【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉ
ｎ _1-y Ｐ半導体レーザの製造方法に関するものであり、
特に閾値電流の低減、温度特性の改善、信頼性の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓに格子整合したＡｌＧａＩｎＰ
系可視光半導体レーザにおいて、特性向上のために活性層に量子井戸構造が導入された量子井戸レーザの研究開発が近年盛んに行われている。 量子井戸構造の製作には薄膜成長技術が要求され、有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ法）あるいは分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）
が用いられている。 また、ＡｌＧａＩｎＰ系材料では成長条件により自然超格子が形成され、エネルギーギャップ（Ｅｇ）が縮小することが報告されている（例えば、
アプライドフィジックスレターズ誌（Ａ．Ｇｏｍｙｏ
ｅｔ ａｌ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．
５０（１９８７） ６７３頁））。 半導体レーザの発振波長の短波長化を行うためには自然超格子を無秩序化し、エネルギーギャップを拡大する必要があり、その一手法として半導体基板面方位が（００１）面から［１,
１,０］または［−１,−１,０］方向に傾いた傾斜基板を用いる方法が採られてきた（例えば、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジック誌（Ｋ．Ｋｏｂａｙ
ａｓｈｉ ｅｔ ａｌ． Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈ
ｙｓ． Ｖｏｌ． ２９（１９９０） Ｌ６６９頁））。 また、ＭＯＶＰＥ法によるＡｌＧａＩｎＰ結晶成長では通常V族原料供給量／III族原料供給量比（V／III比）は１
５０から５００程度で行われてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板面方位が（００１）面から［１,１,０］または［−１,−１,０］
方向に２゜から１３゜傾いた傾斜基板を用いた場合、従来のように、V／III比を１５０〜５００程度で成長を行うと、ステップバンチングが顕著に起こり、活性層に量子井戸構造を導入すると層厚揺らぎが生じ、量子効果が低減し、半導体レーザの特性の悪化が起こる。

【０００４】また、ｐ型クラッド層中に多重量子障壁（ＭＱＢ）層を導入した場合、層厚揺らぎが生じていると電子反射効果が有効に働かなくなる。

【０００５】本発明の目的は、半導体基板面方位が（０
０１）面から［１,１,０］または［−１,−１,０］方向に傾いた半導体基板を用いた場合においても、均一なステップフロー成長によりステップバンチングを低減し、
量子井戸層、多重量子障壁（ＭＱＢ）層の平坦化を行い、低閾値電流、高信頼（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y Ｐ）
半導体レーザの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの製造方法は、半導体基板面方位が（００１）より［１，
１，０］または［−１，−１，０］方向に２゜から１３
゜傾いた傾斜基板上に、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y Ｐからなる第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順次に形成してなり、前記活性層が量子井戸構造を有する半導体レーザのＭＯＶＰＥ法による製造方法であって、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y Ｐ結晶成長時のV／III比を１０００以上とすることを特徴とする。

【０００７】また、半導体基板面方位が（００１）より［１，１，０］または［−１，−１，０］方向に２゜から１３゜傾いた傾斜基板上に、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ
_1-y Ｐからなる第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を順次に形成してなり、前記半導体レーザの第１
クラッド層または第２クラッド層と活性層の間に多重量子障壁（ＭＱＢ）層を有する半導体レーザのＭＯＶＰＥ
法による製造方法であって、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y
Ｐ結晶成長時のV／III比を１０００以上とすることを特徴とする。

【０００８】V／III比を１０００以上とするのは、第１
クラッドから第２クラッド全て、第１クラッドから量子井戸活性層または多重量子障壁（ＭＱＢ）層上端まで、
量子井戸活性層または多重量子障壁（ＭＱＢ）層下端より少なくとも０.１μｍ下部より量子井戸活性層または多重量子障壁（ＭＱＢ）層上端までのいずれとしてもよい。

【０００９】

【作用】図１にＭＯＶＰＥ法により半導体基板面方位が（００１）より［１，１，０］または［−１，−１，
０］方向に傾いたＧａＡｓ傾斜基板上に成長したＧａ
_0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（６ｎｍ）／（Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.4 ） _0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐの量子井戸層の、層厚揺らぎの基板傾斜角度依存性を示す。 傾斜角度が２゜から１３゜では層厚揺らぎが顕著になっている。 半導体基板面方位が（００１）より［１，１，０］または［−１，−１，０］方向に傾いた傾斜基板を用いると、基板表面のステップ間隔が密になる。 V／III比が一定であると基板を被覆するリン（Ｐ）
の１ステップ当たりの数は少なくなり、ステップのサイトに入るＰの確率が低くなる。 基板上でステップ間隔が不規則になり、数ステップが集まったマルチステップが存在する場合、均一なステップ間隔になっている他の部分に比べ、マルチステップでの１ステップに対するＰの数はさらに少なくなり、Ｐが取り込まれる確率は小さくなる。 このため、マルチステップでの成長速度が遅くなり、ステップバンチングが顕著に起こりやすくなる。 量子井戸層、多重量子障壁層など、数原子層から１０ｎｍ
程度の薄膜を成長すると、このステップバンチングにより層厚揺らぎが生じ、期待した量子効果が得られず、半導体レーザの特性悪化が起こる。 そこで、V／III比を高くすることにより１ステップに対するＰの数を高め、Ｐ
の取り込まれる確率を高めることにより、均一なステップフロー成長を行うことが可能となる。 半導体基板面方位が（００１）より［１，１，０］または［−１，−
１，０］方向に６゜傾いたＧａＡｓ傾斜基板上に成長したＧａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（６ｎｍ）／（Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.4 ）
_0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐの量子井戸層の、V／III比に対する層厚揺らぎを図２に示す。 V／III比が１０００以上では１ステップに対するＰの数が高めまることにより、平坦な量子井戸層が得られている。 このように、V／III比を１００
０以上とすることにより、平坦な量子井戸層、多重量子障壁層の成長が容易に行われ、量子効果を十分に生かした特性の優れた半導体レーザの製造が可能となる。

【００１０】また、ステップバンチングが起こり、ステップ間隔が不均一になっている状態においても、V／III
比を１０００以上とし、０.１μｍ以上積層することにより、平坦化することができ、ステップ間隔が揃い均一なステップフロー成長を行うことが可能となる。

【００１１】

【実施例】本発明の半導体レーザの製造方法の一実施例を図１を参照して説明する。 図３は、本発明の半導体レーザの製造方法（第１の実施例）により製造した量子井戸活性層を有する半導体レーザの断面図である。

【００１２】まず、半導体基板面方位が（００１）面から［１,１,０］方向に６゜傾いたｎ型ＧａＡｓ基板１上に１.０μｍ厚のｎ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ
クラッド層２、アンドープのＧａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（６ｎｍ
×５層）／（Ａｌ _0.5 Ｇａ _0.5 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（４ｎｍ×
４層）多重量子井戸活性層３、１ _. ０μｍ厚のｐ型（Ａ
ｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐクラッド層４、ｐ型Ｇａ
_0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐヘテロバッファ層５を順次積層成長した。
結晶成長には減圧ＭＯＶＰＥ法を用いた。 この時、Ａｌ
ＧａＩｎＰ系の層の成長時のV／III比を１５００とした。 また、成長温度は６６０℃、圧力は７０Ｔｏｒｒとした。 原料としては、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アルシン（ＡｓＨ ₃ ）、ホスフィン（ＰＨ ₃ ）、ｎ型ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ
₂ Ｈ ₆ ）、ｐ型ドーパントとしてジメチルジンク（ＤＭ
Ｚ）を用いた。

【００１３】このウェハ上にリソグラフィ法により幅５
μｍのＳｉＯ ₂マスクをストライプ状に形成した後、ｐ
型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐクラッド層４が０ _.
２μｍ程度残るように、ウェットエッチングにより、ｐ
型Ｇａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐヘテロバッファ層５を除去し、Ｓｉ
Ｏ ₂をマスクとして減圧ＭＯＶＰＥ法により、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓブロック層６を選択成長した。 ｎ型Ｇａ
Ａｓブロック層６を成長後、ＳｉＯ ₂マスクを除去し、
Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓキャップ層７を成長する。 最後に、ｐ電極８、ｎ電極９を形成した。

【００１４】こうして本発明の第１の実施例の方法により得られた半導体レーザにおける量子井戸層では、均一なステップフロー成長により層厚揺らぎのない平坦な層が得られ、量子効果の向上により、閾値電流が約１０％
低減された。

【００１５】以上の実施例ではＡｌＧａＩｎＰ系の全層の成長時のV／III比を１５００としたが、図２に見られるように１０００以上であれば平坦な量子井戸層が成長され、同様の効果が得られている。

【００１６】また、ｎクラッドから活性層上端までのV
／III比を１０００以上とし、それ以降の層は鏡面成長の行われる５０以上１０００以下としステップバンチングが起こっていても、量子井戸活性層に対する影響はなく、同様な効果が得られている。

【００１７】また、活性層下端より少なくとも０.１μ
ｍ下部から活性層上端までのV／III比を１０００以上とし、他の層のV／III比を５０以上１０００以下としても、平坦化される条件であるV／III比１０００以上で０.１μｍ以上積層することにより、量子井戸活性層を平坦化することができ、同様の効果が得られている。

【００１８】続いて、ｐ型クラッド層に多重量子障壁（ＭＱＢ）層を導入した半導体レーザの一具体例を図を用いて説明する。 図４は本発明の半導体レーザの製造方法（第２の実施例）により製造した多重量子障壁層を有する半導体レーザの断面図である。

【００１９】まず、半導体基板面方位が（００１）面から［１,１,０］方向に６゜傾いたｎ型ＧａＡｓ基板１上に１.０μｍ厚のｎ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ
クラッド層２、０.２μｍ厚のアンドープＧａ _0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐ活性層１０、層厚３０ｎｍのｐ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ
_0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ第１バリア層とｐ型Ｇａ _0.5 Ｉｎ _0.5
Ｐ（１.１ｎｍ×２０層）／（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ
_0.5 Ｐ（１.７ｎｍ×１９層）から成る多重量子障壁層１
１、１.０μｍ厚のｐ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5
Ｐクラッド層４、ｐ型Ｇａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐヘテロバッファ層５を順次に積層し成長した。 結晶成長法、成長条件、
原料は上述の量子井戸活性層を有する半導体レーザ（図３）と同一であり、V／IIIは１５００とした。

【００２０】このウェハを上述の量子井戸活性層を有する半導体レーザと同様に加工し、ｎ型ＧａＡｓブロック層６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層７、ｐ電極８、ｎ電極９
を形成した。

【００２１】こうして本発明の第２の実施例の方法により得られた半導体レーザにおける多重量子障壁（ＭＱ
Ｂ）層では、均一なステップフロー成長により層厚揺らぎのない平坦な多重量子障壁（ＭＱＢ）層が得られ、電子反射効果が有効に働き、V／III比１５０の場合に比べ閾値電流が約２０％低減された。

【００２２】以上の実施例ではＡｌＧａＩｎＰ系の全層の成長時のV／III比を１５００としたが、上述の量子井戸活性層を有する半導体レーザと同様、図２に見られるように１０００以上であれば平坦な多重量子障壁層が成長され、同様の効果が得られている。

【００２３】また、ｎクラッドから多重量子障壁層上端までのV／III比を１０００以上とし、それ以降の層は鏡面成長の行われる５０以上１０００以下としステップバンチングが起こっていても、多重量子障壁層に対する影響はなく、同様な効果が得られている。

【００２４】また、多重量子障壁層下端より少なくとも０.１μｍ下部から多重量子障壁層上端までのV／III比を１０００以上とし、他の層のV／III比を５０以上１０
００以下としても、平坦化される条件であるV／III比１
０００以上で０.１μｍ以上積層することにより、多重量子障壁層を平坦化することができ、同様の効果が得られている。

【００２５】また、上述の２つの実施例では量子井戸活性層を有する半導体レーザと多重量子障壁層を有する半導体レーザの製造方法を示したが、量子井戸活性層を有し、且つ多重量子障壁層を有する半導体レーザにおいても同様の製造方法が適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の半導体レーザの製造方法では、
半導体基板面方位が（００１）面から［１,１,０］または［−１,−１,０］方向に傾いた傾斜基板を用いた場合においても、均一なステップフロー成長により、平坦な量子井戸活性層、または多重量子障壁（ＭＱＢ）層を成長することが可能となり、閾値電流が低く高信頼の半導体レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体基板面方位が（００１）より［１，１，
０］または［−１，−１，０］方向に傾いたＧａＡｓ傾斜基板上に成長したＧａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（６ｎｍ）／（Ａ
ｌ _0.6 Ｇａ _0.4 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐの量子井戸層における層厚揺らぎの基板傾斜角度依存性を示す図である。

【図２】半導体基板面方位が（００１）より［１，１，
０］または［−１，−１，０］方向に６°傾いたＧａＡ
ｓ傾斜基板上に成長したＧａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ（６ｎｍ）／
（Ａｌ _0.6 Ｇａ _0.4 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐの量子井戸層における層厚揺らぎのV／III比依存性を示す図である。

【図３】本発明になる半導体レーザの製造方法の第１の実施例により製造した量子井戸活性層を有する半導体レーザの断面図である。

【図４】本発明になる半導体レーザの製造方法の第２の実施例により製造した多重量子障壁層を有する半導体レーザの断面図である。

【符号の説明】

１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐクラッド層 ３ アンドープ多重量子井戸活性層 ４ ｐ型（Ａｌ _0.7 Ｇａ _0.3 ） _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐクラッド層 ５ ｐ型Ｇａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐヘテロバッファ層 ６ ｎ型ＧａＡｓブロック層 ７ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ８ ｐ電極 ９ ｎ電極 １０ アンドープＧａ _0.5 Ｉｎ _0.5 Ｐ活性層 １１ ｐ型多重量子障壁層