(57)【要約】【課題】ＡｌＧａＩｎＰ層と、ＡｌＧａＩｎＰ層の上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との間の結晶欠陥を低減できるようにする。【解決手段】ＧａＡｓからなる基板１１の上にはＡｌＧａＩｎＰ層１２が形成されており、該ＡｌＧａＩｎＰ層の上には緩衝層１３を介してＡｌＧａＡｓ層１４が形成されている。緩衝層１３は、厚さが約１．１ｎｍでＡｌＧａＩｎＰ層１２のＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰからなる。緩衝層１３はＡｌＧａＡｓ層１４のＡｌの組成よりも小さいＡｌの組成を持つＡｌＧａＡｓから形成されていてもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、
前記第１の半導体層の上にＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、
前記第１の工程において、前記第１の半導体層におけるＧａの組成ｂを小さくすることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記第１の半導体層におけるＧａの組成ｂを０．３５以下にすることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、
前記第１の半導体層におけるＧａの組成ｂが０．３５以下であることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項４】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は、前記第２のクラッド層の上にストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項５】
前記第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、
前記第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項６】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記第２のクラッド層の上に設けられ、
前記第２の半導体層はストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項７】
前記第２のクラッド層は第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることを特徴とする請求項６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項８】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記活性層の上に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項９】
前記第１のクラッド層は第１導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることを特徴とする請求項４〜８のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１０】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されたＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）からなる緩衝層と、
前記緩衝層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、
前記緩衝層におけるＧａの組成ｙは前記第１の半導体層におけるＧａの組成ｂよりも小さいことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１１】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層をさらに備え、
前記活性層は複数の半導体層が積層されてなり、
前記第１の半導体層は前記活性層の最上層を構成するように設けられ、
前記第２の半導体層は前記第２のクラッド層の下に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１２】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記第２のクラッド層の上にストライプ状に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１３】
前記第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、
前記第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことを特徴とする請求項１２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１４】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上にストライプ状に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記第２のクラッド層の上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１５】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記活性層の上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１６】
前記第１の半導体層はストライプ状の凸部を有し、
前記緩衝層は、前記凸部の下段及び側面の上に設けられ、
前記第２の半導体層は第１導電型の不純物を含み、前記凸部の上段の上を開口するように設けられていることを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１７】
前記緩衝層は、前記第１の半導体層の上に、前記凸部の上段の上を含むように設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１８】
前記緩衝層は第１導電型の不純物を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項１９】
前記緩衝層は第２導電型の不純物を含んでいることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２０】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層はストライプ状の開口部を有し且つ第１導電型の不純物を含んでおり、
前記緩衝層は前記第１の半導体層における前記開口部の壁面及び上面の上に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２１】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、
前記活性層は複数の半導体層が積層されてなり、
前記第１の半導体層は前記活性層の最上層を構成するように設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２２】
前記第２の半導体層の上に形成されたＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層の上に形成された第２導電型のＡｌｆＧａ１−ｆＡｓ（但し、０≦ｆ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記エッチングストップ層におけるＧａの組成ｅが０．３５以下であることを特徴とする請求項２１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２３】
前記第２の半導体層の上に形成されたＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層の上に形成されたＡｌｆＧａｇＩｎ１−ｆ−ｇＰ　（但し、０≦ｆ≦１，０≦ｇ≦１，０≦ｆ＋ｇ≦１である。）からなる第３の半導体層と、
前記第３の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｈＧａ１−ｈＡｓ（但し、０≦ｈ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第３の半導体層におけるＧａの組成ｇは前記エッチングストップ層におけるＧａの組成ｅよりも小さいことを特徴とする請求項２１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２４】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記活性層の上に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項２５】
基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、
前記第１の半導体層は前記第２のクラッド層の上に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項２６】
前記第１のクラッド層はＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることを特徴とする請求項２１〜２５のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２７】
前記緩衝層におけるＧａの組成ｙは０であることを特徴とする請求項１０〜２６のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２８】
前記基板はＧａＡｓからなり、
前記第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であり、
前記緩衝層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であることを特徴とする請求項１０〜２７のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項２９】
前記緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１０〜２８のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３０】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、
前記第１の半導体層の上にＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、
前記第２の工程において、前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃを小さくすることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３１】
前記第２の工程において、前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃを０．３以下にすることを特徴とする請求項３０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３２】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、
前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃが０．３以下であることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３３】
ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である。）からなる緩衝層と、
前記緩衝層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、
前記緩衝層におけるＡｌの組成ｚは前記第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも小さいことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３４】
基板上に形成され、複数の半導体層が積層されてなる活性層をさらに備え、
前記第１の半導体層は前記基板の上に形成され、
前記第２の半導体層は前記活性層の最下層を構成するように設けられていることを特徴とする請求項３３に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３５】
前記緩衝層におけるＡｌの組成ｚは０であることを特徴とする請求項３３又は３４に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３６】
前記基板はＧａＡｓからなり、
前記第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であることを特徴とする請求項３３〜３５のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【請求項３７】
前記緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３３〜３６のうちのいずれか１項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関し、特にＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ　）及び発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子や、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）等の論理回路素子といった、様々な半導体素子を構成する材料として広く利用されている。これらの装置において、互いに混晶組成が異なる複数の半導体層が積層されることにより、所望の光学的特性及び電気的特性が実現されている。
【０００３】
このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体装置は、ナノメートルオーダーでの膜厚制御や界面の急峻性が必要とされるため、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ　）法や、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法により製造されるのが一般的である。
【０００４】
特に、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）及びＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である。）はそれぞれ可視領域及び赤外領域に対応するバンドギャップを有し、発光素子の半導体材料として重要である。さらに、それぞれのＡｌの組成を変化させることにより、バンドギャップを広範囲に変化させることが可能であり、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層とを相互に組み合わせることにより、半導体装置における電気的特性及び光学的特性を様々に設計することが可能となる。これにより、新しい性能を備えた高性能の半導体装置を実現することができるので、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層とを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の開発は特に重要である。
【０００５】
そこで、本願発明者は、ＭＯＶＰＥ法により、図２５に示すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製した。図２５に示すように、本願発明者が作製したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＧａＡｓからなる基板２０１の上に、膜厚が約０．２μｍのＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　からなるＡｌＧａＩｎＰ層２０２、膜厚が約０．３μｍのＡｌ０．６Ｇａ０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２０３が順次積層されている。
【０００６】
【非特許文献１】
第６２回応用物理学会学術講演会　講演予稿集　１４ｐ−Ｂ−３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を肉眼で観察すると、全面に白濁が見られ、結晶欠陥が生じていることが観察される。顕微鏡を用いてさらに詳細に観察すると、直径１μｍ程度の結晶欠陥が多数生成されていることが確認され、その密度は１．４×１０５個／ｃｍ２である。この値は、ＧａＡｓからなる基板２０１上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２又はＡｌＧａＡｓ層２０３を１層のみ形成した場合の値と比べ、３〜４桁程度大きい。従って、この結晶欠陥はＡｌＧａＩｎＰ層２０２とＡｌＧａＡｓ層２０３との界面に起因する結晶欠陥であることが分かる。
【０００８】
また、基板２０１の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を形成し、形成したＡｌＧａＡｓ層２０３の上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２を形成した場合には、このような結晶欠陥はほとんど観察されない。従って、この結晶欠陥はＡｌＧａＩｎＰ層２０２の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を形成する場合に特有の結晶欠陥であることも分かる。
【０００９】
このような結晶欠陥が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２を構成する構成要素とＡｌＧａＡｓ層２０３を構成する構成要素との相互作用のうち、ＧａＰ成分とＡｌＡｓ成分との間の相互作用が他の構成要素間あるいは原子間の相互作用と比べて強いことによる。
【００１０】
具体的には、基板２０１の上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２を形成した後、形成したＡｌＧａＩｎＰ層２０２の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を結晶成長させる工程において、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２のＧａＰ成分との相互作用によって、形成中のＡｌＧａＡｓ層２０３におけるＡｌＡｓ成分の十分なマイグレーションが阻害されるため、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２とＡｌＧａＡｓ層２０３との界面における原子の配列に乱れが生じるためである。
【００１１】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製した場合、多数の結晶欠陥が発生するという問題を有しており、ＡｌＧａＩｎＰ層上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びそれを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を実現するのは困難である。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ＡｌＧａＩｎＰ層と、ＡｌＧａＩｎＰ層の上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との間の結晶欠陥を低減できるようにする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓを積層するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成を小さくするか、又はＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成を小さくする構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、第１の半導体層の上にＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、第１の工程において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂを小さくする。
【００１５】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第１の半導体層のＧａの組成を小さくされているため、第１の半導体層のＧａの組成が相対的に大きい場合と比べて、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減することが可能となる。これは、第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させる際に、第１の半導体層におけるＧａＰ成分と第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分との相互作用が小さくなるため、形成中の第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されることによる。
【００１６】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法の第１の工程において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂは０．３５以下であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減できる。
【００１８】
本発明に係る第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂが０．３５以下である。
【００１９】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層と、ＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層との積層構造において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂが０．３５以下であるため、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減でき、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００２０】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は、第２のクラッド層の上にストライプ状に形成されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、第２のクラッド層及び第１の半導体層を第２導電型クラッド層として用い、且つ第２の半導体層を、第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層の一部として用いる半導体レーザ装置において、クラッド層より上方にも光が分布するように活性層を構成する場合に、第２の半導体層のＡｌ組成を大きくしても結晶欠陥が増大することがないため、第２の半導体層における光の吸収が少なくなるので、半導体レーザ装置の動作電流を小さくすることが可能となる。
【００２２】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことが好ましい。
【００２３】
このようにすると、第１コンタクト層により、第２コンタクト層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【００２４】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に設けられ、第２の半導体層はストライプ状に形成されていることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、第２のクラッド層及び第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用い、且つ第１の半導体層を、第２の半導体層をストライプ状に形成する際のエッチングストップ層として用いた半導体レーザ装置において、第２の半導体層は熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなるため、活性層に発生する熱の放熱性を向上してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高出力化が可能である。また、第１の半導体層におけるＧａの組成が相対的に小さくされているため第２の半導体層を低欠陥に形成できるので、高出力且つ高信頼性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００２６】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第２のクラッド層は第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、第２の半導体層に加えて、第２のクラッド層にも熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓを用いるため、活性層に発生する熱の放熱性がさらに良好になり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置をより高出力化できる。
【００２８】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に設けられていることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用いた半導体レーザ装置において、第２の半導体層が熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなるため活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層を用いることにより活性層とのバンドギャップの差を確保することができるため、活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。また、第１の半導体層におけるＧａの組成が相対的に小さくされているため、第２の半導体層を低欠陥に形成できるので、高性能且つ高信頼性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００３０】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１のクラッド層は第１導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、第２の半導体層に加えて第１のクラッド層にも熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓを用いるため、活性層に発生する熱の放熱性がさらに良好になり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置をより高出力化できる。
【００３２】
本発明に係る第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）からなる緩衝層と、緩衝層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、緩衝層におけるＧａの組成ｙは第１の半導体層におけるＧａの組成ｂよりも小さい。
【００３３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、緩衝層におけるＧａの組成は第１の半導体層におけるＧａの組成よりも小さいため、第１の半導体層と第２の半導体層とが直接に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置と比べて、第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。従って、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００３４】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層をさらに備え、活性層は複数の半導体層が積層されてなり、第１の半導体層は活性層の最上層を構成するように設けられ、第２の半導体層は第２のクラッド層の下に設けられていることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、第１の半導体層を活性層の光ガイド層として用いた半導体レーザ装置において、第２のクラッド層の不純物濃度を高くしても第２の半導体層によって不純物が活性層に拡散することを防止できるのに加えて、第２の半導体層を低欠陥に形成することができ、温度特性が良好な半導体レーザ装置を確実に得ることができる。
【００３６】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上にストライプ状に設けられていることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、第２のクラッド層を第２導電型のクラッド層として用い、且つ第１の半導体層及び第２の半導体層を、第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層の一部として用いる半導体レーザ装置において、第２のクラッド層より上方にも光が分布するように活性層を構成する場合に、第２の半導体層のＡｌ組成を大きくしても結晶欠陥が増大することがないため、第２の半導体層における光の吸収が少なくなるので、半導体レーザ装置の動作電流を小さくすることが可能となる。
【００３８】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことが好ましい。
【００３９】
このようにすると、第１コンタクト層により第２コンタクト層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【００４０】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上にストライプ状に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に設けられていることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層として用いる半導体レーザ装置において、第１の半導体層により、第２のクラッド層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧がされる。さらに、Ａｌ組成が大きい第２の半導体層を低欠陥に形成することができるため、第２の半導体層における活性層からの発光光の吸収を抑制することができる。
【００４２】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に設けられていることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の半導体層を第２導電型のクラッド層として用いる半導体レーザ装置において、クラッド層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を低欠陥に形成することができる。
【００４４】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１の半導体層はストライプ状の凸部を有し、緩衝層は、凸部の下段及び側面の上に設けられ、第２の半導体層は第１導電型の不純物を含み、凸部の上段の上を開口するように設けられていることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、第２の半導体層を電流ブロック層として用いることができるため、電流ブロック層にバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓを用いることができるので、電流ブロック層における光の損失を低減することができる。
【００４６】
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は、第１の半導体層の上に、凸部の上段の上を含むように設けられていることが好ましい。
【００４７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は第１導電型の不純物を含んでいることが好ましい。
【００４８】
このようにすると、緩衝層を電流ブロック層の一部として用いることができる。
【００４９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は第２導電型の不純物を含んでいることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、緩衝層を第２導電型のクラッド層の一部として用いることができる。
【００５１】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層はストライプ状の開口部を有し且つ第１導電型の不純物を含んでおり、緩衝層は第１の半導体層における開口部の壁面及び上面の上に設けられていることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、第１の半導体層を電流ブロック層として用い且つ第２の半導体層を第２導電型のクラッド層として用いる半導体レーザ装置において、第２の半導体層におけるＡｌの組成を大きくしてクラッド層における光の損失の低減を図りながらも第２の半導体層における結晶欠陥を低減することができる。
【００５３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、活性層は複数の半導体層が積層されてなり、第１の半導体層は活性層の最上層を構成するように設けられていることが好ましい。
【００５４】
このようにすると、第１の半導体層を活性層の光ガイド層として用い且つ第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用いた半導体レーザ装置において、第２導電型クラッド層の熱伝導率を向上することにより活性層に発生する熱の放熱性を向上してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高出力化が可能である。
【００５５】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成されたＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上に形成された第２導電型のＡｌｆＧａ１−ｆＡｓ（但し、０≦ｆ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、エッチングストップ層におけるＧａの組成ｅが０．３５以下であることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、第２の半導体層と第２のクラッド層とを第２導電型のクラッド層として用いることにより放熱性の向上が可能であるのに加えて、エッチングストップ層を用いて第２のクラッド層を精密に且つ低欠陥に加工することができる。
【００５７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成されたＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上に形成されたＡｌｆＧａｇＩｎ１−ｆ−ｇＰ　（但し、０≦ｆ≦１，０≦ｇ≦１，０≦ｆ＋ｇ≦１である。）からなる第３の半導体層と、第３の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌｈＧａ１−ｈＡｓ（但し、０≦ｈ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第３の半導体層におけるＧａの組成ｇはエッチングストップ層におけるＧａの組成ｅよりも小さいことが好ましい。
【００５８】
このようにすると、第３の半導体層を緩衝層として第２のクラッド層を低欠陥に形成することができるため、エッチングストップ層におけるＡｌの組成を小さくして製造工程におけるエッチングストップ層の酸化を防止して低欠陥のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【００５９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に形成されていることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２導電型のクラッド層として低欠陥に形成することができるため、熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層により活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、バンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層により活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【００６１】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型のＡｌｄＧａｅＩｎ１−ｄ−ｅＰ（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に形成されていることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、第２の半導体層により活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、第２のクラッド層により活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。さらに、緩衝層を設けることにより第２の半導体層を低欠陥に形成することができるため、エッチングストップ層におけるＡｌの組成を小さくして製造工程におけるエッチングストップ層の酸化を防止して低欠陥のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【００６３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１のクラッド層はＡｌｄＧａ１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第２導電型のクラッド層に加えて第１導電型のクラッド層においても熱伝導率を高くすることができるため、放熱性がさらに向上する。
【００６５】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層におけるＧａの組成ｙは０であることが好ましい。
【００６６】
このようにすると、第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥は確実に減少する。
【００６７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、基板はＧａＡｓからなり、第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であり、緩衝層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であることが好ましい。
【００６８】
このようにすると、緩衝層は基板に格子整合するため、結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００６９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
このようにすると、緩衝層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の電気的及び光学的特性にほとんど影響を与えることなく第１の半導体層又は第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を低減できる。
【００７１】
本発明に係る第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、第１の半導体層の上にＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、第２の工程において、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃを小さくする。
【００７２】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第２の半導体層のＡｌの組成が小さくされるため、第２の半導体層のＡｌの組成が相対的に大きい場合と比べて、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減することが可能となる。これは、第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させる工程において、第１の半導体層におけるＧａＰ成分と第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分との相互作用が小さくなるため、形成中の第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されることによる。
【００７３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法の第２の工程において、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃは０．３以下であることが好ましい。
【００７４】
このようにすると、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減できる。
【００７５】
本発明に係る第３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃが０．３以下である。
【００７６】
本発明の第３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層と、ＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層との積層構造において、第２の半導体層におけるＡｌの組成が０．３以下であるため、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減でき、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００７７】
本発明に係る第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、ＡｌａＧａｂＩｎ１−ａ−ｂＰ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である。）からなる緩衝層と、緩衝層の上に形成されたＡｌｃＧａ１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、緩衝層におけるＡｌの組成ｚは第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも小さい。
【００７８】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、緩衝層におけるＡｌの組成は第２の半導体層におけるＡｌの組成よりも小さいため、第１の半導体層と第２の半導体層とが直接に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置と比べて、第１の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。従って、第１の半導体層と第２の半導体層を用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００７９】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成され、複数の半導体層が積層されてなる活性層をさらに備え、第１の半導体層は基板の上に形成され、第２の半導体層は活性層の最下層を構成するように設けられていることが好ましい。
【００８０】
このようにすると、第１の半導体層を第１導電型のクラッド層として用い且つ第２の半導体層を活性層の光ガイド層として用いた半導体レーザ装置において、ＡｌＧａＡｓ系の活性層に対してＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層を用いてバンドギャップの差を確保することが可能となるため、活性層の電子がクラッド層へのオーバーフローすることが確実に抑制されるので、しきい値電流が小さく且つ温度特性に優れた半導体レーザ装置を確実に得ることができる。
【００８１】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層におけるＡｌの組成ｚは０であることが好ましい。
【００８２】
このようにすると、第１の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥は確実に減少する。
【００８３】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、基板はＧａＡｓからなり、第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であることが好ましい。
【００８４】
このようにすると、第１の半導体層は基板に格子整合するため、結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００８５】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８６】
このようにすると、緩衝層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の電気的及び光学的特性にほとんど影響を与えることなく第１の半導体層又は第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を低減できる。
【００８７】
【発明の実施の形態】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、ＡｌＧａＩｎＰとは、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）を表し、ＡｌＧａＡｓとはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である）を表す。また、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　において、特にｘ＝０となる場合、即ちＧａｙＩｎ１−ｙＰ（但し、０≦ｙ≦１である。）をＧａＩｎＰと表し、特にｙ＝０となる場合、即ちＡｌｘＩｎ１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１である。）をＡｌＩｎＰと表す。
【００８８】
本願発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成が小さいほど結晶欠陥が少なくなり、また、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥が少なくなるという知見を得ている。
【００８９】
以下、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌの組成と結晶欠陥との関係について図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図１はＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ　層の上にＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層を形成した場合のＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ　層（但し、０≦ｘ≦０．５である。）におけるＡｌの組成ｘと結晶欠陥密度との関係を示している。ここで、結晶欠陥密度とは、顕微鏡観察を用いて観察される結晶欠陥の個数を単位面積で割った値である。また、Ｉｎの組成はＧａＡｓからなる基板と格子整合させるために０．５としている。
【００９１】
図１に示すように、ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ　層におけるＡｌの組成ｘが大きいほど結晶欠陥密度は小さい。すなわち、ｘ＝０の場合には結晶欠陥密度は約２．７×１０７　個／ｃｍ２　であるが、ｘ＝０．１５の場合には結晶欠陥密度は約４．０×１０６個／ｃｍ２程度に減少しており、ｘ＝０．３５の場合には結晶欠陥密度は１×１０５個／ｃｍ２程度にまで減少している。さらに、ｘ＝０．５の場合には、結晶欠陥はほとんど観察されず、１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【００９２】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を形成する場合、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＡｌの組成が大きいほど、すなわちＧａの組成が小さいほど結晶欠陥を少なく形成できることが分かる。具体的には、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ層におけるＧａの組成ｙは０．３５以下であれば、結晶欠陥は十分に少なくなる。
【００９３】
なお、図１には、ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ　層の上にＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層を形成する場合の結晶欠陥を示したが、ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ層の上に形成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成が０．６の場合に限られず、他の組成であっても同様の結果が得られる。即ち、ＡｌＧａＡｓ層の組成に拘わらず、ＡｌＧａＩｎＰ層のＧａ組成を小さくするほど結晶欠陥が小さくなる。
【００９４】
図２はＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層の上にＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層（但し、０≦ｚ≦１である。）を形成した場合のＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層（但し、０≦ｚ≦１である。）におけるＡｌの組成ｚと結晶欠陥密度との関係を示している。
【００９５】
図２に示すように、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層におけるＡｌの組成ｚが小さいほど結晶欠陥密度は小さい。すなわち、ｚ＝０．６の場合には、結晶欠陥密度は約２．７×１０７　個／ｃｍ２　であるが、ｚ＝０．３の場合には、結晶欠陥密度は１×１０７個／ｃｍ２程度となり、半分以下にまで減少している。さらに、ｚ＝０の場合には、結晶欠陥はほとんど観察されず、１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【００９６】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を形成する場合、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥を少なく形成できることが分かる。具体的にはＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層におけるＡｌの組成ｚが０．３以下であれば、結晶欠陥は十分に少なくなる。
【００９７】
なお、図２には、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層の上にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を形成する場合の結晶欠陥を示したが、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層の下に形成されるＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成が０の場合に限られず、他の組成であっても同様の結果が得られる。即ち、ＡｌＧａＩｎＰ層の組成に拘わらず、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を小さくするほど結晶欠陥が小さくなる。
【００９８】
以上説明したように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体において、Ｇａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰ層又はＡｌの組成が小さいＡｌＧａＡｓ層を用いることにより、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との界面における結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【００９９】
このような効果が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層を構成する構成要素とＡｌＧａＡｓ層を構成する構成要素との相互作用のうち、ＧａＰ成分とＡｌＡｓ成分との相互作用が他の構成要素間あるいは原子間の相互作用と比べて強いことによると考えられる。
【０１００】
すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を結晶成長させる工程において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成が小さいほど、また、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど、ＡｌＡｓ成分とＧａＰ成分との相互作用が小さくなるため、形成中のＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されるので、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との界面における原子の配列に生じる乱れが少なくなると考えられる。
【０１０１】
このような知見から、本発明に係る以下の実施形態は、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を積層する工程において、第１の半導体層と第２の半導体層の界面における第１の半導体層のＧａの組成を小さくするか、又は第２の半導体層のＡｌの組成を小さくすることにより、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減している。
【０１０２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０３】
図３は第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の断面構成を示している。図３に示すように、例えば、ＧａＡｓからなる基板１１上に、膜厚が約０．２μｍのＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　からなるＡｌＧａＩｎＰ層１２、膜厚が約１．１ｎｍのＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる緩衝層１３及び膜厚が約０．３μｍのＡｌ０．６Ｇａ０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層１４が順次積層されている。
【０１０４】
以下、第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の製造方法について説明する。
【０１０５】
第１の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、ＧａＡｓからなる基板１１の上に各半導体層を順次結晶成長させることにより形成することが可能である。
【０１０６】
具体的には、ＩＩＩ　族化合物の原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族化合物の原料としてホスフィン（ＰＨ３　）及びアルシン（ＡｓＨ３　）を用い、これらの原料を、水素をキャリアガスとして石英からなる反応管に導入する。反応管内圧力が約１．０×１０４　Ｐａ（約７６Ｔｏｒｒ）、基板温度が約７５０℃の条件下において、供給する原料及び原料の供給量を適宜切り替えることにより各半導体層を順次結晶成長させる。
【０１０７】
第１の実施形態の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上に、該ＡｌＧａＩｎＰ層１２よりもＧａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介してＡｌＧａＡｓ層１４が形成されていることにある。すなわち、　Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５ＰからなるＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層することと比べて、Ｇａの組成がより小さいＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる緩衝層１３の上にＡｌＧａＡｓ層１４が積層されるため、緩衝層１３とＡｌＧａＡｓ層１４との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。
【０１０８】
さらに、緩衝層１３の厚さは約１．１ｎｍと極めて薄いため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の光学的及び電気的特性等の物性にはほとんど影響を与えない。
【０１０９】
つまり、第１の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介することにより、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層した積層構造と同等の物性を有し、且つＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層した積層構造よりも結晶欠陥を少なくすることを可能としている。
【０１１０】
ここで、ＡｌＧａＩｎＰ層１２及び緩衝層１３を構成するＡｌＧａＩｎＰは、それぞれＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　及びＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、ＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも緩衝層１３におけるＧａの組成の方が小さくなるような組み合わせであればよい。勿論、緩衝層１３におけるＧａの組成が小さいほど結晶欠陥を低減する効果は大きい。
【０１１１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１４を構成するＡｌＧａＡｓはＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓに限られず、ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である）であればよい。
【０１１２】
また、緩衝層１３の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。緩衝層１３の厚さが０．５ｎｍよりも小さいであると、緩衝層１３とＡｌＧａＡｓ層１４との界面に生じる結晶欠陥は、ＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＡｌの組成を反映したものとなり、緩衝層１３によって結晶欠陥を低減する効果は不十分となる。逆に、緩衝層１３の厚さが５ｎｍよりも大きいと、緩衝層１３がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の物理的性質に与える影響が無視できなくなる。
【０１１３】
第１の実施形態において、ＡｌＧａＩｎＰ層１２と緩衝層１３とが接して積層されている必要はなく、例えば緩衝層１３よりもＧａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層が挿入されていてもよく、この場合にもＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも緩衝層１３におけるＧａの組成が小さければよい。
【０１１４】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層１２、緩衝層１３及びＡｌＧａＡｓ層１４からなる積層構造は、基板１１の上に形成されている必要はなく、例えば、電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイボーラトランジスタ、半導体レーザ装置又は発光ダイオード等の半導体装置を構成する積層構造の一部として他の半導体層の上に形成されていてもよい。
【０１１５】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層１２及び緩衝層１３において、ＧａＡｓからなる基板１１と格子整合させるために、それぞれのＩｎの組成を０．５としているが、基板１１と格子整合させるためには、Ｉｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であればよい。また、ＧａＡｓとの格子整合が必要でない場合はＩｎの組成１−ｘ−ｙは０≦１−ｘ−ｙ≦１であればよい。
【０１１６】
以上説明したように、第１の実施形態によると、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上には、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介してＡｌＧａＡｓ層１４が形成されており、緩衝層１３におけるＧａの組成はＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも小さいため、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上に直接ＡｌＧａＡｓ層１４を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造と同等の物性を有し且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を得ることができる。
【０１１７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１８】
図４は第２の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の断面構成を示している。図４に示すように、ＧａＡｓからなる基板２１上に、膜厚が約３０ｎｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＡｌＧａＩｎＰ層２２、膜厚が約１．６ｎｍのＧａＡｓからなる緩衝層２３及び膜厚が約０．３μｍのＡｌ０．６Ｇａ０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２４が積層されている。
【０１１９】
このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、第１の実施形態と同様に、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて形成することが可能である。
【０１２０】
第２の実施形態の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上に、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介してＡｌＧａＡｓ層２４が形成され、緩衝層２３におけるＡｌの組成はＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも小さいことにある。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌ０．６Ｇａ０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層することと比べて、Ａｌの組成がより小さいＧａＡｓからなる緩衝層２３の上にＡｌＧａＡｓ層２４が積層されるため、ＡｌＧａＩｎＰ層２２と緩衝層２３との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。
【０１２１】
さらに、緩衝層２３の厚さは約１．６ｎｍと極めて薄いため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の光学的及び電気的特性等の物性にはほとんど影響を与えない。
【０１２２】
つまり、第２の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介することにより、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層した積層構造と同等の物性を有し、且つＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層した積層構造よりも結晶欠陥を少なくすることを可能としている。
【０１２３】
ここで、緩衝層２３及びＡｌＧａＡｓ層２４を構成するＡｌＧａＡｓは、それぞれＧａＡｓ及びＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓに限られず、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成よりも緩衝層２３におけるＡｌの組成の方が小さくなるような組み合わせであればよい。勿論、緩衝層２３におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥を低減する効果は大きい。
【０１２４】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２を構成するＡｌＧａＩｎＰはＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られずＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）であればよい。
【０１２５】
また、緩衝層２３の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。緩衝層２３の厚さが０．５ｎｍよりも小さいと、ＡｌＧａＩｎＰ層２２と緩衝層２３との界面に生じる結晶欠陥は、ＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成を反映したものとなり、緩衝層２３によって結晶欠陥を低減する効果は不十分となる。逆に、緩衝層２３の厚さが５ｎｍよりも大きいと、緩衝層２３がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の物理的性質に与える影響が無視できなくなる。
【０１２６】
第２の実施形態において、緩衝層２３とＡｌＧａＡｓ層２４とが接して積層されている必要はなく、例えば緩衝層２３よりもＡｌの組成が小さいＡｌＧａＡｓからなる半導体層が緩衝層２３とＡｌＧａＡｓ層２４との間に挿入されていてもよく、この場合にもＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも緩衝層２３におけるＡｌの組成が小さければよい。
【０１２７】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２、緩衝層２３及びＡｌＧａＡｓ層２４からなる積層構造は、基板２１の上に形成されている必要はなく、例えば、電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイボーラトランジスタ、半導体レーザ装置又は発光ダイオード等の半導体装置を構成する積層構造の一部として他の半導体層の上に形成されていてもよい。
【０１２８】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２において、ＧａＡｓからなる基板２１と格子整合させるために、それぞれのＩｎの組成を０．５としているが、基板２１と格子整合させるためには、Ｉｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であればよい。また、ＧａＡｓとの格子整合が必要でない場合はＩｎの組成１−ｘ−ｙは０≦１−ｘ−ｙ≦１であればよい。
【０１２９】
以上説明したように、第２の実施形態によると、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上には、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介してＡｌＧａＡｓ層２４が形成されており、緩衝層２３におけるＡｌの組成はＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも小さいため、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上に直接ＡｌＧａＡｓ層２４を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造と同等の物性を有し且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を得ることができる。
【０１３０】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１３１】
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板３１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層３３、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層３４、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層３５及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層３６が順次積層されている。
【０１３２】
なお、活性層３３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１３３】
第１のｐ型クラッド層３６の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層３７がストライプ状に形成されている。また、第１のｐ型クラッド層３６の上面における第２のｐ型クラッド層３７の側方部分と、第２のｐ型クラッド層３７の側面の上とにはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層３８が形成されている。第２のｐ型クラッド層３７及び電流ブロック層３８の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３９が形成されている。
【０１３４】
基板３１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなり、基板３１とオーミック接触するｎ側電極４０が形成されている。また、コンタクト層３９の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなり、コンタクト層３９とオーミック接触するｐ側電極４１が形成されている。
【０１３５】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１３６】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表１に示す。
【０１３７】
【表１】
2004088054.tif 000003
【０１３８】
表１に示すように、緩衝層３４におけるＧａの組成は光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第３の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、光ガイド層、緩衝層３４及び拡散防止層３５が順次積層された積層構造として有している。
【０１３９】
第３の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板３１と格子整合させるために、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板３１と格子整合するためには、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１４０】
第３の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層３３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層３８の間を通過した電流が活性層３３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１４１】
拡散防止層３５は、半導体レーザ装置の製造工程又は素子の動作中において第１のｐ型クラッド層３６のドーパントであるＺｎが活性層３３へ浸入することを防止する。これにより、活性層３３に影響を与えることなく第１のｐ型クラッド層３６のドーピング濃度を高くすることが可能となるので、活性層３３から第１のｐ型クラッド層３６への電子のオーバーフローを確実に抑制できる。
【０１４２】
さらに、活性層３３と拡散防止層３５との間には、緩衝層３４が形成されている。ここで、活性層３３の最上層である光ガイド層は　Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層３４はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。すなわち、光ガイド層におけるＧａの組成よりも緩衝層３４におけるＧａの組成の方が小さいため、活性層３３の上に接して拡散防止層３５を形成するのと比べて、緩衝層３４と拡散防止層３５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、緩衝層３４と拡散防止層３５との界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１４３】
ここで、緩衝層３４のバンドギャップは６５０ｎｍの発振波長を持つレーザ光に対して透明であり、且つその厚さは１．１ｎｍと極めて小さいことから、半導体レーザ装置の広がり角等の光学的特性及び動作電流値等の電気的特性にはほとんど影響を与えない。
【０１４４】
なお、第３の実施形態において、緩衝層３４の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、活性層３３の最上層である光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、活性層３３の上に接して緩衝層３４が形成されている必要はない。例えば緩衝層３４が　Ａｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、活性層３３と緩衝層３４との間に例えばＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層３４と拡散防止層３５との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１４５】
以上説明したように、第３の実施形態によると、活性層３３の最上層である光ガイド層と拡散防止層３５との間に緩衝層３４を形成することにより、結晶欠陥が少ない拡散防止層３５を形成することができるため、第１のｐ型クラッド層３６のドーピング濃度を高くしても、活性層３３に不純物が拡散することがない。このようにして、活性層３３から第１のｐ型クラッド層３６への電子のオーバーフローを確実に抑制することが可能となり、温度特性が良好な赤色半導体レーザ装置を低欠陥に実現することができる。
【０１４６】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１４７】
図６は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板５１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層５２、ＧａＡｓからなる緩衝層５３、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層５４、並びにｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層５５が順次積層されている。
【０１４８】
なお、活性層５４において、量子井戸はＧａＡｓからなる２層の井戸層とＡｌＧａＡｓからなる１層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１４９】
第１のｐ型クラッド層５５の上にはストライプ状の開口部を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層５６が形成されており、該電流ブロック層５６の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層５７が形成されている。第２のｐ型クラッド層５７及び電流ブロック層５６の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層５８が形成されている。
【０１５０】
基板５１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなり、基板５１とオーミック接触するｎ側電極５９が形成されている。また、コンタクト層５８の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなり、コンタクト層５８とオーミック接触するｐ側電極６０が形成されている。
【０１５１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１５２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表２に示す。
【０１５３】
【表２】
2004088054.tif 000004
【０１５４】
表２に示すように、緩衝層５３におけるＡｌの組成は光ガイド層におけるＡｌの組成よりも小さい。つまり、第４の実施形態の半導体レーザ装置は、第２の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ｎ型クラッド層５２、緩衝層５３及び光ガイド層が順次積層された積層構造として有している。
【０１５５】
第４の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板５１と格子整合させるために、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板５１と格子整合するためには、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１５６】
第４の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層５４は７８０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層５６の間を通過した電流が活性層５４に到達すると、発振波長が７８０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１５７】
第４の実施形態の特徴として、活性層５４とｎ型クラッド層５２の間に緩衝層５３を備え、活性層５４はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体からなり、ｎ型クラッド層５２、第１のｐ型クラッド層５５及び第２のｐ型クラッド層５７はＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる。
【０１５８】
活性層５４にＡｌＧａＡｓ系の材料を用いているのに対して、ｎ型クラッド層５２、第１のｐ型クラッド層５５及び第２のｐ型クラッド層５７にバンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いているため、従来のＡｌＧａＡｓ系材料をクラッド層に用いた半導体レーザ装置と比べて、活性層とクラッド層との間のバンドギャップの差（バンドオフセット）を大きくすることができる。これにより、活性層５４から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、しきい値電流値の低下と温度特性の向上が可能となる。
【０１５９】
さらに、ｎ型クラッド層５２と活性層５４との間には、緩衝層５３が形成されている。ここで、緩衝層５３はＧａＡｓからなり、光ガイド層はＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる。すなわち、光ガイド層におけるＡｌの組成よりも緩衝層５３におけるＡｌの組成の方が小さいため、ｎ型クラッド層５２の上に接して活性層５４を形成するのと比べて、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１６０】
ここで、緩衝層５３の膜厚は１．６ｎｍと十分に小さいため、量子効果により活性層５４からの発光光に対して透明となり、且つ広がり角等の光学的特性及び動作電流値等の電気的特性にはほとんど影響を与えない。
【０１６１】
なお、第４の実施形態において、緩衝層５３の化合物組成はＧａＡｓに限られず、活性層５４の最外層である光ガイド層におけるＡｌの組成よりも小さいＡｌの組成を持つＡｌＧａＡｓであれば良く、また、緩衝層５３と活性層５４が接して形成されている必要はない。例えば、緩衝層５３がＡｌ０．１Ｇａ０．９Ａｓからなり、緩衝層５３と活性層５４との間に例えばＧａＡｓからなる半導体層が挿入されていても、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１６２】
以上説明したように、第４の実施形態によると、活性層５４の最外層である光ガイド層とｎ型クラッド層５２との間に緩衝層５３を導入することにより、結晶欠陥が少ない光ガイド層を形成することができるため、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層からなる活性層に対してＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層からなるクラッド層を用いることが可能となり、しきい値電流が小さく、且つ温度特性が良好な赤外半導体レーザ装置を低欠陥に実現することができる。
【０１６３】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１６４】
図７は本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図７に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板６１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層６２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層６３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層６４、並びにｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層６５が順次積層されている。
【０１６５】
なお、活性層６３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１６６】
エッチングストップ層６５の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層６６がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層６６の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層６７が形成されている。また、エッチングストップ層６５の上面における第２のｐ型クラッド層６６の側方部分及び第２のｐ型クラッド層６６の側面の上にはｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層６８が形成されている。第１の電流ブロック層６８の上にはｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層６９が形成されている。
【０１６７】
第１のコンタクト層６７及び第２の電流ブロック層６９の上にはｐ型ＡｌＩｎＰからなる緩衝層７０、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１及びｐ型ＧａＡｓからなる第３のコンタクト層７２が順次積層されている。
【０１６８】
基板６１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板６１とオーミック接触するｎ側電極７３が形成されている。また、第３のコンタクト層７２の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第３のコンタクト層７２とオーミック接触するｐ側電極７４が形成されている。
【０１６９】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１７０】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表３に示す。
【０１７１】
【表３】
2004088054.tif 000005
【０１７２】
表３に示すように、緩衝層７０におけるＧａの組成は第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第５の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のコンタクト層６７、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有している。
【０１７３】
第５の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板６１と格子整合させるために、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板６１と格子整合するためには、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１７４】
第５の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層６３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層６８及び第２の電流ブロック層６９の間を通過した電流が活性層６３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１７５】
第５の実施形態は、Ａｌの組成が大きいＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１を備えていることを特徴とする。第２のコンタクト層７１は、第２のｐ型クラッド層６６及び第１のコンタクト層６７より上方においてもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、第２のコンタクト層７１は６５０ｎｍの発振波長を持つレーザ光に対して透明となるため、第２のｐ型クラッド層６６よりも上方における光の吸収を少なくすることができる。これにより、しきい値電流及び動作電流が小さい半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
【０１７６】
さらに、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間には、緩衝層７０が形成されている。ここで、第１のコンタクト層６７はＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層７０はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。すなわち、第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも緩衝層７０におけるＧａの組成の方が小さいため、第１のコンタクト層６７の上に接して第２のコンタクト層７１を形成するのと比べて、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との間に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１７７】
第１のコンタクト層６７はＧａＩｎＰからなり、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との間の電位障壁を小さくする機能を有する。これにより、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【０１７８】
また、エッチングストップ層６５は、第２のｐ型クラッド層６６をストライプ状に形成するために用いられる。具体的には、活性層６３の上に第１のｐ型クラッド層６４、エッチングストップ層６５及び第２のｐ型クラッド層形成膜を順次形成した後に、形成した第２のｐ型クラッド層形成膜の上に、フォトリソグラフィ法により、レジストマスクを形成し、硫酸又は酒石酸と塩酸との混合液により第２のｐ型クラッド層形成膜をエッチングする。この際に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層形成膜はエッチングされるが、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層６５はほとんどエッチングされないため、第２のｐ型クラッド層形成膜からストライプ状の第２のｐ型クラッド層６６を形成することができる。
【０１７９】
なお、第５の実施形態において、緩衝層７０の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、第１のコンタクト層６７の上に接して緩衝層７０が形成されている必要はない。例えば、緩衝層７０が　Ａｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、第１のコンタクト層６７と緩衝層７０との間に例えばＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、第２のコンタクト層７１と緩衝層７０との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１８０】
また、緩衝層７０は、第１のコンタクト層６７及び第２の電流ブロック層６９の上に形成されている必要はなく、第１のコンタクト層６７の上にのみ形成されていてもよい。
【０１８１】
以上説明したように、第５の実施形態によると、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間に緩衝層７０を形成することにより、活性層６３からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１を低欠陥に形成することができる。これにより、第２のｐ型クラッド層６６より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、第２のコンタクト層７１における光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０１８２】
（第５の実施形態の第１変形例）
以下、第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１８３】
図８は第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図８において、図７に示す第５の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１８４】
図８に示すように、基板６１上にはｎ型クラッド層６２、活性層６３、第１のｐ型クラッド層６４、エッチングストップ層６５及び第２のｐ型クラッド層６６が順次積層されている。エッチングストップ層６５の上面における第２のｐ型クラッド層６６の側方部分及び第２のｐ型クラッド層６６の側面の上には第１の電流ブロック層６８及び第２の電流ブロック層６９が順次積層されている。
【０１８５】
また、第２のｐ型クラッド層６６及び第２の電流ブロック層６９の上には第２のコンタクト層７１及び第３のコンタクト層７２が順次積層されている。基板６１の下にはｎ側電極７３が形成されており、第３のコンタクト層７２の上には、ｐ側電極７４が形成されている。
【０１８６】
第１変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６の上にＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層６７及び緩衝層７０が設けられていない点が第５の実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。
【０１８７】
第１変形例の半導体レーザ装置の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層６６の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１が積層された積層構造において、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成が相対的に小さくなるように形成されていることにある。
【０１８８】
ここで、図１に示したように、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる半導体層を積層した積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰのＧａの組成が小さい程、結晶欠陥密度が減少する。第１変形例では、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成は０．１５であり、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥の密度は１×１０６個／ｃｍ２程度となる。勿論、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成をさらに小さくすることにより、結晶欠陥をさらに低減することが可能である。
【０１８９】
（第５の実施形態の第２変形例）
以下、第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１９０】
図９は第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図９において、図８に示す第１変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１９１】
図９に示すように、第２変形例の半導体レーザ装置は、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との間にｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる第４のコンタクト層７５が形成されている点が第１変形例の半導体レーザ装置と異なっている。
【０１９２】
ここで、第２のコンタクト層７１と第４のコンタクト層７５との間及び第４のコンタクト層７５と第３のコンタクト層７２との間における価電子帯のバンド不連続量は、それぞれ２００ｍｅＶ及び２３０ｍｅＶである。これに対して、第４のコンタクト層７５が設けられていない場合、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層と間における価電子帯のバンド不連続量は４３０ｍｅＶである。従って、第２変形例の半導体レーザ装置では、第４のコンタクト層７５を設けることにより、第１変形例の半導体レーザ装置と比べてバンド不連続が緩和されている。
【０１９３】
なお、第４のコンタクト層７５を構成するＡｌＧａＡｓの組成は、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓに限られず、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との中間のバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓであればよい。また、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との間に、Ａｌ組成を段階的に変化させた複数のＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、バンド不連続量をさらに低減することが可能である。
【０１９４】
このように、第２変形例の半導体レーザ装置によると、第２のコンタクト層７１が活性層６３からの発光光の波長に対して透明となるように、第２のコンタクト層７１のＡｌ組成を高く設定した場合においても、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との中間のバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、動作電圧の低減が可能となる。
【０１９５】
（第５の実施形態の第３変形例）
以下、第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１９６】
図１０は第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１０において、図９に示す第２変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１９７】
図１０に示すように、第３変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６及び第２の電流ブロック層６９と第２のコンタクト層７１との間に、緩衝層７０が形成されている点が第２変形例と異なっている。
【０１９８】
ここで、緩衝層７０の組成及び膜厚は第５の実施形態と同じであり、Ｇａの組成は第２のｐ型クラッド層６６におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第３変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第２のｐ型クラッド層６６、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有している。
【０１９９】
従って、第２のｐ型クラッド層６６の上に第２のコンタクト層７１を直接に積層する第１変形例及び第２変形例の半導体レーザ装置と比べて、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２００】
また、緩衝層７０の膜厚は１．１ｎｍと十分に小さいため、半導体レーザ装置の動作電流値、拡がり角及び動作電圧等の特性にほとんど影響を与えない。
【０２０１】
第３変形例の半導体レーザ装置によると、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との間に生じる結晶欠陥密度は第２のｐ型クラッド層６６の組成に依存しない。従って、半導体レーザ装置の垂直拡がり角や動作電流等の特性に大きな影響を及ぼすパラメータである第２のｐ型クラッド層６６の組成を適当に調整しながらも、結晶欠陥を低減することができる。
【０２０２】
なお、緩衝層７０は、第２の電流ブロック層６９の上に形成されている必要はなく、第２のｐ型クラッド層６６の上に形成されていればよい。
【０２０３】
また、緩衝層７０の組成は、Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、第２のｐ型クラッド層６６のＡｌ組成よりも大きいＡｌ組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよい。
【０２０４】
（第５の実施形態の第４変形例）
以下、第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２０５】
図１１は第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１１において、図１０に示す第３変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２０６】
図１１に示すように、第４変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６と緩衝層７０との間に、第１のコンタクト層６７が設けられている点が第３変形例の半導体レーザ装置と異なっている。
【０２０７】
ここで、第１のコンタクト層６７の組成及び膜厚は第５の実施形態と同じであり、緩衝層７０におけるＧａの組成は第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第４変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のコンタクト層６７、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有しており、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥が低減されている。
【０２０８】
また、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との間の電位障壁を小さくする機能を有する。これにより、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【０２０９】
第１のコンタクト層６７の上に直接に第２のコンタクト層７１を形成した場合には、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥の密度は約３×１０７個／ｃｍ２となり、動作中に素子の劣化が生じて半導体レーザ装置の信頼性が確保できない。これに対し、第３変形例では、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間に緩衝層７０を設けることにより、結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーにまで低減されている。
【０２１０】
以上説明したように、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置によると、活性層からの発光光の波長に対して透明となるバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓを用いて、第２のコンタクト層７１を低欠陥に形成することができるため、高温高出力といった厳しい動作環境下においても素子の劣化が生じず、高出力で高輝度の信頼性が極めて高い半導体レーザ装置を実現することができる。具体的に、これらの半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０２１１】
なお、第５の実施形態及びその各変形例において、基板６１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０２１２】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層６８にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層６８にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０２１３】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、活性層６３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０２１４】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０２１５】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２１６】
図１２は本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１２に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板８１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層８２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層８３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなりストライプ状の凸部８４ａを有するｐ型クラッド層８４が順次積層されている。
【０２１７】
なお、活性層８３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２１８】
ストライプ状の凸部８４ａを含むｐ型クラッド層８４の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層８５が形成され、該緩衝層８５の上には凸部８４ａの壁面と対向する開口部８６ａを有するｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６形成されている。電流ブロック層８６の上及び緩衝層８５における凸部８４ａ上段部分の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７が形成されている。
【０２１９】
基板８１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板８１とオーミック接触するｎ側電極８８が形成されている。また、コンタクト層８７の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金によりコンタクト層８７とオーミック接触するｐ側電極８９が形成されている。
【０２２０】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２２１】
前述の半導体層のうち、ｐ型クラッド層８４はＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　からなり、緩衝層８５はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、電流ブロック層８６はＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓからなる。その他の半導体層は第３の実施形態における表１と同様の構成で実施可能である。
【０２２２】
第６の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層８４とＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６との間に、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層８５が形成されており、緩衝層８５におけるＧａの組成はｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第６の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ｐ型クラッド層８４、緩衝層８５及び電流ブロック層８６が順次積層された積層構造として有している。
【０２２３】
第６の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板８１と格子整合させるために、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板８１と格子整合するためには、　ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２２４】
第６の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層８３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層８６の間を通過した電流が活性層８３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２２５】
電流ブロック層８６は、ｐ型クラッド層８４よりもバンドギャップが大きいＡｌＧａＡｓからなり、活性層８３からの発光光に対して透明にできるため、ｐ型クラッド層８４より上方にもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、電流ブロック層８６におけるレーザ光の損失を少なくできるため、しきい値電流及び動作電流の低下が可能となる。
【０２２６】
さらに、ｐ型クラッド層８４と電流ブロック層８６との間には、緩衝層８５が形成されている。ここで、ｐ型クラッド層８４は　Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層８５はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。すなわち、ｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも緩衝層８５におけるＧａの組成の方が小さいため、ｐ型クラッド層８４の上に接して電流ブロック層８６を形成するのと比べて、緩衝層８５と電流ブロック層８６との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２２７】
また、第６の実施形態において、緩衝層８５はｐ型不純物がドーピングされることにより、ｐ型クラッド層の一部として機能する。
【０２２８】
なお、緩衝層８５の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、ｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、ｐ型クラッド層８４の上に接して緩衝層８５が形成されている必要はない。例えば緩衝層８５が　Ａｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、ｐ型クラッド層８４と緩衝層８５との間に例えばＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層８５と電流ブロック層８６との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２２９】
次に、以上のように構成された第６の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２３０】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）において、活性層８３よりも下側の構成は図１３（ａ）と同一であるため図示を省略している。
【０２３１】
まず、図１３（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板８１の上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層８２、活性層８３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層形成層８４Ａを順次結晶成長させた後、ｐ型クラッド層形成層８４Ａの上にストライプ状のシリコン酸化膜９０を形成する。
【０２３２】
ここで、活性層８３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように順次結晶成長させる。
【０２３３】
次に、図１３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜９０をマスクとして、ｐ型クラッド層形成層８４Ａに対してエッチングを行ってストライプ状の凸部８４ａを有するｐ型クラッド層８４を形成した後、シリコン酸化膜９０をフッ酸で除去する。その後、ＭＯＶＰＥ法により、ｐ型クラッド層８４の上にＡｌＩｎＰからなる緩衝層８５及びＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層形成層８６Ａを順次結晶成長させる。
【０２３４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、電流ブロック層形成層８６Ａに対して、緩衝層８５が露出するまでエッチングを行い、凸部８４ａに沿った開口部８６ａを有する電流ブロック層８６を形成する。
【０２３５】
その後、図示はしないが、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層８６の上及び開口部８６ａに露出した緩衝層８５の上にｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７を形成し、続いて基板８１の下面にｎ側電極８８を、コンタクト層８７の上面にｐ側電極８９をそれぞれ形成することにより、第６の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２３６】
以上説明したように、第６の実施形態によると、ｐ型クラッド層８４と電流ブロック層８６との間に緩衝層８５を形成することにより、活性層からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６を低欠陥に形成することができる。これにより、ｐ型クラッド層８４より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、電流ブロック層８６におけるレーザ光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０２３７】
（第６の実施形態の一変形例）
以下、第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。本変形例は、緩衝層をｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段には形成しない点が異なっている。
【０２３８】
図１４は第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１４において、図１２と同一の部材は同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２３９】
図１４に示すように、本変形例の半導体装置は、ｐ型クラッド層８４はストライプ状の凸部８４ａを有し、その壁面及び下段の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層９１が形成され、該緩衝層９１の上にはｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６が形成されている。電流ブロック層８６及びｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７が形成されている。
【０２４０】
なお、本変形例において、緩衝層９１はｐ型不純物がドーピングされることにより、ｐ型クラッド層の一部として機能させているが、ｎ型不純物をドーピングすることにより電流ブロック層の一部として機能させることも可能である。
【０２４１】
以上説明したように、第６の実施形態の一変形例によると、第６の実施形態と同様の効果を得られるのに加えて、ｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段の上に緩衝層９１を形成しないため、緩衝層９１にｎ型不純物を導入することにより電流ブロック層の一部として機能させることが可能であり、またｐ型不純物を導入することによりｐ型クラッド層の一部として機能させることも可能である。
【０２４２】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２４３】
図１５は本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１５に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層１０３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４が順次積層されている。
【０２４４】
なお、活性層１０３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２４５】
第１のｐ型クラッド層１０４の上にはストライプ状の開口部１０５ａを有するｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５が形成され、電流ブロック層１０５の上及び開口部１０５ａに露出した第１のｐ型クラッド層１０４の上にはＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１０６が形成されている。緩衝層１０６の上には、電流ブロックの開口部１０５ａに沿った下向きの凸部１０７ａを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７が形成され、第２のｐ型クラッド層１０７の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８が形成されている。
【０２４６】
基板１０１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１０１とオーミック接触するｎ側電極１０９が形成されている。また、コンタクト層１０８の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金によりコンタクト層１０８とオーミック接触するｐ側電極１１０が形成されている。
【０２４７】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２４８】
前述の半導体層のうち、第１のｐ型クラッド層１０４はＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐからなり、電流ブロック層１０５はＡｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、第２のｐ型クラッド層１０７はＡｌ０．８Ｇａ０．２Ａｓからなる。その他の半導体層は第３の実施形態における表１と同様の構成で実施可能である。
【０２４９】
第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５とＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７との間に、ＡｌＩｎＰからなる緩衝層１０６が形成されており、緩衝層１０６におけるＧａの組成は電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、電流ブロック層１０５、緩衝層１０６及び第２のｐ型クラッド層からなる積層構造として、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでいる。
【０２５０】
また、電流ブロック層１０５の開口部１０５ａにおいて、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４と第２のｐ型クラッド層１０７との間に、緩衝層１０６が形成されており、緩衝層１０６におけるＧａの組成は第１のｐ型クラッド層１０４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１０４、緩衝層１０６及び第２のｐ型クラッド層１０７からなる積層構造としても、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでいる。
【０２５１】
第７の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１０１と格子整合させるために、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１０１と格子整合するためには、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２５２】
第７の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層１０３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層１０５の間を通過した電流が活性層１０３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２５３】
緩衝層１０６は、ｐ型不純物がドーピングされることによりｐ型クラッド層の一部として機能している。
【０２５４】
第２のｐ型クラッド層１０７は、活性層１０３からの発光光に対して透明となるようなバンドギャップを有し、第１のｐ型クラッド層１０４より上方にもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、第２のｐ型クラッド層１０７におけるレーザ光の損失を少なくできるため、しきい値電流及び動作電流の低下が可能となる。
【０２５５】
さらに、電流ブロック層１０５と第２のｐ型クラッド層１０７との間には、緩衝層１０６が形成されている。ここで、電流ブロック層１０５はＡｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる。すなわち、電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも緩衝層１０６におけるＧａの組成の方が小さいため、電流ブロック層１０５の上に接して第２のｐ型クラッド層１０７を形成するのと比べて、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２５６】
また、電流ブロック層１０５の開口部１０５ａにおいて、第１のｐ型クラッド層１０４と第２のｐ型クラッド層１０７との間には、緩衝層１０６が形成されている。ここで、第１のｐ型クラッド層１０４は　Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる。すなわち、第１のｐ型クラッド層１０４におけるＧａの組成よりも緩衝層１０６におけるＧａの組成の方が小さいため、第１のｐ型クラッド層１０４の上に接して第２のｐ型クラッド層１０７を形成するのと比べて、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２５７】
なお、緩衝層１０６の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、電流ブロック層１０５の上に接して緩衝層１０６が形成されている必要はない。例えば緩衝層１０６が　Ａｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐからなり、電流ブロック層１０５と緩衝層１０６との間に例えばＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２５８】
次に、以上のように構成された第７の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２５９】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）において、活性層１０３よりも下側の構成は図１６（ａ）と同一であるため図示を省略している。
【０２６０】
まず、図１６（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層形成層１０５Ａを順次結晶成長させた後、フォトリソグラフィ法により、電流ブロック層形成層１０５Ａの上にストライプ状の開口部がパターニングされたレジストマスク１１１を形成する。
【０２６１】
ここで、活性層１０３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように形成する。
【０２６２】
次に、図１６（ｂ）に示すように、レジストマスク１１１をマスクとして、電流ブロック層形成層１０５Ａに対してエッチングを行うことによりストライプ状の開口部１０５ａを有する電流ブロック層１０５を形成した後、レジストマスク１１１をアセトンで除去する。
【０２６３】
次に、図１６（ｃ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層１０５の上にＡｌＩｎＰからなる緩衝層１０６、ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８を順次結晶成長させる。
【０２６４】
その後、図示はしないが、基板１０１の下面にｎ側電極１０９を、コンタクト層１０８の上面にｐ側電極１１０をそれぞれ形成することにより、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２６５】
以上説明したように、第７の実施形態によると、第１のｐ型クラッド層１０４及び電流ブロック層１０５と第２のｐ型クラッド層１０７との間に緩衝層１０６を形成することにより、活性層１０３からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７を低欠陥に形成しすることができる。これにより、第１のｐ型クラッド層１０４より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、第２のｐ型クラッド層１０７における光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０２６６】
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２６７】
図１７は第８の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１７に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１２１の上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の緩衝層１２４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６が順次積層されている。
【０２６８】
なお、活性層１２３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２６９】
エッチングストップ層１２６の上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層１２７がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層１２７の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層１２８が形成されている。また、エッチングストップ層１２６の上面における第２のｐ型クラッド層１２７の側方部分及び第２のｐ型クラッド層１２７の側面の上にはｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層１２９及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１３０が順次形成されている。また、第１のコンタクト層１２８及び第２の電流ブロック層１３０の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１３１が形成されている。
【０２７０】
基板１２１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１２１とオーミック接触するｎ側電極１３２が形成されている。また、第２のコンタクト層１３１の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第２のコンタクト層１３１とオーミック接触するｐ側電極１３３が形成されている。
【０２７１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２７２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表４に示す。
【０２７３】
【表４】
2004088054.tif 000006
【０２７４】
表４に示すように、第１の緩衝層１２４におけるＧａの組成は活性層１２３の最上層である光ガイド層のＧａの組成よりも小さい。つまり、第８の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、光ガイド層、第１の緩衝層１２４及び第１のｐ型クラッド層１２５が順次積層された積層構造として有している。
【０２７５】
さらに、エッチングストップ層１２６のＧａの組成は０であり、ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１２７が積層された積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層のＧａの組成が相対的に小さくされている。
【０２７６】
また、第８の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１２１と格子整合させるために、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１２１と格子整合するためには、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２７７】
第８の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層１２３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の間を通過した電流が活性層１２３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２７８】
ここで、第８の実施形態の半導体装置は、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７に熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いているため、少なくとも第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７を介して活性層をヒートシンク（図示せず）と接続することにより、活性層１２３に発生した熱をヒートシンクへ効率良く拡散して活性層１２３の温度上昇を抑制することができる。これにより、素子の出力を上げるために電流値を増加しても熱飽和によって発光効率が低下することがないため、半導体レーザ装置を高出力化することができる。
【０２７９】
さらに、第１の緩衝層１２４におけるＧａの組成は活性層１２３の最上層である光ガイド層のＧａの組成よりも小さく、且つエッチングストップ層１２６のＧａの組成が相対的に小さくされているため、第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５との界面及びエッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２８０】
具体的に、第１の緩衝層１２４を用いずに活性層１２３の上に直接に第１のｐ型クラッド層１２５を形成する場合には、結晶欠陥密度は１×１０６個／ｃｍ２以上であるのに対し、第８の実施形態では、第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５と界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーであり、低欠陥化による素子性能の向上が図られている。
【０２８１】
また、エッチングストップ層１２６にＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐを用いることにより、エッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面の結晶欠陥密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０２８２】
なお、第８の実施形態において、第１の緩衝層１２４の化合物組成は　Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐ　に限られず、活性層１２３の最上層である光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えば、Ｇａの組成が０．１５以下であれば第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５との界面に生じる結晶欠陥密度はおよそ１×１０５個／ｃｍ２以下にまで低減される。
【０２８３】
また、第１の緩衝層１２４の厚さは、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２８４】
また、エッチングストップ層１２６の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、Ｇａの組成が相対的に小さいＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えばＡｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　を用いる場合には、エッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥密度はおよそ１×１０５個／ｃｍ２以下にまで低減できる。
【０２８５】
次に、以上のように構成された第８の実施形態の半導体レーザ体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２８６】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、第８の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）において、活性層１２３よりも下側の構成は図１８（ａ）と同一であるため図示を省略する。
【０２８７】
まず、図１８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１２１の上に、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２２、活性層１２３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の緩衝層１２４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層１２８Ａ及びＧａＡｓからなる保護層１３４を順次結晶成長させる。
【０２８８】
ここで、活性層１２３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように順次結晶成長させる。
【０２８９】
次に、図１８（ｂ）に示すように、保護層１３４を除去した後、例えばＣＶＤ法を用いて第１のコンタクト層形成層１２８Ａの上にシリコン酸化膜１３５を堆積し、堆積したシリコン酸化膜１３５をフォトリソグラフィー法およびエッチング法によってストライプ状にパターニングする。その後、パターニングしたシリコン酸化膜１３５をマスクとして用い、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ及び第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａを順次エッチングすることによりストライプ状の第１のコンタクト層１２８及び第２のｐ型クラッド層１２７を形成する。
【０２９０】
なお、シリコン酸化膜１３５のパターニングは、例えばフッ酸を用いて行うことができる。また、第１のコンタクト層形成層１２８Ａのエッチングは、例えば塩酸系のエッチャントを用いて行うことにより、下層である第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａとの選択エッチングが可能である。
【０２９１】
また、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａのエッチングは、例えばアンモニアと過酸化水素水の混合液等のＡｌＧａＡｓのＡｌＧａＩｎＰに対するエッチング選択比が高いエッチャントを用いて行うことにより、ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６に達するとエッチングがほとんど進行しなくなるため、制御性良く第２のｐ型クラッド層１２７を加工することができる。
【０２９２】
ここで、エッチングストップ層１２６にＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いる場合には、第２のｐ型クラッド層１２７及びエッチングストップ層１２６のそれぞれのＡｌの組成に大きな差を設けることによりエッチング選択比を確保する必要がある。しかし、ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料では、Ａｌの組成を小さくすると活性層１２３の発振波長に対して透明となるバンドギャップを確保できず、活性層１２３からの発光光が吸収されて光損失が生じてしまう。また、光損失が生じないようにエッチングストップ層１２６におけるＡｌの組成を設定すると、選択エッチングのために必要とされるＡｌの組成差を確保できず、エッチングストップ層１２６を超えて第１のｐ型クラッド層１２５までエッチングされてしまう。
【０２９３】
このように、エッチングストップ層１２６にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いることにより、ストライプ状（リッジ形状）の第２のｐ型クラッド層１２７を再現性良く精密に加工することができる。
【０２９４】
次に、図１８（ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層１２９及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１３０を順次成長させた後、シリコン酸化膜１３５に対してリフトオフを行うことにより、第１のコンタクト層１２８よりも上側に位置する第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０を除去する。
【０２９５】
その後、図示はしないが、第１のコンタクト層１２８及び第２の電流ブロック層１３０の上にｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１３１を成長させ、続いて基板１２１の下面にｎ側電極１３２を、第２のコンタクト層１３１の上面にｐ側電極１３３をそれぞれ形成することにより、第８の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２９６】
以上説明したように、第８の実施形態によると、活性層１２３の最外層である光ガイド層と第１のｐ型クラッド層１２５との間に第１の緩衝層１２４が設けられているため、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなる活性層１２３に対して第１のｐ型クラッド層１２５をＡｌＧａＡｓを用いて低欠陥に形成することができる。これにより、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７の熱伝導率を高くして活性層１２３に発生した熱をヒートシンクに効率的に拡散することができるため、半導体レーザ装置の高出力化を低欠陥に実現することができる。具体的に、第８の実施形態の半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０２９７】
（第８の実施形態の一変形例）
以下、第８の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【０２９８】
図１９は第８の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１９において、図１７に示す第８の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２９９】
図１９に示すように、本変形例の半導体装置は、第１のｐ型クラッド層１２５の上には、図１７に示すｐ型ＡｌＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６に代えて、膜厚が約５０ｎｍのｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１３６が形成されており、該エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との間には、膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる第２の緩衝層１３７が形成されている。なお、エッチングストップ層１３６及び第２の緩衝層１３７を除く各半導体層は、それぞれ表４に示す化合物組成、厚さ及びドーピング濃度と同様である。
【０３００】
本変形例の特徴は、第１の緩衝層１２４により第８の実施形態と同様に低欠陥のＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５を形成することに加えて、エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との間に第２の緩衝層１３７を設けることにより、エッチングストップ層１３６のＧａの組成を大きくしても、第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥を低減できるようにすることにある。
【０３０１】
なお、第２の緩衝層１３７の膜厚は、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０３０２】
具体的に、第２の緩衝層１３７を用いずにエッチングストップ層１３６の上に直接に第１のｐ型クラッド層１２５を形成する場合に、エッチングストップ層１３６のＧａの組成が０．５であり相対的に大きいため、結晶欠陥密度は１×１０７個／ｃｍ２以上となるに対し、本変形例では、第２の緩衝層１３７と第１のｐ型クラッド層１２５と界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーであり、低欠陥化による素子性能の向上が可能である。
【０３０３】
なお、本変形例において、第２の緩衝層１３７の化合物組成はＡｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐに限られず、エッチングストップ層１３６におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えば、Ｇａの組成が０．１５以下であれば第２の緩衝層１３７とエッチングストップ層１３６との界面に生じる結晶欠陥密度は１×１０５個／ｃｍ２以下にまで低減される。
【０３０４】
以下、本変形例の半導体レーザ装置の製造方法について図１８（ａ）〜図１８（ｃ）を参照しながら説明する。
【０３０５】
まず、図１８（ａ）に示す工程と同様に、基板１２１の上に、ｎ型クラッド層１２２、活性層１２３、第１の緩衝層１２４、第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３６、ｐ型ＡｌＩｎＰからなる第２の緩衝層形成層、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ、保護層１３４を順次結晶成長させる。
【０３０６】
次に、図１８（ｂ）に示す工程と同様に、保護層１３４を除去した後、パターニングされたシリコン酸化膜１３５をマスクとして用い、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ及び第２の緩衝層形成層を順次エッチングすることにより、ストライプ状の第１のコンタクト層１２８、第２のｐ型クラッド層１２７及び第２の緩衝層１３７を形成する。
【０３０７】
ここで、第２の緩衝層形成層のエッチングは例えば硫酸をエッチャントとして用いて行うことにより、エッチングストップ層１３６との選択エッチングが可能であり、制御性良く第２の緩衝層１３７を形成することができる。
【０３０８】
その後、図１８（ｃ）に示す工程と同様にして第１の電流ブロック層１２９、第２の電流ブロック層１３０及び第２のコンタクト層１３１を順次結晶成長し、続いてｎ側電極１３２及びｐ側電極１３３を形成することにより本変形例の半導体レーザ装置が完成する。
【０３０９】
第８の実施形態のエッチングストップ層１２６はＡｌＩｎＰからなり、Ａｌを含むため、第２のｐ型クラッド層１２７のエッチングにより露出したエッチングストップ層１２６が酸化され、エッチングストップ層１２６の上に形成される第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶性が劣化することがある。これに対し、本変形例のエッチングストップ層１３６はＧａＩｎＰからなり、Ａｌを含まないため、第２の緩衝層１３７のエッチングにより露出したエッチングストップ層１３６の酸化を抑制することができ、第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶品質を向上することが可能である。
【０３１０】
以上説明したように、第８の実施形態の一変形例によると、第８の実施形態と同様の高出力を得られるのに加えて、第２の緩衝層１３７を設けることにより、エッチングストップ層１３６におけるＡｌの組成を小さくしても、エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥が増大することがない。これにより、製造工程におけるエッチングストップ層１３６に生じる酸化を抑制して第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶品質を向上して第８の実施形態よりも半導体レーザ装置の信頼性を向上できる。
【０３１１】
なお、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、ｎ型クラッド層１２２を構成する化合物半導体にｎ型ＡｌＧａＡｓを用いることがより好ましい。このようにすると、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７に加えて、ｎ型クラッド層１２２においても熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いるため、活性層１２３で発生する熱をより効果的に拡散することができ、さらなる高出力化が可能である。
【０３１２】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、基板１２１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０３１３】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層１２９にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層１２９にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０３１４】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、活性層１２３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０３１５】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０３１６】
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３１７】
図２０は第９の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２０に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１４１の上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１４２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる多重量子井戸構造の活性層１４３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４が順次積層されている。
【０３１８】
なお、活性層１４３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０３１９】
第１のｐ型クラッド層１４４の上には、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層１４５の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層１４６が形成されている。また、第１のｐ型クラッド層１４４の上面における第２のｐ型クラッド層１４５の側方部分及び第２のｐ型クラッド層１４５の側面の上には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなるは第１の電流ブロック層１４７及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１４８が順次形成されている。また、第１のコンタクト層１４６及び第２の電流ブロック層１４８の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１４９が形成されている。
【０３２０】
また、基板１４１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１４１とオーミック接触するｎ側電極１５０が形成されている。また、第２のコンタクト層１４９の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第２のコンタクト層１４９とオーミック接触するｐ側電極１５１が形成されている。
【０３２１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０３２２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表５に示す。
【０３２３】
【表５】
2004088054.tif 000007
【０３２４】
表５に示すように、第１のｐ型クラッド層１４４のＧａの組成は０．１であり、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５が積層された積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層のＧａの組成が相対的に小さくされている。
【０３２５】
また、第９の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１４１と格子整合させるために、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１４１と格子整合するためには、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０３２６】
第９の実施形態の半導体レーザ装置は、第８の実施形態と同様に活性層１４３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層１４７及び第２の電流ブロック層１４８の間を通過した電流が活性層１４３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０３２７】
ここで、第９の実施形態の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層１４５に熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いているため、活性層１４３に発生する熱をヒートシンク（図示せず）へ効率良く拡散して活性層１４３の温度上昇を抑制することができる。
【０３２８】
また、第１のｐ型クラッド層１４４にバンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いているため、活性層１４３と第１のｐ型クラッド層１４４との間のバンドギャップの差を大きくすることができ、活性層１４３の電子が第１のｐ型クラッド層１４４にオーバーフローすることを抑制できる。
【０３２９】
このように、第１のｐ型クラッド層１４４にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いることにより活性層１４３に注入された電子が効率良く発光性再結合に寄与すると共に、第２のｐ型クラッド層１４５にＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いることにより、活性層１４３に発生する熱をヒートシンクに拡散して温度上昇を防止することができる。これにより、素子の出力を上げるために電流値を増加しても熱飽和によって発光効率が低下することがないため、半導体レーザ装置を高出力化することができる。具体的に、第９の実施形態の半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０３３０】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５が積層された積層構造において、第１のｐ型クラッド層１４４のＧａの組成は０．１であり相対的に小さいため、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に生じる結晶欠陥密度は１×１０４個／ｃｍ２以下であり、低欠陥化による素子性能の向上が可能である。
【０３３１】
以上説明したように、第９の実施形態の半導体レーザ装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５を設けることにより、活性層１４３から第１のｐ型クラッド層１４４への電子のオーバーフローを抑制し、且つ活性層１４３に発生した熱を効率的に拡散して高出化を図る場合に、第１のｐ型クラッド層１４４におけるＧａの組成を小さくしているため、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３３２】
（第９の実施形態の第１変形例）
以下、第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３３３】
図２１は第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２１において、図２０に示す第９の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０３３４】
図２１に示すように、本変形例の半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に、膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．０５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる緩衝層１５２が設けられている点が第９の実施形態と異なっている。
【０３３５】
ここで、緩衝層１５２におけるＧａの組成は第１のｐ型クラッド層１４４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、本変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のｐ型クラッド層１４４、緩衝層１５２及び第２のｐ型クラッド層１４５が順次積層された積層構造として有している。従って、第１のｐ型クラッド層１４４の上に第２のｐ型クラッド層１４５を直接に形成する第９の実施形態の半導体レーザ装置と比べて、緩衝層１５２と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３３６】
なお、緩衝層１５２の膜厚は、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０３３７】
このように、本変形例の半導体レーザ装置によると、緩衝層１５２と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥の密度は、緩衝層１５２の化合物組成によって決まり、第１のｐ型クラッド層１４４の化合物組成には依存しないため、第１のｐ型クラッド層１４４の化合物組成に設計上の自由度を確保でき、特にクラッド層のＡｌ組成によって決定される動作電流及び垂直方向の広がり角等の半導体レーザ装置の諸特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減することができる。
【０３３８】
（第９の実施形態の第２変形例）
以下、第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３３９】
図２２は、第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２２において、図２０に示す第９の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０３４０】
図２２に示すように、本変形例の半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１４４の上に膜厚が約１０ｎｍのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるエッチングストップ層１５３が形成されており、該エッチングストップ層１５３と第２のｐ型クラッド層１４５の間には膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる緩衝層１５４が設けられている点が第９の実施形態と異なっている。
【０３４１】
ここで、緩衝層１５４におけるＧａの組成は、エッチングストップ層１５３におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、本変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、エッチングストップ層１５３、緩衝層１５４及び第２のｐ型クラッド層１４５が順次積層された積層構造として有している。従って、エッチングストップ層１５３をＧａＩｎＰにより形成する場合に、エッチングストップ層１５３の上に直接に第２のｐ型クラッド層１４５を形成するのと比べて、緩衝層１５４と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３４２】
以下、本変形例の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【０３４３】
本変形例の半導体レーザ装置の製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す第８の実施形態の半導体レーザ装置の製造工程と同様に実施可能である。
【０３４４】
具体的に、基板１４１の上に、ｎ型クラッド層１４２、活性層１４３、第１のｐ型クラッド層１４４、エッチングストップ層１５３、ｐ型ＡｌＩｎＰからなる緩衝層形成層、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層及びｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層を順次結晶成長させた後、ストライプ状にパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、第１のコンタクト層形成層、第２のｐ型クラッド層形成層及び緩衝層形成層を順次選択的にエッチング除去することにより、それぞれから第１のコンタクト層１４６、第２のｐ型クラッド層１４５及び緩衝層１５４を形成する。続いて第１の電流ブロック層１４７、第２の電流ブロック層１４８及び第２のコンタクト層１４９を順次結晶成長した後、ｎ側電極１５０及びｐ側電極１５１を形成することにより本変形例の半導体レーザ装置が完成する。
【０３４５】
なお、ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層に対するエッチングは、塩酸系のエッチャント用いて行うことにより、ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層との選択エッチングが可能である。同様に、第２のｐ型クラッド層形成層に対するエッチングにはアンモニアと過酸化水素水の混合液等を用い、緩衝層形成層に対するエッチングには硫酸等を用いてそれぞれの選択エッチングが可能であり、ストライプ状の緩衝層１５４、第２のｐ型クラッド層１４５及び第１のｐ型クラッド層を精密に形成することができる。
【０３４６】
ここで、エッチングにより緩衝層１５４を形成した後にエッチングストップ層１５３が露出するが、エッチングストップ層１５３はＧａＩｎＰからなり、Ａｌを含まないため、エッチングストップ層１５３の酸化が抑制されるので、第１の電流ブロック層１４７及び第２の電流ブロック層１４８の結晶品質を向上することができる。
【０３４７】
このように、本変形例の半導体レーザ装置によると、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間にエッチングストップ層１５３を設けて第２のｐ型クラッド層１４５を精密に形成する際にエッチングストップ層１５３のＡｌ組成を小さくして形成工程におけるエッチングストップ層１５３の酸化防止を図る場合に、エッチングストップ層１５３と第２のｐ型クラッド層１４５との間に緩衝層１５４とを設けることにより、第２のｐ型クラッド層１４５の結晶欠陥を低減することができる。
【０３４８】
なお、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、ｎ型クラッド層１４２はｎ型ＡｌＧａＡｓにより構成されることがより好ましい。このようにすると、第２のｐ型クラッド層１４５に加えて、ｎ型クラッド層１４２においても熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いるため、活性層１４３で発生する熱をより効果的に拡散することができ、さらなる高出力化が可能である。
【０３４９】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、基板１４１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０３５０】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層１４７にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層１４７にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０３５１】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、活性層１４３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０３５２】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０３５３】
（第１０の実施形態）
以下、第１０の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０３５４】
図２３は第１０の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図２３に示すように、第１０の実施形態の半導体装置は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されており、アンドープのＧａＡｓからなる基板１６１の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるコレクタ層１６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１６３、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるベース層１６４及びｎ型ＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層１６５が順次積層されている。
【０３５５】
コレクタ層１６２、ベース層１６４及びエミッタ層１６５は、それぞれの上面が露出するように階段状に形成されている。コレクタ層１６２上面の露出部分にはコレクタ電極１６７が形成されており、ベース電極１６８及びエミッタ電極１６９が形成されている。
【０３５６】
ここで、コレクタ層１６２、緩衝層１６３及びエミッタ層１６５にはｎ型不純物としてＳｉがドーピングされており、ベース層１６４にはｐ型不純物としてＺｎがドーピングされている。
【０３５７】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表６に示す。
【０３５８】
【表６】
2004088054.tif 000008
【０３５９】
表６に示すように、緩衝層１６３におけるＧａの組成はコレクタ層１６２におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第１０の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、コレクタ層１６２、緩衝層１６３及びベース層１６４が順次積層された積層構造として有している。
【０３６０】
第１０の実施形態では、緩衝層１６３を設けることにより、コレクタ層１６２の上に直接にベース層１６４を形成する場合と比べて、ベース層１６４の結晶欠陥を低減することができ、ＨＢＴの電流特性が向上する。
【０３６１】
（第１１の実施形態）
以下、第１１の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０３６２】
図２４は第１１の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図２４に示すように、第１１の実施形態の半導体装置は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｅｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されており、アンドープのＧａＡｓからなる基板１７１の上に、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなるブロック層１７２、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１７３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるチャネル層１７４及びｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流供給層１７５が順次積層されている。
【０３６３】
電流供給層１７５の上には、ゲート絶縁膜１７６を介してゲート電極１７７が形成されていると共に、電流供給層１７５とオーミック接触するソース電極１７８及びドレイン電極１７９が形成されている。
【０３６４】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表７に示す。
【０３６５】
【表７】
2004088054.tif 000009
【０３６６】
表７に示すように、緩衝層１７３におけるＧａの組成はブロック層１７２におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第１１の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ブロック層１７２、緩衝層１７３及びチャネル層１７４が積層された積層構造として有している。
【０３６７】
第１１の実施形態によると、緩衝層１７３を設けることにより、ブロック層１７２の上に直接にチャネル層１７４を形成する場合と比べて、チャネル層１７４の結晶性が向上される。このため、ブロック層１７２の上に直接にチャネル層１７４を形成する場合と比べて、チャネル層１７４の結晶欠陥を小さくすることが可能となるので、チャネル層の界面で２次元電子ガスを形成し易くなり、ＦＥＴの高周波特性が向上する。
【０３６８】
【発明の効果】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第１の半導体層Ｇａの組成を小さくするか、又は第２の半導体層のＡｌの組成を小さくすることにより、第１の半導体層と第２の半導体層の間に生じる結晶欠陥を低減することができる。また、第１の半導体層及び第２の半導体層の化合物組成はそのままにして、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、第１の半導体層のＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰ又は第２の半導体層のＡｌの組成よりも小さいＡｌの組成を持つＡｌＧａＡｓからなる緩衝層を形成することにより、第１の半導体層の上に直接に第２の半導体層を積層した積層構造と同等の物性を有し、且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、　ＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ層の上にＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌｘＧａ０．５−ｘＩｎ０．５Ｐ　層のＡｌの組成ｘと結晶欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ層の上にＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ層のＡｌの組成ｚと結晶欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を示す構成断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を示す構成断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１７】本発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２０】本発明の第９の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２１】本発明の第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２２】本発明の第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２３】本発明の第１０の実施形態に係る半導体装置を示す構成断面図である。
【図２４】本発明の第１１の実施形態に係る半導体装置を示す構成断面図である。
【図２５】従来例に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を示す構成断面図である。
【符号の説明】
１１　　基板
１２　　ＡｌＧａＩｎＰ層（第１の半導体層）
１３　　緩衝層
１４　　ＡｌＧａＡｓ層（第２の半導体層）
２１　　基板
２２　　ＡｌＧａＩｎＰ層（第１の半導体層）
２３　　緩衝層
２４　　ＡｌＧａＡｓ層（第２の半導体層）
３１　　基板
３２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
３３　　活性層（第１の半導体層）
３４　　緩衝層
３５　　拡散防止層（第２の半導体層）
３６　　第１のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
３７　　第２のｐ型クラッド層
３８　　電流ブロック層
３９　　コンタクト層
４０　　ｎ側電極
４１　　ｐ側電極
５１　　基板
５２　　ｎ型クラッド層（第１の半導体層）
５３　　緩衝層
５４　　活性層（第２の半導体層）
５５　　第１のｐ型クラッド層
５６　　電流ブロック層
５７　　第２のｐ型クラッド層
５８　　コンタクト層
５９　　ｎ側電極
６０　　ｐ側電極
６１　　基板
６２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
６３　　活性層
６４　　第１のｐ型クラッド層
６５　　エッチングストップ層
６６　　第２のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
６７　　第１のコンタクト層（第１の半導体層）
６８　　第１の電流ブロック層
６９　　第２の電流ブロック層
７０　　緩衝層
７１　　第２のコンタクト層（第２の半導体層）
７２　　第３のコンタクト層
７３　　ｎ側電極
７４　　ｐ側電極
７５　　第４のコンタクト層
８１　　基板
８２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
８３　　活性層
８４　　ｐ型クラッド層（第１の半導体層）
８４ａ　凸部
８４Ａ　ｐ型クラッド層形成層
８５　　緩衝層
８６　　電流ブロック層（第２の半導体層）
８６ａ　開口部
８６Ａ　電流ブロック層形成層
８７　　コンタクト層
８８　　ｎ側電極
８９　　ｐ側電極
９０　　シリコン酸化膜
９１　　緩衝層
１０１　　基板
１０２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１０３　　活性層
１０４　　第１のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
１０５　　電流ブロック層（第１の半導体層）
１０５Ａ　電流ブロック層形成層
１０５ａ　開口部
１０６　　緩衝層
１０７　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層）
１０７ａ　凸部
１０８　　コンタクト層
１０９　　ｎ側電極
１１０　　ｐ側電極
１１１　　レジストマスク
１２１　　基板
１２２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１２３　　活性層（第１の半導体層）
１２４　　第１の緩衝層（緩衝層）
１２５　　第１のｐ型クラッド層（第２の半導体層／第２のクラッド層）
１２６　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１２７　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層／第２のクラッド層）
１２７Ａ　第２のｐ型クラッド層形成層
１２８　　第１のコンタクト層
１２８Ａ　第１のコンタクト層形成層
１２９　　第１の電流ブロック層
１３０　　第２の電流ブロック層
１３１　　第２のコンタクト層
１３２　　ｎ側電極
１３３　　ｐ側電極
１３４　　保護層
１３５　　シリコン酸化膜
１３６　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１３７　　第２の緩衝層（第３の半導体層）
１４１　　基板
１４２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１４３　　活性層
１４４　　第１のｐ型クラッド層（第１の半導体層／第２のクラッド層）
１４５　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層）
１４６　　第１のコンタクト層
１４７　　第１の電流ブロック層
１４８　　第２の電流ブロック層
１４９　　第２のコンタクト層
１５０　　ｎ側電極
１５１　　ｐ側電極
１５２　　緩衝層
１５３　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１５４　　緩衝層
１６１　　基板
１６２　　コレクタ層（第１の半導体層）
１６３　　緩衝層
１６４　　ベース層（第２の半導体層）
１６５　　エミッタ層
１６７　　コレクタ電極
１６８　　ベース電極
１６９　　エミッタ電極
１７１　　基板
１７２　　ブロック層（第１の半導体層）
１７３　　緩衝層
１７４　　チャネル層（第２の半導体層）
１７５　　電流供給層
１７６　　ゲート絶縁膜
１７７　　ゲート電極
１７８　　ソース電極
１７９　　ドレイン電極
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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