(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に設けられた積層構造体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、
該積層構造体は、
ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｘ＝０のときｙ＞０）活性層と、
該活性層を挟む一対のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層と、
該一対のクラッド層のうち前記基板から遠い方のクラッド層上に設けられており、該活性層の選択された領域に電流を狭窄するための開口部が形成されたＩｎｚＧａ１−ｚＮ（ｚ≠０）再蒸発層と、
該再蒸発層の上に設けられ、前記活性層の前記選択された領域に電流を狭窄するための開口部が形成されたＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流狭窄層と、
該内部電流狭窄層の開口部を覆う再成長層とを備え、
前記再蒸発層は過飽和吸収体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２】
前記再蒸発層は、前記内部電流狭窄層に前記開口部を形成する工程においてエッチストップ層として機能する、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３】
前記再蒸発層のＩｎ組成ｚは、０．３２以上１．０以下である、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４】
前記再蒸発層の層厚が１０Å以上１００Åよりも薄い、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５】
前記再蒸発層のＩｎ混晶比ｚは、前記活性層のＩｎ混晶比ｙと同一、またはそれより高い、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６】
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の製造方法であって、
基板上に、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｘ＝０のときｙ＞０）活性層と、該活性層を挟む一対のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層と、前記基板から遠い方のクラッド層上に過飽和吸収体として機能するＩｎｚＧａ１−ｚＮ（ｚ≠０）再蒸発層とを形成する工程と、
該再蒸発層上にＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流狭窄層を形成する工程と、
該内部電流狭窄層の一部をエッチングして開口部を形成し、前記再蒸発層の表面を部分的に露出させるエッチング工程と、
露出された該再蒸発層を蒸発させる工程と、
前記内部電流狭窄層の前記開口部を埋めるように再成長層を形成する工程と、
を包含している、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング工程は、前記内部電流狭窄層に対するエッチングレートよりも前記再蒸発層に対するエッチングレートが低くなるようにしてエッチングされる、請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記再蒸発層の露出部分を蒸発させる工程において、５００から７５０℃の範囲の温度で熱処理を行う請求項６に記載の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、青色領域から紫外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】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、バンドギャップが３．４ｅＶと大きいIII-Ｖ族化合物半導体である。このため、窒化ガリウム系半導体は、青色領域から紫外光領域で発光可能な発光素子の材料として積極的に研究されている。
【０００３】
図７を参照しながら、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを説明する。この半導体レーザは、ｎ型３Ｃ‐ＳｉＣ基板５１上に、ｎ型ＧａＮバッファ層５２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５３、ＧａＮ活性層５４と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５８、ｎ型ＧａＮ内部電流阻止層５７、およびｐ型ＧａＮコンタクト層５９を順次積層した構造を備えている。ｐ型ＧａＮコンタクト層５９の上にはｐ側電極６０が形成され、基板５１の裏面にはｎ側電極６１が形成されている。
【０００４】
ｎ型ＧａＮ内部電流阻止層５７は、エッチングによって形成されたストライプ状開口部（ストライプ溝）を有している。ｐ側電極６０からｎ側電極６１へ流れる電流は、ｎ型ＧａＮ内部電流阻止層５７の開口部内を縦に流れるようにｎ型ＧａＮ内部電流阻止層５７によって狭窄される。
【０００５】
このような窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、例えば、特開平７−２４９８２０号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
窒化ガリウム系化合物半導体をエッチングする場合、選択性に優れたエッチングが行えないという問題があった。このため、上記内部電流狭窄層５７にストライプ状開口部（ストライプ溝）を形成するためのエッチングを行う場合、内部電流狭窄層５７の下に位置するクラッド層５８の表面までもエッチングされるおそれがあり、エッチング条件を厳しく調整しない限り、再現性のよい形状制御が実現しなかった。
【０００７】
また、エッチング装置によって内部電流狭窄層５７にストライプ状開口部を形成した後、その開口部を埋め込むように半導体層（クラッド層５９）を再成長させるまでの間に、再成長層の下地表面（クラッド層５９の表面）が大気にさらされることになる。大気に露出した半導体表面は酸化され、また、その部分に汚染物が付着する。このような露出表面上に再成長層を形成したとしても、良好な結晶品質を持った再成長界面が得られなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部電流狭窄層（内部電流阻止層）の形状が再現性良く制御され、かつ、品質の高い再成長界面を持つ、信頼性の高い窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板と、該基板上に設けられた積層構造体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、該積層構造体は、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｘ＝０のときｙ＞０）活性層と、該活性層を挟む一対のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層と、該一対のクラッド層のうち前記基板から遠い方のクラッド層上に設けられており、該活性層の選択された領域に電流を狭窄するための開口部が形成されたＩｎｚＧａ１−ｚＮ（ｚ≠０）再蒸発層と、該再蒸発層の上に設けられ、前記活性層の前記選択された領域に電流を狭窄するための開口部が形成されたＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流狭窄層と、該内部電流狭窄層の開口部を覆う再成長層とを備え、前記再蒸発層は過飽和吸収体であることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記再蒸発層は、前記内部電流狭窄層に前記開口部を形成する工程においてエッチストップ層として機能する。
【００１１】
好ましくは、前記再蒸発層のＩｎ組成ｚは、０．３２以上１．０以下である。
好ましくは、前記再蒸発層の層厚が１０Å以上１００Åよりも薄い。
好ましくは、前記再蒸発層のＩｎ混晶比ｚは、前記活性層のＩｎ混晶比ｙと同一、またはそれより高い。
【００１２】
また、本発明は、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｘ＝０のときｙ＞０）活性層と、該活性層を挟む一対のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層と、前記基板から遠い方のクラッド層上に過飽和吸収体として機能するＩｎｚＧａ１−ｚＮ（ｚ≠０）再蒸発層とを形成する工程と、該再蒸発層上にＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流狭窄層を形成する工程と、該内部電流狭窄層の一部をエッチングして開口部を形成し、前記再蒸発層の表面を部分的に露出させるエッチング工程と、露出された該再蒸発層を蒸発させる工程と、前記内部電流狭窄層の前記開口部を埋めるように再成長層を形成する工程と、を包含している。
【００１３】
好ましくは、前記エッチング工程は、前記内部電流狭窄層に対するエッチングレートよりも前記再蒸発層に対するエッチングレートが低くなるようにしてエッチングされる。
【００１４】
好ましい実施形態では、前記再蒸発層の露出部分を蒸発させる工程において、５００から７５０℃の範囲の温度で熱処理を行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。なお、本願明細書において、「窒化ガリウム系半導体」とは、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＧａが部分的に他のIII族元素に置き換えられた半導体、例えば、ＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜ｓ≦１、０≦ｔ＜１、０＜ｓ＋ｔ≦１）を含み、各構成原子の一部がドーパント原子等に置き換えられた半導体や、他の不純物が添加された半導体をも含むものとする。
【００１６】
また、本明細書では、「半導体発光素子」は、発光ダイオードや半導体レーザを含む。
【００１７】
（実施例１）
図１を参照しながら、本発明による窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の第１の実施例として、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を説明する。
【００１８】
図１は、本実施例の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面を模式的に示している。この半導体レーザ素子は、図１に示されるように、ｎ型ＳｉＣ基板１と、基板１上に設けられた半導体積層構造１００と、発光に必要な電流（駆動電流）を供給するための一対の電極１０および１１とを備えている。
【００１９】
以下に、半導体積層構造１００の構成を詳細に説明する。
【００２０】
この半導体積層構造１００は、基板１に近い側から順番に、ｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）３、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層（厚さ３０〜８００Å）４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．１〜０．３μｍ程度）５、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層（厚さ３０Å）６、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層（厚さ０．３〜０．５μm）７、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）８、およびＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ０．５〜１μｍ）９を含んでいる。
【００２１】
ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７は、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４の選択された領域（本実施例では、共振器長方向に延びるストライプ状の領域）に電流を狭窄するための開口部を持っている。このストライプ状開口部の幅は、レーザ発振の横モードを調整するように決定される。
【００２２】
ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６のうち、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７の開口部に対応する部分は製造工程中に蒸発している。このため、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層８は、前記開口部を介して、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５に接触している。
【００２３】
Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層９の上面にはｐ側電極１０が形成され、基板１の裏面にはｎ側電極１１が形成されている。不図示の電流供給回路から電極１０および１１に電圧が与えられ、半導体積層構造体１００の中をｐ側電極１０からｎ側電極１１へと電流が流れる。このとき、電流はｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７によってブロックされるので、電流は狭窄されながらｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７の開口部を上から下へ流れる。こうして、横モードの制御されたレーザ発振が生じ、波長が青色領域から紫外領域にあるレーザ光が得られる。
【００２４】
以下に、図４（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、図１の半導体レーザの製造方法を説明する。
【００２５】
なお、本実施例では、窒化ガリウム系半導体層の形成に有機金属化合物気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる。詳細には、Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用い、III族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、またはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用いる。キャリヤガスとして、Ｈ2およびＮ2を用いる。Ｐ型ドーパントとしては、ビスシクロベンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、Ｎ型ドーパントとしては、モノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。
【００２６】
上記ＭＯＣＶＤ法によって、１回目の結晶成長を行うため、ｎ型ＳｉＣ基板１を不図示のＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に配置した後、基板温度を１２００℃程度にまで昇温することによって、基板１の表面に対して清浄化処理を施す。
【００２７】
次に、ｎ型ＳｉＣ基板１の温度を１０００℃程度まで降温した後、ｎ型ＳｉＣ基板１の上に、ｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）３を成長させる。その後、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層（厚さ５０〜８００Å）４を成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．１〜０．３μｍ程度）５を成長させる。基板温度を８００〜８５０℃程度に降温した後、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６を３０Åの厚さに成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層（厚さ０．３〜０．５μm）７を成長させる。こうして、図４（ａ）に示す構造が得られる。
【００２８】
これらの半導体層の成長は、基板１をＭＯＣＶＤ装置の成長室から取り出すことなく連続的に行われる。
【００２９】
次に、一旦、上記半導体層の積層された基板１を成長室から取り出した後、通常のフォトリソグラフィ技術（およびエッチング技術）によって、図４（ｂ）に示すようなマスク１２をｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７上に形成する。このマスクは、ＳｉＯxまたＳｉＮx（ｘは１から２程度の整数）、あるいはフォトレジストから形成される。このマスク１２は、ストライプ状の開口部１３を有している。
【００３０】
次に、ドライエッチング技術によって、図４（ｃ）に示されるように、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層７のうち、マスク１２で覆われていない部分を選択的にエッチングする。エッチングに際して、下地のＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６がエッチストップ層として機能する。このため、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６の表面１４が露出した時点で、エッチングをストップさせることが容易に再現性良く行える。エッチストップ層としての機能を充分に果たすためには、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６の厚さは、約１０Å以上は必要である。ただし、あまり厚くしすぎると、レーザ光の吸収が急増し、発光効率が悪化するという問題が生じるので、約１００Åよりも薄くすることが好ましい。
【００３１】
上記エッチングは、例えば、 ＥＣＲ‐ＲｌＢＥ（電子サイクロトロン共鳴を利用した反応性イオンビームエッチング）、 ＲｌＢＥ、またはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、ＢＣｌ3／Ａｒ又はＣＣｌ2Ｆ2／Ａｒ等のガスを用いて、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層６の表面が露出するまで行う。この後、フッ酸系エッチング液又は有機溶剤によってマスク１２を除去する（図４（ｄ））。
【００３２】
２回目の結晶成長（再成長）のため、再び、基板１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上にセットする。Ｎ2およびＮＨ3雰囲気で、基板温度約５５０℃で、ＭｇドープＩｎＮ層６の露出部分１５を再蒸発させ、図４（ｅ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５の表面を露出させる。
【００３３】
本発明の重要な点は、再蒸発層６を蒸気圧の高いＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）から構成している点にある。このため、再蒸発のために高温アニール（例えば、１０００℃以上のアニール）は不要となり、約５００〜７５０℃程度と十分に低い基板温度で再蒸発が実現する。例えば、厚さ３０ÅのＩｎＮ層を再蒸発層として用いる場合、約５５０℃の温度ならば、約５分の熱処理で下地を露出させることができる。
【００３４】
このような比較的に低い温度では、下地のＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の蒸発は生じないので、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の表面モフォロジーや結晶品質を劣化することはない。また、特別のエッチング液を用いることなく、単なる熱処理によって再蒸発層６の露出部分を選択的に除去できるので、下地表面などを汚染することもない。
【００３５】
更に、上記再蒸発工程はＭＯＣＶＤ装置内で簡単に行えるので、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の露出表面は大気による酸化等の影響を受けることなく、ＭＯＣＶＤ装置内で良好な状態の清浄表面を維持する。
【００３６】
ＭＯＣＶＤ装置内において、上記再蒸発工程にひきつつぎ、２回目の結晶成長を行う。より詳細には、基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、図４（ｆ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）８およびＭｇドープＧａＮコンタクト層（厚さ０．５〜１μｍ程度）９を成長させる。この再成長は、前述の良好な状態の清浄表面の上に行われるので、結晶性に優れた良好な再成長層が形成される。
【００３７】
基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、Ｎ2雰囲気で、８００℃の熱アニーリングを行い、それによってＭｇドープ層をｐ型に変化させる。この後、図４（ｇ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層９上にｐ側電極１０を形成し、ｎ型ＳｉＣ基板１の裏面にｎ側電極１１を形成する。
【００３８】
（実施例２）
図２を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の第２の実施例として、他の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を説明する。
【００３９】
図２は、本実施例の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面を模式的に示している。この半導体レーザ素子は、図２に示されるように、サファイア基板２１と、基板２１上に設けられた半導体積層構造２００と、発光に必要な電流を供給するための一対の電極３０および３１とを備えている。
【００４０】
以下に、半導体積層構造２００の構成を説明する。
【００４１】
この半導体積層構造２００は、基板２１に接する部分に、ＧａＮ又はＡＩＮ又はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層（５００Å〜２μｍ程度）２２ａを有している。この第１のバッファ層２２ａの上には、基板１に近い側から順番に、ｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２２ｂ、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）２３、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層（厚さ３０〜８００Å）２４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．１〜０．３μｍ程度）２５、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層（厚さ３０Å）２６、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層（厚さ０．３〜０．５μm）２７、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）２８、およびＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層（厚さ０．５〜１μｍ）２９が形成されている。
【００４２】
ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７は、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層２４の選択された領域（本実施例では、共振器長方向に延びるストライプ状の領域）に電流を狭窄するための開口部を持っている。このストライプ状開口部の幅は、レーザ発振の横モードを調整するように決定される。
【００４３】
前述の実施例１と同様に、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層２６のうち、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７の開口部に対応する部分は製造工程中に蒸発している。このため、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２８の一部は、前記開口部を介して、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２５に接触している。
【００４４】
なお、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２９の上面にはｐ側電極３０が形成され、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部露出部分上にｎ側電極３１が形成されている。不図示の電流供給回路から電極３０および３１に電圧が与えられ、上記積層構造体の中をｐ側電極３０からｎ側電極３１へと電流が流れる。このとき、電流はｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７によってブロックされるので、電流はｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７の開口部を上から下へ流れる。
【００４５】
以下に、図５（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、図２の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。
【００４６】
実施例１で用いたＭＯＣＶＤ法と同様のＭＯＣＶＤ法によって、１回目の結晶成長を行うため、サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に配置した後、Ｎ2またはＨ2ガスの雰囲気中で、基板温度を１２００℃程度まで昇温することによって、基板２１の表面に対して清浄化処理を施す。
【００４７】
次に、基板２１の温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、ＧａＮ、ＡｌＮ、またはＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層２２ａを成長させる。基板温度を１０００℃程度に昇温した後、バッファ層２２ａ上にｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２２ｂ、およびｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）２３を成長させる。その後、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層（厚さ３０〜８００Å）２４を成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．１〜０．３μｍ程度）２５を成長させる。基板温度を８００〜８５０℃程度に降温した後、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層２６を３０Åの厚さに成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層（厚さ０．３〜０．５μm）２７を成長させる。こうして、図５（ａ）に示す構造が得られる。
【００４８】
これらの半導体層の成長は、基板２１をＭＯＣＶＤ装置の成長室から取り出すことなく連続的に行われる。
【００４９】
次に、一旦、上記半導体層の積層された基板２１を成長室から取り出した後、通常のフォトリソグラフィ技術によって、図５（ｂ）に示すようなマスク３２をｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７上に形成する。このマスク３２は、ＳｉＯxまたはＳｉＮx（ｘは１から２程度の整数）、あるいはフォトレジストから形成される。マスク３２は、ストライプ状の開口部３３を有している。
【００５０】
次に、ドライエッチング技術によって、図５（ｃ）に示されるように、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層２７のうち、マスク３２で覆われていない部分を選択的にエッチングする。エッチングに際して、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層２６はエッチストップ層として機能する。このため、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層２６の表面３４が露出した時点で、エッチングをストップさせることが容易に再現性よく行える。
【００５１】
上記エッチングは、例えば、 ＥＣＲ‐ＲｌＢＥ（電子サイクロトロン共鳴を利用した反応性イオンビームエッチング）、 ＲｌＢＥ、またはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、ＢＣｌ3／Ａｒ又はＣＣｌ2Ｆ2／Ａｒ等のガスを用いて、ＭｇドープＩｎＮ再蒸発層２６の表面が露出するまで行う。この後、フッ酸系エッチング液又は有機溶剤によってマスク３２を除去する。
【００５２】
２回目の結晶成長（再成長）のため、再び、基板２１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上にセットする。Ｎ2およびＮＨ3雰囲気で、基板温度約５５０℃で、ＭｇドープＩｎＮ層２６の露出部分３５を再蒸発させ、図５（ｄ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２５の表面を露出させる。
【００５３】
上記再蒸発工程に続いて、２回目の結晶成長を行う。基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、図５（ｅ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）２８およびＭｇドープＧａＮコンタクト層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２９を成長させる。この再成長は、前述の良好な状態の清浄表面の上に行われるので、結晶性に優れた良好な再成長層が形成される。
【００５４】
基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、Ｎ2雰囲気で、８００℃の熱アニーリングを行い、それによってＭｇドープ層をｐ型に変化させる。この後、図５（ｆ）に示すように、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部が露出するまで、上記積層構造を部分的にエッチングする。
【００５５】
次に、図５（ｇ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９上にｐ側電極３０を形成し、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部露出部分上にｎ側電極３１を形成する。
【００５６】
このように、本発明の製造方法によれば、比較的に低温の熱処理で容易に除去できる再蒸発層をエッチストップ層として用いるため、内部電流狭窄層の加工が再現性良く行うことができる。
【００５７】
（実施例３）
図３を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の第３の実施例として、さらに他の半導体レーザ素子を説明する。
【００５８】
図３は、本実施例の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の断面を模式的に示している。この半導体レーザ素子は、図３に示されるように、サファイア基板２１と、基板２１上に設けられた半導体積層構造３００と、発光に必要な電流（駆動電流）を供給するための一対の電極３０および３１とを備えている。
【００５９】
以下に、半導体積層構造３００の構成を説明する。
【００６０】
この半導体積層構造３００は、基板２１に接する部分に、ＧａＮ又はＡＩＮ又はＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層（厚さ５００Å〜２μｍ程度）２２ａを有している。この第１のバッファ層２２ａの上には、基板２１に近い側から順番に、ｎ型ＧａＮバッファ層（厚さ０．５〜１μｍ程度）２２ｂ、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．７〜１μｍ程度）２３、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層（厚さ３０〜８００Å）２４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（厚さ０．１〜０．３μｍ程度）２５、ＭｇドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層（厚さ１００Å程度）３６、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層（厚さ０．３〜０．５μm程度）３７、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２８、およびＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２９が形成される。
【００６１】
なお、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層２９の上面にはｐ側電極３０が形成され、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部露出部分上にｎ側電極３１が形成されている。不図示の電流供給回路から電極３０および３１に電圧が与えられ、上記積層構造体の中をｐ側電極３０からｎ側電極３１へと電流が流れる。
【００６２】
本実施例において、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２５と、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層３７と、の間に形成されているＭｇドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６は、過飽和吸収体としても機能する。過飽和吸収体として機能するためには、ＭｇドープＩｎmＧａ1-mＮ再蒸発層３６のＩｎの混晶比ｍを、活性層２４のＩｎの混晶比と同一、またはそれより高く設定することが重要である。このような構成によると、自励発振を起こすレーザが得られ、低雑音の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが得られる。
【００６３】
上記半導体レーザの製造は、例えば、上記実施例２で説明した方法を利用できる。以下に、図６（ａ）〜（ｇ）を参照しながら、その製造方法を説明する。
【００６４】
まず、１回目の結晶成長を行うために、サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に配置した後、Ｎ2またはＨ2ガスの雰囲気中で、基板温度を１２００℃程度まで昇温することによって、基板２１の表面に対して清浄化処理を施す。
【００６５】
次に、基板２１の温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、ＧａＮ、ＡｌＮ、またはＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎバッファ層２２ａを成長させる。基板温度を１０００℃程度に昇温した後、バッファ層２２ａ上にｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂ、およびｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２３を成長させる。その後、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層２４を成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２５を成長させる。基板温度を８００〜８５０℃程度に降温した後、Ｍｇドープ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６を成長させる。次に、基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層３７を成長させる。こうして、図６（ａ）に示す構造が得られる。
【００６６】
これらの半導体層の成長は、基板２１をＭＯＣＶＤ装置の成長室から取り出すことなく連続的に行われる。
【００６７】
次に、一旦、上記半導体層の積層された基板２１を成長室から取り出した後、通常のフォトリソグラフィ技術によって、図６（ｂ）に示すようなマスク３２をｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層３７上に形成する。このマスク３２は、ＳｉＯxまたはＳｉＮx（ｘは１から２程度の整数）、あるいはフォトレジストから形成される。マスク３２は、ストライプ状の開口部３３を有している。
【００６８】
次に、ドライエッチング技術によって、図６（ｃ）に示されるように、ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層３７のうち、マスク３２で覆われていない部分を選択的にエッチングする。エッチングに際して、Ｍｇドープ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６はエッチストップ層として機能する。このため、Ｍｇドープ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６の表面３４が露出した時点で、エッチングをストップさせることが容易に再現性よく行える。
【００６９】
上記エッチングは、例えば、 ＥＣＲ‐ＲｌＢＥ（電子サイクロトロン共鳴を利用した反応性イオンビームエッチング）、 ＲｌＢＥ、またはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって、ＢＣｌ3／Ａｒ又はＣＣｌ2Ｆ2／Ａｒ等のガスを用いて、Ｍｇドープ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６の表面が露出するまで行う。この後、フッ酸系エッチング液又は有機溶剤によってマスク３２を除去する。
【００７０】
２回目の結晶成長（再成長）のため、再び、基板２１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上にセットする。Ｎ2およびＮＨ3雰囲気で、基板温度約５５０℃で、Ｍｇドープ Ｉｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ再蒸発層３６の露出部分３５を再蒸発させ、図６（ｄ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２５の表面を露出させる。
【００７１】
上記再蒸発工程に続いて、２回目の結晶成長を行う。基板温度を１０００℃程度まで昇温した後、図６（ｅ）に示すように、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２８およびＭｇドープＧａＮコンタクト層２９を成長させる。この再成長は、前述の良好な状態の清浄表面の上に行われるので、結晶性に優れた良好な再成長層が形成される。
【００７２】
基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、Ｎ2雰囲気で、８００℃の熱アニーリングを行い、それによってＭｇドープ層をｐ型に変化させる。この後、図６（ｆ）に示すように、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部が露出するまで、上記積層構造を部分的にエッチングする。
【００７３】
次に、図６（ｇ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９上にｐ側電極３０を形成し、ｎ型ＧａＮバッファ層２２ｂの一部露出部分上にｎ側電極３１を形成する。
【００７４】
なお、上記何れの実施例でも、再蒸発層として、ＩｎＮ層を用いているが、ＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）であれば、ほぼ同様の効果が得られる。ただし、再蒸発のしやすさを考慮した場合、ＩｎzＧａ1-zＮ（０＜ｚ≦１）のＩｎ組成ｚの好ましい範囲は、０．５以上１．０以下である。また、エッチストップの機能を重視した場合、Ｉｎ組成ｚの好ましい範囲は、０．５以上１．０以下となる。総合的に考えた場合、Ｉｎ組成ｚの好ましい範囲は、０．３２以上１．０以下となる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチストップ層として機能する再蒸発層を内部電流狭窄層の下に配置しているため、内部電流狭窄層の一部を選択的に除去する工程において、下地のクラッド層に損傷を与えることなく、再現性の良い形状制御が可能となる。特に、再蒸発層を蒸気圧の高いＩｎzＧａl-zＮ（０＜ｚ≦１）から形成することによって、エッチストップ層としての機能を果たし終えた後には、再蒸発層の露出部分を低い基板温度で再蒸発させ、それによって、再蒸発層の下に位置するクラッド層の表面を部分的に露出させることができる。このため、再蒸発層の下に位置するクラッド層の表面を、特別のエッチング液を用いることなく、制御性および再現性に優れた方法で露出させることができる。
【００７６】
また、再蒸発層の蒸発によってクラッド層の表面を露出させる工程は、ＭＯＣＶＤ装置等の半導体薄膜成長装置内で行うことができるため、その工程に引き続いて、再成長層の形成が行える。このため、クラッド層の露出表面は、大気による酸化等の影響を受けることがなく、清浄で欠陥の無い状態に維持されるので、その上には良好な再成長層が形成される。
【００７７】
さらに、ＭｇドープＩｎＧａＮ再蒸発層は過飽和吸収体としても機能するため、低雑音の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが得られる。
【００７８】
以上のように、本発明によれば、信頼性に優れた内部電流狭窄型の窒化ガリウム系半導体発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図
【図２】本発明による他の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図
【図３】本発明によるさらに他の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図
【図４】（ａ）から（ｇ）は、図１の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程断面図
【図５】（ａ）から（ｇ）は、図２の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程断面図
【図６】（ａ）から（ｇ）は、図３の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程断面図
【図７】従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図
【符号の説明】
１  ｎ型ＳｉＣ基板
２１  Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板
５１  ｎ型３Ｃ‐ＳｉＣ基板
２２ａ  ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮバッファ層
２、２２ｂ  ｎ型ＧａＮバッファ層
３、２３  ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４、２４  ノンドープＩｎＧａＮ活性層
５４  ＧａＮ活性層
５、８、２５、２８  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６、２６  ｐ型ＩｎＮ再蒸発層
３６   ｐ型ＩｎＧａＮ再蒸発層（過飽和吸収体）
７  ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層
２７   ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ内部電流狭窄層
３７   ｎ型ＧａＮ内部電流狭窄層
９、２９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０、３０  ｐ側電極
１１、３１  ｎ側電極
１２、３２  エッチングマスク
１３、３３  エッチングマスクの開口部
１４、３４  ｐ型ＩｎＮ再蒸発層の表面
１５、３５  ｐ型ＩｎＮ再蒸発層のうちの再蒸発する部分
【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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