(57)【要約】【課題】共振器ミラー面での光吸収を最小化し、共振器ミラー面の表面粗度を向上させる窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】（０００１）ＧａＮ基板上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のマスクを、＜１１−２０＞方向に沿って伸びるストライプ状に形成する工程と、前記マスク同士の間の前記ＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、を含む窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法である。【選択図】図１
2007116100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（０００１）ＧａＮ基板上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のマスクを、＜１１−２０＞方向に沿って伸びるストライプ状に形成する工程と、
前記マスク同士の間の前記ＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、
前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、
前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、
を含む、窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２】
前記マスクは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、及びＷからなる群から選択される何れか一つの材料から形成される、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ｎ−クラッド層は、前記活性層の材料より大きなバンドギャップ幅を有する材料から形成される、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記ｎ−クラッド層は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記ｎ−クラッド層と前記活性層との間に、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｎ−導波層を形成する工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記活性層と前記ｐ−クラッド層との間に、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｐ−導波層を形成する工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記レーザ共振器構造の前記（１−１００）面は、湿式エッチングによりエッチングされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記湿式エッチング工程で用いられるエッチング液は、エチレングリコール中に溶解した水酸化カリウム、融解した水酸化カリウム、エチレングリコール中に溶解した水酸化ナトリウム、融解した水酸化ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択される何れか一種の物質である、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記ｎ−ＧａＮ層は、エピタキシャル横方向成長により形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記エピタキシャル横方向成長は、
前記＜１１−２０＞方向のマスク同士の間に、前記＜１−１００＞方向にストライプ状のマスクをさらに形成する工程と、
前記＜１１−２０＞方向及び＜１−１００＞方向のマスクで覆われていない前記ＧａＮ基板上に前記ｎ−ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、
を含む、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記＜１−１００＞方向のマスクは、前記＜１１−２０＞方向のマスクと５μｍ以上の間隔で配置される、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
（０００１）サファイア基板上にＧａＮ層を形成する工程と、
前記ＧａＮ層上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のストライプ状のグルーブを＜１１−２０＞方向に沿って形成して、前記サファイア基板面を露出させる工程と、
前記グルーブ同士の間の前記ＧａＮ層上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、
前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、
前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、
を含む、窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項１３】
前記ｎ−クラッド層は、前記活性層の材料より大きなバンドギャップ幅を有する材料から形成される、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記ｎ−クラッド層は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成される、請求項１２または１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ−クラッド層と前記活性層との間に、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｎ−導波層を形成する工程をさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記活性層と前記ｐ−クラッド層との間に、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｐ−導波層を形成する工程をさらに含む、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記レーザ共振器構造の前記（１−１００）面は、湿式エッチングによりエッチングされる、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記湿式エッチングで用いられるエッチング液は、エチレングリコール中に溶解した水酸化カリウム、融解した水酸化カリウム、エチレングリコール中に溶解した水酸化ナトリウム、融解した水酸化ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択される何れか一種の物質である、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記ｎ−ＧａＮ層は、ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長により形成される、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長は、
前記グルーブ同士の間のＧａＮ層を＜１−１００＞方向に沿って配置されるストライプ状にパターニングして、複数のＧａＮシードを形成する工程と、
前記ＧａＮシード上に前記ｎ−ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、
を含む、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
隣接するＧａＮシードの端部が互いに連結するように、前記ＧａＮ層をパターニングする、請求項２０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法に係り、さらに詳細には、共振器ミラー面での光吸収を最小化し、共振器ミラー面の表面粗度の向上を可能にする窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
端面発光半導体レーザダイオードにおいて、レーザ光が出射面から出ていくとき、高い光子密度及びジュール熱により出射面上の半導体結晶構造が変形して、光吸収やレーザの閾値電流を高める。高まった閾値電流はレーザダイオードの熱特性を低下させる場合があり、出射面での光吸収をさらに高める。このような光学的特性の低下現象は、幾何学級数的に発生し、半導体レーザ素子の寿命を急速に短縮させる主要因となるが、半導体レーザ素子において、このような現象をＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）という。
【０００３】
半導体レーザダイオードの特性に影響を及ぼす主要な因子の一つは、レーザの共振効率を表す品質係数（Ｑ値）であるが、共振面の粗度はＱ値を決定する上で最も主要な因子の一つである。共振面の粗度が０に近いほど、Ｑ値は大きくなり、レーザ特性が向上することとなる。現在、窒化物系半導体レーザの製造において、切り込みを入れたり切断することで共振器ミラー面を形成しているが、かかる方法により原子レベルでの単一面とほぼ同じ粗度を有する共振器ミラー面を形成するのは困難であるということが本技術分野で広く知られている。
【０００４】
したがって、原子レベルでの単一面とほぼ同等の最小粗度を有する共振器ミラー面を形成することによって、共振器ミラー面での光吸収を最小化できる半導体レーザダイオードの製造工程の開発が早急に求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記従来技術の問題点を改善するためのものであって、共振器ミラー面での光吸収を最小化し、共振器ミラー面の表面粗度の向上を可能とする窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、（０００１）ＧａＮ基板上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のマスクを、＜１１−２０＞方向に沿って伸びるストライプ状に形成する工程と、前記マスク同士の間の前記ＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、を含む窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法が提供される。
【０００７】
前記マスクは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、及びＷからなる群から選択される何れか一つの材料から形成されることが好ましい。
【０００８】
あるいは、前記ｎ−ＧａＮ層は、エピタキシャル横方向成長（ＥＬＯ）により形成されることが好ましい。前記レーザ共振器構造の前記（１−１００）面は、湿式エッチングによりエッチングされうる。前記湿式エッチング工程で用いられるエッチング液は、エチレングリコール中に溶解した水酸化カリウム、融解した水酸化カリウム、エチレングリコール中に溶解した水酸化ナトリウム、融解した水酸化ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択される何れか一種の物質でありうる。
【０００９】
前記エピタキシャル横方向成長（ＥＬＯ）は、前記＜１１−２０＞方向のマスク同士の間に、前記＜１−１００＞方向にストライプ状のマスクをさらに形成する工程と、前記＜１１−２０＞方向及び＜１−１００＞方向のマスクで覆われていない前記ＧａＮ基板上に前記ｎ−ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、を含む。前記＜１−１００＞方向のマスクは、前記＜１１−２０＞方向のマスクと５μｍ以上の間隔で配置されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第２の態様によれば、（０００１）サファイア基板上にＧａＮ層を形成する工程と、前記ＧａＮ層上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のストライプ状のグルーブを＜１１−２０＞方向に沿って形成して、前記サファイア基板面を露出させる工程と、前記グルーブ同士の間の前記ＧａＮ層上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、を含む窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法が提供される。
【００１１】
あるいは、前記ｎ−ＧａＮ層は、ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長により形成され、前記レーザ共振器構造の前記（１−１００）面は、湿式エッチングによりエッチングされうる。前記湿式エッチング工程で用いられるエッチング液は、エチレングリコール中に溶解した水酸化カリウム、融解した水酸化カリウム、エチレングリコール中に溶解した水酸化ナトリウム、融解した水酸化ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択される何れか一種の物質でありうる。
【００１２】
前記ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長は、前記グルーブ同士の間のＧａＮ層を＜１−１００＞方向に沿って配置されるストライプ状にパターニングして、複数のＧａＮシードを形成する工程と、前記ＧａＮシード上に前記ｎ−ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、を含む。隣接する前記ＧａＮシードの端部が互いに連結するように、前記ＧａＮ層をパターニングするのが好ましい。
【００１３】
上記した第１及び第２の態様で、前記ｎ−クラッド層は、前記活性層の材料より大きなバンドギャップ幅を有する材料から形成されることが好ましい。例えば、前記ｎ−クラッド層は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成されるのが好ましい。前記方法は、前記ｎ−クラッド層と前記活性層との間にＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｎ−導波層を形成する工程と、前記活性層と前記ｐ−クラッド層との間にＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）のｐ−導波層を形成する工程とをさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明は、原子レベルの単一面とほぼ同等の最小表面粗度を伴う共振器ミラー面を有する窒化物系半導体レーザダイオードを提供する。特に、本発明の窒化物系半導体レーザダイオードは、活性層で生じたレーザ光が、前記活性層の材料より大きなバンドギャップ幅を有する材料から形成されるｎ−クラッド層から横方向に出射するため、前記共振器ミラー面上でのレーザ発振光の光吸収を最小化することができる。したがって、前記共振器ミラー面での光損傷が減り、レーザ特性の向上した窒化物系半導体レーザダイオードの特性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法の好ましい実施形態を、添付された図面を参照して詳細に説明する。図面に示す層や領域の厚さは、明確性のために誇張して示している。なお、本発明においては異なる材料間で共通のパラメーター（ｘ及びｙ）を使用しているが、異なる材料で用いられるパラメーター同士の間には相関性はない。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの概略的な斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードは、ＧａＮ基板２、そしてその上に順次形成されるｎ−ＧａＮ層２０、ｎ−クラッド層２４、ｎ−導波層２５、活性層２６、ｐ−導波層２７、及びｐ−クラッド層２８を含む。
【００１８】
前記半導体レーザダイオードは、ＧａＮ＜１−１００＞方向にレーザ共振器長Ｌを有する。前記ｎ−ＧａＮ層２０の（１−１００）の両端部は、他の領域より相対的に厚く形成されるため、前記ｎ−ＧａＮ層２０の上面の両端に段差部を有する。
【００１９】
そして、段差部が設けられた前記ｎ−ＧａＮ層２０上に、ｎ−クラッド層２４、ｎ−導波層２５、活性層２６、ｐ−導波層２７、及びｐ−クラッド層２８が均一な厚さに順次積層されて、前記ｎ−クラッド層２４の領域が前記活性層２６と横方向に合わさるように配置された端面発光レーザ共振器構造を形成する。したがって、前記活性層２６で発生したレーザ光は、前記活性層２６と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層２４の領域を通って出力される。
【００２０】
そして、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面がエッチングされて、優れた表面粗度を有する共振器ミラー面３０を形成する。
【００２１】
前記活性層２６は、レーザを発生させることが可能な材料であれば、いかなる材料から形成されてもよく、好ましくは、閾値電流が小さく、横モード特性の安定したレーザ光を発振できる材料を使用する。前記活性層２６は、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＜１）などの、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物半導体層から形成されうる。好ましくは、前記活性層２６は所定比率のＡｌを含みうる。ここで、前記活性層２６は、単一量子ウェル（ＳＱＷ）または多重量子ウェル（ＭＱＷ）のいずれの構造であっても、または他の様々な構造であってもよい。そして、前記ｎ−導波層２５及びｐ−導波層２７は、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）から形成されてもよく、前記ｎ−クラッド層２４及び前記ｐ−クラッド層２８は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成されてもよい。
【００２２】
前記第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードは、前記活性層２６で発生したレーザ光が、前記活性層２６と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層２４の領域から出射する構造を有する。ここで、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）などのｎ−クラッド層２４の形成材料は、ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＜１）などの活性層２６の形成材料より大きなバンドギャップ幅を有するため、前記活性層２６で発生したレーザ光が前記ｎ−クラッド層２４を通る際にレーザ光の損失がほとんどない。また、共振器ミラー面３０は原子レベルでの単一面と同等の最小粗度を有しているため、前記共振器ミラー面３０に到達したレーザ光の吸収を最小化することができる。具体的に、レーザ光が出射するウィンドウのバンドギャップ幅が前記活性層２６のバンドギャップ幅より大きい場合、共振器ミラー面３０でのレーザ光の吸収が最小化されて、ＣＯＤが発生する閾値出力が高まり、これにより、ＣＯＤレベルを下回る出力で作動するレーザの安定性が確保されうる。したがって、前記共振器ミラー面３０でのレーザ光の光吸収を最小化することによって、共振器ミラー面３０の光損傷が減り、窒化物系半導体レーザ素子の特性が向上しうる。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの概略的な斜視図である。ここで、第１実施形態と共通の構成要素については、その重複説明を省略し、同じ参照番号をそのまま使用する。図２に示すように、第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードは、第１実施形態に係るレーザダイオードと同様の構造を有しているが、フリースタンディングＧａＮ基板の代わりに、サファイア基板上に積層されたＧａＮ基板を利用するという点で異なっている。従って、以下に述べるように、第１及び第２実施形態の窒化物系半導体レーザダイオードの製造工程には明らかな差がある。
【００２４】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。すなわち、当該製造方法は、（０００１）ＧａＮ基板上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のマスクを、＜１１−２０＞方向に沿って伸びるストライプ状に形成する工程と、前記マスク同士の間の前記ＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、を含む。このような窒化物系半導体レーザダイオードの製造において、それぞれの材料層の形成方法は広く知られているので、これについての詳細な説明は省略する。例えば、それぞれの材料層は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）、またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの薄膜蒸着方法で形成することが可能である。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、まず、（０００１）ＧａＮ基板（面）２を準備し、前記ＧａＮ基板（面）２上にＳｉＯ２層１２を形成する。続いて、前記ＳｉＯ２層１２をパターニングして、レーザ共振器長Ｌと等しい間隔で配置される２以上のＳｉＯ２マスク１２ａを形成する。このとき、前記ＳｉＯ２マスク１２ａは、土台であるＧａＮ基板の＜１１−２０＞方向に伸びるストライプ状に形成する。ここで、前記レーザ共振器長Ｌは、１００〜２，０００μｍの範囲であることが好ましく、前記マスク１２ａの幅は、５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。前記マスク１２ａは、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｗ、または多様な他の材料から形成することが可能である。
【００２６】
図３Ｃに示すように、前記マスク１２ａ同士の間のＧａＮ基板（面）２上にｎ−ＧａＮ層２０をエピタキシャル成長させる。前記マスク１２ａが存在することによって、前記ｎ−ＧａＮ層２０の（１−１００）の両端部を、他の領域より相対的に厚く成長させることが可能となる。より具体的には、前記マスク１２ａが、前記ｎ−ＧａＮ層２０の成長に用いられない剰余ソースガスの拡散用経路を提供する。すなわち、矢印で表示されたように、前記剰余ソースガスは、前記マスク１２ａの上面に沿って前記ｎ−ＧａＮ層２０の（１−１００）の両端部に優先的に供給される。このようにして、前記ｎ−ＧａＮ層２０の（１−１００）の両端部が他の領域より厚く成長する結果、上端に段差部２０ａを有することとなる。前記ｎ−ＧａＮ層２０の前記段差面は、以後その上に積層することとなる層の形状、すなわち、レーザ共振器構造の製造に影響を与える。これについては、より詳細に後述することとする。
【００２７】
図３Ａないし３Ｃには示されていないが、前記ｎ−ＧａＮ層２０はエピタキシャル横方向成長（ＥＬＯ）により形成することが可能である。米国特許第６,０５１,８４９は、ＥＬＯ技術により得られる構造及び効果を詳細に開示しているので、ＥＬＯ技術についての詳細な説明は省略する。前記ＥＬＯ技術を本発明の第１実施形態に示した製造工程に適用できる。すなわち、当該ＥＬＯは、＜１１−２０＞方向のマスク同士の間に、＜１−１００＞方向にストライプ状のマスクをさらに形成する工程と、前記＜１１−２０＞方向及び＜１−１００＞方向のマスクで覆われていない前記ＧａＮ基板上に前記ｎ−ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる工程と、を含む。より詳細には、前記＜１１−２０＞方向のＳｉＯ２マスク１２ａ同士の間に、＜１−１００＞方向にストライプ状のＳｉＯ２マスク（図示せず）をさらに形成する。前記＜１−１００＞方向のマスクは、前記＜１１−２０＞方向のマスク１２ａから５μｍ以上の間隔を有するように形成することが可能であり、好ましくは、５〜１００μｍが可能である。その後、前記マスク＜１１−２０＞方向のマスク１２ａと前記＜１−１００＞方向のマスクにより覆われていないＧａＮ基板（面）２上に前記ｎ−ＧａＮ層２０をエピタキシャル成長させることが可能である。このようなＥＬＯ技術は、前記ｎ−ＧａＮ層２０内の「抜け」などの欠陥、例えば結晶欠陥の形成を最小化できる。
【００２８】
図３Ｄに示すように、前記ｎ−ＧａＮ層２０上にｎ−クラッド層２４、ｎ−導波層２５、活性層２６、ｐ−導波層２７、及びｐ−クラッド層２８を順次積層することによって、前記ｎ−クラッド層２４の領域が前記活性層２６と横方向に合わさるように配置される端面発光レーザ共振器構造を形成する。前記レーザ共振器構造で、前記活性層２６で発生したレーザ光は、前記活性層２６と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層２４の領域を通って出力される。
【００２９】
前記活性層２６は、レーザを発生可能な材料であれば、いかなる材料から形成することも可能であり、好ましくは、閾値電流が小さく、横モード特性の安定したレーザ光を発振できる材料から形成する。前記活性層２６は、ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＜１）のＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物の半導体を使用することが可能である。好ましくは、前記活性層２６は所定比率のＡｌを含みうる。ここで、前記活性層２６は、単一量子ウェル（ＳＱＷ）構造、多重量子ウェル（ＭＱＷ）構造、またはその他の様々な構造のいずれであってもよい。そして、前記ｎ−導波層２５及び前記ｐ−導波層２７は、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎ（０≦ｙ＜１）から形成することが可能であるが、これらは、必須の構成要素ではないので、なくてもよい。
【００３０】
前記ｎ−クラッド層２４は、前記活性層２６の材料より大きなバンドギャップ幅を有する物質から形成されうる。例えば、前記ｎ−クラッド層２４及び前記ｐ−クラッド層２８は、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成することが可能である。
【００３１】
ここで、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０≦ｘ＜１）などのｎ−クラッド層２４の形成材料は、ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＜１）などの前記活性層２６の形成材料より大きなバンドギャップ幅を有しうるため、共振器ミラー面３０での光吸収を最小化することが可能となる。より詳細には、レーザ光が出射するウィンドウのバンドギャップ幅が、前記活性層２６のバンドギャップ幅より大きい場合、前記共振器ミラー面３０でのレーザ光の吸収が最小化されて、ＣＯＤが発生する閾値出力が高まり、これにより、ＣＯＤレベルを下回る出力で作動するレーザダイオードの安定性も確保される。したがって、前記共振器ミラー面３０でのレーザ光の光吸収を最小化することによって、前記共振器ミラー面３０での光損傷を低減し、窒化物系半導体レーザ素子の特性を向上することが可能となる。
【００３２】
図３Ｅ及び図３Ｆを参照すれば、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面を湿式エッチング工程によりエッチングして、原子レベルでの単一面と同等の最小粗度を有する共振器ミラー面３０を形成することができる。前記湿式エッチングのエッチング液は、エチレングリコール中に溶解した水酸化カリウム、融解した水酸化カリウム、エチレングリコール中に溶解した水酸化ナトリウム、融解した水酸化ナトリウム、及びリン酸からなる群から選択される。このように、表面粗度に優れた前記共振器ミラー面３０での光吸収を従来の窒化物系半導体レーザダイオードよりも低くすることが可能であるため、半導体レーザダイオードの特性を向上することができる。
【００３３】
図４Ａないし図４Ｆは、本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。すなわち、当該製造方法は、（０００１）サファイア基板上にＧａＮ層を形成する工程と、前記ＧａＮ層上に、レーザ共振器長と等しい間隔で配置される二以上のストライプ状のグルーブを＜１１−２０＞方向に沿って形成して、前記サファイア基板面を露出させる工程と、前記グルーブ同士の間の前記ＧａＮ層上にｎ−ＧａＮ層を成長させて、前記ｎ−ＧａＮ層の（１−１００）の両端部を他の領域より厚くする工程と、前記ｎ−ＧａＮ層上にｎ−クラッド層、活性層、及びｐ−クラッド層を順次積層し、前記活性層で発生したレーザ光が、前記活性層と横方向に合わさる前記ｎ−クラッド層の領域を通って出力される、端面発光レーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面を形成する工程と、を含む。ここで、図３Ａないし図３Ｆに示す参照番号のうち共通のものは共通の構成要素を示すため、ここではその重複説明を省略する。
【００３４】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、まず、（０００１）サファイア基板４を準備し、前記サファイア基板４上にＧａＮ層１６を形成する。その後、前記ＧａＮ層１６に前記レーザ共振器長Ｌと等しい間隔で配置される２以上のグルーブを形成し、前記サファイア基板４の表面を露出させる。前記グルーブは、前記ＧａＮ層１６の＜１１−２０＞方向に沿って伸びるストライプ状に形成する。ここで、前記レーザ共振器長Ｌは、１００〜２，０００μｍの範囲であることが好ましく、前記グルーブの幅は、５〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００３５】
図４Ｃに示すように、前記グルーブ同士の間のＧａＮ層１６上にｎ−ＧａＮ層２２をエピタキシャル成長させる。前記グルーブの形成によって、前記ｎ−ＧａＮ層２２の（１−１００）の両端部が他の領域より厚く成長する。より詳細には、前記グルーブが前記ｎ−ＧａＮ層２２の成長に用いられることのない剰余ソースガスの拡散用経路を提供する。従って、矢印で表示したように、前記剰余ソースガスは、前記グルーブに沿って、前記ｎ−ＧａＮ層２２の（１−１００）の両端部に優先的に供給される。このようにして、前記ｎ−ＧａＮ層２２の（１−１００）の両端部が他の領域より厚く成長する結果、上端に段差部２２ａを有することとなる。図３Ａないし図３Ｆを参照しつつ既に述べたように、前記ｎ−ＧａＮ層２２の段差面は、以後、その上に積層することとなる層の形状、すなわち、レーザ共振器構造の構造に影響を与える。
【００３６】
図４Ａないし図４Ｃには示していないが、前記ｎ−ＧａＮ層２２は、ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長により形成することができる。米国特許第６,２６５,２８９Ｂ１号明細書は、ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長技術により得られる構造及び効果を詳細に開示しているので、その詳細な説明は省略する。前記ｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長技術を本発明の第２実施形態の製造工程に適用できる。より詳細には、前記グルーブ間のＧａＮ層１６を＜１−１００＞方向に沿って配置されるストライプ状にパターニングして、複数のＧａＮシード（図示せず）を形成する。この場合、隣接するＧａＮシードの端部が互いに連結するように前記ＧａＮ層１６をパターニングすることができる。その後、前記ＧａＮシード上に前記ｎ−ＧａＮ層２２をエピタキシャル成長させることができる。このようなｐｅｎｄｅｏエピタキシャル成長技術は、前記ｎ−ＧａＮ層２２内の「抜け」などの欠陥、例えば結晶欠陥の形成を最小化できる。
【００３７】
図４Ｄないし図４Ｆに示すように、前記ｎ−ＧａＮ層２２上にｎ−クラッド層２４、ｎ−導波層２５、活性層２６、ｐ−導波層２７、及びｐ−クラッド層２８を順次積層することによって、前記ｎ−クラッド層２４の領域が前記活性層２６と横方向に合わさるように配置される端面発光レーザ共振器構造を形成する。その後、前記レーザ共振器構造の（１−１００）面をエッチングして共振器ミラー面３１を形成する。図４Ｄないし図４Ｆに示す各工程は、図３Ｄないし図３Ｆに示す第１実施形態の各工程と同じであるので、これについての重複説明は省略する。
【００３８】
ここまで、本発明の例示的な実施形態に関して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者であれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明が多様に修正または変更されうることが理解されるであろう。従って、本発明は、前述の構造やパターン等に何ら制限されることはない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、窒化物系半導体発光素子に関連した技術分野に好適に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの概略的な斜視図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの概略的な斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｃ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｄ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｅ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図３Ｆ】本発明の第１実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ｃ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ｄ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ｅ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【図４Ｆ】本発明の第２実施形態に係る窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程フローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
２    ＧａＮ基板、
４    サファイア基板、
１２    ＳｉＯ２層、
１２ａ    ＳｉＯ２マスク、
１６    ＧａＮ層、
２０    ｎ−ＧａＮ層、
２０ａ    段差部、
２２    ｎ−ＧａＮ層、
２２ａ    段差部、
２４    ｎ−クラッド層、
２５    ｎ−導波層、
２６    活性層、
２７    ｐ−導波層、
２８    ｐ−クラッド層、
３０    共振器ミラー面、
３１    共振器ミラー面、
Ｌ    レーザ共振器長。
【図１】
2007116100.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
2007116100.tif 000005
【図３Ｂ】
2007116100.tif 000006
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2007116100.tif 000008
【図３Ｅ】
2007116100.tif 000009
【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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