JP2001358408A - 半導体光デバイス装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発振光の波長制御が容易であり、かつ、安定
した発振波長の得られる信頼性に優れた光通信に好適な
長波長用光源（１μｍ帯）を有する半導体光デバイス装
置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ_yＡｓ_1-y（０＜ｘ≦１，
０＜ｙ≦１）井戸層と、該井戸層の上下に隣接するＧａ
Ｐ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦１）バリア層とを含む量子井戸活
性層を基板上に有することを特徴とする半導体光デバイ
ス装置及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザなど
として有用な半導体光デバイス装置に関し、特に光通信
システムに好適な半導体光デバイス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より光通信システムとして用いられ
る長波長帯半導体レーザーは、ＩｎＰ基板上にＩｎＰク
ラッド層とＧａＩｎＡｓＰ活性層を形成したものである
が、この材料系では、伝導帯のバンド不連続を大きくす
ることはできないため、温度特性が悪く、高温動作時に
特性が劣化するという問題がある。このため、レーザダ
イオードの寿命の長期化や生産コストの軽減を図るため
には、ＣＯＤ等の問題を解決し、温度特性が良好な半導
体レーザを開発することが不可欠とされていた。

【０００３】高温動作における問題点を解決するため、
これまで多くの提案がなされている。例えば、特開平１
０−２７０７９８号公報には、ＧａＡｓ基板と格子整合
し又は引張り歪を有するＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ_0.03Ａｓ_0.97
バルク活性層若しくはＩｎ_{0. 06}Ｇａ_0.94Ｎ_0.04Ａｓ_0.96
量子井戸活性層の上下層にＧａＡｓスペーサ層を挿入
し、かつ、発光波長が１．３μｍである半導体発光素子
が開示されている。該半導体発光素子は、クラッド層を
ＡｌＧａＡｓあるいはＧａＩｎＰとすることにより、伝
導帯のバンド不連続を大きくして温度特性を向上させる
ことができ、さらにＧａＡｓスペーサ層を挿入すること
でクラッド層上に活性層の鏡面成長が可能であり、活性
層の品質向上に資することができるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平１０−２７０７９８号公報の半導体発光素子では、
特定の波長（特に長波長）を得ることが難しく、波長の
制御性という面で問題がある。さらに該半導体発光素子
は、従来の半導体発光素子に比べ高温特性は向上した
が、長波長用の通信システムで実用化するためにはさら
に高い信頼性が得られなければならない。したがって、
このような現象や問題点を回避できる半導体光デバイス
装置の開発が兼ねてから要望されていた。

【０００５】かくして本発明は上記課題に鑑みてなされ
たものであり、高温でも発振光の波長制御が容易であ
り、かつ、安定した発振波長の得られる信頼性に優れた
光通信に好適な長波長用光源（１μｍ帯）を有する半導
体光デバイス装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【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、圧縮歪みを有す
るＩｎＧａＮＡｓからなる井戸層の上層及び下層にＧａ
ＰＡｓからなる引張り歪みをもつバリア層を含む量子井
戸活性層を作製することにより、所期の効果を示す優れ
た半導体光デバイス装置が得られることを見出した。

【０００７】すなわち、本発明者らは、上記特開平１０
−２７０７９８号公報の半導体発光素子につき試験を重
ねた結果、該半導体発光素子は活性層へのＮ添加量が多
いために結晶性の低下を招き、信頼性が大幅に低下し、
また活性層の結晶性を回復させるためにアニールを行な
うと発光波長がシフトし、波長制御性が低下するという
事実をつきとめた。

【０００８】本発明者らは、該事実から前記課題を解決
するためには、井戸型ポテンシャルの急峻性を保持し得
る量子井戸構造の開発が不可欠であるとの考察の下、さ
らに鋭意検討を進めた結果、次の解決手段を見出し本発
明を完成するに至った。 （１）ＩｎＧａＮＡｓ井戸層の下層と上層に引張り歪み
をもつＧａＰＡｓバリア層を形成することにより、ミス
フィット転移の発生と該転移の伝搬を制御しつつ、井戸
層のインジウムの組成比率及び臨界膜厚を増加させるこ
とができ、さらに半導体光デバイス装置の高温特性を向
上させることができること。インジウムの組成比率を大
きくすると、圧縮歪みが増加して境界での格子定数のミ
スマッチとなりミスフィット転移が発生するため、イン
ジウムの組成比率に制限が生じる。一方、リンを含有さ
せることにより高温時の安定性を向上させることができ
る。そこで、本発明者らは、ＧａＡｓバリア層にリンを
添加した場合に井戸層の臨界膜厚がどのように変化する
のかについて試験研究を重ねた結果、ＧａＡｓバリア層
にリンを存在させると臨界膜圧を厚くすることができ、
インジウムの組成比率をさらに大きくできることを見出
した（図６参照）。例えば、図６における臨界膜厚を約
７、５ｎｍとした場合、リンを添加しないバリア層であ
るとＸ値は０．３で臨界膜厚に達してしまうのに対し、
リンを添加したバリア層であればＸ値は０．５３まで増
加し、その結果、インジウムの組成比率で約０．２３程
増加することができたという好適な結果を得ている。よ
って本発明では、ミスフィット転移の発生を制御してイ
ンジウムの組成比率の増大を図り、かつ高温時の安定性
を向上させるために、該井戸層の上層と下層に圧縮歪み
とは反対の歪み、すなわち引張り歪みを有するリン含有
のバリア層を形成した。 （２）ＩｎＧａＮＡｓからなる井戸層の組成において、
インジウムの組成比率を大きくして窒素の組成比率を小
さくすれば、良好な結晶性を維持したまま圧縮歪みのあ
る井戸層が形成可能であること。長波長化の観点からは
インジウムと窒素の組成比率を共に大きくすることが好
ましいが、Ｖ族元素であるヒ素（Ａｓ）と窒素の原子半
径が大きく異なるため、窒素の組成比率を大きくする
と、熱力学的に準安定（不安定）となり、結晶性が大幅
に低下する。また、窒素の組成比率を大きくすると、Ｇ
ａＡｓに対して価電子帯のバンドオフセットが小さくな
り、活性層内にキャリア（正孔）を有効に閉じ込めるこ
とができなくなる。このため、活性層で高いキャリア密
度を必要とする半導体レーザには不向きとなる。そこ
で、本発明では、良好な結晶性の取得及び高いキャリア
濃度を必要とする半導体レーザでの使用可能性の観点か
ら、インジウムの組成比率を大きくした。これにより、
レーザの信頼性を向上させることができた。さらに、活
性層の結晶性を回復させるための熱アニールにより、発
光波長がシフトするという問題を解決でき、波長の制御
性を向上させることができた。

【０００９】すなわち本発明は、Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ_yＡｓ
_1-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）井戸層と、該井戸層の
上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦１）バリア層
とを含む量子井戸活性層を基板上に有することを特徴と
する半導体光デバイス装置を提供するものである。

【００１０】本発明の半導体光デバイス装置の好ましい
態様としては、前記基板がＧａＡｓであることを特徴と
する態様；前記量子井戸活性層が、２以上の井戸層を有
することを特徴とする態様；前記量子井戸活性層の上側
及び下側にそれぞれ前記量子井戸活性層よりも屈折率の
小さい層を含むことを特徴とする態様；前記量子井戸活
性層よりも屈折率の小さい層のうち、前記量子井戸活性
層の下側の層が第１導電型クラッド層であり、前記量子
井戸活性層の上側の層が第２導電型クラッド層であるこ
とを特徴とする態様；前記第１導電型クラッド層がＡｌ
_pＧａ_1-pＡｓ（０＜ｐ≦１）、及び／又は前記第２導電
型クラッド層がＡｌ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ≦１）である
ことを特徴とする態様； 前記量子井戸活性層が、前記
第１導電型クラッド層側に下側光ガイド層、及び／又は
前記第２導電型クラッド層側に上側光ガイド層を有する
態様；前記下側光ガイド層がＡｌ_rＧａ_1-rＡｓ（０≦ｒ
＜１）、及び／又は前記上側光ガイド層がＡｌ_sＧａ_1-s
Ａｓ（０≦s＜１）であることを特徴とする態様；前記
Ａｌ_pＧａ_1-pＡｓ（０＜ｐ≦１）第１導電型クラッド層
のＡｌ組成比率ｐと前記Ａｌ_rＧａ_1-rＡｓ（０≦ｒ＜
１）下側光ガイド層のＡｌ組成比率ｒとが、ｐ＞ｒの関
係を有することを特徴とする態様；前記Ａｌ_qＧａ_1-qＡ
ｓ（０＜ｑ≦１）第２導電型クラッド層のＡｌ組成比率
ｑと前記Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓ（０≦s＜１）上側光ガイド
層のＡｌ組成比率ｓとが、ｑ＞ｓの関係を有することを
特徴とする態様；前記半導体光デバイス装置が半導体発
光素子であることを特徴とする態様；前記半導体発光素
子が半導体レーザであることを特徴とする態様；前記半
導体発光素子の発光波長が１〜２μｍであることを特徴
とする態様；前記半導体光デバイス装置が半導体受光素
子であることを特徴とする態様を挙げることができる。

【００１１】また本発明は、基板を形成する工程、Ｉｎ
_xＧａ_1-XＮ_yＡｓ_1-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）井戸層
と、該井戸層の上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ
≦１）バリア層とを含む量子井戸活性層を形成する工程
を有する半導体光デバイス装置の製造方法であって、前
記量子井戸活性層を形成する工程において、前記量子井
戸活性層を形成する工程において、前記バリア層の形成
中のみリンを添加し、前記井戸層の形成中のみ窒素及び
インジウムを添加することを特徴とする半導体光デバイ
ス装置の製造方法を提供する。

【００１２】また、本発明の半導体光デバイス装置の製
造方法の好ましい態様としては、前記量子井戸活性層を
形成する工程において、窒素及びインジウムを２回添加
することにより２以上の井戸層を形成することを特徴と
する態様が挙げられる。

【００１３】

【発明の実施の態様】以下において、本発明の半導体光
デバイス装置について、その構造と製造方法を詳細に説
明する。本発明の半導体光デバイス装置は、Ｉｎ_xＧａ
_1-XＮ_yＡｓ_1-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）井戸層と、
該井戸層の上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦
１）バリア層とを含む量子井戸活性層を有することを特
徴とする。本発明の半導体光デバイス装置は、これらの
層の他に半導体光デバイス装置に通常形成される層を適
宜有していてもよい。

【００１４】なお、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。

【００１５】図１は本発明の半導体光デバイス装置の一
例を示す斜視図である。図１（ａ）は、いわゆるリッジ
導波型の半導体レーザ（以下「リッジ導波型レーザ」と
いう。）を示す。図１（ａ）に示されるように、リッジ
導波型レーザでは、基板１１上に第１導電型クラッド層
１２、活性層１３がこの順に形成され、さらにこの活性
層１３上に第２導電型第１クラッド層１４、キャップ層
１５、保護膜１６が順に形成され、次いで第２導電型第
２クラッド層１７がリッジ状に形成される。リッジ状の
第２導電型第２クラッド層１７の表面にはコンタクト層
１８が形成され、さらにコンタクト層１８の表面と基板
１１表面には図示するように電極１９，２０が形成され
る。

【００１６】一方、図１（ｂ）は、いわゆるセルフアラ
イン型インナーストライプ構造の半導体レーザ（以下
「セルフアライン型レーザ」という。）を示す。図１
（ｂ）に示されるように、セルフアライン型レーザで
は、基板２１上に第１導電型クラッド層２２、活性層２
３、第２導電型第１クラッド層２４及びキャップ層２５
が形成され、さらにキャップ層２５上に開口部３２を有
する電流ブロック層２６、表面保護膜２７を形成した
後、第２導電型第２クラッド層２８、コンタクト層２９
を形成し、さらにコンタクト層２９の表面と基板２１表
面に電極３０，３１が順次形成される。

【００１７】図１において、本発明の半導体光デバイス
装置を構成する基板１１，２１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、そ
の導電性や材料については特に限定されない。好ましい
ものは、導電性がある基板である。具体的には、基板上
への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＧａＰ、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を用い
るのが好ましく、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰがよ
り好ましく、ＧａＡｓがもっとも好ましい。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。

【００１８】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）ジャストの面である
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。オフアングルの大きさの上限は３０°
以下が好ましく、１６°以下がより好ましい。下限は
０．５°以上が好ましく、２°以上がより好ましく、６
°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ましい。

【００１９】基板１１，２１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さ０．
２〜２μｍ程度のバッファ層を形成しておくことが好ま
しい。

【００２０】基板１１，２１上には、活性層１３，２３
を含む化合物半導体層を形成する。化合物半導体層は、
活性層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでお
り、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層、他方
のエピタキシャル側の層は第２導電型クラッド層として
機能する。これらの屈折率の大小関係は、各層の材料組
成を当業者に公知の方法にしたがって適宜選択すること
により調節することができる。例えば、Ａｌ_xＧａ_1-xＡ
ｓ、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ
（０＜ｘ≦１）などのＡｌ組成を適宜変化させることに
より屈折率を調節することができるが、活性層の結晶性
を良好に保持するためにはＡｌ_xＧａ_1-xＡｓであること
が好ましい。

【００２１】第１導電型クラッド層１２，２２は、光を
閉じ込めるために活性層１３，２３よりも屈折率の小さ
い材料で形成される。例えば、第１導電型のＩｎＰ、Ｇ
ａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ
Ｐ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺ
ｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅＺｎＯ、Ｍ
ｇＺｎＯ、ＭｇＯ等の一般的なIII−Ｖ族、II−VI族半
導体を用いることができ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、
ＡｌＧａＩｎＰが好ましく、Ａｌ_pＧａ_1-pＡｓ（０＜ｐ
≦１）がより好ましい。

【００２２】第１導電型クラッド層１２，２２のキャリ
ア濃度は、下限は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、３
×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、５×１０¹⁷ｃｍ^-3
以上がさらに好ましい。上限は２×１０²⁰ｃｍ^-3以下が
好ましく、２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましく、５×
１０¹⁸ｃｍ^-3以下がさらに好ましい。

【００２３】第１導電型クラッド層１２，２２は、単層
からなるものであっても、２層以上の層からなるもので
あってもよい。単層からなるときは、厚みの下限は０．
４μｍ以上が好ましく、０．６μｍ以上がより好まし
く、０．７μｍ以上がさらに好ましい。また厚みの上限
は、５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好まし
く、２μｍ以下がさらに好ましい。

【００２４】第１導電型クラッド層１２，２２が２層以
上の層からなる場合、活性層側にはＧａＩｎＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層と、その層
よりも基板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａ
ＡｓＰからなる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。このとき、活性層側の層の厚さは薄
くすることが好ましく、厚さの下限としては０．０１μ
ｍ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。また、基板側のクラッド層のキャ
リア濃度は、下限として２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましい。上限として
は３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3
以下がより好ましい。

【００２５】活性層１３，２３は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡ
ｓ_1-y井戸層、該井戸層の上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ
_1-zバリア層を含む量子井戸構造をとる。

【００２６】活性層１３，２３は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡ
ｓ_1-y（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦０．０２）井戸層、並び
に該井戸層の上層及び下層にそれぞれＧａＰ_zＡｓ
_1-z（０＜ｚ≦１）バリア層を含む量子井戸構造であれ
ば、特に制限はなく、活性層中に２以上の井戸層を含む
ものであってもよい。

【００２７】図１（ｂ）のセルフアライン型レーザにお
ける活性層２３は、二重量子井戸（ＤＱＷ）構造を有し
ている。この二重量子井戸（ＤＱＷ）構造は、具体的に
はバリア層（ノンドープ）５２、井戸層（ノンドープ）
５３、バリア層（ノンドープ）５４、井戸層（ノンドー
プ）５５及びバリア層（ノンドープ）５６を順次積層し
た構造を有する。この二重量子井戸（ＤＱＷ）構造以外
にも、例えば、図１（ａ）のリッジ導波型レーザのよう
に、井戸層４３及び該井戸層を上下から挟むバリア層４
２，４４からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）であって
もよい。その他、３層以上の井戸層及びそれらに挟まれ
たバリア層並びに最上の井戸層の上及び最下の井戸層の
下に積層されたバリア層を有する多量子井戸構造（図示
せず）であっても構わない。

【００２８】活性層内部の井戸層及びバリア層は、通常
アンドープとするが、高速応答性を実現するために、バ
リア層にドーピング（通常はｐ型）を行ってもよい。

【００２９】Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡｓ_1-y井戸層の組成は、
良好な結晶性を得るためと、価電子帯のバンドオフセッ
トの縮小化を防止して、活性層内に有効にキャリア（正
孔）を閉じ込められるようにするために、ＩｎＧａＮＡ
ｓ組成のうち、Ｉｎの組成比率をできるだけ大きくし、
Ｎの組成比率をできるだけ小さくすることが好ましい。
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡｓ_1-y井戸層におけるＩｎの組成比率
は、下限は０より大きく、０．２以上が好ましく、０．
３以上がより好ましく、０．３５以上が最も好ましい。
上限は１以下であり、０．７以下が好ましく、０．６以
下がより好ましく、０．５５以下が最も好ましい。

【００３０】Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡｓ_1-y井戸層におけるＮ
の組成比率は、下限は０より大きく、０．００１以上が
好ましく、０．００３以上がより好ましく、０．００５
以上が最も好ましい。上限は１以下であり、０．３以下
が好ましく、０．０５以下がより好ましく、０．０２以
下が最も好ましい。

【００３１】Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ_yＡｓ_1-y井戸層の層厚は、
下限は１原子層以上が好ましく、２ｎｍ以上が好まし
く、４ｎｍ以上がさらに好ましい。上限は、３０ｎｍ以
下が好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましく、１０ｎｍ
以下がさらに好ましい。

【００３２】なお、本発明のＩｎＧａＮＡｓからなる井
戸層のように、III族及びＶ族ともに格子定数の大きく
異なる元素を含む場合、自然超格子が形成されやすいの
で、自然超格子形成を抑制する目的でオフ基板を用いる
こともできる。

【００３３】ＧａＰ_zＡｓ_1-zバリア層の組成は、ＩｎＧ
ａＮＡｓ活性層に対して伝導帯のバンドオフセットを大
きくし、かつ引張り歪みが印加できるようにするため
に、下限は０より大きく、０．０１以上が好ましく、
０．０２以上がより好ましく、０．０５以上がさらに好
ましい。またＰの組成比率の上限は、１以下であり、
０．５以下が好ましく、０．２以下がより好ましい。

【００３４】ＧａＰ_zＡｓ_1-zバリア層の膜厚は、活性層
にキャリアを良好に閉じ込め、良好な高温特性を実現す
るために、下限は１原子層以上が好ましく、２ｎｍ以上
がより好ましく、４ｎｍ以上が最も好ましい。また、上
限は、３０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以下がより好
ましく、１０ｎｍ以下が最も好ましい。

【００３５】活性層１３，２３は、第１導電型クラッド
層１２，２２との間に下側光ガイド層４１，５１を有す
ることができる。図１の下側光ガイド層４１，５１の組
成は、光を活性層１３，２３に閉じ込めるものであれば
特に限定されず、Ａｌ_rＧａ_{1 -r}Ａｓ（０≦ｒ＜１）の組
成で構成することができる。また、第１導電型クラッド
層１２，２２をＡｌ_pＧａ_1-pＡｓ（０＜ｐ≦１）、下側
光ガイド層４１，５１をＡｌ_rＧａ_1-rＡｓ（０≦ｒ＜
１）でそれぞれ形成した場合、両層のＡｌ組成比率の間
にｐ＞ｒなる関係を有するように形成することもでき
る。

【００３６】下側光ガイド層４１，５１の厚みは、下限
は２ｎｍ以上が好ましく、４ｎｍ以上がより好ましく、
６ｎｍ以上がさらに好ましい。上限は、２００ｎｍ以下
が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ
以下がさらに好ましい。

【００３７】本発明の活性層１３，２３は、さらに後述
する第２導電型第１クラッド層１４，２４との間に上側
光ガイド４５，５７を有することもできる。上側光ガイ
ド層４５，５７の組成は、光を活性層１３，２３へ収束
できるものであれば特に限定されず、Ａｌ_sＧａ_1-sＡｓ
（０≦ｓ＜１）とすることもできる。また、第２導電型
第１クラッド層をＡｌ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ≦１）、上
側光ガイド層をＡｌ_sＧａ_1-sＡｓ（０≦ｓ＜１）でそれ
ぞれ形成した場合、両層のＡｌ組成比率の間にｑ＞ｓな
る関係を有するように形成することもできる。

【００３８】上側光ガイド層４５，５７の厚みは、下限
は２ｎｍ以上が好ましく、４ｎｍ以上がより好ましく、
６ｎｍ以上が最も好ましい。上限は、２００ｎｍ以下が
好ましく、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下が
もっとも好ましい。

【００３９】活性層１３，２３の上には、第２導電型ク
ラッド層が形成される。本発明の第２導電型クラッド層
は、キャリア（電子・正孔）を活性層に閉じ込めること
ができるものであれば、特に層数に制限はない。第２導
電型クラッド層は、単層からなるものであるとき、その
層の厚さは好ましくは０．５〜４μｍ、より好ましくは
１〜３μｍ程度である。また、第２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、第２導電型クラッ
ド層を２層以上形成することは活性層への光の閉じ込め
の観点から好ましいものとなる。以下の説明では、活性
層１３，２３に近い方から順に第２導電型第１クラッド
層と第２導電型第２クラッド層の２層を有する好ましい
態様を例にとって説明する。

【００４０】第２導電型第１クラッド層１４，２４は、
活性層１３，２３よりも屈折率の小さい材料で形成され
る。第２導電型第１クラッド層１４，２４の材料として
は、例えば第２導電型のＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａ
ＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、
ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳ
ｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＭｇＯ等
の一般的なIII−Ｖ族、II−VI族元素の半導体を用いる
ことができ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎ
Ｐが好ましく、ＡｌＧａＡｓがより好ましく、Ａｌ_qＧ
ａ_1-qＡｓ（０＜ｑ≦１）が特に好ましい。

【００４１】第２導電型第１クラッド層１４，２４のキ
ャリア濃度は、下限は１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、５×１０¹⁷
ｃｍ^-3以上が最も好ましい。上限は５×１０¹⁸ｃｍ^-3以
下が好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ ^-3以下がより好ましく、
２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が最も好ましい。

【００４２】第２導電型第１クラッド層１４，２４の厚
さは、下限として０．０１μｍ以上が好ましく、０．０
５μｍ以上がより好ましく、０．０７μｍ以上が最も好
ましい。上限は、０．５μｍ以下が好ましく、０．４μ
ｍ以下がより好ましく、０．２μｍ以下がさらに好まし
い。

【００４３】第２導電型第１クラッド層１４，２４は、
活性層１３，２３の上に形成する。本発明の好ましい実
施様態では、第２導電型第１クラッド層１４，２４の屈
折率は、第１導電型クラッド層１２，２２の屈折率より
も小さい。このような態様を採用することにより、活性
層から光ガイド層側へ有効に光がしみ出すように光分布
（近視野像）を制御することができる。また、活性領域
（活性層の存在する部分）から不純物拡散領域への光導
波損失を低減することもできるため、高出力動作におけ
るレーザ特性や信頼性の向上を達成することができる。

【００４４】第２導電型第１クラッド層１４，２４の上
には、第２導電型キャップ層１５，２５を形成すること
ができる。該キャップ層１５，２５を形成することによ
り、少なくとも開口部内に後述する第２導電型第２クラ
ッド層を再成長させる際に、再成長界面で通過抵抗を増
大させるような高抵抗層の発生を容易に防ぐことができ
るようになる。また、キャップ層１５，２５はエッチン
グ阻止層として機能させてもよい。

【００４５】キャップ層１５，２５の材料は、酸化され
にくいか或いは酸化されてもクリーニングが容易な材料
であれば特に限定されない。具体的には、Ａｌ等の酸化
されやすい元素の含有率が低い（０．３以下程度）III
−Ｖ族化合物半導体層が挙げられる。また、材料と厚み
を選択することによって活性層からの光を吸収しないよ
うにすることが好ましい。キャップ層１５，２５の材料
は、一般に活性層の材料よりもバンドギャップが大きい
材料から選択されるが、バンドギャップが小さい材料で
あっても、厚さが５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎ
ｍ以下、最も好ましくは１０ｎｍ以下であれば、実質的
に光の吸収が無視できるので使用可能である。

【００４６】プロセスの制御性を向上するために、第２
導電型クラッド層の下側一部分を第２導電型第１クラッ
ド層１４，２４とすることが好ましい。また、セルフア
ライン型レーザ（図１（ｂ）参照）では、第２導電型第
１クラッド層の上に形成された電流ブロック層２６をエ
ッチングで除去するときには、電流ブロック層２６と第
２導電型第１クラッド層２４との界面に１層以上のエッ
チング阻止層を挿入してもよい。

【００４７】図１（ｂ）のセルフアライン型レーザにお
ける電流ブロック層２６は、第２導電型第１クラッド層
２４上に形成され、開口部３２を有する。基本的には、
該開口部３２から活性層に電流が注入される。

【００４８】電流ブロック層２６の材料は、放熱性、劈
開性、低コンタクト抵抗などの利点を有する半導体であ
れば、特に限定されるものではない。例えば、ＡｌＧａ
Ａｓ又はＡｌＧａＡｓＰ、若しくはＡｌＧａＩｎＰ又は
ＡｌＩｎＰなどの半導体の材料を挙げることができる。

【００４９】また、電流ブロック層２６の導電型も特に
限定されるものではない。具体的には、第１導電型又は
高抵抗（アンドープ若しくは深い順位を形成する不純物
（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、或いはこれら２つ
の組み合わせのいずれであってもよく、導電型或いは組
成の異なる複数の層から形成されていてもよい。

【００５０】電流ブロック層２６の厚みは、あまり薄い
と電流阻止機能が不十分となるため、下限は０．１μｍ
以上であることが好ましく、０．３μｍ以上であること
がより好ましい。一方、厚すぎると、通過抵抗が増大す
るため、上限は２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下がよ
り好ましい。

【００５１】電流ブロック層２６の屈折率は、電流ブロ
ック層２６の間に狭窄された後述する第２導電型第２ク
ラッド層２８の屈折率よりも低くする（実屈折率ガイド
構造）。このような屈折率の制御を行うことによって、
従来のロスガイド構造に比べて動作電流を低減すること
が可能になる。電流ブロック層２６と第２導電型第２ク
ラッド層２８との屈折率差は、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
以上がさらに好ましい。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以下がさらに好
ましい。

【００５２】本発明の実施例におけるリッジ導波型レー
ザでは、キャップ層１５上及び表面保護膜１６の一部に
第２導電型第２クラッド層１７を選択成長させる（図１
（ａ）参照）。リッジ導波型レーザの第２導電型第２ク
ラッド層１７は、表面保護膜１６の一部にのりかかるよ
うにすると、表面保護膜１６とリッジ底部との境界近傍
に染み出す光分布の制御を向上でき、好ましいものとな
る。一方、セルフアライン型レーザでは、電流ブロック
層２６の上層として開口部３２内部及び電流ブロック層
２６上の一部に至るように第２導電型第２クラッド層２
８が形成される（図１（ｂ）参照）。

【００５３】第２導電型第２クラッド層１７，２８のキ
ャリア濃度は、下限は３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、７×１０¹⁷
ｃｍ^-3以上が最も好ましい。濃度の上限は１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以下が好ましく、５×１０ ¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ま
しく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が最も好ましい。

【００５４】第２導電型第２クラッド層１７，２８の厚
さは、薄くなりすぎると光閉じ込めが不十分となり、厚
くなりすぎると通過抵抗が増加してしまうことを考慮し
て、下限は０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上
がより好ましい。上限は３．０μｍ以下が好ましく、
２．０μｍ以下がより好ましい。

【００５５】第２導電型第２クラッド層１７，２８を形
成した後にさらに電極を形成するに先立ち、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１８，２９を形成することが好まし
い。特に電極１９，３０を形成しようとする最上層表面
の全体にコンタクト層１８，２９を形成した上で電極１
９，３０を形成することが好ましい。

【００５６】このとき、コンタクト層１８，２９の材料
は、通常はクラッド層よりバンドギャップが小さい材料
の中から選択し、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を有するのが好ましい。キ
ャリア密度の下限は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が好まし
く、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上がより好ましく、５×１０¹⁸
ｃｍ^-3以上が最も好ましい。上限は、２×１０²⁰ｃｍ^-3
以下が好ましく、５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好まし
く、３×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が最も好ましい。コンタクト
層の厚みは、０．１〜１０μｍが好ましく、１〜８μｍ
がより好ましく、２〜６μｍがもっとも好ましい。

【００５７】次に、セルフアライン型レーザにおける電
流ブロック層２６に形成される開口部３２について説明
する。

【００５８】電流ブロック層２６の開口部３２は、上側
（コンタクト層側）よりも下側（活性層側）の方が小さ
くなるようにする方が、通過抵抗の低減（動作電圧およ
び発熱の低減）の観点から好ましい。また、電流ブロッ
ク層２６を端面近傍に形成することにより、活性層の端
部への電流注入も抑制することができる。これにより、
端部領域での劣化（特に端面劣化）を低減することがで
きる。

【００５９】電流ブロック層２６の開口部３２は、両端
部まで伸長しているストライプ状の開口部であってもよ
いし、一方の端部まで伸長しているが他方の端部までは
伸長していない開口部であってもよい。開口部が両端部
まで伸長しているストライプ状の開口部である場合は、
端部窓構造領域における光の制御がより容易になり、端
面における横方向の光の拡がりを小さくすることができ
る。一方、開口部が端面からある程度内側に入った部分
に形成されている場合は、端面付近で電流を非注入にす
ることができるため、端面での電流の再結合を防ぐとと
もに、クラッド層などからの電流の回り込みを最小限に
とどめることができる。開口部の構造はこのような利点
を考慮しながら、使用目的に応じて適宜決定することが
好ましい。

【００６０】オフアングルの方向は、電流ブロック層２
６に形成される開口部３２の伸びる方向（長手方向）に
直交する方向から、±３０°以内の方向が好ましく、±
７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最
も好ましい。また、開口部の方向は、基板の面方位が
（１００）の場合、［０−１１］又はそれと等価な方向
が、オフアングルの方向は［０１１］方向またはそれと
等価な方向から±３０°以内の方向が好ましく、±７°
以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好
ましい。

【００６１】なお、本明細書において「［０１−１］方
向」という場合は、一般的なIII−Ｖ族、II−VI族半導
体において、（１００）面と（０１−１）面との間に存
在する（１１−１）面が、それぞれＶ族又はVI族元素が
現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。

【００６２】同様の理由により、ウルツァイト型の基板
を用いた場合には、開口部３２の伸びる方向は、例えば
（０００１）面上では［１１−２０］又は［１−１０
０］が好ましい。ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epit
axy）ではどちらの方向でもよいが、ＭＯＶＰＥでは
［１１−２０］方向がより好ましい。

【００６３】本発明の半導体光デバイス装置を設計する
に際しては、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活
性層の厚みとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直
拡がり角を狭くすると、活性層からクラッド層への光の
浸みだしが促進され、端面での光密度が小さくなり、出
射端面のＣＯＤレベルが向上することができる。このた
め、高出力動作を必要とする時には比較的に狭めに設定
されるが、下限は活性層内の光閉じ込めの低減による発
振しきい値電流の増大及びキャリアのオーバーフローに
よる温度特性の低下を抑制することで制限がある。その
制限としては、下限が１５°以上が好ましく、１７°以
上がより好ましく、１９°以上が最も好ましい。また上
限としては、３３°以下が好ましく、３１°以下がより
好ましく、３０°以下がさらに好ましい。

【００６４】次に、垂直拡がり角を決定すると、高出力
特性を大きく支配する構造パラメータは活性層と電流ブ
ロック層との間の距離ｄｐと開口部底部における幅（以
下「開口幅」という）Ｗとなる。なお、活性層２３と電
流ブロック層２６との間に第２導電型第１クラッド層２
４のみが存在する場合、ｄｐは第２導電型第１クラッド
層２４の厚みとなる。また、活性層２３が量子井戸構造
の場合、最も電流ブロック層２６に近い活性層と電流ブ
ロック層２６との距離がｄｐになる。

【００６５】ｄｐについては、上限は０．５μｍ以下が
好ましく、０．４μｍ以下がより好ましく、０．３μｍ
以下がもっとも好ましい。下限は０．０３μｍ以上が好
ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．０７μ
ｍ以上がさらに好ましい。但し、使用目的（拡がり角を
どこに設定するかなど）、材料系（屈折率、抵抗率等）
などが異なると、上記の最適範囲も少しシフトする。ま
た、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお互いに
影響し合うことにも注意を要する。

【００６６】開口部底部における開口幅Ｗは、上限が１
００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であ
ることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが
好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、
２μｍ以上であることがもっとも好ましい。また、横モ
ードをシングルモード（単一ピークの横方向光強度分
布）にするためには、高次モードのカットオフ及び空間
的ホールバーニングの防止の観点からＷをあまり大きく
することができず、Ｗの上限は７μｍ以下が好ましく、
５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下がさらに好まし
い。

【００６７】高出力動作を実現するには、開口部底部に
おける開口幅Ｗ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開
口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、ゲイン領域となる中央付近の開口幅Ｗ２
を比較的狭くし、端部付近の開口幅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（図４（ａ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ
１については、上限が１０００μｍ以下であることが好
ましく、５００μｍ以下であるがより好ましい。下限が
２μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であるこ
とがより好ましい。中央部幅Ｗ２については、上限が１
００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であ
ることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが
好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、
２μｍ以上であることがもっとも好ましい。端部幅Ｗ１
と中央部幅Ｗ２の差については、上限は１０００μｍ以
下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。下限に
ついては、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上
がより好ましい。

【００６８】さらに横モードをシングルモードにするた
めには、端部幅Ｗ１の上限は、１０μｍ以下が好まし
く、７μｍ以下がより好ましい。中央部幅Ｗ２の上限
は、７μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好まし
い。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は
５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましく、２
μｍ以下が最も好ましい。下限については、０．２μｍ
以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。

【００６９】高い信頼性を維持しつつビームが円形に近
いレーザを達成するためには、上記ｄｐとＷを適切な範
囲に制御性良く納めることが必要となる。

【００７０】円形に近いビームを実現するには、開口幅
を狭くすることが有効であるが、開口幅を狭くすると注
入電流密度が密度がバルク劣化抑制の観点から好ましく
ない。そこで、ゲイン領域となる中央部幅Ｗ２を比較的
広くし、端部付近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（図４
（ｂ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ１について
は、上限が１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ
以下であるがより好ましく、３μｍ以下であるがもっと
も好ましい。下限が０．５μｍ以上であることが好まし
く、１μｍ以上であることがより好ましい。中央部幅Ｗ
２については、上限が１００μｍ以下であることが好ま
しく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が
１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であ
ることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっと
も好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差について
は、上限は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が
より好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ま
しく、０．５μｍ以上がより好ましい。

【００７１】上記の漸増部分あるいは漸減部分、端部の
長さは所望の特性に応じて、設計すればよいが、漸減部
分の長さは、導波路損失低減の観点から、それぞれ５〜
１０μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。
端部の長さは、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。ただし、必要に
応じて、以下のように窓を作製してもよい。 （１）端部、漸増部分あるいは漸減部分の開口幅あるい
は長さがチップ両側で非対称となるもの。 （２）端部の幅一定となる領域を設定せずに、端部まで
漸増あるいは漸減としたもの。 （３）端面の片側（通常、高出力光取り出し（前端面）
側）だけ開口幅が漸増あるいは漸減するようにしたも
の。 （４）端部開口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。

【００７２】また、端面付近に電極を設けないようにし
て、端部近傍の開口部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観点から有効であ
る。

【００７３】本発明の半導体光デバイス装置を製造する
方法は特に制限されない。いかなる方法により製造され
たものであっても、上記請求項１の要件を満たすもので
あれば本発明の範囲に含まれる。

【００７４】本発明の半導体光デバイス装置を製造する
際には、従来から用いられている方法を適宜選択して使
用することができる。結晶の成長方法は特に限定される
ものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長や電流ブロ
ック層等の選択成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイド
ライドあるいはハライド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相
成長法（ＬＰＥ法）等の公知の成長方法を適宜選択して
用いることができる。この製造方法の詳細やその他の製
造方法については、以下の実施例や関連技術文献から理
解することができる。

【００７５】本発明の好ましい半導体光デバイス装置の
製造方法は、基板を形成する工程、Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ_yＡ
ｓ_1-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）井戸層と該井戸層の
上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦１）バリア層
とを含む量子井戸活性層を形成する工程を有し、前記量
子井戸活性層を形成する工程において、前記バリア層の
形成中のみリンを添加し、前記井戸層の形成中のみ窒素
及びインジウムを添加する方法である。

【００７６】図５に窒素、インジウム及びリンの添加量
と各層の形成工程との関係を示す。なお図５では窒素、
インジウム及びリンの添加するタイミングを明確にでき
るようにするため敢えて添加量の割合を変えている部分
があるが、実際の添加量は本明細書に記載されている井
戸層及びバリア層の比率に基づいて定められる。図５に
示されるように、本発明の製造方法においてリンは、バ
リア層（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の形成時にのみ添加し、光
ガイド層（Ｇ１，Ｇ２）や井戸層（Ｗ１，Ｗ２）の形成
時には添加しない（図５（ｃ））。一方、窒素及びイン
ジウムは、井戸層（Ｗ１，Ｗ２）の形成時にのみ添加
し、バリア層（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）や光ガイド層（Ｇ
１，Ｇ２）の形成時には添加しない（図５（ａ）
（ｂ））。このようにリン、窒素及びインジウムの添加
量と添加工程を選択することにより、簡単に井戸層とバ
リア層との界面を作製でき、井戸型ポテンシャルの急峻
性を向上させることができる。

【００７７】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６００〜７５０℃程度（Ａ
ｌＧａＡｓの場合）或いは成長温度５００〜６００℃程
度（ＩｎＧａＮＡｓの場合）で行うのが好ましい。

【００７８】特に表面保護膜を用いて選択成長する部分
がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場
合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、
マスク上へのポリの堆積を防止することができるため非
常に好ましい。Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク
幅あるいはマスク面積比が大きいほど、他の成長条件を
一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ半導体表面
露出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ＨＣ
ｌ導入量は増加する。このため、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（ＨＣ
ｌ／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、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
は、組成制御が困難になりやすい。

【００７９】セルフアライン型レーザのメサ状の開口部
形成やリッジ導波型レーザのリッジ状の選択成長に使用
する表面保護膜１６，２７は、誘電体であることが好ま
しく、具体的には、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ
膜、Ａｌ₂Ｏ₃膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファス
Ｓｉからなる群から選択される。表面保護膜１６，２７
は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてグルーブを選
択再成長により形成する場合に用いられる。

【００８０】本発明の半導体光デバイス装置は、すべて
の半導体発光素子及び半導体受光素子に利用することが
できる。半導体発光素子としては、例えば、半導体レー
ザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などがあり、よ
り具体的には、通信用信号光源（ＩｎＧａＮＡｓを活性
層とする１〜２μｍ帯）レーザやファイバー励起用光源
（ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用
いる９８０ｎｍ近傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量井戸活性層
／ＩｎＰ基板を用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザな
どの通信用半導体レーザ装置などの、特に長波長（１μ
ｍ帯）で高出力動作が求められる通信用システムに用い
られる半導体レーザを挙げることができる。また、通信
用レーザでも、円形に近いレーザはファイバーとの結合
効率を高める点で有効である。さらに、遠視野像が単一
ピークであるものは、情報処理や光通信などの幅広い用
途に好適なレーザとして供することができる。また、半
導体受光素子としては、ＰＩＮフォトダイオード（ＰＩ
Ｎ−ＰＤ）、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）などを挙げることができる。

【００８１】

【実施例】以下に具体例を挙げて、本発明をさらに詳細
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。

【００８２】（実施例１）本実施例において、図２に示
す順に各層を形成してリッジ導波型レーザを製造した。
なお図２(ａ)〜（ｃ）には、構造を把握しやすくするた
めに敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法
は以下の文中に記載されるとおりである。

【００８３】先ず、厚さ３５０μｍで表面が（１００）
面であるｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）基板１
０１上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ２．０μｍのｎ型Ａ
ｌ_{0. 35}Ｇａ_0.65Ａｓ（Ｓｉドープ：ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ
^-3）からなるｎ型クラッド層１０２を形成した。次い
で、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ光ガイ
ド層（ノンドープ）１３１、厚さ８ｎｍのＧａＰ_0.1Ａ
ｓ_0.9バリア層（ノンドープ）１３２、厚さ７ｎｍのＩ
ｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ_0.004Ａｓ_0.996井戸層（ノンドープ）１
３３、厚さ８ｎｍのＧａＰ_0.1Ａｓ_0.9バリア層（ノンド
ープ）１３４、厚さ７ｎｍのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ_0.004Ａ
ｓ_0.996井戸層（ノンドープ）１３５、厚さ８ｎｍのＧ
ａＰ_0.1Ａｓ_0.9バリア層（ノンドープ）１３６、厚さ１
０ｎｍのＧａＡｓ光ガイド層（ノンドープ）１３７から
なる二重量子井戸（ＤＱＷ）活性層１０３をこの順に形
成した。次いで、ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．１μｍの
ｐ型Ａｌ _0.35Ｇａ_0.65Ａｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０
¹⁸ｃｍ^-3）からなるｐ型クラッド層１０４、厚さ０．０
１μｍのｐ型ＧａＡｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０¹⁸ｃ
ｍ ^-3）保護膜１０５を順次積層してダブルヘテロ構造を
形成した（図２（ａ））。

【００８４】上記ＭＯＣＶＤ法では、III族原料にはト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料
にはアルシン、ホスフィン及びジメチルヒドラゾン（Ｄ
ＭＨｙ）を、キャリアガスには水素をそれぞれ用いた。
このとき、ＭＯＣＶＤ法においてホスフィンは、ＧａＰ
_0.1Ａｓ_0.9バリア層１３２，１３４，１３６の形成中だ
け添加した。またトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及び
ジメチルヒドラゾン（ＤＭＨｙ）は、Ｉｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ
_0.004Ａｓ_0.996井戸層１３３，１３５の形成時のみ添加
するようにした。

【００８５】次に、このダブルヘテロ基板の表面に厚さ
１００ｎｍのＳｉＮｘ保護膜１０６をプラズマＣＶＤに
より堆積させ、フォトリソグラフィーにより［０−１
１］Ｂ方向を長手方向とするストライプ状の開口部１０
７（ｐ型ＧａＡｓ保護膜１０５が露出）を形成した。ス
トライプ状の開口部１０７の横幅は２μｍとし、ストラ
イプ状の開口部１０７の横方向スペース間隔は約２５０
μｍとした。

【００８６】上記のストライプ状の開口部１０７にＭＯ
ＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ１．８μｍのｐ
型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）からなるｐ型クラッド層１０８及び厚さ０．５μ
ｍのｐ型ＧａＡｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝２×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3）からなるコンタクト層１０９を成長させた（図２
（ｂ））。

【００８７】なお上記のＭＯＣＶＤ法において、III族
原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、及びトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）を、Ｖ族原料にはアルシンを、キャリアガスには水
素を用いた。また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛、
ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。

【００８８】この後、ｐ側の電極１１０を蒸着し、基板
を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極１１１を蒸着
し、アロイした（図２（ｃ））。こうして作製したウエ
ハーにおいて、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）す
るようにチップバーに切り出した。このときの共振器長
は２５０μｍとした。前端面１０％−後端面９０％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、２５℃で連続通電（ＣＷ）にて電流−光出力、電流
−電圧特性を測定した。

【００８９】このようにして作製したレーザ素子の発振
波長は約１．３μｍ、しきい値電流は平均２５ｍＡ、ス
ロープ効率は平均０．６ｍＷ／ｍＡであり、特性は非常
に良好であった。また、高い信頼性（７０℃、３ｍＷの
高温、高出力における３０００時間以上の安定動作）が
得られることが判明した。また、電流注入のための開口
部にリッジを選択成長により形成しているため、素子構
造の均一性を高めることができ、上記の半導体レーザ素
子を高歩留まりで作製することができた。井戸層のＩｎ
組成にあるいはＮ組成をさらに増加させること、例えば
Ｉｎ_0.45Ｇａ_0.55Ｎ_0.025Ａｓ_0.975とすることにより、
発振波長を１．５μｍ帯まで長くすることも可能であ
る。

【００９０】（実施例２）厚さ３５０μｍで表面が（１
００）面であるｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）
基板２０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ２．０μｍ
のｎ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ（Ｓｉドープ：ｎ＝１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）からなるｎ型クラッド層２０２を積層し
た。次いで、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１０ｎｍのＧａＡ
ｓ光ガイド層（ノンドープ）２３１、厚さ８ｎｍのＧａ
Ｐ_0.1Ａｓ_0.9バリア層（ノンドープ）２３２、厚さ７ｎ
ｍのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ_0.004Ａｓ_0.996井戸層（ノンドー
プ）２３３、厚さ８ｎｍのＧａＰ_0.1Ａｓ_0.9バリア層
（ノンドープ）２３４、厚さ７ｎｍのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ
_0.004Ａｓ_0.996井戸層（ノンドープ）２３５、厚さ８ｎ
ｍのＧａＰ_0.1Ａｓ_0.9バリア層（ノンドープ）２３６、
及び厚さ１０ｎｍのＧａＡｓ光ガイド層（ノンドープ）
２３７の順に積層することにより二重量子井戸（ＤＱ
Ｗ）活性層２０３を形成した。次いで、厚さ０．１μｍ
のｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_{0. 65}Ａｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１
０¹⁸ｃｍ^-3）からなるｐ型クラッド層２０４、厚さ０．
０１μｍのｐ型ＧａＡｓ（Ｚｎドープ：ｐ＝１×１０¹⁸
ｃｍ^-3）保護膜２０５を順次積層することにより、ダブ
ルヘテロ構造を形成した（図３（ａ））。

【００９１】上記ＭＯＣＶＤ法では、III族原料にはト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原
料にはアルシン、ホスフィン及びジメチルヒドラゾン
（ＤＭＨｙ）を、キャリアガスには水素をそれぞれ用い
た。このとき、ＭＯＣＶＤ法においてホスフィンは、Ｇ
ａＰ_0.1Ａｓ_0.9バリア層２３２，２３４，２３６の形成
中だけ添加した。またジメチルヒドラゾン（ＤＭＨｙ）
及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）は、Ｉｎ_0.4Ｇａ
_0.6Ｎ_0.004Ａｓ_0.996井戸層２３３，２３５の形成時の
み添加するようにした。

【００９２】次に、このダブルヘテロ基板の表面に厚さ
１００ｎｍのＳｉＮ_x保護膜をプラズマＣＶＤにより堆
積させ、フォトリソグラフィーにより［０１１］Ａ方向
を長手方向とするストライプ状の保護膜２０６を形成し
た。ストライプ状のＳｉＮ_x保護膜２０６の横幅は２μ
ｍとし、ストライプ状の保護膜２０６の横方向スペース
間隔は約２５０μｍとした。

【００９３】上記のストライプ状のＳｉＮ_x保護膜２０
６の両側にＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ
０．６μｍのｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ（Ｓｉドープ：ｎ
＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）からなる電流ブロック層２０７及
び厚さ０．０１μｍのｎ型ＧａＡｓ保護膜（Ｓｉドー
プ：ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）２０８を形成した（図３
（ｂ））。このとき、ＳｉＮ_x保護膜２０６の両脇に
（１１１）Ｂ面（Ｂ面はＡｓ面を意味する）からなる側
壁が形成された。ＳｉＮ_x保護膜２０６のストライプ方
向を［０１１］Ａ方向に選択することにより、保護膜上
への横方向成長を抑制できかつ側壁のファセット面を非
常に平坦にすることができた。

【００９４】次に、ストライプ状のＳｉＮ_x保護膜２０
６をエッチングにより除去した。このとき、ＳｉＮ_x膜
２０６の除去には緩衝フッ酸液などのウェットエッチン
グもしくはＳＦ₆、ＣＦ₄などのガスを用いたドライエッ
チングを用いた。その後、再びＭＯＣＶＤ法により厚さ
２．０μｍのｐ型Ａｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓ（Ｚｎドープ：
ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）からなるｐ型第２クラッド層２
０９及び厚さ３．０μｍのｐ型ＧａＡｓ（Ｚｎドープ：
ｐ＝２×１０¹⁹ｃｍ^-3）からなるコンタクト層２１０を
成長させた（図３（ｃ））。

【００９５】この後、ｐ側の電２１１を蒸着し、基板を
１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極２１２を蒸着
し、アロイした（図３（ｃ））。こうして作製したウエ
ハーにおいて、レーザ光出射端面を形成（１次劈開）す
るようにチップバーに切り出した。このときの共振器長
は２５０μｍとした。前端面１０％−後端面９０％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、２５℃で連続通電（ＣＷ）にて電流−光出力、電流
−電圧特性を測定した。

【００９６】このようにして作製したレーザ素子の発振
波長は約１．３μｍ、しきい値電流は平均２２ｍＡ、ス
ロープ効率は平均０．６５ｍＷ／ｍＡであり、特性は非
常に良好であった。また、高い信頼性（７０℃、３ｍＷ
の高温、高出力における３０００時間以上の安定動作）
が得られることが判明した。また、電流ブロック層を選
択成長により形成しているため、素子構造の均一性を高
めることができ、上記の半導体レーザ素子を高歩留まり
で作製することができた。

【００９７】なお、上記のＭＯＣＶＤ法において、III
族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）、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）を、Ｖ族原料に
はアルシンホスフィン及びジメチルヒドラジン（ＤＭＨ
ｙ）を、キャリアガスには水素を用いた。また、ｐ型ド
ーパントにはジメチル亜鉛（ＤＥＺ）、ｎ型ドーパント
にはジシランを用いた。また、ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ
ブロック層の成長時には、ＳｉＮｘ保護膜上へのポリの
堆積を抑制するために、ＨＣｌガスを導入してもよい。
その場合は、リッジの成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／
III族のモル比が０．０５〜１程度となることが好まし
い。また、前記選択成長後にウエハを大気に露出せずに
前記保護膜を除去し、この後もウエハを大気に露出せず
に第２導電型第２クラッド層を形成することにより、再
成長表面（開口部底面および電流ブロック層表面）の酸
化を防止できるとことから、素子の信頼性をより高める
ことが可能となる。

【００９８】（比較例）厚さ８ｎｍのＧａＰ_0.1Ａｓ_0.9
バリア層（ノンドープ）１３２，１３４，１３６を厚さ
８ｎｍのＧａＡｓ層（ノンドープ）に置き換えたこと以
外、実施例１と同じにしてレーザ素子を作製した結果、
レーザしきい値の増大（２倍以上）、効率の低下（２／
３以下）が生じた。また、素子寿命は非常に短時間（１
００時間以下）であった。原因として成長中あるいは成
長後の冷却中に、活性層内にミスフィット転位が発生し
たことが考えられる。

【００９９】

【発明の効果】本発明に従ってＩｎの組成比率を大きく
してＮの組成比率を小さくした圧縮歪みを有するＧａＩ
ｎＮＡｓ井戸層と、引張り歪みを有するＧａＰＡｓバリ
ア層を含む量子井戸活性層を作製することにより、高温
特性及び信頼性に優れた半導体光デバイス装置を提供す
ることができる。この半導体光デバイス装置は、光通信
に好適な長波長用光源（１μｍ帯）として特に有用であ
る。また、本発明の半導体光デバイス装置の製造方法に
よれば、リンの存在下で窒素及びインジウムを添加する
ことにより井戸層とバリア層の界面の形成が可能とな
り、量子井戸構造における井戸型ポテンシャルの急峻性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体光デバイス装置の一実施例の
斜視図である。

【図２】 本発明の半導体光デバイス装置の製造工程の
一例を説明する工程図である。

【図３】 本発明の半導体光デバイス装置の他の製造工
程の一例を説明する工程図である。

【図４】 本発明の半導体光デバイス装置の一実施例の
上面図である。

【図５】 本発明の半導体光デバイス装置の製造過程に
おけるリン、窒素及びインジウム添加量を示す説明図で
ある。

【図６】 本発明の半導体光デバイス装置における井戸
層の臨界膜厚とＩｎ_xＧａ_1-xＮ_0.004Ａｓ_0.996井戸層の
Ｘ値との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ 第１導電型クラッド層 １３ 活性層 １４ 第２導電型第１クラッド層 １５ キャップ層 １６ 表面保護膜 １７ 第２導電型第２クラッド層 １８ コンタクト層 １９ 電極 ２０ 電極 ２１ 基板 ２２ 第１導電型クラッド層 ２３ 活性層 ２４ 第２導電型第１クラッド層 ２５ キャップ層 ２６ 電流ブロック層 ２７ 表面保護膜 ２８ 第２導電型第２クラッド層 ２９ コンタクト層 ３０ 電極 ３１ 電極 ３２ 開口部 ４１ 下側光ガイド層 ４２ バリア層 ４３ 井戸層 ４４ バリア層 ４５ 上側光ガイド層 ５１ 下側光ガイド層 ５２ バリア層 ５３ 井戸層 ５４ バリア層 ５５ 井戸層 ５６ バリア層 ５７ 上側光ガイド層 １０１ 基板 １０２ ｎ型クラッド層 １０３ 活性層 １０４ ｐ型第１クラッド層 １０５ 保護膜 １０６ ＳｉＮ_x保護膜 １０７ 開口部 １０８ ｐ型第２クラッド層 １０９ コンタクト層 １１０ ｐ側電極 １１１ ｎ側電極 １３１ 光ガイド層 １３２ バリア層 １３３ 井戸層 １３４ バリア層 １３５ 井戸層 １３６ バリア層 １３７ 光ガイド層 ２０１ 基板 ２０２ ｎ型クラッド層 ２０３ 活性層 ２０４ ｐ型第１クラッド層 ２０５ ＧａＡｓ保護膜 ２０６ ＳｉＮ_x保護膜 ２０７ 電流ブロック層 ２０８ ＧａＡｓ保護膜 ２０９ ｐ型第２クラッド層 ２１０ コンタクト層 ２１１ ｐ側電極 ２１２ ｎ側電極 ２３１ 光ガイド層 ２３２ バリア層 ２３３ 井戸層 ２３４ バリア層 ２３５ 井戸層 ２３６ バリア層 ２３７ 光ガイド層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA43 CA04 CA05 CA34 CA35 CA36 CA38 CA53 CA57 CA65 CA74 CB36 FF14 5F049 MA03 MB07 MB12 NB01 PA04 QA08 QA16 SS04 WA01 5F073 AA13 AA45 AA74 CA17 DA05 DA35

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ_yＡｓ_1-y（０＜ｘ≦１，
   ０＜ｙ≦１）井戸層と、該井戸層の上下に隣接するＧａ
   Ｐ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦１）バリア層とを含む量子井戸活
   性層を基板上に有することを特徴とする半導体光デバイ
   ス装置。
2. 【請求項２】 前記基板がＧａＡｓであることを特徴と
   する請求項１に記載の半導体光デバイス装置。
3. 【請求項３】 前記量子井戸活性層が２以上の井戸層を
   有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体
   光デバイス装置。
4. 【請求項４】 前記量子井戸活性層の上側及び下側にそ
   れぞれ前記量子井戸活性層よりも屈折率の小さい層を含
   むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半
   導体光デバイス装置。
5. 【請求項５】 前記量子井戸活性層よりも屈折率の小さ
   い層のうち、前記量子井戸活性層の下側の層が第１導電
   型クラッド層であり、前記量子井戸活性層の上側の層が
   第２導電型クラッド層である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光デバイス装置。
6. 【請求項６】 前記第１導電型クラッド層がＡｌ_pＧａ
   _1-pＡｓ（０＜ｐ≦１）、及び／又は前記第２導電型ク
   ラッド層がＡｌ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ≦１）であること
   を特徴とする請求項５に記載の半導体光デバイス装置。
7. 【請求項７】 前記量子井戸活性層が、前記第１導電型
   クラッド層側に下側光ガイド層、及び／又は前記第２導
   電型クラッド層側に上側光ガイド層を有することを特徴
   とする請求項５又は６に記載の半導体光デバイス装置。
8. 【請求項８】 前記下側光ガイド層がＡｌ_rＧａ_1-rＡｓ
   （０≦ｒ＜１）、及び／又は前記上側光ガイド層がＡｌ
   _sＧａ_1-sＡｓ（０≦s＜１）であることを特徴とする請
   求項７に記載の半導体光デバイス装置。
9. 【請求項９】 前記Ａｌ_pＧａ_1-pＡｓ（０＜ｐ≦１）第
   １導電型クラッド層のＡｌ組成比率ｐと前記Ａｌ_rＧａ
   _1-rＡｓ（０≦ｒ＜１）下側光ガイド層のＡｌ組成比率
   ｒとが、ｐ＞ｒの関係を有することを特徴とする請求項
   ８に記載の半導体光デバイス装置。
10. 【請求項１０】 前記Ａｌ_qＧａ_1-qＡｓ（０＜ｑ≦１）
    第２導電型クラッド層のＡｌ組成比率ｑと前記Ａｌ_sＧ
    ａ_1-sＡｓ（０≦s＜１）上側光ガイド層のＡｌ組成比率
    ｓとが、ｑ＞ｓの関係を有することを特徴とする請求項
    ８に記載の半導体光デバイス装置。
11. 【請求項１１】 前記半導体光デバイス装置が半導体発
    光素子であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
    かに記載の半導体光デバイス装置。
12. 【請求項１２】 前記半導体発光素子が半導体レーザで
    あることを特徴とする請求項１１に記載の半導体光デバ
    イス装置。
13. 【請求項１３】 前記半導体発光素子の発光波長が１〜
    ２μｍであることを特徴とする請求項１１又は１２に記
    載の半導体光デバイス装置。
14. 【請求項１４】 前記半導体光デバイス装置が半導体受
    光素子であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
    かに記載の半導体光デバイス装置。
15. 【請求項１５】 基板を形成する工程、Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ
    _yＡｓ_1-y（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）井戸層と、該井戸
    層の上下に隣接するＧａＰ_zＡｓ_1-z（０＜ｚ≦１）バリ
    ア層とを含む量子井戸活性層を形成する工程を有する半
    導体光デバイス装置の製造方法であって、前記量子井戸
    活性層を形成する工程において、前記バリア層の形成中
    のみリンを添加し、前記井戸層の形成中のみ窒素及びイ
    ンジウムを添加することを特徴とする半導体光デバイス
    装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記量子井戸活性層を形成する工程に
    おいて、窒素及びインジウムを２回添加することにより
    ２以上の井戸層を形成することを特徴とする請求項１５
    に記載の半導体光デバイス装置の製造方法。