(57)【要約】【課題】ｐ型ドーパントがｐ型クラッド層や活性層に拡散することを抑制した半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに、そのエピタキシャルウェハを用いて、安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ、高信頼性を有する半導体発光素子を提供する。【解決手段】ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、ＡｌＧａＡｓからなるアンドープガイド層５、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層９、本発明の特徴部分となるカーボンをドーピングしたカーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０（亜鉛拡散抑止層）、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１１、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１２を順次積層した構造とする。【選択図】図１
2007096267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層との間に、カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されており、かつこのｐ型ＡｌＧａＡｓ層のバンドギャップ波長がｐ型クラッド層のバンドギャップ波長より長いことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型中間層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、少なくとも１層のＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型中間層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型クラッド層とｐ型中間層との間に、カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されており、かつこのｐ型ＡｌＧａＡｓ層のバンドギャップ波長がｐ型クラッド層のバンドギャップ波長よりは長く、ｐ型中間層のそれよりは短いことを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎもしくはＭｇであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項６】
ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、ｐ型中間層及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型第２クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項７】
ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、
前記ｐ型第２クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項８】
前記ｐ型エッチング停止層が、少なくとも１層のＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰからなることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項９】
前記ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎもしくはＭｇであることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハ。
【請求項１０】
前記カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層のカーボンのドーピングを、III族原料とＶ族原料とのＶ／III比の調整による有機金属原料からのオートドーピングにより行うことを特徴とする請求項１〜４、６、７のいずれか１項に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項１１】
前記カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層のカーボンのドーピングを、成長温度の調整による有機金属原料からのオートドーピングにより行うことを特徴とする請求項１〜４、６、７のいずれか１項に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製したことを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法並びに半導体発光素子に関し、特に、ｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）、もしくはマグネシウム（Ｍｇ）を用いたアルミニウムガリウムインジウム燐（ＡｌＧａＩｎＰ）系材料を含む半導体発光素子（発光ダイオード、半導体レーザ）用エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにこれを用いて作製した半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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いる。この光源に用いられるファブリペロー型レーザーダイオード（ＬＤ）は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくとも、必要ならばｎ型ＧａＡｓバッファ層、さらに必要ならばｎ型ＧａＩｎＰバッファ層を介して、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、活性層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、必要ならばｐ型ＧａＩｎＰ中間層を介して、ｐ型ＧａＡｓキャップ層とを順次積層した層構造を有し、さらに必要ならプロセスにおけるエッチング制御や屈折率設計のためにｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層の一部にＧａＩｎＰ層を挿入した構造のエピタキシャルウェハが用いられることが多く、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で作成される。
【０００３】
高密度光ディスク装置における読み取り・書き込み用光源としては、安定な高出力・高温動作が要求されており、そのためにはｐ型クラッド層のキャリア濃度を高濃度化する必要がある。この要請を満たすｐ型ドーパントとしてはＺｎ、もしくはＭｇが考えられる。ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントにＺｎを用いた例として、特許文献１に示すものがある。
【０００４】
しかし、ｐ型クラッド層から活性層へドーパントが拡散するという問題があり、その量が多い場合は半導体レーザ素子としての機能に致命的な欠陥をもたらす。比較的Ｚｎは拡散し易く、Ｍｇは拡散しにくい。そこで、最近ではＺｎに比べて拡散定数が小さいＭｇを用いてｐ型クラッド層を形成する傾向にある。ＭｇはＺｎよりも拡散しにくいが故にｐ型クラッド層のキャリア濃度を高濃度に添加できるからである。
【０００５】
一方、ｐ型キャップ層（コンタクト層）のキャリア濃度も、電極の接触抵抗を可能な限り低くする必要性から、かなり高キャリア濃度にする必要がある。このｐ型キャップ層は、通常ガリウム砒素（ＧａＡｓ）で形成され、またクラッド層より一桁以上高キャリア濃度が必要なことから、高濃度に添加できるＺｎがドーパントとして用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、ｐ型クラッド層と活性層間に、ＧａＡｓ系の化合物半導体を主成分とし、かつカーボン（Ｃ）を５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有する拡散制御層を介在させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、拡散制御層中のＣが障壁となって、ｐ型クラッド層や活性層にドーピングされているＺｎやＭｇ等の拡散を有効に抑制するものである。
【特許文献１】特開平１１−１８６６６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に見られるように、従来はｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に入り込む不都合を防止することに注意が払われてきた。例えば、特許文献２は、カーボン（Ｃ）を含有する拡散抑制層をｐ型クラッド層と活性層間に介在させているが、これはｐ型クラッド層から拡散したＺｎを吸収して、活性層中に拡散するＺｎ量を低減するための層である。
【０００８】
しかしながら、次に述べるように、ｐ型キャップ層中のＺｎがｐ型クラッド層や活性層中に入り込むことも防止すべきである。
【０００９】
詳述するに、ｐ型キャップ層に高濃度のＺｎを添加すると、そのエピタキシャル成長中に下の層へどんどんＺｎが拡散するようになる。下のｐ型クラッド層がＺｎドープの場合は、ｐ型クラッド層のＺｎを押し出すようにして活性層へ拡散（押し出し拡散）する。一方、ｐ型クラッド層がＭｇの場合は、相互拡散によってｐ型キャップ層のＺｎが一気に活性層中まで拡散する。いずれの場合も、活性層のフォトルミネッセンス・スペクトルの半値幅（以下、ＰＬ半値幅という）が大きくなったり、発光強度が低下したりするなどの不都合がある。即ち、Ｚｎの拡散により活性層の結晶品質を損なうことが、閾電流や動作電流の増大と信頼性低下の原因となっていた。
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決し、ｐ型ドーパントがｐ型クラッド層や活性層に拡散することを抑制した半導体発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びに、そのエピタキシャルウェハを用いて、安定な高出力動作及び高温動作が可能で、且つ、高信頼性を有する半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
即ち、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層との間に、カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されており、かつこのｐ型ＡｌＧａＡｓ層のバンドギャップ波長がｐ型クラッド層のバンドギャップ波長より長いことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型中間層、及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、少なくとも１層のＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、少なくとも１層のＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型中間層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型クラッド層とｐ型中間層との間に、カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されており、かつこのｐ型ＡｌＧａＡｓ層のバンドギャップ波長がｐ型クラッド層のバンドギャップ波長よりは長く、ｐ型中間層のそれよりは短いことを特徴とする。
【００１６】
前記ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントをＺｎもしくはＭｇとすることができる。
【００１７】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ｐ型第２クラッド層、ｐ型中間層及びｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型第２クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層、ｐ型エッチング停止層、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層を順次積層し、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントがＺｎである半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、前記ｐ型第２クラッド層とｐ型中間層の間に、カーボンをドーピングしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層が挿入されていることを特徴とする。
【００１９】
前記ｐ型エッチング停止層が、少なくとも１層のＧａＩｎＰもしくはＡｌＧａＩｎＰからなるものとすることができる。
【００２０】
前記ｐ型第２クラッド層のｐ型ドーパントをＺｎもしくはＭｇとすることができる。
【００２１】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法は、前記カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層のカーボンのドーピングを、III族原料とＶ族原料とのＶ／III比の調整による有機金属原料からのオートドーピングにより行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の半導体発光素子用エピタキシャルウェハの製造方法は、前記カーボンドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層のカーボンのドーピングを、成長温度の調整による有機金属原料からのオートドーピングにより行うことを特徴とする。
【００２３】
更に、前記半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて半導体発光素子を作製することもできる。
【００２４】
＜発明の要点＞
本発明者は、（１）ｐ型キャップ層とｐ型クラッド層との間にＡｌＧａＡｓ層を挿入したところ、ｐ型クラッド層中にはｐ型キャップ層中のＺｎが全くと言って良いほど拡散されないこと、（２）このＡｌＧａＡｓ層によるＺｎ拡散防止作用は、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントが、Ｚｎ、もしくはＭｇのいずれであっても有効に働くことを見出した。
【００２５】
本発明はかかる発明者の知見に基づきなされたもので、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型キャップ層（コンタクト層）を順次積層し、最も上層のｐ型キャップ層のｐ型ドーパントをＺｎとした半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層の間に、ＡｌＧａＡｓ層を挿入した構造とするものである。
【００２６】
また、ｎ型基板上に、少なくともｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型中間層及びｐ型キャップ層（コンタクト層）を順次積層し、最も上層のｐ型キャップ層のｐ型ドーパントをＺｎとした半導体発光素子用エピタキシャルウェハにあっては、ｐ型クラッド層とｐ型中間層の間に、ＡｌＧａＡｓ層を挿入した構造とするものである。
【００２７】
このような構造にすると、当該ＡｌＧａＡｓ層がｐ型キャップ層にドーピングしたＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはこのＡｌＧａＡｓ層よりｐ型クラッド層側や活性層側へはほとんど拡散しない。この結果、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させるという従来の問題点を解決できる。
【００２８】
なお、上記拡散防止作用は、挿入された層がＡｌＧａＡｓ層であることが原因で生ずるのであって、この作用を生ずるためだけにはカーボンドープのｐ型である必要はない。しかしながら実際に発光素子用エピタキシャルウェハを作製する際には、このＡｌＧａＡｓ層が素子の抵抗成分にならないよう、充分に低抵抗層とする必要がある。このために本発明において拡散係数の小さいカーボンをドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層であることが要請される。
【００２９】
また、本構造によりｐ型キャップ層中にドーピングされたＺｎの拡散を防止できるので、ｐ型キャップ層中のＺｎを高濃度のまま維持することができ、キャップ層と電極との接触抵抗の低抵抗化が図れ、その結果、素子の順方向動作電圧を低くすることができる。
【００３０】
このようにキャップ層にドーピングしたＺｎの拡散を防止するために、ｐ型クラッド層とｐ型中間層との間（又は界面）、またはｐ型クラッド層とｐ型キャップ層との間（又は界面）に、ＡｌＧａＡｓ層を挿入し、かつこれが抵抗層として働かないよう、カーボンをドーピングしたｐ型層として半導体発光素子の順方向動作電圧の増加をなくす考え方は、従来存在しないものである。
【００３１】
上記したＡｌＧａＡｓ層によるＺｎ拡散抑止作用は、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎ、Ｍｇのいずれであっても有効に働く。従って本発明の適用範囲は広く、ＧａＡｓからなる基板上にＡｌＧａＩｎＰ系材料の化合物半導体をエピタキシャル成長することにより作製し、且つｐ型ドーパントとしては主としてＺｎもしくはＭｇを用いた半導体発光素子用エピタキシャルウェハにおいても、そのｐ型クラッド層とｐ型中間層との間（又は界面）にカーボンドープｐ型ＡｌＧａＡｓ層を挿入した形態とすれば、本発明所期のＺｎ拡散抑止効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ｐ型クラッド層とｐ型キャップ層又はｐ型中間層との間（又は界面）に、カーボンをドープしたｐ型ＡｌＧａＡｓ層を挿入した構造とし、このＡｌＧａＡｓ層がキャップ層のＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くようにしたので、ｐ型キャップ層のｐ型ドーパントであるＺｎは、このＡｌＧａＡｓ層よりｐ型クラッド層側や活性層側へはほとんど拡散しない。すなわち、高濃度にドーピングしたｐ型キャップ層のＺｎがｐ型クラッド層や特に活性層へ拡散することを極めて有効に抑止することができるので、活性層の発光特性や素子の寿命を劣化させることがない。この結果、キャップ層に接触抵抗が充分低くなるようなキャリア濃度までドーピングでき、高出力・高温特性のすぐれた信頼性の高い赤色半導体レーザ等の発光素子を作製するのに適した半導体発光素子用エピタキシャルウェハを提供することができる。
【００３３】
ちなみに、ｐ型クラッド層から活性層中へのドーパントの拡散と、ｐ型キャップ層から活性層中へのＺｎの拡散とを比較した場合、ｐ型キャップ層のＺｎ濃度のほうが高いため、実際に素子特性に与える影響が大きいのは、ｐ型キャップ層からのＺｎの拡散である。よって本発明はｐ型クラッド層から活性層中へのドーパントの拡散を抑止する以上に、効果的に高出力・高温特性のすぐれた信頼性の高い赤色半導体レーザ等の発光素子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図１に示す半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板１上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層２、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層３、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層４、ＡｌＧａＡｓからなるアンドープガイド層５、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層６、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層７、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層８、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層９、本発明の特徴部分となるカーボンをドーピングしたカーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０（亜鉛拡散抑止層）、ＧａＩｎＰからなるｐ型中間層１１、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層１２を順次積層した構造となっている。ｐ型第１クラッド層７、ｐ型第２クラッド層９、ｐ型エッチング停止層８及びｐ型中間層１１にドープされたｐ型ドーパントはＺｎである。
【００３６】
上記においてＺｎドープｐ型中間層１１は、Ｚｎドープｐ型第２クラッド層９とＺｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層１２との間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるために設けられている。
【００３７】
カーボンをドーピングしたｐ型のカーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０（亜鉛拡散防止層）のアルミ組成は、そのバンドギャップ波長が、ｐ型第２クラッド層９のバンドギャップ波長より長く、ｐ型中間層１１のそれよりも短くなっている。これも、ｐ型第２クラッド層９、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０、ｐ型中間層１１の間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるためである。
【００３８】
上記図１のような構造にすると、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０がｐ型キャップ層１２にドーピングしたＺｎの拡散を抑止する亜鉛拡散抑止層として働くため、ＺｎはこのＡｌＧａＡｓ層より活性層側へはほとんど拡散しなくなる。このカーボンドープＡｌＧａＡｓ層によるＺｎ拡散抑止作用は、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎ、Ｍｇのいずれであっても有効に働く。また、カーボンがドープされているため、半導体発光素子の順方向動作電圧の増加させるような抵抗も生じない。
【００３９】
上記ｐ型クラッド層とｐ型中間層との間に挿入したＡｌＧａＡｓ層へのカーボンのドーピングは、故意に不純物を添加する方法ではなく、III族原料とＶ族原料とのＶ／III比の調整によるオートドーピングによる。すなわち、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層１０に対するカーボンのドーピング量は、III族原料とＶ族原料とのＶIII比の調整により制御し設定することができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
一方、図２に示す半導体発光素子（ＬＤ）用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓからなるｎ型基板１３上に、ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１４、ＧａＩｎＰからなるｎ型バッファ層１５、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１６、ＡｌＧａＩｎＰからなるアンドープガイド層１７、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１８、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第１クラッド層１９、ＧａＩｎＰからなるｐ型エッチング停止層２０、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型第２クラッド層２１、本発明の特徴部分となるカーボンドープＡｌＧａＡｓ層２２、アルミ組成の異なる複数のｐ型ＡｌＧａＩｎＰ薄膜とｐ型ＧａＩｎＰ薄膜を積層した構造のｐ型中間層２３、及びＧａＡｓからなるｐ型キャップ層２４を順次積層した構造である。ｐ型第１クラッド層１９、ｐ型第２クラッド層２１、ｐ型エッチング停止層２０、及びｐ型中間層２３にドープされたｐ型ドーパントはＭｇである。
【００４１】
上記においてＭｇドープｐ型中間層２３は、Ｍｇドープｐ型第２クラッド層２１とＺｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層２４との間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるために設けられている。
【００４２】
カーボンをドーピングしたｐ型のカーボンドープＡｌＧａＡｓ層２２（亜鉛拡散防止層）のアルミ組成は、そのバンドギャップ波長が、ｐ型第２クラッド層２１のバンドギャップ波長より長く、ｐ型中間層２３のうち最もバンドギャップ波長が短い層のバンドギャップ波長よりも短くなっている。これも、ｐ型第２クラッド層２１、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層２２、ｐ型中間層２３の間のバンドギャップ不連続による界面の抵抗成分を減ずるためである。
【００４３】
上記図２のような構造にすると、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層２２が、ｐ型キャップ層２４にドーピングしたＺｎの拡散を防止する亜鉛拡散防止層として働くため、ＺｎはこのＡｌＧａＡｓ層よりｐ型クラッド層側へはほとんど拡散しなくなる。このカーボンドープＡｌＧａＡｓ層による亜鉛拡散防止作用は、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントがＺｎ、Ｍｇのいずれであっても有効に働く。また、カーボンがドープされているため、半導体発光素子の順方向動作電圧を増加させるような抵抗成分も生じない。
【００４４】
上記ｐ型クラッド層とｐ型中間層との間に挿入したＡｌＧａＡｓ層へのカーボンのドーピングは、故意に不純物を添加する方法ではなく、III族原料とＶ族原料とのＶ／III比の調整によるオートドーピングによる。すなわち、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層２２に対するカーボンのドーピング量は、III族原料とＶ族原料とのＶ／III比の調整により制御し設定する。
【実施例１】
【００４５】
実施例１として、図１に示す半導体発光素子用エピタキシャルウェハを作製した。
【００４６】
図１に示すごとく、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＧａＡｓからなるＳｉドープｎ型バッファ層２、これと格子整合したＧａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＳｉドープｎ型バッファ層３、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＳｉドープｎ型クラッド層４を順次エピタキシャル成長し、その上に、Ａｌ０．３４Ｇａ０．６６Ａｓからなるアンドープガイド層５、Ａｌ０．３４Ｇａ０．６６Ａｓからなるアンドープ障壁層とＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ａｓからなるアンドープ井戸層とから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６、さらに（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＺｎドープｐ型第１クラッド層７、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＺｎドープｐ型エッチング停止層８、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＺｎドープｐ型第２クラッド層９を順次成長した。
【００４７】
そして、その上に、本発明の特徴部分となる亜鉛拡散抑止層となるカーボンドープＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１０、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＺｎドープｐ型中間層１１、及びＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層１２を順次成長した。ここでカーボンドープＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１０は、アルミ組成が０．８５、厚さ４０ｎｍ、Ｖ／III比の調整によるカーボン（Ｃ）のオートドーピングのキャリア濃度を８×１０１７／ｃｍ３とした。また、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＺｎドープｐ型中間層１１は、厚さ５０ｎｍ、キャリア濃度を２×１０１８／ｃｍ３とし、Ｚｎドープのｐ型キャップ層１２は、厚さ４５０ｎｍ、キャリア濃度１×１０１９／ｃｍ３とした。
【００４８】
本実施例（本発明）の層構造を持つ半導体発光素子用エピタキシャルウェハについて、そのＺｎの分布状況をＳＩＭＳ分析で調べた。その結果を図３に示す。図中、曲線２５は図１に示す構造（実施例１）のＺｎの分布プロファイル、曲線２６は比較のため亜鉛拡散抑止層となるカーボンドープＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層１０を挿入しない以外は同じ構造として作製した場合のＺｎの分布プロファイルである。なお図３は実施例１と比較例との差異が顕著に示せるよう、エッチング停止層より活性層側について拡大して示した。
【００４９】
比較例（曲線２６）の場合、クラッド層でのＺｎのレベルが上昇しているのに加えて、活性層へのＺｎの押し込みが起こっていることが顕著にわかる。一方、実施例１（曲線２５）の場合、活性層へのＺｎの拡散は問題ないレベルとなっていることが判る。
【００５０】
また、本実施例１の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いた作製した赤外高出力半導体レーザ（モノリシック２波長レーザの赤外側）の素子特性も非常に良好であった。
【実施例２】
【００５１】
実施例２として、図２に示す半導体発光素子用エピタキシャルウェハを作製した。
【００５２】
図２に示すごとく、ＧａＡｓからなるｎ型基板１３上に、ＧａＡｓからなるＳｉドープｎ型バッファ層１４、これと格子整合したＧａＩｎＰからなるＳｉドープｎ型バッファ層１５、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＳｉドープｎ型クラッド層１６を順次エピタキシャル成長し、その上に、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるアンドープガイド層１７、アンドープ（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層と歪ＧａＩｎＰ井戸層とから構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１８、さらに（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＭｇドープｐ型第１クラッド層１９、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＭｇドープｐ型エッチング停止層２０、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５ＰからなるＭｇドープｐ型第２クラッド層２１を順次成長した。
【００５３】
そしてその上に、本発明の特徴部分となる亜鉛拡散防止層となるカーボンドープＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層２２、ＭｇドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間層２３、及びＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層２４を順次成長した。ここでカーボンドープＡｌ０．８５Ｇａ０．１５Ａｓ層２２は、アルミ組成が０．８５、厚さ３５ｎｍ、Ｖ／III比の調整によるカーボンのオートドーピングのキャリア濃度を１．１×１０１８ｃｍ−３とし、ＭｇドープＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間層２３は、厚さ３５ｎｍ、キャリア濃度を２．５×１０１８ｃｍ−３とし、そしてＧａＡｓからなるＺｎドープｐ型キャップ層２４は、厚さ２００ｎｍ、キャリア濃度２．５×１０１９ｃｍ−３とした。
【００５４】
本実施例（本発明）の層構造を持つ半導体発光素子用エピタキシャルウェハについて、そのＺｎとＭｇの分布状況をＳＩＭＳ分析で調べた。その結果を図４に示す。
この結果より、Ｍｇドープｐ型第２クラッド層２１より活性層側にはＺｎがほとんど拡散していないことが判った。
【００５５】
また、本実施例２の半導体発光素子用エピタキシャルウェハを用いて作製した赤外高出力半導体レーザの素子特性も非常に良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施形態に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハを示す断面模式図である。
【図２】第２の実施形態に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハを示す断面模式図である。
【図３】亜鉛拡散防止層を伴った実施例１に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハと従来の半導体発光素子用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を比較して示した図である。
【図４】亜鉛拡散防止層を伴った実施例２に係る半導体発光素子用エピタキシャルウェハのＳＩＭＳ分析結果を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ｎ型基板
２  ｎ型バッファ層（Ｓｉドープ）
３  ｎ型バッファ層（Ｓｉドープ）
４  ｎ型クラッド層（Ｓｉドープ）
５  アンドープガイド層
６  活性層
７  ｐ型第１クラッド層（Ｚｎドープ）
８  ｐ型エッチング停止層（Ｚｎドープ）
９  ｐ型第２クラッド層（Ｚｎドープ）
１０  カーボンドープＡｌＧａＡｓ層（亜鉛拡散抑止層）
１１  ｐ型中間層（Ｚｎドープ）
１２  ｐ型キャップ層（Ｚｎドープ）
１３  ｎ型基板
１４  ｎ型バッファ層（Ｓｉドープ）
１５  ｎ型バッファ層（Ｓｉドープ）
１６  ｎ型クラッド層（Ｓｉドープ）
１７  アンドープガイド層
１８  活性層
１９  ｐ型第１クラッド層（Ｍｇドープ）
２０  ｐ型エッチング停止層（Ｍｇドープ）
２１  ｐ型第２クラッド層（Ｍｇドープ）
２２  カーボンドープＡｌＧａＡｓ層（亜鉛拡散抑止層）
２３  ｐ型中間層（Ｍｇドープ）
２４  ｐ型キャップ層（Ｚｎドープ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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