(57)【要約】【課題】大面積で低コストな基板を用いながら、分極に起因する光学利得の低下が抑制された半導体レーザを提供する【解決手段】基板上に、クラッド層２、７で挟持された活性層４を有する窒化物半導体レーザ。活性層は、基板の主面とは異なるように制御された面方位を有する領域を備え、制御された面方位を有する活性層領域の少なくとも一部を含むように光導波路が形成されている。例えば、基板は、底部基板１３とその主面上に形成された下地層１６とを備え、下地層は、底部基板の主面とは異なるように制御された面方位の領域を有し、下地層における制御された面方位の領域の上部に、制御された面方位を有する活性層領域が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、クラッド層で挟持された活性層を有する窒化物半導体レーザにおいて、
前記活性層は、前記基板の主面とは異なるように制御された面方位を有する領域を備え、
前記制御された面方位を有する活性層領域の少なくとも一部を含むように光導波路が形成されている窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記制御された面方位を有する領域では、前記基板の主面の持つ分極が低減されている請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層領域の上部に電流狭搾を行うためのリッジストライプを有する請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層領域の上部に形成され電流狭搾するためのストライプ状の開口部を有する電流狭搾層と、
前記電流狭搾層の前記開口部を覆うように形成され、ｐ型不純物が添加された窒化物半導体層とを備え、
前記開口部を挟んでその長手方向に各々延在する前記電流狭搾層の一方を第１電流狭搾層とし、他方を第２電流狭搾層としたとき、前記第１電流狭搾層と前記第２電流狭搾層の前記基板の主軸方向の高さが異なり、且つ、前記開口部の長手方向に光が伝播する請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記基板の主面が（０００１）面であり、前記光導波路の方向が（１−１００）方向である請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記基板の主面が（０００１）面であり、前記制御された面方位を有する前記活性層領域の面方位が（１１−２２）面である請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記活性層は、井戸層がＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であり、障壁層がＡｌzＩｎwＧａ(1-z-w)Ｎ層（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）である量子井戸構造を有する請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
共振器ミラーが（１−１００）面である請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１電流狭搾層および前記第２電流狭搾層がＡｌaＩｎbＧａ(1-a-b)Ｎ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）である請求項４記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
前記基板は、底部基板とその主面上に形成された下地層とを備え、
前記下地層は、前記底部基板の主面とは異なるように制御された面方位の領域を有し、
前記下地層における前記制御された面方位の領域の上部に、前記制御された面方位を有する活性層領域が形成されている請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【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に関し、特に、レーザ構造の要素を積層させる基板構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系青紫レーザ（ＬＤ）は、Blu-rayを代表とする次世代高密度ディスク装置の基幹部品として実用化を経た現在、エピタキシャル成膜技術の向上とプロセス技術の発展により、長波長化の開発が盛んに行われている。新たなアプリケーションとして、ディスプレイ用、医療用、バイオ関連にもその応用範囲が拡大し、光源として青色（４４５ｎｍ）〜緑色（５３２ｎｍ）に渡る波長域の半導体レーザが盛んに研究されている。
【０００３】
特に緑色の半導体レーザが実現すれば、赤、青色レーザと組み合わせて光の三原色をレーザによって構成することが可能となり、色再現性の向上、小型化、低消費電力化が可能となり、網膜走査型ディスプレイやレーザテレビ、モバイルプロジェクタなどの新しいアプリケーションへの応用が期待される。
【０００４】
これまでこのような長波長レーザの開発は、六方晶ウルツ鉱型の結晶構造を有するＧａＮ系化合物半導体の有極性面であるｃ面を用いることを前提として行われてきた。しかしながら、ｃ面（０００１）面のInGaN系歪量子井戸(Quantum well：ＱＷ)内には、自発分極及び圧電分極に起因してｃ軸方向に内部電場が発生する。そのためＱＷ内では電子と正孔のキャリア分布である波動関数が空間的に分離し、遷移確率が低下し光学利得が低下することで内部量子効率が低下する。さらに発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザの駆動においては、電流密度の増加に伴う内部電場のクーロン遮蔽により、電流注入発光（Electroluminescence）ピークが大きくブルーシフトする量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum Confined Stark Effect：ＱＣＳＥ）の影響は、ＱＷ内のＩｎＮモル分率が高い程顕著になることが一般に知られている。
【０００５】
これに対する対策として、非特許文献１には、無極性面であるｍ面（１−１００）面ＧａＮ基板上に、図４に示すリッジストライプ型ＬＤ構造を形成し、発振波長４５１ｎｍを実現したことが記載されている。
【０００６】
図４の半導体レーザにおいては、ｍ面ＧａＮ基板４１上に、ｎ−ＧａＮ層４２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４３、ｎ−ＧａＮガイド層４４、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重歪量子井戸活性層４５、ｐ−ＡｌＧａＮオーバーフロー抑制層４６、ｐ−ＧａＮガイド層４７が順次積層されている。ｐ−ＧａＮガイド層４７上には、リッジストライプ状のｐ−ＡｌＧＡＮクラッド層４８が形成され、その上にｐ−ＧａＮコンタクト層４９が形成され、それらの側面及びｐ−ＧａＮガイド層４７の上面を覆ってＺｒＯ2５１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層４９の上面に接触するようにｐ側電極５０が形成され、ｍ面ＧａＮ基板４１の下面にｎ側電極５２が形成されている。
【０００７】
また、非特許文献２には、非極性ｍ面ＩｎＧａＮ青緑ＬＤの室温連続発振について報告されている。更に、非特許文献３には、リッジストライプ型ＬＤ構造を形成し、ストライプ幅２．５μｍ、共振器長４００μｍで、閾値電流が６１ｍＡ、最大出力２０ｍＷ、レーザ発振波長が４８１ｎｍの特性を実現し、且つ、電流注入に伴う発光波長のシフトは殆ど変化しないことが報告されている。以上のように、基板面方位の変更により分極の低減を実現しており、これは、遷移確率の向上により光学利得の増大することを意味する。
【０００８】
しかし新たな課題として、共振器反射ミラーとなるｃ面（０００１）面もしくはＡ面（１１−２０）面でのへき開が難しく、へき開不良による歩留まり低下も懸念される。また現状で量産化が進んでいるＣ面基板上に厚膜のｎ−ＧａＮ結晶を成長させたものを、所望の面方位にスライスして作製しているため、基板の大面積化及び低コスト化が困難である。
【０００９】
また、特許文献１には図５に示すように、基板主面とは異なる面に形成された半導体レーザ構造が開示されている。この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＡｓ基板の表面に、（１００）面の上平坦部と下平坦部を持った段差を持つ平坦面と、それぞれの平坦部を接続するような傾斜面とを有する基板６０が用いられる。この基板６０表面上に、ｎ型バッファ層６１、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６２、６３、ＭＱＷ活性層６４、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６５、ＡｌＧａＩｎＰクラッド兼ブロック層６６ａ、６６ｂ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６７、６８、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層６９、及びｐ型ＧａＡｓコンタクト層７０が形成されている。
【００１０】
この半導体レーザは、基板面方位におけるｐ層のドーパントの取り込み効率の違いを利用し、基板斜面に電流注入領域、基板平坦部に電流狭搾層が同時に形成され、埋め込み型レーザ構造が作製される。このようにして、一回の成長により電流狭搾構造を作製し、成長回数を低減した低コストデバイスを実現することができる。
【００１１】
しかし特許文献１で用いられる結晶構造はＧａＮ基板とは異なり、材料的に分極は非常に小さい材料系であり、共振器反射ミラーのへき開方向は基板主面に対して垂直にへき開可能である。従って、従来技術の改善の対象である要因が異なるため、上述のような、結晶構造の異なるＧａＮ基板を用いた場合に適用することはできない。
【００１２】
また非特許文献４には、窒化物半導体基板主面の面方位を変化させたときの、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるひずみ量子井戸構造における活性層の遷移確率の計算結果が示されている。図６（ａ）は、任意面方位基板上の量子井戸における、計算の座標軸を模式的に示した図である。基板に垂直な方向をＸ3軸とし、基板面内でｃ軸に垂直な方向をＸ1軸に取り、ｃ軸が基板面に射影された方向をＸ2軸にとる。またｃ軸方向と基板主面であるＸ3軸とのなす角をθとする。Ｘ1、Ｘ2方向に遷移する遷移確率をそれぞれＩ1、Ｉ2として、図６（ｂ）は、Ｉ1方向への遷移確率の比を、角θの関数として示している。
【００１３】
計算は、ＧａＮ基板上Ｉｎ0.3Ｇａ0.7ＮとＧａＮからなる量子井戸構造を想定しており、活性層材料のａ軸、ｃ軸方向の格子定数がそれぞれ基板の格子に対して３．３％、及び３．０％大きい場合の、コヒーレント成長歪量子井戸の面内光学的異方性について計算した結果である。つまりθを変化させることにより、支配的な偏光の向きを変えることができることが示されている。さらにθが大きい領域では、偏光の向きの支配的な方向をＸ1方向にすることが可能であることが示されている。しかし、このような任意な方向での基板主面を持つＧａＮ基板の作製は、量産化が進んでいるｃ面（０００１）面以外の基板の場合は、大面積基板の作製が困難であるのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３１７１３０７号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics Vol.46, No.35, 2007, pp.L820-L822
【非特許文献２】第６９回応用物理学会学術講演会（２００８年秋）、３ａ−ＣＡ−４
【非特許文献３】応用電子物性分科会誌２００８年第１４巻第５号、１６９−１７２頁
【非特許文献４】応用物理学会学会誌第７７巻第９号（２００８）、１０９４−１０９７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
現状では、大面積かつ低転位基板として、基板主軸がｃ軸方向である直径５０ｍｍΦの窒化ガリウム基板が量産されている。従って、ｃ軸以外の面方位を持つ基板を用いようとする場合は、基板主軸がｃ軸である基板にハイドライド気相成長法による厚膜を成長させた基板から、所望の面方位を切り出して所望の基板を作製している。従って、基板の大きさは５０ｍｍ×５ｍｍの小面積の基板しか作製できないのが現状である。そのため基板の大面積化と低コスト化という点で問題がある。
【００１７】
また、この様な基板を用いてデバイス作製を行った場合、面内均一性が不十分であり、歩留まりも良好とは言えないため、低コストで高品質な半導体レーザを作製することは困難である。
【００１８】
従って、本発明は、大面積で低コストな基板を用いながら、分極に起因する光学利得の低下が抑制された半導体レーザ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】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の窒化物半導体レーザは、基板上に、クラッド層で挟持された活性層を有し、前記活性層は、前記基板の主面とは異なるように制御された面方位を有する領域を備え、前記制御された面方位を有する活性層領域の少なくとも一部を含むように光導波路が形成されている。
【発明の効果】
【００２０】
上記構成の半導体レーザによれば、基板主面とは異なる分極特性に制御された活性層領域を利用して光導波路が形成されるので、分極に起因する光学利得の低下を抑制することが可能である。しかも、量産化が進んでいる大面積基板を使用できるので、低コストで高品質な窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る青紫半導体レーザの断面図
【図２】ｃ面ＧａＮ基板上に選択成長による半極性面（１１−２２）を作製し、ｍ面（１−１００）方向から見た断面図
【図３】本発明の第二の実施形態に係る青紫半導体レーザの断面図
【図４】従来例の半導体レーザの断面図
【図５】他の従来例の半導体レーザの断面図
【図６】（ａ）は任意面方位基板上量子井戸における計算の座標軸を示す模式図、（ｂ）は活性層面内方向に対する偏光度の活性層面方位とｃ軸とのなす角θ依存性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の半導体レーザは上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００２３】
すなわち、前記制御された面方位を有する領域では、前記基板の主面の持つ分極が低減されていることが好ましい。
【００２４】
また、前記活性層領域の上部に電流狭搾を行うためのリッジストライプを有する構成とすることができる。この構成によれば、リッジストライプ幅により電流注入幅を容易に制御することができ且つ、横方向の光閉じ込めが容易にできるため、光導波損失を低減し、ビーム形状制御が容易にでき且つ、低閾値電流駆動が可能となる。
【００２５】
また、前記活性層領域の上部に形成され電流狭搾するためのストライプ状の開口部を有する電流狭搾層と、前記電流狭搾層の前記開口部を覆うように形成され、ｐ型不純物が添加された窒化物半導体層とを備え、前記開口部を挟んでその長手方向に各々延在する前記電流狭搾層の一方を第１電流狭搾層とし、他方を第２電流狭搾層としたとき、前記第１電流狭搾層と前記第２電流狭搾層の前記基板の主軸方向の高さが異なり、且つ、前記開口部の長手方向に光が伝播する構成とすることができる。
【００２６】
この構成によれば、電流狭搾層の開口部により電流注入幅を容易に制御することができ且つ、電流狭搾層も成膜により作製するため制御よく作製でき、且つ、横方向の光閉じ込めが容易にできるため光導波損失を低減し、ビーム形状制御が容易にでき且つ、低閾値電流駆動が可能となる。
【００２７】
また、前記基板の主面が（０００１）面であり、前記光導波路の方向が（１−１００）方向である構成とすることができる。この構成によれば、レーザ共振器の反射ミラーは、結晶へき開面を用いたファブリーペロー型共振器を用いるが、へき開ミラー面方位が（１−１００）であるため、へき開が容易で且つ、電気的中性面であるため、安定した結晶面にて反射ミラーを作製することができ、歩留まりよく低コストな窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００２８】
また、前記基板の主面が（０００１）面であり、前記制御された面方位を有する前記活性層領域の面方位が（１１−２２）面である構成とすることができる。この構成によれば、分極特性は基板主面に対して大幅に低減でき且つ、面方位（１１−２２）は下地基板作製時容易に作製することができるため歩留まり良く低コストな窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００２９】
また、前記活性層は、井戸層がＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であり、障壁層がＡｌzＩｎwＧａ(1-z-w)Ｎ層（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）である量子井戸構造である構成とすることができる。
【００３０】
この構成によれば、井戸層と障壁層の界面での歪調整を自由に行うことで分極の発生を調整でき、量子井戸内では電子と正孔のキャリア分布である波動関数が空間的な分離を低減し、内部量子効率がの低下を低減することができ、高効率な窒化物半導体レーザを実現することができる。
【００３１】
また、共振器ミラーが（１−１００）面であることが好ましい。この構成によれば、他の面方位に比べへき開が容易であり、且つ、電気的中性面であるため安定したへき開面を作製することができ、歩留まり良く低コストな窒化物半導体レーザ子を実現することができる。
【００３２】
また、前記第１電流狭搾層および前記第２電流狭搾層がＡｌaＩｎbＧａ(1-a-b)Ｎ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）である構成とすることができる。この構成によれば、電流狭搾層の材料であるＡｌaＩｎbＧａ(1-a-b)ＮのＡｌ、Ｉｎ、Ｇａの比を調整することで、屈折率を微徴することができ、横方向の光閉じ込め係数を微調整することができる。そのため、出射するビーム形状の微調整が容易に可能となり、高品質な窒化物半導体レーザを実現することができる。
【００３３】
また、前記基板は、底部基板とその主面上に形成された下地層とを備え、前記下地層は、前記底部基板の主面とは異なるように制御された面方位の領域を有し、前記下地層における前記制御された面方位の領域の上部に、前記制御された面方位を有する活性層領域が形成されている構成とすることができる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（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について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る青紫色半導体レーザを、出射端面方向から見た断面図である。
【００３６】
［半導体レーザの構成］
本実施形態に係る半導体レーザの構造について、図１を参照して説明する。この半導体レーザでは、レーザ構造の要素となる積層構造を形成するための基板として、下地層付き基板１が用いられている。下地層１６は底部基板１３の主面（基板主面）上に設けられ、基板主面とは異なる面方位の領域を光導波路方向に持つ層である。
【００３７】
図１に示すように、下地層付き基板１を構成するための底部基板１３は、その主面上に凹部１３ａが形成され、凹部１３ａの底面上に選択成長用マスク１４が形成されている。選択成長用マスク１４上に非晶質層１５を介して、更に、凸部１３ｂ上にも亘って、下地層１６が形成されている。下地層１６は凹部１３ａ上に、上述のとおり基板主面とは異なる面方位を持つ領域を有する。下地層１６に基板主面とは異なる面方位を持つ領域を形成するための条件については、後述する。
【００３８】
下地層１６上には順次、ｎ型クラッド層２、ｎ型光ガイド層３、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４、ｐ型光ガイド層５、及びオーバーフロー抑制層６が積層されている。オーバーフロー抑制層６上に形成されたｐ型クラッド層７は、リッジストライプ部を有する。ｐ型クラッド層７のリッジストライプ部は、下地層１６における凹部１３ａ上、すなわち基板主面とは異なる面方位の領域上に、ｍ軸方向に平行に形成されている。
【００３９】
ｐ型クラッド層７のリッジストライプ部の上面を除く全面に、ＳｉＯ2からなる絶縁膜８が形成され、リッジストライプ部の上面には、ｐ型コンタクト層９およびｐ＋型コンタクト層１０が形成されている。リッジストライプ部上面から露出したｐ型コンタクト層１０の上に、ｐ電極１１が形成されている。底部基板１３の下面には、ｎ電極１２が形成されている。
【００４０】
上記構成においては、下地層付き基板１上に設けられた活性層４の内、下地層１６における基板主面とは異なる制御された面方位の領域上に形成された活性層領域を電流注入領域とするように、ｐ型クラッド層７のリッジストライプ部が配置されている。また、電気的中性面を共振器反射ミラーとする。このようにして、基板主面とは異なる分極特性（基板主面の持つ分極が低減されている）を利用することにより、分極に起因する光学利得の低下を抑制することができる。しかも、量産が容易で低コストな大面積基板を用いることができる。
【００４１】
本発明者らは様々な検討を行った結果、基板主面に段差を設けた構造、もしくは基板主面に誘電体膜を設けた構造、もしくは底部基板の主面に段差を設け低いほうの段部に誘電体膜を形成した構造を用い、下地層の結晶成長条件を制御することにより、基板主面とは異なる面方位の領域を下地層の一部に形成することが可能であることを見出した。これを利用し、上述のように、基板主面とは異なる面方位の領域にデバイス作製を行うことで、基板主面方向の面方位による分極を制御しながら、量産化が進んでいる大面積基板を使用でき、量産化及び低コスト化が可能となる。
【００４２】
なお、下地層付き基板１の構造は上述の例に限られず、底部基板１３主面上に、基板主面とは異なる面方位の領域を光導波路方向に持つ下地層が形成されたものであれば、他の構造を採用してもよい。
【００４３】
また、例えば底部基板としてＧａＮ基板を用いる場合は、基板主面は（０００１）面、基板主面とは異なる面方位は（１１−２２）面とする。上述の構成により、（１１−２２）面方位にある活性層領域の少なくとも一部を含むように光導波路が形成されるが、光導波路は（１−１００）方向であることが望ましい。その場合、共振器ミラーが（１−１００）面により形成される。
【００４４】
活性層４としては、例えば、井戸層がＡｌxＩｎyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であり、障壁層がＡｌzＩｎwＧａ(1-z-w)Ｎ層（０≦ｚ≦１、０≦ｗ≦１）である量子井戸構造を採用することができる。
【００４５】
［下地層付き基板の作製方法］
下地層付き基板１の作製方法は、ドライエッチング技術、ウェットエッチング技術、結晶成長技術による面方位依存性を駆使した選択成長技術を使うことで、底部基板１３の主面上に、底部基板１３の主面とは異なる面方位の領域を作製する工程により構成される。
【００４６】
まず、選択成長技術に関し、ｃ面（０００１）面基板上に（１１−２２）面を作製するためのエピタキシャル成膜条件について説明する。エピタキシャル成膜条件を、以下の手順により検討した。
【００４７】
すなわち、ｃ面ＧａＮ基板上に、熱化学気相成長（Thermal Chemical Vapor Deposition：熱ＣＶＤ）法により、膜厚が６００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）を成膜した。その後、リソグラフィ法およびエッチング法により、ａ軸方向に５０μｍ、ｍ軸方向に基板の端から端までの平面方形状の開口部を形成し、選択成長用マスクとした。
【００４８】
次に有機金属気相成長（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法によりｎ−ＧａＮ層の結晶成長を行った。成長条件として成長圧力、成長温度、Ｖ／III比、及び成長速度を変数として検討を行った。その結果、成長圧力：７６０Ｔｏｒｒ、成長温度：１１００℃、Ｖ／III比：１３００、成長速度：約１．０μｍ／Ｈの条件により、選択成長用マスク上にｎ−ＧａＮ層を約３μｍ作製し、良好なファセット面である（１１−２２）面を作製可能であることを見出した。
【００４９】
図２にその結果を示す。図２は、上記条件により成長させた選択成長領域を、ｍ面方向からへき開した断面構造を示す。ｃ面ＧａＮ底部基板１３上に、ＳｉＯ2からなる選択成長用マスク１４が形成され、成膜選択成長用マスク１４が開口した底部基板１３の主面、及び非晶質層１５を介した面上に、ｎ−ＧａＮ下地層１６が形成されている。
【００５０】
成長初期には、選択成長用マスク１４が開口した領域における（０００１）面のみしかないが、上記条件にてｎ−ＧａＮ下地層１６の結晶成長を行うと、底部基板１３の主面である（０００１）および（１１−２２）面方向が支配的に安定した面を出しながら成長が進む。またＡ面（１１−２０）面方向の成長よりも優先されることが判明した。この技術を応用することで現在量産化が進んでいる大面積ｃ面（０００１）面の基板上に、半極性面である（１１−２２）を安定して作製することができる。
【００５１】
［半導体レーザの作製方法］
図１を参照して、本実施形態における上記構成を有する半導体レーザの作製方法について説明する。先ず、基板主面が（０００１）面である２インチのｎ型窒化ガリウム基板（ｎ−ＧａＮ基板）からなる底部基板１３の主面上に、原料にシラン（ＳｉＨ4）を用いた熱化学気相成長（Thermal Chemical Vapor Deposition：熱ＣＶＤ）法により、膜厚が６００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）を成膜する（図示せず）。
【００５２】
その後リソグラフィ法およびエッチング法により、ａ軸方向に５０μｍ、ｍ軸方向に基板の端から端まで平面方形状の開口部を形成しマスク膜を形成する（図示せず）。次にエッチングガスである四フッ化炭素（ＣＦ4）を用いた誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）エッチング装置により底部基板１３をエッチングすることにより、マスク膜で形成された開口部を通して底部基板１３に深さ５μｍの凹部１３ａを形成する。その後、フッ化水素酸（ＨＦ）を用いてマスク膜を除去する。その後、短冊状に形成された凹部１３ａの底部にのみ、選択成長用マスク１４であるＳｉＯ2膜を熱ＣＶＤ法により膜厚２００ｎｍに形成する。
【００５３】
次に、上記基板を用いて有機金属気相成長（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法により結晶成長を行う。まず、底部基板１３の主面（０００１）に対して半極性面である（１１−２−２）面を凹部１３ａに形成するため、基板主面上の凹部１３ａを含む全面に、下地層であるｎ−ＧａＮ下地層１６を５μｍ程度成長させる。凹部１３ａ上には選択成長用マスク１４があるため、エピタキシャル成膜条件を調整することにより、凹部側壁より（１１−２２）面方向に成長主面を出しながら成長する。また底部基板１３の凸部１３ｂ上では、基板主面である（０００１）面方向に成長する。（１１−２２）面の幅が４μｍ以上になったら、ｎ−ＧａＮ下地層１６の成膜を終了し、下地層付き基板１が完成する。
【００５４】
次に、下地層付き基板１上に、レーザ構造の要素となる各層を形成する。まずｎ−ＧａＮ下地層１６上に、ｎ型クラッド層２であるｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を１．５μｍ成長させ、その後厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型光ガイド層３を成長させる。その後、厚さ７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバリア層と、厚さ３ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる井戸層からなる量子井戸構造を３周期分積層した、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４を形成する。
【００５５】
さらに、ＭＱＷ活性層４上に、ｐ型ＧａＮ層からなるｐ型光ガイド層５を膜厚０．１μｍに成長させる。その後Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層からなるキャリアオーバーフロー抑制層（ＯＦＳ層）６を成長させる。その後、それぞれ厚さが１．５ｎｍのｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎとｐ型ＧａＮ層とを、１６０周期分繰り返し積層して、歪超格子構造であるｐ型クラッド層７を形成する。次に、厚さ０．０５μｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層９およびｐ＋型コンタクト層１０を順次成長させる。
【００５６】
以上の積層工程において用いる原料の一例は、以下のとおりである。ＭＯＣＶＤ法を用いた場合のIII族原料としては、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｌ原料としてはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、Ｉｎ原料としてはトリメチルインジウムを用い、Ｖ族原料としてはアンモニア（ＮＨ3）を用いる。また、ｎ型不純物原料としてＳｉ原料であるモノシラン（ＳｉＨ4）ガスを用い、ｐ型不純物原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いる。
【００５７】
次に熱ＣＶＤ法により、ｐ型コンタクト層１０の上に第２のマスクとしてＳｉＯ2膜を、膜厚０．３μｍ、幅１．５μｍで、ｍ軸方向に平行なストライプ形状に形成する（図示せず）。ストライプ形状は（１１−２２）面上に配置する。次に第２のマスクを用いＩＣＰ法により、積層構造体の上部に対して０．３５μｍの深さにエッチングを行い、リッジストライプ部を形成する。その後フッ化水素酸を用いて第２のマスクを除去し、再度熱ＣＶＤ法により、露出したｐ型クラッド層９の上にリッジストライプ部を含む全面に亘り、ＳｉＯ2からなる絶縁膜８を２００ｎｍ形成する。
【００５８】
次にリソグラフィ法により、リッジストライプ部上面にある絶縁膜８に対して、リッジストライプに沿って幅１．３μｍの開口部を有するレジストパターンを形成する。その後、三フッ化メタン（ＣＨＦ3）ガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）により、レジストパターンをマスクとして用いて絶縁膜８をエッチングし、リッジストライプ上面よりｐ型コンタクト層１０を露出させる。次に蒸着法により、少なくともリッジストライプ部上面から露出したｐ型コンタクト層１０の上に、厚さ４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）からなる金属積層膜を形成する。その後リフトオフ法によりレジストパターンを除去し、リッジストライプ上部にｐ側電極を作製する。
【００５９】
次にリッジストライプ部上部のｐ側電極を覆うように絶縁膜８の上に、且つリッジストライプと平行方向に幅１５０μｍの配線電極を選択的に形成する。すなわち、それぞれの厚さが５０ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる積層金属膜として作製する。以上のようにして、リッジストライプ上部に積層構造型ｐ電極１１を作製する。その後ウエハ状態の基板に対して、ｍ軸方向の長さ４００μｍになるようｍ面方向に沿って１次劈開を行う。１次劈開された基板１をその後、ａ軸方向の長さが２００μｍとなるようにａ面方向に沿って２次劈開しチップに分離することで、レーザ構造を完成することができる。
【００６０】
なお、下地層付き基板１の作製方法は、底部基板１３の主面上に基板主面とは異なる面方位を光導波路方向に有する構造を形成できれば、どのような方法であっても良い。また、上述の半導体レーザとしては、リッジストライプ形状を持ったデバイスの例について、その構造及び作製方法を示したが、リッジ加工無しで、（１１−２２）面上にｐ電極幅で電流注入幅を規定するブロードエリア型レーザであっても、本発明を適用することができる。
【００６１】
また、１チップの中に基板主面とは異なる面を２個以上作製し、その上部にそれぞれレーザ構造を作製してもよい。それにより、小型化を実現し且つ高出力の為のアレイ化を実現することで、大出力且つ低コスト化が更に容易となる。
【００６２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザについて、図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係る青紫色半導体レーザを、出射端面方向から見た断面図である。
【００６３】
［半導体レーザの構造］
本実施形態に係る半導体レーザの構造について、図３を参照して説明する。この半導体レーザでは、図１に示した第１の実施形態の場合と同様の下地層付き基板１が用いられている。
【００６４】
第１の実施形態の場合と同様、下地層付き基板１上に設けられた活性層の内、下地層における基板主面とは異なる面方位の領域上に形成された活性層領域を電流注入領域とし、共振器反射ミラーを電気的中性面により形成してレーザ発振させる。このようにして、基板主面とは異なる分極特性を利用することにより、分極に起因する光学利得の低下を抑制し、しかも、量産が容易で低コストな基板を用いることができる。
【００６５】
図３に示すように、下地層１６上には順次、ｎ型クラッド層２２、ｎ型光ガイド層２３、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２４、ｐ型光ガイド層２５、オーバーフロー抑制層２６、及びｐ型ガイド層２７が積層されている。ｐ型ガイド層２７上に形成された電流狭搾層２８は、開口部２８ａを有する。開口部２８ａは、下地層１６における凹部１３ａ上、すなわち基板主面とは異なる面方位の（１１−２２）面の領域内に、ｍ軸方向に平行に形成されている。
【００６６】
電流狭搾層２８とその開口部２８ａを覆うように、ｐ−ＧａＮガイド層２９が形成され、ｐ−ＧａＮガイド層２９上には、ｐ型クラッド層３０、ｐ型コンタクト層３１及びＰ＋型コンタクト層３２が形成されている。なお、ｐ型ガイド層２７、及びｐ−ＧａＮガイド層２９には、ｐ型不純物として３×１０19ｃｍ-3のＭｇがドーピングされている。ｐ＋型コンタクト層３２上には、開口部２８ａの上部にストライプ方向にｐ電極３３が形成され、ＧａＮ底部基板１３の裏面側にはｎ型電極３４が形成されている。
【００６７】
なお、開口部２８ａを挟むように存在する電流狭搾層２８の一方を第１電流狭搾層２８ｂとし、他方を第２電流狭搾層２８ｃとしたとき、第１電流狭搾層２８ｂと第２電流狭搾層２８ｃは、その基板主軸方向の高さが異なり且つ、開口部２８ａの長手方向に光が伝播する。また、第１電流狭搾層２８ｂおよび第２電流狭搾層ｃは、例えば、ＡｌaＩｎbＧａ(1-a-b)Ｎ層（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）とすることができる。
【００６８】
［半導体レーザの作製方法］
図３を参照して、本実施形態における上記構成を有する半導体レーザの作製方法について説明する。下地層付き基板１を作製する方法は、第１の実施形態の場合と同様であり、説明を省略する。下地層付き基板１上に、レーザ構造の要素となる各層を形成する工程は、以下のとおりである。
【００６９】
下地層付き基板１上に、先ず、ｎ型クラッド層２２であるｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を１．５μｍ成長させ、その後厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ層からなるｎ型光ガイド層２３、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２４、膜厚０．１μｍのｐ型ＧａＮ層からなるｐ型光ガイド層２５を、順次成長させる。その後Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎ層からなるキャリアオーバーフロー抑制層（ＯＦＳ層）２６を成長させ、更に、ｐ型ガイド層２７を成長させた後、ｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる電流狭搾層２８を成長させる。
【００７０】
次にｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流狭搾層２８の、基板主面とは異なる（１１−２２）面上の一部を、ストライプ状にエッチングで除去して開口部２８ａを形成する。開口部２８ａの水平方向の幅は、約２．０μｍである。なお開口部２８ａの幅は（１１−２２）面の領域内であれば、２．０μｍより大きくても小さくてもかまわない。エッチング方法としては、ＲＩＥ、ＥＣＲなどのドライエッチング方法、またはＫＯＨ水溶液によるウェットエッチング法のいずれの方法を採用してもよい。
【００７１】
その後電流狭搾層２８とその開口部２８ａを覆うように、ｐ−ＧａＮガイド層２９を膜厚０．１μｍに形成する。ｐ−ＧａＮガイド層２９上には、ｐ−Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層３０を膜厚０．５μｍに形成し、ｐ−ＧａＮからなるコンタクト層３１及びＰ＋型コンタクト層３２をそれぞれ５０ｎｍづつ形成する。なお、再成長時の下地層となるｐ型ガイド層２７、及び再成長時に形成されるｐ−ＧａＮガイド層２９には、３×１０19ｃｍ-3のＭｇがドーピングされている。
【００７２】
ｐ＋型コンタクト層３２上には、厚さ４０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ）と厚さが３５ｎｍの白金（Ｐｔ）からなる金属積層膜を、開口部２８ａの上部にストライプ方向に形成し、更にその上に幅１５０μｍの配線電極を選択的に形成する。配線電極は、それぞれの厚さが５０ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）からなる積層ｐ電極３３として作製する。その後ＧａＮ底部基板１３の裏面側に、ｎ型電極３４を形成する。
【００７３】
その後ウエハ状態の基板を、ｍ軸方向の長さが４００μｍになるように、ｍ面方向に沿って１次劈開を行う。その後１次劈開された基板１をａ軸方向の長さが２００μｍとなるようにＡ面方向に沿って２次劈開してチップに分離することで、レーザ構造を作製することができる。
【００７４】
なお、下地層付き基板１の作製方法は、底部基板１３の主面上に基板主面とは異なる面方位を光導波路方向に有する構造を形成できれば、どのような方法であっても良い。また、１チップの中に基板主面とは異なる面を２個以上作製し、その上部にそれぞれレーザ構造を作製してもよい。それにより、小型化を実現し且つ高出力の為のアレイ化を実現することで、大出力且つ低コスト化が更に容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の半導体レーザは、分極に起因する光学利得の低下が抑制され、しかも量産化が容易な基板を使用できるので、発光デバイスの光源として有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１、２１  下地層付き基板
２、２２  ｎ型クラッド層
３、２３  ｎ型光ガイド層
４、２４  活性層
５、２５  ｐ型光ガイド層
６、２６  オーバーフロー抑制層
７  ｐ型クラッド層
８  絶縁膜
９、３１  ｐ型コンタクト層
１０、３２  ｐ＋型コンタクト層
１１、３３  ｐ電極
１２、３４  ｎ電極
１３  基板
１３ａ  基板凹部
１３ｂ  基板凸部
１４  選択成長用マスク
１５  非晶質層
１６  下地層
２７  ｐガイド層
２８  電流狭搾層
２８ａ  開口部
２８ｂ  第１電流狭搾層
２８ｃ  第２電流狭搾層
２９  ｐ−ＧａＮガイド層
３０  ｐ型クラッド層
４１  ｍ面ＧａＮ基板
４２  ｎ−ＧａＮ層
４３  ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
４４  ｎ−ＧａＮガイド層
４５  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重歪量子井戸活性層
４６  ｐ−ＡｌＧａＮオーバーフロー抑制層
４７  ｐ−ＧａＮガイド層
４８  ｐ−ＡｌＧＡＮクラッド層
４９  ｐ−ＧａＮコンタクト層
５０  ｐ側電極
５１  ＺｒＯ2
５２  ｎ側電極
６０  ｎ型ＧａＡｓ基板
６１  ｎ型バッファ層
６２、６３  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６４  ＭＱＷ活性層
６５、６７、６８  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
６６  ＡｌＧａＩｎＰクラッド層兼ブロック層
６９  ｐ型ＧａＩｎＰ中間層
７０  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
【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５】
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【図６】
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