(57)【要約】【課題】発光効率の低下、動作電流の変動、特性の経時劣化等を抑えることを課題とする。【解決手段】ｐ型活性層、前記ｐ型活性層を挟むｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有し、前記ｐ型活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる層であり、前記ｐ型活性層が、Ｚｎをドーパントとして含み、前記ｐ型クラッド層がＭｇ及びＺｎの両方をドーパントとして含むことを特徴とする半導体発光素子により上記課題を解決する。【選択図】図１ｂ
2009032738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型活性層、前記ｐ型活性層を挟むｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有し、前記ｐ型活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる層であり、前記ｐ型活性層が、Ｚｎをドーパントとして含み、前記ｐ型クラッド層がＭｇ及びＺｎの両方をドーパントとして含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層が、前記ｐ型活性層に接する一部に、ノンドープ領域又はＭｇドープ領域を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層が、前記ｐ型活性層に接する一部に、Ｍｇ及びＺｎドープ領域を有し、他の部分にＭｇドープ領域を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｐ型クラッド層が、前記ｐ型活性層と同じ量、又は前記ｐ型活性層より少ない量のＺｎを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ型クラッド層及びｐ型活性層が、互いに接する部分において、同じ量のＺｎを含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型クラッド層は、前記ｐ型活性層に接する一部が他の部分より低い混晶比でＡｌを含みかつ前記ｐ型活性層より高い混晶比でＡｌを含む、層である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ドーパントとしてのＺｎが、前記半導体発光素子を構成するｐ型の層中で、前記ｐ型活性層のみに含まれている請求項１〜３及び６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記ドーパントとしてのＺｎが、前記半導体発光素子を構成するｐ型の層中で、前記ｐ型活性層及びｐ型クラッド層のみに含まれている請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
更に、前記ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外にＺｎをドーパントとして含む他の層を備え、前記ｐ型活性層は、前記他の層から拡散によりｐ型活性層に達するＺｎと同じ量のＺｎを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
更に、前記ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外にＺｎをドーパントとして含む他の層を備え、前記ｐ型活性層は、前記他の層から拡散によりｐ型活性層に達するＺｎと同じ量のＺｎを、前記ｐ型クラッド層と接する部分に含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ｐ型活性層が、ＭＱＷ又はＳＱＷ構造を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記ｐ型クラッド層が、前記ｐ型活性層に接する一部において、他の部分より低い混晶比で、かつ前記ｐ型活性層のピーク発光波長に相当する光エネルギーよりも大きなバンドギャップを示す混晶比でＡｌを含む請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記半導体発光素子が半導体発光ダイオードであり、前記半導体発光ダイオードがｐ型電流拡散層を有し、前記ｐ型電流拡散層がＭｇをドーパントとして含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記半導体発光素子が半導体発光ダイオードであり、前記半導体発光ダイオードがｐ型電流拡散層を有し、前記ｐ型電流拡散層がドーピング濃度の高い領域と低い領域を備え、前記低い領域がＭｇをドーパントとして含み、前記高い領域がＺｎをドーパントとして含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記半導体発光素子が半導体発光ダイオードであり、前記半導体発光ダイオードが最上層にキャップ層を有し、前記キャップ層がＺｎをドーパントとして含む請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。更に詳しくは、本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなるｐ型活性層と、それを挟むｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層とを備えた半導体発光素子に関する。本発明の半導体発光素子は、半導体レーザーや半導体発光ダイオードとして使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を発光層に用いた半導体レーザーや半導体発光ダイオードといった半導体発光素子では、ｐ型ドーパントとしてＺｎ（亜鉛）がよく用いられる。しかし、Ｚｎは上記半導体の結晶中で拡散しやすい。そのため、Ｚｎは結晶成長時にはステップ状にドーピングしても、結晶成長終了までの間の熱履歴により発光層中の活性層内にまで拡散する。また、通電した際にＺｎが結晶内で拡散する。拡散したＺｎは、非発光再結合中心を作るため、光出力が低い、あるいはレーザーに動作電流が高い、といった特性の不良や経時劣化を生じさせる。
特定の不良や経時劣化を生じさせる要因であるＺｎの拡散を防ぐ方法として、下の従来例で示すような、さまざまな手段が考案されている。
【０００３】
＜従来例１＞
特開平４−２７５４７９号公報（特許文献１）の半導体発光素子の概略説明図を図５に示す。図中、５０１及び５１１は電極、５０２はｎ型ＧａＡｓ基板、５０３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、５０４はＡｌＧａＩｎＰ活性層、５０５はＳｉドープＡｌＧａＩｎＰ層、５０６はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、５０７はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層、５０８はｐ型ＧａＩｎＰ層、５０９はｐ型ＧａＡｓキャップ層、５１０はｐ型ＧａＡｓコンタクト層を意味する。
従来例１では、活性層と、ｐ型クラッド層との間にＳｉドープＡｌＧａＩｎＰ層を備えている。この構成により、負イオン化したＺｎと正イオン化したＳｉとが引き合うので、Ｚｎの活性層への拡散を防止できるとされている。
【０００４】
＜従来例２＞
特開平４−３０６８８６号公報（特許文献２）の半導体発光素子の概略説明図を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図中、６０１はｎ型ＧａＡｓ基板、６０２はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、６０３はＩｎＧａＰ活性層、６０４はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、６０５はｐ型ＩｎＧａＰバンド不連続緩和層、６０６はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、６０７はｐ型ＧａＡｓコンタクト層、６０８はＺｎ拡散防止層、６０９はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層、６１０はｐ型ＩｎＧａＰ層、６１１はｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層を意味する。
【０００５】
従来例２では、ｐ型クラッド層の活性層近傍に、ｐ型クラッド層とは異なる組成、もしくは構成元素が異なる結晶からなる層を導入することにより、活性層へのＺｎの拡散が抑制できるとされている。従来例２の実施例では、ｐクラッド層の活性層近傍に導入される層として、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層６０９とｐ型ＩｎＧａＰ層６１０の繰り返し層、あるいはｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層６０９とｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ層６１０の繰り返し層が挙げられている。
【０００６】
＜従来例３＞
特開平５−２９１６８６号公報（特許文献３）の半導体発光素子の概略説明図を図７に示す。図中、７０１及び７１０は電極、７０２はｎ型ＧａＡｓ基板、７０３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７０４はＩｎＧａＰ活性層、７０５はアンドープＡｌＧａＩｎＰ層、７０６はアンドープＡｌＧａＩｎＰ層、７０７はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、７０８はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層、７０９はｐ型ＧａＡｓコンタクト層を意味する。
【０００７】
従来例３では、ｐ型クラッド層と活性層との間に、アンドープあるいは低ドープのＡｌＧａＩｎＰ層を設けている。この構造により、ｐ型クラッド層から活性層へのＺｎ拡散を回避している。また、従来例３には、ｐ型クラッド層と活性層との間にＺｎの拡散係数が小さいＡｌＧａＩｎＰ層を設けることにより、Ｚｎの拡散を抑止する手法も示されている。
【０００８】
＜従来例４＞
特開平１１−６８１５０号公報（特許文献４）の半導体発光素子の概略説明図を図８に示す。図中、８０１及び８１１は電極、８０２は基板、８０３はバッファ層、８０４は光反射層、８０５及び８０７はクラッド層、８０５ａ及び８０７ａは格子歪み層、８０６は活性層、８０８は電流拡散層、８０９は耐湿層、８１０はコンタクト層を意味する。
従来例４では、クラッド層の活性層近傍に格子歪み層を設けることにより、ドーパントは、格子歪み層にパイルアップされ、活性層へのドーパントの拡散侵入を抑制できるとしている。
【０００９】
＜従来例５＞
特開平１１−１８６６６５号公報（特許文献５）の半導体発光素子の概略説明図を図９に示す。図中、９０１及び９１３は電極、９０２はｎ型ＧａＡｓ基板、９０３はｎ型ＧａＡｓバッファ層、９０４はｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、９０５は活性層、９０６はｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、９０７はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、９０８はｐ型ＧａＩｎＰエッチングストップ層、９０９はｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、９１０はｐ型ＧａＩｎＰ中間層、９１１はｐ型ＧａＡｓキャップ層、９１２はｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層を意味する。
従来例５では、ｐ型クラッド層と活性層との間に、拡散しにくいドーパントとしてＣ等を用いたｐ型クラッド層を設けている。Ｃ等を用いたｐ型クラッド層により、活性層へのドーパント拡散が防止できるとしている。
【００１０】
【特許文献１】特開平４−２７５４７９号公報
【特許文献２】特開平４−３０６８８６号公報
【特許文献３】特開平５−２９１６８６号公報
【特許文献４】特開平１１−６８１５０号公報
【特許文献５】特開平１１−１８６６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記した従来例は、下記のような課題を有する。
従来例１では、ｐ型クラッド層の活性層に近い部分がｎ型とｐ型のドーパントを両ドープされているために、ｐ型のキャリア濃度がｎ型キャリア濃度により相殺される。結果として実効的なｐ型キャリア濃度が低くなる。活性層近傍のクラッド層のキャリア濃度が低くなると、活性層に注入されたキャリアの閉じ込め力が弱くなり、クラッド層にキャリアが拡散する。そのため、活性層でキャリアが再結合して発光する割合が減少し、発光ダイオードの輝度が低い、半導体レーザーの動作電流が高い、等の不具合を生じる。
【００１２】
従来例２では、ｐ型クラッド層内に、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰとｐ型ＧａＩｎＰの繰り返し層、あるいは、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰとｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓの繰り返し層を導入しているため、層の種類が多くなる。また、これらの層を発光波長に対して透明とするためには、組成、層厚を厳密にコントロールする必要がある。このため、従来例２は生産性に問題がある。
【００１３】
従来例３では、ｐ型クラッド層と活性層の間にノンドープ層を設けて拡散するＺｎが活性層に到達するのを防いでいる。しかし、ｐ型クラッド層でのドーパントの分布が均一でなく、活性層近傍でのキャリア濃度が低くなる。そのため、従来例１と同様に、注入キャリアの閉じ込め力が弱くなり、発光ダイオードの輝度が低い、半導体レーザーの動作電流が高い、等の不具合を生じる。
【００１４】
従来例４では、格子歪を持った層を活性層近傍に設け、格子歪みにより発生した格子欠陥によりＺｎをトラップし、活性層への拡散を防いでいる。しかし、活性層近傍に格子欠陥が有ると、注入したキャリアが格子欠陥により発生した非発光再結合中心を介して再結合するため、発光再結合の割合が減る。結果として、発光ダイオードの輝度が低い、半導体レーザーの動作電流が高い、等の不具合を生じる。
【００１５】
従来例５では、活性層と接する位置にＣドープのＡｌＧａＡｓクラッド層を設けることで、Ｚｎドープクラッド層からの活性層へのＺｎ拡散を防止している。しかし、ＡｌＧａＡｓはＡｌＧａＩｎＰと比べて高いバンドギャップを得ることが難しい。そのため、キャリアの閉じ込め力を強くすることが難しい。また、高いバンドギャップのＡｌＧａＡｓを得るためには、高Ａｌ混晶比とする必要があるが、高Ａｌ混晶比のＡｌＧａＡｓは、酸化・吸湿性が強い。その結果、このＡｌＧａＡｓを使用すると、発光素子の寿命が短くなる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かくして本発明によれば、ｐ型活性層、前記ｐ型活性層を挟むｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有し、前記ｐ型活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層が、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる層であり、前記ｐ型活性層が、Ｚｎをドーパントとして含み、前記ｐ型クラッド層がＭｇ及びＺｎの両方をドーパントとして含むことを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、ｐ型活性層のドーパントをＺｎとし、ｐ型クラッド層のドーパントにＭｇとＺｎの両方を用いる。
発明者の検討によれば、活性層にＺｎをドーピングすると発光効率が上昇した。この様な、活性層をＺｎドープによりｐ型化することにより光度が向上する効果については、特開平１１―７４５５７号公報でも述べられている。発明者の検討によれば、Ｚｎドープによるｐ型化では発光効率の向上の効果があったが、Ｍｇドープによるｐ型化では発光効率が逆に低下した。活性層にＺｎをドーピングしていることにより上記で述べたように、発光効率の向上が得られる。
【００１８】
一方で、一般的に知られている事象として、あるいは、特開２００１−３２００８３号公報の第５頁でも述べられているように、Ｚｎは拡散しやすいが、Ｍｇは拡散しにくい。従来例では、クラッド層にＺｎを用いると、活性層に拡散したＺｎが活性層中に非発光再結合中心を作り、これにより発光効率が落ちる、光度が劣化するという不具合を生じている。しかし、クラッド層にＭｇを使用するため、活性層へのＺｎの拡散・侵入は起こらない。また、拡散は濃度の高いところから低いところへ原子が移動する現象である。本発明では、活性層にＺｎをドーピングしているために、活性層外から活性層へのＺｎの拡散、侵入を防ぐことができる。加えて、クラッド層に拡散係数の低いＭｇを使用することで、Ｚｎのみをクラッド層のドーパントに用いる場合に比べてＺｎの使用量を減らすことができる。結果として、ｐ型クラッド層から活性層へのＺｎの拡散を低減することができる。
従って、本発明によれば、発光効率の低下、動作電流の変動、特性の経時劣化等を抑えることが可能である。活性層が単層である場合に限らず、ＭＱＷやＳＱＷ構造においても同様にこれら効果を得ることが可能である。
【００１９】
また、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部をノンドープとすることで、ｐ型クラッド層からＭｇが活性層に拡散して活性層がＭｇドープとなり発光効率を低減する影響を更に抑制できる。また、活性層からＺｎが拡散によりノンドープ層へ流出することはあっても、活性層に侵入することはない。つまり、ｐ型クラッド層から活性層へ、Ｍｇ、Ｚｎの両方について拡散するのをより抑制できる。
【００２０】
更に、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部を、拡散係数の低いＭｇのみとしてもクラッド層から活性層へのＭｇの拡散を抑制できる。また、ｐ型クラッド層のドーパントにＺｎのみを使用する場合には、ｐ型クラッド層の活性層に近い部分をノンドープとすると、ｐ型クラッド層の活性層に近い部分でキャリア濃度が低くなる。しかし、本発明では、Ｍｇをドープすることでこのキャリア濃度のダレを抑制し、急峻なキャリア濃度プロファイルを得ることが可能である。
【００２１】
また、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部について、ドーパントをＺｎ、Ｍｇの両方とし、それ以外の部分をＭｇのみとすることができる。この場合においても、ｐ型クラッド層全体として使用するＺｎの量をかなり低減することが可能であり、活性層へのＺｎの拡散を低減することが可能である。
【００２２】
更に、ｐ型クラッド層のＺｎの量をｐ型活性層のＺｎの量と同じにすることが可能である。Ｚｎの拡散は、濃度の勾配が存在する場合に発生する。よって、濃度を活性層からｐ型クラッド層にかけて均一にすると、流出、侵入の両方向についてＺｎの拡散を抑えることが可能である。
【００２３】
また、ｐ型クラッド層のＺｎの量をｐ型活性層のＺｎの量よりも少なくすることが可能である。これにより、ｐクラッド層のＺｎの量を減らすことができる上に、活性層よりもＺｎの量を減らすことにより、活性層へのＺｎの拡散・侵入を抑制することが可能である。
【００２４】
更に、ｐ型クラッド層のうち、少なくともｐ型活性層に接する部分のＺｎの量を、ｐ型活性層のうち、少なくともｐ型クラッド層に接する部分のＺｎの量と同じにすることが可能である。これにより、ｐ型クラッド層と活性層との界面において急激な濃度勾配が生じることを防止できる。その結果、ｐ型クラッド層から活性層へのＺｎの拡散を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、ｐ型活性層に接するｐ型クラッド層の一部のＡｌ混晶比を、ｐ型クラッド層の他の部分よりも低く、活性層を構成する層のＡｌ混晶比よりも高くすることが可能である。発明者の検討によれば、Ａｌ混晶比が低い層ほどＺｎは拡散しにくくなる。従って、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部のＡｌ混晶比を低くすることで、Ｚｎの活性層への侵入を抑制することが可能である。
【００２６】
更に、ｐ型活性層を除くｐ型の層のドーパントにＺｎを使用しないことが可能である。Ｚｎを用いる代わりにＭｇやＣ等の拡散しにくい元素をドーパントとして用いることにより、ｐ型クラッド層よりも活性層から離れた結晶部位からのＺｎの拡散を防止することが可能である。
【００２７】
また、ｐ型活性層及びｐ型クラッド層を除くｐ型の層のドーパントにＺｎを使用しないことが可能である。ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外の層には、拡散しにくいＭｇやＣを使用することにより、ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外の層からのＺｎの拡散を防止することが可能である。
【００２８】
更に、ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外にＺｎをドーパントに用いた層がある場合に、ｐ型活性層のドーピング量は、拡散により活性層に達するＺｎの量と同じにすることが可能である。ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外の層にＺｎを使用した場合には、活性層へのＺｎの拡散が起こりうる。しかし、活性層のＺｎの量を拡散により活性層に到達するＺｎの量と同じにしておくことで、活性層内へのＺｎの侵入を抑えることが可能である。
【００２９】
また、ｐ型クラッド層、ｐ型活性層以外にＺｎをドーパントに用いた層がある場合に、ｐ型活性層のうち、少なくともｐ型クラッド層に接する部分のドーピング量は、拡散により活性層に達するＺｎの量と同じにすることが可能である。ｐ型クラッド層及びｐ型活性層以外の層にＺｎを使用した場合には、活性層へのＺｎの拡散が起こりうる。しかし、活性層のｐ型クラッド層に接する部位のＺｎの量を、拡散により活性層に到達するＺｎの量と同じにしておくことで、活性層内へのＺｎの侵入を抑えることが可能である。
【００３０】
更に、活性層が、単層に限らず、ＭＱＷ構造であっても、活性層へのＺｎの拡散が原因である発光効率の低下や素子の劣化は同様に発生する。そのため、上記いずれかの方法であれば、活性層がＭＱＷ構造を有していてもＺｎの浸入を抑制できる。
【００３１】
また、ｐ型活性層に接するｐ型クラッド層の一部のＡｌ混晶比を、ｐ型クラッド層の他の部分よりも低く、かつ、活性層のピーク発光波長に相当する光エネルギーよりも大きなバンドギャップを有するＡｌ混晶比とすることが可能である。例えば、ＭＱＷ構造の場合、活性層はＡｌ混晶比の高い層と低い層を繰り返した構成を有するが、ｐ型クラッド層の活性層に接する部位にはＡｌ混晶比が低い層として、活性層からの光を吸収しないバンドギャップを有するＡｌ混晶比とすることが可能である。これにより、Ｚｎの活性層への浸入をより抑制できる。
【００３２】
更に、ドーパントとしてＭｇを含むｐ型電流拡散層を用いた半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）に本発明を使用できる。ＡｌＧａＩｎＰ系半導体を用いたＬＥＤでは、活性層とｐ型及びｎ型のクラッド層で構成されるＤＨ（ダブルへテロ）層に加えて、電流をＬＥＤチップ全体に電流を広げるために、ＧａＰやＡｌＧａＩｎＰを用いた電流拡散層を形成することが多い。更に、電流拡散層はｐ型とすることが多いが、この電流拡散層のドーパントにＺｎを用いると、Ｚｎがｐクラッド層を経て活性層へ拡散することがある。従って、電流拡散層のドーパントとしてＭｇを使用することにより、活性層へのＺｎの拡散を低減することが可能である。
【００３３】
また、ｐ型電流拡散層を用いたＬＥＤにおいて、ｐ型電流拡散層がドーピング濃度の高い領域と低い領域を有し、低い領域に用いるドーパントをＭｇとし、高い領域に用いるドーパントをＺｎとすることが可能である。電流拡散層は電流を広げることがその目的であり、導電性を高めるため、ドーピング量を多くすることが望ましい。一方、ドーパントとしてＺｎを用いた場合、ドーピング量を多くすると活性層へのＺｎの拡散が多くなり、発光効率の低下や、素子の劣化といった問題が生じる。そのため、活性層から遠い部分はドーピング量を多く、近い部分はドーピング量を少なくする手法がとられる。加えて、高い領域にＭｇをもちいることにより、活性層へのＺｎ拡散をより低減することが可能である。
【００３４】
更に、最上層にドーパントとしてＺｎを含むキャップ層を備えた半導体レーザーに本発明を使用できる。半導体レーザーではキャップ層に高キャリア濃度になるようにドーピング量が多くなるが、この場合、キャップ層のＺｎが活性層に拡散するため、特性の劣化が生じることがある。上記本発明を使用することにより、活性層へのＺｎの拡散を低減できるので、特性の劣化を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の半導体発光素子は、ｐ型活性層、ｐ型活性層を挟むｐ型クラッド層とｎ型クラッド層を有している。これら３層以外の構成は、特に限定されない。
また、ｐ型活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなる層である。これら３層の具体的な組み合わせとしては、ｎ型クラッド層／ｐ型活性層／ｐ型クラッド層の順で、ＡｌＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ等が挙げられる。これら組み合わせの内、活性層内にキャリアをより閉じ込めることができるという理由ではＡｌＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰの組み合わせが好ましく、又、クラッド層の結晶性をよりよくするという理由では、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの組み合わせが好ましい。より好ましくは、ＡｌＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰの場合、ＡｌxＩｎ1-xＰ／（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰ／ＡｌxＩｎ1-xＰで表して、ｎ型クラッド層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲であり、ｐ型活性層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲、ｙは０．０〜０．５の範囲であり、ｐ型クラッド層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲である。また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰの場合、（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰ／（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰ／（ＡｌyＧａ1-y）xＩｎ1-xＰで表して、ｎ型クラッド層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲、ｙは０．５〜１．０の範囲であり、ｐ型活性層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲、ｙは０．０〜０．５の範囲であり、ｐ型クラッド層中のｘは０．４３〜０．５５の範囲、ｙは０．５〜１．０の範囲である。これらの範囲内の数値をｘが有する場合、ＧａＡｓ基板上に結晶成長を行う際に成長層の格子定数がＧａＡｓに概略一致して良好な結晶を成長できる点で好適であり、又、これらの範囲内の数値をｙが有する場合、キャリアを活性層に閉じ込めるためのダブルへテロ構造を構成できる点で好適である。
【００３６】
加えて、ｐ型クラッド層は、ｐ型活性層に接する一部が他の部分より低い混晶比でＡｌを含みかつｐ型活性層より高い混晶比でＡｌを含む、層であってもよい。この条件であれば、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量をより低減できる。具体的には、混晶比の差が、原子比で、０．０５以上あることが好ましく、０．１〜０．３の範囲であることがより好ましい。
【００３７】
更に、ｐ型クラッド層が、ｐ型活性層に接する一部において、他の部分より低い混晶比で、かつｐ型活性層のピーク発光波長に相当する光エネルギーよりも大きなバンドギャップを示す混晶比でＡｌを含んでもよい。具体的には、混晶比の差が、原子比で、０．０５以上あり、光エネルギーよりバンドギャップが０．０２ｅＶ大きいことが好ましい。
【００３８】
また、ｐ型活性層の構成は、特に限定されず、公知の構造をいずれも使用できる。例えば、単一層構造、ＭＱＷ（多重量子井戸）又はＳＱＷ（単一量子井戸）構造等の積層構造を有していてもよい。ここで、ＳＱＷ構造は、バリア層／ウェル層／バリア層の構成からなり、ＭＱＷ構造は、バリア層／ウェル層／バリア層／ウェル層／バリア層…ウェル層／バリア層の構成からなり、通常ウェル層を１〜５０層有している。なお、最外層のバリア層はガイド層とも称され、内部に位置するバリア層はサブバリア層とも称される。バリア層及びウェル層を構成する半導体材料の組み合わせとしては、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ等が挙げられる。更に、バリア層及びウェル層の厚さは、２〜５０ｎｍ及び２〜２０ｎｍの範囲であることが実際の結晶性長における成長層厚の制御と、量子化や注入キャリア密度を高くする観点から好ましい。
【００３９】
更に、本発明では、ｐ型活性層が、Ｚｎをドーパントとして含み、ｐ型クラッド層がＭｇ及びＺｎの両方をドーパントとして含んでいる。ここで、本明細書において、ドーパントとして含まれているとは、層中に３×１０16／ｃｍ3以上の量で存在することを意味する。従って、ドーピング量が３×１０16／ｃｍ3未満の場合は、ノンドープであることを意味する。このような濃度の規定は、拡散を含めて意図的なドーピングを行わない場合でも、各層の成長の過程で成長炉内にドーパント原子が残存することがあり、自然とドーピングされる場合が多く、完全なノンドープの状態は実現が困難であることが背景としてある。また、意図的であろうとなかろうと、３×１０16／ｃｍ3を下回るような低ドープでは、本発明で課題とするドーパントの拡散や拡散による特性の変化について、大きな影響を与えることはないと考えるためである。
【００４０】
ｐ型活性層全体に対するＺｎの量は、５×１０16〜１×１０18／ｃｍ3であることが好ましい。この範囲内であれば、結晶の品質が必要以上に悪くなることなくドーピングによる発光効率の向上を得ることができる。一方、ｐ型クラッド層全体に対するＭｇの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましく、Ｚｎの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。この範囲内であれば、結晶の品質が必要以上に悪くなることなく十分なＰ型化を実現できる。
また、上記Ｚｎの量の中でも、ｐ型クラッド層は、ｐ型活性層と同じ量、又はｐ型活性層より少ない量のＺｎを含むことが好ましい。この条件であれば、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量をより低減できる。
【００４１】
更に、ｐ型クラッド層は、ｐ型活性層に接する一部に、ノンドープ領域又はＭｇドープ領域を有することが好ましい。これら領域のいずれかを有することで、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できる。Ｍｇドープ領域におけるＭｇの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。この範囲内であれば、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できる。これら領域以外の他の部分は、Ｍｇドープ領域でも、Ｚｎドープ領域でも、Ｍｇ及びＺｎドープ領域でも、Ｍｇ及び／又はＺｎと他のドーパント（例えば、Ｃ）とのドープ領域であってもよい。
【００４２】
更にまた、ｐ型クラッド層は、ｐ型活性層に接する一部に、Ｍｇ及びＺｎドープ領域を有し、他の部分にＭｇドープ領域を有することが好ましい。この領域を有することでも、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できる。この領域におけるＭｇの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましく、Ｚｎの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。この範囲内であれば、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できる。また、他の部分のＭｇドープ領域におけるＭｇの量は、１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。この範囲内であれば、結晶の品質が必要以上に悪くなることなく十分なＰ型化を実現できる。
【００４３】
なお、ｐ型活性層に接する一部に備えられた領域は、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できさえすれば、その形状は特に限定されない。例えば、上記領域は、ｐ型活性層全面にわたってｐ型活性層を覆う形状を備えていてもよい。覆う形状を備えている場合、上記領域は、よりＺｎ拡散を抑制する観点から、０．０１〜０．５μｍの厚さであることが好ましい。
また、ｐ型クラッド層がＺｎを含む場合、ｐ型クラッド層及びｐ型活性層が、互いに接する部分において、同じ量のＺｎを含むことが好ましい。このことにより、ｐ型活性層に拡散するＺｎ量を低減できる。
【００４４】
ｎ型クラッド層には、通常、ドーパントしてＳｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等が含まれている。ドーパントの量は、その種類により相違するが、１×１０17〜１×１０18ｃｍ-3であることが結晶性を維持する観点と十分なｎ型化によるキャリア閉じ込め能力を実現する観点から好ましい。
【００４５】
半導体発光素子には、ｐ型活性層、ｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層以外の他の層を有していてもよい。例えば、ｐ型クラッド層上には、ｐ型中間層、ｐ型保護層、ｎ型電流阻止層、ｐ型電流拡散層、電極をこの順で備えていてもよい。一方、ｎ型クラッド層下には、ｎ型バッファ層、ｎ型基板、電極をこの順で備えていてもよい。これら他の層は、所望の性能を得ることができるよう種々の材料及び構成を採用できる。
【００４６】
上記他の層中、ｐ型活性層及びｐ型クラッド層以外のｐ型の層には、Ｚｎが含まれていないこと、即ちＺｎがｐ型活性層及びｐ型クラッド層のみに含まれていること、によりＺｎのｐ型活性層への拡散を防止できる。この場合、ｐ型活性層及びｐ型クラッド層以外のｐ型の層には、Ｍｇ、Ｃをドーパントとして使用することが好ましい。
また、ｐ型活性層及びｐ型クラッド層以外のｐ型の層にＺｎが含まれている場合、ｐ型活性層は、活性層がノンドープの場合において、ｐ型の層から拡散によりｐ型活性層に達するＺｎと同じ量のＺｎを含むことで、Ｚｎのｐ型活性層への拡散を防止できる。
【００４７】
更に、ｐ型活性層及びｐ型クラッド層以外のｐ型の層にＺｎが含まれている場合、ｐ型活性層は、活性層がノンドープの場合において、ｐ型の層から拡散によりｐ型活性層に達するＺｎと同じ量のＺｎを、ｐ型クラッド層と接する部分に含むことで、Ｚｎのｐ型活性層への拡散を防止できる。ｐ型クラッド層と接する部分は、ｐ型活性層とｐ型クラッド層との界面から０．０１μｍ以上の厚さの領域であることが好ましく、０．０１〜０．５μｍの厚さの領域であることがより好ましい。この構成では、Ｚｎのｐ型活性層への拡散を防止できると共に、ｐ型活性層の内部のＺｎ量を所定量に維持したまま、ｐ型クラッド層のＺｎ量を上げることができるので、ｐ型クラッド層のキャリア閉じ込め能力を高めることができる。
【００４８】
本発明の半導体発光素子には、半導体発光ダイオード、半導体レーザー等が含まれる。
ここで、半導体発光ダイオードに本発明を使用する場合、以下の構成を有することがＺｎのｐ型活性層への拡散を防止できるため好ましい。
（１）Ｍｇをドーパントとして含むｐ型電流拡散層を有する
（２）高いドーピング濃度の領域と、低いドーピング領域を持つｐ型電流拡散層を有し、低いドーピング領域に用いるドーパントをＭｇとし、高いドーピング領域に用いるドーパントをＺｎとする。
【００４９】
また、半導体レーザーに本発明を使用する場合、半導体レーザーは結晶成長の最上層であるキャップ層を有し、キャップ層に用いるドーパントをＺｎとすることが、Ｚｎのｐ型活性層への拡散を防止する観点から好ましい。
【実施例】
【００５０】
以下、図示した種々の実施例により本発明を詳細に説明する。以下の実施例に用いた結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ法であるが、ＭＢＥ法でもよい。
以下の各実施例においては、化合物半導体層のＩＩＩ族原料として、メチル系有機金属であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を使用した。更に、Ｖ族原料としてアルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を使用した。また、ドーピング原料としてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用した。
【００５１】
以下で説明する実施例では、上記した原料を使用して半導体発光素子を構成する結晶を成長した後、各々必要なエッチング、フォトリソグラフィ、金属蒸着、切断等の加工を施すことにより半導体発光ダイオードや半導体レーザー等の所望の半導体発光素子を形成した。
【００５２】
第１実施例
図１（ａ）に、第１実施例で作製した半導体発光ダイオードの概略層構成を示す。
厚さ４５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２、厚さ１．０μｍのｎ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１０３、厚さ０．５μｍのｐ型（Ａｌ0.30Ｇａ0.70）0.51Ｉｎ0.49Ｐ活性層１０４、厚さ０．８μｍのｐ型Ａｌ0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層１０５、厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.25Ｉｎ0.75Ｐ中間層１０６、厚さ１０μｍのｐ型ＧａＰ電流拡散層１０７をこの順で成長させた。ｐ型活性層にはドーパントとしてＺｎを使用し、ｐ型クラッド層にはドーパントとしてＭｇとＺｎを使用した。また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の下面にＡｕＧｅ厚さ０．２μｍのｎ型電極１０８を、ｐ型ＧａＰ電流拡散層１０７上にＡｕＢｅ厚さ０．８μｍのｐ型電極１０９をそれぞれ形成した。
【００５３】
第１実施例の素子のドーピングプロファイルを図１（ｂ）に示す。ｐ型活性層のキャリア濃度（Ｚｎ量）は、発光効率が高かった１×１０17／ｃｍ3とし、ｐ型クラッド層のキャリア濃度は３×１０17／ｃｍ3（Ｍｇ量）とし、１×１０17／ｃｍ3（Ｚｎ量）とした。
上記第１実施例のダイオードとの比較のために、ｐ型クラッド層にＺｎのみを使用すること以外は、第１実施例と同様にして半導体発光ダイオードを作製した。
【００５４】
比較のダイオードでは、１００時間後の発光強度が初期に比べ１００時間後に６０％まで低下していた。一方、第１実施例のダイオードでは、ｐ型クラッド層にＭｇを使用することにより、ｐ型活性層へのＺｎの拡散が抑制され、１００時間後の光度変動率を１１０％に改善できた。
【００５５】
＜第２実施例＞
図２（ａ）に、第２実施例で作製した半導体発光ダイオードの概略層構成を示す。
厚さ４５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２０２、厚さ１．０μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層２０３、厚さ０．５μｍのｐ型活性層２０４、厚さ０．８μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層２０５、厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.25Ｉｎ0.75Ｐ中間層２０６をこの順で成長させた。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層２０６上に、厚さ１．５μｍのｐ型ＧａＰ層及び厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＰ層をこの順で成長させ、これら層をフォトリソグラフィ、エッチングの技術にて部分的に除去することで、厚さ１．０μｍのｐ型ＧａＰ保護層２０７及び厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＰ電流阻止層２０８を形成した。更に、ｐ型ＧａＰ保護層２０７及びｎ型ＧａＰ電流阻止層２０８上に、厚さ１０μｍのｐ型ＧａＰ電流拡散層２０９を積層した。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の下面に厚さ０．２μｍのＡｕＧｅｎ型電極２１０を、ｐ型ＧａＰ電流拡散層２９上に厚さ０．８μｍのＡｕＢｅｐ型電極２１１をそれぞれ形成した。
【００５６】
ｐ型活性層２０４は図２（ｂ）に示すように、ＭＱＷ構造を有している。ＭＱＷ構造は、厚さ５００ｎｍの上下ｐ型（Ａｌ0.50Ｇａ0.50）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層２０４ａの間に、厚さ５０ｎｍのｐ型（Ａｌ0.50Ｇａ0.50）0.51Ｉｎ0.49Ｐサブバリア層２０４ｂ、厚さ１０ｎｍのｐ型（Ａｌ0.30Ｇａ0.70）0.51Ｉｎ0.49Ｐウェル層２０４ｃを繰り返して積層した構造となっている。
【００５７】
第２実施例の素子のドーピングプロファイルを図２（ｃ）に示す。第２実施例では、ｐ型活性層２０４にドーパントとしてＺｎを使用し、そのキャリア濃度（平均値）を１．５×１０17／ｃｍ3とした。ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０５にはドーパントとしてＺｎ、Ｍｇの両方を使用し、Ｚｎのドーパント量を１．５×１０17／ｃｍ3、Ｍｇのドーパント量を３．５×１０17／ｃｍ3、ｐ型キャリア濃度を５×１０17／ｃｍ3とした。ｐ型ＧａＰ保護層２０７、ｐ型ＧａＰ電流拡散層２０９にはＺｎをドーパントとして使用した。
【００５８】
第２実施例では、ｐ型活性層とｐ型クラッド層に同じ量のＺｎがドーピングされている。同じドーピング量の場合、Ｚｎの濃度勾配がない。そのため、ｐ型クラッド層のＺｎがｐ型活性層に拡散することがなく、光度の劣化がない。第２実施例では、１００時間後の光度の変動率を９５％にまで改善することができた。
【００５９】
＜第３実施例＞
図３（ａ）及び（ｂ）に、第３実施例で作製した半導体発光ダイオードの概略層構成を示す。図３（ａ）及び（ｂ）中、３０１は厚さ４５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層、３０３は厚さ１．０μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層、３０４は厚さ０．５μｍのｐ型活性層、３０５は厚さ０．８μｍのｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、３０６は厚さ０．１μｍのｐ型（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.25Ｉｎ0.75Ｐ中間層、３０７は厚さ１．５μｍのｐ型ＧａＰ保護層、３０８は厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＰ電流阻止層、３０９は厚さ１０μｍのｐ型ＧａＰ電流拡散層、３１０は厚さ０．２μｍのＡｕＧｅｎ型電極、３１１は厚さ０．８μｍのＡｕＢｅｐ型電極、３０４ａは厚さ１００ｎｍのｐ型（Ａｌ0.50Ｇａ0.50）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層、３０４ｂは厚さ５０ｎｍのｐ型（Ａｌ0.50Ｇａ0.50）0.51Ｉｎ0.49Ｐサブバリア層、３０４ｃは厚さ１０ｎｍのｐ型（Ａｌ0.30Ｇａ0.70）0.51Ｉｎ0.49Ｐウェル層である。第３実施例の層構成は、第２実施例と同じである。但し、第３実施例では、ｐ型ＧａＰ保護層３０７及びｐ型ＧａＰ電流拡散層３０９でＭｇを、ｐ型活性層にＺｎを、ｐ型クラッド層にＺｎ及びＭｇの両方をドーパントとして使用している。ｐ型クラッド層のＺｎ及びＭｇの各ドーピング量は第２実施例と同じである。
【００６０】
第３実施例の素子のドーピングプロファイルを図３（ｃ）に示す。第３実施例では、第２実施例に加えて、ｐ型ＧａＰ保護層及びｐ型ＧａＰ電流拡散層にもＺｎではなく拡散係数の小さいＭｇを使用した。このため、ｐ型活性層へのＺｎの拡散を更に抑制することができた。この結果、第３実施例では１００時間後の光度の変動率を９８％にまで抑制することができた。
【００６１】
＜第４実施例＞
図４（ａ）に、第４実施例で作製した半導体レーザーダイオードの概略層構成を示す。
厚さ４５０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板４０１上に、厚さ０．２５μｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層４０２、厚さ０．２５μｍのｎ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐバッファ層４０３、厚さ３．７μｍのｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐクラッド層４０４、厚さ０．０６μｍのｐ型活性層４０５、厚さ０．２５μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第１クラッド層４０６、厚さ０．０１μｍのＧａ0.55Ｉｎ0.45Ｐエッチングストップ層４０７、厚さ１．４μｍのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.51Ｉｎ0.49Ｐ第２クラッド層４０８、厚さ０．０４μｍのｐ型Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐ中間層４０９、厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層４１０を順次成長する。ｐ型活性層４０５は、図４（ｂ）に示すように、ＭＱＷ構造を有している。ＭＱＷ構造は、厚さ１０ｎｍの上下ｐ型（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.51Ｉｎ0.49Ｐガイド層４０５ａの間に、厚さ６ｎｍのｐ型（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.51Ｉｎ0.49Ｐバリア層４０５ｂ、厚さ５ｎｍのｐ型Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ｐウェル層４０５ｃを繰り返して積層下構造となっている。
【００６２】
第４実施例の素子のドーピングプロファイルを図４（ｃ）に示す。第４実施例では、ｐ型第１クラッド層、ｐ型第２クラッド層、ｐ型中間層にはＭｇを、ｐ型活性層にはＺｎを、ドーパントとして使用している。更に、ｐ型ＧａＡｓキャップ層にはＺｎをドーパントとして使用している。ｐ型ＧａＡｓキャップ層にＺｎを使用するのは、次の理由による。即ち、キャップ層には、その上に積層されるｐ型電極とのオーミック性の確保のために１×１０19／ｃｍ3程度の高いキャリア濃度が必要とされる。Ｍｇドープの場合、高密度にドーピングしても活性化率が下がり、高いキャリア濃度を得にくいことがある。そのため、第４実施例のＡｌＧａＩｎＰ系半導体を使用した半導体レーザーではＧａＡｓキャップ層にはＺｎを使用している。
【００６３】
第４実施例の構造のドーピングプロファイルを図４（ｃ）に示す。
ｐ型ＧａＡｓキャップ層のＺｎが高濃度である場合、得られた半導体レーザーのｐ型活性層までＺｎが拡散・侵入することがある。第４実施例では、ｐ型活性層に拡散してくるＺｎの量をあらかじめ測定し、同量のＺｎをｐ型活性層にドーピングしている。図４（ｃ）中、破線Ａは、ｐ型キャップ層からＺｎが拡散した後の濃度プロファイルである。第４実施例では、ｐ型キャップ層から拡散したＺｎの活性層位置での量は約２×１０17／ｃｍ3であったために、ｐ型活性層のＺｎの量をこれと同量とした。
【００６４】
更に、第４実施例では、図４（ａ）の積層体を、母体として利用し、図４（ｄ）に示す半導体レーザーを得ている。半導体レーザーは、次のように作製した。即ち、母体のキャップ層からエッチングストップ層までをフォトリソグラフィとエッチングの技術により部分的にエッチングしてリッジを形成した。リッジの両サイドからエッチングストップ層表面にかけてＳｉＯ2からなる誘電体膜４１１を形成した。次いで、フォトリソグラフィとエッチングの技術によりリッジ表面のキャップ層４１０を露出させ、更にその上にｐ型電極４１２を形成した。また、ＧａＡｓ基板の下面にはｎ型電極４１３を形成することで、半導体レーザーを作製した。
【００６５】
上記述べたように、ｐ型ＧａＡｓキャップ層から活性層へＺｎが拡散してくるが、活性層に拡散するＺｎと同程度のＺｎをドーピングしているため、活性層へのＺｎの侵入は生じない。従って、同出力を維持する際の動作電流が安定し、長い寿命の半導体レーザーを得ることができた。
【００６６】
活性層にＺｎをドーピングしないこと以外は第４実施例と同じ構造の半導体レーザーを比較例として作製した。比較例では動作電流が初期の０．５〜１Ｈ程度で約１５ｍＡ程度上昇し、その後低下に転じる傾向となっていた。一方、第４実施例では、初期の変動量を約５ｍＡに抑制することができた。
【００６７】
＜第５実施例＞
上記実施例の応用的な実施例として、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部をノンドープにすることにより、Ｚｎの拡散を低減することが可能である。また、ｐ型クラッド層の活性層に接する一部にのみＺｎを使わずにＭｇを使うことによっても活性層へのＺｎの拡散を低減することが可能である。更に、ｐ型クラッド層にＺｎとＭｇの両方をドーピングする場合において、Ｚｎの量を活性層のＺｎの量に比べて低くすることにより、活性層へのＺｎ拡散を更に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１ａ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図１ｂ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図２ａ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図２ｂ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図２ｃ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図３ａ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図３ｂ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図３ｃ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【００６９】
【図４ａ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図４ｂ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図４ｃ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図４ｄ】本発明の半導体発光素子の概略説明図である。
【図５】従来の半導体発光素子の概略説明図である。
【図６】従来の半導体発光素子の概略説明図である。
【図７】従来の半導体発光素子の概略説明図である。
【図８】従来の半導体発光素子の概略説明図である。
【図９】従来の半導体発光素子の概略説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１、２０１、３０１、４０１  ｎ型ＧａＡｓ基板；
１０２、２０２、３０２、４０２  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０３  ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層
１０４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ活性層
１０５、２０６  ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層
１０６、２０６、３０６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ中間層
１０７、２０９、３０９  ｐ型ＧａＰ電流拡散層
１０８、２１０、３１０、４１３  ｎ型電極
１０９、２１１、３１１、４１２  ｐ型電極
２０３、３０３、４０４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０４、３０４、４０５  ｐ型活性層
２０４ａ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰバリア層
２０４ｂ、３０４ｂ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰサブバリア層
２０４ｃ、３０４ｃ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰウェル層
２０５、３０５  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２０７、３０７  ｐ型ＧａＰ保護層
２０８、３０８  ｎ型ＧａＰ電流阻止層
【００７１】
３０４ａ  ｐ型バリア層
４０３  ｎ型ＧａＩｎＰバッファ層
４０６  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第１クラッド層
４０７  ＧａＩｎＰエッチングストップ層
４０８  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ第２クラッド層
４０９  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
４１０  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
４０５ａ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰガイド層
４０５ｂ  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰバリア層
４０５ｃ  ｐ型ＧａＩｎＰウェル層
４１１  誘電体膜
【図１ａ】
2009032738.tif 000003
【図２ａ】
2009032738.tif 000004
【図２ｂ】
2009032738.tif 000005
【図３ａ】
2009032738.tif 000006
【図３ｂ】
2009032738.tif 000007
【図４ａ】
2009032738.tif 000008
【図４ｂ】
2009032738.tif 000009
【図４ｄ】
2009032738.tif 000010
【図５】
2009032738.tif 000011
【図６】
2009032738.tif 000012
【図７】
2009032738.tif 000013
【図８】
2009032738.tif 000014
【図９】
2009032738.tif 000015
【図１ｂ】
2009032738.tif 000016
【図２ｃ】
2009032738.tif 000017
【図３ｃ】
2009032738.tif 000018
【図４ｃ】
2009032738.tif 000019