(57)【要約】【課題】コンタクト層の成長温度を下げる必要なしに、コンタクト層からｐ型クラッド層中への亜鉛の拡散を防止し得る構造を持つ、より高出力な光素子を作製するのに適した半導体光素子用エピタキシャルウエハを提供すること。【解決手段】基板１上に、ｎ型クラッド層４、活性層６、ｐ型クラッド層７のダブルヘテロ構造から成る発光部を設けると共に、その上にコンタクト層１０を設け、該コンタクト層１０にはｐ型ドーパントとして亜鉛を、それ以外のｐ型層には、ドーパントとしてマグネシウムを用いている半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、ｐ型クラッド層７中に、圧縮型の歪みを有する薄層と引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から成る亜鉛拡散抑止層８を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム・砒素からなる基板上に、ガリウム・インジウム・燐、アルミニウム・インジウム・燐、あるいはこれらの混晶であるアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐を含む層をエピタキシャル成長して、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造から成る発光部を設けると共に、その上にガリウム・砒素からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層にはｐ型ドーパントとして亜鉛を、それ以外のｐ型層には、ドーパントとしてマグネシウムを用いている半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
上記ｐ型クラッド層中に、圧縮型の歪みを有する薄層と引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から成る亜鉛拡散抑止層を設けたことを特徴とする半導体光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
ガリウム・砒素からなる基板上に、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐を含む層をエピタキシャル成長して、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造から成る発光部を設けると共に、その上にガリウム・砒素からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層にはｐ型ドーパントとして亜鉛を、それ以外のｐ型層には、ドーパントとしてマグネシウムを用いている半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
上記ｐ型クラッド層中に、ｐ型クラッド層とほぼ同一のアルミニウム混晶比で圧縮型の歪みを有する薄層と、同じくｐ型クラッド層とほぼ同一のアルミニウム混晶比の引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子からなる亜鉛拡散抑止層を設けたことを特徴とする半導体光素子用エピタキシャルウエハ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、
上記亜鉛拡散抑止層と上記コンタクト層との間に、両者間の急激なバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇドープのｐ型中間層を設けたことを特徴とする半導体光素子用エピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光素子用エピタキシャルウエハ、特にマグネシウム（Ｍｇ）及び亜鉛（Ｚｎ）をｐ型層の導電性制御に用いたアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）系の半導体レーザ（ＬＤ）用エピタキシャルウエハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザのうちでも、ＡｌＧａＩｎＰ系の可視光半導体レーザを光源に用いた高密度光ディスク装置等が積極的に開発されており、光源となるＡｌＧａＩｎＰ系の可視光半導体レーザの高出力化が強く望まれている。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いた従来の半導体レーザの一例として、特開平１０−２０９５７３号公報（特許文献１）に開示されたものを図２に示す。
【０００４】
この半導体レーザ１１は、シリコン（Ｓｉ）をドープしたｎ型ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）からなる半導体基板１２上に、セレン（Ｓｅ）をドープしたｎ型アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）からなるｎ型クラッド層１３が形成され、その上に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のガイド層１４が形成されている。 この第１のガイド層１４上に、ＧａＩｎＰからなる活性層１５と、ＡｌＧａＩｎＰからなるバリア層１６とを交互に積層し、量子井戸構造が形成されている。この上には、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のガイド層１７が形成され、その上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるアンドープのクラッド層１８が形成され、その上の格子不整合を有する拡散抑止層１９を挟んで、またアンドープのクラッド層１８が形成されている。 
【０００５】
アンドープのクラッド層１８の上には、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層２０が形成され、さらにその上の最表面に、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたＧａＡｓからなるコンタクト層２１が形成されている。 そして、電流狭窄のためのストライプ構造を構成するために、ストライプ構造の両外側に、ホウ素等のｎ型の不純物を導入した電流狭窄層２２が形成されている。さらに、半導体基板１２の下にはｎ型電極２３が、コンタクト層２１の上にはｐ型電極２４が、それぞれ形成されて成る。 
【０００６】
この特許文献１の構成の特色は、Ｚｎをドープしたｐ型クラッド層２０の下側に設けられたアンドープのクラッド層１８中に拡散抑止層１９を設けて、ｐ型クラッド層２０のＺｎがその下方の活性層１５へ拡散するのを防止した点にある。また、この拡散抑止層１９の構成上の特徴として、図３に示すように、圧縮歪み層３３と引張り歪み層３４とを交互に積層して成る歪補償型の超格子として、これにより、ｐ型クラッド層２０にドープされた亜鉛が、この拡散抑止層（拡散防止層）１９により拡散が止められて活性層１５に入り込むことがないようにしている。 
【０００７】
上記歪補償型の超格子により亜鉛（Ｚｎ）がトラップされる原理は次による。すなわち、格子定数が大きく、そのため圧縮歪みが生じている層（圧縮歪み層３３）では、格子間の亜鉛の存在は不安定になる。そのため格子整合層から圧縮歪み層３３への亜鉛の移動が起こりにくくなる。また逆に、格子定数が小さく、そのため引張り歪みが生じている層（引張り歪み層３４）では、引張り歪み層３４から格子整合層への亜鉛の移動が抑制される。従って、格子間の亜鉛は引張り歪み層３４にトラップされ、結局この場合も活性層１５への移動は抑制される。 
【０００８】
なお、上記の他にも、活性層への拡散を防止する技術として、ｐ型クラッド層の下側に拡散抑止層を設ける構造が従来知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２０９５７３号公報
【特許文献２】特開平５−２９１６８６号公報
【特許文献３】特開平１１−２６８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来は、ｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に入り込む不都合を防止することのみに注意が払われてきた。しかし、次に述べるように、コンタクト層中のＺｎがｐ型クラッド層や活性層中に入り込むことも防止すべきである。
【００１０】
従来、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）系材料を用いた光素子用エピタキシャルウエハにおいては、素子の高出力化や高温特性を改善するため、亜鉛（Ｚｎ）よりも拡散しにくいが故に高濃度に添加できるマグネシウム（Ｍｇ）がｐ型ドーパントとして用いられてきた。ただしこの場合も、最表面のコンタクト層のみは、良好な電気的接触を得るために１×１０19cm-3近い高キャリア濃度が必要であることから、亜鉛がドーパントとして用いられる。このため、コンタクト層に添加した亜鉛がその成長中に急速にｐ型クラッド層や活性層にまで拡散する。さらに、ｐ型クラッド層のドーパントがマグネシウムであるために、急激な亜鉛の濃度勾配もその拡散を助長することになる。従って、亜鉛の拡散を抑止するために、コンタクト層の成長については成長温度をかなり下げて行っている。
【００１１】
しかしながら、従来技術においては、成長温度を下げてコンタクト層を成長させるため、その結晶性が悪化し、表面に曇りや荒れが観察されることが普通である。これらの曇りや荒れを、例えば、電極形成などの素子プロセスや完成後の素子特性に影響を与えない程度に抑えようとするには、成長温度をそれほど大きく下げるわけにもいかず、それゆえ、亜鉛の拡散の抑止も不十分で、結局両者の妥協点での成長条件を採用するしかなかった。
【００１２】
さらに、亜鉛の拡散は時間にも強く影響されるので、成長時間の長い厚い膜厚のコンタクト層を成長することができず、素子設計にもおおきな制約となるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、これらの問題点を解決し、コンタクト層の成長温度を下げる必要なしに、コンタクト層からｐ型クラッド層中への亜鉛の拡散を防止し得る構造を持つ、より高出力な光素子を作製するのに適した半導体光素子用エピタキシャルウエハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る半導体光素子用エピタキシャルウエハは、ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）基板上に、ガリウム・インジウム・燐（ＧａＩｎＰ）、アルミニウム・インジウム・燐（ＡｌＩｎＰ）、あるいはこれらの混晶であるアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）を含む層をエピタキシャル成長して、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造から成る発光部を設けると共に、その上にガリウム・砒素（ＧａＡｓ）からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層にはｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を、それ以外のｐ型層には、ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を用いている半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、上記ｐ型クラッド層中に、圧縮型の歪みを有する薄層と引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から成る亜鉛拡散抑止層を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係る半導体光素子用エピタキシャルウエハは、ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）基板上に、アルミニウム・ガリウム・インジウム・燐（ＡｌＧａＩｎＰ）を含む層をエピタキシャル成長して、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造から成る発光部を設けると共に、その上にガリウム・砒素（ＧａＡｓ）からなるコンタクト層を設け、該コンタクト層にはｐ型ドーパントとして亜鉛を、それ以外のｐ型層には、ドーパントとしてマグネシウムを用いている半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、上記ｐ型クラッド層中に、ｐ型クラッド層とほぼ同一のアルミニウム混晶比で圧縮型の歪みを有する薄層と、同じくｐ型クラッド層とほぼ同一のアルミニウム混晶比の引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子からなる亜鉛拡散抑止層を設けたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、上記請求項１及び２における亜鉛拡散抑止層は、ｐ型クラッド層中の比較的コンタクト層に近い領域に設けるのが好ましく、より具体的には、ｐ型クラッド層への亜鉛拡散防止効果を有効に得るために、亜鉛拡散抑止層の下方に防止対象とする領域が多く残るように、できるだけ上部、好ましくは厚みの１／２より上側、更に好ましくはｐ型クラッド層の最上部に設けることが好ましい。
【００１８】
また、上記請求項１及び２におけるドーパントとしてマグネシウムを用いているｐ型層には、Ｍｇドープのｐ型クラッド層が含まれる他、上記亜鉛拡散抑止層と上記コンタクト層との間にｐ型中間層を設けている場合には、そのｐ型中間層が含まれる。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体光素子用エピタキシャルウエハにおいて、上記亜鉛拡散抑止層と上記コンタクト層との間に、両者間の急激なバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるＭｇドープのｐ型中間層を設けたことを特徴とする。
【００２０】
＜発明の要点＞
上記目的を達成するため、本発明では、ｐ型クラッド層内の比較的コンタクト層に近い領域に、圧縮型の歪を有する薄層と引張り型の歪を有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から成る亜鉛拡散抑止層を設け、この亜鉛拡散抑止層にて亜鉛をトラップし、結果として亜鉛の活性層側への拡散を抑止する構造としている。つまり、コンタクト層のｐ型ドーパントである亜鉛が、その下方のｐ型クラッド層へ拡散することが抑止され、更にはその下方の活性層へ拡散することが抑止される。
【００２１】
従来では、亜鉛拡散抑止層がｐ型クラッド層内ではなくｐ型クラッド層の下側に設けられ、活性層に対する亜鉛拡散抑止層としてのみ作用していたため、ｐ型クラッド層に対する亜鉛の拡散抑止が十分になされない構造であった。このため、コンタクト層の成長に際し、その成長温度を下げる必要があった。
【００２２】
しかし、本発明においては、ｐ型クラッド層内の比較的コンタクト層に近い領域に亜鉛拡散抑止層を設けているため、この亜鉛拡散抑止層によって、コンタクト層からｐ型クラッド層への亜鉛の拡散抑止作用が十分に営まれることから、コンタクト層の成長に際し、その成長温度を従来のように下げる必要がない。換言すれば、その成長温度を下げた場合には、従来よりも大きな亜鉛拡散防止効果を得ることができる。
【００２３】
更に本発明における亜鉛拡散抑止層を構成する超格子は歪補償型であるために、その積層数を大きくすることができ、且つ一層あたりの歪量も大きく設定できるため、亜鉛の拡散抑止効果が高い。また亜鉛拡散抑止層をｐ型クラッド層内の複数箇所に設置することも可能である。
【００２４】
さらに本発明における亜鉛拡散抑止層の歪補償型超格子は、ｐ型クラッド層とほぼ同一のアルミニウム混晶比の材料で構成するために、素子の抵抗成分になる等の悪影響も無く、エッチング等の素子作製プロセス上の問題も無い。この結果、従来におけるコンタクト層の成長温度を下げることから来る問題点を、不利益を伴わずに解決することができる。
【００２５】
なお、特許文献１では、ｐ型クラッド層２０のドーパントがＭｇではなくＺｎであり、このｐ型クラッド層２０の「下側」にアンドープのクラッド層１８中に拡散抑止層１９を設けて、活性層への拡散を防止する。従って、ｐ型クラッド層２０の「上側」にｐ型コンタクト層を成長する際の不都合、つまりコンタクト層のｐ型ドーパントである亜鉛（Ｚｎ）が「ｐ型クラッド層２０」へ拡散するのを防止する技術としては十分でない。
【００２６】
また特許文献１は、「アンドープのクラッド層１８」中に拡散抑止層１９を設ける技術であり、拡散抑止層１９の組成はアンドープのクラッド層１８と同一であり、ｐ型クラッド層２０とは異なっている。従って拡散抑止層１９の組成をｐ型クラッド層２０とほぼ同一にする考え方はない。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２８】
本発明では、Ｍｇをドープしたｐ型クラッド層内の比較的コンタクト層に近い領域に、圧縮型の歪を有する薄層と引張り型の歪を有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から成る亜鉛拡散抑止層を設けているので、その上方のコンタクト層のｐ型ドーパントである亜鉛が亜鉛拡散抑止層でトラップされ、その下方のｐ型クラッド層へ拡散することが抑止され、更にはその下方の活性層へ拡散することも抑止される。
【００２９】
すなわち、本発明の半導体光素子用エピタキシャルウエハによれば、亜鉛の拡散を有効に抑止できるので、高出力・高温特性のすぐれた赤色半導体レーザ等の光素子を作製するのに基本的に有利である。そして、大きく成長温度を下げてコンタクト層を成長させる必要がないため、結晶性の良好なコンタクト層を成長することができる。また膜厚の比較的厚いコンタクト層を成長することも可能である。さらに従来技術との併用、すなわちコンタクト層の成長温度を結晶性を劣化させないほどに少し下げることによって、従来技術をおおきく上回る亜鉛拡散抑止効果が期待できる。そしてこの結果、高出力・高温特性のすぐれた赤色半導体レーザを作製するのに適したエピタキシャルウエハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３１】
図１に、本発明の実施形態に係るＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた半導体レーザ（ＬＤ）用エピタキシャルウエハの構造を示す。
【００３２】
図１に示すごとく、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）法により、ｎ型ガリウム・砒素（ＧａＡｓ）からなる基板１上に、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層２、これと格子整合したｎ型ＧａＩｎＰからなるバッファ層３を順次エピタキシャル成長した後、その上に（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層４をエピタキシャル成長し、その上にアンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるガイド層５、障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層とからなる量子井戸活性層６をエピタキシャル成長し、さらにマグネシウム（Ｍｇ）ドープの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層７をエピタキシャル成長して、ダブルヘテロ構造の発光部を作製した。
【００３３】
さらに、上記ダブルヘテロ構造からなる発光部の上、正確にはｐ型クラッド層７内の最上部に、本発明の亜鉛拡散抑止層８を成長した。そして、さらにこの亜鉛拡散抑止層８上に、マグネシウムドープのｐ型ＧａＩｎＰからなる中間層９を成長した上で、最後に亜鉛ドープのｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０を成長した。
【００３４】
上記亜鉛拡散抑止層８は、ｐ型クラッド層７とほぼ同一のアルミニウム混晶比で圧縮型の歪みを有する薄層と、同じくｐ型クラッド層７とほぼ同一のアルミニウム混晶比の引張り型の歪みを有する薄層とを交互に複数積層した歪補償型の超格子から構成した。具体的には、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.36Ｉｎ0.64Ｐからなる圧縮歪み層と、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.64Ｉｎ0.36Ｐからなる引張り歪み層とを交互に積層することで歪補償型の亜鉛拡散抑止層８を構成した。
【００３５】
（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰの４元系では、Ｉｎに対する（Ａｌ、Ｇａ）の組成比ｙを変えることによって、格子不整が生じる。この格子不整がプラスかマイナスかによって、圧縮歪み、引張り歪みが決まる。このときＡｌとＧａの組成比ｘと１−ｘは、Ｉｎに対するものとは独立に制御できるので、ＡｌとＧａの組成比が同じでも歪みを生じさせることができる。
【００３６】
上記ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.36Ｉｎ0.64Ｐからなる圧縮歪み層の場合、＋０．５％の圧縮歪みを有する。また、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.64Ｉｎ0.36Ｐからなる引張り歪み層の場合、−０．５％の圧縮歪みを有する。この歪みについては、Ｘ線解析で格子不整を測定し、歪み量を計算することで求めることができる。
【００３７】
本実施形態に係るＬＤ用エピタキシャルウエハは、成長したエピタキシャルウエハ表面が白濁せずに良好な鏡面の表面を呈し、ＳＩＭＳ分析で調べたｐ型クラッド層中の亜鉛濃度も、ｐ型クラッド層内の上方に亜鉛拡散抑止層を有さない従来の構造に比べて、約半分以下の値に下がっていた。この結果、本実施形態に係るエピタキシャルウエハを用いて作製した赤色半導体レーザの高出力特性も非常に良好であった。
【００３８】
このように、本実施形態のＬＤ用エピタキシャルウエハの構造によれば、最表面のコンタクト層１０のｐ型ドーパントである亜鉛が亜鉛拡散抑止層８でトラップされ、その下方のＭｇドープのｐ型クラッド層７、更にはその下方の量子井戸活性層６へ拡散することが有効に抑止される。このため、コンタクト層の成長温度を特に大きく下げる必要なしに、結晶性の良好なコンタクト層を成長することができる。
【００３９】
上記実施形態では、亜鉛拡散抑止層８をＭｇドープのｐ型クラッド層７内の最上部に一層のみ設けたが、本発明はかかる形態に限定されるものではない。本発明において、亜鉛拡散抑止層８は、Ｍｇをドープしたｐ型クラッド層内の比較的コンタクト層に近い領域に設ければ良く、ｐ型クラッド層７の内部に複数個所設けても効果がある。
【００４０】
また亜鉛拡散抑止層８は、そのアルミニウム混晶比をデバイス設計にあわせて変更しても、本発明の初期の効果を得られることは言うまでもない。
【００４１】
さらにまた、上記実施形態では亜鉛拡散抑止層８とコンタクト層１０との間に中間層９を設けたが、これは両者間の急激なバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるためであり、事情によっては省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の半導体光素子用エピタキシャルウエハの構造を示す断面図である。
【図２】従来の発光素子である半導体レーザの概略構成図（断面図）である。
【図３】圧縮歪み層と引張り歪み層を組み合わせて構成した亜鉛拡散抑止層の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  基板
２  バッファ層
３  バッファ層
４  ｎ型クラッド層
５  ガイド層
６  量子井戸活性層
７  ｐ型クラッド層
８  亜鉛拡散抑止層
９  中間層
１０  コンタクト層
【図１】
2006019463.tif 000003
【図２】
2006019463.tif 000004
【図３】
2006019463.tif 000005