(57)【要約】【課題】  高い発光効率を実現しつつ窒化物半導体層での電気抵抗が低減され、且つ歩留まりの向上が図られた窒化物半導体装置を提供する【課題手段】  窒化物半導体装置は、サファイア基板１０１上に下から順に設けられたＡｌＧａＩｎＮからなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜からなる活性層１０４、およびＧａＮからなるｐ型クラッド層１０５と、ｎ型クラッド層１０３の上部、活性層１０４およびｐ型クラッド層１０５の側面上に設けられた絶縁性の酸化膜１０６とを備えている。酸化膜１０６はｎ型クラッド層１０３、活性層１０４およびｐ型クラッド層１０５の熱酸化によって形成され、その膜厚は、Ｉｎ組成が高い層の側方部分ほど厚くなっている。【選択図】  図１
2006216816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上または上方に形成されたＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される複数の窒化物半導体層と、
前記複数の窒化物半導体層の各々の一部が酸化されてなり、前記複数の窒化物半導体層の組成によって膜厚が異なる絶縁膜とを備えていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記複数の窒化物半導体層は、バンドギャップの異なる２層以上の半導体層を有しており、
前記複数の窒化物半導体層のうち、バンドギャップが小さい窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みは、バンドギャップが大きい窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みよりも厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記複数の窒化物半導体層は、Ｉｎ組成の異なる２層以上の半導体層を有しており、
前記複数の窒化物半導体層のうち、Ｉｎ組成の高い窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みは、Ｉｎ組成の低い窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みよりも厚くなっていることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記複数の窒化物半導体層は、主面に対して垂直な方向に積層されており、
前記絶縁膜は、前記複数の窒化物半導体層の側面上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記窒化物半導体装置は、前記基板の上または上方に設けられた第１導電型の第１のクラッド層をさらに備え、
前記複数の窒化物半導体層は、前記第１のクラッド層上に設けられ、光を生成する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記活性層よりもＩｎ組成の低い第２導電型の第２のクラッド層とを有しており、
前記活性層の平面面積は、前記第２のクラッド層の平面面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記活性層で生じた光を上方へと放射する面発光レーザとして機能することを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記活性層で生じた光を前記活性層の端面から放射するリッジ型半導体レーザとして機能することを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記複数の窒化物半導体層は、前記第２のクラッド層の上に設けられ、Ｉｎを含み、前記活性層よりも厚い酸化促進層と、前記酸化促進層の上に設けられた第２導電型の第３のクラッド層とをさらに有しており、
前記酸化促進層の平面面積は、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層の平面面積よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記窒化物半導体装置は、前記基板の上または上方に設けられた第１導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層上に設けられ、光を生成する活性層とをさらに備え、
前記複数の窒化物半導体層は、前記活性層上に設けられた第２導電型の第５のクラッド層と、前記第５のクラッド層よりもＩｎ組成の高い酸化促進層と、前記酸化促進層上に設けられ、前記酸化促進層よりもＩｎ組成の低い第２導電型の第６のクラッド層とを有しており、
前記酸化促進層の平面面積は、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層の平面面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記酸化促進層の膜厚は、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層よりも厚く、
前記絶縁膜のうち、前記酸化促進層の側面上に設けられた部分の厚みは、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層の側面上に設けられた部分の厚みより厚いことを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１１】
前記活性層で生じた光を上方へと放射する面発光レーザとして機能することを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１２】
前記酸化促進層は前記活性層で生じた光の導波路として働き、
前記光を前記活性層の端面から放射するリッジ型半導体レーザとして機能することを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１３】
基板の上または上方に２種類以上の組成を有する複数の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記複数の窒化物半導体層の側壁部分を酸化して前記複数の窒化物半導体層の組成に応じた厚みを有する絶縁膜を形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ａ）の後で且つ前記工程（ｂ）の前に、前記複数の窒化物半導体層の一部を除去してメサ形状を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）では、基板の上または上方に２種類以上のＩｎ組成を有する複数の窒化物半導体層を形成することを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（ａ）で形成される前記複数の窒化物半導体層は、Ｉｎを含み、光を生成する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記活性層よりもＩｎ組成が低い第１のクラッド層とを有することを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ａ）で形成される前記複数の窒化物半導体層は、第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に設けられ、Ｉｎを含み、前記第２のクラッド層よりも厚い酸化促進層と、前記酸化促進層上に設けられ、前記酸化促進層よりも薄い第３のクラッド層とを有することを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記工程（ｂ）では、酸素化合物を含むガス雰囲気中で熱処理を行うことによって前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記酸素化合物を含むガスが水蒸気であることを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色発光ダイオードや青紫色レーザダイオード等に用いられるIII族窒化物を用いた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体は、例えばガリウムナイトライド（ＧａＮ）でバンドギャップが３．４ｋｅＶ(室温)であるなど非常に大きなバンドギャップを有することから、青色から紫外にわたる広範囲で可視域発光が実現できる材料として有望な材料である。実際に青色光から紫外光までを発する半導体レーザやＬＥＤが実現し、市販されるに到っている。このような窒化物半導体を用いた光デバイスを形成する上で重要な技術として、デバイスに流れる電流を狭窄する技術や、電極間の絶縁を行うための絶縁膜を形成する技術が挙げられる。一般に、デバイスに流れる電流を阻止する絶縁膜として、高周波スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法あるいは、蒸着法によって形成された酸化珪素（ＳｉＯ2）膜や窒化珪素（ＳｉＮ）膜などの誘電体膜が使用されている。このような絶縁膜を形成する技術やデバイスに流れる電流を狭窄する技術を含め、デバイス特性を向上させるための技術の研究開発が活発に行われている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
図１１は、面発光レーザとして機能する、従来の半導体発光装置の一例を示す断面図である。同図に示す従来の面発光レーザは、サファイア基板１１０１と、サファイア基板１１０１の主面上に下から順に堆積された低温バッファ層、窒化物半導体ミラー１１０２、ｎ型クラッド層１１０３、活性層１１０４およびｐ型クラッド層１１０５とを備えている。低温バッファ層はＡｌＮあるいはＧａＮからなり、窒化物半導体ミラー１１０２はＡｌＮ／ＧａＮの多層膜からなる。ｎ型クラッド層１１０３は厚さ０．５μｍのＡｌＧａＮからなり、活性層１１０４はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層膜で構成される。そして、ｐ型クラッド層１１０５は、厚さ０．５μｍのＧａＮからなっている。
【０００４】
また、従来の面発光レーザは、ｎ型クラッド層の上であって活性層１１０４およびｐ型クラッド層１１０５の側面上に設けられたＳｉＮやＳｉＯ2からなる絶縁膜１１０６と、ｐ型クラッド層１１０５上に設けられた透明電極１１０７と、透明電極１１０７に接するように絶縁膜１１０６上に設けられたｐ型電極１１０８と、ｐ型電極１１０８上に設けられた電極パッド１１０９と、ｎ型クラッド層１１０３上に設けられたｎ型電極１１１０と、ｎ型電極１１１０上に設けられた電極パッド１１１１とをさらに備えている。
【０００５】
また、ｎ型クラッド層１１０３、活性層１１０４およびｐ型クラッド層１１０５はドライエッチングによってメサ状に形成されている。透明電極１１０７の直上には、誘電体の多層膜からなる反射膜１１１２が形成されている。
【０００６】
ｎ型クラッド層１１０３の上部、活性層１１０４およびｐ型クラッド層１１０５で形成されたメサの側壁に設けられた上述の絶縁膜１１０６は、レーザ装置に流れる電流が活性層１１０４に集中するように設けられたものであり、スパッタ法やｐ−ＣＶＤ法を用いて形成される。エッチングによって形成されるｎ型クラッド層１１０３の上部、ｐ型クラッド層１１０５および活性層１１０４の直径はともに５μｍ程度であり、ほぼ同じ大きさに形成されている。
【０００７】
次に、従来の実施形態における半導体レーザ装置の製造方法を簡単に説明する。図１２（ａ）〜（ｅ）は、従来の面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【０００８】
まず、図１２（ａ）に示すように、サファイア基板１１０１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いてＡｌＮ／ＧａＮの多層膜からなる窒化物半導体ミラー１１０２、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１１０３、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮが積層されてなる多重量子井戸を有する活性層１１０４、ＧａＮからなるｐ型クラッド層１１０５を順にエピタキシャル成長する。
【０００９】
次に、図１２（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤを用いてｐ型クラッド層１１０５の全面上に、ＳｉＯ2からなる厚さ３００ｎｍの堆積膜を形成する。この堆積膜をフォトリソグラフィ工程と、ＣＨＦ3ガスを使用したＲＩＥドライエッチング工程とによって直径５μｍの円盤状にエッチングすることで、ＳｉＯ2マスク１１１３を形成する。次いで、レジスト除去後、ＳｉＯ2マスク１１１３をマスクとして塩素系物質のプラズマを用いた塩素系誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチングを行う。ｎ型クラッド層１１０３が露出するまでエッチングを行い直径５μｍの円柱構造を形成する。
【００１０】
続いて、図１２（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2マスク１１１３を除去した後、再度、装置の全面に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2膜１１０６を堆積する。
【００１１】
次に、図１２（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によって、ＳｉＯ2膜１１０６のうち、円柱構造状のｐ型クラッド層１１０５の上に設けられた部分とｎ型クラッド層１１０３の一部の上に設けられた部分とを除去する。
【００１２】
次いで、図１２（ｅ）に示すように、ｐ型クラッド層１１０５上に設けられ、ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）からなる透明電極１１０７と、ＳｉＯ2膜１１０６上に設けられ、透明電極１１０７に接続されたｐ型電極１１０８とを形成する。次に、ｎ型クラッド層１１０３の露出部分上にｎ型電極１１１０を形成した後、電極パッド１１０９、１１１１をそれぞれ形成する。その後、透明電極１１０７上にＴａＯ2とＳｉＯ2とで構成された多層膜からなる反射膜１１１２を形成することにより、図１１に示す半導体レーザ装置が作製される。
【００１３】
一方で、窒化物半導体デバイスの高性能化という意味で注目されているのが窒化物半導体の選択酸化技術である。例えばＳｉ薄膜などをマスク材料とし酸素雰囲気中で熱処理することによりＧａＮ層の表面が選択的に酸化される。その後、マスク材料を除去し、種々のデバイスを作製する。ＧａＮ層の主面上に電界効果トランジスタを作製した場合には前記酸化層によりデバイスの素子分離及びデバイスの高耐圧化が可能となる（特許文献１参照）。このような窒化物半導体の酸化膜は、半導体レーザ素子において電流ブロック層としても用いられる（特許文献２参照）。
【００１４】
このような酸化技術は半導体レーザの電流狭窄などにも適用可能であり、幅広い応用が期待される。
【特許文献１】特開２００１−２６７５５５号公報
【特許文献２】特願２００３−１６２４１７号公報
【非特許文献１】IEEE Journal of Quntum Electronics Vol.39 No.1 p135-p140
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一般に、窒化物半導体レーザは光を活性層に閉じ込めるための構造を有しており、通電によって発光する活性領域の大きさが閾値やスロープ効率といったレーザの特性を大きく左右する。そのため、例えば面発光レーザにおいては活性領域の直径を５μｍ程度に設定されており、また、リッジ型レーザにおいては活性領域の幅が２μｍ程度に精度よく設定される必要がある。従来の製造方法では、図１２（ｂ）に示すように、ドライエッチングによって窒化物半導体をウエハ表面側から垂直にエッチングしてメサ形状を形成していた。そのため、活性領域のサイズの制御が困難であり、ドライエッチングでメサ形状を形成することが半導体レーザの歩留まり低下の原因となっていた。
【００１６】
また、従来の製造方法では、ｐ型窒化物半導体層と活性領域とを同一マスクでドライエッチングによって形成するため、活性領域より表面側にあるｐ型窒化物半導体層の大きさは活性領域の大きさと同程度になる。このため、抵抗率の高い材料からなるｐ型窒化物半導体（ｐ型クラッド層１１０５）の縦方向（図１１の縦方向）の抵抗が高くなり、レーザ素子の動作電圧が増大してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、高い発光効率を実現しつつ窒化物半導体層での電気抵抗が低減され、且つ歩留まりの向上が図られた半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するため、本発明の第１の窒化物半導体装置は、基板と、前記基板の上または上方に形成されたＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される複数の窒化物半導体層と、前記複数の窒化物半導体層の各々の一部が酸化されてなり、前記複数の窒化物半導体層の組成によって膜厚が異なる絶縁膜とを備えている。
【００１９】
この構成により、窒化物半導体層の組成を適宜選択することで、絶縁膜の膜厚を変えることができる。そのため、例えば複数の窒化物半導体層が縦方向に積層されている場合には、電極とのコンタクトとなる層の面積を大きくしてコンタクト抵抗や層内の抵抗を低減しつつ、活性層に流れる電流を狭窄することができる。
【００２０】
前記複数の窒化物半導体層は、バンドギャップの異なる２層以上の半導体層を有しており、前記複数の窒化物半導体層のうち、バンドギャップが小さい窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みは、バンドギャップが大きい窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みよりも厚くなっていることが好ましい。
【００２１】
前記複数の窒化物半導体層は、Ｉｎ組成の異なる２層以上の半導体層を有しており、前記複数の窒化物半導体層のうち、Ｉｎ組成の高い窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みは、Ｉｎ組成の低い窒化物半導体層を酸化することで形成された前記絶縁膜の部分の厚みよりも厚くなっていることにより、Ｉｎ組成の高低によって絶縁膜の厚みを調節することができる。そのため、これを利用して端面発光型の半導体レーザの光導波路や面発光レーザの電流狭窄層などを自己整合的に作製できるようになる。
【００２２】
前記複数の窒化物半導体層は、主面に対して垂直な方向に積層されており、前記絶縁膜は、前記複数の窒化物半導体層の側面上に形成されていることが好ましい。
【００２３】
前記窒化物半導体装置は、前記基板の上または上方に設けられた第１導電型の第１のクラッド層をさらに備え、前記複数の窒化物半導体層は、前記第１のクラッド層上に設けられ、光を生成する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記活性層よりもＩｎ組成の低い第２導電型の第２のクラッド層とを有しており、前記活性層の平面面積は、前記第２のクラッド層の平面面積よりも小さくなっていることが好ましい。活性層の平面面積が小さくなることで電流が流入する活性層の範囲を狭めることができるので、発光効率を向上させることができる。また、第２のクラッド層の平面面積は活性層より大きくなるので、電極とのコンタクト抵抗や第２のクラッド層内での直列抵抗を低減することができ、素子特性の向上を図ることができる。さらに、本発明の窒化物半導体装置は、活性層をエッチングすることなく形成することができるので、エッチングにより生じるリークパスの発生を防ぐことができる。
【００２４】
本発明の窒化物半導体装置は、前記活性層で生じた光を上方へと放射する面発光レーザとして機能させることも可能である。
【００２５】
また、本発明の窒化物半導体装置は、前記活性層で生じた光を前記活性層の端面から放射するリッジ型半導体レーザとして機能させることも可能である。
【００２６】
前記複数の窒化物半導体層は、前記第２のクラッド層の上に設けられ、Ｉｎを含み、前記活性層よりも厚い酸化促進層と、前記酸化促進層の上に設けられた第２導電型の第３のクラッド層とをさらに有しており、前記酸化促進層の平面面積は、前記第２のクラッド層および前記第３のクラッド層の平面面積よりも小さくてもよい。酸化促進層の厚みを厚くすることでＩｎ組成を高くしなくても絶縁膜を厚く形成することが可能になるので、活性層で生じた光を効率的に取り出すことが可能となる。。
【００２７】
前記窒化物半導体装置は、前記基板の上または上方に設けられた第１導電型の第４のクラッド層と、前記第４のクラッド層上に設けられ、光を生成する活性層とをさらに備え、前記複数の窒化物半導体層は、前記活性層上に設けられた第２導電型の第５のクラッド層と、前記第５のクラッド層よりもＩｎ組成の高い酸化促進層と、前記酸化促進層上に設けられ、前記酸化促進層よりもＩｎ組成の低い第２導電型の第６のクラッド層とを有しており、前記酸化促進層の平面面積は、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層の平面面積よりも小さくなっていてもよい。
【００２８】
前記酸化促進層の膜厚は、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層よりも厚く、前記絶縁膜のうち、前記酸化促進層の側面上に設けられた部分の厚みは、前記第５のクラッド層および前記第６のクラッド層の側面上に設けられた部分の厚みより厚いことが好ましい。
【００２９】
本発明の窒化物半導体装置は、前記活性層で生じた光を上方へと放射する面発光レーザとして機能させることもできる。
【００３０】
また、前記酸化促進層は前記活性層で生じた光の導波路として働き、前記光を前記活性層の端面から放射するリッジ型半導体レーザとして機能させることもできる。
【００３１】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、基板の上または上方に２種類以上の組成を有する複数の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、前記複数の窒化物半導体層の側壁部分を酸化して前記複数の窒化物半導体層の組成に応じた厚みを有する絶縁膜を形成する工程（ｂ）とを備えている。
【００３２】
この方法により、窒化物半導体装置の組成に応じて厚みの異なる絶縁膜を形成することが可能であるので、例えば縦方向に積層した窒化物半導体層のうち選択された層の平面面積を他の層より小さくすることなどができる。そのため、光導波路の形成や電流狭窄層の形成を自己整合的に行うことができるので、歩留まり良く窒化物半導体装置を製造することができる。
【００３３】
前記工程（ａ）の後で且つ前記工程（ｂ）の前に、前記複数の窒化物半導体層の一部を除去してメサ形状を形成する工程（ｃ）をさらに備えている場合、メサ形状の形成後に酸化工程（工程（ｂ））による絶縁膜の形成を行うので、工程（ｃ）で形成するメサ形状を従来の方法ほど微細にする必要がなくなるので、加工精度の許容度が大きくなり、歩留まりを向上させることが可能となる。
【００３４】
前記工程（ａ）では、基板の上または上方に２種類以上のＩｎ組成を有する複数の窒化物半導体層を形成することが好ましい。
【００３５】
前記工程（ａ）で形成される前記複数の窒化物半導体層は、Ｉｎを含み、光を生成する活性層と、前記活性層上に設けられ、前記活性層よりもＩｎ組成が低い第１のクラッド層とを有することにより、工程（ｂ）で活性層の面積を狭めることができるので、発光効率を向上させた窒化物半導体装置を製造することが可能となる。また、活性層の面積をエッチングを用いずに狭めることができるので、活性層におけるリークパスの発生を防ぐことができる。
【００３６】
前記工程（ａ）で形成される前記複数の窒化物半導体層は、第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に設けられ、Ｉｎを含み、前記第２のクラッド層よりも厚い酸化促進層と、前記酸化促進層上に設けられ、前記酸化促進層よりも薄い第３のクラッド層とを有していてもよい。酸化促進層を第２のクラッド層よりも厚くすることで、工程（ｂ）でＩｎ組成を高くすることなく酸化促進層の酸化速度を大きくすることができる。
【００３７】
前記工程（ｂ）では、酸素化合物を含むガス雰囲気中で熱処理を行うことによって前記絶縁膜を形成することが好ましい。
【００３８】
前記酸素化合物を含むガスが水蒸気であることが特に好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の窒化物半導体装置の製造方法によれば、III族窒化物半導体に対しＩｎ組成の大きい活性層や酸化促進層の酸化速度を他の層よりも速めることができるので、活性層に流入する電流を狭窄することができ、且つ内部抵抗が低減された窒化物半導体装置を提供することができる。また、本発明の窒化物半導体装置によれば、窒化物半導体層に対し、酸化によって得られる絶縁膜を用い、活性層および酸化促進層をクラッド層より小さくすることができるため活性層の幅の制御性と設計の自由度が向上し、高性能な素子特性が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
上述した従来の課題を解決するにあたって、本願発明者は、発光効率を高めるため、電流が流入する活性層の領域を狭める電流狭窄技術を採用することとした。そして、多数の構造を検討した結果、活性層を選択的に酸化するように半導体発光素子の円筒形部分を酸化することができればｐ型クラッド層の抵抗を上昇させずに電流が流れる活性層の平面面積を小さくすることができると考えた。
【００４１】
一方で、本願発明者は、さまざまな組成のＧａＩｎＮに対する酸化実験の結果、酸化速度がＩｎ組成によって大きく異なるという発見をした。そこで、本願発明者は当該発見を積極的に活用し、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる活性領域を選択的に酸化することにより精度よく活性領域を小さくし、クラッド層における抵抗を上昇させずに活性層へ電流注入を効率よく行う構成に想到した。以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【００４２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。
【００４３】
同図に示すように、本実施形態の面発光レーザは、サファイア基板１０１と、サファイア基板１０１上に設けられたＧａＮ混晶の多層膜からなる窒化物半導体ミラー１０２と、窒化物半導体ミラー１０２上に設けられた厚さ０．５μｍのＡｌＧａＮ混晶からなるｎ型クラッド層１０３と、ｎ型クラッド層１０３上に設けられたＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層膜からなる活性層１０４と、活性層１０４上に設けられた厚さ０．２μｍのＧａＮからなるｐ型クラッド層１０５と、ｎ型クラッド層１０３の上であって活性層１０４およびｐ型クラッド層１０５を囲むように設けられた熱酸化膜１０６とを備えている。また、本実施形態の面発光レーザは、ｐ型クラッド層１０５の主面全面上に設けられた透明電極１０７と、透明電極１０７の直上に設けられた誘電体の多層膜からなる反射膜１１２と、熱酸化膜１０６上に設けられ、透明電極１０７に接続されたｐ型電極１０８と、ｐ型電極１０８上に設けられたｐ型電極用パッド１０９と、ｎ型クラッド層１０３の一部の上に設けられたｎ型電極１１０と、ｎ型電極１１０上に設けられたｎ型電極用パッド１１１とを備えている。
【００４４】
活性層１０４は、Ｉｎ組成が２％で膜厚７．５ｎｍのＩｎＧａＮ障壁層とＩｎ組成が１０％で膜厚３．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とが３周期積層されてなる多重量子井戸層と、Ｉｎ組成が２％で厚さ４０ｎｍのＩｎＧａＮガイド層とから構成されており、ＩｎＧａＮ井戸層からの発光波長は、４１０ｎｍに設定されている。本実施形態の面発光レーザでは、光が上面から出射される。
【００４５】
ｎ型クラッド層１０３の上部、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０５および熱酸化膜１０６の一部はメサ状に形成されており、平面的な形状は、例えば円形である。このメサ状部分の直径は、熱酸化膜の形成前で２０μｍである。
【００４６】
また、熱酸化膜１０６は絶縁性を有し、ｎ型クラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０５の側壁部または表面部を水蒸気などで熱酸化することによって形成された膜である。熱酸化膜１０６のうち活性層１０４の側壁上に位置する部分の厚さは、ｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５の側壁上に位置する部分の厚さよりも厚くなっている。これは、ｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５がＩｎを含んでいないのに対して活性層１０４がＩｎを含んでいるからである。このため、活性層１０４の直径は、ｎ型クラッド層１０３の上部およびｐ型クラッド層１０５の直径より大きくなっている。図１に示す例では、ｎ型クラッド層１０３の上部およびｐ型クラッド層１０５の直径が１５μｍで、活性層１０４の直径は５μｍである。熱酸化膜１０６のうちｎ型クラッド層１０３の上部およびｐ型クラッド層１０５の側壁上に設けられた部分の厚さは例えば２．５μｍであり、活性層１０４の側壁上に設けられた部分の厚さは例えば７．５μｍである。
【００４７】
このような構成の本実施形態の面発光レーザでは、熱酸化膜１０６の形成によって活性層１０４の平面面積が狭められているため、素子内を流れる電流を狭窄した状態で活性層１０４に流すことができる。このため、活性層１０４における発光効率を向上させることができる。
【００４８】
さらに、本実施形態の面発光レーザでは、ｎ型クラッド層１０３の上部およびｐ型クラッド層１０５の直径が、活性層１０４の直径に比べて大きく設定されている。このため、ｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５における縦方向の抵抗が低減するとともに、ｐ型クラッド層１０５と透明電極１０７との間のコンタクト抵抗を効果的に低減することができる。その結果、本実施形態の面発光レーザは、デバイス特性が大きく向上している。
【００４９】
次に、本実施形態の面発光レーザの製造方法を説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【００５０】
まず、図２（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上にＭＯＣＶＤ法を用いて窒化物半導体ミラー１０２、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮからなり、多重量子井戸を形成する活性層１０４、ＧａＮからなるｐ型クラッド層１０５を順にエピタキシャル成長する。
【００５１】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ工程によってパターニングされた金属マスクを用いて基板のうちｎ型電極１１０を形成するための領域以外をマスクし、ｎ型クラッド層１０３が露出するまでエッチングする。
【００５２】
続いて、図２（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて素子の全面上（窒化物半導体上）に、ＳｉＮとＳｉＯ2の多層膜からなる厚さ３００ｎｍの堆積膜を堆積する。その後、堆積膜をフォトリソグラフィ工程と、ＣＨＦ3ガスを使用したＲＩＥドライエッチング工程によって、酸化防止マスク１１３を直径２０μｍの円盤状に形成する。この時、ｎ型電極を形成するための領域に対しても酸化防止マスク１１３を残しておく。レジスト除去後、酸化防止マスク１１３をマスクとして塩素系のＩＣＰドライエッチングを用いてｎ型クラッド層１０３の上部、活性層１０４およびｐ型クラッド層１０５の一部を除去し、これらの層からなるメサ構造を形成する。この時のメサ形状のサイズは、直径２０μｍの円柱構造である。
【００５３】
次に、図２（ｄ）に示すように、基板を酸化炉に導入し、水蒸気と窒素の混合雰囲気中にて９００℃まで昇温しメサの側壁を３０分間酸化することにより大気圧下で熱酸化膜１０６を形成する。水蒸気は、９４℃のＨ2Ｏに１ｓｌｍ（ｓｌｍはL/min at 0℃、101.3kPa）の窒素をバブリングすることで、流量２．３ｓｌｍで供給され、水蒸気分圧は６９％とする。本工程において、活性層１０４がｎ型クラッド層１０３及びｐ型クラッド層１０５より速く酸化されるため、活性層１０４のサイズがｎ型クラッド層１０３、およびｐ型クラッド層１０５より小さくなる。例えば、活性層１０４の上方から見た直径は５μｍで、ｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５の直径は１５μｍである。
【００５４】
次に、図２（ｅ）に示すように、酸化防止マスク１１３をエッチングにより除去する。その後、ｐ型クラッド層上にＩＴＯからなる透明電極１０７を形成してから、ｐ型電極１１０８、ｎ型電極１１０、ｐ型電極用パッド１０９およびｎ型電極用パッド１１１を公知の方法によって形成する。その後、透明電極１０７の上にＴａ2Ｏ5とＳｉＯ2の多層膜からなる反射膜１１２を形成することで、本実施形態の面発光レーザを作製することができる。この方法によれば、図２（ｃ）に示す工程でエッチングによって形成するメサの径を従来の方法より大きくすることができるので、高度なエッチング精度が要求されず、また、自己整合的に熱酸化膜１０６を形成できるので、均一な性能の面発光レーザを容易に製造することができ、面発光レーザの歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
ここで、図２（ｄ）に示す熱酸化膜１０６の形成工程における酸化過程について詳しく説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、メサ側壁の酸化過程を説明するための窒化物半導体層の模式的な断面図である。
【００５６】
図３（ａ）、（ｂ）に示す素子では、サファイア基板２０１上にＧａＮからなる第１半導体層（ｎ型クラッド層）２０２、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる第２半導体層２０３（活性層）およびＧａＮからなる第３半導体層（ｐ型クラッド層）２０４が順次積層されている。特に、図３（ａ）は、第３半導体層の上面に酸化を防止するためにＣＶＤ法によってＳｉＮからなるマスクを堆積した後、ドライエッチングによって垂直にメサが形成された状態の面発光レーザを示している。また、図３（ｂ）は、水蒸気雰囲気中９００℃で３０分間熱処理した後の面発光レーザを示している。この熱処理によって、第１半導体層２０２の上部、第２半導体層２０３および第３半導体層２０４の側壁部分が酸化され、酸化膜２０５、２０６、２０７がそれぞれ形成される。このとき、Iｎ組成の大きい第２半導体層２０３は第１半導体層２０２および第３半導体層２０４よりも速く酸化されるため、第２半導体層２０３の側壁上に形成された酸化膜２０６の膜厚ｔ2は、第１半導体層２０２の側壁上に形成された酸化膜２０５および第３半導体層２０４の側壁上に形成された酸化膜２０７の膜厚ｔ1より厚くなる。
【００５７】
図４（ａ）は図３（ｂ）と同一の面発光レーザを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す面発光レーザにおける第２半導体層（図中では「ＩｎＧａＮ層」）の組成と熱酸化により形成される熱酸化膜の膜厚との関係を示す図である。ここで、ｄは、活性層の膜厚を示している。なお、熱酸化は水蒸気の存在下、９００℃３０分間行った。水蒸気は、９４℃のＨ2Ｏに１ｓｌｍ（ｓｌｍはL/min at 0℃、101.3kPa）の窒素をバブリングすることで、流量２．３ｓｌｍで供給され、水蒸気分圧は６９％とした。
【００５８】
図４（ｂ）に示すように、この実験の結果から、窒化物半導体層において、Ｉｎ組成が増加するほど酸化される速度が大きくなるということが明らかになった。この知見は、本願発明者が初めて見いだしたものである。すなわち、Ｉｎの組成が増加するほど酸化速度が大きくなるため、図４（ａ）に示す面発光レーザでは、第１半導体層２０２および第３半導体層２０４の側壁上の酸化膜より第２半導体層２０３の側壁上の酸化膜の方が厚く形成される。なお、本願発明者が第２半導体層を他の窒化物半導体とした場合についても検討した結果、窒化物半導体層が複数ある場合、バンドギャップが小さい層ほど酸化されやすい傾向にあると推定された。
【００５９】
また、本願発明者らは、第２半導体層２０３のＩｎ組成が同じである場合、第２半導体層の厚さが厚いほど側壁の酸化膜が厚く形成されることも見いだした。これは、第２半導体層２０３が厚い程酸素の侵入が容易になるためであると推測される。
【００６０】
図１に示す面発光レーザでは、活性層１０４のＩｎ組成がｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５のＩｎ組成よりも大きくなっている。そのため、熱酸化を行うことで活性層１０４においては側壁から速く酸化が進行して熱酸化膜１０６が厚くなり、ｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５の側壁においては緩やかに酸化が進行して熱酸化膜１０６が薄くなる。このため、活性層１０４の径をｎ型クラッド層１０３およびｐ型クラッド層１０５の径より小さくすることができる。
【００６１】
このように、活性層１０４の平面面積を大きくすることなくｐ型クラッド層１０５の平面面積を大きくすることが可能であるため、素子内部の電気抵抗が低減された面発光レーザを実現することができる。また、本実施形態の面発光レーザにおいては、活性層１０４は、絶縁体である熱酸化膜１０６によって覆われているので電流が流れず、ｐ型クラッド層１０５から活性層１０４へ効率よく電流注入できる構成となっている。
【００６２】
図５は、熱酸化処理後の半導体発光素子の縦断面を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。同図から、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮからなる活性層の酸化速度が、Ｉｎを含まないＧａＮあるいはＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層に比べて速いため、活性層の両端に形成される酸化膜が厚くなり、このため活性層の幅が狭くなっていることが分かる。
【００６３】
なお、窒化物半導体に含まれるＩｎ組成によって酸化速度が異なるという知見は、Ｉｎ組成が異なる複数の窒化物半導体層が横方向に配置されている場合にも利用できる。例えばＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とが隣接して配置され、それぞれの上面が露出している場合、熱酸化を行うことによってＩｎＧａＮ層により深い絶縁性の酸化膜を形成することができるので、例えば素子分離用絶縁膜の形成などに利用することができる。
【００６４】
なお、ここまでで説明した本実施形態に係る面発光レーザにおいては、下地層としてサファイア基板を用いたが、窒化物半導体層の低欠陥化のためにＧａＮ基板や、サファイア基板上にＡｌＮ層を堆積したものや、パターニングされたＳｉＯ2をマスクとして基板上にＥＬＯ成長（Epitaxial Lateral Overgrowth）されたＧａＮを用いてもよい。低欠陥の下地層上に窒化物半導体層を形成することで、素子特性を向上させることができる。
【００６５】
また、本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザは、ｐ型クラッド層１０５にＧａＮ層を用いているが、Ａｌ組成が１０％で厚さが１．５ｎｍのＡｌＧａＮ層と厚さが１．５ｎｍのＧａＮ層とを交互に積層したＳＬＳ構造をｐ型クラッド層として用いてもよい。このような構成とすることにより、低抵抗のｐ型クラッド層が得られる為、素子特性を向上させることができる。
【００６６】
本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザは、活性層１０４に、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ層を用いたが、Ａｌを含むＡｌＩｎＧａＮの四元混晶からなる層を用いてもよい。同じバンドギャップ波長の混晶においてＩｎ組成の大きい混晶の方がより顕著に酸化速度が変化するので、本実施形態で説明した方法と同様の原理で選択的に酸化することが可能となる。
【００６７】
本実施形態で説明したＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体層の側面上に厚さの異なる酸化物からなる絶縁膜を形成する構成は、面発光レーザだけでなく後で説明する端面発光レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）などに応用することもできる。
【００６８】
なお、本実施形態の製造方法において、水蒸気存在下で基板を加熱することで熱酸化膜１０６を形成したが、他の手段による熱酸化を行ってもよい。例えば、ＮＯ、ＮＯ2、メタノール等、水蒸気以外の酸素を分子中に含む気体中で熱酸化を行ってもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。本実施形態の面発光レーザは、「窒化物半導体層の膜厚が厚い程、該窒化物半導体層の側壁部分からの酸化が速く進む」という上述の知見を利用した酸化促進層を備えていることを特徴としている。
【００７０】
本発明の第２実施形態に係る面発光レーザにおいて、サファイア基板３０１、窒化物半導体ミラー３０２、ＡｌＧａＩｎＮ混晶からなる厚さ０．５μｍのｎ型クラッド層３０３、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層膜からなる活性層３０４までの構成は、第１の実施形態と同じである。
【００７１】
本実施形態の面発光レーザでは、活性層３０４上に設けられた第１のｐ型クラッド層３０５の上にＩｎ組成が６％で厚さ３０ｎｍのＩｎＧａＮ混晶からなる酸化促進層３１３が設けられている。また、酸化促進層３１３上には第２のｐ型クラッド層３１４が形成されている。すなわち、活性層３０４をメサの一部とすることなく、第２のｐ型クラッド層３１４までをドライエッチングしてメサが形成され、酸化促進層３１３の側壁が熱酸化されることで熱酸化層３０６が形成されている。
【００７２】
第２のｐ型クラッド層３１４上には、透明電極３０７が全面に形成されており、熱酸化膜３０６上には透明電極３０７に接続されたｐ型電極３０８が形成されている。そして、ｐ型電極３０８上にｐ型電極用パッド３０９が形成されている。透明電極３０７の直上には、誘電体の多層膜からなる反射膜３１２が形成されている。
【００７３】
酸化促進層３１３は、第２のｐ型クラッド層３１４よりＩｎ組成が高くなっており、第２のｐ型クラッド層３１４より速く酸化が進行する。このため、上述したような熱酸化膜３０６の形成工程において、酸化促進層３１３の幅を第２のｐ型クラッド層３１４の幅より小さくすることができる。
【００７４】
このように、本実施形態の面発光レーザでは、酸化促進層３１３のサイズを小さく形成することができるので、活性層３０４に注入する電流を効果的に狭窄することができ、発光効率を向上させることができる。
【００７５】
また、第２のｐ型クラッド層３１４の面積を従来よりも大きくできるため、層内の抵抗値を低減できる上、透明電極３０７との間に生じるコンタクト抵抗も低減することができる。また、活性層３０４をエッチングによって露出しないため、素子の信頼性が向上する。
【００７６】
本実施形態の面発光レーザにおいて、酸化促進層３１３を厚くすれば酸化促進層３１３の平面面積を小さくし、酸化促進層３１３を薄くすれば酸化促進層３１３の平面面積を大きくできるので、設計に応じて所望の程度に電流狭窄を行うよう調節することができる。また、酸化促進層３１３を厚くすることで、活性層３０４よりもＩｎ組成の低い組成で厚い側壁酸化膜（熱酸化膜３０６）を形成できる。この場合、酸化促進層３１３による光吸収を抑えることができるため、レーザ特性を向上させることができる。
【００７７】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【００７８】
同図に示すように、本実施形態の半導体レーザは、ＧａＮ基板４０１と、ＧａＮ基板４０１の主面上に設けられたＡｌ組成５％、膜厚１．２μｍのｎ型ＡｌＧａＮからなる第１のｎ型クラッド層４０２と、第１のｎ型クラッド層４０２上に設けられ、膜厚９０ｎｍのｎ型ＧａＮからなる第２のｎ型クラッド層４０３と、第２のｎ型クラッド層４０３上に設けられたＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層膜からなる活性層４０４と、活性層４０４上に設けられ、Ａｌ組成１０％のＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に積層されてなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッド層４０５とを備えている。また、本実施形態の半導体レーザは、第２のｎ型クラッド層４０３の上部、活性層４０４およびｐ型クラッド層４０５を囲むように設けられ、窒化物半導体を酸化することで形成された熱酸化膜４０６と、ｐ型クラッド層４０５および熱酸化膜４０６の上に設けられたｐ型電極４０８と、ｐ型電極４０８上に設けられたｎ型電極用パッド４０９と、ＧａＮ基板４０１の裏面上に設けられたｎ型電極４１０と、ｎ型電極４１０の裏面上に設けられたｎ型電極用パッド４１１とを備えている。なお、「主面」とは、結晶成長が行われる面を指すものとする。
【００７９】
ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮからなる活性層３０４は、Ｉｎ組成２％で膜厚７．５ｎｍの障壁層とＩｎ組成１０％で膜厚３．５ｎｍの井戸層とが交互に３周期積層された多重量子井戸構造と、Ｉｎ組成２％で厚さ４０ｎｍのガイド層とから構成されており、井戸層からの発光波長は、４１０ｎｍに設定されている。本実施形態の半導体レーザでは、活性層４０４で生じた光は活性層４０４の端面から図７の手前方向に射出される。
【００８０】
第２のｎ型クラッド層４０３の上部、活性層４０４、ｐ型クラッド層４０５および熱酸化膜４０６はストライプ状に形成されている。ここで、熱酸化膜４０６は第１、第２の実施形態に係る半導体発光素子と同様に水蒸気中で第２のｎ型クラッド層４０３の上部、活性層４０４およびｐ型クラッド層４０５の熱酸化を行うことにより形成される。第２のｎ型クラッド層４０３の上部およびｐ型クラッド層４０５の幅は５μｍ程度であり、活性層４０４の幅は１．５μｍである。
【００８１】
本実施形態の半導体レーザが第１の実施形態の半導体発光素子と異なっているのは、第２のｎ型クラッド層４０３、活性層４０４およびｐ型クラッド層４０５を酸化してなる熱酸化膜４０６をリッジストライプ型半導体レーザの電流狭窄層として用いた点である。
【００８２】
本実施形態の半導体レーザにおいて、第１のｎ型クラッド層４０２、第２のｎ型クラッド層４０３、ｐ型クラッド層４０５および活性層４０４の屈折率は、発振波長４１０ｎｍに対して２．５〜２．８程度であるのに対し、熱酸化膜４０６の屈折率は、１．８程度と窒化物より低くなっている。このため光が活性層部分に閉じ込められる構成となっている。このように、熱酸化膜４０６の屈折率は母体の窒化物半導体の屈折率より小さい為、光を活性層に閉じ込めることにより導波路として機能させることができる。
【００８３】
本実施形態の半導体レーザは、活性層４０４に流れる電流が狭窄されているので発光効率の向上が図られる。また、ｐ型クラッド層４０５の面積を活性層４０４より広くすることができるので、素子内の抵抗を低減することができ、半導体レーザの素子特性を向上させることができる。
【００８４】
このように、本発明の構成は面発光レーザだけでなく端面発光レーザについても応用することができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【００８６】
同図に示すように、本実施形態の半導体レーザにおいて、ＧａＮ基板５０１、第１のｎ型クラッド層５０２、第２のｎ型クラッド層５０３、ｎ型電極５１０およびｎ型電極用パッド５１１は第３の実施形態に係る半導体レーザと同一の構成である。
【００８７】
また、本実施形態の半導体レーザは、第２のｎ型クラッド層５０３上に設けられたＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層膜からなる活性層５０４と、活性層５０４上に設けられ、Ａｌ組成１０％のＡｌＧａＮとＧａＮとが交互に積層されてなる厚さ５００ｎｍの第１のｐ型クラッド層５０５と、Ｉｎ組成が６％で膜厚が８０ｎｍのＩｎＧａＮからなる酸化促進層５０６と、膜厚が２００ｎｍのＧａＮからなる第２のｐ型クラッド層５０７とを備えている。さらに、本実施形態の半導体レーザは、第１のｐ型クラッド層５０５の上部、酸化促進層５０６および第２のｐ型クラッド層５０７の側面を囲む熱酸化膜５１３と、第２のｐ型クラッド層５０７および熱酸化膜５１３の上に設けられたｐ型電極５０８と、ｐ型電極５０８の上に設けられたｐ型電極用パッド５０９とを備えている。
【００８８】
本実施形態の半導体レーザはリッジストライプ型の端面発光レーザであり、酸化促進層を用いて活性層に流れる電流を狭窄している点が第３の実施形態と異なっている。熱酸化膜５１３の屈折率は、窒化物半導体の屈折率より小さい為、光を酸化促進層５０６内に閉じ込めることができる。本実施形態の半導体レーザにおいても、素子内部での抵抗の増加を来さずに発光効率の向上を図ることができる。
【００８９】
また、酸化促進層５０６を用いることにより、電流狭窄層の設計と光閉じ込めの設計を個別に行うことが可能となるため、設計の自由度が向上し、高性能なリッジストライプ型レーザを実現することができる。
【００９０】
なお、酸化促進層５０６は、酸化を受けやすくするために十分に厚いことが好ましい。酸化促進層５０６を厚く形成することで、酸化促進層５０６のＩｎ組成を低くしても酸化促進層５０６の径を小さくすることができる。このようにして酸化促進層５０６のＩｎ組成を低下させた場合、活性層５０４で生じた光をより吸収しにくくすることができるので、発光効率の向上を図ることができる。また、酸化促進層５０６はＩｎを含んでいることが好ましい。
【００９１】
なお、電流狭窄を行うための酸化促進層５０６を有する構成を自励発振レーザに応用することもできる。この場合、酸化促進層５０６のＩｎ組成を高めに設定して酸化促進層５０６がレーザ光を吸収するように設計すればよい。
【００９２】
（第５の実施形態）
図９は、本発明の第５の実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。
【００９３】
同図に示すように、本実施形態の面発光レーザは図６に示す第２の実施形態に係る面発光レーザと似た構成を有しており、サファイア基板６０１、窒化物半導体ミラー６０２およびｎ型クラッド層については第２の実施形態に係る面発光レーザと同一である。また、活性層６０４、第１のｐ型クラッド層６０５、酸化促進層６１３、第２のｐ型クラッド層６１４、透明電極６０７、ｐ型電極６０８、ｎ型電極用パッド６１１、ｐ型電極用パッド６０９の組成および膜厚などは第２の実施形態の面発光レーザと同一である。
【００９４】
本実施形態の面発光レーザが第２の実施形態に係る面発光レーザと異なるのは、熱酸化膜６０６が活性層６０４の側面までを囲むように設けられ、活性層６０４の平面面積が狭められている点である。すなわち、熱酸化膜６０６は、酸化促進層６１３および活性層６０４の側面上に設けられた部分の厚さが厚く、第１のｐ型クラッド層６０５および第２のｐ型クラッド層６１４の側面上に設けられた部分の厚さが薄くなっている。
【００９５】
そして、活性層６０４のＩｎ組成は例えば井戸層で１０％であり、酸化促進層６１３のＩｎ組成は５％と活性層６０４の井戸層よりもＩｎ組成が小さくなっている。このため、酸化促進層６１３のバンドギャップは活性層６０４の発光波長より大きくなっており、活性層６０４で生じた光が酸化促進層６１３で吸収されることなく放出される。なお、熱酸化膜６０６は活性層６０４の側面をエッチングにより露出させた状態で行うことで形成される。この際に、酸化促進層６１３の膜厚を活性層６０４より厚くすることで、酸化促進層６１３のＩｎ組成が活性層６０４より小さい場合でも酸化促進層６１３が酸化される速度を速めることができる。
【００９６】
このように、本実施形態の面発光レーザでは、酸化促進層６１３の膜厚を変えることにより、窒化物半導体層の側面上に形成される酸化膜の厚さを調節することが可能となる。例えば、活性層６０４の総膜厚を３０ｎｍとし、酸化促進層６１３の膜厚を８０ｎｍと厚く設定することにより、酸化促進層６１３の径を活性層６０４の径より狭く設定することが可能となる。このように酸化促進層と活性層の幅および厚さで電流狭窄と光閉じ込め構造を設計できるため、設計自由度が増し素子特性を向上させることができる。
【００９７】
なお、本実施形態の面発光レーザにおいて、活性層６０４に効率よく電流を注入するために、活性層６０４の径より酸化促進層６１３の径を小さくすることが好ましい。
【００９８】
（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【００９９】
同図に示すように、本実施形態の面発光レーザは図８に示す第４の実施形態に係る面発光レーザと似た構成を有しており、ＧａＮ基板７０１、第１のｎ型クラッド層７０２および第２のｎ型クラッド層７０３については第４の実施形態に係る半導体レーザと同一である。また、活性層７０４、第１のｐ型クラッド層７０５、酸化促進層７０６、第２のｐ型クラッド層７０７、ｐ型電極７０８、ｎ型電極７１０、ｎ型電極用パッド７１１、ｐ型電極用パッド７０９の組成および膜厚などは第４の実施形態の半導体レーザと同一である。
【０１００】
第１のｐ型クラッド層７０５はＡｌ組成１０％のＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した構造からなり、その厚さは０．５μｍである。酸化促進層７０６はＩｎ組成が６％で膜厚が８０ｎｍのＩｎＧａＮからなっている。
【０１０１】
本実施形態の半導体レーザは、第５の実施形態で説明した酸化促進層と活性層とが共に酸化されて熱酸化膜が形成される構成をリッジ型半導体レーザに適用した点が第４の実施形態の半導体レーザと異なっている。酸化促進層７０６が活性層７０４より厚く設定することにより、熱酸化膜７１２のうち酸化促進層７０６の側面上の部分を、活性層７０４側面上の部分より厚く形成することができる。屈折率の小さい熱酸化膜に囲まれた酸化促進層７０６および活性層７０４は、リッジ方半導体レーザの光導波路として機能する。
【０１０２】
このように、酸化促進層７０６の径により光の閉じ込めを自由に設定でき、素子特性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の窒化物半導体装置は、ＤＶＤやハードディスク用の光源など、種々の用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す断面図である
【図３】（ａ）、（ｂ）は、メサ側壁の酸化過程を説明するための窒化物半導体層の模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は図３（ｂ）と同一の面発光レーザを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す面発光レーザにおける第２半導体層の組成と熱酸化により形成される熱酸化膜の膜厚との関係を示す図である。
【図５】熱酸化処理後の半導体発光素子の縦断面を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る面発光レーザの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係るリッジ型半導体レーザの構成を示す断面図である。
【図１１】面発光レーザとして機能する、従来の半導体発光装置の一例を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、従来の面発光レーザの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０１、２０１、３０１、６０１      サファイア基板
１０２、３０２、６０２      窒化物半導体ミラー
１０３、３０３              ｎ型クラッド層
１０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４      活性層
１０５、４０５              ｐ型クラッド層
１０６、３０６、４０６、５１３、６０６、７１２      熱酸化膜
１０７、３０７、６０７      透明電極
１０８、３０８、４０８、５０８、６０８、７０８      ｐ型電極
１０９、３０９、４０９、５０９、６０９、７０９      ｐ型電極用パッド
１１０、３１０、４１０、５１０、７１０      ｎ型電極
１１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１      ｎ型電極用パッド
１１２、３１２、６１２      反射膜
１１３                      酸化防止マスク
２０２                      第１半導体層
２０３                      第２半導体層
２０４                      第３半導体層
２０５、２０６、２０７      酸化膜
３０５、５０５、６０５、７０５      第１のｐ型クラッド層
３１３、５０６、６１３、７０６      酸化促進層
３１４、５０７、６１４、７０７      第２のｐ型クラッド層
４０１、５０１、７０１      ＧａＮ基板
４０２、５０２、７０２      第１のｎ型クラッド層
４０３、５０３、７０３      第２のｎ型クラッド層
【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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【図５】
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