JP4357022B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色または紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザ素子等のＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできている。
【０００３】
図７は、従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の一例を示す模式的断面図である。
図７に示すように半導体レーザ素子４００は、サファイア基板６１のｃ（０００１）面上に、アンドープのＧａＮからなる低温バッファ層６２、ｎ−ＧａＮからなるｎ−コンタクト層６３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層６４、ｎ−ＧａＮからなるｎ−光ガイド層６５、ｎ−ＭＱＷ（多重量子井戸）発光層６６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−ブロック層６７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−光ガイド層６８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層６９およびｐ−ＧａＮからなる第１のｐ−コンタクト層７０が順に積層されている。第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９の所定領域がエッチングされてｐ−光クラッド層６９が露出し、リッジ部が形成されている。このように、半導体レーザ素子４００はリッジ導波構造を有する。
【０００４】
第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部のストライプ状領域を除いて電流狭窄層７１が積層されている。さらに、第１のｐ−コンタクト層７０上および電流狭窄層７１上に第２のｐ−コンタクト層７２が積層されている。
【０００５】
第２のｐ−コンタクト層７２上の中央部の領域を除いて絶縁膜７３が形成されるとともに、ｐ−コンタクト層７２の中央部の領域上および絶縁膜７３上にｐ電極５１が形成されている。また、絶縁膜７３からｎ−コンタクト層６３までの一部領域がエッチングにより除去され、露出したｎ−コンタクト層６３上にｎ電極５０が形成されている。
【０００６】
半導体レーザ素子４００においては、リッジ部の形成により、ｎ−ＭＱＷ発光層６６の水平方向において屈折率の分布が生じる。また、電流狭窄層７１により電流が狭窄され、リッジ部内に電流注入領域が形成される。このような屈折率の分布および電流の狭窄を利用し、水平方向の光の閉じ込め、すなわち横モードの制御が行われる。
【０００７】
半導体レーザ素子４００の製造の際には、結晶成長装置において、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により、サファイア基板（ウエハ）６１上に、各層６２〜７０を順に結晶成長させる。
【０００８】
続いて、ウエハを結晶成長装置から取り出し、大気中において、第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部の領域にＮｉマスクを形成する。このＮｉマスクを用いて、第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９をエッチングしてリッジ部を形成する。その後、Ｎｉマスクを除去する。
【０００９】
次に、露出した第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９の表面を有機溶剤、酸等を用いて洗浄し、表面の汚れを除去する。その後、第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部のストライプ状領域にＳｉＯ2 マスクを形成し、再び結晶成長装置に戻す。
【００１０】
結晶成長装置において、第１のｐ−コンタクト層７０上のＳｉＯ2 マスクを除く領域上およびｐ−光クラッド層６９上に、ｎ−電流狭窄層７１を成長させる。この後、ウエハを再び結晶成長装置から取り出し、第１のｐ−コンタクト層７０上に形成したＳｉＯ2 マスクを除去する。
【００１１】
再びウエハを結晶成長装置に戻し、露出した第１のｐ−コンタクト層７０上および電流狭窄層７１上に、第２のｐ−コンタクト層７２を成長させる。
【００１２】
さらに、マスクパターンを用いてＳｉＯ2 膜７３を形成し、ＳｉＯ2 膜７３からｎ−コンタクト層６３までの一部領域をエッチングする。最後に、ｎ電極５０およびｐ電極５１をそれぞれ所定の領域に形成し、へき開により素子に分離する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体レーザ素子４００のリッジ部および電流狭窄層７１を形成する工程においては、結晶成長装置中から大気中にウエハを取り出し、ＳｉＯ2 マスクの形成および除去を順に行う。このような過程において、第１のｐ−コンタクト層７０の表面に表面準位が生じる。
【００１４】
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層７０に表面準位が生じると、電流注入領域において、第１のｐ−コンタクト層７０と第２のｐ−コンタクト層７２との界面の伝導度が低下する。また、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層７０上に再成長させた第２のｐ−コンタクト層７２は、結晶性が悪くなる。それにより、第２のｐ−コンタクト層７２の正孔濃度をある程度以上に上げることが困難になるとともに、正孔の移動度が低下する。したがって、発光再結合に関与する正孔濃度が減少する。
【００１５】
これらのことに起因し、半導体レーザ素子４００において素子抵抗が増加するとともに、発光に関与しない無効電流が増加する。それにより、半導体レーザ素子４００の発光効率が低下する。さらに、素子抵抗および無効電流が増加すると、素子温度が上昇するため、半導体レーザ素子４００の結晶中に転位が増殖する。それにより、半導体レーザ素子４００に劣化が生じるため、素子の信頼性が低下するとともに、寿命が短くなる。
【００１６】
さらに、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層７０および結晶性の悪い第２のｐ−コンタクト層７２のために、光の損失が大きくなる。したがって、半導体レーザ素子４００のしきい値電流密度が増加する。
【００１７】
本発明の目的は、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明により製造される半導体発光素子においては、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでが除去されてストライプ状凹部が形成されることにより、第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層の再成長表面上に第２の窒化物系半導体層が形成されている。そのため、第１の窒化物系半導体層と第２の窒化物系半導体層との界面における伝導度の低下が抑制され、素子抵抗が低減される。
【００２０】
また、第２の窒化物系半導体層は、表面準位が除去された再成長表面上に形成されているので、結晶性が良好となっている。このため、第２の窒化物系半導体層のキャリア濃度を高くすることが可能になるとともに、第２の窒化物系半導体層中におけるキャリアの移動度が向上する。それにより、発光再結合に関与するキャリア濃度が高くなり、無効電流が低減される。
【００２１】
また、素子抵抗および無効電流の低減化が図られているので、素子温度の上昇が抑制され、素子の劣化が防止される。それにより、信頼性が高くかつ寿命の長い半導体発光素子が得られる。
【００２２】
さらに、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、かつ第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好であるため、光の損失が低減され、しきい値電流密度が低減される。
【００２３】
以上のことから、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００２４】
第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部が形成され、リッジ部の上面にストライプ状凹部が形成され、ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層が形成され、ストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００２５】
この場合、第１の窒化物系半導体層のリッジ部に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００２６】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部を形成する工程および第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、リッジ部の第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００２７】
第１の窒化物系半導体層は、発光層を含む下部層と、下部層上において電流注入領域よりも幅広の領域に形成された上部層とにより構成され、上部層の上面にストライプ状凹部が形成され、ストライプ状凹部の両側の上部層上および下部層上に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の上部層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００２８】
この場合、第１の窒化物系半導体層の上部層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００２９】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層の上部層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層の上部層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の上層部の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の上部層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００３０】
また、下部層の幅広の領域が一定深さまで除去され、除去された領域上に上部層が形成されてもよい。この場合、第１の窒化物系半導体層の下部層上に上部層を形成する工程において下部層に生じた表面準位が除去され、この表面準位が除去された下部層上に上部層が形成される。それにより、下部層の表面準位が低減されるとともに、上部層の結晶性が良好となる。
【００３１】
ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００３２】
この場合、第１の窒化物系半導体層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００３３】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００３４】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層を含みかつインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層に共振器方向に延びるリッジ部を形成する工程と、リッジ部の上面の共振器方向に延びるストライプ状領域が露出するように、第１の窒化物系半導体層上にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４からなる電流狭窄層を形成する工程と、ストライプ状領域を第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでをエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、前記ストライプ状凹部内で前記第１の窒化物系半導体層の表面準位を除去する工程と、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上にインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたものである。
【００３５】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、ストライプ状の電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでをエッチングし、ストライプ状凹部を形成することにより、第１の窒化物系半導体層の表面準位を除去し、表面準位を除去した第１の窒化物系半導体層の再成長表面に第２の窒化物系半導体層を形成する。
【００３６】
本発明に係る製造方法により作製した半導体発光素子においては、電流注入領域において、第１の窒化物系半導体層と第２の窒化物系半導体層との界面における伝導度の低下が抑制され、素子抵抗が低減される。
【００３７】
また、表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層の再成長表面上に、第２の窒化物系半導体層を形成するため、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。このため、第２の窒化物系半導体層のキャリア濃度を高くすることが可能になるとともに、第２の窒化物系半導体層におけるキャリアの移動度が向上する。それにより、発光再結合に関与するキャリア濃度が高くなり、無効電流が低減される。
【００３８】
また、素子抵抗および無効電流の低減化が図られているので、素子温度の上昇が抑制され、素子の劣化が防止される。それにより、信頼性が高くかつ寿命の長い半導体発光素子が得られる。
【００３９】
さらに、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、かつ第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好であるため、光の損失が低減され、しきい値電流密度が低減される。
【００４０】
以上のことから、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００４１】
第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部を形成し、リッジ部の上面にストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層を形成し、ストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４２】
この場合、第１の窒化物系半導体層のリッジ部に形成したストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００４３】
上記のような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層にリッジ部を形成する工程および第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、リッジ部の第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００４４】
発光層を含む下部層上に電流注入領域よりも幅広の上部層を積層することにより第１の窒化物系半導体層を形成し、上部層の上面にストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部の両側の上部層上および下部層上に電流狭窄層を形成し、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の上部層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４５】
この場合、第１の窒化物系半導体層の上層部に形成したストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００４６】
上記のような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層の上部層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層の上部層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層の上部層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の上層部の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の上部層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００４７】
また、下部層の幅広の領域を一定深さまでエッチングし、エッチングした領域上に上部層を形成してもよい。この場合、第１の窒化物系半導体層の下部層上に上部層を形成する工程において下部層に生じた表面準位を除去し、この表面準位が除去された下部層上に上部層を形成する。それにより、下部層の表面準位が低減されるとともに、上部層の結晶性が良好となる。
【００４８】
ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層を形成し、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４９】
この場合、第１の窒化物系半導体層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００５０】
このような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体発光素子の例として、半導体レーザ素子について説明する。
【００５４】
図１および図２は、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置（有機金属気相成長装置）において、十分洗浄したサファイア基板１のｃ（０００１）面上にアンドープのＧａＮからなる厚さ２０ｎｍの低温バッファ層２、厚さ４μｍのｎ−ＧａＮ層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍのｎ−光クラッド層４、ｎ−ＧａＮからなる厚さ２００ｎｍのｎ−光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ−ブロック層７、ｐ−ＧａＮからなる厚さ２００ｎｍのｐ−光ガイド層８およびｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍのｐ−光クラッド層９を順に成長させる。
【００５６】
なお、この場合のｎ型ドーパントとしてはＳｉを用いており、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−光クラッド層４およびｎ−光ガイド層５の電子濃度は、それぞれ５×１０18ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3および６×１０17ｃｍ-3である。また、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いており、ｐ−ブロック層７、ｐ−光ガイド層８およびｐ−光クラッド層９の正孔濃度は、それぞれ７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3および７×１０17ｃｍ-3である。
【００５７】
ｎ−ＭＱＷ発光層６は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４つの量子障壁層と、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ１５ｎｍの３つの量子井戸層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
【００５８】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、大気中において、ｐ−光クラッド層９の中央部の領域上にＮｉマスク（図示せず）を形成する。このＮｉマスクを用いて、塩素イオンを用いた反応性イオンエッチング法により、ｐ−光クラッド層９のＮｉマスクを除く領域をエッチングする。このようにして、ｐ−光クラッド層９にリッジ部を形成し、Ｎｉマスクを除去する。このリッジ部の中央部のストライプ状領域上に、スパッタリングによりＳｉＯ2 マスク（図示せず）を堆積させた後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００５９】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記のＳｉＯ2 マスクの領域を除いてｐ−光クラッド層９上に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる電流狭窄層１０を形成する。その後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、フッ化水素水溶液により、上記のＳｉＯ2 マスクを除去する。このようにして、ｐ−光クラッド層９の中央部のストライプ状領域４０を露出させる。この場合、露出したｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０に表面準位が形成される。
【００６０】
さらに、図１（ｃ）に示すように、高温の水酸化カリウム水溶液を用いて、露出したｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０を深さ２０ｎｍまでエッチングする。なお、この場合のエッチングの深さは、ｐ−光クラッド層９のエッチング速度１００Å／分に基づいて、エッチング時間より換算した値である。
【００６１】
このようにして、ｐ−光クラッド層９のリッジ部のストライプ状領域４０に深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、このストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させる。この場合、露出した再成長表面４１からは、表面準位が除去されている。
【００６２】
上記のようにしてｐ−光クラッド層９にストライプ状凹部を形成した後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。さらに、図２（ｄ）に示すように、ｐ−光クラッド層９のストライプ状凹部内の再成長表面４１上および電流狭窄層１０上に、正孔濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＧａＮからなる厚さ１μｍのｐ−コンタクト層１１を形成する。その後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００６３】
さらに、図２（ｅ）に示すように、スパッタリングにより、ｐ電極形成領域を除くｐ−コンタクト層１１の領域上に、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2 膜１２を堆積させる。
【００６４】
続いて、ｎ電極形成領域を除く領域に開口部を有するフォトレジストをパターニングし、厚さ５００ｎｍのＮｉを蒸着する。フォトレジスト上のＮｉをフォトレジストとともに除去することにより、ｎ電極形成領域以外の領域をＮｉマスクで被覆する。図２（ｆ）に示すように、このＮｉマスクを用いて、塩素イオンを用いた反応性イオンエッチング法により、ｎ電極形成領域のＳｉＯ2 膜１２からｎ−コンタクト層３までをエッチングする。この場合のエッチングの深さは２μｍである。このようにして、ｎ−コンタクト層３の一部領域を露出させた後、Ｎｉマスクを除去する。
【００６５】
さらに、図２（ｇ）に示すように、露出したｎ−コンタクト層３上に厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸着し、ｎ電極５０を形成する。また、ｐ電極形成領域に開口部を有するフォトレジストをパターニングし、その上に厚さ３００ｎｍのＰｔ膜および厚さ４００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸着する。フォトレジスト上のＰｔ膜およびＡｕ膜をフォトレジストとともに除去することにより、ｐ電極５１を形成する。
【００６６】
最後に、ｎ電極５０の短辺と平行な面において、サファイア基板１とともに各層２〜１２をへき開する。このようにして、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するリッジ導波構造の半導体レーザ素子１００を作製する。
【００６７】
半導体レーザ素子１００においては、ＳｉＯ2 膜１２および電流狭窄層１０により電流が狭窄されるため、リッジ部内のストライプ状凹部に電流注入領域が形成される。
【００６８】
本例においては、表面準位を有するリッジ部のｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０をエッチングすることにより、表面準位が除去された再成長表面４１を露出させ、この再成長表面４１上にｐ−コンタクト層１１を形成する。このため、電流注入領域において、ｐ−光クラッド層９とｐ−コンタクト層１１との界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子１００の素子抵抗が低減される。
【００６９】
また、上記のような表面準位が除去された再成長表面４１上に再成長させたｐ−コンタクト層１１は、表面準位を有するｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、ｐ−コンタクト層１１の正孔濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子１００が得られる。
【００７０】
さらに、半導体レーザ素子１００においては、上記のように素子抵抗および無効電流を低減することが可能となることから、素子温度の上昇を抑制することが可能となる。したがって、素子の劣化を防ぐことが可能となり、信頼性が高くかつ素子寿命の長い半導体レーザ素子１００が得られる。
【００７１】
また、リッジ部のｐ−光クラッド層９の再成長表面４１の表面準位が低減されるとともにｐ−コンタクト層１１の結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【００７２】
図３および図４は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００７３】
図３（ａ）に示すように、サファイア基板１上に低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−光クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−ブロック層７、ｐ−光ガイド層８および第１のｐ−光クラッド層９ａを順に成長させる。なお、各層２〜９ａの構成および成長方法に関しては、図１（ａ）の各層２〜９において前述したとおりである。
【００７４】
続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、大気中において、所定領域に開口部を有する選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５を、スパッタリングにより第１のｐ−光クラッド層９ａ上に堆積させる。
【００７５】
次に、図３（ｂ）に示すように、高温の水酸化カリウム水溶液により、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５の開口部内の第１のｐ−光クラッド層９ａを深さ５ｎｍまでエッチングする。このようにして深さ５ｎｍのストライプ状凹部を第１のｐ−光クラッド層９ａに形成し、ストライプ状凹部内に第１の再成長表面４２を露出させる。この場合、露出した第１の再成長表面４２においては、表面準位が除去されている。この後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００７６】
さらに、図３（ｃ）に示すように、第１の再成長表面４２上にｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍの第２のｐ−光クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮからなる厚さ３００ｎｍの第１のｐ−コンタクト層１１ａを順に成長させる。この場合、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａは、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５上に成長しにくい。したがって、第１のｐ−光クラッド層９ａのストライプ状凹部上に、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａを選択的に成長させることが可能となる。このようにして、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａから構成されるリッジ部を形成する。
【００７７】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、図３（ｄ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５をフッ化水素水溶液により除去する。さらに、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域上にＳｉＯ2 マスク（図示せず）を形成した後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００７８】
次に、図４（ａ）に示すように、ＳｉＯ2 マスク形成領域以外の領域上にｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる電流狭窄層１０を成長させ、再びＭＯＣＶＤ装置から取り出す。さらに、フッ化水素水溶液により、上記のＳｉＯ2 マスクを除去し、第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を露出させる。この場合、露出した第１のｐ−コンタクト層１１ａは表面準位を有する。さらに、この露出した第１のｐ−コンタンクト層１１ａを、高温の水酸化カリウム水溶液により、深さ２０ｎｍまでエッチングする。このようにして、第１のｐ−コンタクト層１１ａに深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内に第２の再成長表面４３を露出させる。この場合、露出した第２の再成長表面４３においては、表面準位が除去されている。
【００７９】
続いて、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻し、図４（ｂ）に示すように、第１のｐ−コンタクト層１１ａのストライプ状凹部内の第２の再成長表面４３上および電流狭窄層１０上に第２のｐ−コンタクト層１１ｂを成長させる。その後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００８０】
次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ電極形成領域を除く第２のｐ−コンタクト層１１ｂ上に、図２（ｅ）と同様の方法により、ＳｉＯ2 膜１２を堆積させる。
【００８１】
さらに、図４（ｄ）に示すように、図２（ｆ）と同様の方法により、ｎ−コンタクト層３の一部領域を露出させるとともに、この露出したｎ−コンタクト層３上にｎ電極５０を形成する。また、図２（ｇ）と同様の方法により、第２のｐ−コンタクト層１１ｂの所定領域上にｐ電極５１を形成する。最後に、へき開により、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するリッジ導波構造の半導体レーザ素子２００を作製する。
【００８２】
半導体レーザ素子２００においては、ＳｉＯ2 膜１２および電流狭窄層１０により電流が狭窄されるため、リッジ部内のストライプ状凹部に電流の経路が形成される。
【００８３】
本例においては、第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された第１および第２の再成長表面４２，４３を露出させ、この第１および第２の再成長表面４２，４３上に第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂを形成する。このため、電流注入領域において、リッジ部の第１のｐ−光クラッド層９ａと第２のｐ−光クラッド層９ｂとの界面および第１のｐ−コンタクト層１１ａと第２のｐ−コンタクト層１１ｂとの界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子２００の素子抵抗が低減される。
【００８４】
また、上記のような表面準位が除去された第１および第２の再成長表面４２，４３上に再成長させた第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂは、表面準位を有する第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａ上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂの正孔濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子２００が得られる。
【００８５】
このように、半導体レーザ素子２００においては、素子抵抗および無効電流を低減することが可能となるため、素子の信頼性が高くかつ寿命の長い素子となる。
【００８６】
また、第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａの再成長表面４２，４３の表面準位が低減されるとともに第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂの結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【００８７】
図５および図６は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００８８】
図５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置において、十分洗浄したサファイア基板２１のｃ（０００１）面上に、低温バッファ層２２、ｎ−ＧａＮ層２３、ｎ−光クラッド層２４、ｎ−光ガイド層２５、ｎ−ＭＱＷ発光層２６、ｐ−ブロック層２７、ｐ−光ガイド層２８および第１のｐ−コンタクト層２９を順に成長させる。なお、各層２２〜２８の構成および成長方法に関しては、図１（ａ）の各層２〜８において前述した通りである。また、第１のｐ−コンタクト層２９は正孔濃度が７×１０17ｃｍ-3のｐ−ＧａＮからなり、厚さが２００ｎｍである。ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、大気中において、第１のｐ−コンタクト層２９上の所定領域に厚さ２μｍの選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０を形成する。この後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００８９】
さらに、図５（ｂ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０形成領域を除く第１のｐ−コンタクト層２９上に、電子濃度が３×１０19ｃｍ-3のｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる厚さ約０．５μｍの１対の電流狭窄層３１を成長させる。
【００９０】
次に、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図５（ｃ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０をフッ化水素水溶液により除去する。このようにして、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を露出させる。この場合、露出した第１のｐ−コンタクト層２９は表面準位を有する。さらに、この露出した第１のｐ−コンタクト層２９を、高温の水酸化カリウム水溶液により、深さ２０ｎｍまでエッチングする。このようにして、第１のｐ−コンタクト層２９に深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させる。この場合、再成長表面４４においては、表面準位が除去されている。
【００９１】
再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻し、図６（ｄ）に示すように、第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状凹部内の再成長表面４４上および電流狭窄層３１上に、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ５００ｎｍのｐ−光クラッド層３２およびｐ−ＧａＮからなる厚さ１μｍの第２のｐ−コンタクト層３３を順に成長させる。なお、ｐ−光クラッド層３２の正孔濃度は７×１０17ｃｍ-3であり、第２のｐ−コンタクト層３３の正孔の濃度は１×１０18ｃｍ-3である。
【００９２】
この後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００９３】
さらに、図６（ｅ）に示すように、図２（ｆ）と同様の方法により、第２のｐ−コンタクト層３３からｎ−コンタクト層２３までの一部領域をエッチングし、ｎ−コンタクト層２３の所定領域を露出させる。
【００９４】
続いて、図６（ｆ）に示すように、図２（ｇ）と同様の方法により、露出したｎ−コンタクト層２３上にｎ電極５０を形成するとともに、第２のｐ−コンタクト層３３上にｐ電極５１を形成する。最後に、へき開により、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するセルフアライン構造の半導体レーザ素子３００を作製する。
【００９５】
半導体レーザ素子３００においては、電流狭窄層３１により電流が狭窄されるため、電流狭窄層３１間の第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状凹部に電流注入領域が形成される。
【００９６】
本例においては、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された再成長表面４４を露出させ、この再成長表面４４上にｐ−光クラッド層３２を形成する。このため、電流注入領域において、第１のｐ−コンタクト層２９とｐ−光クラッド層３２との界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子３００の素子抵抗が低減される。
【００９７】
また、上記のような表面準位が除去された再成長表面４４に再成長させたｐ−光クラッド層３２は、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層２９上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、ｐ−光クラッド層３２の正孔の濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子３００が得られる。
【００９８】
このように、半導体レーザ素子３００においては、素子抵抗および無効電流を低減することが可能となるため、素子の信頼性が高くかつ寿命の長い素子が得られる。
【００９９】
また、第１のｐ−コンタクト層２９の再成長表面４４の表面準位が低減されるとともにｐ−光クラッド層３２の結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【０１００】
以上の上記の半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、表面準位が除去された再成長表面４０〜４４を露出させるために、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９，９ａのストライプ状領域を深さ２０ｎｍおよび５ｎｍまでエッチングしているが、表面準位を有するストライプ状領域を除去することが可能であれば、エッチングの深さはこれ以外の値であってもよい。ストライプ状凹部の深さがＦＦＰ（遠視野像）に影響すること、過剰なエッチングは再成長表面４０〜４４に損傷を与えること等を考慮すると、エッチングの深さは５ｎｍ以上であることが好ましい。また、エッチングの深さの上限は、エッチングする層を突き抜けない程度とすることが好ましい。なお、この場合のエッチングの深さは、各層９，１１ａ，２９，９ａのエッチング速度に基づいて、エッチング時間より換算した値である。
【０１０１】
また、半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、電流狭窄層１０，３１がｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎから構成されるが、これ以外に、ＳｉＯ2 膜またはＳｉ3 Ｎ4 膜により電流狭窄層１０，３１が構成されてもよい。なお、この場合においては、ＳｉＯ2 膜またはＳｉ3 Ｎ4 膜からなる電流狭窄層１０，３１上に各層１１ａ，１１ｂ，３２が成長しにくい。したがって、横方向成長技術を用いて電流狭窄層１０，３１上に各層１１，１１ｂ，３２を成長させ、ウエハの全面に各層１１，１１ｂ，３２を形成してもよい。あるいは、電流狭窄層１０，３１上には、各層１１，１１ｂ，３２を形成しなくてもよい。
【０１０２】
上記においては、半導体レーザ素子１００，２００，３００を構成する各層がＡｌ、ＧａおよびＩｎを含む窒化物系半導体により構成されるが、これ以外に、ホウ素を含む窒化物系半導体により各層が構成されてもよい。
【０１０３】
また、半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、サファイア基板１，２１側にｎ型半導体層を形成した場合について説明したが、本発明に係る半導体発光素子は、サファイア基板１，２１側にｐ型半導体層を形成した半導体レーザ素子においても適用可能である。この場合、表面準位を有するｎ型半導体層の所定領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内で露出した表面準位が除去された再成長表面上に、半導体層を再成長させる。
【０１０４】
【０１０５】
なお、上記においては、本発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子にも適用可能である。
【０１０６】
【実施例】
以下の参考例１〜９および比較例１〜３に示すＧａＮ系半導体レーザ素子について、光出力が４ｍＷとなる際の駆動電流を測定した。
【０１０７】
［参考例１］
図１（ａ）〜図２（ｇ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子１００を作製した。なお、この場合においては、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、再成長表面４１を露出させた。
【０１０８】
参考例１の半導体レーザ素子１００を用いて駆動電流を測定したことろ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１０９】
［参考例２］
リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例２の半導体レーザ素子は、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させた点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１０】
参考例２の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１１１】
［参考例３］
リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例３の半導体レーザ素子は、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させた点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１２】
参考例３の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２４４ｍＡであった。
【０１１３】
［比較例１］
比較例１においては、リッジ部のｐ−光クラッド層９にストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例１の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１４】
比較例１の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のためのｐ−光クラッド層９のエッチングを行わず、図１（ｂ）に示すリッジ部のｐ−光クラッド層９の領域４０の表面を洗浄した後、この領域４０の表面上にｐ−コンタクト層１１を再成長させた。
【０１１５】
比較例１の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３１５ｍＡであった。
【０１１６】
［参考例４］
図３（ａ）〜図４（ｈ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子２００を作製した。なお、この場合においては、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、第２の再成長表面４３を露出させた。
【０１１７】
参考例４の半導体レーザ素子２００を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５３ｍＡであった。
【０１１８】
［参考例５］
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例５の半導体レーザ素子は、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４３を露出させた点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１１９】
参考例５の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１２０】
［参考例６］
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例６の半導体レーザ素子は、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４３を露出させた点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１２１】
参考例６の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５２ｍＡであった。
【０１２２】
［比較例２］
比較例２においては、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａにストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例２の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１２３】
比較例２の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のためのｐ−コンタクト層１１のエッチングを行わず、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの表面を洗浄した後、この表面上に第２のｐ−コンタクト層１１ｂを再成長させた。
【０１２４】
比較例２の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３２０ｍＡであった。
【０１２５】
［参考例７］
図５（ａ）〜図６（ｆ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子３００を作製した。なお、この場合においては、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、再成長表面４４を露出させた。
【０１２６】
参考例７の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２４８ｍＡであった。
【０１２７】
［参考例８］
第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例８の半導体レーザ素子は、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させた点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１２８】
参考例８の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５５ｍＡであった。
【０１２９】
［参考例９］
第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例９の半導体レーザ素子は、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することによりストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させた点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１３０】
参考例９の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１３１】
［比較例３］
比較例３においては、第１のｐ−コンタクト層２９にストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例３の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１３２】
比較例３の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のための第１のｐ−コンタクト層２９のエッチングを行わず、第１のｐ−コンタクト層２９の表面を洗浄した後、この表面上にｐ−光クラッド層３２を再成長させた。
【０１３３】
比較例３の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３００ｍＡであった。
【０１３４】
以上の参考例１〜９においては、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された再成長表面４１，４３，４４を露出させ、この再成長表面４１，４３，４４上に各層１１，１１ｂ，３２を再成長させる。一方、比較例１〜３においては、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９をエッチングせず、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９上に、直接、各層１１，１１ｂ，３２を再成長させる。このため、参考例１〜９の半導体レーザ素子においては、比較例１〜３の半導体レーザ素子と比べて、素子抵抗および無効電流の低減が図られる。したがって、参考例１〜９の半導体レーザ素子では、比較例１〜３の半導体レーザ素子よりも低い駆動電流により、４ｍＷの光出力が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図２】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図３】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図４】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図５】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図６】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図７】 従来の半導体レーザ素子の例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１，２１，６１ サファイア基板
２，２２，６２ 低温バッファ層
３，２３，６３ ｎ−ＧａＮ層
４，２４，６４ ｎ−光クラッド層
５，２５，６５ ｎ−光ガイド層
６，２６，６６ ｎ−ＭＱＷ発光層
７，２７，６７ ｐ−ブロック層
８，２８，６８ ｐ−光ガイド層
９，９ａ，９ｂ，３２，６９ ｐ−光クラッド層
１０，３１，７１ 電流狭窄層
１１，１１ａ，１１ｂ，２９，３３，７０，７２ ｐ−コンタクト層
１２，７３ ＳｉＯ2 膜
４１，４２，４３，４４ 再成長表面
５０ ｎ電極
５１ ｐ電極
１００，２００，３００，４００ 半導体レーザ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物半導体層を有する半導体発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、青色または紫色の光を発する発光ダイオード、半導体レーザ素子等のＧａＮ系半導体発光素子の実用化が進んできている。
【０００３】
図７は、従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の一例を示す模式的断面図である。
図７に示すように半導体レーザ素子４００は、サファイア基板６１のｃ（０００１）面上に、アンドープのＧａＮからなる低温バッファ層６２、ｎ−ＧａＮからなるｎ−コンタクト層６３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層６４、ｎ−ＧａＮからなるｎ−光ガイド層６５、ｎ−ＭＱＷ（多重量子井戸）発光層６６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−ブロック層６７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−光ガイド層６８、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層６９およびｐ−ＧａＮからなる第１のｐ−コンタクト層７０が順に積層されている。第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９の所定領域がエッチングされてｐ−光クラッド層６９が露出し、リッジ部が形成されている。このように、半導体レーザ素子４００はリッジ導波構造を有する。
【０００４】
第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部のストライプ状領域を除いて電流狭窄層７１が積層されている。さらに、第１のｐ−コンタクト層７０上および電流狭窄層７１上に第２のｐ−コンタクト層７２が積層されている。
【０００５】
第２のｐ−コンタクト層７２上の中央部の領域を除いて絶縁膜７３が形成されるとともに、ｐ−コンタクト層７２の中央部の領域上および絶縁膜７３上にｐ電極５１が形成されている。また、絶縁膜７３からｎ−コンタクト層６３までの一部領域がエッチングにより除去され、露出したｎ−コンタクト層６３上にｎ電極５０が形成されている。
【０００６】
半導体レーザ素子４００においては、リッジ部の形成により、ｎ−ＭＱＷ発光層６６の水平方向において屈折率の分布が生じる。また、電流狭窄層７１により電流が狭窄され、リッジ部内に電流注入領域が形成される。このような屈折率の分布および電流の狭窄を利用し、水平方向の光の閉じ込め、すなわち横モードの制御が行われる。
【０００７】
半導体レーザ素子４００の製造の際には、結晶成長装置において、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）により、サファイア基板（ウエハ）６１上に、各層６２〜７０を順に結晶成長させる。
【０００８】
続いて、ウエハを結晶成長装置から取り出し、大気中において、第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部の領域にＮｉマスクを形成する。このＮｉマスクを用いて、第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９をエッチングしてリッジ部を形成する。その後、Ｎｉマスクを除去する。
【０００９】
次に、露出した第１のｐ−コンタクト層７０およびｐ−光クラッド層６９の表面を有機溶剤、酸等を用いて洗浄し、表面の汚れを除去する。その後、第１のｐ−コンタクト層７０上の中央部のストライプ状領域にＳｉＯ2 マスクを形成し、再び結晶成長装置に戻す。
【００１０】
結晶成長装置において、第１のｐ−コンタクト層７０上のＳｉＯ2 マスクを除く領域上およびｐ−光クラッド層６９上に、ｎ−電流狭窄層７１を成長させる。この後、ウエハを再び結晶成長装置から取り出し、第１のｐ−コンタクト層７０上に形成したＳｉＯ2 マスクを除去する。
【００１１】
再びウエハを結晶成長装置に戻し、露出した第１のｐ−コンタクト層７０上および電流狭窄層７１上に、第２のｐ−コンタクト層７２を成長させる。
【００１２】
さらに、マスクパターンを用いてＳｉＯ2 膜７３を形成し、ＳｉＯ2 膜７３からｎ−コンタクト層６３までの一部領域をエッチングする。最後に、ｎ電極５０およびｐ電極５１をそれぞれ所定の領域に形成し、へき開により素子に分離する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体レーザ素子４００のリッジ部および電流狭窄層７１を形成する工程においては、結晶成長装置中から大気中にウエハを取り出し、ＳｉＯ2 マスクの形成および除去を順に行う。このような過程において、第１のｐ−コンタクト層７０の表面に表面準位が生じる。
【００１４】
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層７０に表面準位が生じると、電流注入領域において、第１のｐ−コンタクト層７０と第２のｐ−コンタクト層７２との界面の伝導度が低下する。また、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層７０上に再成長させた第２のｐ−コンタクト層７２は、結晶性が悪くなる。それにより、第２のｐ−コンタクト層７２の正孔濃度をある程度以上に上げることが困難になるとともに、正孔の移動度が低下する。したがって、発光再結合に関与する正孔濃度が減少する。
【００１５】
これらのことに起因し、半導体レーザ素子４００において素子抵抗が増加するとともに、発光に関与しない無効電流が増加する。それにより、半導体レーザ素子４００の発光効率が低下する。さらに、素子抵抗および無効電流が増加すると、素子温度が上昇するため、半導体レーザ素子４００の結晶中に転位が増殖する。それにより、半導体レーザ素子４００に劣化が生じるため、素子の信頼性が低下するとともに、寿命が短くなる。
【００１６】
さらに、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層７０および結晶性の悪い第２のｐ−コンタクト層７２のために、光の損失が大きくなる。したがって、半導体レーザ素子４００のしきい値電流密度が増加する。
【００１７】
本発明の目的は、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子の製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明により製造される半導体発光素子においては、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでが除去されてストライプ状凹部が形成されることにより、第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層の再成長表面上に第２の窒化物系半導体層が形成されている。そのため、第１の窒化物系半導体層と第２の窒化物系半導体層との界面における伝導度の低下が抑制され、素子抵抗が低減される。
【００２０】
また、第２の窒化物系半導体層は、表面準位が除去された再成長表面上に形成されているので、結晶性が良好となっている。このため、第２の窒化物系半導体層のキャリア濃度を高くすることが可能になるとともに、第２の窒化物系半導体層中におけるキャリアの移動度が向上する。それにより、発光再結合に関与するキャリア濃度が高くなり、無効電流が低減される。
【００２１】
また、素子抵抗および無効電流の低減化が図られているので、素子温度の上昇が抑制され、素子の劣化が防止される。それにより、信頼性が高くかつ寿命の長い半導体発光素子が得られる。
【００２２】
さらに、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、かつ第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好であるため、光の損失が低減され、しきい値電流密度が低減される。
【００２３】
以上のことから、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００２４】
第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部が形成され、リッジ部の上面にストライプ状凹部が形成され、ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層が形成され、ストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００２５】
この場合、第１の窒化物系半導体層のリッジ部に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００２６】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部を形成する工程および第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、リッジ部の第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００２７】
第１の窒化物系半導体層は、発光層を含む下部層と、下部層上において電流注入領域よりも幅広の領域に形成された上部層とにより構成され、上部層の上面にストライプ状凹部が形成され、ストライプ状凹部の両側の上部層上および下部層上に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の上部層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００２８】
この場合、第１の窒化物系半導体層の上部層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００２９】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層の上部層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層の上部層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の上層部の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の上部層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００３０】
また、下部層の幅広の領域が一定深さまで除去され、除去された領域上に上部層が形成されてもよい。この場合、第１の窒化物系半導体層の下部層上に上部層を形成する工程において下部層に生じた表面準位が除去され、この表面準位が除去された下部層上に上部層が形成される。それにより、下部層の表面準位が低減されるとともに、上部層の結晶性が良好となる。
【００３１】
ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層が形成され、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層が形成されてもよい。
【００３２】
この場合、第１の窒化物系半導体層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００３３】
このような半導体発光素子の製造の際には、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部が形成されることにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層が形成される。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００３４】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、発光層を含みかつインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、第１の窒化物系半導体層に共振器方向に延びるリッジ部を形成する工程と、リッジ部の上面の共振器方向に延びるストライプ状領域が露出するように、第１の窒化物系半導体層上にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４からなる電流狭窄層を形成する工程と、ストライプ状領域を第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでをエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、前記ストライプ状凹部内で前記第１の窒化物系半導体層の表面準位を除去する工程と、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上にインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成する工程とを備えたものである。
【００３５】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法においては、ストライプ状の電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでをエッチングし、ストライプ状凹部を形成することにより、第１の窒化物系半導体層の表面準位を除去し、表面準位を除去した第１の窒化物系半導体層の再成長表面に第２の窒化物系半導体層を形成する。
【００３６】
本発明に係る製造方法により作製した半導体発光素子においては、電流注入領域において、第１の窒化物系半導体層と第２の窒化物系半導体層との界面における伝導度の低下が抑制され、素子抵抗が低減される。
【００３７】
また、表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層の再成長表面上に、第２の窒化物系半導体層を形成するため、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。このため、第２の窒化物系半導体層のキャリア濃度を高くすることが可能になるとともに、第２の窒化物系半導体層におけるキャリアの移動度が向上する。それにより、発光再結合に関与するキャリア濃度が高くなり、無効電流が低減される。
【００３８】
また、素子抵抗および無効電流の低減化が図られているので、素子温度の上昇が抑制され、素子の劣化が防止される。それにより、信頼性が高くかつ寿命の長い半導体発光素子が得られる。
【００３９】
さらに、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、かつ第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好であるため、光の損失が低減され、しきい値電流密度が低減される。
【００４０】
以上のことから、しきい値電流密度が低く、発光効率が高くかつ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００４１】
第１の窒化物系半導体層の所定幅の領域にリッジ部を形成し、リッジ部の上面にストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層を形成し、ストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４２】
この場合、第１の窒化物系半導体層のリッジ部に形成したストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００４３】
上記のような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層にリッジ部を形成する工程および第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、リッジ部の第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００４４】
発光層を含む下部層上に電流注入領域よりも幅広の上部層を積層することにより第１の窒化物系半導体層を形成し、上部層の上面にストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部の両側の上部層上および下部層上に電流狭窄層を形成し、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の上部層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４５】
この場合、第１の窒化物系半導体層の上層部に形成したストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００４６】
上記のような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層の上部層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層の上部層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層の上部層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の上層部の表面準位が除去され、この表面準位が除去されたストライプ状凹部内の上部層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００４７】
また、下部層の幅広の領域を一定深さまでエッチングし、エッチングした領域上に上部層を形成してもよい。この場合、第１の窒化物系半導体層の下部層上に上部層を形成する工程において下部層に生じた表面準位を除去し、この表面準位が除去された下部層上に上部層を形成する。それにより、下部層の表面準位が低減されるとともに、上部層の結晶性が良好となる。
【００４８】
ストライプ状凹部の両側の第１の窒化物系半導体層の領域上に電流狭窄層を形成し、電流狭窄層上およびストライプ状凹部内の第１の窒化物系半導体層上に第２の窒化物系半導体層を形成してもよい。
【００４９】
この場合、第１の窒化物系半導体層に形成されたストライプ状凹部内に電流狭窄層により電流が狭窄されて注入され、ストライプ状凹部の下方における発光層に光導波路が形成される。
【００５０】
このような半導体発光素子の製造方法においては、第１の窒化物系半導体層上に電流狭窄層を形成する工程において、第１の窒化物系半導体層に表面準位が生じる。しかしながら、第１の窒化物系半導体層にストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内で第１の窒化物系半導体層の表面準位が除去され、この表面準位が除去された第１の窒化物系半導体層上および電流狭窄層上に第２の窒化物系半導体層を形成する。それにより、電流注入領域における第１の窒化物系半導体層の表面準位が低減されるとともに、第２の窒化物系半導体層の結晶性が良好となる。
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体発光素子の例として、半導体レーザ素子について説明する。
【００５４】
図１および図２は、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００５５】
図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置（有機金属気相成長装置）において、十分洗浄したサファイア基板１のｃ（０００１）面上にアンドープのＧａＮからなる厚さ２０ｎｍの低温バッファ層２、厚さ４μｍのｎ−ＧａＮ層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍのｎ−光クラッド層４、ｎ−ＧａＮからなる厚さ２００ｎｍのｎ−光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ−ブロック層７、ｐ−ＧａＮからなる厚さ２００ｎｍのｐ−光ガイド層８およびｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍのｐ−光クラッド層９を順に成長させる。
【００５６】
なお、この場合のｎ型ドーパントとしてはＳｉを用いており、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−光クラッド層４およびｎ−光ガイド層５の電子濃度は、それぞれ５×１０18ｃｍ-3、７×１０17ｃｍ-3および６×１０17ｃｍ-3である。また、ｐ型ドーパントとしてはＭｇを用いており、ｐ−ブロック層７、ｐ−光ガイド層８およびｐ−光クラッド層９の正孔濃度は、それぞれ７×１０17ｃｍ-3、１×１０18ｃｍ-3および７×１０17ｃｍ-3である。
【００５７】
ｎ−ＭＱＷ発光層６は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの４つの量子障壁層と、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ１５ｎｍの３つの量子井戸層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
【００５８】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、大気中において、ｐ−光クラッド層９の中央部の領域上にＮｉマスク（図示せず）を形成する。このＮｉマスクを用いて、塩素イオンを用いた反応性イオンエッチング法により、ｐ−光クラッド層９のＮｉマスクを除く領域をエッチングする。このようにして、ｐ−光クラッド層９にリッジ部を形成し、Ｎｉマスクを除去する。このリッジ部の中央部のストライプ状領域上に、スパッタリングによりＳｉＯ2 マスク（図示せず）を堆積させた後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００５９】
次に、図１（ｂ）に示すように、上記のＳｉＯ2 マスクの領域を除いてｐ−光クラッド層９上に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる電流狭窄層１０を形成する。その後、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、フッ化水素水溶液により、上記のＳｉＯ2 マスクを除去する。このようにして、ｐ−光クラッド層９の中央部のストライプ状領域４０を露出させる。この場合、露出したｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０に表面準位が形成される。
【００６０】
さらに、図１（ｃ）に示すように、高温の水酸化カリウム水溶液を用いて、露出したｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０を深さ２０ｎｍまでエッチングする。なお、この場合のエッチングの深さは、ｐ−光クラッド層９のエッチング速度１００Å／分に基づいて、エッチング時間より換算した値である。
【００６１】
このようにして、ｐ−光クラッド層９のリッジ部のストライプ状領域４０に深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、このストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させる。この場合、露出した再成長表面４１からは、表面準位が除去されている。
【００６２】
上記のようにしてｐ−光クラッド層９にストライプ状凹部を形成した後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。さらに、図２（ｄ）に示すように、ｐ−光クラッド層９のストライプ状凹部内の再成長表面４１上および電流狭窄層１０上に、正孔濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＧａＮからなる厚さ１μｍのｐ−コンタクト層１１を形成する。その後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００６３】
さらに、図２（ｅ）に示すように、スパッタリングにより、ｐ電極形成領域を除くｐ−コンタクト層１１の領域上に、厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2 膜１２を堆積させる。
【００６４】
続いて、ｎ電極形成領域を除く領域に開口部を有するフォトレジストをパターニングし、厚さ５００ｎｍのＮｉを蒸着する。フォトレジスト上のＮｉをフォトレジストとともに除去することにより、ｎ電極形成領域以外の領域をＮｉマスクで被覆する。図２（ｆ）に示すように、このＮｉマスクを用いて、塩素イオンを用いた反応性イオンエッチング法により、ｎ電極形成領域のＳｉＯ2 膜１２からｎ−コンタクト層３までをエッチングする。この場合のエッチングの深さは２μｍである。このようにして、ｎ−コンタクト層３の一部領域を露出させた後、Ｎｉマスクを除去する。
【００６５】
さらに、図２（ｇ）に示すように、露出したｎ−コンタクト層３上に厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸着し、ｎ電極５０を形成する。また、ｐ電極形成領域に開口部を有するフォトレジストをパターニングし、その上に厚さ３００ｎｍのＰｔ膜および厚さ４００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸着する。フォトレジスト上のＰｔ膜およびＡｕ膜をフォトレジストとともに除去することにより、ｐ電極５１を形成する。
【００６６】
最後に、ｎ電極５０の短辺と平行な面において、サファイア基板１とともに各層２〜１２をへき開する。このようにして、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するリッジ導波構造の半導体レーザ素子１００を作製する。
【００６７】
半導体レーザ素子１００においては、ＳｉＯ2 膜１２および電流狭窄層１０により電流が狭窄されるため、リッジ部内のストライプ状凹部に電流注入領域が形成される。
【００６８】
本例においては、表面準位を有するリッジ部のｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０をエッチングすることにより、表面準位が除去された再成長表面４１を露出させ、この再成長表面４１上にｐ−コンタクト層１１を形成する。このため、電流注入領域において、ｐ−光クラッド層９とｐ−コンタクト層１１との界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子１００の素子抵抗が低減される。
【００６９】
また、上記のような表面準位が除去された再成長表面４１上に再成長させたｐ−コンタクト層１１は、表面準位を有するｐ−光クラッド層９のストライプ状領域４０上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、ｐ−コンタクト層１１の正孔濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子１００が得られる。
【００７０】
さらに、半導体レーザ素子１００においては、上記のように素子抵抗および無効電流を低減することが可能となることから、素子温度の上昇を抑制することが可能となる。したがって、素子の劣化を防ぐことが可能となり、信頼性が高くかつ素子寿命の長い半導体レーザ素子１００が得られる。
【００７１】
また、リッジ部のｐ−光クラッド層９の再成長表面４１の表面準位が低減されるとともにｐ−コンタクト層１１の結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【００７２】
図３および図４は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００７３】
図３（ａ）に示すように、サファイア基板１上に低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮ層３、ｎ−光クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−ブロック層７、ｐ−光ガイド層８および第１のｐ−光クラッド層９ａを順に成長させる。なお、各層２〜９ａの構成および成長方法に関しては、図１（ａ）の各層２〜９において前述したとおりである。
【００７４】
続いて、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、大気中において、所定領域に開口部を有する選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５を、スパッタリングにより第１のｐ−光クラッド層９ａ上に堆積させる。
【００７５】
次に、図３（ｂ）に示すように、高温の水酸化カリウム水溶液により、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５の開口部内の第１のｐ−光クラッド層９ａを深さ５ｎｍまでエッチングする。このようにして深さ５ｎｍのストライプ状凹部を第１のｐ−光クラッド層９ａに形成し、ストライプ状凹部内に第１の再成長表面４２を露出させる。この場合、露出した第１の再成長表面４２においては、表面準位が除去されている。この後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００７６】
さらに、図３（ｃ）に示すように、第１の再成長表面４２上にｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ７００ｎｍの第２のｐ−光クラッド層９ｂおよびｐ−ＧａＮからなる厚さ３００ｎｍの第１のｐ−コンタクト層１１ａを順に成長させる。この場合、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａは、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５上に成長しにくい。したがって、第１のｐ−光クラッド層９ａのストライプ状凹部上に、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａを選択的に成長させることが可能となる。このようにして、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａから構成されるリッジ部を形成する。
【００７７】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置からウエハを取り出し、図３（ｄ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク１５をフッ化水素水溶液により除去する。さらに、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域上にＳｉＯ2 マスク（図示せず）を形成した後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００７８】
次に、図４（ａ）に示すように、ＳｉＯ2 マスク形成領域以外の領域上にｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる電流狭窄層１０を成長させ、再びＭＯＣＶＤ装置から取り出す。さらに、フッ化水素水溶液により、上記のＳｉＯ2 マスクを除去し、第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を露出させる。この場合、露出した第１のｐ−コンタクト層１１ａは表面準位を有する。さらに、この露出した第１のｐ−コンタンクト層１１ａを、高温の水酸化カリウム水溶液により、深さ２０ｎｍまでエッチングする。このようにして、第１のｐ−コンタクト層１１ａに深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内に第２の再成長表面４３を露出させる。この場合、露出した第２の再成長表面４３においては、表面準位が除去されている。
【００７９】
続いて、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻し、図４（ｂ）に示すように、第１のｐ−コンタクト層１１ａのストライプ状凹部内の第２の再成長表面４３上および電流狭窄層１０上に第２のｐ−コンタクト層１１ｂを成長させる。その後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００８０】
次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ電極形成領域を除く第２のｐ−コンタクト層１１ｂ上に、図２（ｅ）と同様の方法により、ＳｉＯ2 膜１２を堆積させる。
【００８１】
さらに、図４（ｄ）に示すように、図２（ｆ）と同様の方法により、ｎ−コンタクト層３の一部領域を露出させるとともに、この露出したｎ−コンタクト層３上にｎ電極５０を形成する。また、図２（ｇ）と同様の方法により、第２のｐ−コンタクト層１１ｂの所定領域上にｐ電極５１を形成する。最後に、へき開により、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するリッジ導波構造の半導体レーザ素子２００を作製する。
【００８２】
半導体レーザ素子２００においては、ＳｉＯ2 膜１２および電流狭窄層１０により電流が狭窄されるため、リッジ部内のストライプ状凹部に電流の経路が形成される。
【００８３】
本例においては、第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された第１および第２の再成長表面４２，４３を露出させ、この第１および第２の再成長表面４２，４３上に第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂを形成する。このため、電流注入領域において、リッジ部の第１のｐ−光クラッド層９ａと第２のｐ−光クラッド層９ｂとの界面および第１のｐ−コンタクト層１１ａと第２のｐ−コンタクト層１１ｂとの界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子２００の素子抵抗が低減される。
【００８４】
また、上記のような表面準位が除去された第１および第２の再成長表面４２，４３上に再成長させた第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂは、表面準位を有する第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａ上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂの正孔濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子２００が得られる。
【００８５】
このように、半導体レーザ素子２００においては、素子抵抗および無効電流を低減することが可能となるため、素子の信頼性が高くかつ寿命の長い素子となる。
【００８６】
また、第１のｐ−光クラッド層９ａおよび第１のｐ−コンタクト層１１ａの再成長表面４２，４３の表面準位が低減されるとともに第２のｐ−光クラッド層９ｂおよび第２のｐ−コンタクト層１１ｂの結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【００８７】
図５および図６は本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【００８８】
図５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置において、十分洗浄したサファイア基板２１のｃ（０００１）面上に、低温バッファ層２２、ｎ−ＧａＮ層２３、ｎ−光クラッド層２４、ｎ−光ガイド層２５、ｎ−ＭＱＷ発光層２６、ｐ−ブロック層２７、ｐ−光ガイド層２８および第１のｐ−コンタクト層２９を順に成長させる。なお、各層２２〜２８の構成および成長方法に関しては、図１（ａ）の各層２〜８において前述した通りである。また、第１のｐ−コンタクト層２９は正孔濃度が７×１０17ｃｍ-3のｐ−ＧａＮからなり、厚さが２００ｎｍである。ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、大気中において、第１のｐ−コンタクト層２９上の所定領域に厚さ２μｍの選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０を形成する。この後、再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻す。
【００８９】
さらに、図５（ｂ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０形成領域を除く第１のｐ−コンタクト層２９上に、電子濃度が３×１０19ｃｍ-3のｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなる厚さ約０．５μｍの１対の電流狭窄層３１を成長させる。
【００９０】
次に、ウエハをＭＯＣＶＤ装置から取り出し、図５（ｃ）に示すように、選択成長用ＳｉＯ2 マスク３０をフッ化水素水溶液により除去する。このようにして、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を露出させる。この場合、露出した第１のｐ−コンタクト層２９は表面準位を有する。さらに、この露出した第１のｐ−コンタクト層２９を、高温の水酸化カリウム水溶液により、深さ２０ｎｍまでエッチングする。このようにして、第１のｐ−コンタクト層２９に深さ２０ｎｍのストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させる。この場合、再成長表面４４においては、表面準位が除去されている。
【００９１】
再びウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻し、図６（ｄ）に示すように、第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状凹部内の再成長表面４４上および電流狭窄層３１上に、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ５００ｎｍのｐ−光クラッド層３２およびｐ−ＧａＮからなる厚さ１μｍの第２のｐ−コンタクト層３３を順に成長させる。なお、ｐ−光クラッド層３２の正孔濃度は７×１０17ｃｍ-3であり、第２のｐ−コンタクト層３３の正孔の濃度は１×１０18ｃｍ-3である。
【００９２】
この後、ウエハを６００℃の窒素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化する。
【００９３】
さらに、図６（ｅ）に示すように、図２（ｆ）と同様の方法により、第２のｐ−コンタクト層３３からｎ−コンタクト層２３までの一部領域をエッチングし、ｎ−コンタクト層２３の所定領域を露出させる。
【００９４】
続いて、図６（ｆ）に示すように、図２（ｇ）と同様の方法により、露出したｎ−コンタクト層２３上にｎ電極５０を形成するとともに、第２のｐ−コンタクト層３３上にｐ電極５１を形成する。最後に、へき開により、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を有するセルフアライン構造の半導体レーザ素子３００を作製する。
【００９５】
半導体レーザ素子３００においては、電流狭窄層３１により電流が狭窄されるため、電流狭窄層３１間の第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状凹部に電流注入領域が形成される。
【００９６】
本例においては、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層２９のストライプ状領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された再成長表面４４を露出させ、この再成長表面４４上にｐ−光クラッド層３２を形成する。このため、電流注入領域において、第１のｐ−コンタクト層２９とｐ−光クラッド層３２との界面における伝導度の低下を抑制することが可能となる。したがって、半導体レーザ素子３００の素子抵抗が低減される。
【００９７】
また、上記のような表面準位が除去された再成長表面４４に再成長させたｐ−光クラッド層３２は、表面準位を有する第１のｐ−コンタクト層２９上に再成長させた場合と比較して、結晶性が向上する。このため、ｐ−光クラッド層３２の正孔の濃度を高くすることが可能になるとともに、正孔の移動度が高くなる。それにより、発光再結合に関与する正孔濃度が高くなるため、無効電流が低減され、発光効率の高い半導体レーザ素子３００が得られる。
【００９８】
このように、半導体レーザ素子３００においては、素子抵抗および無効電流を低減することが可能となるため、素子の信頼性が高くかつ寿命の長い素子が得られる。
【００９９】
また、第１のｐ−コンタクト層２９の再成長表面４４の表面準位が低減されるとともにｐ−光クラッド層３２の結晶性が良好となることにより、光の損失が低減されるため、しきい値電流密度を低減することが可能となる。
【０１００】
以上の上記の半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、表面準位が除去された再成長表面４０〜４４を露出させるために、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９，９ａのストライプ状領域を深さ２０ｎｍおよび５ｎｍまでエッチングしているが、表面準位を有するストライプ状領域を除去することが可能であれば、エッチングの深さはこれ以外の値であってもよい。ストライプ状凹部の深さがＦＦＰ（遠視野像）に影響すること、過剰なエッチングは再成長表面４０〜４４に損傷を与えること等を考慮すると、エッチングの深さは５ｎｍ以上であることが好ましい。また、エッチングの深さの上限は、エッチングする層を突き抜けない程度とすることが好ましい。なお、この場合のエッチングの深さは、各層９，１１ａ，２９，９ａのエッチング速度に基づいて、エッチング時間より換算した値である。
【０１０１】
また、半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、電流狭窄層１０，３１がｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎから構成されるが、これ以外に、ＳｉＯ2 膜またはＳｉ3 Ｎ4 膜により電流狭窄層１０，３１が構成されてもよい。なお、この場合においては、ＳｉＯ2 膜またはＳｉ3 Ｎ4 膜からなる電流狭窄層１０，３１上に各層１１ａ，１１ｂ，３２が成長しにくい。したがって、横方向成長技術を用いて電流狭窄層１０，３１上に各層１１，１１ｂ，３２を成長させ、ウエハの全面に各層１１，１１ｂ，３２を形成してもよい。あるいは、電流狭窄層１０，３１上には、各層１１，１１ｂ，３２を形成しなくてもよい。
【０１０２】
上記においては、半導体レーザ素子１００，２００，３００を構成する各層がＡｌ、ＧａおよびＩｎを含む窒化物系半導体により構成されるが、これ以外に、ホウ素を含む窒化物系半導体により各層が構成されてもよい。
【０１０３】
また、半導体レーザ素子１００，２００，３００においては、サファイア基板１，２１側にｎ型半導体層を形成した場合について説明したが、本発明に係る半導体発光素子は、サファイア基板１，２１側にｐ型半導体層を形成した半導体レーザ素子においても適用可能である。この場合、表面準位を有するｎ型半導体層の所定領域をエッチングしてストライプ状凹部を形成し、ストライプ状凹部内で露出した表面準位が除去された再成長表面上に、半導体層を再成長させる。
【０１０４】
【０１０５】
なお、上記においては、本発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明したが、本発明は、発光ダイオード等のその他の半導体発光素子にも適用可能である。
【０１０６】
【実施例】
以下の参考例１〜９および比較例１〜３に示すＧａＮ系半導体レーザ素子について、光出力が４ｍＷとなる際の駆動電流を測定した。
【０１０７】
［参考例１］
図１（ａ）〜図２（ｇ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子１００を作製した。なお、この場合においては、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、再成長表面４１を露出させた。
【０１０８】
参考例１の半導体レーザ素子１００を用いて駆動電流を測定したことろ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１０９】
［参考例２］
リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例２の半導体レーザ素子は、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させた点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１０】
参考例２の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１１１】
［参考例３］
リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例３の半導体レーザ素子は、リッジ部のｐ−光クラッド層９の所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４１を露出させた点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１２】
参考例３の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２４４ｍＡであった。
【０１１３】
［比較例１］
比較例１においては、リッジ部のｐ−光クラッド層９にストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例１の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例１の半導体レーザ素子１００と同様の製造方法により作製した。
【０１１４】
比較例１の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のためのｐ−光クラッド層９のエッチングを行わず、図１（ｂ）に示すリッジ部のｐ−光クラッド層９の領域４０の表面を洗浄した後、この領域４０の表面上にｐ−コンタクト層１１を再成長させた。
【０１１５】
比較例１の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３１５ｍＡであった。
【０１１６】
［参考例４］
図３（ａ）〜図４（ｈ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子２００を作製した。なお、この場合においては、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、第２の再成長表面４３を露出させた。
【０１１７】
参考例４の半導体レーザ素子２００を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５３ｍＡであった。
【０１１８】
［参考例５］
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例５の半導体レーザ素子は、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４３を露出させた点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１１９】
参考例５の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１２０】
［参考例６］
リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例６の半導体レーザ素子は、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４３を露出させた点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１２１】
参考例６の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５２ｍＡであった。
【０１２２】
［比較例２］
比較例２においては、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａにストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例２の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例４の半導体レーザ素子２００と同様の製造方法により作製した。
【０１２３】
比較例２の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のためのｐ−コンタクト層１１のエッチングを行わず、リッジ部の第１のｐ−コンタクト層１１ａの表面を洗浄した後、この表面上に第２のｐ−コンタクト層１１ｂを再成長させた。
【０１２４】
比較例２の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３２０ｍＡであった。
【０１２５】
［参考例７］
図５（ａ）〜図６（ｆ）に示す半導体レーザ素子の製造方法により、半導体レーザ素子３００を作製した。なお、この場合においては、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ２０ｎｍまでエッチングし、再成長表面４４を露出させた。
【０１２６】
参考例７の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２４８ｍＡであった。
【０１２７】
［参考例８］
第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域に深さ１０ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例８の半導体レーザ素子は、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ１０ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、ストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させた点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１２８】
参考例８の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５５ｍＡであった。
【０１２９】
［参考例９］
第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域に深さ５ｎｍのストライプ状凹部を形成した点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような参考例９の半導体レーザ素子は、第１のｐ−コンタクト層２９の所定領域を深さ５ｎｍまでエッチングしてストライプ状凹部を形成することによりストライプ状凹部内に再成長表面４４を露出させた点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１３０】
参考例９の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は２５０ｍＡであった。
【０１３１】
［比較例３］
比較例３においては、第１のｐ−コンタクト層２９にストライプ状凹部が形成されていない点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製した。このような比較例３の半導体レーザ素子は、以下の点を除いて、参考例７の半導体レーザ素子３００と同様の製造方法により作製した。
【０１３２】
比較例３の半導体レーザ素子においては、ストライプ状凹部の形成のための第１のｐ−コンタクト層２９のエッチングを行わず、第１のｐ−コンタクト層２９の表面を洗浄した後、この表面上にｐ−光クラッド層３２を再成長させた。
【０１３３】
比較例３の半導体レーザ素子を用いて駆動電流を測定したところ、駆動電流は３００ｍＡであった。
【０１３４】
以上の参考例１〜９においては、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９をエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、表面準位が除去された再成長表面４１，４３，４４を露出させ、この再成長表面４１，４３，４４上に各層１１，１１ｂ，３２を再成長させる。一方、比較例１〜３においては、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９をエッチングせず、表面準位を有する各層９，１１ａ，２９上に、直接、各層１１，１１ｂ，３２を再成長させる。このため、参考例１〜９の半導体レーザ素子においては、比較例１〜３の半導体レーザ素子と比べて、素子抵抗および無効電流の低減が図られる。したがって、参考例１〜９の半導体レーザ素子では、比較例１〜３の半導体レーザ素子よりも低い駆動電流により、４ｍＷの光出力が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図２】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第１の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図３】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図４】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第２の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図５】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図６】 本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の第３の参考例を示す模式的工程断面図である。
【図７】 従来の半導体レーザ素子の例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１，２１，６１ サファイア基板
２，２２，６２ 低温バッファ層
３，２３，６３ ｎ−ＧａＮ層
４，２４，６４ ｎ−光クラッド層
５，２５，６５ ｎ−光ガイド層
６，２６，６６ ｎ−ＭＱＷ発光層
７，２７，６７ ｐ−ブロック層
８，２８，６８ ｐ−光ガイド層
９，９ａ，９ｂ，３２，６９ ｐ−光クラッド層
１０，３１，７１ 電流狭窄層
１１，１１ａ，１１ｂ，２９，３３，７０，７２ ｐ−コンタクト層
１２，７３ ＳｉＯ2 膜
４１，４２，４３，４４ 再成長表面
５０ ｎ電極
５１ ｐ電極
１００，２００，３００，４００ 半導体レーザ素子
Claims (5)
- 発光層を含みかつインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくも１つを含む第１の窒化物系半導体層を形成する工程と、
前記第１の窒化物系半導体層に共振器方向に延びるリッジ部を形成する工程と、
前記リッジ部の上面の前記共振器方向に延びるストライプ状領域が露出するように、前記第１の窒化物系半導体層上にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４からなる電流狭窄層を形成する工程と、
前記ストライプ状領域を前記第１の窒化物系半導体層の表面から一定深さまでをエッチングしてストライプ状凹部を形成することにより、前記ストライプ状凹部内で前記第１の窒化物系半導体層の表面準位を除去する工程と、
前記電流狭窄層上および前記ストライプ状凹部内の前記第１の窒化物系半導体層上にインジウム、ガリウム、アルミニウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む第２の窒化物系半導体層を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の窒化物系半導体層を形成する工程は、前記発光層上にクラッド層を形成する工程を含み、
前記リッジ部は、前記クラッド層を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第１の窒化物系半導体層を形成する工程は、前記クラッド層上にコンタクト層を形成する工程を含み、
前記リッジ部は、前記クラッド層上に形成された前記コンタクト層を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子の製造方法。 - 前記第２の窒化物系半導体層を形成する工程は、コンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜３記載の半導体発光素子の製造方法。
- 前記第２の窒化物系半導体層の所定領域上に開口部を有する絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上および前記開口部内に電極を形成する工程とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４記載の半導体発光素子の製造方法。
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