(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された第１導電型AlGaInPクラッド層と、該第１導電型AlGaInPクラッド層上に形成されたAlGaAs多重量子井戸活性層と、該AlGaAs多重量子井戸活性層上に形成された第２導電型AlGaInPクラッド層とを有し、該第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層との間に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、第２導電型AlGaInPクラッド層からAlGaAs多重量子井戸活性層に向かうにつれて連続的に減少している請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、第２導電型AlGaInPクラッド層からAlGaAs多重量子井戸活性層に向かうにつれて段階的に減少している請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、AlGaAs多重量子井戸活性層と接する界面近傍領域のIn組成比または全体のIn組成比が０である請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、AlGaAs多重量子井戸活性層のバンドギャップがレーザ発振波長に相当するエネルギーよりも大きくなる組成比である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が０〜０．２である請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、膜厚が、格子不整合による結晶欠陥が発生する臨界膜厚以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１導電型AlGaInPクラッド層、AlGaAs多重量子井戸活性層、（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層および第２導電型AlGaInPクラッド層が、レーザ出射側の端面に窓領域を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記窓領域は、（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層にドーピングされた熱拡散原子が熱拡散することにより形成された請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記熱拡散原子がZnである請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板が第１導電型GaAs基板であり、前記第２導電型AlGaInPクラッド層上にリッジ形状の第２導電型GaAsキャップ層を有する請求項１〜１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型である請求項１〜１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
基板上に第１導電型AlGaInPクラッド層、AlGaAs多重量子井戸活性層および第２導電型AlGaInPクラッド層をこの順に形成する工程を備え、
前記第２導電型AlGaInPクラッド層を形成する前に、AlGaAs多重量子井戸活性層上に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、AlGaAs多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
AlGaAs多重量子井戸活性層を有する半導体発光素子では、この活性層を挟むｎ型およびｐ型クラッド層もAlGaAs系半導体からなることが一般的であるが、結晶欠陥の発生を抑制する目的で、AlGaInP系半導体が用いられる場合がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図１２は、本発明者が実験的に作製した半導体発光素子の積層構造を示す断面図である。この場合、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、ｎ型GaAs基板３１上にｎ型GaAsバッファ層３２、ｎ型GaInPバッファ層３３、ｎ型AlGaInPクラッド層３４、ノンドープAlGaAs多重井戸量子活性層３５、ｐ型AlGaInP第１クラッド層３６、ｐ型GaInPエッチングストップ層３７、ｐ型AlGaInP第２クラッド層３８、ｐ型GaInP中間層３９およびｐ型GaAsキャップ層４０を順次積層し、ｎ型GaAs基板３１の裏面に図示しないｎ型電極を形成し、ｐ型GaAsキャップ層４０の表面に図示しないｐ型電極を形成して、半導体発光素子を作製した。
【０００４】
図１３は、図１２で示したノンドープAlGaAs多重井戸量子活性層３５を示す断面図である。ノンドープAlGaAs多重井戸量子活性層３５は、ｎ型AlGaInPクラッド層３４側のノンドープAlGaAsガイド層３５ａとｐ型AlGaInP第１クラッド層３６側のノンドープAlGaAsガイド層３５ａとの間に、ノンドープAlGaAsウェル層３５ｂとノンドープAlGaAsバリア層３５ｃとが交互に繰り返し積層された構造である。
以下、「ノンドープ」を「un-」と表記し、「多重井戸量子」を「ＭＱＷ」と表記する場合がある。
【０００５】
図１４は、図１２および図１３に示した半導体発光素子におけるｐ型AlGaInP第１クラッド層３６とun-AlGaAsＭＱＷ活性層３５のun-AlGaAsガイド層３５ａとの界面をＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectrometer）により測定した原子濃度プロファイルを示す。この図１４から、un-AlGaAsガイド層３５ａとｐ型AlGaInP第１クラッド層３６との界面において、In原子がun-AlGaAsガイド層３５ａの中に拡散混入していることが分かる。
【０００６】
また、本発明者は、図１２および図１３で示した半導体発光素子のレーザ出射側の端面に窓領域を形成する目的で、積層構造に対してZnO膜をスパッタ法により形成し、その後、アニール温度５８０℃と６２０℃の２通りで熱処理（アニール）することによりZn原子を拡散させた。
図１５はアニール温度５８０℃で窓領域を形成した半導体発光素子におけるｐ型AlGaInP第１クラッド層３６とun-AlGaAsガイド層３５ａとの界面をＳＩＭＳにより測定した原子濃度プロファイルを示し、図１６はアニール温度６２０℃で窓領域を形成した半導体発光素子におけるｐ型AlGaInP第１クラッド層３６とun-AlGaAsガイド層３５ａとの界面をＳＩＭＳにより測定した原子濃度プロファイルを示す。
図１５および図１６から、Znを拡散させるとInのun-AlGaAsガイド層３５ａに対する拡散はさらに顕著となり、その混入量はZnを拡散させる際のアニール温度が高いほど多くなることが分かる。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１８５８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９２８６号公報
【特許文献３】特開２００６−１３５３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、ｐ型AlGaInP第１クラッド層３６とun-AlGaAsＭＱＷ活性層３５との界面では、ｐ型AlGaInP第１クラッド層３６からun-AlGaAsガイド層３５ａへのInの拡散が生じるが、un-AlGaAsガイド層３５ａに対してInが混入すると、バンドギャップが狭くなってレーザ光を吸収するため、共振器内部で光の損失が発生し、その結果発振する閾電流値が高くなったり、量子効率が低下する。また、窓領域においては、本来発振波長の光に対して透明であるべき窓領域で吸収が生じるため、端面破壊の原因となる。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、発光効率を高めることができる半導体発光素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かくして、本発明によれば、基板上に形成された第１導電型AlGaInPクラッド層と、該第１導電型AlGaInPクラッド層上に形成されたAlGaAs多重量子井戸活性層と、該AlGaAs多重量子井戸活性層上に形成された第２導電型AlGaInPクラッド層とを有し、該第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層との間に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）が形成されている半導体発光素子が提供される。
【００１１】
また、本発明の別の観点によれば、基板上に第１導電型AlGaInPクラッド層、AlGaAs多重量子井戸活性層および第２導電型AlGaInPクラッド層をこの順に形成する工程を備え、前記第２導電型AlGaInPクラッド層を形成する前に、AlGaAs多重量子井戸活性層上に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を形成する半導体発光素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、該第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層との間に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層を形成することにより、第２導電型AlGaInPクラッド層からAlGaAs多重量子井戸活性層へのInの拡散を抑制することができる。この結果、第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層の界面近傍におけるレーザ光の吸収を抑制することができ、半導体発光素子の発光効率を高めることができる。
また、この半導体発光素子は、クラッド層にAlGaInPを用い、多重量子井戸活性層にAlGaAsを用いた積層構造であるため、良好な特性の赤外レーザとすることができる。
また、レーザ光出射端面に窓領域を有する半導体発光素子（以下、窓レーザと称する場合がある）とする場合は、端面破壊を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、基板上に形成された第１導電型AlGaInPクラッド層と、該第１導電型AlGaInPクラッド層上に形成されたAlGaAs多重量子井戸活性層と、該AlGaAs多重量子井戸活性層上に形成された第２導電型AlGaInPクラッド層とを有し、該第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層との間に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）が形成されていることを特徴とする。
ここで、本発明において、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比とは、第２導電型AlGaInPクラッド層に含まれるIII族原子の総原子数、つまりAl原子、Ga原子およびIn原子の総原子数に対するIn原子数の割合であるIn原子濃度を意味する。
以下、「（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層」を「AlGaInP拡散抑制層」と表記する場合がある。また、本発明の半導体発光素子を構成する前記各化合物半導体層について、例えば「第１導電型AlGaInPクラッド層」を「第１導電型クラッド層」のように組成を省略して表記する場合がある。
【００１４】
本発明において、第１および第２導電型AlGaInPクラッド層は、（AlxGa1-x）yIn1-yP（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表現された組成を有し、AlGaAs多重量子井戸活性層は、AlxGa1-xAs（０≦ｘ≦１）で表現された組成を有するものを意味する。
また、本明細書において、単に「界面」と称する場合は、特にことわりがない限り、第２導電型AlGaInPクラッド層とAlGaAs多重量子井戸活性層との界面を指すものとする。
また、本明細書で述べる「ドープ」と「ノンドープ」の境界として、３×１０16／ｃｍ3以上の導電型決定元素（不純物元素）の添加量に対してドープ（ドーピング）の扱いとし、それよりも低い添加量についてはノンドープの扱いとする。これは、拡散を含めて意図的なドーピングを行わない場合でも、成長の過程で成長炉内にドーパント原子が存在することで自然とドーピングされる場合が多く、完全なノンドープの状態は実現が困難であることが背景としてある。また、意図的であろうとなかろうと、３×１０16／ｃｍ3を下回るような低ドープ量では、本発明で問題とするドーパントの拡散や拡散による特性の変化に対して大きな影響を持つことはないと考えるためである。
【００１５】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、第２導電型AlGaInPクラッド層からAlGaAs多重量子井戸活性層に向かうにつれて連続的に減少しているものであってもよい。
このようにすれば、拡散抑制層におけるInの濃度勾配を前記界面へ近づくにつれて徐々に小さくすることができ、InのＭＱＷ活性層への拡散をより低減することができる。また、このような構成は、窓レーザの端面破壊抑制に有効である。
ＭＱＷ活性層へ向かうにつれて拡散抑制層のIn原子濃度を連続的に減少させる方法としては、Inの供給原料であるTMInの供給量を徐々に減らす方法、TMIｎ以外のIII族原子原料であるGaまたはAlの供給原料であるTMGaまたはTMAlの供給量を徐々に増やす方法などが挙げられる。
【００１６】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、第２導電型AlGaInPクラッド層からAlGaAs多重量子井戸活性層に向かうにつれて段階的に減少しているものであってもよい。
このようにすれば、拡散抑制層におけるIn組成比のコントロールが容易となり、再現性よく同じ特性の半導体発光素子を製造することが可能である。
ＭＱＷ活性層へ向かうにつれて拡散抑制層のIn原子濃度を段階的に減少させる方法としては、Inの供給原料であるTMInの供給量を段階的に減らす方法、TMIｎ以外のIII族原子原料であるGaまたはAlの供給原料であるTMGaまたはTMAlの供給量を段階的に増やす方法などが挙げられる。
【００１７】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、AlGaAs多重量子井戸活性層と接する界面近傍領域のIn組成比または全体のIn組成比が０であるものであってもよい。
このようにすれば、拡散抑制層の一部または全体が、完全にInを含まない組成のAlGaP層となり、第２導電型AlGaInPクラッド層から拡散したInをAlGaP層中に取り込み、結果としてAlGaAsＭＱＷ活性層へのInの拡散を効果的に抑制することが可能となる。また、このような構成は、窓レーザの端面破壊抑制により有効である。
【００１８】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が、AlGaAs多重量子井戸活性層のバンドギャップがレーザ発振波長に相当するエネルギーよりも大きくなる組成比であってもよい。
つまり、InがAlGaAsＭＱＷ活性層に拡散するとAlGaInAsとなり、AlGaInAsはIn拡散前のAlGaAsに比べてバンドギャップが狭くなる。Inが拡散によりAlGaAsＭＱＷ活性層に入る量は、（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層におけるIII族原子全体に対するInの組成比（In／Al+Ga+In）と同程度となる。Inが拡散によりAlGaAsＭＱＷ活性層に入ってAlGaInAsとなってもレーザ発振波長に対して吸収がなければ端面破壊を抑制することが可能であるため、この端面破壊を抑制できるIn組成比で（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層が形成されている。
【００１９】
換言すると、AlGaAsＭＱＷ活性層にInが拡散してAlGaInAsとなった場合のバンドギャップがレーザの発振波長に相当するエネルギー（E(eV)＝1.24/発振波長(μm)）よりも大きくなるように、（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層のIn組成比を決める。
このようにすれば、AlGaAsＭＱＷ活性層にAlGaInP拡散抑制層と等量のInが混入してAlGaInAsとなっても、AlGaInAsは発光波長に相当する光エネルギーよりも大きなバンドギャップを有しているため、AlGaAsにInが拡散しても半導体発光素子の発光に対して吸収を抑えることができる。
【００２０】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、In組成比が０〜０．２であるようにしてもよい。
通常、ＭＱＷ活性層にAlGaAsを用いる半導体発光素子では、AlGaAsにおけるAl組成比が０．３以上を用いることが多く、このような半導体発光素子に対しては、第２導電型AlGaInPクラッド層の界面近傍におけるInの組成比を０〜０．２としていることにより、InがAlGaAsＭＱＷ活性層に拡散してもAlGaAsが発光波長に対して吸収することを防止できる。
【００２１】
本発明において、前記（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層は、膜厚が、格子不整合による結晶欠陥が発生する臨界膜厚以下であるものとしてもよい。
基板として、例えばGaAs基板を用いた場合、AlGaInP拡散抑制層におけるIn組成比を下げると、GaAs基板に対して格子不整合となるが、臨界膜厚以下とすることにより、格子不整合によるハッチングやクロスハッチと呼ばれる格子欠陥を発生することなくIn組成比の小さい結晶を成長してAlGaInP拡散抑制層を形成することが可能となる。
【００２２】
AlGaInP拡散抑制層の臨界膜厚は、図１１に示すように、In組成比によって変化する。したがって、AlGaInP拡散抑制層の膜厚は、In組成比によって決定される臨界膜厚以下（グラフ線の内側領域）に設定することが好ましい。
一方、AlGaInP拡散抑制層の膜厚は、AlGaAsＭＱＷ活性層へのInの拡散抑制効果が得られる膜厚でなければならない。このような膜厚としては、１ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、そのためこの膜厚範囲を考慮したIn組成比でAlGaInP拡散抑制層を形成するのが望ましい。
AlGaInP拡散抑制層の膜厚が５００ｎｍを越えると、格子不整合で良好な結晶膜を得ることが難しく、良好な結晶膜を得ようとすると格子不整合を大きくできないためにInを減らす量が少なくなり過ぎ、そうするとAlGaAsＭＱＷ活性層へのInの拡散抑制効果が低減する。また、In の拡散距離は大抵の場合１００ｎｍ以下である場合が多く、５００ｎｍを越える厚い拡散抑制層を設ける必要が無いと考えられる。一方、AlGaInP拡散抑制層は、１ｎｍ以上の膜厚（数原子層程度の膜厚）が必要であり、１ｎｍより薄いとIn 拡散の抑制効果が期待できないと考えられる。
なお、上述のようにAlGaInP拡散抑制層のIn組成比を段階的に変化させる場合、実質的には、In組成比の異なる複数の拡散抑制層が積層されているため、各層の膜厚は各層のIn組成比を考慮して設定される。また、段階的または連続的にIn組成比を変化させる場合のいずれにおいても、AlGaInP拡散抑制層の膜厚は、トータルとして臨界膜厚を超えないようにすることが望ましい。
【００２３】
本発明において、前記第１導電型AlGaInPクラッド層、AlGaAs多重量子井戸活性層、（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層および第２導電型AlGaInPクラッド層が、レーザ出射側の端面に窓領域を有するものであってもよい。
この窓領域は、レーザ光に対して透明な材料にて形成された端面窓構造であり、窓領域を形成することにより半導体発光素子を高出力化することができる。
【００２４】
赤外レーザのレーザ光出射側の端面に窓領域を形成する場合、窓領域形成に伴う熱処理（アニール処理）によりInの拡散が促進される現象が確認されているが、拡散抑制層が、窓形成プロセスによるIn拡散を抑制する場合にも有効である。
In組成比を低くしたAlGaInP拡散抑制層が存在することにより、窓形成プロセスにおける熱拡散原子の拡散も抑制されてしまうが、拡散抑制層に予め熱拡散原子をドーピングしておくことにより、熱拡散原子の拡散を促進することが可能である。
この場合、熱拡散原子としてはZnがＭｇ(マグネシウム)やＣ(カーボン)等の他のＰ型を示すドーパントに比べて拡散させやすいという理由で好適である。
【００２５】
本発明の半導体発光素子は、上述の構成の積層構造以外にも、例えば、前記基板が第１導電型GaAs基板であり、前記第２導電型AlGaInPクラッド層上にリッジ形状の第２導電型GaAsキャップ層を有するものとすることができる。
このようにすれば、リッジ部のみ電流を供給する電流狭窄構造とすることができ、さらに、実屈折率差で光を閉じ込めるリアルガイド構造とすることができる。
また、本発明は、その他の積層構造として、基板と第１導電型クラッド層の間にバッファ層が形成されたもの、第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の少なくとも一方が２層からなるもの、第２クラッド層が２層である場合に２層間にエッチングストップ層が形成されているもの、リッジ部の両側に絶縁性を有する誘電体層が形成されたもの、リッジ部より上層に絶縁膜や保護膜などが形成されたもの等も含まれる。
【００２６】
本発明の半導体発光素子において、第１導電型はｎ型またはｐ型であり、第２導電型は、第１導電型とは反対のｐ型またはｎ型である。つまり、本発明は、基板側の第１導電型クラッド層をｎ型とし、基板とは反対側の第２導電型クラッド層をｐ型にした構成と、これとは逆に、第１導電型クラッド層をｐ型とし、第２導電型クラッド層をｎ型にした構成の両方を含む。
窓形成時に拡散しやすいｐ型ドーパントであるＺｎを拡散原子として選択できる、つまり、ｎ型を表面側にした場合、Ｚｎを窓の拡散原子として使用すると窓部のｎ型領域がｐ型となりｐｎ接合にならない為、ｐｎ障壁がなくなり電気抵抗が下がるため窓部で電流が流れて無効電流になるという理由で、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とする構成が好ましい。
なお、AlGaInPクラッド層のｎ導電型決定元素としてはSi，Se，Teなどを用いることができ、AlGaInPクラッド層のｐ導電型決定元素としてはMg，Zn，Cなどを用いることができる。
【００２７】
また、本発明の半導体発光素子は、第１導電型クラッド層とＭＱＷ活性層との間にAlGaInP拡散抑制層を形成せず、第２導電型クラッド層とＭＱＷ活性層との間にのみAlGaInP拡散抑制層を形成することにより、上述したように半導体発光素子の発光効率を高めることができるが、第１導電型クラッド層とＭＱＷ活性層との間にもAlGaInP拡散抑制層を形成してもよい。
このようにすれば、より高い発光効率を得ることができる。この場合も、AlGaInP拡散抑制層におけるIn組成比をＭＱＷ活性層に向かうにつれて連続的または段階的に減少させるなど、第２導電型クラッド層とＭＱＷ活性層との間のAlGaInP拡散抑制層と同様の構成とすることができる。
なお、AlGaInP拡散抑制層は、導電型決定元素が含まれていても（ドープ）、含まれていなくても（ノンドープ）どちらでもよいが、通常は窓領域を形成する工程を経るまでもなく第２導電型クラッド層のドーパントが結晶成長中の拡散によって拡散抑制層に自然的に存在する。
【００２８】
上述の半導体発光素子は、基板上に第１導電型AlGaInPクラッド層、AlGaAs多重量子井戸活性層および第２導電型AlGaInPクラッド層をこの順に形成する工程を備え、前記第２導電型AlGaInPクラッド層を形成する前に、AlGaAs多重量子井戸活性層上に、第２導電型AlGaInPクラッド層のIn組成比よりもIn組成比が低い（AlxGa1-x）yIn1-yP拡散抑制層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を形成する製造方法により製造することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の半導体発光素子に適用可能な構造および製造方法の一例を説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１は実施形態１の半導体発光素子を示す断面図である。
この半導体発光素子は、ｎ型GaAs基板１の上にｎ型GaAsバッファ層２（膜厚５００ｎｍ）、ｎ型GaInPバッファ層３（膜厚２００ｎｍ）、ｎ型AlGaInPクラッド層４（膜厚３５００ｎｍ）、un-AlGaAsＭＱＷ活性層５、un-AlGaInP拡散抑制層６（膜厚１０ｎｍ）、ｐ型AlGaInP第１クラッド層７（膜厚１５０ｎｍ）、ｐ型GaInPエッチングストップ層８（膜厚１０ｎｍ）、ｐ型AlGaInP第２クラッド層９（膜厚１２００ｎｍ）、ｐ型GaInP中間層１０（膜厚５０ｎｍ）およびｐ型GaAsキャップ層１１（膜厚５００ｎｍ）が順次積層されている。なお、図示省略するが、ｎ型GaAs基板１の裏面にはｎ型電極が形成され、ｐ型GaAsキャップ層１１の表面にはｐ型電極が形成される。
【００３０】
un-AlGaAsＭＱＷ活性層５は、図２に示すように、ｎ型AlGaInPクラッド層４およびun-AlGaInP拡散抑制層６と接して形成された外側のun-AlGaAsガイド層５ａ（膜厚３０ｎｍ）と、un-AlGaAsガイド層５ａの間に交互に形成されたun-AlGaAsウェル層５ｂ（膜厚５ｎｍ）およびun-AlGaAsバリア層５ｃ（膜厚５ｎｍ）とからなり、un-AlGaAsウェル層５ｂが各un-AlGaAsガイド層５ａと接するように配置されてなる。
なお、半導体発光素子を構成する各化合物半導体層の膜厚は、前記膜厚に限定されるものではなく、得ようとする半導体発光素子の特性に応じて適宜設計変更することができる。
【００３１】
この半導体発光素子の製造において、ｎ型GaAs基板１の上に順次形成するｎ型GaAsバッファ層２からｐ型GaAsキャップ層１１までの各化合物半導体層は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＭＢＥ（分子線成長法）などの結晶成長法にて形成することができる。
ＭＯＣＶＤ法による結晶成長においては、化合物半導体層のIII族原料として、メチル系有機金属であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、さらに、Ｖ族原料としてアルシン（ＡｓＨ3
）、ホスフィン（ＰＨ3）、また、ドーピング材料としてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などを使用することができる。
【００３２】
図３は、実施形態１の半導体発光素子を構成する各化合物半導体結晶層を結晶成長させるために使用する気相成長装置の概略構成図であって、図３（ａ）は概略側断面図であり、図３（ｂ）は概略平断面図を示す。
この気相成長装置は、反応室５１と、反応室５１内に設けられてGaAs基板（またはウェハ）Ｓを載置するためのサセプタ（基板保持具）５２と、反応室５１内にガスを導入して所望の雰囲気にするガス導入口５３およびガス排出口５４と、高周波電流を流すことによりサセプタ５１を誘導加熱してGaAs基板１を昇温する高周波コイルとを備えている。なお、抵抗加熱装置やランプを用いた加熱方法も適用が可能である。さらに、気相成長装置は、サセプタ５１の下方に取り付けられた放射温度計や熱電対によりサセプタ温度を測定し制御することができると共に、GaAs基板１の表面の温度は、黒体輻射により較正した放射温度計で測定することができる。
【００３３】
上述の気相成長装置および材料を使用して、半導体発光素子を構成する各化合物半導体層（結晶膜）を結晶成長させる成膜工程において、un-AlGaInP拡散抑制層６を成膜する際は、上述のようにun-AlGaAsＭＱＷ活性層５のun-AlGaAsガイド層５ａに向かうにつれてIn組成比を連続的または段階的に減少させることができる。
GaAs基板Ｓ上に各化合物半導体層を積層した後は、各々必要なエッチング工程、フォトリソ工程、金属蒸着工程、切断工程等を経て、レーザダイオードや発光ダイオードといった半導体発光素子を形成することができる。
【００３４】
（実施形態２）
図４〜図８は、実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する図である。実施形態２の半導体発光素子は、いわゆるリッジ構造の窓レーザである（図８参照）。なお、実施形態２において、実施形態１と同様の要素には、同一の符号を付している。以下、実施形態２における実施形態１とは異なる点を主として説明する。
【００３５】
この半導体発光素子は、実施形態１と同様に、まず、ｎ型GaAs基板１の上にｎ型GaAsバッファ層２（膜厚５００ｎｍ）、ｎ型GaInPバッファ層３（膜厚２００ｎｍ）、ｎ型AlGaInPクラッド層４（膜厚３５００ｎｍ）、un-AlGaAsＭＱＷ活性層５、un-AlGaInP拡散抑制層６（膜厚５ｎｍ）、ｐ型AlGaInP第１クラッド層７（膜厚１５０ｎｍ）、ｐ型GaInPエッチングストップ層８（膜厚１０ｎｍ）、ｐ型AlGaInP第２クラッド層９（膜厚１２００ｎｍ）、ｐ型GaInP中間層１０（膜厚５０ｎｍ）およびｐ型GaAsキャップ層１１（膜厚５００ｎｍ）を順次成膜する。un-AlGaAsＭＱＷ活性層５において、un-AlGaAsガイド層５ａの膜厚は３０ｎｍ、un-AlGaAsウェル層５ｂの膜厚は５ｎｍ、un-AlGaAsバリア層５ｃの膜厚は５ｎｍである。
なお、半導体発光素子を構成する各化合物半導体層の膜厚は、前記膜厚に限定されるものではなく、得ようとする半導体発光素子の特性に応じて適宜設計変更することができる。
【００３６】
その後、図４に示すように、ｐ型GaAsキャップ層１１上に、例えばスパッタ法によりSiN膜１２（膜厚100ｎｍ）を形成し、SiN膜１２における窓形成領域を、フォトリソグラフィおよびエッチングにより除去する。
【００３７】
さらに、図５に示すように、ｐ型GaAsキャップ層１１およびSiN膜１２上にZnO膜１３およびSiO2膜１４（13と14の合計膜厚50ｎｍ）をスパッタ等により堆積し、その後、例えば窒素雰囲気中で約６００℃に加熱する。これにより、ZnO膜１３中のZnが下層の各結晶膜中に拡散して、図６に示すようにZn拡散領域１５（斜線部分）が形成される。この場合、Znドープ量は１×１０18／ｃｍ3とすることができるが、これに限定されるものではない。
このZn拡散によってZn拡散領域１５におけるＭＱＷ活性層５が無秩序化する。無秩序化したＭＱＷ活性層５におけるバンドギャップは、Zn拡散領域１５以外のバンドギャップよりも大きくなるため、発振波長に対して吸収がない窓領域となる。
【００３８】
次に、SiO2膜１４、ZnO膜１３およびSiN膜１２をエッチングで除去した後、図７に示すように、エッチングストップ層８までのキャップ層１１、中間層１０およびｐ型第２クラッド層９をフォトリソグラフィおよびエッチング技術により部分的にエッチングすることによりリッジ部１６を形成する。
その後、図８に示すように、基板１に対し、リッジ部１６の両サイドからエッチングストップ層８の表面にかけてSiO2の誘電体膜１７を形成し、さらにこれをフォトリソグラフィおよびエッチング技術によりリッジ表面のキャップ層１１を露出させ、さらにその上にｐ型電極１８を形成し、かつ基板１の裏面にｎ型電極１９を形成して、半導体レーザ素子（窓レーザ）を作製することができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
実施例１として、図１および図２に示した実施形態１の構造の半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法により作製した。このとき、化合物半導体層のIII族原料として、TMGa(トリメチルガリウム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)を用い、Ｖ族原料としてAsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)を用い、ｎ型ドーピング材料としてSiH4(モノシラン)用い、ｐ型ドーピング材料としてDEZn(ジエチルジンク)、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。また、各層を実施形態１で説明した膜厚で形成し、un-AlGaInP拡散抑制層６の膜厚は格子不整合による格子欠陥を発生させないことを意図した臨界膜厚を超えない１０ｎｍとした。また、un-AlGaInP拡散抑制層６のIn組成比がun-AlGaAsガイド層５ａに向かうにつれて連続的かつ直線的に減少するように、un-AlGaInP拡散抑制層６を形成した。
【００４０】
図９は、実施例１の半導体発光素子における界面付近のIn組成比プロファイルを示すグラフである。
実施例１において、拡散抑制層６を結晶成長する際、In組成比がun-AlGaAsガイド層５ａに向かうにつれて直線的に減少するように、上述の気相成長装置の反応室５１内に導入する原料ガス中のIn量を連続的に調整したが、実際は結晶成長における熱プロセスによって結晶膜中でInが拡散する。したがって、拡散抑制層６のIn組成比プロファイルは、実際は図４に示すような直線的ではなく湾曲したもの（だれたもの）になる。また、図９では、un-AlGaAsガイド層５ａにおけるIn組成比を便宜上０として表現しているが、これについても、成長炉中の反応性生物からの再蒸発による混入等により完全には０とはならない。
この実施例１の半導体発光素子は、ＣＷ（連続発振）動作での電流−出力特性における傾き（W／Ａ）の出力値10ｍW〜100mWの範囲の平均値が１．１（Ｗ／Ａ）であった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２として、図１および図２に示した実施形態１の構造の半導体発光素子を作製した。この場合、In組成比がun-AlGaAsガイド層５ａに向かうにつれて段階的に減少するようにun-AlGaInP拡散抑制層６を形成したこと以外は、実施例１と同様に半導体発光素子を作製した。
【００４２】
図１０は、実施例２の半導体発光素子における界面付近のIn組成比プロファイルを示すグラフである。なお、図１０では、un-AlGaAsガイド層５ａにおけるIn組成比を便宜上０として表現しているが、実際は成長炉中の反応性生物からの再蒸発による混入等により完全には０とはならない。
この実施例２の半導体発光素子は、ＣＷ（連続発振）動作での電流−出力特性における傾き（W／Ａ）の出力値10ｍW〜100mWの範囲の平均値が１．１（Ｗ／Ａ）であった。
【００４３】
（比較例１）
実施例１および２との比較のために、un-AlGaInP拡散抑制層６が無いこと以外は実施例１と同様に比較例１（図１２および図１３に示す構造）の半導体素子を作製し、実施例１と同様の測定を行ったところ、前記平均値は１．０（Ｗ／Ａ）であった。
【００４４】
実施例１、２および比較例１の前記測定結果から、実施例１および２は比較例１よりも量子効率が０．１改善している。この結果は、実施例１および２ではun-AlGaInP拡散抑制層６によってｐ型AlGaInP第１クラッド層７中のInがun-AlGaAsガイド層５ａへ拡散することが抑制され、In拡散による光吸収が抑制されたことによるものと考えられる。
【００４５】
（実施例３）
実施例３として、図４〜図８で説明した実施形態２の構造の半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法により作製した。このとき、化合物半導体層のIII族原料として、TMGa(トリメチルガリウム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)を用い、Ｖ族原料としてAsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)を用い、ｎ型ドーピング材料としてSiH4(モノシラン)用い、ｐ型ドーピング材料としてDEZn(ジエチルジンク)、Cp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用いた。また、各層を実施形態２で説明した膜厚で形成し、un-AlGaInP拡散抑制層６の膜厚は格子不整合による格子欠陥を発生させないことを意図した臨界膜厚を超えない５ｎｍとした。また、un-AlGaInP拡散抑制層６のIn組成比がun-AlGaAsガイド層５ａに向かうにつれて連続的かつ直線的に減少するように、un-AlGaInP拡散抑制層６を形成した。また、Zn拡散領域（窓領域）１５のZnドープ量は１×１０18／ｃｍ3である。
この実施例３の半導体発光素子は、パルス：１μｓ（duty 0.1％）でのＣＯＤレベル（端面破壊レベル）が２５０ｍＷであった。
【００４６】
（比較例２）
実施例３との比較のために、un-AlGaInP拡散抑制層６が無いこと以外は実施例３と同様に比較例２の半導体素子を作製し、実施例３と同様の測定を行ったところ、前記ＣＯＤレベルは２００ｍＷであった。
【００４７】
実施例３および比較例２の前記測定結果から、実施例３は比較例２よりもＣＯＤレベルを５０ｍＷ高めることができた。この結果は、実施例３では窓領域１５におけるun-AlGaInP拡散抑制層６によってｐ型AlGaInP第１クラッド層７中のInがun-AlGaAsガイド層５ａへ拡散することが抑制され、In拡散による光吸収が抑制されたことによるものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の半導体発行素子は、レーザダイオード（半導体レーザ）や発光ダイオードに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１の半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】実施形態１の半導体発光素子におけるＭＱＷ活性層を示す断面図である。
【図３】実施形態１の半導体発光素子を構成する各化合物半導体結晶層を結晶成長させるために使用する気相成長装置の概略構成図であって、図３（ａ）は概略側断面図であり、図３（ｂ）は概略平断面図を示す。
【図４】実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する第１の図である。
【図５】実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する第２の図である。
【図６】実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する第３の図である。
【図７】実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する第４の図である。
【図８】実施形態２の半導体発光素子の製造過程を説明する第５の図である。
【図９】実施例１の半導体発光素子における界面付近のIn組成比プロファイルを示すグラフである。
【図１０】実施例２の半導体発光素子における界面付近のIn組成比プロファイルを示すグラフである。
【図１１】AlGaInP拡散抑制層の臨界膜厚とIn組成比との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明者が実験的に作製した半導体発光素子の積層構造を示す断面図である。
【図１３】図１２で示した半導体発光素子におけるノンドープAlGaAs多重井戸量子活性層の断面図である。
【図１４】図１２で示した半導体発光素子における界面付近の原子濃度プロファイルを示すグラフである。
【図１５】図１２で示した半導体発光素子にアニール温度５８０℃で窓領域を形成した場合の界面付近の原子濃度プロファイルを示すグラフである。
【図１６】図１２で示した半導体発光素子にアニール温度６２０℃で窓領域を形成した場合の界面付近の原子濃度プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１  ｎ型GaAs基板（基板）
２  ｎ型GaAsバッファ層
３  ｎ型GaInPバッファ層
４  ｎ型AlGaInPクラッド層
５  ノンドープAlGaAsＭＱＷ活性層
５ａ  un-AlGaAsガイド層
５ｂ  ノンドープAlGaAsウェル層
５ｃ  ノンドープAlGaAsバリア層
６  ノンドープAlGaInP拡散抑制層
７  ｐ型AlGaInP第１クラッド層
８  ｐ型GaInPエッチングストップ層
９  ｐ型AlGaInP第２クラッド層
１０  ｐ型GaInP中間層
１１  ｐ型GaAsキャップ層
１２  SiO2膜
１３  ZnO膜
１４  SiO2膜
１５  Zn拡散領域（窓領域）
１６  リッジ部
１７  誘電体膜
１８  ｐ型電極１８
１９  ｎ型電極１９
【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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