JPH1117277A

JPH1117277A - 窒化物系半導体レーザ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH1117277A
Application number: JP16388497A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Ito; 茂稔伊藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】横方向の電流および発光領域の制限が良好
な、内部狭窄型窒化物系半導体レーザ装置を実現する。【解決手段】基板上に、少なくとも、第１導電型第１
クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口部
を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒化
物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド層
がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部による
凹凸形状が少なくとも前記活性層に反映されてなる窒化
物系半導体レーザ装置の構成とすることで、上記課題が
解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系半導体レ
ーザ装置の構造およびその製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＮに代表される窒化物系半導体材料
により、青色から紫外領域で発光する半導体レーザ装置
が作製されている。図１０は、特開平８−９７５０７号
公報に開示された、このような技術に係わる、半導体レ
ーザ装置を示す断面図である。

【０００３】図において、１はサファイア基板、２はｎ
−ＧａＮ層、３はｎ−ＡｌＧａＮ下部クラッド層、４は
ｎ−ＩｎＧａＮ活性層、５はｐ−ＡｌＧａＮ上部第１ク
ラッド層、６はｎ−ＡｌＧａＮ電流阻止層、７はｎ−Ａ
ｌＧａＮ上部第２クラッド層、８はｐ−ＧａＮキャップ
層、９、１０は電極である。図示されるように、本構造
の半導体レーザ装置は、活性層の上面に、共振器方向に
伸延するストライプ状の開口部を持つ、電流阻止層６を
有しており、いわゆるＳＡＳ（セルフ・アラインド・ス
トラクチャ）型の構成となっている。これにより、スト
ライプ構造が光導波路となり、また、活性層に注入され
る電流幅も、電流阻止層により制限されるから、発振閾
値を低くできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、ＳＡＳ構
造では、ｎ電極８より流れる電流が、電流阻止層６によ
り、ストライプ状に制限されるものの、上部第１クラッ
ド層５内で横に広がるから、必ずしも、活性層に注入さ
れる電流幅は、実際には電流阻止層６の開口幅（図１０
における記号Ｗ）よりも、拡がっている。この拡がりを
抑制するために、上部第１クラッド層５の層厚（図１０
における記号ｔ）を小さくしようとしても、製造工程
上、エッチングにより、電流阻止層６の開口部を設ける
際に、活性層が露出したり、除去されたりする不具合が
生じやすくなるので、これには限度がある。

【０００５】窒化物系半導体装置の活性層に用いられて
いる、ＩｎＧａＮにおいては、ＧａＡｓ系半導体などと
比較して、光学利得が小さいことが理論的に予測されて
おり、そのため、効率の良い半導体レーザ装置を実現す
るためには、よりストライプ幅の狭い構造を実現する必
要があるにもかかわらず、上述の点から、図１０の従来
の半導体レーザ装置においては、限度があった。

【０００６】また、窒化物系半導体レーザ装置の活性層
に用いられている、ＩｎＧａＮにおいては、ＧａＡｓ系
半導体などと比較して、材料自体の特性と、結晶性が必
ずしも十分でないことにより、キャリア（電子および正
孔）の有効質量が大きいことが知られており、したがっ
て、レーザ装置の高速変調特性が劣っていた。

【０００７】本発明の目的とする所は、上記問題点を解
消した、水平方向の光閉じ込め構造を持ち、電流閉じ込
め効果、キャリア閉じ込め効果も良好である、高効率な
窒化物系半導体レーザ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る窒化物系半導体レーザ装置は、基板上に、少なくと
も、第１導電型第１クラッド層、共振器方向に延伸した
ストライプ状開口部を備える電流阻止層、第１導電型第
２クラッド層、窒化物系半導体からなる活性層、及び第
２導電型クラッド層がこの順で積層され、前記ストライ
プ状開口部による凹凸形状が少なくとも前記活性層に反
映されてなることにより上記目的を達成するものであ
る。

【０００９】活性層を電流阻止層より上部に形成し、活
性層に凹凸形状を反映させることにより、横方向の電流
および発光領域の制限が良好な、内部狭窄型窒化物系半
導体レーザ装置を提供できる。

【００１０】この発明（請求項２）に係る窒化物系半導
体レーザ装置は、基板上に、少なくとも、第１導電型第
１クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口
部を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒
化物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド
層がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部上方の
活性層は前記電流阻止層に挟まれてなることにより上記
目的を達成するものである。

【００１１】ストライプ状開口部上方の活性層を電流阻
止層で挟むことにより、横方向の電流および発光領域の
制限が良好な、内部狭窄型窒化物系半導体レーザ装置を
提供できる。

【００１２】この発明（請求項３）に係る窒化物系半導
体レーザ装置、基板上に、少なくとも、第１導電型第１
クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口部
を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒化
物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド層
がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部上方の活
性層の欠陥密度は、前記ストライプ状開口部周縁上方の
活性層の欠陥密度よりも少なくてなることにより上記目
的を達成するものである。

【００１３】活性層の欠陥密度をストライプ状開口部上
方で、その周囲よりも少なくすることにより、高品位な
発光領域を有する内部狭窄型窒化物系半導体レーザ装置
を提供できる。

【００１４】この発明（請求項４）に係る窒化物半導体
レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第１導
電型第１クラッド層、及び電流阻止層を順次成長させる
工程と、前記電流阻止層に共振器方向にストライプ状に
延伸した開口部を形成する工程と、前記ストライプ状開
口部を有する基板上に、第１導電型第２クラッド層、窒
化物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド
層を順次再成長させる工程と、を有し、前記再成長工程
に引き続く直前に、ＡｌＧａＮ多結晶層を成長させる工
程を含むことにより上記目的を達成するものである。

【００１５】該ＡｌＧａＮ多結晶層は、窒化物系半導体
レーザ装置を構成する層の中で比較的低温で成長される
ため、引き続く再成長工程中に、最初の成長工程で形成
された層の変成を防止する変成防止層として働くもので
ある。電流阻止層を変成し易いＩｎＧａＮで構成する場
合に特に効果的に上記作用・効果を得ることができる。
また、このＡｌＧａＮ多結晶層は、引き続く再成長工程
においていずれかの層を成長させるときに単結晶化され
るものであり、単結晶化されるのはどの時点であっても
かまわない。

【００１６】この発明（請求項５）に係る窒化物半導体
レーザ装置の製造方法は、基板上に、少なくとも第１導
電型第１クラッド層、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ（０≦Ｚ≦１）
層、及び電流阻止層を順次成長させる工程と、前記電流
阻止層に、共振器方向にストライプ状に延伸した開口部
を、前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ層が露出するように形成する工
程と、前記ストライプ状開口部を有する基板上に、第１
導電型第２クラッド層、窒化物系半導体からなる活性
層、及び第２導電型クラッド層を順次再成長させる工程
と、を有し、前記再成長工程に引き続く直前に、前記露
出したＩｎ_zＧａ_１−ｚＮ層を蒸発させる工程を含むこ
とにより上記目的を達成するものである。

【００１７】該Ｉｎ_ｚＧａ_1-zＮ層は窒化物系半導体レ
ーザ装置を構成する層を成長させる工程において、蒸発
しやすい特性を活かしてここに用いられるものであり、
活性層の組成に合わせて組成比Ｚを調整することによ
り、活性層での発光を吸収する過飽和吸収層として作用
させることも可能である。

【００１８】なお、本明細書において、クラッド層と
は、活性層を挟む層のことを示しており、いわゆるガイ
ド層も含むものとする。

【００１９】本発明（請求項１〜５）において、より具
体的には窒化物系半導体活性層としてＡｌ_wＩｎ_xＧａ
_1-w-xＮ（０≦Ｗ≦１、０≦Ｘ≦１）を用いることによ
って上記目的を達成する。さらには、該活性層を量子井
戸構造にすることにより、特に効果的に上記の作用・効
果を得ることができる。

【００２０】また、より好ましくは、第１導電型第１ク
ラッド層と第２導電型クラッド層とか同一の材料である
ことによって上記目的を達成する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１は本発明の実施例１における半導体レ
ーザ装置を示す断面図であり、図２は、その製造工程を
説明するための図である。図において、１０１はサファ
イア基板、１０２はＡｌＮバッファ層、１０３はｎ−Ｇ
ａＮ層、１０４はｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第１クラッド
層、１０５はｉ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ電流阻止層、１０
６はｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッド層、１０７は
ＭＱＷ活性層、１０８はｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第３ク
ラッド層、１０９はｐ−ＧａＮキャップ層、１１０およ
び１１１は電極であり、１１２は溝、１１３は電流阻止
層開口部（ストライプ部）である。

【００２２】次に、図２を参照して、本実施例における
半導体レーザ装置の製造方法を説明する。以下の説明で
は、結晶成長方法として、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相
成長法）を用いた場合を示すが、ＭＢＥ法（分子線成長
法）など、窒化物半導体の結晶膜形成に用いられてい
る、他の結晶成長方法に変えることは、当然に可能であ
る。

【００２３】まず、ＭＯＶＰＥ法を用いて、サファイア
基板１０１上に、ＧａＮバッファ層１０２（４０ｎ
ｍ）、ｎ−ＧａＮ層１０３（３μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎ第１クラッド層１０４（０．５μｍ）、ｉ−Ａ
ｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ電流阻止層１０５（１．２μｍ）を順
次積層形成して、図２（ａ）の半導体ウェハを得る。こ
こで、ｎド−パントにはＳｉを、ｉドーパントにはＺｎ
を用いた。

【００２４】次いで、リソグラフィー技術を用いて、ス
トライプ状の開口部を持つマスクを表面に形成した後、
Ｃｌ₂を用いたＲＩＥ法（リアクティブイオンエッチン
グ法）により、電流阻止層１０５に、幅１μｍ（底面）
のストライプ状の開口部１１３を形成し、図２（ｂ）の
半導体ウェハを得る。

【００２５】続いて、２回目の結晶成長により、図２
（ｃ）の半導体ウェハを得る。これについて、次に詳細
に述べる。

【００２６】まず、図２（ｂ）の半導体ウェハを結晶成
長炉内に設置し、Ｎ₂雰囲気のもとで、基板温度を１０
５０℃まで昇温し、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッ
ド層（０．５μｍ）を成長する。その後、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｎ
Ｈ₃の混合雰囲気のもとで、基板温度を７５０℃に降温
し、キャリアガスとしてＨ₂・Ｎ₂を、原料としてＴＭＧ
（トリメチルガリウム）・ＴＭＡ（トリメチルアルミニ
ウム）・ＴＭＩ（トリメチルインジウム）・ＮＨ₃を用
いて、ＭＱＷ活性層１０７を成長する。本実施例では、
原料等の流量を適宜切り替えることで、Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎバリア（５０ｎｍ）／Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ（３ｎ
ｍ）ウェル／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア（１０ｎｍ）／
Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ（３ｎｍ）ウェル／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95
Ｎバリア（１０ｎｍ）／Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ（３ｎｍ）ウ
ェル／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア（５０ｎｍ）／Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎ（５ｎｍ）バリアという構成の活性層を作
製した。ここで、（）に示す層厚は、各組成の膜を、
それぞれ１時間程度成長したときの成長時間と膜厚から
算定した成長速度に基づいて決定した、設定値を表して
いる。続いて、Ｈ₂・Ｎ₂雰囲気のもとで、基板温度を１
０５０℃に昇温し、ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第３クラッ
ド層１０８（０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮキャップ層１０
９（１μｍ）を成長して、図２（ｃ）の半導体ウェハを
得た。ここで、ｎド−パントにはＳｉを、ｐドーパント
にはＭｇを用いた。

【００２７】その後、リソグラフィー技術により、適切
なマスクを形成した後、塩素ガスを用いたＲＩＥ法によ
り、表面より、ｎ−ＧａＮ層１０３に達する溝１１２
を、ストライプ部に平行に設けることにより、図２
（ｄ）の半導体ウェハを得た。

【００２８】それから、溝１１２の底面に、ｎ−ＧａＮ
層１０３に接合するｎ用の電極１１４を形成し、また、
半導体ウェハ表面の、溝のない部分に、ｐ−ＧａＮキャ
ップ層１０９に接合するｐ用の電極１０９を形成して、
図１に示す本実施例の半導体レーザ装置が製造できる。

【００２９】なお、活性層以外の各層は、キャリアガス
としてＨ₂を、原料としてＴＭＧ・ＴＭＡを、ドーピン
グ原料として、ＳｉＨ₄・ＤＥＺ（ジエチルジンク）・
ＣＰ₂Ｍｇ（シクロペンタジメチルマグネシウム）を用
いて成長した。

【００３０】次に、本実施例の半導体レーザ装置の特性
について、説明する。

【００３１】図３は、本実施例の半導体レーザ装置及
び、その比較対照用半導体レーザ装置の近視野発光像を
示す図である。本図は、ストライプ部における活性層近
傍の構成に重ねて、発光のパターンを網掛けで示したも
のであり、図３（ａ）が、本実施例の半導体装置、図３
（ｂ）が本実施例の半導体レーザ装置と同様の構造を窒
化物系以外の材料系で実現した装置の状況を表してい
る。他の材料系とは、具体的にはＭｇＺｎＣｄＳＳｅ
系、ＡｌＧａＡｓ系あるいは、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体
などである。

【００３２】図に示されるように、窒化物系半導体を活
性層に用いた本実施の半導体レーザ装置においては、ス
トライプ部で屈曲している活性層のうち、下に電流阻止
層の無い、平坦な部分（以下、平面上と呼称）のみが発
光し、ほぼ楕円形の発光パターンであるのに対し、窒化
物系以外の半導体で活性層１０７’が構成される比較対
照用半導体レーザ装置においては、上記領域に加えて、
電流阻止層端斜面上（以下、斜面上と呼称）にある活性
層の部分も発光しており、発光パターンが、楕円の両端
が折れ曲がったような複雑な形状となっている。後者の
場合、サイドピークを持つ光放射パターンとなって、微
細な点への集光が困難になり、光学式ディスクのピック
アップ光源などへの応用が不適であるが、本実施例の半
導体レーザ装置においては、このような問題が生じない
程度に、ほぼ楕円形の近視野発光像が得られ、光学的特
性が良好であった。

【００３３】上記効果は、本発明者により初めて指摘さ
れた事項であり、理由について次に説明する。図４は本
実施例の半導体レーザ装置の活性層の発光波長を示す図
である。これは、図１の半導体レーザ装置の構成と同様
であるが、ｐ−ＧａＮキャップ層を設けないウェハを作
製し、表面より、ストライプ部の活性層のフォトルミネ
ッセンス（ＰＬ）を測定した結果である。斜面上の領域
の方が、平面上の領域よりも短波長化している。これ
は、活性層内において、斜面上の領域が、平面上の領域
に比較して、バンドギャップが実効的に大きくなってい
ることを示している。これにより、本実施例の半導体レ
ーザ装置においては、平面上領域と斜面上領域とで、屈
折率差が生じ、また、電流も、平面上領域にのみ選択的
に注入されることとなる。その結果、図３に示したよう
な、平面上領域のみ光が閉じ込められて発光することと
なる。本発明者の詳細な検討によれば、このような効果
は、活性層を量子井戸構造としたときに顕著であり、ウ
ェルの厚さが１〜１５ｎｍの範囲であれば、半導体レー
ザ装置の特性を良好なものにできた。

【００３４】また、図５は、本実施例の半導体レーザ装
置の、ストライプ部近傍の模式図であり、網掛けの部分
は、周囲よりも欠陥の多い、結晶品質の悪い領域を示し
ている。本実施例のように、窒化物系半導体を用いた半
導体レーザ装置においては、斜面上に周囲よりも欠陥の
多い部分が存在しており、平面上の部分は、単に平坦な
窒化物系半導体上に、再成長した場合よりも、欠陥密度
が低下している。本実施例においては、ストライプ部、
平面上の活性層部分において、欠陥の数が、１０⁷個／
ｃｍ²という、ＩｎＧａＮ系活性層としては、高品質な
結晶を得ることができた。このような効果は、図１に示
されるような形状の半導体レーザ装置を、窒化物系半導
体で構成して初めて得られるものであり、他の材料系を
用いても、実現できないものである。その原因は、窒化
物系半導体が、ウルツ鉱型結晶構造をもつ異方性材料で
あり、また、ｃ軸方向に配向して成長する傾向が強いこ
とから、次のように考えられる。本発明の半導体レーザ
装置において、成長層は、全体的には基板面に垂直にｃ
軸が配向するのに、斜面上では斜面に垂直にｃ軸が配向
しようとする駆動力が生じるので、結果として、斜面上
での結晶品質が低下し、その周囲においては、結晶内部
の歪みが緩和されるために、欠陥密度が減少する。

【００３５】本実施例の半導体レーザ装置においては、
電極より注入された電流は、電流阻止層の存在によりそ
の開口部のみを流れ、かつ、上記実効的なバンドギャッ
プ差の効果により、幅１μｍのストライプ部の活性層の
平面上領域のみに注入され、また、発光する領域も、平
面上領域のみに限られているので、横方向の、電流およ
び発光領域の制限が良好であり、また、発光領域の結晶
品質も向上しているので、従来技術を用いた半導体レー
ザ装置と比較して、閾値が低く、また、発光効率も向上
する。

【００３６】図１０に示された、従来の技術の半導体レ
ーザ装置においては、活性層において、レーザ発振に寄
与するキャリアの、横方向への閉じ込めがなされていな
いので、発振領域と、非発振領域とでキャリアのやりと
りがあり、高速変調動作が制限されていた。しかしなが
ら、本実施例の半導体レーザ装置においては、上記実効
的なバンドギャップ差が生じることによる横方向でのキ
ャリア閉じ込め効果、及び、発光領域での結晶品質が向
上した効果により、従来の技術の半導体レーザ装置と比
較して、より、高速な変調動作が可能になった。

【００３７】またさらに、本実施例においては、第１ク
ラッド層１０４と第２クラッド層１０６とを同一組成の
材料で構成したので、光学定数がほとんど一致する。し
たがって、図２（ｂ）に示される、電流阻止層をストラ
イプ状にエッチングする工程の際に、たとえ、エッチン
グが過大になり、第１クラッド層の一部までもがエッチ
ングされてしまったとしても、活性層が電流阻止層に挟
まれて位置する限りは、半導体レーザとしての特性にほ
とんど影響しない。したがって、本実施例によれば、高
性能の半導体レーザ装置を、生産性良く製造することが
可能である。

【００３８】なお、本実施例においては、各層の構成
を、特定の例で示したが、本発明の範囲はこれに限られ
るものではなく、例えば、クラッド層や電流阻止層を複
数の層で構成すること、ウェル数などの活性層の構成を
変えること、クラッド層をＩｎＧａＮを用いて構成する
ことなどは、公知の設計技術に基づいて、適宜変更され
得るものである。

【００３９】（実施例２）図６は本発明の実施例２にお
ける半導体レーザ装置を示す断面図であり、図７は、そ
の製造工程を説明するための図である。図において、２
０１はｎ−ＳｉＣ基板、２０２はｎ−ＧａＮバッファ
層、２０３はｎ−ＧａＮ層、２０４はｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ第１クラッド層、２０５はｉ−Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎ電流阻止層、２０６はＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ表面保護層、
２０７はｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第２クラッド層、２０
８は単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層、２０９はｐ−Ａｌ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第３クラッド層、２１０はｐ−ＧａＮキ
ャップ層、２１１および２１２は電極であり、２１３は
電流阻止層開口部（ストライプ部）である。

【００４０】次に、図７を参照して、本実施例における
半導体レーザ装置の製造方法を説明する。以下の説明で
は、結晶成長方法として、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相
成長法）を用いた場合を示すが、ＭＢＥ法など、窒化物
半導体の結晶膜形成に用いられている、他の結晶成長方
法に変えることは、当然に可能である。

【００４１】まず、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ−ＳｉＣ
基板２０１上に、ｎ−ＧａＮバッファ層２０２（１０ｎ
ｍ）、ｎ−ＧａＮ層２０３（２μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎ第１クラッド層２０４（１μｍ）、ｉ−Ｉｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流阻止層２０５（０．６μｍ）を順次
積層形成して、図７（ａ）の半導体ウェハを得る。ここ
で、ｎド−パントにはＳｉを、ｉドーパントにはＺｎを
用いた。

【００４２】次いで、リソグラフィー技術を用いて、幅
２μｍ（底面）のストライプ状の開口部を持つマスクを
表面に形成した後、Ｃｌ₂・ＣＨ₄を用いたＲＩＥ法によ
り、電流阻止層２０５に、ストライプ状の開口部２１３
を形成し、図７（ｂ）の半導体ウェハを得る。

【００４３】続いて、２回目の結晶成長を行う。これに
ついて、次に詳細に述べる。

【００４４】まず、図７（ｂ）の半導体ウェハを結晶成
長炉内に設置し、Ｎ₂雰囲気のもとで、基板温度を８０
０℃まで昇温し、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ表面保護層２０６
（２０ｎｍ）を形成し、図７（ｃ）に示す半導体ウェハ
を得る。このとき、基板温度がＡｌＧａＮ単結晶が成長
する温度である１０００〜１２００℃よりも低いので、
形成されたＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎは多結晶である。

【００４５】その後、引き続いて、基板温度を１０５０
℃に昇温し、ｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第２クラッド層
（０．２μｍ）を成長する。この、昇温の過程で、多結
晶Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎが単結晶化する。

【００４６】それから、Ｈ₂・Ｎ₂・ＮＨ₃雰囲気のもと
で、基板温度を７５０℃に降温し、キャリアガスとして
Ｈ₂・Ｎ₂を、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）
・ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）・ＴＭＩ（トリメ
チルインジウム）・ＮＨ₃を用いて、ＳＱＷ活性層１０
７を成長する。本実施例では、原料等の流量を適宜切り
替えることで、ＧａＮバリア（１００ｎｍ）／Ｉｎ_0.2
Ｇａ_0.8Ｎ（１２ｎｍ）ウェル／ＧａＮバリア（９０ｎ
ｍ）／Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ（５ｎｍ）バリアという構成の
活性層を作製した。ここで、（）に示す層厚は、各組
成の膜を、それぞれ１時間程度成長したときの成長時間
と膜厚から算定した成長速度に基づいて決定した、設定
値を表している。続いて、Ｈ₂・Ｎ₂雰囲気のもとで、基
板温度を１０５０℃に昇温し、ｐ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ
第３クラッド層２０９（０．４μｍ）、ｐ−ＧａＮキャ
ップ層２１０（２μｍ）を成長して、図７（ｄ）の半導
体ウェハを得た。２回目の結晶成長において、ｎド−パ
ントにはＳｉを、ｐドーパントにはＭｇを用いた。

【００４７】それから、結晶成長装置から取り出した半
導体ウェハの厚さを、裏面の研磨により適宜調整した
後、裏面にｎ−ＳｉＣ基板２０１に接合するｎ用の電極
２１１を形成し、また、半導体ウェハ表面に、ｐ−Ｇａ
Ｎキャップ層２１０に接合するｐ用の電極２１２を形成
して、図６に示す本実施例の半導体レーザ装置が製造で
きる。

【００４８】なお、活性層以外の各層は、キャリアガス
としてＨ₂・Ｎ₂を、原料としてＴＭＧ・ＴＭＡ・ＴＭＩ
を、ドーピング原料として、ＳｉＨ₄・ＤＥＺ（ジエチ
ルジンク）・ＣＰ₂Ｍｇ（シクロペンタジメチルマグネ
シウム）を用いて成長した。

【００４９】本実施例の半導体レーザ装置においては、
２回目の結晶成長の始めに、単結晶が生成するよりも低
い温度でＡｌＧａＮ変成防止層を成長するので、一回目
の成長で形成された層が変質することが、防止される。
ここで、変質とは、層が腐食されることによる変形や表
面荒れの発生、構成材料の一部が失われることによる組
成の変化やドーピング濃度変化のことを指している。本
実施例においては、電流阻止層を変成しやすいＩｎＧａ
Ｎで構成しているので、変成防止層の効果が、特に顕著
である。

【００５０】また、本実施例の半導体レーザ装置におい
ても、窒化物系半導体からなる活性層を用いたので、実
施例１と同様に、光学式ディスクのピックアップ光源な
どへの応用に適した、光放射パターンにサイドピークの
無い、良好な光学的特性が得られた。

【００５１】さらに、本実施例の半導体レーザ装置にお
いても、窒化物系半導体からなる活性層を用いたので、
実施例１に示したのと同様の効果により、横方向の、電
流および発光領域の制限が、幅２μｍと良好であり、従
来技術を用いた半導体レーザ装置と比較して、閾値が低
く、また、発光効率も向上する。

【００５２】さらにまた、本実施例の半導体レーザ装置
においても、実施例１に示したのと同様の効果により、
従来の技術の半導体レーザ装置と比較して、より、高速
な変調動作が可能になった。

【００５３】また、本実施例においては、第１クラッド
層２０４と第２クラッド層２０６とを同一組成の材料で
構成したので、光学定数がほとんど一致する。したがっ
て、図８（ｂ）に示される、電流阻止層をストライプ状
にエッチングする工程の際に、たとえ、エッチングが過
大になり、第１クラッド層の一部までもがエッチングさ
れてしまったとしても、活性層が電流阻止層に挟まれて
位置する限りは、半導体レーザとしての特性にほとんど
影響しない。したがって、本実施例によれば、高性能の
半導体レーザ装置を、生産性良く製造することが可能で
ある。

【００５４】なお、本実施例においては、各層の構成
を、特定の例で示したが、本発明の範囲はこれに限られ
るものではなく、例えば、電流阻止層の最上部を、Ａｌ
ＧａＮで構成して、電流阻止層が変質する効果をさらに
高めるなどの変形が、可能である。その他、各層の構成
も、公知の設計手法を応用して、適宜変更され得ること
は当然である。

【００５５】（実施例３）図８は本発明の実施例３にお
ける半導体レーザ装置を示す断面図であり、図９は、そ
の製造工程を説明するための図である。図において、３
０１はｎ−ＳｉＣ基板、３０２はｎ−ＡｌＮバッファ
層、３０３はｎ−ＧａＮ層、３０４はｎ−Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎ第１クラッド層、３０５はＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ蒸発
層、３０６はｐ−ＧａＮ電流阻止層、３０７はｎ−Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッド層、３０８はＭＱＷ活性
層、３０９はｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第３クラッド層、
３１０はｐ−ＧａＮキャップ層、３１１および３１２は
電極であり、３１３は溝、３１４は電流阻止層開口部
（ストライプ部）である。

【００５６】次に、図９を参照して、本実施例における
半導体レーザ装置の製造方法を説明する。以下の説明で
は、結晶成長方法として、ＭＢＥ法を用いた場合を示す
が、ＭＯＶＰＥＥ法など、窒化物半導体の結晶膜形成に
用いられている、他の結晶成長方法に変えることは、当
然に可能である。

【００５７】まず、ＭＢＥ法を用いて、ｎ−ＳｉＣ基板
３０１上に、ｎ−ＡｌＮバッファ層３０２（２０ｎ
ｍ）、ｎ−ＧａＮ層３０３（２μｍ）、ｎ−Ａｌ_0.1Ｇ
ａ_0.9Ｎ第１クラッド層３０４（０．４μｍ）、Ｉｎ_0.5
Ｇａ_0.5Ｎ蒸発層３０５（５０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ電流
阻止層３０６（０．８μｍ）を順次積層形成して、図９
（ａ）の半導体ウェハを得る。ここで、ｎド−パントに
はＳｉを、ｐドーパントにはＭｇを用いた。

【００５８】次いで、リソグラフィー技術を用いて、幅
１．５μｍ（底面）のストライプ状の開口部を持つマス
クを表面に形成した後、Ｃｌ₂を用いたＲＩＥ法によ
り、電流阻止層３０６に、ストライプ状の開口部３１４
を形成し、図９（ｂ）の半導体ウェハを得る。続いて、
２回目の結晶成長をＭＢＥ法により行う。これについ
て、次に詳細に述べる。まず、図９（ｂ）の半導体ウェ
ハを結晶成長炉内に設置し、基板温度を８０００℃まで
昇温し、ＮＨ₃ビームを照射する。この処理により、Ｉ
ｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ蒸発層のうち、開口部３１４で露出して
いる部分が蒸発し、ｎ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ第１クラッド
層３０４が表面に現れ、図９（ｃ）の状態となる。

【００５９】引き続き、結晶成長炉内にて、基板温度を
７５０℃に設定し、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッ
ド層（０．３μｍ）を成長する。その後、基板温度を５
５０℃に降温し、ＭＱＷ活性層１０７を成長する。本実
施例では、原料を適宜切り替えることで、ｎ−Ｉｎ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎバリア（１０ｎｍ）／Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5（６ｎ
ｍ）ウェル／Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎバリア（４ｎｍ）／Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5（６ｎｍ）ウェル／Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎバリア
（４ｎｍ）／Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5（６ｎｍ）ウェル／Ｉｎ
_0.1Ｇａ_0.9Ｎバリア（４ｎｍ）／Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5（６ｎ
ｍ）ウェル／Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎバリア（４ｎｍ）／Ｉｎ
_0.5Ｇａ_0.5（６ｎｍ）ウェル／ｐ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎバ
リア（１０ｎｍ）／ｐ−ＧａＮバリア（１０ｎｍ）とい
う構成の活性層を作製した。ここで、（）に示す層厚
は、各組成の膜を、それぞれ１時間程度成長したときの
成長時間と膜厚から算定した成長速度に基づいて決定し
た、設定値を表している。続いて、基板温度を７００℃
に昇温し、ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0. ₈₅Ｎ第３クラッド層３０
９（０．３μｍ）、ｐ−ＧａＮキャップ層３１０（１．
５μｍ）を成長して、図９（ｄ）の半導体ウェハを得
た。

【００６０】なお、本実施例においては、結晶成長の原
料として、Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌ，ＮＨ₃，Ｍｇ，Ｓｉを用
いた。

【００６１】その後、リソグラフィー技術により、適切
なマスクを形成した後、塩素ガスを用いたＲＩＥ法によ
り、表面より、ｎ−ＧａＮ層３０３に達する溝３１３
を、ストライプ部に平行に設けることにより、図９
（ｅ）の半導体ウェハを得た。

【００６２】それから、溝３１３の底面に、ｎ−ＧａＮ
層３０３に接合するｎ用の電極３１１を形成し、また、
半導体ウェハ表面の、溝のない部分に、ｐ−ＧａＮキャ
ップ層３１０に接合するｐ用の電極３１２を形成して、
図８に示す本実施例の半導体レーザ装置が製造できる。

【００６３】本実施例の半導体レーザ装置においては、
２回目の結晶成長の始めに、開口部に露出するＩｎＧａ
Ｎ蒸発層を蒸発させるので、その下のＡｌＧａＮ第１ク
ラッド層が大気や、エッチング装置内部の雰囲気に晒さ
れることが無く、ストライプ部の第１クラッド層を、一
回目の結晶成長で作製されたままの高い品質に保つこと
ができる。この部分は、半導体レーザ装置の電流通路中
で、かつ、発光部の間近に存在するので、表面に汚染の
あるようなものである場合、キャリアの非発光再結合を
引き起こし、発光特性の低下や、装置寿命の低下といっ
た問題が発生する。しかし、本実施例においては、この
ような現象が避けられ、特性の良好な半導体レーザ装置
を実現できた。

【００６４】さらに、上記Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ蒸発層は、
活性層での発光を吸収するように設定されているので、
過飽和吸収領域として、機能させることができた。これ
により、半導体レーザ装置の自励発振動作が可能とな
り、光学式ディスクのピックアップ用光源として適し
た、低雑音特性を得ることができた。

【００６５】また、本実施例の半導体レーザ装置におい
ても、窒化物系半導体からなる活性層を用いたので、実
施例１と同様に、光学式ディスクのピックアップ光源な
どへの応用に適した、光放射パターンにサイドピークの
無い、良好な光学的特性が得られた。

【００６６】さらに、本実施例の半導体レーザ装置にお
いても、実施例１に示したのと同様の効果により、電極
より注入された電流は、ストライプ部の活性層の平面上
領域のみに注入されるので、従来技術を用いた半導体レ
ーザ装置と比較して、閾値が低く、また、発光効率も向
上する。

【００６７】さらにまた、本実施例の半導体レーザ装置
においても、実施例１に示したのと同様の効果により、
従来の技術の半導体レーザ装置と比較して、より、高速
な変調動作が可能になった。

【００６８】以上、実施例において、活性層に、ＡｌＩ
ｎＧａＮを用いた例について説明したが、本発明の効果
を逸しない範囲で、組成を変更することは可能である。
例えば、ＡｌＩｎＧａＮに、例えば、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，
Ｂ，Ｔｌ，Ｓｃ，Ｙ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖなどを、若干を加
えた構成としても、本発明の本質が損なわれるものでは
ない。

【００６９】

【発明の効果】この発明（請求項１、２、３）に係る窒
化物系半導体装置によれば、放射光パターンがサイドピ
ークをもつような不具合を避けられ、かつ、電流および
発光領域が横方向に良好に制限された窒化物系半導体レ
ーザ装置が実現できる。その結果、閾値の低減、発光効
率の向上、高速変調動作、ピックアップ光源などの応用
に適した良好な光学特性が達成される。

【００７０】この発明（請求項４）に係る窒化物系半導
体装置の製造方法によれば、再成長工程に引き続く直前
にＡｌＧａＮ多結晶層を形成してから、再成長に臨むた
め、単結晶層を成長するよりも低い温度で一回目の成長
工程で得た層の変成を防ぐ層を形成することが可能とな
り、放射光パターンがサイドピークをもつような不具合
を避けられ、かつ、電流および発光領域が横方向に良好
に制限された窒化物系半導体レーザ装置をより精度よく
製造することが可能になる。

【００７１】この発明（請求項５）に係る窒化物系半導
体装置の製造方法によれば、再成長工程に引き続く直前
にＩｎＧａＮ層を蒸発させて再成長に臨むため、電流阻
止層のストライプ状開口部形成工程において、このＩｎ
ＧａＮ層より下方に形成された層を大気やエッチング装
置内部の雰囲気に晒すことがなくなり、この結果、前記
ストライプ部の第１導電型第１クラッド層を、１回目の
結晶成長で作成されたままの高品質に保つことが可能と
なり、放射光パターンがサイドピークをもつような不具
合を避けられ、かつ、電流および発光領域が横方向に良
好に制限された窒化物系半導体レーザ装置をより精度よ
く製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における半導体レーザ装置を
示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１における半導体レーザ装置の
製造工程を説明するための断面図である。

【図３】本発明の実施例１における半導体レーザ装置
と、その比較対照半導体レーザ装置の近視野発光像を示
す図である。

【図４】本発明の実施例１における半導体レーザ装置の
活性層の発光波長を示す図である。

【図５】本発明の実施例１における半導体レーザ装置の
ストライプ部付近の結晶品質を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の実施例２における半導体レーザ装置を
示す断面図である。

【図７】本発明の実施例２における半導体レーザ装置の
製造工程を説明するための断面図である。

【図８】本発明の実施例３における半導体レーザ装置を
示す断面図である。

【図９】本発明の実施例３における半導体レーザ装置の
製造工程を説明するための断面図である。

【図１０】従来の技術の半導体レーザ装置を示す断面図
である。

【符号の説明】

１０１サファイア基板１０２ＡｌＮバッファ層１０３、２０３、３１３ｎ−ＧａＮ層１０４ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第１クラッド層１０５ｉ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ電流阻止層１０６ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッド層１０７ＭＱＷ活性層１０８ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第３クラッド層２０１ｎ−ＳｉＣ基板２０２ｎ−ＧａＮバッファ層２０３ｎ−ＧａＮ層２０４ｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第１クラッド層２０５ｉ−Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流阻止層２０６Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ表面保護層２０７ｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第２クラッド層２０８ＳＱＷ活性層２０９ｐ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ第３クラッド層３０１ｎ−ＳｉＣ基板３０２ｎ−ＡｌＮバッファ層３０３ｎ−ＧａＮ層３０４ｎ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ第１クラッド層３０５Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ蒸発層３０６ｐ−ＧａＮ電流阻止層３０７ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第２クラッド層３０８ＭＱＷ活性層３０９ｐ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ第３クラッド層１０９、２１０、３１０ｐ−ＧａＮキャップ層１１０、１１１、２１１、２１２、３１１、３１２
電極１１２、３１３溝１１３、２１３、３１４電流阻止層開口部（ストライ
プ部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくとも、第１導電型第１
クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口部
を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒化
物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド層
がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部による凹凸形状が少なくとも前
記活性層に反映されてなることを特徴とする窒化物系半
導体レーザ装置。
【請求項２】基板上に、少なくとも、第１導電型第１
クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口部
を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒化
物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド層
がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部上方の活性層は前記電流阻止層
に挟まれてなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ
装置。
【請求項３】基板上に、少なくとも、第１導電型第１
クラッド層、共振器方向に延伸したストライプ状開口部
を備える電流阻止層、第１導電型第２クラッド層、窒化
物系半導体からなる活性層、及び第２導電型クラッド層
がこの順で積層され、前記ストライプ状開口部上方の活性層の欠陥密度は、前
記ストライプ状開口部周縁上方の活性層の欠陥密度より
も少なくてなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ
装置。
【請求項４】基板上に、少なくとも第１導電型第１ク
ラッド層、及び電流阻止層を順次成長させる工程と、前記電流阻止層に共振器方向にストライプ状に延伸した
開口部を形成する工程と、前記ストライプ状開口部を有する基板上に、第１導電型
第２クラッド層、窒化物系半導体からなる活性層、及び
第２導電型クラッド層を順次再成長させる工程と、を有
し、前記再成長工程に引き続く直前に、ＡｌＧａＮ多結晶層
を成長させる工程を含むことを特徴とする請求項１、
２、または３のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ
装置の製造方法。
【請求項５】基板上に、少なくとも第１導電型第１ク
ラッド層、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ（０≦Ｚ≦１）層、及び電流
阻止層を順次成長させる工程と、前記電流阻止層に、共振器方向にストライプ状に延伸し
た開口部を、前記Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ層が露出するように形
成する工程と、前記ストライプ状開口部を有する基板上に、第１導電型
第２クラッド層、窒化物系半導体からなる活性層、及び
第２導電型クラッド層を順次再成長させる工程と、を有
し、前記再成長工程に引き続く直前に、前記露出したＩｎ_z
Ｇａ_1-zＮ層を蒸発させる工程を含むことを特徴とする
請求項１、２又は３のいずれかに記載の窒化物系半導体
レーザ装置の製造方法。