JPH09232691A

JPH09232691A - 半導体レーザ

Info

Publication number: JPH09232691A
Application number: JP19477996A
Authority: JP
Inventors: Toru Uchida; 徹内田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】基板とクラッド層とが格子不整合を有する半
導体レーザに関し、クラッド層に禁制帯幅の大きな、Ｉ
ＩＩ族元素としてＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体を用い
た１μｍ帯用半導体レーザを提供することである。【解決手段】第１の格子定数を有し、主表面を有する
ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、前記主表面上に配置さ
れ、前記第１の格子定数と較べ、０．５％以上異なる第
２の格子定数を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体のクラッド層
と、活性層と、活性層の両側に配置され、ＩＩＩ族元素
としてＡｌを含み、活性層より屈折率の低い光閉じ込め
層とを含み、前記クラッド層上に配置されたＩＩＩ−Ｖ
族半導体の光伝搬層と、前記主表面と前記クラッド層と
の間に配置され、前記第１の格子定数と前記第２の格子
定数の間で徐々に格子定数が変化する組成勾配層を含
み、表面にクロスハッチ状の段差を有するＩＩＩ−Ｖ族
半導体の格子緩和層と、前記格子緩和層と前記クラッド
層との間に配置され、Ｖ族元素として燐を含むＩＩＩ−
Ｖ族半導体の中間層とを有する半導体レーザを提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に基板とクラッド層とが格子不整合を有する半導
体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の１μｍ帯の半導体レーザは、典形
的にはＩｎＰ基板を用い、ＩｎＰ基板上にＩｎＰと格子
整合するＩｎＧａＡｓＰ系材料の積層を形成することに
よって形成されている。ＩｎＰと格子整合するＩｎＧａ
ＡｓＰ系材料でヘテロ整合を形成する場合、十分大きな
バンドエネルギ差を得ることが難しい。このため、この
ような半導体レーザは大きな温度依存性を持つ特性（閾
値、効率等）を有する。

【０００３】同一結晶構造のＩＩＩ−Ｖ族半導体の場
合、一般的に格子定数の小さな半導体ほど大きなバンド
ギャップと小さな屈折率を有する傾向がある。バンドギ
ャップの差は、主に伝導帯の端のエネルギ位置の差によ
って生じる。

【０００４】本発明者およびその同僚らは、ＩｎＰより
も格子定数が小さく、バンドギャップが大きな半導体基
板を用い、その上に格子緩和層を介してクラッド層、活
性層等を積層し、かつ活性層を歪み量子井戸層で構成す
る半導体レーザを提案した（特開平６−３２６４０７
号）。

【０００５】基板としてＧａＡｓを用い、その上にＩｎ
組成が０から０．３まで連続的に変化するＩｎＧａＡｓ
組成勾配層を形成し、その上に活性層以外はＩｎ_0.3Ｇ
ａ_0. ₇Ａｓと格子整合するＩｎＧａＰ系、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系、ＩｎＧａＡｓ系の材料の半導体層で形成されたレ
ーザ構造の積層を形成する。活性層はＩｎ_0.4Ｇａ_0. ₆
Ａｓで形成し、その両側にＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ_0.8Ｐ
_0.2の光閉じ込め層を配置し、その両側にＩｎ_0.8Ｇａ
_0.2Ｐのクラッド層を配置する。Ｉｎ_0.4Ｇａ _0.6Ａｓ
活性層は両側の光閉じ込め層と共にセパレートコンファ
インメントヘテロ（ＳＣＨ）構造の歪み量子井戸構造を
形成する。

【０００６】ＩｎＰと格子整合するＩｎＧａＡｓＰに較
べて伝導帯端エネルギＥｃが大きく、禁制帯幅の大きな
ＩｎＧａＡｓＰを光閉じ込め層に用いることが可能とな
り、電荷担体の漏れ出し低減、温度特性の向上に効果が
あった。例えば、特性温度として約１００Ｋが得られ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記組成勾配層を用い
ることで、貫通転移の密度を低減することができたが、
その表面にはクロスハッチ状の段差が現れ、この段差に
よってレーザ光の散乱損失が増大し、レーザ発振を妨げ
られるという問題があった。

【０００８】特に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含む層を
段差上に形成する場合には、この段差が成長層表面に引
き継がれていくため、良好なレーザを得ることができな
かった。

【０００９】本発明の目的は、クラッド層に禁制帯幅の
大きな、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半
導体を用いた１μｍ帯用半導体レーザを提供することで
ある。

【００１０】本発明の他の目的は、電荷担体の閉じ込め
効果に優れた１μｍ帯用半導体レーザを提供することで
ある。

【００１１】本発明の他の目的は、温度特性の優れた１
μｍ帯用半導体レーザを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、第１の格子定数を有し、主表面を有するＩＩＩ−Ｖ
族半導体の基板と、前記主表面上に配置され、前記第１
の格子定数と較べ、０．５％以上異なる第２の格子定数
を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体のクラッド層と、活性層
と、活性層の両側に配置され、ＩＩＩ族元素としてＡｌ
を含み、活性層より屈折率の低い光閉じ込め層とを含
み、前記クラッド層上に配置されたＩＩＩ−Ｖ族半導体
の光伝搬層と、前記主表面と前記クラッド層との間に配
置され、前記第１の格子定数と前記第２の格子定数の間
で徐々に格子定数が変化する組成勾配層を含み、表面に
クロスハッチ状の段差を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の格
子緩和層と、前記格子緩和層と前記クラッド層との間に
配置され、Ｖ族元素として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体
の中間層とを有する半導体レーザが提供される。

【００１３】ＩＩＩ族元素としてＡｌを含む半導体層は
大きな禁制帯幅を可能にする。半導体基板上に格子緩和
層を介在させることにより、その上に半導体基板の格子
定数と０．５％以上異なる格子定数を有するクラッド層
を成長させることができる。しかしながら、このような
格子緩和層を形成すると、その表面にクロスハッチ状の
段差が生じることがある。

【００１４】クロスハッチ状の段差を有する下地表面上
に、その表面モホロジを継承する半導体層を成長させた
場合、各半導体層にはクロスハッチ状の段差が生じ、レ
ーザ共振器として用いるのは困難になる。

【００１５】格子緩和層とクラッド層との間に、Ｖ族元
素として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の中間層を設ける
ことにより、クロスハッチ状の段差をストライプ状の段
差に変換することが可能となる。ストライプ状の段差で
あれば、ストライプに沿って共振器を作成することによ
り、レーザ共振器を作成することが可能となる。

【００１６】中間層の上に、ＩＩＩ族元素としてＡｌを
含む層を用いてクラッド層を形成すればより良好な電荷
担体の閉じ込め効果を実現できる。下地がストライプ状
の段差なので、レーザ発振が可能である。

【００１７】本発明の他の観点によれば、第１の格子定
数を有し、主表面を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板
と、前記主表面上に配置され、前記第１の格子定数と較
べ、０．５％以上異なる第２の格子定数を有し、ＩＩＩ
族元素としてＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体のクラッド
層と、活性層と、活性層の両側に配置され、ＩＩＩ族元
素としてＡｌを含み、活性層より屈折率の低い光閉じ込
め層とを含み、共に前記クラッド層上に配置されたＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体の光伝搬層と、前記主表面と前記クラッ
ド層との間に配置され、前記第１の格子定数と前記第２
の格子定数の間で徐々に格子定数が変化する組成勾配層
を含み、表面にクロスハッチ状の段差を有するＩＩＩ−
Ｖ族半導体の格子緩和層と、前記格子緩和層と前記クラ
ッド層との間に配置され、Ｖ族元素として燐を含むＩＩ
Ｉ−Ｖ族半導体の中間層と、前記中間層と前記クラッド
層との間に配置され、Ｖ族元素としての燐組成が前記中
間層のＩＩＩ−Ｖ族半導体の燐組成より小さく、ＩＩＩ
族元素としてのＡｌ組成が前記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ
族半導体のＡｌ組成より小さいＩＩＩ−Ｖ族半導体の平
坦化層とを有する半導体レーザが提供される。

【００１８】中間層よりも燐組成が小さく、クラッド層
よりもＡｌ組成が小さい平坦化層を中間層上に成長する
と、ストライプ状の段差を徐々に平坦化するとこが可能
となる。平坦化面を形成した後、他の半導体層を成長す
れば、段差を解消したレーザ構造を形成することができ
る。

【００１９】本発明のさらに他の観点によれば、第１の
格子定数を有し、主表面を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の
基板と、前記主表面上に配置され、前記第１の格子定数
から０．５％以上異なる第２の格子定数まで徐々に変わ
る格子定数を有する格子緩和層と、前記格子緩和層上に
配置された複数層の積層であって、ＩＩＩ族元素として
Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の第１の層と、Ｖ族元素
として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の第２の層と、前記
第１の層と第２の層に直接接し、両者の間に挟まれたＧ
ａＡｓ層とを含む積層とを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体装
置が提供される。

【００２０】Ａｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の第１の層
と、燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の第２の層とのヘテロ
界面にＧａＡｓ層を介在させることにより、ヘテロ界面
における結晶性の劣化を低減させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を説明する。制限的な意味なく、１．３μｍ用レー
ザを構成する活性層を、Ｉｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓで形成
し、基板をＧａＡｓで形成する場合を例にとって説明す
る。なお、ＧａＡｓとＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓとは大きな
格子不整合を有し、そのままでは結晶成長させることが
できない。したがって、組成を徐々に変化させた格子緩
和層を用いることが必要となる。

【００２２】図１は、本発明の実施例による１．３μｍ
用半導体レーザの構成を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１の上
に、ｎ型ＩｎＧａＡｓ格子緩和層２を成長させる。ｎ型
ＧａＡｓ基板１は、５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、好
ましくは約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度を有する。格
子緩和層２は、５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、好まし
くは約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度と、２〜５μｍ、
好ましくは約３μｍの厚さを有する。

【００２３】なお、格子緩和層２は、たとえばＩｎ組成
が０から０．３まで連続的または階段的に変化する厚さ
約２．０μｍの組成傾斜部２ａと、その上に形成され、
Ｉｎ _0.3Ｇａ_0.7Ａｓの均一組成を有する厚さ約１．０
μｍの均一組成部２ｂで構成される。

【００２４】このような格子緩和層を設けることによ
り、格子緩和層２表面の格子定数とほぼ格子整合した半
導体層をその上に成長させることができる。ＧａＡｓ基
板上に０．５％以上格子定数が異なる混晶半導体層を成
長させ、１μｍ帯半導体レーザを作成することが可能と
なる。また、このような格子緩和層の存在により、貫通
転位の密度を１０⁶ｃｍ^-2以下にすることが可能とな
る。貫通転位の密度低減には、特に階段的にＩｎ組成を
変化させた組成傾斜層が有効である。

【００２５】しかしながら、このような格子緩和層を成
長させると、その表面には平均高低差が約２０ｎｍ、凸
部間の間隔が約１〜５μｍのクロスハッチ状の段差が現
れる。

【００２６】図２（Ａ）は格子緩和層２表面上に表れる
段差パターンを概略的に示す。クロスハッチ（格子）状
のパターンＣＲは、表面上の低部を示し、パターンＣＲ
囲まれた部分は低部から盛り上がった高い部分である。
概略的に図示しているが、高の変化は連続的に生じる。
隣接するパターンＣＲ間の距離が約１〜５μｍであり、
低部ＣＲと高部との平均高低差が約２０ｎｍである。表
面上で、低部パターンＣＲに沿って進んだとしても、表
面には段差が発生している。

【００２７】格子緩和層は、格子定数が大きく異なる下
地表面上に上層半導体層を成長させるために、徐々に格
子定数を変化させるための層であり、内部に多くの歪み
を有することは避けられない。クロスハッチ状の段差
は、この歪みを開放させるために生じるものと考えられ
る。

【００２８】クロスハッチ状の段差パターンを有する下
地表面上に、禁制帯幅を広くすることのできるＡｌＧａ
ＩｎＡｓ系半導体層を成長すると、やはりクロスハッチ
状の段差パターンが生じた。このようなクロスハッチ状
段差パターンを有する半導体層でレーザ構造を実現する
ことは極めて困難である。

【００２９】段差のない格子緩和層を成長できれば問題
はないが、本実施例においては、格子緩和層がクロスハ
ッチ状の段差を有することは止むを得ないものとし、他
の構成でクロスハッチ状の凹凸を使用に耐える表面形状
に変換させることを考えた。

【００３０】格子緩和層２の上に、ｎ⁺型Ｉｎ_0.8Ｇａ
_0.2Ｐの中間層３を形成する。中間層３は、５×１０¹⁷
〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは約１×１０¹⁹ｃｍ^-3の
不純物濃度と、０．５〜２μｍ、好ましくは約１μｍの
厚さを有する。中間層３の組成Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐは、
格子緩和層の表面の組成Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓと格子整
合する組成である。中間層３を形成すると、その表面モ
ホロジはクロスハッチ状の段差からストライプ状の段差
に変化する。

【００３１】図２（Ｂ）は、中間層３表面のモホロジを
概略的に示す。図２（Ａ）に示したクロスハッチ状の段
差パターンＣＲが、ストライプ状の段差パターンＳＴに
変化している。図中ＳＴで示す直線状パターンは、表面
上の低い部分を示す。隣接するストライプパターンＳＴ
間の距離は、クロスハッチ状の段差パターンＣＲと同様
約１〜５μｍである。また、表面上の低い部分と高い部
分の平均高低差は約２００ｎｍとなる。表面のストライ
プ方向Ｌと直交する方向の凹凸は大きくなるが、ストラ
イプ方向Ｌと平行な方向に関しては、表面が平坦化され
る。

【００３２】ＡｓをＶ族元素とするＩＩＩ−Ｖ族半導
体、たとえばＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ等は、下
地結晶の表面モホロジを引継ぎ、下地結晶の表面モホロ
ジがクロスハッチ状の段差パターンである場合には、そ
の表面モホロジもクロスハッチ状の段差パターンにな
る。

【００３３】ところが、ＰをＶ族元素とするＩＩＩ−Ｖ
族半導体、たとえばＩｎＧａＰ、の場合には、下地結晶
の表面モホロジがクロスハッチ状の段差パターンである
場合、その表面モホロジはストライプ状の段差パターン
に変化する。

【００３４】中間層３は、この経験的に得られた知識に
基づいている。この中間層には高濃度、例えば約１×１
０¹⁹cm^-3、に不純物をドープすることが好ましい。な
お、ＰをＶ族元素とする場合に限らず、ＰをＶ族元素と
して含む半導体層によって、同様の効果を得ることが可
能である。

【００３５】このように、表面のモホロジをストライプ
状段差パターンに変換した後、中間層３の上に、禁制帯
幅の広いＡｌＧａＩｎＡｓ系材料を用いて、ｎ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.2Ｉｎ_0.3Ａｓのクラッド層４を形成する。
クラッド層４は、５×１０¹⁷〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、好ま
しくは約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度と、０．５〜２
μｍ、好ましくは１μｍの厚さを有する。

【００３６】図３（Ａ）、（Ｂ）は、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓと格子整合するＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＡｓおよび
Ｉｎ_xＧａ_1-XＡｓ_1-yＰ_yのエネルギバンド構造を示
すグラフである。図３（Ａ）において横軸はＡｌ_xＧａ
_yＩｎ_1-x-yＡｓのＡｌ組成ｘを示し、縦軸はエネルギ
をｅＶで示す。図３（Ｂ）において横軸はＩｎ_xＧａ
_1-XＡｓ_1-yＰ_yのＰ組成ｙを示し、縦軸はエネルギを
ｅＶで示す。なお、Ａｌ組成ｘ、Ｐ組成ｙを変化させた
場合、他の組成はＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓと格子整合する
ように選択する。

【００３７】図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、価電子
帯端のエネルギＥｖはＡｌＧａＩｎＡｓとＩｎＧａＡｓ
Ｐとほぼ同様である。これに対し、伝導帯端のエネルギ
Ｅｃは、ＩｎＧａＡｓＰよりもＡｌＧａＩｎＡｓの方が
大きな値をとっている。したがって、ＡｌＧａＩｎＡｓ
の禁制帯幅は、ＩｎＧａＡｓＰの禁制帯幅よりも大きく
なる。このような広い禁制帯幅の半導体材料を用いれ
ば、より高い電位障壁とより低い屈折率が可能となり、
より強い電荷担体および光の閉じ込め効果を実現でき、
良好なレーザ特性を実現することが可能になる。

【００３８】図１に戻って、クラッド層４の上には、ノ
ンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.5Ｉｎ_0. ₃Ａｓの光閉じ込め
層５、ノンドープのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓの活性層６、
ノンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.3Ａｓの光閉じ込
め層７を積層する。光閉じ込め層５、７は、０．０５〜
０．２μｍ、好ましくは約０．１μｍの厚さを有する。
活性層６は、５〜１５ｎｍ、好ましくは約７ｎｍの厚さ
を有する。この光閉じ込め層で挟まれた活性層がＳＣＨ
構造の歪み量子井戸構造を構成する。

【００３９】なお、活性層が１つの層で形成される場合
を示したが、複数の活性層をバリア層で分離した構成を
用いてもよい。バリア層は、光閉じ込め層と同じ材料で
形成すればよい。なお、バリア層の厚さは、光閉じ込め
層より薄くし、キャリアの移動を容易にする。

【００４０】上側の光閉じ込め層７の上に、ｐ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.2Ｉｎ_0.3Ａｓのクラッド層８、ｐ⁺型Ｉｎ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのコンタクト層９を順次形成する。ク
ラッド層８は、５×１０¹⁷〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3、好まし
くは約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度と、０．５〜２μ
ｍ、好ましくは約１μｍの厚さを有する。コンタクト層
９は、１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3、好ましくは約２
×１０¹⁹ｃｍ^-3の不純物濃度と、０．１〜１μｍ、好ま
しくは０．５μｍの厚さを有する。

【００４１】格子緩和層２よりも上に形成される半導体
層は、活性層５を除き、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓと格子整
合する組成である。このような積層構造を作成すること
により、電荷担体および光の閉じ込め効果に優れた、１
μｍ帯（発光波長１．３μｍ）の半導体レーザを提供す
る事ができる。

【００４２】レーザ共振器の方向をストライプ状の段差
のストライプ方向に沿った方向に設定しているので、ス
トライプ状の段差の平均高低差が大きくてもレーザ光の
進向方向には段差がほとんど存在しなくなり、レーザ発
振が可能になる。

【００４３】クラッド層として禁制帯幅の大きなＡｌ
_0.5Ｇａ_0.2Ｉｎ_0.3Ａｓを用いたが、他の組成、たと
えばＡｌ_0.4Ｇａ_0.3Ｉｎ_0.3Ａｓ等を用いてもよい。
ＡｌＧａＩｎＡｓの代わりに、ＡｌＩｎＡｓを用いても
よい。光閉じ込め層についても同様である。ただし、Ａ
ｌ組成を小さくすると、禁制帯幅も減少する。温度特性
を向上し、キャリアの閉じ込め特性を向上するためには
広い禁制帯幅の材料を用いることが好ましい。

【００４４】このような積層構造は、たとえば有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長することができる。以
下、結晶成長条件の例を説明する。基板としては（１０
０）面のＳｉドープＧａＡｓ基板を用いる。成長圧力は
３０〜８０Ｔｏｒｒとし、成長温度は６５０〜７００℃
とする。格子緩和層を作成するときは成長温度を高め
に、たとえば７００℃とし、その他の層を成長するとき
はより低めの温度、たとえば６５０℃とする。

【００４５】ＩＩＩ族原料としては、トリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属原料を用
い、Ｖ族原料としてアルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン
（ＰＨ₃）を用いる。ｎ型領域の成長のために添加する
ｎ型ドーパントはセレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）とし、ｐ型
ドーパントはジエチルジンク（ＤＥＺｎ）とする。

【００４６】成長速度は約１．２〜２．４μｍ／時間と
する。たとえば、表面モホロジを改善するＩｎＧａＰ中
間層の成長時には成長速度を２．４μｍ／時間とし、他
の層の成長時には成長速度を１．２μｍ／時間とする。

【００４７】Ｖ／ＩＩＩ比は１００〜２５０に設定す
る。Ｖ族元素としてＰを含む層や、ＩＩＩ族元素として
Ａｌを含む層を成長する時にはＶ／ＩＩＩ比を約２５０
とし、他の層を成長する時にはＶ／ＩＩＩ比を１００と
する。

【００４８】なお、ヘテロ構造を成長する場合には、原
料ガス供給シーケンスに若干の注意を要する。以下、成
長原料変更の場合の手順について説明する。

【００４９】（１）Ｖ族元素としてＡｓを含む層とＰを
含む層との変換を伴うヘテロ界面を形成する場合（たと
えばＩｎＧａＰ層／ＩｎＧａＡｓ層の変換を含む場
合）： −ＩＩＩ族原料の供給を停止し、１０秒間経過させる。
（このうち、最初の５秒間で応管内に供給中のＶ族原料
の量を成長時の１／２〜１／４に減少させる） −Ｖ族原料の切換を０〜３秒で行う。（ＡｓからＰへの
切換時は３秒、ＰからＡｓへの切換時は０秒で行う。） −ＩＩＩ族原料の供給を再開する。

【００５０】（２）Ａｓ／Ｐの変換を含まないヘテロ界
面を形成する場合（たとえばＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡ
ｓ）： −ＩＩＩ族原料の供給を停止し、５秒間経過させる。 −ＩＩＩ族原料の供給を再開する。

【００５１】（３）連続的組成勾配を有する格子緩和層
を作成する場合： −マスフローコントローラを連続的かつリニアに流量制
御する。

【００５２】（４）階段状組成勾配を有する格子緩和層
を作成する場合： −Ａｓ／Ｐの変換を含まないヘテロ界面形成時と同様と
する。

【００５３】なお、活性層の構造は、井戸層の厚さを５
〜１０ｎｍ、好ましくは約７ｎｍとし、井戸層の層数を
２〜７層、好ましくは５層とすることが好ましい。井戸
層を複数層とする場合は、その間にバリア層を挿入す
る。バリア層は、光閉じ込め層と同様の材料で形成した
光閉じ込め層より薄い膜で形成できる。井戸層の歪み量
は０．５〜１．５％が好ましい。歪み量は大きいほうが
好ましいが、結晶性の問題で上限が制限される。たとえ
ば、約１％の歪み量とする。バリア層は、光閉じ込め層
と同様の材料で、光閉じ込め層よりも薄い層で作成でき
る。

【００５４】図１の実施例においては、表面モホロジを
改善するための中間層の上にクラッド層を形成した。と
ころで、中間層が十分大きな禁制帯幅（低い屈折率）を
有する場合、中間層をクラッド層として用いることも可
能となる。

【００５５】図４は、本発明の他の実施例による半導体
レーザの積層構造を示す。図１の実施例と異なるところ
を主に説明する。ＧａＡｓ基板１の上に格子緩和層２を
形成することは、図１の実施例と同様である。

【００５６】格子緩和層の上に、図１の中間層同様のｎ
⁺型Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐの中間層兼クラッド層１０を形
成する。この中間層兼クラッド層１０の上に、図１の実
施例同様の光閉じ込め層５、活性層６、光閉じ込め層７
を成長する。光閉じ込め層７の上には、中間層兼クラッ
ド層１０と同一組成であるＩｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐのｐ型ク
ラッド層８を形成し、その上に図１の実施例同様のＩｎ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのｐ ⁺型コンタクト層９を成長する。
図１の実施例と較べ、必要な層数が１減少し、構成が簡
単となる。

【００５７】上述の実施例においては、クロスハッチ状
の段差パターンを少なくともストライプ状の段差パター
ンに変換し、その上にレーザ構造を形成した。たとえス
トライプ状の段差が存在しても、レーザ共振器の共振方
向をストライプと平行とすることによりレーザ発振が可
能となる。しかし、ストライプ状の段差パターンを解消
することができれば、結晶品質の向上が期待でき、特性
の向上も期待できる。

【００５８】図５は、本発明の他の実施例による半導体
レーザの積層構造を示す。半導体基板１、格子緩和層
２、中間層３は、前述の実施例と同様である。前述のよ
うに、格子緩和層２の表面にはクロスハッチ状の段差パ
ターンが生じるが、中間層３を形成することにより、ク
ロスハッチ状の段差パターンはストライプ状の段差パタ
ーンに変化する。

【００５９】中間層３の上に、ｎ型Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓの平坦化層１３を形成する。Ｉｎ _0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層
を成長させると、その表面には下地結晶の表面モホロジ
を引継ぎ、かつストライプ状の頂部が次第に平坦となる
表面モホロジが生じる。すなわち、凸部頂上に平坦な領
域が形成され、この平坦な領域は厚さが増大するに従っ
て横方向に拡がる。たとえば、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層
を厚さ０．５μｍ以上堆積させた場合、全体が略平坦な
表面が得られる。

【００６０】図５においては、中間層３表面上に、厚さ
０．５μｍ以上、好ましくは厚さ１μｍのｎ型Ｉｎ_0.3
Ｇａ_0.7Ａｓの平坦化層１３を形成する。平坦化層１３
の表面は略平坦となる。なお、平坦化層１３は、５×１
０¹⁷〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、好ましくは約１×１０¹⁸ｃｍ
^-3の不純物濃度を有する。

【００６１】図６（Ａ）、（Ｂ）に平坦化層の表面の変
化を示す。格子緩和層２表面にはクロスハッチ状の段差
パターンＣＲが形成されており、中間層３の表面にはス
トライプ状の段差パターンＳＴが形成されている。中間
層３表面上に平坦化層１３を成長していくと、成長初期
には下地表面のモホロジを継承した段差パターンが発生
する。やがて、図６（Ｂ）で示すように、凸部頂上に平
坦な領域が発生し、成長厚の増加と共にこの平坦な領域
が横方向に拡大する。

【００６２】さらに成長を進めると、平坦化層１３の表
面は、図６（Ｃ）に示すように全体が略平坦となる。平
坦化された表面上にクラッド層４を成長すると、クラッ
ド層４も平坦な層となる。

【００６３】なお、平坦化層としてＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓを用いたが、平坦化層の組成はこの例に限らない。た
だし、以下のような点を考慮する必要がある。Ｖ族元素
がＰであると、クロスハッチ状の段差パターンをストラ
イプ状の段差パターンに変化させる力は強いが、ストラ
イプ状の段差パターンを消滅させることは難しい。

【００６４】広い禁制帯幅を得たい場合はＧａに代えて
なるべくＡｌの組成を高くする事が好ましい。ＧａをＡ
ｌに置換すると、格子定数はほとんど変えず、禁制帯幅
を広くすることができる。Ｖ族元素がＡｓである場合、
ＩＩＩ族元素としてＡｌを多く含む半導体、たとえばＡ
ｌ組成が０．５以上である半導体を成長すると、下地結
晶の表面モホロジがそのまま継承される可能性が高い。

【００６５】Ａｌ組成が小さい場合には、段差が次第に
小さくなり、ある程度の膜厚を堆積した場合にはほぼ平
坦な表面を得ることが可能となる。

【００６６】例えば、Ａｌ組成が０．２より小の、Ｖ族
元素としてＡｓを含む半導体を用いることができる。た
だし、このような層の禁制帯幅はＡｌ組成が低い分狭く
なる。平坦化層１３としては、Ｖ族元素のＰ組成がその
下の中間層３のＰ組成よりも少なく、ＩＩＩ族元素のＡ
ｌ組成がその上に形成する層のＡｌ組成よりも少ないこ
とが好ましい。

【００６７】一旦平坦な表面を得た後、その上にクラッ
ド層、活性層等を成長させれば、平坦なクラッド層、活
性層等を実現することができる。平坦な層は、結晶欠陥
を減少させることもできる。クラッド層として禁制帯幅
の広いＩＩＩ−Ｖ族半導体を用いれば良好な電荷担体の
閉じ込め効果を得ることができる。

【００６８】図５に戻って、平坦な表面を有する平坦化
層１４の上にｎ型クラッド層４ａ、光閉じ込め層５ａ、
活性層６、光閉じ込め層７ａ、ｐ型クラッド層８ａを形
成する。

【００６９】ｎ型クラッド層４ａは、５×１０¹⁷〜５×
１０¹⁸ｃｍ^-3、好ましくは約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物
濃度と、０．５〜２μｍ、好ましくは約１μｍの厚さを
有するｎ型Ａｌ₀.₇Ｉｎ_0.3Ａｓ層で形成する。光閉じ
込め層５ａ、８ａは、０．５〜０．２μｍ、好ましくは
約０．１μｍの厚さを有するノンドープのＡｌ_0.1Ｇａ
_0.6Ｉｎ_0.3Ａｓ層で形成する。活性層６は、５〜１５
ｎｍ、好ましくは７ｎｍの厚さを有するノンドープＩｎ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層で形成する。ｐ型クラッド層８ａ
は、５×１０¹⁷〜２×１０¹⁸ｃｍ^-3、好ましくは約１×
１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度と、０．５〜２μｍ、好まし
くは１μｍの厚さを有するｐ型Ａｌ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ層
で形成する。

【００７０】ｐ型クラッド層８ａの上に、ｐ⁺型Ｉｎ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのコンタクト層９を形成する。コンタ
クト層９は、好ましくは１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、好ましくは２×１０¹⁹ｃｍ^-3の不純物濃度と、
０．１〜１μｍ、好ましくは約０．５μｍの厚さを有す
る。平坦化層１３の表面が平坦化されているため、その
上に形成する各層は平坦な層となる。

【００７１】なお、単一組成の活性層を有する場合を示
したが、複数の活性層がバリア層によって分離されてい
る構成をとることがさらに好ましい。また、活性層６
は、その両側の光閉じ込め層５ａ、７ａに対し、ＳＣＨ
構造を構成する。

【００７２】基板１上にｎ型電極を形成し、コンタクト
層９上にｐ型電極を形成し、劈開によって共振器を形成
して半導体レーザ装置を完成させる。

【００７３】本実施例によれば、クラッド層、光閉じ込
め層、活性層が平坦な層で形成されるため、結晶欠陥を
低減することができ、半導体レーザの特性を改善するこ
とが可能となる。

【００７４】また、上述の実施例においては、クラッド
層としてＧａ組成が０のＡｌ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓを用いて
いるが、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.2Ｉｎ_0.3Ａｓ等のＡｌＧａＩ
ｎＡｓ系材料を用いてもよい。

【００７５】また、平坦化層としては、ＡｌおよびＰを
含まないＩｎＧａＡｓが最も好ましいが、下層であるＩ
ｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐの中間層よりもＰ組成が小さく、Ａｌ
_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓクラッド層よりＡｌ組成が小さい半導
体層、たとえばＩｎＧａＡｓＰ、またはＡｌＧａＩｎＡ
ｓＰ等を用いることもできる。組成比は、下地である中
間層や上層のクラッド層と格子整合するように選択す
る。

【００７６】表面の平坦化とは別に、ヘテロ界面の形成
は、結晶品質の劣化を招きやすい。特にアルミニウムを
含む材料系を格子緩和層を介して成長させると、結晶品
質はヘテロ界面の形成に伴い、劣化する。本発明者は、
ヘテロ界面の形成に際し、結晶品質を改善する方法を調
べた。

【００７７】中間層としてＩｎＧａＰを用い、クラッド
層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いると、その間にヘテロ
界面が発生する。中間層兼クラッド層としてＩｎＧａＰ
を用い、光閉じ込め層としてＡｌＧａＩｎＡｓを用いた
場合も同様である。まず、このヘテロ界面にＧａＡｓ層
を挿入することにより、ヘテロ界面の結晶品質がどのよ
うに変化するかを調べた。

【００７８】図７（Ａ）、（Ｂ）は、サンプルの構成と
測定結果を示す。図７（Ａ）は、サンプルの構成を示
す。基板１、格子緩和層２、中間層（兼クラッド層）３
は、前述の実施例同様の構成である。中間層３の上に、
ＧａＡｓ層１５ａを形成し、その上にＡｌＧａＩｎＡｓ
層４ｂを形成し、さらにＧａＡｓ層１５ｂを介してＩｎ
ＧａＰ層１７を形成した。すなわち、ＡｌＧａＩｎＡｓ
層４ｂを、ＧａＡｓ層１５ａ、１５ｂを介してＩｎＧａ
Ｐ層３、１７でサンドイッチした構造である。すなわ
ち、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＡｓヘテロ界面にＧａＡ
ｓ層を挿入した効果を調べるのに適した構造である。

【００７９】このサンプル構成において、ＧａＡｓ層１
５ａ、１５ｂの厚さを変化させ、ＡｌＧａＩｎＡｓ層４
ｂからのホトルミネッセンス（ＰＬ）強度を調べた。な
お、ＡｌＧａＩｎＡｓ層４ｂの組成は、Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.5Ｉｎ_0.3Ａｓであり、ＩｎＧａＰ層３、１７の組成
はＩｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐである。

【００８０】図７（Ｂ）は、測定結果を示す。横軸はＧ
ａＡｓ層の厚さをｎｍで示し、縦軸はホトルミネッセン
ス強度を任意単位で示す。なお、横軸に示すＧａＡｓ層
の厚さは、原料供給量から期待される成長膜厚である。
ＧａＡｓ層を介在させない場合（ＧａＡｓ層の厚さ＝
０）、ホトルミネッセンス強度は極めて低い。厚さ０．
５ｎｍのＧａＡｓ層を介在させても、ホトルミネッセン
ス強度はほとんど改善しない。ところが、厚さ１ｎｍの
ＧａＡｓ層を介在させると、ホトルミネッセンス強度は
著しく強くなる。ＧａＡｓ層の厚さをさらに増大させる
と、ホトルミネッセンス強度は徐々に減少する。

【００８１】図７（Ｂ）に示す結果から、ＩｎＧａＰ中
間層とＡｌＧａＩｎＡｓクラッド層との界面には、厚さ
約０．７ｎｍ以上のＧａＡｓ層を介在させると、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓクラッド層の結晶性が改善することが期待で
きる。

【００８２】図７（Ｂ）の結果からは、ＧａＡｓ層成長
の初期には主に凹部を埋めるような結晶成長が生じ、平
均厚さ約０．７ｎｍのＧａＡｓ層が成長した時、表面の
平坦性が急激に向上することが考えられる。

【００８３】ＧａＡｓ層の厚さを約１ｎｍを越えて増大
させると、ホトルミネッセンス強度が次第に低下する現
象は、ＡｌＧａＩｎＡｓ層成長にとって極めて薄いＧａ
Ａｓ層はあまり障害とならないが、ＧａＡｓ層の厚さが
厚くなると、ＧａＡｓ本来の性質が強くなり、ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ層の成長に何らかの差し障りが生じるのではな
いかと考えられる。

【００８４】１μｍ帯の半導体レーザを形成する場合、
活性層はＩｎＧａＡｓで形成する可能性が高い。より具
体的には、ＩｎＧａＡｓを井戸層とし、その両側に禁制
帯幅の広いＡｌＧａＩｎＡｓ層を形成する可能性が高
い。この組み合わせにおいて、ヘテロ界面にＧａＡｓ層
を改善させると結晶性がどのように変化するかも調べ
た。

【００８５】図８（Ａ）、（Ｂ）は、サンプル構成と測
定結果を示す。図８（Ａ）は、サンプル構成を概略的に
示す。基板１、格子緩和層２、ＩｎＧａＰ中間層３の構
成は、上述の実施例同様である。ここで、ＩｎＧａＰ中
間層３にクラッド層の役割も兼ねさせ、その上に歪みＩ
ｎＧａＡｓ井戸層とＡｌＧａＩｎＡｓ層とで多重量子井
戸構造を形成する構成とした。すなわち、厚さ約１００
ｎｍのＡｌ_0.2Ｇａ_0. ₅Ｉｎ_0.3Ａｓ光閉じ込め層４ｂ
を形成し、ＧａＡｓ層１６ａを介在して厚さ約７ｎｍの
Ｉｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ歪み井戸層６ａを形成し、さらに
ＧａＡｓ層１６ｂを介在させて厚さ１０ｎｍのＡｌ_0.2
Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.3Ａｓバリア層６ｂを形成し、同様の構
成のＧａＡｓ層１６ｃ、歪み井戸層６ａ、ＧａＡｓ層１
６ｄを成長し、再び厚さ約１００ｎｍのＡｌ_0.2Ｇａ
_0.5Ｉｎ_0.3Ａｓの光閉じ込め層７ａを形成した。光閉
じ込め層７ａの上には、厚さ約１０００ｎｍのＩｎ_0.8
Ｇａ _0.2Ｐクラッド層８ｂを形成した。

【００８６】図８（Ａ）に示すサンプル構造において、
歪み井戸層６ａからのホトルミネッセンス強度をＧａＡ
ｓ層１６（ＧａＡｓ層１６ａ〜１６ｄを総称してＧａＡ
ｓ層１６と呼ぶ）の厚さの関数として測定した。

【００８７】図８（Ｂ）は、測定結果を示すグラフであ
る。横軸はＧａＡｓ層１６の厚さをｎｍで示し、縦軸は
ホトルミネッセンス強度を任意単位で示す。ＧａＡｓ層
が介在しない場合、ホトルミネッセンス強度は著しく弱
い。厚さ０．５ｎｍのＧａＡｓ層を介在させると、ホト
ルミネッセンス強度は著しく強くなる。ＧａＡｓ層の厚
さを１ｎｍとすると、ホトルミネッセンス強度はかなり
低下する。この測定結果から、歪み井戸層とバリア層
（光閉じ込め層）との間に介在させるＧａＡｓ層の好ま
しい厚さは、０．２〜１ｎｍ、さらに好ましくは０．４
〜０．８ｎｍであろう。

【００８８】図９は、図７、図８に示す測定結果を利用
した半導体レーザの積層構造を示す。

【００８９】基板１、格子緩和層２、中間層兼クラッド
層１０は、図４に示す実施例同様である。クラッド層兼
中間層１０の上に、厚さ１ｎｍのＧａＡｓ層１５ａを介
し、厚さ１００ｎｍの光閉じ込め層４ｂを形成する。光
閉じ込め層４ｂの上に、バリア層６ｂを挟んで２層の歪
み井戸層６ａを配置し、その上に厚さ１００ｎｍの光閉
じ込め層７ｂを配置する。ここで、各隣接層の間に厚さ
０．５ｎｍのＧａＡｓ層１６ａ〜１６ｄを挿入する。光
閉じ込め層４ｂ、７ｂおよびバリア層６ｂは、ノンドー
プのＡｌ_0.2Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.3Ａｓ層で形成し、歪み井
戸層はノンドープのＩｎ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層で形成す
る。

【００９０】光閉じ込め層７ｂの上に、さらに厚さ１ｎ
ｍのＧａＡｓ層１５ｂを介在させてｐ型クラッド層８
ｂ、ｐ⁺型コンタクト層９を形成する。ｐ型クラッド層
８ｂは、厚さ１μｍのｐ型Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐ層で形成
し、ｐ⁺型コンタクト層は厚さ５００ｎｍのＩｎ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ層で形成する。

【００９１】なお、各層のキャリア濃度は、クラッド層
や格子緩和層は基本的に約１×１０ ¹⁸ｃｍ^-3程度、コン
タクト層は２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とする。中間層兼クラ
ッド層は、電気的には約１×１０¹⁸ｃｍ^-3の不純物濃度
でよいが、結晶的な面から約１×１０¹⁹ｃｍ^-3の不純物
濃度とする。

【００９２】２層の歪み井戸層が活性層を構成する場合
を説明したが、実際には歪み井戸層の総数は２〜７層、
好ましくは５層である。歪み井戸層の歪み量は０．５〜
１．５％とする。歪み量は大きい方が好ましいが、結晶
性との兼ね合いで歪み量の最大値を求めるのがよい。た
とえば、歪み量は約１％である。

【００９３】本実施例においては、図４の実施例同様、
ＩｎＧａＰ層１０が中間層とｎ側クラッド層を兼ねてい
る。中間層兼クラッド層１０からクラッド層８ｂまでの
間の各ヘテロ界面にはＧａＡｓ層が挿入され、ヘテロ界
面による結晶性の劣化を防止し、良好な結晶性を確保す
る。

【００９４】図１０は、図９に示すレーザ用ウエハを用
いて作成したリッジ導波路型レーザを示す。中間層兼ク
ラッド層１０とｐ側クラッド層８ｂに挟まれた積層を２
０でまとめて示す。コンタクト層９の表面からクラッド
層８ｂの中間まで中央のストライプ状領域を残してエッ
チングが施されており、その側面および低い側の平面上
には酸化膜等の絶縁保護膜２２が形成されている。基板
１底面上にはｎ側電極１１が形成され、コンタクト層９
の上面にはｐ側電極１２が形成され、共にオーミック接
触を構成する。リッジの両端面は劈開され、共振器長約
９００μｍの共振器を構成する。なお、リッジの幅は約
５μｍである。この構造のレーザにより、電流密度２０
ｍＡ、特性温度１１０Ｋの結果を得た。

【００９５】図９の層構造においては、表面モホロジ−
を変換するための中間層と、クラッド層とを単一のＩｎ
ＧａＰ層で形成した。表面モホロジ−をクロスハッチ状
の段差パタ−ンからスロライプ状の段差パターンへと変
換するための中間層と、光閉じ込め効果を実現するため
のクラッド層とを別の層で形成しても良い。

【００９６】図１１〜１４は、中間層とクラッド層とを
別の層で構成した実施例を示す。図１１において、格子
緩和層２の上に、厚さ約１μｍのｎ型Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2
Ｐで形成した中間層３を配置し、その上に厚さ約１．０
ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層１５ａ、厚さ約２００ｎｍのｎ型
Ａｌ_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ層で形成したクラッド層２４ａを
積層する。

【００９７】また、上側のＡｌ_0.2Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.3Ａ
ｓ光閉じこめ層７ｂの上に、厚さ約２００ｎｍのＡｌ
_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓ層で形成したｐ型クラッド層２５ａを
形成する。その他の構成は図９に示す実施例と同様であ
る。

【００９８】歪み井戸層、バリア層、光閉じこめ層の外
側に、Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐよりも禁制帯幅の広いＡｌ
_0.7Ｉｎ_0.3Ａｓで形成されたクラッド層が配置される
ため、光閉じこめ率の向上に効果がある。

【００９９】図１２は、ｐ型クラッド層の中間にエッチ
ストップ層を形成した構成を示す。厚さ約１００ｎｍの
ｐ型Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐの下側ｐ型クラッド層８ｃの上
に、厚さ約１０ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層で形
成したエッチストップ層２７を形成し、その上にさらに
厚さ１０００ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐの上側ｐ型
クラッド層８ｄを形成する。

【０１００】表面側から、Ｉｎ_0.8Ｇａ_0.2Ｐクラッド
層８ｄを塩化水素酸や臭化水素酸でエッチングした時、
Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのエッチストップ層はエッチング
されず、エッチングがエッチストップ層で自動的に停止
する。このような構成を用いることにより、リッジ導波
路を作成するウエットエッチングのプロセス制御が容易
になる。

【０１０１】また、本実施例においては、クラッド層２
４ｂ，２５ｂが図１１の場合よりもＡｌ組成の少ないＡ
ｌ_0.5Ｇａ_0.2Ｉｎ_0.3Ａｓによって形成される。この
ようなクラッド層は、光閉じこめ率を若干減少させる
が、高品質の結晶成長を容易にする、ド−ピングが行い
易い等の利点を与える。その他の構成は図１１に示すも
のと同等である。

【０１０２】図１３は、ｐ側クラッド層を厚さ１μｍの
単一のｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.3Ｉｎ_O. ₃Ａｓ層８ｅで形成
した構成を示す。Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓで形成されたｐ
型コンタクト層９との間のバンド不連続を小さくする事
ができ、直列抵抗の低減に有効である。Ａｌ_O.4Ｇａ
_0.3Ｉｎ_0.3Ａｓ層８ｅとＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのコン
タクト層９との間にこれらの材料の中間の組成を有する
ＡｌＧａＩｎＡｓ層を挿入すればより効果的となる。こ
のようなクラッド層に対しエッチストップ層を挿入する
場合は、ＩｎＧａＰ層で形成できる。この場合エッチン
グ液としてはアンモニア水と過酸化水素水の混液などを
用いれば良い。

【０１０３】図１４においては、中間層３の上に厚さ約
５００ｎｍのｎ型Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓで形成された平
坦化層２８が設けられている。この平坦化層２８の表面
はほぼ平坦な面となる。平坦化層２８の上には厚さ約１
μｍのｎ型Ａｌ_0.7Ｉｎ_0,3Ａｓのクラッド層２４ａを
形成する。クラッド層の上には図１１同様の光閉じ込め
層、量子井戸層、バリア層、クラッド層、コンタクト層
を形成する。

【０１０４】ＩｎＧａＰ中間層の上にＩｎＧａＡｓ平坦
化層２８を形成しているため、その表面がほぼ平坦とな
り、それより上の層を平坦に成長することができる。

【０１０５】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、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、特性の優れた半導体レ
ーザを提供することが可能となる。

【０１０７】禁制帯幅の広い材料を用い、温度特性の優
れた半導体レーザを作成することができる。

【０１０８】エピタキシャル成長における表面モホロジ
を改良し、結晶性の優れた半導体層を成長することがで
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の構成を示
す断面図である。

【図２】図１の実施例における表面モホロジを説明する
ための概略平面図である。

【図３】ＡｌＧａＩｎＡｓとＩｎＧａＡｓＰの組成に対
するバンドエネルギの変化を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例による半導体レーザの構成
を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例による半導体レーザの構成
を示す断面図である。

【図６】図５の実施例における表面モホロジの変化を説
明するための概略断面図である。

【図７】結晶性の変化を確認するための実験に用いたサ
ンプルの構成を示す断面図、および測定結果を示すグラ
フである。

【図８】結晶性の変化を確認するための実験に用いたサ
ンプルの構成を示す断面図、および測定結果を示すグラ
フである。

【図９】本発明の他の実施例による半導体レーザの構成
を示す断面図である。

【図１０】図７の積層構造を用いて作成したリッジ導波
路型レーザ構造を示す斜視図である。

【図１１】本発明の他の実施例による半導体レーザの構
成を示す断面図である。

【図１２】本発明の他の実施例による半導体レーザの構
成を示す断面図である。

【図１３】本発明の他の実施例による半導体レーザの構
成を示す断面図である。

【図１４】本発明の他の実施例による半導体レーザの構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板２格子緩和層３中間層（中間層兼クラッド層）４クラッド層５光閉じ込め層６活性層７光閉じ込め層８クラッド層９コンタクト層１０中間層兼クラッド層１１ｎ側電極１２ｐ側電極１３平坦化層１５、１６ＧａＡｓ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の格子定数を有し、主表面を有する
ＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、前記主表面上に配置され、前記第１の格子定数と較べ、
０．５％以上異なる第２の格子定数を有するＩＩＩ−Ｖ
族半導体のクラッド層と、活性層と、活性層の両側に配置され、ＩＩＩ族元素とし
てＡｌを含み、活性層より屈折率の低い光閉じ込め層と
を含み、前記クラッド層上に配置されたＩＩＩ−Ｖ族半
導体の光伝搬層と、前記主表面と前記クラッド層との間に配置され、前記第
１の格子定数と前記第２の格子定数の間で徐々に格子定
数が変化する組成勾配層を含み、表面にクロスハッチ状
の段差を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の格子緩和層と、前記格子緩和層と前記クラッド層との間に配置され、Ｖ
族元素として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の中間層とを
有する半導体レーザ。
【請求項２】前記中間層がクロスハッチ状の段差を持
つ下面とストライプ状の段差を持つ上面とを有する請求
項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記組成勾配層が厚さ方向に関して連続
的に変化する組成を有する請求項１または２記載の半導
体レーザ。
【請求項４】前記組成勾配層が厚さ方向に関して階段
的に変化する組成を有する請求項１または２記載の半導
体レーザ。
【請求項５】前記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ族半導体
が、ＩＩＩ族元素としてＡｌを含む請求項１〜４のいず
れかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】前記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ族半導体が
ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＩｎＡｓである請求項５記
載の半導体レーザ。
【請求項７】前記中間層と前記クラッド層と前記光閉
じ込め層の１方とが直接積層されている請求項１〜６の
いずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項８】前記中間層と前記クラッド層とが共通の
単一の層で形成されている請求項１〜４のいずれかに記
載の半導体レーザ。
【請求項９】前記光閉じ込め層のＩＩＩ−Ｖ族半導体
がＡｌＧａＩｎＡｓである請求項１〜８のいずれかに記
載の半導体レーザ。
【請求項１０】前記中間層のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＩ
ｎＧａＰである請求項１〜９のいずれかに記載の半導体
レーザ。
【請求項１１】さらに、前記中間層と前記クラッド層
との間に配置され、Ｖ族元素としての燐組成が前記中間
層のＩＩＩ−Ｖ族半導体の燐組成より小さく、ＩＩＩ族
元素としてのＡｌ組成が前記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ族
半導体のＡｌ組成より小さいＩＩＩ−Ｖ族半導体の平坦
化層を含む請求項１〜６、９、１０のいずれかに記載の
半導体レーザ。
【請求項１２】前記平坦化層のＩＩＩ−Ｖ族半導体が
ＩｎＧａＡｓである請求項１１記載の半導体レーザ。
【請求項１３】前記中間層、前記クラッド層、前記光
閉じ込め層が、Ｖ族元素として燐を含む層とＩＩＩ族元
素としてＡｌを含む層とを含み、さらに前記燐を含む層
と前記Ａｌを含む層との間に配置されたＧａＡｓ層を有
する請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１４】前記Ａｌを含む層はＡｌＧａＩｎＡｓ
またはＡｌＩｎＡｓであり、前記燐を含む層はＩｎＧａ
Ｐである請求項１３記載の半導体レーザ。
【請求項１５】前記ＧａＡｓ層は０．５ｎｍより大き
く、２．０ｎｍ以下の厚さを有する請求項１３または１
４記載の半導体レーザ。
【請求項１６】前記光伝搬層がＩｎＧａＡｓ層とＡｌ
ＧａＩｎＡｓ層とその間に配置されたＧａＡｓ層とを含
む請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項１７】前記ＧａＡｓ層は、０．２〜１．０ｎ
ｍの範囲の厚さを有する請求項１６記載の半導体レー
ザ。
【請求項１８】前記ＧａＡｓ層は０．４〜０．８ｎｍ
の範囲の厚さを有する請求項１７記載の半導体レーザ。
【請求項１９】第１の格子定数を有し、主表面を有す
るＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、前記主表面上に配置され、前記第１の格子定数と較べ、
０．５％以上異なる第２の格子定数を有し、ＩＩＩ族元
素としてＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体のクラッド層
と、活性層と、活性層の両側に配置され、ＩＩＩ族元素とし
てＡｌを含み、活性層より屈折率の低い光閉じ込め層と
を含み、共に前記クラッド層上に配置されたＩＩＩ−Ｖ
族半導体の光伝搬層と、前記主表面と前記クラッド層との間に配置され、前記第
１の格子定数と前記第２の格子定数の間で徐々に格子定
数が変化する組成勾配層を含み、表面にクロスハッチ状
の段差を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体の格子緩和層と、前記格子緩和層と前記クラッド層との間に配置され、Ｖ
族元素として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の中間層と、前記中間層と前記クラッド層との間に配置され、Ｖ族元
素としての燐組成が前記中間層のＩＩＩ−Ｖ族半導体の
燐組成より小さく、ＩＩＩ族元素としてのＡｌ組成が前
記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ族半導体のＡｌ組成より小さ
いＩＩＩ−Ｖ族半導体の平坦化層とを有する半導体レー
ザ。
【請求項２０】前記平坦化層の燐組成は０．５以下で
ある請求項１９記載の半導体レーザ。
【請求項２１】前記クラッド層のＡｌ組成は０．２よ
り大である請求項１９または２０記載の半導体レーザ。
【請求項２２】前記中間層がクロスハッチ状の段差を
持つ下面とストライプ状の段差を持つ上面とを有する請
求項１９〜２１のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項２３】前記組成勾配層が厚さ方向に関して連
続的に変化する組成を有する請求項１９〜２１のいずれ
かに記載の半導体レーザ。
【請求項２４】前記中間層のＩＩＩ−Ｖ族半導体がＩ
ｎＧａＰである請求項１９、２２、２３のいずれかに記
載の半導体レーザ。
【請求項２５】前記平坦化層のＩＩＩ−Ｖ族半導体が
ＩｎＧａＡｓである請求項１９、２２〜２４のいずれか
に記載の半導体レーザ。
【請求項２６】前記クラッド層のＩＩＩ−Ｖ族半導体
がＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＩｎＡｓである請求項１
９、２２〜２５のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項２７】第１の格子定数を有し、主表面を有す
るＩＩＩ−Ｖ族半導体の基板と、前記主表面上に配置され、前記第１の格子定数から０．
５％以上異なる第２の格子定数まで徐々に変わる格子定
数を有する格子緩和層と、前記格子緩和層上に配置された複数層の積層であって、
ＩＩＩ族元素としてＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体の第
１の層と、Ｖ族元素として燐を含むＩＩＩ−Ｖ族半導体
の第２の層と、前記第１の層と第２の層に直接接し、両
者の間に挟まれたＧａＡｓ層とを含む積層とを有するＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体装置。
【請求項２８】前記ＧａＡｓ層は０．５ｎｍより大き
く、２．０ｎｍ以下である厚さを有する請求項２７記載
の半導体装置。
【請求項２９】前記第１の層のＩＩＩ−Ｖ族半導体は
ＡｌＧａＩｎＡｓまたはＡｌＩｎＡｓであり、前記第２
の層のＩＩＩ−Ｖ族半導体はＩｎＧａＰである請求項２
７または２８記載の半導体装置。
【請求項３０】前記積層が、さらに０．２〜１．０ｎ
ｍの範囲の厚さの他のＧａＡｓ層と、前記他のＧａＡｓ
層の一方の側に接して配置されたＩｎＧａＡｓ層と、前
記他のＧａＡｓ層の他方の側に接して配置されたＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層とを含む請求項２７〜２９のいずれかに記
載の半導体装置。