(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
基板上に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
基板上に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層、第１導電型の光ガイド層、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
前記基板と前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層と前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導電型の光ガイド層が形成されていることを特徴とする請求項１、２又は４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記電流阻止層の屈折率が前記活性層の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記電流阻止層のバンドギャップが前記活性層のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記電流阻止層が、第１導電型、第２導電型又は高抵抗の化合物半導体層を含む一以上の化合物半導体層を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記電流阻止層が、ＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記活性層が、量子井戸層、及び量子井戸層を挟むバリア層及び／又は光閉じ込め層で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記バリア層又は前記光閉じ込め層に不純物がドープされていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体発光装置に関し、特にＡｌＧａＩｎＰ系及びＡｌＧａＡｓＰ系半導体材料を用いた半導体レーザ等の半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）の一例として、図３に模型的に示す構造を有するものがある。
すなわち図３において、３０１はｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は基板３０１上に形成されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層である。３０３はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層であり、３０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ活性層３０３のエネルギーギャップが、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３０２及び３０４のエネルギーギャップより小さくなるよう混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。３０６はコンタクト層である。
【０００３】
３０５はｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止（ブロック）層である。電流阻止層３０５は、レーザー発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭窄を行う目的で設けられる。３０５は、層３０４を選択エッチングしてリッジを形成した後、ＳｉＮｘなどのアモルファス膜を用いて選択成長させることによって形成する。
【０００４】
ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰ（以下あわせて「ＡｌＧａＩｎＰ系化合物」という。）はＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓ（以下あわせて「ＡｌＧａＡｓＰ系化合物」という。）と比較して、抵抗率が高く、熱抵抗が大きい等の欠点を有している。このことが素子の動作電圧を高くし、発熱を大きくするなどの問題を発生させており、素子の特性や信頼性の向上に対する大きな障害となっている。特に、半導体レーザのように、電流狭窄が行なわれたり、発光密度が高くなる場合には、上記の問題はますます深刻になる。
【０００５】
また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物のクラッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛（Ｚｎ）が用いられているが、Ｚｎの活性化率が低いために抵抗率を下げるためには高濃度でドーピングを行う必要がある。しかしながら、Ｚｎを高濃度でドーピングすると活性化しなかったＺｎが成長中にＡｌＧａＩｎＰ系化合物結晶中を速い速度で拡散していき、ｐｎ接合位置が発光層よりもｎ側に大きくずれたりすることがある。この場合、電流電圧特性に異常をもたらしたり、レーザーのしきい値電流を増加させたりする。このようなｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物層からのＺｎ拡散は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物層の層厚の増加に伴って、顕著になる。また、レーザーのように発光層の厚みが比較的薄い場合、とりわけ非常に薄い発光層（１０ｎｍ以下）を有する量子井戸レーザにおいては、Ｚｎ拡散による電流電圧特性の異常が生じやすくなる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物層には、拡散係数の小さいＳｉが有効である。
【０００６】
通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、クラッド層の膜厚として１〜２μｍ程度は必要となる。有機金属気相成長法でＡｌＧａＩｎＰ系化合物を成長するとき、ＩＩＩ族原料となる有機金属とＶ族原料となるＰＨ3との供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ）を非常に大きくする必要がある。このために、成長速度を余り大きくできない、成長原料コストがＡｌＧａＡｓ系化合物などに比べてかなり高くなるといった問題が生じている。特に多数枚を同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ以外に除害等の点でますます深刻となる。
【０００７】
これらの問題点を解決するために、特開平８−１２５２８５号公報にＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる活性層を有する半導体発光装置において、発光素子の素子特性を劣化させない程度にＺｎドープｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層を薄くし、活性層及びｎ側クラッドへのＺｎ拡散を少なくさせることが記載されている。ただし、活性層上下のＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層の膜厚を薄くすると、キャリア及び光の閉じ込めが不十分となり、素子特性を劣化させてしまうので、不足分をほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つＡｌＧａＡｓＰ系化合物で代用できることが記載されている。
【０００８】
ディジタルビデオディスクを中心とする記録密度向上のために、情報処理用光源として従来のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザが実用化され始めている。そして、短波長化かつ低しきい値・高温動作に向けて以下のような検討がなされてきた。
まず、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可視レーザの作製において、活性層に量子井戸構造を採用し、さらに量子井戸層に圧縮もしくは引っ張り歪みを加えることにより、短波長化かつ低しきい値化が図られている。
【０００９】
さらに、（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用いることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量子効果による短波長化が可能となる。このように、短波長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピングにより短波長化による発振しきい値電流の増加及び温度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に８〜１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度を選択する必要がある。
【００１０】
一方、光通信の分野においては、ＦＴＴＨ（Fiber to the home）やホームマルチメディアなどの家庭内データリンク、オフィスビル内や事業所内での光ＬＡＮが今後ますます促進される計画が立てられているが、このような短距離光通信の普及にあたっては、従来の幹線系に用いられた部品と比べて、大幅にコストを低減した部品が求められている。そこで、近年、プラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）を用いた低損失光伝送がファイバー及びそのモジュール部品の低コスト化、ファイバー接続の容易さの観点から注目を集めている。このＰＯＦに適した光源として、波長６５０ｎｍの半導体レーザあるいは発光ダイオードが開発されている（S.Yamazaki,et.al,Proc.ECOC’94 PDP,1994,PP1-4、A.K.Dutta,et.al,IEEE Photonics Technolgy Letter,Vol.7,No.10,1995,PP1134-1136）。とりわけ、半導体レーザはＬＤチップにＲＣ時定数を低減する工夫を施すことにより、双方向通信に要求される数Ｇｂｐｓ程度の高速の伝送速度を実現できる。しかしながら、光ファイバーを用いた光通信に適した可視光の光源については、ファイバーとの結合効率、高温での信頼性を含めて充分な特性を示す素子が作製されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決することを課題とした。すなわち本発明は、しきい値電流が低くて、最高発振温度が高く、高信頼性であり、且つ円形に近いビームを形成しうるために光ファイバーとの結合に適している半導体発光装置を提供することを解決すべき課題とした。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置；基板上に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置；および、基板上に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層、第１導電型の光ガイド層、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成され、前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層の上面に接していることを特徴とする半導体発光装置が所期の効果を有効に奏することを見出した。
【００１３】
本発明の半導体発光装置の好ましい実施態様として、前記基板と前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層が形成されている態様；前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層と前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の間に、第１導電型の光ガイド層が形成されている態様；前記電流阻止層の屈折率が前記活性層の屈折率よりも小さい態様；前記電流阻止層のバンドギャップが前記活性層のバンドギャップがよりも大きい態様；前記電流阻止層が、第１導電型、第２導電型又は高抵抗の化合物半導体層を含む一以上の化合物半導体層を有している態様；前記電流阻止層が、ＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の上面に接している態様；前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなるクラッド層の上面に接している態様；前記電流阻止層の底面が、前記第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層の上面に接している態様；前記活性層が、量子井戸層、及び量子井戸層を挟むバリア層及び／又は光閉じ込め層で構成されている態様；前記バリア層又は前記光閉じ込め層に不純物がドープされている態様を挙げることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体発光装置の別の好ましい実施態様として、前記光ガイド層が第１導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；前記活性層の厚みが０．０５〜０．５μｍである態様；前記量子井戸層の層数が３〜６である態様；前記量子井戸層に圧縮あるいは引っ張りの歪みが加えられる態様；前記基板の表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する態様；室温付近での発振波長が６３０〜７００ｎｍである態様；電流狭窄を行うためのリッジ構造を有している態様；リッジ構造の底部の幅が、装置端面近傍で装置中央部より広くなっている態様；前記リッジ構造の底部の幅が、装置端面近傍で装置中央部より狭くなっている態様；遠視野像が単一ピークである態様；レーザチップの組立方式がジャンクション・アップである態様；前記クラッド層のうち、ｎ型の層のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3以下である態様；電極に最も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＣを含むＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる態様；活性層に最も近いｐ型クラッド層がドーパントとしてＢｅ及び／又はＭｇを含むＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる態様；ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いた態様；前記低屈折率電流阻止層をハロゲン元素を有するガスを少量添加しながら有機金属気相成長法により選択成長した態様；少なくとも前記活性層をドライエッチング又は反応性ガスエッチングで形成した態様；前記活性層をエッチングした後に大気にさらすことなく引き続き埋め込み成長を行って電流阻止層を形成した態様を挙げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体発光装置について、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的に説明する。
本発明の半導体発光装置は、基板上に、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、該クラッド層の上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、該活性層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる第１クラッド層、該第１クラッド層の上に形成された第２導電型のＡｌＧａＡｓＰ又はＡｌＧａＡｓからなる第２クラッド層、前記活性層の両側面を挟む電流阻止層から少なくとも構成されることを特徴とする。
【００１６】
本明細書において「Ａ層の上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。  また、本明細書において「〜」はその前後の数値を包含する範囲を表す。
【００１７】
本発明の半導体発光装置の基板は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能なものであれば、導電性や材料については特に限定されない。好ましいのは導電性がある材料であり、望ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板である。通常ＡｌＧａＩｎＰ系可視レーザにはＧａＡｓ基板が用いられる。その場合基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面が最も好ましい。なお、本明細書において（１００）面という場合、必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有する場合まで包含することとする。ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可視レーザの作製において、（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用いることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ海面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量子効果による短波長化が可能となる。このように、短波長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピングにより短波長化による発振しきい値電流の増加及び温度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に８〜１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度を選択する必要がある。
基板上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために厚み０．２〜２μｍ程度のバッファ層を用いることが好ましい。
【００１８】
基板上に形成されるダブルヘテロ構造は、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、その上に形成されたＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層、その上に形成された第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層から少なくとも構成され、このとき、クラッド層は、活性層より屈折率が小さくなるように組成が選択される。また、ダブルヘテロ構造には、光閉じ込め層として機能する層を含んでいてもよく、このとき、光閉じ込め層は、活性層より屈折率が小さくなるように組成が選択される。また、活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、複数の量子井戸層及びそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上及び最下の量子井戸層の下に積層された光閉じ込め層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）を有していてもよい。
【００１９】
第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層は、第１導電型クラッド層が単層からなるものであるときは、好ましくは１〜２μｍ程度の厚みを有することが必要とされる。
第１導電型クラッド層は複数層からなるものであってもよく、具体的にはＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる上記クラッド層（第１導電型第２クラッド層）のほかに、例えばより基板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッド層（第１導電型第１クラッド層）が形成されている態様を例示することができる。第１導電型クラッド層が２層以上からなる場合は、第１導電型第１クラッド層の厚さを薄くすることができ、下限としては０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。第１導電型第１クラッド層のキャリア濃度は、２×１０17ｃｍ-3〜３×１０18ｃｍ-3の範囲が好ましく、その範囲内では５×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が好ましい。
【００２０】
本発明の半導体発光装置には、光ガイド層を形成することができる。特に第１導電型第１クラッド層と第１導電型第２クラッド層の間に形成することが好ましい。
光ガイド層は、活性層の光を光ガイド層側に滲み出させ、近視野像の発光パターンを縦方向に拡げる機能を有する。光ガイド層の屈折率が活性層よりも低く、かつ第１導電型第１クラッド層及び第１導電型第２クラッド層よりも大きければ、材料については特に限定しないが、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰもしくはＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰであることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓと比べて表面酸化が起こりにくいという利点はあるが、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然超格子の形成による屈折率の変化などの問題がある。ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰの場合は、屈折率制御の観点から、Ａｌ組成の上限は０．７以下が好ましく、０．６以下がより好ましい。下限は、０．３以上が好ましく、０．４以上がより好ましい。ＧａＩｎＰ又は（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐの場合も、屈折率制御の観点から、Ａｌ組成ｘについては上限は０．６以下が好ましく、０．５以下がより好ましいく、０．５以下が最も好ましい。下限は、０以上が好ましい。光ガイド層は、クラッド層よりもＡｌ組成を低減できることから、エッチング等のプロセス時の表面酸化を低減できる利点もある。光ガイド層の厚みは、上限は０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。下限は０．００５μｍ以上が好ましく、０．０１μｍ以上がより好ましい。
【００２１】
ＧａＩｎＰ又はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層は、バルク活性層でもよいが、低しきい値化、応答速度向上の観点から、単数もしくは複数の量子井戸層を有する量子井戸層及び前記量子井戸層を挟むバリア層及び又は光閉じ込め層により構成されることが好ましい。活性層に量子井戸構造とすることにより、単層のバルク活性層と比較して、短波長化（６３０ｎｍ〜６６０ｎｍ）かつ低しきい値化、高速応答化ができる。この場合、高温動作を向上させるために、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造にしたり、この場合、高温動作を向上させるために、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造にしたり、量子井戸層に圧縮（ＧａxＩｎ1-xＰ、ｘ＜０．５２）あるいは引っ張り（ＧａxＩｎ1-xＰ、ｘ＞０．５２）の歪みが加えられることが有効である。さらに、応答速度を向上させるために、活性層のバリア層及び又は光閉じ込め層に不純物をドープする変調ドープ構造とすることが好ましい。
【００２２】
活性層内のキャリア濃度は特に限定されないが、量子井戸層及びバリア層については特に不純物ドープをすることなく、アンドープの状態（この場合でもわずかに（通常、１×１０17ｃｍ-3以下）第１又は第２導電型になっている）であることが、素子の性能の向上及び安定化の点からより好ましく、光閉じ込め層も少なくとも量子井戸層に近い部分はアンドープの状態であることが好ましい。
【００２３】
量子井戸層の厚みは、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、３〜７ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合、６〜１０ｎｍが好ましく、７〜９ｎｍがより好ましい。
井戸層の厚みは、２〜８ｎｍが好ましく、４〜６ｎｍがより好ましい。
光閉じ込め層は、Ｚｎ等の不純物の量子井戸層への混入（拡散）の防止、量子井戸層への閉じ込めの増加を図る観点から有効であり、光閉じ込め層の厚みを適切に選ぶことにより、レーザ発振しきい値電流の低減、寿命向上等を実現できる。具体的に、光閉じ込め層の厚みは、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合に、下限として３０ｎｍ以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。一方、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合は、下限として５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。上限として、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましい。
【００２４】
活性層内の量子井戸層の層数は、室温付近の発振波長が６３０〜６７０ｎｍの場合、温度特性の観点から、上限は６以下が好ましく、５以下がより好ましい。下限は、２以上が好ましく、３以上がより好ましい。一方、室温付近の発振波長が６７０〜７００ｎｍの場合は、上限は５以下が好ましく、４以下がより好ましい。下限は、１以上が好ましく、２以上がより好ましい。
【００２５】
第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰ化合物からなる第１クラッド層については、その上にほぼ屈折率の等しい第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなる第２導電型第２クラッド層が形成されていることから、キャリアの閉じ込めができる程度に膜厚を薄くすることができる。膜圧の下限としては、０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。膜圧の上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。キャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜３×１０18ｃｍ-3の範囲が好ましく、その範囲内では２×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が好ましい。
【００２６】
第２導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなる第２クラッド層については、その上に形成されるコンタクト層に光があまり滲み出さない程度の膜厚が必要である。膜厚は０．３〜３μｍの範囲が好ましく、その範囲内では０．５μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以下が好ましい。キャリア濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜３×１０18ｃｍ-3の範囲が好ましく、その範囲内では２×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が好ましい。
【００２７】
少なくとも活性層を含むリッジ構造を両側から挟む電流阻止層の底面は、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層の上面、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッド層の上面、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなる光ガイド層の上面のいずれかに接するように形成することが好ましい。すなわち、リッジ構造をエッチングで形成するときに、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰとＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰとの材料系の違いにより、第１導電型のＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッド層、第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなる光ガイド層のいずれかをエッチング停止層として機能させることができるため、リッジ構造の両脇でのクラッド層厚の均一性を向上させることが可能となり、レーザ特性の均一性、歩留まりを向上させることが可能となる。一方、リッジの両脇の層の底面を第１導電型のＧａＡｓバッファ層もしくは第１導電型のＧａＡｓ基板の上面に接するように形成するのは、以下の問題が発生するので好ましくない。すなわち、リッジの高さが大きくなるために、通過抵抗が高くなって、応答速度が向上できなくなったり、活性層の横幅（ストライプ幅）が広くせざるを得なくなり、しきい値電流の増大、横モードの不安定性を招く。また、電流阻止層と接するクラッド層よりもバンドギャップが小さいために、漏れ（リーク）電流を増大しやすくなり、レーザ特性及び信頼性を劣化させてしまうため好ましくない。
【００２８】
電流阻止層の材料は特に限定されず、誘電体であっても半導体であってもよい。誘電体と半導体にはそれぞれ以下に記載するような利点と欠点があるため、電流阻止層の材料はこれらの利点と欠点を考慮して適宜決定するのが好ましい。
電流阻止層の材料として誘電体を用いる場合は、例えばＳｉＮｘ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などを用いることができる。誘電体を用いると、低屈折率でかつ絶縁特性の優れた層を形成することができるなどの利点がある反面、熱伝導率が低いために放熱性が悪い、劈開性が悪い、平坦化しにくいためにジャンクション・ダウンで組み立てにくいなどの欠点も有している。
【００２９】
一方、電流阻止層の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすいためにジャンクション・アップで組み立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある反面、ｐｎ接合による容量増加によるＲＣ時定数を増加させてしまう、低屈折率にするためにＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＰなどの高Ａｌ組成化合物が必要になる時は表面酸化などの対策が必要であるなどの欠点がある。第２導電型第２クラッド層よりも低屈折率にすることや、ＧａＡｓ基板との格子整合を考慮すると、半導体としてＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰ、もしくはＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰを用いることが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰは、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰと比べて、熱伝導が悪い、自然超格子の形成による屈折率の変化、選択成長（リッジ側壁と底面）におけるＩｎ組成の不安定性などがあるので、選択成長時の保護膜へのポリの堆積防止（ＨＣｌ添加選択成長）ができるのであれば、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰを選択する方が好ましい。ただし、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰの場合は、Ａｌ組成がＡｌＡｓに近くなりすぎると潮解性を示すので、Ａｌ組成の上限は０．９５以下が好ましく、０．９０以下がより好ましく、０．８５以下が最も好ましい。活性層よりも低屈折率にする必要があることから、Ａｌ組成の下限は０．３０以上が好ましく、０．４０以上がより好ましく、０．４５以上が最も好ましい。
【００３０】
電流阻止層の屈折率は電流阻止層に挟まれた活性層の屈折率よりも低くすることにより、単一横モード発振や動作電流を低減することが可能となる。電流阻止層と活性層との屈折率差が大きすぎると、活性層内に光が閉じこもりすぎるために、電流−光出力におけるキンクレベル及び光学的端面損傷（ＣＯＤ）レベルが低減するという問題が生じる。一方、電流阻止層と活性層との屈折率差が小さすぎる場合、活性層の外側へ光が漏れやすくなるために、発振しきい値電流の上昇や電流−光出力における効率が低下するという問題が生じる。これらのことを考え併せて、電流阻止層と活性層との屈折率差は、電流阻止層が化合物半導体の場合、下限は０．００１以上が好ましく、０．００３以上がより好ましく、０．００７以上が最も好ましい。上限は、１．０以下が好ましく、０．５以下がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。電流阻止層が誘電体の場合、下限は０．１以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．７以上が最も好ましい。上限は、３．０以下が好ましく、２．５以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。
【００３１】
電流阻止層のバンドギャップを電流阻止層に挟まれた活性層のバンドギャップよりも大きくすることにより、活性層に有効に電流を注入することができるようになり、発振しきい値電流の低減や温度特性を向上させることができる。
電流阻止層は、光分布（特に横方向）制御あるいは電流阻止機能向上の観点から、屈折率あるいはキャリア濃度又は導電型の異なる２つ以上の層から形成してもよい。リッジ構造の場合は、電流阻止層の表面側に電流阻止機能の向上、表面酸化の抑制あるいはプロセス上の表面保護などの目的から、表面保護層を形成してもよい。表面保護層の導電型は特に規定しないが、ＧａＡｓ基板を用いている場合は、第２導電型キャップ層はＡｌxＧａ1-xＡｓが好ましく、この時のＡｌ組成は０．４以下が好ましく、０．２以下がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。
【００３２】
電流阻止層の導電型は、第１導電型、第２導電型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成する不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）のいずれか１種または２種以上の組み合わせで構成することができる。また、導電型あるいは組成の異なる複数の層から形成されてもよい。リッジ脇を構成する電流阻止層は、その底面が接する層と反対の導電型あるいは高抵抗とすることが好ましい。また、厚みについては、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、下限は０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上であり、リッジの高さ等を勘案して、上限は５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００３３】
第２導電型第２クラッド層の表面に酸化防止、プロセス上の保護などの目的で第２導電型のキャップ層を形成してもよい。ＧａＡｓ基板を用いている場合は、第２導電型キャップ層はＡｌxＧａ1-xＡｓが好ましく、ｘは０．４以下が好ましく、０．２以下がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。キャリア濃度については、下限は１ｘ１０17ｃｍ-3以上が好ましく、３ｘ１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、５ｘ１０17ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は２ｘ１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５ｘ１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、３ｘ１０19ｃｍ-3以上が最も好ましい。キャップ層のキャリア濃度を高く（５ｘ１０18ｃｍ-3以上）設定することにより、コンタクト層として機能させることができる。
【００３４】
電流狭窄部の上に電極を形成する際には、電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キャリア濃度）のコンタクト層を介して電極材料を形成することが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成することが好ましい。
このとき、クラッド層は活性層より屈折率が小さい材料を選択し、コンタクト層はクラッド層よりバンドギャップが通常小さい材料を選択し、金属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャリア密度（ｃｍ-3）を有するのが好ましい。キャリア密度の下限は、１×１０18以上が好ましく、３×１０18以上がより好ましく、５×１０18以上が最も好ましい。上限は、２×１０20以下が好ましく、５×１０19以下がより好ましく、３×１０18以下が最も好ましい。
【００３５】
基板あるいはバッファ層とクラッド層との間、もしくはキャップ層あるいはコンタクト層とクラッド層との間に、バンドギャップ不連続による通過抵抗の増大を抑制することなどのために、組成を徐々に変化させた組成クレード層を挿入してもよい。
【００３６】
上述のクラッド層や電流阻止層等に用いるドーパントの種類は、各層に求められる機能を発揮しうる範囲内で適宜選択することができる。ｐ型の層がＡｌＧａＡｓＰ系化合物層である場合には、ドーパントとしてＺｎ、Ｃ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み合わせが好ましく、ｐ型の層がＡｌＧａＩｎＰ系化合物である場合にはドーパントとしてＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ及びこれらの組み合わせが好ましい。又ｎ型ドーパントとしてはＳｉ、Ｓｅ、Ｔｅ及びこれらの組み合わせが好ましい。
【００３７】
閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、電流阻止層の開口部で定義されるストライプ領域が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びていることが好ましい。この理由は、ストライプ領域を［０１−１］方向に選んだ方が、［０１１］方向よりも誘導放出確率を大きくでき、低しきい値化が達成できるからである。
【００３８】
高出力動作を実現するには、ストライプ幅を広くすることが端面での光密度低減の観点から有効であるが、動作電流を低減するためにはストライプ幅を狭くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そこで、図２（ａ）に示すように、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近のストライプ幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることにより、低動作電流と高出力動作を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる。
【００３９】
一方、円形に近いビームを実現するには、ストライプ幅を狭くすることが有効であるが、ストライプ幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制の観点から好まくない。そこで、図２（ｂ）に示すように、ゲイン領域となる中央付近のストライプ幅Ｗ２を比較的広くし、端部付近のストライプ幅Ｗ１を比較的狭くなるようにすることにより、ビームスポット低減と低動作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる。
【００４０】
中央から端部付近へかけては、図２に示すようにストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分を設けることが好ましい。ストライプ幅が一定である端部の長さは、所望の特性に応じて設計すればよい。劈開精度の観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。ストライプ幅が漸増あるいは漸減する部分の長さは、導波路損失低減の観点から５〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。
【００４１】
ただし、必要に応じて、以下のようにストライプの窓を作製してもよい。
（１）幅一定の端部、漸増あるいは漸減部分のストライプ幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。
（２）幅一定の端部を形成せずに、端部まで幅が漸増あるいは漸減するようにしたもの。
（３）片側（通常は高出力光取り出し側である前端面）の端部だけストライプ幅が漸増あるいは漸減するようにしたもの。
（４）端部のストライプ幅が前端面と後端面とで異なるもの。
（５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせたもの。
【００４２】
また、端面付近に電極を設けないようにすれば、以下の効果がある。
（１）端部での再結合電流を低減することは、高い信頼性での高出力動作が実現可能となる（特に中央部より幅を広くしている場合）。
（２）端部近傍のストライプ領域への電流注入によるバルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減することは、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の作製が容易になる（特に中央部より幅を広くしている場合）。
【００４３】
本発明の半導体発光装置を製造する方法は特に制限されない。結晶の成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の公知の成長法を用いることができる。各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／ＩＩＩ比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）にするのが好ましい。
【００４４】
活性層上にリッジ構造を形成する場合、リッジ上部にＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉからなる群から保護膜を形成する。これらの保護膜は、エッチング用及び電流阻止層の選択成長用に用いられ、プロセスの簡素化、エッチング（ドライエッチング及び又は反応性ガスエッチング）／選択成長の連続プロセスの実現の観点から、エッチング及び選択成長に同一保護膜が用いられることが好ましい。電流阻止層を選択成長により形成する方法が一般的に用いられる。この場合、成長温度６００〜７００℃、Ｖ／ＩＩＩ比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）とするのが好ましい。特に保護膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が防止されるため非常に好ましいが、Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ開口部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣｌ導入量は増加する。そこで、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。ただし、リッジにＩｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。
【００４５】
なお、ＭＯＣＶＤ装置（反応室）内で活性層などの半導体層を「その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）」エッチングするときは、反応性ガスであれば特に限定しないが、ＨＣｌ等ハライドガス、Ｃｌ2等のハロゲンガスを用いるのが好ましい。ＭＯＣＶＤ反応室内への反応性ガス導入量は、Ｈ2キャリアガスとの流量との比が０．０００５〜０．０５程度となることが好ましい。
上記以外に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせることが可能である等、本発明は様々なリッジ導波型の半導体発光装置に応用可能である。
【００４６】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、割合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に制限されるものではない。
【００４７】
（実施例）
本実施例では、結晶成長法として、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるＭＯＶＰＥ法を用いて、図１に示す断面構造を有する半導体発光装置を製造した。まず、最初に（１００）面から［０−１−１］Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ０．１μｍのＳｉドープＡｌＧａＡｓ組成グレード層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０２、厚さ１．５μｍのＳｉドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０３、厚さ０．１μｍのＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ光ガイド層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０４、厚さ０．１５μｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０５、厚さ７０ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐ光閉じ込め層１０６あるいは厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層１０７に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのノンドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層１０８（４層）からなる四重量子井戸（ＱＱＷ）活性層１０９、厚さ０．１μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ＝７ｘ１０17ｃｍ-3）１１０、厚さ１．２μｍのＺｎドープｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５ｘ１０18ｃｍ-3；屈折率３．２９、波長６５５ｎｍ）１１１、厚さ０．１μｍのＺｎドープＡｌＧａＡｓ組成グレード層（ｐ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１１２、厚さ０．２μｍのＺｎドープＧａＡｓキャップ層（ｐ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１１３を順次積層することにより、ダブルへテロ構造を形成した（図１（ａ））。
【００４８】
次にこのダブルへテロ基板の表面にＳｉＮｘ保護膜１１４を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ法によりこのＳｉＮｘ膜１１４にオフアングルの方向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅５μｍのストライプ状のＳｉＮｘ保護膜１１４を２５０μｍ間隔で多数形成した。
続いてＳｉＮｘ保護膜１１４をエッチングマスクとして、エッチングすべき材料に適したエッチャントを選択して、複数回のウェットエッチングにより、ＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ光ガイド層（ｎ＝１ｘ１０18ｃｍ-3）１０４が露出するまでエッチングを行った。その結果、活性層の横幅が約３μｍ、底部の横幅が約３．５μｍのストライプ状のリッジが形成された。
【００４９】
リッジが形成されたウェハをＭＯＣＶＤ装置に設置して、厚み１．５μｍのアンドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ電流阻止層（比抵抗１０5Ω・ｃｍ以上；屈折率３．４２、波長６５５ｎｍ）１１５、厚み０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ表面保護層（ｎ＝２．０ｘ１０18ｃｍ-3）１１６をエッチングにより形成されたリッジ構造の両脇にＭＯＣＶＤ法により成長させた。このとき、高抵抗のＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓ電流阻止層１１５の成長中にＳｉＮｘ膜１１４上への多結晶の堆積を抑制するのに十分な流量のＨＣｌガスを成長用基板に対してガス流の上流側から導入した。
ＳｉＮｘ膜１１４を除去した後、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝２．０ｘ１０19ｃｍ-3）１１７を３μｍ成長させて本発明のエピタキシャルウェハの製造を終了した（図１（ｂ））。
【００５０】
この後、ｐ側の電極１１８を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後に、ｎ側電極１１９を蒸着し、アロイした（図１（ｃ））。こうして作製したウエハーより、ファブリー・ペロー面を形成するために劈開によりチップバーに切り出して、レーザ共振器構造を形成した。このときの共振器長は３５０μｍとした。前端面３２％−後端面８０％の非対称コーティングを施した後、２次劈開によりチップに分離した。チップをジャンクション・ダウンで組立した後、連続通電（ＣＷ）にて電流−光出力、電流−電圧特性を測定した。
【００５１】
２５℃において、発振波長が平均６５５ｎｍ、しきい値電流が平均１０ｍＡと低いこと、スロープ効率が平均０．６ｍＷ／ｍＡと高いこと、動作電圧が平均２．２Ｖと低いことが確認された。従来のロスガイドレーザに比べて、ストライプ幅を比較的狭くしている割には、低い動作電圧が得られたのは、リッジ部が低抵抗になるようにＡｌＧａＡｓとしていることが原因と考えられる。５ｍＷ出力における垂直広がり角は平均３０°、水平広がり角は平均２５°であり、ほぼ円形に近いの単一ピークの遠視野像（ビーム広がり角）が得られることが確認され、光ファイバーとの結合効率を向上させやすいことが判った。また、８０℃においても、しきい値電流が平均３０ｍＡの低いしきち値電流で発振し、最高１００℃の高温までレーザ発振を達成できた。マルチモードのＧＩ（Graded Index）型ＰＯＦと試作したレーザを用いた信号伝送実験で、１００ｍの長さで２．５ｂｐｓまでのきれいなアイパターン伝送が確認でき、試作したレーザ素子は高速応答性に優れることが判明した。本実施例のように、リッジ部及び電流阻止層をＡｌＧａＡｓとし、かつ活性層を歪み量子井戸とした埋め込み構造により、活性層外部への漏れ電流、導波路損失及びリッジ部通過抵抗を低減できることから、しきい値電流、動作電流及び動作電圧が低くでき、かなりの高温までレーザ発振させることができたと考えられる。さらに、制御性良くリッジ形状を決めることができたため、諸特性のバッチ内及びバッチ間のばらつきも小さいことが判明した。
これらの結果から、本実施例の半導体レーザは光ファイバーを用いた短距離光通信、光データリンク用光源などに利用されることがわかる。また、高い信頼性（８０℃の高温における５ｍＷ出力での１０００時間以上安定動作）が得られることが確認されている。
【００５２】
（実施例２）
ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１１０、ノンドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層１０８を４層含む四重量子井戸（ＱＱＷ）活性層１０９及びｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０５をエッチングする工程において、埋め込み成長直前にＭＯＣＶＤ成長室にＨＣｌガスを導入し、反応性ガスエッチングを施して、ｎ型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ光ガイド層１０４までエッチングを行い、さらにエッチング後大気にさらすことなく引き続いて、ＭＯＣＶＤ装置内で電流阻止層の埋め込み成長を行ったこと以外は実施例１と同一プロセスでチップを作製した。実施例１と同様に良好なレーザ特性が得られ、特に非常に高い信頼性（８０℃の高温における５ｍＷ出力での１０，０００時間以上安定動作）が得られた。このことは、活性層両脇及びリッジ両脇の底面の酸化が低減できたことから、活性層内部への転位伝搬や欠陥を介したリーク電流の増大による素子の劣化を実施例１よりも抑制できたことによるものと考えられる。
【００５３】
実施例１及び２に基づいたレーザ素子試作結果から、良好なレーザ特性（動作電流、最高光出力、最高発振温度等）、高速応答性、低いビームアスペクト比（より円形に近いビーム形状）を得るために好適な条件が次のように確認された。活性層の横幅については、下限は１．０μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以上がより好ましい。上限については、５μｍ以下が好ましく、４μｍ以下がより好ましい。また、共振器長の長さについては、下限は１５０μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上がより好ましい。上限については、７００μｍ以下が好ましく、６００μｍ以下がより好ましい。
【００５４】
また、実施例１及び２では、組立方法としてジャンクション・ダウンを用いたが、半田の這い上がりの懸念から、通信用ではジャンクション・アップ組立とする。すなわちチップ発光点が上側となり、エピタキシャル面側電極がサブマウントもしくはヒートシンクと半田によりアロイ接合させることもあるが、本発明の半導体発光装置では、従来の素子構造よりも発熱を大幅に低減できているので、ジャンクション・アップでも高温でのレーザ特性や信頼性が優れることは言うまでもない。
【００５５】
実施例のリッジ形成時のエッチング工程において、ｐ型ＧａＡｓキャップ層及びｐ型Ａｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層のエッチングには、リン酸−過酸化水素系、酒石酸−過酸化水素系などが用いられる。本実施例では、リン酸：過酸化水素：水の混合組成比が１：１：１５となるエッチング液を使用した。また、ｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１１０、四重量子井戸（ＱＱＷ）活性層１０９及びｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層１０５のエッチングには、硫酸、塩酸、リン酸−塩酸系などが用いられる。本実施例では、上記のＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる層の組成に適したエッチャント液を使用し、複数回のエッチングを行った。これらのエッチングでは、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰとＡｌＧａＡｓとのエッチングレート選択比をお互いに大きくとることができるため、制御性良くリッジ形状を形成することができる。さらに、上記のエッチングは、ウェットエッチングに限るものではなく、リッジ形状制御あるいはリッジ側壁及リッジ両脇底面の酸化低減の観点から、ドライエッチングあるいは反応性ガスエッチングで形成してもよい。ドライエッチングでは、形状制御（面方位の影響を受けない）という利点があるものの、損傷（ダメージ）が入りやすいあるいは残留生成物があるなどの欠点を有しているので、ウェット処理（表面エッチング）あるいは反応性ガスエッチングと組み合わせて用いることも有効である。本実施例において、活性層の左右両脇がエッチングで露出されるので、高信頼化の観点から、活性層をエッチングする工程において、ドライエッチングあるいは反応性ガスエッチングで形成することが好ましく、さらにエッチング後大気にさらすことなく引き続いて、電流阻止層の埋め込み成長を行うことがより好ましい。このとき、ＭＯＣＶＤ装置内での反応性ガスエッチングは、その後の選択成長と基本的に同じ条件（基板温度、反応室内圧力、ガス流量等）で行う（気相エッチング）ことが、エッチングから成長への切り替え時間低減の観点から好ましい。
【００５６】
上記のＭＯＣＶＤ法において、使用した原料ガスとしてＩＩＩ族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にはアルシン（ＡｓＨ3）及びホスフィン（ＰＨ3）を、キャリアガスには精製により高純度化された水素（Ｈ2）を用いた。また、ｐ型ドーパントにはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパントにはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を用いた。
上記実施例における結晶成長条件は、成長温度６５０〜７５０℃、圧力１０2ｈＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比２５〜５０（ＡｌＧａＡｓ）及び５００〜７５０（ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰ）、成長速度２〜５μｍ／ｈｒ（ＡｌＧａＡｓ）及び１〜２μｍ／ｈｒ（ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＰ）であった。また、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層の成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／ＩＩＩ族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．３となる様に導入した。
【００５７】
実施例２におけるガスエッチング（気相エッチング）条件は、基本的には後の成長条件と同じになるように設定した。例えば、基板温度６５０〜７５０℃、圧力１０2ｈＰａ、ＨＣｌガス導入量５０ｓｃｃｍ（ＨＣｌ／Ｈ2のモル比０．００５）とした。
上記実施例では基板側にｎ型の基板を用いたが、ｐ型基板を用いて上記の構造の各層の導電型を反転させてエピタキシャルウェハを作製してもよい。また、結晶成長法はＭＯＶＰＥ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法、ＣＢＥ法等の気相成長法においても本発明の半導体発光素子を良好に製造することができる。
【００５８】
半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比較的薄いために（通常０．１μｍ以下）、亜鉛およびセレンのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用いると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこして反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣化させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題を生じ易かった。Ｚｎ拡散を抑制するための方法として、ｎ側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みたが、表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結晶品質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。そこで、本発明のようにＡｌＧａＩｎＰクラッド層の厚みを極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量を低減させることができ、拡散を防止するための余分なドービングが不要になった。そのためにｎ型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3以下に抑えることができ、結晶品質及び素子特性を向上することができた。
【００５９】
活性層を量子井戸構造等のような超薄膜にすると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要となる。そこで本発明では、ｐ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物クラッド層のドーピング不純物としてＣを、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層のドーピング不純物としてＢｅまたはＭｇを、ｎ型ＡｌＧａＡｓＰ系化合物クラッド層及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰ系化合物クラッド層のドーピング不純物としてＳｉをそれぞれ用いることにより不純物拡散をさらに低減させ、素子作製の歩留りや再現性を大きく向上させることができた。
【００６０】
また、ＡｌＧａＡｓＰ系化合物はＡｌＧａＩｎＰ系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低い等の利点も有しており、電流狭窄のために形成されるリッジ部をＡｌＧａＡｓＰ系化合物にすることにより、従来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減することができた。このことにより、素子の特性や信頼性の向上も図ることができた。
【００６１】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物に特有な原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少すなわち発光波長の短波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの良化及び安定化に関しては面方位を（１００）から〔０１１〕方向に５〜２５度傾斜させた第１導電型のＧａＡｓ基板を用いることが有効であった。
また、発光層のＡｌ組成の低減化は、素子の信頼性、寿命の向上の点で重要であるが、これは、ＧａＡｓＰ基板を用いることにより容易に達成することができた。このときは、格子整合を取るためにＡｌＧａＡｓＰクラッドを採用するのが好ましい。
さらに、本発明により成長時間及び原料コストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いにはかることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置による安定生産が可能となった。
【００６２】
（比較例）
ｎ型及びｐ型のＡｌＧａＡｓクラッド層１０３、１１１は使用せず、クラッド層をＡｌＧａＩｎＰ単一層とし、ｎ型及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１０５、１１０の厚みをそれぞれ２．０μｍ、１．５μｍとし、ＡｌＧａＡｓ組成グレード層１０２、１１２は使用せず、かわりに同じ厚みのＧａ0.52Ｉｎ0.48Ｐからなる中間バンドギャップ層を形成したこと以外、実施例１と同一の条件でレーザチップを作製した。チップジャンクション・ダウンで組立した後、連続通電（ＣＷ）にてレーザ特性を測定した。２５℃において、しきい値電流は平均１５ｍＡであり実施例１とあまり大きく変わらなかったが、５ｍＷにおける動作電圧が２．５Ｖとかなり高くなった。６０℃では、しきい値電流が平均５０ｍＡまでに上昇し、最高発振温度は８０℃までであった。このように、リッジ部をＡｌＧａＩｎＰとした埋込構造であることから、リッジ部通過抵抗が高くなるために、動作電圧が高くなったり、発熱による高温でのしきい値電流の増大しやすくなることが、レーザ特性劣化の要因と考えられる。
また、レーザチップの組立方式をジャンクション・アップにすると、発熱の問題が更に深刻になり、レーザ特性や信頼性はさらに悪化した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明にしたがって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視光（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザ構造を埋め込み構造とし、特にチップ作製プロセスにおいて活性層のエッチング後に大気にさらすことなく電流阻止層を埋込成長を行うことにより、光ファイバーとの結合に適したほぼ円形に近いビームを形成でき、かつ低いしきい値電流、高い最高発振温度、高い信頼性等の優れたレーザ特性を有する半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体発光装置及びその製造方法を説明する断面説明図である。
【図２】  本発明の半導体発光装置における共振器方向のストライプ幅の変化を説明する平面図である。
【図３】  ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオードの模式的構造を説明する断面説明図である。
【符号の説明】
１０１：  基板
１０２：  ｎ型組成グレード層
１０３：  ｎ型第１クラッド層
１０４：  光ガイド層
１０５：  ｎ型第２クラッド層
１０６：  光閉じ込め層
１０７：  バリア層
１０８：  量子井戸層
１０９：  活性層
１１０：  ｐ型第１クラッド層
１１１：  ｐ型第２クラッド層
１１２：  ｐ型組成グレード層
１１３：  ｐ型キャップ層
１１４：  ＳｉＮｘ保護膜
１１５：  ｎ型電流阻止層
１１６：  ｎ型保護層
１１７：  ｐ型コンタクト層
１１８：  ｐ側電極
１１９：  ｎ側電極
Ｗ１：  端部近傍のストライプ幅
Ｗ２：  中央部のストライプ幅
３０１：  基板
３０２：  ｎ型クラッド層
３０３：  活性層
３０４：  ｐ型クラッド層
３０５：  ｎ型電流阻止層
３０６：  ｐ型コンタクト層
【図１】
0003889896.tif 000002
【図２】
0003889896.tif 000003
【図３】
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