(57)【要約】【課題】リッジ形状のばらつきに起因するＦＦＰや閾値電流のばらつきを低減することの可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】ｐ型クラッド層１６内に、単層からなる第１ｐ型クラッド層１６Ａと、超格子構造からなる第２ｐ型クラッド層１６Ｂが設けられている。第２ｐ型クラッド層１６Ｂは、第１ｐ型クラッド層１６Ａとの関係でコンタクト層１７側に設けられており、第１ｐ型クラッド層１６Ａに主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含む積層構造を備え、
前記積層構造は、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を前記半導体基板側から順に有すると共に、前記半導体基板とは反対側の表面から前記第２クラッド層の一部にまで達するリッジ部を有し、
前記第２クラッド層は、前記リッジ部の裾野に露出する、単層からなる第３クラッド層と、前記第３クラッド層との関係で前記半導体基板側および前記半導体基板とは反対側のうち少なくとも前記半導体基板とは反対側に形成されると共に、前記第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第４クラッド層とを含む半導体発光素子。
【請求項２】
前記第３クラッド層は、ＢｅＭｇＺｎＴｅ層からなり、
前記第４クラッド層は、ＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層を交互に積層してなる超格子構造からなる請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ＢｅＭｇＺｎＴｅ層は、ｐ型不純物がドープされたＢｅＭｇＺｎＴｅからなり、
前記ＭｇＳｅ層は、アンドープのＭｇＳｅからなり、
前記ＢｅＺｎＴｅ層は、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＴｅからなる請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第３クラッド層は、ＢｅＺｎＳｅＴｅ層からなり、
前記第４クラッド層は、ＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層を交互に積層してなる超格子構造からなる請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ＢｅＺｎＳｅＴｅ層は、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＳｅＴｅからなり、
前記ＭｇＳｅ層は、アンドープのＭｇＳｅからなり、
前記ＢｅＺｎＴｅ層は、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＴｅからなる請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第３クラッド層は、ＢｅＺｎＴｅ層からなり、
前記第４クラッド層は、ＭｇＳｅ層およびＢｅＺｎＴｅ層を交互に積層してなる超格子構造からなる請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ＢｅＺｎＴｅ層は、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＴｅからなり、
前記ＭｇＳｅ層は、アンドープのＭｇＳｅからなる請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１クラッド層、前記活性層および前記第２クラッド層はＩｎＰと格子整合している請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体基板は、ＩｎＰ基板である請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
半導体基板上に、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を前記半導体基板側から順に有すると共に、前記第２クラッド層内に、単層からなる第３クラッド層と、前記第３クラッド層との関係で前記半導体基板側および前記半導体基板とは反対側のうち少なくとも前記半導体基板とは反対側に形成されると共に前記第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第４クラッド層とを含み、かつＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含む積層構造を形成する工程と、
前記第３クラッド層が露出するまで前記第４クラッド層を選択的にエッチングすることにより前記第４クラッド層にリッジ部を形成する工程と
を含む半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッジを有するＩＩ−ＶＩ族の半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ（Laser Diode ；ＬＤ）は、他の固体レーザやガスレーザに比べて小型かつ堅牢で高効率であり、通信、記録、加工、医療などのさまざまな産業分野で応用されている。また、ＲＧＢ３原色の可視光レーザを光源として用いることによりディスプレイを実現することが可能であることから、ディスプレイは半導体レーザの将来の応用分野として期待されている。ＲＧＢ３原色の可視光レーザとしては、ＡｌＧａＩｎＰ系材料を用いた高出力の赤色半導体レーザがすでに実現されている。また、青色レーザには、ＧａＩｎＮなどの窒化物系材料を用いることで高出力な半導体レーザが実現可能と考えられている。しかし、緑色の半導体レーザは、まだ実現されていない。
【０００３】
半導体レーザでは、活性層の材料のバンドギャップにおいて電子と正孔が再結合するときに放出される光を半導体内で共振させてレーザ光として取り出す。そのため、半導体レーザの波長は、活性層の材料で一意的に決定される。緑色帯（波長５００ｎｍ〜６００ｎｍ）の発光が得られる材料としては、ＩｎＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＺｎＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体がある。
【０００４】
前者では、緑色の発光ダイオード(Light Emitting Diode; ＬＥＤ)がすでに実用化されているが、緑色の半導体レーザは実用化されていない。これは、緑色の発光を得るためにＩｎＧａＮ量井戸中のＩｎの混晶比を２０％程度まで高める必要があるが、このとき結晶内には歪により内部電界がかかるので、量子井戸中の電子と正孔が空間的に分離し、発光効率が低下してしまうからである。そのため、窒化物系材料を用いた発光素子では、ＬＥＤは実用化されているもののレーザはまだ開発されていない。
【０００５】
後者では、レーザ発振の報告があるが、実用レベルの緑色の半導体レーザは実現されていない。例えば、E.Katoらによって、ＧａＡｓ基板上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を積層することにより形成された５００ｎｍ付近の青緑色ＬＤにおいて、１ｍＷで約４００時間の室温連続発振を達成したことが報告されている（非特許文献１）が、この材料系では結局それ以上の特性を得ることができていない。その理由は、結晶欠陥が発生し移動しやすいという、材料の物理的な性質に起因していると考えられる。
【０００６】
ところで、上記の波長領域の発光素子の材料として、Ｂｅを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いることが検討されている。たとえば、非特許文献２では、ＢｅＺｎＳｅＴｅを活性層に使ったＬＥＤで、５，０００時間を超える素子寿命を達成したことが報告されている。Ｂｅを含むことによって結晶の共有結合性が高くなるので、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体ではあるが、結晶が硬くなり欠陥生成も抑制されると考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】E.Kato et al. “Significant progress in II-VI blue-green laser diode lifetime” Electronics Letters 5th February 1998 Vol.34 No.3 p.282-284
【非特許文献２】I.Nomura et al. “Long life operations over 5000 hours of BeZnSeTe/MgZnCdSe visible light emitting diodes on InP substrates” phys.stat.sol(b) 243, No.4(2006) p.924-928
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下に、ＺｎＳｅ系の半導体レーザの構造について説明する。図９は、ＺｎＳｅ系の半導体レーザの断面構成の一例を表したものである。この半導体レーザでは、ＩｎＰ基板１１０上に、バッファ層１１１、ｎ型クラッド層１１２、ガイド層１１３、活性層１１４、ガイド層１１５、ｐ型クラッド層１１６およびコンタクト層１１７が積層されている。ｐ型クラッド層１１６の上部およびコンタクト層１１７にはストライプ状のリッジ部１１８が形成されている。リッジ部１１８の側面および裾野には絶縁層１１９が形成されており、リッジ部１１８の上面を含む絶縁層１１９の表面上には、コンタクト層１１７と接するｐ側電極１２０が形成されている。また、ＩｎＰ基板１１０の裏面には、ｎ側電極１２１が形成されている。
【０００９】
この半導体レーザでは、活性層１１４として、例えば、ＢｅＺｎＳｅＴｅが用いられ、ガイド層１１３，１１５として、例えば、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＳｅＴｅ超格子が用いられている。ｎ型クラッド層１１２として、例えば、ＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅ超格子が用いられ、ｐ型クラッド層１１６として、例えば、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅ超格子が用いられている。コンタクト層１１７として、例えば、ＺｎＴｅが用いられている。
【００１０】
ところで、上記半導体レーザでは、半導体基板１１０上の積層構造のうちｐ型クラッド層１１６およびコンタクト層１１７に対して、リッジ部１１８を再現性良く形成することが容易ではなく、リッジ部１１８の形状がばらつき易い。そのため、個々の半導体レーザにおいて、ＦＦＰ（遠視野像）や閾値電流がばらついてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リッジ形状のばらつきに起因するＦＦＰや閾値電流のばらつきを低減することの可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、半導体基板上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含む積層構造を備えたものである。積層構造は、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を半導体基板側から順に有しており、半導体基板とは反対側の表面から第２クラッド層の一部にまで達するリッジ部を有している。第２クラッド層は、単層からなる第３クラッド層を含んでおり、第３クラッド層の一部がリッジ部の裾野に露出している。第２クラッド層は、さらに、第３クラッド層との関係で半導体基板側および半導体基板とは反対側のうち少なくとも半導体基板とは反対側に形成された超格子構造からなる第４クラッド層を含んでいる。第４クラッド層は、第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成されている。
【００１３】
本発明の半導体発光素子では、第２クラッド層内に単層からなる第３クラッド層が設けられており、さらに、第２クラッド層内には、第３クラッド層の、半導体基板側および半導体基板とは反対側のうち少なくとも半導体基板とは反対側に、第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第４クラッド層が設けられている。これにより、製造工程において、エッチング処理によりリッジ部を形成する際に、第３クラッド層を、第４クラッド層との関係でエッチングストップ層として機能させることができるので、リッジ部の高さや形状を高精度に制御することができる。なお、第３クラッド層および第４クラッド層の主成分が共通しており、これらのバンドギャップやＶＢＭをほぼ一定とすることができることから、エッチングストップ層として機能させる層を第２クラッド層内に設けたことによってバンド構造が乱れる虞はない。
【００１４】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、以下の（Ａ），（Ｂ）の各工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板上に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含む積層構造を形成する工程
ここで、上記積層構造は、第１クラッド層、活性層および第２クラッド層を半導体基板側から順に有している。上記第２クラッド層は、単層からなる第３クラッド層と、第３クラッド層との関係で半導体基板側および半導体基板とは反対側のうち少なくとも半導体基板とは反対側に形成された超格子構造からなる第４クラッド層とを含んでいる。上記第４クラッド層は、第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成されている。
（Ｂ）第３クラッド層が露出するまで前記第４クラッド層を選択的にエッチングすることにより前記第４クラッド層にリッジ部を形成する工程
【００１５】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、単層からなる第３クラッド層が第２クラッド層内に設けられる。さらに、第２クラッド層内には、第３クラッド層の、半導体基板側および半導体基板とは反対側のうち少なくとも半導体基板とは反対側に、第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第４クラッド層が設けられる。これにより、製造工程において、エッチング処理によりリッジ部を形成する際に、第３クラッド層を、第４クラッド層との関係でエッチングストップ層として機能させることができるので、リッジ部の高さや形状を高精度に制御することができる。なお、第３クラッド層および第４クラッド層の主成分が共通しており、これらのバンドギャップやＶＢＭをほぼ一定とすることができることから、エッチングストップ層として機能させる層を第２クラッド層内に設けたことによってバンド構造が乱れる虞はない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体発光素子およびその製造方法によれば、第２クラッド層内に単層からなる第３クラッド層を設け、さらに、第２クラッド層内に、第３クラッド層の、半導体基板側および半導体基板とは反対側のうち少なくとも半導体基板とは反対側に、第３クラッド層に主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第４クラッド層を設けるようにしたので、第２クラッド層内のバンド構造に悪影響を与えることなくリッジ部を再現性良く形成することができる。その結果、リッジ形状のばらつきに起因するＦＦＰや閾値電流のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成を表したものである。
【００１９】
この半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、バッファ層１１、ｎ型クラッド層１２、ガイド層１３、活性層１４、ガイド層１５、ｐ型クラッド層１６およびコンタクト層１７をこの順に積層して構成された積層構造２０を備えている。この積層構造２０のうちｐ型クラッド層１６の上部およびコンタクト層１７には、ストライプ状のリッジ部１８が形成されている。なお、本実施の形態において、ｎ型クラッド層１２が本発明の「第１クラッド層」の一具体例に相当し、ｐ型クラッド層１６が本発明の「第２クラッド層」の一具体例に相当する。
【００２０】
基板１０は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。バッファ層１１は、ｎ型クラッド層１２からコンタクト層１７までの各半導体層の結晶成長性を良くするために基板１０の表面に形成されたものである。バッファ層１１は、例えば、基板１０がＩｎＰ基板である場合には、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓ層およびＣｌドープのｎ型ＺｎＣｄＳｅ層を基板１０側から順に積層して構成されている。
【００２１】
ｎ型クラッド層１２は、バンドギャップがガイド層１３および活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率がガイド層１３および活性層１４の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。
【００２２】
このｎ型クラッド層１２は、例えば、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）とを交互に積層してなる超格子構造となっている。ここで、井戸層は、例えば、主としてＺｎＣｄＳｅを含んでおり、障壁層は、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。また、井戸層および障壁層のそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上２０ＭＬ以下となっている。従って、井戸層および障壁層のそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってｎ型クラッド層１２の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層および障壁層の厚さの比（障壁層の厚さ／井戸層の厚さ）は、バンドギャップがガイド層１３および活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっている。例えば、井戸層がＺｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅからなり、障壁層がＭｇＳｅからなる場合には、２ＭＬ／４ＭＬ（ＭＬ：モノレイヤー、１ＭＬ≒０．３ｎｍ）となっている。
【００２３】
なお、ｎ型クラッド層１２は、上記した井戸層および障壁層の他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、下部クラッド層１２は、単層構造であってもよく、例えば、ＺｎＣｄＳｅ混晶、ＢｅＺｎＣｄＳｅ混晶またはＢｅＣｄＳｅ混晶を主として含む単層構造となっていてもよい。
【００２４】
また、ｎ型クラッド層１２が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる所定の層（例えば、井戸層、障壁層、またはその他の何らかの層）にｎ型不純物が少なくとも１種類ドープされているか、または積層構造に含まれる所定の層以外の層よりも多くドープされていてもよい。また、ｎ型クラッド層１２が上記したような単層構造となっている場合には、ｎ型不純物が少なくとも１種類、層全体に均一にドープされていてよいし、層内で濃度分布が生じるように不均一にドープされていてもよい。ｎ型不純物としては、例えば、Ｃｌ、Ｇａ、Ａｌなどが挙げられる。
【００２５】
ガイド層１３は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。このガイド層１３では、伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端が活性層１４の伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となっており、価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となっている。
【００２６】
このガイド層１３は、例えば、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）とを交互に積層してなる超格子層となっている。ここで、井戸層は、例えば、活性層１４と同一組成の半導体層となっており、例えば、主としてＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んでいる。一方、障壁層は、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。また、井戸層および障壁層のそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上２０ＭＬ以下となっている。従って、井戸層および障壁層のそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってガイド層１５の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層および障壁層の厚さの比（障壁層の厚さ／井戸層の厚さ）は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層がＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶からなり、障壁層がＭｇＳｅ混晶からなる場合には、２ＭＬ／８ＭＬとなっている。
【００２７】
なお、ガイド層１３は、上記した井戸層および障壁層の他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、ガイド層１３は、単層構造であってもよく、例えば、主としてＭｇＺｎＳｅＴｅ混晶またはＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む単層構造となっていてもよい。
【００２８】
また、ガイド層１３が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる全ての層（例えば、井戸層、障壁層、またはその他の何らかの層）がアンドープとなっていることが好ましい。なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際に不純物の原料を供給していないことを意味するものであり、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含まれる概念である。また、ガイド層１３が上記したような単層構造となっている場合には、層全体がアンドープとなっていることが好ましい。
【００２９】
活性層１４は、所望の発光波長（例えば緑色帯）に対応したバンドギャップを有するＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。この活性層１４は、例えば、ＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んで構成されており、例えば、緑色帯の波長で発光し、かつＩｎＰと格子整合するＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶により構成されている。なお、活性層１４がＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む量子井戸構造となっていてもよく、例えば、ＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＳｅＴｅ超格子構造となっていてもよい。また、活性層１４の層全体がアンドープとなっていることが好ましい。
【００３０】
ガイド層１５は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層となっている。このガイド層１５では、伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端が活性層１４の伝導帯下端または伝導帯第一サブバンド下端よりも高い準位となっており、価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端が活性層１４の価電子帯上端または価電子帯第一サブバンド上端よりも低い準位となっている。
【００３１】
このガイド層１５は、例えば、井戸層（図示せず）と障壁層（図示せず）とを交互に積層してなる超格子層となっている。ここで、井戸層は、例えば、活性層１４と同一組成の半導体層となっており、例えば、主としてＺｎＳｅＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含んでいる。一方、障壁層は、例えば、主としてＭｇＳｅを含んでいる。また、井戸層および障壁層のそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上２０ＭＬ以下となっている。従って、井戸層および障壁層のそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってガイド層１７の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層および障壁層の厚さの比（障壁層の厚さ／井戸層の厚さ）は、バンドギャップが活性層１４のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層がＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶からなり、障壁層がＭｇＳｅ混晶からなる場合には、２ＭＬ／８ＭＬとなっている。
【００３２】
なお、ガイド層１５は、上記した井戸層および障壁層の他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、ガイド層１５は、単層構造であってもよく、例えば、主としてＭｇＺｎＳｅＴｅ混晶またはＭｇＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を含む単層構造となっていてもよい。
【００３３】
また、ガイド層１５が上記したような積層構造となっている場合には、その積層構造に含まれる全ての層（例えば、井戸層、障壁層、またはその他の何らかの層）がアンドープとなっていることが好ましい。
【００３４】
ｐ型クラッド層１６は、バンドギャップが活性層１４およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４およびガイド層１５の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。
【００３５】
このｐ型クラッド層１６は、例えば、第１ｐ型クラッド層１６Ａと、第２ｐ型クラッド層１６Ｂとを含んで構成されている。なお、本実施の形態において、第１ｐ型クラッド層１６Ａが本発明の「第３クラッド層」の一具体例に相当し、第２ｐ型クラッド層１６Ｂが本発明の「第４クラッド層」の一具体例に相当する。
【００３６】
第１ｐ型クラッド層１６Ａは、リッジ部１８の裾野に露出する部位に形成されており、例えば、ＢｅＭｇＺｎＴｅ混晶を主に含む単層により構成されている。第１ｐ型クラッド層１６Ａの厚さは、第２ｐ型クラッド層１６Ｂの超格子（後述）に含まれる層よりも十分に厚く、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度となっている。また、第２ｐ型クラッド層１６Ｂは、第１ｐ型クラッド層１６Ａとの関係でコンタクト層１７側に形成されている。この第２ｐ型クラッド層１６Ｂは、第１ｐ型クラッド層１６Ａに主に含まれる材料（例えばＢｅＭｇＺｎＴｅ）と同一の材料によって主に形成された超格子構造を有している。従って、第１ｐ型クラッド層１６Ａと、第２ｐ型クラッド層１６Ｂとにおいて、組成比や厚さを適切な値に調整することにより、バンドギャップやＶＢＭ(Valence Band Maximum)をほぼ一定とすることが可能である。第２ｐ型クラッド層１６Ｂは、例えば、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＴｅ混晶を主に含む井戸層（図示せず）と、アンドープのＭｇＳｅ混晶を主に含む障壁層（図示せず）とを交互に積層して構成されている。井戸層および障壁層のそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上２０ＭＬ以下となっている。従って、井戸層および障壁層のそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってｐ型クラッド層１６の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層および障壁層の厚さの比（障壁層の厚さ／井戸層の厚さ）は、バンドギャップが活性層１４およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層がＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ混晶からなり、障壁層がＭｇＳｅ混晶からなる場合には、４ＭＬ／６ＭＬとなっている。
【００３７】
なお、ｐ型クラッド層１６は、上記した井戸層および障壁層の他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、超格子層に含まれる所定の層（例えば、井戸層、障壁層、またはその他の何らかの層）にｐ型不純物が少なくとも１種類ドープされているか、または積層構造に含まれる所定の層以外の層よりも多くドープされていてもよい。なお、後述するように、エッチングによる面荒れを低減する観点からは、障壁層を、ＭｇＳｅ混晶を主に含んで構成する場合には、ｐ型クラッド層１６のうち障壁層以外の層に対してだけｐ型不純物をドープし、障壁層をアンドープにすることが好ましい。ｐ型不純物としては、例えば、Ｎ、Ｐ、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａまたはＫなどが挙げられる。
【００３８】
コンタクト層１７、例えば、ｐ型ＺｎＴｅにより構成されている。
【００３９】
また、この半導体レーザ１では、リッジ部１８の側面および裾野に絶縁層２１が形成されており、さらに、リッジ部１８の上面を含む絶縁層２１の表面上には、ｐ側電極２２が形成されている。また、基板１０の裏面には、ｎ側電極２３が形成されている。ｐ側電極２２は、例えば、パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層１７上にこの順に積層したものであり、コンタクト層１７と電気的に接続されている。また、ｎ側電極２３は、例えば、例えば金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とをこの順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。このｎ側電極２３は、半導体レーザ１を支持するためのサブマウント(図示せず)の表面に固定されており、さらに、サブマウントを介してヒートシンク（図示せず）の表面に固定されている。
【００４０】
ところで、上記したｎ型クラッド層１２、ガイド層１３、活性層１４、ガイド層１５およびｐ型クラッド層１６は、基板１０と格子整合していることが好ましい。ここで、基板１０がＩｎＰ基板となっている場合には、他の層はＩｎＰと格子整合する組成比の材料により構成されていることが好ましい。ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のうちＩｎＰと格子整合するものとしては、例えば、以下に示した表１の材料が挙げられる。
【００４１】
【表１】
2010016230.tif 000003
【００４２】
なお、表１に示した４元混晶（ＢｅＺｎＳｅＴｅ）のＢｅ組成比をＩｎＰと格子整合条件下で０〜０．３まで変えることができるので、表１に示した４元混晶（ＢｅＺｎＳｅＴｅ）のバンドギャップを、２．０７ｅＶ〜２．６５ｅＶの範囲内の値とすることが可能である。例えば、ＢｅＺｎＳｅＴｅのＢｅ組成比を０．１３とし、Ｓｅ組成比を０．４０とすることにより、ＢｅＺｎＳｅＴｅのバンドギャップを、緑色帯の波長に対応するバンドギャップ（２．３３ｅＶ）とすることができる。
【００４３】
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば以下のようにして形成することが可能である。基板１０としてＩｎＰを使い、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で積層構造２０を成長させる。
【００４４】
まず、基板１０としてｎ型ＩｎＰ基板を用意し、この基板１０をＭＢＥチャンバー（図示せず）内に載置する。続いて、熱処理により基板１０の表面酸化物を除去する。これにより、基板１０の表面がエピタキシャル成長に適した状態となる。
【００４５】
次に、ＳｉドープＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層を約１００ｎｍ、さらにＣｌドープＺｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ層を約１００ｎｍ成長させることによりバッファ層１１を形成する。ここでの組成比はＩｎＰ基板に格子整合する条件から決まる。なお、以下に記載の組成比についても同様である。
【００４６】
次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約２ＭＬ）とＣｌドープＺｎ０．４８Ｃｄ０．５２Ｓｅ混晶層（約４ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約６００ｎｍ成長させることにより下部クラッド層１２を形成する。次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約２ＭＬ）とアンドープＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶層（約８ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約５０ｎｍ成長させることによりガイド層１３を形成する。次に、アンドープＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶層を約１０ｎｍ成長させることにより活性層１５を形成する。次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約２ＭＬ）とアンドープＢｅ０．１３Ｚｎ０．８７Ｓｅ０．４０Ｔｅ０．６０混晶層（約８ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約５０ｎｍ成長させることによりガイド層１５を形成する。
【００４７】
次に、Ｂｅ０．５６Ｍｇ０．１９Ｚｎ０．２５Ｔｅ混晶を約１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させることにより第１ｐ型クラッド層１６Ａを形成する。続いて、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約４ＭＬ）とＮドープＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ混晶層（約６ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約９００ｎｍ成長させることにより第２ｐ型クラッド層１６Ｂを形成する。このようにして、第１ｐ型クラッド層１６Ａおよび第２ｐ型クラッド層１６Ｂを有するｐ型クラッド層１６が形成される。
【００４８】
次に、ＮドープＺｎＴｅを約５ｎｍ成長させることによりコンタクト層１７を形成する。このようにして、基板１０上に積層構造２０が形成される（図２）。
【００４９】
次に、積層構造２０の上面全体に渡ってフォトレジスト（図示せず）を形成したのち、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、リッジ部１８上部のストライプ幅よりも少しだけ広い幅のストライプ状のレジスト層Ｒを形成する（図３）。
【００５０】
次に、例えば、燐酸、塩酸、過酸化水素水を体積比３０：３０：１の割合で混合したエッチャントを用いたウエットエッチング法により、レジスト層Ｒをマスクとして、半導体積層構造２０の上面から第１ｐ型クラッド層１６Ａにまで達するストライプ状のリッジ部１８を形成する（図４）。
【００５１】
なお、ウエットエッチング処理を行っている間、ｐ型クラッド層１６の表面には、Ｚｎ、Ｚｎ化合物、Ｔｅ、およびＴｅ化合物などが露出または形成される。しかし、第１ｐ型クラッド層１６Ａの溶解速度（化学的作用による反応速度）は、第２ｐ型クラッド層１６Ｂの溶解速度よりも遅い。そのため、第１ｐ型クラッド層１６Ａがエッチングストップ層として機能する。従って、上記したようなエッチャントを用いてｐ型クラッド層１６をエッチングすることにより、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。
【００５２】
また、例えば、不純物としてＮをドープしたＭｇＳｅ層は、ＭｇＳｅと不活性化窒素が結合した化合物Ｍｇ３Ｎ２と、エッチャント中の水分とがＭｇ３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋３Ｍｇ（ＯＨ）２で示す反応を起こす。この反応によりＭｇＳｅ層が劣化、体積膨張による結晶の物理的破壊、面荒れや剥がれが生じるが、上記したように、ＭｇＳｅ層には不純物を積極的にドープしていないので、エッチャントによるＭｇＳｅ層の劣化を低減することができる。これにより、エッチングによる面荒れや剥がれが生じるのを抑制することができるので、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。
【００５３】
次に、リッジ部１８の側面および裾野に絶縁層２１を形成したのち、リッジ部１８の上面を含む絶縁層２１の表面上にｐ側電極２２を、基板１０の裏面にｎ側電極２３をそれぞれ形成する（図１）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００５４】
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極２２と下部電極２３との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１８によって狭窄された電流が活性層１４に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じ、端面（図示せず）から例えば青紫色から橙色（４８０ｎｍ〜６００ｎｍ）の範囲内の波長のレーザ光が積層面内方向に向けて射出される。
【００５５】
ところで、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１６内に、単層からなる第１ｐ型クラッド層１６Ａが設けられている。ｐ型クラッド層１６内には、さらに、第１ｐ型クラッド層１６Ａとの関係で、半導体基板とは反対側に、第１ｐ型クラッド層１６Ａに主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第２ｐ型クラッド層１６Ｂが設けられている。これにより、製造工程において、ウエットエッチング処理によりリッジ部１８を形成する際に、第１ｐ型クラッド層１６Ａを、第２ｐ型クラッド層１６Ｂとの関係でエッチングストップ層として機能させることができるので、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。また、第１ｐ型クラッド層１６Ａおよび第２ｐ型クラッド層１６Ｂの主成分が共通しており、これらのバンドギャップやＶＢＭをほぼ一定とすることができることから、エッチングストップ層として機能させる層をｐ型クラッド層１６内に設けたことによってバンド構造が乱れる虞はない。その結果、ｐ型クラッド層１６内のバンド構造に悪影響を与えることなく、ｐ型クラッド層１６にリッジ部１８を再現性良く形成することができるので、リッジ形状のばらつきに起因するＦＦＰや閾値電流のばらつきを低減することができる。
【００５６】
[第２の実施の形態]
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ２の断面構成を表したものである。この半導体レーザ２は、上記実施の形態においてｐ型クラッド層１６の代わりに、ｐ型クラッド層２６を備えている点で、上記実施の形態の半導体レーザ１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態との相違点について主に説明し、上記実施の形態との共通点については適宜省略するものとする。
【００５７】
ｐ型クラッド層２６は、バンドギャップが活性層１４およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きく、かつ屈折率が活性層１４およびガイド層１５の屈折率よりも小さいＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を主に含んで構成されている。なお、ｐ型クラッド層２６は、他の半導体層と同様、基板１０と格子整合していることが好ましく、基板１０がＩｎＰ基板となっている場合には、ＩｎＰと格子整合する組成比の材料により構成されていることが好ましい。
【００５８】
このｐ型クラッド層２６は、例えば、第１ｐ型クラッド層２６Ａと、第２ｐ型クラッド層２６Ｂとを含んで構成されている。なお、本実施の形態において、第１ｐ型クラッド層２６Ａが本発明の「第３クラッド層」の一具体例に相当し、第２ｐ型クラッド層２６Ｂが本発明の「第４クラッド層」の一具体例に相当する。
【００５９】
第１ｐ型クラッド層２６Ａは、リッジ部１８の裾野に露出する部位に形成されており、例えば、ＢｅＺｎＴｅ混晶またはＢｅＺｎＳｅＴｅ混晶を主に含む単層により構成されている。第１ｐ型クラッド層２６Ａの厚さは、第２ｐ型クラッド層２６Ｂの超格子（後述）に含まれる層よりも十分に厚く、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度となっている。また、第２ｐ型クラッド層２６Ｂは、第１ｐ型クラッド層２６Ａを上下から挟み込む部位、具体的には、第１ｐ型クラッド層２６Ａとの関係で、基板１０側およびコンタクト層１７側の双方に形成されている。この第２ｐ型クラッド層２６Ｂは、第１ｐ型クラッド層２６Ａに主に含まれる材料（例えばＢｅＺｎＴｅまたはＢｅＺｎＳｅＴｅ）と同一の材料によって主に形成された超格子構造を有している。従って、第１ｐ型クラッド層２６Ａと、第２ｐ型クラッド層２６Ｂとにおいて、組成比や厚さを適切な値に調整することにより、バンドギャップやＶＢＭをほぼ一定とすることが可能である。第２ｐ型クラッド層２６Ｂは、例えば、ｐ型不純物がドープされたＢｅＺｎＴｅ混晶を主に含む井戸層（図示せず）と、アンドープのＭｇＳｅ混晶を主に含む障壁層（図示せず）とを交互に積層して構成されている。井戸層および障壁層のそれぞれの層厚は、例えば、１ＭＬ以上２０ＭＬ以下となっている。従って、井戸層および障壁層のそれぞれの材料（組成比）および各層厚の比によってｐ型クラッド層２６の実効的なバンドギャップを変える（制御する）ことが可能となっている。井戸層および障壁層の厚さの比（障壁層の厚さ／井戸層の厚さ）は、バンドギャップが活性層１４およびガイド層１５のバンドギャップよりも大きくなる範囲内の値となっており、例えば、井戸層がＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ混晶からなり、障壁層がＭｇＳｅ混晶からなる場合には、４ＭＬ／６ＭＬとなっている。
【００６０】
なお、ｐ型クラッド層２６は、上記した井戸層および障壁層の他に、更に何らかの層を含んでいてもよい。また、超格子層に含まれる所定の層（例えば、井戸層、障壁層、またはその他の何らかの層）にｐ型不純物が少なくとも１種類ドープされているか、または積層構造に含まれる所定の層以外の層よりも多くドープされていてもよい。なお、後述するように、エッチングによる面荒れを低減する観点からは、障壁層を、ＭｇＳｅ混晶を主に含んで構成する場合には、ｐ型クラッド層２６のうち障壁層以外の層に対してだけｐ型不純物をドープし、障壁層をアンドープにすることが好ましい。ｐ型不純物としては、例えば、Ｎ、Ｐ、Ｏ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉ、ＮａまたはＫなどが挙げられる。
【００６１】
本実施の形態の半導体レーザ２は、例えば以下のようにして形成することが可能である。基板１０としてＩｎＰを使い、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で積層構造２０を成長させる。
【００６２】
まず、上記実施の形態と同様にして、基板１０を表面処理したのち、基板１０上に、バッファ層１１からガイド層１５まで形成する。次に、アンドープＭｇＳｅ混晶層とＮドープＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ混晶層（約６ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約１００ｎｍ成長させることにより第２ｐ型クラッド層２６Ｂの下側部分を形成する。続いて、Ｂｅ０．５６Ｍｇ０．１９Ｚｎ０．２５Ｔｅ混晶を約１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させることにより第１ｐ型クラッド層２６Ａを形成する。さらに、アンドープＭｇＳｅ混晶層（約４ＭＬ）とＮドープＢｅ０．４９Ｚｎ０．５１Ｔｅ混晶層（約６ＭＬ）を交互に積層して超格子構造を約９００ｎｍ成長させることにより第２ｐ型クラッド層２６Ｂの上側部分を形成する。このようにして、第１ｐ型クラッド層２６Ａおよび第２ｐ型クラッド層２６Ｂを有するｐ型クラッド層２６が形成される。次に、ＮドープＺｎＴｅを約５ｎｍ成長させることによりコンタクト層１７を形成する。このようにして、基板１０上に積層構造２０が形成される（図６）。
【００６３】
次に、積層構造２０の上面全体に渡ってフォトレジスト（図示せず）を形成したのち、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、リッジ部１８上部のストライプ幅よりも少しだけ広い幅のストライプ状のレジスト層Ｒを形成する（図７）。
【００６４】
次に、例えば、燐酸、塩酸、過酸化水素水を体積比３０：３０：１の割合で混合したエッチャントを用いたウエットエッチング法により、レジスト層Ｒをマスクとして、半導体積層構造２０の上面から第１ｐ型クラッド層２６Ａにまで達するストライプ状のリッジ部１８を形成する（図８）。
【００６５】
なお、ウエットエッチング処理を行っている間、ｐ型クラッド層２６の表面には、Ｚｎ、Ｚｎ化合物、Ｔｅ、およびＴｅ化合物などが露出または形成される。しかし、第１ｐ型クラッド層２６Ａの溶解速度（化学的作用による反応速度）は、第２ｐ型クラッド層２６Ｂの溶解速度よりも遅い。そのため、第１ｐ型クラッド層２６Ａがエッチングストップ層として機能する。従って、上記したようなエッチャントを用いてｐ型クラッド層２６をエッチングすることにより、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。
【００６６】
また、例えば、不純物ＮをドープしたＭｇＳｅ層は、ＭｇＳｅと不活性化窒素が結合した化合物Ｍｇ３Ｎ２と、エッチャント中の水分とがＭｇ３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋３Ｍｇ（ＯＨ）２で示す反応を起こす。この反応によりＭｇＳｅ層が劣化、体積膨張による結晶の物理的破壊、面荒れや剥がれが生じるが、上記したように、ＭｇＳｅ層には不純物を積極的にドープしていないので、エッチャントによるＭｇＳｅ層の劣化を低減することができる。これにより、エッチングによる面荒れや剥がれが生じるのを抑制することができるので、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。
【００６７】
次に、リッジ部１８の側面および裾野に絶縁層２１を形成したのち、リッジ部１８の上面を含む絶縁層２１の表面上にｐ側電極２２を、基板１０の裏面にｎ側電極２３をそれぞれ形成する（図５）。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ２が製造される。
【００６８】
本実施の形態の半導体レーザ２では、上部電極２２と下部電極２３との間に所定の電圧が印加されると、リッジ部１８によって狭窄された電流が活性層１４に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じ、端面（図示せず）から例えば青紫色から橙色（４８０ｎｍ〜６００ｎｍ）の範囲内の波長のレーザ光が積層面内方向に向けて射出される。
【００６９】
ところで、本実施の形態では、ｐ型クラッド層２６内に、単層からなる第１ｐ型クラッド層２６Ａが設けられている。ｐ型クラッド層２６内には、さらに、第１ｐ型クラッド層２６Ａを挟み込む部位に、第１ｐ型クラッド層２６Ａに主に含まれる材料と同一の材料によって主に形成された超格子構造からなる第２ｐ型クラッド層２６Ｂが設けられている。これにより、製造工程において、ウエットエッチング処理によりリッジ部１８を形成する際に、第１ｐ型クラッド層２６Ａを、第２ｐ型クラッド層２６Ｂとの関係でエッチングストップ層として機能させることができるので、リッジ部１８の高さや形状を高精度に制御することができる。また、第１ｐ型クラッド層２６Ａおよび第２ｐ型クラッド層２６Ｂの主成分が共通しており、これらのバンドギャップやＶＢＭをほぼ一定とすることができることから、エッチングストップ層として機能させる層をｐ型クラッド層２６内に設けたことによってバンド構造が乱れる虞はない。その結果、ｐ型クラッド層２６内のバンド構造に悪影響を与えることなく、ｐ型クラッド層２６にリッジ部１８を再現性良く形成することができるので、リッジ形状のばらつきに起因するＦＦＰや閾値電流のばらつきを低減することができる。
【００７０】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００７１】
例えば、上記実施の形態等では、積層構造２０内にガイド層１３，１５を設けていたが、必要に応じてこれらガイド層１３，１５をなくしてもよい。また、積層構造２０内の各半導体層の間に、何らかの層を設けることが可能である。
【００７２】
また、上記実施の形態等では、基板１０としてＩｎＰ基板を用いた場合について説明したが、他の基板を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】図１の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程について説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程について説明するための断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図６】図５の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程について説明するための断面図である。
【図９】従来の半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…半導体レーザ、１０…基板、１１…バッファ層、１２…ｎ型クラッド層、１３，１５…ガイド層、１４…活性層、１６，２６…ｐ型クラッド層、１６Ａ，２６Ａ…第１ｐ型クラッド層、１６Ｂ，２６Ｂ…第２ｐ型クラッド層、１７…コンタクト層、１８…リッジ部、２０…積層構造、２１…絶縁層、２２…ｐ側電極、２３…ｎ側電極。
【図１】
2010016230.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010016230.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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