JP3246634B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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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】たとえば、ポイントオブセールス（ＰＯ
Ｓ）システムのバーコード読出し用、光ディスク装置の
記憶、読出し用、レーザプリンタの潜像形成用等の光源
として半導体レーザ装置が用いられている。近年、０．
６μｍ帯の可視光半導体レーザ装置は、これら光情報処
理装置の高性能化を実現できる光源として期待されてい
る。 【０００３】これらの用途に用いられる可視光半導体レ
ーザは、低価格で、低閾値電流、高光出力の特性を有す
ることが望まれている。さらに、光出力−駆動電流特性
のキンクレベルが高く、効率が高く、消費電力が低く、
遠視野像が単峰であり、非点収差が小さいこと等も要求
される。 【０００４】 【従来の技術】０．６μｍ帯可視光半導体レーザとして
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いるものが知られている。 【０００５】バンドギャップの広いＡｌＧａＩｎＰ系材
料を用いて０．６μｍ帯の発光を行なうＡｌＩｎＰ等の
活性層を埋め込もうとすると、活性層をＡｌを含むクラ
ッド層で挟んだ後、メサエッチを行ない、側面をＡｌを
含む材料で埋め込むことになる。 【０００６】ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、Ａｌの制御性の
点から有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）または分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）で成長する。ところが、Ａｌ
を含む材料は極めて酸化されやすいため、一旦大気にさ
らすと、Ａｌを含む層の表面は酸化されてしまう。酸化
されたＡｌを含む材料の上にＡｌを含む材料を結晶成長
させることは極めて難しい。このため、Ａｌを含む材料
をＡｌを含む材料で埋め込むことは非現実的である。 【０００７】そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた半
導体レーザは、基板を大気にさらすことなく一連の結晶
成長でレーザ構造を作製することが望まれる。しかし、
半導体レーザにおいては、活性層に光を閉じ込めること
が必要である。 【０００８】下地上に屈折率の低い層、屈折率の高い
層、屈折率の低い層を連続的にエピタキシャル成長すれ
ば、縦方向の光閉じ込めは行なえる。ただし、平坦な下
地上にこのような積層を成長した場合、横方向の光閉じ
込めができない。 【０００９】表面に屈曲（折れ曲り）のある下地結晶を
用いると、その上に成長したエピタキシャル層も屈曲を
持つものになる。活性層が曲がると、活性層の延長上に
クラッド層が現れ、活性層を伝播する光にとっての実効
的屈折率が低下する。したがって、活性層を曲げること
により、横方向の光閉じ込めも可能となる。 【００１０】たとえば、基板表面をメサ状に加工し、そ
の上にエピタキシャル成長を行なうと、活性層はメサ表
面形状にならってメサ頂上部で平坦な部分を有し、メサ
側面でメサに沿って折れ曲がる。このような構成を用い
ると、縦方向および横方向で光閉じ込めを行なうことの
できるレーザ構造が実現できる。 【００１１】しかしながら、半導体レーザにおいては、
光閉じ込めと同様、流れる電流も実効的に発光を行なう
実効活性領域に閉じ込めることが必要である。上述の構
造では、電流閉じ込めを行なうことができない。 【００１２】ところで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の不
純物は、結晶の面方位によって取り込まれ確率が変化す
るものがある。たとえば、ｐ型不純物であるＺｎは、
（１００）面の取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面の取
り込まれ率が高い。 【００１３】逆に、ｎ型不純物であるＳｅは、（１０
０）面の取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面の取り込ま
れ率が低い。したがって、このような取り込まれ率の異
なる不純物を用いることにより、一連の結晶成長で同一
層内にｐ型領域とｎ型領域を面方位に応じて選択的に形
成することができる。 【００１４】図８は、特開昭６２−５２９８５号公報に
提案されたＶ溝レーザの構成を示す。（１００）面を有
するｐ型ＧａＡｓ基板１１の表面に、（１１１）Ａ面を
斜面とするＶ字状の溝が化学エッチングにより形成され
ている。 【００１５】この基板上に、ｐ型ＧａＡｓ層１２Ａ、ｎ
型ＧａＡｓ層１２Ｂを交互に計４層積層し、さらにｐ型
Ｇａ0.55Ａｌ0.45Ａｓクラッド層１３、アンドープＧａ
0.9Ａｌ0.1 Ａｓ活性層１４、ｎ型Ｇａ0.55Ａｌ0.45Ａ
ｓクラッド層１５、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１６を順次
成長している。 【００１６】結晶成長法は有機金属気相成長（ＭＯＶＰ
Ｅ）であり、ｐ型ドーパントとしてジエチル亜鉛（ＤＥ
Ｚｎ）を用い、ｎ型ドーパントとしてセレン化水素（Ｈ
2 Ｓｅ）を用いている。 【００１７】（１１１）Ａ面の溝上に成長したｐ型、ｎ
型交互のＧａＡｓ積層においては、ｐ型ドーパントであ
るＺｎの拡散により、ｎ型ＧａＡｓ層がｐ型に反転す
る。一方、（１００）面の平坦部では、ｎ型ＧａＡｓ層
のｐ型反転は起こらず、複数のｐｎ接合が形成される。
これによって平坦部の上にｐｎ多層膜が電流ブロック領
域として自己整合的に形成される。したがって、一連の
結晶成長工程によって電流閉じ込め構造を形成すること
ができる。この製造方法をＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザに応用することができる。 【００１８】 【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた半導体レーザは、実屈折
率導波型にするには、一連の結晶成長工程でレーザ構造
を作製することが望まれる。このため、通常のメサ型埋
込構造を有するレーザ構造は採用することが難しい。 【００１９】Ｖ溝等を有する基板を用い、一連の結晶成
長工程で自動的に電流ブロック領域を作り付ける技術が
提案されているが、高性能の半導体レーザを作製するこ
とは難しかった。 【００２０】本発明の目的は、一連の結晶成長工程でレ
ーザ構造を作製でき、かつ高性能の半導体レーザを実現
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。 【００２１】 【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族化合物半導体の段差
基板と、（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、（ｋ１
１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を持
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、ｎ型不純物
のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣｄが交互または同時
にドープされ、斜面に沿う領域でｐ型のｐ側第２クラッ
ド層を形成し、平坦面に沿う領域で厚さが約０．１５〜
０．３５μｍの範囲にあるｎ型の電流ブロック領域を形
成する同一のクラッド兼ブロック層とを有する。 【００２２】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族化合物半導体の段差基板と、（１
００）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）が表出した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０．１５〜
０．３５μｍの範囲にある厚さと低い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、ｎ型不純物のＳとｐ型不純物のＺｎ
あるいはＣｄが交互または同時にドープされ、斜面に沿
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型の電流ブロック領域を形成する同一のクラッ
ド兼ブロック層とを有する。 【００２３】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族化合物半導体の段差基板と、さら
に、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、前記
バッファ層上に形成され、（１００）面あるいは（ｎ１
１）Ａ面が表出した平坦面と、前記バッファ層の斜面と
は異なる面方位の面が表出した斜面とを持つｎ型クラッ
ド層と、（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、（ｋ１
１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を持
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、斜面に沿う
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型の電流ブロック領域を形成する同一のクラッド
兼ブロック層と、前記クラッド兼ブロック層の上に形成
されたｐ側第３クラッド層とを有し、斜面上での前記ｎ
型クラッド層の厚さが斜面上での前記ｐ側第１クラッド
層、ｐ側第２クラッド層、ｐ側第３クラッド層の合計厚
さよりも厚い。 【００２４】 【００２５】 【作用】ｎ型不純物のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣ
ｄを交互または同時にドープすると、平坦面上でｎ型、
斜面上でｐ型の層を形成することができる。電流ブロッ
ク領域の厚さが厚すぎると、ｐ側第２クラッド層の抵抗
が増大し、半導体レーザの特性を劣化させてしまう。電
流ブロック領域の厚さが薄すぎると、電流ブロック効果
を失ってしまう。電流ブロック領域の厚さを０．１５〜
０．３５μｍの範囲に選択することにより、電流ブロッ
ク効果を保ちつつ、ｐ側第２クラッド層の抵抗を低減す
ることができる。 【００２６】ｐ側第１クラッド層の厚さが厚すぎると、
電流ブロック層で一旦狭窄された電流が再び拡がってし
まう。ｐ側第１クラッド層の厚さが薄すぎると、電流ブ
ロック領域と活性層の間に挟まれたｐ側第１クラッド層
がその機能を失ってしまう。ｐ側第１クラッド層の厚さ
を０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することによ
り、ｐ側第１クラッド層の機能を保持しつつ、電流の過
度な拡がりを防止することができる。 【００２７】ｎ側クラッド層は下面と上面とで異なる面
方位の斜面を有する。ｎ側クラッド層の厚さが均一でな
いことは、斜面部における光の吸収に分布が生じること
を意味する。ｎ側クラッド層の厚さをｐ側クラッド層の
厚さよりも厚くすると、光吸収の場所的分布がｐ側クラ
ッド層に主に依存するようになる。従って、光吸収の場
所的分布を低減することができる。 【００２８】ｐ側第３クラッド層の平坦部の抵抗が、斜
面部の抵抗に較べて高いと、電流を斜面部のみに集中し
てしまう。ｐ側第３クラッド層の不純物をＺｎよりも面
方位依存性が小さい不純物とすることにより、ｐ側第３
クラッド層の場所的な抵抗変化を低減し、電流を十分拡
げることができる。 【００２９】 【実施例】本発明の理解を容易にするため、従来技術と
本発明者らの先の研究から説明する。 【００３０】図８に示す構成の半導体レーザ装置におい
ては、実効的な活性層となるＶ溝内の領域を均一に発光
させることが困難であった。その原因を究明すると、Ｖ
溝の最底部においては、（１１１）Ａ面のみでなく、他
の様々な面方位が現れる。このため、Ｖ溝内で均一なド
ーピングを実現することが容易でなかった。Ｖ溝内で均
一なドーピングを実現しようとすると、ｐ型ドーパント
の濃度を増大し、ｐ型ドーパントの拡散を促進する必要
がある。 【００３１】ところが、Ｖ溝内で均一なドーピングが実
現されるほどｐ型ドーパントの濃度を増大すると、不純
物の拡散に伴い、空格子が現れる。空格子は、非発光中
心となり、半導体レーザ装置の効率を低下させ、寿命を
短くさせる。 【００３２】このような問題は、Ｖ溝によって実効的活
性層を画定しようとしたことに起因している。図１は、
本発明者らの先の提案および本発明の実施例による斜面
発光型半導体レーザを示す斜視図である。以下、この斜
面発光型半導体レーザの基本構成を説明する。 【００３３】ｎ側ＧａＡｓ基板１は、（１００）面近傍
の主面を有し、その一部に（３１１）Ａまたは（４１
１）Ａ面付近の面方位を有する斜面を有する。このよう
な段差基板１の上に、半導体積層構造がエピタキシャル
に成長される。まず、基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ
層２が成長され、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層３を介して、半
導体レーザ構造が積層されている。半導体レーザ構造
は、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層４、歪み多重量子井戸活
性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層６、斜面上
でｐ型、主面上でｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド兼ブロ
ック層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層８で構成
される。このレーザ構造の上に、さらにｐ型ＧａＩｎＰ
中間層９を介してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が形成
されている。基板１裏面上には、ｎ側電極２１が形成さ
れ、エピタキシャル層表面上にはｐ側電極２２が形成さ
れる。 【００３４】ｐ側電極２２から下方に向かう正孔電流
は、ｐ型領域１０、９、８を通過した後、クラッド兼ブ
ロック層７に達する。このクラッド兼ブロック層７は、
主面上ではｎ型領域７ａであり、正孔電流に対して電位
障壁を形成し、正孔電流を中央のｐ型領域７ｂに狭窄す
る機能を果たす。このようにして、電流は斜面部分を流
れ、活性層５の斜面部分が発光する。このような基本構
成は、たとえば特願平４−４５０２８０号に提案されて
いる。 【００３５】この斜面発光型半導体レーザは、ロスガイ
ド構造ではないため、光の吸収、損失を考慮しなくても
よい。基板上の積層構造は、一連のＭＯＶＰＥで成長で
きるため、高歩留りであり、低価格に作成できる。ま
た、非点収差が低い利点も有する。 【００３６】クラッド兼ブロック層７が、主面上でｎ
型、斜面上でｐ型となるのは、Ｚｎ等のｐ型不純物の取
り込まれ率は（３１１）Ａ＞（１００）の面方位依存性
を有し、Ｓｅ等のｎ型不純物の取り込まれ率は、逆に
（１００）＞（３１１）Ａの面方位依存性があるからで
ある。従って、異なる面方位を持つ半導体層表面に、ｐ
型不純物およびｎ型不純物を同時にドーピングすると、
ｐ型領域とｎ型領域とを同時に成長させることが可能で
ある。 【００３７】たとえば、主面が（１００）面、斜面が
（３１１）Ａである段差基板を形成し、ｐ型不純物とｎ
型不純物を同時ドーピングすれば、主面にはｎ型領域
が、斜面にはｐ型領域がそれぞれ成長する。 【００３８】このような技術を利用することにより、良
好なラテラルｐｎ接合が得られ、成長する結晶の結晶性
も良好である。しかしながら、自動的なラテラルｐｎ接
合の成長には、ｐ型不純物とｎ型不純物の同時ドーピン
グや、ｐ型不純物とｎ型不純物の交互ドーピングを行う
ことが必要である。すなわち、斜面部に形成されるｐ型
領域にはｎ型不純物もドープされている。ｐ型不純物の
不純物濃度に比較し、導電度に寄与する実効的ｐ型不純
物濃度は低くなる。このため、クラッド兼ブロック層の
ｐ型領域の抵抗率は、他のｐ型クラッド層よりも高くな
ってしまう。 【００３９】半導体レーザの直列抵抗を低くするために
は、クラッド兼ブロック層７の厚さをできるだけ薄くす
ることが望ましい。クラッド兼ブロック層７の厚さを薄
くしすぎると、ｎ型領域７ａとその下のｐ側第１クラッ
ド層６との間に形成されるｐｎ接合から成長する空乏層
が、ｎ型ブロック領域７ａの電位障壁を低減し、電流ブ
ロック効果を減少させてしまう。極端な場合には、ｎ型
領域７ａが実質的に消滅し、電流ブロック効果が全くな
くなってしまう。 【００４０】また、電流ブロック領域７ａにより狭窄さ
れた電流は、活性層５に到達するまでにｐ側第１クラッ
ド層６内で横方向にも拡がる。この電流拡がりにより、
活性層５の主面部分に流れる電流は、無効電流となって
しまい、レーザの発光効率を低下させる。この無効電流
を少なくするためには、電流ブロック領域７ａをできる
だけ活性層５に近づけることが望ましい。しかしなが
ら、電流ブロック領域７ａを活性層５に近づけ過ぎる
と、上で説明した空乏層がｐ側第１クラッド層内に成長
し、ｐ側第１クラッド層の効果を消失させてしまう。 【００４１】また、ＧａＡｓバッファ層２は、好ましく
は斜面部で（４１１）Ａ近傍の面を表出させる。バッフ
ァ層２の上には、組成の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層が成長されるため、活性層５はバッファ層２の斜面
部表面よりも少し傾斜した斜面を有する。すなわち、バ
ッファ層２と活性層５とは厳密には平行ではない。 【００４２】そのため、活性層５下側のｎ側クラッド層
４の厚さは均一ではなく、斜面上の位置に依存して異な
る厚さを有することになる。斜面部分における縦方向の
光閉じ込めを考えた時、ｎ側クラッド層４の厚さが変化
することは、斜面上に存在する光の吸収損が場所によっ
て異なることを意味する。光の吸収損が場所によって異
なると、光の分布を崩すことになり、レーザ光の特性を
劣化させてしまう。 【００４３】また、クラッド兼ブロック層７の上に、ｐ
側第３クラッド層８が形成されているが、このクラッド
層内においても主面部と斜面部においてｐ型不純物濃度
に分布が生じる。 【００４４】取り込まれ率の面方位依存性が高いｐ型不
純物を用いると、斜面部ではｐ型不純物濃度が高いが、
主面部においてはｐ型不純物濃度が低下する。このよう
なｐ側第３クラッド層８を用いると、電流は斜面部に集
中してしまう。すなわち、ｐ側第３クラッド層８による
素子抵抗が増大してしまう。 【００４５】本発明者らは、これらの課題をそれぞれ解
決するために、研究を重ねた。まず、最も大きな問題で
あるクラッド兼ブロック層７と、ｐ側第１クラッド層６
の問題を解決するため、図９に示すようなサンプルを作
成した。 【００４６】図９において、（１００）面から約６度オ
フしたｎ型ＧａＡｓ基板１ａの上に、Ｓｉドープ、厚さ
約０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層２ａ、Ｓｉドープ、厚さ
約０．１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ層３ａ、Ｓｉドープ、厚
さ約０．３μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４ａがこの順序
で積層されている。これらの積層構造は、図１の活性層
より下の構成に対応する。 【００４７】これらのｎ型領域の上に、Ｚｎドープのｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ層２０が形成され、その上に下側と対
称的なｎ型積層が形成される。すなわち、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ層２０の上に、Ｓｉドープ、厚さ約０．３μｍの
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４ｂ、その上にＳｉドープ、厚さ
約０．１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ層３ｂ、さらにその上に
Ｓｉドープ、厚さ約０．５μｍｎ型ＧａＡｓ層２ｂが形
成されている。 【００４８】なお、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０は、厚さ
約０．１μｍ、約０．２μｍ、約０．３μｍに変化させ
たサンプルをそれぞれ形成した。ＧａＡｓ基板１ａの裏
面およびｎ型ＧａＡｓ層２ｂの表面上には、それぞれＡ
ｕＧｅ層とＡｕ層の積層で形成されたオーミック電極２
１ａ、２１ｂを作成した。なお、Ｓｉドープの成長層は
全て約５×１０17ｃｍ-3のドドーピング濃度であり、Ｚ
ｎドープのＡｌＧａＩｎＰ層２０は約１×１０17ｃｍ-3
のドーピング濃度である。 【００４９】このような、ｎｐｎ構造を形成し、電極２
１ａ、２１ｂ間に電圧を印加し、流れる電流を測定する
ことにより、ｎｐｎ構造の耐圧を測定した。ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ層２０の両側に形成されるｐｎ接合の内、逆バ
イアス電圧を印加されるｐｎ接合には空乏層が発達す
る。この空乏層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層全体に発達
し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０が形成する電位障壁を実
効的に消失させると、ｎｐｎ構造の耐圧は消失する。こ
の耐圧は、活性層上のｐ側第１クラッド層、ｎ型電流ブ
ロック領域の耐圧に相当する。 【００５０】ｐ型層２０の厚さが０．１μｍ、０．２μ
ｍ、０．３μｍの各サンプルに対し、測定された耐圧
は、約０Ｖ、約１．８Ｖ、約６Ｖであった。この結果か
ら、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さが０．１μｍでは
耐圧が得られず、その機能を発揮することはできない。
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さが、０．２μｍ、０．
３μｍの両サンプルにおいては、実用的な耐圧が得られ
ている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さを増大する
と、耐圧は向上するが、前述の抵抗増大の問題を招く。
従って、所望の電位障壁を形成しつつ、厚さを薄くする
ためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０は０．１５〜０．
３５μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。 【００５１】図９に示すサンプルは、図１の斜面発光型
半導体レーザの電流ブロック領域７ａとその下のｐ側第
１クラッド層６の部分の構成をシミュレートしている。
活性層５は厚さが極めて薄いため、このようなモデルで
は省略することができる。従って、ｐ側第１クラッド層
６の厚さは約０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択する
ことが好ましい。同様、電流ブロック領域７ａの厚さは
０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することが好まし
い。 【００５２】ｎ側クラッド層４の斜面部の厚さ分布によ
る光の吸収損の場所依存性を低減するためには、ｎ側ク
ラッド層４の厚さをｐ側クラッド層の厚さよりも厚くす
ればよい。すなわち、ｐ側第１クラッド層６、ｐ側第２
クラッド層７ｂ、ｐ側第３クラッド層８の合計厚さに対
し、ｎ側クラッド層４斜面部の厚さをより大きくすれ
ば、活性層上側の均一な厚さを有するｐ側クラッド層側
の損失が下側のｎ側クラッド層側の損失よりも大きくな
り、光損失はほとんど上側クラッド層で決まるため、光
吸収損が場所によらずほぼ均一になる。この場合、クラ
ッド層が十分厚ければ、光損失は光モードの安定性のみ
を制御する量となり、かつ上側クラッドの均一な損失に
よって光モードが制御されれば、光は均一でかつ安定し
て発生する。 【００５３】電流ブロック領域７ａよりも上の領域で
は、ｐ側電極２２とｐ側第２クラッド領域７ｂをできる
だけ低抵抗で接続することが望ましい。ｐ型領域８、
９、１０において、電流が斜面部分のみに集中すれば、
素子抵抗は増大してしまう。 【００５４】ｐ側第３クラッド層８で電流を広く拡げる
ためには、ｐ側第３クラッド層のドーパントとして、取
り込まれ率の面方位依存性が小さい不純物を用いること
が好ましい。通常用いられるＺｎと比較し、より小さな
面方位依存性を有するｐ型不純物を用いれば、素子抵抗
を低減することができる。 【００５５】たとえば、Ｍｇを利用すれば、斜面だけで
なく、主面にも十分電流が流れる。ｐ型第３クラッド層
よりも上の領域では電流が広く拡がって流れ、素子抵抗
を低減することができる。 【００５６】以下、これらの改良を行った斜面発光型半
導体レーザを図１を参照して説明する。ＧａＡｓ基板１
は、（１００）面から（１１１）Ａ面へ６°オフした主
面を有し、４×１０18ｃｍ-3のＳｉをドープしたｎ型基
板である。ＧａＡｓ基板１の主面には段差が形成され、
段差間の領域は主として（４１１）Ａ面の斜面である。
この斜面は、〔０１−１〕方向に延在する。段差の高さ
は約０．５μｍである。 【００５７】ｎ型ＧａＡｓ基板１の上には、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２が厚さ約１．５μｍ形成されている。こ
のＧａＡｓバッファ層２には、ｎ型ドーパントとしてＳ
ｉが約５×１０17ｃｍ-3ドープされている。 【００５８】ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の上には、Ｇａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層３が厚さ約０．１μｍ形成されて
いる。Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層３は、ｎ型ドーパント
としてＳｉを約１×１０18ｃｍ-3ドープされている。 【００５９】この中間層３は、下側に配置されるＧａＡ
ｓと、その上に形成される（Ａｌ0. 7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐとの中間のバンドギャップを有し、ヘテロ障壁
による電位障壁を緩和する役割を果たす。 【００６０】中間層３の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｎ型クラッド層４が厚さ約３．０μｍ
形成されている。このｎ型クラッド層４にも、ｎ型ドー
パントとしてＳｉが約５×１０17ｃｍ-3ドープされてい
る。 【００６１】ｎ型クラッド層４は、厚さが約２μｍより
厚く、さらに以下に述べる３層のｐ型クラッド層６、
７、８の合計厚さ２．４５μｍよりも約０．５μｍ厚
い。このため、光吸収損の場所的分布はほとんど発生せ
ず、かつ光モードが安定化する。 【００６２】ｎ型クラッド層４の上には、歪ＭＱＷ活性
層５が形成されている。この活性層５は、図２（Ａ）に
示すように、光に対するガイドと電荷キャリアに対する
バリアを構成する（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
層５ａと、発光機能を果す量子井戸層を形成するＧａ
0.44Ｉｎ0.56Ａｓ0.08Ｐ0.92層５ｂの交互積層で形成さ
れている。ガイド層５ａは、厚さ約５ｎｍで４層、量子
井戸層５ｂは厚さ約６ｎｍで３層形成される。活性層５
はノンドープである。 【００６３】活性層５の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ側第１クラッド層６が厚さ約０．２
５μｍ形成されている。このｐ側第１クラッド層６に
は、ｐ型ドーパントとしてＺｎが添加されている。 【００６４】従来、この層は約０．４μｍ程度の厚さで
あった。上述のように、ｐ側第１クラッド層６の厚さを
０．１５〜０．３５μｍの範囲の厚さを選択することに
より、ｐ型領域の機能を保持しつつ、活性層５と上側に
形成される電流ブロック領域７ａとの間の距離を十分小
さなものとしている。 【００６５】ｐ型ドーパントＺｎは、図５に示すよう
に、結晶面方位に依存して取り込まれ率が大きく変化す
る。斜面部分は（４１１）Ａ面であり、主面が（１０
０）面から（１１１）Ａ面方向に僅かに傾斜した面であ
るため、ｐ型第１クラッド層６内のキャリア濃度は斜面
と主面によって大きく異なる。 【００６６】斜面においてｐ型キャリア濃度が約６×１
０17ｃｍ-3になるようにＺｎをドープしてある。このと
き、主面でのｐ型キャリア濃度は約１×１０17ｃｍ-3で
ある。 【００６７】ｐ型第１クラッド層６の上には、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのクラッド兼ブロック層
７が形成されている。本発明者らの先の提案では、この
クラッド兼ブロック層にＺｎとＳｅを同時にドープし
た。 【００６８】図５、図６は、ＺｎとＳｅの結晶中への取
り込まれ率の面方位依存性を示す。Ｚｎの取り込まれ率
は（１００）面で低く、（１１１）Ａ面等で高い。逆
に、Ｓｅの取り込まれ率は（１００）面で高く、（１１
１）Ａ面等で低い。したがって、同時ドープ等によって
図７に示すように、平坦面でｎ型領域、斜面でｐ型領域
を形成できる。 【００６９】本実施例では、クラッド兼ブロック層７
は、図２（Ｂ）で示すように、４層以上の積層構造で構
成される。さらに、詳細に説明すると、図２（Ｃ）に示
すように、ｐ型ドーパントとしてＺｎを添加されたｐ型
薄層ｐ１、ｐ２、…と、ｎ型ドーパントとしてＳを添加
されたｎ型薄層ｎ１、ｎ２、…が交互に積層される。 【００７０】Ｚｎは、図５に示すように、斜面部分で高
く、主面部で低い取り込まれ率を有するため、ｐ型薄層
は斜面部分でｐ型ドーパント濃度が高く、主面部分でｐ
型ドーパント濃度が低い。 【００７１】ｎ型ドーパントＳは、逆に主面部分で取り
込まれ率が高く、斜面部分で取り込まれ率が低い。Ｓの
取り込まれ率の面方位依存性の変化量は、図６に示すＳ
ｅの取り込まれ率の面方位依存性の変化量よりも大き
い。 【００７２】本実施例においては、斜面部分でｐ型キャ
リア濃度約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度約１×
１０17ｃｍ-3となり、主面部分（平坦部分）でｐ型キャ
リア濃度約２×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度約８×
１０17ｃｍ-3になるようにＺｎとＳを交互に添加する。
なお、各層の厚さは約５ｎｍであり、２０周期の積層と
する。すなわち、クラッド兼ブロック層７の全体の厚さ
は約０．２μｍである。 【００７３】このクラッド層兼ブロック層７の厚さを約
０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することにより、
電流ブロック領域の機能を保持しつつ、素子抵抗を十分
低減することができる。 【００７４】このような構成（平坦部）をＳＩＭＳ等で
調べると、不純物濃度が周期的に分布していることが判
る。ただし、電気的には平坦部のｐ型薄層は空乏化さ
れ、平坦部は全体的にｎ型層として機能する。 【００７５】斜面部分においては、ｐ型不純物濃度が高
いので、ｐ型不純物は拡散し、斜面部分７ｂを全体とし
てｐ型層とするものと考えられる。すなわち、１．２×
１０ 18ｃｍ-3のｐ型不純物ドーピングが拡散によって６
×１０17ｃｍ-3のドーピングに変化している。ただし、
ｎ型不純物の周期的分布は残存しているものと考えられ
る。 【００７６】ｐ型不純物とｎ型不純物が別の位置にドー
プされるため、ｐ型とｎ型の不純物対形成（ペアリン
グ）の確率が著しく低減する。ｎ型ドーパントとしてＳ
の代わりにＳｅを用いると、Ｓｅ濃度は斜面部分で約２
×１０17ｃｍ-3、主面部分で８×１０17ｃｍ-3となる。
Ｓをｎ型ドーパントとして用いた場合と比較すると、斜
面のｐ型不純物とｎ型不純物の補償比が２倍程度悪化す
る。 【００７７】図１に戻って説明すると、クラッド兼ブロ
ック層７は、主面部分でｎ型の電流ブロック領域７ａを
形成し、斜面部分でｐ型の第２クラッド層７ｂを形成す
る。クラッド兼ブロック層７の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ型第３クラッド層８が厚さ約
２．２０μｍ形成されている。このｐ型第３クラッド層
８は、ｐ型ドーパントとしてＭｇをドープされ、斜面部
分で約９×１０17ｃｍ-3、主面部分で約４×１０17ｃｍ
-3のキャリア濃度を有する。ＭｇはＺｎよりも取り込ま
れ率の面方位依存性が小さい。もしＺｎをｐ型ドーパン
トとして用いると、主面でのキャリア濃度は約１．５×
１０17ｃｍ-3となり、主面部を流れる電流は減少する。 【００７８】ｐ型第３クラッド層８の上には、Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐのｐ型中間層９が厚さ約０．１μｍ形成され
ている。ｐ型中間層９は、ｐ型ドーパントとしてＺｎを
添加され、斜面部分でｐ型キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3を有する。 【００７９】ｐ型中間層９の上には、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０が厚さ約１μｍ形成されている。ｐ型コン
タクト層１０は、ｐ型ドーパントとしてＺｎを添加さ
れ、斜面部分でｐ型キャリア濃度約２×１０18ｃｍ-3を
有する。 【００８０】なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１下面上には、Ａ
ｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層からなるｎ側電極２１が形
成され、ｐ型コンタクト層１０の上面上には、Ａｕ−Ｚ
ｎ層、Ａｕ層の積層からなるｐ側電極２２が形成されて
いる。 【００８１】このような構成によれば、ＧａＡｓ基板１
の上にＧａＡｓバッファ層２が厚さ約１．５μｍ形成さ
れているため、斜面部分には安定に（４１１）Ａ面が得
られる。斜面部分の面方位を安定化させる機能を果たす
バッファ層２は、厚さ約１．０μｍ以上あることが好ま
しい。 【００８２】また、クラッド兼ブロック層７がｐ型不純
物をドープした薄層と、ｎ型不純物をドープした薄層の
積層で形成されているため、この層内においてｐ型不純
物とｎ型不純物が結合する確率が低下し、不純物同士の
不純物対形成（ペアリング）の確率が著しく減少する。
したがって、欠陥の少ない良好な結晶性を有するクラッ
ド兼ブロック層が得られる。 【００８３】図３は、本発明の他の実施例による半導体
レーザ装置を示す。本実施例の構成は、図１、図２に示
す実施例と、クラッド兼ブロック層７の構成が異なる
が、他の点は同様である。 【００８４】図３（Ａ）に示すように、クラッド兼ブロ
ック層７は、主面部分でｎ型の電流ブロック領域７ａを
形成し、斜面部分でｐ型の第２クラッド層７ｂを形成す
る。このクラッド兼ブロック層７には、ｐ型不純物とし
てＺｎまたはＣｄ、ｎ型不純物としてＳを同時にドープ
されている。 【００８５】Ｚｎは、図５のＺｎの曲線に示すように、
（１００）面から（４１１）Ａ面方向に向かって取り込
まれ率が増大する。ＣｄはＺｎよりもさらに面方位依存
性が強い。Ｓは、図６に示すＳｅよりもさらに強い面方
位依存性を有し、（１００）面から（４１１）Ａ面方向
に向かって取り込まれ率が急激に減少する。 【００８６】従って、ｎ型不純物としてＳ、ｐ型不純物
としてＣｄまたはＺｎを同時にドープすると、図３
（Ｂ）に示すように、主面部分ではｎ型不純物の濃度が
高く、斜面部分ではｐ型不純物の濃度が高くなるように
することができる。 【００８７】図７は、参考のために、ｎ型不純物として
Ｓｅ、ｐ型不純物としてＺｎを用いたときの同時ドーピ
ングの効果を説明するためのグラフである。ＳｅとＺｎ
をそれぞれ単独にドープすると、●と○で示すような面
方位依存性を示す。 【００８８】これらを同時にドープすると、（１００）
面ではｎ型不純物がｐ型不純物を補償して全体としてｎ
型となり、（ｎ１１）Ａ面では、ｐ型不純物がｎ型不純
物を補償して全体としてｐ型となる。 【００８９】図３の実施例においては、ｎ型不純物とし
てさらに面方位依存性の高いＳを用いるため、斜面部分
におけるＳの濃度をさらに低くすることができる。より
具体的には、図３（Ｂ）の斜面部分のｐ型第２クラッド
層７ｂは、ｐ型不純物濃度約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型不
純物濃度約５×１０16ｃｍ-3を有し、平坦面部分の電流
ブロック層７ａは、ｐ型不純物濃度約１×１０17ｃ
ｍ-3、ｎ型不純物濃度約４×１０17ｃｍ-3を有する。本
実施例においては、同時ドーピングを用い、クラッド兼
ブロック層７は、厚さ約０．１５〜０．３５μｍの範
囲、たとえば厚さ約０．２μｍの単一の層で形成され
る。 【００９０】Ｓの代わりにＳｅをｎ型不純物として用い
ると、斜面部分でキャリア濃度が約１×１０17ｃｍ-3、
平坦面部分で約４×１０17ｃｍ-3となる。斜面部分にお
けるｐ型キャリアとｎ型キャリアの補償比が２倍程度悪
化する。 【００９１】以上説明した半導体レーザ装置の製造方法
を、以下に説明する。図４（Ａ）に示すように、（１０
０）面から（１１１）Ａ面に約６°オフしたＳｉドープ
のｎ型ＧａＡｓ基板１を準備する。図には、面法線の方
向を概略的に示す。〔１００〕方向から〔１１１〕Ａ方
向に約６°オフした方向が、ＧａＡｓ基板１の面法線で
ある。 【００９２】図４（Ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の面上に、幅約１５０μｍのストライプ状ホトレジ
ストマスクＳＭを１５０μｍ間隔で形成する。ホトレジ
ストマスクＳＭは、〔０１−１〕方向に延在するように
形成する。このホトレジストマスクＳＭの周期３００μ
ｍは、半導体レーザチップの横幅に対応する。 【００９３】図４（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、ＨＦ系溶液によって
ＧａＡｓ基板１表面を深さ約０．５μｍエッチングす
る。ホトレジストマスクＳＭから露出している面の中央
部は、均一にエッチングされるが、ホトレジストマスク
ＳＭとの境界部分においては斜面が現れる。すなわち、
開口部分において中央部には広い平坦面Ｆ３が現れ、両
側には斜面Ｆ２とＦ４が現れる。 【００９４】斜面Ｆ２は、平坦面Ｆ３に対し、約１４°
傾斜する。ＧａＡｓ基板１の主面が（１００）面から６
°オフしているため、斜面Ｆ２は（１００）面から約２
０°傾く。この斜面Ｆ２の面方位は約（４１１）Ａ面で
ある。ただし、エッチング直後の状態においては、斜面
部分は他の面方位の表面も有する。 【００９５】エッチング後、ホトレジストマスクＳＭを
除去し、段差を有する面上にエピタキシャル成長を行な
う。エピタキシャル成長は全てＭＯＶＰＥで行なう。成
長圧力は５０ｔｏｒｒ、成長効率８００μｍ／ｍｏｌ、
総流量８ｓｌｍとし、キャリアガスとして水素を用い
る。 【００９６】まず、図４（Ｄ）に示すように、基板温度
６７０℃で、ソースガスとしてトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ比１
００、成長速度１μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をｎ型ドーパ
ントとし、ＧａＡｓ基板１上にｎ型キャリア濃度約５×
１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓバッファ層２を厚さ約１．
５μｍ成長する。 【００９７】厚さ約１μｍ以上のＧａＡｓバッファ層２
を成長すると、バッファ層２表面には下地結晶の面方
位、段差に依存する平坦面Ｆ１ａ、Ｆ３ａおよび斜面Ｆ
２ａが現れる。さらに、バッファ層を形成することによ
り、斜面Ｆ２ａは安定な（４１１）Ａ面となる。 【００９８】バッファ層２の成長に続いて、図１に示す
各層の成長を行なう。中間層３は、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）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ
比５００、成長速度１μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をドーパ
ントとしてｎ型キャリア濃度約１×１０18ｃｍ-3になる
ように厚さ０．１μｍ成長する。 【００９９】ｎ型クラッド層４は、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（ＴＭ
Ａ）、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比３
３０、成長速度２μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をドーパント
としてｎ型キャリア濃度５×１０ 17ｃｍ-3になるように
厚さ約３．０μｍ成長する。 【０１００】歪ＭＱＷ活性層５は、成長温度７１０℃で
ソースガスを交換しながら、Ｖ／ＩＩＩ比４００、成長
速度１μｍ／時で（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
層を厚さ５ｎｍ、Ｇａ0.44Ｉｎ0.56Ａｓ0.08Ｐ0.92の井
戸層をＶ／ＩＩＩ比５００、成長速度１μｍ／時で厚さ
６ｎｍずつ交互に成長し、４層のガイド（バリア）層と
３層の井戸層を形成する。なお、この井戸層は、約１％
の歪を有する。 【０１０１】ｐ型第１クラッド層６は、成長温度７１０
℃でＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ 3 を用い、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比３３０、成長速度２μｍ／時で、ジメチル亜鉛（Ｄ
ＭＺｎ）をドーパントとして斜面部分でｐ型キャリア濃
度約６×１０17ｃｍ-3になるように厚さ０．２５μｍ成
長する。このとき、基板面でのキャリア濃度は１×１０
17ｃｍ-3となる。 【０１０２】（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ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、ｐ型ドーパ
ントＤＭＺｎとｎ型ドーパントＨ2 Ｓを交互にドーピン
グすることによって厚さ５ｎｍのＺｎドープ層と厚さ５
ｎｍのＳドープ層を２０周期成長し、全体で０．２０μ
ｍになるようにする。 【０１０３】斜面部分ではｐ型キャリア濃度が約６×１
０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度が約１×１０17ｃｍ-3と
なるようにドープ量を制御する。このとき、平坦な主面
ではｐ型キャリア濃度約２×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリ
ア濃度約８×１０17ｃｍ-3となる。 【０１０４】ただし、斜面部分においてはｐ型不純物は
拡散し、均一のキャリア濃度となると考えられるので、
斜面におけるｐ型キャリア濃度は実際のドープ量約１．
２×１０18ｃｍ-3の半分となっている。 【０１０５】（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ
型第３クラッド層８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、Ｃｐ2 Ｍｇを
ｐ型ドーパントとし、斜面部分でｐ型キャリア濃度約９
×１０17ｃｍ-3になるように厚さ２．２０μｍ成長す
る。このとき、平坦面におけるｐ型キャリア濃度は約４
×１０17ｃｍ-3となる。 【０１０６】ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、斜面部
分を同じ濃度にドーピングすると、主面部分のｐ型キャ
リア濃度は約１．５×１０17ｃｍ-3となる。Ｇａ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐのｐ型中間層９は、成長温度を７１０℃から６
７０℃まで緩やかに変化させて、ソースガスとしてＴＥ
Ｇ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比５００、成長
速度１μｍ／時で、ＤＭＺｎをｐ型ドーパントとし、斜
面部分でｐ型キャリア濃度約１×１０18ｃｍ-3になるよ
うに厚さ約０．１μｍ成長する。 【０１０７】ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０は、成長温
度６７０℃で、ソースガスとしてＴＭＧ、ＡｓＨ3 を用
い、Ｖ／ＩＩＩ比１００、成長速度１μｍ／時で、ＤＭ
Ｚｎをｐ型ドーパントとし、斜面部分でｐ型キャリア濃
度約２×１０18ｃｍ-3になるように厚さ約１μｍ成長す
る。 【０１０８】このような一連のエピタキシャル成長を行
なうことにより、ＧａＡｓ基板１の上にレーザ構造を構
成するエピタキシャル積層が連続的に成長される。この
後、１００μｍ幅でレーザ構造を残すように上面から溝
を堀り、各レーザ素子を分離する。次に、ＧａＡｓ基板
１裏面にＡｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層からなるｎ側電
極を蒸着により堆積させ、ｐ型コンタクト層１０上面に
ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の積層からなるｐ側電極２２を蒸着
によって堆積する。 【０１０９】電極形成後、幅３００μｍ、長さ７００μ
ｍのチップにへき開し、ｐ側領域を上側にしてヒートシ
ンク上にボンディングする。なお、ｎ型クラッド層にＳ
ｉをドーピングしているのは、斜面のｎ型濃度を主面と
較べて低くしたくないためである。 【０１１０】図３に示す半導体レーザの場合は、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのクラッド兼ブロック層
７を成長温度７１０℃で、ソースガスとしてＴＭＡ、Ｔ
ＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比３３０、成
長速度２μｍ／時で、ＤＭＺｎとＨ2 Ｓをドーパントと
して同時にドーピングして、斜面部分でｐ型不純物濃度
約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型不純物濃度約５×１０16ｃｍ
-3となるように厚さ０．２μｍ成長する。このとき、平
坦面部分ではｐ型不純物濃度が約１×１０17ｃｍ-3、ｎ
型不純物濃度が約４×１０17ｃｍ-3となる。 【０１１１】このようにして形成した半導体レーザは、
発光を行なう実効的活性層が折れ曲がりのない構造であ
り、クラッド兼ブロック層も活性層の形状にならって活
性層に対応する部分では折れ曲がりのない構造となる。
さらに、前述のようにｐ側第１クラッド層、ｐ側第２ク
ラッド層（電流ブロック領域）の厚さ、ｐ側第３クラッ
ド層の不純物、上下クラッド層の厚さ等を選択すること
により、改善された性能を示す。 【０１１２】なお、本構成によれば、さらに以下のよう
な特徴が得られる。面方位に依存する取り込まれ率を有
する不純物を用い、クラッド兼ブロック層をドープする
と、クラッド層となる領域およびブロック層となる領域
でそれぞれ均一なドーピングを行なうことができる。均
一なドーピングが可能なため、不純物濃度をあえて増大
する必要が減少する。 【０１１３】クラッド兼ブロック層において、ｐ型不純
物を交互にドーピングすると、ｐ型不純物とｎ型不純物
との結合が減少し、ペアリングの確率を有効に減少させ
ることができる。 【０１１４】また、面方位に依存して結晶中への取り込
まれ率が大きく変化するｐ型不純物とｎ型不純物を用い
れば、ｐ型不純物、ｎ型不純物の同時ドーピングを行な
ってもｐ型不純物とｎ型不純物との結合が減少し、ペア
リングを有効に減少させることができる。 【０１１５】ｎ型不純物としてＳを用いると、面方位依
存性が極めて高く、不純物同士のペアリングを減少させ
るのに有効である。ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｃｄを用
いることができるが、Ｃｄを用いた方が面方位依存性が
さらに高くなり、ペアリングを減少させるのに有効であ
る。 【０１１６】交互ドーピングの場合にも、ＳやＣｄ等の
面方位依存性の大きなドーピング原料を用いれば、キャ
リアや不純物が拡散した場合の補償比を小さくでき、比
較的低濃度のドーピングでも抵抗率の小さなラテラルｐ
ｎ接合が形成できる。 【０１１７】交互ドーピングを行なう場合、各ドーピン
グ層の厚さを約１０ｎｍ以下とすれば、キャリアの波動
関数の拡がりによって、積層において一様なキャリア濃
度を実現することができる。 【０１１８】すなわち、キャリアが積層全体に均一に拡
散すると考えることができる。このため、厚さが厚い場
合と比べ、比較的低濃度のドーピングで抵抗率の小さな
ラテラルｐｎ接合が形成できる。 【０１１９】なお、ＧａＡｓ基板の上にＡｌＧａＩｎＰ
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル層を形成す
る場合を説明したが、用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
はこれらに制限されるものではない。たとえば、基板と
してはＧａＡｓに代えてＩｎＰ等、他の化合物を用いて
もよい。また、基板上に形成するクラッド層等の材料と
して、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＡ
ｓを用いることもできる。さらに、混晶組成の基板や４
元以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。 【０１２０】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。 【０１２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流狭窄効果があり、かつ直列抵抗が低い斜面発光型半
導体レーザを提供できる。 【０１２２】また、発光特性の優れた斜面発光型半導体
レーザを提供できる。
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】たとえば、ポイントオブセールス（ＰＯ
Ｓ）システムのバーコード読出し用、光ディスク装置の
記憶、読出し用、レーザプリンタの潜像形成用等の光源
として半導体レーザ装置が用いられている。近年、０．
６μｍ帯の可視光半導体レーザ装置は、これら光情報処
理装置の高性能化を実現できる光源として期待されてい
る。 【０００３】これらの用途に用いられる可視光半導体レ
ーザは、低価格で、低閾値電流、高光出力の特性を有す
ることが望まれている。さらに、光出力−駆動電流特性
のキンクレベルが高く、効率が高く、消費電力が低く、
遠視野像が単峰であり、非点収差が小さいこと等も要求
される。 【０００４】 【従来の技術】０．６μｍ帯可視光半導体レーザとして
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いるものが知られている。 【０００５】バンドギャップの広いＡｌＧａＩｎＰ系材
料を用いて０．６μｍ帯の発光を行なうＡｌＩｎＰ等の
活性層を埋め込もうとすると、活性層をＡｌを含むクラ
ッド層で挟んだ後、メサエッチを行ない、側面をＡｌを
含む材料で埋め込むことになる。 【０００６】ＡｌＧａＩｎＰ系材料は、Ａｌの制御性の
点から有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）または分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）で成長する。ところが、Ａｌ
を含む材料は極めて酸化されやすいため、一旦大気にさ
らすと、Ａｌを含む層の表面は酸化されてしまう。酸化
されたＡｌを含む材料の上にＡｌを含む材料を結晶成長
させることは極めて難しい。このため、Ａｌを含む材料
をＡｌを含む材料で埋め込むことは非現実的である。 【０００７】そこで、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた半
導体レーザは、基板を大気にさらすことなく一連の結晶
成長でレーザ構造を作製することが望まれる。しかし、
半導体レーザにおいては、活性層に光を閉じ込めること
が必要である。 【０００８】下地上に屈折率の低い層、屈折率の高い
層、屈折率の低い層を連続的にエピタキシャル成長すれ
ば、縦方向の光閉じ込めは行なえる。ただし、平坦な下
地上にこのような積層を成長した場合、横方向の光閉じ
込めができない。 【０００９】表面に屈曲（折れ曲り）のある下地結晶を
用いると、その上に成長したエピタキシャル層も屈曲を
持つものになる。活性層が曲がると、活性層の延長上に
クラッド層が現れ、活性層を伝播する光にとっての実効
的屈折率が低下する。したがって、活性層を曲げること
により、横方向の光閉じ込めも可能となる。 【００１０】たとえば、基板表面をメサ状に加工し、そ
の上にエピタキシャル成長を行なうと、活性層はメサ表
面形状にならってメサ頂上部で平坦な部分を有し、メサ
側面でメサに沿って折れ曲がる。このような構成を用い
ると、縦方向および横方向で光閉じ込めを行なうことの
できるレーザ構造が実現できる。 【００１１】しかしながら、半導体レーザにおいては、
光閉じ込めと同様、流れる電流も実効的に発光を行なう
実効活性領域に閉じ込めることが必要である。上述の構
造では、電流閉じ込めを行なうことができない。 【００１２】ところで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の不
純物は、結晶の面方位によって取り込まれ確率が変化す
るものがある。たとえば、ｐ型不純物であるＺｎは、
（１００）面の取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面の取
り込まれ率が高い。 【００１３】逆に、ｎ型不純物であるＳｅは、（１０
０）面の取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面の取り込ま
れ率が低い。したがって、このような取り込まれ率の異
なる不純物を用いることにより、一連の結晶成長で同一
層内にｐ型領域とｎ型領域を面方位に応じて選択的に形
成することができる。 【００１４】図８は、特開昭６２−５２９８５号公報に
提案されたＶ溝レーザの構成を示す。（１００）面を有
するｐ型ＧａＡｓ基板１１の表面に、（１１１）Ａ面を
斜面とするＶ字状の溝が化学エッチングにより形成され
ている。 【００１５】この基板上に、ｐ型ＧａＡｓ層１２Ａ、ｎ
型ＧａＡｓ層１２Ｂを交互に計４層積層し、さらにｐ型
Ｇａ0.55Ａｌ0.45Ａｓクラッド層１３、アンドープＧａ
0.9Ａｌ0.1 Ａｓ活性層１４、ｎ型Ｇａ0.55Ａｌ0.45Ａ
ｓクラッド層１５、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１６を順次
成長している。 【００１６】結晶成長法は有機金属気相成長（ＭＯＶＰ
Ｅ）であり、ｐ型ドーパントとしてジエチル亜鉛（ＤＥ
Ｚｎ）を用い、ｎ型ドーパントとしてセレン化水素（Ｈ
2 Ｓｅ）を用いている。 【００１７】（１１１）Ａ面の溝上に成長したｐ型、ｎ
型交互のＧａＡｓ積層においては、ｐ型ドーパントであ
るＺｎの拡散により、ｎ型ＧａＡｓ層がｐ型に反転す
る。一方、（１００）面の平坦部では、ｎ型ＧａＡｓ層
のｐ型反転は起こらず、複数のｐｎ接合が形成される。
これによって平坦部の上にｐｎ多層膜が電流ブロック領
域として自己整合的に形成される。したがって、一連の
結晶成長工程によって電流閉じ込め構造を形成すること
ができる。この製造方法をＡｌＧａＩｎＰ系半導体レー
ザに応用することができる。 【００１８】 【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた半導体レーザは、実屈折
率導波型にするには、一連の結晶成長工程でレーザ構造
を作製することが望まれる。このため、通常のメサ型埋
込構造を有するレーザ構造は採用することが難しい。 【００１９】Ｖ溝等を有する基板を用い、一連の結晶成
長工程で自動的に電流ブロック領域を作り付ける技術が
提案されているが、高性能の半導体レーザを作製するこ
とは難しかった。 【００２０】本発明の目的は、一連の結晶成長工程でレ
ーザ構造を作製でき、かつ高性能の半導体レーザを実現
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。 【００２１】 【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族化合物半導体の段差
基板と、（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、（ｋ１
１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を持
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、ｎ型不純物
のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣｄが交互または同時
にドープされ、斜面に沿う領域でｐ型のｐ側第２クラッ
ド層を形成し、平坦面に沿う領域で厚さが約０．１５〜
０．３５μｍの範囲にあるｎ型の電流ブロック領域を形
成する同一のクラッド兼ブロック層とを有する。 【００２２】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族化合物半導体の段差基板と、（１
００）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）が表出した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０．１５〜
０．３５μｍの範囲にある厚さと低い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、ｎ型不純物のＳとｐ型不純物のＺｎ
あるいはＣｄが交互または同時にドープされ、斜面に沿
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型の電流ブロック領域を形成する同一のクラッ
ド兼ブロック層とを有する。 【００２３】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族化合物半導体の段差基板と、さら
に、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、前記
バッファ層上に形成され、（１００）面あるいは（ｎ１
１）Ａ面が表出した平坦面と、前記バッファ層の斜面と
は異なる面方位の面が表出した斜面とを持つｎ型クラッ
ド層と、（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、（ｋ１
１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を持
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、斜面に沿う
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型の電流ブロック領域を形成する同一のクラッド
兼ブロック層と、前記クラッド兼ブロック層の上に形成
されたｐ側第３クラッド層とを有し、斜面上での前記ｎ
型クラッド層の厚さが斜面上での前記ｐ側第１クラッド
層、ｐ側第２クラッド層、ｐ側第３クラッド層の合計厚
さよりも厚い。 【００２４】 【００２５】 【作用】ｎ型不純物のＳとｐ型不純物のＺｎあるいはＣ
ｄを交互または同時にドープすると、平坦面上でｎ型、
斜面上でｐ型の層を形成することができる。電流ブロッ
ク領域の厚さが厚すぎると、ｐ側第２クラッド層の抵抗
が増大し、半導体レーザの特性を劣化させてしまう。電
流ブロック領域の厚さが薄すぎると、電流ブロック効果
を失ってしまう。電流ブロック領域の厚さを０．１５〜
０．３５μｍの範囲に選択することにより、電流ブロッ
ク効果を保ちつつ、ｐ側第２クラッド層の抵抗を低減す
ることができる。 【００２６】ｐ側第１クラッド層の厚さが厚すぎると、
電流ブロック層で一旦狭窄された電流が再び拡がってし
まう。ｐ側第１クラッド層の厚さが薄すぎると、電流ブ
ロック領域と活性層の間に挟まれたｐ側第１クラッド層
がその機能を失ってしまう。ｐ側第１クラッド層の厚さ
を０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することによ
り、ｐ側第１クラッド層の機能を保持しつつ、電流の過
度な拡がりを防止することができる。 【００２７】ｎ側クラッド層は下面と上面とで異なる面
方位の斜面を有する。ｎ側クラッド層の厚さが均一でな
いことは、斜面部における光の吸収に分布が生じること
を意味する。ｎ側クラッド層の厚さをｐ側クラッド層の
厚さよりも厚くすると、光吸収の場所的分布がｐ側クラ
ッド層に主に依存するようになる。従って、光吸収の場
所的分布を低減することができる。 【００２８】ｐ側第３クラッド層の平坦部の抵抗が、斜
面部の抵抗に較べて高いと、電流を斜面部のみに集中し
てしまう。ｐ側第３クラッド層の不純物をＺｎよりも面
方位依存性が小さい不純物とすることにより、ｐ側第３
クラッド層の場所的な抵抗変化を低減し、電流を十分拡
げることができる。 【００２９】 【実施例】本発明の理解を容易にするため、従来技術と
本発明者らの先の研究から説明する。 【００３０】図８に示す構成の半導体レーザ装置におい
ては、実効的な活性層となるＶ溝内の領域を均一に発光
させることが困難であった。その原因を究明すると、Ｖ
溝の最底部においては、（１１１）Ａ面のみでなく、他
の様々な面方位が現れる。このため、Ｖ溝内で均一なド
ーピングを実現することが容易でなかった。Ｖ溝内で均
一なドーピングを実現しようとすると、ｐ型ドーパント
の濃度を増大し、ｐ型ドーパントの拡散を促進する必要
がある。 【００３１】ところが、Ｖ溝内で均一なドーピングが実
現されるほどｐ型ドーパントの濃度を増大すると、不純
物の拡散に伴い、空格子が現れる。空格子は、非発光中
心となり、半導体レーザ装置の効率を低下させ、寿命を
短くさせる。 【００３２】このような問題は、Ｖ溝によって実効的活
性層を画定しようとしたことに起因している。図１は、
本発明者らの先の提案および本発明の実施例による斜面
発光型半導体レーザを示す斜視図である。以下、この斜
面発光型半導体レーザの基本構成を説明する。 【００３３】ｎ側ＧａＡｓ基板１は、（１００）面近傍
の主面を有し、その一部に（３１１）Ａまたは（４１
１）Ａ面付近の面方位を有する斜面を有する。このよう
な段差基板１の上に、半導体積層構造がエピタキシャル
に成長される。まず、基板１上にｎ型ＧａＡｓバッファ
層２が成長され、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層３を介して、半
導体レーザ構造が積層されている。半導体レーザ構造
は、ｎ型ＧａＩｎＰクラッド層４、歪み多重量子井戸活
性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層６、斜面上
でｐ型、主面上でｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド兼ブロ
ック層７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第３クラッド層８で構成
される。このレーザ構造の上に、さらにｐ型ＧａＩｎＰ
中間層９を介してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０が形成
されている。基板１裏面上には、ｎ側電極２１が形成さ
れ、エピタキシャル層表面上にはｐ側電極２２が形成さ
れる。 【００３４】ｐ側電極２２から下方に向かう正孔電流
は、ｐ型領域１０、９、８を通過した後、クラッド兼ブ
ロック層７に達する。このクラッド兼ブロック層７は、
主面上ではｎ型領域７ａであり、正孔電流に対して電位
障壁を形成し、正孔電流を中央のｐ型領域７ｂに狭窄す
る機能を果たす。このようにして、電流は斜面部分を流
れ、活性層５の斜面部分が発光する。このような基本構
成は、たとえば特願平４−４５０２８０号に提案されて
いる。 【００３５】この斜面発光型半導体レーザは、ロスガイ
ド構造ではないため、光の吸収、損失を考慮しなくても
よい。基板上の積層構造は、一連のＭＯＶＰＥで成長で
きるため、高歩留りであり、低価格に作成できる。ま
た、非点収差が低い利点も有する。 【００３６】クラッド兼ブロック層７が、主面上でｎ
型、斜面上でｐ型となるのは、Ｚｎ等のｐ型不純物の取
り込まれ率は（３１１）Ａ＞（１００）の面方位依存性
を有し、Ｓｅ等のｎ型不純物の取り込まれ率は、逆に
（１００）＞（３１１）Ａの面方位依存性があるからで
ある。従って、異なる面方位を持つ半導体層表面に、ｐ
型不純物およびｎ型不純物を同時にドーピングすると、
ｐ型領域とｎ型領域とを同時に成長させることが可能で
ある。 【００３７】たとえば、主面が（１００）面、斜面が
（３１１）Ａである段差基板を形成し、ｐ型不純物とｎ
型不純物を同時ドーピングすれば、主面にはｎ型領域
が、斜面にはｐ型領域がそれぞれ成長する。 【００３８】このような技術を利用することにより、良
好なラテラルｐｎ接合が得られ、成長する結晶の結晶性
も良好である。しかしながら、自動的なラテラルｐｎ接
合の成長には、ｐ型不純物とｎ型不純物の同時ドーピン
グや、ｐ型不純物とｎ型不純物の交互ドーピングを行う
ことが必要である。すなわち、斜面部に形成されるｐ型
領域にはｎ型不純物もドープされている。ｐ型不純物の
不純物濃度に比較し、導電度に寄与する実効的ｐ型不純
物濃度は低くなる。このため、クラッド兼ブロック層の
ｐ型領域の抵抗率は、他のｐ型クラッド層よりも高くな
ってしまう。 【００３９】半導体レーザの直列抵抗を低くするために
は、クラッド兼ブロック層７の厚さをできるだけ薄くす
ることが望ましい。クラッド兼ブロック層７の厚さを薄
くしすぎると、ｎ型領域７ａとその下のｐ側第１クラッ
ド層６との間に形成されるｐｎ接合から成長する空乏層
が、ｎ型ブロック領域７ａの電位障壁を低減し、電流ブ
ロック効果を減少させてしまう。極端な場合には、ｎ型
領域７ａが実質的に消滅し、電流ブロック効果が全くな
くなってしまう。 【００４０】また、電流ブロック領域７ａにより狭窄さ
れた電流は、活性層５に到達するまでにｐ側第１クラッ
ド層６内で横方向にも拡がる。この電流拡がりにより、
活性層５の主面部分に流れる電流は、無効電流となって
しまい、レーザの発光効率を低下させる。この無効電流
を少なくするためには、電流ブロック領域７ａをできる
だけ活性層５に近づけることが望ましい。しかしなが
ら、電流ブロック領域７ａを活性層５に近づけ過ぎる
と、上で説明した空乏層がｐ側第１クラッド層内に成長
し、ｐ側第１クラッド層の効果を消失させてしまう。 【００４１】また、ＧａＡｓバッファ層２は、好ましく
は斜面部で（４１１）Ａ近傍の面を表出させる。バッフ
ァ層２の上には、組成の異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体層が成長されるため、活性層５はバッファ層２の斜面
部表面よりも少し傾斜した斜面を有する。すなわち、バ
ッファ層２と活性層５とは厳密には平行ではない。 【００４２】そのため、活性層５下側のｎ側クラッド層
４の厚さは均一ではなく、斜面上の位置に依存して異な
る厚さを有することになる。斜面部分における縦方向の
光閉じ込めを考えた時、ｎ側クラッド層４の厚さが変化
することは、斜面上に存在する光の吸収損が場所によっ
て異なることを意味する。光の吸収損が場所によって異
なると、光の分布を崩すことになり、レーザ光の特性を
劣化させてしまう。 【００４３】また、クラッド兼ブロック層７の上に、ｐ
側第３クラッド層８が形成されているが、このクラッド
層内においても主面部と斜面部においてｐ型不純物濃度
に分布が生じる。 【００４４】取り込まれ率の面方位依存性が高いｐ型不
純物を用いると、斜面部ではｐ型不純物濃度が高いが、
主面部においてはｐ型不純物濃度が低下する。このよう
なｐ側第３クラッド層８を用いると、電流は斜面部に集
中してしまう。すなわち、ｐ側第３クラッド層８による
素子抵抗が増大してしまう。 【００４５】本発明者らは、これらの課題をそれぞれ解
決するために、研究を重ねた。まず、最も大きな問題で
あるクラッド兼ブロック層７と、ｐ側第１クラッド層６
の問題を解決するため、図９に示すようなサンプルを作
成した。 【００４６】図９において、（１００）面から約６度オ
フしたｎ型ＧａＡｓ基板１ａの上に、Ｓｉドープ、厚さ
約０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層２ａ、Ｓｉドープ、厚さ
約０．１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ層３ａ、Ｓｉドープ、厚
さ約０．３μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４ａがこの順序
で積層されている。これらの積層構造は、図１の活性層
より下の構成に対応する。 【００４７】これらのｎ型領域の上に、Ｚｎドープのｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ層２０が形成され、その上に下側と対
称的なｎ型積層が形成される。すなわち、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ層２０の上に、Ｓｉドープ、厚さ約０．３μｍの
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４ｂ、その上にＳｉドープ、厚さ
約０．１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ層３ｂ、さらにその上に
Ｓｉドープ、厚さ約０．５μｍｎ型ＧａＡｓ層２ｂが形
成されている。 【００４８】なお、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０は、厚さ
約０．１μｍ、約０．２μｍ、約０．３μｍに変化させ
たサンプルをそれぞれ形成した。ＧａＡｓ基板１ａの裏
面およびｎ型ＧａＡｓ層２ｂの表面上には、それぞれＡ
ｕＧｅ層とＡｕ層の積層で形成されたオーミック電極２
１ａ、２１ｂを作成した。なお、Ｓｉドープの成長層は
全て約５×１０17ｃｍ-3のドドーピング濃度であり、Ｚ
ｎドープのＡｌＧａＩｎＰ層２０は約１×１０17ｃｍ-3
のドーピング濃度である。 【００４９】このような、ｎｐｎ構造を形成し、電極２
１ａ、２１ｂ間に電圧を印加し、流れる電流を測定する
ことにより、ｎｐｎ構造の耐圧を測定した。ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＰ層２０の両側に形成されるｐｎ接合の内、逆バ
イアス電圧を印加されるｐｎ接合には空乏層が発達す
る。この空乏層が、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層全体に発達
し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０が形成する電位障壁を実
効的に消失させると、ｎｐｎ構造の耐圧は消失する。こ
の耐圧は、活性層上のｐ側第１クラッド層、ｎ型電流ブ
ロック領域の耐圧に相当する。 【００５０】ｐ型層２０の厚さが０．１μｍ、０．２μ
ｍ、０．３μｍの各サンプルに対し、測定された耐圧
は、約０Ｖ、約１．８Ｖ、約６Ｖであった。この結果か
ら、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さが０．１μｍでは
耐圧が得られず、その機能を発揮することはできない。
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さが、０．２μｍ、０．
３μｍの両サンプルにおいては、実用的な耐圧が得られ
ている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０の厚さを増大する
と、耐圧は向上するが、前述の抵抗増大の問題を招く。
従って、所望の電位障壁を形成しつつ、厚さを薄くする
ためには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２０は０．１５〜０．
３５μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。 【００５１】図９に示すサンプルは、図１の斜面発光型
半導体レーザの電流ブロック領域７ａとその下のｐ側第
１クラッド層６の部分の構成をシミュレートしている。
活性層５は厚さが極めて薄いため、このようなモデルで
は省略することができる。従って、ｐ側第１クラッド層
６の厚さは約０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択する
ことが好ましい。同様、電流ブロック領域７ａの厚さは
０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することが好まし
い。 【００５２】ｎ側クラッド層４の斜面部の厚さ分布によ
る光の吸収損の場所依存性を低減するためには、ｎ側ク
ラッド層４の厚さをｐ側クラッド層の厚さよりも厚くす
ればよい。すなわち、ｐ側第１クラッド層６、ｐ側第２
クラッド層７ｂ、ｐ側第３クラッド層８の合計厚さに対
し、ｎ側クラッド層４斜面部の厚さをより大きくすれ
ば、活性層上側の均一な厚さを有するｐ側クラッド層側
の損失が下側のｎ側クラッド層側の損失よりも大きくな
り、光損失はほとんど上側クラッド層で決まるため、光
吸収損が場所によらずほぼ均一になる。この場合、クラ
ッド層が十分厚ければ、光損失は光モードの安定性のみ
を制御する量となり、かつ上側クラッドの均一な損失に
よって光モードが制御されれば、光は均一でかつ安定し
て発生する。 【００５３】電流ブロック領域７ａよりも上の領域で
は、ｐ側電極２２とｐ側第２クラッド領域７ｂをできる
だけ低抵抗で接続することが望ましい。ｐ型領域８、
９、１０において、電流が斜面部分のみに集中すれば、
素子抵抗は増大してしまう。 【００５４】ｐ側第３クラッド層８で電流を広く拡げる
ためには、ｐ側第３クラッド層のドーパントとして、取
り込まれ率の面方位依存性が小さい不純物を用いること
が好ましい。通常用いられるＺｎと比較し、より小さな
面方位依存性を有するｐ型不純物を用いれば、素子抵抗
を低減することができる。 【００５５】たとえば、Ｍｇを利用すれば、斜面だけで
なく、主面にも十分電流が流れる。ｐ型第３クラッド層
よりも上の領域では電流が広く拡がって流れ、素子抵抗
を低減することができる。 【００５６】以下、これらの改良を行った斜面発光型半
導体レーザを図１を参照して説明する。ＧａＡｓ基板１
は、（１００）面から（１１１）Ａ面へ６°オフした主
面を有し、４×１０18ｃｍ-3のＳｉをドープしたｎ型基
板である。ＧａＡｓ基板１の主面には段差が形成され、
段差間の領域は主として（４１１）Ａ面の斜面である。
この斜面は、〔０１−１〕方向に延在する。段差の高さ
は約０．５μｍである。 【００５７】ｎ型ＧａＡｓ基板１の上には、ｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層２が厚さ約１．５μｍ形成されている。こ
のＧａＡｓバッファ層２には、ｎ型ドーパントとしてＳ
ｉが約５×１０17ｃｍ-3ドープされている。 【００５８】ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の上には、Ｇａ
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層３が厚さ約０．１μｍ形成されて
いる。Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層３は、ｎ型ドーパント
としてＳｉを約１×１０18ｃｍ-3ドープされている。 【００５９】この中間層３は、下側に配置されるＧａＡ
ｓと、その上に形成される（Ａｌ0. 7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐとの中間のバンドギャップを有し、ヘテロ障壁
による電位障壁を緩和する役割を果たす。 【００６０】中間層３の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｎ型クラッド層４が厚さ約３．０μｍ
形成されている。このｎ型クラッド層４にも、ｎ型ドー
パントとしてＳｉが約５×１０17ｃｍ-3ドープされてい
る。 【００６１】ｎ型クラッド層４は、厚さが約２μｍより
厚く、さらに以下に述べる３層のｐ型クラッド層６、
７、８の合計厚さ２．４５μｍよりも約０．５μｍ厚
い。このため、光吸収損の場所的分布はほとんど発生せ
ず、かつ光モードが安定化する。 【００６２】ｎ型クラッド層４の上には、歪ＭＱＷ活性
層５が形成されている。この活性層５は、図２（Ａ）に
示すように、光に対するガイドと電荷キャリアに対する
バリアを構成する（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
層５ａと、発光機能を果す量子井戸層を形成するＧａ
0.44Ｉｎ0.56Ａｓ0.08Ｐ0.92層５ｂの交互積層で形成さ
れている。ガイド層５ａは、厚さ約５ｎｍで４層、量子
井戸層５ｂは厚さ約６ｎｍで３層形成される。活性層５
はノンドープである。 【００６３】活性層５の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）
0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ側第１クラッド層６が厚さ約０．２
５μｍ形成されている。このｐ側第１クラッド層６に
は、ｐ型ドーパントとしてＺｎが添加されている。 【００６４】従来、この層は約０．４μｍ程度の厚さで
あった。上述のように、ｐ側第１クラッド層６の厚さを
０．１５〜０．３５μｍの範囲の厚さを選択することに
より、ｐ型領域の機能を保持しつつ、活性層５と上側に
形成される電流ブロック領域７ａとの間の距離を十分小
さなものとしている。 【００６５】ｐ型ドーパントＺｎは、図５に示すよう
に、結晶面方位に依存して取り込まれ率が大きく変化す
る。斜面部分は（４１１）Ａ面であり、主面が（１０
０）面から（１１１）Ａ面方向に僅かに傾斜した面であ
るため、ｐ型第１クラッド層６内のキャリア濃度は斜面
と主面によって大きく異なる。 【００６６】斜面においてｐ型キャリア濃度が約６×１
０17ｃｍ-3になるようにＺｎをドープしてある。このと
き、主面でのｐ型キャリア濃度は約１×１０17ｃｍ-3で
ある。 【００６７】ｐ型第１クラッド層６の上には、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのクラッド兼ブロック層
７が形成されている。本発明者らの先の提案では、この
クラッド兼ブロック層にＺｎとＳｅを同時にドープし
た。 【００６８】図５、図６は、ＺｎとＳｅの結晶中への取
り込まれ率の面方位依存性を示す。Ｚｎの取り込まれ率
は（１００）面で低く、（１１１）Ａ面等で高い。逆
に、Ｓｅの取り込まれ率は（１００）面で高く、（１１
１）Ａ面等で低い。したがって、同時ドープ等によって
図７に示すように、平坦面でｎ型領域、斜面でｐ型領域
を形成できる。 【００６９】本実施例では、クラッド兼ブロック層７
は、図２（Ｂ）で示すように、４層以上の積層構造で構
成される。さらに、詳細に説明すると、図２（Ｃ）に示
すように、ｐ型ドーパントとしてＺｎを添加されたｐ型
薄層ｐ１、ｐ２、…と、ｎ型ドーパントとしてＳを添加
されたｎ型薄層ｎ１、ｎ２、…が交互に積層される。 【００７０】Ｚｎは、図５に示すように、斜面部分で高
く、主面部で低い取り込まれ率を有するため、ｐ型薄層
は斜面部分でｐ型ドーパント濃度が高く、主面部分でｐ
型ドーパント濃度が低い。 【００７１】ｎ型ドーパントＳは、逆に主面部分で取り
込まれ率が高く、斜面部分で取り込まれ率が低い。Ｓの
取り込まれ率の面方位依存性の変化量は、図６に示すＳ
ｅの取り込まれ率の面方位依存性の変化量よりも大き
い。 【００７２】本実施例においては、斜面部分でｐ型キャ
リア濃度約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度約１×
１０17ｃｍ-3となり、主面部分（平坦部分）でｐ型キャ
リア濃度約２×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度約８×
１０17ｃｍ-3になるようにＺｎとＳを交互に添加する。
なお、各層の厚さは約５ｎｍであり、２０周期の積層と
する。すなわち、クラッド兼ブロック層７の全体の厚さ
は約０．２μｍである。 【００７３】このクラッド層兼ブロック層７の厚さを約
０．１５〜０．３５μｍの範囲に選択することにより、
電流ブロック領域の機能を保持しつつ、素子抵抗を十分
低減することができる。 【００７４】このような構成（平坦部）をＳＩＭＳ等で
調べると、不純物濃度が周期的に分布していることが判
る。ただし、電気的には平坦部のｐ型薄層は空乏化さ
れ、平坦部は全体的にｎ型層として機能する。 【００７５】斜面部分においては、ｐ型不純物濃度が高
いので、ｐ型不純物は拡散し、斜面部分７ｂを全体とし
てｐ型層とするものと考えられる。すなわち、１．２×
１０ 18ｃｍ-3のｐ型不純物ドーピングが拡散によって６
×１０17ｃｍ-3のドーピングに変化している。ただし、
ｎ型不純物の周期的分布は残存しているものと考えられ
る。 【００７６】ｐ型不純物とｎ型不純物が別の位置にドー
プされるため、ｐ型とｎ型の不純物対形成（ペアリン
グ）の確率が著しく低減する。ｎ型ドーパントとしてＳ
の代わりにＳｅを用いると、Ｓｅ濃度は斜面部分で約２
×１０17ｃｍ-3、主面部分で８×１０17ｃｍ-3となる。
Ｓをｎ型ドーパントとして用いた場合と比較すると、斜
面のｐ型不純物とｎ型不純物の補償比が２倍程度悪化す
る。 【００７７】図１に戻って説明すると、クラッド兼ブロ
ック層７は、主面部分でｎ型の電流ブロック領域７ａを
形成し、斜面部分でｐ型の第２クラッド層７ｂを形成す
る。クラッド兼ブロック層７の上には、（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ型第３クラッド層８が厚さ約
２．２０μｍ形成されている。このｐ型第３クラッド層
８は、ｐ型ドーパントとしてＭｇをドープされ、斜面部
分で約９×１０17ｃｍ-3、主面部分で約４×１０17ｃｍ
-3のキャリア濃度を有する。ＭｇはＺｎよりも取り込ま
れ率の面方位依存性が小さい。もしＺｎをｐ型ドーパン
トとして用いると、主面でのキャリア濃度は約１．５×
１０17ｃｍ-3となり、主面部を流れる電流は減少する。 【００７８】ｐ型第３クラッド層８の上には、Ｇａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐのｐ型中間層９が厚さ約０．１μｍ形成され
ている。ｐ型中間層９は、ｐ型ドーパントとしてＺｎを
添加され、斜面部分でｐ型キャリア濃度１×１０18ｃｍ
-3を有する。 【００７９】ｐ型中間層９の上には、ｐ型ＧａＡｓコン
タクト層１０が厚さ約１μｍ形成されている。ｐ型コン
タクト層１０は、ｐ型ドーパントとしてＺｎを添加さ
れ、斜面部分でｐ型キャリア濃度約２×１０18ｃｍ-3を
有する。 【００８０】なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１下面上には、Ａ
ｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層からなるｎ側電極２１が形
成され、ｐ型コンタクト層１０の上面上には、Ａｕ−Ｚ
ｎ層、Ａｕ層の積層からなるｐ側電極２２が形成されて
いる。 【００８１】このような構成によれば、ＧａＡｓ基板１
の上にＧａＡｓバッファ層２が厚さ約１．５μｍ形成さ
れているため、斜面部分には安定に（４１１）Ａ面が得
られる。斜面部分の面方位を安定化させる機能を果たす
バッファ層２は、厚さ約１．０μｍ以上あることが好ま
しい。 【００８２】また、クラッド兼ブロック層７がｐ型不純
物をドープした薄層と、ｎ型不純物をドープした薄層の
積層で形成されているため、この層内においてｐ型不純
物とｎ型不純物が結合する確率が低下し、不純物同士の
不純物対形成（ペアリング）の確率が著しく減少する。
したがって、欠陥の少ない良好な結晶性を有するクラッ
ド兼ブロック層が得られる。 【００８３】図３は、本発明の他の実施例による半導体
レーザ装置を示す。本実施例の構成は、図１、図２に示
す実施例と、クラッド兼ブロック層７の構成が異なる
が、他の点は同様である。 【００８４】図３（Ａ）に示すように、クラッド兼ブロ
ック層７は、主面部分でｎ型の電流ブロック領域７ａを
形成し、斜面部分でｐ型の第２クラッド層７ｂを形成す
る。このクラッド兼ブロック層７には、ｐ型不純物とし
てＺｎまたはＣｄ、ｎ型不純物としてＳを同時にドープ
されている。 【００８５】Ｚｎは、図５のＺｎの曲線に示すように、
（１００）面から（４１１）Ａ面方向に向かって取り込
まれ率が増大する。ＣｄはＺｎよりもさらに面方位依存
性が強い。Ｓは、図６に示すＳｅよりもさらに強い面方
位依存性を有し、（１００）面から（４１１）Ａ面方向
に向かって取り込まれ率が急激に減少する。 【００８６】従って、ｎ型不純物としてＳ、ｐ型不純物
としてＣｄまたはＺｎを同時にドープすると、図３
（Ｂ）に示すように、主面部分ではｎ型不純物の濃度が
高く、斜面部分ではｐ型不純物の濃度が高くなるように
することができる。 【００８７】図７は、参考のために、ｎ型不純物として
Ｓｅ、ｐ型不純物としてＺｎを用いたときの同時ドーピ
ングの効果を説明するためのグラフである。ＳｅとＺｎ
をそれぞれ単独にドープすると、●と○で示すような面
方位依存性を示す。 【００８８】これらを同時にドープすると、（１００）
面ではｎ型不純物がｐ型不純物を補償して全体としてｎ
型となり、（ｎ１１）Ａ面では、ｐ型不純物がｎ型不純
物を補償して全体としてｐ型となる。 【００８９】図３の実施例においては、ｎ型不純物とし
てさらに面方位依存性の高いＳを用いるため、斜面部分
におけるＳの濃度をさらに低くすることができる。より
具体的には、図３（Ｂ）の斜面部分のｐ型第２クラッド
層７ｂは、ｐ型不純物濃度約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型不
純物濃度約５×１０16ｃｍ-3を有し、平坦面部分の電流
ブロック層７ａは、ｐ型不純物濃度約１×１０17ｃ
ｍ-3、ｎ型不純物濃度約４×１０17ｃｍ-3を有する。本
実施例においては、同時ドーピングを用い、クラッド兼
ブロック層７は、厚さ約０．１５〜０．３５μｍの範
囲、たとえば厚さ約０．２μｍの単一の層で形成され
る。 【００９０】Ｓの代わりにＳｅをｎ型不純物として用い
ると、斜面部分でキャリア濃度が約１×１０17ｃｍ-3、
平坦面部分で約４×１０17ｃｍ-3となる。斜面部分にお
けるｐ型キャリアとｎ型キャリアの補償比が２倍程度悪
化する。 【００９１】以上説明した半導体レーザ装置の製造方法
を、以下に説明する。図４（Ａ）に示すように、（１０
０）面から（１１１）Ａ面に約６°オフしたＳｉドープ
のｎ型ＧａＡｓ基板１を準備する。図には、面法線の方
向を概略的に示す。〔１００〕方向から〔１１１〕Ａ方
向に約６°オフした方向が、ＧａＡｓ基板１の面法線で
ある。 【００９２】図４（Ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基
板１の面上に、幅約１５０μｍのストライプ状ホトレジ
ストマスクＳＭを１５０μｍ間隔で形成する。ホトレジ
ストマスクＳＭは、〔０１−１〕方向に延在するように
形成する。このホトレジストマスクＳＭの周期３００μ
ｍは、半導体レーザチップの横幅に対応する。 【００９３】図４（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、ＨＦ系溶液によって
ＧａＡｓ基板１表面を深さ約０．５μｍエッチングす
る。ホトレジストマスクＳＭから露出している面の中央
部は、均一にエッチングされるが、ホトレジストマスク
ＳＭとの境界部分においては斜面が現れる。すなわち、
開口部分において中央部には広い平坦面Ｆ３が現れ、両
側には斜面Ｆ２とＦ４が現れる。 【００９４】斜面Ｆ２は、平坦面Ｆ３に対し、約１４°
傾斜する。ＧａＡｓ基板１の主面が（１００）面から６
°オフしているため、斜面Ｆ２は（１００）面から約２
０°傾く。この斜面Ｆ２の面方位は約（４１１）Ａ面で
ある。ただし、エッチング直後の状態においては、斜面
部分は他の面方位の表面も有する。 【００９５】エッチング後、ホトレジストマスクＳＭを
除去し、段差を有する面上にエピタキシャル成長を行な
う。エピタキシャル成長は全てＭＯＶＰＥで行なう。成
長圧力は５０ｔｏｒｒ、成長効率８００μｍ／ｍｏｌ、
総流量８ｓｌｍとし、キャリアガスとして水素を用い
る。 【００９６】まず、図４（Ｄ）に示すように、基板温度
６７０℃で、ソースガスとしてトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ比１
００、成長速度１μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をｎ型ドーパ
ントとし、ＧａＡｓ基板１上にｎ型キャリア濃度約５×
１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓバッファ層２を厚さ約１．
５μｍ成長する。 【００９７】厚さ約１μｍ以上のＧａＡｓバッファ層２
を成長すると、バッファ層２表面には下地結晶の面方
位、段差に依存する平坦面Ｆ１ａ、Ｆ３ａおよび斜面Ｆ
２ａが現れる。さらに、バッファ層を形成することによ
り、斜面Ｆ２ａは安定な（４１１）Ａ面となる。 【００９８】バッファ層２の成長に続いて、図１に示す
各層の成長を行なう。中間層３は、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）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ
比５００、成長速度１μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をドーパ
ントとしてｎ型キャリア濃度約１×１０18ｃｍ-3になる
ように厚さ０．１μｍ成長する。 【００９９】ｎ型クラッド層４は、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（ＴＭ
Ａ）、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比３
３０、成長速度２μｍ／時で、Ｓｉ2 Ｈ6 をドーパント
としてｎ型キャリア濃度５×１０ 17ｃｍ-3になるように
厚さ約３．０μｍ成長する。 【０１００】歪ＭＱＷ活性層５は、成長温度７１０℃で
ソースガスを交換しながら、Ｖ／ＩＩＩ比４００、成長
速度１μｍ／時で（Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
層を厚さ５ｎｍ、Ｇａ0.44Ｉｎ0.56Ａｓ0.08Ｐ0.92の井
戸層をＶ／ＩＩＩ比５００、成長速度１μｍ／時で厚さ
６ｎｍずつ交互に成長し、４層のガイド（バリア）層と
３層の井戸層を形成する。なお、この井戸層は、約１％
の歪を有する。 【０１０１】ｐ型第１クラッド層６は、成長温度７１０
℃でＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ 3 を用い、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比３３０、成長速度２μｍ／時で、ジメチル亜鉛（Ｄ
ＭＺｎ）をドーパントとして斜面部分でｐ型キャリア濃
度約６×１０17ｃｍ-3になるように厚さ０．２５μｍ成
長する。このとき、基板面でのキャリア濃度は１×１０
17ｃｍ-3となる。 【０１０２】（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ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、ｐ型ドーパ
ントＤＭＺｎとｎ型ドーパントＨ2 Ｓを交互にドーピン
グすることによって厚さ５ｎｍのＺｎドープ層と厚さ５
ｎｍのＳドープ層を２０周期成長し、全体で０．２０μ
ｍになるようにする。 【０１０３】斜面部分ではｐ型キャリア濃度が約６×１
０17ｃｍ-3、ｎ型キャリア濃度が約１×１０17ｃｍ-3と
なるようにドープ量を制御する。このとき、平坦な主面
ではｐ型キャリア濃度約２×１０17ｃｍ-3、ｎ型キャリ
ア濃度約８×１０17ｃｍ-3となる。 【０１０４】ただし、斜面部分においてはｐ型不純物は
拡散し、均一のキャリア濃度となると考えられるので、
斜面におけるｐ型キャリア濃度は実際のドープ量約１．
２×１０18ｃｍ-3の半分となっている。 【０１０５】（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｐ
型第３クラッド層８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、Ｃｐ2 Ｍｇを
ｐ型ドーパントとし、斜面部分でｐ型キャリア濃度約９
×１０17ｃｍ-3になるように厚さ２．２０μｍ成長す
る。このとき、平坦面におけるｐ型キャリア濃度は約４
×１０17ｃｍ-3となる。 【０１０６】ｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、斜面部
分を同じ濃度にドーピングすると、主面部分のｐ型キャ
リア濃度は約１．５×１０17ｃｍ-3となる。Ｇａ0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐのｐ型中間層９は、成長温度を７１０℃から６
７０℃まで緩やかに変化させて、ソースガスとしてＴＥ
Ｇ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比５００、成長
速度１μｍ／時で、ＤＭＺｎをｐ型ドーパントとし、斜
面部分でｐ型キャリア濃度約１×１０18ｃｍ-3になるよ
うに厚さ約０．１μｍ成長する。 【０１０７】ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１０は、成長温
度６７０℃で、ソースガスとしてＴＭＧ、ＡｓＨ3 を用
い、Ｖ／ＩＩＩ比１００、成長速度１μｍ／時で、ＤＭ
Ｚｎをｐ型ドーパントとし、斜面部分でｐ型キャリア濃
度約２×１０18ｃｍ-3になるように厚さ約１μｍ成長す
る。 【０１０８】このような一連のエピタキシャル成長を行
なうことにより、ＧａＡｓ基板１の上にレーザ構造を構
成するエピタキシャル積層が連続的に成長される。この
後、１００μｍ幅でレーザ構造を残すように上面から溝
を堀り、各レーザ素子を分離する。次に、ＧａＡｓ基板
１裏面にＡｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層からなるｎ側電
極を蒸着により堆積させ、ｐ型コンタクト層１０上面に
ＡｕＺｎ層、Ａｕ層の積層からなるｐ側電極２２を蒸着
によって堆積する。 【０１０９】電極形成後、幅３００μｍ、長さ７００μ
ｍのチップにへき開し、ｐ側領域を上側にしてヒートシ
ンク上にボンディングする。なお、ｎ型クラッド層にＳ
ｉをドーピングしているのは、斜面のｎ型濃度を主面と
較べて低くしたくないためである。 【０１１０】図３に示す半導体レーザの場合は、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのクラッド兼ブロック層
７を成長温度７１０℃で、ソースガスとしてＴＭＡ、Ｔ
ＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 を用い、Ｖ／ＩＩＩ比３３０、成
長速度２μｍ／時で、ＤＭＺｎとＨ2 Ｓをドーパントと
して同時にドーピングして、斜面部分でｐ型不純物濃度
約６×１０17ｃｍ-3、ｎ型不純物濃度約５×１０16ｃｍ
-3となるように厚さ０．２μｍ成長する。このとき、平
坦面部分ではｐ型不純物濃度が約１×１０17ｃｍ-3、ｎ
型不純物濃度が約４×１０17ｃｍ-3となる。 【０１１１】このようにして形成した半導体レーザは、
発光を行なう実効的活性層が折れ曲がりのない構造であ
り、クラッド兼ブロック層も活性層の形状にならって活
性層に対応する部分では折れ曲がりのない構造となる。
さらに、前述のようにｐ側第１クラッド層、ｐ側第２ク
ラッド層（電流ブロック領域）の厚さ、ｐ側第３クラッ
ド層の不純物、上下クラッド層の厚さ等を選択すること
により、改善された性能を示す。 【０１１２】なお、本構成によれば、さらに以下のよう
な特徴が得られる。面方位に依存する取り込まれ率を有
する不純物を用い、クラッド兼ブロック層をドープする
と、クラッド層となる領域およびブロック層となる領域
でそれぞれ均一なドーピングを行なうことができる。均
一なドーピングが可能なため、不純物濃度をあえて増大
する必要が減少する。 【０１１３】クラッド兼ブロック層において、ｐ型不純
物を交互にドーピングすると、ｐ型不純物とｎ型不純物
との結合が減少し、ペアリングの確率を有効に減少させ
ることができる。 【０１１４】また、面方位に依存して結晶中への取り込
まれ率が大きく変化するｐ型不純物とｎ型不純物を用い
れば、ｐ型不純物、ｎ型不純物の同時ドーピングを行な
ってもｐ型不純物とｎ型不純物との結合が減少し、ペア
リングを有効に減少させることができる。 【０１１５】ｎ型不純物としてＳを用いると、面方位依
存性が極めて高く、不純物同士のペアリングを減少させ
るのに有効である。ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｃｄを用
いることができるが、Ｃｄを用いた方が面方位依存性が
さらに高くなり、ペアリングを減少させるのに有効であ
る。 【０１１６】交互ドーピングの場合にも、ＳやＣｄ等の
面方位依存性の大きなドーピング原料を用いれば、キャ
リアや不純物が拡散した場合の補償比を小さくでき、比
較的低濃度のドーピングでも抵抗率の小さなラテラルｐ
ｎ接合が形成できる。 【０１１７】交互ドーピングを行なう場合、各ドーピン
グ層の厚さを約１０ｎｍ以下とすれば、キャリアの波動
関数の拡がりによって、積層において一様なキャリア濃
度を実現することができる。 【０１１８】すなわち、キャリアが積層全体に均一に拡
散すると考えることができる。このため、厚さが厚い場
合と比べ、比較的低濃度のドーピングで抵抗率の小さな
ラテラルｐｎ接合が形成できる。 【０１１９】なお、ＧａＡｓ基板の上にＡｌＧａＩｎＰ
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル層を形成す
る場合を説明したが、用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
はこれらに制限されるものではない。たとえば、基板と
してはＧａＡｓに代えてＩｎＰ等、他の化合物を用いて
もよい。また、基板上に形成するクラッド層等の材料と
して、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＡｌＩｎＡ
ｓを用いることもできる。さらに、混晶組成の基板や４
元以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いてもよい。 【０１２０】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。 【０１２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流狭窄効果があり、かつ直列抵抗が低い斜面発光型半
導体レーザを提供できる。 【０１２２】また、発光特性の優れた斜面発光型半導体
レーザを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による半導体レーザ装置の斜視
図である。 【図２】図１の実施例の拡大断面図である。 【図３】本発明の他の実施例による半導体レーザ装置の
部分断面図である。 【図４】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断面図である。 【図５】ＡｌＧａＩｎＰ内のｐ型不純物Ｍｇ、Ｚｎの結
晶中への取り込まれ率の面方位依存性を示すグラフであ
る。 【図６】ＡｌＧａＩｎＰ内のｎ型不純物Ｓｅの結晶中へ
の取り込まれ率の面方位依存性を示すグラフである。 【図７】面方位が異なる表面を有する結晶中へｐ型不純
物とｎ型不純物を同時ドーピングした場合の面方位依存
性を示すグラフである。 【図８】従来技術による半導体レーザの構成を概略的に
示す断面図である。 【図９】レーザ構造最適化の検討に用いたサンプルの構
成を示す断面図である。 【符号の説明】 １ ＧａＡｓ基板 ２ ＧａＡｓバッファ層 ３、９ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層 ４、６、８ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層 ５ 歪ＭＱＷ活性層 ７ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド兼ブ
ロック層 １０ ＧａＡｓコンタクト層
図である。 【図２】図１の実施例の拡大断面図である。 【図３】本発明の他の実施例による半導体レーザ装置の
部分断面図である。 【図４】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断面図である。 【図５】ＡｌＧａＩｎＰ内のｐ型不純物Ｍｇ、Ｚｎの結
晶中への取り込まれ率の面方位依存性を示すグラフであ
る。 【図６】ＡｌＧａＩｎＰ内のｎ型不純物Ｓｅの結晶中へ
の取り込まれ率の面方位依存性を示すグラフである。 【図７】面方位が異なる表面を有する結晶中へｐ型不純
物とｎ型不純物を同時ドーピングした場合の面方位依存
性を示すグラフである。 【図８】従来技術による半導体レーザの構成を概略的に
示す断面図である。 【図９】レーザ構造最適化の検討に用いたサンプルの構
成を示す断面図である。 【符号の説明】 １ ＧａＡｓ基板 ２ ＧａＡｓバッファ層 ３、９ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ中間層 ４、６、８ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラ
ッド層 ５ 歪ＭＱＷ活性層 ７ （Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド兼ブ
ロック層 １０ ＧａＡｓコンタクト層
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(56)参考文献 特開 平６−45708（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−202315（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−125139（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−164063（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−193319（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−265787（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−75586（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- (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族化合物半
導体の段差基板（１）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）が表出した斜面を持つ活性層
（５）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（６）と、 前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、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、斜面に沿う領域でｐ型のｐ側第２クラッド層を形成
し、平坦面に沿う領域で厚さが約０．１５〜０．３５μ
ｍの範囲にあるｎ型の電流ブロック領域を形成する同一
のクラッド兼ブロック層（７）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族化合物半
導体の段差基板（１）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）が表出した斜面を持つ活性層
（５）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（６）と、 前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、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、斜面に沿う領域でｐ型のｐ側第２クラッド層を形成
し、平坦面に沿う領域で厚さが約０．１５〜０．３５μ
ｍの範囲にあるｎ型の電流ブロック領域を形成する同一
のクラッド兼ブロック層（７）とを有する半導体レーザ
装置。 【請求項３】 （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族化合物半
導体の段差基板（１）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）が表出した斜面を持つ活性層
（５）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０．１５〜
０．３５μｍの範囲にある厚さと低いｐ型キャリア濃度
を持つｐ側第１クラッド層（６）と、 前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、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、斜面に沿う領域でｐ型の第２クラッド層を形成し、
平坦面に沿う領域でｎ型の電流ブロック領域を形成する
同一のクラッド兼ブロック層（７）とを有する半導体レ
ーザ装置。 【請求項４】 （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族化合物半
導体の段差基板（１）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）が表出した斜面を持つ活性層
（５）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０．１５〜
０．３５μｍの範囲にある厚さと低いｐ型キャリア濃度
を持つｐ側第１クラッド層（６）と、 前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、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、斜面に沿う領域でｐ型の第２クラッド層を形成し、
平坦面に沿う領域でｎ型の電流ブロック領域を形成する
同一のクラッド兼ブロック層（７）とを有する半導体レ
ーザ装置。 【請求項７】 （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族化合物半
導体の段差基板（１）と、 さらに、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、（４１
１）Ａ面近傍の面が表出した斜面とを持つバッファ層
（２）と、 前記バッファ層上に形成され、（１００）面あるいは
（ｎ１１）Ａ面が表出した平坦面と、前記バッファ層の
斜面とは異なる面方位の面が表出した斜面とを持つｎ型
クラッド層（４）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）が表出した斜面を持つ活性層
（５）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（６）と、 前記ｐ側第１クラッド層に接して積層され、斜面に沿う
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型の電流ブロック領域を形成する同一のクラッド
兼ブロック層（７）と、 前記クラッド兼ブロック層の上に形成されたｐ側第３ク
ラッド層（８）とを有し、 斜面上での前記ｎ型クラッド層の厚さが斜面上での前記
ｐ側第１クラッド層、ｐ側第２クラッド層、ｐ側第３ク
ラッド層の合計厚さよりも厚い半導体レーザ装置。 【請求項６】 前記ｎ型クラッド層が約２μｍ以上の厚
さを有する請求項５記載の半導体レーザ装置。 【請求項７】 前記ｐ側第３クラッド層が約１．５μｍ
以上の厚さを有する請求項５または６記載の半導体レー
ザ装置。 【請求項８】 前記ｐ側第３クラッド層が取り込まれ率
の面方位依存性がＺｎよりも小さいｐ型ドーパントをド
ープされている請求項９記載の半導体レーザ７装置。 【請求項９】 前記ｐ型ドーパントがＭｇである請求項
８記載の半導体レーザ装置。
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| JP4887194A JP3246634B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 半導体レーザ装置 |
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| DE69424688T DE69424688T2 (de) | 1993-12-28 | 1994-11-22 | Halbleiterlaser mit gestuftem Substrat zur Lichtemission aus einem schrägstehenden Abschnitt |
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| DE69424689T DE69424689T2 (de) | 1993-12-28 | 1994-11-22 | Halbleiterlaser mit gestuftem Substrat zur Lichtemission aus einem schrägstehenden Abschnitt |
| EP97111173A EP0806823B1 (en) | 1993-12-28 | 1994-11-22 | Stepped substrate semiconductor laser for emitting light at slant portion |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4887194A JP3246634B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | 半導体レーザ装置 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP3171307B2 (ja) * | 1995-06-26 | 2001-05-28 | 富士通株式会社 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
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1994
- 1994-03-18 JP JP4887194A patent/JP3246634B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH07263805A (ja) | 1995-10-13 |
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