JP3213428B2 - 半導体レーザ装置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、低閾値電流で動作でき
る半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ装置は、多くの応用分野に
おいて、良好な光学特性が必要とされている。この良好
な光学特性を得るために、半導体レーザ装置は屈折率導
波構造を採用している場合が多い。そして、上記屈折率
導波構造としては、分子線エピタキシー(ＭＢＥ)法や有
機金属気相成長(ＭＯＣＶＤ)法などの結晶成長法によっ
て作製するセルフアライン構造と呼ばれるものがよく知
られている。

【０００３】従来、上記セルフアライン構造の半導体レ
ーザ装置としては、図９に示すものがある。このセルフ
アライン構造の半導体レーザ装置の製造工程を以下に説
明する。

【０００４】まず、n型ＧaＡs基板７０１上に、ＭＯＣ
ＶＤ法によって、n型ＧaＡsバッファー層７０２(層厚
０.５μm)と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層７０３
(ｙ＝０.４５、層厚１μm)と、ＡlxＧa_1-xＡs活性層７
０４(ｘ＝０.１３、層厚０.０８μm)と、p型ＡlyＧa_1-y
Ａs第２クラッド層７０５(層厚０.２μm)と、n型ＧaＡs
電流阻止層７０６(層厚１μm)を順に形成する。次に、
フォトリソグラフィー法などによって、電流阻止層７０
６を３〜４μmの幅でストライプ状、かつ、溝状に除去
して、欠損部７２０を形成する。

【０００５】この後、上記欠損部７２０を含む電流阻止
層７０６上に、再びＭＯＣＶＤ法によって、p型ＡlyＧa
_1-yＡs第３クラッド層７０８(層厚１μm)と、p型ＧaＡs
キャップ層７０９(層厚１μm)を順に形成することによ
って、図９に示す構造の半導体レーザ装置を得ている。

【０００６】上記半導体レーザ装置は、電流阻止層７０
６をストライプ状に除去することによって形成した欠損
部７２０が電流通路となる。また、上記電流阻止層７０
６は光吸収作用を有するので、上記欠損部７２０は、上
記電流通路となるだけでなく、屈折率導波機構をも形成
している。

【０００７】上記半導体レーザ装置は、電流阻止層７０
６の光吸収作用に基づく屈折率光吸収作用によって、高
次の横モードに対する損失が基本横モードの損失に対し
て非常に大きくなる。したがって、上記半導体レーザ装
置のセルフアライン構造によれば、極めて安定な基本横
モード動作を得ることができる。

【０００８】上記セルフアライン構造の半導体レーザ装
置は、電流が電流阻止層７０６に形成された溝状の欠損
部７２０に、電流を閉じ込めて、低電流動作の実現を図
っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の半
導体レーザ装置では、電流阻止層７０６によって十分に
狭く閉じ込められた電流が、第２クラッド層７０５内で
横方向(活性層７０４に平行な方向)に拡がる。そして、
この電流の拡がりによって、無効電流が発生し、実際に
は、十分な低電流動作を実現できないという問題があ
る。

【００１０】そこで、本発明の目的は、安定した基本横
モード発振を実現できるだけでなく、十分な低電流動作
を実現できる半導体レーザ装置およびその製造方法を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第１導電型の半導体基板上に、少なくと
も、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導
電型の第２クラッド層とが積層され、上記第２クラッド
層上に、ストライプ状かつ溝状の欠損部を有する第１導
電型の電流阻止層が積層され、上記ストライプ状の欠損
部上に少なくとも第２導電型の第３クラッド層が形成さ
れた半導体レーザ装置であって、上記第２クラッド層
は、上記電流阻止層の欠損部に対向する高濃度部と、上
記電流阻止層の非欠損部に対向し、かつ、上記高濃度部
よりも不純物濃度が低い低濃度部とを有しており、少な
くとも上記第２クラッド層の不純物が上記第３クラッド
層の不純物よりも拡散し難い不純物を有していることを
特徴としている。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】また、本願発明は、上記半導体レーザ装置
において、第２クラッド層の高濃度部には、第３クラッ
ド層から拡散した不純物を含み、第２クラッド層の低濃
度部には第３クラッド層の不純物を含まないことを特徴
としている。

【００１８】また、本願発明は、上記の半導体レーザ装
置において、上記第２クラッド層の低濃度部の不純物は
カーボンであることを特徴としている。

【００１９】また、上記の半導体レーザ装置を製造する
半導体レーザ装置の製造方法において、半導体基板上
に、少なくとも第１クラッド層と、活性層と、第２クラ
ッド層と、電流阻止層とを順に形成する第１工程と、上
記電流阻止層に、ストライプ状の溝状の欠損部を形成す
る第２工程と、上記ストライプ状の溝状の欠損部上に、
少なくとも第３クラッド層を形成する第３の工程と、上
記第３クラッド層から、上記電流阻止層の欠損部を介し
て、少なくとも上記第２クラッド層へ不純物を拡散し、
上記欠損部に対向する領域の第２クラッド層の不純物濃
度を、上記電流阻止層の非欠損部に対向する領域の第２
クラッド層の不純物濃度よりも高くする第４の工程とを
含み、上記第３クラッド層から第２クラッド層に不純物
を拡散する前から上記第２クラッド層にある不純物を、
上記第３クラッド層から第２クラッド層に拡散する不純
物に比べて、拡散し難い不純物にしたことを特徴として
いる。

【００２０】

【作用】本発明によれば、第2クラッド層の不純物が第3
クラッド層の不純物よりも拡散し難い不純物を有してい
るから、第３クラッド層から第2クラッド層に不純物を
拡散するときに、この拡散前から第2クラッド層にある
不純物が拡散することを抑制でき、クラッド層間の不純
物拡散の制御性が向上するという効果がある。また、欠
損部に対向する領域の第2クラッド層の不純物濃度を、
上記電流阻止層の非欠損部に対向する領域の第2クラッ
ド層よりも高くすることが容易になる。さらに第2クラ
ッド層内での電流広がりによる無効電流の発生が抑えら
れ、低閾値電流動作が実現される。即ち、この発明で
は、第2クラッド層の不純物分布を制御して、低電流動
作を実現できるという効果がある。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】また、本発明に記載の半導体レーザ装置に
よれば、第2クラッド層５のｐ型不純物をカーボンＣに
したので、第2クラッド層の不純物拡散防止効果をさら
に増強することができる。したがって、本発明では、第
２クラッド層の不純物分布の制御性がさらに向上し、低
電流動作を一層確実に実現できる。

【００３４】また、本発明に記載の半導体レーザ装置の
製造方法によれば、第３クラッド層から第２クラッド層
に不純物を拡散する前から上記第２クラッド層にある不
純物を、上記第３クラッド層から第２クラッド層に拡散
する不純物に比べて、拡散し難い不純物にした。

【００３５】したがって、第３クラッド層から第２クラ
ッド層に不純物を拡散するときに、この拡散前から上記
第２クラッド層にある不純物が拡散することを抑制でき
る。

【００３６】したがって、本発明によれば、上記欠損部
に対向する領域の第２クラッド層の不純物濃度を、上記
電流阻止層の非欠損部に対向する領域の第２クラッド層
の不純物濃度よりも高くすることが容易になる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例により詳細に説
明する。

【００３８】図１に、本発明の半導体レーザ装置の第１
実施例の断面を示す。図１を参照して、この第１実施例
の構造を説明する。この第１実施例は、n型ＧaＡs基板
(キャリア濃度は２×１０¹⁸cm^-3)１上に、n型ＧaＡsバ
ッファー層(層厚０.５μm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm
^-3）２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層（ｙ＝０.
５、層厚１μm、キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3)３と、ノ
ンドープＡlxＧa_1-xＡs活性層(ｘ＝０.１４、層厚０.０
９μm)４と、p型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層(０.３μ
m、１×１０¹⁷cm^-3)５と、n型ＧaＡs電流阻止層(層厚
０.８μm、キャリア濃度５×１０¹⁸cm^-3)６とが、順に
積層されている。

【００３９】さらに、上記第１実施例は、上記電流阻止
層６を、図１に示すように、ストライプ状溝状に除去し
て形成した欠損部１０を有している。この欠損部１０を
介して、活性層４に電流が注入されるようになってい
る。

【００４０】更に、上記第１実施例は、上記ストライプ
状の欠損部１０を含む電流阻止層６上に、p型ＡlyＧa_1-
yＡs第３クラッド層(層厚１μm、キャリア濃度１.５×
１０¹⁸cm^-3)７と、p型ＧaＡsキャップ層(層厚２μm、キ
ャリア濃度５×１０¹⁸cm^-3)８とが順に積層されてい
る。さらに、上記第１実施例は、基板１側にn側電極１
１が形成され、とキャップ層８側にp側電極１２が形成
されている。

【００４１】さらに、上記実施例は、上記第３クラッド
層７から上記欠損部１０を介して、不純物が拡散されて
おり、この拡散によって、上記第２クラッド層５から活
性層４に至る拡散領域が形成されている。この拡散領域
は、上記欠損部１０に対向している。そして、この拡散
領域にある第２クラッド層５は、上記電流阻止層６の非
欠損部に対向する領域にある第２クラッド層５よりも不
純物濃度が高い高濃度部を構成している。

【００４２】次に、上記第１実施例の半導体レーザ装置
の製造方法について説明する。この製造方法は、まず、
図８（Ａ）に示すように、分子線エピタキシー法によっ
て、n型ＧaＡs基板１上に、n型ＧaＡsバッファー層２
と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層３と、ノンドープ
活性層４と、p型ＡlＧaＡs第２クラッド層５と、n型Ｇa
Ａs電流阻止層６とを順に成長させて成長層を形成す
る。

【００４３】このとき、n型ドーパントとしてはＳi、p
型ドーパントとしてはＢeを用いている。また、バッフ
ァー層２および第１クラッド層３のＳiドーピング濃度
を１×１０¹⁸cm^-3程度にし、第２クラッド層５のＢeド
ーピング濃度を１×１０¹⁷cm^-3程度にし、電流阻止層６
のＳiドーピング濃度を５×１０¹⁸cm^-3程度にした。

【００４４】次に、図８（Ａ）に示す成長層を成長させ
た後に、成長層（ウェハ）をＭＢＥ装置から取り出し、
フォトリソグラフィ法などを用いて、図８（Ｂ）に示す
ように、電流阻止層６に幅約３.５μmのストライプ状か
つ溝状の欠損部１０を形成する。上記欠損部１０の溝深
さは、この欠損部１０の底部の厚さが約０.０５μmにな
る程度にしている。

【００４５】つぎに、このウェハを液相成長装置に導入
し、液相成長(ＬＰＥ)法によって、上記欠損部１０の底
部のＧaＡs層(電流阻止層６の残り)をメルトバックす
る。その後、上記欠損部１０を含む電流阻止層６上に、
p型ＡlＧaＡs第３クラッド層７と、p型ＧaＡsキャップ
層８を順に成長させる（図８（Ｃ）参照）。

【００４６】上記ＬＰＥ成長では、p型ドーパントとし
てＭgを用いている。そして、第３クラッド層７及び、
キャップ層８のドーピング濃度はそれぞれ１.５×１０
¹⁸cm^-3および、５×１０¹⁸cm^-3程度にしている。このＬ
ＰＥ成長の後、ウェハをさらに３０分程度ＬＰＥ成長装
置内で高温(８００℃程度)に保持し、第３クラッド層７
から上記欠損部１０を介して第２クラッド層５へ不純物
(Ｍg)の拡散を行い、拡散領域１３を形成する（図８
（Ｄ）参照）。次に、ウェハをＬＰＥ装置から取り出し
た後、基板１側を研磨して１００μm程度の厚さにし、p
側電極１２およびn側電極１１を形成する。最後に、劈
開によってチップ分割することによって、上記第１実施
例の半導体レーザ装置を得ることができる。

【００４７】上記第１実施例の半導体レーザ装置は、上
記電流阻止層６の非欠損部に対向する領域の第２クラッ
ド層５を低濃度部５Ａとし、この低濃度部５Ａの不純物
濃度を１×１０¹⁷cm^-3にすると共に、上記拡散領域にあ
る第２クラッド層５を高濃度部５Ｂとして、この高濃度
部５Ｂの不純物濃度を５〜８×１０¹⁷cm^-3にした。した
がって、上記高濃度部５Ｂの抵抗率を、上記低濃度部５
Ａの抵抗率に比べて小さくできる。したがって、上記第
３クラッド層７から上記第２クラッド層５の高濃度部５
Ｂに達した電流が上記低濃度部５Ａに広がることを防止
できる。すなわち、上記第２クラッド層５内で、横方向
（活性層４に平行な方向）に広がる無効電流を低減でき
る。したがって、上記第１実施例によれば、低閾値電流
動作を実現することができる。

【００４８】また、上記第１実施例は、第２クラッド層
５のドーパントを、第３クラッド層７のドーパントであ
るＭgに比べて拡散し難いＢeにしたので、第３クラッド
層７から第２クラッド層５に不純物Ｍgを拡散させると
きに、第２クラッド層５の不純物Ｂeが拡散することを
防ぐことができる。ここで、上記第２クラッド層５のp
型不純物をカーボンＣにした場合には、第２クラッド層
５の不純物拡散防止効果をさらに増強することができ
る。

【００４９】次に、図２に、第２実施例の断面を示す。
この第２実施例は、基本的な構造および作製方法は、上
記第１実施例と同様である。従って、上記第１実施例と
異なる点について、以下に重点的に説明する。この第２
実施例は、電流阻止層６が、ＡlＧaＡsエッチングスト
ップ層１６と、ＧaＡs保護層１５とを含んでいる。つま
り、上記電流阻止層６を多層構造にして、ストライプ状
かつ溝状の欠損部１０を形成するときに、選択エッチン
グして、上記欠損部１０の溝深さの制御を容易にできる
ようにしている。この第２実施例では、図８(Ｃ)に示す
ようにして、ＬＰＥ成長(液相成長)した後の高温保持時
間を１５分にして、不純物Ｍgの拡散の深さを制御し、
拡散領域１３の深さを制御している。

【００５０】次に、図３に、第３実施例の断面を示す。
この第３実施例は、基本的な構造および作製方法は、上
記第２実施例と同様である。したがって、上記第２実施
例と異なる点について、以下に重点的に説明する。この
第３実施例では、図８(Ｃ)に示すようにして、ＬＰＥ成
長(液相成長)した後の高温保持時間を６０分にして、不
純物Ｍgの拡散の深さを制御し、拡散領域１３の深さを
制御している。この第３実施例では、図３に示すよう
に、拡散領域１３が第１クラッド層３に達している。即
ち、この第３実施例は、p型の拡散領域１３とn型の第１
クラッド層３とがpn接合を構成している。つまり、この
第３実施例は、pn接合が第１クラッド層３内に形成され
たリモートジャンクションを含んでいる。このリモート
ジャンクションのpn接合が、活性層４から大きく離れる
と、発振閾値電流が増大する可能性があるので、上記拡
散領域１３の深さがあまり深くなることは好ましくな
い。実験によれば、上記実施例において、発振閾値電流
の増大を防ぐためには、活性層４とpn接合との距離を
０.２μm程度以下にする必要があることが分かった。

【００５１】次に、図４に、第４実施例の半導体レーザ
装置の断面を示す。この第４実施例は、n型ＧaＡs基板
(不純物濃度２×１０¹⁸cm^-3)４１上に、n型ＧaＡsバッ
ファー層(層厚０.５μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)４
２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層(ｙ＝０.５、層
厚１μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)４３と、ノンドー
プＡlxＧa_1-xＡs活性層(ｘ＝０.１４、層厚０.０９μm)
４４と、低ドープp型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層(層
厚０.０５μm、不純物濃度０.５×１０¹⁷cm^-3)４５ー１
と、高ドープp型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層(層厚０.
２５μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)４５ー２と、n型
ＧaＡs電流阻止層(層厚０.８μm、不純物濃度５×１０
¹⁸cm^-3)４６とが順に積層されている。

【００５２】上記電流阻止層４６は、ストライプ状かつ
溝状に除去された欠損部５０を有し、この欠損部５０を
通して活性層４４に電流が注入されるようになってい
る。

【００５３】さらに、上記第４実施例は、上記欠損部５
０を含む電流阻止層４６上に、p型ＡlyＧa_1-yＡs第３ク
ラッド層(層厚１μm、不純物濃度１.５×１０¹⁸cm^-3)４
７と、p型ＧaＡsキャップ層(層厚２μm、不純物濃度５
×１０¹⁸cm^-3)４８とが積層されている。また、基板４
１側とキャップ層４８側に、それぞれn側電極５１とp側
電極５２が形成されている。

【００５４】更に、上記実施例は、上記第３クラッド層
４７から上記欠損部５０を介して、不純物が拡散されて
おり、この拡散によって、上記第２クラッド層４５ー
２、４５ー１から活性層４４に至る拡散領域５３が形成
されている。この拡散領域５３は、上記欠損部５０に対
向している。

【００５５】そして、この拡散領域５３にある高ドープ
の第２クラッド層４５ー２は欠損部直下高濃度部４５ー
２Ｂを構成している。また、上記電流阻止層４６の非欠
損部に対向する領域にある高ドープの第２クラッド層４
５−２は非欠損部直下低濃度部４５−２Ａを構成してい
る。

【００５６】また、上記電流阻止層４６の非欠損部に対
向する領域にある低ドープの第２クラッド層４５−１
は、非欠損部対向低濃度部４５−１Ａを構成している。

【００５７】次に、上記第４実施例の半導体レーザ装置
の製造方法を説明する。

【００５８】この製造方法は、まず、分子線エピタキシ
ー法によって、n型ＧaＡs基板４１上に、n型ＧaＡsバッ
ファー層４２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層４３
と、ノンドープ活性層４４と、低ドープp型ＡlＧaＡs第
２クラッド層４５−１と、高ドープp型ＡlＧaＡs第２ク
ラッド層４５−２と、n型ＧaＡs電流阻止層４６とを成
長して形成し、図８(Ａ)に示す成長層を形成する。この
成長層の形成時に、n型ドーパントとしてはＳiを用い、
p型ドーパントとしてはＢeを用いている。

【００５９】そして、上記バッファー層４２および第１
クラッド層４３のＳiドーピング濃度は、１×１０¹⁸cm
^-3にした。

【００６０】また、上記第２クラッド層４５−１および
４５−２については、初めに、Ｂeドーピング濃度０.５
×１０¹⁷cm^-3で、約０.０５μmの層厚の低ドープ第２ク
ラッド層４５−１を成長して形成した後に、Ｂeセルの
温度を変えてドーピング濃度１×１０¹⁸cm^-3の高ドープ
第２クラッド層４５−２を形成する。電流阻止層４６の
Ｓiドーピング濃度は、５×１０¹⁸cm^-3程度である。

【００６１】次に、上記成長層を成長した後に、上記成
長層(ウェハ)をＭＢＥ装置から取り出し、フォトリソグ
ラフィ法などを用いて電流阻止層６に幅約３.５μmのス
トライプ状かつ溝状の欠損部５０を形成する(図８(Ｂ)
参照)。上記欠損部５０の溝深さは、上記欠損部５０の
底部の厚さが約０.０５μmになる程度にしている。

【００６２】次に、このウェハを液相成長装置に導入
し、液相成長(ＬＰＥ)法によって欠損部５０の底部のＧ
aＡs層(電流阻止層４６の残り)をメルトバックし、この
後、上記欠損部５０を含む電流阻止層４６上に、p型Ａl
ＧaＡs第３クラッド層４７と、p型ＧaＡsキャップ層４
８を順に成長する(図８(Ｃ)参照)。このＬＰＥ成長にお
いては、p型ドーパントとしてＭgを用い、第３クラッド
層４７,キャップ層４８のドーパント濃度は、それぞれ
１.５×１０¹⁸cm^-3,５×１０¹⁸cm^-3程度にした。

【００６３】このＬＰＥ成長の後、上記ウェハを更に３
０分程度ＬＰＥ成長装置内で高温(８００℃程度)に保持
し、p型第３クラッド層４７からp型第２クラッド層４５
へ不純物(Ｍg)の拡散を行い、図８(Ｄ)に示すように、
拡散領域５３を形成する。次に、上記ウェハをＬＰＥ装
置から取り出した後、基板４１側を研磨して１００μm
程度の厚さとし、p側電極５２およびn側電極５１を形成
する。最後に劈開によってチップ分割することによっ
て、上記第４実施例の半導体レーザ装置を得ることがで
きる。

【００６４】この第４実施例では、第２クラッド層を、
ドーピング濃度０.５×１０¹⁷cm^-3の低ドープの第２ク
ラッド層４５−１と、ドーピング濃度１×１０¹⁸cm^-3の
高ドープの第２クラッド層４５−２との２層構造にし、
かつ、第３クラッド層４７から不純物(Ｍg)を拡散して
形成した拡散領域５３では、不純物濃度が８〜１２×１
０¹⁷cm^-3以上になる。

【００６５】したがって、上記拡散領域５３にある高ド
ープ第２クラッド層４５−２つまり欠損部直下高濃度部
４５−２Ｂの抵抗率は、その両側にある非欠損部直下低
濃度部４５−２Ａの抵抗率よりも小さく、上記拡散領域
５３にある低ドープ第２クラッド層４５−１の抵抗率
は、その両側にある非欠損部対向低濃度部４５−１Ａの
抵抗率よりも小さい。更に、上記非欠損部対向低濃度部
４５−１Ａの抵抗率は、上記非欠損部直下低濃度部４５
−２Ａの抵抗率よりも大きいので、上記高ドープの第２
クラッド層４５−２内で横方向（活性層４４に平行方
向）に拡がったキャリヤ(正孔)に対して、上記低ドープ
の第２クラッド層４５−１の非欠損部対向低濃度部４５
−１Ａが障壁層として働き、上記拡がったキャリヤが上
記拡散領域５３外の活性層４４に達することを防止でき
る。したがって、上記第４実施例によれば、無効電流を
低減でき、低閾値電流動作を実現できる。

【００６６】次に、図５に、第５実施例の半導体レーザ
装置の断面を示す。図５に示すように、この第５実施例
は、n型ＧaＡs基板(不純物濃度２×１０¹⁸cm^-3）５１上
に、n型ＧaＡsバッファー層(層厚０.５μm、不純物濃度
１×１０¹⁸cm^-3)５２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッ
ド層(ｙ＝０.５、層厚１μm不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)
５３と、ノンドープＡlzＧa_1-zＡs第１光ガイド層(ｚ:
０.５→０.３，層厚０.１５μm）５４と、ノンドープＧ
aＡs量子井戸活性層（層厚０.００７μm）５５と、ノン
ドープＡlzＧa_1-zＡs第２光ガイド層（ｚ:０.３→０.
５、層厚０.１５μm）５６と、p型ＡlyＧa_1-yＡs第２ク
ラッド層（層厚０.２μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)
５７と、n型ＧaＡs電流阻止層（層厚０.８μm、不純物
濃度５×１０¹⁸cm^-3）５８が積層されている。

【００６７】上記電流阻止層５８は、ストライプ状に除
去された欠損部６０を有している。この欠損部６０を通
して、活性層５５に電流が注入されるようになってい
る。

【００６８】上記第５実施例は、さらに、上記欠損部６
０を含む電流阻止層５８上に、p型ＡlyＧa_1-yＡs第３ク
ラッド層(層厚１μm、不純物濃度１.５×１０¹⁸cm^-3）
６１と、p型ＧaＡsキャップ層(層厚２μm、不純物濃度
５×１０¹⁸cm^-3)６２が積層されている。そして、基板
５１側とキャップ層６２側には、n側電極６３とp側電極
６４が形成されている。

【００６９】さらに、上記構造において、ストライプ状
の欠損部６０を通して、第３クラッド層６１から第２ク
ラッド層５７および第２光ガイド層５６および活性層５
５および第１光ガイド層５４へ至る不純物の拡散がなさ
れ、拡散領域６５が形成されている。上記実施例の作製
方法、手順は第１実施例と同様であり、また、不純物の
種類も第１実施例と同じである。

【００７０】上記第５実施例は、不純物拡散により拡散
領域６５の抵抗率が、その両側の第２クラッド層５７の
抵抗率に比べ低減化されている。つまり、上記第２クラ
ッド層５７は、上記電流阻止層５８の欠損部６０に対向
する欠損部対向高濃度クラッド部５７Ａと、この高濃度
クラッド部５７Ａよりも不純物濃度が低く、電流阻止層
５８の非欠損部に対向する低濃度クラッド部５７Ｂを含
んでいる。

【００７１】また、上記第２光ガイド層５６は、拡散領
域６５にある高濃度ガイド部５６Ａと、上記拡散領域６
５外にあるノンドープのガイド部５６Ｂを含んでいる。

【００７２】したがって、上記第５実施例は、不純物拡
散により拡散領域６５内にある第２クラッド層５７の抵
抗率が、その両側の拡散領域６５外にある第２クラッド
層５７の抵抗率に比べ低減化されている。また、上記第
２光ガイド層５６も、上記拡散領域６５内のガイド部５
６Ａの抵抗率が、上記拡散領域６５外にあるノンドープ
で高抵抗であるガイド部５６Ｂに比べて低減化されてい
る。

【００７３】このため、上記第２クラッド層５７および
第２光ガイド層５６内で、横方向（活性層５５の成長面
に平行方向）に拡がる無効電流が低減され、結果として
閾値電流の低減を実現できる。

【００７４】また、上記第５実施例は、不純物拡散が上
記第１光ガイド層５４に達しており、第１光ガイド層５
４内にリモートジャンクションが形成されているが、上
記第１光ガイド層５４は傾斜組成になっているので、上
記リモートジャンクションが活性層５５へのキャリヤ注
入効率を低下させることはない。したがって、上記リモ
ートジャンクションの存在によって、発振閾値電流が増
加することはない。尚、上記不純物拡散領域を制御し
て、上記リモートジャンクションを形成しないようにす
ることが可能であることは言うまでもない。

【００７５】また、上記第５実施例は、上記電流阻止層
５８が、エッチングストップ層５８−２と保護層５８−
１を含んでいる選択エッチング可能な多層構造になって
いる。したがって、上記第５実施例は、欠損部６０の構
造形成の制御性の向上を図ることができる。

【００７６】尚、上記第４実施例の電流阻止層を、上記
第５実施例の電流阻止層と同様の多層構造にすること
が、第４実施例の構造形成の制御性の向上に有効である
ことは言うまでもない。

【００７７】次に、図６に、第６実施例の半導体レーザ
装置の断面を示す。この第６実施例は、n型ＧaＡs基板
(不純物濃度２×１０¹⁸cm^-3)７１上に、n型ＧaＡsバッ
ファー層(層厚０.５μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)７
２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層（ｙ＝０.５、
層厚１μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3）７３と、ノン
ドープＡlxＧa_1-xＡs活性層（ｘ＝０.１４、層厚０.０
９μm）７４と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層（層
厚０.０８μm、不純物濃度３×１０¹⁷cm^-3）７５ー１
と、p型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層（層厚０.２５μ
m、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3）７５ー２と、n型ＧaＡs
電流阻止層（層厚０.８μm、不純物濃度５×１０¹⁸c
m^-3）７６とが順に積層されている。

【００７８】上記電流阻止層７６は、ストライプ状かつ
溝状に除去された欠損部８０を有し、この欠損部８０を
通して活性層７４に電流が注入されるようになってい
る。

【００７９】さらに、上記第６実施例は、上記欠損部８
０を含む電流阻止層７６上に、p型ＡlyＧa_1-yＡs第３ク
ラッド層（層厚１μm、不純物濃度１.５×１０¹⁸cm^-3）
７７と、p型ＧaＡsキャップ層（層厚２μm、不純物濃度
５×１０¹⁸cm^-3）７８とが積層されている。また、基板
７１側とキャップ層７８側に、それぞれn側電極８１とp
側電極８２が形成されている。

【００８０】更に、上記実施例は、上記第３クラッド層
７７から上記欠損部８０を介して、不純物が拡散されて
おり、この拡散によって、上記第２クラッド層７５ー
２、７５ー１から活性層７４に至る拡散領域８３が形成
されている。この拡散領域８３は、上記欠損部８０に対
向している。

【００８１】そして、この拡散領域８３にある第２クラ
ッド層７５ー２は、欠損部直下p型部７５ー２Ｂを構成
している。また、上記電流阻止層７６の非欠損部に対向
する領域にある第２クラッド層７５−２は、非欠損部直
下p型部７５−２Ａを構成している。

【００８２】また、この拡散領域８３にある第２クラッ
ド層７５ー１は、欠損部対向p型部７５ー１Ｂを構成し
ている。また、上記電流阻止層７６の非欠損部に対向す
る領域にある第２クラッド層７５−１は、非欠損部対向
n型部７５−１Ａを構成している。

【００８３】次に、上記第６実施例の半導体レーザ装置
の製造方法を説明する。

【００８４】この製造方法は、まず、分子線エピタキシ
ー法によって、n型ＧaＡs基板７１上に、n型ＧaＡsバッ
ファー層７２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッド層７３
と、ノンドープ活性層７４と、n型ＡlＧaＡs第２クラッ
ド層７５−１と、p型ＡlＧaＡs第２クラッド層７５−２
と、n型ＧaＡs電流阻止層７６とを成長して形成し、図
８(Ａ)に示す成長層を形成する。この成長層の形成時
に、n型ドーパントとしてはＳiを用い、p型ドーパント
としてはＢeを用いている。

【００８５】上記バッファー層７２および第１クラッド
層７３のＳiドーピング濃度は、１.５×１０¹⁸cm^-3にし
た。

【００８６】また、上記n型第２クラッド層７５−１
は、Ｓiドーピング濃度３×１０¹⁷cm^-3で、層厚約０.０
８μmに成長させるようにしている。その後、Ｓiセルと
Ｂeセルとを切り替えて、上記ｐ型第２クラッド層７５
−２を、Ｂeドーピング濃度１×１０¹⁸cm^-3で成長させ
るようにしている。電流阻止層７６のＳiドーピング濃
度は、５×１０¹⁸cm^-3程度である。

【００８７】次に、上記成長層を成長した後に、上記成
長層（ウェハ）をＭＢＥ装置から取り出し、フォトリソ
グラフィ法などを用いて電流阻止層７６に幅約３.５μm
のストライプ状かつ溝状の欠損部８０を形成する（図８
（Ｂ）参照）。上記欠損部８０の溝深さは、上記欠損部
８０の底部の厚さが約０.０５μmになる程度にしてい
る。

【００８８】次に、このウェハを液相成長装置に導入
し、液相成長(ＬＰＥ)法によって欠損部８０の底部のＧ
aＡs層(電流阻止層７６の残り)をメルトバックし、この
後、上記欠損部８０を含む電流阻止層７６上に、p型Ａl
ＧaＡs第３クラッド層７７と、p型ＧaＡsキャップ層７
８を順に成長させる（図８（Ｃ）参照）。このＬＰＥ成
長においては、p型ドーパントとしてＭgを用い、第３ク
ラッド層７７，キャップ層７８のドーパント濃度は、そ
れぞれ１.５×１０¹⁸cm^-3，５×１０¹⁸cm^-3程度にし
た。

【００８９】このＬＰＥ成長の後、上記ウェハをさらに
３０分程度ＬＰＥ成長装置内で高温(８００℃程度)に保
持し、p型第３クラッド層７７からp型第２クラッド層７
５へ不純物(Ｍg)の拡散を行い、図８(Ｄ)に示すよう
に、拡散領域８３を形成する。次に、上記ウェハをＬＰ
Ｅ装置から取り出した後、基板７１側を研磨して１００
μm程度の厚さとし、p側電極８２およびn側電極８１を
形成する。最後に劈開によってチップ分割することによ
って、上記第６実施例の半導体レーザ装置を得ることが
できる。

【００９０】この第６実施例では、第２クラッド層７５
を、ドーピング濃度３×１０¹⁷cm^-3のn型ドープの第２
クラッド層７５−１と、ドーピング濃度１×１０¹⁸cm^-3
のp型ドープの第２クラッド層７５−２との２層構造に
している。さらに、第３クラッド層７７から不純物（Ｍ
g）を拡散して形成した拡散領域８３では、n型の第２ク
ラッド層７５−１がp型に転換されて、上記欠損部対向p
型部７５ー１Ｂになっている。

【００９１】このため、上記拡散領域８３外にある上記
第２クラッド層７５−２のp型部７５−２Ａと、上記第
２クラッド層７５−１のn型部７５−１Ａとのpn接合に
よるビルトイン電圧が、上記拡散領域８３における上記
第２クラッド層７５−２と第２クラッド層７５−１との
接合によるビルトイン電圧よりも大きくなる。したがっ
て、上記活性層７４への電流注入が、上記ストライプ状
の欠損部８０に対向する領域に集中的に行われることに
なり、低閾値電流動作を実現できる。

【００９２】また、上記第６実施例は、p型第２クラッ
ド層７５ー２のドーパントを、p型第３クラッド層７７
のドーパントであるＭgに比べて拡散し難いＢeにしたの
で、第３クラッド層７７から第２クラッド層７５ー２に
不純物Ｍgを拡散させる時に、第２クラッド層７５ー２
の不純物Ｂeが拡散することを防ぐことができる。ここ
で、上記第２クラッド層７５ー２のp型不純物をカーボ
ンＣにした場合には、第２クラッド層７５ー２の不純物
拡散防止効果をさらに増強することができる。

【００９３】尚、上記第６実施例の製造方法において、
図８（Ａ)に示す成長層をＭＢＥ成長するときに、第２
クラッド層７５−１および７５−２の全体をn型にドー
ピングし、その後、上記ストライプ状の欠損部８０に対
向する領域の第２クラッド層７５に、p型不純物を拡散
することによって、上記対向領域の第２クラッド層７５
をp型に反転した場合には、電流阻止層７６が有効に作
用しない。しかも、拡散領域８３の両側のpn接合を、電
流阻止層７６と第３クラッド層７７との接合が形成す
る。その結果、上記場合には、図６に示す構造の半導体
レーザ装置に比べて、拡散領域８３の両側のpn接合のビ
ルトイン電圧が小さくなり、閾値電流低減効果が小さく
なる。

【００９４】次に、図７に、第７実施例の半導体レーザ
装置の断面を示す。図７に示すように、この第７実施例
は、n型ＧaＡs基板（不純物濃度２×１０¹⁸cm^-3)９１上
に、n型ＧaＡsバッファー層(層厚０.５μm、不純物濃度
１×１０¹⁸cm^-3）９２と、n型ＡlyＧa_1-yＡs第１クラッ
ド層(ｙ＝０.５、層厚１μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm
^-3）９３と、n型のＡlzＧa_1-zＡs第１光ガイド層(ｚ:
０.５→０.３、層厚０.１５μm、不純物濃度約５×１０
¹⁷cm^-3)９４と、ノンドープＧaＡs量子井戸活性層(層厚
０.００７μm)９５と、n型ＡlzＧa_1-zＡs第２光ガイド
層(ｚ:０.３→０.５、層厚０.１５μm、不純物濃度５×
１０¹⁷cm^-3）９６と、p型ＡlyＧa_1-yＡs第２クラッド層
（層厚０.２μm、不純物濃度１×１０¹⁸cm^-3)９７と、n
型ＧaＡs電流阻止層(層厚０.８μm、不純物濃度５×１
０¹⁸cm^-3)９８が積層されている。

【００９５】上記電流阻止層５８は、ストライプ状に除
去された欠損部１０４を有している。この欠損部１０４
を通して、活性層９５に電流が注入されるようになって
いる。

【００９６】上記第７実施例は、さらに、上記欠損部１
０４を含む電流阻止層９８上に、p型ＡlyＧa_1-yＡs第３
クラッド層（層厚１μm、不純物濃度１.５×１０¹⁸c
m^-3）９９と、p型ＧaＡsキャップ層（層厚２μm、不純
物濃度５×１０¹⁸cm^-3）１００が積層されている。そし
て、基板９１側とキャップ層１００側には、n側電極１
０１とp側電極１０２が形成されている。

【００９７】さらに、上記構造において、ストライプ状
の欠損部１０４を通して、第３クラッド層９９から第２
クラッド層９７および第２光ガイド層９６および活性層
９５および第１光ガイド層９４へ至る不純物の拡散がな
され、拡散領域１０３が形成されている。上記実施例の
作製方法、手順は第６実施例と同様であり、また、不純
物の種類も第６実施例と同じである。

【００９８】上記第７実施例は、不純物拡散により拡散
領域１０３の抵抗率が、その両側の第２クラッド層９７
の抵抗率に比べ低減化されている。

【００９９】また、第３クラッド層９９から不純物（Ｍ
g）を拡散して形成した拡散領域１０３では、n型の第２
光ガイド層９６がp型に転換されて、欠損部対向ガイド
部９６Ｂになっている。

【０１００】つまり、上記第２光ガイド層９６は、拡散
領域１０３にあるp型の欠損部対向ガイド部９６Ｂと、
上記拡散領域１０３外にあるn型のガイド部９６Ａを含
んでいる。

【０１０１】そして、上記第２クラッド層９７は、上記
電流阻止層９８の欠損部１０４に対向する欠損部対向p
型クラッド部９７Ｂと、電流阻止層９８の非欠損部に対
向するp型の非欠損部対向クラッド部９７Ａを含んでい
る。

【０１０２】このため、上記拡散領域１０３外にある上
記第２クラッド層９７のp型部９７Ａと、上記第２光ガ
イド層９６のn型のガイド部９６Ａとのpn接合によるビ
ルトイン電圧が、上記拡散領域１０３における上記第１
光ガイド層９４の拡散領域部９４Ｂと同第１光ガイド層
９４の非拡散領域部９４Ａの接合によるビルトイン電圧
よりも大きくなる。したがって、上記活性層９５への電
流注入が、上記ストライプ状の欠損部１０４に対向する
領域に集中的に行われることになり、低閾値電流動作を
実現できる。

【０１０３】また、上記第７実施例は、不純物拡散領域
１０３が上記第１光ガイド層９４に達しており、第１光
ガイド層９４内にリモートジャンクションが形成されて
いるが、上記第１光ガイド層９４は傾斜組成になってい
るので、上記リモートジャンクションが活性層９５への
キャリヤ注入効率を低下させることはない。したがっ
て、上記リモートジャンクションの存在によって、発振
閾値電流が増加することはない。尚、上記不純物拡散領
域を制御して、上記リモートジャンクションを形成しな
いようにすることが可能であることは言うまでもない。

【０１０４】また、上記第７実施例は、上記電流阻止層
９８が、エッチングストップ層９８−２と保護層９８−
１を含んでいる選択エッチング可能な多層構造になって
いる。したがって、上記第７実施例は、欠損部１０４の
構造形成の制御性の向上を図ることができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に記載の半導体レーザ装置によれば、第２クラッド層の
不純物が第３クラッド層の不純物よりも拡散し難い不純
物を有しているから、第３クラッド層から第２クラッド
層に不純物を拡散するときに、この拡散前から第２クラ
ッド層にある不純物が拡散することを抑制できる。した
がって、層間の不純物拡散の制御性が向上するという効
果がある。また、欠損部に対向する領域の第２クラッド
層の不純物濃度を、上記電流阻止層の非欠損部に対向す
る領域の第２クラッド層よりも高くすることが容易にな
る。さらに、第２クラッド層内での電流広がりによる無
効電流を抑えられ、低閾値電流動作が実現される。すな
わち、この発明では、第２クラッド層の不純物分布を制
御して、低電流動作を実現できるという効果がある。

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】

【０１１１】

【０１１２】

【０１１３】

【０１１４】

【０１１５】

【０１１６】

【０１１７】

【０１１８】また、本発明に記載の半導体レーザ装置に
よれば、第２クラッド層５のｐ型不純物をカーボンＣに
したので、第２クラッド層の不純物拡散防止効果をさら
に増強することができる。したがって、この発明では、
第２クラッド層の不純物の制御性がさらに向上し、低電
流動作を一層確実に実現できる。

【０１１９】また、本発明に記載の半導体レーザ装置の
製造方法によれば、第３クラッド層から第２クラッド層
に不純物を拡散する前から上記第２クラッド層にある不
純物を、上記第３クラッド層から第２クラッド層に拡散
する不純物に比べて拡散し難い不純物にした。したがっ
て、第３クラッド層から第２クラッド層に不純物を拡散
するときに、この拡散前から上記第２クラッド層にある
不純物が拡散することを抑制できる。したがって、本発
明によれば、上記欠損部に対向する領域の第２クラッド
層の不純物濃度を、上記電流阻止層の非欠損部に対向す
る領域の第２クラッド層の不純物濃度よりも高くするこ
とが容易になる。したがって、半導体レーザ装置の閾値
電流の低減を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の半導体レーザ装置の第１実施例の
断面図である。

【図２】 この発明の半導体レーザ装置の第２実施例の
断面図である。

【図３】 この発明の半導体レーザ装置の第３実施例の
断面図である。

【図４】 この発明の半導体レーザ装置の第４実施例の
断面図である。

【図５】 この発明の半導体レーザ装置の第５実施例の
断面図である。

【図６】 この発明の半導体レーザ装置の第６実施例の
断面図である。

【図７】 この発明の半導体レーザ装置の第７実施例の
断面図である。

【図８】 上記第１，第４，第６実施例の半導体レーザ
装置の製造方法を説明する工程図である。

【図９】 従来の半導体レーザ装置の断面図である。

【符号の説明】

１，４１，５１，７１，９１…n型ＧaＡs基板、 ２，４２，５２，７２，９２…n型ＧaＡsバッファー
層、 ３，４３，５３，７３，９３…n型ＡlＧaＡs第１クラッ
ド層、 ４，４４，５５，７４，９５…活性層、 ５，４５，５７，７５，９７…ＡlＧaＡs第２クラッド
層、 ６，４６，５８，７６，９８…n型ＧaＡs電流阻止層、 ７，４７，６１，７７，９９…p型ＡlＧaＡs第３クラッ
ド層、 ８，４８，６２，７８，１００…p型ＧaＡsキャップ
層、 １０，５０，６０，８０，１０４…欠損部、 １１，５１，６３，８１，１０１…n側電極、 １２，５２，６４，８２，１０２…p側電極、 １３，５３，６５，８３，１０３…拡散領域。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−192287（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194684（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−194681（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−138775（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板上に、少なくと
   も、第１導電型の第１クラッド層と、活性層と、第２導
   電型の第２クラッド層とが積層され、上記第２クラッド
   層上に、ストライプ状かつ溝状の欠損部を有する第１導
   電型の電流阻止層が積層され、上記ストライプ状の欠損
   部上に少なくとも第２導電型の第３クラッド層が形成さ
   れた半導体レーザ装置であって、上記第２クラッド層は、 上記電流阻止層の欠損部に対向する高濃度部と、上記電
   流阻止層の非欠損部に対向し、かつ、上記高濃度部より
   も不純物濃度が低い低濃度部とを有しており、 少なくとも上記第２クラッド層の不純物が上記第３クラ
   ッド層の不純物よりも拡散し難い不純物を有しているこ
   とを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 第２クラッド層の高濃度部には、第３クラッド層から拡
   散した不純物を含み、第２クラッド層の低濃度部には第
   ３クラッド層の不純物を含まないこ とを特徴とする半導
   体レーザ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体レーザ装
   置において、 上記第２クラッド層の低濃度部の不純物はカーボンであ
   ることを特徴とする半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
   半導体レーザ装置を製造する半導体レーザ装置の製造方
   法において、 半導体基板上に、少なくとも第１クラッド層と、活性層
   と、第２クラッド層と、電流阻止層とを順に形成する第
   １工程と、 上記電流阻止層に、ストライプ状の溝状の欠損部を形成
   する第２工程と、 上記ストライプ状の溝状の欠損部上に、少なくとも第３
   クラッド層を形成する第３の工程と、 上記第３クラッド層から、上記電流阻止層の欠損部を介
   して、少なくとも上記第２クラッド層へ不純物を拡散
   し、上記欠損部に対向する領域の第２クラッド層の不純
   物濃度を、上記電流阻止層の非欠損部に対向する領域の
   第２クラッド層の不純物濃度よりも高くする第４の工程
   とを含み、 上記第３クラッド層から第２クラッド層に不純物を拡散
   する前から上記第２クラッド層にある不純物を、上記第
   ３クラッド層から第２クラッド層に拡散する不純物に比
   べて、拡散し難い不純物にしたことを特徴とする半導体
   レーザ装置の製造方法。