JP2003158343A - 窒化物半導体レーザダイオードとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力時においてもキンクの発生しない、寿
命特性の良好な窒化物半導体レーザダイオードを提供す
る。 【解決手段】 リッジを有し、そのリッジ両側に埋め込
み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおい
て、埋め込み層を炭素の２重結合と３重結合とを含有す
る多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体レー
ザダイオード、及びその製造方法に関し、特に、埋め込
み層を有するリッジ形状の窒化物半導体レーザダイオー
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子である窒化物半導体レー
ザダイオードは、大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメ
ディアや通信用の光源、又は印刷機器等への利用が期待
されている。またガリウムを含有する窒化物半導体は発
光波長が４００ｎｍ帯の短波長領域であるため、紫外か
ら緑色までの発光光源とすることができる。そのため、
ガリウムを含有する窒化物半導体レーザダイオードとし
て用いた場合、従来の赤色レーザダイオードに比べて数
倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶装置として使
用可能となる。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
のような電子デバイスへの応用も期待されている。

【０００３】このような窒化物半導体レーザダイオード
には、光導波路を形成し横方向の光閉じ込めを実現する
ために窒化物半導体にエッチングをすることによりリッ
ジを備えたものがある。この窒化物半導体レーザダイオ
ードではリッジを形成した後にリッジの両側に絶縁性の
埋め込み層を形成し、リッジを構成する窒化物半導体と
埋め込み層との屈折率の違いにより、横方向に光を閉じ
込めている。また、縦方向の光閉じ込めは、活性層をそ
の活性層より屈折率の低いｐ及びｎ側の領域により挟む
ことにより実現している。このようなレーザダイオード
は実効屈折率型レーザダイオードと呼ばれている。尚、
本明細書において、光を閉じ込める領域をコア領域とい
う。また、この窒化物半導体レーザダイオードにおいて
は、リッジ両側の埋め込み層を絶縁体とすることで電流
狭窄されている。このように構成された実効屈折率型レ
ーザダイオードは、水平横モードがシングルでかつキン
クの発生しないレーザダイオードの実現が期待できる。
尚、キンクとは、電流−出力特性において電流の増加に
対して出力が減少する部分のことをいう（図２において
６０の符号を付して示す部分）。

【０００４】従来、埋め込み層としては、例えば、Ｓｉ
Ｏ_２やＺｒＯ_２が報告されている。ＺｒＯ_２からなる埋
め込み層を有する窒化物半導体レーザダイオードにおい
ては、出力が５ｍＷ程度ではキンクが発生せず、かつ寿
命特性が連続発振１万時間以上を達成した良好な窒化物
半導体レーザダイオードを可能としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＺｒＯ
_２やＳｉＯ_２の屈折率は窒化物半導体の屈折率に比べて
低いためにコア領域と埋め込み層との屈折率差は大きく
なるという問題があった。すなわち、光導波路として機
能するコア領域を形成するためには、コア領域とコア領
域以外との間にはある屈折率差を設ける必要はあるが、
ＺｒＯ_２やＳｉＯ _２の屈折率は２．０〜２．１であり、
コア領域との屈折率差が大き過ぎるという問題があっ
た。このようにコア領域と埋め込み層との屈折率差が大
き過ぎると水平横方向の光の閉じ込めが強くなるすぎる
ことから、光の閉じ込めが不安定となり、光のシングル
スポットが揺らぐことが原因となってキンクが発生して
しまう。また、ＳｉＯ_２やＺｒＯ_２は熱伝導率が小さい
ため、コア領域内で発生した熱を効率よく外部に逃がす
ことができないという問題点もあった。つまり、熱伝導
率が小さいと活性層を含むコア領域で生じた熱を効果的
に放熱することが困難であり、出力が３０ｍＷ以上の高
出力時においてはキンクの発生の原因となり、また長時
間の連続発振が望めないといった寿命特性上の問題も発
生する。

【０００６】このキンクは、レーザ素子への注入電流を
増し、光出力を増加させていくと、レーザ素子の電流−
光出力特性において、発振開始後線形領域に続いて、水
平横方向の光閉じ込めが不安定化することにより発生す
るものである。このキンクが発生すると窒化物半導体レ
ーザダイオードからのレーザ光の出射点が移動するた
め、ＤＶＤ、ＭＯ等の記憶媒体として使用する場合にカ
ップリング効率が変化してしまう。そのため、レーザ光
のビームが絞れないために正確にデータを読み取るのが
できなくなる問題が発生する。

【０００７】また、その他の埋め込み層として報告され
ているＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ等の酸化物や
Ｓｉ、Ｂ、Ａｌ等の酸化物、又は窒化物についても前記
ＺｒＯ_２と同様の問題が発生するため、高出力時におけ
るキンクの発生、及び寿命特性における課題を解決する
には至らない。

【０００８】そこで、本発明の目的は、高出力時におい
てもキンクの発生を防止でき、寿命特性の良好な窒化物
半導体レーザダイオードを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザダイオードは、上記目的を達成するために、リッジ
を有し、そのリッジ両側に埋め込み層が形成された窒化
物半導体レーザダイオードにおいて、前記埋め込み層は
炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からな
るダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とす
る。以上のように構成された本発明の窒化物半導体レー
ザダイオードにおいて、埋め込み層として用いたダイヤ
モンドライクカーボンは、その成膜条件により炭素の２
重結合と３重結合との割合を変えることが可能で、これ
により埋め込み層の屈折率を変更（例えば、２．０〜
２．４の範囲）できる。従って、本発明に係る窒化物半
導体レーザダイオードは、埋め込み層の屈折率と窒化物
半導体の屈折率との差を小さく設定することができ、高
出力時にキンクの発生を防止することが可能になる。

【００１０】本発明の窒化物半導体レーザダイオード
は、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物
半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導
体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側
クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものである場
合、前記リッジは、そのリッジの両側をｐ側ガイド層ま
でエッチングすることにより形成することができる。す
なわち、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードで
は、前記リッジをそのリッジの両側にｐ側ガイド層が露
出する程度まで深くエッチングすることにより形成して
もキンクを防止することができる。

【００１１】本発明の窒化物半導体レーザダイオードに
おいては、より効果的に高出力時におけるキンクの発生
を防止し寿命の長い窒化物半導体レーザダイオードを提
供するために、埋め込み層の屈折率は２．１５以上２．
３以下に設定することが好ましい。すなわち、一般式
（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ
＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１））で表される窒化物半導体の組
成を変更した場合、エッチングにより形成したリッジ深
さ、リッジ幅を変更した場合であっても、それに対応さ
せて、埋め込み層の屈折率を上記に示す２．１５から
２．３の範囲内で変化させることで埋め込み層と窒化物
半導体との屈折率差を小さくすることができる。以上の
ように、埋め込み層と窒化物半導体との屈折率差を小さ
くすることにより、安定した光閉じ込めができるため、
本発明の目的を満たすことができる。また、ダイヤモン
ドライクカーボンはＳｉＯ_２やＺｒＯ_２に比べて熱伝導
率が高く、放熱性に優れているので、高出力時の連続発
振に用いる埋め込み層としては好ましい。さらに、ダイ
ヤモンドライクカーボンは窒化物半導体とのマッチング
もよく、後のデバイス工程においても埋め込み層である
ダイヤモンドライクカーボンは剥がれにくいため、歩留
まりも向上させることができる。

【００１２】また、本発明に係る請求項４に記載された
窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、リッジを
有し、そのリッジの両側に埋め込み層が形成された窒化
物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記リ
ッジを形成した後に、前記リッジ及びその両側表面に炭
素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からなる
ダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層として成膜す
る工程を有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る請求項５に記載された
窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求
項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造
方法において、前記リッジはストライプ形状に形成する
ことを特徴とする。

【００１４】さらに本発明に係る請求項６に記載された
窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求
項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造
方法において、前記埋め込み層を成膜した後、リッジ上
部のダイヤモンドライクカーボンを除去する工程を有す
ることを特徴とする。

【００１５】またさらに本発明に係る請求項７に記載さ
れた窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、基板
上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層
とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活
性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド
層、ｐ側コンタクト層とを有する前記請求項４に記載さ
れた窒化物半導体レーザダイオードの製造方法であっ
て、前記リッジをストライプ形状に形成する工程でその
リッジ両側を前記ｐ側ガイド層までエッチングすること
によりリッジを形成することを特徴とする。また、本発
明に係る請求項８に記載された窒化物半導体レーザダイ
オードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒化物
半導体レーザダイオードの製造方法において、前記埋め
込み層を成膜する工程において、成膜温度を１５０℃以
上６００℃以下に設定したことを特徴とする。さらに、
本発明に係る請求項９に記載された窒化物半導体レーザ
ダイオードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒
化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記
埋め込み層の屈折率が２．１５以上２．３以下になるよ
うに前記埋め込み層の成膜温度を設定したことを特徴と
する。

【００１６】本発明における埋め込み層の材料であるダ
イヤモンドライクカーボンは、炭素同士の２重結合と３
重結合とを有する結晶構造をしており、多結晶体であ
る。また、電気伝導度が低く、１０^６〜１０^１２Ωｃｍ
であるため絶縁体となり、埋め込み層を介する電流のリ
ークはない。さらに、熱伝導率が極めて高いというダイ
ヤモンド固有の特性を有し、放熱性に優れている。その
ため、３０ｍＷ以上の高出力に連続発振をする窒化物半
導体レーザダイオードにおいても、コア内で発生した熱
を埋め込み層から外部に効果的に逃がすことができ発熱
による素子の劣化を抑制することができるため、寿命特
性の向上が期待できる。また、本発明に係る窒化物半導
体レーザダイオードは、フェイスダウン構造とすること
によりその窒化物半導体レーザダイオードとステムとの
接合面積を広くできるため効率よく熱を逃がすことがで
き好ましい。

【００１７】本発明は、このダイヤモンドライクカーボ
ンの成膜方法により特に限定されるものではなく、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ法やＤＣプラズマＣＶＤ法などの
プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＥＡＣＶ
Ｄ法、電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッ
タリング法、アークイオンプレーティング法、電子励起
式イオンプレーティング法を用いることができる。

【００１８】以上のように、本発明はＧａＮ等の窒化物
半導体との屈折率差が小さいダイヤモンドライクカーボ
ンからなる埋め込み層を用いることにより、高出力での
連続発振時においてキンクの発生しない、安定した寿命
特性を示した窒化物半導体レーザダイオードを提供する
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態の
窒化物半導体レーザダイオードについて説明する。本発
明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードは、リッ
ジの側壁部からリッジの両側表面に連続して埋め込み層
が形成された窒化物半導体レーザダイオードであって、
前記埋め込み層として炭素の２重結合と３重結合とを含
有する多結晶体であるダイヤモンドライクカーボンを用
いたものであり、後述するように構成される。ここで、
ダイヤモンドライクカーボンは原料として用いるメタン
やトルエンの流量や成膜温度等の成膜条件や成膜装置に
よって屈折率を変えることができるものであるが、本実
施の形態の窒化物半導体レーザダイオードにおいては、
この埋め込み層の屈折率を２．１５〜２．３に設定して
いる。このように構成された本実施の形態の窒化物半導
体レーザ素子では、詳細後述するように、リッジの深さ
に依存することなくキンクが発生しないものとでき、か
つ連続発振時に電流リークを少なくでき、しかも放熱性
を良好にできる。

【００２０】実施の形態の窒化物半導体レーザダイオー
ドは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化
物半導体層とを形成したものであるが、この基板として
は、窒化物半導体基板と異なるサファイア等の異種基板
を用いることができる。また、実施の形態において、ｎ
側窒化物半導体層は、ｎ側コンタクト層、クラック防止
層、ｎ側クラッド層、ｎ側ガイド層とを含むものであ
る。さらに、このｎ側窒化物半導体層上に形成する活性
層は単一層からなる活性層、単一量子井戸構造の活性層
又は多重量子井戸構造の活性層の種々の形態のものを用
いることができる。また、この活性層上に形成するｐ側
窒化物半導体層は、活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガ
イド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを含むも
のであって、本実施の形態ではｐ側ガイド層までエッチ
ングすることによりリッジを形成している。

【００２１】このように本実施の形態の前記窒化物半導
体レーザダイオードは、埋め込み層として上述のダイヤ
モンドライクカーボンを用いたことにより、以下のよう
な効果を有する。

【００２２】第１に本実施の形態の窒化物半導体レーザ
ダイオードでは、高出力時においてキンクの発生をなく
すことができる。この理由は、このダイヤモンドライク
カーボンの屈折率は、ＺｎＯ_２やＳｉＯ_２に比較して、
窒化物半導体の屈折率（例えばＧａＮは屈折率２．３）
との差が大きくなり過ぎないように設定できるからであ
る。すなわち、ダイヤモンドライクカーボンは成膜温度
等の成膜条件によって屈折率を２．０〜２．４と広範囲
で変化させることができることから、窒化物半導体から
成るコア領域の屈折率を考慮して安定な水平横方向の光
閉じ込めができる屈折率２．１５〜２．３とすることが
でき、窒化物半導体との屈折率差を最適な値に設定でき
るからである。

【００２３】すなわち、窒化物半導体レーザダイオード
に限らず、レーザダイオードは横方向の光閉じ込めをす
る必要があるが、埋め込み層にＺｎＯ_２（屈折率が２．
０〜２．１）やＳｉＯ_２を用いた場合には、これらと窒
化物半導体との屈折率差が大きくなり過ぎる傾向があ
る。そのため、リッジを形成するためにｐ側ガイド層ま
でエッチングし、その露出面にＺｎＯ_２やＳｉＯ_２を埋
め込み層として形成した場合には、水平横方向の光閉じ
込めが強すぎてキンクが発生してしまう。そのため、こ
のキンクの発生をなくすには、リッジを形成するための
エッチングをｐ側クラッド層程度まで浅くする必要があ
る。

【００２４】このようなｐ側クラッド層の途中までエッ
チングすることにより形成された比較的浅いリッジで
は、リッジ両側に露出したｐ側クラッド層上に成膜され
た埋め込み層と、コア領域を構成する窒化物半導体との
間の距離が長くなる。言いかえると従来例では、この距
離を長くすることにより、埋め込み層であるＺｎＯ_２や
ＳｉＯ_２の屈折率と窒化物半導体の屈折率との間の実際
の屈折率差に比べてコア領域とその両側との間の実効的
な屈折率差を小さくして、横方向の光閉じ込めを安定さ
せ、キンクの発生を防止しているのである。

【００２５】しかしながら、エッチング深さをｐ側クラ
ッド層程度と浅くすると、半導体レーザダイオードの発
振動作時において、ｐ側クラッド層の下に積層されてい
る層（ｐ側ガイド層、ｐ側キャップ層、活性層）におい
ては電流狭窄がされないようになる。そのため、ｐ側ク
ラッド層以下の活性層までの間におけるリーク電流（コ
ア領域以外に流れる発振に寄与しない電流）が増加する
ために閾値が上昇してしまい、その結果、寿命特性を低
下させてしまうという問題が発生する。この問題は、特
に３０ｍＷ以上の高出力時において顕著であり、従来の
例では、長時間の連続発振が期待できない。

【００２６】上述したことから理解できるように、本発
明では、埋め込み層にダイヤモンドライクカーボンを用
いているために、高出力時での寿命特性を向上させるこ
とができる。その理由は、リッジを比較的深く形成して
もキンクの発生を抑制できるので、リッジ両側の窒化物
半導体をｐ側ガイド層までエッチングすることができる
からである。すなわち、本発明における埋め込み層であ
るダイヤモンドライクカーボンの屈折率が２．１５〜
２．３であるため、窒化物半導体との屈折率差は小さ
い。そのため、リッジを形成するエッチング深さをｐ側
ガイド層までエッチングしたとしても横方向の光閉じ込
めが強すぎることなく、安定した光の閉じ込めが可能と
なる。

【００２７】そのため、リッジ形成時のエッチングを深
くすることができる。このエッチング深さは、活性層ま
でエッチングしなければ、ｐ側キャップ層（図１におけ
るｐ型電子閉じ込め層１０７）までエッチングしてもよ
い。しかしながら、ｐ側光ガイド層と活性層の間には形
成される層は、通常、極めて薄く形成されるものである
から、好ましくはｐ側ガイド層までエッチングすること
とする。その理由は、窒化物半導体は、エッチングによ
りエッチング表面が劣化することが考えられる。そのた
め、このエッチングによる劣化の影響が活性層に及ばな
い範囲とすることが好ましいからである。

【００２８】このように、本実施の形態ではｐ側ガイド
層までエッチングすることが可能であり、ｐ側ガイド層
までエッチングすることによりコア領域以外に電流が流
れることを効果的に防止できる電流狭窄が可能となる。
その結果、ｐ側ガイド層上にダイヤモンドライクカーボ
ンを埋め込み層として形成した実施の形態の窒化物半導
体レーザダイオードでは５ｍＷ程度の低出力動作時のみ
ならず、３０ｍＷ以上、さらには５０ｍＷ程度の高出力
動作時においてもキンクを発生させることなくかつ３０
００時間以上の連続発振を行なうことが可能なリッジ形
状の窒化物半導体レーザダイオードを提供することがで
きる。

【００２９】また、本発明の第２の効果として、埋め込
み層にダイヤモンドライクカーボンを用いることで、リ
ッジ幅を広げることが可能になることを挙げることがで
きる。その理由は、本発明に係る窒化物半導体レーザダ
イオードでは、リッジを従来例に比較して深く形成する
ことができる結果、安定した横方向の光閉じ込めができ
るためである。すなわち、従来例では、リッジを浅く形
成する必要があるために、横方向の光閉じ込めが不安定
になることから、リッジ幅をある程度狭くすることによ
り安定した横方向の光閉じ込め確保する必要があるが、
本発明では係る問題が生じないからである。これも、コ
ア領域を形成する窒化物半導体の屈折率（例えばＧａＮ
では２．３）に対して屈折率差を小さくできるダイヤモ
ンドライクカーボンを埋め込み層に用いることにより、
横方向の光閉じ込めを強すぎることなくできることによ
るものである。そのため、リッジ幅を広げたとしても光
閉じ込めが安定であるためレーザ発振時にビーム光が揺
らぐことがなく、リッジ幅を１．５〜２．５μｍ程度に
広げることを可能になる。

【００３０】すなわち、従来例の埋め込み層としてＺｒ
Ｏ_２を用いたものでは、一般にリッジ幅を１．４μｍ程
度に設定することが多いが、これは、ＺｒＯ_２を埋め込
み層に用いた場合は横方向の光閉じ込めがダイヤモンド
ライクカーボンのように安定ではないため、リッジ幅を
広くすればレーザ発振時のビーム光が揺らぐため、キン
クを発生させてしまうからである。このように、本実施
の形態の窒化物半導体レーザダイオードでは、リッジ幅
を広くすることができるので、電流通路を広げることが
可能となる。その結果、狭い範囲における過剰な電流の
集中を緩和させることができ、３０ｍＷ以上、さらには
５０ｍＷ程度の高出力動作をさせた場合においても、駆
動電圧の増大を抑制することができ、寿命を向上させる
ことができる。

【００３１】上述したように、本発明に係る窒化物半導
体レーザダイオードはリッジ幅を従来例より広い１．５
〜２．５μｍとすることができるので、高出力時におけ
る過剰な電流密度を緩和させることができ、寿命特性を
向上させることができる。具体的には、リッジ幅を２．
０μｍとすれば３０ｍＷ以上の高出力時において低閾値
であってキンクを発生させることなく、３０００時間以
上の寿命を得ることができる。

【００３２】このダイヤモンドライクカーボンの成膜条
件を以下に示す。本実施の形態では、成膜装置として、
プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ装置を用いた場合について説
明する。原料にはメタン、トルエン等を使用し、成膜温
度を窒化物半導体にダメージを与えない温度である６０
０℃以下とする。しかし、成膜温度は１５０℃以下の低
温にすると、２重結合を多く有するアモルファス状にな
り屈折率の低い埋め込み層となってしまう。このように
埋め込み層の屈折率が低いと、窒化物半導体との屈折率
差が大きくなり高出力時においてキンクが発生してしま
う。また、成膜温度が６００℃より高ければ、成膜時に
窒化物半導体にダメージを与える恐れがある。以上よ
り、本発明における埋め込み層は、１５０℃以上で６０
０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下の範囲
において成膜時の温度を設定する。このように、埋め込
み層の成膜温度を１５０℃以上６００℃以下とすること
で埋め込み層の屈折率を２．１５〜２．３とすることが
できる。これは、ダイヤモンドライクカーボンが炭素の
２重結合と３重結合との多結晶体であるため、この２重
結合と３重結合との割合によって屈折率を変えられるた
めである。より具体的には、成膜温度を上記に示す１５
０℃から６００℃の間で高温領域にするほど、炭素の３
重結合の割合が多くなり、ダイヤモンドの屈折率である
２．４４に近づけることができる。また成膜温度を上記
範囲内で低温領域にするほど、炭素の２重結合の割合が
多くなり屈折率を下げることができる。このように、ダ
イヤモンドライクカーボンは、成膜温度に対応させて屈
折率を２．１５〜２．３の範囲で任意に設定することが
できるので、窒化物半導体レーザダイオードの窒化物半
導体層をＧａＮ（屈折率２．３）だけでなく一般式Ｉｎ
_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、
０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示した場合にも、この組成式により
表される種々の窒化物半導体の屈折率に対して容易に屈
折率差を小さく維持することが可能となる。そのため、
リッジ幅やエッチング深さを微妙に制御することなく、
安定した光閉じ込めができる。この際、埋め込み層の膜
厚は５００Å〜６０００Åに設定することが好ましい。

【００３３】また、埋め込み層であるダイヤモンドライ
クカーボンの成膜装置としては、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法やＤＣプラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ装
置の他に、熱フィラメントＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、電
子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング
法、アークイオンプレーティング法、電子励起式イオン
プレーティング法を使用した装置を用いることができる
が、その場合でも、ダイヤモンドライクカーボンの成膜
条件により対応する窒化物半導体に対応させて所望の屈
折率に設定することができる。

【００３４】以下、本実施の形態における半導体レーザ
ダイオードの製造工程の一例を詳細に説明するが、本発
明は、これに限定されるものでない。本発明に使用する
ことができる基板は、窒化物半導体層をエピタキシャル
成長させることができる基板であればよく、基板の大き
さや厚さ等は特に限定されない。この基板の具体例とし
ては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサ
ファイアやスピネルのような絶縁性基板、また炭化珪素
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｇ
ａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合す
る酸化物基板が挙げられる。例えば、サファイア基板を
用いる場合、サファイア基板はＡ面をオリフラとし、Ｃ
面を成長面とすることができる。その他、Ｒ面やＡ面で
も成長面とすることができるが、好ましくはＣ軸配向の
窒化物半導体層を成長させることができる基板とする。
また、用いる基板は、外周を面取り加工や裏面を研削加
工したものであってもよい。

【００３５】次に、基板上に成長させる窒化物半導体層
は、一般式としてＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ _{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦
Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表される種々
の窒化物半導体である。また、本発明では、窒化物半導
体層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハラ
イド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長さ
せることができる。

【００３６】本例ではまず、前記基板上に低温で窒化物
半導体Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）から成る下地
層を成長させる。これにより、基板と窒化物半導体との
格子定数差により生じる欠陥や割れを抑制することがで
きる。ここで言う低温とは３００〜８００℃の温度範囲
である。さらに、第２の下地層としてＡｌ_ｘＧａ_{１− ｘ}
Ｎ（０≦Ｘ≦１）を、有機金属化学気相成長法により、
成長原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）とアンモニアを使用して成
長温度１１５０℃以下で、表面が平坦な鏡面となるよう
に１〜２０μｍ程度成長させる。

【００３７】次に、第２の下地層上にＥＬＯ（Epitaxia
l Lateral Overgrowth）法によりＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ
（０≦Ｘ≦１）層を成長させる。ＥＬＯ（Epitaxial La
teralOvergrowth）法とは窒化物半導体を横方向成長さ
せることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位
を低減させるものである。異種基板上に窒化物半導体を
成長させる場合、この基板と窒化物半導体との格子定数
の違いから成長界面に応力が発生する。この応力が貫通
転位等を発生させることとなり、貫通転位が窒化物半導
体の結晶性を低下させてしまう。そこで、このＥＬＯ法
では縦方向に伸びる性質を有する貫通転位を横方向に曲
げることで窒化物半導体の表面の貫通転位を低減させる
ものである。具体的には、まず、第２の下地層上に保護
膜を成膜し、この保護膜に開口部を設ける。この保護膜
は、その保護膜上には窒化物半導体が成長しないような
材料を選択して用いる。すなわち、保護膜の開口部には
第２の下地層の表面が露出しており、この露出された第
２の下地層を核として窒化物半導体を成長させることに
より、保護膜上では横方向成長させる。この横方向成長
する窒化物半導体においては貫通転位も横方向に伸び
る。この横方向に伸びた貫通転位は保護膜上で接合して
収束し、窒化ガリウム層の表面には転位は表われない。
このようにすると、開口部から縦方向に伸びる貫通転位
が存在するが、保護膜上に成長させた窒化物半導体にお
いて、低転位領域を形成することができる。尚、この低
転位領域は保護膜上であってかつ横方向成長してきた窒
化物半導体同士の接合部を除く部分に形成される。

【００３８】以上の具体例では、上述のＥＬＯ法を用い
たが、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させる方法
には、前記ＥＬＯ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長
させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転
位を低減させる方法等があり、本発明はＥＬＯ法以外の
方法を用いてもよい。

【００３９】このＨＶＰＥ法は、例えばＧａＮからなる
窒化物半導体を成長させる場合であれば、ＨＣｌガスと
Ｇａ金属とを反応させてＧａＣｌやＧａＣｌ_３を形成
し、さらにこのＧａ塩化物をアンモニアと反応すること
でＧａＮを基板上に堆積させる。

【００４０】また、ＨＶＰＥ法により窒化物半導体と異
なる異種基板上に窒化物半導体を厚膜成長させた場合に
は、この厚膜の窒化物半導体基板から異種基板を除去す
ることにより窒化物半導体のみから成る単体基板として
用いることができる。厚膜の窒化物半導体（基板）から
異種基板を除去する方法としては、異種基板を研磨によ
り除去する方法、異種基板と窒化物半導体との界面にエ
キシマレーザ照射することにより異種基板を除去する方
法等がある。このように作製した窒化物半導体基板では
サファイア基板を除去することで窒化物半導体基板の裏
面にｎ電極が形成された裏面電極構造とすることが可能
となる。ここまでの工程で得られた基板上に窒化物半導
体を成長させたもの、ＥＬＯ法で成長させたもの、及び
ＨＶＰＥ法により成長させたものを、異種基板を除去し
ているか否かにかかわらず、以下、窒化物半導体基板と
いう。

【００４１】次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半
導体素子を形成する。前記窒化物半導体基板上にｎ側コ
ンタクト層としてｎ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を５μｍ程度で成長させる。さ
らに、このｎ側コンタクト層上にクラック防止層として
ｎ型不純物ドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を
０．２μｍ程度で成長させる。なお、このクラック防止
層は省略可能である。続いて、クラック防止層上にｎ側
クラッド層を成長させる。このｎ側クラッド層として
は、超格子構造であるのが好ましく、例えば、アンドー
プＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｎ
型不純物をドープしたｎ型ＧａＮよりなる層とを交互に
積層して総膜厚１．２μｍ程度の超格子構造よりなるｎ
側クラッド層を成長させる。続いて、アンドープＧａＮ
よりなるｎ側光ガイド層を０．１μｍ程度の膜厚で成長
させる。このｎ側光ガイド層は、ｎ型不純物をドープし
てもよい。

【００４２】活性層 次に、例えば、障壁層としてノンドープＩｎ_ｘＧａ
_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層、井戸層としてｎ型不純物ド
ープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層とを含む単一
量子井戸構造、又は多重量子井戸構造の活性層を成長さ
せる。多重量子井戸構造であれば、障壁層と井戸層とを
同一温度で２〜５回程度で交互に積層し、最後に障壁層
を形成して総膜厚を例えば、２００〜５００Åとする。

【００４３】次に、活性層上にｐ側キャップ層としてｐ
型不純物をドープしたｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ
＜１）を成長させる。このｐ側キャップ層は膜厚を３０
０Å程度で成長させる。続いて、アンドープＧａＮより
なるｐ側光ガイド層を０．１μｍ程度の膜厚で成長させ
る。このｐ側光ガイド層は、ｐ型不純物をドープしても
よい。次に、ｐ側光ガイド層上にｐ側クラッド層を成長
させる。このｐ側クラッド層としては、ｎ側クラッド層
と同様に超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡ
ｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｐ型不
純物をドープしたｐ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層
して総膜厚０．６μｍ程度の超格子構造よりなるｐ側ク
ラッド層を成長させる。最後に、ｐ側クラッド層の上
に、ｐ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦
Ｘ≦１）からなるｐ側コンタクト層を成長させる。

【００４４】ここで、不純物濃度としては、特に限定す
る必要はないが、好ましくはｎ型不純物、及びｐ型不純
物は１×１０^１８／ｃｍ^３〜１×１０^２０／ｃｍ^３とす
る。また、前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物としてはＢｅ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。

【００４５】次に、窒化物半導体基板上に上述の窒化物
半導体素子を構成する各層を形成した後、ｐ電極とｎ電
極とを同一面側に形成する場合には、ｎ電極を形成する
ためにｎ側コンタクト層の一部をエッチングにより露出
させる。次に、ストライプ状の光導波路領域を形成する
ためにエッチングすることによりリッジを形成する。こ
こで、リッジを形成するためのエッチングは異方性エッ
チングであるのが好ましく、例えばＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）装置等を使用する。ここで形成されるリ
ッジ幅は本発明においては、埋め込み層としてダイヤモ
ンドライクカーボンを用いることにより、１．５〜２．
５μｍと広くすることができる。また、エッチング深さ
としては窒化物半導体素子内のｐ側ガイド層までエッチ
ングすることが可能である。

【００４６】リッジを形成後、露出したリッジの側壁部
からリッジの両側表面の窒化物半導体層上に絶縁体であ
るダイヤモンドライクカーボンからなる埋め込み層をＣ
ＶＤ（化学気相堆積）法により形成する。埋め込み層の
成膜条件は前に示しており、ここでは省略する。

【００４７】この埋め込み層の機能は電流狭窄、及び横
方向の光閉じ込めである。コア領域内の横方向に光を閉
じ込めるためには、窒化物半導体よりも屈折率の小さい
材料を埋め込み層に用いる必要があるが、上述したよう
にキンクを発生させないようにするためには、埋め込み
層の屈折率と窒化物半導体の屈折率との間の差を小さく
する必要がある。尚、縦方向の光閉じ込めは屈折率の高
いコア領域と、屈折率の低いｐ、ｎ側クラッド層とで屈
折率差をつけることでコア内に光を閉じ込めている。

【００４８】その後、ｐ側電極を形成するためにリッジ
最上面に成膜された埋め込み層をＲＩＥで除去する。次
に、除去後、露出したｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／
Ａｕよりなるｐ側電極をストライプ状に形成し、ｐ側電
極を形成した後、ｎ側コンタクト層の表面にＴｉ／Ａｌ
よりなるｎ側電極をリッジストライプと平行に形成す
る。次に取り出し電極であるパッド電極をｐ電極、及び
ｎ電極上に形成する。このパッド電極を形成する前に、
ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等から成る誘電体多層膜を共振器面
（光出射端面側）に形成してもよい。この誘電体多層膜
を有することにより高出力時における光出射端面の端面
劣化を抑制することができる。

【００４９】さらに、ストライプ状の電極に垂直な方向
で、基板側からバー状にヘキカイし、ヘキカイ面（（１
１−００）面、六方晶系の側面に相当する面＝Ｍ面）に
共振器を形成する。この共振器面に誘電体多層膜を形成
し、電極に平行な方向でバーを切断して窒化物半導体レ
ーザ素子とする。この窒化物半導体レーザ素子をヒート
シンクに設置し、ワイヤーボンディングし、キャップで
封止することで窒化物半導体レーザダイオードとする。

【００５０】以上のようにして、実施の形態の窒化物半
導体レーザダイオードを製造することができる。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面（図１）を参照
して説明する。 ［実施例１］実施例１では、図１に示すように、基板と
してＣ面を主面、オリフラ面をＡ面とする２インチφで
厚さ２ｍｍのサファイア基板１を用い、ＭＯＣＶＤ装置
にセットし、温度１０５０℃で１０分間のサーマルクリ
ーニングを行い水分や表面の付着物を除去する。

【００５２】次に、温度を５１０℃にして、キャリアガ
スに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）を用い、前記サファイア基板上にＧａＮより
成る第１の下地層２を２００オングストロームの膜厚で
成長させる。

【００５３】その後、前記第１の下地層２上に、ＧａＮ
からなる第２の下地層３を成長温度１０５０℃、膜厚２
０μｍで成長させる。この第２の下地層３は、第１の下
地層２と同様にキャリアガスには水素、原料ガスにはア
ンモニア、ＴＭＧを用いて成長させる。

【００５４】次に、ＥＬＯ法による横方向成長を行い、
貫通転位を低減させる。すなわち、第２の下地層３を成
長させた後、第２の下地層３上にＳｉＯ_２よりなる保護
膜を膜厚０．５μｍで成膜する。さらに、この保護膜に
開口部を有するストライプパターンを形成する。この開
口部を有する保護膜５のストライプパターンは基板のオ
リフラ面に対して垂直方向に形成される。また、保護膜
５のストライプ幅は１４μｍ、開口部幅は６μｍであ
る。この開口部には第２の下地層３のＧａＮが露出して
いる。この開口部より露出した 窒化物半導体を核とし
てＧａＮを横方向に成長させることにより膜厚１５μｍ
のＧａＮ層４を形成する。このように保護膜５上に横方
向成長させることにより平坦でミラー形状を有する窒化
物半導体基板とでき、この窒化物半導体基板において保
護膜５上の横方向成長させた領域では単位面積あたりの
貫通転位が１×１０^７個／ｃｍ^２以下にできる。

【００５５】次に、窒化物半導体基板上に窒化物半導体
素子を形成する。 （アンドープｎ型コンタクト層１０１）ウェーハ（サフ
ァイア基板１上に第１の下地層からＧａＮ層４までを形
成した窒化物半導体基板）を、ＭＯＣＶＤ装置の反応容
器内にセットし、１０５０℃でＧａＮ層４上に、ＴＭＧ
（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニ
ウム）、アンモニアを用い、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５
Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１を１μｍ
の膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮ層４を最上層に
備えた窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめと
する半導体素子を構成する層との間で、緩衝層としての
機能を有する。

【００５６】（ｎ型コンタクト層１０２）次にアンドー
プｎ型コンタクト層１０１上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモ
ニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃
でＳｉドープしたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる
ｎ型コンタクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。

【００５７】（クラック防止層１０３）次に、ＴＭＧ、
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、
温度を９００℃にしてＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎより
なるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。

【００５８】（ｎ型クラッド層１０４）次に、温度を１
０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、アンドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ
よりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭ
Ａを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返
しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜
（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。

【００５９】（ｎ型ガイド層１０５）次に、シランガス
を止め、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニ
アを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１
０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型ガイ
ド層１０５は、ｎ型不純物をドープしてもよい。

【００６０】（活性層１０６）次に、温度を９００℃に
し、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭ
Ｇ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガス
を用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＩｎ
_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜
厚で成長させた後、シランガスを止め、アンドープのＩ
ｎ_０．１３Ｇａ_{０ ．８７}Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜
厚で成長させることを繰り返すことにより、障壁層／井
戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層を形
成としてＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンド
ープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを成長させる。活性
層１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）となる。

【００６１】（ｐ型電子閉じ込め層１０７）次に、活性
層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモ
ニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペン
タジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９
／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ
型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させ
る。

【００６２】（ｐ型ガイド層１０８）次に、Ｃｐ_２Ｍ
ｇ、ＴＭＡを止め、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよ
りなるｐ型ガイド層１０８を０．１５μｍの膜厚で成長
させる。

【００６３】（ｐ型クラッド層１０９）次に、１０５０
℃でアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃ
ｐ_２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープ
したＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、そ
れを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よ
りなるｐ型クラッド層１０９を成長させる。ｐ型クラッ
ド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造と
する。ｐ型クラッド層１０９を超格子構造とすることに
よって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることがで
きるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さら
にバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい
値を低下させる上で非常に有効である。

【００６４】（ｐ型コンタクト層１１０）最後に、１０
５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アン
モニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ
^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１
０を１５０Åの膜厚で成長させる。反応終了後、反応容
器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。

【００６５】アニーリング後、窒化物半導体を積層させ
たウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタ
クト層の表面にＳｉＯ_２よりなる保護膜を形成して、Ｒ
ＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いＳｉＣｌ_４ガ
スによりエッチングし、ｎ電極を形成するためにｎ型コ
ンタクト層１０２の表面（一部）を露出させる。

【００６６】次に、ＳｉＯ_２保護膜をマスクとして形成
し、ＲＩＥを用いＣＦ_４ガスによりエッチングすること
により、ストライプ状の導波路領域を形成するためのリ
ッジをストライプ幅が２μｍになるように形成する。こ
のリッジはその両側をｐ側ガイド層までエッチングする
ようにして形成する。その後、プラズマＣＶＤ装置を用
いてダイヤモンドライクカーボンよりなる絶縁保護膜５
０を、エッチングによりリッジを形成した後の露出面と
なるリッジの上面、リッジの側壁部、及びリッジの両側
表面（リッジを形成するためのエッチングにより露出さ
れたｐ型光ガイド層表面）に成膜温度２００℃で０．５
μｍの膜厚で形成する。

【００６７】次に前記リッジ上面に成膜された埋め込み
層を除去した後、ｐ型コンタクト層１１０上にｐ型電極
３１をＮｉ／Ａｕで形成し、また、エッチングにより露
出したｎ型コンタクト層１０２上にはＴｉ／Ａｌよりな
るｎ型電極２１を形成する。このｐ電極３１は、リッジ
上にストライプ形成されており、同じくストライプ状に
形成されているｎ電極２１と平行に形成する。

【００６８】次に、光反射端面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よ
りなる誘電体多層膜を設けた後、ｐ電極、及びｎ電極上
にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８００
０Å）よりなるパット電極２２，３２をそれぞれ形成す
る。

【００６９】以上のようにして得られた窒化物半導体レ
ーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれのパッド電
極にワイヤーボンディングをすることで窒化物半導体レ
ーザダイオードとする。以上のようにして作製した実施
例１の窒化物半導体レーザダイオードは、室温において
発振波長４０５ｎｍの連続発振が得られ、そのしきい値
が２．８ｋＡ／ｃｍ^２であった。また、本実施例１の窒
化物半導体レーザダイオードにおいては、３０ｍＷの出
力動作をさせた場合でもキンクの発生は観測されず、ま
た、寿命は３０００時間以上であった。

【００７０】変形例．図３は、本発明に係る変形例の窒
化物半導体レーザダイオードの断面図である。本変形例
の窒化物半導体素子は、図３に示すように、保護膜５を
形成した後からアンドープｎ型コンタクト層１０１を形
成するまでの工程（これらの工程により形成された部
分）が実施例１とは異なり、他の部分については実施例
１と同様に構成される。すなわち、本変形例では、実施
例１と同様にして第２の下地層３を成長させて開口部を
有する保護膜５を形成した後、断面がＴ字形状である第
１横成長窒化物半導体４ａとその上に形成された第２横
成長窒化物半導体４ｂとからなる、実施例１におけるＧ
ａＮ層４に相当する部分を以下のようにして形成してい
る。尚、図３において、保護膜５は示されていないが、
これは後述するように、後の工程で除去されるからであ
る。

【００７１】ここで、保護膜５は、ストライプ状にエッ
チングして保護膜５の間に窓部を形成するようにしても
よいし、格子状にエッチングして、島状の窓部を形成す
るようにしてもよい。また、この場合において、島状の
窓部は多角形（三角形、四角形、六角形等）であって
も、円形であっても良い。保護膜５において形成された
窓部を島状、格子状にすると、次に成長させる第１横成
長窒化物半導体４ａが保護膜５上を放射状に横方向成長
するようになり、例えば、第１横成長窒化物半導体４ａ
より下の支持基板部分を剥離する場合に剥離を容易にで
きる。

【００７２】また、保護膜を島状に残すようにして、格
子状の窓部を形成すると、後で成長させる第２横成長窒
化物半導体層４ｂの接合部を中心の１点だけにできるた
め、転位が集中し易い接合部の面積を最小限にすること
ができる。

【００７３】また、保護膜をストライプ状に形成した場
合には、基板のオリフラ面をＡ面として、ストライプを
そのオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝
０．１〜１°ずらして形成することが好ましく、このよ
うにすると成長面がより平坦で良好な結晶が得られる。

【００７４】変形例では、以上のようにして保護膜５を
形成した後、保護膜５の窓部から第２の下地層３を核と
して、第１横成長窒化物半導体４ａを成長させ、第１横
成長窒化物半導体４ａが保護膜５上を横方向に成長する
時、完全に保護膜５を覆う前に成長を止める。このよう
にして成長された第１横成長窒化物半導体４ａの断面形
状は、図３に示すように、周期配列されたＴ字状とな
る。ここで、第１横成長窒化物半導体４ａの材料として
は、特に限定されるものではないが、好ましくはＧａＮ
が挙げられる。また、この第１横成長窒化物半導体４ａ
としては、ノンドープであってもよいし、ｐ型不純物及
びｎ型不純物のうちの一方又は両方をドープしてもよ
い。また、第１横成長窒化物半導体４ａの好ましい膜厚
は、保護膜５の膜厚、大きさによっても異なるが、保護
膜の表面において横方向に成長した結晶性のいい部分を
一定の広さ以上に形成するために、第１横成長窒化物半
導体４ａの膜厚は保護膜５の膜厚の少なくとも１．５倍
以上、具体的には１．５〜２μｍの膜厚で成長させるこ
とが好ましい。

【００７５】次に、隣接する第１横成長窒化物半導体４
ａの間から、保護膜５を除去して図３に示す空洞５ａを
形成する。この保護膜５の除去方法としては、エッチン
グを用いることができ、エッチング方法としては、特に
限定されるものではなく、ドライエッチングまたはウェ
ットエッチングを用いることができる。尚、この際、等
方性ドライエッチングであれば、エッチングの制御を容
易に行うことができる。

【００７６】このように変形例では、保護膜５を除去す
ることにより第１横成長窒化物半導体４ａの横方向に成
長した結晶欠陥の少ない部分の直下に空洞が形成され
る。次に、保護膜５を除去して空洞５ａが形成された
後、図３に示すように、第１横成長窒化物半導体４ａの
上面及び側面より窒化物半導体を成長させることによ
り、第１横成長窒化物半導体４ａを覆うように第２横成
長窒化物半導体４ｂを形成する。このように形成された
第２横成長窒化物半導体層４ｂでは保護膜が除去されて
その部分に空洞が形成されているので、保護膜を除去し
ない場合にそれと第２横成長窒化物半導体層４ｂとの間
に生じていた応力は発生しない。

【００７７】ここで、第２横成長窒化物半導体４ｂは、
アンドープのＧａＮ、およびＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等の
ｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またはＭｇ等のｐ型不
純物をドープしたＧａＮを用いることができ、９００〜
１１００℃で成長される。上述した中でも、Ｍｇをドー
プして第２横成長窒化物半導体４ｂを成長させると、第
２横成長窒化物半導体層４ｂが横方向に伸び易くなり、
第１横成長窒化物半導体４ａの隙間を埋め易くなるため
好ましい。他方、アンドープとすると電気的特性が安定
する。また、第２横成長窒化物半導体４ｂは空間上を成
長するため、保護膜上の成長を伴う場合には選択性が低
いために用いることのできなかったＡｌ _ｘＧａ_１−ｘＮ
（０＜ｘ＜１）を用いることもできる。また、第２横成
長窒化物半導体４ｂの膜厚は、ＧａＮの場合は３〜２０
μｍ、好ましくは５〜２０μｍであるのが望ましく、Ａ
ｌ_ｘＧａ_１−ｘＮの場合は２〜１５μｍが好ましい。

【００７８】さらに、第２横成長窒化物半導体４ｂとし
て適当な多層膜を用いてもよい。多層膜の層数及び膜厚
は特に限定されず、バルクを２ペア積層したものであっ
ても、多数の薄膜を積層した超格子であっても良い。各
層の膜厚は、１０Å〜２μｍが好ましい。第２横成長窒
化物半導体４ｂを多層膜とすることにより、多様な機能
の層、例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層等と
兼用することができる。その結果、窒化物半導体基板の
総厚を薄くすることができ、基板の反りを緩和すること
ができる。また、第２横成長窒化物半導体４ｂを多層膜
とすることにより、転位の縦方向の進行を抑制すること
ができる。例えば、ＧａＮ／Ａｌ_ｘＧａ _１−ｘＮ（０＜
ｘ＜１）多層膜を用いると、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮは横方
向成長を促進する条件で成長させることができるため、
転位の貫通を抑制することができ有利である。例えば、
ＧａＮとＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮのペアを各々２００Åの膜
厚で５０サイクル繰り返して超格子として成長し、第２
横成長窒化物半導体４ｂとする。

【００７９】ここで第２横成長窒化物半導体４ｂは、横
方向の成長により得られた結晶性のよい第１横成長窒化
物半導体４ａの上面及び側面より成長させるため、空洞
５ａの上方に成長される第２横成長窒化物半導体４ｂに
おいては結晶欠陥がなくなり、窓部（空洞と空洞の間）
の上方に位置する部分にのみ結晶欠陥が残る。

【００８０】このように、変形例では、保護膜５を除去
しているので、以後の工程においてＳｉＯ_２等からなる
保護膜が１０００℃以上の温度で分解拡散して保護膜上
の窒化物半導体に入るのを防止することができる。した
がって、分解したＳｉＯ_２が窒化物半導体に入って結晶
性を低下させたり、異常成長を引き起こすといった問題
点を解決することができる。さらに、第２横成長窒化物
半導体４ｂを、保護膜を完全に除去した状態で第１横成
長窒化物半導体４ａの上面及び側面から成長させている
ので、空間５ａにより、結晶欠陥の多い第２の下地層３
からの結晶欠陥の伝播を抑えることができる。以下、実
施例１と同様にして、第２横成長窒化物半導体４ｂ上に
アンドープｎ型コンタクト層１０１から上の部分を形成
する。

【００８１】本変形例によれば、横方向に成長させた窒
化物半導体の接合部における転位の集中が緩和されてお
り、接合部の認識が容易で、反りも抑制されているの
で、半導体レーザなどの窒化物半導体素子の製造が容易
となる。半導体レーザ素子を製造する場合、半導体レー
ザ素子の横モード制御のためのストライプ構造は、電流
及び／又は光が閉じ込められる活性領域が第１横成長窒
化物半導体層４ａの成長起点となった領域と、第２横成
長窒化物半導体層４ｂの接合部とを避けて、これらの間
に位置するように形成することが好ましい（これらの間
における欠陥密度は、１×１０^７個／ｃｍ^２以下とでき
る）。なぜなら、横方向成長した第１横成長窒化物半導
体４ａの成長起点となった領域、即ち保護膜５の窓部の
領域は転位密度が高く、また、第２横成長窒化物半導体
４ｂ同士が接合する部分も従来よりも転位が大巾に抑制
されているとは言え、その他の領域に比べて転位密度が
高いためである。すなわち、本発明の埋め込みヘテロ型
半導体レーザの場合には埋めこまれたストライプ部を、
第１横成長窒化物半導体層４ａの成長起点となった領域
と第２横成長窒化物半導体層５ｂの接合部とを避けて、
これらの間に位置するように形成する。尚、第２横成長
窒化物半導体４ｂ同士の接合部における転位の集中が従
来よりも大巾に緩和されているため、半導体レーザ素子
のストライプ構造をより接合部に近い位置に形成するこ
とが可能であり、また、レーザ素子の寿命も向上する。

【００８２】以上説明したように、本発明に係る変形例
の窒化物半導体レーザダイオードは、実施例１のＧａＮ
層４よりさらに結晶欠陥の少ない第２横成長窒化物半導
体層４ｂの上に素子構造が構成されているので、実施例
１よりさらに優れた特性を実現できる。

【００８３】［実施例２］実施例１と同様にサファイア
基板１上に第１の下地層２を成長させた後、実施例１の
第２の下地層３〜ＧａＮ層４に代えて、膜厚１００μｍ
のアンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層と膜
厚５０μｍのアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半
導体層とを形成した後、その上に実施例１と同様にして
窒化物半導体素子を構成した。ここで、アンドープＧａ
Ｎよりなる第１の窒化物半導体は、第１の下地層２を形
成したサファイア基板１を、ハイドライド気相エピタキ
シャル成長装置にセットし、Ｇａメタルを石英ボートに
用意し、ハロゲンガスにＨＣｌガスを用いることにより
ＧａＣｌ_３を生成し、次に、Ｎガスであるアンモニアガ
スと反応させることにより形成した。この第１の窒化物
半導体の成長温度は１０００℃に設定し、成長速度を１
ｍｍ／ｈｏｕｒとして、膜厚１００μｍに成長させる。

【００８４】第１の窒化物半導体層上に形成した第２の
窒化物半導体もハイドライド気相エピタキシャル成長法
装置において成長させる。この時の成長条件としては、
成長温度を第１の窒化物半導体と同じ温度とし、成長速
度は５０μｍ／ｈｏｕｒに設定して膜厚が５０μｍにな
るように成長させた。このようにして得られた窒化物半
導体基板は表面は平坦かつ鏡面となり、ＣＬ観察による
と貫通転位密度は約１×１０^６ｃｍ^−２程度であり、低
欠陥である窒化物半導体基板を提供することができる。

【００８５】以上により得られた実施例２の窒化物半導
体レーザダイオードにおいて、埋め込み層である絶縁保
護膜５０は当然ダイヤモンドライクカーボンである。こ
の実施例２の窒化物半導体レーザダイオードにおいて
も、３０ｍＷ以上の光出力時においてキンクが発生しな
い連続発振が可能であり、３０００時間以上の寿命特性
が期待できる。

【００８６】

【発明の効果】以上に示すように、本発明に係る窒化物
半導体レーザ素子は、ダイヤモンドライクカーボンによ
り埋め込み層を形成しているので、高出力条件下におい
てレーザ発振させた場合においてもキンクが発生しな
い、寿命特性の良好な窒化物半導体レーザダイオードを
提供することができる。また、埋め込み層の材料である
ダイヤモンドライクカーボンは熱伝導率が高く、放熱性
に優れフェイスダウン構造の窒化物半導体レーザダイオ
ードとした場合においてより有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施例１の窒化物半導体レーザ
素子の構成を示す断面図である。

【図２】 半導体レーザ素子におけるキンク現象を説明
するための模式図である。

【図３】 本発明に係る変形例の窒化物半導体レーザ素
子の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１…サファイア基板、 ２…第１の下地層、 ３…第２の下地層、 ４…ＧａＮ層、 ４ａ…第１横成長窒化物半導体、 ４ｂ…第２横成長窒化物半導体、 ５…保護膜、 ５ａ…空洞、 １０１…アンドープｎ型コンタクト層、 １０２…ｎ型コンタクト層、 １０３…クラック防止層、 １０４…ｎ型クラッド層、 １０５…ｎ型ガイド層、 １０６…活性層、 １０７…ｐ型電子閉じ込め層、 １０８…ｐ型ガイド層、 １０９…ｐ型クラッド層、 １１０…ｐ型コンタクト層、 ２１…ｎ型電極、 ２２，３２…パット電極、 ３１…ｐ型電極。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リッジを有し、そのリッジ両側に埋め込
   み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおい
   て、 前記埋め込み層は炭素の２重結合と３重結合とを含有す
   る多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンからな
   ることを特徴とする窒化物半導体レーザダイオード。
2. 【請求項２】 前記窒化物半導体レーザダイオードは、
   基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導
   体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層
   は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラ
   ッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものであって、 前記リッジは、そのリッジの両側がｐ側ガイド層までエ
   ッチングされることにより形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
3. 【請求項３】 前記埋め込み層の屈折率が２．１５以上
   ２．３以下に設定されたことを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
4. 【請求項４】 リッジを有し、そのリッジの両側に埋め
   込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードの製
   造方法において、 前記リッジを形成した後に、前記リッジ及びその両側表
   面に炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体か
   らなるダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層として
   成膜する工程を有することを特徴とする窒化物半導体レ
   ーザダイオードの製造方法。
5. 【請求項５】 前記リッジはストライプ形状に形成され
   ることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レー
   ザダイオードの製造方法。
6. 【請求項６】 前記埋め込み層を成膜した後、リッジ上
   部のダイヤモンドライクカーボンを除去する工程を含む
   ことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザ
   ダイオードの製造方法。
7. 【請求項７】 前記窒化物半導体レーザダイオードは、
   基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導
   体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層
   は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラ
   ッド層、ｐ側コンタクト層とを有する窒化物半導体レー
   ザダイオードの製造方法であって、 前記リッジをストライプ形状に形成する工程でそのリッ
   ジ両側を前記ｐ側ガイド層までエッチングすることによ
   りリッジを形成することを特徴とする請求項４に記載の
   窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
8. 【請求項８】 前記埋め込み層を成膜する工程におい
   て、成膜温度を１５０℃以上６００℃以下に設定したこ
   とを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダ
   イオードの製造方法。
9. 【請求項９】 前記埋め込み層の屈折率が２．１５以上
   ２．３以下になるように前記埋め込み層の成膜温度を設
   定したことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体
   レーザダイオードの製造方法。