(57)【要約】      （修正有）【課題】COD発生によるレーザ劣化の抑制。【解決手段】製造方法が、基板21の主面上の第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に幅の異なる第１幅部及び第２幅部を有するストライプ状のマスキング膜23を幅方向に所定の周期で繰り返すように形成する工程と、マスキング膜と第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の表面のマスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層25を選択的に成長する工程と、第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に実質的にマスキング膜の延在方向に延びる活性層を含む半導体レーザ構造26〜33を積層し、それにより、マスキング膜の第１幅部(ストライプ１）と第２幅部(ストライプ２）との境界上の部位に第１幅部と第２幅部との幅差に応じた積層の段差301有する半導体レーザ構造を得る工程とを有する。【選択図】図１０
2005191588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に、所定幅の第１幅部と該第１幅部の両端に隣接する前記所定幅よりも広い幅の第２幅部とを有するストライプ状のマスキング膜を、幅方向に所定の周期で繰り返すように形成する工程Ａと、
前記マスキング膜と前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層を選択的に成長する工程Ｂと、
実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第２幅部の上方に位置する部分が前記第１幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造を、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に積層する工程Ｃとを有する、半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体レーザ構造において、前記第１幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第２幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成される、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体レーザ構造において、前記第１幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第２幅部の上方に位置する部分の前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層に接合するよう前記段差が形成される、請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記半導体レーザ構造が前記活性層を積層方向において挟むクラッド層を含み、
前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層が該クラッド層である、請求項３記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記マスキング膜が絶縁膜からなる、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記工程Ｃにおいて、前記半導体レーザ構造を積層する際に、前記マスキング膜のストライプ方向に延びかつ該マスキング膜の上方に位置するようにリッジを形成する、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記マスキング膜における前記第１幅部と前記第２幅部との幅差が、前記第１幅部の所定幅の１６％以上８４％以下である、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記半導体レーザ構造において、その共振器長に対するその共振器端面から前記段差までの長さの割合が１０％以下である、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分が電流非注入構造を有する、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分に電極を形成しないことにより、前記電流非注入構造を得る、請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分において、電極の下に絶縁層を形成することにより、前記電流非注入構造を得る、請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体レーザ構造において、その共振器端面にコーティングするための誘電体膜が付着する領域が、前記第２幅部の上方に位置する部分内に位置する、請求項９記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記誘電体膜が、前記レーザ構造にて発生するレーザ光に対して高反射膜となる誘電体多層膜である、請求項１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記誘電体膜が、前記レーザ構造にて発生するレーザ光に対して低反射膜である、請求項１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記誘電体膜が、前記共振器端面の汚染防止用の膜である、請求項１２記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記窒化物系III-Ｖ族化合物半導体がGaN半導体である、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層がサファイヤ基板上に形成されている、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体は、前記マスキング膜の間から該マスキング膜上に向けて前記基板の主面に略平行に成長する、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層において、前記マスキング膜上に成長した部分の転移密度が、前記マスキング膜の間に成長した部分の転移密度より低い、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層は、前記マスキング膜の各幅部上に成長した部分がそれぞれ平坦化される、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２１】
第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層と、
前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に幅方向に所定の周期で繰り返すように形成され、所定幅の第１幅部と該第１幅部の両端に隣接すると共に前記所定幅よりも広い幅の第２幅部とを有するストライプ状のマスキング膜と、
前記マスキング膜と前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から選択的に成長された第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層と、
前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に積層され、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第２幅部の上方に位置する部分が前記第１幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造とを備えた半導体発光素子。
【請求項２２】
ストライプ方向断面視において前記活性層の下方に前記マスキング膜が位置している、請求項２１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、窒化物系III-V族化合物半導体で構成される、青紫光から紫外光に及ぶ短波長領域の半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の高密度光ディスク用光源として青紫色の光を発するレーザダイオードに対する要望が高まり、特に、青紫光から紫外光に及ぶ短波長領域で動作可能な窒化ガリウム（GaN）系のIII-V族化合物半導体発光素子の研究開発が盛んに行われている。さらに、その光ディスク装置はレコーダーとして高密度及び高速記録用の光ディスク装置が待望されているため、高光出力で信頼性の高いGaN系半導体レーザが必要となっている。
【０００３】
この信頼性に関して、最近、GaN系レーザの長寿命化のために、サファイア基板上に成長したGaN系半導体に二酸化珪素（SiO2）などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜上にGaN系半導体を選択成長し、それによって転位密度を低減する手法が採用されている。この選択成長に関して、２つの文献がある（非特許文献１及び非特許文献２）。
非特許文献１によれば、GaNの＜１-１００＞方向にラインアンドスペース状のSiO2膜を周期的に形成することで、選択成長したGaN系半導体が平坦につながり、低転位基板として利用できるようになることが示されている。ここで、本明細書では、上記＜１-１００＞方向における“-1”のように、方向指数やミラー指数において、本来、数字の上にバーを付して表記すべき箇所を数字の前にマイナス符号を付して表記する。また、非特許文献２によれば、選択成長したGaN系半導体の基板に垂直な方向（以下、基板垂直方向という）及び基板に平行な方向（以下、基板水平方向という）の成長速度は、SiO2膜被覆部分（幅：Wl）と開口部分（幅：Ws）との和に対する開口部分の割合である開口率（Ws/(Wl+Ws)）に依存することが示されている。この選択成長技術をレーザに適用した文献として、２つの文献がある（非特許文献３及び非特許文献４）。非特許文献３によれば、選択成長によりレーザ構造の転位密度を1E10cm-2程度から1E7cm-2程度に低減できることが示されている。また、非特許文献４によれば、SiO2膜のライン幅：Wl＝8μmと開口幅：Ws＝4μmとに相当する開口率：Ws/(Wl+Ws)＝0.33の選択成長を用いて前記程度に転位密度を低減することで、レーザの閾値電流が低減し、１０００時間オーダーの長寿命化が図られることが示されている。
【非特許文献１】IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.4 (1998) 483-489
【非特許文献２】Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332
【非特許文献３】Applied Physics Letters, Vol.77 (2000) 1931-1933」
【非特許文献４】IEICE Transuction Electron, Vol.E83-C(2000) 529-535
【特許文献１】特開2000-196188号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に半導体レーザを高光出力動作させると、レーザ端面が局所的に熱的破壊される光学損傷（COD:Catastrophic Optical Damage）が生じることが知られている。レーザ端面には表面準位が多いため、これを介した非発光再結合が多い。このため、CODとは、注入キャリア密度がレーザ端面で少なくなりレーザ光の吸収領域となるため局所的発熱が顕著になる現象である。一方、GaN系レーザでは、その材料であるGaNが強固であるため、CODが発生しないとされていた。しかしながら、非特許文献４によれば、GaN系レーザにおいても30ｍWで高光出力動作させた場合には、レーザ端面にCODが発生して劣化する実例が示されている。
【０００５】
このCOD対策として、一般に、レーザからの放熱を促進する方法とレーザ端面にいわゆる窓構造を設ける方法とが採用されている。このうち、レーザからの放熱を促進する方法として、高光出力用半導体レーザにおいて、高光出力動作に伴い発生する熱を効率的にヒートシンクへ放熱するために、レーザのｐｎ接合側をヒートシンクに近づけて、サブマウント及び半田を介してマウントする（ｐサイドダウン）実装方法が有効である。しかしながら、光出射端面側に半田が付着しないように端面近傍と半田とを空間的に分離するなど、実装時には注意が必要である。このため、ｐサイドダウン実装を施しても、レーザ端面近傍では放熱性が悪化してCODが発生する可能性がある。
【０００６】
一方、レーザ端面にいわゆる窓構造を設ける方法は、GaN系レーザでは、材料であるGaNが硬いため窓構造を設けることが困難であることから、一般には採用されていない。なお、GaN系レーザにおいて窓構造を設けた例が報告されている（特許文献１参照）。そこで、現在の高光出力化を目指したGaN系レーザ開発では、レーザの動作電流及び動作電圧を低減し低消費電力化を図ることでレーザ全体の発熱を抑制し、レーザ端面におけるCOD発生を防止しようとしている。
【０００７】
しかしながら、次世代光ディスク装置において、より一層の高密度及び高速記録化の実現を目指した場合には、レーザ全体の発熱を抑制することにも限界があるため、COD発生によるレーザ劣化が危惧される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本件発明者は、上記のような問題点を解決するために種々検討した結果、GaN系レーザの結晶成長時点で低転位構造と端面窓構造を同時に実現し、COD発生を根本的に抑制することで、高密度・高速記録化に適した高光出力用GaN系レーザを高歩留り・低コストで製造できることを見出した。
【０００９】
そこで、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に、所定幅の第１幅部と該第１幅部の両端に隣接する前記所定幅よりも広い幅の第２幅部とを有するストライプ状のマスキング膜を、幅方向に所定の周期で繰り返すように形成する工程Ａと、前記マスキング膜と前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層を選択的に成長する工程Ｂと、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第２幅部の上方に位置する部分が前記第１幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造を、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に積層する工程Ｃとを有する。ここで、本発明において「段差」には、ステップ状の段差の他、傾斜状及び曲線状の段差を含む。
【００１０】
このような構成とすると、各マスキング膜の第１幅部と第２幅部との幅差に対応するマスキング膜全体の開口率に応じて、第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の膜厚が、マスキング膜の第１幅部及び第２幅部上にそれぞれ位置する部分間で異なるものとなる。そして、この膜厚差が第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に積層される半導体レーザ構造に反映されて、その第１幅部と第２幅部との境界上に位置する部位に積層の段差が形成されるので、この段差を利用して半導体レーザ構造の端面窓構造を実現できる。しかも、半導体レーザ構造の下地層となる第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層がマスキング膜を利用した選択成長により低転位構造となるので、半導体レーザ構造自体の低転位化を実現できる。
【００１１】
前記半導体レーザ構造において、前記第１幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第２幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。このような構成とすると、実装時における半田の不完全密着による放熱悪化を防止できる。
【００１２】
また、前記半導体レーザ構造において、前記第１幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第２幅部の上方に位置する部分の前記活性層以外の半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。
【００１３】
また、前記半導体レーザ構造において、前記第１幅部の上方に位置する部分の前記活性層が前記第２幅部の上方に位置する部分の前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層に接合するよう前記段差が形成されてもよい。このような構成とすると、共振器端部となる、第２幅部の上方に位置する部分におけるレーザ光の吸収を低減できる。
【００１４】
また、前記半導体レーザ構造が前記活性層を積層方向において挟むクラッド層を含み、前記活性層よりバンドギャップエネルギーの大きな半導体層が該クラッド層であってもよい。このような構成とすると、共振器端部において活性層に接合するバンドギャップエネルギーの大きな半導体層を容易に実現することができる。
【００１５】
また、前記マスキング膜が絶縁膜からなっていてもよい。
また、前記工程Ｃにおいて、前記半導体レーザ構造を積層する際に、前記マスキング膜のストライプ方向に延びかつ該マスキング膜の上方に位置するようにリッジを形成してもよい。このような構成とすると、マスキング膜上の低転位な第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に半導体レーザの発光部が位置するので、半導体レーザの長寿命化を図ることができる。
【００１６】
また、前記マスキング膜における前記第１幅部と前記第２幅部との幅差が、前記第１幅部の所定幅の１６％以上８４％以下であることが好ましい。このような構成とすると、半導体レーザ構造に積層の段差を好適に形成することができる。
また、前記半導体レーザ構造において、その共振器長に対するその共振器端面から前記段差までの長さの割合が１０％以下であることが好ましい。このような構成とすると、実質的な短共振器化による閾値電流の増加を防止することができる。
【００１７】
また、前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分
が電流非注入構造を有してもよい。このような構成とすると、レーザ端面での電流注入による発熱が抑制され、ＣＯＤのような端面劣化が抑制される。その結果、高光出力化及び長寿命化が可能になる。
【００１８】
また、前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分に電極を形成しないことにより、前記電流非注入構造を得てもよい。
また、前記半導体レーザ構造の前記第２幅部の上方に位置する部分において、電極の下に絶縁層を形成することにより、前記電流非注入構造を得てもよい。
【００１９】
また、前記半導体レーザ構造において、その共振器端面にコーティングするための誘電体膜が付着する領域が、前記第２幅部の上方に位置する部分内に位置してもよい。基板の主面上に成長した半導体レーザ構造をサブマウントに半田を介して実装した場合、基板主面上に付着した誘電体膜は半田との密着が不完全であるため、この領域は放熱が悪化する。このため、この領域を、電流非注入領域たる半導体レーザ構造の第２幅部の上方に位置する部分内に位置させることで、電流注入による発熱を防止して放熱悪化の影響を除去し、それにより、高光出力化及び長寿命化を図ることができる。
【００２０】
また、前記誘電体膜が、前記レーザ構造にて発生するレーザ光に対して高反射膜となる誘電体多層膜であってもよい。
【００２１】
また、前記誘電体膜が、前記レーザ構造にて発生するレーザ光に対して低反射膜であってもよい。
【００２２】
また、前記誘電体膜が、前記共振器端面の汚染防止用の膜であってもよい。
【００２３】
また、前記窒化物系III-Ｖ族化合物半導体がGaN半導体であってもよい。GaN半導体は強固で物理的加工やイオン注入等によって端面窓構造を設けることが特に困難であるため、半導体レーザ構造の形成過程で形成される積層の段差を利用して端面窓構造を設けることが可能な本発明を適用すると、特に有効である。
【００２４】
また、前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層がサファイヤ基板上に形成されてもよい。
【００２５】
また、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体は、前記マスキング膜の間から該マスキング膜上に向けて前記基板の主面に略平行に成長することが好ましい。
【００２６】
また、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層において、前記マスキング膜上に成長した部分の転移密度が、前記マスキング膜の間に成長した部分の転移密度より低いことが好ましい。
【００２７】
また、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層は、前記マスキング膜の各幅部上に成長した部分がそれぞれ平坦化されることが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る半導体発光素子は、第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層と、前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に幅方向に所定の周期で繰り返すように形成され、所定幅の第１幅部と該第１幅部の両端に隣接すると共に前記所定幅よりも広い幅の第２幅部とを有するストライプ状のマスキング膜と、前記マスキング膜と前記第１の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層の表面の該マスキング膜の間に露出する部分とを覆うように該露出部分から選択的に成長された第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層と、前記第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層上に積層され、実質的に前記マスキング膜のストライプ方向に延びる活性層を含むと共に前記第２幅部の上方に位置する部分が前記第１幅部の上方に位置する部分よりも低くなっていることにより幅方向に延在する段差を有する半導体レーザ構造とを備えている。
【００２９】
このような構成とすると、半導体レーザ構造の形成過程で、長手方向（ストライプ方向）に幅（開口率）が異なるストライプ状のマスキング膜を用いて第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層を選択成長することにより、積層の段差が形成されるので、この段差を利用して端面窓構造を設けることができる。その結果、GaN半導体のような、強固で物理的加工やイオン注入等では端面窓構造を設けることが困難な材料からなる半導体レーザにおいても、容易に端面窓構造を実現できる。また、選択成長により形成される第２の窒化物系III-Ｖ族化合物半導体層が低転位構造となるので、半導体レーザ構造自体の低転位化を図ることもできる。
【００３０】
また、ストライプ方向断面視において前記活性層の下方に前記マスキング膜が位置してもよい。
【００３１】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、以上に説明したような構成を有し、高密度・高速記録化に適した高光出力用GaN系レーザを高歩留り・低コストで製造できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
最初に、本発明に係る半導体発光素子の製造方法の基礎となる、選択成長を利用した積層膜厚制御方法を説明する。この積層膜厚制御方法では、GaN系半導体の結晶成長において、開口率の異なる絶縁膜を用いて選択成長することにより、その積層膜の低転位化を図るとともに膜厚を制御する。
【００３５】
以下、この積層膜厚制御方法の詳細について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１(a)〜図１(d)及び図２(e)〜図２(h)は本積層膜厚制御方法に係る半導体の構成断面図を示している。まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板１１を、酸溶液を用いて洗浄する。その後、洗浄した基板１１を有機金属気相成長（MOVPE）装置（図示せず）の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が３００Torr(1Torr=133.322Pa)の水素雰囲気とし、温度を約１１００℃にまで昇温して基板１１を加熱し、表面のサーマルクリーニングを約１０分間行なう。
【００３７】
次に、反応炉を約５００℃にまで降温した後、基板１１の主面上に、供給量7sccmのトリメチルガリウム（TMG）と、供給量が7.5slmのアンモニア（NH3）ガスと、キャリアガスとして水素とを同時に供給することにより、厚さが２０nmのGaNよりなる低温バッファ層を成長する。続いて、反応炉を約１０００℃にまで昇温し、厚さが約1μm のGaN層１２を成長する（図１(a)）。
【００３８】
この後、基板１１を反応炉から取り出し、GaN層１２上に選択成長用の絶縁膜（マスキング膜）１３を形成する。絶縁膜１３は、ここでは、二酸化珪素（SiO2）とし、プラズマＣＶＤ装置で100nm程度堆積させる（図１(b)）。続いて、絶縁膜１３上にレジスト膜１４を塗布し（図１(c)）、フォトリソグラフィー法により、開口率の異なる以下のストライプ状のレジストパターンを形成する（図１(d)）。（レジスト膜１４の幅（Wl）：レジスト除去幅（Ws）、開口率）＝（３μm：１５μm、０.８３）、（６μm：１２μm、０.６７）、（９μm：９μm、０.５０）、（１２μm：６μm、０.３３）、（１５μm：３μm、０.１７）。ただし、このストライプ方向はGaN膜１２の＜１−１００＞方向で、周期（ピッチ）Ｐはすべて１８μmで同一である。また、各レジストパターンは２０mm角のブロック形状であり、各パターン間は５mm程度離し選択成長時に相互の影響がないようにした。この後、レジスト膜１４をエッチングマスクとして、レジスト除去部１０１’の絶縁膜１３をフッ酸溶液で除去して溝状の開口部１０１を形成し、該開口部１０１の底部にGaN層１２を露出させる（図２(e)）。続いて、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜１４を除去する（図２(f)）。このようにして得られたストライプ状の絶縁膜１３の幅、開口部１０１の幅、及び開口率は、上記レジスト膜１４の幅、開口部１０１’の幅、及び開口率と実質的に同じである。
【００３９】
この後、GaN層を選択成長するために、ストライプ状の絶縁膜１３が堆積された基板１１を前記MOVPE装置の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が２００Torrの水素雰囲気とし、温度を約１０００℃にまで昇温して、供給量7sccmのトリメチルガリウム（TMG）と、供給量が7.5slmのアンモニア（NH3）ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、４時間程度GaN層１５を選択成長する。
【００４０】
選択成長終了後、基板１１を反応炉から取り出し、走査電子顕微鏡（SEM）を用いて、選択成長したGaN層１５の断面形状及び膜厚を観察した。その結果、各選択成長パターン（上述の互いに開口率の異なるレジストパターンに対応する絶縁膜１３のパターン）において、絶縁膜１３の開口部分１０１から絶縁膜１３上に横方向（基板水平方向）に伸びたGaN層がお互いに合体して平坦化していた（図２(g),(h)）。符号１６は、GaN層１５の合体部を示す。次に、各選択成長パターンにおいて、絶縁膜１３上に選択成長したGaN層１５の積層膜厚を実測した。図３に、その結果を、GaN層１５の積層膜厚の開口率依存性を表すグラフとして示す。図３から、絶縁層１３の開口率の減少に伴い、GaN層１５の積層膜厚が単調に減少していることがわかる。したがって、絶縁膜１３の周期は一定であっても、その開口率を変化させることで絶縁膜１３上のGaN層の積層膜厚を変化させることが可能であることが検証できた。尚、この結果は、前記非特許文献２の「Journal of Crystal Growth, Vol.195 (1998) 328-332」と同様の傾向である。
【００４１】
次に、透過電子顕微鏡（TEM）を用いて貫通転位の観察をおこなった。その結果、絶縁膜１３の開口部分１０１では貫通転位密度が1E9cm-2程度で転位低減効果は見られないが、絶縁膜１３上では貫通転位が基板水平方向に屈曲し、貫通転位密度は1E7cm-2程度に低減されていることが検証できた（図２(h)参照。同図においては、符号１０２が貫通転位を示し、図示されたもの以外の他の開口部分１０１における貫通転位の記載は省略されている）。
【００４２】
なお、本積層膜厚制御方法では、GaN層１５の選択成長のためのマスキング膜として絶縁膜１３を用いたが、マスキング膜は、GaN層１５がその上にエピタキシャル成長することが困難な膜であればよく、必ずしも絶縁性は要求されない。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留り・低コストで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
【００４３】
以下、本発明の第１の実施形態によるGaN系半導体レーザの製造方法の詳細について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図４(a)〜図７(k)は本実施形態に係る半導体レーザの構成断面図を各プロセス順に示している。
【００４５】
まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板２１を酸溶液を用いて洗浄する。その後、洗浄した基板２１を有機金属気相成長（MOVPE）装置（図示せず）の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を、圧力が３００Torrの水素雰囲気とし、温度を約１１００℃にまで昇温して基板２１を加熱し表面のサーマルクリーニングを約１０分間行なう。
【００４６】
次に、反応炉を約５００℃にまで降温した後、基板２１上に、供給量7sccmのトリメチルガリウム（TMG）と、供給量が7.5slmのアンモニア（NH3）ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、厚さが２０nmのGaNよりなる低温バッファ層を成長する。続いて、反応炉を約１０００℃にまで昇温し、厚さが約1μm のGaN層２２を成長する（図４(a)）。
【００４７】
この後、基板２１を反応炉から取り出し、GaN層２２上に選択成長用の絶縁膜（マスキング膜）２３を形成する。絶縁膜２３は、ここでは、二酸化珪素（SiO2）とし、プラズマＣＶＤ装置で１００nm程度堆積させる（図４(b)）。続いて、絶縁膜２３上にレジスト膜２４を塗布し（図４(c)）、フォトリソグラフィー法により、ストライプ状のレジスト膜２４を形成する。
【００４８】
図５(d)に示すように、このストライプ状のレジスト２４膜は、１８μm周期Ｐで形成され、かつその長手方向に複数の狭幅部（第１幅部）２４ａと複数の広幅部（第２幅部）２４ｂとが交互に形成されている。狭幅部２４ａは、７００μmの長さを有し、（レジスト膜２４の幅（Wl’）：レジスト除去幅（Ws’）、開口率）＝（１２μm：６μm、０.３３）に形成されている。広幅部２４ｂは、５０μmの長さを有し、（レジスト膜２４の幅（Wl”）：レジスト除去幅（Ws”）、開口率）＝（１５μm：３μm、０.１７）に形成されている。この広幅部２４ｂは後述するようにレーザ共振器端面の窓構造となる領域に対応している。このストライプパターン（レジスト膜２４のパターン）の狭幅部２４ａにおける断面図を図５(e)に示す。このストライプの延在方向（ストライプ方向）はGaN膜の＜１−１００＞方向（第１の方向）２０１とした。また、広幅部２４ｂは、各レジスト膜２４の長手方向における同一の位置に形成され、前記第１の方向２０１に垂直な方向（第２の方向）２０２に間隔を置いて連なっている。つまり、レジスト膜２４はその幅方向に繰り返すように形成されている。ここで、狭幅部２４ａと広幅部２４ｂとの幅差（ｄ＝Wl”−Wl’）は、狭幅部２４ａの幅Wl’の１６％以上８４％以下であることが好ましい。
【００４９】
なお、図５に示されるレジスト膜２４の幅方向の周期Ｐ（すなわち、絶縁膜１３の幅方向の周期Ｐ）は上記の例では１８μmとしたが、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。５μｍ未満とした場合には、狭幅部２４ａと広幅部２４ｂとの差を広げることができず、結果として本発明の効果を得ることができなくなる場合がある。一方、５０μｍを超える場合には、絶縁膜１３の面積があまりにも小さくなり、貫通転位を効果的に抑制できなくなる傾向がある。
【００５０】
次いで、レジスト膜２４をエッチングマスクとして、レジスト除去部１０１’の絶縁膜２３をフッ酸溶液で除去して溝状の開口部１０１を形成し、該開口部１０１の底部にGaN層２２を露出させる（図５(f)）。続いて、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜２４を除去する（図６(g)）。このようにして得られたストライプ状の絶縁膜２３の幅、開口部１０１の幅、及び開口率は、上記レジスト膜２４の幅、開口部１０１の幅、及び開口率と実質的に同じである。
【００５１】
この後、GaN層を選択成長するために、ストライプ状の絶縁膜２３が堆積された基板２１を前記MOVPE装置の反応炉内のサセプタに再度保持し、反応炉を真空排気する。続いて、反応炉内を圧力が２００Torrの水素雰囲気とし、温度を約１０００℃にまで昇温して、供給量7sccmのトリメチルガリウム（TMG）と、供給量が7.5slmのアンモニア（NH3）ガスと、キャリアガスとしての水素とを同時に供給することにより、図５(d)の選択成長マスクパターン（絶縁膜２４）上にGaN層２５を選択成長する。この際に、絶縁膜２３の長手方向（第１の方向）２０１における開口率が異なることにより、GaN層２５の積層膜厚に、第１の方向２０１において膜厚差が生じる（（図６(h)）））。その結果、第２の方向に延びるように、絶縁膜２３の狭幅部に対応する凸状のストライプ１と絶縁膜２３の広幅部に対応する凹状のストライプ２とがそれぞれ形成される。本実施形態の場合、前記ストライプ１領域のGaN層２５を約４μm選択成長した時点で（図７(i)）、絶縁膜２３の開口率の異なる前記ストライプ２領域では膜厚が薄膜化し約３.５μmとなっている（図７(j)）。この傾向は図３に示す通りである。また、本実施形態では、絶縁膜１３の開口率をその長手方向にステップ状に変化させたが、開口率を緩やかにテーパ状に変化させると、GaN層２５の膜厚変化も緩やかになり、転位等の欠陥の導入が抑制される。
【００５２】
続いて、ｎ型ドーパントとしてシラン（SiH4）ガスも供給して、厚さが約２μmでSi不純物濃度が約1E18cm-3のｎ型GaNよりなるｎ型コンタクト層２６を成長する。次に、トリメチルアルミニウム（TMA）も供給しながら、厚さが約0.7μmでSi不純物濃度が5E17cm-3のｎ型Al0.07Ga0.93Nよりなるｎ型クラッド層２７を成長する。続いて、厚さが約１２０nmでSi不純物濃度が約1E18cm-3のn型GaNよりなる第１の光ガイド層２８を成長した後、温度を約８００℃にまで降温し、キャリアガスを水素から窒素に変更して、トリメチルインジウム（TMI）とTMGを供給して厚さが約３nmのIn0.1Ga0.9Nよりなる量子井戸（３層）と厚さが約９nmのGaNバリア層（２層）からなる多重量子井戸活性層２９を成長する。その後、再び反応炉内の温度を約１０００℃にまで昇温しキャリアガスを窒素から水素に戻して、p型ドーパントであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）ガスを供給しながら、厚さが約２０nmでMg不純物濃度が5E17cm-3のp型 Al0.15Ga0.85N よりなるキャップ層３０を成長する。次に、厚さが約１２０nmでMg不純物濃度が1E18cm-3のp型 GaNよりなる第２の光ガイド層３１を成長する。続いて、厚さが約0.7μmでMg不純物濃度が5E17cm-3のｐ型Al0.07Ga0.93Nよりなるｐ型クラッド層３２を成長する。最後に、厚さが約0.1μmでMg不純物濃度が1E18cm-3のp型GaNよりなるｐ型コンタクト層３３を成長する（図７(ｋ)）。結晶成長終了後、レーザ構造の積層膜厚を断面SEMで確認したところ、図８(a)及び図８(b)に示すように、ストライプ１領域の方がストライプ２領域よりも約０.５μm厚くなっていた。つまり、ストライプ１領域とストライプ２領域との間で積層膜の段差３０１（断層）が生じていた。これはGaN層２５の膜厚差が継続されて生じたものと思われる。この段差３０１は、図６（ｈ）に「ストライプ２」として示すように、幅方向（図面左右方向）に延在している。すなわち、絶縁膜１３のストライプ方向（図５（ｄ）参照。図面上下方向）とは直交している。
【００５３】
また、この膜厚差に起因して、ストライプ１領域の活性層２９は、積層膜の厚み方向において、ストライプ２領域のｐ型Al0.07Ga0.93Nクラッド層３２が位置する範囲内に位置していることが確認された。このため、ストライプ１領域の活性層２９で発生したレーザ光は、端面窓構造領域に相当するストライプ２領域では活性層２９よりもバンドギャップエネルギーの大きなAl0.07Ga0.93Nクラッド層３２中を伝搬することになる。その結果、端面領域でのレーザ光の吸収は低減される。
【００５４】
成長終了後、まずｐ型半導体層の活性化加熱処理を行う。MOVPE装置の反応炉から基板を取り出し、ｐ型不純物活性化の加熱処理を施すためにアニール炉の中に搬送する。次にアニール炉を真空排気した後、供給量３slmの窒素ガスを導入して大気圧にし、その後、７５０℃で２０分間の加熱処理をおこなう。加熱処理後、基板を室温まで降温し、アニール炉から取り出す。
【００５５】
以下、レーザ構成断面図を示した図９を参照しながら、レーザ加工プロセスについて説明する。
【００５６】
加熱処理終了後、基板２１の表面にSiO2よりなる絶縁膜を堆積させる。続いて、この絶縁膜上にレジスト膜を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりp型コンタクト層３３のリッジ形成位置（リッジ幅は２μm程度）のみにレジスト膜が残るようにする。この際、リッジ形成を絶縁膜２３上の選択成長領域（低転位密度領域）で実施することで、レーザ素子の動作電流低減及び長寿命化が実現できる。この後、レジスト膜をエッチングマスクとして、レジスト除去部の絶縁膜をフッ酸溶液で除去しｐ型コンタクト層３３を露出させる。続いて、リッジ形成位置以外の領域をドライエッチング装置でエッチングし、活性層２９上のｐ型層の残し膜厚を５０nm程度にする。その後、アセトンなどの有機溶液によりレジスト膜を除去する。これにより、ｐ型コンタクト層３３及びAl0.07Ga0.93Nクラッド層３２からなるリッジ１０３が形成される。このリッジ１０３の延在方向は、ストライプの延在方向に平行な方向、すなわち、第１の方向２０１である。
【００５７】
次に、ｎ型電極の形成位置以外の領域をSiO2よりなる絶縁膜で覆い、ドライエッチングでｎ型コンタクト層２６を露出させる。また、ｐ側とｎ側の電気的分離はSiO2からなる絶縁膜３４で行い、リッジ１０３に位置するｐ型コンタクト層３３上の絶縁膜３４をフッ酸溶液で除去する。その後、絶縁膜３４を除去した部分にｎ側電極３５としてTi/Al、p側電極３６としてNi/Pt/Auをそれぞれ形成する。
【００５８】
続いて、レーザ共振器端面のへき開工程に移る。まず、基板２１をサファイア基板の裏面から研磨し総膜厚を１２０μm程度に薄膜化する。その後、共振器端面がサファイア基板の＜１−１００＞方向（へき開面は（１１−２０）面）となるように、基板２１をへき開装置（図示せず）でへき開する。この際、前記ストライプ２（端面窓構造）領域の中央でへき開することにより、端面窓構造領域（長さ：２５μm）を両端面に持つバー状態のレーザ素子Ａ（共振器長：７５０μm）を作製することができる。
【００５９】
次に、以下の手順でレーザ共振器の後端面に高反射膜コートをおこなう。高反射膜はSiO2と二酸化チタン（TiO2）の３対で構成される誘電体多層膜構造とした。
【００６０】
レーザ共振器長（７５０μm）よりも短いシリコン製バーをバー状態のレーザ素子Ａ間に鋏み込み、治具に固定する。シリコン製バーを共振器長よりも短く設計するのは、スパッタ時にシリコン製バーが障害となってレーザ端面に誘電体が設計通りにコートできなくなることを回避するためである。続いて、レーザ素子Ａが固定されている治具表面全体に前記誘電体膜をスパッタすることで端面コートをおこなう。今回使用したシリコン製バーの高さは７３５μmとした。このため、レーザ素子Ａの後端面では、端面から共振器方向に１５μmまでの領域（端面窓構造領域以内）で、レーザ素子Ａの電極側及び基板側ともに前記誘電体多層膜が付着していることになる。
【００６１】
最後に、バー状態のレーザ素子Ａの２次へき開をおこなってレーザチップに分離して、レーザキャンにｐサイドダウンで実装する。実装時には、レーザチップを炭化珪素（SiC）からなるサブマウントに半田を介して実装する。尚、光出射端面は半田が付着しないようにサブマウントから少し（１０μm程度）前面に出して実装する。レーザ表面の凹凸状態が明確になるように、絶縁膜３４、ｎ側電極３５及びｐ側電極３６を除いて描いたレーザチップの外観図を図１０に示す（以下、図１１、図１４も同様）。
［第１の比較例］
第１の比較例として、前記ストライプ２（端面窓構造）領域を有しない、前記ストライプ１領域に相当する領域のみで構成されるレーザ素子Ｂを作製した（図１１）。
【００６２】
第１の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。
【００６３】
本実施形態により作製したレーザ素子Ａは、電流注入により前記ストライプ１領域で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々５０mA、１.0W/Aであった（図１２）。尚、比較として作製したレーザ素子Ｂの閾値電流及びスロープ効率は各々４５mA、１.0W/Aであった（図１２）。レーザ素子Ａで閾値電流が増加しているのは、端面窓構造領域（長さ：２５μm）を両端面に持つために、この領域でレーザ発振に寄与しない無効電流があるためである。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ａ及びレーザ素子Ｂにおいて実施した（図１３）。レーザ素子Ｂでは、劣化率が0.2mA/h程度であるのに対して、レーザ素子Ａでは0.05mA/h程度であり、１０００時間の安定動作（動作電流の２倍以下）を実証した。寿命試験後に各レーザ素子のエレクトロルミネッセンス（EL）像をサファイア基板裏面から観察した（図示せず）。レーザ素子Ａではリッジ１０３に沿って共振器長全体が一様に発光したが、レーザ素子Ｂでは両端面付近で発光が弱くなっており、特に光出射端面側においてその傾向が強かった。これは、レーザ素子Ｂは、端面窓構造領域を有しないために、端面の表面準位で非発光再結合が進行し、端面付近の発熱量が増加し、一種のCODが発生しているものと思われる。さらに、ｐサイドダウン実装では光出射端面に半田が付着しないように端面近傍と半田とを空間的に分離しているために、レーザ素子Ｂでは放熱が悪化しCODが発生しやすくなっていると思われる。GaN系半導体レーザでは材料的に動作電圧が高いために消費電力が必然的に大きくなる。このため、従来のGaN系以外の半導体レーザでは問題にならなかった放熱性（特に端面近傍）が非常に重要になることが現象的に明らかになった。以上から、本発明によるレーザ素子では、１回の選択成長で、高光出力動作での長寿命化で必須となる低転位構造と端面窓構造を同時に形成することができるため、製造方法を容易化でき、歩留まり向上と製造コスト低減を実現できることを見出した。尚、レーザ素子Ａでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、２〜３ｍＷの低光出力から３０ｍＷの高光出力に渡って低雑音化できる可能性がある。
［第２の比較例］
第２の比較例として、以下の実験をおこなった。
【００６４】
レーザ素子Ａと比較するため、レーザ共振器端面の開口率を大きくし積層膜厚を増加させたレーザ素子Ｃを作製した（図１４）。
【００６５】
レーザ素子Ｃの作製手順は、結晶成長のストライプ２の開口率を除いてレーザ素子Ａと同様である。ここで、レーザ素子Ｃのストライプ２は（レジスト膜２４の幅：レジスト除去幅、開口率）＝（９μm：９μm、０.５）で形成する。ストライプ１は（レジスト膜２４の幅：レジスト除去幅、開口率）＝（１２μm：６μm、０.３３）で形成されるため、レーザ共振器端面で絶縁膜の開口率が増加する構造となる。結晶成長後、レーザ構造全体の積層膜厚を断面SEMで実測すると、ストライプ２領域では約６.５μm、ストライプ１領域では約６μmであり、共振器端面で積層膜厚が増加していることがわかった。尚、この傾向は図３に示す通りである。
【００６６】
レーザ素子Ｃでは、閾値電流及びスロープ効率は各々６０mA、０.６W/Aであった。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ｃで実施したが、１０時間程度で動作電流が３００mAとなる急速劣化傾向を示した。次に、レーザ素子Ｃをサブマウントからはずして、レーザ素子表面の半田付着の様子をSEMを用いて観察した（図示せず）。端面窓構造（ストライプ２）領域以外は半田が付着していないことが判明し、放熱悪化がレーザ素子の寿命に影響を及ぼしていると思われる。この半田の不完全密着は、ストライプ２領域で積層膜厚が増加しているために、この領域で半田密着が優先されたことに起因する。
【００６７】
以上により、端面窓構造を作製する場合には、この領域の積層膜厚が少なくとも端面窓構造領域以外と同等あるいはそれ以下にする必要があることがわかった。
【００６８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留り・低コストで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
【００６９】
以下、本発明の第２の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。
【００７０】
結晶成長及び電極形成までの手順は第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、第１の実施形態におけるストライプ２（端面窓構造）領域に相当する領域で、ｐ側電極をウエットエッチングにより除去する工程が導入されている。へき開、端面コート及び実装の手順は第１の実施形態と同様である。このように作製されたレーザ素子Ｄは、端面窓構造領域ではｐ側電極が存在しないために端面電流非注入構造となる。レーザ素子Ｄのリッジ下付近の構造断面図を図１５に示す。
【００７１】
第２の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。
【００７２】
本実施形態により作製したレーザ素子Ｄは、電流注入により端面窓構造領域以外で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々４５mA、１.０W/Aであった。第１の実施形態で作製したレーザ素子Ａの閾値電流（５０mA）よりも低閾値化できているのは、端面窓構造領域を電流非注入構造としたために、レーザ素子Ａで問題となっていたこの領域でのレーザ発振に寄与しない無効電流が抑制されたためである。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ｄで実施した（図１６）。レーザ素子Ｄでは、劣化率が0.02mA/h程度であり、１０００時間の安定動作（動作電流の２倍以下）を実証した。寿命試験後にレーザ素子のEL像をサファイア基板裏面から観察した（図示せず）。レーザ素子Ｄでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体が一様に発光しており、COD発生は見られなかった。以上により、端面窓構造及び端面電流非注入構造を有するレーザ素子では高光出力動作における信頼性が一段と向上でき、高歩留り・低コスト化に寄与することを見出した。尚、レーザ素子Ｄでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、２〜３ｍＷの低光出力から３０ｍＷの高光出力に渡って低雑音化できる可能性がある。
【００７３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
【００７４】
以下、本発明の第３の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。
【００７５】
結晶成長等の手順は第１の実施形態とおおよそ同様である。ただし、本実施形態では、第１の実施形態におけるストライプ２（端面窓構造）領域に相当する位置で、ｐ側電極下にSiO2からなる絶縁膜３７を形成する工程が導入されている。電極形成、へき開、端面コート及び実装の手順は第１の実施形態と同様である。このように作製されたレーザ素子Ｅは、端面窓構造領域ではｐ側電極下に絶縁膜が存在するため、端面電流非注入構造となる。レーザ素子Ｅのリッジ下付近の構造断面図を図１７に示す。
【００７６】
第３の実施形態は、レーザ素子特性に以下に述べる大きな特徴を有している。
【００７７】
本実施形態により作製したレーザ素子Ｅは、電流注入により端面窓構造領域以外で利得が発生し室温連続発振に到った。この際の閾値電流及びスロープ効率は各々４５mA、１.0W/Aであった。第１の実施形態で作製したレーザ素子Ａの閾値電流（５０mA）よりも低閾値化できているのは、端面窓構造領域を電流非注入構造としたために、レーザ素子Ａで問題となっていたこの領域でのレーザ発振に寄与しない無効電流が抑制されたためである。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ｅで実施した。レーザ素子Ｅでは、レーザ素子Ｄと同様に、劣化率が0.02mA/h程度であり、１０００時間以上の安定動作を実証した。寿命試験後にレーザ素子ＥのEL像をサファイア基板裏面から観察した（図示せず）。レーザ素子Ｅでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体が一様に発光しており、COD発生は見られなかった。以上により、端面窓構造及び端面電流非注入構造を有するレーザ素子では高光出力動作における信頼性が一段と向上でき、高歩留り・低コスト化に寄与することを見出した。尚、レーザ素子Ｅでは端面窓構造を有するため、光ディスク再生時の戻り光の影響を受けにくく、２〜３ｍＷの低光出力から３０ｍＷの高光出力に渡って低雑音化できる
可能性がある。
【００７８】
［第３の比較例］
レーザ素子Ｅと比較するために、以下の実験を行った。
【００７９】
第３の比較例として、第１の実施形態のレーザ素子Ｂ（端面窓構造領域なし）において、第３の実施形態の端面電流非注入構造を適用したレーザ素子Ｆを作製した。
【００８０】
レーザ素子Ｆでは、閾値電流及びスロープ効率は各々４５mA、１.0W/Aであり、レーザ素子Ｄ及びレーザ素子Ｅと同等の電流-光出力特性を示した。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ｆで実施した（図１８）。レーザ素子Ｆでは、劣化率が0.08mA/h程度であり、レーザ素子Ｂの劣化率（0.2mA/h）よりは改善されるものの、レーザ素子Ａの劣化率（0.05mA/h）には及ばないことがわかった。寿命試験後にレーザ素子ＦのEL像をサファイア基板裏面から観察した（図示せず）。レーザ素子Ｆでは寿命試験後においてもリッジに沿って共振器長全体がおおよそ一様に発光しており、顕著なCOD発生は見られなかった。
【００８１】
以上により、端面窓構造を有しない場合には端面電流非注入構造とすることにより、端面付近の発熱を抑制することができ、レーザ素子の長寿命化には有効であるが、レーザ素子Ａ，Ｄ，Ｅの寿命には及ばないことがわかった。レーザ素子Ａ，Ｄ，Ｅでは、端面電流非注入構造に端面窓構造を付加することにより、端面でのレーザ光吸収が抑制される分だけ端面発熱が抑制され、長寿命化が図られたものと思われる。
【００８２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
【００８３】
以下、本発明の第４の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。
【００８４】
結晶成長の手順は第１の実施形態とおおよそ同様である。ただし、第１の実施形態におけるストライプ２（端面窓構造）領域の共振器方向長さを様々に変化させた。また、第３の実施形態の端面電流非注入構造を導入した。へき開、端面コート及び実装の手順は第１の実施形態と同様である。以上により今回、端面窓構造領域（長さ：１５、２５、３５、５０、７５μm）を両端面に持つ各レーザ素子群７（共振器長：７５０μm、図示せず）を作製した。ここで、端面窓構造領域（長さ：２５ μm）を両端面に持つレーザ素子は前記レーザ素子Ｅのことである。また、共振器長における端面窓構造領域占有率を（端面窓構造領域）/（共振器長）と定義すると、端面窓構造領域（長さ：１５、２５、３８、５５、７５μm）を両端面に持つレーザ素子における前記占有率は各々（４、７、１０、１５、２０％）となる。
【００８５】
以下に、第４の実施形態により作製したレーザ素子Ｇの特性を示す。
【００８６】
各レーザ素子Ｇの電流-光出力特性を測定し、閾値電流と端面窓構造領域占有率の関係を図１９に示す。図１９から、占有率が１０％以下では、閾値電流の増加は顕著でないが、１０％を超える占有率では、実質的な短共振器化により、閾値電流の増加を招く。閾値電流増加は、３０ｍＷの高光出力での一定光出力寿命試験での動作電流増加に繋がり、寿命時間が短くなる。以上から、レーザ素子Ｇの端面窓構造領域占有率は１０％以下であることが望ましいことを見出した。
【００８７】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、半導体レーザの結晶成長において、前述の積層膜厚制御方法に基づいて、開口率の異なる絶縁膜を用いた選択成長を行うことにより、低転位構造とレーザ共振器端面でのCOD発生抑制に有効な端面窓構造を同時に高歩留りで得ることが可能なGaN系半導体レーザの製造方法を示す。
【００８８】
以下、本発明の第５の実施形態によるGaN系レーザの製造方法を説明する。
【００８９】
結晶成長、電極形成、へき開の手順は第３の実施形態と同様である。ただし、端面コートにおいて、第１の実施形態では誘電体膜の電極側付着領域を端面窓構造領域以内としたが、第５の実施形態では誘電体膜付着領域を変化させた。実装の手順は第１の実施形態と同様である。今回、誘電体膜スパッタ時のシリコン製バーの高さを調整することにより、誘電体膜付着領域を、共振器端面及び共振器端面から１５、２５、５０、７５μmに渡る範囲とした。以下、共振器端面および共振器端面からＸμmに渡る範囲の誘電体膜付着領域を、Ｘμmの誘電体膜付着領域という。ここで、２５μmの誘電体膜付着領域を両端部に持つレーザ素子は前記レーザ素子Ｅのことである。
【００９０】
このように作製された各レーザ素子Ｈ，Ｉ，Ｊ（誘電体膜付着領域：１５、５０、７５μm）の特性を以下に示す。
【００９１】
レーザ素子Ｈ，Ｉ，Ｊの電流−光出力特性は、レーザ素子Ｅとほぼ同様であった。次に、３０ｍＷの高光出力での室温一定光出力寿命試験をレーザ素子Ｈ，Ｉ，Ｊで実施した。劣化率はレーザ素子Ｈで0.02 mA/h、素子Ｉで0.1 mA/h、素子Ｊで0.4mA/h程度であった。ちなみに、レーザ素子Ｅの劣化率は素子Ｈと同様に0.02 mA/h程度である。各レーザ素子の劣化率と誘電体膜領域との関係を図２０に示す。次に、レーザ素子Ｊをサブマウントからはずして、レーザ素子表面の半田付着の様子をSEMを用いて観察した（図示せず）。誘電体膜付着領域では半田が付着していないことが判明し、この領域で放熱が悪化し、レーザ素子の寿命に影響を及ぼしていることが予想された。以上から、誘電体膜付着領域を、端面窓構造領域及び端面電流非注入領域以内に収まるよう設計することにより、レーザ素子の放熱悪化が抑制され長寿命化に寄与することを見出した。尚、本発明の実施形態では、端面コートをレーザ共振器後端面に施したが、レーザ共振器前端面（光出射側）に低反射膜コート、保護膜コート及び高反射膜コートを施した場合でも前記の効果がある。また、この効果は前記レーザ素子Ｆにおいても同様である。
【００９２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係る半導体発光止素子の製造方法は、高密度光ディスク用光源としての半導体発光素子の製造方法として有用である。
【００９４】
本発明に係る半導体発光止素子は、高密度光ディスク用光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】図１(a)乃至図１(d)は、本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の構成断面図である。
【図２】図２(e)乃至図２(h)は、本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の構成断面図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の製造方法の基礎となる積層膜厚制御方法におけるサファイア基板上に選択成長したGaN系半導体の積層膜厚と絶縁膜開口率との関係を示す図である。
【図４】図４(a)乃至図４(c)は、本発明の第１の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。
【図５】図５(d)乃至図５(f)は、本発明の第１の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。
【図６】図６(g)乃至図６(h)は、本発明の第１の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。
【図７】図７(i)乃至図７(k)は、本発明の第１の実施形態に係るサファイア基板上に選択成長したGaN系レーザ構造の構成断面図である。
【図８】図８(a)及び図８(b)は、本発明の第１の実施形態に係る絶縁膜開口率の異なる選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成を示す図であって、図８(a)は図７(k)のVIIIa−VIIIa切断線に沿った断面図、図８(b)は図７(k)のVIIIb−VIIIb切断線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る選択成長GaN系レーザの構成断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る端面窓構造を有する選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態における第１の比較例に係る端面窓構造を有しない選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る各選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ａ、Ｂ）の電流−光出力特性を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る各選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ａ、Ｂ）の３０ｍＷの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態における第２の比較例に係る端面窓構造を有する選択成長GaN系レーザの電極及び絶縁膜を除去した状態における構造を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る端面窓構造と端面電流非注入構造を有する選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ｄ）の３０ｍＷの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る端面窓構造と端面電流非注入構造を有する選択成長GaN系レーザの共振器長方向の構成断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態における比較例３に係る選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ｆ）の３０ｍＷの室温一定光出力寿命試験の結果を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ｇ）の閾値電流と端面窓構造占有率の関係を示す図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る選択成長GaN系レーザ（レーザ素子Ｅ，Ｈ〜Ｊ）の劣化率と誘電体膜付着領域の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１１  基板
１２  ＧａＮ層
１３  絶縁膜
１４  レジスト膜
１５  ＧａＮ層
２１  サファイア基板
２２  ＧａＮ層
２３  絶縁膜
２４  レジスト膜
２４ａ  狭幅部
２４ｂ  広幅部
２５  ＧａＮ層
２６  ｎ型コンタクト層
２７  ｎ型クラッド層
２８  第１の光ガイド層
２９  多重量子井戸活性層
３０  キャップ層
３１  第２の光ガイド層
３２  ｐ型クラッド層
３３  ｐ型コンタクト層
３４  絶縁膜
３５  ｎ側電極
３６  ｐ側電極
１０１  開口部
１０２  貫通転位
１０３  リッジ
２０１  第１の方向
２０２  第２の方向
３０１  段差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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