JP4678805B2 - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの情報記録、再生等に使用され低雑音化のための自励発振特性を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクにおける記憶容量の増加にともなって、光ディスク用光源としては、集光径が小さくでき、より一層情報を高密度にて記録することができる４００ｎｍ前後の波長の光源が必要とされている。また、光ディスクシステムでは、コスト削減のために、レンズ、ディスク等に対して、安価なプラスチック系の材料の使用が検討されている。しかしながら、このようなプラスチック系の材料は、光の吸収端が最大で３９０ｎｍ程度の波長であるために、光ディスク用光源としては、更なる短波長化を行うためには、材料の検討が必要になり、量産化に対応することが容易ではない。このような短波長の光源には、従来より半導体レーザが使用されており、４００ｎｍ前後の波長を有する半導体レーザの代表的な材料としては、窒化ガリウム化合物半導体がある。
【０００３】
窒化物半導体レーザは、光ディスクシステム等に使用される場合に、光ディスク等の反射点からの戻り光雑音を減少させるため、自励発振特性を備えた構造が用いられている。自励発振を伴う窒化物半導体レーザを実現するには、光の吸収量が飽和する可飽和吸収特性を有する層（以下、可飽和吸収層とする）が、Ｐ型クラッド層等に設けられている。
【０００４】
図７は、特開平９−１９１１６０号公報に開示されている光ディスク用低雑音半導体レーザの代表的な構造を示す断面図である。この公報には、窒化物半導体であるＩｎＮ（窒化インジウム）とＧａＮ（窒化ガリウム）との混晶であるＩｎＧａＮを可飽和吸収層に用いることによって安定な自励発振が得られる低雑音半導体レーザが開示されている。図７に示すように、この半導体レーザは、ｎ型ＳｉＣ基板７０上に、ｎ型ＡｌＮ層７１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層７３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層７４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ａが順番に積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ａ上には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層７８が設けられており、さらに、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層７８上にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ｂが設けられている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ｂ上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層７７が設けられている。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層７７上には、ｐ型電極７９設けられており、また、ｎ型ＳｌＣ基板７０の下部には、ｎ型電極６９が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような、特開平９−１９１１６０号公報に開示された窒化物半導体レーザは、自励発振可能な光出力の範囲が狭く、光ディスクシステム等において再生用または録画再生用として好適に用いることができないおそれがある。また、このような可飽和吸収層が設けられた窒化物半導体レーザでは、ＩｎＧａＮを主成分とする可飽和吸収層のキャリアの寿命を短くしなければ十分な可飽和吸収特性が得られない。通常、ｐ型のＩｎＧａＮ可飽和吸収層には、不純物元素としてＭｇを添加（ドーピング）することによって、光吸収により生成されたキャリアの再結合を促進させ、キャリアの寿命を短くすることが可能ではあるが、実際には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層に添加（ドーピング）したＭｇのほぼ全てを電気的に活性化させることは容易ではない。また、ＩｎＧａＮは、キャリアの拡散係数が小さいために、可飽和吸収層において光吸収によって生成されたキャリアが拡散しにくく、見かけ上のキャリアの寿命を短くすることも容易ではない。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、戻り光雑音を減少させるために、可飽和吸収層内の光吸収によって生成されたキャリアの寿命を短縮して、安定な自励発振特性が得られる半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、基板上に発光層と光の吸収量が飽和する特性を備えている可飽和吸収層とが設けられ、該可飽和吸収層による自励発振特性を有する、半導体材料として窒化物半導体材料を用いた半導体発光装置であって、該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有し、該多重量子井戸構造は、該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする。
【０００８】
前記可飽和吸収層の上に形成されたリッジ構造と、該可飽和吸収層の上に該リッジ構造を埋め込むように形成され、該可飽和吸収層から拡散してきたキャリアを拡散するためのブロック層とを備えている。
【００１１】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、上述した本発明に係る半導体発光装置を製造する方法であって、前記基板である第１の導電型の窒化物半導体基板上に、第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体層を形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体層上に、該第１の成長温度と異なる第２の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラック防止層、さらに、該第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラッド層、第１の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第２の成長温度と異なる第３の成長温度により前記発光層である第１の導電型の窒化物半導体活性層を形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体活性層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体バリア層、第２の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、該第２の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第３の成長温度と異なる第４の成長温度により窒化物半導体の前記可飽和吸収層を形成する工程と、該窒化物半導体の可飽和吸収層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体クラッド層、第２の導電型の窒化物半導体コンタクト層を順次形成する工程と、ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程と、を包含し、該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有しており、該多重量子井戸構造は、該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする。
【００１２】
前記ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程の後に、該リッジ構造を埋め込むように、該可飽和吸収層から拡散してくるキャリアを拡散するためのブロック層を形成する工程を包含する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
自励発振は、半導体レーザに注入されたキャリアによって反転分布が生じている活性層（利得領域）と可飽和吸収特性を備えた層である可飽和吸収層とにおけるキャリアおよび光子の相互作用によって生じる。可飽和吸収層に要求される特性は、第１に実質的なバンドギャップが活性層（利得領域）のバンドギャップと同じか、あるいは、わずかに狭いことであり、そのバンドギャップ差の範囲は、窒化物半導体レーザにおいて、−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶである。また、吸収量を適切に制御するために、活性層と可飽和吸収層との間隔は、０．０２μｍ〜１．５μｍ程度であることが望ましい。可飽和吸収層に要求される第２の特性は、有効に自励発振を起こさせるために、可飽和吸収層のキャリアの寿命が活性層のキャリアの寿命より短いこと、光の吸収が飽和しやすいこと等である。
【００１４】
窒化物半導体レーザの重要な特性は、可飽和吸収層に要求される第２の特性である可飽和吸収層内でのキャリアの寿命特性である。窒化物系半導体のキャリアの寿命は、最小で数ｎｓと短いことが知られており、活性層と可飽和吸収層とのキャリアの寿命に明確な差を付けるためには、可飽和吸収層に不純物元素を高濃度で添加（ドーピング）すること、また可飽和吸収層における光吸収領域から光吸収領域外へのキャリアの拡散を促進して効率的にキャリアを再結合させて、見かけ上のキャリア寿命を短くすること等が考えられる。
【００１５】
従来の窒化物半導体レーザでは、前述のように、可飽和吸収層がＩｎＧａＮにより形成されており、通常、ｐ型不純物元素（ドーパント）としてＭｇ等が用いられるが、Ｍｇ等の高濃度で添加（ドーピング）を行うこと、および、添加（ドーピング）されたＭｇのほぼ全てを電気的に活性化させることが容易ではない。また、光吸収によって可飽和吸収層に生成されたキャリアの寿命を見かけ上、短くするには、生成されたキャリアが数ｎｓのオーダーで光吸収領域外に拡散するような大きな拡散係数を有する可飽和吸収層の材料特性が必要であるが、ＩｎＧａＮ等により形成された可飽和吸収層では、一般に、拡散係数が小さいために可飽和吸収層に生成されたキャリアを十分に拡散させることによってキャリアを再結合させ、キャリアの寿命を短くする効果が得られにくい。
【００１６】
本発明では、この点について、検討を重ねた結果、可飽和吸収層に不純物元素としてＣ（炭素）を添加（ドーピング）することによって、低出力から高出力まで自励発振が可能な半導体レーザが得られた。このことは、可飽和吸収層へのＣ（炭素）の添加（ドーピング）により可飽和吸収層内の欠陥密度の増加が確認され、この欠陥密度の増加が、キャリアの再結合を促進しキャリア寿命を短くすることに寄与するものと考えられる。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層にＣ（炭素）を添加（ドーピング）すると、Ｃ（炭素）は、深いエネルギー準位の不純物となり、ほとんど活性化されていないと考えられる。Ｃ（炭素）は、原子半径が小さくて、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層に含まれると結晶性を悪化させる欠陥となり、このＣ（炭素）により形成された欠陥のエネルギー準位への緩和および無輻射再結合が増加するために、光吸収によって生成したキャリアの寿命を短くすることができると考えられる。
【００１７】
また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層のエピタキシャル成長温度を７００℃以下にすると、可飽和吸収層内のＣ（炭素）の濃度が増加し、それに伴う欠陥密度の増加によるキャリアの再結合が促進されてキャリアの寿命を短縮して低出力から高出力まで自励発振する半導体レーザが得られる。このように、可飽和吸収層のＣ（炭素）の濃度を増加させることによって、自励発振が可能な光出力の範囲を拡げることができる。
【００１８】
さらに、本発明では、窒化物半導体レーザにおいて量子井戸層およびバリア層から成る多重量子井戸構造を有する可飽和吸収層を設けることによっても、低出力から高出力まで自励発振する半導体レーザが得られる。この場合、量子井戸層には、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）して、バリア層には、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）しない。バリア層にＣ（炭素）を添加（ドーピング）しないことにより、バリア層の欠陥密度を減少させるとともに、バリア層の結晶性の向上により多重量子井戸により量子効果が十分に期待され、光吸収によって生成されたキャリアが拡散しやすくなると考えられる。
【００１９】
尚、不純物元素としてＣ（炭素）が添加（ドーピング）された可飽和吸収層には、さらにアクセプターとして作用するＭｇ等を添加（ドーピング）しても良い。Ｍｇ等を活性化させることによって、可飽和吸収層の輻射遷移確率が向上する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。ｎ型ＧａＮ基板１１上には、ｎ型ＧａＮ層１２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮガイド層１５、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７、ｐ型ＧａＮガイド層１８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層１８上には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９が積層され、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面を除いて、絶縁膜２２が設けられており、絶縁膜２２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面にｐ型電極２３が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板１１側には、ｎ型電極１０が形成されている。
【００２１】
このように、図１に示す本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザは、リッジ構造を用いた屈折率導波路を有しており、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９は単一量子井戸層になっている。
【００２２】
図１に示す第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造方法を、次に説明する。尚、以下に示すエピタキシャル成長法は、基板上に結晶膜を成長させる方法であり、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶＤ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法等を含んでいる。
【００２３】
まず、ｎ型ＧａＮ基板１１を形成する。ｎ型ＧａＮ基板１１は、５００μｍ程度の膜厚のＧａＮ単結晶膜に数μｍ間隔で１０〜５０ｎｍ程度の段差を設けて、さらに、その上に４μｍ程度のＧａＮ単結晶膜をエピタキシャル成長法によって積層させて形成する。このようなＧａＮ単結晶膜の形成方法は、得られたｎ型ＧａＮ基板１１基板が有する貫通転移などの履歴を取り除くためである。得られたｎ型ＧａＮ基板１１は、欠陥密度の高い領域と非常に少ない領域が周期的に繰り返す構造となっており、本発明の窒化物半導体レーザの構造は、欠陥密度の少ない領域に設けられる。
【００２４】
次に、ｎ型ＧａＮ層１２を、ｎ型ＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長法により積層する。この場合、まず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）装置にｎ型ＧａＮ基板１１をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とIII族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）とを用いて、５５０℃の成長温度で低温ＧａＮバッファ層を成長させ、ｎ型ＧａＮ基板１１上に厚み２５ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を形成する。さらに、この低温ＧａＮバッファ層上に、１０７５℃の成長温度に昇温して前述の２種類の原料にＳｉＨ4を加えて、厚み３μｍのｎ型ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を形成する。
【００２５】
続いて、成長温度を７００℃〜８００℃程度に降温して、III族原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）の供給を行いながら、ｎ型ＧａＮ層１２上に、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎ層を成長させ、厚み５０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３を形成する。その後、再び成長温度を１０７５℃に昇温し、III族原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を用いて、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３上に、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を成長させ、厚み０．９５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４を形成し、さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４上に、膜厚０．１μｍのｎ型ＧａＮガイド層１５を形成する。
【００２６】
その後、成長温度を７３０℃に降温して、ｎ型ＧａＮガイド層１５上に、膜厚４ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と、膜厚６ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層とを交互に形成して、４層のバリア層と３層の量子井戸層とが周期的に積層された多重量子井戸構造の活性層を成長させ、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６を形成する。尚、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６は、バリア層を積層後、井戸層を積層させるまでの間、または、井戸層を積層後、バリア層を積層させるまでの間において１秒〜１８０秒の結晶成長の中断を行っても良い。この操作によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６が有する各層の平坦性が向上し発光半値幅が減少する。
【００２７】
次に、成長温度を再び１０５０℃まで昇温して、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６上に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を成長させ、厚み１８ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７を形成し、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７上に、膜厚０．１μｍのｐ型ＧａＮガイド層１８を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７およびｐ型ＧａＮガイド層１８には、ｐ型不純物元素としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3の濃度で添加する。
【００２８】
次に、成長温度を６５０℃に降温して、ｐ型ＧａＮガイド層１８上にＩｎＧａＮから成る可飽和吸収層１９を形成する。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上添加（ドーピング）する。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９に添加する不純物元素（ドーパント）のＣ（炭素）の原料には、アセチレンを用いたがプロパン等でもよく、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）できるならば、特定の原料にこだわる必要はない。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みは、光吸収特性を考慮して３ｎｍとする。但し、Ｉｎの混晶比等の検討結果よりＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みは、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。また、ウエハーのＰＬ（フォトルミネッセンス）測定によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６からのＰＬ発光ピーク波長と、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９からのＰＬ発光ピーク波長との差が−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶ以内となるように設定されて、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６およびＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。
【００２９】
続いて、成長温度を再び１０５０℃まで昇温して、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９上に、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層を成長させ、厚み０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成し、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０上に、厚み０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２１を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１には、ｐ型不純物元素としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3の濃度で添加する。前述したように、窒化物半導体レーザの各層を構成する元素の各原料には、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３等を用いており、また、各層に添加する不純物元素（ドーパント）の各原料には、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）、ＳｉＨ4等を用いている。
【００３０】
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の形成後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１を、幅方向の中央部のみが残るようにドライエッチングによって除去し、リッジ構造を形成する。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面のみが露出するように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１を絶縁膜２２によって被覆する。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の露出した上面と絶縁膜２２上面とにわたってｐ型電極（Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕ）２３を形成する。ｐ型電極２３は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面と電気的に導通している。
【００３１】
その後、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面側を研磨またはエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１１の一部を除去しウエハーの厚みを１００〜１５０μｍ程度までに薄く調整する。この操作は、後工程でウエハーを分割し個々の半導体レーザチップにすることを容易にするための操作である。特に、レーザ端面のミラーを分割時に形成する場合には、８０〜１２０μｍ程度に薄く調整することが望ましい。本発明の第１の実施形態では、研削機および研磨機を用いてウエハーの厚みを１００μｍに調整したが、研磨機のみで調整してもよい。ウエハーの裏面は、研磨機により研磨されているため平坦である。
【００３２】
ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面の研磨後、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面に薄い金属膜を蒸着し、Ｈｆ／Ａ１／Ｍｏ／Ａｕの積層構造を有するｎ型電極１０を形成する。このような薄い金属膜を、膜厚の制御を行いつつ形成する方法としては、真空蒸着法が適しており、本発明の第１の実施形態においてもこの方法を用いた。但し、ｎ型電極１０を形成する方法は、イオンプレーティング法、スパッタ法等の他の方法を用いても良い。ｐ型電極２３およびｎ型電極１０は、導通良好なオーミック電極を形成するため、それぞれ金属膜形成後５００℃の温度によりアニール処理される。
【００３３】
このようにして製造された半導体素子は、次の方法によって分割される。まず、ウエハーの表面からダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れ、ウエハーに、適宜、力を加えて、スクライブラインに沿ってウエハーを分割する。尚、スクライブラインは、ウエハーの裏面から入れてもよい。ウエハーを分割する他の方法としては、ワイヤソーまたは薄板ブレードを用いて傷入れもしくは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせこれをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等も適用することができ、いずれの場合にも適切にウエハーを分割することができる。
【００３４】
さらに、本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザでは、半導体レーザ素子の２つの端面において、一方の端面に５０％以下の反射率を有する反射膜を形成し、他方の端面に８０％以上の反射率を有する反射膜を形成し、非対称コーティングをする。これにより、３０ｍＷ以上の高出力動作させた場合でも安定した基本横モードが得られる。
【００３５】
次に、ダイボンディング法により、窒化物半導体レーザチップをステム等のヒートシンク上にマウントし窒化物半導体レーサ装置が得られる。窒化物半導体レーザチップは、ｎ型電極１０をヒートシンクと接合させるジャンクアップによって強固に接着した。
【００３６】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、５００μｍであり、ストライプ幅は、２μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３５ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ)を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内のＣ（炭素）の濃度を測定すると、２×１０18／ｃｍ3であった。
【００３７】
図２は、このような窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を調べたグラフである。図２の横軸は、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内に添加されるＣ（炭素）の濃度を示し、縦軸は、各条件における自励発振が可能な最大光出力を示している。図２に示すように、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内に添加されるＣ（炭素）の濃度が低下するにつれて、自励発振が可能な最大光出力が低下する。この結果より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加することにより、窒化物半導体レーザにおいて所定の光出力を有する自励発振が得られた。
【００３８】
また、表１には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を成長温度６５０℃および７５０℃で成長させた場合の自励発振が可能な最大光出力を示す。表１より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度が６５０℃の場合には、光出力が５ｍＷから高出力の２０ｍＷまで自励発振が得られ、成長温度が７５０℃の場合には、光出力が５ｍＷから１０ｍＷまでしか自励発振が得られなかった。この結果、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度が高すぎると、自励発振特性が悪化するということが確認できた。
【００３９】
【表１】
【００４０】
次に、この窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の戻り光に対する雑音特性を調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。半導体レーザ２０１から出射されたレーザ光は、レンズ２０４でコリメート（平行にする）され、ハーフミラー２０３により２ビームに分岐される。ハーフミラー２０３を透過した透過光は、ＮＤフィルター２０６、レンズ２０５を経て反射鏡２０２に集光される。反射鏡２０２は、光ディスク等と等価であり、反射率はＮＤフィルターで変更できる。反射光は、前述の光路を逆方向に帰還し、半導体レーザ２０１に集光される。このように、自動ノイズ測定器は、光ディスクに半導体レーザを搭載したシステムに置き換えたものであり、戻り光雑音を含んだ相対雑音強度（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）を測定した。尚、光出力は、受光素子２０７によって検出した。
【００４１】
まず、図６の自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３５［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。次に、光出力が高出力の場合の戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を２０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１３５［ｄＢ／Ｈｚ］であり、光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００４２】
尚、本発明の第１の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入して形成しているが、ｐガイド層内またはｐクラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入して形成してもよい。ｐガイド層内またはｐクラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入する場合には、光分布を考慮してＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みを変える必要がある。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度は、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６の成長温度以下であればよい。また、リッジ形成により除去された部分に別の物質で埋め込み領域を形成してもよい。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９は、多重量子井戸層であってもよい。さらに、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６は、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＡｌＧａＮＡｓＰ等の材料によって形成してもよい。
【００４３】
図３は、本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。ｎ型ＧａＮ基板３１上には、ｎ型ＧａＮ層３２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮガイド層３５、ｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層３７、ｐ型ＧａＮガイド層３８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層３８上には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９が積層され、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上面を除いて、絶縁膜４２が設けられており、絶縁膜４２およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上面にｐ型電極４３が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板３１側には、ｎ型電極３０が形成されている。尚、可飽和吸収層は、ＩｎＧａＮから成る単一量子井戸層になっており、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に不純物元素としてＣ（炭素）が添加（ドーピング）されているとともに、Ｍｇも添加（ドーピング）されている。
【００４４】
このように、図３に示す本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザは、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同一のリッジ構造を用いた屈折率導波路を有している半導体レーザである。図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザと図３に示す第２の実施形態の窒化物半導体レーザとの相違点は、第１の実施形態の窒化物半導体レーザの活性層がｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６であり、第２の実施形態の窒化物半導体レーザの活性層はｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６であり、それぞれ構成元素が異なるのみである。
【００４５】
図３に示す第２の実施形態である窒化物半導体レーザは、図１の第１の実施形態である窒化物半導体レーザと同様の製造方法を用いて製造される。第２の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件は、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の形成条件のみ第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件と異なる。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９は、成長温度が７００℃でエピタキシャル成長法によって形成され、形成時に不純物元素としてＣ（炭素）およびＭｇがドーピングされている。不純物元素の原料としては、前述した第１の実施形態である窒化物半導体レーザと同様に、Ｃ（炭素）の原料としてアセチレンを用い、Ｍｇの原料としてＣｐ２Ｍｇを用いている。不純物元素として添加されるＣ（炭素）およびＭｇの濃度は、それぞれ１×１０17／ｃｍ3以上、１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3である。その他の製造条件は、前述した第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件と同一である。
【００４６】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、５００μｍであり、ストライプ幅は、２μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３６ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内のＣ（炭素）およびＭｇの濃度を測定すると、それぞれ２×１０18／ｃｍ3、１×１０19／ｃｍ3であった。
【００４７】
このような第２の実施形態の窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を調べたところ、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９内に添加されるＣ（炭素）の濃度が低下するにつれて、自励発振が可能な最大光出力が低下することが確認できた。この結果より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加するとともに、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3以上の濃度で添加することによって、所定の光出力を有する自励発振が得られることが確認できた。
【００４８】
次に、第２の実施形態の窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の戻り光に対する雑音特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。まず、図６の自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。次に、光出力が高出力の場合の戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を２０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であり、光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００４９】
尚、本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入して形成しているが、ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入して形成してもよい。ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入する場合には、光分布を考慮してＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の厚みを変える必要がある。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の成長温度は、前述の温度に限定されない。また、リッジ形成により除去された部分に別の物質で埋め込み領域を形成してもよい。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９は、多重量子井戸層であってもよい。さらに、ｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６は、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＰ、ＩｎＡｌＧａＮＡｓＰ等の材料によって形成してもよい。
【００５０】
図４は、本発明の第３の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。第３の実施形態の窒化物半導体レーザは、埋め込みリッジ構造が用いられている。ｎ型ＧａＮ基板５１には、ｎ型ＧａＮ層５２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層５３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５４、ｎ型ＧａＮガイド層５５、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７、ｐ型ＧａＮガイド層５８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層５８上には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９が積層され、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０が積層されている。
【００５１】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１の上面を除いて、それらの周囲を埋め込むようにｎ型ブロック層６３が設けられており、ｎ型ブロック層６３およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１の上面にｐ型電極６２が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板５１側には、ｎ型電極５０が形成されている。ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９は、図５に示すようにＩｎＧａＮの量子井戸層１０１とＧａＮのバリア層１０２とが交互に積層された多重量子井戸構造である。また、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１は、不純物元素としてＣ（炭素）が添加されており、ＧａＮのバリア層１０２は、Ｃ（炭素）が添加されていない。
【００５２】
図４に示す第３の実施形態の窒化物半導体レーザの構造では、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９において、光吸収により生成されたキャリアは、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内を光吸収領域外に拡散した後に、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２で再結合するとともに、ｎ型ブロック層６３への拡散も生じるために、光吸収領域での見かけ上のキャリアの寿命を短くすることができる。このように、不純物元素を高濃度に添加されたｎ型ブロック層６３への拡散により、見かけ上のキャリアの寿命を短くする場合には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９は、キャリアが拡散しやすい大きな拡散係数を有する必要がある。第３の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を多重量子井戸構造で形成することによって、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９における拡散係数の増加を可能にしている。
【００５３】
図４に示す第３の実施形態の窒化物半導体レーザの構造は、ｎ型ブロック層６３によってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１が埋め込まれた埋め込みリッジ構造であるために、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザのように絶縁膜２２が設けられていないが、製造方法においては、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザとほぼ同様の方法が用いられる。したがって、第３の実施形態の窒化物半導体レーザは、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７上にｐ型ＧａＮガイド層５８を積層するまでは、第１の実施形態の窒化物半導体レーザの製造条件と同一の製造条件である。
【００５４】
ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７上へのｐ型ＧａＮガイド層５８を積層すると、その後に、成長温度を９５０℃に降温して、ｐ型ＧａＮガイド層５８上に、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＧａＮのバリア層１０２を成長させて形成し、さらに、成長温度を６８０℃に降温して、ＧａＮのバリア層１０２上にＩｎＧａＮの量子井戸層１０１を成長させて形成する。この時、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１には、不純物元素（ドーパント）としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加する。このように、ＧａＮのバリア層１０２上に、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１を積層する操作を繰り返して、３層のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１と４層のＧａＮのバリア層１０２とが、それぞれ交互に周期的に積層された可飽和吸収層５９を形成する。ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の厚みは２ｎｍであり、ＧａＮのバリア層１０２の厚みは４ｎｍである。尚、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２の厚みの検討結果では、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の厚みは、量子効果の現れる１ｎｍ〜１０ｎｍであればよく、ＧａＮのバリア層１０２の厚みは、１ｎｍ〜１０ｎｍであればよく、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１による多重量子井戸層は、３層〜６層程度であればよい。
【００５５】
また、ウエハーのＰＬ（フォトルミネッセンス）測定によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６からのＰＬ発光ピーク波長と、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９からのＰＬ発光ピーク波長との差が−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶ以内となるように設定されて、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６およびＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９の実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。尚、ＧａＮのバリア層１０２はＩｎＧａＮにより形成されてもよい。
【００５６】
続いて、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１を形成後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１を幅方向の中央部のみ残るようにドライエッチングによって除去し、リッジ構造部分を形成する。その後、このリッジ構造部分を埋め込むようにｎ型ブロック層６３をエピタキシャル成長法によってＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上に形成する。ｎ型ブロック層６３には、不純物元素（ドーパント）としてＳｉを添加しており、添加するＳｉの濃度は１×１０18／ｃｍ3以上であればよい。この工程以降の製造条件は、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同一条件で行った。
【００５７】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、４００μｍであり、ストライプ幅は、３μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３８ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１のＣ（炭素）の濃度を測定すると、２×１０18／ｃｍ3であった。また、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＧａＮのバリア層１０２では、Ｃ（炭素）は検出されなかった。
【００５８】
このような第３の実施形態の窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べたところ、第１の実施形態の窒化物半導体レーザよりも高出力まで自励発振が確認され、自励発振が可能な最大光出力は、３５ｍＷであった。
【００５９】
次に、第３の実施形態の窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の反射戻り光に対する雑音特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。まず、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。さらに、光出力が高出力の場合の反射戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を３０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１４２［ｄＢ／Ｈｚ］であり、録画再生用等の光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００６０】
ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１に添加されるＣ（炭素）の濃度を検討すると、Ｃ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上添加すればよく、また、この条件においてＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２に、不純物元素としてＭｇ等を添加してもよいという結果が得られた。このようにして、低出力から高出力まで自励発振が可能な窒化物半導体レーザが得られた。
【００６１】
尚、本発明の第３の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入して形成しているが、ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入して形成してもよい。ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入する場合には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９とｎ型ブロック層６３とが非接触状態となり、光吸収によって生成されたキャリアの再結合が遅くなり、自励発振が可能な光出力の範囲は狭くなるが、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同等以上の自励発振が可能な光出力の範囲が確認されている。また、この場合、光分布を考慮してＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内に形成するＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の層数を変える必要がある。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置は、基板上に発光層と光の吸収量が飽和する特性を備えている可飽和吸収層とが設けられ、可飽和吸収層による自励発振特性を有しており、その可飽和吸収層にＣ（炭素）が添加（ドーピング）されることによって、可飽和吸収層内の光吸収によって生成されたキャリアの寿命を短縮して、安定な自励発振特性が得られる。
【００６３】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、このような半導体発光装置を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図２】本発明の実施形態である窒化物半導体レーザのＣ（炭素）濃度に対する最大光出力を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図５】図４の可飽和吸収層の詳細断面図である。
【図６】窒化物半導体レーザの雑音特性を調べる自動ノイズ測定器を示す概略図である。
【図７】従来の半導体レーザの構造断面図である。
【符号の説明】
１０ ｎ型電極
１１ ｎ型ＧａＮ基板
１２ ｎ型ＧａＮ層
１３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５ ｎ型ＧａＮガイド層
１６ ｎ型ＩｎＧａＮ活性層
１７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
１８ ｐ型ＧａＮガイド層
１９ 可飽和吸収層
２０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２２ 絶縁膜
２３ ｐ型電極
３０ ｎ型電極
３１ ｎ型ＧａＮ基板
３２ ｎ型ＧａＮ層
３３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３５ ｎ型ＧａＮガイド層
３６ ｎ型ＧａＮＡｓ活性層
３７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
３８ ｐ型ＧａＮガイド層
３９ 可飽和吸収層
４０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
４１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２ 絶縁膜
４３ ｐ型電極
５０ ｎ型電極
５１ ｎ型ＧａＮ基板
５２ ｎ型ＧａＮ層
５３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
５４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５５ ｎ型ＧａＮガイド層
５６ ｎ型ＩｎＧａＮ活性層
５７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
５８ ｐ型ＧａＮガイド層
５９ 可飽和吸収層
６０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
６２ ｐ型電極
６３ ｎ型ブロック層
１０１ 量子井戸層
１０２ バリア層
２０１ 半導体レーザ
２０２ 反射鏡
２０３ ハーフミラー
２０４ レンズ
２０５ レンズ
２０６ ＮＤフィルター
２０７ 受光素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクの情報記録、再生等に使用され低雑音化のための自励発振特性を有する半導体発光装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクにおける記憶容量の増加にともなって、光ディスク用光源としては、集光径が小さくでき、より一層情報を高密度にて記録することができる４００ｎｍ前後の波長の光源が必要とされている。また、光ディスクシステムでは、コスト削減のために、レンズ、ディスク等に対して、安価なプラスチック系の材料の使用が検討されている。しかしながら、このようなプラスチック系の材料は、光の吸収端が最大で３９０ｎｍ程度の波長であるために、光ディスク用光源としては、更なる短波長化を行うためには、材料の検討が必要になり、量産化に対応することが容易ではない。このような短波長の光源には、従来より半導体レーザが使用されており、４００ｎｍ前後の波長を有する半導体レーザの代表的な材料としては、窒化ガリウム化合物半導体がある。
【０００３】
窒化物半導体レーザは、光ディスクシステム等に使用される場合に、光ディスク等の反射点からの戻り光雑音を減少させるため、自励発振特性を備えた構造が用いられている。自励発振を伴う窒化物半導体レーザを実現するには、光の吸収量が飽和する可飽和吸収特性を有する層（以下、可飽和吸収層とする）が、Ｐ型クラッド層等に設けられている。
【０００４】
図７は、特開平９−１９１１６０号公報に開示されている光ディスク用低雑音半導体レーザの代表的な構造を示す断面図である。この公報には、窒化物半導体であるＩｎＮ（窒化インジウム）とＧａＮ（窒化ガリウム）との混晶であるＩｎＧａＮを可飽和吸収層に用いることによって安定な自励発振が得られる低雑音半導体レーザが開示されている。図７に示すように、この半導体レーザは、ｎ型ＳｉＣ基板７０上に、ｎ型ＡｌＮ層７１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層７３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層７４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ａが順番に積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ａ上には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層７８が設けられており、さらに、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層７８上にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ｂが設けられている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７６ｂ上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層７７が設けられている。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層７７上には、ｐ型電極７９設けられており、また、ｎ型ＳｌＣ基板７０の下部には、ｎ型電極６９が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような、特開平９−１９１１６０号公報に開示された窒化物半導体レーザは、自励発振可能な光出力の範囲が狭く、光ディスクシステム等において再生用または録画再生用として好適に用いることができないおそれがある。また、このような可飽和吸収層が設けられた窒化物半導体レーザでは、ＩｎＧａＮを主成分とする可飽和吸収層のキャリアの寿命を短くしなければ十分な可飽和吸収特性が得られない。通常、ｐ型のＩｎＧａＮ可飽和吸収層には、不純物元素としてＭｇを添加（ドーピング）することによって、光吸収により生成されたキャリアの再結合を促進させ、キャリアの寿命を短くすることが可能ではあるが、実際には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層に添加（ドーピング）したＭｇのほぼ全てを電気的に活性化させることは容易ではない。また、ＩｎＧａＮは、キャリアの拡散係数が小さいために、可飽和吸収層において光吸収によって生成されたキャリアが拡散しにくく、見かけ上のキャリアの寿命を短くすることも容易ではない。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、戻り光雑音を減少させるために、可飽和吸収層内の光吸収によって生成されたキャリアの寿命を短縮して、安定な自励発振特性が得られる半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置は、基板上に発光層と光の吸収量が飽和する特性を備えている可飽和吸収層とが設けられ、該可飽和吸収層による自励発振特性を有する、半導体材料として窒化物半導体材料を用いた半導体発光装置であって、該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有し、該多重量子井戸構造は、該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする。
【０００８】
前記可飽和吸収層の上に形成されたリッジ構造と、該可飽和吸収層の上に該リッジ構造を埋め込むように形成され、該可飽和吸収層から拡散してきたキャリアを拡散するためのブロック層とを備えている。
【００１１】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、上述した本発明に係る半導体発光装置を製造する方法であって、前記基板である第１の導電型の窒化物半導体基板上に、第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体層を形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体層上に、該第１の成長温度と異なる第２の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラック防止層、さらに、該第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラッド層、第１の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第２の成長温度と異なる第３の成長温度により前記発光層である第１の導電型の窒化物半導体活性層を形成する工程と、該第１の導電型の窒化物半導体活性層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体バリア層、第２の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、該第２の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第３の成長温度と異なる第４の成長温度により窒化物半導体の前記可飽和吸収層を形成する工程と、該窒化物半導体の可飽和吸収層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体クラッド層、第２の導電型の窒化物半導体コンタクト層を順次形成する工程と、ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程と、を包含し、該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有しており、該多重量子井戸構造は、該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする。
【００１２】
前記ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程の後に、該リッジ構造を埋め込むように、該可飽和吸収層から拡散してくるキャリアを拡散するためのブロック層を形成する工程を包含する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
自励発振は、半導体レーザに注入されたキャリアによって反転分布が生じている活性層（利得領域）と可飽和吸収特性を備えた層である可飽和吸収層とにおけるキャリアおよび光子の相互作用によって生じる。可飽和吸収層に要求される特性は、第１に実質的なバンドギャップが活性層（利得領域）のバンドギャップと同じか、あるいは、わずかに狭いことであり、そのバンドギャップ差の範囲は、窒化物半導体レーザにおいて、−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶである。また、吸収量を適切に制御するために、活性層と可飽和吸収層との間隔は、０．０２μｍ〜１．５μｍ程度であることが望ましい。可飽和吸収層に要求される第２の特性は、有効に自励発振を起こさせるために、可飽和吸収層のキャリアの寿命が活性層のキャリアの寿命より短いこと、光の吸収が飽和しやすいこと等である。
【００１４】
窒化物半導体レーザの重要な特性は、可飽和吸収層に要求される第２の特性である可飽和吸収層内でのキャリアの寿命特性である。窒化物系半導体のキャリアの寿命は、最小で数ｎｓと短いことが知られており、活性層と可飽和吸収層とのキャリアの寿命に明確な差を付けるためには、可飽和吸収層に不純物元素を高濃度で添加（ドーピング）すること、また可飽和吸収層における光吸収領域から光吸収領域外へのキャリアの拡散を促進して効率的にキャリアを再結合させて、見かけ上のキャリア寿命を短くすること等が考えられる。
【００１５】
従来の窒化物半導体レーザでは、前述のように、可飽和吸収層がＩｎＧａＮにより形成されており、通常、ｐ型不純物元素（ドーパント）としてＭｇ等が用いられるが、Ｍｇ等の高濃度で添加（ドーピング）を行うこと、および、添加（ドーピング）されたＭｇのほぼ全てを電気的に活性化させることが容易ではない。また、光吸収によって可飽和吸収層に生成されたキャリアの寿命を見かけ上、短くするには、生成されたキャリアが数ｎｓのオーダーで光吸収領域外に拡散するような大きな拡散係数を有する可飽和吸収層の材料特性が必要であるが、ＩｎＧａＮ等により形成された可飽和吸収層では、一般に、拡散係数が小さいために可飽和吸収層に生成されたキャリアを十分に拡散させることによってキャリアを再結合させ、キャリアの寿命を短くする効果が得られにくい。
【００１６】
本発明では、この点について、検討を重ねた結果、可飽和吸収層に不純物元素としてＣ（炭素）を添加（ドーピング）することによって、低出力から高出力まで自励発振が可能な半導体レーザが得られた。このことは、可飽和吸収層へのＣ（炭素）の添加（ドーピング）により可飽和吸収層内の欠陥密度の増加が確認され、この欠陥密度の増加が、キャリアの再結合を促進しキャリア寿命を短くすることに寄与するものと考えられる。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層にＣ（炭素）を添加（ドーピング）すると、Ｃ（炭素）は、深いエネルギー準位の不純物となり、ほとんど活性化されていないと考えられる。Ｃ（炭素）は、原子半径が小さくて、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層に含まれると結晶性を悪化させる欠陥となり、このＣ（炭素）により形成された欠陥のエネルギー準位への緩和および無輻射再結合が増加するために、光吸収によって生成したキャリアの寿命を短くすることができると考えられる。
【００１７】
また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層のエピタキシャル成長温度を７００℃以下にすると、可飽和吸収層内のＣ（炭素）の濃度が増加し、それに伴う欠陥密度の増加によるキャリアの再結合が促進されてキャリアの寿命を短縮して低出力から高出力まで自励発振する半導体レーザが得られる。このように、可飽和吸収層のＣ（炭素）の濃度を増加させることによって、自励発振が可能な光出力の範囲を拡げることができる。
【００１８】
さらに、本発明では、窒化物半導体レーザにおいて量子井戸層およびバリア層から成る多重量子井戸構造を有する可飽和吸収層を設けることによっても、低出力から高出力まで自励発振する半導体レーザが得られる。この場合、量子井戸層には、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）して、バリア層には、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）しない。バリア層にＣ（炭素）を添加（ドーピング）しないことにより、バリア層の欠陥密度を減少させるとともに、バリア層の結晶性の向上により多重量子井戸により量子効果が十分に期待され、光吸収によって生成されたキャリアが拡散しやすくなると考えられる。
【００１９】
尚、不純物元素としてＣ（炭素）が添加（ドーピング）された可飽和吸収層には、さらにアクセプターとして作用するＭｇ等を添加（ドーピング）しても良い。Ｍｇ等を活性化させることによって、可飽和吸収層の輻射遷移確率が向上する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。ｎ型ＧａＮ基板１１上には、ｎ型ＧａＮ層１２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮガイド層１５、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７、ｐ型ＧａＮガイド層１８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層１８上には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９が積層され、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面を除いて、絶縁膜２２が設けられており、絶縁膜２２およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面にｐ型電極２３が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板１１側には、ｎ型電極１０が形成されている。
【００２１】
このように、図１に示す本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザは、リッジ構造を用いた屈折率導波路を有しており、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９は単一量子井戸層になっている。
【００２２】
図１に示す第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造方法を、次に説明する。尚、以下に示すエピタキシャル成長法は、基板上に結晶膜を成長させる方法であり、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶＤ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法等を含んでいる。
【００２３】
まず、ｎ型ＧａＮ基板１１を形成する。ｎ型ＧａＮ基板１１は、５００μｍ程度の膜厚のＧａＮ単結晶膜に数μｍ間隔で１０〜５０ｎｍ程度の段差を設けて、さらに、その上に４μｍ程度のＧａＮ単結晶膜をエピタキシャル成長法によって積層させて形成する。このようなＧａＮ単結晶膜の形成方法は、得られたｎ型ＧａＮ基板１１基板が有する貫通転移などの履歴を取り除くためである。得られたｎ型ＧａＮ基板１１は、欠陥密度の高い領域と非常に少ない領域が周期的に繰り返す構造となっており、本発明の窒化物半導体レーザの構造は、欠陥密度の少ない領域に設けられる。
【００２４】
次に、ｎ型ＧａＮ層１２を、ｎ型ＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長法により積層する。この場合、まず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）装置にｎ型ＧａＮ基板１１をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とIII族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）とを用いて、５５０℃の成長温度で低温ＧａＮバッファ層を成長させ、ｎ型ＧａＮ基板１１上に厚み２５ｎｍの低温ＧａＮバッファ層を形成する。さらに、この低温ＧａＮバッファ層上に、１０７５℃の成長温度に昇温して前述の２種類の原料にＳｉＨ4を加えて、厚み３μｍのｎ型ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を形成する。
【００２５】
続いて、成長温度を７００℃〜８００℃程度に降温して、III族原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）の供給を行いながら、ｎ型ＧａＮ層１２上に、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎ層を成長させ、厚み５０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３を形成する。その後、再び成長温度を１０７５℃に昇温し、III族原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を用いて、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１３上に、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を成長させ、厚み０．９５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４を形成し、さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４上に、膜厚０．１μｍのｎ型ＧａＮガイド層１５を形成する。
【００２６】
その後、成長温度を７３０℃に降温して、ｎ型ＧａＮガイド層１５上に、膜厚４ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と、膜厚６ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層とを交互に形成して、４層のバリア層と３層の量子井戸層とが周期的に積層された多重量子井戸構造の活性層を成長させ、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６を形成する。尚、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６は、バリア層を積層後、井戸層を積層させるまでの間、または、井戸層を積層後、バリア層を積層させるまでの間において１秒〜１８０秒の結晶成長の中断を行っても良い。この操作によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６が有する各層の平坦性が向上し発光半値幅が減少する。
【００２７】
次に、成長温度を再び１０５０℃まで昇温して、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６上に、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を成長させ、厚み１８ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７を形成し、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７上に、膜厚０．１μｍのｐ型ＧａＮガイド層１８を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１７およびｐ型ＧａＮガイド層１８には、ｐ型不純物元素としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3の濃度で添加する。
【００２８】
次に、成長温度を６５０℃に降温して、ｐ型ＧａＮガイド層１８上にＩｎＧａＮから成る可飽和吸収層１９を形成する。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上添加（ドーピング）する。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９に添加する不純物元素（ドーパント）のＣ（炭素）の原料には、アセチレンを用いたがプロパン等でもよく、Ｃ（炭素）を添加（ドーピング）できるならば、特定の原料にこだわる必要はない。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みは、光吸収特性を考慮して３ｎｍとする。但し、Ｉｎの混晶比等の検討結果よりＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みは、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であればよい。また、ウエハーのＰＬ（フォトルミネッセンス）測定によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６からのＰＬ発光ピーク波長と、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９からのＰＬ発光ピーク波長との差が−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶ以内となるように設定されて、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６およびＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。
【００２９】
続いて、成長温度を再び１０５０℃まで昇温して、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９上に、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層を成長させ、厚み０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成し、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０上に、厚み０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２１を形成する。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１には、ｐ型不純物元素としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3の濃度で添加する。前述したように、窒化物半導体レーザの各層を構成する元素の各原料には、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３等を用いており、また、各層に添加する不純物元素（ドーパント）の各原料には、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）、ＳｉＨ4等を用いている。
【００３０】
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の形成後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１を、幅方向の中央部のみが残るようにドライエッチングによって除去し、リッジ構造を形成する。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面のみが露出するように、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２１を絶縁膜２２によって被覆する。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の露出した上面と絶縁膜２２上面とにわたってｐ型電極（Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕ）２３を形成する。ｐ型電極２３は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１の上面と電気的に導通している。
【００３１】
その後、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面側を研磨またはエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮ基板１１の一部を除去しウエハーの厚みを１００〜１５０μｍ程度までに薄く調整する。この操作は、後工程でウエハーを分割し個々の半導体レーザチップにすることを容易にするための操作である。特に、レーザ端面のミラーを分割時に形成する場合には、８０〜１２０μｍ程度に薄く調整することが望ましい。本発明の第１の実施形態では、研削機および研磨機を用いてウエハーの厚みを１００μｍに調整したが、研磨機のみで調整してもよい。ウエハーの裏面は、研磨機により研磨されているため平坦である。
【００３２】
ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面の研磨後、ｎ型ＧａＮ基板１１の裏面に薄い金属膜を蒸着し、Ｈｆ／Ａ１／Ｍｏ／Ａｕの積層構造を有するｎ型電極１０を形成する。このような薄い金属膜を、膜厚の制御を行いつつ形成する方法としては、真空蒸着法が適しており、本発明の第１の実施形態においてもこの方法を用いた。但し、ｎ型電極１０を形成する方法は、イオンプレーティング法、スパッタ法等の他の方法を用いても良い。ｐ型電極２３およびｎ型電極１０は、導通良好なオーミック電極を形成するため、それぞれ金属膜形成後５００℃の温度によりアニール処理される。
【００３３】
このようにして製造された半導体素子は、次の方法によって分割される。まず、ウエハーの表面からダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れ、ウエハーに、適宜、力を加えて、スクライブラインに沿ってウエハーを分割する。尚、スクライブラインは、ウエハーの裏面から入れてもよい。ウエハーを分割する他の方法としては、ワイヤソーまたは薄板ブレードを用いて傷入れもしくは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせこれをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等も適用することができ、いずれの場合にも適切にウエハーを分割することができる。
【００３４】
さらに、本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザでは、半導体レーザ素子の２つの端面において、一方の端面に５０％以下の反射率を有する反射膜を形成し、他方の端面に８０％以上の反射率を有する反射膜を形成し、非対称コーティングをする。これにより、３０ｍＷ以上の高出力動作させた場合でも安定した基本横モードが得られる。
【００３５】
次に、ダイボンディング法により、窒化物半導体レーザチップをステム等のヒートシンク上にマウントし窒化物半導体レーサ装置が得られる。窒化物半導体レーザチップは、ｎ型電極１０をヒートシンクと接合させるジャンクアップによって強固に接着した。
【００３６】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、５００μｍであり、ストライプ幅は、２μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３５ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像（Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ)を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内のＣ（炭素）の濃度を測定すると、２×１０18／ｃｍ3であった。
【００３７】
図２は、このような窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を調べたグラフである。図２の横軸は、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内に添加されるＣ（炭素）の濃度を示し、縦軸は、各条件における自励発振が可能な最大光出力を示している。図２に示すように、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内に添加されるＣ（炭素）の濃度が低下するにつれて、自励発振が可能な最大光出力が低下する。この結果より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加することにより、窒化物半導体レーザにおいて所定の光出力を有する自励発振が得られた。
【００３８】
また、表１には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を成長温度６５０℃および７５０℃で成長させた場合の自励発振が可能な最大光出力を示す。表１より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度が６５０℃の場合には、光出力が５ｍＷから高出力の２０ｍＷまで自励発振が得られ、成長温度が７５０℃の場合には、光出力が５ｍＷから１０ｍＷまでしか自励発振が得られなかった。この結果、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度が高すぎると、自励発振特性が悪化するということが確認できた。
【００３９】
【表１】
次に、この窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の戻り光に対する雑音特性を調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。半導体レーザ２０１から出射されたレーザ光は、レンズ２０４でコリメート（平行にする）され、ハーフミラー２０３により２ビームに分岐される。ハーフミラー２０３を透過した透過光は、ＮＤフィルター２０６、レンズ２０５を経て反射鏡２０２に集光される。反射鏡２０２は、光ディスク等と等価であり、反射率はＮＤフィルターで変更できる。反射光は、前述の光路を逆方向に帰還し、半導体レーザ２０１に集光される。このように、自動ノイズ測定器は、光ディスクに半導体レーザを搭載したシステムに置き換えたものであり、戻り光雑音を含んだ相対雑音強度（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ）を測定した。尚、光出力は、受光素子２０７によって検出した。
【００４１】
まず、図６の自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３５［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。次に、光出力が高出力の場合の戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を２０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１３５［ｄＢ／Ｈｚ］であり、光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００４２】
尚、本発明の第１の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入して形成しているが、ｐガイド層内またはｐクラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入して形成してもよい。ｐガイド層内またはｐクラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９を挿入する場合には、光分布を考慮してＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の厚みを変える必要がある。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９の成長温度は、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６の成長温度以下であればよい。また、リッジ形成により除去された部分に別の物質で埋め込み領域を形成してもよい。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９は、多重量子井戸層であってもよい。さらに、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６は、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＡｌＧａＮＡｓＰ等の材料によって形成してもよい。
【００４３】
図３は、本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。ｎ型ＧａＮ基板３１上には、ｎ型ＧａＮ層３２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮガイド層３５、ｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層３７、ｐ型ＧａＮガイド層３８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層３８上には、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９が積層され、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４０およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上面を除いて、絶縁膜４２が設けられており、絶縁膜４２およびｐ型ＧａＮコンタクト層４１の上面にｐ型電極４３が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板３１側には、ｎ型電極３０が形成されている。尚、可飽和吸収層は、ＩｎＧａＮから成る単一量子井戸層になっており、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に不純物元素としてＣ（炭素）が添加（ドーピング）されているとともに、Ｍｇも添加（ドーピング）されている。
【００４４】
このように、図３に示す本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザは、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同一のリッジ構造を用いた屈折率導波路を有している半導体レーザである。図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザと図３に示す第２の実施形態の窒化物半導体レーザとの相違点は、第１の実施形態の窒化物半導体レーザの活性層がｎ型ＩｎＧａＮ活性層１６であり、第２の実施形態の窒化物半導体レーザの活性層はｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６であり、それぞれ構成元素が異なるのみである。
【００４５】
図３に示す第２の実施形態である窒化物半導体レーザは、図１の第１の実施形態である窒化物半導体レーザと同様の製造方法を用いて製造される。第２の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件は、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の形成条件のみ第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件と異なる。ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９は、成長温度が７００℃でエピタキシャル成長法によって形成され、形成時に不純物元素としてＣ（炭素）およびＭｇがドーピングされている。不純物元素の原料としては、前述した第１の実施形態である窒化物半導体レーザと同様に、Ｃ（炭素）の原料としてアセチレンを用い、Ｍｇの原料としてＣｐ２Ｍｇを用いている。不純物元素として添加されるＣ（炭素）およびＭｇの濃度は、それぞれ１×１０17／ｃｍ3以上、１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3である。その他の製造条件は、前述した第１の実施形態である窒化物半導体レーザの製造条件と同一である。
【００４６】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、５００μｍであり、ストライプ幅は、２μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３６ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層１９内のＣ（炭素）およびＭｇの濃度を測定すると、それぞれ２×１０18／ｃｍ3、１×１０19／ｃｍ3であった。
【００４７】
このような第２の実施形態の窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を調べたところ、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９内に添加されるＣ（炭素）の濃度が低下するにつれて、自励発振が可能な最大光出力が低下することが確認できた。この結果より、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９には、不純物元素としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加するとともに、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3以上の濃度で添加することによって、所定の光出力を有する自励発振が得られることが確認できた。
【００４８】
次に、第２の実施形態の窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の戻り光に対する雑音特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。まず、図６の自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。次に、光出力が高出力の場合の戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を２０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であり、光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００４９】
尚、本発明の第２の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入して形成しているが、ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入して形成してもよい。ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９を挿入する場合には、光分布を考慮してＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の厚みを変える必要がある。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９の成長温度は、前述の温度に限定されない。また、リッジ形成により除去された部分に別の物質で埋め込み領域を形成してもよい。また、ＩｎＧａＮの可飽和吸収層３９は、多重量子井戸層であってもよい。さらに、ｎ型ＧａＮＡｓ活性層３６は、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＰ、ＩｎＡｌＧａＮＡｓＰ等の材料によって形成してもよい。
【００５０】
図４は、本発明の第３の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。第３の実施形態の窒化物半導体レーザは、埋め込みリッジ構造が用いられている。ｎ型ＧａＮ基板５１には、ｎ型ＧａＮ層５２、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層５３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５４、ｎ型ＧａＮガイド層５５、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７、ｐ型ＧａＮガイド層５８が順番に積層されている。ｐ型ＧａＮガイド層５８上には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９が積層され、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０が積層されている。
【００５１】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０は、ストライプ方向と直交する幅方向の中央部が突出したリッジ構造になっており、その突出部上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１が積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１の上面を除いて、それらの周囲を埋め込むようにｎ型ブロック層６３が設けられており、ｎ型ブロック層６３およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１の上面にｐ型電極６２が設けられている。また、ｎ型ＧａＮ基板５１側には、ｎ型電極５０が形成されている。ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９は、図５に示すようにＩｎＧａＮの量子井戸層１０１とＧａＮのバリア層１０２とが交互に積層された多重量子井戸構造である。また、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１は、不純物元素としてＣ（炭素）が添加されており、ＧａＮのバリア層１０２は、Ｃ（炭素）が添加されていない。
【００５２】
図４に示す第３の実施形態の窒化物半導体レーザの構造では、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９において、光吸収により生成されたキャリアは、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内を光吸収領域外に拡散した後に、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２で再結合するとともに、ｎ型ブロック層６３への拡散も生じるために、光吸収領域での見かけ上のキャリアの寿命を短くすることができる。このように、不純物元素を高濃度に添加されたｎ型ブロック層６３への拡散により、見かけ上のキャリアの寿命を短くする場合には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９は、キャリアが拡散しやすい大きな拡散係数を有する必要がある。第３の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を多重量子井戸構造で形成することによって、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９における拡散係数の増加を可能にしている。
【００５３】
図４に示す第３の実施形態の窒化物半導体レーザの構造は、ｎ型ブロック層６３によってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１が埋め込まれた埋め込みリッジ構造であるために、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザのように絶縁膜２２が設けられていないが、製造方法においては、図１に示す第１の実施形態の窒化物半導体レーザとほぼ同様の方法が用いられる。したがって、第３の実施形態の窒化物半導体レーザは、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７上にｐ型ＧａＮガイド層５８を積層するまでは、第１の実施形態の窒化物半導体レーザの製造条件と同一の製造条件である。
【００５４】
ｐ型ＡｌＧａＮバリア層５７上へのｐ型ＧａＮガイド層５８を積層すると、その後に、成長温度を９５０℃に降温して、ｐ型ＧａＮガイド層５８上に、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＧａＮのバリア層１０２を成長させて形成し、さらに、成長温度を６８０℃に降温して、ＧａＮのバリア層１０２上にＩｎＧａＮの量子井戸層１０１を成長させて形成する。この時、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１には、不純物元素（ドーパント）としてＣ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上の濃度で添加する。このように、ＧａＮのバリア層１０２上に、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１を積層する操作を繰り返して、３層のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１と４層のＧａＮのバリア層１０２とが、それぞれ交互に周期的に積層された可飽和吸収層５９を形成する。ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の厚みは２ｎｍであり、ＧａＮのバリア層１０２の厚みは４ｎｍである。尚、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２の厚みの検討結果では、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の厚みは、量子効果の現れる１ｎｍ〜１０ｎｍであればよく、ＧａＮのバリア層１０２の厚みは、１ｎｍ〜１０ｎｍであればよく、ＩｎＧａＮの量子井戸層１０１による多重量子井戸層は、３層〜６層程度であればよい。
【００５５】
また、ウエハーのＰＬ（フォトルミネッセンス）測定によって、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６からのＰＬ発光ピーク波長と、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９からのＰＬ発光ピーク波長との差が−０．１５ｅＶ〜＋０．０２ｅＶ以内となるように設定されて、ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５６およびＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９の実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。尚、ＧａＮのバリア層１０２はＩｎＧａＮにより形成されてもよい。
【００５６】
続いて、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上にｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１を形成後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６０およびｐ型ＧａＮコンタクト層６１を幅方向の中央部のみ残るようにドライエッチングによって除去し、リッジ構造部分を形成する。その後、このリッジ構造部分を埋め込むようにｎ型ブロック層６３をエピタキシャル成長法によってＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９上に形成する。ｎ型ブロック層６３には、不純物元素（ドーパント）としてＳｉを添加しており、添加するＳｉの濃度は１×１０18／ｃｍ3以上であればよい。この工程以降の製造条件は、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同一条件で行った。
【００５７】
このようにして製造された窒化物半導体レーザの諸特性を調べたところ、次の結果が得られた。窒化物半導体レーザの共振器長は、４００μｍであり、ストライプ幅は、３μｍである。この窒化物半導体レーザは、室温２５℃において、レーザ発振開始点となる閾値電流３８ｍＡで連続発振を行い、その時の発振波長は４０５±５ｎｍであった。また、遠視野像を観察すると、遠視野像はリップル等が無く、レンズ等によって確実に集光できることが確認された。そして、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１のＣ（炭素）の濃度を測定すると、２×１０18／ｃｍ3であった。また、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＧａＮのバリア層１０２では、Ｃ（炭素）は検出されなかった。
【００５８】
このような第３の実施形態の窒化物半導体レーザの光出力を変化させて自励発振特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べたところ、第１の実施形態の窒化物半導体レーザよりも高出力まで自励発振が確認され、自励発振が可能な最大光出力は、３５ｍＷであった。
【００５９】
次に、第３の実施形態の窒化物半導体レーザを光ディスク用光源に用いた場合の反射戻り光に対する雑音特性を第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同様に調べた。光ディスクシステムに搭載するときの雑音は、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて擬似的に測定した。まず、図６に示す自動ノイズ測定器を用いて、光出力が５ｍＷの場合において、戻り光が０．１％〜１０％の時の雑音を調べたところ、ＲＩＮｍａｘ＜−１３７［ｄＢ／Ｈｚ］であることが分かった。さらに、光出力が高出力の場合の反射戻り光に対する雑音特性を調べるために、光出力を３０ｍＷ程度にしたところ、同様にＲＩＮｍａｘ＜−１４２［ｄＢ／Ｈｚ］であり、録画再生用等の光ディスクシステムの応用に適していることが確認できた。
【００６０】
ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内のＩｎＧａＮの量子井戸層１０１に添加されるＣ（炭素）の濃度を検討すると、Ｃ（炭素）を１×１０17／ｃｍ3以上添加すればよく、また、この条件においてＩｎＧａＮの量子井戸層１０１およびＧａＮのバリア層１０２に、不純物元素としてＭｇ等を添加してもよいという結果が得られた。このようにして、低出力から高出力まで自励発振が可能な窒化物半導体レーザが得られた。
【００６１】
尚、本発明の第３の実施形態の窒化物半導体レーザでは、ｐ型ガイド層とｐ型クラッド層との間にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入して形成しているが、ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入して形成してもよい。ｐ型ガイド層内またはｐ型クラッド層内にＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９を挿入する場合には、ＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９とｎ型ブロック層６３とが非接触状態となり、光吸収によって生成されたキャリアの再結合が遅くなり、自励発振が可能な光出力の範囲は狭くなるが、第１の実施形態の窒化物半導体レーザと同等以上の自励発振が可能な光出力の範囲が確認されている。また、この場合、光分布を考慮してＩｎＧａＮおよびＧａＮから成る可飽和吸収層５９内に形成するＩｎＧａＮの量子井戸層１０１の層数を変える必要がある。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置は、基板上に発光層と光の吸収量が飽和する特性を備えている可飽和吸収層とが設けられ、可飽和吸収層による自励発振特性を有しており、その可飽和吸収層にＣ（炭素）が添加（ドーピング）されることによって、可飽和吸収層内の光吸収によって生成されたキャリアの寿命を短縮して、安定な自励発振特性が得られる。
【００６３】
本発明の半導体発光装置の製造方法は、このような半導体発光装置を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図２】本発明の実施形態である窒化物半導体レーザのＣ（炭素）濃度に対する最大光出力を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態である窒化物半導体レーザの横断面図である。
【図５】図４の可飽和吸収層の詳細断面図である。
【図６】窒化物半導体レーザの雑音特性を調べる自動ノイズ測定器を示す概略図である。
【図７】従来の半導体レーザの構造断面図である。
【符号の説明】
１０ ｎ型電極
１１ ｎ型ＧａＮ基板
１２ ｎ型ＧａＮ層
１３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５ ｎ型ＧａＮガイド層
１６ ｎ型ＩｎＧａＮ活性層
１７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
１８ ｐ型ＧａＮガイド層
１９ 可飽和吸収層
２０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
２１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
２２ 絶縁膜
２３ ｐ型電極
３０ ｎ型電極
３１ ｎ型ＧａＮ基板
３２ ｎ型ＧａＮ層
３３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
３４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３５ ｎ型ＧａＮガイド層
３６ ｎ型ＧａＮＡｓ活性層
３７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
３８ ｐ型ＧａＮガイド層
３９ 可飽和吸収層
４０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
４１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２ 絶縁膜
４３ ｐ型電極
５０ ｎ型電極
５１ ｎ型ＧａＮ基板
５２ ｎ型ＧａＮ層
５３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
５４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５５ ｎ型ＧａＮガイド層
５６ ｎ型ＩｎＧａＮ活性層
５７ ｐ型ＡｌＧａＮバリア層
５８ ｐ型ＧａＮガイド層
５９ 可飽和吸収層
６０ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６１ ｐ型ＧａＮコンタクト層
６２ ｐ型電極
６３ ｎ型ブロック層
１０１ 量子井戸層
１０２ バリア層
２０１ 半導体レーザ
２０２ 反射鏡
２０３ ハーフミラー
２０４ レンズ
２０５ レンズ
２０６ ＮＤフィルター
２０７ 受光素子
Claims (4)
- 基板上に発光層と光の吸収量が飽和する特性を備えている可飽和吸収層とが設けられ、該可飽和吸収層による自励発振特性を有する、半導体材料として窒化物半導体材料を用いた半導体発光装置であって、
該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有し、
該多重量子井戸構造は、
該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、
該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記可飽和吸収層の上に形成されたリッジ構造と、
該可飽和吸収層の上に該リッジ構造を埋め込むように形成され、該可飽和吸収層から拡散してきたキャリアを拡散するためのブロック層とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。 - 請求項１に記載の半導体発光装置を製造する方法であって、
前記基板である第１の導電型の窒化物半導体基板上に、第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体層を形成する工程と、
該第１の導電型の窒化物半導体層上に、該第１の成長温度と異なる第２の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラック防止層、さらに、該第１の成長温度により第１の導電型の窒化物半導体クラッド層、第１の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、
該第１の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第２の成長温度と異なる第３の成長温度により前記発光層である第１の導電型の窒化物半導体活性層を形成する工程と、
該第１の導電型の窒化物半導体活性層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体バリア層、第２の導電型の窒化物半導体ガイド層を順次形成する工程と、
該第２の導電型の窒化物半導体ガイド層上に、該第３の成長温度と異なる第４の成長温度により窒化物半導体の前記可飽和吸収層を形成する工程と、
該窒化物半導体の可飽和吸収層上に、該第１の成長温度により第２の導電型の窒化物半導体クラッド層、第２の導電型の窒化物半導体コンタクト層を順次形成する工程と、
ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程と、
を包含し、
該可飽和吸収層は、複数の量子井戸層および複数のバリア層からなる多重量子井戸構造を有しており、
該多重量子井戸構造は、
該複数の量子井戸層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されており、
該複数のバリア層には、Ｃ（炭素）が添加（ドーピング）されていない構造となっていることを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記ドライエッチング処理によりリッジ構造を形成する工程の後に、該リッジ構造を埋め込むように、該過飽和吸収層から拡散してくるキャリアを拡散するためのブロック層を形成する工程を包含することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置の製造方法。
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