(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、前記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記除去部の底面に再堆積層が形成されており、前記再堆積層は前記第１クラッド層と同一の導電型であり、
前記第１クラッド層の前記除去部に面した部分の不純物密度が、前記電流阻止層の不純物密度より大きく設定されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、前記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記除去部の底面に再堆積層が形成されており、前記再堆積層は前記第１クラッド層と同一の導電型であり、
前記除去部を除いた前記電流阻止層の表面層が、第１導電型を示す不純物を含んでなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１クラッド層がＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦０．１，０≦ｙ＜１，ｚ≠０）からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１クラッド層が、前記第２クラッド層の結晶成長前処理温度での蒸発量が前記電流阻止層より多くなるように選択された材料であることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流阻止層が、ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦０．２）からなり、ｗは前記第１クラッド層のＡｌの組成より大きいことを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２クラッド層の不純物密度が、前記第１クラッド層の不純物密度と同等である、またはより大きいことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項７】
前記除去部を除いた前記電流阻止層の表面層が、Ｉｎを含んでなることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項８】
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、前記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記除去部の底面に再堆積層が形成されており、前記再堆積層は前記第１クラッド層と同一の導電型であり、
前記第１クラッド層の前記除去部に面した部分が、ＩｎpＡｌqＧａ1-p-qＮ（０≦ｐ，０≦ｑ≦０．１，ｐ＋ｑ＜１）であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項９】
前記電流阻止層が、ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦０．２）からなり、ｗは前記第１クラッド層のＡｌの組成より大きいことを特徴とする請求項８に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項１０】
基板上に第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の電流阻止層とを積層する工程と、
前記電流阻止層の一部領域を除去して前記第１クラッド層を露出すると共に除去部を形成する工程と、
前記除去部の底面に再堆積層が形成される熱処理工程と、
前記除去部を覆うように第１導電型の第２クラッド層を形成する工程と、を含み、
前記再堆積層は前記第１クラッド層と同一の導電型であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緑色領域から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子として、例えば特開平８−９７５０７号公報に開示されているような半導体レーザがあり、その断面構造図を図８に示す。このレーザ素子は、以下のようにして製造する。まず、サファイヤ基板８０１上にｎ型ＧａＮからなるバッファ層８０２、ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜１）からなる下部クラッド層８０３、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）からなる活性層８０４、１×１０18ｃｍ-3の密度のｐ型不純物を含むＡｌzＧａ1-zＮからなる上部第１クラッド層８０５、３×１０18ｃｍ-3の密度のｎ型不純物を含むＡｌyＧａ1-yＮからなる電流阻止層８０６（０＜ｙ≦１，ｚ＜ｙ）を積層する。次に、前記ウエハーをＭＯＣＶＤ装置内から取り出しフォトリソグラフィ工程によりエッチングして上部第１クラッド層８０５を露出させて、ストライプ溝８２０を有する電流阻止層８０６を形成する。その後、再度前記ウエハーをＭＯＣＶＤ装置内に導入し、基板温度を１０２０℃にある程度の時間保持した後、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮからなる上部第２クラッド層８０７、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層８０８を形成し、ストライプ溝８２０を埋める。最後に、ストライプ溝８２０を含まない領域でバッファ層８０２を露出するエッチングを施し、ｐ型電極８０９とｎ型電極８１０をそれぞれ形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では下記の問題点があった。
（１）素子直列抵抗が２０Ω以上と高抵抗化し、駆動電圧が５Ｖ以上に上昇すること。
（２）高温（６０℃雰囲気下）での素子寿命が直列抵抗分による発熱で５００時間程度と短いこと。
（３）電流と電圧の関係に負性抵抗が現れる素子が出現し、製造歩留まりが低下すること。
これらの問題点は、ＡｌＧａＡｓ系等の他材料のレーザ素子では見られなかったものであり、本発明者が上記従来素子を詳細に解析した結果、電流阻止構造を形成した後に再結晶成長させる際に、上部第１クラッド層８０５と上部第２クラッド層８０７の界面付近に、ＡｌＯxなる酸化膜とその上にｎ型（または高抵抗な）ＡｌＧａＮ層とからなる再堆積層８２１が厚さ約１３ｎｍで介在することにより誘起されるものであることが分かった。
【０００４】
さらに詳細に工程を解析した結果、再堆積層８２１は、ストライプ溝８２０上への上部第２クラッド層８０７の再成長前に、窒化ガリウム系再成長層の結晶性を確保するため必要となる７００℃以上の温度にウェハーを保持する工程において、ストライプ溝８２０周辺の電流阻止層８０６の表面または側面よりｎ型ＧａＮ材料が再蒸発して、その一部がストライプ溝８２０底面の第１クラッド層８０５表面に再堆積したものであることが分かった。
【０００５】
上述した問題点は、上記従来の半導体レーザのみではなく、同様の電流阻止構造を有する発光ダイオードにおいても素子の直列抵抗の上昇や、電流注入領域の減少として現れ、素子作製上の歩留まりを低下させる原因となっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、上記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、上記除去部の底面に再堆積層が形成されており、この再堆積層は上記第１クラッド層と同一の導電型であり、上記第１クラッド層の不純物密度が、上記電流阻止層の不純物密度より大きく設定されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【０００７】
また、本発明は、第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、上記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、上記除去部の底面に再堆積層が形成されており、この再堆積層は上記第１クラッド層と同一の導電型であり、上記除去部を除いた上記電流阻止層の表面層が、第１導電型を示す不純物を含んでなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【０００８】
本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、上記第１クラッド層をＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０≦ｘ≦０．１，０≦ｙ＜１，ｚ≠０）からなるものとすることができる。さらに、上記第１クラッド層を、上記第２クラッド層の結晶成長前処理温度での蒸発量が上記電流阻止層より多くなるように選択された材料とすることができる。さらに、上記電流阻止層を、ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦０．２）からなり、ｗは第１クラッド層のＡｌの組成より大きくすることができる。また、上記第２クラッド層の不純物密度を、上記第１クラッド層の不純物密度と同等、またはより大きくすることができる。
【０００９】
また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、上記除去部を除いた上記電流阻止層の表面層を、Ｉｎを含んでなるものとすることができる。
【００１０】
また、本発明は、第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッド層上に設けられ、電流を注入するための除去部を有する第２導電型の電流阻止層と、上記除去部を覆うように設けられた第１導電型の第２クラッド層とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、上記除去部の底面に再堆積層が形成されており、この再堆積層は上記第１クラッド層と同一の導電型であり、上記第１クラッド層の上記除去部に面した部分がＩｎpＡｌqＧａ1-p-qＮ（０≦ｐ，０≦ｑ≦０．１，ｐ＋ｑ＜１）であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子である。
【００１１】
また、本発明にかかる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、上記電流阻止層を、ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦０．２）からなり、ｗは上記第１クラッド層のＡｌの組成より大きくすることができる。
【００１２】
また、本発明は、基板上に第１導電型の第１クラッド層と第２導電型の電流阻止層とを積層する工程と、この電流阻止層の一部領域を除去して第１クラッド層を露出すると共に除去部を形成する工程と、この除去部の底面に再堆積層が形成される熱処理工程と、この除去部を覆うように第１導電型の第２クラッド層を形成する工程と、を含み、上記再堆積層は上記第１クラッド層と同一の導電型であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態において作製された窒化ガリウム系半導体レーザの断面構造の模式図である。本窒化ガリウム系半導体レーザの作製には、Ｖ族原料としてアンモニア、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物としてモノシラン、キャリヤガスとして水素及び窒素を用いる有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いた。図４に基づいて本実施の形態の素子の作製手順を詳細に説明する。
【００１４】
まず、ｎ型ＧａＮの基板１０１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板１０１の温度を１０００℃にし、ｎ型ＧａＮからなるバッファ層１０２を２μｍ厚、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる下部クラッド層１０３を０．５μｍ厚で順次成長させる。次に、基板温度を８００℃まで降温し、ノンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる活性層１０４を３ｎｍ厚で成長させる。さらに、基板温度を１０００℃まで昇温しながらＭｇを５×１０19ｃｍ-3の密度で添加したｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる上部第１クラッド層１０５を０．２５μｍ厚、Ｍｇを３×１０19ｃｍ-3の密度で添加したｐ型ＧａＮからなる上部第１クラッド表面層１０６を１００ｎｍ厚、Ｓｉを５×１０18ｃｍ-3の密度で添加したｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる電流阻止層１０７を０．６μｍ厚で順次成長させる（図４（１））。
【００１５】
次に、一旦ウェハーをＭＯＣＶＤ成長室から取り出し、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、上部第１クラッド表面層１０６が露出するまで電流阻止層１０７をエッチング除去して、除去領域として幅１．６μｍのストライプ溝１２０を形成する（図４（２））。
【００１６】
次に、２回目の結晶成長を行うために再びこのウェハーをＭＯＣＶＤ装置内に導入する。アンモニア、窒素、水素の混合ガス雰囲気下において基板温度を７５０℃まで昇温し、その状態にて３分間、上部第１クラッド表面層１０６の表面をクリーニングした後、上部第１クラッド表面層１０６と電流阻止層１０７とを覆うようにＭｇを３×１０19ｃｍ-3の密度で添加したＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる上部第２クラッド層１０８を１．２μｍ厚、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層１０９を０．５ｕｍ厚で再成長させた。基板温度はこの２回目の成長を実施しながら１０００℃まで徐々に上昇させた。なお、以下の実施の形態において、再成長する時に露出している各層の不純物濃度は各層内で均一に分布している。
【００１７】
再成長終了後、雰囲気を窒素ガスに交換し、８００℃にて２０分間熱アニーリングを行いＭｇドープ層をｐ型に変化させた後、ウェハーを取り出した。最後に、コンタクト層１０９の上にｐ型用電極１１０、基板１０１にｎ型用電極１１１を形成する。最後に、劈開により光共振器面を形成し半導体レーザ素子とした（図４（３））。
【００１８】
本実施の形態では、電流阻止層１０７には不純物としてｎ型を示すＳｉが５×１０18ｃｍ-3含まれるのに対し、上部第１クラッド表面層１０６には不純物としてｐ型を示すＭｇがＳｉより多い３×１０19ｃｍ-3含まれるようにした。これにより、再成長前の熱処理によるクリーニング工程において、上部第１クラッド表面層１０６と電流阻止層１０７とから結晶材料が再蒸発し、ストライプ溝１２０底面に形成された再堆積層１２１には、ＭｇとＳｉの両方が不純物として含まれ、Ｍｇは２×１０19ｃｍ-3、Ｓｉは８×１０16ｃｍ-3と１００倍以上Ｍｇの方を多くするようにできた。そのため、再堆積層１２１は低抵抗のｐ型を呈し、ストライプ溝１２０への電流注入を阻害することはなくなった。
【００１９】
さらに、本実施の形態では、上部第１クラッド表面層１０６にはＡｌを含まないＧａＮを適用したため、再堆積層１２１をより低抵抗化することができた。本発明者の実験によると、ストライプ溝１２０底面に位置する材料としてＡｌsＧａ1-sＮを採用し、かつｓ≧０．２の場合には、再成長前の熱処理工程において結晶材料の再蒸発によるストライプ溝１２０底面のクリーニングが十分に実施される前に、発明が解決しようとする課題で説明したように、表面にＡｌＯx酸化膜が形成される。もちろん、このような酸化膜はレーザ素子の高抵抗化を引き起こす。しかし、ｓ≦０．１とした場合には、上記の再成長前の熱処理工程においてＡｌsＧａ1-sＮが酸化膜の形成より早く再蒸発するため、このような酸化膜がレーザ素子の内部に取り込まれ、素子の抵抗を高くすることがない。このようにストライプ溝１２０底面に位置する材料としては再成長前の熱処理工程において酸化膜をクリーニング除去可能な再蒸発能力を有することが望ましい。このような材料としては上述のＡｌsＧａ1-sＮ（ｓ≦０．１）以外に、ＩｎpＧａ1-p-qＡｌqＮ（ｑ≦０．１）が適していた。
【００２０】
さらに、上述のようにストライプ溝１２０底部の上部第１クラッド表面層１０６を再成長前の熱処理工程において再蒸発により酸化膜を除去できる材料とすると共に、電流阻止層１０７に、上部第１クラッド表面層１０６よりもＡｌの含有量の多いｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎを適用したため、再成長前のアンモニアを含む雰囲気中での７５０℃の熱処理工程において、Ａｌをより多く含む電流阻止層１０７からの再蒸発量が、上部第１クラッド表面層１０６からの再蒸発量より少なくする事ができた。このようにして、再堆積層１２１の厚みを３ｎｍと小さくできると共に、再堆積層１２１におけるＳｉの密度を小さくすることができ、上部第１クラッド表面層１０６と電流阻止層１０７の不純物密度差よりも、再堆積層１２１におけるＭｇとＳｉの不純物密度差を大きくすることができた。
【００２１】
よって、本実施の形態の素子では、従来例に見られたような、素子の高抵抗化、動作電圧の上昇、負性抵抗現象、素子寿命の低減は見られず、素子抵抗は７．９Ω、５ｍＷレーザ光出力時の動作電流は４５ｍＡ、６０℃雰囲気下での５ｍＷ出力の条件での素子寿命５５００時間が得られた。
【００２２】
さらに、ストライプ溝１２０底面の上部第１クラッド表面層１０６をＧａＮで構成することにより、当該部分が従来例のように例えばＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎで形成されている場合と比較して、同密度のＭｇを添加した場合においても発生するホール密度を一桁以上増加させることが可能となり、界面部分での結晶性の劣化によるキャリアの枯渇を補うことができた。このホール密度の挙動はＧａＮ系特有の現象であり、上部第１クラッド表面層１０６をＧａＮにすることにより、界面付近のホール密度を１０17ｃｍ-3台に保つことができ、ひいては素子の直列抵抗の低減も図ることが可能となった。
【００２３】
なお、このクリーニング効果を引き出すためには、再成長前の基板温度は７５０℃以上で１分以上実施することが望ましい。また、この熱処理工程で基板温度を１１００℃以上にすると、ＧａＮ系材料の脱離速度が早くストライプ溝１２０自体の形状が保持されなかった。従って、本熱処理工程に適した温度は７５０℃〜１１００℃であった。
【００２４】
また、上記のように上部第２クラッド層１０８には不純物としてｐ型を示すＭｇを３×１０19ｃｍ-3の密度で含ませた。この上部第２クラッド層１０８は、ストライプ溝１２０への電流注入を実現するために、上記第１クラッド層１０５および上部第１クラッド表面層１０６と同一導電型であることが必要である。さらに、上部第１クラッド表面層１０６に含まれるＭｇの密度を詳細に検討した結果、第２クラッド層１０８に含まれるＭｇの密度を上部第１クラッド表面層１０６に含まれる不純物密度より小さくした場合には、クリーニング工程で形成された再堆積層１２１に含まれるｎ型不純物（Ｓｉ）が第２クラッド層の結晶成長中に第２クラッド層内に熱拡散し、第２クラッド層１０８の下部にｎ型反転層が出現する場合があった。この現象は、第２クラッド層１０８のｐ型不純物密度を、上部第１クラッド表面層１０６のｐ型不純物密度と同等か、より大きく設定することにより防止できた。
【００２５】
（実施の形態２）
図２は、本実施の形態において作製した別の半導体レーザ素子の断面構造の模式図である。本実施の形態の素子の製造の手順について図５を用いて詳細に説明する。まず、サファイアの基板２０１上に分子線エピタキシアル（ＭＢＥ）法により、ＧａＮからなるバッファ層２０２、２μｍ厚のｎ型ＧａＮからなる下部クラッド層２０３、２ｎｍ厚のＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ井戸層２層と７ｎｍ厚のＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎバリア層３層とからなる多重量子井戸活性層２０４、０．２８μｍ厚のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる上部第１クラッド層２０５、Ｍｇを不純物密度１×１０19ｃｍ-3含む０．１μｍ厚のｐ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる上部第１クラッド表面層２０６、Ｓｉを不純物密度３×１０18ｃｍ-3含む０．３μｍ厚のｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる電流阻止層２０７、Ｚｎを不純物密度２×１０19ｃｍ-3含む０．１μｍ厚のｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる電流阻止表面層２０８を、連続的に結晶成長させる。
【００２６】
次に、上記のウェハーを通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて電流阻止表面層２０８と電流阻止層２０７を貫通して、除去領域として幅３μｍのストライプ溝２２０を形成し、その底に上部第１クラッド表面層２０６を露出させる（図５（１））。
【００２７】
引き続き、このウェハーをＭＢＥ装置内でアンモニア分子線中に設置し、温度を８５０℃に昇温した状態で１０分間ウェハー表面を再蒸発させてクリーニングする。その後、引き続き、８５０℃で炭素を不純物密度４×１０18ｃｍ-3含む１．３μｍ厚のｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる上部第２クラッド層２０９、Ｍｇを不純物密度１×１０20ｃｍ-3含むｐ型ＧａＮからなるコンタクト層２１０を再成長させる。
【００２８】
ＭＢＥ法での再成長の場合も、前実施の形態の場合と同様に、再成長前にストライプ溝２２０を設けたウェハーをアンモニアを含む雰囲気下で高温に保持する場合、最適の温度範囲は、クリーニング（即ち再蒸発）効果が現れるのが６５０℃より高温であり、かつ表面のストライプ溝２２０の形状が保持されるのは９７０℃以下であった。また、再成長前の保持時間は表面をクリーニングするため最低でも１分以上の時間が必要であるのは、前実施の形態でのＭＯＣＶＤと同様であった。
【００２９】
最後に、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術によりウェハーの一部にエッチングを施し、下部クラッド層２０３を露出させ、その上にｎ型電極２１１を形成し、コンタクト層２１０上にｐ型電極２１２を形成する。レーザ用共振器ミラーは下部クラッド層２０３を露出させる際のエッチングにより同時に垂直面を形成し、レーザ素子とした（図５（２））。
【００３０】
本実施の形態においては、再成長前にアンモニア分子線中で８５０℃で１０分間ウェハーを保持した。この時、ウェハー表面を構成する電流阻止表面層２０８、ストライプ溝２２０底面の上部第１クラッド表面層２０６、側面を露出している電流阻止層２０７が再蒸発し、その一部がストライプ溝２２０底面に再堆積して再堆積層２２１を形成する。
【００３１】
本発明者らの検討によれば、ＧａＮ系半導体材料の高温での単位時間当たりの再蒸発量とそれに伴う再堆積量は、再成長前に高温雰囲気に曝される材料に主として含まれる成分中ではＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの順に小さくなることが分かった。すなわち、ＩｎＧａＡｌＮ層ではＩｎＮが最も多く再蒸発・再堆積し、ＡｌＮが最もしにくい。ＧａＡｌＮ層ではＧａを多く含むほど再蒸発・再堆積が大きいことが分かった。
【００３２】
本実施の形態の場合、最も広い表面積を占める電流阻止表面層２０８はｐ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎであり、ストライプ溝２２０側面に露出している電流阻止層２０７はｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎであり、ストライプ溝２２０底面にある上部第１クラッド表面層２０６はｐ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎであるので、再蒸発および再堆積の量は、ＩｎＮを最も多く含む電流阻止表面層２０８が最も多く、次に、上部第１クラッド表面層２０６、最も小さいのが電流阻止層２０７である。実際、電流阻止層２０７からの再蒸発はほとんど認められなかった（すなわち、ｎ型不純物を含む材料の再蒸発および再堆積は抑制されていた）。このため、再堆積層２２１はｐ型不純物を含む電流阻止表面層２０８と上部第１クラッド表面層２０６とからほとんど来ることになる。従って、再堆積層２２１はｎ型不純物はほとんど含まず、ＭｇとＺｎを含むＩｎＧａＮから構成されており低抵抗のｐ型層となっていることが確かめられた。本実施の形態の再堆積層２２１の厚さは約１５ｎｍであった。
【００３３】
このように、ストライプ溝２２０底面を構成する上部第１クラッド表面層２０６と電流阻止表面層２０８に同一導電型を示す不純物を添加することにより、再堆積層２２１の導電型を確実にｐ型化することが可能となり、半導体レーザ素子の動作における電流−電圧特性における負性抵抗は観測されず、また素子の直列抵抗も２〜７オームと低抵抗化を実現できた。これにより、数ｍＷのレーザ光出力を発生させた時の駆動電圧は約３．９Ｖと低く、高温下での信頼性試験においても平均寿命７０００時間以上の良好な素子を実現することができた。
【００３４】
さらに、本実施の形態では、電流阻止表面層２０８をＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎとし、かつ電流阻止層２０７を０．３μｍと薄くしたため、電流阻止層２０７において活性層２０４で発生させられるレーザ光（本実施の形態の場合波長４０６ｎｍ）を吸収させることができ、ＧａＮ系半導体レーザにおける損失ガイド構造を実現できた。このため、レーザの横モードも安定し４０ｍＷの高レーザ出力まで安定に動作させることが可能となった。単に、従来技術のまま、電流阻止層２０７にレーザ光吸収効果を持たせるために電流阻止層２０７をｎ型Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎにした場合には、再成長前に露出している電流阻止層２０７からの再蒸発、再堆積が大きくなり、再堆積層２２１がｎ型化あるいは高抵抗化する。これに対し、本実施の形態では、電流阻止層２０７と光吸収効果を有する電流阻止表面層２０８を上述した構成にしたため、このような問題なく、損失ガイド構造のレーザを実現できた。
【００３５】
（実施の形態３）
図３は、本実施の形態である窒化ガリウム系発光ダイオード（以下ＬＥＤ）の断面構造の模式図である。本ＬＥＤ素子は、ｐ型ＳｉＣの基板３００と、５μｍ厚のｐ型ＧａＮからなる下部クラッド層３０１、０．２μｍ厚のｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる閉じ込め層３０２、０．０３μｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる活性層３０３、０．２μｍ厚のｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる閉じ込め層３０４、Ｓｉを不純物密度として３×１０18ｃｍ-3含む厚さ０．１５μｍのｎ型ＧａＮからなる上部第１クラッド層３０５、幅１．５μｍの１５０μｍ角の除去部３２０を有しＭｇを不純物密度として１×１０18ｃｍ-3含む０．６μｍ厚のｐ型ＧａＮからなる電流阻止層３０６、電流阻止層３０６と除去部３２０を覆うように形成されたＳｉを不純物密度として１×１０18ｃｍ-3含む除去部３２０での厚みが１．０μｍのｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる上部第２クラッド層３０７、Ｓｉを不純物密度として１×１０19ｃｍ-3含む厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＮからなるコンタクト層３０８、コンタクト層３０８上に形成されたｎ型電極３０９、基板３００に形成されたｐ型電極３１０からなる。
【００３６】
本実施の形態のＬＥＤの作製工程は、ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させ、除去領域３２０を形成する際にＭＯＣＶＤ成長室から取り出し、除去領域３２０を形成してから再成長させるのは、実施の形態１とほぼ同様であるので、再成長前におけるウェハーのクリーニング工程についてのみ詳細に説明する。
【００３７】
通常のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術により、電流阻止層３０６に１５０μｍ角の除去領域３２０を形成したウェハーを、ＭＯＣＶＤ装置内にアンモニアガスと窒素ガスをほぼ等量含む５０Ｔｏｒｒのガス圧雰囲気で設置する。この状態で、ウェハーの温度を９００℃まで上昇させ、約３分間ウェハー表面材料および汚染物質の再蒸発によりクリーニングを実施する。この工程において、ウェハー表面に露出している電流阻止層３０６および上部第１クラッド層３０５をおよそ５ｎｍ程度の厚さ分だけ再蒸発させる。この再蒸発した材料の一部は気相を通して除去領域３２０底面に再堆積層３２１として厚さ約２〜６ｎｍ形成された。その厚さは１５０μｍ角の除去領域３２０の周辺ほど厚く、中心ほど薄くなっていた。
【００３８】
本実施の形態の場合、電流阻止層３０６はｐ型であり、上部第１クラッド層３０５はｎ型であるため、再堆積層３２１にはそれぞれの不純物を合わせ含むこととなる。しかし、上部第１クラッド層３０５と電流阻止層３０６とを同一材料からなるＧａＮで構成することによりそれぞれの層からの単位時間当たりの再蒸発量をほぼ同等に設定すると共に、上部第１クラッド層３０５に含まれるＳｉのｎ型不純物密度を３×１０18ｃｍ-3とし、電流阻止層３０６に含まれるＭｇのｐ型不純物密度１×１０18ｃｍ-3よりも大きく設定することにより、再堆積層３２１中に含まれる不純物密度としてＳｉを２×１０18ｃｍ-3、Ｍｇを５×１０17ｃｍ-3が得られ、上部第１クラッド層３０５と同一導電型を示す不純物であるＳｉをより多く含むように制御できた。このような両方の導電性の不純物を合わせ含む層は、別の検討結果より、電子密度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型を呈することが確かめられた。
【００３９】
従って、再堆積層３２１は上部第１クラッド層３０５と同一のｎ型であり、本ＬＥＤ素子における再堆積層３２１により、高抵抗化や発光領域の１５０μｍ角からの減少を効果的に抑制することができた。本実施の形態の素子では、素子の直列抵抗は３〜５オームであり、形成した除去領域３２０と同一の形状（１５０μｍ角）での発光パターンを歩留まり良く得ることができた。
【００４０】
（実施の形態４）
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子について説明する。図６に本実施の形態の素子の活性層６０４から上の断面構造の模式図を示す。本素子では、活性層６０４上に、ｎ型不純物であるＳｉを１×１０18ｃｍ-3含む厚さ０．２μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる上部第１クラッド層６０５、幅１μｍのストライプ溝６２０を有し、ｐ型不純物であるＭｇを３×１０19ｃｍ-3含むｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる電流阻止層６０６、電流阻止層６０６とストライプ溝６２０を覆うように形成されＳｉを１×１０18ｃｍ-3含む溝６２０での厚さ１．５μｍのｎ型ＧａＮからなる上部第２クラッド層６０７、Ｓｉを５×１０18ｃｍ-3含む厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＮからなるコンタクト層６０８、上部第１クラッド層６０５のストライプ溝６２０底面に位置する部分に形成されたＳｉの高濃度領域６３０、高濃度領域６３０と上部第２クラッド層６０７の間に形成された厚さ４ｎｍの再堆積層６２１から構成される。
【００４１】
本素子の作製手順は、前記の実施の形態の素子と同様であるため、異なる部分のみ以下に詳細に説明する。電流阻止層６０６までの第１回目のＭＯＣＶＤ法による結晶成長の後、通常のホトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により電流阻止層６０６を貫通して、上部第１クラッド層６０５を露出させてストライプ溝６２０を形成する。この状態にて、溝６２０を形成したマスクと同一のマスクを用いてウェハー全面にＳｉイオン注入を施すことにより、ストライプ溝６２０底面周辺（一部ストライプ溝６２０の側面も含む）にＳｉイオンを注入する。このイオン注入におけるＳｉイオンのエネルギーは１０ｋｅＶとし、イオンの結晶中への進入深さをほぼ０．１μｍ程度と浅くした。また、結晶中に注入されるＳｉ原子の密度が５×１０19ｃｍ-3になるように制御した。このようにして、上部第１クラッド層６０５の表面付近にのみ高濃度領域６３０を形成した。
【００４２】
このウェハーをＭＯＣＶＤ装置による再成長前に、高濃度領域６３０のイオン注入ダメージの回復と表面クリーニングを兼ねて、温度１０５０℃のアンモニア雰囲気中で約１０分間熱処理を施した。この工程において、ウェハー表面に位置する電流阻止層６０６と上部第１クラッド層６０５の高濃度領域６３０とから結晶材料が再蒸発し、再堆積層６２１が形成される。その後、上部第２クラッド層６０７とコンタクト層６０８を再成長させた。
【００４３】
上記のような工程により作製された素子は、再成長前の熱処理工程において、再堆積層６２１の形成に関与する材料は、Ｍｇを３×１０19ｃｍ-3含む電流阻止層６０６と、Ｓｉを５×１０19ｃｍ-3含む高濃度領域６３０である。この場合は、両者を構成する主たる材料はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎであり、単位時間当たりの再蒸発量は同等であるが、上部第１クラッド層６０５中に形成された高濃度領域６３０の方が電流阻止層６０６より大きいため、再堆積層６２１に最も多く含まれる不純物はＳｉとなった。実際の再堆積層６２１に含まれる不純物量は、ほぼＳｉが３×１０19ｃｍ-3であり、Ｍｇが３×１０18ｃｍ-3程度であった。
【００４４】
これにより、本実施の形態の素子における再堆積層６２１は確実にｎ型になり、素子の直列抵抗も約６オームと小さい値になった。また、負性抵抗も効率よく抑制することができた。
【００４５】
（実施の形態５）
図７は、本実施の形態の半導体レーザ素子の断面構造の模式図である。本実施の形態の素子は、実施の形態２の素子と同様の構造であるが、電流阻止層２０７の電流阻止表面層２０８の主たる不純物を上部第１クラッド表面層２０６と同一導電型の不純物密度を大きくするための手法のみが異なっている。なお、図７では、図２と同一部材には同一符号を付しており、特にことわらない限り不純物濃度も同じである。
【００４６】
本実施の形態では、一回目の結晶成長終了後、ウェハーをストライプ溝２２０の形成のためにＭＢＥ装置から取り出す前に、アンモニア分子とｐ型不純物であるＭｇ分子の混合分子線雰囲気下にウェハーを保持し、かつウェハー温度を８００℃に加熱したまま３０分間保持した。これにより、電流阻止層２０７の表面に厚さ０．０５μｍのｐ型を呈するＭｇ高ドープ層７３１を形成した。この場合のＭｇ高ドープ層７３１中でのＭｇの濃度は４×１０18ｃｍ-3として、電流阻止層２０７に含まれるＳｉの濃度より少し多くなるようにＭｇの分子線量を制御した。
【００４７】
これにより、再成長前の熱処理工程においてストライプ溝２２０底面に形成される再堆積層２２１に寄与する材料の多くは、Ｍｇ高ドープ層７３１とＭｇを主たる不純物として含む上部第１クラッド表面層２０６となり、その結果、再堆積層２２１の主たる不純物をＭｇに制御することが可能となった。従って、再堆積層２２１の導電型は上部第１クラッド層２０５および上部第１クラッド表面層２０６と同一のｐ型に制御することができた。
【００４８】
従って、本実施の形態の素子でも、素子の直列抵抗は５〜８オームと低抵抗化することができ、負性抵抗の問題は解決することができた。
【００４９】
本発明は、上述した種々の実施の形態に限られるものではなく、電流阻止構造を表面に有するウェハー上に再成長して作製される窒化ガリウム系の発光素子全般に適用可能であり、下記のような場合も本発明の範疇に含まれる。
（１）結晶の再成長方法がハイドライド気相成長法等、実施の形態とは異なる場合。
（２）電流阻止のための積層構造や電流を流す部分の形状が実施の形態と異なる場合（例えば、電流を素子の中央部で阻止し周辺部にのみ流す場合）。
（３）素子を構成する材料が異なる窒化ガリウム系である場合。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、電流阻止構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、再成長前の熱処理工程において形成される再堆積層の導電型をその上下の第１クラッド層と第２クラッド層と同一の導電型に制御することが可能となった。その結果、負性抵抗や、素子の直列抵抗の上昇を効果的に抑制することが可能となり、ひいては、動作電圧の低減、素子の長寿命化を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の半導体レーザの断面構造図である。
【図２】実施の形態２の半導体レーザの断面構造図である。
【図３】実施の形態３の発光ダイオードの断面構造図である。
【図４】実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図５】実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す図である。
【図６】実施の形態４の半導体レーザの断面構造図である。
【図７】実施の形態５の半導体レーザの断面構造図である。
【図８】従来の窒化ガリウム系半導体レーザの断面構造図である。
【符号の説明】
１０３，２０３，３０１  下部クラッド層
１０４，２０４，３０３  活性層
１０５，２０５，３０５，６０５  上部第１クラッド層
１０６，２０６  上部第１クラッド表面層
１０７，２０７，３０６，６０６  電流阻止層
２０８  電流阻止表面層
１０８，２０９，３０７，６０７  上部第２クラッド層
６３０  高濃度領域
７３１  Ｍｇ高ドープ層（電流阻止表面層２０８）
【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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