JP4325558B2

JP4325558B2 - 半導体レーザ、および半導体レーザを作製する方法

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Publication number: JP4325558B2
Application number: JP2005000952A
Authority: JP
Inventors: 孝彦河原; 暢之生駒
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2025-01-05
Also published as: JP2006190785A; US20080299692A1; US7723132B2; US20060159145A1; US7460575B2

Description

本発明は、半導体レーザ、および半導体レーザを作製する方法に関する。

特許文献１には、ＩｎＰ基板上に形成された分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザが記載されている。回折格子を有するＩｎＰ基板上にＭＯＶＰＥ法によりガイド層、スペーサ層、ＭＱＷ層の各結晶層を順次形成する際の昇温プロファイルにおいて、２分間以内の短時間で且つオーバーシュートすることなく所望の成長温度に達させる。その後の温度ドリフトを摂氏＋５度〜−５度以内で安定させる。また、ＩｎＧａＡｓＰガイド層を成長する開始タイミングについては、Ｉｎのマストランスポートが活性化する前に、ガイド層の成長が開始する。この結果、ＭＯＶＰＥ法により、回折格子を有するＩｎＰ基板上にＤＦＢレーザのダブルへテロ構造部を結晶成長したとき、回折格子の谷の部分でのＩｎＡｓＰ変成層の堆積を防ぐ。

この発明は、以下のような背景技術の下に為されている。ＤＦＢレーザでは、回折格子形状を保つことは、単一モードレーザ発振において重要である。例えば、回折格子を有するＩｎＰ基板上に、Ｖ族ガス（ＡｓＨ_３、ＰＨ_３）を供給して昇温する際に、回折格子の谷の部分にＩｎＡｓＰ変成層が堆積してしまい、回折格子の形状が保持できない。つまり、目的とする光学的屈折率差が維持できず、単一モードレーザ発振が困難になる。このため、従来から回折格子形状を保存するための技術が提案されており、昇温中のＶ族ガス流量を調整することが行われている。

回折格子を有するＩｎＰ基板上に有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ）でガイド層を形成する場合、減圧ＭＯＶＰＥ法における昇温プロファイルは、Ｖ族雰囲気中で昇温し、基板温度が充分安定してから成長を開始する。これは、昇温時にオーバーシュート（基板温度が成長温度以上の温度になる）が温度数１０度〜１００度程度で生じるので、安定化を図るための待機時間を１０分程度に設定している。そして、この昇温中における待機状態においてＶ族ガスの流量を調整することにより、回折格子形状の保存を図っている。
特開平１１−１１２０９８号公報

発明者らは、特許文献１に記載されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体レーザと異なるＤＦＢ型半導体レーザを作製しており、このＤＦＢ型半導体レーザは、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体から成るＳＣＨ層を含む。この作製に際して、回折格子の形状維持のために昇温時に、ＰＨ_３と微量のＡｓＨ_３とから成る混合ガスを用いてＩｎＡｓＰ中間層を形成した。回折格子は、ＩｎＰ半導体領域、ＩｎＡｓＰ中間層およびＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層か構成される。しかしながら、このＤＦＢ型半導体レーザの直列抵抗は、発明者らが期待していた値を異なっていた。発明者らの検討によれば、期待された直列抵抗と実際の直列抵抗との差は、ＩｎＡｓＰ半導体とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体に接合におけるバンドギャップに関係している。望まれていることは、ＩｎＡｓＰ半導体とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体に接合に関連する技術的課題を解決するのための構造である。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、ＩｎＡｓＰ半導体を用いることなくＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を含む回折格子を備える半導体レーザを提供することを目的とし、またＩｎＡｓＰ半導体を用いることなくＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を含む回折格子を備える半導体レーザを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、半導体レーザは、（ａ）ｎ型ＩｎＰ半導体領域と、（ｂ）ｐ型III−Ｖ化合物半導体層と、（ｃ）ＡｌＧａＩｎＡｓ層と、（ｄ）前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域と前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層との間に設けられたＡｌＩｎＡｓＰ領域と、（ｅ）前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域および前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層とから構成される分布帰還型回折格子に光学的に結合されており、前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体層と前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層との間に設けられた活性領域とを備える。前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面は前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を有しており、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い。

この半導体レーザによれば、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底との差を、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とＩｎＰ半導体の伝導体の底との差より小さくできる。

本発明に係る半導体レーザでは、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の厚さは１０ｎｍ以下であることが好ましい。この程度の厚さであれば、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の屈折率がＩｎＰ半導体領域およびＡｌＧａＩｎＡｓ層に比べてあまり影響しない。

本発明に係る半導体レーザでは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層のバンドギャップ波長は１．２μｍ以上であることが好ましい。バンドギャップ波長は１．２μｍ未満であると、ＩｎＰ半導体領域およびＡｌＧａＩｎＡｓ層のバンド構造の整合性が良好である。

本発明に係る半導体レーザでは、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、また前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低いことが好ましい。

この半導体レーザによれば、ＡｌＩｎＡｓＰの伝導帯の底のエネルギレベルが、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルとＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルとの間に位置する。伝導帯におけるＡｌＩｎＡｓＰ半導体のエネルギレベルとＩｎＰ半導体のエネルギレベルとの間の差、および、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体のエネルギレベルとＡｌＩｎＡｓＰ半導体のエネルギレベルとの間の差に起因する抵抗を共に小さくできる。

本発明の別の側面はＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いる半導体レーザを作製する方法である。この方法は、（ａ）分布帰還型回折格子のためのマスクを用いてｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行って、前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面に前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を形成する工程と、（ｂ）前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行った後に、ＡｌＩｎＡｓＰを形成する工程と、（ｃ）前記ＡｌＩｎＡｓＰを形成した後に、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を堆積する工程とを備える。前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い。

この方法によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を堆積するに先立ってＡｌＩｎＡｓＰを形成しているので、ＩｎＰ中のインジウムのマストランスポートを防ぐことができる。ｎ型ＩｎＰ半導体領域とＡｌＧａＩｎＡｓ膜との間に、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体領域を形成するので、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底との差を、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とｎ型ＩｎＰ半導体の伝導体の底との差より小さくできる。

本発明のさらなる別の側面はＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いる半導体レーザを作製する方法である。この方法は、（ａ）分布帰還型回折格子のためのマスクを用いてｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行って、前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面に前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を形成する工程と、（ｂ）パターン形成を行った後に、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３および有機アルミニウム原料を供給し前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面を改質して、改質層を形成する工程と、（ｃ）前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面を改質した後に、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を形成する工程とを備える。前記改質層の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、前記改質層の伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い。

この方法によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を堆積するに先立って、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３および有機アルミニウム原料を供給して改質を行っているので、ＩｎＰ中のインジウムのマストランスポートを防ぐことができる。ＡｓＨ_３、ＰＨ_３および有機アルミニウム原料を用いて形成された改質半導体層の伝導体の底とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底との差は、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とｎ型ＩｎＰ半導体の伝導体の底との差より小さい。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、ＩｎＡｓＰ半導体を用いることなくＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を含む回折格子を備える半導体発光素子が提供される。また、本発明によれば、ＩｎＡｓＰ半導体を用いることなくＩｎＰ半導体およびＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を含む回折格子を備える半導体発光素子を製造する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子、および半導体レーザを作製する方法に係わる実施の形態を説明する。引き続く説明では、半導体光素子の一例として半導体レーザを説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す一部破断図である。半導体レーザ１１は、ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３と、ｐ型III−Ｖ化合物半導体層１５と、ＡｌＧａＩｎＡｓ層１７と、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９と、活性領域２１とを備える。ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９は、ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３とＡｌＧａＩｎＡｓ層１７との間に設けられている。活性領域２１は、ｐ型III−Ｖ化合物半導体層１５とＡｌＧａＩｎＡｓ層１７との間に設けられている。ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９およびＡｌＧａＩｎＡｓ層１７は、分布帰還型回折格子２３を構成している。分布帰還型回折格子２３には、活性領域２１が光学的に結合されている。

この半導体レーザ１１によれば、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体１９の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}との差が、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＩｎＡｓＰ}とＩｎＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_ＩｎＰとの差より小さくなる。

回折格子２３を構成するためには、ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３の表面に、周期的な凹凸を形成する。この凹凸構造の表面にＡｌＩｎＡｓＰ半導体層を形成して、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を堆積のための昇温中にインジウムのマストランスポートが凹凸構造の表面で生じないようにする。ＡｌＩｎＡｓＰ半導体層上にＡｌＧａＩｎＡｓ半導体を形成する。また、ｐ型III−Ｖ化合物半導体層１５と、ＡｌＧａＩｎＡｓ層１７と、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９と、活性領域２１は、ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３の主面上に搭載されている。ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３は、ｎ型ＩｎＰ支持基体１３ａと、この支持基体１３ａ上に設けられたｎ型ＩｎＰ層１３ｂから成ることができる。

図２（Ａ）は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザにおいて回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。図２（Ｂ）は、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザにおいて回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。図２（Ｃ）は、半導体レーザ１１において回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。

有機金属気相エピタクシャル成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、回折格子のためのパターンが形成された下地構造を有するＩｎＰ半導体領域上にＳＣＨ層を結晶成長する際、下地のＩｎＰ半導体領域から燐（Ｐ）抜けを抑制するために、ＰＨ_３を流しながら昇温している。しかしながら、ＰＨ_３のみを流しながら昇温を行うと、インジウム（Ｉｎ）のサーマルマストランスポートが発生し、ＩｎＰ半導体領域の表面に形成された構造（回折格子のための構造）が保持されない。回折格子のための構造を維持するために、ＰＨ_３と微量のＡｓＨ_３との混合ガスを供給しながら昇温している。この混合ガスを用いて、パターン形成されたＩｎＰ半導体領域にＩｎＡｓＰ中間層を形成する。この上に、ＩｎＧａＡｓＰ層を形成して、回折格子の構造を形成している。ＰＨ_３と微量のＡｓＨ_３との混合ガスを流しながら昇温して中間層を形成する構造は、ＩｎＧａＡｓＰ層の場合には、直列抵抗を高くすることはない。

しかしながら、ＩｎＧａＡｓＰ層に替えてＡｌＧａＩｎＡｓ層を用いる回折格子では、ＰＨ_３と微量のＡｓＨ_３との混合ガスを供給しながら昇温した後にＡｌＧａＩｎＡｓ層を成長すると、ＩｎＡｓＰ半導体とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体に接合における伝導帯の底Ｅｃの関係が望ましくない。つまり、図２（Ｂ）に示されるように、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＩｎＡｓＰ}が、ＩｎＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_ＩｎＰより低いので、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＩｎＡｓＰ}とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}との差△Ｅ_１が大きくなる。

一方、ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いる半導体レーザの作製では、パターン形成されたＩｎＰ半導体領域にＡｓＨ_３およびＰＨ_３だけでなくトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）といったアルミニウム原料も一緒に供給して、ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面を改質している。この改質後に、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を形成する。ＩｎＡｓＰ半導体に替えてＡｌＩｎＡｓＰ半導体を用いるので、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}をＩｎＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_ＩｎＰに近づけることでき、更には、図２（Ｃ）に示されるように、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}をＩｎＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_ＩｎＰより高くできる。ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底Ｅｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}との差△Ｅ_２を差△Ｅ_１より小さくできる。

半導体レーザ１１では、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９の厚さは１０ｎｍ以下であることが好ましい。この程度の厚さであれば、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の屈折率が、ＩｎＰ半導体領域およびＡｌＧａＩｎＡｓ層に比べてあまり影響しない。

また、半導体レーザ１１では、ＡｌＧａＩｎＡｓ層２１のバンドギャップ波長は１．２μｍ以上であることが好ましい。バンドギャップ波長は１．２μｍ未満であると、ＩｎＰ半導体領域１３およびＡｌＧａＩｎＡｓ層２１のバンド構造の整合性が良好である。

半導体レーザ１１では、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９の伝導帯の底のエネルギレベルＥｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}は、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルＥｃ_ＩｎＰよりも高く、またＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルＥｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルＥｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}よりも低いことが好ましい。

この半導体レーザ１１によれば、ＡｌＩｎＡｓＰの伝導帯の底Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}が、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底Ｅｃ_ＩｎＰのエネルギレベルとＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導帯の底Ｅｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}との間に位置する。伝導帯におけるＡｌＩｎＡｓＰ半導体のエネルギレベルとＩｎＰ半導体のエネルギレベルとの間の差△Ｅ_３、および、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体のエネルギレベルとＡｌＧａＩｎＡｓ半導体のエネルギレベルとの間の差△Ｅ_２に起因する抵抗を共に小さくできる。

再び図１を参照すると、半導体レーザ１１では、ｐ型III−Ｖ化合物半導体層１５と、ＡｌＧａＩｎＡｓ層１７と、ＡｌＩｎＡｓＰ領域１９と、活性領域２１と、III−Ｖ化合物半導体ＳＣＨ層２５はメサストライプ２７を構成している。メサストライプ２７は、埋め込み領域２９により埋め込まれている。埋め込み領域２９としては、例えばＦｅ添加ＩｎＰ半導体から成ることができる。メサストライプ２７および埋め込み領域２９上には、ｐ型III−Ｖ化合物半導体クラッド層３１およびコンタクト層３３が設けられている。ｐ型III−Ｖ化合物半導体クラッド層３１としては、例えばＩｎＰ半導体から成ることができる。また、コンタクト層３３としては、例えばＩｎＧａＡｓ半導体層からなることができる。コンタクト層３３上には、アノードといった電極３５が設けられており、ｎ型ＩｎＰ半導体領域１３の裏面上には、カソードといった電極３７が設けられている。

この半導体レーザ１１では、ＩｎＡｓＰ中間層に替えてＡｌＩｎＡｓＰ層を形成することにより、ＩｎＰ半導体領域からＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層へのバンドギャッブの繋がりが所望のものになり、この結果、直列抵抗の上昇を抑えることができる。また、パターン形成されたＩｎＰ半導体領域上にＡｌＩｎＡｓＰ層を形成するので、ＩｎＰ半導体の表面で生じる可能性にあるインジウムのマストランスボートの発生が抑制され、この結果、回折格子の変形が生じない。図２（Ｃ）に示されたバンド構造を有する半導体レーザは、レーザのしきい値において６Ωであった。一方、図２（Ｂ）に示されたバンド構造を有する半導体レーザは、レーザのしきい値において７Ωであった。これらの測定は、摂氏２５度において行われた。

（第２の実施の形態）
図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法を説明する図面である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法を説明する図面である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、本実施の形態に係る半導体レーザを作製する方法を説明する図面である。

回折格子のためのパターンが形成されたＩｎＰ基板４３を成長装置４１に配置する。水素ガス（Ｈ_２）を供給しながら昇温する。燐（Ｐ）抜けが生じ始める温度近くになったら、さらにＰＨ_３の供給を開始して、図３（Ａ）に示されるように、ＩｎＰ基板４３の表面からの燐（Ｐ）抜けを防止する。次に、インジウムのサーマルマストランスポートが生じ始める温度近くなったら、図３（Ｂ）に示されるように、さらにＡｓＨ_３および有機アルミニウム原料（例えば、ＴＭＡｌ）の供給を開始して、ＩｎＰ半導体領域４３の表面を改質して、改質層を形成する。改質層として所望の膜厚のＡｌＩｎＡｓＰ層４５を形成した後に、ＴＭＡｌの供給を停止して、Ｈ_２、ＰＨ_３およびＡｓＨ_３を流しながら、図３（Ｂ）に示されるように、ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層を成長する温度まで昇温する。

図４（Ａ）に示されるように、ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層４７を成長して、回折格子の構造を形成する。ＡｌＧａＩｎＡｓ層の成長の後に、ＡｓＨ_３を流しながら活性領域を成長するための温度まで昇温する。所望の温度になったら、活性領域のためのＡｌＧａＩｎＡｓ層４９を堆積する。次いで、必要に応じて成長温度を変更して、ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層５１、ｐ型ＩｎＰクラッド５３を順に成長する。

次いで、図４（Ｂ）に示されるように、マスク５５を用いて半導体層をエッチングして、メサストライプ５７を形成する。メサストライプ５７は、ＡｌＩｎＡｓＰ層４５ａ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層４７ａ、ＡｌＧａＩｎＡｓ層４９ａ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層５１ｓ、ｐ型ＩｎＰクラッド５３ａを含む。

図４（Ｃ）に示されるように、マスク５５を除去することなくＩｎＰ基板４３ａを成長装置４１に配置して、埋め込み領域５９を成長する。この後に、マスク５５を除去する。

再び、ＩｎＰ基板４３ａを成長装置４１に配置して、図５（Ａ）に示されるように、ＩｎＰクラッド層６１およびコンタクト層６３を成長する。図５（Ａ）に示されるように、コンタクト層６３上に保護膜６５とアノード６７を形成する。また、基板４３の裏面にカソード６９を形成する。

以上説明したように、この方法によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜４７を堆積するに先立ってＡｌＩｎＡｓＰ層４９を形成しているので、ＩｎＰ中のインジウムのマストランスポートを防ぐことができる。ｎ型ＩｎＰ半導体基板４３とＡｌＧａＩｎＡｓ膜４７との間に、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体改質領域４５を形成するので、ＡｌＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とＡｌＧａＩｎＡｓ半導体の伝導体の底との差を、ＩｎＡｓＰ半導体の伝導体の底とｎ型ＩｎＰ半導体の伝導体の底との差より小さくできる。

（実施例）
図６を参照しながら、本発明の実施の形態に係る一実施例を説明する。回折格子のためのパターンが形成されたＩｎＰ基板をＯＭＶＰＥ炉にセットする。成長圧力は６０Ｔｏｒｒ（８０００Ｐａ）である。時刻ｔ０で、水素ガス（Ｈ_２）を供給しながら摂氏４００度まで昇温する。水素ガスの流量は、例えば１０ｓｌｍである。摂氏４００度において、さらにＰＨ_３の供給（時刻ｔ１）を開始して、燐（Ｐ）抜けの制御を行う。ＰＨ_３の流量は、例えば５０ｓｃｃｍである。摂氏４５０度において、ＡｓＨ_３およびＴＭＡｌの供給（時刻ｔ２）を開始して、所望の膜厚のＡｌＩｎＡｓＰ層を形成する。ＡｓＨ_３の流量は、例えば０．５ｓｃｃｍであり、またＴＭＡｌの流量は、例えば２０ｓｃｃｍである。本実施例では、約３秒間、ＰＨ_３、ＡｓＨ_３およびＴＭＡｌを同時に流して、約１ｎｍの改質膜（時刻ｔ２〜ｔ３）を形成する。この後に、時刻ｔ３でＴＭＡｌの供給を停止する。時刻ｔ３〜ｔ４までＰＨ_３およびＡｓＨ_３を流しながら、摂氏５５０度まで昇温する。この温度において、ＡｌＧａＩｎＡｓ層を（時刻ｔ４〜ｔ５）堆積する。ＡｌＧａＩｎＡｓ層の成長後に、時刻ｔ５〜ｔ６までＡｓＨ_３を流しながら摂氏７００度まで昇温する。この温度において、活性領域のためのＡｌＧａＩｎＡｓ層を（時刻ｔ６〜ｔ７）堆積する。ＡｌＧａＩｎＡｓ層の成長の後に、ＡｓＨ_３を（時刻ｔ７〜ｔ８）流しながら摂氏６７０度まで降温する。この温度においてＩｎＰクラッド層を（時刻ｔ８〜ｔ９）成長する。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、第１の実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す一部破断図である。図２（Ａ）は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザにおいて回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。図２（Ｂ）は、ＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザにおいて回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。図２（Ｃ）は、半導体レーザ１１において回折格子を構成する半導体のバンドダイアグラムを示す図面である。図３（Ａ）は、燐抜けを防止できる昇温工程を示す図面である。図３（Ｂ）は、インジウムのトランスポートを防止できる昇温工程を示す図面である。図３（Ｃ）は、改質層を形成した後の昇温工程を示す図面である。図４（Ａ）は、主要な半導体膜を成長するエピタキシャル成長工程を示す図面である。図４（Ｂ）は、メサストライプを形成する工程を示す図面である。図４（Ｃ）は、埋め込み領域を形成する工程を示す図面である。図５（Ａ）は、クラッド膜およびコンタクト膜を形成する工程を示す図面である。図５（Ｂ）は、電極を形成する工程を示す図面である。図６は、実施例におけるガスの供給および停止を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１…半導体レーザ、１３…ｎ型ＩｎＰ半導体領域、１５…ｐ型III−Ｖ化合物半導体層、１７…ＡｌＧａＩｎＡｓ層、１９…ＡｌＩｎＡｓＰ領域、２１…活性領域、２３…分布帰還型回折格子、Ｅｃ_{ＡｌＩｎＡｓＰ}…伝導体の底、Ｅｃ_{ＡｌＧａＩｎＡｓ}…伝導体の底、Ｅｃ_{ＩｎＡｓＰ}…伝導体の底、Ｅｃ_ＩｎＰ…伝導体の底、２５…III−Ｖ化合物半導体ＳＣＨ層、２７…メサストライプ、２９…埋め込み領域、３１…ｐ型III−Ｖ化合物半導体クラッド層、３３…コンタクト層、３５…電極、３７…電極

Claims

ｎ型ＩｎＰ半導体領域と、
ｐ型III−Ｖ化合物半導体層と、
ＡｌＧａＩｎＡｓ層と、
前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域と前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層との間に設けられたＡｌＩｎＡｓＰ領域と、
前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域、前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域および前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層とから構成される分布帰還型回折格子に光学的に結合されており、前記ｐ型III−Ｖ化合物半導体層と前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層との間に設けられた活性領域と
を備え、
前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面は前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を有しており、
前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、
前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い、ことを特徴とする半導体レーザ。
前記ＡｌＩｎＡｓＰ領域の厚さは１０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載された半導体レーザ。
前記ＡｌＧａＩｎＡｓ層のバンドギャップ波長は１．２μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された半導体レーザ。
ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いる半導体レーザを作製する方法であって、
分布帰還型回折格子のためのマスクを用いてｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行って、前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面に前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を形成する工程と、
前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行った後に、ＡｌＩｎＡｓＰを形成する工程と、
前記ＡｌＩｎＡｓＰを形成した後に、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を堆積する工程と
を備え、
前記ＡｌＩｎＡｓＰの伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、
前記ＡｌＩｎＡｓＰの伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い、方法。
ＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いる半導体レーザを作製する方法であって、
分布帰還型回折格子のためのマスクを用いてｎ型ＩｎＰ半導体領域にパターン形成を行って、前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面に前記分布帰還型回折格子のための凹凸構造を形成する工程と、
パターン形成を行った後に、ＡｓＨ_３、ＰＨ_３および有機アルミニウム原料を供給し前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面を改質して、改質層を形成する工程と、
前記ｎ型ＩｎＰ半導体領域の表面を改質した後に、ＡｌＧａＩｎＡｓ膜を形成する工程と
を備え、
前記改質層の伝導帯の底のエネルギレベルは、ＩｎＰ半導体の伝導帯の底のエネルギレベルよりも高く、
前記改質層の伝導帯の底のエネルギレベルは、前記ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜の伝導帯の底のエネルギレベルよりも低い、方法。