半導体発光素子およびその製造方法
【課題】リーク電流の少ない半導体発光素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０表面の絶縁層２０の開口２０Ａ上に、下部クラッド層３２と、活性層３３と、上部クラッド層３４と、コンタクト層３５とが順に形成されている。下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２が絶縁層２０の開口２０Ａの幅Ｗ１よりも大きくなっており、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３が下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きくなっている。上部クラッド層３４が下部クラッド層３２および活性層３３を側面からも覆っている。
【解決手段】基板１０表面の絶縁層２０の開口２０Ａ上に、下部クラッド層３２と、活性層３３と、上部クラッド層３４と、コンタクト層３５とが順に形成されている。下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２が絶縁層２０の開口２０Ａの幅Ｗ１よりも大きくなっており、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３が下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きくなっている。上部クラッド層３４が下部クラッド層３２および活性層３３を側面からも覆っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば記録型ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の光源として好適に利用可能な半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスクへの書き込みには、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子が用いられている。ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子では、通常、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓ層などが積層されており、リッジストライプを形成する際の堀り量を制御するのが容易ではない。そのため、例えば、特許文献１に記載されているように、リッジストライプについては、選択成長技術を用いることが一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−２８３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、リッジストライプをＧａＡｓコンタクト層で埋め込む構造となっており、構造上、リーク電流が生じやすい。そのため、低閾値化が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、リーク電流の少ない半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板の表面に形成され、かつ帯状の開口を有する絶縁層とを備えたものである。この半導体発光素子は、開口の上方に形成された第１導電型の下部クラッド層と、下部クラッド層の上方に形成された活性層と、活性層の上方に形成された第２導電型の上部クラッド層と、上部クラッド層の上方に形成された第２導電型のコンタクト層とを備えている。ここで、下部クラッド層は、絶縁層の開口の幅よりも幅広となっており、上部クラッド層は、下部クラッド層の幅よりも幅広となっている。なお、下部クラッド層と活性層との間、活性層と上部クラッド層との間、上部クラッド層とコンタクト層との間などに、何らかの層が設けられていてもよい。
【０００７】
本発明の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板表面の絶縁層の開口上に、絶縁層の開口幅よりも幅広の下部クラッド層と、活性層と、下部クラッド層の幅よりも幅広の上部クラッド層と、コンタクト層とが順に形成されている。これにより、半導体発光素子に注入された電流は絶縁層の開口で狭窄されるので、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すことができる。
【０００８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ａ）第１導電型のＧａＡｓ基板の｛１００｝面に、＜１１１Ｂ＞方向に延在する開口を有する絶縁層を形成したのち、絶縁層の厚さ以上の厚さを有する第１導電型のＧａＡｓバッファ層を前記開口に形成する第１工程
（Ｂ）ＧａＡｓバッファ層上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の上部クラッド層および第２導電型のコンタクト層を順に形成する第２工程
【０００９】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、ＧａＡｓ基板表面の絶縁層の開口に、絶縁層の厚さ以上の厚さを有するＧａＡｓバッファ層が形成され、このＧａＡｓバッファ層を核にして、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層およびコンタクト層が順に形成される。これにより、半導体発光素子に注入された電流は絶縁層の開口で狭窄されるので、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子およびその製造方法によれば、半導体発光素子に注入された電流を絶縁層の開口で狭窄し、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すようにした。これにより、リーク電流を少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】図１の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程について説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程について説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程について説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程について説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面図である。
【図８】図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（下部クラッド層の側面に電流ブロック層が設けられている例）
２．変形例（下部クラッド層の側面に電流ブロック層が設けられていない例）
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスク用の６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）の光を端面(図示せず)から射出可能な端面発光型の半導体レーザである。この半導体レーザ１は、例えば、基板１０上に、開口２０Ａを有する絶縁層２０を備え、その開口２０Ａ上に半導体層３０を備えたものである。
【００１４】
基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。ここで、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。ＧａＡｓ基板において、結晶成長面である上面１０Ａが｛１００｝面となっている。ＧａＡｓ基板は、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向（図中のＸ軸方向）に所定の角度（例えば１０度）だけ傾斜した傾斜基板となっている。なお、ＧａＡｓ基板は、必ずしも傾斜基板でなくてもよく、上面１０Ａに段差のない平坦な基板であってもよい。
【００１５】
絶縁層２０は、ＧａＡｓ基板の上面１０Ａに接して形成されたものであり、ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向（図中のＺ軸方向）に延在する帯状の開口２０Ａを有している。開口２０Ａの幅Ｗ１は、半導体層３０に要求される横幅の大きさなどによって異なるが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度となっている。絶縁層２０は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などの絶縁性材料によって構成されている。絶縁層２０の厚さＨ１は、半導体レーザ１に電流を流したときに絶縁性を確保することの可能な程度の厚さとなっており、例えば、絶縁層２０がＳｉＮからなる場合には、２００ｎｍ程度となっている。
【００１６】
半導体層３０は、４元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を含んでいる。ここで、４元系とは４種類の元素の混晶を意味しており、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素を含む化合物半導体を意味している。ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とは、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰの合計４種類の元素を含む化合物半導体を意味している。
【００１７】
半導体層３０は、例えば、図１に示したように、ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向（図中のＺ軸方向）に延在する帯状のリッジ形状となっている。このリッジ形状は、後述するように、１度の結晶成長で形成されたものである。従って、半導体層３０を形成するに際して、エッチング技術は使用されていない。
【００１８】
半導体層３０は、例えば、図１に示したように、バッファ層３１、下部クラッド層３２、活性層３３、上部クラッド層３４およびコンタクト層３５を基板１０側から順に含んでいる。なお、半導体層３０は、上で例示した層以外の層を含んでいてもよい。半導体層３０は、例えば、上部クラッド層３４とコンタクト層３５との間に、バンド構造の不連続性に起因する電圧上昇を低減する中間層を含んでいてもよい。また、半導体層３０は、例えば、下部クラッド層３２と活性層３３との間や、活性層３３と上部クラッド層３４との間に、ガイド層などを含んでいてもよい。
【００１９】
バッファ層３１は、下部クラッド層３２などを結晶成長させる際の核（種）になるものであり、ｎ型ＧａＡｓを含んで構成されている。バッファ層３１は、開口２０Ａを介して基板１０と下部クラッド層３２とに接して形成されており、かつ絶縁層２０の厚さＨ１以上の厚さＨ２となっている。バッファ層３１の厚さＨ２が絶縁層２０の厚さＨ１以上となっているのは、下部クラッド層３２などを結晶成長させる際に、絶縁層２０の開口２０Ａの端部が悪影響を及ぼし、下部クラッド層３２などに結晶欠陥を生じさせるのを防止するためである。
【００２０】
バッファ層３１の上面３１Ａは｛１００｝面となっている。上面３１Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３１Ａは、絶縁層２０の開口２０Ａとの対向領域内に位置している。これは、バッファ層３１がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。なお、結晶成長速度が縦方向と横方向とで異なるのは、バッファ層３１がＧａＡｓで形成されており、ＧａＡｓが１００方向以外に成長されにくいためである。
【００２１】
下部クラッド層３２は、開口２０Ａの上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、バッファ層３１の上面３１Ａに接して形成されている。下部クラッド層３２は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。下部クラッド層３２の上面３２Ａは｛１００｝面となっている。上面３２Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３２Ａの幅Ｗ２は、開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなっている。さらに、下部クラッド層３２は、バッファ層３１の表面全体を覆うように形成されている。これは下部クラッド層３２がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度と横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。
【００２２】
活性層３３は、下部クラッド層３２の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、下部クラッド層３２の上面３２Ａに接して形成されている。活性層３３は、所望の発光波長（例えば６００ｎｍ帯の波長）に対応した禁制帯幅を有している。活性層３３は、例えば、アンドープＧａＩｎＰ、または下部クラッド層３２に含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のアンドープＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層３３は、例えば、互いに組成の異なるＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造、または、互いに組成の異なるＡｌＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造となっている。
【００２３】
なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際に不純物の原料を供給していないことを意味するものである。従って、「アンドープ」は、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含む概念である。
【００２４】
活性層３３の上面３３Ａは｛１００｝面となっている。上面３３Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３３Ａの幅は、開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなっており、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２と等しくなっている。つまり、活性層３３は、下部クラッド層３２の上面３２Ａにだけ実質的に形成されており、下部クラッド層３２の側面には形成されていないか、活性層として機能しない程度しか形成されていない。これは活性層３３がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。
【００２５】
上部クラッド層３４は、活性層３３の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、活性層３３の上面３１Ａと、活性層３３および下部クラッド層３２の側面と、後述の電流ブロック層３６の表面に接して形成されている。上部クラッド層３４は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。上部クラッド層３４の上面３４Ａは｛１００｝面となっている。上面３４Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３４Ａの幅Ｗ３は、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも広くなっている。さらに、上部クラッド層３４は、活性層３３の上面３１Ａ（｛１００｝面）と、活性層３３および下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）と、後述の電流ブロック層３６の表面（｛０１１｝面）とを覆うように形成されている。これは上部クラッド層３４がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度と横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。
【００２６】
コンタクト層３５は、後述の上部電極４１と上部クラッド層３４とをオーミック接触させるためのものである。コンタクト層３５は、上部クラッド層３４の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、上部クラッド層３４の上面３４Ａに接して形成されている。コンタクト層３５は、ｐ型ＧａＡｓを含んで構成されている。コンタクト層３５の上面３５Ａは｛１００｝面となっている。上面３５Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。コンタクト層３５の幅は、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも広くなっており、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３と等しくなっている。つまり、コンタクト層３５は、上部クラッド層３４の上面３４Ａにだけ形成されており、上部クラッド層３４の側面には形成されていない。これはコンタクト層３５がＡｌを含まない材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。なお、結晶成長速度が縦方向と横方向とで異なるのは、コンタクト層３５がＧａＡｓで形成されており、ＧａＡｓが１００方向以外に成長されにくいためである。
【００２７】
本実施の形態では、半導体層３０は、例えば、図１に示したように、下部クラッド層３２の側面に電流ブロック層３６を備えている。この電流ブロック層３６は、下部クラッド層３２と上部クラッド層３４との間に、活性層３３を介さない電流（リーク電流）が流れるのを防止するものであり、図示しないが、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰとｐ型ＡｌＧａＩｎＰとを交互に積層して構成されている。ここで、ＡｌＧａＩｎＰは、ノンドープでｎ型になり易い材料であるが、面方位によってドーピングのし易さが異なる性質を有する。具体的には、ＡｌＧａＩｎＰは、｛１００｝面にｐ型ドーパントが添加されても、ｎ型を維持する傾向にあり、ｐ型になりにくいが、｛０１１｝面にｐ型ドーパントが添加されると｛１００｝面と比べて１０倍程度、ｐ型になりやすい傾向にある。そこで、本実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰの面方位依存性を利用して、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）に電流ブロック層３６が設けられている。
【００２８】
半導体層３０には、半導体層３０を半導体層３０の延在方向から挟み込む一対の端面(図示せず)が形成されており、これらの端面によって共振器が構成されている。一対の端面は、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。さらに、一対の端面のうち光射出側の端面（前端面）には低反射膜(図示せず)が形成されており、一対の端面のうち光射出とは反対側の端面（後端面）には高反射膜（図示せず）が形成されている。
【００２９】
半導体層３０の上面（コンタクト層３５の上面）には上部電極４１が設けられている。上部電極４１は、半導体層３０の延在方向に延在する帯状の形状となっており、コンタクト層３５と電気的に接続されている。上部電極４１は、例えば、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層３５側からこの順に積層して構成されている。基板１０の裏面には、下部電極４２が設けられている。下部電極４２は、例えば、基板１０の裏面のうち半導体層３０との対向領域を含む領域に連続して（ベタに）形成されている。下部電極４２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層して構成されており、基板１０と電気的に接続されている。
【００３０】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法の一例について説明する。
【００３１】
まず、基板１０として、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向（図中のＸ軸方向）に所定の角度（例えば１０度）だけ傾斜した傾斜基板を用意する。次に、この基板１０上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ層を厚さ２００ｎｍ程度、積層したのち、リソグラフィーにより、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口を有するレジストパターンを形成する（図示せず）。続いて、例えば、ウエットエッチング法を用いて、ＳｉＮ層を選択的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。これにより、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口２０Ａを有する絶縁層２０が基板１０の表面に形成される。
【００３２】
次に、例えば、ＭＯＶＰＥ(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy；有機金属気相成長) 法、もしくはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法を用いて、基板１０上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層３０をエピタキシャル成長させる。この際、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の原料としては、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3（フォスフィン）を用いる。ｐ型ドーパントとして、ＤＭＺｎ、Ｃｐ2ＭＭｇを用い、ｎ型ドーパントとして、ＳｉＨ4、Ｈ2Ｓｅを用いる。
【００３３】
具体的には、まず、基板１０を所定の温度まで加熱した上で、基板１０の上面１０Ａのうち開口２０Ａ内に露出している領域に、絶縁層２０の厚Ｈ１さ以上の厚さＨ２を有するバッファ層３１（ＧａＡｓバッファ層）を形成する（図３）。次に、バッファ層３１の表面に下部クラッド層３２を形成する（図４）。このとき、バッファ層３１をＡｌ0.7ＧａＩｎＰで構成した場合には、バッファ層３１の上面（｛１００｝面）と、バッファ層３１の側面（｛０１１｝面）とで、成長速度比が約１：０．９となり、下部クラッド層３２の幅Ｗ２が開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなる。
【００３４】
次に、下部クラッド層３２を形成する際に使用する原料ガス（ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の原料）を引き続き供給しながら、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを交互に切替える。すると、ＡｌＧａＩｎＰの面方位依存性により、下部クラッド層３２の上面（｛１００｝面）には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層が形成され、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とが交互に積層される。その結果、下部クラッド層３２の側面にだけ選択的に電流ブロック層３６が形成される（図４）。
【００３５】
次に、下部クラッド層３２の上面に活性層３３を形成する（図５）。このとき、活性層３３をアンドープＧａＩｎＰ、または下部クラッド層３２に含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のアンドープＡｌＧａＩｎＰで構成した場合には、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、下部クラッド層３２の上面（｛１００｝面）にだけ、活性層３３が形成される。
【００３６】
次に、活性層３３の上面に上部クラッド層３４を形成する（図６）。このとき、上部クラッド層３４をＡｌ0.7ＧａＩｎＰで構成した場合には、活性層３３の上面（｛１００｝面）と、活性層３３、下部クラッド層３２および電流ブロック層３６の側面（｛０１１｝面）とで、成長速度比が約１：０．９となり、上部クラッド層３４の幅Ｗ３が下部クラッド層３２の幅Ｗ２よりも広くなる。
【００３７】
次に、上部クラッド層３４の上面にコンタクト層３５を形成する（図７）。このとき、コンタクト層３５をｐ型ＧａＡｓで構成した場合には、上部クラッド層３４の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、上部クラッド層３４の上面（｛１００｝面）にだけ、コンタクト層３５が形成される。このようにして、半導体層３０が形成される。
【００３８】
次に、図示しないが、半導体層３０の上面以外の領域を覆うレジストパターンを形成した後に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ多層膜を積層する。この後、レジストパターンを、その上に堆積したＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ積層膜とともにリフトオフにより除去する。これにより、半導体層３０の上面に上部電極４１が形成される。この後、必要に応じて熱処理を行って、オーミック接触させる。続いて、基板１０の裏面に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＡｕＧｅ合金/Ｎｉ/Ａｕ多層膜（図示せず）を積層して、下部電極４２を形成する。
【００３９】
次に、例えば、カッタでウェーハの端部に傷をつけ、圧力をかけて傷を開くように割ることによりへき開する。次に、蒸着あるいはスパッタリングを用いて、光射出側の端面（前端面）に５％程度の低反射コーティング（図示せず）を形成し、前端面とは反対側の端面（後端面）に９５％程度の高反射コーティング（図示せず）を形成する。次に、半導体層３０のストライプ方向にけがいてチップを割り出す。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００４０】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。
【００４１】
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極４１と下部電極４２との間に所定の電圧が印加されると、絶縁層２０の開口２０Ａで狭窄された電流が活性層３３に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じる。この光は、一対の端面により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして前端面から外部に射出される。
【００４２】
ところで、本実施の形態では、基板１０表面の絶縁層２０の開口２０Ａ上に、下部クラッド層３２と、活性層３３と、上部クラッド層３４と、コンタクト層３５とが順に形成されている。さらに、下部クラッド層３２および活性層３３の側面に、電流ブロック層３６が形成されている。これにより、半導体レーザ１に注入された電流は絶縁層２０の開口２０Ａで狭窄されると共に、電流ブロック層３６によって活性層３３を通らない電流パスの形成を阻害するので、絶縁層２０の開口２０Ａの上方に形成された活性層３３に確実に電流を流すことができる。その結果、リーク電流を少なくすることが可能となる。
【００４３】
また、本実施の形態では、半導体層３０を形成する際に、Ａｌ含有に起因するＡｌＧａＩｎＰの非選択成長（横方向成長と縦方向成長）と、Ａｌ非含有（もしくは微量含有）に起因するＧａＩｎＰの選択成長（縦方向成長）とが利用されている。具体的には、下部クラッド層３２および上部クラッド層３５の形成時には、Ａｌを含む材料（ＡｌＧａＩｎＰ）が用いられ、バッファ層３１、活性層３３およびコンタクト層３５の形成時には、Ａｌを含まない材料（ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ）もしくはＡｌを僅かに含む材料（ＡｌＧａＩｎＰ）が用いられている。これにより、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２が絶縁層２０の開口２０Ａの幅Ｗ１よりも大きくなり、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３が下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きくなる。さらに、上部クラッド層３４が下部クラッド層３２および活性層３３を側面からも覆うようになる。その結果、縦方向において下部クラッド層３２、活性層３３および上部クラッド層３４の積層構造を形成することができ、さらに、横方向において上部クラッド層３４、下部クラッド層３２および上部クラッド層３４の積層構造を形成することができる。つまり、一度の結晶成長で、縦方向および横方向の光閉じ込め構造が形成されている。
【００４４】
従って、結晶成長中に大気に曝されることがなく、結晶内へ酸素が入り込み、レーザ特性に悪影響を及ぼす虞がない。また、結晶成長を中途で中段する必要がないので、複数回の熱履歴がかかることがなく、ドーパントの拡散を容易に制御することができる。また、エッチングなどでリッジを形成する必要がないので、製造工程を簡素化することができる。また、エッチングによる活性層へのダメージが生じる虞がないので、レーザ特性が向上する。また、縦方向および横方向に光閉じ込め構造を有しており、かつ活性層３３に選択的に電流が流れるので、消費電力を低減することができる。また、一度の結晶成長で光閉じ込め構造を形成することができるので、基板表面がダストで汚される虞がない。その結果、結晶性が向上するので、レーザ特性が向上する。
【００４５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４６】
例えば、上記実施の形態では、１つの半導体レーザ１に１つの半導体層３０が設けられている場合についての説明がなされていたが、本発明は、１つの半導体レーザ１に複数の半導体層３０が設けられている場合にももちろん適用可能である。
【００４７】
また、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザに適用した場合について説明していたが、発光ダイオードなどの他の半導体発光素子に対してももちろん適用可能である。
【００４８】
また、上記実施の形態では、基板１０がｎ型となっていたが、ｐ型となっていてもよい。その場合には、上記実施の形態において、ｎ型と書いてある部分をｐ型と読み替え、ｐ型と書いてある部分をｎ型と読み替えればよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、下部クラッド層３２の側面に電流ブロック層３６が形成されていたが、例えば、図８に示したように、必要に応じてなくすることも可能である。この場合であっても、下部クラッド層３２の側面と上部クラッド層３４との間に、バンドギャップの不連続性によって電流が流れるのが阻害されるので、電流ブロック層３６によって活性層３３を通らない電流パスの形成を阻害することができる。従って、この場合にも、リーク電流を少なくすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…半導体レーザ、１０…基板、１０Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ…上面、２０…絶縁層、２０Ａ…開口、３０…半導体層、３１…バッファ層、３２…下部クラッド層、３３…活性層、３４…上部クラッド層、３５…コンタクト層、４１…上部電極、４２…下部電極、Ｈ１，Ｈ２…高さ、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…幅、θ…オフ角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば記録型ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）の光源として好適に利用可能な半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスクへの書き込みには、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子が用いられている。ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体発光素子では、通常、ＡｌＧａＩｎＰ層、ＧａＩｎＰ層、ＧａＡｓ層などが積層されており、リッジストライプを形成する際の堀り量を制御するのが容易ではない。そのため、例えば、特許文献１に記載されているように、リッジストライプについては、選択成長技術を用いることが一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−２８３６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の技術では、リッジストライプをＧａＡｓコンタクト層で埋め込む構造となっており、構造上、リーク電流が生じやすい。そのため、低閾値化が難しいという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、リーク電流の少ない半導体発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、第１導電型のＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板の表面に形成され、かつ帯状の開口を有する絶縁層とを備えたものである。この半導体発光素子は、開口の上方に形成された第１導電型の下部クラッド層と、下部クラッド層の上方に形成された活性層と、活性層の上方に形成された第２導電型の上部クラッド層と、上部クラッド層の上方に形成された第２導電型のコンタクト層とを備えている。ここで、下部クラッド層は、絶縁層の開口の幅よりも幅広となっており、上部クラッド層は、下部クラッド層の幅よりも幅広となっている。なお、下部クラッド層と活性層との間、活性層と上部クラッド層との間、上部クラッド層とコンタクト層との間などに、何らかの層が設けられていてもよい。
【０００７】
本発明の半導体発光素子では、ＧａＡｓ基板表面の絶縁層の開口上に、絶縁層の開口幅よりも幅広の下部クラッド層と、活性層と、下部クラッド層の幅よりも幅広の上部クラッド層と、コンタクト層とが順に形成されている。これにより、半導体発光素子に注入された電流は絶縁層の開口で狭窄されるので、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すことができる。
【０００８】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ａ）第１導電型のＧａＡｓ基板の｛１００｝面に、＜１１１Ｂ＞方向に延在する開口を有する絶縁層を形成したのち、絶縁層の厚さ以上の厚さを有する第１導電型のＧａＡｓバッファ層を前記開口に形成する第１工程
（Ｂ）ＧａＡｓバッファ層上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の上部クラッド層および第２導電型のコンタクト層を順に形成する第２工程
【０００９】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、ＧａＡｓ基板表面の絶縁層の開口に、絶縁層の厚さ以上の厚さを有するＧａＡｓバッファ層が形成され、このＧａＡｓバッファ層を核にして、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層およびコンタクト層が順に形成される。これにより、半導体発光素子に注入された電流は絶縁層の開口で狭窄されるので、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体発光素子およびその製造方法によれば、半導体発光素子に注入された電流を絶縁層の開口で狭窄し、絶縁層の開口の上方に形成された活性層に確実に電流を流すようにした。これにより、リーク電流を少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】図１の半導体レーザの製造方法について説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程について説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程について説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程について説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程について説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程について説明するための断面図である。
【図８】図１の半導体レーザの一変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（下部クラッド層の側面に電流ブロック層が設けられている例）
２．変形例（下部クラッド層の側面に電流ブロック層が設けられていない例）
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体レーザ１の断面構成の一例を表したものである。本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば、記録型ＤＶＤなどの高密度光ディスク用の６００ｎｍ帯（例えば６５０ｎｍ）の光を端面(図示せず)から射出可能な端面発光型の半導体レーザである。この半導体レーザ１は、例えば、基板１０上に、開口２０Ａを有する絶縁層２０を備え、その開口２０Ａ上に半導体層３０を備えたものである。
【００１４】
基板１０は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。ここで、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。ＧａＡｓ基板において、結晶成長面である上面１０Ａが｛１００｝面となっている。ＧａＡｓ基板は、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向（図中のＸ軸方向）に所定の角度（例えば１０度）だけ傾斜した傾斜基板となっている。なお、ＧａＡｓ基板は、必ずしも傾斜基板でなくてもよく、上面１０Ａに段差のない平坦な基板であってもよい。
【００１５】
絶縁層２０は、ＧａＡｓ基板の上面１０Ａに接して形成されたものであり、ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向（図中のＺ軸方向）に延在する帯状の開口２０Ａを有している。開口２０Ａの幅Ｗ１は、半導体層３０に要求される横幅の大きさなどによって異なるが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度となっている。絶縁層２０は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2などの絶縁性材料によって構成されている。絶縁層２０の厚さＨ１は、半導体レーザ１に電流を流したときに絶縁性を確保することの可能な程度の厚さとなっており、例えば、絶縁層２０がＳｉＮからなる場合には、２００ｎｍ程度となっている。
【００１６】
半導体層３０は、４元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体を含んでいる。ここで、４元系とは４種類の元素の混晶を意味しており、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とは、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素を含む化合物半導体を意味している。ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体とは、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰの合計４種類の元素を含む化合物半導体を意味している。
【００１７】
半導体層３０は、例えば、図１に示したように、ＧａＡｓ基板の＜１１１Ｂ＞方向（図中のＺ軸方向）に延在する帯状のリッジ形状となっている。このリッジ形状は、後述するように、１度の結晶成長で形成されたものである。従って、半導体層３０を形成するに際して、エッチング技術は使用されていない。
【００１８】
半導体層３０は、例えば、図１に示したように、バッファ層３１、下部クラッド層３２、活性層３３、上部クラッド層３４およびコンタクト層３５を基板１０側から順に含んでいる。なお、半導体層３０は、上で例示した層以外の層を含んでいてもよい。半導体層３０は、例えば、上部クラッド層３４とコンタクト層３５との間に、バンド構造の不連続性に起因する電圧上昇を低減する中間層を含んでいてもよい。また、半導体層３０は、例えば、下部クラッド層３２と活性層３３との間や、活性層３３と上部クラッド層３４との間に、ガイド層などを含んでいてもよい。
【００１９】
バッファ層３１は、下部クラッド層３２などを結晶成長させる際の核（種）になるものであり、ｎ型ＧａＡｓを含んで構成されている。バッファ層３１は、開口２０Ａを介して基板１０と下部クラッド層３２とに接して形成されており、かつ絶縁層２０の厚さＨ１以上の厚さＨ２となっている。バッファ層３１の厚さＨ２が絶縁層２０の厚さＨ１以上となっているのは、下部クラッド層３２などを結晶成長させる際に、絶縁層２０の開口２０Ａの端部が悪影響を及ぼし、下部クラッド層３２などに結晶欠陥を生じさせるのを防止するためである。
【００２０】
バッファ層３１の上面３１Ａは｛１００｝面となっている。上面３１Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３１Ａは、絶縁層２０の開口２０Ａとの対向領域内に位置している。これは、バッファ層３１がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。なお、結晶成長速度が縦方向と横方向とで異なるのは、バッファ層３１がＧａＡｓで形成されており、ＧａＡｓが１００方向以外に成長されにくいためである。
【００２１】
下部クラッド層３２は、開口２０Ａの上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、バッファ層３１の上面３１Ａに接して形成されている。下部クラッド層３２は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。下部クラッド層３２の上面３２Ａは｛１００｝面となっている。上面３２Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３２Ａの幅Ｗ２は、開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなっている。さらに、下部クラッド層３２は、バッファ層３１の表面全体を覆うように形成されている。これは下部クラッド層３２がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度と横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。
【００２２】
活性層３３は、下部クラッド層３２の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、下部クラッド層３２の上面３２Ａに接して形成されている。活性層３３は、所望の発光波長（例えば６００ｎｍ帯の波長）に対応した禁制帯幅を有している。活性層３３は、例えば、アンドープＧａＩｎＰ、または下部クラッド層３２に含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のアンドープＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。活性層３３は、例えば、互いに組成の異なるＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造、または、互いに組成の異なるＡｌＧａＩｎＰによりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造となっている。
【００２３】
なお、本明細書において「アンドープ」とは、対象となる半導体層を製造する際に不純物の原料を供給していないことを意味するものである。従って、「アンドープ」は、対象となる半導体層に不純物が全く含まれていない場合や、他の半導体層などから拡散してきた不純物がわずかに含まれている場合も含む概念である。
【００２４】
活性層３３の上面３３Ａは｛１００｝面となっている。上面３３Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３３Ａの幅は、開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなっており、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２と等しくなっている。つまり、活性層３３は、下部クラッド層３２の上面３２Ａにだけ実質的に形成されており、下部クラッド層３２の側面には形成されていないか、活性層として機能しない程度しか形成されていない。これは活性層３３がＡｌを含まない（もしくはほとんど含まない）材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。
【００２５】
上部クラッド層３４は、活性層３３の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、活性層３３の上面３１Ａと、活性層３３および下部クラッド層３２の側面と、後述の電流ブロック層３６の表面に接して形成されている。上部クラッド層３４は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで構成されている。上部クラッド層３４の上面３４Ａは｛１００｝面となっている。上面３４Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。上面３４Ａの幅Ｗ３は、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも広くなっている。さらに、上部クラッド層３４は、活性層３３の上面３１Ａ（｛１００｝面）と、活性層３３および下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）と、後述の電流ブロック層３６の表面（｛０１１｝面）とを覆うように形成されている。これは上部クラッド層３４がＡｌを含む材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度と横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度との差が全くないか、あったとしても僅かであるためである。
【００２６】
コンタクト層３５は、後述の上部電極４１と上部クラッド層３４とをオーミック接触させるためのものである。コンタクト層３５は、上部クラッド層３４の上方に形成されたものであり、例えば、図１に示したように、上部クラッド層３４の上面３４Ａに接して形成されている。コンタクト層３５は、ｐ型ＧａＡｓを含んで構成されている。コンタクト層３５の上面３５Ａは｛１００｝面となっている。上面３５Ａは、基板１０が傾斜基板である場合には、例えば、図１に示したように、傾斜基板のオフ角θだけ＜１１１Ａ＞方向に傾いている。コンタクト層３５の幅は、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも広くなっており、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３と等しくなっている。つまり、コンタクト層３５は、上部クラッド層３４の上面３４Ａにだけ形成されており、上部クラッド層３４の側面には形成されていない。これはコンタクト層３５がＡｌを含まない材料からなり、製造過程において縦方向（図中のＹ方向）の結晶成長速度が横方向（図中のＸ方向）の結晶成長速度よりも極めて大きいためである。なお、結晶成長速度が縦方向と横方向とで異なるのは、コンタクト層３５がＧａＡｓで形成されており、ＧａＡｓが１００方向以外に成長されにくいためである。
【００２７】
本実施の形態では、半導体層３０は、例えば、図１に示したように、下部クラッド層３２の側面に電流ブロック層３６を備えている。この電流ブロック層３６は、下部クラッド層３２と上部クラッド層３４との間に、活性層３３を介さない電流（リーク電流）が流れるのを防止するものであり、図示しないが、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰとｐ型ＡｌＧａＩｎＰとを交互に積層して構成されている。ここで、ＡｌＧａＩｎＰは、ノンドープでｎ型になり易い材料であるが、面方位によってドーピングのし易さが異なる性質を有する。具体的には、ＡｌＧａＩｎＰは、｛１００｝面にｐ型ドーパントが添加されても、ｎ型を維持する傾向にあり、ｐ型になりにくいが、｛０１１｝面にｐ型ドーパントが添加されると｛１００｝面と比べて１０倍程度、ｐ型になりやすい傾向にある。そこで、本実施の形態では、ＡｌＧａＩｎＰの面方位依存性を利用して、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）に電流ブロック層３６が設けられている。
【００２８】
半導体層３０には、半導体層３０を半導体層３０の延在方向から挟み込む一対の端面(図示せず)が形成されており、これらの端面によって共振器が構成されている。一対の端面は、例えばへき開によって形成されたものであり、所定の間隙を介して互いに対向配置されている。さらに、一対の端面のうち光射出側の端面（前端面）には低反射膜(図示せず)が形成されており、一対の端面のうち光射出とは反対側の端面（後端面）には高反射膜（図示せず）が形成されている。
【００２９】
半導体層３０の上面（コンタクト層３５の上面）には上部電極４１が設けられている。上部電極４１は、半導体層３０の延在方向に延在する帯状の形状となっており、コンタクト層３５と電気的に接続されている。上部電極４１は、例えば、例えば、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）をコンタクト層３５側からこの順に積層して構成されている。基板１０の裏面には、下部電極４２が設けられている。下部電極４２は、例えば、基板１０の裏面のうち半導体層３０との対向領域を含む領域に連続して（ベタに）形成されている。下部電極４２は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）とを基板１０側からこの順に積層して構成されており、基板１０と電気的に接続されている。
【００３０】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法の一例について説明する。
【００３１】
まず、基板１０として、｛１００｝面が上面１０Ａにおいて＜１１１Ａ＞方向（図中のＸ軸方向）に所定の角度（例えば１０度）だけ傾斜した傾斜基板を用意する。次に、この基板１０上に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＮ層を厚さ２００ｎｍ程度、積層したのち、リソグラフィーにより、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口を有するレジストパターンを形成する（図示せず）。続いて、例えば、ウエットエッチング法を用いて、ＳｉＮ層を選択的に除去する。その後、レジストパターンを除去する。これにより、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、＜１１１Ｂ＞方向に延在する帯状の開口２０Ａを有する絶縁層２０が基板１０の表面に形成される。
【００３２】
次に、例えば、ＭＯＶＰＥ(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy；有機金属気相成長) 法、もしくはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法を用いて、基板１０上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層３０をエピタキシャル成長させる。この際、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の原料としては、例えば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3（フォスフィン）を用いる。ｐ型ドーパントとして、ＤＭＺｎ、Ｃｐ2ＭＭｇを用い、ｎ型ドーパントとして、ＳｉＨ4、Ｈ2Ｓｅを用いる。
【００３３】
具体的には、まず、基板１０を所定の温度まで加熱した上で、基板１０の上面１０Ａのうち開口２０Ａ内に露出している領域に、絶縁層２０の厚Ｈ１さ以上の厚さＨ２を有するバッファ層３１（ＧａＡｓバッファ層）を形成する（図３）。次に、バッファ層３１の表面に下部クラッド層３２を形成する（図４）。このとき、バッファ層３１をＡｌ0.7ＧａＩｎＰで構成した場合には、バッファ層３１の上面（｛１００｝面）と、バッファ層３１の側面（｛０１１｝面）とで、成長速度比が約１：０．９となり、下部クラッド層３２の幅Ｗ２が開口２０Ａの幅Ｗ１よりも広くなる。
【００３４】
次に、下部クラッド層３２を形成する際に使用する原料ガス（ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の原料）を引き続き供給しながら、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを交互に切替える。すると、ＡｌＧａＩｎＰの面方位依存性により、下部クラッド層３２の上面（｛１００｝面）には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層が形成され、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層とが交互に積層される。その結果、下部クラッド層３２の側面にだけ選択的に電流ブロック層３６が形成される（図４）。
【００３５】
次に、下部クラッド層３２の上面に活性層３３を形成する（図５）。このとき、活性層３３をアンドープＧａＩｎＰ、または下部クラッド層３２に含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のアンドープＡｌＧａＩｎＰで構成した場合には、下部クラッド層３２の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、下部クラッド層３２の上面（｛１００｝面）にだけ、活性層３３が形成される。
【００３６】
次に、活性層３３の上面に上部クラッド層３４を形成する（図６）。このとき、上部クラッド層３４をＡｌ0.7ＧａＩｎＰで構成した場合には、活性層３３の上面（｛１００｝面）と、活性層３３、下部クラッド層３２および電流ブロック層３６の側面（｛０１１｝面）とで、成長速度比が約１：０．９となり、上部クラッド層３４の幅Ｗ３が下部クラッド層３２の幅Ｗ２よりも広くなる。
【００３７】
次に、上部クラッド層３４の上面にコンタクト層３５を形成する（図７）。このとき、コンタクト層３５をｐ型ＧａＡｓで構成した場合には、上部クラッド層３４の側面（｛０１１｝面）にはほとんど積層されず、上部クラッド層３４の上面（｛１００｝面）にだけ、コンタクト層３５が形成される。このようにして、半導体層３０が形成される。
【００３８】
次に、図示しないが、半導体層３０の上面以外の領域を覆うレジストパターンを形成した後に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ多層膜を積層する。この後、レジストパターンを、その上に堆積したＴｉ/Ｐｔ/Ａｕ積層膜とともにリフトオフにより除去する。これにより、半導体層３０の上面に上部電極４１が形成される。この後、必要に応じて熱処理を行って、オーミック接触させる。続いて、基板１０の裏面に、例えば、真空蒸着により、全面に例えばＡｕＧｅ合金/Ｎｉ/Ａｕ多層膜（図示せず）を積層して、下部電極４２を形成する。
【００３９】
次に、例えば、カッタでウェーハの端部に傷をつけ、圧力をかけて傷を開くように割ることによりへき開する。次に、蒸着あるいはスパッタリングを用いて、光射出側の端面（前端面）に５％程度の低反射コーティング（図示せず）を形成し、前端面とは反対側の端面（後端面）に９５％程度の高反射コーティング（図示せず）を形成する。次に、半導体層３０のストライプ方向にけがいてチップを割り出す。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００４０】
次に、本実施の形態の半導体レーザ１の作用および効果について説明する。
【００４１】
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極４１と下部電極４２との間に所定の電圧が印加されると、絶縁層２０の開口２０Ａで狭窄された電流が活性層３３に注入され、電子−正孔再結合によって発光が生じる。この光は、一対の端面により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして前端面から外部に射出される。
【００４２】
ところで、本実施の形態では、基板１０表面の絶縁層２０の開口２０Ａ上に、下部クラッド層３２と、活性層３３と、上部クラッド層３４と、コンタクト層３５とが順に形成されている。さらに、下部クラッド層３２および活性層３３の側面に、電流ブロック層３６が形成されている。これにより、半導体レーザ１に注入された電流は絶縁層２０の開口２０Ａで狭窄されると共に、電流ブロック層３６によって活性層３３を通らない電流パスの形成を阻害するので、絶縁層２０の開口２０Ａの上方に形成された活性層３３に確実に電流を流すことができる。その結果、リーク電流を少なくすることが可能となる。
【００４３】
また、本実施の形態では、半導体層３０を形成する際に、Ａｌ含有に起因するＡｌＧａＩｎＰの非選択成長（横方向成長と縦方向成長）と、Ａｌ非含有（もしくは微量含有）に起因するＧａＩｎＰの選択成長（縦方向成長）とが利用されている。具体的には、下部クラッド層３２および上部クラッド層３５の形成時には、Ａｌを含む材料（ＡｌＧａＩｎＰ）が用いられ、バッファ層３１、活性層３３およびコンタクト層３５の形成時には、Ａｌを含まない材料（ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ）もしくはＡｌを僅かに含む材料（ＡｌＧａＩｎＰ）が用いられている。これにより、下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２が絶縁層２０の開口２０Ａの幅Ｗ１よりも大きくなり、上部クラッド層３４の上面３４Ａの幅Ｗ３が下部クラッド層３２の上面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きくなる。さらに、上部クラッド層３４が下部クラッド層３２および活性層３３を側面からも覆うようになる。その結果、縦方向において下部クラッド層３２、活性層３３および上部クラッド層３４の積層構造を形成することができ、さらに、横方向において上部クラッド層３４、下部クラッド層３２および上部クラッド層３４の積層構造を形成することができる。つまり、一度の結晶成長で、縦方向および横方向の光閉じ込め構造が形成されている。
【００４４】
従って、結晶成長中に大気に曝されることがなく、結晶内へ酸素が入り込み、レーザ特性に悪影響を及ぼす虞がない。また、結晶成長を中途で中段する必要がないので、複数回の熱履歴がかかることがなく、ドーパントの拡散を容易に制御することができる。また、エッチングなどでリッジを形成する必要がないので、製造工程を簡素化することができる。また、エッチングによる活性層へのダメージが生じる虞がないので、レーザ特性が向上する。また、縦方向および横方向に光閉じ込め構造を有しており、かつ活性層３３に選択的に電流が流れるので、消費電力を低減することができる。また、一度の結晶成長で光閉じ込め構造を形成することができるので、基板表面がダストで汚される虞がない。その結果、結晶性が向上するので、レーザ特性が向上する。
【００４５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００４６】
例えば、上記実施の形態では、１つの半導体レーザ１に１つの半導体層３０が設けられている場合についての説明がなされていたが、本発明は、１つの半導体レーザ１に複数の半導体層３０が設けられている場合にももちろん適用可能である。
【００４７】
また、上記実施の形態では、本発明を半導体レーザに適用した場合について説明していたが、発光ダイオードなどの他の半導体発光素子に対してももちろん適用可能である。
【００４８】
また、上記実施の形態では、基板１０がｎ型となっていたが、ｐ型となっていてもよい。その場合には、上記実施の形態において、ｎ型と書いてある部分をｐ型と読み替え、ｐ型と書いてある部分をｎ型と読み替えればよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、下部クラッド層３２の側面に電流ブロック層３６が形成されていたが、例えば、図８に示したように、必要に応じてなくすることも可能である。この場合であっても、下部クラッド層３２の側面と上部クラッド層３４との間に、バンドギャップの不連続性によって電流が流れるのが阻害されるので、電流ブロック層３６によって活性層３３を通らない電流パスの形成を阻害することができる。従って、この場合にも、リーク電流を少なくすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…半導体レーザ、１０…基板、１０Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ…上面、２０…絶縁層、２０Ａ…開口、３０…半導体層、３１…バッファ層、３２…下部クラッド層、３３…活性層、３４…上部クラッド層、３５…コンタクト層、４１…上部電極、４２…下部電極、Ｈ１，Ｈ２…高さ、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…幅、θ…オフ角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の表面に形成され、かつ帯状の開口を有する絶縁層と、
前記開口の上方に形成され、かつ前記開口の幅よりも幅広の第１導電型の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成され、かつた前記下部クラッド層の幅よりも幅広の第２導電型の上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上方に形成された第２導電型のコンタクト層と
を備えた半導体発光素子。
【請求項２】
前記開口を介して前記ＧａＡｓ基板と前記下部クラッド層とに接して形成され、かつ前記絶縁層の厚さ以上の厚さの第１導電型のＧａＡｓバッファ層を備えた
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記上部クラッド層は、前記活性層および前記下部クラッド層の側面側にも形成されている
請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層は、ＧａＩｎＰ、または前記下部クラッドに含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記下部クラッド層の側面に、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを交互に積層してなる電流ブロック層を備えた
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１導電型のＧａＡｓ基板の｛１００｝面に、＜１１１Ｂ＞方向に延在する開口を有する絶縁層を形成したのち、前記絶縁層の厚さ以上の厚さを有する第１導電型のＧａＡｓバッファ層を前記開口に形成する第１工程と、
前記ＧａＡｓバッファ層上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の上部クラッド層および第２導電型のコンタクト層を順に形成する第２工程と
を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＧａＡｓ基板は、｛１００｝面が＜１１１Ａ＞方向に傾斜した傾斜基板である
請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項７または請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記活性層は、ＧａＩｎＰ、または前記下部クラッドに含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２工程において、前記下部クラッド層を形成したのち前記活性層を形成する前に、前記下部クラッド層の側面に、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを交互に積層してなる電流ブロック層を形成する
請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１導電型のＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の表面に形成され、かつ帯状の開口を有する絶縁層と、
前記開口の上方に形成され、かつ前記開口の幅よりも幅広の第１導電型の下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成され、かつた前記下部クラッド層の幅よりも幅広の第２導電型の上部クラッド層と、
前記上部クラッド層の上方に形成された第２導電型のコンタクト層と
を備えた半導体発光素子。
【請求項２】
前記開口を介して前記ＧａＡｓ基板と前記下部クラッド層とに接して形成され、かつ前記絶縁層の厚さ以上の厚さの第１導電型のＧａＡｓバッファ層を備えた
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記上部クラッド層は、前記活性層および前記下部クラッド層の側面側にも形成されている
請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記活性層は、ＧａＩｎＰ、または前記下部クラッドに含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記下部クラッド層の側面に、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを交互に積層してなる電流ブロック層を備えた
請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１導電型のＧａＡｓ基板の｛１００｝面に、＜１１１Ｂ＞方向に延在する開口を有する絶縁層を形成したのち、前記絶縁層の厚さ以上の厚さを有する第１導電型のＧａＡｓバッファ層を前記開口に形成する第１工程と、
前記ＧａＡｓバッファ層上に、第１導電型の下部クラッド層、活性層、第２導電型の上部クラッド層および第２導電型のコンタクト層を順に形成する第２工程と
を含む半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＧａＡｓ基板は、｛１００｝面が＜１１１Ａ＞方向に傾斜した傾斜基板である
請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記下部クラッド層および前記上部クラッド層は、ＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項７または請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記活性層は、ＧａＩｎＰ、または前記下部クラッドに含まれるＡｌ組成比よりも小さなＡｌ組成比のＡｌＧａＩｎＰを含む
請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２工程において、前記下部クラッド層を形成したのち前記活性層を形成する前に、前記下部クラッド層の側面に、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とを交互に積層してなる電流ブロック層を形成する
請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７８１３５（Ｐ２０１０−２７８１３５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２７８３７（Ｐ２００９−１２７８３７）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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