(57)【要約】【課題】発熱を低減でき信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板２上に活性層５を挟む一対のクラッド層３、４が積層され、このクラッド層３、４上にＩｎＧａＩｎＰクラッド層９、障壁緩和層１０、ＧａＡｓキャップ層１１とが順次積層されたリッジ部８及びリッジ部８を挟持する一対のＡｌＩｎＰ電流ブロック層１２が形成され、障壁緩和層１０は、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層９近傍にこのＡｌＧａＩｎＰクラッド層９側からＧａＡｓキャップ層１１側にむかって組成Ｘを０〜０．３５でグレーデッドに変化させた（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層と、ＧａＡｓキャップ層１１近傍にＧａＡｓとＧａＩｎＰとをペアとする超格子構造とからなる。【選択図】      図１
2006179577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型ＧａＡｓ基板上に第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層とが順次積層され、前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層上に第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と第２導電型ＧａＡｓキャップ層とを順次積層したリッジ部及び前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層が形成され、更に、前記リッジ部及び前記一対の第１導電型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層上に第２導電型ＧａＡｓコンタクト層が形成されたＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子において、
前記リッジ部の前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層との間に第２導電型第１中間層と第２導電型第２中間層とからなる第２導電型障壁緩和層が形成され、
前記第２導電型第１中間層は、前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層近傍に前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層側から第２中間層側にむかって組成Ｘを０〜０．３５でグレーデッドに変化させた第２導電型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層であり、
前記第２導電型第２中間層は、前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層近傍に前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層側から前記第２導電型第１中間層に向かって第２導電型ＧａＡｓ層が薄く、第２導電型ＧａＩｎＰ層が厚いＧａＡｓとＧａＩｎＰをペアとする超格子構造であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光の半導体レーザ素子に係り、特に高出力が得られるＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ―ＲＷやＤＶＤ−ＲＡＭ等の光源用の半導体レーザ素子として６５０ｎｍ帯のレーザ光が得られる高出力なＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子が期待されている。
このようなＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子は、特許文献１に記載されている。
【０００３】
即ち、特許文献１には、ｎ+型ＧａＡｓ基板上にｎ+型ＧａＡｓバッファ層と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層と、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層と、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層とが順次積層され、このｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層上にｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層と、ｐ型（Ａｌ0.4Ｇａ0.6）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１中間層と、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２中間層と、ｐ型Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓ0.5Ｐ0.5第３中間層と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層とが順次積層されたリッジ部が形成され、更に、前記リッジ部を挟持して一対のｎ型ＧａＡｓ埋め込み層が形成されている。更にまた、前記リッジ部及び一対のｎ型ＧａＡｓ埋め込み層上にｐ+型ＧａＡｓコンタクト層が形成されている。
【０００４】
また、前記ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２中間層／前記ｐ型Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓ0.5Ｐ0.5第３中間層／前記ｐ型ＧａＡｓキャップ層のヘテロ構造の前記ｐ型Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓ0.5Ｐ0.5第３中間層に相当する半導体層がＩｎ1-uＧａuＡｓ1-vＰv間（０．５≦ｕ≦１．０，０≦ｖ≦１）で構成され、ｕあるいはｖの値が層厚方向に徐々に変化してグレーデッドし、Ｉｎ1-uＧａuＡｓ1-vＰvの組成が下端で下層の前記ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２中間層の組成と一致し、上端で上層の前記ｐ型ＧａＡｓキャップ層の組成と一致している。この結果、伝導帯及び価電子帯に障壁を生じないので、電気抵抗が低減され、閾値電流を低下させ、効率を向上することが記載されている。
【特許文献１】特開平５−１８３２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記Ｉｎ1-uＧａuＡｓ1-vＰvは、前記ｐ型ＧａＡｓキャップ層に格子整合せず、価電子帯にスパイク障壁が発生し、ホールの移動を妨げていた。このため、前記半導体レーザ素子を記録書き込み用の光ディスクに用いる場合には、数１００ｍＡ程度の電流を流す必要があり発熱による熱劣化を生じ信頼性を低下させていた。
【０００６】
そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されるものであって、発熱を低減でき信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子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】
本発明は、第１導電型ＧａＡｓ基板上に第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層とが順次積層され、前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層上に第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と第２導電型ＧａＡｓキャップ層とを順次積層したリッジ部及び前記リッジ部を挟持する一対の第１導電型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層が形成され、更に、前記リッジ部及び前記一対の第１導電型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層上に第２導電型ＧａＡｓコンタクト層が形成されたＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子において、前記リッジ部の前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層との間に第２導電型第１中間層と第２導電型第２中間層とからなる第２導電型障壁緩和層が形成され、前記第２導電型第１中間層は、前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層近傍に前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層側から第２中間層側にむかって組成Ｘを０〜０．３５でグレーデッドに変化させた第２導電型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層であり、前記第２導電型第２中間層は、前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層近傍に前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層側から前記第２導電型第１中間層に向かって第２導電型ＧａＡｓ層が薄く、第２導電型ＧａＩｎＰ層が厚いＧａＡｓとＧａＩｎＰをペアとする超格子構造であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記リッジ部の前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層との間に第２導電型第１中間層と第２導電型第２中間層とからなる第２導電型障壁緩和層が形成され、前記第２導電型第１中間層は、前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層近傍に前記第２導電型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層側から第２中間層側にむかって組成Ｘを０〜０．３５でグレーデッドに変化させた第２導電型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層であり、前記第２導電型第２中間層は、前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層近傍に前記第２導電型ＧａＡｓキャップ層側から前記第２導電型第１中間層に向かって第２導電型ＧａＡｓ層が薄く、第２導電型ＧａＩｎＰ層が厚いＧａＡｓとＧａＩｎＰをペアとする超格子構造であるので、発熱を抑え信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子の実施の形態について、図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子の実施の形態を示す断面図である。図２は、ｐ型障壁緩和層近傍の拡大図である。図３は、ｐ型障壁緩和層をｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層とｐ型ＧａＡｓキャップ層との間に形成したときのエネルギーバンド構造を示す図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明のＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子１は、ｎ型ＧａＡｓ基板２上にｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と、ノンドープＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層５と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層６と、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７とが順次積層されている。ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上には、台形状のリッジ部８が形成されている。リッジ部８は、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９と、ｐ型障壁緩和層１０と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１とが順次積層された構造を有している。
【００１１】
図２に示すように、ｐ型障壁緩和層１０は、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９側からｐ型第１中間層１０１、ｐ型第２中間層１０２が順次積層されたものである。
（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐとするとき、ｐ型第１中間層１０１は、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９近傍にｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９側からｐ型第２中間層１０２側に向かってｘを０〜０．３５のグレーデッドに変化させたｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層から構成されている。
ｐ型第２中間層１０２は、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１近傍にｐ型ＧａＡｓキャップ層１１側からｐ型第１中間層１０１側に向かって、ｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａが薄く、かつｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂが厚いｐ型ＧａＡｓ／ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐをペアとする超格子構造を有している。
【００１２】
この結果、図３に示すように、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９とｐ型ＧａＡｓキャップ層１１との間にｐ型障壁緩和層１０を形成することにより、価電子帯の障壁を低くすることができる。
また、ｐ型第１中間層１０１がＩｎ組成が一定の０．５であるｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層からなり、かつｐ型第２中間層１０２がｐ型ＧａＡｓ／ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ超格子構造であるので、Ｉｎの組成が０．５である場合には、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂは、ＧａＡｓと格子整合するため、結晶中に結晶欠陥や転位の発生を防止できる。
【００１３】
更に、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上には、リッジ部８を挟持した一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１２が形成されている。リッジ部８及び一対のｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１２上にはｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３が形成されている。
ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にはｐ型オーミック電極１４が形成され、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にはｎ型オーミック電極１５が形成されている。
【００１４】
本発明の実施の形態によれば、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９とｐ型ＧａＡｓキャップ層１１との間にｐ型障壁緩和層１０が形成されて、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９とｐ型障壁緩和層１０との界面、ｐ型障壁緩和層１０とｐ型ＧａＡｓキャップ層１１との界面に価電子帯の障壁を低くすることができるので、動作時の発熱を低減することができ、信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子１を得ることができる。
【００１５】
次に、その製法について説明する。
ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相法）により、ｎ型ＧａＡｓ基板２上にｎ型ＧａＡｓバッファ層３と、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層４と、ノンドープＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ活性層５と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層６と、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９と、ｐ型障壁緩和層１０と、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１とを順次積層する。
【００１６】
この際、ｐ型障壁緩和層１０の形成は以下のようにする。
ＭＯＣＶＤ法に用いられるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）とＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3の流量を一定に保ち、最初はＴＭＡｌを流さずにＴＭＧａを流し、徐々にＴＭＡｌの流量を増加させると共にＴＭＧａの流量を減らしていき、ｘが０〜０．３５でグレーデッドに変化させた厚さ０．２ｎｍのｐ型（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を１５０層成長してｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層９側からｐ型ＧａＡｓキャップ層１１側に向かって、グレーデッドな厚さ３０ｎｍのｐ型第１中間層１０１を形成する。この際、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ及びＴＭＩｎの流量は３秒間に０．２ｃｃの割合で行う。
【００１７】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＰＨ3を２分４０秒間流して、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層を成長した後、５秒間停止する。次に、５秒間ＡｓＨ3を流した後、５．５秒間ＴＭＧａを流してｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａを成長する。この後、ＴＭＧａとＡｓＨ3を流すことを停止して５秒間そのままにする。
【００１８】
次に、５秒間後、ＰＨ3を流し、更に５秒後にＴＭＩｎ、ＴＭＧａを２分４０秒間流して、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂを成長する。上記のようにｐ型第２中間層１０２は、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂとｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａの成長する間に１０秒間の停止期間を入れ、かつｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａの成長時間を５．５秒ずつ増やし、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂの成長時間を３秒ずつ減らして行うことによって得られる。
【００１９】
このようにして得られたｐ型第２中間層１０２は、ｐ型第１中間層１０１側からｐ型ＧａＡｓキャップ層１１に向かって、ｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａが厚く、かつｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂが薄いｐ型ＧａＡｓとｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐとをペアとする超格子構造を有することになる。このｐ型ＧａＡｓ層１０２Ａとｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層１０２Ｂをペアにした厚さは、１０ｎｍである。
【００２０】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＧａとＰＨ3を用いて、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１を成長する。この後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１上にフォトレジストパターンを形成した後、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７に達するまでエッチングを行って、リッジ部８を形成する。
【００２１】
更に、ＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＡｌとＴＭＩｎ、ＰＨ3を用いて、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層７上にリッジ部８を挟持する
一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１２を形成する。
引き続いて、ＭＯＣＶＤ法により、リッジ部８及び一対のｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１２上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３を形成する。
【００２２】
この後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３上にｐ型オーミック電極１４を形成し、積層方向と反対側のｎ型ＧａＡｓ基板２にｎ型オーミック電極１５を形成する。
こうして、ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子１を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子の実施の形態を示す断面図である。
【図２】ｐ型障壁緩和層近傍の拡大図である。
【図３】ｐ型障壁緩和層をｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層とｐ型ＧａＡｓキャップ層との間に形成したときのエネルギーバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子、２…ｎ型ＧａＡｓ基板、３…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、４…ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層、５…ノンドープＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ活性層、６…ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層、７…ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層、８…リッジ部、９…ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層、１０…ｐ型障壁緩和層１０、１０１…ｐ型第１中間層、１０２…ｐ型第２中間層、１０２Ａ…ｐ型ＧａＡｓ層、１０２Ｂ…ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ層、１１…ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１２…ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層、１３…ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、１４…ｐ型オーミック電極、１５…ｎ型オーミック電極
【図１】
2006179577.tif 000003
【図２】
2006179577.tif 000004
【図３】
2006179577.tif 000005