JP2001185818A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 閾値電流が低く、発光効率が高く、通電劣化
が少ない光情報処理用の赤色半導体レーザ装置を提供す
る。 【解決手段】 ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるＭＱＷ活
性層４と、この活性層４の上に配設され、活性層４より
もバンドギャップの大きい（ＡｌuＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ （０＜ｕ＜１）からなるｐ型の第１の下クラッド層
５と、この第１の下クラッド層５の上に配設され、活性
層よりもバンドギャップが大きく、不純物として１×１
０¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（Ａ
ｌzＧａ1-z）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦１）からなる電
流ブロック層６と、を備えているので、電流ブロック層
６の格子間III族原子が少なくなり、第１の上クラッド
層５から活性層４へのドーパントの拡散が起き難くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザ装
置及びその製造方法に係り、特に光情報処理用として用
いられる赤色半導体レーザ装置とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで光情報処理用として用いられる
赤色半導体レーザ装置はＧａＡｓ電流ブロック層を用い
た利得導波型構造が採用されてきた。しかしながら最近
はＡｌＩｎＰ層を電流ブロック層に用いた屈折率導波型
構造を採用することにより、動作電流を下げた赤色半導
体レーザ装置が開発されている。屈折率導波型構造では
電流ブロック層での光の吸収損失が少ないので、閾値電
流を下げることができるとともに発光効率を向上させる
ことができ、動作電流を下げることができる。

【０００３】図５は、例えばELECTRONICS LETTERS, Vo
l.33, No.14(1997), p.1223-1225に記載された、従来の
ＳＡＳ（Self-Aligned Structure)型の半導体レーザ装
置の断面図である。図５において、１０１はｎ型ＧａＡ
ｓ基板、１０２はｎ型ＧａＡｓバッファ層、１０３はｎ
型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの下クラッド層、１
０４はＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ ＭＱＷ（Multi Qu
antum Well）活性層、ここでＭＱＷのＧａＩｎＰ／Ａｌ
ＧａＩｎＰという表記は井戸層がＧａＩｎＰで障壁層が
ＡｌＧａＩｎＰであることを示す（以下同じ）。

【０００４】１０５はｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ
0.5Ｐの第１の上クラッド層、１０６はｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ
0.5Ｐの電流ブロック層、１０７は電流経路となる電流
ブロック層１０６の開口、１０８はｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ
0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの第２の上クラッド層、１０９はｐ
型ＧａＡｓコンタクト層、１１０はｐ側電極、１１１は
ｎ側電極である。１１２はこの従来の半導体レーザ装置
である。

【０００５】次にこの半導体レーザ装置１１２の製造方
法について説明する。まずＭＯＣＶＤ法などの結晶成長
法による第１次のエピタキシャル成長でｎ型ＧａＡｓ基
板１０１上に、 ｎ型バッファ層１０２となるｎ型Ｇａ
Ａｓ層、ｎ型下クラッド層１０３となるｎ型（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層、活性層１０４となるＧａＩ
ｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ ＭＱＷ層、第１の上クラッド層
１０５となるｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層、
および電流ブロック層１０６となるｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5
Ｐ層を順次形成する。このときのドーパントとしては、
ｎ型ドーパントはシリコン、ｐ型ドーパントは亜鉛が使
用される。

【０００６】次に写真製版とウエットエッチングによ
り、電流ブロック層１０６に電流経路となる帯状の開口
１０７を形成する。次いでＭＯＣＶＤ法などの結晶成長
法により、第２次のエピタキシャル成長で、開口１０７
を介して第１の上クラッド層１０５となるｐ型（Ａｌ0.
7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層上に、第２の上クラッド層１
０８となるｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を埋
め込み成長し、更にコンタクト層１０９となるｐ型Ｇａ
Ａｓ層を形成する。

【０００７】更にコンタクト層１０９となるｐ型ＧａＡ
ｓ層の表面上にｐ側電極１１０を、またｎ型ＧａＡｓ基
板１０１の裏面側表面上にｎ側電極１１１を形成する。

【０００８】次に半導体レーザ装置１１２の動作につい
て説明する。ｎ側電極１１１とｐ側電極１１０との間に
順方向電圧を印加すると、電流ブロック層１０６と第２
の上クラッド層１０８との間のｐｎ接合により生じる空
乏層により電流の流れが阻止されて電流が絞られ、開口
１０７を介して活性層１０４に電流が流れる。

【０００９】活性層１０４に所定の閾値以上の電流が流
れると、活性層１０４において電子と正孔とが再結合
し、これに基づいてレーザ光が発生する。このときｎ型
下クラッド層１０３、第１の上クラッド層１０５及び第
２の上クラッド層１０８は、活性層１０４よりも大きな
バンドギャップを有しているので、 ｎ型下クラッド層
１０３、第１の上クラッド層１０５及び第２の上クラッ
ド層１０８の屈折率は活性層１０４よりも小さく、レー
ザ光はｎ型下クラッド層１０３と第１の上クラッド層１
０５及び第２の上クラッド層１０８との間に閉じ込めら
れる。

【００１０】また、電流ブロック層１０６のバンドギャ
ップは第１の上クラッド層１０５及び第２の上クラッド
層１０８のそれよりも大きく、電流ブロック層１０６の
屈折率は第１の上クラッド層１０５及び第２の上クラッ
ド層１０８のそれより小さく、レーザ光の水平横方向の
拡がりは電流ブロック層１０６によって制限される。こ
のようにレーザ光の発光点の上下、左右とも屈折率差を
持たせるように構成しているので、レーザ光は発光点近
傍に効率よく閉じ込められることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ装
置１１２は上記のように構成されているが、ｐ型ドーパ
ントとして亜鉛が使用されており、第１次のエピタキシ
ャル成長の、ＭＯＣＶＤ法での成長温度は、７００℃〜
７５０℃であるので、活性層１０４を形成した後第１の
上クラッド層１０５及び電流ブロック層１０６を形成す
るときに既に、上クラッド層１０５から活性層１０４に
亜鉛が拡散する。更に第２次のエピタキシャル成長を行
うときにも同様の温度の下で行われるので、上クラッド
層１０５から活性層１０４に亜鉛が拡散する。

【００１２】屈折率導波型構造を実現する場合、この従
来例で記載したＳＡＳ型の他に埋め込みリッジ型でも実
現できるが、最近の知見では、上クラッド層１０５から
活性層１０４への亜鉛の拡散は埋め込みリッジ型より
も、特にＳＡＳ型の方が起きやすいことが分かってき
た。

【００１３】Journal of Crystal Growth, vol145(199
4), p.808-812に、亜鉛の拡散モデルの一つが記載され
ている。この亜鉛（Ｚｎ）の拡散モデルは、ｎ型ＧａＡ
ｓ／ＺｎドープＡｌＧａＡｓ／ＳｅドープＡｌＧａＡｓ
の積層構造を基に説明されているものである。それによ
ると、ＳｉドープＧａＡｓ中の格子間ＧａがＳｉのキャ
リア濃度の増加に伴って増加し、 ＺｎドープＡｌＧａ
Ａｓ中に拡散する。この拡散してきた格子間Ｇａによ
り、 ＺｎドープＡｌＧａＡｓ中のＧａサイトのＺｎが
はじき出されて格子間Ｚｎとなり、この格子間Ｚｎが近
接する層に拡散すると説明されている。

【００１４】このＺｎの拡散モデルを従来の半導体レー
ザ装置１１２の場合に当てはめてみる。ｎ型Ａｌ0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐの電流ブロック層１０６は、第２の上クラッド
層１０８との間のｐｎ接合により生じる空乏層により電
流の流れを阻止する機能を持たせているために高濃度に
Ｓｉがドーピングされている。

【００１５】このためｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロッ
ク層１０６中には、拡散モデルの格子間Ｇａに相当する
III族原子のＡｌかＩｎが格子間に多数存在すると考え
られ、この格子間III族原子が電流ブロック層１０６か
らｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの第１の上クラ
ッド層５に拡散し、第１の上クラッド層５中のＧａサイ
トのＺｎをはじき出し、はじき出された格子間ＺｎがＧ
ａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ ＭＱＷ活性層１０４に拡散
していると考えられる。

【００１６】この発明は上記の問題点を解消するために
なされたもので、第１の目的は、閾値電流が低く、発光
効率が高く、信頼性の高い半導体レーザ装置を提供する
ことであり、第２の目的は閾値電流が低く、発光効率が
高く、信頼性の高い半導体レーザ装置を簡単な工程によ
り製造する製造方法を提供することである。

【００１７】なお、上述した先行技術の他に、特開昭６
２−７３６８７号公報には、ＡｌＧａＡｓ系材料を用い
たＳＡＳ型の半導体レーザが開示されている。また、特
開平９−３３１０９８号公報には、クラッド層に活性層
と略等しいバンドギャップを有する可飽和吸収層を有す
る自励発信半導体レーザにおいて、可飽和吸収層に酸素
をドーピングし、自励発信しやすくした半導体レーザが
開示されている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザ装置は、第１導電型のＧａＡｓ半導体基板と、この
半導体基板上に配設され、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ （０＜ｘ＜１）からなる第１導電型の第１クラッド
層と、この第１クラッド層の上に配設され、第１クラッ
ド層よりもバンドギャップが小さく、ＡｌＧａＩｎＰ系
材料からなる活性層と、この活性層の上に配設され、活
性層よりもバンドギャップの大きい（ＡｌuＧａ1-u）0.
5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｕ＜１）からなる第２導電型の第１
の第２クラッド層と、この第１の第２クラッド層の上に
配設され、活性層よりもバンドギャップが大きく、不純
物として１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原
子を含んだ（ＡｌzＧａ1-z）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦
１）からなり、電流経路となる帯状の開口を有する電流
ブロック層と、この電流ブロック層の開口を介して第１
の第２クラッド層の上に配設され、活性層よりもバンド
ギャップの大きい（ＡｌvＧａ1-v）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０
＜ｖ＜１，ｚ＞ｖ）からなる第２導電型の第２の第２ク
ラッド層と、を備えたものでこの構成により、電流ブロ
ック層が電流を遮断する働きを酸素原子を含ませること
によって機能させるので、電流ブロック層の格子間III
族原子が少なくなり、第２導電型の第１の第２クラッド
層のドーパントの拡散が起き難くなる。

【００１９】さらに第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ
型とし、ｎ型のドーパントをシリコン、ｐ型のドーパン
トを亜鉛としたもので、この構成により第１の第２クラ
ッド層の亜鉛の拡散が起き難くなる。

【００２０】さらに、電流ブロック層に不純物濃度が１
×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3のシリコン原子また
は硫黄原子を含ませたもので、この構成により、第２導
電型の第１の第２クラッド層のドーパントが電流ブロッ
ク層に拡散しがたくなるので、電流ブロック層での電流
リークが起き難くなる。

【００２１】またこの発明に係る半導体レーザ装置の製
造方法は、第１導電型のＧａＡｓ半導体基板上に、（Ａ
ｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｘ＜１）からなる第
１導電型の第１クラッド層を形成する工程と、第１クラ
ッド層の上に、第１クラッド層よりもバンドギャップが
小さく、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層を形成す
る工程と、活性層の上に活性層よりバンドギャップの大
きい（ＡｌuＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｕ＜１）か
らなる第２導電型の第１の第２クラッド層を形成する工
程と、第１の第２クラッド層の上に、活性層よりもバン
ドギャップが大きく、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜
５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（ＡｌzＧａ1-z）
0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦１）からなり、電流経路とな
る帯状の開口を有する電流ブロック層を形成する工程
と、電流ブロック層の開口を介して第１の第２クラッド
層の上に活性層よりバンドギャップが大きい（ＡｌvＧ
ａ1-v）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｖ＜１，ｚ＞ｖ）からな
る第２導電型の第２の第２クラッド層を形成する工程
と、を含むので、第２導電型の第１の第２クラッド層の
ドーパントの拡散が起き難い半導体レーザ装置を簡単な
工程で製造することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１はこの発明の一つの実施の形態に係る半導体レーザ
装置の断面図である。ここでは一例として情報処理用と
して使用されるレーザ波長が６５０〜６８５ｎｍのＳＡ
Ｓ型の赤色半導体レーザ装置について説明する。この実
施の形態１においては、電流ブロック層はｐｎ接合の空
乏層による電流ブロック効果ではなく、電流ブロック層
に酸素原子をドーピングすることにより高抵抗化して電
流ブロック効果を持たせ、これによりｎ型ドーパントを
少なくし、このｎ型ドーパントに基づく第１クラッド層
から活性層へのＺｎの拡散を少なくしたものである。

【００２３】図１において、１は（１００）面を主面と
するｎ型ＧａＡｓ基板で１０゜だけ［０１１］方向に傾
けたオフ基板、２はこのＧａＡｓ基板１の上に設けられ
たｎ型ＧａＡｓバッファ層で層厚は０．５μｍ、３はバ
ッファ層２の上に設けられたｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.
5Ｉｎ0.5Ｐの下クラッド層で層厚は１μｍである。これ
らの層のｎ型ドーパントはシリコン（Ｓｉ）である。４
は下クラッド層３の上に設けられたＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ ＭＱＷ活性層である。

【００２４】図２はこの発明に係る半導体レーザ装置の
ＭＱＷ活性層４の断面を示す模式図である。図２におい
て、４１は（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐの光ガイド
層、４２はＧａＩｎＰの井戸層、４３は（Ａｌ0.5Ｇａ
0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐの障壁層である。このＭＱＷ活性層
４は、両側に光ガイド層４１を配置し、この光ガイド層
４１に接して井戸層４２を設け、この井戸層４２ともう
一つの井戸層４２の間に介挿して障壁層４３を設けた構
造で、４層の井戸層４２とその間に介挿された３層の障
壁層４３とで構成された歪み多重量子井戸構造である。

【００２５】図１にもどって、５はｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ
0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの第１の上クラッド層で層厚は０．
１５μｍ、 ６はアンドープのＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐの電流
ブロック層で、不純物としての濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3
〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3（以下、例えば１×１０¹⁷を１Ｅ１
７と表記する。）の酸素原子がドーピングされている。
ここでドーピングする酸素原子の濃度は、電流ブロック
効果をもたせるために１Ｅ１７ｃｍ^-3以上とし、活性層
４からのレーザ光の吸収を少なくしレーザ特性の低下を
少なくするために５Ｅ１８ｃｍ^-3以下としたものであ
る。

【００２６】この酸素濃度の更に望ましい範囲は５Ｅ１
７ｃｍ^-3〜１Ｅ１８ｃｍ^-3としたものである。これは酸
素濃度が低すぎると第１上クラッド層５から電流ブロッ
ク層６へＺｎが拡散し、電流ブロック層６で電流の漏洩
が起きる可能性が生じ易くなり、酸素濃度が高すぎると
光の吸収ロスがでる可能性が発生し易くなり、これを防
ぐための酸素濃度のコントロールが難しくなるから、こ
の程度の酸素濃度の範囲に納めておけば、多少酸素濃度
が上下しても、レーザ特性のバラツキは少なくなるから
である。この電流ブロック層６の層厚は０．７μｍであ
る。

【００２７】７は電流経路となる電流ブロック層６の開
口、８はｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの第２の
上クラッド層で、電流ブロック層の開口７に埋め込み形
成されており、この開口を介して第１の上クラッド層５
と接するとともに開口７の両側部で電流ブロック層６と
接触し、更に電流ブロック層６を覆っている。この第２
の上クラッド層の層厚は１μｍである。９はｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層で第２の上クラッド層８の上に配設され
ている。これらのｐ型のドーパントは亜鉛である。１０
はコンタクト層９にオーミックに接触するｐ側電極、１
１は基板１の裏面側にオーミックに接触するｎ側電極で
ある。１２はこの発明に係る半導体レーザである。

【００２８】次にこの半導体レーザ装置１２の製造方法
について説明する。図３はこの発明に係る半導体レーザ
装置の製造工程に従った半導体レーザの断面図である。
図３（ａ）を参照にして、まずＭＯＣＶＤ法などの結晶
成長法による第１次のエピタキシャル成長でｎ型ＧａＡ
ｓ基板１上に、バッファ層２となるｎ型ＧａＡｓ層、下
クラッド層３となるｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ層、活性層４となるＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ Ｍ
ＱＷ層、第１の上クラッド層５となるｐ型（Ａｌ0.7Ｇ
ａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層、および電流ブロック層６とな
るｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を順次形成する。このときの
ドーパントとしては、ｎ型ドーパントはシリコン、ｐ型
ドーパントは亜鉛が使用される。

【００２９】これら各層のエピタキシャル成長は、成長
温度は７００℃〜７５０℃と設定し、原料ガスを切り替
えることで行われる。電流ブロック層６となるｎ型Ａｌ
0.5Ｉｎ0.5Ｐ層の形成においては、成長温度を７００℃
と低めに設定し、Ｖ／III比を１００程度と低くするこ
とにより、バックグラウンドから酸素原子がドーピング
されるようにする。

【００３０】このときの不純物としての酸素濃度は成長
温度とＶ／III比により制御することができ、これによ
り不純物としての酸素濃度を１Ｅ１７ｃｍ^-3〜５Ｅ１８
ｃｍ ^-3とし、更に望ましくは５Ｅ１７ｃｍ^-3〜１Ｅ１８
ｃｍ^-3の範囲に制御する。この工程の結果を示すのが、
図３（ａ）である。

【００３１】次に図３（ｂ）を参照して、写真製版とウ
エットエッチングにより、電流ブロック層６に電流経路
となる帯状の開口７を形成する。この工程の結果を示す
のが、図３（ｂ）である。次いでＭＯＣＶＤ法などの結
晶成長法により、第２次のエピタキシャル成長で、開口
７を介して第１の上クラッド層５となるｐ型（Ａｌ0.7
Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層上に、第２の上クラッド層８
となるｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を開口７
を介して埋め込み成長し、更にコンタクト層９となるｐ
型ＧａＡｓ層を形成する。

【００３２】更にコンタクト層９となるｐ型ＧａＡｓ層
の表面上にｐ側電極１０を、またｎ型ＧａＡｓ基板１の
裏面側表面上にｎ側電極１１１を形成する。この結果が
図１に示された半導体レーザ装置である。

【００３３】次に半導体レーザ装置１２の動作について
説明する。ｎ側電極１１とｐ側電極１０との間に順方向
電圧を印加すると、電流ブロック層６は酸素原子がドー
ピングされているために高抵抗化し電流ブロック効果を
有するので、電流ブロック層６により電流の流れが阻止
されて電流が絞られ、開口７を介して効率よく活性層４
に電流が流れる。活性層４に所定の閾値以上の電流が流
れると、活性層４において効率よく電子と正孔とが再結
合し、これに基づいてレーザ光が発生する。

【００３４】このときｎ型下クラッド層３、第１の上ク
ラッド層５及び第２の上クラッド層８は、活性層４より
も大きなバンドギャップを有しているので、 ｎ型下ク
ラッド層３、第１の上クラッド層５及び第２の上クラッ
ド層８の屈折率は活性層４よりも小さく、レーザ光はｎ
型下クラッド層３と第１の上クラッド層５及び第２の上
クラッド層８との間に閉じ込められる。

【００３５】また、電流ブロック層６のバンドギャップ
は第１の上クラッド層５及び第２の上クラッド層８のそ
れよりも大きく、電流ブロック層６の屈折率は第１の上
クラッド層５及び第２の上クラッド層８のそれより小さ
く、レーザ光の水平横方向の拡がりは電流ブロック層６
によって制限される。

【００３６】このようにレーザ光の発光点の上下、左右
とも屈折率差を持たせるように構成しているので、レー
ザ光は発光点近傍に効率よく閉じ込められることにな
る。この実施の形態１の半導体レーザにおいては、電流
ブロック層６はドーピングしている酸素原子により電流
ブロック効果をもてせているために、電流ブロック層６
にはｎ型ドーパント例えばＳｉが多く含まれていないた
めに、格子間III族原子が多く存在していない。

【００３７】このため、電流ブロック層６の格子間III
族原子による第１の上クラッド層５への拡散が少なくな
り、格子間III族原子により第１の上クラッド層５中の
ＧａサイトのＺｎをはじき出すことが少なく、結果的に
活性層４へのＺｎの拡散は少なくなる。

【００３８】すなわち、従来構造の半導体レーザでは、
ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐの電流ブロック層１０６は第２の
上クラッド層１０８との間のｐｎ接合により生じる空乏
層により電流の流れを阻止するために電流ブロック層１
０６中には高濃度のＳｉがドーピングされている。

【００３９】このためｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐの電流ブロ
ック層１０６中には、 Ｓｉの濃度の増加に従って増加
するIII族原子のＡｌかＩｎが格子間に多数存在すると
考えられ、この格子間III族原子がｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.
3）0.5Ｉｎ0.5Ｐの第１の上クラッド層１０５に拡散
し、これにより第１の上クラッド層１０５中のＧａサイ
トのＺｎをはじき出し、はじき出された格子間ＺｎがＧ
ａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ ＭＱＷ活性層１０４に拡散
していると考えられる。

【００４０】これに対して、実施の形態１の半導体レー
ザ１２では、電流ブロック層６は不純物濃度として１Ｅ
１７ｃｍ^-3〜５Ｅ１８ｃｍ^-3程度ドーピングしている酸
素原子により電流ブロック効果をもたせているので、ｎ
型ドーパントとしてのＳｉは高濃度に含む必要は無い。
このために不純物としてのＳｉの濃度によって規定され
るＡｌやＩｎの格子間III族原子は、多くは存在しない
と考えられる。電流ブロック層６に格子間III族原子が
多くは存在しないことにより、電流ブロック層６に隣接
する第１の上クラッド層５中のＧａサイトからはじき出
されるＺｎも少なくなる。

【００４１】このため第１次のエピタキシャル成長にお
いて、活性層４を形成した後、成長温度を７００℃〜７
５０℃として、第１の上クラッド層５及び電流ブロック
層６を形成したとしても、第１の上クラッド層５のＧａ
サイトからはじき出されたＺｎの量が多くないために、
活性層４へのＺｎの拡散は少なくなる。従って半導体レ
ーザ１２においては、閾値電流を低くすることができ、
発光効率を高くすることができる。また半導体レーザの
通電劣化を少なくすることができ、信頼性を高めること
ができる。

【００４２】実施の形態２ 図４はこの発明の他の実施の形態に係る半導体レーザ装
置の断面図である。この実施の形態２においては、電流
ブロック層はｐｎ接合の空乏層による電流ブロック効果
ではなく、電流ブロック層に酸素原子をドーピングする
ことにより電流ブロック効果を持たせ、これによりｎ型
ドーパントを少なくし、このｎ型ドーパントに基づく第
１の上クラッド層から活性層へのＺｎの拡散を少なくし
ている点は実施の形態１と同じであるが、更に電流ブロ
ック層に酸素原子とともに若干のＳｉを同時にドーピン
グし、第１の上クラッド層から電流ブロック層へのＺｎ
の拡散を少なくしたものである。

【００４３】図４において、２０は半導体レーザ、２１
は電流ブロック層である。実施の形態１と同じ符号は、
同じものか又は相当のものを示す。電流ブロック層２１
は、不純物として酸素濃度は実施の形態１と同じく、電
流ブロック効果をもたせるために１Ｅ１７ｃｍ^-3以上と
し、活性層４からのレーザ光の吸収を少なくしレーザ特
性の低下を少なくするために５Ｅ１８ｃｍ^-3以下とした
ものである。そして不純物としてのシリコン濃度は１Ｅ
１７ｃｍ^-3〜２Ｅ１８ｃｍ^-3の範囲である。

【００４４】電流ブロック層２１には、Ｓｉがドーピン
グされることで、第１の上クラッド層５から電流ブロッ
ク層２１へのＺｎの拡散が少なくなり、電流ブロック層
２１での電流の漏洩の可能性は低くなる。従って、電流
ブロック層２１の酸素濃度は１Ｅ１７ｃｍ^-3〜１Ｅ１８
ｃｍ^-3の範囲とすることができ、実施の形態１の範囲よ
りも低くすることができる。また不純物としてのＳｉの
濃度はＺｎの拡散モデルで説明した活性層へのＺｎの拡
散に対する影響をより安全側にするために、１Ｅ１７ｃ
ｍ^-3〜５Ｅ１７ｃｍ^-3の範囲が望ましい。

【００４５】この実施の形態２においては、電流ブロッ
ク層２１に不純物としてのＳｉをドーピングしているか
ら、第１の上クラッド層５から電流ブロック層へのＺｎ
の拡散を防ぐことができ、たとえ少し拡散があったとし
ても電流ブロック層２１はｐ型の不純物層にはならない
ので、電流ブロック層２１における電流の漏洩を防止す
ることができる。

【００４６】そして実施の形態１の電流ブロック層６の
ように、単に酸素原子のみを不純物として含む場合に比
べて、実施の形態２の電流ブロック層２１は酸素濃度を
低めに設定でき、光の吸収ロスの可能性を低くすること
ができる。以上のように電流ブロック層２１に酸素原子
とＳｉとをドーピングすることにより、電流ブロック層
２１での光の吸収ロスを防ぎかつ電流の漏洩を防止する
ことができるので、閾値電流が低く、発光効率が高く、
通電劣化の少ない半導体レーザのより容易に構成するこ
とができる。またレーザ特性のバラツキを少なくするこ
とができる。

【００４７】なお実施の形態２において電流ブロック層
２１のｎ型ドーパントをＳｉとしたが、硫黄（Ｓ）とし
た半導体レーザにおいても同様の効果を奏する。

【００４８】また、実施の形態１及び２において説明さ
れた下クラッド層３、ＭＱＷ活性層４、第１の上クラッ
ド層５、第２の上クラッド層８及び電流ブロック層６ま
たは２１の各層の材料は、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ（０≦ｘ≦１）で示される一般式で示される材料の、
特定のＡｌ組成比の材料により構成されている。しかし
一般式で示されたこれらの材料の内、ＭＱＷ活性層のバ
ンドギャップが一番小さく、電流ブロック層６または２
１のバンドギャップが下クラッド層３、第１の上クラッ
ド層５、及び第２の上クラッド層８のバンドギャップよ
り大きければよいので、各層の材料は比較的自由に設定
することができる。

【００４９】また、電流ブロック層として、ＡｌＩｎＰ
を使用した場合は材料の調整が簡単になる。

【００５０】また実施の形態１及び２において説明した
半導体レーザはＳＡＳ型であるが、活性層の上にＺｎド
ープクラッド層とアンドープまたはｎ型電流ブロック層
を続けて形成する他の形式の半導体レーザでも同様の効
果を奏する。

【００５１】

【発明の効果】この発明に係る半導体レーザ装置は以上
に説明したような構成を備えているので、以下のような
効果を有する。この発明に係る半導体レーザ装置は、Ａ
ｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層と、この活性層の上
に配設され、活性層よりもバンドギャップの大きい（Ａ
ｌuＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｕ＜１）からなる第
２導電型の第１の第２クラッド層と、この第１の第２ク
ラッド層の上に配設され、活性層よりもバンドギャップ
が大きく、不純物として１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸
ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（ＡｌzＧａ1-z）0.5Ｉｎ0.5
Ｐ （０＜ｚ≦１）からなり、電流経路となる帯状の開
口を有する電流ブロック層と、を備えたもので、この構
成により、電流ブロック層の電流を遮断する働きを酸素
原子を含ませることによって機能させるので、格子間II
I族原子を少なくし、第２導電型の第１の第２クラッド
層のドーパントの拡散が起き難くする。これにより、半
導体レーザの閾値電流を低くすることができ、発光効率
を高くすることができる。また半導体レーザの通電劣化
を少なくすることができ、信頼性を高めることができ
る。

【００５２】さらに第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ
型とし、ｎ型のドーパントをシリコン、ｐ型のドーパン
トを亜鉛としたもので、この構成により第１の第２クラ
ッド層の亜鉛の拡散を起こり難くする。これにより、
ｎ型のドーパントをシリコンとし、 ｐ型のドーパント
を亜鉛とした半導体レーザの閾値電流を低くすることが
でき、発光効率を高くすることができる。またｐ型のド
ーパントを亜鉛とした半導体レーザの通電劣化を少なく
することができ、信頼性を高めることができる。

【００５３】さらに電流ブロック層に不純物濃度が１×
１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3のシリコン原子または
硫黄原子を含ませたもので、この構成により、第２導電
型の第１の第２クラッド層のドーパントが電流ブロック
層に拡散し難くなるので、電流ブロック層での電流リー
クが起き難くなる。これにより、電流ブロック層での光
の吸収ロスを防ぎ、ここでの電流の漏洩を防止すること
ができる半導体レーザをより容易に構成することがで
き、またレーザ特性のバラツキを少なくすることができ
る。

【００５４】またこの発明に係る半導体レーザ装置の製
造方法は、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層を形成
する工程と、活性層の上に活性層よりバンドギャップの
大きい（ＡｌuＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｕ＜１）
からなる第２導電型の第１の第２クラッド層を形成する
工程と、第１の第２クラッド層の上に、活性層よりもバ
ンドギャップが大きく、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3
〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（ＡｌzＧａ1-
z）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦１）からなり、電流経路
となる帯状の開口を有する電流ブロック層を形成する工
程と、電流ブロック層の開口を介して第１の第２クラッ
ド層の上に活性層よりバンドギャップが大きい（Ａｌv
Ｇａ1-v）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｖ＜１，ｚ＞ｖ）から
なる第２導電型の第２の第２クラッド層を形成する工程
と、を含むので、第２導電型の第１の第２クラッド層の
ドーパントの拡散が起こりに難い半導体レーザを簡単な
工程で製造することができ、延いては閾値電流が低く、
発光効率が高く、通電劣化が少なくて信頼性の高い、半
導体レーザ装置を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る半導体レーザ装置の断面図で
ある。

【図２】 この発明に係る半導体レーザのＭＱＷ活性層
の断面を示す模式図である。

【図３】 この発明に係る半導体レーザ装置の製造工程
に従った半導体レーザの断面図である。

【図４】 この発明に係る半導体レーザ装置の断面図で
ある。

【図５】 従来の半導体レーザ装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板、 ３ 下クラッド層、 ４ ＭＱ
Ｗ活性層、 ５ 第１の上クラッド層、 ７ 開
口、 ６ 電流ブロック層、 ２１ 電流ブロック
層、 ８ 第２の上クラッド層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型のＧａＡｓ半導体基板と、 この半導体基板上に配設され、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉ
   ｎ0.5Ｐ （０＜ｘ＜１）からなる第１導電型の第１ク
   ラッド層と、 この第１クラッド層の上に配設され、上記第１クラッド
   層よりもバンドギャップが小さく、ＡｌＧａＩｎＰ系材
   料からなる活性層と、 この活性層の上に配設され、上記活性層よりもバンドギ
   ャップの大きい（ＡｌuＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜
   ｕ＜１）からなる第２導電型の第１の第２クラッド層
   と、 この第１の第２クラッド層の上に配設され、上記活性層
   よりもバンドギャップが大きく、不純物として１×１０
   ¹⁷ｃｍ^-3〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（Ａｌ
   zＧａ1-z）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦１）からなり、電
   流経路となる帯状の開口を有する電流ブロック層と、 この電流ブロック層の上記開口を介して上記第１の第２
   クラッド層の上に配設され、上記活性層よりもバンドギ
   ャップの大きい（ＡｌvＧａ1-v）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０＜ｖ
   ＜１，ｚ＞ｖ）からなる第２導電型の第２の第２クラッ
   ド層と、を備えた半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型
   で、ｎ型のドーパントがシリコン、ｐ型のドーパントが
   亜鉛であることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
   ザ装置。
3. 【請求項３】 電流ブロック層にさらに不純物濃度が１
   ×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3のシリコン原子また
   は硫黄原子を含んだことを特徴とする請求項２記載の半
   導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 第１導電型のＧａＡｓ半導体基板上
   に、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｘ＜１）か
   らなる第１導電型の第１クラッド層を形成する工程と、 第１クラッド層の上に、第１クラッド層よりもバンドギ
   ャップが小さく、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる活性層
   を形成する工程と、 活性層の上に活性層よりバンドギャップの大きい（Ａｌ
   uＧａ1-u）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｕ＜１）からなる第２
   導電型の第１の第２クラッド層を形成する工程と、 第１の第２クラッド層の上に、活性層よりもバンドギャ
   ップが大きく、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜５×１
   ０¹⁸ｃｍ^-3の酸素原子を含んだ（ＡｌzＧａ1-z）0.5Ｉ
   ｎ0.5Ｐ （０＜ｚ≦１）からなり、電流経路となる帯
   状の開口を有する電流ブロック層を形成する工程と、 電流ブロック層の開口を介して第１の第２クラッド層の
   上に活性層よりバンドギャップが大きい（ＡｌvＧａ1-
   v）0.5Ｉｎ0.5Ｐ （０＜ｖ＜１，ｚ＞ｖ）からなる第
   ２導電型の第２の第２クラッド層を形成する工程と、を
   含む半導体レーザ装置の製造方法。