(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層と、
電流注入領域として、前記電流狭窄層に設けられている電流注入用開口部と、
前記電流狭窄層および前記電流注入用開口部の上部に設けられた超格子構造のｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層の上部に設けられたｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の表面に設けられたｐ型電極と、
を備え、
さらに、前記活性層の下部に設けられたｎ型クラッド層を備えており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度よりも大きく、
前記電流狭窄層が、低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）により構成され、
前記電流狭窄層の層厚が、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記電流狭窄層の作製に用いる、低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）は、アンドープＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）であり、
前記低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）は、水素と窒素の混合ガスをキャリアガスとして使用して成長されており、
前記活性層の上部に設けられたｐ型ガイド層を下地層として、前記低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）は成長されており、
前記超格子構造のｐ型クラッド層は、高温成長したアンドープＧａＮ層および高温成長したｐ型ＡｌＧａＮ層を交互に積層してなる、ｐ型導電性を有する超格子構造を含んでなり、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層にドープされるｐ型不純物は、Ｍｇであり、
前記活性層の屈折率をｎ１、前記ｐ型ガイド層の屈折率をｎ２、前記電流狭窄層の屈折率をｎ４、前記超格子構造のｐ型クラッド層の屈折率をｎ３と表記した際、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４の関係を満たしており、
前記電流注入用開口部の直上領域においては、前記超格子構造のｐ型クラッド層は、前記電流注入用開口部に露呈する前記ｐ型ガイド層上に再成長されており、
前記電流狭窄層の直上領域においては、前記超格子構造のｐ型クラッド層は、前記電流狭窄層上に再成長されており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度の１００倍以上である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記ｐ型コンタクト層の表面のみに設けられた、開口部を有する絶縁層をさらに備え、
前記ｐ型電極は、前記開口部に露出した前記ｐ型コンタクト層と接して設けられており、
前記電流注入領域の電流注入用開口部はストライプ形状であり、
前記電流狭窄層は、前記ストライプ形状の電流注入用開口部の両脇に設けられた一対のストライプ状電流狭窄層からなり、
前記絶縁層に設ける開口部の端が、前記電流狭窄層の上部に位置している
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項３】
請求項２に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記ストライプ状電流狭窄層の各々の幅と前記電流注入用開口部の幅の合計幅が、前記ｐ型電極の幅より広い
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項４】
請求項３に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記活性層に対する前記電流狭窄層の被覆率が、２．５％以上５０％以下である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項５】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記絶縁層に設ける開口部の両端が、前記電流注入用開口部に対して対称に配置され、
前記ストライプ状電流狭窄層の各々の幅が、前記絶縁層に設ける開口部における電極の幅の０．７倍以上である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項６】
請求項５に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記絶縁層が、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層は、
前記活性層の上部に設けられたｐ型ＧａＮガイド層を下地層として成長される、前記低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）により構成されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項８】
請求項７に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記超格子構造のｐ型クラッド層は、高温成長したアンドープＧａＮ層および高温成長したｐ型ＡｌＧａＮ層を、この順で交互に積層してなる、ｐ型導電性を有する超格子構造を含んでなり、
前記電流狭窄層の表面に、アンドープＧａＮ層が設けられており、
前記アンドープＧａＮ層の厚さは、前記電流狭窄層の厚さの１／２〜１／１０の範囲に選択され、
前記アンドープＧａＮ層の上に、前記超格子構造のｐ型クラッド層を構成するアンドープＧａＮ層が成長されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項９】
請求項８に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記アンドープＧａＮ層が、前記電流狭窄層の表面ならびに前記電流注入用開口部に露呈する前記ｐ型ガイド層の表面を被覆する、高温成長アンドープＧａＮにより構成されており、
前記高温成長アンドープＧａＮを下地層として、前記超格子構造のｐ型クラッド層が成長されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層は、
前記活性層の上部に設けられたｐ型ＧａＮガイド層を下地層として成長される、低温成長アンドープＡｌＮにより構成されており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度の１００倍以上であり、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度は、１０９ｃｍ−２を超える高転位密度である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記ｐ型コンタクト層の表面が略平坦である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１２】
III族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層と、
電流注入領域として、前記電流狭窄層に設けられている電流注入用開口部と、
前記電流狭窄層および前記電流注入用開口部の上部に設けられた超格子構造のｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層の上部に設けられたｐ型コンタクト層と、
前記ｐ型コンタクト層の表面に設けられたｐ型電極と、
を備え、
さらに、前記活性層の下部に設けられたｎ型クラッド層を備えており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度よりも大きく、
前記電流狭窄層が、低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）により構成され、
前記低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）は、水素と窒素の混合ガスをキャリアガスとして使用して成長されており、
前記電流狭窄層が、前記ｐ型クラッド層と逆導電型の導電型を有し、
前記電流狭窄層の層厚が、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記活性層の上部に設けられたｐ型ガイド層を下地層として、前記低温成長ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０．４≦ｘ＋ｙ≦１）は成長されており、
前記超格子構造のｐ型クラッド層は、高温成長したアンドープＧａＮ層および高温成長したｐ型ＡｌＧａＮ層を交互に積層してなる、ｐ型導電性を有する超格子構造を含んでなり、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層にドープされるｐ型不純物は、Ｍｇであり、
前記活性層の屈折率をｎ１、前記ｐ型ガイド層の屈折率をｎ２、前記電流狭窄層の屈折率をｎ４、前記超格子構造のｐ型クラッド層の屈折率をｎ３と表記した際、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４の関係を満たしており、
前記電流注入用開口部の直上領域においては、前記超格子構造のｐ型クラッド層は、前記電流注入用開口部に露呈する前記ｐ型ガイド層上に再成長されており、
前記電流狭窄層の直上領域においては、前記超格子構造のｐ型クラッド層は、前記電流狭窄層上に再成長されており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度の１００倍以上である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１３】
請求項１２に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記超格子構造のｐ型クラッド層は、高温成長したアンドープＧａＮ層および高温成長したｐ型ＡｌＧａＮ層を、この順で交互に積層してなる、ｐ型の導電性を有する超格子構造を含んでなり、
ｎ型導電性の前記電流狭窄層が、不純物として、酸素、セレンまたは硫黄を含む
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層は、
前記活性層の上部に設けられたｐ型ＧａＮガイド層を下地層として成長される、低温成長ＡｌＮにより構成されており、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度の１００倍以上であり、
前記電流狭窄層の直上領域における前記ｐ型クラッド層の転位密度は、１０９ｃｍ−２を超える高転位密度である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のIII族窒化物半導体光素子において、
前記ｐ型コンタクト層の表面が略平坦である
ことを特徴とするIII族窒化物半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ，  ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ，  ＬＤ）材料として注目を浴びてきた。なかでもＬＤは大容量光ディスク装置の光源として期待され、近年では書き込み用光源として高出力ＬＤの開発が精力的に進められている。【０００３】
窒化物系青紫色ＬＤの代表的な構造を図１に示す。この構造では、ドライエッチングによりリッジ１０１が形成される。リッジ上部は、ストライプ状開口部を有する絶縁膜１０２でカバーされ、開口部にｐ型電極１０３が設けられる。電流狭窄は、ストライプ状電極でなされ、また、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより横モードの制御がなされる。【０００４】
しかしながら、こうしたリッジ型の半導体レーザにおいては、以下のような課題を有していた。光ディスクへの応用では、レーザービームをスポット状に効率よく絞り込むためにビーム形状を整えることが求められ、レーザービームの遠視野像がガウシアン状の強度プロファイルとなるように横モード制御を行うことが要請される。このため、高出力青色ＬＤでは、リッジ幅を１．７μｍ程度まで狭くする必要がある。ところが、リッジ幅が狭くなると電極面積も狭くなるため、コンタクト抵抗が増加する。高出力ＬＤでは、動作電流密度も高いため、コンタクトでの発熱により素子の劣化が生じる場合がある。【０００５】
このような課題に鑑み、図２に示すような、ＡｌＮや（Ａｌ）ＧａＮを電流狭窄層としたインナー・ストライプ型ＬＤが提案された（特開２００１−１５８６０号公報、特開平１０−０９３１９２号公報、特開２００３−７８２１５号公報）。これらのインナー・ストライプＬＤは、コンタクト面積が広く取れるため、ストライプ幅の狭い高出力ＬＤにおいても、低いコンタクト抵抗を実現できる。特に、低温成長ＡｌＮを電流狭窄層に用いたインナー・ストライプ構造（特開２００１−１５８６０号公報）は、電流狭窄層の開口部形成時におけるダメージや不純物汚染の影響が少ないという利点があるため、低電圧動作高出力ＬＤとして期待される。【０００６】
一方、活性層上部のクラッド層を超格子構造にする試みも検討されている（特開２００２−１７１０２８号公報）。超格子構造を構成する各層の界面にキャリアが誘起されるため、層厚方向の抵抗が低減されるとともに、層面方向のキャリア易動度が増加する。これにより、キャリアを効率よく素子の動作に利用できるとともに、動作電圧を大幅に低減することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような超格子構造のクラッド層と電流狭窄層とを組み合わせることにより、電流注入効率が高く、動作電圧の低い半導体光素子が実現されるものと期待される。【０００８】
ところが、超格子構造のクラッド層と電流狭窄層とを組み合わせた構造を実際に作製した場合、たしかに電流注入効率を改善できるものの、高い電流注入効率を安定的に得ることは必ずしも容易ではなかった。特に、超格子クラッド層の成膜条件のばらつきを反映して、得られる素子の電流注入効率等がばらつく等の現象が確認された。【０００９】
また、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮを電流狭窄層に用いたインナー・ストライプ型ＬＤでは、素子分離やワイヤ・ボンディング、ヒート・シンクへの融着などの工程で素子が破壊されることがあり、この点で改善の余地を有していた。【００１０】
また、ワイヤ・ボンディング、ヒート・シンクへの融着などの工程で素子が破壊されることについては、電流狭窄層と、その周囲の半導体層との界面に、格子定数の相違に起因する歪みや応力が発生することが要因になっているものと考えられる。【００１１】
一方、電流狭窄層として、周囲の半導体層と著しく格子定数の異なるものを用いた場合、製造条件によっては、上層のクラッド層に多くの転位が導入される場合があることを見いだした。電流注入効率を安定的に向上させるためには、クラッド層に導入される、かかる転位の低減も重要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、具体的には以下の構成を有する。【００１３】
本発明の第一の形態に係る半導体レーザは、
III族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層と、
電流注入領域として、前記電流狭窄層に設けられている電流注入用開口部と、
前記電流狭窄層および前記電流注入用開口部の上部に設けられた超格子構造のクラッド層と、
前記クラッド層の上部に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面に設けられた電極と、
を備え、
前記電流狭窄層の直上領域における前記クラッド層の転位密度が、前記電流注入用開口部の直上領域における前記クラッド層の転位密度よりも大きい
ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子である。【００１４】
本発明の半導体光素子は、超格子構造のクラッド層を採用している。超格子構造を構成する各層の界面にキャリアが誘起されるため、層厚方向の抵抗が低減されるとともに、層面方向のキャリア易動度が増加する。これにより、キャリアを効率よく素子の動作に利用でき、動作電圧を大幅に低減することが可能となる。【００１５】
しかしながら、こうした超格子構造を採用した場合、上記したように層面方向のキャリア易動度が増加するため、電極から注入されたキャリアが層面方向に拡散し、電流注入効率が低下する場合がある。【００１６】
そこで、本発明の第一の形態においては、電流狭窄層の直上領域および電流注入用開口部（電流注入領域）の直上領域において、クラッド層の転位密度に分布を持たせることにより、層面方向のキャリアの漏出を抑制している。すなわち、電流注入領域の周囲に配置された電流狭窄領域において、クラッド層の転位密度を高くすることによって、キャリア易動度を低減し、この領域へのキャリアの漏出を防止している。これにより、電流注入効率が向上し、例えば、半導体レーザにおける閾値電流の低下が図られる。【００１７】
本発明の第二の形態に係る半導体レーザは、
III族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層と、
電流注入領域として、前記電流狭窄層に設けられている電流注入用開口部と、
前記電流狭窄層および前記電流注入用開口部の上部に設けられた超格子構造のクラッド層と、
前記クラッド層の上部に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面に設けられた電極と、
を備え、
前記電流狭窄層が、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．６、０≦ｘ＋ｙ≦１である。）により構成されている
ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子である。【００１８】
このような高いアルミニウム組成の電流狭窄層を用いた場合、電流狭窄効果は高まるものの、その上部に設けられる膜の品質が低下しがちになる。電流狭窄層とその上部に設けられる膜との組成の違いによる格子定数の違いにより内部歪みが大きくなるからである。成膜条件を適切に組み合わせることで品質を良好にすることができるが、成膜条件のばらつきにより品質が変動することもあり、この点で改善の余地を有していた。【００１９】
そこで、本発明の第二の形態においては、高いアルミニウム組成の電流狭窄層と、超格子構造クラッド層とを組み合わせることにより、かかる課題を解決している。高いアルミニウム組成の電流狭窄層を用いることにより、良好な電流狭窄効果を得る一方、超格子構造クラッド層の採用により、転位の低減を図っている。高アルミニウム組成の電流狭窄層を用いた場合、クラッド層中に多くの転位を発生させることがある。クラッド層を超格子構造とすれば、超格子構造中の界面において転位が横方向に曲げられ転位同士がぶつかり合って消滅するため、積層面方向上部への転位の伝播が抑制される。このように、高アルミニウム組成の電流狭窄層を用いた構造において、超格子構造をクラッド層に採用した場合、超格子構造の本来の機能である低抵抗化のみならず、転位抑制の効果をも得ることができる。【００２０】
本発明の第三の形態に係る半導体レーザは、
III族窒化物半導体からなる活性層と、
前記活性層の上部に設けられた電流狭窄層と、
電流注入領域として、前記電流狭窄層に設けられている電流注入用開口部と
前記電流狭窄層および前記電流注入用開口部の上部に設けられた超格子構造のクラッド層と、
前記クラッド層の上部に設けられたコンタクト層と、
前記コンタクト層の表面に設けられた、開口部を有する絶縁層と、
前記開口部に露出した前記コンタクト層と接して設けられた電極と、
を備え、
前記電流注入領域の電流注入用開口部はストライプ形状であり、
前記電流狭窄層は、前記ストライプ形状電流注入用開口部の両脇に設けられた一対のストライプ状電流狭窄層からなる
ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザ素子である。【００２１】
本発明の第三の形態によれば、電流狭窄層を設ける箇所を必要最小限に抑え、これにより内部歪みの低減を図ることができる。電流狭窄層は、周囲の半導体と異なる組成の材料を用いるため、電流狭窄層と他の半導体層との界面には、格子定数の相違などに起因する歪みや応力が発生する。そこで、本発明においては、電流注入領域（ストライプ形状電流注入用開口部）の両脇に設けられた一対のストライプ状電流狭窄層を設けることにより、かかる課題を解決している。このような構成によれば、電流狭窄層による下地層の被覆率を低減でき、歪みや応力が効果的に低減され、良好な電流注入効率を実現することができる。【００２２】
本発明の第三の形態において、絶縁層の開口部の端が、電流狭窄層の上部に位置していることが好ましい。電流狭窄層は、その機能を維持する範囲内で、なるべく下地層（活性層）に対する被覆率を低くすることが望まれる。しかしながら、電流狭窄層を設ける箇所を減らした場合、電極から注入されたキャリアの漏出が問題となる。例えば、電流注入領域（ストライプ形状電流注入用開口部）の周囲に電流狭窄層を設け、さらにその外側の領域においては電流狭窄層を設けない構造とすると、歪みが低減されるものの、ストライプ状の電流狭窄層の外側領域におけるキャリアの漏出（電流の漏出）が問題となる。上記構成の本発明の第三の形態によれば、電流狭窄層を設けない外側領域の上部には絶縁層が配置される位置関係となり、電流狭窄層を設けていない外側領域には電流が注入されない構造を実現している。これにより、電流狭窄層による歪みの発生を抑制し、良好な電流注入効率を実現することが可能となる。【００２３】
なお、上記本発明の第三の形態において、電流狭窄層の下地層（活性層）に対する被覆率は、好ましくは５０％以下、より好ましくは２０％以下とする。こうすることにより、電流狭窄層による歪みの発生がより確実に抑制され、良好な電流注入効率を実現できる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の第一の形態にかかる半導体レーザは、超格子構造のクラッド層を採用するとともに、電流狭窄層の直上領域における超格子クラッド層の転位密度を、電流狭窄層に設けている電流注入用開口部の直上領域における超格子クラッド層の転位密度より高くする構造としているため、良好な電流注入効率を安定的に得ることができる。【００２５】
また、本発明の第二の形態にかかる半導体レーザは、超格子構造のクラッド層と、高Ａｌ組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで構成される電流狭窄層とを併用しているため、良好な電流注入効率を安定的に得ることができる。【００２６】
また、本発明の第三の形態にかかる半導体レーザは、コンタクト層表面に開口部を有する絶縁層を設けるとともに、電流注入領域（ストライプ形状電流注入用開口部）の両脇に一対のストライプ状電流狭窄層を設けているため、電流狭窄層による歪みの発生を抑制しつつ、良好な電流注入効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、リッジ型導波路構造を有する従来の半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、従来のインナー・ストライプ型半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第一の実施形態に係るインナー・ストライプ型半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第二の実施形態に係るインナー・ストライプ型半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第三の実施形態に係るインナー・ストライプ型半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  リッジ
１０２  絶縁膜
１０３  ｐ型電極
２０１  電流狭窄層
３０１  ｎ型ＧａＮ基板
３０２  Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
３０３  ｎ型クラッド層
３０４  ｎ型ＧａＮガイド層
３０５  多重量子井戸（ＭＱＷ）層
３０６  キャップ層
３０７  ｐ型ＧａＮガイド層
３０８  電流狭窄層
３０９  ｐ型クラッド層
３１０  ｐ型コンタクト層
３１１  ｐ型電極
３１３  絶縁層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図面中、同様の構成部材については同じ符号を付し、適宜説明を省略した。【００３０】
本発明を半導体レーザに適用した例について、図３を参照して説明する。この半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ基板３０１上にＳｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層３０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層３０４、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ１０μｍ）からなるキャップ層３０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ＧａＮガイド層３０７が積層した構造を有する。そして、この上に、電流狭窄層３０８、ＧａＮ／Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（厚さ２．５ｎｍ／２．５ｎｍ；Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３／１×１０１９ｃｍ−３）１３０周期構造からなる超格子構造（総厚さ０．６５μｍ）のｐ型クラッド層３０９、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるｐ型コンタクト層３１０が積層している。ｐ型コンタクト層３１０の上面は、平坦面となっている。この積層構造の上部（ｐ型コンタクト層３１０の上部）に、ｐ型電極３１１が、ｎ型ＧａＮ基板３０１の下部にｎ型電極３１２が、それぞれ設けられている。【００３１】
電流狭窄層３０８は、層厚方向に電流が流れることを阻止する役割を果たす。電流狭窄層３０８は、たとえば、ｐ型クラッド層３０９よりも高抵抗な材料により構成することができる。電流狭窄層３０８に用いられる高抵抗材料としては、高Ａｌ組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮを用いることができる。ここで、ｘは、０．４以上とすることが好ましく、特に、ＡｌＮを用いることが好ましい。加えて、電流狭窄層３０８の厚さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲に選択することが好ましい。こうすることにより、例えば、超格子構造のｐ型クラッド層３０９／電流狭窄層３０８／ｐ型ＧａＮガイド層３０７の各界面において、荷電子帯バンド不連続ΔＥｖを有するヘテロ接合が構成されており、確実な電流ブロック効果が得られる。また、電流狭窄層３０８に高Ａｌ組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮを用いると、電流狭窄層３０８の屈折率は、ｐ型ＧａＮガイド層３０７の屈折率ならびに超格子構造のｐ型クラッド層３０９の実効的屈折率よりも小さくすることができる。活性層の屈折率をｎ１、光ガイド層の屈折率をｎ２、クラッド層の屈折率をｎ３、電流狭窄層の屈折率をｎ４とした場合、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３＞ｎ４の条件を満足するように、例えば、ｎ１−ｎ２≧０．０６、ｎ２−ｎ３≧０．０３、ｎ３−ｎ４≧０．０２とすることができる。従って、電流注入領域（ストライプ形状電流注入用開口部）と、その両側の電流狭窄層３０８を設ける領域とを比較すると、両者の間に実効的な屈折率差Δｎｅｆｆが形成され、電流狭窄層３０８を設ける領域への光染み出しを抑制する作用も得られる。そのほか、高Ａｌ組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮよりもさらに屈折率が小さく、絶縁性材料である、酸化シリコン、窒化シリコン等も、電流狭窄層３０８の構成材料として用いることができる。また、電流狭窄層３０８を、ｐ型クラッド層３０９と逆導電型（本実施形態ではｎ型）とし、両者の間の界面でｐｎ接合を形成することで、すなわち、ｐ型ＧａＮガイド層３０７／電流狭窄層３０８／ｐ型クラッド層３０９はｐｎｐ構造となり、電流が流れることを阻止する構成としてもよい。このｐ型クラッド層３０９と逆導電型とする場合、電流狭窄層３０８に導入する不純物としては、酸素、セレンまたは硫黄が好ましく用いられる。【００３２】
ｐ型クラッド層３０９は、ＧａＮ層およびＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層が交互に積層された超格子構造を有する。超格子の周期数は、少なくとも５０周期以上、より好ましくは１４０周期以上とする。本実施形態では１３０周期とする。上記周期数の超格子構造の層をｐ型クラッド層の一部に挿入することにより、動作電圧の低減が顕著になる。その際、超格子構造の層は、ｐ側ガイド層３０７、およびｐコンタクト層３１０と直接接していなくてもよいが、ｐ側ガイド層３０７との界面に挿入する方が低電圧化、およびクラック抑制の点で望ましい。なお、超格子構造を含むｐ型クラッド層の層厚は、電流狭窄層３０８よりも厚いものとする。特に、ｐ側ガイド層３０７との界面に超格子構造の層を挿入する際、ｐ型クラッド層３０９が有する超格子構造の層の厚さは、電流狭窄層３０８の厚さよりも厚くすることが、クラック抑制、ならびに低電圧化の点でより望ましい。【００３３】
ｐ型クラッド層３０９は、転位密度の高い部分と低い部分とを有する。すなわち、電流狭窄層３０８の直上領域においては、転位密度が相対的に高く、電流狭窄層３０８に設けられている電流注入用開口部の直上領域においては、転位密度が相対的に低くなっている。本実施形態では、電流狭窄層３０８の直上領域における転位密度は、電流狭窄層３０８に設けられている電流注入用開口部直上領域における転位密度の１００倍以上である。こうした構造は、電流狭窄層３０８の組成および成膜条件、ｐ型クラッド層３０９の成長条件（成膜速度、Ｖ／III比等）を適切に選択することによって実現することができる。【００３４】
以下、本実施形態に係る半導体レーザの効果について説明する。【００３５】
本実施形態に係る半導体レーザでは、ｐ型クラッド層３０９が超格子構造を有するため、層厚方向の抵抗が低減されるとともに、層面方向のキャリア易動度が増加する。すなわち、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ  超格子構造において、ＧａＮ層にホールが誘起されるため、膜厚方向の電気抵抗が低減することにより、ｐ型電極３１１からキャリアが注入される際の電気抵抗が低減される。さらに、上記半導体レーザにおいては、超格子構造によって層面方向のキャリア易動度が増加し、電流注入用開口部直上より外側に位置するｐ型電極から注入されたキャリアを効率よく、電流注入用開口部に集中させ、ＬＤ動作に利用できることとなる。このため、所望のレーザ光出力を得る際に印加される、動作電圧を大幅に低減することが可能となる。【００３６】
また、ｐ型クラッド層３０９が超格子構造を有するため、電流狭窄層３０８となるＡｌＮと、超格子構造層との界面で発生する転位が横方向に曲げられ、転位同士の反応により消滅する。この結果、超格子構造層の結晶品質が大幅に向上する。【００３７】
また、ｐ型クラッド層３０９の転位密度が、電流狭窄層３０８の直上領域において相対的に高く、電流狭窄層３０８に設けられている電流注入用開口部の直上領域において相対的に低くなっているため、電流狭窄層３０８の直上領域においては、高抵抗の半導体層となり、良好な電流ブロック効果が得られるとともに、電流注入用開口部の直上領域においては低抵抗な半導体層となり、良好な電流注入が実現される。【００３８】
具体的には、電流注入用開口部においては、ｐ型ＧａＮガイド層３０７上に、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ  超格子構造層が形成され、その界面で発生する転位は元々少なく、この電流注入用開口部の直上領域のｐ型クラッド層３０９の転位密度は、１０８ｃｍ−２未満となる。一方、電流狭窄層３０８として、低温成長ＡｌＮを利用すると、超格子構造層との界面で発生する転位は格段に多いため、超格子構造層内部で転位が横方向に曲げられ、転位同士の反応により消滅する現象があるが、なお、電流狭窄層３０８の直上領域では、ｐ型クラッド層３０９の転位密度は、１０９ｃｍ-２を超えている。超格子構造層を含むｐ型クラッド層３０９の転位密度が、１０８ｃｍ−２未満であれば、低抵抗な半導体層であるが、転位密度が、１０９ｃｍ-２を超えると、高抵抗となる。すなわち、電流狭窄層３０８に用いる、高Ａｌ組成のＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮの組成および成膜条件、ならびに、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ  超格子構造層を含むｐ型クラッド層３０９の成長条件とを適切に選択すると、電流注入用開口部の直上領域においては、１０５〜１０７ｃｍ−２程度の低転位密度を、他方、電流狭窄層３０８の直上領域においては、１０９ｃｍ-２を超える高転位密度とすることが可能である。このような転位密度に明確に差違がある構造とすることで、ｐ型クラッド層３０９自体も、電流狭窄層３０８の直上領域においては、高抵抗の半導体層となり、良好な電流ブロック効果が得られるとともに、電流注入用開口部の直上領域においては低抵抗な半導体層となり、良好な電流注入が実現される。【００３９】
上記実施の形態は例示であり、様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００４０】
たとえば、ｐ型電極３１１は、素子全面に渡って形成することが可能であるが、ＳｉＯ２等による絶縁層を形成して電極幅を制限してもよい。この場合、ｐ型コンタクト層３１０とｐ型電極３１１の接触幅（電極幅）は、絶縁層の開口部により制限され、絶縁層の開口部の端は、電流注入用開口部に対して対称に配置することが好ましい。また、絶縁層の開口部幅（電極幅）を、電流注入用開口部の開口幅の１０倍以上とすることで、上記低電圧効果が顕著になる。上記絶縁層には、素子の寄生容量を低減する効果があり、周波数特性の点で有利である。【００４１】
また、電流経路であるストライプ状開口部の両側にある電流狭窄層３０８の一部が除去されていてもよい。電流狭窄層が素子全面に形成されたＬＤでは、基板と電流狭窄層の格子定数差に起因する大きな歪の影響で、素子分離やワイヤ・ボンディング、ヒート・シンクへの融着などの工程で素子が破壊される。電流狭窄層のチップ面積（活性層面積）に占める被覆率を低減することで、素子全体に内在する応力が低減され、長期信頼性が改善されるとともに、外部からの応力への耐性が向上する。特にワイヤ・ボンディングや融着の際にかかる局所的な応力に対しては、ボンディング・パッドをダミー開口部に設けるなどにより、電流狭窄層への応力集中を避けることができ、素子へのダメージを最小限に抑えることが可能となる。なお、ストライプ状開口部の両側にある電流狭窄層３０８の一部を除去する際、ストライプ状開口部の両脇に設けられた一対のストライプ状電流狭窄層とすることが好ましい。その際、ストライプ状電流狭窄層の外側、電流狭窄層が除去された領域への電流リークを抑制する必要があるため、絶縁層を形成して電極幅を制限する構造を選択する。すなわち、電極幅と比較し、各ストライプ状電流狭窄層の幅と、電流注入用開口部の開口幅とを合計した幅が広くなるように、各ストライプ状電流狭窄層の幅と電極幅とを選択する必要がある。絶縁層の開口部の端を、電流注入用開口部に対して対称に配置する際、各ストライプ状電流狭窄層の幅は、上記電極幅の少なくとも０．５倍以上、より好ましくは０．７倍以上に選択する。なお、前記構造において、電流狭窄層のチップ面積（活性層面積）に占める被覆率は、５０％以下、２．５％以上の範囲に選択することが可能である。【００４２】
電流狭窄層３０８としては、アンドープのＡｌＮや（Ａｌ）ＧａＮ等が用いられるが、これにシリコンや酸素等のｎ型不純物をドーピングしてもよい。電流狭窄層には、ｐ型クラッド層の埋め込み成長時にｐ型不純物であるＭｇが拡散して、無効電流が増加することが懸念されるが、電流狭窄層にｎ型不純物をドーピングすることによって、これを補償して、無効電流を低減できる。加えて、電流狭窄層とｐ型クラッド層の界面にｐｎ接合による空乏層が形成されるため、より完全な電流狭窄が行われて、例えば、レーザ発振の閾値電流が低減される。【００４３】
また、ｐ型クラッド層に面する、電流狭窄層３０８の表面にはアンドープＧａＮ層を設けることができる。なお、電流狭窄層３０８の表面に設けるアンドープＧａＮ層には、ｐ型クラッド層の埋め込み成長時にｐ型不純物であるＭｇが拡散して、ｐ型クラッド層に接する部分は、ｐ型導電性を示すＧａＮへと変換される。一方、このアンドープＧａＮ層を越え、電流狭窄層３０８に達するｐ型不純物の拡散は効果的に抑制される。前記の機能を果す、アンドープＧａＮ層の厚さは、電流狭窄層３０８の厚さに対して、１／１０〜１／２程度でよい。但し、アンドープＧａＮ層と電流狭窄層３０８の厚さの合計は、ｐ型クラッド層の厚さより薄くなるように選択する。また、低温成長のアンドープＡｌＮや（Ａｌ）ＧａＮ等を用いた電流狭窄層３０８の表面に、予め高温成長により形成されるアンドープＧａＮ層を設けることにより、ｐ型クラッド層の埋め込み成長が容易になる。【００４４】
そのほか、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁性材料も、電流狭窄層３０８の構成材料として用いることができる。この絶縁性材料を用いる場合、より完全な電流狭窄が可能となるが、ｐ型クラッド層の埋め込み成長時に、絶縁性材料からなる電流狭窄層３０８上には多結晶成長が生じて、素子全面で平坦な表面は得られない。しかし、ストライプ状開口部の表面上に成長するｐ型クラッド層は、絶縁性材料からなる電流狭窄層３０８の表面に達すると、横方向成長を起こす。なお、この横方向成長を利用する場合、絶縁性材料からなる電流狭窄層３０８の厚さは、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲に選択することが好ましい。このストライプ状開口部から絶縁性材料からなる電流狭窄層３０８の表面への、ｐ型クラッド層の横方向成長によって、電流注入開口部よりも広い平坦部が得られる。この平坦部にｐコンタクト層とｐ型電極を形成することで、低温成長されるアンドープのＡｌＮや（Ａｌ）ＧａＮ等からなる電流狭窄層３０８を用いる際に得られる平坦構造と同様な低電圧効果を得ることができる。【００４５】
ｐ型クラッド層３０９のｐ型不純物ドーピングは、超格子構造を構成するＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層の両方あるいはどちらか一方に行えばよい。ここで、層面方向の抵抗低減を図るためには、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ  超格子構造において、ＡｌＧａＮ層のみにＭｇをドープした変調ドープ超格子構造が望ましい。また、このＡｌＧａＮ層のみにＭｇをドープする変調ドープ超格子構造の方が埋め込み成長の平坦性が向上する効果もある。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
本実施例に係るＬＤは、第一の実施形態（図３）で示したものと同様の基本構造を有する。以下、その製造方法について説明する。【００４７】
基板として、ｎ型ＧａＮ（０００１）基板を用いた。素子構造の作製にはＭＯＶＰＥ装置を用いる。キャリアガスには水素と窒素の混合ガスを用い、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとして、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ｎ型ドーパントにシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントにビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いる。【００４８】
はじめに、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型光閉じ込め層３０４、活性層用の多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５とキャップ層３０６、ｐ型光閉じ込め層（ガイド層）３０７、電流狭窄層３０８のための低温成長ＡｌＮ層の成長を行う。以下この工程を「活性層成長工程」という。【００４９】
ｎ型ＧａＮ基板３０１を成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で成長を開始する。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層３０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層３０４、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ５０ｎｍ）からなるキャップ層３０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層（ガイド層）３０７を順次堆積する。ＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｌＧａＮ成長は、基板温度１０８０℃、ＴＭＡ供給量３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて行っている。ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ成長は、基板温度８００℃、ＴＭＧ供給量８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにおいて、ＴＭＩｎ供給量は、井戸層で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層で３μｍｏｌ／ｍｉｎとしている。これらの構造を堆積後、引き続いて基板温度を４００℃まで降温し、低温成長ＡｌＮ層（厚さ１００ｎｍ、後に電流狭窄層３０８となる）の堆積を行っている。【００５０】
次に、低温成長ＡｌＮ層にストライプ状の開口部を形成する。以下この工程を「ストライプ形成工程」という。ＡｌＮ層上にＳｉＯ２を１００ｎｍ堆積し、その表面にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより幅２μｍのストライプ・パターンを形成する。次に。バッファード・フッ酸により、レジストをマスクとしてＳｉＯ２膜をエッチング後、レジストを有機溶媒により除去し、水洗を行う。次に、ＳｉＯ２膜をマスクとして低温成長ＡｌＮ層の選択的エッチングを行う。選択的エッチング液には、リン酸と硫酸を体積比１：１の割合で混合した溶液を用いる。ＳｉＯ２マスクでカバーされていない領域のＡｌＮ層は、８０℃に保持した上記溶液中１０分間のエッチングにより除去され、ストライプ状開口部が得られた。さらに、バッファード・フッ酸でマスクとして用いたＳｉＯ２膜を除去し、ＡｌＮ層に２μｍ幅のストライプ状開口部を有す構造を得る。【００５１】
以上により得られるストライプ状開口部を有する試料に対し、ＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮ超格子構造のクラッド層の埋め込み再成長を行う。以下、この工程を「ｐクラッド再成長工程」という。ＭＯＶＰＥ装置に投入後、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて成長温度である９５０℃まで昇温する。９５０℃に達した後、ＧａＮ層（厚さ２．５ｎｍ）とＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ２．５ｎｍ）を１４０周期成長した超格子構造型のｐ型クラッド層３０９を堆積し、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるコンタクト層３１０を堆積する。
【００５２】
以上により、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型光閉じ込め層３０４、活性層用の多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５とキャップ層３０６、ｐ型光閉じ込め層（ガイド層）３０７、電流狭窄層３０８、ｐ型クラッド層３０９、ｐ型コンタクト層３１０を備えたＬＤウエハが得られる。このＬＤウエハに対し、ｐ型電極３１１およびｎ型電極３１２を形成する。この工程を「電極工程」という。【００５３】
ｎ型ＧａＮ基板３０１裏面にＴｉ  ５ｎｍ、Ａｌ  ２０ｎｍをこの順で真空蒸着し、次に、ｐ型コンタクト層３１０上にＮｉ  １０ｎｍ、Ａｕ  １０ｎｍをこの順で真空蒸着する。上記試料を、ＲＴＡ装置に投入し、６００℃、３０秒間のアロイを行って、オーミック・コンタクトを形成する。基板裏面側のＴｉＡｌ膜および表面側のＮｉＡｕ膜上に、Ａｕを５００ｎｍ真空蒸着し、ｎ型電極３１２およびｐ型電極３１１とする。【００５４】
以上のようにして、ｎ型電極とｐ型電極とを形成したウエハを、電流狭窄層に設けているストライプ状の電流注入用開口部に垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に垂直な共振器を作製する。共振器端面にＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３よりなる誘電体多層膜を形成し、前面の反射率Ｒｆ＝５％、裏面の反射率Ｒｂ＝９０％とし、最後に、劈開面に垂直な方向でバーを切断して、図３に示すようなレーザ素子とする。なお、共振器長は６００μｍ、素子幅は４００μｍとしている。【００５５】
得られたＬＤチップについて、断面を透過型顕微鏡で観察したところ、電流狭窄層の直上領域における超格子構造のｐ型クラッド層における転位密度（８×１０１０ｃｍ−２）は、上記ストライプ状の電流注入用開口部の直上領域におけるｐ型クラッド層の転位密度（６×１０７ｃｍ−２）の１００倍以上であった。【００５６】
以上の工程により得られたＬＤチップを、Ｐサイド・アップの配置で、ヒート・シンク上に融着し、それぞれの電極をワイヤ・ボンディングして、発光特性を調べたところ、ヒート・シンク温度２５℃、パルス発振（周波数１０ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比５０％）における閾値条件として、電流Ｉをストライプ状の電流注入用開口部（２μｍ（Ｗ）×６００μｍ（Ｌ））面積Ｓで除した値（Ｉ／Ｓ）で示す電流密度２．８ｋＡ／ｃｍ２、素子に印加する電圧４．０Ｖにて、レーザ発振を確認した。【００５７】
本実施例では、電流経路となるストライプ状の電流注入用開口部以外を全て低温成長ＡｌＮ層で覆った後、ｐ型クラッド層の全てをＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮ  超格子構造として埋め込み再成長を行っている。【００５８】
得られた半導体レーザは、電流注入効率に優れ、低電圧動作であり、ワイヤ・ボンディング等による破損の起きにくいものであった。また、ウエハ全体にわたって、超格子構造のｐ型クラッド層の平坦な埋め込み成長が可能になり、低電圧動作ＬＤ素子をウエハ全体で安定して得ることができた。【００５９】
（実施例２）
本実施例に係るＬＤの概略構造を図４に示す。この半導体レーザ素子は、ｐ型電極３１１とｐ−ＧａＮコンタクト層３１０とが接触する面積が、絶縁層３１３により制限されており、この点で、実施例１の素子と相違する。以下、この半導体レーザの製造方法について説明する。【００６０】
まず、第一の実施例と同様の「活性層成長工程」、「ストライプ形成工程」、「ｐクラッド再成長工程」を経て、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型ガイド層３０４、活性層３０５とキャップ層３０６、ｐ型ガイド層３０７、電流狭窄層３０８、ｐ型クラッド層３０９、ｐ型コンタクト層３１０を備えたＬＤウエハを得る。この後、ｐ型コンタクト層３１０上に、絶縁層３１３として、７０００オングストロームのＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により堆積し、フォトリソグラフィーにより、２０μｍ幅のストライプ状開口部を電流狭窄層に設けるストライプ状の電流注入用開口部の直上に形成する。その後、第一の実施例と同様の「電極工程」を得て、ｐ型電極３１１およびｎ型電極３１２を形成する。【００６１】
以上の工程により得られたウエハを、電流狭窄層に設けるストライプ状の電流注入用開口部に垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に垂直な共振器を作製する。共振器端面にＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３よりなる誘電体多層膜を形成し、前面の反射率Ｒｆ＝５％、裏面の反射率Ｒｂ＝９０％とし、最後に、劈開面に垂直な方向でバーを切断して、図４に示すようなレーザ素子とする。なお。共振器長は６００μｍ、素子幅は４００μｍとしている。【００６２】
得られたＬＤチップについて、断面を透過型顕微鏡で観察したところ、電流狭窄層の直上領域における超格子構造のｐ型クラッド層における転位密度（１０９〜１０１１ｃｍ−２）は、上記ストライプ状の電流注入用開口部の直上領域におけるｐ型クラッド層の転位密度（１０５〜１０７ｃｍ−２）の１００倍以上であった。【００６３】
以上の工程により得られたＬＤチップを、Ｐサイド・アップの配置で、ヒート・シンク上に融着し、それぞれの電極をワイヤ・ボンディングして、発光特性を調べたところ、ヒート・シンク温度２６℃、パルス発振（周波数１０ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比５０％）における閾値条件として、電流Ｉをストライプ状の電流注入用開口部（２μｍ（Ｗ）×６００μｍ（Ｌ））面積Ｓで除した値（Ｉ／Ｓ）で示す電流密度２．８ｋＡ／ｃｍ２、素子に印加する電圧４．０Ｖにて、レーザ発振を確認した。【００６４】
なお、ＳｉＯ２膜のストライプ状開口部の幅を、前記２０μｍに加えて、２、５、１０、５０、１００μｍと変化させた場合、レーザ発振閾値の動作電圧は、開口部の幅に依存して、幅が拡大するとともに、低減することが確認された。しかし、この低減効果は、開口部幅が２０μｍ以上となると、飽和することも確認された。【００６５】
一方、ＳｉＯ２膜のストライプ状開口部の幅を、２、５、１０、２０、５０、１００μｍと変化させた場合、素子に印加する電圧４Ｖにおいて測定される、レーザ素子全体の容量は、幅が拡大するとともに、１５ｐＦから３０ｐＦへと増大することが確認される。なお、上記の実施例１のレーザ素子においては、素子に印加する電圧４Ｖにおいて測定される、レーザ素子全体の容量は、５０ｐＦである。【００６６】
本実施例では、幅２０μｍの開口部を有する厚さ５０００オングストローム以上のＳｉＯ２膜によってｐ型コンタクト層３１０表面が被覆されており、素子面積（素子幅４００μｍ）の９０％以上に絶縁層３１３が設けられている。また、ｐ型コンタクト層３１０に対する、ｐ型電極の接触部分の幅を、電流狭窄層に設ける電流注入用開口部の幅の１０倍程度に制限している。得られた半導体レーザは、電流注入効率に優れ、低容量、低電圧動作であり、ワイヤ・ボンディング等による破損の起きにくいものであった。また、ウエハ全体にわたって、超格子構造のｐ型クラッド層の平坦な埋め込み成長が可能になり、高い素子歩留まりを有する低電圧動作ＬＤ素子をウエハ全体で安定して得ることができた。【００６７】
（実施例３）
本実施例に係るＬＤの概略構造を図５に示す。この半導体レーザ素子は、電流経路となるストライプ状開口部の両側の領域において、電流狭窄層３０８の一部が除去されている点で実施例１、２の素子と相違する。以下、その製造方法について説明する。【００６８】
まず、第一の実施例と同様の「活性層成長工程」を経た後、「ストライプ形成工程」記載の方法により、電流経路となる２μｍ幅のストライプ状開口部の両側に、２０μｍ幅のストライプ状ＡｌＮ層を有す構造を得ている。下地膜（ｐ型ＧａＮガイド層／活性層）に対する電流狭窄層（低温成長ＡｌＮ層）の被覆率、すなわち、幅４００μｍのｐ型ＧａＮガイド層３０７全体の面積に対する、２０μｍ幅のストライプ状ＡｌＮ層二つからなる電流狭窄層３０８の面積の占める割合は、２０％程度となっている。【００６９】
その後、第一の実施例と同様の「ｐクラッド再成長工程」を経て、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型ガイド層３０４、活性層３０５とキャップ層３０６、ｐ型ガイド層３０７、電流狭窄層３０８、ｐ型クラッド層３０９、ｐ型コンタクト層３１０を備えたＬＤウエハを得る。その後、ｐ型コンタクト層３１０上に絶縁層３１３として膜厚７０００オングストロームのＳｉＯ２膜をＣＶＤ法により堆積した後、フォトリソグラフィーにより、２０μｍ幅のストライプ状開口部を形成する。ストライプ状開口部は、電流狭窄層に設ける電流注入用開口部の直上に位置するように形成されている。その後、第一の実施例と同様の「電極工程」を得て、ｐ型電極３１１およびｎ型電極３１２を形成する。【００７０】
以上の工程により得られたウエハを、電流狭窄層に設けるストライプ状の電流注入用開口部に垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に垂直な共振器を作製する。共振器端面にＴｉＯ２とＡｌ２Ｏ３よりなる誘電体多層膜を形成し、前面の反射率Ｒｆ＝５％、裏面の反射率Ｒｂ＝９０％とし、最後に、劈開面に垂直な方向でバーを切断して、図４に示すようなレーザ素子とする。なお。共振器長は６００μｍ、素子幅は４００μｍとしている。【００７１】
得られたＬＤチップについて、断面を透過型顕微鏡で観察したところ、電流狭窄層の直上領域における超格子構造のｐ型クラッド層における転位密度（１０９〜１０１１ｃｍ−２）は、上記ストライプ状の電流注入用開口部の直上領域におけるｐ型クラッド層の転位密度（１０５〜１０７ｃｍ−２）の１００倍以上であった。【００７２】
以上の工程により得られたＬＤチップを、Ｐサイド・アップの配置で、ヒート・シンク上に融着し、それぞれの電極をワイヤ・ボンディングして、発光特性を調べたところ、ヒート・シンク温度２５℃、パルス発振（周波数１０ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比５０％）における閾値条件として、電流Ｉをストライプ状の電流注入用開口部（２μｍ（Ｗ）×６００μｍ（Ｌ））面積Ｓで除した値（Ｉ／Ｓ）で示す電流密度２．８ｋＡ／ｃｍ２、素子に印加する電圧４．０Ｖにて、レーザ発振を確認した。【００７３】
なお、上記ワイヤ・ボンディングの位置を、電流経路となる２μｍ幅のストライプ状電流注入用開口部の両側に設けている、低温成長ＡｌＮの電流狭窄層が除去されている領域に設けることにより、素子信頼性が大幅に改善されることが確認された。【００７４】
本実施例では、電流経路となるストライプ状電流注入用開口部の両側に設ける電流狭窄層について、該電流注入用開口部より隔たった領域において、その一部を除去することにより、チップ面積（活性層面積）に対する、電流狭窄層３０８の被覆率を低減した上で、ｐ型クラッド層３０９の全てをＧａＮ／ＭｇドープＡｌＧａＮ  超格子構造として埋め込み再成長を行っている。得られた半導体レーザは、電流注入効率に優れ、ワイヤ・ボンディング等による破損の起きにくいものであった。また、ウエハ全体にわたって、超格子構造のｐ型クラッド層の平坦な埋め込み成長が可能になり、素子歩留まり、長期信頼性を有する低電圧動作ＬＤ素子をウエハ全体で安定して得ることができた。【００７５】
（実施例４）
電流狭窄層３０８を、酸素ドープＧａＮ層により構成したこと以外は、実施例３と同様にして半導体レーザを作製している。【００７６】
なお、酸素ドープＧａＮ層を利用する、実施例４の半導体レーザでは、素子に印加する電圧４Ｖにおいて測定される、レーザ素子全体の容量は、３０ｐＦである。一方、低温成長ＡｌＮ層を利用する、実施例３のレーザ素子においては、素子に印加する電圧４Ｖにおいて測定される、レーザ素子全体の容量は、２０ｐＦである。【００７７】
得られた半導体レーザは、電流注入効率に優れ、低容量、低電圧動作であり、ワイヤ・ボンディング等による破損の起きにくいものであった。また、ウエハ全体にわたって、超格子構造のｐ型クラッド層の平坦な埋め込み成長が可能になり、素子歩留まり、長期信頼性を有する低電圧動作ＬＤ素子をウエハ全体で安定して得ることができた。【００７８】
（比較例１）
電流狭窄層３０８として、高温成長ＧａＮ層を用いたこと以外は、実施例１と同様にして半導体レーザを作製し評価した。なお、該高温成長ＧａＮ層の成長は、抵抗率０．５Ω・ｃｍのｎ型導電性を示すＧａＮ膜の作製条件を用いている。【００７９】
実施例１と同様にして、ｐ型光閉じ込め層３０７までを形成した後、引き続き、基板温度を１０８０℃に保ち、この温度でＧａＮからなる電流狭窄層を成長させている。電流狭窄層の層厚は、厚さ５０ｎｍ程度としている。つづいて、ＧａＮ電流狭窄層を選択的にドライエッチングして、２μｍ幅のストライプ状開口部を設けた。【００８０】
以上により得られたストライプ開口部を有する試料に対し、「ｐクラッド再成長工程」以降の工程を実施し、半導体レーザを得ている。得られたＬＤチップの断面構造を透過型電子顕微鏡により観察したところ、超格子構造のｐ型クラッド層中の転位密度は均一に近く、電流狭窄層上部における転位密度（１０５〜１０７ｃｍ−２）と、電流狭窄層に設ける開口部上部（電流注入領域）における転位密度（１０５〜１０７ｃｍ−２）とで、転位の数の分布は発生していないことが確認された。また、ＳＩＭＳ測定を行ったところ、高温成長ＧａＮ電流狭窄層中に、ｐ型クラッド層の再成長中に拡散したと思われる高濃度のＭｇ（Ｍｇ濃度：８×１０１８ｃｍ−３）が検出された。従って、拡散されたＭｇによって、厚さ５０ｎｍの高温成長ＧａＮ電流狭窄層のうち、ｎ型導電性を示す部分は、厚さ３０ｎｍに相当している。このような構造では、ｐ型電極から注入されたキャリアは、ｐ型クラッド層全体に広がってしまい、電流狭窄層自体の電流狭窄効果も低下するため、無効電流が増加する。得られたＬＤチップを、Ｐサイド・アップの配置で、ヒート・シンク上に融着し、それぞれの電極をワイヤ・ボンディングして、発光特性を調べたところ、ヒート・シンク温度２５℃、パルス発振（周波数１０ＭＨｚ、ｄｕｔｙ比５０％）における閾値条件として、電流Ｉをストライプ状の電流注入用開口部（２μｍ（Ｗ）×６００μｍ（Ｌ））面積Ｓで除した値（Ｉ／Ｓ）で示す電流密度６ｋＡ／ｃｍ２、素子に印加する電圧４．０Ｖにて、レーザ発振を確認した。【００８１】
なお、電流狭窄層３０８として、高温成長ＧａＮ層を用いている、比較例１の半導体レーザでは、注入電流Ｉ＝６０ｍＡ付近における、スロープ効率は１．２Ｗ／Ａである。一方、電流狭窄層３０８として、低温成長ＡｌＮ層を利用する、実施例１の半導体レーザでは、注入電流Ｉ＝６０ｍＡ付近における、スロープ効率は１．５Ｗ／Ａである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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