(57)【要約】【課題】従来技術にある問題点を解消し、活性層ＰＬ波長のエピウエハ面内分布が小さい半導体ＬＤエピ構造を提供する。【解決手段】基板２上に、Ｎクラッド層４、活性層５、Ｐクラッド層６を含む多層の薄膜結晶を積層した半導体ＬＤエピ構造１において、Ｎクラッド層４を５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満に薄膜化したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、Ｎクラッド層、活性層、Ｐクラッド層を含む多層の薄膜結晶を積層した半導体ＬＤエピ構造において、上記Ｎクラッド層を５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満に薄膜化したことを特徴とする半導体ＬＤエピ構造。
【請求項２】
上記活性層のレーザー発振波長の指標となる活性層フォトルミネッセンス波長の上記基板面内でのバラツキが１０ｎｍ以下である請求項１記載の半導体ＬＤエピ構造。
【請求項３】
上記Ｎクラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰのいずれかからなる請求項１または２記載の半導体ＬＤエピ構造。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の半導体ＬＤエピ構造を用いて作製されたことを特徴とする半導体ＬＤ。
【請求項５】
レーザー発振波長のバラツキが１０ｎｍ以下である請求項４記載の半導体ＬＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、Ｎクラッド層、活性層、Ｐクラッド層を含む多層の薄膜結晶を積層した半導体ＬＤ（半導体レーザーダイオード）エピ構造及び半導体ＬＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体ＬＤエピ構造（化合物半導体ＬＤエピタキシャルウエハ、あるいは化合物半導体ＬＤエピウエハ）は、一般的にＰクラッド層（＝Ｐ型キャリアが含有している層）と、Ｎクラッド層（＝Ｎ型キャリアが含有している層）とで、レーザー光を発振する活性層を挟み込んだ構造になっている。
【０００３】
従来技術の化合物半導体ＬＤエピ構造においては、Ｎクラッド層の厚さ（設計厚さ）が３０００ｎｍである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１０４４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の化合物半導体ＬＤエピ構造は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）装置で測定した活性層の発光波長（以下では「活性層ＰＬ波長」と略す。）のウエハ面内でのバラツキが大きい。
【０００７】
活性層ＰＬ波長とデバイス加工後のレーザー発振波長は相関関係が成立するが、従来の化合物半導体ＬＤエピ構造では、活性層ＰＬ波長のウエハ面内でのバラツキが大きく、同一のエピウエハから取ったチップでも、チップ毎にレーザー発振波長が大きく異なってしまう。そのため、１枚のエピウエハから取得できる（所定のレーザー発振波長を満足する）チップの割合は４０％以下である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、従来技術にある問題点（＝活性層ＰＬ波長のエピウエハ面内分布大）を解消し、活性層ＰＬ波長のエピウエハ面内分布が小さい半導体ＬＤエピ構造及び半導体ＬＤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、基板上に、Ｎクラッド層、活性層、Ｐクラッド層を含む多層の薄膜結晶を積層した半導体ＬＤエピ構造において、上記Ｎクラッド層を５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満に薄膜化した半導体ＬＤエピ構造である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記活性層のレーザー発振波長の指標となる活性層フォトルミネッセンス波長の上記基板面内でのバラツキが１０ｎｍ以下である請求項１記載の半導体ＬＤエピ構造である。
【００１１】
請求項３の発明は、上記Ｎクラッド層は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰのいずれかからなる請求項１または２記載の半導体ＬＤエピ構造である。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３いずれかに記載の半導体ＬＤエピ構造を用いて作製された半導体ＬＤである。
【００１３】
請求項５の発明は、レーザー発振波長のバラツキが１０ｎｍ以下である請求項４記載の半導体ＬＤである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、活性層ＰＬ波長のウエハ面内での均一性が向上し、レーザー発振波長のバラツキが低減でき、チップ取得率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１６】
図１は、本発明の好適なの実施形態を示す半導体ＬＤエピ構造の構造図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体ＬＤエピ構造１は、基板２上に、III族およびＶ族原料ガスを用いて、多層の薄膜結晶を積層してなる（エピタキシャル層）３を形成した化合物半導体ＬＤエピ構造である。
【００１８】
エピタキシャル層３は、Ｎクラッド層４、活性層５、Ｐクラッド層６を順次積層してなる。Ｎ型クラッド層４とＰクラッド層６は、活性層５に隣接あるいは近接して形成される屈折率が低く、バンドギャップエネルギーが高い薄膜結晶からなる層である。
【００１９】
半導体ＬＤエピ構造１では、屈折率が大きな活性層５を屈折率が小さいＮクラッド層４とＰクラッド層６で挟み込む構造とすることで、全反射による光導波とウエハ端面からレーザー光の出射を実現することができる。
【００２０】
半導体ＬＤエピ構造１では、Ｎクラッド層４の厚さを従来の１／６〜１／３である５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満に薄膜化している。Ｎクラッド層４の厚さを５００ｎｍ以上とするのは、これ以上薄膜化するとキャリアの閉じこめ効果がなくなり、キャリアのオーバーフローが発生し、所望の光出力が得られないからである。
【００２１】
また、Ｎクラッド層４の厚さが１０００ｎｍ以上であると、ウエハ面内での活性層５の発振波長の指標となる活性層ＰＬ波長のバラツキ（最大値と最小値の高低差）が１０ｎｍを超えてしまうからである。しかも、同一の半導体ＬＤエピウエハから作製された半導体ＬＤのレーザー発振波長（発光波長）の基板面内でのバラツキ（最大値と最小値の高低差）が１０ｎｍを超えてしまうからである。
【００２２】
Ｎクラッド層４、活性層５、Ｐクラッド層６は、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰのいずれかからなる。
【００２３】
本実施形態では、基板２としてＧａＡｓ基板を用い、Ｎクラッド層４をＮ型キャリアドープＡｌＧａＡｓで形成し、Ｐクラッド層６をＰ型キャリアドープＡｌＧａＡｓで形成した。活性層５は、厚さ１０ｎｍのｕｎ（アンドープ）−Ａｌ0.4ＧａＡｓ層７、厚さ２０ｎｍのｕｎ−ＧａＡｓ層８、厚さ１０ｎｍのｕｎ−ＡｌＧａＡｓ層９を積層してなる量子井戸構造とした。
【００２４】
エピタキシャル層３のＰ型ドーピング原料としてはＺｎやＭｇを用い、Ｎクラッド層４成長時のＮ型ドーピング原料としては、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅのうち少なくとも１つを用いる。
【００２５】
半導体ＬＤエピ構造１の製造は、まず、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置などの慣用の半導体製造装置の炉内に基板２をセットする。半導体製造装置には、III族およびＶ族原料ガス、ドーピング原料およびキャリアガスを炉内にそれぞれ供給する各ガス供給手段を接続しておく。
【００２６】
この状態で、基板２を加熱し、ＭＯＶＰＥ法などの結晶成長法により、加熱した基板２上に、各ガス供給手段からIII族およびＶ族原料ガス、ドーピング原料およびキャリアガスを供給し、上述した厚さ５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満のＮクラッド層４、活性層５、Ｐクラッド層６を順次成長させて積層し、エピタキシャル層３を形成すると、半導体ＬＤエピ構造１が得られる。
【００２７】
この半導体ＬＤエピ構造１は、ウエハ面内での活性層５のレーザー発振波長の指標となる活性層ＰＬ波長の基板面内でのバラツキが１０ｎｍ以下である。
【００２８】
その後、製造した半導体ＬＤエピ構造１をチップ化し、電極を形成すると、本実施形態に係る半導体ＬＤが得られる。
【００２９】
この同一ウエハから製造された半導体ＬＤは、レーザー特性の１つであるレーザー発振波長のバラツキが１０ｎｍ以下である。活性層ＰＬ波長は、慣用のＰＬ法で測定する。
【００３０】
本実施形態の作用を説明する。
【００３１】
半導体ＬＤエピ構造１は、エピウエハ面内の活性層ＰＬ波長分布を小さくするため、Ｎクラッド層４を５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満と薄くした点に特徴がある。
【００３２】
量子井戸構造からなる活性層を有する半導体ＬＤエピ構造において、活性層ＰＬ波長は、活性層の層厚に依存しており、活性層の厚さ分布（ウエハ面内分布の１つ）が大きいため、活性層ＰＬ波長分布（ウエハ面内分布の１つ）も大きくなってしまう。活性層の厚さ分布が大きくなるのは、従来、活性層の下層にあたるＮクラッド層が厚く、歪んでいるためである。
【００３３】
そこで、半導体ＬＤエピ構造１では、従来のＮクラッド層の歪を抑えるため（歪みの程度を軽減するため）、Ｎクラッド層４を５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ未満と薄くし、その上に活性層５を成長させることにより、活性層５の厚さの均一性を向上させ、活性層ＰＬ波長の均一性を向上させることができる。すなわち、半導体ＬＤエピ構造１によれば、活性層ＰＬ波長の基板面内でのバラツキを１０ｎｍ以下にできる。
【００３４】
これにより、半導体ＬＤエピ構造１によれば、活性層ＰＬ波長のウエハ面内での均一性が向上し、レーザー発振波長のバラツキが低減でき、チップ取得率が向上する。
【００３５】
この半導体ＬＤエピ構造１を用いて半導体ＬＤを作製すれば、そのレーザー特性であるレーザー発振波長の基板面内でのバラツキを１０ｎｍ以下にできる。
【００３６】
エピタキシャル層としては、上述したＮクラッド層４、活性層５、Ｐクラッド層６の他に、バッファ層、ガイド層、エッチングストップ層、中間層、コンタクト層を形成したものでもよく、Ｎクラッド層４の下側に第２Ｎクラッド層や、Ｐクラッド層６の上に第２Ｐクラッド層を形成してもよい。
【００３７】
また、本実施形態に係る半導体ＬＤエピ構造１は、上述したＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰに限らず、青紫色ＬＤや青色ＬＥＤなどに用いられるＧａＮ系のエピウェハにも応用できる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１、従来例）
図１に示した半導体ＬＤエピ構造１、従来の半導体ＬＤエピ構造を、それぞれエピタキシャル成長させて作製した。成長条件は、表１，２の通りである。ここで、図４に示すように、従来の半導体ＬＤエピ構造４１は、厚さ３０００ｎｍのＮクラッド層４４を除き、図１の半導体ＬＤエピ構造と同じ構成である。
【００３９】
成長後、図２に示すウエハ面内５点（図２中の●）において、それぞれの活性層ＰＬ波長（ウエハ１枚中の最大値と最小値）と、デバイス加工後のレーザー発振波長（ウエハ１枚中の最大値と最小値）と、チップ取得割合（レーザー発振波長が許容範囲を満たすレーザーチップの割合）とを調べ、その結果を表３にまとめた。
【００４０】
【表１】
2008198858.tif 000003
【００４１】
【表２】
2008198858.tif 000004
【００４２】
【表３】
2008198858.tif 000005
【００４３】
表３からわかるように、実施例１は従来例と比較して、活性層ＰＬ波長のウエハ面内均一性が向上し、デバイス加工後のレーザー発振波長のバラツキが小さくなった。これにより、チップ取得割合も３９％から９０％に向上できた。
【００４４】
（実施例２，３、比較例）
Ｎクラッド層の厚さのみを、２０００、８００、５００ｎｍと変更した半導体ＬＤエピ構造を、上記と同様にしてそれぞれ作製した。成長条件は表１，２に示す通りである。これら３構造と実施例１、従来例の合わせて５構造の半導体ＬＤエピ構造について、実施例１と同様にして、活性層ＰＬ波長と、デバイス加工後のレーザー発振波長と、レーザー垂直放射角（ウエハ１枚中の平均値）とを調べ、その結果を表４にまとめた。また、Ｎクラッド層の厚さとレーザー垂直放射角の関係を図３に示す。
【００４５】
【表４】
2008198858.tif 000006
【００４６】
表４より、活性層ＰＬ波長の高低差およびレーザー発振波長の高低差は、１０００ｎｍより薄くしても高低差の低減はそれほど期待できず、Ｎクラッド層４の厚さが１０００ｎｍ以下であれば、小さくなることがわかる。一方、図３に示すようにレーザー垂直放射角については、１０００ｎｍ以下と薄くなったところで急激に変化しているものの、許容範囲内である。そのため、Ｎクラッド層４の厚さは１０００ｎｍが最適と考える。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す半導体ＬＤエピ構造の構造図である。
【図２】実施例での活性層ＰＬ波長の測定位置（図２中５点の●）を示す図である。
【図３】Ｎクラッド層の厚さとレーザー垂直放射角の関係を示す図である。
【図４】従来の化合物半導体ＬＤエピ構造の構造図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  半導体ＬＤエピ構造
２  基板
３  エピタキシャル層（多層の薄膜結晶）
４  Ｎクラッド層
５  活性層
６  Ｐクラッド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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