JP2004088054A

JP2004088054A - Group iii-v compound semiconductor device and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004088054A
Application number: JP2003006129A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Onishi; 大西　俊一
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP4865186B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce crystal defects between an AlGaInP layer and an AlGaAs layer in a Group III-V compound semiconductor device furnished with the AlGaInP layer and the AlGaAs layer grown on the AlGaInP layer. <P>SOLUTION: The AlGaInP layer 12 is grown on a substrate 11 of GaAs, and the AlGaAs layer 14 is grown on the AlGaInP layer via a buffer layer 13. The buffer layer 13 is about 1.1 nm thick, and is composed of AlGaInP having a smaller composition of Ga than that of the AlGaInP layer 12. The buffer layer 13 may be composed of AlGaAs having a smaller composition of Al than that of the AlGaAs layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関し、特にＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ　）及び発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子や、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）及びヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）等の論理回路素子といった、様々な半導体素子を構成する材料として広く利用されている。これらの装置において、互いに混晶組成が異なる複数の半導体層が積層されることにより、所望の光学的特性及び電気的特性が実現されている。
【０００３】
このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体装置は、ナノメートルオーダーでの膜厚制御や界面の急峻性が必要とされるため、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ　）法や、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法により製造されるのが一般的である。
【０００４】
特に、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）及びＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である。）はそれぞれ可視領域及び赤外領域に対応するバンドギャップを有し、発光素子の半導体材料として重要である。さらに、それぞれのＡｌの組成を変化させることにより、バンドギャップを広範囲に変化させることが可能であり、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層とを相互に組み合わせることにより、半導体装置における電気的特性及び光学的特性を様々に設計することが可能となる。これにより、新しい性能を備えた高性能の半導体装置を実現することができるので、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層とを組み合わせたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の開発は特に重要である。
【０００５】
そこで、本願発明者は、ＭＯＶＰＥ法により、図２５に示すＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製した。図２５に示すように、本願発明者が作製したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＧａＡｓからなる基板２０１の上に、膜厚が約０．２μｍのＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐ　からなるＡｌＧａＩｎＰ層２０２、膜厚が約０．３μｍのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２０３が順次積層されている。
【０００６】
【非特許文献１】
第６２回応用物理学会学術講演会　講演予稿集　１４ｐ−Ｂ−３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を肉眼で観察すると、全面に白濁が見られ、結晶欠陥が生じていることが観察される。顕微鏡を用いてさらに詳細に観察すると、直径１μｍ程度の結晶欠陥が多数生成されていることが確認され、その密度は１．４×１０^５個／ｃｍ^２である。この値は、ＧａＡｓからなる基板２０１上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２又はＡｌＧａＡｓ層２０３を１層のみ形成した場合の値と比べ、３〜４桁程度大きい。従って、この結晶欠陥はＡｌＧａＩｎＰ層２０２とＡｌＧａＡｓ層２０３との界面に起因する結晶欠陥であることが分かる。
【０００８】
また、基板２０１の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を形成し、形成したＡｌＧａＡｓ層２０３の上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２を形成した場合には、このような結晶欠陥はほとんど観察されない。従って、この結晶欠陥はＡｌＧａＩｎＰ層２０２の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を形成する場合に特有の結晶欠陥であることも分かる。
【０００９】
このような結晶欠陥が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２を構成する構成要素とＡｌＧａＡｓ層２０３を構成する構成要素との相互作用のうち、ＧａＰ成分とＡｌＡｓ成分との間の相互作用が他の構成要素間あるいは原子間の相互作用と比べて強いことによる。
【００１０】
具体的には、基板２０１の上にＡｌＧａＩｎＰ層２０２を形成した後、形成したＡｌＧａＩｎＰ層２０２の上にＡｌＧａＡｓ層２０３を結晶成長させる工程において、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２のＧａＰ成分との相互作用によって、形成中のＡｌＧａＡｓ層２０３におけるＡｌＡｓ成分の十分なマイグレーションが阻害されるため、ＡｌＧａＩｎＰ層２０２とＡｌＧａＡｓ層２０３との界面における原子の配列に乱れが生じるためである。
【００１１】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を作製した場合、多数の結晶欠陥が発生するという問題を有しており、ＡｌＧａＩｎＰ層上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びそれを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を実現するのは困難である。
【００１２】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ＡｌＧａＩｎＰ層と、ＡｌＧａＩｎＰ層の上に形成されたＡｌＧａＡｓ層とを備えたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との間の結晶欠陥を低減できるようにする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓを積層するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成を小さくするか、又はＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成を小さくする構成とする。
【００１４】
具体的に、本発明に係る第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、第１の半導体層の上にＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、第１の工程において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂを小さくする。
【００１５】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第１の半導体層のＧａの組成を小さくされているため、第１の半導体層のＧａの組成が相対的に大きい場合と比べて、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減することが可能となる。これは、第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させる際に、第１の半導体層におけるＧａＰ成分と第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分との相互作用が小さくなるため、形成中の第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されることによる。
【００１６】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法の第１の工程において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂは０．３５以下であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減できる。
【００１８】
本発明に係る第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂが０．３５以下である。
【００１９】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層と、ＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層との積層構造において、第１の半導体層におけるＧａの組成ｂが０．３５以下であるため、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減でき、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００２０】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は、第２のクラッド層の上にストライプ状に形成されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、第２のクラッド層及び第１の半導体層を第２導電型クラッド層として用い、且つ第２の半導体層を、第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層の一部として用いる半導体レーザ装置において、クラッド層より上方にも光が分布するように活性層を構成する場合に、第２の半導体層のＡｌ組成を大きくしても結晶欠陥が増大することがないため、第２の半導体層における光の吸収が少なくなるので、半導体レーザ装置の動作電流を小さくすることが可能となる。
【００２２】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことが好ましい。
【００２３】
このようにすると、第１コンタクト層により、第２コンタクト層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【００２４】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に設けられ、第２の半導体層はストライプ状に形成されていることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、第２のクラッド層及び第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用い、且つ第１の半導体層を、第２の半導体層をストライプ状に形成する際のエッチングストップ層として用いた半導体レーザ装置において、第２の半導体層は熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなるため、活性層に発生する熱の放熱性を向上してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高出力化が可能である。また、第１の半導体層におけるＧａの組成が相対的に小さくされているため第２の半導体層を低欠陥に形成できるので、高出力且つ高信頼性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００２６】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第２のクラッド層は第２導電型のＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、第２の半導体層に加えて、第２のクラッド層にも熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓを用いるため、活性層に発生する熱の放熱性がさらに良好になり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置をより高出力化できる。
【００２８】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に設けられていることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用いた半導体レーザ装置において、第２の半導体層が熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなるため活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層を用いることにより活性層とのバンドギャップの差を確保することができるため、活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。また、第１の半導体層におけるＧａの組成が相対的に小さくされているため、第２の半導体層を低欠陥に形成できるので、高性能且つ高信頼性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００３０】
本発明の第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１のクラッド層は第１導電型のＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、第２の半導体層に加えて第１のクラッド層にも熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓを用いるため、活性層に発生する熱の放熱性がさらに良好になり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置をより高出力化できる。
【００３２】
本発明に係る第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）からなる緩衝層と、緩衝層の上に形成されたＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、緩衝層におけるＧａの組成ｙは第１の半導体層におけるＧａの組成ｂよりも小さい。
【００３３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、緩衝層におけるＧａの組成は第１の半導体層におけるＧａの組成よりも小さいため、第１の半導体層と第２の半導体層とが直接に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置と比べて、第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。従って、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００３４】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層をさらに備え、活性層は複数の半導体層が積層されてなり、第１の半導体層は活性層の最上層を構成するように設けられ、第２の半導体層は第２のクラッド層の下に設けられていることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、第１の半導体層を活性層の光ガイド層として用いた半導体レーザ装置において、第２のクラッド層の不純物濃度を高くしても第２の半導体層によって不純物が活性層に拡散することを防止できるのに加えて、第２の半導体層を低欠陥に形成することができ、温度特性が良好な半導体レーザ装置を確実に得ることができる。
【００３６】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上にストライプ状に設けられていることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、第２のクラッド層を第２導電型のクラッド層として用い、且つ第１の半導体層及び第２の半導体層を、第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層の一部として用いる半導体レーザ装置において、第２のクラッド層より上方にも光が分布するように活性層を構成する場合に、第２の半導体層のＡｌ組成を大きくしても結晶欠陥が増大することがないため、第２の半導体層における光の吸収が少なくなるので、半導体レーザ装置の動作電流を小さくすることが可能となる。
【００３８】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなる第１コンタクト層と、第１コンタクト層の上に形成された第２導電型のＧａＡｓからなる第２コンタクト層とをさらに備え、第１コンタクト層におけるＡｌの組成ｄは、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも大きいことが好ましい。
【００３９】
このようにすると、第１コンタクト層により第２コンタクト層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【００４０】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上にストライプ状に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に設けられていることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２のクラッド層と電極との間のコンタクト層として用いる半導体レーザ装置において、第１の半導体層により、第２のクラッド層と第２の半導体層との間の価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、半導体レーザ装置の動作電圧がされる。さらに、Ａｌ組成が大きい第２の半導体層を低欠陥に形成することができるため、第２の半導体層における活性層からの発光光の吸収を抑制することができる。
【００４２】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に設けられていることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、第１の半導体層を第２導電型のクラッド層として用いる半導体レーザ装置において、クラッド層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を低欠陥に形成することができる。
【００４４】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１の半導体層はストライプ状の凸部を有し、緩衝層は、凸部の下段及び側面の上に設けられ、第２の半導体層は第１導電型の不純物を含み、凸部の上段の上を開口するように設けられていることが好ましい。
【００４５】
このようにすると、第２の半導体層を電流ブロック層として用いることができるため、電流ブロック層にバンドギャップの大きいＡｌＧａＡｓを用いることができるので、電流ブロック層における光の損失を低減することができる。
【００４６】
第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は、第１の半導体層の上に、凸部の上段の上を含むように設けられていることが好ましい。
【００４７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は第１導電型の不純物を含んでいることが好ましい。
【００４８】
このようにすると、緩衝層を電流ブロック層の一部として用いることができる。
【００４９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層は第２導電型の不純物を含んでいることが好ましい。
【００５０】
このようにすると、緩衝層を第２導電型のクラッド層の一部として用いることができる。
【００５１】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型の化合物半導体からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層はストライプ状の開口部を有し且つ第１導電型の不純物を含んでおり、緩衝層は第１の半導体層における開口部の壁面及び上面の上に設けられていることが好ましい。
【００５２】
このようにすると、第１の半導体層を電流ブロック層として用い且つ第２の半導体層を第２導電型のクラッド層として用いる半導体レーザ装置において、第２の半導体層におけるＡｌの組成を大きくしてクラッド層における光の損失の低減を図りながらも第２の半導体層における結晶欠陥を低減することができる。
【００５３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、活性層は複数の半導体層が積層されてなり、第１の半導体層は活性層の最上層を構成するように設けられていることが好ましい。
【００５４】
このようにすると、第１の半導体層を活性層の光ガイド層として用い且つ第２の半導体層を第２導電型クラッド層として用いた半導体レーザ装置において、第２導電型クラッド層の熱伝導率を向上することにより活性層に発生する熱の放熱性を向上してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高出力化が可能である。
【００５５】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｄＧａ_ｅＩｎ_{１−ｄ−ｅ}Ｐ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上に形成された第２導電型のＡｌ_ｆＧａ_１−ｆＡｓ（但し、０≦ｆ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、エッチングストップ層におけるＧａの組成ｅが０．３５以下であることが好ましい。
【００５６】
このようにすると、第２の半導体層と第２のクラッド層とを第２導電型のクラッド層として用いることにより放熱性の向上が可能であるのに加えて、エッチングストップ層を用いて第２のクラッド層を精密に且つ低欠陥に加工することができる。
【００５７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、第２の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｄＧａ_ｅＩｎ_{１−ｄ−ｅ}Ｐ　（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなるエッチングストップ層と、エッチングストップ層の上に形成されたＡｌ_ｆＧａ_ｇＩｎ_{１−ｆ−ｇ}Ｐ　（但し、０≦ｆ≦１，０≦ｇ≦１，０≦ｆ＋ｇ≦１である。）からなる第３の半導体層と、第３の半導体層の上に形成された第２導電型のＡｌ_ｈＧａ_１−ｈＡｓ（但し、０≦ｈ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第３の半導体層におけるＧａの組成ｇはエッチングストップ層におけるＧａの組成ｅよりも小さいことが好ましい。
【００５８】
このようにすると、第３の半導体層を緩衝層として第２のクラッド層を低欠陥に形成することができるため、エッチングストップ層におけるＡｌの組成を小さくして製造工程におけるエッチングストップ層の酸化を防止して低欠陥のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【００５９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層とをさらに備え、第１の半導体層は活性層の上に形成されていることが好ましい。
【００６０】
このようにすると、第１の半導体層及び第２の半導体層を第２導電型のクラッド層として低欠陥に形成することができるため、熱伝導率の高いＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層により活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、バンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層により活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【００６１】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成された第１導電型の化合物半導体からなる第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第２導電型のＡｌ_ｄＧａ_ｅＩｎ_{１−ｄ−ｅ}Ｐ（但し、０≦ｄ≦１，０≦ｅ≦１，０≦ｄ＋ｅ≦１である。）からなる第２のクラッド層とをさらに備え、第１の半導体層は第２のクラッド層の上に形成されていることが好ましい。
【００６２】
このようにすると、第２の半導体層により活性層に発生する熱の放熱性を向上できると共に、第２のクラッド層により活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制することができる。さらに、緩衝層を設けることにより第２の半導体層を低欠陥に形成することができるため、エッチングストップ層におけるＡｌの組成を小さくして製造工程におけるエッチングストップ層の酸化を防止して低欠陥のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【００６３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、第１のクラッド層はＡｌ_ｄＧａ_１−ｄＡｓ（但し、０≦ｄ≦１である。）からなることが好ましい。
【００６４】
このようにすると、第２導電型のクラッド層に加えて第１導電型のクラッド層においても熱伝導率を高くすることができるため、放熱性がさらに向上する。
【００６５】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層におけるＧａの組成ｙは０であることが好ましい。
【００６６】
このようにすると、第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥は確実に減少する。
【００６７】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、基板はＧａＡｓからなり、第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であり、緩衝層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であることが好ましい。
【００６８】
このようにすると、緩衝層は基板に格子整合するため、結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００６９】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００７０】
このようにすると、緩衝層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の電気的及び光学的特性にほとんど影響を与えることなく第１の半導体層又は第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を低減できる。
【００７１】
本発明に係る第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層を形成する第１の工程と、第１の半導体層の上にＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層を形成する第２の工程とを備え、第２の工程において、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃを小さくする。
【００７２】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第２の半導体層のＡｌの組成が小さくされるため、第２の半導体層のＡｌの組成が相対的に大きい場合と比べて、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減することが可能となる。これは、第１の半導体層の上に第２の半導体層を結晶成長させる工程において、第１の半導体層におけるＧａＰ成分と第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分との相互作用が小さくなるため、形成中の第２の半導体層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されることによる。
【００７３】
本発明の第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法の第２の工程において、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃは０．３以下であることが好ましい。
【００７４】
このようにすると、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減できる。
【００７５】
本発明に係る第３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃが０．３以下である。
【００７６】
本発明の第３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層と、ＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層との積層構造において、第２の半導体層におけるＡｌの組成が０．３以下であるため、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を確実に低減でき、第１の半導体層と第２の半導体層とを用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００７７】
本発明に係る第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、Ａｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{１−ａ−ｂ}Ｐ　（但し、０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ａ＋ｂ≦１である。）からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成されたＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である。）からなる緩衝層と、緩衝層の上に形成されたＡｌ_ｃＧａ_１−ｃＡｓ（但し、０≦ｃ≦１である。）からなる第２の半導体層とを備え、緩衝層におけるＡｌの組成ｚは第２の半導体層におけるＡｌの組成ｃよりも小さい。
【００７８】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、緩衝層におけるＡｌの組成は第２の半導体層におけるＡｌの組成よりも小さいため、第１の半導体層と第２の半導体層とが直接に積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置と比べて、第１の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。従って、第１の半導体層と第２の半導体層を用いたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の高性能化が可能となる。
【００７９】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置は、基板上に形成され、複数の半導体層が積層されてなる活性層をさらに備え、第１の半導体層は基板の上に形成され、第２の半導体層は活性層の最下層を構成するように設けられていることが好ましい。
【００８０】
このようにすると、第１の半導体層を第１導電型のクラッド層として用い且つ第２の半導体層を活性層の光ガイド層として用いた半導体レーザ装置において、ＡｌＧａＡｓ系の活性層に対してＡｌＧａＩｎＰ系のクラッド層を用いてバンドギャップの差を確保することが可能となるため、活性層の電子がクラッド層へのオーバーフローすることが確実に抑制されるので、しきい値電流が小さく且つ温度特性に優れた半導体レーザ装置を確実に得ることができる。
【００８１】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層におけるＡｌの組成ｚは０であることが好ましい。
【００８２】
このようにすると、第１の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥は確実に減少する。
【００８３】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、基板はＧａＡｓからなり、第１の半導体層におけるＩｎの組成１−ａ−ｂは０．４５≦１−ａ−ｂ≦０．５５であることが好ましい。
【００８４】
このようにすると、第１の半導体層は基板に格子整合するため、結晶欠陥が少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を確実に得ることができる。
【００８５】
本発明の第４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、緩衝層の厚さは０．５ｎｍ以上且つ５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００８６】
このようにすると、緩衝層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の電気的及び光学的特性にほとんど影響を与えることなく第１の半導体層又は第２の半導体層と緩衝層との界面に生じる結晶欠陥を低減できる。
【００８７】
【発明の実施の形態】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、ＡｌＧａＩｎＰとは、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）を表し、ＡｌＧａＡｓとはＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である）を表す。また、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　において、特にｘ＝０となる場合、即ちＧａ_ｙＩｎ_１−ｙＰ（但し、０≦ｙ≦１である。）をＧａＩｎＰと表し、特にｙ＝０となる場合、即ちＡｌ_ｘＩｎ_１−ｘＰ（但し、０≦ｘ≦１である。）をＡｌＩｎＰと表す。
【００８８】
本願発明者は、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成が小さいほど結晶欠陥が少なくなり、また、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥が少なくなるという知見を得ている。
【００８９】
以下、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌの組成と結晶欠陥との関係について図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図１はＡｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ　層の上にＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層を形成した場合のＡｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ　層（但し、０≦ｘ≦０．５である。）におけるＡｌの組成ｘと結晶欠陥密度との関係を示している。ここで、結晶欠陥密度とは、顕微鏡観察を用いて観察される結晶欠陥の個数を単位面積で割った値である。また、Ｉｎの組成はＧａＡｓからなる基板と格子整合させるために０．５としている。
【００９１】
図１に示すように、Ａｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ　層におけるＡｌの組成ｘが大きいほど結晶欠陥密度は小さい。すなわち、ｘ＝０の場合には結晶欠陥密度は約２．７×１０^７　個／ｃｍ^２　であるが、ｘ＝０．１５の場合には結晶欠陥密度は約４．０×１０^６個／ｃｍ^２程度に減少しており、ｘ＝０．３５の場合には結晶欠陥密度は１×１０^５個／ｃｍ^２程度にまで減少している。さらに、ｘ＝０．５の場合には、結晶欠陥はほとんど観察されず、１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【００９２】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を形成する場合、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＡｌの組成が大きいほど、すなわちＧａの組成が小さいほど結晶欠陥を少なく形成できることが分かる。具体的には、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ層におけるＧａの組成ｙは０．３５以下であれば、結晶欠陥は十分に少なくなる。
【００９３】
なお、図１には、Ａｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ　層の上にＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層を形成する場合の結晶欠陥を示したが、Ａｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ層の上に形成するＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成が０．６の場合に限られず、他の組成であっても同様の結果が得られる。即ち、ＡｌＧａＡｓ層の組成に拘わらず、ＡｌＧａＩｎＰ層のＧａ組成を小さくするほど結晶欠陥が小さくなる。
【００９４】
図２はＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の上にＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（但し、０≦ｚ≦１である。）を形成した場合のＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層（但し、０≦ｚ≦１である。）におけるＡｌの組成ｚと結晶欠陥密度との関係を示している。
【００９５】
図２に示すように、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層におけるＡｌの組成ｚが小さいほど結晶欠陥密度は小さい。すなわち、ｚ＝０．６の場合には、結晶欠陥密度は約２．７×１０^７　個／ｃｍ^２　であるが、ｚ＝０．３の場合には、結晶欠陥密度は１×１０^７個／ｃｍ^２程度となり、半分以下にまで減少している。さらに、ｚ＝０の場合には、結晶欠陥はほとんど観察されず、１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【００９６】
このように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を形成する場合、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥を少なく形成できることが分かる。具体的にはＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層におけるＡｌの組成ｚが０．３以下であれば、結晶欠陥は十分に少なくなる。
【００９７】
なお、図２には、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の上にＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層を形成する場合の結晶欠陥を示したが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層の下に形成されるＡｌＧａＩｎＰ層のＡｌ組成が０の場合に限られず、他の組成であっても同様の結果が得られる。即ち、ＡｌＧａＩｎＰ層の組成に拘わらず、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成を小さくするほど結晶欠陥が小さくなる。
【００９８】
以上説明したように、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層が積層されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体において、Ｇａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰ層又はＡｌの組成が小さいＡｌＧａＡｓ層を用いることにより、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との界面における結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【００９９】
このような効果が生じるのは、ＡｌＧａＩｎＰ層を構成する構成要素とＡｌＧａＡｓ層を構成する構成要素との相互作用のうち、ＧａＰ成分とＡｌＡｓ成分との相互作用が他の構成要素間あるいは原子間の相互作用と比べて強いことによると考えられる。
【０１００】
すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ層の上にＡｌＧａＡｓ層を結晶成長させる工程において、ＡｌＧａＩｎＰ層におけるＧａの組成が小さいほど、また、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成が小さいほど、ＡｌＡｓ成分とＧａＰ成分との相互作用が小さくなるため、形成中のＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌＡｓ成分のマイグレーションがより促進されるので、ＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓ層との界面における原子の配列に生じる乱れが少なくなると考えられる。
【０１０１】
このような知見から、本発明に係る以下の実施形態は、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を積層する工程において、第１の半導体層と第２の半導体層の界面における第１の半導体層のＧａの組成を小さくするか、又は第２の半導体層のＡｌの組成を小さくすることにより、第１の半導体層と第２の半導体層との界面に生じる結晶欠陥を低減している。
【０１０２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０３】
図３は第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の断面構成を示している。図３に示すように、例えば、ＧａＡｓからなる基板１１上に、膜厚が約０．２μｍのＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐ　からなるＡｌＧａＩｎＰ層１２、膜厚が約１．１ｎｍのＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる緩衝層１３及び膜厚が約０．３μｍのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層１４が順次積層されている。
【０１０４】
以下、第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の製造方法について説明する。
【０１０５】
第１の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて、ＧａＡｓからなる基板１１の上に各半導体層を順次結晶成長させることにより形成することが可能である。
【０１０６】
具体的には、ＩＩＩ　族化合物の原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族化合物の原料としてホスフィン（ＰＨ_３　）及びアルシン（ＡｓＨ_３　）を用い、これらの原料を、水素をキャリアガスとして石英からなる反応管に導入する。反応管内圧力が約１．０×１０^４　Ｐａ（約７６Ｔｏｒｒ）、基板温度が約７５０℃の条件下において、供給する原料及び原料の供給量を適宜切り替えることにより各半導体層を順次結晶成長させる。
【０１０７】
第１の実施形態の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上に、該ＡｌＧａＩｎＰ層１２よりもＧａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介してＡｌＧａＡｓ層１４が形成されていることにある。すなわち、　Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５ＰからなるＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層することと比べて、Ｇａの組成がより小さいＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる緩衝層１３の上にＡｌＧａＡｓ層１４が積層されるため、緩衝層１３とＡｌＧａＡｓ層１４との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。
【０１０８】
さらに、緩衝層１３の厚さは約１．１ｎｍと極めて薄いため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の光学的及び電気的特性等の物性にはほとんど影響を与えない。
【０１０９】
つまり、第１の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介することにより、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層した積層構造と同等の物性を有し、且つＡｌＧａＩｎＰ層１２の上にＡｌＧａＡｓ層１４を直接に積層した積層構造よりも結晶欠陥を少なくすることを可能としている。
【０１１０】
ここで、ＡｌＧａＩｎＰ層１２及び緩衝層１３を構成するＡｌＧａＩｎＰは、それぞれＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐ　及びＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、ＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも緩衝層１３におけるＧａの組成の方が小さくなるような組み合わせであればよい。勿論、緩衝層１３におけるＧａの組成が小さいほど結晶欠陥を低減する効果は大きい。
【０１１１】
また、ＡｌＧａＡｓ層１４を構成するＡｌＧａＡｓはＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓに限られず、Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ（但し、０≦ｚ≦１である）であればよい。
【０１１２】
また、緩衝層１３の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。緩衝層１３の厚さが０．５ｎｍよりも小さいであると、緩衝層１３とＡｌＧａＡｓ層１４との界面に生じる結晶欠陥は、ＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＡｌの組成を反映したものとなり、緩衝層１３によって結晶欠陥を低減する効果は不十分となる。逆に、緩衝層１３の厚さが５ｎｍよりも大きいと、緩衝層１３がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の物理的性質に与える影響が無視できなくなる。
【０１１３】
第１の実施形態において、ＡｌＧａＩｎＰ層１２と緩衝層１３とが接して積層されている必要はなく、例えば緩衝層１３よりもＧａの組成が小さいＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層が挿入されていてもよく、この場合にもＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも緩衝層１３におけるＧａの組成が小さければよい。
【０１１４】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層１２、緩衝層１３及びＡｌＧａＡｓ層１４からなる積層構造は、基板１１の上に形成されている必要はなく、例えば、電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイボーラトランジスタ、半導体レーザ装置又は発光ダイオード等の半導体装置を構成する積層構造の一部として他の半導体層の上に形成されていてもよい。
【０１１５】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層１２及び緩衝層１３において、ＧａＡｓからなる基板１１と格子整合させるために、それぞれのＩｎの組成を０．５としているが、基板１１と格子整合させるためには、Ｉｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であればよい。また、ＧａＡｓとの格子整合が必要でない場合はＩｎの組成１−ｘ−ｙは０≦１−ｘ−ｙ≦１であればよい。
【０１１６】
以上説明したように、第１の実施形態によると、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上には、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１３を介してＡｌＧａＡｓ層１４が形成されており、緩衝層１３におけるＧａの組成はＡｌＧａＩｎＰ層１２におけるＧａの組成よりも小さいため、ＡｌＧａＩｎＰ層１２の上に直接ＡｌＧａＡｓ層１４を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造と同等の物性を有し且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を得ることができる。
【０１１７】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１８】
図４は第２の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の断面構成を示している。図４に示すように、ＧａＡｓからなる基板２１上に、膜厚が約３０ｎｍのＧａ_０．５Ｉｎ_０．５ＰからなるＡｌＧａＩｎＰ層２２、膜厚が約１．６ｎｍのＧａＡｓからなる緩衝層２３及び膜厚が約０．３μｍのＡｌ_０．６Ｇａ_０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２４が積層されている。
【０１１９】
このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、第１の実施形態と同様に、例えばＭＯＶＰＥ法を用いて形成することが可能である。
【０１２０】
第２の実施形態の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上に、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介してＡｌＧａＡｓ層２４が形成され、緩衝層２３におけるＡｌの組成はＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも小さいことにある。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌ_０．６Ｇａ_０．４ＡｓからなるＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層することと比べて、Ａｌの組成がより小さいＧａＡｓからなる緩衝層２３の上にＡｌＧａＡｓ層２４が積層されるため、ＡｌＧａＩｎＰ層２２と緩衝層２３との界面に生じる結晶欠陥を少なくすることが可能となる。
【０１２１】
さらに、緩衝層２３の厚さは約１．６ｎｍと極めて薄いため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の光学的及び電気的特性等の物性にはほとんど影響を与えない。
【０１２２】
つまり、第２の実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造は、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介することにより、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層した積層構造と同等の物性を有し、且つＡｌＧａＩｎＰ層２２の上にＡｌＧａＡｓ層２４を直接に積層した積層構造よりも結晶欠陥を少なくすることを可能としている。
【０１２３】
ここで、緩衝層２３及びＡｌＧａＡｓ層２４を構成するＡｌＧａＡｓは、それぞれＧａＡｓ及びＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓに限られず、ＡｌＧａＡｓ層におけるＡｌの組成よりも緩衝層２３におけるＡｌの組成の方が小さくなるような組み合わせであればよい。勿論、緩衝層２３におけるＡｌの組成が小さいほど結晶欠陥を低減する効果は大きい。
【０１２４】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２を構成するＡｌＧａＩｎＰはＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られずＡｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）であればよい。
【０１２５】
また、緩衝層２３の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。緩衝層２３の厚さが０．５ｎｍよりも小さいと、ＡｌＧａＩｎＰ層２２と緩衝層２３との界面に生じる結晶欠陥は、ＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成を反映したものとなり、緩衝層２３によって結晶欠陥を低減する効果は不十分となる。逆に、緩衝層２３の厚さが５ｎｍよりも大きいと、緩衝層２３がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造の物理的性質に与える影響が無視できなくなる。
【０１２６】
第２の実施形態において、緩衝層２３とＡｌＧａＡｓ層２４とが接して積層されている必要はなく、例えば緩衝層２３よりもＡｌの組成が小さいＡｌＧａＡｓからなる半導体層が緩衝層２３とＡｌＧａＡｓ層２４との間に挿入されていてもよく、この場合にもＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも緩衝層２３におけるＡｌの組成が小さければよい。
【０１２７】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２、緩衝層２３及びＡｌＧａＡｓ層２４からなる積層構造は、基板２１の上に形成されている必要はなく、例えば、電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイボーラトランジスタ、半導体レーザ装置又は発光ダイオード等の半導体装置を構成する積層構造の一部として他の半導体層の上に形成されていてもよい。
【０１２８】
また、ＡｌＧａＩｎＰ層２２において、ＧａＡｓからなる基板２１と格子整合させるために、それぞれのＩｎの組成を０．５としているが、基板２１と格子整合させるためには、Ｉｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５であればよい。また、ＧａＡｓとの格子整合が必要でない場合はＩｎの組成１−ｘ−ｙは０≦１−ｘ−ｙ≦１であればよい。
【０１２９】
以上説明したように、第２の実施形態によると、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上には、ＡｌＧａＡｓからなる緩衝層２３を介してＡｌＧａＡｓ層２４が形成されており、緩衝層２３におけるＡｌの組成はＡｌＧａＡｓ層２４におけるＡｌの組成よりも小さいため、ＡｌＧａＩｎＰ層２２の上に直接ＡｌＧａＡｓ層２４を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造と同等の物性を有し且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を得ることができる。
【０１３０】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１３１】
図５は本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図５に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板３１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層３３、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層３４、ＡｌＧａＡｓからなる拡散防止層３５及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層３６が順次積層されている。
【０１３２】
なお、活性層３３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１３３】
第１のｐ型クラッド層３６の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層３７がストライプ状に形成されている。また、第１のｐ型クラッド層３６の上面における第２のｐ型クラッド層３７の側方部分と、第２のｐ型クラッド層３７の側面の上とにはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層３８が形成されている。第２のｐ型クラッド層３７及び電流ブロック層３８の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層３９が形成されている。
【０１３４】
基板３１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなり、基板３１とオーミック接触するｎ側電極４０が形成されている。また、コンタクト層３９の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなり、コンタクト層３９とオーミック接触するｐ側電極４１が形成されている。
【０１３５】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１３６】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表１に示す。
【０１３７】
【表１】

【０１３８】
表１に示すように、緩衝層３４におけるＧａの組成は光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第３の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、光ガイド層、緩衝層３４及び拡散防止層３５が順次積層された積層構造として有している。
【０１３９】
第３の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板３１と格子整合させるために、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板３１と格子整合するためには、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１４０】
第３の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層３３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層３８の間を通過した電流が活性層３３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１４１】
拡散防止層３５は、半導体レーザ装置の製造工程又は素子の動作中において第１のｐ型クラッド層３６のドーパントであるＺｎが活性層３３へ浸入することを防止する。これにより、活性層３３に影響を与えることなく第１のｐ型クラッド層３６のドーピング濃度を高くすることが可能となるので、活性層３３から第１のｐ型クラッド層３６への電子のオーバーフローを確実に抑制できる。
【０１４２】
さらに、活性層３３と拡散防止層３５との間には、緩衝層３４が形成されている。ここで、活性層３３の最上層である光ガイド層は　Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．２５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層３４はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる。すなわち、光ガイド層におけるＧａの組成よりも緩衝層３４におけるＧａの組成の方が小さいため、活性層３３の上に接して拡散防止層３５を形成するのと比べて、緩衝層３４と拡散防止層３５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、緩衝層３４と拡散防止層３５との界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１４３】
ここで、緩衝層３４のバンドギャップは６５０ｎｍの発振波長を持つレーザ光に対して透明であり、且つその厚さは１．１ｎｍと極めて小さいことから、半導体レーザ装置の広がり角等の光学的特性及び動作電流値等の電気的特性にはほとんど影響を与えない。
【０１４４】
なお、第３の実施形態において、緩衝層３４の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、活性層３３の最上層である光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、活性層３３の上に接して緩衝層３４が形成されている必要はない。例えば緩衝層３４が　Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、活性層３３と緩衝層３４との間に例えばＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層３４と拡散防止層３５との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１４５】
以上説明したように、第３の実施形態によると、活性層３３の最上層である光ガイド層と拡散防止層３５との間に緩衝層３４を形成することにより、結晶欠陥が少ない拡散防止層３５を形成することができるため、第１のｐ型クラッド層３６のドーピング濃度を高くしても、活性層３３に不純物が拡散することがない。このようにして、活性層３３から第１のｐ型クラッド層３６への電子のオーバーフローを確実に抑制することが可能となり、温度特性が良好な赤色半導体レーザ装置を低欠陥に実現することができる。
【０１４６】
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１４７】
図６は本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図６に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板５１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層５２、ＧａＡｓからなる緩衝層５３、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層５４、並びにｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層５５が順次積層されている。
【０１４８】
なお、活性層５４において、量子井戸はＧａＡｓからなる２層の井戸層とＡｌＧａＡｓからなる１層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＡｓからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１４９】
第１のｐ型クラッド層５５の上にはストライプ状の開口部を有するｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層５６が形成されており、該電流ブロック層５６の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層５７が形成されている。第２のｐ型クラッド層５７及び電流ブロック層５６の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層５８が形成されている。
【０１５０】
基板５１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなり、基板５１とオーミック接触するｎ側電極５９が形成されている。また、コンタクト層５８の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなり、コンタクト層５８とオーミック接触するｐ側電極６０が形成されている。
【０１５１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１５２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表２に示す。
【０１５３】
【表２】

【０１５４】
表２に示すように、緩衝層５３におけるＡｌの組成は光ガイド層におけるＡｌの組成よりも小さい。つまり、第４の実施形態の半導体レーザ装置は、第２の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ｎ型クラッド層５２、緩衝層５３及び光ガイド層が順次積層された積層構造として有している。
【０１５５】
第４の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板５１と格子整合させるために、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板５１と格子整合するためには、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１５６】
第４の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層５４は７８０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層５６の間を通過した電流が活性層５４に到達すると、発振波長が７８０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１５７】
第４の実施形態の特徴として、活性層５４とｎ型クラッド層５２の間に緩衝層５３を備え、活性層５４はＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体からなり、ｎ型クラッド層５２、第１のｐ型クラッド層５５及び第２のｐ型クラッド層５７はＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体からなる。
【０１５８】
活性層５４にＡｌＧａＡｓ系の材料を用いているのに対して、ｎ型クラッド層５２、第１のｐ型クラッド層５５及び第２のｐ型クラッド層５７にバンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系の材料を用いているため、従来のＡｌＧａＡｓ系材料をクラッド層に用いた半導体レーザ装置と比べて、活性層とクラッド層との間のバンドギャップの差（バンドオフセット）を大きくすることができる。これにより、活性層５４からクラッド層への電子のオーバーフローを確実に抑制することができ、しきい値電流値の低下と温度特性の向上が可能となる。
【０１５９】
さらに、ｎ型クラッド層５２と活性層５４との間には、緩衝層５３が形成されている。ここで、緩衝層５３はＧａＡｓからなり、光ガイド層はＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ａｓからなる。すなわち、光ガイド層におけるＡｌの組成よりも緩衝層５３におけるＡｌの組成の方が小さいため、ｎ型クラッド層５２の上に接して活性層５４を形成するのと比べて、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１６０】
ここで、緩衝層５３の膜厚は１．６ｎｍと十分に小さいため、量子効果により活性層５４からの発光光に対して透明となり、且つ広がり角等の光学的特性及び動作電流値等の電気的特性にはほとんど影響を与えない。
【０１６１】
なお、第４の実施形態において、緩衝層５３の化合物組成はＧａＡｓに限られず、活性層５４の最外層である光ガイド層におけるＡｌの組成よりも小さいＡｌの組成を持つＡｌＧａＡｓであれば良く、また、緩衝層５３と活性層５４が接して形成されている必要はない。例えば、緩衝層５３がＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ａｓからなり、緩衝層５３と活性層５４との間に例えばＧａＡｓからなる半導体層が挿入されていても、ｎ型クラッド層５２と緩衝層５３との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１６２】
以上説明したように、第４の実施形態によると、活性層５４の最外層である光ガイド層とｎ型クラッド層５２との間に緩衝層５３を導入することにより、結晶欠陥が少ない光ガイド層を形成することができるため、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層からなる活性層に対してＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層からなるクラッド層を用いることが可能となり、しきい値電流が小さく、且つ温度特性が良好な赤外半導体レーザ装置を低欠陥に実現することができる。
【０１６３】
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１６４】
図７は本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図７に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板６１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層６２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層６３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層６４、並びにｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層６５が順次積層されている。
【０１６５】
なお、活性層６３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０１６６】
エッチングストップ層６５の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層６６がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層６６の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層６７が形成されている。また、エッチングストップ層６５の上面における第２のｐ型クラッド層６６の側方部分及び第２のｐ型クラッド層６６の側面の上にはｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層６８が形成されている。第１の電流ブロック層６８の上にはｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層６９が形成されている。
【０１６７】
第１のコンタクト層６７及び第２の電流ブロック層６９の上にはｐ型ＡｌＩｎＰからなる緩衝層７０、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１及びｐ型ＧａＡｓからなる第３のコンタクト層７２が順次積層されている。
【０１６８】
基板６１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板６１とオーミック接触するｎ側電極７３が形成されている。また、第３のコンタクト層７２の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第３のコンタクト層７２とオーミック接触するｐ側電極７４が形成されている。
【０１６９】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０１７０】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表３に示す。
【０１７１】
【表３】

【０１７２】
表３に示すように、緩衝層７０におけるＧａの組成は第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第５の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のコンタクト層６７、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有している。
【０１７３】
第５の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板６１と格子整合させるために、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板６１と格子整合するためには、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０１７４】
第５の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層６３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層６８及び第２の電流ブロック層６９の間を通過した電流が活性層６３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０１７５】
第５の実施形態は、Ａｌの組成が大きいＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１を備えていることを特徴とする。第２のコンタクト層７１は、第２のｐ型クラッド層６６及び第１のコンタクト層６７より上方においてもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、第２のコンタクト層７１は６５０ｎｍの発振波長を持つレーザ光に対して透明となるため、第２のｐ型クラッド層６６よりも上方における光の吸収を少なくすることができる。これにより、しきい値電流及び動作電流が小さい半導体レーザ装置を実現することが可能となる。
【０１７６】
さらに、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間には、緩衝層７０が形成されている。ここで、第１のコンタクト層６７はＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層７０はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる。すなわち、第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも緩衝層７０におけるＧａの組成の方が小さいため、第１のコンタクト層６７の上に接して第２のコンタクト層７１を形成するのと比べて、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との間に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０１７７】
第１のコンタクト層６７はＧａＩｎＰからなり、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との間の電位障壁を小さくする機能を有する。これにより、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【０１７８】
また、エッチングストップ層６５は、第２のｐ型クラッド層６６をストライプ状に形成するために用いられる。具体的には、活性層６３の上に第１のｐ型クラッド層６４、エッチングストップ層６５及び第２のｐ型クラッド層形成膜を順次形成した後に、形成した第２のｐ型クラッド層形成膜の上に、フォトリソグラフィ法により、レジストマスクを形成し、硫酸又は酒石酸と塩酸との混合液により第２のｐ型クラッド層形成膜をエッチングする。この際に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層形成膜はエッチングされるが、ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層６５はほとんどエッチングされないため、第２のｐ型クラッド層形成膜からストライプ状の第２のｐ型クラッド層６６を形成することができる。
【０１７９】
なお、第５の実施形態において、緩衝層７０の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、第１のコンタクト層６７の上に接して緩衝層７０が形成されている必要はない。例えば、緩衝層７０が　Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、第１のコンタクト層６７と緩衝層７０との間に例えばＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、第２のコンタクト層７１と緩衝層７０との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０１８０】
また、緩衝層７０は、第１のコンタクト層６７及び第２の電流ブロック層６９の上に形成されている必要はなく、第１のコンタクト層６７の上にのみ形成されていてもよい。
【０１８１】
以上説明したように、第５の実施形態によると、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間に緩衝層７０を形成することにより、活性層６３からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１を低欠陥に形成することができる。これにより、第２のｐ型クラッド層６６より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、第２のコンタクト層７１における光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０１８２】
（第５の実施形態の第１変形例）
以下、第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１８３】
図８は第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図８において、図７に示す第５の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１８４】
図８に示すように、基板６１上にはｎ型クラッド層６２、活性層６３、第１のｐ型クラッド層６４、エッチングストップ層６５及び第２のｐ型クラッド層６６が順次積層されている。エッチングストップ層６５の上面における第２のｐ型クラッド層６６の側方部分及び第２のｐ型クラッド層６６の側面の上には第１の電流ブロック層６８及び第２の電流ブロック層６９が順次積層されている。
【０１８５】
また、第２のｐ型クラッド層６６及び第２の電流ブロック層６９の上には第２のコンタクト層７１及び第３のコンタクト層７２が順次積層されている。基板６１の下にはｎ側電極７３が形成されており、第３のコンタクト層７２の上には、ｐ側電極７４が形成されている。
【０１８６】
第１変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６の上にＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層６７及び緩衝層７０が設けられていない点が第５の実施形態の半導体レーザ装置と異なっている。
【０１８７】
第１変形例の半導体レーザ装置の特徴は、ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層６６の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層７１が積層された積層構造において、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成が相対的に小さくなるように形成されていることにある。
【０１８８】
ここで、図１に示したように、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる半導体層を積層した積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰのＧａの組成が小さい程、結晶欠陥密度が減少する。第１変形例では、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成は０．１５であり、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥の密度は１×１０^６個／ｃｍ^２程度となる。勿論、第２のｐ型クラッド層６６のＧａの組成をさらに小さくすることにより、結晶欠陥をさらに低減することが可能である。
【０１８９】
（第５の実施形態の第２変形例）
以下、第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１９０】
図９は第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図９において、図８に示す第１変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１９１】
図９に示すように、第２変形例の半導体レーザ装置は、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との間にｐ型Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓからなる第４のコンタクト層７５が形成されている点が第１変形例の半導体レーザ装置と異なっている。
【０１９２】
ここで、第２のコンタクト層７１と第４のコンタクト層７５との間及び第４のコンタクト層７５と第３のコンタクト層７２との間における価電子帯のバンド不連続量は、それぞれ２００ｍｅＶ及び２３０ｍｅＶである。これに対して、第４のコンタクト層７５が設けられていない場合、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層と間における価電子帯のバンド不連続量は４３０ｍｅＶである。従って、第２変形例の半導体レーザ装置では、第４のコンタクト層７５を設けることにより、第１変形例の半導体レーザ装置と比べてバンド不連続が緩和されている。
【０１９３】
なお、第４のコンタクト層７５を構成するＡｌＧａＡｓの組成は、Ａｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓに限られず、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との中間のバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓであればよい。また、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との間に、Ａｌ組成を段階的に変化させた複数のＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、バンド不連続量をさらに低減することが可能である。
【０１９４】
このように、第２変形例の半導体レーザ装置によると、第２のコンタクト層７１が活性層６３からの発光光の波長に対して透明となるように、第２のコンタクト層７１のＡｌ組成を高く設定した場合においても、第２のコンタクト層７１と第３のコンタクト層７２との中間のバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ層を設けることにより、価電子帯のバンド不連続が緩和されるため、動作電圧の低減が可能となる。
【０１９５】
（第５の実施形態の第３変形例）
以下、第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０１９６】
図１０は第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１０において、図９に示す第２変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１９７】
図１０に示すように、第３変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６及び第２の電流ブロック層６９と第２のコンタクト層７１との間に、緩衝層７０が形成されている点が第２変形例と異なっている。
【０１９８】
ここで、緩衝層７０の組成及び膜厚は第５の実施形態と同じであり、Ｇａの組成は第２のｐ型クラッド層６６におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第３変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第２のｐ型クラッド層６６、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有している。
【０１９９】
従って、第２のｐ型クラッド層６６の上に第２のコンタクト層７１を直接に積層する第１変形例及び第２変形例の半導体レーザ装置と比べて、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２００】
また、緩衝層７０の膜厚は１．１ｎｍと十分に小さいため、半導体レーザ装置の動作電流値、拡がり角及び動作電圧等の特性にほとんど影響を与えない。
【０２０１】
第３変形例の半導体レーザ装置によると、緩衝層７０と第２のコンタクト層７１との間に生じる結晶欠陥密度は第２のｐ型クラッド層６６の組成に依存しない。従って、半導体レーザ装置の垂直拡がり角や動作電流等の特性に大きな影響を及ぼすパラメータである第２のｐ型クラッド層６６の組成を適当に調整しながらも、結晶欠陥を低減することができる。
【０２０２】
なお、緩衝層７０は、第２の電流ブロック層６９の上に形成されている必要はなく、第２のｐ型クラッド層６６の上に形成されていればよい。
【０２０３】
また、緩衝層７０の組成は、Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、第２のｐ型クラッド層６６のＡｌ組成よりも大きいＡｌ組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよい。
【０２０４】
（第５の実施形態の第４変形例）
以下、第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２０５】
図１１は第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１１において、図１０に示す第３変形例の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２０６】
図１１に示すように、第４変形例の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層６６と緩衝層７０との間に、第１のコンタクト層６７が設けられている点が第３変形例の半導体レーザ装置と異なっている。
【０２０７】
ここで、第１のコンタクト層６７の組成及び膜厚は第５の実施形態と同じであり、緩衝層７０におけるＧａの組成は第１のコンタクト層６７におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第４変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のコンタクト層６７、緩衝層７０及び第２のコンタクト層７１が順次積層された積層構造として有しており、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥が低減されている。
【０２０８】
また、第２のｐ型クラッド層６６と第２のコンタクト層７１との間の電位障壁を小さくする機能を有する。これにより、半導体レーザ装置の動作電圧を低減することができる。
【０２０９】
第１のコンタクト層６７の上に直接に第２のコンタクト層７１を形成した場合には、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との界面に生じる結晶欠陥の密度は約３×１０^７個／ｃｍ^２となり、動作中に素子の劣化が生じて半導体レーザ装置の信頼性が確保できない。これに対し、第３変形例では、第１のコンタクト層６７と第２のコンタクト層７１との間に緩衝層７０を設けることにより、結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーにまで低減されている。
【０２１０】
以上説明したように、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置によると、活性層からの発光光の波長に対して透明となるバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓを用いて、第２のコンタクト層７１を低欠陥に形成することができるため、高温高出力といった厳しい動作環境下においても素子の劣化が生じず、高出力で高輝度の信頼性が極めて高い半導体レーザ装置を実現することができる。具体的に、これらの半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０２１１】
なお、第５の実施形態及びその各変形例において、基板６１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０２１２】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層６８にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層６８にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０２１３】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、活性層６３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０２１４】
また、第５の実施形態及びその各変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０２１５】
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２１６】
図１２は本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１２に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板８１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層８２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層８３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなりストライプ状の凸部８４ａを有するｐ型クラッド層８４が順次積層されている。
【０２１７】
なお、活性層８３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２１８】
ストライプ状の凸部８４ａを含むｐ型クラッド層８４の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層８５が形成され、該緩衝層８５の上には凸部８４ａの壁面と対向する開口部８６ａを有するｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６形成されている。電流ブロック層８６の上及び緩衝層８５における凸部８４ａ上段部分の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７が形成されている。
【０２１９】
基板８１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板８１とオーミック接触するｎ側電極８８が形成されている。また、コンタクト層８７の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金によりコンタクト層８７とオーミック接触するｐ側電極８９が形成されている。
【０２２０】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２２１】
前述の半導体層のうち、ｐ型クラッド層８４はＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐ　からなり、緩衝層８５はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、電流ブロック層８６はＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓからなる。その他の半導体層は第３の実施形態における表１と同様の構成で実施可能である。
【０２２２】
第６の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層８４とＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６との間に、ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層８５が形成されており、緩衝層８５におけるＧａの組成はｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第６の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ｐ型クラッド層８４、緩衝層８５及び電流ブロック層８６が順次積層された積層構造として有している。
【０２２３】
第６の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板８１と格子整合させるために、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板８１と格子整合するためには、　Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２２４】
第６の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層８３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層８６の間を通過した電流が活性層８３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２２５】
電流ブロック層８６は、ｐ型クラッド層８４よりもバンドギャップが大きいＡｌＧａＡｓからなり、活性層８３からの発光光に対して透明にできるため、ｐ型クラッド層８４より上方にもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、電流ブロック層８６におけるレーザ光の損失を少なくできるため、しきい値電流及び動作電流の低下が可能となる。
【０２２６】
さらに、ｐ型クラッド層８４と電流ブロック層８６との間には、緩衝層８５が形成されている。ここで、ｐ型クラッド層８４は　Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層８５はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる。すなわち、ｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも緩衝層８５におけるＧａの組成の方が小さいため、ｐ型クラッド層８４の上に接して電流ブロック層８６を形成するのと比べて、緩衝層８５と電流ブロック層８６との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２２７】
また、第６の実施形態において、緩衝層８５はｐ型不純物がドーピングされることにより、ｐ型クラッド層の一部として機能する。
【０２２８】
なお、緩衝層８５の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、ｐ型クラッド層８４におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、ｐ型クラッド層８４の上に接して緩衝層８５が形成されている必要はない。例えば緩衝層８５が　Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、ｐ型クラッド層８４と緩衝層８５との間に例えばＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層８５と電流ブロック層８６との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２２９】
次に、以上のように構成された第６の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２３０】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）において、活性層８３よりも下側の構成は図１３（ａ）と同一であるため図示を省略している。
【０２３１】
まず、図１３（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板８１の上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層８２、活性層８３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層形成層８４Ａを順次結晶成長させた後、ｐ型クラッド層形成層８４Ａの上にストライプ状のシリコン酸化膜９０を形成する。
【０２３２】
ここで、活性層８３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように順次結晶成長させる。
【０２３３】
次に、図１３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜９０をマスクとして、ｐ型クラッド層形成層８４Ａに対してエッチングを行ってストライプ状の凸部８４ａを有するｐ型クラッド層８４を形成した後、シリコン酸化膜９０をフッ酸で除去する。その後、ＭＯＶＰＥ法により、ｐ型クラッド層８４の上にＡｌＩｎＰからなる緩衝層８５及びＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層形成層８６Ａを順次結晶成長させる。
【０２３４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、電流ブロック層形成層８６Ａに対して、緩衝層８５が露出するまでエッチングを行い、凸部８４ａに沿った開口部８６ａを有する電流ブロック層８６を形成する。
【０２３５】
その後、図示はしないが、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層８６の上及び開口部８６ａに露出した緩衝層８５の上にｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７を形成し、続いて基板８１の下面にｎ側電極８８を、コンタクト層８７の上面にｐ側電極８９をそれぞれ形成することにより、第６の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２３６】
以上説明したように、第６の実施形態によると、ｐ型クラッド層８４と電流ブロック層８６との間に緩衝層８５を形成することにより、活性層からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６を低欠陥に形成することができる。これにより、ｐ型クラッド層８４より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、電流ブロック層８６におけるレーザ光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０２３７】
（第６の実施形態の一変形例）
以下、第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。本変形例は、緩衝層をｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段には形成しない点が異なっている。
【０２３８】
図１４は第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１４において、図１２と同一の部材は同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２３９】
図１４に示すように、本変形例の半導体装置は、ｐ型クラッド層８４はストライプ状の凸部８４ａを有し、その壁面及び下段の上にはｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層９１が形成され、該緩衝層９１の上にはｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流ブロック層８６が形成されている。電流ブロック層８６及びｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層８７が形成されている。
【０２４０】
なお、本変形例において、緩衝層９１はｐ型不純物がドーピングされることにより、ｐ型クラッド層の一部として機能させているが、ｎ型不純物をドーピングすることにより電流ブロック層の一部として機能させることも可能である。
【０２４１】
以上説明したように、第６の実施形態の一変形例によると、第６の実施形態と同様の効果を得られるのに加えて、ｐ型クラッド層８４の凸部８４ａ上段の上に緩衝層９１を形成しないため、緩衝層９１にｎ型不純物を導入することにより電流ブロック層の一部として機能させることが可能であり、またｐ型不純物を導入することによりｐ型クラッド層の一部として機能させることも可能である。
【０２４２】
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２４３】
図１５は本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１５に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層１０３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４が順次積層されている。
【０２４４】
なお、活性層１０３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２４５】
第１のｐ型クラッド層１０４の上にはストライプ状の開口部１０５ａを有するｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５が形成され、電流ブロック層１０５の上及び開口部１０５ａに露出した第１のｐ型クラッド層１０４の上にはＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１０６が形成されている。緩衝層１０６の上には、電流ブロックの開口部１０５ａに沿った下向きの凸部１０７ａを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７が形成され、第２のｐ型クラッド層１０７の上にはｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８が形成されている。
【０２４６】
基板１０１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１０１とオーミック接触するｎ側電極１０９が形成されている。また、コンタクト層１０８の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金によりコンタクト層１０８とオーミック接触するｐ側電極１１０が形成されている。
【０２４７】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２４８】
前述の半導体層のうち、第１のｐ型クラッド層１０４はＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、電流ブロック層１０５はＡｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、第２のｐ型クラッド層１０７はＡｌ_０．８Ｇａ_０．２Ａｓからなる。その他の半導体層は第３の実施形態における表１と同様の構成で実施可能である。
【０２４９】
第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層１０５とＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７との間に、ＡｌＩｎＰからなる緩衝層１０６が形成されており、緩衝層１０６におけるＧａの組成は電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、電流ブロック層１０５、緩衝層１０６及び第２のｐ型クラッド層からなる積層構造として、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでいる。
【０２５０】
また、電流ブロック層１０５の開口部１０５ａにおいて、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４と第２のｐ型クラッド層１０７との間に、緩衝層１０６が形成されており、緩衝層１０６におけるＧａの組成は第１のｐ型クラッド層１０４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１０４、緩衝層１０６及び第２のｐ型クラッド層１０７からなる積層構造としても、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含んでいる。
【０２５１】
第７の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１０１と格子整合させるために、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１０１と格子整合するためには、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２５２】
第７の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層１０３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、電流ブロック層１０５の間を通過した電流が活性層１０３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２５３】
緩衝層１０６は、ｐ型不純物がドーピングされることによりｐ型クラッド層の一部として機能している。
【０２５４】
第２のｐ型クラッド層１０７は、活性層１０３からの発光光に対して透明となるようなバンドギャップを有し、第１のｐ型クラッド層１０４より上方にもレーザ光が分布するように半導体レーザ装置を設計した場合に、第２のｐ型クラッド層１０７におけるレーザ光の損失を少なくできるため、しきい値電流及び動作電流の低下が可能となる。
【０２５５】
さらに、電流ブロック層１０５と第２のｐ型クラッド層１０７との間には、緩衝層１０６が形成されている。ここで、電流ブロック層１０５はＡｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ　からなる。すなわち、電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも緩衝層１０６におけるＧａの組成の方が小さいため、電流ブロック層１０５の上に接して第２のｐ型クラッド層１０７を形成するのと比べて、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２５６】
また、電流ブロック層１０５の開口部１０５ａにおいて、第１のｐ型クラッド層１０４と第２のｐ型クラッド層１０７との間には、緩衝層１０６が形成されている。ここで、第１のｐ型クラッド層１０４は　Ａｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、緩衝層１０６はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる。すなわち、第１のｐ型クラッド層１０４におけるＧａの組成よりも緩衝層１０６におけるＧａの組成の方が小さいため、第１のｐ型クラッド層１０４の上に接して第２のｐ型クラッド層１０７を形成するのと比べて、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２５７】
なお、緩衝層１０６の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、電流ブロック層１０５におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであれば良く、また、電流ブロック層１０５の上に接して緩衝層１０６が形成されている必要はない。例えば緩衝層１０６が　Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐからなり、電流ブロック層１０５と緩衝層１０６との間に例えばＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる半導体層が挿入されていても、緩衝層１０６と第２のｐ型クラッド層１０７との間に生じる結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２５８】
次に、以上のように構成された第７の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２５９】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）において、活性層１０３よりも下側の構成は図１６（ａ）と同一であるため図示を省略している。
【０２６０】
まず、図１６（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０２、活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４及びｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる電流ブロック層形成層１０５Ａを順次結晶成長させた後、フォトリソグラフィ法により、電流ブロック層形成層１０５Ａの上にストライプ状の開口部がパターニングされたレジストマスク１１１を形成する。
【０２６１】
ここで、活性層１０３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように形成する。
【０２６２】
次に、図１６（ｂ）に示すように、レジストマスク１１１をマスクとして、電流ブロック層形成層１０５Ａに対してエッチングを行うことによりストライプ状の開口部１０５ａを有する電流ブロック層１０５を形成した後、レジストマスク１１１をアセトンで除去する。
【０２６３】
次に、図１６（ｃ）に示すように、ＭＯＶＰＥ法により、電流ブロック層１０５の上にＡｌＩｎＰからなる緩衝層１０６、ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７及びｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層１０８を順次結晶成長させる。
【０２６４】
その後、図示はしないが、基板１０１の下面にｎ側電極１０９を、コンタクト層１０８の上面にｐ側電極１１０をそれぞれ形成することにより、第７の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２６５】
以上説明したように、第７の実施形態によると、第１のｐ型クラッド層１０４及び電流ブロック層１０５と第２のｐ型クラッド層１０７との間に緩衝層１０６を形成することにより、活性層１０３からの発光光に対して透明なバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１０７を低欠陥に形成しすることができる。これにより、第１のｐ型クラッド層１０４より上方にもレーザ光が分布するように構成した場合に、第２のｐ型クラッド層１０７における光の損失が少なくなるため、半導体レーザ装置のしきい値電流及び動作電流を低減することが可能となる。
【０２６６】
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０２６７】
図１７は第８の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１７に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１２１の上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる活性層１２３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の緩衝層１２４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６が順次積層されている。
【０２６８】
なお、活性層１２３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０２６９】
エッチングストップ層１２６の上には、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層１２７がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層１２７の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層１２８が形成されている。また、エッチングストップ層１２６の上面における第２のｐ型クラッド層１２７の側方部分及び第２のｐ型クラッド層１２７の側面の上にはｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層１２９及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１３０が順次形成されている。また、第１のコンタクト層１２８及び第２の電流ブロック層１３０の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１３１が形成されている。
【０２７０】
基板１２１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１２１とオーミック接触するｎ側電極１３２が形成されている。また、第２のコンタクト層１３１の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第２のコンタクト層１３１とオーミック接触するｐ側電極１３３が形成されている。
【０２７１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０２７２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表４に示す。
【０２７３】
【表４】

【０２７４】
表４に示すように、第１の緩衝層１２４におけるＧａの組成は活性層１２３の最上層である光ガイド層のＧａの組成よりも小さい。つまり、第８の実施形態の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、光ガイド層、第１の緩衝層１２４及び第１のｐ型クラッド層１２５が順次積層された積層構造として有している。
【０２７５】
さらに、エッチングストップ層１２６のＧａの組成は０であり、ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１２７が積層された積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層のＧａの組成が相対的に小さくされている。
【０２７６】
また、第８の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１２１と格子整合させるために、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１２１と格子整合するためには、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０２７７】
第８の実施形態の半導体レーザ装置において、活性層１２３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の間を通過した電流が活性層１２３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０２７８】
ここで、第８の実施形態の半導体装置は、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７に熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いているため、少なくとも第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７を介して活性層をヒートシンク（図示せず）と接続することにより、活性層１２３に発生した熱をヒートシンクへ効率良く拡散して活性層１２３の温度上昇を抑制することができる。これにより、素子の出力を上げるために電流値を増加しても熱飽和によって発光効率が低下することがないため、半導体レーザ装置を高出力化することができる。
【０２７９】
さらに、第１の緩衝層１２４におけるＧａの組成は活性層１２３の最上層である光ガイド層のＧａの組成よりも小さく、且つエッチングストップ層１２６のＧａの組成が相対的に小さくされているため、第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５との界面及びエッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０２８０】
具体的に、第１の緩衝層１２４を用いずに活性層１２３の上に直接に第１のｐ型クラッド層１２５を形成する場合には、結晶欠陥密度は１×１０^６個／ｃｍ^２以上であるのに対し、第８の実施形態では、第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５と界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーであり、低欠陥化による素子性能の向上が図られている。
【０２８１】
また、エッチングストップ層１２６にＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐを用いることにより、エッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面の結晶欠陥密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーである。
【０２８２】
なお、第８の実施形態において、第１の緩衝層１２４の化合物組成は　Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ　に限られず、活性層１２３の最上層である光ガイド層におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えば、Ｇａの組成が０．１５以下であれば第１の緩衝層１２４と第１のｐ型クラッド層１２５との界面に生じる結晶欠陥密度はおよそ１×１０^５個／ｃｍ^２以下にまで低減される。
【０２８３】
また、第１の緩衝層１２４の厚さは、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０２８４】
また、エッチングストップ層１２６の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、Ｇａの組成が相対的に小さいＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えばＡｌ_０．３５Ｇａ_０．１５Ｉｎ_０．５Ｐ　を用いる場合には、エッチングストップ層１２６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥密度はおよそ１×１０^５個／ｃｍ^２以下にまで低減できる。
【０２８５】
次に、以上のように構成された第８の実施形態の半導体レーザ体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０２８６】
図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、第８の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）において、活性層１２３よりも下側の構成は図１８（ａ）と同一であるため図示を省略する。
【０２８７】
まず、図１８（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１２１の上に、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１２２、活性層１２３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の緩衝層１２４、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ、ｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層１２８Ａ及びＧａＡｓからなる保護層１３４を順次結晶成長させる。
【０２８８】
ここで、活性層１２３は、ＡｌＧａＩｎＰからなる２層の光ガイド層の間に複数のＧａＩｎＰからなる井戸層と複数のＡｌＧａＩｎＰからなる障壁層とが交互に積層するように順次結晶成長させる。
【０２８９】
次に、図１８（ｂ）に示すように、保護層１３４を除去した後、例えばＣＶＤ法を用いて第１のコンタクト層形成層１２８Ａの上にシリコン酸化膜１３５を堆積し、堆積したシリコン酸化膜１３５をフォトリソグラフィー法およびエッチング法によってストライプ状にパターニングする。その後、パターニングしたシリコン酸化膜１３５をマスクとして用い、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ及び第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａを順次エッチングすることによりストライプ状の第１のコンタクト層１２８及び第２のｐ型クラッド層１２７を形成する。
【０２９０】
なお、シリコン酸化膜１３５のパターニングは、例えばフッ酸を用いて行うことができる。また、第１のコンタクト層形成層１２８Ａのエッチングは、例えば塩酸系のエッチャントを用いて行うことにより、下層である第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａとの選択エッチングが可能である。
【０２９１】
また、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａのエッチングは、例えばアンモニアと過酸化水素水の混合液等のＡｌＧａＡｓのＡｌＧａＩｎＰに対するエッチング選択比が高いエッチャントを用いて行うことにより、ＡｌＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６に達するとエッチングがほとんど進行しなくなるため、制御性良く第２のｐ型クラッド層１２７を加工することができる。
【０２９２】
ここで、エッチングストップ層１２６にＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いる場合には、第２のｐ型クラッド層１２７及びエッチングストップ層１２６のそれぞれのＡｌの組成に大きな差を設けることによりエッチング選択比を確保する必要がある。しかし、ＡｌＧａＡｓ系の半導体材料では、Ａｌの組成を小さくすると活性層１２３の発振波長に対して透明となるバンドギャップを確保できず、活性層１２３からの発光光が吸収されて光損失が生じてしまう。また、光損失が生じないようにエッチングストップ層１２６におけるＡｌの組成を設定すると、選択エッチングのために必要とされるＡｌの組成差を確保できず、エッチングストップ層１２６を超えて第１のｐ型クラッド層１２５までエッチングされてしまう。
【０２９３】
このように、エッチングストップ層１２６にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いることにより、ストライプ状（リッジ形状）の第２のｐ型クラッド層１２７を再現性良く精密に加工することができる。
【０２９４】
次に、図１８（ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いて、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層１２９及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１３０を順次成長させた後、シリコン酸化膜１３５に対してリフトオフを行うことにより、第１のコンタクト層１２８よりも上側に位置する第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０を除去する。
【０２９５】
その後、図示はしないが、第１のコンタクト層１２８及び第２の電流ブロック層１３０の上にｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１３１を成長させ、続いて基板１２１の下面にｎ側電極１３２を、第２のコンタクト層１３１の上面にｐ側電極１３３をそれぞれ形成することにより、第８の実施形態に係る半導体レーザ装置が完成する。
【０２９６】
以上説明したように、第８の実施形態によると、活性層１２３の最外層である光ガイド層と第１のｐ型クラッド層１２５との間に第１の緩衝層１２４が設けられているため、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料からなる活性層１２３に対して第１のｐ型クラッド層１２５をＡｌＧａＡｓを用いて低欠陥に形成することができる。これにより、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７の熱伝導率を高くして活性層１２３に発生した熱をヒートシンクに効率的に拡散することができるため、半導体レーザ装置の高出力化を低欠陥に実現することができる。具体的に、第８の実施形態の半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０２９７】
（第８の実施形態の一変形例）
以下、第８の実施形態の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【０２９８】
図１９は第８の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１９において、図１７に示す第８の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０２９９】
図１９に示すように、本変形例の半導体装置は、第１のｐ型クラッド層１２５の上には、図１７に示すｐ型ＡｌＩｎＰからなるエッチングストップ層１２６に代えて、膜厚が約５０ｎｍのｐ型Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるエッチングストップ層１３６が形成されており、該エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との間には、膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる第２の緩衝層１３７が形成されている。なお、エッチングストップ層１３６及び第２の緩衝層１３７を除く各半導体層は、それぞれ表４に示す化合物組成、厚さ及びドーピング濃度と同様である。
【０３００】
本変形例の特徴は、第１の緩衝層１２４により第８の実施形態と同様に低欠陥のＡｌＧａＡｓからなる第１のｐ型クラッド層１２５を形成することに加えて、エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との間に第２の緩衝層１３７を設けることにより、エッチングストップ層１３６のＧａの組成を大きくしても、第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥を低減できるようにすることにある。
【０３０１】
なお、第２の緩衝層１３７の膜厚は、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０３０２】
具体的に、第２の緩衝層１３７を用いずにエッチングストップ層１３６の上に直接に第１のｐ型クラッド層１２５を形成する場合に、エッチングストップ層１３６のＧａの組成が０．５であり相対的に大きいため、結晶欠陥密度は１×１０^７個／ｃｍ^２以上となるに対し、本変形例では、第２の緩衝層１３７と第１のｐ型クラッド層１２５と界面に生じる結晶欠陥の密度は１平方センチメートル当たり２桁のオーダーであり、低欠陥化による素子性能の向上が可能である。
【０３０３】
なお、本変形例において、第２の緩衝層１３７の化合物組成はＡｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐに限られず、エッチングストップ層１３６におけるＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰであればよく、例えば、Ｇａの組成が０．１５以下であれば第２の緩衝層１３７とエッチングストップ層１３６との界面に生じる結晶欠陥密度は１×１０^５個／ｃｍ^２以下にまで低減される。
【０３０４】
以下、本変形例の半導体レーザ装置の製造方法について図１８（ａ）〜図１８（ｃ）を参照しながら説明する。
【０３０５】
まず、図１８（ａ）に示す工程と同様に、基板１２１の上に、ｎ型クラッド層１２２、活性層１２３、第１の緩衝層１２４、第１のｐ型クラッド層１２５、ｐ型ＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層１３６、ｐ型ＡｌＩｎＰからなる第２の緩衝層形成層、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ、保護層１３４を順次結晶成長させる。
【０３０６】
次に、図１８（ｂ）に示す工程と同様に、保護層１３４を除去した後、パターニングされたシリコン酸化膜１３５をマスクとして用い、第１のコンタクト層形成層１２８Ａ、第２のｐ型クラッド層形成層１２７Ａ及び第２の緩衝層形成層を順次エッチングすることにより、ストライプ状の第１のコンタクト層１２８、第２のｐ型クラッド層１２７及び第２の緩衝層１３７を形成する。
【０３０７】
ここで、第２の緩衝層形成層のエッチングは例えば硫酸をエッチャントとして用いて行うことにより、エッチングストップ層１３６との選択エッチングが可能であり、制御性良く第２の緩衝層１３７を形成することができる。
【０３０８】
その後、図１８（ｃ）に示す工程と同様にして第１の電流ブロック層１２９、第２の電流ブロック層１３０及び第２のコンタクト層１３１を順次結晶成長し、続いてｎ側電極１３２及びｐ側電極１３３を形成することにより本変形例の半導体レーザ装置が完成する。
【０３０９】
第８の実施形態のエッチングストップ層１２６はＡｌＩｎＰからなり、Ａｌを含むため、第２のｐ型クラッド層１２７のエッチングにより露出したエッチングストップ層１２６が酸化され、エッチングストップ層１２６の上に形成される第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶性が劣化することがある。これに対し、本変形例のエッチングストップ層１３６はＧａＩｎＰからなり、Ａｌを含まないため、第２の緩衝層１３７のエッチングにより露出したエッチングストップ層１３６の酸化を抑制することができ、第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶品質を向上することが可能である。
【０３１０】
以上説明したように、第８の実施形態の一変形例によると、第８の実施形態と同様の高出力を得られるのに加えて、第２の緩衝層１３７を設けることにより、エッチングストップ層１３６におけるＡｌの組成を小さくしても、エッチングストップ層１３６と第２のｐ型クラッド層１２７との界面に生じる結晶欠陥が増大することがない。これにより、製造工程におけるエッチングストップ層１３６に生じる酸化を抑制して第１の電流ブロック層１２９及び第２の電流ブロック層１３０の結晶品質を向上して第８の実施形態よりも半導体レーザ装置の信頼性を向上できる。
【０３１１】
なお、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、ｎ型クラッド層１２２を構成する化合物半導体にｎ型ＡｌＧａＡｓを用いることがより好ましい。このようにすると、第１のｐ型クラッド層１２５及び第２のｐ型クラッド層１２７に加えて、ｎ型クラッド層１２２においても熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いるため、活性層１２３で発生する熱をより効果的に拡散することができ、さらなる高出力化が可能である。
【０３１２】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、基板１２１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０３１３】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層１２９にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層１２９にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０３１４】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、活性層１２３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０３１５】
また、第８の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０３１６】
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３１７】
図２０は第９の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２０に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１４１の上にはｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１４２、量子井戸と該量子井戸を挟む光ガイド層とからなる多重量子井戸構造の活性層１４３及びｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４が順次積層されている。
【０３１８】
なお、活性層１４３において、量子井戸はＧａＩｎＰからなる３層の井戸層とＡｌＧａＩｎＰからなる２層の障壁層とが井戸層を外側として交互に積層されており、量子井戸の上下にはＡｌＧａＩｎＰからなる光ガイド層がそれぞれ形成されている。
【０３１９】
第１のｐ型クラッド層１４４の上には、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５がストライプ状に形成されており、該第２のｐ型クラッド層１４５の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層１４６が形成されている。また、第１のｐ型クラッド層１４４の上面における第２のｐ型クラッド層１４５の側方部分及び第２のｐ型クラッド層１４５の側面の上には、ｎ型ＡｌＩｎＰからなるは第１の電流ブロック層１４７及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層１４８が順次形成されている。また、第１のコンタクト層１４６及び第２の電流ブロック層１４８の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１４９が形成されている。
【０３２０】
また、基板１４１の下には、例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉからなる合金により基板１４１とオーミック接触するｎ側電極１５０が形成されている。また、第２のコンタクト層１４９の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕからなる合金により第２のコンタクト層１４９とオーミック接触するｐ側電極１５１が形成されている。
【０３２１】
ここで、ｎ型不純物としてＳｉが、またｐ型不純物としてＺｎがそれぞれドーピングされている。また、室温においてはドーピング濃度とキャリア濃度とはほぼ同じ値となる。
【０３２２】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表５に示す。
【０３２３】
【表５】

【０３２４】
表５に示すように、第１のｐ型クラッド層１４４のＧａの組成は０．１であり、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５が積層された積層構造において、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層のＧａの組成が相対的に小さくされている。
【０３２５】
また、第９の実施形態では、ＧａＡｓからなる基板１４１と格子整合させるために、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙを０．５としている。なお、ＧａＡｓからなる基板１４１と格子整合するためには、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ　からなる各半導体層におけるＩｎの組成１−ｘ−ｙは０．５に限られず、０．４５≦１−ｘ−ｙ≦０．５５の範囲にあればよい。
【０３２６】
第９の実施形態の半導体レーザ装置は、第８の実施形態と同様に活性層１４３は６５０ｎｍの波長に対応するバンドギャップを持つ量子井戸構造を有し、第１の電流ブロック層１４７及び第２の電流ブロック層１４８の間を通過した電流が活性層１４３に到達すると、発振波長が６５０ｎｍのレーザ光を放射する。
【０３２７】
ここで、第９の実施形態の半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層１４５に熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いているため、活性層１４３に発生する熱をヒートシンク（図示せず）へ効率良く拡散して活性層１４３の温度上昇を抑制することができる。
【０３２８】
また、第１のｐ型クラッド層１４４にバンドギャップが大きいＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いているため、活性層１４３と第１のｐ型クラッド層１４４との間のバンドギャップの差を大きくすることができ、活性層１４３の電子が第１のｐ型クラッド層１４４にオーバーフローすることを抑制できる。
【０３２９】
このように、第１のｐ型クラッド層１４４にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いることにより活性層１４３に注入された電子が効率良く発光性再結合に寄与すると共に、第２のｐ型クラッド層１４５にＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いることにより、活性層１４３に発生する熱をヒートシンクに拡散して温度上昇を防止することができる。これにより、素子の出力を上げるために電流値を増加しても熱飽和によって発光効率が低下することがないため、半導体レーザ装置を高出力化することができる。具体的に、第９の実施形態の半導体レーザ装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【０３３０】
さらに、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５が積層された積層構造において、第１のｐ型クラッド層１４４のＧａの組成は０．１であり相対的に小さいため、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に生じる結晶欠陥を低減することができる。具体的に、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に生じる結晶欠陥密度は１×１０^４個／ｃｍ^２以下であり、低欠陥化による素子性能の向上が可能である。
【０３３１】
以上説明したように、第９の実施形態の半導体レーザ装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４４の上にＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層１４５を設けることにより、活性層１４３から第１のｐ型クラッド層１４４への電子のオーバーフローを抑制し、且つ活性層１４３に発生した熱を効率的に拡散して高出化を図る場合に、第１のｐ型クラッド層１４４におけるＧａの組成を小さくしているため、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３３２】
（第９の実施形態の第１変形例）
以下、第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３３３】
図２１は第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２１において、図２０に示す第９の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０３３４】
図２１に示すように、本変形例の半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間に、膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ_０．４５Ｇａ_０．０５Ｉｎ_０．５Ｐ　からなる緩衝層１５２が設けられている点が第９の実施形態と異なっている。
【０３３５】
ここで、緩衝層１５２におけるＧａの組成は第１のｐ型クラッド層１４４におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、本変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、第１のｐ型クラッド層１４４、緩衝層１５２及び第２のｐ型クラッド層１４５が順次積層された積層構造として有している。従って、第１のｐ型クラッド層１４４の上に第２のｐ型クラッド層１４５を直接に形成する第９の実施形態の半導体レーザ装置と比べて、緩衝層１５２と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３３６】
なお、緩衝層１５２の膜厚は、約１ｎｍに限られず、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であれば、半導体レーザ装置の特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減する効果を得られる。
【０３３７】
このように、本変形例の半導体レーザ装置によると、緩衝層１５２と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥の密度は、緩衝層１５２の化合物組成によって決まり、第１のｐ型クラッド層１４４の化合物組成には依存しないため、第１のｐ型クラッド層１４４の化合物組成に設計上の自由度を確保でき、特にクラッド層のＡｌ組成によって決定される動作電流及び垂直方向の広がり角等の半導体レーザ装置の諸特性に影響を与えることなく結晶欠陥を低減することができる。
【０３３８】
（第９の実施形態の第２変形例）
以下、第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０３３９】
図２２は、第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図２２において、図２０に示す第９の実施形態の半導体レーザ装置と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０３４０】
図２２に示すように、本変形例の半導体レーザ装置は、第１のｐ型クラッド層１４４の上に膜厚が約１０ｎｍのＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなるエッチングストップ層１５３が形成されており、該エッチングストップ層１５３と第２のｐ型クラッド層１４５の間には膜厚が約１ｎｍのｐ型Ａｌ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐからなる緩衝層１５４が設けられている点が第９の実施形態と異なっている。
【０３４１】
ここで、緩衝層１５４におけるＧａの組成は、エッチングストップ層１５３におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、本変形例の半導体レーザ装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、エッチングストップ層１５３、緩衝層１５４及び第２のｐ型クラッド層１４５が順次積層された積層構造として有している。従って、エッチングストップ層１５３をＧａＩｎＰにより形成する場合に、エッチングストップ層１５３の上に直接に第２のｐ型クラッド層１４５を形成するのと比べて、緩衝層１５４と第２のｐ型クラッド層１４５との界面に生じる結晶欠陥を低減することができる。
【０３４２】
以下、本変形例の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【０３４３】
本変形例の半導体レーザ装置の製造方法は、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示す第８の実施形態の半導体レーザ装置の製造工程と同様に実施可能である。
【０３４４】
具体的に、基板１４１の上に、ｎ型クラッド層１４２、活性層１４３、第１のｐ型クラッド層１４４、エッチングストップ層１５３、ｐ型ＡｌＩｎＰからなる緩衝層形成層、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層及びｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層を順次結晶成長させた後、ストライプ状にパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、第１のコンタクト層形成層、第２のｐ型クラッド層形成層及び緩衝層形成層を順次選択的にエッチング除去することにより、それぞれから第１のコンタクト層１４６、第２のｐ型クラッド層１４５及び緩衝層１５４を形成する。続いて第１の電流ブロック層１４７、第２の電流ブロック層１４８及び第２のコンタクト層１４９を順次結晶成長した後、ｎ側電極１５０及びｐ側電極１５１を形成することにより本変形例の半導体レーザ装置が完成する。
【０３４５】
なお、ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層形成層に対するエッチングは、塩酸系のエッチャント用いて行うことにより、ＡｌＧａＡｓからなる第２のｐ型クラッド層形成層との選択エッチングが可能である。同様に、第２のｐ型クラッド層形成層に対するエッチングにはアンモニアと過酸化水素水の混合液等を用い、緩衝層形成層に対するエッチングには硫酸等を用いてそれぞれの選択エッチングが可能であり、ストライプ状の緩衝層１５４、第２のｐ型クラッド層１４５及び第１のｐ型クラッド層を精密に形成することができる。
【０３４６】
ここで、エッチングにより緩衝層１５４を形成した後にエッチングストップ層１５３が露出するが、エッチングストップ層１５３はＧａＩｎＰからなり、Ａｌを含まないため、エッチングストップ層１５３の酸化が抑制されるので、第１の電流ブロック層１４７及び第２の電流ブロック層１４８の結晶品質を向上することができる。
【０３４７】
このように、本変形例の半導体レーザ装置によると、第１のｐ型クラッド層１４４と第２のｐ型クラッド層１４５との間にエッチングストップ層１５３を設けて第２のｐ型クラッド層１４５を精密に形成する際にエッチングストップ層１５３のＡｌ組成を小さくして形成工程におけるエッチングストップ層１５３の酸化防止を図る場合に、エッチングストップ層１５３と第２のｐ型クラッド層１４５との間に緩衝層１５４とを設けることにより、第２のｐ型クラッド層１４５の結晶欠陥を低減することができる。
【０３４８】
なお、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、ｎ型クラッド層１４２はｎ型ＡｌＧａＡｓにより構成されることがより好ましい。このようにすると、第２のｐ型クラッド層１４５に加えて、ｎ型クラッド層１４２においても熱伝導率が高いＡｌＧａＡｓ系の半導体材料を用いるため、活性層１４３で発生する熱をより効果的に拡散することができ、さらなる高出力化が可能である。
【０３４９】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、基板１４１に用いる材料はｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【０３５０】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、第１の電流ブロック層１４７にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、第１の電流ブロック層１４７にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【０３５１】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、活性層１４３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【０３５２】
また、第９の実施形態及びその変形例の半導体レーザ装置において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造を用いる場合にも同様の効果を得られる。
【０３５３】
（第１０の実施形態）
以下、第１０の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０３５４】
図２３は第１０の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図２３に示すように、第１０の実施形態の半導体装置は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されており、アンドープのＧａＡｓからなる基板１６１の上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるコレクタ層１６２、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１６３、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるベース層１６４及びｎ型ＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層１６５が順次積層されている。
【０３５５】
コレクタ層１６２、ベース層１６４及びエミッタ層１６５は、それぞれの上面が露出するように階段状に形成されている。コレクタ層１６２上面の露出部分にはコレクタ電極１６７が形成されており、ベース電極１６８及びエミッタ電極１６９が形成されている。
【０３５６】
ここで、コレクタ層１６２、緩衝層１６３及びエミッタ層１６５にはｎ型不純物としてＳｉがドーピングされており、ベース層１６４にはｐ型不純物としてＺｎがドーピングされている。
【０３５７】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表６に示す。
【０３５８】
【表６】

【０３５９】
表６に示すように、緩衝層１６３におけるＧａの組成はコレクタ層１６２におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第１０の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、コレクタ層１６２、緩衝層１６３及びベース層１６４が順次積層された積層構造として有している。
【０３６０】
第１０の実施形態では、緩衝層１６３を設けることにより、コレクタ層１６２の上に直接にベース層１６４を形成する場合と比べて、ベース層１６４の結晶欠陥を低減することができ、ＨＢＴの電流特性が向上する。
【０３６１】
（第１１の実施形態）
以下、第１１の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。
【０３６２】
図２４は第１１の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図２４に示すように、第１１の実施形態の半導体装置は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｅｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されており、アンドープのＧａＡｓからなる基板１７１の上に、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなるブロック層１７２、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる緩衝層１７３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるチャネル層１７４及びｎ型ＡｌＧａＡｓからなる電流供給層１７５が順次積層されている。
【０３６３】
電流供給層１７５の上には、ゲート絶縁膜１７６を介してゲート電極１７７が形成されていると共に、電流供給層１７５とオーミック接触するソース電極１７８及びドレイン電極１７９が形成されている。
【０３６４】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーピング濃度の一例を表７に示す。
【０３６５】
【表７】

【０３６６】
表７に示すように、緩衝層１７３におけるＧａの組成はブロック層１７２におけるＧａの組成よりも小さい。つまり、第１１の実施形態の半導体装置は、第１の実施形態と同様のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ブロック層１７２、緩衝層１７３及びチャネル層１７４が積層された積層構造として有している。
【０３６７】
第１１の実施形態によると、緩衝層１７３を設けることにより、ブロック層１７２の上に直接にチャネル層１７４を形成する場合と比べて、チャネル層１７４の結晶性が向上される。このため、ブロック層１７２の上に直接にチャネル層１７４を形成する場合と比べて、チャネル層１７４の結晶欠陥を小さくすることが可能となるので、チャネル層の界面で２次元電子ガスを形成し易くなり、ＦＥＴの高周波特性が向上する。
【０３６８】
【発明の効果】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層の上にＡｌＧａＡｓからなる第２の半導体層を形成する際に、第１の半導体層Ｇａの組成を小さくするか、又は第２の半導体層のＡｌの組成を小さくすることにより、第１の半導体層と第２の半導体層の間に生じる結晶欠陥を低減することができる。また、第１の半導体層及び第２の半導体層の化合物組成はそのままにして、第１の半導体層と第２の半導体層との間に、第１の半導体層のＧａの組成よりも小さいＧａの組成を持つＡｌＧａＩｎＰ又は第２の半導体層のＡｌの組成よりも小さいＡｌの組成を持つＡｌＧａＡｓからなる緩衝層を形成することにより、第１の半導体層の上に直接に第２の半導体層を積層した積層構造と同等の物性を有し、且つ結晶欠陥がより少ないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、　Ａｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ層の上にＡｌ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌ_ｘＧａ_{０．５−ｘ}Ｉｎ_０．５Ｐ　層のＡｌの組成ｘと結晶欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置において、Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の上にＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層を積層したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体におけるＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＡｓ層のＡｌの組成ｚと結晶欠陥密度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を示す構成断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を示す構成断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の第３変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態の第４変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１７】本発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の断面構成図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２０】本発明の第９の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２１】本発明の第９の実施形態の第１変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２２】本発明の第９の実施形態の第２変形例に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図２３】本発明の第１０の実施形態に係る半導体装置を示す構成断面図である。
【図２４】本発明の第１１の実施形態に係る半導体装置を示す構成断面図である。
【図２５】従来例に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を示す構成断面図である。
【符号の説明】
１１　　基板
１２　　ＡｌＧａＩｎＰ層（第１の半導体層）
１３　　緩衝層
１４　　ＡｌＧａＡｓ層（第２の半導体層）
２１　　基板
２２　　ＡｌＧａＩｎＰ層（第１の半導体層）
２３　　緩衝層
２４　　ＡｌＧａＡｓ層（第２の半導体層）
３１　　基板
３２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
３３　　活性層（第１の半導体層）
３４　　緩衝層
３５　　拡散防止層（第２の半導体層）
３６　　第１のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
３７　　第２のｐ型クラッド層
３８　　電流ブロック層
３９　　コンタクト層
４０　　ｎ側電極
４１　　ｐ側電極
５１　　基板
５２　　ｎ型クラッド層（第１の半導体層）
５３　　緩衝層
５４　　活性層（第２の半導体層）
５５　　第１のｐ型クラッド層
５６　　電流ブロック層
５７　　第２のｐ型クラッド層
５８　　コンタクト層
５９　　ｎ側電極
６０　　ｐ側電極
６１　　基板
６２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
６３　　活性層
６４　　第１のｐ型クラッド層
６５　　エッチングストップ層
６６　　第２のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
６７　　第１のコンタクト層（第１の半導体層）
６８　　第１の電流ブロック層
６９　　第２の電流ブロック層
７０　　緩衝層
７１　　第２のコンタクト層（第２の半導体層）
７２　　第３のコンタクト層
７３　　ｎ側電極
７４　　ｐ側電極
７５　　第４のコンタクト層
８１　　基板
８２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
８３　　活性層
８４　　ｐ型クラッド層（第１の半導体層）
８４ａ　凸部
８４Ａ　ｐ型クラッド層形成層
８５　　緩衝層
８６　　電流ブロック層（第２の半導体層）
８６ａ　開口部
８６Ａ　電流ブロック層形成層
８７　　コンタクト層
８８　　ｎ側電極
８９　　ｐ側電極
９０　　シリコン酸化膜
９１　　緩衝層
１０１　　基板
１０２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１０３　　活性層
１０４　　第１のｐ型クラッド層（第２のクラッド層）
１０５　　電流ブロック層（第１の半導体層）
１０５Ａ　電流ブロック層形成層
１０５ａ　開口部
１０６　　緩衝層
１０７　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層）
１０７ａ　凸部
１０８　　コンタクト層
１０９　　ｎ側電極
１１０　　ｐ側電極
１１１　　レジストマスク
１２１　　基板
１２２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１２３　　活性層（第１の半導体層）
１２４　　第１の緩衝層（緩衝層）
１２５　　第１のｐ型クラッド層（第２の半導体層／第２のクラッド層）
１２６　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１２７　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層／第２のクラッド層）
１２７Ａ　第２のｐ型クラッド層形成層
１２８　　第１のコンタクト層
１２８Ａ　第１のコンタクト層形成層
１２９　　第１の電流ブロック層
１３０　　第２の電流ブロック層
１３１　　第２のコンタクト層
１３２　　ｎ側電極
１３３　　ｐ側電極
１３４　　保護層
１３５　　シリコン酸化膜
１３６　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１３７　　第２の緩衝層（第３の半導体層）
１４１　　基板
１４２　　ｎ型クラッド層（第１のクラッド層）
１４３　　活性層
１４４　　第１のｐ型クラッド層（第１の半導体層／第２のクラッド層）
１４５　　第２のｐ型クラッド層（第２の半導体層）
１４６　　第１のコンタクト層
１４７　　第１の電流ブロック層
１４８　　第２の電流ブロック層
１４９　　第２のコンタクト層
１５０　　ｎ側電極
１５１　　ｐ側電極
１５２　　緩衝層
１５３　　エッチングストップ層（第１の半導体層）
１５４　　緩衝層
１６１　　基板
１６２　　コレクタ層（第１の半導体層）
１６３　　緩衝層
１６４　　ベース層（第２の半導体層）
１６５　　エミッタ層
１６７　　コレクタ電極
１６８　　ベース電極
１６９　　エミッタ電極
１７１　　基板
１７２　　ブロック層（第１の半導体層）
１７３　　緩衝層
１７４　　チャネル層（第２の半導体層）
１７５　　電流供給層
１７６　　ゲート絶縁膜
１７７　　ゲート電極
１７８　　ソース電極
１７９　　ドレイン電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a III-V compound semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a III-V compound semiconductor in which an AlGaAs layer is stacked on an AlGaInP layer and a III-V in which an AlGaAs layer is stacked on an AlGaInP layer. The present invention relates to a group III-V compound semiconductor device having a group III compound semiconductor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
III-V compound semiconductors include light emitting elements such as semiconductor lasers (LDs: Laser Diodes) and light emitting diodes (LEDs: Light Emitting Diodes), field effect transistors (FETs), and heterojunction bipolar transistors (HBTs: Heterojunctions). It is widely used as a material of various semiconductor elements such as a logic circuit element such as a Bipolar Transistor. In these devices, desired optical characteristics and electrical characteristics are realized by laminating a plurality of semiconductor layers having different mixed crystal compositions.
[0003]
Since a semiconductor device made of such a III-V compound semiconductor requires film thickness control on the order of nanometers and steepness of an interface, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method is used. Or, it is generally manufactured by a molecular beam epitaxy (MBE: Molecular Beam Epitaxy) method.
[0004]
In particular, Al _x Ga _y In _1-xy P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and Al _z Ga _1-z As (provided that 0 ≦ z ≦ 1) has band gaps corresponding to a visible region and an infrared region, respectively, and is important as a semiconductor material of a light-emitting element. Further, the band gap can be changed over a wide range by changing the composition of each Al. By combining the AlGaInP layer and the AlGaAs layer with each other, the electrical characteristics and optical characteristics of the semiconductor device can be improved. Various designs are possible. As a result, a high-performance semiconductor device having new performance can be realized. Therefore, it is particularly important to develop a group III-V compound semiconductor combining an AlGaInP layer and an AlGaAs layer.
[0005]
Then, the inventor of the present application manufactured a group III-V compound semiconductor shown in FIG. 25 by the MOVPE method. As shown in FIG. 25, a group III-V compound semiconductor manufactured by the inventor of the present invention is formed on a substrate 201 made of GaAs by forming an Al film having a thickness of about 0.2 μm. _0.35 Ga _0.15 In _0.5 AlGaInP layer 202 of P 2, Al having a thickness of about 0.3 μm _0.6 Ga _0.4 AlGaAs layers 203 made of As are sequentially laminated.
[0006]
[Non-patent document 1]
Proceedings of the 62nd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics 14p-B-3
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the aforementioned group III-V compound semiconductor is observed with the naked eye, white turbidity is observed on the entire surface, and it is observed that crystal defects are generated. When observed in more detail using a microscope, it was confirmed that many crystal defects having a diameter of about 1 μm were generated, and the density was 1.4 × 10 4. ⁵ Pieces / cm ² It is. This value is about three to four orders of magnitude larger than the value obtained when only one AlGaInP layer 202 or AlGaAs layer 203 is formed on a GaAs substrate 201. Therefore, it is understood that this crystal defect is a crystal defect caused by the interface between the AlGaInP layer 202 and the AlGaAs layer 203.
[0008]
When the AlGaAs layer 203 is formed on the substrate 201 and the AlGaInP layer 202 is formed on the formed AlGaAs layer 203, such crystal defects are hardly observed. Therefore, it can be understood that this crystal defect is a crystal defect peculiar to the case where the AlGaAs layer 203 is formed on the AlGaInP layer 202.
[0009]
Such crystal defects occur because the interaction between the GaP component and the AlAs component among the components constituting the AlGaInP layer 202 and the components constituting the AlGaAs layer 203 is the other component. It is due to the stronger interaction between atoms or atoms.
[0010]
Specifically, after forming the AlGaInP layer 202 on the substrate 201, in the step of growing the crystal of the AlGaAs layer 203 on the formed AlGaInP layer 202, the AlGaInP layer 202 is formed by the interaction with the GaP component of the AlGaInP layer 202. This is because the sufficient migration of the AlAs component in the AlGaAs layer 203 is hindered, and the arrangement of atoms at the interface between the AlGaInP layer 202 and the AlGaAs layer 203 is disturbed.
[0011]
As described above, when a group III-V compound semiconductor in which an AlGaAs layer is stacked on an AlGaInP layer is manufactured, there is a problem that a large number of crystal defects occur, and an AlGaAs layer is stacked on the AlGaInP layer. It is difficult to realize a group III-V compound semiconductor and a group III-V compound semiconductor device using the same.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and in a III-V compound semiconductor device including an AlGaInP layer and an AlGaAs layer formed on the AlGaInP layer, a crystal defect between the AlGaInP layer and the AlGaAs layer. Can be reduced.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device in which AlGaAs is stacked on an AlGaInP layer, wherein the composition of Ga in the AlGaInP layer is reduced, or the content of Al in the AlGaAs layer is reduced. The composition is reduced.
[0014]
Specifically, the first method for producing a group III-V compound semiconductor according to the present invention comprises: _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), a first step of forming a first semiconductor layer, and Al on the first semiconductor layer. _c Ga _1-c A second step of forming a second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1). In the first step, the composition b of Ga in the first semiconductor layer is reduced. .
[0015]
According to the first method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device of the present invention, when the second semiconductor layer made of AlGaAs is formed on the first semiconductor layer made of AlGaInP, Since the composition of Ga is reduced, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are reduced as compared with the case where the composition of Ga in the first semiconductor layer is relatively large. It becomes possible. This is because the interaction between the GaP component in the first semiconductor layer and the AlAs component in the second semiconductor layer decreases when the second semiconductor layer is crystal-grown on the first semiconductor layer. This is because migration of the AlAs component in the middle second semiconductor layer is further promoted.
[0016]
In the first step of the first method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device of the present invention, the Ga composition b in the first semiconductor layer is preferably 0.35 or less.
[0017]
By doing so, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reliably reduced.
[0018]
The first group III-V compound semiconductor device according to the present invention comprises Al _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and Al formed on the first semiconductor layer. _c Ga _1-c A second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1), and the composition b of Ga in the first semiconductor layer is 0.35 or less.
[0019]
According to the first group III-V compound semiconductor device of the present invention, in the laminated structure of the first semiconductor layer made of AlGaInP and the second semiconductor layer made of AlGaAs, the composition b of Ga in the first semiconductor layer Is 0.35 or less, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reliably reduced, and III- The performance of the group V compound semiconductor device can be improved.
[0020]
A first group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And a second cladding layer made of a compound semiconductor of the second conductivity type formed on the active layer, wherein the first semiconductor layer is formed in a stripe shape on the second cladding layer. Is preferred.
[0021]
In this case, the second cladding layer and the first semiconductor layer are used as the second conductivity type cladding layer, and the second semiconductor layer is formed as a part of the contact layer between the second cladding layer and the electrode. In the semiconductor laser device used as the semiconductor device, when the active layer is configured so that light is distributed also above the cladding layer, crystal defects do not increase even if the Al composition of the second semiconductor layer is increased. Since light absorption in the second semiconductor layer is reduced, the operating current of the semiconductor laser device can be reduced.
[0022]
The first group III-V compound semiconductor device of the present invention provides a second conductivity type Al formed on a second semiconductor layer. _d Ga _1-d A first contact layer made of As (where 0 ≦ d ≦ 1); and a second contact layer made of GaAs of the second conductivity type formed on the first contact layer. The Al composition d in the contact layer is preferably larger than the Al composition c in the second semiconductor layer.
[0023]
With this configuration, the first contact layer reduces band discontinuity in the valence band between the second contact layer and the second semiconductor layer, so that the operating voltage of the semiconductor laser device can be reduced. .
[0024]
A first group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And a second cladding layer made of a compound semiconductor of the second conductivity type formed on the active layer, wherein the first semiconductor layer is provided on the second cladding layer, The layers are preferably formed in a stripe shape.
[0025]
With this configuration, the second cladding layer and the second semiconductor layer are used as the second conductivity type cladding layer, and the first semiconductor layer is formed as an etching stop layer when the second semiconductor layer is formed in a stripe shape. In the semiconductor laser device used as the semiconductor device, since the second semiconductor layer is made of AlGaAs having high thermal conductivity, the heat radiation of the heat generated in the active layer is improved and the output of the III-V compound semiconductor device can be increased. It is. In addition, since the composition of Ga in the first semiconductor layer is relatively small, the second semiconductor layer can be formed with low defects, so that a high-output and high-reliability group III-V compound semiconductor device can be reliably provided. Obtainable.
[0026]
In the first group III-V compound semiconductor device of the present invention, the second cladding layer is formed of Al of the second conductivity type. _d Ga _1-d It is preferable to be composed of As (where 0 ≦ d ≦ 1).
[0027]
In this case, since AlGaAs having high thermal conductivity is used for the second cladding layer in addition to the second semiconductor layer, the heat radiation of the heat generated in the active layer is further improved, and the III-V group is used. The output of the compound semiconductor device can be further increased.
[0028]
A first group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And the first semiconductor layer is preferably provided on the active layer.
[0029]
According to this configuration, in the semiconductor laser device using the first semiconductor layer and the second semiconductor layer as the second conductivity type cladding layer, the second semiconductor layer is formed of AlGaAs having a high thermal conductivity, so that the active layer is generated in the active layer. In addition to improving the heat radiating property of the active layer, the difference in band gap between the active layer and the active layer can be secured by using the first semiconductor layer made of AlGaInP, so that overflow of carriers from the active layer can be suppressed. it can. In addition, since the composition of Ga in the first semiconductor layer is relatively small, the second semiconductor layer can be formed with a low defect, so that a high-performance and high-reliability III-V compound semiconductor device can be reliably obtained. Can be obtained.
[0030]
In the first III-V compound semiconductor device of the present invention, the first cladding layer is formed of a first conductivity type Al. _d Ga _1-d It is preferable to be composed of As (where 0 ≦ d ≦ 1).
[0031]
In this case, since AlGaAs having high thermal conductivity is used for the first cladding layer in addition to the second semiconductor layer, the heat radiation of the heat generated in the active layer is further improved, and the group III-V compound is used. The output of the semiconductor device can be further increased.
[0032]
The second group III-V compound semiconductor device according to the present invention comprises Al _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and Al formed on the first semiconductor layer. _x Ga _y In _1-xy P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and Al formed on the buffer layer _c Ga _1-c A second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1), and the composition y of Ga in the buffer layer is smaller than the composition b of Ga in the first semiconductor layer.
[0033]
According to the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, since the composition of Ga in the buffer layer is smaller than the composition of Ga in the first semiconductor layer, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are separated. As compared with a group III-V compound semiconductor device directly stacked, crystal defects occurring at the interface between the second semiconductor layer and the buffer layer can be reduced. Therefore, the performance of a III-V compound semiconductor device using the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved.
[0034]
A second group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And a second cladding layer formed of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer, wherein the active layer is formed by stacking a plurality of semiconductor layers, and the first semiconductor layer is formed of an active layer. It is preferable that the second semiconductor layer be provided so as to constitute the uppermost layer and be provided below the second clad layer.
[0035]
Thus, in the semiconductor laser device using the first semiconductor layer as the light guide layer of the active layer, even if the impurity concentration of the second cladding layer is increased, the impurity is diffused into the active layer by the second semiconductor layer. In addition to this, the second semiconductor layer can be formed with low defects, and a semiconductor laser device having good temperature characteristics can be reliably obtained.
[0036]
According to a second group III-V compound semiconductor device of the present invention, a first cladding layer made of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer And a second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer, wherein the first semiconductor layer is provided in a stripe shape on the second cladding layer. Is preferred.
[0037]
With this configuration, the second cladding layer is used as a second conductivity type cladding layer, and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed as one contact layer between the second cladding layer and the electrode. In a semiconductor laser device used as a part, when the active layer is configured so that light is distributed above the second cladding layer, crystal defects increase even if the Al composition of the second semiconductor layer is increased Since there is no light, the light absorption in the second semiconductor layer is reduced, so that the operating current of the semiconductor laser device can be reduced.
[0038]
A second III-V compound semiconductor device according to the present invention provides a second conductivity type Al formed on the second semiconductor layer. _d Ga _1-d A first contact layer made of As (where 0 ≦ d ≦ 1); and a second contact layer made of GaAs of the second conductivity type formed on the first contact layer. The Al composition d in the contact layer is preferably larger than the Al composition c in the second semiconductor layer.
[0039]
In this case, the first contact layer reduces the valence band discontinuity between the second contact layer and the second semiconductor layer, so that the operating voltage of the semiconductor laser device can be reduced.
[0040]
A second group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And a second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed in a stripe shape on the active layer, wherein the first semiconductor layer is provided on the second cladding layer. Is preferred.
[0041]
With this configuration, in the semiconductor laser device using the first semiconductor layer and the second semiconductor layer as a contact layer between the second cladding layer and the electrode, the first semiconductor layer allows the second cladding layer to be Since the band discontinuity of the valence band with the second semiconductor layer is reduced, the operating voltage of the semiconductor laser device is increased. Further, since the second semiconductor layer having a large Al composition can be formed with low defects, absorption of light emitted from the active layer in the second semiconductor layer can be suppressed.
[0042]
A second group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And the first semiconductor layer is preferably provided on the active layer.
[0043]
With this configuration, in the semiconductor laser device using the first semiconductor layer as the second conductivity type cladding layer, the second semiconductor layer made of AlGaAs can be formed on the cladding layer with low defects.
[0044]
In the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, the first semiconductor layer has a stripe-shaped convex portion, and the buffer layer is provided on a lower stage and a side surface of the convex portion. It is preferable that the layer contains an impurity of the first conductivity type and is provided so as to open above the upper stage of the projection.
[0045]
With this configuration, the second semiconductor layer can be used as a current blocking layer, and therefore, AlGaAs having a large band gap can be used for the current blocking layer. Therefore, light loss in the current blocking layer can be reduced. .
[0046]
In the second group III-V compound semiconductor device, the buffer layer is preferably provided on the first semiconductor layer so as to include the upper part of the convex part.
[0047]
In the second III-V compound semiconductor device of the present invention, it is preferable that the buffer layer contains a first conductivity type impurity.
[0048]
In this case, the buffer layer can be used as a part of the current blocking layer.
[0049]
In the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, it is preferable that the buffer layer contains an impurity of the second conductivity type.
[0050]
In this case, the buffer layer can be used as a part of the second conductivity type clad layer.
[0051]
According to a second group III-V compound semiconductor device of the present invention, a first cladding layer made of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer And a second cladding layer formed of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer, wherein the first semiconductor layer has a stripe-shaped opening and has a first conductivity type impurity. It is preferable that the buffer layer is provided on the wall surface and the upper surface of the opening in the first semiconductor layer.
[0052]
With this configuration, in a semiconductor laser device using the first semiconductor layer as a current blocking layer and using the second semiconductor layer as a cladding layer of the second conductivity type, the composition of Al in the second semiconductor layer is increased. Crystal defects in the second semiconductor layer can be reduced while reducing light loss in the cladding layer.
[0053]
A second group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. Preferably, the active layer is formed by stacking a plurality of semiconductor layers, and the first semiconductor layer is preferably provided so as to constitute the uppermost layer of the active layer.
[0054]
With this configuration, in a semiconductor laser device using the first semiconductor layer as the light guide layer of the active layer and using the second semiconductor layer as the second conductivity type cladding layer, the thermal conductivity of the second conductivity type cladding layer is improved. The heat dissipation of the heat generated in the active layer is improved by improving the power dissipation of the active layer, and the output of the group III-V compound semiconductor device can be increased.
[0055]
According to the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, there is provided an Al-based compound semiconductor device formed on a second semiconductor layer. _d Ga _e In _1-de P (however, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ d + e ≦ 1), and Al of the second conductivity type formed on the etching stop layer. _f Ga _1-f A second cladding layer made of As (where 0 ≦ f ≦ 1), and the composition e of Ga in the etching stop layer is preferably 0.35 or less.
[0056]
In this case, the heat dissipation can be improved by using the second semiconductor layer and the second cladding layer as the second conductivity type cladding layer. Can be processed precisely and with low defects.
[0057]
According to the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, there is provided an Al-based compound semiconductor device formed on a second semiconductor layer. _d Ga _e In _1-de P (however, 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ d + e ≦ 1) and an Al formed on the etching stop layer _f Ga _g In _1-fg P (where 0 ≦ f ≦ 1, 0 ≦ g ≦ 1, 0 ≦ f + g ≦ 1) and a second conductive type of second conductive type formed on the third semiconductor layer. Al _h Ga _1-h A second cladding layer made of As (where 0 ≦ h ≦ 1), wherein the Ga composition g of the third semiconductor layer is preferably smaller than the Ga composition e of the etching stop layer. .
[0058]
This makes it possible to form the second cladding layer with low defects using the third semiconductor layer as a buffer layer, so that the composition of Al in the etching stop layer is reduced and oxidation of the etching stop layer in the manufacturing process is suppressed. Thus, a low-defect III-V compound semiconductor device can be obtained.
[0059]
A second group III-V compound semiconductor device according to the present invention includes a first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer. And the first semiconductor layer is preferably formed on the active layer.
[0060]
With this configuration, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed as a second conductivity type cladding layer with low defects, so that the second semiconductor layer made of AlGaAs having high thermal conductivity can be activated. The heat dissipation of the heat generated in the layer can be improved, and the overflow of carriers from the active layer can be suppressed by the first semiconductor layer made of AlGaInP having a large band gap.
[0061]
According to a second group III-V compound semiconductor device of the present invention, a first cladding layer made of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate, and an active layer formed on the first cladding layer And a second conductivity type Al formed on the active layer. _d Ga _e In _1-de P (where 0 ≦ d ≦ 1, 0 ≦ e ≦ 1, 0 ≦ d + e ≦ 1), and the first semiconductor layer is formed on the second cladding layer. Is preferably formed.
[0062]
By doing so, the heat dissipation of heat generated in the active layer can be improved by the second semiconductor layer, and the overflow of carriers from the active layer can be suppressed by the second cladding layer. Furthermore, since the second semiconductor layer can be formed with a low defect by providing the buffer layer, the composition of Al in the etching stop layer is reduced to prevent oxidation of the etching stop layer in the manufacturing process, thereby reducing the defect. A III-V compound semiconductor device can be obtained.
[0063]
In the second III-V compound semiconductor device of the present invention, the first cladding layer is formed of Al _d Ga _1-d It is preferable to be composed of As (where 0 ≦ d ≦ 1).
[0064]
By doing so, the thermal conductivity can be increased not only in the second conductivity type clad layer but also in the first conductivity type clad layer, so that the heat dissipation is further improved.
[0065]
In the second III-V compound semiconductor device of the present invention, it is preferable that Ga composition y in the buffer layer is 0.
[0066]
By doing so, crystal defects occurring at the interface between the second semiconductor layer and the buffer layer are surely reduced.
[0067]
In the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, the substrate is made of GaAs, and the composition 1-ab of In in the first semiconductor layer is 0.45 ≦ 1-ab ≦ 0.55. The composition 1-xy of In in the buffer layer preferably satisfies 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0068]
In this case, since the buffer layer is lattice-matched to the substrate, a III-V compound semiconductor device with few crystal defects can be reliably obtained.
[0069]
In the second group III-V compound semiconductor device of the present invention, the thickness of the buffer layer is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less.
[0070]
In this case, the crystal defects generated at the interface between the first semiconductor layer or the second semiconductor layer and the buffer layer without causing the buffer layer to substantially affect the electrical and optical characteristics of the III-V compound semiconductor device. Can be reduced.
[0071]
The method for manufacturing a second III-V compound semiconductor device according to the second aspect of the present invention is characterized in that: _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), a first step of forming a first semiconductor layer, and Al on the first semiconductor layer. _c Ga _1-c Forming a second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1). In the second step, the composition c of Al in the second semiconductor layer is reduced. .
[0072]
According to the second method for manufacturing a III-V compound semiconductor device of the present invention, when forming a second semiconductor layer made of AlGaAs on a first semiconductor layer made of AlGaInP, Since the composition of Al is reduced, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are reduced as compared with the case where the composition of Al in the second semiconductor layer is relatively large. Becomes possible. This is because the interaction between the GaP component in the first semiconductor layer and the AlAs component in the second semiconductor layer is reduced in the step of crystal-growing the second semiconductor layer on the first semiconductor layer. This is because migration of the AlAs component in the middle second semiconductor layer is further promoted.
[0073]
In the second step of the second method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device of the present invention, the composition c of Al in the second semiconductor layer is preferably 0.3 or less.
[0074]
By doing so, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reliably reduced.
[0075]
The third group III-V compound semiconductor device according to the present invention comprises Al _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and Al formed on the first semiconductor layer. _c Ga _1-c A second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1), and the composition c of Al in the second semiconductor layer is 0.3 or less.
[0076]
According to the third group III-V compound semiconductor device of the present invention, in the laminated structure of the first semiconductor layer made of AlGaInP and the second semiconductor layer made of AlGaAs, the composition of Al in the second semiconductor layer is Since it is 0.3 or less, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reliably reduced, and the III-V using the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reduced. It is possible to improve the performance of a group III compound semiconductor device.
[0077]
The fourth group III-V compound semiconductor device according to the present invention comprises Al _a Ga _b In _1-ab P (where 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ a + b ≦ 1), and Al formed on the first semiconductor layer. _z Ga _1-z A buffer layer made of As (where 0 ≦ z ≦ 1) and Al formed on the buffer layer _c Ga _1-c A second semiconductor layer made of As (where 0 ≦ c ≦ 1), and the composition z of Al in the buffer layer is smaller than the composition c of Al in the second semiconductor layer.
[0078]
According to the fourth group III-V compound semiconductor device of the present invention, since the composition of Al in the buffer layer is smaller than the composition of Al in the second semiconductor layer, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are separated. Compared with a group III-V compound semiconductor device that is directly stacked, it is possible to reduce crystal defects generated at the interface between the first semiconductor layer and the buffer layer. Therefore, the performance of a III-V compound semiconductor device using the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved.
[0079]
The fourth group III-V compound semiconductor device of the present invention further includes an active layer formed on the substrate and having a plurality of semiconductor layers stacked, wherein the first semiconductor layer is formed on the substrate. The second semiconductor layer is preferably provided so as to constitute the lowermost layer of the active layer.
[0080]
Thus, in the semiconductor laser device using the first semiconductor layer as the first conductivity type cladding layer and using the second semiconductor layer as the light guide layer of the active layer, the AlGaInP is used for the AlGaAs-based active layer. Since it is possible to secure a difference in band gap by using a system cladding layer, electrons in the active layer are reliably prevented from overflowing into the cladding layer. And a semiconductor laser device excellent in reliability can be obtained.
[0081]
In the fourth group III-V compound semiconductor device of the present invention, the composition z of Al in the buffer layer is preferably 0.
[0082]
By doing so, crystal defects occurring at the interface between the first semiconductor layer and the buffer layer are surely reduced.
[0083]
In the fourth group III-V compound semiconductor device of the present invention, the substrate is made of GaAs, and the composition 1-ab of In in the first semiconductor layer is 0.45 ≦ 1-ab ≦ 0.55. Preferably, there is.
[0084]
In this case, since the first semiconductor layer is lattice-matched to the substrate, a III-V compound semiconductor device with few crystal defects can be reliably obtained.
[0085]
In the fourth group III-V compound semiconductor device of the present invention, the thickness of the buffer layer is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less.
[0086]
In this case, the crystal defects generated at the interface between the first semiconductor layer or the second semiconductor layer and the buffer layer without causing the buffer layer to substantially affect the electrical and optical characteristics of the III-V compound semiconductor device. Can be reduced.
[0087]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A III-V compound semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, AlGaInP means AlGaInP. _x Ga _y In _1-xy P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), and AlGaAs is Al _z Ga _1-z As (where 0 ≦ z ≦ 1). Also, Al _x Ga _y In _1-xy In P 1, especially when x = 0, that is, Ga _y In _1-y P (where 0 ≦ y ≦ 1) is represented by GaInP, and particularly when y = 0, that is, when Al = 0 _x In _1-x P (where 0 ≦ x ≦ 1) is represented as AlInP.
[0088]
The inventor of the present application has found that, in a stacked structure of a III-V compound semiconductor in which an AlGaAs layer is stacked on an AlGaInP layer, the smaller the Ga composition in the AlGaInP layer, the smaller the crystal defects, and the lower the Al composition in the AlGaAs layer. It has been found that the smaller the value, the smaller the number of crystal defects.
[0089]
Hereinafter, the relationship between the Al composition and crystal defects in a group III-V compound semiconductor in which an AlGaAs layer is stacked on an AlGaInP layer will be described with reference to the drawings.
[0090]
FIG. 1 shows Al _x Ga _0.5-x In _0.5 Al on the P layer _0.6 Ga _0.4 Al when As layer is formed _x Ga _0.5-x In _0.5 4 shows the relationship between the Al composition x and the crystal defect density in a P layer (where 0 ≦ x ≦ 0.5). Here, the crystal defect density is a value obtained by dividing the number of crystal defects observed using a microscope by a unit area. The composition of In is set to 0.5 for lattice matching with a substrate made of GaAs.
[0091]
As shown in FIG. _x Ga _0.5-x In _0.5 The crystal defect density decreases as the composition x of Al in the P 2 layer increases. That is, when x = 0, the crystal defect density is about 2.7 × 10 ⁷ Pieces / cm ² However, when x = 0.15, the crystal defect density is about 4.0 × 10 ⁶ Pieces / cm ² And when x = 0.35, the crystal defect density is 1 × 10 ⁵ Pieces / cm ² To a degree. Further, when x = 0.5, almost no crystal defects are observed, on the order of two orders of magnitude per square centimeter.
[0092]
As described above, when an AlGaAs layer is formed on an AlGaInP layer, it can be seen that the larger the Al composition in the AlGaInP layer, that is, the smaller the Ga composition, the fewer crystal defects can be formed. Specifically, Al _x Ga _y In _1-xy If the composition y of Ga in the P layer is 0.35 or less, crystal defects are sufficiently reduced.
[0093]
In addition, FIG. _x Ga _0.5-x In _0.5 Al on the P layer _0.6 Ga _0.4 Although crystal defects when forming an As layer were shown, _x Ga _0.5-x In _0.5 The same result is obtained not only when the Al composition of the AlGaAs layer formed on the P layer is 0.6, but also when the Al composition is another composition. That is, regardless of the composition of the AlGaAs layer, the smaller the Ga composition of the AlGaInP layer, the smaller the crystal defects.
[0094]
FIG. _0.5 In _0.5 Al on the P layer _z Ga _1-z Al in the case of forming an As layer (where 0 ≦ z ≦ 1) _z Ga _1-z The relationship between the Al composition z and the crystal defect density in the As layer (where 0 ≦ z ≦ 1) is shown.
[0095]
As shown in FIG. _z Ga _1-z The smaller the Al composition z in the As layer, the lower the crystal defect density. That is, when z = 0.6, the crystal defect density is about 2.7 × 10 ⁷ Pieces / cm ² However, when z = 0.3, the crystal defect density is 1 × 10 ⁷ Pieces / cm ² And decreased to less than half. Furthermore, when z = 0, almost no crystal defects are observed, on the order of two orders of magnitude per square centimeter.
[0096]
As described above, when an AlGaAs layer is formed on an AlGaInP layer, it can be seen that the smaller the Al composition in the AlGaAs layer, the fewer crystal defects can be formed. Specifically, Al _z Ga _1-z If the Al composition z in the As layer is 0.3 or less, crystal defects are sufficiently reduced.
[0097]
Note that FIG. _0.5 In _0.5 Al on the P layer _x Ga _1-x Although crystal defects when forming an As layer were shown, _x Ga _1-x The same result is obtained not only when the Al composition of the AlGaInP layer formed below the As layer is 0, but also when the Al composition is another composition. That is, regardless of the composition of the AlGaInP layer, the smaller the Al composition of the AlGaAs layer, the smaller the crystal defects.
[0098]
As described above, in the group III-V compound semiconductor in which the AlGaAs layer is stacked on the AlGaInP layer, by using the AlGaInP layer having a small Ga composition or the AlGaAs layer having a small Al composition, the AlGaInP layer and the AlGaAs layer are formed. The effect of reducing the crystal defects at the interface with the substrate can be obtained.
[0099]
Such an effect occurs because the interaction between the GaP component and the AlAs component among the components constituting the AlGaInP layer and the components constituting the AlGaAs layer is caused by the interaction between other components or atoms. It is thought to be due to the strongness compared to the interaction.
[0100]
That is, in the step of growing an AlGaAs layer on the AlGaInP layer, the interaction between the AlAs component and the GaP component decreases as the Ga composition in the AlGaInP layer decreases and the Al composition in the AlGaAs layer decreases. Therefore, the migration of the AlAs component in the AlGaAs layer being formed is further promoted, and it is considered that the disturbance in the arrangement of atoms at the interface between the AlGaInP layer and the AlGaAs layer is reduced.
[0101]
Based on such findings, the following embodiments according to the present invention include a step of laminating a second semiconductor layer made of AlGaAs on a first semiconductor layer made of AlGaInP in the step of laminating the first semiconductor layer and the second semiconductor layer made of AlGaAs. By reducing the composition of Ga in the first semiconductor layer or the composition of Al in the second semiconductor layer at the interface between the semiconductor layers, the interface between the first and second semiconductor layers is reduced. The generated crystal defects are reduced.
[0102]
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0103]
FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of a group III-V compound semiconductor multilayer structure according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, for example, an Al film having a thickness of about 0.2 μm is formed on a substrate 11 made of GaAs. _0.35 Ga _0.15 In _0.5 AlGaInP layer 12 of P 2, Al having a thickness of about 1.1 nm _0.5 In _0.5 Buffer layer 13 made of P and Al having a thickness of about 0.3 μm _0.6 Ga _0.4 AlGaAs layers 14 made of As are sequentially laminated.
[0104]
Hereinafter, a method for manufacturing the group III-V compound semiconductor multilayer structure according to the first embodiment will be described.
[0105]
The group III-V compound semiconductor multilayer structure of the first embodiment can be formed by sequentially crystal-growing each semiconductor layer on the GaAs substrate 11 using, for example, the MOVPE method.
[0106]
Specifically, triethylgallium (TEG), trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMI) are used as raw materials for the group III compound, and phosphine (PH) is used as a raw material for the group V compound. ₃ ) And arsine (AsH) ₃ ), These raw materials are introduced into a reaction tube made of quartz using hydrogen as a carrier gas. The pressure in the reaction tube is about 1.0 × 10 ⁴ Under the conditions of Pa (approximately 76 Torr) and a substrate temperature of approximately 750 ° C., the semiconductor layers are sequentially grown by appropriately switching the raw materials to be supplied and the supply amounts of the raw materials.
[0107]
A feature of the first embodiment is that an AlGaAs layer 14 is formed on an AlGaInP layer 12 via a buffer layer 13 made of AlGaInP having a smaller Ga composition than the AlGaInP layer 12. That is, Al _0.35 Ga _0.15 In _0.5 As compared with the case where the AlGaAs layer 14 is directly stacked on the AlGaInP layer 12 made of P, _0.5 In _0.5 Since the AlGaAs layer 14 is stacked on the buffer layer 13 made of P, crystal defects occurring at the interface between the buffer layer 13 and the AlGaAs layer 14 can be reduced.
[0108]
Further, since the thickness of the buffer layer 13 is as extremely small as about 1.1 nm, it hardly affects the physical properties such as the optical and electrical properties of the III-V compound semiconductor laminated structure.
[0109]
That is, the III-V group compound semiconductor laminated structure of the first embodiment has the same physical properties as the laminated structure in which the AlGaAs layer 14 is directly laminated on the AlGaInP layer 12 via the buffer layer 13 made of AlGaInP. In addition, it is possible to reduce crystal defects as compared with a stacked structure in which the AlGaAs layer 14 is directly stacked on the AlGaInP layer 12.
[0110]
Here, the AlGaInP constituting the AlGaInP layer 12 and the buffer layer 13 is AlGaInP, respectively. _0.35 Ga _0.15 In _0.5 P and Al _0.5 In _0.5 The combination is not limited to P, and may be any combination in which the Ga composition in the buffer layer 13 is smaller than the Ga composition in the AlGaInP layer 12. Of course, as the composition of Ga in the buffer layer 13 is smaller, the effect of reducing crystal defects is greater.
[0111]
AlGaAs constituting the AlGaAs layer 14 is made of Al _0.6 Ga _0.4 Not limited to As, Al _z Ga _1-z As (however, 0 ≦ z ≦ 1) may be used.
[0112]
The thickness of the buffer layer 13 is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less. If the thickness of the buffer layer 13 is smaller than 0.5 nm, the crystal defects generated at the interface between the buffer layer 13 and the AlGaAs layer 14 reflect the Al composition in the AlGaInP layer 12, and The effect of reducing crystal defects is insufficient. Conversely, if the thickness of the buffer layer 13 is greater than 5 nm, the effect of the buffer layer 13 on the physical properties of the III-V compound semiconductor laminated structure cannot be ignored.
[0113]
In the first embodiment, the AlGaInP layer 12 and the buffer layer 13 need not be stacked in contact with each other. For example, a semiconductor layer made of AlGaInP having a smaller Ga composition than the buffer layer 13 may be inserted. In this case, the composition of Ga in the buffer layer 13 may be smaller than the composition of Ga in the AlGaInP layer 12.
[0114]
Further, the laminated structure including the AlGaInP layer 12, the buffer layer 13, and the AlGaAs layer 14 does not need to be formed on the substrate 11, and may be, for example, a field effect transistor, a heterojunction bipolar transistor, a semiconductor laser device, or a light emitting diode. Etc. may be formed on another semiconductor layer as a part of the laminated structure constituting the semiconductor device.
[0115]
In the AlGaInP layer 12 and the buffer layer 13, the composition of In is set to 0.5 for lattice matching with the substrate 11 made of GaAs. −xy is not limited to 0.5, and may be 0.45 ≦ 1−xy ≦ 0.55. When lattice matching with GaAs is not required, the composition 1-xy of In may be 0 ≦ 1−xy ≦ 1.
[0116]
As described above, according to the first embodiment, the AlGaAs layer 14 is formed on the AlGaInP layer 12 via the buffer layer 13 made of AlGaInP, and the composition of Ga in the buffer layer 13 is 12 is smaller than the composition of Ga in III-V compound semiconductor having the same physical properties as a III-V compound semiconductor laminated structure in which an AlGaAs layer 14 is directly laminated on the AlGaInP layer 12 and having less crystal defects. A laminated structure can be obtained.
[0117]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0118]
FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of a group III-V compound semiconductor multilayer structure according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, a Ga film having a thickness of about 30 nm is formed on a substrate 21 made of GaAs. _0.5 In _0.5 AlGaInP layer 22 made of P, buffer layer 23 made of GaAs having a thickness of about 1.6 nm, and Al having a thickness of about 0.3 μm. _0.6 Ga _0.4 An AlGaAs layer 24 made of As is laminated.
[0119]
Such a group III-V compound semiconductor laminated structure can be formed by using, for example, the MOVPE method, as in the first embodiment.
[0120]
The feature of the second embodiment is that the AlGaAs layer 24 is formed on the AlGaInP layer 22 via the buffer layer 23 made of AlGaAs, and the Al composition in the buffer layer 23 is smaller than the Al composition in the AlGaAs layer 24. It is in. That is, on the AlGaInP layer 22, Al _0.6 Ga _0.4 As compared with the case where the AlGaAs layer 24 made of As is directly stacked, the AlGaAs layer 24 is stacked on the buffer layer 23 made of GaAs having a smaller Al composition, so that the interface between the AlGaInP layer 22 and the buffer layer 23 is formed. Can be reduced.
[0121]
Further, since the thickness of the buffer layer 23 is extremely thin, about 1.6 nm, it hardly affects physical properties such as optical and electrical properties of the III-V compound semiconductor laminated structure.
[0122]
That is, the III-V group compound semiconductor laminated structure of the second embodiment has the same physical properties as the laminated structure in which the AlGaAs layer 24 is directly laminated on the AlGaInP layer 22 through the buffer layer 23 made of AlGaAs. In addition, it is possible to reduce crystal defects as compared with a stacked structure in which the AlGaAs layer 24 is directly stacked on the AlGaInP layer 22.
[0123]
Here, AlGaAs constituting the buffer layer 23 and the AlGaAs layer 24 is GaAs and AlGaAs, respectively. _0.6 Ga _0.4 The combination is not limited to As, and may be any combination in which the Al composition in the buffer layer 23 is smaller than the Al composition in the AlGaAs layer. Of course, the smaller the Al composition in the buffer layer 23, the greater the effect of reducing crystal defects.
[0124]
AlGaInP constituting the AlGaInP layer 22 is GaGa. _0.5 In _0.5 Al not limited to P _x Ga _y In _1-xy P (provided that 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).
[0125]
The thickness of the buffer layer 23 is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less. If the thickness of the buffer layer 23 is smaller than 0.5 nm, the crystal defects generated at the interface between the AlGaInP layer 22 and the buffer layer 23 reflect the Al composition in the AlGaAs layer 24, and The effect of reducing is insufficient. Conversely, if the thickness of the buffer layer 23 is greater than 5 nm, the effect of the buffer layer 23 on the physical properties of the III-V compound semiconductor laminated structure cannot be ignored.
[0126]
In the second embodiment, the buffer layer 23 and the AlGaAs layer 24 do not need to be stacked in contact with each other. For example, the semiconductor layer made of AlGaAs having a smaller Al composition than the buffer layer 23 is formed of the buffer layer 23 and the AlGaAs layer 24. In this case, the Al composition in the buffer layer 23 may be smaller than the Al composition in the AlGaAs layer 24.
[0127]
Further, the laminated structure including the AlGaInP layer 22, the buffer layer 23, and the AlGaAs layer 24 does not need to be formed on the substrate 21, and may be, for example, a field effect transistor, a heterojunction bipolar transistor, a semiconductor laser device, or a light emitting diode. Etc. may be formed on another semiconductor layer as a part of the laminated structure constituting the semiconductor device.
[0128]
In the AlGaInP layer 22, the composition of In is set to 0.5 in order to lattice-match with the substrate 21 made of GaAs. However, in order to lattice-match with the substrate 21, the composition 1-xy of In is used. Is not limited to 0.5, and may be 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55. When lattice matching with GaAs is not required, the composition 1-xy of In may be 0 ≦ 1−xy ≦ 1.
[0129]
As described above, according to the second embodiment, the AlGaAs layer 24 is formed on the AlGaInP layer 22 via the buffer layer 23 made of AlGaAs, and the Al composition in the buffer layer 23 is the same as that of the AlGaAs layer. Since the composition of Al is smaller than that of Al, the III-V compound semiconductor having the same physical properties as the III-V compound semiconductor laminated structure in which the AlGaAs layer 24 is directly laminated on the AlGaInP layer 22 and having less crystal defects. A laminated structure can be obtained.
[0130]
(Third embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a third embodiment will be described with reference to the drawings.
[0131]
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, on a substrate 31 made of n-type GaAs, an n-type cladding layer 32 made of n-type AlGaInP, an active layer 33 made up of a quantum well and a light guide layer sandwiching the quantum well, and a buffer made of AlGaInP. A layer 34, a diffusion prevention layer 35 made of AlGaAs, and a first p-type clad layer 36 made of p-type AlGaInP are sequentially laminated.
[0132]
In the active layer 33, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0133]
On the first p-type cladding layer 36, a second p-type cladding layer 37 made of p-type AlGaInP is formed in a stripe shape. In addition, a current blocking layer made of n-type AlGaInP is provided on a side portion of the second p-type cladding layer 37 on the upper surface of the first p-type cladding layer 36 and on a side surface of the second p-type cladding layer 37. 38 are formed. On the second p-type cladding layer 37 and the current blocking layer 38, a contact layer 39 made of p-type GaAs is formed.
[0134]
An n-side electrode 40 made of, for example, an alloy containing Au, Ge, and Ni and in ohmic contact with the substrate 31 is formed under the substrate 31. On the contact layer 39, a p-side electrode 41 made of, for example, an alloy containing Cr, Pt, and Au and in ohmic contact with the contact layer 39 is formed.
[0135]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0136]
Table 1 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0137]
[Table 1]

[0138]
As shown in Table 1, the composition of Ga in the buffer layer 34 is smaller than the composition of Ga in the optical guide layer. That is, the semiconductor laser device of the third embodiment has the same group III-V compound semiconductor as that of the first embodiment as a laminated structure in which the light guide layer, the buffer layer 34, and the diffusion prevention layer 35 are sequentially laminated. are doing.
[0139]
In the third embodiment, Al is used for lattice matching with the substrate 31 made of GaAs. _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the substrate 31 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is not limited to 0.5, but may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0140]
In the semiconductor laser device of the third embodiment, the active layer 33 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and when a current passing between the current blocking layers 38 reaches the active layer 33, A laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm is emitted.
[0141]
The diffusion preventing layer 35 prevents Zn, which is a dopant of the first p-type cladding layer 36, from entering the active layer 33 during the manufacturing process of the semiconductor laser device or the operation of the device. This makes it possible to increase the doping concentration of the first p-type cladding layer 36 without affecting the active layer 33, so that the electron overflows from the active layer 33 to the first p-type cladding layer 36. Can be reliably suppressed.
[0142]
Further, a buffer layer 34 is formed between the active layer 33 and the diffusion preventing layer 35. Here, the light guide layer which is the uppermost layer of the active layer 33 is Al _0.25 Ga _0.25 In _0.5 P, and the buffer layer 34 is made of Al _0.5 In _0.5 Consists of P. That is, since the composition of Ga in the buffer layer 34 is smaller than the composition of Ga in the light guide layer, the buffer layer 34 and the diffusion prevention layer 35 are formed in comparison with the case where the diffusion prevention layer 35 is formed in contact with the active layer 33. Crystal defects generated at the interface with the layer 35 can be reduced. Specifically, the density of crystal defects generated at the interface between the buffer layer 34 and the diffusion preventing layer 35 is on the order of two digits per square centimeter.
[0143]
Here, the band gap of the buffer layer 34 is transparent to laser light having an oscillation wavelength of 650 nm, and its thickness is extremely small at 1.1 nm. And has little effect on electrical characteristics such as the operating current value.
[0144]
In the third embodiment, the compound composition of the buffer layer 34 is Al _0.5 In _0.5 Not limited to P, AlGaInP having a composition of Ga smaller than the composition of Ga in the light guide layer which is the uppermost layer of the active layer 33 may be used, and the buffer layer 34 is formed on the active layer 33 in contact with the active layer 33. You don't have to. For example, if the buffer layer 34 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P, between the active layer 33 and the buffer layer 34, for example, Al _0.5 In _0.5 Even if a semiconductor layer made of P is inserted, an effect of reducing crystal defects generated between the buffer layer 34 and the diffusion prevention layer 35 can be obtained.
[0145]
As described above, according to the third embodiment, by forming the buffer layer 34 between the light guide layer, which is the uppermost layer of the active layer 33, and the diffusion prevention layer 35, the diffusion prevention layer with few crystal defects is formed. Since the layer 35 can be formed, even if the doping concentration of the first p-type cladding layer 36 is increased, no impurity diffuses into the active layer 33. In this manner, the overflow of electrons from the active layer 33 to the first p-type cladding layer 36 can be reliably suppressed, and a red semiconductor laser device having good temperature characteristics can be realized with low defects. .
[0146]
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0147]
FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, on a substrate 51 made of n-type GaAs, an n-type cladding layer 52 made of n-type AlGaInP, a buffer layer 53 made of GaAs, and a quantum well and an optical guide layer sandwiching the quantum well. A layer 54 and a first p-type cladding layer 55 made of p-type AlGaInP are sequentially stacked.
[0148]
In the active layer 54, the quantum well is formed by alternately stacking two well layers made of GaAs and one barrier layer made of AlGaAs with the well layer on the outside. The upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaAs. Light guide layers are respectively formed.
[0149]
A current block layer 56 made of n-type AlGaInP having a stripe-shaped opening is formed on the first p-type clad layer 55, and a second block made of p-type AlGaInP is formed on the current block layer 56. Is formed. On the second p-type cladding layer 57 and the current block layer 56, a contact layer 58 made of p-type GaAs is formed.
[0150]
An n-side electrode 59 made of, for example, an alloy containing Au, Ge, and Ni and in ohmic contact with the substrate 51 is formed below the substrate 51. On the contact layer 58, a p-side electrode 60 made of, for example, an alloy containing Cr, Pt, and Au and in ohmic contact with the contact layer 58 is formed.
[0151]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0152]
Table 2 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0153]
[Table 2]

[0154]
As shown in Table 2, the composition of Al in the buffer layer 53 is smaller than the composition of Al in the light guide layer. That is, the semiconductor laser device of the fourth embodiment has the same III-V compound semiconductor as that of the second embodiment in a laminated structure in which the n-type cladding layer 52, the buffer layer 53, and the light guide layer are sequentially laminated. Have.
[0155]
In the fourth embodiment, Al is used for lattice matching with the substrate 51 made of GaAs. _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match the substrate 51 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is not limited to 0.5, but may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0156]
In the semiconductor laser device of the fourth embodiment, the active layer 54 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 780 nm, and when a current passing between the current blocking layers 56 reaches the active layer 54, A laser beam having an oscillation wavelength of 780 nm is emitted.
[0157]
As a feature of the fourth embodiment, a buffer layer 53 is provided between the active layer 54 and the n-type cladding layer 52, the active layer 54 is made of an AlGaAs-based compound semiconductor, and the n-type cladding layer 52 and the first p-type The cladding layer 55 and the second p-type cladding layer 57 are made of an AlGaInP-based compound semiconductor.
[0158]
While an AlGaAs-based material is used for the active layer 54, an AlGaInP-based material having a large band gap is used for the n-type cladding layer 52, the first p-type cladding layer 55, and the second p-type cladding layer 57. As a result, the difference in band gap (band offset) between the active layer and the cladding layer can be increased as compared with a conventional semiconductor laser device using an AlGaAs-based material for the cladding layer. Thus, the overflow of electrons from the active layer 54 to the cladding layer can be reliably suppressed, and the threshold current value can be reduced and the temperature characteristics can be improved.
[0159]
Further, a buffer layer 53 is formed between the n-type cladding layer 52 and the active layer 54. Here, the buffer layer 53 is made of GaAs, and the light guide layer is made of Al. _0.5 Ga _0.5 Consists of As. That is, since the composition of Al in the buffer layer 53 is smaller than the composition of Al in the optical guide layer, the n-type cladding layer 52 is formed in comparison with the case where the active layer 54 is formed on the n-type cladding layer 52. Crystal defects generated at the interface between the semiconductor layer and the buffer layer 53 can be reduced. Specifically, the density of crystal defects generated at the interface between the n-type cladding layer 52 and the buffer layer 53 is on the order of two digits per square centimeter.
[0160]
Here, since the buffer layer 53 has a sufficiently small thickness of 1.6 nm, the buffer layer 53 is transparent to light emitted from the active layer 54 by a quantum effect, and has optical characteristics such as a spread angle and electric characteristics such as an operation current value. Has little effect on the mechanical properties.
[0161]
In the fourth embodiment, the compound composition of the buffer layer 53 is not limited to GaAs, but may be any AlGaAs having a smaller Al composition than the Al composition in the light guide layer that is the outermost layer of the active layer 54. Further, the buffer layer 53 and the active layer 54 do not need to be formed in contact with each other. For example, if the buffer layer 53 is made of Al _0.1 Ga _0.9 Even if a semiconductor layer made of, for example, GaAs is inserted between the buffer layer 53 and the active layer 54, the effect of reducing crystal defects generated between the n-type cladding layer 52 and the buffer layer 53 is obtained. Can be
[0162]
As described above, according to the fourth embodiment, the buffer layer 53 is introduced between the light guide layer, which is the outermost layer of the active layer 54, and the n-type clad layer 52. Since a layer can be formed, a cladding layer composed of an AlGaInP-based semiconductor layer can be used for an active layer composed of an AlGaAs-based semiconductor layer, and the threshold current is small and the temperature characteristics are good. An infrared semiconductor laser device can be realized with low defects.
[0163]
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0164]
FIG. 7 shows a sectional configuration of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, on a substrate 61 made of n-type GaAs, an n-type cladding layer 62 made of n-type AlGaInP, an active layer 63 consisting of a quantum well and a light guide layer sandwiching the quantum well, and a p-type AlGaInP A first p-type cladding layer 64 and an etching stop layer 65 made of p-type GaInP are sequentially stacked.
[0165]
In the active layer 63, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0166]
A second p-type cladding layer 66 made of p-type AlGaInP is formed on the etching stop layer 65 in a stripe shape, and a first p-type cladding layer 66 made of p-type GaInP is formed on the second p-type cladding layer 66. Contact layer 67 is formed. In addition, a first current blocking layer 68 made of n-type AlInP is formed on a side portion of the second p-type cladding layer 66 on the upper surface of the etching stop layer 65 and on a side surface of the second p-type cladding layer 66. Have been. On the first current blocking layer 68, a second current blocking layer 69 made of n-type GaAs is formed.
[0167]
On the first contact layer 67 and the second current block layer 69, a buffer layer 70 made of p-type AlInP, a second contact layer 71 made of p-type AlGaAs, and a third contact layer 72 made of p-type GaAs Are sequentially laminated.
[0168]
Below the substrate 61, an n-side electrode 73 that is in ohmic contact with the substrate 61 is formed by an alloy made of, for example, Au, Ge, and Ni. On the third contact layer 72, a p-side electrode 74 that is in ohmic contact with the third contact layer 72 is formed of, for example, an alloy made of Cr, Pt, and Au.
[0169]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0170]
Table 3 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0171]
[Table 3]

[0172]
As shown in Table 3, the composition of Ga in the buffer layer 70 is smaller than the composition of Ga in the first contact layer 67. That is, in the semiconductor laser device of the fifth embodiment, the first contact layer 67, the buffer layer 70, and the second contact layer 71 are sequentially laminated on the same III-V compound semiconductor as in the first embodiment. It has a laminated structure.
[0173]
In the fifth embodiment, in order to lattice match with the substrate 61 made of GaAs, _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the substrate 61 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is not limited to 0.5, but may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0174]
In the semiconductor laser device of the fifth embodiment, the active layer 63 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and a gap between the first current blocking layer 68 and the second current blocking layer 69 is provided. When the passed current reaches the active layer 63, it emits a laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm.
[0175]
The fifth embodiment is characterized in that a second contact layer 71 made of AlGaAs having a large Al composition is provided. When the semiconductor laser device is designed such that the laser light is distributed above the second p-type cladding layer 66 and the first contact layer 67, the second contact layer 71 Since it is transparent to laser light having an oscillation wavelength of 650 nm, light absorption above the second p-type cladding layer 66 can be reduced. This makes it possible to realize a semiconductor laser device having a small threshold current and operating current.
[0176]
Further, a buffer layer 70 is formed between the first contact layer 67 and the second contact layer 71. Here, the first contact layer 67 is Ga _0.5 In _0.5 P, and the buffer layer 70 is made of Al _0.5 In _0.5 Consists of P. That is, since the composition of Ga in the buffer layer 70 is smaller than the composition of Ga in the first contact layer 67, compared with the case where the second contact layer 71 is formed in contact with the first contact layer 67. Thus, crystal defects occurring at the interface between the buffer layer 70 and the second contact layer 71 can be reduced. Specifically, the density of crystal defects generated between the buffer layer 70 and the second contact layer 71 is on the order of two orders of magnitude per square centimeter.
[0177]
The first contact layer 67 is made of GaInP and has a function of reducing a potential barrier between the second p-type cladding layer 66 and the second contact layer 71. Thereby, the operating voltage of the semiconductor laser device can be reduced.
[0178]
The etching stop layer 65 is used for forming the second p-type cladding layer 66 in a stripe shape. Specifically, after the first p-type clad layer 64, the etching stop layer 65, and the second p-type clad layer forming film are sequentially formed on the active layer 63, the formed second p-type clad layer is formed. A resist mask is formed on the film by a photolithography method, and the second p-type clad layer forming film is etched with a mixed solution of sulfuric acid or tartaric acid and hydrochloric acid. At this time, the second p-type cladding layer forming film made of AlGaInP is etched, but the etching stop layer 65 made of GaInP is hardly etched. Can be formed.
[0179]
In the fifth embodiment, the compound composition of the buffer layer 70 is Al _0.5 In _0.5 Not limited to P, AlGaInP having a composition of Ga smaller than the composition of Ga in the first contact layer 67 may be used, and the buffer layer 70 is formed in contact with the first contact layer 67. No need. For example, if the buffer layer 70 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P, between the first contact layer 67 and the buffer layer 70, for example, Al _0.5 In _0.5 Even if a semiconductor layer made of P is inserted, the effect of reducing crystal defects generated between the second contact layer 71 and the buffer layer 70 can be obtained.
[0180]
The buffer layer 70 does not need to be formed on the first contact layer 67 and the second current block layer 69, and may be formed only on the first contact layer 67.
[0181]
As described above, according to the fifth embodiment, by forming the buffer layer 70 between the first contact layer 67 and the second contact layer 71, light emitted from the active layer 63 can be prevented. The second contact layer 71 made of AlGaAs having a transparent band gap can be formed with low defects. Accordingly, when the laser light is distributed above the second p-type cladding layer 66, the light loss in the second contact layer 71 is reduced, and the threshold current of the semiconductor laser device is reduced. In addition, the operating current can be reduced.
[0182]
(First Modification of Fifth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a first modification of the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0183]
FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a first modification of the fifth embodiment. In FIG. 8, the same members as those of the semiconductor laser device of the fifth embodiment shown in FIG.
[0184]
As shown in FIG. 8, an n-type cladding layer 62, an active layer 63, a first p-type cladding layer 64, an etching stop layer 65, and a second p-type cladding layer 66 are sequentially laminated on a substrate 61. . A first current blocking layer 68 and a second current blocking layer 69 are provided on a side portion of the second p-type cladding layer 66 on the upper surface of the etching stop layer 65 and on a side surface of the second p-type cladding layer 66. They are sequentially stacked.
[0185]
On the second p-type cladding layer 66 and the second current blocking layer 69, a second contact layer 71 and a third contact layer 72 are sequentially laminated. An n-side electrode 73 is formed below the substrate 61, and a p-side electrode 74 is formed on the third contact layer 72.
[0186]
The semiconductor laser device of the first modification is different from the semiconductor laser device of the fifth embodiment in that the first contact layer 67 made of GaInP and the buffer layer 70 are not provided on the second p-type cladding layer 66. Is different from
[0187]
The semiconductor laser device of the first modified example is characterized in that a second contact layer 71 made of AlGaAs is stacked on a second p-type clad layer 66 made of AlGaInP. 66 is formed so that the composition of Ga becomes relatively small.
[0188]
Here, as shown in FIG. 1, in a stacked structure in which a semiconductor layer made of AlGaAs is stacked on a semiconductor layer made of AlGaInP, the smaller the Ga composition of AlGaInP, the lower the crystal defect density. In the first modification, the composition of Ga in the second p-type cladding layer 66 is 0.15, and the density of crystal defects generated at the interface between the second p-type cladding layer 66 and the second contact layer 71 is 1 × 10 ⁶ Pieces / cm ² About. Of course, by further reducing the Ga composition of the second p-type cladding layer 66, it is possible to further reduce crystal defects.
[0189]
(Second Modification of Fifth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a second modification of the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0190]
FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a second modification of the fifth embodiment. In FIG. 9, the same members as those of the semiconductor laser device of the first modification shown in FIG.
[0191]
As shown in FIG. 9, the semiconductor laser device of the second modified example has a p-type Al between a second contact layer 71 and a third contact layer 72. _0.4 Ga _0.6 The fourth embodiment is different from the semiconductor laser device of the first modification in that a fourth contact layer 75 made of As is formed.
[0192]
Here, the band discontinuity of the valence band between the second contact layer 71 and the fourth contact layer 75 and between the fourth contact layer 75 and the third contact layer 72 are 200 meV and 230 meV. On the other hand, when the fourth contact layer 75 is not provided, the band discontinuity of the valence band between the second contact layer 71 and the third contact layer is 430 meV. Therefore, in the semiconductor laser device of the second modified example, by providing the fourth contact layer 75, band discontinuity is reduced as compared with the semiconductor laser device of the first modified example.
[0193]
Note that the composition of AlGaAs forming the fourth contact layer 75 is Al _0.4 Ga _0.6 The present invention is not limited to As, and may be any AlGaAs having an intermediate band gap between the second contact layer 71 and the third contact layer 72. Further, by providing a plurality of AlGaAs layers in which the Al composition is changed stepwise between the second contact layer 71 and the third contact layer 72, it is possible to further reduce the amount of band discontinuity. is there.
[0194]
As described above, according to the semiconductor laser device of the second modification, the Al composition of the second contact layer 71 is changed so that the second contact layer 71 is transparent to the wavelength of the light emitted from the active layer 63. Even when the height is set high, the provision of the AlGaAs layer having an intermediate band gap between the second contact layer 71 and the third contact layer 72 alleviates the band discontinuity of the valence band. Can be reduced.
[0195]
(Third Modification of Fifth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a third modification of the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0196]
FIG. 10 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a third modification of the fifth embodiment. 10, the same members as those of the semiconductor laser device of the second modification shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0197]
As shown in FIG. 10, in the semiconductor laser device of the third modification, a buffer layer 70 is formed between the second p-type cladding layer 66 and the second current blocking layer 69 and the second contact layer 71. This point is different from the second modification.
[0198]
Here, the composition and thickness of the buffer layer 70 are the same as in the fifth embodiment, and the composition of Ga is smaller than the composition of Ga in the second p-type cladding layer 66. That is, in the semiconductor laser device of the third modification, the same III-V compound semiconductor as that of the first embodiment is formed by sequentially laminating the second p-type cladding layer 66, the buffer layer 70, and the second contact layer 71. As a laminated structure.
[0199]
Therefore, as compared with the semiconductor laser devices of the first and second modifications in which the second contact layer 71 is directly laminated on the second p-type cladding layer 66, the buffer layer 70 and the second contact layer The crystal defects generated at the interface with the substrate 71 can be reduced.
[0200]
Further, since the thickness of the buffer layer 70 is sufficiently small as 1.1 nm, it hardly affects the characteristics of the semiconductor laser device, such as the operating current value, the spread angle, and the operating voltage.
[0201]
According to the semiconductor laser device of the third modification, the crystal defect density generated between the buffer layer 70 and the second contact layer 71 does not depend on the composition of the second p-type cladding layer 66. Therefore, crystal defects can be reduced while appropriately adjusting the composition of the second p-type cladding layer 66, which is a parameter that greatly affects characteristics such as the vertical spread angle and operating current of the semiconductor laser device.
[0202]
Note that the buffer layer 70 does not need to be formed on the second current blocking layer 69, but may be formed on the second p-type cladding layer 66.
[0203]
The composition of the buffer layer 70 is Al _0.5 In _0.5 The material is not limited to P, and may be any AlGaInP having an Al composition greater than the Al composition of the second p-type cladding layer 66.
[0204]
(Fourth Modification of Fifth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a fourth modification of the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0205]
FIG. 11 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a fourth modification of the fifth embodiment. In FIG. 11, the same members as those of the semiconductor laser device of the third modification shown in FIG.
[0206]
As shown in FIG. 11, the semiconductor laser device according to the fourth modification is different from the semiconductor laser device according to the third modification in that a first contact layer 67 is provided between a second p-type cladding layer 66 and a buffer layer 70. This is different from the example semiconductor laser device.
[0207]
Here, the composition and thickness of the first contact layer 67 are the same as those of the fifth embodiment, and the composition of Ga in the buffer layer 70 is smaller than the composition of Ga in the first contact layer 67. That is, in the semiconductor laser device of the fourth modified example, the first contact layer 67, the buffer layer 70, and the second contact layer 71 are sequentially laminated on the same III-V compound semiconductor as in the first embodiment. It has a stacked structure, in which crystal defects occurring at the interface between the first contact layer 67 and the second contact layer 71 are reduced.
[0208]
Further, it has a function of reducing a potential barrier between the second p-type cladding layer 66 and the second contact layer 71. Thereby, the operating voltage of the semiconductor laser device can be reduced.
[0209]
When the second contact layer 71 is formed directly on the first contact layer 67, the density of crystal defects generated at the interface between the first contact layer 67 and the second contact layer 71 is about 3 × 10 ⁷ Pieces / cm ² Therefore, the element is deteriorated during the operation, and the reliability of the semiconductor laser device cannot be secured. On the other hand, in the third modification, by providing the buffer layer 70 between the first contact layer 67 and the second contact layer 71, the density of crystal defects is reduced to the order of two digits per square centimeter. Have been.
[0210]
As described above, according to the semiconductor laser device of the fifth embodiment and its modifications, the second contact is formed by using AlGaAs having a band gap that is transparent to the wavelength of light emitted from the active layer. Since the layer 71 can be formed with a low defect, the element does not deteriorate even in a severe operating environment such as high temperature and high output, and a semiconductor laser device with high output and high luminance and extremely high reliability can be realized. . Specifically, these semiconductor laser devices can operate at a high output of 120 mW without saturating the output even when the ambient temperature is about 70 ° C.
[0211]
In the fifth embodiment and its modifications, the material used for the substrate 61 is not limited to n-type GaAs, and a p-type substrate made of, for example, p-type GaAs may be used.
[0212]
Further, in the semiconductor laser device according to the fifth embodiment and its modifications, a real refractive index type waveguide is formed by using AlInP for the first current blocking layer 68. A complex refractive index type waveguide may be formed using GaAs at 68.
[0213]
Further, in the semiconductor laser device according to the fifth embodiment and its modifications, the active layer 63 is not limited to a multiple quantum well structure, and may be, for example, a single quantum well structure active layer or a single structure bulk active layer. Is also good.
[0214]
Further, in the semiconductor laser device of the fifth embodiment and each of its modifications, the waveguide structure is not limited to the ridge waveguide type, and the same effect is obtained even when another waveguide structure such as an internal stripe type is used. can get.
[0215]
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to the sixth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0216]
FIG. 12 shows a sectional configuration of a semiconductor laser device according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, on a substrate 81 made of n-type GaAs, an n-type cladding layer 82 made of n-type AlGaInP, an active layer 83 consisting of a quantum well and an optical guide layer sandwiching the quantum well, and a p-type AlGaInP A p-type cladding layer 84 having stripe-shaped convex portions 84a is sequentially laminated.
[0217]
In the active layer 83, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0218]
A buffer layer 85 made of p-type AlGaInP is formed on the p-type cladding layer 84 including the stripe-shaped protrusions 84a, and the buffer layer 85 has an opening 86a facing the wall surface of the protrusions 84a. A current block layer 86 made of n-type AlGaAs is formed. A contact layer 87 made of p-type GaAs is formed on the current block layer 86 and on the upper portion of the protrusion 84 a in the buffer layer 85.
[0219]
Below the substrate 81, an n-side electrode 88 that is in ohmic contact with the substrate 81 is formed of, for example, an alloy made of Au, Ge, and Ni. Further, on the contact layer 87, a p-side electrode 89 that is in ohmic contact with the contact layer 87 is formed of, for example, an alloy made of Cr, Pt, and Au.
[0220]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0221]
Among the aforementioned semiconductor layers, the p-type cladding layer 84 is made of Al _0.35 Ga _0.15 In _0.5 P, and the buffer layer 85 is made of Al _0.5 In _0.5 P, and the current blocking layer 86 is made of Al _0.9 Ga _0.1 Consists of As. Other semiconductor layers can be implemented with the same configuration as in Table 1 in the third embodiment.
[0222]
In the semiconductor laser device according to the sixth embodiment, a buffer layer 85 made of AlGaInP is formed between a p-type cladding layer 84 made of AlGaInP and a current block layer 86 made of AlGaAs. Is smaller than the composition of Ga in the p-type cladding layer 84. That is, the semiconductor laser device of the sixth embodiment has a stacked structure in which the same group III-V compound semiconductor as that of the first embodiment is sequentially stacked with the p-type cladding layer 84, the buffer layer 85, and the current blocking layer 86. It has as.
[0223]
In the sixth embodiment, Al is used for lattice matching with the substrate 81 made of GaAs. _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the substrate 81 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is not limited to 0.5, but may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0224]
In the semiconductor laser device of the sixth embodiment, the active layer 83 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and when a current passing between the current blocking layers 86 reaches the active layer 83, A laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm is emitted.
[0225]
The current blocking layer 86 is made of AlGaAs having a band gap larger than that of the p-type cladding layer 84 and can be made transparent to light emitted from the active layer 83. Therefore, laser light is distributed above the p-type cladding layer 84. When the semiconductor laser device is designed as described above, the loss of laser light in the current block layer 86 can be reduced, so that the threshold current and the operating current can be reduced.
[0226]
Further, a buffer layer 85 is formed between the p-type cladding layer 84 and the current blocking layer 86. Here, the p-type cladding layer 84 is made of Al _0.35 Ga _0.15 In _0.5 P, and the buffer layer 85 is made of Al _0.5 In _0.5 Consists of P. That is, since the composition of Ga in the buffer layer 85 is smaller than the composition of Ga in the p-type cladding layer 84, compared with the case where the current blocking layer 86 is formed in contact with the p-type cladding layer 84, the buffer layer Crystal defects occurring at the interface between the current block 85 and the current block layer 86 can be reduced.
[0227]
In the sixth embodiment, the buffer layer 85 functions as a part of the p-type cladding layer by being doped with a p-type impurity.
[0228]
The compound composition of the buffer layer 85 is Al _0.5 In _0.5 Not limited to P, AlGaInP having a Ga composition smaller than the Ga composition in the p-type cladding layer 84 may be used, and the buffer layer 85 need not be formed in contact with the p-type cladding layer 84. Absent. For example, if the buffer layer 85 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P, between the p-type cladding layer 84 and the buffer layer 85, for example, Al _0.5 In _0.5 Even if a semiconductor layer made of P is inserted, an effect of reducing crystal defects generated between the buffer layer 85 and the current block layer 86 can be obtained.
[0229]
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the sixth embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0230]
13A to 13C show cross-sectional configurations in the order of steps of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the sixth embodiment. In FIGS. 13B and 13C, the configuration below the active layer 83 is the same as that in FIG. 13A, so that the illustration is omitted.
[0231]
First, as shown in FIG. 13A, an n-type cladding layer 82 of n-type AlGaInP, an active layer 83 and a p-type cladding of p-type AlGaInP are formed on a substrate 81 of n-type GaAs by MOVPE. After sequentially crystal-growing the layer forming layer 84A, a striped silicon oxide film 90 is formed on the p-type cladding layer forming layer 84A.
[0232]
Here, the active layer 83 is grown by successive crystal growth such that a plurality of GaInP well layers and a plurality of AlGaInP barrier layers are alternately stacked between two AlGaInP light guide layers.
[0233]
Next, as shown in FIG. 13B, using the silicon oxide film 90 as a mask, the p-type cladding layer forming layer 84A is etched to form the p-type cladding layer 84 having the stripe-shaped convex portions 84a. After that, the silicon oxide film 90 is removed with hydrofluoric acid. Thereafter, the buffer layer 85 made of AlInP and the current block layer forming layer 86A made of AlGaAs are sequentially grown on the p-type cladding layer 84 by MOVPE.
[0234]
Next, as shown in FIG. 13C, the current block layer forming layer 86A is etched until the buffer layer 85 is exposed, and the current block layer 86 having the opening 86a along the convex portion 84a is formed. Form.
[0235]
Thereafter, although not shown, a contact layer 87 made of p-type GaAs is formed on the current block layer 86 and on the buffer layer 85 exposed in the opening 86a by MOVPE, and then n is formed on the lower surface of the substrate 81. By forming the side electrode 88 and the p-side electrode 89 on the upper surface of the contact layer 87, the semiconductor laser device according to the sixth embodiment is completed.
[0236]
As described above, according to the sixth embodiment, by forming the buffer layer 85 between the p-type cladding layer 84 and the current blocking layer 86, the band gap transparent to the light emitted from the active layer is formed. A current blocking layer 86 made of AlGaAs having a low defect can be formed. Accordingly, when the laser beam is distributed above the p-type cladding layer 84, the loss of the laser beam in the current block layer 86 is reduced, and the threshold current and operating current of the semiconductor laser device are reduced. It becomes possible to reduce.
[0237]
(Modification of Sixth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a modification of the sixth embodiment will be described with reference to the drawings. This modification is different in that the buffer layer is not formed on the upper part of the convex portion 84a of the p-type cladding layer 84.
[0238]
FIG. 14 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a modification of the sixth embodiment. In FIG. 14, the same members as those in FIG.
[0239]
As shown in FIG. 14, in the semiconductor device of this modification, the p-type cladding layer 84 has a stripe-shaped convex portion 84a, and a buffer layer 91 made of p-type AlGaInP is formed on the wall surface and on the lower stage. On the buffer layer 91, a current block layer 86 made of n-type AlGaAs is formed. A contact layer 87 made of p-type GaAs is formed on the current block layer 86 and the upper portion of the projection 84a of the p-type cladding layer 84.
[0240]
In this modification, the buffer layer 91 functions as a part of the p-type cladding layer by being doped with a p-type impurity, but is formed as a part of the current blocking layer by doping with an n-type impurity. It is also possible to make it work.
[0241]
As described above, according to the modified example of the sixth embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained, and in addition, the buffer layer is formed on the upper portion of the convex portion 84a of the p-type cladding layer 84. Since the buffer layer 91 is not formed, it is possible to function as a part of the current blocking layer by introducing an n-type impurity into the buffer layer 91, and as a part of the p-type cladding layer by introducing a p-type impurity. It is also possible to make it work.
[0242]
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to the seventh embodiment will be described with reference to the drawings.
[0243]
FIG. 15 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, on a substrate 101 made of n-type GaAs, an n-type cladding layer 102 made of n-type AlGaInP, an active layer 103 made up of a quantum well and an optical guide layer sandwiching the quantum well, and a p-type AlGaInP The first p-type cladding layer 104 is sequentially laminated.
[0244]
In the active layer 103, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0245]
A current blocking layer 105 made of n-type AlGaInP having a stripe-shaped opening 105a is formed on the first p-type cladding layer 104, and the first p-type layer exposed on the current blocking layer 105 and in the opening 105a is formed. On the mold cladding layer 104, a buffer layer 106 made of AlGaInP is formed. On the buffer layer 106, a second p-type cladding layer 107 made of AlGaAs having a downward projection 107a along the opening 105a of the current block is formed, and the second p-type cladding layer 107 is formed on the second p-type cladding layer 107. Has a contact layer 108 made of p-type GaAs.
[0246]
Under the substrate 101, an n-side electrode 109 that is in ohmic contact with the substrate 101 is formed of, for example, an alloy made of Au, Ge, and Ni. On the contact layer 108, a p-side electrode 110 that is in ohmic contact with the contact layer 108 is formed of, for example, an alloy made of Cr, Pt, and Au.
[0247]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0248]
Among the aforementioned semiconductor layers, the first p-type cladding layer 104 is made of Al _0.35 Ga _0.15 In _0.5 P, and the current blocking layer 105 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P, and the buffer layer 106 is made of Al _0.5 In _0.5 P, and the second p-type cladding layer 107 is made of Al _0.8 Ga _0.2 Consists of As. Other semiconductor layers can be implemented with the same configuration as in Table 1 in the third embodiment.
[0249]
In the semiconductor laser device according to the seventh embodiment, a buffer layer 106 made of AlInP is formed between a current blocking layer 105 made of AlGaInP and a second p-type clad layer 107 made of AlGaAs. The composition of Ga in 106 is smaller than the composition of Ga in the current blocking layer 105. That is, the semiconductor laser device according to the seventh embodiment has the same III-V compound semiconductor as that of the first embodiment as a laminated structure including the current blocking layer 105, the buffer layer 106, and the second p-type cladding layer. Contains.
[0250]
Further, a buffer layer 106 is formed between the first p-type cladding layer 104 made of AlGaInP and the second p-type cladding layer 107 in the opening 105 a of the current blocking layer 105. The composition of Ga is smaller than the composition of Ga in the first p-type cladding layer 104. That is, the semiconductor laser device according to the seventh embodiment has the same laminated structure including the first p-type cladding layer 104, the buffer layer 106, and the second p-type cladding layer 107 as in the first embodiment. III-V compound semiconductors are included.
[0251]
In the seventh embodiment, in order to lattice match with the substrate 101 made of GaAs, _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the substrate 101 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P 2 is not limited to 0.5, and may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0252]
In the semiconductor laser device of the seventh embodiment, the active layer 103 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and when a current passing between the current blocking layers 105 reaches the active layer 103, A laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm is emitted.
[0253]
The buffer layer 106 functions as a part of the p-type cladding layer by being doped with a p-type impurity.
[0254]
The second p-type cladding layer 107 has a band gap that is transparent to light emitted from the active layer 103, and the laser light is distributed above the first p-type cladding layer 104. When a semiconductor laser device is designed, the loss of laser light in the second p-type cladding layer 107 can be reduced, so that the threshold current and the operating current can be reduced.
[0255]
Further, a buffer layer 106 is formed between the current blocking layer 105 and the second p-type cladding layer 107. Here, the current blocking layer 105 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P, and the buffer layer 106 is made of Al _0.5 In _0.5 P. That is, since the composition of Ga in the buffer layer 106 is smaller than the composition of Ga in the current block layer 105, the composition of Ga in the buffer layer 106 is smaller than that of forming the second p-type cladding layer 107 on the current block layer 105. Crystal defects generated at the interface between the buffer layer 106 and the second p-type cladding layer 107 can be reduced.
[0256]
Further, a buffer layer 106 is formed between the first p-type cladding layer 104 and the second p-type cladding layer 107 in the opening 105 a of the current blocking layer 105. Here, the first p-type cladding layer 104 is made of Al _0.35 Ga _0.15 In _0.5 P, and the buffer layer 106 is made of Al _0.5 In _0.5 Consists of P. That is, since the composition of Ga in the buffer layer 106 is smaller than the composition of Ga in the first p-type cladding layer 104, the second p-type cladding layer 107 is in contact with the first p-type cladding layer 104. , Crystal defects occurring at the interface between the buffer layer 106 and the second p-type cladding layer 107 can be reduced.
[0257]
The compound composition of the buffer layer 106 is Al _0.5 In _0.5 The current blocking layer 105 is not limited to P, and may be AlGaInP having a Ga composition smaller than the Ga composition in the current blocking layer 105. Further, the buffer layer 106 does not need to be formed on the current blocking layer 105. For example, if the buffer layer 106 is made of Al _0.45 Ga _0.05 In _0.5 P between the current blocking layer 105 and the buffer layer 106, for example, Al _0.5 In _0.5 Even if a semiconductor layer made of P is inserted, the effect of reducing crystal defects generated between the buffer layer 106 and the second p-type cladding layer 107 can be obtained.
[0258]
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the seventh embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0259]
16A to 16C show cross-sectional configurations in the order of steps of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the seventh embodiment. In FIGS. 16B and 16C, the configuration below the active layer 103 is the same as that in FIG.
[0260]
First, as shown in FIG. 16A, an n-type cladding layer 102 made of n-type AlGaInP, an active layer 103, and a first layer made of p-type AlGaInP are formed on a substrate 101 made of n-type GaAs by MOVPE. After the crystal growth of the p-type cladding layer 104 and the current block layer forming layer 105A made of n-type AlGaInP is performed sequentially, a resist mask in which a stripe-shaped opening is patterned on the current block layer forming layer 105A by photolithography. 111 is formed.
[0261]
Here, the active layer 103 is formed so that a plurality of GaInP well layers and a plurality of AlGaInP barrier layers are alternately stacked between two AlGaInP light guide layers.
[0262]
Next, as shown in FIG. 16B, after the current block layer forming layer 105A is etched using the resist mask 111 as a mask, the current block layer 105 having the stripe-shaped openings 105a is formed. Then, the resist mask 111 is removed with acetone.
[0263]
Next, as shown in FIG. 16C, a buffer layer 106 made of AlInP, a second p-type clad layer 107 made of AlGaAs, and a contact layer made of p-type GaAs are formed on the current block layer 105 by MOVPE. 108 are sequentially crystal-grown.
[0264]
Thereafter, although not shown, an n-side electrode 109 is formed on the lower surface of the substrate 101 and a p-side electrode 110 is formed on the upper surface of the contact layer 108, thereby completing the semiconductor laser device according to the seventh embodiment.
[0265]
As described above, according to the seventh embodiment, by forming the buffer layer 106 between the first p-type cladding layer 104 and the current blocking layer 105 and the second p-type cladding layer 107, the active The second p-type cladding layer 107 made of AlGaAs having a band gap transparent to light emitted from the layer 103 can be formed with low defects. Accordingly, when the laser light is distributed above the first p-type cladding layer 104, light loss in the second p-type cladding layer 107 is reduced, and the threshold of the semiconductor laser device is reduced. The value current and the operating current can be reduced.
[0266]
(Eighth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to the eighth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0267]
FIG. 17 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 17, an n-type cladding layer 122 made of n-type AlGaInP, an active layer 123 consisting of a quantum well and an optical guide layer sandwiching the quantum well, a p-type AlGaInP , A first p-type cladding layer 125 made of p-type AlGaAs, and an etching stop layer 126 made of p-type AlGaInP.
[0268]
In the active layer 123, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0269]
A second p-type cladding layer 127 made of p-type AlGaInP is formed on the etching stop layer 126 in a stripe shape, and a second p-type cladding layer 127 made of p-type GaInP is formed on the second p-type cladding layer 127. One contact layer 128 is formed. Further, on the side portion of the second p-type cladding layer 127 on the upper surface of the etching stop layer 126 and on the side surface of the second p-type cladding layer 127, the first current blocking layers 129 and n of n-type AlInP are formed. A second current blocking layer 130 of type GaAs is sequentially formed. A second contact layer 131 made of p-type GaAs is formed on the first contact layer 128 and the second current block layer 130.
[0270]
Below the substrate 121, an n-side electrode 132 that is in ohmic contact with the substrate 121 is formed of, for example, an alloy made of Au, Ge, and Ni. Further, on the second contact layer 131, a p-side electrode 133 that is in ohmic contact with the second contact layer 131 is formed of, for example, an alloy made of Cr, Pt, and Au.
[0271]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0272]
Table 4 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0273]
[Table 4]

[0274]
As shown in Table 4, the composition of Ga in the first buffer layer 124 is smaller than the composition of Ga in the light guide layer that is the uppermost layer of the active layer 123. That is, in the semiconductor laser device of the eighth embodiment, the same III-V compound semiconductor as that of the first embodiment is used, and the light guide layer, the first buffer layer 124, and the first p-type cladding layer 125 are sequentially formed. It has a laminated structure.
[0275]
Further, the composition of Ga in the etching stop layer 126 is 0, and in the stacked structure in which the second p-type cladding layer 127 made of AlGaAs is stacked on the etching stop layer 126 made of AlGaInP, the semiconductor layer made of AlGaInP is formed. The composition of Ga is relatively small.
[0276]
In the eighth embodiment, in order to lattice-match with the substrate 121 made of GaAs, _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the GaAs substrate 121, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P 2 is not limited to 0.5, and may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0277]
In the semiconductor laser device of the eighth embodiment, the active layer 123 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and a gap between the first current blocking layer 129 and the second current blocking layer 130 is provided. When the passed current reaches the active layer 123, it emits a laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm.
[0278]
Here, in the semiconductor device according to the eighth embodiment, since the first p-type cladding layer 125 and the second p-type cladding layer 127 use an AlGaAs-based semiconductor material having high thermal conductivity, at least the first By connecting the active layer to a heat sink (not shown) via the p-type cladding layer 125 and the second p-type cladding layer 127, the heat generated in the active layer 123 is efficiently diffused to the heat sink, and It is possible to suppress an increase in the temperature of 123. Thus, even if the current value is increased to increase the output of the element, the luminous efficiency does not decrease due to thermal saturation, so that the output of the semiconductor laser device can be increased.
[0279]
Further, the composition of Ga in the first buffer layer 124 is smaller than the composition of Ga in the light guide layer, which is the uppermost layer of the active layer 123, and the composition of Ga in the etching stop layer 126 is relatively small. In addition, crystal defects occurring at the interface between the first buffer layer 124 and the first p-type cladding layer 125 and at the interface between the etching stop layer 126 and the second p-type cladding layer 127 can be reduced.
[0280]
Specifically, when the first p-type cladding layer 125 is formed directly on the active layer 123 without using the first buffer layer 124, the crystal defect density is 1 × 10 ⁶ Pieces / cm ² In contrast, in the eighth embodiment, the density of crystal defects generated at the interface between the first buffer layer 124 and the first p-type cladding layer 125 is on the order of two orders of magnitude per square centimeter, The element performance is improved by the development.
[0281]
Further, the etching stop layer 126 has Al _0.5 In _0.5 By using P, the crystal defect density at the interface between the etching stop layer 126 and the second p-type cladding layer 127 is on the order of two digits per square centimeter.
[0282]
In the eighth embodiment, the compound composition of the first buffer layer 124 is Al _0.5 In _0.5 The composition is not limited to P 1, and may be AlGaInP having a Ga composition smaller than the Ga composition in the optical guide layer that is the uppermost layer of the active layer 123. For example, if the Ga composition is 0.15 or less, the first The crystal defect density generated at the interface between the buffer layer 124 and the first p-type cladding layer 125 is about 1 × 10 ⁵ Pieces / cm ² It is reduced to the following.
[0283]
Further, the thickness of the first buffer layer 124 is not limited to about 1 nm, and if it is 0.5 nm or more and 5 nm or less, an effect of reducing crystal defects without affecting the characteristics of the semiconductor laser device can be obtained.
[0284]
The compound composition of the etching stop layer 126 is Al _0.5 In _0.5 The composition of Ga is not limited to P, but may be AlGaInP having a relatively small Ga composition. _0.35 Ga _0.15 In _0.5 When using P 2, the density of crystal defects generated at the interface between the etching stop layer 126 and the second p-type cladding layer 127 is about 1 × 10 ⁵ Pieces / cm ² It can be reduced to the following.
[0285]
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device of the eighth embodiment configured as described above will be described with reference to the drawings.
[0286]
FIGS. 18A to 18C show cross-sectional configurations in the order of steps of a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the eighth embodiment. 18B and FIG. 18C, the configuration below the active layer 123 is the same as that in FIG.
[0287]
First, as shown in FIG. 18A, an n-type cladding layer 122 made of n-type AlGaInP, an active layer 123 and a p-type substrate are formed on a substrate 121 made of n-type GaAs by using, for example, MOCVD or MBE. A first buffer layer 124 of AlGaInP, a first p-type cladding layer 125 of p-type AlGaAs, an etching stop layer 126 of p-type AlGaInP, a second p-type cladding layer forming layer 127A of p-type AlGaAs, The first contact layer forming layer 128A made of p-type GaInP and the protective layer 134 made of GaAs are crystal-grown sequentially.
[0288]
Here, the active layer 123 is formed by sequentially growing crystals so that a plurality of GaInP well layers and a plurality of AlGaInP barrier layers are alternately stacked between two AlGaInP light guide layers.
[0289]
Next, as shown in FIG. 18B, after removing the protective layer 134, a silicon oxide film 135 is deposited on the first contact layer forming layer 128A by using, for example, a CVD method, and the deposited silicon oxide film is formed. The film 135 is patterned into a stripe by photolithography and etching. Thereafter, using the patterned silicon oxide film 135 as a mask, the first contact layer forming layer 128A and the second p-type cladding layer forming layer 127A are sequentially etched to form a striped first contact layer 128 and a second p-type cladding layer forming layer 127A. Is formed.
[0290]
The patterning of the silicon oxide film 135 can be performed using, for example, hydrofluoric acid. The etching of the first contact layer forming layer 128A is performed using, for example, a hydrochloric acid-based etchant, so that selective etching of the lower second p-type cladding layer forming layer 127A can be performed.
[0291]
The etching of the second p-type cladding layer forming layer 127A is performed by using an etchant having a high etching selectivity of AlGaAs to AlGaInP, such as a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, or the like, so that an etching stop of AlGaInP is performed. Since the etching hardly proceeds when the layer 126 is reached, the second p-type cladding layer 127 can be processed with good controllability.
[0292]
Here, when an AlGaAs-based semiconductor material is used for the etching stop layer 126, the etching selectivity is secured by providing a large difference between the respective Al compositions of the second p-type cladding layer 127 and the etching stop layer 126. There is a need to. However, in the case of an AlGaAs-based semiconductor material, if the composition of Al is reduced, a band gap that is transparent to the oscillation wavelength of the active layer 123 cannot be secured, and light emitted from the active layer 123 is absorbed and light loss occurs. I will. Further, if the Al composition in the etching stop layer 126 is set so as not to cause light loss, the difference in Al composition required for selective etching cannot be secured, and the first p The mold cladding layer 125 is etched.
[0293]
As described above, by using an AlGaInP-based semiconductor material for the etching stop layer 126, the second p-type clad layer 127 having a stripe shape (ridge shape) can be precisely processed with good reproducibility.
[0294]
Next, as shown in FIG. 18C, a first current blocking layer 129 made of n-type AlInP and a second current blocking layer 130 made of n-type GaAs are sequentially formed by using, for example, MOCVD or MBE. After the growth, the first current block layer 129 and the second current block layer 130 located above the first contact layer 128 are removed by performing lift-off on the silicon oxide film 135.
[0295]
Thereafter, although not shown, a second contact layer 131 made of p-type GaAs is grown on the first contact layer 128 and the second current block layer 130, and then an n-side electrode 132 is formed on the lower surface of the substrate 121. Is formed on the upper surface of the second contact layer 131 to complete the semiconductor laser device according to the eighth embodiment.
[0296]
As described above, according to the eighth embodiment, the first buffer layer 124 is provided between the light guide layer, which is the outermost layer of the active layer 123, and the first p-type cladding layer 125. The first p-type cladding layer 125 can be formed with low defects using AlGaAs for the active layer 123 made of an AlGaInP-based semiconductor material. Accordingly, the heat generated in the active layer 123 can be efficiently diffused to the heat sink by increasing the thermal conductivity of the first p-type cladding layer 125 and the second p-type cladding layer 127, and thus the semiconductor laser High output of the device can be realized with low defects. Specifically, the semiconductor laser device according to the eighth embodiment can operate at a high output of 120 mW without saturating the output even when the ambient temperature is about 70 ° C.
[0297]
(Modification of Eighth Embodiment)
Hereinafter, a modified example of the eighth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0298]
FIG. 19 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a modification of the eighth embodiment. In FIG. 19, the same members as those of the semiconductor laser device of the eighth embodiment shown in FIG.
[0299]
As shown in FIG. 19, the semiconductor device of this modification has a thickness of about 50 nm on the first p-type cladding layer 125 instead of the etching stop layer 126 made of p-type AlInP shown in FIG. P-type Ga _0.5 In _0.5 An etching stop layer 136 made of P is formed, and between the etching stop layer 136 and the second p-type cladding layer 127, a p-type Al having a thickness of about 1 nm is formed. _0.5 In _0.5 A second buffer layer 137 made of P is formed. Note that each semiconductor layer except for the etching stop layer 136 and the second buffer layer 137 has the same compound composition, thickness, and doping concentration as shown in Table 4, respectively.
[0300]
This modification is characterized in that the first buffer layer 124 forms the first p-type cladding layer 125 made of low-defect AlGaAs in the same manner as the eighth embodiment. By providing the second buffer layer 137 between the second p-type cladding layer 127 and the second p-type cladding layer 127, even if the composition of Ga in the etching stop layer 136 is increased, the crystal generated at the interface with the second p-type cladding layer 127 is increased. The purpose is to reduce defects.
[0301]
Note that the thickness of the second buffer layer 137 is not limited to about 1 nm and if it is 0.5 nm or more and 5 nm or less, an effect of reducing crystal defects without affecting the characteristics of the semiconductor laser device can be obtained.
[0302]
Specifically, when the first p-type cladding layer 125 is formed directly on the etching stop layer 136 without using the second buffer layer 137, the composition of Ga in the etching stop layer 136 is 0.5. The crystal defect density is 1 × 10 ⁷ Pieces / cm ² On the other hand, in the present modification, the density of crystal defects generated at the interface between the second buffer layer 137 and the first p-type cladding layer 125 is on the order of two orders of magnitude per square centimeter. Performance can be improved.
[0303]
In this modification, the compound composition of the second buffer layer 137 is Al _0.5 In _0.5 The composition is not limited to P, and may be AlGaInP having a Ga composition smaller than the Ga composition in the etching stop layer 136. For example, if the Ga composition is 0.15 or less, the second buffer layer 137 and the etching stop layer The crystal defect density at the interface with 136 is 1 × 10 ⁵ Pieces / cm ² It is reduced to the following.
[0304]
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device of the present modification will be described with reference to FIGS.
[0305]
First, similarly to the process shown in FIG. 18A, an n-type cladding layer 122, an active layer 123, a first buffer layer 124, a first p-type cladding layer 125, and a p-type GaInP are formed on a substrate 121. An etching stop layer 136, a second buffer layer forming layer made of p-type AlInP, a second p-type cladding layer forming layer 127A, a first contact layer forming layer 128A, and a protective layer 134 are sequentially grown.
[0306]
Next, as in the step shown in FIG. 18B, after removing the protective layer 134, the first contact layer forming layer 128A and the second p-type clad layer are formed using the patterned silicon oxide film 135 as a mask. The layer forming layer 127A and the second buffer layer forming layer are sequentially etched to form a striped first contact layer 128, a second p-type cladding layer 127, and a second buffer layer 137.
[0307]
Here, the etching of the second buffer layer forming layer is performed by using, for example, sulfuric acid as an etchant, so that selective etching with the etching stop layer 136 can be performed, and the second buffer layer 137 can be formed with good controllability. Can be.
[0308]
Thereafter, the first current blocking layer 129, the second current blocking layer 130, and the second contact layer 131 are sequentially crystal-grown in the same manner as in the step shown in FIG. By forming the side electrode 133, the semiconductor laser device of the present modification is completed.
[0309]
Since the etching stop layer 126 of the eighth embodiment is made of AlInP and contains Al, the etching stop layer 126 exposed by the etching of the second p-type cladding layer 127 is oxidized and formed on the etching stop layer 126. The crystallinity of the first current blocking layer 129 and the second current blocking layer 130 may deteriorate. On the other hand, since the etching stop layer 136 of the present modification is made of GaInP and does not contain Al, it is possible to suppress the oxidation of the etching stop layer 136 exposed by the etching of the second buffer layer 137, The crystal quality of the current blocking layer 129 and the second current blocking layer 130 can be improved.
[0310]
As described above, according to the modification of the eighth embodiment, in addition to obtaining the same high output as that of the eighth embodiment, by providing the second buffer layer 137, the etching stop layer Even if the composition of Al in 136 is reduced, crystal defects occurring at the interface between the etching stop layer 136 and the second p-type cladding layer 127 do not increase. This suppresses oxidation occurring in the etching stop layer 136 in the manufacturing process, improves the crystal quality of the first current block layer 129 and the second current block layer 130, and improves the semiconductor laser device more than in the eighth embodiment. Reliability can be improved.
[0311]
In the semiconductor laser device according to the eighth embodiment and its modification, it is more preferable to use n-type AlGaAs for the compound semiconductor forming the n-type cladding layer 122. With this configuration, in addition to the first p-type cladding layer 125 and the second p-type cladding layer 127, the n-type cladding layer 122 also uses an AlGaAs-based semiconductor material having high thermal conductivity. Can more effectively diffuse the heat generated in the device, and can further increase the output.
[0312]
Further, in the semiconductor laser device of the eighth embodiment and its modification, the material used for the substrate 121 is not limited to n-type GaAs, and a p-type substrate made of, for example, p-type GaAs may be used.
[0313]
In the semiconductor laser device according to the eighth embodiment and its modification, a real refractive index type waveguide is formed by using AlInP for the first current blocking layer 129. A complex refractive index type waveguide may be formed using GaAs.
[0314]
Further, in the semiconductor laser device of the eighth embodiment and its modification, the active layer 123 is not limited to the multiple quantum well structure, and may be, for example, a single quantum well structure active layer or a single structure bulk active layer. Good.
[0315]
In the semiconductor laser device according to the eighth embodiment and its modifications, the waveguide structure is not limited to the ridge waveguide type, and similar effects can be obtained even when another waveguide structure such as an internal stripe type is used. Can be
[0316]
(Ninth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a ninth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0317]
FIG. 20 shows a sectional configuration of a semiconductor laser device according to the ninth embodiment. As shown in FIG. 20, on an n-type GaAs substrate 141, an n-type cladding layer 142 made of n-type AlGaInP, an active layer having a multiple quantum well structure composed of a quantum well and an optical guide layer sandwiching the quantum well. 143 and a first p-type cladding layer 144 made of p-type AlGaInP are sequentially laminated.
[0318]
In the active layer 143, the quantum well is formed by alternately stacking three well layers made of GaInP and two barrier layers made of AlGaInP with the well layer outside, and the upper and lower portions of the quantum well are made of AlGaInP. Light guide layers are respectively formed.
[0319]
On the first p-type cladding layer 144, a second p-type cladding layer 145 made of p-type AlGaAs is formed in a stripe shape, and on the second p-type cladding layer 145, a p-type cladding layer 145 is formed. A first contact layer 146 made of GaInP is formed. In addition, on the side portion of the second p-type cladding layer 145 on the upper surface of the first p-type cladding layer 144 and on the side surface of the second p-type cladding layer 145, a first layer made of n-type AlInP is formed. A current block layer 147 and a second current block layer 148 made of n-type GaAs are sequentially formed. Further, a second contact layer 149 made of p-type GaAs is formed on the first contact layer 146 and the second current block layer 148.
[0320]
An n-side electrode 150 that is in ohmic contact with the substrate 141 is formed under the substrate 141, for example, using an alloy made of Au, Ge, and Ni. Further, on the second contact layer 149, a p-side electrode 151 that is in ohmic contact with the second contact layer 149 is formed of, for example, an alloy made of Cr, Pt, and Au.
[0321]
Here, Si is doped as an n-type impurity and Zn is doped as a p-type impurity. At room temperature, the doping concentration and the carrier concentration are almost the same.
[0322]
Table 5 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0323]
[Table 5]

[0324]
As shown in Table 5, the composition of Ga in the first p-type cladding layer 144 is 0.1, and the second p-type cladding layer made of AlGaAs is formed on the first p-type cladding layer 144 made of AlGaInP. In the multilayer structure in which the semiconductor layers 145 are stacked, the composition of Ga in the semiconductor layer made of AlGaInP is relatively small.
[0325]
Further, in the ninth embodiment, in order to lattice match with the substrate 141 made of GaAs, _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P is set to 0.5. In order to lattice match with the substrate 141 made of GaAs, Al _x Ga _y In _1-xy The composition 1-xy of In in each semiconductor layer made of P 2 is not limited to 0.5, and may be in the range of 0.45 ≦ 1-xy ≦ 0.55.
[0326]
In the semiconductor laser device of the ninth embodiment, as in the eighth embodiment, the active layer 143 has a quantum well structure having a band gap corresponding to a wavelength of 650 nm, and includes a first current blocking layer 147 and a second current blocking layer 147. When the current passing between the current blocking layers 148 reaches the active layer 143, the laser beam having an oscillation wavelength of 650 nm is emitted.
[0327]
Here, in the semiconductor laser device of the ninth embodiment, since the second p-type cladding layer 145 is made of an AlGaAs-based semiconductor material having high thermal conductivity, the heat generated in the active layer 143 is transferred to a heat sink (FIG. (Not shown), and the temperature rise of the active layer 143 can be suppressed.
[0328]
Further, since an AlGaInP-based semiconductor material having a large band gap is used for the first p-type cladding layer 144, the difference in band gap between the active layer 143 and the first p-type cladding layer 144 needs to be increased. Accordingly, it is possible to suppress the electrons of the active layer 143 from overflowing into the first p-type cladding layer 144.
[0329]
As described above, by using an AlGaInP-based semiconductor material for the first p-type cladding layer 144, electrons injected into the active layer 143 efficiently contribute to luminescent recombination, and the second p-type cladding layer 145 is used. By using an AlGaAs-based semiconductor material, heat generated in the active layer 143 can be diffused to a heat sink to prevent a temperature rise. Thus, even if the current value is increased to increase the output of the element, the luminous efficiency does not decrease due to thermal saturation, so that the output of the semiconductor laser device can be increased. Specifically, the semiconductor laser device of the ninth embodiment can operate at a high output of 120 mW without saturating the output even when the ambient temperature is about 70 ° C.
[0330]
Further, in a laminated structure in which the second p-type cladding layer 145 made of AlGaAs is laminated on the first p-type cladding layer 144 made of AlGaInP, the Ga composition of the first p-type cladding layer 144 is 0.1. Since it is 1 and relatively small, crystal defects generated between the first p-type cladding layer 144 and the second p-type cladding layer 145 can be reduced. Specifically, the crystal defect density generated between the first p-type cladding layer 144 and the second p-type cladding layer 145 is 1 × 10 ⁴ Pieces / cm ² As described below, it is possible to improve device performance by reducing defects.
[0331]
As described above, according to the semiconductor laser device of the ninth embodiment, the active layer is formed by providing the second p-type cladding layer 145 made of AlGaAs on the first p-type cladding layer 144 made of AlGaInP. The first p-type cladding layer 144 is used to suppress overflow of electrons from the 143 to the first p-type cladding layer 144 and to efficiently diffuse heat generated in the active layer 143 to increase the output. Is reduced, crystal defects occurring at the interface between the first p-type cladding layer 144 and the second p-type cladding layer 145 can be reduced.
[0332]
(First Modification of Ninth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a first modification of the ninth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0333]
FIG. 21 shows a sectional configuration of a semiconductor laser device according to a first modification of the ninth embodiment. In FIG. 21, the same members as those of the semiconductor laser device of the ninth embodiment shown in FIG.
[0334]
As shown in FIG. 21, in the semiconductor laser device of this modification, a p-type Al film having a thickness of about 1 nm is provided between a first p-type cladding layer 144 and a second p-type cladding layer 145. _0.45 Ga _0.05 In _0.5 The difference from the ninth embodiment is that a buffer layer 152 made of P 2 is provided.
[0335]
Here, the composition of Ga in the buffer layer 152 is smaller than the composition of Ga in the first p-type cladding layer 144. That is, in the semiconductor laser device of the present modification, the same III-V compound semiconductor as in the first embodiment is used, and the first p-type cladding layer 144, the buffer layer 152, and the second p-type cladding layer 145 are sequentially formed. It has a laminated structure. Therefore, as compared with the semiconductor laser device of the ninth embodiment in which the second p-type cladding layer 145 is formed directly on the first p-type cladding layer 144, the buffer layer 152 and the second p-type cladding layer Crystal defects generated at the interface with 145 can be reduced.
[0336]
Note that the thickness of the buffer layer 152 is not limited to about 1 nm, and if it is 0.5 nm or more and 5 nm or less, an effect of reducing crystal defects without affecting the characteristics of the semiconductor laser device can be obtained.
[0337]
As described above, according to the semiconductor laser device of this modification, the density of crystal defects generated at the interface between the buffer layer 152 and the second p-type cladding layer 145 is determined by the compound composition of the buffer layer 152, and Does not depend on the compound composition of the p-type cladding layer 144, the degree of freedom in design can be ensured in the compound composition of the first p-type cladding layer 144. In particular, the operating current and the vertical direction are determined by the Al composition of the cladding layer. Crystal defects can be reduced without affecting various characteristics of the semiconductor laser device such as the spread angle.
[0338]
(Second Modification of Ninth Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor laser device according to a second modification of the ninth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0339]
FIG. 22 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a second modification of the ninth embodiment. In FIG. 22, the same members as those of the semiconductor laser device according to the ninth embodiment shown in FIG.
[0340]
As shown in FIG. 22, in the semiconductor laser device of this modification, a Ga layer having a thickness of about 10 nm is formed on the first p-type cladding layer 144. _0.5 In _0.5 An etching stop layer 153 made of P is formed, and a p-type Al film having a thickness of about 1 nm is provided between the etching stop layer 153 and the second p-type cladding layer 145. _0.5 In _0.5 The difference from the ninth embodiment is that a buffer layer 154 made of P is provided.
[0341]
Here, the composition of Ga in buffer layer 154 is smaller than the composition of Ga in etching stop layer 153. In other words, the semiconductor laser device of this modification example is obtained by stacking the same group III-V compound semiconductor as in the first embodiment by sequentially stacking the etching stop layer 153, the buffer layer 154, and the second p-type cladding layer 145. It has as a structure. Therefore, when the etching stop layer 153 is formed of GaInP, the buffer layer 154 and the second p-type cladding layer 145 are formed as compared with the case where the second p-type cladding layer 145 is formed directly on the etching stop layer 153. Crystal defects generated at the interface with 145 can be reduced.
[0342]
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser device of the present modification will be described.
[0343]
The method of manufacturing the semiconductor laser device of the present modification can be carried out in the same manner as the manufacturing process of the semiconductor laser device of the eighth embodiment shown in FIGS.
[0344]
Specifically, an n-type cladding layer 142, an active layer 143, a first p-type cladding layer 144, an etching stop layer 153, a buffer layer forming layer made of p-type AlInP, and a first layer made of p-type AlGaAs are formed on a substrate 141. After the crystal growth of the p-type clad layer formation layer and the first contact layer formation layer made of p-type GaInP are sequentially performed, the first contact layer formation layer is formed using the silicon oxide film patterned in a stripe pattern as a mask. The second p-type cladding layer forming layer and the buffer layer forming layer are sequentially selectively etched away to form a first contact layer 146, a second p-type cladding layer 145 and a buffer layer 154, respectively. Subsequently, the first current blocking layer 147, the second current blocking layer 148, and the second contact layer 149 are sequentially crystal-grown, and then the n-side electrode 150 and the p-side electrode 151 are formed. The laser device is completed.
[0345]
The etching of the first contact layer forming layer made of GaInP is performed using a hydrochloric acid-based etchant, so that selective etching with the second p-type cladding layer forming layer made of AlGaAs can be performed. Similarly, the second p-type cladding layer forming layer can be selectively etched by using a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide and the like, and the buffer layer forming layer can be selectively etched by using sulfuric acid and the like. Thus, the striped buffer layer 154, the second p-type cladding layer 145, and the first p-type cladding layer can be precisely formed.
[0346]
Here, after forming the buffer layer 154 by etching, the etching stop layer 153 is exposed. However, since the etching stop layer 153 is made of GaInP and does not contain Al, the oxidation of the etching stop layer 153 is suppressed. Of the current blocking layer 147 and the second current blocking layer 148 can be improved.
[0347]
As described above, according to the semiconductor laser device of this modification, the etching stop layer 153 is provided between the first p-type cladding layer 144 and the second p-type cladding layer 145, and the second p-type cladding layer 145 is formed. In order to prevent the oxidation of the etching stop layer 153 in the formation process by reducing the Al composition of the etching stop layer 153 when precisely forming a layer, a layer between the etching stop layer 153 and the second p-type cladding layer 145 is formed. By providing the buffer layer 154, crystal defects of the second p-type cladding layer 145 can be reduced.
[0348]
In the semiconductor laser device according to the ninth embodiment and its modification, it is more preferable that the n-type cladding layer 142 is made of n-type AlGaAs. With this configuration, in addition to the second p-type cladding layer 145, the n-type cladding layer 142 also uses an AlGaAs-based semiconductor material having high thermal conductivity, so that the heat generated in the active layer 143 can be more effectively reduced. It can be diffused and higher output can be achieved.
[0349]
Further, in the semiconductor laser device according to the ninth embodiment and its modification, the material used for the substrate 141 is not limited to n-type GaAs, and a p-type substrate made of, for example, p-type GaAs may be used.
[0350]
Further, in the semiconductor laser device of the ninth embodiment and its modification, a real refractive index type waveguide is formed by using AlInP for the first current blocking layer 147. A complex refractive index type waveguide may be formed using GaAs.
[0351]
Further, in the semiconductor laser device of the ninth embodiment and its modification, the active layer 143 is not limited to the multiple quantum well structure, and may be, for example, a single quantum well structure active layer or a single structure bulk active layer. Good.
[0352]
Further, in the semiconductor laser device according to the ninth embodiment and its modification, the waveguide structure is not limited to the ridge waveguide type, and similar effects can be obtained even when another waveguide structure such as an internal stripe type is used. Can be
[0353]
(Tenth embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to the tenth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0354]
FIG. 23 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment. As shown in FIG. 23, the semiconductor device according to the tenth embodiment is formed as a heterojunction bipolar transistor (HBT), and is formed of n-type AlGaInP on a substrate 161 made of undoped GaAs. A collector layer 162, a buffer layer 163 made of n-type AlGaInP, a base layer 164 made of p-type AlGaAs, and an emitter layer 165 made of n-type AlGaAs are sequentially stacked.
[0355]
The collector layer 162, the base layer 164, and the emitter layer 165 are formed in steps so that the upper surfaces thereof are exposed. A collector electrode 167 is formed on an exposed portion of the upper surface of the collector layer 162, and a base electrode 168 and an emitter electrode 169 are formed.
[0356]
Here, the collector layer 162, the buffer layer 163, and the emitter layer 165 are doped with Si as an n-type impurity, and the base layer 164 is doped with Zn as a p-type impurity.
[0357]
Table 6 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0358]
[Table 6]

[0359]
As shown in Table 6, the composition of Ga in buffer layer 163 is smaller than the composition of Ga in collector layer 162. That is, the semiconductor device of the tenth embodiment has the same III-V compound semiconductor as that of the first embodiment in a laminated structure in which the collector layer 162, the buffer layer 163, and the base layer 164 are sequentially laminated. I have.
[0360]
In the tenth embodiment, by providing the buffer layer 163, the crystal defects of the base layer 164 can be reduced as compared with the case where the base layer 164 is formed directly on the collector layer 162. The characteristics are improved.
[0361]
(Eleventh embodiment)
Hereinafter, the semiconductor device according to the eleventh embodiment will be described with reference to the drawings.
[0362]
FIG. 24 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the eleventh embodiment. As shown in FIG. 24, the semiconductor device according to the eleventh embodiment is formed as a field-effect transistor (FET), and a block 171 made of undoped AlGaInP is placed on a substrate 171 made of undoped GaAs. A layer 172, a buffer layer 173 made of undoped AlGaInP, a channel layer 174 made of n-type AlGaAs, and a current supply layer 175 made of n-type AlGaAs are sequentially stacked.
[0363]
On the current supply layer 175, a gate electrode 177 is formed via a gate insulating film 176, and a source electrode 178 and a drain electrode 179 that are in ohmic contact with the current supply layer 175 are formed.
[0364]
Table 7 shows an example of the specific thickness, compound composition, and doping concentration of each semiconductor layer described above.
[0365]
[Table 7]

[0366]
As shown in Table 7, the composition of Ga in buffer layer 173 is smaller than the composition of Ga in block layer 172. That is, the semiconductor device of the eleventh embodiment has the same III-V compound semiconductor as that of the first embodiment in a stacked structure in which the block layer 172, the buffer layer 173, and the channel layer 174 are stacked. .
[0367]
According to the eleventh embodiment, by providing the buffer layer 173, the crystallinity of the channel layer 174 is improved as compared with the case where the channel layer 174 is formed directly on the block layer 172. This makes it possible to reduce the crystal defects of the channel layer 174 as compared with the case where the channel layer 174 is formed directly on the block layer 172, so that a two-dimensional electron gas is formed at the interface of the channel layer. And the high frequency characteristics of the FET are improved.
[0368]
【The invention's effect】
According to the group III-V compound semiconductor device of the present invention, when forming the second semiconductor layer made of AlGaAs on the first semiconductor layer made of AlGaInP, the composition of the first semiconductor layer Ga is reduced. Alternatively, by reducing the composition of Al in the second semiconductor layer, crystal defects generated between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reduced. Further, while the compound composition of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is kept as it is, a Ga composition smaller than the Ga composition of the first semiconductor layer is provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. By forming a buffer layer made of AlGaInP having a composition of Al or AlGaAs having a composition of Al smaller than the composition of Al of the second semiconductor layer, the second semiconductor layer can be formed directly on the first semiconductor layer. It is possible to obtain a group III-V compound semiconductor device having the same physical properties as the stacked structure and having less crystal defects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a III-V compound semiconductor device according to the present invention; _x Ga _0.5-x In _0.5 Al on the P layer _0.6 Ga _0.4 Al in III-V compound semiconductor with As layer laminated _x Ga _0.5-x In _0.5 4 is a graph showing the relationship between the Al composition x of a P layer and the crystal defect density.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a III-V compound semiconductor device according to the present invention; _0.5 In _0.5 Al on the P layer _z Ga _1-z Al in III-V compound semiconductor with As layer laminated _z Ga _1-z 4 is a graph showing the relationship between the Al composition z of the As layer and the crystal defect density.
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a group III-V compound semiconductor laminated structure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a structure of a III-V compound semiconductor multilayer structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a first modification of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a second modification of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a third modification of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a fourth modification of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIGS. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 14 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a modification of the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIGS. 16A to 16C are cross-sectional configuration diagrams illustrating a method of manufacturing a semiconductor laser device according to a seventh embodiment of the present invention in the order of steps.
FIG. 17 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIGS. 18A to 18C are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a modification of the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a configuration sectional view showing a semiconductor laser device according to a first modification of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor laser device according to a second modification of the ninth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a configuration sectional view showing a semiconductor device according to an eleventh embodiment of the present invention;
FIG. 25 is a sectional view showing a configuration of a group III-V compound semiconductor according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
11 Substrate
12 AlGaInP layer (first semiconductor layer)
13 buffer layer
14 AlGaAs layer (second semiconductor layer)
21 Substrate
22 AlGaInP layer (first semiconductor layer)
23 Buffer layer
24 AlGaAs layer (second semiconductor layer)
31 substrate
32 n-type cladding layer (first cladding layer)
33 Active Layer (First Semiconductor Layer)
34 buffer layer
35 Diffusion prevention layer (second semiconductor layer)
36 First p-type cladding layer (second cladding layer)
37 Second p-type cladding layer
38 Current block layer
39 Contact layer
40 n-side electrode
41 p-side electrode
51 substrate
52 n-type cladding layer (first semiconductor layer)
53 buffer layer
54 Active Layer (Second Semiconductor Layer)
55 First p-type cladding layer
56 Current block layer
57 Second p-type cladding layer
58 Contact Layer
59 n-side electrode
60 p-side electrode
61 substrate
62 n-type cladding layer (first cladding layer)
63 Active layer
64 First p-type cladding layer
65 Etching stop layer
66 Second p-type cladding layer (second cladding layer)
67 First contact layer (first semiconductor layer)
68 First Current Blocking Layer
69 Second Current Block Layer
70 buffer layer
71 Second Contact Layer (Second Semiconductor Layer)
72 Third contact layer
73 n-side electrode
74 p-side electrode
75 Fourth contact layer
81 substrate
82 n-type cladding layer (first cladding layer)
83 Active Layer
84 p-type cladding layer (first semiconductor layer)
84a convex part
84A p-type cladding layer forming layer
85 buffer layer
86 current block layer (second semiconductor layer)
86a opening
86A Current block layer forming layer
87 Contact layer
88 n-side electrode
89 p-side electrode
90 Silicon oxide film
91 buffer layer
101 substrate
102 n-type cladding layer (first cladding layer)
103 Active layer
104 first p-type cladding layer (second cladding layer)
105 Current block layer (first semiconductor layer)
105A Current block layer forming layer
105a opening
106 buffer layer
107 Second p-type cladding layer (second semiconductor layer)
107a convex part
108 contact layer
109 n-side electrode
110 p-side electrode
111 resist mask
121 substrate
122 n-type cladding layer (first cladding layer)
123 active layer (first semiconductor layer)
124 first buffer layer (buffer layer)
125 first p-type cladding layer (second semiconductor layer / second cladding layer)
126 etching stop layer (first semiconductor layer)
127 second p-type cladding layer (second semiconductor layer / second cladding layer)
127A Second p-type cladding layer forming layer
128 first contact layer
128A First contact layer forming layer
129 First current blocking layer
130 second current blocking layer
131 second contact layer
132 n-side electrode
133 p-side electrode
134 protective layer
135 silicon oxide film
136 Etching stop layer (first semiconductor layer)
137 second buffer layer (third semiconductor layer)
141 substrate
142 n-type cladding layer (first cladding layer)
143 Active layer
144 first p-type cladding layer (first semiconductor layer / second cladding layer)
145 second p-type cladding layer (second semiconductor layer)
146 First Contact Layer
147 First Current Block Layer
148 second current blocking layer
149 Second Contact Layer
150 n-side electrode
151 p-side electrode
152 buffer layer
153 Etching stop layer (first semiconductor layer)
154 buffer layer
161 substrate
162 Collector layer (first semiconductor layer)
163 buffer layer
164 base layer (second semiconductor layer)
165 Emitter layer
167 Collector electrode
168 base electrode
169 Emitter electrode
171 substrate
172 block layer (first semiconductor layer)
173 buffer layer
174 channel layer (second semiconductor layer)
175 Current supply layer
176 gate insulating film
177 Gate electrode
178 source electrode
179 Drain electrode

Claims

_{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) A first step of forming a first semiconductor layer made of ,
The first on the semiconductor layer _Al c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second step of forming a second semiconductor layer made of,
The method of manufacturing a group III-V compound semiconductor device, wherein in the first step, the composition b of Ga in the first semiconductor layer is reduced.

2. The method according to claim 1, wherein, in the first step, the composition b of Ga in the first semiconductor layer is set to 0.35 or less. 3.

And _{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) The first semiconductor layer made of,
Wherein _Al is formed on the first semiconductor layer c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second semiconductor layer made of,
A III-V compound semiconductor device, wherein the composition b of Ga in the first semiconductor layer is 0.35 or less.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer;
The III-V compound semiconductor device according to claim 3, wherein the first semiconductor layer is formed in a stripe shape on the second clad layer.

A first contact layer formed of a second conductivity type Al _d Ga _1-d As (where 0 ≦ d ≦ 1) formed on the second semiconductor layer;
A second contact layer made of GaAs of a second conductivity type formed on the first contact layer;
The III-V compound semiconductor device according to claim 4, wherein the composition d of Al in the first contact layer is larger than the composition c of Al in the second semiconductor layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer;
The first semiconductor layer is provided on the second cladding layer;
The group III-V compound semiconductor device according to claim 3, wherein the second semiconductor layer is formed in a stripe shape.

Said second cladding layer of a second conductivity type _Al d _{Ga 1-d} As (where, 0 ≦ d ≦ 1 and is.) III-V group as defined in claim 6, characterized in that a compound semiconductor apparatus.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer,
The group III-V compound semiconductor device according to claim 3, wherein the first semiconductor layer is provided on the active layer.

Said first cladding layer is _Al d _{Ga 1-d} As of a first conductivity type (where, 0 ≦ d ≦ 1 and is.) That consists characterized by any one of claims 4-8 The group III-V compound semiconductor device according to [1].

And _{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) The first semiconductor layer made of,
The first _Al x formed on the semiconductor layer _{_{Ga y In 1-x-y}} P ( where a 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1.) Consisting of buffer Layers and
Wherein formed on the buffer layer the _Al c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second semiconductor layer made of,
A III-V compound semiconductor device, wherein the composition y of Ga in the buffer layer is smaller than the composition b of Ga in the first semiconductor layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer;
The active layer is formed by stacking a plurality of semiconductor layers,
The first semiconductor layer is provided to constitute an uppermost layer of the active layer;
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the second semiconductor layer is provided below the second cladding layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer;
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is provided in a stripe shape on the second clad layer.

A first contact layer formed of a second conductivity type Al _d Ga _1-d As (where 0 ≦ d ≦ 1) formed on the second semiconductor layer;
A second contact layer made of GaAs of a second conductivity type formed on the first contact layer;
13. The group III-V compound semiconductor device according to claim 12, wherein an Al composition d in the first contact layer is larger than an Al composition c in the second semiconductor layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a compound semiconductor of the second conductivity type formed in a stripe shape on the active layer;
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is provided on the second clad layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer,
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is provided on the active layer.

The first semiconductor layer has a stripe-shaped protrusion,
The buffer layer is provided on a lower step and side surfaces of the convex portion,
16. The group III-V compound semiconductor device according to claim 15, wherein the second semiconductor layer contains a first conductivity type impurity and is provided so as to open above an upper stage of the projection. .

17. The group III-V compound semiconductor device according to claim 16, wherein the buffer layer is provided on the first semiconductor layer so as to include an upper part of the protrusion.

17. The group III-V compound semiconductor device according to claim 16, wherein the buffer layer contains a first conductivity type impurity.

18. The group III-V compound semiconductor device according to claim 16, wherein the buffer layer contains a second conductivity type impurity.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
A second cladding layer made of a second conductivity type compound semiconductor formed on the active layer;
The first semiconductor layer has a stripe-shaped opening and contains a first conductivity type impurity,
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the buffer layer is provided on a wall surface and an upper surface of the opening in the first semiconductor layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer,
The active layer is formed by stacking a plurality of semiconductor layers,
The III-V compound semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is provided so as to constitute an uppermost layer of the active layer.

The _Al d formed on the second semiconductor layer _{_{Ga e In 1-d-e}} P ( where a 0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e ≦ 1,0 ≦ d + e ≦ 1.) Consisting of etching A stop layer,
Said second conductivity type formed on the etching stop layer Al f _Ga 1-f _{As (provided} that 0 ≦ f ≦ 1.) Further comprises a formed of the second cladding layer,
22. The group III-V compound semiconductor device according to claim 21, wherein the composition e of Ga in the etching stop layer is 0.35 or less.

The _Al d formed on the second semiconductor layer _{_{Ga e In 1-d-e}} P ( where a 0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e ≦ 1,0 ≦ d + e ≦ 1.) Consisting of etching A stop layer,
The _Al f _Ga formed on the etching stop layer _{g In 1-f-g P} ( where, 0 ≦ f ≦ 1,0 ≦ g ≦ 1,0 ≦ f a + g ≦ 1.) From the composed third A semiconductor layer;
The third second conductivity type formed on the semiconductor layer of Al h _Ga 1-h _{As (where,} 0 ≦ h is ≦ 1.) And a second cladding layer made of,
22. The group III-V compound semiconductor device according to claim 21, wherein a composition g of Ga in the third semiconductor layer is smaller than a composition e of Ga in the etching stop layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer,
The semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is formed on the active layer.

A first cladding layer formed of a first conductivity type compound semiconductor formed on a substrate,
An active layer formed on the first cladding layer;
Said second conductivity type formed on the active layer _{_{_{Al d Ga e In 1-d}}} -e P ( where a 0 ≦ d ≦ 1,0 ≦ e ≦ 1,0 ≦ d + e ≦ 1.) From And a second cladding layer comprising:
The semiconductor device according to claim 10, wherein the first semiconductor layer is formed on the second clad layer.

It said first cladding layer is _Al d _{Ga 1-d} As (where, 0 ≦ d is ≦ 1.) From one of claims 21 to 25, characterized by comprising any one to according III- Group V compound semiconductor device.

The III-V compound semiconductor device according to any one of claims 10 to 26, wherein the composition y of Ga in the buffer layer is 0.

The substrate is made of GaAs,
The composition 1-ab of In in the first semiconductor layer is 0.45 ≦ 1−ab ≦ 0.55;
The composition of In-x-y of the buffer layer satisfies 0.45≤1-xy≤0.55, and III- according to any one of claims 10 to 27. Group V compound semiconductor device.

The III-V compound semiconductor device according to any one of claims 10 to 28, wherein the thickness of the buffer layer is 0.5 nm or more and 5 nm or less.

_{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) A first step of forming a first semiconductor layer made of ,
The first on the semiconductor layer _Al c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second step of forming a second semiconductor layer made of,
The method of manufacturing a group III-V compound semiconductor device, wherein in the second step, the composition c of Al in the second semiconductor layer is reduced.

31. The method according to claim 30, wherein in the second step, the composition c of Al in the second semiconductor layer is set to 0.3 or less.

And _{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) The first semiconductor layer made of,
Wherein _Al is formed on the first semiconductor layer c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second semiconductor layer made of,
A III-V compound semiconductor device, wherein the composition c of Al in the second semiconductor layer is 0.3 or less.

And _{_{_{Al a Ga b In 1-a}}} -b P ( provided that 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1.) The first semiconductor layer made of,
A buffer layer made of the _Al is formed on the first semiconductor layer z _{Ga 1-z} As (where a 0 ≦ z ≦ 1.),
Wherein formed on the buffer layer the _Al c _{Ga 1-c} As (provided that 0 ≦ c ≦ 1.) And a second semiconductor layer made of,
A III-V compound semiconductor device, wherein the composition z of Al in the buffer layer is smaller than the composition c of Al in the second semiconductor layer.

Further comprising an active layer formed on the substrate and formed by stacking a plurality of semiconductor layers,
The first semiconductor layer is formed on the substrate;
The III-V compound semiconductor device according to claim 33, wherein the second semiconductor layer is provided so as to constitute a lowermost layer of the active layer.

35. The group III-V compound semiconductor device according to claim 33, wherein the composition z of Al in the buffer layer is zero.

The substrate is made of GaAs,
36. The composition according to claim 33, wherein a composition 1-ab of In in the first semiconductor layer satisfies 0.45 ≦ 1-ab ≦ 0.55. III-V compound semiconductor device.

The III-V compound semiconductor device according to any one of claims 33 to 36, wherein the thickness of the buffer layer is 0.5 nm or more and 5 nm or less.