(57)【要約】      （修正有）【課題】裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザは基板が厚く、また、Ｔｉを含む従来の陰電極とｎ型のＧａＮ基板とをオーミック接合させることが困難であった。そのため、前記半導体レーザは電気抵抗が高く、発光効率が低下するという課題があった。そこで、本発明は、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザ及びその半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザはｎ型のＧａＮ基板３２との接触面がＡｌである陰電極１１ａを備えることとした。また、本発明に係る裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザは電気抵抗の低い極性反転領域３６を有するｎ型のＧａＮ基板上にＧａＮ系化合物の層を積層し、前記極性反転領域に接するように前記ＧａＮ基板のＧａＮ系化合物の層の側と反対側に陰電極を形成することとした。【選択図】図３
2007142198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、
前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、
前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極と、
を備える半導体レーザ。
【請求項２】
組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板の上に、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、
前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極を形成する陰電極形成工程と、
を備える半導体レーザ製造方法。
【請求項３】
組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物であって、転位の密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、
前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、
前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接する金属層を有する陰電極と、
を備える半導体レーザであって、
前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域は前記ＧａＮ基板の前記陰電極側から前記半導体積層体側の方向へ伸長しており、前記ＧａＮ基板と前記陰電極との界面において前記陰電極の前記金属層と前記極性反転領域とが接触していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
前記陰電極の前記金属層の元素はＡｌであることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、
前記基板形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記基板形成板側と反対側に現れる前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の積層方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、
前記陽電極形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去してＧａＮ基板底面を形成する基板形成板除去工程と、
前記基板形成板除去工程の後、前記基板形成板除去工程で形成した前記ＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、
を備える半導体レーザ製造方法。
【請求項６】
厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、
前記基板形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去する基板形成板除去工程と、
前記基板形成板除去工程の後、前記ＧａＮ基板の厚み方向にあるいずれか一方の表面の前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、
前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、
前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側であるＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、
を備える半導体レーザ製造方法。
【請求項７】
前記陰電極形成工程において、前記ＧａＮ基板底面に接する前記金属層としてＡｌを積層して前記陰電極を形成することを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体レーザ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陰電極と陽電極との間に複数の半導体層を積層して形成される半導体レーザ及びその半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子はキャリアの再結合により光を発生させる活性層と呼ばれる半導体層及び活性層を両側から挟み活性層にキャリアを供給するクラッド層と呼ばれる半導体層から構成されるダブルヘテロ接合構造を基本構造としている。活性層のバンドギャップにより発光する光の波長が定まるため、活性層は所望の波長の光が得られる材料や構成が選択される。クラッド層は活性層にキャリアを供給しやすくするために活性層よりバンドギャップが広くなるように設計され、キャリアの極性をコントロールする不純物が添加されている。従って、正負のキャリアは活性層で再結合して光を発生する。
【０００３】
組成式がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物（以下、「組成式がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物」を「ＧａＮ系化合物」と略記する。）は組成を変化させることでバンドギャップを調整することができるため、ＧａＮ系化合物を半導体レーザの素材として利用することが多い（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
半導体レーザを発光させるためには電源等の外部装置と接続する電極も必要である。電極と半導体とが接触したときに整流性が生じると半導体レーザとしての効率を損なうため、電極には半導体とオーミック接合できる素材が求められる。例えば、陰電極としてｎ型ＧａＮ（窒化ガリウム）とオーミック接合できる電極の素材としてＴｉ／Ａｌ（ｎ型ＧａＮ層に接する側から順にＴｉとＡｌとが積層された多層膜）又はＴｉ−Ａｌ（Ｔｉ及びＡｌの合金）が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
なお、以下の説明において、「半導体層の積層方向」を半導体レーザの「垂直方向」、「半導体層の積層方向に垂直な方向」を半導体レーザの「水平方向」と定義する。
【特許文献１】特開平１１−１７７１７５号公報
【特許文献２】特開平７−２２１１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体レーザの構造の一つである裏面電極型半導体レーザは、陰電極と陽電極との間に基板及び基板上に形成された複数の半導体層を配置しており、通常、前記基板側の電極を陰電極としている。裏面電極型半導体レーザにおいて陰電極から注入された電子は前記基板を厚み方向（厚みの方向）に通過しなければならないため、前記基板には導電性を有する素材やｎ型半導体が用いられる。しかし、ＧａＮ系化合物の裏面電極型半導体レーザの基板として用いられるｎ型のＧａＮは前記半導体レーザの土台でもあるため１００μｍ程度の厚みを有しており、前記半導体レーザの電気抵抗を高くしていた。
【０００７】
さらに、特許文献２に記載されるようにｎ型ＧａＮとＴｉ／Ａｌ又はＴｉ−Ａｌとをオーミック接合させるためには４００℃以上のシンター（熱処理）が必要とされている。裏面電極型の半導体レーザは、通常、陽電極を形成した後に陰電極を形成する。そのため、裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザの陰電極にＴｉ／Ａｌ又はＴｉ−Ａｌを使用する場合、シンターにより陽電極にダメージを与えることになる。すなわち、裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザでは十分な温度でシンターすることができず、Ｔｉを含む従来の陰電極とｎ型のＧａＮ基板とをオーミック接合させることが困難であった。
【０００８】
従って、裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザは電気抵抗が高く、発光効率が低いという課題があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザ及びその半導体レーザ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】
前記目的を達成するために、本発明に係る裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザはｎ型のＧａＮ基板との接触面がＡｌである陰電極を備えることとした。
【００１１】
具体的には、本発明は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極と、を備える半導体レーザである。
【００１２】
ｎ型のＧａＮ基板に形成する電極について種々の材料を試し、オーミック接合の確認をしたところ、Ａｌが前記課題を解決できることを見いだした。すなわち、Ａｌはシンターすることなくｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合をする素材である。
【００１３】
従って、本発明は、陰電極とｎ型のＧａＮ基板とがオーミック接合するため、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを提供することができる。
【００１４】
なお、前記陰電極のＡｌ層とｎ型ＧａＮ基板とを接触させる前に洗浄液でｎ型ＧａＮ基板のＡｌ層との接触面を洗浄する必要がある。
【００１５】
具体的には、本発明は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板の上に、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００１６】
前述のように、Ａｌはシンター無しでｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合するが、付着力が弱いため陰電極が剥がれてしまうことがある。そこで、様々な方法を試したところ、陰電極を形成する前に所定の洗浄液でｎ型のＧａＮ基板の表面を洗浄することでＡｌとｎ型ＧａＮ基板との付着力が向上することを見いだした。
【００１７】
従って、本発明は、前記陰電極形成工程の前に前記洗浄工程を入れることで陰電極とｎ型のＧａＮ基板とを確実にオーミック接合させることができ、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを製造する方法を提供することができる。
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明に係る裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザは電気抵抗の低い極性反転領域を有するｎ型のＧａＮ基板上を使用し、前記極性反転領域に接するように陰電極を形成することとした。
【００１９】
本発明は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物であって、転位の密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接する金属層を有する陰電極と、を備える半導体レーザであって、前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域は前記ＧａＮ基板の前記陰電極側から前記半導体積層体側の方向へ伸長しており、前記ＧａＮ基板と前記陰電極との界面において前記陰電極の前記金属層と前記極性反転領域とが接触していることを特徴とする半導体レーザである。
【００２０】
さらに、前記ＧａＮ基板は前記極性反転領域を有している。前記極性反転領域は前記ＧａＮ基板の他の領域より結晶転位の密度が高い領域であって、垂直方向に前記ＧａＮ基板の前記陰電極側から前記半導体積層体側の方向へ伸長している。前記極性反転領域は電気抵抗が低いため、前記陰電極と前記極性反転領域とが接触することで、前記陰電極からの電子は前記極性反転領域を経由して前記半導体積層体へ至ることができる。
【００２１】
従って、本発明は、前記極性反転領域を有するｎ型のＧａＮ基板を備えることで、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを提供することができる。
【００２２】
なお、前記金属層をｎ型のＧａＮより仕事関数の小さな金属の層とすることで、前記陰電極と前記ＧａＮ基板とはオーミック接合する。
【００２３】
本発明は、前記陰電極の前記金属層の元素はＡｌであることが望ましい。
【００２４】
前述のように、Ａｌはシンターすることなくｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合をする素材である。
【００２５】
従って、本発明は、陰電極とｎ型のＧａＮ基板とがオーミック接合し、前記極性反転領域を有するｎ型のＧａＮ基板を備えるため、さらに電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを提供することができる。
【００２６】
前記陰電極とｎ型ＧａＮ基板とをオーミック接合させるためには、ｎ型のＧａＮ基板と前記金属層とを接触させる前に洗浄液で接触面を洗浄する必要がある。
【００２７】
本発明は、厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、前記基板形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記基板形成板側と反対側に現れる前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の積層方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去してＧａＮ基板底面を形成する基板形成板除去工程と、前記基板形成板除去工程の後、前記基板形成板除去工程で形成した前記ＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００２８】
また、本発明は、厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、前記基板形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去する基板形成板除去工程と、前記基板形成板除去工程の後、前記ＧａＮ基板の厚み方向にあるいずれか一方の表面の前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側であるＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００２９】
前述のように、前記金属はシンター無しでｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合するが、付着力が弱く陰電極が剥がれてしまうことがある。そこで、様々な方法を試したところ、陰電極を形成する前に所定の洗浄液でｎ型のＧａＮ基板の表面を洗浄することで前記金属とｎ型ＧａＮ基板との付着力が向上することを見いだした。
【００３０】
また、前述のように、前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域は半導体レーザの電気抵抗を下げることができる。前記基板形成工程において前記マスクを有する前記基板形成板を利用することで前記ＧａＮ基板の所望の位置に前記極性反転領域を積極的に作ることができる。
【００３１】
従って、本発明は、前記基板形成工程で前記極性反転領域を有するｎ型のＧａＮ基板を形成でき、前記陰電極形成工程の前に前記洗浄工程を入れることで陰電極とｎ型のＧａＮ基板とを確実にオーミック接合させることができ、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを製造する方法を提供することができる。
【００３２】
本発明は、前記陰電極形成工程において、前記ＧａＮ基板底面に接する前記金属層としてＡｌを積層して前記陰電極を形成することが望ましい。
【００３３】
前述のように、Ａｌはシンターすることなくｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合をする素材である。ゆえに、前記陰電極形成工程において、陰電極のｎ型のＧａＮ基板と接触する側にＡｌ層を形成させてもよい。
【００３４】
従って、本発明は、前記基板形成工程で前記極性反転領域を有するｎ型のＧａＮ基板を形成でき、前記陰電極形成工程の前に前記洗浄工程を入れることで陰電極とｎ型のＧａＮ基板とを確実にオーミック接合させることができ、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザを製造する方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明により、電気抵抗が低く発光効率が高い裏面電極型のＧａＮ系化合物の半導体レーザ及びその半導体レーザの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
本実施形態は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極と、を備える半導体レーザである。
【００３８】
本実施形態の半導体レーザ１０１の断面の概念図を図１に示す。半導体レーザ１０１は陰電極１１、ＧａＮ基板１２、半導体積層体６３、陽電極１９、絶縁膜２０を備える。半導体積層体６３はｎ型クラッド層２７、ｎ側光ガイド層２５、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８で構成される。半導体レーザ１０１は陽電極１９と陰電極１１とがＧａＮ基板１２及び半導体積層体６３を挟むように配置される裏面電極型の半導体レーザである。
【００３９】
半導体レーザ１０１はＧａＮ基板１２上に半導体積層体６３を積層しており、活性層１４に対して陽電極１９の側のｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８をｐ型としている。一方、活性層１４に対してＧａＮ基板１２の側のｎ型クラッド層２７をｎ型としている。
【００４０】
また、半導体レーザ１０１は垂直方向にｐ型コンタクト層１８からｐ型クラッド層１７の一部までをメサとしている。なお、ｐ型コンタクト層１８からｐ側光ガイド層１５に至るまでをメサとしてもよい。
【００４１】
ＧａＮ基板１２はバルク状のｎ型のＧａＮ結晶である。ＧａＮ基板１２の垂直方向の厚みは８０μｍ以上２００μｍ以下であることが例示できる。ＧａＮ基板１２は半導体積層体６３を物理的に支える土台となる。
【００４２】
陰電極１１及び陽電極１９は半導体レーザ１０１に電圧を印加するために配置される。電極と半導体とが接触したときに整流性を生じると半導体レーザとしての効率を損なうため、陽電極１９はｐ型のＧａＮ系化合物とオーミック接合及び陰電極１１はＧａＮ基板１２とオーミック接合できる金属であることが望ましい。例えば、ｐ型のＧａＮ系化合物とオーミック接合する金属としてＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔが例示できる。また、ｎ型のＧａＮ基板とオーミック接合する金属としてＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒが例示できる。
【００４３】
さらに、陰電極１１及び陽電極１９は外部の電源等の装置との配線との接触抵抗が小さい金属であることが望ましい。そのため、陰電極１１及び陽電極１９は半導体と接触する素材とが異なる複数の層から構成されていてもよい。
【００４４】
例えば、陽電極１９の構成としては、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ及びＰｄ／Ｐｔ／Ａｕが例示される。いずれの構成も“／”の前の金属がｐ型コンタクト層１８側である。一方、陰電極１１の構成としては、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ａｌ／Ａｕが例示される。いずれの構成も“／”の前の金属がＧａＮ基板１２側である。特に、ｎ型のＧａＮとＡｌとはシンターすることなくオーミック接合させることができるため、陰電極１１の構成がＡｌ／Ａｕの場合、従来必要であったシンターを不要とすることができる。
【００４５】
活性層１４は電子及び正孔の再結合により光を発光する層である。活性層１４に採用される素材のバンドギャップにより発光する光の波長が定まる。活性層１４に採用される素材は発光効率の高い直接遷移型の半導体であることが好ましい。ＧａＮ系化合物は、Ａｌ及びＩｎの含有率を調整することで幅広いバンドギャップを作り出すことができるため、活性層１４にＧａＮ系化合物を使用することで所望の波長の半導体レーザを製造することができる。
【００４６】
また、活性層１４はバンドギャップが互いに異なる少なくとも二種類の半導体薄膜を交互に配置させることで、バンドギャップの広い方の半導体薄膜を障壁層とし、バンドギャップの狭い方の半導体薄膜を井戸層とした多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とすることもできる。活性層１４を前記ＭＱＷとすることで特定のエネルギー状態に電子が集中し、小電流でも効率よく発光することが実現できる。ＭＱＷとした場合、前記井戸層のバンドギャップで発光する光の波長が定まる。
【００４７】
ＭＱＷは、障壁層として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｄ（０．９５≦ｄ≦１、好ましくは０．９７≦ｄ≦１）であるＧａＮ系化合物と量子井戸として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｅ（０．８０≦ｅ≦ｄ、好ましくは０．８５≦ｅ≦０．９５）であるＧａＮ系化合物との組み合わせが例示される。また、ＭＱＷの障壁層として５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、ＭＱＷの井戸層として１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚が例示される。ＭＱＷを構成する前記障壁層と前記井戸層との組は２組以上３組以下であることが例示される。
【００４８】
半導体レーザにおいて、発光に伴う発熱による熱エネルギーを受けた電子が量子井戸の障壁を越えてｐ型側の半導体層へ移動して、発光に携わらない無効キャリアとなって半導体レーザの発光効率を低下させるキャリアオーバーフローという現象が生ずる。活性層１４において、キャリアオーバーフローを防止するＧａＮ系化合物の電子バリア層を前記ＭＱＷに対してｐ型側の前記ＭＱＷの端に配置してもよい。前記電子バリア層はバンドギャップが広く、伝送帯の底部準位が高いため、前記熱エネルギーを得た電子であっても前記電子バリア層を通過してｐ型側の半導体層へ移動することができない。活性層１４は前記電子バリア層を有することで無効キャリアを減少させることができ、半導体レーザの発光効率を高くすることができる。例えば、前記電子バリア層として前記組成式において０．１≦ｘ≦０．３、ｙ＝１−ｘであるＧａＮ系化合物であることが例示される。また、前記電子バリア層の膜厚は１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが例示される。
【００４９】
ｎ型クラッド層２７はＧａＮ系化合物の半導体層である。ｎ型クラッド層２７は前記組成式において０．０１≦ｘ≦０．１５、好ましくは０．０５≦ｘ≦０．１、ｘ＋ｙ＝１の関係のＧａＮ系化合物が例示される。ｎ型クラッド層２７はキャリア密度を高めるためｎ型不純物、例えばＳｉ又はＯが添加され、平均のｎ型不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下が例示できる。ｎ型クラッド層２７の膜厚は３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が例示される。
【００５０】
ｎ側光ガイド層２５はＧａＮ系化合物の半導体層である。ｎ側光ガイド層２５のバンドギャップは活性層１４のバンドギャップより広くかつｎ型クラッド層２７のバンドギャップより狭くなるような組成に設計される。活性層１４が前記ＭＱＷである場合、ｎ側光ガイド層２５のバンドギャップは前記ＭＱＷを構成する障壁層のバンドギャップより広く、ｎ型クラッド層２７のバンドギャップより狭くなるように設計される。具体的には、ｎ側光ガイド層２５は前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝１の関係のＧａＮ化合物が例示される。なお、ｎ側光ガイド層２５の組成を前記組成式においてｘ＝０及び０．９５≦ｙ≦１とするＧａＮ系化合物としてもよい。
【００５１】
ｎ側光ガイド層２５には活性層１４に不純物が拡散しないように不純物を添加しない又は不純物を添加する場合はｎ型クラッド層２７に添加されたｎ型不純物の濃度より低い濃度とする。ｎ型不純物としてＳｉ又はＯが例示され、平均のｎ型不純物濃度は０ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下が例示される。ｎ側光ガイド層２５の膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が例示される。
【００５２】
ｐ型クラッド１７はＧａＮ系化合物の半導体層である。ｐ型クラッド１７はｎ型クラッド２７と同様の組成が例示される。ｐ型クラッド１７はキャリア密度を高めるためｐ型不純物、例えばＭｇが添加される。ｐ型クラッド１７の平均のｐ型不純物濃度は５×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下が例示される。ｐ型クラッド１７の膜厚は１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が例示される。
【００５３】
ｐ側光ガイド層１５はｎ型光ガイド層２５と同様の組成のＧａＮ系化合物の半導体層である。ｐ側光ガイド層１５には活性層１４に不純物が拡散しないように不純物を添加しない又は不純物を添加する場合はｐ型クラッド層１７に添加されたｐ型不純物の濃度より低い濃度に設計される。ｐ型不純物としてＭｇが例示され、平均のｐ型不純物濃度は０ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下が例示される。ｐ側光ガイド層１５の膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が例示される。
【００５４】
ｐ型コンタクト層１８は陽電極１９とオーミック接合するための半導体層である。例えば、膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧａＮ化合物が例示できる。ｐ型コンタクト層１８がＧａＮ化合物の場合、添加する不純物としてＭｇが例示される。
【００５５】
絶縁膜２０はＺｒＯ２又はＳｉＯ２等の絶縁性の高い素材の膜である。絶縁膜２０は陽電極１９と各半導体層とを電気的に分離する。
【００５６】
半導体レーザ１０１は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板の上に、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接するＡｌ層を有する陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法で製造することができる。
【００５７】
半導体レーザ１０１を製造する半導体レーザ製造方法の工程フロー図を図２に示す。図２の半導体レーザ製造方法は半導体積層体形成工程Ｓ２０２、メサ形成工程Ｓ２０３、絶縁膜形成工程Ｓ２０４、陽電極工程Ｓ２０５、基板研磨工程Ｓ２５５、洗浄工程Ｓ２０７及び陰電極形成工程Ｓ２０８、チップ化工程Ｓ２０９を備える。なお、基板研磨工程Ｓ２５５を省略しても良い。
【００５８】
図２の半導体レーザ製造方法の各工程を以下に具体的に説明する。なお、随時図１で使用した符号も用いて説明する。
【００５９】
（半導体積層体形成工程Ｓ２０２）
半導体積層体形成工程Ｓ２０２は、組成式がＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物のＧａＮ基板の上に、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する工程である。
【００６０】
ウエハ状のＧａＮ基板１２上にｎ型クラッド層２７、ｎ側光ガイド層２５、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８を順に積層する。
【００６１】
半導体積層体６３の各半導体層は有機金属気相成長法（以下、「有機金属気相成長法」を「ＭＯＣＶＤ法」と略記する。）を利用して積層される。ＭＯＣＶＤ法は原料ガスを反応炉（チャンバ）に導き入れ、チャンバ内に固定され、摂氏６００度から摂氏１１００度に維持された基板上で原料ガスを熱分解して反応させ薄膜をエピタキシャル成長させる方法である。原料ガスの流量及び濃度、反応温度及び時間、希釈ガスの種類等の製造パラメータを制御することで組成や膜厚の異なる半導体層を容易に積層して製造することができる。
【００６２】
ＧａＮ系化合物の場合、ＭＯＣＶＤ法はＩＩＩ族元素としてＧａ（ＣＨ３）３（トリメチルガリウム、以下「ＴＭＧ」と略記する。）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３（トリエチルインジウム、以下「ＴＭＩ」と略記する。）及びＡｌ（ＣＨ３）３（トリメチルアルミニウム、以下「ＴＭＡ」と略記する。）をキャリアガスである水素又は窒素でバブリングさせた蒸気を原料ガスとして使用し、窒化物とするためにアンモニアガスを使用する。原料ガスは水素又は窒素のキャリアガスにてチャンバに導入する。
【００６３】
また、不純物はｐ型ドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）又はｎ型ドーパントとしてＳｉＨ４（シラン）も同様に蒸気としてチャンバに導き入れることができる。
【００６４】
ＭＯＣＶＤ法はＣＰ２Ｍｇ又はＳｉＨ４、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ及びアンモニアを所定の混合比で混合した混合ガスの流量ならびに基板温度の製造パラメータで所望の組成のＧａＮ系化合物を成長させることができ、反応時間で膜厚を制御することができる。
【００６５】
従って、チャンバ内に固定されたウエハ状のＧａＮ基板１２上にｎ型クラッド層２７、ｎ側光ガイド層２５、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８を連続して積層して半導体積層体６３を形成することができる。
【００６６】
（メサ形成工程Ｓ２０３）
メサ形成工程Ｓ２０３は、半導体積層体６３のＧａＮ基板１２側と反対側の表面に複数且つ平行なストライプ状のメサを形成する工程である。
【００６７】
まず、ｐ型コンタクト層１８の上面にエッチングマスク層を積層する。前記エッチングマスク層はスパッタリングで形成するＳｉＯ２層や回転塗布後に加熱固化若しくは紫外線硬化して形成するＳｉＯ２層が例示できる。前記エッチングマスク層形成後、前記エッチングマスク層の上面にリソグラフィ技術でメサを形成する部分にレジストパターンを形成する。つまり、前記レジストパターンは所望の間隔で複数のストライプ状に形成する。例えば、前記レジストパターンの間隔は１００μｍ以上５００μｍ以下でレジストパターンの線幅は１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２μｍ以下とすることができる。前記レジストパターン形成後、形成したレジストパターンをマスクとして、前記エッチングマスク層をエッチングする。その後、エッチングされなかった前記エッチングマスク層上のレジストパターンを剥離することでエッチングマスクパターンが形成される。
【００６８】
次いで、上記エッチングマスクパターンをマスクとしてｐ型コンタクト層１８からｐ型クラッド層１７の一部まで又はｐ型コンタクト層１８からｐ側光ガイド層１５に至るまでをエッチングする。エッチングとしてＣｌ系プラズマを利用したドライエッチングが例示できる。本工程でｐ型コンタクト層１８からｐ型クラッド層１７の一部まで又はｐ型コンタクト層１８からｐ側光ガイド層１５に至るまでのメサが形成される。
【００６９】
（絶縁膜形成工程Ｓ２０４）
絶縁膜形成工程Ｓ２０４は、前記エッチングマスクパターン、メサ形成工程Ｓ２０３で露出したｐ側光ガイド層１５及び前記メサの側面を覆うように絶縁膜２０を形成する工程である。なお、メサ形成工程Ｓ２０３のエッチング量ではｐ側光ガイド層１５ではなくｐ型クラッド層１７の場合もある。
【００７０】
メサ形成工程Ｓ２０３で形成したメサが側の全面に絶縁膜２０を形成する。絶縁膜２０を形成する手段としてはスパッタリングが例示できる。
【００７１】
次いで、ｐ型コンタクト層１８上の前記エッチングマスクパターンを除去する。前記エッチングマスクパターンを除去する手段として、１−水素２−フッ化アンモニウム溶液であるバッファードフッ酸に所定の時間浸してウェットエッチングすることが例示できる。前記エッチングマスクパターンを除去することで、前記エッチングマスクパターン上に積層している絶縁膜２０もリフトオフされ、ｐ型コンタクト層１８が露出する。
【００７２】
（陽電極形成工程Ｓ２０５）
陽電極形成工程Ｓ２０５は、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する工程である。半導体積層体６３の前記メサを形成した側の全面を覆うように陽電極１９を形成することで、陽電極１９はメサ形成工程Ｓ２０３で前記エッチングマスクパターンを除去した後に前記メサの上部に露出するｐ型コンタクト層１８と接触する。陽電極１９の形成手段としてスパッタリングや真空蒸着が例示できる。
【００７３】
（基板研磨工程Ｓ２５５）
基板研磨工程Ｓ２５５は、半導体レーザ１０１の電気抵抗を低くするため、ＧａＮ基板１２を研磨して薄くする工程である。半導体レーザ１０１の電気抵抗が所定の値となるようにＧａＮ基板１２のｎ型クラッド層２７と反対側（以下、「ＧａＮ基板１２のｎ型クラッド層２７と反対側」を「ＧａＮ基板１２の裏面」と略記する。）から化学的又は／及び物理的に研磨してＧａＮ基板１２の厚みを所定の値にする。研磨する方法としてはＣＭＰが例示できる。なお、厚さが薄いＧａＮ基板１２を使用して半導体積層体６３を積層した場合は、基板研磨工程Ｓ２５５を省略することができる。
【００７４】
（洗浄工程Ｓ２０７）
洗浄工程Ｓ２０７は、ＧａＮ基板１２の前記半導体積層体側と反対の側を洗浄液で洗浄する工程である。
【００７５】
酸又はアルカリの洗浄液を用いてＧａＮ基板１２の裏面を洗浄する。洗浄方法の具体例を以下に示す。まず、ＧａＮ基板１２の裏面に生じた酸化物を除去するためにフッ酸又はバッファードフッ酸でＧａＮ基板１２の裏面を処理する。洗浄効果を高めるため、前記フッ酸処理の後、ＧａＮ基板１２の裏面をＣＦ４プラズマや塩素系プラズマを照射してもよい。次いで、塩酸を洗浄液としてＧａＮ基板１２の裏面を洗浄する。
【００７６】
（陰電極形成工程Ｓ２０８）
陰電極形成工程Ｓ２０８は、ＧａＮ基板１２の前記半導体積層体側と反対の側に接する金属層を有する陰電極を形成する工程である。
【００７７】
まず、陽電極１９側に保護層を形成する。前記保護層として、陽電極１９の金属とは異なる金属膜又はＳｉＯ２等の絶縁膜が例示できる。また、陽電極１９側にワックスを塗布してサファイア等の基板を貼り付け、前記基板を保護層としてもよい。前記保護層は、以降の工程において半導体レーザにかかる種々の外力から半導体レーザを保護する。前記保護層を形成した後、半導体レーザを裏返して前記保護層を固定台に接触させて半導体レーザを固定する。
【００７８】
次いで、蒸着法又はスパッタリング法を用いてＧａＮ基板１２の半導体積層体６３側と反対側の全面にｎ型のＧａＮとオーミック接合できる金属、例えばＡｌの層を積層する。さらに、前記金属層に続けてスパッタリング法でＡｕ膜を積層する。前記金属層及び前記Ａｕ層を連続して積層することで陰電極１１が形成される。陰電極１１を形成した後に、前記保護層を除去する。
【００７９】
（チップ化工程Ｓ２０９）
チップ化工程Ｓ２０９は、半導体積層体形成工程Ｓ２０２から陰電極形成工程Ｓ２０８まで経たウエハ状のＧａＮ基板１２を所望の大きさに切断して半導体レーザのチップを形成する工程である。チップ化の方法の具体例を以下に示す。まず、メサ形成工程Ｓ２０３で形成したメサに垂直な方向に１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の間隔でＧａＮ基板１２をへき開して切断する。へき開された面はレーザが放射する発光端面となる。
【００８０】
次いで、切断面が前記メサに接触しないように前記メサと前記メサとの間を前記メサの長手方向と平行にＧａＮ基板１２を切断する。切断する方法としては、ダイシングマシンで切断する方法やへき開する方法が例示できる。チップ化工程Ｓ２０９でウエハ状のＧａＮ基板１２から複数の半導体レーザ１０１が得られる。
【００８１】
図２の半導体積層体形成工程Ｓ２０２からチップ化工程Ｓ２０９までを行うことで半導体レーザ１０１を製造することができる。
【００８２】
半導体レーザ１０１の陽電極１９と陰電極１１とに電圧を印加することで陰電極１１から電子が、陽電極１９から正孔が半導体レーザ１０１に注入される。注入された電子はＧａＮ基板１２、ｎ型クラッド層２７及びｎ側光ガイド層２５を順に移動して活性層１４に到達する。一方、注入された正孔はｐ型コンタクト層１８、ｐ型クラッド層１７及びｐ側光ガイド層１５を順に移動して活性層１４に到達する。
【００８３】
活性層１４に到達した正孔及び電子は再結合して光を発生する。活性層１４で発生した光のうち多くはｐ側光ガイド層１５とｐ型クラッド層１７との界面及びｎ側光ガイド層２５とｎ型クラッド層２７との界面の間に閉じ込められ、誘導放出を促進する。
【００８４】
半導体レーザ１０１はＧａＮ基板１２と陰電極１１とがオーミック接合をしているため、従来の半導体レーザより電気抵抗が低く発光効率を高めることができる。また、図２の半導体レーザ製造方法は、シンターをすることなくＧａＮ基板１２とオーミック接合する陰電極を形成することができるため、従来必要であったシンター工程を削除でき、半導体レーザの生産性を向上させることができる。
【００８５】
（実施の形態２）
本実施形態は、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物であって、転位の密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板上に組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層が前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層される半導体積層体と、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に形成される陽電極と、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側に接する金属層を有する陰電極と、を備える半導体レーザであって、前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域は前記ＧａＮ基板の前記陰電極側から前記半導体積層体側の方向へ伸長しており、前記ＧａＮ基板と前記陰電極との界面において前記陰電極の前記金属層と前記極性反転領域とが接触していることを特徴とする半導体レーザである。
【００８６】
本実施形態の半導体レーザ１０２の断面の概念図を図３に示す。図３において図１で使用する符号と同じ符号は同じ部品、半導体層を示し、同じ機能を有する。半導体レーザ１０２と図１の半導体レーザ１０１との違いは、半導体レーザ１０２はＧａＮ基板１２の代替としてＧａＮ基板３２を使用していることである。
【００８７】
ＧａＮ基板３２は極性反転領域３６を有するバルク状のｎ型のＧａＮ結晶である。極性反転領域３６は結晶の転位の密度がＧａＮ基板３２の他の領域より高い領域である。極性反転領域３６はＧａＮ基板３２の他の領域より電気抵抗が低く、電気が通りやすいという性質を持つ。極性反転領域３６は垂直方向にＧａＮ基板３２の一の側から他の側へ貫通している。
【００８８】
ＧａＮ基板３２の垂直方向の厚みは８０μｍ以上２００μｍ以下であることが例示できる。ＧａＮ基板３２は半導体積層体６３を物理的に支える土台となる。
【００８９】
半導体レーザ１０２は、厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、前記基板形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記基板形成板側と反対側に現れる前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の積層方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去してＧａＮ基板底面を形成する基板形成板除去工程と、前記基板形成板除去工程の後、前記基板形成板除去工程で形成した前記ＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法で製造することができる。
【００９０】
また、半導体レーザ１０２は、厚み方向にある一の表面にマスクを有する基板形成板の前記一の表面に、組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物を成長させることで、前記基板形成板の前記マスクから組成式ＧａＮと表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の成長方向に伸長する転位密度が他の領域より高い極性反転領域を有するＧａＮ基板を形成する基板形成工程と、前記基板形成工程の後、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板方向へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去する基板形成板除去工程と、前記基板形成板除去工程の後、前記ＧａＮ基板の厚み方向にあるいずれか一方の表面の前記極性反転領域に接するように、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表される複数のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を前記ＧａＮ基板の厚み方向に積層して半導体積層体を形成する半導体積層体形成工程と、前記半導体積層体形成工程の後、前記半導体積層体の前記ＧａＮ基板側と反対側に陽電極を形成する陽電極形成工程と、前記陽電極形成工程の後、前記ＧａＮ基板の前記半導体積層体側と反対側であるＧａＮ基板底面を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、前記ＧａＮ基板底面に露出する前記極性反転領域に接するように金属層を積層して陰電極を形成する陰電極形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法で製造することもできる。
【００９１】
半導体レーザ１０２を製造する半導体レーザ製造方法の工程フロー図を図４に示す。図４において図２で使用する符号と同じ符号は同じ工程を示している。図４の半導体レーザ製造方法と図２の半導体レーザ製造方法との違いは、図４の半導体レーザ製造方法には半導体積層体形成工程Ｓ２０２の前に基板形成工程Ｓ４０１があり、陽電極形成工程Ｓ２０５と洗浄工程Ｓ２０７との間に基板形成板除去工程Ｓ４０６があることである。さらに、図４の半導体レーザ製造方法は図２の半導体レーザ製造方法の陰電極形成工程Ｓ２０８の代替として陰電極形成工程Ｓ４０８を備えている。
【００９２】
図４の半導体レーザ製造方法の工程のうち、図２の半導体レーザ製造方法と異なる工程を以下に具体的に説明する。
【００９３】
（基板形成工程Ｓ４０１）
基板形成工程Ｓ４０１はＧａＮ基板３２を構成するＧａＮ及び極性反転領域３６を形成する工程である。基板形成工程Ｓ４０１の概念図を図５に示す。まず、厚さ５０μｍ以上２００μｍ以下の円板状の基板形成板５８の上面にＧａＮからなるバッファ層５２を５０μｍ以上１００μｍ以下積層し、さらに、マスク５４を形成するためのマスク層を１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下積層する。基板形成板５８の材料としては、サファイア、ＳｉＣなどを適用することができる。
【００９４】
バッファ層５２の材料としてはＧａＮ系化合物を適用することができる。バッファ層５２はハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の結晶成長方法で形成することができる。バッファ層５２は単層のＧａＮ系化合物でもよく、複数のＧａＮ系化合物を積層しても良い。例えば、ＧａＮ系化合物を積層した後にＧａＮを積層しても良い。
【００９５】
前記マスク層の材料としては、例えばＳｉＯ２やＳｉＮを適用することができる。前記マスク層はバッファ層５２の表面にＳｉＯ２やＳｉＮをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成することができる。
【００９６】
前記マスク層を形成した後に、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法を用いることで前記マスク層から複数のストライプ状のマスク５４を形成する。例えば、マスク５４の線幅（長手方向に対して垂直な方向の長さ）は１０μｍ以上５００μｍ以下であり、隣のマスク５４との間隔は１μｍ以上１０μｍ以下に設計することが例示できる（図５（１））。なお、図５はいずれもマスク５４の長手方向と垂直な面で切断した断面図である。以下の説明において、一のマスク５４とその隣のマスク５４との間に露出するバッファ層５２の部分を結晶成長部と略記する。
【００９７】
次に、基板形成板５８にＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長方法でＧａＮ５１をＥＬＯ成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ：方向選択成長）させる。ＥＬＯ成長とは、前記結晶成長方法においてチャンバ内の温度や圧力を調節することで結晶成長の方向（垂直方向、水平方向又は垂直水平両方向）を制御しながら薄膜を形成する方法である。
【００９８】
本工程ではチャンバ内の温度や圧力をＧａＮが水平方向に成長するように設定する。まず、ＧａＮの結晶は前記結晶成長部の中央付近に核となって現れる。続いてＧａＮの結晶は前記核を中心として水平方向に成長し、前記結晶成長部に薄いＧａＮの膜が形成される。さらに、前記ＧａＮの膜の中央付近にＧａＮの核が現れ、同様にＧａＮの結晶が水平方向に成長する。このようにＥＬＯ成長を繰り返すことで、ＧａＮ５１の厚さが厚くなる（図５（２））。
【００９９】
ＧａＮのＥＬＯ成長を続けるとＧａＮ５１の厚さはマスク５４の厚さを超える。ＧａＮ５１の厚さがマスク５４の厚さを超えるとＧａＮの結晶はマスク５４を覆うように成長し、隣接する前記結晶成長部からＥＬＯ成長するＧａＮ５１とマスク５４上で衝突する。前記衝突したＧａＮ結晶は互いに結晶方向が異なるため、衝突部において転位が発生する。さらに、ＧａＮをＥＬＯ成長させることでＧａＮ５１の厚さが厚くなるとともに前記転位はマスク５４上で垂直方向に成長して極性反転領域３６が形成される（図５（３））。ＧａＮ５１を所定の厚みに積層した後にＥＬＯ成長を止め（図５（４））、ＧａＮ５１の基板形成板５８と反対側を研磨して表面を平坦化する（図５（５））。
【０１００】
基板形成工程Ｓ４０１の後、半導体積層体形成工程Ｓ２０２を行い、前記平坦化された面に半導体積層体６３を形成する。図５（５）のように平坦化された面にはＧａＮ５１と極性反転領域３６が露出しており、前記平坦化された面に積層される半導体層のうち極性反転領域３６に接する部分の結晶は転位密度が高くなる。従って、極性反転領域３６は半導体層の積層とともに上方に伸長する。
【０１０１】
（基板形成板除去工程Ｓ４０６）
基板形成板除去工程Ｓ４０６は、前記基板形成板の前記ＧａＮ基板側と反対側から前記ＧａＮ基板側へ少なくとも前記ＧａＮ基板の前記極性反転領域が露出するまで前記基板形成板を除去してＧａＮ基板３２を形成する工程である。
【０１０２】
本工程では、まず、図２の陰電極形成工程Ｓ２０８で説明したように陽電極１９側に保護層６７を形成する（図６（１））。次いで、半導体レーザを裏返して保護層６７を固定台に接触させて半導体レーザを固定する。半導体レーザを固定台に固定した後に、基板形成板５８側から所定量除去する。具体的には、極性反転領域３６が露出するまで基板形成板５８、バッファ層５２、マスク５４及びＧａＮ５１の一部を除去する（図６（２））。除去方法は化学的又は／及び物理的に研磨する方法、例えば、ＣＭＰが例示できる。
【０１０３】
なお、本工程は図８に示す半導体レーザ製造方法の工程フロー図のように基板形成工程Ｓ４０１と半導体積層体形成工程Ｓ２０２との間で行ってもよい。図８において図４で使用する符号と同じ符号は同じ工程を示している。図８に示す半導体レーザ製造方法の場合、本工程を終了した時点で所定の厚さのＧａＮ基板３２が形成される。ＧａＮ基板３２の厚み方向にある両表面には極性反転領域３６が露出しているため、次工程の半導体積層体形成工程Ｓ２０２において、ＧａＮ基板３２のいずれの表面に半導体積層体６３を形成してもよい。
【０１０４】
（陰電極形成工程Ｓ４０８）
陰電極形成工程Ｓ４０８は、前記ＧａＮ基板底面に露出する極性反転領域３６に接するように金属層を積層して陰電極１１を形成する工程である。
【０１０５】
基板形成板除去工程Ｓ４０６で既に陽電極１９側に前記保護層を形成しているため、陰電極形成工程Ｓ４０８は、図２の陰電極形成工程Ｓ２０８から陽電極１９側に前記保護層を形成するステップを削除している。
【０１０６】
なお、図４のメサ形成工程Ｓ２０３において、前記メサの方向とマスク５４の方向とが平行に、且つ前記メサの間隔とマスク５４の間隔とが等しくなるように前記メサを形成する。さらに、図４のチップ化工程Ｓ２０９において、メサの長手方向に切断する際に、切断面が前記メサ及び極性反転領域３６に接触しないように複数の前記メサの間を前記メサの長手方向に平行に切断する。
【０１０７】
図４の基板形成工程Ｓ４０１からチップ化工程Ｓ２０９までを行うことで半導体レーザ１０２を製造することができる。なお、水平方向において極性反転領域３６のメサ側３７とメサの中心３８との距離が５０μｍ以上となるように半導体レーザ１０２を設計する。半導体レーザを高密度で製造する等、水平方向において極性反転領域３６のメサ側３７とメサの中心３８との距離を５０μｍ以上にすることができない場合、極性反転領域３６と活性層１４とを接触させないようにする必要がある。例えば、図７の半導体レーザ１０７のように、陽電極１９を形成した後、極性反転領域３６の上部の陽電極１９からｎ型クラッド層２７の一部までをエッチングして除去しておく。図７において図３で使用する符号と同じ符号は同じ部品、半導体層を示し、同じ機能を有する。
【０１０８】
半導体レーザ１０２及び１０７は陽電極１９と陰電極１１とに電圧を印加することで図１の半導体レーザ１０１と同様にレーザを発振することができる。
【０１０９】
ＧａＮ基板３２と陰電極１１とはオーミック接合をしているため、半導体レーザ１０２及び１０７は図１の半導体レーザ１０１で説明した効果と同様の効果を得ることができる。また、シンターをすることなくＧａＮ基板３２とオーミック接合する陰電極を形成することができるため、図４の半導体レーザ製造方法は図２の半導体レーザ製造方法で説明した効果を得ることができる。
【０１１０】
さらに、半導体レーザ１０２及び１０７は電気抵抗の小さい極性反転領域３６をＧａＮ基板３２に有しているため、陰電極１１から注入された電子は極性反転領域３６を伝導することができる。
【０１１１】
従って、極性反転領域３６は半導体レーザ１０２及び１０７の電気抵抗を下げることができ、発光効率を高めることができる。また、図４の半導体レーザ製造方法の基板形成工程Ｓ４０１では、マスク５４を有する基板形成板５８を利用することでＧａＮ基板３２の所望の位置に極性反転領域３６を積極的に作ることができ、発光効率の高い半導体レーザ１０２及び１０７を容易に製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の半導体レーザの構成は受光素子として利用することができる。また、トランジスタやダイオード等の電子デバイス、ＨＥＭＴに代表されるような化合物高周波用電子デバイスにも利用することができる。また、本発明の半導体レーザ製造方法は前記受光素子、前記電子デバイス及び前記化合物高周波用電子デバイスを製造する場合に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明に係る一の実施の形態である半導体レーザ１０１の断面の構成概念図である。
【図２】本発明に係る一の実施の形態の半導体レーザ製造方法の工程フロー図である。
【図３】本発明に係る他の実施の形態である半導体レーザ１０２の断面の構成概念図である。
【図４】本発明に係る他の実施の形態の半導体レーザ製造方法の工程フロー図である。
【図５】本発明に係る他の実施の形態の半導体レーザ製造方法における基板形成工程Ｓ４０１の概念図である。（１）は基板形成板５８の上にマスク５４を形成した後の図である。（２）はＧａＮ基板３２を構成するＧａＮ５１をＥＬＯ成長させている図である。（３）一のＧａＮ５１のブロックが隣のＧａＮ５１のブロックと衝突して極性反転領域３６が形成され始めた図である。（４）ＧａＮ５１の成長を終了させたときの図である。（５）成長させたＧａＮ化合物の表面を研磨して平面化したときの図である。なお、（１）から（５）までの図はマスク５４の長手方向と垂直な面で切断した断面図である。
【図６】本発明に係る他の実施の形態の半導体レーザ製造方法における基板形成板除去工程の概念図である。（１）陽電極１９の上に保護層６７を形成した図である。（２）基板形成板５８側から研磨して所定の厚さのＧａＮ基板３２を形成した図である。なお、（１）及び（２）の図はマスク５４の長手方向と垂直な面で切断した断面図である。
【図７】本発明に係る他の実施の形態である半導体レーザ１０７の断面の構成概念図である。水平方向において極性反転領域３６のメサ側３７とメサの中心３８との距離が５０μｍ以下のため、極性反転領域３６の上部の陽電極１９からｎ型クラッド層２７の一部までを除去している。
【図８】本発明に係る他の実施の形態の半導体レーザ製造方法の工程フロー図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１、１０２、１０７  半導体レーザ
１１  陰電極
１１ａ  Ａｌ層
１１ｂ  Ａｕ層
１２  ＧａＮ基板
１４  活性層
１５  ｐ側光ガイド層
１７  ｐ型クラッド層
１８  ｐ型コンタクト層
１９  陽電極
２０  絶縁膜
２５  ｎ側光ガイド層
２７  ｎ型クラッド層
３２  ＧａＮ基板
３６  極性反転領域
３７  極性反転領域３６のメサ側
３８  メサの中心
５１  ＧａＮ
５２  バッファ層
５４  マスク
５８  基板形成板
６３  半導体積層体
６７  保護層
Ｓ２０２からＳ２０５、Ｓ２０７からＳ２０９、Ｓ２２５、Ｓ４０１、Ｓ４０６、Ｓ４０８  半導体レーザ製造方法の工程
【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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