(57)【要約】    【課題】  ストライプ状の開口部を備えた電流狭窄層を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、安定した素子特性を得ることができる素子構造を提供すること。    【解決手段】  窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層１０のｐ側又はｎ側に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子において、ストライプ状の開口部３２を、電流狭窄層３０のうち下地層に接触する部分が１０Å以上残るように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層から成る積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層が形成された窒化物半導体レーザ素子であって、
前記ストライプ状の開口部内に、前記電流狭窄層のうち下地層に接触する部分が残存した残膜部を有し、該残膜部を通じて前記活性層への電流注入が可能であることを特徴とする窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記残膜部の膜厚が、１０Å以上１００Å未満であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記電流狭窄層の総膜厚が、１００Å以上８００Å以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記電流狭窄層が、前記活性層のｐ側に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記窒化物半導体レーザが、前記活性層の少なくとも片側に光ガイド層を備え、前記電流狭窄層が前記光ガイド層中に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記光ガイド層が、実質的にＡｌを含まない窒化ガリウム系化合物半導体から成ることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記電流狭窄層の開口部上方における転位密度が、その周囲の転位密度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
前記電流狭窄層の開口部を埋める層が、実質的にＡｌを含まない窒化ガリウム系化合物半導体から成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記電流狭窄層のうち前記残膜部を除く部分が、前記積層体の側面及び／又は端面から離間するよう形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記ｐ側半導体層の最表面の少なくとも一部が接するようにｐ側オーミック電極が形成され、該ｐ側オーミック電極の幅が、前記開口部の幅以上であり、かつ、前記電流狭窄層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記ｐ側オーミック電極は、レーザ光の導波方向と略平行な方向の長さが、前記電流狭窄層よりも短いことを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層から成る積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層が形成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
活性層のｐ側又はｎ側に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成る電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部を、該電流狭窄層のうち下地層に接する部分が残るように除去することにより、ストライプ状の開口部を形成する工程と、
前記電流狭窄層の表面をエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
前記開口部の形成を、アルカリ溶液を用いたウエットエッチングによって行うことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体レーザの製造方法。
【請求項１４】
前記電流狭窄層の表面エッチングを、還元性ガスを用いたガスエッチングによって行うことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の窒化物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、活性層が窒化ガリウム系化合物半導体から成る窒化物半導体レーザに関し、詳細には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ＜１）から成る電流狭窄層を備えた窒化物半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、紫外領域から赤色領域に至るまで幅広い波長領域で発振が可能であり、光ディスクシステムの光源、レーザプリンタ、光ネットワーク等の光源として期待されている。従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、水平横モードを制御するためのストライプ構造として、活性層上のクラッド層等にストライプ状のリッジを形成するリッジ導波路構造を取るのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、リッジ導波路型は、リッジ部分の機械的強度が弱いため、特にフェースダウン実装を行った場合に不良が発生し易い。また、リッジ部の寸法によってしきい値電流やビーム形状等が変動するため、特性の安定したレーザを製造することが難しい。そこで、リッジ導波路型に換えて、電流通路となるストライプ状の開口部を設けた絶縁層（＝電流狭窄層）を活性層の上方に形成することにより、水平横モード制御を行うことが検討されている。
【０００４】
例えば、活性層のｐ型光ガイド層内にＡｌＮから成る電流狭窄層を形成した窒化ガリウム系化合物半導体レーザが提案されている。このレーザのストライプ構造は、次のようにして製造される。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内において、ｐ型光ガイド層まで形成した素子の上にＡｌＮから成る電流狭窄層を４００℃〜６００℃で形成し、次に反応炉から取出して、アルカリエッチング溶液を用いたフォトリソグラフィプロセスによってストライプ状の開口部を形成した後、再びＭＯＣＶＤ装置の反応炉に戻して、ｐ型光ガイド層を成長して電流狭窄層の開口部を埋込み、さらにｐ型クラッド層等を順次積層する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１４２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、電流狭窄層にストライプ状の開口部を形成する工程を、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉からウエハを取出して行うことが必要になる。反応炉から取出されたウエハは、空気等の外部雰囲気に露出されるため、半導体層の表面に酸化層等の反応層ができてしまう。このような反応層が残存すると素子性能が低下するため、ウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻して半導体の再成長を行う際に、反応層をエッチング除去する作業（以下、「エッチバック」）が必要となる。このエッチバックは、一般に、反応炉内でウエハを高温に保ち、還元ガスである水素ガスを吹き付けることによって行われる。
【０００７】
ところが、半導体層の表面に形成される反応層の膜厚や質にはウエハ間でのバラツキやウエハ内のチップ間でのバラツキがあるため、反応層のみを安定して除去することが難しい。エッチバックが不十分となって再成長界面に反応層が残ると素子特性が低下する。特に、電流狭窄層の開口部に反応層が残った場合、残った反応層によって電流が不均一に流れるため、発光状態が不均一となる。
【０００８】
一方、エッチバックが過剰になると、反応層だけでなく、その下の半導体層（例えば、特許文献１ではｐ型光ガイド層）にまでエッチングが進行する。特に、半導体層がＡｌを含まないＧａＮやＩｎＧａＮである場合、水素等の還元雰囲気下での分解速度が速いため、一旦エッチバックが過剰になると非常に深くエッチングが進行してしまう。そのような状態で再成長が行われると、下地の半導体層が光ガイド層である場合には導波路コア部が薄くなり、光閉込めを良好に行うことができなくなる。また、オーバーエッチングによって開口部の段差が大きくなるため、再成長した半導体層の組成が不均一となり、素子特性が悪化する。
【０００９】
そこで本発明は、ストライプ状の開口部を備えた電流狭窄層を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、安定した素子特性を得ることができる素子構造とその製造方法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】
【００１０】
本件発明者等は、鋭意検討の結果、ＡｌＮ等、Ａｌ含有率の高い窒化物半導体から成る電流狭窄層は高い絶縁性を有しているが、電流狭窄層を成長する下地層の近傍では電流が流れ易くなっていることを見出した。これは、電流狭窄層が下地層の結晶性を引き継ぐ結果、下地層に近い部分において結晶性が高くなっているためと考えられる。即ち、結晶性の良好な下地層の上に成長した電流狭窄層は、下地層の近傍では結晶性が良好であり低抵抗であるが、下地層から遠ざかるに従って多結晶に近づき高抵抗となる。
【００１１】
本件発明は、このような知見に着想を得て完成されたものであり、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層から成る積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層が形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記ストライプ状の開口部内に、前記電流狭窄層のうち下地層に接触する部分が残存した残膜部を有し、該残膜部を通じて前記活性層への電流注入が可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、本件発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法は、
（ａ）活性層のｐ側又はｎ側に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成る電流狭窄層を形成する工程と、
（ｂ）前記電流狭窄層の一部を、該電流狭窄層のうち下地層に接する部分が残るように除去することにより、ストライプ状の開口部を形成する工程と、
（ｃ）前記電流狭窄層の表面をエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
電流狭窄層のうち下地層に接する部分は結晶性が良好であるため、電流が流れ易い。これは、電流狭窄層の下側に接する下地層は、基板上から連続成長によって徐々に結晶性が向上しているためである。その上にＡｌＮなどの絶縁性の高い電流狭窄層を成長させたとしても、成長初期には結晶性が高くなり、電流が流れ易くなる。また、電流狭窄層の成長初期には、微量の不純物が混入し易く、そのことも電流が流れ易くなる一因となる。一方、電流狭窄層の成長を続けていくと、Ａｌ混晶比の高い窒化物半導体は成長するにつれて結晶性が悪くなる傾向にあるため、成長が進むに従い、抵抗が高くなって絶縁性となる。本件発明は、このような性質を利用したものであり、電流狭窄層のうち成長初期の部分を適切な膜厚だけ残すことにより、活性層への円滑な電流注入を阻害しないようにしたものである。
【００１４】
開口部に残した電流狭窄層の残膜部は、Ａｌ比率が大きく、結晶性が良好であるため、水素等の還元雰囲気下での分解速度が遅い。従って、そのような部分を開口部内に残すことにより、エッチバックによってウエハ表面の反応層を除去する際のエッチングストップ層として機能させることができる。エッチバックによって開口部内にある電流狭窄層の残膜部も多少は分解されるが、分解後に多少の膜厚が残るように残膜部の膜厚が設定されていれば、エッチングストップ層として有効に機能させることができる。電流狭窄層の残膜部がエッチングストップ層として機能すれば、ウエハ表面への反応層の残存や過剰なエッチバックを防止して、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００１５】
また、電流狭窄層の一部が残るようにすることで、開口部の段差を緩和するという効果もある。即ち、本件発明は、従来の電流狭窄層にも内在していた結晶性の良好な部分をエッチングストップ層として利用するものであるから、電流狭窄層の総膜厚は従来と同程度で足りる。従って、電流狭窄層の一部を開口部内に残すことにより、開口部における段差を従来よりも小さくして、その上に成長される層の組成均一性を向上させる他、段差に起因する問題を抑制することができる。
【００１６】
エッチングストップ層として機能させ、開口部の段差を緩和させる観点からは、エッチバック後における残膜部の膜厚が平均して１０Å以上あることが好ましい。一方、電流狭窄層の残膜部が厚すぎては、活性層への電流注入が阻害されるため、残膜部の膜厚が１００Å未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本件発明によれば、Ａｌ含有率の高い窒化物半導体から成る電流狭窄層のうち結晶性の良好な下地層近傍部分を残膜部として残すことにより、半導体層表面への反応層の残存や過剰なエッチバックの発生を防止して、優れたレーザ特性を安定に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの好ましい実施形態について説明する。各図中、同一の符号は同一又は対応する部材を示す。
【００１９】
尚、本件明細書において、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの下側とは、レーザを構成する半導体層の成長開始側を指し、上側とは、半導体層の成長終了側を指す。また、ある半導体層の下側に接する層を下地層と称する。半導体層の成長方向は転位の進行方向にほぼ一致するため、レーザ素子内において、転位の開始側が下側となり、転位の終端側が上側となる。
【００２０】
また、本件明細書において窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が良いとは、ウエットエッチングによるエッチピット測定においてエッチピット密度が相対的に少ない状態、又はウエットエッチングによって相対的に除去されにくい状態を指す。
【００２１】
実施の形態１
図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。サファイア等の異種基板２の上に、ＧａＮから成るｎ側コンタクト層４、ＡｌＧａＮから成るｎ側クラッド層６、ＧａＮからなるｎ側光ガイド層８、Ｉｎを含む井戸層を有する多重量子井戸活性層１０、ＧａＮから成るｐ側光ガイド層１２、ＡｌＧａＮから成るｐ側光クラッド層１４、ＧａＮから成るｐ側コンタクト層１６が形成されている。ｐ側光ガイド層１２の中には、ストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、Ａｌ比率が０．５以上の高抵抗の窒化ガリウム系化合物半導体から成り、開口部３２における活性層１０に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層３０近傍の構造をより詳細に示す部分拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体層から成る活性層１０の上に、Ａｌを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るキャリア閉込層１１が５０〜２００Åの薄膜に形成され、その上にＧａＮから成るｐ側光ガイド層１２が形成されている。ｐ側光ガイド層１２は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂから成る。第１ｐ側光ガイド層１２ａの上に電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０に開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｐ側光ガイド層１２ｂが形成されている。
【００２３】
電流狭窄層３０は、開口部を挟む部分３０ａ（以下、「本体部分」）において電流を遮断し、開口部分３２を通じて活性層に電流を流す。電流狭窄層の本体部分３０ａは、Ａｌ比率が０．５以上と高いため、高抵抗であるだけでなく、表面での結晶性が極めて悪い。そのため、図２（ａ）に模式的に示すように、電流狭窄層の本体部分３０ａの上方に形成されたｐ側クラッド層１４やｐ側コンタクト層１６にも転位４０が高い密度で発生し、電流が流れにくい状態となる。即ち、電流狭窄層３０は、その本体部分３０ａ自身の抵抗による電流狭窄効果だけでなく、本体部分３０ａ上方にある半導体層の結晶性が低下することによる電流狭窄効果も併せて奏する。従って、電流狭窄層３０は、本体部分３０ａを数百Åと比較的薄膜に形成しても、その高抵抗な性質と低い結晶性との相乗的な効果によって、効果的に電流狭窄を行うことができる。
【００２４】
この電流狭窄層３０に設けられた開口部３２は、電流狭窄層３０のうち下地層である第１ｐ側光ガイド層１２ａに接触する部分が１０Å以上残るように形成されている。この開口部３２内に残った電流狭窄層の残膜部（以下、単に「残膜部」）３０ｂは、下地層である第１ｐ側光ガイド層１２ａの良好な結晶性を引き継ぐ結果、結晶性が良好であり、低抵抗となっている。また、結晶性が良好である結果、図２（ａ）に示すように、電流狭窄層の残膜部３０ｂ上方には、転位が殆ど発生しない。従って、Ａｌ比率の高い電流狭窄層の残膜部３０ｂが存在するにも拘わらず、開口部３２内の活性層には電流が効率良く注入される。
【００２５】
一方、電流狭窄層の残膜部３０ｂは、Ａｌ比率が大きく、しかも結晶性が良好である結果、水素等の還元雰囲気下での分解速度が非常に遅く、再成長前のエッチバックによってウエハ表面の反応層を除去する際のエッチングストップ層として機能する。即ち、水素等を用いたエッチバックによって電流狭窄層の残膜部３０ｂも多少は分解するが、その分解速度が非常に遅いため、電流狭窄層３０の表面に形成された酸化層等が完全に除去されるだけの時間エッチバックを行っても、電流狭窄層の残膜部３０ｂを突き抜けて下層のｐ側ガイド層１２ａが侵食されることはない。
【００２６】
電流狭窄層の残膜部３０ｂは、あまり薄すぎてはエッチングストップ機能が不十分となるため、エッチバック後の平均厚さを１０Å以上、好ましくは３０Å以上とする。一方、電流狭窄層の残膜部３０ｂがあまり厚すぎると、残膜部３０ｂの結晶性が低下する結果、抵抗の上昇や転位の発生が起き、レーザの閾値電流が高くなる。従って、残膜部３０ｂはエッチバック後の平均厚さが１００Å未満、より好ましくは７０Å以下とすることが望ましい。
【００２７】
電流狭窄層の残膜部３０ｂによって過剰なエッチバックが防止される結果、図２（ａ）に示すように、電流狭窄層３０の上に形成する層の平坦度が向上し、素子特性が向上する。この平坦度の向上には、残膜部３０ｂのエッチングストップ効果に加えて、残膜部３０ｂを残すことによる段差の緩和、及び電流狭窄層の本体部分３０ａの結晶性が低いことも寄与している。即ち、残膜部３０ｂを残した結果、電流狭窄層の開口部３２における段差が小さくなり、第２ｐ側光ガイド層１２ｂによって段差部を平坦に埋め易くなっている。また、電流狭窄層の本体部分３０ａの結晶性が低い一方、残膜部３０ｂの結晶性が良好であるため、電流狭窄層の本体部分３０ａ上方の領域３８に比べて、残膜部３０ｂ上方の領域３６の方が結晶の成長速度が速くなる。従って、図２（ａ）に示すように、第２ｐ側光ガイド層１２ｂによって凹部である開口部３２内が平坦に埋まり易くなる。
【００２８】
第２ｐ側光ガイド層１２ｂの表面が平坦となることにより、その上に形成するｐ側クラッド層１４やｐ側コンタクト層１６の組成不均一が抑制され、各々の層が持つ機能が向上する。特に、ｐ側クラッド層１４が超格子構造を有する場合、下地層である第２ｐ側光ガイド層１２ｂの表面に段差があると超格子構造が乱れるため、第２ｐ側光ガイド層１２ｂが開口部３２を平坦に埋めることが重要である。
【００２９】
さらには、図２（ｂ）に示すように、残膜部３０ｂ上方の領域３６における素子層（第２ｐ側光ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層）を、本体部分３０ａ上方の領域３８より厚く形成することも可能である。即ち、電流狭窄層の本体部分３０ａの結晶性が低い結果、本体部分３０ａ上方の領域３８に比べて、残膜部３０ｂ上方の領域３６の方が結晶の成長速度が速くなる。従って、その成長速度差が大きくなれば、残膜部３０ｂ上方の領域３６における素子層を周囲よりも厚くすることができる。残膜部３０ｂ上方の領域３６における素子層は、レーザの活性領域を挟むコア部を構成するため、そこを厚くすることは光閉込めに有利である。
【００３０】
図２（ａ）又は（ｂ）のような膜厚分布は、電流狭窄層の本体部分３０ａと残膜部３０ｂの結晶性を調整することによって制御できる。これらの結晶性は、電流狭窄層３０のＡｌ比率、成長温度、総膜厚と残膜部３０ｂの膜厚、下地層の結晶性等によって調整することができる。例えば、電流狭窄層３０のＡｌ比率が高い程、成長温度が低い程、また総膜厚が厚い程、電流狭窄層の本体部分３０ａにおける結晶性は低下する。一方、電流狭窄層の下地層の結晶性が良い程、残膜部３０ｂが薄い程、電流狭窄層の残膜部３０ｂにおける結晶性が高くなる。
【００３１】
一方、図２に示す構造において、電流狭窄層の残膜部３０ｂがない場合、第１ｐ側光ガイド層１２ａへの反応層の残存や過剰なエッチバックが起きやすくなる。図３は、ｐ側光ガイド層１２ａに過剰なエッチバックが起こった場合の構造を示す断面図である。本実施の形態において、ｐ側光ガイド層１２ａはＧａＮから成るため、水素等の還元ガスに高温で曝されると容易に分解する。このため、一旦過剰なエッチバックが起きると、図３に示すように、Ａｌを含む窒化物半導体から成るキャリア閉込層１１まで容易にエッチバックが進行する。ｐ側光ガイド層１２の全膜厚は、一般に１５００〜２０００Åであるため、７５０Å〜１０００Åの過剰なエッチバックが起きることになる。このため、図２（ｂ）の場合と逆に、電流経路となる領域３６における導波路コア部の膜厚が、その周辺領域３８に比べて薄くなり、膜厚方向と横方向の光閉込効率がいずれも低下する。また、電流狭窄層３０の端部で大きな段差が発生することになるため、段差部へのＡｌの偏析等の組成不均一が生じ易くなる。また、ｐ型クラッド層１４が超格子から成る場合、段差の影響によって正常な超格子構造が維持できなくなる問題も生じる。
【００３２】
以下、各層の好ましい膜厚や組成について詳述する。
[電流狭窄層３０]
電流狭窄層３０は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）の一般式で示される窒化物半導体から成る。電流狭窄層３０を、ＳｉＯ２等の絶縁材料ではなく、上記一般式で表される窒化ガリウム系化合物半導体によって形成することにより、電流狭窄層３０を他の素子構造と同一の気相成長装置で成長させることが可能になる。また、電流狭窄層３０を、ＳｉＯ２等の異種材料ではなく、窒化ガリウム系化合物半導体によって構成することには、レーザのビームがリニアリティが向上するという効果もある。例えば、ＳｉＯ２をＧａＮから成る光ガイド層等に埋め込んだ場合、ＳｉＯ２の屈折率は約１．５であり、ＧａＮの屈折率は２．５であるため、両者に間に大きな屈折率差が生じ、レーザ出力のリニアリティが低下すると共に、ビームが動き易くなる。電流経路の幅を細くしてビームを安定化することもできるが、電流密度が高くなって寿命特性が低下する。これに対し、例えばＡｌＮを電流狭窄層とすれば、ＡｌＮの屈折率は２．１であり、ＧａＮの屈折率は２．５であるので、両者の間の屈折率差は小さく、リニアリティが良くなり、ビームも安定化する。
【００３３】
電流狭窄層３０のＡｌ比率ｘが高い程、電流狭窄層の本体部分３０ａにおける絶縁性が高まると共に、その上に形成される層の結晶性が低下するため、電流狭窄効果が良好になる。従って、電流狭窄層３０のＡｌ比率ｘは、少なくとも０．５以上、好ましくは０．７５以上、より好ましくは０．９以上とすることが望ましい。さらに好ましくは、電流狭窄層３０をＡｌＮとする。
【００３４】
また、電流狭窄層３０は、少量のＩｎを含んでいても良い。電流狭窄層３０が少量のＩｎを含むことにより、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層１０からの発光を吸収しやすくなる。従って、Ｉｎを含む電流狭窄層３０によって導波路の活性領域を挟めば、活性領域から漏れた迷光を吸収してビーム品質を向上することができる。但し、Ｉｎ比率が高すぎると、電流狭窄層の残膜部３０ｂにおける発光吸収が無視できなくなり、発光強度が低下する。そこで、Ｉｎ比率ｙが０．０１以上、より好ましくは０．０５以上であることが望ましい。また、Ｉｎ比率は、０．２以下、より好ましくは０．１５以下であることが望ましい。
【００３５】
電流狭窄層３０の成長は、本体部分３０ａの表面における結晶性が低くなるように低温で行うことが好ましい。例えば、９００℃以下、より好ましくは６００℃以下で成長することが望ましい。電流狭窄層３０を低温で成長することにより、アルカリ溶液等によるエッチングが容易になると共に、電流狭窄効果も向上する。また、電流狭窄層３０は、その本体部分３０ａが薄すぎると電流狭窄層としての機能が不十分となる一方、厚すぎると段差の影響が大きくなる。そこで電流狭窄層３０の総膜厚（＝本体部分３０ａの膜厚）は、１００Å〜８００Å、より好ましくは１５０Å〜５００Åであることが望ましい。
【００３６】
電流狭窄層３０は、少なくとも電流狭窄層３０自身よりも結晶性の良好な下地層の上に形成する。一般的な窒化ガリウム系化合物半導体レーザを構成する層であって、電流経路に形成された層であれば、絶縁を目的とした電流狭窄層に比べて結晶性が良好である。
【００３７】
また、電流狭窄層３０のうち残膜部を除く部分は、図５に示すように、その長手方向３０ａの端面がレーザ素子２の共振器端面２ａよりも内側になるように形成することが好ましい。このように共振器端面２ａまで電流狭窄層３０を形成しないことにより、共振器端面２ａにおけるエネルギー密度を低下し、ＣＯＤ（Catastrophic Opptical Damage:光学損傷）特性を改善することができる。また、ＲＩＥやへき開によって共振器端面を形成する際に、導波路部分に形状異常やクラックが生じ難くなる。また、共振器面をエッチングによって形成する場合、電流狭窄層３０を共振器端面から離間して形成しておけば、平坦な共振器面が作り易くなる。何故なら、電流狭窄層３０の開口部には若干の段差ができてしまうため、電流狭窄層３０が共振器端面に達していると、段差の影響によって平坦なエッチング面ができにくくなるからである。尚、電流狭窄層の残膜部については、薄膜であり、電流が流れる部分であるため、共振器２ａの端面まで形成されていても特に問題ない。
【００３８】
一方、電流狭窄層３０の横方向の側面も、図５に示すようにレーザ素子２のストライプ構造を構成する積層体側面より内側に形成することが好ましい。Ａｌ混晶比の高い電流狭窄層は、均一にエッチングしにくく、また、エッチングされた面が荒れ易くなる。そのため、電流狭窄層を他の窒化物半導体層と同じ面積に形成していた場合、ｎ電極を形成する目的で窒化物半導体層の積層体をエッチングした際に、エッチング面が荒れ易くなり、ｎ電極の接続抵抗が高くなってしまう。電流狭窄層３０を、予めストライプ構造の側面よりも内側の領域に形成しておけば、ｎ電極を形成するためのエッチングを均一に行い易くなり、抵抗を下げることができる。
【００３９】
また、電流狭窄層は、Ａｌの混晶比が高いため、その上下の層と格子定数や熱膨張係数の差が大きくなっている。電流狭窄層３０を、電流狭窄機能や光閉込機能に影響のない程度にストライプ構造を構成する積層体の端面及び／又は側面から離間した領域（即ち、内側の領域）に形成することにより、歪みを低減し、クラックの発生を抑制することができる。
【００４０】
[活性層１０]
活性層１０は、少なくとも発光領域がＩｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成ることが好ましく、より好ましくはＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ井戸層（０＜Ｘ１＜１）とＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ障壁層（０≦Ｘ２＜１、Ｘ１＞Ｘ２）が適当な回数だけ交互に繰り返し積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有している。井戸層は、アンドープで形成されており、全ての障壁層はＳｉ、Ｓｎ等のｎ型不純物が好ましくは１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープして形成されている。障壁層にｎ型不純物がドープされていることにより、活性層中の初期電子濃度が大きくなって井戸層への電子注入効率が高くなり、レーザの発光効率が向上する。活性層１０は、井戸層で終わっても良く、障壁層で終わっても良い。活性層１０には、蒸気圧の高いＩｎＮが比較的多量に混晶されているため、分解し易く、他の層よりも低温（約９００℃以下）で成長される。
【００４１】
[キャリア閉込層１１]
キャリア閉込層１１は、ｐ側クラッド層１４よりも高いＡｌ混晶比を持つｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなり、好ましくはＡｌａＧａ１−ａＮ（０．１≦ａ≦０．５）なる組成を有する。キャリア閉込層１１の好ましい膜厚は、５０〜２００Åである。また、Ｍｇ等のｐ型不純物が高濃度で、好ましくは５×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされている。これにより、キャリア閉込層１１は、電子を活性層中に有効に閉じ込めることができ、レーザの閾値を低下させる。また、キャリア閉込層１１は、Ｉｎを含むために分解し易い活性層１０を保護する機能を有する。即ち、キャリア閉込層１１は、分解温度の高いＡｌＧａＮから成るため、活性層１０を分解から有効に保護することができる。キャリア閉込層１１は、活性層１０の分解が進行しないように、窒素等の不活性ガス中で９００℃以下の低温で行うことが好ましい。
【００４２】
[ｎ側光ガイド層８、ｐ側光ガイド層１２]
ｎ側光ガイド層８及びｐ側光ガイド層１２は、Ａｌを実質的に含まない窒化ガリウム系化合物半導体層から成ることが好ましい。望ましくは、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ≦１）から成り、より望ましくは、ＧａＮから成る。ｐ側光ガイド層に電流狭窄層３０を埋め込む場合には、第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂの２層に分け、その間に電流狭窄層３０を形成する。第２ｐ側光ガイド層１２ｂをＡｌを実質的に含まない組成にすることにより、電流狭窄層３０を埋め込んだ場合に平坦化し易くなる。第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂの組成は、同一であることが好ましいが、光ガイド層の機能を阻害しない範囲で互いに異なっていても良い。尚、ｎ側光ガイド層に電流狭窄層３０を埋め込む場合も同様である。
【００４３】
［ｎ側クラッド層６、ｐ側クラッド層１４］
ｎ側クラッド層６及びｐ側クラッド層１４は、少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子とすることが好ましい。ここでＡｌを含む窒化物半導体層としてはＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０＜ｃ＜１）が好ましい。更に好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮを積層した超格子構造とする。ｎ側クラッド層６やｐ側クラッド層１４を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、レーザの閾値を低下させることができる。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが減少する。また、超格子構造を構成する一方の層に不純物を多くドープする変調ドープを行うと結晶性が良くなる。但し、両方に同じようにドープしても良い。
【００４４】
[ｐ側電極２０]
ｐ側電極２０の材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌから選択される少なくとも１種、及びこれらの酸化物、窒化物などである。また、半導体層に接して設けられるオーミック電極とその上のパッド電極との２層構造とするのが好ましい。多層膜とする場合、好ましい組合せとしては、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｒｈ酸化物、Ｐｄ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ａｕ等があげられる。また、これらを半導体層と接するオーミック電極とし、その上にパッド電極を別に設けることが好ましい。パッド電極の材料も、上記と同様の材料を用いることができ、オーミック電極との界面に白金族系の材料若しくはそれらの酸化物を用いることで、熱的安定性が向上するので好ましい。
【００４５】
また、ｐ側オーミック電極２０の幅は、開口部３２の幅よりも広く、電流狭窄層３０の幅（＝開口部を含む全幅）よりも狭いことが好ましい。このような幅にｐ側オーミック電極２０を形成することにより、開口部に効率良く電流を注入することができる。また、ｐ側オーミック電極２０は、レーザ光の導波方向と略平行な方向の長さが、電流狭窄層３０の長さよりも短いことが好ましい。このような長さにｐ側オーミック電極２０を形成することにより、開口部に一層効率良く電流を注入することができる。
【００４６】
[ｎ側電極１８]
ｎ側電極１８の材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ｔｉ／Ａｌ、Ｖ／Ａｌ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが挙げられる。特に、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕは、Ｐｔ等の融点の高い層をあいだに挟む積層構造体であるため、熱的に安定であり、高出力時等の電極にかかる負荷の大きい場合には、好ましい材料である。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法について説明する。
図４は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程図である。まず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置の反応炉において、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を構成する半導体層を、ｐ側光ガイド層１２の合計膜厚の約半分まで（＝第１ｐ側光ガイド層１２ａ）積層した後、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１、０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成る電流狭窄層３０を成長する。電流狭窄層３０は、１０００℃未満、好ましくは６００℃以下の低温で成長することが望ましい。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ウエハを気相成長装置の反応炉から取出し、フォトレジスト３４を用いたフォトリソグラフィによって、電流狭窄層３０に開口部３２を形成する。電流狭窄層３０のエッチングは、ドライエッチングよりも、ダメージの少ないウエットエッチングによって行うことが好ましい。例えば、ＡｌＮ等のＡｌ比率が高い窒化ガリウム系化合物半導体は、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液に容易に溶けるため、アルカリ溶液を現像液に用いたフォトリソグラフィによって電流狭窄層３０をパターニングできる。
【００４９】
ここで電流狭窄層３０に開口部３２を形成する際に、開口部３２内に所定の膜厚の電流狭窄層が残膜部３０ｂとして残るようにする。これは電流狭窄層の厚さ方向における結晶性の変化を利用して行うことができる。即ち、電流狭窄層は、下地層である第１光ガイド層１２ａに接する部分は結晶性が良好であり、膜厚が厚くなるに従って結晶性が低下していく。このため、電流狭窄層の下地層近傍とそれより上側の部分ではアルカリ溶液等に対するエッチング速度が異なっており、アルカリ溶液の濃度や温度等の条件を適切に設定することにより、電流狭窄層の下地層近傍のみを残すことができる。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト３４を除去した後に、ウエハを再び気相成長装置の反応炉に導入し、水素等の還元性ガスを流しながら１０００℃以上の高温に保持することにより、エッチバックを行う。このエッチバックにより、図４（ｂ）の工程において、雰囲気中の酸素等と最表面の半導体層（＝電流狭窄層３０）との反応によって形成された反応層を除去する。
【００５１】
この時、電流狭窄層の残膜部３０ｂがエッチングストップ層として機能する。即ち、電流狭窄層の残膜部３０ｂは、Ａｌ比率が大きく、しかも結晶性が良好である結果、水素等の還元雰囲気下での分解速度が遅い。エッチバックによって電流狭窄層の残膜部３０ｂも多少は分解するが、その分解速度が非常に遅いため、電流狭窄層３０の表面に形成された反応層が完全に除去されるだけの時間エッチバックを行っても、電流狭窄層の残膜部３０ｂを突き抜けて下層のｐ側ガイド層１２ａが侵食されることはない。
【００５２】
次に、図４（ｄ）に示すように、電流狭窄層３０の上に第２ｐ側光ガイド層１２ｂを成長して開口部３２を平坦に埋める。このとき、第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体、好ましくはＧａＮにすると、開口部３２を平坦に埋め易くなる。第２ｐ側光ガイド層１２ｂ以降は、通常の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法に従って、ｐ側クラッド層１４、ｐ側コンタクト層１６を順次成長すれば良い。
【００５３】
実施の形態２
実施の形態１では、ｐ側光ガイド層１２の中に電流狭窄層３０を形成したが、本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中に電流狭窄層３０を形成する。その他の点は、実施の形態１と同様である。
【００５４】
図６は、実施の形態２に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中にストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、高抵抗のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、開口部３２に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００５５】
ｎ側光ガイド層８は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｎ側光ガイド層８ａと第２ｎ側光ガイド層８ｂから成る。第１ｎ側光ガイド層８ａの上に、電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０のうち下地層近傍が所定厚さで残るように開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｎ側光ガイド層８ｂが形成されている。
【００５６】
実施の形態１と同様に、電流狭窄層の残膜部３０ｂは、気相成長装置内で電流狭窄層３０上への再成長前に行うエッチバックにおいて、エッチングストップ層として機能すると共に、開口部３２における段差を緩和する役割を果たす。また、電流狭窄層の残膜部３０ｂは抵抗が低く、結晶性が良好であるため、活性層１０への電流注入を阻害しない。従って、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいても、優れたレーザ特性を安定して得ることができる。
【００５７】
実施の形態１及び２に示したように、本発明に係る電流狭窄層３０は、活性層のｐ側とｎ側のいずれに形成しても良い。しかしながら、一般的な窒化ガリウム系化合物半導体素子では、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が高抵抗であるために、ｎ側層、活性層、ｐ側層の順序で成長を行う。従って、実施の形態２のように、活性層のｎ側に電流狭窄層３０を形成した場合、結晶性の悪い電流狭窄層３０から発生した転位が活性層１０を通過することになる。また、第２のｎ側光ガイド層８ｂによる平坦化が十分でない場合には、活性層１０が平坦にならず、リーク電流が流れ易くなる。このため、実施の形態１のように活性層のｐ側に形成する方が好ましい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、光ガイド層の内部に電流狭窄層３０を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光ガイド層とクラッド層の間やクラッド層の内部に電流狭窄層３０を形成しても良い。もっとも、電流狭窄層３０が活性層１０からあまり遠いと、電流狭窄層３０によって集中された電流が活性層１０に到達する前に広がり易くなる。従って、電流狭窄層３０の位置は、活性層１０の結晶性に悪影響を与えない範囲で活性層１０に近い方が好ましい。また、電流狭窄層３０の上に形成する層は、Ａｌを実質的に含まない窒化ガリウム系化合物半導体であることが平坦化に有利である。従って、本実施の形態で説明したように、ＧａＮから成る光ガイド層の内部に電流狭窄層３０を形成することは、電流狭窄効果や平坦化の観点で好ましい。
【００５９】
尚、本件発明に係る窒化物半導体レーザは、フェイスアップ実装とフェイスダウン実装のいずれも可能である。
【実施例１】
【００６０】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１では、図１に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造する。
【００６１】
（基板２）
まず、２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＣＶＤ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させた後、温度を上げて、アンドープのＧａＮを１．５μｍの膜厚で成長させる。次に、ＧａＮ層表面にストライプ状のマスクを複数形成し、マスク開口部からＧａＮを選択成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ）によりＧａＮ下地層を形成する。この時、選択成長時のマスクは、ＳｉＯ２からなり、マスク幅１５μｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。
【００６２】
（バッファ層）
次に、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、基板２の上にＡｌＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、次に形成するｎ側コンタクト層４と基板２との間で、バッファ層として機能する。
【００６３】
（ｎ側コンタクト層４）
次に、前記バッファ層上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用いて、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を４μｍの膜厚で成長させる。
【００６４】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にして、ＩｎＧａＮよりなるクラック防止層（図示せず）を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００６５】
（ｎ側クラッド層６）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ繰り返して、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層６を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する。
【００６６】
（ｎ側光ガイド層８）
次に、温度１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０６を０．１５μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープしても良い。
【００６７】
（活性層１０）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニウムを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）を１４０Åの膜厚で成長し、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層（Ｗ）を４０Åの膜厚で成長し、この障壁層（Ｂ）と井戸層（Ｗ）を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／・・・・／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層する。最終層は、井戸層でも障壁層でも良いが、障壁層とすることが好ましい。活性層１０は、総膜厚約５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００６８】
（キャリア閉込層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ側キャリア閉込層１１（図１に図示せず）を１００Åの膜厚で成長させる。この層を設けることにより、電子の閉じ込めが良好になると共に、活性層１０を分解から保護することができる。
【００６９】
（ｐ側光ガイド層１２ａ）
続いて、温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１２ａを０．０７５μｍの膜厚で成長させる。この第１ｐ側光ガイド層１２ａは、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャリア閉込層１１、ｐ側クラッド層１４等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。また、この層は、成長時に意図的にＭｇをドープしてもよい。
【００７０】
（電流狭窄層３０）
次に、温度を５００℃にして、原料ガスにＴＭＡ及びアンモニアを用い、ＡｌＮよりなる電流狭窄層３０を３００Åの膜厚で成長させる。そして、そこまで積層したウエハをＭＯＣＶＤ反応装置の反応炉より取り出し、以下のようにしてストライプ状の開口部３２を設ける。まず、電流狭窄層３０のほぼ全面にフォトレジストを塗布する。次に、開口部３２のパターンに露光を行った後、アルカリ液であるＴＭＡＨを用いた現像処理を行う。具体的には、２３℃に保った２．３８％のＴＭＡＨ溶液で２分間現像を行う。結晶性の悪いＡｌＮ層３０はアルカリ現像液に溶けるので、現像処理と同時に開口部３２中の上部分のＡｌＮ層がエッチング除去される。一方、電流狭窄層の下側に形成された下地層である第１ｐ側光ガイド層に接する部分のＡｌＮ層は結晶性が良好であるため、上記条件では溶けず、約８０Åの厚さ分が開口部内に残る（図４（ｂ））。
【００７１】
次に、ウエハをＭＯＣＶＤ装置の反応炉に戻し、温度を１０００℃にして、還元性ガスである水素ガスを約１０分間吹き付けることにより、エッチバックを行う。この時、開口部３２内部の残膜部３０ｂがエッチバックに対するエッチングストップ層として機能する。このエッチバックにより、残膜部３０ｂの膜厚は約７０Åとなる。
【００７２】
（第２ｐ側光ガイド層１２ｂ）
次に、温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２ｐ側光ガイド層１２ｂを０．０７５μｍの膜厚で成長させる。この第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、アンドープとして成長させるが、ｐ側クラッド層１４等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。また、この層は、成長時に意図的にＭｇをドープしてもよい。第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、Ａｌを含んでいないため、開口部３２の段差を埋めて平坦に成長し易い。
【００７３】
（ｐ側クラッド層１４）
続いて、１０００℃でアンドープＡｌＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１４を成長させる。
【００７４】
（ｐ側コンタクト層１６）
最後に、温度１０００℃で、ｐ側クラッド層１４の上に、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１６を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１６は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ側コンタクト層１６は、電極を形成する層であるので、１×１０１７／ｃｍ３以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０１７／ｃｍ３よりも低いと、電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００７５】
以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層１６の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜（図示せず）を形成する。そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチングし、図１に示すように、ｎ電極を形成すべき領域のｎ側コンタクト層４の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ２が最適である。
【００７６】
次に、ｐ側コンタクト層１６の表面にＮｉ／Ａｕよりなるストライプ状のｐ電極２０を形成し、ｎ側コンタクト層４の表面にＴｉ／Ａｌよりなるストライプ状のｎ電極１８を形成する。そして、ｎ電極１８及びｐ電極２０の一部の領域にマスクし、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形成した後、ｎ電極１８及びｐ電極２０上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å―１０００Å―８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極をそれぞれ設ける。この時、活性層１０の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜が設けられる。ｎ電極１８とｐ電極２０を形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面（１１−００）等）でバー状に分割し、更にチップに分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。
【００７７】
このようにして製造したレーザ素子は、閾値電流：３５ｍＡ、Ｖｆ：３．８Ｖ、Ｅｔａ：１．３Ｗ／Ａ、θ（‖）：８．５ｄｅｇ、θ（⊥）：２２．５ｄｅｇとなる。また、８０ｍＷまでキンクが発生せず、良好な素子特性を示す。
【実施例２】
【００７８】
実施例２では、図６に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造する。実施例１では、第１エッチングストップ層２、第２エッチングストップ層２４及び電流狭窄層３０をｐ側光ガイド層１２の中に形成したが、本実施例ではｎ側光ガイド層８の中に形成する。即ち、第１ｎ側光ガイド層８ａを０．０７５μｍの膜厚で成長した後、ＡｌＮから成る電流狭窄層３０を形成する。そして、約３０Åの残膜部が残るように開口部３２を形成した後、第２ｎ側光ガイド層８ｂを０．０７５μｍの膜厚で形成する。このようにして製造したレーザ素子は、パルセーションレーザとなり、閾値電流：４０ｍＡ、Ｖｆ：４．０Ｖ、Ｅｔａ：１．１Ｗ／Ａ、θ（‖）：７．５ｄｅｇ、θ（⊥）：２０ｄｅｇとなる。また、８０ｍＷまでキンクが発生せず、良好な素子特性を示す。
【実施例３】
【００７９】
実施例３では、複数のストライプ構造を有するマルチストライプレーザを作製する。下記に説明する点を除いては、基本的に実施例１と同様である。本実施例では、ＧａＮ基板を用い、ｎ側電極は、ＧａＮ基板の裏面から取る。ＧａＮ基板の上に、素子構造を第１ｐ側光ガイド層まで形成した後、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎから成る第１の半導体層を２００Åの膜厚で成長し、ＧａＮから成る第２の半導体層を１００Åの膜厚で成長し、Ａｌ０．９５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．０４Ｎから成る電流狭窄層を２００Åの膜厚で成長した後、開口部を形成した。開口部は、２μｍ幅で、２０μｍの間隔を空けて４本作製した。そして、第２ｐ側光ガイド層を再成長し、残りの素子層を形成した。また、研磨後、裏面にＴｉ／Ａｌ（１００Å／５０００Å）からなるｎ電極を形成させる。このようにしてリッジ幅が２μｍのレーザが４本並列したマルチストライプレーザを構成すると、閾値電流１００ｍA、Ｅｔａ：１．６Ｗ／Ａ、Ｐｏ：２００ｍＷとなり、良好な素子特性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す部分拡大断面図である。
【図３】図３は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）乃至（ｄ）は、実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて電流狭窄層の形成領域を表した平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
２・・・基板（ＧａＮ基板）、
４・・・ｎ側コンタクト層、
６・・・ｎ側クラッド層、
８・・・ｎ側光ガイド層、
１０・・・活性層、
１２・・・ｐ側光ガイド層、
１４・・・ｐ側クラッド層、
１６・・・ｐ側コンタクト層、
１８・・・ｎ電極、
２０・・・ｐ電極、
３０・・・電流狭窄層、
３０ａ・・・電流狭窄層の本体部分、
３０ｂ・・・電流狭窄層の残膜部
【図１】
2005033099.tif 000003
【図２】
2005033099.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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