジ部をＡｌＧａＩｎＰとし
た埋込構造であることから、リッジ部通過抵抗が高くな
るために、動作電圧が高くなったり、発熱による高温で
のしきい値電流の増大しやすくなることが、レーザ特性
劣化の要因と考えられる。また、レーザチップの組立方
式をジャンクション・アップにすると、発熱の問題が更
に深刻になり、レーザ特性や信頼性はさらに悪化した。

【００６３】

【発明の効果】本発明にしたがって、ＡｌＧａＩｎＰ系
を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザ構造
を埋め込み構造とし、特にチップ作製プロセスにおいて
活性層のエッチング後に大気にさらすことなく電流阻止
層を埋込成長を行うことにより、光ファイバーとの結合
に適したほぼ円形に近いビームを形成でき、かつ低いし
きい値電流、高い最高発振温度、高い信頼性等の優れた
レーザ特性を有する半導体発光素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体発光装置及びその製造方法を
説明する断面説明図である。

【図２】本発明の半導体発光装置における共振器方向
のストライプ幅の変化を説明する平面図である。

【図３】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の
半導体レーザダイオードの模式的構造を説明する断面説
明図である。

【符号の説明】

１０１：基板１０２：ｎ型組成グレード層１０３：ｎ型第１クラッド層１０４：光ガイド層１０５：ｎ型第２クラッド層１０６：光閉じ込め層１０７：バリア層１０８：量子井戸層１０９：活性層１１０：ｐ型第１クラッド層１１１：ｐ型第２クラッド層１１２：ｐ型組成グレード層１１３：ｐ型キャップ層１１４：ＳｉＮｘ保護膜１１５：ｎ型電流阻止層１１６：ｎ型保護層１１７：ｐ型コンタクト層１１８：ｐ側電極１１９：ｎ側電極Ｗ１：端部近傍のストライプ幅Ｗ２：中央部のストライプ幅３０１：基板３０２：ｎ型クラッド層３０３：活性層３０４：ｐ型クラッド層３０５：ｎ型電流阻止層３０６：ｐ型コンタクト層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａ
ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１
クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓ
Ｐ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性
層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成される
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】前記基板と前記第１導電型のＡｌＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導
電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッ
ド層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の半導体発光装置。
【請求項３】前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡ
ｌＧａＡｓからなるクラッド層と前記第１導電型のＡｌ
ＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、
第１導電型の光ガイド層が形成されていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】前記電流阻止層の屈折率が前記活性層の
屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】前記電流阻止層のバンドギャップが前記
活性層のバンドギャップがよりも大きいことを特徴とす
る請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】前記電流阻止層が、第１導電型、第２導
電型又は高抵抗の化合物半導体層を含む一以上の化合物
半導体層を有していることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】前記電流阻止層が、ＡｌＧａＡｓＰ又は
ＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項８】前記電流阻止層の底面が、前記第１導電
型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層
の上面に接していることを特徴とする請求項１〜７のい
ずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】前記電流阻止層の底面が、前記第１導電
型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド
層の上面に接していることを特徴とする請求項２〜８の
いずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１０】前記電流阻止層の底面が、前記第１導
電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる光ガイ
ド層の上面に接していることを特徴とする請求項３〜９
のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】前記活性層が、量子井戸層、及び量子
井戸層を挟むバリア層及び／又は光閉じ込め層で構成さ
れていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに
記載の半導体発光装置。
【請求項１２】前記バリア層又は前記光閉じ込め層に
不純物がドープされていることを特徴とする請求項１１
に記載の半導体発光装置。