(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ側クラッド層を、禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層とにより構成し、前記ｐ型クラッド層の正孔濃度が高くなっている第１の領域の面方位が、正孔濃度の低くなっている第２の領域の面方位と異なり、前記第１のｐ型クラッド層が活性層と接するとともに、前記第２の領域において前記第２のｐ型クラッド層がｎ型電流狭窄層と接していることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
上記第２の領域の面方位が、ｍを実数とした場合、（１００）面または（ｍ１１）Ａ面のいずれかであり、また、上記第１の領域の面方位が、ｍ′をｍ′＜ｍの実数とした場合、（ｍ′１１）Ａ面であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
ｎをｎ＞７の実数とし、ｎ′を２≦ｎ′≦７の実数とし、ｎ″を３≦ｎ″≦７の実数とした場合、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ′１１）Ａ面を斜面とする段差基板を用いた半導体レーザ装置において、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ″１１）Ａ面を斜面とする活性層を設け、前記活性層上に前記斜面に沿った領域の正孔濃度が、前記主面に沿った領域の正孔濃度より高いｐ側クラッド層、及び、前記主面においてｎ型電流狭窄層となり前記斜面においてｐ型層となるクラッド層を設けると共に、前記ｐ側クラッド層を少なくとも前記活性層に近い側の禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層とにより構成したことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
上記第１のｐ型クラッド層及び第２のｐ型クラッド層がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、前記第１のｐ型クラッド層のＡｌ組成比が前記第２のｐ型クラッド層のＡｌ組成比より大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
第１の面方位と第２の面方位とを有する基板を用いた半導体レーザ装置の製造方法において、ｐ側クラッド層を、活性層に近く且つ禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層とにより構成すると共に、前記ｐ側クラッド層の前記第１の面方位部分における正孔濃度が前記第２の面方位部分における正孔濃度より高くなるように面方位を選択することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項６】
上記第２の面方位が、ｍを実数とした場合、（１００）面または（ｍ１１）Ａ面のいずれかであり、また、上記第１の面方位が、ｍ′をｍ′＜ｍの実数とした場合、（ｍ′１１）Ａ面であることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
ｎをｎ＞７の実数とし、ｎ′を２≦ｎ′≦７の実数とし、ｎ″を３≦ｎ″≦７の実数とした場合、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ′１１）Ａ面を斜面とする段差基板を用いた半導体レーザ装置の製造方法において、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ″１１）Ａ面を斜面とする活性層を設け、前記活性層上に活性層に近い側の禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層とにより構成されるｐ側クラッド層、及び、前記主面においてｎ型電流狭窄層となり前記斜面においてｐ型層となるクラッド層を設けると共に、前記ｐ側クラッド層の前記斜面に沿った領域の正孔濃度が、前記主面に沿った領域の正孔濃度より高くなるようにしたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】
上記第１のｐ型クラッド層及び第２のｐ型クラッド層がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、前記第１のｐ型クラッド層のＡｌ組成比が前記第２のｐ型クラッド層のＡｌ組成比より大きいことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものであり、特に、赤色領域の短波長発振する段差基板を用いた横モード制御型の半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、０．６μｍ帯の可視光半導体レーザは、レーザスポットを小さく絞り込むことができるので、ＤＶＤ等の高密度の光ディスク装置に用いられるようになってきている。
【０００３】
この様な装置は、今後ノート型パーソナルコンピュータ等のバッテリを用い、且つ、狭いスペースに組み込まれるようになるため、部品に求められる仕様として、低消費電力化が課題となってきている。
【０００４】
この様な可視光半導体レーザを製造する際には、ＧａＡｓに格子整合するIII-Ｖ族化合物半導体としてＡｌＩｎＰ或いはＡｌＧａＩｎＰが最大のバンド・ギャップを有する材料系であるので、ＡｌＩｎＰ或いはＡｌＧａＩｎＰをクラッド層として用いることが有用であり、特に、赤色レーザには必須の材料である。
【０００５】
本発明者等は、埋め込み構造を用いないＡｌＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザとして、段差を形成した基板上にダブルヘテロ接合構造を成長させた一回成長型半導体レーザ装置、即ち、斜面発振型半導体レーザを提案（特開平６−４５７０８号公報）しているので、図３を参照して、この一回成長型半導体レーザ装置を説明する。
【０００６】
なお、この一回成長型半導体レーザ装置の光導波路の基本構造は、ＴＳ（Ｔｅｒｒａｃｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）レーザとして知られているもので、基板に設けた段差によって活性層にも段差が形成され、横モード制御が可能となるものである。
【０００７】
図３（ａ）参照
図３（ａ）は一回成長型半導体レーザ装置の斜視図であり、主面が（１００）面のｎ型ＧａＡｓ基板３１に斜面がほぼ（３１１）Ａ面となる段差を形成したのち、この上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）を用いて、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３２、ｎ型ＧａＩｎＰ中間層３３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３４、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層３５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３６、周辺部がｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層３７となり中央部がｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層３８からなる第２クラッド層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３９、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層４０、及び、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１を順次成長させたものである。
なお、（３１１）Ａ面は、III 族元素（この場合はＧａ）が表面に現れている（３１１）面である。
【０００８】
この場合、周辺部がｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層３７となり中央部がｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層３８からなる第２クラッド層の成長工程において、不純物ドーピングの結晶面方位依存性を利用して、一回の結晶成長工程で電流狭窄機構を形成しているので、この事情を図３（ｂ）を参照して説明する。
【０００９】
図３（ｂ）参照
図３（ｂ）はＺｎとＳｅを同時ドーピングしてＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ層を成長した場合のＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ層におけるキャリア濃度の面方位依存性を示す図であり、横軸は（１００）面から（１１１）Ａ面方向へのオフ角を表している。
【００１０】
図において、白丸及び黒丸で表しているように、（７１１）Ａ面近傍でキャリア濃度が最低になるので、不純物を同じ量ドーピングした場合には、ｎ＞７の（ｎ１１）Ａ面ではｎ型層が得られ、ｍ≦７の（ｍ１１）Ａ面ではｐ型層が得られることになり、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の斜面、即ち、（３１１）Ａ面に沿って成長したＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ層はほぼ（４１１）Ａ面となり、ｐ型層になるが、ｎ型ＧａＡｓ基板３１の平坦面、即ち、（１００）面に沿って成長した部分は、（１００）面であるのでｎ型層になる。
なお、このｎ及びｍの値は不純物のドーピング量、ドーピング比等に依存するので、格別臨界的な意味はない。
【００１１】
この様に、従来の斜面発振型半導体レーザはＭＯＶＰＥ法における不純物ドーピングの面方位依存性を利用して電流狭窄機構を形成しているので、埋め込み構造や、拡散を用いることなく、連続した一回成長工程で全体の積層構造が得られ、したがって、高歩留りで且つ低価格で作製することができる。
【００１２】
また、この斜面発振型半導体レーザはロスガイド構造、即ち、光吸収損失による複素屈折率導波構造ではないため、光の吸収損失を考慮しなくて良いため高効率の低消費電力であり、また、低非点収差特性が得られる利点がある。
【００１３】
次に、この不純物ドーピングの面方位依存性について、図４を参照して詳しく説明する。
図４（ａ）参照
図４（ａ）は、ｐ型不純物であるＺｎ及びＭｇのドーピングの面方位依存性を示す図であり、（１００）面から（１１１）Ａ面方向及び（１１１）Ｂ面方向へのオフ角を有する基板にＺｎ及びＭｇを含んだ成長ガスからＡｌＧａＩｎＰ層を成長させた場合の、ＡｌＧａＩｎＰ層における不純物の相対的な取り込まれ率を示したものである。
【００１４】
黒丸及び黒四角で示すのはＣ−Ｖ測定（容量測定）で測定した相対的キャリア濃度であり、また、白丸及び白四角で示すのはＳＩＭＳ（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定した相対的不純物濃度であり、これらの差によって不純物の活性化率が分かると共に、結晶の面方位による不純物濃度の差、即ち、相対的な不純物の取り込まれ率の面方位依存性が分かる。
なお、丸はＡ方向を示し、四角はＢ方向を示す。
【００１５】
図から明らかなように、Ｚｎの場合には、Ａ方向についてはオフ角が大きくなるにしたがって、即ち、（ｎ１１）のｎが小さくなるにしたがって、不純物濃度及びキャリア濃度が上昇し、オフ角が２５°、即ち、（３１１）面近傍で、最大になり、以後低下していくが、（１１１）Ａ面においても（１００）面の６倍程度の濃度を有している。
【００１６】
この場合、不純物濃度とキャリア濃度とはほとんど差がないので、即ち、不純物の活性化率に面方位依存性が見られないので、この結果は不純物の取り込まれ率の面方位依存性を表していることになる。
【００１７】
一方、Ｂ方向については、不純物の取り込まれ率の面方位依存性はあまり見られず、寧ろ（１１１）Ｂ面では、（１００）面の半分になっている。
また、Ｍｇの場合にも、Ｚｎとほぼ同様な傾向が見られるが、Ｚｎより面方位依存性が小さい。
【００１８】
次に、図４（ａ）を参照してｎ型不純物であるＳｅのドーピングの面方位依存性を説明する。
図４（ｂ）参照
Ｓｅについては、ｐ型不純物と逆の傾向が見られ、Ａ方向においてはオフ角が大きくなるに連れて不純物の取り込まれ率が低下し、一方、Ｂ方向においてはオフ角が大きくなるに連れて不純物の取り込まれ率が増加する。
【００１９】
したがって、異なる面方位を持つ半導体表面に対し、Ｚｎ或いはＭｇからなるｐ型不純物及びＳｅからなるｎ型不純物を同時にドーピングすることにより、ｐ型領域とｎ型領域とを同時に成長させることができるという上述の図３（ｂ）の結果を説明することができる。
【００２０】
次に、図５を参照して、電子親和力χの差によってヘテロ接合界面に形成されるエネルギー・バンドの不連続性、即ち、スパイクを利用して電流狭窄を行う従来のヘテロ接合電流狭窄型半導体レーザ装置（必要ならば、石川，他，応用物理学会６３年春期講演予稿集３１ａ−ＺＰ−８参照）を説明する。
【００２１】
図５（ａ）参照
まず、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓ基板５１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５２、ＧａＩｎＰ活性層５３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４、及び、ＧａＩｎＰスパイク防止層５５を成長させたのち、エッチングによって凸状のリッジを形成し、次いで、再びＭＯＶＰＥ法によってｐ型ＧａＡｓコンタクト層５６を成長させる。
【００２２】
図５（ｂ）参照
図５（ｂ）は図５（ａ）の一点鎖線Ａ及びＢにおける価電子帯のバンド端の構造を示すものであり、電流狭窄機構はリッジの周辺部、即ち、一点鎖線Ａの部分においては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４とｐ型ＧａＡｓコンタクト層５６とのヘテロ接合界面に、両者の電子親和力χの差に起因して大きなスパイクが形成され、この部分でキャリアが枯渇する空乏層が形成されると共に、このスパイクがホール（正孔）に対する障壁となって電流が流れにくくなる。
【００２３】
一方、リッジの中央部、即ち、一点鎖線Ｂの部分においては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４とｐ型ＧａＡｓコンタクト層５６との間にｐ型ＧａＩｎＰスパイク防止層５５が挿入されているので、大きなスパイクは形成されずに、小さなスパイクが２つ形成されることになる。
【００２４】
この様な低いエネルギー障壁は、室温で乗り越えることのできるホールの数がかなり多くなることや、トンネル電流としても通過可能になってくるのでホール電流が流れることが容易になり、リッジの中央部を電流が流れるように電流狭窄が行われることになる。
【００２５】
この場合、レーザ光の一部がｐ型ＧａＡｓコンタクト層５６によって吸収されるロスガイド型となり、効率が低く、しきい値電流が高いという欠点があるものの、ストライプ幅、即ち、リッジの幅を比較的広くできるので出射端面における光密度を低減でき、大出力化が容易であるという利点がある。
【００２６】
次に、図６を参照して、従来のリッジ型半導体レーザ装置を説明する。
図６参照
まず、ＭＯＶＰＥ法によって、ｎ型ＧａＡｓ基板６１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６３、歪ＭＱＷ活性層６４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５、ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層６６、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６７、及び、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６８を成長させたのち、エッチングによって凸状のリッジを形成し、次いで、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層６９及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層７０を成長させる。
【００２７】
なお、この場合の歪ＭＱＷ活性層６４は、厚さ１００ÅのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐガイド層／厚さ６０ÅのＧａＩｎＰウエル層／厚さ４０ÅのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐバリア層／厚さ６０ÅのＧａＩｎＰウエル層／厚さ４０ÅのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐバリア層／厚さ６０ÅのＧａＩｎＰウエル層／厚さ１００ÅのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐガイド層から構成されるものである。
【００２８】
この場合、電流狭窄機構はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層６９によって形成され、リッジの中央部において有効電流７１が流れレーザ光７３を放出するが、注入された電流の一部はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５において横方向に拡がり、レーザ発振に寄与しない無効電流７２として流れることになる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
レーザの低消費電力化のためには、上述の無効電流をできるだけ少なくすることが必要であり、そのためには、図３（ａ）の従来の斜面発振型半導体レーザにおいては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層３７の直下のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３６の厚さを、また、図６の従来のリッジ型半導体レーザ装置においては、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層６９の直下のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５の厚さを薄くすれば良いが、薄くするとｐｎ接合から延びてくる空乏層によってパンチスルーしてしまうなど、電流狭窄機能そのものがなくなってしまうなどの問題がある。
【００３０】
また、図５（ａ）のヘテロ接合電流狭窄型半導体レーザ装置の場合には、パンチスルーの問題はないが、エッチング工程を必要とするため製造工程が複雑化すると共に、Ａｌを含む半導体層を加工したのちその上にＡｌを含む半導体層を再成長させなければならないが、Ａｌを含む半導体層を加工した場合、その表面に自然酸化膜が形成されるので、その上にＡｌを含む半導体層を再成長させること自体が非常に困難になると言う問題がある。
【００３１】
したがって、本発明は、ｎ型電流狭窄層直下のｐ側クラッド層の層厚を薄くすることなく、無効電流を低減することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、半導体レーザ装置において、ｐ側クラッド層を禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層４と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層５とにより構成し、ｐ型クラッド層４の正孔濃度が高くなっている第１の領域９の面方位が、正孔濃度の低くなっている第２の領域１０の面方位と異なり、第１のｐ型クラッド層４が活性層３と接するとともに、第２の領域１０において第２のｐ型クラッド層５がｎ型電流狭窄層６と接していることを特徴とする。
【００３３】
この様に、禁制帯幅が互いに異なる第１のｐ型クラッド層４と第２のｐ型クラッド層５とによりｐ側クラッド層を構成することにより、両者の間に正孔に対するエネルギー障壁、即ち、スパイクを形成し、且つ、第１の領域９と第２の領域１０における正孔濃度を異なるように設定することによってスパイクの厚さを制御することができ、厚いスパイクにおいては正孔を阻止し、薄いスパイクにおいては正孔をトンネルさせることによって、ｐｎ接合を用いないで電流狭窄を行うことができ、周辺部における無効電流を低減することができる。
【００３４】
（２）また、本発明は、上記（１）において、第２の領域１０の面方位が、ｍを実数とした場合、（１００）面または（ｍ１１）Ａ面のいずれかであり、また、第１の領域９の面方位が、ｍ′をｍ′＜ｍの実数とした場合、（ｍ′１１）Ａ面であることを特徴とする。
【００３５】
この様に、通常のｐ型不純物の場合には、Ａ方向についてはオフ角が大きくなるにしたがって、即ち、ｍが小さくなるにしたがって不純物濃度及びキャリア濃度が上昇するので、ｍ′＜ｍとすることによって、第１の領域９における正孔濃度を第２の領域１０における正孔濃度より高くすることができ、それによって、第１の領域９に形成されるスパイクの厚さを薄くしてトンネル電流を流すことができる。
なお、（１００）面は、（ｍ１１）Ａ面のｍを無限大にした面に相当する。
【００３６】
（３）また、本発明は、ｎをｎ＞７の実数とし、ｎ′を２≦ｎ′≦７の実数とし、ｎ″を３≦ｎ″≦７の実数とした場合、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ′１１）Ａ面を斜面とする段差基板１を用いた半導体レーザ装置において、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ″１１）Ａ面を斜面とする活性層３を設け、活性層３上に斜面に沿った領域の正孔濃度が、主面に沿った領域の正孔濃度より高いｐ側クラッド層、及び、主面においてｎ型電流狭窄層６となり斜面においてｐ型層７となるクラッド層を設けると共に、ｐ側クラッド層を少なくとも活性層３に近い側の禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層４と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層５とにより構成したことを特徴とする。
【００３７】
この様に、段差基板１の面方位を上記のように選定し、且つ、禁制帯幅が互いに異なる第１のｐ型クラッド層４と第２のｐ型クラッド層５とによりｐ側クラッド層を構成することにより、ｐ側クラッド層にスパイクによる電流狭窄機構を構成することができ、また、ｎ型電流狭窄層６を利用した電流狭窄機構も合わせて構成することができる。
【００３８】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、第１のｐ型クラッド層４及び第２のｐ型クラッド層５がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、第１のｐ型クラッド層４のＡｌ組成比が第２のｐ型クラッド層５のＡｌ組成比より大きいことを特徴とする。
【００３９】
この様に、第１のｐ型クラッド層４及び第２のｐ型クラッド層５として、ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを用いることにより、可視光半導体レーザに対する良好なキャリア閉じ込め層と電流狭窄のためのスパイクを形成することができる。
【００４０】
（５）本発明は、第１の面方位と第２の面方位とを有する基板を用いた半導体レーザ装置の製造方法において、ｐ側クラッド層を活性層３に近く禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層４と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層５とにより構成すると共に、ｐ側クラッド層の第１の面方位部分における正孔濃度が第２の面方位部分における正孔濃度より高くなるように面方位を選択することを特徴とする。
【００４１】
この様に、基板の面方位を適宜選択することによって、不純物の取り込まれ率の面方位依存性を利用して、第１のｐ型クラッド層４と第２のｐ型クラッド層５との間に形成されるスパイクの厚さを制御することができる。
【００４２】
（６）また、本発明は、上記（５）において、第２の面方位が、ｍを実数とした場合、（１００）面または（ｍ１１）Ａ面のいずれかであり、また、第１の面方位が、ｍ′をｍ′＜ｍの実数とした場合、（ｍ′１１）Ａ面であることを特徴とする。
【００４３】
この様に、通常のｐ型不純物の場合には、Ａ方向についてはオフ角が大きくなるにしたがって、即ち、ｍが小さくなるにしたがって不純物濃度及びキャリア濃度が上昇するので、ｍ′＜ｍとするだけで第１の領域９における正孔濃度を第２の領域１０における正孔濃度より高くすることができる。
【００４４】
（７）また、本発明は、ｎをｎ＞７の実数とし、ｎ′を２≦ｎ′≦７の実数とし、ｎ″を３≦ｎ″≦７の実数とした場合、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ′１１）Ａ面を斜面とする段差基板１を用いた半導体レーザ装置の製造方法において、（１００）面または（ｎ１１）Ａ面のいずれかを主面とし、（ｎ″１１）Ａ面を斜面とする活性層３を設け、活性層３上に活性層３に近い側の禁制帯幅の大きな第１のｐ型クラッド層４と禁制帯幅の小さな第２のｐ型クラッド層５とにより構成されるｐ側クラッド層、及び、主面においてｎ型電流狭窄層６となり斜面においてｐ型層７となるクラッド層を設けると共に、ｐ側クラッド層の斜面に沿った領域の正孔濃度が、主面に沿った領域の正孔濃度より高くなるようにしたことを特徴とする。
【００４５】
この様に、段差基板１の面方位を上記のように選定し、且つ、禁制帯幅が互いに異なる第１のｐ型クラッド層４と第２のｐ型クラッド層５とによりｐ側クラッド層を構成することにより、ｐ側クラッド層にスパイクによる電流狭窄機構を通常のエピタキシャル成長工程だけで形成することができ、また、交互ドーピング或いは同時ドーピングによってｎ型電流狭窄層６を利用した電流狭窄機構も形成することができる。
【００４６】
（８）また、本発明は、上記（５）乃至（７）のいずれかにおいて、第１のｐ型クラッド層４及び第２のｐ型クラッド層５がＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなり、第１のｐ型クラッド層４のＡｌ組成比が第２のｐ型クラッド層５のＡｌ組成比より大きいことを特徴とする。
【００４７】
この様に、本発明においては、成長工程の途中でエッチング工程を用いていないので、酸化膜が形成されやすく、その上への再成長が困難なＡｌを含み禁制帯幅の大きなＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを第１のｐ型クラッド層４及び第２のｐ型クラッド層５として用いることができ、それによって、可視光半導体レーザに対する良好なキャリア閉じ込め層と電流狭窄のためのスパイクを再現性良く形成することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
ここで、図２を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
なお、図２（ａ）は斜面発振型半導体レーザの斜視図であり、また、図２（ｂ）は、図２（ａ）における破線Ａ及び破線Ｂに沿ったヘテロ接合界面ににおける、価電子帯のバンド端の構造を概略的に示す図である。
【００４９】
図２（ａ）参照
まず、（１００）面から（１１１）Ａ面に６°オフした主面を有するキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１１上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、１５０μｍ間隔で幅１５０μｍのストライプ状レジストパターンをフォトリソグラフィー工程によって形成する。
【００５０】
次いで、レジストパターンをマスクとしてＨＦ系エッチャントを用いてエッチングすることによって主面に対する傾斜角が約１４°、即ち、（１００）面に対するオフ角が２０°の斜面を有する深さ０．５μｍの溝を形成する。
この場合、斜面の面方位はほぼ（４１１）Ａ面となるが、この様な方位はＨＦ系エッチャントの組成及び反応温度を調整することによって再現性良く得ることができる。
【００５１】
次いで、バッファ層からコンタクト層まで全ての層をＭＯＶＰＥ法によって連続成長させるものであるが、この場合、全体の成長工程を通して、成長圧力は５０Ｔｏｒｒ、成長効率は約８００μｍ／ｍｏｌ、キャリアガスの水素を含めた総流量は８０００ｓｃｃｍである。
【００５２】
まず、段差が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１１上に、基板温度を６８０℃とした状態で、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びＡｓＨ3 を用いて、ＡｓＨ3 ／ＴＭＧ比が１００となり、成長速度が１μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、Ｓｉ2 Ｈ6 を不純物源として流すことによってキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3で厚さが１．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層１２を成長させる。
【００５３】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が５００となり、成長速度が１μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、Ｓｉ2 Ｈ6 を不純物源として流すことによって、キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＩｎＰ中間層（Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ）１３を成長させる。
【００５４】
このｎ型ＧａＩｎＰ中間層１３はＧａＡｓ層とクラッド層となるＡｌＧａＩｎＰ層との禁制帯幅の差を緩和し、ヘテロ接合界面に形成されるエネルギー障壁を小さくするために設けるものである。
【００５５】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が１１０となり、成長速度が２．２μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、Ｓｉ2 Ｈ6 を不純物源として流すことによって、キャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3で厚さが２．０μｍのｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ）１４を成長させる。
なお、ｎ型層の成長に際して、不純物としてＳｉを用いるのは、斜面における電子濃度を主面にける電子濃度に比べて低くしたくないためである。
【００５６】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が４００となり、成長速度が１μｍ／時となるように原料ガスを流して、厚さ５００ÅのアンドープのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層を成長させる。
【００５７】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が４００となり、成長速度が０．８μｍ／時となるように原料ガスを流すことによって厚さ６０ÅでアンドープのＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐウエル層を３層、及び、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が４００となり、成長速度が１．０μｍ／時となるように原料ガスを流すことによって厚さ５０ÅのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐバリア層を２層、交互に成長させて、次いで、再び、厚さ５００ÅのアンドープのＡｌ0.2 Ｇａ0.3 Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層を成長させることによって歪ＭＱＷ活性層１５を形成する。
【００５８】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＡ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＭＩ）比が１１０となり、成長速度が２．２μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、不純物源となるＤＥＺｎ（ジエチルジンク）をＤＥＺｎ／（ＴＭＡ＋ＴＭＩ）比が０．１となるように流すことによって、斜面に沿った部分のキャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3で且つ主面に沿った部分のキャリア濃度が１．２×１０17ｃｍ-3で、厚さが０．１５μｍの活性層側の第１のｐ型クラッド層となるｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層（Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ）１６を成長させる。
【００５９】
次いで、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が１１０となり、成長速度が２．２μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、不純物源となるＤＥＺｎをＤＥＺｎ／（ＴＭＡ＋ＴＭＩ）比が０．１となるように流すことによって、斜面に沿った部分のキャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3で且つ主面に沿った部分のキャリア濃度が１．２×１０17ｃｍ-3で、厚さが０．１μｍの第２のｐ型クラッド層となるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ）層１７を成長させる。
【００６０】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が１１０となり、成長速度が２．２μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、不純物源となるＤＥＺｎとＨ2 Ｓｅとを交互に流して夫々５０Åずつ３０周期成長させて全体の厚さが０．３０μｍのＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層を形成する。
【００６１】
このＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層においては、Ｓｅがドープされた層は主面に沿った部分のｎ型キャリア濃度は６×１０17ｃｍ-3となり、斜面に沿った部分のｎ型キャリア濃度は２×１０17ｃｍ-3となり、一方、Ｚｎがドープされた層は主面に沿った部分のｐ型キャリア濃度は２．４×１０17ｃｍ-3となり、斜面に沿った部分のｐ型キャリア濃度は、１．４×１０18ｃｍ-3となる。
【００６２】
そして、この成長過程において斜面に沿った部分のｐ型不純物は不純物濃度差による拡散原理によりｎ型層に進入して１．４×１０18ｃｍ-3だったものが平均化されて７×１０17ｃｍ-3のｐ型キャリア濃度となり、斜面に沿った部分全体がｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１９に変換される。
【００６３】
一方、主面に沿った部分においては、ｐ型不純物は濃度の高いｎ型不純物にブロックされて拡散が生ぜず、且つ、ｎ型不純物の拡散は殆ど起こらないので、ｐｎｐｎｐｎ・・構造のドーピングプロファイルになるが、これらの層は全て薄いのでキャリアの拡散によりｐ型ドープ部分が空乏化して均一なｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１８となり、このｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層１８によって電流狭窄が行われる。
【００６４】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＭＡ＋ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が２７３となり、成長速度が２．２μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、ＤＥＺｎを不純物源として流すことによって、斜面に沿った部分のキャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3で且つ主面に沿った部分のキャリア濃度が１．２×１０17ｃｍ-3で、厚さが１．５μｍの第３のｐ型クラッド層となるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層（Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5 Ｐ）層２０を成長させる。
【００６５】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及び、ＰＨ3 を用いて、ＰＨ3 ／（ＴＥＧ＋ＴＭＩ）比が５００となり、成長速度が１μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、ＤＥＺｎを不純物源として流すことによって、斜面に沿った部分のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＩｎＰ中間層（Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ）２１を成長させる。
【００６６】
次いで、基板温度を同じく６８０℃とした状態で、ＴＭＧ及びＡｓＨ3 を用いて、ＡｓＨ3 ／ＴＭＧ比が１００となり、成長速度が１μｍ／時となるように原料ガスを流すと共に、ＤＥＺｎを不純物源として流すことによって、斜面に沿った部分のキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3で厚さが１μｍのｐ型ＧａＡｓコンタクト層２２を成長させる。
【００６７】
次いで、図示しないが、１００μｍ幅の素子分離領域を形成したのち、Ａｕ／Ｇｅ／Ａｕからなるｎ型コンタクト電極、及び、Ａｕ・Ｚｎ／Ａｕからなるｐ型コンタクト電極を蒸着により堆積させ、幅３００μｍ、長さ７００μｍのチップに劈開し、ｐサイドＵＰでヒートシンクにボンディングする。
【００６８】
図２（ｂ）参照
上記の本発明の斜面発振型半導体レーザにおいては、第１のｐ型クラッド層となるｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１６と第２のｐ型クラッド層となるｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１７とのヘテロ接合界面において、両者の電子親和力χの差に起因して、価電子帯のバンド端に電子親和力χの差に相当するエネルギーギャップ、即ち、スパイクが形成されることになる。
【００６９】
このスパイクの厚さは、不純物濃度に依存し、不純物濃度の高い部分に形成されるスパイクの厚さは薄く、不純物濃度の低い部分に形成されるスパイクの厚さは厚くなる。
【００７０】
したがって、図２（ａ）の破線Ａの部分、即ち、不純物濃度の高い斜面部に形成されたスパイクの厚さは薄くなるので、正孔はこのスパイクをトンネルすることができ、斜面部には電流が流れることになる。
【００７１】
一方、図２（ａ）の破線Ｂの部分、即ち、不純物濃度の低い主面部に形成されたスパイクの厚さは厚くなるので、正孔はこのスパイクをトンネルすることができず、周辺部には電流が流れなくなる。
【００７２】
即ち、本発明においては、ｎ型電流狭窄層と、ヘテロ接合界面のスパイクによって電流狭窄を行っているので、ｎ型電流狭窄層と活性層との間のｐ型クラッド層の厚さが厚い場合にも、無効電流を効果的に低減することができる。
【００７３】
また、本発明においては、不純物のドーピングの面方位依存性を利用してヘテロ接合界面のスパイクの厚さを制御しているので、通常のエピタキシャル成長工程だけで、無効電流の少ない電流狭窄機構を形成することができ、低消費電力で低発熱の半導体レーザ装置を低コストで製造することができる。
【００７４】
なお、上記の実施の形態においては、ｐ型不純物とｎ型不純物とを交互にドープすることによって電流狭窄層を形成しているが、同時ドープによって電流狭窄層を形成しても良いものであり、その場合には、ｐ型不純物とｎ型不純物を同時にドープすることによって、上述の図３（ｂ）から分かるように、主面に沿った部分はｎ型領域となり、このｎ型領域が電流狭窄層となる。
【００７５】
また、本発明の実施の形態においては、ヘテロ接合界面のスパイクを形成するために、第１のｐ型クラッド層としてＡｌＩｎＰ層を用い、第２のｐ型クラッド層としてＡｌＧａＩｎＰ層を用いているが、第１のｐ型クラッド層もＡｌＧａＩｎＰで形成しても良く、その場合には第１のｐ型クラッド層のＡｌ比を第２のｐ型クラッド層のＡｌ比より大きくし、電子親和力χがより小さく、且つ、禁制帯幅Ｅg がより大きくなるようにすれば良い。
【００７７】
また、本発明の実施の形態においてはｎ型基板を用いているが、ｐ型基板を用いて導電型を反転させても良く、その場合には、基板側にｎ型電流ブロック層を設けるとともに、基板側に設けるｐ側クラッド層を禁制帯幅の異なる２層のｐ型クラッド層で構成すれば良い。
【００７８】
また、本発明の実施の形態においては、活性層はＭＱＷ活性層であるが、この様な活性層に限られるものではなく、ＳＱＷ（単一量子井戸）構造であっても良いし、量子井戸構造を有さない活性層であっても良い。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、電流狭窄構造の少なくとも一部を、ｐ側クラッド層を少なくとも２層のｐ型クラッド層で構成することによってそのヘテロ接合界面に形成されるスパイクを利用して形成しているので、ｎ型電流狭窄層直下のｐ側クラッド層を薄くすることなく、無効電流を効果的に低減することができるので、短波長の赤色半導体レーザ装置の低消費電力化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の説明図である。
【図３】従来の一回成長型半導体レーザ装置の説明図である。
【図４】ドーピング効率の面方位依存性の説明図である。
【図５】従来のヘテロ接合電流狭窄型半導体レーザ装置の説明図である。
【図６】従来のリッジ型半導体レーザ装置の説明図である。
【符号の説明】
１  段差基板
２  ｎ型クラッド層
３  活性層
４  第１のｐ型クラッド層
５  第２のｐ型クラッド層
６  ｎ型電流狭窄層
７  ｐ型層
８  ｐ型クラッド層
９  第１の領域
１０  第２の領域
１１  ｎ型ＧａＡｓ基板
１２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１３  ｎ型ＧａＩｎＰ中間層
１４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１５  歪ＭＱＷ活性層
１６  ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層
１７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
１８  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層
１９  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
２０  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２１  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
２２  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
３１  ｎ型ＧａＡｓ基板
３２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３３  ｎ型ＧａＩｎＰ中間層
３４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３５  ＭＱＷ活性層
３６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３７  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層
３８  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層
３９  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４０  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
４１  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５１  ｎ型ＧａＡｓ基板
５２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５３  ＧａＩｎＰ活性層
５４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５５  ｐ型ＧａＩｎＰスパイク防止層
５６  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
６１  ｎ型ＧａＡｓ基板
６２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
６３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６４  歪ＭＱＷ活性層
６５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６６  ｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層
６７  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６８  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
６９  ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層
７０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７１  有効電流
７２  無効電流
７３  レーザ光
【図１】
0003903229.tif 000002
【図２】
0003903229.tif 000003
【図３】
0003903229.tif 000004
【図４】
0003903229.tif 000005
【図５】
0003903229.tif 000006
【図６】
0003903229.tif 000007