(57)【要約】【課題】電子のオーバーフローを抑制し、特性を向上させることができる半導体発光素子およびこれを用いた光装置を提供する。【解決手段】活性層１４と第１ｐ型クラッド層１７との間に電子障壁層１６を設ける。この電子障壁層１６を、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、具体的には、ベリリウムテルル（ＢｅＴｅ）またはＢｅＺｎＴｅにより構成する。電子障壁層１６の活性層１４に対するΔＥｃが大きくなり、第１ｐ型クラッド層１７ないし第２ｐ型クラッド層１９への電子のオーバーフローが確実に抑制され、温度特性や信頼性が向上する。【選択図】図１
2008124210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間に活性層を有する半導体発光素子であって、
前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に電子障壁層を有し、前記電子障壁層は、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成された
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型半導体層、前記活性層および前記ｐ型半導体層は、ＩＩＩ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種と、Ｖ族元素のうち窒素（Ｎ），リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）のうちの少なくとも１種とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成された
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電子障壁層はＢｅＴｅにより構成された
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記電子障壁層はＢｅＺｎＴｅにより構成された
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記電子障壁層の厚みは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
ＧａＡｓよりなる基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１チャンバー内で、基板上に、ＩＩＩ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種と、Ｖ族元素のうち窒素（Ｎ），リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）のうちの少なくとも１種とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｎ型半導体層および活性層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層および前記活性層を形成した基板を第２チャンバーに移動し、前記第２チャンバー内で、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる電子障壁層を形成する工程と、
前記ｎ型半導体層、前記活性層および前記電子障壁層を形成した前記基板を前記第１チャンバーに移動し、前記第１チャンバー内で、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｐ型半導体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間に活性層を有する半導体発光素子を光源として備えた光装置であって、
前記半導体発光素子は、前記活性層と前記ｐ型半導体層との間に電子障壁層を有し、前記電子障壁層は、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成された
ことを特徴とする光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）などの半導体発光素子およびその製造方法、並びにこの半導体発光素子を用いた光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザやＬＥＤなどの半導体発光素子は、電子と正孔とが活性層で再結合することにより光が放射される。しかし、半導体発光素子の構成材料によっては、活性層にとどまっていなければならない電子が活性層から溢れ出す、オーバーフローという現象が顕著に生じる。この現象により電子と正孔との再結合効率が低下し、発光素子の発光効率も低下する。
【０００３】
特に、ＡｌＩｎＧａＰ系混晶を用いたＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスクのピックアップ用赤色レーザではオーバーフローが顕著である。これは、これらのレーザでは、図９に示したように、活性層を構成するＧａＩｎＰとｐ型クラッド層を構成するＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰとの伝導帯下端のエネルギー差ΔＥｃが小さいので、ｎ型クラッド層側から伝播されてくる電子が活性層からｐ型クラッド層へオーバーフローしてしまうからである。
【特許文献１】特開２００６−４９４２０号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｃ．タマルゴ（Maria C.Tamargo ），「半導体および超格子のオプトエレクトロニック特性（Optoelectronic Properties of Semiconductors and Superlattices ）（第１２巻）ＩＩ−ＶＩ半導体材料およびその応用（II-Vi Semiconductor materials and their applications）」，（米国），テイラー  アンド  フランシス（Taylor & Francis），２００２年，ｐ．２１８
【非特許文献２】ジャーナル  オブ  クリスタル  グロウス（Journal of Crystal Growth ），（オランダ），エルゼビア  サイエンス  Ｂ．Ｖ．（Elsevier Science B.V. ），１９９４年９月１日，第１４２巻，第１−２号，ｐ．１−４
【非特許文献３】ジャーナル  オブ  クリスタル  グロウス（Journal of Crystal Growth ），（オランダ），エルゼビア  サイエンス  Ｂ．Ｖ．（Elsevier Science B.V. ），１９９１年１２月２日，第１１５巻，第１−４号，ｐ．４６０−４６３
【非特許文献４】ジャーナル  オブ  クリスタル  グロウス（Journal of Crystal Growth ），（オランダ），エルゼビア  サイエンス  Ｂ．Ｖ．（Elsevier Science B.V. ），１９９９年，２０１／２０２，ｐ．４９４−４９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような電子のオーバーフローは、発光素子の特性を悪化させる一つの原因となってしまっていた。ΔＥｃが小さいと、温度変化に対して極めて敏感になってしまい、閾値の温度依存性を表す特性温度Ｔ0 が低くなるからである。例えば、ＤＶＤ用の波長６５０ｎｍの赤色レーザではΔＥｃが約１４０ｍｅＶであるが、この値は、ＡｌＧａＡｓ系の波長７８０ｎｍのＣＤ（Compact Disk）用レーザの約３５０ｍｅＶに比べて非常に小さい。そのため、これらのレーザの特性温度Ｔ0 は、後者が１５０Ｋ程度であるのに対し、前者は８０Ｋ程度であった（例えば、特許文献１参照。）。また、オーバーフローは発光に寄与しない電流成分となってしまうので、動作電流の増大や素子の発熱を招き、信頼性の低下にもつながってしまっていた。
【０００５】
そのため、上述した特許文献１では、活性層とｐ型クラッド層との間にＧａＩｎＰ混晶，ＧａＰなどの電子障壁層を設けることにより、ΔＥｃを大きくしてオーバーフローを抑制することを提案しているが、特性向上のためΔＥｃを更に改善することが強く望まれていた。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電子のオーバーフローを抑制し、特性を向上させることができる半導体発光素子およびその製造方法、並びに光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体発光素子は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の間に活性層を有するものであって、活性層とｐ型半導体層との間に電子障壁層を有し、電子障壁層は、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成されたものである。このような電子障壁層は、例えば、ＢｅＴｅまたはＢｅＺｎＴｅにより構成されていることが好ましい。
【０００８】
本発明による半導体発光素子の製造方法は、第１チャンバー内で、基板上に、ＩＩＩ族元素のうちアルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種と、Ｖ族元素のうち窒素（Ｎ），リン（Ｐ）およびヒ素（Ａｓ）のうちの少なくとも１種とを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｎ型半導体層および活性層を形成する工程と、ｎ型半導体層および活性層を形成した基板を第２チャンバーに移動し、第２チャンバー内で、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる電子障壁層を形成する工程と、ｎ型半導体層、活性層および電子障壁層を形成した基板を第１チャンバーに移動し、第１チャンバー内で、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｐ型半導体層を形成する工程とを含むようにしたものである。
【０００９】
本発明による光装置は、上記本発明の半導体発光素子を光源として備えたものであり、具体的には光ピックアップ装置あるいは表示装置などである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子によれば、電子障壁層を、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体により構成するようにしたので、電子障壁層の活性層に対するΔＥｃを大きくとることができ、ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローを確実に抑制することができる。よって、温度変化による動作電流の変化を小さくする、すなわち特性温度を高くすることができる。また、発光に寄与しない電流成分を減らすことができ、動作電流の低減も可能となる。これにより、素子の発熱を抑制し、信頼性を向上させることができる。
【００１１】
なお、電子障壁層の活性層に対するΔＥｃは、電子障壁層にかかる歪みなどにより多少変化するが、概ね、両者の構成材料の伝導帯下端のエネルギー差にほぼ等しいと考えることができる。更に、本発明において電子障壁層を構成するＢｅＴｅは、基板が例えばＧａＡｓにより構成されている場合、基板とほぼ格子整合するので、歪みの影響も極めて少ないものと考えられる。よって、以下の説明では、特に明示しない限り、ΔＥｃを、活性層および電子障壁層のそれぞれの構成材料の伝導帯下端のエネルギー差として説明する。
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、第１チャンバー内でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｎ型半導体層および活性層を形成したのち、基板を第２チャンバーに移動してＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる電子障壁層を形成し、再び基板を第１チャンバーに移動してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｐ型半導体層を形成するようにしたので、電子障壁層を構成するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるｎ型半導体層、活性層またはｐ型クラッド層に混入すること、または、ｎ型半導体層、活性層またはｐ型クラッド層を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体よりなる電子障壁層に混入することを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の光装置によれば、上記本発明による半導体発光素子を光源として備えるようにしたので、温度特性および信頼性が向上し、広い温度範囲で安定した性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構造を表すものである。この半導体レーザ１０は、例えば、波長６４０ｎｍの赤色半導体レーザであり、基板１１の一面側に、ｎ型クラッド層１２，第１光ガイド層１３，活性層１４，第２光ガイド層１５，電子障壁層１６，第１ｐ型クラッド層１７，エッチングストップ層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０がこの順に積層された構成を有している。
【００１６】
基板１１は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ（１００）基板により構成されている。ｎ型クラッド層１２は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に厚みという）が２μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.52Ｉｎ0.48Ｐ混晶により構成されている。
【００１７】
第１光ガイド層１３は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.52Ｉｎ0.48Ｐ混晶により構成されている。第１光ガイド層１３は、不純物を含まなくてもよいし、または、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物が添加されていてもよい。
【００１８】
活性層１４は、例えば、厚みが１２ｎｍであり、ＧａＩｎＰ混晶により構成されている。活性層１４に含まれるインジウム組成比は、例えば０．５程度であることが好ましい。基板１１を構成するＧａＡｓと格子整合させることができるからである。
【００１９】
第２光ガイド層１５は、例えば、厚みが１２０ｎｍであり、（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.52Ｉｎ0.48Ｐ混晶により構成されている。第２光ガイド層１５は、不純物を含まなくてもよいし、または、マグネシウム（Ｍｇ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物が添加されていてもよい。
【００２０】
電子障壁層１６は、活性層１４から第１ｐ型クラッド層１７側への電子のオーバーフローを抑制するためのものであり、後述するように、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、具体的にはベリリウムテルル（ＢｅＴｅ）により構成されている。これにより、この半導体レーザ１０では、電子障壁層１６の活性層１４に対するΔＥｃを確実に大きくすることができ、第１ｐ型クラッド層１７ないし第２ｐ型クラッド層１９への電子のオーバーフローを確実に抑制することができるようになっている。
【００２１】
第１ｐ型クラッド層１７は、例えば、厚みが０．４μｍであり、亜鉛，マグネシウムまたはベリリウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。なお、第１ｐ型クラッド層１７は、（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.52Ｉｎ0.48Ｐ混晶により構成されていてもよい。エッチングストップ層１８は、後述する製造工程において第１ｐ型クラッド層１７の厚みのばらつきを抑制するためのものである。エッチングストップ層１８は、例えば、厚みが１５ｎｍであり、亜鉛，マグネシウムまたはベリリウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐにより構成されている。第２ｐ型クラッド層１９は、例えば、厚みが１．６μｍであり、亜鉛，マグネシウムまたはベリリウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型ＡｌＩｎＰ混晶により構成されている。なお、第２ｐ型クラッド層１９は、（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.52Ｉｎ0.48Ｐ混晶により構成されていてもよい。ｐ側コンタクト層２０は、例えば、厚みが０．３μｍであり、亜鉛，マグネシウムまたはベリリウムなどのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
【００２２】
このうち第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０は、細い帯状（図１においては紙面に対して垂直な方向に延長された帯状）の突条部（リッジ）２１とされている。この突条部２１は、活性層１４の電流注入領域を制限するためのものであり、活性層１４の突条部２１に対応する部分が電流注入領域となっている。
【００２３】
ｐ側コンタクト層２０の表面には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または窒化ケイ素（ＳｉＮ）よりなる絶縁層２２が形成されている。絶縁層２２には、突条部２１の上面に開口が設けられている。絶縁層２２の表面には、ｐ側電極２３が形成されている。ｐ側電極２３は、例えばチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、絶縁層２２の開口を介してｐ側コンタクト層２０と電気的に接続されている。基板１１の裏側には、ｎ側電極２４が形成されている。ｎ側電極２４は、例えばＡｕＧｅ：Ｎｉおよび金（Ａｕ）を順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、基板１１と電気的に接続されている。
【００２４】
更に、この半導体レーザ１０では、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
【００２５】
図２は、電子障壁層１６の構成材料であるＢｅＴｅと、ｐ型クラッド層の構成材料であるＡｌＩｎＰとについて、活性層１４のＧａＩｎＰに対するΔＥｃを対比して表した図であり、図３は、図１に示した半導体レーザのバンドアライメントを表したものである。一般的に、閃亜鉛鉱構造を有するＩＩＩ−Ｖ族およびＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の価電子帯の上端は、主に、陰イオン（アニオン）となるＶ族またはＶＩ族原子の最外殻電子のｐ状態により構成される。例えばＧａＡｓおよびＩｎＡｓなどのように、同じアニオンで構成される材料の価電子帯上端は比較的近いエネルギーに位置する。したがって、活性層１４のＧａＩｎＰおよびｐ型クラッド層のＡｌＩｎＰの価電子帯上端は、ともに、リン（Ｐ）の３ｐ軌道により主に構成される。一方、電子障壁層１６を構成するＢｅＴｅの価電子帯上端は、テルル（Ｔｅ）の５ｐ軌道により構成されるので、そのエネルギー準位は、ＡｌＩｎＰの価電子帯上端を構成するリン（Ｐ）の３ｐ軌道よりも高い位置にある。また、伝導帯の下端は、価電子帯上端から結晶のバンドギャップ分だけ高いエネルギーに位置すると考えることができる。ＡｌＩｎＰおよびＢｅＴｅのバンドギャップはそれぞれ２．３５ｅＶ，２．８ｅＶであり、ＢｅＴｅのほうがＡｌＩｎＰよりも大きなバンドギャップを持つ。これらのことから、電子障壁層１６を構成するＢｅＴｅの伝導帯下端は、ｐ型クラッド層のＡｌＩｎＰよりも高いエネルギーに位置する。すなわち、図２に示したように、ＢｅＴｅのＧａＩｎＰに対するΔＥｃは、ＡｌＩｎＰのＧａＩｎＰに対するそれよりも大きくなることが定性的に示唆される。
【００２６】
このようにＢｅＴｅは、活性層に対するΔＥｃが大きくなるにもかかわらず、価電子帯上端のエネルギー準位は、活性層（ＧａＩｎＰ）あるいはクラッド層（ＡｌＩｎＰ）よりも大きくなる。よって、ＢｅＴｅよりなる電子障壁層１６を有する半導体レーザでは、図３に示したように、電子障壁層１６の価電子帯上端のエネルギー準位が、ＧａＩｎＰよりなる活性層あるいはＡｌＩｎＰよりなるクラッド層よりも大きくなり、電子障壁層１６がホールに対して障壁となることがない。
【００２７】
なお、以上の説明は、上述したように第１ｐ型クラッド層１７および第２ｐ型クラッド層１９がＡｌＧａＩｎＰにより構成されている場合にも当てはまるものである。
【００２８】
また、ＢｅＴｅは、活性層１４に対するΔＥｃを大きくとれることに加えて、ＧａＡｓよりなる基板１１上に一貫（コヒーレント）成長させることが可能であるという利点も有している。図３は、二元および三元系化合物半導体の格子定数とバンドギャップとの関係を示したものであり、非特許文献１に基づいて作成したものである。図３から分かるように、ＢｅＴｅは、ＧａＡｓと同じ閃亜鉛鉱構造を有し、かつ基板１１を構成するＧａＡｓに対してほぼ格子整合する。ＢｅＴｅは、後述するように、分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法などの一般的な結晶成長方法により成長が可能である。更に、同じＩＩ−ＶＩ族化合物半導体でＧａＡｓに格子定数が近い、ＺｎＳｅと比較してＧａＡｓとの界面に欠陥が発生しにくい（例えば、非特許文献１参照。）。これは、一般的に、セレン（Ｓｅ）とガリウム（Ｇａ）との反応性が高く、Ｇａ2 Ｓｅ3 化合物を形成しやすいという事実による。これに対し、テルル（Ｔｅ）とガリウム（Ｇａ）との反応性は低く、ＢｅＴｅとＧａＡｓとの界面には欠陥が形成されにくい。例えば、上述した非特許文献１にも、良好な界面を持ったＧａＡｓ／ＢｅＴｅ超格子が成長できることが報告されている。
【００２９】
電子障壁層１６の他の構成材料としては、ベリリウム亜鉛テルル（ＢｅＺｎＴｅ）も好ましい。ＧａＡｓに完全に格子整合させることができるからである。この場合、ＧａＡｓ，ＢｅＴｅおよびＺｎＴｅの格子定数はそれぞれ５．６５３７Å（０．５６５３７ｎｍ），５．６１７Å（０．５６１７ｎｍ），６．１０３７Å（０．６１０３７ｎｍ）であることから、ＧａＡｓに格子整合するＢｅＺｎＴｅに含まれるＢｅＴｅ組成比は０．９３であり、すなわち、Ｂｅ0.93Ｚｎ0.07Ｔｅである。電子障壁層１６がＢｅ0.93Ｚｎ0.07Ｔｅにより構成されている場合も、活性層１４のＧａＩｎＰに対するΔＥｃは、ＺｎＴｅ組成比が７％と低いことから、上述したＢｅＴｅの場合とそれほど大きくは変化しない。
【００３０】
このような電子障壁層１６の厚みは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。２ｎｍより薄いと電子のオーバーフローの抑制効果が小さくなってしまう、すなわち電子のトンネリングを抑制できないおそれがあり、５０ｎｍより厚いと、電子障壁層１６には不純物を添加していないので抵抗が大きくなり、駆動電圧に対する影響が生じるおそれがあるからである。具体的には、例えば１０ｎｍ程度が望ましい。ＢｅＴｅは上述したように基板１１に対して格子整合性が良いので、この程度の厚みであれば臨界膜厚を超えることなく、すなわちミスフィット転位が導入されることなく成長させることが十分に可能であるからである。
【００３１】
この半導体レーザ１０は、次のようにして製造することができる。
【００３２】
まず、例えば、上述した材料よりなる基板１１に、例えば図５に示した製造装置１００を用いたＭＯＣＶＤ法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるｎ型クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，電子障壁層１６，第１ｐ型クラッド層１７，エッチングストップ層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順に積層する。
【００３３】
この製造装置１００は、例えば石英よりなる反応管１１０を有するＭＯＣＶＤ装置であり、反応管１１０の内部には基板１１が、カーボン（Ｃ）等よりなるサセプタ１１１に載置されて収容され、ヒータ（図示せず）により加熱されるようになっている。反応管１１０には、電子障壁層１６以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成するためのＩＩＩ族原料供給部１２０およびＶ族原料供給部１３０と、電子障壁層１６を形成するためのＩＩ−ＶＩ族原料供給部１４０と、ドナー不純物供給部１５０と、アクセプタ不純物供給部１６０とが、ガス供給管１７１，１７２を介して接続されている。なお、反応管１１０には、不要となったガス等を排気する排気処理部（図示せず）が、ガス排気管１８１を介して接続されている。
【００３４】
ＩＩＩ族原料供給部１２０は、例えば、トリメチルガリウム供給部（以下、「ＴＭＧ供給部」という。）１２１と、トリメチルインジウム供給部（以下、「ＴＭＩ供給部」という）１２２と、トリメチルアルミニウム供給部（以下、「ＴＭＡ供給部」という）１２３とを有している。ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＴＭＡの供給量は、マスフローコントローラ１２１Ａ，１２２Ａ，１２３Ａによりそれぞれ制御されるようになっている。また、ＴＭＧ供給部１２１，ＴＭＩ供給部１２２およびＴＭＡ供給部１２３には、キャリアガス供給部１２４が接続されており、水素（Ｈ2 ）あるいは窒素（Ｎ2 ）などのキャリアガスの流量によりＴＭＧ，ＴＭＩあるいはＴＭＡの供給量が制御されるようになっている。
【００３５】
Ｖ族原料供給部１３０は、例えば、アルシン（ＡｓＨ3 ）供給部１３１と、ホスフィン（ＰＨ3 ）供給部１３２とを有している。アルシン（ＡｓＨ3 ）およびホスフィン（ＰＨ3 ）の供給量は、マスフローコントローラ１３１Ａ，１３２Ａによりそれぞれ制御されるようになっている。
【００３６】
ＩＩ−ＶＩ族原料供給部１４０は、例えば、テルル（Ｔｅ）原料供給部１４１と、ベリリウム（Ｂｅ）原料供給部１４２とを有しており、これらにもキャリアガス供給部１２４が接続されている。テルル原料供給部１４１は、テルル（Ｔｅ）原料として、例えばジメチルテルリド（dimethyltelluride ）（Ｔｅ（ＣＨ3 ）2 ），ジエチルテルリド（diethyltelluride）（Ｔｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）またはジイソプロピルテルリド（diisopropyltelluride）（Ｔｅ（Ｃ3 Ｈ7 ）2 ）を供給するものである。ベリリウム原料供給部１４２は、ベリリウム（Ｂｅ）原料として、例えばジエチルベリリウム（diethylberyllium）（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｂｅ）を供給する。これらテルル（Ｔｅ）原料およびベリリウム（Ｂｅ）原料の供給量は、マスフローコントローラ１４１Ａ，１４２Ａによりそれぞれ制御されるようになっている。
【００３７】
ドナー不純物供給部１５０は、ドナー不純物（ｎ型不純物）としてのケイ素（Ｓｉ）原料となるシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを供給するものであり、マスフローコントローラ１５０Ａが接続されている。アクセプタ不純物供給部１６０は、アクセプタ不純物（ｐ型不純物）としてのベリリウム（Ｂｅ）原料を供給するものであり、マスフローコントローラ１６０Ａが接続されている。ベリリウム（Ｂｅ）原料は、上述したベリリウム原料供給部１４２の場合と同様である。なお、非特許文献２および非特許文献３では、ベリリウム（Ｂｅ）をＩｎＧａＡｓのドーパントとして用いることが記載されている。
【００３８】
この製造装置１００では、まず、基板１１を反応管１１０内に設置し、ＩＩＩ族原料供給部１２０により有機金属としてＴＭＧ，ＴＭＩおよびＴＭＡ、Ｖ族原料供給部１３０によりアルシン（ＡｓＨ3 ）およびホスフィン（ＰＨ3 ）、ドナー不純物供給部１５０によりドナー不純物としてのケイ素（Ｓｉ）原料となるシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを、必要に応じて選択供給することにより、ｎ型クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４および第２ガイド層１５を順に形成する。
【００３９】
次いで、ＩＩ−ＶＩ族原料供給部１４０により、電子障壁層１６を形成する。その際の成長温度は例えば３００℃ないし５００℃程度とする。
【００４０】
続いて、ＩＩＩ族原料供給部１２０により有機金属としてＴＭＧ，ＴＭＩおよびＴＭＡ、Ｖ族原料供給部１３０によりアルシン（ＡｓＨ3 ）およびホスフィン（ＰＨ3 ）、アクセプタ不純物供給部１６０によりアクセプタ不純物としての上述したベリリウム（Ｂｅ）原料を、必要に応じて選択供給することにより、第１ｐ型クラッド層１７，エッチングストップ層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順に積層する。
【００４１】
そののち、エッチングストップ層１８を用いたエッチングを行い、ｐ側コンタクト層２０および第２ｐ型クラッド層１９の一部を選択的に除去し、細い帯状の突条部２１とする。突状部２１を形成したのち、その両側に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、上述した材料よりなる絶縁層２２を形成する。
【００４２】
絶縁層２２を形成したのち、例えば、基板１１の裏側を研削して基板１１の厚さを１１０μｍ程度とし、基板１１の裏側にｎ側電極２４を形成する。また、絶縁層２２に、例えばエッチングにより、ｐ側コンタクト層２０に対応して開口を設け、ｐ側コンタクト層２０および絶縁層２２の上に、ｐ側電極２３を形成する。ｎ側電極２４およびｐ側電極２３を形成したのち、基板１１を所定の大きさに整え、ｐ側コンタクト層２０の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ１０が形成される。
【００４３】
また、この半導体レーザ１０は、次のようにして製造することもできる。
【００４４】
まず、例えば、上述した材料よりなる基板１１に、例えば図６に示した製造装置２００を用いたＭＢＥ法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなるｎ型クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，電子障壁層１６，第１ｐ型クラッド層１７，エッチングストップ層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順に積層する。
【００４５】
この製造装置２００は、電子障壁層１６以外のＩＩＩ−Ｖ族半導体層を形成するための第１チャンバー２１０と、ＩＩ−ＶＩ族半導体、例えばＢｅＴｅよりなる電子障壁層１６を形成するための第２チャンバー２２０とを真空の搬送路２３０で連結したものである。第１チャンバー２１０と第２チャンバー２２０と搬送路２３０とは、二つのゲートバルブ２３１，２３２により区切られ、それぞれ独立した排気系（図示せず）により真空が制御されるようになっている。
【００４６】
第１チャンバー２１０には、電子障壁層１６以外のＩＩＩ−Ｖ族半導体層の原料としてガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ），ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）をそれぞれ収容するＩＩＩ−Ｖ族蒸発源セル２１１〜２１５と、ドナー不純物の原料として例えばシリコン（Ｓｉ）を収容するドナー不純物蒸発源セル２１６と、アクセプタ不純物の原料として例えばベリリウム（Ｂｅ）を収容するアクセプタ不純物蒸発源セル２１７とが設けられている。
【００４７】
第２チャンバー２２０には、電子障壁層１６の原料としてベリリウム（Ｂｅ）およびテルル（Ｔｅ）をそれぞれ収容するＩＩ−ＶＩ族蒸発源セル２２１，２２２が設けられている。テルル（Ｔｅ）を収容するＩＩ−ＶＩ族蒸発源セル２２２は、テルル（Ｔｅ）を含む層の形成時以外は密閉可能な蒸発源セルである、バルブドクラッカーセルにより構成されていることが好ましい。蒸気圧の高いテルル（Ｔｅ）が電子障壁層１６以外の層に混入するのを抑えることができるからである。また、同様に蒸気圧の高いリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）を収容するＩＩＩ−Ｖ族蒸発源セル２１４，２１５も、それらを含む層の形成時以外は密閉可能なバルブドクラッカーセルにより構成するようにすれば、より好ましい。
【００４８】
この製造装置２００では、まず、基板１１を第１チャンバー２１０内に設置し、ＩＩＩ−Ｖ族蒸発源セル２１１〜２１５およびドナー不純物蒸発源セル２１６を適宜開閉することにより、ｎ型クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４および第２ガイド層１５を順に形成する。
【００４９】
次いで、ｎ型クラッド層１２ないし第２ガイド層１５が形成された基板１１を、搬送路２３０を通じて第２チャンバー２２０に移動し、ＩＩ−ＶＩ族蒸発源セル２２１，２２２を用いて、電子障壁層１６を形成する。その際、電子障壁層１６の成長温度は例えば３００℃ないし５５０℃程度とし、ＶＩ／ＩＩ比は例えばＴｅ／Ｂｅ≒５０、原料温度は例えばベリリウム（Ｂｅ）９００℃ないし１０００℃、テルル（Ｔｅ）２００℃ないし４００℃とする。なお、非特許文献４では、ＢｅＴｅがＧａＡｓ基板上に厚み１２０ｎｍまで格子緩和することなく成長することが記載されている。
【００５０】
続いて、ｎ型クラッド層１２ないし電子障壁層１６が形成された基板１１を、搬送路２３０を通じて第１チャンバー２１０に戻し、ＩＩＩ−Ｖ族蒸発源セル２１１〜２１５およびアクセプタ不純物蒸発源セル２１７を適宜開閉することにより、第１ｐ型クラッド層１７，エッチングストップ層１８，第２ｐ型クラッド層１９およびｐ側コンタクト層２０を順に積層する。
【００５１】
なお、図６に示した２チャンバーの製造装置２００に代えて、図７に示した１チャンバーの製造装置３００を用いるようにしてもよい。この製造装置３００は、一つのチャンバー３１０内で、ｎ型クラッド層１２ないしｐ側コンタクト層２０のすべてを形成するようにしたものである。チャンバー３１０には、ＩＩＩ−Ｖ族蒸発源セル２１１〜２１５、ドナー不純物蒸発源セル２１６、アクセプタ不純物蒸発源セル２１７およびＩＩ−ＶＩ族蒸発源セル２２１，２２２が設けられている。ドナー不純物蒸発源セル２１６に収容されるドナー不純物原料としては、図６に示した製造装置２００と同様にシリコン（Ｓｉ）を用いてもよいが、例えばテルル（Ｔｅ）を用いてもよい。その場合、ベリリウム（Ｂｅ）およびテルル（Ｔｅ）は、不純物用と電子障壁層１６用とで別々の蒸発源セルを設けることが好ましい。不純物用と電子障壁層１６の母体結晶用とでは使用温度が異なる可能性があるからである。
【００５２】
そののち、上述した製造方法と同様にして、突条部２１および絶縁層２２を形成し、基板１１の裏側にｎ側電極２４を形成し、絶縁層２２に開口を設けてｐ側電極２３を形成する。最後に、基板１１を所定の大きさに整え、一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ１０が形成される。
【００５３】
この半導体レーザ１０では、ｎ側電極２４とｐ側電極２３との間に所定の電圧が印加されると、突条部２１により電流狭窄され、活性層１４に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、電子障壁層１６が、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、例えばＢｅＴｅまたはＢｅＺｎＴｅにより構成されているので、図６に示したように、電子障壁層１６の活性層１４に対するΔＥｃが大きくなり、第１ｐ型クラッド層１７等への電子のオーバーフローが確実に抑制される。よって、温度変化による動作電流の変化が小さくなる。また、発光に寄与しない電流成分が減り、動作電流の低減も可能となる。これにより、素子の発熱が抑制され、信頼性が向上する。
【００５４】
このように本実施の形態の半導体レーザ１０では、電子障壁層１６を、ＩＩ族元素のうち少なくともベリリウム（Ｂｅ）と、ＶＩ族元素のうち少なくともテルル（Ｔｅ）とを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、例えばＢｅＴｅまたはＢｅＺｎＴｅにより構成するようにしたので、電子障壁層１６の活性層１４に対するΔＥｃを大きくとることができ、第１ｐ型クラッド層１７等への電子のオーバーフローを確実に抑制することができる。よって、温度変化による動作電流の変化を小さくする、すなわち特性温度を高くすることができる。また、発光に寄与しない電流成分を減らすことができ、動作電流の低減も可能となる。これにより、素子の発熱を抑制し、信頼性を向上させることができるようになる。
【００５５】
上記半導体レーザ１０は、光ディスク装置や通信装置などのデバイスに種々適用可能であり、以下、その一例について説明する。
【００５６】
図８は、上記半導体レーザ１０を備えた光装置の構成の一例を概略的に表したものである。この光装置４００は、例えばＤＶＤ等による高密度記録再生用の光ピックアップとして用いられるものであり、光源としての半導体レーザ１０と、この半導体レーザ１０とＤＶＤ等の記録媒体４０１との間に設けられた光学系４１０とを備えている。記録媒体４０１の表面には、数μｍの大きさの多数のピット（突起）が形成されている。光学系４１０は、半導体レーザ１０から記録媒体４０１への光路中に配設され、例えば、グレーティング４１１，偏光ビームスプリッタ４１２，平行化レンズ４１３，４分の１波長板４１４，対物レンズ４１５，円柱レンズ４１６およびフォトダイオードなどの受光素子４１７を有している。
【００５７】
この光装置４００では、光源（半導体レーザ１０）からの光は、グレーティング４１１，偏光ビームスプリッタ４１２，平行化レンズ４１３，４分の１波長板４１４および対物レンズ４１５を通って記録媒体４０１に焦点を結び、記録媒体４０１の表面のピットで反射される。反射された光は、対物レンズ４１５，４分の１波長板４１４，平行化レンズ４１３，偏光ビームスプリッタ４１２，円柱レンズ４１６を通って受光素子４１７に入り、ピット信号、トラッキング信号およびフォーカス信号の読取りが行われる。
【００５８】
このように本実施の形態の光装置４００では、光源として上記実施の形態の半導体レーザ１０を用いるようにしたので、その温度特性および信頼性が高く、広い温度範囲で安定した性能を得ることができる。なお、光装置４００としては、再生専用のものに限らず、記録再生が可能な光ディスク装置であってもよい。
【００５９】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００６０】
また、本発明ではＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を含めた広範囲の材料から電子障壁層の材料を選択可能となるので、上述した赤色レーザに限定されず、さまざまな材料系または波長域の半導体レーザへの応用の可能性を有している。例えば、ＩｎＰ基板上のＧａＩｎＡｓＰを活性層とした通信用レーザの電子障壁層の材料として、ＢｅＺｎＴｅまたはＺｎＳｅＴｅを用いる可能性が考えられる。更に、例えばＧａＡｓよりなる基板上にＡｌＧａＡｓ混晶よりなる活性層を有する光ディスク用レーザは、一般的に高い温度特性を示すが、本発明を適用することにより温度特性や信頼性を更に向上させることが可能である。
【００６１】
加えて、例えば、上記実施の形態では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、バッファ層など他の層を更に備えていてもよい。
【００６２】
更にまた、例えば、上記実施の形態では、製造装置の構成を具体的に挙げて説明したが、これらの製造装置は必ずしも上記実施の形態で説明したものに限定されない。例えば、製造装置１００において、ガス供給管１７２は、ＩＩＩ族原料供給部１２０と、ＩＩ−ＶＩ族原料供給部１４０およびアクセプタ不純物供給部１６０とで異なる管により構成してもよい。また、アクセプタ不純物供給部１６０は、ベリリウム原料供給部１４２とは別に設けられていてもよいし、同一でもよい。
【００６３】
更にまた、本発明による半導体レーザ１０は、光ピックアップのほか、光ファイバ通信あるいは光配線の光源、レーザプリンタの光源などにも広く適用することができる。
【００６４】
加えてまた、本発明は、半導体レーザのほか、ＬＥＤなど他の半導体発光素子にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図２】電子障壁層の構成材料であるＢｅＴｅと、ｐ型クラッド層の構成材料であるＡｌＩｎＰとについて、活性層のＧａＩｎＰに対するΔＥｃを対比して表した図である。
【図３】図１に示した半導体レーザのバンドアライメント図である。
【図４】二元および三元系化合物半導体の格子定数とバンドギャップとの関係を表す図である。
【図５】図１に示した半導体レーザの製造装置の一例を表す図である。
【図６】図１に示した半導体レーザの製造装置の他の例を表す図である。
【図７】図１に示した半導体レーザの製造装置の更に他の例を表す図である。
【図８】図１に示した半導体レーザを備えた光装置の構成の一例を表す図である。
【図９】従来の半導体レーザのバンドアライメント図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…半導体レーザ、１１…基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…第１ガイド層、１４…活性層、１５…第２ガイド層、１６…電子障壁層、１７…第１ｐ型クラッド層、１８…エッチングストップ層、１９…第２ｐ型クラッド層、２０…ｐ側コンタクト層、２１…突条部、２２…絶縁層、２３…ｐ側電極、２４…ｎ側電極、１００，２００，３００…製造装置、４００…光装置
【図１】
2008124210.tif 000003
【図２】
2008124210.tif 000004
【図３】
2008124210.tif 000005
【図４】
2008124210.tif 000006
【図５】
2008124210.tif 000007
【図６】
2008124210.tif 000008
【図７】
2008124210.tif 000009
【図８】
2008124210.tif 000010
【図９】
2008124210.tif 000011