(57)【要約】【課題】高出力、長寿命及び低動作電圧を可能とする半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】基板１上に第一半導体層２、活性層４、第二半導体層６及びコンタクト層７が順次積層されている。第二半導体層６及びコンタクト層７には、共振器端面間に延在するストライプ状のリッジ部６ａが設けられている。リッジ部６ａと接するように、誘電体膜８よりなる電流狭窄層８ａが形成されている。誘電体膜８は、リッジ部６ａの上面に電流を注入するための開口部を有し、当該開口部に露出したコンタクト層７に接するように第一電極９が形成され、第一電極９上に第二電極１０が形成されている。共振器端面近傍のリッジ部６ａの上面において、コンタクト層７と誘電体膜８とが接する電流非注入領域が設けられ、第一電極９及び第二電極１０は、前記電流非注入領域における前記開口部の側壁面を除く誘電体膜８の上面領域から離間して設けられている。【選択図】図２
2011124442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に順次積層された第一導電型半導体層、活性層、第二導電型半導体層及び第二導電型コンタクト層と、
前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層に設けられ且つ共振器端面間に延在するストライプ状のリッジ部と、
前記リッジ部と接し且つ前記リッジ部の上面に電流を注入するための開口部を有する誘電体膜よりなる電流狭窄層と、
前記開口部に露出した前記第二導電型コンタクト層に接する第一電極と、
前記第一電極上に設けられた第二電極とを備え、
前記共振器端面近傍の前記リッジ部の前記上面において、前記第二導電型コンタクト層と前記誘電体膜とが接する電流非注入領域が設けられ、
前記第一電極及び前記第二電極は、前記電流非注入領域における前記開口部の側壁面を除く前記誘電体膜の上面領域から離間して設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
前記第二電極は、前記第一電極上において前記第一電極と接続すると共に、前記共振器端面近傍であって前記第二導電型コンタクト層と前記誘電体膜とが接する前記領域以外の他の領域においては、前記リッジ部の両側方において前記誘電体膜と接するように延在することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置において、
前記第一電極と接する部分の前記第二導電型コンタクト層の表面に自然酸化層が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
前記自然酸化層は、前記第二導電型コンタクト層を構成する各元素、及び酸素を含み、
前記自然酸化層の膜厚は０ｎｍよりも厚く且つ１ｎｍ未満であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第一導電型半導体層、前記活性層、前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層を含む半導体積層体は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第一電極のうち少なくとも前記二導電型コンタクト層の前記上面と接触する部分は、Ｐｄ、Ｐｔ及びＮｉから選択される一又は二以上の金属からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記誘電体膜はシリコン酸化膜からなることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置において、
前記第一電極の終端部と前記共振器端面との間の距離は１μｍ以上で且つ１０μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】
基板上に、第一導電型半導体層、活性層、第二導電型半導体層及び第二導電型コンタクト層が順次積層された半導体積層体を形成する工程（ａ）と、
前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層をエッチングすることにより、共振器端面間に延在するストライプ状のリッジ部を形成する工程（ｂ）と、
前記半導体積層体上に誘電体膜を形成する工程（ｃ）と、
前記誘電体膜上に第一レジストを塗布した後、前記第一レジストを失活させる工程（ｄ）と、
前記第一レジストを所定の厚さエッチバックすることにより、前記リッジ部上に位置する部分の前記誘電体膜を露出させる工程（ｅ）と、
前記第一レジスト上に第二レジストを塗布し、当該第二レジストに対して露光及び現像を行うことにより所望の形状にパターニングする工程（ｆ）と、
前記第一レジスト及び前記第二レジストをマスクとして、前記リッジ部の上面における所定の領域から前記誘電体膜をエッチング除去し、当該所定の領域に前記リッジ部の前記上面を露出させる工程（ｇ）と、
前記リッジ部の前記上面の露出部分、前記第一レジスト及び前記第二レジストのそれぞれの上に第一電極膜を形成する工程（ｈ）と、
前記第一レジスト及び前記第二レジストをリフトオフし、前記第一レジスト及び前記第二レジストのそれぞれの上に形成された前記第一電極膜を除去することにより、前記リッジ部の前記上面上に第一電極を形成する工程（ｉ）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１０】
請求項９に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｄ）よりも前に、不活性ガスを用いたドライエッチング法により、前記誘電体膜の一部をエッチングす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１１】
請求項１０に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記不活性ガスはアルゴンであ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１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）において、前記誘電体膜のエッチングにウェットエッチング法を用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１３】
請求項１２に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｇ）において、前記誘電体膜のエッチングに、フッ酸を含む溶液を用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１４】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｉ）において、前記第一レジスト及び前記第二レジストを、含窒素化合物系洗浄剤を用いてリフトオフす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１５】
請求項１４に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記含窒素化合物系洗浄剤はピロリドン系洗浄剤であ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１６】
請求項９〜１５のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｉ）よりも後に、前記第一電極上に第二電極を形成する工程（ｊ）をさらに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１７】
請求項１６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記第二電極は複数の金属層を含み、当該複数の金属層のうち少なくとも一層はメッキ法により形成され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１８】
請求項１７に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記メッキ法により形成される金属層の厚さは１μｍ以上であ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１９】
請求項９〜１８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記半導体積層体は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体からなることを特徴とする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、半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、金属と、当該金属とは仕事関数の異なる化合物半導体との接合界面を利用した電極構造を持つ半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体ナローバンドギャップ系材料として代表的な砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を利用する高電子移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ）におけるソース／ドレイン電極においては、金属と高ドープＧａＡｓ半導体層とを共晶アロイ化してオーミック性を得ている。それに対して、ゲート電極は、金属と半導体とのショットキー接続界面を利用する構造を有している。近年、精力的に実用化研究が行われているワイドバンドギャップ系材料である窒化ガリウム（ＧａＮ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を利用するパワーデバイスでは、ソース／ドレイン電極及びゲート電極のいずれも、ショットキー接続界面を利用する電極構造を有している。
【０００３】
以下、窒化ガリウム（ＧａＮ）を利用する半導体発光素子を例に説明する。高密度光ディスクシステムにおける光ピックアップのキーデバイスとして急速に普及しているレーザダイオード（ＬＤ）の電極構造や、従来の照明に替わり省エネルギー固体素子照明光源として実用拡大しつつある発光ダイオード（ＬＥＤ）の電極構造は、ＧａＡｓを利用するＨＥＭＴのゲート電極と同様に、金属をＧａＮ半導体層にショットキー接続してコンタクトを得る構造を有している。
【０００４】
ＧａＮ半導体レーザダイオード（ＬＤ）は、ｐ−ｎダブルへテロ構造によって量子井戸活性層に注入キャリアを閉じ込めるファブリペロー型レーザであり、上部クラッド層に設けられたリッジ導波路構造に対してショットキー接続する電極から、コンタクト層を通じて活性層にキャリアが注入される。リッジ導波路構造は、注入する電流を制限し、それにより、活性層でのレーザ発振のための共振領域幅を制限するため、横モードが安定化して動作電流が下がる。高出力動作に対しては、リッジ導波路端面近傍に電流非注入領域を形成して、共振器端面の光学損傷（Catastrophic Optical Damage ：ＣＯＤ）を有効に防止して長寿命化を図っている。
【０００５】
このようにＧａＮ半導体レーザダイオード（ＬＤ）では、共振器端面の光学損傷（ＣＯＤ）を有効に防止する技術と共に、低消費電力化及び長寿命化を図るために、リッジ共振器の半導体表面に対してショットキー接続する金属電極を低抵抗且つ安定に半導体表面に接続することにより、活性層にキャリアを高効率で注入して動作電流を低減できる電極技術の確立が求められている。
【０００６】
図２２（ａ）は、特許文献１に開示された第１従来例に係る半導体レーザ装置の共振器中央部における幅方向（リッジの延存方向に垂直な方向）の断面図であり、図２２（ｂ）は、第１従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍における幅方向の断面図であり、図２２（ｃ）は、第１従来例に係る半導体レーザ装置における長さ方向（リッジの延存方向）の断面図である。
【０００７】
図２２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、リッジストライプ１０５を有するＧａＮ系半導体層１０２が形成されている。共振器端面近傍を除くリッジストライプ１０５上には、Ｐｄ膜１０３及びＰｔ膜１０４からなるｐ側電極が形成されている。リッジストライプ１０５を除くＧａＮ系半導体層１０２の上面、共振器端面近傍のリッジストライプ１０５の上面、リッジストライプ１０５の両側面、及びｐ側電極の両側面を覆うように絶縁膜１０６が形成されている。絶縁膜１０６上には、ｐ側電極の上面と接するようにアイソレーション電極１０７が形成されている。共振器端面近傍を除くアイソレーション電極１０７上にパッド電極１０８が形成されている。ｎ型ＧａＮ基板１０１の下面上にｎ側電極１０９が形成されている。
【０００８】
すなわち、特許文献１に開示されている技術は、共振器端面の電流非注入領域や共振器端面近傍における光学的損傷によるＣＯＤを抑制して、半導体レーザダイオードの高出力化及び長寿命化を実現する従来技術である。また、特許文献１に開示されている技術によれば、Ｐ+ 型ＧａＮコンタクト層（リッジストライプ１０５の頂部）上の共振器端面側に電流非注入領域となる誘電体膜（絶縁膜１０６）が形成されているため、オーミックＰ電極（Ｐｄ膜１０３及びＰｔ膜１０４からなるｐ側電極）は、当該誘電体膜に接し且つ共振器端面よりも内側に位置する端面を持つ。また、当該誘電体膜とオーミックＰ側電極とを覆うように主Ｐ電極（アイソレーション電極１０７）が形成されている。
【０００９】
図２３（ａ）は、特許文献２に開示された第２従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍における長さ方向の断面図であり、図２３（ｂ）は、第２従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍の下面図である。
【００１０】
図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板２０１上に、第１窒化物半導体層２０２、活性層２０３、第１窒化物半導体層２０４及びリッジ２０５が順次形成されている。共振器端面２０８近傍を除くリッジ２０５上にはｐ電極２０６が形成されていると共に、共振器端面２０８近傍を除く基板２０１の下面上にはｎ電極２０７が形成されている。共振器端面２０８を覆う保護膜２０９ａ、共振器端面２０８近傍の基板２０１の下面及びリッジ２０５の上面を覆う保護膜２０９ｂ、並びに、ｐ電極２０６及びｎ電極２０７のそれぞれの端部を覆う保護膜２０９ｃがそれぞれ設けられている。
【００１１】
すなわち、特許文献２に開示された、窒化物半導体材料を用いた半導体レーザ素子では、素子作成工程上の問題を避けるために、共振器面近傍でＰ電極２０６の端面が後退している。これにより、共振器端面形成時の劈開による衝撃に伴う電極剥がれを防止できると共に、保護膜による共振器端面側での密着性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−０３４５８７号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、Ｐｄ、Ｐｔ又はＮｉ等の高仕事関数金属からなるＰ電極がショットキー接続するリッジ共振器頭頂部のＰ+ 型ＧａＮ層の表面には、Ｇａ、Ｎ及びＯから構成される厚さ約１ｎｍ未満の自然酸化層が存在する。Ｐ電極とＰ+ 型ＧａＮ層との接続界面のコンタクト特性は、Ｐ電極が接続する領域の半導体結晶表面から電流非注入領域の半導体結晶表面まで連続する自然酸化層により定まるフェルミレベルに左右される。そのため、リッジ共振器頭頂部における電流注入領域のＰ+ 型ＧａＮ層のみならず、当該Ｐ+ 型ＧａＮ層と連続的な表面を形成する電流非注入領域のＰ+ 型ＧａＮ層まで考慮して、電極構造の設計を行う必要がある。
【００１４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成においては、主Ｐ電極が、オーミックＰ電極と共に電流非注入領域の誘電体膜をも覆っているため、オーミックＰ電極が接続する領域のＰ+ 型ＧａＮコンタクト層の結晶表面と連続する電流非注入領域のＰ+ 型ＧａＮコンタクト層／誘電体膜界面により定めるフェルミレベルの変化が、オーミックＰ電極／Ｐ+ 型ＧａＮコンタクト層界面のフェルミレベルに及ぼす影響によって、コンタクト特性が劣化するという問題が生じる。
【００１５】
一方、特許文献２に記載の構成では、前述の問題は発生しないものの、端面コート膜として用いる誘電体膜材料が端面コート時に電流非注入領域となる領域にも被覆されるため、レーザ出射端面において、誘電体膜材料の応力特性若しくは屈折率等の光学特性の変化又は当該材料の化学量論変化に伴って、導電特性の変化等が生じる可能性がある。従って、端面コート膜材料を電流非注入領域の誘電体膜として用いる構造は、電流非注入領域の誘電体膜としての本来機能という観点から問題である。
【００１６】
前記に鑑み、本発明は、高出力、長寿命及び低動作電圧を可能とする半導体レーザ装置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】
【００１７】
本願発明者、前述の目的の達成には、次に述べる技術的手段が必要であることを見出した。すなわち、オーミックＰ電極が接続する領域のＰ+ 型ＧａＮコンタクト層の結晶表面と連続する電流非注入領域のＰ+ 型ＧａＮコンタクト層の結晶表面、又は電流非注入領域の誘電体膜とＰ+ 型ＧａＮコンタクト層との接続界面におけるフェルミレベルの変化が、当該連続する表面を介して、オーミックＰ電極／Ｐ+ 型ＧａＮコンタクト層界面のフェルミレベルに及ぶ影響を排除することによって、オーミックＰ電極とＰ+ 型ＧａＮコンタクト層との間の接触抵抗を低減することが必要である。そのためには、半導体レーザ装置の共振器端面近傍に配置され且つ電流注入領域のＰ+ 型ＧａＮコンタクト層表面と連続するＰ+ 型ＧａＮコンタクト層表面、又は電流非注入領域に用いられる誘電体膜とＰ+ 型ＧａＮコンタクト層とが接する領域における当該Ｐ+ 型ＧａＮコンタクト層表面に存在する自然酸化層の状態変化を抑える必要がある。これによって、当該自然酸化層の状態変化がオーミックＰ電極／Ｐ+ 型ＧａＮコンタクト層界面のフェルミレベルに影響を及ぼす事態を回避することができる。
【００１８】
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、本発明に係る半導体レーザ装置は、基板と、前記基板上に順次積層された第一導電型半導体層、活性層、第二導電型半導体層及び第二導電型コンタクト層と、前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層に設けられ且つ共振器端面間に延在するストライプ状のリッジ部と、前記リッジ部と接し且つ前記リッジ部の上面に電流を注入するための開口部を有する誘電体膜よりなる電流狭窄層と、前記開口部に露出した前記第二導電型コンタクト層に接する第一電極と、前記第一電極上に設けられた第二電極とを備え、前記共振器端面近傍の前記リッジ部の前記上面において、前記第二導電型コンタクト層と前記誘電体膜とが接する電流非注入領域が設けられ、前記第一電極及び前記第二電極は、前記電流非注入領域における前記開口部の側壁面を除く前記誘電体膜の上面領域から離間して設けられている。
【００１９】
本発明に係る半導体レーザ装置によると、電流狭窄層となる誘電体膜上には、第一電極と導通する（つまり同電位となる）第二電極は設けられていない。このため、第一電極と第二導電型コンタクト層との接続界面の特性は、第一電極が接続する領域の第二導電型コンタクト層の結晶表面と連続する電流非注入領域の第二導電型コンタクト層の結晶表面上に生じた自然酸化層により定まるフェルミレベルに影響されないので、第一電極と第二導電型コンタクト層との間の接触抵抗を低減することができる。従って、高出力、長寿命及び低動作電圧を可能とする半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２０】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第二電極は、前記第一電極上において前記第一電極と接続すると共に、前記共振器端面近傍であって前記第二導電型コンタクト層と前記誘電体膜とが接する前記領域以外の他の領域においては、前記リッジ部の両側方において前記誘電体膜と接するように延在していてもよい。
【００２１】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一電極と接する部分の前記第二導電型コンタクト層の表面に自然酸化層が形成されていてもよい。この場合、前記自然酸化層は、前記第二導電型コンタクト層を構成する各元素、及び酸素を含み、前記自然酸化層の膜厚は０ｎｍよりも厚く且つ１ｎｍ未満であってもよい。
【００２２】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一導電型半導体層、前記活性層、前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層を含む半導体積層体は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体から構成されていてもよい。このようにすると、半導体レーザ装置の発振波長を青紫色から緑色までの範囲とすることができる。
【００２３】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一電極のうち少なくとも前記二導電型コンタクト層の前記上面と接触する部分は、Ｐｄ、Ｐｔ及びＮｉから選択される一又は二以上の金属から構成されていてもよい。このようにすると、例えば III−Ｖ族ワイドバンドギャップ窒化物化合物半導体からなるＰ+ 型ＧａＮコンタクト層に対して低接触抵抗で接続可能なＰ電極を第一電極として形成することができる。
【００２４】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記誘電体膜はシリコン酸化膜から構成されていてもよい。このようにすると、レーザの電圧を安定化させてＣＯＤレベルを向上させることができると共に、ＩＬ（電流−光出力）特性の直線性を向上させ、それにより、閾値電流の増大に伴う動作電流の増大を抑制して高出力動作を可能とすることができる。従って、例えば光ディスクに用いた場合に光出力のモニター制御を安定して行うことができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２５】
本発明に係る半導体レーザ装置において、前記第一電極の終端部と前記共振器端面との間の距離は１μｍ以上で且つ１０μｍ以下であってもよい。このようにすると、レーザの電圧を安定化させてＣＯＤレベルを向上させることができると共に、ＩＬ特性の直線性を向上させ、それにより、閾値電流の増大に伴う動作電流の増大を抑制して高出力動作を可能とすることができる。従って、例えば光ディスクに用いた場合に光出力のモニター制御を安定して行うことができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００２６】
また、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に、第一導電型半導体層、活性層、第二導電型半導体層及び第二導電型コンタクト層が順次積層された半導体積層体を形成する工程（ａ）と、前記第二導電型半導体層及び前記第二導電型コンタクト層をエッチングすることにより、共振器端面間に延在するストライプ状のリッジ部を形成する工程（ｂ）と、前記半導体積層体上に誘電体膜を形成する工程（ｃ）と、前記誘電体膜上に第一レジストを塗布した後、前記第一レジストを失活させる工程（ｄ）と、前記第一レジストを所定の厚さエッチバックすることにより、前記リッジ部上に位置する部分の前記誘電体膜を露出させる工程（ｅ）と、前記第一レジスト上に第二レジストを塗布し、当該第二レジストに対して露光及び現像を行うことにより所望の形状にパターニングする工程（ｆ）と、前記第一レジスト及び前記第二レジストをマスクとして、前記リッジ部の上面における所定の領域から前記誘電体膜をエッチング除去し、当該所定の領域に前記リッジ部の前記上面を露出させる工程（ｇ）と、前記リッジ部の前記上面の露出部分、前記第一レジスト及び前記第二レジストのそれぞれの上に第一電極膜を形成する工程（ｈ）と、前記第一レジスト及び前記第二レジストをリフトオフし、前記第一レジスト及び前記第二レジストのそれぞれの上に形成された前記第一電極膜を除去することにより、前記リッジ部の前記上面上に第一電極を形成する工程（ｉ）とを備えている。
【００２７】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、前述の作用効果を奏する本発明に係る半導体レーザ装置、例えばＧａＮ半導体レーザダイオード（ＬＤ）を製造することができる。すなわち、第一電極と半導体からなるリッジ部上面との接続界面における当該リッジ部上面の自然酸化層の状態変化を抑制できるため、当該接続界面のフェルミレベルを制御してレーザの電圧を安定化させることにより、ＣＯＤレベルを向上させることができるので、高出力で且つ長時間の寿命特性を有する半導体レーザ装置を得ることができる。
【００２８】
尚、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法においては、電流非注入領域を規定する誘電体膜と、リッジ部の延在方向に沿って設けられ且つリッジ部上面の一部を露出させる開口部を有する電流狭窄層とは同時形成される。
【００２９】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｄ）よりも前に、不活性ガスを用いたドライエッチング法により、前記誘電体膜の一部をエッチングしてもよい。この場合、前記不活性ガスはアルゴンであってもよい。
【００３０】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｇ）において、前記誘電体膜のエッチングにウェットエッチング法を用いてもよい。この場合、前記工程（ｇ）において、前記誘電体膜のエッチングに、フッ酸を含む溶液を用いてもよい。
【００３１】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｉ）において、前記第一レジスト及び前記第二レジストを、含窒素化合物系洗浄剤を用いてリフトオフしてもよい。この場合、前記含窒素化合物系洗浄剤はピロリドン系洗浄剤であってもよい。
【００３２】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｉ）よりも後に、前記第一電極上に第二電極を形成する工程（ｊ）をさらに備えていてもよい。この場合、前記第二電極は複数の金属層を含み、当該複数の金属層のうち少なくとも一層はメッキ法により形成されていてもよく、また、前記メッキ法により形成される金属層の厚さは１μｍ以上であってもよい。このようにすると、段差部においても金属である第一電極と滑らかに接続する第二電極を形成することができる。
【００３３】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法において、前記半導体積層体は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体から構成されていてもよい。このようにすると、半導体レーザ装置の発振波長を青紫色から緑色までの範囲とすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、例えばワイドバンドギャップ系材料を使用するＧａＮ半導体レーザダイオードにおいて低接触抵抗でコンタクト層と接続するＰ電極を設けることができるので、高出力、長寿命及び低動作電圧を可能とすることができる。また、例えばＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体を用いることにより、発振波長領域が青紫色から緑色までとなるリッジ型レーザを実現することができる。
【００３５】
また、本発明によれば、電流非注入領域を規定する誘電膜と電流狭窄層とが同時形成されるため、ウェハプロセスや劈開／コート膜形成工程に伴う物理化学的な影響が、リッジ導波路構造上面における半導体層表面の自然酸化層に及ばないように、装置を保護することができる。
【００３６】
さらに、第一電極と半導体からなるリッジ部上面との接続界面のフェルミレベルを安定化させることができるため、低電圧特性及びＣＯＤレベルを向上させることができると共に、閾値電流の増加に伴う動作電流の増大を抑制することができる。すなわち、低電流発振及び高出力化を可能とするリッジ型レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す上面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図３（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図４（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図４（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図４（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図５（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図５（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図６（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図６（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図６（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図７（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図７（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図７（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図８（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図８（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図８（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図９（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図９（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図９（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１０（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１０（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１０（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１１（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１１（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１２（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１３（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１３（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１３（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１４（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１４（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１４（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置の一製造工程を示す断面図であり、図１５（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１５（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図１５（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置のｐ+ 型コンタクト層の表面をＥＳＣＡ（electron spectroscopy for chemical analysis ）分析した図であり、詳しくは、図１６（ａ）はＮ１ｓ電子のケミカルシフトを示す図であり、図１６（ｂ）はＧａ３ｄ電子のケミカルシフトを示す図であり、図１６（ｃ）はＯ１ｓ電子のケミカルシフトを示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ延存方向に対して垂直な方向におけるＰ電極とｐ+ 型コンタクト層との界面近傍の断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）画像であり、図１７（ｂ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置のリッジ延存方向における電流非注入部付近の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像である。
【図１８】図１８（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の電流−電圧特性を従来例と比較して示す図であり、図１８（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す図であり、図１８（ｃ）は、電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造を持つ従来例の半導体レーザ装置の概略構造を示す図である。
【図１９】図１８（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置のＳＢＨ特性を理想因子ｎに対してプロットした結果を従来例と比較して示す図であり、図１９（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す図であり、図１９（ｃ）は、電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造を持つ従来例の半導体レーザ装置の概略構造を示す図である。
【図２０】図２０は、本実施形態の半導体レーザ装置のコンタクト特性向上効果のメカニズムを示すバンド図である。
【図２１】図２１（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の電流−光出力特性を従来例と比較して示す図であり、図２１（ｂ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す図であり、図２１（ｃ）は、電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造を持つ従来例の半導体レーザ装置の概略構造を示す図である。
【図２２】図２２（ａ）は、特許文献１に開示された第１従来例に係る半導体レーザ装置の共振器中央部における幅方向（リッジの延存方向に垂直な方向）の断面図であり、図２２（ｂ）は、第１従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍における幅方向の断面図であり、図２２（ｃ）は、第１従来例に係る半導体レーザ装置における長さ方向（リッジの延存方向）の断面図である。
【図２３】図２３（ａ）は、特許文献２に開示された第２従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍における長さ方向の断面図であり、図２３（ｂ）は、第２従来例に係る半導体レーザ装置の共振器端面近傍の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ装置（例えばＧａＮ半導体レーザダイオード等の半導体発光素子）及びその製造方法について、実施の形態を詳細に説明する。
【００３９】
尚、本発明に係る半導体レーザ装置は、下記の構成を基本として、種々の態様に適用可能である。
【００４０】
すなわち、本発明に係る半導体レーザ装置では、電流狭窄層となるリッジ側壁の光閉じ込め誘電体膜、電流非注入領域の誘電体膜及びＰ電極は、自己整列工法を利用して形成されており、各誘電体膜やＰ電極は左右対称性を有しているため、光軸中心がずれる事態を回避できる。また、電流非注入領域の誘電体膜と、電流狭窄層となる誘電体膜とは、同時形成される一体構造となっており、Ｐ電極はリッジ部上の所望部位にショットキー接続するように形成されている。ここで、当該所望部位は電流非注入領域と接続している。これにより、ウェハプロセス、劈開又はコート膜形成工程中にコンタクト層表面が物理化学的影響を受ける事態を回避できる。
【００４１】
また、リッジ部上のコンタクト層表面には半導体の自然酸化層が存在しているが、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法では、誘電体膜に覆われた電流非注入領域のコンタクト層表面の自然酸化層の状態変化が、Ｐ電極形成領域のコンタクト層表面の電子状態を変化させないように工程を重ねる。具体的には、Ｐ電極の上面を含む領域に設けられ且つパッド電極として機能する第二電極を、共振器端面近傍であってコンタクト層と電流狭窄層とが接する領域における電流狭窄層の上面領域（開口部の側壁面を除く）から離間して設ける。これにより、誘電体膜よりなる電流狭窄層と例えばＰ+ 型ＧａＮコンタクト層との接続界面におけるフェルミレベルの変化が、Ｐ電極と例えばＰ+ 型ＧａＮコンタクト層との接続界面におけるフェルミレベルに影響を及ぼすことを防止できるので、Ｐ電極とコンタクト層との間のコンタクト特性の劣化を防止することができる。
【００４２】
（実施形態）
図１は、一実施形態に係る半導体レーザ装置、具体的には、ＧａＮ半導体レーザダイオードの構成を示す上面図であり、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における断面図であり、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における断面図である。
【００４３】
図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、例えば厚さ約２．５μｍのｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ｘ＝０．０３）からなるｎ型クラッド層２が形成されている。ｎ型クラッド層２上には、例えば厚さ約０．１μｍのｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層３が形成されている。ｎ型光ガイド層３上には、例えば厚さ約８ｎｍのＩｎz Ｇａ1-z Ｎ（ｚ＝０．０８）からなる障壁層と例えば厚さ約３ｎｍのＩｎs Ｇａ1-s Ｎ（ｓ＝０．０３）からなる井戸層とによって構成された多重量子井戸活性層４が形成されている。多重量子井戸活性層４上には、例えば厚さ約０．１μｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層５が形成されている。ｐ型光ガイド層５上には、例えばｐ型Ａｌt Ｇａ1-t Ｎ（ｔ＝０．０３）よりなるｐ型クラッド層６が形成されている。ｐ型クラッド層６は、共振器端面（レーザ端面）間に延在する例えば厚さ約０．５μｍのストライプ状のリッジ部６ａと、リッジ部６ａと同程度の段差構造を持つウィング部６ｂとを有している。
【００４４】
尚、ウィング部６ｂはリッジ部６ａを機械的に保護する構造を持つが、ウィング部６ｂを設けなくてもよい。
【００４５】
リッジ部６ａ及びウィング部６ｂのそれぞれの上面上には、例えば厚さ約６０ｎｍのｐ+ 型ＧａＮよりなるｐ+ 型コンタクト層７が形成されている。ここで、ｐ+ 型コンタクト層７の表面には、Ｇａ、Ｎ及びＯを含む厚さ１ｎｍ未満の自然酸化層が存在している。尚、以下の説明では、ｐ+ 型コンタクト層７を含めてリッジ部６ａと称する。
【００４６】
また、電流注入領域（図２（ｂ）参照）においては、ウィング部６ｂ上のｐ+ 型コンタクト層７からリッジ部６ａの手前までの領域を覆う吸収層１２が形成されている。尚、吸収層１２は迷光吸収に資するが、吸収層１２を設けなくてもよい。
【００４７】
電流注入領域のリッジ部６ａの両側面、電流非注入領域のリッジ部６ａの両側面及び上面、ウィング部６ｂの側面及び上面、並びに、リッジ部６ａとウィング部６ｂとの間の領域を覆うように誘電体膜８が形成されている。誘電体膜８は、リッジ部６ａの上面に電流を注入するための開口部を有する。また、誘電体膜８は、リッジ部６ａの両側面上に形成された電流狭窄層８ａと、電流非注入領域のリッジ部６ａの上面上に形成された電流非注入部８ｂとを有している。すなわち、電流狭窄層８ａと電流非注入部８ｂとは一体形成されている。
【００４８】
誘電体膜８の前記開口部に露出したｐ+ 型コンタクト層７の表面上には、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｎｉ等の高仕事関数金属の薄膜からなり且つｐ+ 型コンタクト層７に接続するＰ電極９が形成する。ここで、Ｐ電極９は、電流狭窄層８ａから露出したｐ+ 型コンタクト層７の上面を被覆しており、リッジ部６ａの側面上には存在していない。また、Ｐ電極９は、リッジ部６ａの側面近傍の電流狭窄層８ａの上面を除いて誘電体膜８上には存在していない。
【００４９】
Ｐ電極９上には、電流非注入部８ｂに対して離間するようにパッド電極１０が形成されている。尚、共振器端面近傍であってｐ+ 型コンタクト層７と誘電体膜８（電流非注入部８ｂ）とが接する領域以外の他の領域においては、リッジ部６ａの両側方においてパッド電極１０が誘電体膜８と接するように延在していてもよい。パッド電極１０としては、金属相互拡散を抑止できる所望の積層構造、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層構造を持つ薄膜を用いる。また、パッド電極１０を厚膜化する場合、例えば、パッド電極１０の積層構造の一部をメッキ膜としてパッド電極１０を形成する場合には、当該積層構造の下層部分を電流非注入部８に対して離間させつつ、且つ、当該下層部分とウェハ面内で接続する薄膜を給電膜として（図示省略）、当該積層構造の上層部分を電界メッキ法により形成して厚膜化すればよい。これにより、ウェハ全面に給電膜を成膜する場合に必要となる、給電膜の除去工程が不要となるため、製造方法を簡単化することができる。
【００５０】
ｎ型ＧａＮ基板１の裏面（ｎ型クラッド層２等の形成面の反対面）は、ｎ型ＧａＮ基板１が所望の厚さを持つように研磨されており、当該裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１と接続するＮ電極１１が形成されている。ウェハの劈開工程によって形成されたレーザ端面（リア側／フロント側両端面）には、所望の構成を持つ薄膜からなるコート膜１３が形成されている。
【００５１】
本実施形態の特徴は、共振器端面近傍のリッジ部６ａの上面において、ｐ+ 型コンタクト層７と誘電体膜８（電流非注入部８ｂ）とが接する電流非注入領域が設けられていると共に、Ｐ電極９及びパッド電極１０が、当該電流非注入領域における電流非注入部８ｂの上面領域（誘電体膜８の開口部の側壁面８ｃを除く）から離間して設けられていることである。
【００５２】
本実施形態によると、電流狭窄層８ａとなる誘電体膜８上には、Ｐ電極９と導通する（つまり同電位となる）パッド電極１０は設けられていない。このため、Ｐ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との接続界面の特性は、Ｐ電極９が接続する領域のｐ+ 型コンタクト層７の結晶表面と連続する電流非注入領域のｐ+ 型コンタクト層７の結晶表面上に生じた自然酸化層により定まるフェルミレベルに影響されないので、Ｐ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との間の接触抵抗を低減することができる。従って、高出力、長寿命及び低動作電圧を可能とする半導体レーザ装置を提供することができる。
【００５３】
また、本実施形態によると、ｎ型クラッド層２、多重量子井戸活性層４、ｐ型クラッド層６、及びｐ+ 型コンタクト層７等がそれぞれ、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される III−Ｖ族窒化物化合物半導体から構成されている。このため、半導体レーザ装置の発振波長を青紫色から緑色までの範囲とすることができる。
【００５４】
また、本実施形態において、Ｐ電極９のうち少なくともｐ+ 型コンタクト層７と接触する部分は、Ｐｄ、Ｐｔ及びＮｉから選択される一又は二以上の金属から構成されていることが好ましい。このようにすると、例えば III−Ｖ族ワイドバンドギャップ窒化物化合物半導体からなるＰ+ 型ＧａＮコンタクト層に対して低接触抵抗で接続可能なＰ電極を形成することができる。
【００５５】
また、本実施形態において、誘電体膜８はシリコン酸化膜から構成されていることが好ましい。このようにすると、レーザの電圧を安定化させてＣＯＤレベルを向上させることができると共に、ＩＬ（電流−光出力）特性の直線性を向上させ、それにより、閾値電流の増大に伴う動作電流の増大を抑制して高出力動作を可能とすることができる。従って、例えば光ディスクに用いた場合に光出力のモニター制御を安定して行うことができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、Ｐ電極９の終端部と共振器端面（レーザ端面）との間の距離は１μｍ以上で且つ１０μｍ以下であることが好ましい。このようにすると、レーザの電圧を安定化させてＣＯＤレベルを向上させることができると共に、ＩＬ特性の直線性を向上させ、それにより、閾値電流の増大に伴う動作電流の増大を抑制して高出力動作を可能とすることができる。従って、例えば光ディスクに用いた場合に光出力のモニター制御を安定して行うことができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００５７】
図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ）〜（ｃ）、図９（ａ）〜（ｃ）、図１０（ａ）〜（ｃ）、図１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）〜（ｃ）、図１３（ａ）〜（ｃ）、図１４（ａ）〜（ｃ）及び図１５（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態に係る半導体レーザ装置、具体的には、ＧａＮ半導体レーザダイオードの各製造工程を示す断面図である。尚、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）及び図１５（ａ）はそれぞれ、図１のＡ−Ａ’線（電流非注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）はそれぞれ、図１のＢ−Ｂ’線（電流注入領域）における各製造工程を示す断面図であり、図３（ｃ）、図４（ｃ）、図５（ｃ）、図６（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）、図９（ｃ）、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）、図１２（ｃ）、図１３（ｃ）、図１４（ｃ）及び図１５（ｃ）はそれぞれ、図１のＣ−Ｃ’線（リッジ延在方向）における各製造工程を示す断面図である。
【００５８】
まず、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の上に半導体積層体を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１の上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、下から順に、ｎ型クラッド層２、ｎ型光ガイド層３、多重量子井戸活性層４、ｐ型光ガイド層５、厚さ約０．５μｍのｐ型クラッド層６、及びｐ+ 型コンタクト層７、を形成する。ここで、有機金属気相成長させるための原料として、Ｇａにはトリメチルガリウム、Ａｌにはトリメチルアルミニウム、Ｉｎにはトリメチルインジウム、Ｎにはアンモニアを用いることができる。また、ｐ型のドーパントとしてのＭｇにはシクロペンタジエニルマグネシウムを用いることができると共に、ｎ型のドーパントとしてはＳｉを用いることができる。また、有機金属気相成長におけるキャリアガスとしては窒素及び水素を用いることができる。
【００５９】
尚、本発明は、前述の半導体層や製造方法に限定されるものではなく、半導体層の成長方法や半導体層の構成が変わっても同様に適用可能であることは言うまでもない。
【００６０】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｐ+ 型コンタクト層７上に、レジストパターン１５を用いて所望膜厚のＳｉＯ2 からなるマスクパターン１４をドライエッチング法又はウェットエッチング法により形成する。
【００６１】
続いて、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、マスクパターン１４をマスクとして、例えば塩素ガス（Ｃｌ2 ）を用いたドライエッチング法により、所定領域のｐ型クラッド層６の一部及びｐ+ 型コンタクト層をエッチングにより除去する。
【００６２】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチング法により、マスクパターン１４を除去する。これにより、リッジ部６ａと、リッジ部６ａと同程度の段差構造を持つウィング部６ｂとが形成される。ここで、ウィング部６ｂはリッジ部６ａを機械的に保護する構造を持つが、ウィング部６ｂを設けなくてもよい。
【００６３】
前述のバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いた洗浄を行った後、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法により、リッジ部６ａ及びウィング部６ｂを含む基板全面を覆うように、例えばＳｉＯ2 からなる誘電体膜８を形成する。ここで、誘電体膜８を形成するためのＣＶＤ法は、ｐ+ 型コンタクト層７の表面に存在する自然酸化層において物理化学的に構成元素や膜厚に変化を生じさせない工法であれば良く、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の工法に限定されるものではない。また、誘電体膜８の膜厚は、略５０ｎｍ〜略１０００ｎｍ程度であればよく、誘電体膜８による光閉じ込め効果及び応力が半導体層に及ぼす影響を考慮した場合には、略５０ｎｍ〜略３００ｎｍ程度であればよい。また、誘電体膜８を分割成膜すると共にスペーサーリフトオフ法を用いることにより、ウィング部６ｂ上のｐ+ 型コンタクト層７からリッジ部６ａの手前までの領域を覆うように、レーザ迷光吸収に資する吸収層１２を形成してもよい。
【００６４】
次に、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば、Ａｒガス等の不活性ガスを使用して、ドライエッチング法の一工法であるリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法により、誘電体膜８の形状整形を行う。これにより、リッジ部６ａ及びウィング部６ｂのそれぞれの側面上に堆積された誘電体膜８の形状を、垂直な形状から、略８５°〜略７０°程度の所望の傾斜角度を有する順メサ形状に変える。このようにリッジ部６ａやウィング部６ｂの形状とは無関係に誘電体膜８を順メサ形状に整形しておくことによって、パッド電極１０を段差部位においても滑らかに形成することができるので、段切れ部位を起点とした電界集中に伴う素子破壊を防止することができる。
【００６５】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、誘電体膜８上の全面に第１のレジスト膜１６を、リッジ部６ａ近傍で平坦性の良い形状となる所望の膜厚で塗布した後、１５０℃以上の加熱処理、例えば略１７０℃で略２０分間の加熱処理によって、第１のレジスト膜１６の失活処理を行う。尚、レジストを失活させる手法は特に限定されないが、例えばＵＶキュア等の的確な失活法を用いてもよい。
【００６６】
次に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、リッジ部６ａ上の誘電体膜８の頭頂部が露出するように、第１のレジスト膜１６に対して、例えば酸素プラズマ処理によるエッチバックを行う。
【００６７】
次に、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、エッチバック後の第１のレジスト膜１６上を含む基板全面上にＰ電極形成用の第２のレジスト膜１７を塗布した後、リソグラフィーにより、第２のレジスト膜１７におけるＰ電極形成領域となる所望領域に開口部をパターニング形成する。ここで、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、残存する第２のレジスト膜１７をマスクパターンとして用いることにより、電流非注入領域を容易に形成できる。
【００６８】
次に、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、残存する第１のレジスト膜１６及び第２のレジスト膜１７をマスクとして、例えばバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いたウエットエッチング法により、リッジ部６ａ上において誘電体膜８の所望部分をエッチング除去する。これにより、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ｐ+ 型コンタクト層７上に、Ｐ電極９を形成するための開口部が形成されると共に、当該開口部内におけるリッジ部６ａの両側方に、左右同等の高さと形状とを持つ電流狭窄層８ａが形成される。また、リッジ部６ａの所望領域を覆う第２のレジスト膜１７をマスクパターンとして、当該マスクパターンと同様の形状を持つ電流非注入部８ｂが電流狭窄層８ａと一体形成される。
【００６９】
図１６（ａ）〜（ｃ）は、ｐ+ 型コンタクト層７の表面をＥＳＣＡ（electron spectroscopy for chemical analysis ）分析した図であり、詳しくは、図１６（ａ）はＮ１ｓ電子のケミカルシフトを示し、図１６（ｂ）はＧａ３ｄ電子のケミカルシフトを示し、図１６（ｃ）はＯ１ｓ電子のケミカルシフトを示す。
【００７０】
図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって洗浄されたｐ+ 型コンタクト層７の表面には、Ｇａ、Ｎ及びＯを含む自然酸化層が、略０ｎｍよりも大きく且つ１ｎｍ未満の厚さで存在する。このように自己制御的に成長した自然酸化層は、ｐ+ 型コンタクト層７のバンドギャップ内に表面準位を形成する。
【００７１】
次に、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板全面にＰ電極９となる薄膜９Ａを蒸着させた後、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１６及び第２のレジスト膜１７のそれぞれの上に形成されている不要な薄膜９Ａを、第１のレジスト膜１６及び第２のレジスト膜１７のリフトオフによって除去する。これにより、ｐ+ 型コンタクト層７上に形成されたＰ電極９を得ることができる。ここで、前述のリフトオフを、Ｐ電極９を腐食しない含窒素化合物系洗浄剤、例えば、ピロリドン系洗浄剤を用いて行ってもよい。Ｐ電極９としては、例えば III−Ｖ族ワイドバンドギャップ窒化物化合物半導体からなるＰ+ 型ＧａＮコンタクト層に対して低接触抵抗で接続可能な高仕事関数金属を所望膜厚で成膜すればよい。具体的には、Ｐ電極９として、例えばＰｄ、Ｐｔ又はＮｉから選択される一又は二以上の金属よりなる薄膜を用いてもよい。
【００７２】
以上の工程により、リッジ部６ａの両側方に位置するＳｉＯ2 （誘電体膜８）からなる電流狭窄層８ａとＰ電極９とがそれぞれ左右対称に形成されており、且つ、共振器端面近傍のリッジ部６ａ上に位置するＳｉＯ2 （誘電体膜８）からなる電流非注入部８ｂとＰ電極９とが所望の距離離れて自己整合的に一体形成された構造を得る。これにより、レーザの電圧を安定化させてＣＯＤレベルを向上させることができると共に、ＩＬ（電流−光出力）特性の直線性を向上させ、それにより、閾値電流の増大に伴う動作電流の増大を抑制して高出力動作を可能とすることができる。
【００７３】
次に、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｐ電極９上にパッド電極１０を形成する。パッド電極１０としては、金属相互拡散を抑止できる積層構造、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層構造を持つ薄膜を用いてもよい。パッド電極１０を蒸着リフトオフにより形成する場合には、パッド電極１０を腐食させない含窒素化合物系洗浄剤、例えば、ピロリドン系洗浄剤を用いてもよい。ここで、本実施形態の特徴として、図１５（ｃ）に示すように、電流非注入部８ｂ上においてパッド電極１０がＰ電極９と導通電位となる金属薄膜とならないように、パッド電極１０を電流非注入部８ｂの上面領域から離間して設ける。これにより、電流非注入部８ｂとｐ+ 型コンタクト層７との界面のフェルミレベルの変化が、ｐ+ 型コンタクト層７の表面上で電流非注入領域から電流注入領域まで連続する自然酸化層を通じて、Ｐ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との界面のフェルミレベルに波及する事態を阻止できるので、コンタクト特性の向上が可能となる。
【００７４】
図１７（ａ）は、リッジ延存方向に対して垂直な方向におけるＰ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との界面近傍の断面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）画像を示し、図１７（ｂ）は、リッジ延存方向における電流非注入部８ｂ付近の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を示す。
【００７５】
図１７（ａ）に示すように、Ｐ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との界面は、ショットキー接続する金属／半導体界面を形成しているが、共晶アロイ化していない。また、図１７（ｂ）に示すように、Ｐ電極９とｐ+ 型コンタクト層７との界面は、電流非注入部８ｂの近傍まで共晶アロイ化していない界面相を有している。ここで、Ｐ電極９は、電流非注入部８ｂとなる誘電膜の上面からは離間しているが、電流非注入部８ｂの側壁に対しては間隙なく形成されていてもよい。また、パッド電極１０も、電流非注入部８ｂとなる誘電膜から離間してＰ電極９の上面上に形成されている。
【００７６】
尚、パッド電極１０を厚膜化する場合、例えば、パッド電極１０の積層構造の一部をメッキ膜としてパッド電極１０を形成する場合には、当該積層構造の下層部分を電流非注入部８に対して離間させつつ、且つ、当該下層部分とウェハ面内で接続する薄膜を給電膜として（図示省略）、当該積層構造の上層部分を電界メッキ法により形成して厚膜化（例えば厚さ１μｍ以上）すればよい。これにより、ウェハ全面に給電膜を成膜する場合に必要となる、給電膜の除去工程が不要となるため、製造方法を簡単化することができる。
【００７７】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面（ｎ型クラッド層２等の形成面の反対面）を、ｎ型ＧａＮ基板１が所望の厚さを持つように研磨した後、当該裏面上に、ｎ型ＧａＮ基板１と接続するＮ電極１１を形成する。その後、ウェハの劈開工程を行った後、それによって形成されたレーザ端面（リア側／フロント側両端面）にそれぞれ、所望の構成を持つ薄膜からなるコート膜１３を形成する。これにより、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示す実施形態に係る半導体レーザ装置、具体的には、ＧａＮ半導体レーザダイオードの構造を得ることができる。
【００７８】
図１８（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の電流−電圧特性を、本実施形態の構造（図１８（ｂ）参照）と異なり電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造（図１８（ｃ）参照）を持つ従来例の電流−電圧特性と比較して示している。
【００７９】
図１８に示すように、本実施形態では４．０Ｖ時に約４６ｍＡ得られるのに対して、従来例では４．０Ｖ時に約２．２ｍＡしか得られない。このように、従来例と比較して本実施形態の電流−電圧特性によると、従来例と比較して、同一電圧に対してより多くの電流を得ることができており、低コンタクト抵抗化が実現している。
【００８０】
図１９（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置のＳＢＨ（schottky barrier height）特性を理想因子ｎに対してプロットした結果を、本実施形態の構造（図１９（ｂ）参照）と異なり電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造（図１９（ｃ）参照）を持つ従来例の電流−電圧特性と比較して示している。
【００８１】
図１９（ａ）に示すように、本実施形態においては、φｂは約０．４４ｅＶ、ｎ値は約３０付近に集中して分布しているのに対して、従来例においては、φｂは約０．４２ｅＶ〜０．５１ｅＶの範囲、ｎ値は約２１〜６０の範囲に一定の傾向を保ちながら連続的に分布している。
【００８２】
図２０は、電流非注入領域の構造差を反映してφｂ及びｎ値の分布に差異が現れるメカニズムを表すバンド図を示している。
【００８３】
図２０に示すように、自然酸化した連続する半導体表面領域を量子化することによって現れる表面準位（Tamm Levels ）は、金属／半導体界面のフェルミレベルを規定し、半導体表面と連続する電流非注入領域の半導体表面まで含めて、金属／半導体界面の（φｂ、ｎ値）が一意的に定まる。従って、本実施形態のように、ＧａＮ半導体からなるＰ+ 型ＧａＮコンタクト層の表面において自然酸化層の状態に変化を与えないプロセスや、電流非注入領域の半導体表面と連続する金属（電極）／半導体界面のフェルミレベルに影響を及ぼさないように電極や誘電膜を配置する構造設計が、コンタクト特性の安定化に重要である。
【００８４】
図２１（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ装置（具体的にはＧａＮ半導体レーザダイオード）の寿命試験前における電流−光出力特性を、本実施形態の構造（図２１（ｂ）参照）と異なり電流非注入部となる誘電膜上にパッド電極が乗り上げた構造（図２１（ｃ）参照）を持つ従来例の電流−光出力特性と比較して示している。
【００８５】
図２１（ａ）に示すように、パルス幅５００ｎｓｅｃ、パルスｄｕｔｙ比１０％の条件において、従来例のＧａＮ半導体レーザダイオードでは約１３００ｍＡを超える付近でＰ電極の端部近傍からＣＯＤ破壊が発生するのに対して、本実施形態におけるＧａＮ半導体レーザダイオードでは２０００ｍＡまで破壊が生じない電流−光出力特性が得られている。このように、本実施形態では高出力特性が実現されている。すなわち、本実施形態のように、レーザの共振器端面まで連続的に配置されるｐ+ 型ＧａＮコンタクト層の表面、又は電流非注入領域に用いる誘電体膜とｐ+ 型ＧａＮコンタクト層との間における+ 型ＧａＮコンタクト層の表面に存在する自然酸化層の状態変化を抑えることによって、界面のフェルミレベルを安定化させる構造設計は、ＧａＮ半導体レーザダイオードの高出力化に重要である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、低動作電圧を可能とするＰ電極を備えることにより低電流発振及び高出力化を可能とするリッジ型レーザ等の半導体レーザ装置を実現することができる。また、ＣＯＤレベル、ＩＬ（電流−光出力）特性直線性及び高出力動作等に優れており、例えば高密度光ディスクシステムにおける光ピックアップ用のレーザ光源として、特に有用である。
【符号の説明】
【００８７】
１    ｎ型ＧａＮ基板
２    ｎ型クラッド層
３    ｎ型光ガイド層
４    多重量子井戸活性層
５    ｐ型光ガイド層
６    ｐ型クラッド層
６ａ  リッジ部
６ｂ  ウィング部
７    ｐ+ 型コンタクト層
８    誘電体膜
８ａ  電流狭窄層
８ｂ  電流非注入部
８ｃ  誘電体膜の開口部の側壁面
９    Ｐ電極
９Ａ  薄膜
１０    パッド電極
１１    Ｎ電極
１２    吸収層
１３    コート膜
１４    マスクパターン
１５    レジストパターン
１６    第１のレジスト膜
１７    第２のレジスト膜
【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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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１７】
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