(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、上記接合面の近傍の部分の上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、上記接合面の近傍の部分の上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなり、
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２であり、
上記接合面の近傍の部分の上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されたときの格子定数をａ３、上記接合面の近傍の部分の上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されたときの格子定数をａ４、ａ５＝ａ３−ａ４、ａ６＝ａ１−ａ２としたとき、ａ５＜ａ６である化合物半導体装置。
【請求項２】
０＜ａ６／ａ１＜０．０３である請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
０＜ａ６／ａ１＜０．０３、かつ、−０．０１＜ａ５／ａ３＜０．０１である請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のＩＩＩ族元素の組成を変化させることにより、ａ１＞ａ２となるように設定されている請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＩＩＩ族元素として少なくともＩｎを含み、このＩｎの組成を高くすることにより、ａ１＞ａ２となるように設定されている請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＩｎＡｓＰ層であり、上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＩｎＰ層である請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項７】
気相成長により上記成長を行う請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項８】
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、上記接合面の近傍の部分の上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、上記接合面の近傍の部分の上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなる化合物半導体装置を製造する場合に、
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２となり、
上記接合面の近傍の部分の上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されたときの格子定数をａ３、上記接合面の近傍の部分の上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されたときの格子定数をａ４、ａ５＝ａ３−ａ４、ａ６＝ａ１−ａ２としたとき、ａ５＜ａ６となるようにする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
０＜ａ６／ａ１＜０．０３である請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
０＜ａ６／ａ１＜０．０３、かつ、−０．０１＜ａ５／ａ３＜０．０１である請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のＩＩＩ族元素の組成を変化させることにより、ａ１＞ａ２となるように設定されている請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＩＩＩ族元素として少なくともＩｎを含み、このＩｎの組成を大きくすることにより、ａ１＞ａ２となるように設定されている請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
上記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＩｎＡｓＰ層であり、上記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層はＧａＩｎＰ層である請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
気相成長により上記成長を行う請求項８記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、化合物半導体装置およびその製造方法ならびに半導体発光装置およびその製造方法に関し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ヘテロ接合を有する化合物半導体装置、例えば半導体レーザに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＩｎＡｓＰを活性層、ＧａＩｎＰを光導波層、ＡｌＧａＩｎＰをクラッド層とする半導体レーザは、Ａｌを含む層が活性層近傍に存在しないことから、出力５〜１０Ｗの超高出力半導体レーザとして注目されている。
【０００３】
一般的に、超高出力半導体レーザを得るためには、レーザを構成する半導体結晶の結晶性を良くする必要がある。結晶性を良くする手段の一つとして、異なる半導体材料が接合する接合面における格子定数を一致させることが挙げられる。
しかしながら、上述の半導体レーザにおいては、ＧａＩｎＡｓＰ活性層の格子定数とＧａＩｎＰ光導波層の格子定数とを一致させて結晶成長を行うことによっても、結晶性の良い結晶を得ることができない。
【０００４】
このような現象は、ＩｎＰ層およびＧａＩｎＡｓ層の結晶成長においても見られることが報告されている（Conf.Proc.IPRM'97 pp.257-260) 。以下、ＩｎＰ層およびＧａＩｎＡｓ層の結晶成長において、結晶性の良い結晶を得ることができない原因を簡単に説明する。いま、図８Ａに示すように、ＧａＩｎＡｓ層１０１の格子定数をＩｎＰの格子定数と一致させてその上にＩｎＰ層１０２を成長させる場合を考える。この場合、実際には、図８Ｂに示すように、ＩｎＰ層１０２の成長時にこのＩｎＰ層１０２からＰがＧａＩｎＡｓ層１０１に拡散し、逆にＧａＩｎＡｓ層１０１からＡｓがＩｎＰ層１０２に拡散することにより、ＧａＩｎＡｓ層１０１とＩｎＰ層１０２との接合面の近傍において、ＧａＩｎＡｓ層１０１側にＧａＩｎＡｓＰ層１０３が形成されるとともに、ＩｎＰ層１０２側にＩｎＡｓＰ層１０４が形成されることが、結晶成長のその場観察によって明らかにされている。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ層１０３は、Ｐを含んでいてＡｓの組成が相対的に低いことによりＧａＩｎＡｓ層１０１よりも格子定数が小さく、逆に、ＩｎＡｓＰ層１０４は、Ａｓを含んでいることによりＩｎＰ層１０２よりも格子定数が大きい。このため、ＧａＩｎＡｓ層１０１とＩｎＰ層１０２との接合面においては、実際には大きな格子定数差が生じており、これが結晶性を悪化させる原因となっている。
【０００５】
このＧａＩｎＡｓ層１０１およびＩｎＰ層１０２の関係は、上述の半導体レーザにおける、互いに異なるＶ族元素を含むＧａＩｎＡｓＰ活性層およびＧａＩｎＰ光導波層についても同様に考えることができる。したがって、ＧａＩｎＡｓＰ活性層の格子定数とＧａＩｎＰ光導波層の格子定数とを一致させて結晶成長を行った場合に、結晶性の良い結晶を得ることができない原因は、ＧａＩｎＡｓＰ活性層とＧａＩｎＰ光導波層との接合面において大きな格子定数差が発生していることによる。
【０００６】
上記の報告例では、結晶性の悪化を抑制する手段として、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）による結晶成長において、Ａｓ原料であるアルシン（ＡｓＨ3 ）とＰ原料であるフォスフィン（ＰＨ3 ）との供給タイミングを微妙に調節することにより、上記の格子定数差が極めて小さい接合面を得ることに成功している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は、非常に微妙な供給タイミングの調節を必要とする。また、非常に微妙な供給タイミングの調節を必要とするため、上記の格子定数差は、基板の大きさや結晶成長炉の構造に大きく依存し、面積の大きい基板を用いた場合、生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合に、格子定数差が極めて小さい接合面を均一に得ることが困難であるといった問題がある。
【０００８】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、成長原料の微妙な供給タイミングの調節を必要とすることなく、面積の大きい基板を用いた場合や生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合においても、半導体結晶の均一性および結晶性に優れた半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
より一般的には、この発明が解決しようとする課題は、成長原料の微妙な供給タイミングの調節を必要とすることなく、面積の大きい基板を用いた場合や生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合においても、半導体結晶の均一性および結晶性に優れた化合物半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなる化合物半導体装置であって、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２である
ことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の第２の発明は、
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなる化合物半導体装置の製造方法であって、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２となるようにした
ことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の第３の発明は、
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなる半導体発光装置であって、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２である
ことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の第４の発明は、
Ｖ族元素として少なくともＡｓを含む第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と接合を形成し、Ｖ族元素として少なくともＰを含み、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と異なる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを有し、
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなる半導体発光装置の製造方法であって、
第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２となるようにした
ことを特徴とするものである。
【００１４】
この発明において、典型的には、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されたときの格子定数をａ３、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されたときの格子定数をａ４、ａ５＝ａ３−ａ４、ａ６＝ａ１−ａ２としたとき、ａ５＜ａ６である。接合面における第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との格子定数差を十分に小さくし、良好な結晶性を得る観点より、好適には、０＜ａ６／ａ１＜０．０３とし、より好適には、０＜ａ６／ａ１＜０．０３、かつ、−０．０１＜ａ５／ａ３＜０．０１とする。また、典型的には、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のＩＩＩ族元素の組成を変化させることにより、ａ１＞ａ２となるように設定する。具体的には、例えば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＩＩＩ族元素として少なくともＩｎを含む場合には、このＩｎの組成を高くすることにより、ａ１＞ａ２となるように設定する。
【００１５】
この発明において、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、典型的には、ＩＩＩ族元素として少なくともＩｎを含むものである。具体的には、例えば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＩｎＡｓＰ層、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＩｎＰ層である場合や、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＧａＩｎＡｓ層、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がＩｎＰ層である場合などである。
【００１６】
この発明において、特に半導体発光装置、具体的には半導体レーザや発光ダイオードにおいては、例えば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は活性層、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は光導波層であり、典型的には活性層はＧａＩｎＡｓＰ層、光導波層はＧａＩｎＰ層である。
【００１７】
この発明において、化合物半導体装置としては、半導体レーザ、発光ダイオードなどの半導体発光装置のほか、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、共鳴トンネルトランジスタなどのヘテロ接合トランジスタやその他のヘテロ接合デバイスも含まれる。
【００１８】
この発明において、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長は、典型的には、気相成長、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて行われる。
【００１９】
上述のように構成されたこの発明によれば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２であることにより、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、または、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させた場合に、接合面の近傍の部分の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＡｓが導入されることによりその部分の格子定数が大きくなるとともに、接合面の近傍の部分の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＰが導入されることによりその部分の格子定数が小さくなっても、ａ１＝ａ２である場合に比べて、接合面における第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との格子定数差を減少させることができ、もしくは皆無にすることができる。このため、接合面における第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層および第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の欠陥の発生を減少させることができる。
【００２０】
また、この発明によれば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数ａ１および第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数ａ２が上述の条件を満たすように成長条件を設定するだけでよいので、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との接合面における格子定数差は、基板の大きさや結晶成長炉の構造にほとんど依存せず、面積の大きい基板を用いた場合や、生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合においても、半導体結晶の均一性および結晶性を良好にすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の第１の実施形態による半導体レーザを示す。この半導体レーザは、ＧａＩｎＡｓＰを活性層とした超高出力半導体レーザである。
【００２２】
図１に示すように、この一実施形態による半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＧａＩｎＰ光導波層４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５、ＧａＩｎＰ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰ層８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９が順次積層されている。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５とＧａＩｎＰ光導波層４、６との接合の近傍の詳細な構造については後述する。
【００２３】
ｎ型ＧａＡｓ基板１は、例えば、（１００）面から［０−１−１］方向に８°オフした主面を有するものである。ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２は厚さが例えば０．０３μｍであり、ＧａＩｎＰの組成は例えばＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３は厚さが例えば１μｍであり、ＡｌＧａＩｎＰの組成は例えば（Ａｌ0 .7Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ＧａＩｎＰ光導波層４の厚さは例えば０．０３７μｍであり、ＧａＩｎＰの組成は例えばＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ＧａＩｎＡｓＰ活性層５は厚さが例えば０．０１２μｍであり、ＧａＩｎＡｓＰの組成は例えばＧａ0.85Ｉｎ0.15Ａｓ0.65Ｐ0.35である。ＧａＩｎＰ光導波層６は厚さが例えば０．０３７μｍであり、ＧａＩｎＰの組成は例えばＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７は厚さが例えば１μｍであり、ＡｌＧａＩｎＰの組成は例えば（Ａｌ0 .7Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ｐ型ＧａＩｎＰ層８は厚さが例えば０．０３μｍであり、ＧａＩｎＰの組成は例えばＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐである。ｐ型ＧａＡｓキャップ層９は厚さが例えば０．２５μｍである。ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３のｎ型不純物としては例えばＳｉが用いられ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰ層８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９のｐ型不純物としては例えばＺｎが用いられる。
【００２４】
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７の上層部、ｐ型ＧａＩｎＰ層８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９は所定幅のメサ形状を有する。このメサ部の両側の部分にはｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０が埋め込まれている。
【００２５】
メサ部のｐ型ＧａＡｓキャップ層９およびその両側のｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０上にｐ側電極１１が、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９とオーミック接触して設けられている。このｐ側電極１１としては例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極が用いられる。一方、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ側電極１２が、このｎ型ＧａＡｓ基板１とオーミック接触して設けられている。このｎ側電極１２としては例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ電極やＩｎ電極が用いられる。
【００２６】
図２にこの半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す。図２中、Ｅc は伝導帯の下端のエネルギーを示す。
【００２７】
この半導体レーザにおいては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３とＧａＩｎＰ光導波層４との接合面およびＧａＩｎＰ光導波層６とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７との接合面においては、接合面の両側の半導体層にＶ族元素として同じもの、すなわちＰしか含まれていないので、これらの半導体層の成長時にこれらの接合面において格子定数の変化が生じることはない。これに対し、ＧａＩｎＰ光導波層４、６とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との二つの接合面に加えて、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７との二つの接合面、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３およびｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７との二つの接合面においても、接合面の両側の半導体層に含まれているＶ族元素が異なるため、格子定数差が生じる。この一実施形態においては、これらの中で接合面における格子定数差による影響が最も大きく、結晶性が悪化しやすい、ＧａＩｎＰ光導波層４、６およびＧａＩｎＡｓＰ活性層５にこの発明を適用する。すなわち、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＧａＩｎＰ光導波層４、６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰ層８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９の格子定数ａ２は、ｎ型ＧａＡｓ基板１の格子定数とほぼ一致させているが、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１だけは、Ｉｎ組成を十分に高くすることにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１の格子定数よりも大きくしている。すなわち、ａ１＞ａ２としている。これらの条件を満たす半導体層の組成の具体例は上述したとおりである。
【００２８】
図３に、この半導体レーザにおけるＧａＩｎＡｓＰ活性層５の近傍の詳細な構造を示す。図３に示すように、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５とＧａＩｎＰ光導波層４との接合面においては、ＧａＩｎＰ光導波層４側にＧａＩｎＡｓＰ層１３が形成されているとともに、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５側にＧａＩｎＡｓＰ層１４が形成されている。同様に、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５とＧａＩｎＰ光導波層６との接合面においては、ＧａＩｎＰ光導波層６側にＧａＩｎＡｓＰ層１５が形成されているとともに、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５側にＧａＩｎＡｓＰ層１６が形成されている。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ層１４、１６のＰの組成はＧａＩｎＡｓＰ活性層５のＰの組成より高くなっている。そして、ＧａＩｎＡｓＰ層１４、１６の格子定数をａ３、ＧａＩｎＡｓＰ層１３、１５の格子定数をａ４、ａ５＝ａ３−ａ４、ａ６＝ａ１−ａ２としたとき、ａ５＜ａ６となっている。より詳細には、０＜ａ６／ａ１＜０．０３、かつ、−０．０１＜ａ５／ａ３＜０．０１となるように設定されている。
【００２９】
次に、上述のように構成されたこの一実施形態による半導体レーザの製造方法について説明する。
【００３０】
この半導体レーザを製造するには、まず、図１に示すように、あらかじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化したｎ型ＧａＡｓ基板１上に、例えば減圧ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３、ＧａＩｎＰ光導波層４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５、ＧａＩｎＰ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７、ｐ型ＧａＩｎＰ層８およびｐ型ＧａＡｓキャップ層９を順次成長させる。ここで、これらの層の成長温度は例えば６５０〜７２０℃程度とする。また、これらの層の成長原料は、例えば、ＩＩＩ族元素であるＧａの原料としてはトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧａ）を、ＩＩＩ族元素であるＡｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡｌ）を、ＩＩＩ族元素であるＩｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ、ＴＭＩｎ）を、Ｖ族元素であるＡｓの原料としてはアルシン（ＡｓＨ3 ）を、Ｖ族元素であるＰの原料としてはフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いる。また、ｎ型不純物のドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、ｐ型不純物のドーパントとしては例えばジメチル亜鉛（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ、ＤＭＺｎ）を用いる。
【００３１】
図４に、ＧａＩｎＰ光導波層４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５およびＧａＩｎＰ光導波層６の成長時の成長原料の供給のタイミングチャートの一例を示す。この場合、ａ１＞ａ２とするために、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５の成長時には、ＴＭＩｎの流量を格子整合条件の流量よりも少なくする。
【００３２】
これらのＧａＩｎＰ光導波層４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５およびＧａＩｎＰ光導波層６の成長時に、図３に示すような構造が形成される。すなわち、ＧａＩｎＰ光導波層４とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との接合面においては、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５からＧａＩｎＰ光導波層４にＡｓが拡散することによりＧａＩｎＡｓＰ層１３が形成されるとともに、ＧａＩｎＰ光導波層４からＧａＩｎＡｓＰ活性層５にＰが拡散することにより、よりＰの組成が高く、逆にＡｓの組成がより低いＧａＩｎＡｓＰ層１４が形成される。同様に、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５とＧａＩｎＰ光導波層６との接合面においては、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５からＧａＩｎＰ光導波層６にＡｓが拡散することによりＧａＩｎＡｓＰ層１５が形成されるとともに、ＧａＩｎＰ光導波層６からＧａＩｎＡｓＰ活性層５にＰが拡散することにより、よりＰの組成が高く、逆にＡｓの組成がより低いＧａＩｎＡｓＰ層１６が形成される。ここで、ＧａＩｎＡｓＰ層１３、１５の格子定数ａ４はＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数ａ２より大きく、ＧａＩｎＡｓＰ層１４、１６の格子定数ａ３はＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１より小さいが、上述のようにＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１をあらかじめＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数ａ２より大きく設定してあるので、ａ５＜ａ６となる。
【００３３】
次に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えばＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーにより所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ2 膜をエッチングによりパターニングし、ストライプ形状とする。次に、このストライプ形状のＳｉＯ2 膜をマスクとしてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことによりメサ部を形成する。
【００３４】
次に、再度、減圧ＭＯＣＶＤ法により、ストライプ形状のＳｉＯ2 膜をマスクとしてｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０を選択成長させて、メサ部の両側の部分を埋め込む。
【００３５】
次に、マスクとして用いられたストライプ形状のＳｉＯ2 膜をエッチング除去した後、ｐ型ＧａＡｓキャップ層９およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層１０の全面に真空蒸着法などによりｐ側電極１１を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面に例えば真空蒸着法などによりｎ側電極１２を形成する。
【００３６】
この後、上述のようにしてレーザ構造が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を劈開などによりバー状に加工して両共振器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コーティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ化する。以上により、図１に示すように、目的とする半導体レーザが製造される。
【００３７】
図５、図６および図６に、ＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数ａ２に対してＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１を変化させた三つの試料について行ったＸ線回折（使用Ｘ線：Ｋα１）の測定結果および試料表面の微分干渉顕微鏡写真（倍率２５倍）を示す。ここで、図５の試料におけるＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１は５．６７４Åで格子不整合（（ａ１−ａ２）／ａ２）は＋０．４％、図６の試料におけるＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１は５．６６４Åで格子不整合は＋０．２％、図７の試料におけるＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１は５．６５３Åで格子不整合は０％（完全格子整合）である。なお、使用したｎ型ＧａＡｓ基板１は主面が（１００）面から８°オフしたものであることにより、図５Ａ、図６Ａおよび図７ＡにおけるＸ線回折角度は、主面が（１００）面である場合に比べて低角側に８°シフトしており、このため主面が（１００）面である場合には３３°付近に見られるＧａＡｓのピークは２５°付近に見られる。
【００３８】
図７Ｂから明らかなように、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数とＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数とが一致している場合、すなわちａ１＝ａ２の場合には、試料表面に欠陥に起因する多くのピットが見られる。これは、ａ１＝ａ２の場合には、ＧａＩｎＰ光導波層４、６とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との接合面において大きな格子定数差が発生し、その接合面において欠陥が発生し、結果として試料表面にピットを発生させるためである。したがって、この条件の下では、良い結晶性の試料を得ることができない。これに対して、図５Ｂおよび図６Ｂから明らかなように、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１がＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数ａ２に対して大きい場合、すなわちこの一実施形態におけるようにａ１＞ａ２の場合には、試料表面のピットは見られない。つまり、ａ１＞ａ２の場合には、ＧａＩｎＰ光導波層４、６とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との接合面における格子定数差は、ａ１＝ａ２の場合と比べて軽減もしくは解消される。したがって、その接合面において欠陥が発生することはなく、試料表面にピットが見られない良い結晶性の試料を得ることができる。
【００３９】
以上のように、この一実施形態によれば、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５の格子定数ａ１に対してＧａＩｎＰ光導波層４、６の格子定数ａ２を大きくしていることにより、すなわち、ａ１＞ａ２としていることにより、ＧａＩｎＰ光導波層４、６とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との接合面における格子定数差を小さくすることができ、これによって接合面における欠陥の発生を抑えることができ、これらのＧａＩｎＰ光導波層４、６およびＧａＩｎＡｓＰ活性層５の結晶性を良好にすることができる。そして、ａ１＞ａ２となるようにＧａＩｎＰ光導波層４、６およびＧａＩｎＡｓＰ活性層５の成長条件を設定するだけでよいので、ＧａＩｎＰ光導波層４、６とＧａＩｎＡｓＰ活性層５との接合面における格子定数差は、基板の大きさや結晶成長炉の構造にほとんど依存せず、したがって面積の大きい基板を用いた場合や、生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合においても、これらのＧａＩｎＰ光導波層４、６およびＧａＩｎＡｓＰ活性層５の均一性および結晶性を良好にすることができる。
【００４０】
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００４１】
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまでも一例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ１、第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の格子定数をａ２としたとき、ａ１＞ａ２としていることにより、成長原料の微妙な供給タイミングの調節を必要とすることなく、面積の大きい基板を用いた場合や生産用の結晶成長炉のように多数枚の基板上に成長を行う場合においても、優れた半導体結晶の均一性および結晶性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による半導体レーザを示す断面図である。
【図２】この発明の一実施形態による半導体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
【図３】この発明の一実施形態による半導体レーザの活性層近傍の詳細な構造を示す一部拡大断面図である。
【図４】この発明の一実施形態による半導体レーザの製造方法においてＧａＩｎＰ光導波層およびＧａＩｎＡｓＰ活性層の成長を行う際の原料供給のタイミングチャートを示す略線図である。
【図５】この発明の一実施形態による半導体レーザの製造方法においてＧａＩｎＰ光導波層の格子定数ａ２に対してＧａＩｎＡｓＰ活性層の格子定数ａ１を変化させた場合のＸ線回折の測定結果および試料表面を微分干渉顕微鏡で撮影した図面代用写真を示す。
【図６】この発明の一実施形態による半導体レーザの製造方法においてＧａＩｎＰ光導波層の格子定数ａ２に対してＧａＩｎＡｓＰ活性層の格子定数ａ１を変化させた場合のＸ線回折の測定結果および試料表面を微分干渉顕微鏡で撮影した図面代用写真を示す。
【図７】この発明の一実施形態による半導体レーザの製造方法においてＧａＩｎＰ光導波層の格子定数ａ２に対してＧａＩｎＡｓＰ活性層の格子定数ａ１を変化させた場合のＸ線回折の測定結果および試料表面を微分干渉顕微鏡で撮影した図面代用写真を示す。
【図８】従来の半導体レーザにおける問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、３・・・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４、６・・・ＧａＩｎＰ光導波層、５・・・ＧａＩｎＡｓＰ活性層、７・・・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、９・・・ｐ型ＧａＡｓキャップ層、１０・・・ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、１１・・・ｐ側電極、１２・・・ｎ側電極
【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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