JP2006128151A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ｐ型クラッド層と活性領域層との界面で高い不純物濃度を有する半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】 第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａと第１ｐ型クラッド層の高不純物濃度層２０ｂと低不純物濃度層２０ａに接する活性領域層１８とにおけるｐ型不純物の濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の高不純物濃度層２０ｂにおいてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層２０に接する活性領域層１８においては第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下する半導体レーザ装置。
【選択図】 図１
【解決手段】 第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａと第１ｐ型クラッド層の高不純物濃度層２０ｂと低不純物濃度層２０ａに接する活性領域層１８とにおけるｐ型不純物の濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の高不純物濃度層２０ｂにおいてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層２０に接する活性領域層１８においては第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下する半導体レーザ装置。
【選択図】 図１
Description
この発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に係り、特に情報通信機器用の半導体レーザ装置とその製造方法に関する。
近年、光通信のブロードバンド化が進展し、光ファイバを用いた公衆通信網の普及に伴って、安価に大量の情報量を伝送することが益々求められている。このために情報通信機器が取り扱う情報量も膨大なものとなり、高速で大容量の情報を扱うことが可能であるとともに信頼性が高く安価な情報通信機器が求められている。
情報通信機器の主要部品である半導体レーザ装置も、高い出力で、効率の高いレーザ発振が可能で、安価な半導体レーザ装置が求められている。
高速で大容量の記憶装置の一つとしてＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置の需要が最近高くなっている。ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置には高出力の半導体レーザ（発光波長が６５０ｎｍ近辺の赤色レーザ）が使用され、情報の高速処理には出力が高く、効率の高いＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザの開発が進められている。
情報通信機器の主要部品である半導体レーザ装置も、高い出力で、効率の高いレーザ発振が可能で、安価な半導体レーザ装置が求められている。
高速で大容量の記憶装置の一つとしてＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置の需要が最近高くなっている。ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置には高出力の半導体レーザ（発光波長が６５０ｎｍ近辺の赤色レーザ）が使用され、情報の高速処理には出力が高く、効率の高いＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザの開発が進められている。
従来の半導体レーザの製造方法について説明する。
まずｎ型ＧａＡｓ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”にて、またｐ型”を“ｐ−”にて、また不純物添加のないものを“ｉ−”にて表記する。）上にＭＯＣＶＤ法などにより、ｎ−ＧａＡｓバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層とＧａＩｎＰのウエル層とからなる多重量子井戸（Multiple Quantum Wells、以下“ＭＱＷ”と表記する。）構造の活性層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、第１ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパ層（以下、ＥＳＬ層ということがある）、第２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を順次形成する。
まずｎ型ＧａＡｓ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”にて、またｐ型”を“ｐ−”にて、また不純物添加のないものを“ｉ−”にて表記する。）上にＭＯＣＶＤ法などにより、ｎ−ＧａＡｓバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層とＧａＩｎＰのウエル層とからなる多重量子井戸（Multiple Quantum Wells、以下“ＭＱＷ”と表記する。）構造の活性層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、第１ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパ層（以下、ＥＳＬ層ということがある）、第２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層を順次形成する。
高出力の半導体レーザでは、第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度制御が重要である。半導体レーザの高温・高出力動作に関しては、素子抵抗の低減と活性層から電子がｐ型クラッド層へオーバーフローしないように、第１、第２ｐ型クラッド層はドーピングされるｐ型不純物の濃度を高くする必要がある。
素子抵抗を低減するためには、特にリッジ型の半導体レーザにおいては、一般的にリッジ上部の幅が狭くなるために、主に第２ｐ型クラッド層のｐ−ＧａＡｓキャップ層に近い部分の不純物濃度を高くする必要があり、一方電子のオーバーフローを低減するためには第１ｐ型クラッド層の活性層に近い部分の不純物濃度を高くする必要がある。
このような半導体レーザの公知例としては、発光波長が６４０ｎｍに設定された半導体レーザにおいて、アンドープ層であるべき上部ガイド層とＭＱＷ層へのｐ型クラッド層のＺｎが拡散することを防止するために、ｐ型クラッド層に隣接してＺｎの拡散を見込んだアンドープのオフセット層または／およびＺｎドープ層に圧縮ひずみを付与することによって、上部ガイド層およびＭＱＷ層へのＺｎの拡散を抑制するという発明が開示されている（例えば、特許文献１ ［００３４］ないし［００３６］、および図１１参照）。
素子抵抗を低減するためには、特にリッジ型の半導体レーザにおいては、一般的にリッジ上部の幅が狭くなるために、主に第２ｐ型クラッド層のｐ−ＧａＡｓキャップ層に近い部分の不純物濃度を高くする必要があり、一方電子のオーバーフローを低減するためには第１ｐ型クラッド層の活性層に近い部分の不純物濃度を高くする必要がある。
このような半導体レーザの公知例としては、発光波長が６４０ｎｍに設定された半導体レーザにおいて、アンドープ層であるべき上部ガイド層とＭＱＷ層へのｐ型クラッド層のＺｎが拡散することを防止するために、ｐ型クラッド層に隣接してＺｎの拡散を見込んだアンドープのオフセット層または／およびＺｎドープ層に圧縮ひずみを付与することによって、上部ガイド層およびＭＱＷ層へのＺｎの拡散を抑制するという発明が開示されている（例えば、特許文献１ ［００３４］ないし［００３６］、および図１１参照）。
また、波長６４０ｎｍ帯の赤色半導体レーザにおいて、活性層へのｐ型不純物の拡散を抑制し、同時に動作電流の増大を抑制するために、複数のＧａＩｎＰ層と複数のＡｌＧａＩｎＰ層とで構成された量子井戸からなる活性層とＡｌＧａＩｎＰからなるガイド層とＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層を備えた構成が開示されている（例えば、特許文献２ ［００３６］、および図１参照）。
またさらに、波長６５０ｎｍの電流狭窄構造を有する埋込型半導体レーザにおいて、活性層上に設けたＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第１のｐクラッド層、エッチング停止層、第２のｐクラッド層、第１のコンタクト層にｐ型不純物としてＭｇを用いるとともに第１のコンタクト層の上に設けられたＧａＡｓの第２のコンタクト層のｐ型不純物をＺｎとすることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体層ではｐ型不純物が基板側の半導体層へと拡散することを抑制できるとともに、ＧａＡｓからなる半導体層ではドーピング遅れが防止された構成が開示されている（例えば、特許文献３ ［００５９］および［００６２］、および図２参照）。
またさらに、波長６５０ｎｍの電流狭窄構造を有する埋込型半導体レーザにおいて、活性層上に設けたＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる第１のｐクラッド層、エッチング停止層、第２のｐクラッド層、第１のコンタクト層にｐ型不純物としてＭｇを用いるとともに第１のコンタクト層の上に設けられたＧａＡｓの第２のコンタクト層のｐ型不純物をＺｎとすることにより、ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる半導体層ではｐ型不純物が基板側の半導体層へと拡散することを抑制できるとともに、ＧａＡｓからなる半導体層ではドーピング遅れが防止された構成が開示されている（例えば、特許文献３ ［００５９］および［００６２］、および図２参照）。
しかしながら第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くすることは活性層内へのｐ型不純物の拡散を促すことになり、活性層内に非発光中心を多く形成することになる。そしてこの非発光中心の増加がしきい値電流の上昇の原因になっていた。
しきい値電流の上昇は、室温での特性悪化に止まらず、高温・高出力動作の低下、延いては信頼性の低下につながるので、第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くするという必要性はありながら、第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くすることは難しかった。
しきい値電流の上昇は、室温での特性悪化に止まらず、高温・高出力動作の低下、延いては信頼性の低下につながるので、第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くするという必要性はありながら、第１、第２ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くすることは難しかった。
従来の半導体レーザにおける第１ｐ型クラッド層のｐ型不純物の不純物濃度設定は、ｐ型不純物としてＺｎを用いた場合は７×１０１７ｃｍ−３程度（以下、ｍ×１０ｎをｍＥｎと表記する。たとえば７×１０１７を７Ｅ＋１７と表記する。）で、Ｍｇを用いた場合においても１Ｅ＋１８ｃｍ−３程度に抑えるのが通常であった。
たとえば、ＳＩＭＳで測定した従来の第１ｐクラッド層および活性層における不純物のプロファイルの一例では、不純物の固溶度が大きく拡散定数の小さなＭｇを用いた場合であるが、第１ｐ型クラッド層の上に設けられたｐ−ＥＳＬ層と第１ｐ型クラッド層との界面から１０ｎｍ程度第１ｐ型クラッド層側に入ったところで１Ｅ＋１８ｃｍ−３程度で、ここから第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面まで不純物濃度は概ね単調に減少し、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面のところのＭｇ濃度は５Ｅ＋１７ｃｍ−３程度の低い値となり、そして第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面から光ガイド層の中で急激に減少するというプロファイルを示している。
たとえば、ＳＩＭＳで測定した従来の第１ｐクラッド層および活性層における不純物のプロファイルの一例では、不純物の固溶度が大きく拡散定数の小さなＭｇを用いた場合であるが、第１ｐ型クラッド層の上に設けられたｐ−ＥＳＬ層と第１ｐ型クラッド層との界面から１０ｎｍ程度第１ｐ型クラッド層側に入ったところで１Ｅ＋１８ｃｍ−３程度で、ここから第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面まで不純物濃度は概ね単調に減少し、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面のところのＭｇ濃度は５Ｅ＋１７ｃｍ−３程度の低い値となり、そして第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面から光ガイド層の中で急激に減少するというプロファイルを示している。
このように従来の不純物濃度設定では、光ガイド層に隣接する活性層、特にＭＱＷ構造のウエル層へのｐ型不純物の拡散を抑制するために、第１ｐクラッド層の光ガイド層近傍の不純物濃度が第１ｐ型クラッド層の設定値から大きく低下するプロファイルにならざるを得ず、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面におけるｐ型不純物の不純物濃度が、Ｍｇを用いた場合においても、６Ｅ＋１７ｃｍ−３を越えるようなことは困難であった。
特にＤＶＤ用に用いられる６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子においては、発光ビーム径を小さく絞る必要があるために、活性層と光ガイド層との全体の厚みを５０〜１００ｎｍ程度まで薄くする必要があり、このため素子の製造工程中の熱処理におけるｐ型不純物の拡散を最小限に抑えたいという理由による。
さらに、第１ｐクラッド層の上に、第２ｐクラッド層を介して配設されている高不純物濃度層であるバンド不連続緩和層やキャップ層からのｐ型不純物の拡散のために、第１ｐクラッド層の厚み中央付近からｐ−ＥＳＬ層側におけるｐ型不純物の濃度は設定値よりも上昇している。
特にＤＶＤ用に用いられる６５０ｎｍ帯の半導体レーザ素子においては、発光ビーム径を小さく絞る必要があるために、活性層と光ガイド層との全体の厚みを５０〜１００ｎｍ程度まで薄くする必要があり、このため素子の製造工程中の熱処理におけるｐ型不純物の拡散を最小限に抑えたいという理由による。
さらに、第１ｐクラッド層の上に、第２ｐクラッド層を介して配設されている高不純物濃度層であるバンド不連続緩和層やキャップ層からのｐ型不純物の拡散のために、第１ｐクラッド層の厚み中央付近からｐ−ＥＳＬ層側におけるｐ型不純物の濃度は設定値よりも上昇している。
キャップ層はｐ型電極との接触抵抗を下げるために、またバンド不連続緩和層はバンド不連続をできるだけ小さくするために、それぞれｐ型不純物の不純物濃度をかなり高い濃度に設定する必要がある。このためこれら各層からのｐ型不純物が活性層近傍まで拡散してきており、これが安易に第１ｐクラッド層の不純物濃度を上げられない要因にもなっていた。
また第１、第２ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高くすることは、単に活性層内への不純物拡散を促すというだけではない。すなわちレーザ光は活性層だけではなく第１、第２ｐ型クラッド層内まで拡がるために、第１、第２ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１．５×１０１８ｃｍ−３を越えるとフリーキャリアによる光吸収を受けるために発光効率が低下する。このために従来の半導体レーザにおけるｐ型クラッド層中のキャリア濃度設定はｐ型不純物としてＺｎを用いた場合に６Ｅ１７ｃｍ−３〜９Ｅ１７ｃｍ−３程度、またＭｇを用いた場合にでも０．９Ｅ１８ｃｍ−３〜１．３Ｅ１８ｃｍ−３程度にするのが通例であり、このとき活性層近傍の不純物プロファイル（ＳＩＭＳ）は活性層近傍で不純物濃度が低下するプロファイルにならざるを得なかった。
従って、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層が直接接触している場合においては、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面のところの不純物濃度が低下せざるを得ず、高温・高出力時における半導体レーザ素子の素子特性が必ずしもよくない場合があり、信頼性の低下につながる場合があるという問題点があった。
また第１、第２ｐ型クラッド層のキャリア濃度を高くすることは、単に活性層内への不純物拡散を促すというだけではない。すなわちレーザ光は活性層だけではなく第１、第２ｐ型クラッド層内まで拡がるために、第１、第２ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１．５×１０１８ｃｍ−３を越えるとフリーキャリアによる光吸収を受けるために発光効率が低下する。このために従来の半導体レーザにおけるｐ型クラッド層中のキャリア濃度設定はｐ型不純物としてＺｎを用いた場合に６Ｅ１７ｃｍ−３〜９Ｅ１７ｃｍ−３程度、またＭｇを用いた場合にでも０．９Ｅ１８ｃｍ−３〜１．３Ｅ１８ｃｍ−３程度にするのが通例であり、このとき活性層近傍の不純物プロファイル（ＳＩＭＳ）は活性層近傍で不純物濃度が低下するプロファイルにならざるを得なかった。
従って、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層が直接接触している場合においては、第１ｐ型クラッド層と光ガイド層との界面のところの不純物濃度が低下せざるを得ず、高温・高出力時における半導体レーザ素子の素子特性が必ずしもよくない場合があり、信頼性の低下につながる場合があるという問題点があった。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的はｐ型クラッド層と活性領域層とが直接に接触する半導体レーザ装置において、ｐ型クラッド層と活性領域層との界面で高い不純物濃度を確保しつつ、活性領域層内の光ガイド層内で不純物濃度が急激に低下する不純物濃度プロファイルを付与することにより、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することであり、第２の目的はｐ型クラッド層と活性領域層とが直接に接触する半導体レーザ装置であって、ｐ型クラッド層と活性領域層との界面で高い不純物濃度を確保しつつ、活性領域層内の光ガイド層内で不純物濃度が急激に低下する不純物濃度プロファイルが付与され、高温・高出力時における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方法を提供することである。
この発明に係る半導体レーザ装置は、この半導体基板の上に配設されたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層とこの活性層を挟み活性層の上と下に配設された光ガイド層とを有する活性領域層と、この活性領域層の上に、この活性領域層と接して配設された第１ｐ型クラッド層と、を備えるとともに、第１ｐ型クラッド層における活性領域層に接する第１の部分とこの第１の部分を介して活性領域層に隣接する第１ｐ型クラッド層の第２の部分と第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層の第１の部分においてはｐ型不純物の濃度が一様に減少し、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層に接する活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下することを特徴としたものである。
この発明に係る半導体レーザ装置においては、第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層に接する活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下するので、活性領域層から第１ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローが抑制されるとともに活性層へのｐ型不純物の拡散を抑制することができる。
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。以下の図において図１および図２と同じ符号は、同じものか相当のものであることを示す。
図１において、６５０ｎｍ帯のリッジ導波路型の赤色レーザダイオード（以下、レーザダイオードをＬＤという）１０は、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置に用いられるものである。
赤色ＬＤ１０は、このｎ−ＧａＡｓ基板１２上に順次配設された、ｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層１６、活性領域層１８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第１ｐ型クラッド層２０の第１の部分としての低不純物濃度層２０ａ、第１ｐ型クラッド層２０の第２の部分としての高不純物濃度層２０ｂ、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＥＳＬ層２２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第２ｐ型クラッド層２４、ｐ−ＧａＩｎＰのバンド不連続緩和層２６、およびｐ−ＧａＡｓのキャップ層２８により構成される。
第２ｐクラッド層２４、バンド不連続緩和層２６、およびキャップ層２８は、ＭＱＷ活性層１４４の中央部上に所定の幅で光の導波方向に延在するリッヂ導波路を形成する。このリッヂ導波路の両側はｐ−ＥＳＬ層２２が延在し、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂをｐ−ＥＳＬ層２２が覆っている。
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。以下の図において図１および図２と同じ符号は、同じものか相当のものであることを示す。
図１において、６５０ｎｍ帯のリッジ導波路型の赤色レーザダイオード（以下、レーザダイオードをＬＤという）１０は、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置に用いられるものである。
赤色ＬＤ１０は、このｎ−ＧａＡｓ基板１２上に順次配設された、ｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層１６、活性領域層１８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第１ｐ型クラッド層２０の第１の部分としての低不純物濃度層２０ａ、第１ｐ型クラッド層２０の第２の部分としての高不純物濃度層２０ｂ、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＥＳＬ層２２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第２ｐ型クラッド層２４、ｐ−ＧａＩｎＰのバンド不連続緩和層２６、およびｐ−ＧａＡｓのキャップ層２８により構成される。
第２ｐクラッド層２４、バンド不連続緩和層２６、およびキャップ層２８は、ＭＱＷ活性層１４４の中央部上に所定の幅で光の導波方向に延在するリッヂ導波路を形成する。このリッヂ導波路の両側はｐ−ＥＳＬ層２２が延在し、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂをｐ−ＥＳＬ層２２が覆っている。
図２に活性領域層１８および第１ｐ型クラッド層２０を含む断面構造が示されている。図２の活性領域層１８および第１ｐ型クラッド層２０を含む断面構造は図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
図２において、活性領域層１８は、ＭＱＷ構造の活性層１８２と、この活性層１８２とｎ型クラッド層１６との間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第１光ガイド層１８０と、活性層１８２と第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａとの間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第２光ガイド層１８４とから構成されている。
すなわちｎ型クラッド層１６に接して第１光ガイド層１８０が配設され、この上にｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａが配設され、さらにウエル層１８２ａの上にｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂが配設される。
ウエル層１８２ａとバリア層１８２ｂとは交互に配設され、最上層のウエル層１８２ａの上に第２光ガイド層１８４が配設され、この第２光ガイド層１８４に接して第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａが配設される。
ＭＱＷ活性層１８２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２と格子整合しｉ−ＧａＩｎＰにより形成されるウエル層１８２を有し、ＭＱＷ活性層１８２のフォトルミネッセンスの波長が、室温における測定にて６３０〜６６０ｎｍとなるように形成される。
なおこの実施の形態では活性層１８２がＭＱＷ構造になっているが単層の量子井戸構造でもよい。
図２において、活性領域層１８は、ＭＱＷ構造の活性層１８２と、この活性層１８２とｎ型クラッド層１６との間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第１光ガイド層１８０と、活性層１８２と第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａとの間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第２光ガイド層１８４とから構成されている。
すなわちｎ型クラッド層１６に接して第１光ガイド層１８０が配設され、この上にｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａが配設され、さらにウエル層１８２ａの上にｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂが配設される。
ウエル層１８２ａとバリア層１８２ｂとは交互に配設され、最上層のウエル層１８２ａの上に第２光ガイド層１８４が配設され、この第２光ガイド層１８４に接して第１ｐ型クラッド層２０の低不純物濃度層２０ａが配設される。
ＭＱＷ活性層１８２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２と格子整合しｉ−ＧａＩｎＰにより形成されるウエル層１８２を有し、ＭＱＷ活性層１８２のフォトルミネッセンスの波長が、室温における測定にて６３０〜６６０ｎｍとなるように形成される。
なおこの実施の形態では活性層１８２がＭＱＷ構造になっているが単層の量子井戸構造でもよい。
赤色ＬＤ１０においては、ｎ型不純物としてはシリコン（Ｓｉ）が添加され、ｐ型不純物としてはマグネシウム（Ｍｇ）が使用されている。
さらに赤色ＬＤ１４の各層の不純物濃度と層の厚みは概ね次のとおりである。
バッファ層１４はＳｉの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚み０．５〜１．５μｍ程度である。
ｎクラッド層１６のＳｉの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜１Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚み１μｍ〜３μｍ程度である。
活性領域層１８の第１光ガイド層１８０および第２光ガイド層１８４は層の厚みが１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、バリア層１８２ｂは層の厚みが３ｎｍ〜１０ｎｍ程度、ウエル層１８２ａは層の厚みが５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。活性領域層１８は基本的には不純物添加を行わない。
第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは通常０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。この実施の形態では、第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは約０．４μｍ程度である。第１ｐ型クラッド層２０は不純物濃度が高く平均的に一様である高不純物濃度層２０ｂと活性領域層１８に向かって不純物濃度が単調に減少してゆく低不純物濃度層２０ａとから構成されている。
さらに赤色ＬＤ１４の各層の不純物濃度と層の厚みは概ね次のとおりである。
バッファ層１４はＳｉの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚み０．５〜１．５μｍ程度である。
ｎクラッド層１６のＳｉの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜１Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚み１μｍ〜３μｍ程度である。
活性領域層１８の第１光ガイド層１８０および第２光ガイド層１８４は層の厚みが１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、バリア層１８２ｂは層の厚みが３ｎｍ〜１０ｎｍ程度、ウエル層１８２ａは層の厚みが５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。活性領域層１８は基本的には不純物添加を行わない。
第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは通常０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。この実施の形態では、第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは約０．４μｍ程度である。第１ｐ型クラッド層２０は不純物濃度が高く平均的に一様である高不純物濃度層２０ｂと活性領域層１８に向かって不純物濃度が単調に減少してゆく低不純物濃度層２０ａとから構成されている。
この実施の形態１では、低不純物濃度層２０ａの層厚みは大略０．１μｍで高不純物濃度層２０ｂの層厚みは大略０．３μｍ程度である。
活性層１８２から第１ｐ型クラッド層２０への電子のオーバーフローを抑制するとともにｐ型不純物が活性層１８２に拡散することを防止し、活性層１８２に非発光中心を増加させないようにするためには、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８におけるｐ型不純物、たとえばＭｇ、の不純物濃度分布のプロファイルが重要な指標になる。
赤色ＬＤ１０においては、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の平均的に平坦な値であり、この高不純物濃度層２０ｂから低不純物濃度層２０ａを経て低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度が８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値を有し、第２光ガイド層１８４においては低不純物濃度層２０ａからのｐ型不純物の拡散により０．０２μｍ程度は低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度と同程度の不純物濃度が保たれるが、界面からの深さがさらに深くなると急激に不純物濃度低下し、界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下する。
活性層１８２から第１ｐ型クラッド層２０への電子のオーバーフローを抑制するとともにｐ型不純物が活性層１８２に拡散することを防止し、活性層１８２に非発光中心を増加させないようにするためには、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８におけるｐ型不純物、たとえばＭｇ、の不純物濃度分布のプロファイルが重要な指標になる。
赤色ＬＤ１０においては、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の平均的に平坦な値であり、この高不純物濃度層２０ｂから低不純物濃度層２０ａを経て低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度が８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値を有し、第２光ガイド層１８４においては低不純物濃度層２０ａからのｐ型不純物の拡散により０．０２μｍ程度は低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度と同程度の不純物濃度が保たれるが、界面からの深さがさらに深くなると急激に不純物濃度低下し、界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下する。
ｐ−ＥＳＬ層２２は、Ｍｇの不純物濃度は１Ｅ１８ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度で層の厚みは０．００３μｍ〜０．０５μｍ程度である。
第２ｐ型クラッド層２４の層の厚みは１μｍ〜３μｍ程度で、Ｍｇの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
バンド不連続緩和層２６のＭｇの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ程度である。
キャップ層２８はコンタクト層としての機能をも果たすので、Ｍｇの不純物濃度は１Ｅ１９ｃｍ−３〜３Ｅ１９ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ〜０．５μｍ程度である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面側には金属製のｎ電極３０が配設され、キャップ層２８の上には金属製のｐ電極３２が配設されている。
第２ｐ型クラッド層２４の層の厚みは１μｍ〜３μｍ程度で、Ｍｇの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
バンド不連続緩和層２６のＭｇの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ程度である。
キャップ層２８はコンタクト層としての機能をも果たすので、Ｍｇの不純物濃度は１Ｅ１９ｃｍ−３〜３Ｅ１９ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ〜０．５μｍ程度である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面側には金属製のｎ電極３０が配設され、キャップ層２８の上には金属製のｐ電極３２が配設されている。
従って、赤色ＬＤ１０においては、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の平均的に平坦な値を有するために、不純物濃度が単調に減少する低不純物濃度層２０ａを経ても、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度が８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の高い値を有することになる。
このために、活性層１８２から第１ｐ型クラッド層２０への電子のオーバーフローが抑制される。またｐ型クラッド層でのフリーキャリアによる光吸収を少なくできて発光効率の低下が抑制される。
さらに、第２光ガイド層１８４においては低不純物濃度層２０ａからのｐ型不純物の拡散により０．０２μｍ程度は低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度と同程度の不純物濃度が保たれるが、界面からの深さがさらに深くなると急激に不純物濃度低下し、界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下するので、ｐ型不純物の活性層１８２への拡散が抑制されている。
このため活性層１８２における非発光中心の増加が抑制されている。
従って、赤色ＬＤ１０においては、しきい値電流が低くなり、延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性が高くなる。
このために、活性層１８２から第１ｐ型クラッド層２０への電子のオーバーフローが抑制される。またｐ型クラッド層でのフリーキャリアによる光吸収を少なくできて発光効率の低下が抑制される。
さらに、第２光ガイド層１８４においては低不純物濃度層２０ａからのｐ型不純物の拡散により０．０２μｍ程度は低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度と同程度の不純物濃度が保たれるが、界面からの深さがさらに深くなると急激に不純物濃度低下し、界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下するので、ｐ型不純物の活性層１８２への拡散が抑制されている。
このため活性層１８２における非発光中心の増加が抑制されている。
従って、赤色ＬＤ１０においては、しきい値電流が低くなり、延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性が高くなる。
次に赤色ＬＤ１０の製造方法の概略を説明する。
まず、赤色ＬＤ１０の製造に当たって、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の希望するｐ型不純物の不純物濃度分布のプロファイルを設定する。このプロファイルは、高温・高出力動作時における赤色ＬＤの特性がもっとも良好になるように計算された第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の不純物プロファイルである。
この実施の形態の赤色ＬＤ１０においては、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有し、低不純物濃度層２０ａを経て単調に減少し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度が８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値を有し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下するｐ型不純物の不純物濃度分布のプロファイルを設定する。
図３はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザのｐ型不純物の濃度分布の設定プロファイルを示す模式図である。
図３において縦軸はＭｇの不純物濃度で、横軸は第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の層位置である。また図３における距離ｄは低不純物濃度層２０ａの層厚みに相当し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面におけるＭｇの不純物濃度と製造条件により適宜決定される。
まず、赤色ＬＤ１０の製造に当たって、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の希望するｐ型不純物の不純物濃度分布のプロファイルを設定する。このプロファイルは、高温・高出力動作時における赤色ＬＤの特性がもっとも良好になるように計算された第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の不純物プロファイルである。
この実施の形態の赤色ＬＤ１０においては、第１ｐ型クラッド層２０の高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有し、低不純物濃度層２０ａを経て単調に減少し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度が８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値を有し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面から５０ｎｍ以内で５Ｅ１７ｃｍ−３に低下するｐ型不純物の不純物濃度分布のプロファイルを設定する。
図３はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザのｐ型不純物の濃度分布の設定プロファイルを示す模式図である。
図３において縦軸はＭｇの不純物濃度で、横軸は第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８の層位置である。また図３における距離ｄは低不純物濃度層２０ａの層厚みに相当し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面におけるＭｇの不純物濃度と製造条件により適宜決定される。
ついで、ｐ型不純物の不純物濃度分布の設定プロファイルになるように、拡散を考慮したシミュレーションを行うことにより、たとえばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法で第１ｐ型クラッド層２０を成長させる際のＭｇを含む原料ガスの流量設定を行う。
図４はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザの原料ガスの流量設定を示す模式図である。図４において、縦軸はCp2Mgの流量で、横軸は層の位置である。
図４に示されたｐ型クラッド層を形成する際のｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定の特徴とするところは、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層の成長を行うＭＯＣＶＤ中において、従来のように単に第２光ガイド層１８４としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層近傍における低不純物濃度層２０ａの形成に際してCp2Mgの流量を低くし、所定の時間後さらに一段Cp2Mgの流量を高めて一定に保つのではなく、この実施の形態においては低不純物濃度層２０ａの形成の際にCp2Mgの流量を、たとえば４０ｃｃ／ｍｉｎ程度に低くした後、高不純物濃度層２０ｂの形成に際して第２光ガイド層１８４から離れるに従って、Cp2Mgの流量の最大値をたとえば６０ｃｃ／ｍｉｎ程度にして、多段階にCp2Mgの流量を上下させることにより、ｐ型不純物の拡散も含めて結果的に高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有することを意図するものである。
図４はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザの原料ガスの流量設定を示す模式図である。図４において、縦軸はCp2Mgの流量で、横軸は層の位置である。
図４に示されたｐ型クラッド層を形成する際のｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定の特徴とするところは、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層の成長を行うＭＯＣＶＤ中において、従来のように単に第２光ガイド層１８４としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層近傍における低不純物濃度層２０ａの形成に際してCp2Mgの流量を低くし、所定の時間後さらに一段Cp2Mgの流量を高めて一定に保つのではなく、この実施の形態においては低不純物濃度層２０ａの形成の際にCp2Mgの流量を、たとえば４０ｃｃ／ｍｉｎ程度に低くした後、高不純物濃度層２０ｂの形成に際して第２光ガイド層１８４から離れるに従って、Cp2Mgの流量の最大値をたとえば６０ｃｃ／ｍｉｎ程度にして、多段階にCp2Mgの流量を上下させることにより、ｐ型不純物の拡散も含めて結果的に高不純物濃度層２０ｂの不純物濃度は７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有することを意図するものである。
次に実際の気相成長工程に入り、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、バッファ層１４としてのｎ−ＧａＡｓ層、ｎ型クラッド層１６としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１光ガイド層１８０としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａとｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂとを含むＭＱＷ活性層１８２、第２光ガイド層１８４としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＥＳＬ層２２としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、バンド不連続緩和層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層が、たとえばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により順次積層される。
このときのＭＯＣＶＤ成長の成長温度は例えば７００℃、成長圧力は例えば１００ｍｂａｒ等の条件で処理を行い、各層を形成するための原料ガスとして、例えば、トリメチルインジウム（Trimethyl indium : TMI）、トリメチルガリウム（Trimethyl gallium : TMG）、トリメチルアルミニウム（Trimethyl aluminum : TMA ）、フォスフィン（Phosphine : PH3）、アルシン（Arsine : AsH3）、シラン（Silane : SiH4）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Cyclopentadienylt Mg : Cp2Mg）、等を用いる。これらの原料ガスをマスフローコントローラー（Mass Flow Controller : MFC）用いて流量を制御し所望の各層の組成を得る。
このときのＭＯＣＶＤ成長の成長温度は例えば７００℃、成長圧力は例えば１００ｍｂａｒ等の条件で処理を行い、各層を形成するための原料ガスとして、例えば、トリメチルインジウム（Trimethyl indium : TMI）、トリメチルガリウム（Trimethyl gallium : TMG）、トリメチルアルミニウム（Trimethyl aluminum : TMA ）、フォスフィン（Phosphine : PH3）、アルシン（Arsine : AsH3）、シラン（Silane : SiH4）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Cyclopentadienylt Mg : Cp2Mg）、等を用いる。これらの原料ガスをマスフローコントローラー（Mass Flow Controller : MFC）用いて流量を制御し所望の各層の組成を得る。
特に、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層の成長に当たっては、先に設定したＭｇを含む原料ガスの流量設定に従って、Cp2Mgの流量調整が行われる。
これにより低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度を８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値にすることができ、活性層１８２からの電子のオーバーフローを抑制するとともに活性層内への拡散を抑制することができる。たとえば一つの目安としては低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面から２０ｎｍの距離内に不純物濃度を５Ｅ＋１７ｃｍ−３に低下させることができる。
この後さらに、エッチングにより、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、バンド不連続緩和層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層からなるリッジ導波路を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面上にｎ電極３０を、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層の上にｐ電極３２を、それぞれ形成する。
この赤色ＬＤ１０の製造方法においては、低不純物濃度層２０ａの形成に際してCp2Mgの流量を低くし、高不純物濃度層２０ｂの形成に際して第２光ガイド層１８４から離れるに従って、多段階にCp2Mgの流量を上下させるもので、これによりｐ型不純物の拡散も含めて結果的にｐ型不純物の不純物濃度が７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有する高不純物濃度層２０ｂを形成することができる。
従ってこの製造方法により、しきい値電流が低く、室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い赤色ＬＤを簡単な工程で製造できる。
これにより低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度を８Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値にすることができ、活性層１８２からの電子のオーバーフローを抑制するとともに活性層内への拡散を抑制することができる。たとえば一つの目安としては低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面から２０ｎｍの距離内に不純物濃度を５Ｅ＋１７ｃｍ−３に低下させることができる。
この後さらに、エッチングにより、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、バンド不連続緩和層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層からなるリッジ導波路を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面上にｎ電極３０を、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層の上にｐ電極３２を、それぞれ形成する。
この赤色ＬＤ１０の製造方法においては、低不純物濃度層２０ａの形成に際してCp2Mgの流量を低くし、高不純物濃度層２０ｂの形成に際して第２光ガイド層１８４から離れるに従って、多段階にCp2Mgの流量を上下させるもので、これによりｐ型不純物の拡散も含めて結果的にｐ型不純物の不純物濃度が７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間で平均的に平坦な値を有する高不純物濃度層２０ｂを形成することができる。
従ってこの製造方法により、しきい値電流が低く、室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い赤色ＬＤを簡単な工程で製造できる。
以上のように、この実施の形態１に係る半導体レーザ装置においては、第１ｐ型クラッド層における活性領域層に接する第１の部分とこの第１の部分を介して活性領域層に隣接する第１ｐ型クラッド層の第２の部分と第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層の第１の部分においてはｐ型不純物の濃度が一様に減少し、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層に接する活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下するプロファイルを有するので、第１ｐ型クラッド層と活性領域層とが直接接触する構成において、活性領域層から第１ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローが抑制され、またフリーキャリアによる光吸収を少なくできるとともに活性層へのｐ型不純物の拡散を抑制することができ、活性層における非発光中心の増加を抑制することができる。このために、しきい値電流が低い赤色ＬＤを構成することができ、延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することができる。
また、この実施の形態１に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、量子井戸を含む活性層とこの活性層を挟み活性層の上と下に配設された光ガイド層とを有する活性領域層と、この活性領域層の上にこの活性領域層と接して配設された第１ｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置において、第１ｐ型クラッド層における活性領域層に接する第１の部分とこの第１の部分を介して活性領域層に隣接する第１ｐ型クラッド層の第２の部分と第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層の第１の部分においてはｐ型不純物の濃度が一様に減少し、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層に接する活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下する不純物濃度分布を設定するとともに、第１ｐ型クラッド層の気相結晶成長を行う際のｐ型不純物を含む原料ガスの流量がｐ型不純物の拡散を考慮して第１ｐ型クラッド層の第２の部分において多段階に高下する流量設定を行う第１の工程と、半導体基板上に活性領域層を形成した後、第１の工程において定めたｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定に基づき、気相結晶成長により第１ｐ型クラッド層を形成する第２の工程と、を含むので、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、第１ｐ型クラッド層に接する活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下する不純物濃度分布を有する半導体レーザ装置を簡単な工程により構成することができる。従ってしきい値電流が低い半導体レーザ装置を簡単な工程により製造することができる。延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を簡単な工程で製造でき安価に提供することができる。
実施の形態２．
図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図６は図５におけるＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。
図５および図６において、赤色ＬＤ５０の基本構成は実施の形態１における赤色ＬＤ１０と同じであるが、赤色ＬＤ５０においては赤色ＬＤ１０の高不純物濃度層２０ｂを第１ｐ型クラッド層の低不純物濃度層２０ａに近接する第３の部分としての高不純物濃度層２１ａと、この高不純物濃度層２１ａに隣接し低不純物濃度層２０ａから離れた第４の部分としての不純物貯留層２１ｂとの二つの層に分ける構成にしたものである。その他の構成は赤色レーザ１０と同様である。
図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図６は図５におけるＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。
図５および図６において、赤色ＬＤ５０の基本構成は実施の形態１における赤色ＬＤ１０と同じであるが、赤色ＬＤ５０においては赤色ＬＤ１０の高不純物濃度層２０ｂを第１ｐ型クラッド層の低不純物濃度層２０ａに近接する第３の部分としての高不純物濃度層２１ａと、この高不純物濃度層２１ａに隣接し低不純物濃度層２０ａから離れた第４の部分としての不純物貯留層２１ｂとの二つの層に分ける構成にしたものである。その他の構成は赤色レーザ１０と同様である。
この実施の形態２の赤色ＬＤ５０においても第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは約０．４μｍ程度である。低不純物濃度層２０ａの層厚みは大略０．１μｍで高不純物濃度層２０ｂの層厚みは大略０．３μｍ程度である。赤色ＬＤ５０においては高不純物濃度層２０ｂのうち、高不純物濃度層２１ａの層厚みは概ね１７０ｎｍ程度で、不純物貯留層２１ｂの層厚みは概ね１３０ｎｍ程度である。
なおこの不純物貯留層２１ｂはｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８から拡散されるｐ型不純物を、高不純物濃度層２１ａや低不純物濃度層２０ａ、さらには活性領域層１８へ拡散することを抑止するという目的を達成すればよいことから、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８などの各層の不純物濃度との組み合わせ次第で、２０ｎｍ〜３００ｎｍというかなり広い層厚みを選択することができる。
なおこの不純物貯留層２１ｂはｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８から拡散されるｐ型不純物を、高不純物濃度層２１ａや低不純物濃度層２０ａ、さらには活性領域層１８へ拡散することを抑止するという目的を達成すればよいことから、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８などの各層の不純物濃度との組み合わせ次第で、２０ｎｍ〜３００ｎｍというかなり広い層厚みを選択することができる。
また、不純物貯留層２１ｂを設定する位置は、活性領域層１８へのｐ型不純物の拡散を制御する領域、すなわち高不純物濃度層２１ａおよび低不純物濃度層２０ａ、を確保し、それよりも活性領域層１８から離れた位置に設定する必要がある。このために不純物貯留層２１ｂを設定する位置は低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面から２００ｎｍ〜４００ｎｍ離れた位置に設定している。
そしてｐ型不純物の拡散の後における不純物貯留層２１ｂの不純物濃度を、高不純物濃度層２１ａよりも少し低くなるようにし、不純物貯留層２１ｂと高不純物濃度層２１ａとをあわせた高不純物濃度層２０ｂ全体の不純物濃度が７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値で平均的に平坦になるように構成されている。
この赤色ＬＤ５０の製造方法は赤色ＬＤ１０の製造方法と基本的に同じである。
第１ｐ型クラッド層２０とこれに接する活性領域層１８におけるｐ型不純物、たとえばＭｇの不純物濃度分布の設定プロファイルを示す模式図も図３と同じでよい。
赤色ＬＤ５０の製造方法が赤色ＬＤ１０の製造方法と異なる点は、Ｍｇの不純物濃度分布の設定プロファイルを実現するための、Ｍｇを含む原料ガスの流量設定が異なる。
図７はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザの原料ガスの流量設定を示す模式図である。図７において、縦軸はCp2Mgの流量で、横軸は層の位置である。
そしてｐ型不純物の拡散の後における不純物貯留層２１ｂの不純物濃度を、高不純物濃度層２１ａよりも少し低くなるようにし、不純物貯留層２１ｂと高不純物濃度層２１ａとをあわせた高不純物濃度層２０ｂ全体の不純物濃度が７Ｅ１７ｃｍ−３と１．１Ｅ１８ｃｍ−３との間の値で平均的に平坦になるように構成されている。
この赤色ＬＤ５０の製造方法は赤色ＬＤ１０の製造方法と基本的に同じである。
第１ｐ型クラッド層２０とこれに接する活性領域層１８におけるｐ型不純物、たとえばＭｇの不純物濃度分布の設定プロファイルを示す模式図も図３と同じでよい。
赤色ＬＤ５０の製造方法が赤色ＬＤ１０の製造方法と異なる点は、Ｍｇの不純物濃度分布の設定プロファイルを実現するための、Ｍｇを含む原料ガスの流量設定が異なる。
図７はこの発明の一実施の形態にかかる半導体レーザの原料ガスの流量設定を示す模式図である。図７において、縦軸はCp2Mgの流量で、横軸は層の位置である。
赤色ＬＤ１０の製造方法における第１ｐ型クラッド層２０を形成する際のＭｇを含む原料ガスの流量設定を示す模式図（図４）においては、低不純物濃度層２０ａでCp2Mgの流量を、たとえば４０ｃｃ／ｍｉｎ程度に低くした後、高不純物濃度層２０ｂにおいてｐ型不純物の流量を多段階に上下させるとしているが、赤色ＬＤ５０の製造方法におけるＭｇを含む原料ガスの流量設定を示す模式図（図７）においては、低不純物濃度層２０ａでCp2Mgの流量を、たとえば４０ｃｃ／ｍｉｎ程度に低くした後、高不純物濃度層２１ａにおいて、たとえば６０ｃｃ／ｍｉｎ程度に増加して一定に保ち、不純物貯留層２１ｂにおいてCp2Mgの流量を、一旦０ｃｃ／ｍｉｎにした後、ｐ−ＥＳＬ層２２においてCp2Mgの流量を再び、たとえば６０ｃｃ／ｍｉｎ程度に増加する流量設定が行われる。
なお図７においては、不純物貯留層２１ｂのCp2Mgの流量を０ｃｃ／ｍｉｎとしているが、必ずしも０ｃｃ／ｍｉｎにする必要はなく、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８の不純物濃度に対応した高不純物濃度層２１ａにおける流量より低い流量、たとえば不純物貯留層２１ｂの成長時の不純物濃度が５Ｅ＋１７ｃｍ−３以下になるような流量であればよい。
なお図７においては、不純物貯留層２１ｂのCp2Mgの流量を０ｃｃ／ｍｉｎとしているが、必ずしも０ｃｃ／ｍｉｎにする必要はなく、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８の不純物濃度に対応した高不純物濃度層２１ａにおける流量より低い流量、たとえば不純物貯留層２１ｂの成長時の不純物濃度が５Ｅ＋１７ｃｍ−３以下になるような流量であればよい。
図８ははこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザのｐ型クラッド層および活性領域層のＭｇの濃度分布の測定値を示すグラフである。
図８はＳＩＭＳによるＭｇのプロファイルで、Ｍｇのプロファイルと各層の位置関係を明確にするために、参考のためＡｌの強度分布が記載されている。
図８の左の縦軸がＡｌＧａＩｎＰにおけるＭｇの濃度、右の縦軸はＡｌ元素の測定強度、横軸は各層の位置関係を表す厚み寸法である。
図８からわかるようにｐ−ＥＳＬ層２２に接して不純物貯留層２１ｂが配設され、不純物貯留層２１ｂに接して高不純物濃度層２１ａが配設され、さらに高不純物濃度層２１ａに接して低不純物濃度層２０ａが配設され、この低不純物濃度層２０ａに接して活性領域層１８（ここでは第２光ガイド層１８４）が配設されている。
この不純物貯留層２１ｂにおけるＭｇの局所的変位を除いた濃度分布が下に凹んだ形状をし、この高不純物濃度層２１ａの不純物濃度は不純物貯留層２１ｂのそれよりも高い不純物濃度でかつ上に凸の形状をし、平均的に９Ｅ＋１７ｃｍ−３と１．２Ｅ＋１８ｃｍ−３との間の値でほぼ平坦に推移している。
図８はＳＩＭＳによるＭｇのプロファイルで、Ｍｇのプロファイルと各層の位置関係を明確にするために、参考のためＡｌの強度分布が記載されている。
図８の左の縦軸がＡｌＧａＩｎＰにおけるＭｇの濃度、右の縦軸はＡｌ元素の測定強度、横軸は各層の位置関係を表す厚み寸法である。
図８からわかるようにｐ−ＥＳＬ層２２に接して不純物貯留層２１ｂが配設され、不純物貯留層２１ｂに接して高不純物濃度層２１ａが配設され、さらに高不純物濃度層２１ａに接して低不純物濃度層２０ａが配設され、この低不純物濃度層２０ａに接して活性領域層１８（ここでは第２光ガイド層１８４）が配設されている。
この不純物貯留層２１ｂにおけるＭｇの局所的変位を除いた濃度分布が下に凹んだ形状をし、この高不純物濃度層２１ａの不純物濃度は不純物貯留層２１ｂのそれよりも高い不純物濃度でかつ上に凸の形状をし、平均的に９Ｅ＋１７ｃｍ−３と１．２Ｅ＋１８ｃｍ−３との間の値でほぼ平坦に推移している。
不純物貯留層２１ｂにおけるＭｇの局所的変位を除いた濃度分布が下に凹んだ形状をしており、高不純物濃度層２１ａに近い不純物濃度分布を示していることが、不純物貯留層２１ｂの形成時にＭｇを含む原料ガスが停止されたことを考慮すると、拡散されたＭｇがこの不純物貯留層２１ｂに貯留されたことを結果的に示している。
この結果、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からのＭｇの拡散の影響が少なくなるので、高不純物濃度層２１ａと低不純物濃度層２０ａとの不純物濃度分布がより厳密に制御可能となり、低不純物濃度層２０ａの不純物濃度は高不純物濃度層２１ａのそれに連続し比較的緩い傾斜で低下し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度は概ね８Ｅ＋１７ｃｍ−３〜９Ｅ＋１７ｃｍ−３の高い値を示している。
活性領域層１８内においては、低不純物濃度層２０ａと活性領域層１８の界面から大略２０ｎｍの深さまで不純物濃度は８Ｅ＋１７ｃｍ−３〜９Ｅ＋１７ｃｍ−３の値が保持されるが、ここから急激に減少し低不純物濃度層２０ａと活性領域層１８の界面から３０ｎｍ以内で５Ｅ＋１７ｃｍ−３以下に減少している。
この結果、ｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からのＭｇの拡散の影響が少なくなるので、高不純物濃度層２１ａと低不純物濃度層２０ａとの不純物濃度分布がより厳密に制御可能となり、低不純物濃度層２０ａの不純物濃度は高不純物濃度層２１ａのそれに連続し比較的緩い傾斜で低下し、低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面の不純物濃度は概ね８Ｅ＋１７ｃｍ−３〜９Ｅ＋１７ｃｍ−３の高い値を示している。
活性領域層１８内においては、低不純物濃度層２０ａと活性領域層１８の界面から大略２０ｎｍの深さまで不純物濃度は８Ｅ＋１７ｃｍ−３〜９Ｅ＋１７ｃｍ−３の値が保持されるが、ここから急激に減少し低不純物濃度層２０ａと活性領域層１８の界面から３０ｎｍ以内で５Ｅ＋１７ｃｍ−３以下に減少している。
赤色ＬＤ５０における高不純物濃度層２１ａは低不純物濃度層２０ａと第２光ガイド層１８４との界面におけるＭｇの不純物濃度を高く保つための層であり、一方不純物貯留層２１ｂは、製造に際して不純物添加が停止され、ｐ型不純物濃度を低くし、主に不純物濃度の高いｐ−ＥＳＬ層２２、第２ｐ型クラッド層２４、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８から拡散されるｐ型不純物をこの層で貯留し、高不純物濃度層２１ａへの拡散を抑制している。
このため従来構造では、不純物濃度の高いバンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からの不純物拡散が活性領域層１８近傍の第１ｐクラッド層の不純物濃度分布に影響し、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍における所定の不純物濃度の設定およびその実現を困難にしていたのであるが、不純物貯留層２１ｂが配設されたことにより、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からの拡散によるｐ型不純物が不純物貯留層２１ｂに貯留し、活性領域層１８近傍の第１ｐ型クラッド層２０の不純物濃度分布に与える影響が少なくなり、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との所定の不純物分布を実現するための、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍におけるｐ型不純物の流量設定が厳密にまた容易に行うことが可能となる。
このため従来構造では、不純物濃度の高いバンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からの不純物拡散が活性領域層１８近傍の第１ｐクラッド層の不純物濃度分布に影響し、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍における所定の不純物濃度の設定およびその実現を困難にしていたのであるが、不純物貯留層２１ｂが配設されたことにより、バンド不連続緩和層２６およびキャップ層２８からの拡散によるｐ型不純物が不純物貯留層２１ｂに貯留し、活性領域層１８近傍の第１ｐ型クラッド層２０の不純物濃度分布に与える影響が少なくなり、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との所定の不純物分布を実現するための、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍におけるｐ型不純物の流量設定が厳密にまた容易に行うことが可能となる。
この結果、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍におけるｐ型不純物の濃度を高くしつつ、活性領域層１８へのｐ型不純物の拡散の少ない半導体レーザを構成することが可能となり、またこの半導体レーザを簡単な工程で歩留まりよく製造することができる。
このため第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層とが直接接触する構成において、活性領域層から第１ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローが抑制され、またフリーキャリアによる光吸収を少なくできるとともに活性層へのｐ型不純物の拡散を抑制することができ、活性層における非発光中心の増加を抑制することができ、しきい値電流が低い赤色ＬＤを構成することができる。
延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することができる。
このため第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層とが直接接触する構成において、活性領域層から第１ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローが抑制され、またフリーキャリアによる光吸収を少なくできるとともに活性層へのｐ型不純物の拡散を抑制することができ、活性層における非発光中心の増加を抑制することができ、しきい値電流が低い赤色ＬＤを構成することができる。
延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することができる。
以上のように、この実施の形態２に係る半導体レーザ装置においては、実施の形態１の半導体レーザ装置の構成に加えて、第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって第１ｐ型クラッド層の第１の部分に近接する第３の部分がｐ型不純物の第１の濃度を有し、第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって上記第３の部分を介して上記第１の部分に隣接した第４の部分が上記第３の部分の第１の濃度よりも低いｐ型不純物の第２の濃度を有し、第１ｐ型クラッド層の第２の部分におけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が上記第１の濃度と第２の濃度により平均的に平坦であるので、第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面近傍におけるｐ型不純物の濃度を高くしつつ、活性領域層へのｐ型不純物の拡散の少ない半導体レーザ装置を構成することが可能である。延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することができる。
また、この実施の形態２に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法に加えて、第１の工程において、第１ｐ型クラッド層のｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定を、第１ｐ型クラッド層の第１の部分の流量が第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって第１ｐ型クラッド層の第１の部分に近接する第３の部分の流量より少なく、第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって第３の部分を介して第１の部分に隣接した第４の部分の流量が第３の部分の流量より少なくしたので、第１ｐ型クラッド層と活性領域層における所定の不純物分布を実現するための、第１ｐ型クラッド層２０と活性領域層１８との界面近傍におけるｐ型不純物の流量設定が厳密にまた容易に行うことが可能となる。延いては室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高い半導体レーザ装置を簡単な工程で歩留まりよく製造することができる。
実施の形態３．
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図１０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図１０は図９におけるＸ−Ｘ断面における断面図である。
図９および図１０において、赤色ＬＤ６０の基本構成は実施の形態２における赤色ＬＤ５０と同じであるが、赤色ＬＤ６０においては第２ｐ型クラッド層２４を第１ｐ型クラッド層２０に近いｐ−ＥＳＬ層２２に接触した低不純物濃度層２４ａとバンド不連続緩和層２６に近接する高不純物濃度層２４ｂと二つの層に分ける構成にしたものである。その他の構成は赤色レーザ５０と同様である。
図９に示されたリッジ導波路型の赤色レーザ６０においては、第２ｐ型クラッド層２４がリッジ状になっており、光導波路の幅が狭い。従ってこの部分で抵抗成分が増加し素子抵抗が大きくなる。このためこの部分で不純物濃度を高くすることが必要である。
低不純物濃度層２４ａのｐ型不純物、たとえばＭｇの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図１０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図１０は図９におけるＸ−Ｘ断面における断面図である。
図９および図１０において、赤色ＬＤ６０の基本構成は実施の形態２における赤色ＬＤ５０と同じであるが、赤色ＬＤ６０においては第２ｐ型クラッド層２４を第１ｐ型クラッド層２０に近いｐ−ＥＳＬ層２２に接触した低不純物濃度層２４ａとバンド不連続緩和層２６に近接する高不純物濃度層２４ｂと二つの層に分ける構成にしたものである。その他の構成は赤色レーザ５０と同様である。
図９に示されたリッジ導波路型の赤色レーザ６０においては、第２ｐ型クラッド層２４がリッジ状になっており、光導波路の幅が狭い。従ってこの部分で抵抗成分が増加し素子抵抗が大きくなる。このためこの部分で不純物濃度を高くすることが必要である。
低不純物濃度層２４ａのｐ型不純物、たとえばＭｇの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
また高不純物濃度層２４ｂのｐ型不純物、たとえばＭｇの不純物濃度は低不純物濃度層２４ａにおけるＭｇの不純物濃度よりも高く、１Ｅ１８ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
なおこの実施の形態では、第２ｐ型クラッド層２４を低不純物濃度層２４ａと高不純物濃度層２４ｂの二つの層に分けて構成したが、第２ｐ型クラッド層２４すべてを高不純物濃度層２４ｂと同様のＭｇの不純物濃度にしてもよい。
この高不純物濃度層２４ｂも活性層１８２へのＭｇの不純物拡散を促進する要因になる。
従って、赤色ＬＤ６０におけるように第１ｐ型クラッド層２０に不純物貯留層２１ｂを設けることにより、活性層１８２へのＭｇの不純物拡散を抑制することができる。
延いてはしきい値電流が低く、室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高いリッジ型半導体レーザ装置を構成することができる。
なおこの実施の形態では、第２ｐ型クラッド層２４を低不純物濃度層２４ａと高不純物濃度層２４ｂの二つの層に分けて構成したが、第２ｐ型クラッド層２４すべてを高不純物濃度層２４ｂと同様のＭｇの不純物濃度にしてもよい。
この高不純物濃度層２４ｂも活性層１８２へのＭｇの不純物拡散を促進する要因になる。
従って、赤色ＬＤ６０におけるように第１ｐ型クラッド層２０に不純物貯留層２１ｂを設けることにより、活性層１８２へのＭｇの不純物拡散を抑制することができる。
延いてはしきい値電流が低く、室温での特性が良好であるのみならず、高温・高出力時における信頼性の高いリッジ型半導体レーザ装置を構成することができる。
実施の形態４．
図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図１２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図１２は図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面における断面図である。
図１１はリッジ埋込型の赤色ＬＤ７０である。
図１１および図１２において示されたリッジ埋込型の赤色ＬＤ７０においては導波路リッジがｎ型半導体層や絶縁体層などからなる電流狭窄層７２により埋め込まれた電流狭窄構造を有している。他の各層の構成は半導体ＬＤ１０と同様である。
このような、リッジ埋込型の赤色ＬＤ７０においても、リッジ導波路型の半導体ＬＤ１０と同様の効果を奏する。
なおこの実施の形態では電流狭窄構造以外の各層の構成を半導体ＬＤ１０とした場合について説明したが、電流狭窄構造以外の各層の構成を実施の形態２および３で説明した構成にしてもよい。
図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図１２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図１２は図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ断面における断面図である。
図１１はリッジ埋込型の赤色ＬＤ７０である。
図１１および図１２において示されたリッジ埋込型の赤色ＬＤ７０においては導波路リッジがｎ型半導体層や絶縁体層などからなる電流狭窄層７２により埋め込まれた電流狭窄構造を有している。他の各層の構成は半導体ＬＤ１０と同様である。
このような、リッジ埋込型の赤色ＬＤ７０においても、リッジ導波路型の半導体ＬＤ１０と同様の効果を奏する。
なおこの実施の形態では電流狭窄構造以外の各層の構成を半導体ＬＤ１０とした場合について説明したが、電流狭窄構造以外の各層の構成を実施の形態２および３で説明した構成にしてもよい。
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、情報通信用機器に使用する半導体レーザ装置に適している。
１２ ｎ−ＧａＡｓ基板、 １６ ｎクラッド層、 １８２ 活性層、 １８０ 第１光ガイド層、 １８ 活性領域層、 ２０ 第１ｐ型クラッド層、 ２０ａ 第１低不純物層、 ２０ｂ 高不純物濃度層、 ２１ａ 高不純物濃度層、 ２１ｂ 不純物貯留層、 ２４ 第２ｐ型クラッド層。
Claims (6)
- 半導体基板と、
この半導体基板の上に配設されたｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層とこの活性層を挟み活性層の上と下に配設された光ガイド層とを有する活性領域層と、
この活性領域層の上に、この活性領域層と接して配設された第１ｐ型クラッド層と、を備えるとともに、
上記第１ｐ型クラッド層における上記活性領域層に接する第１の部分とこの第１の部分を介して上記活性領域層に隣接する上記第１ｐ型クラッド層の第２の部分と上記第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する上記活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、上記第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層の第１の部分においてはｐ型不純物の濃度が一様に減少し、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、上記第１ｐ型クラッド層に接する上記活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下することを特徴とした半導体レーザ装置。 - 第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって第１ｐ型クラッド層の第１の部分に近接する第３の部分がｐ型不純物の第１の濃度を有し、第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって上記第３の部分を介して上記第１の部分に隣接した第４の部分が上記第３の部分の第１の濃度よりも低いｐ型不純物の第２の濃度を有し、第１ｐ型クラッド層の第２の部分におけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が上記第１の濃度と第２の濃度により平均的に平坦であることを特徴とした請求項１記載の半導体レーザ装置。
- 第１ｐ型クラッド層の上にさらに第２ｐ型クラッド層が配設されるとともに、この第２ｐ型クラッド層の上記第１ｐ型クラッド層からより離れた側の界面に近接した一部に上記第１ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度よりも高いｐ型不純物濃度を有する層を配設したことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
- 量子井戸を含む活性層とこの活性層を挟み活性層の上と下に配設された光ガイド層とを有する活性領域層と、この活性領域層の上にこの活性領域層と接して配設された第１ｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置において、第１ｐ型クラッド層における上記活性領域層に接する第１の部分とこの第１の部分を介して上記活性領域層に隣接する上記第１ｐ型クラッド層の第２の部分と上記第１ｐ型クラッド層の第１の部分に接する上記活性領域層とにおけるｐ型不純物の局所的変位を除いた濃度分布が、上記第１ｐ型クラッド層の第２の部分においてはｐ型不純物の濃度が７×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値にて平均的に平坦で、第１ｐ型クラッド層の第１の部分においてはｐ型不純物の濃度が一様に減少し、第１ｐ型クラッド層と活性領域との界面においてはｐ型不純物の濃度が８×１０１７ｃｍ−３と１．１×１０１８ｃｍ−３の間の値を有し、上記第１ｐ型クラッド層に接する上記活性領域層においては第１ｐ型クラッド層と活性領域層との界面から５０ｎｍ以内でｐ型不純物の濃度が５×１０１７ｃｍ−３に低下する不純物濃度分布を設定するとともに、第１ｐ型クラッド層の気相結晶成長を行う際のｐ型不純物を含む原料ガスの流量がｐ型不純物の拡散を考慮して上記第１ｐ型クラッド層の第２の部分において多段階に高下する流量設定を行う第１の工程と、
半導体基板上に活性領域層を形成した後、第１の工程において定めたｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定に基づき、気相結晶成長により第１ｐ型クラッド層を形成する第２の工程と、
を含む半導体レーザ装置の製造方法。 - 第１の工程において、第１ｐ型クラッド層のｐ型不純物を含む原料ガスの流量設定を、第１ｐ型クラッド層の第１の部分の流量が第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって第１ｐ型クラッド層の第１の部分に近接する第３の部分の流量より少なく、第１ｐ型クラッド層の第２の部分の一部であって上記第３の部分を介して上記第１の部分に隣接した第４の部分の流量が上記第３の部分の流量より少なくしたことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置の製造方法、
- 第１ｐ型クラッド層の上に、第１ｐ型クラッド層からより離れた側の界面に近接した一部に上記第１ｐ型クラッド層のｐ型不純物濃度よりも高いｐ型不純物濃度の層を有する第２ｐ型クラッド層を形成する第３の工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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