(57)【要約】【課題】活性層のＰＬ半値幅の増大を抑制しつつｐ型クラッド層のキャリア濃度を高くしたエピタキシャルウェハ、従って安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ高信頼なＬＤが得られる半導体レーザ用エピタキシャルウェハを提供すること。【解決手段】結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、第１導電型のＧａＡｓ基板１上に、少なくとも第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＭＱＷ活性層４、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５、及び第２導電型のＧａＡｓコンタクト層９を順次積層した半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、第２導電型のクラッド層５の不純物がＭｇであり、且つコンタクト層の第２導電型不純物がＺｎであり、且つ第２導電型のクラッド層５のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にある構造とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ活性層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、及び第２導電型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層した半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、
第２導電型のクラッド層の不純物がＭｇであり、且つコンタクト層の第２導電型不純物がＺｎであり、且つ第２導電型のクラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にあることを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ活性層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、第２導電型のＧａＩｎＰエッチング停止層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、及び第２導電型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層した半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、
第２導電型の第１クラッド層、第２クラッド層、及びエッチング停止層の不純物がＭｇであり、且つコンタクト層の第２導電型不純物がＺｎであり、且つ第２導電型の第１クラッド層、第２クラッド層の少なくとも第１クラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にあることを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と第２導電型のＧａＡｓコンタクト層の間に、Ｍｇをドープした第２導電型のＧａＩｎＰ中間層を設けたことを特徴とする半導体レーザ用エピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ、特にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ用エピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＶＰＥ法を用いた光デバイス用のＡｌＧａＩｎＰ系結晶成長では、従来ｎ型不純物及びｐ型不純物として、それぞれＳｉ、Ｚｎを用いるのが一般的である（例えば、非特許文献１参照）。また、半導体レーザ用途におけるエピタキシャルウェハのｐ型クラッド層のキャリア濃度としては、ｐ型不純物としてＺｎを用いた場合、通常４×１０17cm-3程度と比較的低濃度に設定されている（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照）。
【０００３】
近年、半導体レーザのうちでも、ＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザを光源に用いた高密度光ディスク装置等が積極的に開発されており、光源となるＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザの高出力化が強く望まれている。このＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザとしては、例えば特開２０００−２６９６０６号公報（特許文献１）に開示されたものがある。
【０００４】
図４において、この特許文献１の半導体レーザは、まずｎ型ＧａＡｓ基板１００上に順次ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法によりダブルヘテロ構造を結晶成長する。このダブルヘテロ構造の構成は、厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層１７０、厚さ１．５μｍのｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１３０、歪補償ＭＱＷ活性層１１０、厚さ０．３μｍのｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１２０、厚さ０．０１μｍのｐ型ＧａＩｎＰエッチングストッパ層１４０、厚さ１．２μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層１５０、ｎ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐヘテロバッファ層１６０、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層２００を順次積層して成る。２１０はｐ電極、２２０はｎ電極、２３０はＺｎ拡散領域である。
【０００５】
この半導体レーザでは、活性層を歪補償多重量子井戸構造とすることで、Ｚｎ拡散のための熱処理を低温、且つ短時間にすることができ、励起領域へのＺｎの拡散を抑制して品質の低下を防ぎ、これにより発光効率の高い、特性の良好なＺｎ拡散型ウィンドウ構造の可視光半導体レーザ素子が作製可能となる。 
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ（Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．９，１９８９，ｐｐ．１６１５−１６２１）
【非特許文献２】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ（Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１４，１９８９，ｐｐ．９２５−９２６）
【非特許文献３】ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，１９９１，ｐｐ．２３−２９）
【特許文献１】特開２０００−２６９６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体レーザ（ＬＤ）の高出力動作や高温動作時には、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が大きくなり、閾電流や動作電流が増大することが知られている。安定な高温・高出力動作を達成するためには、ｐ型クラッド層を極力高キャリア濃度化することが望ましい。
【０００７】
しかしながら、従来のようにｐ型不純物としてＺｎを用いた場合、ｐ型クラッド層の高キャリア濃度化とともにＺｎが活性層中に拡散し、活性層の結晶品質を損なうため閾電流や動作電流の増大と信頼性低下の原因となる。この活性層の結晶品質は、活性層のフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定により、そのスペクトルの半値幅を評価することにより知ることができる。
【０００８】
図１に、従来技術であるｐ型クラッド層の不純物としてＺｎを用いた場合のｐ型クラッド層のキャリア濃度と活性層ＰＬ半値幅の関係を示した。このようにＺｎドーパントの場合、ｐ型クラッド層の高キャリア濃度化とともに（Ｚｎ濃度の増加とともに）比較的低キャリア濃度領域で活性層ＰＬ半値幅が大きくなる傾向にある。特に、６×１０17cm-3以上になるとその傾向は顕著であり、急激に半値幅は大きくなっている。このようなＰＬ半値幅の大きいエピタキシャルウェハから作製したＬＤでは、閾電流や動作電流が大きく、信頼性が低下する。そのため、前述の公知例（非特許文献２、非特許文献３）に示されているように、Ｚｎドープｐ型クラッド層のキャリア濃度は、従来４×１０17cm-3程度と低く設定されており、高キャリア濃度化が困難であった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、活性層のＰＬ半値幅の増大を抑制しつつｐ型クラッド層のキャリア濃度を高くしたエピタキシャルウェハ、従って安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ高信頼なＬＤが得られる半導体レーザ用エピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１１】
請求項１の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、及び第２導電型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層した半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、第２導電型のクラッド層の不純物がＭｇであり、且つコンタクト層の第２導電型不純物がＺｎであり、且つ第２導電型のクラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る半導体レーザ用エピタキシャルウェハは、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、第１導電型のＧａＡｓ基板上に、少なくとも第１導電型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、第２導電型のＧａＩｎＰエッチング停止層、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、及び第２導電型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層した半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、第２導電型の第１クラッド層、第２クラッド層、及びエッチング停止層の不純物がＭｇであり、且つコンタクト層の第２導電型不純物がＺｎであり、且つ第２導電型の第１クラッド層、第２クラッド層の少なくとも第１クラッド層のキャリア濃度が８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲にあることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体レーザ用エピタキシャルウェハにおいて、前記第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層と第２導電型のＧａＡｓコンタクト層の間に、Ｍｇをドープした第２導電型のＧａＩｎＰ中間層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
＜発明の要点＞
上記目的を達成するために、本発明では、結晶成長手段としてＭＯＶＰＥ法を用い、更には活性層に隣接するｐ型第１クラッド層、エッチング停止層及びｐ型第２クラッド層のｐ型不純物として従来のＺｎの替わりに拡散定数が小さいＭｇを用いた。また、本発明のｐ型ＧａＡｓコンタクト層の不純物は、従来と同様１×１０19cm-3以上のドーピングが比較的容易なＺｎを用いた。これらにより従来活性層の品質を損なうことなく高濃度化することが困難であったｐ型クラッド層のキャリア濃度を、高出力化・高温動作化に必要な１×１０18cm-3程度あるいはそれ以上の高濃度領域においても、活性層のＰＬ半値幅の増大が比較的小さく、高出力・高温動作可能なＬＤが得られるエピタキシャルウェハの作製が可能となる。
【００１５】
補足説明するに、ＧａＡｓやＩｎＰ等の化合物半導体中でのＭｇの拡散定数は、Ｚｎの拡散定数に比べて２桁程度小さい。例えばＩｎＰ中でのそれぞれの拡散定数を比較するとＺｎ：１〜６×１０-13cm2・ｓ-1に対しＭｇ：２〜４×１０-15cm2・ｓ-1程度である。
【００１６】
ＬＤ構造エピタキシャルウェハにおいて活性層に隣接する、あるいはその近傍のｐ型クラッド層不純物としてＺｎを用いると、成長中やその後の熱処理等により活性層内にＺｎの拡散が起こり、図３に示した曲線の傾斜から分かるように活性層ＰＬ半値幅が大きくなる。８×１０17cm-3程度（曲線上のＰ２）までキャリア濃度を高めると、半値幅は４×１０17cm-3の場合（曲線上のＰ１）に比べ、４nm程度も増加し、活性層の結晶性が劣化していることを示している。このことはＺｎドーパントにより高出力・高信頼なＬＤ特性を得ることは難しいことを示している。したがって上述の公知例（非特許文献２、非特許文献３）に示すごとく、ｐ型クラッド層のキャリア濃度としては、従来４×１０17cm-3程度の比較的低濃度（曲線上のＰ１）のものが用いられてきた。
【００１７】
しかしながら、ＬＤの高出力化においてはｐ型クラッド層キャリア濃度の高濃度化は避けられない課題である。ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いると、上述のように拡散定数が２桁程度小さいため、活性層への拡散は起こり難く、活性層ＰＬ半値幅の増大に象徴される活性層結晶性の劣化の少ない良好なエピタキシャルウェハの作製が期待できる。
【００１８】
本発明の根拠として、Ｍｇドープのｐ型クラッド層のキャリア濃度と活性層ＰＬ半値幅の関係を、Ｚｎドープの場合と比較して図１に示した。図１中、曲線ＡがＭｇドープの場合であり、曲線ＢがＺｎドープの場合である。Ｍｇドープの場合、キャリア濃度１．３×１０18cm-3の高濃度領域までＰＬ半値幅の増大は比較的小さく、活性層の結晶性が保たれている。本発明は、ｐ型クラッド層のキャリア濃度をできるだけ高濃度とすべく、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を８×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲に定める。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ｐ型ドーパントとして拡散定数の小さなＭｇを用いることにより、つまり図１のＺｎドープ曲線ＢからＭｇドープ曲線Ａに移すことにより、活性層ＰＬ半値幅の増大を極力抑えつつ、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18cm-3程度に高濃度化することができる。したがって、８×１０17cm-3〜１．３×１０18cm-3のｐ型クラッド層のキャリア濃度を持つ良好なエピタキシャルウェハが達成可能なため、リーク電流が少なく、高出力・高温動作が可能な高信頼性のＬＤを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明による実施例を図２により説明する。
【００２１】
ＭＯＶＰＥ法により、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１上にＳｉドープＧａＡｓバッファ層２（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、厚さｄ＝０．３μｍ）、Ｓｉドープｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層３（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、ｄ＝２．０μｍ）を順次成長した後、アンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐガイド層（ｄ＝３０nm）を前後に配置したアンドープ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４（ＧａＩｎＰウエル：ｄ＝５nm、及び（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア：ｄ＝５nm、からなる３周期）を成長し、続いてＭｇドープ（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層５（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、ｄ＝０．２μｍ）、ＭｇドープＧａＩｎＰエッチング停止層６（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、ｄ＝５nm）、Ｍｇドープ（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２クラッド層７（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、ｄ＝１．５μｍ）、ＭｇドープＧａＩｎＰ中間層８（キャリア濃度＝１×１０18cm-3、ｄ＝３０nm）、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層９（キャリア濃度＝１×１０19cm-3以上、ｄ＝０．５μｍ）を順次積層した。
【００２２】
従来ＭＯＶＰＥ法におけるｐ型導電型の不純物としては、全てのｐ型層においてＺｎを用いるのが一般的であるが、その場合図２中に示した第１クラッド層５〜コンタクト層９の層を成長中に、ＭＱＷ活性層４内へＺｎの拡散が起こり、活性層４の結晶性を悪く（ＰＬ半値幅を大きく）していた。このことがＬＤの高出力化の妨げとなっていた。
【００２３】
本実施例のように、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４に隣接したｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層５から上部のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層７の不純物として、Ｚｎに比べ拡散定数の小さなＭｇをドープすることにより、第１クラッド層５から活性層４への不純物の拡散を低減することができ、活性層４の良好な結晶性を維持しつつ、ｐ型クラッド層５、７の高キャリア濃度化を達成することができた。
【００２４】
実際に、本発明のｐ型クラッド層５、７のキャリア濃度１×１０18cm-3のエピタキシャルウェハにおける活性層ＰＬ半値幅は１０nm程度であった。
【００２５】
さらに、同様の構造においてＭｇドープ型層のキャリア濃度を５×１０17cm-3から１．３×１０18cm-3の範囲で変化させて成長したウェハでは、図１の曲線Ａに示すように、１×１０18cm-3以下ではＰＬ半値幅はほぼ一定であった。また、１×１０18cm-3〜１．３×１０18cm-3範囲では曲線Ａの傾きが少し大きくなることから、ＰＬ半値幅が増加傾向にあるものの、図１の曲線Ｂに示すＺｎドープ場合に比べ増加の傾向はやや小さく、１．３×１０18cm-3の濃度でもＰＬ半値幅が１２nm程度と小さいエピタキシャルウェハが得られた。
【００２６】
本発明によるエピタキシャルウェハから得られるＬＤは、例えばＤＶＤ記録用ピックアップ光源等に用いられる。ＬＤ特性の高出力化によってデータの書き込み速度の高速化が実現できる。
【００２７】
上記実施例では、ｎ型のＧａＡｓ基板上に、少なくともｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ活性層、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層、ｐ型のＧａＩｎＰエッチング停止層、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層、及びｐ型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層したIII−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハについて説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではない。すなわち、図４に示されているように、ｎ型のＧａＡｓ基板上に、少なくともｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＭＱＷ活性層、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層、及びｐ型のＧａＡｓコンタクト層を順次積層したIII−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によりＭｇドープを用いた場合のｐ型クラッド層のキャリア濃度と活性層ＰＬ半値幅の関係を、Ｚｎドープの場合と比較して示した図である。
【図２】本発明の半導体レーザ用エピタキシャルウェハの実施例を示す断面図である。
【図３】従来のｐ型不純物にＺｎを用いた場合のｐ型クラッド層のキャリア濃度と活性層ＰＬ半値幅の関係を示した図である。
【図４】従来の半導体レーザ用エピタキシャルウェハを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４  ＭＱＷ活性層
５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
６  ｐ型ＧａＩｎＰエッチング停止層
７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
８  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
９  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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