(57)【要約】【課題】窓領域形成の際の熱処理によりエピタキシャル成長膜が劣化するのを抑制し、電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を劣化させること無く、レーザの基本特性を維持した上で窓構造を形成する窒化物半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ｐ型ＧａＮコンタクト層７上の所定領域に固相拡散源８を選択的に形成した後、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、固相拡散源８から、活性層４を含む領域に不純物原子を拡散させて光学的非吸収窓領域１４を形成することにより、窓領域１４形成時の拡散処理温度を従来よりも低温で行うことができるため、結晶表面や結晶内が必要以上に窓形成による熱的ダメージを免れることができ、ｐ側電極１２とｐ型ＧａＮコンタクト層７と間のコンタクト特性を劣化させること無く窓領域を共振器端面に形成することが可能になる。【選択図】図１
2011114017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１導電型の窒化物半導体層を積層する第１導電型半導体層形成工程と、
前記第１導電型の窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる活性層およびガイド層を形成する工程と、
前記ガイド層上に第２導電型の窒化物半導体層を積層する第２導電型半導体層形成工程と、
前記第２導電型の窒化物半導体層上の所定領域に固相拡散源を選択的に形成する拡散源形成工程と、
酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記固相拡散源から、前記活性層を含む領域に不純物原子を拡散させて光学的非吸収窓領域を形成する窓領域形成工程と、
前記光学的非吸収窓領域内にレーザ共振器の端面となるへき開面を形成するへき開工程と
を含む窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２導電型の窒化物半導体層上であって、前記固層拡散源を形成しない領域に保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに含み、
前記保護膜形成工程後に、前記窓領域形成工程を実施す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の製造方法。
【請求項３】
基板上に第１導電型の窒化物半導体層を積層する第１導電型半導体層形成工程と、
前記第１導電型の窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる活性層およびガイド層を形成する工程と、
前記ガイド層上の所定領域に固相拡散源を選択的に形成する拡散源形成工程と、
酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記固相拡散源から、前記活性層を含む領域に不純物原子を拡散させて光学的非吸収窓領域を形成する窓領域形成工程と、
前記ガイド層上に第２導電型の窒化物半導体層を積層する第２導電型半導体層形成工程と、
前記光学的非吸収窓領域内にレーザ共振器の端面となるへき開面を形成するへき開工程と
を含む窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ガイド層上であって、前記固層拡散源を形成しない領域に保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに含み、
前記保護膜形成工程後に、前記窓領域形成工程を実施す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の製造方法。
【請求項５】
前記窓領域形成工程における熱処理は、８００℃以上１０００℃未満で行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記固層拡散源は、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｏよりなる群から選択される１または２以上の原子を不純物として含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項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】
この発明は、窒化物半導体装置、特に窒化物半導体からなる半導体レーザの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量ディスクであるブルーレイ・ディスクの記録・読み出しに用いる半導体レーザとして、窒化物半導体レーザが用いられている。記録速度を向上させる上で、また記録密度を増やすための多層記録化を推し進めるためには更なる高出力化が必要となる。
【０００３】
このような窒化物半導体レーザにおいて、４００ｍＷを越す高出力動作を実現する上で重要となる技術として、レーザ共振器端面での光吸収低減による端面破壊の抑制、および電極部の抵抗低減による動作電圧の低減が挙げられる。
レーザ共振器端面での光吸収による端面破壊を防ぐため、これまで赤色半導体レーザでは共振器端面のバンドギャップを広げることで光吸収を低減する窓構造が採用されている。窒化物半導体レーザの高出力化を図るためにも同様の窓構造の形成が有効である。
【０００４】
バンドギャップを広げる方法としては活性層の多重量子井戸（ＭＱＷ）を無秩序化して、量子井戸準位よりも高いバンドギャップを得るのが一般的である。窒化物半導体レーザにおいても同様の方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、窒化物半導体からなる活性層の端面近傍に不純物イオンを注入し、その後１０００℃でアニール処理を行うことで、活性層の共振器端面近傍を無秩序化し、バンドギャップを広げた窓構造を形成する方法が開示されている。
また、特許文献２には、窒化物半導体層の表面に不純物を含む酸化物膜等を形成し、その後、窒素またはアンモニアを含む雰囲気下で、１０００℃前後の温度でアニールすることにより、不純物原子を拡散させ、ｐ型超格子クラッド層を無秩序化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２９２１０号公報（第１０頁）
【特許文献２】特開２００６−１４０３８７号公報（第８頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高出力動作時の経時劣化抑制のためには半導体と電極との接触、すなわちコンタクト抵抗により生じる電圧降下を低く抑えて動作電圧を低減する必要がある。ｐ側電極のコンタクト抵抗はｐ型半導体層最表面にあるコンタクト層のキャリア濃度と界面のトラップ濃度、及び電極材料の仕事関数に大きく左右される。
窒化物半導体のような不純物の拡散が容易でない結晶において窓構造を形成する場合には高温での熱処理が必要であり、上述した従来の窒化物半導体装置の製造方法においても１０００℃近い温度で熱処理を行っているため、半導体表面からの窒素抜けや表面酸化が生じ、結晶表面に窒素欠陥起因のｎ型キャリアが発生したり、トラップ濃度が増加することによりｐ側電極のコンタクト抵抗が増加するという問題があった。
また、１０００℃近い高温で熱処理を行うことにより、ドーパント不純物の不必要な拡散を招いてレーザ発振特性が劣化すると問題もあった。
【０００７】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、窒化物半導体装置の製造方法において、窓領域形成の際の熱処理によりエピタキシャル成長膜が劣化するのを抑制し、電極と半導体層との間のコンタクト抵抗を劣化させること無く、レーザの基本特性を維持した上で窓構造を形成する窒化物半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る窒化物半導体装置の製造方法は、基板上に第１導電型の窒化物半導体層を積層する第１導電型半導体層形成工程と、前記第１導電型の窒化物半導体層上に窒化物半導体からなる活性層およびガイド層を形成する工程と、前記ガイド層上に第２導電型の窒化物半導体層を積層する第２導電型半導体層形成工程と、前記第２導電型の窒化物半導体層上の所定領域に固相拡散源を選択的に形成する拡散源形成工程と、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記固相拡散源から、前記活性層を含む領域に不純物原子を拡散させて光学的非吸収窓領域を形成する窓領域形成工程と、前記光学的非吸収窓領域内にレーザ共振器の端面となるへき開面を形成するへき開工程とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、窓領域形成時の拡散処理温度を従来よりも低温で行うことができるため、結晶表面や結晶内が必要以上に窓形成による熱的ダメージを免れることができ、電極と半導体層と間のコンタクト特性を劣化させること無く窓領域を共振器端面に形成することが可能になる。したがって、基本レーザ特性を劣化させること無く長寿命の高出力レーザを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】酸素を含む雰囲気中で熱処理を行ったときの窒化物半導体中への不純物原子の拡散プロファイルをＳＩＭＳ分析で測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の電流−出力特性を比較例とともに示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における窒化物半導体装置の製造工程の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１における窒化物半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ａ）は共振器方向の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示す図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態における半導体レーザの構成について説明する。
【００１２】
図１において、窒化物半導体装置である半導体レーザ１００は、例えば波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を発生する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体レーザであり、図１（ａ）に示すように、ｎ型窒化物半導体基板であるｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ｎ型ＧａＮガイド層３、アンドープ層であるＩｎｘＧａ１-ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｘ＞、ｙ≧０）多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４、アンドープ層であるＡｌＧａＮガイド層５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型ＧａＮコンタクト層７が順次積層されている。また、図１（ｂ）に示すように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６の一部およびｐ型ＧａＮコンタクト層７にはストライプ状のリッジ１５が形成されている。このリッジ１５は、半導体レーザ１００の共振器端面となるへき開端面の幅方向のほぼ中央部分に配設され、共振器端面となる両へき開面の間に延在している。そして、リッジ部１５の側壁には、絶縁膜１１を介してｐ側電極１２が積層されている。
【００１３】
また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面には、ｎ側電極１３が形成されている。そして、図１（ａ）に示すように、半導体レーザ１００の両端面部分には、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面からｎ型ＧａＮガイド層３の一部の領域にわたって、不純物拡散領域９が形成されている。このように不純物拡散領域９を半導体レーザ１００の両端面部分に形成することにより、活性層４が無秩序化され、バンドギャップが活性層４よりも広がった光学的非吸収窓領域１４が形成される。
【００１４】
なお、上記説明において「ＡｌＧａＮ」と記したのは、正確には、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）型の混晶を意味し、ｘは０以上１未満のある値をとるものである。ｘを指定しない限りは、それぞれのＡｌＧａＮは異なるｘの値をとるものとする。
【００１５】
次に、図２〜図８を参照して、半導体レーザ１００の製造方法について説明する。
なお、図２〜図８の各図において、（ａ）を付して示す図は、共振器方向に垂直な方向の断面図、（ｂ）を付して示す図は、共振器方向の断面図をそれぞれ示すものである。
【００１６】
（ｎ型半導体層形成工程、アンドープ層形成工程）
まず、図２に示す工程で、予めサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化した第１導電型であるｎ型ＧａＮ基板１のＧａ面上に、例えばＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）により、通常の原料ガスを用いてｎ型半導体層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２およびｎ型ＧａＮガイド層３を順次形成した後、アンドープ層であるＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｘ＞、ｙ≧０）ＭＱＷ活性層４およびＡｌＧａＮガイド層５を順次エピタキシャル成長させる。なお、図２（ｃ）に活性層４の周辺を拡大して示すように、活性層４は、ＩｎＧａＮバリア層４ａとＩｎＧａＮウェル層４ｂを交互に積層させて形成する。
【００１７】
（ｐ型半導体層形成工程）
次いで、アンドープのＡｌＧａＮガイド層５上に、ｐ型半導体層であるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｐ型ＧａＮコンタクト層７を順次成長させる。ｐ型半導体層の成長は、Ｍｇをドーピングして行う。この際、窒素供給源としてアンモニアを用いる。
【００１８】
なお、ＭＯＣＶＤによる成長の際の成長温度は、例えば、活性層４の成長時は７５０℃、それ以外の層は１０００℃である。また、各層の厚さは所望の特性を得るために必要な膜厚に設定すればよい。また、ＭＯＣＶＤの代わりに、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシャル成長法）など他の成膜方法を用いることもできる。
【００１９】
（拡散源形成工程）
次に、図３に示すように、固層拡散源８を、後に共振器端面となる部分の近傍領域（以後「不純物拡散領域」という）上に選択的に形成する。不純物拡散領域上に選択的に固層拡散源８を形成する方法として、予め写真製版を用いて不純物拡散領域以外の領域（以後「不純物非拡散領域」という）上にレジストマスク１０を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面上に固層拡散源８を蒸着法やスパッタ法などにより成膜した後、リフトオフ法により不純物非拡散領域に形成した固層拡散源８を除去することができる。
【００２０】
固相拡散源８の膜厚は、５０〜２００ｎｍあればよい。固相拡散源８としては、例えば、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２などの酸化物を用いることができる。活性層４を無秩序化させるためには、拡散させる不純物の濃度として、５×１０１８ｃｍ−３以上の量の不純物が活性層４中を通過する必要がある。また、この固相拡散源８の上に外方拡散防止のために、ＳｉＯ２やＳｉＮやＳｉＯＮ、ＡｌＮ等の保護膜を形成しても良い。これにより、次工程において、より効果的に不純物を半導体層中へ導入することが可能となる。
【００２１】
（窓領域形成工程）
次に、上記拡散源形成工程で固層拡散源８を不純物拡散領域上に選択的に形成した基板１を、酸素を含む雰囲気中で熱処理することにより、不純物原子を固相拡散源８から選択的にｐ型半導体層およびアンドープ層に拡散させる。なお、このときの熱処理温度は８００℃以上１０００℃未満とすることが好ましく、８００℃以上９００℃以下とすることがより望ましい。熱処理温度が８００℃未満での低温処理では、不純物元素の拡散が促進せず、また、１０００℃以上の高温処理では、エピタキシャル成長時の処理温度以上となり、エピタキシャル成長膜の結晶性が劣化してしまうからである。このような温度範囲で処理することで、エピタキシャル成長膜に対して、結晶性劣化のような悪影響を与えずに拡散を行うことが可能となる。また、不純物拡散領域の結晶性も保たれる。
【００２２】
熱処置時間に関しては、所望の拡散深さが得られるように設定すれば良く、必要な拡散深さとしてはｐ型コンタクト層７およびｐ型クラッド層６を通過し、活性層４に対する反応に必要な深さである。具体的には５００ｎｍ程度の拡散深さがあれば良く、そのための処理時間としては１０〜２００分間程度行えば良い。このようにして活性層４に拡散した不純物により、活性層４が無秩序化された結果、バンドギャップが活性層４よりも拡がった光学的非吸収窓構造１４が形成される。
【００２３】
酸素を含む雰囲気中で熱処理を行ったときのＧａＮ中への不純物原子の拡散プロファイルをＳＩＭＳ分析で測定した結果を図４に示す。なお、図４の縦軸および横軸はいずれも任意スケールである。
図４（ａ）は、Ｍｇ原子の熱処理条件依存性を示すものであり、熱処理温度が７００℃ではＭｇ原子の拡散が見られないことがわかる。しかし、熱処理温度を８００℃にすることでＭｇ原子がＧａＮ中へ拡散していることがわかる。また、熱処理時間を長くすることで、不純物濃度は濃くなり、拡散深さが深くなることがわかる。
図４（ｂ）および図４（ｃ）は、Ｍｇ、Ｓｉ，Ｚｎ、Ｏ原子を、酸素を含むガス中で８５０℃で熱処理を行ったときの拡散プロファイルを示す図である。いずれの原子もＧａＮ中に拡散していることがわかる。
【００２４】
従来の窒素雰囲気や水素含有雰囲気下での熱処理では、ＧａＮ表面からの窒素原子抜けが抑制されるので、表面保護の観点では有効ではあったが、表面からＧａ原子を抜き、このＧａ原子の抜けを基にして拡散を行う場合には、Ｇａ原子の抜けが発生しにくく、不純物原子の拡散が促進されなかった。しかし、本実施の形態のように、酸素を含む雰囲気で熱処理を行うことにより、半導体レーザ１００の表面でＧａと酸素の反応が促進され、ＧａＮ表面からＧａ原子が抜けていくので、Ｇａ原子が抜けた箇所から固層拡散源８中の不純物原子の拡散が効率的に促進される。その結果、８００℃以上の熱処理温度であれば、従来の窒素雰囲気や水素含有雰囲気下での熱処理温度に比べて低温で熱処理を行っても、活性層４に不純物原子を拡散させることができ、光学的非吸収窓領域１４を形成することができる。
【００２５】
なお、酸素を含む雰囲気ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２の少なくとも１種あるいはこれらの混合ガス、またはこれらガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて処理することが可能である。また、酸素の含有量は、約２０％以上あればよい。
【００２６】
（ウエハプロセス工程）
窓領域形成工程の完了後は、通常の半導体レーザ作製のためのウエハプロセスを行う。図５に示すように、所望のリッジを形成するために、ウエハ表面の所定位置にマスクを形成する。リッジ形成法としては、ｐ型コンタクト層７上に、転写技術を用いてレジストパターン１０を形成し、このレジストパターン１０をマスク材としてｐ型コンタクト層７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６の一部をエッチングする。リッジ形成のためのエッチングはドライエッチングが用いられる。ドライエッチングには、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ；高周波誘導結合プラズマ）、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；反応性イオンエッチング）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；電子サイクロン共鳴）等によるエッチングを用いることが可能である。このときのエッチングガスとしては塩素（Ｃｌ）系のガスが用いられる。エッチング深さもデバイスの特性に応じて変化するが、およそ５００ｎｍ程度必要となる。また、リッジエッチングには、レジストマスクではなく、絶縁膜等の材料を用いても同様のリッジ加工が可能である。
【００２７】
次に、図６に示すように、リッジ１５の側壁１５ａに絶縁膜１１を形成する。絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ２膜を用いる。この絶縁膜１１の形成法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜法を用いることができ、リッジ１５の側壁１５ａおよび上面１５ｂに絶縁膜１１を成膜し、リフトオフ法やエッチバック法によりリッジ上面１５ｂに成膜した絶縁膜１１を除去し、選択的にリッジ１５の上面１５ｂを除く領域にのみ絶縁膜１１を形成する。図６に、リッジ形成に用いたマスクでのセルフアラインによるリフトオフ法を示す。絶縁膜１１の膜厚はデバイスの光学特性により決定されるもので、例えば２００ｎｍ程度の膜厚が必要となる。半導体レーザ作製上はＳｉＯ２が望ましいが、ＳｉＮやその他の絶縁膜で光学特性を満たせる材料であれば良い。
【００２８】
次に、図７に示すように、ｐ型コンタクト層７の表面にｐ側電極１２を、基板１の裏面ｎ側電極１３をそれぞれ形成する。ｐ側電極１２の形成法としては、蒸着法、スパッタ法等により電極材料を成膜し、リフトオフ法により選択的にリッジ上面１５ｂと側面１５ａに形成する。ｐ側電極材料としては、ｐ型コンタクト層７とオーミック特性が得られる材料であれば良い。例えば、Ｐｄ／Ｔａ／Ｐｄのような電極構造が考えられる。また、外部との接続のためのパッド電極としては、例えばＴｉ／Ｔａ／Ｔｉ／Ａｕのような電極構造が考えられる。ｐ型コンタクト層７表面上のｐ側電極１２の配置としては、不純物拡散領域上を除く位置に配置するほうが良い。すなわち不純物拡散領域に対して２μｍ程度後退（共振器端面から内側に形成）させる。例えば、共振器長が６００μｍ、不純物拡散領域が２０μｍ、不純物拡散領域に対して２μｍ程度後退とすると、電極幅は６００−（（２０＋２）×２）＝５５６μｍとなる。この様に配置することで、ｐ側電極１２から注入されたキャリアが、不純物拡散領域の不純物による不必要な再結合で発生する発熱を低減できるため、より信頼性の向上を図ることができる。また、ｎ側電極１３は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順序で成膜し、電極形成前にＳｉ含有プラズマ処理を行うことで低抵抗のｎ側電極１３を形成できる。
【００２９】
（へき開工程）
ウエハプロセス工程が終わると、光学的非吸収窓領域１４内にへき開面を形成し、共振器端面を形成する。図８に示すように、光学的非吸収窓領域１４を含む不純物拡散領域９は共振器の両端面近傍に形成され、光学的非吸収窓領域１４、すなわち不純物拡散領域９がほぼ２等分される位置でへき開して共振器端面とする。この光学的非吸収窓領域１４の共振器方向の幅は、共振器端面から共振器中央へ向かって１〜２０μｍ程度あればよい。ただし、へき開前はこの倍の幅が必要である。その後チップに分離し組み立てて半導体レーザ１００が完成する。
【００３０】
このように、固相拡散源から半導体中へ不純物原子を拡散させるための熱処理時に、酸素を含む雰囲気ガスを用いることにより、拡散源と半導体表面との反応が促進されるので、従来の雰囲気ガスよりも低温で不純物を拡散することができる。その結果、熱処理によるｐ型半導体層表面の劣化を抑制することができるので、ｐ側電極のコンタクト抵抗を低く抑えられ、動作電圧を増加させることなく光損失のない窓構造を実現することが可能となった。
【００３１】
これにより窒化物半導体からなる半導体レーザの高信頼化、高出力化が可能になる。このように形成した光学的非吸収窓領域を有する半導体レーザの電流−光出力特性の関係を、窓領域のない半導体レーザの電流−光出力特性と比較して図９に示す。光学的非吸収窓領域を形成したことにより、より高出力でも特性劣化が見られない高信頼性の半導体レーザを得ることが可能となることがわかる。なお、本実施の形態では、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ２等の酸化物を固層拡散源８として用いたが、これらＭｇ、Ｚｎ、Ｓｉを含む材料であれば、同様の効果を得ることが可能である。例えば、ＭｇＦ、ＭｇＮ、ＺｎＮ、ＺｎＦ等のフッ化物や窒化物を用いてもよい。また、不純物の拡散が促進されるような組み合わせで、これらの積層構造を用いても良い。
【００３２】
また、本実施の形態では、ｐ型コンタクト層７の形成後に窓領域形成工程を実施したが、図１０に示す用にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６を形成後に窓領域形勢工程を実施しても良く、また、不純物拡散領域以外の不純物非拡散領域上にＡｌＮ等の保護膜を形成した後に窓領域形成工程を実施しても良い。
このように半導体レーザ１００を製造することで、ｐ型コンタクト層７表面の劣化が抑制でき、ｐ側電極１２のコンタクト抵抗を低く抑えたまま、光損失のない窓構造を実現することが可能となる。
【００３３】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２における窒化物半導体装置の製造工程の一部を示す断面図である。
実施の形態２における窒化物半導体装置の製造方法は、実施の形態１で示したｐ型半導体層形成工程の後に、ｐ型コンタクト層７の上にさらにＡｌＮ保護層１６を形成する工程を含むものである。その他の工程は、実施の形態１と同様である。
【００３４】
本実施の形態における、窓領域形成工程後の半導体レーザ１００の断面図を図１１に示す。ここではＡｌＮ保護層１６は結晶成長装置で成膜し、成長に際しては窒素供給源としてアンモニアを供給し成長温度は６００℃以下にする。このように成膜することでＡｌＮを多結晶もしくはアモルファス状にすることができる。また別途結晶成長装置から取り出してスパッタ成膜など他の方法で成膜しても良い。膜厚は２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。不純物非拡散領域以外に形成されたＡｌＮ保護膜１６は、エッチング等により除去する。そして、ＡｌＮ保護膜１６を除去した領域に固相拡散源８を実施の形態１で示した拡散源形成工程と同様の工程で形成する。このＡｌＮ保護膜１６は窓領域形成工程の後、固相拡散源８とともに除去される。それ以外の工程は、実施の形態１で示した工程と同様である。また、ＡｌＮ保護膜１６を不純物非拡散領域上に形成した後、結晶成長装置等中で不純物を含む原料ガスを用いて気相拡散を行っても同様の効果を得ることが可能である。
【００３５】
本実施の形態によれば、酸素を含む雰囲気ガス中で８００℃〜１０００℃の低温で熱処理を行うことで、半導体表面と固相拡散源との反応が促進され、従来よりも低温で不純物を拡散することができる。その結果、熱処理によるp型半導体層表面の劣化を抑制することができるので、ｐ側電極１２のコンタクト抵抗を低く抑えられ、動作電圧を増加させることなく光損失のない窓構造を実現することが可能となる。
【００３６】
さらに本実施の形態によれば、ＡｌＮ保護層１６をｐ型コンタクト層７上であって、固相拡散源８を形成しない領域に形成することにより、半導体層表面の劣化を防げる。したがって、高品質な活性層品質を保つことが可能となり、レーザ特性の劣化を招くこと無く高信頼化、高出力化が可能になる。
【００３７】
実施の形態３．
図１２〜図１５は、実施の形態３における窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。
実施の形態１では、ｐ型半導体層形成工程の後に窓領域形成工程を実施したが、本実施の形態は、ｐ型半導体層形成工程の前に窓領域形成工程を実施するものである。
【００３８】
（ｎ型半導体層形成工程、アンドープ層形成工程）
まず、図１２に示すように、予めサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化した第１導電型であるｎ型ＧａＮ基板１のＧａ面上に、例えばＭＯＣＶＤにより、通常の原料ガスを用いてｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ｎ型ＧａＮガイド層３、アンドープのＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（ｘ＞、ｙ≧０）ＭＱＷ活性層４、およびアンドープのＡｌＧａＮガイド層５を順次エピタキシャル成長させる。アンドープＡｌＧａＮガイド層５の厚さは２０ｎｍとする。アンドープＡｌＧａＮガイド層５上に、実施の形態２と同様のＡｌＮ保護層を更に形成しても良い。
【００３９】
（固相拡散源形成工程）
アンドープ層形成工程終了後、選択的に不純物拡散を実施することにより相互拡散を誘発するプロセスを行う。図１３に示すように、共振器端面となる予定の部分、すなわち不純物拡散領域９上にのみ固相拡散源８を形成する。固相拡散源８として、本実施の形態では、例えばＭｇＯ膜を用いる。端面となる部分である不純物拡散領域９上に、選択的に固相拡散源８であるＭｇＯ膜を形成する方法として、予め写真製版を用いて共振器端面近傍以外の領域、すなわち不純物非拡散領域上にレジストマスク１０を形成しリフトオフ法により共振器端面部以外の領域である不純物非拡散領域に形成した固相拡散源８であるＭｇＯ膜を除去する。
【００４０】
（窓領域形成工程）
固相拡散源形成工程の後、不純物原子拡散のための熱処理を行うことで、不純物拡散領域９が形成される。このとき、ＭｇＯ膜から活性層４に拡散した不純物により、活性層４が無秩序化された結果、バンドギャップが活性層４よりも広がった光学的非吸収窓領域１４が形成される。熱処理は、酸素を含む雰囲気中で行われ、拡散温度は８００℃以上１０００℃未満程度の温度で処理を行うことが好ましく、８００℃以上９００℃未満の温度で処理することがより望ましい。熱処理時間は、活性層４が無秩序化するのに必要な拡散深さが得られればよく、この場合は１００ｎｍ程度の深さが得られれば十分であり、そのための処理時間としては２〜６０分間程度行うことが好ましい。また、活性層４を無秩序化する効果を得るためには、固相拡散源８から拡散させる不純物の濃度として、５×１０１８ｃｍ−３以上の量の不純物が活性層４中を通過する必要がある。酸素を含む雰囲気ガスとしては、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２の少なくとも１種あるいはこれらの混合ガス、またはこれらガスと不活性ガスとの混合ガスを用いて処理することが可能である。
【００４１】
（ｐ型半導体層形成工程）
そして、窓領域形成工程後、フッ酸系エッチング液を用いて固相拡散源８を除去する。ＡｌＮ保護膜を形成した場合は固相拡散源８と同時に除去する。次にｐ型半導体成長前の熱処理を行なう。これにより、成長前のアンドープ層表面を清浄な状態にして、結晶性の良いｐ型半導体層の成長を行う。
【００４２】
ｐ型半導体層成長は再びＭＯＣＶＤにより行い、Ｍｇをドーピングして行う。この際、窒素供給源としてアンモニアを供給する。再成長の第１層目にｐ型半導体層の形成に先立ってアンドープＡｌＧａＮガイド層５の不足分を成長させ、その後、ｐ型半導体層６、７を成長しても良い。ｐ型ＧａＮコンタクト層７の成長はＭｇをドーピングして行う。この際に窒素供給源としてアンモニアを供給する。成長温度は１０００℃とする。図１４にｐ型半導体層成長後の断面形状を示す。
【００４３】
以降の工程および全ての成長温度は実施の形態１と同様である。上記のような工程で製造した本実施の形態における半導体レーザの断面図を図１５に示す。エピタキシャル成長途中で窓領域を形成しているため、不純物拡散領域９は、活性層４近傍のみとなっている。
【００４４】
本実施の形態によれば、ｐ型半導体層形成工程の前に、窓領域形成工程を実施した結果、ｐ型コンタクト層７表面に劣化のないｐ側電極１２を形成できるため、ｐ側電極１２とｐ型コンタクト領域７との間のコンタクト抵抗が低く抑えられ、動作電圧を増加させること無く光損失の無い窓領域を形成することができる。また窓領域形成工程における高温熱処理によるｐ型ドーパントの活性層への拡散が回避できるため、レーザ特性の劣化を招くことが無い。
【００４５】
さらに、本実施の形態によれば、不純物原子の拡散距離を短く出来るので熱処理時間を短縮することも可能となる。この結果、動作電圧上昇を招くことなく光損失のない窓構造を実現することが出来ると供に、窓領域形成工程における高温熱処理による活性層付近の結晶劣化が回避でき、レーザ特性の劣化を招くことがないため、高信頼化、高出力化が容易になる。
【００４６】
なお、実施の形態１〜３においては、波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を発するＧａＮを窒化物半導体の例として説明したが、本発明はこの材料に限定されるものではなく、青色（波長：４３６ｎｍ）を含む波長がおよそ４００〜４９０ｎｍのレーザ光を発するＧａＮ等の窒化物半導体に適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ｎ型ＧａＮ基板、  ２  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、  ３  ｎ型ＧａＮガイド層、  ４  ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層、  ４ａ  ＩｎＧａＮバリア層、  ４ｂ  ＩｎＧａＮウェル層、  ５  ＡｌＧａＮガイド層、  ６  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、  ７  ｐ型ＧａＮコンタクト層、  ８  固相拡散源、  ９  不純物拡散領域、  １０  レジスト、  １１  絶縁膜、  １２  ｐ側電極、  １３  ｎ側電極、  １４  光学的非吸収窓領域、  １５  リッジ、  １６  ＡｌＮ保護膜、１００  半導体レーザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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