(57)【要約】【課題】高抵抗化がよりいっそう抑制された半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法を提供すること。【解決手段】表面に電極が形成され、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を有する半導体積層体であって、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置し、前記電極が表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成され、不純物がドーピングされ、所定の組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層と、を備え、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上である半導体積層体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電極が形成され、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を有する半導体積層体であって、
不純物がドーピングされた下部半導体層と、
最表層に位置し、前記電極が表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、
前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成され、不純物がドーピングされ、所定の組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層と、
を備え、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする半導体積層体。
【請求項２】
前記連続的に組成が変化する組成元素はＶ族元素であることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層体。
【請求項３】
前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体積層体。
【請求項４】
前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップは、前記下部半導体層のバンドギャップと前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体積層体。
【請求項５】
前記連続的に組成が変化する組成元素は熱拡散による組成分布を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体積層体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体積層体を備える半導体発光素子であって、前記半導体積層体は前記下部半導体層の下方に形成された活性層を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
前記コンタクト層はＩｎＧａＡｓからなり、前記下部半導体層はＩｎＰからなり、前記中間層はＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記連続的に組成が変化する組成元素はＡｓまたはＰであることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体積層体が表面に形成された基板を備えることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記コンタクト層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含み、前記下部半導体層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層はＶ族元素としてＰを含まない発光層を有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
基板上に、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置するとともに前記下部半導体層の表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造を熱処理し、前記下部半導体層と前記コンタクト層との少なくとも一方から、前記下部半導体層と前記コンタクト層との界面に組成元素を熱拡散させ、前記組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層を、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成する熱処理工程と、
を含み、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする半導体積層体の製造方法。
【請求項１３】
前記連続的に組成が変化する組成元素はＶ族元素であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体積層体の製造方法。
【請求項１４】
前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体積層体の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップ濃度は、前記下部半導体層のバンドギャップ濃度と前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに半導体積層体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一つに記載の半導体積層体の製造方法を含み、
前記半導体積層構造形成工程において前記下部半導体層の下方に活性層を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記コンタクト層はＩｎＧａＡｓからなり、前記下部半導体層はＩｎＰからなり、前記中間層はＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記連続的に組成が変化する元素はＡｓまたはＰであることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記コンタクト層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含み、前記下部半導体層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記活性層はＶ族元素としてＰを含まない発光層を有することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
前記熱処理工程は、６００℃〜８００℃の温度範囲で、６０分以上行うことを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体発光素子においては、ｐ型ＩｎＰからなる半導体層とｐ側電極との間には、ＩｎＰよりもよりバンドギャップが狭い半導体材料からなるｐ型コンタクト層が形成される。このようなコンタクト層を構成する半導体材料としては、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどが用いられている。
【０００３】
しかしながら、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ等のコンタクト層との接合界面では、バンドギャップの相違から、ｐ側電極からのホールキャリアの注入の障壁となる障壁層が形成され、素子の高抵抗化の原因となる。そこで、たとえばコンタクト層を３層構造とし、バンドギャップを段階的にＩｎＰ層のバンドギャップに近づけることで、素子の高抵抗化を抑制する構成が開示されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】S.Matsumoto  et  al.,  Electron.  Lett.,  vol.31(1995),p.882.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載の構成においても、コンタクト層とＩｎＰ層との接合界面で障壁は残存する。また、コンタクト層内の各層の接合界面でも障壁は形成される。これに対して、近年の半導体素子に対する低消費電力化の要求から、かかる障壁による高抵抗化をさらに抑制することが求められている。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高抵抗化がよりいっそう抑制された半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体積層体は、表面に電極が形成され、ＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体層の積層構造を有する半導体積層体であって、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置し、前記電極が表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成され、不純物がドーピングされ、所定の組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層と、を備え、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はＶ族元素であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップは、前記下部半導体層のバンドギャップと前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素は熱拡散による組成分布を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明の半導体積層体を備える半導体発光素子であって、前記半導体積層体は前記下部半導体層の下方に形成された活性層を含むこと  を特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記コンタクト層はＩｎＧａＡｓからなり、前記下部半導体層はＩｎＰからなり、前記中間層はＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はＡｓまたはＰであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記半導体積層体が表面に形成された基板を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記コンタクト層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含み、前記下部半導体層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記活性層はＶ族元素としてＰを含まない発光層を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、基板上に、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置するとともに前記下部半導体層の表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、を含むＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体層の積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造を熱処理し、前記下部半導体層と前記コンタクト層との少なくとも一方から、前記下部半導体層と前記コンタクト層との界面に組成元素を熱拡散させ、前記組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層を、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成する熱処理工程と、を含み、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はＶ族元素であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップ濃度は、前記下部半導体層のバンドギャップ濃度と前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明の半導体積層体の製造方法を含み、前記半導体積層構造形成工程において前記下部半導体層の下方に活性層を形成することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層はＩｎＧａＡｓからなり、前記下部半導体層はＩｎＰからなり、前記中間層はＧａＩｎＡｓＰからなることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する元素はＡｓまたはＰであることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含み、前記下部半導体層は１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含むことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記活性層はＶ族元素としてＰを含まない発光層を有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記熱処理工程は、６００℃〜８００℃の温度範囲で、６０分以上行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、高抵抗化がよりいっそう抑制された半導体積層体および半導体発光素子を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、実施の形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【図２】図２は、従来の多段コンタクト層を有する半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。
【図３】図３は、図１に示す半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。
【図４】図４は、図１に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図５】図５は、図１に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。
【図６】図６は、接合界面近傍のＡｓ組成の分布を示す図である。
【図７】図７は、接合界面近傍のＺｎ濃度の分布を示す図である。
【図８】図８は、実施例、比較例の半導体レーザ素子の注入電流と微分抵抗との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００３１】
（実施の形態）
図１は、本発明の図１は、実施の形態に係る発光素子である半導体レーザ素子の模式的な断面図である。図１に示すように、この半導体レーザ素子１００は、裏面にｎ側電極１０が形成された基板２０と、基板２０の表面に順次形成された、半導体積層体３０およびｐ側電極４０を備えている。なお、半導体レーザ素子１００は端面発光型の半導体レーザ素子であり、紙面と略平行な半導体レーザ素子１００の２つの端面には、光共振器を形成する反射膜がそれぞれ形成されている。
【００３２】
基板２０は、ｎ型ＩｎＰからなる。ｎ側電極１０は基板２０とオーミック接触するように構成されており、たとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ構造を有する。
【００３３】
半導体積層体３０は、機能半導体層３１、クラッド層３２、下部半導体層としての高ドーパント濃度クラッド層３３、中間層３４、およびコンタクト層３５が順次積層して半導体積層構造を形成したものである。これらの半導体層はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなる。
【００３４】
機能半導体層３１は、下部クラッド層３１ａ、活性層３１ｂ、上部クラッド層３１ｃ、および埋め込み半導体層３１ｄ、３１ｅを備える。下部クラッド層３１ａ、活性層３１ｂおよび上部クラッド層３１ｃはこの順に積層し、かつメサ構造を形成している。埋め込み半導体層３１ｄ、３１ｅはメサ構造の両側を埋め込んでいる。
【００３５】
下部クラッド層３１ａ、上部クラッド層３１ｃは、それぞれｎ型ＩｎＰ、ｐ型ＩｎＰからなる。活性層３１ｂは、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓなどの、たとえば１５５０ｎｍ波長帯の所望の波長で発光できる組成のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料からなる。また、活性層３１ｂは、複数の障壁層と複数の井戸層（発光層）とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi  Quantum  Well）構造のＭＱＷ層と、ＭＱＷ層を挟むように配置された分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ：Separate  Confinement  Heterostructure）層とからなるＭＱＷ−ＳＣＨ構造を有する。ただし、活性層３１ｂの構造は上記に限定されず、ＳＨＣ構造が無くてもよいし、さらにはバルク構造でもよい。埋め込み半導体層３１ｄ、３１ｅは、それぞれｐ型ＩｎＰ、ｎ型ＩｎＰからなり、電流狭窄層として機能する。
【００３６】
クラッド層３２はｐ型ＩｎＰからなる。高ドーパント濃度クラッド層３３は、ｐ型ドーパントを高濃度にドーピングしたｐ型ＩｎＰからなる。高ドーパント濃度クラッド層３３はたとえば１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１８ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含む。高ドーパント濃度クラッド層３３の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、たとえば５０ｎｍである。
【００３７】
コンタクト層３５は半導体積層体３０の最表層に位置し、ｐ型ドーパントを高濃度にドーピングしたｐ型ＩｎＧａＡｓからなる。したがって、コンタクト層３５のバンドギャップは高ドーパント濃度クラッド層３３のバンドギャップよりも狭い。コンタクト層３５はたとえば１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３のドーピング濃度のＺｎを含む。さらに、コンタクト層３５は高ドーパント濃度クラッド層３３よりも高いドーピング濃度でＺｎを含む。コンタクト層３５の層厚は１０ｎｍ以上が好ましく、たとえば４００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３８】
ｐ側電極４０はコンタクト層３５の表面に、コンタクト層３５とオーミック接触するように形成されており、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造やＡｕからなる。
【００３９】
中間層３４は、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰからなる。中間層３４は高ドーパント濃度クラッド層３３よりも高いドーピング濃度、かつコンタクト層３５よりも低いドーピング濃度のＺｎを含む。
【００４０】
ここで、中間層３４は、所定の組成元素について、高ドーパント濃度クラッド層３３の組成とコンタクト層３５の組成との間で連続的に変化する組成を有する。具体的には、中間層３４のＶ族組成元素であるＡｓ組成は、高ドーパント濃度クラッド層３３のＡｓ組成（組成比：０）とコンタクト層３５のＡｓ組成（組成比：１）との間で連続的に変化している。同様に、中間層３４のＶ族組成元素であるＰ組成は、高ドーパント濃度クラッド層３３のＰ組成（組成比：１）とコンタクト層３５のＰ組成（組成比：０）との間で連続的に変化している。これによって、中間層３４のバンドギャップは、高ドーパント濃度クラッド層３３のバンドギャップとコンタクト層３５のバンドギャップとの間で連続的に変化する。
【００４１】
つぎに、半導体レーザ素子１００の動作について説明する。ｎ側電極１０とｐ側電極４０との間に電圧を印加して、駆動電流を注入すると、ｐ側電極４０側からはキャリアとしてホールが注入され、ｎ側電極１０側からはキャリアとして電子が注入される。ホールは、コンタクト層３５、中間層３４、高ドーパント濃度クラッド層３３、クラッド層３２を経由して、埋め込み半導体層３１ｄ、３１ｅによって電流経路が狭窄されて上部クラッド層３１ｃを流れ、高ドーパント濃度クラッド層３３の下方に形成された活性層３１ｂに注入される。活性層３１ｂに注入された各キャリアは結合して発光し、発光は活性層３１ｂの光増幅作用と光共振器の作用とによって所定の波長でレーザ発振する。
【００４２】
ここで、図２は、従来の多段コンタクト層を有する半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。Ｅｖは価電子帯の上端、Ｅｃは伝導帯の下端のレベルを示している。コンタクト層１３５０は、クラッド層１３３０に向かって第１コンタクト層１３５１、第２コンタクト層１３５２、および第３コンタクト層１３５３が順次積層して構成されている。
【００４３】
図２に示すように、Ｅｖにおいて、第１コンタクト層１３５１、第２コンタクト層１３５２、第３コンタクト層１３５３、およびクラッド層１３３０の接合界面でスパイク状のエネルギー障壁Ｂが形成され、これがホールに対して障壁となり、素子の高抵抗化の原因となる。
【００４４】
これに対して、図３は、図１に示す半導体レーザ素子１００のエネルギーバンド構造を説明する図である。半導体レーザ素子１００では、中間層３４が、高ドーパント濃度クラッド層３３の組成とコンタクト層３５の組成との間で連続的に変化する組成を有するので、中間層３４のバンドギャップも、高ドーパント濃度クラッド層３３のバンドギャップとコンタクト層３５のバンドギャップとの間で連続的に変化する。その結果、図３に示すように、Ｅｖにおいて、コンタクト層３５、中間層３４および高ドーパント濃度クラッド層３３の接合界面でエネルギー障壁は形成されず、素子の高抵抗化がよりいっそう抑制ないし防止される。
【００４５】
つぎに、図１に示す実施の形態に係る半導体レーザ素子１００の製造方法の一例について説明する。図４、図５は、半導体レーザ素子１００の製造方法を説明する図である。
【００４６】
はじめに、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）結晶成長装置等の結晶成長装置を用い、基板２０上に、下部クラッド層３１ａ、活性層３１ｂ、上部クラッド層３１ｃを結晶成長し、フォトリソグラフィ技術とエッチングとでメサ構造を形成し、さらに埋め込み半導体層３１ｄ、３１ｅを再成長してメサ構造を埋め込む。これによって、機能半導体層３１の構造を形成する。さらに、機能半導体層３１上にクラッド層３２、高ドーパント濃度クラッド層３３Ａ、コンタクト層３５Ａ、およびＩｎＰからなるキャップ層６０を形成し、半導体積層構造を形成する（図４参照）。接合界面Ｉは高ドーパント濃度クラッド層３３Ａとコンタクト層３５Ａとの接合界面である。
【００４７】
つぎに、形成した半導体積層構造を熱処理する。熱処理は、たとえばＰＨ３雰囲気下、６００℃〜８００℃で６０分以上行うことが好ましい。すると、高ドーパント濃度クラッド層３３Ａとコンタクト層３５Ａとの接合界面でＶ族の組成元素であるＰおよびＡｓが熱拡散し、高ドーパント濃度クラッド層３３Ａの一部とコンタクト層３５Ａの一部とから中間層３４が形成される。図５は中間層３４が形成された状態である。中間層３４は高ドーパント濃度クラッド層３３Ａとコンタクト層３５Ａとの接合界面Ｉを含むように形成される。中間層３４が形成された後、高ドーパント濃度クラッド層３３Ａとコンタクト層３５Ａとはそれぞれ高ドーパント濃度クラッド層３３とコンタクト層３５とになる。
【００４８】
図６は、接合界面近傍のＡｓ組成の分布を示す図である。横軸は層厚方向での接合界面Ｉからの距離を示し、縦軸はその距離でのＡｓ組成を示す。図６に示すように、熱処理による拡散前では、接合界面Ｉを挟んで高ドーパント濃度クラッド層３３ＡではＡｓ組成は０であり、コンタクト層３５ＡではＡｓ組成は１である。一方、熱処理による拡散後には、高ドーパント濃度クラッド層３３のＡｓ組成（組成比：０）とコンタクト層３５のＡｓ組成（組成比：１）との間で連続的に変化するＡｓ組成を有する中間層３４が形成される。中間層３４において、Ａｓは熱拡散による組成分布を有することになる。なお、Ｐについても熱処理により熱拡散し、高ドーパント濃度クラッド層３３のＰ組成（組成比：１）とコンタクト層３５のＰ組成（組成比：０）との間で連続的に変化する組成の分布となる。具体的には、中間層３４のＧａＩｎＡｓＰにおいては、Ａｓ組成とＰ組成との和が１となるようなＰ組成となる。また、図６の場合は、中間層３４の層厚は約４ｎｍであるが、中間層３４の層厚は熱処理条件によって調整でき、たとえば熱処理時間を長くすると層厚は厚くなる。中間層３４の層厚はたとえば４ｎｍ〜１０ｎｍである。
【００４９】
一方、図７は、接合界面近傍のＺｎ濃度の分布を示す図である。横軸は層厚方向での接合界面Ｉからの距離を示し、縦軸はその距離でのＺｎ濃度を示す。図７に示すように、熱処理によるＡｓまたはＰの拡散前では、接合界面Ｉを挟んで高ドーパント濃度クラッド層３３Ａとコンタクト層３５ＡとでＺｎ濃度に不連続な差がある。一方、熱処理による拡散後に形成される中間層３４では、Ｚｎが高ドーパント濃度クラッド層３３およびコンタクト層３５の一方または両方から拡散する。その結果、中間層３４は、高ドーパント濃度クラッド層３３のＺｎ濃度とコンタクト層３５のＺｎ濃度との間で連続的に変化するＺｎ濃度を有することになる。
【００５０】
その後、キャップ層６０を除去し、反射膜の形成や素子分離などの必要な工程を行って、半導体レーザ素子１００が完成する。
【００５１】
従来の多段コンタクト層を用いた構成では、各層のバンドギャップエネルギーの差を適正に調整するためのＧａＩｎＡｓＰの成長条件を見出すのが困難であるが、上記の製造方法では、そのような成長条件を考慮する必要がないので、より簡易かついっそう効果的に高抵抗化を抑制できる。
【００５２】
なお、上記製造方法の組成元素を拡散させる熱処理においてＰが熱拡散する。ここで、活性層３１ｂの発光層である井戸層の材料として、ＧａＩｎＡｓＰ等のＰを含む半導体材料を用いると、熱処理によってＰが拡散して発光波長が短波長化する場合がある。これに対して、井戸層の材料として、ＡｌＧａＩｎＡｓ等のＰを含まない半導体材料を用いると、熱処理によるＰの拡散が発生しないため、発光波長の短波長化が防止されるので好ましい。
【００５３】
つぎに、上記の製造方法にて製造した実施例の半導体レーザ素子と、上記の製造方法において組成元素を拡散させる熱処理を行わずに製造した比較例の半導体レーザ素子とについて、微分抵抗特性を調べた。
【００５４】
図８は、実施例、比較例の半導体レーザ素子の注入電流と微分抵抗との関係を示す図である。図８に示すように、比較例の半導体レーザ素子では、しきい値電流である約２０ｍＡより上の注入電流の領域で、微分抵抗値が注入電流に対してすぐに一定にならずゆるやかに減少する領域があった。この現象はコンタクト層と高ドーパント濃度クラッド層との接合界面でのホールの障壁によるものと考えられる。一方、実施例の半導体レーザ素子では、約２０ｍＡより上の注入電流の領域で、微分抵抗値がすぐに一定になった。この現象はホールの障壁の影響が解消されたことによるものと考えられる。
【００５５】
なお、上記実施の形態に係る半導体レーザ素子は、レーザ発振波長が波長１５５０ｎｍ帯になるようにその化合物半導体や電極等の材料、サイズ、設計パラメータ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、たとえば光通信波長帯域内の所望の波長のレーザ光を発振させるよう適宜設定することができ、特に限定はされない。
【００５６】
また、上記実施の形態では、中間層において連続的に組成が変化する組成元素はＶ族元素であるが、ＩＩＩ族元素でもよい。また、上記実施の形態では、下部半導体層、コンタクト層、および中間層にドーピングされるドーパントはＺｎであるが、他のｐ型ドーパントでもよい。
【００５７】
また、上記製造方法では、中間層を熱拡散によって形成しているが、中間層を結晶成長によって形成してもよい。この場合、たとえば、結晶成長の際に、対象となる組成元素を含む結晶材料の供給量を連続的に変化させることによって、組成が連続して変化する中間層を形成できる。
【００５８】
また、本発明は、端面発光型の半導体レーザ素子に限らず、発光ダイオード素子や面発光レーザ素子などの他の半導体発光素子にも適用できる。また、本発明に係る半導体積層体は、半導体発光素子に限らず、他の半導体素子にも適用できる。
【００５９】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ｎ側電極
２０  基板
３０  半導体積層体
３１  機能半導体層
３１ａ  下部クラッド層
３１ｂ  活性層
３１ｃ  上部クラッド層
３１ｄ、３１ｅ  埋め込み半導体層
３２  クラッド層
３３、３３Ａ  高ドーパント濃度クラッド層
３４  中間層
３５、３５Ａ  コンタクト層
４０  ｐ側電極
６０  キャップ層
１００  半導体レーザ素子
Ｂ  エネルギー障壁
Ｉ  接合界面
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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