JP2000068609A

JP2000068609A - 半導体基板および半導体レーザ

Info

Publication number: JP2000068609A
Application number: JP25321998A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Iwata; 浩和岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】基板のどの部分においても高品質なＧａＮ系
化合物半導体を結晶成長することが可能な、結晶欠陥の
低減されたＧａＮ系化合物半導体表面を有する半導体基
板を提供する。【解決手段】この半導体基板１０は、単結晶基板１上
の第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造８の表面の一部
を露出させる開口部を有し、第１のＧａＮ系化合物半導
体積層構造８の表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的に
成長する材料からなる第１の選択成長マスク４と、第１
の選択成長マスク４の開口部のところで露出している第
１のＧａＮ系化合物半導体積層構造８の表面に選択的に
成長させ、さらに、第１の選択成長マスク４の表面をラ
テラル成長させることによって形成された第２のＧａＮ
系化合物半導体積層構造５とが積層され、この上に、選
択成長マスクと、ＧａＮ系化合物半導体積層構造とが形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板および
半導体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、青色のＬＥＤは赤色や緑色に比べ
て輝度が小さく実用化に難点があったが、近年、一般式
ＩｎＡｌＧａＮで表されるＧａＮ系化合物半導体におい
て、低温ＡｌＮバッファー層あるいは低温ＧａＮバッフ
ァー層を用いることによる結晶成長技術の向上と、Ｍｇ
をドープした低抵抗のｐ型半導体層が得られたことによ
り、高輝度青色ＬＥＤが実用化され、さらには、実用化
には至らないが室温で連続発振する半導体レーザが実現
された。また、選択成長とラテラル成長を組み合わせて
作製される低欠陥基板上への半導体レーザ形成技術の開
発により半導体レーザの室温連続発振の寿命も１０００
時間程度まで延びている。

【０００３】図１７は従来の端面発光型半導体レーザの
断面図である(「Applied Physics Letters」Vol.72 (19
98) p.211)。図１７の半導体レーザは、(０００１)面を
主面とするサファイア(Ａｌ₂Ｏ₃単結晶)からなる１００
〜３００μｍの基板１４１上に、ｎ型のＧａＮなどから
なる低温バッファ層１４２と、ｎ型のＧａＮからなる高
温バッファ層１４３と、ＳｉＯ₂からなる選択成長マス
ク１４４とが形成されており、選択成長とマスク１４４
表面上へのラテラル成長により形成されたｎ型ＧａＮ層
１４３で構成された基板上に、ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎク
ラック防止層１４５と、ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｇａ
ＮＭＤ−ＳＬＳ(モジュレーションドープ歪み超格子)
クラッド層１４６と、ｎ−ＧａＮ光ガイド層１４７と、
Ｉｎ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷ活性
層１４８と、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ転位伝播防止層１４
９と、ｐ−ＧａＮ層光ガイド層１５０と、ｐ−Ａｌ_0.14
Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳクラッド層１５１
と、ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層１５２とがＭＯＣ
ＶＤ法により順次積層されている。

【０００４】この積層された半導体層をリッジ状にドラ
イエッチングすることによって、光導波路と光共振器端
面が形成され、さらに、エッチングにより露出したｎ−
ＧａＮ層１４３および積層された半導体層の表層である
キャップ層１５２に、それぞれｎ側電極１５５およびｐ
側電極１５３が設けられることにより、半導体レーザが
形成されている。

【０００５】また、レーザ構造の理論計算もなされてお
り、堂免らによる文献「第４３回応用物理学関係連合講
演会予稿集 No.1 (1996), p.336」には、(０００１)面
内に異方性歪みをかけることにより、価電子帯の重い正
孔と軽い正孔の分離が起こり、その結果、半導体レーザ
の閾値電流の低減が可能であることが報告されている。

【０００６】図１８は、特開平１０−４１５４７号に開
示されている従来の端面型発光素子の斜視図である。図
１８の端面型発光素子では、六方晶ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ
(１１−２０)基板１６２上に、ｎ−ＧａＮ層１６３と、
Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ活性層１６４と、ｐ−ＧａＮ層１６５
とが積層され、基板１６２の裏面にｎ側電極１６１が形
成され、ｐ−ＧａＮ層１６５の表面にｐ側電極ストライ
プ１６６が形成されている。

【０００７】この端面型発光素子は、ＧａＮ系化合物半
導体のＣ面(０００１)が基板と垂直であることから、
(０００１)面内に異方性歪みをかけることによるレーザ
の閾値電流の低減も可能な構造をとっている。

【０００８】また、図１８の端面型発光素子は、図１７
に示したようなＣ面サファイア基板上に形成された発光
素子では実現できなかったへき開による光出射端面の形
成を(１−１００)面をへき開することによって可能にし
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、低温バ
ッファー層の技術や、選択成長とラテラル成長の組み合
せによる低欠陥基板の作製技術により、サファイア等の
異種基板上へのＧａＮ系化合物半導体の結晶成長が可能
となり、高輝度ＬＥＤが実現され、また、半導体レーザ
の室温連続発振も実現された。

【００１０】ところで、選択成長とラテラル成長を組み
合せた低欠陥基板においても、選択成長マスクの開口部
上に成長した結晶層には、基板界面から伝播した貫通転
位が多数存在している。従って、基板全面にわたって、
半導体レーザを作製することができるわけではなかっ
た。

【００１１】図１７の従来例では、選択成長マスク開口
部上に成長した結晶層をレーザ構造に使用した場合に
は、寿命が短く実用的ではなかった。そのため、レーザ
は、選択成長マスク１４４上にラテラル成長した結晶層
上に結晶成長した積層構造を使用して作製されている。
すなわち、図１７の従来例では、選択成長マスク１４４
の幅を７μｍとして、その上に厚さ１０μｍのＧａＮ層
１４３を成長することで、ラテラル成長したＧａＮ層１
４３表面から１μｍまでの深さ部分の貫通転位をゼロに
している。

【００１２】従って貫通転位のない所に半導体レーザを
作製する場合には、半導体レーザの導波路構造の幅は、
理想的には７μｍ以下にする必要がある。しかしなが
ら、クラッド層１５１，キャップ層１５２を加工してリ
ッジ構造を形成し、さらに、ｐ側電極を形成する必要が
あるため、実際には、半導体レーザの導波路構造の幅
は、７μｍ以上になっている。そして、このため、転位
の伝播によるレーザの劣化は避けられなかった。さら
に、このような構造の作製には高度な微細加工技術が要
求されていた。

【００１３】また、従来のＧａＮ系化合物半導体を使用
した発光素子は、結晶構造の異なる異種基板に成長する
ため、基板とＧａＮ系化合物半導体のへき開面が一致せ
ず、レーザ共振器端面の形成を従来のＡｌＧａＡｓ系等
のレーザのようなへき開法で行なうことが困難である。

【００１４】図１７の従来例では、光共振器端面をドラ
イエッチングなどの方法で作製していた。そのため、作
製プロセスも、ドライエッチング用マスクの形成，ドラ
イエッチング，マスク除去等の工程が必要とされ、複雑
化していた。さらには、ＧａＮ系化合物半導体のドライ
エッチング技術は未だ確立されていないため、形成され
た共振器ミラーには、縦筋状の凹凸があり、また、テー
パー状に形成されるなど、その平滑性，平行性，垂直性
は未だ十分ではなかった。そのため、閾電流値の増大な
どが起こり、実用に耐えうる素子特性を得ることは困難
であった。

【００１５】さらに、サファイア上に形成された従来の
ＧａＮ系化合物半導体を使用した発光素子は、サファイ
ア基板が絶縁性であるため、基板裏面から電極をとるこ
とができない。そのため、電極は素子表面に形成される
ことになり、従来のＡｌＧａＡｓ系等のレーザのように
基板裏面に電極を形成しダイボンディングするような実
装ができない上、電極のスペースの分だけチップ面積が
大きくなるという問題があった。

【００１６】これに対し、図１８の端面型発光素子で
は、へき開による光出射端面の形成を可能としている。
また、Ｃ面を基板主面に対し垂直に形成することで、Ｃ
面内に異方性歪みを入れ、閾値電流密度の低減を図ろう
としている。しかし、ＳｉＣとＧａＮ系化合物半導体と
の熱膨張係数の違いから、結晶成長後にクラックが入る
など、結晶成長の問題が依然として残っており、また、
サファイアａ面や、Ｃ面に成長したＧａＮ系化合物半導
体に比較して、その結晶性は良くなかった。そのため、
室温で連続発振するレーザは未だ実現されていないのが
現状である。

【００１７】本発明は、基板のどの部分においても高品
質なＧａＮ系化合物半導体を結晶成長することが可能
な、結晶欠陥の低減されたＧａＮ系化合物半導体表面を
有する半導体基板を提供することを目的としている。

【００１８】また、本発明は、基板からの貫通転位の低
減された信頼性の高い長寿命のＧａＮ系の半導体レーザ
を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、単結晶基板上に、一般式Ａ
ｌＧａＩｎＮで表される第１のＧａＮ系化合物半導体積
層構造と、第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面の
一部を露出させる開口部を有し、第１のＧａＮ系化合物
半導体積層構造の表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的
に成長させる材料からなる第１の選択成長マスクと、第
１の選択成長マスクに開けられた開口部のところで露出
している第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面にＧ
ａＮ系化合物半導体を選択的に成長させ、さらに選択成
長マスク表面にＧａＮ系化合物半導体をラテラル成長さ
せることによって形成された第２のＧａＮ系化合物半導
体積層構造とが積層され、その上に、さらに、選択成長
マスクと、選択成長マスクによる選択成長とラテラル成
長によって形成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造と
が少なくとも１組以上形成されたＧａＮ系化合物半導体
積層構造を有する半導体基板であって、第２のＧａＮ系
化合物半導体積層構造の上に形成される選択成長マスク
と、該選択成長マスクによる選択成長とラテラル成長に
より形成されるＧａＮ系化合物半導体積層構造との各組
において、その各々の選択成長マスクは、その直下の積
層構造の選択成長マスク表面をラテラル成長した結晶層
部分の表面に開口部を有し、開口部のところで露出して
いる直下の積層構造のＧａＮ系化合物半導体表面にＧａ
Ｎ系化合物半導体を優先的に成長させる材料からなり、
各々のＧａＮ系化合物半導体積層構造は、選択成長マス
クに開けられた開口部のところで露出している直下の積
層構造のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面に選択的に
成長し、選択成長マスク表面をラテラル成長することに
よって形成されていることを特徴としている。

【００２０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体基板の最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構
造上に、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系
化合物半導体積層構造が形成されていることを特徴とし
ている。

【００２１】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の半導体基板を構成する最上部のＧａＮ系化合物半導
体積層構造と、その上に積層された、少なくとも１つの
ｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造と
が、最上部の選択成長マスクと最上部のＧａＮ系化合物
半導体積層構造との界面で分離され、この分離により形
成された最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造と少な
くとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体
積層構造とを有し、活性層と垂直なへき開面を光共振器
面としていることを特徴としている。

【００２２】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の半導体レーザにおいて、ＧａＮ系化合物半導体のＣ
面が活性層と垂直であることを特徴としている。

【００２３】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の半導体レーザにおいて、請求項１記載の半導体基板
における単結晶基板には、６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ
面が使用されることを特徴としている。

【００２４】また、請求項６記載の発明は、請求項３乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザにおい
て、最上部の選択成長マスクから分離された最上部のＧ
ａＮ系化合物半導体積層構造の電気伝導型と、その上に
積層された少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ
系化合物半導体積層構造の最上層の電気伝導型とは、互
いに異なっており、最上部の選択成長マスクから分離さ
れた最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造の裏面と、
少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半
導体積層構造の最上層とには、それぞれの電気伝導型に
対応した電極が形成されていることを特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２６】図１は本発明に係る半導体基板の構成例を
示す図である。図１を参照すると、この半導体基板１０
は、単結晶基板１上に、一般式ＡｌＧａＩｎＮで表され
る第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造８と、第１のＧ
ａＮ系化合物半導体積層構造８の表面の一部を露出させ
る開口部を有し、第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造
８の表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的に成長する材
料からなる第１の選択成長マスク４と、第１の選択成長
マスク４に開けられた開口部のところで露出している第
１のＧａＮ系化合物半導体積層構造８の表面に選択的に
成長させ、さらに、第１の選択成長マスク４の表面をラ
テラル成長させることによって形成された第２のＧａＮ
系化合物半導体積層構造５とが積層され、この第２のＧ
ａＮ系化合物半導体積層構造５の上に、さらに、選択成
長マスクと、選択成長マスクによる選択成長とラテラル
成長によって形成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造
とが少なくとも１組以上形成されたＧａＮ系化合物半導
体積層構造を有するものとなっている。

【００２７】ここで、第２のＧａＮ系化合物半導体積層
構造５の上に形成される選択成長マスクと、選択成長と
ラテラル成長により形成されるＧａＮ系化合物半導体積
層構造との各組において、その各々の選択成長マスク
は、その直下の半導体積層構造の選択成長マスク表面を
ラテラル成長した結晶層部分の表面に開口部を有し、開
口部のところで露出している直下の積層構造のＧａＮ系
化合物半導体表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的に成
長させる材料からなり、各々のＧａＮ系化合物半導体積
層構造は、選択成長マスクに開けられた開口部のところ
で露出している直下の積層構造のＧａＮ系化合物半導体
積層構造表面に選択的に成長し、選択成長マスク表面を
ラテラル成長することによって形成されている。

【００２８】ここで、単結晶基板１としては、特に限定
されるものではないが、サファイア，ＳｉＣ，ＭｇＡｌ
₂Ｏ₄，ＺｎＯ等が使用可能である。

【００２９】また、選択成長マスクとしては、ＧａＮ系
化合物半導体をＧａＮ系化合物半導体積層構造に優先的
に結晶成長させる材料であれば良い。例えば、ＧａＮの
選択成長の場合には、選択成長マスクとしては、ＳｉＯ
₂，ＳｉＮが使用可能である。なお、選択成長マスクの
幅および開口部の幅は特に限定されるものではなく、目
的に応じてその幅を決めることができる。

【００３０】また、第１の選択成長マスク４の幅とその
上にさらに形成される選択成長マスクの幅とは必ずしも
同じ大きさにする必要はなく、その目的に応じて適宜決
めることができる。

【００３１】また、ＧａＮ系化合物半導体積層構造の形
成方法に関しても、特に限定されるものではなく、ＭＯ
ＣＶＤ法，ＨＶＰＥ法，ＭＢＥ法等、目的に応じて適宜
使用することができる。

【００３２】図２は図１の半導体基板の具体例を示す図
である。図２の半導体基板１０は、サファイア(０００
１)Ｃ面基板１１上に、低温ＧａＮバッファ層１２，Ｇ
ａＮ層１３からなる第１の積層構造１８と、ＳｉＯ₂か
らなる第１の選択成長マスク１４と、第１の選択成長マ
スク１４による選択成長とラテラル成長により形成され
たＧａＮ層１５からなる第２の積層構造と、ＳｉＯ₂か
らなる第２の選択成長マスク１６と、第２の選択成長マ
スク１６による選択成長とラテラル成長により形成され
たＧａＮ層１７からなる第３の積層構造とが順次積層さ
れて形成されている。

【００３３】ここで、低温バッファ層１２は、例えば、
ＭＯＣＶＤ法によって、５２０℃で約２０ｎｍの厚さに
堆積され、また、ＧａＮ層１３は、例えば、ＭＯＣＶＤ
法によって、１０５０℃で約１μｍの厚さに結晶成長さ
れている。

【００３４】また、選択成長マスク１４は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１３の〈１−１０
０〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、開口部の幅ｗ₁は３μｍ、選択成長マスク１
４の幅ｗ₂は７μｍとなっている。

【００３５】また、ＧａＮ層１５は、選択成長マスク１
４の開口部から露出したＧａＮ層１３の表面にＧａＮ結
晶を選択成長させ、さらに、選択成長マスク１４の表面
をラテラル成長させることによって形成されている。具
体的には、ＧａＮ層１５は、ＭＯＣＶＤ法によって、１
０５０℃で結晶成長され、厚さは約１０μｍとなってい
る。

【００３６】また、選択成長マスク１６は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１５の〈１−１０
０〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、開口部の幅ｗ₃は３μｍ、選択成長マスク１
６の幅ｗ₄は７μｍとなっている。また、この場合、選
択成長マスク１６の開口部の位置は、選択成長マスク１
４の上になるようになっている。

【００３７】また、ＧａＮ層１７は、ＧａＮ層１５と同
様に、ＭＯＣＶＤ法で、１０５０℃で選択成長とラテラ
ル成長により約１０μｍの厚さに形成されている。

【００３８】図１、図２の構成の半導体基板では、単結
晶基板界面から伝播した貫通転位が第１の選択成長マス
クで上層への伝播を阻止され、さらに、第１の選択成長
マスクの開口部から伝播した貫通転位がその上に形成さ
れた選択成長マスクで上層への伝播を阻止され、さらに
同様の作用が繰り返されるので、最上層のＧａＮ系化合
物半導体積層構造は、ほとんど貫通転位のない高品質な
結晶となっている。従って、基板のどの部分においても
高品質なＧａＮ系化合物半導体を結晶成長することが可
能な、結晶欠陥の低減されたＧａＮ系化合物半導体表面
を有する半導体基板を提供することができる。

【００３９】図３は本発明に係る半導体レーザの構成例
を示す図である。図３の半導体レーザは、図１，図２の
ＧａＮ系化合物半導体積層構造を有する半導体基板１０
の最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造、例えば図２
の第２のＧａＮ系化合物半導体積層構造１７上に、少な
くとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体
積層構造４０が形成されたものとなっている。ここで、
半導体レーザの構造、すなわち、ＧａＮ系化合物半導体
積層構造４０は、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有する
ものであれば良く、ダブルヘテロ接合，シングルヘテロ
接合，単一量子井戸構造，多重量子井戸構造，その他、
活性層にキャリアが注入されることによって再結合が起
こり、発光し、誘導放出光が外部に出射される構造であ
れば良い。

【００４０】図４は、図３の半導体レーザの具体例を示
す図である。この半導体レーザは、図２の半導体基板１
０上に、ｎ−ＧａＮ層２８，ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎから
なるクラック防止層２９，ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｇ
ａＮＭＤ−ＳＬＳ(モジュレーションドープ歪み超格
子)からなるクラッド層３０，ｎ−ＧａＮ層からなる光
ガイド層３１，Ｉｎ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98
ＮＭＱＷからなる活性層３２，ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
層からなる転位伝播防止層３３，ｐ−ＧａＮ層からなる
光ガイド層３４，ｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭ
Ｄ−ＳＬＳからなるクラッド層３５，ｐ型ＧａＮ層から
なるキャップ層３６が順次積層されて、半導体レーザ構
造を構成するＧａＮ系化合物半導体積層構造４０が形成
されている。

【００４１】このＧａＮ系化合物半導体積層構造４０
は、ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層３６の表面からｐ
−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなる
クラッド層３５の途中までが、幅４μｍの残しストライ
プパターンでエッチングされ、導波路を形成するリッジ
が作製されている。そして、露出したｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ
_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層３５
の表面には、ＳｉＯ₂からなる保護層３７が堆積されて
いる。さらに、このＧａＮ系化合物半導体積層構造４０
は、ｎ−ＧａＮ層２８に達するまでリッジ状にドライエ
ッチングされ、光導波路と光共振器端面が形成されてい
る。また、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮ層２８
上には、ｎ側電極３９が形成され、ｐ型ＧａＮキャップ
層３６上には、ｐ側電極３８が形成されている。

【００４２】図３，図４の半導体レーザでは、単結晶基
板界面から伝播した貫通転位が第１の選択成長マスクで
上層への伝播を阻止され、さらに、第１の選択成長マス
クの開口部から伝播した貫通転位がその上に形成された
選択成長マスクで上層への伝播を阻止され、さらに同様
の作用が繰り返されるので、最上層のＧａＮ系化合物半
導体積層構造は、ほとんど貫通転位のない高品質な結晶
となっている。従って、基板からの貫通転位の低減され
た信頼性の高い、長寿命のＧａＮ系の半導体レーザを提
供できる。

【００４３】図５は本発明に係る半導体レーザの他の構
成例(具体例)を示す図である。なお、図５において、半
導体レーザの光出射方向は紙面に垂直となっている。図
５の半導体レーザは、半導体基板の構造以外は、図４の
半導体レーザと同様の構造となっている。

【００４４】すなわち、図５の半導体レーザの半導体基
板構造は、基本的に、図１の半導体基板構造となってい
るが、図４の半導体基板構造と異なり、サファイア(０
００１)Ｃ面基板４１上に低温ＧａＮバッファ層４２と
ＧａＮ層４３とからなる第１の積層構造５８と、ＳｉＯ
₂からなる第１の選択成長マスク４４と、第１の選択成
長マスク４４による選択成長とラテラル成長により形成
されたＧａＮ層４５からなる第２の積層構造と、ＳｉＯ
₂からなる第２の選択成長マスク４６と、第２の選択成
長マスク４６による選択成長とラテラル成長により形成
されたＧａＮ層４７からなる第３の積層構造とが順次積
層された構造を有している。

【００４５】ここで、低温ＧａＮバッファ層４２は、例
えば、ＭＯＣＶＤ法によって５２０℃で約２０ｎｍの厚
さに堆積され、また、ＧａＮ層４３は、例えば、ＭＯＣ
ＶＤ法によって１０５０℃で約１μｍの厚さに結晶成長
されている。

【００４６】また、選択成長マスク４４は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層４３の〈１−１０
０〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、選択成長マスク４４の開口部の幅ｗ₅は３μ
ｍ、選択成長マスク４４の幅ｗ₆は１０μｍとなってい
る。また、ＧａＮ層４５は、選択成長マスク４４の開口
部のところで露出しているＧａＮ層４３の表面にＧａＮ
結晶を選択成長させ、さらに選択成長マスク４４の表面
をラテラル成長させることによって形成されている。具
体的には、ＧａＮ層４５は、ＭＯＣＶＤ法によって、１
０５０℃で結晶成長され、厚さは約１０μｍとなってい
る。

【００４７】また、選択成長マスク４６は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層４５の〈１−１０
０〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、選択成長マスク４６の開口部の幅ｗ₇は５μ
ｍ、選択成長マスク４６の幅ｗ₈は１３０μｍとなって
いる。また、この場合、選択成長マスク４６の開口部の
位置は、選択成長マスク４４の上になるようになってい
る。また、ＧａＮ層４７は、ＨＶＰＥ法で、１０５０℃
で選択成長とラテラル成長により約８０μｍの厚さに形
成されている。この上に、ＧａＮ系化合物半導体２８〜
３６からなる積層構造が形成され、図４の半導体レーザ
構造と同様の半導体レーザ構造が形成されている。

【００４８】図６は本発明に係る半導体レーザの他の構
成例を説明するための図である。図６の構成例は、基本
的には、図１のＧａＮ系化合物半導体積層構造を有する
半導体基板を構成する最上部のＧａＮ系化合物半導体積
層構造と、その上に積層された少なくとも１つのｐ−ｎ
接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造とが、最上
部の選択成長マスクと最上部のＧａＮ系化合物半導体積
層構造との界面で分離され、この分離により形成された
最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造と少なくとも１
つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造
とにより半導体レーザが構成されたものとなっている。
なお、図６の例では、図５の半導体レーザ構造におい
て、第２の選択成長マスク４６と第３のＧａＮ系化合物
半導体積層構造４７との界面で分離する場合が示されて
いる。また、この半導体レーザは、活性層と垂直なへき
開面を光共振器面としている。

【００４９】すなわち、選択成長マスク上にラテラル成
長したＧａＮ系化合物半導体積層構造は、選択成長マス
クと化学的な結合をしていないので、選択成長マスクの
下の結晶層と結合している部分を切断することで容易に
分離することができる。その方法は特に限定されるもの
でない。例えば、ＵＶ光を照射しながらの化学エッチン
グや、ドライエッチング，ダイシング，へき開等の方法
が使用可能である。

【００５０】また、光共振器面は、レーザ構造を作製し
た後に基板から分離し、へき開で形成される。光共振器
面となるへき開面は、ＧａＮ系化合物半導体では、(０
００１)Ｃ面，(１−１００)ｍ面，(１１−２０)ａ面の
いずれでも良い。従って、基板としては、これらの面
が、基板と垂直になるように結晶成長するのものが選ば
れる。例えば、単結晶基板のサファイア(０００１)Ｃ
面，(１１−２０)ａ面，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄(１１１)面では、
ＧａＮ系化合物半導体ＧａＮ系化合物半導体の(０００
１)Ｃ面が主面となるので、(１−１００)面あるいは(１
１−２０)面を光共振器端面にすることができる。

【００５１】また、単結晶基板のサファイア(１−１０
２)Ｒ面，６Ｈ−ＳｉＣ(１１−２０)ａ面では、ＧａＮ
系化合物半導体の(１１−２０)ａ面が主面となるので、
(０００１)Ｃ面あるいは(１−１００)ｍ面を光共振器端
面にすることが可能となる。また、単結晶基板の６Ｈ−
ＳｉＣ(１−１００)ｍ面では、ＧａＮ系化合物半導体の
(１−１００)ｍ面が主面となるので、(０００１)Ｃ面あ
るいは(１１−２０)ａ面を光共振器端面にすることが可
能となる。

【００５２】図７は図６の半導体レーザを最終的に作製
した状態を示す図である。なお、図７において、半導体
レーザの光出射方向は紙面に垂直となっている。図７の
半導体レーザは、図５の半導体レーザ構造を作製した
後、図６に示したように、レーザ部分を基板から分離す
ることによって作製されたものとなっている。すなわ
ち、選択成長マスク４６のところで最上部のＧａＮ系化
合物半導体積層構造４７を分離することで、作製された
ものとなっている。

【００５３】図８は図６，図７の半導体レーザの作製工
程例を説明するための図である。図８を参照すると、先
ず、サファイア(０００１)Ｃ面基板４１上に、低温Ｇａ
Ｎバッファ層４２とＧａＮ層４３とからなる第１の積層
構造５８と、ＳｉＯ₂からなる第１の選択成長マスク４
４と、第１の選択成長マスク４４による選択成長とラテ
ラル成長により形成されたＧａＮ層４５からなる第２の
積層構造と、ＳｉＯ₂からなる第２の選択成長マスク４
６と、第２の選択成長マスク４６による選択成長とラテ
ラル成長により形成されたＧａＮ層４７からなる第３の
積層構造とが順次積層された半導体基板を作製する。

【００５４】次いで、この半導体基板上に、ｎ−ＧａＮ
層２８，ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるクラック防止層
２９，ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳ
(モジュレーションドープ歪み超格子)からなるクラッド
層３０，ｎ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３１，Ｉｎ
_0.15Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷからなる
活性層３２，ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層からなる転位伝播
防止層３３，ｐ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３４，ｐ
−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなる
クラッド層３５，ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層３６
が順次積層されたＧａＮ系化合物半導体積層構造を形成
する。

【００５５】このＧａＮ系化合物半導体積層構造に、ｐ
型ＧａＮ層からなるキャップ層３６の表面からｐ−Ａｌ
_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッ
ド層３５の途中までを、幅４μｍの残しストライプパタ
ーンでエッチングして、導波路を形成するリッジを作製
する。そして、露出したｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｇａ
ＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層３５の表面には、
ＳｉＯ₂からなる保護層３７を堆積する。

【００５６】さらに、このＧａＮ系化合物半導体積層構
造をｎ−ＧａＮ層２８に達するまでリッジ状にドライエ
ッチングし、ｎ−ＧａＮ層２８の表面を露出させる。露
出したｎ−ＧａＮ層２８上には、ｎ側電極３９を形成
し、ｐ型ＧａＮキャップ層３６上には、ｐ側電極３８を
形成する。図９には、このようにして作製したウエハー
の上面図が示されている。

【００５７】次に、ダイシングで選択成長マスク４６表
面に達する溝１００１と溝１００２を形成し、選択成長
マスク４６とＧａＮ層４７との界面で、図６に示したよ
うにレーザ構造を分離する。次いで、図９のＡ−Ａ'面
すなわちＧａＮの(１−１００)ｍ面をへき開し、光共振
器面を形成し、図７に示すような半導体レーザチップを
作製できる。

【００５８】図７の半導体レーザでは、単結晶基板界面
から伝播した貫通転位が第１の選択成長マスクで上層へ
の伝播を阻止され、さらに、第１の選択成長マスクの開
口部から伝播した貫通転位がその上に形成された選択成
長マスクで上層への伝播を阻止され、さらに同様の作用
が繰り返されるので、最上層のＧａＮ系化合物半導体積
層構造は、ほとんど貫通転位のない高品質な結晶となっ
ている。従って、基板からの貫通転位の低減された信頼
性の高い、長寿命のＧａＮ系半導体レーザを提供でき
る。また、へき開により形成された光共振器面を有する
低しきい値電流密度のＧａＮ系半導体レーザを提供でき
る。

【００５９】また、図７の半導体レーザにおいて、Ｇａ
Ｎ系化合物半導体のＣ面を活性層と垂直にすることで
(ＧａＮ系化合物半導体のＣ面を基板に対し垂直にする
ことで)、Ｃ面内に異方性の歪みが導入される構造をと
ることができる。すなわち、ＧａＮ系化合物半導体のＣ
面が活性層と垂直であり、活性層のＣ面内に異方性の歪
みが導入されるので、重い正孔と軽い正孔の分離がお
き、閾電流密度が低いレーザを実現できる。なお、活性
層３２の構造は、特に限定されるものではないが、歪み
量子井戸構造等の構造が閾値電流密度を下げるには効果
的である。また、基板としては、ＧａＮ系化合物半導体
のＣ面が基板と垂直になるように成長する基板であれば
よい。

【００６０】図７の半導体レーザは、ｐ側電極３８，ｎ
側電極３９に電圧が印加されることによって、活性層３
２にキャリアが注入され、再結合発光が起こり、へき開
で形成された光共振器面での反射と活性層３２内での増
幅により、誘導放出光として、光が外部に出射される。

【００６１】図１０は本発明に係る半導体レーザの他の
構成例を示す図である。また、図１１は図１０の半導体
レーザの作製工程例を説明するための図である。図１０
の半導体レーザは、図７の半導体レーザと同様の構造を
有しているが、図１１において、単結晶基板８１とし
て、６Ｈ−ＳｉＣ(１１−２０)ａ面を使用して、作製さ
れている。

【００６２】すなわち、図１１を参照すると、図１０の
半導体レーザの作製には、先ず、６Ｈ−ＳｉＣ(１１−
２０)ａ面基板８１上に、低温ＡｌＮバッファ層８２と
ＧａＮ層８３とからなる第１の積層構造９８と、ＳｉＯ
₂からなる第１の選択成長マスク８４と、第１の選択成
長マスク８４による選択成長とラテラル成長により形成
されたＧａＮ層８５からなる第２の積層構造と、ＳｉＯ
₂からなる第２の選択成長マスク８６と、第２の選択成
長マスク８６による選択成長とラテラル成長により形成
されたＧａＮ層８７からなる第３の積層構造とが順次積
層された半導体基板構造を用いている。

【００６３】ここで、低温ＡｌＮバッファ層８２は、例
えば、ＭＯＣＶＤ法によって５２０℃で約２５ｎｍの厚
さに堆積され、また、ＧａＮ層８３は、例えば、ＭＯＣ
ＶＤ法によって１０５０℃で約１μｍの厚さに結晶成長
されている。

【００６４】また、選択成長マスク８４は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層８３の〈０００
１〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、選択成長マスク８４の開口部の幅ｗ₉は３μ
ｍ、選択成長マスク８４の幅ｗ₁₀は１０μｍとなってい
る。また、ＧａＮ層８５は、選択成長マスク８４の開口
部のところで露出しているＧａＮ層８３の表面にＧａＮ
結晶を選択成長させ、さらに選択成長マスク８４の表面
をラテラル成長させることによって形成されている。具
体的には、ＧａＮ層８５は、ＭＯＣＶＤ法によって、１
０５０℃で結晶成長され、厚さは約１０μｍとなってい
る。

【００６５】また、選択成長マスク８６は、例えば、Ｃ
ＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層８５の〈０００
１〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグ
ラフィーとエッチングによって形成したものとなってい
る。なお、選択成長マスク８６の開口部の幅ｗ₁₁は５μ
ｍ、選択成長マスク８６の幅ｗ₁₂は１３０μｍとなって
いる。また、この場合、選択成長マスク８６の開口部の
位置は、選択成長マスク８４の上になるようになってい
る。また、ＧａＮ層８７は、ＨＶＰＥ法で、１０５０℃
で選択成長とラテラル成長により約８０μｍの厚さに形
成されている。

【００６６】そして、この基板上に、ｎ−ＧａＮ層２
８，ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるクラック防止層２
９，ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳ
(モジュレーションドープ歪み超格子)からなるクラッド
層３０，ｎ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３１，Ｉｎ
_0.15Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷからなる
活性層３２，ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層からなる転位伝播
防止層３３，ｐ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３４，ｐ
−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなる
クラッド層３５，ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層３６
が順次積層されたＧａＮ系化合物半導体積層構造が形成
され、図８の半導体レーザ構造と同様の構造が形成され
ている。

【００６７】そして、このＧａＮ系化合物半導体積層構
造２８〜３６に対し、ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層
３６の表面からｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ
−ＳＬＳからなるクラッド層３５の途中までを、幅４μ
ｍの残しストライパターンでエッチングして、導波路を
形成するリッジを作製し、露出したｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ
_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層３５
表面に、ＳｉＯ₂からなる保護層３７を堆積し、さら
に、このＧａＮ系化合物半導体積層構造２８〜３６をｎ
−ＧａＮ層２８に達するまでリッジ状にドライエッチン
グし、ｎ−ＧａＮ層２８表面を露出させ、露出したｎ−
ＧａＮ層２８上にｎ側電極３９を形成し、ｐ型ＧａＮキ
ャップ層３６上にｐ側電極３８を形成し、次に、ダイシ
ングで選択成長マスク８６表面に達する溝１００３と溝
１００４を形成し、選択成長マスク８６とＧａＮ層８７
の界面で図６に示したと同様にレーザ構造を分離し、さ
らに、ＧａＮ(０００１)Ｃ面をへき開し、光共振器面を
形成して、図１０の半導体レーザを形成できる。

【００６８】図１２は本発明に係る半導体レーザの他の
構成例を示す図である。また、図１３は図１２の半導体
レーザの作製工程例を説明するための図である。図１２
の半導体レーザは、図７の半導体レーザと同様の構造を
有しているが、図１３において、単結晶基板１０１とし
て、６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ面を使用して、作製さ
れている。

【００６９】すなわち、図１３を参照すると、図１２の
半導体レーザの作製には、６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ
面基板１０１上に、低温ＡｌＮバッファ層１０２とＧａ
Ｎ層１０３とからなる第１の積層構造１１８と、ＳｉＯ
₂からなる第１の選択成長マスク１０４と、第１の選択
成長マスク１０４による選択成長とラテラル成長により
形成されたＧａＮ層１０５からなる第２の積層構造と、
ＳｉＯ₂からなる第２の選択成長マスク１０６と、第２
の選択成長マスク１０６による選択成長とラテラル成長
により形成されたＧａＮ層１０７からなる第３の積層構
造とが順次積層された半導体基板構造を用いている。

【００７０】ここで、低温ＡｌＮバッファ層１０２は、
例えば、ＭＯＣＶＤ法によって５２０℃で約２５ｎｍの
厚さに堆積され、また、ＧａＮ層１０３は、例えば、Ｍ
ＯＣＶＤ法によって１０５０℃で約１μｍの厚さに結晶
成長されている。

【００７１】また、選択成長マスク１０４は、例えば、
ＣＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１０３の〈００
０１〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソ
グラフィーとエッチングによって形成したものとなって
いる。なお、選択成長マスク１０４の開口部の幅ｗ₁₃は
３μｍ、選択成長マスク１０４の幅ｗ₁₄は１０μｍとな
っている。また、ＧａＮ層１０５は、選択成長マスク１
０４の開口部のところで、露出しているＧａＮ層１０３
の表面にＧａＮ結晶を選択成長させ、さらに選択成長マ
スク１０４の表面をラテラル成長させることによって形
成されている。具体的には、ＧａＮ層１０５は、ＭＯＣ
ＶＤ法によって、１０５０℃で結晶成長され、厚さは約
１０μｍとなっている。

【００７２】また、選択成長マスク１０６は、例えば、
ＣＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１０５の〈００
０１〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソ
グラフィーとエッチングによって形成したものとなって
いる。なお、選択成長マスク１０６の開口部の幅ｗ₁₅は
５μｍ、選択成長マスク１０６の幅ｗ₁₆は１３０μｍと
なっている。また、この場合、選択成長マスク１０６の
開口部の位置は、選択成長マスク１０４の上になるよう
になっている。また、ＧａＮ層１０７は、ＨＶＰＥ法で
１０５０℃で選択成長とラテラル成長により約８０μｍ
の厚さに形成されている。

【００７３】そして、この基板上に、ｎ−ＧａＮ層２
８，ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるクラック防止層２
９，ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳ
(モジュレーションドープ歪み超格子)からなるクラッド
層３０，ｎ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３１，Ｉｎ
_0.15Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷからなる
活性層３２，ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層からなる転位伝播
防止層３３，ｐ−ＧａＮ層からなる光ガイド層３４，ｐ
−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなる
クラッド層３５，ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層３６
が順次積層されたＧａＮ系化合物半導体積層構造が形成
され、図８の半導体レーザ構造と同様の構造が形成され
ている。

【００７４】そして、このＧａＮ系化合物半導体積層構
造２８〜３６に対し、ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層
３６の表面からｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ
−ＳＬＳからなるクラッド層３５の途中までを、幅４μ
ｍの残しストライパターンでエッチングして、導波路を
形成するリッジを作製し、露出したｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ
_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層３５
表面に、ＳｉＯ₂からなる保護層３７を堆積し、さら
に、このＧａＮ系化合物半導体積層構造２８〜３６をｎ
−ＧａＮ層２８に達するまでリッジ状にドライエッチン
グし、ｎ−ＧａＮ層２８表面を露出させ、露出したｎ−
ＧａＮ層２８上にｎ側電極３９を形成し、ｐ型ＧａＮキ
ャップ層３６上にｐ側電極３８を形成し、次に、ＧａＮ
の(１１−２０)ａ面であるへき開面１００５とへき開面
１００６をへき開し、選択成長マスク１０６とＧａＮ層
１０７の界面で、図６に示したと同様にレーザ構造を分
離し、さらに、ＧａＮの(０００１)Ｃ面あるいは(１１
−２０)ａ面をへき開し、光共振器面を形成して、図１
２の半導体レーザを形成できる。

【００７５】図１４は本発明に係る半導体レーザの他の
構成例を示す図である。また、図１５は図１４の半導体
レーザの作製工程例を説明するための図である。図１５
を参照すると、図１４の半導体レーザを形成する基板
は、６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ面基板１２１上に、低
温ＡｌＮバッファ層１２２とＧａＮ層１２３とからなる
第１の積層構造１３８と、ＳｉＯ₂からなる第１の選択
成長マスク１２４と、第１の選択成長マスク１２４によ
る選択成長とラテラル成長により形成されたＧａＮ層１
２５からなる第２の積層構造と、ＳｉＯ₂からなる第２
の選択成長マスク１２６と、第２の選択成長マスク１２
６による選択成長とラテラル成長により形成されたＧａ
Ｎ層１２７からなる第３の積層構造とが順次積層された
構造を有している。

【００７６】ここで、低温ＡｌＮバッファ層１２２は、
例えば、ＭＯＣＶＤ法によって５２０℃で約２０ｎｍの
厚さに堆積され、また、ＧａＮ層１２３は、例えば、Ｍ
ＯＣＶＤ法によって１０５０℃で約１μｍの厚さに結晶
成長されている。

【００７７】また、選択成長マスク１２４は、例えば、
ＣＶＤ法でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１２３の〈００
０１〉方向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソ
グラフィーとエッチングによって形成したものとなって
いる。なお、選択成長マスク１２４の開口部の幅ｗ₁₇は
３μｍ、選択成長マスク１２４の幅ｗ₁₈は１０μｍとな
っている。また、ＧａＮ層１２５は、選択成長マスク１
２４の開口部のところで露出しているＧａＮ層１２３の
表面にＧａＮ結晶を選択成長させ、さらに選択成長マス
ク１２４表面をラテラル成長させることによって形成さ
れている。具体的には、ＧａＮ層１２５は、ＭＯＣＶＤ
法によって、１０５０℃で結晶成長され、厚さは約１０
μｍとなっている。

【００７８】また、選択成長マスク１２６は、ＣＶＤ法
でＳｉＯ₂を堆積し、ＧａＮ層１２５の〈０００１〉方
向に沿ったストライプ状の開口部をフォトリソグラフィ
ーとエッチングによって形成したものとなっている。な
お、選択成長マスク１２６の開口部の幅ｗ₁₉は５μｍ、
選択成長マスク１２６の幅ｗ₂₀は１３０μｍとなってい
る。また、この場合、選択成長マスク１２６の開口部の
位置は、選択成長マスク１２４の上になるようになって
いる。また、ＧａＮ層１２７は、ＨＶＰＥ法で、選択成
長とラテラル成長により約８０μｍの厚さに形成されて
いる。

【００７９】図１４の半導体レーザを作製するには、上
述の基板上に、ｎ−ＧａＮ層１２８，ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎからなるクラック防止層１２９，ｎ−Ａｌ_0.14Ｇ
ａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳ(モジュレーションド
ープ歪み超格子)からなるクラッド層１３０，ｎ−Ｇａ
Ｎ層からなる光ガイド層１３１，Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.86Ｎ／
Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷからなる活性層１３２，ｐ
−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層からなる転位伝播防止層１３３，
ｐ−ＧａＮ層からなる光ガイド層１３４，ｐ−Ａｌ_0.14
Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層
１３５，ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層１３６が順次
積層されたＧａＮ系化合物半導体積層構造を形成する。

【００８０】次いで、このＧａＮ系化合物半導体積層構
造に、ｐ型ＧａＮ層からなるキャップ層１３６の表面か
らｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳから
なるクラッド層１３５の途中までを、幅４μｍの残しス
トライパターンでエッチングして、導波路を形成するリ
ッジを作製する。そして、露出したｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ
_0.86Ｎ／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層１３
５の表面には、ＳｉＯ₂からなる保護層１３７を堆積す
る。

【００８１】さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１３６上に
ｐ側電極１３８を形成する。図１６には、このように作
製したウエハーの上面図が示されている。

【００８２】次に、ＧａＮの(１１−２０)ａ面であるへ
き開面１００７とへき開面１００８をへき開し、選択成
長マスク１２６とＧａＮ層１２７の界面で、レーザ構造
を分離する。次いで、ＧａＮ層１２７の裏面にｎ側電極
１３９を形成し、さらに、これを図１６のＢ−Ｂ'面す
なわちＧａＮの(０００１)Ｃ面をへき開し光共振器面を
形成し、図１４に示すような半導体レーザチップを作製
できる。

【００８３】このように、図１４の半導体レーザは、Ｇ
ａＮ系化合物半導体積層構造を有する基板から分離され
た最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造の電気伝導型
と、その上に積層された少なくとも１つのｐ−ｎ接合を
有するＧａＮ系化合物半導体積層構造の最上層の電気伝
導型とが、互いに異なり、ＧａＮ系化合物半導体積層構
造を有する基板から分離された最上部のＧａＮ系化合物
半導体積層構造の裏面と、その上に積層された少なくと
も１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層
構造の上層にそれぞれの電気伝導型に対応した電極が形
成されたものとなっている。これにより、従来のＡｌＧ
ａＡｓ系等のレーザと同様に、基板裏面に電極を形成し
ダイボンディングする実装ができる。

【００８４】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、単結晶基板上に、一般式ＡｌＧａＩｎＮ
で表される第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造と、第
１のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面の一部を露出さ
せる開口部を有し、第１のＧａＮ系化合物半導体積層構
造の表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的に成長させる
材料からなる第１の選択成長マスクと、第１の選択成長
マスクに開けられた開口部のところで露出している第１
のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面にＧａＮ系化合物
半導体を選択的に成長させ、さらに選択成長マスク表面
にＧａＮ系化合物半導体をラテラル成長させることによ
って形成された第２のＧａＮ系化合物半導体積層構造と
が積層され、その上に、さらに、選択成長マスクと、選
択成長マスクによる選択成長とラテラル成長によって形
成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造とが少なくとも
１組以上形成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造を有
する半導体基板であって、第２のＧａＮ系化合物半導体
積層構造の上に形成される選択成長マスクと、該選択成
長マスクによる選択成長とラテラル成長により形成され
るＧａＮ系化合物半導体積層構造との各組において、そ
の各々の選択成長マスクは、その直下の積層構造の選択
成長マスク表面をラテラル成長した結晶層部分の表面に
開口部を有し、開口部のところで露出している直下の積
層構造のＧａＮ系化合物半導体表面にＧａＮ系化合物半
導体が優先的に成長する材料からなり、各々のＧａＮ系
化合物半導体積層構造は、選択成長マスクに開けられた
開口部のところで露出している直下の積層構造のＧａＮ
系化合物半導体積層構造表面に選択的に成長し、選択成
長マスク表面をラテラル成長することによって形成され
ているので、単結晶基板界面から伝播した貫通転位が第
１の選択成長マスクで上層への伝播を阻止され、さら
に、第１の選択成長マスクの開口部から伝播した貫通転
位がその上に形成された選択成長マスクで上層への伝播
を阻止され、さらに同様の作用が繰り返されるので、最
上層のＧａＮ系化合物半導体積層構造は、ほとんど貫通
転位のない高品質な結晶となっている。従って、請求項
１記載の発明により、基板のどの部分においても高品質
なＧａＮ系化合物半導体を結晶成長することが可能な結
晶欠陥の低減されたＧａＮ系化合物半導体表面を有する
半導体基板が実現できる。

【００８５】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体基板の最上部のＧａＮ系化合物半導体
積層構造上に形成された少なくとも１つのｐ−ｎ接合を
有するＧａＮ系化合物半導体積層構造からなる半導体レ
ーザであるので、劣化の原因となる貫通転位が低減され
た高品質なＧａＮ系化合物半導体積層構造をレーザ構造
にすることができ、その結果、長寿命の半導体レーザを
実現できる。

【００８６】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体基板を構成する最上部のＧａＮ系化合
物半導体積層構造と、その上に積層された、少なくとも
１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構
造とが、最上部の選択成長マスクと最上部のＧａＮ系化
合物半導体積層構造との界面で分離され、この分離によ
り形成された最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造と
少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半
導体積層構造とを有し、活性層と垂直なへき開面を光共
振器面としており、請求項１または請求項２記載の構造
を有する基板では、最上部の選択成長マスクの幅を広く
しても、結晶性を損なわずに、最上部のＧａＮ系化合物
半導体積層構造と半導体レーザとなる少なくとも１つの
ｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造とを
結晶成長することが可能であるので、実用的な大きさの
レーザ構造を基板から分離できる。また、劣化の原因と
なる貫通転位が低減された高品質なＧａＮ系化合物半導
体積層構造をレーザ構造にすることができ、その結果、
長寿命の半導体レーザを実現できる。また、原子オーダ
で平滑な面が光共振器となるので、散乱ロスがなく、ド
ライエッチング等の手法によって形成した場合に比較し
て、発振閾値の低いレーザが実現できる。

【００８７】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項３記載の半導体レーザにおいて、ＧａＮ系化合物半導
体のＣ面が活性層と垂直であり、活性層のＣ面内に異方
性の歪みが導入されるので、重い正孔と軽い正孔の分離
がおき、閾電流密度が低いレーザを実現できる。また、
請求項１または請求項２の基板上に結晶成長することに
より、高品質の結晶でレーザ構造を形成することができ
るので、活性層のＣ面内に異方性歪みを導入したレーザ
で実用的なものが初めて実現される。

【００８８】また、請求項５記載の発明によれば、請求
項１記載のＧａＮ系化合物半導体積層構造を有する基板
において、単結晶基板に、６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ
面を使用することで、最上部のＧａＮ系化合物半導体積
層構造と半導体レーザとなるＧａＮ系化合物半導体積層
構造のへき開面が互いに垂直な(０００１)Ｃ面と(１１
−２０)ａ面であるので、最上部のＧａＮ系化合物半導
体積層構造と、その上に積層された半導体レーザとなる
少なくとも一つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半
導体積層構造を、最上部の選択成長マスクと最上部のＧ
ａＮ系化合物半導体積層構造との界面でへき開によって
容易に基板から分離できる。さらに成長表面がＧａＮの
しょうへき面である(１−１００)ｍ面であるので、成長
表面が平坦であり、平坦な界面が形成されるので、光導
波路内散乱等による導波路内損失が低減され、発振閾値
電流密度の低減を図ることができる。

【００８９】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ
において、最上部の選択成長マスクから分離された最上
部のＧａＮ系化合物半導体積層構造の電気伝導型と、そ
の上に積層された少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有する
ＧａＮ系化合物半導体積層構造の最上層の電気伝導型と
は、互いに異なっており、最上部の選択成長マスクから
分離された最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造の裏
面と、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化
合物半導体積層構造の最上層とには、それぞれの電気伝
導型に対応した電極が形成されているので、従来のＡｌ
ＧａＡｓ系等のレーザと同様に、基板裏面に電極を形成
しダイボンディングする実装ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体基板の構成例を示す図であ
る。

【図２】図１の半導体基板の具体例を示す図である。

【図３】本発明に係る半導体レーザの構成例を示す図で
ある。

【図４】図３の半導体レーザの具体例を示す図である。

【図５】本発明に係る半導体レーザの他の構成例を示す
図である。

【図６】本発明に係る半導体レーザの他の構成例を説明
するための図である。

【図７】図６の半導体レーザを最終的に作製した状態を
示す図である。

【図８】図６，図７の半導体レーザの作製工程例を説明
するための図である。

【図９】図８の状態の半導体レーザの上面図である。

【図１０】本発明に係る半導体レーザの他の構成例を示
す図である。

【図１１】図１０の半導体レーザの作製工程例を説明す
るための図である。

【図１２】本発明に係る半導体レーザの他の構成例を示
す図である。

【図１３】図１２の半導体レーザの作製工程例を説明す
るための図である。

【図１４】本発明に係る半導体レーザの他の構成例を示
す図である。

【図１５】図１４の半導体レーザの作製工程例を説明す
るための図である。

【図１６】図１５の状態の半導体レーザの上面図であ
る。

【図１７】従来のＧａＮ系化合物半導体端面発光型レー
ザダイオードの断面図である。

【図１８】従来のＧａＮ系化合物半導体端面発光型レー
ザダイオードの斜視図である。

【符号の説明】

１基板２低温ＧａＮバッファ層３ＧａＮ層４ＳｉＯ₂からなる第１の選択
成長マスク５ＧａＮ層６ＳｉＯ₂からなる第２の選択
成長マスク７ＧａＮ層１１，４１サファイア(０００１)Ｃ面基
板１２，４２低温ＧａＮバッファ層１３，４３，８３，１０３，１２３ＧａＮ層１４，４４，８４，１０４，１２４ＳｉＯ₂からなる
第１の選択成長マスク１５，４５，８５，１０５，１２５ＧａＮ層１６，４６，８６，１０６，１２６ＳｉＯ₂からなる
第２の選択成長マスク１７，４７，８７，１０７，１２７ＧａＮ層２８，１２８ｎ−ＧａＮ層２９，１２９ｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎか
らなるクラック防止層３０，１３０ｎ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ
／ＧａＮＭＤ−ＳＬＳ(モジュレーションドープ歪み
超格子)からなるクラッド層３１，１３１ｎ−ＧａＮ層からなる光
ガイド層３２，１３２Ｉｎ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／Ｉ
ｎ_0.02Ｇａ_0.98ＮＭＱＷからなる活性層３３，１３３ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層か
らなる転位伝播防止層３４，１３４ｐ−ＧａＮ層からなる光ガ
イド層３５，１３５ｐ−Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／
ＧａＮＭＤ−ＳＬＳからなるクラッド層３６，１３６ｐ型ＧａＮ層からなるキャ
ップ層３７，１３７ＳｉＯ₂からなる保護層３９，１３９ｎ側電極３８，１３８ｐ側電極８１６Ｈ−ＳｉＣ(１１−２０)
ａ面基板８２，１０２，１２２低温ＡｌＮバッファ層１０１，１２１６Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)
ｍ面基板１００１，１００２，１００３，１００４溝１００５，１００６，１００７，１００８へき開面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶基板上に、一般式ＡｌＧａＩｎＮ
で表される第１のＧａＮ系化合物半導体積層構造と、第
１のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面の一部を露出さ
せる開口部を有し、第１のＧａＮ系化合物半導体積層構
造の表面にＧａＮ系化合物半導体を優先的に成長させる
材料からなる第１の選択成長マスクと、第１の選択成長
マスクに開けられた開口部のところで露出している第１
のＧａＮ系化合物半導体積層構造表面にＧａＮ系化合物
半導体を選択的に成長させ、さらに選択成長マスク表面
にＧａＮ系化合物半導体をラテラル成長させることによ
って形成された第２のＧａＮ系化合物半導体積層構造と
が積層され、その上に、さらに、選択成長マスクと、選
択成長マスクによる選択成長とラテラル成長によって形
成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造とが少なくとも
１組以上形成されたＧａＮ系化合物半導体積層構造を有
する半導体基板であって、第２のＧａＮ系化合物半導体
積層構造の上に形成される選択成長マスクと、該選択成
長マスクによる選択成長とラテラル成長により形成され
るＧａＮ系化合物半導体積層構造との各組において、そ
の各々の選択成長マスクは、その直下の積層構造の選択
成長マスク表面をラテラル成長した結晶層部分の表面に
開口部を有し、開口部のところで露出している直下の積
層構造のＧａＮ系化合物半導体表面にＧａＮ系化合物半
導体を優先的に成長させる材料からなり、各々のＧａＮ
系化合物半導体積層構造は、選択成長マスクに開けられ
た開口部のところで露出している直下の積層構造のＧａ
Ｎ系化合物半導体積層構造表面に選択的に成長し、選択
成長マスク表面をラテラル成長することによって形成さ
れていることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】請求項１記載の半導体基板の最上部のＧ
ａＮ系化合物半導体積層構造上に、少なくとも１つのｐ
−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造が形成
されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】請求項１記載の半導体基板を構成する最
上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造と、その上に積層
された、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系
化合物半導体積層構造とが、最上部の選択成長マスクと
最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造との界面で分離
され、この分離により形成された最上部のＧａＮ系化合
物半導体積層構造と少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有す
るＧａＮ系化合物半導体積層構造とを有し、活性層と垂
直なへき開面を光共振器面としていることを特徴とする
半導体レーザ。
【請求項４】請求項３記載の半導体レーザにおいて、
ＧａＮ系化合物半導体のＣ面が活性層と垂直であること
を特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】請求項４記載の半導体レーザにおいて、
請求項１記載の半導体基板における単結晶基板には、６
Ｈ−ＳｉＣ(１−１００)ｍ面が使用されることを特徴と
する半導体レーザ。
【請求項６】請求項３乃至請求項５のいずれか一項に
記載の半導体レーザにおいて、最上部の選択成長マスク
から分離された最上部のＧａＮ系化合物半導体積層構造
の電気伝導型と、その上に積層された少なくとも１つの
ｐ−ｎ接合を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造の最
上層の電気伝導型とは、互いに異なっており、最上部の
選択成長マスクから分離された最上部のＧａＮ系化合物
半導体積層構造の裏面と、少なくとも１つのｐ−ｎ接合
を有するＧａＮ系化合物半導体積層構造の最上層とに
は、それぞれの電気伝導型に対応した電極が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ。