JP3889910B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力と信頼性がともに高い半導体発光装置に関する。本発明の半導体発光装置は、半導体レーザなどとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、化合物半導体は基板上に成長させることにより形成される。結晶性の良い化合物半導体を成長させるためには、基板として化合物半導体と格子整合している材料を用いることが望ましい。しかしながら、窒化ガリウムのように格子整合する材料が存在しない場合は、サファイアなどの異種材料上に成長させざるを得ない。このような場合は、格子定数や熱膨張係数の違いにより基板上に成長するエピタキシャル層内に多数の欠陥が生じてしまう。このため、窒化ガリウム系のレーザ、特に高出力レーザは寿命が短いという問題を抱えている。
【０００３】
このような問題に対処するためにこれまでにも様々な検討がなされてきた。例えば、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）基板を用いて、選択横方向成長をさせる方法が開発されている。マスクを用いる方法については、A.Usui et.al Jpn.J.Appl.Phys.36,L899(1997)に記載されており、マスクを用いない方法については、T.S.Zheleva et.al Ext.Abst.G3.38(MRS Fall Meet.Boston,1998)に記載されている。これらの方法を用いれば、通常１ｘ１０10個／ｃｍ2程度である転位密度を、１ｘ１０8個／ｃｍ2程度に低減することができるとされている。しかしながら、この方法によってもウエハ全面で転位を下げるのは困難であった。
【０００４】
一方、特開平１１−１３９９号公報には、酸化物基板上に１次ガリウム層を成長した後に酸化物基板の一部を除去し、次いで第２窒化ガリウム層を成長させた後に酸化物層を除去し、さらに所定の厚みの窒化ガリウム層を成長させて窒化ガリウム半導体バルク単結晶を成長させる方法が記載されている。この方法によれば、高品質な窒化ガリウム単結晶基板を作製し光素子の長寿命化を図るとともに、不純物の注入による導電型制御を行って基板側への電極形成が可能になる。しかしながら、この方法は成長工程と研磨工程を３回ずつ行い、外周切断も必要であるなど工程数が多く、コストがかかるという問題がある。また、有効基板サイズが１ｃｍ2程度で小さいため、量産化が困難であるという問題もある。さらに、転位は下がっても１０6個／ｃｍ2程度までであり十分とはいえない。このため、上記ＥＬＯ基板を用いた場合と比較して大きな差異があるとは言いがたい。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
本発明者は、化合物半導体を用いた従来の半導体発光装置の問題を種々検討した結果、通電により伝搬する転位を抑制することが極めて重要であることを見出した。従来の半導体発光装置は、転位密度を下げることを主眼としており、通電による伝搬する転位抑制については十分な検討が行われていなかった。高品質な半導体発光装置を作製するためには、転位密度を下げるだけでは限界があり、新たな視点から転位抑制を検討することが必要である。
【０００６】
そこで本発明は、通電により伝搬する転位を十分に抑制することができ、出力と信頼性がともに高い半導体発光装置を提供することを課題とした。より具体的には、通電時の電流経路を見直すことにより転位抑制を達成することを課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、活性層の上下に形成される電流注入領域と電流阻止領域の位置関係を制御することにより、効果的に転位を抑制することができることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、基板、該基板上に形成された第１導電型クラッド層、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層、該活性層の上に形成された第２導電型第１クラッド層、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状の電流注入領域を有する半導体発光装置において、該基板に電流阻止領域が平坦に埋め込まれて形成されているか、あるいは該基板と該第１導電型クラッド層との間に電流阻止領域を平坦に埋め込まれた状態で含む層が形成されており、該電流阻止領域の上に、該第１導電型クラッド層および該第２導電型第１クラッド層よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層が形成されており、該電流注入領域と該電流阻止領域が対向していることを特徴とする半導体発光装置を提供する。
【０００９】
本発明の半導体発光装置では、電流注入領域の対向域全体に電流阻止領域が形成されていることが好ましい。また、電流阻止領域は基板に形成されていることが好ましい。さらに、活性層が少なくともＧａおよびＮを構成元素として含むことが好ましく、具体的には窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなることが好ましい。
【００１０】
本発明の半導体発光装置の基板は導電性基板であることが好ましく、具体的には窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2）、アルミニウム酸マグネシウム（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、または砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなることが好ましい。また、基板としてサファイア（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）を用いることも好ましい。
本発明の半導体発光装置は半導体レーザなどとして有用である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の半導体発光装置について詳細に説明する。
本発明の半導体発光装置は、基板、該基板上に形成された活性層、該活性層の上部に形成されたストライプ状の電流注入領域を少なくとも有するものである。その特徴は、基板に電流阻止領域が形成されているか、あるいは基板と該活性層との間に電流阻止領域を含む層が形成されており、該電流注入領域と該電流阻止領域が対向していることにある。なお、本明細書において「電流阻止領域」とは、ある層ないし基板の一部を構成する領域であって電流をブロックする機能を有するものをいう。
【００１２】
本明細書において「Ａ層の上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。
【００１３】
本発明の特徴について、本発明の好ましい一実施態様を示す図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の半導体発光装置は、基板２１、活性層３２、およびストライプ状の電流注入領域３６を少なくとも有する。基板２１の下には電極４０が形成されており、該基板２１内にはストライプ状の電流阻止領域２３が形成されている。基板２１上にはＧａＮ層２４、第１導電型クラッド層２５、活性層を有する発光層３２、第２導電型第１クラッド層３３、酸化防止層３４が順に形成されている。酸化防止層３４の上には、図に示すようにストライプ状の開口部３６を挟んで両脇に電流ブロック層３５が形成されている。このＳｉＮｘ膜が絶縁性を示すために、電流はストライプ状の開口部３６に注入されるようになっている。ストライプ状の開口部３６には、その両端のＳｉＮｘ膜３５にも乗りかかるように第２導電型第２クラッド層３７が形成されている。さらに、第２導電型第２クラッド層３７の表面全体はコンタクト層３８で覆われており、その上に電極３９が形成されている。
【００１４】
図１の態様において、電流注入領域３６と電流阻止領域２３は互いに対向するように形成されている。図２はこれらの位置関係を上から見た図である。電流注入領域３６の直下には電流注入領域よりも大きい電流阻止領域２３が形成されている。本明細書において「電流注入領域と電流阻止領域が対向する」とは、このように電流注入領域をエピタキシャル成長とは逆方向に平行移動したときに、電流阻止領域と重なる部分が存在するような位置関係にあることを意味する。重なる部分は、電流注入領域の一部と電流阻止領域の一部であってもよい。また、電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域に覆われる関係にあってもよいし、逆に電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域を覆う関係にあってもよい。
【００１５】
好ましいのは、電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域に覆われる関係にある態様である（請求項２）。特に、電流注入領域を平行移動したときに電流注入領域の中心線が電流阻止領域の中心線に重なるか、近傍にあることが好ましい。これらの好ましい態様では、ストライプ状の電流注入領域の幅（ａ）は電流阻止領域の幅（ｂ）よりも小さく、その差（ｂ−ａ）は、下限としては１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。上限としては、５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。なお、幅が一定でない場合は、全長の平均幅が上記範囲内におさまればよい。
【００１６】
電流阻止領域は絶縁性であるか、または活性層下側のクラッド層と反対の導電型であるため、電流は電流阻止領域の外側を迂回して流れることになる。このため、通電による転位は電流阻止領域の外側で上方に伝搬するが、電流阻止領域の上方には伝搬しにくくなる。すなわち、電流阻止領域の下側に存在した貫通転位を電流阻止領域によって止めることが可能となる。このため、本発明にしたがって、電流阻止領域の上方に対向するように電流注入領域を形成しておけば、該電流注入領域の直下にあたるストライプ状の活性層部分へは転位が伝搬しにくくなる。したがって、本発明の構成を採用することによって、出力と信頼性を高めることができる。
【００１７】
以下において、本発明の半導体発光装置を構成する各層の詳細を説明する。
本発明の半導体発光装置を構成する基板は、ＩｎＡｌＧａＮ系エピタキシャル層の成長が可能であれば、特に制約はない。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2）、アルミニウム酸マグネシウム（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の基板を用いることができる。ただし、低温バッファ層、クラック防止層の挿入および選択成長を利用した貫通転位を低減させる手法（ＥＬＯＧ、ＦＩＥＬＯなど）を取り入れることにより、半導体レーザ等の発光素子に適した窒化物半導体を成長させることができる。また、裏面側に電極を取れるようにするためには、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の基導電性基板が好ましい。さらに、その上に積層する層と格子整合し、かつ熱膨張係数が同じとなるＧａＮあるいはＡｌＧａＮバルク単結晶基板からなるホモ基板がより好ましい。これらのホモ基板は、転位密度を大幅に下げた場合においても、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長前に基板界面に転位が形成されてしまうので、本発明の効果を有効に利用できる。
【００１８】
基板上には、基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために厚さ０．２〜２μｍ程度のバッファ層を形成しておくことが好ましい。ただし、バッファ層は必ずしも形成しなくてもよい。
【００１９】
基板上には、活性層を含む化合物半導体層を形成する。化合物半導体層は、活性層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層、他方のエピタキシャル側の層は第２導電型クラッド層として機能する。このほか光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。これらの屈折率の大小関係は、各層の材料組成を当業者に公知の方法にしたがって適宜選択することにより調節することができる。例えば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ＡｌxＧａ1-xＮなどのＡｌ組成を変化させることによって屈折率を調節することができる。
【００２０】
電流阻止領域は活性層の下側（例えば、基板、バッファ層、クラッド層の内部あるいはその上）に選択的に形成される。成長回数低減や表面酸化抑制の観点から、基板内に電流阻止領域を形成することが好ましい。このことにより、劈開、組立等の歩留まりを向上し、また、ジャンクション・ダウンで組み立てた場合に十分なＬＤ特性が得られ、さらに、非可逆的光損傷（ＣＯＤ）レベルを高めたり、素子の信頼性を向上させることができる。
電流阻止領域の厚みは、薄すぎると電流ブロックの機能が不十分となり、厚くなりすぎると通過抵抗が大きくなるなってしまう。具体的には、下限は０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。上限は、５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００２１】
電流ブロック領域は端面近傍にも形成することができる。この端部での電流非注入構造により、端面での電流再結合を低減することが可能となり、非可逆的光損傷（ＣＯＤ）レベルを高めたり、素子の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
本発明にしたがって、電流阻止領域を平坦に埋め込んで形成すれば、光導波路に大きな段差が生じることなく、端面近傍にも電流阻止領域を形成することができ、端部での光導波損失の発生を防止でき、ジャンクション・ダウン組立時におけるストレスを低減することが可能となる。このとき、光導波路が実質的に一直線上にあることが好ましく、具体的には端部における光導波路の段差が波長の１／１０以下であることが好ましい。
【００２３】
端面での電流阻止領域は、狭すぎると、電流非注入の効果が低減したり、劈開が困難になるなどの問題が生じてしまい、広すぎると、損失が大きくなりすぎて動作電流などのレーザ特性を劣化させてしまう。具体的には、下限は２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が好ましい。上限は、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下が好ましい。
【００２４】
電流阻止領域の形成方法は、特に限定されないが、電流阻止領域は、不純物拡散あるいは不純物注入により形成することが好ましい。このとき、結晶成長装置内で不純物拡散層を形成し、引き続き該結晶成長装置内で熱処理を行うことにより製造することがより好ましく、結晶成長装置が有機金属気相成長装置であることがさらに好ましい。また、不純物拡散層は前記電流阻止領域に対して選択エッチングにより除去することが、平坦化の観点から好ましい。
【００２５】
製造上の容易性や制御性を考慮すると、不純物拡散プロセスとして、薄膜成長装置内で拡散源を有する層の成長とアニールプロセスとを一貫して行うことが好ましい。さらに、端部でのリーク電流低減のために不純物拡散層は少なくともレーザチップ作製プロセス終了までに除去しておくことが好ましい。
【００２６】
拡散させる不純物は、拡散プロセス温度の低減の観点から、拡散定数の大きいものが好ましく、例えば亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、銅（Ｃｕ）などが挙げられる。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体に対しては、例えば、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）など、ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などが挙げられる。また、高抵抗化することができる不純物でもよく、例えば、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）などの遷移元素、水素（Ｈ）など、特にＩＩＩ−Ｖ族半導体に対しては、ボロン（Ｂ）、酸素（Ｏ）などが挙げられる。
【００２７】
また、不純物のドーピング法として、上記の好ましい方法以外に例えばイオン注入法を採用してもよい。イオン注入後に熱処理を行い、不純物を拡散させることができる。ただし、高エネルギーであるいは質量数の大きい不純物を注入すると、多量の欠陥（特に、ドーズ量が多い場合）が発生するので好ましくない。
【００２８】
電流阻止領域の上には抵抗率が低い層を形成することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物の場合であれば例えばＧａＮからなる層を形成することが好ましい。このＧａＮ層の抵抗率は、その上の第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層に比べて小さくすることができる。このため、電流阻止領域の上部には充分に電流が回り込むことができ、電流阻止領域を形成しても活性層への電流注入に大きな影響を与えずに済ませることができる。
【００２９】
さらにその上に形成される第１導電型クラッド層は、活性層よりも屈折率の小さい材料で形成される。また、第１導電型クラッド層の屈折率は、第２導電型クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。例えば、第１導電型のＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。第１導電型クラッド層のキャリア濃度は、下限は１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以上がより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は２×１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００３０】
第１導電型クラッド層は、単層からなるものであるときは、好ましくは０．５〜４μｍ、より好ましくは１〜３μｍ程度の厚みを有するが、第１導電型クラッド層は第１導電型第１クラッド層と第１導電型第２クラッド層の複数層からなるものであってもよい。具体的には活性層側にＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層と、その層よりも基板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッド層が形成されている態様を例示することができる。このとき、活性層側の層の厚さは薄くすることが好ましく、厚さの下限としては０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。また、基板側の層のキャリア濃度は、下限２×１０17ｃｍ-3〜以上が好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がより好ましい。上限は３×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下がより好ましい。
【００３１】
本発明の半導体発光装置を構成する発光層の構造は特に制限されない。発光層は、光ガイド層に挟まれた活性層からなるものであるのが好ましい。また、電流リーク抑制層が形成されていてもよい。
【００３２】
活性層の構造は、特に制限されず、例えば三重量子井戸構造（ＴＱＷ）をとることができる。この三重量子井戸構造（ＴＱＷ）は、例えばバリア層（ノンドープ）に挟まれた３層の量子井戸層（ノンドープ）からなる構造を有する。この三重量子井戸構造以外にも、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、二重量子井戸構造（ＤＱＷ）や４層以上の量子井戸層を有する多量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。活性層を量子井戸構造とすることにより、単層のバルク活性層と比較して、短波長化かつ低しきい値化を達成することができる。
【００３３】
活性層の材料としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどを例示することができる。ＧａとＩｎを構成元素として含む材料である場合は、自然超格子が形成されやすいために、オフ基板を用いることによる自然超格子抑制の効果が大きくなる。
【００３４】
活性層が量子井戸構造を有している場合、混晶化の容易さの観点から、次の構造が好ましい。すなわち、（１）混晶化前後での組成の変化量を大きくできることから、活性層が単一の井戸層を有している（単一量子井戸）こと、（２）活性層が複数の井戸層を有している（多重量子井戸）場合、混晶化領域中央付近でのバンドギャップの低減を抑制するために、混晶組成井戸層に挟まれたバリア層の厚みが井戸層よりも大きいこと、（３）混晶化前後でのバンドギャップ変化を大きくするために、井戸層に圧縮歪みがかっかっていること、（４）井戸層の構成元素に比較的低温で拡散しやすいＩｎが含まれていること、（５）井戸層を挟むバリア層あるいはガイド層の構成元素にバンドギャップを小さくするＩｎが含まれていないこと、（６）井戸層を挟むバリア層あるいはガイド層の構成元素にバンドギャップを大きくするＡｌが含まれていることが好ましい。
活性層はアンドープでもよいし、またｎ型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしてもよい。不純物は井戸層、バリヤ層両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。
【００３５】
活性層の上下に形成することができる光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用する。光ガイド層としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１０ｎｍ〜３μｍ、さらに好ましくは２０ｎｍ〜０．５μｍの膜厚で成長させることが望ましい。またこの光ガイド層にｎ型不純物をドープしても良い。
【００３６】
また、発光層には、電子リーク抑制層を形成することもできる。例えば、活性層と光ガイド層の間に形成することができる。電流リーク抑制層は０．１μｍ以下の膜厚で形成すれば素子の出力を向上することができる傾向にある。膜厚の下限は特に限定しないが、５ｎｍ以上の膜厚で形成することが望ましい。
【００３７】
活性層の上には、第２導電型クラッド層が形成される。第２導電型クラッド層は２層以上形成してもよい。以下の説明では、活性層に近い方から順に第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層の２層を有する好ましい態様を例にとって説明する。
【００３８】
第２導電型第１クラッド層は、活性層よりも屈折率の小さい材料で形成される。例えば、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。第２導電型クラッド層がＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている場合は、その成長可能な実質的全面をＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌを含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で覆えば表面酸化を防止することができるため好ましい。
【００３９】
第２導電型第１クラッド層のキャリア濃度は、下限は２×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、７×１０17ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は５×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。厚さの下限としては０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．０７μｍ以上が最も好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、０．２μｍ以下が最も好ましい。
【００４０】
第２導電型第１クラッド層は活性層の上に形成する。本発明の好ましい実施様態では、第２導電型第１クラッド層の屈折率は、第１導電型クラッド層の屈折率よりも小さい。このような態様を採用することにより、活性層から光ガイド層側へ有効に光がしみ出すように光分布（近視野像）を制御することができる。また、活性領域（活性層の存在する部分）から不純物拡散領域への光導波損失を低減することもできるため、高出力動作におけるレーザ特性や信頼性の向上を達成することができる。
【００４１】
本発明の半導体発光装置を構成する電流注入領域は、第２導電型第１クラッド層の上方に形成される。電流注入領域は、通常は電流ブロック層に挟まれた開口部からなる。電流ブロック層の材料は半導体であれば、特に限定されない。電流ブロック層の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすいためにジャンクション・アップで組み立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある。
【００４２】
電流ブロック層の屈折率は、電流ブロック層に挟まれた第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも低くする（実屈折率ガイド構造）。このような屈折率の制御を行うことによって、従来のロスガイド構造に比べて動作電流を低減することが可能になる。電流ブロック層と第２導電型第２クラッド層との屈折率差は、電流ブロック層が化合物半導体の場合、下限は０．００１以上が好ましく、０．００３以上がより好ましく、０．００７以上が最も好ましい。上限は、１．０以下が好ましく、０．５以下がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。電流ブロック層が誘電体の場合、下限は０．１以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．７以上が最も好ましい。上限は、３．０以下が好ましく、２．５以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。
【００４３】
電流ブロック層は、光分布（特に横方向の光分布）を制御したり電流阻止の機能を向上させるために、屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる２つ以上の層から形成してもよい。電流ブロック層の上には表面保護層を形成して、表面酸化の抑制あるいはプロセス上の表面保護を図ることができる。表面保護層の導電型は特に規定されないが、第２導電型とすることにより、電流阻止機能の向上を図ることができる。
【００４４】
電流ブロック層の導電型は、第１導電型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成する不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、あるいはこれら２つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型あるいは組成の異なる複数の層から形成されていてもよい。例えば、活性層に近い側から第２導電型あるいは高抵抗の半導体層、および第１導電型の半導体層の順に形成されている電流ブロック層を好ましく用いることができる。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、厚さは０．１μｍ以上であるのが好ましく、０．５μｍ以上であるのがより好ましい。素子としてのサイズ等を勘案すれば、０．１〜３μｍ程度の範囲から選択するのが好ましい。
【００４５】
電流ブロック層の上側層として、開口部内部および少なくとも開口部両脇の電流ブロック層上の一部にいたるように第２導電型第２クラッド層を形成することが好ましい。第２導電型第２クラッド層は、開口部の上側表面をすべて覆い且つ開口部両脇の電流ブロック層上の一部に延在されるように形成することが好ましい。不純物拡散により形成される窓領域を光導波路の両端部分の比較的狭い範囲に自己整合的に形成し、その電流ブロック層をそのまま用いて第２導電型第２クラッド層が開口部の両脇の電流ブロック層上の一部まで延在されるように形成すれば、素子特性を十分に安定化させることができる。
【００４６】
第２導電型第２クラッド層のキャリア濃度は、下限は５×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、７×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、１×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は１×１０19ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００４７】
第２導電型第２クラッド層の厚さは、薄くなりすぎると光閉じ込めが不十分となり、厚くなりすぎりと通過抵抗が増加してしまうことを考慮して、下限は０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましい。上限は３．０μｍ以下が好ましく、２．０μｍ以下がより好ましい。
【００４８】
電流ブロック層と第２導電型第２クラッド層を形成した後にさらに電極を形成するに先立ち、電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キャリア濃度）のコンタクト層を形成することが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成することが好ましい。
【００４９】
このとき、コンタクト層の材料は、通常はクラッド層よりバンドギャップが小さい材料の中から選択し、金属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャリア密度を有するのが好ましい。キャリア密度の下限は、１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以上がより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は、２×１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。コンタクト層の厚みは、０．１〜１０μｍが好ましく、１〜８μｍがより好ましく、２〜６μｍがもっとも好ましい。
【００５０】
次に、電流注入領域、すなわち電流ブロック層に形成される開口部について説明する。
電流ブロック層の開口部は、上側（コンタクト層側）よりも下側（活性層側）の方が小さくなるようにする方が、通過抵抗の低減（動作電圧および発熱の低減）の観点から好ましい。
【００５１】
電流ブロック層の開口部は、両端部まで伸長しているストライプ状の開口部であってもよいし、一方の端部まで伸長しているが他方の端部までは伸長していない開口部であってもよい。開口部が両端部まで伸長しているストライプ状の開口部である場合は、端部窓構造領域における光の制御がより容易になり、端面における横方向の光の拡がりを小さくすることができる。一方、開口部が端面からある程度内側に入った部分に形成されている場合は、端面付近で電流を非注入にすることができるため、端面での電流の再結合を防ぐとともに、クラッド層などからの電流の回り込みを最小限にとどめることができる。開口部の構造はこのような利点を考慮しながら、使用目的に応じて適宜決定することが好ましい。
【００５２】
オフアングルの方向は、電流ブロック層に形成される開口部の伸びる方向（長手方向）に直交する方向から、±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。また、開口部の方向は、基板の面方位が（１００）の場合、［０１−１］またはそれと等価な方向が、オフアングルの方向は［０１１］方向またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。なお、本明細書において「［０１−１］方向」という場合は、一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はＶＩ族元素が現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。
【００５３】
本発明の実施態様は上記の開口部が［０１−１］方向の場合に限定されない。例えば、開口部が［０１１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びている場合、例えば、成長条件により、成長速度に異方性をもたせることができ、（１００）面では速く、（１１１）Ｂ面ではほとんど成長しないようにすることができる。その場合、（１１１）Ｂ面を側面とする第２導電型第２クラッド層が形成される。この場合も次にコンタクト層を形成する際、より等方性の強い成長が起こる条件を選ぶことにより、（１００）面の頂部とともに（１１１）Ｂ面からなる側面にも全面的にコンタクト層が形成される。
【００５４】
同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、開口部の伸びる方向は、例えば（０００１）面上では［１１−２０］又は［１−１００］が好ましい。ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）ではどちらの方向でもよいが、ＭＯＶＰＥでは［１１−２０］方向がより好ましい。
【００５５】
本発明の半導体発光装置を設計するに際しては、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活性層の厚みとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直拡がり角を狭くすると活性層からクラッド層への光の浸みだしが促進され、端面での光密度が小さくなり、出射端面の光学的損傷（ＣＯＤ）レベルが向上することができるので、高出力動作を必要とする時には比較的に狭めに設定されるが、下限は活性層内の光閉じ込めの低減による発振しきい値電流の増大及びキャリアのオーバーフローによる温度特性の低下を抑制することで制限があり、下限は、１５°以上が好ましく、１７°以上がより好ましく、１９°以上が最も好ましい。上限は、３３°以下が好ましく、３１°以下がより好ましく、３０°以下が最も好ましい。
【００５６】
次に、垂直拡がり角を決定すると、高出力特性を大きく支配する構造パラメータは活性層と電流ブロック層との間の距離ｄｐと開口部底部における幅（以下「開口幅」という）Ｗとなる。なお、活性層と電流ブロック層との間に第２導電型第１クラッド層のみが存在する場合、ｄｐは第２導電型第１クラッド層の厚みとなる。また、活性層が量子井戸構造の場合、最も電流ブロック層に近い活性層と電流ブロック層との距離がｄｐになる。
【００５７】
ｄｐについては、上限は０．３０μｍ以下が好ましく、０．２０μｍ以下がより好ましく、０．１５μｍ以下がもっとも好ましい。下限は０．０３μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．０７μｍ以上がもっとも好ましい。ただし、使用目的（拡がり角をどこに設定するかなど）、材料系（屈折率、抵抗率等）などが異なると、上記の最適範囲も少しシフトする。また、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお互いに影響し合うことにも注意を要する。
【００５８】
開口部底部における開口幅Ｗは、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。また、横モードをシングルモード（単一ピークの横方向光強度分布）にするためには、高次モードのカットオフ及び空間的ホールバーニングの防止の観点からＷをあまり大きくすることができず、Ｗの上限は７μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましい。
【００５９】
高出力動作を実現するには、開口部底部における開口幅Ｗを広くすることが端面での光密度低減の観点から有効であるが、動作電流を低減するためには開口幅を狭くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そこで、ゲイン領域となる中央付近の開口幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近の開口幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることにより、低動作電流と高出力動作を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる（図３（ａ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ１については、上限が１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であるがより好ましい。下限が２μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。中央部幅Ｗ２については、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６０】
さらに横モードをシングルモードにするためには、端部幅Ｗ１の上限は、７μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましい。中央部幅Ｗ２の上限は、６μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましく、２μｍ以下が最も好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６１】
高い信頼性を維持しつつビームが円形に近いレーザを達成するためには、上記ｄｐとＷを適切な範囲に制御性良く納めることが必要となる。
【００６２】
円形に近いビームを実現するには、開口幅を狭くすることが有効であるが、開口幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制の観点から好ましくない。そこで、ゲイン領域となる中央部幅Ｗ２を比較的広くし、端部付近を比較的狭くなるようにすることにより、ビームスポット低減と低動作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる（図３（ｂ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ１については、上限が１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であるがより好ましく、３μｍ以下であるがもっとも好ましい。下限が０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。中央部幅Ｗ２については、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６３】
上記の漸増部分あるいは漸減部分、端部の長さは所望の特性に応じて、設計すればよいが、漸減部分の長さは、導波路損失低減の観点から、それぞれ５〜１０μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。端部の長さは、劈開精度の観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。ただし、必要に応じて、以下のように窓を作製してもよい。
【００６４】
（１）端部、漸増部分あるいは漸減部分の開口幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。
（２）端部の幅一定となる領域を設定せずに、端部まで漸増あるいは漸減としたもの。
（３）端面の片側（通常、高出力光取り出し（前端面）側）だけ開口幅が漸増あるいは漸減するようにしたもの。
（４）端部開口幅が前端面と後端面とで異なるもの。
（５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせたもの。
また、端面付近に電極を設けないようにして、端部近傍の開口部への電流注入によるバルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減することは、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の観点から有効である。
【００６５】
端部での共振器方向における窓構造領域の長さは、短くなりすぎると再現性よく劈開することが困難となり、一方、長くなりすぎると窓領域での損失が増加するためにしきい値電流の増大やスロープ効率の低減などレーザ特性の劣化を招いてしまう。そこで、窓領域の長さは、下限として、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。上限としては、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。
【００６６】
窓領域は、両端部に形成されていることが好ましいが、片側の側面にだけ形成されていてもよい。片側にだけ形成されている場合は、より高出力のレーザ光が出射される端面側に形成されていることが好ましい。
【００６７】
本発明の半導体発光装置を製造する方法は特に制限されない。いかなる方法により製造されたものであっても、上記請求項１の要件を満たすものであれば本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
本発明の半導体発光装置を製造する際には、従来から用いられている方法を適宜選択して使用することができる。結晶の成長方法は特に限定されるものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長や電流ブロック層等の選択成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライドあるいはハライド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相成長法（ＬＰＥ法）等の公知の成長方法を適宜選択して用いることができる。
【００６９】
本発明の半導体発光装置の製造方法としては、まず基板に上記例示にしたがって電流阻止領域を形成し、ＧａＮ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層を有するダブルヘテロ構造を形成後、第２導電型第１クラッド層上に電流ブロック層を形成し、電流ブロック層を開口した後で不純物拡散用の化合物半導体層を選択成長させ、該化合物半導体層を除去した後、第２導電型第２クラッド層を形成する工程を例示することができる。この製造方法の詳細やその他の製造方法については、以下の実施例や関連技術文献から理解することができる。
【００７０】
各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、成長温度９００〜１２００℃程度、Ｖ／ＩＩＩ比１，０００〜１０，０００程度で行うのが好ましい。
【００７１】
特に保護膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、マスク上へのポリの堆積を防止することができるため非常に好ましい。Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク幅あるいはマスク面積比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ半導体表面露出部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣｌ導入量は増加する。このため、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。ただし、Ｉｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合は、組成制御が困難になりやすい。
【００７２】
グルーブ形成や選択成長に使用する保護膜は、誘電体であることが好ましく、具体的には、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてグルーブを選択再成長により形成する場合に用いられる。
【００７３】
本発明の半導体発光装置を利用した半導体レーザ装置として、情報処理用光源（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）、ＡｌＧａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ帯）、ＩｎＧａＮ系（波長４００ｎｍ近傍））、通信用信号光源（通常ＩｎＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ帯、１．５μｍ帯）レーザ、ファイバー励起用光源（ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用いる９８０ｎｍ近傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量井戸活性層／ＩｎＰ基板を用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザなどの通信用半導体レーザ装置などの、特に高出力動作が求められる多用な装置を挙げることができる。また、通信用レーザでも、円形に近いレーザはファイバーとの結合効率を高める点で有効である。また、遠視野像が単一ピークであるものは、情報処理や光通信などの幅広い用途に好適なレーザとして供することができる。
【００７４】
また、本発明の半導体発光装置は、半導体レーザ以外に半導体光増幅器、光検出器、光変調器、光スイッチなどの光素子およびこれらの集積装置についても応用が可能である。
さらに、本発明は半導体レーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）としても応用可能である。
【００７５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例において、結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行い、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ドーパントにＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）およびシラン（ＳｉＨ4）を用いた。また、以下の実施例で参照している図は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。
【００７６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例に係るレーザ素子の形状を示す模式的な断面図でありリッジストライプに垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、この図を基に実施例について説明する。
まず、（０００１）Ｓｉ面を有する４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣ基板２１の全面に、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜（３０００ｎｍ）を形成し、フォトリソグラフィーにより、幅６μｍのストライプ状の開口部を（１−１００）方向に３５０μｍ間隔で多数形成した。この幅６μｍの開口部に選択的にイオン注入を行い、電流阻止領域２３をｐ型あるいは高抵抗となるようにした。注入元素として、ｐ型にするためにはＭｇが好ましく、高抵抗にするためにはＮあるいはＢが好ましい。
【００７７】
ＳｉＮｘ膜を除去したあとに、ウエハを再度ＭＯＣＶＤ装置に戻し、１０００℃で膜厚４μｍのＳｉドープｎ型（３×１０18／ｃｍ3）ＧａＮ層２４を成長させた。このとき、注入損傷はこのあとの成長前の昇温時にアニールが起こり、注入領域の結晶性が回復した。
続いて、１０５０℃で膜厚１．２μｍのＳｉドープｎ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層からなるｎ側クラッド層２５を成長させた。
【００７８】
１０５０℃で膜厚０．１μｍのアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層２６を成長させた。次に、温度を８００℃に保持して、膜厚４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層２７および膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層２８を交互に複数層有する総膜厚５０ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活性層２９を成長させた。次に、温度を１０５０℃に上げ、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇドープｐ型（１Ｘ１０19〜１×１０20／ｃｍ3）Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる電子リーク抑制層３０を２５ｎｍの膜厚で成長させた。続いて１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側電子リーク防止層よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層３１を０．１μｍの膜厚で成長させた。この層は、活性層の光ガイド層として作用する。
【００７９】
続いて、１０５０℃で膜厚０．４μｍのＭｇドープｐ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりなるｐ側第１クラッド層３３、膜厚０．０１μｍのｐ型（５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3）ＧａＮからなる酸化防止層３４を成長させた。
次に、エピタキシャル基板の全面に、膜厚２０ｎｍのシリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜３５を形成した。フォトリソグラフィーにより、形成したＳｉＮｘ膜に幅３μｍのストライプ状の開口部３６を（１−１００）方向に多数形成した。このとき、電流阻止領域２３とＳｉＮｘ膜のストライプ状開口部３６の位置関係は、図２の上面図に示す関係になるようにした。
【００８０】
この後、１０５０℃で膜厚０．８μｍのＭｇドープｐ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりなるリッジ形状のｐ側第２クラッド層３７を成長させた。このとき、このリッジ直下が電流注入領域となり、結晶欠陥が活性層の発光領域にまで伸びてこなくなる傾向にあるため、素子を長寿命として信頼性を向上させることができた。最後に、１０５０℃で、ｐ側第２クラッド層の全面を覆うように、膜厚０．５ｎｍのＭｇドープｐ型（５Ｘ１０19〜１×１０20／ｃｍ3）ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３８を成長させた。
【００８１】
次に、ｎ型ＳｉＣ基板を研磨して１００μｍとした後、ｐ側コンタクト層のリッジ最表面のほぼ全面にｐ側電極３９を形成し、一方、ｎ型ＳｉＣ基板表面にｎ側電極４０を形成した。この電極を形成したウエハを、ストライプ状の電極に垂直な方向にバー状に劈開して、劈開面（１−１００面）に共振器を作製し、共振器面に誘電体多層膜を形成した。
【００８２】
このレーザ素子のＳｉＣ基板の裏面側をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において連続発振を示し、良好なレーザ特性が歩留まりよく得られた。素子寿命は、電流阻止領域およびＧａＮ層を形成しなかった素子と比較して向上した。特に約３０ｍＷ以上の高出力動作においては、素子寿命は大幅に向上した（約３〜１０倍）。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置により、従来困難であった高出力かつ高信頼のＧａＮ系半導体発光装置の作製が可能となる。また、本発明は、特に導電性基板に対して充分効力があるため、ｎ側に電極を形成したＧａＮ系半導体発光装置の作製が可能となり、工業的的にも非常に有力な手法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体発光装置の具体的態様を示す図である。
【図２】 本発明の半導体発光装置の電流注入領域と電流阻止領域の関係を示す上面図である。
【図３】 本発明の半導体発光装置のストライプ状開口部の態様を示す上面図である。
【符号の説明】
２１： 基板
２３： 電流阻止領域
２４： ＧａＮ層
２５： 第１導電型クラッド層
２６： 光ガイド層
２７： 井戸層
２８： バリヤ層
２９： 活性層
３０： 電流リーク抑制層
３１： 光ガイド層
３２： 発光層
３３： 第２導電型第１クラッド層
３４： 酸化防止層
３５： 電流ブロック層
３６： ストライプ状開口部（電流注入領域）
３７： 第２導電型第２クラッド層
３８： コンタクト層
３９： 電極
４０： 電極
Ｗ１： 端部幅
Ｗ２： 中央部幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力と信頼性がともに高い半導体発光装置に関する。本発明の半導体発光装置は、半導体レーザなどとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、化合物半導体は基板上に成長させることにより形成される。結晶性の良い化合物半導体を成長させるためには、基板として化合物半導体と格子整合している材料を用いることが望ましい。しかしながら、窒化ガリウムのように格子整合する材料が存在しない場合は、サファイアなどの異種材料上に成長させざるを得ない。このような場合は、格子定数や熱膨張係数の違いにより基板上に成長するエピタキシャル層内に多数の欠陥が生じてしまう。このため、窒化ガリウム系のレーザ、特に高出力レーザは寿命が短いという問題を抱えている。
【０００３】
このような問題に対処するためにこれまでにも様々な検討がなされてきた。例えば、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）基板を用いて、選択横方向成長をさせる方法が開発されている。マスクを用いる方法については、A.Usui et.al Jpn.J.Appl.Phys.36,L899(1997)に記載されており、マスクを用いない方法については、T.S.Zheleva et.al Ext.Abst.G3.38(MRS Fall Meet.Boston,1998)に記載されている。これらの方法を用いれば、通常１ｘ１０10個／ｃｍ2程度である転位密度を、１ｘ１０8個／ｃｍ2程度に低減することができるとされている。しかしながら、この方法によってもウエハ全面で転位を下げるのは困難であった。
【０００４】
一方、特開平１１−１３９９号公報には、酸化物基板上に１次ガリウム層を成長した後に酸化物基板の一部を除去し、次いで第２窒化ガリウム層を成長させた後に酸化物層を除去し、さらに所定の厚みの窒化ガリウム層を成長させて窒化ガリウム半導体バルク単結晶を成長させる方法が記載されている。この方法によれば、高品質な窒化ガリウム単結晶基板を作製し光素子の長寿命化を図るとともに、不純物の注入による導電型制御を行って基板側への電極形成が可能になる。しかしながら、この方法は成長工程と研磨工程を３回ずつ行い、外周切断も必要であるなど工程数が多く、コストがかかるという問題がある。また、有効基板サイズが１ｃｍ2程度で小さいため、量産化が困難であるという問題もある。さらに、転位は下がっても１０6個／ｃｍ2程度までであり十分とはいえない。このため、上記ＥＬＯ基板を用いた場合と比較して大きな差異があるとは言いがたい。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
本発明者は、化合物半導体を用いた従来の半導体発光装置の問題を種々検討した結果、通電により伝搬する転位を抑制することが極めて重要であることを見出した。従来の半導体発光装置は、転位密度を下げることを主眼としており、通電による伝搬する転位抑制については十分な検討が行われていなかった。高品質な半導体発光装置を作製するためには、転位密度を下げるだけでは限界があり、新たな視点から転位抑制を検討することが必要である。
【０００６】
そこで本発明は、通電により伝搬する転位を十分に抑制することができ、出力と信頼性がともに高い半導体発光装置を提供することを課題とした。より具体的には、通電時の電流経路を見直すことにより転位抑制を達成することを課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、活性層の上下に形成される電流注入領域と電流阻止領域の位置関係を制御することにより、効果的に転位を抑制することができることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、基板、該基板上に形成された第１導電型クラッド層、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層、該活性層の上に形成された第２導電型第１クラッド層、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状の電流注入領域を有する半導体発光装置において、該基板に電流阻止領域が平坦に埋め込まれて形成されているか、あるいは該基板と該第１導電型クラッド層との間に電流阻止領域を平坦に埋め込まれた状態で含む層が形成されており、該電流阻止領域の上に、該第１導電型クラッド層および該第２導電型第１クラッド層よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層が形成されており、該電流注入領域と該電流阻止領域が対向していることを特徴とする半導体発光装置を提供する。
【０００９】
本発明の半導体発光装置では、電流注入領域の対向域全体に電流阻止領域が形成されていることが好ましい。また、電流阻止領域は基板に形成されていることが好ましい。さらに、活性層が少なくともＧａおよびＮを構成元素として含むことが好ましく、具体的には窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなることが好ましい。
【００１０】
本発明の半導体発光装置の基板は導電性基板であることが好ましく、具体的には窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2）、アルミニウム酸マグネシウム（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、または砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなることが好ましい。また、基板としてサファイア（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）を用いることも好ましい。
本発明の半導体発光装置は半導体レーザなどとして有用である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の半導体発光装置について詳細に説明する。
本発明の半導体発光装置は、基板、該基板上に形成された活性層、該活性層の上部に形成されたストライプ状の電流注入領域を少なくとも有するものである。その特徴は、基板に電流阻止領域が形成されているか、あるいは基板と該活性層との間に電流阻止領域を含む層が形成されており、該電流注入領域と該電流阻止領域が対向していることにある。なお、本明細書において「電流阻止領域」とは、ある層ないし基板の一部を構成する領域であって電流をブロックする機能を有するものをいう。
【００１２】
本明細書において「Ａ層の上に形成されたＢ層」という表現は、Ａ層の上面にＢ層の底面が接するようにＢ層が形成されている場合と、Ａ層の上面に１以上の層が形成されさらにその層の上にＢ層が形成されている場合の両方を含むものである。また、Ａ層の上面とＢ層の底面が部分的に接していて、その他の部分ではＡ層とＢ層の間に１以上の層が存在している場合も、上記表現に含まれる。具体的な態様については、以下の各層の説明と実施例の具体例から明らかである。
【００１３】
本発明の特徴について、本発明の好ましい一実施態様を示す図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の半導体発光装置は、基板２１、活性層３２、およびストライプ状の電流注入領域３６を少なくとも有する。基板２１の下には電極４０が形成されており、該基板２１内にはストライプ状の電流阻止領域２３が形成されている。基板２１上にはＧａＮ層２４、第１導電型クラッド層２５、活性層を有する発光層３２、第２導電型第１クラッド層３３、酸化防止層３４が順に形成されている。酸化防止層３４の上には、図に示すようにストライプ状の開口部３６を挟んで両脇に電流ブロック層３５が形成されている。このＳｉＮｘ膜が絶縁性を示すために、電流はストライプ状の開口部３６に注入されるようになっている。ストライプ状の開口部３６には、その両端のＳｉＮｘ膜３５にも乗りかかるように第２導電型第２クラッド層３７が形成されている。さらに、第２導電型第２クラッド層３７の表面全体はコンタクト層３８で覆われており、その上に電極３９が形成されている。
【００１４】
図１の態様において、電流注入領域３６と電流阻止領域２３は互いに対向するように形成されている。図２はこれらの位置関係を上から見た図である。電流注入領域３６の直下には電流注入領域よりも大きい電流阻止領域２３が形成されている。本明細書において「電流注入領域と電流阻止領域が対向する」とは、このように電流注入領域をエピタキシャル成長とは逆方向に平行移動したときに、電流阻止領域と重なる部分が存在するような位置関係にあることを意味する。重なる部分は、電流注入領域の一部と電流阻止領域の一部であってもよい。また、電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域に覆われる関係にあってもよいし、逆に電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域を覆う関係にあってもよい。
【００１５】
好ましいのは、電流注入領域を平行移動したときにその全体が電流阻止領域に覆われる関係にある態様である（請求項２）。特に、電流注入領域を平行移動したときに電流注入領域の中心線が電流阻止領域の中心線に重なるか、近傍にあることが好ましい。これらの好ましい態様では、ストライプ状の電流注入領域の幅（ａ）は電流阻止領域の幅（ｂ）よりも小さく、その差（ｂ−ａ）は、下限としては１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。上限としては、５０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。なお、幅が一定でない場合は、全長の平均幅が上記範囲内におさまればよい。
【００１６】
電流阻止領域は絶縁性であるか、または活性層下側のクラッド層と反対の導電型であるため、電流は電流阻止領域の外側を迂回して流れることになる。このため、通電による転位は電流阻止領域の外側で上方に伝搬するが、電流阻止領域の上方には伝搬しにくくなる。すなわち、電流阻止領域の下側に存在した貫通転位を電流阻止領域によって止めることが可能となる。このため、本発明にしたがって、電流阻止領域の上方に対向するように電流注入領域を形成しておけば、該電流注入領域の直下にあたるストライプ状の活性層部分へは転位が伝搬しにくくなる。したがって、本発明の構成を採用することによって、出力と信頼性を高めることができる。
【００１７】
以下において、本発明の半導体発光装置を構成する各層の詳細を説明する。
本発明の半導体発光装置を構成する基板は、ＩｎＡｌＧａＮ系エピタキシャル層の成長が可能であれば、特に制約はない。例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2）、アルミニウム酸マグネシウム（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の基板を用いることができる。ただし、低温バッファ層、クラック防止層の挿入および選択成長を利用した貫通転位を低減させる手法（ＥＬＯＧ、ＦＩＥＬＯなど）を取り入れることにより、半導体レーザ等の発光素子に適した窒化物半導体を成長させることができる。また、裏面側に電極を取れるようにするためには、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等の基導電性基板が好ましい。さらに、その上に積層する層と格子整合し、かつ熱膨張係数が同じとなるＧａＮあるいはＡｌＧａＮバルク単結晶基板からなるホモ基板がより好ましい。これらのホモ基板は、転位密度を大幅に下げた場合においても、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の成長前に基板界面に転位が形成されてしまうので、本発明の効果を有効に利用できる。
【００１８】
基板上には、基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために厚さ０．２〜２μｍ程度のバッファ層を形成しておくことが好ましい。ただし、バッファ層は必ずしも形成しなくてもよい。
【００１９】
基板上には、活性層を含む化合物半導体層を形成する。化合物半導体層は、活性層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層、他方のエピタキシャル側の層は第２導電型クラッド層として機能する。このほか光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。これらの屈折率の大小関係は、各層の材料組成を当業者に公知の方法にしたがって適宜選択することにより調節することができる。例えば、ＡｌxＧａ1-xＡｓ、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ、ＡｌxＧａ1-xＮなどのＡｌ組成を変化させることによって屈折率を調節することができる。
【００２０】
電流阻止領域は活性層の下側（例えば、基板、バッファ層、クラッド層の内部あるいはその上）に選択的に形成される。成長回数低減や表面酸化抑制の観点から、基板内に電流阻止領域を形成することが好ましい。このことにより、劈開、組立等の歩留まりを向上し、また、ジャンクション・ダウンで組み立てた場合に十分なＬＤ特性が得られ、さらに、非可逆的光損傷（ＣＯＤ）レベルを高めたり、素子の信頼性を向上させることができる。
電流阻止領域の厚みは、薄すぎると電流ブロックの機能が不十分となり、厚くなりすぎると通過抵抗が大きくなるなってしまう。具体的には、下限は０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。上限は、５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましい。
【００２１】
電流ブロック領域は端面近傍にも形成することができる。この端部での電流非注入構造により、端面での電流再結合を低減することが可能となり、非可逆的光損傷（ＣＯＤ）レベルを高めたり、素子の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
本発明にしたがって、電流阻止領域を平坦に埋め込んで形成すれば、光導波路に大きな段差が生じることなく、端面近傍にも電流阻止領域を形成することができ、端部での光導波損失の発生を防止でき、ジャンクション・ダウン組立時におけるストレスを低減することが可能となる。このとき、光導波路が実質的に一直線上にあることが好ましく、具体的には端部における光導波路の段差が波長の１／１０以下であることが好ましい。
【００２３】
端面での電流阻止領域は、狭すぎると、電流非注入の効果が低減したり、劈開が困難になるなどの問題が生じてしまい、広すぎると、損失が大きくなりすぎて動作電流などのレーザ特性を劣化させてしまう。具体的には、下限は２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上が好ましい。上限は、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下が好ましい。
【００２４】
電流阻止領域の形成方法は、特に限定されないが、電流阻止領域は、不純物拡散あるいは不純物注入により形成することが好ましい。このとき、結晶成長装置内で不純物拡散層を形成し、引き続き該結晶成長装置内で熱処理を行うことにより製造することがより好ましく、結晶成長装置が有機金属気相成長装置であることがさらに好ましい。また、不純物拡散層は前記電流阻止領域に対して選択エッチングにより除去することが、平坦化の観点から好ましい。
【００２５】
製造上の容易性や制御性を考慮すると、不純物拡散プロセスとして、薄膜成長装置内で拡散源を有する層の成長とアニールプロセスとを一貫して行うことが好ましい。さらに、端部でのリーク電流低減のために不純物拡散層は少なくともレーザチップ作製プロセス終了までに除去しておくことが好ましい。
【００２６】
拡散させる不純物は、拡散プロセス温度の低減の観点から、拡散定数の大きいものが好ましく、例えば亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）、銅（Ｃｕ）などが挙げられる。また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体に対しては、例えば、ｐ型不純物として、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）など、ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）などが挙げられる。また、高抵抗化することができる不純物でもよく、例えば、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）などの遷移元素、水素（Ｈ）など、特にＩＩＩ−Ｖ族半導体に対しては、ボロン（Ｂ）、酸素（Ｏ）などが挙げられる。
【００２７】
また、不純物のドーピング法として、上記の好ましい方法以外に例えばイオン注入法を採用してもよい。イオン注入後に熱処理を行い、不純物を拡散させることができる。ただし、高エネルギーであるいは質量数の大きい不純物を注入すると、多量の欠陥（特に、ドーズ量が多い場合）が発生するので好ましくない。
【００２８】
電流阻止領域の上には抵抗率が低い層を形成することが好ましく、ＩＩＩ族窒化物の場合であれば例えばＧａＮからなる層を形成することが好ましい。このＧａＮ層の抵抗率は、その上の第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層に比べて小さくすることができる。このため、電流阻止領域の上部には充分に電流が回り込むことができ、電流阻止領域を形成しても活性層への電流注入に大きな影響を与えずに済ませることができる。
【００２９】
さらにその上に形成される第１導電型クラッド層は、活性層よりも屈折率の小さい材料で形成される。また、第１導電型クラッド層の屈折率は、第２導電型クラッド層の屈折率よりも大きいことが好ましい。例えば、第１導電型のＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。第１導電型クラッド層のキャリア濃度は、下限は１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以上がより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は２×１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００３０】
第１導電型クラッド層は、単層からなるものであるときは、好ましくは０．５〜４μｍ、より好ましくは１〜３μｍ程度の厚みを有するが、第１導電型クラッド層は第１導電型第１クラッド層と第１導電型第２クラッド層の複数層からなるものであってもよい。具体的には活性層側にＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなるクラッド層と、その層よりも基板側に第１導電型のＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓＰからなるクラッド層が形成されている態様を例示することができる。このとき、活性層側の層の厚さは薄くすることが好ましく、厚さの下限としては０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましい。また、基板側の層のキャリア濃度は、下限２×１０17ｃｍ-3〜以上が好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がより好ましい。上限は３×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下がより好ましい。
【００３１】
本発明の半導体発光装置を構成する発光層の構造は特に制限されない。発光層は、光ガイド層に挟まれた活性層からなるものであるのが好ましい。また、電流リーク抑制層が形成されていてもよい。
【００３２】
活性層の構造は、特に制限されず、例えば三重量子井戸構造（ＴＱＷ）をとることができる。この三重量子井戸構造（ＴＱＷ）は、例えばバリア層（ノンドープ）に挟まれた３層の量子井戸層（ノンドープ）からなる構造を有する。この三重量子井戸構造以外にも、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、二重量子井戸構造（ＤＱＷ）や４層以上の量子井戸層を有する多量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。活性層を量子井戸構造とすることにより、単層のバルク活性層と比較して、短波長化かつ低しきい値化を達成することができる。
【００３３】
活性層の材料としては、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどを例示することができる。ＧａとＩｎを構成元素として含む材料である場合は、自然超格子が形成されやすいために、オフ基板を用いることによる自然超格子抑制の効果が大きくなる。
【００３４】
活性層が量子井戸構造を有している場合、混晶化の容易さの観点から、次の構造が好ましい。すなわち、（１）混晶化前後での組成の変化量を大きくできることから、活性層が単一の井戸層を有している（単一量子井戸）こと、（２）活性層が複数の井戸層を有している（多重量子井戸）場合、混晶化領域中央付近でのバンドギャップの低減を抑制するために、混晶組成井戸層に挟まれたバリア層の厚みが井戸層よりも大きいこと、（３）混晶化前後でのバンドギャップ変化を大きくするために、井戸層に圧縮歪みがかっかっていること、（４）井戸層の構成元素に比較的低温で拡散しやすいＩｎが含まれていること、（５）井戸層を挟むバリア層あるいはガイド層の構成元素にバンドギャップを小さくするＩｎが含まれていないこと、（６）井戸層を挟むバリア層あるいはガイド層の構成元素にバンドギャップを大きくするＡｌが含まれていることが好ましい。
活性層はアンドープでもよいし、またｎ型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしてもよい。不純物は井戸層、バリヤ層両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。
【００３５】
活性層の上下に形成することができる光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用する。光ガイド層としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１０ｎｍ〜３μｍ、さらに好ましくは２０ｎｍ〜０．５μｍの膜厚で成長させることが望ましい。またこの光ガイド層にｎ型不純物をドープしても良い。
【００３６】
また、発光層には、電子リーク抑制層を形成することもできる。例えば、活性層と光ガイド層の間に形成することができる。電流リーク抑制層は０．１μｍ以下の膜厚で形成すれば素子の出力を向上することができる傾向にある。膜厚の下限は特に限定しないが、５ｎｍ以上の膜厚で形成することが望ましい。
【００３７】
活性層の上には、第２導電型クラッド層が形成される。第２導電型クラッド層は２層以上形成してもよい。以下の説明では、活性層に近い方から順に第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層の２層を有する好ましい態様を例にとって説明する。
【００３８】
第２導電型第１クラッド層は、活性層よりも屈折率の小さい材料で形成される。例えば、第２導電型のＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体を用いることができる。第２導電型クラッド層がＡｌを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で構成されている場合は、その成長可能な実質的全面をＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＮ等のＡｌを含まないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で覆えば表面酸化を防止することができるため好ましい。
【００３９】
第２導電型第１クラッド層のキャリア濃度は、下限は２×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、５×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、７×１０17ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は５×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、２×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。厚さの下限としては０．０１μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．０７μｍ以上が最も好ましい。上限としては、０．５μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、０．２μｍ以下が最も好ましい。
【００４０】
第２導電型第１クラッド層は活性層の上に形成する。本発明の好ましい実施様態では、第２導電型第１クラッド層の屈折率は、第１導電型クラッド層の屈折率よりも小さい。このような態様を採用することにより、活性層から光ガイド層側へ有効に光がしみ出すように光分布（近視野像）を制御することができる。また、活性領域（活性層の存在する部分）から不純物拡散領域への光導波損失を低減することもできるため、高出力動作におけるレーザ特性や信頼性の向上を達成することができる。
【００４１】
本発明の半導体発光装置を構成する電流注入領域は、第２導電型第１クラッド層の上方に形成される。電流注入領域は、通常は電流ブロック層に挟まれた開口部からなる。電流ブロック層の材料は半導体であれば、特に限定されない。電流ブロック層の材料として半導体を用いた場合は、誘電体膜と比較して熱伝導率が高いために放熱性が良い、劈開性が良い、平坦化しやすいためにジャンクション・アップで組み立てやすい、コンタクト層を全面に形成しやすいのでコンタクト抵抗を下げやすいなどの利点がある。
【００４２】
電流ブロック層の屈折率は、電流ブロック層に挟まれた第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも低くする（実屈折率ガイド構造）。このような屈折率の制御を行うことによって、従来のロスガイド構造に比べて動作電流を低減することが可能になる。電流ブロック層と第２導電型第２クラッド層との屈折率差は、電流ブロック層が化合物半導体の場合、下限は０．００１以上が好ましく、０．００３以上がより好ましく、０．００７以上が最も好ましい。上限は、１．０以下が好ましく、０．５以下がより好ましく、０．１以下が最も好ましい。電流ブロック層が誘電体の場合、下限は０．１以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．７以上が最も好ましい。上限は、３．０以下が好ましく、２．５以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。
【００４３】
電流ブロック層は、光分布（特に横方向の光分布）を制御したり電流阻止の機能を向上させるために、屈折率、キャリア濃度又は導電型が異なる２つ以上の層から形成してもよい。電流ブロック層の上には表面保護層を形成して、表面酸化の抑制あるいはプロセス上の表面保護を図ることができる。表面保護層の導電型は特に規定されないが、第２導電型とすることにより、電流阻止機能の向上を図ることができる。
【００４４】
電流ブロック層の導電型は、第１導電型又は高抵抗（アンドープもしくは深い順位を形成する不純物（Ｏ、Ｃｒ、Ｆｅなど）をドープ）、あるいはこれら２つの組み合わせのいずれであってもよく、導電型あるいは組成の異なる複数の層から形成されていてもよい。例えば、活性層に近い側から第２導電型あるいは高抵抗の半導体層、および第１導電型の半導体層の順に形成されている電流ブロック層を好ましく用いることができる。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、厚さは０．１μｍ以上であるのが好ましく、０．５μｍ以上であるのがより好ましい。素子としてのサイズ等を勘案すれば、０．１〜３μｍ程度の範囲から選択するのが好ましい。
【００４５】
電流ブロック層の上側層として、開口部内部および少なくとも開口部両脇の電流ブロック層上の一部にいたるように第２導電型第２クラッド層を形成することが好ましい。第２導電型第２クラッド層は、開口部の上側表面をすべて覆い且つ開口部両脇の電流ブロック層上の一部に延在されるように形成することが好ましい。不純物拡散により形成される窓領域を光導波路の両端部分の比較的狭い範囲に自己整合的に形成し、その電流ブロック層をそのまま用いて第２導電型第２クラッド層が開口部の両脇の電流ブロック層上の一部まで延在されるように形成すれば、素子特性を十分に安定化させることができる。
【００４６】
第２導電型第２クラッド層のキャリア濃度は、下限は５×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、７×１０17ｃｍ-3以上がより好ましく、１×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は１×１０19ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００４７】
第２導電型第２クラッド層の厚さは、薄くなりすぎると光閉じ込めが不十分となり、厚くなりすぎりと通過抵抗が増加してしまうことを考慮して、下限は０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましい。上限は３．０μｍ以下が好ましく、２．０μｍ以下がより好ましい。
【００４８】
電流ブロック層と第２導電型第２クラッド層を形成した後にさらに電極を形成するに先立ち、電極材料との接触抵抗を低減するために、低抵抗（高キャリア濃度）のコンタクト層を形成することが好ましい。特に電極を形成しようとする最上層表面の全体にコンタクト層を形成したうえで電極を形成することが好ましい。
【００４９】
このとき、コンタクト層の材料は、通常はクラッド層よりバンドギャップが小さい材料の中から選択し、金属電極とのオーミック性を取るため低抵抗で適当なキャリア密度を有するのが好ましい。キャリア密度の下限は、１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、３×１０18ｃｍ-3以上がより好ましく、５×１０18ｃｍ-3以上が最も好ましい。上限は、２×１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、３×１０18ｃｍ-3以下が最も好ましい。コンタクト層の厚みは、０．１〜１０μｍが好ましく、１〜８μｍがより好ましく、２〜６μｍがもっとも好ましい。
【００５０】
次に、電流注入領域、すなわち電流ブロック層に形成される開口部について説明する。
電流ブロック層の開口部は、上側（コンタクト層側）よりも下側（活性層側）の方が小さくなるようにする方が、通過抵抗の低減（動作電圧および発熱の低減）の観点から好ましい。
【００５１】
電流ブロック層の開口部は、両端部まで伸長しているストライプ状の開口部であってもよいし、一方の端部まで伸長しているが他方の端部までは伸長していない開口部であってもよい。開口部が両端部まで伸長しているストライプ状の開口部である場合は、端部窓構造領域における光の制御がより容易になり、端面における横方向の光の拡がりを小さくすることができる。一方、開口部が端面からある程度内側に入った部分に形成されている場合は、端面付近で電流を非注入にすることができるため、端面での電流の再結合を防ぐとともに、クラッド層などからの電流の回り込みを最小限にとどめることができる。開口部の構造はこのような利点を考慮しながら、使用目的に応じて適宜決定することが好ましい。
【００５２】
オフアングルの方向は、電流ブロック層に形成される開口部の伸びる方向（長手方向）に直交する方向から、±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。また、開口部の方向は、基板の面方位が（１００）の場合、［０１−１］またはそれと等価な方向が、オフアングルの方向は［０１１］方向またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向が好ましく、±７°以内の方向がより好ましく、±２°以内の方向が最も好ましい。なお、本明細書において「［０１−１］方向」という場合は、一般的なＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はＶＩ族元素が現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。
【００５３】
本発明の実施態様は上記の開口部が［０１−１］方向の場合に限定されない。例えば、開口部が［０１１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びている場合、例えば、成長条件により、成長速度に異方性をもたせることができ、（１００）面では速く、（１１１）Ｂ面ではほとんど成長しないようにすることができる。その場合、（１１１）Ｂ面を側面とする第２導電型第２クラッド層が形成される。この場合も次にコンタクト層を形成する際、より等方性の強い成長が起こる条件を選ぶことにより、（１００）面の頂部とともに（１１１）Ｂ面からなる側面にも全面的にコンタクト層が形成される。
【００５４】
同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、開口部の伸びる方向は、例えば（０００１）面上では［１１−２０］又は［１−１００］が好ましい。ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）ではどちらの方向でもよいが、ＭＯＶＰＥでは［１１−２０］方向がより好ましい。
【００５５】
本発明の半導体発光装置を設計するに際しては、まず、所望の垂直拡がり角を得るために活性層の厚みとクラッド層の組成を決定する。通常、垂直拡がり角を狭くすると活性層からクラッド層への光の浸みだしが促進され、端面での光密度が小さくなり、出射端面の光学的損傷（ＣＯＤ）レベルが向上することができるので、高出力動作を必要とする時には比較的に狭めに設定されるが、下限は活性層内の光閉じ込めの低減による発振しきい値電流の増大及びキャリアのオーバーフローによる温度特性の低下を抑制することで制限があり、下限は、１５°以上が好ましく、１７°以上がより好ましく、１９°以上が最も好ましい。上限は、３３°以下が好ましく、３１°以下がより好ましく、３０°以下が最も好ましい。
【００５６】
次に、垂直拡がり角を決定すると、高出力特性を大きく支配する構造パラメータは活性層と電流ブロック層との間の距離ｄｐと開口部底部における幅（以下「開口幅」という）Ｗとなる。なお、活性層と電流ブロック層との間に第２導電型第１クラッド層のみが存在する場合、ｄｐは第２導電型第１クラッド層の厚みとなる。また、活性層が量子井戸構造の場合、最も電流ブロック層に近い活性層と電流ブロック層との距離がｄｐになる。
【００５７】
ｄｐについては、上限は０．３０μｍ以下が好ましく、０．２０μｍ以下がより好ましく、０．１５μｍ以下がもっとも好ましい。下限は０．０３μｍ以上が好ましく、０．０５μｍ以上がより好ましく、０．０７μｍ以上がもっとも好ましい。ただし、使用目的（拡がり角をどこに設定するかなど）、材料系（屈折率、抵抗率等）などが異なると、上記の最適範囲も少しシフトする。また、この最適範囲は上記の各構造パラメータがお互いに影響し合うことにも注意を要する。
【００５８】
開口部底部における開口幅Ｗは、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。また、横モードをシングルモード（単一ピークの横方向光強度分布）にするためには、高次モードのカットオフ及び空間的ホールバーニングの防止の観点からＷをあまり大きくすることができず、Ｗの上限は７μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましい。
【００５９】
高出力動作を実現するには、開口部底部における開口幅Ｗを広くすることが端面での光密度低減の観点から有効であるが、動作電流を低減するためには開口幅を狭くすることが、導波路ロス低減の観点から好ましい。そこで、ゲイン領域となる中央付近の開口幅Ｗ２を比較的狭くし、端部付近の開口幅Ｗ１を比較的広くなるようにすることにより、低動作電流と高出力動作を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる（図３（ａ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ１については、上限が１０００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であるがより好ましい。下限が２μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。中央部幅Ｗ２については、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６０】
さらに横モードをシングルモードにするためには、端部幅Ｗ１の上限は、７μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましい。中央部幅Ｗ２の上限は、６μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は５μｍ以下が好ましく、３μｍ以下がより好ましく、２μｍ以下が最も好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６１】
高い信頼性を維持しつつビームが円形に近いレーザを達成するためには、上記ｄｐとＷを適切な範囲に制御性良く納めることが必要となる。
【００６２】
円形に近いビームを実現するには、開口幅を狭くすることが有効であるが、開口幅を狭くすると注入電流密度が密度がバルク劣化抑制の観点から好ましくない。そこで、ゲイン領域となる中央部幅Ｗ２を比較的広くし、端部付近を比較的狭くなるようにすることにより、ビームスポット低減と低動作電流を同時に実現することができ、高い信頼性も確保することができる（図３（ｂ））。すなわち、端部（劈開面）幅Ｗ１については、上限が１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であるがより好ましく、３μｍ以下であるがもっとも好ましい。下限が０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。中央部幅Ｗ２については、上限が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。下限が１μｍ以上であることが好ましく、１．５μｍ以上であることがより好ましく、２μｍ以上であることがもっとも好ましい。端部幅Ｗ１と中央部幅Ｗ２の差については、上限は１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましい。下限については、０．２μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましい。
【００６３】
上記の漸増部分あるいは漸減部分、端部の長さは所望の特性に応じて、設計すればよいが、漸減部分の長さは、導波路損失低減の観点から、それぞれ５〜１０μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。端部の長さは、劈開精度の観点から５〜３０μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。ただし、必要に応じて、以下のように窓を作製してもよい。
【００６４】
（１）端部、漸増部分あるいは漸減部分の開口幅あるいは長さがチップ両側で非対称となるもの。
（２）端部の幅一定となる領域を設定せずに、端部まで漸増あるいは漸減としたもの。
（３）端面の片側（通常、高出力光取り出し（前端面）側）だけ開口幅が漸増あるいは漸減するようにしたもの。
（４）端部開口幅が前端面と後端面とで異なるもの。
（５）上記の（１）〜（４）のいくつかを組み合わせたもの。
また、端面付近に電極を設けないようにして、端部近傍の開口部への電流注入によるバルク劣化の抑制や端面での再結合電流を低減することは、高い信頼性での小スポット径のレーザ作製の観点から有効である。
【００６５】
端部での共振器方向における窓構造領域の長さは、短くなりすぎると再現性よく劈開することが困難となり、一方、長くなりすぎると窓領域での損失が増加するためにしきい値電流の増大やスロープ効率の低減などレーザ特性の劣化を招いてしまう。そこで、窓領域の長さは、下限として、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。上限としては、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。
【００６６】
窓領域は、両端部に形成されていることが好ましいが、片側の側面にだけ形成されていてもよい。片側にだけ形成されている場合は、より高出力のレーザ光が出射される端面側に形成されていることが好ましい。
【００６７】
本発明の半導体発光装置を製造する方法は特に制限されない。いかなる方法により製造されたものであっても、上記請求項１の要件を満たすものであれば本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
本発明の半導体発光装置を製造する際には、従来から用いられている方法を適宜選択して使用することができる。結晶の成長方法は特に限定されるものではなく、ダブルヘテロ構造の結晶成長や電流ブロック層等の選択成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハイドライドあるいはハライド気相成長法（ＶＰＥ法）、液相成長法（ＬＰＥ法）等の公知の成長方法を適宜選択して用いることができる。
【００６９】
本発明の半導体発光装置の製造方法としては、まず基板に上記例示にしたがって電流阻止領域を形成し、ＧａＮ層、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型第１クラッド層を有するダブルヘテロ構造を形成後、第２導電型第１クラッド層上に電流ブロック層を形成し、電流ブロック層を開口した後で不純物拡散用の化合物半導体層を選択成長させ、該化合物半導体層を除去した後、第２導電型第２クラッド層を形成する工程を例示することができる。この製造方法の詳細やその他の製造方法については、以下の実施例や関連技術文献から理解することができる。
【００７０】
各層の具体的成長条件等は、層の組成、成長方法、装置の形状等に応じて異なるが、ＭＯＣＶＤ法を用いてＩＩＩ族窒化物半導体層を成長する場合、ダブルへテロ構造は、成長温度９００〜１２００℃程度、Ｖ／ＩＩＩ比１，０００〜１０，０００程度で行うのが好ましい。
【００７１】
特に保護膜を用いて選択成長する部分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、マスク上へのポリの堆積を防止することができるため非常に好ましい。Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク幅あるいはマスク面積比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ半導体表面露出部のみに選択成長を行う（セレクティブモード）のに必要なＨＣｌ導入量は増加する。一方、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまうが（エッチングモード）が、Ａｌ組成が高くなるほど他の成長条件を一定とした場合、エッチングモードになるのに必要なＨＣｌ導入量は増加する。このため、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだＩＩＩ族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／ＩＩＩ族）は、下限は０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。上限は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。ただし、Ｉｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合は、組成制御が困難になりやすい。
【００７２】
グルーブ形成や選択成長に使用する保護膜は、誘電体であることが好ましく、具体的には、ＳｉＮｘ膜、ＳｉＯ2膜、ＳｉＯＮ膜、Ａｌ2Ｏ3膜、ＺｎＯ膜、ＳｉＣ膜及びアモルファスＳｉからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてグルーブを選択再成長により形成する場合に用いられる。
【００７３】
本発明の半導体発光装置を利用した半導体レーザ装置として、情報処理用光源（通常ＡｌＧａＡｓ系（波長７８０ｎｍ近傍）、ＡｌＧａＩｎＰ系（波長６００ｎｍ帯）、ＩｎＧａＮ系（波長４００ｎｍ近傍））、通信用信号光源（通常ＩｎＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓを活性層とする１．３μｍ帯、１．５μｍ帯）レーザ、ファイバー励起用光源（ＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸活性層／ＧａＡｓ基板を用いる９８０ｎｍ近傍、ＩｎＧａＡｓＰ歪み量井戸活性層／ＩｎＰ基板を用いる１４８０ｎｍ近傍など）レーザなどの通信用半導体レーザ装置などの、特に高出力動作が求められる多用な装置を挙げることができる。また、通信用レーザでも、円形に近いレーザはファイバーとの結合効率を高める点で有効である。また、遠視野像が単一ピークであるものは、情報処理や光通信などの幅広い用途に好適なレーザとして供することができる。
【００７４】
また、本発明の半導体発光装置は、半導体レーザ以外に半導体光増幅器、光検出器、光変調器、光スイッチなどの光素子およびこれらの集積装置についても応用が可能である。
さらに、本発明は半導体レーザ以外に端面発光型などの発光ダイオード（ＬＥＤ）としても応用可能である。
【００７５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例において、結晶成長はＭＯＣＶＤ法で行い、原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ドーパントにＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）およびシラン（ＳｉＨ4）を用いた。また、以下の実施例で参照している図は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。
【００７６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例に係るレーザ素子の形状を示す模式的な断面図でありリッジストライプに垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、この図を基に実施例について説明する。
まず、（０００１）Ｓｉ面を有する４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣ基板２１の全面に、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜（３０００ｎｍ）を形成し、フォトリソグラフィーにより、幅６μｍのストライプ状の開口部を（１−１００）方向に３５０μｍ間隔で多数形成した。この幅６μｍの開口部に選択的にイオン注入を行い、電流阻止領域２３をｐ型あるいは高抵抗となるようにした。注入元素として、ｐ型にするためにはＭｇが好ましく、高抵抗にするためにはＮあるいはＢが好ましい。
【００７７】
ＳｉＮｘ膜を除去したあとに、ウエハを再度ＭＯＣＶＤ装置に戻し、１０００℃で膜厚４μｍのＳｉドープｎ型（３×１０18／ｃｍ3）ＧａＮ層２４を成長させた。このとき、注入損傷はこのあとの成長前の昇温時にアニールが起こり、注入領域の結晶性が回復した。
続いて、１０５０℃で膜厚１．２μｍのＳｉドープｎ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層からなるｎ側クラッド層２５を成長させた。
【００７８】
１０５０℃で膜厚０．１μｍのアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層２６を成長させた。次に、温度を８００℃に保持して、膜厚４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層２７および膜厚１０ｎｍのアンドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層２８を交互に複数層有する総膜厚５０ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活性層２９を成長させた。次に、温度を１０５０℃に上げ、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇドープｐ型（１Ｘ１０19〜１×１０20／ｃｍ3）Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる電子リーク抑制層３０を２５ｎｍの膜厚で成長させた。続いて１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側電子リーク防止層よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層３１を０．１μｍの膜厚で成長させた。この層は、活性層の光ガイド層として作用する。
【００７９】
続いて、１０５０℃で膜厚０．４μｍのＭｇドープｐ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりなるｐ側第１クラッド層３３、膜厚０．０１μｍのｐ型（５×１０18〜５×１０19／ｃｍ3）ＧａＮからなる酸化防止層３４を成長させた。
次に、エピタキシャル基板の全面に、膜厚２０ｎｍのシリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜３５を形成した。フォトリソグラフィーにより、形成したＳｉＮｘ膜に幅３μｍのストライプ状の開口部３６を（１−１００）方向に多数形成した。このとき、電流阻止領域２３とＳｉＮｘ膜のストライプ状開口部３６の位置関係は、図２の上面図に示す関係になるようにした。
【００８０】
この後、１０５０℃で膜厚０．８μｍのＭｇドープｐ型（１Ｘ１０18〜１×１０19／ｃｍ3）Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層よりなるリッジ形状のｐ側第２クラッド層３７を成長させた。このとき、このリッジ直下が電流注入領域となり、結晶欠陥が活性層の発光領域にまで伸びてこなくなる傾向にあるため、素子を長寿命として信頼性を向上させることができた。最後に、１０５０℃で、ｐ側第２クラッド層の全面を覆うように、膜厚０．５ｎｍのＭｇドープｐ型（５Ｘ１０19〜１×１０20／ｃｍ3）ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層３８を成長させた。
【００８１】
次に、ｎ型ＳｉＣ基板を研磨して１００μｍとした後、ｐ側コンタクト層のリッジ最表面のほぼ全面にｐ側電極３９を形成し、一方、ｎ型ＳｉＣ基板表面にｎ側電極４０を形成した。この電極を形成したウエハを、ストライプ状の電極に垂直な方向にバー状に劈開して、劈開面（１−１００面）に共振器を作製し、共振器面に誘電体多層膜を形成した。
【００８２】
このレーザ素子のＳｉＣ基板の裏面側をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において連続発振を示し、良好なレーザ特性が歩留まりよく得られた。素子寿命は、電流阻止領域およびＧａＮ層を形成しなかった素子と比較して向上した。特に約３０ｍＷ以上の高出力動作においては、素子寿命は大幅に向上した（約３〜１０倍）。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置により、従来困難であった高出力かつ高信頼のＧａＮ系半導体発光装置の作製が可能となる。また、本発明は、特に導電性基板に対して充分効力があるため、ｎ側に電極を形成したＧａＮ系半導体発光装置の作製が可能となり、工業的的にも非常に有力な手法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体発光装置の具体的態様を示す図である。
【図２】 本発明の半導体発光装置の電流注入領域と電流阻止領域の関係を示す上面図である。
【図３】 本発明の半導体発光装置のストライプ状開口部の態様を示す上面図である。
【符号の説明】
２１： 基板
２３： 電流阻止領域
２４： ＧａＮ層
２５： 第１導電型クラッド層
２６： 光ガイド層
２７： 井戸層
２８： バリヤ層
２９： 活性層
３０： 電流リーク抑制層
３１： 光ガイド層
３２： 発光層
３３： 第２導電型第１クラッド層
３４： 酸化防止層
３５： 電流ブロック層
３６： ストライプ状開口部（電流注入領域）
３７： 第２導電型第２クラッド層
３８： コンタクト層
３９： 電極
４０： 電極
Ｗ１： 端部幅
Ｗ２： 中央部幅
Claims (17)
- 基板、該基板上に形成された第１導電型クラッド層、該第１導電型クラッド層上に形成された活性層、該活性層の上に形成された第２導電型第１クラッド層、該第２導電型第１クラッド層上に形成されたストライプ状の電流注入領域を有する半導体発光装置において、
該基板または該第１導電型クラッド層に電流阻止領域が平坦に埋め込まれて形成されているか、あるいは該基板と該活性層との間に電流阻止領域を平坦に埋め込まれた状態で含む層が形成されており、
該電流阻止領域の上に、該第１導電型クラッド層および該第２導電型第１クラッド層よりも低い抵抗率を有する低抵抗率層が形成されており、
該電流注入領域と該電流阻止領域が対向していることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記電流注入領域の対向域全体に前記電流阻止領域が形成されていること特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
- 前記電流阻止領域が前記基板に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
- 前記電流注入領域が電流ブロック層に挟まれた開口部からなり、前記電流ブロック層に挟まれた領域に第２導電型第２クラッド層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記電流ブロック層の屈折率が前記第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
- 前記電流阻止領域が不純物拡散または不純物注入で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記低抵抗率層はＧａＮ層であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記活性層が少なくともＧａおよびＮを構成元素として含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記活性層が、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板が導電性基板であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記導電性基板が窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム酸リチウム（ＬｉＧａＯ2）、アルミニウム酸マグネシウム（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、シリコン（Ｓｉ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、または砒化ガリウム（ＧａＡｓ）からなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光装置。
- 前記基板がサファイア（Ａｌ 2 Ｏ 3 ）であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体発光装置が半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体発光装置。
- 請求項１に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記平坦に埋め込まれた電流阻止領域を、不純物拡散または不純物注入により形成する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記不純物拡散または不純物注入をストライプ状の開口部を通して行うことを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記ストライプ状の開口部が膜内に設けられており、前記不純物拡散または不純物注入を行った後に前記膜を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光装置の製造方法。
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