(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＧａＡｓ基板上に、順に、少なくとも、
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、
低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、
ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、
低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、
高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、
低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、
低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と、
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層と、
が形成され、
該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層のキャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であり、
且つ該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１、第３クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層のキャリア濃度が１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であり、
該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１、第３クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層の層厚が１０ｎｍから３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層は、１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、
該Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓブロック層はストライプ状に除去されたのち、
第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層はＭＯＣＶＤ法で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層はＬＰＥ法で形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第４クラッド層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、
該第４のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層は凸ストライプ状の部分を残して除去されたのち、該低濃度Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を順に、該凸ストライプ部の除去されなかった部分上以外に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第４クラッド層のキャリア濃度は、５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＣＶＤ法によって製造され、光ディスク用などに用いられる半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ用のＡｌＧａＡｓなどの化合物半導体結晶の製造方法としては、主としてＬＰＥ（液相成長法）、ＭＢＥ（分子線成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）のいずれかが用いられている。ＬＰＥ法は比較的簡単な装置で良質の半導体結晶ができる反面、大面積に亙って均一な結晶を製造するのが難しい。それに対し、ＭＢＥ法およびＭＯＣＶＤ法は、より量産に適した方法であり、今日広く用いられている。ＭＢＥ法は、高真空中で、化合物半導体を構成する各固体元素を加熱して基板に照射する方法のため、純粋な結晶が得やすい。一方ＭＯＣＶＤ法は、常圧あるいは１／１０気圧程度の減圧条件で、化合物半導体を構成する元素を、有機化合物や水素化物としてガス状にして輸送し、基板上で化学反応を起こして化合物半導体を形成する。そのため、化学反応後に発生する有機物や水素が不純物として化合物半導体内に取り込まれやすい。特に有機物中のＣ（炭素）はｐ型ドーパントとして化合物半導体内に取り込まれる。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法で化合物半導体を作製する場合、ｎ型ドーパント元素としてはＳｅ、Ｓｉなどが、またｐ型ドーパント元素としてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃなどが一般に用いられる。これらのドーパントは単独では比較的制御よく用いることができるが、隣接する層にドープされた場合、組み合わせによっては複雑な相互拡散を起こす。
【０００４】
従来のＭＯＣＶＤ法によって作製されたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を図５に示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、Ｓｅドープｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、Ｓｅドープｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３、アンドープＡｌＧａＡｓ活性層１０４、Ｚｎドープｐ型クラッド層１０５、Ｓｅドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０６が形成されている。ｎ型ブロック層１０６はストライプ状に除去されて電流通路１２０が形成され、さらにＺｎドープｐ型クラッド層１０８、Ｚｎドープｐ型コンタクト層１０９が形成されている。また下面にはｎ電極１１０、上面にはｐ電極１１１が形成されている。このような半導体レーザの問題点としては、ｐ型不純物であるＺｎとｎ型不純物であるＳｅの相互拡散により、ｐ型となるべきＺｎドープｐ型クラッド層１０５の導電型が反転し、ｎ型クラッド層１０３とｎ型ブロック層１０６が電気的にショートすることによって歩留まりの低下を引き起こしてしまうことや上記ドーピング不純物の相互拡散によって活性層１０４内及びその近傍において１Ｅ１８cm-3を越える高濃度のドーピング不純物がパイルアップし、活性層１０４の結晶品質を低下させてしまうため、加速劣化試験中に動作電流の上昇（信頼性の劣化）が起こるというものがある。
【０００５】
このＺｎドープｐ型クラッド層１０５のn反転を抑制する手段の１つとして、ｎ型不純物をＳｅからＳｉに置き換えることにより、相互拡散を抑えることができるが、逆に拡散がないため、ｐクラッド層のキャリア濃度は、電流ストライプ部及び電流ブロック下でほぼ同じになり、従来のＳｅドープレーザ素子に比べ、ｐ型クラッド層の抵抗が低くなり、電流拡がりによって漏れ電流が多くなるという欠点があった。
【０００６】
この様な電流拡がりの問題に対しては特開平６−２５２４９７号公報にあるように電流ストライプ部のキャリア濃度を電流ブロック下部よりも高くすることによって無効電流を抑え、低電流動作を実現できる。
【０００７】
さらに、特開平６−２３２５１２号公報にあるように、ｐクラッド層中の電流拡がりを抑制し、且つ活性層からｐクラッド層への電子の漏れを防ぐため、ｐクラッド層を活性層に近接した高いキャリア濃度層と活性層から隔離された低いキャリア濃度層の２層構造とし、低電流動作を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｐクラッド層中の電流拡がりや活性層からの電子のオーバーフローを抑制させるために考案された従来の構造ではいずれも活性層に隣接したｐクラッド層のキャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3と高濃度なるため、ドーピング不純物が活性層中へ拡散し、活性層の結晶品質を低下させ、信頼性の劣化という問題が再発してくる。さらに、上記の拡散は通常、活性層を通過し、ｎクラッド層内にも及ぶ場合が多く、ｐｎ接合位置が活性層からクラッド層内に移動し、発振閾値電流を増加させるという問題があった。すなわち、半導体レーザ特性に及ぼす活性層近傍のキャリア濃度の影響はトレードオフの関係にあり、キャリア濃度を高くするとドーピング不純物の拡散が問題となり、低くすると電子のオーバーフローが問題となってくる。また、実際には上記の拡散によってドーピングプロファイルが変化し、設計通りのキャリア濃度分布を作製するのが困難であるという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、上記キャリア濃度のバランスを最適化することによって、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の問題を解決するため、本発明では、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、順に、少なくとも、
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、
低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、
ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、
低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、
高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、
低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、
低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と、
高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層と、
が形成され、
該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層のキャリア濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であり、
且つ該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１、第３クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層のキャリア濃度が１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であり、
該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１、第３クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層の層厚が１０ｎｍから３００ｎｍの範囲で形成されることを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。
【００１１】
また、本発明は、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層は、１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、
該Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓブロック層はストライプ状に除去されたのち、
第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層はＭＯＣＶＤ法で形成されたことを特徴とするものである。
また、本発明は、前記第４のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層はＬＰＥ法で形成されたことを特徴とするものである。
また、本発明は、該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該低濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ活性層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層と、該低濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層と、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第４クラッド層は１回のＭＯＣＶＤ成長で形成され、
該第４のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層は凸ストライプ状の部分を残して除去されたのち、該低濃度Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第１ブロック層と該高濃度のＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ第２ブロック層を順に、該凸ストライプ部の除去されなかった部分上以外に形成されたことを特徴とするものである。
また、本発明は、該高濃度のＺｎドープｐ型ＡｌＧａＡｓ第４クラッド層のキャリア濃度は、５Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲であることを特徴とするものである。
【００１３】
以下、本発明の作用を記載する。
【００１４】
従来の特性不良や信頼性不良は、活性層すなわちｐｎ接合近傍のドーピング濃度バランスに起因するところが大きく、キャリア濃度を高くするとドーピング不純物の拡散が問題となり、低くすると電子のオーバーフローが問題となるというようなトレードオフの関係にある。
【００１５】
発明者らはｐｎ接合近傍のドーピング不純物の相互拡散を詳細に調べたところ、ｐ層とｎ層両者の不純物濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以上になると相互拡散が起こり始め、さらにｐ層とｎ層両者のドーピング不純物濃度が高いほど相互拡散が増大し、特に濃度が５Ｅ１７ｃｍ-3を越えると急激に拡散が顕著になるとの知見を得た。この現象は結晶成長中に起こり、例えばｎｐｎ構造を作製しようとした場合、ｐ層、ｎ層のドーピング不純物が両接合界面にパイルアップし、極端な場合、ｐ層中のドーピング不純物が枯渇する場合がある。また、電子のオーバーフローを抑制する目的でｐクラッド層を２層構造とし、活性層に隣接する側の薄層のみキャリア濃度を高くしようと設計したとしても実際には上記の拡散によってドーピングプロファイルが大きく変化し、設計通りのキャリア濃度分布を作製するのが困難であることもわかった。もちろん、ドーピング材料によって相互拡散の度合いが異なり、ｎ型ドーパントであるＳｅとｐ型ドーパントとしてのＺｎあるいはＭｇが最も相互拡散を起こしやすい組み合わせであるであることをつきとめた。ｎ型ドーパントととして拡散の小さいＳiを用いることは有効であるが、ドーピング不純物濃度が高くなると相互拡散は少なからず生じることがわかった。
【００１６】
本発明の目的は、上記キャリア濃度のバランスを最適化することによって、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することにある。この目的を達成するために、本発明は、まずｎ型クラッドのドーパントであるＳｅをＳｉに置き換えることにより、ｐ型クラッドのドーパントがｎ型クラッドに拡散することを低減する。次にｐ、ｎクラッド層並びにｎブロック層をキャリア濃度の異なる２層以上の構成とし、高キャリア濃度層をｐｎ界面から隔離させ、ｐｎ界面に隣接した層を低キャリア濃度とすることで、ｐｎ界面での相互拡散を完全に防止する。キャリア濃度バランスとしては該低キャリア濃度層のドーピング不純物濃度として１Ｅ１６ｃｍ-3から１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲とし、該低濃度の層厚が１０ｎｍから３００ｎｍの範囲で形成されることによって不純物拡散の影響を完全になくすことが出来る。従って、ｐｎ接合位置は移動せず、活性層の結晶性の劣化を招くことも無いため、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供できる。
【００１７】
【発明実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は実施例１の半導体レーザ素子の断面図である。これはセルフアライン型と呼ばれる構造で、ＭＯＣＶＤ法でｎ型ＧａＡｓ基板１（キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層３（キャリア濃度  １Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層４（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、アンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５（厚み０．０８μｍ）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層７（キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドープｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層９（キャリア濃度１Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック層１０（キャリア濃度３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ設定）を形成する。ｎブロック層９、１０を４μｍ幅のストライプ状に除去して電流通路２０を形成する。更にＭＯＣＶＤ法でＺｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１１（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２（４Ｅ１８ｃｍ-3を形成する。その後下面にはｎ電極１３、上面にはｐ電極１４を形成後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して個別の素子にする。
【００１９】
ここで、ＩＩＩ族原料はＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原料はＡｓＨ3（アルシン）、ｎ型ドーパント原料はＳｉＨ4（シラン）、ｐ型ドーパントはＤＥＺ（ジエチルジンク）を用いた。成長温度は７５０℃、成長圧力は７６Ｔｏｒｒ、Ｖ／ＩＩＩ＝１２０である。
【００２０】
ストライプ内でのドーピング濃度を調べるために、幅１０００μｍのとした試料を作製した。またストライプ外でのドーピング濃度を調べるために、上記工程で、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層９、１０までを成長した試料を作製した。ドーピング濃度はＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）分析により測定した。図２（ａ）にストライプ内のＳＩＭＳのＺｎとＳｉのプロファイルを示す。比較のためＺｎとＳｉをドーピング不純物として用いた従来例を図２（ｂ）に合わせて示す。図２（ａ）を見てわかるように本発明による実施例では、Ｚｎ、Ｓｉ共に同一クラッド層内で高キャリア濃度層から低キャリア濃度層への拡散は観測されるが、活性層や他のクラッド層には拡散していない。これに対して従来例図２（ｂ）ではＺｎ、Ｓｉは相互拡散によってｐｎ接合界面にパイルアップし、特に活性層へのＺｎの拡散が著しく、結晶性を低下させているものと考えられる。また、ｐｎ接合も従来法ではｎクラッド層内に移動しているのに対し、本実施例では移動することなく、設計通りのｐｎ接合位置にあることがわかった。
【００２１】
図３（ａ）に本実施例のストライプ外のＺｎとＳｉのプロファイルを、図３（ｂ）に従来例のストライプ外のＺｎとＳｉのプロファイルをそれぞれ示す。ストライプ外においても本実施例では、ドーピング不純物の活性層や他のクラッド層には拡散していないのに対して、従来例ではＺｎ、Ｓｉのブロック層や活性層への相互拡散が顕著である。次に、本実施例に於けるストライプ内外のｐクラッド層中のＺｎ不純物濃度に注目すると、ストライプ内の低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８ａのキャリア濃度は上記の高キャリア濃度層から低キャリア濃度層への拡散、すなわちＺｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層１１からのＺｎ拡散によって、ストライプ外の低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層８ｂよりも高くなっている。このことによって、ストライプ内への電流閉じこめが有効に行え、低電流動作が実現できる。本実施例により作製したレーザの５ｍＷ時の動作電流を測定したところ、３５ｍＡであり、従来例で作製した素子（４０ｍＡ）より特性が向上した。また出力５ｍＷ・７０℃で２００時間動作させた時の動作電流増加量は０．２ｍＡであり、従来素子（１ｍＡ）に比べ特性が良好であった。
【００２２】
なお、図１の説明を簡単にするため幾つかの層を省略している。実際にはｐ型第３クラッド層とｎ型第１ブロック層の間に２層よりなるエッチングストップ層群があるほか、ｎ型第２ブロック層は４層程度の混晶比の異なるＳｉドープ層群であるが、薄い層については図示・説明を省略している。
【００２３】
各層のＡｌ混晶比は実施例に示した値に限定されるものでなく、例えば活性層をＡｌ混晶比がゼロのＧａＡｓとしてもよい。ここでは５ｍＷのレーザとしたが、若干活性層厚さを薄くすることにより４０ｍＷクラスの高出力レーザとすることができ、最適キャリア濃度はほとんど同一であった。
【００２４】
（実施例２）
実施例２においては、実施例１における第２の成長をＭＯＣＶＤ法でなくＬＰＥ法によって行った。ｎ型ＧａＡｓ基板１上にＭＯＣＶＤ法でＳｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓブロック層１０までの各層を形成・ストライプ形成するまでは同じである。さらにＬＰＥ法で、Ｍｇドープｐ型第４クラッド層１１’（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）、Ｍｇドープｐ型コンタクト層１２’（４Ｅ１８ｃｍ-3、１μｍ）を形成する。
【００２５】
実施例１と同様に、ｎ型クラッド層およびｐ型第１クラッド層のキャリア濃度を変更した実験を行い、ほぼ同じ結果が得られ、第２の成長がＭＯＣＶＤ法かＬＰＥ法かによる最適値の変動は僅かであることが分かった。
【００２６】
（実施例３）
実施例３のＭＯＣＶＤ法によって作製されたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図を図４に示す。これはリッジ型と呼ばれる構造で、ｎ型ＧａＡｓ基板５１（キャリア濃度２Ｅ１８ｃｍ-3）上にｎ型ＧａＡｓバッファ層５２（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．５μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層５３（キャリア濃度１Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、低濃度Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層５４（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、アンドープＡｌ0.14Ｇａ0.86Ａｓ活性層５５（厚み０．０８μｍ）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第１クラッド層５６（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第２クラッド層５７（キャリア濃度５Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、低濃度Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第３クラッド層５８（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓエッチングストップ層５９（キャリア濃度８Ｅ１６ｃｍ-3、厚さ０．００３μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ第４クラッド層６０（１．５Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層６１（４Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ１μｍ設定）を形成する。キャップ層６１、第４クラッド層６０をストライプ状のリッジ部が残るように除去する。次にＭＯＣＶＤ法で、低濃度Ｓｉドープｎ型第１ＡｌＧａＡｓブロック層６２（キャリア濃度１Ｅ１７ｃｍ-3、厚さ０．１μｍ設定）、高濃度Ｓｉドープｎ型第２ＡｌＧａＡｓブロック層６３（キャリア濃度３Ｅ１８ｃｍ-3、厚さ０．７μｍ設定）を形成する。キャップ層６１の上に形成されたものについては除去する。さらにＭＯＣＶＤ法で、Ｚｎドープｐ型コンタクト層６４（３Ｅ１８ｃｍ-3設定）を形成する。その後下面にはｎ電極６５、上面にはｐ電極６６を形成後、バー状に分割して、バーの両側の光出射に反射膜をコーティングし、さらにチップに分割して個別の素子にする。
【００２７】
該レーザの動作電流を測定したところ３４ｍＡであり、構造がセルフアライン型、リッジ構造型で特性に大きな差は無かった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、発光部をＭＯＣＶＤ法によって作製したＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにおいて、各層のキャリア濃度のバランスを最適化することによって、発振閾値電流を低減し、低消費電力で且つ高い信頼性を有する半導体レーザ素子を提供することを可能にした。すなわち活性層等のｐｎ界面近傍での不純物拡散はｐ層、ｎ層それぞれのキャリア濃度が高くなるほど顕著になるとの発見に端を発したものであり、ｐｎ界面の極近傍のみキャリア濃度を低くすることによって、不純物の拡散を防止し、特に高濃度不純物の活性層への相互拡散による結晶品質の低下が防止され、低電流動作で且つ信頼性の高い半導体レーザ素子が歩留まりよく作製することを可能とした。これにより、半導体レーザのコストダウンおよび材料資源の有効活用を実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１・２の半導体レーザの構造断面図である。
【図２】本発明の実施例１及び従来例における半導体レーザのストライプ内構造でのＳＩＭＳプロファイルである。
【図３】本発明の実施例1及び従来例における半導体レーザのストライプ外構造でのＳＩＭＳプロファイルである。
【図４】本発明の実施例３の半導体レーザの構造断面図である。
【図５】従来の半導体レーザの構造断面図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３  高濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層
４  低濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層
５  活性層
６  低濃度Ｚｎドープｐ型第１クラッド層
７  高濃度Ｚｎドープｐ型第２クラッド層
８  低濃度Ｚｎドープｐ型第３クラッド層
９  低濃度Ｓｉドープｎ型第１ブロック層
１０  高濃度Ｓｉドープｎ型第２ブロック
１１  ｐ型第４クラッド層
１２  ｐ型コンタクト層
１３  ｎ電極
１４  ｐ電極
２０  電流通路
５１  ｎ型ＧａＡｓ基板
５２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
５３  高濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層
５４  低濃度Ｓｉドープｎ型クラッド層
５５  活性層
５６  低濃度Ｚｎドープｐ型第１クラッド層
５７  高濃度Ｚｎドープｐ型第２クラッド層
５８  低濃度Ｚｎドープｐ型第３クラッド層
５９  ｐ型エッチングストップ層
６０  ｐ型第４クラッド層
６１  ｐ型キャップ層
６２  低濃度Ｓｉドープｎ型第１ブロック層
６３  高濃度Ｓｉドープｎ型第２ブロック層
６４  ｐ型コンタクト層
６５  ｎ電極
６６  ｐ電極
１０１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３  Ｓｉドープｎ型クラッド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型第１クラッド層
１０６  Ｓｅドープｎ型第ブロック層
１０８  ｐ型第２クラッド層
１０９  ｐ型コンタクト層
１１０  ｎ電極
１１１  ｐ電極
１２０  電流通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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