JPH11220222A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH11220222A JPH11220222A JP31475098A JP31475098A JPH11220222A JP H11220222 A JPH11220222 A JP H11220222A JP 31475098 A JP31475098 A JP 31475098A JP 31475098 A JP31475098 A JP 31475098A JP H11220222 A JPH11220222 A JP H11220222A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子単体の状態に比べ、ヒート
シンクに融着して半導体レーザ装置に組み立てた状態の
方が、動作電流が増大する問題を解決する。 【解決手段】 ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の少なく
ともｐ−ＧａＩｎＰ中間層側の格子定数と、ｐ−ＧａＩ
ｎＰ中間層の少なくともｐ−ＧａＡｓコンタクト層側の
格子定数とのどちらか一方あるいは両方が、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板の格子定数と異なるように形成され、それにより
各々に加わる歪の大きさが、組み立てにより各々に加わ
る歪に対して十分大きく設定してある。各層に設定され
る歪は、より詳細には圧縮歪、例えば、＋０．１〜＋
０．７％程度の圧縮歪が望ましい。
シンクに融着して半導体レーザ装置に組み立てた状態の
方が、動作電流が増大する問題を解決する。 【解決手段】 ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の少なく
ともｐ−ＧａＩｎＰ中間層側の格子定数と、ｐ−ＧａＩ
ｎＰ中間層の少なくともｐ−ＧａＡｓコンタクト層側の
格子定数とのどちらか一方あるいは両方が、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板の格子定数と異なるように形成され、それにより
各々に加わる歪の大きさが、組み立てにより各々に加わ
る歪に対して十分大きく設定してある。各層に設定され
る歪は、より詳細には圧縮歪、例えば、＋０．１〜＋
０．７％程度の圧縮歪が望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
に係り、特に光ディスクシステムの光源などに用いられ
るＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子等の半導体発
光素子に関する。
に係り、特に光ディスクシステムの光源などに用いられ
るＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子等の半導体発
光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体発光素子、特にＡｌＧａＩ
ｎＰ可視光半導体レーザ素子は、例えば特開昭６２‐２
００７８６号公報の５頁、図１に示されるように、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層
との間に、ｎ−ＧａＡｓ基板と格子整合した、すなわち
無歪のｐ−ＧａＩｎＰ（あるいはＡｌＧａＩｎＰ）中間
層を有する構造が一般的であった。
ｎＰ可視光半導体レーザ素子は、例えば特開昭６２‐２
００７８６号公報の５頁、図１に示されるように、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層
との間に、ｎ−ＧａＡｓ基板と格子整合した、すなわち
無歪のｐ−ＧａＩｎＰ（あるいはＡｌＧａＩｎＰ）中間
層を有する構造が一般的であった。
【０００３】図６（ａ）乃至（ｅ）は、従来の半導体レ
ーザ素子の構造を製造工程順に示した縦断面図である。
この構造を有する半導体レーザ素子は、通常、ＭＯＶＰ
Ｅ法もしくはＭＢＥ法により製造されるが、ここでは量
産性に優れたＭＯＶＰＥ法を用いた製造方法について説
明する。
ーザ素子の構造を製造工程順に示した縦断面図である。
この構造を有する半導体レーザ素子は、通常、ＭＯＶＰ
Ｅ法もしくはＭＢＥ法により製造されるが、ここでは量
産性に優れたＭＯＶＰＥ法を用いた製造方法について説
明する。
【０００４】まず、図６（ａ）に示すｎ−ＧａＡｓ基板
１を用意する。そして、このｎ−ＧａＡｓ基板１を約７
００℃に加熱する。それから、第１回目のＭＯＶＰＥ成
長により、図６（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層３、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下部ク
ラッド層５、エッチング停止層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
上部クラッド層７、及びｐ−ＧａＩｎＰ中間層９を形成
する。通常、活性層４以外の各層は、ｎ−ＧａＡｓ基板
１と格子整合するように形成される。
１を用意する。そして、このｎ−ＧａＡｓ基板１を約７
００℃に加熱する。それから、第１回目のＭＯＶＰＥ成
長により、図６（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板
１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層３、活性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下部ク
ラッド層５、エッチング停止層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
上部クラッド層７、及びｐ−ＧａＩｎＰ中間層９を形成
する。通常、活性層４以外の各層は、ｎ−ＧａＡｓ基板
１と格子整合するように形成される。
【０００５】次に、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９上にＣＶＤ
法によりＳｉ０2膜を形成し、これに写真蝕刻を施して
ストライプ状のマスク１５を形成し、Ｈ2Ｓ０4系の混合
液を用いて、図６（ｃ）に示すように、エッチング停止
層６に達するまでｐ−ＧａＩｎＰ中間層９及びｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ上部クラッド層７をエッチングして、ストラ
イプ状のメサを形成する。
法によりＳｉ０2膜を形成し、これに写真蝕刻を施して
ストライプ状のマスク１５を形成し、Ｈ2Ｓ０4系の混合
液を用いて、図６（ｃ）に示すように、エッチング停止
層６に達するまでｐ−ＧａＩｎＰ中間層９及びｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ上部クラッド層７をエッチングして、ストラ
イプ状のメサを形成する。
【０００６】次いで、第２回目のＭＯＶＰＥ成長によ
り、図６（ｄ）に示すように、ストライプ状のマスク１
５を除く露出部分にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１を選択
的に形成し、マスク１５を除去する。
り、図６（ｄ）に示すように、ストライプ状のマスク１
５を除く露出部分にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１を選択
的に形成し、マスク１５を除去する。
【０００７】次に、第３回目のＭＯＶＰＥ成長により、
全面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２を形成し、コンタ
クト層１２の上面にｐ側電極１３を形成し、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１の下面にｎ側電極１４を形成することにより、
図６（ｅ）に示す構造の半導体レーザ素子が完成する。
全面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２を形成し、コンタ
クト層１２の上面にｐ側電極１３を形成し、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１の下面にｎ側電極１４を形成することにより、
図６（ｅ）に示す構造の半導体レーザ素子が完成する。
【０００８】その後、図７に示すように、半導体レーザ
素子７１をヒートシンク７２に約３００℃にて融着し、
さらに、ヒートシンク７２をステム７３に融着した後、
配線７４を施すことで、半導体レ−ザ装置が完成する。
なお、ヒートシンク７２を用いずに、半導体レーザ素子
７１を直接ステムに融着するようにしてもよい。
素子７１をヒートシンク７２に約３００℃にて融着し、
さらに、ヒートシンク７２をステム７３に融着した後、
配線７４を施すことで、半導体レ−ザ装置が完成する。
なお、ヒートシンク７２を用いずに、半導体レーザ素子
７１を直接ステムに融着するようにしてもよい。
【０００９】この半導体レーザ素子において、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰ中間層９の役割は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２との界面にて
価電子帯に生ずる大きなエネルギー障壁を緩和し、キャ
リアを流れやすくして素子抵抗を低減することにある。
ここで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７とｐ−Ｇ
ａＩｎＰ中間層９との界面に生ずるエネルギー障壁の高
さは約２００ｍｅＶ、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９とｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層１２との界面に生ずるエネルギー障
壁の高さは約３００ｍｅＶとなる。従って、それらのス
パイク状のエネルギー障壁が十分薄くなるよう、ｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７およびｐ−ＧａＩｎＰ中
間層９のキャリア濃度を十分高くすることが重要であ
る。
ＩｎＰ中間層９の役割は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２との界面にて
価電子帯に生ずる大きなエネルギー障壁を緩和し、キャ
リアを流れやすくして素子抵抗を低減することにある。
ここで、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７とｐ−Ｇ
ａＩｎＰ中間層９との界面に生ずるエネルギー障壁の高
さは約２００ｍｅＶ、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９とｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層１２との界面に生ずるエネルギー障
壁の高さは約３００ｍｅＶとなる。従って、それらのス
パイク状のエネルギー障壁が十分薄くなるよう、ｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７およびｐ−ＧａＩｎＰ中
間層９のキャリア濃度を十分高くすることが重要であ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子単体の状態
に比べて、半導体レーザ装置に組み立てた状態で、動作
電流が増大してしまう場合があり、さらには動作電流の
増大の度合いが素子毎に異なるという問題があった。
来の半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子単体の状態
に比べて、半導体レーザ装置に組み立てた状態で、動作
電流が増大してしまう場合があり、さらには動作電流の
増大の度合いが素子毎に異なるという問題があった。
【００１１】この発明は以上説明した事情に鑑みてなさ
れたものであり、半導体レーザ装置に組み立てた前後
で、素子特性が変動しない半導体発光素子を提供するこ
とを目的としている。
れたものであり、半導体レーザ装置に組み立てた前後
で、素子特性が変動しない半導体発光素子を提供するこ
とを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型クラ
ッド層、活性層、第２導電型クラッド層を含んでなるダ
ブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテロ構造上に、少
なくとも第２導電型中間層と第２導電型コンタクト層を
有する半導体発光素子において、前記第２導電型クラッ
ド層の少なくとも第２導電型中間層側の格子定数と、前
記第２導電型中間層の少なくとも第２導電型コンタクト
層側の格子定数との、どちらか一方あるいは両方が、前
記第１導電型半導体基板の格子定数と異なることを特徴
とする半導体発光素子を要旨とする。
第１導電型半導体基板上に、少なくとも第１導電型クラ
ッド層、活性層、第２導電型クラッド層を含んでなるダ
ブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテロ構造上に、少
なくとも第２導電型中間層と第２導電型コンタクト層を
有する半導体発光素子において、前記第２導電型クラッ
ド層の少なくとも第２導電型中間層側の格子定数と、前
記第２導電型中間層の少なくとも第２導電型コンタクト
層側の格子定数との、どちらか一方あるいは両方が、前
記第１導電型半導体基板の格子定数と異なることを特徴
とする半導体発光素子を要旨とする。
【００１３】請求項２に係る発明は、直接またはヒート
シンクを介してステムに接着されることにより半導体発
光装置を構成する半導体発光素子において、前記ステム
に接着されることにより前記第２導電型クラッド層と前
記第２導電型中間層のどちらか一方あるいは両方に掛か
る応力に比べて、前記第２導電型クラッド層の少なくと
も第２導電型中間層側の格子定数と、前記第２導電型中
間層の少なくとも第２導電型コンタクト層側の格子定数
との、どちらか一方あるいは両方が、前記第１導電型半
導体基板の格子定数と異なることにより各々に掛かる応
力の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導
体発光素子を要旨とする。
シンクを介してステムに接着されることにより半導体発
光装置を構成する半導体発光素子において、前記ステム
に接着されることにより前記第２導電型クラッド層と前
記第２導電型中間層のどちらか一方あるいは両方に掛か
る応力に比べて、前記第２導電型クラッド層の少なくと
も第２導電型中間層側の格子定数と、前記第２導電型中
間層の少なくとも第２導電型コンタクト層側の格子定数
との、どちらか一方あるいは両方が、前記第１導電型半
導体基板の格子定数と異なることにより各々に掛かる応
力の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導
体発光素子を要旨とする。
【００１４】請求項３に係る発明は、前記第２導電型ク
ラッド層の少なくとも第２導電型中間層側の格子定数
と、前記第２導電型中間層の少なくとも第２導電型コン
タクト層側の格子定数との、どちらか一方あるいは両方
が、前記第１導電型半導体基板の格子定数より大きく、
各々に掛かる歪が圧縮歪であることを特徴とする請求項
１および請求項２に記載の半導体発光素子を要旨とす
る。
ラッド層の少なくとも第２導電型中間層側の格子定数
と、前記第２導電型中間層の少なくとも第２導電型コン
タクト層側の格子定数との、どちらか一方あるいは両方
が、前記第１導電型半導体基板の格子定数より大きく、
各々に掛かる歪が圧縮歪であることを特徴とする請求項
１および請求項２に記載の半導体発光素子を要旨とす
る。
【００１５】請求項４に係る発明は、第１導電型半導体
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層の少なくとも第２
導電型クラッド層側の格子定数が、前記第１導電型半導
体基板の格子定数と異なることを特徴とする半導体発光
素子を要旨とする。
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層の少なくとも第２
導電型クラッド層側の格子定数が、前記第１導電型半導
体基板の格子定数と異なることを特徴とする半導体発光
素子を要旨とする。
【００１６】請求項５に係る発明は、第１導電型半導体
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層の少なくとも第２
導電型クラッド層および第２導電型コンタクト層との界
面を含まない領域の格子定数が、前記第１導電型半導体
基板の格子定数と異なることを特徴とする半導体発光素
子を要旨とする。
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層の少なくとも第２
導電型クラッド層および第２導電型コンタクト層との界
面を含まない領域の格子定数が、前記第１導電型半導体
基板の格子定数と異なることを特徴とする半導体発光素
子を要旨とする。
【００１７】請求項６に係る発明は、第１導電型半導体
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層が、前記第１導電
型半導体基板の格子定数より大きい格子定数を有する層
と、小さい格子定数を有する層の両方を含んでなること
を特徴とする半導体発光素子を要旨とする。
基板上に、少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、
第２導電型クラッド層を含んでなるダブルヘテロ構造を
有し、このダブルヘテロ構造上に、少なくとも第２導電
型中間層と第２導電型コンタクト層を有する半導体発光
素子において、前記第２導電型中間層が、前記第１導電
型半導体基板の格子定数より大きい格子定数を有する層
と、小さい格子定数を有する層の両方を含んでなること
を特徴とする半導体発光素子を要旨とする。
【００１８】請求項７に係る発明は、直接またはヒート
シンクを介してステムに接着されることにより半導体発
光装置を構成する半導体発光素子において、前記ステム
に接着されることにより前記第２導電型クラッド層と前
記第２導電型中間層のどちらか一方あるいは両方に掛か
る応力に比べて、前記第２導電型中間層もしくはその一
部の領域の格子定数が、前記第１導電型半導体基板の格
子定数と異なることにより各々に掛かる応力の方が大き
いことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１の
請求項に記載の半導体発光素子を要旨とする。
シンクを介してステムに接着されることにより半導体発
光装置を構成する半導体発光素子において、前記ステム
に接着されることにより前記第２導電型クラッド層と前
記第２導電型中間層のどちらか一方あるいは両方に掛か
る応力に比べて、前記第２導電型中間層もしくはその一
部の領域の格子定数が、前記第１導電型半導体基板の格
子定数と異なることにより各々に掛かる応力の方が大き
いことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１の
請求項に記載の半導体発光素子を要旨とする。
【００１９】請求項８に係る発明は、前記第１導電型半
導体基板の表面が（００１）面に対して２度以上傾斜し
ていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか
１の請求項に記載の半導体発光素子を要旨とする。
導体基板の表面が（００１）面に対して２度以上傾斜し
ていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか
１の請求項に記載の半導体発光素子を要旨とする。
【００２０】請求項９に係る発明は、前記第２導電型中
間層のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であり、且
つ前記第２導電型中間層において歪のかかった層の層厚
が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請
求項８のいずれか１の請求項に記載の半導体発光素子を
要旨とする。
間層のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であり、且
つ前記第２導電型中間層において歪のかかった層の層厚
が２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請
求項８のいずれか１の請求項に記載の半導体発光素子を
要旨とする。
【００２１】請求項１０に係る発明は、前記第１導電型
半導体基板はＧａＡｓであり、前記ダブルヘテロ構造は
ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰからなり、前記第２導
電型中間層はＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰであ
り、前記第２導電型コンタクト層はＧａＡｓであること
を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１の請求項
に記載の半導体発光素子を要旨とする。
半導体基板はＧａＡｓであり、前記ダブルヘテロ構造は
ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰからなり、前記第２導
電型中間層はＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰであ
り、前記第２導電型コンタクト層はＧａＡｓであること
を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１の請求項
に記載の半導体発光素子を要旨とする。
【００２２】
【作用】本発明の作用は次の通りである。
【００２３】まず、一般に、半導体発光素子、特にＡｌ
ＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子をＭＯＶＰＥ成長に
より形成する場合、原料の分解により発生する水素が、
半導体レーザ素子の結晶中に取り込まれることが知られ
ている。また、この水素は、ｐドーパントとＶ族原子と
の結合を切ってＶ族原子と結合しやすいため、結晶中に
取り込まれる水素が多くなると、ｐドーパントの活性化
率が低下してキャリア濃度が低下することも知られてい
る。
ＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子をＭＯＶＰＥ成長に
より形成する場合、原料の分解により発生する水素が、
半導体レーザ素子の結晶中に取り込まれることが知られ
ている。また、この水素は、ｐドーパントとＶ族原子と
の結合を切ってＶ族原子と結合しやすいため、結晶中に
取り込まれる水素が多くなると、ｐドーパントの活性化
率が低下してキャリア濃度が低下することも知られてい
る。
【００２４】一方、本願発明者らの実験において、同じ
構造の半導体レーザ素子を、異なる条件にて半導体レー
ザ装置に組み立てた場合、組立により動作電流が増大
し、さらには組立条件によって動作電流の増大の度合い
が異なることが判った。さらに、組立により動作電流が
増大した半導体レーザ素子を分析した結果、ストライプ
方向に対して電流が不均一に注入されていること、ま
た、組立により素子が受ける応力が大きいほど動作電流
の増大量が大きくなることが判った。
構造の半導体レーザ素子を、異なる条件にて半導体レー
ザ装置に組み立てた場合、組立により動作電流が増大
し、さらには組立条件によって動作電流の増大の度合い
が異なることが判った。さらに、組立により動作電流が
増大した半導体レーザ素子を分析した結果、ストライプ
方向に対して電流が不均一に注入されていること、ま
た、組立により素子が受ける応力が大きいほど動作電流
の増大量が大きくなることが判った。
【００２５】上記の現象は、以下のような機構で生ずる
と推測される。すなわち、半導体レーザ素子をヒートシ
ンクに約３００℃にて融着した後、室温に降温する際、
半導体レーザ素子とヒートシンクの熱膨張係数の違いに
より半導体レーザ素子が応力を受ける。その応力は、半
導体レ一ザ素子とヒートシンクとの融着の状態によって
ストライプ方向で不均一に掛かる。その結果、無歪であ
ったｐ−ＧａＩｎＰ中間層およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層に、ストライプ方向で不均一な歪が生ずる。
と推測される。すなわち、半導体レーザ素子をヒートシ
ンクに約３００℃にて融着した後、室温に降温する際、
半導体レーザ素子とヒートシンクの熱膨張係数の違いに
より半導体レーザ素子が応力を受ける。その応力は、半
導体レ一ザ素子とヒートシンクとの融着の状態によって
ストライプ方向で不均一に掛かる。その結果、無歪であ
ったｐ−ＧａＩｎＰ中間層およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層に、ストライプ方向で不均一な歪が生ずる。
【００２６】一方、半導体レーザ素子の結晶中に取り込
まれた水素の拡散の容易さは、歪の大きさに応じて変化
すると推測される。
まれた水素の拡散の容易さは、歪の大きさに応じて変化
すると推測される。
【００２７】従って、歪に対応して水素の濃度がストラ
イプ方向で不均一となり、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層および
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度が変化す
る。そのため、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−Ｇ
ａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のそれぞれ
の界面にて生ずるエネルギー障壁の大きさがストライプ
方向で不均一に変化し、電流がストライプ方向で不均一
に注入され、動作電流が増大してしまう。
イプ方向で不均一となり、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層および
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度が変化す
る。そのため、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−Ｇ
ａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層のそれぞれ
の界面にて生ずるエネルギー障壁の大きさがストライプ
方向で不均一に変化し、電流がストライプ方向で不均一
に注入され、動作電流が増大してしまう。
【００２８】本発明によれば、半導体発光素子、例えば
ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザにおいて、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層の少なくともｐ−ＧａＩｎＰ中間
層側の格子定数と、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層の少なくとも
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層側の格子定数との、どちらか
一方あるいは両方が、ｎ−ＧａＡｓ基板の格子定数と異
なるように形成され、それにより各々に加わる歪の大き
さが、組立により各々に加わる歪に対して十分大きく設
定されている。
ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザにおいて、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層の少なくともｐ−ＧａＩｎＰ中間
層側の格子定数と、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層の少なくとも
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層側の格子定数との、どちらか
一方あるいは両方が、ｎ−ＧａＡｓ基板の格子定数と異
なるように形成され、それにより各々に加わる歪の大き
さが、組立により各々に加わる歪に対して十分大きく設
定されている。
【００２９】これらの歪層が有する歪はストライプ方向
で均一であるため、半導体レーザ素子の結晶中に取り込
まれた水素の濃度は、ストライプ方向で均一となる。ま
た、歪層が有する歪は十分大きいため、結晶中の水素を
十分取り込むか、あるいは水素の拡散を十分抑制するた
め、組立によりストライプ方向に不均一に加わる歪の影
響を無視することができる。その結果、半導体レーザ素
子を半導体レーザ装置に組み立てた後も、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層のそれぞれの界面に生ずるエネルギー障
壁はストライプ方向で均一に形成され、電流がストライ
プ方向で均一に注入されるため、組立後に動作電流が増
大する問題を防止することができる。これより、低消費
電力化が可能となり、さらには通電による素子の発熱を
抑えられるため、温度特性向上・信頼性向上が可能とな
る。
で均一であるため、半導体レーザ素子の結晶中に取り込
まれた水素の濃度は、ストライプ方向で均一となる。ま
た、歪層が有する歪は十分大きいため、結晶中の水素を
十分取り込むか、あるいは水素の拡散を十分抑制するた
め、組立によりストライプ方向に不均一に加わる歪の影
響を無視することができる。その結果、半導体レーザ素
子を半導体レーザ装置に組み立てた後も、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層のそれぞれの界面に生ずるエネルギー障
壁はストライプ方向で均一に形成され、電流がストライ
プ方向で均一に注入されるため、組立後に動作電流が増
大する問題を防止することができる。これより、低消費
電力化が可能となり、さらには通電による素子の発熱を
抑えられるため、温度特性向上・信頼性向上が可能とな
る。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【００３１】図１は、本発明の第１の実施形態によるＡ
ｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子の構造を示す斜視
図である。図１に示したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層２が形成され、更にこのｎ−ＧａＡｓバッファ
層２上にはｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活性層
４、ｐ−クラッド層からなるダブルヘテロ接合構造が形
成されている。ｐ−クラッド層は、ｐ−ＡｌＧａｌｎＰ
下部クラッド層５、エッチング停止層６、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰ上部クラッド層７、及びｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層８を含む。また、このダブルヘテロ接合構造の
上には、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９及びｐ−歪ＧａＩｎＰ
中間層１０からなる中間層と、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層
１１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２とが形成されて
いる。更に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２の上面及び
ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面には、ｐ側電極１３、ｎ側電
極１４が形成されている。
ｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ素子の構造を示す斜視
図である。図１に示したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レ
ーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層２が形成され、更にこのｎ−ＧａＡｓバッファ
層２上にはｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活性層
４、ｐ−クラッド層からなるダブルヘテロ接合構造が形
成されている。ｐ−クラッド層は、ｐ−ＡｌＧａｌｎＰ
下部クラッド層５、エッチング停止層６、ｐ−ＡｌＧａ
ＩｎＰ上部クラッド層７、及びｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層８を含む。また、このダブルヘテロ接合構造の
上には、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９及びｐ−歪ＧａＩｎＰ
中間層１０からなる中間層と、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層
１１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２とが形成されて
いる。更に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２の上面及び
ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面には、ｐ側電極１３、ｎ側電
極１４が形成されている。
【００３２】図２（ａ）乃至（ｅ）は、本実施形態を製
造工程順に示した縦断面図である。成長方法は減圧下の
ＭＯＶＰＥ法を用い、原料として、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ジエチルジン
ク（ＤＥＺｎ）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ホスフィン
（ＰＨ3）、及びアルシン（ＡｓＨ3）などを用いる。ま
た、成長温度は約７００℃とする。
造工程順に示した縦断面図である。成長方法は減圧下の
ＭＯＶＰＥ法を用い、原料として、トリメチルインジウ
ム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ジエチルジン
ク（ＤＥＺｎ）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ホスフィン
（ＰＨ3）、及びアルシン（ＡｓＨ3）などを用いる。ま
た、成長温度は約７００℃とする。
【００３３】まず、図２（ａ）に示すｎ−ＧａＡＳ基板
１を用意する。このｎ−ＧａＡＳ基板１上に、第１回目
の成長において、図２（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活
性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層５、エッチ
ング停止層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７、
ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ｐ−ＧａＩｎＰ中
間層９、及びｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０を形成する。
１を用意する。このｎ−ＧａＡＳ基板１上に、第１回目
の成長において、図２（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、活
性層４、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層５、エッチ
ング停止層６、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層７、
ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ｐ−ＧａＩｎＰ中
間層９、及びｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０を形成する。
【００３４】ここで、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に導入する歪は、
組立の際に素子に加わる歪より十分大きく、かつ、結晶
欠陥が発生しない限界以下に設定する。
８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に導入する歪は、
組立の際に素子に加わる歪より十分大きく、かつ、結晶
欠陥が発生しない限界以下に設定する。
【００３５】より詳細には、例えば、一般的に用いられ
るヒートシンクの線膨張係数を約４×１０-6／Ｋ、半導
体レーザ素子の線膨張係数を約６×ｌ０-6／Ｋとする
と、半導体レーザ素子の各層は、半導体レーザ装置に組
み立てられた後には最大で−０．０６％程度の歪（引っ
張り歪）を受けることになる。従って、ｐ−歪ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０
に導入する歪は、圧縮歪、例えば＋０．１〜＋０．７％
程度の歪が望ましい。
るヒートシンクの線膨張係数を約４×１０-6／Ｋ、半導
体レーザ素子の線膨張係数を約６×ｌ０-6／Ｋとする
と、半導体レーザ素子の各層は、半導体レーザ装置に組
み立てられた後には最大で−０．０６％程度の歪（引っ
張り歪）を受けることになる。従って、ｐ−歪ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０
に導入する歪は、圧縮歪、例えば＋０．１〜＋０．７％
程度の歪が望ましい。
【００３６】ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８および
ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に歪を導入するには、その
組成比を変更すればよい。例えば、ＧａＩｎＰでは、Ｇ
ａ：Ｉｎ＝０．５１６：０．４８４（〓０．５：０．
５）の場合に、ＧａＡｓ基板と格子整合し、Ｇａ：Ｉｎ
＝０．４５：０．５５とすることで、＋０．５％の圧縮
歪を実現できる。ＡｌＧａＩｎＰの場合も同様であっ
て、（Ａｌ＋Ｇａ）：Ｉｎの比を変更することで、所望
の歪を導入できる。
ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に歪を導入するには、その
組成比を変更すればよい。例えば、ＧａＩｎＰでは、Ｇ
ａ：Ｉｎ＝０．５１６：０．４８４（〓０．５：０．
５）の場合に、ＧａＡｓ基板と格子整合し、Ｇａ：Ｉｎ
＝０．４５：０．５５とすることで、＋０．５％の圧縮
歪を実現できる。ＡｌＧａＩｎＰの場合も同様であっ
て、（Ａｌ＋Ｇａ）：Ｉｎの比を変更することで、所望
の歪を導入できる。
【００３７】歪が導入されるｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０は、ＭＯＶ
ＰＥ成長によるエピタキシャル成長により形成されるた
め、半導体レーザ素子の結晶面内で均一であり、すなわ
ち、ストライプ方向に均一に形成される。
ッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０は、ＭＯＶ
ＰＥ成長によるエピタキシャル成長により形成されるた
め、半導体レーザ素子の結晶面内で均一であり、すなわ
ち、ストライプ方向に均一に形成される。
【００３８】また、中間層のキャリア濃度は、ｐ−クラ
ッド層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状のエネ
ルギー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させない
範囲でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ-3以
上とするのが良い。また、中間層において歪のかかった
層の層厚は、その結晶性が悪化しないよう、臨界膜厚以
下とする、望ましくは２００ｎｍ以下とするのが良い。
ッド層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状のエネ
ルギー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させない
範囲でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ-3以
上とするのが良い。また、中間層において歪のかかった
層の層厚は、その結晶性が悪化しないよう、臨界膜厚以
下とする、望ましくは２００ｎｍ以下とするのが良い。
【００３９】次に、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０の上に
ストライプ状のマスク１５を形成し、これをマスクに、
Ｈ2Ｓ０4系の混合液を用いて、図２（ｃ）に示すよう
に、エッチング停止層６に達するまでｐ−歪ＧａＩｎＰ
中間層１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ−歪ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層８、及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層７をエッチングして、ストライプ状のメサを形成
する。
ストライプ状のマスク１５を形成し、これをマスクに、
Ｈ2Ｓ０4系の混合液を用いて、図２（ｃ）に示すよう
に、エッチング停止層６に達するまでｐ−歪ＧａＩｎＰ
中間層１０、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ−歪ＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層８、及びｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラ
ッド層７をエッチングして、ストライプ状のメサを形成
する。
【００４０】次いで、第２回目の成長において、図２
（ｄ）に示すように、ストライプ状のマスク１５を除く
露出部分にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１を選択的に形成
し、その後マスク１５を除去する。
（ｄ）に示すように、ストライプ状のマスク１５を除く
露出部分にｎ−ＧａＡｓ電流阻止層１１を選択的に形成
し、その後マスク１５を除去する。
【００４１】次に、第３回目の成長において、全面にｐ
−ＧａＡｓコンタクト層１２を形成する。次いで、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１２の上面にｐ側電極１３を形成
し、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面にｎ側電極１４を形成す
ることにより、図２（ｅ）に示す構造の半導体レーザ素
子が完成される。
−ＧａＡｓコンタクト層１２を形成する。次いで、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１２の上面にｐ側電極１３を形成
し、ｎ−ＧａＡｓ基板１の下面にｎ側電極１４を形成す
ることにより、図２（ｅ）に示す構造の半導体レーザ素
子が完成される。
【００４２】その後、この半導体レーザ素子をヒートシ
ンクに約３００℃にて融着し、ヒートシンクをステム
（金属ステム）に融着して配線を施すことで、半導体レ
ーザ装置が完成する。なお、ヒートシンクを用いずに、
半導体レーザ素子を直接ステムに融着してもよい。
ンクに約３００℃にて融着し、ヒートシンクをステム
（金属ステム）に融着して配線を施すことで、半導体レ
ーザ装置が完成する。なお、ヒートシンクを用いずに、
半導体レーザ素子を直接ステムに融着してもよい。
【００４３】本実施形態に係る半導体レーザ素子におい
て、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪Ｇ
ａＩｎＰ中間層１０が有する歪は、組立により加わる歪
に対して十分大きく、かつ、ストライプ方向に均一に形
成されるため、組立によりストライプ方向に不均一に発
生する歪の影響を吸収することができる。従って、組立
によっても動作電流が増大することなく、良好な素子特
性が実現される。さらに、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に加える歪が
圧縮歪である場合、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
７、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１２の各々の界面にて価電子帯に生ずるエネルギー障
壁をさらに緩和する効果があるため、さらなる素子特性
の向上が可能である。
て、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪Ｇ
ａＩｎＰ中間層１０が有する歪は、組立により加わる歪
に対して十分大きく、かつ、ストライプ方向に均一に形
成されるため、組立によりストライプ方向に不均一に発
生する歪の影響を吸収することができる。従って、組立
によっても動作電流が増大することなく、良好な素子特
性が実現される。さらに、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０に加える歪が
圧縮歪である場合、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層
７、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１２の各々の界面にて価電子帯に生ずるエネルギー障
壁をさらに緩和する効果があるため、さらなる素子特性
の向上が可能である。
【００４４】なお、本実施形態では、層厚方向で一様な
歪を加えたｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ
−歪ＧａＩｎＰ中間層１０を設けたが、ｐ−クラッド層
の少なくとも中間層側、および中間層の少なくともｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１２側に十分大きな歪を有すれ
ば、本発明の効果を十分に発揮できるため、ｐ−歪Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層
１０の歪量は、層厚方向で変化していても良い。
歪を加えたｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ
−歪ＧａＩｎＰ中間層１０を設けたが、ｐ−クラッド層
の少なくとも中間層側、および中間層の少なくともｐ−
ＧａＡｓコンタクト層１２側に十分大きな歪を有すれ
ば、本発明の効果を十分に発揮できるため、ｐ−歪Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層８およびｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層
１０の歪量は、層厚方向で変化していても良い。
【００４５】また、ｐ−クラッド層と中間層との界面で
生ずるエネルギー障壁、および中間層とｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１２との界面で生ずるエネルギー障壁の実効
的な大きさは、各層のキャリア濃度により変化するた
め、キャリアの流れやすさが一方のエネルギー障壁の影
響でほとんど決められてしまう場合がある。その場合に
は、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８とｐ−歪ＧａＩ
ｎＰ中間層１０のいずれか一方を備えれば、本発明の効
果が十分に発揮される。
生ずるエネルギー障壁、および中間層とｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１２との界面で生ずるエネルギー障壁の実効
的な大きさは、各層のキャリア濃度により変化するた
め、キャリアの流れやすさが一方のエネルギー障壁の影
響でほとんど決められてしまう場合がある。その場合に
は、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８とｐ−歪ＧａＩ
ｎＰ中間層１０のいずれか一方を備えれば、本発明の効
果が十分に発揮される。
【００４６】また、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０は、必
ずしもｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２に接する必要はな
く、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９とｐ−ＧａＩｎＰクラッド
層８との間、あるいは、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９の中
（ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８またはｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層１２の近傍）であっても、同様の効果が
得られる。
ずしもｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２に接する必要はな
く、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９とｐ−ＧａＩｎＰクラッド
層８との間、あるいは、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９の中
（ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８またはｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層１２の近傍）であっても、同様の効果が
得られる。
【００４７】また、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０を有す
れば、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９は省略しても差し支えな
い。即ち、中間層としてｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０の
みを用いるようにしてもよい。その場合、ｐ−歪ＧａＩ
ｎＰ中間層１０の代わりに、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部ク
ラッド層７よりＡｌ組成の割合が低いｐ−歪ＡｌＧａＩ
ｎＰ中間層を用いても同様の効果が得られる。ｐ−歪Ａ
ｌＧａＩｎＰ中間層を用いる場合、Ａｌの組成は、ｐ−
歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側で高くてｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１２側で低くなるように、層厚方向で変化
させてもよい。これは、ＡｌＧａＩｎＰ層の格子定数
が、（Ａｌ＋Ｇａ）：Ｉｎの比に依存し、Ａｌ：Ｇａの
比にはほとんど依存しないからである。即ち、Ａｌの組
成が歪にほとんど関係しないからである。なお、Ａｌ：
Ｇａの比は、バンドギャップには影響する。
れば、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９は省略しても差し支えな
い。即ち、中間層としてｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０の
みを用いるようにしてもよい。その場合、ｐ−歪ＧａＩ
ｎＰ中間層１０の代わりに、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部ク
ラッド層７よりＡｌ組成の割合が低いｐ−歪ＡｌＧａＩ
ｎＰ中間層を用いても同様の効果が得られる。ｐ−歪Ａ
ｌＧａＩｎＰ中間層を用いる場合、Ａｌの組成は、ｐ−
歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側で高くてｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層１２側で低くなるように、層厚方向で変化
させてもよい。これは、ＡｌＧａＩｎＰ層の格子定数
が、（Ａｌ＋Ｇａ）：Ｉｎの比に依存し、Ａｌ：Ｇａの
比にはほとんど依存しないからである。即ち、Ａｌの組
成が歪にほとんど関係しないからである。なお、Ａｌ：
Ｇａの比は、バンドギャップには影響する。
【００４８】また、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９の代わりに
ＡｌＧａＩｎＰ層を用いる場合であって、そのＡｌ組成
が、例えばｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側で高く
てｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２側で低くなるように、
層厚方向で変化している場合も、本発明が適用でき、同
様の効果が得られる。
ＡｌＧａＩｎＰ層を用いる場合であって、そのＡｌ組成
が、例えばｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側で高く
てｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２側で低くなるように、
層厚方向で変化している場合も、本発明が適用でき、同
様の効果が得られる。
【００４９】また、本発明に係る半導体レーザ素子の製
造方法は、図２（ｂ）に示した第１回目の成長におい
て、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０の上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１２の一部分を形成し、その後、ストライプ
状のマスク１５を形成して、以下同様の製造工程を施し
ても良い。この場合、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０が第
１回目の成長と第２回目の成長との間で空気中に晒され
ることがなく、且つ、第３回目の成長の昇温時にｐ−歪
ＧａＩｎＰ中間層１０が熱的劣化を受けないため、ｐ−
歪ＧａＩｎＰ中間層１０の効果が一層大きくなる。
造方法は、図２（ｂ）に示した第１回目の成長におい
て、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０の上にｐ−ＧａＡｓコ
ンタクト層１２の一部分を形成し、その後、ストライプ
状のマスク１５を形成して、以下同様の製造工程を施し
ても良い。この場合、ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層１０が第
１回目の成長と第２回目の成長との間で空気中に晒され
ることがなく、且つ、第３回目の成長の昇温時にｐ−歪
ＧａＩｎＰ中間層１０が熱的劣化を受けないため、ｐ−
歪ＧａＩｎＰ中間層１０の効果が一層大きくなる。
【００５０】図３は、本発明の第２の実施形態を示す縦
断面図である。本実施形態は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２の間にｐ−歪
補償ＧａＩｎＰ中間層１６を設けたことを特徴とし、そ
れ以外の構造は第１の実施形態と同様である。ｐ−歪補
償ＧａＩｎＰ中間層１６は、例えば図４に示すようなバ
ンド構造となるように、圧縮歪層１６ａ、１６ｃ、引張
歪層１６ｂで構成する。この構造は歪補償型と呼ばれ
る。これにより、ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層１６が圧
縮歪層のみで構成される場合に比べて強い歪を圧縮歪層
１６ａ、１６ｃに加えることができる。このため、組立
条件や素子構造などにより通常より強い外部歪が素子に
加わるような場合においても、それ以上に十分大きな歪
を面内で均一にかけられ、本発明の効果が十分に得られ
る。
断面図である。本実施形態は、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラ
ッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２の間にｐ−歪
補償ＧａＩｎＰ中間層１６を設けたことを特徴とし、そ
れ以外の構造は第１の実施形態と同様である。ｐ−歪補
償ＧａＩｎＰ中間層１６は、例えば図４に示すようなバ
ンド構造となるように、圧縮歪層１６ａ、１６ｃ、引張
歪層１６ｂで構成する。この構造は歪補償型と呼ばれ
る。これにより、ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層１６が圧
縮歪層のみで構成される場合に比べて強い歪を圧縮歪層
１６ａ、１６ｃに加えることができる。このため、組立
条件や素子構造などにより通常より強い外部歪が素子に
加わるような場合においても、それ以上に十分大きな歪
を面内で均一にかけられ、本発明の効果が十分に得られ
る。
【００５１】なお、本実施形態では、ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２との間
に位置する中間層を３層からなる歪補償型としたが、本
発明の効果を得るには、中間層が互いに逆向きの歪を有
する２層以上の構造を含めば良い。また、第１の実施形
態と同様に、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ｐ−
ＧａＩｎＰ中間層９を備えても良い。また、中間層にお
ける歪を有する層の歪量が層厚方向で変化していても、
本発明の効果は十分に発揮される。また、中間層がＡｌ
ＧａＩｎＰからなり、そのＡｌ組成が層厚方向で変化し
ている場合も本発明が適用でき、同様の効果が得られ
る。
Ｐクラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１２との間
に位置する中間層を３層からなる歪補償型としたが、本
発明の効果を得るには、中間層が互いに逆向きの歪を有
する２層以上の構造を含めば良い。また、第１の実施形
態と同様に、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、ｐ−
ＧａＩｎＰ中間層９を備えても良い。また、中間層にお
ける歪を有する層の歪量が層厚方向で変化していても、
本発明の効果は十分に発揮される。また、中間層がＡｌ
ＧａＩｎＰからなり、そのＡｌ組成が層厚方向で変化し
ている場合も本発明が適用でき、同様の効果が得られ
る。
【００５２】また、中間層のキャリア濃度は、クラッド
層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状のエネルギ
ー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させない範囲
でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ-3以上と
するのが良い。また、中間層において歪のかかった層の
層厚は、各々の歪量に対して結晶性が悪化しないよう、
臨界膜厚以下とする、望ましくは２００ｎｍ以下とする
のが良い。
層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状のエネルギ
ー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させない範囲
でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ-3以上と
するのが良い。また、中間層において歪のかかった層の
層厚は、各々の歪量に対して結晶性が悪化しないよう、
臨界膜厚以下とする、望ましくは２００ｎｍ以下とする
のが良い。
【００５３】図５は、本発明の第３の実施形態を示す縦
断面図である。基板表面が（００１）面に対して［１１
０］方向に２度以上傾斜した基板、例えば、１５．８度
傾斜した（１１５）Ａｎ−ＧａＡｓ基板１７を用いたこ
とに特徴があり、それ以外の構造は第１の実施形態と同
様である。
断面図である。基板表面が（００１）面に対して［１１
０］方向に２度以上傾斜した基板、例えば、１５．８度
傾斜した（１１５）Ａｎ−ＧａＡｓ基板１７を用いたこ
とに特徴があり、それ以外の構造は第１の実施形態と同
様である。
【００５４】ＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＩｎＰは傾斜基
板上にＭＯＶＰＥ成長するとバンドギャップが拡大する
ため、傾斜基板を用いることで発振波長が６５０ｎｍと
いう短波長を容易に実現できるという利点がある。しか
し一方で、非傾斜基板を用いた場合に比べて、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ上部クラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１２とのバンド不連続量が大きくなり、組立によるス
トライプ方向での不均一な歪に応じた電流注入の不均一
さが顕著になるという問題が生じる。本発明の半導体レ
ーザ素子は、組立による不均一な歪の影響を防止できる
ため、傾斜基板を用いた場合でもストライプ方向に均一
に電流注入され、良好な素子特性が実現される。
板上にＭＯＶＰＥ成長するとバンドギャップが拡大する
ため、傾斜基板を用いることで発振波長が６５０ｎｍと
いう短波長を容易に実現できるという利点がある。しか
し一方で、非傾斜基板を用いた場合に比べて、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰ上部クラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト
層１２とのバンド不連続量が大きくなり、組立によるス
トライプ方向での不均一な歪に応じた電流注入の不均一
さが顕著になるという問題が生じる。本発明の半導体レ
ーザ素子は、組立による不均一な歪の影響を防止できる
ため、傾斜基板を用いた場合でもストライプ方向に均一
に電流注入され、良好な素子特性が実現される。
【００５５】なお、第１の実施形態と同様に、ｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１
２との間に位置する中間層における歪を有する層の歪量
が層厚方向で変化していても、本発明の効果は十分に発
揮される。また、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、
ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９はなくても同様の効果が得られ
る。また、中間層における歪を有する層の位置は、ｐ−
歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側、あるいは、ｐ−歪Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層８とｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１２に直接接することなくその近傍であっても、同様の
効果が得られる。また、中間層がＡｌＧａＩｎＰからな
り、そのＡｌ組成が層厚方向で変化している場合も本発
明が適用でき、同様の効果が得られる。また、第２の実
施形態と同様に、ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層１６を備
えても良い。
ＧａＩｎＰクラッド層７とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１
２との間に位置する中間層における歪を有する層の歪量
が層厚方向で変化していても、本発明の効果は十分に発
揮される。また、ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８、
ｐ−ＧａＩｎＰ中間層９はなくても同様の効果が得られ
る。また、中間層における歪を有する層の位置は、ｐ−
歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層８側、あるいは、ｐ−歪Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層８とｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１２に直接接することなくその近傍であっても、同様の
効果が得られる。また、中間層がＡｌＧａＩｎＰからな
り、そのＡｌ組成が層厚方向で変化している場合も本発
明が適用でき、同様の効果が得られる。また、第２の実
施形態と同様に、ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層１６を備
えても良い。
【００５６】また、中間層のキャリア濃度についても、
クラッド層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状の
エネルギー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させ
ない範囲でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ
-3以上とするのが良い。また、中間層において歪のかか
った層の層厚は、各々の歪量に対して結晶性が悪化しな
いよう、臨界膜厚以下とする、望ましくは２００ｎｍ以
下とするのが良い。これらにより本発明の効果がより良
く得られる。
クラッド層とコンタクト層の界面で生ずるスパイク状の
エネルギー障壁が十分薄くなるよう、結晶性を悪化させ
ない範囲でできるだけ高く、望ましくは１×１０18ｃｍ
-3以上とするのが良い。また、中間層において歪のかか
った層の層厚は、各々の歪量に対して結晶性が悪化しな
いよう、臨界膜厚以下とする、望ましくは２００ｎｍ以
下とするのが良い。これらにより本発明の効果がより良
く得られる。
【００５７】なお、本発明に係る半導体レーザ素子の構
造及び製造方法においては、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層の少なくともｐ−ＧａＩｎＰ中間層側と、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰ中間層の少なくともｐ−ＧａＡｓコンタクト層側
との、いずれか一方もしくは両方に、十分大きな歪が掛
けられていれば、その効果が十分発揮されるため、成長
方法、成長温度、成長回数、原料、半導体レーザ素子の
構造、半導体レ一ザ素子を構成する層の組成や厚さは、
如何様でも差し支えない。
造及び製造方法においては、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層の少なくともｐ−ＧａＩｎＰ中間層側と、ｐ−Ｇａ
ＩｎＰ中間層の少なくともｐ−ＧａＡｓコンタクト層側
との、いずれか一方もしくは両方に、十分大きな歪が掛
けられていれば、その効果が十分発揮されるため、成長
方法、成長温度、成長回数、原料、半導体レーザ素子の
構造、半導体レ一ザ素子を構成する層の組成や厚さは、
如何様でも差し支えない。
【００５８】
【発明の効果】この発明によれば、以下の効果が得られ
る。
る。
【００５９】（１）半導体レーザ素子を半導体レーザ装
置に組み立てた後に、組立前に比べて動作電流が増大す
るのを防止できる。これにより、高温動作が可能とな
り、信頼性が向上する。何故ならば、組立により半導体
レーザ素子に加わる歪に比べて十分大きな歪を有するｐ
−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ−歪ＧａＩｎＰ中間
層により、組立によりストライプ方向に不均一に掛かる
歪の影響を防止し、電流がストライプ方向で不均一に注
入されることを防止できるためである。
置に組み立てた後に、組立前に比べて動作電流が増大す
るのを防止できる。これにより、高温動作が可能とな
り、信頼性が向上する。何故ならば、組立により半導体
レーザ素子に加わる歪に比べて十分大きな歪を有するｐ
−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ−歪ＧａＩｎＰ中間
層により、組立によりストライプ方向に不均一に掛かる
歪の影響を防止し、電流がストライプ方向で不均一に注
入されることを防止できるためである。
【００６０】（２）従来に比べて動作電圧を低減でき
る。これにより、省電力化が可能となる。何故ならば、
圧縮歪を有するｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層および
ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層により、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層の各々の界面で生ずるエネルギー障壁が低減し、
キャリアが流れやすくなるためである。
る。これにより、省電力化が可能となる。何故ならば、
圧縮歪を有するｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層および
ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層により、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰ中間層、ｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層の各々の界面で生ずるエネルギー障壁が低減し、
キャリアが流れやすくなるためである。
【図１】この発明の第１の実施形態である半導体レーザ
素子の構造を示す斜視図である。
素子の構造を示す斜視図である。
【図２】（ａ）乃至（ｅ）は、図１の半導体レーザ素子
の製造工程を説明するための図である。
の製造工程を説明するための図である。
【図３】この発明の第２の実施形態である半導体レーザ
素子の構造を示す縦断面図である。
素子の構造を示す縦断面図である。
【図４】図３の半導体レーザ素子のｐ−歪補償ＧａＩｎ
Ｐ中間層のバンド構造を示す概略図である。
Ｐ中間層のバンド構造を示す概略図である。
【図５】この発明の第３の実施形態である半導体レーザ
素子の構造を示す縦断面図である。
素子の構造を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）乃至（ｅ）は、従来の半導体レーザ素子
の製造工程を説明するための図である。
の製造工程を説明するための図である。
【図７】図６の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ
装置の構成図である。
装置の構成図である。
ｌ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ４ 活性層 ５ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層 ６ エッチング停止層 ７ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層 ８ ｐ−歪ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ９ ｐ−ＧａＩｎＰ中間層 １０ ｐ−歪ＧａＩｎＰ中間層 １ｌ ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 １２ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １３ ｐ側電極 １４ ｎ側電極 １５ マスク １６ ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層 １６ａ、１６ｃ ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層の圧
縮歪層 １６ｂ ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層の引張歪層 １７ （１１５）Ａ ｎ−ＧａＡｓ基板 ７１ 半導体レーザ素子 ７２ ヒートシンク ７３ ステム ７４ 配線
縮歪層 １６ｂ ｐ−歪補償ＧａＩｎＰ中間層の引張歪層 １７ （１１５）Ａ ｎ−ＧａＡｓ基板 ７１ 半導体レーザ素子 ７２ ヒートシンク ７３ ステム ７４ 配線
Claims (10)
- 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層
を含んでなるダブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテ
ロ構造上に、少なくとも第２導電型中間層と第２導電型
コンタクト層を有する半導体発光素子において、前記第
２導電型クラッド層の少なくとも第２導電型中間層側の
格子定数と、前記第２導電型中間層の少なくとも第２導
電型コンタクト層側の格子定数との、どちらか一方ある
いは両方が、前記第１導電型半導体基板の格子定数と異
なることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 直接またはヒートシンクを介してステム
に接着されることにより半導体発光装置を構成する半導
体発光素子において、前記ステムに接着されることによ
り前記第２導電型クラッド層と前記第２導電型中間層の
どちらか一方あるいは両方に掛かる応力に比べて、前記
第２導電型クラッド層の少なくとも第２導電型中間層側
の格子定数と、前記第２導電型中間層の少なくとも第２
導電型コンタクト層側の格子定数との、どちらか一方あ
るいは両方が、前記第１導電型半導体基板の格子定数と
異なることにより各々に掛かる応力の方が大きいことを
特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記第２導電型クラッド層の少なくとも
第２導電型中間層側の格子定数と、前記第２導電型中間
層の少なくとも第２導電型コンタクト層側の格子定数と
の、どちらか一方あるいは両方が、前記第１導電型半導
体基板の格子定数より大きく、各々に掛かる歪が圧縮歪
であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載
の半導体発光素子。 - 【請求項４】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層
を含んでなるダブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテ
ロ構造上に、少なくとも第２導電型中間層と第２導電型
コンタクト層を有する半導体発光素子において、前記第
２導電型中間層の少なくとも第２導電型クラッド層側の
格子定数が、前記第１導電型半導体基板の格子定数と異
なることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項５】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層
を含んでなるダブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテ
ロ構造上に、少なくとも第２導電型中間層と第２導電型
コンタクト層を有する半導体発光素子において、前記第
２導電型中間層の少なくとも第２導電型クラッド層およ
び第２導電型コンタクト層との界面を含まない領域の格
子定数が、前記第１導電型半導体基板の格子定数と異な
ることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項６】 第１導電型半導体基板上に、少なくとも
第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層
を含んでなるダブルヘテロ構造を有し、このダブルヘテ
ロ構造上に、少なくとも第２導電型中間層と第２導電型
コンタクト層を有する半導体発光素子において、前記第
２導電型中間層が、前記第１導電型半導体基板の格子定
数より大きい格子定数を有する層と、小さい格子定数を
有する層の両方を含んでなることを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項７】 直接またはヒートシンクを介してステム
に接着されることにより半導体発光装置を構成する半導
体発光素子において、前記ステムに接着されることによ
り前記第２導電型クラッド層と前記第２導電型中間層の
どちらか一方あるいは両方に掛かる応力に比べて、前記
第２導電型中間層もしくはその一部の領域の格子定数
が、前記第１導電型半導体基板の格子定数と異なること
により各々に掛かる応力の方が大きいことを特徴とする
請求項４〜請求項６のいずれか１の請求項に記載の半導
体発光素子。 - 【請求項８】 前記第１導電型半導体基板の表面が（０
０１）面に対して２度以上傾斜していることを特徴とす
る請求項１〜請求項７のいずれか１の請求項に記載の半
導体発光素子。 - 【請求項９】 前記第２導電型中間層のキャリア濃度が
１×１０18ｃｍ-3以上であり、且つ前記第２導電型中間
層において歪のかかった層の層厚が２００ｎｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１の
請求項に記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記第１導電型半導体基板はＧａＡｓ
であり、前記ダブルヘテロ構造はＧａＩｎＰおよびＡｌ
ＧａＩｎＰからなり、前記第２導電型中間層はＧａＩｎ
ＰもしくはＡｌＧａＩｎＰであり、前記第２導電型コン
タクト層はＧａＡｓであることを特徴とする請求項１〜
請求項９のいずれか１の請求項に記載の半導体発光素
子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31475098A JP3420087B2 (ja) | 1997-11-28 | 1998-11-05 | 半導体発光素子 |
| US09/200,060 US6324201B1 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-25 | Light emitting semiconductor element capable of suppressing change of driving current |
| CN98124880A CN1130808C (zh) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | 能抑制驱动电流改变的光发射半导体元件 |
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