JPH05259566A

JPH05259566A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JPH05259566A
Application number: JP4052799A
Authority: JP
Inventors: Masato Kondo; 真人近藤; Chikashi Anayama; 親志穴山; Megumi Doumen; 恵堂免; Akira Furuya; 章古谷; Masamitsu Sugano; 真実菅野; Toshiyuki Tanahashi; 俊之棚橋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層成分として用
いる、たとえば波長６００ｎｍ帯の赤色発光レーザ等の
半導体発光装置に関し、結晶性に優れたｎ型層へのドー
ピング方法を開発し、高品位の光学的スラブ導波路構造
を内蔵する半導体発光装置を提供することを目的とす
る。【構成】順メサストライプまたは逆メサストライプの
メサ構造を有し、主面がほぼ（１００）面であるＧａＡ
ｓ基板上の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ_1-x） _yＩｎ
_1-yＰからなる活性層および活性層を挟み、（Ａｌ_uＧ
ａ_1-u）_vＩｎ_1- _vＰからなるクラッド層を含むダブル
ヘテロ構造の積層領域を設け、当該積層領域の平坦部に
選択的に通電して発光せしめる構造の半導体発光装置に
おいて、前記メサ構造の斜面が、（１００）面から（１
１１）Ｂ面方向へ傾斜したＢ面の斜面からなり、当該斜
面を埋める如くしてその上に堆積する複数層のうちある
ｎ型層のドーパントをＳｉとして構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体を利用し
た発光装置に関し、特にＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層
成分として用いる、たとえば波長６００ｎｍ帯の赤色発
光レーザ等の半導体発光装置に関する。

【０００２】近年、半導体レーザの特性向上に伴って、
高密度情報記録用光ディスクの書込みおよび読み出し用
光源やＰＯＳ用光源、レーザプリンタ用光源等として発
光波長の短波長化に対する要求が強まってきた。

【０００３】特に、光ディスク用レーザには、さらに低
閾値電流、高出力、高信頼性、低雑音化、発振パターン
の低アスペクト比という厳しい条件が要求されている。

【０００４】

【従来の技術】半導体発光装置の短波長化の要求に応じ
て、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を活性層に用いた半導体レー
ザで６００ｎｍ帯の赤色発光が室温で達成されており、
精力的に開発が進められている。

【０００５】一方、光源の特性を向上させるためには、
特に半導体レーザにおいてダブルヘテロ接合構造を採用
した様々な導波路形状の発光装置が工夫されており、長
足の進歩をとげてきた。

【０００６】半導体レーザの発振モード制御、特に単一
横モード制御と電流制御とを行い、高い利得を持つ単色
性の強いレーザを得るために、チップ内部にストライプ
状通電領域と光学的なスラブ導波路を形成した（活性層
の一部が等価的に屈折率が高くなっている）装置が、多
く開発されている。

【０００７】図３は、本発明者らが特願平３−９２３４
１号等において提案したＡｌＧａＩｎＰ赤色発光レーザ
のチップ構成を示す。ただし、電極部は省略されてい
る。このレーザチップは、まずＺｎドープ、キャリア濃
度２×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ⁺型ＧａＡｓ基板１１１の（１
００）面にＳｉＯ₂マスクを用いたエッチングで、＜０
１１＞方向に長い順メサストライプ構造を形成し、当該
順メサストライプの（１００）平坦面にＳｉＯ₂マスク
を残したまま順メサストライプ傾斜部を含む当該マスク
面以外の基板１１１上に、Ｓｅドープ、キャリア濃度３
×１０¹⁸ｃｍ ^-3のｎ⁺型ＧａＡｓ電流阻止層１１２を選
択成長する。

【０００８】電流阻止層１１２は、好ましくはメサの両
側で（３１１）Ｂ面を有し、その外側で平坦な（１０
０）面を有する。この電流阻止層は、逆バイアスによっ
てＧａＡｓ基板１１１から流れる正孔電流を阻止し、メ
サ頂上部のみに集中させる役目を果たすため、なるべく
高濃度にドープされている。

【０００９】次に、ＳｉＯ₂マスクを除去し、ｎ⁺型Ｇ
ａＡｓ電流阻止層１１２およびＳｉＯ₂マスク除去面上
に以下の各層を含む積層構造を作製する。Ｚｎドープ、
キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ−ＧａＡｓバッファ
層１１３、その上のＺｎドープ、キャリア濃度１×１０
¹⁸ｃｍ^-3のｐ−Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ中間層１１４、その
上のＺｎまたはＭｇドープ、キャリア濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ ^-3のｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド
層１１５、その上のアンドープの（Ａｌ_yＧａ_1-y）
_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ活性層１１６、その上のＳｅドープ、キ
ャリア濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）
_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層１１７、その上のＳｅドー
プ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓコ
ンタクト層１１８。

【００１０】各混晶層は、ＧａＡｓに格子整合してい
る。ｐ−Ｇａ_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ中間層１１４はｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層１１３とｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ
_0.49Ｐクラッド層１１５のヘテロ接合界面の価電子帯で
不連続が生じてスパイク状電位障壁が発生し、注入され
る正孔がトラップされるのを防ぐために挿入されてい
る。

【００１１】このレーザチップには、ｎ側電極がｎ⁺−
ＧａＡｓコンタクト層１１８上に設けられ（図示せ
ず）、ｐ⁺−ＧａＡｓ基板１１１上にｐ側電極が設けら
れる。電流阻止層１１２によって電流狭窄がされる。

【００１２】アンドープ（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51Ｉｎ
_0.49Ｐ活性層１１６が順メサストライプの斜面部で屈曲
しており、活性層１１６がこの部位で屈折率のより低い
（Ａｌ _xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層１１５、
１１７（ｘ＞ｙ）によって等価的に取り囲まれた構造と
なるため、放出光は実効的に活性層１１６の平坦なスト
ライプ領域に閉じ込められる。

【００１３】このために、閾値電流密度は低く、また光
導波特性も良好であり、放出されたレーザ光の非点収差
は大変小さい。このように導波路形状をチップ内部で変
化させることによって、実質的に平坦なストライプ領域
のみに光を閉じ込める構造は、図３の順メサストライプ
構造の他に順方向の溝ストライプ構造を用いても達成で
きる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図３で示したような、
＜０１１＞方向に順メサまたは順方向溝ストライプ構造
を基板に形成した場合、当該順メサストライプの斜面に
は（１００）面から（１１１）Ｂ面方向へ傾斜した高指
数面が現れる。ＧａＡｓの（１００）面を基板に用いた
場合、通常この斜面はｋが１から９までの整数として
（ｋ１１）Ｂ面で形成される。

【００１５】一方、＜０１−１＞方向に順メサまたは順
方向溝ストライプ構造を基板に形成した場合、斜面に現
れるのは、（ｋ１１）Ａ面である。図で示したように、
半導体レーザチップを形成する場合、ｎ型層のドーパン
トとしてＳｅが用いられた。Ｓｅは、化合物半導体結晶
に容易に高濃度ドープできる。

【００１６】しかし、固溶限度を越えてドープしたＳｅ
は、半導体結晶内に微小な含晶を形成したりして析出
し、結晶性を低下させる。また、金属的導電性をあたえ
る。さて、図３に示した半導体レーザチップにおいて
は、（１）ｎ⁺−ＧａＡｓ電流阻止層１１２は非常に高濃度
にドープされていなければならない。これは、パンチス
ルーを防止して正孔の発光領域外への漏れを防ぐためで
ある。

【００１７】（２）ｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ
_0.49Ｐクラッド層１１７およびｎ⁺−ＧａＡｓコンタク
ト層１１８は、順メサストライプの斜面の上の部分が順
メサストライプの上の部分より高濃度にドープされてい
てはならない。これは、ｎ層電極側から注入される電子
が、ストライプ領域外に洩れ、無効電流成分となること
を防ぐためである。

【００１８】しかるに、本発明者らの研究によって、図
３のような＜０１１＞方向の順メサストライプ構造やあ
るいは順方向溝ストライプ構造を含む領域へのｎ型層成
長の場合、Ｓｅが（１００）面より（ｋ１１）Ｂ面の面
指数を有する斜面領域で数〜１０倍以上高濃度に取り込
まれることが分かった。また逆に、（ｋ１１）Ａ面の面
指数を有する斜面領域では、（１００）面に比較して数
〜１０分の１程度しかＳｅが取り込まれない。

【００１９】（ｋ１１）Ｂ面では、（１００）面に比べ
てはるかに高濃度のＳｅが成長層内に取り込まれる。こ
のために、図３の半導体レーザチップを製造する場合、
ｎ⁺−ＧａＡｓ電流阻止層１１２の（１００）面に充分
高濃度（ｎ≒３×１０¹⁸ｃｍ ^-3）のＳｅをドープする
と、斜面部にはＳｅが析出する傾向がある。このため、
しばしばその上部に堆積した成長層の結晶性が低下し、
レーザの発振特性が悪影響を受ける。

【００２０】また、ｎ⁺−ＧａＡｓ層１１８に（１０
０）面で充分高濃度のＳｅをドープすると、斜面部にお
けるリーク電流のため、閾値電流密度が高まる。逆に、
順メサ形状を有する（１００）基板上に、多層成長させ
たストライプ型レーザでメサ側面に形成されるＢ斜面に
キャリア注入領域を設ける半導体レーザチップにおいて
は、上記した高指数面に高濃度ドープされるＳｅの性質
は魅力的である。

【００２１】本発明の目的は、結晶性に優れたｎ型層へ
のドーピング方法を開発し、高品位の光学的スラブ導波
路構造を内蔵する半導体発光装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は、高指数面へのＳｅドーピング
の特異性を積極的に利用して、特性の優れた半導体発光
装置を提供することである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、順メサストライプまたは順方向溝ストライプのメサ
構造を有し、主面がほぼ（１００）面であるＧａＡｓ基
板上の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-y
Ｐからなる活性層および活性層を挟み、（Ａｌ _uＧａ
_1-u）_vＩｎ_1-vＰからなるクラッド層を含むダブルヘ
テロ構造の積層領域を設け、当該積層領域の平坦部に選
択的に通電して発光せしめる構造の半導体発光装置にお
いて、前記メサ構造の斜面が、（１００）面から（１１
１）Ｂ面方向へ傾斜したＢ面の斜面からなり、当該斜面
を埋める如くしてその上に堆積する複数層のうちあるｎ
型層のドーパントをＳｉとして構成した。

【００２３】また、本発明の半導体発光装置は、順メサ
ストライプまたは順方向溝ストライプのメサ構造を有
し、主面がほぼ（１００）面であるＧａＡｓ基板上の当
該メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰからな
る活性層および活性層を挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩ
ｎ_1-vＰからなるクラッド層を含むダブルヘテロ構造の
積層領域を設け、当該積層領域の平坦部に選択的に通電
して発光せしめる構造の半導体発光装置において、前記
メサ構造の斜面が、（１００）面から（１１１）Ａ面方
向へ傾斜したＡ面の斜面からなり、当該斜面を埋める如
くしてその上に堆積する複数層のうちあるｎ型層のドー
パントをＳｅとして構成した。

【００２４】また、本発明の半導体発光装置は、メサ構
造を有し、主面がほぼ（１００）面であるＧａＡｓ基板
の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰか
らなる活性層および活性層を挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）
_vＩｎ_1-vＰから上下クラッド層を含む積層領域を形成
し、当該積層領域の前記メサ構造上の傾斜部に選択的に
通電して発光せしめる半導体発光装置において、当該傾
斜部が（１００）面から（１１１）Ｂ面方向に傾斜した
Ｂ面であり、その上に前記積層領域が配置され、当該積
層領域の複数層のうちあるｎ型層のドーパントがＳｅと
して構成した。

【００２５】また、半導体発光装置は、メサ構造を有
し、主面がほぼ（１００）面であるＧａＡｓ基板の当該
メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰからなる
活性層および活性層を挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩｎ
_1-vＰから上下クラッド層を含む積層領域を形成し、当
該積層領域の前記メサ構造上の傾斜部に選択的に通電し
て発光せしめる半導体発光装置において、当該傾斜部が
（１００）面から（１１１）Ａ面方向に傾斜したＡ面で
あり、その上に前記積層領域が配置され、当該積層領域
の複数層のうちあるｎ型層のドーパントがＳｉとして構
成した。

【００２６】

【作用】本発明の半導体発光装置においては、（１０
０）面から（１１１）Ｂ面方向へ傾斜したＢ面がメサ構
造斜面に現れるが、ｎ型層のドーパントをＳｉとするた
め、斜面部における過剰の不純物取込を防止することが
できる。

【００２７】また、本発明の半導体発光装置において
は、（１００）面から（１１１）Ａ面方向へ傾斜したＡ
面がメサ構造斜面に現れるが、この斜面を埋めるｎ型層
のドーパントをＳｅとすることにより、斜面部での不純
物の取込みは、平坦部での不純物の取込みよりも低く抑
えられる。

【００２８】また、本発明の半導体発光装置において
は、ステップ構造の傾斜部に（１００）面から（１１
１）Ｂ面方向に傾斜したＢ面が現れるが、その傾斜部を
覆うｎ型層のドーパントをＳｅとすることにより、傾斜
部で充分な濃度を有し、平坦部でより低い濃度を有する
効率的なドーパント分布を得ることができる。

【００２９】また、本発明の半導体発光装置において
は、ステップ構造の傾斜部に（１００）面から（１１
１）Ａ面方向に傾斜したＡ面が現れるが、この傾斜部を
覆うｎ型層のドーパントをＳｉとすることにより、傾斜
部において十分な不純物濃度を実現し、かつ平坦部での
過剰な不純物の取込みを防止することができる。

【００３０】

【実施例】本発明の実施例を説明する前に、本発明の基
礎となる実験結果を説明する。図４は、ＧａＡｓ基板に
格子整合した（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ成長層
にドープされたＳｅ原子のＳＩＭＳで測定した濃度およ
びＳｅドーピングによって生じたキャリア濃度（Ｃ−Ｖ
測定）の面方向依存性である。

【００３１】また、図５はＧａＡｓ基板上に成長したＳ
ｉドープＧａＡｓ層のキャリア濃度の面方向依存性、図
６はＧａＡｓ基板上に成長したＳｉドープ（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ層のキャリア濃度の面方向依存性
を示す。

【００３２】図４において、データは全て（１００）面
のキャリア濃度およびＳｅ濃度で規格化されている。図
５においては、ＳｉＨ₄をソースガスとして用い、成長
温度を６７０℃とした場合のキャリア濃度で規格化して
いる。図６においては、Ｓｉ ₂Ｈ₆をソースガスとし、
成長温度を７３０℃とした場合のキャリア濃度で規格化
している。

【００３３】図４から、Ｓｅ濃度は（１００）面から
（１１１）面方向に傾斜させた高指数面（ｋ１１）で、
傾斜角が大きくなる（ｋが小さくなる）程、Ｂ面では取
込み量が増大し、逆にＡ面では取込み量が減少すること
が分かる。

【００３４】一方、図５および図６から、Ｓｉ濃度はＧ
ａＡｓ成長層においても、ＡｌＧａＩｎＰ混晶成長層に
おいてもｋ≧２なる高指数面においては、ほとんど変化
しないことが分かる。なお、（１１１）面のデータは未
だ不確定性が大きいため破線で示した。

【００３５】本発明は、このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体におけるｎ型ドーパントのドーピング濃度の面方
位依存性を利用する。Ｖ族元素で終端した（ｋ１１）Ｂ
面を斜面とする図３の順メサストライプ構造のチップに
おいては、ｎ型層のドーパントをＳｅからＳｉに切り換
えることによって、斜面領域への過大なドーパント取込
みを抑制することができ、特性を向上させることができ
る。

【００３６】また、逆にＩＩＩ族元素で終端した（ｋ１
１）Ａ面を斜面とする逆メサストライプ構造のチップに
おいては、ｎ型層のドーパントをＳｅにすることによっ
て斜面領域でのドーパント取込み量を（１００）面以下
に抑制することができる。従って、コンタクト層へ注入
される電子の通電領域をストライプの平坦部に狭窄する
ことができ、無効電流成分を低減することができる。

【００３７】さらに、半導体チップ内に形成されたＢ面
傾斜部を通電路とする半導体発光装置においては、ｎ型
層のドーパントとしてＳｅを選択することによって、当
該傾斜部に選択的に高濃度ドーピングすることができ
る。この結果、無効電流成分を低減することができる。

【００３８】また、半導体チップ内に形成されたＡ面傾
斜部を通電路とする半導体発光装置においては、ｎ型層
のドーパントとしてＳｉを選択することによって、当該
傾斜部で十分な高濃度ドーピングを確保しつつ、平坦部
での過剰な不純物取込みを防止できる。

【００３９】以下、本発明をより具体的な実施例に基づ
きより詳しく述べる。図１は、本発明の１実施例である
リブ導波路構造内蔵型ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザチッ
プの層構造を断面で示す。ただし、電極の表示は省略し
てある。

【００４０】図示したような、側面が（１１１）Ｂ面で
ある＜０１１＞方向に長い順メサストライプ構造をもつ
Ｚｎドープ、キャリア濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3〜２×１０
¹⁹ｃｍ^-3、たとえば３×１０¹⁸ｃｍ^-3の（１００）面ｐ
⁺−ＧａＡｓ基板１１を準備する。この（１００）面上
に、ＭＯＣＶＤ法を用いて機能領域を積層する。

【００４１】まず、順メサストライプの平坦部にメサエ
ッチングに用いたＳｉＯ₂マスクを残したまま、Ｓｉド
ープ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓ
電流阻止層１２を基板１１上に成長する。（１００）面
上における成長層膜厚は約１μｍである。メサ側面部に
は（４１１）Ｂ面〜（２１１）Ｂ面が表れる。

【００４２】次に、ＳｉＯ₂マスクを除去した後、Ｇａ
Ａｓ全面上に厚さ０．０３μｍ、Ｚｎドープ、キャリア
濃度６×１０¹⁶ｃｍ^-3のｐ−ＧａＡｓバッファ層１３、
その上に厚さ０．０３μｍ、Ｍｇドープ、キャリア濃度
１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ
_0.49Ｐ中間層１４を成長する。

【００４３】さらに、その上に厚さ０．５〜１．０μｍ
たとえば約０．７μｍ、Ｍｇドープ、キャリア濃度５×
１０¹⁷ｃｍ^-3〜１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ−（Ａｌ_xＧａ
_1-x） _0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層１５、その上に厚さ
０．０１５〜０．１μｍ、たとえば約０．０５μｍ、ア
ンドープの（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐ活性層１
６、その上に厚さ１μｍ、Ｓｉドープ、キャリア濃度５
×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49
Ｐクラッド層１７を成長してダブルヘテロ接合を形成す
る。なお、上下クラッド層１５、１７は、活性層１６よ
りも低い屈折率、広いバンドギャップを有すればよく、
同一組成でなくてもよい。

【００４４】さらにその上に、厚さ５μｍ、Ｓｉドー
プ、キャリア濃度３×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓコ
ンタクト層１８を連続的に成長させる。ｎ⁺−ＧａＡｓ
コンタクト層１８の上にｎ側電極、ｐ⁺−ＧａＡｓ基板
１１上にｐ側電極を形成する（図示せず）。

【００４５】ＭＯＣＶＤは、トリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）およびアルシン（ＡｓＨ₃）、ホ
スフィン（ＰＨ₃）を原料とし、キャリアガスに水素を
用いる。

【００４６】また、ドーパントはｐ型がビス・シクロ・
ペンタ・ジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチ
ル亜鉛（ＤＭＺｎ）またはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）
を、ｎ型がシラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）を用いる。成長温度は６７０〜７３０℃、成長
圧力は５０〜７６Ｔｏｒｒ、キャリアガス水素流量５〜
８ＬＭである。

【００４７】図１に示した構造においては、ｎ⁺−Ｇａ
Ａｓ電流阻止層１２は、Ｓｉをドープされているため、
ドーピングの面方位依存性が少なく、下地結晶に（１１
１）Ｂ面が存在してもほぼ全領域に均一なドーピングを
行うことができる。

【００４８】また、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５
をＭｇでドープすることにより、このｐ型領域にも不純
物を均一にドープすることができる。ｐ−（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層１４もＭｇでドープするこ
とがさらに好ましい。

【００４９】電流阻止層１２の結晶性が順メサ構造の斜
面部上でも改良されるため、その上に成長するエピタキ
シャル結晶の結晶性を損なうことが防止できる。このた
め、半導体レーザ装置の特性を向上することができる。

【００５０】図２は、本発明の他の実施例である順方向
溝ストライプ構造をもつ基板上に形成したＡｌＧａＩｎ
Ｐ半導体レーザチップの層構成を断面で示す。このレー
ザチップは、フォトレジストとＳｉＯ₂マスク、ドライ
エッチングとＭＯＣＶＤ法を組み合わせて（１００）面
Ｓｉドープｎ⁺−ＧａＡｓ基板２１（キャリア濃度約２
×１０¹⁸ｃｍ^-3）上に形成したものである。

【００５１】基板２１の各メサストライプの斜面はほぼ
（９１１）〜（３１１）Ａ面である。ホトレジストマス
クを用いたエッチングにより、なだらかに変化する斜面
を形成することができる。

【００５２】ｎ⁺−ＧａＡｓ基板２１上にＳｅドープの
ｎ⁺−ＧａＡｓバッファ層２３（キャリア濃度約１×１
０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ約０．５μｍ）、その上にＳｅドープ
のｎ ^-（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層２
５（キャリア濃度約５×１０ ¹⁷ｃｍ^-3、厚さ約１μ
ｍ）、その上にアンドープの（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51Ｉ
ｎ _0.49Ｐ活性層２６（厚さ約０．０１５〜０．１μ
ｍ）、その上にＭｇまたはＺｎドープのｐ^-（Ａｌ_xＧ
ａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層２７（キャリア濃度
約５×１０¹⁷ｃｍ^-3、厚さ約１μｍ）、その上にＺｎド
ープのｐ−Ｇａ_0.51Ｉｎ _0.49Ｐ中間層２４（キャリア濃
度約１×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ約０．１μｍ）を積層す
る。

【００５３】ｐ型中間層２４の順方向溝ストライプ領域
を覆うＳｉＯ₂マスクを形成してｐ型クラッド層２７お
よびｐ型中間層２４の一部をエッチングした後、その箇
所にＳｅまたはＳｉドープ、のｎ⁺−ＧａＡｓ電流阻止
層２２（キャリア濃度約３×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ約１μ
ｍ）を成長する。

【００５４】さらに、ＳｉＯ₂マスクを除去してｎ⁺電
流阻止層２２の上にＺｎドープのｐ ⁺−ＧａＡｓコンタ
クト層２８（キャリア濃度約５×１０¹⁸ｃｍ^-3、厚さ約
５μｍ）を形成する。なお、以上の領域の厚さや不純物
濃度は制限的なものではない。

【００５５】ところで、図２の構成において、Ｓｅドー
プのｎ⁺バッファ層２３、Ｓｅドープのｎ^-クラッド層
２５の斜面領域におけるキャリア濃度は、その（１０
０）面におけるキャリア濃度よりも著しく低く、たとえ
ば１／３〜１／５となる。

【００５６】この結果、図２のチップに電極を形成して
ステムにマウントした半導体レーザ装置では、基板２１
側から注入される電子電流が順方向溝ストライプ平坦部
に集中して低い閾値電流で発振する。

【００５７】本発明のさらに他の一実施例は、図７に示
すように、Ｂ面の傾斜面を順メサ側部に持つ（１００）
面ＧａＡｓ基板４１上にＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザを
形成する。Ｓｉドープ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｎ⁺−ＧａＡｓ基板４１上にＳｅドープ、キャリア濃
度１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ⁺−ＧａＡｓバッファ層４３、
Ｓｅドープのｎ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐク
ラッド層４５、アンドープの（Ａｌ_yＧａ_1-y）_0.51Ｉ
ｎ_0.49Ｐ活性層４６、ＭｇまたはＺｎドープのｐ−（Ａ
ｌ_xＧａ_1-x）_0.51Ｉｎ_0.49Ｐクラッド層４７−１、Ｚ
ｎ＋Ｓｅ同時ドープのｐ（ｎ）^-ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層４７−２、Ｚｎドープのｐ^-ＧａＩｎＰ中間層４
４、Ｚｎドープのｐ^-ＧａＡｓコンタクト層４８をこの
順で連続的に成長させる。基板のメサ側面には傾斜した
Ｂ面を現す。

【００５８】ｐクラッド層中にＺｎとＳｅの同時ドープ
により平坦部に電流阻止層を形成する。このチップに電
極を形成してステムにマウントすると、斜面部が発光す
るＡｌＧａＩｎＰ型レーザ装置ができる。

【００５９】このチップのｎ型バッファ層、ｎ型クラッ
ド層の傾斜部は傾斜したＢ面上に形成されるため、平坦
部（１００）面よりも著しく高濃度のＳｅ、たとえば３
〜１５倍の濃度のＳｅをドープすることができ、この結
果、電子電流を傾斜部のみに集中して流し、また正孔電
流も傾斜部に集中して流すことができる。

【００６０】このため、光と共にキャリアの閉じ込め効
果も非常に効果的であり、優れたレーザ特性が得られ
る。同様の構成をＡ面の傾斜面を順メサ側部に持つ（１
００）面ＧａＡｓ基板上に形成する場合は、傾斜面Ａ面
上のｎ型領域のキャリア濃度を低下させないようにｎ型
不純物としてＳｉを用いる。傾斜Ａ面上でも平坦部同等
のキャリア濃度を得ることができる。

【００６１】図８は、本発明の他の実施例によるＡｌＧ
ａＩｎＰ半導体レーザを示す。Ｓｉドープの（１００）
面ｎ⁺−ＧａＡｓ基板５１の表面に、＜０１１＞方向の
順方向溝ストライプを形成し、その側面に（９１１）Ｂ
〜（３１１）Ｂ面を現す。なお、平坦部は（１００）面
である。

【００６２】ｎ⁺−ＧａＡｓ基板５１の上に、Ｓｉドー
プのｎ⁺−ＧａＡｓバッファ層５３、Ｓｉドープのｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５５、アンドープの（Ａｌ）
ＧａＩｎＰ活性層５６、Ｎｇドープのｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層５７、Ｚｎドープのｐ−ＧａＩｎＰ中間層
５４をこの順序でエピタキシャルに成長する。

【００６３】その後、順方向溝ストライプ領域をＳｉＯ
₂等のマスクで覆い、エッチングすることによってｐ−
ＧａＩｎＰ中間層５４およびｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層５７の一部を除去し、この領域にＳｉドープのｎ⁺
−ＧａＡｓ電流阻止層５２を選択的に成長させる。

【００６４】その後、順方向溝ストライプ状のマスクを
除去し、その上にＺｎドープのｐ⁺−ＧａＡｓコンタク
ト層５８を成長する。その後、ｐ⁺−ＧａＡｓコンタク
ト層５８上にｐ側電極を形成し、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板５
１の上にｎ側電極を形成してレーザ装置を作成する。

【００６５】本構成によれば、順方向溝ストライプの側
部に（９１１）Ｂ〜（３１１）Ｂ面が現れているが、ｎ
型層のドーパントとしてＳｉを用いるため、ｎ型層内で
の不純物濃度をほぼ均一にすることができ、傾斜面上に
過剰に不純物が取り込まれ、その上の層の結晶性を劣化
させることを防止することができる。

【００６６】以上、本発明の実施例をＡｌＧａＩｎＰ系
レーザの場合につき述べたが、他の発光装置たとえばＬ
ＥＤにも適用できる。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。た
とえば、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、
ｎ型ドーパントであるＳｅおよびＳｉを面方位を考慮し
て選択して用いることによって、結晶層内部に屈曲した
接合面（ｐｎ接合面、ヘテロ接合面）を有する半導体発
光装置の特性を最大限に発揮させることができる。

【００６８】本発明によって、電流閉じ込め効果と光閉
じ込め効果に優れたスラブ導波路内蔵型レーザ装置が得
られる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色発光レーザ装置に
効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系レー
ザチップの断面図である。

【図２】本発明の他の１実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系
レーザチップの断面図である。

【図３】参考例によるＡｌＧａＩｎＰ系レーザチップの
断面図である。

【図４】ＳｅドープＡｌＧａＩｎＰにおけるＳｅ原子取
込み量の面方位依存性を示すグラフである。

【図５】ＳｉドープＧａＡｓにおけるキャリア濃度の面
方位依存性を示すグラフである。

【図６】ＳｉドープＡｌＧａＩｎＰにおけるキャリア濃
度の面方位依存性を示すグラフである。

【図７】本発明の他の一実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系
レーザチップの断面図である。

【図８】本発明の他の一実施例によるＡｌＧａＩｎＰ系
レーザチップの断面図である。

【符号の説明】

１１Ｚｎドープｐ⁺−ＧａＡｓ基板１２Ｓｉドープｎ⁺−ＧａＡｓ電流阻止層１３Ｚｎドープｐ−ＡｌＧａＡｓバッファ層１４ＺｎまたはＭｇドープｐ−（Ａｌ_xＧａ_1-x）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ中間層１５Ｍｇドープｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１６アンドープ（Ａｌ）ＧａＩｎＰ活性層１７Ｓｉドープｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１８Ｓｉドープｎ⁺−ＧａＡｓコンタクト層２１Ｓｉドープｎ⁺−ＧａＡｓ基板２２Ｓｉ（Ｓｅ）ドープｎ⁺−ＧａＡｓ電流阻止層２３Ｓｅドープｎ⁺−ＧａＡｓバッファ層２４Ｚｎドープｐ−ＧａＩｎＰ中間層２５Ｓｅドープｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２６アンドープ（Ａｌ）ＧａＩｎＰ活性層２７Ｍｇドープｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２８Ｚｎドープｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古谷章神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者菅野真実神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者棚橋俊之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】順メサストライプまたは順方向溝ストラ
イプのメサ構造を有し、主面がほぼ（１００）面である
ＧａＡｓ基板（１１）上の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧ
ａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰからなる活性層（１６）および活
性層を挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩｎ_1-vＰからなる
クラッド層（１５）、（１７）を含むダブルヘテロ構造
の積層領域を設け、当該積層領域の平坦部に選択的に通
電して発光せしめる構造の半導体発光装置において、前記メサ構造の斜面が、（１００）面から（１１１）Ｂ
面方向へ傾斜したＢ面の斜面からなり、当該斜面を埋め
る如くしてその上に堆積する複数層のうちあるｎ型層の
ドーパントをＳｉとして構成した半導体発光装置。
【請求項２】前記（１００）ＧａＡｓ基板がｐ⁺型
であり、前記メサ構造が側部にほぼ（１１１）Ｂ面の斜
面を有する順メサストライプであり、前記あるｎ型層が
この順メサストライプの斜面を埋めるＳｉをドープした
ｎ⁺型ＧａＡｓ層であって、メサ構造側部に（４１１）
Ｂ面から（２１１）Ｂ面のＢ面を形成する電流阻止層
（１２）であり、この電流阻止層上に前記積層領域が形
成される請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】前記（１００）ＧａＡｓ基板がｎ⁺型で
あり、前記メサ構造が側面にほぼ（９１１）Ｂ〜（３１
１）Ｂ面の斜面を有する順方向の溝ストライプであり、
前記あるｎ型層がこの順方向溝を斜面を含めて覆う、前
記積層領域のｎ型層である請求項１記載の半導体発光装
置。
【請求項４】順メサストライプまたは順方向溝ストラ
イプのメサ構造を有し、主面がほぼ（１００）面である
ＧａＡｓ基板（２１）上の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧ
ａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰからなる活性層（２６）および活
性層を挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩｎ_1-vＰからなる
クラッド層（２５）、（２７）を含むダブルヘテロ構造
の積層領域を設け、当該積層領域の平坦部に選択的に通
電して発光せしめる構造の半導体発光装置において、前記メサ構造の斜面が、（１００）面から（１１１）Ａ
面方向へ傾斜したＡ面の斜面からなり、当該斜面を埋め
る如くしてその上に堆積する複数層のうちあるｎ型層の
ドーパントをＳｅとして構成した半導体発光装置。
【請求項５】前記（１００）ＧａＡｓ基板がｎ⁺型で
あり、前記メサ構造が側部にほぼ（９１１）Ａ〜（３１
１）Ａ面の斜面を有する順方向溝ストライプであり、前
記あるｎ型層がこの逆メサストライプを斜面を含めて覆
う前記積層領域のｎ型層である請求項４記載の半導体発
光装置。
【請求項６】前記クラッド層の一方がＭｇをドープし
たｐ型（Ａｌ_uＧａ _1-u）_vＩｎ_1-vＰ層であり、前記
積層領域は他にＺｎをドープしたｐ型層を含む請求項１
〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】前記メサストライプの方向がほぼ＜０１
１＞方向である請求項１、２、３、６のいずれかに記載
の半導体発光装置。
【請求項８】前記メサストライプの方向がほぼ＜０１
−１＞方向である請求項４、５、６のいずれかに記載の
半導体発光装置。
【請求項９】メサ構造を有し、主面がほぼ（１００）
面であるＧａＡｓ基板の当該メサ構造上に（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_yＩｎ_1-yＰからなる活性層および活性層を挟
み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩｎ_1-vＰから上下クラッド
層を含む積層領域を形成し、当該積層領域の前記メサ構
造上の傾斜部に選択的に通電して発光せしめる半導体発
光装置において、当該傾斜部が（１００）面から（１１
１）Ｂ面方向に傾斜したＢ面であり、その上に前記積層
領域が配置され、当該積層領域の複数層のうちあるｎ型
層のドーパントがＳｅである半導体発光装置。
【請求項１０】メサ構造を有し、主面がほぼ（１０
０）面であるＧａＡｓ基板の当該メサ構造上に（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰからなる活性層および活性層を
挟み、（Ａｌ_uＧａ_1-u）_vＩｎ_1-vＰから上下クラッ
ド層を含む積層領域を形成し、当該積層領域の前記メサ
構造上の傾斜部に選択的に通電して発光せしめる半導体
発光装置において、当該傾斜部が（１００）面から（１
１１）Ａ面方向に傾斜したＡ面であり、その上に前記積
層領域が配置され、当該積層領域の複数層のうちあるｎ
型層のドーパントがＳｉである半導体発光装置。