JP2000277865A

JP2000277865A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2000277865A
Application number: JP11077376A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shimoyama; 謙司下山; Nobuyuki Hosoi; 信行細井
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＡｌＧａＩｎＰ系バルク活性層の可視
レーザと比較して、最高発振温度を上げ、高温あるいは
高出力においても高い信頼性を示す優れたレーザ特性を
有する半導体発光装置を提供すること。【解決手段】基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
に形成された１層以上の量子井戸層を有するＧａＩｎＰ
又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形
成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰか
らなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成さ
れ且つ電流狭窄部の少なくとも一部を構成する第２導電
型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラ
ッド層、該第２クラッド層の両側面を挟み且つ該第２ク
ラッド層よりも屈折率が低い低屈折率電流阻止層、から
少なくとも構成される半導体発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光装置に関
し、特にＡｌＧａＩｎＰ系及びＡｌＧａＡｓＰ系半導体
材料を用いた半導体レーザ等の半導体発光装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従
来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）の一例として、図
３に模型的に示す構造を有するものがある。すなわち図
３において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は基板
３０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラ
ッド層である。３０３はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層
であり、３０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド
層である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ活性層３０３のエ
ネルギーギャップが、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２
及び３０４のエネルギーギャップより小さくなるよう混
晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしてい
る。３０６はコンタクト層である。

【０００３】３０５はｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止
（ブロック）層である。電流阻止層３０５は、レーザー
発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭
窄を行う目的で設けられる。３０５は、層３０４を選択
エッチングしてリッジを形成した後、ＳｉＮｘなどのア
モルファス膜を用いて選択成長させることによって形成
する。

【０００４】ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰ（以下あわ
せて「ＡｌＧａＩｎＰ系化合物」という。）はＡｌＧａ
ＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓ（以下あわせて「ＡｌＧａＡｓ
Ｐ系化合物」という。）と比較して、抵抗率が高く、熱
抵抗が大きい等の欠点を有している。このことが素子の
動作電圧を高くし、発熱を大きくするなどの問題を発生
させており、素子の特性や信頼性の向上に対する大きな
障害となっている。特に、半導体レーザのように、電流
狭窄が行なわれたり、発光密度が高くなる場合には、上
記の問題はますます深刻になる。

【０００５】また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物のクラ
ッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛（Ｚｎ）が用
いられているが、Ｚｎの活性化率が低いために抵抗率を
下げるためには高濃度でドーピングを行う必要がある。
しかしながら、Ｚｎを高濃度でドーピングすると活性化
しなかったＺｎが成長中にＡｌＧａＩｎＰ系化合物結晶
中を速い速度で拡散していき、ｐｎ接合位置が発光層よ
りもｎ側に大きくずれたりすることがある。この場合、
電流電圧特性に異常をもたらしたり、レーザーのしきい
値電流を増加させたりする。このようなｐ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物層からのＺｎ拡散は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ
系化合物層の層厚の増加に伴って、顕著になる。また、
レーザーのように発光層の厚みが比較的薄い場合、とり
わけ非常に薄い発光層（１０ｎｍ以下）を有する量子井
戸レーザにおいては、Ｚｎ拡散による電流電圧特性の異
常が生じやすくなる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物層に
は、拡散係数の小さいＳｉが有効である。

【０００６】通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性
層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、
クラッド層の膜厚として１〜２μｍ程度は必要となる。
有機金属気相成長法でＡｌＧａＩｎＰ系化合物を成長す
るとき、ＩＩＩ族原料となる有機金属とＶ族原料となる
ＰＨ₃との供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ）を非常に大きくす
る必要がある。このために、成長速度を余り大きくでき
ない、成長原料コストがＡｌＧａＡｓ系化合物などに比
べてかなり高くなるといった問題が生じている。特に多
数枚を同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ
以外に除害等の点でますます深刻となる。

【０００７】これらの問題点を解決するために、特開平
８−１２５２８５号公報にＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎ
Ｐからなる活性層を有する半導体発光装置において、発
光素子の素子特性を劣化させない程度にＺｎドープｐ型
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層を薄くし、活性層及
びｎ側クラッドへのＺｎ拡散を少なくさせることが記載
されている。ただし、活性層上下のＡｌＧａＩｎＰ系化
合物クラッド層の膜厚を薄くすると、キャリア及び光の
閉じ込めが不十分となり、素子特性を劣化させてしまう
ので、不足分をほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つ
ＡｌＧａＡｓＰ系化合物で代用できることが記載されて
いる。

【０００８】ディジタルビデオディスクを中心とする記
録密度向上のために、情報処理用光源として従来のＡｌ
ＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ）レー
ザが実用化され始めている。そして、短波長化かつ低し
きい値・高温動作に向けて以下のような検討がなされて
きた。まず、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可
視レーザの作製において、活性層に量子井戸構造を採用
し、さらに量子井戸層に圧縮もしくは引っ張り歪みを加
えることにより、短波長化かつ低しきい値化が図られて
いる。

【０００９】さらに、（１００）面から［０１１］方向
（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用い
ることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）に
よるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすく
したり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）
の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大に
よる素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させるこ
とが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、
ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな
凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以
下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性
層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波
長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしま
う。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチ
ングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量
子効果による短波長化が可能となる。このように、短波
長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステッ
プバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピン
グにより短波長化による発振しきい値電流の増加及び温
度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に８〜
１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０
ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩ
ｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度
を選択する必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題を解決することを課題とした。すなわち本発
明は、従来のＡｌＧａＩｎＰ系バルク活性層の可視レー
ザと比較して、最高発振温度が高く、高温あるいは高出
力においても高い信頼性を示すレーザ特性に優れた半導
体発光装置を提供することを解決すべき課題とした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を進めた結果、基板上に、第１
導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッ
ド層、該クラッド層の上に形成された１層以上の量子井
戸層を有するＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａ
ＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１
クラッド層の上に形成され且つ電流狭窄部の少なくとも
一部を構成する第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧ
ａＡｓからなる第２クラッド層、該第２クラッド層の両
側面を挟み且つ該第２クラッド層よりも屈折率が低い低
屈折率電流阻止層、から少なくとも構成される本発明の
半導体発光装置が所期の効果を有効に奏することを見出
した。

【００１２】本発明の半導体発光装置の活性層は、前記
量子井戸層、及び前記量子井戸層を挟むバリア層及び／
又は閉じ込め層で構成されていることが好ましく、ま
た、量子井戸層に圧縮あるいは引っ張りの歪みが加えら
れていることが好ましい。電流狭窄部はストライプ状の
リッジ構造を有しており、該リッジ構造の両側面の少な
くとも一部を挟むように低屈折率電流阻止層が形成され
ている態様が好ましい。さらに、電流狭窄部がストライ
プ状の溝構造を有しており、該溝構造の両側面の少なく
とも一部を挟むように低屈折率電流阻止層が形成されて
いる態様も好ましい。

【００１３】本発明には、低屈折率電流阻止層が１層以
上の化合物半導体層を有しており、低屈折率電流阻止層
の少なくとも一部が第１導電型又は高抵抗の化合物半導
体からなる態様；低屈折率電流阻止層が、ＡｌＧａＡｓ
Ｐ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；低屈折率電流阻止層
が、ＡｌＧａＡｓからなるリッジ側壁及びＡｌＧａＩｎ
Ｐ又はＡｌＩｎＰからなる底面に接している態様；基板
の表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する態
様；室温付近での発振波長が６３０ｎｍ以上６７０ｎｍ
以下である態様が、好ましい態様として包含される。

【００１４】さらに本発明には、前記リッジ構造の底部
の幅が、装置端面近傍で装置中央部より広くなっている
態様；前記リッジ構造の底部の幅が、装置端面近傍で装
置中央部より狭くなっている態様；遠視野像が単一ピー
クである態様；前記クラッド層のうち、ｎ型の層のキャ
リア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である態様；電極に最
も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＣを含むＡｌ
ＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；活性層に最
も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＢｅ及び／又
はＭｇを含むＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる態
様；ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いた態様；前記低屈
折率電流阻止層をハロゲン元素を有するガスを少量添加
しながら有機金属気相成長法により選択成長した態様
も、好ましい態様として包含される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体発光装置につい
て、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的
に説明する。本発明の半導体発光装置は、基板上に、第
１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラ
ッド層、該クラッド層の上に形成された１層以上の量子
井戸層を有するＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる
活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧ
ａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第
１クラッド層の上に形成され且つ電流狭窄部の少なくと
も一部を構成する第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌ
ＧａＡｓからなる第２クラッド層、該第２クラッド層の
両側面を挟み且つ該第２クラッド層よりも屈折率が低い
低屈折率電流阻止層、から少なくとも構成されることを
特徴とする。

【００１６】本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰ
からなる量子井戸層を有する半導体発光装置において、
活性層上下のＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層の膜厚
を薄くし、ほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つＡｌ
ＧａＡｓＰ系化合物で代用ができ、量子井戸を有する活
性層内における閉じ込め層の厚みを比較的厚くすること
により、量子井戸層へのＺｎ等の不純物拡散を防止でき
ることを見出したことに基づいて完成されたものであ
る。

【００１７】本明細書において「Ａ層の上に形成された
Ｂ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接する
ようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以
上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されて
いる場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面と
Ｂ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ
層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記
表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層
の説明と実施例の具体例から明らかである。

【００１８】本発明の半導体発光装置の基板は、その上
にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能なもの
であれば、導電性や材料については特に限定されない。
好ましいのは導電性がある材料であり、望ましくはその
上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇａ
Ｐ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ₂Ｏ₃等の結晶基板、
特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板である。通常Ａｌ
ＧａＩｎＰ系可視レーザにはＧａＡｓ基板が用いられ
る。その場合基板結晶成長面は低次な面またはそれと結
晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好ま
しい。なお、本明細書において（１００）面という場
合、必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要
はなく、最大３０°程度のオフアングルを有する場合ま
で包含することとする。ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系
からなる可視レーザの作製において、（１００）面から
［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフ
した基板を用いることにより、自然超格子の形成（オー
ダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短
波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺ
ｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘ
テロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特
性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が
小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘ
テロ海面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構
造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したと
きに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長
（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より
小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることによ
り、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦と
なり、設計通りに量子効果による短波長化が可能とな
る。このように、短波長化の阻害要因となっている自然
超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、か
つｐ型高濃度ドーピングにより短波長化による発振しき
い値電流の増加及び温度特性の劣化を抑制するために、
通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−
１−１］方向）に８〜１６度程度オフした基板が用いら
れる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とす
る波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮
して、適切なオフ角度を洗濯する必要がある。

【００１９】基板上には、通常基板の欠陥をエピタキシ
ャル成長層に持ち込まないために厚み０．２〜２μｍ程
度のバッファ層を用いることが好ましい。基板上に形成
されるダブルヘテロ構造は、第１導電型のＡｌＧａＩｎ
Ｐ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、その上に形成さ
れたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、そ
の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＩｎＰからなるクラッド層から少なくとも構成され、こ
のとき、クラッド層は、活性層より屈折率が小さくなる
ように組成が選択される。また、ダブルヘテロ構造に
は、閉じ込め層として機能する層を含んでいてもよく、
このとき、閉じ込め層は、活性層より屈折率が小さくな
るように組成が選択される。また、活性層は、単一の層
からなる場合に限定されず、複数の量子井戸層及びそれ
らに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上及
び最下の量子井戸層の下に積層された閉じ込め層からな
る多量子井戸構造（ＭＱＷ）を有していてもよい。

【００２０】第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐからなるクラッド層は、第１導電型クラッド層が単層
からなるものであるときは、好ましくは１〜２μｍ程度
の厚みを有することが必要とされる。第１導電型クラッ
ド層は複数層からなるものであってもよく、具体的には
ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上記クラッド層
（第１導電型第２クラッド層）のほかに、例えばより基
板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰか
らなるクラッド層（第１導電型第１クラッド層）が形成
されている態様を例示することができる。第１導電型ク
ラッド層が２層以上からなる場合は、第１導電型第１ク
ラッド層の厚さを薄くすることができ、下限としては
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、
０．３μｍ以下がより好ましい。第１導電型第１クラッ
ド層のキャリア濃度は、２×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸
ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内では５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好まし
い。

【００２１】第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなるクラッド層については、厚さは０．３〜３
μｍの範囲が好ましく、その範囲内では０．５μｍ以上
が好ましく、１．５μｍ以下が好ましい。キャリア濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ま
しく、その範囲内では２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましい。

【００２２】第１導電型のクラッド層の上には、ＧａＩ
ｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層が積層される。
活性層は１層以上の量子井戸層を有する。また、活性層
は量子井戸層の他に、量子井戸層を挟むバリア層及び／
又は閉じ込め層により構成されるのが好ましい。活性層
を量子井戸構造とすることにより、単層のバルク活性層
と比較して、短波長化（６３０ｎｍ〜６６０ｎｍ）かつ
低しきい値化を達成することができる。この場合、高温
動作を向上させるために、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
にしたり、量子井戸層に圧縮（Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ、ｘ＜
０．５２）あるいは引っ張り（Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ、ｘ＞
０．５２）の歪みが加えられることが有効である。ま
た、引っ張り歪みを加えるとＴＭモードで発振しやすく
なるが、バンドギャップを大きくしたまま特性が向上で
きるので、６３０〜６５０ｎｍのより短波長領域のレー
ザの高性能化には有効である。

【００２３】量子井戸の厚みは、室温付近の発振波長が
６３０〜６７０ｎｍの場合、３〜７ｎｍが好ましく、４
〜６ｎｍがより好ましい。一方、室温付近の発振波長が
６７０〜７００ｎｍの場合、６〜１０ｎｍが好ましく、
７〜９ｎｍがより好ましい。井戸層の厚みは、２〜８ｎ
ｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。閉じ込め層
は、Ｚｎ等の不純物の量子井戸層への混入（拡散）の防
止、量子井戸層への閉じ込めの増加を図る観点から有効
であり、閉じ込め層の厚みを適切に選ぶことにより、レ
ーザ発振しきい値電流の低減、寿命向上等を実現でき
る。具体的に、閉じ込め層の厚みは、室温付近の発振波
長が６３０〜６７０ｎｍの場合に、下限として３０ｎｍ
以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好ましい。上限と
して、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がよ
り好ましい。一方、室温付近の発振波長が６３０〜６７
０ｎｍの場合は、下限として５ｎｍ以上が好ましく、１
０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、１００ｎｍ以
下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。

【００２４】活性層内のキャリア濃度は特に限定されな
いが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ド
ープをすることなく、アンドープの状態（この場合でも
わずかに（通常、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下）第１又は第２
導電型になっている）であることが、素子の性能の向上
及び安定化の点からより好ましく、閉じ込め層も少なく
とも量子井戸層に近い部分はアンドープの状態であるこ
とが好ましい。

【００２５】活性層内の量子井戸層の層数は、室温付近
の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、温度特性の観
点から、上限は６以下が好ましく、５以下がより好まし
い。下限は、２以上が好ましく、３以上がより好まし
い。一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの
場合は、上限は５以下が好ましく、４以下がより好まし
い。下限は、１以上が好ましく、２以上がより好まし
い。

【００２６】第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎ
Ｐ化合物からなる第１クラッド層については、その上に
ほぼ屈折率の等しい第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌ
ＧａＡｓＰからなる第２導電型第２クラッド層が形成さ
れていることから、キャリアの閉じ込めができる程度に
膜厚を薄くすることができる。膜圧の下限としては、
０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより
好ましい。膜圧の上限としては、０．５μｍ以下が好ま
しく、０．３μｍ以下がより好ましい。キャリア濃度
は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ま
しく、その範囲内では２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好まし
く、２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が好ましい。

【００２７】第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰからなる第２クラッド層については、その上に形成
されるコンタクト層に光があまり滲み出さない程度の膜
厚が必要である。膜厚は０．３〜３μｍの範囲が好まし
く、その範囲内では０．５μｍ以上が好ましく、１．５
μｍ以下が好ましい。キャリア濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ
^-3〜３×１０¹⁸ｃｍ^-3の範囲が好ましく、その範囲内で
は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、２×１０¹⁸ｃｍ^-3
以下が好ましい。

【００２８】第２導電型第２クラッド層は、電流狭窄部
の少なくとも一部を構成する。電流狭窄部は、電極から
の電流を活性層の限られた領域にのみ注入する機能を有
する。したがって、第２導電型第２クラッド層は、低屈
折率電流阻止層などの他の層とともに電流狭窄機能を奏
する構造であれば、特にその形状は制限されない。第２
導電型第２クラッド層はリッジ構造または溝構造を有し
ているのが好ましく、特にリッジ構造を有していること
が好ましい。

【００２９】活性層の上のリッジ構造が少なくとも第２
導電型第２クラッド層により形成され、かつリッジ構造
の両脇の底面が第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩ
ｎＰからなる第１クラッド層により形成されるようにす
れば、リッジ構造をエッチングで形成するときに、材料
系の違いにより、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌ
ＩｎＰからなる第１クラッド層をエッチング停止層とし
ても機能させることができことから、図２に示すストラ
イプ状のリッジ構造（図２（ａ））あるいは溝構造（図
２（ｂ））の両脇でのクラッド層厚、すなわち第２導電
型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッ
ド層の均一性を向上させることが可能となり、レーザ特
性の均一性、歩留まりを向上させることが可能となる。

【００３０】低屈折率電流阻止層は、第２導電型第２ク
ラッド層の両側面の少なくとも一部を挟むように形成す
る。低屈折率電流阻止層の材料は特に限定されず、誘電
体であっても半導体であってもよい。誘電体と半導体に
はそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるた
め、低屈折率電流阻止層の材料はこれらの利点と欠点を
考慮して適宜決定するのが好ましい。低屈折率電流阻止
層の材料として誘電体を用いる場合は、例えばＳｉＮ
ｘ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを用いることができる。誘
電体を用いると、低屈折率でかつ絶縁特性の優れた層を
形成することができるなどの利点がある反面、熱伝導率
が低いために放熱性が悪い、劈開性が悪い、平坦化しに
くいためにジャンクション・ダウンで組み立てにくいな
どの欠点も有している。

【００３１】一方、低屈折率電流阻止層の材料として半
導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高
いために放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすい
ためにジャンクション・アップで組み立てやすい、コン
タクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下
げやすいなどの利点がある反面、低屈折率にするために
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰなどの高Ａｌ組成化合物が必
要になる時は表面酸化などの対策が必要であるなどの欠
点がある。第２導電型第２クラッド層よりも低屈折率に
することや、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、
半導体としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰ、もしく
はＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰを用いることが好まし
い。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然超格子
の形成による屈折率の変化、選択成長（リッジ側壁と底
面）におけるＩｎ組成の不安定性などがあるので、選択
成長時の保護膜へのポリの堆積防止（ＨＣｌ添加選択成
長）ができるのであれば、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡ
ｓＰを選択する方が好ましい。ただし、ＡｌＧａＡｓ又
はＡｌＧａＡｓＰの場合は、Ａｌ組成がＡｌＡｓに近く
なりすぎると潮解性を示すので、Ａｌ組成の上限は０．
９５以下が好ましく、０．９２以下がより好ましく、
０．９０以下が最も好ましい。第２導電型第２クラッド
層よりも低屈折率にする必要があることから、Ａｌ組成
の下限は０．７５以上が好ましく、０．８以上がより好
ましく、０．８５以上が最も好ましい。

【００３２】低屈折率電流阻止層の屈折率は、低屈折率
電流阻止層に挟まれた第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡ
ｌＧａＡｓＰからなる第２クラッド層の屈折率よりも低
くする（実屈折率ガイド構造）。このような屈折率の制
御を行うことによって、従来のロスガイド構造に比べて
動作電流を低減することが可能になる。活性層の上にリ
ッジ構造を有している場合は、低屈折率電流阻止層と低
屈折率電流阻止層に挟まれたクラッド層との屈折率差が
大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大
きくなり易い。このため、リッジ下の第２導電型第１ク
ラッド層を厚くしなければならなくなり、横方向に漏れ
電流が大きくなるという問題が生じる。一方、低屈折率
電流阻止層とクラッド層との屈折率差が小さすぎる場合
は、低屈折率電流阻止層の外側へ光が漏れやすくなるた
めに低屈折率電流阻止層をある程度厚くする必要があ
る。これらのことを考え併せて、低屈折率電流阻止層と
クラッド層との屈折率差は、低屈折率電流阻止層が化合
物半導体の場合、下限は０．００１以上が好ましく、
０．００３以上がより好ましく、０．００７以上が最も
好ましい。上限は、１．０以下が好ましく、０．５以下
がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。低屈折率
電流阻止層が誘電体の場合、下限は０．１以上が好まし
く、０．３以上がより好ましく、０．７以上が最も好ま
しい。上限は、３．０以下が好ましく、２．５以下がよ
り好ましく、１．８以下が最も好ましい。

【００３３】低屈折率電流阻止層は、第２導電型第２ク
ラッド層の両側面の少なくとも一部を挟むように形成す
る。低屈折率電流阻止層は、光分布（特に横方向の光分
布）を制御したり電流阻止の機能を向上させるために、
屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる２つ以上の層
から形成してもよい。特にリッジ構造を採用している場
合は、低屈折率電流阻止層の上に表面保護電流阻止層を
形成して、電流阻止機能の向上、表面酸化の抑制あるい
はプロセス上の表面保護を図ることができる。また、溝
構造においては、低屈折率電流阻止層の表面に保護層を
形成して、酸化防止、プロセス上の保護を図ることがで
きる。表面保護電流阻止層の導電型は特に規定されな
い。

【００３４】低屈折率電流阻止層の導電型は、第１導電
型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成する
不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、あるいはこ
れら２つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型
あるいは組成の異なる複数の層から形成されていてもよ
い。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性
があるため、厚さは０．１μｍ以上であるのが好まし
く、０．５μｍ以上であるのがより好ましい。素子とし
てのサイズ等を勘案すれば、０．１〜３μｍ程度の範囲
から選択するのが好ましい。

【００３５】リッジ構造を採用する場合は、第２導電型
第２クラッド層の表面に酸化防止、プロセス上の保護な
どの目的で第２導電型のキャップ層を形成してもよい。
ＧａＡｓ基板を用いている場合は、第２導電型キャップ
層はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓが好ましく、ｘは０．４以下が好
ましく、０．２以下がより好ましく、０．１以下が最も
好ましい。キャリア濃度については、下限は１ｘ１０¹⁷
ｃｍ^-3以上が好ましく、３ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好
ましく、５ｘ１０¹⁷ｃｍ^-3以上が最も好ましい。上限は
２ｘ１０²⁰ｃｍ^-3以下が好ましく、５ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以
下がより好ましく、３ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3以上が最も好まし
い。キャップ層のキャリア濃度を高く（５ｘ１０¹⁸ｃｍ
^-3以上）設定することにより、コンタクト層として機能
させることができる。

【００３６】電流狭窄部の上に電極を形成する際には、
電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キ
ャリア濃度）のコンタクト層を介して電極材料を形成す
ることが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層
表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成
することが好ましい。このとき、クラッド層は活性層よ
り屈折率が小さい材料を選択し、コンタクト層はクラッ
ド層よりバンドギャップが通常小さい材料を選択し、金
属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャ
リア密度（ｃｍ^-3）を有するのが好ましい。キャリア密
度の下限は、１×１０¹⁸以上が好ましく、３×１０¹⁸以
上がより好ましく、５×１０¹⁸以上が最も好ましい。上
限は、２×１０²⁰以下が好ましく、５×１０¹⁹以下がよ
り好ましく、３×１０¹⁸以下が最も好ましい。

【００３７】基板あるいはバッファ層とクラッド層との
間、もしくはキャップ層あるいはコンタクト層とクラッ
ド層との間に、バンドギャップ不連続による通過抵抗の
増大を抑制することなどのために、組成を徐々に変化さ
せた組成クレード層を挿入してもよい。

【００３８】上述のクラッド層や低屈折率電流阻止層等
に用いるドーパントの種類は、各層に求められる機能を
発揮しうる範囲内で適宜選択することができる。ｐ型の
層がＡｌＧａＡｓＰ系化合物層である場合には、ドーパ
ントとしてＺｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み合わ
せが好ましく、ｐ型の層がＡｌＧａＩｎＰ系化合物であ
る場合にはドーパントとしてＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれ
らの組み合わせが好ましい。又ｎ型ドーパントとしては
Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらの組み合わせが好ましい。

【００３９】閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が
（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、低
屈折率電流阻止層の開口部で定義されるストライプ領域
が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に
伸びていることが好ましい。この理由は、ストライプ領
域を［０１−１］方向に選んだ方が、［０１１］方向よ
りも誘導放出確率を大きくでき、低しきい値化が達成で
きるからである。

【００４０】高出力動作を実現するには、ストライプ幅
を広くすることが端面での光密度低減の観点から有効で
あるが、動作電流を低減するためにはストライプ幅を狭
くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そ
こで、図４（ａ）に示すように、ゲイン領域となる中央
付近のストライプ幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近のス
トライプ幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることによ
り、低動作電流と高出力動作を同時に実現することがで
き、高い信頼性も確保することができる。

【００４１】一方、円形に近いビームを実現するには、
ストライプ幅を狭くすることが有効であるが、ストライ
プ幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制
の観点から好まくない。そこで、図４（ｂ）に示すよう
に、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅Ｗ２を比
較的広くし、端部付近のストライプ幅Ｗ１を比較的狭く
なるようにすることにより、ビームスポット低減と低動
作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保
することができる。

【００４２】中央から端部付近へかけては、図４に示す
ようにストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分を設け
ることが好ましい。ストライプ幅が一定である端部の長
さは、所望の特性に応じて設計すればよい。劈開精度の
観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがよ
り好ましい。ストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分
の長さは、導波路損失低減の観点から５〜１００μｍが
好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。

【００４３】ただし、必要に応じて、以下のようにスト
ライプの窓を作製してもよい。（１）幅一定の端部、漸増あるいは漸減部分のストライ
プ幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。（２）幅一定の端部を形成せずに、端部まで幅が漸増あ
るいは漸減するようにしたもの。（３）片側（通常は高出力光取り出し側である前端面）
の端部だけストライプ幅が漸増あるいは漸減するように
したもの。（４）端部のストライプ幅が前端面と後端面とで異なる
もの。（５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせた
もの。

【００４４】また、端面付近に電極を設けないようにす
れば、以下の効果がある。（１）端部での再結合電流を低減することは、高い信頼
性での高出力動作が実現可能となる（特に中央部より幅
を広くしている場合）。（２）端部近傍のストライプ領域への電流注入によるバ
ルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減すること
は、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の作製が
容易になる（特に中央部より幅を広くしている場合）。

【００４５】本発明の半導体発光装置を製造する方法は
特に制限されない。結晶の成長方法としては、ＭＯＣＶ
Ｄ法やＭＢＥ法等の公知の成長法を用いることができ
る。各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、
装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いて
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルへ
テロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／ＩＩ
Ｉ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３
５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）にするのが
好ましい。

【００４６】活性層上にリッジ構造を形成する場合、リ
ッジ上部にＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ₂膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ₂
Ｏ₃膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉから
なる群から保護膜を形成し、低屈折率電流阻止層を選択
成長により形成する方法が一般的に用いられる。この場
合、成長温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６
０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）とするのが好ましい。特
に保護膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ又は
ＡｌＧａＡｓＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量
のＨＣｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が
防止されるため非常に好ましいが、Ａｌの組成が高いほ
ど、あるいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の
成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ
開口部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）の
に必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの
導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、
逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチング
モード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一
定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣ
ｌ導入量は増加する。そこで、最適なＨＣｌ導入量はト
リメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供
給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給
モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（Ｈ
Ｃｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、
０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好まし
い。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ま
しく、５以下が最も好ましい。ただし、リッジにＩｎを
含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）さ
せる場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。上
記以外に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせる
ことが可能である等、本発明は様々なリッジ導波型の半
導体発光装置に応用可能である。

【００４７】

【実施例】以下に実施例および試験例を挙げて本発明を
さらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試
薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り
適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲
は以下に示す具体例に制限されるものではない。

【００４８】（実施例１）本実施例では、結晶成長法と
して、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるＭＯＶＰ
Ｅ法を用いて、図１に示す断面構造を有する本発明の半
導体発光装置を製造した。まず、最初に（１００）面か
ら［０−１−１］Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オ
フさせた厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、
ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型Ｇ
ａＡｓバッファ層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3 ）（図示せ
ず）、厚さ０．１μｍのＳｉドープＡｌＧａＡｓ組成グ
レード層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１０２、厚さ１．５
μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0. ₂₅Ａｓクラッド層
（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１０３、厚さ０．１μｍのＳ
ｉドープｎ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド
層（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１０４、厚さ７０ｎｍのノ
ンドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ閉じ込め層１
０５あるいは厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層１０６に挟まれた厚さ５
〜６ｎｍのノンドープＧａ_0.44Ｉｎ_0.56Ｐ圧縮歪み量子
井戸層１０７（４層）からなる四重量子井戸（ＱＱＷ）
活性層１０８、厚さ０．１μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ
_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ１０¹⁷
ｃｍ^-3）１０９、厚さ１．２μｍのＺｎドープｐ型Ａｌ
_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５ｘ１０¹⁸ｃｍ
^-3；屈折率３．２９、波長６５５ｎｍ）１１０、厚さ
０．１μｍのＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ組成グレード
層（ｐ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１１、厚さ０．２μｍの
Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層（ｐ＝１ｘ１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）１１２を順次積層することにより、ダブルへテロ
構造を形成した（図１（ａ））。

【００４９】次にこのダブルへテロ基板の表面にＳｉＮ
ｘ保護膜１１３を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラ
フィ法によりこのＳｉＮｘ膜１１３にオフアングルの方
向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅５μｍのストライ
プ状のＳｉＮｘ保護膜１１３を２５０μｍ間隔で多数形
成した。続いて、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層１
１２、Ｚｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ組成グレード層１１
１及びＺｎドープｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層
１１０をエッチングして、リッジ両脇の部分のクラッド
層の層厚がＺｎドープｐ型（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐクラッド層１０９と同じ０．１μｍとなるように
した。その結果、底部の幅が約４μｍのリッジが形成さ
れた（図１（ｂ））。

【００５０】このとき、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１
２、Ｚｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ組成グレード層１１１
及びｐ型Ａｌ_0.75Ｇａ_0.25Ａｓクラッド層１１０のエッ
チングには、リン酸−過酸化水素系、酒石酸−過酸化水
素系などを用いることができるが、本実施例ではリン
酸：過酸化水素：水の混合組成比が１：１：１５となる
エッチング液を使用した。これらのエッチングでは、Ａ
ｌＧａＩｎＰのエッチングレートがＡｌＧａＡｓに比べ
て非常に遅くなるため、制御性良くリッジ外側の部分の
層厚を決めることができた。

【００５１】リッジが形成されたウェハをＭＯＣＶＤ装
置に設置して、厚み１．０μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ
_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ低屈折率電流阻止層（ｎ＝１．０ｘ１０
¹⁸ｃｍ^-3；屈折率３．１８、波長６５５ｎｍ）１１４、
厚み０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ表面保護電流
阻止層（ｎ＝２．０ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3）１１５をエッチン
グにより形成されたリッジ構造の両脇にＭＯＣＶＤ法に
より成長させた（図１（ｃ））。このとき、Ａｌ_0.9Ｇ
ａ_0.1Ａｓ低屈折率電流阻止層１１４の成長中にＳｉＮ
ｘ膜１１３上への多結晶の堆積を抑制する迄に必要な流
量のＨＣｌガスを成長用基板に対してガス流の上流側か
ら導入した。ＳｉＮｘ膜１１３を除去した後、ｐ型Ｇａ
Ａｓコンタクト層（ｐ＝２．０ｘ１０¹⁹ｃｍ^-3）１１６
を３μｍ成長させて本発明のエピタキシャルウェハの製
造を終了した。

【００５２】この後、ｐ側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１１
７を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側
にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ／Ａｕ電極１１８を蒸着し、アロイ
した（図１（ｄ））。こうして作製したウエハーより、
ファブリー・ペロー面を形成するために劈開によりチッ
プバーに切り出して、レーザ共振器構造を形成した。こ
のときの共振器長は３５０μｍとした。前端面３２％−
後端面８０％の非対称コーティングを施した後、２次劈
開によりチップに分離した。チップジャンクションダウ
ンで組立した後、連続通電（ＣＷ）にて電流−光出力、
電流−電圧特性を測定した。

【００５３】２５℃において、発振波長は平均６５５ｎ
ｍ、しきい値電流は平均２０ｍＡと低く、スロープ効率
は平均０．５ｍＷ／ｍＡと高く、５ｍＷ出力における動
作電圧は平均２．１Ｖと低いことが確認された。従来の
ロスガイドレーザに比べて、ストライプ幅を比較的狭く
している割には低い動作電圧が得られたのは、リッジ部
が低抵抗になるようにＡｌＧａＡｓとしているが原因と
考えられる。光出力５ｍＷにおける垂直広がり角は平均
３０°であり、設計通りの単一ピークの遠視野像（ビー
ム広がり角）が得られ、光分布の制御が非常に良好であ
ることが確認された。また、８０℃においても、平均４
５ｍＡの低いしきい値電流で発振し、最高１００℃の高
温までレーザ発振を達成できた。本実施例のように、リ
ッジ部及び低屈折率電流阻止層をＡｌＧａＡｓとし、か
つ活性層を歪み量子井戸とした実屈折率ガイド構造によ
り、導波路損失及びリッジ部通過抵抗が低減できること
から、しきい値電流、動作電流及び動作電圧が低くで
き、かなりの高温までレーザ発振させることができたと
考えられる。さらに、制御性良くリッジ外側の部分の層
厚を決めることができたため、諸特性のバッチ内及びバ
ッチ間のばらつきも小さいことが判明した。以上の結果
から、本実施例の半導体発光素子は、ＤＶＤ、ＣＤ、Ｍ
Ｄ等の光ディスクの読み取り用光源などに利用され得る
ことが明らかである。また、高い信頼性（８０℃の高温
における５ｍＷ出力での１０００時間以上安定動作）が
得られることが判明した。

【００５４】（実施例２）厚さ５〜６ｎｍのノンドープ
Ｇａ_0.44Ｉｎ_0.56Ｐ圧縮歪み量子井戸層１０７を３層と
した、すなわち三重量子井戸（ＴＱＷ）活性層１０８と
したこと、共振器長は３５０μｍとしたこと、ストライ
プ幅を４μｍとしたこと、前端面１０％−後端面９０％
の非対称コーティングを施したこと以外は、実施例１と
同様な条件でチップを作製した。

【００５５】２５℃において、発振波長は平均６５５ｎ
ｍ、しきい値電流は平均２２ｍＡと低く、スロープ効率
は平均０．５ｍＷ／ｍＡと高く、３５ｍＷ出力おける動
作電圧は平均２．３Ｖと低いことが確認された。従来の
ロスガイドレーザに比べて、ストライプ幅を比較的狭く
している割には、低い動作電圧が得られたのは、リッジ
部が低抵抗になるようにＡｌＧａＡｓとしているが原因
と考えられる。光出力３５ｍＷにおける垂直広がり角は
平均３０°であり、設計通りの単一ピークの遠視野像
（ビーム広がり角）が得られ、光分布の制御が非常に良
好であることが確認された。また、６０℃においても、
平均３７ｍＡの低いしきい値電流で発振し、最高９０℃
の高温までレーザ発振を達成できた。本実施例のよう
に、リッジ部及び低屈折率電流阻止層をＡｌＧａＡｓと
し、かつ活性層を歪み量子井戸とした実屈折率ガイド構
造により、導波路損失及びリッジ部通過抵抗が低減でき
ることから、しきい値電流、動作電流及び動作電圧が低
くでき、かなりの高温までレーザ発振させることができ
たと考えられる。さらに、制御性良くリッジ外側の部分
の層厚を決めることができたため、諸特性のバッチ内及
びバッチ間のばらつきも小さいことが判明した。以上の
結果から、本実施例の半導体発光装置は、ＤＶＤ、Ｃ
Ｄ、ＭＤ等の光ディスクの書き込み／読み取り用光源な
どに利用され得ることがわかる。また、高い信頼性（６
０℃の高温における３５ｍＷ出力での１０００時間以上
安定動作）が得られることが判明した。

【００５６】実施例１および２に基づいたレーザ素子試
作結果から、良好なレーザ特性（動作電流、最高光出
力、最高発振温度等）を得るために好適な条件が以下の
とおりであることが判明した。ストライプ状のリッジ構
造を有するレーザの場合は、ストライプ幅については、
下限は２μｍ以上が好ましく、２．５μｍ以上がより好
ましい。上限については、５μｍ以下が好ましく、４．
５μｍ以下がより好ましい。リッジ両脇のクラッド層の
厚みｄｐについては、下限は０．１μｍ以上が好まし
く、０．１２μｍ以上がより好ましい。上限について
は、０．３μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下がより
好ましい。

【００５７】一方、ストライプ状の溝構造を有するレー
ザの場合は、下限は１μｍ以上が好ましく、１．５μｍ
以上がより好ましい。上限については、４μｍ以下が好
ましく、３．５μｍ以下がより好ましい。リッジ両脇の
クラッド層の厚みｄｐについては、下限は０．１μｍ以
上が好ましく、０．１２μｍ以上がより好ましい。上限
については、０．３μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以
下がより好ましい。また、共振器長の長さについては、
下限は２００μｍ以上が好ましく、２５０μｍ以上がよ
り好ましい。上限については、７００μｍ以下が好まし
く、６００μｍ以下がより好ましい。

【００５８】上記実施例１および２で使用したＭＯＣＶ
Ｄ法において、使用した原料ガスとしてＩＩＩ族原料に
はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）
を、Ｖ族原料にはアルシン（ＡｓＨ₃）及びホスフィン
（ＰＨ₃）を、キャリアガスには精製により高純度化さ
れた水素（Ｈ₂）を用いた。また、ｐ型ドーパントには
ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパントにはジシラ
ン（Ｓｉ₂Ｈ₆）を用いた。

【００５９】上記実施例１および２における結晶成長条
件は、成長温度６５０〜７５０℃、圧力１０²ｈＰａ、
Ｖ／ＩＩＩ比２５〜５０（ＡｌＧａＡｓ）及び５００〜
７５０（ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰ）、成長速度２〜
５μｍ／ｈｒ（ＡｌＧａＡｓ）及び１〜２μｍ／ｈｒ
（ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰ）であった。また、ｎ型
Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層の成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ
／ＩＩＩ族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモ
ル比が０．３となる様に導入した。上記実施例では基板
側をｎ型の基板を用いたが、ｐ型基板を用いて上記の構
造の各層の導電型を反転させてエピタキシャルウェハを
作製してもよい。また、結晶成長法はＭＯＶＰＥ法に限
定されるものではなく、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法等の気相成
長法においても有効に製造することができる。

【００６０】半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比
較的薄いために（通常０．１μｍ以下）、ＺｎおよびＳ
ｅのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用い
ると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこして
反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣化
させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題を
生じ易かった。Ｚｎ拡散を抑制するための方法として、
ｎ側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みたが、
表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結晶品
質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。そこ
で、上記のようにＡｌＧａＩｎＰクラッド層の厚みを極
力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量を低減
させることができ、拡散を防止するための余分なドービ
ングが不要になった。そのためにｎ型クラッド層のキャ
リア濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に抑えることができ、
結晶品質及び素子特性を向上できた。

【００６１】活性層を量子井戸構造等のような超薄膜に
すると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要とな
る。そこで本発明では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物ク
ラッド層のドーピング不純物としてＣを、ｐ型ＡｌＧａ
ＩｎＰ系化合物クラッド層のドーピング不純物としてＢ
ｅあるいはＭｇを、ｎ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物クラッ
ド層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層のドー
ピング不純物としてＳｉをそれぞれ用いることにより不
純物拡散をさらに低減させ、素子作製の歩留りや再現性
を大きく向上させることができる。

【００６２】又、ＡｌＧａＡｓＰ系化合物はＡｌＧａＩ
ｎＰ系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低い
等の利点も有しており、電流狭窄のために形成されるリ
ッジ部をＡｌＧａＡｓＰ系化合物にすることにより、従
来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減す
ることができた。このことにより、素子の特性や信頼性
の向上もはかることができた。

【００６３】さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物に特有な
原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少すなわち
発光波長の短波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの
良化及び安定化に関しては面方位を（１００）から〔０
１１〕方向に５〜２５度傾斜させた第１導電型のＧａＡ
ｓ基板を用いることが有効であることが確認された。ま
た、発光層のＡｌ組成の低減化は、素子の信頼性、寿命
の向上の点で重要であるが、これは、ＧａＡｓＰ基板を
用いることにより容易に達成することができる。このと
きは、格子整合を取るためにＡｌＧａＡｓＰクラッドを
用いればよい。

【００６４】さらに、本発明により成長時間及び原料コ
ストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いには
かることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置
による安定生産が可能であることが確認された。

【００６５】（比較例）活性層を厚み０．０６μｍのバ
ルク活性層としたこと以外、実施例１と同一の条件でレ
ーザチップを作製した。チップジャンクションダウンで
組立した後、連続通電（ＣＷ）にてレーザ特性を測定し
た。２５℃におけるしきい値電流は平均２５ｍＡであっ
て実施例１とあまり大きく変わらないが、６０℃ではし
きい値電流が平均７０ｍＡまで上昇し、最高発振温度は
７０℃までであった。また、発振波長も６７０ｎｍと長
くなってしまた。このように、単一層のバルク活性層と
したことから、発振しきい値が上昇し、温度特性が悪化
してしまうと考えられる。さらに、実施例２にように光
出力を向上させる（例えば、３５ｍＷ）と、上記の問題
はより深刻になる。

【００６６】

【発明の効果】本発明にしたがって、ＡｌＧａＩｎＰ系
を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザ構造
の光導波を実屈折率ガイドとし、かつ量子井戸層を有す
る活性層とすることにより、従来のＡｌＧａＩｎＰ系バ
ルク活性層の可視レーザと比較して、最高発振温度を上
げ、高温あるいは高出力においても高い信頼性を示す優
れたレーザ特性を有する半導体発光装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の半導体発光装置およびその製造方法
を説明する断面説明図である。

【図２】本発明の半導体発光装置の実施形態について
説明する断面説明図である。

【図３】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の
半導体レーザダイオード（ＬＤ）の断面説明図である。

【図４】本発明の半導体発光装置における共振器方向
のストライプ幅の変化を説明する平面図である。

【符号の説明】

１０１：基板１０２：ｎ型組成グレード層１０３：ｎ型第１クラッド層１０４：ｎ型第２クラッド層１０５：閉じ込め層１０６：バリア層１０７：量子井戸層１０８：活性層１０９：ｐ型第１クラッド層１１０：ｐ型第２クラッド層１１１：ｐ型組成グレード層１１２：ｐ型キャップ層１１３：ＳｉＮｘ保護膜１１４：ｎ型低屈折率電流阻止層１１５：ｎ型表面保護電流阻止層１１６：ｐ型コンタクト層１１７：ｐ側電極１１８：ｎ側電極２０１：基板２０２：ｎ型クラッド層２０３：活性層２０４：ｐ型第１クラッド層２０５：ｐ型第２クラッド層２０６：ｎ型低電流阻止層２０７：ｐ型コンタクト層２０８：ｐ側電極２０９：ｎ側電極２１１：基板２１２：ｎ型クラッド層２１３：活性層２１４：ｐ型第１クラッド層２１５：ｎ型低電流阻止層２１６：ｐ型第２クラッド層２１７：ｐ型コンタクト層２１８：ｐ側電極２１９：ｎ側電極３０１：基板３０２：ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０３：ＡｌＧａＩｎＰ活性層３０４：ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０５：ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層３０６：ｐ型ＧａＡｓコンタクト層Ｗ１：端部近傍のストライプ幅Ｗ２：中央部のストライプ幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ
又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上
に形成された１層以上の量子井戸層を有するＧａＩｎＰ
又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形
成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰか
らなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成さ
れ且つ電流狭窄部の少なくとも一部を構成する第２導電
型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラ
ッド層、該第２クラッド層の両側面を挟み且つ該第２ク
ラッド層よりも屈折率が低い低屈折率電流阻止層、から
少なくとも構成される半導体発光装置。
【請求項２】前記活性層が、前記量子井戸層、及び前
記量子井戸層を挟むバリア層及び／又は閉じ込め層で構
成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体
発光装置。
【請求項３】前記量子井戸層に圧縮あるいは引っ張り
の歪みが加えられていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】前記電流狭窄部がストライプ状のリッジ
構造を有しており、該リッジ構造の両側面の少なくとも
一部を挟むように前記低屈折率電流阻止層が形成されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
半導体発光装置。
【請求項５】前記電流狭窄部がストライプ状の溝構造
を有しており、該溝構造の両側面の少なくとも一部を挟
むように前記低屈折率電流阻止層が形成されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発
光装置。