(57)【要約】【課題】ｐ型クラッド層の不純物濃度を増大させた場合に起こる活性層へのドーパントの拡散を防止し、高い信頼性を有する高出力半導体レーザを提供する。【解決手段】本発明の半導体レーザには、ｎ型ＧａＡｓ基板２００上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２、アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０３、活性層２０４、アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０５、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６（Ｍｇドープ）、第２のアンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２０８、第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０（Ｚｎドープ）、ｐ型ＧａＩｎＰコンタクト層２１１からなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層を有し、各半導体層に垂直な共振器端面を有する半導体レーザであって、
前記第二導電型クラッド層は、活性層側から近い順に第一の領域、第二の領域および第三の領域に分かれており、
前記第一の領域には第二導電型の第一の不純物がドープされ、
前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、
前記第二の領域は、前記第一の領域よりも第二導電型の不純物濃度が低く、前記第三の領域側から前記第一の領域側に向かって前記第二の不純物濃度が低下するように分布していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記第二導電型のクラッド層において、前記第一の領域における第二導電型の不純物濃度は前記第三の領域における第二導電型の不純物濃度と同じか、あるいはそれよりも低いことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第一の領域と前記活性層との間に第二導電型の不純物濃度が前記第一の領域よりも低い層を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記第一の不純物と前記第二の不純物の組み合わせがそれぞれＭｇとＺｎ、またはＢｅとＺｎ、またはＭｇとＢｅであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記第二の領域は、（ＡｌxＧａ1-x）0.49Ｉｎ0.51Ｐと（ＡｌyＧａ1-y）0.49Ｉｎ0.51Ｐとを交互に積層してなる超格子構造（０．６５＜ｘ＜０．８、０≦ｙ＜０．７、ｘ≠ｙ）を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項６】
半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層を有し、各半導体層に垂直な共振器端面を有する半導体レーザであって、
前記第二導電型クラッド層は、活性層側から近い順に第一の領域、第二の領域および第三の領域に分かれており、
前記第一の領域には第二導電型の第一の不純物がドープされ、
前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、
少なくとも前記第一の領域および前記第三の領域には、それぞれ第一導電型の不純物よりも低濃度の第二導電型の不純物がドープされていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
前記第二の領域に第二導電型の前記第二の不純物と、前記第一導電型の不純物とがドープされていることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記第二導電型の不純物はＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃより選ばれる群のいずれかであり、前記第一導電型の不純物はＳｉ、Ｓｅのいずれかであることを特徴とする請求項６または７記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記共振器端面の少なくとも一方の端面付近における前記活性層のバンドギャップが共振器内部の前記活性層のバンドギャップよりも大きい領域を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第一の領域の第二導電型の不純物濃度が、５×１０17ｃｍ-3以上、１．５×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第三の領域の第二導電型の不純物濃度が、８×１０17ｃｍ-3以上、２×１０18ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第二の領域の第二導電型の不純物濃度が、５×１０17ｃｍ-3以上、１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、
前記第二の領域の第一導電型の不純物濃度が、０．５×１０16ｃｍ-3以上、７．５×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項７ないし９記載の半導体レーザ。
【請求項１３】
前記第一導電型のクラッド層、前記第二導電型のクラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、
前記活性層はＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのいずれか、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに半導体レーザ。
【請求項１４】
半導体基板上に、第一導電型のクラッド層と、活性層と、第二導電型のクラッド層とを含む半導体積層体を成長する工程と、
前記半導体積層体上の所定の位置に不純物拡散源となる層を形成し、熱処理を行って、前記不純物拡散源から少なくとも前記活性層に至るまで不純物を拡散させて窓構造を形成する工程と、を備えた半導体レーザの製造方法であって、
前記第二導電型のクラッド層は、前記活性層に近い側から第一の領域、第二の領域、第三の領域を有するように成長されており、
前記第一の領域には、第二導電型の第一の不純物がドープされ、
前記第二の領域には、アンドープ層であり、
前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】
半導体基板上に、第一導電型のクラッド層と、活性層と、第二導電型のクラッド層とを含む半導体積層体を成長する工程と、
前記半導体積層体上の所定の位置に不純物拡散源となる層を形成し、熱処理を行って、前記不純物拡散源から少なくとも前記活性層に至るまで不純物を拡散させて窓構造を形成する工程と、を備えた半導体レーザの製造方法であって、
前記第二導電型のクラッド層は、前記活性層に近い側から第一の領域、第二の領域、第三の領域を有するように成長されており、
前記第一の領域には、第二導電型の第一の不純物がドープされ、
前記第二の領域及び前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、
前記第一の領域、前記第二の領域、および前記第三の領域にはそれぞれ第二導電型の不純物よりも低濃度の第一導電型の不純物が同時にドープされることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項１６】
前記第一の領域と前記活性層との間にアンドープ層を設けたことを特徴とする請求項１４または１５記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１７】
前記活性層と前記第一導電型のクラッド層との間にアンドープ層をさらに設けたことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザに関し、特に活性層領域の不純物の拡散を抑制した半導体レーザ素子の構造等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を用いた半導体レーザは６５０ｎｍ帯発振波長を有する赤色レーザとして、ＤＶＤを始めとする光ディスク装置のピックアップ用光源として広く普及している。また、ＣＤやＣＤ−Ｒなどに用いられる７８０ｎｍ帯発光波長を有する赤外半導体レーザにおいても、高出力化や赤色レーザとの集積化の観点からＡｌＧａＩｎＰ系材料が用いられる場合がある。
【０００３】
クラッド層にＡｌＧａＩｎＰを用いた半導体レーザの作製において、一般的にｎ型の不純物としてＳｉ、ｐ型不純物としてＺｎが一般に用いられてきている。
【０００４】
しかし、ＡｌＧａＩｎＰ系材料の特徴として、Ｚｎを高濃度ドープした場合、通電時や熱工程が加わった場合、活性層へＺｎが拡散しレーザ特性の劣化を引き起こしやすい問題がある。
【０００５】
従来の素子構造の一例を以下に示す（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
図９、図１０に従来の技術におけるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの断面模式図を示す。図９は共振器端面の近傍における共振器長方向と垂直な方向の断面図、図１０は図９に示したＸ−Ｙ方向での断面図である。
【０００７】
ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０２、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ層１０３、活性層１０４、ノンドープＡｌＧａＩｎＰ層１０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６、１０８、ｐ型ＧａＩｎＰコンタクト層１０９が順次積層されている。
【０００８】
その後、高出力動作時やサージ電圧による端面光学損傷（ＣＯＤ；Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ ）を抑制するために、活性層１０４にバンドギャップ層を増大させる窓領域を作製する。光出射端面及びその付近に相当する成長層表面に、ＺｎＯストライプ膜を選択的に形成し、それ以外の表面にはＳｉＮ膜を形成する。Ｎ２雰囲気、６００℃で９０分の熱アニールを行うと、拡散源であるＺｎＯからＺｎが結晶中に拡散し、活性層１０４のバンドギャップが増大する。ＺｎＯ膜、ＳｉＮ膜を除去し、ＺｎＯストライプ方向に垂直方向にリッジストライプを形成し、そのリッジストライプをｎ型ＡｌＩｎＰ電流阻止層１０７で埋め込み成長を行う。
【０００９】
その後、成長層表面にｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０を形成する。Ｚｎ拡散によりバンドギャップが増大した活性層１０４が出射端面になるように、劈開を行う。光出射端面及びその付近に活性層のバンドギャップが増大した窓領域１１５と共振器内部の利得領域が形成される。
【００１０】
ここで、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１０７およびｐ型ＧａＡｓキャップ層１１０上にｐ型電極１１２が設けられ、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にはｎ型電極１１１が設けられている。
【特許文献１】特開平９−２１９５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来（光出力３〜１２０ｍＷ）のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６のキャリア濃度は、２×１０17／ｃｍ3から５×１０17／ｃｍ3程度である。しかし、光ディスクへの高速書き込みや多層記録を実現するためにはさらなる高出力化（１４０〜３００ｍＷ）が必要であり、それに伴って注入キャリアを増加させる必要がある。しかし、注入キャリアを増加させると無効電流が増大し、動作電流の著しい増加、もしくは熱飽和により所望の光出力が得られないという課題があった。
【００１２】
これを解消するには、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６のキャリア濃度を増加させること、具体的には７×１０17／ｃｍ3から１×１０18／ｃｍ3程度の濃度にする必要がある。
【００１３】
しかし、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の濃度を増大させると、通電時や窓領域作製工程、ｎ−ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層形成時の熱工程によってｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６、１０８中のＺｎが活性層へ拡散し、長時間の動作電流における欠陥の誘発などにより、レーザの信頼性を損ないやすいという課題を生じる。
【００１４】
また、特許文献１では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６と活性層１０４との間に設けられたノンドープＡｌＧａＩｎＰ層１０５により、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６、１０８中にｐ型不純物としてドープされたＺｎが活性層中に入り込むのが防止されることが開示されているが、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６のキャリア濃度が７×１０17／ｃｍ3から１×１０18／ｃｍ3程度の領域では、アンドープＡｌＧａＩｎＰ層１０５を設けていても、通電時や熱工程が加わると、Ｚｎの活性層への拡散は十分には抑制できない。また、アンドープ層の膜厚を厚くすると活性層近傍のキャリア濃度が低くなることから温度特性が悪くなるという課題もある。
【００１５】
また、ＭｇなどのＡｌＧａＩｎＰ系材料中での拡散係数の小さな原子を用いれば、活性層への拡散の制御が期待できるが、一方、窓領域に対しては活性層への不純物拡散が不十分となりＣＯＤレベルが低下するという課題がある。
【００１６】
これらの課題を解決するためには、ｐ型クラッド層中の活性層に近い領域にＭｇを、残りの領域にＺｎをドープすることが有効であると考えられ、この構造は、特許文献１にも開示されている。
【００１７】
しかし、本願発明者等の検討実験の結果、特許文献１に開示された構造では窓領域形成工程、あるいはその他の熱工程において、ｐ型クラッド層中のそれぞれの領域の不純物が相互に拡散し、所望の構造が得られなかった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、窓領域形成のための通電時や熱工程を加えてもｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０６中のＺｎが活性層中に入り込むのを有効に防止することができ、かつ安定な窓領域形成を可能とする高出力なレーザ特性を得ることができるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザは、半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層を有し、各半導体層に垂直な共振器端面を有する半導体レーザであって、前記第二導電型クラッド層は、活性層側から近い順に第一の領域、第二の領域および第三の領域に分かれており、前記第一の領域に第二導電型の第一の不純物がドープされ、前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、前記第二の領域は、前記第一の領域よりも第二導電型の不純物濃度が低く、前記第三の領域側から前記第一の領域側に向かって前記第二の不純物濃度が低下するように分布していることを特徴とする。
【００２０】
前記第二導電型のクラッド層において、前記第一の領域における第二導電型の不純物濃度は前記第三の領域における第二導電型の不純物濃度と同じか、あるいはそれよりも低いことが好ましい。
【００２１】
前記第一の領域と前記活性層との間に第二導電型の不純物濃度が前記第一の領域よりも低い層を設けたことがさらに好ましい。
【００２２】
前記第一の不純物と前記第二の不純物の組み合わせがそれぞれＭｇとＺｎ、またはＢｅとＺｎ、またはＭｇとＢｅであることが好ましい。
【００２３】
前記第二の領域は、（ＡｌxＧａ1-x）0.49Ｉｎ0.51Ｐと（ＡｌyＧａ1-y）0.49Ｉｎ0.51Ｐとを交互に積層してなる超格子構造（０．６５＜ｘ＜０．８、０≦ｙ＜０．７、ｘ≠ｙ）を有することがさらに好ましい。
【００２４】
本発明の別の半導体レーザは、半導体基板上に、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層を有し、各半導体層に垂直な共振器端面を有する半導体レーザであって、前記第二導電型クラッド層は、活性層側から近い順に第一の領域、第二の領域および第三の領域に分かれており、前記第一の領域に第二導電型の第一の不純物がドープされ、前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、少なくとも前記第一の領域および前記第三の領域には、それぞれ第一導電型の不純物よりも低濃度の第二導電型の不純物がドープされていることが好ましい。
【００２５】
前記第二の領域に第二導電型の前記第二の不純物と、前記第一導電型の不純物とがドープされていることが好ましい。
【００２６】
前記第二導電型の不純物はＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃより選ばれる群のいずれかであり、前記第一導電型の不純物はＳｉ、Ｓｅのいずれかであることが好ましい。
【００２７】
前記共振器端面の少なくとも一方の端面付近における前記活性層のバンドギャップが共振器内部の前記活性層のバンドギャップよりも大きい領域を有することが好ましい。
【００２８】
前記第一の領域の第二導電型の不純物濃度が、５×１０17ｃｍ-3以上、１．５×１０18ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００２９】
前記第三の領域の第二導電型の不純物濃度が、８×１０17ｃｍ-3以上、２×１０18ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００３０】
前記第二の領域の第二導電型の不純物濃度が、５×１０17ｃｍ-3以上、１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、前記第二の領域の第一導電型の不純物濃度が、０．５×１０16ｃｍ-3以上、７．５×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００３１】
前記第一導電型のクラッド層、前記第二導電型のクラッド層はそれぞれＡｌＧａＩｎＰ系材料からなり、前記活性層はＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓのいずれか、またはこれらの組み合わせであることが好ましい。
【００３２】
本発明の半導体レーザの製造方法は、半導体基板上に、第一導電型のクラッド層と、活性層と、第二導電型のクラッド層とを含む半導体積層体を成長する工程と、前記半導体積層体上の所定の位置に不純物拡散源となる層を形成し、熱処理を行って、前記不純物拡散源から少なくとも前記活性層に至るまで不純物を拡散させて窓構造を形成する工程と、を備えた半導体レーザの製造方法であって、前記第二導電型のクラッド層は、前記活性層に近い側から第一の領域、第二の領域、第三の領域を有するように成長されており、前記第一の領域には、第二導電型の第一の不純物がドープされ、前記第二の領域には、アンドープ層であり、前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の別の半導体レーザの製造方法は、半導体基板上に、第一導電型のクラッド層と、活性層と、第二導電型のクラッド層とを含む半導体積層体を成長する工程と、前記半導体積層体上の所定の位置に不純物拡散源となる層を形成し、熱処理を行って、前記不純物拡散源から少なくとも前記活性層に至るまで不純物を拡散させて窓構造を形成する工程と、を備えた半導体レーザの製造方法であって、前記第二導電型のクラッド層は、前記活性層に近い側から第一の領域、第二の領域、第三の領域を有するように成長されており、前記第一の領域には、第二導電型の第一の不純物がドープされ、前記第二の領域及び前記第三の領域には前記第一の不純物より拡散定数の大きな第二導電型の第二の不純物がドープされており、前記第一の領域、前記第二の領域、および前記第三の領域にはそれぞれ第二導電型の不純物よりも低濃度の第一導電型の不純物が同時にドープされることを特徴とする。
【００３４】
前記第一の領域と前記活性層との間にアンドープ層を設けたことが好ましい。
【００３５】
前記活性層と前記第一導電型のクラッド層との間にアンドープ層をさらに設けたことが好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明によれば、製造時の熱工程に起因する活性層へのＺｎの拡散の制御と窓領域形成の選択的なＺｎ拡散の両立が容易に実現でき、結晶劣化、もしくは端面破壊による発振動作停止、もしくは動作電流の増加や熱飽和など、半導体レーザの高出力化に伴う主要な課題を解決し、高信頼性、高出力化など良好な特性を有する光ディスク用半導体レーザの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（第１の実施の形態）
図１、図２に本発明の第１の実施の形態における示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの断面模式図を示す。図１は共振器端面の近傍における共振器長方向と垂直な方向の断面図、図２は図１に示したＸ−Ｙ方向での断面図である。
【００３９】
ｎ型ＧａＡｓ基板２００（Ｓｉドープ、１．０×１０18ｃｍ-3）上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０１（Ｓｉドープ、１．０×１０18ｃｍ-3）、０．４ｕｍが形成されている。バッファ層は以下に示すクラッド層２０３の結晶性を良好にさせるために必要である。
【００４０】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０１上には、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０２（Ｓｉドープ、１．０×１０18ｃｍ-3）２．０ｕｍ、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０３（アンドープ）２５ｎｍ、活性層２０４（アンドープ）８２ｎｍ、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド２０５層（アンドープ）２５ｎｍ、第１のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０６（Ｍｇドープ、１×１０18ｃｍ-3）１７５ｎｍ、第２の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２０７（アンドープ）２５ｎｍ、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層２０８(Ｚｎドープ、１×１０18ｃｍ-3）１０ｎｍ、第３のｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２１０（Ｚｎドープ、１×１０18ｃｍ-3）１．２ｕｍ、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層２１１(Ｚｎドープ、１×１０18ｃｍ-3）５０ｎｍからなるダブルへテロ接合構造部が形成されている。
【００４１】
次に、窓領域作製のために、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐコンタクト層２１１上の光出射端面およびその付近に選択的にＺｎＯ膜を形成し、約６００℃で９０分熱アニールを行う。ＺｎＯ膜からその下方に向かってＺｎが熱拡散し、活性層の量子井戸構造が無秩序化され、バンドギャップが増大した窓領域２１５が形成される。
【００４２】
活性層２０４は、ノンドープ歪量子井戸活性層であり、３層のＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐウェル層（厚さ６ｎｍ）とその間の２層の（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（厚さ５ｎｍ）とそれらを挟む（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光ガイド層（厚さ２８ｎｍ）で構成されている。
【００４３】
ダブルヘテロ接合の各層２０２〜２１０及びキャップ層２１１の格子定数はｎ型ＧａＡｓ基板２０１とほぼ等しく、かつクラッド層、エッチングストップ層、コンタクト層２０２、２０３、２０５〜２０８、２１０、２１１のバンドギャップエネルギーは活性層２０４のバンドギャップエネルギーより大きくなるようにＩｎ、Ｇａ、Ａｌの組成がそれぞれ決定されている。
【００４４】
第３のクラッド層２１０の側部にはｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層２０９（Ｓｉドープ、５．０×１０17ｃｍ-3）３００ｎｍが形成され、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐキャップ層２１１及びｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層２０９の上には、ｐ−ＧａＡｓキャップ層２１２（Ｚｎドープ、５×１８18ｃｍ-3）３．０ｕｍが形成されている。そして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２１２の上面にｐ側電極２１４が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板２００の下面にはｎ側電極２１３が形成されている。なお、ｐ側電極及びｎ側電極２１３、２１４を除く各層はすべて有機金属気相成長層法（ＭＯＣＶＤ法）による結晶成長で形成されている。
【００４５】
光導波はストライプのリッジ形状に加工されたｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０９により行われる。クラッド層２０２の厚さは２．０ｕｍ、活性層２０４の厚さは８２ｎｍ（このうち光ガイド層の厚さはそれぞれ２８ｎｍ）、クラッド層２０９のリッジ部での厚さは１．２μｍ、エッチングストップ層２０８の厚さは１０ｎｍ、リッジ底部の幅は１．８μｍとした。
【００４６】
図３は、ダブルへテロ接合構造部を形成したときのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０から活性層２０４までの濃度プロファイルである。図３に示すように、活性層２０４に近い側の第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６にはｐ型不純物として拡散係数の小さいＭｇがドープされている。
【００４７】
図４、図５は、窓領域形成のために熱アニール工程を行い、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層を形成した後の濃度プロファイルであり、図４は利得領域でのプロファイル、図５は窓領域でのプロファイルである。
【００４８】
熱処理を加えると、図４に示すように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０中のＺｎが基板側に拡散した。
【００４９】
本実施の形態のようにｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６、２１０の間にアンドープ層であるＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７を挟むことによって、活性層へのＺｎの拡散を抑制することが可能となる。
【００５０】
また、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６には拡散係数の小さいＭｇがドープされているので、ドーパントが活性層へ拡散するのが抑制され、レーザの特性低下が起こりにくくなる。また、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７はアンドープ層であることから、レーザ発振時の抵抗が高くなる懸念があるが、図４に示すように、第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０からＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７内部にＺｎが拡散しており、この影響で抵抗上昇のおそれも低減されることがわかった。
【００５１】
また、窓領域においては、図５に示すように、ＺｎＯから拡散したＺｎが１０18ｃｍ-3のオーダーで活性層２０４Ａに到達していることが確認できた。このように高濃度のＺｎが拡散することにより、活性層２０４のバンドギャップが増大し、高出力時におけるＣＯＤを防止することができる。
【００５２】
以上のように本実施の形態によれば、活性層に近い側の第１のｐ型クラッド層に拡散係数の小さいドーパントを導入し、さらに第２のｐ型クラッド層との間にノンドープのクラッド層を設けることにより、ｐ型クラッド層自体のドーパント濃度は増大させつつ、活性層へのｐ型ドーパントの拡散を抑制することができる。さらに、Ｍｇをドープしたｐ型クラッド層と活性層との間にもアンドープのクラッド層を設けることにより、窓領域形成工程等の高温・長時間の熱処理工程を経た後でも、確実に活性層へのドーパント侵入を防止できる。
【００５３】
また、ｐ型クラッド層のドーパントをクラッド層等の内部で拡散係数の大きいＺｎと拡散係数の小さいＭｇとをクラッド層の領域を分けて併用して用いることにより、窓構造の形成も従来と同様に行うことができ、高性能の高出力半導体レーザを実現することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、アンドープのＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７を用いたが、その代わりに、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐと（ＡｌyＧａ1-y）0.5Ｉｎ0.5Ｐとを交互に積層してなる超格子構造（０．６５＜ｘ＜０．８、０≦ｙ＜０．７、ｘ≠ｙ）を用いることにより、活性層へのＺｎ拡散がアンドープ層を用いるのと同等以上に抑制できる。
【００５５】
また、第１の実施形態では拡散係数の大きいｐ型ドーパントとしてＺｎを、拡散係数の小さいｐ型不純物としてＭｇを用いたが、Ｍｇの代わりにＢｅを用いてもよい。また、Ｂｅはクラッド層等における拡散係数がＺｎのそれとＭｇのそれとの間にあるので、第３のｐ型クラッド層にＢｅを導入し、第１のｐ型クラッド層にＭｇを導入しても、特性を低下させずに高出力レーザを作製することは可能である。
【００５６】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、第１の実施の形態と以下の点で異なる。１点目は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６のドーパントをＭｇからＺｎに変更している点（ドープ量：７×１０17ｃｍ-3）であり、２点目は、第２のクラッド層２０７にＺｎがドープされ（ドープ量：１．０×１０18ｃｍ-3）、ｐ型層となっている点であり、最後はｐ型半導体層中にｎ型不純物が少量ドープされている点である。
【００５７】
具体的には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６、２０７、２１０、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層２０８およびｐ型ＧａＩｎＰコンタクト層２１１にはＺｎと同時にｎ型不純物であるＳｉがドープされている（ドープ量：１．０×１０17ｃｍ-3）。
【００５８】
図６に、ダブルへテロ接合構造部を形成したときの濃度プロファイルを示す。
【００５９】
この時点では、窓領域、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層の形成のための熱工程が加わっていないため、活性層２０４にはＺｎが拡散していない。
【００６０】
図７、図８は、上記の熱処理工程を経た後の濃度プロファイルであり、図７はｐ型半導体層にＳｉをドープしない場合のプロファイル、図８は上記のようにＳｉをドープした場合のプロファイルである。
【００６１】
図７からわかるように、ｐ型半導体層にＳｉをドープしない場合には、Ｚｎが活性層まで拡散していることが確認できた。
【００６２】
このような状態でレーザを動作させると、レーザの信頼性に悪影響を及ぼす。
【００６３】
本発明者の実験によれば、この構造の半導体レーザでは、７５℃での信頼性試験で５００時間も経過しないうちに出力の低下等が見られ、信頼性が劣化していることが確かめられた。
【００６４】
一方、図８からわかるように、ｐ型半導体層にＳｉを少量ドープした場合には、活性層まではＺｎが拡散していないことが確認できた。これは、ＳｉがＺｎの拡散を抑制する作用を示すためである。
【００６５】
以上のように本実施の形態によれば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６、２０７に高濃度のＺｎをドープしても活性層に拡散しないことから、第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、アンドープ層の一部をｐ型高濃度層に置換できるため、素子抵抗の低減が図れ、より高出力の半導体レーザが実現できる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、ｐ型不純物としてＺｎ、ｎ型不純物としてＳｉを用いたが、ｐ型不純物としてＢｅ、Ｍｇ、Ｃのいずれかを、ｎ型不純物としてＳｅを用いても同じ効果が期待できる。
【００６７】
なお、第１、第２の実施の形態において、第１のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０６のドーパント濃度をそれぞれ１×１０18ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3としたが、この濃度は抵抗上昇を防止する点からは５×１０17ｃｍ-3以上であることが望ましく、また、活性層へのドーパント拡散を抑制する点からは１．５×１０18ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００６８】
また、第３のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１０のドーパント濃度は、抵抗上昇を防止する点からは８×１０17ｃｍ-3以上であることが望ましく、クラッド層自体の結晶性が低下するのを防止する点からは２×１０18ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００６９】
また、第２の実施の形態において、ｐ型半導体層中にドープするｎ型不純物の濃度は、ｐ型不純物の拡散を抑制する効果を発揮させるために０．５×１０16ｃｍ-3以上であることが望ましく、逆にキャリア濃度の減少に伴う抵抗上昇を防止する点から７．５×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましい。
【００７０】
なお、第１、第２の実施の形態において、活性層２０４とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０２との間にアンドープのＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０３を設けているが、これはｎ型不純物が活性層に拡散するのを防止するために設けている。しかし、Ｓｉ等はＺｎよりもクラッド層中での拡散係数が小さいため、ｎ型クラッド層の不純物濃度や窓工程等の処理条件によっては、アンドープ層２０３を省略してもよい。
【００７１】
また、活性層材料は第１、第２の実施の形態に限られず、例えば、赤外光を発する材料、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓであってもよい。活性層材料をＧａＡｓ系材料とすればクラッド層とのバンドギャップの差を大きく取れ、キャリアのオーバーフローが抑制されるため、温度特性が良好になるので、車載用等のような過酷な環境の中でも安定した特性が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係る半導体レーザは、クラッド層の高不純物濃度化と窓構造の安定形成とを両立でき、光ディスク装置等に用いられる高出力半導体レーザとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器端面の近傍における共振器長方向と垂直な方向の断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器長方向と平行な方向の断面図
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるダブルへテロ接合構造部を形成したときの濃度プロファイルを示す図
【図４】本発明の第１の実施の形態における窓領域形成後の利得領域での濃度プロファイルを示す図
【図５】本発明の第１の実施の形態における窓領域形成後の窓領域での濃度プロファイルを示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態におけるダブルへテロ接合構造部を形成したときの濃度プロファイルを示す図
【図７】本発明の第２の実施の形態における窓領域形成後の利得領域での濃度プロファイルであり、ｐ型半導体層にＳｉをドープしない場合のプロファイルを示す図
【図８】本発明の第２の実施の形態における窓領域形成後の利得領域での濃度プロファイルであり、ｐ型半導体層にＳｉをドープした場合のプロファイルを示す図
【図９】従来の技術における示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器端面の近傍における共振器長方向と垂直な方向の断面図
【図１０】従来の技術における示すＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの共振器長方向と平行な方向の断面図
【符号の説明】
【００７４】
１００、２００  ｎ−ＧａＡｓ基板
１０１、２０１  ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１０２、２０２  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０３、１０５、２０３、２０５  ノンドープ  ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０４、２０４  量子井戸活性層
１０６、２０６  第１のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０７、２０９  ｎ−ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
１０８、２１０  第３のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１０９、２１１  ｐ−ＧａＩｎＰコンタクト層
１１０、２１２  ｐ−ＧａＡｓキャップ層
１１１、２１３  ｎ−電極
１１２、２１４  ｐ−電極
１１５、２１５  窓領域
２０７  第２のＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０８  ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層
【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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【図９】
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【図１０】
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