(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上の全面に固相拡散源であるＺｎＯ膜８を形成した後、ＺｎＯ膜８上の所定領域に拡散抑制膜であるＳｉＯ２膜２０を形成する。そして、酸素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、ＺｎＯ膜８から活性層４を含む領域に不純物原子を選択的に拡散させることにより、結晶性を保ったまま活性層４のバンドギャップを選択的に拡大し、共振器端面部に光学的非吸収窓領域１４を形成する。【選択図】図３
2011151303.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に固相拡散源を形成する拡散源形成工程と、
前記固相拡散源上の所定領域に選択的に拡散抑制膜を形成する拡散抑制膜形成工程と、
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選択的に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】
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、
前記ガイド層上に固相拡散源を形成する拡散源形成工程と、
前記固相拡散源上の所定領域に選択的に拡散抑制膜を形成する拡散抑制膜形成工程と、
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選択的に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３】
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または請求項２に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記固相拡散源は、ＺｎＯからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３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５】
前記拡散抑制膜は、ＳｉＯ２からなる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。
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
また、窓構造は半導体レーザに対して選択的に形成されるものであり、その選択的形成方法としては、ドーパントの非拡散領域に拡散抑制のためのマスク材を形成して熱処理する方法が一般的である。しかし、エピタキシャル成長した膜表面に直接マスク材を形成し熱処理を実施すると、このエピタキシャル膜とマスク材との間でストレスが発生し、欠陥形成による結晶性劣化やマスク材構成元素の拡散によるｐ側電極のコンタクト抵抗を増大させる等の悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００９】
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】
【００１０】
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に固相拡散源を形成する拡散源形成工程と、前記固相拡散源上の所定領域に選択的に拡散抑制膜を形成する拡散抑制膜形成工程と、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選択的に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ものである。
【発明の効果】
【００１１】
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。さらに、マスクの転写工程を増加させることなく、しかも、エピタキシャル膜表面をレジスト等の有機材料に曝すことなくドーパントを選択的に拡散させるための領域を形成することが可能となり、プロセスによる表面汚染により特性を劣化させることなく、窓構造の形成が可能となる。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】
【００１２】
【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１における窒化物半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】本発明の実施の形態２における窒化物半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
（拡散源形成工程、拡散抑制膜形成工程）
次に、図３に示すように、固相拡散源であるＺｎＯ膜８をｐ型ＧａＮコンタクト層７上の全面に形成する。その後、選択的にＺｎ、Ｏを拡散させるために拡散抑制膜であるＳｉＯ２膜２０を、固相拡散源８上であって、後に共振器端面となる部分の近傍以外の領域（以後「不純物非拡散領域」という）上に選択的に形成する。不純物非拡散領域上に選択的にＳｉＯ２膜２０を形成する方法として、予め写真製版を用いて、後に共振器端面となる部分の近傍領域（図１の不純物拡散領域９に対応）上にレジストマスクを形成し、リフトオフ法により、不純物拡散領域に形成したＳｉＯ２膜を除去する。
【００２２】
このように、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上の全面に形成したＺｎＯ膜８上に、選択的にＳｉＯ２膜２０を形成することで、ＳｉＯ２膜と接触している領域ではＺｎＯ膜からＧａＮ中へのＺｎ、Ｏの拡散を抑制できる。
【００２３】
さらに、予めｐ型ＧａＮコンタクト層７上の全面に固相拡散源８あるＺｎＯ膜８を蒸着法やスパッタ法により成膜してから、レジストマスクを用いたリフトオフ法で、不純物非拡散領域上のＺｎＯ膜８上にＳｉＯ２膜２０を形成するので、高温の熱処理前にｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面がレジスト等の有機材料に曝されることがなく、有機材料等の残渣による表面汚染が抑制される。
【００２４】
なお、ＺｎＯ膜８の膜厚は、５０〜２００ｎｍあればよい。また、拡散抑制膜であるＳｉＯ２膜２０の膜厚は５０〜２００ｎｍあればよく、蒸着法やスパッタ法により形成することができる。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。
【００２５】
（窓領域形成工程）
次に、上記拡散源形成工程で固相拡散源８とＳｉＯ２膜２０を形成した基板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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、図４（ｂ）および図４（ｃ）は、酸素を含む雰囲気において８５０℃で熱処理を行ったときの、ＺｎＯ膜からＧａＮへのＺｎ原子、Ｏ原子それぞれの拡散プロファイルをＳｉＯ２膜有り無しの場合を比較して示す図である。いずれの原子もＳｉＯ２膜を形成しないことで、ＧａＮ中の拡散が促進され、ＳｉＯ２膜の有無によってＺｎ、Ｏ原子を選択的にＧａＮ中へ拡散できることがわかる。
【００３０】
図４（ｄ）は、ＺｎＯ膜上のＳｉＯ２膜形成有無によるＧａ元素の酸素を含む雰囲気を用いた８５０℃の熱処理での拡散プロファイルである。ＺｎＯ膜上にＳｉＯ２膜を形成しないことで、ＧａＮエピタキシャル層であるｐ型ＧａＮコンタクト層７表面からＺｎＯ膜中へのＧａの吸出しが促進されていることがわかる。
【００３１】
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相拡散源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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上の全面に形成したＺｎＯ膜８上に、選択的にＳｉＯ２膜２０を形成することで、転写工程を増加させることなく、且つ、エピタキシャル層であるｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面をレジスト等の有機材料に曝すことなく、ドーパントをＧａＮ中に選択的に拡散させるための領域を形成することが可能となり、プロセスによる表面汚染により特性を劣化させることなく、窓構造の形成が可能となった。
【００３９】
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。
【００４０】
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い。この場合のプロセス完了後の半導体レーザの端面側断面図を図１１に示す。
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。
【００４１】
なお、本実施の形態では、固相拡散源としてＺｎＯを用いたが、ＭｇＯ等の酸化膜を用いても同様の効果が得られる。また、固相拡散源上に形成する拡散抑制膜としてＳｉＯ２を用いたがＳｉＯ２からＳｉＮの間の組成をもつ材料を用いても同様の効果を得ることでき、かつ拡散抑制膜の組成を変化させることで膜ストレスが変化し、元素の拡散深さをコントロールすることが可能となる。
【００４２】
実施の形態２．
図１２〜図１４は、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。また、図１５は実施の形態２における窒化物半導体装置の構成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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（拡散源形成工程、拡散抑制膜形成工程）
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、まず、アンドープＡｌＧａＮガイド層５上の全面に固相拡散源となるＺｎＯ膜８を形成する。そして、ＺｎＯ膜８から選択的にＺｎ、Ｏを拡散させるために、ＳｉＯ２膜２０を共振器端面となる予定以外の部分、すなわち不純物非拡散領域上にのみ形成する。ＳｉＯ２膜２０を不純物非拡散領域上にのみ選択的に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９上にレジストマスクを形成し、リフトオフ法により不純物拡散領域９上に形成したＳｉＯ２膜２０を除去する。このとき、予めアンドープＡｌＧａＮガイド層５上全面に固相拡散源であるＺｎＯ膜８を形成してからレジストマスクを用いたリフトオフ法でＳｉＯ２膜２０を不純物非拡散領域上のＺｎＯ膜８上に形成するので、高温の熱処理前にアンドープＡｌＧａＮガイド層５の表面がレジスト等の有機材料に曝されることがなく、有機材料等の残渣による表面汚染が抑制できる。
【００４５】
（窓領域形成工程）
固相拡散源形成工程および拡散抑制膜形成工程の後、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、ＺｎＯ膜８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。
【００４６】
（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。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、ｐ型ＧａＮコンタクト層７上の全面に形成したＺｎＯ膜８上に、選択的にＳｉＯ２膜２０を形成することで、転写工程を増加させることなく、エピタキシャル層であるｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面をレジスト等の有機材料に曝すことなく、ドーパントをＧａＮ中に選択的に拡散させるための領域を形成することが可能となり、プロセスによる表面汚染により特性を劣化させることなく、窓構造の形成が可能となる。
【００５２】
なお、実施の形態１、２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】
【００５３】
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  ＺｎＯ膜（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、  ２０  ＳｉＯ２膜（拡散抑制膜）、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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