JP4534435B2 - Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性層が窒化ガリウム系化合物半導体から成る窒化物半導体レーザ素子に関し、詳細には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ＜１）から成る電流狭窄層を備えた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、紫外領域から赤色領域に至るまで幅広い波長領域で発振が可能であり、光ディスクシステムの光源、レーザプリンタ、光ネットワーク等の光源として期待されている。従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、水平横モードを制御するためのストライプ構造として、活性層上のクラッド層等にストライプ状のリッジを形成するリッジ導波路構造を取るのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、リッジ導波路型は、リッジ部分の機械的強度が弱いため、特にフェースダウン実装を行った場合に不良が発生し易い。また、リッジ部の寸法によってしきい値電流やビーム形状等が変動するため、特性の安定したレーザを製造することが難しい。そこで、リッジ導波路型に換えて、電流通路となるストライプ状の開口部を設けた絶縁層（＝電流狭窄層）を活性層の上方に形成することにより、水平横モード制御を行うことが検討されている。
【０００４】
例えば、活性層のｐ型光ガイド層内にＡｌＮから成る電流狭窄層を形成した窒化ガリウム系化合物半導体レーザが提案されている。このレーザのストライプ構造は、次のようにして製造される。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内において、ｐ型光ガイド層まで形成した素子の上にＡｌＮから成る電流狭窄層を４００℃〜６００℃で形成し、次に反応炉から取出して、アルカリエッチング溶液を用いたフォトリソグラフィプロセスによってストライプ状の開口部を形成した後、再びＭＯＣＶＤ装置の反応炉に戻して、ｐ型光ガイド層を成長して電流狭窄層の開口部を埋込み、さらにｐ型クラッド層等を順次積層する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１４２０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の窒化ガリウム系化合物半導体レーザでは、電流狭窄層にストライプ状の開口部を形成する工程を、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉からウエハを取出して行うことが必要になる。反応炉から取出されたウエハは、空気等の外部雰囲気に露出されるため、半導体層の表面に酸化層等の反応層ができてしまう。このような反応層が残存すると素子性能が低下するため、ウエハをＭＯＣＶＤ装置に戻して半導体の再成長を行う際に、反応層をエッチング除去する作業（以下、「エッチバック」）が必要となる。このエッチバックは、一般に、反応炉内でウエハを高温に保ち、還元ガスである水素ガスを吹き付けることによって行われる。
【０００７】
ところが、半導体層の表面に形成される反応層の膜厚や質にはウエハ間でのバラツキやウエハ内のチップ間でのバラツキがあるため、反応層のみを安定して除去することが難しい。エッチバックが不十分となって再成長界面に反応層が残ると素子特性が低下する。特に、電流狭窄層の開口部に反応層が残った場合、残った反応層によって電流が不均一に流れるため、発光状態が不均一となる。一方、エッチバックが過剰になると、反応層だけでなく、その下の半導体層（例えば、特許文献１ではｐ型光ガイド層）にまでエッチングが進行する。この状態で再成長が行われると、下地の半導体層が光ガイド層である場合には導波路コア部が薄くなり、光閉込めを良好に行うことができない。また、オーバーエッチングによって開口部の段差が大きくなるため、段差の影響によって再成長した半導体層の組成が不均一となり、素子特性が悪化する。
【０００８】
そこで本発明は、ストライプ状の開口部を備えた電流狭窄層を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、安定した素子特性を得ることができる素子構造とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、下記（１）〜（２１）の構成によって達成することができる。
（１）ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体中に、開口部を
有する電流狭窄層が形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記電流狭窄層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、前記電流狭窄層は、前記積層体の側面及び／又は端面から離間するよう形成され、かつ、Ａｌを含む第１の半導体層と、該第１の半導体層上に積層され、Ａｌを含まない若しくは前記電流狭窄層及び／又は第１の半導体層よりもＡｌ混晶比が小さい第２の半導体層の上に形成されてなり、前記第２の半導体層は、前記電流狭窄層の開口部において部分的に除去されている。
さらに本発明の具体的な窒化物半導体レーザ素子としては、
（２）前記第２の半導体層が、Ｉｎを含む、
（３）前記第２の半導体層の不純物濃度が５×１０１７／ｃｍ３以上である、
（４）前記第２の半導体層が、アモルファス又は多結晶である、
（５）前記第１の半導体層及び／又は第２の半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下である、
（６）前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記開口部を埋める半導体層が、前記第１の半導体層の下側に接する層と同等若しくは低い屈折率を有する、
（７）前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記開口部を埋める半導体層が、前記第１の半導体層の下側に接する層と同等若しくは高い不純物濃度を有する、
（８）前記第１の半導体層の下側に接する層が光ガイド層である、
（９）前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記第１の半導体層は、前記活性層に接して形成されている、
（１０）前記電流狭窄層が、前記活性層のｐ側に形成された、
（１１）前記電流狭窄層の膜厚が、１００Å以上、５００Å以下である、
（１２）前記開口部を埋める半導体層が、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体から成る、
（１３）前記開口部を埋める半導体層が、光ガイド層である、
（１４）前記光ガイド層が、実質的にＡｌを含まない
（１５）前記電流狭窄層の開口部上方における転位密度が、電流狭窄層の上方における転位密度よりも低い、
（１６）前記電流狭窄層が、ＡｌＮから成る、
（１７）前記ｐ側半導体層は、その最表面と少なくとも一部が接するように形成されたｐ側オーミック電極を有し、該ｐ側オーミック電極の幅が前記開口部の幅以上で、前記電流狭窄層の幅よりも狭い、
（１８）前記ｐ側オーミック電極は、レーザ光の導波方向と略平行な方向の長さが、前記電流狭窄層の長さよりも短い、
（１９）前記電流狭窄層は、長手方向の端面が前記積層体の端面より内側になるように形成されている、
（２０）前記積層体の端面を共振器端面とする、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子に係る製造方法としては、
（２１）ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を備え、前記電流狭窄層及び前記開口部の上に半導体層が形成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、活性層のｐ側又はｎ側に、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦０．１，０．１≦ｙ１≦１、０．１≦ｘ１＋ｙ１≦１）から成る第１の半導体層を形成する工程と、前記第１の半導体層の上に、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦０．１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）から成る第２の半導体層を形成する工程と、前記第２の半導体層の上に、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１，０．５≦ｙ３≦１、０．５≦ｘ３＋ｙ３≦１）から成る電流狭窄層を形成する工程と、前記電流狭窄層の一部を前記第２の半導体層に到達する深さまで除去することにより、ストライプ状の開口部を形成し、かつ、前記電流狭窄層を前記積層体の側面及び／又は端面から離間させる工程と、前記電流狭窄層から露出している前記第２の半導体層を、前記第１の半導体層に達する深さまで除去する工程と、を備え、上記第２半導体層のＡｌ混晶比ｙ２が、ｙ２＜ｙ１、かつ、ｙ２＜ｙ ３ であることを特徴とする。
さらに具体的には、
（２２）前記電流狭窄層の一部を、ウエットエッチングによって除去する、
（２３）前記積層体の共振器端面をエッチング又はへき開により形成する工程を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
本件第１発明では、電流狭窄層の下方に第１及び第２の半導体層を形成することにより、電流狭窄層の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００１２】
即ち、第２の半導体層は、Ａｌを含まないもしくは電流狭窄層よりもＡｌ混晶比の小さい窒化物半導体から成るため、電流狭窄層に開口部を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、その下側の素子層を酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって除去される。
【００１３】
また、第２の半導体層は、第１の半導体層よりもＡｌ混晶比が小さなことが好ましい。これにより、第２の半導体層は、気相成長装置内で行うエッチバックにおいて、その下側に接する第１の半導体層よりも早い速度でエッチバックされる。従って、電流狭窄層の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。尚、この時、第１の半導体層は、エッチバック工程におけるエッチングストップ層として機能すると共に、その下側にある素子層をガスエッチングから保護する役割を果たす。
【００１４】
一方、本件第２発明は、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を備え、前記電流狭窄層及び前記開口部の上に半導体層が形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記電流狭窄層は、前記電流狭窄層よりもＡｌ混晶比が小さい半導体層から成る成長下地層の上に形成されてなり、該成長下地層は、前記電流狭窄層よりも低い温度で分解し、かつ、前記電流狭窄層の開口部において部分的に除去されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本件第２発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法は、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を備え、前記電流狭窄層及び前記開口部の上に半導体層が形成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、（ａ）活性層のｐ側又はｎ側に、Ｉｎｘ’Ａｌｙ’Ｇａ１−ｘ’−ｙ’Ｎ（０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’≦０．１、０≦ｘ’＋ｙ’≦１）から成る成長下地層を形成する工程と、（ｂ）前記成長下地層の上に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成る電流狭窄層を形成する工程と、（ｃ）前記電流狭窄層の一部を前記成長下地層に達する深さまで除去することにより、ストライプ状の開口部を形成する工程と、（ｄ）前記電流狭窄層から露出している前記成長下地層を、該成長下地層の下側に接する層が露出する深さまで除去する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本件第２発明では、電流狭窄層の下側に、Ａｌ比率の低い成長下地層のみを設け、その成長下地層の結晶性を成長下地層の下側に接する層よりも低くすることによって、電流狭窄層の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止し、安定したレーザ特性を得る。
【００１７】
即ち、成長下地層は、電流狭窄層よりもＡｌ比率の低い窒化物半導体から成るため、電流狭窄層に開口部を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、その下側の素子層を酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって除去される。また、成長下地層は、その下側に接する層よりも結晶性が低くなるように形成されているため、エッチバックにおいて下側の層よりも速い速度で除去される。従って、反応層の残存や過剰なエッチバックを防止して、安定なレーザ特性を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの好ましい実施形態について説明する。各図中、同一の符号は同一又は対応する部材を示す。
【００１９】
尚、本件明細書において、窒化ガリウム系化合物半導体レーザの下側とは、レーザを構成する半導体層の成長開始側を指し、上側とは、半導体層の成長終了側を指す。半導体層の成長方向は転位の進行方向にほぼ一致するため、レーザ素子内において、転位の開始側が下側となり、転位の終端側が上側となる。
【００２０】
また、本件明細書において窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性が良いとは、ウエットエッチングによるエッチピット測定においてエッチピット密度が相対的に少ない状態、又は、ウエットエッチングによって相対的に除去されにくい状態を指す。
【００２１】
実施の形態１
図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。サファイア等の異種基板２の上に、ＧａＮから成るｎ側コンタクト層４、ＡｌＧａＮから成るｎ側クラッド層６、ＧａＮからなるｎ側光ガイド層８、Ｉｎを含む井戸層を有する多重量子井戸活性層１０、ＧａＮから成るｐ側光ガイド層１２、ＡｌＧａＮから成るｐ側クラッド層１４、ＧａＮから成るｐ側コンタクト層１６が形成されている。ｐ側光ガイド層１２の中には、ストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、Ａｌ比率が０．５以上の高抵抗の窒化ガリウム系化合物半導体から成り、開口部３２における活性層１０に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）は、電流狭窄層３０近傍の構造をより詳細に示す部分拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、Ｉｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体層から成る活性層１０の上に、Ａｌを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成るキャリア閉込層１１が５０〜１５０Åの薄膜に形成され、その上にＧａＮから成るｐ側光ガイド層１２が形成されている。ｐ側光ガイド層１２は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂから成る。第１ｐ側光ガイド層１２ａの上に第１の半導体層２２及び第２の半導体層２４を介して電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０と第２の半導体層２４を貫通して開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｐ側光ガイド層１２ｂが形成されている。
【００２３】
電流狭窄層３０は、Ａｌ比率が０．５以上と高いため、高抵抗であるだけでなく、結晶性が悪い。そのため、図２（ａ）に模式的に示すように、電流狭窄層３０の上方に形成されたｐ側クラッド層１４やｐ側コンタクト層１６にも転位４０が高い密度で発生し、電流が流れにくい状態となる。即ち、電流狭窄層３０は、それ自身の抵抗による電流狭窄効果だけでなく、その上方にある半導体層の結晶性を低下させることによる電流狭窄効果も併せて奏する。従って、電流狭窄層３０は、１００〜５００Åの比較的薄膜に形成しても、自身の高抵抗な性質と低い結晶性との相乗的な効果によって、効果的に電流狭窄を行うことができる。
【００２４】
電流狭窄層３０の下側にある第２の半導体層２４は、Ａｌ混晶比が電流狭窄層３０よりも小さな窒化物半導体から成り、電流狭窄層３０にフォトリソグラフィによって開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、素子層を酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって電流経路から除去される。
【００２５】
即ち、第２の半導体層２４は、そのＡｌ比率が電流狭窄層３０よりも低いため（好ましくはＡｌ比率が０．１以下）、Ａｌ比率が０．５以上である電流狭窄層３０との間にアルカリ溶液に対するエッチング速度差を有しており、電流狭窄層３０に対してアルカリ溶液を用いたエッチング行う際には、エッチングされずに残存する。従って、電流狭窄層３０に開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能し、過剰なエッチングの発生を防止することができる。また、第２の半導体層２４は、Ａｌ比率が低い窒化物半導体から成るため、大気中に含まれる酸素等に対する反応速度が遅い。そのため、第２の半導体層２４は、気相成長装置の外部で行うフォトリソグラフィのプロセスにおいて、その下にある第１の半導体層を酸素等の雰囲気ガスから有効に保護することができる。
【００２６】
一方、第２の半導体層２４自身の表面には、電流狭窄層３０を除去する際のエッチングや大気等の雰囲気に曝されることによってダメージが残る。しかしながら、本実施の形態における第２の半導体層は、Ａｌ比率が第１の半導体層２２よりも低い窒化物半導体から成る結果、水素等の還元ガスに高温下で曝すと容易に分解する。従って、ダメージの残った第２の半導体層２４は、気相成長装置内で行うエッチバックによって電流経路である開口部３２から容易に除去される。
【００２７】
これに対し、第１の半導体層２２は、気相成長装置内で電流狭窄層３０上への再成長前に行うエッチバックにおいて、エッチングストップ層として機能すると共に、その下側にある第１ｐ側光ガイド層１２ａをガスエッチングから保護する役割を果たす。即ち、第１の半導体層２２は、Ａｌ比率が第２の半導体層よりも高い窒化ガリウム系化合物半導体から成るため、水素等の還元性ガスに高温で曝されても容易に分解されない。このため、気相成長装置内で行うエッチバックを長時間行い、ダメージが残った第２の半導体層２４が完全に除去されるようにしても、第１の半導体層２２でエッチバックが止まり、第１ｐ側光ガイド層１２ａが過剰なエッチングから保護される。
【００２８】
また、第１の半導体層２２は、最終的に活性層１０への電流経路に残存するが、Ａｌ比率が電流狭窄層と同等あるいはそれよりも小さく、また、好ましくは電流狭窄層よりも高温で成長されているため、電流狭窄層３０と比べて結晶性が良く、抵抗が低い。また、第１の半導体層２２は、エッチバックのストップ層として機能し得る最低限の膜厚があれば足りるため、活性層１０への電流注入を阻害しない程度の薄膜に形成することが可能であり、レーザの閾値電流も殆ど上昇しない。
【００２９】
このように、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザによれば、第１の半導体層と第２の半導体層が相補的に作用する結果、電流狭窄層３０の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００３０】
また、第１及び第２の半導体層によって過剰なエッチバックが防止される結果、図２（ａ）に示すように、電流狭窄層３０の上に形成する層の平坦度が向上し、素子特性が向上する。この平坦度の向上には、電流狭窄層３０の結晶性が低いことも寄与している。即ち、電流狭窄層３０の結晶性が低い結果、電流狭窄層３０上方の領域３８に比べて、開口部３２上方の領域３６の方が結晶の成長速度が速くなる。従って、図２（ａ）に示すように、第２ｐ側光ガイド層１２ｂによって凹部である開口部３２内を容易に平坦に埋めることができる。第２ｐ側光ガイド層１２ｂが平坦となることにより、その上に形成するｐ側クラッド層１４やｐ側コンタクト層１６の組成不均一が抑制され、各々の層が持つ機能が向上する。特に、ｐ側クラッド層１４が超格子構造を有する場合、その下に接する層となるｐ側光ガイド層１２の表面に段差があると超格子構造が乱れるため、第２ｐ側光ガイド層１２ｂが開口部３２を平坦に埋めることが重要である。
【００３１】
さらには、図２（ｂ）に示すように、開口部３２上方の領域３６の膜厚を電流狭窄層３０上方の領域３８より厚く形成することも可能である。即ち、電流狭窄層３０の結晶性が低い結果、電流狭窄層３０上方の領域３８に比べて、開口部３２上方の領域３６の方が結晶の成長速度が速くなるため、その成長速度差が大きくなれば、開口部２３上方の領域３６の方が厚くなる。開口部３２上方の領域３６を厚くすることは、導波路内への光閉込めに有利である。図２（ａ）又は（ｂ）のような膜厚分布の制御は、電流狭窄層３０の結晶性を調整することによって行うことができる。電流狭窄層３０の結晶性は、電流狭窄層３０のＡｌ比率や成長温度によって制御することができる。即ち、電流狭窄層３０のＡｌ比率が高い程、また成長温度が低い程、電流狭窄層３０の結晶性が低下する。
【００３２】
一方、図２に示す構造において、第１及び第２の半導体層がない場合、第１ｐ側光ガイド層１２ａへの反応層の残存や過剰なエッチバックが起きやすくなる。図３は、ｐ側光ガイド層１２ａに過剰なエッチバックが起こった場合の構造を示す断面図である。本実施の形態において、ｐ側光ガイド層１２ａはＧａＮから成るため、水素等の還元ガスに高温で曝されると容易に分解する。このため、一旦過剰なエッチバックが起きると、図３に示すように、Ａｌを含む窒化物半導体から成るキャリア閉込層１１まで容易にエッチバックが進行する。ｐ側光ガイド層１２の全膜厚は、一般に１５００〜２０００Åであるため、７５０Å〜１０００Åの過剰なエッチバックが起きることになる。このため、図２（ｂ）の場合と逆に、電流経路となる領域３６における導波路コア部の膜厚が、その周辺領域３８に比べて薄くなり、光閉込効率が低下する。また、電流狭窄層３０の端部で大きな段差が発生することになるため、段差部へのＡｌの偏析等の組成不均一が生じ易くなる。また、ｐ型クラッド層１４が超格子から成る場合、段差の影響によって正常な超格子構造が維持できなくなる問題も生じる。
【００３３】
以下、各層の好ましい膜厚や組成について詳述する。
[第１の半導体層]
第１の半導体層２２は、Ａｌ比率が電流狭窄層３０と同等、若しくは、それよりも小さく、第２の半導体層２４よりも大きな窒化ガリウム系化合物半導体から成る。即ち、第１の半導体層、第２の半導体層、電流狭窄層の組成式を、各々、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎとすると、ｙ２＜ｙ１≦ｙ３であることが好ましい。第１の半導体層２２は、Ａｌ比率が高い程、水素等の還元性ガスに対する耐性が高くなる。従って、第１の半導体層のＡｌ比率ｙ１は、０．１以上、より好ましくは０．２以上とすることが望ましい。一方、Ａｌ比率ｙ１が高くなり過ぎると、第１の半導体層の抵抗が高くなる傾向にある。第１の半導体層２２は、活性層への電流経路の一部となるため、第１の半導体層２２の抵抗が大きくなるとレーザの閾値電流が高くなり好ましくない。そこで第１の半導体層のＡｌ比率ｙ１は、０．８以下、より好ましくは０．５以下とすることが望ましい。
【００３４】
また、第１の半導体層２２は、Ｉｎ比率が低いことが好ましい。第１の半導体層２２は、導波路内に存在するため、Ｉｎを含むと活性層からの発光を吸収するからである。この観点からは、Ｉｎ比率ｘ１が０．１以下、より好ましくは０．０５以下、さらに好ましくは実質的にＩｎを含まないことが望ましい。以上より、第１の半導体層２２の好ましい組成は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０．１≦ａ≦１）である。
【００３５】
第１の半導体層は、薄すぎてはエッチバックの際のエッチングストップ機能が不十分となり、厚すぎては抵抗が高くなる。そこで第１の半導体層の膜厚は、２０〜３００Åが好ましく、より好ましくは５０〜２００Åであることが望ましい。また、特に、第１の半導体層がＡｌＮの場合は、膜厚が約１０Å以上の厚さであればエッチングストップ層として機能することができる。
【００３６】
第１の半導体層の下側に接する層は、光ガイド層であることが好ましい。光ガイド層に接するように電流狭窄構造を形成することにより、光閉じ込めの制御が容易になる。
【００３７】
また、第１の半導体層は、後述するキャップ層と兼用することもできる。キャップ層にエッチングストップ機能を持たせることにより、Ａｌ混晶比の高い層を減らすことができるため、電圧を低下させることができる。
【００３８】
[第２の半導体層２４]
また、第２の半導体層２４は、電流狭窄層３０及び第１の半導体層２２よりもＡｌ比率が小さな窒化ガリウム系化合物半導体、即ち一般式がＩｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２＜ｙ１、０≦ｘ２＋ｙ２＜１）の一般式で示される窒化ガリウム系化合物半導体から成る。第２の半導体層のＡｌ比率が低い程、ウエットエッチングにおける電流狭窄層３０とのエッチング速度差が大きくなり、エッチバックによる除去が容易になる。第２の半導体層２４の好ましいＡｌ比率ｙ２は、０．１以下、より好ましくは０．０５以下、さらに好ましくは実質的にＡｌを含まない組成とすることが望ましい。
【００３９】
また、第２の半導体層は、Ｉｎを含んでいることが好ましい。分解温度の低いＩｎＮを混晶に含むことにより、高温で分解し易くなり、エッチバックによる除去が容易になる。また、第２の半導体層がＩｎを含むことには、活性領域から漏れた迷光を吸収する効果もある。即ち、Ｉｎを含む窒化物半導体から成る活性層から発光された光は、同様にＩｎを含む窒化物半導体によって吸収され易い。従って、活性領域の両側を挟む第２の半導体層がＩｎを含むことにより、活性領域から漏れた迷光を吸収し、ビーム品質を向上することができる。この観点からは、第２の半導体層のＩｎ混晶比ｘ２が０〜０．２であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．１５とする。ことが望ましい。以上より、第２の半導体層の好ましい組成は、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０．０５≦ｂ≦０．１５）である。
【００４０】
また、第２の半導体層は、エッチバックによる除去が容易になるように、低い結晶性で成長させることが好ましい。好ましくは、第２の半導体層が多結晶又はアモルファス状態となるようにする。これにより、第２の半導体層自体が高抵抗な層となるため、その上に接して形成される電流狭窄層との相乗効果により、より優れた電流狭窄効果を得ることができる。また、第２の半導体層が電流狭窄機能の一部を担う結果、電流狭窄層の膜厚を薄くすることもできる。第２の半導体層のＩｎ比率ｘ２を高めるか、成長温度を下げることによって、第２の半導体層２４の結晶性を下げることができる。第２の半導体層２４の成長温度を下げる場合、成長温度を１０００℃未満、より好ましくは６００℃以下にすることが望ましい。
【００４１】
第２の半導体層の結晶性が低下すれば、その上に成長させる電流狭窄層３０の除去が容易になる効果もある。即ち、電流狭窄層３０の下側に接する層の結晶性が良い場合、電流狭窄層３０の結晶性が層境界近傍で部分的に高くなり、その部分がエッチングによって除去し難くなる。そこで、電流狭窄層３０の下側に接する層である第２の半導体層２４の結晶性を低くすることにより、電流狭窄層３０の結晶性を成長初期から低くして、開口部３２内における電流狭窄層３０を容易に除去することができる。特に、第２の半導体層２４が不純物を５×１０１７／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上含むことで、第２の半導体層２４の結晶性が低下し、電流狭窄層３０の除去が容易となる。また、第２の半導体層２４が高い濃度の不純物を含むことにより、活性層からの迷光を吸収し易くなるため、高次モードの発生を抑制し、安定したシングルモードのレーザ光とすることができる。
【００４２】
また、第２の半導体層２４は、薄すぎては第１の半導体層２２の保護が不十分となり、厚すぎては段差の影響が大きくなる。電流狭窄層と第２の半導体層によって形成される段差が大きくなると、その上方に形成されるクラッド層やコンタクト層を超格子（ＳＬ）構造にし難くなる。そのため、キャリアの移動度が低くなり、電圧が増大する。また、段差部にＡｌやＭｇ等が偏析し易くなるため、バンドギャップが高くなり、このことも電圧が高くなる原因となる。電圧が増大すると、投入電力が大きくなるため、発熱量が増し、閾値も高くなる。これらを考慮すると、第２の半導体層の膜厚は、１０Å以上３００Å以下が好ましく、より好ましくは５０Å以上２００Å以下である。
【００４３】
[電流狭窄層３０]
電流狭窄層３０は、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１，０．５≦ｙ３≦１、０．５≦ｘ３＋ｙ３≦１）の一般式で示される窒化物半導体から成る。電流狭窄層３０を、ＳｉＯ２等の絶縁材料ではなく、上記一般式で表される窒化ガリウム系化合物半導体によって形成することにより、電流狭窄層３０を他の素子構造と同一の気相成長装置で成長させることが可能になる。また、電流狭窄層３０を、ＳｉＯ２等の異種材料ではなく、窒化ガリウム系化合物半導体によって構成することには、レーザのビームがリニアリティが向上するという効果もある。例えば、ＳｉＯ２をＧａＮから成る光ガイド層等に埋め込んだ場合、ＳｉＯ２の屈折率は約１．５であり、ＧａＮの屈折率は２．５であるため、両者に間に大きな屈折率差が生じ、レーザ出力のリニアリティが低下すると共に、ビームが動き易くなる。電流経路の幅を細くしてビームを安定化することもできるが、電流密度が高くなって寿命特性が低下する。これに対し、例えばＡｌＮを電流狭窄層とすれば、ＡｌＮの屈折率は２．１であり、ＧａＮの屈折率は２．５であるので、両者の間の屈折率差は小さく、リニアリティが良くなり、ビームも安定化する。
【００４４】
電流狭窄層３０のＡｌ比率ｙ ３ が高い程、電流狭窄層３０の絶縁性が高まると共に、その上に形成される層の結晶性が低下するため、電流狭窄効果が良好になる。従って、電流狭窄層３０のＡｌ比率ｘ３は、少なくとも０．５以上、好ましくは０．７５以上、より好ましくは０．９以上とすることが望ましい。最も好ましくは、電流狭窄層３０をＡｌＮとする。電流狭窄層３０をＡｌＮとすれば、ウエットエッチングが容易に行える、絶縁性が高いため電流狭窄効果が顕著である、屈折率が低いため光閉じ込めに有利である、放熱性が良いので素子の放熱特性が向上する、といった効果が得られる。
【００４５】
また、電流狭窄層３０は、少量のＩｎを含んでいても良い。電流狭窄層３０が少量のＩｎを含むことにより、活性層１０からの発光を吸収しやすくなる。そのような電流狭窄層３０によって活性領域を挟めば、活性領域から漏れた迷光を吸収してビーム品質を向上することができる。迷光吸収の観点からは、Ｉｎ比率ｘ ３ が０．０５以上、より好ましくは０．１以上であることが望ましい。但し、Ｉｎ比率は、０．５以下、より好ましくは０．３以下であることが望ましい。
【００４６】
電流狭窄層３０の成長は、結晶性が低くなるように低温で行うことが好ましい。例えば、６００℃以下成長することが望ましい。電流狭窄層３０を低温で成長することにより、アルカリ溶液等によるエッチングが容易になると共に、電流狭窄効果も向上する。また、電流狭窄層３０は、薄すぎると電流狭窄層としての機能が不十分となる。また、光閉じ込めも弱くなり、閾値が上昇する。一方電流狭窄層３０が厚すぎると、段差の影響が大きくなり、再成長時にフラットにしにくくなり、クラッド層を超格子（ＳＬ）にすることも難しくなる。そこで電流狭窄層３０は、１００Å〜５００Åの膜厚、より好ましくは１５０Å〜３００Åの膜厚を有することが望ましい。
【００４７】
また、電流狭窄層３０は、図５に示すように、その長手方向３０ａの端面がレーザ素子２の共振器端面２ａよりも内側になるように形成することが好ましい。このように共振器端面２ａまで電流狭窄層３０を形成しないことにより、共振器端面２ａにおけるエネルギー密度を低下し、ＣＯＤ（Catastrophic Opptical Damage:光学損傷）特性を改善することができる。また、ＲＩＥやへき開によって共振器端面を形成する際に、導波路部分に形状異常やクラックが生じ難くなる。また、共振器面をエッチングによって形成する場合、電流狭窄層３０を共振器端面から離間して形成しておけば、平坦な共振器面が作り易くなる。何故なら、電流狭窄層３０の開口部には若干の段差ができてしまうため、電流狭窄層３０が共振器端面に達していると、段差の影響によって平坦なエッチング面ができにくくなるからである。
【００４８】
一方、電流狭窄層３０の横方向の側面も、図５に示すようにレーザ素子２のストライプ構造を構成する積層体側面より内側に形成することが好ましい。Ａｌ混晶比の高い電流狭窄層は、均一にエッチングしにくく、また、エッチングされた面が荒れ易くなる。そのため、電流狭窄層を他の窒化物半導体層と同じ面積に形成していた場合、ｎ電極を形成する目的で窒化物半導体層の積層体をエッチングした際に、エッチング面が荒れ易くなり、ｎ電極の接続抵抗が高くなってしまう。電流狭窄層３０を、予めストライプ構造の側面よりも内側の領域に形成しておけば、ｎ電極を形成するためのエッチングを均一に行い易くなり、抵抗を下げることができる。
【００４９】
また、電流狭窄層は、Ａｌの混晶比が高いため、その上下の層と格子定数や熱膨張係数の差が大きくなっている。電流狭窄層３０を、電流狭窄機能や光閉込機能に影響のない程度にストライプ構造を構成する積層体の端面及び／又は側面から離間した領域（即ち、内側の領域）に形成することにより、歪みを低減し、クラックの発生を抑制することができる。
【００５０】
[再成長層]
電流狭窄層３０の開口部３２を埋めて再成長させる半導体層（以下、再成長層）は、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体、好ましくはＧａＮにすると、開口部３２を平坦に埋め易くなると共に、開口部に成長する再成長層のＡｌ不均一という問題を解消することができる。Ａｌ混晶比の不均一は、Ｍｇ等の不純物濃度の不均一よりも、レーザの素子特性への影響が顕著である。また、開口部３２を埋める再成長層としては、クラッド層よりも光ガイド層が好ましい。再成長層を光ガイド層にすることで、開口部を埋めてフラットに成長させ易く、また、超格子構造を持ったクラッド層の特性を良好にすることができる。
【００５１】
特に、電流狭窄層３０を活性層のｐ側に形成する場合、電流狭窄層３０の開口部３２を埋めて再成長させる半導体層（以下、再成長層）については、いくつかの好ましい条件がある。まず、再成長層は、第１の半導体層２２の下側に接する層と同等、若しくは低い屈折率を有することが好ましい。これにより、活性層への光閉じ込めが一層良好になる。また、再成長層は、第１の半導体層２２の下側に接する層と同等か、それよりも高い温度で、且つ、活性層の結晶性を維持するような温度で形成されたことが好ましい。成長温度を高くすることにより、再成長層の結晶性を高めることができ、抵抗を下げることができる。さらに、再成長層は、第１の半導体層２２の下側に接する層と同等か、それよりも高い不純物濃度を有することが好ましい。再成長層の不純物濃度を高くすることにより、開口部の両側の部分における迷光吸収の寄与により、レーザ光の高次モードが安定する。また、再成長層に意図的にＭｇ等のｐ型不純物を添加することにより、再成長層を好ましくｐ型にして動作電圧を低下させることができる。
【００５２】
[活性層１０]
活性層１０は、少なくとも発光領域がＩｎを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成ることが好ましく、より好ましくはＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ井戸層（０＜Ｘ１＜１）とＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ障壁層（０≦Ｘ２＜１、Ｘ１＞Ｘ２）が適当な回数だけ交互に繰り返し積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有している。井戸層は、アンドープで形成されており、全ての障壁層はＳｉ、Ｓｎ等のｎ型不純物が好ましくは１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープして形成されている。障壁層にｎ型不純物がドープされていることにより、活性層中の初期電子濃度が大きくなって井戸層への電子注入効率が高くなり、レーザの発光効率が向上する。活性層１０は、井戸層で終わっても良く、障壁層で終わっても良い。活性層１０には、蒸気圧の高いＩｎＮが比較的多量に混晶されているため、分解し易く、他の層よりも低温（約９００℃以下）で成長される。
【００５３】
[キャリア閉込層１１]
キャリア閉込層１１は、ｐ側クラッド層１４よりも高いＡｌ混晶比を持つｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなり、好ましくはＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０．１≦ｃ≦０．５）なる組成を有する。キャリア閉込層１１の好ましい膜厚は、５０〜２００Åである。また、Ｍｇ等のｐ型不純物が高濃度で、好ましくは５×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされている。これにより、キャリア閉込層１１は、電子を活性層中に有効に閉じ込めることができ、レーザの閾値を低下させる。また、キャリア閉込層１１は、Ｉｎを含むために分解し易い活性層１０を保護する機能を有する。即ち、キャリア閉込層１１は、分解温度の高いＡｌＧａＮから成るため、活性層１０を分解から有効に保護することができる。キャリア閉込層１１は、活性層１０の分解が進行しないように、窒素等の不活性ガス中で９００℃以下の低温で行うことが好ましい。
【００５４】
[ｎ側光ガイド層８、ｐ側光ガイド層１２]
ｎ側光ガイド層８及びｐ側光ガイド層１２は、Ａｌを実質的に含まない窒化ガリウム系化合物半導体層から成ることが好ましい。望ましくは、ＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０≦ｄ≦１）から成り、より望ましくは、ＧａＮから成る。ｐ側光ガイド層に電流狭窄層３０を埋め込む場合には、第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂの２層に分け、その間に電流狭窄層３０を形成する。第２ｐ側光ガイド層１２ｂをＡｌを実質的に含まない組成にすることにより、電流狭窄層３０を埋め込んだ場合に平坦化し易くなる。また、開口部におけるＡｌ不均一をなくすことができる。第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂの組成やプロセスは、互いに異なっていても良い。特に、第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、第１ｐ側光ガイド層よりも、低屈折率であり、高不純物濃度であり、高温成長されていることが好ましい。尚、ｎ側光ガイド層に電流狭窄層３０を埋め込む場合も同様である。
【００５５】
［ｎ側クラッド層６、ｐ側クラッド層１４］
ｎ側クラッド層６及びｐ側クラッド層１４は、少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子とすることが好ましい。ここでＡｌを含む窒化物半導体層としてはＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０＜ｅ＜１）が好ましい。更に好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮを積層した超格子構造とする。ｎ側クラッド層６やｐ側クラッド層１４を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、レーザの閾値を低下させることができる。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが減少する。また、超格子構造を構成する一方の層に不純物を多くドープする変調ドープを行うと結晶性が良くなる。但し、両方に同じようにドープしても良い。
【００５６】
[ｐ側オーミック電極]
ｐ側コンタクト層１６の上には、ｐ側オーミック電極２０が形成される。ｐ側オーミック電極２０の幅は、開口部３２の幅よりも広く、電流狭窄層３０の幅（＝開口部を含む全幅）よりも狭いことが好ましい。このような幅にｐ側オーミック電極２０を形成することにより、開口部に効率良く電流を注入することができる。また、ｐ側オーミック電極２０は、レーザ光の導波方向と略平行な方向の長さが、電流狭窄層３０の長さよりも短いことが好ましい。このような長さにｐ側オーミック電極２０を形成することにより、開口部に一層効率良く電流を注入することができる。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法について説明する。
図４は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程図である。まず、図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置の反応炉において、ウエハ上に窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を構成する半導体層をｐ側光ガイド層１２の合計膜厚の約半分まで（＝第１ｐ側光ガイド層１２ａ）積層した後、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦０．１，ｙ２＜ｙ１≦ｙ３、０＜ｘ１＋ｙ１＜１）から成る第１の半導体層２２、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２＜ｙ１、０≦ｘ２＋ｙ２＜１）から成る第２の半導体層２４、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１，０．５≦ｙ３≦１、０．５≦ｘ３＋ｙ３≦１）から成る電流狭窄層３０を順次成長する。
【００５８】
第１の半導体層は、レーザのｎ側又はｐ側クラッド層と同程度の高温、例えば１０００℃以上で成長することが好ましい。第１の半導体層を高温で成長することにより、結晶性が向上してエッチバックへの耐性が高まると同時に、抵抗が下がって活性層への電流注入効率が向上する。一方、第２の半導体層２４と電流狭窄層３０は、１０００℃未満、好ましくは６００℃以下の低温で成長することが好ましい。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示すように、ウエハを気相成長装置の反応炉から取出し、フォトレジスト３４を用いたフォトリソグラフィによって、電流狭窄層３０に開口部３２を形成する。電流狭窄層３０のエッチングは、ドライエッチングよりも、素子へのダメージの少ないウエットエッチングによって行うことが好ましい。例えば、ＡｌＮ等のＡｌ比率が高い窒化ガリウム系化合物半導体は、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液に容易に溶けるため、アルカリ溶液を現像液に用いたフォトリソグラフィによって電流狭窄層３０をパターニングできる。一方、第２の半導体層２４はＡｌ比率が低いため、アルカリ溶液には溶けず、エッチングストップ層として機能する。また、このとき、第２の半導体層２４は、アルカリ溶液や雰囲気中の酸素から導波路部分の半導体層を保護する役割を果たす。
【００６０】
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト３４を除去した後に、ウエハを再び気相成長装置の反応炉に導入し、水素等の還元性ガスを流しながら１０００℃以上の高温に保持することにより、エッチバックを行う。第２の半導体層２４は、図４（ｂ）の工程中に雰囲気中の酸素等によるダメージを受けているが、Ａｌ比率が低い窒化ガリウム系化合物半導体から成るため、開口部３２から露出した部分がエッチバックによって容易に除去される。一方、第１の半導体層２２は、Ａｌ比率が高い窒化ガリウム系化合物半導体から成るため、水素等の還元性ガス中で高温にしても容易に分解せず、エッチバックに対するエッチングストップ層として機能する。
【００６１】
次に、図４（ｄ）に示すように、電流狭窄層３０の上に第２ｐ側光ガイド層１２ｂを成長して開口部３２を平坦に埋める。このとき、第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体、好ましくはＧａＮにすると、開口部３２を平坦に埋め易くなる。また、電流狭窄層３０の開口部を埋める半導体である第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、第１の半導体層の下側に接する層である第１ｐ側光ガイド層１２ａと同等か、それよりも低い屈折率を有することが好ましい。これにより、光閉じ込めが一層良好になる。さらに、電流狭窄層３０の開口部を埋める半導体である第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、第１の半導体層の下側に接する層である第１ｐ側光ガイド層１２ａと同等か、それよりも高い温度で、且つ、活性層の結晶性を維持するような温度で形成されたことが好ましい。成長温度を高くすることにより、開口部を埋めて再成長する半導体層の結晶性を高めることができ、抵抗を下げることができる。第２ｐ側光ガイド層１２ｂ以降は、通常の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法に従って、ｐ側クラッド層１４、ｐ側コンタクト層１６を順次成長すれば良い。
【００６２】
実施の形態２
実施の形態１では、ｐ側光ガイド層１２の中に電流狭窄層３０を形成したが、本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中に電流狭窄層３０を形成する。その他の点は、実施の形態１と同様である。
【００６３】
図６は、実施の形態２に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中にストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、高抵抗のＩｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１，０．５≦ｙ３≦１、０．５≦ｘ３＋ｙ３≦１）から成り、開口部３２に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００６４】
ｎ側光ガイド層８は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｎ側光ガイド層８ａと第２ｎ側光ガイド層８ｂから成る。第１ｎ側光ガイド層８ａの上に、第１の半導体層２２及び第２の半導体層２４を介して電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０と第２の半導体層２４を貫通して開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｎ側光ガイド層８ｂが形成されている。
【００６５】
実施の形態１と同様に、第２の半導体層２４は、電流狭窄層３０及び第１の半導体層よりもＡｌ比率の低い窒化ガリウム系化合物半導体から成り、電流狭窄層３０にフォトリソグラフィによって開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、第１の半導体層２２を酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって除去される。また、第１の半導体層２２は、気相成長装置内で電流狭窄層３０上への再成長前に行うエッチバックにおいて、エッチングストップ層として機能すると共に、その下側にある第１ｎ側光ガイド層８ａをガスエッチングから保護する役割を果たす。
【００６６】
従って、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいても、第１の半導体層と第２の半導体層が相補的に作用する結果、電流狭窄層３０の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００６７】
実施の形態３
実施の形態１では、電流狭窄層の下側にＡｌ比率の低い第２の半導体層を形成し、さらにその下側にＡｌ比率の高い第１の半導体層を形成し、第１の半導体層によって過剰なエッチバックを防止した。本実施の形態では、電流狭窄層の下側に、Ａｌ比率の低い成長下地層のみを設け、その成長下地層の結晶性を成長下地層の下側に接する層よりも低くすることによって過剰なエッチバックを防止する。その他の点は、実施の形態１と同様である。
【００６８】
図７は、実施の形態３に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。サファイア等の異種基板２の上に、ＧａＮから成るｎ側コンタクト層４、ＡｌＧａＮから成るｎ側クラッド層６、ＧａＮからなるｎ側光ガイド層８、Ｉｎを含む井戸層を有する多重量子井戸活性層１０、ＧａＮから成るｐ側光ガイド層１２、ＡｌＧａＮから成るｐ側光クラッド層１４、ＧａＮから成るｐ側コンタクト層１６が形成されている。ｐ側光ガイド層１２の中には、ストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、高抵抗のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、開口部３２における活性層１０に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００６９】
ｐ側光ガイド層１２は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｐ側光ガイド層１２ａと第２ｐ側光ガイド層１２ｂから成る。第１ｐ側光ガイド層１２ａの上に成長下地層２６を介して電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０と成長下地層２６を貫通して開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｐ側光ガイド層１２ｂが形成されている。
【００７０】
成長下地層２６は、電流狭窄層３０よりもＡｌ比率が低い窒化ガリウム系化合物半導体から成り、電流狭窄層３０にフォトリソグラフィによって開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、その下方にある第１ｐ側光ガイド層１２ａを酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって除去される。
【００７１】
即ち、成長下地層２６は、Ａｌ比率が低いため（好ましくは０．０５以下）、Ａｌ比率が０．５以上である電流狭窄層３０との間にアルカリ溶液に対するエッチング速度差を有しており、電流狭窄層３０に対してアルカリ溶液を用いたエッチング行う際には、エッチングされずに残存する。従って、電流狭窄層３０に開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能し、過剰なエッチングの発生を防止することができる。また、成長下地層２６は、Ａｌ比率の低い窒化ガリウム系化合物半導体から成るため、大気中に含まれる酸素等に対する反応速度が遅い。そのため、成長下地層２６は、気相成長装置の外部で行うフォトリソグラフィのプロセスにおいて、その下にある第１ｐ側光ガイド層１２ａを酸素等の雰囲気ガスから有効に保護することができる。
【００７２】
一方、成長下地層２６自身の表面には、フォトリソグラフィを用いたエッチングや大気等の雰囲気に曝されることによってダメージが残る。しかしながら、成長下地層２６は、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体から成る結果、水素等の還元ガスに高温下で曝すと容易に分解する。従って、ダメージの残った成長下地層２６は、気相成長装置内で行うエッチバックによって電流経路である開口部３２から容易に除去される。
【００７３】
しかしながら、このエッチバックにおいて、成長下地層２６と第１ｐ側光ガイド層１２ａの間にエッチング速度差がなければ、第１ｐ側光ガイド層１２ａに対して過剰にエッチバックが進行し易くなる。そこで本実施の形態では、成長下地層２６の結晶性を、その下側に接する層である第１ｐ側光ガイド層よりも低くすることによって、エッチバックに対するエッチング速度差を持たせる。即ち、成長下地層２６の結晶性を第１ｐ側光ガイド層１２ａよりも低くすることにより、エッチバックの速度が成長下地層２６に対しては速く進行し、第１ｐ側光ガイド層１２ａに対してはゆっくり進行するようにする。これにより、成長下地層２６のみを選択的に除去することが可能になる。
【００７４】
従って、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいても、電流狭窄層３０の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００７５】
成長下地層２６は、電流狭窄層３０よりもＡｌ比率の小さな窒化ガリウム系化合物半導体、即ち一般式がＩｎｘ’Ａｌｙ’Ｇａ１−ｘ’−ｙ’Ｎ（０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’＜ｙ、０≦ｘ’＋ｙ’＜１）の一般式で示される窒化ガリウム系化合物半導体から成る。成長下地層２６のＡｌ比率が低い程、ウエットエッチングにおける電流狭窄層３０とのエッチング速度差が大きくなり、エッチバックによる除去が容易になる。成長下地層２６の好ましいＡｌ比率ｙ４は、０．１以下、より好ましくは０．０５以下、さらに好ましくは実質的にＡｌを含まない組成とすることが望ましい。
【００７６】
また、成長下地層２６は、Ｉｎを含んでいることが好ましい。成長下地層２６がＩｎを含むことにより、選択的なエッチバックが容易になると共に、導波路から漏れた迷光を吸収する効果も得られる。従って、成長下地層２６のＩｎ比率ｘ’は０〜０．２が好ましく、より好ましくは０．０５〜０．１５である。以上より、成長下地層２６の好ましい組成は、ＩｎｆＧａ１−ｆＮ（０≦ｆ≦０．２）である。
【００７７】
成長下地層２６の結晶性をその下側に接する層よりも低くするには、例えば、成長下地層のＩｎ混晶比を、その下側に接する層よりも高くするか、又は、下側に接する層よりも成長温度を低くすれば良い。即ち、成長下地層２６のＩｎ比率が高くなる程、水素等の還元性雰囲気に高温でさらしたときの分解速度が速くなる。従って、成長下地層のＩｎ比率が第１ｐ側光ガイド層１２ａよりも高ければ、成長下地層２６を選択的に除去することができる。また、成長下地層２６の成長温度が低くなる程、水素等の還元性雰囲気に高温でさらしたときの分解速度が速くなる。従って、成長下地層２６の成長温度がその下側に接する層よりも低ければ、成長下地層２６と第１ｐ側光ガイド層１２ａの組成が同じＧａＮであっても、成長下地層２６を選択的に除去することができる。また、成長下地層２６は、その下側に接している層よりも不純物濃度を高くすることによっても、結晶性を低下させることができる。
【００７８】
尚、成長下地層２６を、不純物濃度の高い層（例えば、５×１０１８個ｃｍ−３以上）としたり、Ｉｎを含む層とすることによって、活性層の迷光を吸収しやすくなる。従って、高次モードの発生を抑制し、安定したシングルモードのレーザ光とすることができる。
【００７９】
成長下地層２６の成長温度を下げることによって、選択的なエッチバックを行う場合、成長温度を９００℃以下、より好ましくは６００℃以下にすることが望ましい。成長下地層２６の結晶性を下げる手段として、Ｉｎ比率を高める方法と、成長温度を下げる方法を併用しても良い。また、成長下地層２６は、アモルファス状態又は多結晶とすることが好ましい。成長下地層２６を、アモルファス状態又は多結晶とすることにより、単結晶よりも除去が容易になる。また、成長下地層自身が高抵抗なそうとなるため、その上に接して形成される電流狭窄層との相乗効果により、より優れた電流狭窄効果を得ることができる。また、電流狭窄層の膜厚を薄くすることも可能になる。
【００８０】
尚、成長下地層２６の結晶性が低下すれば、その上に成長させる電流狭窄層３０の除去が容易になる効果もある。即ち、電流狭窄層３０の下側に接する層の結晶性が良い場合、電流狭窄層３０の結晶性が層境界近傍で部分的に高くなり、その部分がエッチングによって除去し難くなる。そこで、電流狭窄層３０の下側に接する層である成長下地層２６の結晶性を低くすることにより、電流狭窄層３０の結晶性が成長初期から低くなり、開口部３２内における電流狭窄層３０の除去も容易になる。
【００８１】
成長下地層２６は、薄すぎては第１ｐ側光ガイド層１２ａの保護が不十分となり、厚すぎては段差の影響が大きくなる。段差が大きくなると、電流狭窄層の上に再成長させる半導体層がフラットになりにくい。そこで、成長下地層２６の膜厚は、１０Å以上３００Å以下が好ましく、より好ましくは５０Å以上２００Å以下である。
【００８２】
成長下地層２６の下側に接する層は、光ガイド層であることが好ましい。光ガイド層に接するように電流狭窄構造を形成することにより、光閉じ込めの制御が容易になる。
【００８３】
次に、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法について説明する。
図８は、実施の形態３に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す工程図である。まず、図８（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置の反応炉において、ウエハ上に窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を構成する半導体層をｐ側光ガイド層１２の合計膜厚の約半分まで（＝第１ｐ側光ガイド層１２ａ）積層した後、Ｉｎｘ’Ａｌｙ’Ｇａ１−ｘ’−ｙ’Ｎ（０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’＜ｙ、０≦ｘ’＋ｙ’＜１）から成る成長下地層２６、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成る電流狭窄層３０を順次成長する。ここで、成長下地層２６は、Ｉｎ比率を高めるか、成長温度を低くすることにより、第１ｐ側光ガイド層１２ａよりも結晶性が低くなるように形成する。
【００８４】
次に、図８（ｂ）に示すように、ウエハを気相成長装置の反応炉から取出し、フォトレジスト３４を用いたフォトリソグラフィによって、電流狭窄層３０に開口部３２を形成する。電流狭窄層３０のパターニングは、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド（ＴＭＡＨ）等のアルカリ現像液を用いたフォトリソグラフィによって行うことが好ましい。成長下地層２６はＡｌ比率が低いため、テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド（ＴＭＡＨ）等には溶け難く、エッチングストップ層として機能する。また、このとき、成長下地層２６は、アルカリ溶液や雰囲気中の酸素から導波路部分の半導体層を保護する役割を果たす。
【００８５】
次に、図８（ｃ）に示すように、フォトレジスト３４を除去した後に、ウエハを再び気相成長装置の反応炉に導入し、水素等の還元性ガスを流しながら１０００℃以上の高温に保持することにより、エッチバックを行う。成長下地層２６は、図８（ｂ）の工程中に雰囲気中の酸素等によるダメージを受けているが、第１ｐ側光ガイド層１２ａよりも結晶性が低くなるように形成されているため、開口部３２から露出した部分がエッチバックによって選択的に除去される。このとき、第１ｐ側光ガイド層１２ａは、いわばエッチバックに対するエッチングストップ層として機能する。
【００８６】
次に、図８（ｄ）に示すように、電流狭窄層３０の上に第２ｐ側光ガイド層１２ｂを成長して開口部３２を平坦に埋める。このとき、第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体、好ましくはＧａＮにすると、開口部３２を平坦に埋め易くなる。また、電流狭窄層３０の開口部を埋める半導体である第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、成長下地層の下側に接する層である第１ｐ側光ガイド層１２ａと同等か、それよりも低い屈折率を有することが好ましい。これにより、光閉じ込めが一層良好になる。さらに、電流狭窄層３０の開口部を埋める半導体である第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、下地成長層の下側に接する層である第１ｐ側光ガイド層１２ａと同等か、それよりも高い温度で、且つ、活性層の結晶性を維持するような温度で形成されたことが好ましい。成長温度を高くすることにより、開口部を埋めて再成長する半導体層の結晶性を高めることができ、抵抗を下げることができる。第２ｐ側光ガイド層１２ｂ以降は、通常の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法に従って、ｐ側クラッド層１４、ｐ側コンタクト層１６を順次成長すれば良い。
【００８７】
実施の形態４
実施の形態３では、ｐ側光ガイド層１２の中に電流狭窄層３０を形成したが、本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中に電流狭窄層３０を形成する。その他の点は、実施の形態３と同様である。
【００８８】
図９は、実施の形態４に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。本実施の形態では、ｎ側光ガイド層８の中にストライプ状の開口部３２を有する電流狭窄層３０が形成されている。電流狭窄層３０は、高抵抗のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、開口部３２に電流を集中してレーザの水平横モードを制御する役割を果たしている。
【００８９】
ｎ側光ガイド層８は、電流狭窄層３０の下側にある第１ｎ側光ガイド層８ａと第２ｎ側光ガイド層８ｂから成る。第１ｎ側光ガイド層８ａの上に、成長下地層２６を介して電流狭窄層３０が形成されており、電流狭窄層３０と成長下地層２６を貫通して開口部３２が形成されている。そして、開口部３２を埋めるようにして、第２ｎ側光ガイド層８ｂが形成されている。
【００９０】
実施の形態３と同様に、成長下地層２６は、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体から成り、第１ｎ側光ガイド層８ａよりも結晶性が低くなるように形成されている。従って、電流狭窄層３０にフォトリソグラフィによって開口部３２を形成する際のエッチングストップ層として機能すると共に、第１ｎ側光ガイド層８ａを酸素等の雰囲気ガスから保護する役割を果たし、最終的には気相成長装置内で行うエッチバックによって選択的に除去される。
【００９１】
従って、本実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいても、実施の形態３と同様に、電流狭窄層３０の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【００９２】
実施の形態１乃至４に示したように、本発明に係る電流狭窄層３０は、活性層のｐ側とｎ側のいずれに形成しても良い。一般的な窒化ガリウム系化合物半導体素子では、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が高抵抗であるために、ｎ側層、活性層、ｐ側層の順序で成長を行う。従って、実施の形態２又は４のように、活性層のｎ側に電流狭窄層３０を形成した場合、結晶性の悪い電流狭窄層３０から発生した転位が活性層１０を通過することになる。また、第２のｎ側光ガイド層８ｂによる平坦化が十分でない場合には、活性層１０が平坦にならず、リーク電流が流れ易くなる。このため、実施の形態１又は３のように活性層のｐ側に形成する方が好ましい。また、活性層のｐ側に電流狭窄層を形成すれば、活性層への電流を効率良く制御することができるため効率的にレーザ発振を行うことが可能である。また、活性層まで連続的に成長した後に、気相成長炉から取出すことになるため、活性層へのダメージも少なくなる。
【００９３】
一方、活性層のｎ側に電流狭窄層を形成した場合、開口部上の活性層の両側に転位が多く存在することになる。この転位の部分は、Ｉｎが多く含まれるようになるため、発光部よりもＩｎの混晶比が高くなり、可飽和吸収域となる。そのため、パルせーションレーザとすることができる。
【００９４】
また、上記実施の形態１乃至４では、光ガイド層の内部に電流狭窄層３０を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光ガイド層とクラッド層の間や、クラッド層の内部に形成しても良い。もっとも、電流狭窄層３０が活性層１０からあまり遠いと、電流狭窄層３０によって集中された電流が活性層１０に到達する前に広がり易くなる。従って、電流狭窄層３０の位置は、活性層１０の結晶性に悪影響を与えない範囲で活性層１０に近い方が好ましい。また、電流狭窄層３０の上に形成する層は、Ａｌを実質的に含まない窒化ガリウム系化合物半導体であることが平坦化に有利である。従って、本実施の形態で説明したように、ＧａＮから成る光ガイド層の内部に電流狭窄層３０を形成することは、電流狭窄効果や平坦化の観点で好ましい。
【００９５】
尚、本件発明に係る窒化物半導体レーザは、フェイスアップ実装とフェイスダウン実装のいずれも可能である。
【００９６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、図１に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造する。
【００９７】
（基板２）
まず、２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＣＶＤ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させた後、温度を上げて、アンドープのＧａＮを１．５μｍの膜厚で成長させる。次に、ＧａＮ層表面にストライプ状のマスクを複数形成し、マスク開口部からＧａＮを選択成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ）によりＧａＮ層を形成する。この時、選択成長時のマスクは、ＳｉＯ２からなり、マスク幅１５μｍ、開口部（窓部）幅５μｍとする。
【００９８】
（バッファ層）
次に、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、基板２の上にＡｌＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、次に形成するｎ側コンタクト層４と基板２との間で、バッファ層として機能する。
【００９９】
（ｎ側コンタクト層４）
次に、前記バッファ層上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用いて、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を４μｍの膜厚で成長させる。
【０１００】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にして、ＩｎＧａＮよりなるクラック防止層（図示せず）を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【０１０１】
（ｎ側クラッド層６）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ繰り返して、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層６を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する。
【０１０２】
（ｎ側光ガイド層８）
次に、温度１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０６を０．１５μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープしても良い。
【０１０３】
（活性層１０）
次に、温度を９００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニウムを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）を１４０Åの膜厚で成長し、シランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層（Ｗ）を４０Åの膜厚で成長し、この障壁層（Ｂ）と井戸層（Ｗ）を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／・・・・／障壁層／井戸層／障壁層の順に積層する。最終層は、井戸層でも障壁層でも良いが、障壁層とすることが好ましい。活性層１０は、総膜厚約５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【０１０４】
（キャリア閉込層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ側キャリア閉込層１１（図１に図示せず）を１００Åの膜厚で成長させる。この層を設けることにより、電子の閉じ込めが良好になると共に、活性層１０を分解から保護することができる。
【０１０５】
（ｐ側光ガイド層１２ａ）
続いて、温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１２ａを０．０７５μｍの膜厚で成長させる。この第１ｐ側光ガイド層１２ａは、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャリア閉込層１１、ｐ側クラッド層１４等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。また、この層は、成長時に意図的にＭｇをドープしてもよい。
【０１０６】
（第１の半導体層２２、第２の半導体層２４）
次に、温度を１０００℃に保ったまま、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る第１の半導体層を成長する。第１の半導体層２２の膜厚は、７０Åとする。第１の半導体層には、Ｍｇをドープする。そして、温度を８００℃に下げ、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎから成る第２の半導体層を、１００Åの膜厚で成長する。
【０１０７】
（電流狭窄層３０）
次に、温度を５００℃にして、原料ガスにＴＭＡ及びアンモニアを用い、ＡｌＮよりなる電流狭窄層３０を３００Åの膜厚で成長させる。そして、そこまで積層したウエハをＭＯＣＶＤ反応装置の反応炉より取り出し、以下のようにしてストライプ状の開口部３２を設ける。まず、電流狭窄層３０のほぼ全面にフォトレジストを塗布する。次に、開口部３２のパターンに露光を行った後、アルカリ液であるＴＭＡＨを用いた現像処理を行う。ＡｌＮ層３０はアルカリ現像液に溶けるので、現像処理と同時に開口部３２の部分のＡｌＮ層３０がエッチング除去される（図４ｂ）。一方、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎから成る第２の半導体層は、アルカリ液に溶けないため、ＡｌＮ層３０のエッチングに対するエッチングストップ層として機能する。その後、残っているレジスト膜を灰化除去（アッシング）し、酸洗浄を行う。
【０１０８】
次に、ウエハをＭＯＣＶＤ装置の反応炉に戻し、温度を１０００℃にして、還元性ガスである水素ガスを吹き付けることにより、エッチバックを行う。ＡｌＮから成る電流狭窄層３０とＡｌ組成比が０．２である第１の半導体層２２は、分解温度が高いため、ＩｎＧａＮから成る第２の半導体層２４に比べてエッチバックによる分解速度が遅い。従って、このエッチバックによって、開口部３２から露出した第２の半導体層２４が選択的に除去される。
【０１０９】
（第２ｐ側光ガイド層１２ｂ）
次に、温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第２ｐ側光ガイド層１２ｂを０．０７５μｍの膜厚で成長させる。この第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、Ｍｇをドープしながら成長させる。第２ｐ側光ガイド層１２ｂは、Ａｌを含んでいないため、開口部３２の段差を埋めて平坦に成長し易い。
【０１１０】
（ｐ側クラッド層１４）
続いて、１０００℃でアンドープＡｌＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１４を成長させる。
【０１１１】
（ｐ側コンタクト層１６）
最後に、温度１０００℃で、ｐ側クラッド層１４の上に、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１６を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１６は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ側コンタクト層１６は、電極を形成する層であるので、１×１０１７／ｃｍ３以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０１７／ｃｍ３よりも低いと、電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【０１１２】
以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層１６の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜（図示せず）を形成する。ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチングし、図１に示すように、ｎ電極を形成すべき領域のｎ側コンタクト層４の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ２が最適である。
【０１１３】
次に、ｐ側コンタクト層１６の表面にＮｉ／Ａｕよりなるストライプ状のｐ電極２０を形成し、ｎ側コンタクト層４の表面にＴｉ／Ａｌよりなるストライプ状のｎ電極１８を形成する。そして、ｎ電極１８及びｐ電極２０の一部の領域にマスクし、ＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形成した後、ｎ電極１８及びｐ電極２０上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å―１０００Å―８０００Å）よりなる取り出し（パット）電極をそれぞれ設ける。この時、活性層１０の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）であり、共振器面（反射面側）にもＳｉＯ２とＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜が設けられる。ｎ電極１８とｐ電極２０を形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のＭ面（ＧａＮのＭ面（１１−００）等）でバー状に分割し、更にチップに分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、６５０μｍである。
【０１１４】
このようにして製造したレーザ素子は、閾値電流：３５ｍＡ、Ｖｆ：３．８Ｖ、Ｅｔａ：１．３Ｗ／Ａ、θ（‖）：８ｄｅｇ、θ（⊥）：２２ｄｅｇとなる。また、８０ｍＷまでキンクが発生せず、良好な素子特性を示す。
【０１１５】
［実施例２］
実施例２では、図６に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造する。実施例１では、第１の半導体層２２、第２の半導体層２４及び電流狭窄層３０をｐ側光ガイド層１２の中に形成したが、本実施例ではｎ側光ガイド層８の中に形成する。即ち、第１ｎ側光ガイド層８ａを０．０７５μｍの膜厚で成長した後、第１の半導体層２２、第２の半導体層２４、電流狭窄層３０を形成し、第２ｎ側光ガイド層８ｂを０．０７５μｍの膜厚で形成する。このようにして製造したレーザ素子は、閾値電流４５ｍＡのパルセーションレーザとなる。また、周波数：２ＧＨｚ、ＲＩＮ：−１３０ｄＢ／Ｈｚとなる。
【０１１６】
［実施例３］
実施例３では、図７に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを製造する。まず、第１ｐ側光ガイド層１２ａまでは実施例１と同様に積層する。
【０１１７】
（成長下地層２６）
次に、温度を８００℃に下げ、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎから成る成長下地層２６を、５０Åの膜厚で成長する。
【０１１８】
（電流狭窄層３０）
次に、温度を４５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ及びアンモニアを用い、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ｎよりなる電流狭窄層３０を５０Åの膜厚で成長させる。そして、そこまで積層したウエハをＭＯＣＶＤ反応装置の反応炉より取り出し、実施例１と同様に、アルカリ現像液を用いてＡｌ０．９Ｇａ０．１Ｎ膜３０をエッチングし、ストライプ状の開口部３２を設ける。このとき、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎから成る成長下地層２６は、アルカリ液に溶けないため、Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ｎ層３０のエッチングに対するエッチングストップ層として機能する。
【０１１９】
次に、ウエハをＭＯＣＶＤ装置の反応炉に戻し、温度を１０００℃にして、還元性ガスである水素ガスを吹き付けることにより、エッチバックを行う。Ｉｎ ０．１ Ｇａ ０．９ Ｎから成る成長下地層層２６は、分解温度の低いＩｎＮを混晶に含み、かつ低温で成長された結果、高温で還元性雰囲気に曝すと容易に分解する。即ち、Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎから成る成長下地層２６は、１０００℃の高温で成長されたＧａＮから成る第１ｐ側光ガイド層１２ａや、分解温度の高いＡｌＮから成る電流狭窄層３０に比べて、エッチバックによって容易に除去される。従って、エッチバックの条件を適切に選択することにより、成長下地層２６のみを選択的に除去することができる。
【０１２０】
この後、第２ｐ側光ガイド層１２ｂ以降は、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを製造する。
【０１２１】
このようにして製造したレーザ素子は、発振波長４０５ｎｍ、閾値電流４０ｍＡ、Ｖｆ：３．６Ｖ、Ｅｔａ：１．２Ｗ／Ａ、θ（‖）：７ｄｅｇ、θ(⊥）：２０ｄｅｇ、８０Ｗまでキンクが発生せず、良好な素子特性を有する。
【０１２２】
［実施例４］
実施例４では、図９に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを製造する。実施例３では、成長下地層２６及び電流狭窄層３０をｐ側光ガイド層１２の中に形成したが、本実施例ではｎ側光ガイド層８の中に形成する。即ち、第１ｎ側光ガイド層８ａを０．０７５μｍの膜厚で成長した後、成長下地層２６、電流狭窄層３０を形成し、第２ｎ側光ガイド層８ｂを０．０７５μｍの膜厚で形成するこのようにして作製したレーザは、閾値電流４０ｍＡ、Ｖｆ：３．９Ｖ、Ｅｔａ：１．２Ｗ／Ａ、θ（‖）：７ｄｅｇ、θ(⊥）：２４ｄｅｇ、８０Ｗまでキンクが発生せず、良好な素子特性を有する。
【０１２３】
［実施例５］
実施例５では、複数のストライプ構造を有するマルチストライプレーザを作製する。下記に説明する点を除いては、基本的に実施例１と同様である。本実施例では、ＧａＮ基板を用い、素子構造を第１ｐ側光ガイド層まで形成した後、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎから成る第１の半導体層を２００Åの膜厚で成長し、ＧａＮから成る第２の半導体層を１００Åの膜厚で成長し、Ａｌ０．９５Ｉｎ０．０１Ｇａ０．０４Ｎから成る電流狭窄層を２００Åの膜厚で成長した後、開口部を形成した。開口部は、２μｍ幅で、２０μｍの間隔を空けて４本作製した。そして、第２ｐ側光ガイド層を再成長し、残りの素子層を形成した。このようにしてリッジ幅が２μｍのレーザが４本並列したマルチストライプレーザを構成すると、閾値電流１００ｍA、Ｅｔａ：１．６Ｗ／Ａ、Ｐｏ：２００ｍＷとなり、良好な素子特性を示した。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明によれば、電流狭窄層の下方に所定のＡｌ比率や結晶性を有する成長下地層層を形成したため、電流狭窄層の開口部への反応層の残存や過剰なエッチバックによる形状異常を防止でき、安定したレーザ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図２】 図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す部分拡大断面図である。
【図３】 図３は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図４】 図４（ａ）乃至（ｄ）は、実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】 図５は、実施の形態１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて電流狭窄層の形成領域を表した平面図である。
【図６】 図６は、本発明の実施の形態２に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。
【図７】 図７は、本発明の実施の形態３に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を示す断面図である。
【図８】 図８（ａ）乃至（ｄ）は、実施の形態３に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図９】 図９は、本発明の実施の形態４に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。
【符号の説明】
２・・・基板（ＧａＮ基板）、
４・・・ｎ側コンタクト層、
６・・・ｎ側クラッド層、
８・・・ｎ側光ガイド層、
１０・・・活性層、
１２・・・ｐ側光ガイド層、
１４・・・ｐ側クラッド層、
１６・・・ｐ側コンタクト層、
１８・・・ｎ電極、
２０・・・ｐ電極、
２２・・・第１の半導体層、
２４・・・第２の半導体層、
２６・・・成長下地層、
３０・・・電流狭窄層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor laser device in which an active layer is made of a gallium nitride-based compound semiconductor.xAlyGa1-xyThe present invention relates to a nitride semiconductor laser device including a current confinement layer made of N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y <1).
[0002]
[Prior art]
Gallium nitride compound semiconductor lasers can oscillate in a wide wavelength range from the ultraviolet region to the red region, and are expected as light sources for optical disk systems, laser printers, optical networks, and the like. Conventional gallium nitride-based compound semiconductor lasers generally have a ridge waveguide structure in which a striped ridge is formed in a cladding layer or the like on an active layer as a stripe structure for controlling a horizontal transverse mode. .
[0003]
However, in the ridge waveguide type, since the mechanical strength of the ridge portion is weak, defects are likely to occur particularly when face-down mounting is performed. In addition, since the threshold current, the beam shape, and the like vary depending on the dimensions of the ridge portion, it is difficult to manufacture a laser with stable characteristics. Therefore, in place of the ridge waveguide type, it is considered to perform horizontal transverse mode control by forming an insulating layer (= current confinement layer) provided with a stripe-shaped opening serving as a current path above the active layer. Has been.
[0004]
For example, a gallium nitride-based compound semiconductor laser in which a current confinement layer made of AlN is formed in a p-type light guide layer of an active layer has been proposed. This laser stripe structure is manufactured as follows. First, in the reactor of the MOCVD apparatus, a current confinement layer made of AlN is formed at 400 ° C. to 600 ° C. on the element formed up to the p-type light guide layer, and then taken out from the reactor and an alkaline etching solution is formed. After forming the stripe-shaped opening by the photolithography process used, it is returned to the reactor of the MOCVD apparatus again, a p-type light guide layer is grown to fill the opening of the current confinement layer, and the p-type cladding layer, etc. Are sequentially stacked.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-314203 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the gallium nitride-based compound semiconductor laser described above, it is necessary to perform the step of forming the stripe-shaped opening in the current confinement layer by removing the wafer from the reactor of the MOCVD apparatus. Since the wafer taken out from the reaction furnace is exposed to an external atmosphere such as air, a reaction layer such as an oxide layer is formed on the surface of the semiconductor layer. If such a reaction layer remains, the device performance deteriorates. Therefore, when the wafer is returned to the MOCVD apparatus and the semiconductor is regrown, an operation of removing the reaction layer by etching (hereinafter referred to as “etch back”) is required. . This etch back is generally performed by keeping the wafer at a high temperature in a reaction furnace and blowing hydrogen gas as a reducing gas.
[0007]
However, since the thickness and quality of the reaction layer formed on the surface of the semiconductor layer have variations between wafers and between chips in the wafer, it is difficult to stably remove only the reaction layer. If the etch back is insufficient and a reaction layer remains at the regrowth interface, device characteristics deteriorate. In particular, when the reaction layer remains in the opening of the current confinement layer, the current flows non-uniformly through the remaining reaction layer, so that the light emission state becomes non-uniform. On the other hand, if the etch back becomes excessive, etching proceeds not only to the reaction layer but also to the semiconductor layer below it (for example, p-type light guide layer in Patent Document 1). When regrowth is performed in this state, when the underlying semiconductor layer is a light guide layer, the waveguide core portion becomes thin and light confinement cannot be performed satisfactorily. In addition, since the step of the opening becomes large due to over-etching, the composition of the regrown semiconductor layer becomes non-uniform due to the effect of the step, and the device characteristics deteriorate.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an element structure capable of obtaining stable element characteristics and a manufacturing method thereof in a gallium nitride-based compound semiconductor laser having a current confinement layer having a stripe-shaped opening.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The nitride semiconductor laser device of the present invention can be achieved by the following configurations (1) to (21).
(1) An opening is formed in a stacked body including an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer.
A nitride semiconductor laser element having a current confinement layer, the current confinement layer comprising:xAlyGa1-xyN (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1), and the current confinement layer includes:Formed so as to be separated from a side surface and / or an end surface of the laminate, andA first semiconductor layer containing Al, and a second semiconductor stacked on the first semiconductor layer and not containing Al or having a smaller Al mixed crystal ratio than the current confinement layer and / or the first semiconductor layer. The second semiconductor layer is partially removed at the opening of the current confinement layer.
Furthermore, as a specific nitride semiconductor laser element of the present invention,
(2) the second semiconductor layer contains In;
(3) The impurity concentration of the second semiconductor layer is 5 × 1017/ Cm3That's it,
(4) The second semiconductor layer is amorphous or polycrystalline.
(5) The film thickness of the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer is 10 to 300 mm.
(6) The current confinement layer is formed on the p side of the active layer, and the semiconductor layer filling the opening has a refractive index equal to or lower than the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. Have
(7) The current confinement layer is formed on the p side of the active layer, and the semiconductor layer filling the opening has an impurity concentration equal to or higher than that of the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. Have
(8) The layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer is a light guide layer.
(9) The current confinement layer is formed on the p side of the active layer, and the first semiconductor layer is formed in contact with the active layer.
(10) The current confinement layer is formed on the p side of the active layer,
(11) The thickness of the current confinement layer is 100 mm or more and 500 mm or less.
(12) The semiconductor layer filling the opening is made of a nitride semiconductor that does not substantially contain Al.
(13) The semiconductor layer filling the opening is a light guide layer,
(14) The light guide layer substantially does not contain Al
(15) The dislocation density above the opening of the current confinement layer is lower than the dislocation density above the current confinement layer,
(16) The current confinement layer is made of AlN.
(17The p-side semiconductor layer has a p-side ohmic electrode formed so that at least a part thereof is in contact with the outermost surface, and the width of the p-side ohmic electrode is equal to or larger than the width of the opening, and the current confinement layer Narrower than the width of
(18) The p-side ohmic electrode has a length in a direction substantially parallel to the waveguide direction of laser light shorter than the length of the current confinement layer.
(19The current confinement layer is formed so that the end face in the longitudinal direction is inside the end face of the laminate,
(20) The end face of the laminate is a resonator end face.
It is characterized by that.
[0010]
  In addition, as a manufacturing method according to the nitride semiconductor laser device of the present invention,
(21) In a laminate composed of an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer, InxAlyGa1-xyN (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1), comprising a current confinement layer having a stripe-shaped opening, and the current confinement layer and the opening A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device in which a semiconductor layer is formed on a p-type or n-side of an active layerx1Aly1Ga1-x1-y1N (0 ≦ x1≦ 0.1, 0.1 ≦ y1≦ 1, 0.1 ≦ x1+ Y1≦ 1) forming a first semiconductor layer, and on the first semiconductor layer, Inx2Aly2Ga1-x2-y2N (0 ≦ x2≦ 1, 0 ≦ y2≦ 0.1, 0 ≦ x2+ Y2≦ 1) forming a second semiconductor layer, and on the second semiconductor layer, Inx3Aly3Ga1-x3-y3N (0 ≦ x3≦ 0.1, 0.5 ≦ y3≦ 1, 0.5 ≦ x3+ Y3A step of forming a current confinement layer composed of ≦ 1) and removing a part of the current confinement layer to a depth reaching the second semiconductor layer, thereby forming a stripe-shaped opening.And the said current confinement layer is spaced apart from the side surface and / or end surface of the said laminated body.And a step of removing the second semiconductor layer exposed from the current confinement layer to a depth reaching the first semiconductor layer, the Al mixed crystal ratio y of the second semiconductor layer2But y2<Y1And y2<y 3 It is characterized by being.
More specifically,
(22A part of the current confinement layer is removed by wet etching;
(23And a step of forming the resonator end face of the laminate by etching or cleavage.
[0011]
In the first invention, by forming the first and second semiconductor layers below the current confinement layer, it is possible to prevent the shape abnormality due to the remaining of the reaction layer in the opening of the current confinement layer and excessive etch back, Stable laser characteristics can be obtained.
[0012]
That is, since the second semiconductor layer is made of a nitride semiconductor that does not contain Al or has an Al mixed crystal ratio smaller than that of the current confinement layer, it functions as an etching stop layer when forming an opening in the current confinement layer. The lower element layer plays a role of protecting from an atmospheric gas such as oxygen and is finally removed by etch back performed in a vapor phase growth apparatus.
[0013]
The second semiconductor layer preferably has an Al mixed crystal ratio smaller than that of the first semiconductor layer. Thus, the second semiconductor layer is etched back at a faster rate than the first semiconductor layer in contact with the second semiconductor layer in the etch back performed in the vapor phase growth apparatus. Accordingly, it is possible to prevent the abnormality of the shape due to the remaining of the reaction layer in the opening portion of the current confinement layer or excessive etch back, and to obtain stable laser characteristics. At this time, the first semiconductor layer functions as an etching stop layer in the etch-back process, and plays a role of protecting the underlying element layer from gas etching.
[0014]
On the other hand, according to the second aspect of the present invention, an In layer is formed in the laminated body composed of an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer.xAlyGa1-xyN (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1), comprising a current confinement layer having a stripe-shaped opening, and the current confinement layer and the opening A nitride semiconductor laser device having a semiconductor layer formed thereon, wherein the current confinement layer is formed on a growth base layer made of a semiconductor layer having a smaller Al mixed crystal ratio than the current confinement layer. The growth underlayer is decomposed at a temperature lower than that of the current confinement layer, and is partially removed at the opening of the current confinement layer.
[0015]
In addition, the method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the second aspect of the present invention includes an In layer inside a stacked body including an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer.xAlyGa1-xyN (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1), comprising a current confinement layer having a stripe-shaped opening, and the current confinement layer and the opening A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device in which a semiconductor layer is formed on a substrate, wherein: (a) an In layer is formed on a p side or an n side of an active layer.x 'Aly 'Ga1-x'-y 'Forming a growth underlayer comprising N (0 ≦ x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ ≦ 0.1, 0 ≦ x ′ + y ′ ≦ 1), and (b) forming an In layer on the growth underlayer.xAlyGa1-xyForming a current confinement layer composed of N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1), and (c) growing a part of the current confinement layer A step of forming a stripe-shaped opening by removing to a depth reaching the underlayer; and (d) a layer in contact with the lower side of the growth underlayer that is exposed from the current confinement layer And a step of removing the layer to a depth at which it is exposed.
[0016]
In the second invention, only the growth underlayer having a low Al ratio is provided below the current confinement layer, and the crystallinity of the growth underlayer is made lower than that of the layer in contact with the underside of the growth underlayer. It prevents the shape of the reaction layer from remaining in the opening of the constriction layer or excessive etching back, thereby obtaining stable laser characteristics.
[0017]
That is, since the growth underlayer is made of a nitride semiconductor having a lower Al ratio than the current confinement layer, it functions as an etching stop layer when forming an opening in the current confinement layer, and the lower element layer is used as an oxygen stop layer. It is protected by atmospheric gas such as, and finally removed by etch back performed in a vapor phase growth apparatus. Further, since the growth underlayer is formed so as to have lower crystallinity than the layer in contact with the lower layer, it is removed at a faster rate than the lower layer in the etch back. Therefore, the remaining of the reaction layer and excessive etch back can be prevented, and stable laser characteristics can be obtained.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same code | symbol shows the member which is the same or respond | corresponds.
[0019]
In this specification, the lower side of the gallium nitride compound semiconductor laser indicates the growth start side of the semiconductor layer constituting the laser, and the upper side indicates the growth end side of the semiconductor layer. Since the growth direction of the semiconductor layer substantially coincides with the direction of dislocation progression, the dislocation start side is the lower side and the dislocation end side is the upper side in the laser element.
[0020]
Further, in this specification, the crystallinity of the gallium nitride-based compound semiconductor means that the etch pit density is relatively low in the etch pit measurement by wet etching, or is relatively difficult to be removed by wet etching. .
[0021]
  Embodiment 1
  FIG. 1 is a sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device according to the present embodiment. A multi-quantum well active layer having an n-side contact layer 4 made of GaN, an n-side cladding layer 6 made of AlGaN, an n-side light guide layer 8 made of GaN, and a well layer containing In on a heterogeneous substrate 2 such as sapphire. 10, p-side light guide layer 12 made of GaN, p made of AlGaNSideA lad layer 14 and a p-side contact layer 16 made of GaN are formed. In the p-side light guide layer 12, a current confinement layer 30 having a stripe-shaped opening 32 is formed. The current confinement layer 30 is made of a high resistance gallium nitride compound semiconductor having an Al ratio of 0.5 or more, and plays a role of controlling the horizontal transverse mode of the laser by concentrating current in the active layer 10 in the opening 32. .
[0022]
2A and 2B are partial enlarged cross-sectional views showing the structure in the vicinity of the current confinement layer 30 in more detail. As shown in FIG. 2A, a carrier confinement layer 11 made of a gallium nitride compound semiconductor containing Al is formed on the active layer 10 made of a gallium nitride compound semiconductor layer containing In. A p-side light guide layer 12 made of GaN is formed thereon. The p-side light guide layer 12 is composed of a first p-side light guide layer 12a and a second p-side light guide layer 12b below the current confinement layer 30. A current confinement layer 30 is formed on the first p-side light guide layer 12 a via the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 24, and penetrates the current confinement layer 30 and the second semiconductor layer 24. Thus, an opening 32 is formed. A second p-side light guide layer 12b is formed so as to fill the opening 32.
[0023]
Since the current confinement layer 30 has a high Al ratio of 0.5 or more, it has not only high resistance but also poor crystallinity. Therefore, as schematically shown in FIG. 2A, dislocations 40 are also generated at a high density in the p-side cladding layer 14 and the p-side contact layer 16 formed above the current confinement layer 30, and current flows. It becomes difficult. That is, the current confinement layer 30 exhibits not only a current confinement effect due to its own resistance but also a current confinement effect due to a decrease in crystallinity of the semiconductor layer thereabove. Therefore, even if the current confinement layer 30 is formed as a relatively thin film having a thickness of 100 to 500 mm, the current confinement can be effectively confined by a synergistic effect of its high resistance property and low crystallinity.
[0024]
The second semiconductor layer 24 below the current confinement layer 30 is made of a nitride semiconductor having an Al mixed crystal ratio smaller than that of the current confinement layer 30, and the opening 32 is formed in the current confinement layer 30 by photolithography. In addition to functioning as an etching stop layer, the element layer is protected from an atmospheric gas such as oxygen, and is finally removed from the current path by etch back performed in a vapor phase growth apparatus.
[0025]
That is, since the Al ratio of the second semiconductor layer 24 is lower than that of the current confinement layer 30 (preferably, the Al ratio is 0.1 or less), the second semiconductor layer 24 is between the current confinement layer 30 having an Al ratio of 0.5 or more. And the etching rate difference with respect to the alkaline solution, and when the current confinement layer 30 is etched using the alkaline solution, it remains without being etched. Therefore, it functions as an etching stop layer when the opening 32 is formed in the current confinement layer 30, and the occurrence of excessive etching can be prevented. Further, since the second semiconductor layer 24 is made of a nitride semiconductor having a low Al ratio, the reaction rate with respect to oxygen or the like contained in the atmosphere is slow. Therefore, the second semiconductor layer 24 can effectively protect the underlying first semiconductor layer from an atmospheric gas such as oxygen in a photolithography process performed outside the vapor phase growth apparatus.
[0026]
On the other hand, damage is left on the surface of the second semiconductor layer 24 itself when exposed to an atmosphere such as etching or air when removing the current confinement layer 30. However, as a result of the second semiconductor layer in the present embodiment being made of a nitride semiconductor having an Al ratio lower than that of the first semiconductor layer 22, it is easily decomposed when exposed to a reducing gas such as hydrogen at a high temperature. Therefore, the damaged second semiconductor layer 24 is easily removed from the opening 32 which is a current path by etch back performed in the vapor phase growth apparatus.
[0027]
On the other hand, the first semiconductor layer 22 functions as an etching stop layer in the etch-back performed before re-growth on the current confinement layer 30 in the vapor phase growth apparatus, and the first p-side below the first semiconductor layer 22 It plays a role of protecting the light guide layer 12a from gas etching. That is, since the first semiconductor layer 22 is made of a gallium nitride compound semiconductor having an Al ratio higher than that of the second semiconductor layer, it is not easily decomposed even when exposed to a reducing gas such as hydrogen at a high temperature. For this reason, even if the etch back performed in the vapor phase growth apparatus is performed for a long time and the second semiconductor layer 24 that remains damaged is completely removed, the etch back stops at the first semiconductor layer 22, The first p-side light guide layer 12a is protected from excessive etching.
[0028]
The first semiconductor layer 22 finally remains in the current path to the active layer 10, but the Al ratio is equal to or smaller than that of the current confinement layer, and preferably at a higher temperature than the current confinement layer. Since it is grown, it has better crystallinity and lower resistance than the current confinement layer 30. Further, since the first semiconductor layer 22 needs only to have a minimum film thickness that can function as an etch-back stop layer, it can be formed into a thin film that does not inhibit current injection into the active layer 10. Yes, the threshold current of the laser hardly increases.
[0029]
As described above, according to the gallium nitride compound semiconductor laser according to the present embodiment, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer act complementarily, and as a result, the reaction layer to the opening of the current confinement layer 30 Therefore, it is possible to prevent a shape abnormality due to remaining or excessive etching back, and to obtain stable laser characteristics.
[0030]
Further, as a result of preventing excessive etch back by the first and second semiconductor layers, the flatness of the layer formed on the current confinement layer 30 is improved as shown in FIG. Will improve. The improvement in flatness also contributes to the low crystallinity of the current confinement layer 30. That is, as a result of the low crystallinity of the current confinement layer 30, the crystal growth rate is higher in the region 36 above the opening 32 than in the region 38 above the current confinement layer 30. Therefore, as shown in FIG. 2A, the opening 32, which is a recess, can be easily filled flat with the second p-side light guide layer 12b. By flattening the second p-side light guide layer 12b, compositional nonuniformity of the p-side cladding layer 14 and the p-side contact layer 16 formed thereon is suppressed, and the function of each layer is improved. In particular, when the p-side cladding layer 14 has a superlattice structure, if there is a step on the surface of the p-side light guide layer 12 that is in contact therewith, the superlattice structure is disturbed. It is important to fill the opening 32 flat.
[0031]
Furthermore, as shown in FIG. 2B, the film thickness of the region 36 above the opening 32 can be formed thicker than the region 38 above the current confinement layer 30. That is, as a result of the low crystallinity of the current confinement layer 30, the growth rate of the crystal is higher in the region 36 above the opening 32 than in the region 38 above the current confinement layer 30. If so, the region 36 above the opening 23 becomes thicker. Thickening the region 36 above the opening 32 is advantageous for light confinement in the waveguide. Control of the film thickness distribution as shown in FIG. 2A or 2B can be performed by adjusting the crystallinity of the current confinement layer 30. The crystallinity of the current confinement layer 30 can be controlled by the Al ratio of the current confinement layer 30 and the growth temperature. That is, the higher the Al ratio of the current confinement layer 30 and the lower the growth temperature, the lower the crystallinity of the current confinement layer 30.
[0032]
On the other hand, in the structure shown in FIG. 2, when the first and second semiconductor layers are not provided, the reaction layer remains on the first p-side light guide layer 12a and excessive etchback is likely to occur. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure when excessive etch back occurs in the p-side light guide layer 12a. In the present embodiment, since the p-side light guide layer 12a is made of GaN, it is easily decomposed when exposed to a reducing gas such as hydrogen at a high temperature. For this reason, once excessive etchback occurs, the etchback easily proceeds to the carrier confinement layer 11 made of a nitride semiconductor containing Al as shown in FIG. Since the total film thickness of the p-side light guide layer 12 is generally 1500 to 2000 mm, an excessive etch back of 750 mm to 1000 mm occurs. For this reason, contrary to the case of FIG. 2B, the film thickness of the waveguide core portion in the region 36 serving as a current path is smaller than that in the peripheral region 38, and the light confinement efficiency is lowered. In addition, since a large step is generated at the end of the current confinement layer 30, nonuniform composition such as segregation of Al on the step is likely to occur. Further, when the p-type cladding layer 14 is made of a superlattice, there is a problem that a normal superlattice structure cannot be maintained due to the effect of the step.
[0033]
    Hereinafter, the preferable film thickness and composition of each layer will be described in detail.
[First semiconductor layer]
  The first semiconductor layer 22 has an Al ratio equal to or smaller than that of the current confinement layer 30, and the second semiconductor layer24It is made of a larger gallium nitride compound semiconductor. That is, the composition formulas of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the current confinement layer are respectively expressed as Inx1Aly1Ga1-x1-y1N, Inx2Aly2Ga1-x2-y2N, Inx3Aly3Ga1-x3-y3If N, y2<Y1≦ y3It is preferable that The first semiconductor layer 22 has higher resistance to a reducing gas such as hydrogen as the Al ratio is higher. Therefore, the Al ratio y of the first semiconductor layer1Is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. On the other hand, Al ratio y1If it becomes too high, the resistance of the first semiconductor layer tends to increase. Since the first semiconductor layer 22 becomes a part of the current path to the active layer, if the resistance of the first semiconductor layer 22 increases, the threshold current of the laser increases, which is not preferable. Therefore, the Al ratio y of the first semiconductor layer1Is 0.8 or less, more preferably 0.5 or less.
[0034]
  The first semiconductor layer 22 preferably has a low In ratio. This is because the first semiconductor layer 22 is present in the waveguide and therefore absorbs light emitted from the active layer when containing In. From this point of view, the In ratio x1Is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, and still more preferably substantially free of In. From the above1The preferred composition of the semiconductor layer 22 is Al.aGa1-aN (0.1 ≦ a ≦ 1).
[0035]
If the first semiconductor layer is too thin, the etching stop function at the time of etch back becomes insufficient, and if it is too thick, the resistance becomes high. Therefore, the thickness of the first semiconductor layer is preferably 20 to 300 mm, and more preferably 50 to 200 mm. In particular, when the first semiconductor layer is AlN, it can function as an etching stop layer if the film thickness is about 10 mm or more.
[0036]
The layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer is preferably a light guide layer. By forming the current confinement structure so as to be in contact with the light guide layer, the light confinement can be easily controlled.
[0037]
The first semiconductor layer can also be used as a cap layer described later. By providing the cap layer with an etching stop function, the number of layers having a high Al mixed crystal ratio can be reduced, so that the voltage can be lowered.
[0038]
[Second semiconductor layer 24]
The second semiconductor layer 24 is a gallium nitride compound semiconductor having a smaller Al ratio than the current confinement layer 30 and the first semiconductor layer 22, that is, the general formula is Inx2Aly2Ga1-x2-y2N (0 ≦ x2≦ 1, 0 ≦ y2<Y1, 0 ≦ x2+ Y2It consists of a gallium nitride compound semiconductor represented by the general formula <1). The lower the Al ratio of the second semiconductor layer, the larger the etching rate difference with the current confinement layer 30 in wet etching, and the easier the removal by etchback. Preferred Al ratio y of the second semiconductor layer 242Is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, and still more preferably a composition containing substantially no Al.
[0039]
In addition, the second semiconductor layer preferably contains In. By including InN having a low decomposition temperature in the mixed crystal, it is easily decomposed at a high temperature and can be easily removed by etchback. In addition, the inclusion of In in the second semiconductor layer also has an effect of absorbing stray light leaking from the active region. That is, light emitted from an active layer made of a nitride semiconductor containing In is easily absorbed by the nitride semiconductor containing In. Therefore, when the second semiconductor layer sandwiching both sides of the active region contains In, stray light leaking from the active region can be absorbed and beam quality can be improved. From this point of view, the In mixed crystal ratio x of the second semiconductor layer2Is preferably 0 to 0.2, more preferably 0.05 to 0.15. It is desirable. From the above, the preferred composition of the second semiconductor layer is InbGa1-bN (0.05 ≦ b ≦ 0.15).
[0040]
The second semiconductor layer is preferably grown with low crystallinity so that removal by etchback is easy. Preferably, the second semiconductor layer is in a polycrystalline or amorphous state. Thereby, since the second semiconductor layer itself becomes a high resistance layer, a more excellent current confinement effect can be obtained by a synergistic effect with the current confinement layer formed in contact therewith. Further, as a result of the second semiconductor layer taking part in the current confinement function, the thickness of the current confinement layer can be reduced. In ratio x of the second semiconductor layer2The crystallinity of the second semiconductor layer 24 can be lowered by increasing the temperature or decreasing the growth temperature. When lowering the growth temperature of the second semiconductor layer 24, it is desirable that the growth temperature is less than 1000 ° C., more preferably 600 ° C. or less.
[0041]
If the crystallinity of the second semiconductor layer is lowered, there is an effect that the current confinement layer 30 grown thereon can be easily removed. In other words, when the crystallinity of the layer in contact with the lower side of the current confinement layer 30 is good, the crystallinity of the current confinement layer 30 is partially increased in the vicinity of the layer boundary, and the portion is difficult to remove by etching. Therefore, by lowering the crystallinity of the second semiconductor layer 24 that is in contact with the lower side of the current confinement layer 30, the crystallinity of the current confinement layer 30 is lowered from the initial stage of growth, so that the current in the opening 32 is reduced. The constriction layer 30 can be easily removed. In particular, the second semiconductor layer 24 has impurities of 5 × 10 5.17/ Cm3Or more, more preferably 5 × 1018cm-3By including the above, the crystallinity of the second semiconductor layer 24 is lowered, and the current confinement layer 30 can be easily removed. In addition, since the second semiconductor layer 24 contains high-concentration impurities, stray light from the active layer is easily absorbed. Therefore, generation of higher-order modes can be suppressed, and stable single-mode laser light can be obtained. it can.
[0042]
Further, if the second semiconductor layer 24 is too thin, the protection of the first semiconductor layer 22 is insufficient, and if it is too thick, the effect of the step becomes large. When the level difference formed by the current confinement layer and the second semiconductor layer becomes large, it becomes difficult to make the clad layer and contact layer formed above the superlattice (SL) structure. For this reason, the carrier mobility is lowered and the voltage is increased. In addition, Al, Mg and the like are easily segregated at the stepped portion, so that the band gap is increased, which also causes the voltage to be increased. When the voltage increases, the input power increases, so the amount of heat generation increases and the threshold value also increases. Considering these, the thickness of the second semiconductor layer is preferably 10 to 300 mm, more preferably 50 to 200 mm.
[0043]
[Current confinement layer 30]
The current confinement layer 30 is made of Inx3Aly3Ga1-x3-y3N (0 ≦ x3≦ 0.1, 0.5 ≦ y3≦ 1, 0.5 ≦ x3+ Y3It consists of a nitride semiconductor represented by the general formula ≦ 1). The current confinement layer 30 is made of SiO.2The current confinement layer 30 can be grown by the same vapor phase growth apparatus as that of other element structures by forming the gallium nitride compound semiconductor represented by the above general formula instead of an insulating material such as the above. Further, the current confinement layer 30 is made of SiO.2Constituting with a gallium nitride-based compound semiconductor rather than a dissimilar material such as has the effect of improving the linearity of the laser beam. For example, SiO2Is embedded in a light guide layer made of GaN, etc.2Since the refractive index of GaN is approximately 1.5 and the refractive index of GaN is 2.5, a large difference in refractive index occurs between the two, and the linearity of the laser output decreases and the beam easily moves. Although the beam path can be stabilized by narrowing the width of the current path, the current density is increased and the life characteristics are deteriorated. On the other hand, for example, if AlN is used as the current confinement layer, the refractive index of AlN is 2.1 and the refractive index of GaN is 2.5, so the difference in refractive index between the two is small and the linearity is good. The beam is also stabilized.
[0044]
  Al ratio of current confinement layer 30y 3 The higher the value, the higher the insulation of the current confinement layer 30 and the lower the crystallinity of the layer formed thereon, and the better the current confinement effect. Therefore, the Al ratio x of the current confinement layer 303Is at least 0.5 or more, preferably 0.75 or more, more preferably 0.9 or more. Most preferably, the current confinement layer 30 is made of AlN. If the current confinement layer 30 is made of AlN, wet etching can be easily performed, the current confinement effect is remarkable due to high insulation, the refractive index is low, which is advantageous for optical confinement, and the heat dissipation is good, so the heat dissipation of the element The effect of improving the characteristics can be obtained.
[0045]
    The current confinement layer 30 may contain a small amount of In. When the current confinement layer 30 contains a small amount of In, the light emission from the active layer 10 is easily absorbed. If the active region is sandwiched between such current confinement layers 30, the stray light leaking from the active region can be absorbed to improve the beam quality. From the viewpoint of stray light absorption, the In ratiox 3 Is 0.05 or more, more preferably 0.1 or more. However, the In ratio is desirably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less.
[0046]
The growth of the current confinement layer 30 is preferably performed at a low temperature so that the crystallinity is lowered. For example, it is desirable to grow at 600 ° C. or lower. By growing the current confinement layer 30 at a low temperature, etching with an alkaline solution or the like is facilitated, and the current confinement effect is improved. If the current confinement layer 30 is too thin, the function as the current confinement layer becomes insufficient. In addition, light confinement is weakened and the threshold value is increased. On the other hand, if the current confinement layer 30 is too thick, the effect of the step becomes large, it becomes difficult to flatten at the time of regrowth, and it becomes difficult to make the cladding layer into a superlattice (SL). Therefore, the current confinement layer 30 desirably has a film thickness of 100 to 500 mm, more preferably 150 to 300 mm.
[0047]
Further, as shown in FIG. 5, the current confinement layer 30 is preferably formed such that the end face in the longitudinal direction 30 a is inside the resonator end face 2 a of the laser element 2. By not forming the current confinement layer 30 up to the resonator end face 2a in this way, the energy density in the resonator end face 2a can be reduced, and the COD (Catastrophic Opptical Damage) characteristic can be improved. Further, when forming the resonator end face by RIE or cleavage, shape anomalies and cracks are less likely to occur in the waveguide portion. When the resonator surface is formed by etching, a flat resonator surface can be easily formed if the current confinement layer 30 is formed away from the resonator end surface. This is because a slight step is formed in the opening portion of the current confinement layer 30, and if the current confinement layer 30 reaches the end face of the resonator, it becomes difficult to form a flat etched surface due to the step. .
[0048]
On the other hand, the lateral side surface of the current confinement layer 30 is also preferably formed on the inner side of the side surface of the laminate constituting the stripe structure of the laser element 2 as shown in FIG. A current confinement layer having a high Al mixed crystal ratio is difficult to etch uniformly, and the etched surface tends to be rough. Therefore, when the current confinement layer is formed in the same area as other nitride semiconductor layers, the etched surface is likely to be rough when the nitride semiconductor layer stack is etched for the purpose of forming the n electrode, and n The connection resistance of the electrode becomes high. If the current confinement layer 30 is previously formed in a region inside the side surface of the stripe structure, it becomes easy to uniformly perform etching for forming the n electrode, and the resistance can be lowered.
[0049]
In addition, since the current confinement layer has a high mixed crystal ratio of Al, the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between the upper and lower layers is large. By forming the current confinement layer 30 in a region (that is, an inner region) separated from the end surface and / or the side surface of the stacked body constituting the stripe structure to such an extent that the current confinement function and the light confinement function are not affected. Distortion can be reduced and the occurrence of cracks can be suppressed.
[0050]
[Regrown layer]
When a semiconductor layer (hereinafter referred to as a regrowth layer) to be regrown by filling the opening 32 of the current confinement layer 30 is a nitride semiconductor that does not substantially contain Al, preferably GaN, it is easy to fill the opening 32 flatly. In addition, the problem of non-uniform Al in the regrown layer grown in the opening can be solved. The nonuniformity of the Al mixed crystal ratio has a more significant effect on the laser device characteristics than the nonuniformity of the impurity concentration of Mg or the like. Further, as the regrowth layer filling the opening 32, a light guide layer is preferable to the clad layer. By using the regrowth layer as the light guide layer, it is easy to fill the opening and grow flat, and the characteristics of the clad layer having a superlattice structure can be improved.
[0051]
  In particular, when the current confinement layer 30 is formed on the p side of the active layer, there are several preferable conditions for a semiconductor layer (hereinafter referred to as a regrowth layer) to be regrown by filling the opening 32 of the current confinement layer 30. . First, the regrowth layer is a first semiconductor layerBelow 22It is preferable to have a refractive index which is equal to or lower than that of the layer in contact with the substrate. As a result, light confinement in the active layer is further improved. Further, the regrowth layer is preferably formed at a temperature that is equal to or higher than the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer 22 and that maintains the crystallinity of the active layer. . By raising the growth temperature, the crystallinity of the regrowth layer can be increased and the resistance can be lowered. Further, the regrowth layer preferably has an impurity concentration equal to or higher than the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer 22. By increasing the impurity concentration of the regrowth layer, the higher-order mode of the laser beam is stabilized due to the contribution of stray light absorption in the portions on both sides of the opening. In addition, by intentionally adding a p-type impurity such as Mg to the regrowth layer, the regrowth layer can be preferably made p-type and the operating voltage can be lowered.
[0052]
[Active layer 10]
The active layer 10 is preferably made of a gallium nitride compound semiconductor containing at least a light emitting region, more preferably In.X1Ga1-X1N well layer (0 <X1<1) and InX2Ga1-X2N barrier layer (0 ≦ X2<1, X1> X2) Has a multiple quantum well structure (MQW structure) that is alternately and repeatedly stacked an appropriate number of times. The well layers are formed undoped, and all the barrier layers are preferably n-type impurities such as Si and Sn, preferably 1 × 10.17~ 1x1019cm-3It is formed by doping at a concentration of. By doping the barrier layer with the n-type impurity, the initial electron concentration in the active layer is increased, the electron injection efficiency into the well layer is increased, and the light emission efficiency of the laser is improved. The active layer 10 may end with a well layer or a barrier layer. Since a relatively large amount of InN having a high vapor pressure is mixed in the active layer 10, it is easily decomposed and grown at a lower temperature (about 900 ° C. or less) than the other layers.
[0053]
[Carrier confinement layer 11]
The carrier confinement layer 11 is made of a p-type gallium nitride compound semiconductor having an Al mixed crystal ratio higher than that of the p-side cladding layer 14, preferably AlcGa1-cN (0.1 ≦ c ≦ 0.5). A preferable film thickness of the carrier confinement layer 11 is 50 to 200 mm. Further, a p-type impurity such as Mg has a high concentration, preferably 5 × 1017~ 1x1019cm-3Is doped at a concentration of Thereby, the carrier confinement layer 11 can effectively confine electrons in the active layer, and lowers the threshold value of the laser. Further, the carrier confinement layer 11 has a function of protecting the active layer 10 that is easily decomposed because it contains In. That is, since the carrier confinement layer 11 is made of AlGaN having a high decomposition temperature, the active layer 10 can be effectively protected from decomposition. The carrier confinement layer 11 is preferably performed in an inert gas such as nitrogen at a low temperature of 900 ° C. or lower so that the decomposition of the active layer 10 does not proceed.
[0054]
[n-side light guide layer 8, p-side light guide layer 12]
The n-side light guide layer 8 and the p-side light guide layer 12 are preferably made of a gallium nitride compound semiconductor layer substantially free of Al. Desirably, IndGa1-dN (0 ≦ d ≦ 1), more preferably GaN. When the current confinement layer 30 is embedded in the p-side light guide layer, the current confinement layer 30 is formed between the first p-side light guide layer 12a and the second p-side light guide layer 12b. By making the second p-side light guide layer 12b a composition that does not substantially contain Al, it becomes easy to planarize when the current confinement layer 30 is embedded. Moreover, Al nonuniformity in the opening can be eliminated. The compositions and processes of the first p-side light guide layer 12a and the second p-side light guide layer 12b may be different from each other. In particular, the second p-side light guide layer 12b preferably has a lower refractive index, a higher impurity concentration, and is grown at a higher temperature than the first p-side light guide layer. The same applies when the current confinement layer 30 is embedded in the n-side light guide layer.
[0055]
[N-side cladding layer 6, p-side cladding layer 14]
The n-side cladding layer 6 and the p-side cladding layer 14 are preferably superlattices in which at least one includes a nitride semiconductor layer containing Al, and nitride semiconductor layers having different band gap energies are stacked. Here, the nitride semiconductor layer containing Al is Al.eGa1-eN (0 <e <1) is preferred. A superlattice structure in which GaN and AlGaN are stacked is more preferable. By making the n-side cladding layer 6 and the p-side cladding layer 14 have a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased, so that the laser threshold can be lowered. Furthermore, the superlattice reduces the number of pits generated in the cladding layer itself. Further, when modulation doping is performed in which one layer constituting the superlattice structure is doped with a large amount of impurities, the crystallinity is improved. However, both may be similarly doped.
[0056]
[P-side ohmic electrode]
A p-side ohmic electrode 20 is formed on the p-side contact layer 16. The p-side ohmic electrode 20 is preferably wider than the opening 32 and narrower than the current confinement layer 30 (= full width including the opening). By forming the p-side ohmic electrode 20 with such a width, current can be efficiently injected into the opening. Further, the p-side ohmic electrode 20 preferably has a length in a direction substantially parallel to the laser light guiding direction shorter than the length of the current confinement layer 30. By forming the p-side ohmic electrode 20 to such a length, current can be injected more efficiently into the opening.
[0057]
Next, a method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor laser according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a process diagram showing a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 4A, in a reactor of a vapor phase growth apparatus such as an MOCVD apparatus, a semiconductor layer constituting a gallium nitride-based compound semiconductor laser element is formed on a wafer as a total film of a p-side light guide layer 12. After stacking up to about half the thickness (= first p-side light guide layer 12a), Inx1Aly1Ga1-x1-y1N (0 ≦ x1≦ 0.1, y2<Y1≦ y3, 0 <x1+ Y1First semiconductor layer 22 made of <1), Inx2Aly2Ga1-x2-y2N (0 ≦ x2≦ 1, 0 ≦ y2<Y1, 0 ≦ x2+ Y2<1) second semiconductor layer 24, Inx3Aly3Ga1-x3-y3N (0 ≦ x3≦ 0.1, 0.5 ≦ y3≦ 1, 0.5 ≦ x3+ Y3The current confinement layer 30 of ≦ 1) is grown sequentially.
[0058]
The first semiconductor layer is preferably grown at a high temperature comparable to that of the n-side or p-side cladding layer of the laser, for example, 1000 ° C. or higher. By growing the first semiconductor layer at a high temperature, the crystallinity is improved and the resistance to etchback is increased, and at the same time, the resistance is lowered and the efficiency of current injection into the active layer is improved. On the other hand, the second semiconductor layer 24 and the current confinement layer 30 are preferably grown at a low temperature of less than 1000 ° C., preferably 600 ° C. or less.
[0059]
Next, as shown in FIG. 4B, the wafer is taken out of the reactor of the vapor phase growth apparatus, and an opening 32 is formed in the current confinement layer 30 by photolithography using a photoresist 34. The etching of the current confinement layer 30 is preferably performed by wet etching that causes less damage to the element than dry etching. For example, a gallium nitride compound semiconductor having a high Al ratio such as AlN is easily dissolved in an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH). Therefore, the current confinement layer 30 is formed by photolithography using an alkali solution as the developer. Can be patterned. On the other hand, since the second semiconductor layer 24 has a low Al ratio, it does not dissolve in the alkaline solution and functions as an etching stop layer. At this time, the second semiconductor layer 24 serves to protect the semiconductor layer in the waveguide portion from an alkaline solution or oxygen in the atmosphere.
[0060]
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the photoresist 34, the wafer is again introduced into the reactor of the vapor phase growth apparatus, and heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher while flowing a reducing gas such as hydrogen. Etching back is performed by holding. The second semiconductor layer 24 is damaged by oxygen or the like in the atmosphere during the process of FIG. 4B, but is made of a gallium nitride-based compound semiconductor having a low Al ratio. Is easily removed by etchback. On the other hand, since the first semiconductor layer 22 is made of a gallium nitride compound semiconductor having a high Al ratio, the first semiconductor layer 22 does not easily decompose even at a high temperature in a reducing gas such as hydrogen, and functions as an etching stop layer for etch back. .
[0061]
Next, as shown in FIG. 4D, the second p-side light guide layer 12b is grown on the current confinement layer 30 to fill the opening 32 flat. At this time, if the second p-side light guide layer 12b is made of a nitride semiconductor that does not substantially contain Al, preferably GaN, the opening 32 can be easily filled flat. Further, the second p-side light guide layer 12b, which is a semiconductor filling the opening of the current confinement layer 30, is equal to or more than the first p-side light guide layer 12a, which is a layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. It is preferable to have a low refractive index. Thereby, the light confinement is further improved. Further, the second p-side light guide layer 12b, which is a semiconductor filling the opening of the current confinement layer 30, is equal to or more than the first p-side light guide layer 12a, which is a layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. It is preferably formed at a high temperature and a temperature that maintains the crystallinity of the active layer. By raising the growth temperature, the crystallinity of the semiconductor layer that fills the opening and regrows can be increased, and the resistance can be lowered. After the second p-side light guide layer 12b, the p-side cladding layer 14 and the p-side contact layer 16 may be grown sequentially in accordance with a normal method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor laser.
[0062]
Embodiment 2
In the first embodiment, the current confinement layer 30 is formed in the p-side light guide layer 12, but in this embodiment, the current confinement layer 30 is formed in the n-side light guide layer 8. Other points are the same as in the first embodiment.
[0063]
FIG. 6 is a sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the second embodiment. In the present embodiment, a current confinement layer 30 having a stripe-shaped opening 32 is formed in the n-side light guide layer 8. The current confinement layer 30 is made of high resistance Inx3Aly3Ga1-x3-y3N (0 ≦ x3≦ 0.1, 0.5 ≦ y3≦ 1, 0.5 ≦ x3+ Y3≦ 1), and plays a role of controlling the horizontal and transverse modes of the laser by concentrating current in the opening 32.
[0064]
The n-side light guide layer 8 is composed of a first n-side light guide layer 8a and a second n-side light guide layer 8b below the current confinement layer 30. A current confinement layer 30 is formed on the first n-side light guide layer 8 a via the first semiconductor layer 22 and the second semiconductor layer 24, and penetrates the current confinement layer 30 and the second semiconductor layer 24. Thus, an opening 32 is formed. The second n-side light guide layer 8b is formed so as to fill the opening 32.
[0065]
Similar to the first embodiment, the second semiconductor layer 24 is composed of the current confinement layer 30 and a gallium nitride-based compound semiconductor having a lower Al ratio than the first semiconductor layer, and an opening is formed in the current confinement layer 30 by photolithography. In addition to functioning as an etching stop layer when forming the layer 32, the first semiconductor layer 22 is protected from an atmospheric gas such as oxygen and is finally removed by etch back performed in a vapor phase growth apparatus. . The first semiconductor layer 22 functions as an etching stop layer in the etch back performed before re-growth on the current confinement layer 30 in the vapor phase growth apparatus, and the first n-side light guide below the first semiconductor layer 22. It serves to protect the layer 8a from gas etching.
[0066]
Therefore, also in the gallium nitride compound semiconductor laser according to the present embodiment, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer act complementarily, and as a result, the reaction layer remains in the opening of the current confinement layer 30 and Shape abnormality due to excessive etch back can be prevented, and stable laser characteristics can be obtained.
[0067]
Embodiment 3
In the first embodiment, the second semiconductor layer having a low Al ratio is formed below the current confinement layer, and the first semiconductor layer having a high Al ratio is formed below the second semiconductor layer. Excessive etch back was prevented. In the present embodiment, an excess growth base layer having a low Al ratio is provided below the current confinement layer, and the crystallinity of the growth base layer is made lower than that of the layer in contact with the bottom of the growth base layer. Prevent etch back. Other points are the same as in the first embodiment.
[0068]
FIG. 7 is a sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the third embodiment. A multiple quantum well active layer having an n-side contact layer 4 made of GaN, an n-side cladding layer 6 made of AlGaN, an n-side light guide layer 8 made of GaN, and a well layer containing In on a heterogeneous substrate 2 such as sapphire. 10, a p-side optical guide layer 12 made of GaN, a p-side optical cladding layer 14 made of AlGaN, and a p-side contact layer 16 made of GaN. In the p-side light guide layer 12, a current confinement layer 30 having a stripe-shaped opening 32 is formed. The current confinement layer 30 is made of high resistance InxAlyGa1-xyN (0.ltoreq.x.ltoreq.0.1, 0.5.ltoreq.y.ltoreq.1, 0.5.ltoreq.x + y.ltoreq.1), and controls the horizontal transverse mode of the laser by concentrating current on the active layer 10 in the opening 32. Playing a role.
[0069]
The p-side light guide layer 12 is composed of a first p-side light guide layer 12a and a second p-side light guide layer 12b below the current confinement layer 30. A current confinement layer 30 is formed on the first p-side light guide layer 12 a via a growth base layer 26, and an opening 32 is formed through the current confinement layer 30 and the growth base layer 26. A second p-side light guide layer 12b is formed so as to fill the opening 32.
[0070]
The growth underlayer 26 is made of a gallium nitride compound semiconductor having an Al ratio lower than that of the current confinement layer 30, and functions as an etching stop layer when the opening 32 is formed in the current confinement layer 30 by photolithography, and therebelow The first p-side light guide layer 12a is protected from an atmospheric gas such as oxygen and is finally removed by etch back performed in a vapor phase growth apparatus.
[0071]
That is, since the growth underlayer 26 has a low Al ratio (preferably 0.05 or less), it has an etching rate difference with respect to the alkaline solution with the current confinement layer 30 having an Al ratio of 0.5 or more. When the current confinement layer 30 is etched using an alkaline solution, it remains without being etched. Therefore, it functions as an etching stop layer when the opening 32 is formed in the current confinement layer 30, and the occurrence of excessive etching can be prevented. Further, since the growth underlayer 26 is made of a gallium nitride compound semiconductor having a low Al ratio, the reaction rate with respect to oxygen or the like contained in the atmosphere is slow. Therefore, the growth foundation layer 26 can effectively protect the underlying first p-side light guide layer 12a from atmospheric gas such as oxygen in a photolithography process performed outside the vapor phase growth apparatus.
[0072]
On the other hand, damage is left on the surface of the growth base layer 26 itself by exposure to an atmosphere such as etching using photolithography or air. However, the growth underlayer 26 is made of a nitride semiconductor that does not substantially contain Al. As a result, the growth underlayer 26 is easily decomposed when exposed to a reducing gas such as hydrogen at a high temperature. Therefore, the damaged growth underlayer 26 is easily removed from the opening 32 which is a current path by etch back performed in the vapor phase growth apparatus.
[0073]
However, in this etch back, if there is no difference in etching rate between the growth base layer 26 and the first p-side light guide layer 12a, the etch-back tends to proceed excessively with respect to the first p-side light guide layer 12a. Therefore, in the present embodiment, the crystallinity of the growth base layer 26 is made lower than that of the first p-side light guide layer that is in contact therewith, thereby providing an etching rate difference with respect to etch back. That is, by making the crystallinity of the growth foundation layer 26 lower than that of the first p-side light guide layer 12a, the etch back speed proceeds faster than the growth foundation layer 26, and the growth base layer 26 is compared with the first p-side light guide layer 12a. Make sure it progresses slowly. As a result, only the growth base layer 26 can be selectively removed.
[0074]
Therefore, also in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present embodiment, it is possible to prevent the reaction layer from remaining in the opening of the current confinement layer 30 and the abnormal shape due to excessive etch back, and to obtain stable laser characteristics. it can.
[0075]
The growth underlayer 26 is a gallium nitride compound semiconductor having a smaller Al ratio than the current confinement layer 30, that is, the general formula is Inx 'Aly 'Ga1-x'-y 'It consists of a gallium nitride compound semiconductor represented by the general formula of N (0 ≦ x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ <y, 0 ≦ x ′ + y ′ <1). The lower the Al ratio of the growth base layer 26, the larger the etching rate difference with the current confinement layer 30 in wet etching, and the easier the removal by etchback. Preferred Al ratio y of the growth underlayer 264Is preferably 0.1 or less, more preferably 0.05 or less, and still more preferably a composition containing substantially no Al.
[0076]
The growth foundation layer 26 preferably contains In. When the growth base layer 26 contains In, selective etching back is facilitated and an effect of absorbing stray light leaking from the waveguide can be obtained. Accordingly, the In ratio x ′ of the growth underlayer 26 is preferably 0 to 0.2, more preferably 0.05 to 0.15. From the above, the preferred composition of the growth underlayer 26 is InfGa1-fN (0 ≦ f ≦ 0.2).
[0077]
In order to make the crystallinity of the growth base layer 26 lower than the layer in contact with the lower side, for example, the In mixed crystal ratio of the growth base layer is made higher than the layer in contact with the lower side, or What is necessary is just to make growth temperature lower than the layer which touches. That is, the higher the In ratio of the growth underlayer 26, the faster the decomposition rate when exposed to a reducing atmosphere such as hydrogen at a high temperature. Therefore, if the In ratio of the growth base layer is higher than that of the first p-side light guide layer 12a, the growth base layer 26 can be selectively removed. Further, the lower the growth temperature of the growth underlayer 26, the faster the decomposition rate when exposed to a reducing atmosphere such as hydrogen at a high temperature. Therefore, if the growth temperature of the growth base layer 26 is lower than the layer in contact with the lower side, even if the composition of the growth base layer 26 and the first p-side light guide layer 12a is the same GaN, the growth base layer 26 is selectively selected. Can be removed. In addition, the crystallinity of the growth base layer 26 can also be lowered by increasing the impurity concentration as compared with the layer in contact therewith.
[0078]
The growth base layer 26 is a layer having a high impurity concentration (for example, 5 × 1018Cm-3Or the layer containing In can easily absorb the stray light of the active layer. Therefore, generation of higher order modes can be suppressed, and a stable single mode laser beam can be obtained.
[0079]
In the case where selective etchback is performed by lowering the growth temperature of the growth underlayer 26, it is desirable that the growth temperature be 900 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. or lower. As a means for lowering the crystallinity of the growth underlayer 26, a method of increasing the In ratio and a method of lowering the growth temperature may be used in combination. The growth underlayer 26 is preferably in an amorphous state or polycrystalline. By making the growth underlayer 26 amorphous or polycrystalline, it is easier to remove than the single crystal. In addition, since the growth underlayer itself has a high resistance, a more excellent current confinement effect can be obtained by a synergistic effect with the current confinement layer formed in contact therewith. It is also possible to reduce the thickness of the current confinement layer.
[0080]
If the crystallinity of the growth base layer 26 is lowered, there is an effect that the current confinement layer 30 to be grown thereon can be easily removed. In other words, when the crystallinity of the layer in contact with the lower side of the current confinement layer 30 is good, the crystallinity of the current confinement layer 30 is partially increased in the vicinity of the layer boundary, and the portion is difficult to remove by etching. Therefore, by lowering the crystallinity of the growth foundation layer 26 that is in contact with the lower side of the current confinement layer 30, the crystallinity of the current confinement layer 30 is lowered from the initial stage of growth, and the current confinement layer 30 in the opening 32. It becomes easy to remove.
[0081]
If the growth base layer 26 is too thin, the protection of the first p-side light guide layer 12a is insufficient, and if it is too thick, the effect of the step becomes large. When the step becomes large, the semiconductor layer to be regrown on the current confinement layer is less likely to be flat. Therefore, the film thickness of the growth underlayer 26 is preferably 10 to 300 mm, more preferably 50 to 200 mm.
[0082]
The layer in contact with the lower side of the growth base layer 26 is preferably a light guide layer. By forming the current confinement structure so as to be in contact with the light guide layer, the light confinement can be easily controlled.
[0083]
Next, a method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor laser according to the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a process chart showing the method for manufacturing the gallium nitride compound semiconductor laser according to the third embodiment. First, as shown in FIG. 8A, in a reaction furnace of a vapor phase growth apparatus such as an MOCVD apparatus, a semiconductor layer constituting a gallium nitride compound semiconductor laser element is formed on a wafer as a total film of a p-side light guide layer 12. After stacking up to about half the thickness (= first p-side light guide layer 12a), Inx 'Aly 'Ga1-x'-y 'Growth underlayer 26 made of N (0 ≦ x ′ ≦ 1, 0 ≦ y ′ <y, 0 ≦ x ′ + y ′ <1), InxAlyGa1-xyA current confinement layer 30 made of N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0.5 ≦ x + y ≦ 1) is sequentially grown. Here, the growth foundation layer 26 is formed so as to have lower crystallinity than the first p-side light guide layer 12a by increasing the In ratio or lowering the growth temperature.
[0084]
Next, as shown in FIG. 8B, the wafer is taken out from the reactor of the vapor phase growth apparatus, and an opening 32 is formed in the current confinement layer 30 by photolithography using a photoresist 34. The patterning of the current confinement layer 30 is preferably performed by photolithography using an alkali developer such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH). Since the growth underlayer 26 has a low Al ratio, it is hardly dissolved in tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or the like and functions as an etching stop layer. At this time, the growth base layer 26 serves to protect the semiconductor layer in the waveguide portion from an alkaline solution and oxygen in the atmosphere.
[0085]
Next, as shown in FIG. 8C, after removing the photoresist 34, the wafer is again introduced into the reactor of the vapor phase growth apparatus, and heated to 1000 ° C. or higher while flowing a reducing gas such as hydrogen. Etching back is performed by holding. The growth foundation layer 26 is damaged by oxygen in the atmosphere during the step of FIG. 8B, but is formed so as to have lower crystallinity than the first p-side light guide layer 12a. The portion exposed from the opening 32 is selectively removed by etch back. At this time, the first p-side light guide layer 12a functions as an etching stop layer for etch back.
[0086]
Next, as shown in FIG. 8D, the second p-side light guide layer 12b is grown on the current confinement layer 30 to fill the opening 32 flat. At this time, if the second p-side light guide layer 12b is made of a nitride semiconductor that does not substantially contain Al, preferably GaN, the opening 32 can be easily filled flat. The second p-side light guide layer 12b, which is a semiconductor that fills the opening of the current confinement layer 30, is refracted to be equal to or lower than the first p-side light guide layer 12a, which is a layer in contact with the lower side of the growth base layer. It is preferable to have a rate. Thereby, the light confinement is further improved. Further, the second p-side light guide layer 12b, which is a semiconductor filling the opening of the current confinement layer 30, has a temperature equal to or higher than that of the first p-side light guide layer 12a, which is a layer in contact with the lower side of the underlying growth layer. In addition, it is preferably formed at a temperature that maintains the crystallinity of the active layer. By raising the growth temperature, the crystallinity of the semiconductor layer that fills the opening and regrows can be increased, and the resistance can be lowered. After the second p-side light guide layer 12b, the p-side cladding layer 14 and the p-side contact layer 16 may be grown sequentially in accordance with a normal method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor laser.
[0087]
Embodiment 4
In the third embodiment, the current confinement layer 30 is formed in the p-side light guide layer 12, but in this embodiment, the current confinement layer 30 is formed in the n-side light guide layer 8. The other points are the same as in the third embodiment.
[0088]
FIG. 9 is a sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the fourth embodiment. In the present embodiment, a current confinement layer 30 having a stripe-shaped opening 32 is formed in the n-side light guide layer 8. The current confinement layer 30 is made of high resistance InxAlyGa1-xyN (0.ltoreq.x.ltoreq.0.1, 0.5.ltoreq.y.ltoreq.1, 0.5.ltoreq.x + y.ltoreq.1), and plays a role of controlling the horizontal transverse mode of the laser by concentrating current in the opening 32. .
[0089]
The n-side light guide layer 8 is composed of a first n-side light guide layer 8a and a second n-side light guide layer 8b below the current confinement layer 30. A current confinement layer 30 is formed on the first n-side light guide layer 8 a via a growth base layer 26, and an opening 32 is formed through the current confinement layer 30 and the growth base layer 26. The second n-side light guide layer 8b is formed so as to fill the opening 32.
[0090]
Similar to the third embodiment, the growth foundation layer 26 is made of a nitride semiconductor that does not substantially contain Al, and is formed to have lower crystallinity than the first n-side light guide layer 8a. Therefore, it functions as an etching stop layer when the opening 32 is formed in the current confinement layer 30 by photolithography, and plays a role of protecting the first n-side light guide layer 8a from atmospheric gas such as oxygen. It is selectively removed by etch back performed in a vapor phase growth apparatus.
[0091]
Therefore, also in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present embodiment, as in the third embodiment, it is possible to prevent the shape abnormality due to the reaction layer remaining in the opening of the current confinement layer 30 or excessive etch back, Stable laser characteristics can be obtained.
[0092]
As shown in the first to fourth embodiments, the current confinement layer 30 according to the present invention may be formed on either the p side or the n side of the active layer. In a general gallium nitride compound semiconductor element, since a p-type gallium nitride compound semiconductor has high resistance, growth is performed in the order of an n-side layer, an active layer, and a p-side layer. Accordingly, when the current confinement layer 30 is formed on the n side of the active layer as in the second or fourth embodiment, dislocations generated from the current confinement layer 30 having poor crystallinity pass through the active layer 10. In addition, when the planarization by the second n-side light guide layer 8b is not sufficient, the active layer 10 is not planarized, and a leak current easily flows. For this reason, it is preferable to form it on the p side of the active layer as in the first or third embodiment. Further, if a current confinement layer is formed on the p side of the active layer, the current to the active layer can be controlled efficiently, so that laser oscillation can be performed efficiently. In addition, since the active layer is continuously grown and then taken out from the vapor phase growth furnace, damage to the active layer is reduced.
[0093]
On the other hand, when a current confinement layer is formed on the n side of the active layer, there are many dislocations on both sides of the active layer on the opening. Since the dislocation portion contains a large amount of In, the In mixed crystal ratio becomes higher than that of the light emitting portion, and becomes a saturable absorption region. Therefore, it can be a pulsation laser.
[0094]
In the first to fourth embodiments, the case where the current confinement layer 30 is formed inside the light guide layer has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it may be formed between the light guide layer and the clad layer or inside the clad layer. However, if the current confinement layer 30 is too far from the active layer 10, the current concentrated by the current confinement layer 30 tends to spread before reaching the active layer 10. Accordingly, the position of the current confinement layer 30 is preferably close to the active layer 10 as long as the crystallinity of the active layer 10 is not adversely affected. In addition, it is advantageous for planarization that the layer formed on the current confinement layer 30 is a gallium nitride compound semiconductor that does not substantially contain Al. Therefore, as described in the present embodiment, it is preferable to form the current confinement layer 30 inside the light guide layer made of GaN from the viewpoint of the current confinement effect and planarization.
[0095]
The nitride semiconductor laser according to the present invention can be either face-up mounted or face-down mounted.
[0096]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In Example 1, a gallium nitride compound semiconductor laser device having the structure shown in FIG. 1 is manufactured.
[0097]
(Substrate 2)
First, a dissimilar substrate made of sapphire having a 2 inch diameter φ and a C-plane as a main surface is set in an MOCVD reaction vessel, the temperature is set to 500 ° C., and trimethylgallium (TMG), ammonia (NH3), And a buffer layer made of GaN is grown to a thickness of 200 mm, and then the temperature is raised to grow undoped GaN to a thickness of 1.5 μm. Next, a plurality of striped masks are formed on the surface of the GaN layer, GaN is selectively grown from the mask opening, and the GaN layer is formed by growth accompanied by lateral growth (ELOG). At this time, the mask during selective growth is SiO.2The mask width is 15 μm and the opening (window) width is 5 μm.
[0098]
(Buffer layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., and a buffer layer (not shown) made of AlGaN is grown to a thickness of 4 μm on the substrate 2 using TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), and ammonia. This layer functions as a buffer layer between the n-side contact layer 4 to be formed next and the substrate 2.
[0099]
(N-side contact layer 4)
Next, an n-type contact layer 4 made of AlGaN doped with Si at 1050 ° C. is grown to a thickness of 4 μm on the buffer layer using TMG, TMA, ammonia, and silane gas as an impurity gas.
[0100]
(Crack prevention layer)
Next, a crack prevention layer (not shown) made of InGaN is grown to a thickness of 0.15 μm using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia at a temperature of 900 ° C.
[0101]
(N-side cladding layer 6)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, an A layer made of undoped AlGaN is grown to a thickness of 25 mm, then TMA is stopped, and silane gas is used as an impurity gas , Si 5 × 1018/ Cm3A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm. Then, this operation is repeated to grow the n-type cladding layer 6 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm. At this time, if the Al mixed crystal ratio of undoped AlGaN is in the range of 0.05 or more and 0.3 or less, it will function sufficiently as a cladding layer.
[0102]
(N-side light guide layer 8)
Next, at a temperature of 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and an n-type light guide layer 106 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm. Further, an n-type impurity may be doped.
[0103]
(Active layer 10)
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonium are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95A barrier layer (B) made of N is grown to a thickness of 140 mm, silane gas is stopped, and undoped In0.1Ga0.9A well layer (W) made of N is grown to a thickness of 40 mm, and the barrier layer (B) and the well layer (W) are formed into a barrier layer / well layer / barrier layer / well layer /. / Well layer / barrier layer in this order. The final layer may be a well layer or a barrier layer, but is preferably a barrier layer. The active layer 10 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of about 500 mm.
[0104]
(Carrier confinement layer)
Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1019/ Cm3A p-side carrier confinement layer 11 (not shown in FIG. 1) made of doped AlGaN is grown to a thickness of 100 mm. By providing this layer, electron confinement is improved and the active layer 10 can be protected from decomposition.
[0105]
(P-side light guide layer 12a)
Subsequently, the temperature is set to 1000 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and the p-side light guide layer 12a made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.075 μm. The first p-side light guide layer 12a is grown as undoped, but due to Mg diffusion from adjacent layers such as the p-side carrier confinement layer 11 and the p-side cladding layer 14, the Mg concentration is 5 × 10.16/ Cm3And p-type. This layer may be intentionally doped with Mg during growth.
[0106]
(First semiconductor layer 22 and second semiconductor layer 24)
Next, while maintaining the temperature at 1000 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and Al0.2Ga0.8A first semiconductor layer made of N is grown. The film thickness of the first semiconductor layer 22 is 70 mm. The first semiconductor layer is doped with Mg. Then, the temperature is lowered to 800 ° C., TMI, TMG, ammonia is used as the source gas, and In0.08Ga0.92A second semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 100 mm.
[0107]
(Current confinement layer 30)
Next, the temperature is set to 500 ° C., TMA and ammonia are used as the source gas, and the current confinement layer 30 made of AlN is grown to a thickness of 300 mm. Then, the wafer laminated so far is taken out from the reactor of the MOCVD reactor, and the striped openings 32 are provided as follows. First, a photoresist is applied to almost the entire surface of the current confinement layer 30. Next, after exposing the pattern of the opening part 32, the developing process using TMAH which is an alkaline liquid is performed. Since the AlN layer 30 is dissolved in an alkaline developer, the AlN layer 30 in the opening 32 is etched away simultaneously with the development process (FIG. 4b). On the other hand, In0.08Ga0.92Since the second semiconductor layer made of N does not dissolve in the alkali solution, it functions as an etching stop layer for etching the AlN layer 30. Thereafter, the remaining resist film is removed by ashing (ashing), and acid cleaning is performed.
[0108]
Next, the wafer is returned to the reactor of the MOCVD apparatus, the temperature is set to 1000 ° C., and hydrogen gas which is a reducing gas is blown to perform etch back. Since the current confinement layer 30 made of AlN and the first semiconductor layer 22 having an Al composition ratio of 0.2 have a high decomposition temperature, the decomposition rate by etchback is slower than that of the second semiconductor layer 24 made of InGaN. . Therefore, the second semiconductor layer 24 exposed from the opening 32 is selectively removed by this etch back.
[0109]
(Second p-side light guide layer 12b)
Next, the temperature is set to 1000 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and the second p-side light guide layer 12b made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.075 μm. The second p-side light guide layer 12b is grown while being doped with Mg. Since the second p-side light guide layer 12b does not contain Al, the second p-side light guide layer 12b easily grows flat by filling the step of the opening 32.
[0110]
(P-side cladding layer 14)
Subsequently, a layer made of undoped AlGaN was grown to a thickness of 25 mm at 1000 ° C., and then the TMA was stopped, Cp2Using Mg, a layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 25 mm, and this is repeated 90 times to grow a p-side cladding layer 14 made of a superlattice layer having a total thickness of 0.45 μm.
[0111]
(P-side contact layer 16)
Finally, Mg is deposited on the p-side cladding layer 14 at a temperature of 1000 ° C.20/ Cm3A p-side contact layer 16 made of doped p-type GaN is grown to a thickness of 150 mm. The p-side contact layer 16 can be composed of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor, and the most preferable ohmic contact with the p-electrode 20 can be obtained if GaN doped with Mg is preferable. Since the p-side contact layer 16 is a layer for forming an electrode, 1 × 1017/ Cm3It is desirable to have the above high carrier concentration. 1 × 1017/ Cm3If it is lower than that, it tends to be difficult to obtain a preferable ohmic with the electrode. After the completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
[0112]
After growing the nitride semiconductor and laminating each layer as described above, the wafer is taken out of the reaction vessel, and SiO 2 is deposited on the surface of the uppermost p-side contact layer 16.2A protective film (not shown) is formed. Etching is performed by RIE (reactive ion etching) to expose the surface of the n-side contact layer 4 in the region where the n-electrode is to be formed, as shown in FIG. In order to etch a nitride semiconductor deeply in this way, a protective film is SiO.2Is the best.
[0113]
Next, a striped p-electrode 20 made of Ni / Au is formed on the surface of the p-side contact layer 16, and a striped n-electrode 18 made of Ti / Al is formed on the surface of the n-side contact layer 4. Then, a partial region of the n-electrode 18 and the p-electrode 20 is masked, and SiO2And TiO2After forming the dielectric multilayer film, a take-out electrode made of Ni—Ti—Au (1000 to 1000 to 8000) is provided on the n electrode 18 and the p electrode 20, respectively. At this time, the width of the active layer 10 is 200 μm (width in the direction perpendicular to the resonator direction), and the resonator surface (reflection surface side) also has SiO 2.2And TiO2A dielectric multilayer film is provided. After the n-electrode 18 and the p-electrode 20 are formed, the nitride semiconductor M-plane (GaN M-plane (11-00), etc.) is divided into bars in the direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes, and further divided into chips. The laser element is obtained by dividing. At this time, the resonator length is 650 μm.
[0114]
The laser element manufactured in this way has a threshold current of 35 mA, Vf: 3.8 V, Eta: 1.3 W / A, θ (‖): 8 deg, θ (⊥): 22 deg. Further, no kink occurs up to 80 mW, and excellent device characteristics are exhibited.
[0115]
[Example 2]
  In Example 2, a gallium nitride compound semiconductor laser device having the structure shown in FIG. 6 is manufactured. In Example 1, the first semiconductor layer22Although the second semiconductor layer 24 and the current confinement layer 30 are formed in the p-side light guide layer 12, they are formed in the n-side light guide layer 8 in this embodiment. That is, after the first n-side light guide layer 8a is grown to a thickness of 0.075 μm, the first semiconductor layer 22, the second semiconductor layer 24, and the current confinement layer 30 are formed, and the second n-side light guide layer 8b is formed. Is formed with a film thickness of 0.075 μm. The laser element thus manufactured becomes a pulsation laser with a threshold current of 45 mA. Further, the frequency is 2 GHz and the RIN is -130 dB / Hz.
[0116]
[Example 3]
In Example 3, a gallium nitride compound semiconductor laser having the structure shown in FIG. 7 is manufactured. First, the layers up to the first p-side light guide layer 12a are stacked in the same manner as in the first embodiment.
[0117]
(Growth underlayer 26)
Next, the temperature is lowered to 800 ° C., TMI, TMG, and ammonia are used as source gases, and In0.1Ga0.9A growth base layer 26 made of N is grown to a thickness of 50 mm.
[0118]
(Current confinement layer 30)
Next, the temperature is set to 450 ° C., TMA and ammonia are used as the source gas, Al0.9Ga0.1A current confinement layer 30 made of N is grown to a thickness of 50 mm. Then, the wafer laminated so far is taken out from the reactor of the MOCVD reactor, and in the same manner as in Example 1, using an alkali developer, Al0.9Ga0.1The N film 30 is etched to provide a stripe-shaped opening 32. At this time, In0.1Ga0.9The growth base layer 26 made of N does not dissolve in the alkaline solution, so Al0.9Ga0.1It functions as an etching stop layer for etching the N layer 30.
[0119]
  Next, the wafer is returned to the reactor of the MOCVD apparatus, the temperature is set to 1000 ° C., and hydrogen gas which is a reducing gas is blown to perform etch back.In 0.1 Ga 0.9 NThe growth underlayer 26 comprising InN having a low decomposition temperature in the mixed crystal and grown at a low temperature easily decomposes when exposed to a reducing atmosphere at a high temperature. That is, In0.1Ga0.9The growth base layer 26 made of N is more easily removed by etchback than the first p-side light guide layer 12a made of GaN grown at a high temperature of 1000 ° C. and the current confinement layer 30 made of AlN having a high decomposition temperature. Is done. Therefore, only the growth base layer 26 can be selectively removed by appropriately selecting the etch-back conditions.
[0120]
Thereafter, after the second p-side light guide layer 12b, a gallium nitride compound semiconductor laser is manufactured in the same manner as in Example 1.
[0121]
The laser device manufactured in this way has an oscillation wavelength of 405 nm, a threshold current of 40 mA, Vf: 3.6 V, Eta: 1.2 W / A, θ (‖): 7 deg, θ (⊥): 20 deg, and 80 W. It does not occur and has good device characteristics.
[0122]
[Example 4]
In Example 4, a gallium nitride compound semiconductor laser having the structure shown in FIG. 9 is manufactured. In the third embodiment, the growth base layer 26 and the current confinement layer 30 are formed in the p-side light guide layer 12, but in this embodiment, they are formed in the n-side light guide layer 8. That is, after the first n-side light guide layer 8a is grown to a thickness of 0.075 μm, the growth base layer 26 and the current confinement layer 30 are formed, and the second n-side light guide layer 8b is formed to a thickness of 0.075 μm. The laser manufactured in this way has a threshold current of 40 mA, Vf: 3.9 V, Eta: 1.2 W / A, θ (‖): 7 deg, θ (⊥): 24 deg, 80 W, and no kink occurs. Good device characteristics.
[0123]
[Example 5]
In Example 5, a multi-stripe laser having a plurality of stripe structures is manufactured. Except for the points described below, the second embodiment is basically the same as the first embodiment. In this example, a GaN substrate was used, and after the element structure was formed up to the first p-side light guide layer, Al0.1Ga0.9A first semiconductor layer made of N is grown to a thickness of 200 、, a second semiconductor layer made of GaN is grown to a thickness of 100 Ａｌ, and Al0.95In0.01Ga0.04After a current confinement layer made of N was grown to a thickness of 200 mm, an opening was formed. Four openings were produced with a width of 2 μm and a spacing of 20 μm. Then, the second p-side light guide layer was regrown to form the remaining element layers. Thus, when a multi-stripe laser in which four lasers having a ridge width of 2 μm are arranged in parallel, the threshold current is 100 mA, Eta: 1.6 W / A, and Po: 200 mW, and good device characteristics are shown.
[0124]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the growth base layer having a predetermined Al ratio and crystallinity is formed below the current confinement layer, the reaction layer remains in the opening of the current confinement layer and the shape abnormality due to excessive etch back occurs. And stable laser characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are partially enlarged cross-sectional views showing the gallium nitride compound semiconductor laser element shown in the first embodiment. FIGS.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional gallium nitride compound semiconductor laser device.
FIGS. 4A to 4D are process diagrams showing a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device according to the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view showing a region for forming a current confinement layer in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device according to Embodiment 3 of the present invention.
8A to 8D are process diagrams showing a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device according to the third embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to Embodiment 4 of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 ... substrate (GaN substrate),
4 ... n-side contact layer,
6 ... n-side cladding layer,
8: n-side light guide layer,
10 ... active layer,
12 ... p-side light guide layer,
14 ... p-side cladding layer,
16 ... p-side contact layer,
18 ... n electrode,
20 ... p electrode,
22 ... first semiconductor layer,
24 ... second semiconductor layer,
26 ... Growth underlayer,
30 ... Current confinement layer

Claims (23)

ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体中に、開口部を有する電流狭窄層が形成された窒化物半導体レーザ素子であって、
前記電流狭窄層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、
前記電流狭窄層は、前記積層体の側面及び／又は端面から離間するよう形成され、かつ、
Ａｌを含む第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に積層され、Ａｌを含まない若しくは前記電流狭窄層及び／又は第１の半導体層よりもＡｌ混晶比が小さい第２の半導体層の上に形成されてなり、
前記第２の半導体層は、前記電流狭窄層の開口部において部分的に除去されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項の記載の窒化物半導
体レーザ素子。A nitride semiconductor laser element in which a current confinement layer having an opening is formed in a laminate composed of an n-side semiconductor layer, an active layer, and a p-side semiconductor layer,
The current confinement layer is made of In x Al y Ga 1-x -y N (0 ≦ x ≦ 0.1,0.5 ≦ y ≦ 1,0.5 ≦ x + y ≦ 1),
The current confinement layer is formed so as to be separated from a side surface and / or an end surface of the stacked body, and
A first semiconductor layer containing Al;
Laminated on the first semiconductor layer and formed on the second semiconductor layer which does not contain Al or has a smaller Al crystal ratio than the current confinement layer and / or the first semiconductor layer;
10. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is partially removed at an opening of the current confinement layer. 11. 前記第２の半導体層が、Ｉｎを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。  The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the second semiconductor layer contains In. 前記第２の半導体層の不純物濃度が５×１０１７／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。 3. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the second semiconductor layer is 5 × 10 17 / cm 3 or more. 前記第２の半導体層が、アモルファス又は多結晶であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。  4. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is amorphous or polycrystalline. 5. 前記第１の半導体層及び／又は第２の半導体層の膜厚が、１０Å以上３００Å以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。  5. The gallium nitride compound semiconductor laser according to claim 1, wherein a film thickness of the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer is 10 to 300 mm. 前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記開口部を埋める半導体層が、前記第１の半導体層の下側に接する層と同等若しくは低い屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。  The current confinement layer is formed on the p side of the active layer, and the semiconductor layer filling the opening has a refractive index equal to or lower than that of the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor laser device is characterized in that: 前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記開口部を埋める半導体層が、前記第１の半導体層の下側に接する層と同等若しくは高い不純物濃度を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。  The current confinement layer is formed on the p side of the active layer, and the semiconductor layer filling the opening has an impurity concentration equal to or higher than the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor laser device is characterized in that: 前記第１の半導体層の下側に接する層が光ガイド層であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。  8. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the layer in contact with the lower side of the first semiconductor layer is a light guide layer. 前記電流狭窄層が前記活性層のｐ側に形成されており、かつ、前記第１の半導体層は、前記活性層に接して形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。  9. The current confining layer is formed on the p side of the active layer, and the first semiconductor layer is formed in contact with the active layer. 2. The nitride semiconductor laser device according to item 1. 前記電流狭窄層が、前記活性層のｐ側に形成されたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The current confinement layer, a nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that formed on the p side of the active layer. 前記電流狭窄層の膜厚が、１００Å以上、５００Å以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The thickness of the current confinement layer, 100 Å or more, the nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 0, characterized in that at 500Å or less. 前記開口部を埋める半導体層が、実質的にＡｌを含まない窒化物半導体から成ることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に窒化物半導体レーザ素子。The semiconductor layer to fill the openings, substantially nitride semiconductor laser device in any one of claims 1 to 1 1, characterized in that a nitride semiconductor not containing Al. 前記開口部を埋める半導体層が、光ガイド層であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The semiconductor layer to fill the opening, the nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 2, characterized in that an optical guide layer. 前記光ガイド層が、実質的にＡｌを含まないことを特徴とする請求項８又は１３に記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser device according to claim 8 or 1 3 wherein the light guide layer, characterized in that the substantially free of Al. 前記電流狭窄層の開口部上方における転位密度が、電流狭窄層の上方における転位密度よりも低いことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The dislocation density in the opening above the current confinement layer, a nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 4, characterized in that lower than the dislocation density in the upper current confinement layer. 前記電流狭窄層が、ＡｌＮから成ることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The current confinement layer, a nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 5, characterized in that it consists of AlN. 前記ｐ側半導体層は、その最表面と少なくとも一部が接するように形成されたｐ側オーミック電極を有し、該ｐ側オーミック電極の幅が前記開口部の幅以上で、前記電流狭窄層の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The p-side semiconductor layer has a p-side ohmic electrode formed so that at least a part thereof is in contact with the outermost surface, and the width of the p-side ohmic electrode is equal to or larger than the width of the opening, the nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 6, characterized in that narrower than the width. 前記ｐ側オーミック電極は、レーザ光の導波方向と略平行な方向の長さが、前記電流狭窄層の長さよりも短いことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。The length of the p-side ohmic electrode in a direction substantially parallel to the waveguide direction of laser light is shorter than the length of the current confinement layer, according to any one of claims 1 to 17. Nitride semiconductor laser device. 前記電流狭窄層は、長手方向の端面が前記積層体の端面より内側になるように形成されている請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。Said current confinement layer, a nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 1 8 end surface in the longitudinal direction is formed to be inside the end surface of the laminate. 前記積層体の端面を共振器端面とする請求項１９に記載の窒化物半導体レーザ素子。The nitride semiconductor laser element according to claim 19 , wherein an end face of the multilayer body is a cavity end face. ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層からなる積層体の内部に、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦０．１，０．５≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１）から成り、ストライプ状の開口部を有する電流狭窄層を備え、前記電流狭窄層及び前記開口部の上に半導体層が形成された窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
活性層のｐ側又はｎ側に、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０≦ｘ１≦０．１，０．１≦ｙ１≦１、０．１≦ｘ１＋ｙ１≦１）から成る第１の半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体層の上に、Ｉｎｘ２Ａｌｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０≦ｘ２≦１，０≦ｙ２≦０．１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１）から成る第２の半導体層を形成する工程と、 前記第２の半導体層の上に、Ｉｎｘ３Ａｌｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ｎ（０≦ｘ３≦０．１，０．５≦ｙ３≦１、０．５≦ｘ３＋ｙ３≦１）から成る電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部を前記第２の半導体層に到達する深さまで除去することにより、ストライプ状の開口部を形成し、かつ、前記電流狭窄層を前記積層体の側面及び／又は端面から離間させる工程と、
前記電流狭窄層から露出している前記第２の半導体層を、前記第１の半導体層に達する深さまで除去する工程と、
を備え、上記第２半導体層のＡｌ混晶比ｙ２が、ｙ２＜ｙ１、かつ、ｙ２＜ｙ ３ であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 0.1, 0.5 ≦ y ≦ 1, 0,...) is formed inside the stacked body including the n-side semiconductor layer, the active layer, and the p-side semiconductor layer. 5 ≦ x + y ≦ 1), a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device including a current confinement layer having a stripe-shaped opening, and a semiconductor layer formed on the current confinement layer and the opening. ,
On p side or n side of the active layer, In x1 Al y1 Ga 1- x1-y1 N (0 ≦ x 1 ≦ 0.1,0.1 ≦ y 1 ≦ 1,0.1 ≦ x 1 + y 1 ≦ 1 Forming a first semiconductor layer comprising:
A first layer made of In x2 Al y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ≦ x 2 ≦ 1, 0 ≦ y 2 ≦ 0.1, 0 ≦ x 2 + y 2 ≦ 1) is formed on the first semiconductor layer. A step of forming a semiconductor layer of 2 and, on the second semiconductor layer, In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ≦ x 3 ≦ 0.1, 0.5 ≦ y 3 ≦ 1, Forming a current confinement layer consisting of 0.5 ≦ x 3 + y 3 ≦ 1);
By removing a part of the current confinement layer to a depth reaching the second semiconductor layer, a stripe-shaped opening is formed , and the current confinement layer is formed from a side surface and / or an end surface of the stacked body. A step of separating ;
Removing the second semiconductor layer exposed from the current confinement layer to a depth reaching the first semiconductor layer;
And the Al mixed crystal ratio y 2 of the second semiconductor layer is y 2 <y 1 and y 2 < y 3 . 前記電流狭窄層の一部を、ウエットエッチングによって除去することを特徴とする請求項２１記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。Manufacturing method of the nitride semiconductor laser device according to claim 2 1, wherein a part of said current blocking layer is removed by wet etching. 前記積層体の共振器端面をエッチング又はへき開により形成する工程を備えた請求項２１又は２２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor laser element nitride according to claim 2 1 or 2 2 having the step of forming the resonator end faces of said laminate by etching or cleavage.
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