JP3157671B2

JP3157671B2 - 半導体レーザ装置と製造方法

Info

Publication number: JP3157671B2
Application number: JP33754193A
Authority: JP
Inventors: 親志穴山; 丈浩福嶋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH07202314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ装置に関
し、特に埋め込み構造を用いない半導体レーザ装置に関
する。

【０００２】近年、０．６μｍ帯の可視光半導体レーザ
が、ＰＯＳ、光デスク装置、レーザプリンタ等の光情報
処理装置の高性能化を実現できる光源として大いに期待
されている。

【０００３】

【従来の技術】従来用いられている典型的半導体レーザ
装置は、活性層を含むエピタキシャル積層をメサエッチ
して活性層の横方向寸法を確定し、その後メサ側面を低
屈折率媒質で埋め込む埋め込み構造を採用している。

【０００４】０．６μｍ帯の可視光半導体レーザとし
て、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが期待されている。
ＡｌＧａＩｎＰ系材料はＡｌの制御性の点から、有機金
属化学気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）もしくは
分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）で成長する必要が
ある。これらの成長法によれば、Ａｌを含む層の上にＡ
ｌを含む層を成長することは表面酸化の防止が困難な点
から非常に困難である。従って、横モード制御のための
屈折率変化をＡｌを含む材料を埋め込むことによって形
成することは困難である。

【０００５】また、０．６μｍ帯可視光半導体レーザ
は、低価格で低しきい値電流、高出力の特性が要求され
ている。さらに、キンクレベルが高く、効率が大きく、
低消費電力であり、遠視野像および近視野像が単峰性で
あり、非点収差が小さい等、ビーム特性が高安定である
ことが望まれる。

【０００６】ＭＯＶＰＥ１回（１連）の成長で、半導体
レーザ装置を作成することができれば、ＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザ装置を低価格で作成することができる。
１回の成長でレーザ構造を作成することのできる種々の
提案がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１回
のＭＯＶＰＥ成長でレーザ構造を作成することのできる
半導体レーザ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜
ｎの実数）が表出した２つの平坦面と、前記２つの平坦
面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）
が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の段差基
板と、前記段差基板に接して形成され、（１００）面あ
るいは（ｎ１１）Ａ面が表出した平坦面と、（４１１）
Ａ面近傍の面が表出した斜面とを持つバッファ層と、
（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した２つの
平坦面と、前記２つの平坦面を接続し、（ｋ１１）Ａ面
（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出し、平坦面となす角度
が１２度より小さい斜面を持つ活性層と、前記活性層に
接して積層され、斜面に沿う領域で高いｐ型キャリア濃
度を持ち、平坦面に沿う領域で低いｐ型キャリア濃度を
持つｐ側第１クラッド層と、前記ｐ側第１クラッド層に
接して積層され、斜面と沿う領域でｐ型の第２クラッド
層を形成し、平坦面に沿う領域でｎ型の電流ブロック層
を形成する同一のクラッド兼ブロック層とを有する。

【０００９】本発明の他の半導体レーザ装置は、（１０
０）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が
表出した２つの平坦面と、前記２つの平坦面を接続し、
（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）が表出した斜
面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の段差基板と、前記段
差基板に接して形成され、（１００）面あるいは（ｎ１
１）Ａ面が表出した平坦面と、（４１１）Ａ面近傍の面
が表出した斜面とを持つバッファ層と、（１００）面あ
るいは（ｎ１１）Ａ面が表出した２つの平坦面と、前記
２つの平坦面を接続し、（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦
７の実数）が表出し、幅が２．５μｍより小さい斜面を
持つ活性層と、前記活性層に接して積層され、斜面に沿
う領域で高いｐ型キャリア濃度を持ち、平坦面に沿う領
域で低いｐ型キャリア濃度を持つｐ側第１クラッド層
と、前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、斜面と
沿う領域でｐ型の第２クラッド層を形成し、平坦面に沿
う領域でｎ型の電流ブロック層を形成する同一のクラッ
ド兼ブロック層とを有する。

【００１０】本発明のさらに他の半導体レーザ装置は、
（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実
数）が表出した２つの平坦面と、前記２つの平坦面を接
続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）が表出
した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の段差基板を準
備する工程と、前記段差基板上に厚さ１μｍ以上有機金
属気相成長（ＭＯＶＰＥ）を行って（１００）面あるい
は（ｎ１１）Ａ面が表出した平坦面と、（４１１）Ａ面
近傍の面が表出した斜面とを持つバッファ層を形成する
工程とを含む。

【００１１】

【作用】平坦面と斜面とを有する段差基板上に形成した
斜面発光型半導体レーザ装置の活性層の斜面が平坦面と
なす角度を１２度より小さい角度とすることにより、近
視野でも単峰性ビーム特性が得られる。

【００１２】また、段差基板上に形成した斜面発光型半
導体レーザ装置の、活性層の斜面の幅を２．５μｍより
小さくすることにより単峰性ビーム特性が得られる。ま
た、段差基板上にバッファ層を形成し、（４１１）Ａ面
近傍の面が斜面に表出するようにすれば、その上に形成
する活性層の斜面の幅を正確に制御することが可能とな
る。

【００１３】

【実施例】本発明の理解を容易にするため、本発明者ら
の先の提案から説明する。図１は、本発明者らの先の提
案（特願平４−２５０２８０号）による斜面発光型半導
体レーザ装置を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１は、（１０
０）主面を有し、段差部の斜面には（３１１）Ａ面等が
表出している。ＧａＡｓ基板１の上には、ｎ型ＧａＡｓ
バッファ層２が形成され、その上にｎ型ＧａＩｎＰ中間
層３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が形成されてい
る。ＧａＩｎＰ中間層３は、ＧａＡｓバッファ層２とＡ
ｌＧａＩｎＰクラッド層４の中間のバンドギャップを有
し、ヘテロ界面による電位障壁を緩和する。

【００１４】ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の上に多
重量子井戸（ＭＱＷ）活性層５が形成されている。活性
層５はノンドープであり、下地結晶の形状にならって平
坦部と斜面部を有する。活性層５は、ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層６、７、８によって覆われる。活性層斜面部に
電流が流れると、発光性再結合が行われ、光が発生す
る。この光は、活性層のストライプ状斜面部を往復する
が、横方向に広がろうとすると上下クラッド層中に浸入
してしまう。クラッド層は活性層よりも屈折率が低いた
め、レーザ光の分布は横方向で斜面部内に制限される。
このようにして、横方向の光とじ込めが行われる。

【００１５】ｐ型第１クラッド層６の上には、ｐ型領域
とｎ型領域を有するＡｌＧａＩｎＰ層７が形成されてい
る。このＡｌＧａＩｎＰ層７は、図２に示すように、Ｓ
ｅとＺｎの両型不純物をドープされている。ｎ型不純物
であるＳｅは、●で示すように（１００）面で取込まれ
率が高く、（３１１）Ａ面に向うにしたがって取込まれ
率が低下する。ｐ型不純物Ｚｎは、○で示すように（３
１１）Ａ面で取込まれ率が高く、（１００）面に向って
取込まれ率が低下する。従って、ＳｅとＺｎをドープし
たＡｌＧａＩｎＰ層７においては、面方位によって両不
純物の取込まれ率が異なり、結果として▲と△で示され
るようなキャリア濃度を示す。すなわち、（１００）平
坦面においてはｎ型となり、（３１１）Ａ面近傍の面に
おいてはｐ型となる。

【００１６】従って、図１の構成に示すようにＡｌＧａ
ＩｎＰ層７は、斜面部ではｐ型の第２クラッド層７ａと
なり、平坦部ではｎ型の電流ブロック層７ｂとなる。Ａ
ｌＧａＩｎＰ層７の上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３ク
ラッド層８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層１０が積層される。

【００１７】バッファ層２からコンタクト層１０までの
積層は、一連のＭＯＶＰＥ成長によって形成される。こ
のようにして、１回のＭＯＶＰＥ成長によって０．６μ
ｍ帯半導体レーザ構造を作成することができる。

【００１８】この斜面発光型半導体レーザ装置は、遠視
野像は単峰性であるが、近視野像が双峰性になる性質を
有する。図３（Ａ）は、図１に示す半導体レーザ装置の
活性層部分のみを拡大して示す。図に示すように、活性
層５の斜面部において発光強度が高い領域がＬ１とＬ２
のように分離して存在し、これらの発光強度の高い領域
は時間的に移動する。２つの発光領域は、近視野像では
双峰性を示すが遠視野像では単峰性となる。従って、２
つの発光領域が併せて１つの発光モードを形成している
ものと考えられる。遠視野像は単峰性のため光通信等の
用途には問題を生じない。

【００１９】しかしながら、光磁気デスク装置のように
近距離でレーザ光を照射し、かつ小さなスポット径が望
ましい利用分野においては、近視野像でも単峰性を有す
ることが望まれる。

【００２０】本発明者らは、この斜面発光型半導体レー
ザ装置においてなぜ近視野像が双峰性になるかの解析を
行った。活性層５の結晶成長において、平坦面Ｆ１、Ｆ
３と斜面Ｆ２とが異なる面方位を有する。ＡｌＧａＩｎ
Ｐ等の組成が変化し得る材料を成長する場合、面方位の
差により各成分の取込まれ率が微妙に異なり、変化する
ことが考えられる。

【００２１】斜面部Ｆ２は、その幅が高々数μｍと狭
く、その両側には面方位の異なる平坦面Ｆ１、Ｆ３が広
く存在している。従って、斜面部Ｆ２では微妙に組成が
変化するものと考えられる。このような斜面部における
組成の変化を防止する手段として、図３（Ｂ）に示すよ
うに、斜面部の幅Ｗを制限する方法と、図３（Ｃ）に示
すように、平坦部と斜面部とのなす角θを減少する方法
を考えた。従来は、斜面部の幅Ｗは３．５μｍ程度、斜
面部が平坦部となす角度θは、基板主面を（１００）面
から（１１１）Ａ面オフさせた場合でも１５度程度であ
った。

【００２２】図４（Ａ）、（Ｂ）は、活性層斜面部のス
トライプ幅を減少する実験を行った結果を示す。図４
（Ａ）は、斜面部のストライプ幅を２．７μｍとし、斜
面部と平坦部とのなす角度θを１５度とした場合の光出
力の分布をストライプ方向の距離の関数として示す。図
に示すように、光出力は連続した分布を示しているが、
未だ双峰性が明らかに認められる。

【００２３】図４（Ｂ）は、ストライプ幅Ｗを２．３μ
ｍまで減少した場合を示す。斜面部が平坦部となす角度
θは、図４（Ａ）と同様１５度である。図から明らかな
ように、近視野の光出力が明確な単峰性を示している。

【００２４】以上の実験結果から分るように、活性層斜
面部のストライプの幅Ｗを約２．５μｍ以下とすれば近
視野像においても単峰性を得ることができる。斜面部の
幅Ｗを小さくすることによって、斜面部における組成の
不均一分布が生じ難くなったためと考えられる。

【００２５】活性層の斜面の幅を狭くすると単峰性が得
られることが分ったが、斜面の幅が狭いことは、端面の
破壊強度（ＣＯＤ）のレベルが低いことを意味する。た
とえば、光磁気記憶装置の光源としては、１０℃で３５
ｍＷの光出力が要求される。このレベルの光出力を得よ
うとすると、活性層の斜面部の幅は少なくとも２．５μ
ｍあることが望まれる。しかしながら、斜面部の幅を広
げると、前述の近視野像における双峰性が現れてしま
う。

【００２６】本発明者らは、近視野像の双峰性は活性層
の斜面部と平坦部とのなす角度によっても変化すること
を発見した。活性層の斜面部の幅や斜面部と平坦部との
なす角度が近視野像の単峰性を得るために重要な因子と
なる。ところで、基板表面をエッチして段差部を形成
し、エピタキシャル成長を行う際、基板表面の斜面部に
は種々の面方位が表われ得る。このような基板表面上に
結晶を成長した時にどのような斜面が表われるかを基板
のオフ角度変化させて測定した。

【００２７】図５は、（１００）面から（１１１）Ａ面
へのオフ角度を変化させた種々の基板の上にＧａＡｓバ
ッファ層を１μｍ成長させた場合、さらにその上にＡｌ
ＧａＩｎＰ層を２μｍ成長させた場合の成長表面の斜面
部が平坦部に対してどのような傾き角を形成するかを調
べた結果を示す。

【００２８】ＧａＡｓ基板の上にＧａＡｓバッファ層を
１μｍ成長した時は、基板面方位のオフ角度を変化させ
てもほぼ安定した（４１１）Ａ面に近い面が成長面斜面
に表われる。ただし、バッファ層表面において斜面に一
定の面方位の面を得るためには、バッファ層の厚さは約
１μｍ以上とすることが望まれる。約１μｍ以上のバッ
ファ層を基板上に成長した場合、基板のオフ角度によら
ず段差基板の斜面部には再現性よくほぼ（４１１）Ａ面
を得ることができる。

【００２９】基板上に厚さ１μｍのＧａＡｓバッファ層
を形成した後、さらにＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長
させた場合、斜面部の角度が変化する。ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層を１〜１．５μｍ成長すると、斜面部が平坦
部となす角度は安定化する。そこでＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層を２μｍ成長した後、斜面部が平坦部となす角度
を測定した。

【００３０】斜面部の平坦部に対する傾き角θは、オフ
角度が大きくなるにしたがってほぼリニアに減少する。
オフ角度が０度の時は、（３１１）Ａ面に近い面が斜面
部に表われ、傾き角は約２５度になる。オフ角度を８度
とすると、斜面部には（４１１）Ａ面に近い面が表われ
る。オフ角度を１０度とすると、（４１１）Ａ面と（５
１１）Ａ面の中間の面が表われる。このようにＡｌＧａ
ＩｎＰ層を成長すると、基板オフ角度に依存して定まる
成長面が得られる。

【００３１】しかし、段差基板の斜面の形状によっては
バッファ層表面の形状は影響を受ける。図６（Ａ）は、
段差基板の斜面がほぼ（４１１）Ａ面よりも急峻な場合
に表われる現象を概略的に示す。段差基板の斜面が急峻
な場合、バッファ層が薄いと図４（Ａ）に示すようなピ
ットＸが表われる。このようなピットがある状態でその
上にクラッド層を積層し、レーザ構造を作成すると、半
導体レーザの発振しきい値は増大した。このような場合
にも十分な厚さのバッファ層を生長すれば、ピットは消
減する。

【００３２】図６（Ｂ）は、ＧａＡｓ基板１の斜面部の
面方位がほぼ（４１１）Ａ面であり、その上にＧａＡｓ
バッファ層２を成長し、安定な（４１１）Ａ面を斜面部
に形成した場合を示す。このような場合は、バッファ層
２の上に中間層３、クラッド層４、活性層５を成長する
時、設計通りの活性層５の斜面部を得ることが容易とな
る。

【００３３】図６（Ｃ）は、ＧａＡｓ段差基板１の斜面
部の面方位が、（４１１）Ａ面よりも緩やかであった場
合を示す。ＧａＡｓ基板１の斜面が緩やかな場合、その
上にＧａＡｓバッファ層２、中間層３、クラッド層４、
活性層５を形成した時、活性層５の斜面の幅が設計通り
にならず狭くなり過ぎる傾向が強い。

【００３４】段差形状基板はウエットエッチングで段差
を作成するため、斜面の面方位には微妙なばらつきがあ
る。しかし、斜面の面方位を（４１１）Ａ面より急峻
な、たとえば（３１１）Ａ面付近とすれば、最終的なス
トライプ幅が安定する。

【００３５】たとえば、（３１１）Ａ面近部の急峻な斜
面を持つ段差形状基板を用いても、バッファ層を十分厚
く成長すれば全てスムーズな（４１１）Ａ面の斜面とす
ることができる。再現性よくスムーズな（４１１）Ａ面
斜面を形成するためには、約１μｍ以上の厚さのバッフ
ァ層を成長することが望ましい。

【００３６】このように、安定な斜面を形成した場合、
活性層の平坦面と斜面とのなす角度は基板の面方位を選
択することによって制御することができる。さらに、段
差基板の段差を正確に制御することによって活性層斜面
部のストライプ幅を制御できる。

【００３７】活性層の斜面と平坦面とのなす角度θが小
さくなると、その上に形成するクラッド兼ブロック層の
斜面と平坦面のなす角度も小さくなる。クラッド兼ブロ
ック層は、不純物の取込まれ率面方位依存性を利用して
ラテラルｐｎ接合を形成する。平坦面と斜面の角度差が
２５度程度もあれば、図２に示すキャリア濃度の面方位
依存性から不純物としてＳｅとＺｎを用い、好適なｐ領
域とｎ領域を作成することができた。斜面と平坦面のな
す角度が小さくなると、ＺｎとＳｅでは十分な濃度差を
付けることが困難となり、クラッド層の電気抵抗が高く
なる。特に、ｎ型不純物の面方位依存性を向上すること
が望まれる。

【００３８】ｎ型不純物としてＳを用いると、Ｓｅより
も強い面方位依存性が得られる。また、ｐ型不純物のＺ
ｎは強い面方位依存性を示しているが、Ｃｄを用いれ
ば、さらに強い面方位依存性が得られる。但し、好適な
電流ブロック機能を有する電位障壁を形成するために
は、斜面と平坦面のなす角度θは３度以上であることが
好ましい。

【００３９】図７は、本発明の実施例による半導体レー
ザ装置の断面図である。図８（Ａ）に示すように、Ｓｉ
ドープのｎ型ＧａＡｓ基板１１は、（１００）面から
（１１１）Ａ面に向って１０度オフした主面を有する。

【００４０】図８（Ｂ）に示すように、このｎ型ＧａＡ
ｓ基板１表面上に［０１−１］方向に延在するホトレジ
ストマスクＳＭを形成する。ホトレジストマスクＳＭ
は、幅１５０μｍであり、１５０μｍ間隔で配置する。

【００４１】図８（Ｃ）に示すように、ホトレジストマ
スクＳＭをエッチングマスクとし、基板１主面Ｆ１、Ｆ
３と斜面Ｆ２、Ｆ４のなす角度が１５〜２０度程度にな
るようにＨＦ系溶液によって段差を約０．５μｍ形成す
る。この時、斜面Ｆ２の面方位は（３１１）Ａ面と（２
１１）Ａ面の間である。

【００４２】図８（Ｄ）に示すように、このような斜面
を有する段差基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２を１
μｍ以上形成し、（４１１）Ａ面を表出する斜面Ｆ２ａ
を作成する。なお、基板が１０度オフのため、斜面Ｆ２
ａと平坦面Ｆ１ａ、Ｆ３ａのなす角度は約１０度とな
る。

【００４３】図７に戻って、ＧａＡｓ基板１は、Ｓｉド
ープで約４×１０¹⁸ｃｍ^-3のキャリア濃度を有する。Ｇ
ａＡｓバッファ層２は、ソースガスとしてトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ₃）を用い、Ｖ−
ＩＩＩ比１００、成長温度１μｍ／時でＳｉ₂Ｈ₆をド
ーパントとしてｎ型キャリア濃度約５×１０¹⁷ｃｍ^-3に
なるように６７０℃のＭＯＶＰＥで成長し、膜厚１．５
μｍとする。

【００４４】次に、成長温度を６７０℃から７１０℃ま
で緩やかに変化させ、ソースガスとしてトリエチルガリ
ウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、フ
ォスフィン（ＰＨ₃）を用い、Ｖ／ＩＩＩ比５００、成
長速度１μｍ／時でＳｉ₂Ｈ ₆をドーパントとしてｎ型
キャリア濃度約１×１０¹⁸ｃｍ^-3になるように膜厚０．
１μｍのＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層を成長する。

【００４５】次に、ｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層４を成長温度７１０℃で、ソースガス
としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＥＧ、Ｔ
ＭＩ、ＰＨ₃を用い、Ｖ／ＩＩＩ比３３０、成長速度２
μｍ／時でＳｉ₂Ｈ₆をドーパントとしてｎ型キャリア
濃度約５×１０¹⁷ｃｍ^-3になるように、膜厚２．０μｍ
成長する。このｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の斜面
の面方位は、（４１１）Ａ面と（５１１）Ａ面の中間で
あり、斜面と平坦面のなす角度は約９度であり、斜面の
幅は約３μｍである。

【００４６】次に、歪みＭＱＷ活性層５を成長温度７１
０℃で成長する。歪みＭＱＷ活性層５は、図９（Ａ）に
示すように、（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐで形
成されるガイド（バリア）層５ａと、Ｇａ_0.44Ｉｎ_0.56
Ａｓ_0.08Ｐ_0.92で形成される量子井戸層５ｂの交互積層
で形成される。量子井戸層５ｂは、約１％の歪みを有す
る。ガイド層５ａは、厚さ５ｎｍで４層、量子井戸層５
ｂは厚さ６ｎｍで３層成長する。

【００４７】活性層５の上にｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの第１クラッド層６を、ソースガスとし
てＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ₃を用い、Ｖ／ＩＩＩ
比３３０、成長速度２μｍ／時でジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）をドーパントとして斜面部でのｐ型キャリア濃度約
６×１０¹⁷ｃｍ^-3になるように、膜厚０．４μｍ成長す
る。平坦面でのキャリア濃度は約１．５×１０¹⁷ｃｍ^-3
である。

【００４８】ｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
のクラッド兼ブロック層７は、成長温度７１０℃で、ソ
ースガスとしてＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ₃を用
い、Ｖ／ＩＩＩ比３３０、成長速度２μｍ／時で、ＤＭ
ＺｎとＨ₂Ｓをドーパントとして交互にドーピングする
ことによって１５ｎｍづつ１５周期成長し、全体で０．
４５μｍの層厚にする。

【００４９】図９（Ｂ）に示すように、Ｚｎをドープし
たｐ型薄層は斜面部分でｐ型キャリア濃度約６×１０¹⁷
ｃｍ^-3、平坦部でｐ型キャリア濃度約３×１０¹⁷ｃｍ^-3
を有し、Ｓをドープしたｎ型薄層は、斜面部でｎ型キャ
リア濃度約１．４×１０¹⁷ｃｍ^-3、平坦部で約６×１０
¹⁷ｃｍ^-3を有する。従って、平坦部ではｐ^-層とｎ⁺層
とが積層され、斜面部では、ｐ⁺層とｎ^-層とが積層す
る。斜面部では、Ｚｎドープ層のＺｎ濃度が高いためＺ
ｎの拡散が生じ、Ｓドープのｎ^-層にも広がる。斜面部
でのｐ型キャリア濃度約６×１０¹⁷ｃｍ^-3は、拡散後の
キャリア濃度である。

【００５０】もし、Ｓｅをｎ型ドーパントとして用いる
と斜面部でのキャリア濃度は、約２．４×１０¹⁷ｃｍ^-3
となり、平坦部でのｎ型キャリア濃度は６×１０¹⁷ｃｍ
^-3となる。

【００５１】強い面方位依存性を得るためには、ｎ型ド
ーパントとしてＳを用いる方がＳｅを用いるよりも好ま
しい。なお、クラッド兼ブロック層７をｐ型不純物とｎ
型不純物の交互ドーピングによって形成する場合を説明
したが、図９（Ｃ）に示すように、ｎ型とｐ型の両型不
純物を同時にドープしてもよい。この場合には、ｐ型不
純物、ｎ型不純物はそれぞれ平坦部、斜面部で均一に分
布するが、補償の結果平坦部はｎ型となり、斜面部はｐ
型となる。なお、ｐ型不純物としてＣｄを用いればＺｎ
を用いる場合よりも強い面方位依存性を得ることができ
る。

【００５２】クラッド兼ブロック層７の上に、ｐ型（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの第３クラッド層を、
成長温度７１０℃でソースガスとしてＴＭＡ、ＴＥＧ、
ＴＭＩ、ＰＨ₃を用いＶ／ＩＩＩ比３３０、成長速度２
μｍ／時で、ＤＭＺｎをドーパントとして斜面部でのｐ
型キャリア濃度約９×１０¹⁷ｃｍ^-3になるように、膜厚
１．１５μｍ成長する。なお、平坦部でのｐ型キャリア
濃度は約２．３×１０ ¹⁷ｃｍ^-3である。

【００５３】ｐ型第３クラッド層８の上に、ｐ型Ｇａ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層を、成長温度を７１０℃から６７
０℃まで緩やかに降下させ、ソースガスとしてＴＥＧ、
ＴＭＩ、ＰＨ₃を用い、Ｖ／ＩＩＩ比５００、成長速度
１μｍ／時で、ＤＭＺｎをドーパントとして斜面部にお
けるｐ型キャリア濃度約１×１０¹⁸ｃｍ^-3になるよう
に、膜厚０．１μｍ成長する。

【００５４】最後に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０を
成長温度６７０℃で、ソースガスとしてＴＭＧ、ＡｓＨ
₃を用い、Ｖ／ＩＩＩ比１００、成長速度１μｍ／時
で、ＤＭＺｎをドーパントとし斜面部でのｐ型キャリア
濃度約２×１０¹⁸ｃｍ^-3になるように、膜厚１μｍ成長
する。

【００５５】以上説明した一連のＭＯＶＰＥ成長の後、
半導体基板を成長装置から取り出し、少なくともｐ型領
域を切断する溝を作成して１００μｍ幅で素子分離し、
ｎ側電極２１としてＡｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層を蒸
着により堆積し、ｐ側電極２２としてＡｕＺｎ層とＡｕ
層を蒸着により堆積させる。その後幅３００μｍ、長さ
７００μｍのチップに劈開し、ｐ側領域を上側に配置し
てヒートシンクにボンディングする。

【００５６】なお、ｎ型クラッド層にＳｉをドーピング
しているのは、斜面のｎ型濃度を基板面と比べて低くし
たくないためである。また、ｐ型クラッド層のドーパン
トとしてＣｄを用いれば、さらに抵抗率を低減化するこ
とができる。

【００５７】活性層５の平坦部と斜面部とのなす角度θ
を種々に変化させて半導体レーザを作成し、その特性を
調べた結果、活性層の平坦部と斜面部のなす角度が１２
度以下の場合に図１０に示すように単峰性の光出力を得
ることができた。

【００５８】図１０は、ストライプ幅Ｗを２．７μｍと
し、活性層の斜面部と平坦部のなす角度θを８度とした
場合である。活性層の斜面部と平坦部のなす角度を１２
度よりも緩やかにすると、活性層の斜面部の幅が２．５
μｍ以上の場合にも、近視野像を単峰性にすることがで
きる。幅が２．５μｍ〜３μｍ程度であれば１２度以下
であればよい。但し３度以上とすることが好ましい。活
性層の斜面部が平坦部となす角度を１２度以下にするた
めには、基板のオフ角度を（１００）面から（１１１）
面に向って８度よりも大きくすることが望ましい。

【００５９】活性層の斜面部が平坦部となす角度を１２
度以下にすると、斜面部と平坦部の面方位が近づき、斜
面部での組成不均一を低減することができるものと考え
られる。この場合、実効的活性層となる斜面部を大きく
取れるため、光スポット径が大きくなり、大きなＣＯＤ
レベルが得られ、高光出力が得られやすい。

【００６０】また、活性層の斜面部と平坦部のなす角度
が１２度以下と小さくなっても、ｎ型不純物として面方
位依存性の大きいＳを用いることによって、クラッド兼
ブロック層におけるｐ型クラッド層の電気抵抗を十分下
げ、かつｎ型ブロック層を形成することができる。

【００６１】以上、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系半導体
レーザの実施例について説明したが、同様の現象はＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体に広く認められるものと考えられ
る。従って、本発明は他の材料系にも適用可能である。

【００６２】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合せが可能なことは当業者に自明
であろう。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光出力が近視野で単峰性を有する斜面発光型半導体レー
ザ装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明者らの先の提案による半導体レーザ装置
を示す斜視図である。

【図２】ドーピングの面方位依存性を示すグラフであ
る。

【図３】斜面発光型レーザの近視野における双峰性を解
析するための概略断面図である。

【図４】活性層斜面部の幅を小さくした時の光出力分布
例を示すグラフである。

【図５】段差基板上のＧａＡｓバッファ層とＡｌＧａＩ
ｎＰクラッド層との成長斜面角度を示すグラフである。

【図６】異なる斜面角度を有する基板上にバッファ層を
成長した時の様子を示す概略断面図である。

【図７】本発明の実施例による半導体レーザ装置の断面
図である。

【図８】本発明の実施例による半導体レーザ装置の製造
方法を説明するための概略断面図である。

【図９】図７に示す半導体レーザ装置の部分拡大断面図
である。

【図１０】図７に示す半導体レーザ装置の光出力分布例
を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−45708（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開533197（ＥＰ，Ａ２) 電子情報通信学会技術研究報告Ｖｏｌ．92，Ｎｏ．381，ｐｐ．49−54 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面
（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの平坦面と、前記
２つの平坦面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦
７の実数）が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導
体の段差基板と、前記段差基板に接して形成され、（１００）面あるいは
（ｎ１１）Ａ面が表出した平坦面と、（４１１）Ａ面近
傍の面が表出した斜面とを持つバッファ層と、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した２つの
平坦面と、前記２つの平坦面を接続し、（ｋ１１）Ａ面
（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出し、平坦面となす角度
が１２度より小さい斜面を持つ活性層と、前記活性層に接して積層され、斜面に沿う領域で高いｐ
型キャリア濃度を持ち、平坦面に沿う領域で低いｐ型キ
ャリア濃度を持つｐ側第１クラッド層と、前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、斜面と沿う
領域でｐ型の第２クラッド層を形成し、平坦面に沿う領
域でｎ型の電流ブロック層を形成する同一のクラッド兼
ブロック層とを有する半導体レーザ装置。
【請求項２】（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面
（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの平坦面と、前記
２つの平坦面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦
７の実数）が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導
体の段差基板と、前記段差基板に接して形成され、（１００）面あるいは
（ｎ１１）Ａ面が表出した平坦面と、（４１１）Ａ面近
傍の面が表出した斜面とを持つバッファ層と、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した２つの
平坦面と、前記２つの平坦面を接続し、（ｋ１１）Ａ面
（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出し、幅が２．５μｍよ
り小さい斜面を持つ活性層と、前記活性層に接して積層され、斜面に沿う領域で高いｐ
型キャリア濃度を持ち、平坦面に沿う領域で低いｐ型キ
ャリア濃度を持つｐ側第１クラッド層と、前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、斜面と沿う
領域でｐ型の第２クラッド層を形成し、平坦面に沿う領
域でｎ型の電流ブロック層を形成する同一のクラッド兼
ブロック層とを有する半導体レーザ装置。
【請求項３】前記クラッド層兼ブロック層はｎ型不純
物のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣｄが交互にドープ
されている請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】前記クラッド層兼ブロック層はｎ型不純
物のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣｄが同時にドープ
されている請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面
（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの平坦面と、前記
２つの平坦面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦
７の実数）が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ化合物半導
体の段差基板を準備する工程と、前記段差基板上に厚さ１μｍ以上有機金属気相成長（Ｍ
ＯＶＰＥ）を行って（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ
面が表出した平坦面と、（４１１）Ａ面近傍の面が表出
した斜面とを持つバッファ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。