窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法
【課題】内部電流狭窄層を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置において、電気抵抗の上昇に伴う動作電圧の増大を抑制して、安定な動作特性が得られるようにする。
【解決手段】ｎ型ＧａＮ基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ第１電流狭窄層１０６、ｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ第２電流狭窄層１０７、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、及びｐ型ＡｌＧａＮ第２再成長層１０９が順次形成されている。第１電流狭窄層１０６はストライプ状の第１開口部１１１を有する。第２電流狭窄層１０７は、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を有する。第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°以下である。
【解決手段】ｎ型ＧａＮ基板１００上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ第１電流狭窄層１０６、ｎ型不純物を含むＡｌＧａＮ第２電流狭窄層１０７、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、及びｐ型ＡｌＧａＮ第２再成長層１０９が順次形成されている。第１電流狭窄層１０６はストライプ状の第１開口部１１１を有する。第２電流狭窄層１０７は、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を有する。第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＮ系混晶の窒化物半導体を材料とした内部電流狭窄層を持つ埋込型の窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）に代わる大容量の光記憶媒体としてＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）やＨＤ ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＤＶＤ）が注目を集めている。また、その光源として、４０５ｎｍの発振波長を持つＡｌＧａＩｎＮ系混晶の窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ装置の研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
内部電流狭窄層を有する埋込型の半導体レーザ装置は、横モード特性に影響を与えるＩｎＧａＮ活性層から電流狭窄層までの距離を精度良く制御できる点や、広いコンタクト電極面積を確保して素子の直列抵抗を低減できる点などから、リッジ構造型の半導体レーザ装置と比べて、性能及び信頼性の面で有利な点が多い。
【０００４】
しかしながら、ＡｌＧａＩｎＮ系混晶を用いた窒化物半導体レーザ装置では、低ダメージで安定してエッチングを行うことが困難である。一般的な加工方法としてドライエッチング技術が用いられているが、この場合、電流狭窄層に開口部を形成したときに、電流経路となる部分にガス種等に起因した欠陥が発生し、その結果、デバイス特性が劣化する。それに対して、電流狭窄層に低ダメージで開口部を形成することが可能なウェットエッチング技術が色々提案されている。
【０００５】
図６は、特許文献１に開示されている、代表的な埋込型の窒化物半導体レーザ装置の断面図である。図６に示すように、サファイア等の異種基板１０の上に、ＧａＮからなるｎ側コンタクト層１１、ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層１２、ＧａＮからなるｎ側光ガイド層１３、Ｉｎを含む井戸層を有する多重量子井戸活性層１４、ＧａＮからなる第１ｐ側光ガイド層１５、蒸発阻止層１６、再蒸発層１７、電流狭窄層１８、ＧａＮからなる第２ｐ側光ガイド層２０、ＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層２１、及びＧａＮからなるｐ側コンタクト層２２が形成されている。電流狭窄層１８には開口部１９が形成されており、当該開口部１９を含む電流狭窄層１８を覆うように第２ｐ側光ガイド層２０が形成されている。ｐ側コンタクト層２２、ｐ側クラッド層２１、第２ｐ側光ガイド層２０、蒸発阻止層１６、第１ｐ側光ガイド層１５、活性層１４、ｎ側光ガイド層１３、ｎ側クラッド層１２、及びｎ側コンタクト層１１の上部は切り欠かれており、それにより露出したｎ側コンタクト層１１の表面にはｎ電極２３が形成されている。また、ｐ側コンタクト層２２の表面にはｐ電極２４が形成されている。
【０００６】
ここで、活性層１４上の第１ｐ側光ガイド層１５と電流狭窄層１８との間に、エッチング阻止層となる再蒸発層１７と、過剰な再蒸発を防止する蒸発阻止層１６とを形成することにより、第１ｐ側光ガイド層１５をエッチングすることなく電流狭窄層１８に開口部１９をその側壁が垂直になるように形成することができる。また、電流狭窄層１８の開口部１９に露出した再蒸発層１７は、ウェットエッチングを用いて電流狭窄層１８に開口部１９を形成した後に、熱処理によって蒸発させられるため、再蒸発層１７の材料としては、このように選択的に除去可能な材料が選ばれる。この再蒸発層１７を蒸発させる工程は、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition ）装置内で行うことができる。このため、再蒸発層１７を蒸発させたときに露出する下地の第１ｐ側光ガイド層１５を大気に曝すことなく、その表面を清浄な状態に維持した状態で、再蒸発層１７の蒸発工程に引き続いて第２ｐ側光ガイド層２０の再成長形成を行うことができるので、結晶性の良い第２ｐ側光ガイド層２０を開口部１９が埋まるように形成することができる。また、再蒸発層１７下に蒸発阻止層１６を設けることによって、過剰な再蒸発を防止し、それにより、光閉じ込め効果を低下させることなく安定したレーザ特性を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−１９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の従来例に係る埋込型の窒化物半導体レーザ装置においては、再蒸発層１７を含む複数層によって電流狭窄層を構成することにより、開口部における過度のウェットエッチングや気相中のエッチバックに起因する発光部近傍へのダメージを低減させている。
【０００８】
しかしながら、前述の従来例においては、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大してしまい、安定な動作特性が得られないという問題がある。
【０００９】
前記に鑑み、本発明は、内部電流狭窄層を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置において、電気抵抗の上昇に伴う動作電圧の増大を抑制して、安定な動作特性が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、従来例に係る窒化物半導体レーザ装置、つまり、埋込型構造を持つ発振波長４０５ｎｍの窒化物半導体レーザ装置において、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大してしまう原因を検討した結果、以下のような知見を得るに至った。
【００１１】
まず、ｎ型不純物を添加した電流狭窄層を持つ構造において、ウェットエッチングによって電流狭窄層に開口部を形成した後に再成長層を形成すると、図６に示す従来構造のように電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合には、当該側壁上に形成された再成長層部分に電気的に高抵抗な領域が形成されることが分かった。その結果、電流経路となる電流注入幅が開口部幅に比べて狭くなるため、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大していたのである。
【００１２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層の開口部周辺の断面構成をＳＥＭ（scanning electron microscope）によって観察した結果を示しており、図７（ａ）は組成比較が可能な反射電子像を示しており、図７（ｂ）は導電性比較が可能な２次電子像を示している。尚、図７（ａ）及び（ｂ）に示す構成においては、下地半導体層２７上に開口部を持つ電流狭窄層２８が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層２８を覆うように再成長層２９が形成されている。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、反射電子像の開口幅３１と比べて、２次電子像の電流注入幅３２が狭くなっている。これは、電流狭窄層２８の開口部側壁に電気的に高抵抗な領域３３が形成されているためである。
【００１３】
ところで、開口部を覆うよう再成長層を形成する工程においては、マストランスポートによる電流狭窄層形状の変化を抑制するために、電流狭窄層を形成する工程よりも低い温度（８００〜９００℃）で結晶成長を行う。通常、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置では、積層方向（基板主面に対して垂直な方向）をｃ軸とし、ストライプ形成方向（ストライプ状の開口部が延びる方向）をｍ軸としているので、電流狭窄層に側壁が垂直な開口部を形成すると、当該開口部側壁はａ軸方向（側壁の法線方向）となる。このような垂直な側壁を有する開口部を覆うように再成長層を形成すると、その成長初期過程において、開口部形状が維持されることなく、積層方向よりも側壁の法線方向において成長が顕著に進み、その結果、当該領域では結晶欠陥が多く生じて良好な結晶性は得られなかった。同様に、基板主面に対して５８°の角度をなす（１１−２２）面よりも大きい傾斜角を持つ開口部側壁上の再成長面は非極性面となりやすいため、結晶欠陥が多くなって良好な結晶を得にくいこと、一方、基板主面に対して（１１−２２）面と同等以下の傾斜角を持つ開口部側壁上においては、結晶欠陥の少ない良好な結晶が得られることが分かった。すなわち、マストランスポート抑制のために低温で再成長層形成を行う場合、開口部側壁の傾斜角が大きいと、当該側壁上に成長する再成長層の結晶性が低くなるので、結晶中の欠陥が増加して導電性が低下してしまうのである。
【００１４】
また、従来例に係る窒化物半導体レーザ装置が高抵抗化する原因の１つとして、電流狭窄層に添加されているｎ型不純物であるＳｉが再成長層へと拡散してしまうことが考えられる。図８は、ｐ−ＧａＮ光ガイド層４１、電流狭窄層４２、ｐ−ＧａＮ再成長層４３及びｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４が順次積層された構造におけるｎ型不純物であるＳｉの積層方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳ（secondary ion mass spectrometer ）解析により調べた結果を示している。図８に示すように、電流狭窄層４２とｐ−ＧａＮ再成長層４３との界面、及び、ｐ−ＧａＮ再成長層４３とＡｌを含むｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４との界面において、ＳｉのパイルアップがＳｉ濃度プロファイル中に確認できる。すなわち、Ｓｉを添加せずに成長しているにも関わらず再成長層中にＳｉ濃度のパイルアップを確認できることから、これは、電流狭窄層からのＳｉの拡散により混入したものであることが分かる。さらに、Ａｌ含むｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４でＳｉの拡散が止まっていることから、Ａｌ組成の低い層では不純物がより拡散しやすいことが分かる。
【００１５】
さらに、本願発明者らは、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ（transmission electron microscope）解析により詳細に観察した。図９は、そのようにして得られた開口部側壁付近のＴＥＭ像である。尚、図９に示す構成においては、下地半導体層５６上に開口部を持つ電流狭窄層５７が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層５７を覆うように再成長層５８及び５９が順次形成されている。図９に示すように、再成長層５８は、傾斜を有する成長領域５８Ａを有している。この成長領域５８Ａは、基板主面に対して（１１−２２）面の５８°よりも小さい３７°程度で傾斜した面を有しているが、この傾斜面は、結晶成長の開始箇所である電流狭窄層５７の開口部の形状によって決まるため、前述した、良好な結晶が得られる成長面が形成されているわけではない。この成長領域５８Ａは、図７（ｂ）に示す高抵抗領域２３とほぼ同様の形状を有していることから、この高抵抗領域２３は、電流狭窄層開口部の垂直な側壁から成長した、結晶性が低く且つ意図せず拡散したＳｉを含有する初期成長層であると考えられる。
【００１６】
本願発明者らは、以上に述べた知見に基づいて、内部電流狭窄層を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置において、再成長層の成長初期に電流狭窄層開口部近傍で高抵抗領域が形成されることを抑制することにより、動作電圧を低くして動作特性を安定させることを目的として、以下のような発明を想到した。
【００１７】
すなわち、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、ｎ型基板上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層と、前記ｐ型第１半導体層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層と、前記第１電流狭窄層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層と、前記第２電流狭窄層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層とを備え、前記第１電流狭窄層はストライプ状の第１開口部を有する共に前記第１開口部の底部には前記第１電流狭窄層が残存しており、前記第２電流狭窄層は、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を有し、前記ｐ型第２半導体層は前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように形成されており、それによって前記第１開口部及び前記第２開口部を経由して前記活性層に電流が注入され、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°以下である。
【００１８】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は６５°以上であり、前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５５°以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
尚、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置においては、電流狭窄層の開口部と再成長層であるｐ型第２半導体層との実屈折率差によって光導波路構造を形成しているため、開口部の形状は導波路の光閉じ込め効果に大きな影響を与える。特に、発光部に近い第１電流狭窄層の開口部の側壁が基板主面に対して垂直に形成されている場合、開口部における屈折率分布がより均一となるため、レーザ光の遠視野像の水平拡がり角が安定するという効果が得られる。しかし、開口部の側壁が垂直に形成されていると、前述のように、再成長層に高抵抗領域が形成されて動作電圧が増大するので、高抵抗領域を縮小するためには開口部の側壁の傾斜角を９０°よりも低角度にする必要がある。
【００２１】
図４は、この高抵抗領域とレーザ発振の閾値電流との関係を示している。尚、図４において、横軸は、開口部側壁に形成された高抵抗領域の幅（開口部側壁下部からの距離）をＳＥＭ観察により測定した結果を表し、縦軸は、レーザ発振の閾値電流を表している。図４に示すように、高抵抗領域の幅が０．１μｍ以下の場合、閾値電流は飽和していることが分かる。また、前述の図７（ｂ）に示す高抵抗領域３３のＳＥＭ像、及び図９に示す成長領域５８ＡのＴＥＭ像から、第１電流狭窄層の厚さと開口部に形成された高抵抗領域の幅とはほぼ同程度であることが分かる。
【００２２】
従って、高抵抗領域形成を抑制して水平拡がり角を安定化させるためには、第１電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角は９０°に近い角度であることが好ましく、また、第１電流狭窄層の厚さを１００ｎｍの半分程度以下にすれば、開口部に形成される高抵抗領域は動作電圧の上昇に実質的に寄与しなくなる。
【００２３】
以上のように、第１電流狭窄層の厚さを５０ｎｍ程度以下にすれば、開口部の側壁の傾斜角が５８°より大きくても動作電圧が上昇することはない。また、水平拡がり角をさらに安定化させるためには、開口部の側壁の傾斜角を６５°以上にすることが好ましい。
【００２４】
一方、第２電流狭窄層の開口部の側壁の傾斜角については、基板主面に対して５８°以下にすることにより、第２電流狭窄層の開口部の側壁が、結晶成長に対して安定な（１１−２２）面よりも緩やかな傾斜面となるため、当該側壁上に、欠陥が少なく結晶性の良い再成長層を形成することができ、低い動作電圧特性を得ることが可能になる。このため、第２電流狭窄層の厚さを第１電流狭窄層の厚さよりも大きくすることができるので、導波路の光分布を第２電流狭窄層の厚さによって調整することが可能になる。従って、第２電流狭窄層の開口部の側壁の傾斜角は、基板主面に対して５８°以下であることが好ましい。また、この傾斜角が基板主面に対して５５°以下であると、安定な結晶面である（１１−２２）面が形成されるように結晶成長が進むため、水平方向であるａ軸方向の成長速度が遅くなる。その結果、第２電流狭窄層上から第１電流狭窄層の開口部上方へと低温成長する再成長層（例えばｐ−ＧａＮ層）を縮小させることができる。このため、結晶欠陥を含みやすい低温成長層領域が小さくなるため、開口部内の導電性をさらに向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１１％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１０％よりも小さいことが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第２電流狭窄層は複数の層からなり、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００２８】
第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比（以下、Ａｌ組成という）が１５％を超えると、蓄積された格子歪に起因してエピクラックが電流狭窄層内に発生して、ウェットエッチング異常やウェハ割れの原因となり、信頼性が劣化する。このため、第１電流狭窄層のＡｌ組成を１５％以下に設定することが好ましい。また、後述するウェットエッチングにおける電流狭窄層のＡｌ組成と開口部側壁の傾斜角との関係から、第１電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を６５°以上にするためには、第１電流狭窄層のＡｌ組成を１１％以上に設定することが好ましい。また、第２電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を５５°以下にするためには、第２電流狭窄層のＡｌ組成を１０％よりも小さくすることが好ましい。さらに、第２電流狭窄層を複数層で構成し、そのＡｌ組成を第１電流狭窄層よりも小さく設定することによって、さらに精度の高い実屈折率制御が可能となる。
【００２９】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３０】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３１】
すなわち、ｐ型第２半導体層の再成長工程においては、第１電流狭窄層に形成した開口部内の残膜（第１電流狭窄層の一部）をＰ型化するために、当該残膜に対してｐ型不純物を導入する。この結果、開口部付近の過剰なｐ型不純物に起因して光内部損失が増加するため、発光効率が低下して動作電流が増大してしまう。そこで、開口部を埋め込むｐ型第２半導体層のＡｌ組成を、第１電流狭窄層及び第２電流狭窄層よりも小さくすることによって、導波路内の光分布を第１電流狭窄層側から活性層側へと遠ざけ、それにより、光内部損失を減少させて動作電流を低減し、信頼性の向上を図る。
【００３２】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、ｎ型基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層、活性層、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層、及び、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層を順次形成する工程（ａ）と、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対してウェットエッチングを行うことによって、前記第１電流狭窄層にストライプ状の第１開口部を、当該第１開口部の底部に前記第１電流狭窄層が残存するように形成すると共に、前記第２電流狭窄層に、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を形成する工程（ｂ）と、前記第２電流狭窄層上に、前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層を形成する工程（ｃ）とを備え、前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°以下にする。
【００３３】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５５°以下にすることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ｐ型第２半導体層の形成温度を、前記工程（ａ）における前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれの形成温度よりも低くすることが好ましい。このようにすると、電流狭窄層の形状変化を抑制することができる。
【００３５】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３８】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｂ）において、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対して、当該各電流狭窄層を構成する窒化物半導体に吸収される波長帯の光を照射しながら、アルカリ溶液を用いて前記ウェットエッチングを行うことが好ましい。
【００３９】
すなわち、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、第１及び第２電流狭窄層を形成した積層体を電解液に浸した状態で、外部から被エッチング領域である電流狭窄層へ、窒化物半導体が吸収する光を照射しながらウェットエッチングを行うことが好ましい。これは、光照射により窒化物半導体層表面に発生した正孔によって溶解反応が生じる光化学（ＰＥＣ：Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ）エッチングと呼ばれるウェットエッチング方法である。この方法では、ｐ型光ガイド層であるｐ型第１半導体層とｎ型電流狭窄層である第１電流狭窄層との界面に形成される空乏層を利用して、第１電流狭窄層の開口部の底部に第１電流狭窄層の一部分を厚さ数ｎｍ程度の残膜として残すことができる。その結果、電流狭窄層よりも下側の層がｐ型第２半導体層の再成長過程において蒸発して発光部にダメージが生じることを抑制することが可能になる。
【００４０】
図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、前述のＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示している。図３において、横軸は、電流狭窄層のＡｌ組成を示しており、縦軸は、ＰＥＣエッチングにより形成された開口部側壁の傾斜面が基板主面に対してなす傾斜角を示している。図３に示すように、電流狭窄層のＡｌ組成が小さくなるに従って、電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角が小さくなることが分かる。これは、低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層ではＰＥＣエッチングが等方的に進行しやすいのに対して、高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層では、光照射されたストライプ状部分のみに対してＰＥＣエッチングが進行するためである。すなわち、電流狭窄層のＡｌ組成を高くすることによって、垂直性の高い（側壁の傾斜角が９０°に近い）開口部を形成することが可能になる。以上のように、電流狭窄層のＡｌ組成を調整してＰＥＣエッチングを行うことにより、電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を制御することが可能になる。
【００４１】
従って、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法においては、第１電流狭窄層のＡｌ組成は１１％以上で且つ１５％以下であることが好ましく、第２電流狭窄層のＡｌ組成は１０％よりも小さいことが好ましい。また、第２電流狭窄層が複数の層からなり、且つ第２電流狭窄層のＡｌ組成が第１の電流狭窄層のＡｌ組成よりも小さいことが好ましい。
【００４２】
このように電流狭窄層のＡｌ組成を設定すると、ＰＥＣエッチングを用いて、第１電流狭窄層には、基板主面に対する側壁の傾斜角が６５°以上である開口部を、第２電流狭窄層には、基板主面に対する側壁の傾斜角が５５°以下であり且つ活性層から離れるに従って拡がっていく開口部を、それぞれ容易に形成することが可能になる。
【００４３】
また、第１電流狭窄層のＡｌ組成を前述の範囲に設定すると、指向性の高いエッチングによって、基板主面に対する側壁の傾斜角が６５°以上である開口部を容易に形成することが可能になるため、ストライプ幅（開口部の幅）のプロセス制御精度が向上する。これにより、水平拡がり角及びしきい値電流のそれぞれのバラツキを低減して歩留まりを向上させることが可能になる。さらに、第１電流狭窄層のＡｌ組成を高く設定することによって、第１電流狭窄層の開口部の側壁下部にエッチング残りが発生しなくなるため、水平拡がり角のバラツキをさらに低減することが可能になる。
【００４４】
また、第２電流狭窄層のＡｌ組成を前述の範囲に設定すると、等方的なエッチングによって、第２電流狭窄層に、基板主面に対する側壁の傾斜角が５５°以下であり且つ活性層から離れるに従って拡がっていく開口部を形成することが可能になるため、結晶成長に対して安定な（１１−２２）面を開口部に形成することができる。これにより、開口部内に形成される再成長層に欠陥の多い高抵抗な領域が形成されることを防止できる。また、第２電流狭窄層のＡｌ組成を低く設定することによって、第２電流狭窄層と再成長層との格子定数の差による歪に起因して発生する欠陥を低減できるという効果も得られる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、電流狭窄層をＡｌ組成の異なる２層構造とし、各電流狭窄層の開口部形状を異なるようにすることによって、開口部側壁上が高抵抗化することを抑制できるため、動作電圧の増大を抑制でき、それにより、安定した動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図１は本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の基本構造を示す断面図である。また、図２は、図１に示す窒化物半導体レーザ装置を構成する各層の厚さ、組成、不純物濃度の一例を表形式で示したものである。
【００４８】
図１に示すように、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置においては、ｎ型ＧａＮ基板１００の表面上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物として例えばＳｉを含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６、ｎ型不純物として例えばＳｉを含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が順次形成されている。ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面上にはｎ側電極１１３が形成されていると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の表面上にはｐ側電極１１４が形成されている。第１電流狭窄層１０６はストライプ状の第１開口部１１１を有する共に、第２電流狭窄層１０７は、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を有する。第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°以下である。第１再成長層１０８及び第２再成長層１０９は第１開口部１１１及び第２開口部１１２を埋めるように形成されている。
【００４９】
尚、第１開口部１１１の底部には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残存している。その理由は以下の通りである。ＰＥＣエッチングでは、窒化物半導体層とアルカリ溶液との界面近傍において、光照射により発生した正孔によって溶解反応が起こるが、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面には空乏層が形成されるため、空乏層領域までＰＥＣエッチングが進むと、正孔がアルカリ溶液との界面から逃げてしまう。このため、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面まではエッチングが進まない。その結果、第１電流狭窄層１０６の第１開口部１１１には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残る。前記空乏層幅については、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５のＭｇ濃度及び厚さを調整することによって制御可能である。
【００５０】
また、５．０×１０18ｃｍ-3のＳｉをそれぞれ添加したＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７は、１．０×１０19ｃｍ-3と高濃度のＭｇをそれぞれ添加したｐ−ＧａＮ光ガイド層１０５とｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８及びｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９とによって挟まれている。従って、第１開口部１１１に残存する高々５ｎｍ程度の厚さを持つＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６においては、再成長層１０８及び１０９の結晶成長中に容易にＳｉとＭｇとの相互拡散が生じるため、第１電流狭窄層１０６の導電型はｐ型に反転する。
【００５１】
従って、開口部１１１及び１１２を通して活性層１０４に容易に電流を注入できる。また、開口部１１１及び開口部１１２の形成領域を除いて、電流狭窄層１０６及び１０７の厚さは２００ｎｍであるため、前述の相互拡散が生じてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７の一部分の導電型がｐ型に反転したとしても、電流狭窄層１０６及び１０７の全体として十分にｎ型電流狭窄領域として機能する。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、活性層１０４よりもバンドギャップが大きいｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９からなるｐ型クラッド層と、当該ｐ型クラッド層よりも屈折率が小さく且つ主にｎ型の導電性を示すようにＳｉドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７からなるｎ型電流狭窄領域とを備えている。従って、発振光の吸収がほとんど無い透明な電流狭窄領域を構成することができ、それにより、実屈折率導波構造を持つ半導体レーザ装置として動作する。
【００５３】
ここで、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６は、Ｓｉが添加されたＡｌＧａＮ混晶により構成され、Ｓｉ濃度は５．０×１０18ｃｍ-3、Ａｌ組成は１５％、厚さは５０ｎｍであることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００５４】
図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、前述のＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示している。図３において、横軸は、電流狭窄層のＡｌ組成を示しており、縦軸は、ＰＥＣエッチングにより形成された開口部側壁の傾斜面が基板主面に対してなす傾斜角を示している。図３に示すように、電流狭窄層のＡｌ組成が１５％であると、開口部側壁の傾斜角を８５°程度にすることができる。このため、垂直性の高い開口部が得られると共に、開口部側壁下部に残留するエッチング残渣を解消できるという効果も得られる。その結果、エッチング残渣に起因する開口部形状の異常を解消できるので、光閉じ込め効果の変動が抑えられ、それにより、レーザ光の遠視野像の水平拡がり角が安定化する。
【００５５】
図４は、再成長層に形成される高抵抗領域とレーザ発振の閾値電流との関係を示している。尚、図４において、横軸は、開口部側壁に形成された高抵抗領域の幅（開口部側壁下部からの距離）をＳＥＭ観察により測定した結果を表し、縦軸は、レーザ発振の閾値電流を表している。図４に示すように、閾値電流を抑制して動作電圧の上昇を防止するためには、高抵抗領域の形成幅を１００ｎｍ以下に抑制する必要がある。また、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成は比較的高いと共に、後述するように第１電流狭窄層１０６は高温で形成されているため、第１電流狭窄層１０６の結晶性は比較的良い。このため、マストランスポート抑制のための再成長層の低温形成では第１電流狭窄層１０６はほとんど昇華されない。従って、再成長過程の昇温時における発光部の昇華を防ぐためのエッチングストップ層として、第１電流狭窄層１０６は５ｎｍ以上の厚さを有してれば良い。
【００５６】
図９は、本願発明者らが、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ解析により詳細に観察した様子を示している。尚、図９に示す構成においては、下地半導体層５６上に開口部を持つ電流狭窄層５７が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層５７を覆うように再成長層５８及び５９が順次形成されている。図９に示すように、再成長層５８における開口部側壁に形成される成長領域５８Ａの形成幅は電流狭窄層５７の厚さと同程度である。従って、本実施形態の第１電流狭窄層１０６の厚さを、閾値電流が飽和する高抵抗領域の幅以下に設定すれば、閾値電流及び動作電圧の増大を防止することができるので、本実施形態においては、第１電流狭窄層１０６の厚さを５０ｎｍ以下に設定する。
【００５７】
一方、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７は、Ｓｉが添加されたＡｌＧａＮ混晶により構成され、Ｓｉ濃度は５．０×１０18ｃｍ-3、Ａｌ組成は８％、厚さは１５０ｎｍであることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００５８】
Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成は、実屈折率ガイド層として機能させるためにクラッド層となるｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９のＡｌ組成よりも大きい必要があるので、５％以上であることが好ましい。また、図３に示すように、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成が８％であると、第２電流狭窄層１０７の第２開口部１１２の傾斜角を４０°程度にすることができる。その結果、第２開口部１１２の側壁に安定な結晶面が形成されるため、再成長層に高抵抗な領域が形成されない構造を実現できるので、低い動作電圧特性を持つ半導体レーザ装置を得ることができる。さらに、電流狭窄領域を、第１電流狭窄層１０６のみの単層構造ではなく、第２電流狭窄層１０７をも設けた複数層構造にすることによって、光導波路の実屈折率制御の設計自由度が増えるため、水平拡がり角の安定化がより容易となる。ここで、第２電流狭窄層１０７自体を複数層構造にしてもよいことは言うまでもない。
【００５９】
以下、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００６０】
まず、図５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物を含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６、及びｎ型不純物を含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７を順次形成する。尚、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７については、９３０℃程度の温度で成長させた。
【００６１】
次に、図５（ｂ）に示すように、前述のＰＥＣエッチングを適用することによって、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６にストライプ状の第１開口部１１１を形成すると共に、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７に、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を形成する。具体的には、第１開口部１１１を、その側壁の基板主面に対する傾斜角が５８°よりも大きくなるように形成すると共に、第２開口部１１２を、その側壁の基板主面に対する傾斜角が５８°以下になるように形成する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面を薬液から保護するために、当該裏面上に酸化膜等からなる絶縁保護膜を形成しておく。また、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とｎ型不純物を含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面に空乏層が形成されるため、当該空乏層領域でＰＥＣエッチングが停止するので、第１開口部１１１の底部には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残存する。
【００６２】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１開口部１１１及び第２開口部１１２を含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７上に、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を順次形成する。ここで、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８については、マストランスポートによる電流狭窄層１０６及び１０７の形状変化を抑制するために、８３０℃程度の低温で結晶成長させる。また、例えばｐ型不純物であるＭｇを再成長層形成前から成長面へ供給することによって、第１開口部１１１内に残存するＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６をｐ型化する。これにより、電流経路の導電性の低下を防止することができる。また、第１開口部１１１内にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６を残存させているため、反応炉内における再成長層形成過程での温度上昇中に下層のｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５が昇華することを防止できるので、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５にダメージが生じることがない。従って、欠陥の少ない低抵抗な再成長層１０８及び１０９を形成することができる。尚、再成長層形成過程の後、例えば窒素雰囲気中で７８０℃、６０分の活性化アニールを行い、それによって、再成長層１０８及び１０９となるｐ型層を低抵抗化させる。
【００６３】
次に、図５（ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上にｐ側電極１１４を形成する。ｐ側電極１１４の材料としては、例えばＮｉ又はＰｄを含む多層膜が好ましい。続いて、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面側となるＶ族面側に対して研磨を行い、ｎ型ＧａＮ基板１００の厚さを薄くした後、当該研磨面上にｎ側電極１１３を形成する。ｎ側電極１１３の材料としては、例えばＴｉ又はＶを含む多層膜が好ましい。
【００６４】
以上に説明したように、本実施形態によると、電流狭窄領域をＡｌ組成の異なる２層構造とし、各電流狭窄層１０６及び１０７の開口部形状を異なるようにすることによって、開口部側壁上が高抵抗化することを抑制できるため、動作電圧の増大を抑制でき、それにより、安定した動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。また、発光部に対するエッチングダメージに起因する特性劣化を抑制できるので、高品質及び高信頼性を持つ窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。
【００６５】
尚、本実施形態において、ｎ型光ガイド層１０３、ｐ型光ガイド層１０５及びｐ型第１再成長層１０８の材料としてＧａＮを、ｐ型第２再成長層１０９の材料としてＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎを用いたが、これに限らず、ｎ型光ガイド層１０３、ｐ型光ガイド層１０５、ｐ型第１再成長層１０８及びｐ型第２再成長層１０９に対して好適なエネルギーバンド構造を持つＡｌＧａＩｎＮ混晶に属する窒化物半導体材料（ＡｌＮやＩｎＮ等を含む）を用いることができる。
【００６６】
また、本実施形態において、第１電流狭窄層１０６の第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に、第２電流狭窄層１０７の第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角を５８°以下にしたが、第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角を５５°以下にすることがさらに好ましい。
【００６７】
また、本実施形態において、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成を１５％に設定したが、これに限られず、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成を１１％以上で且つ１５％以下に設定しても良い。
【００６８】
また、本実施形態において、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成を８％に設定したが、これに限られず、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成を１０％よりも小さく設定しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、動作電圧の増大を抑制して安定なレーザ発振動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の基本構造を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を構成する各層の厚さ、組成、不純物濃度の一例を表形式で示したものである。
【図３】図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、ＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示した図である。
【図４】図４は、再成長層に形成される高抵抗領域と、レーザ発振の閾値電流との関係を示した図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の埋込型の窒化物半導体レーザ装置の断面図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層の開口部周辺の断面構成をＳＥＭによって観察した結果を示した図てあり、図７（ａ）は組成比較が可能な反射電子像であり、図７（ｂ）は導電性比較が可能な２次電子像である。
【図８】図８は、電流狭窄層近傍のＳｉ濃度プロファイルをＳＩＭＳ解析により調べた結果を示した図である。
【図９】図９は、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ解析により詳細に観察した様子を示した図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ｎ型ＧａＮ基板
１０１ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１０２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
１０３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０４ 活性層
１０５ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０６ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層
１０７ Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層
１０８ ｐ型ＧａＮ第１再成長層
１０９ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層
１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１１ 第１開口部
１１２ 第２開口部
１１３ ｎ側電極
１１４ ｐ側電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＮ系混晶の窒化物半導体を材料とした内部電流狭窄層を持つ埋込型の窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）に代わる大容量の光記憶媒体としてＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）やＨＤ ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＤＶＤ）が注目を集めている。また、その光源として、４０５ｎｍの発振波長を持つＡｌＧａＩｎＮ系混晶の窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ装置の研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
内部電流狭窄層を有する埋込型の半導体レーザ装置は、横モード特性に影響を与えるＩｎＧａＮ活性層から電流狭窄層までの距離を精度良く制御できる点や、広いコンタクト電極面積を確保して素子の直列抵抗を低減できる点などから、リッジ構造型の半導体レーザ装置と比べて、性能及び信頼性の面で有利な点が多い。
【０００４】
しかしながら、ＡｌＧａＩｎＮ系混晶を用いた窒化物半導体レーザ装置では、低ダメージで安定してエッチングを行うことが困難である。一般的な加工方法としてドライエッチング技術が用いられているが、この場合、電流狭窄層に開口部を形成したときに、電流経路となる部分にガス種等に起因した欠陥が発生し、その結果、デバイス特性が劣化する。それに対して、電流狭窄層に低ダメージで開口部を形成することが可能なウェットエッチング技術が色々提案されている。
【０００５】
図６は、特許文献１に開示されている、代表的な埋込型の窒化物半導体レーザ装置の断面図である。図６に示すように、サファイア等の異種基板１０の上に、ＧａＮからなるｎ側コンタクト層１１、ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層１２、ＧａＮからなるｎ側光ガイド層１３、Ｉｎを含む井戸層を有する多重量子井戸活性層１４、ＧａＮからなる第１ｐ側光ガイド層１５、蒸発阻止層１６、再蒸発層１７、電流狭窄層１８、ＧａＮからなる第２ｐ側光ガイド層２０、ＡｌＧａＮからなるｐ側クラッド層２１、及びＧａＮからなるｐ側コンタクト層２２が形成されている。電流狭窄層１８には開口部１９が形成されており、当該開口部１９を含む電流狭窄層１８を覆うように第２ｐ側光ガイド層２０が形成されている。ｐ側コンタクト層２２、ｐ側クラッド層２１、第２ｐ側光ガイド層２０、蒸発阻止層１６、第１ｐ側光ガイド層１５、活性層１４、ｎ側光ガイド層１３、ｎ側クラッド層１２、及びｎ側コンタクト層１１の上部は切り欠かれており、それにより露出したｎ側コンタクト層１１の表面にはｎ電極２３が形成されている。また、ｐ側コンタクト層２２の表面にはｐ電極２４が形成されている。
【０００６】
ここで、活性層１４上の第１ｐ側光ガイド層１５と電流狭窄層１８との間に、エッチング阻止層となる再蒸発層１７と、過剰な再蒸発を防止する蒸発阻止層１６とを形成することにより、第１ｐ側光ガイド層１５をエッチングすることなく電流狭窄層１８に開口部１９をその側壁が垂直になるように形成することができる。また、電流狭窄層１８の開口部１９に露出した再蒸発層１７は、ウェットエッチングを用いて電流狭窄層１８に開口部１９を形成した後に、熱処理によって蒸発させられるため、再蒸発層１７の材料としては、このように選択的に除去可能な材料が選ばれる。この再蒸発層１７を蒸発させる工程は、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition ）装置内で行うことができる。このため、再蒸発層１７を蒸発させたときに露出する下地の第１ｐ側光ガイド層１５を大気に曝すことなく、その表面を清浄な状態に維持した状態で、再蒸発層１７の蒸発工程に引き続いて第２ｐ側光ガイド層２０の再成長形成を行うことができるので、結晶性の良い第２ｐ側光ガイド層２０を開口部１９が埋まるように形成することができる。また、再蒸発層１７下に蒸発阻止層１６を設けることによって、過剰な再蒸発を防止し、それにより、光閉じ込め効果を低下させることなく安定したレーザ特性を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−１９８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の従来例に係る埋込型の窒化物半導体レーザ装置においては、再蒸発層１７を含む複数層によって電流狭窄層を構成することにより、開口部における過度のウェットエッチングや気相中のエッチバックに起因する発光部近傍へのダメージを低減させている。
【０００８】
しかしながら、前述の従来例においては、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大してしまい、安定な動作特性が得られないという問題がある。
【０００９】
前記に鑑み、本発明は、内部電流狭窄層を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置において、電気抵抗の上昇に伴う動作電圧の増大を抑制して、安定な動作特性が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本願発明者らは、従来例に係る窒化物半導体レーザ装置、つまり、埋込型構造を持つ発振波長４０５ｎｍの窒化物半導体レーザ装置において、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大してしまう原因を検討した結果、以下のような知見を得るに至った。
【００１１】
まず、ｎ型不純物を添加した電流狭窄層を持つ構造において、ウェットエッチングによって電流狭窄層に開口部を形成した後に再成長層を形成すると、図６に示す従来構造のように電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合には、当該側壁上に形成された再成長層部分に電気的に高抵抗な領域が形成されることが分かった。その結果、電流経路となる電流注入幅が開口部幅に比べて狭くなるため、電気抵抗が上昇して動作電圧が増大していたのである。
【００１２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層の開口部周辺の断面構成をＳＥＭ（scanning electron microscope）によって観察した結果を示しており、図７（ａ）は組成比較が可能な反射電子像を示しており、図７（ｂ）は導電性比較が可能な２次電子像を示している。尚、図７（ａ）及び（ｂ）に示す構成においては、下地半導体層２７上に開口部を持つ電流狭窄層２８が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層２８を覆うように再成長層２９が形成されている。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、反射電子像の開口幅３１と比べて、２次電子像の電流注入幅３２が狭くなっている。これは、電流狭窄層２８の開口部側壁に電気的に高抵抗な領域３３が形成されているためである。
【００１３】
ところで、開口部を覆うよう再成長層を形成する工程においては、マストランスポートによる電流狭窄層形状の変化を抑制するために、電流狭窄層を形成する工程よりも低い温度（８００〜９００℃）で結晶成長を行う。通常、窒化物半導体を用いた半導体レーザ装置では、積層方向（基板主面に対して垂直な方向）をｃ軸とし、ストライプ形成方向（ストライプ状の開口部が延びる方向）をｍ軸としているので、電流狭窄層に側壁が垂直な開口部を形成すると、当該開口部側壁はａ軸方向（側壁の法線方向）となる。このような垂直な側壁を有する開口部を覆うように再成長層を形成すると、その成長初期過程において、開口部形状が維持されることなく、積層方向よりも側壁の法線方向において成長が顕著に進み、その結果、当該領域では結晶欠陥が多く生じて良好な結晶性は得られなかった。同様に、基板主面に対して５８°の角度をなす（１１−２２）面よりも大きい傾斜角を持つ開口部側壁上の再成長面は非極性面となりやすいため、結晶欠陥が多くなって良好な結晶を得にくいこと、一方、基板主面に対して（１１−２２）面と同等以下の傾斜角を持つ開口部側壁上においては、結晶欠陥の少ない良好な結晶が得られることが分かった。すなわち、マストランスポート抑制のために低温で再成長層形成を行う場合、開口部側壁の傾斜角が大きいと、当該側壁上に成長する再成長層の結晶性が低くなるので、結晶中の欠陥が増加して導電性が低下してしまうのである。
【００１４】
また、従来例に係る窒化物半導体レーザ装置が高抵抗化する原因の１つとして、電流狭窄層に添加されているｎ型不純物であるＳｉが再成長層へと拡散してしまうことが考えられる。図８は、ｐ−ＧａＮ光ガイド層４１、電流狭窄層４２、ｐ−ＧａＮ再成長層４３及びｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４が順次積層された構造におけるｎ型不純物であるＳｉの積層方向の濃度プロファイルをＳＩＭＳ（secondary ion mass spectrometer ）解析により調べた結果を示している。図８に示すように、電流狭窄層４２とｐ−ＧａＮ再成長層４３との界面、及び、ｐ−ＧａＮ再成長層４３とＡｌを含むｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４との界面において、ＳｉのパイルアップがＳｉ濃度プロファイル中に確認できる。すなわち、Ｓｉを添加せずに成長しているにも関わらず再成長層中にＳｉ濃度のパイルアップを確認できることから、これは、電流狭窄層からのＳｉの拡散により混入したものであることが分かる。さらに、Ａｌ含むｐ−ＡｌＧａＮ再成長層４４でＳｉの拡散が止まっていることから、Ａｌ組成の低い層では不純物がより拡散しやすいことが分かる。
【００１５】
さらに、本願発明者らは、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ（transmission electron microscope）解析により詳細に観察した。図９は、そのようにして得られた開口部側壁付近のＴＥＭ像である。尚、図９に示す構成においては、下地半導体層５６上に開口部を持つ電流狭窄層５７が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層５７を覆うように再成長層５８及び５９が順次形成されている。図９に示すように、再成長層５８は、傾斜を有する成長領域５８Ａを有している。この成長領域５８Ａは、基板主面に対して（１１−２２）面の５８°よりも小さい３７°程度で傾斜した面を有しているが、この傾斜面は、結晶成長の開始箇所である電流狭窄層５７の開口部の形状によって決まるため、前述した、良好な結晶が得られる成長面が形成されているわけではない。この成長領域５８Ａは、図７（ｂ）に示す高抵抗領域２３とほぼ同様の形状を有していることから、この高抵抗領域２３は、電流狭窄層開口部の垂直な側壁から成長した、結晶性が低く且つ意図せず拡散したＳｉを含有する初期成長層であると考えられる。
【００１６】
本願発明者らは、以上に述べた知見に基づいて、内部電流狭窄層を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置において、再成長層の成長初期に電流狭窄層開口部近傍で高抵抗領域が形成されることを抑制することにより、動作電圧を低くして動作特性を安定させることを目的として、以下のような発明を想到した。
【００１７】
すなわち、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置は、ｎ型基板上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層と、前記ｎ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層と、前記ｐ型第１半導体層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層と、前記第１電流狭窄層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層と、前記第２電流狭窄層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層とを備え、前記第１電流狭窄層はストライプ状の第１開口部を有する共に前記第１開口部の底部には前記第１電流狭窄層が残存しており、前記第２電流狭窄層は、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を有し、前記ｐ型第２半導体層は前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように形成されており、それによって前記第１開口部及び前記第２開口部を経由して前記活性層に電流が注入され、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°以下である。
【００１８】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は６５°以上であり、前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５５°以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
尚、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置においては、電流狭窄層の開口部と再成長層であるｐ型第２半導体層との実屈折率差によって光導波路構造を形成しているため、開口部の形状は導波路の光閉じ込め効果に大きな影響を与える。特に、発光部に近い第１電流狭窄層の開口部の側壁が基板主面に対して垂直に形成されている場合、開口部における屈折率分布がより均一となるため、レーザ光の遠視野像の水平拡がり角が安定するという効果が得られる。しかし、開口部の側壁が垂直に形成されていると、前述のように、再成長層に高抵抗領域が形成されて動作電圧が増大するので、高抵抗領域を縮小するためには開口部の側壁の傾斜角を９０°よりも低角度にする必要がある。
【００２１】
図４は、この高抵抗領域とレーザ発振の閾値電流との関係を示している。尚、図４において、横軸は、開口部側壁に形成された高抵抗領域の幅（開口部側壁下部からの距離）をＳＥＭ観察により測定した結果を表し、縦軸は、レーザ発振の閾値電流を表している。図４に示すように、高抵抗領域の幅が０．１μｍ以下の場合、閾値電流は飽和していることが分かる。また、前述の図７（ｂ）に示す高抵抗領域３３のＳＥＭ像、及び図９に示す成長領域５８ＡのＴＥＭ像から、第１電流狭窄層の厚さと開口部に形成された高抵抗領域の幅とはほぼ同程度であることが分かる。
【００２２】
従って、高抵抗領域形成を抑制して水平拡がり角を安定化させるためには、第１電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角は９０°に近い角度であることが好ましく、また、第１電流狭窄層の厚さを１００ｎｍの半分程度以下にすれば、開口部に形成される高抵抗領域は動作電圧の上昇に実質的に寄与しなくなる。
【００２３】
以上のように、第１電流狭窄層の厚さを５０ｎｍ程度以下にすれば、開口部の側壁の傾斜角が５８°より大きくても動作電圧が上昇することはない。また、水平拡がり角をさらに安定化させるためには、開口部の側壁の傾斜角を６５°以上にすることが好ましい。
【００２４】
一方、第２電流狭窄層の開口部の側壁の傾斜角については、基板主面に対して５８°以下にすることにより、第２電流狭窄層の開口部の側壁が、結晶成長に対して安定な（１１−２２）面よりも緩やかな傾斜面となるため、当該側壁上に、欠陥が少なく結晶性の良い再成長層を形成することができ、低い動作電圧特性を得ることが可能になる。このため、第２電流狭窄層の厚さを第１電流狭窄層の厚さよりも大きくすることができるので、導波路の光分布を第２電流狭窄層の厚さによって調整することが可能になる。従って、第２電流狭窄層の開口部の側壁の傾斜角は、基板主面に対して５８°以下であることが好ましい。また、この傾斜角が基板主面に対して５５°以下であると、安定な結晶面である（１１−２２）面が形成されるように結晶成長が進むため、水平方向であるａ軸方向の成長速度が遅くなる。その結果、第２電流狭窄層上から第１電流狭窄層の開口部上方へと低温成長する再成長層（例えばｐ−ＧａＮ層）を縮小させることができる。このため、結晶欠陥を含みやすい低温成長層領域が小さくなるため、開口部内の導電性をさらに向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１１％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１０％よりも小さいことが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記第２電流狭窄層は複数の層からなり、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００２８】
第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比（以下、Ａｌ組成という）が１５％を超えると、蓄積された格子歪に起因してエピクラックが電流狭窄層内に発生して、ウェットエッチング異常やウェハ割れの原因となり、信頼性が劣化する。このため、第１電流狭窄層のＡｌ組成を１５％以下に設定することが好ましい。また、後述するウェットエッチングにおける電流狭窄層のＡｌ組成と開口部側壁の傾斜角との関係から、第１電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を６５°以上にするためには、第１電流狭窄層のＡｌ組成を１１％以上に設定することが好ましい。また、第２電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を５５°以下にするためには、第２電流狭窄層のＡｌ組成を１０％よりも小さくすることが好ましい。さらに、第２電流狭窄層を複数層で構成し、そのＡｌ組成を第１電流狭窄層よりも小さく設定することによって、さらに精度の高い実屈折率制御が可能となる。
【００２９】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３０】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置において、前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３１】
すなわち、ｐ型第２半導体層の再成長工程においては、第１電流狭窄層に形成した開口部内の残膜（第１電流狭窄層の一部）をＰ型化するために、当該残膜に対してｐ型不純物を導入する。この結果、開口部付近の過剰なｐ型不純物に起因して光内部損失が増加するため、発光効率が低下して動作電流が増大してしまう。そこで、開口部を埋め込むｐ型第２半導体層のＡｌ組成を、第１電流狭窄層及び第２電流狭窄層よりも小さくすることによって、導波路内の光分布を第１電流狭窄層側から活性層側へと遠ざけ、それにより、光内部損失を減少させて動作電流を低減し、信頼性の向上を図る。
【００３２】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、ｎ型基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層、活性層、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層、及び、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層を順次形成する工程（ａ）と、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対してウェットエッチングを行うことによって、前記第１電流狭窄層にストライプ状の第１開口部を、当該第１開口部の底部に前記第１電流狭窄層が残存するように形成すると共に、前記第２電流狭窄層に、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を形成する工程（ｂ）と、前記第２電流狭窄層上に、前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層を形成する工程（ｃ）とを備え、前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°以下にする。
【００３３】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５５°以下にすることが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｃ）において、前記ｐ型第２半導体層の形成温度を、前記工程（ａ）における前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれの形成温度よりも低くすることが好ましい。このようにすると、電流狭窄層の形状変化を抑制することができる。
【００３５】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前述のように、前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことが好ましい。
【００３８】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、前記工程（ｂ）において、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対して、当該各電流狭窄層を構成する窒化物半導体に吸収される波長帯の光を照射しながら、アルカリ溶液を用いて前記ウェットエッチングを行うことが好ましい。
【００３９】
すなわち、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、第１及び第２電流狭窄層を形成した積層体を電解液に浸した状態で、外部から被エッチング領域である電流狭窄層へ、窒化物半導体が吸収する光を照射しながらウェットエッチングを行うことが好ましい。これは、光照射により窒化物半導体層表面に発生した正孔によって溶解反応が生じる光化学（ＰＥＣ：Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ）エッチングと呼ばれるウェットエッチング方法である。この方法では、ｐ型光ガイド層であるｐ型第１半導体層とｎ型電流狭窄層である第１電流狭窄層との界面に形成される空乏層を利用して、第１電流狭窄層の開口部の底部に第１電流狭窄層の一部分を厚さ数ｎｍ程度の残膜として残すことができる。その結果、電流狭窄層よりも下側の層がｐ型第２半導体層の再成長過程において蒸発して発光部にダメージが生じることを抑制することが可能になる。
【００４０】
図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、前述のＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示している。図３において、横軸は、電流狭窄層のＡｌ組成を示しており、縦軸は、ＰＥＣエッチングにより形成された開口部側壁の傾斜面が基板主面に対してなす傾斜角を示している。図３に示すように、電流狭窄層のＡｌ組成が小さくなるに従って、電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角が小さくなることが分かる。これは、低いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層ではＰＥＣエッチングが等方的に進行しやすいのに対して、高いＡｌ組成のＡｌＧａＮ層では、光照射されたストライプ状部分のみに対してＰＥＣエッチングが進行するためである。すなわち、電流狭窄層のＡｌ組成を高くすることによって、垂直性の高い（側壁の傾斜角が９０°に近い）開口部を形成することが可能になる。以上のように、電流狭窄層のＡｌ組成を調整してＰＥＣエッチングを行うことにより、電流狭窄層の開口部側壁の傾斜角を制御することが可能になる。
【００４１】
従って、本発明に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法においては、第１電流狭窄層のＡｌ組成は１１％以上で且つ１５％以下であることが好ましく、第２電流狭窄層のＡｌ組成は１０％よりも小さいことが好ましい。また、第２電流狭窄層が複数の層からなり、且つ第２電流狭窄層のＡｌ組成が第１の電流狭窄層のＡｌ組成よりも小さいことが好ましい。
【００４２】
このように電流狭窄層のＡｌ組成を設定すると、ＰＥＣエッチングを用いて、第１電流狭窄層には、基板主面に対する側壁の傾斜角が６５°以上である開口部を、第２電流狭窄層には、基板主面に対する側壁の傾斜角が５５°以下であり且つ活性層から離れるに従って拡がっていく開口部を、それぞれ容易に形成することが可能になる。
【００４３】
また、第１電流狭窄層のＡｌ組成を前述の範囲に設定すると、指向性の高いエッチングによって、基板主面に対する側壁の傾斜角が６５°以上である開口部を容易に形成することが可能になるため、ストライプ幅（開口部の幅）のプロセス制御精度が向上する。これにより、水平拡がり角及びしきい値電流のそれぞれのバラツキを低減して歩留まりを向上させることが可能になる。さらに、第１電流狭窄層のＡｌ組成を高く設定することによって、第１電流狭窄層の開口部の側壁下部にエッチング残りが発生しなくなるため、水平拡がり角のバラツキをさらに低減することが可能になる。
【００４４】
また、第２電流狭窄層のＡｌ組成を前述の範囲に設定すると、等方的なエッチングによって、第２電流狭窄層に、基板主面に対する側壁の傾斜角が５５°以下であり且つ活性層から離れるに従って拡がっていく開口部を形成することが可能になるため、結晶成長に対して安定な（１１−２２）面を開口部に形成することができる。これにより、開口部内に形成される再成長層に欠陥の多い高抵抗な領域が形成されることを防止できる。また、第２電流狭窄層のＡｌ組成を低く設定することによって、第２電流狭窄層と再成長層との格子定数の差による歪に起因して発生する欠陥を低減できるという効果も得られる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、電流狭窄層をＡｌ組成の異なる２層構造とし、各電流狭窄層の開口部形状を異なるようにすることによって、開口部側壁上が高抵抗化することを抑制できるため、動作電圧の増大を抑制でき、それにより、安定した動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
（実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図１は本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の基本構造を示す断面図である。また、図２は、図１に示す窒化物半導体レーザ装置を構成する各層の厚さ、組成、不純物濃度の一例を表形式で示したものである。
【００４８】
図１に示すように、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置においては、ｎ型ＧａＮ基板１００の表面上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物として例えばＳｉを含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６、ｎ型不純物として例えばＳｉを含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が順次形成されている。ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面上にはｎ側電極１１３が形成されていると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０の表面上にはｐ側電極１１４が形成されている。第１電流狭窄層１０６はストライプ状の第１開口部１１１を有する共に、第２電流狭窄層１０７は、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を有する。第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角は５８°以下である。第１再成長層１０８及び第２再成長層１０９は第１開口部１１１及び第２開口部１１２を埋めるように形成されている。
【００４９】
尚、第１開口部１１１の底部には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残存している。その理由は以下の通りである。ＰＥＣエッチングでは、窒化物半導体層とアルカリ溶液との界面近傍において、光照射により発生した正孔によって溶解反応が起こるが、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面には空乏層が形成されるため、空乏層領域までＰＥＣエッチングが進むと、正孔がアルカリ溶液との界面から逃げてしまう。このため、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面まではエッチングが進まない。その結果、第１電流狭窄層１０６の第１開口部１１１には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残る。前記空乏層幅については、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５のＭｇ濃度及び厚さを調整することによって制御可能である。
【００５０】
また、５．０×１０18ｃｍ-3のＳｉをそれぞれ添加したＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７は、１．０×１０19ｃｍ-3と高濃度のＭｇをそれぞれ添加したｐ−ＧａＮ光ガイド層１０５とｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８及びｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９とによって挟まれている。従って、第１開口部１１１に残存する高々５ｎｍ程度の厚さを持つＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６においては、再成長層１０８及び１０９の結晶成長中に容易にＳｉとＭｇとの相互拡散が生じるため、第１電流狭窄層１０６の導電型はｐ型に反転する。
【００５１】
従って、開口部１１１及び１１２を通して活性層１０４に容易に電流を注入できる。また、開口部１１１及び開口部１１２の形成領域を除いて、電流狭窄層１０６及び１０７の厚さは２００ｎｍであるため、前述の相互拡散が生じてＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７の一部分の導電型がｐ型に反転したとしても、電流狭窄層１０６及び１０７の全体として十分にｎ型電流狭窄領域として機能する。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の窒化物半導体レーザ装置は、活性層１０４よりもバンドギャップが大きいｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９からなるｐ型クラッド層と、当該ｐ型クラッド層よりも屈折率が小さく且つ主にｎ型の導電性を示すようにＳｉドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７からなるｎ型電流狭窄領域とを備えている。従って、発振光の吸収がほとんど無い透明な電流狭窄領域を構成することができ、それにより、実屈折率導波構造を持つ半導体レーザ装置として動作する。
【００５３】
ここで、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６は、Ｓｉが添加されたＡｌＧａＮ混晶により構成され、Ｓｉ濃度は５．０×１０18ｃｍ-3、Ａｌ組成は１５％、厚さは５０ｎｍであることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００５４】
図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、前述のＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示している。図３において、横軸は、電流狭窄層のＡｌ組成を示しており、縦軸は、ＰＥＣエッチングにより形成された開口部側壁の傾斜面が基板主面に対してなす傾斜角を示している。図３に示すように、電流狭窄層のＡｌ組成が１５％であると、開口部側壁の傾斜角を８５°程度にすることができる。このため、垂直性の高い開口部が得られると共に、開口部側壁下部に残留するエッチング残渣を解消できるという効果も得られる。その結果、エッチング残渣に起因する開口部形状の異常を解消できるので、光閉じ込め効果の変動が抑えられ、それにより、レーザ光の遠視野像の水平拡がり角が安定化する。
【００５５】
図４は、再成長層に形成される高抵抗領域とレーザ発振の閾値電流との関係を示している。尚、図４において、横軸は、開口部側壁に形成された高抵抗領域の幅（開口部側壁下部からの距離）をＳＥＭ観察により測定した結果を表し、縦軸は、レーザ発振の閾値電流を表している。図４に示すように、閾値電流を抑制して動作電圧の上昇を防止するためには、高抵抗領域の形成幅を１００ｎｍ以下に抑制する必要がある。また、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成は比較的高いと共に、後述するように第１電流狭窄層１０６は高温で形成されているため、第１電流狭窄層１０６の結晶性は比較的良い。このため、マストランスポート抑制のための再成長層の低温形成では第１電流狭窄層１０６はほとんど昇華されない。従って、再成長過程の昇温時における発光部の昇華を防ぐためのエッチングストップ層として、第１電流狭窄層１０６は５ｎｍ以上の厚さを有してれば良い。
【００５６】
図９は、本願発明者らが、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ解析により詳細に観察した様子を示している。尚、図９に示す構成においては、下地半導体層５６上に開口部を持つ電流狭窄層５７が形成されていると共に当該開口部及び電流狭窄層５７を覆うように再成長層５８及び５９が順次形成されている。図９に示すように、再成長層５８における開口部側壁に形成される成長領域５８Ａの形成幅は電流狭窄層５７の厚さと同程度である。従って、本実施形態の第１電流狭窄層１０６の厚さを、閾値電流が飽和する高抵抗領域の幅以下に設定すれば、閾値電流及び動作電圧の増大を防止することができるので、本実施形態においては、第１電流狭窄層１０６の厚さを５０ｎｍ以下に設定する。
【００５７】
一方、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７は、Ｓｉが添加されたＡｌＧａＮ混晶により構成され、Ｓｉ濃度は５．０×１０18ｃｍ-3、Ａｌ組成は８％、厚さは１５０ｎｍであることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００５８】
Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成は、実屈折率ガイド層として機能させるためにクラッド層となるｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９のＡｌ組成よりも大きい必要があるので、５％以上であることが好ましい。また、図３に示すように、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成が８％であると、第２電流狭窄層１０７の第２開口部１１２の傾斜角を４０°程度にすることができる。その結果、第２開口部１１２の側壁に安定な結晶面が形成されるため、再成長層に高抵抗な領域が形成されない構造を実現できるので、低い動作電圧特性を持つ半導体レーザ装置を得ることができる。さらに、電流狭窄領域を、第１電流狭窄層１０６のみの単層構造ではなく、第２電流狭窄層１０７をも設けた複数層構造にすることによって、光導波路の実屈折率制御の設計自由度が増えるため、水平拡がり角の安定化がより容易となる。ここで、第２電流狭窄層１０７自体を複数層構造にしてもよいことは言うまでもない。
【００５９】
以下、本実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の窒化物半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【００６０】
まず、図５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０１、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０３、活性層１０４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５、ｎ型不純物を含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６、及びｎ型不純物を含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７を順次形成する。尚、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６及びＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７については、９３０℃程度の温度で成長させた。
【００６１】
次に、図５（ｂ）に示すように、前述のＰＥＣエッチングを適用することによって、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６にストライプ状の第１開口部１１１を形成すると共に、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７に、第１開口部１１１と接続し且つ活性層１０４から離れるに従って拡がっていく第２開口部１１２を形成する。具体的には、第１開口部１１１を、その側壁の基板主面に対する傾斜角が５８°よりも大きくなるように形成すると共に、第２開口部１１２を、その側壁の基板主面に対する傾斜角が５８°以下になるように形成する。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面を薬液から保護するために、当該裏面上に酸化膜等からなる絶縁保護膜を形成しておく。また、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５とｎ型不純物を含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６との界面に空乏層が形成されるため、当該空乏層領域でＰＥＣエッチングが停止するので、第１開口部１１１の底部には厚さ５ｎｍ程度の第１電流狭窄層１０６が残存する。
【００６２】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１開口部１１１及び第２開口部１１２を含むＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層１０７上に、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層１０９、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を順次形成する。ここで、ｐ型ＧａＮ第１再成長層１０８については、マストランスポートによる電流狭窄層１０６及び１０７の形状変化を抑制するために、８３０℃程度の低温で結晶成長させる。また、例えばｐ型不純物であるＭｇを再成長層形成前から成長面へ供給することによって、第１開口部１１１内に残存するＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６をｐ型化する。これにより、電流経路の導電性の低下を防止することができる。また、第１開口部１１１内にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層１０６を残存させているため、反応炉内における再成長層形成過程での温度上昇中に下層のｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５が昇華することを防止できるので、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０５にダメージが生じることがない。従って、欠陥の少ない低抵抗な再成長層１０８及び１０９を形成することができる。尚、再成長層形成過程の後、例えば窒素雰囲気中で７８０℃、６０分の活性化アニールを行い、それによって、再成長層１０８及び１０９となるｐ型層を低抵抗化させる。
【００６３】
次に、図５（ｄ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上にｐ側電極１１４を形成する。ｐ側電極１１４の材料としては、例えばＮｉ又はＰｄを含む多層膜が好ましい。続いて、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面側となるＶ族面側に対して研磨を行い、ｎ型ＧａＮ基板１００の厚さを薄くした後、当該研磨面上にｎ側電極１１３を形成する。ｎ側電極１１３の材料としては、例えばＴｉ又はＶを含む多層膜が好ましい。
【００６４】
以上に説明したように、本実施形態によると、電流狭窄領域をＡｌ組成の異なる２層構造とし、各電流狭窄層１０６及び１０７の開口部形状を異なるようにすることによって、開口部側壁上が高抵抗化することを抑制できるため、動作電圧の増大を抑制でき、それにより、安定した動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。また、発光部に対するエッチングダメージに起因する特性劣化を抑制できるので、高品質及び高信頼性を持つ窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能になる。
【００６５】
尚、本実施形態において、ｎ型光ガイド層１０３、ｐ型光ガイド層１０５及びｐ型第１再成長層１０８の材料としてＧａＮを、ｐ型第２再成長層１０９の材料としてＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎを用いたが、これに限らず、ｎ型光ガイド層１０３、ｐ型光ガイド層１０５、ｐ型第１再成長層１０８及びｐ型第２再成長層１０９に対して好適なエネルギーバンド構造を持つＡｌＧａＩｎＮ混晶に属する窒化物半導体材料（ＡｌＮやＩｎＮ等を含む）を用いることができる。
【００６６】
また、本実施形態において、第１電流狭窄層１０６の第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に、第２電流狭窄層１０７の第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角を５８°以下にしたが、第１開口部１１１の側壁の基板主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に、第２開口部１１２の側壁の基板主面に対する傾斜角を５５°以下にすることがさらに好ましい。
【００６７】
また、本実施形態において、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成を１５％に設定したが、これに限られず、第１電流狭窄層１０６のＡｌ組成を１１％以上で且つ１５％以下に設定しても良い。
【００６８】
また、本実施形態において、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成を８％に設定したが、これに限られず、第２電流狭窄層１０７のＡｌ組成を１０％よりも小さく設定しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、動作電圧の増大を抑制して安定なレーザ発振動作特性を有する窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の基本構造を示す断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置を構成する各層の厚さ、組成、不純物濃度の一例を表形式で示したものである。
【図３】図３は、電流狭窄層のＡｌ組成と、ＰＥＣエッチングによって電流狭窄層に形成された開口部の側壁の傾斜角との関係を示した図である。
【図４】図４は、再成長層に形成される高抵抗領域と、レーザ発振の閾値電流との関係を示した図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の埋込型の窒化物半導体レーザ装置の断面図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層の開口部周辺の断面構成をＳＥＭによって観察した結果を示した図てあり、図７（ａ）は組成比較が可能な反射電子像であり、図７（ｂ）は導電性比較が可能な２次電子像である。
【図８】図８は、電流狭窄層近傍のＳｉ濃度プロファイルをＳＩＭＳ解析により調べた結果を示した図である。
【図９】図９は、電流狭窄層の開口部の側壁が垂直である場合における当該開口部近傍の断面をＴＥＭ解析により詳細に観察した様子を示した図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００ ｎ型ＧａＮ基板
１０１ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１０２ ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層
１０３ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０４ 活性層
１０５ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０６ Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第１電流狭窄層
１０７ Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ第２電流狭窄層
１０８ ｐ型ＧａＮ第１再成長層
１０９ ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ第２再成長層
１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１１ 第１開口部
１１２ 第２開口部
１１３ ｎ側電極
１１４ ｐ側電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層と、
前記ｐ型第１半導体層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層と、
前記第１電流狭窄層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層と、
前記第２電流狭窄層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層とを備え、
前記第１電流狭窄層はストライプ状の第１開口部を有する共に前記第１開口部の底部には前記第１電流狭窄層が残存しており、
前記第２電流狭窄層は、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を有し、
前記ｐ型第２半導体層は前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように形成されており、それによって前記第１開口部及び前記第２開口部を経由して前記活性層に電流が注入され、
前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、
前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は６５°以上であり、
前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５５°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１１％以上で且つ１５％以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１０％よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第２電流狭窄層は複数の層からなり、
前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項９】
ｎ型基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層、活性層、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層、及び、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層を順次形成する工程（ａ）と、
前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対してウェットエッチングを行うことによって、前記第１電流狭窄層にストライプ状の第１開口部を、当該第１開口部の底部に前記第１電流狭窄層が残存するように形成すると共に、前記第２電流狭窄層に、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を形成する工程（ｂ）と、
前記第２電流狭窄層上に、前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層を形成する工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°以下にすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５５°以下にすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｃ）において、前記ｐ型第２半導体層の形成温度を、前記工程（ａ）における前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれの形成温度よりも低くすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対して、当該各電流狭窄層を構成する窒化物半導体に吸収される波長帯の光を照射しながら、アルカリ溶液を用いて前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１】
ｎ型基板上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層と、
前記ｐ型第１半導体層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層と、
前記第１電流狭窄層上に形成されており、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層と、
前記第２電流狭窄層上に形成されており、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層とを備え、
前記第１電流狭窄層はストライプ状の第１開口部を有する共に前記第１開口部の底部には前記第１電流狭窄層が残存しており、
前記第２電流狭窄層は、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を有し、
前記ｐ型第２半導体層は前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように形成されており、それによって前記第１開口部及び前記第２開口部を経由して前記活性層に電流が注入され、
前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°よりも大きく、
前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５８°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は６５°以上であり、
前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角は５５°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１１％以上で且つ１５％以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は１０％よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記第２電流狭窄層は複数の層からなり、
前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ装置において、
前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。
【請求項９】
ｎ型基板上に、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｎ型半導体層、活性層、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第１半導体層、ｎ型不純物を含むＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）混晶からなる第１電流狭窄層、及び、ｎ型不純物を含むＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）混晶からなる第２電流狭窄層を順次形成する工程（ａ）と、
前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対してウェットエッチングを行うことによって、前記第１電流狭窄層にストライプ状の第１開口部を、当該第１開口部の底部に前記第１電流狭窄層が残存するように形成すると共に、前記第２電流狭窄層に、前記第１開口部と接続し且つ前記活性層から離れるに従って拡がっていく第２開口部を形成する工程（ｂ）と、
前記第２電流狭窄層上に、前記第１開口部及び前記第２開口部を埋めるように、ＡｌＧａＩｎＮ混晶の窒化物半導体からなるｐ型第２半導体層を形成する工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°よりも大きくすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５８°以下にすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記第１開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を６５°以上にすると共に前記第２開口部の側壁の前記ｎ型基板の主面に対する傾斜角を５５°以下にすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｃ）において、前記ｐ型第２半導体層の形成温度を、前記工程（ａ）における前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれの形成温度よりも低くすることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｘ、前記第１電流狭窄層の厚さをｄｘ、前記第２電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比をｙ、前記第２電流狭窄層の厚さをｄｙとすると、前記比ｘは前記比ｙよりも大きく、前記厚さｄｘは前記厚さｄｙよりも小さく、前記厚さｄｘは５ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記ｐ型第２半導体層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層のそれぞれにおけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記ｐ型第２半導体層は、前記第１開口部内に残存する前記第１電流狭窄層と接する部分を有しており、当該部分におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比は、前記第１電流狭窄層におけるＧａ及びＡｌの合計組成に対するＡｌ組成の比よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法において、
前記工程（ｂ）において、前記第１電流狭窄層及び前記第２電流狭窄層に対して、当該各電流狭窄層を構成する窒化物半導体に吸収される波長帯の光を照射しながら、アルカリ溶液を用いて前記ウェットエッチングを行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図７】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図７】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２７２５３１（Ｐ２００９−２７２５３１Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３３７９（Ｐ２００８−１２３３７９）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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