(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に一導電型クラッド層を形成する工程と、
前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１の反対導電型クラッド層の上に断面が逆メサ形状又はＴ字型のストライプ状のマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を含む基板表面にスパッタ法でAlN 層を形成する工程と、
前記マスク層をエッチングできる溶液を用いて前記マスク層をエッチングするとともに、前記マスク層の側壁及び上面に形成された前記AlN 層をリフトオフする工程と、
前記AlN 層の上と前記第１の反対導電型クラッド層の上に第２の反対導電型クラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記AlN 層は、基板温度５００℃以下で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項３】
窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、
前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい窒化ガリウム系化合物半導体からなり、且つ前記活性層を挟む上部クラッド層と下部クラッド層と、
前記上部クラッド層の中で電流狭窄領域に形成され、且つ電流通過領域に開口を有するAlN 又はAlGaN 又はGaN からなる電流狭窄用の絶縁層と、
前記絶縁層の下側の前記上部クラッド層の不純物が不活性化された高抵抗領域と
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
前記高抵抗領域には水素、窒素、アルゴンが導入されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、前記電流通過領域の両側で立ち上がっていて、前記絶縁層の立ち上がっている部分を除く前記絶縁層の下側の前記上部クラッド層に前記高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、
前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、
前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程と、
前記マスクと前記第１の反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層をスパッタ法で形成する工程と、
前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去して、前記第１の反対導電型クラッド層の前記メサ部が形成されていない領域及び前記メサ部の側面の上に前記絶縁層を残す工程と、
前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の前記メサ部の上面の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、
前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、
前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、
前記マスクと前記第１の反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層をスパッタ法で形成する工程と、
前記マスクに覆われない領域の前記第１の反対導電型クラッド層に水素、窒素、アルゴンのいずれかを外部から導入して高抵抗層を形成する工程と、
前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去する工程と、
前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして少なくとも前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関し、より詳しくは、光磁気ディスク装置の読み取り用、書き込み用の光源、又はレーザプリンタ用の光源などに用いられる半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III 族窒化物半導体レーザは、活性層のドライエッチング工程や電流狭窄層などの結晶の再成長の工程等を含まずに簡便に形成できるリッジ型のものが多く用いられている。
そのようなリッジ型のIII 族窒化物半導体レーザとして、例えば特開平4-242985号公報に示されるようなGaN 化合物半導体層を有するものがある。
【０００３】
そのリッジ型の半導体レーザとして、図１(a) 、図１(b) に示すような構造を有するものがある。
まず、図１(a) に示す半導体レーザにおいては、サファイア基板１１１上に、窒化アルミニウム(AlN) よりなるバッファ１１２とｎ型アルミニウムガリウム窒素（AlGaN)よりなる第１のクラッド層１１３がＭＯＶＰＥ(metalorganic vapor phase epitaxy)法によって形成されている。続いて、クラッド層１１３の表面の一部を二酸化シリコン（SiO２）膜（不図示）で覆った後に、SiO２膜で覆われない領域の第１のクラッド層１１３の上にGaN よりなる活性層１１４、ｐ型AlGaN よりなる第２のクラッド層１１５をＭＯＶＰＥ法により順に形成する。
【０００４】
そして、SiO2膜をフッ酸により除去した後に、第２のクラッド層１１５の上に別のSiO2膜１１６を形成する。そのSiO2膜１１６には、フォトリソグラフィー法により電極接続用の窓１１６ａが形成される。
ついで、窓１１６ａから露出した第２のクラッド層１１５とその側方の第１のクラッド層１１３の上にそれぞれｐ側電極１１７とｎ側電極１１８を形成する。
【０００５】
以上により、リッジ型のGaN 系半導体レーザダイオードの基本構造が完成される。
ところで、リッジ型の半導体レーザに用いられる基板としてはサファイアに限られるものではなく、炭化シリコン(SiC) 基板を使用してもよく、その一例を図１(b) に基づいて説明する。
【０００６】
まず、SiC 基板１２１の上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型AlGaN クラッド層１２２、ｎ型GaN ＳＣＨ層１２３、InGaN 活性層１２４、p-型GaN ＳＣＨ層１２５、ｐ型AlGaN クラッド層１２６、ｐ型GaN コンタクト層１２７を順に形成する。
続いて、コンタクト層１２７の上にストライプ状のSiO2膜（不図示）を形成した後に、そのSiO2膜をマスクにして周知のドライエッチング法を用いてｐ型GaN コンタクト層１２７、ｐ型AlGaN クラッド層１２６を選択的に順に除去し、これによりストライプ状のSiO2膜の両側からｐ型GaN ＳＣＨ層１２５を露出させる。
【０００７】
さらに、SiO2膜を除去した後に、さらに別のSiO2膜１２８を形成し、これを周知のフォトリソグラフィー法を用いてパターニングしてコンタクト層１２７の上にコンタクトホール１２８ａを形成する。
続いて、コンタクトホール１２８ａを通してコンタクト層１２７の上にｐ側電極１２９を形成し、さらにSiC 基板１２１の下にｎ側電極１３０を形成する。
【０００８】
これにより、SiC を基板にしたリッジ型のGaN 系半導体レーザダイオードの基本構造が完成される。
そのように、SiC 基板を用いた半導体レーザは、サファイア基板を用いた半導体レーザに比べて、ヒートシンクの効果が期待でき、また、ｎ側電極を基板側に設けることができるため、通常の半導体レーザなどと同様なチップマウント技術を用いることができる。さらに、SiC 基板を用いた半導体レーザは、基板の面方位を適当に選ぶことにより劈開性を持たせることができるので、サファイア基板を用いた半導体レーザに比べてファブリペロー反射面を容易に作成することが可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のIII 族窒化膜化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、リッジ構造を採用してリッジ上に電極を形成する必要があり、電極の位置合わせのマージンを確保する必要性からリッジの幅が電極の面積によって制限されていた。
そのリッジの幅が２μｍ以上になると、横方向の光閉じ込めが弱く、ビーム形状が横長になるという問題があった。
【００１０】
リッジ構造を採らずに光り閉じ込めを行う方法、或いは電流狭窄層を形成する半導体レーザが、特開平１０−２９４５２９号公報、特開平９−２３２６８０号公報及び特開平８−８８４４１号公報に開示されている。
特開平１０−２９４５２９号公報には、ｐ型クラッド層の上のリッジの側方に光閉じ込め層を形成することにより、屈折率差を利用して光を閉じ込めることが記載されているが、光閉じ込め層の材料としてｐ型クラッド層よりも屈折率の大きなInGaN を用いることが示されている。このような屈折率の大きな材料によれば、高次モードがたちやすいという不都合がある。
【００１１】
また、特開平８−９７５０２号公報には、ｐ型クラッド層の中に電流阻止層を形成した例が記載されているが、その材料はInGaN やシリコン等であり、光吸収材料を用いることを特徴としており、横モードの制御は十分になされない。しかも、その電流阻止層に電流路を形成するために、フォトリソグラフィー法を用いているので、そのフォトリソグラフィー法にドライエッチングを用いると、その下方の活性層の発光部分にエッチングダメージを与えてしまい、発光特性を悪くする。
【００１２】
さらに、特開平９−２３２６８０号公報には、電流狭窄層としてAlN 層を用いた例が記載されているが、クラッド層のリッジの両側をAlN 層で埋め込む構造となっており、図１(b) で示したと同じようにｐ側電極とのコンタクト領域を確保するためにはクラッド層の幅を広げざるを得ない。しかも、そのAlN 層の膜厚は、クラッド層と同じかそれ以上であって１μｍと厚く、光閉じ込めが強くなりすぎ、高次モードがたちやすい。
【００１３】
また、特開平８−８８４４１号公報には、ｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層の間に、電流狭窄層としてAlN 層を形成した例が記載されているが、横モード制御を有効に行うものではない。
本発明の目的は、電極とのコンタクトを任意に且つ大きくとるとともに、横モードを所望の幅に制御することが容易な半導体発光装置と、横モード制御構造を形成する際に活性層の電流路にダメージを与えない工程を含む半導体発光装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、基板の上に一導電型クラッド層を形成する工程と、前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の反対導電型クラッド層の上に断面が逆メサ形状又はＴ字型のストライプ状のマスク層を形成する工程と、前記マスク層を含む基板表面にスパッタ法でAlN 層を形成する工程と、前記マスク層をエッチングできる溶液を用いて前記マスク層をエッチングするとともに、前記マスク層の側壁及び上面に形成された前記AlN 層をリフトオフする工程と、前記AlN 層の上と前記第１の反対導電型クラッド層の上に第２の反対導電型クラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法によって解決される。この場合、前記AlN 層は、基板温度５００℃以下で形成されてもよい。
【００１６】
上記した課題は、窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい窒化ガリウム系化合物半導体からなり、且つ前記活性層を挟む上部クラッド層と下部クラッド層と、前記上部クラッド層の中で電流狭窄領域に形成され、且つ電流通過領域に開口を有するAlN 又はAlGaN 又はGaN からなる電流狭窄用の絶縁層と、前記絶縁層の下側の前記上部クラッド層の不純物が不活性化された高抵抗領域とを有することを特徴とする半導体発光装置によって解決される。この場合、前記高抵抗領域には水素、窒素、アルゴンが導入されている。また、前記絶縁層は、前記電流通過領域の両側で立ち上がっていて、前記絶縁層の立ち上がっている部分を除く前記絶縁層の下側の前記上部クラッド層に前記高抵抗領域が形成されているようにしてもよい。
【００１７】
上記した課題は、一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程と、前記マスクと前記第１の反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層をスパッタ法で形成する工程と、前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去して、前記第１の反対導電型クラッド層の前記メサ部が形成されていない領域及び前記メサ部の側面の上に前記絶縁層を残す工程と、前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の前記メサ部の上面の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法によって解決される。
【００１８】
上記した課題は、一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、前記一導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、前記マスクと前記第１の反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層をスパッタ法で形成する工程と、前記マスクに覆われない領域の前記第１の反対導電型クラッド層に水素、窒素、アルゴンのいずれかを外部から導入して高抵抗層を形成する工程と、前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去する工程と、前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法によって解決される。この場合、前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして少なくとも前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程をさらに有するようにしてもよい。
【００１９】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明に関連する発明によれば、III 族窒化物よりなる活性層の上又は下に形成されるクラッド層の中に、横モード制御層として０ｎｍより大きくて３００ｎｍ以下の厚さのAlN 層を挿入している。その横モード制御層は電流狭窄層としても機能する。
AlN 層は、AlGaN 層に比べて、クラッド層との屈折率差を小さくすることができ、高次モードがたちにくい。しかも、AlN 層の厚さを０ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上にすることにより基本モードの発振が可能になり、また、３００ｎｍ以下にすることにより、他モード発振を防ぐことができる。さらに、AlN 層を３００ｎｍ以下にすると、クラックの発生が抑制されることも期待される。
【００２０】
そのAlN 層は、ｐ型又はｎ型のクラッド層の中に形成されているので、活性層の上又は下のクラッド層の厚さを減らさずに、AlN 層だけを活性層に近づけて電流狭窄することができ、閾値電流の低減が図れるばかりでなく、クラッド層の上方に形成される電極の幅を狭くする必要が無くなる。
また、本発明によれば、クラッド層の上にマスクを形成した後に、クラッド層とマスクの上にAlN 横モード制御層を形成し、ついで、マスクを除去することによりAlN 横モード制御層に電流路となる開口を形成するようにしたので、AlN 層を形成する際にマスクによって活性層が保護されて活性層にダメージが入ることはない。しかも、AlN 層をウェットエッチングしていないので、その開口の幅が制御され、余分に広がることはない。
【００２１】
さらに、本発明に関連する発明によれば、上記したクラッド層に形成される横モード制御層のうち開口の側方を立ち上げるような構造を採用したので、横モード制御層を形成する際に、厚いクラッド層によって活性層の発光領域が保護される。しかも、発光領域の両側では、光閉じ込め層が活性層に近づいているので、横モード制御が良好になされ、また、クラッド層内での電流の広がりを抑制して閾値電流が低減する。
【００２２】
本発明では、横モード制御層の下にさらに高抵抗層を形成したので、クラッド層内での電流の広がりがさらに抑制され、閾値電流がより低減する。さらに、その活性層の上のクラッド層にメサ部を形成するために、クラッド層をドライエッチングする方法を採用すると、より一層の電流狭窄効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図２(a) は、本発明の第１の観点に係る発明を説明する断面図である。
図２(a) において、SiC 基板１の上には、ｎ型AlGaN クラッド層２、ｎ型GaN ＳＣＨ層３、アンドープInGaN 活性層４、ｐ型GaN ＳＣＨ層５、第１のｐ型AlGaN クラッド層６が順に形成されている。また、第１のｐ型AlGaN クラッド層６の上には、ストライプ状の開口７ａを有するAlN 横モード制御層７が形成されている。さらに、開口７ａから露出したｐ型AlGaN クラッド層６の上とAlN 横モード制御層７の上には、第２のｐ型AlGaN クラッド層８が形成され、そのｐ型AlGaN クラッド層８の上には、ｐ型GaN コンタクト層９が形成されている。
【００２４】
SiC 基板１の上の各層は、ＭＯＶＰＥ法などにより３回の結晶成長工程で形成される。
なお、コンタクト層９の上にはｐ側電極１０ｐが形成され、SiC 基板１の下にはｎ側電極１０ｎが形成されている。
図２(b) において、SiC 基板１１の上には、第１のｎ型AlGaN クラッド層１２、AlN 横モード制御層１３が順に形成され、そのAlN 横モード制御層１３には、ストライプ状の開口１３ａが形成されている。そのAlN 横モード制御層１３の上と開口１３ａの中には、第２のｎ型AlGaN クラッド層１４が形成され、その第２のｎ型AlGaN クラッド層１４の上には、ｎ型GaN ＳＣＨ層１５、アンドープのInGaN 活性層１６、ｐ型GaN ＳＣＨ層１７、ｐ型AlGaN クラッド層１８，ｐ型GaN コンタクト層１９が順に形成されている。
【００２５】
SiC 基板１１の上の各層は、ＭＯＶＰＥ法などにより３回の結晶成長工程で形成される。
なお、コンタクト層１９の上にはｐ側電極２０ｐが形成され、SiC 基板１１の下にはｎ側電極２０ｎが形成されている。
図２(a),(b) に示したように、ストライプ状に延びる開口７ａ、１３ａを有するAlN 横モード制御層７，１３をｐ型又はｎ型クラッド層６，８、２１，１４内に挿入すると、AlN 横モード層７，１３とクラッド層６，８、２１，１４に屈折率差が生じるために、光をストライプに対応した位置に閉じ込めることが可能になる。
【００２６】
したがって、リッジ構造を採らずにAlN 横モード制御層７，１３によって閉じ込め効果が得られるため、このAlN 横モード制御層７，１３の間隔を任意に選択することで、ｐ側電極１０ｐ，２０ｐとのコンタクトを大きくすることが可能でありながら、横モードを所望の値に制御することが可能となる。
このとき、AlN 横モード制御層７，１３の厚さは０ｎｍより大きく３００ｎｍ以下程度にしている。これは、厚さを０ｎｍより大きく、好ましくは１ｎｍ以上にすることで、基本モードの発振が可能となり、３００ｎｍ以下とすることで、多モード発振を防ぐことができるからである。なお、膜厚をそのような範囲にすることで、AlN 横モード制御層７，１３のクラックの発生を抑制するという効果も期待できる。
【００２７】
AlN 横モード制御層７，１３は、図２(a),(b) に示すように、ｐ型、ｎ型どちらのクラッド層の間に挿入しても効果があり、図には示さないが、両方の層に挿入してもよい。ｐ側、ｎ側の両方のクラッド層に挿入した場合には、ビーム形状の縦横比を１に近づけることができ、光ディスク等の光源としてより適したものとなる。
【００２８】
しかも、図２(a) に示すように、AlN 横モード制御層７をｐ型クラッド層６、８の間に設けた場合には、電流狭窄の効果も期待でき、ｐ側電極１０ｐから注入されたキャリアが活性層４付近で広がらなくなるので、閾値電流を低減する効果もある。
図３(a),(b) は、図２(a),(b) で示したAlN 横モード制御層７，１３の形成と開口７ａ、１３ａの形成を示している。
【００２９】
まず、図３(a) に示すように、SiO2などから形成されたストライプ状のマスク２１を基板１（１１）の上のクラッド層６（１２）の上に形成する。続いて、ストライプ状のマスク２１とクラッド層６（１２）の段差を覆うように全面に横モード制御層７（１３）を構成するAlN 層２２をＭＯＶＰＥ法、ＥＣＲスパッタ法等により成長する。この場合、マスク２１の側面部では薄く、クラッド層２１及びマスク２１のそれぞれの上面で厚くなるようにAlN 層２２が形成される。
【００３０】
従って、マスク２１をエッチングするための溶液、例えばフッ酸にマスク２１を浸すと、マスク２１の側面上の薄いAlN 層２２ａと、マスク上面上の厚いAlN 層２２ｂがリフトオフされ、クラッド層６（１２）上にのみAlN 層２２ｃが残り、そのAlN 層２２ｃは横モード制御層７（１３）として使用される。
マスク２１の厚さはAlN 層２２の厚さの１．５倍以上あれば、マスク２１の側壁の上部で薄いAlN 層２２ａが形成されるが、その厚膜比を５倍より大きくすることにより、側壁の上部でのAlN 層２２ａを十分薄くすることができ、ストライプの開口２２ａ（７ａ、１３ａ）のエッジの直線性をよくすることができる。
【００３１】
さらに、AlN 層２２を除去する領域の間隔（開口幅）を１ｍｍ以内、好ましくは３００μｍ以内とすることにより、AlN 膜２２内の応力を分散して、AlN 膜２２のクラックの発生を抑制できることになる。
以上のような横モード制御層の形成工程を採用すると、活性層４，１６の発光部の直上又は直下は、マスク２１で保護された状態となり、その後のエッチングや層成長において発光部がプラズマ雰囲気に曝されることがなく、発光部にダメージが入ることを防ぐことができる。
【００３２】
ところで、AlN 層２２にストライプ状の開口２２ａを形成する場合に、通常のフォトリソグラフィー法を用いると次のような問題がある。
即ち、フォトリソグラフィーの際に、例えばリン酸を使用してAlN 層をエッチングすると、AlN 層のリン酸に対するエッチングレートはｃ軸方向に比べてａ軸方向の方が大きいため、AlN 層のサイドエッチング量が大きくなって開口２２ａの幅の制御が困難になる。また、ドライエッチング法を用いてAlN 層をエッチングして開口を形成すると、活性層４，１６の直上又は直下をドライエッチングすることになり、エッチングダメージの影響が活性層４，１６の発光部にまで及ぶために、発光特性を悪くするという問題が生じる。
【００３３】
また、GaN 系半導体レーザのクラッド層としてAlx Ga1-x N を用いる場合には、一般に０＜ｘ≦０．２で用いられるが、そのようなAlx Ga1-x N 層の上にAlN 層を成長すると、格子不整合によりAlN 層に強い引っ張り応力がかかり、クラックが発生するという問題が生じる。
それらの問題は、上記したようなパターニング方法によって解決される。
【００３４】
次に、上記したようなAlN 層のパターニング方法を用いて半導体レーザを形成する工程について説明する。
まず、図４(a) に示すように、6H−SiC よりなる基板３１の（０００１）面の上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ型AlGaN よりなるｎ型クラッド層３２、ｎ型GaN よりなるｎ型ＳＣＨ層３３、アンドープInGaN よりなる活性層３４、ｐ型GaN よりなるｐ型光閉込層３５、ｐ型AlGaN よりなる第１のｐ型クラッド層３６をそれぞれ１５００ｎｍ、１００ｎｍ、１０ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍの厚さに順に形成する。
【００３５】
次に、第１のｐ型クラッド層３６の上にSiO2膜３７を熱ＣＶＤ法により５〜２０００ｎｍの厚さに形成した後に、図４(b) に示すように、フォトリソグラフィー法によりSiO2膜３７をパターニングして幅０．１〜２μｍのストライプ状に残す。この場合、特に図示しないが、ストライプ状のSiO2膜３７のピッチを１０〜１０００μｍとして複数形成する。
【００３６】
さらに、SiO2膜３７等を純水により洗浄した後に、基板３１を室温〜５００℃、好ましくは１００℃〜４００℃の温度に加熱した状態で、図５(a) に示すように、第１のｐ型クラッド層３６及びストライプ状のSiO2膜３７の上にAlN 層３８をＥＣＲスパッタ法により０ｎｍより大きく、好ましくは１ｎｍ以上で、３００ｎｍ以下の厚さに形成する。
【００３７】
続いて、図５(b) に示すように、基板３１及びその上の各層をフッ酸溶液に３０秒〜５分間浸すと、SiO2膜３７が除去されるとともに、SiO2膜３７上のAlN 層３８がリフトオフされ、AlN 層３８には幅１〜２μｍの開口３８ｗが形成される。その開口を有するAlN 層３８は、横モード制御層３８ａとして使用される。そのリフトオフは、フッ酸処理後の純水洗浄又は超音波洗浄の際になされることがある。
【００３８】
なお、リフトオフされるAlN 層３８は、SiO2膜３７の側部の薄い部分とその上面上の厚い部分である。
次に、図６(a) に示すように、横モード制御層３８ａ上と開口３８ｗ内に、厚さ５００ｎｍのｐ型AlGaN よりなる第２のｐ型クラッド層３９と、厚さ５０ｎｍのｐ型GaN よりなるコンタクト層４０をＭＯＶＰＥ法により順に形成する。
【００３９】
さらに、図６(b) に示すように、ｐ側電極３０としてニッケル金（NiAu）を蒸着法でコンタクト層４０の上に形成し、さらに、ｎ側電極２９としてチタンアルミニウム（TiAl）を蒸着法により基板４１の下面に形成する。
その後に、基板３１及びその上の各半導体層を、開口３８ｗの延在方向に対して垂直に劈開し、これにより共振器を作成する。さらに、チップ分離、ボンディング工程を経てレーザ装置が完成する。
【００４０】
そのような半導体レーザにおいては、AlN 横モード制御層３８ａを０ｎｍ以上で３００ｎｍ以下の厚さに形成しているので、横方向の光閉じ込めが有効になされて横モードが制御されるとともに、高次モードの発生が防止される。
また、AlN 横モード制御層３８ａをリフトオフ法によりパターニングしているために、ドライエッチング法を用いることにより生じる活性層及びその近傍へのダメージを未然に防止することができる。また、ウェットエッチング法を用いることにより生じるAlN 層３８の急激なサイドエッチングを防いで、開口３８ｗの寸法を精度良く形成することができる。
【００４１】
さらに、AlN 層３８をＥＣＲスパッタ法により形成しているので、ＭＯＶＰＥ法により形成する場合に比べて、基板温度を５００℃以下の低温に抑えながらAlN 層３８を単結晶成長することにより、活性層３４の熱劣化を防ぐことができとともに、下地層との熱膨張係数差によるAlN 層３８のクラック発生を抑えることができる。
【００４２】
なお、スパッタ法によりAlN 層３８を形成する場合には、基板３１がプラズマに曝されることになるが、活性層３８の発光部の直上又は直下の位置にはリフトオフ用のマスク（SiO2層）３７が形成されているので、そのマスク３７が活性層３４の保護膜となってダメージの発生が防止される。
また、スパッタ法の一例としてＥＣＲスパッタ法を用いたが、AlN をターゲットとして用いる通常のスパッタ法や、アルミニウムをターゲットとして窒素ガスを用いてスパッタするリアクティブイオンスパッタ法など、その他のスパッタ法を用いてもよい。
【００４３】
次に、AlN 層３８をパターニングする場合に使用するリフトオフ法の別な例を説明する。
図７(a),(b) は、リフトオフ法の別な例を説明する斜視図であり、図３〜図６と同じ符号は同じ要素を示している。この例において図４(b) と異なる点は、ストライプ状のSiO2膜の断面形状を逆メサ形状にしたことである。
【００４４】
まず、図７(a) に示すように、第１のｐ型クラッド層３６の上に熱ＣＶＤ法により、下から上に向かってリン濃度が下がるようにSiO2膜２７を２〜８００ｎｍの厚さに形成し、続いて、レジスト（不図示）をマスクにしてフッ酸溶液を使用してそのSiO2膜２７をストライプ状に残す。なお、SiO2膜２７を形成するためのソースガスとしてシランと水の混合ガスを使用し、リンのソースガスとしてホフフィン(PH3) を使用する。
【００４５】
SiO2膜２７のフッ酸溶液に対するエッチングレートは、リンなどの不純物の濃度に依存することが知られている。従って、SiO2膜２７のうち下層部のリン濃度を高くし、上層にいくにつれてリン濃度が低くなるようにＣＶＤ法によって形成すると、フッ酸溶液に対するエッチングレートが下になるほど早くなるので、ストライプ状のSiO2膜２７は逆メサ状になる。
【００４６】
そして、レジストを除去した後に、図７(b) に示すようにAlN 層３８を０ｎｍより大きく、好ましくは１ｎｍ以上で、３００ｎｍ以下の厚さになるようにＥＣＲスパッタ法により形成する。この場合、ストライプ状のSiO2膜２７は逆メサとなっているために、AlN 層３８の厚さはSiO2膜２７の側壁で極めて薄くなり、SiO2膜２８上のAlN 層３８のリフトオフが容易になる。
【００４７】
従って、AlN 層３８の厚さに比べてSiO2層２７の厚さをそれほど厚くしなくてもリフトオフが可能になる。
なお、上記した例では、SiO2膜２７中のリン濃度を厚さ方向に変化させることでSiO2膜２７のエッチングレートを変化させた。その他に、SiO2の代わりにSiON膜を用いてその窒素濃度を膜厚方向に変化させることによりエッチングレートを膜厚方向に変化させることも可能である。この場合、窒素の含有量が多いほどフッ酸によるエッチングレートが小さくなるので、SiON膜の成長が進むにつれて窒素の含有量を多くすると、SiON膜をフォトリソグラフィー法によりストライプ状に形成した後の断面は逆ストライプ形状になる。なお、SiON膜のソースガスとして、シランとアンモニウムと酸素の混合ガスを用いる。
【００４８】
次に、リフトオフ法のさらに別な例を図８(a),(b) に基づいて説明する。この例において、図７(a) (b) と異なる点は、ストライプ状のSiO2膜の断面形状をＴ型にしたことである。
まず、第１のｐ型クラッド層３６の上に、第１のSiO2膜２５ａをスパッタ法により１〜４００ｎｍの厚さに形成し、つづいて、第１のSiO2膜２５ａの上に第２のSiO2膜２５ｂを熱ＣＶＤ法により１〜４００ｎｍの厚さに形成する。
【００４９】
次に、ストライプ状のレジスト（不図示）をマスクにしてフッ酸系溶液によりSiO2膜２５ａ，２５ｂをエッチングし、その後に、そのレジストを除去する。この場合、スパッタ法により形成した第１のSiO2膜２５ａは、ＣＶＤ法により形成した第２のSiO2膜２５ｂに比べてフッ酸系溶液に対するエッチングレートが大きいため、図８(a) に示すように、断面がＴ字型の形状を得ることができる。これにより形成された第１及び第２のSiO2膜２５ａ、２５ｂによってリフトオフ用マスク２５が形成される。
【００５０】
続いて、図８(b) に示すように、AlN 層３８を０ｎｍより大きく、好ましくは１ｎｍ以上で、３００ｎｍ以下の厚さにＥＣＲスパッタ法により形成すると、断面Ｔ字型のリフトオフ用マスク２５の側部ではAlN 層３８が極めて薄くなり、リフトオフ用マスク２５上のリフトオフが容易になる。
なお、この例では、SiO2膜２５ａ，２５ｂの形成方法を変えて、リフトオフ用マスクの上部と下部のエッチングレートを変化させたが、SiO2膜の下層と上層でリン濃度を変えたり、或いは、SiO2膜とSiN 膜を形成することにより、エッチャントに対するエッチングレートが下層の方が大きくなるようにしても良い。
【００５１】
なお、上記した実施形態では、AlN 層３８をＥＣＲスパッタ法により形成したが、熱処理条件的に許されるならば、ＭＯＶＰＥ法を用いて形成してもよい。
また、上記した実施形態では、横モード制御層をクラッド層中に形成したがＳＣＨ層とクラッド層の間に挿入しても同様な効果が得られるし、ｐ型クラッド層側でなくｎ型クラッド層側に形成しても、或いはそれら双方に形成してもよい。さらには、ＳＣＨ層内に、又はＳＣＨ層と活性層の間に挿入しても同様な効果が得られる。
【００５２】
上記した例では、活性層としてInGaN 層を用いているが、他のIII 族窒化化合物を用いてもよく、単層ではなく多層量子井戸構造を用いてもよい。
さらに、上記した例では、III-Ｖ族化合物として、III 族窒化化合物を用いた例を示したが、AlN 層を用いる他のIII-Ｖ族化合物についても本発明を適用することが可能である。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、活性層とAlN 横モード制御層の間にクラッド層が形成されている。そのAlN 横モード制御層と活性層の距離、即ちクラッド層の厚さが０．１μｍ以上になると、AlN 横モード制御層の開口を通る電流はクラッド層で横に広がって、半導体レーザの閾値電流が増大する原因となる。その反対に、AlN 横モード制御層と活性層の間のクラッド層を薄く形成すると、AlN 横モード制御層の形成時に活性層にダメージを与えたり、AlN の成膜がうまく制御できず、AlN 横モード制御層の表面モホロジーが劣化するおそれがある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、閾値電流を増大させずに横モード制御を行うことができる半導体レーザとその製造方法について説明する。
まず、図９(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型炭化シリコン(SiC) 基板４１の（０００１）面の上に、厚さ１．５μｍのｎ型（n-）Al0.09Ga0.91N クラッド層４２、厚さ１００ｎｍのn-GaN ＳＣＨ層４３、アンドープInGaN 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４４、厚さ２０ｎｍのｐ型（p-）Al0.18Ga0.82N エレクトロンブロック層４５、厚さ１００ｎｍのp-GaN ＳＣＨ層４６、厚さ０μｍより大きくて５μｍ以下の第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７をそれぞれ順に成長する。
【００５４】
多重量子井戸活性層４４は、４つのIn0.03Ga0.97N バリア層のそれぞれの間にIn0.15Ga0.85N 井戸層を挟んだ構造を有している。そのバリア層は５ｎｍ、井戸層は４ｎｍの厚さである。
次に、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の上に熱ＣＶＤ法によりSiO2膜４８を３００ｎｍの厚さに形成する。続いて、図９(b) に示すように、そのSiO2膜をフォトリソグラフィー法により、幅０．５〜２．０μｍ、例えば１．５μｍのストライプ形状にパターニングしてこれをマスク４８として使用する。
【００５５】
その後に、マスク４８に覆われない領域の第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７をエッチングする。このエッチングは、図９(c) に示すように第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の一部が残る深さ、例えば０．２μｍまで行ってもよいし、或いは、n-Al0.09Ga0.91N クラッド層４２に達する深さまで行ってもよいし、或いは、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７とn-Al0.09Ga0.91N クラッド層４２の間の深さまで行ってもよい。
【００５６】
そのエッチングの際に活性層４４の発光領域はマスク４８によって保護されているので、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７のエッチングによりマスク４８の両側で活性層４４などにダメージが入っても特に問題はない。そのエッチングにより、マスク４８の下には第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７のメサ部４７ａが形成され、そのメサ部４７ａの上面は、幅０．５〜２．０μｍのストライプ形状になる。
【００５７】
次に、図１０(a) に示すように、ＥＣＲスパッタ法を用いて、マスク４８及び第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の上に絶縁性のAlN 層４９を２０ｎｍの厚さに形成する。
続いて、メサ部４７ａの上のマスク４８をフッ酸によってエッチングすることにより、マスク４８上のAlN 層４９をリフトオフしてメサ部４７ａの側方に残ったAlN 層４９を横モード制御層として使用する。これにより、図１０(b) に示すように、メサ部４７ａの上面がAlN 層４９から露出し、AlN 層４９に電流通過用の開口が形成され、AlN 層４９がメサ部４７ａの側面に沿って立ち上がった状態になる。立ち上がっている部分のうち活性層４４の上面に対する最大の角度は３０゜より大きく且つ１５０゜より小さい。AlN 層４９の立ち上がり部分の活性層４４に対する角度は位置によって異なる。
【００５８】
次に、ＭＯＣＶＤ法により２回目の結晶成長を行う。
即ち、図１０(c) に示すように、AlN 層４９とメサ部４７ａの上面に、第２のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層５０とp-GaN コンタクト層５１をそれぞれ１０ｎｍ〜３０００ｎｍ（例えば７００ｎｍ）、０．０５μｍの厚さに形成する。この場合、クラッド層５０とコンタクト層５１は、AlN 層４９上で結晶成長する。
【００５９】
なお、AlN 層４９の代わりに、絶縁性のAlGaN 、GaN 又はSi3N4 のいずれかの層をＭＯＣＶＤ、ＥＣＲによって成長してもよく、その膜の上に形成されるクラッド層５０は結晶化する。
その後に、図１１に示すように、コンタクト層５１の上にSiO2よりなる絶縁膜５２を形成し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングしてメサ部４７ａの上方に開口５２ａを形成する。その後に、コンタクト層５１に接続されるｐ側電極５３を開口部５２ａの中とその周辺の絶縁膜５２の上に形成する。
【００６０】
さらに、SiC 基板４１の下にｎ側電極５３を形成する。
なお、コンタクト層５１の上に絶縁層を形成する工程を経ることなく、コンタクト層５１の上にｐ側電極５３を形成してもよい。この場合、コンタクト層５１に供給された電流は、AlN 層４９のみによって電流狭窄される。
以上により、半導体レーザの基本的構造が完成する。
【００６１】
上記したような工程では、活性層４４の上方に第１のクラッド層４７を形成した後に、発光領域の両側の第１のクラッド層４７をエッチングすることによって、その領域で第１のクラッド層４７の膜厚を減らすとともに、発光領域の上にメサ部４７ａを形成するようにしている。
したがって、活性層４４の発光領域の上の第１のクラッド層４７を厚く形成しても、メサ部４７ａを流れる電流がその両側に広がりにくくなり、半導体レーザの閾値の低減が可能になる。図１２の実線ａは、本実施形態の半導体レーザの電流・出力特性を示し、図１２の破線ｂは、第１実施形態の半導体レーザの電流・出力特性を示している。図１２では、本実施形態の半導体レーザの閾値は、第１実施形態の半導体レーザの閾値よりも小さくなっっている。
【００６２】
また、発光領域の上の第１のクラッド層４７が厚くなっているので、その上にＥＣＲによりAlN 層４９を形成する時に、発光領域の活性層４４にダメージを与えることはなくなり、そのAlN 層４９の成膜の制御が容易になって表面モフォロジーが劣化しなくなる。
さらに、本実施形態では、第１実施形態と同様に、AlN 層４９によって電流を狭窄しているので、上側電極５３とコンタクト層５１とのコンタクト面積を大きくすることができ、コンタクト抵抗を低減でき、これにより素子抵抗を下げることができる。
【００６３】
なお、上記したSiC 基板の代わりにサファイア基板、GaN 基板等を用いてもよい。また、バッファ、クラッドの組成と厚み、活性層の組成、厚さ、井戸層数などは、それらの層がAlGaInN 系の材料であれば上記の構成に限定されない。
さらに、マスク４８の材料はSiO2に限定されるものではなく、SiONその他の絶縁膜を用いてもよい。
（第３の実施の形態）
図１３〜図１５は、第３の実施の形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図である。
【００６４】
まず、図１３(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型炭化シリコン(SiC) 基板４１の（０００１）面の上に、n-Al0.09Ga0.91N クラッド層４２、n-GaN ＳＣＨ層４３、nGaN多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層４４、p-Al0.18Ga0.82N エレクトロンブロック層４５、p-GaN ＳＣＨ層４６、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７をそれぞれ順に成長する。それらの層の厚さ、組成は、例えば第２実施形態と同じにする。
【００６５】
次に、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の上にストライプ状のマスク４８を形成する。そのマスク４８は、幅０．５〜２．０μｍのストライプ形状を有し、厚さ３００ｎｍのSiO2膜から構成される。そのマスク４８は、第２実施形態に示した方法によってパターニングされる。
さらに、マスク４８に覆われない領域の層をエッチングする。エッチングの深さは、図１３(c) に示すように、第１実施形態と同様にする。そのエッチングにより、マスク４８の下には第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７のメサ部４７ａが形成される。
【００６６】
このエッチングの際に、活性層４４の発光領域はマスク４８によって保護されているので、その領域でダメージが入ることはない。
次に、図１４(a) に示すように、マスク４８の両側に水素イオンを注入し、又は水素を拡散することにより、マスク４８の両側で第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７のアクセプタを不活性化し、そこに高抵抗層４７ｂを形成する。高抵抗層４７ｂは、図１４(a) に示すように第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の中だけに形成されれてもよいし、n-Al0.09Ga0.91N クラッド層４２にまで達する深さに形成されてもよい。
【００６７】
その高抵抗層４７ｂを形成する場合に、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７の上面から注入又は拡散される元素は、水素に限られるものではなく、窒素、アルゴン等であってもよい。また、その元素の拡散の方法としては、その元素を含む雰囲気中でのアニール、又は、ＥＣＲ装置によるイオンの拡散が挙げられる。
【００６８】
その後に、図１４(b) に示すように、ＥＣＲスパッタ法を用いて、マスク４８、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層４７及び高抵抗層４７ｂの上に、絶縁性のAlN 層４９を２０ｎｍの厚さに形成する。
続いて、メサ部４７ａの上のマスク４８をフッ酸によってエッチングすることにより、マスク４８上のAlN 層４９をリフトオフする。これにより、図１４(c) に示すように、AlN 層４９はメサ部４７ａの側面に沿って残り、AlN 層４９にはメサ部４７ａ上に開口が形成される。
【００６９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により２回目の結晶成長を行う。即ち、図１５(a) に示すように、AlN 層４９とメサ部４７ａの上に、第２のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層５０とp-GaN コンタクト層５１をそれぞれ０．７μｍ、０．０５μｍの厚さに形成する。
この場合、メサ部４７ａの上だけでなくAlN 層４９の上でも、クラッド層５０とコンタクト層５１は結晶成長する。なお、AlN 層４９の代わりに、絶縁性のAlGaN 、GaN 又はSi3N4 のいずれかの層をＭＯＣＶＤ、ＥＣＲによって成長してもよく、その膜の上に形成されるクラッド層５０は結晶化する。
【００７０】
その後に、図１５(b) に示すように、コンタクト層５１の上にSiO2よりなる絶縁膜５２を形成し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングしてメサ部４７ａの上に開口５２ａを形成する。その後に、コンタクト層５１に接続されるｐ側電極５３を開口部５２ａ内とその周辺の絶縁膜５２上に形成する。
さらに、SiC 基板４１の下にｎ側電極５３を形成する。
【００７１】
以上の工程により青色発光半導体レーザが完成する。
上述した半導体レーザによれば、第２実施形態の半導体レーザと同様に、AlN 層４９の表面モフォロジーの劣化を抑制し、発光領域の活性層４４の劣化を減らし、発光領域の両側への電流の拡散を抑制できる。
しかも、メサ部４７ａの両側に高抵抗層４７ｂを形成したので、第２実施形態で示した半導体レーザよりもメサ部４７ａの両側に流れる電流をさらに低減することができ、閾値電流をより低下することが可能になる。
【００７２】
また、本実施形態においても、AlN 層４９が横モード制御層兼電流狭窄層として機能するので、上側の電極５３とコンタクト層５１とのコンタクト面積を大きくでき、第２の実施の形態と同様に、コンタクト抵抗を低減でき、これにより素子抵抗を下げることができる。
なお、上記したSiC 基板の代わりにサファイア基板、GaN 基板等を用いてもよい。また、バッファ、クラッドの組成と厚み、活性層の組成、厚さ、井戸層数などは、それらの層がAlGaInN 系の材料であれば上記の構成に限定されない。
【００７３】
さらに、マスク４８の材料はSiO2に限定されるものではなく、その他の材料を用いてもよい。
（第４の実施の形態）
第３の実施の形態では、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層に形成されたメサ部と、そのメサ部の両側に形成された高抵抗層を有する構造を採用しているが、そのメサ部を省略してもよく、以下にそのような構造の一例を説明する。
【００７４】
まず、図１６(a) に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型炭化シリコン(SiC) 基板６１の（０００１）面の上に、厚さ１．５μｍのｎ型（n-）Al0.09Ga0.91N クラッド６２、厚さ１００ｎｍのn-GaN ＳＣＨ層６３、アンドープInGaN 多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６４、厚さ２０ｎｍのｐ型（p-）Al0.18Ga0.82N エレクトロンブロック層６５、厚さ１００ｎｍのp-GaN ＳＣＨ層６６、厚さ０μｍより大きくて５μｍ以下の第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７をそれぞれ順に成長する。
【００７５】
多重量子井戸活性層６４は、４つのIn0.03Ga0.97N バリア層のそれぞれの間にIn0.15Ga0.85N 井戸層を挟んだ構造を有している。そのバリア層は５ｎｍ、井戸層は４ｎｍの厚さである。
次に、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７の上に熱ＣＶＤ法によりSiO2膜６８を３００ｎｍの厚さに形成する。続いて、図１６(b) に示すように、そのSiO2膜をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、幅０．５〜２．０μｍ、例えば１．５μｍのストライプ形状にパターニングしてこれをマスク６８として使用する。
【００７６】
次に、図１６(c) に示すように、マスク６８の両側に水素イオンを注入し、又は水素を拡散することにより、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７のうちマスク６８に覆われていない領域のアクセプタを不活性化してそこに高抵抗層６９を形成する。高抵抗層６９は、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７の中だけに形成されてもよいし、図１６(c) に示すようにp-GaN ＳＣＨ層６６に達する深さに形成されてもよいし、n-Al0.09Ga0.91N クラッド層６２に達する深さに形成されてもよい。
【００７７】
その高抵抗層６９を形成する場合に、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７の上面から注入又は拡散される元素としては、水素に限られるものではなく、窒素、アルゴン等であってもよい。また、その元素の拡散の方法としては、その元素を含む雰囲気中でのアニール、又は、ＥＣＲ装置によるイオンの拡散が挙げられる。
【００７８】
その後に、図１７(a) に示すように、ＥＣＲスパッタ法を用いて、マスク６８、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７及び高抵抗層６９の上に絶縁性のAlN 層７０を２０ｎｍの厚さに形成する。
続いて、マスク６８をフッ酸によってエッチングすることにより、マスク６８上のAlN 層７０をリフトオフする。これにより、図１７(b) に示すように、AlN 層７０には開口が形成され、その開口から第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７が露出する。リフトオフにより残ったAlN 層７０は、横モード制御層兼電流狭窄層として機能する。
【００７９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により２回目の結晶成長を行う。即ち、図１７(c) に示すように、AlN 層７０と第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７の上面に、第２のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層７１とp-GaN コンタクト層７２を０．７μｍ、０．０５μｍの厚さに形成する。
この場合、第１のp-Al0.09Ga0.91N クラッド層６７の上だけでなくAlN 層７０の上でも、クラッド層６０とコンタクト層６１は結晶成長する。なお、AlN 層７０の代わりに、絶縁性のAlGaN 、GaN 又はSi3N4 のいずれかの層をＭＯＣＶＤ、ＥＣＲによって成長してもよく、その膜の上に形成されるクラッド層７１は結晶化する。
【００８０】
その後に、図１８に示すように、コンタクト層７２の上にSiO2よりなる絶縁膜７３を形成し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングして発光領域の上方に開口７３ａを形成する。その後に、コンタクト層７２に接続されるｐ側電極７４を開口部７３ａ内とその周辺の絶縁膜７３の上に形成する。さらに、SiC 基板６１の下にｎ側電極７５を形成する。
【００８１】
以上により青色発光半導体レーザの基本的構造が完成する。
上記したような工程において、第１のクラッド層６７のうち発光領域の上方以外の領域にイオン注入又は拡散により高抵抗層６９を形成することによって、AlN 層７０の下側に、第１のクラッド層６７を実質的にメサ状にするようにしている。
【００８２】
したがって、活性層６４の発光領域の上の第１のクラッド層６７を厚くして、その上にＥＣＲによりAlN 層７０を形成することにより、活性層６４の発光領域にダメージを与えることはなくなり、そのAlN 層７０の成膜の制御が容易になってその表面モフォロジーが劣化しなくなる。
また、発光領域の両側の第１のクラッド層６７は、高抵抗層６９の形成によって実質的に薄くされているので、発光領域以外に形成された第１のクラッド層６７に電流が広がって流れることを抑制でき、閾値の低減が可能になる。
【００８３】
本実施形態においては、AlN 層７０と高抵抗層６９が電流狭窄層として機能するので、上側の電極６３とコンタクト層６１とのコンタクト面積を大きくでき、これによりコンタクト抵抗が低減し、素子抵抗が下がる。
なお、上記したSiC 基板の代わりにサファイア基板、GaN 基板等を用いてもよい。また、バッファ、クラッドの組成と厚み、活性層の組成、厚さ、井戸層数などは、それらの層がAlGaInN 系の材料であれば上記の構成に限定されない。
【００８４】
さらに、マスク４８の材料はSiO2に限定されるものではなく、その他の材料を用いてもよい。
｛付  記｝
（１）一導電型クラッド層と反対導電型クラッド層に挟まれてIII 族窒化物よりなる活性層と、前記一導電型クラッド層又は前記反対導電型クラッド層の少なくとも一方のクラッド層内若しくは前記少なくとも一方のクラッド層と活性層との間に形成された０ｎｍより大きく、３００ｎｍ以下の厚さを有するAlN からなる横モード制御層を有することを特徴とする化合物半導体レーザ。
（２）前記横モード制御層が、前記反対導電型クラッド層内、又は前記反対導電型クラッド層と活性層との間に挿入されていることを特徴とする（１）記載の半導体レーザ。
（３）前記横モード制御層がクラッド層とＳＣＨ層との間に挿入されていることを特徴とする（１）記載の半導体レーザ。
（４）前記横モード制御層がＳＣＨ層と活性層との間に挿入されていることを特徴とする（１）記載の半導体レーザ。
（５）基板上にストライプ状のマスク層を形成する工程と、前記マスク層を含む基板表面にAlN 層を形成する工程と、前記マスク層をエッチングできる溶液を用いて前記マスク層とマスク層の側壁および上面に形成されたAlN 層をリフトオフする工程とを有することを特徴とする半導体レーザの形成方法。
（６）前記AlN 層は、スパッタ法で基板温度５００℃以下で形成されることを特徴とする（５）記載の半導体レーザの形成方法。
（７）前記マスク層の厚さが、前記AlN 層の厚さの１．５倍以上であることを特徴とする（５）記載の半導体レーザの形成方法。
（８）前記マスク層の厚さが、AlN 層の厚さの５倍を越える厚さであることを特徴とする（５）記載の半導体レーザの形成方法。
（９）前記マスク層の断面が逆メサ形状であることを特徴とする（５）〜（８）いずれかに記載の半導体レーザの形成方法。
（１０）前記マスク層の断面がＴ字型であることを特徴とする（５）〜（８）いずれかに記載の半導体レーザの形成方法。
（１１）窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい窒化ガリウム系化合物半導体からなり、且つ前記活性層を挟む上部クラッド層と下部クラッド層と、前記上部クラッド層の中で電流狭窄領域に形成され、且つ電流通過領域の両側で立ち上がっているAlN 又はAlGaN 又はGaN からなる絶縁層とを有することを特徴とする半導体発光装置。
（１２）窒化ガリウム系化合物半導体からなる活性層と、前記活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい窒化ガリウム系化合物半導体からなり、且つ前記活性層を挟む上部クラッド層と下部クラッド層と、前記上部クラッド層の中で電流狭窄領域に形成され、且つ電流通過領域に開口を有するAlN 又はAlGaN 又はGaN からなる電流狭窄用の絶縁層と、前記絶縁層の下側の前記上部クラッド層の不純物が不活性化された高抵抗領域とを有することを特徴とする半導体発光装置。
（１３）前記高抵抗領域には水素、窒素、アルゴンが導入されていることを特徴とする（１２）に記載の半導体発光装置。
（１４）前記絶縁層は、前記電流通過領域の両側で立ち上がっていることを特徴とする（１２）に記載の半導体発光装置。
（１５）前記高抵抗領域は、前記上部クラッド層、前記活性層又は前記下部クラッド層のいずれかに達していることを特徴とする（１２）に記載の半導体発光装置。
（１６）前記絶縁層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする（１１）又は（１２）に記載の半導体発光装置。
（１７）前記絶縁層は、立ち上がっている部分の他は前記活性層に平行となっていることを特徴とする（１１）、（１４）にいずれかに記載の半導体発光装置。
（１８）前記絶縁層のうち立ち上がっている部分のうち前記活性層に対する最大の角度は３０゜より大きく、１５０゜より小さいことを特徴とする（１１）、（１４）、（１７）のいずれかに記載の半導体発光装置。
（１９）前記活性層と前記上部クラッド層の間、及び前記活性層と下部クラッド層の間にはそれぞれＳＣＨ層が形成されていることを特徴とする（１１）、（１２）に記載の半導体発光装置。
（２０）一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、前記第１導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして少なくとも前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程と、前記マスクと前記第１反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層を形成する工程と、前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去する工程と、前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
（２１）一導電型クラッド層を基板の上に形成する工程と、前記第１導電型クラッド層の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上に第１の反対導電型クラッド層を形成する工程と、前記第１の反対導電型クラッド層の上にストライプ状のマスクを形成する工程と、前記マスクと前記第１の反対導電型クラッド層の上にAlN 又はAlGaN 又はGaN よりなる絶縁層を形成する工程と、前記マスクに覆われない領域の前記第１の反対導電型クラッド層に水素、窒素、アルゴンのいずれかを外部から導入して高抵抗層を形成する工程と、前記マスクを除去することにより前記マスクの上の前記絶縁層も除去する工程と、前記絶縁層と前記第１の反対導電型クラッド層の上に、第２の反対導電型クラッド層とコンタクト層を形成する工程とを有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
（２２）前記マスクに覆われない領域をドライエッチングして少なくとも前記第１の反対導電型クラッド層にメサ部を形成する工程をさらに有することを特徴とする（２１）に記載の半導体発光装置の製造方法。
（２３）前記水素、前記窒素、前記アルゴンのいずれかは、イオン注入によって前記第１の反対導電型クラッド層に導入されることを特徴とする（２１）に記載の半導体発光装置の製造方法。
（２４）前記水素、前記窒素、前記アルゴンのいずれかは、ＥＣＲ装置により前記第１の反対導電型クラッド層に導入されることを特徴とする（２１）に記載の半導体発光装置の製造方法。
（２５）水素、窒素、アルゴンのいずれかを含む雰囲気において前記第１の反対導電型クラッド層を加熱することにより、前記水素、前記窒素、前記アルゴンのいずれかが前記第１の反対導電型クラッド層に導入されることを特徴とする（２２）に記載の半導体発光装置の製造方法。
（２６）前記エッチングの終了位置が前記活性層中であることを特徴とする（２０）、（２２）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（２７）前記第１の反対導電型クラッド層は、０μｍより大きく５μｍ以下の厚さに形成されることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置。
（２８）前記メサ部は、前記一導電型クラッド層まで形成されていることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（２９）前記第２の反対導電型クラッド層は、１０ｎｍ〜３０００ｎｍの厚さに形成されていることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（３０）前記一導電型クラッド層と前記第１の反対導電型クラッド層と前記第２の反対導電型クラッド層は、それぞれのバンドギャップが異なる材料から構成されていることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（３１）前記一導電型クラッド層と前記第１の反対導電型クラッド層と前記第２の反対導電型クラッド層のうち少なくとも２つの層は、バンドギャップが同じ材料から形成されていることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（３２）前記メサ部の幅は、０．５〜２０μｍであることを特徴とする（２０）、（２２）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
（３３）前記絶縁層は、ＥＣＲスパッタ又はＭＯＣＶＤにより形成されることを特徴とする（２０）、（２１）のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
【００８５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によればクラッド層の中、又はクラッド層と活性層の間に膜厚３００ｎｍ以下のAlN よりなる横モード制御層を設けたので、III-Ｖ族化合物半導体レーザの横モード制御が容易になり、ビーム形状の縦横比を改善することができ、しかも、高次元モードの発生を防止できる。また、横モード制御層を構成するAlN 層のパターニング法としてリフトオフ法を採用してので、リフトオフ用のマスクが発光領域を覆うことになり、AlN 層の成長やパターニングによるダメージを減らすことができ、レーザ特性を向上できる。
【００８６】
さらに、本発明によれば、上記したクラッド層に形成される横モード制御層のうち開口の側方を立ち上げるような構造を採用したので、横モード制御層を形成する際に、厚いクラッド層によって活性層の発光領域を保護することができる。しかも、発光領域の両側では、光閉じ込め層が活性層に近づいているので、横モード制御を良好にし、また、クラッド層内での電流の広がりを抑制して閾値電流を低減することができる。
【００８７】
本発明では、横モード制御層の下にさらに高抵抗層を形成したので、クラッド層内での電流の広がりがさらに抑制され、閾値電流をより低減できる。さらに、その活性層の上のクラッド層にメサ部を形成するために、クラッド層をドライエッチングする方法を採用したので、より一層の電流狭窄効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a),(b) は、従来技術を説明する図である。
【図２】図２(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１及び第２の半導体レーザを示す断面図である。
【図３】図３(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザの横モード制御層の形成方法を示す斜視図である。
【図４】図４(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１の半導体レーザの形成工程図（その１）である。
【図５】図５(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１の半導体レーザの形成工程図（その２）である。
【図６】図６(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１の半導体レーザの形成工程図（その３）である。
【図７】図７(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１の半導体レーザの横モード制御層の別な形成工程を示す斜視図（その１）である。
【図８】図８(a),(b) は、本発明の第１実施形態に係る第１の半導体レーザの横モード制御層の別な形成工程を示す斜視図（その２）である。
【図９】図９(a) 〜(c) は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その１）である。
【図１０】図１０(a) 〜(c) は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その２）である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザと第１実施形態に係る半導体レーザの特性図である。
【図１３】図１３(a) 〜(c) は、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その１）である。
【図１４】図１４(a) 〜(c) は、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その２）である。
【図１５】図１５(a),(b) は、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その３）である。
【図１６】図１６(a) 〜(c) は、本発明の第４実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その１）である。
【図１７】図１７(a) 〜(c) は、本発明の第４実施形態に係る半導体レーザの形成工程を示す断面図（その２）である。
【図１８】図１８は、本発明の第４実施形態に係る半導体レーザの断面図である。
【符号の説明】
１，１１，３１，４１，６１…SiC 基板、２，１２，３２，４２，６２…n-AlGaN クラッド層、３，１３，３３，４３，６３…n-GaN ＳＣＨ層、４，１４，３４，４４，６４…InGaN 活性層、５，１５，３５，４６，６６…p-GaN ＳＣＨ層、６，１６，３６，４７，６７…p-AlGaN クラッド層、４７ａ…メサ部、４７ｂ，６９…高抵抗層、７，１７，３８ａ…AlN 横モード制御層、８，１８，３９，５０，７１…p-AlGaN クラッド層、９，１９，４０，５１，７２…p-GaN コンタクト層、２１，２５，２７，３７，４８，６８…マスク、２２，３８，４９，７０…AlN 層、４５，６５…p-AlGaN エレクトロンブロック層。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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