(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とで挟んだ積層構造を有し、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が部分的に除去されてリッジが形成されている窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、
前記積層構造は、前記活性層を含む光導波層を有し、
前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記光導波層内に設けられた光ガイド層を有しており、
前記リッジは、前記光ガイド層の途中まで形成されており、
前記リッジ両側のｐ型窒化ガリウム系半導体層に、前記リッジの直下部と０．５μｍ以上１０μｍ以下の距離で離間して、Ｂ、Ａｌ、及びＮから成る群から選択された１種の不純物原子を導入して成る光吸収領域が形成され、
前記積層構造の深さ方向における前記不純物原子の濃度分布のピークが、前記光導波層内にあることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
【請求項２】
前記光吸収領域が、リッジの直下部と１μｍ以上５μｍ以下の距離で離間して形成されてい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レーザ。
【請求項３】
前記不純物原子が、イオン打ち込みによって導入されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
【請求項４】
前記光吸収領域の不純物原子の導入量が、１×１０１３／ｃｍ2以上１×１０１７／ｃｍ2以下であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
【請求項５】
前記光吸収領域の不純物原子の導入量が、１×１０１4／ｃｍ2以上１×１０１6／ｃｍ2以下であることを特徴とする、請求項４記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
【請求項６】
前記光ガイド層は、アンドープとして形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化ガリウム系半導体化合物レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、ＤＶＤなど大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高くなっている。特に、デジタル画像データを扱う次世代ＤＶＤには、波長の短かい青色レーザが必要不可欠と考えられている。青色半導体レーザとしては、窒化ガリウム系半導体化合物レーザが最も有力である。
【０００３】
光ディスク、例えばＤＶＤのデータ読み取り・書き込みに用いるレーザスポットは、ピンポイントに集光されている必要があり、そのためには遠視野像（ファーフィールドパターン、ＦＦＰ）の中心位置が判明している必要がある。またＦＦＰの垂直方向、及び水平方向の強度分布は、ガウス分布となっているのが望ましい。この強度分布の状態を横モードといい、半導体レーザの構造によって制御することができる。
【０００４】
半導体レーザの代表的な構造は、活性層をｐ型及びｎ型クラッド層で挟み込んだダブルヘテロ接合構造（ＤＨ構造）である。ＤＨ構造は活性層へのキャリア閉じ込め効果、及び積層垂直方向の光の閉じ込め効果をねらったものである。ＤＨ構造の一種に、活性層とｐ型及びｎ型クラッド層との、おのおのの間に光ガイド層が形成されているＳＣＨ構造があり、この構成では、光は活性層及び光ガイド層の３層からなる光導波層に閉じ込められる。このようにして、ＳＣＨ構造により光の積層垂直方向の横モード（垂直横モード）を制御することができる。
【０００５】
光の垂直横モードに加えて、さらに積層水平方向の横モード（水平横モード）も制御するために、ストライプ構造が用いられる。ストライプ構造は利得導波型ストライプ構造と屈折率導波型ストライプ構造とに大別される。なかにはリッジの直下領域とそれ以外の領域（リッジ外領域と呼称する）との実効的な屈折率の差により、光がリッジの直下領域に閉じ込められて光の水平横モードは制御されるリッジ導波型ストライプ構造がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には前記リッジ導波型ストライプ構造における光閉じ込めは完全ではなく、リッジの直下領域からリッジ外領域へと微量の光が漏れ出している。リッジの直下領域から漏れ出した光（漏れ光）は発振するレーザ光と共に放出され、ＦＦＰではノイズ（リップル）として現れる。このＦＦＰのリップルによって、レーザスポットの集光に支障をきたし、ＤＶＤ等の光ディスクシステムの読み出し・書き込みエラーの一因となる。そこで本発明はリップルのないＦＦＰを示すレーザを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために、本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とで挟んだ積層構造を有し、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が部分的に除去されてリッジが形成されている窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記積層構造は、前記活性層を含む光導波層を有し、前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記光導波層内に設けられた光ガイド層を有しており、前記リッジは、前記光ガイド層の途中まで形成されており、前記リッジ両側のｐ型窒化ガリウム系半導体層に、前記リッジの直下部と０．５μｍ以上１０μｍ以下の距離で離間して、Ｂ、Ａｌ、及びＮから成る群から選択された１種の不純物原子を導入して成る光吸収領域が形成され、前記積層構造の深さ方向における前記不純物原子の濃度分布のピークが、前記光導波層内にあることを特徴とする。どのような不純物原子を導入しても光の吸収係数は上昇するので、導入する不純物原子の種類は特に限定されないが、しかしＣｕやＣｒは発光層中のキャリア再結合領域に拡散すると、非発光再結合中心としてはたらき、発光強度が低下するので望ましくない。また、導入する不純物原子の、窒化ガリウム系化合物半導体中での拡散係数が大きい原子であると、やはり導入後にリッジの直下領域に移動して発光を阻害する可能性があるので、原子半径の小さい原子などの拡散係数の小さい原子を導入するのが好ましい。そこで、移動度が低いＢ、Ａｌ、及びＮのうちのいずれかの不純物原子を導入して光吸収領域を形成する。
【０００８】
本発明では、光吸収領域を形成する位置について、最低限２つの条件が挙げられる。光吸収領域を形成する位置の第一の条件は、リッジの直下領域を除くことである。リッジの直下領域は光の導波領域で、そこに吸収領域を形成することはレーザの発光効率を低下させる原因となる。次に、光吸収領域は、リッジの直下領域に接しないことが条件となる。不純物原子を導入した後、熱拡散によって不純物原子が拡散すると予測され、その結果として光吸収領域の拡大が起きても、リッジの直下領域には侵入しないようにするためである。
【０００９】
また、光吸収領域をリッジの直下領域と接しない位置に形成するのは、次に述べる理由にもよる。リッジ導波型構造は、リッジの直下領域とリッジ外領域との実効的な屈折率が異なるという特徴を有し、その屈折率の境界面で光が反射することにより水平横モードを制御する。不純物原子の導入は、屈折率を変化させる効果もあることから、リッジ構造の屈折率境界面に不純物原子が侵入しないように注意しなくてはならない。従って、熱拡散による不純物原子の移動を考慮して、光吸収領域はリッジ両端から離れた位置に形成する必要がある。また漏れ光の吸収という機能が有効に働くためには、リッジと光吸収領域との距離が離れすぎてもよくない。原子の熱拡散と光吸収効果の兼ね合いから、適する離間距離は０．５〜１０μｍとなり、さらに好ましくは１〜５μｍである。
【００１０】
本発明で、不純物原子の導入はどのような方法でもよいが、深さ方向の不純物原子導入位置の制御、不純物原子導入量の制御、及び量産性に優れているイオン打ち込みによって不純物原子を導入するのが好ましい。また漏れ光は光導波層に発生するので、深さ方向における不純物原子の濃度分布のピークが、光導波層に位置している。ここで光導波層とは、ｐ型及びｎ型クラッド層に挟まれている全ての層の集合を指し、これは主として光の閉じ込めが行われる層を意味する。ｐ型及びｎ型クラッド層の間には、例えば活性層の他に光ガイド層、電子閉じ込め層などが形成されていることもあり、それらの層は光導波層の一部とみなす。
【００１１】
本発明で利用する光吸収領域では、不純物原子の密度を大きくすることによって吸収係数が増加する。しかし、導入量が多すぎると結晶格子自体が破壊されて、レーザ素子として機能しなくなる。結晶構造を保ちつつ、本発明の目的である漏れ光の吸収機能を実現するには、導入する不純物原子の量は１×１０１３〜１×１０１７／ｃｍ2の範囲にあればよく、好ましくは、１×１０１4〜１×１０１6／ｃｍ2である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザに用いる窒化ガリウム系化合物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）がある。その他に前記窒化ガリウム系化合物半導体の一部を、Ｂ、Ｐで置換した、混晶でもよい。
【００１３】
図１は、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの一例を示す断面図である。ＧａＮ基板１０１上において、ＩｎｘＧａ1-ｘＮ（０≦ｘ＜１）から成る活性層１０７が、ｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）層１０３〜１０６（各層毎にｙの値は異なる）と、ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ＜１）層１０８〜１１１（各層毎にｚの値は異なる）によって挟まれており、いわゆるダブルへテロ構造が形成されている。
【００１４】
図２は、図１に示した半導体レーザの積層構造のうち、光吸収領域の形成に関する部分を抽出して図示したものである。光吸収領域１は、光ガイド層１０９、クラッド層１１０を順次積層し、次いでリッジストライプを形成した後に、むき出しになったｐ型光ガイド層の所定の位置に、不純物原子を導入して形成される。光吸収領域の開口幅ｗ’とリッジ幅ｗとの関係は、ｗ’≧ｗ+１μｍにすることが好ましい。また光吸収領域１を形成する位置は、光吸収領域の端面Ａとリッジの直下領域の端面Ｃ、及び光吸収領域の端面Ｂとリッジの直下領域の端面Ｄが、おのおの０．５〜１０μｍだけ離れるようにし、さらに好ましくは、おのおの1〜５μｍだけ離れるようにする。また、リッジを中心とした光吸収領域の２つの端面Ａ及びＢの位置関係は、左右対称になっているのが好ましいが、左右対称でなくてもよい。
【００１５】
以下、図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザについて、構造の詳細について説明する。基板１０１としては、ＧａＮを用いることが好ましいが、窒化ガリウム系化合物半導体と異なる異種基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化ガリウム系化合物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層が結晶性よく成長するため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上にレーザ構造形成前の下地層となる窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化ガリウム系化合物半導体の単体基板としてレーザ構造を形成してもよく、また、レーザ構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。
【００１６】
異種基板を用いる場合には、バッファ層（低温成長層）、窒化ガリウム系化合物半導体（好ましくはＧａＮ）からなる下地層を介して、レーザ構造を形成すると、窒化ガリウム系化合物半導体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上に設ける下地層（成長基板）として、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化ガリウム系化合物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ELOG成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させ、その表面に窒化ガリウム系化合物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化ガリウム系化合物半導体が成長して成膜された層などがある。その他の形態では、異種基板上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
【００１７】
基板１０１上には、バッファ層１０２を介して、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｎ型コンタクト層１０３、クラック防止層１０４、ｎ型クラッド層１０５、及びｎ型光ガイド層１０６が形成されている。ｎ型クラッド層１０５を除く他の層は、レーザによっては省略することもできる。ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要であり、そのためにＡｌを含む組成であることが好ましい。また、各層は、ｎ型不純物をドープしながら成長させてｎ型としても良いし、アンドープで成長させてｎ型としても良い。
【００１８】
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１０３〜１０６の上には、活性層１０７が形成されている。活性層１０７は、前述の通り、Ｉｎｘ１Ｇａ1-ｘ２Ｎ井戸層（０＜ｘ１＜１）とＩｎｘ２Ｇａ1-ｘ２Ｎ障壁層（０≦ｘ２＜１、ｘ１＞ｘ２）が適当な回数だけ交互に繰り返し積層されたＭＱＷ構造を有しており、活性層の両端はいずれも障壁層となっている。井戸層は、アンドープで形成されており、全ての障壁層はＳｉ、Ｓｎ等のｎ型不純物が好ましくは１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度でドープして形成されている。
【００１９】
最終障壁層の上には、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層として、ｐ型電子閉じ込め層１０８、ｐ型光ガイド層１０９、ｐ型クラッド層１１０、ｐ型コンタクト層１１１が形成されている。ｐ型クラッド層１１０を除く他の層は、レーザによっては省略することもできる。ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要であり、そのためにＡｌを含む組成であることが好ましい。また、各層は、ｐ型不純物をドープしながら成長させてｐ型としても良いし、隣接する他の層からｐ型不純物を拡散させてｐ型としても良い。
【００２０】
ｐ型電子閉じ込め層１０８は、ｐ型クラッド層１１０よりも高いＡｌ混晶比を持つｐ型窒化ガリウム系化合物半導体から成り、好ましくはＡｌｘＧａ1-ｘＮ（０．１＜ｘ＜０．５）なる組成を有する。また、Ｍｇ等のｐ型不純物が高濃度で、好ましくは５×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度でドープされている。これにより、ｐ型電子閉じ込め層１０８は、電子を活性層中に有効に閉じ込めることができ、レーザの閾値を低下させる。
【００２１】
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層のうち、ｐ型光ガイド層１０９の途中までリッジストライプが形成され、さらに、保護膜１６１、１６２、ｐ型電極１２０、ｎ型電極１２１、ｐパット電極１２２、及びｎパット電極１２３が形成されて半導体レーザが構成されている。
【００２２】
光吸収領域は、不純物原子の導入によって形成されるが、その方法としては、熱拡散やイオン打ち込みなどが挙げられる。しかし、熱拡散の場合には、窒化ガリウム化合物半導体の結晶が分解する温度（１０００℃程度）より低い温度で、光導波層に原子が拡散されなくてはならず、選択できる不純物原子が限定される。一方、イオン打ち込みで不純物原子を導入すると、どのような原子を用いたとしても半導体が１０００℃に達することはなく、不純物原子が自由に選択できる。
【００２３】
イオン打ち込みの他の利点は、加速電圧を調節することで、不純物原子の導入深さを選択できることである。熱拡散を用いた場合、不純物原子の濃度分布は表面が最も高濃度で、深くなるに従って濃度が低くなる。しかし、イオン打ち込みを用いれば、結晶内部の所望の深さ位置に濃度ピークがくるような濃度分布の形成も可能である。本発明では、漏れ光が発生する光導波部層に不純物原子の濃度ピークがあることが望ましく、これはイオン打ち込みを用いれば実現可能である。
【００２４】
導入する不純物原子は、その原子の窒化ガリウム半導体化合物結晶内における拡散係数によって選択される。一般的にレーザ発振中、素子は発熱し温度が上昇するが、光吸収領域に導入された原子は、濃度傾斜によって端面Ａ及びＢから拡散することになる。一般に、１００℃程度の温度で熱拡散する拡散長は非常に微量ではあるが、原子半径が小さいなどの拡散係数の大きい原子はリッジ直下に拡散するおそれがあり、選択肢から除外した方が好ましい。また、Ｃｕ、Ｃｒ等は窒化物半導体発光デバイスではキラードーパントとして作用するため、これらの原子は除外する。導入する不純物原子としてはＡｌ、Ｂ、Ｎのいずれかを導入し、リッジとの距離を０．５〜１０μｍの範囲に設定することでレーザ動作時の発熱に起因する拡散もほとんど生じず、またＧａＮ系発光デバイスでは非発光中心として作用しないので特に好ましい。
【００２５】
不純物原子の導入量に依存して、物質の吸収係数は増加するため、漏れ光を完全に吸収させるには光吸収領域への原子導入量を増せばよい。しかし、不純物原子は半導体の結晶格子間に導入されるので、限度を超えた量を導入すると結晶の結合自体が破壊されて、素子として機能しなくなる。光の吸収と、結晶の保持の両方を満たす不純物原子の導入量は、１×１０１３〜１×１０１７／ｃｍ2であり、さらに１×１０１4〜１×１０１６／ｃｍ2が好ましい。
【００２６】
［実施例１］
以下、実施例として、図１に示すようなレーザ構造の窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザで、さらに図２に示した光吸収領域を形成したものについて、説明する。
【００２７】
（基板１０１）
基板として、異種基板に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体、本実施例ではＧａＮを厚膜（１００μｍ）で成長させた後、異種基板を除去して、８０μｍのＧａＮからなる窒化ガリウム系化合物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成方法は、以下の通りである。２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのＧａＮを１．５μｍの膜厚で成長させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成して、マスク開口部（窓部）から窒化ガリウム系化合物半導体、本実施例ではＧａＮを選択成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ）により成膜された窒化ガリウム系化合物半導体層を、さらに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層を除去して、窒化ガリウム系化合物半導体基板を得る。この時、選択成長時のマスクは、ＳｉＯ2からなり、マスク幅１５μｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。
【００２８】
（バッファ層１０２）
窒化ガリウム系化合物半導体基板の上に、バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるバッファ層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＡｌＧａＮのｎ型コンタクト層と、ＧａＮからなる窒化ガリウム系化合物半導体基板との間で、バッファ層として機能する。次に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる下地層の上に、レーザ構造となる各層を積層する。
【００２９】
（ｎ型コンタクト層１０３）
次に得られたバッファ層１０２上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】
（クラック防止層１０４）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００３１】
（ｎ型クラッド層１０５）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ２００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【００３２】
（ｎ型光ガイド層１０６）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０６を０．１５μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００３３】
（活性層１０７）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層（Ｂ）を１４０Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる井戸層（Ｗ）を５５Åの膜厚で、この障壁層（Ｂ）、井戸層（Ｗ）を、（Ｂ）／（Ｗ）／（Ｂ）／（Ｗ）の順に積層する。活性層１０７は、総膜厚約５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００３４】
（ｐ型電子閉込め層１０８）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１9／ｃｍ３ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型電子閉込層１０８を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設けられていなくても良いが、設けることで電子閉込めとして機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。
【００３５】
（ｐ型光ガイド層１０９）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層１０９を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１０９は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉込め層１０８、ｐ型クラッド層１０９等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ3となりｐ型を示す。またこの層は成長時に意図的にＭｇをドープしても良い。
【００３６】
（ｐ型クラッド層１１０）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１１０を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化ガリウム系化合物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層１１０は、Ａｌを含む窒化ガリウム系化合物半導体層、好ましくはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X＜１）を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１１０を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少なくなるので、ショートの発生も低くなる。
【００３７】
（ｐ型コンタクト層１１１）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１１０の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層１１１はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１１１は電極を形成する層であるので、１×１０17／ｃｍ3以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０17／ｃｍ3よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００３８】
以上のようにして窒化ガリウム系化合物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガスによりエッチングし、図１に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０３の表面を露出させる。このように窒化ガリウム系化合物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が最適である。
【００３９】
次に上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する。まず、最上層のｐ型コンタクト層（上部コンタクト層）のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜１６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜１６１の上に所定の形状のマスクをかけ、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、フォトリソグラフィー技術によりストライプ幅１．６μｍの第１の保護膜１６１とする。この時、リッジストライプの高さ（エッチング深さ）は、ｐ型コンタクト層１１１、およびｐ型クラッド層１０９、ｐ型光ガイド層１１０の一部をエッチングして、ｐ型光ガイド層１０９の膜厚が０．１μｍとなる深さまでエッチングして、形成する。
【００４０】
（光吸収領域）
リッジストライプの上面、側面、及びリッジ側面に連続する平面（ｐ型光ガイド層１０９の露出面）のうちリッジ側面から１μｍまでの範囲（図２に示したｐ型クラッド層１１０、ｐ型光ガイド層１０９の表面部分に相当）に、レジストのマスクを形成する。次に、イオン打ち込み装置にてホウ素イオンを導入し、図２に示した光吸収領域１を形成する。イオン打ち込み条件は、加速電圧３０ｋｅＶで６分間、ホウ素イオンの導入量（ドーズ量）は１×１０１５／ｃｍ２とする。
【００４１】
次に、第１の保護膜１６１の上から、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜１６１の上と、エッチングにより露出されたｐ型光ガイド層１０９の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
【００４２】
第２の保護膜１６２形成後、ウエハを６００℃で熱処理する。このようにＳｉＯ2以外の材料を第２の保護膜として形成した場合、第２の保護膜成膜後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化ガリウム系化合物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、第２の保護膜が第１の保護膜の溶解材料（フッ酸）に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。
【００４３】
次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法により除去する。このことにより、ｐ型コンタクト層１１１の上に設けられていた第１の保護膜１６１が除去されて、ｐ型コンタクト層が露出される。以上のようにして、図１に示すように、リッジストライプの側面、及びそれに連続する平面（ｐ型光ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜１６２が形成される。
【００４４】
このように、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられた第１の保護膜１６１が、除去された後、図１に示すように、その露出したｐ型コンタクト層１１１の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成する。但しｐ電極１２０は１００μｍのストライプ幅として、図１に示すように、第２の保護膜１６２の上に渡って形成する。第２の保護膜１６２形成後、既に露出させたｎ型コンタクト層１０３の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるストライプ状のｎ電極１２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００４５】
次に、ｎ電極を形成するためにエッチングして露出された面でｐ，ｎ電極に、取り出し電極を設けるため所望の領域にマスクし、ＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそれぞれ設けた。この時、活性層１０７の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜が設けられる。
【００４６】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化ガリウム系化合物半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面、（1 1- 0 0）など）でバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザを得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。
【００４７】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれのパッド電極をワイヤーボンディングして室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、発振閾値電流密度２．９ｋＡ／ｃｍ２において単一横モードでの室温連続発振を示した。またＦＦＰを測定したところ、水平方向の光強度分布は図３のようになり、リップルの発生が大幅に抑制されてなめらかな強度分布であった。強度のピーク位置も、ＦＦＰの中心位置にほぼ一致した。
【００４８】
［実施例２］
実施例１における不純物原子（ホウ素）の導入量を、１×１０１４／ｃｍ２に変更して光吸収領域を形成した窒化ガリウム系半導体化合物レーザを作成し、実施例１と同条件で発振を行った。ＦＦＰを測定したところ、水平方向の光強度分布は図４のように若干のリップルが現れているが、比較例（図６）と比べるとリップルが大幅に制限されていることがわかる。
【００４９】
［実施例３］
実施例１における不純物原子（ホウ素）の導入量を、１×１０１６／ｃｍ２に変更して光吸収領域を形成した窒化ガリウム系半導体化合物レーザを作成し、実施例１と同様の条件で発振を行った。ＦＦＰを測定したところ、水平方向の光強度分布は図５のように若干のリップルが現れているが、比較例（図６）と比べるとリップルが大幅に制限されていることがわかる。
【００５０】
［比較例］
実施例１乃至３における、光吸収領域の形成過程を除いて光吸収領域のない窒化ガリウム系半導体化合物レーザを作成し、実施例１と同様の条件で発振を行った。ＦＦＰを測定したところ、水平方向の光強度分布は図６のようであり、リップルが大量に発生していることが確認された。図３乃至５と比較すると、光強度分布の形状がなめらかでなく、またピーク位置は本来のＦＦＰのピーク位置からずれていることが判った。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、光導波層の一部に光吸収領域を有する構造を有することにより、リッジ導波型ストライプ構造の欠点である水平横モード制御が強化されている。その結果、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザに現れていたＦＦＰのリップルが効率よく消去された。その結果、ＦＦＰの水平方向の強度分布は、リップルの除去によりなめらかになり、またそのピーク位置はＦＦＰの中心に一致するようになり、これによってレーザスポットを精度よく集光することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を説明する半導体レーザの模式断面図である。
【図２】  本発明の実施形態のうち、光吸収領域及びその周辺の構成を抽出した図である。
【図３】  実施例１のレーザのＦＦＰの、水平方向における強度分布である。
【図４】  実施例２のレーザのＦＦＰの、水平方向における強度分布である。
【図５】  実施例３のレーザのＦＦＰの、水平方向における強度分布である。
【図６】  比較例のレーザのＦＦＰの、水平方向における強度分布である。
【符号の簡単な説明】
１・・・光吸収層
ｗ・・・リッジ幅
ｗ’・・・光吸収領域の開口幅
Ａ・・・光吸収領域の端面
Ｂ・・・光吸収領域の端面
Ｃ・・・リッジの直下領域の端面
Ｄ・・・リッジの直下領域の端面
１０１・・・基板（ＧａＮ基板）
１０２・・・バッファ層
１０３・・・ｎ型コンタクト層
１０４・・・クラック防止層
１０５・・・ｎ型クラッド層
１０６・・・ｎ型光ガイド層
１０７・・・活性層
１０８・・・ｐ型電子閉込め層
１０９・・・ｐ型光ガイド層
１１０・・・ｐ型クラッド層
１１１・・・ｐ型コンタクト層
１２０・・・ｐ電極
１２１・・・ｎ電極
１２２・・・ｐパッド電極
１２３・・・ｎパッド電極
１６３・・・第３の保護膜
１６４・・・絶縁膜
【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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