JPH07263796A

JPH07263796A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH07263796A
Application number: JP4956094A
Authority: JP
Inventors: Masato Kondo; 真人近藤; Chikashi Anayama; 親志穴山; Hajime Shoji; 元小路
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-18
Filing date: 1994-03-18
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体レーザに関し、ラテラルｐｎパターニ
ングの技術を適用して段差基板に半導体レーザを作製す
ることが可能な結晶の面方位組み合わせの自由度を広げ
ることで、その種の半導体レーザの製造を容易化しよう
とする。【構成】（１００）面或いは（１００）面から（１１
１）Ｂ方向に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面か
らなる主面及び＜０１１＞方向に延在した（３１１）Ｂ
面或いは（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面をも
つ基板２００及びダブル・ヘテロ構造の構成要素である
ｐ型クラッド層２０２の一部に導入されたＺｎ及びＳｅ
（或いはＳ）が前記主面上でｎ型領域２０３ｂを生成す
ると共に斜面上でｐ型領域２０３ａを生成して構成され
た電流狭窄層２０３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば波長６００〔ｎ
ｍ〕帯の光源として好適なＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導
体レーザの改良に関する。

【０００２】現在、高密度情報記録用光ディスク或いは
光磁気ディスクなどの書き込み用及び読み出し用の光
源、また、バー・コード・スキャナ、レーザ・プリン
タ、ポインタなどの光源として、ＡｌＧａＩｎＰ系材料
を用いた波長６００〔ｎｍ〕帯の可視光半導体レーザの
実用化に関連する要求が多くなっている。

【０００３】特に、今後、需要が見込まれている光磁気
ディスク用の光源として前記半導体レーザに対して期待
されるところが大きいことから、この用途については、
低しきい値、高光出力、長寿命化も含めた高信頼性、低
アスペクト比、低非点収差特性などについて厳しい条件
が付されているので、これをクリアしなければならな
い。

【０００４】

【従来の技術】図１２は標準的なＡｌＧａＩｎＰ／Ｇａ
ＩｎＰロス・ガイド構造可視光半導体レーザを表す要部
切断正面図である。

【０００５】図に於いて、３１はｎ−ＧａＡｓ基板、３
２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、３３はｎ−ＧａＩｎＰ中
間層、３４はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３５は
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ活性層、３６はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層、３７はｐ−ＧａＩｎＰ中間層、３８はｎ−
ＧａＡｓ電流狭窄層、３９はｐ−ＧａＡｓコンタクト層
をそれぞれ示している。

【０００６】この半導体レーザでは、活性層３５の上方
両脇に活性層３５に比較して狭いエネルギ・バンド・ギ
ャップをもつＧａＡｓからなる電流狭窄層３８を配設す
ることに依って、活性層３５の光を電流狭窄層３８で意
図的に吸収させて横方向に実効的な屈折率差を生成さ
せ、横方向の光閉じ込めを実現しているものであり、こ
の構造がロス・ガイド構造である。

【０００７】前記半導体レーザは、構造が比較的簡単で
ありながら、しきい値電流、効率、光出力、信頼性など
について良好な特性を発揮できるが、次のような欠点を
もっている。

【０００８】ＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザ
は、有機金属気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｖ
ａｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）
法を適用して形成するが、前記ロス・ガイド構造半導体
レーザでは、三回の結晶成長を必要とし、工程が複雑に
なる。因みに、一回目はバッファ層３２から中間層３７
までを、二回目は電流狭窄層３８を、三回目はコンタク
ト層３９をそれぞれ成長させる。

【０００９】ロス・ガイド構造であることから、非
点収差が５〔μｍ〕〜１０〔μｍ〕と大きく、これを補
正するには、例えば光磁気ディスク装置の光学系が複雑
化する。

【００１０】本発明者等は、前記ロス・ガイド構造半導
体レーザの欠点を解消する為、さきに、段差基板を用い
て一回の結晶成長で低非点収差可視光半導体レーザ（ｓ
ｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄｓｔｅｐｐｅｄｓｕｂｓｔ
ｒａｔｅｌａｓｅｒ：Ｓ³ｌａｓｅｒ）を形成する技
術を提供した（要すれば、特開平６−４５７０８号公
報、を参照）。

【００１１】図１３は本発明者等が開発したＳ³レーザ
と呼ばれる可視光半導体レーザを表す要部切断正面図で
ある。

【００１２】図に於いて、４１はｎ−ＧａＡｓ基板、４
２はｎ−ＧａＡｓバッファ層、４３はｎ−ＧａＩｎＰ中
間層、４４はｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４５は
（Ａｌ）ＧａＩｎＰ活性層、４６はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層、４７はｐ型不純物とｎ型不純物の同時或い
は交互ドープに依って形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電
流狭窄層、４８はｐ−ＧａＩｎＰ中間層、４９はｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層をそれぞれ示している。

【００１３】図示例に於けるｎ−ＧａＡｓ基板４１は、
主面が（１００）面又は（１００）面から＜０１１＞方
向に約２°〜１０°程度傾斜し、そして、＜０１−１＞
方向に溝が形成され、この溝に於ける斜面の面方位は
（４１１）Ａ−（３１１）Ａであって、この溝をもつ構
成が段差基板と呼ばれる所以である。

【００１４】前記のような構造は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層４６を成長させる際、ｐ型不純物であるＺｎ
とｎ型不純物であるＳｅを同時にドーピングし、不純物
取り込みの面方位依存性の差を利用し、（１００）面上
にのみ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層４７を生成させ
ることができる。

【００１５】即ち、ＭＯＶＰＥ法を適用して成長させた
ＡｌＧａＩｎＰに於いて、Ｚｎの取り込みは、（１０
０）面に比較して（４１１）Ａ−（３１１）Ａ面で１０
倍乃至２０倍も大であり、そして、Ｓｅの取り込みは、
（１００）面に比較して（４１１）Ａ−（３１１）Ａ面
で約１／５程度に小さくなる。

【００１６】前記したようなことから、ＺｎとＳｅとを
濃度を適切に調節して同時或いは交互ドーピングするこ
とで、（１００）面上ではｎ−ＡｌＧａＩｎＰを、そし
て、（４１１）Ａ−（３１１）Ａ面上ではｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰをそれぞれセルフ・アライメント的に形成するこ
とができるのである。この技術は、ラテラルｐｎパター
ニング、と呼ばれている。

【００１７】前記構造では、活性層４５が屈曲している
ことから、等価的に活性層４５の両側は屈折率が低いＡ
ｌＧａＩｎＰで挟まれた構成になっていることから、横
方向に有効な屈折率差をもたせることができ、従って、
高光出力の状態でも非点収差を小さくすることができ、
具体的には、１〔μｍ〕以下にすることができる。

【００１８】また、しきい値電流、効率、アスペクト
比、信頼性などの諸特性も優れていることが確認されて
いる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】前記説明した先発明に
於いては、（１００）に近い面、及び、（３１１）Ａ−
（４１１）Ａに近い面の組み合せからなる基板を用い、
Ｓ³レーザを作製する手段を開示したのであるが、その
時点では、Ｓ³レーザの製造に応用できるのは、前記面
方位の組み合わせしかないものと考えられていた。

【００２０】然しながら、前記先発明に開示した同時或
いは交互ドーピングに依るラテラルｐｎパターニングの
技術が、他の面の組み合わせでも実現することができれ
ば、素子製造の自由度が大きくなると共に新たな構成を
もつ素子を実現できる可能性も生まれてくる。

【００２１】本発明は、ラテラルｐｎパターニングの技
術を適用して段差基板に半導体レーザを作製することが
可能な結晶の面方位組み合わせの自由度を広げること
で、その種の半導体レーザの製造を容易化しようとす
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】一般に、ＭＯＶＰＥ法で
成長する三族−五族化合物半導体では、不純物の取り込
みが結晶の面方位に大きく依存する。

【００２３】図１はＡｌＧａＩｎＰに於けるＺｎ取り込
みの面方位依存性を説明する為の線図であり、横軸には
オフ角度を、そして、縦軸には偏析係数をそれぞれ採っ
てある。尚、このデータは既知である。

【００２４】ここで、偏析係数については、次のように
定義される。偏析係数＝（キャリヤ濃度または不純物濃度／２．２×
１０²²〔cm^-3〕）／（不純物原料の供給量／三族原料ま
たは五族原料の供給量）

【００２５】図１に見られるデータ、また、後に説明す
る図２及び図３に見られるデータを得た際の実験条件
は、

【００２６】結晶成長温度：約７００〔℃〕圧力：６．６×１０³〔Ｐａ〕乃至１．０×１０⁴〔Ｐ
ａ〕（５０〔Ｔｏｒｒ〕〜７６〔Ｔｏｒｒ〕）原料：トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ：Ｉｎ（Ｃ
Ｈ₃）₃）トリエチルガリウム（ＴＥＧａ：Ｇａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃）トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ：Ａｌ（Ｃ
Ｈ₃）₃）ホスフィン（ＰＨ₃）キャリヤ・ガス：水素である。

【００２７】これまでの様々な研究から、（Ａｌ）Ｇａ
ＩｎＰに於けるＺｎの偏析係数は、次のような面方位依
存性をもつことが知られている。即ち、図１に見られる
ように、Ｚｎの偏析係数は、（１００）面から（１１
１）Ａ面方向への基板傾斜で著しく増加し、特に（３１
１）Ａ面に於いて極大値をとる。

【００２８】これ対し、Ｂ面では、基板傾斜の増加に伴
って、偏析係数は一旦減少し、傾斜角度が約５°から１
０°程度で極小値をとった後、増加に転じ、（３１１）
Ｂ面で小さな極大値をとってから減少する。

【００２９】図２はＡｌＧａＩｎＰに於けるＳｅ取り込
みの面方位依存性を説明する為の線図であり、横軸には
オフ角度を、そして、縦軸には偏析係数をそれぞれ採っ
てある。尚、このデータは本発明者等に依って新たに得
られたものである。

【００３０】さて、（Ａｌ）ＧａＩｎＰに於けるＳｅの
偏析係数は、次のような面方位依存性をもつことが知ら
れている。即ち、Ｓｅの偏析係数は、（１００）面から
（１１１）Ａ面方向への基板傾斜で次第に減少する。

【００３１】これに対し、Ｂ面では、面方位が（３１
１）Ｂ面から（１１１）Ｂ面に変化するにつれて（１０
０）面に比較して著しく増加するとされてきた。

【００３２】ところが、本発明者等の実験に依ると、前
記Ｓｅの偏析係数には、従来の認識とは相違しているこ
とが明らかになった。

【００３３】即ち、ＡｌＧａＩｎＰのみならず、ＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰなどについてＳｅ取り込
みの面方位依存性を綿密に調べたところ、例えば、Ａｌ
ＧａＩｎＰの場合、図２に見られるように、（１００）
面から（１１１）Ｂ面方向への基板傾斜に依って、偏析
係数は若干増加し、傾斜角度が約５°から１０°で極大
値をとってから減少し、（３１１）Ｂ面付近で極小値を
とってから増加に転じて（１１１）Ｂ面付近で著しく増
加している。

【００３４】このＳｅに於ける偏析係数の面方位依存性
は、前記Ｂ面に於けるＺｎの偏析係数の面方位依存性と
は全く逆の依存性であって、（１００）面から（３１
１）Ｂ面の間では、Ｓｅの偏析係数が複雑に変化するこ
とが明らかになった。

【００３５】前記した実験の結果を踏まえて、本発明の
原理について詳細に説明する。まず、図１からすると、
Ｂ面に於けるＺｎの取り込みは、（１００）面からの傾
斜角度の増加につれ、まず減少する。傾斜角度が約５°
程度になるとＺｎの取り込みは極小値をとり、その後は
増加に転じ、（３１１）Ｂ面付近で極大値をとってから
再び減少する。

【００３６】データから明らかであるが、（５１１）Ｂ
−（２１１）Ｂ面に於けるＺｎの取り込みは（１００）
面よりも大であり、（１００）から約５°傾斜した面に
比較して（３１１）Ｂ面のＺｎ濃度は約６倍に達してい
る。

【００３７】次に、図２からすると、Ｂ面に於けるＳｅ
の取り込みは、Ｚｎの取り込みと正反対の傾向を示して
いる。即ち、（１００）面からの傾斜角度の増加に伴
い、先ず、増加し、傾斜角度が約５°程度でＳｅの取り
込みは極大値を示し、その後、減少して（３１１）Ｂ面
付近で極小値をとった後、再び増加に転ずる。

【００３８】（５１１）Ｂ−（２１１）Ｂ面に於けるＳ
ｅの取り込みは（１００）面に比較して小さく、（１０
０）から約５°傾斜した面に比較すると、（３１１）Ｂ
面のＳｅ濃度は約１／３倍である。

【００３９】前記説明した面方位依存性は、ＡｌＧａＩ
ｎＰのＡｌ組成や成長温度などの成長条件に係わりな
く、広い範囲で現れる。このような依存性が現れる原因
は不明であるが、傾斜基板に現れる表面ステップ、キン
ク、或いは、傾斜基板特有の表面構造が影響を与えてい
ると考えられる。

【００４０】前記したＺｎとＳｅとの取り込みに関する
面方位依存性を利用すれば、表面にリッジ、溝、斜面な
どをもつ、所謂、形状基板上に二次元的にｐ型領域とｎ
型領域とをパターニングすることができる。

【００４１】図３は（１００）面から（１１１）Ｂ面の
間でＺｎとＳｅとを同時にドーピングした場合の不純物
濃度とキャリヤ濃度の依存性を表す線図であり、横軸に
は基板傾斜角度を、縦軸には不純物濃度及びキャリヤ濃
度をそれぞれ採ってある。

【００４２】図３から明らかであるが、Ｚｎ及びＳｅの
ドーピング量を適当に選択することで、（１００）面近
傍ではＳｅ濃度＞Ｚｎ濃度でｎ型を、（３１１）Ｂ面近
傍ではＳｅ濃度＜Ｚｎ濃度でｐ型を得ることができる。

【００４３】従って、例えば、主面として（１００）面
付近の面、斜面として（３１１）Ｂ付近の面をもつ段差
基板にＺｎとＳｅを同時にドーピングし、両者のドーピ
ング量を適切に選択することに依り、（１００）面付近
の主面ではｎ型、（３１１）Ｂ面付近の斜面ではｐ型と
それぞれ異なった導電型の層を得ることができる。

【００４４】図１及び図２に見られるデータから、最も
効果的にｎ型層とｐ型層とを作り分ける為には、Ｚｎの
取り込みが最小で、Ｓｅの取り込みが最大になる（１０
０）面から約５°程度傾斜した面と、Ｚｎの取り込みが
最大で、Ｓｅの取り込みが最小になる（３１１）Ｂ付近
の面を組み合わせれば良い。

【００４５】この場合、（１００）面から５°傾斜した
面と（３１１）Ｂ面付近の面に於けるＺｎ濃度／Ｓｅ濃
度の比率は約２０倍程度となる。これは、前記既出願発
明で開示した（１００）面と（４１１）Ａ面とを組み合
わせた場合の約４０倍に比較すると小さいが、その値は
素子応用に充分な範囲にあり、しかも、結晶の面方位選
択の範囲を拡大した効果は大きい。

【００４６】本発明に依れば、既出願発明と同様、一回
の結晶成長で自己整合的に電流狭窄層を半導体レーザ中
に作り込むことができる。

【００４７】図４は本発明の原理を適用し作製した半導
体レーザを表す要部切断正面図である。尚、簡明にする
為、図では、ラテラルｐｎパターニングを説明するのに
必要な部分のみ表してあり、この点は、後に説明する図
５及び図７に於いても同様である。図に於いて、２００
は基板、２０１はバッファ層、２０２はクラッド層、２
０３は電流狭窄層、２０３ａはｐ型領域、２０３ｂはｎ
型領域をそれぞれ示している。

【００４８】この半導体レーザでは、電流狭窄層２０３
を形成する際、ＺｎとＳｅを同時にドーピングし、両者
のドーピング量を適切に選択することに依って、主面で
ある（１００）面、或いは、（１００）面から＜０１−
１＞方向に約５°程度傾斜した面ではｎ型領域２０３ｂ
を、また、（４１１）Ｂ−（３１１）Ｂ付近の斜面では
ｐ型領域２０３ａを成長させることができる。

【００４９】図５は同じく本発明の原理を適用して作製
した半導体レーザを表す要部切断正面図である。図に於
いて、２０４は基板、２０５はバッファ層、２０６はク
ラッド層、２０７は電流狭窄層、２０７ａはｐ型領域、
２０７ｂはｎ型領域をそれぞれ示している。

【００５０】図５に見られる半導体レーザでは、電流狭
窄層２０７を形成する際、Ｚｎ及びＳｅを同時にドーピ
ングするのに代え、Ｚｎをドーピングしたｐ型薄膜及び
Ｓｅをドーピングしたｎ型薄膜を交互に積層成長させれ
ば、主面ではＳｅ濃度＞Ｚｎ濃度、斜面ではＳｅ濃度＜
Ｚｎ濃度となるように、また、ｎ型薄膜を隣接するｐ型
薄膜からＺｎが拡散される程度にまで薄くし、且つ、ｐ
型薄膜を隣接するｎ型薄膜からの空乏層が延びる程度に
まで薄くすれば、主面ではｎ型領域を、また、斜面では
ｐ型領域を自己整合的に生成させて電流狭窄層を得るこ
とができる。

【００５１】ところで、前記したように、（１００）面
とＢ面との組み合わせが可能になったので、本発明と前
記既出願発明と組み合わせると、従来、存在しなかった
構造をもった半導体レーザを実現させることが可能とな
る。

【００５２】前記既出願発明では、ラテラルｐｎパター
ニングは、（１００）面とＡ面との組み合わせで実施す
ることを開示した。従って、その発明と本発明とを組み
合わせると半導体レーザを完全なメサ（台地）構造にす
ることができる。

【００５３】図６は完全なメサ構造をもった半導体レー
ザを解説する為の要部斜面説明図であり、また、図７は
図６に見られる半導体レーザの要部切断正面図である。
図に於いて、２０８は形状基板、２０９はクラッド層、
２１０は電流狭窄層、２１０ａはｐ型領域、２１０ｂは
ｎ型領域をそれぞれ示している。

【００５４】図示の半導体レーザでは、基板２０８に於
ける主面は（１００）面、或いは、それに近い面であっ
て、その主面から周囲３６０°方向に斜面が形成された
完全なメサ構造の部分を備えている。

【００５５】このような基板２０８上に例えばＡｌＧａ
ＩｎＰからなるクラッド層２０９を形成し、また、二族
アクセプタ不純物と六族ドナー不純物の同時ドーピン
グ、或いは、交互ドーピングを行いつつ電流狭窄層２１
０を形成すると、主面を囲む斜面全体の導電型を主面の
それとは逆にすることができる。尚、ここでは、前記し
たように、斜面上にはｐ型領域２１０ａが生成され、主
面上にはｎ型領域２１０ｂが生成される。

【００５６】前記説明で明らかにした不純物拡散の面方
位依存性は、Ｚｎ及びＳｅについて説明したが、この特
性は二族アクセプタ不純物及び六族ドナー不純物に共通
であるから、他の不純物、例えば二族アクセプタである
Ｃｄや六族ドナーであるＳなどを用いても同じ目的を達
成することができる。

【００５７】前記したところから、本発明に依る半導体
レーザに於いては、（１）（１００）面或いは（１００）面から（１１１）Ｂ方向
に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面からなる主面
及び＜０１１＞方向に延在した（３１１）Ｂ面或いは
（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面をもつ基板
（ｎ−ＧａＡｓ基板５００）と、前記基板上に在ってダ
ブル・ヘテロ構造の構成要素であるｐ型クラッド層（ｐ
側クラッド層５０７並びに５０９）の一部に同時に導入
された二族アクセプタ不純物及び六族ドナー不純物が前
記主面上でｎ型領域（ｎ型領域５０８ｂ）を生成すると
共に斜面上でｐ型領域（ｐ型領域５０８ａ）を生成して
構成された電流狭窄層（電流狭窄層５０８）とを備えて
なることを特徴とするか、或いは、

【００５８】（２）（１００）面或いは（１００）面から（１１１）Ｂ方向
に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面からなる主面
及び＜０１１＞方向に延在した（３１１）Ｂ面或いは
（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面をもつ基板
（ｎ−ＧａＡｓ基板６００）と、前記基板上に在ってダ
ブル・ヘテロ構造の構成要素であるｐ型クラッド層（ｐ
側クラッド層６０７並びに６０９）の一部として二族ア
クセプタ不純物がドーピングされた層及び六族ドナー不
純物がドーピングされた層が交互に積層され前記主面上
でｎ型領域（ｎ型領域６０８ｂ）を生成すると共に斜面
上でｐ型領域（ｐ型領域６０８ａ）を生成して構成され
た電流狭窄層（電流狭窄層６０８）とを備えてなること
を特徴とするか、或いは、

【００５９】（３）（１００）面或いは（１００）面に近接した面からなる
主面及び前記主面の周囲３６０°方向に形成された斜面
からなるメサ部分（メサ部分７００Ａ）をもつ基板（基
板７００）と、前記基板上に在って同時に導入された二
族アクセプタ不純物及び六族ドナー不純物が前記主面上
でｎ型領域（ｎ型領域７０９ｂ）を生成すると共に前記
主面を囲む斜面上でｐ型領域（ｐ型領域７０９ａ）を生
成して構成された半導体層（ＤＢＲ層７０９）とを備え
てなることを特徴とするか、或いは、

【００６０】（４）（１００）面或いは（１００）面に近接した面からなる
主面及び前記主面の周囲３６０°方向に形成された斜面
からなるメサ部分（メサ部分８００Ａ）をもつ基板（ｐ
−ＧａＡｓ基板８００）と、前記基板上に在ってダブル
・ヘテロ構造の構成要素であるｐ型クラッド層の一部と
して二族アクセプタ不純物がドーピングされた層及び六
族ドナー不純物がドーピングされた層が交互に積層され
前記主面上でｎ型領域（ｎ型領域８０３ｂ及び８０４
ｂ）を生成すると共に前記主面を囲む斜面上でｐ型領域
（ｐ型領域８０３ａ及び８０４ａ）を生成して構成され
た半導体層（ＤＢＲ層８０３及びクラッド層８０４）と
を備えてなることを特徴とするか、或いは、

【００６１】（５）前記（１）又は（２）又は（３）又は（４）に於いて、
二族アクセプタ不純物がＺｎであると共に六族ドナー不
純物がＳｅであることを特徴とするか、或いは、

【００６２】（６）前記（１）又は（２）又は（３）又は（４）に於いて、
二族アクセプタ不純物がＺｎであると共に六族ドナー不
純物がＳであることを特徴とするか、或いは、

【００６３】（７）前記（１）又は（２）又は（３）又は（４）又は（５）
又は（６）に於いて、基板がＧａＡｓ、ダブル・ヘテロ
構造のクラッド層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み
合わせ、活性層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合
わせからなることを特徴とするか、或いは、

【００６４】（８）前記（１）又は（２）又は（３）又は（４）又は（５）
又は（６）に於いて、基板がＩｎＰ、ダブル・ヘテロ構
造のクラッド層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合
わせ、活性層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合わ
せからなることを特徴とするか、或いは

【００６５】（９）前記（７）又（８）に於いて、活性層が歪み量子井戸活
性層であることを特徴とするか、或いは、

【００６６】（１０）前記（３）又は（４）又は（５）又は（６）又は（７）
又は（８）又は（９）に於いて、複数種類の半導体膜を
積層してなる分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ層７０３及び
７０９、ＤＢＲ層８０３及び８０９など）を備えて光出
射方向が前記半導体膜の積層方向に略垂直となって面発
光することを特徴とする。

【００６７】

【作用】本発明では、結晶の（１００）面から（１１
１）Ｂ面の間で二族アクセプタ不純物と六族ドナー不純
物が正反対の取り込み面方位依存性を示すことを利用
し、段差基板上に自己整合的にｐ型領域とｎ型領域とを
パターニングし、それに依って電流狭窄することを可能
にしたので、一回の成長で半導体レーザを製造する為の
設計、材料、条件などを選択する自由度を拡大すること
ができ、また、先行技術と組み合わせて、完全なメサ構
造をなす半導体レーザも容易に得ることができるので、
特性を向上した半導体レーザが得られるのは勿論のこ
と、光集積回路を製造する場合にも有用である。

【００６８】

【実施例】図８は本発明に於ける第一実施例を説明する
為の半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【００６９】図に於いて、５００は基板、５０１はバッ
ファ層、５０２は中間層、５０３はｎ側クラッド層、５
０４はガイド層、５０５は井戸層並びにバリヤ層からな
る歪み量子井戸活性層、５０６はガイド層、５０７はｐ
側クラッド層、５０８は電流狭窄層、５０８ａは電流狭
窄層に於けるｐ型領域、５０８ｂは電流狭窄層に於ける
ｎ型領域、５０９はｐ側クラッド層、５１０は中間層、
５１１は電極コンタクト層をそれぞれ示している。

【００７０】図８に見られる半導体レーザに於ける各部
分に関する主要なデータを例示すると次の通りである。

【００７１】（１）基板５００について材料：ｎ−ＧａＡｓ不純物：Ｓｉ不純物濃度：４×１０¹⁸〔cm^-3〕主面の面指数：（１００）面から（１１１）Ｂ方向へ約
５°傾斜斜面の面指数：（３１１）Ｂ面付近

【００７２】（２）バッファ層５０１について材料：ｎ−ＧａＡｓ不純物：Ｓｉ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：１．０〔μｍ〕

【００７３】（３）中間層５０２について材料：ｎ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．１〔μｍ〕

【００７４】（４）ｎ側クラッド層５０３について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：２．０〔μｍ〕

【００７５】（５）ガイド層５０４について材料：ｎ型或いはアンドープ（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：５０〔Å〕

【００７６】（６）歪み量子井戸活性層５０５について材料：（Ａｌ）ＧａＩｎＰ／（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ或いはＧａＩｎＡｓＰ／（Ａｌ_0.4Ｇ
ａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ ○ 井戸層厚さ：６０〔Å〕層数：３圧縮歪み：１．０〔％〕 ○ バリヤ層厚さ：５０〔Å〕層数：２

【００７７】（７）ガイド層５０６について材料：ｐ型或いはアンドープ（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：５０〔Å〕

【００７８】（８）ｐ側クラッド層５０７について材料：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ不純物濃度：５×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：０．２〔μｍ〕

【００７９】（９）電流狭窄層５０８について材料：Ｚｎ＋Ｓｅ（或いはＳ）同時ドープ（Ａｌ_0.7Ｇ
ａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物濃度：主面ｎ＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕斜面ｐ＝１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．５〔μｍ〕

【００８０】（１０）ｐ側クラッド層５０９について材料：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：１．３〔μｍ〕

【００８１】（１１）中間層５１０について材料：ｐ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．１〔μｍ〕

【００８２】（１２）電極コンタクト層５１１について材料：ｐ−ＧａＡｓ不純物：Ｚｎ不純物濃度：５×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．５〔μｍ〕

【００８３】第一実施例に於ける基板５００は、（１０
０）から（１１１）Ｂ方向に約５°傾斜したＧａＡｓ基
板に＜０１１＞方向に幅１５０〔μｍ〕程度の窓をもつ
ＳｉＯ₂或いはレジストなどからなるマスク膜を形成
し、エッチャントをフッ酸＋過酸化水素＋水の混合液と
するウエット・エッチング法を適用して加工することで
得ることができる。

【００８４】前記各結晶層を成長させる場合、例えばＭ
ＯＶＰＥ法を適用し、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ，Ａｓ，Ｐを得
る為の原料としては、ＴＭＩｎ，ＴＥＧａ，ＴＭＡｌ，
ＡｓＨ₃，ＰＨ₃などを用い、また、Ｚｎ，Ｓｅ，Ｓ，
Ｓｉなどのドーピングには、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ：
Ｚｎ（ＣＨ₃）₂）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ：Ｚｎ
（Ｃ₂Ｈ₅）₂）、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）、硫化水
素（Ｈ₂Ｓ）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、モノシラン
（ＳｉＨ₄）などを用いる。キャリヤ・ガスには水素を
用い、成長圧力は５０〔Ｔｏｒｒ〕前後、成長温度は６
５０〔℃〕〜７５０〔℃〕である。

【００８５】図９は本発明に於ける第二実施例を説明す
る為の半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【００８６】図に於いて、６００は基板、６０１はバッ
ファ層、６０２は中間層、６０３はｎ側クラッド層、６
０４はガイド層、６０５は井戸層並びにバリヤ層からな
る歪み量子井戸活性層、６０６はガイド層、６０７はｐ
側クラッド層、６０８は電流狭窄層、６０８ａは電流狭
窄層に於けるｐ型領域、６０８ｂは電流狭窄層に於ける
ｎ型領域、６０９はｐ側クラッド層、６１０は中間層、
６１１は電極コンタクト層をそれぞれ示している。

【００８７】第二実施例が第一実施例と相違するところ
は、電流狭窄層６０８のみで、他は同じである。ここ
で、電流狭窄層６０８は、ｐ型不純物とｎ型不純物とを
同時ドーピングして形成するのではなく、Ｚｎをドーピ
ングしたｐ型層及びＳｅ或いはＳをドーピングしたｎ型
層を交互に積層し、主面ではＳｅ（或いはＳ）濃度＞Ｚ
ｎ濃度に、また、斜面ではＳｅ（或いはＳ）濃度＜Ｚｎ
濃度になるよう設定してあり、各層の厚さは１００
〔Å〕程度、周期数は１０から２０である。

【００８８】前記各実施例では、ｎ型基板を用いる場合
について説明したが、上下関係を全く逆にすれば、ｐ型
基板を用いた半導体レーザを実現することも容易であ
り、また、ＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザのみで
なく、図１及び図２に見られるような特性が現れる材
料、及び、本発明の原理及び作用を用い、同様な半導体
レーザを実現させることができる。

【００８９】図１０は本発明に於ける第三実施例を説明
する為の半導体レーザを表す要部切断正面図であり、こ
こに見られる半導体レーザは面発光レーザである。

【００９０】図に於いて、７００はｎ−ＧａＡｓ基板、
７００Ａはｎ−ＧａＡｓメサ部分、７０１はｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層、７０２はｎ−ＧａＩｎＰ中間層、７０３
はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ／Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ、或いは、
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ／（Ａｌ_yＧ
ａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなどの組み合わせからなる薄膜
多層のＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−ｂｒａｇｇ
ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層、７０４はｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ
_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、７０５はｎ−（Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐガイド層、７０６は（Ａ
ｌ）ＧａＩｎＰ或いは（Ａｌ）ＧａＩｎＡｓからなる井
戸層及び（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリヤ層
からなる歪み量子井戸活性層、７０７はｐ−（Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐガイド層、７０８はｐ−（Ａ
ｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層、７０９は
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ／（Ａｌ_yＧ
ａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの組み合わせからなる薄膜多層
のＤＢＲ層、７０９ａはｐ型領域、７０９ｂはｎ型領
域、７１０はｐ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層、７１１は
ｐ−ＧａＡｓ電極コンタクト層をそれぞれ示している。

【００９１】第三実施例の半導体レーザに於ける基板７
００は、（１００）に近接した主面及び主面を取り囲む
ように形成された斜面からなるメサ部分７００Ａを備え
ていて、主面と斜面とがなす角度は約１５°乃至３５°
程度である。

【００９２】第三実施例の半導体レーザに於けるＤＢＲ
層７０９を成長させる場合、二族アクセプタ不純物と六
族ドナー不純物を同時にドーピングするか、或いは、交
互にドーピングすることで、主面上ではｎ型に、そし
て、斜面上ではｐ型にパターニングすることができる。

【００９３】第三実施例の半導体レーザを動作させる場
合、電極コンタクト層７１１側から電流が注入され、Ｄ
ＢＲ層７０９に於けるｐ型の斜面を経由して歪み量子井
戸活性層７０６に注入される。尚、ＤＢＲ層７０９の形
成時に於いて、同時ドーピング或いは交互ドーピングす
る際、斜面の部分に取り込まれる二族アクセプタ不純物
のドーピング量を増加させれば、（Ａｌ_xＧａ_1-x）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ／（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐか
らなる周期構造が混合され、その部分の抵抗値を低下さ
せることができる。

【００９４】図１１は本発明に於ける第四実施例を説明
する為の半導体レーザを表す要部切断正面図であり、こ
こに見られる半導体レーザも面発光レーザである。

【００９５】図に於いて、８００はｐ−ＧａＡｓ基板、
８００Ａはｐ−ＧａＡｓメサ部分、８０１はｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層、８０２はｐ−ＧａＩｎＰ中間層、８０３
はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ／Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ、或いは、
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ／（Ａｌ_yＧ
ａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐなどの組み合わせからなる薄膜
多層のＤＢＲ層、８０３ａはｐ型領域、８０３ｂはｎ型
領域、８０４はｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層、８０４ａはｐ型領域、８０４ｂはｎ型領
域、８０５はｐ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
ガイド層、８０６は（Ａｌ）ＧａＩｎＰ或いは（Ａｌ）
ＧａＩｎＡｓからなる井戸層及び（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリヤ層からなる歪み量子井戸活性層、
８０７はｎ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐガイ
ド層、８０８はｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐクラッド層、８０９は（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ／（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐの組み合わ
せからなる薄膜多層のＤＢＲ層、８１０はｎ−Ｇａ_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ中間層、８１１はｎ−ＧａＡｓ電極コンタク
ト層をそれぞれ示している。

【００９６】第四実施例の半導体レーザに於ける基板８
００も、（１００）に近接した主面及び主面を取り囲む
ように形成された斜面からなるメサ部分８００Ａを備え
ていて、主面と斜面とがなす角度は同じく約１５°乃至
３５°程度である。

【００９７】第四実施例の半導体レーザに於けるＤＢＲ
層８０３及びクラッド層８０４を成長させる場合、二族
アクセプタ不純物と六族ドナー不純物を同時にドーピン
グするか、或いは、交互にドーピングすることで、主面
上ではｎ型に、そして、斜面上ではｐ型にパターニング
することができる。

【００９８】第四実施例の半導体レーザを動作させる場
合、基板８００側から電流が注入され、ＤＢＲ層８０３
に於けるｐ型の斜面を経由して歪み量子井戸活性層８０
６に注入される。

【００９９】

【発明の効果】本発明に依る半導体レーザに於いては、
（１００）面或いは（１００）面から（１１１）Ｂ方向
に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面からなる主面
並びに＜０１１＞方向に延在した（３１１）Ｂ面或いは
（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面をもつ基板、
或いは、（１００）面或いは（１００）面に近接した面
からなる主面及び前記主面の周囲３６０°方向に形成さ
れた斜面からなるメサ部分をもつ基板を有し、前記基板
上の半導体層に二族アクセプタ不純物及び六族ドナー不
純物を導入して前記主面上でｎ型領域を生成すると共に
斜面上でｐ型領域を生成させる。

【０１００】前記構成を採ることに依って、結晶の（１
００）面から（１１１）Ｂ面の間で二族アクセプタ不純
物と六族ドナー不純物が正反対の取り込み面方位依存性
を示すので、段差基板上に自己整合的にｐ型領域とｎ型
領域とをパターニングして電流狭窄することが可能とな
り、一回の成長で半導体レーザを製造する為の設計、材
料、条件などを選択する自由度を拡大することができ、
また、先行技術と組み合わせて、完全なメサ構造をなす
半導体レーザも容易に得ることができるので、特性を向
上した半導体レーザが得られるのは勿論のこと、光集積
回路を製造する場合にも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡｌＧａＩｎＰに於けるＺｎ取り込みの面方位
依存性を説明する為の線図である。

【図２】ＡｌＧａＩｎＰに於けるＳｅ取り込みの面方位
依存性を説明する為の線図である。

【図３】（１００）面から（１１１）Ｂ面の間でＺｎと
Ｓｅとを同時にドーピングした場合の不純物濃度とキャ
リヤ濃度の依存性を表す線図である。

【図４】本発明の原理を適用して作製した半導体レーザ
を表す要部切断正面図である。

【図５】同じく本発明の原理を適用して作製した半導体
レーザを表す要部切断正面図である。

【図６】完全なメサ構造をもった半導体レーザを解説す
る為の要部斜面説明図である。

【図７】図６に見られる半導体レーザの要部切断正面図
である。

【図８】本発明に於ける第一実施例を説明する為の半導
体レーザを表す要部切断正面図である。

【図９】本発明に於ける第二実施例を説明する為の半導
体レーザを表す要部切断正面図である。

【図１０】本発明に於ける第三実施例を説明する為の半
導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図１１】本発明に於ける第四実施例を説明する為の半
導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図１２】標準的なＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰロス・
ガイド構造可視光半導体レーザを表す要部切断正面図で
ある。

【図１３】本発明者等が開発したＳ³レーザと呼ばれる
可視光半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【符号の説明】

２００基板２０１バッファ層２０２クラッド層２０３電流狭窄層２０３ａｐ型領域２０３ｂｎ型領域２０４基板２０５バッファ層２０６クラッド層２０７電流狭窄層２０７ａｐ型領域２０７ｂｎ型領域２０８形状基板２０９クラッド層２１０電流狭窄層２１０ａｐ型領域２１０ｂｎ型領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１００）面或いは（１００）面から（１
１１）Ｂ方向に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面
からなる主面及び＜０１１＞方向に延在した（３１１）
Ｂ面或いは（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面を
もつ基板と、前記基板上に在ってダブル・ヘテロ構造の構成要素であ
るｐ型クラッド層の一部に同時に導入された二族アクセ
プタ不純物及び六族ドナー不純物が前記主面上でｎ型領
域を生成すると共に斜面上でｐ型領域を生成して構成さ
れた電流狭窄層とを備えてなることを特徴とする半導体
レーザ。
【請求項２】（１００）面或いは（１００）面から（１
１１）Ｂ方向に約０°から約１０°の範囲で傾斜した面
からなる主面及び＜０１１＞方向に延在した（３１１）
Ｂ面或いは（３１１）Ｂ面に近接した面からなる斜面を
もつ基板と、前記基板上に在ってダブル・ヘテロ構造の構成要素であ
るｐ型クラッド層の一部として二族アクセプタ不純物が
ドーピングされた層及び六族ドナー不純物がドーピング
された層が交互に積層され前記主面上でｎ型領域を生成
すると共に斜面上でｐ型領域を生成して構成された電流
狭窄層とを備えてなることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】（１００）面或いは（１００）面に近接し
た面からなる主面及び前記主面の周囲３６０°方向に形
成された斜面からなるメサ部分をもつ基板と、前記基板上に在って同時に導入された二族アクセプタ不
純物及び六族ドナー不純物が前記主面上でｎ型領域を生
成すると共に前記主面を囲む斜面上でｐ型領域を生成し
て構成された半導体層とを備えてなることを特徴とする
半導体レーザ。
【請求項４】（１００）面或いは（１００）面に近接し
た面からなる主面及び前記主面の周囲３６０°方向に形
成された斜面からなるメサ部分をもつ基板と、前記基板上に在ってダブル・ヘテロ構造の構成要素であ
るｐ型クラッド層の一部として二族アクセプタ不純物が
ドーピングされた層及び六族ドナー不純物がドーピング
された層が交互に積層され前記主面上でｎ型領域を生成
すると共に前記主面を囲む斜面上でｐ型領域を生成して
構成された半導体層とを備えてなることを特徴とする半
導体レーザ。
【請求項５】二族アクセプタ不純物がＺｎであると共に
六族ドナー不純物がＳｅであることを特徴とする請求項
１或いは２或いは３或いは４記載の半導体レーザ。
【請求項６】二族アクセプタ不純物がＺｎであると共に
六族ドナー不純物がＳであることを特徴とする請求項１
或いは２或いは３或いは４記載の半導体レーザ。
【請求項７】基板がＧａＡｓ、ダブル・ヘテロ構造のク
ラッド層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合わせ、
活性層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合わせから
なることを特徴とする請求項１或いは２或いは３或いは
４或いは５或いは６記載の半導体レーザ。
【請求項８】基板がＩｎＰ、ダブル・ヘテロ構造のクラ
ッド層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合わせ、活
性層がＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ，Ａｓの組み合わせからな
ることを特徴とする請求項１或いは２或いは３或いは４
或いは５或いは６記載の半導体レーザ。
【請求項９】活性層が歪み量子井戸活性層であることを
特徴とする請求項７或いは８記載の半導体レーザ。
【請求項１０】複数種類の半導体膜を積層してなる分布
ブラッグ反射鏡を備えて光出射方向が前記半導体膜の積
層方向に略垂直となって面発光することを特徴とする請
求項３或いは４或いは５或いは６或いは７或いは８或い
は９記載の半導体レーザ。