JPH1093192A - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層へのキャリア注入を効率的に行うと共
に、電極コンタクト等での電圧降下を抑制することがで
き、低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を達成す
る。 【解決手段】 窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、
サファイア基板１０上に、活性層１４をクラッド層１
３、１５で挟んだダブルヘテロ接合構造を有する。ｐ−
クラッド層１５の上にストライプ状の開口部を有するＧ
ａＮ電流ブロック層１６が形成される。更に、電流ブロ
ック層１６の開口部へ電流を注入し、該開口部よりも面
積の広いｐ−ＧａＮの埋込み層１７及びコンタクト層１
８が形成される。活性層１４はバンドギャップエネルギ
ーが異なり、それぞれの厚さが１０ｎｍ以下の２種類の
ＩｎＧａＡｌＮ層の繰り返しで構成される周期構造から
なる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体を用いた半導体素子及び製造技術に関し、特
に窒化ガリウム系化合物半導体レーザとその製造方法、
更には窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌ
Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体が
青色半導体レーザの材料として注目されている。これら
の材料による半導体レーザでは、短波長化により小さな
ビームに絞ることが可能となり、光ディスク等高密度情
報処理用の光源として期待されている。

【０００３】この種の半導体レーザには各種の構造及び
製造方法が提案されているが、窒化ガリウム系化合物半
導体層の結晶成長が難しいことから、いずれにおいても
満足できる特性は得られていない。即ち、窒化ガリウム
系化合物半導体層を結晶成長しても良質の結晶を得るこ
とができず、結晶品質が悪いため活性層へのキャリア注
入を効率的に行うことができない。また、電流ブロック
層にストライプ開口を有する構造では、ストライプ開口
形成のエッチングを行った後の再成長層の結晶品質が低
下し、これが電極コンタクト等での電圧降下を招く要因
となっている。このように従来、光ディスク等への実用
に供する低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有
する青色半導体レーザを実現するためには、活性層への
キャリア注入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等
での電圧降下の抑制が重要であるが、未だこれらを満足
する構成は得られていないのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいては、該材料の結晶
成長が難しいことから良質の結晶層を得ることが難し
く、またストライプ開口形成のエッチングを行った後の
再成長層の結晶品質は更に低下する。このため、活性層
へのキャリア注入を効率良く行うことができず、しかも
電極コンタクト等での電圧降下を生じ、光ディスク等へ
の実用に供する低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼
性を有する素子を実現することは困難であった。

【０００５】また、窒化ガリウム系化合物半導体層を一
旦エッチングした後の再成長を良好に行うことができな
い点は、半導体レーザに限らず、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた各種の半導体素子について同様に言える
ことである。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、活性層へのキャリア注
入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等での電圧降
下を抑制することができ、光ディスク等への実用に供す
る低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ及びその製造方法を提
供することにある。

【０００７】また本発明の他の目的は、窒化ガリウム系
化合物半導体層を一旦エッチングした後の再成長を良好
に行うことができ、各種半導体素子の特性向上等に寄与
し得る窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、２種類以
上の半導体層の繰り返しで構成される周期構造を有する
活性層と、ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記
活性層を挟んで配設された、それぞれ第１及び第２導電
型の第１及び第２クラッド層と、前記第１及び第２クラ
ッド層に接続された第１及び第２電極と、前記第２電極
と前記第２クラッド層との間に配設され、前記ダブルヘ
テロ接合構造に対する電流を狭窄するためのストライプ
状の開口部を有する電流ブロック層と、前記第２電極と
前記電流ブロック層との間及び前記開口部内に配設さ
れ、前記開口部よりも広い面積を有する電流注入層と、
前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層の厚さをＴＡ、前記電流ブロック層
と前記活性層との間の距離をＴＢとした時、ＴＢ＜ＴＡ
の条件を満足することと、を具備することを特徴とす
る。

【０００９】本発明の第２の視点は、第１の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、２ＴＢ＜ＴＡ
の条件を満足することを特徴とする。

【００１０】本発明の第３の視点は、第２の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、２ＴＢ＜ＴＡ
＜１０ＴＢの条件を満足することを特徴とする。

【００１１】本発明の第４の視点は、第１の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部内
を除く前記電流注入層の厚さをＴＣとした時、ＴＣ＜Ｔ
Ａの条件を満足することを特徴とする。

【００１２】本発明の第５の視点は、第１の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部内
を除く前記電流注入層の厚さをＴＣとした時、ＴＢ＜Ｔ
Ｃの条件を満足することを特徴とする。

【００１３】本発明の第６の視点は、第１の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記電流ブロ
ック層は、ドープされた第２導電型の不純物を含有する
ことを特徴とする。

【００１４】本発明の第７の視点は、第１の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部の
側壁と、前記電流ブロック層と前記電流注入層との界面
とが，４５°から９０°の角度をなすことを特徴とす
る。

【００１５】本発明の第８の視点は、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の繰
り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブル
ヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで配
設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第２
クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続され
た第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラッ
ド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に対
する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有す
る電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロック
層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部より
も広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記第
１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注入
層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的に
なることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層の厚さをＴＡ、前記開口部内を除く
前記電流注入層の厚さをＴＣとした時、ＴＣ＜ＴＡの条
件を満足することと、を具備することを特徴とする。

【００１６】本発明の第９の視点は、第８の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部の
上方で前記電流注入層の表面にストライプ状でＶ字型の
溝が形成され、前記第２電極が前記溝内で前記電流注入
層にコンタクトする部分を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の第１０の視点は、第９の視点の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部
の深さをｄ１、前記開口部の上部及び下部の幅をそれぞ
れＷ１、Ｗ２とした時、２４＜（Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／
ＴＣの条件を満足することを特徴とする。

【００１８】本発明の第１１の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間に配設され、前記開口部よりも広い面積を有
する電流注入層と、前記活性層、前記第１及び第２クラ
ッド層、電流ブロック層、及び電流注入層の夫々は、下
記の組成式で表される材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層と前記活性層との間の距離をＴＢ、
前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さをＴＣとした
時、ＴＢ＜ＴＣの条件を満足することと、を具備するこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明の第１２の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する。

【００２０】本発明の第１３の視点は、第１２の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記第２
クラッド層と前記電流ブロック層とは、略等しい屈折率
を有することを特徴とする。

【００２１】本発明の第１４の視点は、第１２の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記活性
層に近接する前記電流注入層の部分と前記第２クラッド
層とは、略等しい屈折率を有することを特徴とする。

【００２２】本発明の第１５の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層は、前記活性層の発光波長に対応す
るバンドギャップより大きなバンドギャップを有すると
共に、前記活性層に近接する前記電流注入層の部分より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する。

【００２３】本発明の第１６の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層は、
前記活性層の発光波長に対応するバンドギャップより小
さなバンドギャップを有することと、を具備することを
特徴とする。

【００２４】本発明の第１７の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、２種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記第２クラッド層の表面に前記開口部と連続するスト
ライプ状の溝が形成され、前記電流注入層は、前記溝内
で前記第２クラッド層と接するように配設されること
と、を具備することを特徴とする。

【００２５】本発明の第１８の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流ブ
ロック層と表面保護層とを積層する工程と、前記表面保
護層及び前記電流ブロック層の一部をエッチングしてス
トライプ状の前記開口部を形成する工程と、前記表面保
護層を気相中の高温放置による結晶の再蒸発によって除
去した後、前記開口部内及び前記電流ブロック層上に前
記電流注入層を形成する工程と、を具備することを特徴
とする。

【００２６】本発明の第１９の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流ブ
ロック層を形成する工程と、前記電流ブロック層の一部
をドライエッチングしてストライプ状の前記開口部を形
成する工程と、前記支持基板、前記積層膜、及び前記電
流ブロック層を１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣ
ｌ＝３：１の溶液中に漬けた後、前記開口部内及び前記
電流ブロック層上に前記電流注入層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。

【００２７】本発明の第２０の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及び第
２クラッド層と、前記第１及び第２クラッド層に接続さ
れた第１及び第２電極と、前記第２電極と前記第２クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第２電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第１及び第２クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流注
入層を形成する工程と、前記第２クラッド層及び前記電
流注入層のいずれか一方または双方からなる被選択層に
部分的に不純物を導入し、ストライプ状の前記開口部を
有する前記電流ブロック層を形成する工程と、を具備す
ることを特徴とする。

【００２８】本発明の第２１の視点は、第２０の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法におい
て、前記被選択層がＭｇ及びＡｌのいずれか一方または
双方を含有し、前記不純物がＯであることを特徴とす
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。なお、以下の説明において、ほぼ同じ機
能及び構成を有する部分には、同一符号を付し、重複説
明については必要に応じて行なう。

【００３０】サファイア基板上１０に、ＧａＮのバッフ
ァ層１１、ＳｉドープＧａＮのｎ−コンタクト層１２、
ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッド層１３、ＭＱＷ活
性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−クラッド層１
５、ノンドープのＧａＮの電流ブロック層１６が積層形
成され、電流ブロック層１６はストライプ状にエッチン
グされる。活性層１４は、バンドギャップエネルギーが
異なり、それぞれの厚さが１０ｎｍ以下の２種類のＩｎ
ＧａＡｌＮ層の繰り返しで構成される周期構造からなる
多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる。

【００３１】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出したｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６上に
は、ＭｇドープＧａＮのｐ−埋込み層１７、Ｍｇドープ
ＧａＮのｐ−コンタクト層１８が積層される。そして、
ｐ−コンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中
まで部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト
層１２の表面にはｎ側電極２１が形成され、ｐ−コンタ
クト層１８の表面にはｐ側電極２２が形成される。

【００３２】このように本実施の形態では、バンドエネ
ルギーが異なり、それぞれの厚さが１０ｎｍ以下の２種
類のＩｎＧａＡｌＮ層の繰り返しで構成される周期構造
を、ＭＱＷ活性層１４として用い、その上に電流狭窄構
造形成のための再成長を行う構成としている。このた
め、再成長界面及び再成長層で発生すると考えられてい
た結晶欠陥を低減すると共に、平坦な再成長表面が得ら
れ、ｐ側電極２２でのコンタクト抵抗が低く、動作電圧
の低い素子を得ることが可能になる。

【００３３】また、周期構造を用いて結晶欠陥を低減で
きることから、活性層１４へのキャリアの注入を効率良
く行うことができる。更に、サファイア基板１０上に素
子部に必要な各層を直接形成するのではなくバッファ層
１１を介在させることにより、素子部の各層の結晶品質
の向上をはかることができ、これによってもキャリアの
注入効率の向上やコンタクト抵抗の低減に寄与すること
ができる。

【００３４】次に、図１図示の窒化ガリウム系化合物半
導体レーザの製造方法について説明する。

【００３５】まず、図２（ａ）に示すように、サファイ
ア基板１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
によりＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等からなるバッファ
層１１を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長し、その上
にＳｉドープＧａＮのｎ−コンタクト層１２をＭＯＣＶ
Ｄ法で４μｍの膜厚で成長する。続いて、ＳｉドープＧ
ａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎのｎ−クラッド層１３をＭＯＣＶＤ法
で２５０ｎｍの膜厚で成長する。なお、以下では成長方
法については述べないが、全てＭＯＣＶＤ法を用いるも
のとする。

【００３６】次に、ノンドープのＧａＮの厚さ２００ｎ
ｍの光ガイド層、厚さ１．５ｎｍのノンドープＩｎ_0.25
Ｇａ_0.75Ｎ及び厚さ３ｎｍのノンドープＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を５０周期繰り返し
て構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、そしてノン
ドープＧａＮの厚さ２００ｎｍの光ガイド層、を積層成
長してなるＭＱＷ活性層１４を形成する。

【００３７】次に、ＭｇドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎのｐ
−クラッド層１５を成長し、続いて電流ブロック層１６
としてノンドープＧａＮの層を０．６μｍ成長する。更
に、表面保護層３１としてノンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎよりなる層を０．２μｍ成長させる。このとき、表面
保護層３１は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分と
する雰囲気で、９００℃以下の温度で成長させる。

【００３８】次に、ウェハを成長装置から取出し、図２
（ｂ）に示すように、表面保護層３１及び電流ブロック
層１６の一部を幅５μｍのストライプ状に反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）でエッチングして開口部を形成
し、ｐ−クラッド層１５を露出させる。

【００３９】次に、再びウェハを成長装置に入れ、窒素
ガス、アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰
囲気で、９００℃より高い温度に晒すことによって、図
２（ｃ）に示すように表面保護層３１を蒸発させ、清浄
な電流ブロック層表面を形成する。

【００４０】次に、図３（ａ）に示すように、電流ブロ
ック層１６上及び露出したｐ−クラッド層１５上に、Ｍ
ｇドープＧａＮの厚さ０．８μｍのｐ−埋込み層１７
と、この埋込み層１７より更に高い濃度までＭｇをドー
プしたｐ⁺ −ＧａＮの厚さ０．２μｍのｐ−コンタクト
層１８を順次成長する。

【００４１】次に、ウェハを成長装置から取出し、図３
（ｂ）に示すように、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コ
ンタクト層１２の途中までＲＩＥで部分的にエッチング
し、ｎ側電極２１を形成すべきｎ−コンタクト層１２を
露出させる。

【００４２】次に、ｎ−コンタクト層１２上にＴｉ−Ａ
ｕからなるｎ側電極２１を形成する。また、ｐ−コンタ
クト層１８上に、Ｐｄ−Ａｕよりなるｐ側電極２２を、
電流ブロック層１６のストライプ状の開口部の直上を含
み、より広い面積になるように形成する。これにより、
前記図１に示す構造が得られる。なお、ｐ側電極２２は
Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ等でもよい。

【００４３】これ以降は、図４に示すように、サファイ
ア基板１０の裏面を８０μｍ以下になるように研磨した
後、裏面金属膜３５としてＴｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕ等を
形成し、裏面からスクライブすることにより、レーザ端
面及びチップ化を行い、ダイヤモンド、銅等からなるヒ
ートシンク３６にＡｕ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｉｎ等の融
着金属３７を用いてサファイア基板側をヒートシンク３
６にマウントする。そして、ｎ側電極２１、ｐ側電極２
２のそれぞれにワイヤ３８のボンディングを行うことで
レーザ素子を得る。

【００４４】以上のようにして得た半導体レーザは４２
０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は
８０℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１００時間以上
の動作が確認できた。上記実施の形態において、表面保
護層３１としてノンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなる
層を形成しなくてもレーザ発振動作は得られるが、最高
発振温度は５０℃にとどまった。この違いは、表面保護
層３１を用いることによって、再成長が容易になると共
に再成長層の結晶品質を高めることができるためであ
る。

【００４５】本実施の形態の製造方法では、サファイア
基板１０上にｎ−コンタクト層１２、ｎ−クラッド層１
３、ＭＱＷ活性層１４、ｐ−クラッド層１５、電流ブロ
ック層１６及び表面保護層３１を形成した後、ＲＩＥ等
により表面保護層３１と電流ブロック層１６の一部を除
去してｐ−クラッド層１５を露出させる。この後、ＭＯ
ＣＶＤ法により埋込み層１７を形成する直前に、基板温
度１１００℃に保持し、アンモニアガス、水素ガス、窒
素ガスを混合したガス流雰囲気に１５分晒すことにより
表面保護層３１を蒸発させ、電流ブロック層１６の清浄
な表面を得る。これによって、埋込み層１７との界面で
の欠陥発生が抑制され、これに引き続き積層されるｐ−
コンタクト層１８の表面の平坦化が促進される。従っ
て、ｐ−コンタクト層１８の表面に形成されるｐ側電極
２２との良好なコンタクトが形成され、動作電圧の低い
素子を得ることが可能になる。

【００４６】このような効果を更に促進するには、電流
ブロック層の表面部を再蒸発しにくいＡｌ組成の高いＩ
ｎＧａＡｌＮとし、表面保護層を再蒸発しやすいＡｌ組
成の低い、又はＡｌを含まないＩｎＧａＡｌＮとするこ
とで容易に構成することができる。

【００４７】図５は本発明の別の実施の形態に係る窒化
ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面
図、図６（ａ）〜（ｃ）はその製造工程を示す断面図で
ある。本実施の形態が先に説明した図１図示の実施の形
態と異なる点は、電流狭窄部の構造と作り方、更にはパ
ッシベーション膜を新たに設けた点にある。

【００４８】図５図示の実施の形態では図１図示の実施
の形態と同様に、サファイア基板１０上にバッファ層１
１、ｎ−コンタクト層１２、ｎ−クラッド層１３、ＭＱ
Ｗ活性層１４、ｐ−クラッド層１５を形成した後に、図
６（ａ）に示すように、ｐ−クラッド層１５上に第１の
表面保護層５１としてノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよ
りなる層を０．２μｍ成長させる。続いて、電流ブロッ
ク層１６としてノンドープＧａＮの層を０．６μｍ成長
させる。更に、第２の表面保護層５２としてノンドープ
Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなる層を０．２μｍ成長させ
る。このとき、第１及び第２の表面保護層５１、５２
は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲気
で、９００℃以下の温度で成長させる。

【００４９】次に、ウェハを成長装置から取出し、図６
（ｂ）に示すように、第２の表面保護層５２及び電流ブ
ロック層１６の一部を幅５μｍのストライプ状にエッチ
ングして開口部を形成し、第１の表面保護層５１を露出
させる。

【００５０】次に、再びウェハを成長装置に入れ、窒素
ガス、アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰
囲気で、９００℃より高い温度に晒すことによって、図
６（ｃ）に示すように、第１の表面保護層５１の前記開
口部に露出した部分及び第２の表面保護層５２を蒸発さ
せ、清浄なクラッド層表面及び電流ブロック層表面を得
る。

【００５１】次に、電流ブロック層１６上及び露出した
ｐ−クラッド層１５上に、ＭｇドープＧａＮのｐ−埋込
み層１７、ｐ⁺ −ＧａＮのｐ−コンタクト層１８を順次
成長する。その後、ウェハを成長装置から取出し、エッ
チングによりｎ側電極２１を形成すべきｎ−コンタクト
層１２を露出させる。このとき、電流ブロック層１６の
ストライプ状の開口部が、メサの中心よりｎ側電極２１
を形成する側になるよう配置することで、ｎ−コンタク
ト層１２を横方向に流れる電流の直列抵抗を低減でき、
動作が低減できる。

【００５２】次に、電極コンタクトを形成する開口部を
除き、ＳｉＯ₂ からなるパッシベーション膜５５を形成
することにより、メサ側面等を流れるリーク電流の低減
をはかる。パッシベーション膜５５のｐ側電極２２に対
する開口部は、電流狭窄のストライプ状の開口部の直上
を含み、より広い面積になるように形成する。

【００５３】次に、Ｔｉ−Ａｕからなるｎ側電極２１、
Ｐｄ−Ａｕよりなるｐ側電極２２を形成する。なお、ｐ
側電極２２はＰｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ等でもよい。ｎ側
電極２１、ｐ側電極２２は、パッシベーション膜５５上
に配置し、電流ブロック層１６のストライプ状開口部側
のメサ側面からそれぞれの電極コンタクト部に対し遠い
側に配置するボンディングパッドに連結させる。これに
よって、ワイヤボンディングのダメージが発光部に及び
にくくすることができる。

【００５４】更に、図１図示の実施の形態と同様に、サ
ファイア基板１０の裏面研磨、裏面金属膜３５の形成、
レーザ端面形成及びチップ化を行い、ヒートシンク３６
に融着金属３７を用いてサファイア基板１０側をマウン
トし、ｎ側電極２１、ｐ側電極２２のそれぞれにワイヤ
ボンディングを行うことでレーザ素子を得る。

【００５５】以上のようにして得たレーザ素子は４２０
ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は９
０℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１０００時間以上
の動作が確認できた。

【００５６】図７は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。

【００５７】図７図示の実施の形態が図１図示の実施の
形態と異なる点は、電流ブロック層をＡｌＮで形成した
点にある。

【００５８】即ち、図７図示の実施の形態では図１図示
の実施の形態と同様に、サファイア基板１０上に、バッ
ファ層１１、ｎ−コンタクト層１２、ｎ−クラッド層１
３、ＭＱＷ活性層１４、ｐ−クラッド層１５を形成した
後、ｐ−クラッド層１５上に電流ブロック層６２として
ノンドープＡｌＮよりなる層を３０ｎｍ成長させる。更
に、図示しない表面保護層として、ノンドープＧａＮよ
りなる層を０．１μｍ成長させる。このとき、表面保護
層は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲
気で成長させる。

【００５９】次に、ウェハを成長装置から取出し、表面
保護層及び電流ブロック層６２の一部を幅５μｍのスト
ライプ状にエッチングして開口部を形成し、ｐ−クラッ
ド層１５を露出させる。次に、再びウェハを成長装置に
入れ、表面保護層形成時の雰囲気よりも、相対的に水素
ガスが多い、又はアンモニアガスが少ない雰囲気で、少
なくとも表面保護層を形成した温度よりも高い温度に晒
すことによって、表面保護層を蒸発させ、清浄な電流ブ
ロック層表面を形成する。ここで、ＡｌＮ等Ａｌ組成の
高いＩｎＧａＡｌＮは再蒸発が起こりにくいこと、電流
注入を阻止するための厚さが薄くて良いことから、再成
長界面に極端な段差を形成する必要がなく、良好な再成
長結晶が得やすい。

【００６０】次に、電流ブロック層６２上及び露出した
ｐ−クラッド層１５上に、ＭｇドープＧａＮのｐ−埋込
み層１７、ｐ⁺ −ＧａＮのｐ−コンタクト層１８を図１
図示の実施の形態と同様に積層する。

【００６１】このようにして得られたウェハを図１図示
の実施の形態と同様にレーザ素子化し、特性評価したと
ころ、４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の
最高温度は９０℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１０
００時間以上の動作が確認できた。

【００６２】図７図示の実施の形態では、ｐ−クラッド
層１５と電流ブロック層６２との間には表面保護層を設
けていない場合を記したが、例えばｐ−ＧａＮ等からな
る表面保護層を設けても良いのは勿論である。

【００６３】図８は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。

【００６４】図８図示の実施の形態が図１図示の実施の
形態と異なる点は、電流ブロック層を基板側に設けたこ
とにある。

【００６５】即ち、図８図示の実施の形態では図１図示
の実施の形態と同様に、サファイア基板上１０にＭＯＣ
ＶＤ法により、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層１２
を形成した後、ｎ−コンタクト層１２上に電流ブロック
層６４としてノンドープ又はＭｇをドープしたＡｌＮよ
りなる層を３０ｎｍ成長させる。更に、図示しない表面
保護層としてノンドープＧａＮよりなる層を０．１μｍ
成長させる。このとき、表面保護層は、窒素ガス、水素
ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲気で成長さ
せる。

【００６６】次に、ウェハを成長装置から取出し、表面
保護層及び電流ブロック層６４の一部を幅５μｍのスト
ライプ状にエッチングして開口部を形成し、ｎ−コンタ
クト層１２を露出させる。

【００６７】次に、再びウェハを成長装置に入れ、表面
保護層形成時の雰囲気よりも、相対的に水素ガスが多
い、又はアンモニアガスが少ない雰囲気で、少なくとも
表面保護層を形成した温度よりも高い温度に晒すことに
よって、表面保護層を蒸発させ、清浄な電流ブロック層
表面を得る。電流ブロック層は再蒸発が起こりにくく、
電流注入を阻止しやすい材料であればＡｌＮでなくても
良く、例えばＡｌ組成の高いＩｎＧａＡｌＮであればよ
い。

【００６８】次に、電流ブロック層６４上及び露出した
ｎ−コンタクト層１２上に、ＳｉドープＧａ_0.8 Ａｌ
_0.2 Ｎのｎ−クラッド層１３を２５０ｎｍの膜厚で形成
する。続いて、図１図示の実施の形態と同様な周期構造
からなる多重量子井戸構造のＭＱＷ活性層１４を形成す
る。次に、ＭｇドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎのｐ−クラッ
ド層１５を形成する。更に、Ｍｇドープｐ−ＧａＮから
なりる厚さ０．８μｍの埋込み層１７を成長し、その上
に埋込み層１７より更に高い濃度までＭｇをドープした
ｐ⁺ −ＧａＮの厚さ０．２μｍのｐ−コンタクト層１８
を成長する。

【００６９】このようにして得られたウェハを図１図示
の実施の形態と同様にレーザ素子化し、特性評価したと
ころ、４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の
最高温度は９０℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１０
００時間以上の動作が確認できた。また、屈曲した活性
層構造に起因するとみられる、横方向の光ガイド効果に
より、非点隔差１０μｍ以下と、小さなスポットに絞る
上で有利な特性が得られた。

【００７０】図９は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。

【００７１】図９図示の実施の形態は、図１図示の実施
の形態の構成に加え、ダブルヘテロ接合構造の基板と反
対側にも周期構造を形成したものである。

【００７２】即ち、図１図示の構成に加え、電流ブロッ
ク層１６及び該電流ブロック層１６の開口部に露出する
ｐ−クラッド層１５とｐ−埋込み層１７との間に、それ
ぞれの層の厚さが１０ｎｍ以下で、２種類以上の窒化ガ
リウム系化合物半導体層の繰り返しで構成される周期構
造部６６が形成される。

【００７３】より具体的には周期構造部６６は、共にＭ
ｇドープのｐ型結晶で、厚さが共に２．５ｎｍの（クラ
ッド側）ＧａＮ／Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ（コンタクト側）
の５０ペアから、または共にＭｇドープのｐ型結晶であ
り、厚さが共に２．５ｎｍの（クラッド側）ＧａＮ／Ｇ
ａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎ（コンタクト側）の５０ペアから構成
される。

【００７４】このような構成であれば、図１図示の実施
の形態で述べたようなＭＱＷ活性層１４による結晶欠陥
の低減効果に加え、周期構造部６６によっても結晶欠陥
の低減をはかることができる。特に、周期構造部６６が
電流ブロック層１６よりも上層にあるので、電流ブロッ
ク層１６のエッチングによって生じた欠陥をも低減する
ことができ、コンタクト抵抗の低減に寄与することが可
能となる。

【００７５】なお、図１乃至図９を参照して述べた実施
の形態においては、周期構造部を活性層中のＭＱＷとし
ている。しかし、周期構造を形成することでコンタクト
層表面が平坦化され、動作電圧低減、高信頼化がはかれ
る構造であれば、電極コンタクト部から活性層に亘る少
なくともいずれかの部分に周期構造が形成されていれば
よい。また、ＭＱＷ構造の詳細は、発振波長、動作電
流、ノイズ特性等により変化し得るが、コンタクト層表
面の平坦化が促進される条件を満たしていればよい。

【００７６】また、電流ブロック層はノンドープの高抵
抗層としたが、これに限らず各種の変形が可能である。
例えば、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ、Ｓ等をドープしたｎ
−電流ブロック層を形成し、逆接合により電流狭窄を行
ってもよい。更に、Ｚｎ、Ｐ、Ｏをドープして深い準位
を形成、又はＭｇをドープしてヘテロ界面による障壁を
形成して電流狭窄を行ってもよい。

【００７７】図１乃至図９を参照して述べた実施の形態
によれば、電極コンタクト部から活性層に亘る少なくと
もいずれかの部分に周期構造部を形成することにより、
結晶成長時に生じた欠陥等の影響をなくして結晶性の向
上をはかることができる。より具体的には、結晶成長時
に生じた欠陥は周期構造部を形成することにより埋もれ
てしまい、結果として結晶品質の向上をはかることがで
きる。このため、活性層におけるキャリアの注入効率の
向上をはかると共に、電極コンタクト等での電圧降下を
抑制することができ、低しきい値化及び信頼性の向上を
はかることが可能となる。

【００７８】また、前述の製造方法においては、再成長
の下地となる下地薄膜（例えば電流ブロック層）の上に
予め表面保護層を設けておき、下地薄膜に対する所望の
エッチング後に表面保護層を気相中の高温放置により再
蒸発させて除去する。これにより、下地薄膜の清浄表面
を得ることができ、更にこれを大気等に晒すことなく、
連続して次の層を成長することができる。従って、その
後の再成長を容易にすると共に、再成長層の結晶品質を
高めることにつながり、半導体レーザは勿論のこと、窒
化ガリウム系化合物半導体を用いた各種半導体素子の素
子特性の向上に寄与することが可能となる。

【００７９】図１０は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【００８０】図１０図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、ＧａＮのバッファ層１１、Ｓｉドー
プＧａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌ
Ｎのｎ−クラッド層１３、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
等からなる活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−ク
ラッド層１５、ＳｉドープＧａＮの電流ブロック層１６
が積層形成され、電流ブロック層１６はストライプ状に
エッチングされる。

【００８１】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出したｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６上に
は、ＭｇドープＧａＮのｐ−下部電流注入層１７、高濃
度にＭｇドープしたｐ⁺ −ＧａＮのｐ−上部電流注入層
（ｐ−コンタクト層）１８が積層される。そして、ｐ−
コンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中まで
部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１
２の表面にはｎ側電極２１が形成され、ｐ−コンタクト
層１８の表面にはｐ側電極２２が形成される。次に、図
１０図示の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法及びその構造の詳細について説明する。

【００８２】まず、サファイア基板１０上に、有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等によりＧａＮ、ＡｌＮ、
ＧａＡｌＮ等からなるバッファ層１１を１０〜２００ｎ
ｍ程度の膜厚で成長し、その上にＳｉドープＧａＮのｎ
−コンタクト層１２を４μｍの膜厚で形成する。続い
て、ＳｉドープＧａ_0.85Ａ１_0.15Ｎのｎ−クラッド層１
３を３００ｎｍの膜厚で形成する。なお、以下では成長
方法については述べてないが、全てＭＯＣＶＤ法を用い
るものとする。

【００８３】次に、ノンドープＧａＮからなり、厚さ１
００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンドープＩｎ
_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープＩｎ_0.05
Ｇａ_{0. 95}Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０周期繰り
返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、Ｍｇド
ープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０ｎｍのｐ−
キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからなり、厚さ１
００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長してなる活性層
１４を形成する。

【００８４】次に、ＭｇドープＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎのｐ
−クラッド層１５を３００ｎｍの膜厚で形成し、続い
て、電流ブロック層１６としてＳｉドープＧａＮよりな
る層を１．５μｍ成長させる。

【００８５】次に、ウエハを成長装置から取り出し、電
流ブロック層１６の一部を幅３μｍのストライプ状に反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）でエッチングして開口
部を形成し、ｐ−クラッド層１５を露出させる。

【００８６】次に、再びウエハを成長装置に入れ、電流
ブロック層１６上及び露出したｐ−クラッド層１５上
に、Ｍｇドープｐ−ＧａＮからなり、厚さ８００ｎｍの
ｐ−下部電流注入層１７、高濃度にＭｇドープしたｐ⁺
−ＧａＮからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入
層（ｐ−コンタクト層）１８を積層する。

【００８７】次に、ウエハを成長装置から取り出し、ｐ
−コンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中ま
でＲＩＥで部分的にエッチングし、ｎ側電極を形成すべ
きｎ−コンタクト層を露出させる。

【００８８】次に、ｎ−コンタクト層１２上にＡｌ−Ｔ
ｉ−Ａｕからなるｎ側電極２１を形成する。また、ｐ−
コンタクト層１８上に、Ｐｔ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕよりな
るｐ側電極２２を、電流ブロック層のストライプ状の開
口部の直上を含み、より広い面積になるように形成す
る。これにより、図１０に示す構造が得られる。

【００８９】以上のようにして得たレーザ素子は４２０
ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は１
００℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１０００時間以
上の動作が確認できた。

【００９０】このような素子特性が得られるための構成
要件としては、電流ブロック層１６の厚さをＴＡ、ｐ−
クラッド層１５の厚さ（電流ブロック層１６と活性層１
４との間のｐ−層の厚さ）ＴＢ、ｐ−下部電流注入層１
７及びｐ−上部電流注入層１８の厚さの総和即ち電流注
入層の厚さ（電流ブロック層１６と電極２２との間のｐ
−層の厚さ）をＴＣとすると、それぞれの厚さの関係
が、 ＴＢ＜ＴＡ …（１） ＴＣ＜ＴＡ …（２） ＴＢ＜ＴＣ …（３） を満足するように設定されることにある。

【００９１】図１０図示の実施の形態では、電流ブロッ
ク層１６の厚さをｐ−クラッド層１５の厚さ即ち電流ブ
ロック層と活性層１４との距離よりも厚くしておくこ
と、電流ブロック層１６の厚さを電流注入層の厚さより
も厚くしておくこと、電流注入層の厚さを電流ブロック
層１６と活性層１４との距離よりも厚くすることとして
いる。しかし、これらの厚さの関係は、少なくともどれ
か一つが成り立つことのような条件であっても良好な電
流狭窄効果が得られた。また、これらの構成要件のう
ち、複数、あるいはすべてが満たされることによって、
その素子特性を与える効果はより大きくなった。

【００９２】更に上述の効果は、 ２ＴＢ＜ＴＡ …（４） とすることによって、後述するメモリ効果によるｐ型不
純物混入を、更に抑制することができるため、更に良好
な電流狭窄効果が得られた。ただし、電流ブロック層１
６の厚さが、電流ブロック層１６と活性層１４との距離
の１０倍よりも厚くなると、電流ブロック層１６の開口
部を制御性よく形成することが困難になり、歩留まりが
低下した。

【００９３】また、上述の効果は １．２ＴＣ＜ＴＡ …（５） とすることによって、拡散によるｐ型不純物混入を更に
抑制することができるため、更に良好な電流狭窄効果が
得られた。ただし、電流ブロック層１６の厚さが、電流
注入層の厚さの２倍よりも厚くなると、電流注入層を電
流ブロック層１６の開口部に形成する部分での結晶性が
十分得られず、電流注入層上部に形成される電極コンタ
クトが不十分となり動作電圧の増加を引き起こした。

【００９４】更に、 １．７ＴＢ＜ＴＣ＜５ＴＢ …（６） とすることが望ましい。ここで、電流注入層の厚さがｐ
−クラッド層１５の厚さに対して、上記の範囲よりも大
きくなると、直列抵抗が増大して動作電圧が増加し、逆
に上記の範囲よりも小さくなると、光の閉じ込めが不十
分になる。

【００９５】なお、図１０図示の実施の形態では、活性
層はＭＱＷを有するものについて記載したが、単一の量
子井戸（ＳＱＷ）や量子効果のない厚膜層、あるいは量
子効果のない層をバンドギャップの大きな層で隔てて複
数積層したような構造であってもよい。

【００９６】また、活性層と電流ブロック層の間にｐ−
クラッド層以外のｐ−層を挿入した場合は、同ｐ−層の
厚さをｐ−クラッド層１５の厚さＴＢの一部として考慮
して、上述の条件を満足するように設定する。

【００９７】図１１は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図１２は、図１１図示の実施の形態の
電流狭窄部周辺の不純物ドーピングのプロファイルを示
す。

【００９８】図１１図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層
１２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、ｐ−クラッド
層１５、ＳｉドープＧａＮの電流ブロック層１６が積層
形成され、電流ブロック層１６はストライプ状にエッチ
ングされる。

【００９９】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出したｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６上に
は、ｐ−下部電流注入層１７、ｐ−上部電流注入層（ｐ
−コンタクト層）１８が積層される。そして、ｐ−コン
タクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中まで部分
的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１２の
表面にはｎ側電極２１が形成され、ｐ−コンタクト層１
８の表面にはｐ側電極２２が形成される。

【０１００】次に、図１１図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１０１】活性層１４上にＭｇを３×１０¹⁹ｃｍ^-3ド
ープしたｐ−Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎのｐ−クラッド層１５
を３００ｎｍの膜厚で形成し、続いて、電流ブロック層
１６としてＳｉを３×１０¹⁸ｃｍ^-3ドープしたＧａＮよ
りなる電流ブロック層１６を１．５μｍ成長させる。次
に、ウエハを成長装置から取り出し、電流ブロック層１
６の一部を幅３μｍのストライプ状に反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）でエッチングして開口部を形成し、ｐ
−クラッド１５を露出させる。次に、再びウエハを成長
装置に入れ、電流ブロック層１６上及び露出したｐ−ク
ラッド層１５上に、Ｍｇを３×１０¹⁹ｃｍ^-3ドープした
ｐ−ＧａＮからなり、厚さ８００ｎｍのｐ−下部電流注
入層１７、Ｍｇを８×１０¹⁹ｃｍ^-3ドープしたｐ⁺ −Ｇ
ａＮからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入層
（ｐ−コンタクト層）１８を積層する。次に、図１０図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図１
１に示す構造が得られる。

【０１０２】電流ブロック層１６内には、図１１に示す
ように、ｐ型または高抵抗のｉ型を示す領域１６ａ、ｎ
型を示す領域１６ｂ、ｐ型または高抵抗のｉ型を示す領
域１６ｃが形成される。ｐ型または高抵抗のｉ型を示す
領域１６ａは、電流ブロック層１６とその下層であるｐ
−クラッド層１５の界面に近接して形成される。また、
ｐ型または高抵抗のｉ型を示す領域１６ｃは、電流ブロ
ック層１６とｐ−下部電流注入層１７の界面に近接して
形成される。この構造は、後述する効果、及び拡散効果
を活用して電流ブロック層にｐ型不純物であるＭｇを所
望のプロファイルになるように混入させることにより形
成することができる。なお、領域１６ａ、１６ｃの典型
的な厚さはそれぞれ６００ｎｍ、２００ｎｍ程度であ
る。

【０１０３】電流ブロック層１６とその下層のｐ−層の
界面、あるいは電流ブロック層１６とｐ−電流注入層の
界面には微小な穴等の欠陥が発生しやすい。これら界面
とｐｎ接合面が略等しく位置すると、ｐｎ接合面に存在
する欠陥が引き起こす発生再結合による無効電流を発生
する原因となり、電流狭窄性が阻害される。これに対
し、図１１図示の実施の形態のように電流ブロック層内
におけるｐｎ接合面と結晶層の界面とを積極的にずらす
ことにより、ｐｎ接合面に存在する欠陥が引き起こす発
生再結合による無効電流が低減される。これにより、低
しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかること
が可能となる。特に本実施の形態に示したように、Ａｌ
を含む結晶層に接して、電流ブロック層を形成する場合
は、界面近傍の電流ブロック層に欠陥が生成しやすく、
本発明の効果は顕著に現れる。

【０１０４】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１２０℃、５０℃、３ｍＷの条件で連続３０００時
間以上の動作が確認できた。

【０１０５】図１１図示の実施の形態に示したｎ型でな
い領域は、欠陥が発生しやすい電流ブロック層とその下
層の界面、及び電流ブロック層とｐ−電流注入層の界面
の両方に設けている。しかし、どちらか一方の界面のみ
に形成されていても効果がある。また、ｎ型でない領域
は、電流ブロック層以外の層を形成する際に用いたＭｇ
等のｐ型不純物を混入することで形成される。しかし、
ｐ型不純物を意図的に電流ブロック層形成中にドーピン
グすることによって形成してもよい。

【０１０６】図１３は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０１０７】図１３図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層
１２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、第１ｐ−クラ
ッド層１５、電流ブロック層１６が積層形成され、電流
ブロック層１６はストライプ状にエッチングされる。

【０１０８】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出した第１ｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６
上には、ｐ−下部電流注入層（第２ｐ−クラッド層）１
７、ｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８が積
層される。そして、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コン
タクト層１２の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が形
成され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２
が形成される。

【０１０９】次に、図１３図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１１０】活性層１４は、ノンドープＧａＮからな
り、厚さ１００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンド
ープＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープ
Ｉｎ_{0. 05}Ｇａ_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０
周期繰り返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構
造、ＭｇドープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０
ｎｍのｐ−キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからな
り、厚さ１００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長して
なる。活性層１４上にはＭｇドープＧａ_0.85Ａｌ_{0. 15}Ｎ
の第１ｐ−クラッド層１５を１００ｎｍの膜厚で形成
し、次に、ＳｉドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎの電流ブロッ
ク層を３００ｎｍ成長させる。電流ブロック層１６を３
μｍ幅のストライプ状にエッチングした後、Ｍｇドープ
Ｇａ_0.85Ａｌ_{0. 15}Ｎの第２ｐ−クラッド層１７を３００
ｎｍ形成する。次に、Ｍｇを高濃度にドープしたｐ⁺ −
ＧａＮからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入層
（ｐ−コンタクト層）１８を積層する。次に、図１０図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図１
３に示す構造が得られる。

【０１１１】図１３図示の実施の形態に示す構造では、
電流注入層の少なくとも活性層に近接する部分に相当す
る第２ｐ−クラッド層１７が、活性層１４の発光波長４
２０ｎｍに対応するバンドギャップより大きなバンドギ
ャップを有している。更に、第２ｐ−クラッド層１７の
屈折率は電流ブロック層１６の屈折率より大きい。

【０１１２】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共
に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレ
ーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することがで
きた。

【０１１３】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１２０℃で、５０℃、５ｍＷの条件で連続１０００
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は３
μｍ以下と小さな値が得られた。

【０１１４】図１３図示の実施の形態においては、第１
ｐ−クラッド層１５及び第２ｐ−クラッド層１７を同じ
材料で形成することにより、略等しい屈折率の層になる
ようにしてある。しかし、本発明の骨子である電流注入
層の少なくとも活性層に近接する部分が、活性層の発光
波長に対応するバンドギャップより大きなバンドギャッ
プであると共に、その屈折率が電流ブロック層より大き
いことを満たしていれば同様の効果が得られる。

【０１１５】図１４は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０１１６】図１４図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層
１２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、第１ｐ−クラ
ッド層１５、電流ブロック層１６が積層形成され、電流
ブロック層１６はストライプ状にエッチングされる。

【０１１７】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出した第１ｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６
上には、ｐ−下部電流注入層（第２ｐ−クラッド層）１
７、ｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８が積
層される。そして、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コン
タクト層１２の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が形
成され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２
が形成される。

【０１１８】次に、図１４図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１１９】活性層１４は、ノンドープＧａＮからな
り、厚さ１００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンド
ープＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープ
Ｉｎ_{0. 05}Ｇａ_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０
周期繰り返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構
造、ＭｇドープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０
ｎｍのｐ−キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからな
り、厚さ１００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長して
なる。活性層１４上にはＭｇドープＧａ_0.85Ａｌ_{0. 15}Ｎ
の第１ｐ−クラッド層１５を１００ｎｍの膜厚で形成
し、次に、ＳｉドープＧａ_0.85Ａｌ0.15Ｎの電流ブロッ
ク層を３００ｎｍ成長させる。電流ブロック層１６を３
μｍ幅のストライプ状にエッチングした後、Ｍｇドープ
Ｇａ_0.9 Ａｌ_{0. 1} Ｎの第２ｐ−クラッド層１７を３００
ｎｍ形成する。次に、Ｍｇを高濃度にドープしたｐ⁺ −
ＧａＮからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入層
（ｐ−コンタクト層）１８を積層する。次に、図１０図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図１
４に示す構造が得られる。

【０１２０】図１４図示の実施の形態に示す構造では、
電流ブロック層１６が、活性層１４の発光波長に対応す
るバンドギャップより大きなバンドギャップを有してい
る。更に、電流ブロック層１６の屈折率は、電流注入層
の少なくとも活性層に近接する部分に相当する第２ｐ−
クラッド層１７の屈折率より大きい。

【０１２１】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で低い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、導波さ
れる光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザとして
不可欠な小さな非点隔差を実現することができた。

【０１２２】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１００℃で、５０℃、５ｍＷの条件で連続１０００
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は３
μｍ以下と小さな値が得られた。

【０１２３】図１４図示の実施の形態においては、第１
ｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６を導電型の
異なる同じ材料で形成することにより、略等しい屈折率
の層になるようにしてある。しかし、本発明の骨子であ
る電流ブロック層が、活性層の発光波長に対応するバン
ドギャップより大きなバンドギャップであると共に、そ
の屈折率が、電流注入層の少なくとも活性層に近接する
部分より大きいことを満たしていれば同様の効果が得ら
れる。

【０１２４】図１５は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０１２５】図１５図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層
１２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、第１ｐ−クラ
ッド層１５、電流ブロック層１６が積層形成され、電流
ブロック層１６はストライプ状にエッチングされる。

【０１２６】電流ブロック層１６のエッチングにより露
出した第１ｐ−クラッド層１５及び電流ブロック層１６
上には、ｐ−下部電流注入層（第２ｐ−クラッド層）１
７、ｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８が積
層される。そして、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コン
タクト層１２の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が形
成され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２
が形成される。

【０１２７】次に、図１５図示の実施の形態の窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法及びその構造の詳
細を特に電流ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１２８】活性層１４は、ノンドープＧａＮからなり
厚さ１００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンドープ
Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０周期
繰り返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、Ｍ
ｇドープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０ｎｍの
ｐ−キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからなり、厚
さ１００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長してなる。
活性層１４上にはＭｇドープｐ−Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎの
第１ｐ−クラッド層１５を１００ｎｍの膜厚で形成し、
次に、ＳｉドープＩｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎの電流ブロック層
を３００ｎｍ成長させる。電流ブロック層１６を３μｍ
幅のストライプ状にエッチングした後、ＭｇドープＧａ
_0.85Ａｌ_0.15Ｎの第２ｐ−クラッド層１７を３００ｎｍ
形成する。次に、Ｍｇを高濃度にドープしたｐ⁺ −Ｇａ
Ｎからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入層（ｐ
−コンタクト層）１８を積層する。次に、図１０図示の
実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図１５に
示す構造が得られる。

【０１２９】図１５図示の実施の形態に示す構造では、
電流注入層の少なくとも活性層に近接する部分に相当す
る第２ｐ−クラッド層１７のバンドギャップが、活性層
の発光波長に対応するバンドギャップより大きい。更
に、電流ブロック層１６のバンドギャップが、活性層の
発光波長に対応するバンドギャップより小さい。

【０１３０】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成できると共に、高次横モードに対しての
吸収損失を大きくすることができるので、基本横モード
を安定化し、光の回折損失によるしきい電流の増加を抑
えると共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディス
ク用のレーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現する
ことができた。

【０１３１】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１００℃で、５０℃、７ｍＷの条件で連続１０００
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は７
μｍ以下と小さな値が得られた。

【０１３２】図１５図示の実施の形態においては、第１
ｐ−クラッド層１５及び第２ｐ−クラッド層１７を同じ
材料で形成することにより、略等しい屈折率の層になる
ようにしてある。しかし、本発明の骨子である電流注入
層の少なくとも活性層に近接する部分のバンドギャップ
が活性層の発光波長に対するバンドギャップより大き
く、電流ブロック層のバンドギャップが、活性層の発光
波長に対応するバンドギャップより小さいことを満たし
ていれば同様の効果が得られる。

【０１３３】図１６は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０１３４】図１６図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上にバッファ層１１、ｎ−コンタクト層１
２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、ｐ−クラッド層
１５、電流ブロック層１６が積層形成され、電流ブロッ
ク層１６及びｐ−クラッド層１５はストライプ状にエッ
チングされ、その断面形状はＶ字状になっている。

【０１３５】電流ブロック層１６及びｐ−クラッド層１
５のエッチングにより露出したｐ−クラッド層１５のＶ
溝部及び電流ブロック層１６上には、ｐ−下部電流注入
層１７、ｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８
が積層される。そして、ｐ−コンタクト層１８からｎ−
コンタクト層１２の途中まで部分的にエッチングされ、
露出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１
が形成され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極
２２が形成される。

【０１３６】次に、図１６図示の実施の形態の窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法及びその構造の詳
細を特に電流ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１３７】活性層は、ノンドープＧａＮからなり厚さ
１００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンドープＩｎ
_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープＩｎ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０周期繰り
返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、Ｍｇド
ープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０ｎｍのｐ−
キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからなり、厚さ１
００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長してなる。活性
層１４上にはＭｇドープＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎのｐ−クラ
ッド層１５を３００ｎｍの膜厚で形成し、次に、Ｓｉを
ドープしたＧａＮの電流ブロック層を１．５μｍ形成す
る。電流ブロック層１６を２μｍ幅のストライプ状にエ
ッチングすることにより、ｐ−クラッド層１５に達する
Ｖ字状の溝部を形成した後、ＭｇドープＧａＮのｐ−下
部電流注入層１７を８００ｎｍ形成する。次に、Ｍｇを
高濃度にドープしたｐ⁺ −ＧａＮからなり、厚さ２００
ｎｍのｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８を
積層する。次に、図１０図示の実施の形態と同様の電極
形成プロセスを経て、図１６に示す構造が得られる。

【０１３８】図１６図示の実施の形態に示す構造では、
ｐ−下部電流注入層１７を、ストライプ状の開口部にお
いて、電流注入層と活性層１４に挟まれたｐ−クラッド
層１５に形成された溝部に接するように形成している。
また、この溝部の形状をＶ字型にしているところに特徴
がある。

【０１３９】これにより、電流をストライプ中央部に集
中させることが可能になり、電流広がりによる無効な電
流を抑制することができた。更に、ｐ−下部電流注入層
１７の抵抗率を、ｐ−クラッド層１５の抵抗率よりも低
くすることが、より顕著な無効電流狭窄効果をもたらし
ていると考えられる。この場合、同時にＶ字溝の埋め込
む材料の屈折率がｐ−クラッド層の屈折率よりも高いこ
とから、接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入さ
れるストライプ状の開口部のＶ字部分で高い光の導波機
構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸収損
失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、
導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザ
として不可欠な小さな非点隔差を実現することができ
た。

【０１４０】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１１０℃で、５０℃、３ｍＷの条件で連続１０００
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は７
μｍ以下と小さな値が得られた。

【０１４１】図１６図示の実施の形態では、ｐ−下部電
流注入層１７として、ｐ−クラッド層１５より屈折率の
高い層を用いている。しかし、ｐ−クラッド層１５より
抵抗率が低くければ、必ずしも屈折率の高い層ばかりで
なく、略等しい屈折率を持つ材料や、屈折率の低い材料
を用いてもよい。

【０１４２】図１７は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０１４３】図１７図示の実施の形態において、サファ
イア基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−コンタクト層
１２、ｎ−クラッド層１３、活性層１４、ｐ−クラッド
層１５、電流ブロック層１６が積層形成され、電流ブロ
ック層１６及びｐ−クラッド層１５はストライプ状にエ
ッチングされ、その断面形状は溝底部で平坦になってい
る。

【０１４４】電流ブロック層１６及びｐ−クラッド層１
５のエッチングにより露出したｐ−クラッド層１５の溝
部及び電流ブロック層１６上には、ｐ−下部電流注入層
１７、ｐ−上部電流注入層（ｐ−コンタクト層）１８が
積層される。そして、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コ
ンタクト層１２の途中まで部分的にエッチングされ、露
出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が
形成され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２
２が形成される。

【０１４５】次に、図１７図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層１６の周辺について説明する。

【０１４６】活性層は、ノンドープＧａＮからなり厚さ
１００ｎｍの光ガイド層、厚さ２ｎｍのノンドープＩｎ
_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ、及び厚さ４ｎｍのノンドープＩｎ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎの２種類のＩｎＧａＡｌＮ層を１０周期繰り
返して構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造、Ｍｇド
ープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎからなり、厚さ４０ｎｍのｐ−
キャップ層、そしてＭｇドープＧａＮからなり、厚さ１
００ｎｍのｐ−光ガイド層、を積層成長してなる。活性
層１４上にはＭｇドープＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎのｐ−クラ
ッド層１５を３００ｎｍの膜厚で形成し、次に、Ｓｉド
ープＧａＮの電流ブロック層を１．５μｍ形成する。電
流ブロック層１６を３μｍ幅のストライプ状にエッチン
グすることにより、ｐ−クラッド層１５に達し、その断
面形状が溝底部で平坦になっている溝部を形成した後、
ＭｇドープＧａＮのｐ−下部電流注入層１７を８００ｎ
ｍ形成する。次に、Ｍｇを高濃度にドープしたｐ⁺ −Ｇ
ａＮからなり、厚さ２００ｎｍのｐ−上部電流注入層
（ｐ−コンタクト層）１８を積層する。次に、図１０図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図１
７に示す構造が得られる。

【０１４７】図１７図示の実施の形態に示す構造では、
ｐ−下部電流注入層１７を、ストライプ状の開口部にお
いて、電流注入層と活性層１４に挟まれたｐ−クラッド
層１５に形成された溝部に接するように形成している。
また、この溝部の形状をその断面形状が溝底部で平坦に
なるようにしているところに特徴がある。

【０１４８】これにより、電流注入の幅、光の導波機構
の幅を略一致させることができる。これは非点隔差の小
さなレーザを作るのに有効である。溝を埋め込む材料の
屈折率がｐ−クラッド層の屈折率よりも高いことから、
接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入されるスト
ライプ状の開口部で高い光の導波機構が形成でき、基本
横モードを安定化し、光の吸収損失、回折損失によるし
きい電流の増加を抑えると共に、導波される光の波面を
平坦にし、光ディスク用のレーザとして不可欠な小さな
非点隔差を実現することができた。

【０１４９】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は１１０℃で、５０℃、５ｍＷの条件で連続１０００
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は５
μｍ以下と小さな値が得られた。

【０１５０】図１７図示の実施の形態では、ｐ−下部電
流注入層１７として、ｐ−クラッド層１５より屈折率の
高いＧａＮを用いているが、図１８に示すようにｐ−ク
ラッド層１５と同等、あるいは低い屈折率を持つ第２ｐ
−クラッド層１７ａ等を用いてもよい。

【０１５１】図１９は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図１９図示の実施の形態は、ｐ−クラ
ッド層に形成される溝部が、２段階になっており、溝部
の幅をストライプ状の開口部の幅より狭くなっている点
のみで、図１７図示の実施の形態と相違する。

【０１５２】このような構成にすることにより、電流注
入の幅を光の導波機構の幅より狭くすることができる。
これは活性層の電流注入される部分の両脇の非注入部分
での吸収の発生を促し、過飽和吸収体とすることによ
り、セルフパルセーションを起こす低ノイズレーザとす
るのに有効である。

【０１５３】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
４２０ｎｍの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は９０℃で、５０℃、５ｍＷの条件で連続１０００時
間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は７μ
ｍ以下と小さな値が得られた。またセルフパルセーショ
ンを起こす低ノイズの特性が得られた。

【０１５４】図１９図示の実施の形態では、ｐ−下部電
流注入層として、ｐ−クラッド層より屈折率の高い層を
用いている。しかし、ｐ−クラッド層１５より抵抗率が
低くければ、必ずしも屈折率の高い層ばかりでなく、略
等しい屈折率を持つ材料や、屈折率の低い材料を用いて
も構わない。

【０１５５】図１０乃至図１９図示の実施の形態によれ
ば、次のような効果を得ることができる。

【０１５６】従来の電流ブロック層にストライプ開口を
有する半導体レーザ素子では、Ｓｉ等のｎ型不純物をド
ープし、Ｍｇ等のｐ型不純物を意図的にはドープせずに
形成する電流ブロック層の結晶成長中に、Ｍｇ等のｐ型
不純物原料が電流ブロック層結晶中に取り込まれるとい
う現象が見られる。これは、電流ブロック層と活性層と
の間に位置するクラッド層等を形成する際にドープする
Ｍｇ等のｐ型不純物原料が結晶成長装置の反応炉内壁、
配管等に付着し、これが、電流ブロック層の結晶成長中
に、Ｍｇ等のｐ型不純物原料が結晶成長装置の反応炉内
壁、配管等から脱離するためのと考えられる（メモリ効
果）。

【０１５７】また、電流ブロック層と活性層との間に位
置するクラッド層等、あるいは電流ブロック層上に形成
する電流注入層にドープしたＭｇ等の不純物が、結晶成
長や、素子構造形成プロセスを行う間の熱処理により、
電流ブロック層に拡散する。これらの影響により、電流
ブロック層は意図しない不純物が入り込んだ結晶性の低
いものとならざるを得ない。特に、本来ｎ型にすること
により良好な電流狭窄性をいたらしめる電流ブロック層
が、ｐ型不純物の混入によりｎ型でなくなり、電流狭窄
性が損なわれ、無効な電流を発生していた。また、混入
するｐ型不純物よりも多量なｎ型不純物をドープするこ
とで、ｎ型を保持しようとすると、大量のｎ型ドーピン
グにより結晶性が損なわれ、無効電流の原因となってい
た。

【０１５８】これに対して本発明によれば、図１０図示
の実施の形態において述べたように、電流ブロック層の
厚さを、電流ブロック層と活性層との間のｐ−層の厚さ
よりも厚くすることにより上記の問題を解消することが
できる。即ち、この構造により、上述のような影響で意
図的にはドーブしないｐ型不純物が電流ブロック層に混
入しても、少なくとも一部にｎ型領域を残すことができ
るため電流狭窄効果が向上する。これはメモリ効果によ
る反応炉や配管に付着／脱離する不純物原料の量が、層
を形成する時間即ち層の厚さに依存して増えることを考
慮したものである。電流ブロック層と活性層との間のｐ
−層の厚さにしたがって電流ブロック層の厚さを厚くす
ることにより、少なくとも一部にｎ型領域を残すことが
できる。これにより、無効電流が低減され、低しきい値
化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかることが可能と
なる。

【０１５９】更に、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流ブロック層と活性層の距離の２倍よりも厚
くすることにより、メモリ効果によるｐ型不純物混入を
更に抑制することができる。このため、ｎ型ドーピング
量を過剰に多くすることなく、良好な電流狭窄効果が得
られ、さらなる低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の
向上をはかることが可能となる。ただし、電流ブロック
層の厚さが、電流ブロック層と活性層との距離の１０倍
よりも厚くなると、電流ブロック層の開口部を制御性よ
く形成することが困難になり、歩留まりが低下すること
から、実質的な厚さの上限があることになる。

【０１６０】また、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流注入層の厚さよりも厚くすることにより、
意図的にはドープしないｐ型不純物が電流注入層形成中
に電流ブロック層へ拡散により混入しても、少なくとも
一部にｎ型領域を残すことができるため電流狭窄効果が
向上する。これは拡散するｐ型不純物の量が、電流注入
層を形成する時間即ち厚さに依存して増えるため、それ
にしたがって電流ブロック層の厚さを厚くすることによ
り、少なくとも一部にｎ型領域を残すことができること
による。これにより、無効電流が低減され、低しきい値
化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかることが可能と
なる。

【０１６１】更に、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流注入層の厚さの１．２倍よりも厚くするこ
とにより、拡散によるｐ型不純物混入を更に抑制するこ
とができる。このため、ｎ型ドーピング量を過剰に多く
することなく、良好な電流狭窄効果が得られ、さらなる
低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかるこ
とが可能となる。ただし、電流ブロック層の厚さが、電
流注入層の厚さの２倍よりも厚くなると、電流注入層を
電流ブロック層の開口部に形成する部分での結晶性が十
分得られず、電流注入層上部に形成される電極コンタク
トが不十分となり動作電圧の増加を引き起こすことか
ら、実質的な厚さの上限があることになる。

【０１６２】また本発明によれば、電流注入層の厚さ
は、電流ブロック層と活性層との距離よりも厚くするこ
とにより、素子化プロセスにおける熱処理で電流ブロッ
ク層と活性層との間に位置するクラッド層の歪みが緩和
し、結晶中にクラック（ひび割れ）を発生することを防
ぐことができる。このため、良好な電流狭窄効果が得ら
れ、低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはか
ることが可能となる。ただし、電流注入層の厚さは、電
流ブロック層と活性層との距離の１．７倍から５倍の間
の大きさであることが望ましい。ここで、電流注入層の
厚さが電流ブロック層と活性層との距離（ｐ−クラッド
層の厚さ）に対して、上記の範囲よりも大きくなると、
直列抵抗が増大して動作電圧が増加し、逆に上記の範囲
よりも小さくなると、光の閉じ込めが不十分になる。

【０１６３】一方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、ｎ
−電流ブロック層とその下層のｐ−層の界面、あるいは
電流ブロック層とｐ−電流注入層との界面には微小な穴
等の欠陥が発生しやすい。これらの層の界面とｐｎ接合
面とが略等しく位置するため、ｐｎ接合面に存在する欠
陥が引き起こす発生結合による無効電流を発生する原因
となり、電流狭窄性を阻害する要因となっていた。

【０１６４】これに対し本発明によれば、Ｓｉ等のｎ型
の不純物がドープされた電流ブロック層内に少なくとも
ｎ型でない領域を形成し、ｐｎ接合面と結晶層の界面を
積極的にずらす。これにより、ｐｎ接合界面に存在する
欠陥が引き起こす発生再結合による無効電流が低減さ
れ、低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはか
ることが可能となる。

【０１６５】上記ｎ型でない領域は、欠陥が発生しやす
い電流ブロック層とその下層の界面、あるいは電流ブロ
ック層とｐ型の電流注入層の界面、あるいはその両方に
設けることが望ましい。また、上記ｎ型でない領域は、
Ｍｇ等のｐ型不純物が添加され、低濃度のｐ型、あるい
は高抵抗のｉ型に形成されることが望ましい。また、そ
のキャリア濃度プロファイルは、連続的に変化すること
により、電界が局所的に集中せず、無効電流を更に抑制
することができる。

【０１６６】他方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、接
合に平行方向の実効的な屈折率が一定で、光の導波機構
や、基本横モードの安定化機構が形成されていない。こ
のため高次横モードが発生したり、吸収損失、回折損失
によるしきい電流の増加や、導波される光波面の湾曲に
よる大きな非点隔差等が生じ、光ディスク用のレーザと
して不可欠な特性を実現することが困難であった。

【０１６７】これに対し本発明によれば、電流注入層の
少なくとも活性層に近接する部分を、活性層の発光波長
に対応するバンドギャップより大きなバンドギャップと
すると共に、電流ブロック層より大きな屈折率とするこ
とができる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共
に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレ
ーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することが可
能となる。

【０１６８】また、上述の構造では、電流注入層と活性
層の間にあるクラッド層の屈折率と、電流ブロック層の
屈折率、あるいは、電流注入層の少なくとも活性層に近
接する部分の屈折率を略等しくすることができる。これ
により、屈折率の微妙な違いを制御する必要がなくな
り、製造が容易になり、再現性、歩留まりの高い半導体
レーザを提供することができる。

【０１６９】また、本発明によれば、電流ブロック層
を、活性層の発光波長に対応するバンドギャップより大
きなバンドギャップとすると共に、電流注入層の少なく
とも活性層に近接する部分より大きな屈折率とすること
ができる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈折
率が電流注入されるストライプ状の開口部で低い光の導
波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸収
損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、導波され
る光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザとして不
可欠な小さな非点隔差を実現することが可能となる。

【０１７０】上述の構造においても、電流注入層と活性
層の間にあるクラッド層の屈折率と、電流ブロック層の
屈折率、あるいは、電流注入層の少なくとも活性層に近
接する部分の屈折率を略等しくすることにより、屈折率
の微妙な違いを制御する必要がなくなり、製造が容易に
なり、再現性、歩留まりの高い半導体レーザを提供する
ことができる。

【０１７１】また、本発明によれば、電流注入層の少な
くとも活性層に近接する部分のバンドギャップを、活性
層の発光波長に対応するバンドギャップより大きくする
と共に、電流ブロック層のバンドギャップを活性層の発
光波長に対応するバンドギャップより小さくすることが
できる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈折率
が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の導波
機構が形成できると共に、高次横モードに対しての吸収
損失を大きくすることができる。このため、基本横モー
ドを安定化し、光の回折損失によるしきい電流の増加を
抑えると共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディ
スク用のレーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現す
ることが可能となる。

【０１７２】他方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、活
性層と電流ブロック層の間に形成されるクラッド層等の
厚さが接合方向に均一であることから、電流の広がりに
より、発振に寄与しない無効な電流を生じるという問題
があった。

【０１７３】これに対し、本発明によれば、電流注入層
を、ストライプ状の開口部において、電流注入層と活性
層に挟まれたクラッド層に形成された溝部に接するよう
に形成することにより、電流をストライプ中央部に集中
させることが可能になり、電流広がりによる無効な電流
を抑制することが可能となる。このような構造は電流注
入層の少なくともクラッド層溝部に接する部分の抵抗率
をクラッド層の抵抗率よりも低くすることにより顕著に
行うことが可能となる。

【０１７４】また、上述の構造において、電流注入層の
少なくとも活性層に近接する部分の屈折率を、クラッド
層の屈折率より大きくする、あるいは小さくすることに
よって、接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入さ
れる部分において高い、あるいは低い光の導波機構が形
成できる。これにより、基本横モードを安定化し、光の
吸収損失や回折損失によるしきい電流の増加を抑えると
共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用の
レーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することが
可能となる。

【０１７５】また、上述の構造において、クラッド層に
形成される溝部の形状を制御することにより、電流注入
の幅、光の導波機構の幅を個別に制御することが可能と
なる。クラッド層の溝部をＶ字状にすることによって、
中央に電流を集中させることができる。これはしきい電
流低いレーザを作るのに有効である。また、クラッド層
の溝部の底部を平坦とすることによって、電流注入の
幅、光の導波機構の幅を略一致させることができる。こ
れは非点隔差の小さなレーザを作るのに有効である。ま
た、クラッド層の溝部の幅をストライプ状の開口部の幅
より狭くすることにより、電流注入の幅を光の導波機構
の幅より狭くすることができる。これは活性層の電流注
入される部分の両脇の非注入部分での吸収の発生を促
し、過飽和吸収体とすることにより、セルフパルセーシ
ョンを起こす低ノイズレーザとするのに有効である。

【０１７６】図２０は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。この実施の形態は、電流狭窄構造の開
口部において、開口部の側壁と、電流ブロック層１６と
電流注入層（層１７＋層１８）との界面とが、４５°か
ら９０°の角度をなすことを特徴とする。図２０図示の
半導体レーザの製造方法の実施例について、図２１
（ａ）〜（ｃ）及び図２２（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。

【０１７７】まず、サファイア基板１０上に有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりＧａＮのバッファ層１
１を１０〜２００ｎｍ程度の膜厚で成長し、その上にＳ
ｉドープＧａＮのｎ−コンタクト層１２を４μｍの膜厚
で成長した。続いてＳｉドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎのｎ
−クラッド層１３を２５０ｎｍの膜厚で成長した。次
に、ノンドープのＧａＮの厚さ２００ｎｍの光ガイド
層、厚さ１．５ｎｍのノンドープＩｎ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ及
び厚さ３ｎｍのノンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎの２種類
のＩｎＧａＮ層を５０周期繰り返して構成される多重量
子井戸（ＭＱＷ）構造、そしてノンドープＧａＮの厚さ
２００ｎｍの光ガイド層を積層成長してなるＭＱＷ活性
層１４を形成した。次に、ＭｇドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2
Ｎのｐ−クラッド層１５を成長し、続いて厚さ０．６μ
ｍのＭｇドープＧａＮのｐ−エッチングストップ層７
２、ＳｉドープＧａＮのｎ−電流ブロック層１６を厚さ
１．０μｍを順次積層した（図２１（ａ））。

【０１７８】次に、図２１（ｂ）図示の如く、電流ブロ
ック層１６上に無機材料層７４として熱ＣＶＤ法により
ＳｉＯ₂ 膜を４００ｎｍ堆積した。引き続きレジスト層
（ＡＺ４３３０）７６を厚さ３μｍ塗布し、光露光プロ
セスにより、ストライプパターンを転写した。次に、現
像後ウエハを１５０℃の窒素雰囲気のオーブンに２０分
間入れレジストの硬化処理を行った。

【０１７９】この処理において、温度が高いほどレジス
トは硬化し、ドライエッチング時のプラズマ耐性が増加
した。１００℃以上でプラズマ耐性の上昇が見られた。
また、温度が高い方では、２５０℃以上では、エッチン
グ後のレジストの剥離が困難となった。このため、実質
的には１００℃から２５０℃の範囲での処理が有効であ
った。

【０１８０】現像直後はレジスト層７６の側壁はレジス
ト層７６と電流ブロック層１６との界面に対してほぼ垂
直であるが、このレジスト硬化処理により、レジストの
リフロー現象が生じ、図２１（ｃ）図示の如く、レジス
ト層７６のマスクの側壁にテーパ７８を形成することが
できた。このような、レジストの側壁のテーパにより、
ドライエッチング時にスパッタリングによりレジスト層
７６の後退が生じた。その結果、図２２（ａ）図示の如
く、窒化ガリウム系化合物半導体エッチング部の側壁に
テーパ７９を形成することができた。なお、テーパ７９
の角度はレジストの硬化処理時の温度とレジスト層７６
及び無機材料層７４の厚さとで制御することができる。

【０１８１】以上のように形成した無機材料層７４及び
レジスト層７６の２層のマスクを用いて、電流ブロック
層１６の一部を塩素ガスを用いた反応性イオンビームエ
ッチング（ＲＩＢＥ）法により、ストライプ状にエッチ
ングストップ層７２が露出するまでエッチングした。電
流ブロック層１６のエッチング条件は、塩素圧力０．４
ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワー２００Ｗ、イオン加速電
圧５００Ｖとした。この結果、幅５μｍ、深さ１．７μ
ｍで、エッチング側壁の電流ブロック層とマスクとの界
面とのなす角度が約５０°の開口部が作製できた。

【０１８２】ドライエッチングの後にウエハを硫酸：過
水：水の混合液、次に弗酸中で処理し、図２２（ｂ）図
示の如く、エッチングマスクを除去した。更に、１００
℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ＝３：１の溶液中に
３０分間浸した後、純水でリンスした。

【０１８３】以上に述べた処理の後に、図２２（ｃ）図
示の如く、ＭｇドープＧａＮの第１ｐ−コンタクト層１
７を１．０μｍ、及び第１ｐ−コンタクト層１７よりも
更に高い濃度までＭｇをドープしたｐ⁺ −ＧａＮの第２
ｐ−コンタクト層１７を０．２μｍ、ＭＯＣＶＤにより
再成長した。

【０１８４】次に、電流ブロック層１６の開口部のスト
ライプから外れた位置で、同ストライプと平行にｎ−コ
ンタクト層１２まで再びＲＩＢＥにより部分的にエッチ
ングした。これにより、ダブルヘテロ構造及び電流狭窄
構造を有するメサを形成すると共に、その横にｎ−コン
タクト層１２を吐出部を形成した。次に、露出したｎ−
コンタクト層１２の表面にｎ側電極２１を形成し、ｐ−
コンタクト層１８の表面にｐ側電極２２を形成した。更
に素子分離工程を行い、図２０図示の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子を作製した。

【０１８５】図２３にｐ−コンタクト層（第１及び第２
ｐ−コンタクト層１７、１８を１つの層として見たも
の、以下同じ）再成長後の開口部周辺の走査電子顕微鏡
写真図を示す。図示の如く、再成長後の表面は良好な平
坦性であった。また、再成長層と電流ブロック層の開口
部底面との界面、及び再成長層と電流ブロック層の側面
との界面における結晶性の劣化は観察されなかった。

【０１８６】この製造方法によれば、電流ブロック層１
６の開口部の側壁と電流ブロック層１６の上面とｐ−コ
ンタクト層との界面とのなす角度θ（図２１（ｃ））を
制御することができる。しかし、この角度が小さ過ぎる
場合には、ドライエッチング時のマスクの後退が著しく
なるため、電流ブロック層１６の開口部の幅の制御が困
難となる。また、図２４に示すように、ｎ−ＧａＮ電流
ブロック層１６中へは、第１回目の結晶成長中あるいは
再成長工程中にｐ−ＧａＮエッチングストップ層７２や
ｐ−ＧａＮコンタクト層からのＭｇの拡散が生じると共
に、成長中の反応管周辺のＭｇの汚染に起因するｎ−Ｇ
ａＮ層１６中へのＭｇの取り込まれがある。このため、
ｎ−ＧａＮ層１６とｐ−ＧａＮ層界面にはｉ−ＧａＮあ
るいは、ｐ^- −ＧａＮの領域が形成されており、実効的
な厚さが薄くなっている。このため、電流ブロック層１
６の開口部の側壁と電流ブロック層１６の上面とコンタ
クト層との界面とのなす角度が小さい場合には、電流狭
窄効果を示しうるｎ−ＧａＮ電流ブロック層１６の開口
部の幅が広くなってしまうと共に、幅の制御性も悪くな
る。従って、実用的な角度としては、４５°以上が良
い。

【０１８７】図２５（ａ）〜（ｃ）及び図２６（ａ）〜
（ｃ）は、本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法の実施例を示す図
である。

【０１８８】電流狭窄効果を高めるためには、電流ブロ
ック層１６の開口部の幅を３μｍ以下まで狭くする必要
がある。このような狭い開口部を得るためには、レジス
ト層７６のパターン側壁の角度を垂直に近くし、ドライ
エッチングにより形成される電流ブロック層の開口部の
側壁も垂直に近くする必要がある。

【０１８９】まず、図２１（ａ）を参照して説明したも
のと同じ工程により、ｎ−ＧａＮ電流ブロック層１６ま
での積層構造を成長した（図２５（ａ））。次に、図２
５（ｂ）図示の如く、ｎ−ＧａＮ電流ブロック層にＳｉ
Ｏ₂ 層７４を熱ＣＶＤにより０．４μｍ堆積した。引き
続きレジスト層（ＡＺ４３３０）７６を厚さ３μｍ塗布
した。その後、ウエハを２５０℃の窒素雰囲気のオーブ
ンに２０分間入れレジストの硬化処理を行った。

【０１９０】その後、ＴｉまたはＡｌ層８２を１００〜
２００ｎｍ電子ビーム蒸着装置により蒸着した。更にレ
ジスト層（ＡＺ４１１０）８４を厚さ１μｍ塗布し、光
露光プロセスにより、ストライプパターンをレジスト層
８４に転写した（図２５（ｃ））。現像後、塩素ガスを
用いた反応性イオンビームエッチングによりＴｉまたは
Ａｌ層８２をエッチングし、ストライプパターンを作製
した（図２６（ａ））。更に、酸素ガスを用いたＲＩＢ
Ｅにより、ＴｉまたはＡｌ層８２をマスクとして、レジ
スト層７６をエッチングしストライプパターンを転写し
た（図２６（ｂ））。

【０１９１】この工程により、ほぼ垂直の側壁を有する
レジスト層７６を作製することができた。レジスト層７
６は既に２５０℃でレジストの硬化処理を行っているた
め、塩素プラズマに対する耐性は良好であった。ＳｉＯ
₂ 層７４を選択的にエッチング除去した後、レジスト層
７６及びＳｉＯ₂ 層７４の二層マスクにより電流ブロッ
ク層１６の開口部のエッチングを行った。その結果、幅
１μｍで垂直な側壁を有する電流ブロック層１６の開口
部が作製できた。

【０１９２】図２０乃至図２６を参照して述べた実施の
形態によれば、次のような効果を得ることができる。ま
ず、再成長するコンタクト層１７が薄くても、電流ブロ
ック層１６の開口部を平坦に埋め込むことができる。ま
た、電流ブロック層１６の開口部の底面と再成長コンタ
クト層１７との界面及び開口部側面と再成長コンタクト
層１７との界面での結晶性の劣化を抑制することができ
る。従って、これらの界面でのリーク電流を抑制するこ
とができ、電流の狭窄及び活性層への均一な電流注入を
行うことができる。このため、低しきい値化及び信頼性
の向上をはかることが可能となる。したがって、光ディ
スク等への実用に供する高い信頼性を有する窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを実現することが可能となる。

【０１９３】図２７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の更に別
の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の製造方法の実施例を示す図である。なお、この実施例
の製造方法は、図２１（ａ）〜（ｃ）及び図２２（ａ）
〜（ｃ）を参照して説明したものと実質的に同じである
ため、その概略のみを説明する。

【０１９４】まず、サファイア基板１０上に、ＧａＮの
１０〜２００ｎｍ程度の膜厚のバッファ層１１、Ｓｉド
ープｎ−ＧａＮの４μｍの膜厚のｎ−コンタクト層１
２、Ｓｉドープｎ−Ｇａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎの２５０ｎｍの
膜厚のｎ−クラッド層１３、多層構造のＭＱＷ活性層１
４、ＭｇドープＧａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎのｐ−クラッド層１
５、ＭｇドープＧａＮの厚さ０．６μｍのｐ−エッチン
グストップ層７２、ＳｉドープＧａＮの厚さ１．０μｍ
のｎ−電流ブロック層１６を順次積層した（図２７
（ａ））。

【０１９５】次に、電流ブロック層１６上に厚さ４００
ｎｍのＳｉＯ₂ 無機材料層７４及び厚さ３μｍのレジス
ト層（ＡＺ４３３０）７６を形成した。光露光プロセス
により、レジスト層７６にストライプパターンを転写し
た後、現像後ウエハを１５０℃の窒素雰囲気のオーブン
に２０分間入れレジストの硬化処理を行った。このレジ
スト硬化処理により、レジストのリフロー現象が生じ、
レジスト層７６の側壁にはテーパを形成することができ
た。

【０１９６】窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング
では、レジストマスクとの選択比がほぼ１と小さい。こ
のため、レジスト層７６のマスクの側壁にテーパがある
場合には、エッチングにともなうマスク後退のために、
窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング部の側壁へテ
ーパを形成することができる。このテーパの角度はレジ
ストの硬化処理時の温度とレジスト層７６及び無機材料
層７４の厚さとで制御することができる。なお、無機マ
スク層はＳｉＯ₂ である必要はなくＳｉＮｘを用いても
よい。

【０１９７】以上のように形成した無機材料層７４及び
レジスト層７６の２層のマスクを用いて、電流ブロック
層１６の一部を塩素ガスを用いた反応性イオンビームエ
ッチング（ＲＩＢＥ）法により、ストライプ状にエッチ
ングストップ層７２が露出するまでエッチングした。こ
の結果、幅５μｍ、深さ１．７μｍで、エッチング側壁
の電流ブロック層とマスクとの界面とのなす角度が約５
０°の開口部７７が作製できた（図２７（ｂ））。

【０１９８】ドライエッチングの後にウエハを硫酸：過
水：水の混合液、次に弗酸中で処理し、エッチングマス
クを除去した。更に１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：
ＨＣｌ＝３：１の溶液中に３０分間浸した後、純水でリ
ンスした。１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ＝
３：１の溶液中に３０分間浸すことにより、開口部７７
及び電流ブロック層１６表面を約４ｎｍエッチングし、
ドライエッチングによるエッチング残さや結晶中のダメ
ージ層を除去した。この処理によるモホロジーの劣化は
無く、後述するように良好な埋め込みが可能であった。

【０１９９】通常ＧａＮのエッチャントとしては、ＫＯ
ＨやＮａＯＨが知られているが、これらを用いたエッチ
ングでは例えば、Ｍ．Ｓ．Ｍｉｎｓｋｙら（Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６８ Ｎｏ．１１（１９
９６）ｐ．１５３１）の報告に見られるように、モホロ
ジーの劣化が顕著であり、良好な再成長は不可能である
と考えられる。また、本発明で用いたＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ
＝３：１溶液は、Ｓ．Ｊ．Ｐｅａｒｔｏｎら（Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇ Ｂ３１（１９９５）ｐ．３０９）に報告され
るように、従来ＧａＮをエッチングしないと言われてい
る。

【０２００】これに対して、本発明は、ＨＮＯ₃ ：ＨＣ
ｌ＝３：１溶液を１００℃以上に加熱することにより、
ＧａＮが約０．１３ｎｍ／ｍｉｎのエッチング速度でエ
ッチングされることを見出し、窒化ガリウム系化合物半
導体レーザの製造工程に適用したものである。これによ
り、モホロジーの劣化が無く、かつ微小なエッチング量
の制御が可能であり、再成長工程においても、界面のホ
モロジーの荒れに起因するような、界面での転位の導
入、再成長層表面のモホロジーの荒れ等は観察されなか
った。

【０２０１】以上に述べた処理の後に、図２７（ｃ）図
示の如く、ＭｇドープＧａＮのｐ−の第１コンタクト層
１７、及び第１コンタクト層１７よりも更に高い濃度ま
でＭｇをドープしたｐ⁺ −ＧａＮの第２コンタクト層１
８をＭＯＣＶＤにより再成長した。

【０２０２】次に、ｎ−コンタクト層１２まで再びＲＩ
ＢＥにより部分的にエッチングし、ダブルヘテロ構造及
び電流狭窄構造を有するメサを形成すると共に、その横
にｎ−コンタクト層１２を吐出部を形成した。次に、露
出したｎ−コンタクト層１２の表面にｎ側電極２１を形
成し、ｐ−コンタクト層１８の表面にｐ側電極２２を形
成した。更に素子分離工程を行い、図２０図示の窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子を作製した。

【０２０３】図２３にｐ−コンタクト層（第１及び第２
コンタクト層１７、１８を１つの層として見たもの、以
下同じ）再成長後の開口部周辺の走査電子顕微鏡写真図
を示す。図示の如く、再成長後の表面は良好な平坦性で
あった。

【０２０４】図２８（ａ）は、ｐ−コンタクト層の再成
長後における開口部７７周辺の拡大図である。図２８
（ｂ）は、ドライエッチングで形成した開口部７７の上
部の幅Ｗ１と再成長後のｐ−コンタクト層表面の溝の深
さｄ４との関係を、開口部７７の深さｄ１を変数として
示す図である。即ち、図２８（ｂ）は、開口部７７の幅
Ｗ１及び深さｄ１に対する、ｐ−コンタクト層表面の平
坦性の依存性を示す。

【０２０５】再成長するコンタクト層の厚さｄ２が１．
２μｍの場合、開口部７７の深さｄ１が２．３μｍでは
開口部７７の幅Ｗ１が５μｍ以下で平坦に埋め込まれ、
また深さｄ１が１．６μｍでは幅Ｗ１が７．５μｍ以下
で平坦に埋め込まれた。即ち、開口部の幅Ｗ１が狭い場
合には、開口部の深さｄ１よりも薄い再成長層の厚さに
おいても平坦に埋め込むことが可能であった。一方、開
口部の幅Ｗ１が広い場合には、再成長後の表面にＶ字型
の溝（深さｄ４）が形成され、平坦には埋め込まれなか
った。

【０２０６】開口部７７を再成長層で平坦に埋め込むに
は、開口部７７における再成長層の成長速度が、非開口
部における成長速度より大きく、非開口部のウエハに垂
直方向にｄ２だけ成長する間に、開口部７７の体積に相
当する部分が余分に埋め込まれる必要がある。窒化ガリ
ウム系化合物半導体のＭＯＣＶＤでは、表面拡散の寄与
が大きいため、原料が表面拡散により非開口部から開口
部へ供給される。また、電流ブロック層１６の開口部側
壁部への原料の取り込まれの速さは、電流ブロック層１
６の上面に比べ速い。例えば、再成長コンタクト層の厚
さｄ２が１．２μｍで、開口部の深さｄ１が１．６μｍ
の場合、開口部７７側壁における横方向への成長が約
４．５μｍ生じた。即ち、開口部７７における方が非開
口部におけるよりも成長速度が速く、この成長速度の差
により電流ブロック層の開口部の体積に相当する部分を
補うことができれば、平坦に埋め込むことが可能であ
る。

【０２０７】ここで、更に、開口部７７の下部の幅をＷ
２、開口部７７のストライプの長さをＬとすると、コン
タクト層を厚さｄ２だけ成長する間に、電流ブロック層
の開口部では約２×（４．５×１．６）×ｄ２／１．２
×Ｌだけ非開口部よりも余分に埋め込まれる。電流ブロ
ック層の開口部の断面を台形で近似すると、開口部の体
積は（Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／２×Ｌとなる。従って、 １２×ｄ２×Ｌ≧（ｗ１＋ｗ２）×ｄ１／２×Ｌ であり、即ち、 （Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／ｄ２≦２４ …（１１） を満たせば、平滑に埋め込むことができる。この式で、
ｄ２即ちｐ−コンタクト層を厚くすれば、必ず平坦な埋
め込みが可能となる。しかし、コンタクト層、即ちｐ−
ＧａＮ層は抵抗が大きいため、あまり厚くし過ぎれば、
素子抵抗を上げることとなり、電流狭窄構造のデバイス
特性を打ち消して、逆に劣化させることとなる。従っ
て、ｐ−ＧａＮコンタクト層の厚さｄ２は電流ブロック
層１６の開口部７７の深さ以下とするのが望ましい。即
ち、 ｄ２≦ｄ１ …（１２） を満たすのが望ましい。

【０２０８】図２７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した
実施の形態によれば、電流ブロック層１６の開口部７７
を、ｐ−コンタクト層を厚くすることなく、完全に平坦
に埋め込む事ができるため、素子抵抗の上昇を招くこと
がない。また、電流ブロック層１６による効果的な電流
の狭窄効果が得られるため、活性層１４への電流の均一
で効率的な注入が可能となる。

【０２０９】図２９は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図２９図示の半導体レーザの製造方法
の実施例について、図３０（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。

【０２１０】この実施の形態が、図２７（ａ）〜（ｃ）
の実施の形態と異なる点は、電流ブロック層１６の開口
部７７の形成におけるエッチングストップ層７２として
ＩｎＧａＮを用いたことである。この実施の形態の途中
の工程までは、図２７（ａ）〜（ｃ）の実施の形態と同
じであるために詳細は省略する。

【０２１１】本実施の形態では、ｐ−クラッド層１５の
上にノンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなるエッチング
ストップ層７２を０．２μｍ成長させ、続いてｎ−Ｇａ
Ｎ電流ブロック層１６を１．５μｍ成長させた（図３０
（ａ））。

【０２１２】その後、ＳｉＯ₂ 層７４を熱ＣＶＤ法によ
り０．３μｍ堆積させ、レジスト層７６を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で１５０℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層１６の一部をノンド
ープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなるエッチングストップ層
７２が露出するまでエッチングし開口部７７を形成し
た。その後、ウエハを硫酸：過水：水の混合液、次に弗
酸中に浸け、エッチングマスクであるレジスト層７６及
びＳｉＯ₂ 層７４を除去した（図３０（ｂ））。

【０２１３】次に、再び成長装置内に入れ、窒素ガス、
アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰囲気
で、９００℃より高い温度に晒すことにより、エッチン
グストップ層７２であるＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層を蒸発さ
せ、清浄なｐ−クラッド層１５表面及び電流ブロック層
表面を得た。次に、電流ブロック層１６上及び露出した
ｐ−クラッド層１５上に、ＭｇドープＧａＮの第１ｐ−
コンタクト層１７及びｐ⁺ −ＧａＮの第２ｐ−コンタク
ト層１８を順次成長した（図３０（ｃ））。その後は、
図２７（ａ）〜（ｃ）の製造方法と同じ工程を行い、図
２９図示の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製し
た。

【０２１４】この製造方法において、開口部７７におけ
る電流ブロック層１６上部からｐ−クラッド層１５の上
部までの距離をｄ１、再成長するｐ−コンタクト層（層
１７＋層１８）の厚さをｄ２、開口部７７の上部の幅を
Ｗ１、下部の幅をＷ２とすると、 （Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／ｄ２≦２４ …（１１） を満たすように電流ブロック層１６の開口部７７を設計
することにより、平滑に埋め込むことができる。また、
素子抵抗の低減のためにはｐ−ＧａＮコンタクト層の厚
みを薄くする必要があり、開口部７７の深さ以下とする
のが望ましい。即ち、 ｄ２≦ｄ１ …（１２） を満たすのが望ましい。

【０２１５】図２９、図３０（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明した実施の形態によれば、ドライエッチングにより
損傷を受けるＩｎＧａＮエッチングストップ層７２を除
去するため、清浄な界面が得られ、界面でのリーク電流
の低減を図ることができる。また、ｐ−クラッド層１５
の上に、ｐ−ＧａＮコンタクト層を直接作製できるた
め、電流ブロック層の開口部でのｐ−ＧａＮの実効的な
厚さを薄くでき、素子抵抗を低減することができる。

【０２１６】図３１は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図３１図示の半導体レーザの製造方法
の実施例について、図３２（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。

【０２１７】この実施の形態が、図２７（ａ）〜（ｃ）
の実施の形態と異なる点は、電流ブロック層１６の開口
部７７の形成におけるエッチングストップ層７２がない
ことである。この実施の形態の途中の工程までは、図２
７（ａ）〜（ｃ）の実施の形態と同じであるために詳細
は省略する。

【０２１８】本実施の形態では、ｐ−クラッド層１５の
上に直接ｎ−ＧａＮ電流ブロック層１６を１．５μｍ成
長させた（図３２（ａ））。

【０２１９】その後、ＳｉＯ₂ 層７４を熱ＣＶＤ法によ
り０．３μｍ堆積させ、レジスト層７６を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で１５０℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層１６の一部をｐ−ク
ラッド層１５が露出するまでエッチングし開口部７７を
形成した。その後、ウエハを硫酸：過水：水の混合液、
次に弗酸中に浸け、エッチングマスクであるレジスト層
７６及びＳｉＯ₂ 層７４を除去した（図３２（ｂ））。

【０２２０】更に、１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：
ＨＣｌ＝３：１の溶液中に３０分間浸した後、純水でリ
ンスした。１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ＝
３：１の溶液中に３０分間浸すことにより、開口部及び
電流ブロック層表面を約４ｎｍエッチングし、ドライエ
ッチングによるエッチング残さや結晶中のダメージ層を
除去した。

【０２２１】次に、再び成長装置内に入れ、電流ブロッ
ク層１６上及び露出したｐ−クラッド層１５上に、Ｍｇ
ドープＧａＮの第１ｐ−コンタクト層１７及びｐ⁺ −Ｇ
ａＮの第２ｐ−コンタクト層１８を順次成長した（図３
２（ｃ））。その後は、図２７（ａ）〜（ｃ）の製造方
法と同じ工程を行い、図３１図示の窒化ガリウム系化合
物半導体レーザを作製した。

【０２２２】この製造方法において、電流ブロック層１
６の開口部７７の深さｄ１は、電流ブロック層１６の厚
さと同じになる。再成長するｐ−コンタクト層（層１７
＋層１８）の厚さをｄ２、開口部７７の上部の幅をＷ
１、下部の幅をＷ２とすると、 （Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／ｄ２≦２４ …（１１） を満たすように電流ブロック層１６の開口部７７を設計
することにより、平滑に埋め込むことができる。また、
素子抵抗の低減のためにはｐ−ＧａＮコンタクト層の厚
みを薄くする必要があり、開口部７７の深さ以下とする
のが望ましい。即ち、 ｄ２≦ｄ１ …（１２） を満たすのが望ましい。

【０２２３】図３１、図３２（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明した実施の形態によれば、ｐ−クラッド層１５と電
流ブロック層１６との界面でのドライエッチングを停止
させる必要があり、プロセスの面では困難な点もある。
しかし、ｐクラッド層１５のオーバエッチング分を見込
んだ設計とすることにより、光の閉じ込め効率等を犠牲
にすることは抑制できる。また、ｐ−クラッド層１５の
上に、ｐ−ＧａＮコンタクト層を直接作製できるため、
電流ブロック層１６の開口部７７でのｐ−ＧａＮの実効
的な厚さを薄くでき、素子抵抗を低減することができ
る。

【０２２４】図３３は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。

【０２２５】この実施の形態は、電流ブロック層１６の
開口部７７の上部のコンタクト層表面に、Ｖ字型の溝８
６を形成することを特徴とする。このため、電流ブロッ
ク層１６の開口部７７の深さをｄ１、再成長するコンタ
クト層（層１７＋層１８）の厚さをｄ２、開口部７７の
上部の幅をＷ１、下部の幅をＷ２とすると、 ２４＜（Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／ｄ２ …（１３） を満たすように電流ブロック層の開口部を設計すれば、
開口部上部のコンタクト層表面にはＶ字型の溝が形成さ
れる。また、素子抵抗の低減のためにはｐ−ＧａＮコン
タクト層の厚みを薄くする必要があり、開口部７７の深
さ以下とするのが望ましい。即ち、 ｄ２≦ｄ１ …（１２） を満たすのが望ましい。

【０２２６】次に、図３３図示の半導体レーザの製造方
法の実施例について、図３４（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明する。なお、この実施の形態の途中の工程までは、
図２７（ａ）〜（ｃ）の実施の形態と同じであるために
詳細は省略する。

【０２２７】まず、ＭＯＣＶＤによりｎ−ＧａＮ電流ブ
ロック層１６まで成長させた（図３４（ａ））。

【０２２８】その後、ＳｉＯ₂ 層７４を熱ＣＶＤ法によ
り０．３μｍ堆積させ、レジスト層７６を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で１５０℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層１６の一部をｐ−Ｇ
ａＮエッチングストップ層７２が露出するまでエッチン
グし開口部７７を形成した。その後、ウエハを硫酸：過
水：水の混合液、次に弗酸中に浸け、エッチングマスク
であるレジスト層７６及びＳｉＯ₂ 層７４を除去した
（図３４（ｂ））。

【０２２９】更に、１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：
ＨＣｌ＝３：１の溶液中に３０分間浸した後、純水でリ
ンスした。１００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ＝
３：１の溶液中に３０分間浸すことにより、開口部及び
電流ブロック層表面を約４ｎｍエッチングし、ドライエ
ッチングによるエッチング残さや結晶中のダメージ層を
除去した。

【０２３０】次に、再び成長装置内に入れ、電流ブロッ
ク層１６上及び露出したｐ−ＧａＮエッチングストップ
層７２上に、ＭｇドープＧａＮの第１ｐ−コンタクト層
１７及びｐ⁺ −ＧａＮの第２ｐ−コンタクト層１８を順
次成長した（図３４（ｃ））。その後は、図２７（ａ）
〜（ｃ）の製造方法と同じ工程を行い、図３３図示の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザを作製した。

【０２３１】本実施の形態において、電流ブロック層１
６の開口部７７の幅Ｗ１を１２μｍ、深さｄ１を２．３
μｍとし、ｐ−ＧａＮコンタクト層（層１７＋層１８）
の厚さｄ２を１．２μｍで再成長した。その結果、図３
５の走査電子顕微鏡写真図に示すように、電流ブロック
層１６の開口部７７の上部のｐ−ＧａＮコンタクト層の
表面に幅４μｍ、深さ２μｍのＶ字型の溝８６を形成す
ることができた。

【０２３２】また、Ｖ字型の溝８６を覆うようにｐ側の
電極２２を形成したところ、溝８６の側面と電極２２と
のコンタクト抵抗は、コンタクト層表面でのコンタクト
抵抗より低くなり、素子抵抗の低減を図ることができ
た。また、注入電流についても、溝底部からの注入が最
も大きくなるような分布を持たせることができるため、
電流ブロック層のみの狭窄効果よりも更に効率的な電流
狭窄効果が期待できる。図３４（ａ）〜（ｃ）の実施の
形態おいては、エッチングストップ層７２としてｐ−Ｇ
ａＮを用いた場合について説明したが、他の実施の形態
のように、エッチングストップ層７２としてＩｎＧａＮ
を用いたり、エッチングストップ層７２を用いない場合
でも本実施の形態は適用できる。図３６は、エッチング
ストップ層７２としてＩｎＧａＮを用いた場合の完成素
子構造を示し、図３７はエッチングストップ層７２を用
いない場合の完成素子構造を示す。

【０２３３】次に、図３８乃至図４２を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、Ｍｇドープした六方晶のｐ型半導体層の少
なくとも一部に、酸素（Ｏ）を導入（イオン注入または
拡散）することにより同一平面内にｐ領域とｉ領域とが
混在する構造を形成することを特徴とする。

【０２３４】ＧａＮ等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。この時に、反応性ガスにより活性層等
の半導体層がダメージを受けるという問題がある。そこ
で、これらの実施の形態では、Ｍｇドープｐ型半導体層
の一部にＯを導入することにより、同ｐ型層内にＭｇＯ
を形成する。これにより、エッチング、再成長等の過程
を踏むことなく同一平面内にｐ領域とｉ領域とが混在す
る構造を作ることができる。

【０２３５】典型的には、後述するようにＭｇドープＧ
ａＡｌＮのｐ−クラッド層１５やＭｇドープＧａＮのｐ
−コンタクト層９２（層１７＋層１８）の一部にＯを導
入することにより、高抵抗の電流ブロック層９３、９４
を形成すれば、電流狭窄構造を作ることができる。この
ようにして形成した電流ブロック層９３、９４は、Ｍｇ
Ｏを含むため、元の層に対して屈折率差が現れ、光閉じ
込めに関しても効果を示す。そのため、発振しきい値の
低く、モードが制御された半導体レーザ装置が得られ
る。

【０２３６】図３８図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌＮの
ｎ−クラッド層１３、活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌ
Ｎのｐ−クラッド層１５、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮ
のｐ−コンタクト層９２が順に積層される。活性層１４
は、アンドープＧａＮの光ガイド層１４ａ、ＩｎＧａＮ
／ＩｎＧａＮの量子井戸層１４ｂ、及びｐ−ＧａＮの光
ガイド層１４ｃの積層構造を有する。

【０２３７】ＭｇドープＧａＮのｐ−コンタクト層９２
には、部分的にＯがイオン注入され、且つ熱処理が施さ
れることにより、高抵抗ＧａＮの電流ブロック層９４が
形成される。電流ブロック層９４は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部を有し、これにより電流狭窄構造が作ら
れる。また、ｐ−コンタクト層９２からｎ−コンタクト
層１２の途中までが部分的にエッチングされ、露出した
ｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設さ
れ、ｐ−コンタクト層９２の表面にはｐ側電極２２が配
設される。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃ
ｍ² であり、従来の１／５以下となっている。

【０２３８】図３９図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばＳｉＣ基板９０上に、
ＳｉドープＧａＮのｎ−コンタクト層１２、Ｓｉドープ
ＧａＡｌＮのｎ−クラッド層１３、図３８図示の実施の
形態と同じ構造の活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮの
ｐ−クラッド層１５、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ
−コンタクト層９２が順に積層される。

【０２３９】ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−クラッド層１
５及びＭｇドープＧａＮのｐ−コンタクト層９２には、
部分的にＯがイオン注入され、且つ熱処理が施されるこ
とにより、高抵抗ＧａＡｌＮの電流ブロック層９３及び
高抵抗ＧａＮの電流ブロック層９４が形成される。電流
ブロック層９３、９４は３μｍの幅のストライプ状の開
口部を有し、これにより電流狭窄構造が作られる。ま
た、ｐ−コンタクト層９２からｎ−コンタクト層１２の
途中までが部分的にエッチングされ、露出したｎ−コン
タクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−
コンタクト層９２の表面にはｐ側電極２２が配設され
る。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ² で
あり、従来の１／５以下となっている。

【０２４０】図４０図示の実施の形態は、図３９図示の
実施の形態と類似するが、ｎ側電極２１がＳｉＣからな
る基板９０の裏面に配設される。

【０２４１】図４１図示の実施の形態は、図３８図示の
実施の形態と類似するが、ＧａＮ電流ブロック層９４
が、ｐ−クラッド層１５とｐ−コンタクト層９２との界
面まで延びている。

【０２４２】図４２図示の実施の形態は、図３９及び図
４１図示の２つの実施の形態が組合わされたもので、基
板としてサファイア基板１０が使用される。Ｍｇドープ
ＧａＡｌＮのｐ−クラッド層１５及びＭｇドープＧａＮ
のｐ−コンタクト層９２には、部分的にＯがイオン注入
され、且つ熱処理が施されることにより、高抵抗ＧａＡ
ｌＮの電流ブロック層９３及び高抵抗ＧａＮの電流ブロ
ック層９４が形成される。

【０２４３】次に、図４３乃至図４６を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、Ａｌを構成元素として含む六方晶の半導体
層の少なくとも一部に、酸素（Ｏ）を導入（イオン注入
または拡散）することにより、同一平面内に低抵抗領域
と高抵抗領域とが混在する構造を形成することを特徴と
する。

【０２４４】ＧａＮ等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。このため、微細加工を必要とするよう
な素子構造を作りにくいという問題がある。そこで、こ
れらの実施の形態では、Ａｌを構成元素として含む半導
体層の一部にＯを導入することにより、同層内にＡｌ_x
Ｏ_y を形成する。これにより、エッチング、再成長等の
過程を踏むことなく同一平面内に低抵抗領域と高抵抗領
域とが混在する構造を作ることができる。特に面型の素
子では、微小共振器内に更に、屈折率差と電流狭窄とを
導入することが可能となり、性能を大きく向上させ、た
とえば、レーザでは発振しきい値の大幅な低減が期待で
きる。

【０２４５】典型的には、後述するように、ＧａＡｌＮ
のｎ−及びｐ−クラッド層１３、１５等の層の一部にＯ
を導入することにより、高抵抗の電流ブロック層１０６
を形成すれば、電流狭窄構造を作ることができる。この
ようにして形成した電流ブロック層１０６は、Ａｌ_x Ｏ
_y を含むため、層中もっとも屈折率の低い部分となり、
光閉じ込めに関しても効果を示す。そのため、発振しき
い値の低く、モードが制御された半導体レーザ装置が得
られる。

【０２４６】図４３図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＧａＮ／ＧａＡｌＮのｎ
−反射鏡層１０２、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッ
ド層１３、活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−ク
ラッド層１５、ＧａＮ／ＧａＡｌＮのｐ−反射鏡層１０
４、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタクト層９
２が順に積層される。活性層１４は、アンドープＧａＮ
の光ガイド層１４ａ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの量子井
戸層１４ｂ、及びｐ−ＧａＮ層１４ｃの積層構造を有す
る。

【０２４７】ｎ−及びｐ−クラッド層１３、１５とｎ−
及びｐ−反射鏡層１０２、１０４とには、部分的にＯが
イオン注入されることにより、Ａｌ_x Ｏ_y を含む高抵抗
の電流ブロック層１０６が形成される。電流ブロック層
１０６は直径３μｍの電流注入領域の外周部に形成さ
れ、これにより電流狭窄構造が作られる。また、ｐ−コ
ンタクト層９２からｎ−コンタクト層１２の途中までが
部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１
２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト
層９２の表面にはｐ側電極２２が配設される。この構造
のレーザは、積層方向に光を出射するいわゆる面発光型
のレーザとなり、そのしきい値は、０．３ｋＡ／ｃｍ²
であり、従来の１／５以下となっている。

【０２４８】図４４図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばＳｉＣ基板９０上に、
ＳｉドープＧａＮのｎ−コンタクト層１２、Ｓｉドープ
ＧａＡｌＮのｎ−クラッド層１３、図４３図示の実施の
形態と同じ構造の活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮの
ｐ−クラッド層１５、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コ
ンタクト層９２が順に積層される。基板９０は部分的に
裏面からエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１
２の表面及びｐ−コンタクト層９２の上面の上にＳｉＯ
／ＴｉＯ反射鏡層１０８、１０８がそれぞれ配設され
る。

【０２４９】ｎ−及びｐ−クラッド層１３、１５には、
部分的にＯがイオン注入されることにより、Ａｌ_x Ｏ_y
を含む高抵抗の電流ブロック層１０６が形成される。電
流ブロック層１０６は直径３μｍの電流注入領域の外周
部に形成され、これにより電流狭窄構造が作られる。ま
た、ＳｉＣ基板９０の裏面にはｎ側電極２１が配設さ
れ、ｐ−コンタクト層９２の上面にはｐ側電極２２が配
設される。この構造の面発光型レーザのしきい値は、１
ｋＡ／ｃｍ² であり、従来の１／５以下となっている。

【０２５０】図４５図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌＮの
ｎ−クラッド層１３、図４３図示の実施の形態と同じ構
造の活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−クラッド
層１５、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタクト
層９２が順に積層される。

【０２５１】ｐ−クラッド層１５には、部分的にＯがイ
オン注入されることにより、Ａｌ_xＯ_y を含む高抵抗の
電流ブロック層１０６が形成される。電流ブロック層１
０６は３μｍの幅のストライプ状の開口部を有し、これ
により電流狭窄構造が作られる。また、ｐ−コンタクト
層９２からｎ−コンタクト層１２の途中までが部分的に
エッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１２の表面
にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層９２の
表面にはｐ側電極２２が配設される。この構造のレーザ
のしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ² であり、従来の１／５以
下となっている。

【０２５２】図４６図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１１０上に、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／Ａｌ
ＧａＡｓのｎ−ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector
）層１１２、ＡｌＧａＡｓのｎ−クラッド層１１３、
活性層１１４、ＡｌＧａＡｓのｐ−クラッド層１１５、
ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓのｐ−ＤＢＲ層１１７、ＧａＡｓのｐ−
コンタクト層１１８が順に積層される。活性層１１４
は、アンドープＧａＡｓの光ガイド層１１４ａ、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓの量子井戸層１１４ｂ、及びｐ−Ｇａ
Ａｓの光ガイド層１１４ｃの積層構造を有する。

【０２５３】ｐ−クラッド層１１５及びｐ−ＤＢＲ層１
１７には、部分的にＯがイオン注入されることにより、
Ａｌ_x Ｏ_y を含む高抵抗の電流ブロック層１１６が形成
される。電流ブロック層１１６は直径３μｍの電流注入
領域の外周部に形成され、これにより電流狭窄構造が作
られる。また、ＧａＡｓ基板１１０の裏面にはｎ側電極
１２１が配設され、ｐ−コンタクト層１１８の上面には
ｐ側電極１２２が配設される。この構造の面発光型レー
ザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ² であり、従来の１／５
以下となっている。

【０２５４】次に、図４７乃至図５０を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、六方晶の半導体層の少なくとも一部に、不
純物を導入することにより同一平面内にｐ領域、ｎ領
域、及びｉ領域のいずれか２つが混在する構造を形成す
ることを特徴とする。

【０２５５】ＧａＮ等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。この時に、反応性ガスにより活性層等
の半導体層がダメージを受けるという問題がある。そこ
で、これらの実施の形態では、半導体層の少なくとも一
部に不純物を導入する。これにより、エッチング、再成
長等の過程を踏むことなく同一平面内にｐ領域、ｎ領
域、及びｉ領域のいずれか２つが混在する構造を作るこ
とができる。これにより、例えば、電流狭窄構造、電極
引出し部等を形成することが可能となる。

【０２５６】また、Ｍｇドープｐ型半導体層において
は、温度上昇と共にキャリアが増大する。これに対し
て、不純物を導入（イオン注入または拡散）して発熱層
を設けることにより、動作時に局所的に熱を発生させる
ことができるため、発振しきい値の低い半導体レーザ装
置が得られる。また、発熱層を用いることにより、十分
なキャリアが生成され、特に紫外域の受光に適する受光
素子が可能となる。

【０２５７】図４７図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌＮの
ｎ−クラッド層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａ
ＡｌＮのｐ−クラッド層１５が順に積層される。活性層
１４は、アンドープＧａＮの光ガイド層１４ａ、ＩｎＧ
ａＮ／ＩｎＧａＮの量子井戸層１４ｂ、及びｐ−ＧａＮ
の光ガイド層１４ｃの積層構造を有する。

【０２５８】ｐ−クラッド層１５上には、低抵抗ＧａＮ
のｐ−層１３１、高抵抗ＧａＮの電流ブロック層１３
２、高抵抗ＧａＮのｐ−層１３３、ＧａＮのｐ−層１３
４、ＧａＮのｐ−コンタクト層１３５が順に積層され
る。電流ブロック層１３２は３μｍの幅のストライプ状
の開口部を有し、これにより電流狭窄構造が作られる。

【０２５９】ｐ−コンタクト層１３５からｎ−クラッド
層１３を超えてｎ−コンタクト層１２に至るように、部
分的にＳｉが不純物としてイオン注入され、低抵抗のｎ
−電極引出し層１３６が形成される。ｎ−電極引出し層
１３６の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタ
クト層１３５の表面にはｐ側電極２２が配設される。こ
の構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ² であり、
従来の１／５以下となっている。

【０２６０】図４８図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌＮの
ｎ−クラッド層１３、図４７図示の実施の形態と同じ構
造の活性層１４、ＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−クラッド
層１５、ＭｇドープＧａＮのｐ−電流注入層１７、及び
Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタクト層１８が順に
積層される。

【０２６１】ｐ−電流注入層１７には、部分的にＳｉが
イオン注入されることにより、高抵抗ＧａＮの電流ブロ
ック層１３７が形成される。電流ブロック層１３７は３
μｍの幅のストライプ状の開口部を有し、これにより電
流狭窄構造が作られる。また、ｐ−コンタクト層１８か
らｎ−コンタクト層１２の途中までが部分的にエッチン
グされ、露出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側
電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層１８の表面には
ｐ側電極２２が配設される。この構造のレーザのしきい
値は、１ｋＡ／ｃｍ² であり、従来の１／５以下となっ
ている。

【０２６２】図４９図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１０上
に、アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧ
ａＮのｎ−コンタクト層１２、ＳｉドープＧａＡｌＮの
ｎ−クラッド層１３、図４７図示の実施の形態と同じ構
造の活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−クラ
ッド層１５が順に積層される。

【０２６３】ｐ−クラッド層１５上には、低抵抗ＧａＮ
のｐ−層１４１、低抵抗ＧａＮのｐ−層１４４、及びＧ
ａＮのｐ−コンタクト層１４５が順に積層される。低抵
抗ＧａＮのｐ−層１４１内には、部分的にＳｉが不純物
として拡散導入されることにより、高抵抗ＧａＮの電流
ブロック層１４２が形成される。電流ブロック層１４２
は３μｍの幅のストライプ状の開口部を有し、これによ
り電流狭窄構造が作られる。また、低抵抗ＧａＮのｐ−
層１４１の表面内には、全面的にＳｉが不純物として拡
散導入されることにより、高抵抗ＧａＮのｐ−層１４３
が形成される。ｐ−コンタクト層１４５からｎ−クラッ
ド層１３を超えてｎ−コンタクト層１２に至るように、
部分的にＳｉが不純物としてイオン注入され、低抵抗の
ｎ−電極引出し層１４６が形成される。ｎ−電極引出し
層１４６の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コン
タクト層１３５の表面にはｐ側電極２２が配設される。
この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ² であ
り、従来の１／５以下となっている。

【０２６４】図５０図示の実施の形態の半導体受光素子
においては、六方晶の基板、例えばサファイア基板１５
０上に、アンドープＧａＮのバッファ層１５１、ＧａＮ
のｎ−コンタクト層１５２、低抵抗ＧａＮのｐ−層１５
４、及びＧａＮのｐ−コンタクト層１５６が順次積層さ
れる。ｎ−コンタクト層１５２の表面内に部分的に不純
物を導入することにより、高抵抗ＧａＮの電流ブロック
層１５３が形成される。ｐ−層１５４の表面内に不純物
を導入することにより、高抵抗ＧａＮの発熱層１５５が
形成される。

【０２６５】また、ｐ−コンタクト層１５６からｎ−コ
ンタクト層１５２の途中までが部分的にエッチングさ
れ、露出したｎ−コンタクト層１５２の表面にはｎ側電
極１５７が配設され、ｐ−コンタクト層１５６の表面に
はｐ側電極１５８が配設される。この構造によれば、発
熱層１５５により、動作時に局所的に熱を発生させるこ
とができるため、十分なキャリアを供給することができ
る。

【０２６６】なお、以上説明した実施の形態では具体的
な材料、組成、厚さ等を示しているが、これらは、本発
明の主旨に沿う範囲で変更することができる。特に、窒
化ガリウム系化合物半導体としては、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ
_z Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）の組成式
の範囲で種々変更することができる。また、支持基板と
しては、サファイア基板の他、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＧａＰ、ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄
等を使用することができる。

【０２６７】また、以上説明した実施の形態では主とし
て半導体レーザに適用した例を説明したが、本発明は半
導体レーザに限らず、窒化ガリウム系化合物半導体材料
を用いた各種の半導体素子に適用することも可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。

【０２６８】

【発明の効果】本発明によれば、活性層へのキャリア注
入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等での電圧降
下を抑制することができ、光ディスク等への実用に供す
る低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザを実現することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合
物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１図示の半導体レーザの
製造方法の前半を示す断面図。

【図３】（ａ）、（ｂ）は、図１図示の半導体レーザの
製造方法の後半を示す断面図。

【図４】図１図示の半導体レーザのマウント状態を示す
断面図。

【図５】本発明の別の実施の形態に係る窒化ガリウム系
化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５図示の半導体レーザの
製造方法を示す断面図。

【図７】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図８】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１０】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１１】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１２】図１１図示の半導体レーザの電流ブロック層
付近における不純物濃度プロファイルを示す図。

【図１３】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１４】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１５】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１６】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１７】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１８】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図１９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図２０】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、図２０図示の半導体レー
ザの製造方法の前半を示す断面図。

【図２２】（ａ）〜（ｃ）は、図２０図示の半導体レー
ザの製造方法の後半を示す断面図。

【図２３】図２０図示の半導体レーザにおいて、ｐ−コ
ンタクト層を再成長した後の開口部周辺を示す走査電子
顕微鏡写真図。

【図２４】図２０図示の半導体レーザの開口部周辺を示
す拡大断面図。

【図２５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の更に別の実施の
形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法の前半を示す断面図。

【図２６】（ａ）〜（ｃ）は、図２５（ａ）〜（ｃ）に
続く、半導体レーザの製造方法の後半を示す断面図。

【図２７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の更に別の実施の
形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法の前半を示す断面図。

【図２８】（ａ）は、図２７（ａ）〜（ｃ）図示の半導
体レーザにおいて、ｐ−コンタクト層を再成長した後の
開口部周辺を示す拡大断面図、（ｂ）は、開口部の上部
の幅とｐ−コンタクト層表面の溝の深さとの関係を、開
口部の深さを変数として示すグラフ。

【図２９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３０】（ａ）〜（ｃ）は、図２９図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。

【図３１】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３２】（ａ）〜（ｃ）は、図３１図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。

【図３３】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３４】（ａ）〜（ｃ）は、図３３図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。

【図３５】図３３図示の半導体レーザにおいて、ｐ−コ
ンタクト層を再成長すると共に電極を形成した後の開口
部周辺を示す走査電子顕微鏡写真図。

【図３６】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３７】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３８】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図３９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４０】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４１】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４２】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４３】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４４】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４５】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４６】本発明の更に別の実施の形態に係るガリウム
砒素系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４７】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４８】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図４９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。

【図５０】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体受光素子の素子構造を示す断面図。

【符号の説明】 １０…サファイア基板 １１…ノンドープＧａＮバッファ層 １２…ｎ−ＧａＮコンタクト層 １３…ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層 １４…ＭＱＷ活性層 １５…ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層 １６…ＧａＮ電流ブロック層 １７…ｐ−ＧａＮ埋込み層 １８…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２１…ｎ側電極 ２２…ｐ側電極 ３１、５１、５２…ＩｎＧａＮ表面保護層 ３５…裏面金属膜 ３６…ヒートシンク ３７…融着金属 ５５…パッシベーション膜 ６２、６４…ＡｌＮ電流ブロック層 ６６…周期構造部 ７２…エッチングストップ層 ７４…ＳｉＯ₂ 層 ７６…レジスト層 ７７…開口部 ８２…ＴｉまたはＡｌ層 ８４…レジスト層 ９０…ＳｉＣ基板 ９２…ｐ−ＧａＮコンタクト層（電流注入層） ９３、９４、１０６、１１６、１３２、１３７、１４２
…電流ブロック層 １３６、１４６…電極引出し層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 藤本 英俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成さ
   れる周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
   んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
   び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
   電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
   前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
   のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
   部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
   流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
   ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
   る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
   ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層の厚さをＴＡ、前記電流ブロック層
   と前記活性層との間の距離をＴＢとした時、ＴＢ＜ＴＡ
   の条件を満足することと、を具備す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。
2. 【請求項２】２ＴＢ＜ＴＡの条件を満足することを特徴
   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。
3. 【請求項３】２ＴＢ＜ＴＡ＜１０ＴＢの条件を満足する
   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
   物半導体レーザ。
4. 【請求項４】前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さ
   をＴＣとした時、ＴＣ＜ＴＡの条件を満足することを特
   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。
5. 【請求項５】前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さ
   をＴＣとした時、ＴＢ＜ＴＣの条件を満足することを特
   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。
6. 【請求項６】前記電流ブロック層は、ドープされた第２
   導電型の不純物を含有す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。
7. 【請求項７】前記開口部の側壁と、前記電流ブロック層
   と前記電流注入層との界面とが，４５°から９０°の角
   度をなす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。
8. 【請求項８】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成さ
   れる周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
   んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
   び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
   電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
   前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
   のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
   部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
   流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
   ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
   る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
   ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層の厚さをＴＡ、前記開口部内を除く
   前記電流注入層の厚さをＴＣとした時、ＴＣ＜ＴＡの条
   件を満足することと、を具備す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。
9. 【請求項９】前記開口部の上方で前記電流注入層の表面
   にストライプ状でＶ字型の溝が形成され、前記第２電極
   が前記溝内で前記電流注入層にコンタクトする部分を有
   することを特徴とする請求項８に記載の窒化ガリウム系
   化合物半導体レーザ。
10. 【請求項１０】前記開口部の深さをｄ１、前記開口部の
    上部及び下部の幅をそれぞれＷ１、Ｗ２とした時、２４
    ＜（Ｗ１＋Ｗ２）×ｄ１／ＴＣの条件を満足することを
    特徴とする請求項９に記載の窒化ガリウム系化合物半導
    体レーザ。
11. 【請求項１１】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成
    される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間に配設され、
    前記開口部よりも広い面積を有する電流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層と前記活性層との間の距離をＴＢ、
    前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さをＴＣとした
    時、ＴＢ＜ＴＣの条件を満足することと、を具備するこ
    とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
12. 【請求項１２】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成
    される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
    性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
    ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層より
    大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
    する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
13. 【請求項１３】前記第２クラッド層と前記電流ブロック
    層とは、略等しい屈折率を有することを特徴とする請求
    項１２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
14. 【請求項１４】前記活性層に近接する前記電流注入層の
    部分と前記第２クラッド層とは、略等しい屈折率を有す
    ることを特徴とする請求項１２に記載の窒化ガリウム系
    化合物半導体レーザ。
15. 【請求項１５】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成
    される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記電流ブロック層は、前記活性層の発光波長に対応す
    るバンドギャップより大きなバンドギャップを有すると
    共に、前記活性層に近接する前記電流注入層の部分より
    大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
    する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
16. 【請求項１６】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成
    される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
    性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
    ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層は、
    前記活性層の発光波長に対応するバンドギャップより小
    さなバンドギャップを有することと、を具備することを
    特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
17. 【請求項１７】２種類以上の半導体層の繰り返しで構成
    される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記第２クラッド層の表面に前記開口部と連続するスト
    ライプ状の溝が形成され、前記電流注入層は、前記溝内
    で前記第２クラッド層と接するように配設されること
    と、を具備す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。
18. 【請求項１８】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
    法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
    成する工程と、 前記積層膜上に前記電流ブロック層と表面保護層とを積
    層する工程と、 前記表面保護層及び前記電流ブロック層の一部をエッチ
    ングしてストライプ状の前記開口部を形成する工程と、 前記表面保護層を気相中の高温放置による結晶の再蒸発
    によって除去した後、前記開口部内及び前記電流ブロッ
    ク層上に前記電流注入層を形成する工程と、を具備する
    ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの
    製造方法。
19. 【請求項１９】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
    法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
    成する工程と、 前記積層膜上に前記電流ブロック層を形成する工程と、 前記電流ブロック層の一部をドライエッチングしてスト
    ライプ状の前記開口部を形成する工程と、 前記支持基板、前記積層膜、及び前記電流ブロック層を
    １００℃以上に加熱したＨＮＯ₃ ：ＨＣｌ＝３：１の溶
    液中に漬けた後、前記開口部内及び前記電流ブロック層
    上に前記電流注入層を形成する工程と、を具備すること
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造
    方法。
20. 【請求項２０】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
    んで配設された、それぞれ第１及び第２導電型の第１及
    び第２クラッド層と、 前記第１及び第２クラッド層に接続された第１及び第２
    電極と、 前記第２電極と前記第２クラッド層との間に配設され、
    前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
    のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第２電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
    部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
    流注入層と、 前記活性層、前記第１及び第２クラッド層、電流ブロッ
    ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
    る材料から基本的になることと、 Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
    ｘ，ｙ，ｚ≦１ を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
    法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
    成する工程と、 前記積層膜上に前記電流注入層を形成する工程と、 前記第２クラッド層及び前記電流注入層のいずれか一方
    または双方からなる被選択層に部分的に不純物を導入
    し、ストライプ状の前記開口部を有する前記電流ブロッ
    ク層を形成する工程と、を具備す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の製造方法。
21. 【請求項２１】前記被選択層がＭｇ及びＡｌのいずれか
    一方または双方を含有し、前記不純物がＯであることを
    特徴とする請求項２０に記載の窒化ガリウム系化合物半
    導体レーザの製造方法。