(57)【要約】【課題】歪補償量子井戸構造を構成するＶ族元素に対する組成の制御性を向上し、高利得の活性層を実現できるようにする。【解決手段】光半導体装置は、圧縮歪量子井戸層４ａと該圧縮歪量子井戸層４よりも禁制帯幅が大きい伸張歪障壁層４ｂとを交互に積層してなる量子井戸活性層４を有している。圧縮歪量子井戸層４ａ及び伸張歪障壁層４ｂの各禁制帯幅はそれぞれ一定であり、各圧縮歪量子井戸層４ａには圧縮歪が均等に印加される一方、各伸張歪障壁層４ｂには該各伸張歪障壁層４ｂにおける厚さ方向の中央部分が大きく且つ圧縮歪量子井戸層４ａとの近傍部分が小さい伸張歪が印加されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
井戸層と該井戸層よりも禁制帯幅が大きい障壁層とを交互に積層してなる量子井戸構造を有する活性層を備え、
前記井戸層及び障壁層の各禁制帯幅はそれぞれ一定であり、
前記各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、前記各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ前記井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記活性層は、III-Ｖ族化合物半導体からなり、
前記各井戸層は、III族元素及びＶ族元素の各組成が位置によらず一定であり、
前記各障壁層は、III族及びＶ族元素の組成が前記各障壁層の厚さ方向に変化していることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記各障壁層において、前記伸張歪は厚さ方向に対称に分布していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記各井戸層はＡｌＧａＩｎＡｓにより形成され、且つ、前記各障壁層はＡｌＧａＡｓＰにより形成されており、前記各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰは、それぞれが組成変調されて形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰのＰ組成は、前記各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ前記井戸層との近傍部分が低いことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰのＧａ組成は、前記各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ前記井戸層との近傍部分が低いことを特徴とする請求項４又は５に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記活性層は、ＧａＡｓからなる基板の上に形成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記基板の上に、それぞれＡｌＧａＡｓからなる積層膜により形成され、前記活性層を厚さ方向に挟む第１の反射層及び第２の反射層をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記活性層と前記第１の反射層及び第２の反射層との少なくとも一方の間に形成され、ＡｌＧａＡｓが酸化されてなる酸化層をさらに備え、
前記酸化層のＡｌ組成は、前記井戸層、障壁層、第１の反射層及び第２の反射層よりも高いことを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記活性層、第１の反射層及び第２の反射層は柱状に形成されており、
前記柱状の活性層の上方及び下方に形成された第１の電極及び第２の電極をさらに備え、
前記第１の電極又は前記第２の電極から注入された電流により生じた前記活性層からの発光光は、前記第１の反射層又は前記第２の反射層を通して外部に取り出されることを特徴とする請求項８又は９に記載の光半導体装置。
【請求項１１】
前記柱状に形成された前記活性層、第１の反射層及び第２の反射層の周囲に形成され、誘電率が４よりも小さい誘電体膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の光半導体装置。
【請求項１２】
前記誘電体膜はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）からなることを特徴とする請求項１１に記載の光半導体装置。
【請求項１３】
III-Ｖ族化合物半導体からなる光半導体装置の製造方法であって、
基板の上に井戸層を形成する工程（ａ）と、
前記井戸層の上に該井戸層よりも禁制帯幅が大きい障壁層を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）とを複数回繰り返すことにより、前記井戸層と前記障壁層とが交互に積層されてなる量子井戸構造を有する活性層を形成する工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ａ）において、前記井戸層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を一定として形成し、前記工程（ｂ）において、前記障壁層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を厚さ方向に変化させて形成することにより、前記各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、前記各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ前記井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加されることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）において、前記各井戸層はＡｌＧａＩｎＡｓにより形成し、
前記工程（ｂ）において、前記各障壁層はＡｌＧａＡｓＰにより形成し、前記各障壁層のＡｌＧａＡｓＰにおけるＰ組成は、前記各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ前記井戸層との近傍部分が低いことを特徴とする請求項１３に記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｂ）において、前記各障壁層のＡｌＧａＡｓＰにおけるＧａ組成は、前記各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ前記井戸層との近傍部分が低いことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）及び工程（ｂ）は、連続して行なうことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ）及び工程（ｂ）には、有機金属気相成長法を用いることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）において、Ａｓ原料にはアルシンを用い、
前記工程（ｂ）において、Ａｓ原料にはアルシンを用い、且つ、Ｐ原料にはフォスフィンを用いることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮歪量子井戸層と伸張歪障壁層とから構成される歪補償量子井戸構造を有する光半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、端面発光型半導体レーザ装置と比較して、低動作電流化並びに２次元アレイ配置による高密度集積化及び低コスト化が可能となるという多くの利点が期待される面発光型半導体レーザ装置の開発が進んでいる。特に発振波長が８５０ｎｍ又はそれよりも波長が長いヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）系化合物半導体材料を用いて、ギガビットイーサネット（登録商標）又は光データリンク等の近距離高速光通信用に研究開発が進められ、既に商品化されるに至っている。
【０００３】
これまでに報告された８５０ｎｍ帯の面発光型半導体レーザ装置は、活性層としてヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）系多重量子井戸構造が用いられている（例えば、非特許文献１を参照。）。ここでは、例えば井戸層にＧａＡｓが用いられ、障壁層にはＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓが用いられている。
【０００４】
近年、半導体レーザ装置を構成する活性層においてさらなる光学利得向上とこれに伴う半導体レーザ装置の低閾値電流化とを実現する手段として、圧縮歪を持つ井戸層及び伸張歪を持つ障壁層から構成された、いわゆる歪補償量子井戸活性層が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
量子井戸構造の井戸層に圧縮歪を持たせると、圧縮効果によって価電子帯の縮退が解かれ、正孔の状態密度が低下する。この状態密度の低下によって正孔の有効質量が小さくなって電子との再結合が生じやすくなることから光学利得が増大するため、閾値電流の低下と光出力の高効率化等を実現できる。その上、障壁層には伸張歪を持たせることにより、井戸層の圧縮歪が緩和され、ミスフィット転位等の結晶性の劣化を抑制することが可能となる。但し、ＡｌＧａＡｓ系材料は、Ａｌ組成を変化させてもその格子定数はほとんど変化しないため、活性層中にはほとんど応力歪が生じない。
【０００６】
そこで、８５０ｎｍの発振波長を実現し得る歪補償量子井戸活性層として、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体の構成元素に、井戸層にはインジウム（Ｉｎ）を追加してＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＡｓ（但し、ｘ，ｙは、０＜ｘ，ｙ＜１，０＜ｘ＋ｙ＜１）を用い、障壁層にはリン（Ｐ）を追加してＡｌxＧａ1-xＡｓyＰ1-y（但し、ｘ，ｙは、０＜ｘ，ｙ＜１）を用いた歪補償量子井戸活性層が提案されている。このような応力歪を有する量子井戸活性層を用いることにより、閾値電流が低い面発光型半導体レーザ装置の実現が可能となる。
【特許文献１】特開平９−１６２４８２号公報
【非特許文献１】IEEE Photon.Technol.Lett., vol.3, 1991, pp.859-862
【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、前記従来の歪補償量子井戸構造を持つＡｌＧａＩｎＡｓ（井戸層）／ＡｌＧａＡｓＰ（障壁層）からなる積層構造を形成しようとすると、例えば広く化合物半導体の結晶成長に用いられている有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition:ＭＯＣＶＤ）法は、Ｖ族原料ガスとして、井戸層の成長時にはアルシン（ＡｓＨ3 ）のみを供給し、障壁層の成長時にはアルシン（ＡｓＨ3 ）とフォスフィン（ＰＨ3 ）とを供給する必要がある。これらのＶ族原料ガスの切り換えにはある程度の時間を要するため、井戸層の成長工程から障壁層の成長工程に移行する際、又は障壁層の成長工程から井戸層の成長工程に移行する際には結晶成長が中断する。この結晶成長が中断している間に、Ｖ族元素のヒ素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）が結晶中から脱離してしまい、井戸層と障壁層との界面においてＶ族原料ガスをＶ族元素の組成が急峻となるように切り換えることが極めて困難であるという問題がある。
【０００８】
すなわち、歪補償量子井戸構造を構成するＶ族元素に対する組成の制御性が低いため、所望の結晶歪を有する高利得の活性層を得ることが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題を解決し、歪補償量子井戸構造を構成するＶ族元素に対する組成の制御性を向上し、高利得の活性層を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明は、光半導体装置を、井戸層と障壁層とを含む量子井戸構造における障壁層に生じる伸張歪を、厚さ方向の中央部分で大きく且つ井戸層との近傍部分で小さくする構成とする。
【００１１】
例えば、活性層にＡｌＧａＩｎＡｓからなる井戸層とＡｌＧａＡｓＰからなる障壁層とを含む歪補償量子井戸構造を用いる場合に、障壁層に添加して伸張歪を誘起するリン（Ｐ）の組成を井戸層との近傍で低くし且つ障壁層の厚さ方向の中央部分で高くする。これにより、井戸層の成長工程と障壁層の成長工程との間に、他のＶ族源であるヒ素（Ａｓ）を供給し続けながら、リン（Ｐ）の供給量を成長開始後から供給量を除々に増やし、成長終了前から除々に減らすことができるため、井戸層の成長工程と障壁層の成長工程とを連続して行なうことができる。これにより、井戸層の成長工程と障壁層の成長工程とを中断することによるＶ族元素の結晶中からの脱離を防止できるので、Ｖ族元素に対する組成の制御性が向上し、高利得の活性層を実現できる。
【００１２】
具体的に、本発明に係る光半導体装置は、井戸層と該井戸層よりも禁制帯幅（バンドギャップ）が大きい障壁層とを交互に積層してなる量子井戸構造を有する活性層を備え、井戸層及び障壁層の各禁制帯幅はそれぞれ一定であり、各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の光半導体装置は、井戸層及び障壁層の各禁制帯幅はそれぞれ一定であり、各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加されているため、所望の禁制帯幅及び所望の歪量の両立を実現した歪補償量子井戸構造を得ることができる。
【００１４】
本発明の光半導体装置において、活性層はIII-Ｖ族化合物半導体からなり、各井戸層はIII族元素及びＶ族元素の各組成が位置によらず一定であり、各障壁層はIII族及びＶ族元素の組成が各障壁層の厚さ方向に変化していることが好ましい。このようにすると、III-Ｖ族化合物半導体からなる活性層を有する場合に、所望の禁制帯幅及び所望の歪量を得ることができる。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、各障壁層において伸張歪は厚さ方向に対称に分布していることが好ましい。
【００１６】
この場合に、各井戸層はＡｌＧａＩｎＡｓにより形成され、且つ、各障壁層はＡｌＧａＡｓＰにより形成されており、各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰは、それぞれが組成変調されて形成されていることが好ましい。
【００１７】
この場合に、各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰのＰ組成は、各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ井戸層との近傍部分が低いことが好ましい。
【００１８】
この場合に、各障壁層におけるＡｌＧａＡｓＰのＧａ組成は、各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ井戸層との近傍部分が低いことが好ましい。このようにすると、Ｖ族元素であるＡｓ及びＰの組成変調による禁制帯幅の変動をIII族元素であるＡｌ及びＧａの組成変調によって補償できるため、障壁層の禁制帯幅を一定とすることができる。
【００１９】
本発明の光半導体装置において、活性層がIII-Ｖ族化合物半導体からなる場合に、活性層はＧａＡｓからなる基板の上に形成されていることが好ましい。
【００２０】
この場合に、本発明の光半導体装置は、基板の上に、それぞれＡｌＧａＡｓからなる積層膜により形成され、活性層を厚さ方向に挟む第１の反射層及び第２の反射層をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
本発明の光半導体装置において、各井戸層がＡｌＧａＩｎＡｓにより形成され且つ各障壁層がＡｌＧａＡｓＰにより形成されている場合に、活性層と第１の反射層及び第２の反射層との少なくとも一方の間に形成され、ＡｌＧａＡｓが酸化されてなる酸化層をさらに備え、酸化層のＡｌ組成は、井戸層、障壁層、第１の反射層及び第２の反射層よりも高いことが好ましい。
【００２２】
この場合に、本発明の光半導体装置は、活性層、第１の反射層及び第２の反射層が柱状に形成されており、柱状の活性層の上方及び下方に形成された第１の電極及び第２の電極をさらに備え、第１の電極又は第２の電極から注入された電流により生じた活性層からの発光光は、第１の反射層又は第２の反射層を通して外部に取り出されることが好ましい。
【００２３】
この場合に、本発明の光半導体装置は、柱状に形成された活性層、第１の反射層及び第２の反射層の周囲に形成され、誘電率が４よりも小さい誘電体膜をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、柱状に形成された活性層等を埋め込む誘電体膜の寄生容量を低減できるため、光半導体装置の高速動作がより容易となる。
【００２４】
この場合に、誘電体膜はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）からなることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る光半導体装置は、III-Ｖ族化合物半導体からなる光半導体装置の製造方法を対象とし、基板の上に井戸層を形成する工程（ａ）と、井戸層の上に該井戸層よりも禁制帯幅が大きい障壁層を形成する工程（ｂ）と、工程（ａ）と工程（ｂ）とを複数回繰り返すことにより、井戸層と障壁層とが交互に積層されてなる量子井戸構造を有する活性層を形成する工程（ｃ）とを備え、工程（ａ）において、井戸層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を一定として形成し、工程（ｂ）において、障壁層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を厚さ方向に変化させて形成することにより、各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の光半導体装置の製造方法によると、井戸層形成工程（ａ）において、井戸層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を一定として形成し、障壁層形成工程（ｂ）において、障壁層はIII族元素及びＶ族元素の各組成を厚さ方向に変化させて形成することにより、各井戸層には圧縮歪が均等に印加される一方、各障壁層には該各障壁層における厚さ方向の中央部分が大きく且つ井戸層との近傍部分が小さい伸張歪が印加される。従って、本発明の光半導体装置を実現することができる。
【００２７】
本発明の光半導体装置の製造方法は、工程（ａ）において、各井戸層はＡｌＧａＩｎＡｓにより形成し、工程（ｂ）において、各障壁層はＡｌＧａＡｓＰにより形成し、各障壁層のＡｌＧａＡｓＰにおけるＰ組成は、各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ井戸層との近傍部分が低いことが好ましい。
【００２８】
本発明の光半導体装置の製造方法は、工程（ｂ）において、各障壁層のＡｌＧａＡｓＰにおけるＧａ組成は、各障壁層における厚さ方向の中央部分が高く且つ井戸層との近傍部分が低いことが好ましい。
【００２９】
本発明の光半導体装置の製造方法において、工程（ａ）及び工程（ｂ）は、連続して行なうことが好ましい。このようにすると、井戸層と障壁層との界面におけるＶ族元素の組成の制御を設計値通りに確実に行なえるため、結晶性が優れた歪補償量子井戸構造を有する活性層を得ることができる。
【００３０】
本発明の光半導体装置の製造方法において、工程（ａ）及び工程（ｂ）には、有機金属気相成長法を用いることが好ましい。
【００３１】
本発明の光半導体装置の製造方法は、各井戸層をＡｌＧａＩｎＡｓにより形成し、各障壁層をＡｌＧａＡｓＰにより形成する場合に、工程（ａ）においてＡｓ原料にはアルシンを用い、工程（ｂ）においてＡｓ原料にはアルシンを用い且つＰ原料にはフォスフィンを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る光半導体装置及びその製造方法によると、歪補償量子井戸構造を有する活性層の井戸層と障壁層との界面における半導体組成の制御性が向上するため、高利得の活性層を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は本発明の一実施形態に係る光半導体装置であって、歪補償量子井戸構造を持つ活性層を有する面発光型半導体レーザ装置の断面構成を模式的に示している。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態に係る面発光型半導体レーザ装置は、ｎ型の導電性を持つＧａＡｓからなる基板１と、該基板１の上に順次形成され、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１反射鏡層２、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる第１スペーサ層３、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓＰからなる量子井戸活性層４、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる第２スペーサ層５、電流狭窄層６、ｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２反射鏡層７、ｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層８とから構成されている。ここで、各スペーサ層３及び５は、光ガイド層として機能する。
【００３６】
第１反射鏡層２及び第２反射鏡層７は、それぞれ高屈折率層であるＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓと低屈折率層であるＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとの積層構造を有する。高屈折率層及び低屈折率層のそれぞれの厚さは、λ／４ｎ（但し、λは発振波長であり、ｎは屈折率である。）である。高屈折率層と低屈折率層とを１組とすると、それぞれ、第１反射鏡層２は３４．５組分が積層され、第２反射鏡層７は２２．５組分が積層されて構成されている。ここで、０．５組分とは、各反射鏡層２、７の最上層又は最下層において高屈折率層及び低屈折率層のいずれか一方を設けない構成をいう。
【００３７】
電流狭窄層６は、ｐ型のＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓからなる電流アパーチャ領域６ａと、該電流アパーチャ領域６ａの周縁部が酸化されてなる電流狭窄領域６ｂとから構成されている。なお、ここでは、電流狭窄層６は、第２スペーサ層５と第２反射鏡層７との間に設けたが、第１反射鏡層２と第１スペーサ層３との間及び第２スペーサ層５と第２反射鏡層７との間の少なくとも一方に設ければよい。
【００３８】
第１反射鏡層２の上部、第１スペーサ層３、量子井戸活性層４、第２スペーサ層５、電流狭窄層６、第２反射鏡層７及びコンタクト層８は柱（ポスト）状に形成されており、該柱状に形成された部分の周囲は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる保護膜１２を介在させたベンゾシクロブテン（Benzocyclobutene：ＢＣＢ）からなる埋め込み層９により埋め込まれている。
【００３９】
基板１の第１反射鏡層２の反対側の面上には、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金又は積層膜からなるｎ側電極１０が形成されている。また、埋め込み層９の上には、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との合金又は積層膜からなり、その内縁部が平面円形状のコンタクト層８の周縁部と接する開口部１１ａを有すると共に保護膜１２を介在させたｐ側電極１１が形成されている。
【００４０】
以下、前記のように構成された面発光型半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、ＭＯＣＶＤ方により、ｎ型のＧａＡｓからなる基板１の上に、ｎ型のＡｌＧａＡｓからなる第１反射鏡層２、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる第１スペーサ層３、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓＰからなる量子井戸活性層４、アンドープのＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓからなる第２スペーサ層５、ｐ型のＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓからなる電流狭窄形成層、ｐ型のＡｌＧａＡｓからなる第２反射鏡層７及びｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層８を順次エピタキシャル成長させる。ここで、III族源として、Ｇａ、Ａｌ及びＩｎには、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びをトリメチルインジウム（ＴＭＩ）用いる。また、Ｖ族源として、Ａｓには例えばアルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、Ｐには例えばフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いる。
【００４２】
次に、リソグラフィ法及び塩素（Ｃｌ2 ）ガスを主成分とするドライエッチング法により、エピタキシャル成長した半導体層に対して第１反射鏡層２に達するまで選択的にエッチングすることにより、柱状の動作領域を形成する。
【００４３】
次に、水蒸気酸化法により、柱状の動作領域を水蒸気酸化して、電流狭窄形成層の周縁部に電流狭窄領域６ｂを選択的に形成することにより、電流狭窄形成層の中央部に電流アパーチャ領域６ａ形成する。ここでは、電流狭窄形成層の組成がＡｌ0.98Ｇａ0.02Ａｓであり、Ａｌ組成が高い領域がＡｌ組成が低い領域よりも水蒸気酸化され易いという性質を利用している。
【００４４】
次に、基板１上における柱状の動作領域の周囲を埋め込むように、誘電率が低いＢＣＢをスピン塗布した後硬化することにより、埋め込み層９を形成する。その後、スパッタ法又は真空蒸着法等により、基板１の裏面にはｎ側電極１０を形成し、また、コンタクト層８の周縁部を含み埋め込み層９の上にはｐ側電極１１を形成する。なお、本実施形態においては、ＢＣＢからなる埋め込み層９の底面、側面及び上面を例えばＢＣＢよりも硬度が高く安定した酸化シリコンからなる保護膜１２で覆うことにより、半導体レーザ装置の信頼性を向上させている。
【００４５】
なお、埋め込み層９は、誘電率（比誘電率）が４以下の誘電体を用いることが好ましい。すなわち、例えば誘電率が約３．９の酸化シリコン、誘電率が約３．３のポリイミド、さらには誘電率が約２．５のＢＣＢを用いることにより、埋め込み層９の寄生容量を低減できるので、該半導体レーザ装置の高周波特性を向上することができる。
【００４６】
以下、本実施形態に係る量子井戸活性層４の製造方法及びその特徴について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図２は図１に示した量子井戸活性層４を拡大した断面構成を模式的に示している。図２に示すように、量子井戸活性層４は、例えば３層でそれぞれの厚さが約６ｎｍのＡｌ0.14Ｇａ0.73Ｉｎ0.13Ａｓからなる圧縮歪量子井戸層４ａと、４層でそれぞれの厚さが約８ｎｍのＡｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ0.75Ｐ0.25（但し、膜厚方向の中央部の組成）からなる伸張歪障壁層４ｂとを交互に積層して構成されている。
【００４８】
本実施形態においては、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１に対して＋１．０％程度の圧縮歪量を持つＡｌＧａＩｎＡｓからなる圧縮歪量子井戸層４ａを用いている。これに対し、伸張歪障壁層４ｂには、該障壁層４ｂ中に伸張歪量が分布するように構成元素の組成が制御されており、最大で−１．０％程度の伸張歪量を持つＡｌＧａＡｓＰを用いている。
【００４９】
すなわち、本実施形態に係る歪補償量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層４ａを組成が変調しないＡｌ0.14Ｇａ0.73Ｉｎ0.13Ａｓとする一方、伸張歪障壁層４ｂを、圧縮歪量子井戸層４ａからのヒ素（Ａｓ）の脱離と伸張歪障壁層４ｂからのヒ素（Ａｓ）又はリン（Ｐ）の脱離とを防止すると共に、さらには伸張歪障壁層４ｂから圧縮歪井戸層４ａへのリン（Ｐ）の拡散を防止するため、Ｖ族元素及びIII族元素の組成を変調させる構成としている。
【００５０】
図３に量子井戸活性層４におけるＶ族元素の組成分布を示し、図４に量子井戸活性層４におけるIII族元素の組成分布を示す。図３及び図４において、符号４ａは圧縮歪量子井戸層４ａのＶ族元素であるリン（Ｐ）及びヒ素（Ａｓ）の各組成分布を示し、符号４ｂは伸張歪障壁層４ｂのＶ族元素であるリン（Ｐ）及びヒ素（Ａｓ）の各組成分布を示している。
【００５１】
図３に示すように、圧縮歪井戸層４ａの成長工程と伸張歪障壁層４ｂの成長工程との間に、ヒ素（Ａｓ）を供給し続けながら、リン（Ｐ）の供給量を成長開始直後から供給量を除々に増やし、成長終了前から除々に減らしている。このため、圧縮歪井戸層４ａの成長工程と伸張歪障壁層４ｂの成長工程とを中断することなく行なうことができる。その結果、圧縮歪井戸層４ａの成長工程と伸張歪障壁層４ｂの成長工程とを中断することによるＡｓ又はＰの結晶中からの脱離を防止できるので、Ｖ族元素（Ａｓ、Ｐ）に対する組成の制御性が向上して、高利得の量子井戸活性層４を実現することが可能となる。
【００５２】
図５は、各圧縮歪量子井戸層４ａ及び各伸張歪障壁層４ｂにおけるそれぞれ一定値を持つ禁制帯幅と、伸張歪障壁層４ｂにおいては、例えば禁制帯幅が約１.８ｅＶの一定値を得られるように、歪量が０％から−１％程度の幅で変化する様子を示している。図５においては、歪量の正の値が圧縮歪を示し、負の値が伸張歪を示している。
【００５３】
本実施形態においては、伸張歪障壁層４ｂの禁制帯幅が一定値を示すように伸張歪量を調整している。この調整は、図３及び図４に示す通り、伸張歪障壁層４ｂを構成するIII族元素（Ａｌ、Ｇａ）及びＶ族元素（Ａｓ、Ｐ）の各組成をそれぞれ適当に変調させることにより行なっている。なお、図３〜図５において、各グラフの横軸の距離の基点は第１スペーサ３の上面である。
【００５４】
図６は本実施形態の量子井戸活性層４における圧縮歪井戸層４ａ及び組成変調された伸張歪障壁層４ｂの格子定数と禁制帯幅の関係を示している。なお、図６には無歪の井戸層及び無歪の障壁層をも比較用に記載している。図６に示すように、圧縮歪井戸層４ａにおいては格子定数及び禁制帯幅は共に変化しないが、伸張歪障壁層４ｂにおいては禁制帯幅が１．８ｅＶで一定となるように、格子定数が組成変調することにより制御されていることが分かる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によると、いわゆる歪補償多重量子井戸構造における圧縮歪井戸層４ａの成長工程と伸張歪障壁層４ｂの成長工程とを中断することがないため、圧縮歪井戸層４ａからのヒ素（Ａｓ）の脱離を防止することができる。さらに、伸張歪障壁層４ｂの成長工程においては、Ｖ族元素（Ａｓ、Ｐ）及びIII族元素（Ａｌ、Ｇａ）の組成を除々に変化させて井戸層からのヒ素（Ａｓ）の脱離を防止することができる。
【００５６】
また、連続した成長工程において、伸張歪障壁層４ｂから圧縮歪井戸層４ａへ移行する際にも、Ｖ族元素（Ａｓ、Ｐ）及びIII族元素（Ａｌ、Ｇａ）の組成を除々に変化させているため、すなわちリン（Ｐ）の供給量を除々に減らすため、圧縮歪井戸層４ａへのリン（Ｐ）の拡散を抑制することができる。
【００５７】
従って、本発明に係る半導体レーザ装置は、伸張歪障壁層４ｂに伸張歪を生じさせながら、圧縮歪井戸層４ａの組成を均一に形成できるため、高利得を実現できる。これにより、閾値電流が低減して発光効率を向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、量子井戸活性層４における圧縮歪井戸層４ａを３層とし、伸張歪障壁層４ｂを４層としたが、一例であって、この構成に限られない。
【００５９】
また、光半導体装置として、面発光型半導体レーザ装置を例に説明したが、本発明は面発光型半導体レーザ装置に限られない。すなわち、歪補償量子井戸構造を持つ活性層を有する光半導体装置に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る光半導体装置及びその製造方法は、歪補償量子井戸構造を有する活性層の井戸層と障壁層との界面における半導体組成の制御性が向上して、高利得の活性層を実現でき、例えば、発振波長が８５０ｎｍ前後の光通信用の垂直共振器型面発光レーザ装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光半導体装置における量子井戸活性層を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光半導体装置の量子井戸活性層におけるＶ族元素の組成分布を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る光半導体装置の量子井戸活性層におけるIII族元素の組成分布を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る光半導体装置の量子井戸活性層における禁制帯幅及び厚さ方向の歪量を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る光半導体装置の量子井戸活性における圧縮歪井戸層及び組成変調された伸張歪障壁層の各格子定数と禁制帯幅とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１      基板
２      第１反射鏡層
３      第１スペーサ層
４      量子井戸活性層
４ａ    圧縮歪量子井戸層
４ｂ    伸張歪障壁層
５      第２スペーサ層
６      電流狭窄層
６ａ    電流アパーチャ領域
６ｂ    電流狭窄領域
７      第２反射鏡層
８      コンタクト層
９      埋め込み層
１０    ｎ側電極
１１    ｐ側電極
１１ａ  開口部
１２    保護膜
【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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