(57)【要約】【課題】正孔が注入される活性層の幅は、メサの幅だけでなく、メサの底面から活性層までの積層方向の厚さによっても変化する。すなわち、ＮＦＰはメサを通過した正孔がメサの周囲のｐ型半導体層へ拡散する量で変化する。しかし、メサの周囲のｐ型半導体層をエッチングで所望の厚さにすることは難しく、ＮＦＰの水平方向の広がりをエッチングで制御することは困難であるという課題があった。そこで、本発明は、メサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザ及び当該半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ製造方法は、ｐ型の半導体層からメサを形成した後、メサの周囲にイオンを注入して、メサの周囲のｐ型半導体層の表面から一定の深さの領域をｎ型に転換することとした。【選択図】図１
2007109843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、
前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、
前記メサ形成工程の後、前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面にイオンを注入して、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成するイオン注入工程と、
を備える半導体レーザ製造方法。
【請求項２】
前記メサ形成工程において、前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるように前記ｐ型半導体層の前記他の範囲を積層方向にエッチングし、
前記イオン注入工程において、前記正孔拡散防止領域の深さが前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さの５０％以上８０％以下となるようにイオンを注入することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入工程において、イオン化したＳｉ、Ｏ又はＡｒを注入す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製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の表面を覆う絶縁膜を形成する第一絶縁膜形成工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの半導体レーザ製造方法。
【請求項５】
基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、
前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、
前記メサ形成工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面を覆う絶縁膜をスパッタリング法又は化学気相成長法で形成し、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成する第二絶縁膜形成工程と、
を備える半導体レーザ製造方法。
【請求項６】
基板の上に積層され、電子と正孔とを再結合して光を発生する組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の活性層と、
前記活性層の前記基板の側と反対の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接し、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の単数又は複数の層を有するストライプ状のメサと、
を備える半導体レーザであって、
前記第一半導体層は、前記メサが隣接する側における前記メサの周囲且つ積層方向における前記メサが隣接する側から前記第一半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの範囲の正孔拡散防止領域がｎ型であり、他の領域がｐ型であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記第一半導体層の前記正孔拡散防止領域の深さは前記第一半導体層の積層方向の厚さの５０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記第一半導体層の前記メサが隣接する側の前記メサの周囲、前記メサの側面及び前記メサの上面の一部を覆う絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体層を積層して形成する半導体レーザの製造方法及び半導体レーザに関する。
【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】
さらに、半導体レーザの場合、活性層とクラッド層との間に光ガイド層と呼ばれる半導体層を配置する。光ガイド層の屈折率はクラッド層の屈折率より大きいため、活性層で発生した光のうち多くはｐ型側の光ガイド層とクラッド層との界面及びｎ型側の光ガイド層とクラッド層との界面の間（以下、「ｐ型側の光ガイド層とクラッド層との界面及びｎ型側の光ガイド層とクラッド層との界面の間」を「光閉じ込め領域」と略記する。）に閉じ込められ、クラッド層に伝搬する光は少ない。すなわち、半導体レーザの積層方向に対する光の強度分布は、前記光閉じ込め領域において強くなり、クラッド層において弱くなる。従って、前記光閉じ込め領域の光で誘導放出が促進され、半導体レーザはレーザ発振することができる。
【０００４】
活性層、クラッド層及び光ガイド層を備えた半導体レーザの構造は分離閉じ込めヘテロ（ＳＣＨ）と呼ばれる。ＩＩＩ族窒化物系化合物は組成を変化させることでバンドギャップ及び屈折率を調整することができるため、ＩＩＩ族窒化物系化合物の半導体レーザはＩＩＩ族窒化物系化合物を積層したＳＣＨ構造のものが多い（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ＳＣＨ構造の端面発光型半導体レーザは半導体層の積層方向に半導体層を切断した切断面である半導体層の端面から光を放射する（以下の説明において「半導体レーザ」とは「端面発光型半導体レーザ」を指し、半導体レーザの「光を放射する端面」を「発光端面」と略記する。）。
【０００６】
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」であって「メサの長手方向に垂直な方向」を「水平方向」と定義する。
【特許文献１】特開平１１−１７７１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体レーザの発光端面における光強度分布（以下、「発光端面における光強度分布」を「ＮＦＰ」と略記する。）と半導体レーザのファーフィールドパターン（以下、「ファーフィールドパターン」を「ＦＦＰ」と略記する。）とは、以下に説明する関係を有する。
【０００８】
ＮＦＰにおける光強度の変化の緩急で前記発光端面から出射する光の回折角度が定まり、ＦＦＰの広がりが定まる。具体的には、ＮＦＰの光強度の変化が緩やかな場合、回折角度は小さくなりＦＦＰの広がりも小さくなる。逆に、ＮＦＰの光強度の変化が急峻な場合、回折角度は大きくなりＦＦＰの広がりも大きくなる。このため、ＦＦＰの広がりを小さくして半導体レーザの出力を実効的に大きくするため、ＮＦＰの光強度の変化が緩やかな半導体レーザを製造することが求められる。
【０００９】
前記要求を満たすため、ＮＦＰのうち垂直方向の広がりは前記閉じ込め領域の垂直方向の厚さで制御できることが知られている。
【００１０】
一方、ＮＦＰのうち水平方向の広がりはキャリアが注入される活性層の水平方向の幅で調整できるため、正孔の幅を狭搾するメサを活性層の陽極側に形成することもある。つまり、前記要求を満たすため、ＮＦＰのうち水平方向の広がり及び光強度は前記メサの幅で制御することができる。
【００１１】
さらに、正孔が注入される活性層の幅は、メサの幅だけでなく、メサの底面から活性層までの積層方向の厚さによっても変化する。すなわち、ＮＦＰはメサを通過した正孔がメサの周囲のｐ型半導体層へ拡散する量で変化する。
【００１２】
例えば、メサの底面から活性層までの積層方向の厚さが厚ければ、メサを通過した正孔のうちメサの周囲のｐ型半導体層へ拡散する量が増え、前記正孔は水平方向に大きく広がった状態で活性層に注入される。つまり、前記正孔は広い範囲に拡散して正孔密度が下がるため、光強度のピークは小さくなり、ＮＦＰの水平方向の広がりは大きくなるとともに光強度の変化は緩やかになる。
【００１３】
一方、メサの底面から活性層までの積層方向の厚さが薄い又は活性層にメサが隣接している場合、正孔はメサの周囲のｐ型半導体層への拡散が少なく又は水平方向へ拡散せずメサの幅のまま活性層に注入される。すなわち、ＮＦＰの水平方向の広がりは狭くなり、光強度の変化が急峻になる。
【００１４】
通常、メサは、ｐ型半導体層を積層した後に、メサとして残す部分以外のｐ型の半導体層を垂直方向にエッチングすることで形成される。なお、メサの底面から活性層までの積層方向の厚さでＮＦＰを制御するため前記エッチングは前記ｐ型半導体層全てを除去するのではなく、所定の膜厚を残すようにしている。すなわち、メサ以外で所定の膜厚を残してエッチングされた部分がメサの周囲のｐ型半導体層となる。
【００１５】
しかし、同一組成のｐ型半導体層において所望の位置でエッチングをストップさせることは困難であり、メサの周囲のｐ型半導体層の積層方向の厚さの再現性が低い。従って、ＮＦＰの水平方向の広がり、すなわちＦＦＰの水平方向の広がりをエッチングで制御することは困難であるという課題があった。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、メサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザ及び当該半導体レーザを製造する半導体レーザ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】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ製造方法は、メサの周囲のｐ型半導体層（以下、「メサの周囲のｐ型半導体層」を「掘り込み部」と略記する。）にイオンを注入して、前記ｐ型半導体層の表面から一定の深さまでの領域をｎ型に転換することとした。
【００１８】
具体的には、本発明は、基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、前記メサ形成工程の後、前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面にイオンを注入して、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成するイオン注入工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００１９】
前記ＩＩＩ族窒化物系化合物はｐ型よりｎ型の方が電気抵抗が高い。さらに、前記正孔拡散防止領域は電気的に独立しているため、正孔は前記正孔拡散防止領域へは移動できない。前記正孔拡散防止領域が形成されたことで、正孔が水平方向に拡散できる前記掘り込み部のｐ型の領域が狭くなる。すなわち、前記正孔拡散防止領域の積層方向の厚さを制御することで前記掘り込み部に拡散する正孔の量を制御することができる。
【００２０】
また、前記正孔拡散防止領域の厚さはイオン注入のイオン種や加速電圧で容易に制御することができる。
【００２１】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明に係る半導体レーザ製造方法は、前記メサ形成工程において、前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下となるように前記ｐ型半導体層の前記他の範囲を積層方向にエッチングし、前記イオン注入工程において、前記正孔拡散防止領域の深さが前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さの５０％以上８０％以下となるようにイオンを注入することが好ましい。
【００２３】
メサの底面から活性層までの積層方向の厚さ、すなわち前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さ及び前記正孔拡散防止領域の積層方向の厚さは前記範囲であることが好ましい。前記メサ形成工程のエッチングにおける前記掘り込み部の積層方向の厚さの制御性及び前記イオン注入工程におけるイオンを注入できる深さの制御性から、所望のＦＦＰの半導体レーザを再現よく製造するためである。
【００２４】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することができる。
【００２５】
本発明に係る半導体レーザ製造方法は、前記イオン注入工程において、イオン化したＳｉ、Ｏ又はＡｒを注入する。
【００２６】
Ｓｉ、Ｏ又はＡｒは前記ＩＩＩ族窒化物系化合物をｎ型とすることができる不純物元素であり、前記元素のイオンを注入することで前記掘り込み部にｎ型の前記正孔拡散防止領域を形成することができる。
【００２７】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することができる。
【００２８】
本発明に係る半導体レーザ製造方法は、前記イオン注入工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の表面を覆う絶縁膜を形成する第一絶縁膜形成工程をさらに備えてもよい。
【００２９】
半導体レーザには外部電源と接続する金属のｐ側電極が必要である。前記ｐ型電極と前記正孔拡散防止領域とが電気的に短絡した場合、正孔は前記正孔拡散防止領域に吸収されるため、半導体レーザの発光特性を悪化させることになる。一方、メサの上面のみにｐ側電極を形成することは、工程数が増加するため生産性が悪くなる。そこで、前記第一絶縁膜形成工程で形成する絶縁膜でメサ側面及び掘り込み部上面を覆うことで、前記正孔拡散防止領域と前記ｐ型電極とが接触することを回避しつつ、半導体レーザのメサ側全面に金属を積層することができ生産性の向上が図れる。
【００３０】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することができる。
【００３１】
本発明は、基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、前記メサ部形成工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面を覆う絶縁膜をスパッタリング法又は化学気相成長法で形成し、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成する第二絶縁膜形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００３２】
スパッタリング法や化学気相成長法（ＣＶＤ）で前記掘り込み部の上面に前記絶縁膜を成長させることで、前記掘り込み部の前記ＩＩＩ族窒化物系化合物の組成からＮが抜けてｎ型に転換するため、前記掘り込み部の中に前記正孔拡散防止領域を形成することができる。
【００３３】
また、スパッタリング法の加速電圧、ＣＶＤの加熱温度等の成膜条件で前記正孔拡散防止領域の厚さを制御することができる。
【００３４】
さらに、第二絶縁膜形成工程を備えることで、前記第一絶縁膜形成工程を備える半導体レーザ製造方法で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
従って、本発明は、前記イオン注入工程を省略しても、メサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを製造する半導体レーザ製造方法を提供することができる。
【００３６】
前記目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザは、メサの周囲に前記メサ側がｎ型、活性層側がｐ型の半導体層を備える構造とした。
【００３７】
具体的には、本発明は、基板の上に積層され、電子と正孔とを再結合して光を発生する組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の活性層と、前記活性層の前記基板の側と反対の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接し、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の単数又は複数の層を有するストライプ状のメサと、を備える半導体レーザであって、前記第一半導体層は、前記メサが隣接する側における前記メサの周囲且つ積層方向における前記メサが隣接する側から前記第一半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの範囲の正孔拡散防止領域がｎ型であり、他の領域がｐ型であることを特徴とする半導体レーザである。
【００３８】
前記ＩＩＩ族窒化物系化合物はｐ型よりｎ型の方が電気抵抗が高い。前記正孔拡散防止領域は電気的に独立しているため、正孔は前記正孔拡散防止領域へ移動できない。前記正孔拡散防止領域の存在で正孔が水平方向に拡散できる前記第一半導体層のｐ型の領域が狭くなるため、前記正孔拡散防止領域の積層方向の厚さを制御することで前記第一半導体層に拡散する正孔の量を制御することができる。
【００３９】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを提供することができる。
【００４０】
本発明に係る半導体レーザは、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記第一半導体層の前記正孔拡散防止領域の深さは前記第一半導体層の積層方向の厚さの５０％以上８０％以下であることが好ましい。
【００４１】
メサの底面から活性層までの積層方向の厚さ、すなわち前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側の表面から前記活性層の前記基板の側と反対の側の端までの積層方向の厚さ及び前記正孔拡散防止領域の積層方向の厚さは前記範囲であることが好ましい。前記正孔拡散防止領域の積層方向の厚さで前記第一半導体層に拡散する正孔の量を制御するためである。
【００４２】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを提供することができる。
【００４３】
本発明に係る半導体レーザは、前記第一半導体層の前記メサが隣接する側の前記メサの周囲、前記メサの側面及び前記メサの上面の一部を覆う絶縁膜をさらに備えてもよい。
【００４４】
半導体レーザには外部電源と接続する金属のｐ側電極が必要である。前記ｐ型電極と前記正孔拡散防止領域とが電気的に短絡した場合、正孔は前記正孔拡散防止領域に吸収され、半導体レーザの発光特性を悪化させることになる。前記半導体レーザに前記絶縁膜を備えることで前記正孔拡散防止領域と前記ｐ型電極とが接触することを回避することができる。
【００４５】
従って、本発明はメサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザを提供することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明により、メサを通過した正孔の水平方向への拡散の制御性を高めた半導体レーザ及び当該半導体レーザを製造する半導体レーザ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】
【００４７】
以下、本願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、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。また、半導体層の「積層方向の厚さ」を「膜厚」として説明している。
【００４８】
（実施の形態１）
本実施形態の半導体レーザは、基板の上に積層され、電子と正孔とを再結合して光を発生する組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の活性層と、前記活性層の前記基板の側と反対の側に積層され、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるＩＩＩ族窒化物系化合物の第一半導体層と、前記第一半導体層の前記活性層の側と反対の側に隣接し、組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の単数又は複数の層を有するストライプ状のメサと、を備える半導体レーザであって、前記第一半導体層は、前記メサが隣接する側における前記メサの周囲且つ積層方向における前記メサが隣接する側から前記第一半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの範囲の正孔拡散防止領域がｎ型であり、他の領域がｐ型であることを特徴とする。
【００４９】
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ｎ側電極１１、基板１２、ｎ型下地層１３、ｎ側光ガイド層２５、ｎ型クラッド層２７、活性層１４、ｐ側光ガイド層１５、ｐ型クラッド層１７、ｐ型コンタクト層１８、ｐ側電極１９を備える。半導体レーザ１０１はｎ側光ガイド層２５からｐ側光ガイド層１５の間を光閉じ込め領域としている。また、ｐ型クラッド層１７はメサ５の一部と第一半導体層７とから構成される。
【００５０】
半導体レーザ１０１は基板１２上に各半導体層を積層しており、ｐ型クラッド１７及びｐ型コンタクト層１８をｐ型半導体層、ｎ型クラッド層２７及びｎ型下地層１３をｎ型半導体層としている。
【００５１】
半導体レーザ１０１はｐ側電極１９及びｎ側電極１１が基板に対して同一の方向にある表面電極型の半導体レーザである。
【００５２】
ｎ側電極１１及びｐ側電極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が生じると半導体レーザとしての効率を損なうため、ｎ側電極１１及びｐ側電極１９は半導体とオーム接触できる素材であることが望ましい。さらに、ｎ側電極１１及びｐ側電極１９は電源等の外部の装置と電気配線で接続される。そのため、ｎ側電極１１及びｐ側電極１９は前記電気配線との接触抵抗が小さい素材であることが望ましい。半導体と接触する素材と配線と接続する素材との間にバッファとなる素材を挟む構造としてもよい。例えば、ｎ型半導体と接触するｎ側電極１１の素材としては、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕやＡｌ／Ａｕが例示される。ｐ型半導体と接触するｐ側電極１９の素材としては、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ及びＰｔ／Ａｕが例示される。
【００５３】
基板１２は半導体薄膜で構成される半導体レーザ１０１を物理的に支えるために配置される。半導体レーザ１０１の基板として半導体薄膜が良好に成長する素材が選択される。例えば、組成式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「ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物」と略記する。）を積層させる場合はサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）が例示される。
【００５４】
なお、ｎ側電極１１が基板１２に対してｐ側電極１９の側と反対の側にある裏面電極の場合、基板１２として窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）が例示される。
【００５５】
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。ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ＧａＩｎＮ化合物と量子井戸として前記組成式においてｘ＝０、ｙ＝ｅ（ｅ＜ｄ且つ０．８０≦ｅ≦０．９５、好ましくはｅ＜ｄ且つ０．８５≦ｅ≦０．９）であるＧａＩｎＮ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。
【００５８】
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ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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ＡｌＧａＮ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。
【００５９】
ｎ型クラッド層２７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。活性層１４で説明したようにＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物はＡｌ及びＩｎの含有率でバンドギャップを調整できる。ｎ型クラッド層２７は、前記組成式において０．０１≦ｘ≦０．１、ｙ＝１−ｘ、好ましくは０．０５≦ｘ≦０．０８、ｙ＝１−ｘであるＡｌＧａＮ化合物が例示される。
【００６０】
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が添加される。ｎ型クラッド層２７の平均のｎ型不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であることが例示される。
【００６１】
ｎ型クラッド層２７の膜厚は０．３μｍ以上２μｍ以下であることが例示される。半導体レーザ１０１の電気抵抗を下げ、活性層１４へ電子を十分供給可能とするため、ｎ型クラッド層２７の膜厚は０．４μｍ以上１．２μｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
ｎ側光ガイド層２５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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設計される。
【００６３】
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としてもよい。
【００６４】
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ｎ型クラッド層２７の不純物濃度より低い濃度になるようにｎ型不純物、例えばＳｉ又はＯが添加される。例えば、ｎ側光ガイド層２５の平均のｎ型不純物濃度は０ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３以下であることが例示される。
【００６５】
ｎ側光ガイド層２５の膜厚は２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が例示される。ｎ側光ガイド層２５とｎ型クラッド層２７との界面で光を閉じ込める効果を高め、半導体レーザの低抵抗化を測るため、ｎ側光ガイド層２５の膜厚は５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましい。
【００６６】
ｐ型クラッド層１７はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層である。ｐ型クラッド層１７はｎ型クラッド層２７と同様の組成のＩＩＩ族窒化物系化合物が例示される。
【００６７】
ｐ型クラッド層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型クラッド層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。
【００６８】
ｐ型クラッド層１７の膜厚は０．１μｍ以上２μｍ以下が例示される。半導体レーザ１０１の電気抵抗を下げ、活性層１４へ正孔を十分供給可能とするため、ｐ型クラッド層１７の膜厚は０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。
【００６９】
なお、ｐ型クラッド層１７はメサ５の一部及び第一半導体層７から構成される。
【００７０】
さらに、第一半導体層７はメサ５の側であって、メサ５の周囲にｎ型の正孔拡散防止領域３を有する。具体的には、第一半導体層７は、メサ５が隣接する側におけるメサ５の周囲且つ積層方向においてメサ５が隣接する側から第一半導体層７の積層方向の厚さより浅い深さまでの範囲の正孔拡散防止領域３がｎ型であり、他の領域がｐ型としている。例えば、正孔拡散防止領域３の積層方向の厚さは第一半導体層７の積層方向の厚さの５０％以上８０％以下である。
【００７１】
ｐ側光ガイド層１５はＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物の半導体層であり、ｎ側光ガイド層２５と同様の組成が例示され、ｐ側光ガイド層１５のバンドギャップは、ｎ側光ガイド層２５のバンドギャップと同様である。
【００７２】
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ｐ型クラッド１７の不純物濃度より低い濃度になるようにｐ型不純物、例えばＭｇが添加される。例えば、ｐ側光ガイド層１５の平均のｐ型不純物濃度は０ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であることが例示される。
【００７３】
ｐ側光ガイド層１５の膜厚はｎ側光ガイド層２５と等しい膜厚が例示できる。
【００７４】
なお、第一半導体層７の活性層１４の側と反対の側の表面から活性層１４の基板１２の側と反対の側の端までの積層方向の厚さ、すなわち第一半導体層７の膜厚とｐ側光ガイド層１５の膜厚との和は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。正孔拡散防止領域３の積層方向の厚さが前記範囲とすることで、メサ５を通過した正孔のうち第一半導体層７に拡散する量の制御性を高めることができる。
【００７５】
ｐ型コンタクト層１８はｐ側電極１９とオーム接触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。
【００７６】
ｎ型下地層１３はｎ型下地層１３上に積層する半導体の結晶性を向上させることができる。例えば、膜厚１μｍ以上５μｍ以下のＳｉを不純物としてｎ型としたＧａＮ化合物が例示できる。不純物濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であることが例示される。
【００７７】
本実施形態の半導体レーザ製造方法は、基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、前記メサ形成工程の後、前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面にイオンを注入して、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成するイオン注入工程と、を備える半導体レーザ製造方法である。
【００７８】
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工程Ｓ３０１、メサ形成工程Ｓ３０２、イオン注入工程Ｓ３０３、エッチングマスクパターン除去工程Ｓ３０５、ｐ側電極１９形成工程Ｓ３０６及びｎ側電極１１形成工程Ｓ３０７を備える。
【００７９】
具体的には、半導体レーザ１０１は以下に説明するように製造する。
【００８０】
（半導体積層工程Ｓ３０１）
ｎ型基板１２上にｎ型下地層１３、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。なお、ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８を前記ｐ型半導体層として積層する。
【００８１】
半導体レーザ１０１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。
【００８２】
ｎ型下地層１３、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がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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蒸気を使用する。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。
【００８３】
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。
【００８４】
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ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ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。従って、ＭＯＣＶＤ法で、基板１２上にｎ型下地層１３、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を連続して積層することができる。
【００８５】
（メサ形成工程Ｓ３０２）
次にメサ５及び第一半導体層７を以下のように形成する。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５を形成する部分にレジストパターンを形成する。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。
【００８６】
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（ＩＰＣ）が例示できる。ｐ型クラッド層１７のうち前記エッチングマスクパターンが形成された部分はエッチングされず、露出している部分がエッチングされる。本エッチングは積層方向においてｐ型クラッド層１７の一部までエッチング、すなわち、一定の膜厚を残してｐ型クラッド層１７をエッチングするため、ｐ型クラッド層１７のエッチング中にエッチングを止めるエンドポイントは時間で定める。
【００８７】
ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８のうち前記エッチングマスクパターンで保護されてエッチングされずに残った部分がメサ５である。また、ｐ型クラッド層１７及びｐ型コンタクト層１８のうち前記エッチングマスクパターンから露出してエッチングされる部分であって、エッチング中にエッチングを止められ残された膜（エッチング残膜）が前記掘り込み部としての第一半導体層７となる。
【００８８】
（イオン注入工程Ｓ３０３）
メサ形成工程Ｓ３０２後、第一半導体層７に正孔拡散防止領域３を形成するために、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物のｎ型不純物元素であるＳｉ、Ｏ又はＡｒのイオンをイオン注入装置を用いて注入する。メサ５の上面には前記エッチングマスクパターンが形成されているため、メサ５には注入されない。イオン注入時のイオン加速電圧で正孔拡散防止領域３の積層方向の厚さを定めることができる。
【００８９】
なお、後述するように、第一半導体層７のうち正孔拡散防止領域３のｎ型に転換されなかったｐ型の領域の積層方向の厚さで半導体レーザのＦＦＰが定まる。従って、メサ形成工程Ｓ３０２の後に第一半導体層７の積層方向の厚さを測定し、正孔拡散防止領域３以外の前記ｐ型の領域が所望の積層方向の厚さとなるように、測定した第一半導体層７の積層方向の厚さをフィードフォーワードして、制御性の良いイオン注入の加速電圧を定めてもよい。すなわち、イオン注入工程Ｓ３０３は、第一半導体層７の積層方向の膜厚が大まかであってもよく、メサ形成工程Ｓ３０２のエッチングにおいてエッチング終了の正確な制御を不要とすることができる。
【００９０】
（エッチングマスクパターン除去工程Ｓ３０５）
イオン注入工程Ｓ３０３後、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。
【００９１】
（ｐ側電極１９形成工程Ｓ３０６）
エッチングマスクパターン除去工程Ｓ３０５後、ｐ側電極１９を形成する。ｐ側電極１９の形成は以下に説明する方法が例示できる。リソグラフィ技術でｐ型コンタクト層１８以外の部分をレジストパターンで覆い、スパッタリングや真空蒸着で電極素材を積層する。次いで、レジストを除去することでｐ型コンタクト層１８上の電極素材以外はリフトオフされる。
【００９２】
（ｎ側電極１１形成工程Ｓ３０７）
ｐ側電極１９形成工程Ｓ３０６後、ｎ側電極１１を形成する。
【００９３】
半導体レーザが表面電極型の場合、ｎ側電極１１を形成する箇所の陰電極部Ｍを形成するために再度リソグラフィ技術を用いて陽電極部Ｐの上層を覆うレジストパターンを作り、ドライエッチングで陰電極部Ｍのｐ側電極１９、絶縁膜２０及びｐ型半導体層１５からｎ型下地層１３の一部までの半導体層を除去する。前記ドライエッチングで露出したｎ型下地層１３の上面にｎ側電極１１を形成する。ｎ側電極１１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。
【００９４】
一方、半導体レーザが裏面電極型の場合、まず、ｐ側電極側に保護層を形成する。保護層として、ｐ側電極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。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、半導体レーザの基板１２が上になるように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。基板１２がＧａＮ又はＳｉＣの場合は、続けてスパッタリング法を用いて基板１２の全面にｎ側電極１１を形成する。基板１２がサファイヤの場合は、ｎ側電極１１形成前に基板１２を除去する。基板１２を除去する方法として、研磨、レーザリフトオフ法等を用いることができる。これらの方法は、溶剤によってエッチングする方法に比べ、基板１２以外の部分が損傷するのを抑えることができる。次いでスパッタリング法を用いて基板１２を除去して露出したｎ型下地層１３の全面にｎ側電極１１を形成する。ｎ側電極１１を形成した後に、前記保護層を除去する。
【００９５】
半導体積層工程Ｓ３０１からｎ側電極１１形成工程Ｓ３０７までを経て半導体レーザ１０１が得られる。
【００９６】
ｐ側電極１９を陽極として、ｎ側電極１１を陰極として電圧を印加することでｎ側電極１１から電子が、ｐ側電極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ｎ型下地層１３、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、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に注入される。
【００９７】
図３に半導体レーザ１０１におけるｐ側電極１９から活性層１４までの正孔の流れ９３及び活性層１４に注入される正孔密度の分布９５を示す。図３は、図１の半導体レーザ１０１のうち活性層１４からｐ側電極１９までを示しており、図１で使用した符号と同じ符号は同じ積層膜を示している。
【００９８】
ｐ型クラッド層１７のうちメサ５では正孔は拡散することはない。さらに、第一半導体層７の上部に正孔拡散防止領域３が存在するため、メサ５を通過した正孔は正孔拡散防止領域３を避けて第一半導体層７に拡散する。従って、正孔拡散防止領域３の積層方向の厚さによって正孔の拡散範囲が定まり、正孔が注入される活性層１４の幅が定まることになる。
【００９９】
活性層１４は水平方向に注入された正孔密度の分布９５に応じた強度の光を発光する。
【０１００】
従って、半導体レーザ１０１は、正孔拡散防止領域３の積層方向の厚さでＦＦＰの水平方向の広がりを制御でき、図２の半導体レーザ製造方法は、イオン注入工程Ｓ３０３を備えたことで第一半導体層７の積層方向の厚さがおおまかであってもＦＦＰを制御でき、半導体レーザ１０１を容易に製造することができる。
【０１０１】
（実施の形態２）
本実施形態に係る半導体レーザは、前記第一半導体層の前記メサが隣接する側の前記メサの周囲、前記メサの側面及び前記メサの上面の一部を覆う絶縁膜をさらに備える。
【０１０２】
本発明に係る他の実施の形態である半導体レーザ１０２の断面の概念図を図４に示す。図４において、図１で用いた符号と同じ符号は同じ積層膜であり同じ機能を有する。
【０１０３】
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には半導体レーザ１０１のｐ側電極１９が無く、絶縁膜２０及びｐ側電極４９を備えていることである。
【０１０４】
絶縁膜２０は電極と各半導体層とを電気的に分離する。例えば、ＳｉＯ２やＺｒＯ２が例示できる。
【０１０５】
ｐ側電極４９は図１で説明したｐ側電極１９と同様の素材であり、同様の機能を有する。
【０１０６】
本実施形態の半導体レーザ製造方法は、前記イオン注入工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の表面を覆う絶縁膜を形成する第一絶縁膜形成工程をさらに備える。
【０１０７】
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５に示す。図５において図２で使用した符号と同じ符号は図２で説明した工程と同じ工程を示す。図５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、イオン注入工程Ｓ３０３とエッチングマスクパターン除去工程Ｓ３０５との間に絶縁膜形成工程Ｓ５０４があり、ｐ側電極１９形成工程Ｓ３０６の代替としてｐ側電極４９形成工程Ｓ５０６があることである。
【０１０８】
絶縁膜形成工程Ｓ５０４及びｐ側電極４９形成工程Ｓ５０６について以下に説明する。
【０１０９】
（絶縁膜形成工程Ｓ５０４）
前記エッチングマスクパターン、前記メサ形成工程で露出した第一半導体層７及びメサ５の側面を覆うように絶縁膜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。
【０１１０】
なお、絶縁膜形成工程Ｓ５０４後、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。
【０１１１】
（ｐ側電極４９形成工程Ｓ５０６）
前記エッチングマスクパターン除去工程後、露出したｐ型コンタクト層１８及びリフトオフされなかった絶縁膜２０の全面を覆うようにｐ側電極４９を形成する。ｐ側電極４９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。
【０１１２】
図５の半導体層積層工程Ｓ３０１からｎ側電極１１形成工程Ｓ３０７までを経て半導体レーザ１０２が得られる。
【０１１３】
ｐ側電極４９を陽極、ｎ側電極１１を陰極として半導体レーザ１０２に電圧を印加することで、図１から４で説明した半導体レーザ１０１と同様に動作をする。同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
従って、半導体レーザ１０２は、図１の半導体レーザ１０１と同様の効果を得ることができ、さらに、メサ側全面にｐ側電極４９が積層されているため、外部との電気的接続が容易になる。
【０１１５】
また、図５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と同様の効果を得ることができ、さらに、ｐ側電極形成工程が容易である絶縁膜形成工程Ｓ５０４及びｐ側電極４９形成工程Ｓ５０６を備えるため、半導体レーザ１０２を容易に製造することができる。
【０１１６】
（実施の形態３）
本発明に係る他の実施の形態である半導体レーザ１０２は、基板の上に、電子と正孔とが再結合して光が発生する活性層として組成式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積層し、前記活性層の前記基板の側と反対の側に、単数又は複数の組成式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）と表されるｐ型のＩＩＩ族窒化物系化合物の層を積層してｐ型半導体層を形成する半導体積層工程と、前記半導体層積層工程の後、前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側の一の範囲がエッチングされることを防止し、他の範囲を前記ｐ型半導体層の前記活性層の側と反対の側から積層方向に前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでエッチングして、前記ｐ型半導体層から前記一の範囲をメサ及び前記他の範囲を掘り込み部として形成するメサ形成工程と、前記メサ形成工程の後、前記メサの上面の一部、前記メサの側面及び前記掘り込み部の前記活性層の側と反対の側の表面を覆う絶縁膜をスパッタリング法又は化学気相成長法で形成し、前記掘り込み部の残った前記ｐ型半導体層の積層方向の厚さより浅い深さまでの領域をｐ型からｎ型に転換して正孔拡散防止領域を生成する第二絶縁膜形成工程と、を備える半導体レーザ製造方法で製造してもよい。
【０１１７】
半導体レーザ１０２を製造する他の半導体レーザ製造方法の工程フロー図を図６に示す。図６において図２及び図５で使用した符号と同じ符号は図２及び図５で説明した工程と同じ工程を示す。図６の半導体レーザ製造方法と図５の半導体レーザ製造方法との違いは、イオン注入工程Ｓ３０３が無いことである。なお、以下において、随時図１及び図４で使用した符号を使用して説明する。
【０１１８】
ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ化合物はもともとｎ型であるため、Ｍｇ等のｐ型不純物を添加してｐ型としている。従って、外部からの衝撃で前記組成から容易にＮが抜けてｎ型に転換する。従って、イオン注入工程を省略して、下記に例示するような成膜条件のスパッタリング法で第一半導体層７の上面に絶縁膜２０を成長させても、第一半導体層７のメサ５の側に正孔拡散防止領域３を形成することができる。
【０１１９】
例えば、スパッタリング法でＺｒＯ２の絶縁膜２０を０．８ｎｍ／分の成膜速度で積層することで、図１で説明した積層方向の厚さの正孔拡散防止領域３を第一半導体層７に形成することができる。
【０１２０】
なお、メサ形成工程Ｓ３０２においても一定の条件でエッチングすることで、第一半導体層７のメサ５の側をｎ型に転換することができ、メサ形成工程Ｓ３０２のエッチングの条件と絶縁膜形成工程Ｓ５０４のスパッタリングの条件とを組み合わせて所望の積層方向の厚さの正孔拡散防止領域３を第一半導体層７に形成することができる。
【０１２１】
例えば、エッチングの条件としてエッチングの速度（エッチレート）を５００ｎｍ／分以上６００ｎｍｎ／分以下でエッチングを行い、スパッタリングでＺｒＯ２の絶縁膜２０を０．８ｎｍ／分の成膜速度で積層することで所望の積層方向の厚さの正孔拡散防止領域３を第一半導体層７に形成することができる。また、エッチレートを１２０ｎｍ／分以上１３０ｎｍｎ／分以下でエッチングを行い、スパッタリングでＺｒＯ２の絶縁膜２０を５ｎｍ／分の成膜速度で積層しても所望の積層方向の厚さの正孔拡散防止領域３を第一半導体層７に形成することができる。
【０１２２】
従って、図６の半導体レーザ製造方法は、図５の半導体レーザ製造方法と同様の効果を得ることができ、さらに、イオン注入工程を省くことができるため、半導体レーザの生産性が向上する。
【０１２３】
また、図６の半導体レーザ製造方法で製造した半導体レーザ１０２は図５で説明した半導体レーザ製造方法で製造した半導体レーザ１０２と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
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、本発明に係る半導体レーザ製造方法は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。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【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の構成概念図である。
【図２】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である。
【図３】半導体レーザ１０１の正孔の流れと活性層に注入される正孔密度を示した図である。
【図４】本発明に係る他の実施の形態である半導体レーザ１０２の構成概念図である。
【図５】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である。
【図６】半導体レーザ１０２を製造する他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】
【０１２６】
１０１、１０２  半導体レーザ
３  正孔拡散防止領域
５  メサ
７  第一半導体層
１１  ｎ側電極
１９  ４９  ｐ側電極
１２  基板 
１３  ｎ型下地層
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
２０  絶縁膜
２５  ｎ側光ガイド層
２７  ｎ型クラッド層
９３  正孔の流れ
９５  正孔密度の分布
Ｓ３０１からＳ３０７、Ｓ５０４、Ｓ５０６  半導体レーザ製造方法の工程
Ｍ  陰電極部
Ｐ  陽電極部
【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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