JP2616532B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバー通信等に必
要な高性能の半導体レーザおよびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザの特性向上を実
現するために、半導体レーザの活性層を量子井戸構造と
した単一量子井戸（ＳＱＷ）レーザや多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）レーザに関する研究がおこなわれている。この量
子井戸活性層を有する半導体レーザは量子サイズ効果に
より、通常のバルク型活性層にない良好な特性が期待で
きる。例えば微分ゲインの増大・ＴＭ発光の低減等によ
り低しきい値で高効率・大出力動作が可能となり、緩和
振動周波数の増大・線幅増大係数の減少により高速応答
・低チャーピング化が得られる。

【０００３】しかしながら、さらに微分ゲインを増大す
る場合には歪量子井戸の適用やバリア層の薄膜化に加
え、量子井戸のバリア層にドーピングを行う変調ドープ
ＭＱＷ構造の適用が検討されている［ケイ.ウオミ、ティー.ミシ
マ、エヌ.チノネ、シ゛ャハ゜ン シ゛ャーナル アフ゜ライト゛ フィシ゛ックス 、51(199
0)88（K. Uomi, T. Mishima, N. Chinone, Jpn. J. App
l.Phys. , 51(1990)88）］。

【０００４】図８に従来の半導体レーザの例を示す。３
１はｎ−ＧａＡｓ基板、３２はｎ−ＧａＡｓバッファ
層、３３はｎ−Ｉｎ_0.6Ａｌ_0.4Ａｓクラッド層、３４は
アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じこめ層、３５はアンドー
プＧａＡｓ井戸層、３６はアンドープＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａ
ｓ層、３７はＢｅドープＧａ_0.8Ａｌ_0.2Ａｓ、３８は変
調ドープ量子井 戸層、３９はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層、４０はｎ−ＧａＡｓ電流狭搾層、４１はＳｉＯ₂
絶縁層、４２はＺｎ拡散領域、４３はＡｕ／Ｃｒよりな
るｐ側電極、 ４４はＡｕＧｅＮｉよりなるｎ側電極で
ある。

【０００５】図８の変調ドープ量子井戸層の構造は図９
(b)のように、アンドープのＧａＡｓ井戸層３５と、ア
ンドープＧａＡｌＡｓバリア層３６と変調ドープ層３７
からなるバリア層からなっている。

【０００６】以上のように構成された従来の変調ドープ
量子井戸半導体レーザ装置において、電流をｐ側電極４
３から導入し、Ｚｎ拡散領域４２で挟窄したのち、変調
ドープ量子井戸層３８に注入する。微分ゲインの増大に
より増加する緩和振動周波数はドーピングしていない量
子井戸構造に対してこの図８に示した変調ドープ量子井
戸構造では増加が確認された。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に挙げた上記のよ
うな構成の変調ドープ量子井戸構造の半導体レーザの変
調ドープ量子井戸層３８は上で説明したように、アンド
ープＧａＡｓ井戸層３５と、アンドープＡｌＧａＡｓバ
リア層３６とＢｅドープＡｌＧａＡｓ変調ドープ層３７
とからなるバリア層とからできている。

【０００８】この半導体レーザと、図９（ｄ）に示すよ
うな井戸層とバリア層に均一にドーピングした均一ドー
プ量子井戸構造の半導体レーザとの緩和振動周波数を比
較しても、ともにドーピングのない量子井戸の半導体レ
ーザに比べて緩和振動周波数は等しい増加しか確認され
なかった。これは、図９（ｂ）または（ｃ）に示す変調
ドーピング構造がその後の熱処理工程により、ドーピン
グ元素が拡散して変調ドーピング構造が消滅して、均一
ドーピング構造となってしまったと考えられる。それを
図９（ａ）に示した。同図（ｂ）の構造をもつ変調ドー
ピング量子井戸構造は、熱処理前には、Ｂｅの濃度が変
調ドープ層だけ高くなっていたが、熱処理後は、Ｂｅが
変調ドープ層から拡散してしまい、均一になっている。
その結果、均一ドーピング構造と変調ドーピング構造の
レーザとの間に違いが無いものなると考えられる。これ
は、ドーピングに用いる元素が高温下に於て拡散してし
まうためである。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑み、変調ドーピン
グして、変調ドーピング構造とした変調ドープ量子井戸
層のドーパント元素の拡散を抑制して変調ドーピング構
造の破壊を抑制するするとともに、クラッド層から変調
ドープ量子井戸層へのドーパントの拡散を抑制し、変調
ドープ量子井戸層の変調ドーピング構造の破壊を抑制す
る構造を有する半導体レーザを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の半導体レーザは、基板と、前記基板上に第１
導伝型の導波路層と、井戸層とバリア層が交互に積層さ
れ、前記バリア層に変調ドープされた変調ドープ量子井
戸層と、ドーパントの拡散をストップするストップ層
と、第２導伝型のクラッド層とが順に積層された構造で
あり、前記導波路層のエネルギーギャップは、前記基板
のエネルギーギャップ以下であり、前記井戸層は、前記
導波路層よりエネルギーギャップが小さく、前記バリア
層は、前記導波路層と前記井戸層の中間のエネルギーギ
ャップで、一部に導伝性を有する変調ドープ層を含み、
前記ストップ層のエネルギ−ギャップは、前記バリア層
のエネルギーギャップ以上であり、かつドーパントがそ
の固溶限以下に添加された結晶とする。

【００１１】また、基板上に、前記基板以下のエネルギ
ーギャップである第１の導伝型を有する導波路層を成長
させる工程と、前記導波路層よりエネルギーギャップが
小さい井戸層と、前記導波路層と前記井戸層との中間の
エネルギーギャップでアンドープの第１のバリア層と、
変調ドープ層と、アンドープの第２のバリア層とを交互
に積層した変調ドープ量子井戸層を成長させる工程と、
エネルギーギャップが前記バリア層以上であり、ドーパ
ントの拡散をストップするストップ層を成長させる工程
と、エネルギーギャップが前記ストップ層以上であり、
第２の導伝型を有するクラッド層を成長する工程と、前
記基板までをストライプ状にエッチングするエッチング
工程と、前記ストライプの側面を第２導伝型の結晶と第
１導伝型の結晶と第２導伝型の結晶を成長させて前記ス
トライプを埋め込む工程とを有する半導体レーザの製造
方法とする。

【００１２】

【作用】変調ドープ構造を保存するためには、第１に変
調ドープ層に添加するドーパントの濃度を結晶の組成に
依存するドーパントの飽和濃度以下にする必要がある。
しかしながら変調ドープ層のドーパントの量が飽和濃度
以下の場合においても、変調ドープ構造が消失すること
がある。これは変調ドープ層近傍に飽和濃度以上のドー
パントが添加された層が存在するときに発生する。従っ
て、飽和濃度の低い層を変調ドープ層から離して設置す
るとともにドーパントの量を飽和濃度以下とする必要が
ある。本発明では、クラッド層内のＺｎの濃度をＺｎの
飽和濃度以下にすることや、クラッド層内に飽和濃度近
くのＺｎをドーピングした場合においても、クラッド層
と変調ドープ層間にアンドープ層を挿入することで拡散
を防止することが出来る。しかしながら、レーザ構造を
作製時には、導波路層内にドーピングする必要も生ずる
為に、ドーパントであるＺｎ飽和濃度の低いＩｎＰ等に
替えて、例えばＩｎＧａＡｓＰ等の層を挿入すること
で、変調ドープ構造の保存を実現している。

【００１３】

【実施例】以下に示す実施例を実現するために次のよう
な予備実験を試みた。

【００１４】図１４に示すように井戸層の厚みが５ｎ
ｍ、バリア層の厚みが１０ｎｍで中央の３ｎｍの領域に
Ｚｎを１×１０¹⁸ｃｍ^-3ドーピングした１０ペアーの変
調ドープＭＱＷ構造に於て、変調ドーピング構造を成長
した後に通常クラッド層としてｐ−ＩｎＰ層を３００ｎ
ｍ成長する。成長温度は６２０度で、成長時間は９０分
であった。成長後変調ドーピング構造をＳＩＭＳで測定
した結果、変調ドープ構造は保存されていることを確認
した。

【００１５】しかしながら、ＰＢＨ構造（レーザの埋め
込み構造）とするために液層成長法（Ｌiquid Ｐhase
Ｅpitaxy）にてｐ−ｎ−ｐ−ＩｎＰ層で電流狭搾層を埋
め込み成長した後、変調ドープ構造を再びＳＩＭＳで測
定した結果変調ドープ構造は消滅していた。

【００１６】一方、変調ドーピング構造を成長した後に
図１０（ａ）に示すように、ｐ−ＩｎＰ層にかえてアン
ドープ−ＩｎＰ層を３００ｎｍ成長し、その後ｐ−Ｉｎ
Ｐ層を成長して変調ドープ構造をＳＩＭＳにより測定し
た結果変調ドープ構造は保存されていることを確認し
た。

【００１７】図１０の結果から、変調ドーピング構造を
成長した後に成長するＩｎＰ層の濃度が０の場合（ｂの
場合）には、（ａ）の結果から変調ドープ構造が保存さ
れていることがわかるが、ＩｎＰの濃度が１×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3の場合（ｃの場合）には変調ドープ構造が消滅して
いる。従って、変調ドープ層に隣接してアンドープＩｎ
Ｐは成長できても、ドーピングしたｐ−ＩｎＰ結晶を成
長できないことが分かる。

【００１８】上記の実験結果より、変調ドーピング層近
傍にドーピングしたｐ−ＩｎＰ層がある場合には変調ド
ープ構造が消滅してしまうが、ｐ−ＩｎＰ層にドーピン
グしていない場合は変調ドープ構造はまったく変化して
いない。変調ドープ構造の消滅はｐ−ＩｎＰ層にドーピ
ングしたＺｎが格子間原子Ｚｎｉとして変調ドープ層内
に拡散しいき、変調ドープ構造を破壊するものと考え
る。従って、変調ドープ構造を保存するためには２つの
方法が考えられる。

【００１９】１．図３（ａ）に示すように、ドーピング
したｐ−ＩｎＰ層９を変調ドープ量子井戸層７より離れ
た位置におき、ｐ−ＩｎＰ層９から拡散してくるＺｎの
格子間原子Ｚｎｉの数を低下させる。図３（ａ）に示す
ようにｐ−ＩｎＰクラッド層９の下にＺｎの拡散をスト
ップするｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層８を設置した。この、ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ層８は第２の導波路としても作用す
る。ＩｎＧａＡｓＰ層８はＺｎの固溶限が高いために、
たとえＺｎがクラッド層９から拡散してきてもこのＩｎ
ＧａＡｓＰ層８でＺｎはストップする。したがって、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層８は、Ｚｎの格子間原子Ｚｎｉを発生す
ることなくｐ−ＩｎＰクラッド層９と変調ドープ層７の
間で低抵抗層として作用する。

【００２０】２．図３（ｂ）に示すように、ｐ−ＩｎＰ
層９のＺｎ濃度を低下させる。ｐ−ＩｎＰ層９内に固溶
可能なＺｎの量は結晶成長温度と結晶成長時のトータル
ガス量にも依存するが、だいたい１×１０¹⁸ｃｍ^-3と考
えられる。固溶限近傍の濃度を使用した場合、大量の格
子間原子Ｚｎｉが発生する。従って、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層９は、格子間原子Ｚｎｉが殆ど発生しない５×１０
¹⁷ｃｍ^-3程度のドーピングを行う必要がある。

【００２１】上記２つの手段は、変調ドープ量子井戸層
に、この層の外部からＺｎ元素が拡散してくるのを防止
するものであった。この手段だけだと、確かに変調ドー
プ層外部から変調ドープ層に拡散してくるドーピング元
素は防止できるが、変調ドープ層自身にドープした元素
が拡散して、変調ドープ層を破壊するのを防ぐことはで
きない。したがって、これらの手段に加えて、図４
（ａ）のように、変調ドープ層内のドーピング元素（Ｚ
ｎ）が拡散して、変調ドープ層から外部へ拡散するのを
防止する必要がある。これには次の３つの方法がある。

【００２２】１．ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ層５の
変調ドーピング濃度をＩｎＧａＡｓＰ結晶の固溶限以下
にする。これは先に説明したｐ−ＩｎＰクラッド層９と
同様に、固溶限をこえるＺｎをドーピングした場合、変
調ドーピング層自体で発生する格子間原子Ｚｎｉにより
変調ドープ層が消滅するためである。図１１にｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ変調ドープ層のＺｎの濃度を１×１０¹⁸ｃｍ
^-3、２×１０¹⁸ｃｍ^-3、５×１０¹⁸ｃｍ^ー3として変調ド
ープ構造の変化を示す。その結果、Ｚｎ濃度を２×１０
¹⁸ｃｍ^-3以下では変調ドープ構造が保存されており、Ｚ
ｎ濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下にする必要があることが
分かった。

【００２３】２．ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ層５は
変調ドープしているので、Ｚｎの濃度が大きいために、
Ｚｎはこの層から外部へ拡散しようとする。このＺｎの
拡散を防止するには、Ｚｎの拡散によりｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ変調ドープ層の結晶エネルギーが上昇して、不安定
な状態になるようにすればＺｎの拡散は抑制できるはず
である。

【００２４】例えば、変調ドープを行なう層の結晶（変
調ドープ層）の格子定数が隣接するバリア層の格子定数
より大きい場合、変調ドープを行なう層は圧縮歪を発生
し、不安定な状態となって結晶の内部エネルギーが上昇
するが、ドーピングするＺｎの濃度を大きくするに従
い、変調ドープ層の格子定数が小さくなるために、Ｚｎ
をドーピングすることで圧縮歪は低減されて結晶は安定
な状態となる。

【００２５】すなわち、あらかじめ変調ドープ層に圧縮
歪を与えておく（変調ドープ層の格子定数を隣接するバ
リア層より大きくしておく）と、変調ドープ層からＺｎ
の拡散によりＺｎ濃度が低下することで結晶のエネルギ
ーの上昇が伴うために、Ｚｎの拡散は抑制される。従っ
て、変調ドープ層の格子定数を、隣接するバリア層の格
子定数より大きくすることで、アンドープ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ層へのＺｎの拡散を抑制できた。この場合、変調ド
ープ層に添加するＺｎ濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3まで増加
できた。

【００２６】３．変調ドープ量子井戸層の井戸層とバリ
ア層のエネルギー状態を図４(b)に示す。バリア層を構
成するＩｎＧａＡｓＰ結晶は図４(c)に示したように、
エネルギーギャップが小さくなる結晶組成にした方がＺ
ｎの飽和濃度が上昇する。しかしながら、バリア層の結
晶のエネルギーギャップを小さくした場合には井戸層と
バリア層のエネルギーギャップ差が減少して、レーザに
供給した電子が井戸層から溢れて発光効率が低減する問
題があった。そこで、バリア層のうち変調ドープ層５の
結晶のエネルギーギャップは小さくしないで、アンドー
プ−ＩｎＧａＡｓＰ層４の組成のみをエネルギーギャッ
プが小さくして、そのかわりにＺｎの飽和濃度の大きい
結晶とすることができるために、変調ドープ層５から拡
散してくるＺｎ原子をアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ層４
でストップすることができる。すなわち、アンドープ−
ＩｎＧａＡｓＰ層４の組成をバリア層の変調ドープ層５
の組成と井戸層３の組成との中間とすることで、アンド
ープ−ＩｎＧａＡｓＰ層４のＺｎの固溶限が増大し、拡
散が抑制される。この場合、図１３に示したように、変
調ドープ層に添加するＺｎ濃度は８×１０¹⁸ｃｍ^-3まで
増加した。

【００２７】また、バリア層に於て、エネルギーギャッ
プの大きいアンドープ層をエネルギーギャップの小さい
変調ドープ層で挟む構造とすることでも井戸層とバリア
層のエネルギーギャップを大きくした構造でＺｎのドー
ピング濃度を大きくできた。

【００２８】さらに、変調ドープ層のエネルギーギャッ
プを小さくして、アンドープ層のエネルギーギャップを
大きくすることでも井戸層とバリア層のエネルギーギャ
ップを大きくした構造でＺｎのドーピング濃度を大きく
できた。

【００２９】（実施例１）以下本発明の一実施例の半導
体レーザについて、図面を参照しながら説明する。

【００３０】図１は本発明の実施例における歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図１、図２に
おいて、１はＳｎドープＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層、３は厚み５ｎｍのＩｎＧａＡｓ井戸
層、４は厚み３．５ｎｍのアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ
層、５は厚み３ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ
層、６は厚み３．５ｎｍのアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ
層、７は井戸数１０の変調ドープ量子井戸層、８は厚み
９０ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層、９はｐ−ＩｎＰクラ
ッド層（Ｚｎ＝７×１０¹⁷ｃｍ−３）、１０はｐ−ｎ−
ｐ電流ブロック層、１１はメサ形状の活性層領域、１２
はＡｕ／Ｓｎよりなるｎ側電極、１３はＡｕ／Ｚｎより
なるｐ側電極である。また図２に変調ドープ量子井戸層
の詳細図とそのエネルギー状態図を示している。この図
２のように、変調ドープ量子井戸層７はＩｎＧａＡｓ井
戸層３と、アンドープＩｎＧａＡｓＰ層とｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ変調ドープ層とからなるバリア層からできてい
る。

【００３１】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造について、以下図１を用いてその動作を
説明する。ｐ側電極１３から導入された電流は、電流ブ
ロック層１０で狭搾された後、変調ドープ量子井戸７に
注入される。

【００３２】変調ドープ層５にはＺｎが２×１０¹⁸ｃｍ
^-3ドーピングされている。図１１に示したように、この
ドーピング量は変調ドープ層５は破壊されない濃度であ
る。

【００３３】井戸層の膜厚は井戸層の組成において１．
５５μｍの発光波長が得られるよう５ｎｍに設定した。
この第１の実施例ではｐ−ＩｎＰクラッド層９と変調ド
ープ量子井戸層７との間にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層８を積
層して、ｐ−ＩｎＰクラッド層９からのＺｎの拡散を抑
制した結果、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層８内で格子間原子Ｚ
ｎｉ濃度が減衰して、変調ドープ量子井戸層７内の変調
ドープ層のＺｎのプロファイルは保存されていることを
確認した。

【００３４】実際、本実施例に示したレーザを作製して
諸特性を評価した結果、緩和振動周波数は１０ＧＨｚ／
ｍＷとなり同一構造で変調ドーピングしていない場合の
６ＧＨｚ／ｍＷに対して１．７倍に向上した。これは、
変調ドープ構造の適応により微分ゲインが増大しためと
考えられる。

【００３５】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３６】図５は本発明の第２の実施例の歪量子井戸
半導体レーザの構造図を示すものである。図１における
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ層５の組成を＋０．５％
の圧縮歪が発生するようにＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.61Ｐ
0.39歪変調ドープ層１４とする。これによって歪変調ド
ープ層１４は隣接するバリア層からさらに、変調ドーピ
ング濃度は５×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。図１１に示したよ
うに、このドーピング量では、変調ドープ層は破壊され
てしまうが、本実施例のように変調ドープ層に圧縮歪を
いれた歪変調ドープ層１４とすることで、ドーピング濃
度を高めても変調ドープ層は破壊されなかった。

【００３７】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのＺｎの拡散が
抑制されるためにＺｎを第１の実施例の2.5倍の濃度に
できる。その結果、緩和振動周波数ｆ_rは１３ＧＨｚと
さらに向上した。

【００３８】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００３９】図６本発明の第２の実施例の歪量子井戸半
導体レーザの構造図を示すものである。前記図５におけ
るｐ−ＩｎＧａＡｓＰ歪変調ドープ層１４に隣接するア
ンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ層４の組成を変調ドープ層の
組成と井戸層の組成との中間とする階段型バリア層１５
にすることでアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ層のＺｎの固
溶限が増大し、拡散が抑制される。変調ドーピング濃度
は８×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。このドーピング量も図１１
に示した変調ドープ層が破壊されない濃度よりも大きい
が、変調ドープ層５に隣接する層を階段型バリア層１５
とすることで変調ドープ層にドープする量を大きくでき
た。

【００４０】以上のように構成されたこの実施例の半導
体レーザの構造では、変調ドープ層内でのＺｎの拡散が
抑制されるためにＺｎを第１の実施例の４倍の濃度とで
きる。その結果、緩和振動周波数ｆ_rは１５ＧＨｚとさ
らに向上した。

【００４１】（実施例４）図４は本発明の実施例におけ
る半導体レーザの製造方法を示すものである。

【００４２】ＳｎドープＩｎＰ基板１上にＭＯＶＰＥ法
を用いて膜厚６０ｎｍのｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２
を成長する。次に、膜厚５ｎｍのＩｎＧａＡｓ井戸層
３、膜厚３．５ｎｍのアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰバリ
ア層４、膜厚３ｎｍのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ層
５、膜厚３．５ｎｍのアンドープ−ＩｎＧａＡｓＰバリ
ア層６を１ペアとして、井戸層３と３層よりなるバリア
層４〜６を繰り返し成長し、ペア数１０の変調ドープ量
子井戸層７とする。

【００４３】さらにＺｎストップ層としてｐ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ層８（Ｚｎ＝５×１０¹⁷ｃｍ ^-3）、ｐ−ＩｎＰク
ラッド層９（Ｚｎ＝５×１０¹⁷ｃｍ^-3）を連続的に成長
して結晶成長工程（図７(a)）とする。

【００４４】つぎに、ｐ−ＩｎＰクラッド層９からｎ−
ＩｎＧａＡｓＰ導波路層２をメサ状１１にエッチングす
るメサエッチング工程（図７(b)）。

【００４５】そしてｐ−ＩｎＰ，ｎ−ＩｎＰ，ｐ−Ｉｎ
Ｐ電流ブロ ック層１０をＬＰＥ成長する埋め込み成長
工程（図７(c)）。

【００４６】最後に、ｎ側電極 １２とｐ側電極１３を
蒸着により形成する電極蒸着工程（図７(d)）を行いレ
ー ザ構造を得る。

【００４７】以上のように作製されたこの実施例の半導
体レーザの変調ドープ層５とｐ−ＩｎＰ層９のＺｎ濃度
の決定を以下に説明する。

【００４８】ＤＭＺｎ(ジメチルＺｎ)の流量とホール濃
度の関係を求めた結果、図１２の結果が得られた。ここ
で、ＩｎＰでは、ホール濃度が９×１０¹⁷ｃｍ^-3で飽和
しており、ＩｎＧａＡｓＰでは５×１０¹⁸ｃｍ^-3で飽和
している。従って、ＩｎＰにドーピングするＺｎの濃度
は、飽和濃度の１／２である５×１０¹⁷ｃｍ^-3、ＩｎＧ
ａＡｓＰにドーピングするＺｎの濃度は、３×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3とした。全流量は５Ｌ／ｍｉｎ、成長温度は６４０
℃である。

【００４９】以上に示した半導体レーザの製造方法によ
り第１の実施例の半導体レーザが実現される。

【００５０】また、第２、第３の実施例に示した半導体
レーザの製造方法も、ほぼこの第１の実施例の製造方法
と同じである。異なる点は、第２の実施例では変調ドー
プ層とりて、ＩｎＧａＡｓＰ歪変調ドープ層１４を成長
させるところであり、第３の実施例では、アンドープバ
リア層をアンドープＩｎＧａＡｓＰ階段型バリア層とし
て成長させるところである。

【００５１】なお、以上の実施例において、ＩｎＰ系化
合物半導体の結晶を用いたがその他の結晶例えばＳｉ
系、ＧａＡＳ系、ＺｎＳｅＳ系、ＩｎＡｌＡｓ系、Ａｌ
ＧａＡｓ系ＩｎＧａＡｌＡｓＰ系等の半導体材料でもよ
い。また、Ｚｎをドーパントとして使用しているが、Ｂ
ｅ，Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓｅ，Ｓ、Ｔｅ、Ｃでもよい。レーザ
構造をＤＨレーザとしたが、ＤＦＢレーザ、ＤＢＲレー
ザなど付加価値の高いレーザへの適応が可能である。ま
た、活性層の構造をＰＢＨタイプとしたが、その他の構
造でもよい。さらに本実施例では変調ドープ構造をレー
ザに適応したが、導波路、受光素子等への適応が可能で
ある。また、Ｚｎストップ層としてｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
としたが、アンドープ−ＩｎＰ、アンドープ−ＩｎＧａ
ＡｓＰさらにはグレーティッドなアンドープ−ＩｎＧａ
ＡｓＰであってもよい。

【００５２】なお、本実施例ではデバイスはレーザとし
たが、ドーピングを用いるデバイスであれば電子デバイ
ス（例えば、ＨＥＭＴ，ＨＦＥＴ，ＨＢＴ等）であって
もよい。

【００５３】結晶成長方法はＭＯＶＰＥ法としたが、ガ
スソースＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ法のみならず、ハイドライ
ドＶＰＥ法など他の成長方法を用いてもよい。また、実
施例では半導体レーザの製造方法を示したが、同様な方
法で光導波路を作製することができる。

【００５４】さらに、結晶基板の伝導性としてｎ型基板
を使用したが、高光出力レーザ装置とする場合にはｐ側
電極の金属と半導体との接触抵抗を下げるためにｐ型基
板が用いられるが、この場合も添加元素はｐ型とすれば
よい。

【００５５】また、変調ドープ構造を実現するために添
加するドーパントとしてはｐ型を示したが、ｎ型でもよ
い。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明は、井戸層よりエネ
ルギーギャップが大きくクラッド層よりドーパントの固
溶限の大きい結晶よりなるドーパント拡散ストップ層を
設けると共に、ドーパントの拡散が抑制される変調ドー
プ構造をとることにより、微分ゲインを増大して、低閾
値、高スロープ効率、高動作速度、低歪の半導体レーザ
を実現することができる。

【００５７】さらに、導波路層が量子井戸層の両側に存
在するため、光出力が最大の部分が量子井戸層中心にき
て、光の閉じ込め係数Γが向上し、光出力が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における変調ドープＭＱ
Ｗレーザの構造断面図

【図２】変調ドープ量子井戸層の構造と、エネルギー状
態を示す図

【図３】クラッド層とＺｎストップ層におけるＺｎの振
舞いを示す図

【図４】(a)は変調ドープ層におけるＺｎの振舞いを示
す図 (b)は変調ドープ層のエネルギー状態図 (c)はエネルギーギャプとＺｎ飽和濃度との関係を示す
図

【図５】本発明の第２の実施例における変調ドープＭＱ
Ｗレーザの構造断面図

【図６】本発明の第３の実施例における変調ドープＭＱ
Ｗレーザの構造断面図

【図７】本発明の第４の実施例における変調ドープＭＱ
Ｗレーザの製造工程断面を示す図

【図８】従来の変調ドープＭＱＷレーザの概略図

【図９】(a)は従来の変調ドープ量子井戸のＢｅ濃度分
布を示す図 (b)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (c)は従来の変調ドープ量子井戸構造図 (d)は従来の変調ドープ量子井戸を用いてレーザを作製
した場合の変調ドープ量子井戸構造図

【図１０】ｐ−ＩｎＰ結晶の成長時における変調ドープ
構造の保存状況を示す図

【図１１】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図

【図１２】ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰに対するＤＭＺｎの
流量とホール濃度の関係を示す図

【図１３】変調ドーピング濃度と変調ドープ構造の保存
状況を示す図

【図１４】従来の変調ドープ量子井戸の断面構造とエネ
ルギー準位示す図

【符号の説明】

１ ＳｎドープＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ導波路層 ３ ＩｎＧａＡｓ井戸層 ４ ノンドープ−ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ変調ドープ層 ６ ノンドープ−ＩｎＧａＡｓＰバリア層 ７ 変調ドープ量子井戸 ８ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰＺｎストップ層 ９ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０ ｐ−ｎ−ｐ電流ブロック層 １１ メサ形状領域 １２ Ａｕ／Ｓｎよりなるｎ側電極 １３ Ａｕ／Ｚｎよりなるｐ側電極 １４ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ歪変調ドープ層 １５ ノンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ階段型バリア層 １６ ノンドープ−ＩｎＧａＡｓＰ階段型バリア層

フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−154472（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−33990（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77391（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−181589（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−162483（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮ．ＴＥＣＨ. ＬＥＴＴ．２〜４！（1990）Ｐ．231− 233

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、前記基板上に第１導伝型の導波路
   層と、井戸層とバリア層が交互に積層され、前記バリア
   層に変調ドープされた変調ドープ量子井戸層と、ドーパ
   ントの拡散をストップするストップ層と、第２導伝型の
   クラッド層とが順に積層された構造であり、 前記導波路層のエネルギーギャップは、前記基板のエネ
   ルギーギャップ以下であり、 前記井戸層は、前記導波路層よりエネルギーギャップが
   小さく、 前記バリア層は、前記導波路層と前記井戸層の中間のエ
   ネルギーギャップで、一部に導伝性を有する変調ドープ
   層を含み、 前記ストップ層のエネルギ−ギャップは、前記バリア層
   のエネルギーギャップ以上であり、かつドーパントがそ
   の固溶限以下に添加された結晶であることを特徴とする
   半導体レーザ。
2. 【請求項２】クラッド層のドーパントの添加量を固溶限
   以下とすることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
   ザ。
3. 【請求項３】バリア層のドーパントの添加量を固溶限以
   下とすることを特徴とする請求項１または２記載の半導
   体レーザ。
4. 【請求項４】変調ドープ層は、ドーピングにより歪が低
   減するような格子不整合を有することを特徴とする請求
   項１、２または３記載の半導体レーザ。
5. 【請求項５】変調ドープ層がバリア層と異なるエネルギ
   ーギャップを有することを特徴とする請求項１、２また
   は３記載の半導体レーザ。
6. 【請求項６】基板の導伝型と、バリア層が有する変調ド
   ープ層の導伝型が共にｐ型であることを特徴とする請求
   項１〜５のいずれか１項記載の半導体レーザ。
7. 【請求項７】基板上に、前記基板以下のエネルギーギャ
   ップである第１の導伝型を有する導波路層を成長させる
   工程と、 前記導波路層よりエネルギーギャップが小さい井戸層
   と、前記導波路層と 前記井戸層との中間のエネルギーギャッ
   プでアンドープの第１のバリア層と、変調ドープ層と、
   アンドープの第２のバリア層とを交互に積層した変調ド
   ープ量子井戸層を成長させる工程と、エネルギーギャップが前記バリア層以上であり、 ドーパ
   ントの拡散をストップするストップ層を成長させる工程
   と、エネルギーギャップが前記ストップ層以上であり、 第２
   の導伝型を有するクラッド層を成長する工程と、 前記基板までをストライプ状にエッチングするエッチン
   グ工程と、 前記ストライプの側面を第２導伝型の結晶と第１導伝型
   の結晶と第２導伝型の結晶を成長させて前記ストライプ
   を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体レー
   ザの製造方法。