JP3957359B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体レーザや窒化ガリウム系化合物発光ダイオードとして好適な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は化合物半導体レーザ（化合物半導体レーザ素子）の一従来例を示す。この化合物半導体レーザ素子は、内部電流阻止層を有するＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザであり、例えば、特開昭６２−２００７８６号公報に開示されている。
【０００３】
以下にこの半導体レーザの構造を概略製造プロセスと共に説明する。まず、ＭＯＣＶＤ装置内において、Ｎ型ＧａＡｓ基板２００上にＮ型ＧａＡｓバッファ層２０１、Ｎ型ＩｎＧａＰバッファ層２０２及びＮ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０３をこの順に積層形成し、続いて、Ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０３上にＩｎＧａＰ活性層２０４を積層形成する。
【０００４】
続いて、ＩｎＧａＰ活性層２０４上にＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５、Ｐ型ＩｎＧａＡｌＰコンタクト層２０６及びＰ型ＧａＡｓコンタクト層２０７を形成する。
【０００５】
次に、Ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８及びＰ型ＧａＡｓコンタクト層２０７を積層し、その後、Ｐ型用電極２０９、Ｎ型用電極２１０を形成し、これで光導波構造及び内部電流阻止層を有するＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザ素子が作製される。
【０００６】
なお、図中の符号２０５’はエッチングストッパ層を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザ素子は、その製造プロセスに起因して、以下に示す問題がある。
【０００８】
即ち、この製造プロセスによれば、製造プロセスの途中で、半導体層が積層されたＮ型ＧａＡｓ基板２００（ウエハー）をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ウエットエッチング又はドライエッチングを用いて、Ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５にストライプ状の凸部を形成し、この露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５の表面を有するウエハーを再びＭＯＣＶＤ装置内にて、露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５の表面上の一部にＮ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８を再成長する工程を要するが、この再成長工程において、基板温度を約７００℃まで昇温しなければない。
【０００９】
このため、この昇温中において、例えば、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、不純物等が蒸発することに起因して、露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５表面の表面荒れが発生する。また、凸部のストライプ幅Ｗ及びＮ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８とＩｎＧａＰ活性層２０４との間隔ｔの形状変形が発生する。
【００１０】
それ故、上記構造の化合物半導体レーザにおいては、再成長層の内部電流阻止層の結晶性の劣化、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層との間隔ｔの形状変形に起因して半導体レーザの電気的特性及び光学的特性が劣化し、信頼性が低下するという問題があった。
【００１１】
このような問題は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においても同様に発生する。
【００１２】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、品質の高い再成長界面を有し、電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板上に積層構造体が形成された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、該積層構造体は、活性層と、該活性層を挟む一対のクラッド層であって、該一対のクラッド層の内、該基板から遠い方のクラッド層がストライプ状の凸部を有するクラッド層と、該ストライプ状の凸部上の一部に形成された表面蒸発保護層及び内部電流阻止層と、該内部電流阻止層及び該基板から遠い方の露出した該クラッド層の表面を覆う再成長層とを備え、該表面蒸発保護層をＧａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で積層しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
好ましくは、前記基板が導電型基板又は非導電型基板であり、前記表面蒸発保護層がＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）であり、前記積層構造体がＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜ｓ≦１，０≦ｔ＜１，０＜ｓ＋ｔ≦１）である構成とする。
【００１５】
また、好ましくは、前記基板が第一導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に形成された第一導電型バッファ層と、該第一導電型バッファ層上に形成された第一導電型クラッド層と、該第一導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部表面の一部に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する構成とする。
【００１６】
また、好ましくは、前記基板が非導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に形成された第一バッファ層、第一導電型の第二バッファ層、第一導電型クラッド層、活性層及びストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部表面の一部に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する構成とする。
【００１７】
前記の低温基板温度としては、４００℃〜６５０℃が好ましい。
【００１８】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、Ｎ型基板上にＮ型ＧａＮバッファ層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上にＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ ０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該凸部表面の一部にＮ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌwＧａ1-wＮ内部電流阻止層上にＰ型コンタクト層を積層する工程とを包含し、該Ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、Ｐ型基板上にＰ型ＧａＮバッファ層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸状に形成する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＰ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌwＧａ1-wＮ内部電流阻止層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、該Ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、非導電型基板上にＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｎ型ＧａＮ第二バッファ層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｎ型クラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＮ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上にＰ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、該Ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、非導電型基板上にＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｐ型ＧａＮ第二バッファ層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＰ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程と包含し、該Ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
前記製造方法における前記低温基板温度としては、４００℃〜６５０℃が好ましい。
【００２３】
以下に本発明の作用を説明する。
【００２４】
上記のように、本発明では、例えば基板温度を約１０５０℃まで昇温する前に、基板温度４００℃〜６５０℃の低温基板温度にて、露出した凸形状（凸部）を有するクラッド層の表面上に表面蒸発保護層を積層し、その後、基板温度を約１０５０℃まで昇温して電流阻止層（内部）を積層している。
【００２５】
このため、本発明によれば、例えば、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発するのを防止できるので、露出したクラッド層表面の表面荒れを防止できる。また、凸部のストライプ幅Ｗ及び内部電流阻止層と活性層の間隔ｔの形状変形を発生することがない。
【００２６】
なお、４００℃〜６５０℃といった低温基板温度にて積層した表面蒸発保護層は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層は多結晶から単結晶になり、特に、この表面蒸発保護層の上に再成長する電流阻止層の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００２７】
上記のことより、露出した凸形状を有するクラッド層の表面上に表面蒸発保護層を積層することにより、再成長のための昇温中に、露出した凸形状を持つクラッド層表面の表面荒れ、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層との間隔ｔの形状変形が発生する問題はなくなるので、品質の高い再成長界面を持つ電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。なお、本発明でいう窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜ｓ≦１，０≦ｔ＜１，０＜ｓ＋ｔ≦１）も含むものとする。
【００２９】
（実施形態１）
図１及び図２は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態１を示す。本実施形態１は、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
【００３０】
なお、本実施形態１の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、有機金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用い、基板としてＮ型ＳｉＣ基板、Ｖ族原料としてアンモニアＮＨ3、III族原科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）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物としてモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとしてＨ2及びＮ2を用いて作製した。
【００３１】
以下に、図２（ａ）〜（ｇ）に基づき、この窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造をその製造プロセスと共に説明する。
【００３２】
まず、１回目の結晶成長を行うため、Ｎ型ＳｉＣ基板（ウエハー）１をＭＯＣＶＤ装置（図示せず）のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、Ｎ型ＳｉＣ基板１の基板温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、Ｎ型ＳｉＣ基板１にＮ型ＧａＮバッファ層２を１０ｎｍ〜４μｍ程度成長させる。
【００３３】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。
【００３４】
次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させ、続いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００３５】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｍｇ高ドープＡ１0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上に、例えば、ＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成し、続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００３６】
続いて、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０及びＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００３７】
ここで、図１に示す、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７とＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４との間隔ｔ（より具体的には、後述のＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６とＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４との間隔）は、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００３８】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００３９】
この成長工程では、まず、基板温度を４００℃〜６５０℃程度に設定し、露出したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５上にＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層（内部電流阻止層）７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００４０】
ここで、低温基板温度にて積層したＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００４１】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３、例えばＳｉＯx又はＳｉＮx１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００４２】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００４３】
この成長工程では、まず、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型電流阻止層７等を覆うようにしてＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００４４】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上にＰ型用電極９を形成する。また、Ｎ型ＳｉＣ基板１の底面にＮ型用電極１０を形成する（同図（ｇ）参照）。
【００４５】
以上の製造プロセスを経て、図１に示す断面構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００４６】
以上のように、本実施形態１の窒化ガリウム系化合物半導体レーザによれば、エッチング工程によって露出した凸形状を持つクラッド層５の表面上に表面蒸発保護層６を積層するので、再成長のための昇温中に、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発することがないので、露出した凸形状を有するクラッド層５の表面、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層７と活性層４との間隔ｔの形状変形が発生する問題はなくなる。このため、本実施形態１によれば、品質の高い再成長界面を持つ電気的及び光学的特性に優れ、高い信頼性の光導波構造を持つ内部電流阻止型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００４７】
（実施形態２）
図３は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態２を示す。本実施形態２も、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
【００４８】
なお、本実施形態２においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００４９】
以下に、図３（ａ）〜（ｇ）に基づき、本実施形態２の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを説明する。
【００５０】
まず、１回目の結晶成長を行うため、Ｐ型ＳｉＣ基板１１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、Ｐ型ＳｉＣ基板１１の基板温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、Ｐ型ＳｉＣ基板１１にＭｇドープＧａＮバッファ層２２を１０ｎｍ〜４μｍ程度成長させる。次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００５１】
次に、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５を０．１μｍ〜０．３μｍｍ程度成長させ、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００５２】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＮ型高ドープＡ１0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００５３】
次いで、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’及びＮ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００５４】
ここで、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００５５】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００５６】
この成長工程では、基板温度４００℃〜６５０℃程度にてＭｇドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させ、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００５７】
本実施形態２においても、低温基板温度にて積層された表面蒸発保護層６６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００５８】
次いで、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００５９】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００６０】
この成長工程では、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００６１】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８の上にＮ型用電極１０を形成し、Ｐ型ＳｉＣ基板１１の底面にＰ型用電極９を形成する（同図（ｇ）参照）。以上のプロセスを経て本実施形態２の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００６２】
本実施形態２においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００６３】
（実施形態３）
図４及び図５は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態３を示す。本実施形態３も、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。但し、本実施形態３の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、基板としてサファイヤ基板１’を用い、Ｎ型ＧａＮ層２上にＮ型用電極１０を形成する点が上記実施形態１及び実施形態２とは異なっている。
【００６４】
なお、本実施形態３においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００６５】
以下に、図５（ａ）〜（ｈ）に基づき、本実施形態３の窒化ガリウム系半導体レーザの製造プロセスについて説明する。
【００６６】
まず、１回目の結晶成長を行うため、サファイヤ基板１’をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、サファイヤ基板１’の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温し、サファイヤ基板１’の表面にＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２’を２０ｎｍ〜１００ｎｍ成長させる。
【００６７】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型ＧａＮ層２を０．５μｍ〜４μｍ程度成長させ、次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。
【００６８】
次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を０．１ｎｍ〜０．３μｍ程度成長させ、続いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００６９】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００７０】
次に、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０及びＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００７１】
ここで、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００７２】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００７３】
この成長工程では、まず、基板温度４００℃〜６５０℃程度にて、Ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００７４】
本実施形態３においても、表面蒸発保護層６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００７５】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００７６】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００７７】
この成長工程では、まず、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００７８】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ型ＧａＮ層２の表面が露出するまでエッチング１５を施す（同図（ｇ）参照）。
【００７９】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上にＰ型用電極９を形成し、Ｎ型ＧａＮ層２の露出面にＮ型用電極１１を形成する（同図（ｈ）参照）。以上のプロセスを経て、図４に示す断面構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００８０】
本実施形態３においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００８１】
（実施形態４）
図６は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態４を示す。本実施形態４の窒化ガリウム系化合物半導体レーザも、基板としてサファイヤ基板１’を用い、Ｎ型ＧａＮ層８８上にＮ型用電極１０を形成している。
【００８２】
なお、本実施形態４においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００８３】
以下に、図６（ａ）〜（ｈ）に基づき、本実施形態４の窒化ガリウム系半導体レーザの製造プロセスについて説明する。
【００８４】
まず、１回目の結晶成長を行うため、サファイヤ基板１’をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、サファイヤ基板１’の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温し、サファイヤ基板１’にＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２’を２０ｎｍ〜１００ｎｍ成長させる。
【００８５】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮ層２２を０．５μｍ〜４μｍ程度成長させる。次に、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００８６】
続いて、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００８７】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上の絶縁膜１３を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００８８】
次に、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’及びＮ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００８９】
ここで、上記各実施形態同様に、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００９０】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００９１】
この成長工程では、まず、基板温度を４００℃〜６５０℃程度にて、まず、ＭｇドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００９２】
本実施形態４においても、表面蒸発保護層６６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護眉６６は多結晶から単結晶になるので、特に電流阻止層７７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００９３】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００９４】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００９５】
この成長工程では、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００９６】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ＭｇドープＧａＮ層２２の表面が露出するまでエッチング１５を施す（同図（ｇ）参照）。
【００９７】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８の上にＮ型用電極１０を形成し、また、露出したＭｇドープＧａＮ層２２の上にＰ型用電極９を形成する（同図（ｈ）参照）。以上のプロセスを経て、本実施形態４の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００９８】
本実施形態４においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００９９】
なお、上記の各実施形態では、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザについて適用する場合について説明したが、本発明は窒化ガリウム系化合物発光ダイオードについても同様に適用することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、露出した凸形状を有するクラッド層の表面上に低温基板温度で表面蒸発保護層を積層し、その後、基板温度を昇温して電流阻止層を積層する構成をとるので、例えば、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発するのを防止できる。この結果、本発明によれば、露出したクラッド層表面の表面荒れを防止でき、かつ、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層の間隔ｔの形状変形を発生することがない。
【０１０１】
それ故、本発明によれば、品質の高い再成長界面を持つ電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ、発光ダイオード等の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を実現できる、といった効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面図。
【図２】本発明の実施形態１を示す、図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図３】本発明の実施形態２を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図４】本発明の実施形態３を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面図。
【図５】本発明の実施形態３を示す、図４に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図６】本発明の実施形態４を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図７】従来のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザを示す断面図。
【符号の説明】
１ Ｎ型ＳｉＣ基板
２ Ｎ型ＧａＮバッファ層
３ Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４ ノンドープＩｎＧａＮ活性層
５ ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層
６ Ｎ型ＡｌＧａＮ表面蒸発保護眉
７ Ｎ型電流阻止層
８ Ｐ型ＧａＮコンタクト層
９ Ｐ型用電極
１０ Ｎ型用電極
１３ レジスト用の絶縁膜
１４ エッチング
６０ Ｍｇ高ドープＡｌＧａＮ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関し、特に青色領域から紫外光領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体レーザや窒化ガリウム系化合物発光ダイオードとして好適な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は化合物半導体レーザ（化合物半導体レーザ素子）の一従来例を示す。この化合物半導体レーザ素子は、内部電流阻止層を有するＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザであり、例えば、特開昭６２−２００７８６号公報に開示されている。
【０００３】
以下にこの半導体レーザの構造を概略製造プロセスと共に説明する。まず、ＭＯＣＶＤ装置内において、Ｎ型ＧａＡｓ基板２００上にＮ型ＧａＡｓバッファ層２０１、Ｎ型ＩｎＧａＰバッファ層２０２及びＮ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０３をこの順に積層形成し、続いて、Ｎ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０３上にＩｎＧａＰ活性層２０４を積層形成する。
【０００４】
続いて、ＩｎＧａＰ活性層２０４上にＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５、Ｐ型ＩｎＧａＡｌＰコンタクト層２０６及びＰ型ＧａＡｓコンタクト層２０７を形成する。
【０００５】
次に、Ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８及びＰ型ＧａＡｓコンタクト層２０７を積層し、その後、Ｐ型用電極２０９、Ｎ型用電極２１０を形成し、これで光導波構造及び内部電流阻止層を有するＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザ素子が作製される。
【０００６】
なお、図中の符号２０５’はエッチングストッパ層を示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザ素子は、その製造プロセスに起因して、以下に示す問題がある。
【０００８】
即ち、この製造プロセスによれば、製造プロセスの途中で、半導体層が積層されたＮ型ＧａＡｓ基板２００（ウエハー）をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ウエットエッチング又はドライエッチングを用いて、Ｐ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５にストライプ状の凸部を形成し、この露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５の表面を有するウエハーを再びＭＯＣＶＤ装置内にて、露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５の表面上の一部にＮ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８を再成長する工程を要するが、この再成長工程において、基板温度を約７００℃まで昇温しなければない。
【０００９】
このため、この昇温中において、例えば、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、不純物等が蒸発することに起因して、露出したＰ型ＩｎＧａＡｌＰクラッド層２０５表面の表面荒れが発生する。また、凸部のストライプ幅Ｗ及びＮ型ＧａＡｓ電流阻止層２０８とＩｎＧａＰ活性層２０４との間隔ｔの形状変形が発生する。
【００１０】
それ故、上記構造の化合物半導体レーザにおいては、再成長層の内部電流阻止層の結晶性の劣化、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層との間隔ｔの形状変形に起因して半導体レーザの電気的特性及び光学的特性が劣化し、信頼性が低下するという問題があった。
【００１１】
このような問題は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子においても同様に発生する。
【００１２】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、品質の高い再成長界面を有し、電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、基板上に積層構造体が形成された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、該積層構造体は、活性層と、該活性層を挟む一対のクラッド層であって、該一対のクラッド層の内、該基板から遠い方のクラッド層がストライプ状の凸部を有するクラッド層と、該ストライプ状の凸部上の一部に形成された表面蒸発保護層及び内部電流阻止層と、該内部電流阻止層及び該基板から遠い方の露出した該クラッド層の表面を覆う再成長層とを備え、該表面蒸発保護層をＧａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で積層しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
好ましくは、前記基板が導電型基板又は非導電型基板であり、前記表面蒸発保護層がＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）であり、前記積層構造体がＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜ｓ≦１，０≦ｔ＜１，０＜ｓ＋ｔ≦１）である構成とする。
【００１５】
また、好ましくは、前記基板が第一導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に形成された第一導電型バッファ層と、該第一導電型バッファ層上に形成された第一導電型クラッド層と、該第一導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部表面の一部に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する構成とする。
【００１６】
また、好ましくは、前記基板が非導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に形成された第一バッファ層、第一導電型の第二バッファ層、第一導電型クラッド層、活性層及びストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部表面の一部に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する構成とする。
【００１７】
前記の低温基板温度としては、４００℃〜６５０℃が好ましい。
【００１８】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、Ｎ型基板上にＮ型ＧａＮバッファ層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層の上にＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ ０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該凸部表面の一部にＮ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌwＧａ1-wＮ内部電流阻止層上にＰ型コンタクト層を積層する工程とを包含し、該Ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、Ｐ型基板上にＰ型ＧａＮバッファ層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸状に形成する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＰ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌwＧａ1-wＮ内部電流阻止層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、該Ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、非導電型基板上にＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｎ型ＧａＮ第二バッファ層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｎ型クラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＮ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上にＰ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、該Ｎ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、非導電型基板上にＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｐ型ＧａＮ第二バッファ層及びＰ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を形成する工程と、該Ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層上にＩｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎyＧａ1-yＮ活性層上にＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を積層する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層及びＮ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層をストライプ状の凸部に形成する工程と、該Ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層の凸部表面の一部にＰ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程と包含し、該Ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行うようになっており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
前記製造方法における前記低温基板温度としては、４００℃〜６５０℃が好ましい。
【００２３】
以下に本発明の作用を説明する。
【００２４】
上記のように、本発明では、例えば基板温度を約１０５０℃まで昇温する前に、基板温度４００℃〜６５０℃の低温基板温度にて、露出した凸形状（凸部）を有するクラッド層の表面上に表面蒸発保護層を積層し、その後、基板温度を約１０５０℃まで昇温して電流阻止層（内部）を積層している。
【００２５】
このため、本発明によれば、例えば、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発するのを防止できるので、露出したクラッド層表面の表面荒れを防止できる。また、凸部のストライプ幅Ｗ及び内部電流阻止層と活性層の間隔ｔの形状変形を発生することがない。
【００２６】
なお、４００℃〜６５０℃といった低温基板温度にて積層した表面蒸発保護層は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層は多結晶から単結晶になり、特に、この表面蒸発保護層の上に再成長する電流阻止層の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００２７】
上記のことより、露出した凸形状を有するクラッド層の表面上に表面蒸発保護層を積層することにより、再成長のための昇温中に、露出した凸形状を持つクラッド層表面の表面荒れ、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層との間隔ｔの形状変形が発生する問題はなくなるので、品質の高い再成長界面を持つ電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を実現できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。なお、本発明でいう窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜ｓ≦１，０≦ｔ＜１，０＜ｓ＋ｔ≦１）も含むものとする。
【００２９】
（実施形態１）
図１及び図２は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態１を示す。本実施形態１は、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
【００３０】
なお、本実施形態１の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、有機金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用い、基板としてＮ型ＳｉＣ基板、Ｖ族原料としてアンモニアＮＨ3、III族原科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）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物としてモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとしてＨ2及びＮ2を用いて作製した。
【００３１】
以下に、図２（ａ）〜（ｇ）に基づき、この窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造をその製造プロセスと共に説明する。
【００３２】
まず、１回目の結晶成長を行うため、Ｎ型ＳｉＣ基板（ウエハー）１をＭＯＣＶＤ装置（図示せず）のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、Ｎ型ＳｉＣ基板１の基板温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、Ｎ型ＳｉＣ基板１にＮ型ＧａＮバッファ層２を１０ｎｍ〜４μｍ程度成長させる。
【００３３】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。
【００３４】
次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させ、続いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００３５】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｍｇ高ドープＡ１0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上に、例えば、ＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成し、続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００３６】
続いて、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０及びＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００３７】
ここで、図１に示す、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７とＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４との間隔ｔ（より具体的には、後述のＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６とＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４との間隔）は、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００３８】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００３９】
この成長工程では、まず、基板温度を４００℃〜６５０℃程度に設定し、露出したＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５上にＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層（内部電流阻止層）７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００４０】
ここで、低温基板温度にて積層したＮ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００４１】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３、例えばＳｉＯx又はＳｉＮx１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００４２】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００４３】
この成長工程では、まず、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型電流阻止層７等を覆うようにしてＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００４４】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上にＰ型用電極９を形成する。また、Ｎ型ＳｉＣ基板１の底面にＮ型用電極１０を形成する（同図（ｇ）参照）。
【００４５】
以上の製造プロセスを経て、図１に示す断面構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００４６】
以上のように、本実施形態１の窒化ガリウム系化合物半導体レーザによれば、エッチング工程によって露出した凸形状を持つクラッド層５の表面上に表面蒸発保護層６を積層するので、再成長のための昇温中に、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発することがないので、露出した凸形状を有するクラッド層５の表面、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層７と活性層４との間隔ｔの形状変形が発生する問題はなくなる。このため、本実施形態１によれば、品質の高い再成長界面を持つ電気的及び光学的特性に優れ、高い信頼性の光導波構造を持つ内部電流阻止型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００４７】
（実施形態２）
図３は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態２を示す。本実施形態２も、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。
【００４８】
なお、本実施形態２においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００４９】
以下に、図３（ａ）〜（ｇ）に基づき、本実施形態２の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを説明する。
【００５０】
まず、１回目の結晶成長を行うため、Ｐ型ＳｉＣ基板１１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、Ｐ型ＳｉＣ基板１１の基板温度を５００℃〜６５０℃程度まで降温し、Ｐ型ＳｉＣ基板１１にＭｇドープＧａＮバッファ層２２を１０ｎｍ〜４μｍ程度成長させる。次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００５１】
次に、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５を０．１μｍ〜０．３μｍｍ程度成長させ、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００５２】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＮ型高ドープＡ１0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００５３】
次いで、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’及びＮ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００５４】
ここで、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００５５】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００５６】
この成長工程では、基板温度４００℃〜６５０℃程度にてＭｇドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させ、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００５７】
本実施形態２においても、低温基板温度にて積層された表面蒸発保護層６６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００５８】
次いで、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００５９】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００６０】
この成長工程では、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００６１】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８の上にＮ型用電極１０を形成し、Ｐ型ＳｉＣ基板１１の底面にＰ型用電極９を形成する（同図（ｇ）参照）。以上のプロセスを経て本実施形態２の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００６２】
本実施形態２においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００６３】
（実施形態３）
図４及び図５は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態３を示す。本実施形態３も、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザに適用した例を示す。但し、本実施形態３の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、基板としてサファイヤ基板１’を用い、Ｎ型ＧａＮ層２上にＮ型用電極１０を形成する点が上記実施形態１及び実施形態２とは異なっている。
【００６４】
なお、本実施形態３においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００６５】
以下に、図５（ａ）〜（ｈ）に基づき、本実施形態３の窒化ガリウム系半導体レーザの製造プロセスについて説明する。
【００６６】
まず、１回目の結晶成長を行うため、サファイヤ基板１’をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、サファイヤ基板１’の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温し、サファイヤ基板１’の表面にＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２’を２０ｎｍ〜１００ｎｍ成長させる。
【００６７】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型ＧａＮ層２を０．５μｍ〜４μｍ程度成長させ、次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、基板温度を８００℃〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。
【００６８】
次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５を０．１ｎｍ〜０．３μｍ程度成長させ、続いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００６９】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＭｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０上の絶縁膜１３の一部を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００７０】
次に、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｍｇ高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０及びＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００７１】
ここで、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００７２】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００７３】
この成長工程では、まず、基板温度４００℃〜６５０℃程度にて、Ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００７４】
本実施形態３においても、表面蒸発保護層６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護層６は多結晶から単結晶になるので、特にＮ型電流阻止層７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００７５】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００７６】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００７７】
この成長工程では、まず、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００７８】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ型ＧａＮ層２の表面が露出するまでエッチング１５を施す（同図（ｇ）参照）。
【００７９】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上にＰ型用電極９を形成し、Ｎ型ＧａＮ層２の露出面にＮ型用電極１１を形成する（同図（ｈ）参照）。以上のプロセスを経て、図４に示す断面構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００８０】
本実施形態３においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００８１】
（実施形態４）
図６は本発明窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実施形態４を示す。本実施形態４の窒化ガリウム系化合物半導体レーザも、基板としてサファイヤ基板１’を用い、Ｎ型ＧａＮ層８８上にＮ型用電極１０を形成している。
【００８２】
なお、本実施形態４においても、上記同様に、ＭＯＣＶＤ法を用い、Ｖ族原料、III族原料、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物及びキャリヤガスの種類についても上記同様である。
【００８３】
以下に、図６（ａ）〜（ｈ）に基づき、本実施形態４の窒化ガリウム系半導体レーザの製造プロセスについて説明する。
【００８４】
まず、１回目の結晶成長を行うため、サファイヤ基板１’をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、表面処理を施す。次に、サファイヤ基板１’の基板温度を４００℃〜６５０℃程度まで降温し、サファイヤ基板１’にＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎバッファ層２’を２０ｎｍ〜１００ｎｍ成長させる。
【００８５】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮ層２２を０．５μｍ〜４μｍ程度成長させる。次に、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３３を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。
【００８６】
続いて、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温し、ノンドープＩｎ0.32Ｇａ0.68Ｎ活性層４を３ｎｍ〜８０ｎｍ成長させる。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、Ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５を０．１μｍ〜０．３μｍ程度成長させる。続いて、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’を５０ｎｍ〜０．２μｍ成長させる（同図（ａ）参照）。
【００８７】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上に、例えばＳｉＯx又はＳｉＮxからなる絶縁膜１３を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’の上の絶縁膜１３を、例えばストライプ状に形成する（同図（ｂ）参照）。
【００８８】
次に、このウエハーをウエットエッチング又はドライエッチングにより、Ｎ型高ドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層６０’及びＮ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５５にストライプ状の凸部を形成するためエッチング１４を施す（同図（ｃ）参照）。
【００８９】
ここで、上記各実施形態同様に、凸部のストライプ幅Ｗは、Ｗ＝２μｍ〜４μｍ、後述の電流阻止層７７と活性層４との間隔ｔは、ｔ＝０．１μｍ程度に制御される。
【００９０】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、２回目の結晶成長を行う。
【００９１】
この成長工程では、まず、基板温度を４００℃〜６５０℃程度にて、まず、ＭｇドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ表面蒸発保護層６６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度積層し、次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流阻止層７７を０．５μｍ〜１μｍ程度選択成長させる（同図（ｄ）参照）。
【００９２】
本実施形態４においても、表面蒸発保護層６６は多結晶であるが、この表面上に再成長するために基板温度の昇温中に表面蒸発保護眉６６は多結晶から単結晶になるので、特に電流阻止層７７の結晶性に悪影響をおよぼすことはない。
【００９３】
次に、一旦、ウエハーを成長室から取り出し、絶縁膜１３をフッ酸系エッチング液にて除去する（同図（ｅ）参照）。
【００９４】
次に、再び、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、３回目の結晶成長を行う。
【００９５】
この成長工程では、基板温度を１０５０℃程度まで昇温し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層８を０．５μｍ〜１μｍ程度成長させる（同図（ｆ）参照）。
【００９６】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ＭｇドープＧａＮ層２２の表面が露出するまでエッチング１５を施す（同図（ｇ）参照）。
【００９７】
次に、ウエハーをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎ2雰囲気下で、８００℃にて熱処理を行い、Ｍｇドープ層をＰ型に変化させる。その後、Ｎ型ＧａＮコンタクト層８８の上にＮ型用電極１０を形成し、また、露出したＭｇドープＧａＮ層２２の上にＰ型用電極９を形成する（同図（ｈ）参照）。以上のプロセスを経て、本実施形態４の窒化ガリウム系化合物半導体レーザが作製される。
【００９８】
本実施形態４においても、露出した凸形状を持つクラッド層表面上に表面蒸発保護層を有するので、実施形態１及び実施形態２同様の効果を奏する窒化ガリウム系化合物半導体レーザを実現できる。
【００９９】
なお、上記の各実施形態では、本発明を窒化ガリウム系化合物半導体レーザについて適用する場合について説明したが、本発明は窒化ガリウム系化合物発光ダイオードについても同様に適用することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、露出した凸形状を有するクラッド層の表面上に低温基板温度で表面蒸発保護層を積層し、その後、基板温度を昇温して電流阻止層を積層する構成をとるので、例えば、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発するのを防止できる。この結果、本発明によれば、露出したクラッド層表面の表面荒れを防止でき、かつ、凸部のストライプ幅Ｗ及び電流阻止層と活性層の間隔ｔの形状変形を発生することがない。
【０１０１】
それ故、本発明によれば、品質の高い再成長界面を持つ電気的特性及び光学的特性に優れ、信頼性を向上できる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ、発光ダイオード等の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を実現できる、といった効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面図。
【図２】本発明の実施形態１を示す、図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図３】本発明の実施形態２を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図４】本発明の実施形態３を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面図。
【図５】本発明の実施形態３を示す、図４に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図６】本発明の実施形態４を示す、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造プロセスを示す工程図。
【図７】従来のＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体レーザを示す断面図。
【符号の説明】
１ Ｎ型ＳｉＣ基板
２ Ｎ型ＧａＮバッファ層
３ Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
４ ノンドープＩｎＧａＮ活性層
５ ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層
６ Ｎ型ＡｌＧａＮ表面蒸発保護眉
７ Ｎ型電流阻止層
８ Ｐ型ＧａＮコンタクト層
９ Ｐ型用電極
１０ Ｎ型用電極
１３ レジスト用の絶縁膜
１４ エッチング
６０ Ｍｇ高ドープＡｌＧａＮ層
Claims (10)
- 基板上に積層構造体が形成された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において、該積層構造体は、活性層と、該活性層を挟む一対のクラッド層であって、該一対のクラッド層の内、該基板から遠い方のクラッド層がストライプ状の凸部を有するクラッド層と、該ストライプ状の凸部の上部に形成された高濃度層と、該高濃度層が形成された部分を除く前記基板から遠い方のクラッド層上に形成された表面蒸発保護層及び該表面蒸発保護層上に形成された内部電流阻止層と、該内部電流阻止層及び前記高濃度層を覆う再成長層とを備え、該表面蒸発保護層をＧａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で積層した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記基板が導電型基板又は非導電型基板であり、前記表面蒸発保護層がＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）であり、前記積層構造体がＧａｓＡｌｔＩｎ１−ｓ−ｔＮ（０＜ｓ≦１，０≦ｔ＜１，０＜ｓ＋ｔ≦１）で構成されている請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記基板が第一導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に形成された第一導電型バッファ層と、該第一導電型バッファ層上に形成された第一導電型クラッド層と、該第一導電型クラッド層上に形成された活性層と、該活性層上に形成され、ストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部の上部に形成された第二導電型高濃度層と、該第二導電型高濃度層が形成された部分を除く前記第二導電型クラッド層上に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び該第一導電型表面蒸発保護層上に積層された第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上及び前記第二導電型高濃度層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記基板が非導電型基板であり、前記積層構造体が、該基板上に順番に形成された第一バッファ層、第一導電型の第二バッファ層、第一導電型クラッド層、活性層及びストライプ状の凸部を有する第二導電型クラッド層と、該ストライプ状の凸部の上部に形成された第二導電型高濃度層と、該第二導電型高濃度層が形成された部分を除く前記第二導電型クラッド層上に積層された第一導電型表面蒸発保護層及び該第一導電型表面蒸発保護層上に積層された第一導電型内部電流阻止層と、該第一導電型内部電流阻止層上及び前記第二導電型高濃度層上に積層された第二導電型コンタクト層とを有する請求項１記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 前記低温基板温度が４００℃〜６５０℃である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- Ｎ型基板上にＮ型ＧａＮバッファ層及びＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を順番に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層の上にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層の上にＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を順番に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ高濃度層にストライプ状の凸部を形成する工程と、該Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層が形成された部分を除く前記Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎクラッド層上にＮ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を順番に選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ内部電流阻止層上及び前記Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層上にＰ型コンタクト層を積層する工程とを包含し、前記Ｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行う窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- Ｐ型基板上にＰ型ＧａＮバッファ層及びＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を順番に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層上にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層上にＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を順番に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層及び該Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ高濃度層にストライプ状の凸部を形成する工程と、該Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層が形成された部分を除く前記Ｎ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎクラッド層上にＰ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を順番に選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ内部電流阻止層上および前記Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、前記Ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行う窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 非導電型基板上にＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｎ型ＧａＮ第二バッファ層及びＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を順番に形成する工程と、該Ｎ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎクラッド層上にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層上にＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を順番に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層及び該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ高濃度層にストライプ状の凸部を形成する工程と、該Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層が形成された部分を除く前記Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層上にＮ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＮ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を順番に選択的に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上及び前記Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層上にＰ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程とを包含し、前記Ｎ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行う窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 非導電型基板上にＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）第一バッファ層、Ｐ型ＧａＮ第二バッファ層及びＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層を順番に形成する工程と、該Ｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層上にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１：ｘ＝０のときｙ≠０）活性層を形成する工程と、該ＩｎｙＧａ１−ｙＮ活性層上にＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）クラッド層及びＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層を順番に積層する工程と、該Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層及びＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）高濃度層にストライプ状の凸部を形成する工程と、該Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層が形成された部分を除く前記Ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮクラッド層上にＰ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）表面蒸発保護層及びＰ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層を順番に選択的に積層する工程と、該Ｐ型ＡｌｗＧａ１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）内部電流阻止層上及び前記Ｐ型Ａｌ ｘ Ｇａ １−ｘ Ｎ高濃度層上にＮ型ＧａＮコンタクト層を形成する工程と包含し、前記Ｐ型ＡｌｚＧａ１−ｚＮ表面蒸発保護層を積層する工程を、Ｇａ、Ｎ、不純物等が蒸発しない低温基板温度で行う窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
- 前記低温基板温度が４００℃〜６５０℃である請求項６〜請求項９のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
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