(57)【要約】【課題】複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体装置、半導体レーザを提供する。【解決手段】複数のIII族元素を含む窒化物半導体層が凹凸のある基体表面上に形成されてなることにより、上記窒化物半導体層におけるIII族元素の組成比、バンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率の少なくとも一つが、上記基体の凹凸に対応して、層内で変化するようにする。また、水素を含む雰囲気中で加熱しＡｌを含む層をエッチングストップ層として用いることにより、エッチング深さのばらつき等の影響を受けず制御性の向上と歩留まりの向上を図れる。また、エッチングおよび再成長を連続して行えるため、安価なプロセスが可能である。 【選択図】図１
2007281527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた窒化物半導体からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層の上に接して設けられ窒化物半導体からなりストライプ状の開口を有する電流阻止層と、
前記ストライプ状の開口を埋め込むように前記電流阻止層の上に設けられた窒化物半導体からなる埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた活性層と、
を備え、
前記電流阻止層は、前記エッチングストップ層に隣接して設けられた窒化物半導体からなるエッチング層と、前記エッチング層の上に設けられた窒化物半導体からなるエッチングマスク層と、を有し、
前記エッチング層は、前記エッチングマスク層及び前記エッチングストップ層よりもエッチングされやすい材料からなることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に接して設けられ窒化物半導体からなりストライプ状の開口を有する電流阻止層と、
前記ストライプ状の開口を埋め込むように前記電流阻止層の上に設けられた窒化物半導体からなる埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた活性層と、
を備え、
前記電流阻止層は、前記第１の窒化物半導体層に隣接して設けられた第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層の上に設けられた第３の窒化物半導体層と、を有し、
前記第２の窒化物半導体層のアルミニウムの組成は、前記第１及び第３の窒化物半導体層のアルミニウムの組成よりも低いことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
基板上に、第１の窒化物半導体からなるエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層の上に設けられた第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、前記エッチング層の上に設けられた第３の窒化物半導体からなるエッチングマスク層と、を有する積層体を形成する第１の堆積工程と、
前記エッチングマスク層の一部を第１のエッチング方法によりエッチングしてストライプ状の開口を形成し前記開口に前記エッチング層を露出させる第１のエッチング工程と、
前記積層体を、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちの少なくとも１種と水素との混合雰囲気、または窒素とアンモニアとの混合雰囲気、または水素雰囲気中で加熱することにより、前記開口に露出した前記エッチング層をエッチングして前記エッチングストップ層を露出させることにより、前記ストライプ状の開口を有する電流阻止層を形成する、第２のエッチング工程と、
前記ストライプ状の開口を窒化物半導体からなる埋め込み層で埋め込み、さらにその上に活性層を形成する第２の堆積工程と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体レーザ及びその製造方法並びにエッチング方法に関わり、特に窒化物半導体を用いたもので、電流狭窄構造などの選択的に加工が必要な半導体装置などに関する。また、本発明は、特に、電流狭窄や横モード制御された高性能の半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体材料は、III−V族化合物半導体材料の中で最大のバンドギャップエネルギを実現でき、ヘテロ接合を形成できることから、短波長で発光する半導体レーザや発光ダイオード、或いは、高速、高出力の電子デバイス用材料として期待されている。III族窒化物半導体材料を用いる一般的なデバイスでは、その能動領域において、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metel-organic chemical vapor deposition）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy）などの薄膜積層技術が用いられている。特に、半導体レーザ、発光ダイオード、ヘテロ接合を有する電子デバイスでは、複数のIII族元素を含有する混晶におけるIII族元素の組成比の異なる薄膜層を積層することにより実現される光や電子の閉じ込め機能が不可欠である場合が多い。
【０００３】
これらの混晶薄膜層は、通常は種々の基体上に形成され、そのバンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率といった物理的な性質は基体上に形成した薄膜層の全面にわたって均一であることが通常であった。不均一が発生する例として、ＩｎＧａＮ薄膜層中における組成の異なる微小な析出領域の形成が報告されているが、マクロに見ると上述したような物理的性質は基体上の薄膜層形成領域にわたって均一と見なされるものでしかなかった。また原子層の数倍から数十倍程度の厚みの複数の極薄膜を周期的に積層して形成した、いわゆる「超格子」の形成がIII族窒化物半導体においても報告されているが、超格子層全体としての上述したような物理的性質は基体上の薄膜層の全面にわたって均一と見なされるものでしかなかった。
【０００４】
このように、基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質が、基体上の薄膜層の全面にわたって均一にしか形成できなかったために、基体上に形成される薄膜層を積層して能動部を形成する半導体レーザ、発光ダイオード、電子デバイスなどにおいて、基体の面内方向にバンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率といった物理的な性質を変化させ、機能を引き出すためには、複数のエピタキシャル成長工程とエッチング工程、さらにはこれらに伴う複雑な位置合わせ工程を適用する必要があった。
【０００５】
図１２は、従来の半導体レーザの構成を例示する断面図である。すなわち、同図のレーザは、基体となるサファイア基板９１０の主面上に、面内に均一な薄膜層として、ｎ型ＧａＮコンタクト層９１２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層９１４、ＩｎＧａＮ系量子井戸活性層９１６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９１８、ｐ型ＧａＮコンタクト層９２０を積層した構成を有する。ここで、ｐ型クラッド層９１８は、光導波効率を高めるためにリッジ状に形成されている。さらに、電流狭窄のために、ｐ型クラッド層９１８のリッジの上面に開口を有する絶縁膜９３０が形成され、この開口を介してｐ側電極９５０が設けられている。また、ｎ型コンタクト層９１２にはｎ側電極９４０が接続されている。
【０００６】
しかし、図１２に例示した半導体レーザにおいては、電流狭窄や光導波あるいは電極コンタクト形成のためにｐ型クラッド層などの選択的なエッチング、絶縁膜９３０の形成、ｐ側電極９５０、ｎ側９４０電極の形成など複雑なプロセスが必要である。このために歩留まりが低く、低コスト化に必要な量産性が低いという問題があった。また、エッチングなどのプロセスを行う際の結晶へのダメージがデバイスの初期特性や信頼性を損ねるといった問題があった。
【０００７】
上述のように、従来は、基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質が、基体上の薄膜層の全面にわたって均一にしか形成できなかったことにより、基体上に形成される薄膜層を積層して能動部を形成する半導体レーザ、発光ダイオード、電子デバイスなどでは、基体の水平面内でバンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率といった物理的な性質を変化させ、機能を引き出すためには、複数のエピタキシャル成長や、複雑な位置合わせを必要とする加工技術を適用する必要があり、これが歩留まりが低く、低コスト化に必要な量産性が低い、あるいはこのような加工技術を適用する際の結晶へのダメージがデバイスの初期特性や信頼性を損ねるといった問題があった。
【０００８】
一方、このような問題とは別に、窒化物半導体を用いた半導体レーザにおいては、所定のエッチング深さでエッチングを確実に停止することができる技術が必要とされていた。
【０００９】
すなわち、近年、ＩｎＧａＡｌＮなどの窒化物半導体を用いた青色半導体レーザは、短波長であるがゆえに小さなビーム径が得られるため、光ディスクなどの高密度情報処理用の光源として期待されている。光ディスクシステム等への応用では、半導体レーザの出射ビームを極小スポットに絞ることが必要であるとともに、基本横モード発振が不可欠である。
【００１０】
窒化物半導体レーザとしては、従来リッジ構造の素子が多く報告されている。
しかしリッジ構造は、横モード制御に重要なリッジ部とリッジの外側との実効屈折率差が、リッジ形成のエッチング深さに強く依存するという特徴がある。従来より、このリッジ形成のためのエッチング工程には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）などに代表されるドライエッチング法が広く用いられている。しかし、窒化物半導体のドライエッチング法では、選択エッチング法のような、目標のエッチング深さでエッチングを停止させられる技術は未だ確立されておらず、エッチング時間による制御、あるいはレーザ干渉等を用いたエッチング深さのモニターリングが行われている。しかし、このようなエッチング深さの制御法では、エッチングする層の膜厚に分布がある場合など、下の層との界面でエッチングを停止したり、ウエハー全面で任意の膜厚を残してエッチングを停止することは困難であり、十分なエッチング深さの制御をおこなうことはできない。
【００１１】
このように、従来のエッチング技術では、十分なエッチング深さの制御ができない。また、リッジ構造は、結晶成長による膜厚分布やエッチング深さの分布などの影響を受け、良好な歩留まりで基本横モードが制御された素子を形成することは困難であった。すなわち、従来のリッジ構造のＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザでは、構造そのものがプロセス上の精度、不均一さに特性が大きく影響される構造である。このため、基本横モードで連続発振するレーザを良好な歩留まりで作成することが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、エッチング深さの制御性やエッチングダメージなどによる素子特性の劣化などの影響を受けず、歩留まりなどの生産性に優れた横モード制御構造の窒化物半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、基板と、
前記基板上に設けられた窒化物半導体からなるエッチングストップ層と、
前記エッチングストップ層の上に接して設けられ窒化物半導体からなりストライプ状の開口を有する電流阻止層と、
前記ストライプ状の開口を埋め込むように前記電流阻止層の上に設けられた窒化物半導体からなる埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた活性層と、
を備え、
前記電流阻止層は、前記エッチングストップ層に隣接して設けられた窒化物半導体からなるエッチング層と、前記エッチング層の上に設けられた窒化物半導体からなるエッチングマスク層と、を有し、
前記エッチング層は、前記エッチングマスク層及び前記エッチングストップ層よりもエッチングされやすい材料からなることを特徴とする半導体レーザが提供される。
また、本発明の一態様によれば、基板と、
前記基板上に設けられた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に接して設けられ窒化物半導体からなりストライプ状の開口を有する電流阻止層と、
前記ストライプ状の開口を埋め込むように前記電流阻止層の上に設けられた窒化物半導体からなる埋め込み層と、
前記埋め込み層の上に設けられた活性層と、
を備え、
前記電流阻止層は、前記第１の窒化物半導体層に隣接して設けられた第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層の上に設けられた第３の窒化物半導体層と、を有し、
前記第２の窒化物半導体層のアルミニウムの組成は、前記第１及び第３の窒化物半導体層のアルミニウムの組成よりも低いことを特徴とする半導体レーザが提供される。
また、本発明の一態様によれば、基板上に、第１の窒化物半導体からなるエッチングストップ層と、前記エッチングストップ層の上に設けられた第２の窒化物半導体からなるエッチング層と、前記エッチング層の上に設けられた第３の窒化物半導体からなるエッチングマスク層と、を有する積層体を形成する第１の堆積工程と、
前記エッチングマスク層の一部を第１のエッチング方法によりエッチングしてストライプ状の開口を形成し前記開口に前記エッチング層を露出させる第１のエッチング工程と、
前記積層体を、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちの少なくとも１種と水素との混合雰囲気、または窒素とアンモニアとの混合雰囲気、または水素雰囲気中で加熱することにより、前記開口に露出した前記エッチング層をエッチングして前記エッチングストップ層を露出させることにより、前記ストライプ状の開口を有する電流阻止層を形成する、第２のエッチング工程と、
前記ストライプ状の開口を窒化物半導体からなる埋め込み層で埋め込み、さらにその上に活性層を形成する第２の堆積工程と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定のエッチング深さを確実且つ容易に再現でき、エッチング深さ制御の精度に影響されず、かつ横モード制御された安定した素子特性の窒化物半導体レーザを歩留まりよく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の基本構成について例示する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の形態に係る半導体装置の要部断面構造を表す概念図である。すなわち、同図は、本発明を適用して得られる端面発光型の半導体レーザをその出射端面から眺めた断面構成を表し、ｎ型基板１０１上に、ｎ型バッファ層１０２、ｎ型第１クラッド層１０３、電流阻止層１０６、ｎ型第２クラッド層１０８、活性層１０９、ｐ型クラッド層１１０、ｐ型コンタクト層１１１が順次積層されている。ここで、電流阻止層１０６は、図面に対して略垂直方向に延在するストライプ状の開口Ｓを有し、この開口が第２クラッド層１０８により埋め込まれた構成を有する。
【００１８】
また、ｐ型コンタクト層１１１上にはｐ側電極１１２が形成され、ｎ型基板１０１の裏面側にはｎ側電極１１３が形成されている。
【００１９】
また、バッファ層１０２〜ｐ型コンタクト層１１１に至る各層は、窒化物半導体よりなるものとすることができる。
【００２０】
ここで、各層の役割について説明すると、まず、バッファ層１０２は、基板１０１の上に形成する各層の結晶性を改善するための緩衝層として作用する。
【００２１】
次に、各クラッド層１０３、１０８及び１１０は、活性層１０９よりも大きなバンドギャップを有し、キャリアと光を活性層１０９に閉じ込めてレーザ発振を生じさせる役割を有する。
【００２２】
また、後に詳述するように、第１クラッド層１０３は電流阻止層１０６をエッチングする際のエッチングストップ層としての作用も有する。
【００２３】
電流阻止層１０６は、外部から注入される電流をストライプ状のコア領域に狭窄するためのブロック層として作用する。また、後に詳述するように、凹凸を有することにより、その上に成長させる第２クラッド層１０８の面内組成を変調させる作用も有する。
【００２４】
活性層１０９は、注入されたキャリアを再結合させてそのバンドギャップに応じた発光を生ずる作用を有する。
【００２５】
ｐ型コンタクト層１１１は、その上に形成する電極との接触抵抗を低減させる作用を有する。
【００２６】
なお、本発明は、図示した導電型には限定されず、各層の導電型を反転した構成としても良い。また、例えば、電流阻止層は、活性層の上側に設けられていても良い。
【００２７】
以上説明した基本構成を参照しつつ、以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施形態においては、第２クラッド層１０８の組成がストライプ状の開口Ｓの部分とそれ以外の部分とで異なる点に特徴を有する。すなわち、本実施形態においては、第２クラッド層１０８は、２種類以上のIII族元素を含んだ窒化物半導体からなる。そして、これらのIII属元素の組成比がストライプ状の開口Ｓとそれ以外の部分で異なる。
【００２９】
例えば、クラッド層１０８をＡｌＧａＮにより形成した場合には、ストライプ開口Ｓにおけるクラッド層１０８のＡｌ組成は、それ以外の部分におけるクラッド層１０８のＡｌ組成よりも低い。このため、クラッド層１０８の内部において、導波路ストライプに対応した屈折率の分布が生ずる。すなわち、ストライプ開口Ｓの凹部に形成したＡｌＧａＮクラッド層１０８の屈折率が、開口Ｓ以外の部分に比べて高くなり、クラッド層１０８に光を導波する導波路としての機能を作りつけることができる。その結果として、半導体レーザ内を伝搬する光の水平横モードを導波路内に効率的に閉じ込めることができ、発振特性を大幅に改善することができる。
【００３０】
このようなクラッド層１０８の組成の面内分布は、その下地の凹凸によって生じさせることができる。
【００３１】
図２は、電流阻止層１０６の上にクラッド層１０８を成長させる過程を概念的に表した断面図である。ストライプ状の開口Ｓを有する電流阻止層１０６の上に、例えばＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などの各種の堆積方法によりＡｌＧａＮクラッド層１０８を成長させると、はじめは図２（ａ）に表したように、開口Ｓの凹凸形状を反映して結晶成長が開始するが、結晶成長が進行するにつれて同図（ｂ）に表すように徐々に開口Ｓの凹凸が埋め込まれ、ある程度の厚みまで堆積すると、開口Ｓはほぼ完全に埋め込まれ、同図（ｃ）に表したようにクラッド層１０８の表面は略平坦になる。
【００３２】
この時に、開口Ｓの凹部が埋め込まれてクラッド層１０８の表面が平坦になるためには、電流阻止層１０６の上に飛来した堆積粒子が、図２に矢印Ｍで表したように、開口Ｓの凹部にマイグレート（移動）する必要がある。
【００３３】
しかし、気相成長などの方法によって基体上に供給されるIII族原料ないしその分解生成物（III族元素そのものを含む）において、例えば、Ａｌ（アルミニウム）とそれ以外の元素（ここではＧａ（ガリウム））とは、基体表面を覆う材料との結合力に差異があるとともに、凹部と凸部あるいは平坦部で結合力に差異があることによることが推察される。つまり、基体の表面において、Ａｌまたはその分解生成物は、Ｇａ及びその分解生成物よりもマイグレートしにくい。その結果として、ストライプ開口Ｓに対しては、ＡｌよりもＧａが顕著にマイグレートし、開口凹部のＡｌ組成が低下する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、電流阻止層１０６にストライプ状の開口Ｓを設け、この開口凹部を埋め込むようにしてクラッド層１０８を形成することにより、クラッド層のIII属組成を変調させ、屈折率分布を生じさせて光閉じ込め効率を改善することができる。この効果をより顕著に得るためには、クラッド層１０８を構成する複数のIII属元素のマイグレート速度の差異が大きく、その結果として、屈折率などの差異か生じやすいものであることが望ましい。
窒化物半導体レーザを形成する場合には、クラッド層１０８を構成する窒化物半導体として、Ａｌとそれ以外のIII属元素を含むものを採用すると、組成の変調を生じやすい。
【００３５】
また、本実施形態によれば、基体表面の凹凸に応じて成長層の組成を変調させることができるので、屈折率に分布を設けるのみでなく、バンドギャップエネルギ、導電性、抵抗率あるいはその他の各種の物性を空間的に変調させることができる。従って、半導体レーザのみならず、各種の光デバイス・電子デバイスに応用することが可能である。
【００３６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施形態は、例えば図１に例示した半導体レーザにおいて、電流阻止層１０６のストライプ開口Ｓを確実且つ容易に形成することができる構造及びそのエッチングプロセスに関するものである。
【００３７】
図３は、図１に例示した半導体レーザの電流阻止層１０６の周辺を表す要部拡大断面図である。すなわち、本実施形態においては、電流阻止層１０６は、エッチング層１０４とエッチングマスク層１０５とを積層してなる。ここで、エッチング層１０４は、所定のエッチング条件において、エッチングマスク層１０５よりもエッチング速度が低い材料によって構成される。
【００３８】
例えば、窒化物半導体を用いる場合には、エッチング層１０４のＡｌ組成をエッチングマスク層１０５のＡｌ組成よりも低くする。
【００３９】
また、電流阻止層１０６の下の第１クラッド層１０３は、エッチングストップ層として作用する。つまり、第１クラッド層１０３の材料は、所定のエッチング条件において、エッチング層１０４よりもエッチング速度が低い材料を用いる。
例えば、窒化物半導体を用いる場合には、第１クラッド層１０３のＡｌ組成をエッチング層１０４よりも高いものとする。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態においては、エッチングストップ層（第１クラッド層１０３）、エッチング層１０４、エッチングマスク層１０５からなる３層構成を採用する。
【００４１】
図４は、本実施形態に係るエッチングプロセスを表す概略工程断面図である。
【００４２】
まず、図４（ａ）に表したように、エッチングストップ層（第１クラッド層１０３）、エッチング層１０４、エッチングマスク層１０５を順次積層する。
【００４３】
次に、同図（ｂ）に表したように、エッチングマスク層１０５の上に、所定の開口Ｏを有するマスク８００を形成する。マスク８００の材料としては、例えば、レジストや酸化シリコンなどの各種の材料を適宜用いることができる。
【００４４】
次に、同図（ｃ）に表したように、第１のエッチング方法を用いてエッチングマスク層１０５を選択的にエッチングする。第１のエッチング方法は、エッチングマスク層１０５のみがエッチングされ、エッチング層１０４はエッチングされないような条件で行うことができる。
【００４５】
また、第１のエッチング方法として、エッチング層１０４がエッチングされる条件で行っても良い。但し、この場合には開口Ｏに露出するエッチング層１０４が完全にエッチング除去される前にエッチングを停止する必要がある。
【００４６】
窒化物半導体を対象とする場合に、第１のエッチング方法としては、例えばＣＤＥ（chemical dry etching）やＲＩＥ（reactive ion etching）あるいはイオンミリングなどのドライエッチング法や、ＫＯＨなどのエッチング液を用いたウェットエッチング法を用いることができる。
【００４７】
次に、同図（ｄ）に表したように、マスク８００を除去する。但し、この工程は、同図（ｅ）に表した工程の後に行ってもよい。
【００４８】
マスク８００を除去した後に、エッチングマスク層１０５をマスクとして用い、第２のエッチング方法でエッチング層１０４をエッチングする。ここで、第２のエッチング方法は、エッチング層１０４に対するエッチング速度が高く、エッチングストップ層（第１クラッド層）１０３に対するエッチング速度は低くなる条件で行う。すると、エッチング層１０４がエッチングされ、エッチングストップ層１０３が露出した状態でエッチングを確実に停止させることができる。
【００４９】
具体的には、窒化物半導体を対象とする場合を例に挙げると、第２のエッチング方法として、本発明者が独自に発明した気相エッチング法を用いることができる。例えば、エッチングストップ層１０３がＡｌＧａＮからなり、エッチング層１０４がＧａＮ（あるいはＡｌ組成の低いＡｌＧａＮ）からなり、エッチングマスク層１０５がＡｌＧａＮからなる場合を例に挙げる。この場合には、水素を含有する雰囲気中で１０００℃前後に昇温すると、エッチング層１０４はエッチングされ、エッチングストップ層１０３とエッチングマスク層１０５は殆どエッチングされない。つまり、エッチング層１０４のみを選択的にエッチングし、エッチングストップ層１０３でエッチングを確実に停止させることができる。つまり、オーバーエッチングやアンダーエッチングを生ずることなく、所定のエッチング形状を得ることができる。しかも、気相エッチング法を用いる場合は、エッチング・ガスやプラズマなどによる結晶の損傷を生ずることもない。
【００５０】
また、本発明者の検討の結果、窒化物半導体に対して気相エッチングの効果が得られる雰囲気としては、窒素、アンモニア、ヘリウム、アルゴン、キセノン及びネオンのうちのいずれかと水素との混合雰囲気、またはこれらのうちの２以上と水素との混合雰囲気、または窒素とアンモニアとの混合雰囲気、または水素雰囲気を用いることができることが判明した。
【００５１】
これらの雰囲気は、従来のＣＤＥやＲＩＥなどのドライエッチングにおいて用いられてきたいわゆるエッチングガスとは異なり、窒化物半導体に対して化学的な反応を顕著には生じない点で特徴がある。つまり、本発明の気相エッチング法においては、従来用いられてきた腐食性の反応性ガスは用いない点において独特の構成を有する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、エッチングストップ層１０３、エッチング層１０４及びエッチングマスク層１０５の３層構造を採用し、エッチング方法を適宜調節することにより、エッチングをエッチングストップ層１０３で確実且つ容易に停止させ、所望のエッチング構造を得ることができる。従って、電流狭窄構造や光閉じ込め構造などの各種の構造を正確且つ再現性良く形成することができる。
【００５３】
（実施例）
以上説明した第１及び第２の実施形態に関して、具体例としての実施例を挙げつつ、さらに詳細に説明する。
【００５４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、上述した第１実施形態の具体例を説明する。
【００５５】
図５（ａ）は、本発明の第１の実施例としての半導体レーザの要部を表す概念断面図である。同図については、図１〜図４に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を伏した。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０１上にはｎ型ＧａＮバッファ層１０２が形成されており、ｎ型ＧａＮバッファ層１０２上にはｎ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層１０３が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３上にはＧａＮ層１０４とｐ型ＡｌＧａＮ層１０５からなる電流阻止層１０６が形成され、電流阻止層１０６にはｎ型ＡｌＧａＮクラッド層に達するストライプ溝状の凹部Ｓが形成されて基体１０７をなしている。このストライプ溝状の凹部Ｓを有する基体１０７の上には、ｎ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０８が形成されている。
【００５６】
ｎ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０８上には、ＩｎＧａＮからなる量子井戸構造領域を含む活性層１０９が形成され、活性層１０９上にはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１０、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１１が形成されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層１１１上にはＰｔ（白金）／Ａｕ（金）などからなるｐ側電極１１２が形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０１の活性層１０９と反対側にはＴｉ（チタン）／Ａｌ（アルミニウム）またはＴｉ（チタン）／Ａｕ（金）からなるｎ側電極１１３が形成されている。
【００５７】
図５（ａ）に表した構造では、ストライプ溝状の凹部Ｓが形成された基体１０７上にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８が形成されており、凹部Ｓにおけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８のＡｌ組成が、凹部Ｓ以外におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８のＡｌ組成よりも低いものとして形成されている。このため半導体レーザ内を伝播する光の水平横モードをストライプ溝部分に閉じ込めることができる。
【００５８】
次に、図５（ａ）の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。
【００５９】
まず、（０００１）面を主面とするＳｉドープｎ型ＧａＮ基板１０１上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりＳｉドープｎ型ＧａＮバッファ層１０２を１μｍの厚さで成長する。引き続きＳｉドープｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１０３を０.６μｍの厚さで形成する。引き続きアンドープＧａＮ層１０４を０.２μｍ、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ層１０５を０.２μｍからなる電流阻止層１０６を形成する。
【００６０】
次に、ウェーハを成長装置から取り出し、マスク形成と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法による選択エッチングにより、幅３μｍのストライプ溝状のエッチングを施す。このときエッチング溝は、少なくともＭｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層１０５を貫き、アンドープＧａＮ層１０４に達するような深さ、例えば０.３μｍを狙ってエッチングを行う。また、ストライプの方向はＧａＮ基板１０１（１−１００）面の法線方向となるように形成する。
【００６１】
次に、ウェーハを成長装置に戻し、水素、窒素、アンモニアの混合ガス雰囲気中で成長温度まで昇温する。成長開始するためにIII族原料を流す前に、エッチングされた溝部においてアンドープＧａＮ層１０４は再蒸発によりエッチングされ、ｎ型ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３の表面が露出する。これによって、表面に凹凸のある基体１０７が形成されたことになる。
【００６２】
引き続き、ＭＯＣＶＤ法によりＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０８を形成する。このときＡｌの組成が凹部Ｓ以外の部分でＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎとなるように設定し、その厚さを０．２μｍとなるように形成することにより、凹部Ｓの部分のＡｌ組成はそれ以外の場所に比べて低くなり、Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎとなり、溝部での厚さは０．６μｍとなり、表面をほぼ平坦にするようにすることができた。
【００６３】
次に、ｎ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層１０８上に、０．１μｍのアンドープＧａＮ層、１０ｎｍのＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層、４ｎｍのアンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎからなる量子井戸層および１０ｎｍのＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層を２周期繰り返してなる量子井戸構造領域、２０ｎｍのアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎおよび２０ｎｍのＭｇドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるキャップ層、０．１μｍのＭｇドープＧａＮ層からなる量子井戸構造領域を含む活性層１０９を形成する。また、活性層１０９上には、０．６μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１１０、０．２μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１１１を形成する。
【００６４】
次に、このようにして結晶成長したウェーハを成長装置から取り出し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１１上にＰｔ／Ａｕからなるｐ側電極１１２を形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面を厚み８０μｍ程度になるまで研磨し、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極１１３をｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面に形成する。
【００６５】
次に、このように形成したウェーハを、レーザのストライプ方向に対して垂直な方向すなわちＧａＮ基板１０１（１−１００）面が端面になるようにバー状にへき開する。へき開されたバーの端面には、適切な端面コートが施された後、各素子をダイシングとブレーキングによりチップ状に分離する。チップ状のレーザ素子はヒートシンク上にＡｕＳｎ（金・すず）などのはんだによりｐ側電極１１２側を下に融着する。
【００６６】
上述のようにして形成された半導体レーザは、電流狭窄性はもとより、光ディスクの書き込みに用いる５０ｍＷを超える高光出力においても、垂直方向、水平方向の横モードが基本モードに保たれるとともに、発振しきい値電流付近での自然放出による光出力が十分小さく、低出力の読み出しにおいても雑音の少ない特性を得ることができた。
【００６７】
すなわち、従来困難であった、基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体レーザ装置を提供することができた。
【００６８】
このような高性能の素子を形成できたポイントは、ストライプ溝状の凹部Ｓを有する基体１０７上にはＡｌＧａＮ層１０８を形成する際に溝部分のＡｌ組成は溝以外の場所に比べて低く、厚さが厚く表面をほぼ平坦にするようにすることができたことにより、溝部での屈折率が溝以外に比べて高くなり、光を導波する導波路としての機能を作りつけることができたことによる。
【００６９】
このような構成を形成できるのは、気相成長によって基体上に供給されるIII族原料ないしその分解生成物（III族元素そのものを含む）において、Ａｌを含むものとそれ以外（ここではＧａ）で基体表面を覆う材料との結合力に差異があるとともに、凹部と凸部あるいは平坦部で結合力に差異があることによることが推察される。
【００７０】
すなわち、Ａｌ原料ないしその分解生成物はＧａ原料ないしその分解生成物に対して基体表面にあるＡｌＧａＮに対する結合力が大きく、これらの窒化物層の結晶成長を行う１０００〜１１００℃の温度では基体表面をマイグレートするか結晶化するために結合するかの程度の差により、ストライプ溝のある凹部ＳにはＡｌの組成の低いものが、平坦部にはＡｌの組成の高いものが析出することになるからであると推察される。ストライプ溝のある凹部で成長速度が速くなるのもこのためと推察される。このような効果は基体表面への結晶成長が進行し、表面が平坦になるにつれ弱まってくる。これによって、ＡｌＧａＮ層表面は平坦化されることが考えられる。
【００７１】
上述の実施例においては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層をＡｌとＧａが混合されたバルク状のものとしたが、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の薄膜層を周期的に繰り返して作成された超格子ＡｌＧａＮ層としてもよい。
【００７２】
図５（ｂ）は、このような超格子ＡｌＧａＮ層を有する半導体レーザの要部構成を概念的に表す拡大断面図である。すなわち、クラッド層１０８は、ＡｌＧａＮバリア層１０８ＡとＧａＮウエル層１０８Ｂとを交互に積層した構成とされている。このような超格子構造により開口Ｓを埋め込んだ場合にも、III属元素の組成の変調を同様に生じさせることができる。すなわち、超格子を構成する各薄膜層それぞれの組成、厚さが開口Ｓとそれ以外で変化することにより、バルク状のものと同等の光導波構造を構成できる。具体的には、ＡｌＧａＮバリア層１０８ＡのＡｌ組成は、開口Ｓの部分においては、それ以外の部分よりも低い。その結果として、超格子クラッド層１０８の平均の屈折率は、開口Ｓの部分においてそれ以外の部分よりも高くなり、光の閉じ込め効率を上昇させることが可能となる。
【００７３】
なお、図５（ｂ）においては、簡単のために、超格子構造を簡略化して表示したが、実際には、バリア層１０８Ａとウエル層１０８Ｂの層厚は図示したものよりも薄く、それぞれの層数も図示したものより多くすることができる。
【００７４】
また上述の実施例においては、基板を導電性のあるＧａＮとしたものについて記述したが、サファイアなどの絶縁性基板を用いｐ、ｎ両電極を基板と反対側に形成するようなものに適用でき、従来困難であった基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体レーザ装置を提供することができる。
【００７５】
上述の実施例ではストライプ溝状の凹部を基体としその基体上に少なくともＡｌを含む複数のIII族元素を含む窒化物半導体層を形成した半導体レーザを例としてあげたが、凹部はストライプ状に限るものではなく、円形または矩形上の開口部による同様の狭窄構造であれば面発光レーザなどにも適用でき、従来困難であった基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体レーザ装置を提供することができる。
【００７６】
また、上述の実施例では半導体レーザを例としてあげたが、凹凸のある基体上に形成され複数のIII族元素を含む窒化物半導体層におけるIII族元素の組成比、バンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率の少なくとも一つが、上記基体の凹凸に対応して、層内で変化し、電流の狭窄、または光の導波、またはその両方を担う機能を提供するようにしてなるものであれば、発光ダイオード、光導波路、光スイッチなどに適用でき、従来困難であった基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体装置を提供することができる。
【００７７】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、前述した第２実施形態の具体例について説明する。
【００７８】
図６は、本実施例に係わる窒化物半導体レーザの断面構造を示す。すなわち、同図のレーザにおいては、サファイア基板２０１上にＧａＮバッファ層２０２、ＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層２０３、ＳｉドープＧａＡｌＮからなるｎ型エッチングストップ層２０４、ノンドープＧａＮエッチング層２０５、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型エッチングマスク層２０６が積層形成され、エッチングマスク層２０６およびエッチング層２０５にはストライプ状の開口Ｓが形成され、さらに、ＳｉドープＧａＮの埋め込み層２０７により平坦に埋め込まれている。
ここで、ＭｇドープＧａＡｌＮエッチングマスク層２０６は、電流阻止層として作用する。
【００７９】
ＳｉドープＧａＮの埋め込み層２０７上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ型クラッド層２０８、ＳｉドープＧａＮのｎ型光ガイド層２０９、ＩｎＧａｎ型多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２１０、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型ブロック層２１１、ＭｇドープＧａＮのｐ型光ガイド層２１２、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型クラッド層２１３、ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層２１４が積層される。
【００８０】
そして、ｐ型コンタクト層２１４からｎ型コンタクト層２０３の途中まで部分的にエッチングされ、露出したｎ型コンタクト層２０３の表面にはｎ側電極２１６が形成され、ｐ型コンタクト層２１４の表面にはｐ側電極２１５が形成される。
【００８１】
従来のリッジ構造レーザでは、ｐ側電極２１５を幅約２μｍのリッジ上面に形成する必要があり、プロセス上の再現性に問題があり、歩留まりの低下をもたらす原因となっていた。これに対して、本実施例によれば、電流狭窄構造すなわち電流阻止層として作用するエッチングマスク層２０６を活性層２１０より基板側のｎ型層中に形成するとともに、平坦化埋め込みを行っているため、ｐ側電極２１５を平坦な広い面上に形成することができる点で有利である。
【００８２】
また、既に述べたようにリッジ構造においては、横モード制御に重要なリッジ部とリッジの外側との実効屈折率差が、リッジ形成のエッチング深さに強く依存するという特徴がある。このため、エッチングプロセスの制御性、膜厚分布などの影響を大きく受け、やはり歩留まり低下の原因となる。これに対して、本実施例によれば、エッチング深さ制御の精度に影響されず、歩留まりよく、安定した素子特性が得られるという特徴がある。
【００８３】
次に、図６に図示の窒化物半導体レーザの製造方法について説明する。
【００８４】
図７は、本実施例の半導体レーザの製造方法を表す工程断面図である。
【００８５】
まず、図７（ａ）に表したように、サファイア基板２０１上に有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ法)によりＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮからなるバッファ層２０２を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長し、その上にＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層２０３を３μｍの膜厚で成長する。続いて、ＳｉドープＧａ0.93Ａｌ0.07Ｎのｎ型エッチングストップ層２０４を０．１μｍ、ノンドープＧａＮのエッチング層２０５を０．２μｍ、ＭｇドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎのｐ型エッチングマスク層２０６を０．１μｍ積層する。
【００８６】
次に、図７（ｂ）に表したように、エッチングマスク層２０６をエッチングする。すなわち、基板をＭＯＣＶＤ装置より取り出し、光露光プロセスによりストライプ状の開口Ｏを有するレジストあるいはＳｉＯ２のマスク８００を形成する。そして、このマスクを用いて、ｐ型エッチングマスク層２０６を選択エッチング除去し、ストライプ状の開口をｐ型エッチングマスク層１０６に形成する。この時のエッチングには、ドライエッチング法やＫＯＨ等のエッチング液を用いたウエットエッチング法を用いる。次に、レジストあるいはＳｉＯ２のマスク８００を除去し、基板を再びＭＯＣＶＤ装置へセットする。
【００８７】
次に、図７（ｃ）に表したように、エッチング層２０４をエッチングする。具体的には、窒素ガスを２０ＳＬＭ流し、基板温度を１０００℃まで昇温する。この過程において、窒素雰囲気で加熱昇温することにより、基板に付着していた水分や不純物ガスが除去される。一方、ＧａＮやＧａＡｌＮのエッチングは生じない。基板温度が１０００℃に達したところで、水素ガスの導入を開始し、窒素ガス２０ＳＬＭと水素ガス１０ＳＬＭの混合ガスを流した。この雰囲気において、１０００℃で２分間保持した。この工程において、ＭｇドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎのｐ型エッチングマスク層２０６のエッチングは生じないが、ノンドープＧａＮのエッチング層２０５のエッチングが生じる。すなわち、この過程では、ＧａＡｌＮとＧａＮの選択エッチングが達成される。
【００８８】
ここでＧａＮがエッチングされるのは、水素との反応により、分解して昇華するからであると考えられる。例えば、ＧａＮの場合、水素と反応することによってＧａ（気相）とＮＨ３（気相）とに分解してエッチングされることが推測される。また、ＡｌＧａＮがエッチングされないのは、Ａｌを含有することにより、V属元素との結合力が強くなって分解が生じにくくなるからであると考えられる。
【００８９】
ＧａＮエッチング層２０５は、ｐ型エッチングマスク層２０６のストライプ状の開口部のみにおいてエッチング除去され、エッチングがＳｉドープＧａ0.93Ａｌ0.07Ｎのｎ型エッチングストップ層２０４に達したところで深さ方向へのエッチングは進行しなくなる。このようにして、開口Ｓを形成することができる。
【００９０】
次に、図７（ｄ）に表したように、各層を結晶成長する。
【００９１】
すなわち、まず、水素ガスの供給を停止するとともに、アンモニアガスの供給を開始し、窒素ガス２０ＳＬＭ、アンモニアガス１０ＳＬＭの混合ガスを流す。
同時に、基板温度を１０８０℃まで昇温する。この過程では、窒素ガスとアンモニアガスの混合ガスの雰囲気で昇温することにより、ＧａＮエッチング層２０５の横方向へのエッチングを抑制しながら、昇温することが可能である。
【００９２】
そして、基板温度が１０８０℃に達すると同時に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびシランガスおよび水素ガスの供給を開始し、ＳｉドープＧａＮの埋め込み層２０７を成長する。この層の成長中に、上記のエッチング過程で形成した、深さ０．３μｍの開口Ｓは、ＳｉドープＧａＮを０．２μｍ成長することにより、完全に平坦に埋め込まれた。
【００９３】
さらに、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ型クラッド層２０８、ＳｉドープＧａＮのｎ型光ガイド層２０９、ＩｎＧａｎ型多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２１０、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型ブロック層２１１、ＭｇドープＧａＮのｐ型光ガイド層２１２、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型クラッド層２１３、ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層２１４を順次積層する。
【００９４】
次に、図７（ｅ）に表したように、積層構造体をエッチングしてｎ型コンタクト層２０３を露出させる。すなわち、ＭＯＣＶＤ装置より基板を取り出し、光露光プロセスにより、ｐ型コンタクト層２１４上にマスク８０２を形成し、ドライエッチングにより、ｎ型コンタクト層２０３の途中まで部分的にエッチングを行った。
【００９５】
そして、図７（ｆ）に表したように、露出したｎ型コンタクト層２０３の表面にはｎ側電極２１６を形成し、さらに、ｐ型コンタクト層２１４の表面にはｐ側電極２１５を形成した。
【００９６】
さらに、サファイア基板の裏面側より、厚さが８０μｍ以下になるように研磨した後、へき開することにより、レーザ端面及びチップ化を行った。なお、レーザ端面の片側には、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の多層膜の高反射コートを行った。チップ化した基板は、ヒートシンク上にマウントし、ｎ側電極、ｐ側電極のそれぞれにワイヤのボンディングを行うことで、レーザ装置が完成した。
【００９７】
以上説明したように、本実施例においては、電流狭窄構造を形成する方法として、気相エッチングによる選択エッチング過程と再成長という一連の過程を用いる。気相エッチングによる選択エッチングでは、ＧａＮエッチング層２０５とＧａＡｌＮエッチングストップ層２０６の界面でエッチングを停止させることができる。すなわち、成長したエッチング層の膜厚に面内分布があっても、確実にＧａＮエッチング層２０５をエッチング除去し、電流狭窄構造を形成することができる。
【００９８】
これに対して、電流狭窄構造の形成を従来のドライエッチング法で行った場合には、未だ十分な選択エッチング条件は得られていないため、ウェーハ面内で膜厚分布があるような場合には、面内全面にわたり界面でエッチングを停止させるのは不可能であり、局部的にエッチングストップ層が残留したり、あるいはオーバーエッチングをしてしまい、よい歩留まりは得られない。また、ドライエッチングによるダメージが残留するという問題もある。
【００９９】
本実施例によれば、容易に基板の広い範囲で再現性よく電流狭窄構造を得ることができた。
【０１００】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、前述した第２実施例の変型例について説明する。
【０１０１】
図８は、本実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。同図については、図６乃至図７に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０２】
前述した第２実施例では、図６に表したように、エッチング層２０５としてノンドープのＧａＮ層を用いた。これに対して、本実施例においては、図８に表したように、エッチング層２０５を、ＳｉドープあるいはノンドープＧａＮ層２０５ＡとＭｇドープＧａＮ層２０５Ｂとの２層構造とした。
【０１０３】
本来、電流阻止層として作用するＭｇドープＧａＡｌＮ層２０６は、Ａｌ組成が大きくかつ膜厚が厚いほど望ましい。しかし、このようにするとクラックが発生する可能性が増大するため、実質的に電流阻止層として機能するために十分な厚さにできない場合がある。そこで、本実施例においては、ＧａＮエッチング層２０５にＭｇをドーピングすることにより、電流阻止層としての厚さを実効的に厚くする。
【０１０４】
しかし、ＭｇドープＧａＮ層のみをエッチング層として用いた場合には、１回目の結晶成長過程において、ＭｇがＳｉドープＧａＡｌＮエッチングストップ層２０４に拡散し、ｎ型ＧａＡｌＮエッチングストップ層とｐ型ＧａＮエッチング層との界面にｐ型ＧａＡｌＮ層が形成されてしまい、電流狭窄構造の開口部Ｓへのｎ型ＧａＮによる埋め込み後、この層が障壁となる可能性がある。このため、本実施例においては、ｐ型ＧａＮエッチング層２０５Ｂとｎ型ＧａＡｌＮエッチングストップ層２０４との間にｎ型ＧａＮあるいはノンドープＧａＮ層２０５Ａを挿入した。この構造の採用により、高Ａｌ組成のＧａＡｌＮエッチングマスク層（電流阻止層）２０６を用いても、電流リークの原因となるクラックなどのない、電流狭窄構造が形成できた。
【０１０５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、第２実施例および第３実施例で用いたＧａＮエッチング層２０５の代わりに、ＧａＩｎＮ層を用いた具体例について説明する。
【０１０６】
図９は、本実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。同図については、図６乃至図８に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０７】
図９に表したように、本実施例の半導体レーザにおいては、ＧａＩｎＮからなるエッチング層２０５Ｃが設けられている。ＧａＩｎＮ層をエッチング層として用いた場合、気相エッチングの温度が１０００℃以下でも十分なエッチング速度が得られる。このため、ＧａＡｌＮエッチングストップ層およびＧａＡｌＮエッチングマスク層のＡｌ組成を低くすることができる。
【０１０８】
例えば、図６乃至図８に表したようなＧａＡｌＮエッチングストップ層２０４を省略して、ＳｉドープＧａＮコンタクト層２０３をエッチングストップ層として用い、ＭｇドープＧａＮをエッチングマスク層２０６として用いることもできる。この場合、ＧａＩｎＮエッチング層２０５Ｃのエッチングは、ＧａＮ層の気相エッチング速度が実質的に無視できる８００℃以下の温度で行うことができる。また、ＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層２０３をエッチングストップ層として用いることにより、素子構造を簡単にすることができる。
【０１０９】
（第５の実施例）
次に、本発明の本発明の第５の実施例として、電流狭窄構造の開口部の両側にボイドを形成した構造について説明する。
【０１１０】
図１０は、本実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。同図については、図６乃至図９に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１１】
図１０に表したように、本実施例の半導体レーザは、電流狭窄構造の開口部Ｓの両側にボイド（空洞）を有する。このようなボイドを形成することにより、開口部Ｓの内外の実効屈折率差を大きくして、基本横モードで発振するレーザを容易に作成することができる。つまり、導波路への光の閉じ込め効率をあげて、発振モードを改善することができる。
【０１１２】
図１１は、本実施例の半導体レーザの製造方法を表す概略工程断面図である。
基本的な層構造および製造方法は、図７の具体例と類似する。
【０１１３】
まず、図１１（ａ）に表したように、第１回目の結晶成長により、サファイア基板２０１上に有機金属気相成長法(ＭＯＣＶＤ法)によりＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等からなるバッファ層２０２を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長し、その上にＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層２０３を３μｍの膜厚で成長する。
続いて、ＳｉドープＧａ0.93Ａｌ0.07Ｎのｎ型エッチングストップ層２０４を０．１μｍ、ノンドープＧａＮのエッチング層２０５を０．２μｍ、ＭｇドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎのｐ型エッチングマスク層２０６を０．１μｍ積層する。
【０１１４】
次に、図１１（ｂ）に表したように、エッチングマスク層２０６をエッチングする。すなわち、基板をＭＯＣＶＤ装置より取り出し、光露光プロセスによりストライプ状の窓を有するレジストあるいはＳｉＯ２のマスク８００を形成する。
このマスクを用いて、ＭｇドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎのｐ型エッチングマスク層２０６をエッチング除去し、ストライプ状の開口Ｏをｐ型エッチングマスク層２０６に形成する。この時のエッチングには、ドライエッチング法やＫＯＨ等のエッチング液を用いたウエットエッチング法を用いる。
【０１１５】
次に、図１１（ｃ）に表したように、エッチング層２０５をエッチングしてボイドＶを形成する。
【０１１６】
すなわち、まず、マスク８００を除去し、基板を再びＭＯＣＶＤ装置へセットする。そして、窒素ガスを２０ＳＬＭ流し、基板温度を１０００℃まで昇温する。この過程において、窒素雰囲気で加熱昇温することにより、基板に付着していた水分や不純物ガスが除去される。一方、ＧａＮやＧａＡｌＮのエッチングは生じない。基板温度が１０００℃に達したところで、水素ガスの導入を開始し、窒素ガス２０ＳＬＭと水素ガス１０ＳＬＭの混合ガスを流した。この雰囲気において、１０００℃で５分間保持した。すでに述べたように、この過程では、ＧａＡｌＮとＧａＮの選択エッチングが達成される。ＭｇドープＧａ0.8Ａｌ0.2Ｎのｐ型エッチングマスク層２０６のエッチングは生じないが、ノンドープＧａＮのエッチング層２０５のエッチングが生じる。
【０１１７】
エッチングは、ＳｉドープＧａ0.93Ａｌ0.07Ｎのｎ型エッチングストップ層２０４に達したところで深さ方向へのエッチングは進行しなくなるが、エッチング時間を長くすると、その時間に応じてサイドエッチングを生じさせることができる。本実施例においては、５分間の気相エッチングにより、約５μｍ幅のサイドエッチングを生じさせることができた。
【０１１８】
次に、図１１（ｄ）に表したように埋め込み成長をする。
【０１１９】
まず、水素ガスの供給を停止するとともに、アンモニアガスの供給を開始し、窒素ガス２０ＳＬＭ、アンモニアガス１０ＳＬＭの混合ガスを流すことにより、気相エッチングを抑制するとともに、基板温度を１０８０℃まで昇温する。基板温度が１０８０℃に達すると同時に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびシランガスおよび水素ガスの供給を開始し、ＳｉドープＧａＮの埋め込み層２０７を成長する。この層の成長により、幅約５μｍのサイドエッチング部はボイドＶとして空洞状に残り、電流狭窄構造の開口Ｓは、ＳｉドープＧａＮを０．２μｍ成長することにより、完全に平坦に埋め込まれた。
【０１２０】
その後は、第２実施例と同様に、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ型クラッド層２０８、ＳｉドープＧａＮのｎ型光ガイド層２０９、ＩｎＧａｎ型多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層２１０、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型ブロック層２１１、ＭｇドープＧａＮのｐ型光ガイド層２１２、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ型クラッド層２１３、ＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層２１４を順次積層する。
【０１２１】
さらに、ＭＯＣＶＤ装置より基板を取り出し、光露光プロセスにより、ｐ型コンタクト層２１４上にマスク８０２を形成し、ドライエッチングにより、図１１（ｅ）に表したようにｎ型コンタクト層２０３の途中まで部分的にエッチングを行った。
【０１２２】
そして、図１１（ｆ）に表したように、露出したｎ型コンタクト層２０３の表面にはｎ側電極２１６を形成し、さらに、ｐ型コンタクト層２１４の表面にはｐ側電極２１６を形成した。
【０１２３】
以上詳述したように、本実施例によれば、気相エッチングの時間あるいは条件を調節することにより、エッチング層２０５にサイドエッチングを生じさせ、その後埋め込み層２０７で埋め込むことによって電流狭窄部の開口Ｓの両側にボイドＶを確実且つ容易に形成することができる。その結果として、電流狭窄構造の内外の屈折率差を大きくし、導波路の光閉じ込め効率を改善して、基本横モードで発振する半導体レーザを容易に歩留まりよく作成することができる。
【０１２４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１２５】
例えば、本発明を適用する半導体レーザの素子構造や材料については、当業者が公知の技術を適宜選択し設計を加えることにより、同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
さらに、本発明は、半導体レーザのみならず、発光ダイオードやその他各種の光デバイス、電子デバイスに適用して同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
本発明は、以上詳述した形態で実施され以下に説明する効果を奏する。
【０１２８】
まず、本発明によれば、複数のIII族元素を含む窒化物半導体層が凹凸のある基体表面上に形成されてなることにより、窒化物半導体層におけるIII族元素の組成比、バンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率の少なくとも一つが、上記基体の凹凸に対応して、層内で変化するようになすことにより、従来困難であった基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体装置を提供することができる。
【０１２９】
また、本発明によれば、凹凸のある基体上に形成され複数のIII族元素を含む窒化物半導体層を有する半導体レーザ装置において、上記凹凸のある基体上に形成され複数のIII族元素を含む窒化物半導体層におけるIII族元素の組成比、バンドギャップエネルギ、屈折率、導電性、抵抗率の少なくとも一つが、上記基体の凹凸に対応して、層内で変化し、電流の狭窄、または光の導波、またはその両方を担う機能を提供するようにすることにより、従来困難であった基体上に形成される窒化物混晶薄膜層の物理的性質を、基体の水平面内で変化させるにより、複雑なプロセスをなくし、歩留まりが高く、低コスト化に必要な量産性があり、良好な初期特性や信頼性をもつ半導体レーザ装置を提供することができる。
【０１３０】
また、本発明によれば、所定のエッチング深さを確実且つ容易に再現でき、エッチング深さ制御の精度に影響されず、かつ横モード制御された安定した素子特性の窒化物半導体レーザを歩留まりよく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施形態の形態に係る半導体装置の要部断面構造を表す概念図である。
【図２】電流阻止層１０６の上にクラッド層１０８を成長させる過程を概念的に表した断面図である。
【図３】図１に例示した半導体レーザの電流阻止層１０６の周辺を表す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るエッチングプロセスを表す概略工程断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施例としての半導体レーザの要部を表す概念断面図であり、（ｂ）は、超格子ＡｌＧａＮ層を有する半導体レーザの要部構成を概念的に表す拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係わる窒化物半導体レーザの断面構造を示す。
【図７】本発明の第３の実施例の半導体レーザの製造方法を表す工程断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。
【図９】本発明の第４の実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。
【図１０】本発明の第５の実施例の半導体レーザの断面構造を表す概念図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の半導体レーザの製造方法を表す概略工程断面図である。
【図１２】従来の半導体レーザの構成を例示する断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１  ｎ型ＧａＮ基板
１０２  ｎ型ＧａＮバッファ層
１０３  ｎ型ＧａＡｌＮ第１クラッド層
１０４  ＧａＮ層
１０５  ｐ型ＡｌＧａＮ層
１０６  電流阻止層
１０７  基体
１０８  ｎ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層
１０９  活性層
１１０  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１１  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１２  ｐ側電極
１１３  ｎ側電極
２０１  基板
２０２  バッファ層
２０３  ｎ型コンタクト層
２０４  ｎ型エッチングストップ層
２０５  エッチング層
２０６  ｐ型エッチングマスク層
２０７  ｎ型埋め込み層
２０８  ｎ型クラッド層
２０９  ｎ型ガイド層
２１０  ＭＱＷ活性層
２１１  ｐ型バリア層
２１２  ｐ型ガイド層
２１３  ｐ型クラッド層
２１４  ｐ型コンタクト層
２１５  ｐ側電極
２１６  ｎ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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【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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