(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を、第１導電型のＧａＮ基板の上方に堆積し、
前記第１導電型とは異なる第２導電型のＧａＮからなる第１のガイド層を、前記活性層の上方に堆積し、
ＡｌＮ層を、前記第１のガイド層上に堆積し、
開口部を、前記ＡｌＮ層に形成し、
前記第２導電型のＡｌＧａＮからなる第１のクラッド層を、前記ＡｌＮ層及び前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層上に、前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層上における成長開始時の第１の成長レートが前記ＡｌＮ層上における成長開始時の第２の成長レートよりも大きくなるように形成し、
前記第２導電型のコンタクト層を、前記第１のクラッド層上に形成し、
前記開口部以外の前記ＡｌＮ層は、電流狭窄層として機能する、半導体レーザーの製造方法において、
前記第１の成長レートが、成長開始から一定時間を経過した後に、前記第２の成長レートと等しくなり、かつ前記等しくなった前記第１のクラッド層の成長レートが、０．５ｕｍ／ｈ以下の値で安定化することで、前記第１のクラッド層及び前記コンタクト層は、
前記電流狭窄層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位を有する、前記電流狭窄層の上方の第１の領域と、
当該コンタクト層の上面における幅が前記開口部の幅よりも大きく、前記第１のガイド層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位が前記第１の領域よりも低密度で存在する、前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層の上方の第２の領域と、を備えるように形成されることを特徴とする、
半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記第１のクラッド層の成長温度は、１１００℃以上であることを特徴とする、
請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記第１のクラッド層の成長温度は、１１００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする、
請求項２に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記等しくなった前記第１のクラッド層の前記成長レートは、０．２ｕｍ／ｈ以上０．５ｕｍ／ｈ以下で前記安定化することを特徴とする、
請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記等しくなった前記第１のクラッド層の前記成長レートは、０．２ｕｍ／ｈ以上０．５ｕｍ／ｈ以下で前記安定化し、
前記第１のクラッド層の成長温度は、１１００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記ＡｌＮ層は、低温堆積緩衝層であり、
前記ＡｌＮ層の成長温度は、前記第１のクラッド層の成長温度よりも低いことを特徴とする、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記ＡｌＮ層の成長温度は、４００℃であることを特徴とする、
請求項６に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記コンタクト層は、ＧａＮからなることを特徴とする、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記活性層の堆積に先立って、前記第１導電型の第２のクラッド層を、前記ＧａＮ基板上に堆積し、
前記第１導電型の第２のガイド層を堆積することを特徴とする、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記第２のクラッド層はＡｌＧａＮからなり、
前記第２のガイド層は、ＧａＮからなることを特徴とする、
請求項９に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記第２の領域は、前記コンタクト層の上面へ向かうに従って幅が大きくなるように形成されることを特徴とする、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１２】
前記第２の領域は、前記電流狭窄層上の前記第１の領域に乗り上げて形成されることを特徴とする、
請求項１１に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
活性層を、第１導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板の上に堆積し、
前記第１導電型とは異なる第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるガイド層を、前記活性層の上に堆積し、
前記ガイド層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる電流狭窄層を堆積し、
前記電流狭窄層に前記ガイド層を露出させた開口部を形成し、
前記電流狭窄層の上および前記電流狭窄層の前記開口部を埋設するように、第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるクラッド層を形成し、
前記クラッド層上に、第２導電型のコンタクト層を形成し、
前記クラッド層の形成工程では、前記開口部を介して露出した前記ガイド層上における成長開始時の第１の成長レートが、前記電流狭窄層上における成長開始時の第２の成長レートよりも大きくなるように形成し、
前記電流狭窄層のバンドギャップは、前記クラッド層のバンドギャップよりも大きく、
前記クラッド層は、Ａｌ組成比がｘのＡｌｘＧａ１−ｘＮからなり、
前記電流狭窄層は、前記クラッド層のＡｌ組成比ｘよりも大きいＡｌ組成比ｙのＡｌｙＧａ１−ｙＮからなる、半導体レーザーの製造方法において、
前記第１の成長レートが、成長開始から一定時間を経過した後に、前記第２の成長レートと等しくなり、かつ前記等しくなった前記クラッド層の成長レートが、０．５ｕｍ／ｈ以下の値で安定化することで、前記クラッド層及び前記コンタクト層は、
前記電流狭窄層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位を有する、前記電流狭窄層の上方の第１の領域と、
当該コンタクト層の上面における幅が前記開口部の幅よりも大きく、前記ガイド層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位が前記第１の領域よりも低密度で存在する、前記開口部を介して露出した前記ガイド層の上方の第２の領域と、を備えるように形成されることを特徴とする、
半導体レーザの製造方法。
【請求項１４】
前記ガイド層は、前記クラッド層よりもバンドギャップが狭い半導体層であることを特徴とする、
請求項１３に記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１５】
前記ガイド層はＧａＮからなることを特徴とする、
請求項１３又は１４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の製造方法及び半導体レーザに関し、特に低素子抵抗の半導体レーザの製造方法及び半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ピックアップなどの分野において、半導体レーザが用いられている。特に、高密度記録を実現するため、発光波長が短いＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体レーザが普及している（特許文献１及び２）。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体レーザの例として、特許文献１にかかる半導体レーザ３００について説明する。半導体レーザ３００は、ＡｌＮ層を電流狭窄層として用いたインナーストライプ型の発光素子である。図４は、半導体レーザ３００の構造を示す断面図である。
【０００４】
半導体レーザ３００は、ｎ型ＧａＮ基板３０１上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型ガイド層３０４、３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５、キャップ層３０６及びｐ型ＧａＮガイド層３０７が積層されている。ｎ型クラッド層３０３は、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなる。ｎ型ガイド層３０４は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなる。３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５は、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層とからなる。キャップ層３０６は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる。ｐ型ＧａＮガイド層３０７は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなる。
【０００５】
そして、ｐ型ＧａＮガイド層３０７の上には、電流狭窄層３０８、ｐ型クラッド層３０９及びコンタクト層３１０が積層している。ｐ型クラッド層３０９は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなる。コンタクト層３１０は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなる。この積層構造の上部及び下部に、それぞれｐ型電極３１１及びｎ型電極３１２が設けられている。
【０００６】
続いて、半導体レーザ３００の積層構造の製造方法について説明する。まず、ｎ型ＧａＮ基板３０１を成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながら基板を昇温し、成長温度まで達した時点で第１の結晶成長を開始する。第１の結晶成長では、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型ガイド層３０４、３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層３０５、キャップ層３０６、ｐ型ＧａＮガイド層３０７を順次堆積する。その後、基板温度を所定の温度まで降温し、低温ＡｌＮ層を堆積する。第１の結晶成長の終了後、フォトリソグラフィ及びエッチングにより低温ＡｌＮ層に開口部３０８ａを形成し、電流狭窄層３０８を形成する。
【０００７】
その後、第２の結晶成長を行う。第２の結晶成長では、ＮＨ３供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて成長温度である１１００℃まで昇温し、ｐ型クラッド層３０９を堆積する。そして、基板温度を１０８０℃に下げて、コンタクト層３１０を堆積する。
【０００８】
電流狭窄層３０８を構成する低温ＡｌＮ層は、第１の結晶成長により、低温でアモルファス状に形成される。従って、ウェットエッチングにより、容易に低温ＡｌＮ層に開口部３０８ａを形成し、電流狭窄層３０８を得ることができる。電流狭窄層３０８は、第２の結晶成長において高温で加熱され、電流狭窄層３０８よりも下方のＧａＮ層の結晶方位を引き継いで固層成長し、結晶化する。
【０００９】
第２の結晶成長では、結晶化した電流狭窄層３０８の表面からも結晶成長が進むため、平坦な埋め込み形状が得られる。結晶化した電流狭窄層３０８上にＧａＮ又は低Ａｌ組成のＡｌＧａＮを形成する場合、格子定数の違いのため、５×１０１０〜１×１０１２ｃｍ−２の高密度の転位が発生する。この高密度の転位が、電流狭窄層３０８での格子歪みを緩和することで、クラックやピットが無い平坦な表面が得られる。
【００１０】
半導体レーザ３００のようなインナーストライプ型の半導体レーザでは、電流狭窄層３０８の開口部３０８ａの幅に比べて、ｐ型電極３１１のコンタクト幅を大きくすることができる。
よって、横モードの制御のために幅１〜２ｕｍ程度の狭い開口部３０８ａを設けた半導体レーザにおいても、低いコンタクト抵抗が得られ、素子抵抗の低い半導体レーザが実現できる。
【００１１】
また、特許文献２には、劈開異常による活性層へ及ぶことを防止することにより、レーザ特性低下を防止するＩＩＩ族窒化物半導体光素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−７８２１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、発明者が半導体レーザ３００について検討を行ったところ、以下に示す問題点を見出した。具体的には、発明者は、インナーストライプ型の半導体レーザ３００では、狭い開口部３０８ａの幅よりもｐ型電極３１１のコンタクト幅を大きくできるが、実効的には狭い領域しかコンタクトとして機能していないことを見出した。
【００１４】
半導体レーザ３００において、電流狭窄層３０８上に結晶成長されたｐ型クラッド層３０９には、高い密度で転位が存在する。図５は、図４の点線枠３２０の内部を拡大した断面図である。図５に示すように、転位３１３が、電流狭窄層３０８の上部から上方に向けて、ｐ型クラッド層３０９の中を伝播している。一方で、開口部３０８ａ直上の領域は、基板の転位密度を引き継いでいるため、電流狭窄層３０８直上の領域に比べて転位密度が低い。その結果、電流狭窄層３０８直上領域のｐ型クラッド層３０９は、開口部３０８ａ直上領域のｐ型クラッド層３０９と比べて、高抵抗となっている。
【００１５】
そのため、低転位密度領域である開口部３０８ａ直上領域のｐ型クラッド層３０９が、主な電流経路として機能する。よって、ｐ型電極３１１を開口部３０８ａの幅より広く形成しても、実際にコンタクトとして機能する領域は開口部３０８ａと同程度の領域のみである。その結果、インナーストライプ構造を採用しても、コンタクト抵抗の低減効果は充分ではない。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様である半導体レーザの製造方法は、活性層を、第１導電型のＧａＮ基板の上方に堆積し、前記第１導電型とは異なる第２導電型のＧａＮからなる第１のガイド層を、前記活性層の上方に堆積し、ＡｌＮ層を、前記第１のガイド層上に堆積し、開口部を、前記ＡｌＮ層に形成し、前記第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１のクラッド層を、前記ＡｌＮ層及び前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層上に、前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層上における成長開始時の第１の成長レートが前記ＡｌＮ層上における成長開始時の第２の成長レートよりも大きくなるように形成し、前記第２導電型のコンタクト層を、前記第１のクラッド層上に形成するものである。本半導体レーザの製造方法は、開口部上方の第１のクラッド層及びコンタクト層に低転位密度領域を形成し、低転位密度領域のコンタクト層上面における幅を、開口部における幅よりも大きくすることができる。これにより、半導体レーザのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１７】
本発明の一態様である半導体レーザは、第１導電型のＧａＮ基板の上方に堆積された活性層と、前記活性層の上方に堆積され、前記第１導電型とは異なる第２導電型のＧａＮからなる第１のガイド層と、前記第１のガイド層上に堆積され、開口部を有する電流狭窄層と、前記電流狭窄層及び前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層上に堆積された前記第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１のクラッド層と、前記第２導電型のコンタクト層と、を備え、前記第１のクラッド層及び前記コンタクト層は、前記電流狭窄層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位を有する、前記電流狭窄層の上方の第１の領域と、当該コンタクト層の上面における幅が前記開口部の幅よりも大きく、前記第１のガイド層から当該コンタクト層の上面へ向かう貫通転位が前記第１の領域よりも低密度で存在する、前記開口部を介して露出した前記第１のガイド層の上方の第２の領域と、を備えるものである。本半導体レーザは、開口部上方の第１のクラッド層及びコンタクト層に低転位密度領域のコンタクト層上面における幅が、開口部における幅よりも大きい。これにより、半導体レーザのコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１８】
本発明の一態様である半導体レーザの製造方法は、活性層を、第１導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる基板の上に堆積し、前記第１導電型とは異なる第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなるガイド層を、前記活性層の上に堆積し、前記ガイド層の上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる電流狭窄層を堆積し、前記電流狭窄層に前記ガイド層を露出させた開口部を形成し、前記電流狭窄層の上および前記電流狭窄層の前記開口部を埋設するように、第２導電型のＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１のクラッド層を形成し、前記第１のクラッド層上に、第２導電型のコンタクト層を形成し、前記クラッド層の形成工程では、前記開口部を介して露出した前記ガイド層上における成長開始時の第１の成長レートが、前記電流狭窄層上における成長開始時の第２の成長レートよりも大きくなるように形成し、前記電流狭窄層のバンドギャップは、前記クラッド層のバンドギャップよりも大きいものである。本半導体レーザの製造方法は、開口部上方のクラッド層及びコンタクト層に低転位密度領域を形成し、低転位密度領域のコンタクト層上面における幅を、開口部における幅よりも大きくすることができる。これにより、半導体レーザのコンタクト抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、素子抵抗が低い半導体レーザの製造方法及び半導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の点線枠１２０の内部を拡大した断面図である。
【図３Ａ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｂ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｃ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｄ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｅ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｆ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図３Ｇ】実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】半導体レーザ３００の構造を示す断面図である。
【図５】図４の点線枠３２０の内部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。
【００２２】
実施の形態１
本発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ１００について説明する。図１は実施の形態１にかかる半導体レーザ１００の構造を模式的に示す断面図である。半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮガイド層１０５、開口部１０６ａが設けられた電流狭窄層１０６、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型コンタクト層１０８が順に積層されている。ｐ型コンタクト層１０８上にはｐ型電極１０９が形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面にはｎ型電極１１０が形成されている。
【００２３】
ここで、ｎ型ＧａＮ基板１０１及びその上に積層される各層の具体例を示す。ｎ型ＧａＮ基板１０１は、例えば、厚さ３００μｍ、基板転位密度５×１０６ｃｍ−１のフリースタンディングＧａＮ基板である。ｎ型クラッド層１０２は、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなり、Ｓｉ濃度は４×１０１７ｃｍ−３、厚さは２μｍである。ｎ型ＧａＮガイド層１０３は、Ｓｉドープｎ型ＧａＮからなり、Ｓｉ濃度は４×１０１７ｃｍ−３、厚さは０．１μｍである。活性層１０４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）層からなる。本実施の形態では、活性層１０４として、３周期多重量子井戸層を用いている。活性層１０４は、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる厚さ３ｎｍの井戸層とＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる厚さ４ｎｍのバリア層とにより構成される。ｐ型ＧａＮガイド層１０５は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度は２×１０１９ｃｍ−３、厚さは０．１μｍである。ｐ型クラッド層１０７は、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなり、Ｍｇ濃度は１×１０１９ｃｍ−３、厚さは０．５μｍである。ｐ型コンタクト層１０８は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなり、Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３、厚さは０．０２μｍである。
【００２４】
図２は、図１の点線枠１２０の内部を拡大した断面図である。図２に示すように、電流狭窄層１０６の上部から、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８を通って、ｐ型電極１０９に達する転位１１１が発生している。この転位１１１の密度は、ｎ型ＧａＮ基板１０１及びｎ型ＧａＮ基板１０１の結晶情報を引き継いで形成された結晶成長層の転位密度に比べて、１００倍以上の高密度である。なお、図１におけるｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３及び、活性層１０４及びｐ型ＧａＮガイド層１０５が、ｎ型ＧａＮ基板１０１の結晶情報を引き継いで形成された結晶成長層に相当する。
【００２５】
ここで、開口部１０６ａの直上領域を中心とするｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８を、低転位密度領域１２１と称する。電流狭窄層１０６の直上領域を中心とするｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８を、高転位密度領域１２２と称する。
【００２６】
転位１１１は、ｐ型クラッド層１０７において折れ曲がっている。そのため、ｐ型コンタクト層１０８における低転位密度領域１２１の幅Ｗｃは、開口部１０６ａにおける低転位密度領域１２１の幅Ｗｓよりも広くなっている。すなわち、低転位密度領域１２１は、開口部１０６ａ近傍において、高転位密度領域１２２の上方に乗り上がって存在している。
【００２７】
続いて、半導体レーザ１００の製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｇは、半導体レーザ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。まず、ｎ型ＧａＮ基板１０１を用意する。その後、例えば圧力３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、半導体層を積層する。この際、キャリアガスには、水素と窒素の混合ガスを用いる。また、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎソースとして、それぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。ｎ型ドーパントにはシラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントにはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００２８】
ｎ型ＧａＮ基板１０１を減圧ＭＯＶＰＥ装置に投入後、ＮＨ３を供給しながらｎ型ＧａＮ基板１０１を昇温し、成長温度まで達した時点で結晶成長を開始する。これにより、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３、活性層１０４及びｐ型ＧａＮガイド層１０５を順に堆積する（図３Ａ）。
【００２９】
この場合の結晶成長の条件例を示す。ＧａＮ成長の条件は、基板温度は１０８０℃、ＴＭＧ供給量は５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量は０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。ＡｌＧａＮ成長の条件は、基板温度は１０８０℃、ＴＭＡ供給量は３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量は５８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量は０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。活性層成長の条件は、基板温度は８００℃、ＴＭＧ供給量は８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量は０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。また、ＴＭＩｎ供給量は、井戸層成長時で４８μｍｏｌ／ｍｉｎ、バリア層成長時で３μｍｏｌ／ｍｉｎである。
【００３０】
その後、電流狭窄層１０６を形成するため、低温ＡｌＮ層１１２を堆積する。低温ＡｌＮ層１１２の成長条件は、基板温度が４００℃、ＴＭＡの供給量は３６μｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＮＨ３の供給量は０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。堆積膜厚は０．１μｍである。ｐ型ＧａＮガイド層１０５の成長後、基板温度を１０８０℃から４００℃まで降下させて成長を開始し、低温ＡｌＮ層１１２を堆積する（図３Ｂ）。
【００３１】
次いで、低温ＡｌＮ層１１２に開口部１０６ａを形成する。具体的には、低温ＡｌＮ層１１２上に厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）膜１１３を堆積する。そして、低温ＡｌＮ層１１２にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにより幅２μｍの帯状パターンをレジスト１１４に形成する。なお、この帯状パターンの長手方向は、図３Ｃの紙面に対して垂直方向である。次いで、レジスト１１４をマスクとして、例えばバッファードフッ酸により、ＳｉＯ２膜１１３をエッチングする。これにより、ＳｉＯ２膜１１３に帯状の開口部１０６ｂが形成される（図３Ｃ）。
【００３２】
そして、レジスト１１４を除去した後、ＳｉＯ２膜１１３をマスクとしてウェットエッチングを行い、低温ＡｌＮ層１１２をエッチングする。エッチング液には、例えばリン酸と硫酸とを体積比にして１：１の割合で混合した溶液を用いる。８０℃の温度に保持されたエッチング液により１０間浸漬されることで、ＳｉＯ２膜１１３でマスクされていない領域の低温ＡｌＮ層１１２が除去される。その後、バッファードフッ酸によりマスクとして用いたＳｉＯ２膜１１３を除去し、開口部１０６ａが形成される。なお、エッチングにより残存した低温ＡｌＮ層１１２が、電流狭窄層１０６となる（図３Ｄ）。
【００３３】
次いで、例えばＭＯＶＰＥ装置を用いて、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８を堆積する。具体的には、ＮＨ３の供給量０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎにて、温度を１１００℃まで上昇させ、ｐ型クラッド層１０７を堆積する。この際、ｐ型クラッド層１０７の成長条件は、基板温度が１１００℃、ＴＭＡ供給量が６．３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧ供給量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量が０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。この場合、開口部１０６ａのような電流狭窄層１０６が存在しない領域では、成長レートは０．４ｕｍ／ｈとなる。そして、温度を１０８０℃まで降下させて、ｐ型コンタクト層１０８を堆積する。この際、ｐ型コンタクト層１０８の成長条件は、基板温度が１０８０℃、ＴＭＧ供給量が１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ３供給量が０．３６ｍｏｌ／ｍｉｎである。
【００３４】
このようにしてｐ型クラッド層１０７を形成すると、電流狭窄層１０６から上方に延びる転位１１１は屈曲し、高転位密度領域１２２に集中する。以下では、低転位密度領域１２１及び高転位密度領域１２２が形成される理由について述べる。
【００３５】
低温ＡｌＮ層からなる電流狭窄層１０６上の結晶成長は、いわゆる低温堆積緩衝層を用いた成長と同様である。この場合、まず電流狭窄層１０６の表面に六角錐状の微小な結晶成長核が形成され、この成長核同士が横方向成長によって合体することで平坦化し、平坦化後はステップフロー成長が行われる。一方、開口部１０６ａにより露出したｐ型ＧａＮガイド層１０５上では、成長開始直後からステップフロー成長が行われる。
【００３６】
この際、電流狭窄層１０６表面に結晶成長核が形成されるまでは、電流狭窄層１０６の表面では原料が消費されない。そのため、開口部１０６ａへの実効的な原料供給量が増加し、開口部１０６ａ上のｐ型クラッド層１０７の成長レートが高くなる。また、電流狭窄層１０６の表面において、結晶成長核が形成されてから平坦化されるまでは、横方向への成長にも原料が使用される。そのため、電流狭窄層１０６の表面における縦方向の成長レートは、ステップフロー成長に比べて低くなる。このため、成長初期においては、開口部１０６ａの上方領域のｐ型クラッド層１０７ａの成長レートは、電流狭窄層１０６の上方領域のｐ型クラッド層１０７ｂの成長レートよりも高くなる（図３Ｅ）。その後、成長開始から一定時間が経過すると、ｐ型クラッド層１０７ａ及び１０７ｂの成長レートは等しい値で安定化する。
【００３７】
開口部１０６ａ及び電流狭窄層１０６上での成長初期の成長レートの差は、横方向成長が起きやすい高い成長温度や、原料供給量の少ない低い成長レートの条件下で、より顕著になる。特に、ｐ型クラッド層１０７の成長温度が１１００℃以上、又は、安定化後のｐ型クラッド層１０７の成長レートが０．５ｕｍ／ｈ以下の場合、成長初期の成長レート差は非常に大きい。よって、電流狭窄層１０６上で成長核が形成されてステップフロー成長が開始されるまでに、開口部１０６ａの上方領域のｐ型クラッド層１０７ａが、電流狭窄層１０６の上方領域のｐ型クラッド層１０７ｂに対して、盛上るように形成される（図３Ｆ）。
【００３８】
そのまま成長を続けると、開口部１０６ａの上方領域のｐ型クラッド層１０７ａは横方向へ成長を続ける。そのため、開口部１０６ａ近傍の電流狭窄層１０６上から発生した転位は、開口部１０６ａから遠ざかる方向に屈曲する。その後、ｐ型コンタクト層１０８を形成する（図３Ｇ）。その結果、図２に示すように、ｐ型コンタクト層１０８における低転位密度領域１２１の幅Ｗｃは、開口部１０６ａにおける低転位密度領域１２１の幅Ｗｓよりも広くなる。
【００３９】
本実施の形態では、安定化後のｐ型クラッド層１０７の成長レートが低いほど、又はｐ型クラッド層１０７の成長温度が高いほど、ｐ型コンタクト層１０８における低転位密度領域１２１の幅Ｗｃは大きくなる。しかしながら、製造時間を考慮すると、成長レートは０．２〜０．５ｕｍ／ｈが好ましい。また、ＭＯＶＰＥ装置のヒータ寿命を考慮すると、成長温度は１１００〜１２００℃が好ましい。
【００４０】
その後、既知の技術を用いて、ｐ型電極１０９及びｎ型電極１１０を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面に、厚さ５ｎｍのＴｉを真空蒸着し、その後厚さ２０ｎｍのＡｌを真空蒸着する。また、ｐ型コンタクト層１０８上に、厚さ１０ｎｍのＮｉを真空蒸着し、その後厚さ１０ｎｍのＡｕを真空蒸着する。上述の真空蒸着後のウエハをＲＴＡ装置に投入して、６００℃／３０秒間のアロイを行い、オーミックコンタクトを形成する。その後、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面側のＴｉ／Ａｌ層及びｎ型ＧａＮ基板１０１の表面側のＮｉ／Ａｕ層上に、厚さ５００ｎｍのＡｕを真空蒸着する。これにより、ｐ型電極１０９及びｐ型電極１１０が形成される。ｐ型電極１０９及びｐ型電極１１０の形成後、例えばストライプに垂直な方向（紙面垂直方向）の素子長が５００μｍとなるように、ウエハを劈開し、半導体レーザ１００を得ることができる。
【００４１】
上述の製造方法により作製した半導体レーザ１００の開口部１０６ａ近傍から厚さ５０ｎｍの試料を採取し、その試料を透過電子顕微鏡観察した。その結果、電流狭窄層１０６には１×１０１０〜１×１０１２ｃｍ−２の高密度の転位が存在し、電流狭窄層１０６上のｐ型クラッド層１０７にも同程度の密度で電流狭窄層１０６上部から伝播する転位１１１が存在していた。また、開口部１０６ａ付近の電流狭窄層１０６上部から発生した転位１１１は、ｐ型クラッド層１０７中を伝播中に開口部１０６ａから遠ざかる方向に向かって屈曲していた。これにより、高転位密度領域１２２が形成されていた。
【００４２】
一方、開口部１０６ａ上のｐ型クラッド層１０７、すなわち低転位密度領域１２１には、再成長界面であるｐ型ＧａＮガイド層１０５の表面から導入される転位は存在しないことが判明した。
【００４３】
また、本実施の形態では、ｎ型ＧａＮ基板１０１として低転位密度（５×１０６ｃｍ−１）のフリースタンディングＧａＮ基板を用いている。よって、低転位密度領域１２１にはｎ型ＧａＮ基板１０１から伝播する貫通転位が確率的に存在し得るが、本観察によっては観察されなかった。
【００４４】
従って、上述の半導体レーザの製造方法によれば、電流狭窄層の開口部幅よりも広い実効コンタクト幅を有する半導体レーザを得ることができる。これにより、より低い素子抵抗を有する半導体レーザを提供することが可能となる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態１にかかる半導体レーザ１００は、半導体レーザ３００と同様に、活性層１０４とｐ型ＧａＮガイド層１０５との間にキャップ層を有していてもよい。
【００４６】
半導体レーザ１００における半導体層、すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０１、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮガイド層１０５、電流狭窄層１０６、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８の元素組成比及び厚さは、例示に過ぎない。よって、半導体レーザ１００が半導体レーザとして機能して本発明の作用効果を奏する限りは、元素組成比を適宜変更することが可能である。
【００４７】
例えば、電流狭窄層１０６は、Ｐ型クラッド層１０７よりもバンドギャップが大きい層としてＡｌＮの場合を例示したが、Ｐ型クラッド層１０７よりもＡｌ組成比ｘの高いＡｌｘＧａ１−ｘＮとしてもよい。電流狭窄層１０６がＰ型クラッド層１０７よりもＡｌ組成比の高いＡｌｘＧａ１−ｘＮであれば、電流狭窄層１０６のバンドギャップはＰ型クラッド層１０７よりも高くできる。なお、Ａｌ組成比が異なるＡｌｘＧａ１−ｘＮでは格子定数が異なるため、電流狭窄層１０６がＡｌＮの場合と同様に転位密度の高い領域ができるという課題が発生する。しかし、この課題は、本発明の手法により、電流狭窄層１０６がＡｌＮの場合と同様に解決できる。
【００４８】
また、ｎ型ＧａＮガイド層１０３は、Ｐ型クラッド層１０７よりもバンドギャップが狭ければよく、例えば、ｎ型ＧａＮガイド層１０３の代わりに、Ｐ型クラッド層１０７よりもＡｌ組成比が小さいＡｌｘＧａ１−ｘＮとしてもよい。
【００４９】
ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３、ｐ型ＧａＮガイド層１０５、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８のドーパントの種類及び濃度は例示に過ぎない。よって、半導体レーザ１００が半導体レーザとして機能し本発明の作用効果を奏する限りは、ドーパントの種類及び濃度を適宜変更することが可能である。
【００５０】
活性層の構造は３周期多重量子井戸構造に限られず、２又は３以上の多重量子井戸構造や単一量子井戸構造とすることが可能である。
【００５１】
また、ｎ型ＧａＮ基板１０１、ｎ型クラッド層１０２、ｎ型ＧａＮガイド層１０３、ｐ型ＧａＮガイド層１０５、電流狭窄層１０６、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０８の導電型は、例示に過ぎない。従って、適宜導電型を入れ換える、すなわちｐ型とｎ型とを入れ換えることが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１００、３００  半導体レーザ
１０１、３０１  ｎ型ＧａＮ基板
１０２、３０３  ｎ型クラッド層
１０３  ｎ型ＧａＮガイド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型ＧａＮガイド層
１０６、３０８  電流狭窄層
１０６ａ、１０６ｂ  開口部
１０７、３０９  ｐ型クラッド層
１０８  ｐ型コンタクト層
１０９、３１１  ｐ型電極
１１０、３１２  ｎ型電極
１１１、３１３  転位
１１２  低温ＡｌＮ層
１１３  ＳｉＯ２（酸化シリコン）膜
１１４  レジスト
１２１  低転位密度領域
１２２  高転位密度領域
３０２  Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
３０４  ｎ型ガイド層
３０５  ３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）層
３０６  キャップ層
３０７  ｐ型ＧａＮガイド層
３１０  コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５】
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