(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
GaN系半導体レーザ素子の製造方法であって、ｎ型半導体からなる第１の導電層上に第１のマスクを形成するステップと、前記第１の導電層上に前記第１のマスクの厚さを越えない厚さのｎ型半導体からなる第２の導電層を成膜するステップと、前記第１のマスクを除去するステップと、ｎ型クラッド層を成膜するステップと、少なくとも活性層を含む光導波層を成膜するステップと、ｐ型クラッド層を成膜するステップと、からなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記光導波層を成膜するステップは、ｎ型ガイド層を成膜するステップと、活性層を成膜するステップと、ｐ型ガイド層を成膜するステップと、からなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の導電層の厚さは、前記光導波層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１のマスクを形成するステップは、前記第１の導電層上にマスク材を付与し、前記マスク材上にストライプ状の第２のマスクを付与するステップと、前記第２のマスクを付与した部分以外の前記マスク材を除去するステップと、前記第２のマスクを除去するステップと、からなることを特徴とする請求項１乃至３記載のうちの１つの半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１のマスクは、前記第１の導電層の＜1 1 -2 0＞方向に平行に形成されることを特徴とする請求項１乃至４記載のうちの１つの半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１のマスクは、二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項１乃至５記載のうちの１つの半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
少なくとも導電層の上に、ｎ型クラッド層、活性層を含む光導波層、ｐ型クラッド層をこの順に積層した多層構造体を含むGaN系半導体レーザ素子であって、前記光導波層の一部は、共振器を形成する方向と平行方向に延在する帯状の段差を形成する屈曲部を有し、前記導電層は、第１の導電層とその上の第２の導電層とからなり、前記第１の導電層は、ｎ型半導体であって、前記第２の導電層は、共振器を形成する方向と平行方向に延在する２本のストライプ状体からなることを特徴とする請求項１乃至６記載のうちの１つの製造方法による半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記屈曲部における前記光導波層の上方の境界面は、前記屈曲部を除く前記光導波層の下方の境界面よりもさらに下方に位置することを特徴とする請求項７記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横モードの制御構造を有する半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク等に用いられる半導体レーザにおいて、共振器を形成する方向と平行に導波路を作り込み、該導波路内にレーザ光を閉じこめて、安定した横モードを維持しながら所望の光出力を得る半導体レーザがある。このような半導体レーザ素子の従来例を図１に示す。図１から明らかなように、かかる半導体レーザ素子は、共振器を形成する方向（紙面に垂直方向）と平行方向に延在する帯状であって、Ｙ方向に段差を形成するようにして屈曲した活性層及びガイド層からなる光導波層を有している。すなわち、基板１上に低温バッファ層２、溝部3aを有するｎ型半導体層３が積層し、この溝部3aに沿うようにして屈曲したｎ型クラッド層４、ｎ型ガイド層５、活性層６、ｐ型ガイド層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層９がそれぞれこの順に積層している。さらにｐ型コンタクト層９及びｎ型半導体層３上にそれぞれｐ側電極10及びｎ側電極11があって、それ以外のｐ型コンタクト層９及びｎ型半導体層３の表面を絶縁層12が覆っている。
【０００３】
断面Ｘ−Ｙにおいて、活性層６によって発生した光は、ｎ型ガイド層５及びｐ型ガイド層７からなる光導波層によって上下方向に閉じ込められる。また、ｐ型ガイド層７／ｐ型クラッド層８の境界面の一部は、ｎ型クラッド層４／ｎ型ガイド層５の境界面よりも下方に位置している。かかる構造において、Ｘ方向へ見て、ｎ型クラッド層４／光導波層／ｎ型クラッド層４の順に隣接して、光導波層を挟んだ屈折率ステップが形成されており、故に活性層６内で発生したレーザ光のＸ方向、すなわち共振器を形成する方向と垂直である横方向モードが、この屈折率ステップ内に閉じ込められるのである。
【０００４】
従来、かかる構造の半導体レーザ素子の製造方法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて、ｎ型半導体層３の溝部3aを平らに形成された半導体層の上から溝加工して、さらに、この上からｎ型クラッド層４等を順次積層して形成する方法であった。
しかしながら、ｎ型半導体層３にＲＩＥ等のドライエッチングを用いて溝加工を行うと、溝部3aの表層には結晶構造が変質させられ、いわゆる加工ダメージ層を生じてしまう。故に、この上にエピタキシャル成長によってクラッド層４を成膜してもその結晶性は均一とならず、得られた半導体レーザ素子の発振特性が劣化してしまう、といった問題があった。特に、ドライエッチングの代わりに加工ダメージの影響を被加工層におよぼさないウェットエッチングを使用することが出来ないGaN系半導体レーザにおいては問題となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、結晶性の均一性を乱すことなく、前述したような屈曲した光導波層を有する多層構造体を形成し、安定した基本横モードで発振する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザ素子の製造方法は、GaN系半導体レーザ素子の製造方法であって、ｎ型半導体からなる第１の導電層上に第１のマスクを形成するステップと、前記第１の導電層上に前記第１のマスクの厚さを越えない厚さのｎ型半導体からなる第２の導電層を成膜するステップと、前記第１のマスクを除去するステップと、ｎ型クラッド層を成膜するステップと、少なくとも活性層を含む光導波層を成膜するステップと、ｐ型クラッド層を成膜するステップと、からなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図２に示すように、本発明による半導体レーザ素子は、サファイアからなる基板１の上に（AlxGa1-x）1-yInyN （0≦x≦1、0≦y≦1）で表される如き窒化物半導体単結晶膜を順次積層させた多層構造体からなる。サファイアからなる基板１上には、AlNやGaN等からなる低温バッファ層２及び導電層を形成するSi等をドーピングしたｎ型GaN層３が基板と平行に配されている。ｎ型GaN層３上には、共振器を形成する方向（紙面に垂直方向）と平行方向に延在するストライプ状の２つのGaN再成長層13が延在している。２つのGaN再成長層13の間には、2〜10μm 幅の間隙13aがある。ここで、GaN再成長層13は、Si等をドープしたｎ型GaNであってもよい。
【０００８】
間隙13aの形状に沿って、ｎ型クラッド層４、ｎ型ガイド層５、活性層６が配され、さらにｐ型ガイド層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層９がこの順に配されている。ここで、ｎ型クラッド層４とｎ型ガイド層５との境界面を第１境界面、ｐ型ガイド層７とｐ型クラッド層８との境界面を第２境界面としたとき、屈曲部の第２境界面は、屈曲部を除く第１境界面よりも下方に位置している。
【０００９】
さらにｐ型コンタクト層９及びｎ型GaN層３上には、それぞれｐ側電極10及びｎ側電極11を配して半導体レーザ素子をなしている。
以下、図３乃至６を参照しつつ、本発明による窒化物半導体発光素子の製造方法について詳述する。
図３に示すように、サファイア基板１を有機金属気相成長（MOCVD）炉（図示せず）に装填し、サファイアのａ面若しくはｃ面上にAlN若しくはGaNバッファ層２を有機金属気相成長（MOCVD）法で低温成長させた後、Si等をドーピングしたｎ型GaN層３を約4μmの厚さだけ、やはりMOCVD法にて堆積して下地基板を作製する。ここで、本発明においては、成膜方法として、特に断りのない限りMOCVD法を用いている。この下地基板をMOCVD成長炉から取り出し、SiO2膜を上からスパッタ法により堆積する。SiO2膜の厚さは、後述するように活性層６及びガイド層５，７からなる光導波層の厚さよりも厚く且つ光導波層の一部に帯状に段差を形成して屈曲させて成膜するために必要な膜厚だけ堆積する。例えば、活性層の厚さが0.1μm、ｐ型及びｎ型ガイド層の厚さがそれぞれ0.1μm（すなわち、光導波層の厚さは0.3μm）であれば、少なくとも0.3μm以上必要である。さらに、堆積したSiO2膜をフォトリソグラフィ法でストライプ状にパターニングしてSiO2マスク14を形成する。パターニングにおけるエッチングは、ふっ酸によるウェットエッチング若しくはＲＩＥのようなドライエッチングを用いても良い。ストライプの方向は、ｎ型GaN層３の＜1 1 -2 0＞方向とすると、後述するGaN再成長層13の結晶成長の場合に好ましい。またストライプの幅は、後述するように、GaN再成長層13に形成される間隙13aを形成し、これによって光導波層の屈曲部の幅を規定するものである。故に、該屈曲部にレーザ光の横方向の発振を閉じこめる光導波路としての効果を考慮して2〜10μmとすることが好ましい。
【００１０】
図４に示すように、再びMOCVD成長炉に入れて1050℃の温度のアンモニア気流中で表面を清浄化した後、再成長GaN層13をSiO2マスク14の上から成膜する。再成長GaN層13はSiO2マスク14の存在しない部分に選択的に成長するが、SiO2マスク14の厚さを大きく越えて成膜してSiO2マスク14の上にオーバハングしてはならない。ここで、再成長GaN層13は、Siドーピングを行っても良い。
【００１１】
図５に示すように、基板を炉から取り出してふっ酸でSiO2マスク14を除去すると再成長GaN層13、間隙13aを有する構造となる。
【００１２】
図６に示すように、基板を再びMOCVD成長炉に入れ、1050℃の温度のアンモニア気流中で表面を清浄化した後、ｎ型AlGaNクラッド層４、ｎ型GaNガイド層５、活性層６を順次成膜する。さらに、ｐ型GaNガイド層７、ｐ型AlGaNクラッド層８、ｐ型GaNコンタクト層９を堆積する。
その後、Mgドーピングした層を活性化し、ｐ型とするためのアニール処理を行った上で、さらに、ＲＩＥ等によりリッジを形成してｎ型GaN層３を露出せしめ、部分的に電極を形成するための窓を開けるように、それ以外をSiO2絶縁層12膜を形成する。窓を介して、ｐ型コンタクト層９及びｎ型GaN層３上には、それぞれｐ側電極10及びｎ側電極11を配して半導体レーザ素子を得る。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、前述したような屈曲した光導波層を健全な結晶構造を維持したまま形成することができるので、得られた半導体レーザにおいて結晶構造の不安定性に起因するしきい値上昇等の発振特性の劣化を伴うことなく、安定した横モードの特性が得られるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の半導体レーザ素子の構造例を示す断面図である。
【図２】  本発明による半導体レーザ素子の構造例を示す断面図である。
【図３】  本発明の製造方法においてSiO2マスクを形成した状態の構造を示す断面図である。
【図４】  本発明の製造方法において再成長GaN層を形成した状態の構造を示す断面図である。
【図５】  本発明の製造方法におけるSiO2マスクを除去した状態の構造を示す断面図である。
【図６】  本発明の製造方法におけるｐ型GaNコンタクト層を形成した状態の構造を示す断面図である。
【主要部分の符号の説明】
１  基板
２  低温バッファ層
３  ｎ型半導体層
４  ｎ型クラッド層
５  ｎ型ガイド層
６  活性層
７  ｐ型ガイド層
８  ｐ型クラッド層
９  ｐ型コンタクト層
10  ｐ側電極
11  ｎ側電極
12  絶縁層
13  再成長層
14  SiO2層
【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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【図６】
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