JPH0969667A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置およびその製造方法

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JPH0969667A JP22414995A JP22414995A JPH0969667A JP H0969667 A JPH0969667 A JP H0969667A JP 22414995 A JP22414995 A JP 22414995A JP 22414995 A JP22414995 A JP 22414995A JP H0969667 A JPH0969667 A JP H0969667A
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肇 斉藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐ型クラッド層のＺｎの拡散に起因する素子
特性の劣化を防ぎ、素子寿命にも優れた半導体レーザ装
置を制御性および歩留り良く製造する。 【解決手段】 ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層１０５
とｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０９との間に、Ｃドープ層
１０６が形成されている。ｎ型電流阻止層１０９で生成
した格子間Ｇａの拡散がＣドープ層１０６により抑制さ
れるので、ｐ型第２クラッド層１０５中のＺｎの異常拡
散を抑止できる。活性層１０４に隣接するｐ型第２クラ
ッド層１０５にはＺｎがドープされてＣがドープされて
いないので、結晶欠陥が導入されにくい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置等
に用いられる半導体レーザ装置およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザ装置は光ディスク装
置等を中心として広く用いられており、用途に応じて様
々なレーザ構造が提案され、また、実現されている。以
下に、このような半導体レーザ装置の一般的な構造につ
いて説明する。
【０００３】図４に、従来の半導体レーザ装置の断面図
を示す。この半導体レーザ装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板４
０１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層４０２、Ａ
ｌＧａＡｓ活性層４０３、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッ
ド層４０４およびｎ型ＧａＡｓ電流阻止層４０５が形成
されている。このｎ型電流阻止層４０５には、ｐ型第２
クラッド層４０４に達するようにストライプ状の溝部４
０８が形成され、その溝４０８を埋め込むように、ｐ型
ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層４０６が形成されている。
さらにその上には、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０７が
形成されている。
【０００４】この半導体レーザ装置において、ｎ型電流
阻止層４０５は、電流狭窄機能および光閉じ込め機能を
兼ね備えており、比較的単純な構造と少ない作製手順と
により良好な電気光学特性を得ることができる。
【０００５】このような構造を得るために、結晶成長方
法として有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、液相成長
（ＬＰＥ）法、または分子ビームエピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）法等を用いることができる。これらの方法のうち、
ＭＯＣＶＤ法では、原料ガスとして例えばトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ、（ＣＨ3）3Ｇａ）、トリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ、（ＣＨ3）3Ａｌ）、アルシン（ＡｓＨ
3）等が用いられる。また、ｎ型ドーパントとしてはＳ
ｅ、Ｓｉ等が用いられ、ｐ型ドーパントとしてはＺｎ、
Ｍｇ等が用いられる。これらのドーパントの原料として
は、各々の金属の水素化物や有機化合物等が用いられ、
各々の導電型の半導体層を成長する際にキャリアガスに
より希釈されて成長装置内に導入される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の半
導体レーザ装置には、結晶成長またはその後の製造プロ
セスにおける熱履歴により、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラ
ッド層にドープされたＺｎやＭｇ等が活性層方向に向か
って拡散してしまい、以下のような問題が生じることが
あった。
【０００７】第１の問題は、活性層中に拡散したＺｎや
Ｍｇ等により結晶欠陥や深い準位が形成され、素子寿命
や発光効率等が劣化することである。
【０００８】第２の問題は、ｐｎ接合位置がヘテロ接合
界面から離れてしまうので、電流閉じ込め効率の低下や
立ち上がり電圧の増大が起こることである。
【０００９】第３の問題は、ｐ型第２クラッド層におい
て、活性層近傍のキャリア濃度が減少するため、活性層
からｐ型第２クラッド層へのキャリア漏れが生じて閾値
電流が増大し、素子の温度特性が劣化することである。
【００１０】このようにｐ型第２クラッド層にドープさ
れたＺｎやＭｇ等が拡散する原因としては、ＧａＡｓお
よびＡｌＧａＡｓ結晶中におけるＺｎやＭｇ等の拡散係
数が大きいということが考えられる。そこで、ＺｎやＭ
ｇ等に比べて拡散係数が非常に小さく、かつ、良好な電
気特性を有するｐ型ドーパントとして、炭素（Ｃ）を用
いる方法が提案されている。例えば、特開平６−１６３
９８５号公報には、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用い、
ｐ型ドーパントとしてＣを用いて急峻なｐｎ接合界面を
形成する方法が開示されている。
【００１１】しかし、ｐ型ドーパントとしてＣを用いる
場合には、以下のような問題がある。半導体層にＣをド
ープする方法としては、その半導体層の原料であるトリ
メチルガリウムやトリメチルアルミニウム等の有機金属
を熱分解することによって半導体層中にＣを取り込む方
法が一般的である。この場合、これらの有機金属の構成
基であるメチル基（（ＣＨ3）−）やエチル基（（Ｃ2Ｈ
5）−）等のアルキル基は、通常の成長条件下では熱分
解が促進されないため、ドーピング効率が低い。一方、
Ｃがドープされるｐ型第２クラッド層は、活性層に対し
て高効率のキャリア注入を行うために、キャリア濃度を
高くする必要がある。従って、上述のような原料を用い
て熱分解によりＣを高濃度にドープするには、結晶成長
条件を通常条件から大幅に変化させて、水素ラジカルに
よる不活性化を防ぐ必要がある。例えば、基板温度が通
常条件で７００℃〜８００℃程度である場合には、Ｃド
ープ層の成長の際にはＶ／III（Ｖ族元素とIII族元素と
の供給量の比）を極端に下げると共に、５００℃〜６０
０℃の低温で成長させる必要がある。このような低温で
結晶成長を行うと、結晶中に欠陥が生じ易くなり、特
に、活性層近傍に結晶欠陥が生じると、素子特性の劣化
を招く大きな原因となる。
【００１２】従って、現状では、上述のｐ型第２クラッ
ド層中のＺｎやＭｇ等の拡散により生じる問題を防ぐた
めに、ｐ型ドーパントとしてのＺｎやＭｇ等をＣに完全
に置き換えることは、結晶成長条件の制御性および半導
体レーザ装置の素子特性の維持という観点からは困難で
あった。
【００１３】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、ｐ型クラッド層中のＺｎ
やＭｇ等の拡散に起因する素子特性の低下を防ぐことが
でき、素子寿命に優れ、歩留り良く、かつ制御性良く製
造できる半導体レーザ装置およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、ｐ型第２クラッド層中にドーピングされたＺ
ｎやＭｇ等の異常拡散が生じるのは、その上に積層され
たｎ型ＧａＡｓ電流阻止層で生成された格子間Ｇａがｐ
型第２クラッド層に拡散することに起因しており、この
格子間Ｇａの拡散を阻止することによりＺｎやＭｇ等の
拡散を防止できるとの着想を得た。さらに、格子間Ｇａ
の拡散を阻止するためには、ｐ型第２クラッド層とｎ型
電流阻止層との間に、不純物としてＣをドープした半導
体層を形成することにより達成されることを見い出し、
本発明に到達した。
【００１５】本発明の半導体レーザ装置は、ｎ型半導体
基板上に、ｎ型第１クラッド層と活性層とｐ型第２クラ
ッド層とが基板側からこの順に形成され、該第２クラッ
ド層上に、ストライプ状溝部を有するｎ型電流阻止層が
形成され、該ストライプ状溝部上および該電流阻止層上
に渡ってｐ型第３クラッド層が形成されている半導体レ
ーザ装置において、該第２クラッド層と該電流阻止層と
の間に、不純物として少なくとも炭素を含有する半導体
層が形成されており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【００１６】本発明の半導体レーザ装置は、ｎ型半導体
基板上に、ｎ型第１クラッド層と活性層とｐ型第２クラ
ッド層とが基板側からこの順に形成され、該第２クラッ
ド層上に、少なくともｐ型第３クラッド層がメサストラ
イプ状凸型に形成され、該第２クラッド層上における第
３クラッド層の両外側に、ｎ型電流阻止層が形成されて
いる半導体レーザ装置において、該第２クラッド層と該
電流阻止層との間に、不純物として少なくとも炭素を含
有する半導体層が形成されており、そのことにより上記
目的が達成される。
【００１７】前記炭素を含有する半導体層と前記活性層
とが、厚み方向に０．１μｍ以上離隔して形成されてい
るのが望ましい。
【００１８】前記半導体層中に含有される炭素のキャリ
ア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下で
あるのが望ましい。
【００１９】本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、
前記第２クラッド層と前記電流阻止層との間に、アルキ
ル基を有する有機金属化合物を原料ガスとして用いる気
相成長法により、該アルキル基の熱分解過程で生じる炭
素を不純物として含有する半導体層を成長させており、
そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】以下、本発明の作用につき説明する。
【００２１】本発明にあっては、ｐ型第２クラッド層と
ｎ型電流阻止層との間に、Ｃドープ層が形成されている
ので、Ｚｎの異常拡散の原因となる格子間Ｇａの拡散が
抑制される。従って、活性層近傍に形成されるｐ型第２
クラッド層には、従来通りＺｎやＭｇ等のドーパントを
用いることができる。
【００２２】Ｃドープ層と活性層とは、厚み方向に０．
１μｍ以上離隔して形成すると、Ｃドープ層成長時の組
成比変更や成長温度変更に伴う結晶欠陥の影響が及ばな
い。Ｃドープ層中の炭素キャリア濃度は、１×１０16ｃ
ｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下であれば、Ｚｎの拡散を
十分抑制でき、結晶性の劣化も生じない。
【００２３】Ｃドープ層は、アルキル基を有する有機金
属化合物を原料ガスとして用いる気相成長法により成長
させることにより、アルキル基の熱分解過程で生じる炭
素を不純物として含有させて、所望の位置に制御性良く
形成できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。尚、本発明は以下の実施
形態に限定されるものではない。
【００２５】（実施形態１）本実施形態１においては、
自己整合型半導体レーザ装置に本発明を適用した例につ
いて示す。
【００２６】図１に、実施形態１の半導体レーザ装置１
１３の断面図を示す。
【００２７】この半導体レーザ装置１１３は、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１０１上に、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層１０２が形成され、その上に、厚み１．０μｍ
のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層１０３、厚み０．
０８μｍのＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層１０４、厚み
０．２５μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層
１０５、厚み０．１μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃ
ドープ層１０６、厚み０．００３μｍのｐ型ＧａＡｓ第
１エッチングストップ層１０７、厚み０．０１μｍのｐ
型Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第２エッチングストップ層１０８
および厚み０．６μｍのｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０９
が形成されている。
【００２８】ｎ型電流阻止層１０９には、中央部にｐ型
第１エッチングストップ層１０７に達するようにストラ
イプ状溝部１１２が形成され、その溝部１１２を埋め込
むように、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０９上に厚み１．
０μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層１１０
が形成されている。さらにその上には、厚み１．５μｍ
のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１１が形成されている。
【００２９】この半導体レーザ装置１１３は、以下のよ
うにして作製できる。
【００３０】まず、ＭＯＣＶＤ法を用いた第１回目のエ
ピタキシャル成長により、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上
に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層１０
３、活性層１０４、ｐ型第２クラッド層１０５、ｐ型Ｃ
ドープ層１０６、ｐ型第１エッチングストップ層１０
７、ｐ型第２エッチングストップ層１０８およびｎ型電
流阻止層１０９を順次成長する。この時、原料ガスとし
ては、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびアルシンを用いる。ドーピ
ングは、ｎ型バッファ層１０２およびｎ型第１クラッド
層１０３には水素化セレンを用いてＳｅを１×１０18ｃ
ｍ-3ドープし、ｐ型第２クラッド層１０５、ｐ型第１エ
ッチングストップ層１０７、ｐ型第２エッチングストッ
プ層１０８にはジエチル亜鉛を用いてＺｎを１×１０18
ｃｍ-3ドープする。ｐ型Ｃドープ層１０６にはＴＭＧお
よびＴＭＡからの取り込みを利用してＣを１×１０18ｃ
ｍ-3ドープし、ｎ型電流阻止層１０９には水素化セレン
を用いてＳｅを３×１０18ｃｍ-3ドープする。成長条件
としては、成長温度を、ｐ型Ｃドープ層１０６の成長時
のみ６５０℃とし、他の層は全て７５０℃とする。
【００３１】次に、フォトリソグラフィー技術とエッチ
ング技術とを用いてｎ型電流阻止層１０９およびｐ型第
２エッチングストップ層１０８を順次エッチング除去し
てストライプ状溝部１１２を形成する。まず初めに、Ｇ
ａＡｓのエッチングレートがＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓのエッ
チングレートよりも十分大きなエッチング溶液、例えば
アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合液により、ｎ
型ＧａＡｓ電流阻止層１０９のみを選択的にエッチング
除去する。次に、Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓのエッチングレー
トがＧａＡｓのエッチングレートよりも十分大きなエッ
チング溶液、例えばフッ化水素酸の水溶液により、ｐ型
Ａｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ第２エッチングストップ層１０８の
みを選択的にエッチング除去する。
【００３２】続いて、ＭＯＣＶＤ法を用いた第２回目の
エピタキシャル成長により、ｎ型電流阻止層１０９上お
よびストライプ状溝部１０９上に、ｐ型第３クラッド層
１１０およびｐ型コンタクト層１１１を順次成長する。
この時の原料ガスとしてもＴＭＧ、ＴＭＡおよびアルシ
ンを用い、ドーピングはジエチル亜鉛を用いてｐ型第３
クラッド層１１０にはＺｎを１×１０18ｃｍ-3ドープ
し、ｐ型コンタクト層１１１にはＺｎを５×１０18ｃｍ
-3ドープする。以上により半導体レーザ装置１１３が完
成する。
【００３３】上記実施形態１に対する比較例１−１とし
て、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃドープ層１０６をＺｎ
ドープ層とした以外は、実施形態１と全く同様にして半
導体レーザ装置を作製した。また、比較例１−２とし
て、ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層１０５全体
をＺｎドープする代わりにＣドープした以外は、実施形
態１と全く同様にして半導体レーザ装置を作製した。
【００３４】図３に、本実施形態１および比較例１−１
の半導体レーザ装置について、ｐ型第２クラッド層中１
０５におけるＺｎの深さ方向のプロファイルをＳＩＭＳ
（２次イオン質量分析法）により測定した結果を示す。
【００３５】Ｃドープ層１０６をＺｎ層とした比較例１
−１の半導体レーザ装置においては、ｐ型第２クラッド
層１０５中のＺｎが活性層１０４方向に拡散し、活性層
１０４近傍におけるｐ型第２クラッド層１０５のキャリ
ア濃度が大きく減少している。また、Ｚｎプロファイル
は急峻ではなく、ｐｎ接合界面が不明瞭になっている。
【００３６】これに対して、Ｃドープ層１０６を形成し
た実施形態１の半導体レーザ装置においては、活性層１
０４近傍においてもｐ型第２クラッド層１０５のキャリ
ア濃度が高く、また、Ｚｎプロファイルも急峻である。
このようにｎ型電流阻止層１０９とｐ型第２クラッド層
１０５との間にＣドープ層１０６を形成することによ
り、ｐ型第２クラッド層中のＺｎの拡散を抑止できる理
由は、Ｃ原子がｎ型電流阻止層１０９から拡散してくる
格子間Ｇａを捕獲して複合物を形成し、拡散速度の速い
格子間Ｚｎの生成を阻止するためと考えられている。
【００３７】本実施形態１、比較例１−１および１−２
の半導体レーザ装置について、電極形成、劈開および端
面コーティングの各プロセスを同一条件で行った後、発
光素子用ステムに実装した。これらに対してＤＣ駆動に
よる光出力５ｍＷでの特性評価、および８０℃で１００
０時間の寿命試験とを行った結果を下記表１に示す。
尚、以下の表において、エージング歩留りは、１０００
時間の寿命試験後、駆動電流の上昇が初期値に対して２
０％以内であったものの割合を表す。
【００３８】
【表１】
【００３９】この表１に示すように、ｐ型第２クラッド
層のドーパントを完全にＺｎからＣに置き換えた比較例
１−２の半導体レーザ装置は、ｐ型第２クラッド層のド
ーパントがＺｎでＣドープ層が無い比較例１−１の半導
体レーザ装置に比べて、動作電圧、素子抵抗および特性
温度等の素子特性は改善されている。しかし、比較例１
−２の半導体レーザ装置では、Ｃドープ時に成長温度を
下げる必要があるため活性層近傍に結晶欠陥生じ、これ
が駆動時間の経過と共に拡大するので、素子寿命は逆に
低下している。一方、実施形態１の半導体レーザ装置
は、ｐ型第２クラッド層とｎ型電流阻止層との間にのみ
Ｃドープ層を設けているので、活性層近傍には結晶欠陥
が導入されにくく、素子特性および素子寿命の両方が大
きく改善されている。
【００４０】（実施形態２）本実施形態２においては、
図１に示した半導体レーザ装置におけるｐ型第１エッチ
ングストップ層１０７およびｐ型第２エッチングストッ
プ層１０８の形成を省略し、ｐ型Ｃドープ層１０６上に
ｎ型電流阻止層１０９をエピタキシャル成長したこと以
外は、実施形態１と全く同様にして半導体レーザ装置を
作製した。
【００４１】上記実施形態２に対する比較例２として、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃドープ層１０６をＺｎドー
プ層とした以外は、実施形態２と全く同様にして半導体
レーザ装置を作製した。
【００４２】本実施形態２、比較例２の半導体レーザ装
置について、電極形成、劈開および端面コーティングの
各プロセスを同一条件で行った後、発光素子用ステムに
実装した。これらに対してＤＣ駆動による光出力５ｍＷ
での特性評価、および８０℃で１０００時間の寿命試験
とを行った結果を下記表２に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】この表２に示すように、本実施形態２の半
導体レーザ装置は、ｐ型第２クラッド層とｎ型電流阻止
層との間にエッチングストップ層が形成されていない
が、実施形態１の半導体レーザ装置と同様に、素子特性
および素子寿命の改善の効果が十分発揮されている。
【００４５】（実施形態３）本実施形態３においては、
Ｃドープ層をＺｎ拡散阻止層としての機能とｐ型クラッ
ド層としての機能とを兼ね備えた層として形成した。即
ち、図１に示した半導体レーザ装置におけるｐ型Ｃドー
プ層１０６のキャリア濃度を１×１０17ｃｍ-3とすると
共にＺｎを１×１０18ｃｍ-3ドープしたこと以外は、実
施形態１と全く同様にして半導体レーザ装置を作製し
た。
【００４６】上記実施形態３に対する比較例３として、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃドープ層１０６にＺｎのみ
をドープした以外は、実施形態３と全く同様にして半導
体レーザ装置を作製した。
【００４７】本実施形態３、比較例３の半導体レーザ装
置について、電極形成、劈開および端面コーティングの
各プロセスを同一条件で行った後、発光素子用ステムに
実装した。これらに対してＤＣ駆動による光出力５ｍＷ
での特性評価、および８０℃で１０００時間の寿命試験
とを行った結果を下記表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】本実施形態３の半導体レーザ装置は、ｐ型
Ｃドープ層１０６のキャリア濃度を低くすると共にＺｎ
がドーピングされているが、後述するように、ｎ型電流
阻止層から拡散する格子間Ｇａの総量と同程度のＣ原子
を含んでいれば、第２クラッド層からのＺｎの拡散を抑
止できる。従って、本実施形態３の半導体レーザ装置の
ような低濃度のＣドープであっても、表３に示すよう
に、素子特性および素子寿命の改善効果が十分発揮され
ている。
【００５０】また、本実施形態３に示すように、Ｃドー
プ層は機能的に独立した層として形成する必要はなく、
ｐ型クラッド層成長中にその一部をＣドープ層とするこ
とにより、ｐ型クラッド層とＺｎ拡散阻止層との機能を
兼ね備えた層とすることができる。
【００５１】（実施形態４）本実施形態４においては、
ｐ型Ｃドープ層をＺｎ拡散阻止層としての機能と電流阻
止層の機能とを兼ね備えた層として形成した。即ち、図
１の半導体レーザ装置におけるｐ型Ｃドープ層１０６を
省略してｐ型第２クラッド層１０５の層厚を０．３５μ
ｍにすると共に、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層１０９の成長
開始から層厚０．１μｍまでの領域に、Ｓｅを３×１０
18ｃｍ-3ドープすると共にＣを１×１０17ｃｍ-3ドープ
したこと以外は、実施形態１と全く同様にして半導体レ
ーザ装置を作製した。
【００５２】上記実施形態４に対する比較例４として、
ｎ型電流阻止層成長中にＣドープを行わなかった以外
は、実施形態４と全く同様にして半導体レーザ装置を作
製した。
【００５３】本実施形態４、比較例４の半導体レーザ装
置について、電極形成、劈開および端面コーティングの
各プロセスを同一条件で行った後、発光素子用ステムに
実装した。これらに対してＤＣ駆動による光出力５ｍＷ
での特性評価、および８０℃で１０００時間の寿命試験
とを行った結果を下記表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】本実施形態４の半導体レーザ装置は、ｎ型
電流阻止層の下側界面近傍にＣドープ層を形成したが、
ｎ型電流阻止層のＳｅキャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3
と高いので、低濃度のＣドープを行っても導電型の反転
は起こらない。従って、電流阻止機能には何等影響を及
ぼすことはなく、素子特性および素子寿命の改善を行う
ことができる。
【００５６】このように、ｎ型電流阻止層成長中にドー
プされるｎ型不純物のキャリア濃度とＣのキャリア濃度
とを、 （ｎ型不純物のキャリア濃度）＞（Ｃのキャリア濃度） となるように設定すれば、Ｃドープ層をｎ型電流阻止層
とＺｎ拡散阻止層との機能を兼ね備えた層とすることが
できる。
【００５７】また、本実施形態４の半導体レーザ装置
は、実施形態１に示したようなストライプ溝部１１２形
成プロセスにおいて溝部のＣドープ層が除去されるの
で、表４に示すように、実施形態１〜３に比べて更に特
性が改善されている。
【００５８】（実施形態５）本実施形態５においては、
ｐ型第２エッチングストップ層１０８をＣドープ層とし
て形成した。即ち、図１の半導体レーザ装置におけるｐ
型Ｃドープ層１０６を省略してｐ型第２クラッド層１０
５の層厚を０．３５μｍにすると共に、ｐ型Ａｌ0.6Ｇ
ａ0.4Ａｓ第２エッチングストップ層１０８のドーパン
トとしてＺｎの代わりにＣを５×１０18ｃｍ-3ドープし
たこと以外は、実施形態１と全く同様にして半導体レー
ザ装置を作製した。
【００５９】上記実施形態５に対する比較例５として、
ｐ型第２エッチングストップ層１０８をＺｎドープとし
たこと以外は、実施形態５と全く同様にして半導体レー
ザ装置を作製した。
【００６０】本実施形態５、比較例５の半導体レーザ装
置について、電極形成、劈開および端面コーティングの
各プロセスを同一条件で行った後、発光素子用ステムに
実装した。これらに対してＤＣ駆動による光出力５ｍＷ
での特性評価、および８０℃で１０００時間の寿命試験
とを行った結果を下記表５に示す。
【００６１】
【表５】
【００６２】本実施形態５の半導体レーザ装置は、ｐ型
第２クラッド層とｎ型電流阻止層との間に形成されたｐ
型エッチングストップ層にＣをドープして、Ｚｎ拡散阻
止層としての機能とエッチングストップ層としての機能
とを併せ持つ層としたが、このように薄い層でも比較的
高濃度にドーピングを行うことにより、素子特性と素子
寿命の改善を十分に行うことができる。
【００６３】また、本実施形態５の半導体レーザ装置
は、実施形態１に示したようなストライプ溝部１１２形
成プロセスにおいて溝部のＣドープ層が除去されるの
で、表５に示すように、実施形態１〜３に比べて更に特
性が改善されている。
【００６４】（実施形態６）本実施形態６においては、
リッジストライプ型半導体レーザ装置に本発明を適用し
た例について示す。
【００６５】図２に、実施形態６の半導体レーザ装置２
１１の断面図を示す。
【００６６】この半導体レーザ素子２１１は、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板２０１上に、厚み０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２０２が形成され、その上に、厚み１．０μｍ
のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層２０３、厚み０．
０８μｍのＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層２０４、厚み
０．２５μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層
２０５、厚み０．１μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃ
ドープ層２０６および厚み１．０μｍのｐ型Ａｌ0.5Ｇ
ａ0.5Ａｓ第３クラッド層２０７が形成されている。
【００６７】ｐ型第３クラッド層２０７は、基板中央部
にリッジストライプ状に形成され、その両外側を埋め込
むようにｐ型Ｃドープ層２０６上に厚み０．６μｍのｎ
型ＧａＡｓ電流阻止層２０８が形成されている。さらに
その上には、基板全面を覆うように厚み１．５μｍのｐ
型ＧａＡｓコンタクト層２０９が形成されている。
【００６８】この半導体レーザ装置２１１は、以下のよ
うにして作製できる。
【００６９】まず、ＭＯＣＶＤ法を用いた第１回目のエ
ピタキシャル成長により、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上
に、ｎ型バッファ層２０２、ｎ型第１クラッド層２０
３、活性層２０４、ｐ型第２クラッド層２０５、ｐ型Ｃ
ドープ層２０６、ｐ型第３クラッド層２０７を順次成長
する。エピタキシャル成長における原料ガス、成長条件
およびドーピング条件等は実施形態１の半導体レーザ装
置の製造工程に準じて行うことができる。
【００７０】次に、ｐ型第３クラッド層２０７上に、ス
パッタリング法等の公知の技術を用いてＳｉＮx膜を形
成し、これをフォトリソグラフィー技術とエッチング技
術とを用いてストライプ状にエッチングする。このスト
ライプ状ＳｉＮx膜およびレジストをマスクとして、ｐ
型第３クラッド層２０７をリッジストライプ状にエッチ
ングする。この時、硫酸系水溶液またはフッ化水素酸水
溶液等を用いて時間制御エッチングを行う。あるいは、
ｐ型Ｃドープ層２０６とｐ型第３クラッド層２０７との
間にｐ型ＧａＡｓ層を薄く成長させて、これをエッチン
グストップ層として用いてもよい。ここで、ストライプ
状ＳｉＮx膜はレジストで保護されているのでエッチン
グされない。
【００７１】続いて、ＳｉＮx膜上のレジストを除去
し、ＭＯＣＶＤ法を用いた第２回目のエピタキシャル成
長により、ｐ型Ｃドープ層２０６上にｎ型電流阻止層２
０８を形成する。この時、所謂選択成長によりＳｉＮx
膜上にはＧａＡｓが堆積せず、ｎ型電流阻止層２０８は
リッジストライプ状のｐ型第３クラッド層２０７の両側
面を埋めるように積層される。
【００７２】その後、ＳｉＮ膜を除去して、ＭＯＣＶＤ
法を用いた第３回目のエピタキシャル成長により、基板
全面にｐ型コンタクト層２０８を積層形成する。以上に
より半導体レーザ装置２１１が完成する。
【００７３】上記実施形態６に対する比較例６として、
ｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ Ｃドープ層２０６をＺｎドー
プ層とした以外は、実施形態６と全く同様にして半導体
レーザ装置を作製した。
【００７４】本実施形態６、比較例６の半導体レーザ装
置について、電極形成、劈開および端面コーティングの
各プロセスを同一条件で行った後、発光素子用ステムに
実装した。これらに対してＤＣ駆動による光出力５ｍＷ
での特性評価、および８０℃で１０００時間の寿命試験
とを行った結果を下記表６に示す。
【００７５】
【表６】
【００７６】この表６に示すように、本実施形態６の半
導体レーザ装置は、半導体レーザ装置の構造および製造
方法を変化させてもそれに左右されずに、素子特性およ
び素子寿命の両方が大きく改善されている。
【００７７】本実施形態において、リッジストライプ状
の第３クラッド層２０７は、第２クラッド層とは別にエ
ピタキシャル成長させたが、第２クラッド層のエッチン
グにより形成してもよい。
【００７８】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７９】上記実施形態においては、原料ガスとして
ＴＭＧ−ＴＭＡ−アルシンの組み合わせを用いたが、他
の原料ガスを用いてもよい。例えば、アルキル基を有す
る有機金属化合物としてトリエチルガリウム、トリエチ
ルアルミニウムを用いてもよく、Ａｓ源としてトリメチ
ルアルシン（（ＣＨ3）3Ａｓ）等を用いてもよい。ま
た、ｎ型ドーパントとしては、Ｓｅの代わりにＳｉを用
いてもよく、ｐ型ドーパントとしては、Ｚｎの代わり
に、Ｚｎと同様の挙動を示すＭｇを用いてもよい。成長
法については、ＭＯＣＶＤ法以外にＭＢＥ法、ＬＰＥ
法、ＭＯＭＢＥ法、ＡＬＥ（原子線エピタキシャル）法
等、他の方法を用いてもよい。
【００８０】Ｃのドーピング方法については、上記実施
形態に示したように、原料ガスに含まれる有機金属アル
キル基の熱分解過程で生成されるＣを、結晶成長中に取
り込む方法が最も適している。その他の方法、例えばイ
オン注入法や拡散法のように結晶成長後に不純物をドー
ピングする方法では界面にＣドープ層を形成することは
困難である。それに対して、ＭＯＣＶＤ法では結晶成長
中にドーピングを行うので、所望の位置にＣドープ層を
形成することができ、ドーピングの制御性にも優れてい
るからである。
【００８１】ＭＯＣＶＤ法におけるＣ原料ガスとして、
有機金属化合物以外に四塩化炭素（ＣＣｌ4）を用いる
方法（Applied Physics Letters vol.56,No9,p836(199
0)）も提案されているが、有機ハロゲン化物は環境に与
える悪影響が深刻なため、実用的ではない。
【００８２】各半導体層の層厚、Ａｌ組成比、キャリア
濃度、成長条件は、実施形態に示した以外のものを用い
てもよい。
【００８３】Ｃドープ層のキャリア濃度については、ｎ
型電流阻止層から拡散する格子間Ｇａの総量と同じ程度
のＣ原子を含んでいれば、Ｚｎ拡散を抑止できる。一
方、Ｃをあまり高濃度にドーピングすると、結晶性の劣
化が顕著になる。従って、通常の結晶成長条件の範囲内
で制御可能なキャリア濃度１×１０16ｃｍ-3以上１×１
０19ｃｍ-3以下とするのが望ましい。このキャリア濃度
の範囲であれば、Ｃドープ位置またはＣドープ層厚を最
適化することにより、素子特性および素子寿命が改善さ
れた半導体レーザ装置を歩留りおよび制御性よく製造で
きる。
【００８４】上記実施形態１、２、３および６では、ｐ
型第２クラッド層の層厚を０．２５μｍとしてその上に
Ｃドープ層を形成し、実施形態４、５ではｐ型第２クラ
ッド層の層厚を０．３５μｍとしてその上にＣドープ層
を形成したが、Ｃドープ層と活性層との間は、厚み方向
に０．１μｍ以上離れているのが望ましい。これは、Ｃ
ドープ時には成長温度を変更したり、Ｖ／IIIを変更し
たりする必要があるので、これに伴う結晶欠陥の影響が
活性層に及ぶのを防ぐためである。
【００８５】上記実施形態では、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ系材料に本発明を適用したが、それ以外の材料につい
ても適用可能であり、例えば、ＩｎＧａＡｓやＧａＡｓ
Ｐ、更にこれらの４元混晶系材料にも適用することがで
きる。
【００８６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第１導電型の電流阻止層と第２導電型の第２
クラッド層との間にＣドープ層が形成されているので、
結晶成長中に電流阻止層で生成される格子間Ｇａのｐ型
第２クラッド層への拡散を抑制でき、ｐ型第２クラッド
層中のＺｎの異常拡散を抑止できる。従って、（１）活
性層中にＺｎが拡散して素子寿命や発光効率等を劣化さ
せたり、（２）ｐｎ接合位置がヘテロ接合界面から離れ
て電流閉じ込め効率の低下や立ち上がり電圧の増大が生
じたり、（３）ｐ型第２クラッド層中で活性層近傍のキ
ャリア濃度が減少して閾値電流の増大や素子の温度特性
の劣化を引き起こしたり、という問題を防ぐことができ
る。よって、素子特性に優れた半導体レーザ装置を歩留
り良く製造することができる。
【００８７】また、活性層近傍に形成されるｐ型第２ク
ラッド層には、従来通りＺｎやＭｇ等のドーパントを用
いることができ、結晶成長条件を大幅に変化させる必要
がない。従って、素子特性および素子寿命に優れた設計
通りの半導体レーザ装置を制御性および歩留り良く製造
できる。
【００８８】特に、Ｃドープ層と活性層とは、厚み方向
に０．１μｍ以上離隔して形成すると、Ｃドープ層成長
時の組成比変更や成長温度変更に伴う結晶欠陥の影響が
活性層近傍に及ばないので望ましい。
【００８９】Ｃドープ層中の炭素キャリア濃度は、１×
１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下の範囲が望まし
く、Ｃドープ位置またはＣドープ層の層厚を最適化する
ことによりＺｎの拡散を十分抑制でき、結晶性の劣化も
生じない。
【００９０】Ｃドープ層は、アルキル基を有する有機金
属化合物を原料ガスとして用いる気相成長法により成長
させて、アルキル基の熱分解過程で生じる炭素を不純物
として含有させることができるので、所望の位置に制御
性良く形成でき、環境に悪影響を及ぼす心配もない。
【００９１】このように優れた半導体レーザ装置は、光
ディスク等を中心に広い分野に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体レーザ装置の構造を示す断
面図である。
【図２】実施形態６の半導体レーザ装置の構造を示す断
面図である。
【図３】実施形態１および比較例１−１の半導体レーザ
装置について、Ｚｎ拡散のＳＩＭＳ分析を行った結果を
示す図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置の構造を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
１０１、２０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 １０２、２０２ ｎ型バッファ層 １０３、２０３ ｎ型第１クラッド層 １０４、２０４ 活性層 １０５、２０５ ｐ型第２クラッド層 １０６、２０６ Ｃドープ層 １０７ ｐ型第１エッチングストップ層 １０８ ｐ型第２エッチングストップ層 １０９、２０８ ｎ型電流阻止層 １１０、２０７ ｐ型第３クラッド層 １１１、２０９ ｐ型コンタクト層 １１２ ストライプ状溝部 １１３、２１１ 半導体レーザ装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ｎ型半導体基板上に、ｎ型第１クラッド
    層と活性層とｐ型第２クラッド層とが基板側からこの順
    に形成され、該第２クラッド層上に、ストライプ状溝部
    を有するｎ型電流阻止層が形成され、該ストライプ状溝
    部上および該電流阻止層上に渡ってｐ型第３クラッド層
    が形成されている半導体レーザ装置において、 該第２クラッド層と該電流阻止層との間に、不純物とし
    て少なくとも炭素を含有する半導体層が形成されている
    半導体レーザ装置。
  2. 【請求項２】 ｎ型半導体基板上に、ｎ型第１クラッド
    層と活性層とｐ型第２クラッド層とが基板側からこの順
    に形成され、該第２クラッド層上に、少なくともｐ型第
    ３クラッド層がメサストライプ状凸型に形成され、該第
    ２クラッド層上における第３クラッド層の両外側に、ｎ
    型電流阻止層が形成されている半導体レーザ装置におい
    て、 該第２クラッド層と該電流阻止層との間に、不純物とし
    て少なくとも炭素を含有する半導体層が形成されている
    半導体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 前記炭素を含有する半導体層と前記活性
    層とが、厚み方向に０．１μｍ以上離隔して形成されて
    いる請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 前記半導体層中に含有される炭素のキャ
    リア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下
    である請求項１、２または３に記載の半導体レーザ装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の
    半導体レーザ装置を製造する方法であって、 前記第２クラッド層と前記電流阻止層との間に、アルキ
    ル基を有する有機金属化合物を原料ガスとして用いる気
    相成長法により、該アルキル基の熱分解過程で生じる炭
    素を不純物として含有する半導体層を成長させる半導体
    レーザ装置の製造方法。
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