(57)【要約】【課題】埋め込み型構造の半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置を実現できるようにする。【解決手段】基板１の上に、バッファ層２と、ｎ型クラッド層３と、ｎ型ガイド層４と、多重量子井戸構造の活性層５と、第１のｐ型ガイド層６と、電流ブロック層７とが順次積層されている。電流ブロック層７は、ｎ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とｎ型のＧａＮ層９とからなり、電流が流れるストライプ状の窓部２０が形成されている。ＧａＮ層９の上には第２のｐ型ガイド層１０と、ｐ型クラッド層１１と、ｐ型コンタクト層１２とが形成されている。ｐ型コンタクト層１２上にはＮｉ系材料からなるｐ型電極１３が形成され、基板１裏面にはＴｉ系材料からなるｎ型電極１４が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成され、第２導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜が積層されてなり且つ溝部を有する積層膜と、
前記積層膜の上に前記溝部を埋めるように形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第２の半導体層とを備え、
前記積層膜の上部に形成された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも１つは、アルミニウムを含む薄膜であり、
前記アルミニウムを含む薄膜における第２導電型の不純物の濃度は、前記窒化ガリウムからなる薄膜における第２導電型の不純物の濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記アルミニウムを含む薄膜はアンドープの窒化物半導体からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記アルミニウムを含む薄膜は、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ≦１）で表される化合物からなる薄膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記窒化ガリウムからなる薄膜の膜厚は、５ｎｍ以上且つ０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第２の半導体層は、前記積層膜を構成する薄膜のうち屈折率が最も小さい薄膜と比べて屈折率が大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置を用いた光ピックアップ装置。
【請求項８】
基板の上に、活性層、第１導電型の窒化物半導体からなる第１の半導体層及び第２導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜からなり且つ上部に窒化ガリウムからなる薄膜を有する積層膜を順次形成する工程と、
前記積層膜の一部を選択的に除去することにより溝部を形成する工程と、
前記溝部が形成された前記積層膜の上に第１導電型の窒化物半導体からなる第２の半導体層を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも１つは、アルミニウムを含む薄膜であり、
前記アルミニウムを含む薄膜における前記第２導電型の不純物の濃度は、前記窒化ガリウムからなる薄膜における前記第２導電型の不純物の濃度よりも低いことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記アルミニウムを含む薄膜は、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ≦１）で表される化合物からなることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記溝部を形成する工程において、前記窒化ガリウムからなる薄膜の上に金属マスクを形成した後、形成された前記金属マスクを用いて前記積層膜に対してウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記金属マスクは、前記窒化ガリウムからなる薄膜に対してオーミック接触していることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記金属マスクは、チタン又はタンタルからなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記溝部を形成する工程において、前記金属マスクを形成した後、前記金属マスクの表面に水素と比べてイオン化傾向が小さい金属膜を形成することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記イオン化傾向が小さい金属は、白金であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】
前記溝部を形成する工程において、前記積層膜を構成する薄膜が有する最も大きいバンドギャップよりも大きいエネルギーを持つ光を前記積層膜に照射しながらウェットエッチングを行うことを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
前記ウェットエッチングにおいて、エッチャントにはアルカリ性溶液を用いることを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１８】
前記アルカリ性溶液は、水酸化カリウム溶液又は水酸化ナトリウム溶液であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法並びにそれを用いた光ピックアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
青紫色域のレーザ光は、赤色域や赤外域の光と比べて光ディスク上における集光スポットの径を小さくすることができ、光ディスクの記録密度を向上させることができるため、高密度光ディスク用の光源として期待されている。現在、青紫色域のレーザ光を実現するために、窒化ガリウム等の窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置の開発が行われている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置として以下のような構造の装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。図６は従来例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図６に示すように従来の半導体レーザ装置は、サファイアからなる基板１０１の上に低温成長バッファ層１０２を介在させて、ｎ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型クラッド層１０３が形成されている。ｎ型クラッド層１０３の上には、ｎ型クラッド層１０３の一部を露出させるように、ｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｎ型ガイド層１０４と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる多重量子井戸構造の活性層１０５と、ｐ型のＧａＮからなる第１のｐ型ガイド層１０６、ｎ型のＡｌＧａＮからなる電流ブロック層１０８、ｐ型のＧａＮからなる第２のｐ型ガイド層１０７、ｐ型のＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１０９、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１０が順次積層されている。また、ｎ型クラッド層１０３の露出部にはｎ型電極１１１が形成され、ｐ型コンタクト層の上にはｐ型電極１１２が形成されている。
【０００４】
電流ブロック層１０８は、一部がストライプ状に除去されており、電流が流れる窓部が形成されている。ｐ型電極１１２とｎ型電極１１１の間に電圧を印加すると、電流ブロック層１０８が除去された窓部にのみ電流が流れるので、活性層１０５のうち窓部の下側のストライプ状の部分にのみ電流を注入することができる。また、電流ブロック層１０８と第２のｐ型ガイド層１０７との屈折率差により活性層からの発光光を閉じこめることができる。
【０００５】
図７はこのような埋め込み構造を有する半導体レーザ装置の製造方法を示している。まず、図７（ａ）に示すように１回目の結晶成長を行い、基板１０１の上にバッファ層１０２から電流ブロック層１０８までの各層を順次成長させる。
【０００６】
次に、図７（ｂ）に示すように電流ブロック層１０８の一部をエッチングにより選択的に除去して、窓部となるストライプ状の凹部を形成する。
【０００７】
次に、図７（ｃ）に示すように２回目の結晶成長を行い、凹部が形成された電流ブロック層１０８の上にｐ型ガイド層１０７、ｐ型クラッド層１０９及びｐ型コンタクト層１１０順次を形成する。次に、ｐ型電極及びｎ型電極を通常の方法により形成する。
【０００８】
電流ブロック層１０８に凹部を形成する際には、塩素系のガスを用いたドライエッチングが一般的に用いられている。しかし、ドライエッチングにより凹部を形成するとｐ型ガイド層１０６の露出部分等のエッチングされた部分にダメージが生じるため、発光光の吸収が増大し、デバイス特性が劣化する。このため、ウェットエッチングにより凹部を形成することが望ましい。
【０００９】
窒化物半導体をウェットエッチングする方法としては、以下のような方法が知られている。図８は従来の窒化物半導体のウェットエッチング方法を示している。図８に示すように窒化物半導体層１１１の上に金属マスク１１２を形成し、金属マスク１１２と白金カソード１１３とを電気的に接続し、アルカリ性溶液１１４に浸す。また、エッチングの効率を高めるために、窒化物半導体層１１１に光を照射したり、外部から電流を流したりすることが試みられている。
【特許文献１】特開平８−９７５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置には次のような問題がある。まず、デバイスの構造上、結晶成長を２回行わなければならず、２回目の結晶成長は、窓部を除いてｎ型のＡｌＧａＮからなる電流ブロック層１０８の上に行わなければならない。しかし、ＡｌＧａＮからなる層の上に再成長を行うと、成長初期において表面モフォロジーや結晶性が非常に悪くなる。そのため、結晶性が悪い部分において光吸収が大きくなり、レーザ発振閾値電流が上昇するという問題が生じる。
【００１１】
また、電流ブロック層１０８の上に再成長させたｐ型のＧａＮからなるｐ型ガイド層１０７の結晶性が悪い場合には、ｐ型ガイド層にドーピングしたマグネシウム（Ｍｇ）が欠陥等を通って活性層１０５へ拡散しやすくなる。活性層１０５にＭｇが拡散すると、窒化物系材料を用いた半導体レーザ装置においては信頼性が低下してしまうという問題が生じる。
【００１２】
さらに、ｎ型のＡｌＧａＮからなる電流ブロック層１０８は、従来のウェットエッチング法ではほとんどエッチングすることができないため、電流ブロック層１０８等にダメージが生じるドライエッチングにより凹部を形成しなければならない。凹部を形成する際にエッチングされた部分に生じたダメージは、レーザ発振閾値電流が上昇する要因の一つとなる。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決し、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は電流ブロック層を、最上層が窒化ガリウムからなる積層膜である構成とする。
【００１５】
具体的に本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の上に形成された活性層と、活性層の上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成され、第２導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜が積層されてなり且つ一方向に延びる溝部を有する積層膜と、溝部を埋めるように積層膜の上に形成された第１導電型の窒化物半導体からなる第２の半導体層とを備え、積層膜の最上部に形成された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置によれば、電流ブロック層である積層膜の最上部に堆積された薄膜は、窒化ガリウムからなる薄膜であるため、積層膜の上に第２の半導体層を再成長させる際に、結晶性がよく表面モフォロジーに優れた第２の半導体層を形成することができる。従って、第２の半導体層における光吸収を抑制でき、その結果、レーザ発振閾値電流が小さい半導体レーザ装置を実現できる。また、第２の半導体層にドープされた不純物が活性層に拡散することを抑えることができるので、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることもできる。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置において、積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも１つは、アルミニウムを含む薄膜であり、アルミニウムを含む薄膜における第２導電型の不純物の濃度は、窒化ガリウムからなる薄膜における第２導電型の不純物の濃度と比べて低いことが好ましい。また、アルミニウムを含む薄膜はアンドープの窒化物半導体であってもよい。このような構成とすることにより、アルミニウムを含む薄膜にクラックが生じることを抑え、歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、アルミニウムを含む薄膜は、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ≦１）で表される化合物からなる薄膜であることが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において、窒化ガリウムからなる薄膜の膜厚は、５ｎｍ以上且つ０．３μｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、窒化ガリウムからなる薄膜の膜厚の制御が容易となると共に、溝部を形成した後の表面が平滑となるので、生産性が向上する。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において、第２の半導体層は、積層膜を構成する薄膜のうちの最も屈折率が小さい薄膜と比べて屈折率が大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、第２の半導体層と積層膜との界面において発光光を確実に閉じこめることが可能となる。
【００２１】
本発明のピックアップ装置は、本発明の半導体レーザ装置を用ていることを特徴とする。このような構成とすることにより、発振効率が高く且つ信頼性の高い半導体レーザ装置を搭載したピックアップ装置を実現できる。
【００２２】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に、活性層、第１導電型の窒化物半導体からなる第１の半導体層及び第２導電型の窒化物半導体を含む複数の薄膜からなり且つ最上部の薄膜が窒化ガリウムからなる薄膜である積層膜を順次成長させる工程と、積層膜の一部を選択的に除去することにより一方向に延びる溝部を形成する工程と、溝部が形成された積層膜の上に第１導電型の窒化物半導体からなる第２の半導体層を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、最上部の薄膜が窒化ガリウムからなる薄膜である積層膜の上に、第１導電型の窒化物半導体からなる第２の半導体層を形成するを成長させる工程を備えているため、第２の半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させることができる。従って、第２の半導体層における光吸収が少なく、その結果、レーザ発振閾値電流が小さい半導体レーザ装置を実現できる。また、第２の半導体層にドープされた不純物が活性層に拡散することを抑えることができるので、半導体レーザ装置の信頼性を向上することもできる。
【００２４】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法において、積層膜を構成する薄膜のうちの少なくとも１つは、アルミニウムを含む薄膜であり、アルミニウムを含む薄膜における第２導電型の不純物の濃度は、窒化ガリウムからなる薄膜における第２導電型の不純物の濃度と比べて低いことが好ましい。
【００２５】
この場合において、アルミニウムを含む薄膜は、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（０＜Ｘ≦１）で表される化合物からなることが好ましい。
【００２６】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、溝部を形成する工程において、窒化ガリウムからなる薄膜の上に金属マスクを形成した後、積層膜をウェットエッチングすることが好ましい。このような構成とすることにより、積層膜にダメージを与えることなくエッチングすることができるので、積層膜において発光光が吸収されることを防止できる。
【００２７】
この場合において、金属マスクは、窒化ガリウムからなる薄膜に対してオーミック接触していることが好ましい。また、金属マスクは、チタン又はタンタルからなることが好ましい。さらに、ウェットエッチングにおいて、金属マスクの表面に水素と比べてイオン化傾向が小さい金属膜を形成することが好ましく、イオン化傾向が小さい金属は、白金であることが好ましい。このような構成とすることにより、ウェハの全面にマスクを形成してウェットエッチングを行うことが可能となる。
【００２８】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、溝部を形成する工程において、積層膜を構成する薄膜が有するバンドギャップのうちの最も大きいバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する光を積層膜に照射しながらウェットエッチングを行うことが好ましい。
【００２９】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、ウェットエッチングにおいて、エッチャントにはアルカリ性溶液を用いることが好ましく、アルカリ性溶液は、水酸化カリウム溶液又は水酸化ナトリウム溶液であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構造を示している。図１に示すように、２インチのＧａＮからなる基板１の上に、ｎ型のＧａＮ層２が形成されている。ＧａＮ層２の上にはｎ型のＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層３と、ｎ型のＧａＮからなるｎ型ガイド層４と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層５と、ｐ型のＧａＮからなる第１のｐ型ガイド層６とが順次積層されている。
【００３２】
第１のｐ型ガイド層６の上には、一部がストライプ状に除去された溝部を有する電流ブロック層７が形成されている。電流ブロック層７はｎ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とｎ型のＧａＮ層９とが順次積層されて構成されている。溝部の底面に露出した第１のｐ型ガイド層６及びＧａＮ層９上にはｐ型のＧａＮからなる第２のｐ型ガイド層１０が形成され、溝部が電流が流れる窓部２０となっている。第２のｐ型ガイド層１０上にはｐ型のＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるクラッド層１１と、ｐ型のＧａＮからなるコンタクト層１２とが形成されている。ｐ型のＧａＮコンタクト層１２上にはニッケル（Ｎｉ）を主成分とする材料からなるｐ型電極１３が形成され、ＧａＮ基板１裏面にはチタン（Ｔｉ）を主成分とする材料からなるｎ型電極１４が形成されている。なお、本実施形態では基板にＧａＮ基板を用いているが、サファイア又はその他の基板を用いてもよい。
【００３３】
第１のｐ型ガイド層６と第２のｐ型ガイド層１０との間に、ｎ型の電流ブロック層７が形成されているため、第１のｐ型ガイド層６と電流ブロック層７との界面及び第２のｐ型ガイド層１０と電流ブロック層７との界面に形成されたｐｎ接合のギャップエネルギにより、電流ブロック層７は電流を阻止する。従って、ｐ型電極１３とｎ型電極１４との間に電圧を印加した際には、電流ブロック層７がストライプ状に除去された窓部２０のみから、活性層５に電流が注入される。また、ｎ型のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８と第２のｐ型ガイド層１０との屈折率差により発光光の閉じ込めが行われる。これにより、活性層５における窓部２０の下側の領域を導波するレーザ光が発生する。
【００３４】
以下に、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。図２は本実施形態に係る半導体装置の各製造工程における断面構造を工程順に示している。
【００３５】
まず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置を用いて、ＧａＮからなる基板１の上に、厚さが２μｍのｎ型のＧａＮ層２と、厚さが１μｍのｎ型のＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｎ型クラッド層３と、厚さが０．２μｍのｎ型のＧａＮからなるｎ型ガイド層４と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造の活性層５と、厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮからなる第１のｐ型ガイド層６と、電流ブロック層７とを順次成長させる。電流ブロック層７は、厚さが０．１５μｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８と厚さが０．０５μｍのＧａＮ層９を順次成長させて形成する。
【００３６】
各層を堆積する際に、ガリウム原料、アルミニウム原料及びインジウム原料として、それぞれトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びトリメチルインジウムを用い、窒素原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いる。また、ドナー不純物であるシリコン（Ｓｉ）の導入には、キャリアガスに水素ガス（Ｈ2）を用い、原料にはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。アクセプタ不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）の導入には、キャリアガスにＨ2を用い、原料にはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように電流ブロック層７の一部をストライプ状にエッチングして、窓部２０となる幅が約２．０μｍの溝部７ａを形成する。エッチング方法に関しては後述する。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すようにＧａＮ層９と、エッチングによって露出された第１のｐ型ガイド層６との上に半導体層の再成長を行い、厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮからなる第２のｐ型ガイド層１０と、厚さが０．５μｍのｐ型のＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層１１と、厚さが０．１μｍのｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１２とを順次成長させる。
【００３９】
各層を成長させた後、窒素雰囲気中において７８０℃で２０分間の活性化アニールを行い、ｐ型層の低抵抗化を行う。
【００４０】
次に、図２（ｄ）に示すようにｐ型コンタクト層１２の上にＮｉ系の材料からなるｐ型電極１３を形成し、続いて窒素雰囲気中において６５０℃で３０分間のシンタを行う。
【００４１】
ｐ型電極の形成後、ＧａＮ基板１の研磨を行い、約１５０μｍ厚にする。研磨後、ＧａＮ基板１の裏面にＴｉ系の材料からなるｎ型電極１４を形成し、続いて窒素雰囲気中で６００℃、３０秒間のシンタを行う。
【００４２】
ｎ型電極１４を形成した後、劈開を行うことにより、波長４０５ｎｍの青紫色の光を発光する実屈折率導波（ＲＩＳＡ）型半導体レーザ装置が得られる。
【００４３】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層７がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９との積層構造を有しているため、結晶の再成長は、溝部７ａを除いてＧａＮ層９の上に行う。従って、従来のＡｌＧａＮ層の上に再成長を行う場合と比べて、成長初期においても良好な結晶性が得られる。その結果、第２のｐ型ガイド層１０等における発光光の吸収を低減することができ、半導体レーザ装置の発振閾値電流を低減することが可能となる。
【００４４】
図３は本実施形態の電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合の半導体層の状態と、従来のＡｌＧａＮ層のみからなる電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合の半導体層の状態とを比較して示している。なお、成長初期のモフォロジーを確認するという目的のため、実際のデバイス構造とは異なり、ｐ型ガイド層１０のみを再成長して表面モフォロジーを比較している。
【００４５】
図３（ｂ）に示すように、従来のＡｌＧａＮ層のみからなる電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合には、半導体層の表面のモフォロジーが悪く表面が波打っている。一方、図３（ａ）に示すように本実施形態の電流ブロック層の上に半導体層を再成長させた場合には、表面が平坦な半導体層が形成されており、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層７の上に結晶性が良好な半導体層を再成長させられることが明らかである。
【００４６】
また、半導体レーザ装置においては活性層へＭｇが拡散すると、信頼性が低下することが知られている。結晶性の悪い層では欠陥等を通じてＭｇが活性層へ拡散しやすくなると考えられる。しかし、本実施形態の半導体レーザ装置においては電流ブロック層７の上に再成長させた各層の結晶性が向上しているため、Ｍｇの拡散が生じにくくなり、信頼性も向上する。
【００４７】
電流ブロック層７は、ｐｎ接合のギャップエネルギを利用して電流を阻止するため、上下の層と逆の導電型を有している必要があり、通常はｎ型にドープする必要がある。しかし、高濃度のＳｉでドーピングされたＡｌＧａＮ層にはクラックが入りやすい。しかし、本実施形態の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層７がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とにより形成されているため、ＧａＮ層９のドーピング濃度を高くし、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８のドーピング濃度を低くすることが可能である。このような構成とすることにより、クラックの発生を抑え半導体レーザ装置の歩留まりを向上させることができる。また、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８をアンドープとしてもよく、この場合には、クラックの発生をより抑えることが可能である。
【００４８】
−ドライエッチング−
以下に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とからなる電流ブロック層７に溝部７ａを形成する際に、ドライエッチングを用いる方法について説明する。
【００４９】
電流ブロック層７を形成した後、電流ブロック層７の上にフォトレジスト等を用いてストライプ状の開口部を有するマスクを形成する。
【００５０】
マスクを形成した後、基板１をエッチングチャンバ内の陰極テーブルの上に設置し、真空ポンプでエッチングチャンバ内を減圧する。エッチングチャンバ内の圧力が安定した後、エッチングチャンバ内に塩素ガスを導入しながら、高周波電力を印加してプラズマを発生させる。このような方法により、厚さが０．２μｍの電流ブロック層７をエッチングし、溝部７ａの底面に第１のｐ型ガイド層６を露出させることができる。
【００５１】
溝部７ａを形成した後、基板１をエッチングチャンバから取り出し、アッシングによりマスクを除去した後、ＭＯＶＰＥ装置を用いて結晶の再成長を行う。
【００５２】
ドライエッチングを用いて溝部７ａを形成する場合には、操作が簡単で、エッチング時間も短いため、生産効率を高めることができる。
【００５３】
−ウェットエッチング−
以下に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とからなる電流ブロック層７に溝部７ａを形成する際に、ウェットエッチングを用いる方法について図面を参照して説明する。
【００５４】
図４は電流ブロック層７をウェットエッチングする工程について工程順に示している。まず、図４（ａ）に示すようにＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とからなる電流ブロック層７を成長させた後、ＧａＮ層９の上に金属マスク１５を形成する。金属マスク１５はＴｉからなり、ＧａＮ層９と金属マスク１５とはオーミック接触している。金属マスク１５はＧａＮ層９とオーミック接合を形成するものであればよく、チタン（Ｔｉ）に代えてタンタル（Ｔａ）等を用いてもよい。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように金属マスク１５と白金（Ｐｔ）からなるカソード１６とをワイヤにより接続した後、水酸化カリウム水溶液１７に浸す。この際に、ＧａＮ層９に対して光の照射を行う。照射する光は、電流ブロック層７を構成する層のバンドギャップより大きいエネルギーを有する光を用いればよい。例えば、電流ブロック層７がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とからなる場合には、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８のバンドギャップよりも大きいエネルギーを有する波長の紫外光を照射すればよい。
【００５６】
光の照射により、電流ブロック層７が光を吸収し、電流ブロック層７中に電子と正孔が生成される。正孔は電流ブロック層７を構成する窒化物半導体と反応し、電子はカソード１６から溶液中に放出されるため、電流ブロック層７がエッチングされる。
【００５７】
従来の半導体レーザ装置においては、電流ブロック層７がＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎのみからなるため、金属マスク１５をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎの上に形成しなければならない。Ａｌ0.15Ｇａ0.85ＮはＧａＮと比べてバンドギャップが大きく、金属マスク１５とオーミック接合を形成しにくいため、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎと金属マスク１５との間には電位障壁が生じやすい。従って、光照射により生じた電子が電位障壁を越えられず、カソード１６から放出されにくくなり、電流ブロック層７のエッチングが生じにくくなると考えられる。
【００５８】
本実施形態のように、電流ブロック層７をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９との２層としたことにより、ウェットエッチングにより溝部７ａを形成することが可能となり、半導体層に生じるダメージを抑えることができる。その結果、光吸収損失を低減することができ、レーザ発振閾値電流をさらに低減できると共に、高出力動作が可能となる。
【００５９】
本実施形態では金属マスク１５をＴｉのみにより形成し、金属マスク１５とＰｔからなるカソード１６とをワイヤにより電気的に接続する例を示した。このような構成においては、ウェハ上に複数のチップを形成してウェハ全面においてエッチングを行う場合に、ウェハ全面に形成された金属マスク１５がすべてカソード１６と電気的に接続されている必要があり、マスクパターンが限定されてしまう。これを解決するためには、金属マスク１５の表面にＰｔを形成し、金属マスク１５をＴｉとＰｔとの積層膜とすることにより、金属マスク１５自体をカソードとすればよい。このような構成とすることにより、金属マスク１５とカソード１６とを配線する必要がなくなり、任意のマスクパターンを用いて、ウェハの全面においてエッチングを行うことが可能となる。
【００６０】
なお、カソードには、水素と比べてイオン化傾向の小さな小さな金属を用いればよく、白金に代えて金等を用いてもよい。また、ウェットエッチャントには、アルカリ性の溶液を用いればよく、水酸化カリウム溶液に代えて水酸化ナトリウム溶液等を用いてもよい。
【００６１】
本実施形態において、電流ブロック層７をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層８とＧａＮ層９とが積層された積層膜としたが、一般式がＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される化合物からなる層と、ＧａＮ層との積層膜とすればよい。この場合において、成膜の容易さを考えるとｘは０．４以下であることが好ましい。また、第２のｐ型ガイド層１０との屈折率の差を大きくし、発光光の閉じこめ効率を高めるためには、ｘは０．１以上であることが好ましい。また、最上層がＧａＮ層である３層以上の積層膜としてもよい。
【００６２】
なお、本実施形態ではＧａＮ層９の厚さを５０ｎｍとしたが、５ｎｍ以上且つ０．３μｍ以下とすればよい。ＧａＮ層９の厚さが５ｎｍ以上あれば、ＧａＮ層９の成長の際に制御が容易となるので、再現性よくＧａＮ層９を形成することが可能となり、歩留まりが向上する。また、ＧａＮ層９の厚さを０．３μｍ以下とすることにより、電流ブロック層７をエッチングした後に表面に発生する凹凸を小さく抑えることが可能である。これにより、再成長させた半導体層の表面に溝がほとんど残らず、リソグラフィ工程においてレジストの残存を抑えることができる。
【００６３】
特に、ＧａＮ層９の膜厚を１０ｎｍ以上とすることにより、金属マスク１５とＧａＮ層９との間のオーミック性接合をより確実に形成することが可能となり、ＧａＮ層の膜厚を１００ｎｍ以下とすることにより、半導体レーザ装置の横モードの制御がさらに容易となる。
【００６４】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係るピックアップ装置について図面を参照して説明する。図５は、第２の実施形態に係るピックアップ装置のレイアウトを示している。図５に示すように、本実施形態のピックアップ装置は、本発明の半導体レーザ装置を用いている。ミラー２０と、受光素子とが形成された基板１９の上に、半導体レーザ装置１８が実装されている。半導体レーザ装置１８から出射されたレーザ光はミラー２０において反射され、回折格子２１を通過する。その後、レーザ光は光ディスク（図示せず）の表面において反射され、再び回折格子２１に戻る。解析格子２１においてレーザ光は複数のビームに分割され、分割されたビームは受光素子２２でそれぞれ受光される。以上のように、本発明の半導体レーザを用いることにより、高出力の青紫色光ピックアップ装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の半導体レーザ装置及びその製造方法は、埋め込み型構造を有する半導体レーザ装置において、電流ブロック層の上に形成された半導体層の結晶性及び表面モフォロジーを向上させ、レーザ発振閾値電流が小さく且つ信頼性が高い半導体レーザ装置及びその製造方法を実現できるという効果を有し、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法並びにそれを用いた光ピックアップ装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法により形成した半導体層の表面と、従来法により形成した半導体層の表面とを比較して示す電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法におけるウェットエッチング方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光ピックアップ装置を示すレイアウト図である。
【図６】従来例に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図７】従来例に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】従来例に係る窒化物半導体のウェットエッチング方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    基板
２    ＧａＮ層
３    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    電流ブロック層
８    Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層
９    ＧａＮ層
１０  ｐ型ガイド層
１１  ｐ型クラッド層
１２  ｐ型コンタクト層
１３  ｐ型電極
１４  ｎ型電極
１５  金属マスク
１６  カソード
１７  エッチング液水溶液
１８  半導体レーザ装置
１９  基板
２０  ミラー
２１  回折格子
２２  受光素子
【図１】
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【図２】
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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３】
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