(57)【要約】【課題】  Ｓｅ等のｎ型不純物の拡散を防止することの可能な半導体装置を提供する。【解決手段】  ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層５０２、ｐ型ＧａＡｓベース層５０３、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５０６が結晶成長によって順に積層されて構成されている。ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５にドーピングされたｎ型不純物であるＳｅが、結晶成長中またはプロセス中にｐ型ＧａＡｓベース層５０３に拡散することを防止している。【選択図】      図５
2005260044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層と、ノンドープまたはｐ型不純物がドーピングされた半導体層とが設けられている半導体装置であって、該半導体装置には、さらに、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板上に、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型半導体層とｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とから構成されたトンネル接合を有する半導体装置であって、該半導体装置には、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、ｎ型半導体層に隣接して、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、さらに、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体発光装置において、クラッド層と活性層との間に光導波層を備えており、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、光導波層中、または、光導波層とクラッド層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項６】
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む電流ブロック構造を備えており、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された、ｎ型半導体層中のｎ型不純物の拡散を防止する不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、活性層の一部にｎ型不純物が拡散された混晶化領域が形成されており、混晶化領域からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項８】
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、共振器端面近傍にｎ型不純物が拡散された窓構造が形成されており、窓構造からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項９】
基板上に、少なくとも、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とを有し、下部多層膜反射鏡，上部多層膜反射鏡のいずれか一方の多層膜反射鏡またはコンタクト層には、ｎ型不純物がドーピングされている垂直共振器型面発光の半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、ｎ型不純物がドーピングされている多層膜反射鏡またはコンタクト層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層は、量子井戸層とｎ型不純物が添加された障壁層とが積層された多重量子井戸構造で構成されており、障壁層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、量子井戸層と障壁層との界面近傍に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１１】
請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層または量子井戸層は、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１２】
請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１３】
請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光信号用光源として用いられていることを特徴とする光伝送システム。
【請求項１４】
請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光源として用いられていることを特徴とする光ディスク記録装置。
【請求項１５】
請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が書き込み用光源として用いられていることを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および半導体発光装置および光伝送システムおよび光ディスク記録装置および電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスクへの情報書き込み速度を向上させるために、ピックアップ光源に用いられる半導体レーザの高出力化が要求されている。ＤＶＤに用いられている波長６５０ｎｍ帯の半導体レーザは、ＡｌＧａＩｎＰ系材料で構成されているが、伝導帯の電子に対するエネルギー障壁高さが不十分であるため、高温高出力動作において電子が活性層からオーバーフローして、注入電流を増加させても光出力が飽和してしまう。電子のオーバーフローを抑制する有効な手段として、ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くする方法がある。しかしながら、ｐ型不純物、例えばＺｎの拡散係数が大きいため、ｐ型クラッド層の不純物濃度を高くしすぎると、結晶成長中やプロセス中の熱処理によって、不純物が意図せず活性層に拡散して、半導体レーザ特性を低下させてしまう。
【０００３】
Ｚｎが活性層に拡散することを防止するための方法として、以下の従来例が報告されている。
【０００４】
例えば、特許文献１，特許文献２には、Ａｓ元素を含む半導体層によって、Ｚｎ不純物の拡散を防止することが示されている。
【０００５】
また、特許文献３，特許文献４には、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を低くすることで、Ｚｎ等の拡散を抑制することが示されている。
【特許文献１】特開平１１−２７４６３５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１０２００号公報
【特許文献３】特開平６−１８８５０８号公報
【特許文献４】特開平５−１２１８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来注目されていた不純物の拡散は、主にＺｎ元素（ｐ型不純物）に関してであった。また、ＺｎはＡｌＧａＩｎＰ材料系やＩｎＧａＡｓＰ材料系等のＶ族元素としてＰを含む材料系において拡散定数が大きいために、Ｐを含む材料系に対する不純物拡散防止層が検討されてきた。
【０００７】
しかしながら、本願の発明者は、Ｖ族元素としてＡｓを含む材料系（ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ等）において、結晶成長中やプロセス中の熱処理等により、ｎ型不純物としてセレン（Ｓｅ）が拡散することを確認した。この場合、Ｓｅが光導波層に拡散することで光吸収損失の増加を招いたり、また、Ｓｅが活性層に拡散することで発光効率の低下が生じてしまう。そのため、半導体レーザの特性劣化を引き起こしてしまう。
【０００８】
本発明は、Ｓｅ等のｎ型不純物の拡散を防止することの可能な半導体装置および半導体発光装置および光伝送システムおよび光ディスク記録装置および電子写真装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層と、ノンドープまたはｐ型不純物がドーピングされた半導体層とが設けられている半導体装置であって、該半導体装置には、さらに、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、基板上に、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型半導体層とｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とから構成されたトンネル接合を有する半導体装置であって、該半導体装置には、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、ｎ型半導体層に隣接して、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、さらに、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体発光装置において、クラッド層と活性層との間に光導波層を備えており、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、光導波層中、または、光導波層とクラッド層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む電流ブロック構造を備えており、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された、ｎ型半導体層中のｎ型不純物の拡散を防止する不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、活性層の一部にｎ型不純物が拡散された混晶化領域が形成されており、混晶化領域からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、共振器端面近傍にｎ型不純物が拡散された窓構造が形成されており、窓構造からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、基板上に、少なくとも、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とを有し、下部多層膜反射鏡，上部多層膜反射鏡のいずれか一方の多層膜反射鏡またはコンタクト層には、ｎ型不純物がドーピングされている垂直共振器型面発光の半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、ｎ型不純物がドーピングされている多層膜反射鏡またはコンタクト層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１０記載の発明は、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層は、量子井戸層とｎ型不純物が添加された障壁層とが積層された多重量子井戸構造で構成されており、障壁層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、量子井戸層と障壁層との界面近傍に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１１記載の発明は、請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層または量子井戸層は、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されていることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１２記載の発明は、請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１３記載の発明は、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光信号用光源として用いられていることを特徴とする光伝送システムである。
【００２２】
また、請求項１４記載の発明は、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光源として用いられていることを特徴とする光ディスク記録装置である。
【００２３】
また、請求項１５記載の発明は、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が書き込み用光源として用いられていることを特徴とする電子写真装置である。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層と、ノンドープまたはｐ型不純物がドーピングされた半導体層とが設けられている半導体装置であって、該半導体装置には、さらに、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型不純物の拡散を抑制して、急峻なドーピングプロファイルを形成することが可能となる。
【００２５】
また、請求項２記載の発明によれば、基板上に、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型半導体層とｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とから構成されたトンネル接合を有する半導体装置であって、該半導体装置には、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、ｎ型半導体層に隣接して、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型半導体層においてｎ型不純物の拡散による不純物濃度低下を抑制でき、低抵抗のトンネル接合を形成することができる。
【００２６】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の半導体装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であるので、特に高い不純物拡散抑制効果が得られる。
【００２７】
また、請求項４記載の発明によれば、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、さらに、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型不純物の意図していないドーピングが抑制されて、設計通りの半導体発光装置を提供することが可能となる。また、基板面内やロット間で、不純物濃度プロファイルのばらつきに起因した半導体発光装置の特性ばらつきを抑制することができ、歩留まりが向上する。
【００２８】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の半導体発光装置において、クラッド層と活性層との間に光導波層を備えており、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、光導波層中、または、光導波層とクラッド層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型クラッド層中のｎ型不純物拡散に起因する活性層の発光効率低下，閾電流増加，外部量子効率低下，信頼性低下，高温高出力特性劣化等の特性劣化を引き起こすことなく、良好な特性の半導体発光装置を提供することができる。
【００２９】
また、請求項６記載の発明によれば、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む電流ブロック構造を備えており、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された、ｎ型半導体層中のｎ型不純物の拡散を防止する不純物拡散防止層が設けられているので、電流ブロック構造のｎ型半導体層にドーピングされたｎ型不純物が、隣接するｐ型半導体層に拡散することを抑制することができる。従って、電流ブロック構造のキャリア濃度低下が生じず、高い電圧までストライプ外部の電流リークを抑制することができ、高出力動作を得ることができる。
【００３０】
また、請求項７記載の発明によれば、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、活性層の一部にｎ型不純物が拡散された混晶化領域が形成されており、混晶化領域からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型不純物の拡散深さを容易に制御することができ、光導波損失の増加を避けることができる。
【００３１】
また、請求項８記載の発明によれば、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、共振器端面近傍にｎ型不純物が拡散された窓構造が形成されており、窓構造からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、ｎ型不純物の拡散深さを容易に制御することができる。従って、光吸収損失を増加させることなく窓構造を形成でき、高出力を得ることができる。
【００３２】
また、請求項９記載の発明によれば、基板上に、少なくとも、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とを有し、下部多層膜反射鏡，上部多層膜反射鏡のいずれか一方の多層膜反射鏡またはコンタクト層には、ｎ型不純物がドーピングされている垂直共振器型面発光の半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、ｎ型不純物がドーピングされている多層膜反射鏡またはコンタクト層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、多層膜反射鏡にドーピングされたｎ型不純物の拡散を抑制することができる。従って、ｎ型不純物の拡散に起因する活性層の発光効率低下、閾電流増加、光出力低下、信頼性低下等の特性劣化を引き起こすことなく、良好な垂直共振器型面発光の半導体発光装置を提供することができる。
【００３３】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項４乃至請求項９のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層は、量子井戸層とｎ型不純物が添加された障壁層とが積層された多重量子井戸構造で構成されており、障壁層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、量子井戸層と障壁層との界面近傍に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、障壁層に変調ドーピングされたｎ型不純物が量子井戸層に拡散することを抑制することができ、急峻なドーピングプロファイルを形成できる。従って、量子井戸層の結晶性を低下させることなく、低閾電流を実現することができる。
【００３４】
また、請求項１１記載の発明によれば、請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、活性層または量子井戸層は、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されており、この場合には、不純物拡散防止層と活性層を同じ材料系で構成できるため、半導体発光装置の作製が容易となる。
【００３５】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項４乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光装置において、前記ｎ型不純物はセレン（Ｓｅ）であるので、特に高い不純物拡散抑制効果が得られる。
【００３６】
また、請求項１３記載の発明によれば、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光信号用光源として用いられていることを特徴とする光伝送システムであるので、低消費電力で信頼性の高い光伝送システムを提供することができる。
【００３７】
また、請求項１４記載の発明によれば、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が光源として用いられていることを特徴とする光ディスク記録装置であるので、低消費電力で高速の情報読み出しまたは書き込みが可能な光ディスク記録装置を提供することができる。
【００３８】
また、請求項１５記載の発明によれば、請求項４乃至請求項１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置が書き込み用光源として用いられていることを特徴とする電子写真装置であるので、低消費電力で高速プリント可能な電子写真装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００４０】
図１は、ＧａＡｓ基板上にセレン（Ｓｅ）ドープＡｌＧａＡｓ層とアンドープＧａＡｓ層を積層し、６６０℃で１時間熱履歴を加えたウエハにおけるＳｅ濃度の深さ方向プロファイルの測定結果を示す図である。ここで、測定は、２次イオン質量分析測定法（ＳＩＭＳ）を用いて行った。ＳｅドープＡｌＧａＡｓ層のＳｅドーピング濃度は、３×１０１８ｃｍ−３としている。測定の結果、図１に示すように、Ｓｅを意図してドーピングしていないＧａＡｓ層において、Ｓｅが２〜３×１０１７ｃｍ−３の濃度で検出された。
【００４１】
この測定におけるＳｅの検出下限は２×１０１５ｃｍ−３であり、検出下限よりも２桁高い濃度でＳｅがドーピングされていることが確認された。
【００４２】
図２は、ＧａＡｓ基板上にセレン（Ｓｅ）ドープＧａＩｎＰ層とアンドープＧａＡｓ層を積層し、６６０℃で１時間熱履歴を加えたウエハにおけるＳｅ濃度の深さ方向プロファイルの測定結果を示す図である。ここで、ＳｅドープＧａＩｎＰ層のＳｅドーピング濃度は、１．５×１０１８ｃｍ−３としている。図２の場合も、図１と同様に、Ｓｅを意図してドーピングしていないＧａＡｓ層において、Ｓｅが２〜４×１０１７ｃｍ−３の濃度で検出された。
【００４３】
従来例である、特許文献１や特許文献２においては、Ａｓ元素を含む半導体層によってＺｎ不純物の拡散を防止している。しかしながら、図１、図２においては、Ａｓ元素を含むＧａＡｓ中においてもｎ型不純物であるＳｅの濃度が１０１７ｃｍ−３台で検出されており、Ａｓ元素を含む半導体層によってＳｅ不純物の混入を抑制することができていないことを示している。
【００４４】
また、特許文献３や特許文献４においては、ＡｌＧａＡｓのＡｌ組成を低くすることでＺｎ等の拡散を抑制している。しかし、図１，図２においてはＡｌ組成が最も小さい零のＧａＡｓを用いているが、Ｓｅ濃度が１０１７ｃｍ−３台で検出されている。
【００４５】
このことから、ｎ型不純物であるＳｅをドーピングした層に隣接した半導体層に、Ｓｅの混入を防止するための層として、従来の拡散防止層は有効に機能しないことが明らかである。
【００４６】
図３は、ＧａＡｓ基板上に、セレン（Ｓｅ）ドープＧａＩｎＰ層、アンドープＧａＡｓ層、ＧａＮＡｓ層、アンドープＧａＡｓ層を積層し、６６０℃で１時間熱履歴を加えたウエハにおけるＳｅ濃度の深さ方向プロファイルの測定結果を示す図である。ここで、結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で行った。窒素原料としては、有機窒素原料であるジメチルヒドラジンを用いた。
【００４７】
図３において、ＧａＮＡｓ層よりも基板側のアンドープＧａＡｓ層においては、Ｓｅが２〜４×１０１７ｃｍ−３の濃度でドーピングされているが、ＧａＮＡｓ層よりも上側のアンドープＧａＡｓ層では、Ｓｅ濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下に低減されている。この濃度は、測定の検出下限に近く、ほぼバックグラウンドレベルまでＳｅの混入が抑制できていることを示している。
【００４８】
図３においては、ＧａＮＡｓ層の層厚を２５ｎｍで形成している。しかしながら、Ｓｅ濃度プロファイルの結果より、ＧａＮＡｓ層の層厚が１０ｎｍ程度でＳｅ濃度の急激な低下が見られており、ＧａＮＡｓ層の層厚としては、１０ｎｍあれば十分機能する。
【００４９】
また、ＧａＮＡｓ層は、単層である必要はなく、複数層設けたり、薄膜を周期的に積層した超格子構造で形成することもできる。
【００５０】
Ｓｅは拡散以外にメモリ効果があることが知られている。即ち、Ｓｅ原料ガスの供給を停止しても、配管や反応室に残留したＳｅが次の層にドーピングされてしまう現象である。図１，図２に示したアンドープＧａＡｓ層に混入したＳｅの起源は、ＳｅドープＡｌＧａＡｓ層またはＳｅドープＧａＩｎＰ層からの拡散とメモリ効果でドーピングされた可能性がある。従って、ＧａＮＡｓ層は、Ｓｅの拡散を停止させる機能、またはメモリ効果を除去する機能を有していると考えられる。
【００５１】
図４は、ＧａＡｓ基板上に、アンドープＧａＡｓ層、ＧａＮＡｓ層、アンドープＧａＡｓ層、ＳｅドープＡｌＧａＡｓ層を積層し、７００℃で１時間熱履歴を加えたウエハにおけるＳｅ濃度の深さ方向プロファイルの測定結果を示す図である。
【００５２】
Ｓｅは、ＳｅドープＡｌＧａＡｓ層の下側に設けたアンドープＧａＡｓ層中で１×１０１８〜３×１０１７ｃｍ−３の濃度で検出された。このことから、図４においてアンドープＧａＡｓ層中にドーピングされたＳｅは、メモリ効果ではなく拡散によるものであると考えられる。
【００５３】
そして、図４においても、ＧａＮＡｓ層よりも基板側のアンドープＧａＡｓ層ではＳｅ濃度が１×１０１６ｃｍ−３以下に低減されている。従って、ＧａＮＡｓ層はＳｅの拡散を抑制する効果があることが明らかとなった。
【００５４】
図３，図４に示したように、本願の発明者は、ＧａＮＡｓ等の、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を不純物拡散防止層に用いることで、Ｓｅ不純物の混入を有効に抑制できることを見出して、本発明を完成させた。
【００５５】
すなわち、本願の発明者は、ＧａＮＡｓ等の窒素と他のＶ族元素との混晶半導体を不純物拡散防止層に用いることで、ｎ型不純物であるＳｅ不純物の拡散を抑制して急峻なドーピングプロファイルを形成することが可能となることを見出した。
【００５６】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層と、ノンドープまたはｐ型不純物がドーピングされた半導体層とが設けられている半導体装置であって、該半導体装置には、さらに、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００５７】
ここで、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体としては、ＧａＮＡｓの他に、ＧａＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＰＮ、ＧａＩｎＮＰ等を用いても、拡散防止効果がある。また、Ｓｂ，Ａｌ等の元素を上記混晶半導体に添加することもできる。
【００５８】
有機窒素原料を用いてＭＯＣＶＤ法で成長した窒素と他のＶ族元素との混晶半導体層中には水素が含まれている。このプラスに分極した水素とマイナスに分極したＳｅドナーとが結合することにより、Ｓｅの拡散が停止すると考えられる。従って、Ｓｅ以外にも、Ｓ，Ｔｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ等のｎ型不純物について拡散を抑制することが可能である。
【００５９】
上記不純物拡散防止層を用いた半導体積層構造は、ショットキーゲート電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等の電子デバイス、ｐｉｎダイオードやアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等の受光素子、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子、光増幅素子、光変調素子等に適用することが可能である。
【００６０】
（第２の形態）
ｐ型不純物がドーピングされたｐ型半導体層とｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とから構成されたトンネル接合では、ｎ型半導体層の伝導帯からｐ型半導体層の価電子帯に、電子がトンネル効果で遷移することにより電流が流れる。このとき、トンネル接合を形成する半導体層の不純物濃度を１０１９ｃｍ−３以上と高くしないと、抵抗が高くなってしまう。
【００６１】
本発明の第２の形態は、基板上に、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型半導体層とｎ型不純物がドーピングされたｎ型半導体層とから構成されたトンネル接合を有する半導体装置であって、該半導体装置には、ｎ型半導体層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、ｎ型半導体層に隣接して、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００６２】
すなわち、本発明の第２の形態の半導体装置では、トンネル接合を形成するｎ型半導体層に隣接して、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層を備えており、この不純物拡散防止層によって、ｎ型不純物が高濃度にドーピングされたｎ型半導体層から、結晶成長やプロセス時の熱処理によりｎ型不純物が拡散することを防止することができる。従って、拡散によるｎ型半導体層の不純物濃度低下を抑制でき、低抵抗のトンネル接合を形成することができる。
【００６３】
上記トンネル接合を垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）に適用すると、上下の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）を共にｎ型半導体で構成することができる。ｐ型ＤＢＲはｎ型ＤＢＲに比べて自由キャリア吸収による光吸収損失が大きいことが知られている。従って、トンネル接合を用いることで、吸収損失を低減した高効率のＶＣＳＥＬを作製することができる。また、低抵抗のトンネル接合を形成できるため、ＶＣＳＥＬの動作電圧を低減することができる。
【００６４】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態の半導体装置において、前記ｎ型不純物がセレン（Ｓｅ）であることを特徴としている。
【００６５】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、さらに、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００６６】
この第４の形態の半導体発光装置では、Ｓｅ等のｎ型不純物の拡散を、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層により抑制することで、急峻なキャリア濃度プロファイルを形成できる。これにより、ｎ型不純物の意図していないドーピングが抑制されて、設計通りの半導体発光装置を提供することが可能となる。また、基板面内やロット間で、不純物濃度プロファイルのばらつきに起因した半導体発光装置の特性ばらつきを抑制することができ、歩留まりが向上する。
【００６７】
（第５の形態）
基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられており、さらに、クラッド層と活性層との間に光導波層を備えている半導体発光装置では、ｎ型クラッド層にドーピングされているＳｅ等のｎ型不純物が光導波層にまで拡散すると、光導波層中のキャリア濃度が増加するため、自由キャリア吸収による光導波損失が増加して、半導体レーザの閾電流増加や、外部量子効率の低下が生じる。
【００６８】
また、ｎ型不純物が活性層まで拡散すると、活性層の発光効率低下や信頼性の低下を招いてしまう。
【００６９】
さらに、ｎ型不純物がｐ型クラッド層まで拡散してしまうと、ｐｎ接合位置がクラッド層中に形成されてしまい、活性層の発光効率が一層低下する。あるいは、ｐ型クラッド層のキャリア濃度が補償されて低下するため、伝導帯電子の障壁高さが低下し、高温高出力特性の劣化を招いてしまう。
【００７０】
本発明の第５の形態は、第４の形態の半導体発光装置において、クラッド層と活性層との間に光導波層を備えており、ｎ型クラッド層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、光導波層中、または、光導波層とクラッド層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００７１】
これにより、ｎ型クラッド層中のｎ型不純物の拡散を抑制することができる。従って、ｎ型不純物の拡散に起因する活性層の発光効率低下、閾電流増加、外部量子効率低下、信頼性低下、高温高出力特性劣化等の特性劣化を引き起こすことなく、良好な特性の半導体発光装置を提供することができる。
【００７２】
（第６の形態）
半導体レーザにおいては、ストライプ領域にのみ電流を狭窄するために、ストライプ領域の外側に電流ブロック構造が設けられる。電流ブロック構造としては、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を逆バイアス方向に接合させた構造が用いられる。ｐｎ接合において、逆バイアス方向に電流が流れない特性を応用している。しかし、ｐｎ接合に逆バイアスを印加していくと、ｐｎ接合に形成された空乏層が伸びていく。ｐ型半導体層またはｎ型半導体層が全て空乏化してしまうと、電流ブロック構造がショートして電流阻止機能が失われてしまう。空乏層幅はキャリア濃度が低いほど大きくなる。従って、電流ブロック構造におけるキャリア濃度を高くする必要がある。このとき、高濃度にドーピングされた電流ブロック構造において、不純物が拡散してしまうと、キャリア濃度が低下してしまう。
【００７３】
本発明の第６の形態は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを含む電流ブロック構造を備えており、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された、ｎ型半導体層中のｎ型不純物の拡散を防止する層を備えたことを特徴としている。
【００７４】
これにより、電流ブロック構造におけるｎ型半導体層にドーピングされたｎ型不純物が、隣接するｐ型半導体層に拡散することを抑制している。従って、電流ブロック構造のキャリア濃度低下が生じず、高い電圧までストライプ外部の電流リークを抑制することができ、高出力動作を得ることができる。
【００７５】
（第７の形態）
半導体レーザにおいて、活性層の多重量子井戸構造に不純物を拡散させると、周期構造が無秩序化して混晶化する現象が知られている。この現象を応用した半導体レーザの構造として、電流注入ストライプの外側の多重量子井戸活性層を無秩序化する埋め込みヘテロ構造が提案されている。多重量子井戸が無秩序化された領域は、無秩序化していない領域に比べてバンドギャップが大きくなる。そのため、無秩序化していない多重量子井戸構造にキャリアを閉じ込める効果がある。また、多重量子井戸が無秩序化された領域は、無秩序化していない領域に比べて屈折率が低下するため、無秩序化していない多重量子井戸構造に光導波機能を持たせることができる。
【００７６】
不純物を拡散させる方法において、不純物の拡散深さを制御することが重要である。量子井戸活性層を無秩序化させるために不純物を量子井戸活性層に達するまで拡散させる必要があるが、過剰に不純物を拡散させると光導波損失の増加を招いてしまう。
【００７７】
本発明の第７の形態は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、活性層の一部にｎ型不純物が拡散された混晶化領域が形成されており、混晶化領域からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００７８】
このように、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層を設けることで、不純物の拡散深さを容易に制御することができる。
【００７９】
特に、量子井戸活性層と下部クラッド層との間の光導波層内で不純物拡散フロントを正確に止めることも可能である。これにより、光導波層に対する過剰な不純物拡散を抑制し、光導波損失の増加を避けることができる。
【００８０】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、基板上に、ｎ型不純物がドーピングされたｎ型クラッド層と、活性層と、ｐ型不純物がドーピングされたｐ型クラッド層とが設けられている半導体発光装置において、活性層は多重量子井戸構造で構成され、共振器端面近傍にｎ型不純物が拡散された窓構造が形成されており、窓構造からのｎ型不純物の拡散を防止するために、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００８１】
共振器端面近傍の多重量子井戸活性層を不純物拡散により無秩序化することで、無秩序化していない多重量子井戸活性層よりもバンドギャップが大きくなる。そのため、発振したレーザ光に対して端面近傍は透明化する。これにより、共振器端面での光吸収による発熱が抑制され、高出力レベルまで端面破壊が生じないようにすることができる。
【００８２】
そして、活性層よりも基板側の位置に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層を設けることで、不純物の拡散深さを容易に制御することができる。これにより、過剰な不純物拡散を抑制し、光吸収損失の増加を避けることができる。
【００８３】
（第９の形態）
垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）においては、反射鏡として、屈折率の異なる半導体層を交互に積層した分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）が用いられる。分布ブラッグ反射鏡の反射率を９９％以上と高反射率にするためには、積層周期を２０周期以上も積層する必要があり、端面発光型半導体レーザに比べて結晶成長時間が長くなってしまう。そのため、垂直共振器型面発光半導体レーザにおいては、端面発光型半導体レーザよりも、結晶成長時の熱履歴による不純物の拡散がより顕著となってしまう。
【００８４】
垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）において、下部ＤＢＲをｎ型不純物がドーピングされた半導体多層膜で形成する場合には、この下部ＤＢＲにドーピングされたｎ型不純物の熱拡散が問題となる。また、上部ＤＢＲにおいても、これをｎ型不純物がドーピングされた半導体多層膜で構成した場合には、上部ＤＢＲのｎ型不純物が拡散してしまう。また、上部または下部のＤＢＲをアンドープで形成し、ＤＢＲを通らずに活性層に電流を通電するＶＣＳＥＬ構造として、イントラキャビティコンタクト構造が提案されている。イントラキャビティコンタクト型ＶＣＳＥＬでは、共振器を構成するスペーサ層中にコンタクト層が設けられる。このコンタクト層は、低抵抗のオーミック電極を形成する必要があるため、１０１８ｃｍ−３以上の高濃度にｎ型不純物をドーピングする。従って、イントラキャビティコンタクト型ＶＣＳＥＬでは、コンタクト層のｎ型不純物拡散が問題となる。
【００８５】
上記ｎ型不純物が共振器を形成するスペーサ層（特に光定在波分布の腹の位置）に拡散すると、自由キャリア吸収による光導波損失が増加して、閾電流増加や光出力の低下が生じてしまう。また、ｎ型不純物が活性層まで拡散すると、活性層の発光効率低下や信頼性の低下を招いてしまう。
【００８６】
本発明の第９の形態は、基板上に、少なくとも、下部多層膜反射鏡と、活性層と、上部多層膜反射鏡とを有し、下部多層膜反射鏡，上部多層膜反射鏡のいずれか一方の多層膜反射鏡またはコンタクト層には、ｎ型不純物がドーピングされている垂直共振器型面発光の半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、ｎ型不純物がドーピングされている多層膜反射鏡またはコンタクト層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００８７】
このように、第９の形態では、下部多層膜反射鏡，上部多層膜反射鏡のいずれか一方の多層膜反射鏡、または、コンタクト層に、ｎ型不純物がドーピングされている垂直共振器型面発光の半導体発光装置であって、該半導体発光装置には、ｎ型不純物の拡散を防止するために、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられているので、多層膜反射鏡またはコンタクト層にドーピングされたｎ型不純物の拡散を抑制することができる。従って、ｎ型不純物の拡散に起因する活性層の発光効率低下、閾電流増加、光出力低下、信頼性低下等の特性劣化を引き起こすことなく、良好な垂直共振器型面発光の半導体発光装置を提供することができる。
【００８８】
（第１０の形態）
量子井戸層と障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を活性層とする半導体レーザにおいて、障壁層にのみドーピングを行う変調ドーピング構造が提案されている。障壁層に変調ドーピングを行うことにより、利得を発生させる注入キャリア密度を低減できるため、閾電流を低減することができる。
【００８９】
しかしながら、障壁層にのみドーピングした不純物が、熱処理により量子井戸層にまで拡散すると、量子井戸層の結晶性が低下してしまう。そのため、変調ドーピングした本来の性能が得られなくなってしまう。
【００９０】
本発明の第１０の形態は、第４乃至第９のいずれかの形態の半導体発光装置において、活性層は、量子井戸層とｎ型不純物が添加された障壁層とが積層された多重量子井戸構造で構成されており、障壁層からのｎ型不純物の拡散を防止するために、量子井戸層と障壁層との界面近傍に、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることを特徴としている。
【００９１】
これにより、障壁層に高濃度ドーピングされたｎ型不純物が量子井戸層に拡散することを抑制し、急峻なドーピングプロファイルを形成できる。従って、量子井戸層の結晶性を低下させることなく、低閾電流を実現することができる。
【００９２】
（第１１の形態）
窒素と他のＶ族元素との混晶半導体の一例であるＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓ基板上に結晶成長可能な長波長帯材料系である。ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓ等の障壁層との伝導帯電子の閉じ込め障壁高さを３００ｍｅＶ以上と高くすることができるため、これを活性層または量子井戸層に用いた半導体発光装置は、電子のオーバーフローが抑制され、良好な温度特性を有する。
【００９３】
また、ＡｌＧａＡｓ材料系を用いた、高反射率，高熱伝導性の分布ブラッグ反射鏡を用いることができ、長波長帯で良好な性能の垂直共振器型面発光半導体レーザを形成可能である。
【００９４】
本発明の第１１の形態は、第４乃至第１０のいずれかの形態の半導体発光装置において、活性層または量子井戸層が、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されていることを特徴としている。
【００９５】
このように、活性層または量子井戸層が、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されている場合には、不純物拡散防止層と活性層を同じ材料系で構成できるため、半導体発光装置の作製が容易となる。すなわち、不純物拡散防止層が活性層と同じ窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されているため、不純物拡散防止層を成長するのに、新たに原料を追加したり、結晶成長装置を変更する必要がない。
【００９６】
（第１２の形態）
本発明の第１２の形態は、第４乃至第１０のいずれかの形態の半導体発光装置において、前記ｎ型不純物がセレン（Ｓｅ）であることを特徴としている。このように、ｎ型不純物がＳｅである場合には、特に高い拡散抑制効果が得られる。
【００９７】
（第１３の形態）
第４乃至第１２の形態の半導体発光装置は、窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成された不純物拡散防止層が設けられていることにより、ｎ型不純物の拡散を抑制して、低閾電流，高温高出力，高信頼性の半導体発光装置を提供できる。また、不純物濃度プロファイルのばらつきに起因した半導体発光装置の特性ばらつきを抑制することができ、歩留まりが向上する。
【００９８】
本発明の第１３の形態は、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が光信号用光源として用いられている光伝送システムである。
【００９９】
このように、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が光信号用光源として用いられていることにより、低消費電力で信頼性の高い光伝送システムを提供することができる。
【０１００】
（第１４の形態）
また、本発明の第１４の形態は、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が光源として用いられている光ディスク記録装置である。
【０１０１】
このように、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が光源として用いられていることにより、低消費電力で高速の情報読み出しまたは書き込みが可能な光ディスク記録装置を提供することができる。
【０１０２】
（第１５の形態）
また、本発明の第１５の形態は、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が書き込み用光源として用いられている電子写真装置である。
【０１０３】
このように、第４乃至第１２の形態のいずれかの半導体発光装置が書き込み用光源として用いられていることにより、低消費電力で高速プリント可能な電子写真装置を提供することができる。
【実施例１】
【０１０４】
図５は、本発明の実施例１の半導体装置を示す図である。図５を参照すると、実施例１の半導体装置は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層５０２、ｐ型ＧａＡｓベース層５０３、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５０６が結晶成長によって順に積層されて構成されている。
【０１０５】
ここで、結晶成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて行った。Ｇａ原料としてトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム、Ａｓ原料としてＡｓＨ３、Ｎ原料としてジメチルヒドラジンを使用した。ｎ型ＧａＡｓコレクタ層５０２のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３としている。また、ｐ型ＧａＡｓベース層５０３は、層厚３０ｎｍであり、Ｃをドーピングしてキャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３とした。また、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４は層厚１０ｎｍであり、Ｃをドーピングしてキャリア濃度１×１０１９ｃｍ−３とした。また、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５は、Ｓｅをドーピングして、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３とした。
【０１０６】
また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５０６の表面には、エミッタ電極５０７が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面には、コレクタ電極５０９が形成されている。また、表面からｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４までエッチングにより除去し、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４上にベース電極５０８が形成されている。
【０１０７】
図５の半導体装置は、ｎｐｎ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）として動作する。図５の半導体装置の特徴は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５とｐ型ＧａＡｓベース層５０３との間に、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４が設けられている点である。ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層５０４は、ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層５０５にドーピングされたｎ型不純物であるＳｅが、結晶成長中またはプロセス中にｐ型ＧａＡｓベース層５０３に拡散することを防止している。これにより、ベース抵抗の増加を抑制することができる。また、不純物拡散によるドーピングプロファイルのばらつきを抑制できるため、ＨＢＴの特性を均一化することができる。
【実施例２】
【０１０８】
図６は、本発明の実施例２の半導体発光装置（半導体レーザ）を示す図である。図６を参照すると、実施例２の半導体発光装置（半導体レーザ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０４、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ上部光導波層６０５、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７が順に積層されて構成されている。
【０１０９】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７上には、ｐ側電極６０８が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面には、ｎ側電極６０９が形成されている。
【０１１０】
ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上の半導体積層構造は、ＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル成長を行って形成した。ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１にはＳｅがドーピングされており、キャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３とした。図６の半導体レーザにおいては、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１とアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３との間に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２が層厚２０ｎｍで設けられている。この拡散防止層６０２によって、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１にドーピングされたＳｅがアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３に拡散することを防止している。従って、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３における光導波損失の増加が抑制され、半導体レーザの閾電流増加や、外部量子効率の低下を生じさせることがない。
【０１１１】
また、ＳｅがＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０４にまで拡散してしまうと、活性層の発光効率低下や信頼性の低下を招いてしまうが、この実施例２では、ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０４に達する前に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２によりＳｅをバックグラウンドレベルまで低減することができるため、活性層の劣化を生じさせることがない。
【実施例３】
【０１１２】
図７は、本発明の実施例３の半導体発光装置（半導体レーザ）を示す図である。図７を参照すると、実施例３の半導体発光装置（半導体レーザ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層７０１、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ上部光導波層６０５、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０３、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０５が順に積層されて構成されている。
【０１１３】
そして、電流注入するストライプ領域において、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０５、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０３がエッチングにより除去され、溝構造が形成されている。
【０１１４】
さらに、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７が全面に積層されている。
【０１１５】
また、ＧａＡｓコンタクト層６０７上には、ｐ側電極６０８が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面には、ｎ側電極６０９が形成されている。
【０１１６】
上記積層構造の結晶成長はＭＯＣＶＤ法を用いて行った。ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１には、Ｓｅがドーピングされており、キャリア濃度１．５×１０１８ｃｍ−３とした。また、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４にも、Ｓｅがドーピングされており、キャリア濃度３×１０１８ｃｍ−３とした。また、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２及びｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６には、ｐ型不純物としてＣがドーピングされており、キャリア濃度は１．５×１０１８ｃｍ−３とした。
【０１１７】
溝部では、ｐ側電極６０８から注入された電流は、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２を通って、活性領域に注入される。一方、溝部の外側では、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４が設けられているためｐｎｐｎ構造となり、電流はｐｎ逆バイアス接合により流れなくなる。これにより、電流を溝部に集中させてレーザ発振させている。
【０１１８】
図７の半導体レーザにおいては、実施例２と同様に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１とアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３との間に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２が設けられており、この拡散防止層６０２によって、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１にドーピングされたＳｅ不純物がアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３に拡散することを防止している。従って、実施例２と同様の効果を有している。
【０１１９】
また、溝部に電流を集中させるためのｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４は、逆バイアス時の耐圧を高くするために、ｎ型キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３と高くしている。Ｓｅは、Ｓｉ等の他のｎ型不純物に比べて高濃度ドーピングを行うことが可能であり、電流ブロック層７０４の高耐圧化に適した不純物である。
【０１２０】
しかしながら、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４に高濃度ドーピングしたＳｅが、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２またはｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６に拡散すると、ｐ型クラッド層のキャリア濃度が補償されて低下しまう。
【０１２１】
そこで、図７の半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４とｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２との間、及び、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４とｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６との間に、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０３，７０５がそれぞれ設けられている。これにより、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４にドーピングされたＳｅが、隣接するクラッド層に拡散することを抑制することができる。従って、設計通りに高電圧まで溝外部の電流リークを抑制することができ、高出力動作を得ることができる。
【実施例４】
【０１２２】
図８は、本発明の実施例４の半導体発光装置（半導体レーザ）を示す図である。図８を参照すると、半導体発光装置（半導体レーザ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ上部光導波層６０５、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７が順に積層されて構成されている。
【０１２３】
そして、電流注入するストライプ領域を除いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７がエッチングにより除去されている。
【０１２４】
さらに、エッチングされた面からＳｅを熱拡散して、不純物拡散領域８０３が形成されている。
【０１２５】
８０４はストライプ領域に電流を狭窄するＳｉＯ２絶縁膜であり、６０８はｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７上に形成されたｐ側電極であり、６０９はｎ型ＧａＡｓ基板５０１裏面に形成されたｎ側電極となっている。
【０１２６】
図８の半導体レーザにおいては、不純物拡散領域８０３からのＳｅの拡散により、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２が無秩序化された領域は、無秩序化していない領域に比べてバンドギャップが大きくなる。そのため、無秩序化していない多重量子井戸活性層にキャリアを閉じ込めることができる。
【０１２７】
また、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２が無秩序化された領域は、無秩序化していない領域に比べて屈折率が低下するため、無秩序化していない多重量子井戸構造に光導波機能を持たせることができる。以上の効果により、埋め込みヘテロ構造の半導体レーザを形成している。
【０１２８】
また、図８の半導体レーザにおいては、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２の直下に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１が設けられている。このアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１により、Ｓｅの拡散フロント位置を制御して止めることが可能となる。従って、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３にまでＳｅが過剰に拡散せず、光導波損失の増加を避けることができる。従って、半導体レーザの閾電流増加や、外部量子効率の低下を生じさせることがない。
【実施例５】
【０１２９】
図９は、本発明の実施例５の半導体発光装置（半導体レーザ）を示す図（側断面図）である。図９を参照すると、実施例５の半導体発光装置（半導体レーザ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ上部光導波層６０５、ｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０６、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７が順に積層されて構成されている。
【０１３０】
そして、光出射端面（前端面）近傍にＳｅがイオン注入されており、熱処理することによってＳｅが拡散し、不純物拡散領域８０３が形成されている。また、光出射前端面近傍のｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７がエッチングにより除去され、ＳｉＯ２絶縁膜８０４が形成されている。
【０１３１】
また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層６０７上には、ｐ側電極６０８が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面には、ｎ側電極６０９が形成されている。さらに、光出射する前端面には、低反射率誘電体コーティング９０１が形成され、後端面には高反射率誘電体コーティング９０２が形成されている。
【０１３２】
図９において、レーザ光は図中の矢印の方向に主に出射される。
【０１３３】
図９の半導体レーザにおいては、光出射端面近傍に、不純物拡散領域８０３からのＳｅが拡散されて、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２の一部が無秩序化することにより、無秩序化していない多重量子井戸活性層８０２よりもバンドギャップが大きくなる。そのため、発振したレーザ光に対して光出射端面近傍の活性層が透明化し、窓構造が形成される。これにより、光出射端面の活性層における光吸収で発生する発熱が抑制され、高出力レベルまで端面破壊が生じないようにすることができる。
【０１３４】
また、図９の半導体レーザにおいては、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２の直下に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１が設けられていることにより、Ｓｅの拡散フロントをアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１で停止することができる。従って、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３にまでＳｅが過剰に拡散せず、光吸収損失の増加を低減することができる。従って、半導体レーザの閾電流増加や、外部量子効率の低下を抑制できる。
【実施例６】
【０１３５】
図１０は、本発明の実施例６の半導体発光装置（面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ））を示す図である。図１０を参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上には、ｎ型分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）１００１が積層されている。ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に３５周期積層して形成されている。
【０１３６】
そして、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１上には、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１００２、アンドープＧａＡｓ下部スペーサ層１００３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４、アンドープＧａＡｓ上部スペーサ層１００５、ｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７が積層されている。ここで、ｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７は、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に２５周期積層して形成されている。また、アンドープＧａＡｓ上部スペーサ層１００５に近いｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７中には、ｐ型ＡｌＡｓ層１００６が設けられている。
【０１３７】
上記積層構造の表面から、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１に達するまで、円筒状にエッチングされてメサ構造が形成されている。そして、メサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１００６が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１００８が形成されている。
【０１３８】
また、メサ頂上部のｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７の最上層）上には、光出射窓をのぞいてリング状のｐ側電極６０８が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１の裏面にはｎ側電極６０９が形成されている。
【０１３９】
電流はＡｌＯｘ絶縁領域１００８によって狭窄され、酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１００６を通ってＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４に注入される。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４で発生した光は、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１とｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７との間で共振して、基板と垂直上方に出射される。発振波長は１．３μｍとした。
【０１４０】
図１０の積層構造はＭＯＣＶＤ法を用いて成長した。Ｇａ原料としてトリメチルガリウム、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム、Ａｓ原料としてターシャリブチルアルシン、Ｎ原料としてジメチルヒドラジンを使用した。また、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１を構成するｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のｎ型ドーピング（ｎ型不純物）にはＳｅを用いた。ｎ型ＧａＡｓ層のＳｅドーピング濃度は１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層のＳｅドーピング濃度は３×１０１８ｃｍ−３とした。
【０１４１】
ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に２５周期積層したｐ型分布ブラッグ反射鏡１００７は、層厚が約５μｍもあり、成長時間が２〜３時間程度かかる。そのため、成長温度６５０〜７５０℃の熱履歴が２〜３時間かかることになる。従って、図１，図２に示したように、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１にドーピングされたＳｅの拡散が生じてしまう。
【０１４２】
そこで、図１０では、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１とアンドープＧａＡｓ下部スペーサ層１００３との間に、２０ｎｍの厚さのアンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１００２を設けている。アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１００２によりＳｅの拡散が停止して、ＧａＡｓ下部スペーサ層１００３におけるドーピング濃度の増加が抑制される。これにより、共振器を構成するＧａＡｓ下部スペーサ層１００３の光吸収損失が低減され、閾電流増加や光出力の低下が抑制される。
【実施例７】
【０１４３】
図１１は、実施例７の半導体発光装置（半導体レーザ）における多重量子井戸活性層を示す図である。図１１において、３層のＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層１１０２の上下に、ＳｅドープＧａＡｓ障壁層１１０１が設けられている。そして、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層１１０２とＳｅドープＧａＡｓ障壁層１１０１との界面には、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１１０３が設けられている。
【０１４４】
多重量子井戸活性層の発光波長は１．３μｍ帯であり、実施例７の半導体レーザは１．３μｍでレーザ発振する。
【０１４５】
また、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層１１０２の層厚は８ｎｍ、ＳｅドープＧａＡｓ障壁層１１０１の層厚は１５ｎｍ、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１１０３の層厚は５ｎｍとした。
【０１４６】
ドーピングは、ＧａＡｓ障壁層１１０１にのみＳｅをドーピング濃度５×１０１８ｃｍ−３でドーピングしており、変調ドープ構造となっている。
【０１４７】
図１１の構成によれば、ＧａＡｓ障壁層１１０１に高濃度ドーピングされたＳｅがＧａＮＡｓ拡散防止層１１０３により拡散を抑制されて、急峻なドーピングプロファイルを形成できる。従って、ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層１１０２にＳｅが拡散して結晶性を低下させることがない。
【０１４８】
また、障壁層にｎ型変調ドーピングを行うことにより、利得を発生させる注入キャリア密度を低減できるため、閾電流を低減することができる。
【実施例８】
【０１４９】
図１５は、本発明の実施例８の半導体発光装置（面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ））を示す図である。図１５を参照すると、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）１００１が積層されている。ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に３５周期積層して形成されている。
【０１５０】
そして、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１上には、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１００２、アンドープＧａＡｓ下部スペーサ層１００３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４、アンドープＧａＡｓ上部スペーサ層１００５、ｐ型ＡｌＡｓ層１００６、ｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１、ｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１５０３、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１５０４が積層されている。ｎ型分布ブラッグ反射鏡１５０４は、ｎ型ＧａＡｓ層とｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とを交互に２５周期積層して形成されている。また、ｐ型ＡｌＡｓ層１００６，ｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１，ｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２は、光定在波分布における節の位置近傍に設けられている。
【０１５１】
上記積層構造の表面から、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１に達するまで、円筒状にエッチングされてメサ構造が形成されている。そして、メサ構造の側面からｐ型ＡｌＡｓ層１００６が選択的に酸化されて、ＡｌＯｘ絶縁領域１００８が形成されている。
【０１５２】
また、メサ頂上部には、光出射窓をのぞいてリング状の上部電極６０８が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基板５０１裏面には下部電極６０９が形成されている。
【０１５３】
ｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１はＣが５×１０１９ｃｍ−３ドーピングされており、ｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２にはＳｅが２×１０１９ｃｍ−３ドーピングされている。ｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１とｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２との界面にはトンネル接合が形成されている。
【０１５４】
上部電極６０８に正極、下部電極６０９に負極を接続すると、電流はｎ型分布ブラッグ反射鏡１５０４からトンネル接合を通って流れる。このとき、トンネル接合でキャリアが電子から正孔に変換される。正孔はＡｌＯｘ絶縁領域１００８によって狭窄され、酸化されていないｐ型ＡｌＡｓ層１００６を通ってＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４に注入される。一方、下部電極６０９からｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１を通って電子がＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４に注入される。ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４では正孔と電子が再結合して、１．３μｍ帯で発光する。光は、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１とｎ型分布ブラッグ反射鏡１５０４との間で共振して、基板と垂直上方に出射される。
【０１５５】
ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲはｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲに比べて抵抗が高いため、低抵抗化するためにキャリア濃度を高くする必要がある。さらに、ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲは、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲに比べて、同じキャリア濃度であっても自由キャリア吸収損失が大きいことが知られている。一方、図１５に示した面発光半導体レーザは、トンネル接合を用いることで、上下のＤＢＲが共にｎ型半導体で構成されている。従って、吸収損失を低減した高効率のＶＣＳＥＬを作製することができる。
【０１５６】
また、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１とアンドープＧａＡｓ下部スペーサ層１００３との間に、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１００２を設けており、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１００１にドーピングしたｎ型不純物が、結晶成長中の熱処理でＧａＡｓ下部スペーサ層１００３に拡散することを防止している。これにより、共振器を構成するＧａＡｓ下部スペーサ層１００３において不用な光吸収損失が低減される。
【０１５７】
また、トンネル接合を形成するｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１は窒素と他のＶ族元素との混晶半導体で構成されており、ｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２にドーピングされたｎ型不純物であるＳｅがｐ型層に拡散することを防止している。また、アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層１５０３は、ｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２にドーピングされたｎ型不純物であるＳｅが、ｎ型分布ブラッグ反射鏡１５０４に拡散することを防止している。これにより、ｐ型ＧａＮＡｓ層１５０１とｎ型ＧａＮＡｓ層１５０２のキャリア濃度が低下することを抑制でき、低抵抗のトンネル接合を形成することができる。従って、ＶＣＳＥＬの動作電圧を低減することができる。
【０１５８】
なお、以上の各実施例においては、ＡｌＧａＡｓ材料系を用いた半導体装置で説明してきたが、材料系としてＡｌＧａＡｓ系以外に、ＡｌＧａＩｎＰ系や、ＧａＩｎＡｓＰ系、ＡｌＧａＩｎＡｓＰ系等を用いることも可能である。
【実施例９】
【０１５９】
図１２は、実施例９の光伝送システムを示す図である。図１２を参照すると、実施例９の光伝送システムでは、光送信部１２０１において、電気信号が光信号に変換されて光ファイバケーブル１２０４に導入される。光ファイバケーブル１２０４を導波した光は、光受信部１２０２で再び電気信号に変換されて出力される。
【０１６０】
光送信部１２０１と光受信部１２０２は、１つのパッケージに集積されて、光送受信モジュール１２０３を構成している。光ファイバケーブル１２０４は、送り用と受け用の２本が１対となっており、双方向に通信可能となっている。
【０１６１】
図１２の光伝送システムの光送信部には、光源として実施例６の面発光型半導体レーザが用いられている。実施例６の面発光半導体レーザは、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１００４を用いており、１．３μｍで発振する。また、ＡｌＯｘ絶縁領域１００８による電流狭窄開口径を制御することにより、単一モードで動作する。従って、石英製光ファイバケーブル１２０４の伝送損失が低く、またモード分散も小さいので、１０Ｇｂｐｓの大容量光伝送が可能である。
【０１６２】
さらに、ドーパントであるＳｅの拡散を抑制することで、低閾電流で動作し、高信頼性が得られる。従って、上記の半導体レーザを光信号用光源として備えたことにより、低消費電力で信頼性の高い光伝送システムを構築できる。
【実施例１０】
【０１６３】
図１３は、実施例１０の光ディスク記録装置を示す図である。図１３を参照すると、実施例１０の光ディスク記録装置では、半導体レーザ１３０７から出射されたレーザ光は、レンズ１３０６を通り、追従鏡１３０３で反射されて、絞り込みレンズ１３０２で集光されて光ディスク１３０１の記録面に照射される。追従鏡１３０３は、レーザ光のスポット位置が情報トラックの所定位置にくるように制御している。また、絞り込みレンズ１３０２は、光ディスク１３０１との距離を調整して、焦点を制御している。
【０１６４】
光ディスク１３０１で反射された光信号は、絞り込みレンズ１３０２，追従鏡１３０３を通った後に、ビームスプリッタ１３０４で反射されて光検出器１３０５に導かれ、情報が読み取られる。
【０１６５】
図１３の光ディスク記録装置においては、半導体レーザ１３０７として、実施例５の半導体レーザを用いている。実施例５の半導体レーザは、光出射端面近傍にＳｅが拡散されて、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２が無秩序化することにより、窓構造が形成されており、１００ｍＷ以上の高出力が得られる。
【０１６６】
また、ＧａＡｓ／Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ多重量子井戸活性層８０２の直下に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１が設けられていることにより、Ｓｅの拡散フロントをアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層８０１で停止しており、不用な光吸収損失を抑制することができる。従って、低消費電力で高速の情報読み出しまたは書き込みが可能な光ディスク記録装置を提供することができる。
【実施例１１】
【０１６７】
図１４は、実施例１１の電子写真装置を示す図である。図１４を参照すると、１４０７は、感光体ドラム１４０４の表面を帯電させる帯電器である。半導体レーザ１４０１は書き込む画像パターンに応じてレーザ光強度が変調されて出力される。出力されたレーザ光は、回転多面鏡１４０２で水平方向に走査され、Ｆθレンズ１４０３で感光体ドラム１４０４表面に結像される。このとき、レーザ光が照射された位置のみ電位が低下し、静電潜像が形成される。そして、現像器１４０８でトナーが静電潜像に選択的に付着される。そして、転写器１４０９で用紙にトナー像を転写する。その後、定着部１４１０で用紙を加熱して、トナーを用紙に融着する。転写が終わった感光体ドラム１４０４表面は、除電器１４０５で電位が消去され、残ったトナーが清掃器１４０６で除去される。
【０１６８】
図１４の電子写真装置においては、半導体レーザ１４０１として、実施例３の半導体レーザを用いている。実施例３の半導体レーザは、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１とアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３との間に、アンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５ＮＡｓ拡散防止層６０２が設けられているため、ｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層６０１にドーピングされたＳｅがアンドープＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ下部光導波層６０３やＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層６０４に拡散することがない。従って、低閾電流で動作させることができる。
【０１６９】
また、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４とｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第１クラッド層７０２との間、及び、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４とｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ第２クラッド層７０６との間に、ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層７０３，７０５がそれぞれ設けられており、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７０４にドーピングされたＳｅが隣接するクラッド層に拡散することを抑制することができる。従って、高電圧まで溝外部の電流リークを抑制することができ、高出力動作を得ることができる。
【０１７０】
従って、実施例３の半導体レーザを電子写真装置の書き込み用光源として用いることにより、低消費電力で高速プリント可能な電子写真装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図２】ＧａＡｓ／ＧａＩｎＰのＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図３】ＧａＮＡｓ層を設けたＧａＡｓ／ＧａＩｎＰのＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図４】ＧａＮＡｓ層を設けたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのＳＩＭＳプロファイルを示す図である。
【図５】実施例１の半導体装置を示す図である。
【図６】実施例２の半導体レーザを示す図である。
【図７】実施例３の半導体レーザを示す図である。
【図８】実施例４の半導体レーザを示す図である。
【図９】実施例５の半導体レーザを示す図である。
【図１０】実施例６の面発光半導体レーザを示す図である。
【図１１】実施例７の多重量子井戸構造を示す図である。
【図１２】実施例９の光伝送システムを示す図である。
【図１３】実施例１０の光ディスク記録装置を示す図である。
【図１４】実施例１１の電子写真装置を示す図である。
【図１５】実施例８の面発光半導体レーザを示す図である。
【符号の説明】
【０１７２】
５０１          ｎ型ＧａＡｓ基板
５０２          ｎ型ＧａＡｓコレクタ層
５０３          ｐ型ＧａＡｓベース層
５０４          ｐ型ＧａＮＡｓ拡散防止層
５０５          ｎ型ＡｌＧａＡｓエミッタ層
５０６          ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
５０７          エミッタ電極
５０８          ベース電極
５０９          コレクタ電極
６０１          ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
６０２          ＡｌＧａＮＡｓ拡散防止層
６０３          アンドープＡｌＧａＡｓ下部光導波層
６０４          ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
６０５          アンドープＡｌＧａＡｓ上部光導波層
６０６          ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
６０７          ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
６０８          ｐ側電極
６０９          ｎ側電極
７０１          ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
７０２          ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
７０３          ＧａＮＡｓ拡散防止層
７０４          ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層
７０５          ＧａＮＡｓ拡散防止層
７０６          ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層
８０１          ＡｌＧａＮＡｓ拡散防止層
８０２          ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸活性層
８０３          不純物拡散領域
８０４          ＳｉＯ２絶縁膜
９０１          低反射率コーティング
９０２          高反射率コーティング
１００１        ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲ
１００２        ＧａＮＡｓ拡散防止層
１００３        ＧａＡｓ下部スペーサ層
１００４        ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
１００５        ＧａＡｓ上部スペーサ層
１００６        ＡｌＡｓ層
１００７        ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ  ＤＢＲ
１００８        ＡｌＯｘ絶縁領域
１１０１        Ｓｅ  ｄｏｐｅ  ＧａＡｓ障壁層
１１０２        アンドープＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層
１１０３        ＧａＮＡｓ拡散防止層
１２０１        光送信部
１２０２        光受信部
１２０３        光送受信モジュール
１２０４        光ファイバケーブル
１３０１        ディスク
１３０２        絞り込みレンズ
１３０３        追従鏡
１３０４        ビームスプリッタ
１３０５        光検出器
１３０６        レンズ
１３０７        半導体レーザ
１４０１        半導体レーザ
１４０２        回転多面鏡
１４０３        Ｆθレンズ
１４０４        感光体ドラム
１４０５        除電器
１４０６        清掃器
１４０７        帯電器
１４０８        現像器
１４０９        転写器
１４１０        定着部
１５０１        ｐ型ＧａＮＡｓ
１５０２        ｎ型ＧａＮＡｓ
１５０３        アンドープＧａＮＡｓ拡散防止層
１５０４        上部ｎ型ＤＢＲ
【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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