JP4163321B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置に係わり、特に半導体レーザとして好適な、リッジ導波型ストライプ構造を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置を簡易に作製する場合に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられる。図２にその構造の作製方法を示す。まず、最初に基板２０１上に第１導電型クラッド層２０２、活性層２０３、第２導電型クラッド層２０４および第２導電型コンタクト層２０５を成長する。次に、フォトリソグラフィーによるパターニングによりストライプ状の開口部を設けたレジスト２１１をウエハー表面に形成し、このレジスト２１１をマスクとして第２導電型クラッド層２０４を所望の厚みだけ残るようにウェットエッチングしてストライプ状のリッジを形成する。この後、エピタキシャル側の全表面にＳｉＮｘ等の絶縁性を有する保護膜２０６を形成し、フォトリソグラフィーによるパターニングによってストライプ状の開口部を設けたレジストを用いてリッジ頂部の保護膜だけをエッチングにより除去する。これによって、リッジ頂部以外からは電流が流れないようにしている。このとき場合によっては、リッジ側面に他の保護膜をさらに形成することがある。この後、エピタキシャル側電極２０７および基板側電極２０８を形成する。
【０００３】
このような構造を採用することで、電流はクラッド層のリッジ部を通じて注入された後、活性層２０３に注入される。したがって、リッジ部の下の活性層領域に電流が集中し、活性層のバンドギャップに対応した波長を有する光が発生する。このとき、活性層のバンドギャップは上下のクラッド層よりも通常小さく、かつ活性層の屈折率は上下のクラッド層よりも大きいために、活性層内に有効にキャリアおよび光を閉じ込めることができる。また、非リッジ部２１０には半導体部分に比べて屈折率の小さい保護膜２０６を形成しているため、非リッジ部２１０の下の活性層領域の実効屈折率は、リッジ部のそれより小さくなる。その結果、発生した光はリッジ部２１０の下の活性層領域に閉じ込められることになる。このため、レーザ発振のための横モードを安定化し、しきい値電流を低減させることができる。
【０００４】
しかしながら、このような従来のリッジ導波路半導体発光装置の製造法では、リッジ部をエッチングにより形成するため、非リッジ部２１０におけるクラッド層の厚みを精度よく制御することが困難であった。その結果、非リッジ部のクラッド層の厚みのわずかな違いにより、この部分の実効屈折率が大きく変動し、半導体発光装置のレーザ特性が変動し製品歩留まりを向上させることが難しかった。また、単一横モードのレーザを作製する場合、リッジ上部の幅はせいぜい大きくても数ミクロン程度であるが、従来の製造法ではセルファライン等のプロセス簡素化技術を用いることが困難であるために、非常に高精度な位置合わせ技術が必要とされていた。このような複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術は、素子の作製工程を煩雑にし、素子の作製歩留まりをも低下させていた。さらに、ＳｉＮｘ膜をリッジ側面に形成すると、リッジ側面表面側に０．１μｍ程度の空乏層が形成されるために、実効的な電流チャンネル幅が小さくなり、通過抵抗を大きくしてしまうという問題も生じていた。
【０００５】
一方、近年、記録密度向上のために情報処理用光源として、従来のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザが実用化されているが、短波長化かつ低しきい値・高温動作に向けて以下に述べる検討がなされてきた。
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可視レーザの作製において、（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用いることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量子効果による短波長化が可能となる。このように、短波長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピングによる短波長化による発振しきい値電流の増加および温度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に６〜１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度を選択する必要がある。
また、活性層が自然超格子により形成されると、通電中に自然超格子が壊れて混晶化し、レーザ発振波長あるいは発光波長が変化したり、素子特性が劣化するなどの問題が生じる場合がある。上記のＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ以外のＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどのＧａとＩｎを構成元素として含む材料を活性層に用いる場合においても、自然超格子が形成されやすく、自然超格子の形成を抑制するためには、同様にオフ基板を用いることが上述の問題を解決するためにも有効である。
【０００６】
このとき導波ロス、ミラ−ロスを低減させるために、通常基板オフ方向となるべく垂直な方向にストライプ状の共振器を形成させる。図３（ａ）および（ｂ）は、従来の半導体からなる電流ブロック層を用いたリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構造の断面を示したものである。図中、３０１は基板、３０２は第１導電型クラッド層、３０３は活性層、３０４は第２導電型クラッド層、３０５は第１導電型電流ブロック層、３０６は第２導電型コンタクト層、３０７はエピタキシャル側電極、３０８は基板側電極、３１１は基板、３１２は第１導電型クラッド層、３１３は活性層、３１４は第２導電型第１クラッド層、３１５は第１導電型電流ブロック層、３１６は第２導電型第２クラッド層、３１７は第２導電型コンタクト層、３１８はエピタキシャル側電極、３１９は基板側電極である。この場合、基板のオフによりリッジあるいはグルーブの形状が左右非対称となり、光密度分布が左右非対称となったり、あるいはリッジまたはグルーブの底で電流注入が不均一になったりしやすくなるために、光ディスク等の情報処理用レーザに要求される安定な基本横モードが得られにくくなり、キンクレベルが低下したり、あるいはビームプロファイルの左右の非対称性が増大するといった問題が生じやすくなる。特に、光分布の裾がブロック層にまでしみ出す実屈折率ガイドにおいて、この問題は顕著になると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術の問題点を考慮して、本発明は簡便な方法で製造することが可能で、レーザ特性が安定している、リッジ導波型ストライプ構造を有する半導体発光素子を提供することを解決すべき課題とした。また本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られる半導体発光素子を提供することを解決すべき課題とした。さらに本発明は、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必要とせずに、素子の作製工程を簡素化し、かつ素子の作製歩留まりも極めて良好な半導体発光素子の製造方法を提供することも解決すべき課題とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、リッジ導波型半導体発光装置において、ストライプ領域の両側を保護膜で覆うことにより、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術が必要でなくなり、素子の作製工程を簡素化し、かつ素子の作製歩留まりを大幅に向上できることを見いだした。また、かかる構造を有する半導体発光装置は、保護膜を用いる選択成長により容易に製造可能であることを見出し、さらに、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られることを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成されたリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置を提供するものである。
また本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成され且つ側壁の少なくとも一部が順メサ型であるリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置も提供するものである。
【００１０】
本発明の半導体発光装置は、活性層を有する化合物半導体層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有することや、リッジ型化合物半導体層が第２導電型第２クラッド層を有することが好ましい。リッジ型化合物半導体層の頂部および側面をすべて覆うようにコンタクト層が形成されているものも好ましい。基板表面の低次の面方位が（１００）またはそれと等価な面であることが好ましく、オフアングルが３０°以下であることが好ましい。また、ストライプ領域の長手方向が［０−１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であり、オフアングルの方向が［０１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であることが好ましい。活性層はＡｌＧａＩｎＰ層またはＧａＩｎＰ層であることが好ましく、基板はＧａＡｓなどの閃亜鉛型結晶から構成されることが好ましい。さらに保護膜と活性層を有する化合物半導体層との間に酸化防止層が形成され、該酸化防止層が保護膜の開口部において活性層を有する化合物半導体層を覆うことが好ましい。
【００１１】
本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層を成長する工程、該化合物半導体エピタキシャル層の表面にストライプ状の開口部を有する選択成長保護膜を形成する工程（ただし、前記オフアングルの方向は、前記ストライプ状の開口部の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向である）、並びに該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるように第２導電型第２クラッド層を有するリッジ型化合物半導体エピタキシャル層をラテラル成長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も提供する。活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有するようにすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体発光装置について、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的に説明する。
本発明の半導体発光装置は、基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆うように形成されたリッジ型化合物半導体層を有するものである。
【００１３】
基板上にはバッファ層が設けられていても良く、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クラッド層からなる２層構造を有していてもよい。活性層を挟むクラッド層は活性層よりも屈折率が小さい層である。これらのクラッド層と活性層からなる化合物半導体層は、光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。
第２導電型第１クラッド層の上には、開口部を有する保護膜を有する。第２導電型第１クラッド層と保護膜との間には酸化防止層が形成されていてもよい。保護膜の開口部によって画定されるストライプ領域および該ストライプ領域の上には、活性層より屈折率の小さい層を含むリッジ型の化合物半導体層を有する。この化合物半導体層は、通常は大部分が第２導電型第２クラッド層からなる。第２導電型第２クラッド層の他には、例えば光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。リッジ頂部および側面の実質的全面は、低抵抗のコンタクト層によって覆われていることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体発光装置に使用する基板は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能なものであれば、材料の特性や種類については特に限定されない。好ましいのは導電性がある材料であり、望ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板である。基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面およびそれと結晶学的に等価な（１００）面や（１１１）面等の面がより好ましい。
【００１５】
なお、本明細書において「（１００）面」という場合は、必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有する場合まで包含する。オフアングルの大きさは上限は３０°以下が好ましく、１６°以下がより好ましく、下限は０．５°以上が好ましく、２°以上がより好ましく、７°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ましい。オフアングルの方向は、ストライプ領域の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、ストライプ領域の方向は、基板の面方位が（１００）の場合、［０−１１］またはそれと等価な方向が好ましく、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い。また、基板はウルツ型等の六方晶型の基板でもよく、その場合は例えばＡｌ2Ｏ3、６Ｈ−ＳｉＣ等を用いることができる。
【００１６】
クラッド層、活性層およびコンタクト層の材質および構造については特に限定されないが、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なIII-V 族、II-VI 族半導体を用いるのが好ましい。このとき、クラッド層としては活性層より屈折率が小さい材料が選択され、コンタクト層としては通常はバンドギャップがクラッド層よりも小さい材料が選択される。金属電極とのオーミック性をとるための低抵抗で適当なキャリア密度として、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、３×１０19ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００１７】
中でも活性層の材料が、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどの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は大きい。
活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、量子井戸層および該量子井戸層を上下から挟む光ガイド層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、複数の量子井戸層およびそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上および最下の量子井戸層の下に積層された光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。
【００１８】
本発明の半導体発光装置では、化合物半導体層の上に酸化防止層を設けてもよい。酸化防止層を設けておけば、リッジ形状のクラッドを再成長により形成したときに、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐことが容易にできるようになる。このため酸化防止層は、活性層を有する化合物半導体層と以下に記載する保護膜との間に形成して、保護膜の開口部において酸化防止層が化合物半導体層を覆うようにするのがよい。
【００１９】
酸化防止層としては、酸化されにくいか或いは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特に限定されない。具体的には、Ａｌ等の酸化されやすい元素の含有率が低い（０．３以下程度）III-Ｖ族化合物半導体層が挙げられる。また、材料または厚みを選択することにより、活性層からの光を吸収しないようにすることが好ましい。酸化防止剤の材料は、通常は活性層材料よりバンドギャップの大きい材料の中から選択されるが、バンドギャップが小さい材料であっても、厚さが５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、最も好ましくは１０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収が無視できるので使用可能である。
【００２０】
本発明の半導体発光装置に使用する保護膜についても特に限定されないが、ストライプ領域に形成されたリッジ部の下の活性層の領域にのみ電流注入を行えるようにする必要がある。すなわち、ストライプ状開口部両脇の保護膜で電流狭窄を行うために、保護膜は絶縁性を有する必要がある。また、活性層では水平方向にリッジ部と非リッジ部の間で実効屈折率差をつけ、レーザ発振の横モードの安定化を図るために、保護膜の屈折率はリッジ型半導体層、すなわち第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも小さいことが好ましい。しかし、実用上は、保護膜とクラッド層との屈折率差が大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大きくなり易いために、リッジ下の第２導電型第１クラッド層を厚くしなければならなくなり、横方向に漏れ電流が大きくなる傾向がある。一方、保護膜とクラッド層との屈折率差が小さすぎる場合、保護膜の外側へ光が漏れやすくなるために保護膜をある程度厚くする必要があるが、このことにより劈開性が悪くなる傾向がある。これらを考え併せて、保護膜とクラッド層との屈折率差の下限は０．２以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．５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。また、保護膜の厚みは、絶縁特性を充分に示すことができ、かつ保護膜の外側に光が漏れない程度の厚さがあれば特に問題はない。保護膜の厚みの下限は１０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上が最も好ましい。上限は５００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が最も好ましい。
【００２１】
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膜およびアモルファスＳｉからなる群から選択されるのが好ましい。特にＳｉＮX膜、ＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜はリッジ部の選択成長に適しているために好ましい。保護膜は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられるとともに、電流狭窄の目的でも用いられる。プロセスの簡便さから、電流狭窄用の保護膜と選択成長用の保護膜は同一組成のものを使用することが好ましいが、必要に応じて組成の異なる層を多層に成膜してもよい。
【００２２】
閃亜鉛型構造を有する基板表面が（１００）面またはそれと結晶学的に等価な面を有するときは、第２導電型第２クラッド層が保護層上に容易に成長し、リッジ（第２導電型第２クラッド層）側壁に後述のコンタクト層が容易に成長するように、保護膜の開口部で規定されるストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向またはそれと結晶学的に等価な方向に伸びているのが好ましい。このとき、リッジ側壁の大部分は、通常（３１１）Ａ面や（３−１−１）Ａ面などの[３１１]Ａ面に形成され、リッジを構成する第２導電型第２クラッド層の成長面のほぼ全面上にコンタクト層を形成することが可能になる。同じ理由から、ウルツ型構造を有する基板を用いるときは、ストライプ領域は例えば（０００１）面上に［１１−２０］方向または［１−１００］方向に伸びているのが好ましい。エピタキシャル層をＨＶＰＥ法により成長させるときは、［１１−２０］も［１−１００］も同じ結果になる。エピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させるときは、［１１−２０］が好ましい。これは、第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ、特にＡｌ組成が０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．７であるＡｌＧａＡｓからなるときに顕著である。なお、本明細書において「［０１−１］Ｂ方向」とは、通常のＩＩＩ−Ｖ族または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）面にＶ族またはＶＩ族の元素が存在するように定義する。また、「［０１−１］Ｂ方向」は、［０１−１］Ｂ方向ジャストの方向のみならず、［０１−１］Ｂ方向から±１０度程度傾いた方向も含む。なお、本発明の実施態様は、ストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向に伸びている態様に限定されるものではない。他の態様について以下においてさらに説明する。
【００２３】
例えばＭＯＣＶＤ法を用いるときの成長条件は適宜決定することができる。例えば、保護層の開口部で規定されるストライプ領域が［０１１］Ａ方向に伸びているときは、成長速度は異方性を有するように決定することができる。すなわち、成長速度は、（１００）面における成長が速く、（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面ではほとんど成長しないように調節するのが好ましい。このような異方性条件下でストライプ状の窓の（１００）面上に選択成長させるときは、側面が（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面であるリッジが形成される。このとき、ＭＯＣＶＤ法の条件は、より等方性が高い成長が起こり、リッジ頂部である（１００）面上と（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面からなるリッジ側面上にコンタクト層が形成されるように選択する。
【００２４】
本発明の第１の側面により提供される半導体発光装置の製造方法は特に制限されない。通常は、基板上にダブルヘテロ構造を形成し、電流注入を行うストライプ領域上に形成した保護膜を利用することによって、リッジ型を有する第２導電型第２クラッド層とコンタクト層を選択成長する。このとき、第２導電型第２クラッド層の一部を保護膜上に形成することができるようにするために、第２導電型第２クラッド層がストライプ領域が基板表面内で伸びる方向と垂直な方向に容易に成長するように条件を設定する。すなわち、ラテラル成長が起きる条件を選択する。特に、基板表面が（１００）面であるときは、保護膜の開口部で規定されるストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向にし、温度や原料供給量等を適当に調節する。第２導電型第２クラッド層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるときは、温度が低くてＶ／ＩＩＩ比が大きいほどラテラル成長が容易である。Ａｌ含有組成物を用いるときは、Ａｌ含有量が多いほどラテラル成長が容易である。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、保護膜はストライプ領域を画定する側面と上面においてのみ第２導電型クラッド層と接しており、リッジ型の第２導電型第２クラッド層頂部および側面には保護膜が形成されていないのが好ましい。このような構造であれば、製造が容易になり、かつ通過抵抗等の特性が改善されるので好ましい。ストライプ領域の幅は、２．２〜１０００μｍにするのが好ましい。幅をこの範囲内にすることによって、高出力動作を実現することができる。
【００２６】
第２導電型第２クラッド層の高さ（厚さ）は、ストライプ領域の幅の０．２５倍から２．０倍程度であるのが好ましい。この範囲であれば、後述する電流ブロック層やリッジダミー層に比して著しく突出することがなく、ジャンクションダウンで用いた場合にリッジ部にストレスがかかって寿命に悪影響を与えることもなく、また、逆に周囲に比して著しく低いために電極形成工程等の後工程が行い難くなることもないため好ましい。
【００２７】
第２導電型第２クラッド層のリッジ頂部および／または側面にはコンタクト層を形成しておくのが好ましい。好ましいのは、リッジ頂部および側面の全面にコンタクト層を形成した態様である。コンタクト層の上に形成する電極や第２導電型第２クラッド層とコンタクト層との間に十分な接触面積を持たせることにより、装置全体の抵抗を低く抑えることができる。コンタクト層が形成されたリッジ頂部および側面の一部は、さらに酸化防止等の目的で保護膜で覆うことも可能である。この態様も、リッジ側面にコンタクト層を形成せずに保護膜を形成した態様よりは装置全体の抵抗を小さく抑えることができる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎＮ系など比抵抗の高い材料（とりわけｐ型）において、装置全体の抵抗低減に有効である。
【００２８】
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リッジ部の選択成長には、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。
【００２９】
本発明の半導体発光装置は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型第１クラッド層を含むエピタキシャル層を成長し、該エピタキシャル層表面に開口部を有する保護膜を形成し、該開口部に第２導電型第２クラッド層を選択成長することによって製造することができる。その後、該リッジ側面に保護膜を形成することなく該リッジの頂部および側面に電極を形成するのが好ましい。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 −Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルヘテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／III 比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）、リッジ部分は成長温度６００〜７００℃、Ｖ／III 比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）で行うのが好ましい。
【００３０】
特に保護膜を用いて選択成長するリッジ部分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が防止されるため非常に好ましい。しかし、Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ開口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。そこで、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、０．０１以上５０以下、より好ましくは０．０５以上１０以下、最も好ましくは０．１以上５以下とするとよい。ただし、リッジにＩｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。
【００３１】
第２導電型第２クラッド層は、絶縁体からなる保護膜の上面にかかるように成長して、保護膜とリッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くするのが好ましい。また、第２導電型第２クラッド層上の成長可能な面の実質的全面にコンタクト層を成長させ、クラッド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりすることもできる。これら再成長部のクラッド層やコンタクト層を絶縁膜上部にかかるように成長することはそれぞれ単独に行っても良いし、両方を組み合わせても良い。
【００３２】
さらに、再成長でリッジを形成する場合にはリッジ部の組成、キャリア濃度や成長速度の制御性を向上するために電流注入されるリッジ部より大面積となる電流注入を行わないリッジダミー層を設けることも可能である。この際、リッジダミー層の部分には電流の通過を防止するために酸化膜等との絶縁性の被覆層やサイリスタ構造等を作製している。また、オフ基板上に電流注入ストライプをオフ方向となるべく垂直な方向に形成させた場合、再成長のリッジは左右非対称となるが、図２に示すような従来の半導体からなるブロック層よりも、保護膜とリッジ部のクラッド層との屈折率差を容易に大きくすることができたり、ストライプ方向を適切に選ぶことにより再成長部のクラッド層が保護膜の上面にかかるように成長させることができるので、保護膜とリッジ近傍にしみ出す光の分布の対称性は良好であり、高出力まで安定な基本横モード発振が得られる。このように、本発明は様々なリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置に応用可能である。
【００３３】
本発明を適用した最も好ましい形態としては、低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に絶縁体からなる保護膜を用いて、ダブルヘテロ構造のエピタキシャル面側に酸化抑制層を設けた状態で、電流が注入されるストライプ領域にリッジ形状のクラッド層およびその上にコンタクト層を絶縁体からなる保護膜上部までかかるように再成長し、この際にリッジ部より大面積となる非電流注入のリッジダミー層を設けて、かつリッジ側面には絶縁体からなる保護膜を形成されておらず、リッジの上面および側面に電極が形成されているものである。
【００３４】
上記の電極付きウエハから劈開により切り出されたレーザチップは、通常ヒートシンク、光出力モニター用フォトダイオードとともに窒素雰囲気でＣＡＮパッケージに封止して、組み上げられる。最近では、小型化、低コスト化を目的として、レーザチップが光学部品と一体となった集積型光ピックとして組み上げられる場合もある。本発明はこれらを始めとする広範な用途に供し得るものである。本発明を用い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））について述べたが、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歪み量子井戸活性層／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幅広い用途（特に高出力動作）に適用することができる。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。さらに本発明の構造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。
【００３５】
【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、濃度、厚さ、操作手順等は、本発明の精神から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の実施例に示す具体例に制限されるものではない。
【００３６】
（実施例）
この実施例は図１に示すものである。まず、最初に（１００）面から［０−１−１］Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ１．５μｍのＳｉドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）１０２、厚さ０．２μｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）１０３、厚さ３０ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層１０４あるいは厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリア層１０５に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのノンドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層１０６（４層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０７、厚さ０．２μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層（ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）１０８、厚さ５ｎｍのＺｎドープｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化抑制層（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）１０９を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した（図１（ａ））。このとき、酸化抑制層は活性層で再結合した光を吸収しないように組成を選択する方がしきい値電流を低減する上では好ましいが、セルフパルセーションさせるために意図的に光を吸収させて可飽和吸収層として利用することも可能である。なお、光を吸収させないようにするために、上記Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ酸化抑制層の組成をＧａリッチ側（Ｘ＝０．５〜１）に変えたり、Ａｌを若干量加える（（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ、Ｘ＝０．１〜０．２程度）ことがさらに有効である。次にこのダブルヘテロ基板の表面に絶縁性のＳｉＮx 保護膜（屈折率１．９、波長６５０ｎｍ）１１０を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ法によりこのＳｉＮx 膜１１０にオフアングルの方向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅２．２μｍのストライプ状の窓１０７を多数開ける。このストライプ状の窓１１１に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ１．２μｍのＺｎドープｐ型Ａｌ0.77Ｇａ0.23Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５×１０18ｃｍ-3；屈折率３．３、波長６５０ｎｍ）１１２と厚さ０．３μｍのＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１１３からなるリッジを形成した（図１（ｂ））。このとき、リッジの側面の大部分が（３１１）Ａ面もしくはこれに近い面となることが多く、再成長部のクラッド層を絶縁体からなる保護膜の上面にかかるように成長し、再成長部のクラッド層上の成長可能な面の実質的全面にコンタクト層を成長させることができる。そのため、保護膜とリッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くしたり、クラッド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりすることもできる。この傾向は再成長リッジ部がＡｌＧａＡｓ、特にＡｌＧａＡｓのＡｌ組成が０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．８の時に顕著である。一般的なIII −Ｖ族化合物半導体において、（１００）面と（０１−１）面の間に存在する（１１−１）面が、Ｖ族元素が現れる面である様に［０１−１］Ｂ方向を定義する。
【００３７】
上記のＭＯＣＶＤ法において、III 族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にはアルシンおよびホスフィンを、キャリアガスには水素を用いた。また、ｐ型ドーバントにはジメチル亜鉛、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。また、リッジの成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／III 族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．３となる様に導入した。
【００３８】
この後、ｐ型の電極１１４をエピタキシャル面側に蒸着し、基板１０１を１００μｍまで薄くした後に、基板側にｎ型の電極１１５を蒸着し、アロイした（図１（ｃ））。こうして作製したウエハより、劈開によりチップを切り出して、レーザ共振器構造を形成した。このようにして作製したレーザチップの特性は、バッチ内およびバッチ間の分布を測定したところ、波長６５０ｎｍ付近で発振し、しきい値電流、スロープ効率等の特性が非常に良く揃っており、非常に高い信頼性が得られることが判明した。また、少なくとも５０ｍＷ程度の高出力まで、キンクは観察されず、安定な基本横モードで発振することが判明した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置は、レーザ特性が安定していて、簡便な方法で製造することができる。また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られる。また本発明の製造方法によれば、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必要としない簡素化した工程によって、半導体発光装置を高い作製歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
【図２】 従来のリッジ部をエッチングにより形成してなる半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
【図３】 従来の半導体からなる電流ブロック層を用いたリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構造の半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置に係わり、特に半導体レーザとして好適な、リッジ導波型ストライプ構造を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光装置を簡易に作製する場合に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられる。図２にその構造の作製方法を示す。まず、最初に基板２０１上に第１導電型クラッド層２０２、活性層２０３、第２導電型クラッド層２０４および第２導電型コンタクト層２０５を成長する。次に、フォトリソグラフィーによるパターニングによりストライプ状の開口部を設けたレジスト２１１をウエハー表面に形成し、このレジスト２１１をマスクとして第２導電型クラッド層２０４を所望の厚みだけ残るようにウェットエッチングしてストライプ状のリッジを形成する。この後、エピタキシャル側の全表面にＳｉＮｘ等の絶縁性を有する保護膜２０６を形成し、フォトリソグラフィーによるパターニングによってストライプ状の開口部を設けたレジストを用いてリッジ頂部の保護膜だけをエッチングにより除去する。これによって、リッジ頂部以外からは電流が流れないようにしている。このとき場合によっては、リッジ側面に他の保護膜をさらに形成することがある。この後、エピタキシャル側電極２０７および基板側電極２０８を形成する。
【０００３】
このような構造を採用することで、電流はクラッド層のリッジ部を通じて注入された後、活性層２０３に注入される。したがって、リッジ部の下の活性層領域に電流が集中し、活性層のバンドギャップに対応した波長を有する光が発生する。このとき、活性層のバンドギャップは上下のクラッド層よりも通常小さく、かつ活性層の屈折率は上下のクラッド層よりも大きいために、活性層内に有効にキャリアおよび光を閉じ込めることができる。また、非リッジ部２１０には半導体部分に比べて屈折率の小さい保護膜２０６を形成しているため、非リッジ部２１０の下の活性層領域の実効屈折率は、リッジ部のそれより小さくなる。その結果、発生した光はリッジ部２１０の下の活性層領域に閉じ込められることになる。このため、レーザ発振のための横モードを安定化し、しきい値電流を低減させることができる。
【０００４】
しかしながら、このような従来のリッジ導波路半導体発光装置の製造法では、リッジ部をエッチングにより形成するため、非リッジ部２１０におけるクラッド層の厚みを精度よく制御することが困難であった。その結果、非リッジ部のクラッド層の厚みのわずかな違いにより、この部分の実効屈折率が大きく変動し、半導体発光装置のレーザ特性が変動し製品歩留まりを向上させることが難しかった。また、単一横モードのレーザを作製する場合、リッジ上部の幅はせいぜい大きくても数ミクロン程度であるが、従来の製造法ではセルファライン等のプロセス簡素化技術を用いることが困難であるために、非常に高精度な位置合わせ技術が必要とされていた。このような複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術は、素子の作製工程を煩雑にし、素子の作製歩留まりをも低下させていた。さらに、ＳｉＮｘ膜をリッジ側面に形成すると、リッジ側面表面側に０．１μｍ程度の空乏層が形成されるために、実効的な電流チャンネル幅が小さくなり、通過抵抗を大きくしてしまうという問題も生じていた。
【０００５】
一方、近年、記録密度向上のために情報処理用光源として、従来のＡｌＧａＡｓ（波長７８０ｎｍ近傍）に代わって、ＡｌＧａＩｎＰ系を用いた可視（通常６３０〜６９０ｎｍ）レーザが実用化されているが、短波長化かつ低しきい値・高温動作に向けて以下に述べる検討がなされてきた。
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系からなる可視レーザの作製において、（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）にオフした基板を用いることにより、自然超格子の形成（オーダーリング）によるバンドギャップの縮小を抑制し、短波長化しやすくしたり、ｐ型ドーパント（たとえばＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ）の高濃度ドーピングをしやすくし、ヘテロ障壁の増大による素子の発振しきい値電流や温度特性を向上させることが可能となる。ただし、オフ角度が小さいときには、ステップバンチングが顕著に現れ、ヘテロ界面に大きな凹凸が形成されてしまい、量子井戸構造（約１０ｎｍ以下のＧａＩｎＰ井戸層）を作製したときに、バルク活性層に対する量子効果によるＰＬ波長（あるいは発振波長）の短波長化シフト量が設計値より小さくなってしまう。オフ角度を大きくすることにより、ステップバンチングを抑制し、ヘテロ界面が平坦となり、設計通りに量子効果による短波長化が可能となる。このように、短波長化の阻害要因となっている自然超格子の形成やステップバンチングの発生を抑制し、かつｐ型高濃度ドーピングによる短波長化による発振しきい値電流の増加および温度特性の劣化を抑制するために、通常（１００）面から［０１１］方向（もしくは［０−１−１］方向）に６〜１６度程度オフした基板が用いられる。ただし、６５０ｎｍ、６３５ｎｍなどの目的とする波長により、ＧａＩｎＰ井戸層の厚みや歪み量を考慮して、適切なオフ角度を選択する必要がある。
また、活性層が自然超格子により形成されると、通電中に自然超格子が壊れて混晶化し、レーザ発振波長あるいは発光波長が変化したり、素子特性が劣化するなどの問題が生じる場合がある。上記のＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ以外のＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどのＧａとＩｎを構成元素として含む材料を活性層に用いる場合においても、自然超格子が形成されやすく、自然超格子の形成を抑制するためには、同様にオフ基板を用いることが上述の問題を解決するためにも有効である。
【０００６】
このとき導波ロス、ミラ−ロスを低減させるために、通常基板オフ方向となるべく垂直な方向にストライプ状の共振器を形成させる。図３（ａ）および（ｂ）は、従来の半導体からなる電流ブロック層を用いたリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構造の断面を示したものである。図中、３０１は基板、３０２は第１導電型クラッド層、３０３は活性層、３０４は第２導電型クラッド層、３０５は第１導電型電流ブロック層、３０６は第２導電型コンタクト層、３０７はエピタキシャル側電極、３０８は基板側電極、３１１は基板、３１２は第１導電型クラッド層、３１３は活性層、３１４は第２導電型第１クラッド層、３１５は第１導電型電流ブロック層、３１６は第２導電型第２クラッド層、３１７は第２導電型コンタクト層、３１８はエピタキシャル側電極、３１９は基板側電極である。この場合、基板のオフによりリッジあるいはグルーブの形状が左右非対称となり、光密度分布が左右非対称となったり、あるいはリッジまたはグルーブの底で電流注入が不均一になったりしやすくなるために、光ディスク等の情報処理用レーザに要求される安定な基本横モードが得られにくくなり、キンクレベルが低下したり、あるいはビームプロファイルの左右の非対称性が増大するといった問題が生じやすくなる。特に、光分布の裾がブロック層にまでしみ出す実屈折率ガイドにおいて、この問題は顕著になると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来技術の問題点を考慮して、本発明は簡便な方法で製造することが可能で、レーザ特性が安定している、リッジ導波型ストライプ構造を有する半導体発光素子を提供することを解決すべき課題とした。また本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られる半導体発光素子を提供することを解決すべき課題とした。さらに本発明は、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必要とせずに、素子の作製工程を簡素化し、かつ素子の作製歩留まりも極めて良好な半導体発光素子の製造方法を提供することも解決すべき課題とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、リッジ導波型半導体発光装置において、ストライプ領域の両側を保護膜で覆うことにより、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術が必要でなくなり、素子の作製工程を簡素化し、かつ素子の作製歩留まりを大幅に向上できることを見いだした。また、かかる構造を有する半導体発光装置は、保護膜を用いる選択成長により容易に製造可能であることを見出し、さらに、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られることを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成されたリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置を提供するものである。
また本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成され且つ側壁の少なくとも一部が順メサ型であるリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置も提供するものである。
【００１０】
本発明の半導体発光装置は、活性層を有する化合物半導体層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有することや、リッジ型化合物半導体層が第２導電型第２クラッド層を有することが好ましい。リッジ型化合物半導体層の頂部および側面をすべて覆うようにコンタクト層が形成されているものも好ましい。基板表面の低次の面方位が（１００）またはそれと等価な面であることが好ましく、オフアングルが３０°以下であることが好ましい。また、ストライプ領域の長手方向が［０−１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であり、オフアングルの方向が［０１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であることが好ましい。活性層はＡｌＧａＩｎＰ層またはＧａＩｎＰ層であることが好ましく、基板はＧａＡｓなどの閃亜鉛型結晶から構成されることが好ましい。さらに保護膜と活性層を有する化合物半導体層との間に酸化防止層が形成され、該酸化防止層が保護膜の開口部において活性層を有する化合物半導体層を覆うことが好ましい。
【００１１】
本発明は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層を成長する工程、該化合物半導体エピタキシャル層の表面にストライプ状の開口部を有する選択成長保護膜を形成する工程（ただし、前記オフアングルの方向は、前記ストライプ状の開口部の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向である）、並びに該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるように第２導電型第２クラッド層を有するリッジ型化合物半導体エピタキシャル層をラテラル成長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も提供する。活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有するようにすることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体発光装置について、以下に各層の詳細と製造工程例を示しながら具体的に説明する。
本発明の半導体発光装置は、基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆うように形成されたリッジ型化合物半導体層を有するものである。
【００１３】
基板上にはバッファ層が設けられていても良く、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クラッド層からなる２層構造を有していてもよい。活性層を挟むクラッド層は活性層よりも屈折率が小さい層である。これらのクラッド層と活性層からなる化合物半導体層は、光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。
第２導電型第１クラッド層の上には、開口部を有する保護膜を有する。第２導電型第１クラッド層と保護膜との間には酸化防止層が形成されていてもよい。保護膜の開口部によって画定されるストライプ領域および該ストライプ領域の上には、活性層より屈折率の小さい層を含むリッジ型の化合物半導体層を有する。この化合物半導体層は、通常は大部分が第２導電型第２クラッド層からなる。第２導電型第２クラッド層の他には、例えば光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。リッジ頂部および側面の実質的全面は、低抵抗のコンタクト層によって覆われていることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体発光装置に使用する基板は、その上にダブルへテロ構造の結晶を成長することが可能なものであれば、材料の特性や種類については特に限定されない。好ましいのは導電性がある材料であり、望ましくはその上への結晶薄膜成長に適したＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ａｌ2Ｏ3等の結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する結晶基板である。基板結晶成長面は低次な面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましく、（１００）面およびそれと結晶学的に等価な（１００）面や（１１１）面等の面がより好ましい。
【００１５】
なお、本明細書において「（１００）面」という場合は、必ずしも厳密に（１００）シャストの面である必要はなく、最大３０°程度のオフアングルを有する場合まで包含する。オフアングルの大きさは上限は３０°以下が好ましく、１６°以下がより好ましく、下限は０．５°以上が好ましく、２°以上がより好ましく、７°以上がさらに好ましく、１０°以上が最も好ましい。オフアングルの方向は、ストライプ領域の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、ストライプ領域の方向は、基板の面方位が（１００）の場合、［０−１１］またはそれと等価な方向が好ましく、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い。また、基板はウルツ型等の六方晶型の基板でもよく、その場合は例えばＡｌ2Ｏ3、６Ｈ−ＳｉＣ等を用いることができる。
【００１６】
クラッド層、活性層およびコンタクト層の材質および構造については特に限定されないが、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳｅ、ＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なIII-V 族、II-VI 族半導体を用いるのが好ましい。このとき、クラッド層としては活性層より屈折率が小さい材料が選択され、コンタクト層としては通常はバンドギャップがクラッド層よりも小さい材料が選択される。金属電極とのオーミック性をとるための低抵抗で適当なキャリア密度として、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、３×１０19ｃｍ-3以下が最も好ましい。
【００１７】
中でも活性層の材料が、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰなどの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は大きい。
活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、量子井戸層および該量子井戸層を上下から挟む光ガイド層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、複数の量子井戸層およびそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上および最下の量子井戸層の下に積層された光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）であってもよい。
【００１８】
本発明の半導体発光装置では、化合物半導体層の上に酸化防止層を設けてもよい。酸化防止層を設けておけば、リッジ形状のクラッドを再成長により形成したときに、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐことが容易にできるようになる。このため酸化防止層は、活性層を有する化合物半導体層と以下に記載する保護膜との間に形成して、保護膜の開口部において酸化防止層が化合物半導体層を覆うようにするのがよい。
【００１９】
酸化防止層としては、酸化されにくいか或いは酸化されてもクリーニングが容易な材料であれば特に限定されない。具体的には、Ａｌ等の酸化されやすい元素の含有率が低い（０．３以下程度）III-Ｖ族化合物半導体層が挙げられる。また、材料または厚みを選択することにより、活性層からの光を吸収しないようにすることが好ましい。酸化防止剤の材料は、通常は活性層材料よりバンドギャップの大きい材料の中から選択されるが、バンドギャップが小さい材料であっても、厚さが５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、最も好ましくは１０ｎｍ以下であれば、実質的に光の吸収が無視できるので使用可能である。
【００２０】
本発明の半導体発光装置に使用する保護膜についても特に限定されないが、ストライプ領域に形成されたリッジ部の下の活性層の領域にのみ電流注入を行えるようにする必要がある。すなわち、ストライプ状開口部両脇の保護膜で電流狭窄を行うために、保護膜は絶縁性を有する必要がある。また、活性層では水平方向にリッジ部と非リッジ部の間で実効屈折率差をつけ、レーザ発振の横モードの安定化を図るために、保護膜の屈折率はリッジ型半導体層、すなわち第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも小さいことが好ましい。しかし、実用上は、保護膜とクラッド層との屈折率差が大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大きくなり易いために、リッジ下の第２導電型第１クラッド層を厚くしなければならなくなり、横方向に漏れ電流が大きくなる傾向がある。一方、保護膜とクラッド層との屈折率差が小さすぎる場合、保護膜の外側へ光が漏れやすくなるために保護膜をある程度厚くする必要があるが、このことにより劈開性が悪くなる傾向がある。これらを考え併せて、保護膜とクラッド層との屈折率差の下限は０．２以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．５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。また、保護膜の厚みは、絶縁特性を充分に示すことができ、かつ保護膜の外側に光が漏れない程度の厚さがあれば特に問題はない。保護膜の厚みの下限は１０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましく、５０ｎｍ以上が最も好ましい。上限は５００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が最も好ましい。
【００２１】
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膜およびアモルファスＳｉからなる群から選択されるのが好ましい。特にＳｉＮX膜、ＳｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜はリッジ部の選択成長に適しているために好ましい。保護膜は、マスクとしてＭＯＣＶＤなどを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられるとともに、電流狭窄の目的でも用いられる。プロセスの簡便さから、電流狭窄用の保護膜と選択成長用の保護膜は同一組成のものを使用することが好ましいが、必要に応じて組成の異なる層を多層に成膜してもよい。
【００２２】
閃亜鉛型構造を有する基板表面が（１００）面またはそれと結晶学的に等価な面を有するときは、第２導電型第２クラッド層が保護層上に容易に成長し、リッジ（第２導電型第２クラッド層）側壁に後述のコンタクト層が容易に成長するように、保護膜の開口部で規定されるストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向またはそれと結晶学的に等価な方向に伸びているのが好ましい。このとき、リッジ側壁の大部分は、通常（３１１）Ａ面や（３−１−１）Ａ面などの[３１１]Ａ面に形成され、リッジを構成する第２導電型第２クラッド層の成長面のほぼ全面上にコンタクト層を形成することが可能になる。同じ理由から、ウルツ型構造を有する基板を用いるときは、ストライプ領域は例えば（０００１）面上に［１１−２０］方向または［１−１００］方向に伸びているのが好ましい。エピタキシャル層をＨＶＰＥ法により成長させるときは、［１１−２０］も［１−１００］も同じ結果になる。エピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により成長させるときは、［１１−２０］が好ましい。これは、第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ、特にＡｌ組成が０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．７であるＡｌＧａＡｓからなるときに顕著である。なお、本明細書において「［０１−１］Ｂ方向」とは、通常のＩＩＩ−Ｖ族または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）面にＶ族またはＶＩ族の元素が存在するように定義する。また、「［０１−１］Ｂ方向」は、［０１−１］Ｂ方向ジャストの方向のみならず、［０１−１］Ｂ方向から±１０度程度傾いた方向も含む。なお、本発明の実施態様は、ストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向に伸びている態様に限定されるものではない。他の態様について以下においてさらに説明する。
【００２３】
例えばＭＯＣＶＤ法を用いるときの成長条件は適宜決定することができる。例えば、保護層の開口部で規定されるストライプ領域が［０１１］Ａ方向に伸びているときは、成長速度は異方性を有するように決定することができる。すなわち、成長速度は、（１００）面における成長が速く、（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面ではほとんど成長しないように調節するのが好ましい。このような異方性条件下でストライプ状の窓の（１００）面上に選択成長させるときは、側面が（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面であるリッジが形成される。このとき、ＭＯＣＶＤ法の条件は、より等方性が高い成長が起こり、リッジ頂部である（１００）面上と（１−１１）Ｂ面や（１１−１）Ｂ面などの[１１１]Ｂ面からなるリッジ側面上にコンタクト層が形成されるように選択する。
【００２４】
本発明の第１の側面により提供される半導体発光装置の製造方法は特に制限されない。通常は、基板上にダブルヘテロ構造を形成し、電流注入を行うストライプ領域上に形成した保護膜を利用することによって、リッジ型を有する第２導電型第２クラッド層とコンタクト層を選択成長する。このとき、第２導電型第２クラッド層の一部を保護膜上に形成することができるようにするために、第２導電型第２クラッド層がストライプ領域が基板表面内で伸びる方向と垂直な方向に容易に成長するように条件を設定する。すなわち、ラテラル成長が起きる条件を選択する。特に、基板表面が（１００）面であるときは、保護膜の開口部で規定されるストライプ領域が［０１−１］Ｂ方向にし、温度や原料供給量等を適当に調節する。第２導電型第２クラッド層がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるときは、温度が低くてＶ／ＩＩＩ比が大きいほどラテラル成長が容易である。Ａｌ含有組成物を用いるときは、Ａｌ含有量が多いほどラテラル成長が容易である。
【００２５】
また、図１（ｂ）に示すように、保護膜はストライプ領域を画定する側面と上面においてのみ第２導電型クラッド層と接しており、リッジ型の第２導電型第２クラッド層頂部および側面には保護膜が形成されていないのが好ましい。このような構造であれば、製造が容易になり、かつ通過抵抗等の特性が改善されるので好ましい。ストライプ領域の幅は、２．２〜１０００μｍにするのが好ましい。幅をこの範囲内にすることによって、高出力動作を実現することができる。
【００２６】
第２導電型第２クラッド層の高さ（厚さ）は、ストライプ領域の幅の０．２５倍から２．０倍程度であるのが好ましい。この範囲であれば、後述する電流ブロック層やリッジダミー層に比して著しく突出することがなく、ジャンクションダウンで用いた場合にリッジ部にストレスがかかって寿命に悪影響を与えることもなく、また、逆に周囲に比して著しく低いために電極形成工程等の後工程が行い難くなることもないため好ましい。
【００２７】
第２導電型第２クラッド層のリッジ頂部および／または側面にはコンタクト層を形成しておくのが好ましい。好ましいのは、リッジ頂部および側面の全面にコンタクト層を形成した態様である。コンタクト層の上に形成する電極や第２導電型第２クラッド層とコンタクト層との間に十分な接触面積を持たせることにより、装置全体の抵抗を低く抑えることができる。コンタクト層が形成されたリッジ頂部および側面の一部は、さらに酸化防止等の目的で保護膜で覆うことも可能である。この態様も、リッジ側面にコンタクト層を形成せずに保護膜を形成した態様よりは装置全体の抵抗を小さく抑えることができる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ系やＡｌＧａＩｎＮ系など比抵抗の高い材料（とりわけｐ型）において、装置全体の抵抗低減に有効である。
【００２８】
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リッジ部の選択成長には、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。
【００２９】
本発明の半導体発光装置は、表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型第１クラッド層を含むエピタキシャル層を成長し、該エピタキシャル層表面に開口部を有する保護膜を形成し、該開口部に第２導電型第２クラッド層を選択成長することによって製造することができる。その後、該リッジ側面に保護膜を形成することなく該リッジの頂部および側面に電極を形成するのが好ましい。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 −Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルヘテロ構造は、成長温度６５０〜７５０℃程度、Ｖ／III 比２０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）、リッジ部分は成長温度６００〜７００℃、Ｖ／III 比４０〜６０程度（ＡｌＧａＡｓの場合）あるいは３５０〜５５０程度（ＡｌＧａＩｎＰの場合）で行うのが好ましい。
【００３０】
特に保護膜を用いて選択成長するリッジ部分がＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰのようにＡｌを含む場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入すれば、マスク上へのポリの堆積が防止されるため非常に好ましい。しかし、Ａｌの組成が高いほど、あるいはマスク部／開口部の比が大きいほど、他の成長条件を一定とした場合、ポリの堆積を防止し、かつ開口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。そこで、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、０．０１以上５０以下、より好ましくは０．０５以上１０以下、最も好ましくは０．１以上５以下とするとよい。ただし、リッジにＩｎを含む化合物半導体層を選択成長（特に、ＨＣｌ導入）させる場合に、リッジの組成制御が困難になりやすい。
【００３１】
第２導電型第２クラッド層は、絶縁体からなる保護膜の上面にかかるように成長して、保護膜とリッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くするのが好ましい。また、第２導電型第２クラッド層上の成長可能な面の実質的全面にコンタクト層を成長させ、クラッド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりすることもできる。これら再成長部のクラッド層やコンタクト層を絶縁膜上部にかかるように成長することはそれぞれ単独に行っても良いし、両方を組み合わせても良い。
【００３２】
さらに、再成長でリッジを形成する場合にはリッジ部の組成、キャリア濃度や成長速度の制御性を向上するために電流注入されるリッジ部より大面積となる電流注入を行わないリッジダミー層を設けることも可能である。この際、リッジダミー層の部分には電流の通過を防止するために酸化膜等との絶縁性の被覆層やサイリスタ構造等を作製している。また、オフ基板上に電流注入ストライプをオフ方向となるべく垂直な方向に形成させた場合、再成長のリッジは左右非対称となるが、図２に示すような従来の半導体からなるブロック層よりも、保護膜とリッジ部のクラッド層との屈折率差を容易に大きくすることができたり、ストライプ方向を適切に選ぶことにより再成長部のクラッド層が保護膜の上面にかかるように成長させることができるので、保護膜とリッジ近傍にしみ出す光の分布の対称性は良好であり、高出力まで安定な基本横モード発振が得られる。このように、本発明は様々なリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置に応用可能である。
【００３３】
本発明を適用した最も好ましい形態としては、低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に絶縁体からなる保護膜を用いて、ダブルヘテロ構造のエピタキシャル面側に酸化抑制層を設けた状態で、電流が注入されるストライプ領域にリッジ形状のクラッド層およびその上にコンタクト層を絶縁体からなる保護膜上部までかかるように再成長し、この際にリッジ部より大面積となる非電流注入のリッジダミー層を設けて、かつリッジ側面には絶縁体からなる保護膜を形成されておらず、リッジの上面および側面に電極が形成されているものである。
【００３４】
上記の電極付きウエハから劈開により切り出されたレーザチップは、通常ヒートシンク、光出力モニター用フォトダイオードとともに窒素雰囲気でＣＡＮパッケージに封止して、組み上げられる。最近では、小型化、低コスト化を目的として、レーザチップが光学部品と一体となった集積型光ピックとして組み上げられる場合もある。本発明はこれらを始めとする広範な用途に供し得るものである。本発明を用い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））について述べたが、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歪み量子井戸活性層／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幅広い用途（特に高出力動作）に適用することができる。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。さらに本発明の構造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。
【００３５】
【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、濃度、厚さ、操作手順等は、本発明の精神から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の実施例に示す具体例に制限されるものではない。
【００３６】
（実施例）
この実施例は図１に示すものである。まず、最初に（１００）面から［０−１−１］Ａ方向に１０°あるいは１５°程度オフさせた厚さ３５０μｍのＧａＡｓ基板１０１の上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）（図示せず）、厚さ１．５μｍのＳｉドープＡｌ0.75Ｇａ0.25Ａｓクラッド層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）１０２、厚さ０．２μｍのＳｉドープｎ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層（ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）１０３、厚さ３０ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5Ｉｎ0.5 Ｐ光ガイド層１０４あるいは厚さ５ｎｍのノンドープ（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバリア層１０５に挟まれた厚さ５〜６ｎｍのノンドープＧａ0.44Ｉｎ0.56Ｐ井戸層１０６（４層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０７、厚さ０．２μｍのＺｎドープｐ型（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド層（ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）１０８、厚さ５ｎｍのＺｎドープｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ酸化抑制層（ｐ＝１×１０18ｃｍ-3）１０９を順次積層することにより、ダブルヘテロ構造を形成した（図１（ａ））。このとき、酸化抑制層は活性層で再結合した光を吸収しないように組成を選択する方がしきい値電流を低減する上では好ましいが、セルフパルセーションさせるために意図的に光を吸収させて可飽和吸収層として利用することも可能である。なお、光を吸収させないようにするために、上記Ｇａx Ｉｎ1-x Ｐ酸化抑制層の組成をＧａリッチ側（Ｘ＝０．５〜１）に変えたり、Ａｌを若干量加える（（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ、Ｘ＝０．１〜０．２程度）ことがさらに有効である。次にこのダブルヘテロ基板の表面に絶縁性のＳｉＮx 保護膜（屈折率１．９、波長６５０ｎｍ）１１０を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ法によりこのＳｉＮx 膜１１０にオフアングルの方向と直交する［０１−１］Ｂ方向に幅２．２μｍのストライプ状の窓１０７を多数開ける。このストライプ状の窓１１１に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、厚さ１．２μｍのＺｎドープｐ型Ａｌ0.77Ｇａ0.23Ａｓクラッド層（ｐ＝１．５×１０18ｃｍ-3；屈折率３．３、波長６５０ｎｍ）１１２と厚さ０．３μｍのＺｎドープＧａＡｓコンタクト層１１３からなるリッジを形成した（図１（ｂ））。このとき、リッジの側面の大部分が（３１１）Ａ面もしくはこれに近い面となることが多く、再成長部のクラッド層を絶縁体からなる保護膜の上面にかかるように成長し、再成長部のクラッド層上の成長可能な面の実質的全面にコンタクト層を成長させることができる。そのため、保護膜とリッジの近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くしたり、クラッド層側面の酸化を抑制したり、エピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行い、電極とのコンタクト抵抗を低減したりすることもできる。この傾向は再成長リッジ部がＡｌＧａＡｓ、特にＡｌＧａＡｓのＡｌ組成が０．２〜０．９、好ましくは０．３〜０．８の時に顕著である。一般的なIII −Ｖ族化合物半導体において、（１００）面と（０１−１）面の間に存在する（１１−１）面が、Ｖ族元素が現れる面である様に［０１−１］Ｂ方向を定義する。
【００３７】
上記のＭＯＣＶＤ法において、III 族原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、Ｖ族原料にはアルシンおよびホスフィンを、キャリアガスには水素を用いた。また、ｐ型ドーバントにはジメチル亜鉛、ｎ型ドーパントにはジシランを用いた。また、リッジの成長時にはＨＣｌガスをＨＣｌ／III 族のモル比が０．２、特にＨＣｌ／ＴＭＡのモル比が０．３となる様に導入した。
【００３８】
この後、ｐ型の電極１１４をエピタキシャル面側に蒸着し、基板１０１を１００μｍまで薄くした後に、基板側にｎ型の電極１１５を蒸着し、アロイした（図１（ｃ））。こうして作製したウエハより、劈開によりチップを切り出して、レーザ共振器構造を形成した。このようにして作製したレーザチップの特性は、バッチ内およびバッチ間の分布を測定したところ、波長６５０ｎｍ付近で発振し、しきい値電流、スロープ効率等の特性が非常に良く揃っており、非常に高い信頼性が得られることが判明した。また、少なくとも５０ｍＷ程度の高出力まで、キンクは観察されず、安定な基本横モードで発振することが判明した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置は、レーザ特性が安定していて、簡便な方法で製造することができる。また、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系可視レーザのように、短波長化のためにオフ角度の大きい基板を用いた場合にも、上記リッジ導波型レーザにおけるリッジ形状の左右非対称性が、光強度分布の左右非対称性に影響をほとんど受けることなく、安定な基本横モードが高出力動作まで得られる。また本発明の製造方法によれば、複雑かつ微細なフォトリソグラフィ技術を必要としない簡素化した工程によって、半導体発光装置を高い作製歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
【図２】 従来のリッジ部をエッチングにより形成してなる半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
【図３】 従来の半導体からなる電流ブロック層を用いたリッジ型あるいはグルーブ型のインナーストライプ構造の半導体発光装置およびその製造方法を説明する断面説明図である。
Claims (15)
- 表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成されたリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置。
- 表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に、活性層を有する化合物半導体層、該化合物半導体層の上に形成され且つ電流が注入されるストライプ領域に対応する領域に開口部を有する選択成長保護膜、および該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるようにラテラル成長により形成され且つ側壁の少なくとも一部が順メサ型であるリッジ型化合物半導体層を有し、前記オフアングルの方向が、ストライプ領域の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする半導体発光装置。
- 前記の活性層を有する化合物半導体層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有す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。
- 前記リッジ型化合物半導体層が第２導電型第２クラッド層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記リッジ型化合物半導体層の頂部および側面をすべて覆うようにコンタクト層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
- 前記基板表面の低次の面方位が（１００）またはそれと等価な面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記オフアングルが３０°以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記オフアングルが０．５°以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記ストライプ領域の長手方向が［０−１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であり、オフアングルの方向が［０１１］またはそれと等価な方向から±３０°以内の方向であることを特徴とする請求項６に記載の半導体発光装置。
- 前記活性層が、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＧａＩｎＰ層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記基板が閃亜鉛型結晶から構成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 前記基板がＧａＡｓから構成されることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光装置。
- 前記選択成長保護膜と前記の活性層を有する化合物半導体層との間に酸化防止層が形成され、該酸化防止層が選択成長保護膜の開口部において活性層を有する化合物半導体層を覆うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体発光装置。
- 表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板上に活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層を成長する工程、該化合物半導体エピタキシャル層の表面にストライプ状の開口部を有する選択成長保護膜を形成する工程（ただし、前記オフアングルの方向は、前記ストライプ状の開口部の長手方向に直交する方向から±３０°以内の方向である）、並びに該開口部を覆って前記選択成長保護膜の上面の一部にかかるように第２導電型第２クラッド層を有するリッジ型化合物半導体エピタキシャル層をラテラル成長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。
- 前記の活性層を有する化合物半導体エピタキシャル層がさらに第１導電型クラッド層および第２導電型第１クラッド層を有する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。
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