(57)【要約】【課題】  赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適し、その半導体レーザ装置の低発振閾値電流と高信頼性を両立しつつ、製造工程を大幅に削減し、製造歩留りを向上できる化合物半導体装置を提供すること。【解決手段】  ＧａＡｓ基板１０１上に積層された、Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体を結晶材料とする下地半導体層１０７と、Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物を結晶材料とし、かつ層１０７の表面上に形成されたストライプ状のリッジ１０３をなす直上半導体層１０８とを備える。電極層１１１は、リッジ１３０の頂部および側面、並びに下地半導体層１０７の上面のうちリッジ１３０の側方に相当する部分を被覆している。下地半導体層１０７の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、下地半導体層１０７と電極層１１１との界面で電流が阻止されるように１×１０17ｃｍ-3以下に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に積層された、Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体を結晶材料とする下地半導体層と、
Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物を結晶材料とし、かつ上記下地半導体層の表面上に形成されたストライプ状のリッジをなす直上半導体層と、
上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆する電極層とを備え、
上記下地半導体層のうち少なくとも上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止されるように１×１０17ｃｍ-3以下に設定されていることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジは、上記直上半導体層と、この直上半導体層上に順に積層されたＩｎＧａＰ層と、ＧａＡｓ層とを含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジは、さらに上記ＧａＡｓ層上に積層されたＩｎＧａＡｓ層を含むことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記直上半導体層をなす結晶材料が、ＩｎＧａＡｌＰまたはＩｎＧａＡｌＡｓＰのいずれかからなることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料が、ＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰのいずれかからなることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層の層厚が３０Å以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層の層厚が０．１μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に、この下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下に設定された第二半導体層を備え、
上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が０．１μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項９】
請求項２に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジに含まれた上記ＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の化合物半導体装置において、
上記リッジに含まれた上記ＩｎＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＰからなり、このＩｎＧａＰにおけるIII族元素中のＧａ組成比が０．３６７以上０．６６５以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＡｓＰからなり、上記下地半導体層とＧａＡｓ基板との格子不整合率が±１．５％以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の化合物半導体装置において、
上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状のリッジをなす直上半導体層の両脇の上記下地半導体層表面上に、上記リッジ以上の高さを有するストライプ状構造体をさらに有することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の化合物半導体装置において、
上記電極層は、さらに上記ストライプ状構造体上に形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、
上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されていることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、
上記ストライプ状構造体の少なくとも頂部の上記電極層と接する半導体層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記ストライプ状構造体の頂部と電極層との界面で電流が阻止されるように１×１０17ｃｍ-3以下に設定されていることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の化合物半導体装置において、
上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成された導電体であることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項１９】
ＧａＡｓ基板上に少なくとも、Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体を結晶材料とし、かつ導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下である下地半導体層と、Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物を結晶材料とする直上半導体層とを順に積層する結晶成長工程と、
上記直上半導体層上にストライプ状のパターンを持つエッチングマスクを形成する工程と、
上記エッチングマスクを用いて上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去して、上記下地半導体層の表面上に上記直上半導体層からなるストライプ状のリッジを形成するとともに、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分を露出させるエッチング工程と、
上記エッチングマスクを除去した後、上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆するように電極層を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記エッチング工程における、上記下地半導体層に対するエッチング速度が、上記直上半導体層に対するエッチング速度よりも遅いことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にさらにＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチング対象とし、このエッチングを、深さ方向に関して上記ＧａＡｓ層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記乾式エッチング法および湿式エッチング法によるエッチング後に、上記直上半導体層とＧａＡｓ層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったＩｎＧａＰ層の端部を、超音波を加えた純水洗浄によって除去する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記ＩｎＧａＰ層の層厚が０．１μｍ以下であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記純水洗浄に加える超音波の振動数が２０ｋＨｚ乃至３５０ｋＨｚであることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にこの直上半導体層よりもIII族元素中のＡｌ混晶比が小さいようなＩｎＧａＡｌＰ層と、ＧａＡｓ層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとともに、このエッチングを、深さ方向に関して上記ＧａＡｓ層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２６】
請求項２１または２５に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記乾式エッチング法で用いるエッチングガスが、塩素系ガスであることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されていることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２９】
請求項１９に記載の化合物半導体装置の製造方法において、
上記結晶成長工程で、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を積層することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３０】
請求項１８に記載の化合物半導体装置を備えたことを特徴とする光ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適した化合物半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような半導体レーザ装置を構成する化合物半導体装置を備えた光ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
化合物半導体を用いた化合物半導体装置は、さまざまな電子デバイスや光デバイスに適用されている。代表的な光デバイスの一つである半導体レーザ装置は、その応用分野から、光ファイバ通信用光源と光ディスク装置用光源の２つに大別される。
【０００４】
光ディスク装置には、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク（ＬＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）など種々のものがあるが、ＣＤ光ディスク装置に比べて、より大きな情報記憶容量を有する６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光を利用したＤＶＤ光ディスク装置は、急激に需要が拡大している。このＤＶＤ光ディスク装置の性能向上と低価格化を実現するためには、光源に用いられる半導体レーザ装置の改善が必須である。
【０００５】
光ディスク装置に使用される半導体レーザ装置には、低い発振閾値電流と高い信頼性が要求される。従来、これらを実現するためにリッジ埋め込み型構造が多用されている。リッジ埋め込み型構造は、屈折率差を利用して、ストライプ状の光導波路に光を閉じ込める働きと、活性層の外へ無駄な電流が流れないようにする働きとを兼ねており、低閾値電流が実現できる。また、製造工程途中で活性層が大気にさらされることが無いので高い信頼性を実現することができる。このリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法）や有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などを用いて、３回の結晶成長を経て製造される。
【０００６】
従来のリッジ埋め込み型構造を用いたＤＶＤ光ディスク装置用の６５０ｎｍ帯ＩｎＧａＡｌＰ系赤色半導体レーザ装置としては、図１４に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１（特開昭６２−２００７８６号公報）参照。）。この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板５１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層５１２及びｎ−ＩｎＧａＰバッファ層５１３を備えている。バッファ層５１３上には、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層５１４、ＩｎＧａＰ活性層５１５及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層５１６、５１７、５１８からなるダブルヘテロ接合構造部が形成されている。ここで、クラッド層５１７は低Ａｌ組成であり、後述のエッチング停止層として作用する。また、クラッド層５１８はストライプ状に加工されており、これによりｐクラッド層にストライプ状リッジが形成されている。クラッド層５１８上には、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰコンタクト層５１９及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層５２０が形成されている。ダブルヘテロ接合構造部及びコンタクト層５２０の側面には、ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層５２１が形成されている。コンタクト層５２０及び電流ブロック層５２１上には、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５２２が形成されている。そして、コンタクト層５２２の上面に金属電極５２３が被着され、基板５１１の下面に金属電極５２４が被着されている。
【０００７】
この構造では、電流狭窄はコンタクト層５２０と電流ブロック層５２１により行われ、光導波はストライプ状のメサに形成されたクラッド層５１８により行われる。なお、バッファ層５１３はＧａＡｓ上に形成するＩｎＧａＡｌＰ系結晶の品質向上のためである。また、コンタクト層（中間コンタクト層）５１９は、クラッド層５１８とコンタクト層５２０との間の電気抵抗の低減を目的とするものであり、コンタクト層５２０よりもバンドギャップが大きく、且つクラッド層５１８よりもバンドギャップが小さいものであればよい。
【０００８】
上記従来の半導体レーザ装置は、図１５（ａ）〜図１５（ｆ）に示すような工程によって製造されている。
【０００９】
まず、図１５（ａ）に示すように、原料としてメタル系III族有機金属（トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム）と、Ｖ族水素化物（アルシン、ホスフィン）とを使用した大気圧未満の圧力下でのＭＯＣＶＤ法により、面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板５１１（Ｓｉドープ、３×１０18ｃｍ-3）上に厚さ０．５μｍのｎ−ＧａＡｓ第一バッファ層５１２（Ｓｅドープ、３×１０18ｃｍ-3）、厚さ０．５μｍのｎ−ＩｎＧａＰ第二バッファ層５１３（Ｓｅドープ、３×１０18ｃｍ-3）、厚さ１．５μｍのｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐ第一クラッド層５１４（Ｓｅドープ、１×１０18ｃｍ-3）、厚さ０．１μｍのＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ活性層５１５、厚さ０．１μｍのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐ第二クラッド層５１６（Ｍｇドープ、２×１０18ｃｍ-3）、エッチング停止層として作用する厚さ０．０２μｍのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.4Ａｌ0.1Ｐ第三クラッド層５１７（Ｍｇドープ、２×１０18ｃｍ-3）、厚さ１．４μｍのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.2Ａｌ0.3Ｐ第四クラッド層５１８（Ｍｇドープ、２×１０18ｃｍ-3）、中間コンタクト層としての厚さ０．０１μｍのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.4Ａｌ0.1Ｐ第一コンタクト層５１９（Ｍｇドープ、２×１０18ｃｍ-3）及び厚さ０．５μｍのｐ−ＧａＡｓ第二コンタクト層５２０（Ｍｇドープ、２×１０18ｃｍ-3）を順次成長してダブルヘテロウエハを形成する。続いて、第二コンタクト層５２０上に、シランガスの熱分解と写真触刻により幅５μｍ、厚さ０．１μｍのストライプ状にＳｉＯ2膜５２６を形成する。
【００１０】
次いで、図１５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2膜５２６をマスクとして用い、ＧａＡｓ選択エッチャントにより第二コンタクト層５２０をエッチングして第一コンタクト層５１９を露出させ、幅３μｍのＧａＡｓのストライプ状メサ５２７を形成する。
【００１１】
次いで、図１５（ｃ）に示すように、ＧａＡｓストライプ状メサ５２７をマスクとして用い、ＩｎＧａＡｌＰの選択エッチャントにより、第三クラッド層５１７が露出するまで第一コンタクト層５１９及び第四クラッド層５１８をエッチングして、ストライプ状メサ５２８を形成する。
【００１２】
このウエハをＧａＡｓの選択エッチャントにて処理することにより、第二コンタクト層５２０をエッチングしてその幅を狭くし、図１５（ｄ）に示す形状のストライプ状リッジ５２９を形成する。なお、ＧａＡｓの選択エッチャントは、２８％アンモニア水、３５％過酸化水素水および水を１：３０：９の割合で混合したものであり、２０℃にて使用する。また、ＩｎＧａＡｌＰの選択エッチャントは、硫酸或いはリン酸であり、４０〜１３０℃の温度にて使用する。
【００１３】
次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料として使用した減圧下でのＭＯＣＶＤ法により、図１４（ｅ）に示すようにｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層５２１（Ｓｅドープ、５×１０18ｃｍ-3）を厚さ０．５μｍ成長する。このとき、成長は希釈ホスフィンガスを導入しつつ７００℃まで昇温した後、ホスフィンガス流をアルシンガス流に切り替え、約１秒間待機した後、トリメチルガリウム有機金属ガスを導入することにより行う。その結果、上記ＳｉＯ2膜５２６上にはＧａＡｓの成長は全く見られず、図１５（ｅ）に示す断面形状のウエハが得られる。
【００１４】
次いで、ＳｉＯ2膜５２６を除去した後、図１５（ｆ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により全面にｐ−ＧａＡｓ第三コンタクト層５２２（Ｍｇドープ、５×１０18ｃｍ-3）を厚さ３μｍ成長する。その後、通常の電極工程により、第三コンタクト層５２２上にＡｕ／Ｚｎ電極５２３を、基板５１１の下面にＡｕ／Ｇｅ電極５２４を被着することによって、上記図１４に示す構造のレーザ用ウエハを得ることができる。
【００１５】
このようにして作製されたリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、前述のように低い発振閾値電流と高い信頼性を両立できるという特徴があり、ＤＶＤ用の赤色光源として多用されている。
【００１６】
しかしながら、このリッジ埋め込み型の半導体レーザ装置は、上述したように３回の結晶成長を行って製造されているため、製造コストが大きくなり、かつ工程数が多いために製造歩留りが低下しやすいという問題がある。
【特許文献１】特開昭６２−２００７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、この発明の課題は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適し、その半導体レーザ装置の低発振閾値電流と高信頼性を両立しつつ、製造工程を大幅に削減し、製造歩留りを向上することができる化合物半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１８】
また、この発明の課題は、そのような半導体レーザ装置を構成する化合物半導体装置を備えた光ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の化合物半導体装置は、
ＧａＡｓ基板上に積層された、Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体を結晶材料とする下地半導体層と、
Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物を結晶材料とし、かつ上記下地半導体層の表面上に形成されたストライプ状のリッジをなす直上半導体層と、
上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆する電極層とを備え、
上記下地半導体層のうち少なくとも上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止されるように１×１０17ｃｍ-3以下に設定されていることを特徴とする。
【００２０】
ここで、「導電型」とはｎ型またはｐ型を指す。
【００２１】
「Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体」とは例えばＩｎＧａＰやＩｎＧａＡｓＰであり、「Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物」とは例えばＩｎＧａＡｌＰである（ただし、いずれも組成比を省略した表記である。）。
【００２２】
また、上記下地半導体層のうち上記電極層と接する部分だけでなく、上記下地半導体層の全域について、導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下に設定されていても良い。
【００２３】
この発明の化合物半導体装置は、概略、ＧａＡｓ基板上に下地半導体層、直上半導体層を順に結晶成長して積層し、直上半導体層をストライプ状のリッジをなすようにエッチング加工するとともにその側方に下地半導体層を露出させ、それらの上に電極層を形成することによって容易に作製され得る。このようにした場合、製造段階で結晶成長工程を１度で済ませることができる。したがって、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して、大幅に製造工程が削減され、製造歩留りが向上する。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、低コストで作製される。
【００２４】
また、この発明の化合物半導体装置の電極層とＧａＡｓ基板との間に電流を流す場合、上記下地半導体層のうち上記電極層と接する部分の導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下に設定されているので、上記リッジの側方では上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止される。したがって、上記電極層と上記リッジの頂部との接合のみを通して電流が流すことができる。これにより、電流狭窄が行われる。したがって、結晶成長工程で、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間にＩｎＧａＡｌＰ系の半導体層群（レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群）を積層しておくことにより、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を好適に構成することができる。
【００２５】
また、この発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、低発振閾値電流と高信頼性を両立することができる（後にデータを示して詳述する。）。
【００２６】
なお、上記半導体基板の、上記各層が積層された面とは反対側の面に、この面とオーミック接合をなす別の電極層が設けられるのが望ましい。これにより、上記二つの電極層間で上記活性層を含む半導体層群を通して容易に通電が行われ、レーザ発振が実現される。
【００２７】
さらに、上記リッジが順メサ形状の断面を有するのが望ましい。その場合、この化合物半導体装置の製造段階で、上記リッジ上に電極層を例えば蒸着するだけで、上記電極層は上記リッジの頂部および側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を連なって被覆する状態になる。つまり、上記電極層が上記リッジの頂部と上記下地半導体層の上面との間で段切れすることがない。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、歩留りよくさらに安価で製造される。
【００２８】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジは、上記直上半導体層と、この直上半導体層上に順に積層されたＩｎＧａＰ層と、ＧａＡｓ層とを含むことを特徴とする。
【００２９】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度を或る値以上に設定してコンタクト層を構成することにより、上記リッジの頂部（コンタクト層）と電極層とがオーミック接合をなすように容易に設定できる。これにより、上記リッジの頂部と電極層との間の接触抵抗を低減できる。また、上記直上半導体層と上記ＧａＡｓ層との間にＩｎＧａＰ層が設けられているので、上記直上半導体層と上記ＧａＡｓ層との間で生じるエネルギーバンドオフセットに起因する抵抗値の増大を防止できる。したがって、素子抵抗を低減することができる。
【００３０】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジは、さらに上記ＧａＡｓ層上に積層されたＩｎＧａＡｓ層を含むことを特徴とする。
【００３１】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ＩｎＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度を或る値以上に設定してコンタクト層を構成することにより、上記リッジの頂部（コンタクト層）と電極層とがオーミック接合をなすように容易に設定できる。これにより、上記リッジの頂部と電極層との間の接触抵抗を低減できる。そのことにより、上記リッジのストライプ幅をより狭めることが可能となる。その結果、この化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置の、発振閾値電流の低減やキンク発生出力の向上を図ることができる。
【００３２】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記直上半導体層をなす結晶材料が、ＩｎＧａＡｌＰまたはＩｎＧａＡｌＡｓＰのいずれかからなることを特徴とする。
【００３３】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料が、ＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰのいずれかからなることを特徴とする。
【００３４】
上記二つの実施形態によれば、上記下地半導体層と直上半導体層との間にエッチング選択性を持たせることができる。したがって、この化合物半導体装置の製造段階で、上記リッジを制御性よく簡便に形成することが可能となる。
【００３５】
一実施形態の化合物半導体装置は、上記下地半導体層の層厚が３０Å以上であることを特徴とする。
【００３６】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層の層厚が３０Å以上であるから、この化合物半導体装置の製造段階における、直上半導体層をストライプ状のリッジをなすようにエッチング加工する工程で、深さ方向に関して上記下地半導体層でエッチングを停止させて、上記リッジの側方に下地半導体層を露出させることが容易になる。したがって、さらに上記リッジを制御性よく簡便に形成することができる。
【００３７】
一実施形態の化合物半導体装置は、上記下地半導体層の層厚が０．１μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする。
【００３８】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層の層厚が０．１μｍ以上であるから、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分と電極層との界面で電流が十分に阻止される。したがって、電流ブロック層の再成長や、あるいは絶縁膜を挿入することなしに、電流狭窄が有効に行われる。また、上記下地半導体層の層厚が０．４μｍ以下であるから、上記電極層とＧａＡｓ基板との間で上記下地半導体層（のうち上記リッジ直下に相当する部分）を通して電流が流される場合に、実質的に素子抵抗が増大することはない。
【００３９】
一実施形態の化合物半導体装置では、
上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に、この下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下に設定された第二半導体層を備え、
上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が０．１μｍ以上０．４μｍ以下であることを特徴とする。
【００４０】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間で上記下地半導体層の下面に接した位置に設けられた第二半導体層は、下地半導体層の導電型と同じ導電型を持ち、かつその導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下に設定されているので、上記下地半導体層と同様に働く。したがって、上記下地半導体層の層厚が０．１μｍに満たない場合であっても、上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が０．１μｍ以上であるから、十分な電流狭窄性が得られる。また、上記下地半導体層と第二半導体層の層厚の総和が０．４μｍ以下であるから、上記電極層とＧａＡｓ基板との間で上記下地半導体層と第二半導体層（のうち上記リッジ直下に相当する部分）を通して電流が流される場合に、実質的に素子抵抗が増大することはない。
【００４１】
上記第二半導体層をなす結晶材料は、Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物であるのが望ましく、例えばＩｎＧａＡｌＡｓＰであっても良い。
【００４２】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記ＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする。
【００４３】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記ＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であるから、上記電極層とＧａＡｓ基板との間で電流が流される場合に、素子抵抗を十分に低減することができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。
【００４４】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジに含まれた上記ＩｎＧａＡｓ層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする。
【００４５】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層直下のＩｎＧａＡｓからなる層のドーピング濃度が５×１０18ｃｍ-3以上であるから、上記電極層とＧａＡｓ基板との間で電流が流される場合に、素子抵抗を十分に低減することができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。
【００４６】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＰからなり、このＩｎＧａＰにおけるIII族元素中のＧａ組成比が０．３６７以上０．６６５以下であることを特徴とする。
【００４７】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＰからなり、このＩｎＧａＰにおけるIII族元素中のＧａ組成比（Ｉｎ1-xＧａxＰと表したときのｘの値）が０．３６７以上０．６６５以下であるから、上記下地半導体層の上下に形成された半導体層との界面における格子不整合によって生じる結晶性の悪化や、抵抗の増大が生じない。したがって、良好な素子特性を維持することができる。
【００４８】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＡｓＰからなり、上記下地半導体層とＧａＡｓ基板との格子不整合率が±１．５％以下であることを特徴とする。ここで、格子不整合率が±１．５％以下であるとは、格子不整合率の絶対値が１．５％以下であることを意味する。
【００４９】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記下地半導体層をなす結晶材料がＩｎＧａＡｓＰからなり、上記下地半導体層とＧａＡｓ基板との格子不整合率が±１．５％以下であるから、上記下地半導体層の組成がＩｎＧａＡｓＰの場合でも、結晶性の悪化や、抵抗の増大が生じない。したがって、良好な素子特性を維持することができる。
【００５０】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたことを特徴とする。
【００５１】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備える。これにより、半導体レーザ装置が構成される。
【００５２】
上記電極層とＧａＡｓ基板との間に通電されたとき、上記活性層は上記リッジがストライプ状に延びる方向に対して垂直な二つの端面間でレーザ発振を行うようになっているの
が望ましい。これにより、安定したレーザ発振が可能となる。
【００５３】
また、上記ＧａＡｓ基板と上記活性層との間の半導体層は第１導電型であり、上記活性層と電極層との間の半導体層は第２導電型であるのが望ましい。なお、「第１導電型」とはｎ型またはｐ型のうち一方の導電型を指し、「第２導電型」とはｎ型とｐ型のうち他方の導電型を指す。
【００５４】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状のリッジをなす直上半導体層の両脇の上記下地半導体層表面上に、上記リッジ以上の高さを有するストライプ状構造体をさらに有することを特徴とする。
【００５５】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記リッジの両脇にリッジ以上の高さを有するストライプ状の構造体を有するために、リッジ側に設けられた電極をステムや放熱体にダイボンドするいわゆるジャンクションダウン型の実装を行う際にも、リッジ部が破損したりすることを防止することができる。
【００５６】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層は、さらに上記ストライプ状構造体上に形成されていることを特徴とする。
【００５７】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体上に上記電極層が形成されているために、上述のジャンクションダウン型実装の際、ステムや放熱体の導電体と上記ストライプ状構造体上の電極層との間で容易に電気的な導通を取ることができるようになる。
【００５８】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されていることを特徴とする。
【００５９】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体と上記電極層との界面に絶縁体が挿入されているために、上記ストライプ状構造体を介して上記電極層から下地半導体層へ電流が流れることがない。したがって余分なリーク電流を生じさせることがなく、低い閾値電流値を有する化合物半導体装置を提供することができる。
【００６０】
ここで、上記絶縁体としては、ＳｉＯ２やＳｉＮｘなどの無機絶縁体の他、有機樹脂などを好適に適用することができる。
【００６１】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体が半導体層からなり、上記ストライプ状構造体の少なくとも頂部の上記電極層と接する半導体層の導電型を定める不純物のドーピング濃度が、上記ストライプ状構造体の頂部と電極層との界面で電流が阻止されるように１×１０17ｃｍ-3以下に設定されていることを特徴とする。
【００６２】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体の頂部であって上記電極層と接する半導体層のドーピング濃度を１×１０１７ｃｍ−３以下とすることによって、別途絶縁体等を設けることなく、上記電極層と上記ストライプ状構造体との界面で電流を遮断できるようになる。したがって、ジャンクションダウン型実装時のリッジ破損防止に効果のあるストライプ状構造体が低コストで形成可能となる。
【００６３】
一実施形態の化合物半導体装置では、上記電極層は、上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成された導電体であることを特徴とする。
【００６４】
この一実施形態の化合物半導体装置では、上記ストライプ状構造体は、上記電極層上に形成され、かつ導電体であることにより、ステムや放熱体と電極層との導通をとりつつ、リッジ部の破損を防止することができる。このとき、活性層で発生した熱をより効率的に外部に放出できる効果がある。さらに、電流遮断を行うための絶縁体やドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下の半導体層を形成する必要がないため、製造工程がより簡略化でき、歩留まりがよく製造コストの安い半導体レーザ装置を提供することが可能となる。
【００６５】
この発明の化合物半導体装置の製造方法は、
ＧａＡｓ基板上に少なくとも、Ｐを含みＡｌを含まないIII−Ｖ族化合物半導体を結晶材料とし、かつ導電型を定める不純物のドーピング濃度が１×１０17ｃｍ-3以下である下地半導体層と、Ｐ、ＡｌおよびＩｎを含むIII−Ｖ族化合物を結晶材料とする直上半導体層とを順に積層する結晶成長工程と、
上記直上半導体層上にストライプ状のパターンを持つエッチングマスクを形成する工程と、
上記エッチングマスクを用いて上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去して、上記下地半導体層の表面上に上記直上半導体層からなるストライプ状のリッジを形成するとともに、上記下地半導体層のうち上記リッジの側方に相当する部分を露出させるエッチング工程と、
上記エッチングマスクを除去した後、上記リッジの頂部および少なくとも一方の側面、並びに上記下地半導体層の上面のうち上記リッジの側方に相当する部分を被覆するように電極層を形成する電極形成工程と、
を含むことを特徴とする。
【００６６】
この発明の化合物半導体装置の製造方法によれば、上述の化合物半導体装置が容易に製造される。また、製造段階で結晶成長工程を１度で済ませることができるので、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して、大幅に製造工程が削減され、製造歩留りが向上する。したがって、この発明の化合物半導体装置およびそれを適用して構成された半導体レーザ装置は、低コストで作製される。製造された化合物半導体装置では、上記リッジの側方では上記下地半導体層と電極層との界面で電流が阻止される。
【００６７】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記エッチング工程における、上記下地半導体層に対するエッチング速度が、上記直上半導体層に対するエッチング速度よりも遅いことを特徴とする。
【００６８】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとき、上記下地半導体層でエッチングを容易に停止させることができる。したがって、上記リッジを制御性よく簡便に形成することができる。
【００６９】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にさらにＩｎＧａＰ層とＧａＡｓ層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＰ層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチング対象とし、このエッチングを、深さ方向に関して上記ＧａＡｓ層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする。
【００７０】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、横方向へのエッチング進行を比較的少なくできる。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。
【００７１】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記乾式エッチング法および湿式エッチング法によるエッチング後に、上記直上半導体層とＧａＡｓ層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったＩｎＧａＰ層の端部を、超音波を加えた純水洗浄によって除去する工程とを含むことを特徴とする。
【００７２】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記直上半導体層とＧａＡｓ層の側面の間から側方へ突出する態様で残ったＩｎＧａＰ層の端部が、超音波を加えた純水洗浄によって除去される。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。
【００７３】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記ＩｎＧａＰ層の層厚が０．１μｍ以下であることを特徴とする。
【００７４】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記ＩｎＧａＰ層の層厚が０．１μｍ以下であるから、上記直上半導体層とＧａＡｓ層との間に側方へ突出する態様で残ったＩｎＧａＰ層の端部が、超音波を加えた純水洗浄によって容易に除去される。
【００７５】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記純水洗浄に加える超音波の振動数が２０ｋＨｚ乃至３５０ｋＨｚであることを特徴とする。
【００７６】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、上記純水洗浄に加える超音波の振動数が２０ｋＨｚ乃至３５０ｋＨｚであるから、純水中に破壊的なキャビテーションがランダムに発生して、上記直上半導体層とＧａＡｓ層との間に側方へ突出する態様で残ったＩｎＧａＰ層の端部がさらに容易に除去される。
【００７７】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、
上記結晶成長工程で、上記直上半導体層上にこの直上半導体層よりもIII族元素中のＡｌ混晶比が小さいようなＩｎＧａＡｌＰ層と、ＧａＡｓ層とをこの順に積層し、
上記エッチング工程で、上記ＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｌＰ層および直上半導体層のうち上記エッチングマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去するとともに、このエッチングを、深さ方向に関して上記ＧａＡｓ層の上面側から上記直上半導体層の途中まで乾式エッチング法により行い、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法により行うことを特徴とする。
【００７８】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、湿式エッチング法による場合に比して、横方向へのエッチング進行を比較的少なくできる。したがって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。
【００７９】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、上記乾式エッチング法で用いるエッチングガスが、塩素系ガスであることを特徴とする。
【００８０】
ここで「塩素系ガス」とは、塩素または塩素化合物を含むガスを意味する。
【００８１】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、乾式エッチング法によりエッチングを行う間、エッチングガスとして塩素系ガスを用いるので、横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができる。この結果、乾式エッチング法によるエッチングの終了時点で、上記エッチングマスクの直下に残される半導体層の側面が基板面に対してほぼ垂直になる。したがって、続いて上記直上半導体層の途中から上記下地半導体層が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングを行うことによって、上記リッジを順メサ形状に制御性よく簡便に形成することができる。
【００８２】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されていることを特徴とする。
【００８３】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記塩素系ガスに不活性ガスが添加されているので、乾式エッチング法によりエッチングを行う際に、上記エッチングマスクの直下に残される半導体層の側面の荒れが防止される。
【００８４】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であることを特徴とする。
【００８５】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記湿式エッチング法で用いるエッチャントが、過酸化水素水にリン酸または硫酸を加えた混合水溶液であるから、順メサ形状にするための異方性エッチングを好適に行うことができ、極めて簡略に順メサ形状のリッジを形成することができる。
【００８６】
一実施形態の化合物半導体装置の製造方法では、上記結晶成長工程で、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を積層することを特徴とする。
【００８７】
この一実施形態の化合物半導体装置の製造方法によれば、半導体レーザ装置が製造される。
【００８８】
この発明の光ディスク装置は、本発明の化合物半導体装置であって、上記ＧａＡｓ基板と下地半導体層との間に、レーザ発振を行うための活性層を含む半導体層群を備えたものを有することを特徴とする。つまり、この発明の光ディスク装置は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置を備える。
【００８９】
上述のように、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、低発振閾値電流と高信頼性を両立できるので、この発明の光ディスク装置は、データを高速に読み書きできるとともに、長期信頼性を実現できる。また、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された半導体レーザ装置は、安価に製造されるので、この発明の光ディスク装置も安価に製造される。
【発明の効果】
【００９０】
この発明の化合物半導体装置は、赤色レーザ光を出射する半導体レーザ装置を構成するのに適し、その半導体レーザ装置の低発振閾値電流と高信頼性を両立しつつ、製造工程を大幅に削減し、製造歩留りを向上することができる。
【００９１】
また、この発明の化合物半導体装置の製造方法によれば、そのような化合物半導体装置を、一般的なリッジ埋め込み構造の半導体レーザ装置を製造する場合に比して大幅に削減された製造工程で、製造歩留り良く製造でき、したがって安価に製造できる。
【００９２】
さらに、本発明の光ディスク装置は、データを高速に読み書きできるとともに、長期信頼性を実現でき、また、安価に製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９３】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００９４】
〔第１実施形態〕
図１は、この発明の化合物半導体装置を適用して構成された第１実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図であり、図２はその半導体レーザ装置の斜視図である。
【００９５】
この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐバッファ層１０２、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ下クラッド層１０３、多重量子井戸活性層１０４、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第一上クラッド層１０５、第二半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第二上クラッド層１０６、および下地半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層１０７が順次積層されている。上記多重量子井戸活性層１０４は、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ量子井戸層（歪０．２２％、層厚５０Å、４層）とＩｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐバリア層（基板側から層厚５００Å、５０Å３層、５００Å）を交互に配置して形成されている。また、上記ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層１０７上に、順メサストライプ形状のリッジ１３０をなすように、直上半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層１０８、ＩｎＧａＰ層としてのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層１０９、およびＧａＡｓ層としてのｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０が設けられている。さらに、リッジ１３０の頂部、側面部、およびエッチストップ層１０７の上面（リッジ１３０の直下を除いた、リッジ１３０の側方に相当する部分。）を連なって被覆する態様で、電極層としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるｐ側電極１１１が設けられている。なお、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃがそれぞれ、上記リッジ１３０の頂部、側面部、エッチストップ層１０７の上面を被覆する部分（これを適宜「電極部分」と呼ぶ。）を表している。電極部分１１１ａとリッジ１３０の頂部（コンタクト層１１０）との間のコンタクト抵抗は十分に低い値（１×１０-6Ωｃｍ2）になっている。一方、電極部分１１１ｃとエッチストップ層１０７とがなす界面は、図１において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板１０１の裏面側には、別の電極層として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層金属薄膜からなるｎ側電極１１２が形成されている。図２に示すように、この半導体レーザ装置は、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ１３０のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜（不図示）がコーティングされている。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。
【００９６】
この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。
【００９７】
まず、図３中に示すｎ−ＧａＡｓ基板１０１の（１００）面の全域に、ｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐバッファ層１０２（層厚：０．２５μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ下クラッド層１０３（層厚：１．２μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、多重量子井戸活性層１０４、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第一上クラッド層１０５（層厚：０．２μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第二上クラッド層１０６（層厚：０．１μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層１０７（層厚：５０Å、Ｂｅドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層１０８（層厚：１．２μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１．３×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層１０９（層厚：５００Å、Ｂｅドーピング濃度：７×１０18ｃｍ-3）、ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０（層厚：０．３μｍ、Ｂｅドーピング濃度：２×１０19ｃｍ-3）を順次、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）にて結晶成長させる（結晶成長工程）。
【００９８】
次に、リッジ１３０を形成すべき領域（図１参照）上に、エッチングマスクとしてのレジストマスク１１３（マスク幅３．５μｍ）をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク１１３は、形成すべきリッジ１３０が延びる方向に対応して、＜０−１１＞方向にストライプ状に延びるように形成される。
【００９９】
次に、図３〜図５に示すように、半導体層１１０、１０９、１０８のうちレジストマスク１１３の側方に相当する部分をエッチングして除去する（エッチング工程）。
【０１００】
具体的には、このエッチング工程では、まず図３に示すように、深さ方向に関してｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０の上面側からｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層１０８の途中まで乾式（ドライ）エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチングガスとして、Ｃｌ2とＢＣｌ3の１：１混合ガスを用い、それに不活性ガスとしてＡｒガスを添加した。ドライエッチング時の圧力は１０ｍＴｏｒｒとした。エッチングガスとして塩素系ガスを用いているので、横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができ、この結果、このドライエッチングの終了時点で、レジストマスク１１３の直下に残される半導体層１１０、１０９、１０８の側面Ｖが基板面に対してほぼ垂直な形状になる。
【０１０１】
続いて、図４に示すように、深さ方向に関してｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層１０８の途中からｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層１０７が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチャントとして、リン酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いる。この結果、ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０およびｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層１０８の側面Ｓが基板面に対して斜面をなす形状（順メサ）となる。一方、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層１０９はエッチングされず、その端部１０９ｂは、上下の層１１０、１０８の側面Ｓから側方へ突出する態様で残る。
【０１０２】
続いて、図５に示すように、超音波を加えた純水洗浄を行って、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層１０９の端部１０９ｂを除去する。これにより、斜面１３０ｂを両側に有する順メサ形状のリッジ１３０を形成する。この時、純水洗浄に加える超音波は、ウルトラソニック帯（２０ＫＨｚ〜３５０ｋＨｚ）である。この後、レジストマスク１１３を除去する。
【０１０３】
続いて、図６に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、表面側にｐ側電極１１１としてＴｉ（層厚：１０００Å）／Ｐｔ（層厚：５００Å）／Ａｕ（層厚：３０００Å）の順に金属薄膜を積層形成する（電極形成工程）。
【０１０４】
続いて、図１に示したように、ｎ−ＧａＡｓ基板１０１を裏面側から所望の厚さに研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極１１２としてＡｕＧｅ（層厚：１５００Å）／Ｎｉ（層厚：１５０Å）／Ａｕ（層厚：３０００Å）の順に金属薄膜を積層形成する。
【０１０５】
その後、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で１分間、３９０℃に加熱して、電極材料の合金化処理を行う。これで半導体レーザ装置が得られる。
【０１０６】
なお、超音波を加えた純水洗浄は、レジストマスク１１３を除去した後に行ってもよい。
【０１０７】
本実施形態においては、ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体レーザ装置を例にとって説明しているが、本発明はこれに限るものではなく、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いる他の化合物半導体装置に適用できることは言うまでも無い。
【０１０８】
本実施形態のＩｎＧａＡｌＰ系赤色半導体レーザ装置は、上述したように結晶成長工程が一度であるという特徴を有する。このため、３回の結晶成長を経て製造される従来のリッジ埋め込み型のＩｎＧａＡｌＰ系赤色半導体レーザ装置に比べて、圧倒的に製造コストを削減でき、またプロセス工程数が少ないために、歩留りが向上するという効果がある。したがって、本実施形態の半導体レーザ装置は安価に製造される。
【０１０９】
上述の半導体レーザ装置においては、動作時にｐ側電極１１１とｎ側電極１１２との間に通電されるとき、リッジ１３０の頂部を覆う電極部分１１１ａおよびリッジ１３０の側面部を覆う電極部分１１１ｂの一部からのみ電流注入が行われ、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層１０７を覆う電極部分１１１ｃからは電流が注入されない。このような公知の電流ブロック層の機能に相当する電流狭窄を実現しつつ、素子抵抗を悪化させず、さらに長期信頼性をも有する半導体レーザ装置を提供するためには、以下に説明するような構成を有することが重要である。
【０１１０】
まず、電流をブロックしたい領域（リッジ１３０の側方でｐ側電極１１１と接する部分）の半導体層の不純物（この例ではｐ型不純物）ドーピング濃度を１×１０17ｃｍ-3以下にすることが肝要である。半導体レーザ装置では、後述するように、発振させたレーザ光が吸収されないよう、ごく薄い（３００Å以下）エッチストップ層を用いる。その場合、その直下の半導体層（この例では第二上クラッド層１０６）のドーピング濃度も１×１０17ｃｍ-3以下である必要がある。図７に、電流をブロックしたい領域のドーピング濃度を１×１０17ｃｍ-3と１×１０18ｃｍ-3で作り比べた時の、電流狭窄性および通電安定性の比較グラフを示す。この第１実施形態の半導体レーザ装置において、発振動作時の電圧は＋２Ｖ前後（この例では２．１７Ｖ）であったが、その時のリーク電流は、図７から分かるように、１×１０17ｃｍ-3ドーピングの場合、２×１０-4Ａ程度であり、複数回（この例では５回）通電しても、リーク電流値に変化はなかった。一方、１×１０18ｃｍ-3ドーピングの場合は、＋２Ｖにおける初期（通電１回目）のリーク電流値は１７乗ドーピング時の約１００倍であり、通電を重ねると（通電２回目）、さらに１０倍以上増大してしまった。以上のように、低ドーピング濃度半導体層（この例ではエッチストップ層１０７および第二上クラッド層１０６に相当する。以下同様。）のドーピング濃度は、１×１０17ｃｍ-3以下が望ましい。また、この時、上記低ドーピング濃度半導体層は、およそ０．１μｍ以上の層厚が無いと十分な電流狭窄を行うことができない。さらに、通電領域（ストライプ内）の素子抵抗の悪化を防止するために、上記低ドーピング濃度半導体層の層厚は、厚くても０．４μｍ以下としなければならない。このような構成とすることで長期通電時にも安定した電流狭窄性を得ることが可能となる。また、所望の光学設計を実現し、かつ素子抵抗を低減するために、上記低ドーピング濃度半導体層の直下には、それより高ドーピングの上クラッド層（この例では第一上クラッド層１０５）を有することが望ましい。光学設計から要求される上クラッド層の厚みの調整は、その高ドーピングの上クラッド層で行う。同時に、電流注入領域の抵抗を低減するために、リッジ１３０の頂部を形成するｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０の不純物ドーピング濃度は、５×１０18ｃｍ-3以上とする。このような条件下で、その上にノンアロイ系電極材料（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）からなるｐ側電極１１１を形成すると、ｐ側電極１１１とコンタクト層１１０との間のコンタクト抵抗は、十分低い値（１×１０-6Ωｃｍ2）を実現でき、微小なストライプ構造に対しても良好な電流注入を行うことができる。さらに、リッジ１３０の頂部からリッジ１３０の側方へ電極を引き出すためには、逆メサ形状では何らかの手段を使ってメサ段差を解消させる必要があるが、本実施形態のようにリッジ１３０が順メサ形状になっていれば、そういった別手段を講じずとも、リッジ１３０の側方の相対的に広くて、強度が高い領域上で外部回路への電気的接続を行うことができるようになる。
【０１１１】
なお、本実施形態のようにｐ側電極１１１から活性層１０４までの距離が２μｍ程度以下の場合、ｐ側電極材料として一般的に用いられているＡｕＺｎは、意図しないＺｎの拡散を考えて、使用しないほうがよい。
【０１１２】
また、本実施形態では、エッチストップ層１０７の結晶材料として、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐを使用しているが、その厚みは少なくとも３０Åあれば、上述した製造工程によって十分な選択エッチング性が得られる。また、ＩｎＧａＰ層におけるＧａの混晶比は、０．５である必要は無く、検討の結果、０．３６７以上０．６６５以下であれば素子特性の悪化も無く、良好なプロセス制御性を示すことが分かった。
【０１１３】
さらに、半導体レーザ装置では、量子効果も考慮してエッチストップ層１０７のバンドギャップが発振レーザ光を吸収しない値になるように、エッチストップ層１０７の組成、層厚を設定することが重要である。これにより、良好な特性を得ることができる。
【０１１４】
ただし用途によっては、レーザ光を吸収するようにエッチストップ層１０７の組成を設定することで自励発振型の半導体レーザを実現することも可能である。この場合は、例えばエッチストップ層１０７の厚みを０．１μｍ程度とすることで可飽和吸収層として機能させることができる。
【０１１５】
本実施形態のようにエッチストップ層１０７直下のクラッド層１０６の結晶材料としてＡｌを含む場合は、エッチストップ層１０７を除去しない方がより好ましい。その理由は、Ａｌを含むＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０６が、製造工程途中で大気中に暴露されるとＡｌの酸化を誘発し、そのＡｌ酸化に起因する表面準位がその後上部に電極１１１を形成した際に、リークパスとなって電流狭窄性を悪化させてしまうからである。また、そういったＡｌ酸化に起因する準位は信頼性をも低下させてしまう。
【０１１６】
本実施形態においては、既述のように、リッジ１３０形成するエッチング工程で、まずドライエッチング法を用いて、半導体層１１０、１０９、１０８の側面をほぼ垂直形状Ｖに加工し、その後ウエットエッチング法にて、順メサ状のテーパー角を有する斜面Ｓに成型した。このように、まずドライエッチング法を用いて、ストライプ状のリッジを予め大まかに作っておくことで、ウエットエッチング実施後のリッジ１３０のストライプ幅の制御性が大幅に向上する。これにより、電流注入を行うコンタクト層幅の加工精度がよくなるため、素子抵抗のバラツキを小さくすることができる。
【０１１７】
また、本実施形態のように、半導体層１１０、１０９、１０８をなすＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰ材料に対し、ドライエッチング法で垂直エッチングするためには、エッチングマスクとして、ＳｉＯ2やＳｉＮｘといった無機膜ではなく、レジストマスクを使用することと、エッチングガスとしてＣｌ2を使うことを併用することが有効である。また、Ｃｌ2流量を１０としたときＢＣｌ3を１〜１０の比率で添加することで、より垂直性が向上すると共に、エッチングマスク直下に残された半導体層の側面の荒れが軽減される。さらに、Ａｒガスのような不活性ガスを添加すると、より低速イオンのプラズマ状態においても、プラズマが安定化し、かつイオン衝撃性が増すため、結果的に半導体レーザ装置に与えるダメージを低減でき、素子寿命を向上させることができる。
【０１１８】
また、リッジ１３０形成するエッチング工程で、ウエットエッチング法には、リン酸と過酸化水素水の混合水溶液を使用することで、順メサ形状にするための異方性エッチングを好適に行うことができる。
【０１１９】
上述のような構成の半導体レーザ装置において、ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層１１０直下には、ＩｎＧａＰからなる中間層１０９を有することで、素子抵抗が悪化することを防止することができる。しかしながら、ＩｎＧａＰ中間層１０９は、エッチストップ層１０７と同材料のため、上述のドライエッチング法およびウエットエッチング法によるエッチング後に、図４に示したようにＩｎＧａＰ中間層１０９の端部１０９ｂが上下の層１１０、１０８の側面Ｓから側方へ突出する態様で残ってしまう。そこで、本実施形態では、このＩｎＧａＰ中間層１０９の端部１０９ｂをエッチング後の水洗工程にて、超音波を加えることで除去した。加える超音波としては、ウルトラソニック帯の２０ｋＨｚから３５０ｋＨｚが有効であり、この種の超音波を加えると破壊的なキャビテーションが純水中でランダムに発生するために、突出した端部１０９ｂを極めて効率よく破壊・除去することができる。ただし、ＩｎＧａＰ中間層１０９の層厚が０．１μｍ以上となると除去後の順メサ側面にバリが多く残るようになるので、ＩｎＧａＰ中間層１０９の層厚は０．１μｍ以下であることが好ましい。層厚が０．１μｍ以下であっても中間層としての効果は十分維持される。なお、メガソニック帯の超音波（７５０ｋＨｚ〜３ＭＨｚ）を加えた際には、発生するキャビテーションが非破壊的で、かつ振動子が向き合った面にのみ発生するため、突出した端部１０９ｂの除去効果が十分ではなくなる。
【０１２０】
本実施形態のＩｎＧａＡｌＰ系赤色半導体レーザ装置は、その発振閾値電流は４０ｍＡ、端面破壊（ＣＯＤ）が発生する光出力は１５０ｍＷであり、従来の３回の結晶成長工程を経て製造される赤色半導体レーザ装置に比して、遜色の無いものである。また、７０℃、１００ｍＷのパルスエージング試験において２５００時間以上安定した動作を示しており、光ディスク用光源として十分な特性と信頼性を有していることが分かった。
【０１２１】
〔第２実施形態〕
図８は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第２実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。本実施形態では、リッジ頂部の半導体層と電極層（ｐ側電極）の構成が、第１実施形態におけるものとは異なっている。
【０１２２】
この半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐバッファ層２０２、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ下クラッド層２０３、多重量子井戸活性層２０４、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第一上クラッド層２０５、第二半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第二上クラッド層２０６、および下地半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ0.3Ｐ0.7エッチストップ層２０７が順次積層されている。上記多重量子井戸活性層２０４は、Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ量子井戸層（歪０．２２％、層厚：５０Å、４層）とＩｎ0.5（Ｇａ0.5Ａｌ0.5）0.5Ｐバリア層（基板側から層厚５００Å、５０Å３層、５００Å）を交互に配置して形成されている。また、上記ｐ−Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ0.3Ｐ0.7エッチストップ層２０７上に、順メサストライプ形状のリッジ２３０をなすように、直上半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層２０８とｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.75Ａｌ0.25）0.5Ｐ中間層２０９、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１０、ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓグレーディッド層２１１（図８において下から上へ向かって組成比ｘが０から０．５まで徐々に変化している。）およびｐ+−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓコンタクト層２１２が設けられている。さらに、リッジ２３０の頂部、側面部、およびエッチストップ層２０７の上面（リッジ２３０の直下を除いた、リッジ２３０の側方に相当する部分。）を連なって被覆する態様で、電極層としてＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるｐ側電極２１３が設けられている。なお、２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃがそれぞれ、上記リッジ２３０の頂部、側面部、エッチストップ層２０７の上面を被覆する部分（これを適宜「電極部分」と呼ぶ。）を表している。電極部分２１３ａとリッジ２３０の頂部（コンタクト層２１２）との間のコンタクト抵抗は十分に低い値（１×１０-6Ωｃｍ2以下）になっている。一方、電極部分２１３ｃとエッチストップ層２０７とがなす界面は、図８において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板１０１の裏面側には、別の電極層として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層金属薄膜からなるｎ側電極２１４が形成されている。この半導体レーザ装置は、第１実施形態と同様に、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ２３０のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜（不図示）がコーティングされている。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。
【０１２３】
この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。
【０１２４】
まず図９中に示すｎ−ＧａＡｓ基板２０１の（１００）面の全域に、ｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐバッファ層２０２（層厚：０．２５μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ下クラッド層２０３（層厚：１．２μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、多重量子井戸活性層２０４、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第一上クラッド層２０５（層厚：０．２μｍ、Ｃドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第二上クラッド層２０６（層厚：０．１μｍ、Ｃドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ0.3Ｐ0.7エッチストップ層２０７（歪−１．４％、層厚：５０Å、Ｃドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層２０８（層厚：１．２μｍ、Ｃドーピング濃度：１．３×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.75Ａｌ0.25）0.5Ｐ中間層２０９（層厚：５００Å、Ｃドーピング濃度：７×１０18ｃｍ-3）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２１０（層厚：０．３μｍ、Ｃドーピング濃度：１×１０19ｃｍ-3）、ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓグレーディッド層２１１（ｘ：０→０．５、層厚：５００Å、Ｃドーピング濃度：２×１０19ｃｍ-3）およびｐ+−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓコンタクト層２１２（層厚：０．１μｍ、Ｃドーピング濃度：２×１０19ｃｍ-3）を順次、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）にて結晶成長させる（結晶成長工程）。
【０１２５】
次に、リッジ２３０を形成すべき領域（図８参照）上に、エッチングマスクとしてのレジストマスク２１５（マスク幅３μｍ）をフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスク２１５は、形成すべきリッジ２３０が延びる方向に対応して、＜０−１１＞方向にストライプ状に延びるように形成される。
【０１２６】
次に、図９〜図１０に示すように、半導体層２１２、２１１、２１０、２０９、２０８のうちレジストマスク２１５の側方に相当する部分をエッチングして除去する（エッチング工程）。
【０１２７】
具体的には、このエッチング工程では、まず図９に示すように、深さ方向に関してｐ+−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓコンタクト層２１２の上面側からｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層２０８の途中まで乾式（ドライ）エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチングガスとして、Ｃｌ2とＳｉＣｌ4の混合ガスを用い、それに不活性ガスとしてＨｅガスを添加した。ドライエッチング時の圧力は１０ｍＴｏｒｒとした。エッチングガスとして塩素系ガスを用いているので、第１実施形態におけるのと同様に横方向へのエッチング進行を殆ど無くすことができ、この結果、このドライエッチングの終了時点で、レジストマスク２１５の直下に残される半導体層２１２、２１１、２１０、２０９、２０８の側面Ｖが基板面に対してほぼ垂直な形状になる。
【０１２８】
続いて、図１０に示すように、深さ方向に関してｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層２０８の途中からｐ−Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ａｓ0.3Ｐ0.7エッチストップ層２０７が露出するまで湿式エッチング法によりエッチングして除去する。この例では、エッチャントとして、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いる。この時、第１実施形態におけるのとは異なり、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ０．７５Ａｌ０．２５）0.5Ｐ中間層２０９もその上下の層と同様にエッチングされる。この結果、わざわざ超音波を加えた純水洗浄を行わなくとも、斜面２３０ｂを両側に有する順メサ形状のリッジ２３０を形成することができる。この後、レジストマスク２１５を除去する。
【０１２９】
続いて、図１１に示すように、電子ビーム蒸着法を用いて、表面側にｐ側電極２１３としてＰｔ（層厚：２５０Å）／Ｔｉ（層厚：５００Å）／Ｐｔ（層厚：５００Å）／Ａｕ（層厚：３０００Å）の順に金属薄膜を積層形成する（電極形成工程）。
【０１３０】
続いて、図８に示したように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１を裏面側から所望の厚さに研削する。そして、裏面側から抵抗加熱蒸着法を用いて、ｎ側電極１１２としてＡｕＧｅ（層厚：１５００Å）／Ｎｉ（層厚：１５０Å）／Ａｕ（層厚：３０００Å）の順に金属薄膜を積層形成する。
【０１３１】
その後、Ｎ2またはＨ2雰囲気中で１分間、３９０℃に加熱して、ｐ側電極２１３とｎ側電極２１４のための合金化処理を行う。これで半導体レーザ装置が得られる。
【０１３２】
本実施形態において、第１実施形態と異なる点について特に説明する。まず、本実施形態では、電流注入を行うｐ側電極２１３と接するリッジ２３０の頂部に、III族元素中のＩｎ組成比が０．５であるＩｎ0.5Ｇａ0.5Ａｓコンタクト層２１２を備えている。さらに、このコンタクト層２１２の下に接する位置に、ＧａＡｓとの格子定数の違いを吸収して良好なＩｎＧａＡｓ結晶を積層するためにＩｎxＧａ1-xＡｓグレーディッド層２１１を介挿し、このグレーディッド層２１１のＩｎ組成を変化させて、下地のＧａＡｓ層２１０との界面におけるＩｎ組成ｘを０とし、かつＩｎＧａＡｓコンタクト層２１２との界面におけるｘを０．５としている。このような構成とすることによって、第１実施形態におけるよりもストライプ幅の狭いリッジ２３０であっても、良好なコンタクト抵抗を維持することが可能となる。これにより、リッジ２３０直下の活性層２０４への注入電流密度を高め、閾値電流を低減することができた。本実施形態の半導体レーザ装置における発振閾値電流値は、３６ｍＡであった。
【０１３３】
上記ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１２のドーピング濃度は、少なくとも５×１０18ｃｍ-3以上であれば、良好な素子抵抗が実現できる。また、ＩｎＧａＡｓ層２１２におけるIII族元素中のＩｎ組成比は、少なくとも０よりも大きければ、ＧａＡｓコンタクト層よりも抵抗低減の効果が発生するが、０．５程度が適当である。それ以上にしてもコンタクト抵抗の低減にはあまり効果が無いかわりに、グレーディッド層２１１に要する層厚が増え、結果的にリッジ２３０の頂部の幅を減少させてしまうこととなる。
【０１３４】
また、本実施形態においては、エッチストップ層２０７をなす結晶材料としてＩｎＧａＡｓＰを使用した。ＩｎＧａＡｓＰの組成は、ＧａＡｓ基板との格子不整合率が±１．５％以内であれば、その上に積層する結晶の品質を低下させることが無く好適に使用できる。
【０１３５】
さらに、本実施形態の半導体レーザ装置でも、エッチストップ層２０７をなすＩｎＧａＡｓＰ層の格子不整合率の制限に加えて、エッチストップ層２０７のバンドギャップが発振レーザ光を吸収しない値になるように、エッチストップ層２０７の組成、層厚を設定することが重要である。
【０１３６】
本実施形態でも、エッチストップ層２０７を除去しない方が良い。その理由は第１実施形態におけるのと同様に、エッチストップ層２０７直下のＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０６に含まれたＡｌが製造工程途中で大気中に暴露されて酸化されるのを避けるためである。この場合も、エッチストップ層２０７を可飽和吸収層として設計し、自励発振レーザを得ることも可能である。
【０１３７】
本実施形態では、第三上クラッド層２０８とＧａＡｓ層２１０の間に挿入される中間層２０９をなす結晶材料として、第三上クラッド層２０８よりもＡｌ混晶比が小さいＩｎＧａＡｌＰを用いた。この時、硫酸と過酸化水素水の混合水溶液を用いてエッチングを実施すると、ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層２０７はエッチングされず、ストライプ構造を構成するＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓだけがエッチング除去される。したがって、極めて簡略に順メサ形状のリッジ２３０を形成することができる。
【０１３８】
また、ウエットエッチングに先立つ、ドライエッチングにおいて、本実施形態では、Ｃｌ2ガスに同量のＳｉＣｌ4ガスを混合し、さらにＨｅガスを添加してエッチングした。ＳｉＣｌ4ガスを用いた場合、第１実施形態で使用したＢＣｌ3と比較して、垂直エッチング性を保ったまま、そのエッチング速度を早くできるという効果がある。またＨｅガスを添加しても第１実施形態のＡｒガスと同様の効果があった。
【０１３９】
本実施形態の半導体レーザ装置は、前述したように発振閾値電流値が３６ｍＡと良好な値を達成し、かつストライプ幅を狭めた効果により、端面破壊光出力である１５０ｍＷまでキンクフリーを実現することができた。また、本半導体レーザ装置も、第１実施形態の半導体レーザ装置と同様に、７０℃、１００ｍＷのパルスエージング試験において、２５００時間以上の安定した動作を実現している。
【０１４０】
〔第３実施形態〕
図１２は、本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第３実施形態の半導体レーザ装置の概略構造を示す断面図である。本実施形態では、リッジの両脇にストライプ状構造体が形成されている点が第１実施形態および第２実施形態とは異なっている。
【０１４１】
以下、特にこのリッジの両脇に形成されたストライプ状構造体の構成および製造方法について説明し、第１実施形態および第２実施形態と共通の構成要素については説明を省略する。
【０１４２】
この半導体レーザ装置は、下地半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層３０７上に、順メサストライプ形状のリッジ３３０をなすように、直上半導体層としてのｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層３０８、ＩｎＧａＰ層としてのｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層３０９、およびＧａＡｓ層としてのｐ+−ＧａＡｓコンタクト層３１０が設けられている。さらに、リッジ３３０の両脇に、リッジ３３０と同様の第三上クラッド層３０８、ＩｎＧａＰ層３０９、およびＧａＡｓ層３１０に加えて、ＧａＡｓ層３１０上に積層されたｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ電流遮断層３１４を有し、リッジと同じ方向に延びるストライプ状構造体３１３が形成されている。この電流遮断層３１４の存在によって、ストライプ状構造体３１３の高さは、リッジ３３０の高さよりも高くなっている。
【０１４３】
リッジ３３０の頂部、側面部、エッチストップ層３０７の上面（リッジ３３０の直下を除いた、リッジ３３０の側方に相当する部分。）、およびストライプ状構造体３１３の側面部、頂部を連なって被覆する態様で、電極層としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層して形成された多層金属薄膜からなるｐ側電極３１１が設けられている。上述したように、エッチストップ層３０７上のｐ側電極３１１の表面からストライプ状構造体３１３上のｐ側電極３１１の表面までの高さｈ２は、エッチストップ層３０７上のｐ側電極３１１の表面からリッジ３３０上のｐ側電極３１１の表面までの高さｈ１よりも高くなっている。
【０１４４】
電極３１１とリッジ３３０の頂部（コンタクト層３１０）との間のコンタクト抵抗は第１実施形態同様、十分に低い値（１×１０-6Ωｃｍ2）になっており、一方、電極３１１とエッチストップ層３０７およびストライプ状構造体３１３とがなす界面は、図１２において下向きの電流を阻止する機能を有している。また、基板３０１の裏面側には、別の電極層として、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる多層金属薄膜からなるｎ側電極３１２が形成されている。図２同様、この半導体レーザ装置は、所望の共振器長を有するチップサイズに分割されており、リッジ３３０のストライプ方向に垂直な両端面に反射膜（不図示）がコーティングされている。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ系の赤色半導体レーザ装置が構成されている。
【０１４５】
この半導体レーザ装置は、次のようにして作製される。
【０１４６】
まず、ｎ−ＧａＡｓ基板３０１の（１００）面の全域に、ｎ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐバッファ層３０２（層厚：０．２５μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｎ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ下クラッド層３０３（層厚：１．２μｍ、Ｓｉドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、多重量子井戸活性層３０４、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第一上クラッド層３０５（層厚：０．２μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第二上クラッド層３０６（層厚：０．１μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐエッチストップ層３０７（層厚：５０Å、Ｂｅドーピング濃度：１×１０17ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5（Ｇａ0.3Ａｌ0.7）0.5Ｐ第三上クラッド層３０８（層厚：１．２μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１．３×１０18ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ中間層３０９（層厚：５００Å、Ｂｅドーピング濃度：７×１０18ｃｍ-3）、ｐ+−ＧａＡｓコンタクト層３１０（層厚：０．３μｍ、Ｂｅドーピング濃度：２×１０19ｃｍ-3）、ｐ−Ｉｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ電流遮断層３１４（層厚０．２μｍ、Ｂｅドーピング濃度：１×１０１７ｃｍ−３）を順次、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）にて結晶成長させる。
【０１４７】
次に、ストライプ状構造体３１３を形成する領域上に、レジストを用いたエッチングマスクを作成し、ＨＣｌを用いてそれ以外の領域のＩｎＧａＰ電流遮断層３１４をエッチングにより除去し、その後レジストマスクを剥離する。
【０１４８】
次に、リッジ３３０およびストライプ状構造体３１３を形成すべき領域（図１２参照）上に、エッチングマスクとしてのレジストマスクをフォトリソグラフィ工程により作製する。このレジストマスクは、形成すべきリッジ３３０およびストライプ状構造体３１３が延びる方向に対応して、＜０−１１＞方向にストライプ状に延びるように形成される。
【０１４９】
次に、半導体層３１０、３０９、３０８のうちレジストマスクの側方に相当する部分をエッチングして除去し、下地半導体層であるｐ−ＩｎＧａＰエッチストップ層３０７を露出させる。
【０１５０】
以下、第１実施形態の半導体レーザ装置の製造方法と同様の工程により、本第３実施形態の半導体レーザ装置が完成する。この半導体レーザ装置は、ステム、あるいはサブマウントと呼ばれる放熱体に電極３１１側をダイボンドする、いわゆるジャンクションダウン型のチップ実装を行った。
【０１５１】
この半導体レーザ装置においては、上述のようにレーザ発振が起こる活性層に近い側の電極３１１をステムや放熱体にダイボンドするジャンクションダウン型実装を行っているため、活性層で発生した熱を放熱させやすく、素子信頼性を向上させることができる。この時、本実施形態においては、リッジ３３０よりも電流遮断層３１４の分だけその高さが大きいストライプ状構造体３１３をリッジ３３０の両脇に設けた構成としたために、ジャンクションダウン型実装を行った際にもリッジ３３０に応力がかからず、リッジは破損することがない。
【０１５２】
さらに、結晶成長工程の一環として、コンタクト層３１０に引き続いて電流遮断層３１４を形成する構成としているため、別途電流遮断用の絶縁膜等を形成する工程を行う場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。上記電流遮断層３１４としては、その不純物ドーピング濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下となるように形成することによって、その上に、直接電極３１１を設けても、界面に形成されるショットキーバリアのために十分な電流遮断を実現できる。
【０１５３】
上記第３実施形態においては、リッジ３３０よりも高さの大きいストライプ状構造体３１３上に電極層３１１が形成されているために、上述のジャンクションダウン型実装の際、ステムや放熱体の導電体に対して、上記ストライプ状構造体３１３上の電極層３１１との間で電気的な導通を取る構成となり、レーザ発振に必要な電流注入を容易に行うことができる。
【０１５４】
これらのことによって、放熱性が良く素子信頼性を向上させることのできるジャンクション型実装をリッジ３３０を破損させることなく実現でき、かつ安価な製造コストで製造可能な半導体レーザ装置とその製造方法を提供することができるようになる。
もちろん、ストライプ状構造体３１３と電極層３１１との界面に絶縁体が挿入されていてもよい。絶縁体を形成することで、上記ストライプ状構造体３１３を介して上記電極層３１１から下地半導体層３０７へ電流が流れることがない。したがって余分なリーク電流を生じさせることがなく、よって、低い閾値電流値を有する化合物半導体装置を提供することができる。
【０１５５】
この場合、上述した電流遮断層３１４は必ずしも形成する必要はなく、半導体基板上の半導体層構造としては、第１実施形態あるいは第２実施形態と同様、最上層がコンタクト層となる構成であってもよい。この時絶縁体は、リッジ３３０上にはなく、ストライプ状構造体側に存在するため、やはりストライプ状構造体側の高さを大きくすることができるため、リッジの破損を防止する効果がある。
【０１５６】
ここで、上記絶縁体としては、酸化珪素膜（ＳｉＯ２）や窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁体の他、有機樹脂（例えばボリイミド樹脂）などを好適に適用することができる。
【０１５７】
さらに、上述の第３実施形態では、電極３１１はストライプ状構造体上に形成されている例を示したが、例えば、ストライプ状構造体は電極３１１上に形成されていても良い。この例としては、第１実施形態や第２実施形態の半導体レーザ装置のリッジ部の両脇に導電性を有し、リッジよりも高さの大きいストライプ状の構造体を金メッキなどで形成することにより実現できる。
【０１５８】
この場合、上述した電流遮断層や絶縁体を形成する工程を不要とすることができ、さらに活性層からステムあるいは放熱体の間の放熱経路に熱伝導に優れた導電体が形成されるため、より放熱性が向上するという効果もある。
【０１５９】
〔第４実施形態〕
図１３は、本発明にかかる光ディスク装置４００の構造の一例を示したものである。これは光ディスク４０１にデータを書き込んだり、書き込まれたデータを再生したりするためのものであり、その際用いられる発光素子として、先に説明した第１実施形態の半導体レーザ装置（波長６５０ｎｍ帯）４０２を備えている。
【０１６０】
この光ディスク装置についてさらに詳しく説明する。書き込みの際は、半導体レーザ装置４０２から出射された信号光がコリメートレンズ４０３により平行光とされ、ビームスプリッタ４０４を透過しλ／４偏光板４０５で偏光状態が調節された後、対物レンズ４０６で集光され光ディスク４０１に照射される。読み出し時には、データ信号がのっていないレーザ光が書き込み時と同じ経路をたどって光ディスク４０１に照射される。このレーザ光がデータの記録された光ディスク４０１の表面で反射され、レーザ光照射用対物レンズ４０６、λ／４偏光板４０５を経た後、ビームスプリッタ４０４で反射され９０°角度を変えた後、受光素子用対物レンズ４０７で集光され、信号検出用受光素子４０８に入射する。信号検出用受光素子４０８内で入射したレーザ光の強弱によって記録されたデータ信号が電気信号に変換され、信号光再生回路４０９において元の信号に再生される。
【０１６１】
この第４実施形態の光ディスク装置では、従来よりも高い光出力で動作する半導体レーザ装置４０２を用いているため、ディスクの回転数を従来よりさらに高速化してもデータの読み書きが可能となった。従って特に書き込み時に問題となっていたディスクへのアクセス時間が従来の半導体レーザ装置を用いた装置よりも格段に短くなった。また、半導体レーザ装置４０２が従来よりも低いコストで作製可能であるから、より快適に操作できる光ディスク装置を安価に提供することができた。
【０１６２】
なお、ここでは第１実施形態の半導体レーザ装置４０２を記録再生型の光ディスク装置に適用した例について説明したが、同じ波長６５０ｎｍ帯を用いる光ディスク記録装置、光ディスク再生装置や、他の波長帯（例えば７８０ｎｍ帯）の光ディスク装置にも適用可能であることはいうまでもない。
【０１６３】
さらに、本発明の化合物半導体装置は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、例えば半導体レーザ装置の量子井戸活性層を構成する井戸層・バリア層の層厚や層数など、本発明を逸脱しない範囲において種々変更を加え得る事はもちろんである。また、第１実施形態と第２実施形態および第３実施形態の個々の構成要素は相互に入れ替えが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第１実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図２】上記半導体レーザ装置の斜視図である。
【図３】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ドライエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図４】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ウエットエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図５】上記半導体レーザ装置の製造工程における、超音波を加えた純水洗浄終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図６】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ｐ側電極形成後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図７】ドーピング濃度の違いによる電流狭窄性および通電安定性を比較したグラフである。
【図８】本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第２実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図９】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ドライエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図１０】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ウエットエッチング法によるエッチング終了後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図１１】上記半導体レーザ装置の製造工程における、ｐ側電極形成後の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図１２】本発明の化合物半導体装置を適用して構成された第３実施形態の半導体レーザ装置の、ストライプ方向に対して垂直な面の断面模式図である。
【図１３】本発明の第４実施形態の光ディスク装置の構成を説明する概略図である。
【図１４】従来のＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置におけるストライプ方向に垂直な面の断面模式図である。
【図１５】上記従来のＩｎＧａＡｌＰ系半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１０１，２０１  ｎ−ＧａＡｓ基板
１０２、２０２  ｎ−ＩｎＧａＰバッファ層
１０３、２０３  ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ下クラッド層
１０４、２０４  多重量子井戸活性層
１０５、２０５  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ第一上クラッド層
１０６、２０６  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ第二上クラッド層
１０７  ｐ−ＩｎＧａＰエッチストップ層
２０７  ｐ−ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層
１０８、２０８  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ第三上クラッド層
１０９  ｐ−ＩｎＧａＰ中間層
１３０、２３０、３３０  リッジ
２０９  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層
１１０、２１０  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
２１１  ｐ−ＩｎxＧａ1-xＡｓグレーディッド層
２１２  ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１１１、２１３、３１１  ｐ側電極
１１２、２１４  ｎ側電極
１１３、２１５  レジストマスク
３１３  ストライプ状構造体
４００  光ディスク装置
４０１  光ディスク
４０２  半導体レーザ装置
４０３  コリメートレンズ
４０４  ビームスプリッタ
４０５  偏光版
４０６  レーザ光照射用対物レンズ
４０７  再生光用対物レンズ
４０８  信号検出用受光素子
４０９  信号光再生回路
５１１  ｎ−ＧａＡｓ基板
５１２  ｎ−ＧａＡｓバッファ層
５１３  ｎ−ＩｎＧａＰバッファ層
５１４  ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
５１５  ｎ−ＩｎＧａＰ活性層
５１６，５１７，５１８  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
５１９  ｐ−ＩｎＧａＡｌＰコンタクト層
５２０  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５２１  ｎ−ＧａＡｓ電流ブロック層
５２２  ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
５２３、５２４  金属電極
５２６  ＳｉＯ２膜
５２７、５２８  ストライプ状メサ
５２９  ストライプ状リッジ
【図１】
2005175450.tif 000003
【図２】
2005175450.tif 000004
【図３】
2005175450.tif 000005
【図４】
2005175450.tif 000006
【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】
2005175450.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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