(57)【要約】【課題】リッジ再成長型半導体レーザを劈開する際に電流ブロック層とクラッド層との界面との剥離及びクラッド層の欠損が生じにくく、安定な素子特性が得られる半導体レーザ装置を実現できるようにする。【解決手段】半導体レーザ装置は、基板の上に形成された活性層を含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体１０を備えている。半導体層積層体１０の上には、半導体層積層体１０の上面を露出する開口部を有する電流ブロック層２３と、電流ブロック層２３の上面の少なくとも一部を開口部に沿って連続して覆うIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層２４とが形成されている。半導体層積層体１０における開口部から露出した領域の上にリッジ状の上部クラッド層２５が再成長により形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された活性層を含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体と、
前記半導体層積層体の上に形成され、前記半導体層積層体の上面を露出する開口部を有する電流ブロック層と、
前記電流ブロック層の上面の少なくとも一部を前記開口部の両側に沿って連続して覆うIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層と、
前記半導体層積層体における前記開口部から露出する領域の上に再成長により形成されたリッジ状の上部クラッド層とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体層積層体は、前記上部クラッド層と異なる導電型を持つ第１クラッド層及び前記第１クラッド層の上に形成された活性層を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体層積層体は、前記活性層の上に形成され、前記上部クラッド層と同一の導電型を持つ第２クラッド層を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記電流ブロック層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化タンタル及び酸化マグネシウムのうちのいずれか１つからなる単層膜又は少なくとも２つ以上からなる積層膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記電流ブロック層は、アルミニウムを含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、非晶質であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、多結晶であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、単結晶であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記保護層の膜厚は、２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記上部クラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備え、
前記上部クラッド層の膜厚と前記コンタクト層の膜厚との合計は、前記保護層の膜厚と前記電流ブロック層の膜厚との合計よりも大きく、
前記コンタクト層は、前記保護層の上面の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記コンタクト層の表面積は、前記電流ブロック層の上面において前記開口部が占める面積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
基板の上に、活性層を含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体を形成する工程（ａ）と、
前記半導体層積層体の上に、前記半導体層積層体の上面を露出する開口部を有する電流ブロック層を形成する工程（ｂ）と、
前記半導体層積層体における前記開口部から露出した領域の上にIII−Ｖ族窒化物半導体からなる上部クラッド層を再成長すると同時に、前記電流ブロック層の上にIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層を堆積する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｃ）において、少なくともアルミニウムを含む原料ガスを供給して前記上部クラッド層を再成長することを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はIII−Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、III族元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）等と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ）とを含み、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（但し、０≦ｘ、ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１である。）で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体は、可視光発光デバイス及び高温動作電子デバイス等への応用が期待されている。特に、青色又は緑色等の発光ダイオード及び青色のレーザダイオードの分野において実用化が進み、青色の窒化物半導体レーザ装置は次世代高密度光ディスク用光源として注目されており、盛んに開発が行われている。
【０００３】
窒化物半導体レーザ装置は、ストライプ状のリッジ形状を有するリッジ導波路型の装置が主に開発されている。リッジ導波路型の半導体レーザ装置においては、基板の上に１回の有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）成長によって多層構造を形成した後、ドライエッチングを用いてストライプ状のリッジ形状を形成する（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
リッジ導波路型の半導体レーザ装置においては、リッジの両側に設けられたｐ型クラッド層の厚さが、半導体レーザ装置の動作特性に大きな影響を与える。しかし、リッジ導波路型の半導体レーザ装置は、ｐ型クラッド層の厚さがドライエッチングにより決定されるため、ｐ型クラッド層の厚さを精度良く制御することが困難である。その結果、リッジ再成長型の半導体レーザ装置には歩留まりが悪いという問題がある。
【０００５】
そこで近年、ドライエッチングを使用せず、エピタキシャル成長を用いてリッジの両側にｐ型クラッド層を形成する、リッジ再成長型の半導体レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。リッジ再成長型の半導体レーザ装置は、基板の上に活性層を含む半導体層積層体を形成した後、半導体層積層体の上にストライプ状の開口部を有する電流ブロック層を形成し、開口部にｐ型クラッド層を再成長させて、リッジ形状を形成する。
【０００６】
リッジ再成長型の半導体レーザ装置においては、ドライエッチングと比べて遙かに制御性が優れた再成長によってリッジ部分を形成するため、リッジ部分の形状を精度良く制御することができる。またドライエッチング工程を用いないので、エッチングダメージが無く内部損失の少ない優れた結晶性を有する半導体レーザ装置を得ることができる。
【特許文献１】特許第３６０４２７８号公報
【特許文献２】特開２００３−８６８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本願発明者らは、前記従来のリッジ再成長型の半導体レーザ装置においては以下のような問題点があることを見いだした。
【０００８】
半導体レーザ装置は、基板の上に半導体層を成長させ、複数の装置を一体に形成した後、劈開を行うことによりレーザ発振を行う共振器を形成する必要がある。従来のリッジ再成長型の半導体レーザ装置は劈開を行う際に、電流ブロック層が部分的に剥離したり、電流ブロック層の上に再成長したｐ型クラッド層が部分的に欠けたり割れたりするという不良が頻発する。電流ブロック層の剥離及びｐ型クラッド層の欠け又は割れ等により電流ブロック層とｐ型クラッド層との界面が不連続となると、界面における光の閉じ込めが不安定になるので、半導体レーザ装置の歩留まりが著しく低下するという問題を有している。
【０００９】
従来のリッジ再成長型半導体レーザにおいて電流ブロック層の剥離等が発生する主因は、電流ブロック層と再成長したｐ型クラッド層との界面に局所応力が集中しやすいことであることを本願発明者らは見いだした。また、六方晶である窒化物半導体特有の特徴として結晶がもろく、しかも共振器をなす劈開面に対し±３０°の面方位でも劈開されやすいということにも原因があることが明らかとなった。
【００１０】
本発明は本願発明者らが見いだした問題を解決し、リッジ再成長型半導体レーザを劈開する際に電流ブロック層とクラッド層との界面との剥離及びクラッド層の欠損が生じにくく、安定な素子特性が得られる半導体レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は半導体レーザ装置を、電流ブロック層の上に形成された保護層を有する構成とする。
【００１２】
具体的に本発明に係る半導体レーザ装置は、基板の上に形成された活性層を含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体と、半導体層積層体の上に形成され、半導体層積層体の上面を露出する開口部を有する電流ブロック層と、電流ブロック層の上面の少なくとも一部を開口部の両側に沿って連続して覆うIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層と、半導体層積層体における開口部から露出する領域の上に再成長により形成されたリッジ状の上部クラッド層とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体レーザ装置によれば、電流ブロック層の上面の少なくとも一部を開口部の両側に沿って連続して覆うIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層を備えているため、保護層と上部クラッド層の側面とが空隙なく安定して密着する。従って、電流ブロック層と上部クラッド層との界面に加わる応力を緩和することができるので、劈開の際に電流ブロック層が剥離したり、上部クラッド層に欠け又は割れが生じたりすることを抑えることができる。その結果、安定な素子特性を有する半導体レーザ装置を歩留まりよく得ることが可能となる。
【００１４】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は、上部クラッド層と異なる導電型を持つ第１クラッド層及び第１クラッド層の上に形成された活性層を有していることが好ましい。
【００１５】
本発明の半導体レーザ装置において、半導体層積層体は、活性層の上に形成され、上部クラッド層と同一の導電型を持つ第２クラッド層を有していることが好ましい。
【００１６】
本発明の半導体レーザ装置において、電流ブロック層は酸化シリコン、窒化シリコン、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化タンタル及び酸化マグネシウムのうちのいずれか１つからなることが好ましい。このような構成とすることにより、リーク電流が小さく且つ光の閉じこめ効率が高い電流ブロック層が得られる。
【００１７】
本発明の半導体レーザ装置において、電流ブロック層は、アルミニウムを含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなることが好ましい。このような構成とすれば、電流ブロック層のアルミニウム組成を調整することにより、光の閉じ込めを調節することができる。また、電流ブロック層を第２のクラッド層の上に単結晶成長すれば、素子分離時の剥離を防止できる。さらに、駆動時の放熱性も向上する。
【００１８】
本発明の半導体レーザ装置において、保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、非晶質であることが好ましい。また、多結晶であっても、単結晶であってもよい。保護層が非晶質の場合には、電流ブロック層との歪によるクラックを抑制でき、かつ電流ブロック層の耐圧効果を向上することができる。保護層の結晶性が高くなるに従い、歪みの低減効果は小さくなるが、上部クラッド層の側面と空隙無く安定して接触させることができる。従って、剥離や欠けによって光の閉じ込めが不安定になるという劣化を回避できる。また、縦方向の電流ブロック特性が向上し、駆動時放熱性を向上することができる。
【００１９】
本発明の半導体レーザ装置において保護層を構成するIII−Ｖ族窒化物系化合物は、アルミニウムを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、保護層の形成が容易となり、アルミニウム組成を調整することにより光閉じ込め状態を調整することも可能となる。
【００２０】
本発明の半導体レーザ装置において保護層の膜厚は、２０ｎｍ以上であることが好ましい。保護層の膜厚を２０ｎｍ以上とすることにより、電流ブロック層の剥離並びに上部クラッド層及びコンタクト層の欠け又は割れの発生を抑えることができる。
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置において、上部クラッド層の上に形成されたコンタクト層をさらに備え、上部クラッド層の膜厚とコンタクト層の膜厚との合計は、保護層の膜厚と電流ブロック層の膜厚との合計よりも大きく、コンタクト層は、前記保護層の上面の少なくとも一部を覆うように形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、コンタクト層の面積を大きくすることができるため、半導体レーザ素子の動作抵抗を低減することができる。
【００２２】
この場合において、コンタクト層の表面積は、電流ブロック層の上面において開口部が占める面積よりも大きいことが好ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は基板の上に、活性層を含むIII−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体を形成する工程（ａ）と、半導体層積層体の上に、半導体層積層体の上面を露出する開口部を有する電流ブロック層を形成する工程（ｂ）と、半導体層積層体における開口部から露出した領域の上にIII−Ｖ族窒化物半導体からなる上部クラッド層を再成長すると同時に、電流ブロック層の上にIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層を堆積する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体層積層体における開口部から露出した領域の上にIII−Ｖ族窒化物半導体からなる上部クラッド層を再成長すると同時に、電流ブロック層の上にIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層を堆積する工程を備えているため、上部クラッド層の形成と、保護層の形成とを同時に行うことができる。このため、成膜時間及びプロセス時間の短縮が可能であり低コスト化が実現できる。また。上部クラッド層の側面と保護層とを空隙無く接触させることができ、剥離や欠けの発生を抑え、素子特性が安定した半導体レーザ装置を実現できる。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法は、工程（ｃ）において、少なくともアルミニウムを含む原料ガスを供給して上部クラッド層を再成長することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、リッジ再成長型半導体レーザを劈開する際に電流ブロック層とクラッド層との界面との剥離及びクラッド層の欠損が生じにくく、安定な素子特性が得られる半導体レーザ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図１に示すように半導体レーザ装置は、ｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板１５の上に順次成長させた、III−Ｖ族窒化物半導体からなる半導体層積層体１０を備えている。本実施形態において半導体層積層体１０は、順次形成された下地層１６、ｎ型クラッド層１７、ガイド層１８、活性層１９、ガイド層２０、キャリアオーバーフロー制御層２１及び下部ｐ型クラッド層２２を有している。
【００２８】
下部クラッド層２２の上には、下部ｐ型クラッド層２２の上面を露出するストライプ状の開口部を有する電流ブロック層２３と、電流ブロック層２３の上に形成された保護層２４と、下部ｐ型クラッド層２２における開口部から露出した領域の上に再成長させて形成した上部ｐ型クラッド層２５とを備えている。上部ｐ型クラッド層の上にはｐ型コンタクト層２６とｐ側電極２７とを備え、基板１５の裏面にはｎ側電極を備えており、リッジ再成長型の半導体レーザ装置が形成されている。
【００２９】
下地層１６は厚さが３μｍのｎ型ＧａＮからなり、ｎ型クラッド層１７は厚さが１．２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.095Ｎからなり、ガイド層１８は厚さが１７５ｎｍのｎ型ＧａＮからなる。活性層１９は、厚さが３．０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層と、厚さが７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが交互に３周期形成された３重量子井戸構造を有している。ガイド層２０は厚さが６９ｎｍのアンドープのＧａＮからなり、キャリアオーバーフロー制御層２１は厚さが１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎからなる。下部ｐ型クラッド層２２は、厚さが３ｎｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎと厚さが３ｎｍのｐ型ＧａＮとが交互に１５周期形成された超格子構造を有している。
【００３０】
下部ｐ型クラッド層２２の上には、厚さが１００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなり、ストライプ状の開口部を有する電流ブロック層２３が形成されている。電流ブロック層２３の上には、開口部に沿って電流ブロック層２３の上面を覆うように、厚さが２０ｎｍのIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層２４が形成されている。開口部の幅は、半導体レーザ装置の発振波長及び出力等に応じて最適な値を選択すればよいが、本実施形態においては３μｍとした。また、劈開してレーザ共振器構造を形成した際に開口部の長さが数１００μｍの長さのストライプ状となるように形成する。
【００３１】
開口部を埋めるように、厚さが３ｎｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎと厚さが３ｎｍのｐ型ＧａＮとが交互に１４５周期形成された超格子構造を有する上部ｐ型クラッド層２５がリッジ状に形成されている。従って、保護層２４及び電流ブロック層２３は、上部ｐ型クラッド層２５の側面と接している。
【００３２】
上部ｐ型クラッド層２５の上には、厚さが４０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２６が形成されている。ｐ型コンタクト層２６の上には、厚さが５０ｎｍのパラジウム（Ｐｄ)、厚さが５０ｎｍの白金（Ｐｔ）５０ｎｍ及び厚さが３００ｎｍの金（Ａｕ)が順次積層されてｐ側電極２７が形成されている。基板１５の裏面には、厚さが４０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、厚さが１００ｎｍのＰｔ及び厚さが３００ｎｍのＡｕが順次積層されてｎ側電極１４が形成されている。
【００３３】
ＳｉＯ2等からなる電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５とは格子定数が大きく異なるため、電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５との界面には応力が集中しやすい。このため、基板の上に形成された積層構造体を劈開してレーザ共振器構造切り出す性に、電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５との界面に剥離が生じたり、電流ブロック層２３が欠けたりするという問題が発生しやすい。
【００３４】
しかし、本実施形態の半導体レーザ装置は、電流ブロック層２３の上に形成された保護層２４を備えている。保護層２４は、III−Ｖ族窒化物系化合物からなるため、上部ｐ型クラッド層２５との密着性が高く、電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５との界面に局所的に生じる応力を緩和させることができる。このため、レーザ共振器構造を切り出す際に、電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５との界面に剥離が生じたり、上部ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６に欠けが生じたりすることを抑えることができる。
【００３５】
保護層２４は、III−Ｖ族窒化物系化合物であればどのような物でもよく一般式がＩｎxＡｌyＧａ（1-x-y）Ｎ（０≦ｘ，ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される化合物を用いればよい。但し、Ａｌを含む化合物とすれば成膜が容易となり且つ光の閉じこめ効率が向上するため好ましい。
【００３６】
また、保護層２４は半導体として機能する必要がなく非晶質であっても、多結晶であっても、単結晶であってもよい。保護層２４が非晶質の場合には、電流ブロック層２３との間に生じる歪みを小さくすることができるので、保護層２４にクラックが生じにくく且つ電流ブロック層２３の耐圧を向上させることができる。
【００３７】
一方、保護層２４の結晶性を向上させると、電流ブロック層２３と保護層２４との間の歪みは大きくなるが、保護層２４と上部ｐ型クラッド層との界面に空隙が生じにくくなり、保護層２４と上部ｐ型クラッド層との界面が安定する。このため、電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層２５との界面に生じる応力を効率よく分散させることが可能となる。また、熱伝導が向上するので、半導体レーザ装置を駆動する際に効率よく放熱を行うことが可能となる。
【００３８】
保護層２４は、図２に示すように上部ｐ型クラッド層２５の側面と接する部分が傾斜した、テーパを有する形状としてもよい。このようにテーパを設けることにより、上部ｐ型クラッド層２５の側面と保護層２４とが接する部分の面積が大きくなり、上部ｐ型クラッド層２５と電流ブロック層２３との界面に加わる応力を緩和する効果が大きくなる。
【００３９】
また、図３に示すように電流ブロック層２３に設けられた開口部がテーパを有していてもよい。このようにすることにより、上部ｐ型クラッド層２５の側面と電流ブロック層２３とが接する部分の面積が大きくなり、上部ｐ型クラッド層２５と電流ブロック層２３との界面に加わる応力を緩和する効果が大きくなる。
【００４０】
また、電流ブロック層２３と保護層２４との両方にテーパを設けてもよい。この場合、電流ブロック層２３に設けられたテーパと保護層２４に設けられたテーパとは、同じ角度のテーパであっても、異なる角度のテーパであってもよい。また、傾斜面を湾曲させてもよい。
【００４１】
本実施形態の半導体レーザ装置は、保護層２４が電流ブロック層２３の上面全体を覆うように形成されている。しかし、保護層２４は上部ｐ型クラッド層２５の側面と接していればよく、図４に示すように電流ブロック層２３の一部が保護層２４に覆われていなくても問題ない。
【００４２】
本実施形態の半導体レーザ装置は、上部ｐ型クラッド層２５の膜厚が電流ブロック層２３の膜厚と保護層２４の膜厚との合計よりも厚くなっており、上部ｐ型クラッド層２５が保護層２４の上面の一部を覆っている。また、ｐ型コンタクト層２６が上部ｐ型クラッド層２５の上及び保護層２４の上面の一部を覆うように形成されている。このため、コンタクト面積が増加しコンタクト抵抗の低減が可能である。
【００４３】
また、図５に示すように上部ｐ型クラッド層２５の膜厚が電流ブロック層２３の膜厚と保護層２４の膜厚との合計よりも薄い場合であっても、ｐ型コンタクト層２６の膜厚を厚くして、ｐ型コンタクト層２６が保護層２４の上面の少なくとも一部を覆うようにすればコンタクト抵抗を低減することができる。ｐ型コンタクト層２６は、保護層２４の上面全体を覆うようにしてもよい。
【００４４】
以下に、本実施形態に係る窒化物系半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照して説明する。図６は本実施形態の窒化物系半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示している。
【００４５】
まず、図６（ａ）に示すように十分洗浄したｎ型導電性を有するＧａＮからなる基板１５をＭＯＣＶＤ装置の反応管内に挿入して、反応管内に窒素と水素とアンモニアを流しながら基板１５を約１０５０℃まで加熱昇温し、基板1５の昇温と表面クリーニングを実施する。続いて基板１５の温度を１０５０℃に維持したまま、窒素、水素、アンモニア、Ｖ族元素の原料及びｎ型ドーピング材料であるモノシランを反応管内に流し、厚さが３μｍのｎ型ＧａＮからなる下地層１６、厚さが１．２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.095Ｎからなるｎ型クラッド層１７及び厚さが１７５ｎｍのｎ型ＧａＮからなるガイド層１８を順次形成する。ガリウムの原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、アルミニウムの原料には（ＴＭＡ）を用いた。
【００４６】
続いて、窒素とアンモニアのみを流しながら基板１５の温度を８００℃まで降温した後、窒素をキャリアガスとしてアンモニア、ＴＭＧ及びトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を供給し、３重量子井戸構造の活性層１９を形成する。ＴＭＩｎの流量を変化させることにより、膜厚が３．０ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層と厚さが７．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とを交互に形成する。
【００４７】
その後、窒素とアンモニアを流しながら基板１５の温度を１０００℃まで加熱する。続いて、窒素と水素とアンモニアとＴＭＧを流して厚さが６９ｎｍのアンドープのＧａＮからなるガイド層２０を形成する。その後、窒素と水素とアンモニアとＴＭＧとＴＭＡとビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を流し、厚さが１０ｎｍのｐ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎからなるキャリアオーバーフロー制御層２１を形成する。その後、窒素と水素とアンモニアとＴＭＧとＣｐ２Ｍｇを流し、ＴＭＡを周期的に流したり止めたりすることにより、それぞれの膜厚が３ｎｍのｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮとを交互に１５周期形成して、超格子構造を有する下部ｐ型クラッド層２２を形成する。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように基板1５を反応管から取り出し、基板１５の主面上にプラズマＣＶＤ装置を用いて厚さが１００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成する。その後、フッ酸を用いてＳｉＯ2膜をエッチングし、ストライプ状の開口部を有する電流ブロック層２３を形成する。
【００４９】
次に、図６（ｃ）に示すようにＭＯＣＶＤ装置の反応管へ基板１５を再び挿入し、窒素と水素とアンモニアを流し、１０００℃まで基板１５を加熱した後、窒素と水素とアンモニアとＴＭＧとＣｐ2Ｍｇを流しながらＴＭＡを周期的に流したり止めたりすることにより、それぞれの厚さが３ｎｍのｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮとを１４５周期形成して、超格子構造を有する上部ｐ型クラッド層２５を形成する。
【００５０】
上部ｐ型クラッド層２５が下部ｐ型クラッド層２２における開口部から露出した領域のの上に再成長されるのと同時に、ＳｉＯ2からなる電流ブロック層２３の上には、ＡｌとＧａを含むIII−Ｖ族窒化物からなる保護層２４が形成される。上部ｐ型クラッド層２５を成長する際に原料ガスの流量、反応温度及び反応時間等を制御することにより保護層２４の膜厚は自由に制御することが可能である。保護層２４の膜厚は後で説明するように２０ｎｍ以上とすることが好ましい。
【００５１】
次に、図６（ｄ）に示すように基板１５の基板温度を保持したまま窒素と水素とアンモニアとＴＭＧとＣｐ２Ｍｇを流すことにより、上部ｐ型クラッド層２５の上に厚さが４０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２６を形成する。その後、窒素とアンモニアを流しながら降温し室温まで冷却し反応管から基板１５を取り出す。続いて、窒素雰囲気において８００℃で２０分間加熱することによりｐ型層を活性化する。次に、ｐ型コンタクト層２６の上に順次積層された厚さが５０ｎｍのＰｄ、厚さが５０ｎｍのＰｔ及び厚さが３００ｎｍのＡｕからなるｐ側電極２７を形成する。続いて、基板１５の厚さが１００μｍとなるように研磨し、基板１５の裏面に順次積層された、厚さが４０ｎｍのＴｉ、厚さが１００ｎｍのＰｔ及び厚さが３００ｎｍのＡｕからなるｎ側電極１４を形成する。その後、劈開を行いレーザ共振器構造を形成することにより半導体レーザ装置が得られる。
【００５２】
図７は、先に述べたようにして形成した半導体レーザ装置について実際に劈開を行った際に、電流ブロック層２３の剥離並びに上部ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６の欠け又は割れ等の不良が生じた頻度を示している。劈開は基板１５の主面側に劈開方向に沿って切れ目を入れて割溝を形成し、割溝沿って基板１５の裏面側より外力を与え、割溝から亀裂を誘発させることにより行った。劈開により得られた１００個の半導体レーザ装置について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、剥離、欠け又は割れの有無を観察した。
【００５３】
保護層２４の膜厚が０ｎｍの場合、すなわち電流ブロック層２３の上に保護層２４を形成しなかった場合には、劈開の際に６２％（１００個中６２個）の半導体レーザ装置に剥離又は欠け等の不良が生じた。一方、保護層２４の膜厚を２０ｎｍ、６０ｎｍ及び１００ｎｍと増加させることにより、電流ブロック層２３の剥離並びに上部ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６の欠け又は割れの発生率は、それぞれ１１％、５％、４％と劇的に低下した。
【００５４】
電流ブロック層２３の上にIII−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層２４を形成することにより、電流ブロック層２３が保護され且つ再成長により形成した上部ｐ型クラッド層２５の側面が保護層２４と空隙なく接触する。上部ｐ型クラッド層２５と保護層２４とが一体化することにより電流ブロック層２３と上部ｐ型クラッド層との界面への応力集中が緩和される。その結果、電流ブロック層２３の剥離並びに上部ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６の欠け又は割れ等の発生が低減できたと考えられる。
【００５５】
保護層２４の膜厚は、図７に示すように２０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、保護層２４の膜厚をあまり厚くするとクラックが発生し、形成が困難となるため２μｍ以下とすることが好ましい。
【００５６】
本実施形態の半導体レーザ装置は、電流ブロック層２３にＳｉＯ2を用いたが、ＳｉＯ2に代えて窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）及び酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等を用いてもよい。また、これらを含む多層膜であってもよい。
【００５７】
また、電流ブロック層２３にＡｌＧＡＮ又はＡｌＩｎＧａＮ等のＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物半導体を用いてもよい。この場合には、電流ブロック層２３を下部ｐ型クラッド層の上に単結晶成長することができるので、劈開の際に剥離が生じにくくできる。この場合においても、III−Ｖ族窒化物系化合物からなる保護層２４を形成することにより、電流ブロック層２３の剥離並びに上部ｐ型クラッド層２５及びｐ型コンタクト層２６の欠け又は割れをさらに低減することができる。
【００５８】
電流ブロック層２３にＡｌを含むIII−Ｖ族窒化物半導体を用いた場合には、Ａｌの組成を調整することにより、光の閉じ込めを調節することができ、駆動時の放熱性も向上する。この場合、Ａｌ組成が高い程、電流ブロック効果を高くすることができる。なお、電流ブロック層２３にｎ型の導電性を持たせることにより、さらに電流ブロック効果を向上できる。
【００５９】
本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法においては、上部ｐ型クラッド層２５と保護層２４とを同時に形成したが、電流ブロック層２３の上に保護層２４を形成した後、上部ｐ型クラッド層２５を再成長させてもよい。また、電流ブロック層２３をエッチングしてストライプ状の凹部を形成した後、保護層２４を積層する例を示したが、電流ブロック層２３及び保護層２４を形成した後、保護層２４と電流ブロック層とをエッチングしてストライプ状の凹部を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る半導体レーザ装置及びその製造方法は、リッジ再成長型半導体レーザを劈開する際に電流ブロック層とクラッド層との界面との剥離及びクラッド層の欠損が生じにくく、安定な素子特性が得られる半導体レーザ装置を実現でき、III−Ｖ族窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体装置において保護層の膜厚と不良率との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０      半導体層積層体
１４      ｎ側電極
１５      基板
１６      下地層
１７      ｎ型クラッド層
１８      ガイド層
１９      活性層
２０      ガイド層
２１      キャリアオーバーフロー制御層
２２      下部ｐ型クラッド層
２３      電流ブロック層
２４      保護層
２５      上部ｐ型クラッド層
２６      ｐ型コンタクト層
２７      ｐ側電極
【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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