(57)【要約】【課題】発光効率の低下を抑制することのできる半導体レーザおよびその製造方法を提供する。【解決手段】主面１０１ａを有する窒化物半導体基板と、主面１０１ａ上に形成された第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成された活性層１０５と、活性層１０５上に形成された第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と活性層１０５との間、活性層１０５と第２導電型クラッド層との間、第１導電型クラッド層中、および第２導電型クラッド層中のいずれかに形成された電流狭窄層１０９とを備えている。窒化物半導体基板の主面１００ａは、｛０００１｝面から傾斜した面であり、第２導電型クラッド層は、超格子構造を有する超格子層１１１を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する窒化物半導体基板と、
前記窒化物半導体基板の前記主面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層と前記活性層との間、前記活性層と前記第２導電型クラッド層との間、前記第１導電型クラッド層中、および前記第２導電型クラッド層中のいずれかに形成された電流狭窄層とを備え、
前記窒化物半導体基板の前記主面は、｛０００１｝面から傾斜した面であり、
前記第２導電型クラッド層は、超格子構造を有する超格子層を含む、半導体レーザ。
【請求項２】
前記超格子層の横方向の比抵抗は、２Ω・ｃｍ以下である、請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記第２導電型クラッド層は、ｐ型であり、
前記電流狭窄層は、前記活性層と前記第２導電型クラッド層との間、または前記第２導電型クラッド層中に形成され、
前記電流狭窄層と前記活性層との間に形成された電子ブロック層をさらに備えた、請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記第２導電型クラッド層上に形成され、かつ前記電流狭窄層の開口部よりも幅の広い電極をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記窒化物半導体基板の前記主面が、｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛２０−２１｝、または前記窒化物半導体基板のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から前記窒化物半導体基板のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面などの半極性面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面などの無極性面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
｛０００１｝面から傾斜した面である主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
前記窒化物半導体基板の前記主面上に、第１導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、超格子構造を有する超格子層を含む第２導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１導電型クラッド層と前記活性層との間、前記活性層と前記第２導電型クラッド層との間、前記第１導電型クラッド層中、および前記第２導電型クラッド層中のいずれかに、電流狭窄層を形成する工程とを備えた、半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記第２導電型クラッド層を形成する工程では、横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下である前記超格子層を形成する、請求項６に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記第２導電型クラッド層を形成する工程では、ｐ型の前記第２導電型クラッド層を形成し、
前記電流狭窄層を形成する工程では、前記活性層と前記第２導電型クラッド層との間、または前記第２導電型クラッド層中に前記電流狭窄層を形成し、
前記電流狭窄層と前記活性層との間に電子ブロック層を形成する工程をさらに備えた、請求項６または７に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記第２導電型クラッド層上に、前記電流狭窄層の開口部よりも幅の広い電極を形成する工程をさらに備えた、請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記準備する工程では、前記窒化物半導体基板の前記主面が、｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛２０−２１｝、または前記窒化物半導体基板のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から前記窒化物半導体基板のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面などの半極性面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面などの無極性面である前記窒化物半導体基板を準備する、請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザおよびその製造方法に関し、より特定的には窒化物系半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の窒化物半導体は、青紫色から赤色までの発光が可能であり、これを用いた窒化物系半導体レーザは高密度光ディスク装置の光源として期待されている。このような窒化物系半導体レーザは、たとえば非特許文献１、２などに開示されている。
【０００３】
非特許文献１および２に開示の半導体レーザは、主面を有するｎ型ＧａＮ基板と、ｎ型ＧａＮ基板上に形成されたｎ型ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）クラッド層と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層上に形成されたＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi Quantum Well）活性層と、活性層上に形成されたＡｌＮ層と、ＡｌＮ層上に形成されたｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層とを備えていることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Masaki Ohya, et al., "High-power operation of inner-stripe GaN-based blue-violet laser diodes" Proc. of SPIE Vol.6485, 648505, (2007), p.648505-1−648505-9
【非特許文献２】福田和久他、「インナーストライプ型青紫色半導体レーザの高信頼性動作」、電子情報通信学会総合大会、２００７年、ｐ．Ｓ５８−Ｓ５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１および２の半導体レーザでは、ｎ型ＧａＮ基板を用いている。しかし、ｎ型ＧａＮ基板の主面が｛０００１｝面（ｃ面）の場合、高Ｉｎ（インジウム）組成帯、すなわち緑色帯ではピエゾ電界の増大にしたがって発光効率を招くという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、発光効率の低下を抑制することのできる半導体レーザおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体レーザは、主面を有する窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板の主面上に形成された第１導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第２導電型クラッド層と、第１導電型クラッド層と活性層との間、活性層と第２導電型クラッド層との間、第１導電型クラッド層中、および第２導電型クラッド層中のいずれかに形成された電流狭窄層とを備えている。窒化物半導体基板の主面は、｛０００１｝面から傾斜した面であり、第２導電型クラッド層は、超格子構造を有する超格子層を含む。
【０００８】
本発明の半導体レーザの製造方法は、以下の工程を備えている。まず、｛０００１｝面から傾斜した面である主面を有する窒化物半導体基板を準備する。そして、窒化物半導体基板の主面上に、第１導電型クラッド層を形成する。そして、第１導電型クラッド層上に、活性層を形成する。そして、活性層上に、超格子構造を有する超格子層を含む第２導電型クラッド層を形成する。そして、第１導電型クラッド層と活性層との間、活性層と第２導電型クラッド層との間、第１導電型クラッド層中、および第２導電型クラッド層中のいずれかに、電流狭窄層を形成する。
【０００９】
本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、窒化物半導体基板の主面を｛０００１｝面から傾斜した面としているので、その上に形成する層は＜０００１＞（ｃ軸）方向から傾斜した方向に積層されるため、ピエゾ電界が生じることを抑制できる。このため、発光に寄与する再結合確率の低下を抑制できるので、内部量子効率が低くなることを抑制し、外部量子効率の低下を抑制できる。しかし、主面が｛０００１｝面から傾斜した面である場合には、窒化物半導体中においてｎ型不純物となるＯ（酸素）の取込が増加し、ｐ側電極とのコンタクト抵抗が増加する。本発明では、半導体レーザ内部に電流狭窄層を形成しているので、電極面積を広くとることができるため、コンタクト抵抗の増加を抑制することができる。したがって、ピエゾ電界の影響を低減でき、かつＯの取込による影響も低減できるので、発光効率の低下を抑制することができる半導体レーザを実現できる。
【００１０】
上記半導体レーザにおいて好ましくは、超格子層の横方向の比抵抗は、２Ω・ｃｍ以下である。
【００１１】
上記半導体レーザの製造方法において好ましくは、第２導電型クラッド層を形成する工程では、横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下である超格子層を形成する。
【００１２】
本発明者は鋭意研究の結果、超格子層の横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下の場合に、横方向に十分に電流が広がることを見い出した。このため、広い電極を用いてコンタクト抵抗を低減しながらも、狭い電流狭窄構造により電流密度の増大が可能となり、低い駆動電圧と低い閾値電流とを実現することが可能になる。
【００１３】
上記半導体レーザにおいて好ましくは、第２導電型クラッド層は、ｐ型であり、電流狭窄層は、活性層と第２導電型クラッド層との間、または第２導電型クラッド層中に形成され、電流狭窄層と活性層との間に形成された電子ブロック層をさらに備えている。
【００１４】
上記半導体レーザの製造方法において好ましくは、第２導電型クラッド層を形成する工程では、ｐ型の第２導電型クラッド層を形成し、電流狭窄層を形成する工程では、活性層と第２導電型クラッド層との間、または第２導電型クラッド層中に電流狭窄層を形成し、電流狭窄層と活性層との間に電子ブロック層を形成する工程をさらに備えている。
【００１５】
電流狭窄層を形成するためには、電流狭窄層形成前のエピタキシャル層をエピタキシャル層形成装置から取り出す必要がある。また、電流狭窄層に開口部を形成する際に、電流狭窄層にダメージが導入され、再結合中心を形成する場合がある。電流狭窄層と活性層との間に電子ブロック層を形成することにより、再結合中心を有する電流狭窄層へｐ型キャリアおよびｎ型キャリアのが注入されることを抑制できるため、活性層への注入効率の低下をを抑制できる。したがって、発光効率の低下をより低減できる。
【００１６】
上記半導体レーザにおいて好ましくは、第２導電型クラッド層上に形成され、かつ電流狭窄層の開口部よりも幅の広い電極をさらに備えている。
【００１７】
上記半導体レーザの製造方法において好ましくは、第２導電型クラッド層上に、電流狭窄層の開口部よりも幅の広い電極を形成する工程をさらに備えている。
【００１８】
超格子層により横方向の比抵抗を十分に低くできるため、幅広い電極と電流狭窄層とを形成しても、低いコンタクト抵抗と高い電流密度とを実現することが可能である。
【００１９】
上記半導体レーザにおいて好ましくは、窒化物半導体基板の主面が、｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛２０−２１｝、または窒化物半導体基板のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から窒化物半導体基板のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面などの半極性面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面などの無極性面である。
【００２０】
上記半導体レーザの製造方法において好ましくは、準備する工程では、窒化物半導体基板の主面が、｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛２０−２１｝、または窒化物半導体基板のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から窒化物半導体基板のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面などの半極性面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面などの無極性面である窒化物半導体基板を準備する。
【００２１】
これにより、特性を向上した半導体レーザを実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の半導体レーザおよびその製造方法によれば、発光効率を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体レーザを概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の半導体レーザを概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３の半導体レーザを概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３の半導体レーザの製造工程を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、集合方位を＜＞、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００２５】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ａについて説明する。図１に示すように、本実施の形態における半導体レーザ１００ａは、基板１０１と、ｎ型クラッド層１０２と、ｎ型ガイド層１０３と、アンドープガイド層１０４、１０６、１０７と、活性層１０５と、ｐ型電子ブロック層１０８と、電流狭窄層１０９と、ｐ型クラッド層１１０と、ｐ型コンタクト層１１３と、ｐ型電極１１４と、ｎ型電極１１５とを備えている。
【００２６】
基板１０１は、主面１０１ａを有する窒化物半導体基板であり、たとえばＧａＮ基板である。主面１０１ａは、｛０００１｝面から傾斜した面であれば特に限定されず、たとえば｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛２０−２１｝面、または窒化物半導体基板のｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面から窒化物半導体基板のｍ軸の方向に６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面などの半極性面、｛１−１００｝面（ｍ面）、｛１１−２０｝面（ａ面）などの無極性面である。
【００２７】
ｎ型クラッド層１０２は、基板１０１の主面１０１ａ上に形成され、たとえばＳｉドープＡｌ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなり、２μｍの厚みを有する。ｎ型ガイド層１０３は、ｎ型クラッド層１０２上に形成され、たとえばＳｉドープＧａＮよりなり、５０ｎｍの厚みを有する。アンドープガイド層１０４は、ｎ型ガイド層１０３上に形成され、たとえばＧａＮよりなり、５０ｎｍの厚みを有する。
【００２８】
活性層１０５は、アンドープガイド層１０４上に形成され、たとえば１５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ層と、３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ層とがこの順で３層ずつ交互に積層されたＭＱＷ構造を有する。なお、活性層１０５は単一の層よりなっていてもよい。
【００２９】
アンドープガイド層１０６は、活性層１０５上に形成され、たとえばアンドープＧａＮよりなり、５０ｎｍの厚みを有する。アンドープガイド層１０７は、アンドープガイド層１０６上に形成され、たとえばアンドープＧａＮ層よりなり、５０ｎｍの厚みを有する。ｐ型電子ブロック層１０８は、アンドープガイド層１０７上に形成され、たとえばＭｇドープＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎよりなり、２０ｎｍの厚みを有する。
【００３０】
電流狭窄層１０９は、ｐ型電子ブロック層１０８上に形成され、たとえばアンドープＡｌＮよりなり、２０ｎｍの厚みを有する。電流狭窄層１０９は、開口部を有しており、この開口部においてｐ型電子ブロック層１０８が露出している。開口部は、たとえばストライプ状に形成されている。電流狭窄層１０９は、他の層よりも電流が流れにくい材料よりなっており、たとえば半絶縁性材料、絶縁材料などを用いることができる。電流狭窄層１０９が形成されている位置における上下方向の電流の流れは、他の位置における上下方向の電流の流れよりも流れにくい。言い換えると、電流狭窄層１０９の開口部は、他の領域よりも電流が流れやすい。
【００３１】
ｐ型クラッド層１１０は、超格子層１１１と、ｐ型光閉込層１１２とを有している。なお、ｐ型クラッド層１１０は、超格子層１１１とｐ型光閉込層１１２との間に別の層をさらに有していてもよい。
【００３２】
超格子層１１１は、電流狭窄層１０９上に形成されている。言い換えると、超格子層１１１は、電流狭窄層１０９と接し、かつ電流狭窄層１０９の開口部ではｐ型電子ブロック層１０８と接する。超格子層１１１は、たとえば２ｎｍの厚みを有するＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎと、２ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮとが交互に５層積層されている。
【００３３】
超格子層１１１の横方向（図１において左右方向）の比抵抗は、２Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。超格子層１１１の横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下の場合、横方向に十分に電流が広がるため、本実施の形態の幅広いｐ型電極１１４と電流狭窄層１０９とが同時に存在する構成においても、両方の効果の発現が可能となる。仮に超格子層１１１が導入されなかった場合、電流狭窄層１０９で狭窄された電流は横方向に広がることができないため、ｐ型電極１１４の幅を広くしたとしても電流が十分に広がらず、実効的なｐ型電極面積が小さくなる。この場合、同じ電流密度に対しても高いコンタクト抵抗が生じるため、駆動電圧が増大する。超格子層１１１の横方向の比抵抗が１Ω・ｃｍ以下の場合、発光効率の低下をより一層低減できる。
【００３４】
ここで、超格子層１１１の横方向の比抵抗は、たとえば、ホール効果測定器により測定される値である。また、超格子層１１１の横方向の比抵抗は低い程好ましいが、下限値は、製造上の理由から、たとえば０．０１Ω・ｃｍである。
【００３５】
ｐ型光閉込層１１２は、超格子層１１１上に形成され、たとえば４００ｎｍの厚みを有するＭｇドープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなる。
【００３６】
ｐ型コンタクト層１１３は、ｐ型クラッド層１１０上に形成され、たとえばＭｇドープＧａＮよりなり、５０ｎｍの厚みを有する。
【００３７】
ｐ型電極１１４は、ｐ型コンタクト層１１３上に形成され、たとえばＮｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）よりなる。ｐ型電極１１４は、電流狭窄層１０９の開口部よりも広い幅を有する。また、ｐ型電極１１４は、ｐ型電極１１４側から見て電流狭窄層１０９の開口部を基板１０１の主面１０１ａに投影した全ての領域を含む。ｐ型電極１１４は、たとえばストライプ状に形成されている。ｎ型電極１１５は、基板１０１下に形成され、たとえばＴｉ／Ａｌよりなる。
【００３８】
続いて、図１〜図７を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ａの製造方法について説明する。
【００３９】
まず、図２に示すように、｛０００１｝面から傾斜した面である主面１０１ａを有する基板１０１を準備する。
【００４０】
次に、基板１０１の主面１０１ａ上に、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ガイド層１０３、アンドープガイド層１０４、活性層１０５、アンドープガイド層１０６、アンドープガイド層１０７、およびｐ型電子ブロック層１０８をこの順で形成する。
【００４１】
次に、図３に示すように、ｐ型電子ブロック層１０８上に、電流狭窄層１０９を形成する。その後、図４に示すように、電流狭窄層１０９上に、開口部を有するレジスト１２０を形成する。次いで、レジスト１２０の開口部から露出している電流狭窄層１０９をエッチングなどにより除去する。その後、レジスト１２０を除去する。これにより、図５に示すように、開口部を有する電流狭窄層１０９を形成することができる。
【００４２】
次に、図６に示すように、電流狭窄層１０９の開口部を埋めるように、電流狭窄層１０９およびｐ型電子ブロック層１０８上に、超格子層１１１を形成する。この工程では、横方向の比抵抗が好ましくは２Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１Ω・ｃｍ以下である超格子層１１１を形成する。
【００４３】
次に、図７に示すように、超格子層１１１上に、ｐ型光閉込層１１２およびｐ型コンタクト層１１３をこの順で形成する。
【００４４】
なお、上記各々の層の形成方法は特に限定されないが、たとえば気相成長法、液相成長法などが採用される。また、上記各々の層は、＜０００１＞軸（ｃ軸）から傾斜した方向に積層される。
【００４５】
次に、図１に示すように、ｐ型コンタクト層１１３上にｐ型電極１１４を形成する。ｐ型電極は、ｐ型コンタクト層１１３上に、電流狭窄層１０９の開口部よりも幅の広い電極を形成することが好ましい。また、基板１０１下にｎ型電極１１５を形成する。電極の形成方法は、特に限定されないが、たとえば蒸着法により形成することができる。
【００４６】
以上の工程を実施することにより、図１に示す半導体レーザ１００ａを製造することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態における半導体レーザ１００ａおよびその製造方法によれば、基板１０１の主面１０１ａを｛０００１｝面から傾斜した面としているので、その上の層は＜０００１＞（ｃ軸）方向から傾斜した方向に積層されるため、ピエゾ電界を抑制できる。このため、活性層１０５に注入される電子と正孔とが離れることを抑制できるので、発光に寄与する再結合確率の低下を抑制できる。これにより、内部量子効率が低くなることを抑制できるので、外部量子効率の低下を抑制できる。
【００４８】
基板１０１の主面１０１ａが｛０００１｝面から傾斜した面である場合には、ｎ型不純物となるＯの取込が増加し、コンタクト抵抗が増加したり、ｐ型導電性が悪化して、電気特性が悪くなるという知見を本発明者は得ている。しかし、本実施の形態では、実効的に広い電極面積を有しているので、主面１０１ａが｛０００１｝面から傾斜した面であっても、コンタクト抵抗の増加を抑制することができる。
【００４９】
さらに、ｐ型クラッド層１１０は、超格子構造を有する超格子層１１１を含んでいるので、比抵抗を低減することができる。
【００５０】
したがって、ピエゾ電界の影響を低減でき、かつＯの取込による影響も低減でき、かつ比抵抗も低減できるので、発光効率の低下を抑制することができる半導体レーザ１００ａを実現できる。
【００５１】
また、上記のようにコンタクト抵抗を低減できるので、駆動電圧を低減することができる。動作電流は変わらないため、消費電力も低減できる半導体レーザ１００ａを実現できる。
【００５２】
本実施の形態の半導体レーザ１００ａおよびその製造方法において好ましくは、超格子層１１１の横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下である。本発明者は鋭意研究の結果、超格子層１１１の横方向の比抵抗が２Ω・ｃｍ以下の場合に、横方向に十分に電流が広がることを見い出した。このため、電流狭窄層を導入しても広い電極面積を実現することが可能となる。したがって、高い電流密度と低いコンタクト抵抗とを両立できる半導体レーザ１００ａを実現できる。
【００５３】
上記半導体レーザ１００ａおよびその製造方法において好ましくは、ｐ型電子ブロック層１０８は電流狭窄層１０９と活性層１０５との間に形成され、超格子層１１１はｐ型電子ブロック層１０８上に形成される。
【００５４】
電流狭窄層１０９を形成するためには、基板１０１およびその上に形成された層を備えたエピタキシャルウエハを一度炉外に取り出す必要がある。さらにはドライエッチングなどで電流パスとなるストライプ状などの開口部を形成するために電流狭窄層１０９に加工をする必要がある。このため、電流狭窄層１０９にダメージが導入され、欠陥、ダメージなどの原子配列を乱すような再結合中心を形成する。ここで、ｐ型電子ブロック層１０８より下側に電流狭窄層１０９を形成した場合には、電流狭窄層にｐ型キャリアおよびｎ型キャリアの両方が注入されるため、上記再結合中心でキャリアが再結合し、熱として消費されてしまうため、活性層への注入効率が低下してしまう。そこで、本実施の形態のように、ｐ型電子ブロック層１０８より上側に電流狭窄層１０９を形成することで、再結合中心をもつ電流狭窄層１０９へ（電流狭窄層１０９の欠陥に）電子が辿り着くことを抑制できるので、ｐ型電子ブロック層１０８より下側に電流狭窄層を形成した場合、およびｐ型電子ブロック層１０８を形成しなかった場合に比べて、良好な電気特性を有することが可能となる。
【００５５】
上記半導体レーザ１００ａおよびその製造方法において好ましくは、ｐ型クラッド層１１０上に形成され、かつ電流狭窄層１０９の開口部よりも幅の広いｐ型電極１１４をさらに備える。
【００５６】
超格子層１１１により横方向の比抵抗を十分に低くできるため、幅広い電極と電流狭窄層１０９とを形成しても、低いコンタクト抵抗と高い電流密度とを実現することが可能である。
【００５７】
（実施の形態２）
図８を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ｂについて説明する。図８に示すように、本実施の形態における半導体レーザ１００ｂは、基本的には図１に示す実施の形態１の半導体レーザ１００ａと同様の構成を備えている。しかし、実施の形態１の半導体レーザ１００ａでは、活性層１０５とｐ型クラッド層１１０（第２導電型クラッド層）との間に電流狭窄層１０９が形成されていたのに対して、本実施の形態の半導体レーザ１００ｂでは、ｎ型クラッド層１０２（第１導電型クラッド層）と活性層１０５との間に電流狭窄層１０９が形成されている点において異なる。具体的には、本実施の形態の電流狭窄層１０９は、ｎ型クラッド層１０２とｎ型ガイド層１０３との間に形成されている。その他の構成は同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００５８】
続いて、図８〜図１２を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ｂの製造方法について説明する。
【００５９】
まず、実施の形態１と同様に、｛０００１｝面から傾斜した面である主面１０１ａを有する基板１０１を準備する。次に、基板１０１の主面１０１ａ上に、ｎ型クラッド層１０２を形成する。
【００６０】
次に、図９に示すように、ｎ型クラッド層１０２上に、電流狭窄層１０９を形成する。その後、図１０に示すように、電流狭窄層１０９上に、開口部を有するレジスト１２０を形成する。次いで、レジスト１２０の開口部から露出している電流狭窄層１０９をエッチングなどにより除去する。その後、レジスト１２０を除去する。これにより、図１１に示すように、開口部を有する電流狭窄層１０９を形成することができる。
【００６１】
次に、図１２に示すように、電流狭窄層１０９の開口部を埋めるように、電流狭窄層１０９およびｎ型クラッド層１０２上に、ｎ型ガイド層１０３を形成する。
【００６２】
次に、図８に示すように、ｎ型ガイド層１０３上に、アンドープガイド層１０４、活性層１０５、アンドープガイド層１０６、アンドープガイド層１０７、ｐ型電子ブロック層１０８、超格子層１１１、ｐ型光閉込層１１２およびｐ型コンタクト層１１３をこの順で形成する。次に、図８に示すように、ｐ型電極１１４およびｎ型電極１１５を形成する。
【００６３】
以上の工程を実施することにより、図８に示す本実施の形態における半導体レーザ１００ｂを製造することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図１３を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ｃについて説明する。図１３に示すように、本実施の形態における半導体レーザ１００ｃは、基本的には図１に示す実施の形態１の半導体レーザ１００ａと同様の構成を備えている。しかし、実施の形態１の半導体レーザ１００ａでは、活性層１０５とｐ型クラッド層１１０（第２導電型クラッド層）との間に電流狭窄層１０９が形成されていたのに対して、本実施の形態の半導体レーザ１００ｃでは、ｎ型クラッド層１０２（第１導電型クラッド層）中に電流狭窄層１０９が形成されている点において異なる。具体的には、本実施の形態の電流狭窄層１０９は、ｎ型クラッド層１０２の表面に形成されている。その他の構成は同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６５】
続いて、図１３〜図１７を参照して、本実施の形態における半導体レーザ１００ｃの製造方法について説明する。
【００６６】
まず、実施の形態１と同様に、｛０００１｝面から傾斜した面である主面１０１ａを有する基板１０１を準備する。次に、基板１０１の主面１０１ａ上に、ｎ型クラッド層１０２を形成する。
【００６７】
次に、図１４に示すように、ｎ型クラッド層１０２上に、開口部を有するレジスト１２０を形成する。次いで、図１５に示すように、レジスト１２０の開口部から露出しているｎ型クラッド層１０２をエッチングなどにより除去する。本実施の形態では、ｎ型クラッド層１０２の厚み方向の一部を除去しているが、ｎ型クラッド層１０２の厚み方向の全てにわたって除去してもよい。その後、レジスト１２０を除去する。これにより、図１６に示すように、ｎ型クラッド層１０２に開口部を形成することができる。
【００６８】
次に、図１７に示すように、ｎ型クラッド層１０２の開口部を埋めるように、電流狭窄層１０９を形成する。本実施の形態では、ｎ型クラッド層１０２と電流狭窄層１０９とは同一平面上に位置付けられるように、電流狭窄層１０９が形成されている。
【００６９】
次に、図１３に示すように、ｎ型クラッド層１０２および電流狭窄層１０９上に、ｎ型ガイド層１０３、アンドープガイド層１０４、活性層１０５、アンドープガイド層１０６、アンドープガイド層１０７、ｐ型電子ブロック層１０８、超格子層１１１、ｐ型光閉込層１１２およびｐ型コンタクト層１１３をこの順で形成する。次に、図１３に示すように、ｐ型電極１１４およびｎ型電極１１５を形成する。
【００７０】
以上の工程を実施することにより、図１３に示す本実施の形態における半導体レーザ１００ｃを製造することができる。
【００７１】
なお、実施の形態１〜３では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として説明したが、第１導電型がｐ型で、第２導電型がｎ型であってもよい。
【００７２】
また、実施の形態１では、第２導電型クラッド層と活性層との間に電流狭窄層を形成し、実施の形態２では、第１導電型クラッド層と活性層との間に電流狭窄層を形成し、実施の形態３では、第１導電型クラッド層中に電流狭窄層を形成したが、電流狭窄層は第２導電型クラッド層中に形成されてもよい。
【実施例】
【００７３】
（本発明例）
本発明例では、有機金属気相成長法を用いて、青紫色二次元フォトニック結晶レーザを作製した。原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）、およびシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。
【００７４】
具体的には、始めに、｛２０−２１｝面を主面とするｎ型ＧａＮ基板をサセプタ上に配置した後に、成長炉にＮＨ3とＨ2とを供給して炉内の圧力３０［ｋＰａ］において、摂氏１１００度の基板温度で１０分間のサーマルクリーニングを行なった。
【００７５】
炉内圧力を大気圧にした後に、以下の順に成膜を行なった。まず、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、およびＳｉＨ4を供給し、ｎ型クラッド層として、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ結晶を成長した。
【００７６】
次にＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3、およびＳｉＨ4を供給し、ｎ型ガイド層として、厚さ５０ｎｍのｎ型ＧａＮ層を成長した。
【００７７】
その後、成長炉の温度を下げ、３周期の量子井戸構造を有する活性層を形成した。具体的には、摂氏８８０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびＮＨ3を供給し、厚さ１５［ｎｍ］のアンドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層を成長し、その上に、摂氏８００度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、およびＮＨ3を供給し、厚さ３［ｎｍ］のアンドープＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎ井戸層を成長した。この工程を繰り返すことにより、３周期の多重量子井戸活性層を形成した。
【００７８】
続いて、成長炉の温度を上げ、摂氏１１００度の成長温度においてＴＭＧおよびＮＨ3を供給し、厚さ５０［ｎｍ］のアンドープＧａＮ層を成長した。
【００７９】
その上に、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを供給し、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ電子ブロック層を成長した。
【００８０】
その後、成長炉の温度を下げ、摂氏４００℃の成長温度においてＴＭＡおよびＮＨ3を供給し厚さ２０ｎｍのＡｌＮ電流狭窄層を成長した。
【００８１】
基板温度を降温した後に、成長炉からエピタキシャルウェハを取り出し、以下のとおり、ストライプ開口部を形成した。ＡｌＮ層上にレジストを塗布し、スピンコータを用いて均一なレジスト膜を形成した。その後、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露光し、現像することによって、レジストマスクを形成した。
【００８２】
反応性イオンエッチング装置にエピタキシャルウェハを配置し、レジストマスクを用いてエッチングガスＣｌ2によりＡｌＮ層にストライプパターンを転写した。この後に、結晶成長のためにエピタキシャルウェハからレジストマスクを除去した。
【００８３】
上記エピタキシャルウェハを成長炉のサセプタ上に配置した後に、基板温度を成長温度（１１００度）に上昇させた。炉内圧力を大気圧として、ＡｌＮ層ストライプ構造を埋め込むように、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを供給し、ｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第１光閉込層を１００ｎｍ形成した。続いて、５周期の超格子層を形成した。具体的には、摂氏１１００度の成長温度において、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを供給し、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎと、２ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮとを交互に５層積層した。
【００８４】
さらに、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを供給し、ｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２光閉込層を３００ｎｍ形成した。これにより、第１光閉込層、超格子層および第２光閉込層を含むｐ型クラッド層を形成した。
【００８５】
次いで、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを供給し、第２光閉込層上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層を５０ｎｍ形成した。
【００８６】
これらの成長の後に、上記エピタキシャルウェハを成長炉から取り出して、ＡｌＮ電流狭窄層に形成したストライプパターンと重なるように、幅１０μｍのＮｉ／Ａｕからなるアノード電極をｐ型ＧａＮ層上に形成した。またＧａＮ基板を厚さ１００μｍまで研削した後に、ＧａＮ基板の裏面全面にＴｉ／Ａｌからなるカソード電極を形成した。
【００８７】
以上の工程を経た後に、形成したストライプパターンを含むように１ｍｍ角のチップに切り出した。そして、このチップをステムに搭載し、Ａｕからなるワイヤを用いてボンディングを行ない、このチップを通電可能とした。
【００８８】
このようにして作製したインナーストライプ構造を有するレーザ素子に、室温においてパルス電流（繰り返し周波数１ｋＨｚ、パルス幅０．５μｓｅｃ）を印加した時、５０ｍＡにおいてレーザ発振が確認された。この時の印加電圧は４．８Ｖであった。
【００８９】
（比較例）
比較例は、基本的には本発明例１と同様に半導体レーザ素子を製造したが、超格子層を形成しなかった点において異なっていた。この比較例のレーザ素子に、室温においてパルス電流（繰り返し周波数１ｋＨｚ、パルス幅０．５μｓｅｃ）を印加した時、５０ｍＡにおいてレーザ発振が確認された。この時の印加電圧は５．４Ｖであった。
【００９０】
以上より、本実施例によれば、ＧａＮ基板の主面が｛０００１｝面から傾斜した面であっても、超格子層を形成することにより、印加電圧を低減できることが確認できた。
【００９１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ  半導体レーザ、１０１  基板、１０１ａ  主面、１０２  ｎ型クラッド層、１０３  ｎ型ガイド層、１０４、１０６、１０７  アンドープガイド層、１０５  活性層、１０８  ｐ型電子ブロック層、１０９  電流狭窄層、１１０  ｐ型クラッド層、１１１  超格子層、１１２  ｐ型光閉込層、１１３  ｐ型コンタクト層、１１４  ｐ型電極、１１５  ｎ型電極、１２０  レジスト。
【図１】
2011165942.tif 000003
【図２】
2011165942.tif 000004
【図３】
2011165942.tif 000005
【図４】
2011165942.tif 000006
【図５】
2011165942.tif 000007
【図６】
2011165942.tif 000008
【図７】
2011165942.tif 000009
【図８】
2011165942.tif 000010
【図９】
2011165942.tif 000011
【図１０】
2011165942.tif 000012
【図１１】
2011165942.tif 000013
【図１２】
2011165942.tif 000014
【図１３】
2011165942.tif 000015
【図１４】
2011165942.tif 000016
【図１５】
2011165942.tif 000017
【図１６】
2011165942.tif 000018
【図１７】
2011165942.tif 000019