(57)【要約】【課題】  ｎ型ドーパントとしてＳｉを用い、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層もしくはｎ−ＡｌＧａＡｓを含む半導体層を有する半導体レーザ装置の高効率化・高信頼性化を図る。【解決手段】  ｎ−ＧａＡｓ基板１２の上に配設されるとともにｎ型不純物としてドープされたＳｉの濃度が０．２×１０１８ｃｍ−３〜１．４×１０１８ｃｍ−３の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むｎ−バンド不連続緩和層１５と、このｎ−バンド不連続緩和層１５の上に配設されるとともにＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層１６と、このｎ型クラッド層１６の上に配設され、量子井戸を含む活性層１８２と、この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えたものである。【選択図】        図１
2006128405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板と、
このＧａＡｓ基板の上に配設されるとともにｎ型不純物としてドープされたＳｉの濃度が０．２×１０１８ｃｍ−３以上で１．４×１０１８ｃｍ−３以下の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むｎ型半導体層と、
このｎ型半導体層の上に配設されるとともにＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、
この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項２】
ＧａＡｓ基板と、
このＧａＡｓ基板の上に配設されるとともにｎ型不純物としてＳｉがドープされｎ型キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以上で９×１０１７ｃｍ−３以下の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むｎ型半導体層と、
このｎ型半導体層の上に配設されるとともにＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、
この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項３】
ＧａＡｓ基板と、
このＧａＡｓ基板の上に配設されたｎ型半導体層と、
このｎ型半導体層の上に配設されるとともにｎ型不純物がＳｉであって、Ｓｉ濃度が０．６×１０１７ｃｍ−３以上で３．３×１０１７ｃｍ−３未満の範囲であるＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、
この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項４】
ＧａＡｓ基板と、
このＧａＡｓ基板の上に配設されたｎ型半導体層と、
このｎ型半導体層の上に配設されるとともにｎ型不純物がＳｉであって、ｎ型キャリア濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上で且つ３×１０１７ｃｍ−３未満の範囲であるＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、
このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、
この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザ装置。
【請求項５】
活性層を含む光導波路の両端面近傍に配設され、活性層がｐ型不純物により無秩序化された窓層をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ装置に係り、特に情報通信機器用の半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信のブロードバンド化が進展し、光ファイバを用いた公衆通信網の普及に伴って、安価に大量の情報量を伝送することが益々求められている。このために情報通信機器が取り扱う情報量も膨大なものとなり、高速で大容量の情報を扱うことが可能であるとともに信頼性が高く安価な情報通信機器が求められている。
情報通信機器の主要部品である半導体レーザ装置も、高い出力で、効率の高いレーザ発振が可能で、安価な半導体レーザ装置が求められている。
高速で大容量の記憶装置の一つとしてＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置の需要が最近高くなっている。ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置には高出力の半導体レーザ（発光波長が６５０ｎｍ近辺の赤色レーザ）が使用され、情報の高速処理には出力が高く、効率の高いＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザの開発が進められている。
【０００３】
従来の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板（以下“ｎ型”を“ｎ−”にて、またｐ型”を“ｐ−”にて、また不純物添加のないものを“ｉ−”にて表記する。）上にＭＯＣＶＤ法などにより順次形成された、ｎ−ＧａＡｓ第１バッファ層、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２バッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層とＧａＩｎＰのウエル層とからなる多重量子井戸（Multiple  Quantum  Wells、以下“ＭＱＷ”と表記する。）構造の活性層、ｉ−ＡｌＧａＩｎＰの光ガイド層、第１ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパ層（以下、ＥＳＬ層という）、第２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰバンド不連続緩和層（以下、ＢＤＲ（Band Discontinuity Reduction）層という）、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層が配設された積層構造を有し、活性層を含む光導波路の前端面と後端面近傍に、Ｚｎの拡散により活性層のウエル層を無秩序化した窓層を有している。
第２ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＢＤＲ層、およびｐ−ＧａＡｓキャップ層はストライプ状のリッジを形成する。またｎ−ＧａＡｓ基板の裏面上にｎ電極が、ｐ−ＧａＡｓキャップ層の上にｐ電極が、それぞれ配設されている。
【０００４】
この半導体レーザにおいて、ｎ−ＡｌＧａＡｓ第２バッファ層が設けられているのは、窓層を形成するときＺｎは活性層のウエル層を無秩序化するだけでなく、さらにｎ型ＧａＡｓ基板側に拡散し、もしｎ−ＡｌＧａＡｓ第２バッファ層がなければ、ｎ−ＧａＡｓバッファ層まで拡散し、ｎ−ＧａＡｓバッファ層内においてｐ−ｎ接合が形成され、これに起因して電流の漏れが発生するので、これを防止するためにＺｎの拡散しにくいｎ−ＡｌＧａＡｓ第２バッファ層が配設されている（例えば、特許文献１  ［００３１］参照）。
また、別の構成として、窓層を有する構成に限らず、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｎ−ＧａＡｓ基板との間のバンドギャップエネルギーの差に起因する非オーミック性の抵抗成分の抵抗値を下げるために、ｐ側だけでなくｎ側にもバンド不連続緩和層を配設することがある。このときＡｌＧａＩｎＰ（あるいはＧａＩｎＰ）材料だけを用いるのに比べてＡｌＧａＡｓ材料を使用するとＧａＡｓとの間の大きなバンドギャップエネルギーの差をより効果的に低減することができる。
【０００５】
また公知の文献として、半導体レーザにおいてＡｌＧａＩｎＰ系のｎ型およびｐ型のクラッド層を最適なキャリア濃度によって構成し、ＰＬ発光強度の向上と低しきい値化および長寿命化を図るために、ｎ型不純物としてＳｅを用い、ｎ型クラッド層のｎ型キャリア濃度を２〜３×１０１７ｃｍ−３とした構成が開示されている（例えば、特許文献２  ５２６頁（第５〜６頁）  参照）。
さらにまた、公知文献の半導体レーザ装置の構成として、ｎ−ＧａＡｓ基板の上にｎ−ＧａＡｓバッファ層、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐクラッド層（Ｓｉドープ：３〜５×１０１７ｃｍ−３）を有する構成が開示されている（例えば、特許文献３  ５０６頁  右上欄  参照）。
さらにまた、公知文献の半導体レーザ装置の構成として、ｎ−ＧａＡｓ基板の上にｎ−ＧａＡｓバッファ層、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ−３のｎ型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層を備えた構成が開示されている（例えば、特許文献４  ［００１１］  参照）。
さらにまた、公知文献において、ｐ型ドーパントの活性層への拡散を抑制できるとともに再現性よく所望の半導体装置を得ることができる半導体装置の製造方法として、ｐ型ドーピング原料としてビスエチルシクロペンタジエニエルマグネシウムからなる層を結晶成長させる工程を含む半導体レーザの製造方法が開示されている。この半導体レーザの製造方法において、ｎ−ＧａＡｓ基板の上にｎ−ＧａＡｓバッファ層、ｎ型不純物濃度が４×１０１７ｃｍ−３のｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層を形成することが開示されている。ただこのｎ−クラッド層の不純物濃度を選定した理由についての開示は特にない（例えば、特許文献５［００１１］  参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１９０１号公報
【特許文献２】特開平３−２７６７８６号公報
【特許文献３】特開平４−１４２７７号公報
【特許文献４】特開平１０−２９００４９号公報
【特許文献５】特開平１０−１９０１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、通常半導体レーザの順方向立ち上がり電圧Ｖfの低下を防止するためにｎ−ＡｌＧａＡｓ層を配設する場合は、このｎ−ＡｌＧａＡｓ層を構成するＡｌｘＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比ｘが０．５程度のものが使用される。
また、バンド不連続緩和層としてＡｌＧａＡｓ層を配設する場合でもＡｌＧａＡｓ層のＡｌｘＧａ1-xＡｓのＡｌ組成比ｘを高くして使用する。
このようにＡｌ組成比が高いＡｌＧａＡｓにＳｉをドーピングする場合には、Ｓｉドーパントのキャリア活性化率は４０〜５０％程度であり、従来の半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ第２バッファ層のキャリア濃度は通常ｎ−ＧａＡｓ基板やｎ−ＧａＡｓ第１バッファ層と同じ程度に、たとえば１．０×１０１８ｃｍ−３〜１．５×１０１８ｃｍ−３程度に、設定される。これはＳｉ濃度では１．５Ｅ１８ｃｍ−３〜２．３Ｅ１８ｃｍ−３程度に対応する。
【０００８】
さらにまた、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層も活性層とのバンドギャップ差を十分確保するためには、Ａｌ組成比が比較的高く設定される。たとえば（ＡｌｘＧａ1-x）Ｉｎ1-yＰyという表記においてＡｌ組成比ｘは０．７前後のものが使用される。ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度は素子抵抗への影響が出ないように、通常ある程度高めに設定し、たとえば０．５Ｅ１８ｃｍ−３〜１．５Ｅ１８ｃｍ−３程度である。これに対応するｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のＳｉ濃度は０．６Ｅ１８ｃｍ−３〜１．７Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
このようにＳｉがドーピングされキャリア濃度あるいはＳｉ濃度が高いｎ−ＡｌＧａＡｓ層やｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層を有する構成の半導体レーザにおいては、場合によっては動作電流が増大することがあった。
半導体レーザにおける動作電流の増大は、室温での特性悪化により効率が低下するに止まらず、高温・高出力動作の低下、延いては信頼性の低下をもたらした。
【０００９】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的はＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ−クラッド層もしくはｎ−クラッド層とＧａＡｓ基板との間に配設されたｎ−ＡｌＧａＡｓ層を含むｎ型半導体層を有する半導体レーザ装置において、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いた場合に、動作電流が小さく高効率で、信頼性の高い半導体レーザ装置を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る半導体レーザ装置は、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板の上に配設されるとともにｎ型不純物としてドープされたＳｉの濃度が０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むｎ型半導体層と、このｎ型半導体層の上に配設されるとともにＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る半導体レーザ装置においては、ｎ型半導体層が、ｎ型不純物としてドープされたＳｉの濃度が０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むので、ＡｌＧａＡｓ層には格子位置に入りきらない不活性なＳｉ不純物が少なくなり、このためにＡｌＧａＡｓ層に起因する不活性なＳｉによってＡｌＧａＡｓ層中のＩＩＩ族原子が叩き出される機会が少なくなり、この叩き出されたＩＩＩ族原子がｐ型層のｐ型不純物を格子位置から叩き出す機会も少なくなるので、ｐ型層の不活性化が抑制され、動作電流の上昇が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。以下の図において図１および図２と同じ符号は、同じものか相当のものであることを示す。
図１において、６５０ｎｍ帯のリッジ導波路型の赤色レーザダイオード（以下、レーザダイオードをＬＤという）１０は、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置に用いられるものである。
赤色ＬＤ１０は、このｎ−ＧａＡｓ基板１２上に順次配設された、ｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４、ｎ型半導体層としてのｎ−ＢＤＲ層１５、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層１６、活性領域層１８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第１ｐ型クラッド層２０、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＥＳＬ層２２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第２ｐ型クラッド層２４、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＢＤＲ層２６、およびｐ−ＧａＡｓのキャップ層２８により構成される。
第２ｐクラッド層２４、ｐ−ＢＤＲ層２６、およびキャップ層２８は、ＭＱＷ活性層１４４（図２において説明する）の中央部上に所定の幅で光の導波方向に延在するストライプ状のリッジ２５を形成する。このリッジ２５の両側はｐ−ＥＳＬ層２２が延在しており、第１ｐ型クラッド層２０をｐ−ＥＳＬ層２２が覆っている。
【００１３】
図２に活性領域層１８およびｎ−ＢＤＲ層１５を含む断面構造が示されている。図２の活性領域層１８およびｎ−ＢＤＲ層１５を含む断面構造は図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
図２において、活性領域層１８は、ＭＱＷ構造の活性層１８２と、この活性層１８２とｎ−クラッド層１６との間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第１光ガイド層１８０と、活性層１８２と第１ｐ型クラッド層２０との間に配設されたｉ−ＡｌＧａＩｎＰの第２光ガイド層１８４とから構成されている。
すなわちｎ型クラッド層１６に接して第１光ガイド層１８０が配設され、この上にｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａが配設され、さらにウエル層１８２ａの上にｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂが配設される。
ウエル層１８２ａとバリア層１８２ｂとは交互に配設され、最上層のウエル層１８２ａの上に第２光ガイド層１８４が配設され、この第２光ガイド層１８４に接して第１ｐ型クラッド層２０が配設される。
ＭＱＷ活性層１８２は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２と格子整合しｉ−ＧａＩｎＰにより形成されるウエル層１８２を有し、ＭＱＷ活性層１８２のフォトルミネッセンスの波長が、室温における測定にて６３０〜６６０ｎｍとなるように形成される。
ｎ−ＢＤＲ層１５はｎ−ＧａＡｓ基板１２側から順次積層されたｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０とｎ−ＧａＩｎＰ層１５２とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層１５４により構成され、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０はＡｌxＧａ1-xＡｓの一般式においてＡｌ組成比ｘはｘ＝０．３〜０．４のものが使用される。
なおこの実施の形態では活性層１８２はＭＱＷ構造になっているが単層の量子井戸構造でもよい。
【００１４】
赤色ＬＤ１０においては、ｎ型不純物としてはシリコン（Ｓｉ）が添加され、ｐ型不純物としては亜鉛（Ｚｎ）が使用されている。ｐ型不純物としてはＺｎの他にＭｇ，Ｂｅでもかまわない。ｎ型不純物およびｐ型不純物は以下の実施の形態においても同様である。
さらに赤色ＬＤ１０の各層の不純物濃度と層の厚みは概ね次のとおりである。
バッファ層１４は、Ｓｉの不純物濃度が、たとえば５×１０１７〜２×１０１８ｃｍ−３程度に設定され（以下、ｍ×１０ｎを、ｍＥｎで表記する。たとえば“５×１０１７”は５Ｅ１７と表記する。）、層の厚みが０．５〜１．５μｍ程度である。
ｎ−ＢＤＲ層１５の厚みは、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０とｎ−ＧａＩｎＰ層１５２とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層１５４とを含めた厚さが０．０５〜０．２μｍ程度である。
ｎ−ＢＤＲ層１５のうちｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のＳｉ濃度は０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下程度の範囲に、望ましくは０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で０．８Ｅ１８ｃｍ−３以下の範囲に設定する。またｎ型キャリア濃度で記載すれば１Ｅ１７ｃｍ−３以上で９Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３以上で５Ｅ１７ｃｍ−３以下の範囲に設定する。
【００１５】
ｎクラッド層１６のＳｉの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜１Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚み１μｍ〜３μｍ程度である。
活性領域層１８の第１光ガイド層１８０および第２光ガイド層１８４は層の厚みが１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、バリア層１８２ｂは層の厚みが３ｎｍ〜１０ｎｍ程度、ウエル層１８２ａは層の厚みが５ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。活性領域層１８は基本的には不純物添加を行わない。
第１ｐ型クラッド層２０のＺｎの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度で、層の厚みは通常０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。この実施の形態では、第１ｐ型クラッド層２０の層の厚みは約０．４μｍ程度である。
【００１６】
ｐ−ＥＳＬ層２２は、Ｚｎの不純物濃度は１Ｅ１８ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度で層の厚みは０．００３μｍ〜０．０５μｍ程度である。
第２ｐ型クラッド層２４の層の厚みは１μｍ〜３μｍ程度で、Ｚｎの不純物濃度は５Ｅ１７ｃｍ−３〜２Ｅ１８ｃｍ−３程度である。
ｐ−ＢＤＲ層２６のＺｎの不純物濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３〜３Ｅ１８ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ程度である。
キャップ層２８はコンタクト層としての機能をも果たすので、Ｚｎの不純物濃度は１Ｅ１９ｃｍ−３〜３Ｅ１９ｃｍ−３程度であり、層の厚みは０．１μｍ〜０．５μｍ程度である。
ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面側には金属製のｎ電極３０が配設され、キャップ層２８の上には金属製のｐ電極３２が配設されている。
【００１７】
次に赤色ＬＤ１０の製造方法の概略を説明する。
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、バッファ層１４としてのｎ−ＧａＡｓ層、ｎ−ＢＤＲ層１５としてｎ−ＧａＡｓ基板１２側から順次ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０とｎ−ＧａＩｎＰ層１５２とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層１５４とが形成され、この上にｎ型クラッド層１６としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１光ガイド層１８０としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａとｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂとを含むＭＱＷ活性層１８２、第２光ガイド層１８４としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＥＳＬ層２２としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＢＤＲ層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層が、たとえばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により順次積層される。
【００１８】
このときのＭＯＣＶＤ成長の成長温度は例えば７００℃、成長圧力は例えば１００ｍｂａｒ等の条件で処理を行い、各層を形成するための原料ガスとして、例えば、トリメチルインジウム（Trimethyl indium : TMI）、トリメチルガリウム（Trimethyl gallium : TMG）、トリメチルアルミニウム（Trimethyl aluminum : TMA ）、フォスフィン（Phosphine : PH3）、アルシン（Arsine : AsH3）、シラン（Silane : SiH4）、ジエチル亜鉛（Direthyl Zinc：DEZ）、等を用いる。これらの原料ガスをマスフローコントローラー（Mass Flow Controller : MFC）用いて流量を制御し所望の各層の組成を得る。
この後、エッチングにより、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＢＤＲ層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層からなるストライプ状のリッジ２５を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の裏面上にｎ電極３０を、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層の上にｐ電極３２を、それぞれ形成する。
【００１９】
特に、ｎ−ＢＤＲ層１５のｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０の形成の際には、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のｎ型キャリア濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３と９Ｅ１７ｃｍ−３との間の値、さらに望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３と５Ｅ１７ｃｍ−３との間の値に設定される。これらのキャリア濃度の値はＣ−Ｖキャリアプロファイラを用い測定周波数が２００ｋＨｚの場合の値である。  またＳｉ濃度で表せば、Ｓｉ濃度は０．２Ｅ１８ｃｍ−３と１．４Ｅ１８ｃｍ−３との間の値、さらに望ましくは２Ｅ１７ｃｍ−３と８Ｅ１７ｃｍ−３との間の値に設定される。
図３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層のｎ型キャリア濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
図４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層を形成する際のＳｉＨ4の流量とｎ−ＡｌＧａＡｓ層のｎ型キャリア濃度との関係を示すグラフである。
【００２０】
なお、図３においてキャリア濃度が０の点、またはＳｉ濃度が０の点（次に示す図５において）は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０を含むｎ−ＢＤＲ層１５がない状態で、バッファ層１４としてのｎ−ＧａＡｓ層のみの構造における特性で、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＳｉ濃度を低くすることで、この層が全くない構造と同じ特性が得られることを示している。
また図５はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＳｉ濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
図３の場合のｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０はＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓで形成されていて、ｎ型キャリア濃度の測定は電解液によるエッチングを行わない方式であって、水銀電極を用いた表面接触型のＣ−Ｖキャリアプロファイラを用いて行った。
測定条件は、測定周波数が２００ｋＨｚ、誘電率が１１．０５、電極面積が０．４６７ｍｍ２、印加電圧が０Ｖ〜−３Ｖである。
【００２１】
図３のグラフにおいて、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度が９Ｅ１７ｃｍ−３近傍を越えると動作電流の増加が認められる。
この図３と図４とを対照すると、ｎ型キャリア濃度が９Ｅ１７ｃｍ−３近傍の領域は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＳｉＨ4ドーピング特性が直線性を失い始める領域、つまり図４におけるｎ型キャリア濃度の測定値を示す曲線ａが直線ｂから離れ始める領域と一致している。これはＡｌＧａＡｓの結晶中のＩＩＩ族原子の格子位置にＳｉ原子が入らずキャリアとして寄与しない不活性なＳｉが発生し始めていることを意味している。そしてＳｉＨ4の流量がさらに増加すると不活性なＳｉがさらに増加する様子を示している。
従って、図３および図４から、ｎ型キャリア濃度が９Ｅ１７ｃｍ−３近傍以上になると、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉが増加し、これに伴って半導体レーザの動作電流が増加している。これの理由は次のように考えられる。
たとえば特開２００１−２３７４９６（［００４１］〜［００５０］）の引用文献、Journal of Crystal growth  vol.145 (1994) p808-812、の記載として、ＳｉドープＧａＡｓ中の格子間ＧａがＳｉのキャリア濃度の増加に伴って増加し、Ｇａがこの系の母体元素であるために、格子間Ｇａは大きな拡散速度を持ち、ＺｎドープＡｌＧａＡｓ中に容易に拡散し、拡散してきた格子間ＧａによりＺｎドープＡｌＧａＡｓ中のＧａサイトのＺｎが叩き出されて格子間Ｚｎとなり、格子間Ｚｎが近接する層に拡散する、と説明されている。
【００２２】
特開２００１−２３７４９６においては、ｎ型ドーパントをＳｉとし、Ｓｉの不純物濃度を０．１Ｅ１７以上１．５Ｅ１８以下であるｎ−ＧａＡｓ基板を使用し、この実施の形態１に係る半導体レーザ１０はＡｌＧａＡｓのエピタキシャル結晶のＳｉのキャリア濃度を特定するという構成であり、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のｎ型キャリア濃度を特定する実施の形態１は特開２００１−２３７４９６の半導体レーザと構成を異にするが、同様の拡散モデルで説明できるメカニズムにより、ｐ型層におけるｐ型不純物の不活性化が生じているのではないかと考えられる。
すなわち、キャリア活性化率が低い状況でｎ−ＡｌＧａＡｓ層に多大にＳｉドーピングを行うと、ＩＩＩ族原子の格子位置にＳｉ原子が入らずキャリアとして寄与しない不活性なＳｉ不純物を多数作る原因になる。こうした不活性なＳｉ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＩＩＩ族原子、たとえばここではＧａ原子を格子位置から叩き出し（kick-out）、この叩き出されたＩＩＩ族原子がｐ型層に拡散して、ｐ型不純物を格子位置から叩き出して、ｐ型不純物を不活性化させる。そして、ｐ型不純物の不活性化により、動作電流の上昇が起きているのではないかと考えられる。
【００２３】
従って、動作電流の上昇を起こさないようにするためには、ｐ型不純物の不活性化の起因となる不活性なＳｉの形成を抑制することが重要となる。これには活性化率が低いｎ−ＡｌＧａＡｓにおいて、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子を形成しないことであり、ｎ型キャリア濃度が７Ｅ１７ｃｍ−３近傍以下にすることである。
この考えに基づき、この実施の形態１においてはｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のｎ型キャリア濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３以上で７Ｅ１７ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３以上で４Ｅ１７ｃｍ−３以下の値に設定されている。
なおｎ型キャリア濃度を１Ｅ１７ｃｍ−３以上とするのは素子抵抗が大きくならない程度の下限値である。
また図５のＳｉ濃度に対する動作電流の値は、図３から換算されたものである。
換算方法は以下のとおりである。図３においてＳｉＨ4ドーピング特性が直線性を失わないｎ型キャリア濃度範囲のｎ−ＡｌＧａＡｓの試料をＳＩＭＳ測定し、標準サンプルにより校正し、ｎ型キャリア濃度とＳｉ濃度との対応を確認し、ｎ型キャリア濃度に対するＳｉ濃度で規定されるＳｉ活性化率、すなわちＳｉ活性化率＝ｎ型キャリア濃度／Ｓｉ濃度、の値を計算し、シリコン活性化率を用いてｎ型キャリア濃度からＳｉ濃度に換算した。ちなみに、この場合のｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＳｉ活性化率は６５％であった。
【００２４】
このＳｉ活性化率が６５％であるとの値を使用して、図３のｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のｎ型キャリア濃度の上記値が図５のＳｉ濃度の上記値に換算されている。
なお、図５においてはシリコン活性化率が６５％で一定であるとして換算されている。この換算はＳｉＨ4ドーピング特性が直線性を失わない領域である、キャリア濃度が１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下の領域においては、相応のＳｉ濃度を示していると考えられるが、Ｓｉ濃度が１．４Ｅ１８ｃｍ−３を越える領域ではＳｉ活性化率が低下するために、Ｓｉ濃度は図５のグラフからずれてくるものと考えられる。
この実施の形態１の赤色ＬＤ１０においては、ｎ−ＢＤＲ層１５に含まれるｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０のｎ型キャリア濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３以上で９Ｅ１７ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３以上で５Ｅ１７ｃｍ−３以下の値に設定され、あるいはＳｉ濃度は０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは２Ｅ１７ｃｍ−３以上で８Ｅ１７ｃｍ−３以下の値に設定されるので、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子が形成されず、従ってｎ−ＡｌＧａＡｓ結晶中のＩＩＩ族原子を格子位置から叩き出す機会が少なくなり、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層から叩き出されたＩＩＩ族原子が、ｐ型層まで拡散しｐ型層のｐ型不純物を叩き出しｐ型不純物を不活性化する機会も少なくなる。このため動作電流が低い値に保持され、室温での特性が良好となり高効率動作が可能となるので、良好な高温・高出力動作が可能となり、延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２５】
変形例１
図６はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザの変形例の斜視図である。
図６において赤色レーザ４０が赤色レーザ１０と相違するところは、活性層１８２を含む光導波路の前端面と後端面として形成される劈開面近傍に活性層１８２のウエル層１８２ａを無秩序化した窓層４２を有するとともに赤色レーザ１０のｎ−ＢＤＲ層１５に変えてｎ型半導体層としてのＳｉドープのｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層４４を有することである。ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層４４はｎ−クラッド層１６とｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４との間に配設される。
ｎ−ＡｌＧａＡｓのバッファ層４４は層厚が０．２〜１μｍ程度で、キャリア濃度あるいはＳｉ濃度は実施の形態１のｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５０と同様に、ｎ型キャリア濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３以上で９Ｅ１７ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３以上で５Ｅ１７ｃｍ−３以下の値に設定され、あるいはＳｉ濃度は０．２Ｅ１８ｃｍ−３以上で１．４Ｅ１８ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは２Ｅ１７ｃｍ−３以上で８Ｅ１７ｃｍ−３以下の間の値に設定される。
【００２６】
ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層４４は、窓層を形成するときＺｎが活性層のウエル層を無秩序化するだけでなくさらにｎ型ＧａＡｓ基板側のｎ型層に拡散するが、このＺｎの拡散をｎ−ＧａＡｓバッファ層まで拡散しないようにすることを目的としている。
もしｎ−ＧａＡｓバッファ層までＺｎが拡散すると、ｎ−ＧａＡｓバッファ層内にｐ−ｎ接合が形成される。
通常半導体レーザの順方向立ち上がり電圧ＶfはＭＱＷ活性層のバンドギャップエネルギーで決まるが、ｎ−ＧａＡｓバッファ層のバンドギャップエネルギーがＭＱＷ活性層のバンドギャップエネルギーよりも小さいために、最初に窓領域のｐ−ｎ接合でターンオンし、順方向立ち上がり電圧Ｖfが小さくなり、リーク電流の原因となり、場合によっては、このリーク電流が半導体レーザの特性に悪影響を及ぼすことにもなりかねない。このためにｎ−クラッド層のＡｌＧａＩｎＰに比較してＺｎの拡散速度の低いこのｎ−ＡｌＧａＡｓの第２バッファ層を配設し、Ｚｎの拡散を停止させると共に、電流の漏洩を防止している。
【００２７】
次に赤色レーザ４０の製造方法について説明する。
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に、バッファ層１４としてのｎ−ＧａＡｓ層、バッファ層４４としてｎ−ＡｌＧａＡｓ層、ｎ型クラッド層１６としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１光ガイド層１８０としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｉ−ＧａＩｎＰのウエル層１８２ａとｉ−ＡｌＧａＩｎＰのバリア層１８２ｂとを含むＭＱＷ活性層１８２、第２光ガイド層１８４としてのｉ−ＡｌＧａＩｎＰ層、第１ｐ型クラッド層２０としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＥＳＬ層２２としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＢＤＲ層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層が、実施の形態１で説明したのと同様に、たとえばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法により順次積層される。
次に、ＭＱＷ活性層１８２を含む光導波路の前端面と後端面として形成される劈開面近傍にＺｎＯを蒸着しアニーリングによりキャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層の表面からＺｎを拡散させ、前端面と後端面との近傍におけるＭＱＷ活性層１８２のウエル層１８２ａを無秩序化し、窓層４２を形成する。
【００２８】
この後さらに、エッチングにより、第２ｐ型クラッド層２４としてのｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層、ｐ−ＢＤＲ層２６としてのｐ−ＧａＩｎＰ層、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層からなるストライプ状のリッジ２５を形成し、ｎ−ＧａＡｓ基板の裏面上にｎ電極３０を、キャップ層２８としてのｐ−ＧａＡｓ層の上にｐ電極３２を、それぞれ形成する。
この変形例の窓層４２を有する赤色レーザ４０においても、ｎ−ＡｌＧａＡｓのバッファ層４４のｎ型キャリア濃度は１Ｅ１７ｃｍ−３以上で９Ｅ１７ｃｍ−３以下の値、さらに望ましくは１Ｅ１７ｃｍ−３以上で５Ｅ１７ｃｍ−３以下の値に設定され、あるいはＳｉ濃度は０．２Ｅ１８ｃｍ−３と１．４Ｅ１８ｃｍ−３との間の値、さらに望ましくは２Ｅ１７ｃｍ−３と８Ｅ１７ｃｍ−３との間の値に設定されるので、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子が形成されず、従ってｎ−ＡｌＧａＡｓ結晶中のＩＩＩ族原子を格子位置から叩き出す機会が少なくなり、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層から叩き出されたＩＩＩ族原子が、ｐ型層まで拡散しｐ型層のｐ型不純物を叩き出しｐ型不純物を不活性化する機会が少なくなる。このため動作電流が低い値に保持され、室温での特性が良好となり高効率動作が可能となる。このため良好な高温・高出力動作が可能となり、延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１に係る半導体レーザ装置においては、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板の上に配設されるとともにｎ型不純物としてドープされたＳｉの濃度が０．２Ｅ１８ｃｍ−３〜１．４Ｅ１８ｃｍ−３の範囲であるＡｌＧａＡｓ層あるいはｎ型キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ−３〜９Ｅ１７ｃｍ−３の範囲であるＡｌＧａＡｓ層を含むｎ型半導体層と、このｎ型半導体層の上に配設されるとともにＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えたもので、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓ層に形成されず、不活性なＳｉ原子によりｎ−ＡｌＧａＡｓ層から叩き出されたＩＩＩ族原子が少なく、この格子間ＩＩＩ族原子によるｐ型層のｐ型不純物の不活性化が抑制される。
従って動作電流が低い値に保持され、室温での特性が良好となり高効率動作が可能となる。このため良好な高温・高出力動作が可能となり、延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
またさらにこの実施の形態１に係る半導体レーザ装置においては、活性層を含む光導波路の両端面近傍に配設され、活性層がｐ型不純物により無秩序化された窓層をさらに備えたもので、動作電流が低く、高効率動作が可能で、良好な高温・高出力動作が可能な窓層を有する半導体レーザ装置を構成することができる。延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３０】
実施の形態２．
図７はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図８はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図８は図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における断面図である。
実施の形態１においては、ｎクラッド層とｎ−ＧａＡｓバッファ層との間に、不活性Ｓｉの発生しにくいキャリア濃度を有するＡｌＧａＡｓ層を配設することにより、ｐ型層のｐ型不純物の不活性化を抑制し、動作電流の上昇を抑制したが、この実施の形態においてはＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層を不活性Ｓｉの発生しにくいキャリア濃度に設定することにより、ｐ型層のｐ型不純物の不活性化を抑制し、動作電流の上昇を抑制するものである。
図７において、赤色ＬＤ５０は、ｎ−ＧａＡｓ基板１２上に順次配設された、ｎ型半導体層としてのｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層５２、活性領域層１８、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第１ｐ型クラッド層２０、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＥＳＬ層２２、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰの第２ｐ型クラッド層２４、ｐ−ＧａＩｎＰのｐ−ＢＤＲ層２６、およびｐ−ＧａＡｓのキャップ層２８により構成される。
第２ｐクラッド層２４、ｐ−ＢＤＲ層２６、およびキャップ層２８は、ＭＱＷ活性層１４４の中央部上に所定の幅で光の導波方向に延在するストライプ状のリッジ２５を形成する。このリッヂ２５の両側はｐ−ＥＳＬ層２２が露呈しており、第１ｐ型クラッド層２０をｐ−ＥＳＬ層２２が覆っている。
【００３１】
図８に活性領域層１８およびｎ型クラッド層５２を含む断面構造が示されている。図２の活性領域層１８およびｎ型クラッド層５２を含む断面構造は図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面における断面図である。
図８において、バッファ層１４はＧａＡｓが使用されているが、ＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓなどで形成してもよい。
ｎ−ＡｌＧａＩｎＰにより形成されたｎ型クラッド層５２の層の厚みは１μｍ〜３μｍ程度で実施の形態１の赤色ＬＤ１０と同様であるが、ｎ型キャリア濃度もしくはＳｉ濃度が赤色ＬＤ１０と異なっている。
すなわち、ｎ型クラッド層５２においては、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度は０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で４Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、またデータのばらつきを考えて望ましくは０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に、さらに望ましくは、０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で２Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に設定される。
【００３２】
あるいはＳｉ濃度で記載すれば、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉ濃度は０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で４．４Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、またデータのばらつきを考えて望ましくは０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で３．３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に、さらに望ましくは０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で２．２Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に設定される。赤色ＬＤ５０におけるその他の層の構成は実施の形態１の赤色ＬＤ１０と同様である。
また赤色ＬＤ５０の製造方法は赤色ＬＤ１０と同様であるが、ｎ型クラッド層５２としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層の形成の際には、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度あるいはＳｉ濃度は上記の値に設定される。このキャリア濃度の値はＣ−Ｖキャリアプロファイラを用い測定周波数が１０ｋＨｚの場合の値である。
図９はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。図１０はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層を形成する際のＳｉＨ4の流量とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度との関係を示すグラフである。また図１１はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉ濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
【００３３】
図９および図１０の場合のｎ−クラッド層５２は（Ａｌ0.７Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐで形成されていて、ｎ型キャリア濃度の測定は電解液によるエッチングを行わない方式であって、水銀電極を用いた表面接触型のＣ−Ｖキャリアプロファイラを用いて行った。測定条件は、測定周波数が１０ｋＨｚ、誘電率が１１．７５、電極面積が０．４６７ｍｍ２、印加電圧が０Ｖ〜−３Ｖである。
図９のグラフにおいて、ｎ−クラッド層５２としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のキャリア濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３を越えると動作電流の増加が認められる。
この図９と図１０とを対照すると、ｎ型キャリア濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３近傍である領域は、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉＨ4ドーピング特性が直線性を失い始める領域、つまりｎ型キャリア濃度の測定値を示す曲線ａが直線ｂから離れ始める領域と一致している。これはＡｌＧａＩｎＰの結晶中のＩＩＩ族原子の格子位置にＳｉ原子が入らずキャリアとして寄与しない不活性なＳｉが発生し始めていることを意味している。そして図１０ではＳｉＨ4の領域がそれほど大きくないところまでのデータしかないが、ＳｉＨ4の流量がさらに増加すると不活性なＳｉがさらに増加すると考えられる。
従って、図９および図１０から、ｎ−クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３近傍以上となると、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉが増加し、これに伴って半導体レーザの動作電流が増加している。これの理由は実施の形態１において記載した理由と同様であると考えられる。
【００３４】
従って、動作電流の上昇を起こさないようにするためには、不活性なＳｉの形成を抑制することが重要となる。これには活性化率が低いｎ−クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層において、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子を形成しないことであり、ｎ型キャリア濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３近傍以下にすることである。
この考えに基づき、この実施の形態２においてはｎ−ＡｌＧａＩｎＰのｎ型クラッド層５２のｎ型キャリア濃度は０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で４Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、データのばらつきを考えて望ましくは０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で３Ｅ１７ｃｍ−３未満程度の範囲に、さらに望ましくは、０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で２Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に設定される。
なおｎ型キャリア濃度を０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上とするのは素子抵抗が大きくならない下限値である。
また図１１のＳｉ濃度に対する動作電流の値は、図９から換算されたものである。換算方法は実施の形態１で述べたものと同様で、この場合のｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉ活性化率は９０％であった。このＳｉ活性化率が９０％であるとの値を使用して、図９のｎ−クラッド層５２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度が図１１のＳｉ濃度の値に換算されている。
【００３５】
なお、図１１においてはシリコン活性化率が９０％で一定であるとして換算されている。この換算は、ＳｉＨ4ドーピング特性が直線性を失わない領域である、キャリア濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３以下の領域においては、相応のＳｉ濃度を示していると考えられるが、Ｓｉ濃度が４Ｅ１７ｃｍ−３を越える領域ではＳｉ活性化率が低下するために、Ｓｉ濃度は図１１のグラフからずれてくるものと考えられる。
この実施の形態２の赤色ＬＤ５０においては、ｎ−クラッド層５２のｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度は０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で４Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、またデータのばらつきを考えて望ましくは０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に、さらに望ましくは、０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で２Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に設定され、あるいはＳｉ濃度で記載すれば、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉ濃度は０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で４．４Ｅ１７ｃｍ−３以下程度の範囲に、またデータのばらつきを考えて望ましくは０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で３．３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に、さらに望ましくは０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で２．２Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲に設定されるので、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子が形成されず、従って不活性なＳｉ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓ層中のＩＩＩ族原子を格子位置から叩き出す機会が少なくなり、ＡｌＧａＡｓ層から叩き出されたＩＩＩ族原子がｐ型層まで拡散しｐ型層のｐ型不純物を叩き出しｐ型不純物を不活性化する機会も少なくなる。
【００３６】
このため動作電流が低い値に保持され、室温での特性が良好となり高効率動作が可能となるので、良好な高温・高出力動作が可能となり、延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
なおこの実施の形態２においても、実施の形態１の変形例１と同様に、ｎ−クラッド層５２とｎ−ＧａＡｓのバッファ層１４との間にｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層を配設し、活性層１８２を含む光導波路の前端面と後端面として形成される劈開面近傍に活性層１８２のウエル層１８２ａを無秩序化した窓層４２を有する赤色ＬＤを構成することにより、動作電流が低く、高効率動作が可能で、良好な高温・高出力動作が可能な窓層を有する赤色ＬＤを構成できる。
【００３７】
以上のようにこの実施の形態２に係る半導体レーザ装置においては、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板の上に配設されたｎ型半導体層と、このｎ型半導体層の上に配設されるとともにｎ型不純物がＳｉであって、Ｓｉ濃度が０．６Ｅ１７ｃｍ−３以上で３．３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲、あるいはｎ型キャリア濃度が０．５Ｅ１７ｃｍ−３以上で３Ｅ１７ｃｍ−３未満の範囲であるＡｌＧａＩｎＰで形成されたｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層の上に配設され、量子井戸を含む活性層と、この活性層の上に配設されたＡｌＧａＩｎＰのｐ型クラッド層とを備えたもので、キャリアとして寄与しない不活性なＳｉ原子がｎ型クラッド層に形成されず、不活性なＳｉ原子によりｎ−ＡｌＧａＡｓ層から叩き出されるＩＩＩ族原子が少なく、この格子間ＩＩＩ族原子によるｐ型層のｐ型不純物の不活性化が抑制される。従って動作電流が低い値に保持され、室温での特性が良好となり高効率動作が可能となる。このため良好な高温・高出力動作が可能となり、延いては信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
またさらに活性層を含む光導波路の両端面近傍に配設され、活性層がｐ型不純物により無秩序化された窓層をさらに備えたもので、動作電流が低く、高効率動作が可能で、良好な高温・高出力動作が可能な窓層を有する半導体レーザ装置を構成できる。延いては窓層を有し、信頼性の高い半導体レーザ装置を提供することができる。
【００３８】
実施の形態３．
図１２はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図、図１３はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。なお図１３は図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面における断面図である。
また図１４はこの発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の斜視図である。
図１２および図１３において示されたリッジ埋込型の赤色ＬＤ６０においてはリッジ２５がｎ型半導体層や絶縁体層などからなる電流狭窄層６２により埋め込まれた電流狭窄構造を有している。他の各層の構成は半導体ＬＤ１０と同様である。
このような、リッジ埋込型の赤色ＬＤ６０においても、リッジ導波路型の半導体ＬＤ１０と同様の効果を奏する。
また図１４に示されたリッジ埋込型の赤色ＬＤ７０においては、リッジ２５がｎ型半導体層や絶縁体層などからなる電流狭窄層６２により埋め込まれた電流狭窄構造を有している。他の各層の構成は半導体ＬＤ４０と同様である。
このような、リッジ埋込型の赤色ＬＤ６０および赤色ＬＤ７０においても、リッジ導波路型の赤色ＬＤ１０および赤色ＬＤ４０と同様の効果を奏する。
なおこの実施の形態では電流狭窄構造以外の各層の構成を実施の形態１の赤色ＬＤとした場合について説明したが、電流狭窄構造以外の各層の構成を実施の形態２で説明した構成にしてもよく、実施の形態２と同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置は、情報通信用機器に使用する半導体レーザ装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層のｎ型キャリア濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層を形成する際のＳｉＨ4の流量とｎ−ＡｌＧａＡｓ層のｎ型キャリア濃度との関係を示すグラフである。
【図５】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＡｓ層のＳｉ濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
【図６】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザの変形例の斜視図である。
【図７】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図８】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。
【図９】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
【図１０】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層を形成する際のＳｉＨ4の流量とｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のｎ型キャリア濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザにおけるｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層のＳｉ濃度に対する動作電流の値を示すグラフである。
【図１２】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の斜視図である。
【図１３】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の活性層近傍の部分断面図である。
【図１４】この発明の一実施の形態に係る半導体レーザ装置の変形例の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１２  ｎ−ＧａＡｓ基板、    １５  ｎ−ＢＤＲ層、    ４４  ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層、    １６  ｎクラッド層、    １８２  活性層、    ２０  第１ｐ型クラッド層、    １４  バッファ層、    ５２  ｎクラッド層、    ４２  窓層。
【図１】
2006128405.tif 000003
【図２】
2006128405.tif 000004
【図３】
2006128405.tif 000005
【図４】
2006128405.tif 000006
【図５】
2006128405.tif 000007
【図６】
2006128405.tif 000008
【図７】
2006128405.tif 000009
【図８】
2006128405.tif 000010
【図９】
2006128405.tif 000011
【図１０】
2006128405.tif 000012
【図１１】
2006128405.tif 000013
【図１２】
2006128405.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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