(57)【要約】【課題】電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザを提供する。【解決手段】この窒化物半導体レーザ１１では、光ガイド層２５の第２光ガイド層２５ａは、第１軸Ａｘに交差する基準面ＲＥＦ１に沿って配列された第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂを有する。この第１領域２６ａ上にリッジ構造３５が位置しており、第２光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂは、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含む。第２光ガイド層２５ａにおいては、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。リッジ構造３５から第２光ガイド層２５ａの第１領域２６ａに流れるキャリアは、電位障壁を形成する第２領域２６ｂによって案内されるけれども、レーザ導波路を伝搬する光は半導体の第２領域２６ｂを導波できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体レーザであって、
III族窒化物半導体からなる半導体面上に設けられ、第１III族窒化物半導体からなる第１半導体層を含むｐ側光ガイド領域と、
前記半導体面上に設けられ、第２III族窒化物半導体からなるｎ側光ガイド領域と、
前記ｎ側光ガイド領域と前記ｐ側光ガイド領域との間に設けられた活性層と、
ｐ型クラッド層を含むリッジ構造と、
を備え、
前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域及び前記リッジ構造は、前記半導体面に交差する方向に延在する第１軸の方向に順に配置されて積層構造を成し、
前記ｐ側光ガイド領域は、前記活性層に接して第１界面を形成しており、
前記第１半導体層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び前記第２領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記リッジ構造は、前記第１半導体層の前記第１領域上に設けられ、
前記第１半導体層の前記第２領域は、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含み、
前記第１半導体層の前記第２領域は、前記第１半導体層の前記第１領域に対して電位障壁を提供する、窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１界面は、前記III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１基準軸に直交する第１基準面に対して傾斜しており、
前記半導体面は半極性を示す、請求項１に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１半導体層の前記第２領域の表面を覆うと共に前記リッジ構造の側面に接して前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を更に備え、
前記絶縁体の屈折率は前記ｐ側光ガイド領域の屈折率より低い、請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１半導体層の前記第２領域上の前記絶縁体と前記活性層との間隔は１００ｎｍ以上である、請求項３に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１半導体層の前記第２領域上の前記絶縁体と前記活性層との間隔は３００ｎｍ以下である、請求項３又は請求項４に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記第１半導体層はＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎからなり、
前記第１半導体層のインジウムの組成Ｕ１は、０．０２以上０．０５以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１半導体層のインジウムの組成Ｕ１は０．０４以下である、請求項６に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
六方晶系III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を更に備え、
前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域及び、前記ｐ型クラッド層は、前記基板の前記主面上に順に配列されており、
前記基板の前記主面は、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する第２基準軸に直交する第２基準面から、前記六方晶系III族窒化物半導体のｃ軸から前記六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸方向に１０度以上８０度未満の範囲内の角度で傾斜している、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記活性層は、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を有する、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１１】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第１半導体層の前記第２領域はｎ型導電性を示し、
前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域とｐ−ｎ接合を成す、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１３】
前記ｎ型ドーパントは活性化されておらず、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域にｐ−ｉ接合を成す、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１４】
前記第１半導体層の前記第２領域における前記ｎ型ドーパントは、イオン注入により導入されている、請求項１２又は請求項１３に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１５】
前記第１半導体層の前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１６】
前記第１半導体層の前記第２領域は、第２濃度のｐ型ドーパントを含み、
前記第１半導体層の前記第２領域において、前記第１濃度は前記第２濃度より大きい、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１７】
前記半導体面は、前記III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１基準軸に直交する第１基準面に対して前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸方向に６３度以上８０度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１８】
前記リッジ構造の上面に接触をなす電極を更に備える、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１９】
前記ｐ型クラッド層は、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１＜０．０５、０≦Ｙ１＜０．２０）であり、
前記ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎは前記ｐ側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有する、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項２０】
前記ｐ側光ガイド領域はアンドープのＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層を備え、
前記ＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層は前記活性層と前記第１半導体層との間に設けられる、請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項２１】
前記リッジ構造は、前記ｐ側光ガイド領域の前記第１半導体層の前記第１領域と前記ｐ型クラッド層との間に設けられたｐ型ＧａＮ層を更に含み、
前記ｐ型クラッド層は前記ｐ型ＧａＮ層に接触を成し、
前記第１半導体層は前記ｐ型ＧａＮ層に接触を成し、
前記活性層は前記ｐ側光ガイド領域に接触を成し、
前記ｐ側光ガイド領域は前記ｐ型ＧａＮ層を含む、請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項２２】
窒化物半導体レーザを作製する方法であって、
ｎ側光ガイド領域、活性層、及びｐ側光ガイド領域、及びｐドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を含むエピタキシャル基板を準備する工程と、
前記エピタキシャル基板の前記ｐドープ半導体領域上に、リッジ構造ためのマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記ｐドープ半導体領域及び前記ｐ側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたｐ側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する工程と、
前記リッジ構造を形成した後に、前記エッチングされたｐ側光ガイド領域にｎ型ドーパントのイオン注入を行う工程と、
を備え、
前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域及び前記リッジ構造は、III族窒化物半導体からなる半導体面上において第１軸の方向に順に配置されて積層構造を成し、
前記ｐ側光ガイド領域は第１半導体層を含み、前記第１半導体層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び前記第２領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、
前記リッジ構造は、前記第１半導体層の前記第１領域上に設けられ、
前記第１半導体層の前記第２領域は、前記イオン注入により第１濃度で導入されたｎ型ドーパントを含み、
前記第１半導体層の前記第２領域は、前記第１半導体層の前記第１領域に対して電位障壁を提供する、窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２３】
前記ｐ側光ガイド領域は、前記活性層に接して第１界面を形成しており、
前記第１界面は、前記III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１軸に直交する第１基準面に対して傾斜しており、
前記半導体面は半極性を示す、請求項２２に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２４】
前記第１半導体層の前記第２領域の表面上、及び前記リッジ構造上に絶縁膜を成長する工程を更に備え、
前記イオン注入は前記絶縁膜を通して行われる、請求項２２又は請求項２３に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２５】
前記第１半導体層の前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む、請求項２２〜請求項２４のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２６】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、請求項２２〜請求項２５のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２７】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、請求項２２〜請求項２６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２８】
前記イオン注入を行った後に、ｎ型ドーパントの活性化のためのアニール処理を行う工程を更に備える、請求項２２〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項２９】
前記アニール処理を行った後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、
前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成す電極を形成する工程と、
を更に備える、請求項２８に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３０】
前記第１半導体層の前記第２領域はｎ型導電性を示し、
前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域とｐ−ｎ接合を成す、請求項２２〜請求項２９のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３１】
前記イオン注入した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、
前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成すオーミック電極を形成する工程と、
を更に備える、請求項２２〜請求項３０のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３２】
前記エピタキシャル基板を準備した後に前記マスクを形成する前に、前記エピタキシャル基板上に金属膜を形成する工程を更に備え、
前記マスクは前記金属膜上に形成され、
前記金属膜は、前記マスクを用いてエッチングされる、請求項２２〜請求項２７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３３】
前記ｎ型ドーパントは活性化されておらず、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域にｐ−ｉ接合を成す、請求項２２〜請求項２７、及び請求項３２のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３４】
前記第１半導体層の前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含む、請求項２２〜請求項３３のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【請求項３５】
前記第１半導体層の前記第２領域は、第２濃度のｐ型ドーパントを含み、
前記第１半導体層の前記第２領域において、前記第１濃度は前記第２濃度より大きい、請求項２２〜請求項３４のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザを作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ、及び窒化物半導体レーザを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び特許文献２は、窒化物半導体レーザ素子の作製において、リッジ形成時にｐ型半導体層をエッチングして、露出させたｐ型半導体層上に絶縁膜を形成している。
【０００３】
特許文献３は、ｎ型ＧａＮ基板の高欠陥領域に貫通孔を形成した後に、この貫通孔に合わせて形成されたマスクを用いてｐ型コンタクト層に、ボロン、プロトン、窒素のイオン注入を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３４３１３８９号公報
【特許文献２】特許３７７２６５１号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体レーザでは、電流閉じ込めのためにリッジ構造を用いる。リッジ構造は、半導体領域の形状によりキャリアの通路を規定するので、半導体領域の形状は、また屈折率の分布も規定する。これ故に、リッジ構造の利用は、電流閉じ込めを強めるだけでなく、光閉じ込めも強める。しかしながら、発明者らの知見によれば、光閉じ込めが所望の程度を越えるとき、窒化物半導体レーザの特性が所望の特性範囲から外れる。逆に、電流閉じ込めが不足するとき、その影響は、しきい値の上昇といった窒化物半導体レーザの特性に現れる。このため、望まれていることは、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にすることにある。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザを提供することを目的とし、またこの窒化物半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、（ａ）III族窒化物半導体からなる半導体面上に設けられ、第１III族窒化物半導体からなる第１半導体層を含むｐ側光ガイド領域と、（ｂ）前記半導体面上に設けられ、第２III族窒化物半導体からなるｎ側光ガイド領域と、（ｃ）前記ｎ側光ガイド領域と前記ｐ側光ガイド領域との間に設けられた活性層と、（ｄ）ｐ型クラッド層を含むリッジ構造とを備える。前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域及び前記リッジ構造は順に第１軸の方向に配置されて積層構造を成し、前記ｐ側光ガイド領域は、前記活性層に接して第１界面を形成しており、前記第１半導体層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び第２領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記リッジ構造は、前記第１半導体層の前記第１領域上に設けられ、前記第１半導体層の前記第２領域は、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含み、前記第１半導体層の前記第２領域は、前記第１半導体層の前記第１領域に対して電位障壁を提供する。
【０００８】
この窒化物半導体レーザによれば、ｐ側光ガイド領域の第１半導体層は、第１軸に交差する基準面に沿って配列された第１領域及び第２領域を有する。この第１半導体層の第１領域はリッジ構造を搭載しており、第１半導体層の第２領域は、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含む。第１半導体層においては、第２領域は第１領域に対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第１半導体層の第１領域に流れるキャリアは、電位障壁を形成する第２領域によって案内されるけれども、レーザ導波路を伝搬する光は半導体の第２領域を導波できる。
【０００９】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１界面は、前記III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１軸に直交する第１基準面に対して傾斜しており、前記半導体面は半極性を示すことができる。
【００１０】
この窒化物半導体レーザによれば、半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像（ＦＦＰ）の調整を可能にする。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記第１半導体層の前記第２領域の表面を覆うと共に前記リッジ構造の側面に接して前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を更に備える。前記絶縁体の屈折率は前記ｐ側光ガイド領域の屈折率より低いようにしてもよい。
【００１２】
この窒化物半導体レーザによれば、絶縁膜が第１半導体層の第２領域の表面を覆うけれども、半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第１半導体層の第２領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第２領域上の前記絶縁膜と前記活性層との間隔は１００ｎｍ以上であるようにしてもよい。
【００１４】
この窒化物半導体レーザによれば、上記の間隔が１００ｎｍ以上であるとき、第１半導体層の第２領域上の絶縁膜が、レーザ導波路を伝搬する光を蹴ることを避けることができる。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第２領域上の前記絶縁膜と前記活性層との間隔は３００ｎｍ以下であるようにしてもよい。
【００１６】
この窒化物半導体レーザによれば、第１半導体層の第２領域の働きにより、レーザ導波路を伝搬する光に対して、電流閉じ込めと光閉じ込めとの分離が可能になる。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記ｐ型クラッド層は、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ＜０．０５、０≦Ｙ＜０．２０）であり、前記ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎは前記ｐ側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。
【００１８】
この窒化物半導体レーザによれば、ｐ型クラッド層は、ｐ側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等からなることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層はＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎからなり、前記第１半導体層のインジウムの組成Ｕ１は、０．０２以上０．０５以下であるようにしてもよい。
【００２０】
この窒化物半導体レーザによれば、ＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎ（０．０２≦Ｘ≦０．０５）はｐ側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。
【００２１】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、III族窒化物半導体からなる主面を有する基板を更に備えることができる。前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域、及び前記ｐ型クラッド層は、前記基板の前記主面上に順に配列されており、前記基板の前記主面は、前記III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する基準面から、前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸方向に１０度以上８０度未満の範囲内の角度で傾斜しているようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、第１界面に半極性のための傾斜を付与できる。
【００２２】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造、又は複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有するようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、活性層は、単一量子井戸構造や多重量子井戸構造といった様々な構造を有することができる。
【００２３】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあるようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、４５０ｎｍ程度の青色帯よりも長波長の光を発生できる。
【００２４】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあるようにしてもよい。この窒化物半導体レーザによれば、緑色帯の長波長の光を発生できる。
【００２５】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第２領域はｎ型導電性を示し、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域とｐ−ｎ接合を成すようにしてもよい。
【００２６】
この窒化物半導体レーザによれば、第１半導体層において、第１領域は第２領域とｐ−ｎ接合を成すとき、ｐ−ｎ接合の接合電位が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。
【００２７】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記ｎ型ドーパントは活性化されておらず、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域にｐ−ｉ接合を成すようにしてもよい。
【００２８】
この窒化物半導体レーザによれば、第１半導体層において、第１領域は第２領域にｐ−ｉ接合を成すとき、第２領域の高比抵抗が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。
【００２９】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第２領域における前記ｎ型ドーパントは、イオン注入により導入されていることができる。
【００３０】
この窒化物半導体レーザによれば、イオン注入の利用により、リッジ構造に対して自己整合的にｎ型ドーパントを導入して第２領域を形成できる。
【００３１】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含むことができる。
【００３２】
この窒化物半導体レーザによれば、第１半導体層の第１領域及び第２領域はｐ型ドーパントを含み、第２領域にｎ型ドーパントが添加されると共に第１領域にｎ型ドーパントが添加されていない。
【００３３】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層の前記第２領域は、第２濃度のｐ型ドーパントを含み、前記第１半導体層の前記第２領域において、前記第１濃度は前記第２濃度より大きいようにしてもよい。
【００３４】
この窒化物半導体レーザによれば、第２領域において、第２濃度のｐ型ドーパントを含み、第１半導体層の前記第２領域において、ｎ型ドーパントの第１濃度はｐ型ドーパントの第２濃度より大きい。
【００３５】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記半導体面は、前記III族窒化物半導体のｃ軸方向に延在する軸に直交する基準面から、前記III族窒化物半導体のｃ軸から前記III族窒化物半導体のｍ軸方向に６３度以上８０度以下の範囲内の角度で傾斜しているようにしてもよい。
【００３６】
この窒化物半導体レーザによれば、上記の角度範囲及び面方位は、高いＩｎ組成及び高い組成均一性を有するＩｎＧａＮを成長することを可能にする。
【００３７】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記リッジ構造の上面に接触をなす電極を更に備えることができる。この窒化物半導体レーザによれば、リッジ構造を流れるキャリアは、電極からリッジ構造の上面を介して供給される。
【００３８】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記第１半導体層のインジウムの組成Ｕ１は０．０４以下であることができる。
【００３９】
本発明に係る窒化物半導体レーザは、前記ｐ側光ガイド領域はアンドープのＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層を備えることができる。前記ＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層は前記活性層と前記第１半導体層との間に設けられるようにしてもよい。
【００４０】
この窒化物半導体レーザによれば、ｐ側光ガイド領域はアンドープのＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層及びｐドープのＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎ層を含むことができる。
【００４１】
本発明に係る窒化物半導体レーザでは、前記リッジ構造は、前記ｐ側光ガイド領域の前記第１半導体層の前記第１領域と前記ｐ型クラッド層との間に設けられたｐ型ＧａＮ層を更に含み、前記ｐ型クラッド層は前記ｐ型ＧａＮ層に接触を成し、前記第１半導体層は前記ｐ型ＧａＮ層に接触を成し、前記活性層は前記ｐ側光ガイド領域に接触を成し、前記ｐ側光ガイド領域は前記ｐ型ＧａＮ層を含むようにしてもよい。
【００４２】
この窒化物半導体レーザによれば、上記の積層構造は、好適な光閉じ込めのための屈折率プロファイルを提供できる。
【００４３】
本発明は、窒化物半導体レーザを作製する方法に係る。この方法は、（ａ）ｎ側光ガイド領域、活性層、及びｐ側光ガイド領域、及びｐドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を有するエピタキシャル基板を準備する工程と、（ｂ）前記ｐドープ半導体領域上に、リッジ構造のためのマスクを形成する工程と、（ｃ）前記マスクを用いて前記ｐドープ半導体領域及び前記ｐ側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたｐ側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する工程と、（ｄ）前記リッジ構造を形成した後に、前記エッチングされたｐ側光ガイド領域にｎ型ドーパントのイオン注入を行う工程とを備える。前記ｎ側光ガイド領域、前記活性層、前記ｐ側光ガイド領域及び前記リッジ構造は順に第１軸の方向に配置されて積層構造を成し、前記ｐ側光ガイド領域は、第１III族窒化物半導体からなる第１半導体層を含み、前記第１半導体層は第１領域及び第２領域を有し、前記第１領域及び第２領域は、前記第１軸に交差する基準面に沿って配列されており、前記リッジ構造は、前記第１半導体層の前記第１領域上に設けられ、前記第１半導体層の前記第２領域は、前記イオン注入により第１濃度で導入されたｎ型ドーパントを含み、前記第１半導体層の前記第２領域は、前記第１半導体層の前記第１領域に対して電位障壁を提供する。
【００４４】
この窒化物半導体レーザを作製する方法（以下、「作製方法」と記す）によれば、ｐ側光ガイド領域の第１半導体層は、第１軸に交差する基準面に沿って配列された第１領域及び第２領域を有する。この第１半導体層の第１領域はリッジ構造を搭載しており、第１半導体層の第２領域は、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含む。第１半導体層においては、第２領域は第１領域に対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第１半導体層の第１領域に流れるキャリアは、電位障壁を形成する第２領域によって案内される。
【００４５】
本発明に係る作製方法では、前記ｐ側光ガイド領域は、前記活性層に接して第１界面を形成しており、前記第１界面は、前記III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１軸に直交する第１基準面に対して傾斜しており、前記半導体面は半極性を示すことができる。
【００４６】
この作製方法によれば、半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像（ＦＦＰ）の調整を可能にする。
【００４７】
本発明に係る作製方法は、前記第１半導体層の前記第２領域の表面上、及び前記リッジ構造上に絶縁膜を成長する工程を更に備えることができる。前記イオン注入は前記絶縁膜を通して行われることができる。この作製方法によれば、第２領域にｎ型ドーパントをイオン注入により導入する際に、薄い絶縁膜はイオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。
【００４８】
本発明に係る作製方法では、前記第１半導体層の前記第１領域及び前記第２領域は、ｐ型ドーパントを含むことができる。この作製方法によれば、第１半導体層の第１領域及び第２領域内のｐ型ドーパントは、第１半導体層のエピタキシャル成長の際に導入される。
【００４９】
本発明に係る作製方法では、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、４５０ｎｍ程度の青色帯よりも長波の光を発生できる。
【００５０】
本発明に係る作製方法は、前記イオン注入を行った後に、ｎ型ドーパントの活性化のためのアニール処理を行う工程を更に備えることができる。この作製方法によれば、イオン注入により導入されたｎ型ドーパントは、アニール処理により活性化される。
【００５１】
本発明に係る作製方法は、前記アニール処理を行った後に、前記絶縁膜を除去する工程と、前記絶縁膜を除去した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成す電極を形成する工程とを更に備えることができる。
【００５２】
この作製方法によれば、絶縁膜が第１半導体層の第２領域の表面を覆うけれども、半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第１半導体層のアニールされた第２領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。
【００５３】
また、絶縁膜の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、実質的に第２領域を覆いリッジ構造の側面を覆わない。イオン注入にさらされた絶縁膜は、リッジ構造の保護のために用いられない。
【００５４】
本発明に係る作製方法では、前記第１半導体層の前記第２領域はｎ型導電性を示し、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域とｐ−ｎ接合を成すことができる。
【００５５】
この作製方法によれば、第１半導体層の第２領域はアニールされてｎ導電性を示す。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく第１半導体層の第２領域に係るｐ−ｎ接合の電位障壁によりガイドされる。
【００５６】
本発明に係る作製方法は、前記エピタキシャル基板を準備した後に前記マスクを形成する前に、前記エピタキシャル基板上に金属膜を形成する工程を更に備えることができる。前記マスクは前記金属膜上に形成され、前記金属膜は、前記マスクを用いてエッチングされることができる。
【００５７】
この窒化物半導体レーザを作製する方法によれば、リッジ形成前にエピタキシャル基板上に金属膜を形成するので、エピタキシャル基板の表面の汚染を避けながらエピタキシャル基板の表面と金属膜との界面を形成できる。
【００５８】
本発明に係る作製方法は、前記イオン注入した後に、前記絶縁膜を除去する工程と、前記絶縁膜を除去した後に、前記リッジ構造を埋め込む絶縁体を形成する工程と、前記絶縁体を形成した後に、前記リッジ構造の上面に接触を成すオーミック電極を形成する工程とを更に備えることができる。
【００５９】
この作製方法によれば、イオン注入に際に絶縁膜が第１半導体層の第２領域の表面を覆うけれども、イオン注入した後にアニールを行うことなく絶縁膜は除去される。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第１半導体層のアニールされていない第２領域の電位障壁によりガイドされる。一方、レーザ導波路を伝搬する光はリッジ及び絶縁膜によりガイドされる。
【００６０】
また、絶縁膜の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、実質的に第２領域を覆いリッジ構造の側面を覆わない。イオン注入にさらされた絶縁膜は、リッジ構造の保護絶縁膜として用いられない。
【００６１】
本発明に係る作製方法では、前記ｎ型ドーパントは活性化されておらず、前記第１半導体層において、前記第１領域は前記第２領域にｐ−ｉ接合を成すことができる。
【００６２】
この作製方法によれば、第１半導体層の第２領域はアニールされないのでｎ型ドーパントは活性化されていない。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第１半導体層の第２領域に係るｐ−ｉ接合の電位障壁によりガイドされる。第２領域内のｎ型ドーパントは活性化されることなく、電極は熱的ダメージを受けない。
【発明の効果】
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザが提供される。また。本発明によれば、この窒化物半導体レーザを作製する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザに係る構造を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図９】図９は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。
【図１２】図１２は、窒化物半導体レーザの一例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、窒化物半導体レーザ、及び窒化物半導体レーザを作製する方法に係る本実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００６６】
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザに係る構造を示す図面である。図１には、直交ＸＹＺ座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが記載されている。図１を参照すると、窒化物半導体レーザ１１は、リッジ構造を有する。図１には、ＸＹＺ座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが記載されている。結晶座標系ＣＲはｃ軸、ａ軸及びｍ軸を有する。直交座標系ＳはＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する。Ｚ軸は半導体の積層方向を示す。個々の半導体層及び界面はＸＹ平面に平行な平面に沿って延在する。
【００６７】
III族窒化物半導体レーザ１１は、第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５、及び第２III族窒化物半導体領域１７を含む。第１III族窒化物半導体領域１３は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる半導体面１３ａを有する。活性層１５は、第１III族窒化物半導体領域１３の半導体面１３ａ上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７は第１III族窒化物半導体領域１３の半導体面１３ａ上に設けられる。
【００６８】
光ガイド領域２１は活性層１５に接して界面を構成しており、この界面は、III族窒化物半導体からなるｃ軸方向に延びる第１基準軸Ｃｘに直交する第１基準面に対して傾斜しており、半導体面１３ａは半極性を示すことができる。したがって、半導体面１３ａは半極性面であることができ、以下の説明では、半導体面１３ａを半極性面として参照する。半極性面の利用は、長波長の発光を可能にする。III族窒化物半導体からなるｃ軸は、活性層１５よりも基板に近い半導体、例えば第１III族窒化物半導体領域内の窒化物半導体や基板３９の窒化物半導体に基づくことができる。
【００６９】
活性層１５は第１III族窒化物半導体領域１３と第２III族窒化物半導体領域１７との間に設けられる。活性層１５の発振波長は４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。特に、発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましく、またより好ましくは、活性層１５の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある。活性層１５は、例えば単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造といった量子井戸構造を有することができる。第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２のIII族窒化物半導体領域１７は、積層軸Ａｘ（座標系ＳのＺ軸の方向）に沿って順に配列される。電極１９は、第２III族窒化物半導体領域１７上に設けられ、また第２III族窒化物半導体領域１７のコンタクト層２９に接触を成す。半極性面１３ａ（基板主面も同様に）は、座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される平面に実質的に平行に設けられる。
電極１９は、リッジ構造３５の上面３５ａに接触をなすことができる。リッジ構造３５を流れるキャリアは、電極１９からリッジ構造３５の上面３５ａを介して供給される。
【００７０】
第１III族窒化物半導体領域１３は、光ガイド層２１及び第１クラッド層２３を含む。光ガイド層２１はｎ型クラッド層２３上に設けられる。活性層１５は、光ガイド層２１上に設けられる。第１クラッド層２３は第１導電型（例えばｎ型）のIII族窒化物半導体からなる。光ガイド層２１は、活性層１５と第１クラッド層２３との間に設けられ、また活性層１５に接している。光ガイド層２１は、第１光ガイド層２１ａを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。第１III族窒化物半導体領域１３の第１クラッド層２３がｎ導電性を示すとき、光ガイド層２１はｎ側光ガイド領域として参照される。第２III族窒化物半導体領域１７は活性層１５上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７は、別の光ガイド層２５と第２クラッド層２７とを含む。第２クラッド層２７は、第２導電型（例えばｐ型）のIII族窒化物半導体からなり、また光ガイド層２５上に設けられる。光ガイド層２５は、活性層１５と第２クラッド層２７との間に設けられ、また活性層１５に接することができる。光ガイド層２５は、第１半導体層２５ａを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。引き続く説明では、第１半導体層２５ａは第２光ガイド層として参照される。第２III族窒化物半導体領域１７の第２クラッド層２７がｐ導電性を示すとき、光ガイド層２５はｐ側光ガイド領域として参照される。第２III族窒化物半導体領域１７はリッジ構造３５を有する。必要な場合には、光ガイド層２５はキャリアブロック層を含むことができる。光ガイド層（ｎ側光ガイド領域）２５、活性層１５、別の光ガイド層２５（ｐ側光ガイド領域）及びリッジ構造３５は、半導体面に交差する方向に延在する第１軸Ａｘの方向に順に配置されて積層構造を成す。活性層１５は、光ガイド層（ｎ側光ガイド領域）２１と別の光ガイド層（ｐ側光ガイド領域）２５との間に設けられる。光ガイド層（ｎ側光ガイド領域）２１、活性層１５、別の光ガイド層（ｐ側光ガイド領域）２５は半導体面１３ａの法線軸に沿って配置されている。
【００７１】
光ガイド層２１は、第１光ガイド層２１ａに加えて第３光ガイド層２１ｂを含む。第１光ガイド層２１ａは第３光ガイド層２１ｂと活性層１５との間に位置し、また活性層１５に接している。第３光ガイド層２１ｂは第１光ガイド層２１ａの半導体材料と異なる半導体からなり、第３光ガイド層２１ｂのバンドギャップは第１光ガイド層２１ａのバンドギャップより大きい。
【００７２】
別の光ガイド層２５は、第２光ガイド層２５ａに加えて第４光ガイド層２５ｂ及び第５光ガイド層２５ｃを含むことができる。第４光ガイド層２５ｂは第２光ガイド層２５ａと活性層１５との間に位置し、また活性層１５に接している。第５光ガイド層２５ｃは第２光ガイド層２５ａの半導体材料と異なる半導体からなり、第５光ガイド層２５ｃのバンドギャップは第２光ガイド層２５ａのバンドギャップより大きい。第５光ガイド層２５ｃは第２光ガイド層２５ａと第２クラッド層２７との間に設けられる。光ガイド層２１の厚さは、例えば１５０〜６００ｎｍであることができ、光ガイド層２５の厚さは、例えば１５０〜６００ｎｍであることができる。
【００７３】
光ガイド層２１、活性層１５及び別の光ガイド層２５はコア領域３１を構成し、コア領域３１はｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。ｎ型クラッド層２３、コア領域３１及びｐ型クラッド層２７は光導波路構造を構成する。リッジ構造（半導体リッジ）３５は、ｐ型コンタクト層２９、ｐ型クラッド層２７、及び光ガイド層２５ｃを含むことができる。
【００７４】
一実施例では、光ガイド層２５は、第２光ガイド層２５ａ、第４光ガイド層２５ｂ及び第５光ガイド層２５ｃを含むことができる。別の光ガイド層２５は、活性層１５に接して第１界面ＨＪ１を形成する。第２光ガイド層２５ａは第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂを有する。第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは、軸Ａｘ（法線軸）に交差する基準面ＲＥＦ１に沿って配列されている。リッジ構造３５は、第２光ガイド層２５ａの第１領域上２６ａに設けられ、第２光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂは、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含む。第２光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。
【００７５】
この窒化物半導体レーザ１１によれば、光ガイド層２５の第２光ガイド層２５ａは、法線軸Ａｘに交差する基準面ＲＥＦ１に沿って配列された第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂを有する。この第１領域２６ａ上にリッジ構造３５が位置しており、第２光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂは、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含む。第２光ガイド層２５ａにおいては、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。リッジ構造３５から第２光ガイド層２５ａの第１領域２６ａに流れるキャリアは、電位障壁を形成する第２領域２６ｂによって案内されるけれども、レーザ導波路を伝搬する光は半導体の第２領域２６ｂを導波できる。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像（ＦＦＰ）の調整を可能にする。
【００７６】
活性層１５と光ガイド層２１とは第２界面ＨＪ２を構成する。ｎ型クラッド層２３はIII族窒化物半導体からなり、第２界面ＨＪ２は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角ＡＮＧＬＥで傾斜する。図１では、ｎ型クラッド層２３（他の半導体層も同じ）における基準面は、結晶座標系ＣＲのｃ軸の方向を示す軸（ベクトルＶＣで示される軸）に実質的に直交する。活性層１５と光ガイド層２５とは第１接合ＨＪ１を構成する。第１接合ＨＪ１は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角ＡＮＧＬＥで傾斜する。
【００７７】
窒化物半導体レーザ１１は、絶縁体４３を更に備えることができる。絶縁体４３は第２領域２６ｂの表面２６ｃを覆うと共にリッジ構造３５の側面３５ｂに接してリッジ構造を埋め込む。絶縁体４３の屈折率はｐ側光ガイド領域２５の屈折率より低い。絶縁膜４３が第２領域２６ｂの表面２６ｃを覆うけれども、リッジ構造３５からのキャリアは、リッジの形状を規定する絶縁膜４３によりガイドされるのではなく半導体の第２領域２６ｂの電位障壁によりガイドされた後に、活性層に到達する。一方、レーザ導波路を伝搬する光は、半導体の第２領域２６ｂに影響されることなくリッジ構造３５及び絶縁膜４３によりガイドされる。
【００７８】
絶縁体４３の厚さがリッジ構造の高さにほぼ等しい。この厚い絶縁膜は、第２領域の表面及びリッジ構造の側面を覆う。イオン注入の際のキャップ絶縁膜は、リッジ構造の保護のために用いられない。
【００７９】
また、リッジ構造３５は、光ガイド層２５とｐ型クラッド層２７との第３接合ＨＪ３を含む。第３接合ＨＪ３は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角ＡＮＧＬＥで傾斜する。第３接合ＨＪ３は、リッジ構造３５の側面３５ｂで終端する。リッジ構造３５は上端ＴＯＰ及び底ＢＯＴＴＯＭを有する。半導体リッジ３５の上面３５ａは電極１９に接合Ｊ０を成す。第２領域２６ｂ上の絶縁膜４３と活性層１５との間隔Ｄは１００ｎｍ以上であるようにしてもよい。この間隔が１００ｎｍ以上であるとき、第２領域２６ｂ上の絶縁膜４３が、レーザ導波路を伝搬する光を蹴ることを避けることができる。第２領域２６ｂ上の絶縁膜４３と活性層１５との間隔Ｄは３００ｎｍ以下であるようにしてもよい。第２領域２６ｂの働きにより、レーザ導波路を伝搬する光に対して、電流閉じ込めと光閉じ込めとの分離が可能になる。リッジ構造の幅（ＢＯＴＴＯＭ）は例えば１．０μｍ以上から５．０μｍ以下の範囲にある。
【００８０】
活性層１５は、少なくとも１つの井戸層３３ａを含み、この井戸層３３ａは例えば窒化ガリウム系半導体からなる。一実施例では、井戸層３３ａは三元ＩｎＧａＮ層を含むことができる。井戸層３３ａは圧縮歪みを内包する。井戸層３３ａは例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。活性層１５は、必要な場合には、複数の井戸層３３ａ及び少なくとも１つの障壁層３３ｂを含むことができる。隣り合う井戸層３３ａの間には障壁層３３ｂが設けられる。活性層１５の最外層は、井戸層からなることができる。障壁層３３ｂは、例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮからなることができる。
【００８１】
既に説明したように、第２III族窒化物半導体領域１７は半導体リッジ３５を有する。リッジ３５構造は、光ガイド層２５の一部と、ｐ型クラッド層２７と、ｐ型コンタクト層２９とを含む。光ガイド層２５はｐ型クラッド層２７に接して設けられ、このｐ型クラッド層２７に接してｐ型コンタクト層２９が設けられる。本実施例では、半導体リッジ３５は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定されるｍ−ｃ面（或いは、ｃ軸及びａ軸によって規定されるａ−ｃ面）にそって延在する。また、本実施例では、半導体リッジ３５は、ｎ型クラッド層２３の主面の法線軸（或いは基板主面３９ａの法線方向）及びｍ軸によって規定されるｍ−ｎ面（或いは、上記の法線軸びａ軸によって規定されるａ−ｎ面）にそって延在する。III族窒化物半導体のｃ軸は、ｍ−ｎ面（或いはａ−ｎ面）にそって傾斜することができる。III族窒化物半導体レーザ１１は端面３７ａ及び３７ｂを含み、一実施例では、端面３７ａ及び３７ｂは光共振器を構成することができる。端面３７ａ及び３７ｂの少なくとも一方には、誘電体多層膜４７を設けることができる。また、リッジ構造３５がｍ−ｎ面に沿って延在するとき、しきい値電流を低くできる光学遷移をレーザ発振に利用できる。これは、リッジ構造３５に係る閉じ込め能力だけでなく、しきい値電流の低減に寄与できる。
【００８２】
このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、第２III族窒化物半導体領域１７はリッジ構造３５を有しており、リッジ構造３５は、その幅に応じて活性層１５へ電流を閉じ込めることができると共に、第２III族窒化物半導体領域１７における光閉じ込めにも影響する。このIII族窒化物半導体レーザ１１における第２光ガイド層２５の第２領域２６ｂが半導体からなるけれども、キャリアに対しては電子障壁を形成する。これ故に、第２光ガイド層２５の第２領域２６ｂは、シリコン酸化物といった絶縁体と異なる屈折率を有する一方で、シリコン酸化物といった絶縁体と同様に電流の広がりを阻止できる。これ故に、第２光ガイド層２５の第２領域２６ｂの形状及び／又は構造（厚さ、深さ等）は、リッジ構造３５と組み合わせることにより、光閉じ込めと電流閉じ込めとの分離制御を可能にする。
【００８３】
窒化物半導体レーザ１１では、ｐ型クラッド層２７は、ＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１＜０．０５、０≦Ｙ１＜０．２０）であり、このＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎはｐ側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。ｐ型クラッド層２７は、光ガイド層２５のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等からなることができる。
【００８４】
光ガイド層２５の第２光ガイド層２５ａはＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎからなり、第２光ガイド層２５ａのインジウムの組成Ｕ１は０．０２以上０．０５以下であるようにしてもよい。ＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎ（０．０２≦Ｕ１≦０．０５）はｐ側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。第２光ガイド層２５ａのインジウムの組成Ｕ１は０．０４以下であることができる。このとき、第２光ガイド層２５ａのインジウムの組成Ｕ１が０．０４以下であるとき、格子歪の影響によるミスフィット転位が生じず、良好な結晶性を得ることができる。
【００８５】
窒化物半導体レーザ１１では、ｎ型クラッド層２１は、ＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２＜０．０５、０≦Ｙ２＜０．２０）であり、このＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎはｎ側光ガイド領域のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するようにしてもよい。ｎ型クラッド層２１は、光ガイド層２１のバンドギャッププロファイルよりも大きなバンドギャップを有するＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ等からなることができる。
【００８６】
光ガイド層２１の第１光ガイド層２１ａはＩｎＶ１Ｇａ１−Ｖ１Ｎからなり、第２光ガイド層２５ａのインジウムの組成Ｖ１は０．０２以上０．０５以下であるようにしてもよい。ＩｎＶ１Ｇａ１−Ｖ１Ｎ（０．０２≦Ｖ１≦０．０５）はｐ側光ガイド領域に適切な屈折率を提供できる。第１光ガイド層２１ａのインジウムの組成Ｖ１は０．０４以下であることができる。このとき、第１光ガイド層２１ａのインジウムの組成Ｖ１が０．０４以下であるとき、格子歪の影響によるミスフィット転位が生じず、良好な結晶性を得ることができる。
【００８７】
光ガイド層２５はアンドープのＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層（例えば光ガイド層２５ｂ）を備えることができる。このＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層は活性層１５と光ガイド層２５ａとの間に設けられるようにしてもよい。光ガイド層２５はアンドープのＩｎＵ２Ｇａ１−Ｕ２Ｎ層（例えば光ガイド層２５ｂ）及びｐドープのＩｎＵ１Ｇａ１−Ｕ１Ｎ層（例えば光ガイド層２５ａ）を含むことができる。光ガイド層２５ｂは、第１領域及び第２領域を含む。光ガイド層２５ｂは、光ガイド層２５ａの第１領域２６ａと活性層１５との間に設けられた第１領域と、光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂと活性層１５との間に設けられた第２領域とを含む。
【００８８】
リッジ構造３５は、光ガイド層２５内の第１領域２６ａとｐ型クラッド層２７との間に設けられたｐ型ＧａＮ層（例えば光ガイド層２５ｃ）を更に含むことができる。光ガイド層２５ｃにはｐ型クラッド層２７に接触を成し、光ガイド層２５ａは光ガイド層２５ｃに接触を成す。活性層１５は光ガイド層２５に接触を成し、光ガイド層２５はリッジ構造３５内のｐ型ＧａＮ層を含むようにしてもよい。上記の光ガイドの積層構造は、好適な光閉じ込めのための屈折率プロファイルを提供できる。光ガイド層２５ｃは光ガイド層２５ａの第１領域２６ａとｐ型クラッド層２７との間に設けられる。
【００８９】
光ガイド層２５ａの第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは同じ工程で成膜されるので、成膜されたものとしての光ガイド層２５ａの第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは実質的に同じ材料からなり、同じドーパント種及び同じドーパント濃度を有する。しかしながら、リッジ構造３５を形成した後に、光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂにはイオン注入によりｎ型ドーパントが導入され、リッジ構造３５がマスクとなって光ガイド層２５ａの第１領域２６ａにはイオン注入によりｎ型ドーパントが導入されない。これ故に、イオン注入の利用により、リッジ構造に対して自己整合的にｎ型ドーパントを導入して、第１領域２６ａと区別して第２領域２６ｂを形成できる。第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂはｐ型ドーパントを含むことができる。エピ成長の後に、適切な方法によりｐ型ドーパント活性化処理が施されて、第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは活性化されたｐ型ドーパントを含む。第２領域２６ｂにｎ型ドーパントが添加されると共に第１領域２６ａにｎ型ドーパントが添加されていない。光ガイド層２５ｂの第１領域は、光ガイド層２５ａの第１領域２６ａと活性層との間に設けられ、光ガイド層２５ｂの第２領域２６ｂは、光ガイド層２５ａの第２領域２６ａと活性層との間に設けられる。光ガイド層２５ｃは、リッジ構造３５内に含まれており、また光ガイド層２５ａの第１領域２６ａとｐ型クラッド層２７との間に設けられる。光ガイド層２５ｃは、第３濃度のｐ型ドーパントを含む。光ガイド層２５ｃの第３濃度は光ガイド層２５ａのｐ型ドーパントより大きい。
【００９０】
（実施例１）
光ガイド層２５ａの第２領域はｎ型導電性を示し、光ガイド層２５ａにおいて、第１領域２６ａは第２領域２６ｂとｐ−ｎ接合を成すようにしてもよい。光ガイド層２５ａにおいて、第１領域２６ａは第２領域２６ｂとｐ−ｎ接合を成すとき、ｐ−ｎ接合の接合電位が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。イオン注入により光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂに導入されたｎ型ドーパントは活性化されて、電子キャリアを生成する。第２領域２６ｂはｎ型ドーパントの第１濃度を有し、第２濃度のｐ型ドーパントを有する。第１濃度は第２濃度より大きい。
【００９１】
（実施例２）
ｎ型ドーパントは活性化されておらず、光ガイド層２５ａにおいて、第１領域２６ａは第２領域２６ｂにｐ−ｉ接合を成すようにしてもよい。光ガイド層２５ａにおいて第１領域２６ａが第２領域２６ｂにｐ−ｉ接合を成すとき、第２領域２６ｂの高比抵抗が、半導体リッジからのキャリアを閉じ込めるための電位障壁を提供する。第２領域２６ｂはｎ型ドーパントの第１濃度を有し、第２濃度のｐ型ドーパントを有する。第１濃度は第２濃度より大きいようにしてもよい。
【００９２】
（実施例３）
この実施例では、例えばＳｉ注入によりｐ−ＧａＮ（ｐ−ＩｎＧａＮ）をｎ型化させた領域で電流狭窄を行う。ｐ側半導体領域内のｎ型化領域とその内側のｐ型領域（レーザ導波路）との屈折率差がないので、光閉じ込めはへ水平方向に生じない。一方、クラッド層より低いマグネシウム濃度を有する半導体層にシリコンを注入するために、イオン注入されるべき半導体が露出するまでリッジ形成のためのエッチングを行う。例えば、Ｍｇ濃度は１×１０１８ｃｍ−３の光ガイド層に、イオン注入ダメージからの保護層としてイオン注入前にシリコン酸化膜（例えば２０ｎｍ）を成長する。この絶縁膜を介して、４０〜１２０ｋｅＶの加速エネルギ、６Ｅ＋１３〜３Ｅ＋１５ｃｍ−２のドーズ量でシリコンのイオン注入を行う。必要な場合には、ドーズ量及び／又は加速エネルギを変更して、複数回の注入を行うことができるが、イオン注入の回数は一回でもよい。イオン注入後に、被覆シリコン酸化膜を除去する。被覆シリコン酸化膜とは別に保護のためのシリコン絶縁膜（例えば３００ｎｍ）を蒸着により成膜する。Ｓｉイオン注入で形成したイオン注入半導体領域を用いて電流狭窄を行うとき、緑色半導体レーザの水平方向ＦＦＰ広がり角を１２度以下にすることができる。
【００９３】
再び図１を参照しながら、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ１１を説明する。窒化物半導体レーザ１１は、基板３９を更に備えることができる。基板３９は、六方晶系III族窒化物半導体からなる半極性の主面３９ａ及び裏面３９ｂを有する。この半極性主面３９ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向の延在する第２基準軸（ベクトルＶＣで示される軸Ｃｘ）に直交する第２基準面（例えば面Ｓｃ）に対して傾斜する、半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度（実質的に角度ＡＮＧＬＥに等しい角度）は、１０度以上８０度未満又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２III族窒化物半導体領域１７は、半極性主面３９ａ上にその法線軸（ベクトルＮＶ）に沿って配置され、より具体的には、ｎ型クラッド層２１、光ガイド層２１、活性層１５、別の光ガイド層２５、ｐ型クラッド層２７、及びｐ型コンタクト層２９は基板３９の主面３９ａ上に順に配列されている。基板３９の裏面３９ｂには別の電極４９が設けられている。
【００９４】
上記の基板３９上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層における個々の半導体層の表面は、基板３９の半極性面の面方位を引き継ぎ、また半極性の性質を有する。これ故に、第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２III族窒化物半導体領域１７の表面は、基板３９の半極性面の面方位に対応した面方位を有することができる。界面ＨＪ１、ＨＪ２、ＨＪ３に半極性のための傾斜を付与できる。
【００９５】
III族窒化物半導体レーザ１１は、基板３９の裏面３９ｂに接触を成す電極４９を備える。基板３９は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかである、六方晶系の導電性III族窒化物を備えることができる。III族窒化物半導体レーザ１１には、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかであるを適用可能である。基板３９は例えばＧａＮからなることができる。ＧａＮ基板上にコヒーレントにエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層には、圧縮歪みが内包される。
【００９６】
また、ｃ軸に係る傾斜角ＡＮＧＬＥは、ｍ−ｎ面に沿った傾斜では６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。上記の傾斜角ＡＮＧＬＥの半極性面３９ａは、均質なＩｎ取り込み及び高Ｉｎ組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。また、基板３９の半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度が６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、６３度以上８０度以下の範囲のｃ軸傾斜を有する基板３９は、長い波長のレーザ発振に好適な活性層１５の作製に好適な面方位を提供できる。長波長領域では、III族窒化物半導体における屈折率差が小さくなり、所望の光閉じ込めを達成することは容易ではなくなる。
【００９７】
III族窒化物半導体レーザ１１では、基板３９の主面３９ａの法線Ａｘは、基板３９のIII族窒化物のｃ軸に対して傾斜を成し、この傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。III族窒化物のｃ軸が傾斜が１０度未満であるとき、主面３９ａが極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のｃ軸が傾斜が８０度を超えるとき、主面３９ａが無極性面に近い性質を示す。
【００９８】
活性層１５の発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、比較的長波長のレーザ光を提供できる。また、活性層１５は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層１５は、半極性面を利用して作製される。さらに、活性層１５の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、長波長のレーザ光を提供できる。長波長にあるが故に、半導体材料差に基づく屈折率差だけでなく、リッジ構造３５により光閉じ込めが有効である。また、リッジ構造３５は電流閉じ込め及び光閉じ込めの両方に寄与するので、電流閉じ込めを大きく変更することなく、第１III族窒化物半導体領域１３の厚い光ガイド層２１ａは当該III族窒化物半導体レーザ１１における光閉じ込めと電流閉じ込めとの調整を容易にできる。
【００９９】
活性層１５はＩｎＧａＮ井戸層を含み、光ガイド層２１ａのインジウム組成は、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、光ガイド層２１ａのインジウム組成は２％以上であることができる。この構造では、インジウム組成２％以上の光ガイド層２１ａは、光ガイド層２１ａと基板３９との間に設けられる半導体層に対する屈折率差を提供ができる。また、光ガイド層２１ａのインジウムの組成は６％以下であり、三元ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さいことが良い。インジウム組成５％以下の光ガイド層２１ａは、レーザ導波路を伝搬する光に対して、光ガイド層２１ａと基板３９との間に設けられる半導体層と活性層１５との間の屈折率を提供ができる。
【０１００】
第１III族窒化物半導体領域１３は、複数の光ガイド層を含むことができる。光ガイド層２１は、例えば光ガイド層２１ａ、２１ｂを含み、光ガイド層２１ｂはＩｎＧａＮと異なる材料（例えばＧａＮ）を備える。光ガイド層２１ｂは光ガイド層２１ａと第１クラッド層２３との間に設けられ、光ガイド層２１ａの厚さは光ガイド層２１ｂの厚さより大きいことができる。
【０１０１】
第２III族窒化物半導体領域１７は、複数の光ガイド層を含むことができる。光ガイド層２５は、例えば光ガイド層２５ａ、２５ｂ、２５ｃを含み、光ガイド層２５ａ、２５ｂはＩｎＧａＮを備え、光ガイド層２５ｃはＩｎＧａＮと異なる材料（例えばＧａＮ）を備える。光ガイド層２５ａは４０ｎｍ〜１００ｎｍであることができる。光ガイド層２５ｂは２０ｎｍ〜１００ｎｍであることができる。光ガイド層２５ｃは１００ｎｍ〜４００ｎｍであることができる。
【０１０２】
III族窒化物半導体レーザ１１は、リッジ構造３５の上面３５ａに設けられたオーミック電極１９を更に備えることができる。第２III族窒化物半導体領域１７は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなるコンタクト層２９を更に含み、第２クラッド層２７は、コンタクト層２９と光ガイド層２５との間に設けられ、オーミック電極１９はコンタクト層２９に接触を成すことができる。オーミック電極１９がリッジ構造３５の上面３５ａのコンタクト層２９に接触を成すので、オーミック電極１９からのキャリアがリッジ構造３５の幅に応じて閉じ込め可能になる。オーミック電極１９は例えばパラジウム（Ｐｄ）を備えることが好ましい。パラジウムは、コンタクト層２９のIII族窒化物半導体に良好な接触を提供できる。
【０１０３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、保護絶縁膜４３と、パッド電極４５とを更に備えることができる。保護絶縁膜４３は、リッジ構造３５の上面３５ａに位置合わせした開口４３ａを有すると共に第２III族窒化物半導体領域１７の表面１７ａを覆う。パッド電極４５は、オーミック電極１９の上面を覆うと共に保護膜４３上に設けられる。保護膜４３は、またリッジ構造３５の側面３５ｂを覆っており、保護膜４３の屈折率は第２III族窒化物半導体領域１７の屈折率より小さい。オーミック電極１９は、保護膜４３の開口４３ａを介して第２III族窒化物半導体領域１７の上面１７ａ（４３ａ）に接触を成す。保護膜４３の屈折率が第２III族窒化物半導体領域１７の屈折率より小さいので、リッジ構造３５の側面３５ｂを覆う保護膜４３が光閉じ込めに関係する。
【０１０４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１クラッド層２３は、ｎ導電性のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０＜Ｘ１＜０．０５、０＜Ｙ１＜０．２０）であることができる。この第１クラッド層２３は、光ガイド層２１に対して良好な光閉じ込めを提供できる。また、第２クラッド層２７は、ｐ導電性のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０＜Ｘ２＜０．０５、０＜Ｙ２＜０．２０）であることができる。この第２クラッド層２７は、光ガイド層に対して良好な光閉じ込めを提供できる。
【０１０５】
図２及び図３は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。図４〜図９は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図４〜図９の模式図では、矩形の基板が描かれているが、基板の形状はこれに限定されない。また、引き続く説明では、理解を容易にするために、一素子のサイズの基板上に窒化物半導体発光素子を作成する手順を説明すると共に、図１において用いられた参照符号を用いる。
【０１０６】
この方法では、最初の工程Ｓ１０１で、ｎ側光ガイド領域、活性層、及びｐ側光ガイド領域、及びｐドープ半導体領域を含むエピタキシャル構造を含むエピタキシャル基板を準備する。窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル成長層を形成するための基板を準備する。基板（図４の（ａ）部における参照符号「３９」）は、例えば六方晶系III族窒化物からなる主面（図１の（ａ）部における参照符号「３９ａ」）を有する。基板３９は、例えば六方晶系III族窒化物からなることができ、六方晶系III族窒化物は、例えば窒化ガリウム系半導体からなることができ、窒化ガリウム系半導体は例えばＧａＮ、ＡｌＮ等を含む。
【０１０７】
図４の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０１において、基板３９を成長炉１０ａに置いた後に、基板３９上に窒化物半導体発光素子のためのエピタキシャル多層膜１２を形成する。エピタキシャル多層膜１２はIII族窒化物半導体領域であり、またエピタキシャル多層膜１２は複数のIII族窒化物層を含む。
【０１０８】
工程Ｓ１０２では、基板３９を準備する。基板３９は六方晶系III族窒化物からなる主面３９ａを有し、またこの主面３９ａは半極性を示す。エピタキシャル多層膜１２は、六方晶系III族窒化物からなる主面３９ａに対してエピタキシャルに成長される。エピタキシャル多層膜１２のIII族窒化物層の各々におけるｃ軸の向きは、該六方晶系III族窒化物のｃ軸の向きに一致する。図４の（ａ）部を参照すると、六方晶系III族窒化物のｃ軸Ｃｘを示すｃ軸ベクトルＣＶが描かれており、結晶方位を示す結晶座標系ＣＲが示されている。結晶座標系ＣＲは、六方晶系III族窒化物のｃ軸、ａ軸及びｍ軸を示す軸を有する。本実施例では、基板３９のｃ軸Ｃｘは、基板主面３９ａの法線ベクトルＮＶで表される法線軸Ｎｘを基準にして角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。引き続き説明された実施例では、リッジ構造は、ｍ軸及びｃ軸によって規定されるｍ−ｃ面に沿って延在する。基板３９のｃ軸Ｃｘと基板主面３９ａの法線軸Ｎｘとの成す角度ＡＬＰＨＡは４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の角度範囲にあることができる。
【０１０９】
基板３９のｃ軸Ｃｘとエピタキシャル多層膜１２の半極性主面１２ａの法線軸（本実施例では、法線軸Ｎｘと同じ）との成す角度は４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の角度範囲にあることができる。エピタキシャル多層膜１２のIII族窒化物半導体のｃ軸とエピタキシャル多層膜１２の半極性主面１３ａ（後工程においてリッジ部の上面）の法線軸との成す角度が４５度以上８０度以下又は１００度以上１３５度以下の角度範囲にある。
【０１１０】
成長炉１０ａでは、エピタキシャル多層膜１２の複数のIII族窒化物層が、例えば有機金属気相成長法で成長されて、法線軸Ｎｘの方向に順に配列される。エピタキシャル多層膜１２は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５、ｎ型窒化ガリウム系半導体クラッド層１７、活性層２１を含むことができる。この構造の形成のために、基板３９上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１３、活性層１５、及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域２７が成長される。工程Ｓ１０３では、ｎ型クラッド層２３を基板３９上に成長する。ｎ型クラッド層２３を成長した後に、工程Ｓ１０４では、ｎ側光ガイド領域２１を基板３９上に成長する。ｎ側光ガイド領域２１を成長した後に、工程Ｓ１０５では、活性層１５を基板３９上に成長する。活性層１５を成長した後に、工程Ｓ１０６では、ｐ側光ガイド領域２５を基板３９上に成長する。ｐ側光ガイド領域２５を成長した後に、工程Ｓ１０７では、ｐ型クラッド層２７を基板３９上に成長する。ｐ型クラッド層２７を成長した後に、工程Ｓ１０８では、ｐ型コンタクト層２９を基板３９上に成長する。活性層１５は、井戸層３３ａ及び障壁層３３ｂを含み、これら井戸層３３ａ及び障壁層３３ｂが、基板主面３９ａの法線軸Ｎｘの方向に交互に配列されている。
【０１１１】
エピタキシャル多層膜１２の一例。
有機金属気相成長法を用いて成膜する。
ｎ型窒化ガリウム系半導体クラッド層２３：Ｓｉドープｎ型ＩｎＡｌＧａＮ。
ｎ側光ガイド領域２１：Ｓｉドープｎ型ＧａＮ、アンドープＩｎＧａＮ。
活性層１５：単一又は多重量子井戸構造。
井戸層３３ａ：アンドープＩｎＧａＮ。
障壁層３３ｂ：アンドープＩｎＧａＮ又はアンドープＧａＮ。
ｐ側光ガイド領域２５：アンドープＩｎＧａＮ、ＭｇドープＩｎＧａＮ、ＭｇドープＧａＮ。
ｐ型窒化ガリウム系半導体クラッド層２７：Ｍｇドープｐ型ＩｎＡｌＧａＮ。
ｐ型窒化ガリウム系半導体コンタクト層２９：Ｍｇドープｐ型ＧａＮ。
当該方法では、エピ成長の最終段階で、ｐ型ドーパントのためのガス及び原料ガスを成長炉に供給して、III族窒化物半導体からなるｐドープのコンタクト層２９を有機金属気相成長法で成長する。一実施例では、このコンタクト層は、電極膜を形成する半極性主面を提供する。
【０１１２】
活性層１５の発光スペクトルのピーク波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長範囲内にあることができる。半極性面の利用により、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の青色から緑の波長領域に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。また、活性層１５の発光スペクトルのピーク波長は５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲内にあることが好ましい。半極性面の利用により、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内の緑の波長領域に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。
【０１１３】
エピタキシャル多層膜１２の成長が完了した後に、成長炉１０ａからエピタキシャル基板Ｅを取り出す。エピタキシャル基板Ｅの窒化物半導体領域は、基板主面３９ａの面方位を引き継いで半極性主面を示す。エピタキシャル基板Ｅの窒化物半導体領域は活性層１５を含み、この活性層１５も半極性に従う性質を有する。半極性の利点を生かして、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲内に発光スペクトルのピーク波長を有する発光素子を提供できる。
【０１１４】
成長炉１０ａから取り出されたエピタキシャル基板Ｅは、酸素を含む大気にさらされる。次いで、工程Ｓ１０９では、エピタキシャル基板Ｅ上に、リッジ形成のためのマスクを形成する。
【０１１５】
まず、工程Ｓ１１０では、エピタキシャル基板Ｅ上に、オーミック電極のための金属膜を成長炉１０ｂで成膜する。電極のための金属層の成長に先立って、エピタキシャル基板Ｅの表面４０ａの自然酸化膜やコンタミネーションを除去するための前処理を行う。自然酸化膜やコンタミネーションを除去するためのウエット処理が行われ、好適な例では、エピタキシャル基板Ｅは酸溶液に浸される。この酸溶液は例えば塩酸を含むことが好ましい。
【０１１６】
エピタキシャル基板Ｅの酸洗浄の後に、速やかに（例えば３０分以下に）、図４の（ｂ）部に示されるように、該エピタキシャル基板Ｅを成膜炉１０ｂに配置することが好ましい。工程Ｓ１１０では、該酸洗浄された主面１２ａ上に金属膜２０を蒸着する。金属膜２０は、例えば金層、パラジウム層及び白金層、Ｔｉ層の少なくともいずれかを含むことができる。これらの金属は、窒化物半導体半極性面に良好なコンタクト抵抗を提供できる。好ましくは、金属膜２０としてＰｄを用いることがよい。Ｐｄはｐ型ＧａＮ層に対してノンアロイで良好なオーミック特性を得ることができる。金属膜２０は、例えば蒸着法で形成されることができる。金属膜２０の厚さは例えば１０ｎｍ以上であり、例えば２００ｎｍ以下であることができる。
【０１１７】
エピタキシャル基板Ｅのｐドープ半導体領域上に、リッジ構造ためのマスクを形成する。一実施例においては、工程Ｓ１１１で、図５の（ａ）部に示されるように、金属膜３１上に、リフトオフのための犠牲膜２２を形成する。犠牲膜２２は絶縁性を示すことが好ましい。犠牲膜２２が樹脂からなるとき、犠牲膜２２は、誘電体マスクから金属膜への応力を低減できる。犠牲膜２２の樹脂は、例えばレジスト、ポリイミド、及びベンゾシクロブテンの少なくともいずれかを含むことができる。これらの樹脂を異方性エッチングにより加工してリフトオフ層を形成でき、またこれをリフトオフのために使用できる。犠牲膜２２の樹脂膜の形成は、例えばスピナーといった成膜装置を用いた塗布により行われる。犠牲膜２２は金属膜２０に接触し、覆う。
【０１１８】
また、工程Ｓ１１２では、図５の（ｂ）部に示されるように、金属膜２０上に、誘電体膜２４を成長する。誘電体膜２４を成長する工程において、犠牲膜２２は誘電体膜２４と金属膜２０との間に設けられる。誘電体膜２４はシリコン系無機絶縁層、ＡｌＮ、ＴｉＯ２を含むことができ、シリコン系無機絶縁層は例えばシリコン酸化物（具体的にはＳｉＯ２）、ＳｉＮ等からなることができる。誘電体膜３５は例えば電子ビーム蒸着法、スパッタ法を適用可能な成膜装置で成長されることが好ましい。この方法によれば、成膜の際の熱から樹脂膜を保護するように、電子ビーム蒸着法でシリコン系無機絶縁層を成長できる。
【０１１９】
工程Ｓ１１３では、図５の（ｂ）部に示されるように、リッジのためのパターンを有するマスク２８を誘電体膜３５上に形成する。マスク２８は例えばフォトレジストからなることができる。このレジストマスクの作成は例えば以下のように行われる。塗布器を用いてフォトレジストを誘電体膜２４上に塗布した後に、露光装置でフォトマスクを介してフォトレジストに露光し、さらに露光したフォトレジストを現像装置で現像する。一実施例では、マスク２８は例えばストライプ形状を成す。ストライプ幅は例えば２μｍである。
【０１２０】
工程Ｓ１１４では、図６の（ａ）部に示されるように、マスク２８を用いて誘電体膜２４をエッチング装置でエッチングして、誘電体マスク２４ａを形成する。このエッチングは、例えばインダクティブ・カップリング・プラズマ・反応性イオンエッチング法（ＩＣＰ−ＲＩＥ法）で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、異方的なエッチングを実現できる。誘電体膜２４がシリコン酸化物からなるときは、エッチャントとしてＣＨＦ３を用いることができる。誘電体膜２４のエッチングにおけるエッチャントは、ＣＨＦ３といったフッ素系ガスを用いることができる。エッチャントとして、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＣＦ４+Ａｒの少なくともいずれかを使用できる。
【０１２１】
また、工程Ｓ１１４では、図６の（ａ）部に示されるように、誘電体マスク２４ａを用いて犠牲膜２２のエッチングを行って、リフトオフ層２２ａを形成する。犠牲膜２２が樹脂からなるときは、リフトオフ層２２ａも樹脂からなる。犠牲膜２２のエッチングにおけるエッチャントはフッ素系ガス又は酸素を含むことが好ましい。フッ素系ガスとして、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨＦ３／Ａｒの少なくともいずれかを使用できる。このエッチングは、例えばＩＣＰ−ＲＩＥ法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性を実現できる。これ故に、リフトオフ層２２ａの幅は誘電体マスク２４ａの幅とほぼ同じであり、リフトオフ層２２ａに実質的なサイドエッチは生じない。リフトオフ層２２ａは電極膜２０の表面に接している。
【０１２２】
次いで、工程Ｓ１１５では、マスク２８を用いてリッジ構造を形成する。工程Ｓ１１６では、図６の（ａ）部に示されるように、誘電体マスク２４ａを用いて金属層２０のエッチングを行って、電極１９を形成する。電極１９は、金層、パラジウム層及び白金層の少なくともいずれかを含むことができる。金属層２０のエッチングは例えばアルゴン（Ａｒ）を用いることができる。
【０１２３】
次いで、マスク（例えば誘電体マスク２４ａ）を用いてｐドープ半導体領域及びｐ側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたｐ側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する。一実施例では、工程Ｓ１１７において、金属層３１のエッチングが完了した後に、窒化物半導体領域３９のエッチングを行って、エッチングされた窒化物半導体領域４０を形成する。このエッチングは、ＩＣＰ−ＲＩＥ法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性及び所望のリッジ高を実現できる。エッチングにより、ｐ側光ガイド領域２５ｄが露出される。本実施例では、ｐ側光ガイド領域２５のＭｇドープＧａＮがエッチングにより除去され、ＭｇドープＩｎＧａＮが露出される。アンドープＩｎＧａＮはＭｇドープＩｎＧａＮで覆われている。これ故に、イオン注入される領域は、ｐ型ドーパントを含むことができる。
【０１２４】
上記の工程に後に、イオン注入のための工程群に進む。リッジ構造を形成した後に、エッチングされたｐ側光ガイド領域にｎ型ドーパントのイオン注入を行う。一実施例では、工程Ｓ１１８において、マスク２８を残したまま、基板上に絶縁膜３０を成長する。露出されたｐ側光ガイド領域２５ｄ上に絶縁膜３０ａが形成されると共に、絶縁膜３０ｂはマスク２８上にも堆積される。絶縁膜３０は例えばシリコン酸化膜からなることができる。成膜方法としてはＥＢ蒸着法を適用できる。
【０１２５】
工程Ｓ１１９では、図７の（ａ）部に示されるように、ｎ型ドーパントのイオン注入４２を基板全面に行う。イオン種は、例えばシリコン等であることができる。リッジの上面には、多くの構造物２８、２４ａ、２２ａがあるので、イオン注入４２されたイオンはリッジの上面には到達しない。イオン注入４２されたイオンは、絶縁膜３０ａを介して半導体の表面２５ｄに注入されて、破線で示されたドープ領域２６ｃを形成する。ドープ領域２６ｃは、リッジ構造の自己整合的に形成される。
【０１２６】
工程Ｓ１２０では、絶縁膜３０を除去する。絶縁膜３０がシリコン酸化膜からなるときは、フッ化水素酸を用いて絶縁膜３０を除去できる。露出された光ガイド層（第２領域２６ｂ）にｎ型ドーパントをイオン注入により導入する際に、薄い絶縁膜３０ｂはイオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。
【０１２７】
イオン注入によって形成されたドープ領域について、図１を参照しながら説明する。光ガイド層２５（ｐ側光ガイド領域）は、第１III族窒化物半導体からなる第２光ガイド層２５ａを含む。光ガイド層２５ａ内には、イオン注入によって第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂが形成される。第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは、基板主面３９ａの法線軸に交差する基準面に沿って配列されている。第１領域２６ａ上にはリッジ構造３５が位置している。第２領域２６ｂは、イオン注入により第１濃度で導入されたｎ型ドーパントを含む。イオン注入された状態を有する第２領域２６ｂでは、ｎ型ドーパントは活性化されておらず、高比抵抗を有する。これ故に、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。
【０１２８】
工程Ｓ１２１では、図７の（ｂ）部に示されるように、リッジ構造を埋め込むように絶縁体を形成するために、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａを残したまま、絶縁膜４４の堆積を行う。絶縁膜４４ａは、リッジ構造を埋め込む絶縁体４４ａと、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａ上に形成された堆積物４４ｂとを含む。
【０１２９】
工程Ｓ１２２では、マスク内の犠牲膜２２ａを用いて絶縁膜４４のリフトオフを行って、リッジ上面の金属層１９を露出させると共に、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａ上に形成された堆積物４４ｂを除去する。このリフトオフの結果、図８の（ａ）部に示されるように、絶縁体４４ａで埋め込まれたリッジ構造を有する基板生産物ＳＰが作製される。
【０１３０】
工程Ｓ１２３では、電極を形成する。例えばオーミック電極１９上にパッド電極４５を形成するために、図８の（ｂ）部に示されるように、リフトオフ用のマスク４７を形成する。このマスク４７を形成した後に、電極のための金属膜を蒸着する。マスク４７を用いて金属膜をリフトオフして、図９の（ａ）部に示されるように、パッド電極４９を形成する。パッド電極４９は例えばＡｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができる。また、必要な場合には、基板３９の値面を研磨した後に、図９の（ｂ）部に示されるように、基板の研磨面に裏面電極４９を形成する。
【０１３１】
この作製方法によれば、イオン注入に際に絶縁膜３０が第２領域２６ｂの表面を覆うけれども、イオン注入した後にアニール処理を行うことなく絶縁膜３０ｂは除去される。第２領域２６ｂはアニールされていないので、そのｎ型ドーパントは活性化されていない。第２領域２６ｂではｎ型ドーパントは活性化されていないので、第１領域２６ｂは第２領域２６ａにｐ−ｉ接合を成す。半導体リッジからのキャリアは、リッジ及び絶縁膜によりガイドされるのではなく、第２領域２６ｂに係るｐ−ｉ接合の電位障壁によりガイドされる。第２領域内２６ｂのｎ型ドーパントは活性化されないので、電極２０ａに係る金属−半導体接合は熱的ダメージを受けない。
【０１３２】
この窒化物半導体レーザを作製する方法（以下、「作製方法」と記す）によれば、光ガイド層２５の光ガイド層２５ａには、法線軸に交差する基準面に沿うように第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂが形成される。光ガイド層２５ａの第２領域２６ｂは、第１濃度でドープしたｎ型ドーパントを含むように形成される一方で、第１領域２６ａはリッジ構造直下にあり、エピ成長中に導入されたドーパントを含む。これ故に、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。リッジ構造３５から第１領域２６ａに流れるキャリアは、電位障壁を形成する第２領域２６ｂによって案内される。
【０１３３】
基板３９が半極性面を有するとき、活性層は長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像（ＦＦＰ）の調整を可能にする。
【０１３４】
図１０及び図１１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子を作製する方法における工程フローを示す図面である。また、理解を容易にするために、可能な場合には、図３及び図４を参照しながら説明した実施例に用いられた参照符号を本実施例においても用いる。
【０１３５】
工程Ｓ２０１では、エピタキシャル基板を準備する。この準備は、例えば図１及び２に示された工程フローに従って行われることができるが、これに限定されるものではない。引き続く説明では、エピタキシャル基板を符号Ｅとして参照する。
【０１３６】
工程Ｓ２０２では、リッジ形状のためのマスクをエピタキシャル基板Ｅ上に形成する。本実施例では、マスク作製のために、工程Ｓ２０３では、エピタキシャル基板Ｅのｐドープ半導体領域上に、リッジ構造のためのマスクを形成する。一実施例においては、エピタキシャル基板Ｅ上に、リフトオフのための犠牲膜２２を形成する。犠牲膜２２は絶縁性を示すことが好ましい。犠牲膜２２はＳｉＯ２からなるとき、イオン注入のためのアニール（熱処理）に対して熱耐性を有する。このような犠牲膜２２は、例えばＥＢ蒸着法によって作製されることができる。犠牲膜２２はエピ表面を覆う。図５の（ｂ）部には、金属膜１０上に犠牲膜２２が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板Ｅ上に金属膜を形成していないので、犠牲膜２２はエピタキシャル基板Ｅ上に直接に形成される。
【０１３７】
また、工程Ｓ２０４では、犠牲膜２２上に誘電体膜２４を成長する。誘電体膜２４を成長する工程において、犠牲膜２２は誘電体膜２４とエピタキシャル基板Ｅとの間に設けられ、金属層はこれらに挟まれていない。誘電体膜２４はシリコン系無機絶縁層、ＡｌＮ、ＴｉＯ２を含むことができ、シリコン系無機絶縁層は例えばシリコン酸化物（具体的にはＳｉＯ２）、ＳｉＮ等からなることができる。誘電体膜３５は例えば電子ビーム蒸着法、スパッタ法を適用可能な成膜装置で成長されることが好ましい。この方法によれば、電子ビーム蒸着法でシリコン系無機絶縁層を成長できる。図５の（ｂ）部には、金属膜１０上に犠牲膜２２及び誘電体膜２４が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板Ｅ上に金属膜を形成していないので、犠牲膜２２及び誘電体膜２４がエピタキシャル基板Ｅ上に形成される。
【０１３８】
工程Ｓ２０５では、リッジのためのパターンを有するマスク２８を誘電体膜３５上に形成する。マスク２８は例えばフォトレジストからなることができる。このレジストマスクの作成は例えば以下のように行われる。塗布器を用いてフォトレジストを誘電体膜２４上に塗布した後に、露光装置でフォトマスクを介してフォトレジストに露光し、さらに露光したフォトレジストを現像装置で現像する。
図５の（ｂ）部には、マスク２８が形成されているが、本実施例においては、エピタキシャル基板Ｅ上に金属膜を形成していないので、犠牲膜２２、誘電体膜２４及びマスク２８がエピタキシャル基板Ｅ上に形成される。図５の（ｂ）部に示される実施例と同様に、本実施例では、マスク２８は例えばストライプ形状を成す。ストライプ幅は例えば２μｍである。
【０１３９】
工程Ｓ２０６では、マスク２８を用いて誘電体膜２４をエッチング装置でエッチングして、誘電体マスク２４ａを形成する。このエッチングは、例えばインダクティブ・カップリング・プラズマ・反応性イオンエッチング法（ＩＣＰ−ＲＩＥ法）で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、異方的なエッチングを実現できる。誘電体膜２４がシリコン酸化物からなるときは、エッチャントとしてＣＨＦ３を用いることができる。誘電体膜２４のエッチングにおけるエッチャントは、ＣＨＦ３といったフッ素系ガスを用いることができる。エッチャントとして、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＣＦ４+Ａｒの少なくともいずれかを使用できる。また、工程Ｓ２０６では、誘電体マスク２４ａを用いて犠牲膜２２のエッチングを行って、リフトオフ層２２ａを形成する。レジストではない犠牲膜２２のエッチングにおけるエッチャントとしてＣＨＦ３等を用いることが好ましい。このエッチングは、例えばＩＣＰ−ＲＩＥ法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性を実現できる。これ故に、リフトオフ層２２ａの幅は誘電体マスク２４ａの幅とほぼ同じであり、リフトオフ層２２ａに実質的なサイドエッチは生じない。図６の（ａ）部には、誘電体マスク２４ａ及びリフトオフ層２２ａを含む複合マスクが描かれており、本実施例では、この複合マスクがエピタキシャル基板Ｅ上に直接に形成される。
【０１４０】
次いで、工程Ｓ２０７では、図６の（ｂ）部に示されるように、マスク２８を用いてリッジ構造を形成する。マスク（例えば誘電体マスク２４ａ）を用いてｐドープ半導体領域及びｐ側光ガイド領域のエッチングを行って、エッチングされたｐ側光ガイド領域及びリッジ構造を形成する。一実施例では、工程Ｓ２０７において、窒化物半導体領域３９のエッチングを行って、エッチングされた窒化物半導体領域４０を形成する。このエッチングは、ＩＣＰ−ＲＩＥ法で行われることが好ましい。このエッチング法によれば、エッチングにおける異方性及び所望のリッジ高を実現できる。エッチングにより、ｐ側光ガイド領域２５ｄが露出される。本実施例では、ｐ側光ガイド領域２５のＭｇドープＧａＮがエッチングにより除去され、ＭｇドープＩｎＧａＮが露出される。アンドープＩｎＧａＮはＭｇドープＩｎＧａＮを覆っている。これ故に、イオン注入される領域は、ｐ型ドーパントを含むことができる。
【０１４１】
上記の工程に後に、イオン注入のための工程群に進む。リッジ構造を形成した後に、エッチングされたｐ側光ガイド領域にｎ型ドーパントのイオン注入を行う。一実施例では、工程Ｓ２０８において、マスク２８を残したまま、基板上に絶縁膜３０を成長する。絶縁膜３０の厚さがリッジ構造の高さより小さいので、この薄い絶縁膜は、エッチングにより露出された領域（第２領域２６ｂになるべき領域）を覆いリッジ構造の側面を覆わない。図７の（ａ）部に示されるように、露出されたｐ側光ガイド領域２５ｄ上に絶縁膜３０ａが形成されると共に、絶縁膜３０ｂはマスク２８上にも堆積される。絶縁膜３０は例えばシリコン酸化膜からなることができる。絶縁膜３０の厚さは例えば２０〜５０ｎｍであり、本実施例では、例えば３０ｎｍである。
【０１４２】
工程Ｓ２０９では、図７の（ａ）部に示されるように、ｎ型ドーパントのイオン注入４２を基板全面に行う。イオン種は、例えばシリコン等であることができる。リッジの上面には、多くの構造物２８、２４ａ、２２ａがあるので、イオン注入４２されたイオンはリッジの上面には到達しない。イオン注入４２されたイオンは、絶縁膜３０ａを介して半導体の表面２５ｄに注入されて、破線で示されたドープ領域２６ｃを形成する。ドープ領域２６ｃは、リッジ構造の自己整合的に形成される。イオン注入の加速エネルギは、４０から１２０ｋｅＶであり、またトータルドーズ量は６Ｅ＋１３から３Ｅ＋１５ｃｍ−２である。
【０１４３】
工程Ｓ２１０では、絶縁膜３０を除去する前に、イオン注入により窒化物結晶に形成されたダメージの回復及びドーパントの活性化のために熱アニールを行う。熱アニールの温度は、例えば摂氏５００度以上であることが好ましく、活性化に必要な温度だからである。また、熱アニールの温度は、例えば摂氏１０００度以下であることが好ましく、結晶の劣化が生じるからである。熱アニールの雰囲気は、例えば窒素１００％であることができる。熱アニールの時間は、例えば３分から１０分であることができる。このような熱アニールは、例えば輻射による高速アニール炉を用いて行われる。
【０１４４】
工程Ｓ２１１では、アニール処理の後に絶縁膜３０を除去する。絶縁膜３０がシリコン酸化膜からなるときは、フッ化水素酸を用いて絶縁膜３０を除去できる。薄い絶縁膜３０ｂは、露出された光ガイド層（第２領域２６ｂ）にｎ型ドーパントをイオン注入により導入する際に、イオン注入によるダメージや汚染を抑制できる。ドーパントの活性化処理により、領域２６ｃは第２領域２６ｂに改質される。
【０１４５】
イオン注入及びアニールによって形成されたドープ領域２６ｃについて、図１を参照しながら説明する。光ガイド層２５（ｐ側光ガイド領域）の光ガイド層２５ａ内には、イオン注入によって第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂが区分けされる。第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂは、基板主面３９ａの法線軸に交差する基準面に沿って配列されている。第１領域２６ａ上にはリッジ構造３５が位置している。第２領域２６ｂは、イオン注入により導入されたｎ型ドーパントを含み、ドーパント濃度は第１濃度である。イオン注入された状態を有する第２領域２６ｂにおいてｎ型ドーパントは活性化されており、活性化されたｎ型ドーパント濃度が活性化されたｐ型ドーパント濃度より大きいとき、第２領域２６ｂはｎ導電性を有する。これ故に、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。
【０１４６】
工程Ｓ２１２では、絶縁膜３０を除去した後に、リッジ構造を埋め込むように別の絶縁体を形成するために、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａを残したまま、絶縁膜４４の堆積を行う。絶縁膜４４ａは、リッジ構造を埋め込む絶縁体４４ａと、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａ上に形成された堆積物４４ｂとを含む。図７の（ｂ）部においては金属層１９の側面を絶縁体が覆っているけれども、本実施例では、絶縁体４４ａはリッジ構造を埋め込んでいる。
【０１４７】
工程Ｓ２１３では、マスク内の犠牲膜２２ａを用いて絶縁膜４４のリフトオフを行って、マスク膜２４ａ及び犠牲膜２２ａ上に形成された堆積物４４ｂを除去してリッジ構造のリッジ上面を露出させる。このリフトオフの結果、絶縁体４４ａで埋め込まれたリッジ構造を有する基板生産物ＳＰが作製される。
【０１４８】
アニール工程の後に、工程Ｓ２１４では、オーミック電極を形成する。例えば、リッジ構造のリッジ上面及び絶縁体４４ａの上面を覆って、オーミック電極を形成する。オーミック電極の形成では、リッジ上面及び絶縁体４４ａの上面を覆って金属膜を堆積した後に、フォトリソグラフィを用いて金属膜をエッチングすることができる。このエッチングは既に説明した条件が適用可能であるが、これに限定されるものではない。
【０１４９】
工程Ｓ２１５では、オーミック電極及び絶縁体４４ａの上面上にパッド電極４５する。このパッド電極４５の形成のために、例えば工程Ｓ１２３と同様にリフトオフ法を用いることができる。パッド電極４５は例えばＡｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなることができる。また、必要な場合には、基板３９の裏面３９ｂを研磨した後に、基板の研磨面に裏面電極４９を形成する。
【０１５０】
この窒化物半導体レーザを作製する方法（以下、「作製方法」と記す）によれば、光ガイド層２５の光ガイド層２５ａには、基板主面の法線軸に交差する基準面に沿うように第１領域２６ａ及び第２領域２６ｂが形成される。光ガイド層２５ａの第２領域は、第１濃度でドープした活性化されたｎ型ドーパントを含んでｎ導電性を有するように形成される一方で、第１領域２６ａはリッジ構造直下にあり、エピ成長中に導入されたｐ型ドーパントを含みイオン注入からのｎ型ドーパントを含まない。これ故に、第２領域２６ｂは第１領域２６ａに対して電位障壁を提供する。リッジ構造から第１領域２６ａに流れるキャリアは、ｐｎ接合による電位障壁を形成する第２領域２６ｂによって案内される。基板３９が半極性面を有するとき、活性層は長波長の発光を可能にする。光閉じ込めと電流閉じ込めを分離することにより、遠視野像（ＦＦＰ）の調整を可能にする。
【０１５１】
（実施例４）
図１２は、窒化物半導体レーザの一例を示す図面である。準備工程では、半極性ＧａＮ基板１０ａを準備する。この半極性ＧａＮ基板の主面は｛２０−２１｝面を有する。｛２０−２１｝面では、基板のＧａＮのｃ軸はこのＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度で傾斜している。結晶成長は有機金属気相成長法で行われる。クリーニング工程では、成長炉においてＧａＮ基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏１０５０度である。この前処理の後に、バッファ成長工程では、ＧａＮ基板の半極性主面上に、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層（Ｓｉドープ：３×１０１８ｃｍ−３）を成長する。成長温度は摂氏１０５０度である。ｎ型クラッド工程では、基板温度を摂氏８４０度に下げた後に、このｎ型ＧａＮ層上にｎ型クラッド層を成長する。本実施例では、ｎ型クラッド層として、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層（Ｓｉドープ：３×１０１８ｃｍ−３）を成長する。このｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４である。ｎ側光ガイド成長工程では、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、摂氏８４０度の基板温度において、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮ光ガイド層（Ｓｉドープ：３×１０１８ｃｍ−３）を成長する。次いで、ｎ型ＧａＮ光ガイド層にヘテロ接合を成すように、厚さ１６０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｓｉドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。これらの光ガイド層からなるｎ側の半導体層を形成した後に、活性層成長工程では、ｎ側光ガイド領域上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、摂氏７９０度の基板温度においてＩｎＧａＮ井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．２５５であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。この成長により活性層の作製が完了する。ｐ側光ガイド成長工程では、活性層上に、例えば、基板温度を摂氏８４０度に上昇した後に、厚さ３０ｎｍのアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層を活性層上に成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層上に、厚さ１３０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層（Ｍｇドープ：１×１０１８ｃｍ−３）を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は０．０３である。ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層上に、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層（Ｍｇドープ：２×１０１８ｃｍ−３）を成長する。これらの光ガイド層からなるｐ側半導体層を形成した後に、ｐ型クラッド工程では、このｐ側光ガイド領域上に厚さ４００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（Ｍｇドープ：１×１０１９ｃｍ−３）を成長する。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成は０．０５である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、ｐ型コンタクト工程では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上に厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ：１×１０２０ｃｍ−３）を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板を作製できる。
【０１５２】
次いで、エピタキシャル基板から基板生産物を作製する。リッジ工程では、このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び蒸着を適用して、マスクを用いて幅２μｍの半導体リッジを形成する。この作製において、第２III族窒化物半導体領域をエッチングして半導体リッジを形成する。半導体リッジの加工は、ドライエッチングにより行われる。この後のイオン注入工程では、このマスクを用いて、Ｓｉのイオン注入を行う。このイオン注入は、半導体リッジの底の両脇にドナーを添加するために行われる。イオン注入で改質された半導体の厚さは、例えば１０〜１００ｎｍであり、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより薄い。注入されたドナー濃度は、ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層のアクセプタ密度（例えばＭｇドープ：１×１０１８ｃｍ−３）より大きく、例えば１Ｅ＋１８〜５Ｅ＋１８ｃｍ−３程度である。イオン注入で改質された半導体の側面及び底面は、ｐ型半導体層に囲まれており、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層から隔置されている。イオン注入のエネルギ及びドーズ量は、上記の厚さ及び濃度を実現するように決定される。
【０１５３】
保護絶縁膜形成工程では、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜（具体的にはＳｉＯ２）を形成する。この絶縁膜は、半導体リッジの側面及び光ガイド層の表面（エッチングにより形成された表面）を覆うと共に半導体リッジの上面（半極性を示すコンタクト面）に開口を有する。半導体リッジ及び絶縁膜上にオーミック電極（例えばＮｉ／Ａｕ、Ｐｄ）及びパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。ＧａＮ基板の裏面は研磨して、基板膜厚８０μｍの研磨基板を形成する。このＧａＮ基板の研磨面上の全面にカソード電極（例えばＴｉ／Ａｌ）とパッド電極（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。これらの工程により、基板生産物が作製される。
【０１５４】
電極を形成した後に、共振器形成工程では、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面（へき開面と異なる端面）を有するレーザバーを形成する。レーザバーの端面上に誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜工程では、誘電体多層膜はＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。分離工程では、レーザバーの分離により半導体レーザが作製される。これらの工程により、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性ＧａＮ基板｛２０−２１｝面上に半導体レーザが作製される。この半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。
【０１５５】
リッジ構造を有する緑色半導体レーザは、水平方向の光閉じ込めが強くなり、電流-出力特性にキンク（折れ曲がり）が生じやすい。リッジの深さを浅くすることにより水平方向の光閉じ込めを弱くできる。しかしながら、リッジの深さを浅くすると、リッジのよる電流狭窄も弱まって、レーザ発振のためのしきい値が大きくな。リッジ構造には、以下の役割がある。ひとつは、水平方向に光を閉じ込める。また、別のひとつは水平方向に電流を狭窄する。発明者らの知見によれば、緑色波長帯のような長波長の光を発光する半導体レーザでは、しきい値電流の低減のために電流狭窄を行う必要はあるけれども、光の閉じ込めはむしろ行わないほうが良い。シリコン酸化物といった無機絶縁膜でリッジ構造を埋め込むとき、シリコン酸化物がリッジ構造の側面に形成すると、光ガイド領域に、半導体より低い屈折率の領域が近づくので、光の閉じ込めが強くなる。これを避けるためには、シリコン酸化物といった無機絶縁膜とは別の材料（例えば窒化アルミニウム）を用いてリッジ構造を埋め込むことが良い。
【０１５６】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本実施の形態によれば、電流閉じ込め及び光閉じ込めを互いに分離して調整可能にする構造を有する窒化物半導体レーザを提供できる。また、本実施の形態によれば、この窒化物半導体レーザを作製する方法を提供できる。
【符号の説明】
【０１５８】
１１…窒化物半導体発光素子、１３…第１のIII族窒化物半導体領域、１５…活性層、１７…第２のIII族窒化物半導体領域、１９…センタ半導体領域、２１…第１光ガイド領域、２３…ｎ型クラッド層、２５…第２光ガイド領域、２７…ｐ型クラッド層、２９…ｐ型コンタクト層、Ａｘ…積層軸、３１…コア領域、ＨＪ１、ＨＪ２、ＨＪ３…半導体接合、３３ａ…井戸層、３３ｂ…障壁層、３９…基板、３９ａ…半極性主面、Ａｎｇｌｅ…傾斜角、Ｓｃ…基準面、２６ａ…ｎ型イオン注入のｐドープ領域、２６ｂ…ｐドープ領域。
【図１】
2014086507.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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