(57)【要約】【課題】コンタクト層がバッファ層と直接接触することを阻止する半導体発光素子を提供すること。【解決手段】  本発明の半導体発光素子の製造方法は、窒化物材料系で製造された半導体層構造体を選択的にエッチングする工程と、アルミニウム含有クラッド領域またはアルミニウム含有導光領域を含ませる工程とを含む。エッチング工程はメサを形成し、さらにアルミニウム含有クラッド領域またはアルミニウム含有導光領域の１以上の部分を露光させる。その後アルミニウム含有クラッド領域またはアルミニウム含有導光領域の各露出部分を酸化して、メサに隣接しかつメサから横方向に延びる電流ブロック層を形成する。導電層が堆積されると、電流ブロック層は、コンタクト層がバッファ層と直接接触することを阻止する。【選択図】  図４ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の製造方法であって、
窒化物材料系で製造された半導体層構造体を選択的にエッチングする工程と、
アルミニウム含有領域を含ませることによりメサを形成する工程と、
を含み、
該アルミニウム含有領域はクラッド領域または導光領域のいずれかであり、
該アルミニウム含有領域のうち１以上の部分は該エッチングする工程で露出され、
該方法は、該メサをマスクとして用いて該アルミニウム含有領域の該露出部分を酸化することにより、該メサに隣接しかつ該メサから横方向に延びる電流ブロック層を形成する工程をさらに含む、方法。
【請求項２】
前記メサ上および前記アルミニウム含有領域の前記露出部分上に導電層を堆積する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記半導体層構造体の最上層はアルミニウムを含まない、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記半導体発光素子は（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウム含有領域は０．１以下の平均アルミニウムモル量を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム含有領域は０．０７以下の平均アルミニウムモル量を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記アルミニウム含有領域はＡｌＧａＮ領域である、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、湿式酸化工程を含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも１００℃の温度で行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも４５０℃の温度で行われる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも１分間行われる、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも１時間行われる、請求項８から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記アルミニウム含有領域は導光領域である、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分上に電気的絶縁層を堆積する工程をさらに含む、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法により製造された半導体発光素子。
【請求項１６】
窒化物材料系で製造され、アルミニウム含有領域を備えた、半導体発光素子であって、
該アルミニウム含有領域の第１の部分は該半導体発光素子のクラッド領域または導光領域を構成し、
該アルミニウム含有領域の該第１の部分は、メサ内に位置する領域を含み、
該アルミニウム含有領域の第２の部分は酸化されて、メサに隣接しかつ該メサから横方向に延びる電流ブロック層を形成している、半導体発光素子。
【請求項１７】
前記メサ上および前記アルミニウム含有領域の前記第２の部分上に設けられた導電層をさらに備えた、請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記メサの最上層はアルミニウムを含まない、請求項１６または１７に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造される、請求項１６から１８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記アルミニウム含有領域は０．１以下の平均アルミニウムモル量を有する、請求項１６から１９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記アルミニウム含有領域は０．０７以下の平均アルミニウムモル量を有する、請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記アルミニウム含有領域はＡｌＧａＮ領域である、請求項１６から２１のいずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体レーザ素子などの半導体発光素子の製造に関し、特に（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の素子の製造に適用し得るがこれに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系は一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を有する材料を含む。本明細書において、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムをゼロモルより多く含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の材料をＡｌＧａＩｎＮと呼ぶ。アルミニウムをゼロモル含むがガリウムとインジウムとをゼロモルより多く含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の材料をＩｎＧａＮと呼び、インジウムをゼロモル含むがガリウムとアルミニウムとをゼロモルより多く含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の材料をＡｌＧａＮと呼び、その他の材料も同様の呼び方をする。現在（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系による半導体発光素子の製造にかなりの注目が集まっている。なぜなら、この材料系で製造された素子は青−紫の範囲の波長（約３８０〜４５０ｎｍに相当する）領域のスペクトルの光を発することができるからである。
【０００３】
図１は、半導体レーザ素子の模式的断面図である。レーザ素子は、基板１上に成長したレーザ構造体２を含む。本実施例では、レーザ素子は分離閉じこめヘテロ構造（ＳＣＨ）レーザ素子である。レーザ構造体２は、第１のクラッド領域４、第１の導光領域５、レーザ発振用活性領域６、第２の導光領域７、および第２のクラッド領域８をこの順で含む。基板１とレーザ構造体２との間にはバッファ層３が設けられている。第１のクラッド領域４および第１の導光領域５はｎドープ型であり、第２のクラッド領域８および第２の導光領域７はｐドープ型である。ｐ型クラッド領域８上にはｐ型コンタクト層９が設けられている。レーザはさらに第２のｎ型コンタクトを含む。第２のｎ型コンタクトは基板１上のレーザ構造体２と同じ側（１０ａで示す）に設けられてもよいし、基板１上のレーザ構造体２と反対側（１０ｂで示す）に設けられてもよい。
【０００４】
第１のクラッド領域４、第１の導光領域５、活性領域６、第２の導光領域７、第２のクラッド領域８、およびコンタクト層９は、所望の幅ｗを有するようにエッチングされ、メサを形成している。メサは、図面の紙面に垂直に延びるリッジメサであってもよいし、垂直軸周りに円対称なメサであってもよい。メサの幅ｗは短く、典型的には数ミクロンメートルであり、そのためメサの表面積は狭い（特に垂直軸周りに円対称なメサの場合）。従って従来はレーザとの良好な電気的接触を確実にするために、レーザ上に導電性「パッド」１１を設けている。導電性パッド１１の表面積はメサの表面積よりもはるかに広く、そのため直接コンタクト層９との電気的接触を形成するよりもパッド１１との電気的接触を形成する方が容易である。
【０００５】
図１に示すようにレーザ構造体２上に直接導電性パッド１１を設けた場合、以下のような不利な点がある。導電性パッド１１が、バッファ層３のうち、メサを形成するためのエッチング工程で露出された部分上に直接設けられて、バッファ層と電気的に接触する。その結果、低抵抗の電流路１２および１３が、活性領域６を通過することなく、導電性パッド１１からｎ型コンタクト１０ａまたは１０ｂまで存在するようになる。活性領域６を通過しない電流路１２および１３は、活性領域６を通過する所望の電流路１４と平行であり、電流路１２および１３に沿うレーザ−電流特性を劣化させレーザ発振の役に立たない。そのため通常は図２に示すように、バッファ層３と導電性パッド１１との間に高電気抵抗を有する電流ブロック層１５を設ける。図２のレーザは概して図１のレーザと同様であるが、高抵抗層１５を有する点で異なる。高抵抗層１５は、図１に示し活性領域６を通過しない電流路１２および１３を抑制し、それによりレーザ特性を向上させる。高抵抗層１５は例えばシリカ（二酸化シリコン）の層で形成され得る。
【０００６】
高抵抗層１５はレーザ特性を向上させるが、高抵抗層１５を設けるとレーザの製造プロセスがはるかに複雑になる。高抵抗層１５はコンタクト層９上に堆積してはならない。なぜなら、そうすると活性領域６を通過する所望の電流路１４の抵抗が高くなるからである。そのため高抵抗層１５を堆積するためには追加のエッチングおよびマスキング工程が必要となる。概して、絶縁層１５がバッファ層３全体およびメサ上に堆積され、絶縁層１５のうちメサ上にない部分がマスクされ、その後絶縁層のうちメサ上にある部分がエッチング工程で除去される。
【０００７】
高抵抗層１５を形成するために、成長過程で酸化することができる別の層をレーザ構造体に設けることが知られている。しかしこの別の層がメサ内に延びると、レーザのバンドギャッププロファイルおよび屈折率に影響を与え好ましくない。この別の層をメサ外にのみ堆積するためには、追加のマスキングおよびエッチング工程が必要となる。
【０００８】
Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ６３（１２）、１６６０頁（１９９３）、「ネイティブ酸化上部および底部閉じこめ狭ストライプｐ−ｎ  ＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸ヘテロ構造レーザ」（非特許文献１）およびＡｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ６５（１）、９７頁（１９９４）、「低閾値垂直キャビティレーザ用ネイティブ酸化規定リングコンタクト」（非特許文献２）は、層を酸化して電流ブロック層を形成するレーザ素子を開示している。非特許文献２は、中間層としてＡｌＡｓ層を有する垂直キャビティ面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の成長を開示している。層構造体をエッチングしてメサを形成し、このエッチング工程でＡｌＡｓ層の側エッジを露出させる。その後、ＡｌＡｓ層の露出された側エッジを横方向に酸化することにより、メサ内に絶縁リングを形成する。非特許文献１も同様のプロセスを開示している。これによると、層構造体をエッチングしてメサを形成する際に高アルミニウム含有率を有するＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５ＡｓまたはＡｌ０．８７Ｇａ０．１３Ａｓ）を露出させる。その後、ＡｌＧａＡｓを横方向に酸化してメサ内に埋め込まれた絶縁リングを形成する。このような方法で埋め込み型絶縁リングを形成することは、ＡｌＧａＡｓ材料系に特異的である。
【０００９】
米国特許出願公開第２００３／００５２３２６号（特許文献１）は、半導体発光素子の製造方法を開示している。これによると最上層にコンタクト層を有する半導体層構造体を成長させる。レーザ構造体の上面に抗酸化膜を堆積する。抗酸化膜上にレジスト層を堆積し、メサを形成したい部分のみにレジストが残るようにレジスト層をパターニングする。その後、レジストをマスクとして用いて抗酸化膜をエッチングし、メサを形成したい部分のみに抗酸化膜を残す。続いてレジストおよび抗酸化膜をマスクとして用いて第２のエッチング工程を行い、半導体層構造体内にメサを形成する。
【００１０】
第２のエッチング工程では、アルミニウムを０．１５モル含むエピタキシャル層を露出させる。この層のうち露出した部分を９００℃の酸素雰囲気中で酸化して電流ブロック層を形成する。この工程でもレジストと抗酸化膜とがマスクとして作用する。その後レジストおよび抗酸化膜の残った部分を除去してコンタクト層を露出させる。最後にコンタクト層を再成長させる。
【００１１】
日本国特許公開公報第２０００−１６４９２６号（特許文献２）は、高電子移動度トランジスタまたはレーザ素子の製造方法を開示している。層構造体を成長させ、層構造体上にＳｉＯ２マスクを堆積する。その後、層構造体のうちＳｉＯ２マスクに覆われていない部分をエッチングして、層構造体内の、エッチングされた層の下のアルミニウム含有層を露出させる。その後アルミニウム含有層の露出した部分を酸化して酸化膜を形成する。この酸化膜は後の製造工程でエッチングストップ層として作用する。
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ６３（１２）、１６６０頁（１９９３）、「ネイティブ酸化上部および底部閉じこめ狭ストライプｐ−ｎ  ＡｌＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓ量子井戸ヘテロ構造レーザ」
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ６５（１）、９７頁（１９９４）、「低閾値垂直キャビティレーザ用ネイティブ酸化規定リングコンタクト」
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００５２３２６号
【特許文献２】日本国特許公開公報第２０００−１６４９２６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の局面は、半導体発光素子の製造方法を提供する。半導体製造方法は、窒化物材料系で製造された半導体層構造体を選択的にエッチングする工程と、アルミニウム含有領域を含ませることによりメサを形成する工程と、を含み、該アルミニウム含有領域はクラッド領域または導光領域のいずれかであり、該アルミニウム含有領域のうち１以上の部分は該エッチングする工程で露出され、該方法は、該メサをマスクとして用いて該アルミニウム含有領域の該露出部分を酸化することにより、該メサに隣接しかつ該メサから横方向に延びる電流ブロック層を形成する工程をさらに含む。
【００１３】
本発明の方法において、半導体層構造体内に形成されたメサは酸化工程においてマスクとして用いられ、クラッド層または導光層のうちメサ内に含まれる部分が酸化されることを防止する。これにより特に酸化工程用にマスクを提供する必要がなくなり、エッチング工程の完了後マスクを除去する必要もなくなる。このことによりプロセス工程の数が減少する。従ってこの方法はより迅速により低コストで実行される。酸化工程中のメサの最上層は酸化工程後も除去されず、完成した素子の一部となる。
【００１４】
この結果得られたレーザ素子において、酸化されたアルミニウム含有領域は電流ブロック層（例えば図２のレーザ素子の電流ブロック層１５）として作用する。このように本発明は、レーザ構造体に追加の層を組み込む必要なく、電流ブロック層がメサに隣接し、かつ、メサとは逆方向に延びるように設けられることを可能にする。アルミニウム含有クラッド領域または導光領域を露出させるエッチング工程は、メサを形成するために用いられる従来のエッチング工程であり、従って本発明は追加のエッチング工程を必要としない。
【００１５】
アルミニウム含有窒化物半導体層の酸化は以前にも報告されている。例えば、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ  ８２（２４）、「酸化アニーリングによるＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造上のショットキーバリアの高さの向上」は、電界効果型トランジスタの製造中にＡｌＧａＮ層を酸化することを報告している。露出したＡｌＧａＮ層を酸化し、その後素子をアニーリングしてＡｌＧａＮ層下の層の特性を改変する。次いでＡｌＧａＮ層をエッチングにより除去する。このプロセスは素子内のショットキーバリアの高さを高める。しかし、酸化したＡｌＧａＮ層は完成した素子内には残されない。
【００１６】
半導体素子製造方法は、前記メサ上および前記アルミニウム含有領域の前記露出部分上に導電層を堆積する工程をさらに含んでもよい。導電性コンタクト層９は図２のレーザのコンタクトパッド１１を形成する。
【００１７】
前記半導体層構造体の最上層はアルミニウムを含まなくてよい。これにより層構造体上に高質電気コンタクトを提供することがより容易になる。
【００１８】
前記半導体発光素子は（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造されてもよい。
【００１９】
前記アルミニウム含有領域は０．１以下の平均アルミニウムモル量を有していてもよいし、０．０７以下の平均アルミニウムモル量を有していてもよい。従って本発明を例えば（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系に適用した場合、アルミニウム含有領域の一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮのｘはｘ＜０．１を満たし、好ましくはｘ＜０．０７を満たす。窒化物材料系で製造された半導体素子のアルミニウム含有領域は典型的には０．０５〜０．１のアルミニウムモル量を有する。なぜならアルミニウム含有率が０．１よりも大幅に大きければ、層構造体内に起こる応力により素子内にクラックが生じる可能性が高いからである。０．１というアルミニウムモル量は、上記した従来の方法において酸化されるＡｌＧａＡｓまたはＡｌＡｓ層のアルミニウムモル量よりもはるかに小さい。ヒ素ベースの材料系で０．１というアルミニウムモル量を有する層を酸化しても特に電気抵抗は高くならない。
【００２０】
前記アルミニウム含有領域はＡｌＧａＮ層であってもよい。
【００２１】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、湿式酸化工程を含んでもよい。例えば、酸化工程は約５００℃の温度の蒸気を用いて行われ得る（「湿式酸化」）。これは９００℃の温度の酸素雰囲気中で酸化を行うよりも容易である。
【００２２】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも１００℃の温度で行われてもよく、少なくとも４５０℃の温度で行われてもよい。
【００２３】
前記アルミニウム含有領域の前記露出部分を酸化する工程は、少なくとも１分間の期間を有していてもよいし、少なくとも１時間の期間を有していてもよい。
【００２４】
前記アルミニウム含有領域は導光領域であってもよい。
【００２５】
半導体発光素子の製造方法は、前記アルミニウム含有領域の前記露出部分上に電気的絶縁層を堆積する工程をさらに含んでもよい。電流ブロック層は電気的絶縁材料とアルミニウム含有領域の酸化部分との組み合わせにより形成され、従って向上した電気的絶縁を提供する。
【００２６】
本発明の第２の局面は、第１の局面の方法によって製造された半導体レーザ素子である。
【００２７】
本発明の第３の局面は、窒化物材料系で製造され、アルミニウム含有領域を備えた、半導体発光素子を提供する。半導体発光素子は、該アルミニウム含有領域の第１の部分は該半導体発光素子のクラッド領域または導光領域を構成し、該アルミニウム含有領域の該第１の部分は、メサ内に位置する領域を含み、該アルミニウム含有領域の第２の部分は酸化されて、メサに隣接しかつ該メサから横方向に延びる電流ブロック層を形成している。
【００２８】
半導体発光素子は、前記メサ上および前記アルミニウム含有領域の前記第２の部分上に設けられた導電層をさらに備えていてもよい。
【００２９】
前記メサの最上層はアルミニウムを含まなくてよい。
【００３０】
半導体発光素子は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造されてもよい。
【００３１】
前記アルミニウム含有領域は０．１以下の平均アルミニウムモル量を有していてもよい。
【００３２】
前記アルミニウム含有領域は０．０７以下の平均アルミニウムモル量を有していてもよい。
【００３３】
前記アルミニウム含有領域はＡｌＧａＮ領域であってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。本明細書および添付の図面において、同様の参照符号は同様の構成要件を示す。
【００３５】
図４（ｅ）は本発明の第１の実施形態によるレーザ素子を示す。図４（ａ）〜４（ｄ）は図４（ｅ）のレーザ素子の製造方法を示す。
【００３６】
まず、図４（ａ）に示すように、基板１上に半導体層構造体１６を堆積する。基板１と層構造体１６との間にバッファ層３を設けてもよい。層構造体は半導体レーザ素子を製造するに適している限りどのような層構造体でもよく、本実施例では、第１のクラッド領域４、第１の導光領域５、レーザ発振用活性領域６、第２の導光領域７、および第２のクラッド領域８を含む。これらの領域はこの順でバッファ層３上に堆積されている。第１のクラッド領域４および第１の導光領域５は第１の導電型を有するようにドーピングされており、第２のクラッド領域８および第２の導光領域７は第２の導電型を有するようにドーピングされている。第２の導電型は第１の導電型とは逆である。
【００３７】
図４（ａ）では簡潔のため第１のクラッド領域４、第１の導光領域５、活性領域６、第２の導光領域７、および第２のクラッド領域８を各々単一層として示すが、これらの領域のうち１つ以上は周知のように２以上の半導体層を含んでいてもよい。
【００３８】
本発明によると、層構造体１６は窒化物材料系で製造され、クラッド領域４および８、または導光領域５および７の少なくとも一方がアルミニウム含有領域である。
【００３９】
図４（ａ）に示す実施形態では、半導体レーザ素子が（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造されている。この材料系の場合、各領域に適した材料組成は例えば以下の通りである。
【００４０】
基板：サファイア
バッファ層３：ｎ型ＧａＮ
第１のクラッド領域４：ｎ型ＧａＮ
第１の導光領域５：ｎ型ＡｌＧａＮ
第２の導光領域７：ｐ型ＡｌＧａＮ、そして
第２のクラッド領域８：ｐ型ＧａＮ。
【００４１】
活性領域６は任意の適した構造を有し得るが概して少なくとも１つの量子井戸層と少なくとも１つのバリア層とを含む。
【００４２】
この構造では、最上層（第２のクラッド領域８）は意図的にアルミニウムを含んでいない。アルミニウム含有窒化物半導体層に良好な電気的接触を行うのは困難であり得るため、このことは好ましい。さらに最上層は、アルミニウムを含んでいない場合、以下に述べる酸化工程で酸化されない（但し、最上層は金属コンタクト層で覆われるため酸化工程で露出されず、従ってこのことの重要性は低い。）。
【００４３】
半導体層構造体１６上にコンタクト層９を堆積する。コンタクト層９は最終的にレーザに対する上部コンタクト（図２のレーザのコンタクト９に相当する）を形成し、例えばニッケルと金の混合層などの金属層であり得る。好ましい実施形態では、コンタクト層９は、層構造体１６上にニッケル層を堆積しその後ニッケル層上に金層を堆積することにより形成される。この実施形態では、適切な厚みは、例えばニッケル層が１５ｎｍであり金層が２５ｎｍである。コンタクト９が最上層として金層を有することが好ましい。なぜなら、金層は以下に述べる酸化工程で酸化されないからである。
【００４４】
続いて、半導体層構造体１６およびコンタクト層９をパターニングして図４（ｂ）に示すようにメサを形成する。半導体層構造体１６およびコンタクト層９のパターニングは、メサが少なくとも活性領域６を含むように行う。この結果、メサは少なくともコンタクト層９の一部、第２のクラッド領域８の一部、第２の導光領域７の一部、および活性領域６の一部を含む。
【００４５】
図４（ｂ）に示す実施例では、パターニング工程によって金属層９、第２のクラッド領域８、第２の導光領域７、および活性領域６がパターニングされ、それにより第１の導光領域５が部分的に露出している。概して第１の導光領域５の表面が露出した時点ですぐにエッチングプロセスを停止することは困難であり、そのため図４（ｂ）に示すように、第１の導光領域５の厚み方向の一部がエッチング工程により除去される可能性が高い。メサ構造体の幅は典型的には数ミクロンメートルであり、好適には約５ミクロンメートルである。メサは図４（ｂ）の紙面に垂直に延びるリッジメサであり得、リッジレーザを提供する。
【００４６】
このように本発明によると、メサ構造体を形成する工程により、層構造体のアルミニウム含有領域の１以上の部分が露出される。アルミニウム含有領域の各露出部分はメサと横方向に隣接しており、メサから横方向に延びている。図４（ｂ）に示す実施例では、この実施例でＡｌＧａＮ層である第１の導光領域５が露出している。
【００４７】
メサ１７は、任意の適切なプロセスにより形成され得る。例えば、層構造体のうち所望のメサ１７に対応する部分をマスキングし、その後層構造体をエッチングしてマスキングされていない材料部分を除去することにより形成される。マスキング工程では、従来のフォトリソグラフィー手法の１つ、すなわち、層構造体上にフォトレジスト層を堆積し、層構造体のうちエッチングするべき領域からフォトレジストを除去して、メサ１７を形成したい領域のみにフォトレジストマスクを残すという手法が用いられ得る。パターニングは概して２段階のエッチング工程を必要とする。第１のエッチング工程ではコンタクト層９をエッチングし、第２のエッチング工程では半導体層構造体をエッチングする。
【００４８】
次にアルミニウム含有層の露出部分を酸化して、高電気抵抗を有する層を形成する。酸化工程は例えば、濡れた酸化リグ内にサンプルを入れ、サンプルを少なくとも１００℃の温度の蒸気に少なくとも１分間曝すことにより行われ得る。酸化工程の結果、高抵抗の酸化アルミニウム層１８が、エッチング工程で酸化されたアルミニウム含有層の上面に形成される。高抵抗酸化アルミニウム層は横方向にメサと隣接しておりメサとは逆方向に延びている。アルミニウム含有領域５のうちメサ１７内の部分５ａ（図４（ｃ））はこの工程では酸化されない。なぜなら酸化工程の間、メサがマスクとして作用するからである。図４（ｃ）は酸化工程が行われた後のサンプルを示す。さらに、層５のアルミニウム含有率は比較的低いため、層５の、横方向に酸化される量は多くない。メサ１７は酸化工程の間マスクとして作用するため、酸化工程用に特にマスクを提供する必要がない。これによりマスクを提供し酸化工程が終わった後にマスクを除去する必要がなくなる。酸化工程の間のメサの最上層（図４（ａ）〜４（ｄ）の実施例における金属コンタクト層９）は酸化工程後除去されず、完成した素子の一部となる。
【００４９】
アルミニウム含有領域の露出部分が酸化される深さは酸化工程の期間と条件、およびアルミニウム含有領域のアルミニウム含有率に依存する。以下に述べるように、本発明ではアルミニウム含有領域のアルミニウム含有率が低いため、アルミニウム含有領域が厚み全体において酸化される可能性は低い。
【００５０】
続いてサンプルを第２のエッチング工程に曝す。第２のエッチング工程では、酸化層１８（図４（ｄ））の一部および層構造体の層のうち酸化層１８より下でバッファ層３より上の層の一部を除去する。第２のエッチング層で除去する層の領域は、第２のエッチング工程の前に行う第２のマスキング工程で規定される。第２のマスキング工程および第２のエッチング工程でも、任意の適切なマスキングおよびエッチング工程を組み合わせることができ、第２のマスキング工程もフォトリソグラフィーで行われ得る。第２のエッチング工程により形成される構造体を図４（ｄ）に示す。図４（ｄ）では、第１の（下部）クラッド領域４が、厚み方向において完全にエッチングされている。しかし本実施形態では第１のクラッド領域４とバッファ層３とは両方ともｎ型ＧａＡｓにより形成されているため、第１のクラッド領域４は厚み方向において完全に除去されなくてもよい。
【００５１】
リッジレーザの製造において、レーザの面は第２のエッチング工程で規定される。
【００５２】
第１および第２のエッチング工程で層がエッチングされる深さは、エッチング工程の期間を適切に制御することにより制御される。一実施形態では、電子サイクロトロン共振（ＥＣＲ）エッチングが、４ｓｃｃｍ  Ｃｌ２、１５ｓｃｃｍ  ＳｉＣｌ４、６ｓｃｃｍ  ＳＦ６、および１５ｓｃｃｍ  Ａｒで行われる。（「ｓｃｃｍ」は、０℃および１気圧という標準的条件下において流量が１ｃｍ３／分と等価であることを示す。）。
【００５３】
続いて導電性コンタクト層１１をメサ上および酸下層１８上に堆積し、コンタクト９と電気的に接触させる。導電層１１は、コンタクト９と電気的に接続するボンドパッドを形成する。コンタクト層１１を介してレーザ素子と電気的接続を行うことが可能である。導電層１１は、例えば金層などの金属層であっても都合がよい。
【００５４】
最後に第２のコンタクト１０を設けて図４（ｅ）に示すようにレーザ素子を完成させる。コンタクト１０はレーザ素子に対してｎ型コンタクトを形成し、例えばチタン／アルミニウムコンタクトであり得る。本実施形態では第２のコンタクト１０はバッファ３の露出した表面に堆積しているが、基板１の下面に堆積してもよい。導電性コンタクト層１１およびｎ型コンタクト１０の堆積は、任意の適切な手法を用いて行われ得る。必要であれば、導電性コンタクト層１１およびｎ型コンタクト１０の堆積の後に構造体をアニールしてもよい。
【００５５】
図４（ｅ）のレーザ素子において、アルミニウム含有層の一部を酸化することによって形成した酸化層１８は低導電率を有し、従って図２のレーザ素子の電流ブロック層１５と同様に作用する。酸化層１８は、導電性コンタクト層１１とバッファ層３との直接接触を阻止する。従って本発明によると、特に電流ブロック層を形成するために層構造体１６に追加の層を設ける必要がない。さらに、アルミニウム含有領域のうちメサ構造体１７によって覆われた部分は第１のエッチング工程で露出されず、そのため酸化工程で酸化されない。従って電流ブロック層はメサ構造体１７内には延びず、よってレーザ素子の電気特性に影響を与えない。
【００５６】
図６（ａ）〜６（ｋ）は、図４（ａ）〜４（ｅ）の方法をさらに詳細に示す。
【００５７】
まず、半導体層構造体１６を成長させる（図６（ａ）〜６（ｋ）には層構造体１６の個々の層は示さない）。図６（ａ）（図４（ａ）に対応）に示すように、層構造体１６の最上層上に金属コンタクト層９を堆積する。金属層９を堆積する時点では半導体層構造体１６にはまだエッチング工程もパターニング工程も行われていない。従って半導体層構造体１６の上面は非常にクリーンである。これにより高質のコンタクトが可能となる。対照的に、エッチング工程およびパターニング工程を行った表面に金属コンタクト層を堆積する方法では、表面に不純物が残存しているために高質のコンタクトを行うことが困難なことがある。
【００５８】
次に図６（ｂ）に示すように、リッジメサを形成したい部分にマスキング材料２２を堆積する。これは例えば、金属層９上にフォトレジスト層を堆積し、適切なマスクを介してフォトレジストを露光させることによって行われ得る。図６（ｂ）では２つのリッジメサが形成されているが、本発明の方法はこれに限られない。
【００５９】
次に金属層９をエッチングして、金属層９のうち、マスキング材料によって覆われている部分以外の部分を除去する。このエッチング工程の結果を図６（ｃ）に示す。
【００６０】
次に、半導体層構造体１６をエッチングして１以上のリッジメサ１７を形成する。上記のようにこのエッチング工程では半導体層構造体１６のアルミニウム含有層を露出させる。続いてマスキング材料２２を除去し、図６（ｄ）（図４（ｂ）に対応）に示す構造体を得る。
【００６１】
図６（ｃ）および図６（ｄ）のエッチング工程では任意の適切なエッチャントが用いられ得る。原理的には金属コンタクト層９および半導体層構造体１６は単一の工程でエッチングすることができるが、実際には２段階のエッチング工程で異なるエッチャントを用いた方がより良い結果が得られる。
【００６２】
次に、アルミニウム含有層のうち第２のエッチング工程で露出した部分を酸化して、図６（ｅ）（図４（ｃ）に対応）に示す酸化層１８を形成する。この酸化工程において各リッジメサ構造体１７はマスクとして作用するため、特に酸化工程のマスクは必要とならない。
【００６３】
次に図６（ｆ）に示すように、メサ構造体を形成したい部分にマスキング材料２３を堆積する。これも例えば、フォトレジスト層を堆積し、適切なマスクを介してフォトレジストを露光させることによって行われ得る。
【００６４】
次に、半導体層構造体１６をエッチングして１以上のメサを形成する。上記のように、このエッチング工程では半導体層構造体１６はバッファ層までエッチングされ得る。その後マスキング材料２３を除去して図６（ｇ）（図４（ｄ）に対応）に示す構造体を残す。
【００６５】
次に図６（ｈ）に示すように、ｎ型コンタクト１０を堆積したくない領域にマスキング材料２４を堆積する。これも例えば、フォトレジスト層を堆積し、適切なマスクを介してフォトレジストを露光させることによって行われ得る。その後マスキング材料２４によって覆われていない領域に金属層を堆積してｎ型コンタクト１０を形成し、次いでマスキング材料２４を除去して図６（ｉ）に示す構造体を得る。
【００６６】
次に図６（ｊ）に示すように、ｎ型コンタクト１０上にマスキング材料２５を堆積する。これも例えば、フォトレジスト層を堆積し、適切なマスクを介してフォトレジストを露光させることによって行われ得る。金属層９の残りの部分および酸化層１８の大部分はマスキング材料２５によって覆われていない。
【００６７】
最後に、マスキング材料２５が存在しない部分に金属層２６、例えば金層を堆積する。金属層は１以上のボンドパッドを形成する。各ボンドパッドは、金属コンタクト層９の一部分に電気的に接続している。その後マスキング材料２５を除去して図６（ｋ）（図４（ｅ）に対応）示す構造体を得る。
【００６８】
酸化層１８の抵抗は酸化工程の期間および酸化工程が行われる温度に依存する。これを図３に示す。
【００６９】
図３はＡｌＧａＮウェハの電流−電圧特性を示す。図３の曲線（ａ）は成長したＡｌＧａＮウェハの電流−電圧特性を示す。この特性曲線は、ＡｌＧａＮウェハの抵抗が約２５０オームであることを示している。
【００７０】
曲線（ｂ）は、曲線（ａ）に示すＡｌＧａＮウェハが湿式酸化工程を用いて４００℃の温度で５分間酸化された後の電流−電圧特性を示す。この酸化工程によりウェハの抵抗は約５８０オームまで上昇した。
【００７１】
図３の曲線（ｃ）は、曲線（ａ）に示すＡｌＧａＮウェハが湿式酸化工程を用いて４５０℃の温度で３０分間酸化された後の電流−電圧特性を示す。この酸化工程の効果は、ウェハの抵抗を約１，３５０オームにまで上昇させたことである。
【００７２】
最後に図３の曲線（ｄ）は、曲線（ａ）に示すＡｌＧａＮウェハが湿式酸化工程を用いて５００℃の温度で１時間酸化された後の電流−電圧特性を示す。この酸化工程によりウェハの抵抗が約２０，０００オームまで上昇したことがわかる。すなわちこの酸化工程はウェハの抵抗を約８０乗上昇させた。
【００７３】
図３の曲線（ａ）〜（ｄ）はアルミニウム含有率０．０８のウェハを用いて得られた。
【００７４】
このように酸化工程の期間および温度を適切に選択することにより、酸化された領域１８の抵抗を所望の値まで上昇させて電流ブロック層を形成することが可能である。得られることができる最大抵抗値は、アルミニウム含有層の厚み全体を完全に酸化した場合の抵抗値に相当する。しかし本発明を（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系などの窒化物材料系に適用した場合、層のアルミニウム含有率が低すぎて層全体を酸化することができない可能性が高い。
【００７５】
例えば（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造されたレーザ素子のアルミニウム含有領域は典型的には平均０．０５〜０．１モルのアルミニウムを有する。（２以上の異なるアルミニウムモル量を有する層によって形成された領域の場合、「平均アルミニウム含有モル」は、異なるアルミニウムモル量をそれぞれの層の厚みで重み付けした値の平均である。アルミニウムモル量がゼロの層とアルミニウムモル量が例えば０．１４の層とが互いに積層されているという単純な例では、全ての層の厚みが同じであれば平均アルミニウムモル量は０．０７である。）平均アルミニウム含有率が０．１よりもはるかに大きい場合、層構造体内で起こる応力の結果、層構造体内でクラックが生じる可能性が高い。従って約０．１のアルミニウム含有率は、本発明が（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系または他の窒化物材料系に適用された場合のアルミニウム含有層のアルミニウム含有率の実際の上限である。本発明者らは、このような平均アルミニウム濃度を有する半導体層は容易に酸化されて絶縁層１８を形成することができるため本発明は多くのレーザ素子の製造に適用可能であることを見い出したが、０．１以下の平均アルミニウム含有率を有する層が酸化工程において厚み全体に酸化される可能性は低い。
【００７６】
上記したように、酸化層１８の所望の抵抗を得るために、湿式酸化工程の期間および温度を選択することができる。適切な抵抗を有する酸化層を得るためには、概して少なくとも１００℃の酸化温度および少なくとも１分間の湿式酸化工程の期間が必要である。好ましい実施形態では、湿式酸化工程は少なくとも４００℃の温度、特に好ましくは４５０℃より高い温度で行われる。最高約５００℃の酸化温度を提供する酸化リグを用いて行ったテストでは、４５０℃と５００℃の間の温度で少なくとも約１時間行った酸化工程で良好な結果が得られた。図３に示すように、これにより高抵抗を有し効果的な電流ブロック層として作用する酸化層が提供される。しかし５００℃を越える酸化温度も用いることができると考えられる（但し、用いる酸化温度は層構造体１６の他の層に悪影響を与えるほど高いものであってはならないことは言うまでもない。）。
【００７７】
図５は本発明の第２の実施形態によるレーザ素子２０を示す。本実施形態のレーザ素子は概して第１の実施形態のレーザ素子に類似しているが、第２の実施形態のレーザ素子は、酸化層１８上に設けられた第２の電気的絶縁層２１をさらに含む。電気的絶縁層２１はリッジ構造体１７の側面上にも延びている。電気的絶縁層２１は、導電性コンタクト層１１が堆積される前に酸化層１８上に堆積される。
【００７８】
本実施形態のレーザ素子では、電流ブロック層は絶縁層２１と酸化層１８との組み合わせにより形成される。そのため本実施形態の電流ブロック層は、酸化層１８のみで形成される電流ブロック層よりも高抵抗を有する。ほとんどの場合、絶縁層２１を設けることは不要であるが、本発明を非常に高抵抗の電流ブロック層が必要とされる素子に適用する場合、絶縁層２１を設けることが望ましいことがあり得る。
【００７９】
２つの異なる材料の層を含む電流ブロック層を用いることは、素子の動作の結果故障しないというさらなる利点を有する。電流ブロック層が完全に破壊するには、酸化層と絶縁層との両方が破壊しなければならない。両方の層が破壊する可能性は、一方の層が破壊する可能性よりもはるかに低い。
【００８０】
図５に示す実施形態は、図４（ｅ）に示す実施形態と比較して、さらなる製造工程、すなわち絶縁層２１を堆積する工程を必要とする。絶縁層２１を堆積する工程は、露出したアルミニウム含有層を酸化する工程の後であってエッチング工程の前に行われる。すなわち、アルミニウム含有層を露出し酸化して図４（ｃ）に示す構造体を得る。その後この構造体の上に絶縁層を堆積する。その後第２のエッチング工程を行って図４（ｄ）に示す構造体を得るが、この構造体の酸化層１８上には絶縁層が堆積されている。第２のコンタクト１０および金属パッド１１を堆積するという後の工程は第１の実施形態のレーザの製造と同様に行われる。
【００８１】
上記の実施形態では、酸化工程は湿式酸化工程であった。しかし本発明の方法はこれに限定されない。原理的には露出したアルミニウム含有層を酸化するいずれの適切な方法も用いることができる。例えば、露出したアルミニウム含有層を酸素中、または酸素含有気体混合物（例えば空気）中でアニーリングしてもよいし、露出したアルミニウム含有層を、例えばＨ２Ｏ２などの酸化剤中、または酸素含有プラズマを用いて浸漬してもよい。
【００８２】
図５の実施形態では、電気的絶縁層２１は任意の都合のよい電気絶縁材料により形成され得る。１つの適した材料はシリカである。
【００８３】
上記した実施形態では、露出したアルミニウム含有領域は活性領域の下（すなわち活性領域と基板との間）に位置する。原理的には本発明によると、活性領域の上に位置するアルミニウム含有領域を露出させてもよい。例えば、図４（ａ）の層構造体をエッチングして、下部のＡｌＧａＮ導光領域５ではなく上部のＡｌＧａＮ導光領域７を露出させてもよい。上部のＡｌＧａＮ導光領域７の露出した部分を酸化することにより、図１に示す電流路１２および１３などの望ましくない電流路をブロックする電流ブロック層が形成される。この方法は、半導体レーザ素子の製造に適用された場合、リッジレーザではなくゲイン案内レーザを製造する。
【００８４】
本明細書において、例えば図４（ｅ）の素子が窒化物材料系で製造されていると特定するには、クラッド領域４および８ならびに導光領域５および７がこの材料系の材料で形成されていることが必要である。素子が（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造されると特定することも同様に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来のレーザ素子の模式的断面図である。
【図２】従来のレーザ素子の模式的断面図である。
【図３】酸化されたＡｌＧａＮ層の電流−電圧特性曲線を示す。
【図４ａ】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図４ｂ】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図４ｃ】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図４ｄ】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図４ｅ】本発明の第１の実施形態による半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図６ａ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｂ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｃ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｄ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｅ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｆ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｇ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｈ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｉ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｊ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【図６ｋ】図４（ａ）〜４（ｅ）の方法の工程をさらに詳細に示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  基板
３  バッファ層
４  第１のクラッド領域
５  第１の導光領域
６  レーザ発振用活性領域
７  第２の導光領域
８  第２のクラッド領域
９  コンタクト層
１１  導電性コンタクト層
１６  半導体層構造体
１７  メサ
１８  酸下層
【図１】
2005197754.tif 000003
【図２】
2005197754.tif 000004
【図３】
2005197754.tif 000005
【図４ａ】
2005197754.tif 000006
【図４ｂ】
2005197754.tif 000007
【図４ｃ】
2005197754.tif 000008
【図４ｄ】
2005197754.tif 000009
【図４ｅ】
2005197754.tif 000010
【図５】
2005197754.tif 000011
【図６ａ】
2005197754.tif 000012
【図６ｂ】
2005197754.tif 000013
【図６ｃ】
2005197754.tif 000014
【図６ｄ】
2005197754.tif 000015
【図６ｅ】
2005197754.tif 000016
【図６ｆ】
2005197754.tif 000017
【図６ｇ】
2005197754.tif 000018
【図６ｈ】
2005197754.tif 000019
【図６ｉ】
2005197754.tif 000020
【図６ｊ】
2005197754.tif 000021
【図６ｋ】
2005197754.tif 000022