【事件の表示】
　特許第２６６９４０１号「半導体レーザおよびその製造方法」の請求項１ないし５に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結論】
　訂正を認める。
　特許第２６６９４０１号の請求項１ないし５に係る特許を維持する。
【理由】
１．手続の経緯
　本件特許第２，６６９，４０１号に係る主な手続の経緯は以下のとおりである。
　特許出願　　　　平成７年５月２５日
　特許権設定登録　平成９年７月４日
　特許公報発行　　平成９年１０月２７日
　異議の申立て　　平成１０年４月２３日
　訂正請求　　　　平成１０年１１月５日
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正の目的の適否等について
　▲１▼訂正事項１
　特許請求の範囲の請求項１及び４において、「低屈折率のＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」とあるを、「低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」と訂正することは、特許請求の範囲の減縮であり、願書に添付した明細書及び図面に記載された範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。
（２）独立特許要件について
　（２．１）本件発明
　訂正後における特許請求の範囲の請求項１乃至５に記載されている事項により特定される発明（以下「本件第１発明」乃至「本件第５発明」という。）は、以下のとおりのものである。
　「【請求項１】活性層を第１導電型クラッド層とメサ形状を有する第２導電型クラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有し、前記メサ側部を活性層よりもバンドギャップが大きくクラッド層より低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で埋め込んだ半導体レーザにおいて、前記埋め込み層の厚さが０．５μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ。
　【請求項２】前記活性層がＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰによりまたはそれらのいずれかを量子井戸として形成され、前記第１導電型および第２導電型クラッド層がＡｌＧａＩｎＰにより形成され、かつ、前記埋め込み層が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０．７＜Ｘ＜１．０）により形成されている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】前記埋め込み層の上にＧａＡｓまたはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるキャップ層が積層されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ。
　【請求項４】（１）第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および絶縁膜を順次成長させる工程と、（２）前記絶縁膜を選択的にエッチングしてストライプ状のマスクを形成する工程と、（３）前記マスクを用いて前記第２導電型クラッド層を途中まで選択的にエッチングして該クラッド層をメサ形状に加工する工程と、（４）前記マスクの搭載された状態で前記第２クラッド層の表面に前記活性層よりバンドギャップが大きくかつ前記第２導電型クラッド層より低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を０．５μｍ以下の厚さに選択的に成長させて第１埋め込み層を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
　【請求項５】前記第（４）の工程に続けて同一の結晶成長装置内において前記第１埋め込み層上にＡｌを含まない半導体を選択的に成長させて第２の埋め込み層を形成する工程が追加されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法」
　（２．２）引用刊行物に記載された発明
　異議申立人株式会社東芝の提示する甲第１号証（特開平５−１８３２３５号公報、以下「刊行物１」という。）には、段落【００１３】、【００１５】および【００１６】において、活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッドより低屈折率のＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる埋め込み層として、クラッド層３、５よりも屈折率が小さく、またレーザ光の波長エネルギーよりも大きい禁制帯幅をもつＧａ０．３５Ａｌ０．６５Ａｓから形成された電流ブロック層６が記載されている。また、段落【００２５】には、電流ブロック層６の厚さは０．４μｍ以上と記載されている。段落【００３１】には、ＧａＡｓまたはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるキャップ層として、ＡｌＡｓ混晶比の低い層の導入、および図７のＧａＡｓ層１１について記載されている。また、段落【００２０】、【００２１】、【００２３】、【００２５】には、図４（ａ）に示すように、（１）ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、および絶縁膜９を順次形成した後、図４（ｂ）に示すように、（２）絶縁膜９をストライプ状のマスクにして、（３）このマスクを用いてｐ型クラッド層５を途中まで選択的にエッチングして該クラッド層５をメサ形状５ａに加工した後、図４（ｃ）に示すように、（４）マスク９の搭載された状態でｐ型クラッド層ぎの表面にレーザ光の波長エネルギよりもバンドギャップが大きくかつｐ型クラッド層５より低屈折率のＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であるＧａ０．３５Ａｌ０．６５Ａｓからなる電流ブロック層６を１ｎｍの厚さに選択的に成長させる工程とが記載されている。さらに、段落【００３０】および【００３１】には、（５）（４）の工程に続けて同一の結晶成長装置内において、図７に示すように、電流ブロック層６上にＡｌを含まないＧａＡＳ層１１を追加形成する工程が記載されている。
　同じく甲第２号証（特開平４−７８８５号公報、以下「刊行物２」という。）には、活性層を第１導電型クラッド層とメサ形状を有する第２導電型クラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有し、メサ側部を活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッド層より低屈折率のＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で埋め込んだ埋め込み層として、図１の、活性層３、ｎ型クラッド層２、メサ形状を有するクラッド層４、および活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッド層より低屈折率のＡＩを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、メサ側部を埋め込むＡｌＩｎＰ層８が開示されている。また、活性層がＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰによりまたはそれらのいずれかの量子井戸として形成され、第１導電型および第２導電型クラッド層がＡｌＧａＩｎＰにより形成され、かつ、埋め込み層が（ＡｌＸＧ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０．７＜ｘ≦１．０）により形成された、図１の、ＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰまたはそれらのいずれかの量子井戸活性層３、ＡｌＧａＩｎＰにより形成されたｎ型クラッド層２、ｐ型クラッド層４、および上記ｘを１．０として得られるＡｌＩｎＰ層８が記載されている。
　（２．３）本件第１発明について
　本件第１発明に係る半導体レーザは、メサ形状を有するダブルヘテロ構造を有し、前記メサ側部を活性層よりもバンドギャップが大きくクラッド層より低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で埋め込んだ半導体レーザにおいて、前記埋め込み層の厚さが０．５μｍ以下とすることを特徴とするが、上記刊行物１及び２には、上記本件発明の特徴点を示す記載がなく示唆もない。
　そして、本件第１発明は、上記特徴的構成を有することにより、メサ側面部と平坦部において、埋込層の組成及び格子定数が異なって形成されても転移の発生を抑制できるという格別の効果を奏するので、上記刊行物１及び２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たこととすることはできない。
　（２．４）本件第２発明及び第３発明について
　本件第２発明及び第３発明は、ともに第１発明を引用し、第１発明をさらに限定するものであるから、上記（２．３）と同じ理由により、上記刊行物１及び２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たこととすることはできない。
　（２．５）本件第４発明について
　本件第４発明は、クラッド層を途中まで選択的にエッチングして該クラッド層をメサ形状に加工する工程と、クラッド層の表面に活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッド層より低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を０．５μｍ以下の厚さに選択的に成長させて埋め込み層を形成する工程に特徴を有するが、上記刊行物１及び２には、上記本件第４発明の特徴点を示す記載がなく示唆もない。
　そして、本件第４発明は、上記特徴的構成を有することにより、メサ側面部と平坦部において、埋込層の組成及び格子定数が異なって形成されても転移の発生を抑制できるという格別の効果を奏するので、上記刊行物１及び２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たこととすることはできない。
　（２．６）本件第５発明について
　本件第５発明は、本件第４発明を引用し、本件第４発明をさらに限定するものであるから、上記（２．５）と同じ理由により、上記刊行物１及び２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たこととすることはできない。
　（３）　この項のむすび
　以上のとおりであるので、上記訂正請求は、平成６年法律第１１６号第６条第１項において、なお従前の例によるとされる改正前の特許法第１２６条第１項ないし３項の規定に適合するので、これを認める。
３．特許異議の申立てについての判断
　特許異議申立人株式会社東芝は、上記刊行物１乃至刊行物２を提示し、本件発明は、上記刊行物１乃至刊行物２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たものであるので、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができないものであるから、特許を取り消すべきであると主張する。
　しかしながら、上記（２．３）〜（２．６）における理由と同じ理由により、本件第１発明乃至本件第５発明は、上記刊行物１乃至刊行物２に記載された発明に基づいて当業者が容易になし得たこととすることはできない。
４．むすび
　以上のとおりであるので、本件特許は、特許異議申立人の提示した証拠及び理由によっては、取り消すことができない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０）
【訂正の要旨】
（１）訂正事項１
　特許第２，６６９，４０１号の特許請求の範囲の請求項１及び４において、「低屈折率のＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」とあるを、特許請求の範囲の減縮を目的にして、「低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
半導体レーザおよびその製造方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　活性層を第１導電型クラッド層とメサ形状を有する第２導電型クラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有し、前記メサ側部を活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッドより
低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
　【請求項２】　前記活性層がＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰによりまたはそれらのいずれかを量子井戸として形成され、前記第１導電型および第２導電型クラッド層がＡｌＧａＩｎＰにより形成され、かつ、前記埋め込み層が（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（０．７＜Ｘ≦１．０）により形成されている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】　前記埋め込み層の上にＧａＡｓまたはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるキャップ層が積層されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ。
　【請求項４】　（１）第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および絶縁膜を順次成長させる工程と、（２）前記絶縁膜を選択的にエッチングしてストライプ状のマスクを形成する工程と、（３）前記マスクを用いて前記第２導電型クラッド層を途中まで選択的にエッチングして該クラッド層をメサ形状に加工する工程と、（４）前記マスクの搭載された状態で前記第２クラッド層の表面に前記活性層よりバンドギャップが大きくかつ前記第２導電型クラッド層より
低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
　【請求項５】　前記第（４）の工程に続けて同一の結晶成長装置内において前記第１埋め込み層上にＡｌを含まない半導体を選択的に成長させて第２の埋め込み層を形成する工程が追加されていることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関し、特にＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を埋め込み層に用いた実屈折率導波型レーザに関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　０．６μｍ帯で発振するＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザは、ポインターやバーコードリーダ用光源として実用化されている。このレーザの構造は、リッジストライプ構造（例えば、エレクトロニクス・レターズ［Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）２３巻（１９８７年）１３２７頁〜１３２８頁］が一般的である。この構造では、選択埋め込み層（電流ブロック層）にＧａＡｓを用い、この層での光吸収を利用して基本横モード発振を得ている。
　【０００３】
　この種の埋め込み型レーザの断面構造を図５に示す。図５に示したレーザの製造方法は、有機金属気相成長（以下、ＭＯＶＰＥと記す）装置を用いてｎ型ＧａＡｓ基板２０１上にｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層２０３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層２０４、活性層２０５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド２０６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層２０７、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層２０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層２０９を順次成長させる。次に、このヘテロ構造基板をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、通常の熱分解気相堆積法（熱ＣＶＤ法）により、基板表面に酸化シリコン膜を堆積する。続いて通常のフォトリソグラフィ法を用いて酸化シリコン膜を５μｍ幅程度のストライプ状に加工する。
　【０００４】
　さらに、この酸化シリコン膜をマスクに用いてヘテロ構造基板をメサ状にエッチングする。その後、このヘテロ構造基板を再びＭＯＶＰＥ装置に導入し、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１０を選択的に成長させる。そしてＭＯＶＰＥ装置から取り出し、酸化シリコンマスクを除去後、再度ＭＯＶＰＥ装置でｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１２を成長させる。そして得られたヘテロ構造基板にｎ倒電極２１３、ｐ側電極２１４を形成して図５のレーザが得られる。
　【０００５】
　しかしこの構造の半導体レーザでは、光吸収による損失（導波路損失）のためにしきい値電流が上昇し、外部微分量子効率が低下するという問題があった。しきい値電流の上昇と外部微分量子効率の低下はレーザの駆動電流の上昇をもたらし、信頼性を低下させる。したがって、高信頼性のレーザを作製するためには、しきい値電流の低減が不可欠である。
　【０００６】
　導波路損失を減らすためには、活性層よりバンドギャップが大きくクラッドより低屈折率のＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ層をＧａＡｓの代わりに用いるレーザ構造（実屈折率導波型レーザ）が有効である。同様に、０．８〜０．９μｍ帯で発振するＡｌＧａＡｓ系レーザにおいても、高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓやＡｌＡｓを選択埋め込み層に用いる構造が導波路損失を低減するためには有効である。このようにＡｌを含んだＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓなどの）を埋め込み層に用いた実屈折率導波路レーザの従来例としては以下のような報告がある。
　【０００７】
　第１の従来例は、萬濃らが報告したＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを選択埋め込み層に用いた実屈折率導波型レーザであり、実屈折率導波型レーザの特徴である低非点隔差（４μｍ）が報告されている（１９８９年秋季第５０回応用物理学学術講演予稿集３巻２８ａ−ＺＧ−４）。この報告では、逆メサ構造に高抵抗Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐとｎ型ＧａＡｓを埋め込んでいる。
　【０００８】
　第２の従来例は、本発明者らが報告したＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを埋め込み層に用いたＡｌＧａＩｎＰ系レーザである（１９９４年半導体レーザ国際会議予稿集Ｔｈ３．５　２４３頁）。この文献では、導波路損失を１４ｃｍ−１まで低減し、これによってしきい値電流の低減と外部微分量子効率の上昇が得られたことがＧａＡｓを埋め込み層に用いたレーザと比較されて報告している。この報告では、順メサ構造へ高抵抗Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐとｎ型ＧａＡｓを埋め込んでいる。
　【０００９】
　第３の従来例は、島らが報告したＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓを埋め込み層に用いたＡｌＧａＡｓ系レーザであり、逆メサ構造へＡｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓを埋め込み、しきい値電流の低減と外部微分量子効率の向上を実現したことを報告している（１９９３年秋季第５４回応用物理学会学術講演会予稿集Ｎｏ．３　２９ｐ−ｋ−１４）。
　【００１０】
　選択埋め込み層にＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＡｓまたはＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＡｓを用いて実屈折率導波型レーザを作製する場合、Ａｌを含んだ層を選択成長させなければならない。しかし、通常のＭＯＶＰＥ法で高Ａｌ組成のＡｌを含んだ層を選択的に成長させることは難しく、成長中にＣｌを添加すること（１９９２年秋季第５３回応用物理学会学術講演予稿集Ｎｏ．３１６ｐ−ＺＥ−１４、１５およびジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）１２４（１９９２）２３５−２４２頁）あるいはＣｌを含んだ原料を用いること（ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイエティ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）１３８（１９９１）１８１７−１８２６頁）により選択成長を実現している。
　【００１１】
　【発明が解決しようとする課題】
　ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓは格子定数のＡｌ組成依存性が大きい。そして、これらの半導体をリッジ・ストライプレーザの選択埋め込み層に用いた場合、（１１１）面で構成されるメサ側部と（００１）面で構成される平坦部でＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの取り込まれる率がそれぞれ異なるため、成長層の組成が異なる。
　【００１２】
　通常、基板と同じ面方位である（００１）面の格子定数が一致するように成長条件が選ばれるために、メサ側部では格子不整が発生し、界面で歪みを生ずる。歪みが大き過ぎる場合は転位（欠陥）が発生し、その転位は埋め込み層だけでなく活性層まで影響をおよぼし、レーザの信頼性を低下させることになる。
　【００１３】
　従来、この難点をＭＯＶＰＥ法の原料ガス中にＨＣｌを添加したりＣｌを含む原料を用いることにより解決してきた。しかし、ＨＣｌを添加する場合は、ＨＣｌボンベ中に酸素、水分等が残留していて純度に問題があり、成長層の結晶性を低下させるという問題がある。さらに、酸素、水分のためにステンレス配管が腐食されるという問題も起こる。また、Ｃｌを含んだ原料を用いる場合にも純度とステンレス配管の腐食という点ではＨＣｌを使う場合と同様な問題がある。
　【００１４】
　本発明者らは、２インチウェハ上にＨＣｌを添加して成長させたＡｌＩｎＰを選択埋め込み層に用いたＡｌＧａＩｎＰ系赤色レーザを試作し、レーザの信頼性や歩留りについて検討した。試作した半導体レーザの構造は、図５に示した従来の構造においてｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層２１０をＨＣｌ添加ＭＯＶＰＥ法で選択成長させたワイドバンドギャップ・低屈折率のｎ型（シリコンドープ）Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（厚さ０．７μｍ）に置き換えた構造である。
　【００１５】
　そしてＡｌＩｎＰは、（００１）面で格子整合するように成長条件を設定して形成した。活性層はＡｌＧａＩｎＰバリアとＧａＩｎＰウェルからなる歪み量子井戸であり、発振波長が６３６ｎｍになるように歪みとウェル厚が設定されている。その他のレーザ構造と製造方法は図５により説明した従来のレーザの場合と同様である。
　【００１６】
　試作したレーザの特性を評価したところ、従来のＧａＡｓを埋め込み層に用いたレーザに比べてしきい値電流が低下、外部微分量子効率が上昇し、レーザ特性の向上が確認できた。しかし、このように特性の向上したレーザは２インチウェハに一部分（ガスの流れに対して上流側）から取れたものであり、残りの部分から取れたレーザはしきい値電流が高くて外部微分効率も低く、むしろ特性が悪化していた。歩留りは約７％（４５素子中３素子）であった。
　【００１７】
　特性の悪かったレーザを透過型電子顕微鏡で調べたところ、埋め込み層に多数の転位が観察された。組成分析の結果から、ＡｌＩｎＰ層の組成が変化して基板との格子不整が発生し、その結果転位が生じたものと考えられた。２インチウェハ上でこのような組成ずれが起こった理由としては、ＨＣｌの濃度差が流れ方向に発生し、場所に依存してＡｌとＩｎの組成比が変化したためと考えられる。このように、ＨＣｌ添加ＭＯＶＰＥ法で成長させたＡｌＩｎＰを埋め込み層に用いたレーザでは、組成変化のために歩留りが非常に低いという欠点がある。
　【００１８】
　一方、特性の良かった素子（７素子）についても雰囲気温度５０℃で一定光出力５ｍＷの通電試験にかけたところ、６素子は数百時間程度で急激に駆動電流が増加し、突発的に劣化してしまった。このレーザについても透過型電子顕微鏡で観察したところ、メサ側ブロックのＡｌＩｎＰ埋め込み層の界面から活性層に向かって転位が走っていた。従って、この転位が原因で突発劣化が起こったと考えられる。
　【００１９】
　転位が発生した理由としては、前述したように（１１１）面であるメサ側部と（００１）面である平坦部ではＡｌとＩｎの取り込まれ率が異なるために組成が変化し、格子不整により転位が発生したためと考えられる。このように初期特性の良いレーザでも平坦部とメサ側部の組成の違いから界面で転位が発生し、レーザの信頼性を低下させるという欠点がある。
　【００２０】
　さらに、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２１２と埋め込んだＡｌＩｎＰ層の界面にも多数の欠陥が発生しているのが、走査型電子顕微鏡での断面観察において観察された。これらの欠陥もレーザの信頼性を低下させている一因と考えられる。この欠陥発生は、ＡｌＩｎＰ成長後、酸化シリコンマスク除去のためにウェハを大気にさらした時にＡｌＩｎＰ表面が酸化・汚染されたことが原因である。
　【００２１】
　本発明の目的は、以上の従来例の欠点を克服して、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓなどＡｌを含みかつ組成によって格子定数が変化する半導体を埋め込み層に用いたレーザにおいて、信頼性の高いレーザを歩留りよく提供しうるようにすることである。
　【００２２】
　【課題を解決するための手段】
　上記の目的を達成するため、本発明によれば、活性層を第１導電型クラッド層とメサ形状を有する第２導電型クラッド層で挟んだダブルヘテロ構造を有し、前記メサ側部を活性層よりバンドギャップが大きくかつクラッドより
低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
　【００２３】
　また、本発明によれば、（１）第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および絶縁膜を順次成長させる工程と、（２）前記絶縁膜を選択的にエッチングしてストライプ状のマスクを形成する工程と、（３）前記マスクを用いて前記第２導電型クラッド層を途中まで選択的にエッチングして該クラッド層をメサ形状に加工する工程と、（４）前記マスクの搭載された状態で前記第２クラッド層の表面に前記活性層よりバンドギャップが大きくかつ前記第２導電型クラッド層より
低屈折率であり格子定数のＡｌ組成の依存性が大きいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
　【００２４】
　【作用】
　以下、本発明の半導体レーザおよびその製造方法の作用について説明する。図３は酸化シリコンマスク上に析出した多結晶の平均密度とＡｌＩｎＰ層の厚さの関係を示した図である。黒丸（●）はＨＣｌなし、白丸（○）はＨＣｌを添加して成長させた結果である。図において、平均多結晶密度は、酸化シリコンマスクのエッチング除去可能な最大密度を“１”として、正規化された値で示されている。したがって、平均多結晶密度が１以下でレーザの作製が可能である。酸化シリコンマスクの幅は５μｍで、レーザ作製に用いられるものと同じである。ＨＣｌを添加した場合、実験を行ったＡｌＩｎＰ層の厚さが０．７μｍまでは多結晶の析出は非常に少ない。しかし、前述したように流れ方向のＨＣｌ濃度差によるＡｌＩｎＰ層の組成ばらつきのためにレーザの製造歩留りが低くなる。一方、ＨＣｌを添加しない場合は、ＡｌＩｎＰの厚さが０．５μｍ以下であれば平均多結晶密度が１以下で選択成長が可能であり、ＨＣｌを添加していないことから製造歩留りも向上する。
　【００２５】
　図４は、作製したＡｌＩｎＰ埋め込みレーザの推定寿命とＡｌＩｎＰ層の厚さの関係　示した図である。推定寿命は、雰囲気温度５０℃、一定光出力５ｍＷのの条件で駆動し、注入電流が初期値の１．２倍となる推定時間である。また、ＡｌＩｎＰの成長はＨＣｌを添加しつつ行なった。この図から明らかなように、埋め込むＡｌＩｎＰ層の厚さが０．５μｍ以下であれば推定寿命は１００００時間に達し、信頼性の高いレーザが得られる。これは、ＡｌＩｎＰ層の厚さが０．５μｍ以下であればメサ側部で生じた歪みによる転位の発生を抑制できるためである。
　【００２６】
　以上のように選択埋め込み層の厚さを０．５μｍ以下とする本発明の半導体レーザの構造を採用することにより信頼性の高いレーザを製造できる。また選択埋め込み層の成長を０．５μｍ以下とする本発明の製造方法を採用することによりＨＣｌを添加することなく選択成長が実現でき、高歩留りで半導体レーザを製造できる。
　【００２７】
　さらに、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ層を埋め込んだ後に酸化・汚染防止のためにＧａＡｓ、ＧａＩｎＰのＡｌを含まないキャップ層を連続成長させることにより、酸化シリコンマスク除去のために大気中にウェハをさらしても埋め込み層へのダメージをなくすことができ、信頼性の高いレーザを作製することができる。
　【００２８】
　【実施例】
　次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発　の一実施例を示すＡｌＧａＩｎＰ系レーザの断面図である。同図に示されるように、本実施例の半導体レーザは、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２（Ｓｉ濃度：ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３、膜厚：ｔ＝１μｍ）、Ｓｉドープのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０３（ｎ＝１×１０１７ｃｍ−３、ｔ＝０．６μｍ）、ノンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ光ガイド層１０４（ｔ＝５０ｎｍ）、活性層１０５としてノンドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐウェル（ｔ＝８ｎｍ：４層）とノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア（ｔ＝５ｎｍ：３層）からなる多重量子井戸層、ノンドープの（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ光ガイド層１０６（ｔ＝５０ｎｍ）、Ｚｎドープのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０７（Ｚｎ濃度：ｐ＝１×１０１７ｃｍ−３、ｔ＝０．６μｍ）、Ｚｎドープのｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐヘテロバッファ層１０８（ｐ＝５×１０１７ｃｍ−３、ｔ＝０．１μｍ）、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９（ｐ＝１×１０１８ｃｍ−３、ｔ＝０．４μｍ）、Ｓｉドープのｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ電流ブロック層１１０（ｎ＝１×１０１７ｃｍ−３、ｔ＝０．１、０．３、０．５μｍ）、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｓキャップ層１１１（ｎ＝１×１０１８ｃｍ−３、ｔ＝０．３μｍ）、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１１２（ｐ＝３×１０１８ｃｍ−３、ｔ＝３μｍ）を有し、さらに基板裏面にｎ側電極１１３、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２上にｐ側電極１１４を有する埋め込み型ダブルヘテロ構造となっている。
　【００２９】
　次に、図１に示した本実施例の半導体レーザの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の製造方法を説明するための工程順断面図である。結晶成長には水冷式横型反応管を備えたＭＯＶＰＥ装置を用いた。原料としてＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰとＡｌ　ｎＰ成長には、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（ＰＨ３）を用い、ＧａＡｓ成長にはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）と、アルシン（ＡｓＨ３）を用いた。
　【００３０】
　また、ｎ型およびｐ型ドーパントとしてはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）とジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いた。基板の加熱にはＲＦコイルを用いた。成長温度は６６０℃、成長圧力は７０ｔｏｒｒとした。また、成長速度はＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰで１．５μｍ／ｈ、ＡｌＩｎＰで０．５μｍ／ｈ、ＧａＡｓで４．５μｍ／ｈである。
　【００３１】
　まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１を硫酸系溶液でエッチング後、ＭＯＶＰＥ反応管中に設置し、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０３、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ光ガイド層１０４、活性層１０５、ノンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ光ガイド層１０６、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１０７、ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐヘテロバッファ層１０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９を順次成長させ、図２（ａ）に示すヘテロ構造基板を得る。
　【００３２】
　反応管から取り出した後、熱ＣＶＤ（４００℃）で酸化シリコンを０．３μｍの膜厚に堆積する。次に、この酸化シリコンを通常のフォトリソグラフィ技術により５μｍ幅のストライプ状にエッチングし、酸化シリコンマスク１１５を形成する。次いで、酸化シリコンマスク１１５をマスクとして、通常のエッチング液でｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９、ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層１０８、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０７を選択的にエッチングして、図２（ｂ）に示されるように、ヘテロ構造基板にメサ構造を形成する。
　【００３３】
　この基板を再び反応管に設置し、酸化シリコンマスク１１５を用いて、ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１１０（０．１、０．３、０．５μｍ）、ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１１を連続的に選択成長させる［図２（ｃ）］。ここで、ＡｌＩｎＰ層は膜厚を０．５μｍ以下にしているため（試料として、ブロック層の膜厚を３種類に変えて製作した）、ＨＣｌを添加することなく、通常の成長方法で選択成長が可能であった。
　【００３４】
　その後、反応管から取り出して酸化シリコンマスク１１５を除去した後、再び反応管に設置してｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２を成長させた。最後に、基板裏面にＡｕ−Ｇｅからなるｎ側電極を、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１２上にＣｒ−Ａｕからなるｐ側電極１１４を形成して図１の構造を持つ半導体レーザを得た。
　【００３５】
　得られたレーザ（共振器長５００μｍ、端面は３０％−９５％コーティング）の最も低いしきい値電流は３６ｍＡ、スロープ効率は０．８０Ｗ／Ａで従来のＧａＡｓ埋め込みレーザ（しきい値電流は５０ｍＡ、スロープ効率は０．６０Ｗ／Ａ）を上回る特性だった。そしてレーザ特性は、ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１１０の厚さ（０．１〜０．５μｍ）に大きく依存せずほぼ同じであった。。発振波長は６３６ｎｍである。２インチ基板の３ヶ所（ガスの流れに対して上流、中流、下流）から得た６５素子のレーザのうち、しきい値電流４０ｍＡ以下でスロープ効率０，７０Ｗ／Ａ以上のレーザは５８素子であり、歩留りは９０％と従来より大きく向上した。
　【００３６】
　また、これらのレーザ素子（１５素子）を雰囲気温度５０℃で一定出力５ｍＷの通電試験にかけたところ１３素子は３０００時間を越えて突発劣化することなく安定に動作した。これらのレーザの推定寿命は駆動電流の増加率から１００００時間と予測できた。
　【００３７】
　以上の実施例は電流ブロック層がＡｌＩｎＰである場合について述べたが（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層（０．７＜Ｘ＜１）を用いた場合でも０．５μｍまでは、ＨＣｌ添加することなく選択成長が可能であり、ＡｌＩｎＰの場合と同様に信頼性の高いレーザが高歩留りで得られた。
　【００３８】
　なお、本実施例ではＡｌＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰを埋め込み層の材料に用いた場合を述べたが、その他、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなど組成によって格子定数が変化し、かつ、Ａｌを含む化合物半導体を埋め込み層形成材料に用いた場合にも本発明が適用できる。
　【００３９】
　【発明の効果】
　以上説明したように、本発明による半導体レーザは、クラッド層に形成されたメサ部の側面を活性層よりバンドギャップが大きくクラッド層より低屈折率のＡｌを含む０．５μｍ以下の埋め込み層で埋め込んだものであるので、ＨＣｌを添加することなく埋め込み層を選択成長させることが可能になる。したがって、本発明によれば、結晶成長装置の腐食を防止することができるとともに埋め込み成長層の結晶性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、埋め込み層がメサ部側面と平坦部とで組成および格子定数が異なって形成されても転位の発生を抑制することができるようになり、信頼性の高い実屈折率導波型レーザを高歩留りで製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】　本発明の一実施例の半導体レーザの構造を示す断面図。
　【図２】　図１に示す実施例の製造方法を説明するための工程順断面図。
　【図３】　本発明の作用を説明するための、埋め込み層の膜厚と酸化シリコンマスク上に析出した埋め込み材料の平均多結晶密度との関係を示すグラフ。
　【図４】　本発明の作用を説明するための、埋め込み層の膜厚と推定寿命との関係を示すグラフ。
　【図５】　　従来の半導体レーザの断面図。
　【符号の説明】
１０１、２０１　ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２、２０２　ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０３　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層
１０４　ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
２０４　ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層
１０５、２０５　活性層
１０６　ノンドープＡｌＧａＩｎＰ光ガイド層
２０６　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層
１０７　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０７　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層
１０８、２０８　ｐ型ＧａＩｎＰヘテロバッファ層
１０９、２０９　ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１０　ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層
２１０　ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
１１１　ｎ型ＧａＡｓキャップ層
１１２、２１２　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
１１３、２１３　ｎ側電極
１１４、２１４　ｐ側電極
１１５　酸化シリコンマスク