(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの主面と、前記２つの主面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）の面が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の段差基板と、
前記段差基板上に配置され、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した主面に沿う部分と（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面に沿う部分とを有する活性層と、
前記活性層上に接して配置されたｐ型クラッド層と、
前記ｐ側クラッド層上に配置され、斜面に沿う部分においてｐ型導電性を示し、主面に沿う部分においてｎ型導電性を示し、かつ前記ｐ型クラッド層とは構成元素の少なくとも一部が異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成された電流狭窄層と
を有し、
前記ｐ型クラッド層及び前記電流狭窄層の材料が、それぞれＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎＰであるか、またはＡｌＩｎＡｓ及びＩｎＰである半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記電流狭窄層の斜面に沿う部分の面方位と主面に沿う部分の面方位とにおける不純物の取り込まれ率の差が、前記ｐ型クラッド層のそれよりも大きい請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの主面と、前記２つの主面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）の面が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の段差基板と、
前記段差基板上に配置され、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した主面に沿う部分と（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面に沿う部分とを有する活性層と、
前記活性層上に接して配置され、ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層と、
前記ｐ側クラッド層上に配置され、斜面に沿う部分においてｐ型導電性を示し、主面に沿う部分においてｎ型導電性を示し、かつ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（ｘは０≦ｘ≦０．４の実数）で形成された電流狭窄層と
を有し、前記電流狭窄層の斜面に沿う部分の面方位と主面に沿う部分の面方位とにおける不純物の取り込まれ率の差が、前記ｐ型クラッド層のそれよりも大きい半導体レーザ装置。
【請求項４】
（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの主面と、前記２つの主面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）の面が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の段差基板を準備する工程と、
前記段差基板上に、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した主面と（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を有する活性層をエピタキシャルに成長させる工程と、
前記活性層の上にｐ型クラッド層をエピタキシャルに成長させる工程と、
前記ｐ型クラッド層の上に、斜面に沿う部分でｐ型導電性を示し、主面に沿う部分でｎ型導電性を示し、かつ前記ｐ型クラッド層とは構成元素の少なくとも一部が異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成された電流狭窄層をエピタキシャルに成長させる工程と
を含み、
前記ｐ型クラッド層及び前記電流狭窄層の材料が、それぞれＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎＰであるか、またはＡｌＩｎＡｓ及びＩｎＰである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、半導体レーザ装置に関し、特に製造プロセスが簡単で高性能の半導体レーザ装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の０．６μｍ帯のリッジ型半導体レーザ装置の斜視図を示す。ｎ型のＧａＡｓ基板５０の上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層５１、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５２、ＡｌＧａＩｎＰ系の多重量子井戸活性層５３、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰクラッド層５４、ｐ型のＧａＩｎＰエッチングストップ層５５がこの順番に積層されている。
【０００３】
エッチングストップ層５５の表面の一部の領域上に、リッジ型のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド領域５６が形成されている。クラッド領域５６の両側に、ｎ型の電流ブロック層５７が埋め込まれている。クラッド領域５６及び電流ブロック層５７の上に、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層５８が形成されている。
【０００４】
横方向（レーザ光の放射方向に対して直交する方向）の光閉じ込めを行うために、電流ブロック層５７には、クラッド領域５６よりも屈折率の小さな材料、または発光波長の光を吸収する材料が使用される。クラッド領域５６よりも屈折率の小さな材料を使用する構成が実屈折率ガイド構造と呼ばれ、発光波長の光を吸収する材料を使用する構成がロスガイド構造と呼ばれる。
【０００５】
実屈折率ガイド構造を採用する場合には、電流ブロック層５７として、Ａｌを含む材料を使用することになる。ところが、Ａｌを含む材料を選択成長させてクラッド領域５６の両側を埋め込むことは困難である。このため、一般的に、電流ブロック層５７として０．６μｍ帯の光を吸収するＧａＡｓを用いたロスガイド構造が採用される。
【０００６】
図７は、本発明者の先の提案（特願平４−２５０２８０号）による０．６μｍ帯の斜面発光型半導体レーザ装置を示す。ｎ型ＧａＡｓ基板７１は、（１００）面から６°オフした主面を有し、段差部の斜面には（４１１）Ａ面等が表出している。ＧａＡｓ基板７１の上には、ｎ型ＧａＡｓバッファ層７２が形成され、その上にｎ型ＧａＩｎＰ中間層７３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７４が形成されている。ＧａＩｎＰ中間層７３は、ＧａＡｓバッファ層７２とＡｌＧａＩｎＰクラッド層７４の中間のバンドギャップを有し、ヘテロ界面による電位障壁を緩和する。
【０００７】
ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７４の上にＡｌＧａＩｎＰ系の多重量子井戸活性層７５が形成されている。活性層７５はノンドープであり、下地結晶の形状にならって平坦部と斜面部とを有する。活性層７５の上に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７６、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層７７、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層７８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層７９、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層８０が積層されている。
【０００８】
電流狭窄層７７は、ｐ型不純物であるＺｎとｎ型不純物であるＳｅを同時にドープすることにより形成される。ｐ型不純物であるＺｎは、（１００）面における取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面における取り込まれ率の方が高い。逆に、ｎ型不純物であるＳｅは、（１００）面における取り込まれ率よりも（１１１）Ａ面における取り込まれ率が低い。ＺｎとＳｅの取り込まれ率の面方位依存性の相違により、電流狭窄層７７は、斜面部分７７ａにおいてｐ型になり、主面部分７７ｂにおいてｎ型になる。ｐ型コンタクト層８０とＧａＡｓ基板７１との間に電流を流すと、電流狭窄層７７のために電流が斜面部に集中する。
【０００９】
活性層７５の斜面部に電流が流れると、発光性再結合が行われ、発光する。活性層７５は、斜面部の両端において屈曲している。このため、活性層７５の斜面部に発生した光が横方向に広がろうとすると上下クラッド層中に浸入してしまう。クラッド層は活性層よりも屈折率が低いため、レーザ光の横方向の分布が斜面部内に制限される。すなわち、実屈折率ガイド構造による横方向の光閉じ込めが行われる。
【００１０】
不純物の種類により取り込まれ率の面方位依存性が異なる傾向を示すことを利用して、一連の結晶成長工程によって、自己整合的に電流閉じ込め構造を形成することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信の分野において、Ｅｒドープ光ファイバによる光増幅用の励起光源として、０．９８μｍ帯の半導体レーザ装置が注目されている。
【００１２】
図６に示すリッジ型半導体レーザ装置で０．９８μｍ帯の発光を得るためには、活性層５３としてＧａＩｎＡｓ系の材料を用い、かつ電流ブロック層５７として波長０．９８μｍの光を吸収する材料を用いなければならない。ＧａＡｓは、波長０．９８μｍの光を吸収しないため、ＧａＡｓよりもバンドギャップの小さな材料を用いる必要があるが、クラッド領域５６の両側を埋め込むことのできる適当な材料がない。従って、リッジ型の構造で０．９８μｍ帯の導波モードの安定したレーザ装置を得ることは容易ではない。
【００１３】
図７に示す斜面発光型レーザで０．９８μｍ帯のレーザ発振を行うためには、活性層７５としてＧａＩｎＡｓ系の材料を用いる。この場合、活性層７５の上下のクラッド層に使用可能な材料として、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、及びＡｌＧａＡｓが考えられる。
【００１４】
クラッド層としてＡｌＧａＩｎＰを使用する場合には、その成長温度を７００℃程度とした高温成長を行う必要がある。しかし、７００℃程度の高温成長を行うと、Ｖ族元素としてＡｓのみを含む活性層７５とＶ族元素としてＰのみを含むｐ型クラッド層７６との界面（Ａｓ−Ｐ界面）が劣化してしまう。従って、このＡｓ−Ｐ界面よりも上に形成される層の結晶性が悪くなる。
【００１５】
クラッド層としてＧａＩｎＰを使用する場合には、ＡｌＧａＩｎＰを用いる場合に比べて低温で成長させることが可能である。しかし、斜面発光型レーザで使用される４〜１０°程度のオフ基板上に成長させると、結晶成長面上に細かい段差が形成されるステップパンチング現象が起こりやすくなる。特に、厚さ２μｍ以上の厚い膜を形成する場合に、ステップパンチング現象が起こりやすい。
【００１６】
クラッド層としてＡｌＧａＡｓを用いる場合には、不純物取り込み率の面方位依存性が小さくなる。例えば、ＡｌＧａＡｓを用いた場合の（１００）面の６°オフ基板の主面と（４１１）Ａ面との間におけるＺｎやＳｅに対する取り込まれ率の差は、ＡｌＧａＩｎＰやＧａＩｎＰを用いた場合のそれの約１／４である。このため、ｎ型及びｐ型の不純物取り込まれ率の差を利用して電流狭窄層７７を形成することは容易ではない。不純物取り込まれ率の面方位依存性を大きくするためには、Ｐ系の材料を用いることが好ましい。
【００１７】
このように、０．９８μｍ帯の斜面発光型レーザのクラッド層として適した材料が見当たらない。
【００１８】
また、ＧａＩｎＡｓＰ系の半導体レーザ装置においては、クラッド層としてＰ系の材料よりもＡｌＩｎＡｓを用いることが好ましい。クラッド層としてＡｌＩｎＡｓを用いると、ＡｌＧａＡｓを用いる場合と同様に、電流狭窄層７７の形成が困難になる。
【００１９】
本発明の目的は、種々の活性層材料に対し、クラッド層及び電流狭窄層を比較的容易に形成することができる斜面発光型半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの主面と、前記２つの主面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）の面が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の段差基板と、前記段差基板上に配置され、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した主面に沿う部分と（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面に沿う部分とを有する活性層と、前記活性層上に接して配置されたｐ型クラッド層と、前記ｐ側クラッド層上に配置され、斜面に沿う部分においてｐ型導電性を示し、主面に沿う部分においてｎ型導電性を示し、かつ前記ｐ型クラッド層とは構成元素の少なくとも一部が異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成された電流狭窄層とを有し、前記ｐ型クラッド層及び前記電流狭窄層の材料が、それぞれＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎＰであるか、またはＡｌＩｎＡｓ及びＩｎＰである半導体レーザ装置が提供される。
【００２１】
本発明の他の観点によると、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した２つの主面と、前記２つの主面を接続し、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）の面が表出した斜面を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の段差基板を準備する工程と、前記段差基板上に、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面が表出した主面と（ｋ１１）Ａ面（ｋは３≦ｋ≦７の実数）が表出した斜面を有する活性層をエピタキシャルに成長させる工程と、前記活性層の上にｐ型クラッド層をエピタキシャルに成長させる工程と、前記ｐ型クラッド層の上に、斜面に沿う部分でｐ型導電性を示し、主面に沿う部分でｎ型導電性を示し、かつ前記ｐ型クラッド層とは構成元素の少なくとも一部が異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により形成された電流狭窄層をエピタキシャルに成長させる工程とを含み、前記ｐ型クラッド層及び前記電流狭窄層の材料が、それぞれＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎＰであるか、またはＡｌＩｎＡｓ及びＩｎＰである半導体レーザ装置の製造方法が提供される。
【００２２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長時における不純物の取り込まれ率は、面方位によって異なる。２種類の面方位が表出した段差基板上に不純物をドープしながら結晶成長を行うと、面内において不純物の濃度分布を形成することができる。ｐ型不純物とｎ型不純物の取り込まれ率の面方位依存性が相互に異なる傾向を示す場合には、双方の不純物をドープしながら結晶成長を行うことにより、ｎ型領域とｐ型領域の２種類の領域を形成することができる。例えば、斜面に沿う部分をｐ型にし、主面に沿う部分をｎ型にすることができる。
【００２３】
ｐ型クラッド層の材料と電流狭窄層の材料が異なるため、それぞれ好適な材料を選択することができる。ｐ型クラッド層と電流狭窄層の双方に適した材料がない場合でも、各層に別々の好適な材料を選択することにより、比較的容易に半導体レーザ装置を作製することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例による斜面発光型半導体レーザ装置を示す斜視図である。ＧａＡｓ基板１は、（１００）面から（１１１）Ａ面へ６°オフした主面を有し、４×１０18ｃｍ-3のＳｉをドープしたｎ型基板である。ＧａＡｓ基板１の主面には段差が形成され、段差間の領域は（４１１）Ａ面の斜面であり、主面と斜面とのなす角度は約１４°である。この斜面は、〔０１−１〕方向に延在する。段差の高さは約０．５μｍである。
【００２５】
ｎ型ＧａＡｓ基板１の上に、厚さ約１．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２が形成されている。このＧａＡｓバッファ層２には、ｎ型不純物としてＳｉが添加されており、その濃度は約５×１０17ｃｍ-3である。
【００２６】
ｎ型ＧａＡｓバッファ層２の上に、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓからなる厚さ約２．０μｍのｎ型クラッド層３が形成されている。このｎ型クラッド層３にも、ｎ型不純物としてＳｉが添加されており、その濃度は約１×１０18ｃｍ-3である。ｎ型クラッド層３の上に、歪ＭＱＷ活性層４が形成されている。
【００２７】
図１（Ｂ）は、活性層４の断面図を示す。ＧａＡｓからなる厚さ約５ｎｍのバリア層４ｂとＧａ0.8 Ｉｎ0.2 Ａｓからなる厚さ約７ｎｍのウェル層４ａが交互に積層され、２層のウェル層４ａと３層のバリア層４ｂからなる積層構造が形成されている。この積層構造を、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓからなるガイド層４ｃが上下から挟んでいる。いずれの層もノンドープである。
【００２８】
図１（Ａ）に戻って、活性層４の上に、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓからなる厚さ０．２μｍのｐ型第１クラッド層５が形成されている。ｐ型第１クラッド層５には、ｐ型不純物としてＺｎが添加されている。
【００２９】
Ｚｎは、図２に示すように、結晶面方位に依存して取り込まれ率が大きく変化する。斜面部分は（４１１）Ａ面であり、主面が（１００）面から〔１１１〕Ａ方向に僅かに傾斜した面であるため、ｐ型第１クラッド層５内の斜面部分と主面部分のキャリア濃度が大きく異なる。斜面部分においてｐ型キャリア濃度が約５×１０17ｃｍ-3になるようにＺｎをドープしてある。このとき、主面部分でのｐ型キャリア濃度は約３×１０17ｃｍ-3である。
【００３０】
ｐ型第１クラッド層５の上に、（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる電流狭窄層６が形成されている。電流狭窄層６には、ｐ型不純物のＺｎとｎ型不純物のＳｅがドープされている。電流狭窄層６は、４層以上の積層構造で構成される。さらに、詳細に説明すると、Ｚｎを添加されたｐ型薄層と、Ｓｅを添加されたｎ型薄層が交互に積層される。
【００３１】
図２及び図３は、ＺｎとＳｅの結晶中への取り込まれ率の面方位依存性を示す。図２に示すように、Ｚｎの取り込まれ率は（１００）面で低く、（１１１）Ａ面等で高い。逆に、図３に示すように、Ｓｅの取り込まれ率は（１００）面で高く、（１１１）Ａ面等で低い。従って、ｐ型薄層は斜面部分でｐ型不純物濃度が高く、主面部分でｐ型不純物濃度が低い。逆に、ｎ型薄層は、斜面部分でｎ型不純物濃度が低く、主面部分でｎ型不純物濃度が高い。
【００３２】
本実施例においては、斜面部分でＺｎ濃度が約１．２×１０18ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が約２×１０17ｃｍ-3となり、主面部分でＺｎ濃度が約２×１０17ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が約８×１０17ｃｍ-3になる条件で各薄層を堆積した。なお、各層の厚さは約５ｎｍであり、３０周期の積層とする。すなわち、電流狭窄層６の全体の厚さは約０．３μｍである。
【００３３】
電流狭窄層６の主面部分をＳＩＭＳ等で調べると、不純物濃度が周期的に分布していることが判る。ただし、電気的には主面部分のｐ型薄層は空乏化され、全体的にｎ型層として機能する。斜面部分においては、ｐ型不純物濃度が高いのでｐ型不純物が拡散しており、斜面部分を全体としてｐ型層とするものと考えられる。ただし、ｎ型不純物の周期的分布は残存している。
【００３４】
図１に戻って説明すると、電流狭窄層６は、主面部分でｎ型の電流ブロック層６ｂを形成し、斜面部分でｐ型の第２クラッド層６ａを形成する。
【００３５】
電流狭窄層６の上に、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓからなる厚さ約１．６μｍのｐ型第３クラッド層７が形成されている。ｐ型第３クラッド層７には、ｐ型不純物としてＺｎが添加されており、その濃度は、斜面部分において約５×１０17ｃｍ-3、主面部分において約３×１０17ｃｍ-3である。
【００３６】
ｐ型第３クラッド層８の上に、ＧａＡｓからなる厚さ約１μｍのコンタクト層８が形成されている。ｐ型コンタクト層８には、ｐ型不純物としてＺｎが添加されており、その濃度は約２×１０18ｃｍ-3である。
【００３７】
図４は、参考のために、ｎ型不純物としてＳｅ、ｐ型不純物としてＺｎを用いたときのドーピングの効果を説明するためのグラフである。ＳｅとＺｎをそれぞれ単独にドープすると、●と○で示すような面方位依存性を示す。
【００３８】
これらを同時にドープすると、（１００）面ではｎ型不純物がｐ型不純物を補償して全体としてｎ型となり、（ｎ１１）Ａ面では、ｐ型不純物がｎ型不純物を補償して全体としてｐ型となる。
【００３９】
次に、図１に示した半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
（１００）面から〔１１１〕Ａ方向に約６°オフしたＳｉドープのｎ型ＧａＡｓ基板１を準備する。ｎ型ＧａＡｓ基板１の面上に、幅約１５０μｍのストライプ状ホトレジストマスクを１５０μｍ間隔で形成する。このホトレジストマスクは、〔０１−１〕方向に延在するように形成する。このホトレジストマスクの周期３００μｍは、半導体レーザチップの横幅に対応する。
【００４０】
このホトレジストマスクをエッチングマスクとし、ＨＦ系溶液によってＧａＡｓ基板１表面を約０．５μｍの深さまでエッチングする。ホトレジストマスクから露出している面の中央部は均一にエッチングされるが、ホトレジストマスクとの境界部分においては斜面が現れる。すなわち、開口部分において中央部には主面が現れ、その両側に斜面が現れる。
【００４１】
斜面は、主面に対し約１４°傾斜する。ＧａＡｓ基板１の主面が（１００）面から６°オフしているため、斜面は（１００）面から約２０°傾く。この斜面の面方位は約（４１１）Ａ面である。ただし、エッチング直後の状態においては、斜面部分は他の面方位の表面も有する。なお、（１００）面あるいは（ｎ１１）Ａ面（ｎは７＜ｎの実数）が表出した基板を用い、（ｍ１１）Ａ面（ｍは２≦ｍ≦７の実数）が表出した斜面を形成してもよい。
【００４２】
エッチング後、ホトレジストマスクを除去し、段差を有する面上にエピタキシャル成長を行なう。エピタキシャル成長は全てＭＯＶＰＥで行なう。成長圧力を５０Ｔｏｒｒ、成長効率を約８００μｍ／ｍｏｌ、総流量８ｓｌｍとし、キャリアガスとして水素を用いる。
【００４３】
まず、ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２を堆積する。ソースガスはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアルシン（ＡｓＨ3 ）、ｎ型不純物原料はジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）である。Ｖ／ＩＩＩ比を１００、成長速度を１μｍ／時、基板温度を６７０℃とし、Ｓｉ濃度が約５×１０17ｃｍ-3になる条件とする。
【００４４】
厚さ約１μｍ以上のＧａＡｓバッファ層２を堆積すると、バッファ層２の表面には下地結晶の面方位、段差に依存する主面及び斜面が現れる。さらに、バッファ層を形成することにより、斜面は安定な（４１１）Ａ面となる。
【００４５】
バッファ層２の成長に続いて、ｎ型クラッド層３を堆積する。ソースガスはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、及びＡｓＨ3 であり、ｎ型不純物原料はＳｉ2 Ｈ6 である。Ｖ／ＩＩＩ比を５０、成長速度を１．８μｍ／時、成長温度を６７０℃とし、Ｓｉ濃度が１×１０18ｃｍ-3になる条件とする。Ｓｉの取り込まれ率の面方位依存性は小さいため、斜面部分及び主面部分の双方に所望の濃度のＳｉをドープすることができる。
【００４６】
歪ＭＱＷ活性層４は、成長温度を６７０℃とし、ソースガスを交換しながら、図１（Ｂ）に示すガイド層４ｃ、バリア層４ｂ、及びウェル層４ａを図示の順番に堆積することにより形成する。Ａｌの原料はＴＭＡ、Ｇａの原料はＴＥＧ、Ｉｎの原料はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ａｓの原料はＡｓＨ3 である。ＡｌＧａＡｓガイド層４ｃは、Ｖ／ＩＩＩ比６０、成長速度１μｍ／時の条件で堆積する。ＧａＡｓバリア層４ｂは、Ｖ／ＩＩＩ比８０、成長速度０．８μｍ／時の条件で堆積する。ＧａＩｎＡｓウェル層４ａは、Ｖ／ＩＩＩ比６０、成長速度１．２μｍ／時の条件で堆積する。
【００４７】
続いて、ｐ型第１クラッド層５を堆積する。ソースガスは、ＴＥＧ、ＴＭＡ、及びＡｓＨ3 であり、ｐ型不純物原料はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）である。Ｖ／ＩＩＩ比を５０、成長速度を１．８μｍ／時、成長温度を６７０℃とし、斜面部分におけるＺｎ濃度が約５×１０17ｃｍ-3、主面部分におけるＺｎ濃度が約３×１０17ｃｍ-3になる条件とする。
【００４８】
次に、電流狭窄層６を堆積する。ソースガスは、ＴＭＡ、ＴＥＧ、ＴＭＩ、及びホスフィン（ＰＨ3 ）である。成長温度を６７０℃、Ｖ／ＩＩＩ比を６００、成長速度を１．５μｍ／時とし、ｐ型不純物原料ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）とｎ型不純物原料Ｈ2 Ｓｅを交互にドーピングすることによって厚さ５ｎｍのＺｎドープ層と厚さ５ｎｍのＳｅドープ層を３０周期堆積する。
【００４９】
斜面部分でＺｎ濃度が約１．２×１０18ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が約２×１０17ｃｍ-3となる条件で成長を行う。このとき、主面部分ではＺｎ濃度が約２×１０17ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が約８×１０17ｃｍ-3となる。なお、斜面部分においてはＺｎが拡散して積層を通して均一のＺｎ濃度になり、成長後の斜面部分のＺｎ濃度は約６×１０17ｃｍ-3になると考えられる。
【００５０】
続いて、ＡｌＧａＡｓのｐ型第３クラッド層７を堆積する。ソースガスは、ＴＥＧ、ＴＭＡ、及びＡｓＨ3 であり、ｐ型不純物原料はＤＥＺｎである。Ｖ／ＩＩＩ比を５０、成長速度を１．８μｍ／時、成長温度を６７０℃とし、斜面部分におけるＺｎ濃度が約５×１０17ｃｍ-3、主面部分におけるＺｎ濃度が約３×１０17ｃｍ-3になる条件とする。
【００５１】
続いて、ＧａＡｓのｐ型コンタクト層８を堆積する。ソースガスは、ＴＭＧ及びＡｓＨ3 であり、ｐ型不純物原料はＤＥＺｎである。Ｖ／ＩＩＩ比を１００、成長速度を１μｍ／時、成長温度を６７０℃とし、斜面部分におけるＺｎ濃度が約２×１０18ｃｍ-3になる条件とする。
【００５２】
このような一連のエピタキシャル成長を行なうことにより、ＧａＡｓ基板１の上にレーザ構造を構成するエピタキシャル積層が連続的に形成される。
【００５３】
この後、１００μｍ幅でレーザ構造を残すように上面から溝を堀り、各レーザ素子を分離する。次に、ＧａＡｓ基板１の裏面にＡｕ層、Ｇｅ層、Ａｕ層の積層からなるｎ側電極を蒸着により堆積し、ｐ型コンタクト層８の上面にＡｕＺｎ層、Ａｕ層の積層からなるｐ側電極を蒸着により堆積する。
【００５４】
電極形成後、幅３００μｍ、長さ７００μｍのチップにへき開し、ｐ側領域を上側にしてヒートシンク上にボンディングする。
【００５５】
このようにして形成した半導体レーザ装置は、発光を行なう実効的活性層が折れ曲がりのない構造であり、電流狭窄層も活性層の形状にならって活性層に対応する部分では折れ曲がりのない構造となる。
【００５６】
図１に示す半導体レーザ装置では、ｐ型クラッド層５及び７をＡｌＧａＡｓで形成し、電流狭窄層６を（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐで形成している。電流狭窄層を形成しているリン系の混晶半導体は、砒素系の半導体に比べて不純物の取り込まれ率に関して大きな面方位依存性を有する。このため、斜面部分においてｐ型、主面部分においてｎ型を形成しやすい。
【００５７】
また、ＡｌＧａＩｎＰでｐ型クラッド層５及び７を形成しようとすると、厚さ２μｍ程度のＡｌＧａＩｎＰ層を堆積することになる。ＡｌＧａＩｎＰ層をこの程度の厚さ堆積すると、ステップパンチング現象が起こりやすくなる。ｐ型クラッド層５及び７を、電流狭窄層６とは異なるＡｌＧａＡｓで形成しているため、ＡｌＧａＩｎＰ層６の厚さを約０．３μｍ程度まで薄くすることが可能である。この程度の厚さであれば、ステップパンチング現象の起こる程度は小さいため、実質的に問題にはならない。
【００５８】
また、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｘが０．４以下であれば、７００℃よりも低い温度で良好な結晶成長を行うことが可能である。このため、ｐ型クラッド層５と電流狭窄層６との間のＡｓ−Ｐ界面の劣化が抑制され、Ａｓ−Ｐ界面よりも上に良好な結晶性を有する層を成長させることが可能になる。従って、電流狭窄層６を、（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（０≦ｘ≦０．４）で形成してもよい。
【００５９】
また、上記実施例では、電流狭窄層６の堆積を、ＺｎとＳｅの交互ドーピングにより形成した場合を説明したが、同時ドーピングにより形成してもよい。この場合、斜面部分においてＺｎ濃度が約６×１０17ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が約２×１０17ｃｍ-3になる条件で行う。このとき、主面部分において、Ｚｎ濃度が１×１０17ｃｍ-3、Ｓｅ濃度が８×１０17ｃｍ-3になる。斜面部分と主面部分でキャリアの補償が起こるため、斜面部分のｐ型キャリア濃度が４×１０17ｃｍ-3、主面部分のｎ型キャリア濃度が７×１０17ｃｍ-3になる。
【００６０】
また、上記実施例による半導体レーザ装置では、ｐ型クラッド層７を砒素系の半導体で形成しているため、リン系の半導体で形成する場合に比べて斜面部分と主面部分における不純物の取り込まれ率の差が比較的小さい。このため、主面部分にも比較的多くのＺｎが取り込まれ、ｐ型キャリア濃度が高くなる。斜面部分のみならず主面部分にも比較的多くの電流が流れるため、素子抵抗を小さくできるという副次的な効果もある。
【００６１】
図５は、上記実施例の変形例による半導体レーザ装置の斜視図を示す。図５に示す半導体レーザ装置は、図１に示す半導体レーザ装置のｎ型クラッド層３の代わりに、ＡｌＧａＡｓのｎ型第１クラッド層３ａ、ＡｌＧａＩｎＰのｎ型第２クラッド層３ｂ、及びＡｌＧａＡｓのｎ型第３クラッド層３ｃの３層構造を採用している。その他の構成は、図１に示す半導体レーザ装置と同様である。
【００６２】
ｎ型第１クラッド層３ａの厚さを約１．６μｍ、ｎ型第２クラッド層３ｂの厚さを約０．３μｍ、ｎ型第３クラッド層３ｃの厚さを約０．２μｍとする。このような構成とすると、ｎ型クラッド層側とｐ型クラッド層側の半導体材料の組成の厚さ方向の分布が、活性層４に関して対称になる。すなわち、厚さ方向に関する屈折率分布がほぼ対称になる。このため、レーザ光のニアフィールドパターンの対称性を高めることができる。
【００６３】
図１では、ＧａＡｓ基板を用いたＧａＩｎＡｓ系の半導体レーザ装置を示したが、用いる材料はこれらに制限されるものではない。例えば、図１に示す基板１及びバッファ層２としてｎ型ＩｎＰ、クラッド層３としてｎ型ＡｌＩｎＡｓ、活性層４のバリア層としてＡｌＧａＩｎＡｓ、ウェル層としてＧａＩｎＡｓＰ、ｐ型クラッド層５としてｐ型ＡｌＩｎＡｓ、電流狭窄層６としてＩｎＰ、ｐ型クラッド層７としてｐ型ＩｎＰ、コンタクト層８としてｐ型ＩｎＧａＡｓＰを用いてもよい。
【００６４】
ＧａＩｎＡｓＰ系の半導体レーザ装置では、活性層に接するクラッド層としてＡｌＩｎＡｓを使用することが好ましい。ただし、これは砒素系の材料であるため、不純物の取り込まれ率の面方位依存性が小さく、電流狭窄層の形成に適さない。電流狭窄層として、ｐ型クラッド層５の材料とは異なるリン系のＩｎＰを用いることにより、容易に電流狭窄層を形成することができる。
【００６５】
上記実施例で説明したように、クラッド層及び電流狭窄層を同一の材料で形成することが容易でない場合に、各層に適した材料を選択することにより、比較的容易に斜面発光型半導体レーザ装置を作製することができる。
【００６６】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クラッド層と電流狭窄層との材料を相互に異ならせ、各層に適した材料を用いることにより、比較的容易に斜面発光型半導体レーザ装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による斜面発光型半導体レーザ装置の斜視図、及び活性層の断面図である。
【図２】不純物ドーピングの面方位依存性を示すグラフである。
【図３】不純物ドーピングの面方位依存性を示すグラフである。
【図４】ｐ型不純物及びｎ型不純物を同時ドーピングした場合の、キャリア濃度の面方位依存性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例の変形例による斜面発光型半導体レーザ装置の斜視図である。
【図６】従来例によるリッジ型半導体レーザ装置の斜視図である。
【図７】従来例による斜面発光型型半導体レーザ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
３、３ａ、３ｃ  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３ｂ  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
４  歪ＭＱＷ活性層
４ａ  ＧａＩｎＡｓウェル層
４ｂ  ＧａＡｓバリア層
４ｃ  ＡｌＧａＡｓガイド層
５  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層
６  ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層
６ａ  斜面部分（ｐ型第２クラッド層）
６ｂ  主面部分（電流ブロック層）
７  ｐ型ＡｌＧａＡｓ第３クラッド層
８  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
５０  ｎ型ＧａＡｓ基板
５１  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
５２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層
５３  ＡｌＧａＩｎＰ系ＭＱＷ活性層
５４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５５  ＧａＩｎＰエッチングストップ層
５６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド領域
５７  ｎ型電流ブロック層
５８  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
７１  ｎ型ＧａＡｓ基板
７２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
７３、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７５  ＡｌＧａＩｎＰ系ＭＱＷ活性層
７６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７７  ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層
７８  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
７９  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
８０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
【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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