JP4830555B2 - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。

ＧａＮをベースとするIII-V窒化物系半導体材料は、紫外〜赤色にかけての可視領域をカバーする発光特性を有していることから、次世代の高密度光ディスク用光源や、更には白色光源等への適用が可能であり、これを活性層に用いた発光ダイオードやレーザダイオードなどの半導体発光素子は、近年活発に開発が進められており、市場も更に拡大していくものと期待されている。

図１１は、基板の同一表面側に正負電極を有する一般的なリッジストライプ型の窒化物系半導体レーザ装置の断面構造である。この装置では、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、n型ＡｌＧａＮクラッド層１０２、活性層１０３および光導波路層１０４、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、p型ＧａＮコンタクト層１０６が順次積層されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５はリッジストライプ形状に加工され、そのリッジストライプ（図中に矢印Ａ４で示された部分）上にｐ型電極１０７が形成されている。また、リッジストライプの形成されていない部分の一部は、ｎ型ＧａＮ基板に到達する深さまでエッチングされており、このエッチング底面にn型電極１０８が形成されている。

このように、基板表面に正負双方の電極が形成された窒化物半導体レーザ装置においては、基板裏面にｎ型電極を形成した半導体レーザ装置と比較して、非導電性の基板を使用可能である、或いはフリップチップ実装が可能である等の利点を有しているが、プロセス上の問題も存在している。

ｎ型電極を形成する部分は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層までの数μｍの深さに渡り各層をエッチング除去する必要がある。窒化物系の半導体材料においては、化学的安定性が高いことからウェットエッチングが困難であり、塩素ガス等を用いたドライエッチングが必要である。また、エッチングレートを確保するためには、ある程度の高い加速電圧が必要である。そのため、高加速電圧かつ長時間のドライエッチングにより、エッチング側壁の活性層端面にエッチングダメージ層が形成され、発光特性や信頼性に影響を及ぼす懸念があるという問題があった。

更には、窒化物系材料の特有の問題が存在する。窒化物系半導体は、従来の化合物半導体であるＧａＡｓ系やＩｎＰ系と比較して弾性が高く硬いため、格子歪や強い応力などの影響を受けた場合に、転位を形成して緩和しやすい傾向があると考えられる。よってエッチング端面に、エッチングダメージや荒れが発生した場合、その後の熱処理工程や実装時など高い温度や応力が結晶にかかるようなプロセスを施した場合、これを起点として転位が発生する可能性も考えられる。すなわち、窒化物系材料においては、前述のようにドライエッチングによりダメージ層が形成されるのみならず、エッチングダメージや側面荒れを基点として転位や欠陥が発生しやすいという問題がある。結晶内部に存在する転位は、電流注入あるいは高温中での保管・プロセス等により、容易に伝播することが知られている。よって、エッチング端面に発生した転位や欠陥も、ストライプ内の発光領域へ伝播する可能性がある。

エッチング端面に、ダメージ等により発生した転位は、高温プロセスや電流通電によって、結晶中を伝播する。窒化物系材料で、Ｉｎを含まないＧａＮやＡｌＧａＮの場合、基本的に転位は基板に垂直な方向に伝播し易いが、ＩｎＧａＮ層があると伝播方向は水平に曲げられやすいという特徴がある。ＩｎＧａＮ層は、ＧａＮやＡｌＧａＮよりも相対的に弾性が低く、かつ基板に対して圧縮歪を有するため、転位を発生して応力を緩和させようとする力が特にこの層に入りやすいためと考えられている。一般的な窒化物系半導体の活性層はＩｎＧａＮで形成されているため、仮にエッチング端面と、発光領域との距離を確保し、ダメージ層が発光領域から充分に離れるようにしたとしても、ＩｎＧａＮ活性層に進入した転位が、更に水平伝播することにより、ＩｎＧａＮ活性層内の発光領域まで容易に到達してしまうことになり、端面のダメージの影響を完全に除去することは不可能である。

よって、活性層端面に直接的に発生するダメージのみならず、活性層以下の層を含めたエッチング端面全体のダメージ領域から、活性層への転位の伝播が起こりうることになり、更には発光領域へ到達して、発光特性や素子信頼性が劣化することとなる。

このようなエッチングダメージは、従来のＩｎＰ系やＧａＡｓ系の半導体発光素子においても問題となっており、その解決手段の一つとしては、例えば特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、ＩｎＰ系材料を用いた１．５５μｍ帯の埋め込み型半導体レーザの製造方法に関し、埋め込みメサの作製工程において、ドライエッチングでメサを形成した後、臭化水素酸、臭素及び水の混合液を用いてウェットエッチングを行うことにより、ドライエッチングで生じたダメージ層を除去する方法が開示されている。臭化水素酸、臭素、水の混合液は、ＩｎＰ系発光素子に用いられる半導体材料の範囲内では、組成等によるエッチングレートの差が非常に小さいため、ダメージ層の除去が可能であると共に、平滑な端面を得ることが可能である。このように、従来のＩｎＰ系やＧａＡｓ系の半導体発光素子において、ドライエッチング工程が必要な場合には、ドライエッチング後にウェットエッチングを行うことによって、ダメージ層を除去する方法が一般的に用いられている。

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１の他に、特許文献２が挙げられる。
特開２００２−３３３０５号公報 特開２００５−２００３７号公報

しかしながら、窒化物系半導体材料においては、化学的安定性が高いため、非常に高温でのプロセスが必要であったり、また適当なマスク材料が容易に形成不可能である等の問題から、現状適切なウェットエッチング方法がなく、このような従来の解決方法は適用が困難であった。また、前述のように、窒化物系材料においては、エッチングダメージや側面荒れを起点とした転位や欠陥の発生、及び結晶内部への伝播が容易に起こりうるため、エッチングダメージによる影響がより大きくなっていると考えられる。

このように、窒化物系の半導体材料においては、ドライエッチングによる端面ダメージ、および転位や欠陥の発光領域への伝播を抑え、発光特性や信頼性への悪影響を排除することは困難であった。

本発明による半導体レーザ装置は、基板と、上記基板の第１領域上に設けられた第１導電型の第１のクラッド層と、上記基板の上記第１領域に隣接する第２領域上に設けられた上記第１導電型の電極と、上記第１のクラッド層の第１領域上に設けられた活性層と、上記活性層上に設けられ、電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層と、を備え、平面視で上記クラッド層の上記第１領域と上記基板の上記第２領域との間に位置する、上記クラッド層の第２領域は、その上面の高さが上記活性層の下面の高さ以下であり且つ上記基板の上記第２領域の上面の高さよりも高い転位伝播防止領域であり、上記電流狭窄部と上記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに離間しており、前記第１のクラッド層の前記第１領域と前記基板の前記第２領域との間の平面視での間隔をＬ１、前記転位伝播防止領域の上面の高さと前記基板の前記第２領域の上面の高さとの差をＨ１としたとき、Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ６０°）が満たされていることを特徴とする。
また、本発明による他の半導体レーザ装置は、基板と、前記基板の第１領域上に設けられた第１導電型の第１のクラッド層と、前記基板の前記第１領域に隣接する第２領域上に設けられた前記第１導電型の電極と、前記第１のクラッド層の第１領域上に設けられた活性層と、前記活性層上に設けられ、電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層と、を備え、平面視で前記第１のクラッド層の前記第１領域と前記基板の前記第２領域との間に位置する、前記第１のクラッド層の第２領域は、その上面の高さが前記活性層の下面の高さ以下であり且つ前記基板の前記第２領域の上面の高さよりも高い転位伝播防止領域であり、前記電流狭窄部と前記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに離間しており、前記電流狭窄部は、前記第１のクラッド層の前記第１および第２領域の境界に沿って延在する突条形状をしており、前記転位伝播防止領域は、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしていることを特徴とする。

また、本発明による半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に第１導電型の第１のクラッド層を形成する第１クラッド層形成工程と、上記第１のクラッド層上に活性層を形成する活性層形成工程と、上記活性層上に電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層を形成する第２クラッド層形成工程と、上記第２クラッド層形成工程よりも後に、上記活性層の一部を上記第１のクラッド層が露出するまでエッチングする第１エッチング工程と、上記第１エッチング工程において露出した上記第１のクラッド層の露出領域のうち、上記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った上記活性層に平面視で隣接する隣接領域を残して、上記露出領域を上記基板が露出するまでエッチングすることにより、上記隣接領域に転位伝播防止領域を形成する第２エッチング工程と、上記第２エッチング工程において露出した上記基板の領域上に上記第１導電型の電極を形成する電極形成工程と、を含み、上記第２クラッド層形成工程においては、上記第２エッチング工程において形成される上記転位伝播防止領域と平面視で離間する領域に、上記電流狭窄部を形成し、前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層と前記第２エッチング工程において露出した前記基板の前記領域との間の平面視での間隔をＬ１、前記転位伝播防止領域の上面の高さと前記第２エッチング工程において露出した前記基板の前記領域の上面の高さとの差をＨ１としたとき、Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ６０°）が満たされていることを特徴とする。
また、本発明による他の半導体レーザ装置の製造方法は、基板上に第１導電型の第１のクラッド層を形成する第１クラッド層形成工程と、前記第１のクラッド層上に活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層上に電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層を形成する第２クラッド層形成工程と、前記第２クラッド層形成工程よりも後に、前記活性層の一部を前記第１のクラッド層が露出するまでエッチングする第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程において露出した前記第１のクラッド層の露出領域のうち、前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層に平面視で隣接する隣接領域を残して、前記露出領域を前記基板が露出するまでエッチングすることにより、前記隣接領域に転位伝播防止領域を形成する第２エッチング工程と、前記第２エッチング工程において露出した前記基板の領域上に前記第１導電型の電極を形成する電極形成工程と、を含み、前記第２クラッド層形成工程においては、前記第２エッチング工程において形成される前記転位伝播防止領域と平面視で離間する領域に、前記電流狭窄部を形成し、前記電流狭窄部は、前記第１のエッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層と前記隣接領域との境界に沿って延在する突条形状をしており、前記転位伝播防止領域は、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしていることを特徴とする。

これらの半導体レーザ装置およびその製造方法においては、長時間のドライエッチングによるエッチング端面への直接的なダメージを低減することが可能である。また、エッチングに起因して転位や欠陥が端面に発生しても、活性層内の発光領域への伝播経路の大部分が転位伝播防止領域によって分断されるため、転位や欠陥の発光領域内への到達を抑制でき、良好な素子特性および信頼性を有する半導体レーザ装置およびその製造方法が実現される。

本発明によれば、良好な素子特性および信頼性を有する半導体レーザ装置およびその製造方法が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による半導体レーザ装置およびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による半導体レーザ装置の第１実施形態を示す断面図である。また、図２は、図１の半導体レーザ装置を示す平面図である。本実施形態においては、リッジストライプ型の半導体レーザ装置を例示する。

この半導体レーザ装置は、基板１の領域Ｒ１１（基板１の第１領域）上に設けられた第１導電型のクラッド層２（第１のクラッド層）と、基板１の領域Ｒ１１に隣接する領域Ｒ１２（基板１の第２領域）上に設けられた第１導電型の電極８と、クラッド層２の領域Ｒ２１（クラッド層２の第１領域）上に設けられた活性層３と、活性層３上に設けられ、電流狭窄部を構成する第２導電型のクラッド層５（第２のクラッド層）と、を備えている。

ここで、平面視でクラッド層２の領域Ｒ２１と基板１の領域Ｒ１２との間に位置する、クラッド層２の領域Ｒ２２（クラッド層２の第２領域）は、その上面の高さが活性層３の下面の高さ以下であり且つ基板１の領域Ｒ１２の上面の高さよりも高い転位伝播防止領域である。また、上記電流狭窄部と上記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに離間している。これらの電流狭窄部と転位伝播防止領域との間の間隔Ｌ２は、５μｍ以上であることが好ましい。また、転位伝播防止領域の幅Ｌ１は、２．３μｍ以上であることが好ましい。その理由については後述する。

クラッド層５とその上に設けられたコンタクト層６とはリッジストライプ形状に加工されており、このリッジストライプ（図中に矢印Ａ１で示された部分）が上述の電流狭窄部として機能する。また、このリッジストライプは、水平方向の屈折率導波部としても機能する。リッジストライプの幅は、例えば１．５μｍである。

このように本実施形態においては、電流狭窄部が、クラッド層２の領域Ｒ２１と領域Ｒ２２との境界に沿って延在する突条形状をしている。また、図２からわかるように、転位伝播防止領域（領域Ｒ２２）は電流狭窄部に沿って延在しており、転位伝播防止領域と電流狭窄部とは、延在方向についての長さが互いに略等しい。

活性層３のうち、上記リッジストライプの下部に位置する領域（図中に矢印Ａ２で示された領域）が発光領域となる。なお、活性層３は、光導波路層としても機能する。また、リッジストライプ上には、第２導電型の電極７が形成されている。さらに、当該半導体レーザ装置の表面は、リッジストライプまたは電極８が設けられた部分を除いて、絶縁膜１２で覆われている。

上述の基板１、クラッド層２、活性層３、クラッド層５およびコンタクト層６は、例えば、それぞれｎ型ＧａＮ基板、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＧａＮコンタクト層である。すなわち、本例では、上記第１導電型がｎ型であり、上記第２導電型がｐ型である。

図３〜図７を参照しつつ、本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態として、図１，２に示した半導体レーザ装置の製造方法の一例を説明する。この製造方法は、概括すると、下記工程（ａ）〜（ｆ）を含むものである。
（ａ）基板１上にクラッド層２を形成する第１クラッド層形成工程
（ｂ）クラッド層２上に活性層３を形成する活性層形成工程
（ｃ）活性層３上に電流狭窄部を構成するクラッド層５を形成する第２クラッド層形成工程
（ｄ）工程（ｃ）よりも後に、活性層３の一部をクラッド層２が露出するまでエッチングする第１エッチング工程
（ｅ）工程（ｄ）において露出したクラッド層２の露出領域のうち、工程（ｄ）においてエッチングされずに残った活性層３に平面視で隣接する隣接領域を残して、上記露出領域を基板１が露出するまでエッチングすることにより、上記隣接領域に転位伝播防止領域を形成する第２エッチング工程
（ｆ）工程（ｅ）において露出した基板１の領域上に電極８を形成する電極形成工程

ただし、工程（ｃ）においては、工程（ｅ）において形成される転位伝播防止領域と平面視で離間する領域に、電流狭窄部を形成する。また、工程（ｄ）および工程（ｅ）の一方または双方において、エッチング終点検出モニタを用いてエッチング深さを制御することが好ましい。

より詳細には、まず、基板１上に、クラッド層２、活性層３、クラッド層５およびコンタクト層６を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）等を用いて、順次積層する（図３）。

次に、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて、例えば幅１．５μｍ程度のストライプ状のエッチングマスクＭ１を形成する。その後、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、クラッド層５の途中までエッチングを行う。これにより、リッジストライプが形成される。リッジ幅の値、およびクラッド層５のエッチング深さは、当該半導体レーザ装置の水平横モード特性を始め、電流−光出力特性や電流−電圧特性にも影響するので、要求されるデバイス特性等を考慮して、最適な値を選ぶことが好ましい（図４）。

次に、エッチングマスクＭ１を除去した後、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて、リッジストライプよりも広い幅のストライプ状のエッチングマスクＭ２を形成する。続いて、塩素系ドライエッチングにより、活性層３を、クラッド層２が露出するまでエッチングする（図５）。

次に、エッチングマスクＭ２を除去した後、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて、エッチングマスクＭ２の開口よりも狭い幅の開口を有するストライプ状のエッチングマスクＭ３を形成する。続いて、塩素系ドライエッチングにより、クラッド層２を、基板１が露出するまでエッチングする。これにより露出した面がｎ型電極形成面となる。また、図５で説明した工程においてエッチングされ、且つ本工程ではエッチングマスクＭ３で覆われてエッチングされない領域Ｒ２２が転位伝播防止領域となる（図６）。

次に、エッチングマスクＭ３を除去した後、ＣＶＤ法等を用いて、全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜１２を形成する。続いて、通常のフォトリソグラフィー工程を用いて、電極８および電極７を形成する部分の絶縁膜１２を除去する。その後、電極８として金およびニッケルを、電極７としてチタンおよび金を蒸着し、適当な条件で加熱してアロイ処理を行うことにより、電極７および電極８を形成する。続いて、劈開によりレーザミラー端面を形成することにより、半導体レーザ装置が得られる（図７）。

ここで、図８および図９を参照しつつ、上記工程（ｄ）および（ｅ）において形成されるエッチング領域（図１の領域Ｒ１２および領域Ｒ２２）の構造の詳細、および本発明によるエッチング端面のダメージ層に起因する発光領域劣化の低減効果について説明する。図８は、図１に示した本実施形態に係るリッジストライプ型半導体レーザ装置におけるエッチング領域付近の、断面構造を模式的に表したものである。図９は、図１１に示した従来のリッジストライプ型半導体レーザ装置の同様の部分を示している。なお、これらの図は効果を説明するために模式的に示したものであり、実際のサイズおよびダメージ層や転位の様子を正確に表しているものではない。

まず、図９を用いて、エッチング端面のダメージ層に起因する発光領域劣化機構について説明する。図９に示す従来の半導体レーザ装置については、エッチング領域は１回のドライエッチングによって形成されている。エッチング深さは数μｍと深い為、エッチング端面にはエッチングダメージ層が形成されている。図９に示すようなリッジストライプ型の半導体レーザにおいては、電流狭窄構造はリッジストライプによって形成されているため、若干の電流広がりはあるものの、活性層内の発光領域はリッジストライプ幅と略同じ幅の領域になっている。よって、結晶の欠陥や転位がこの領域に入ることで、素子の発光特性や信頼性が劣化するものと考えられる。図９の構造においては、エッチング端面と該発光領域とは充分離れているので、エッチングによって生じたダメージ層が直接発光特性を劣化させる影響は少ないと思われる。本構造で問題となるのは、エッチング端面のダメージ層を起点として発生する、転位や欠陥の発光領域への伝播である。転位の伝播は、高温プロセスや電流通電等によって起こりうる。

前述したとおり、エッチング端面に発生した転位は、Ｉｎを含まないＧａＮやＡｌＧａＮの場合、基本的には基板に垂直な方向に伝播しやすいが、ＩｎＧａＮ層があると伝播方向は水平に曲げられやすいという特徴がある。よって、エッチング端面のダメージ層で発生した転位は、ＩｎＧａＮ活性層に到達するまでは、垂直に近い方向に伝播する。ただし、ＧａＮやＡｌＧａＮ層においても、結晶内部の欠陥やヘテロ界面等をきっかけにして水平方向にも伝播しうるので、図９中に矢印Ａ３で示したように、各転位の発生点とＩｎＧａＮ活性層に到達した点を結んだ直線と基板面とのなす角度の分布は、ある一定の角度θ１以上の方向に集中する傾向を持つと考えられる。このようにして、活性層内のＩｎＧａＮ層に到達した転位は、ＩｎＧａＮ層内を略水平に進み、発光領域に到達して発光特性を劣化させてしまう可能性がある。なお、図中に転位の伝播経路を、紙面上へ投影かつ簡単化して直線で示しているが、実際には複雑な経路を辿って伝播するものである。

次に、図８を用いて本発明の効果について説明する。ここで、本構造においては、エッチング領域のリッジストライプ側の端面は、２回のドライエッチング工程によって形成された２段構造となっており、エッチング領域のリッジストライプ側の端部に、活性層が除去された転位伝播防止領域が存在することが特徴である。この構造により、端面へのエッチングダメージ層の影響を小さくできるとともに、端面のダメージ等に起因する、転位・欠陥の活性層発光領域への伝播を阻止することができる。エッチング底面Ｓ１を露出させて転位伝播防止領域を形成するための１回目のエッチングについては、深さは少なくとも活性層が除去されれば良く、なるべく浅い方が望ましい。よって、前述の製造方法の工程（ｄ）において、活性層が確実に除去されかつ活性層の直下でエッチングを停止するために、エッチング面からの反射光強度をモニタする等の方法を用いてエッチング終点検出を行うことが好ましい。この１回目のエッチングにおいて生じるダメージ層Ｄ１については、エッチング深さが非常に小さいため、ダメージ層は薄く、転位や欠陥の発生も殆どないと考えられる。ただし、エッチング端面がリッジストライプ端面と近すぎると、屈折率導波構造に影響を与え、横モード特性が劣化する可能性があることから、発光領域から充分離すことが必要である。転位伝播防止領域のエッチング端面とリッジストライプ端面との間の間隔Ｌ２は、例えば、少なくとも５μｍ程度は確保しておくことが好ましい。

エッチング底面Ｓ２を露出させるための２回目のエッチングでは、クラッド層２の下部まで数μｍエッチングしなければならないため、エッチング端面にはある程度のダメージ層Ｄ２が形成される。このダメージ層Ｄ２によって、図９の従来例の場合と同様に、図中に矢印Ａ３で示したように、ある角度θ１以上の方向へ転位が伝播すると考えられる。ただし、本構造においては、これらの転位が到達する位置のＩｎＧａＮ層は除去されているので、これらはそのまま結晶表面へ到達し、伝播が停止する。よって、活性層内の発光領域へこれらの転位が進入し、発光特性を劣化させるのを防ぐことができる。このような転位伝播防止領域は、少なくともリッジストライプとｎ型電極形成面との間に設けることが必要である。また、素子分離前の構造において、ｎ型電極形成面外側のＩｎＧａＮ活性層が、隣接する素子の発光領域と継続しているような場合には、隣接するリッジストライプとの間にも転位伝播防止領域を設けることが必要である。

ここで、より詳細に転位の伝播経路を考慮して、エッチング領域の構造を決定することで、転位の発光領域への伝播阻止効果を最大限に得ることができる。図８に示したように、エッチング端面のダメージ層から伝播する転位がＩｎＧａＮ層へ到達するのを避けるためには、１回目のエッチング端面と２回目のエッチング端面との間の間隔すなわち転位伝播防止領域の幅Ｌ１の大きさを、２回目のエッチング深さ、すなわちエッチング底面Ｓ１とエッチング底面Ｓ２との高さの差Ｈ１、および転位の伝播方向θ１とを用いて、次式の条件を満たす値にしておけば良いことが分かる。
Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎθ１）

本発明者らの検討によると、このような転位の大部分（約８０％）の転位は、基板面からの角度θ１が約６０°以上の方向の伝播経路を辿ることが見出された。よって、このような転位の大部分が活性層に至るのを避けるためには、Ｌ１が
Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ６０°）
を満たすことにより、大きな効果が得られる。例えば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２の厚さが約３μｍであった場合、エッチング深さはトレランスを含めて約４μｍとすると、Ｌ１は約２．３μｍ以上であることが好ましい。また、このような転位の大部分（９５％以上）は、基板面からの角度θ１が約２０°以上の方向の伝播経路を辿ることが見出された。よって、このような転位の殆どが活性層に至るのを避けるためには、Ｌ１が
Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ２０°）
を満たすことが望ましい。例えば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２の厚さが３μｍであった場合、Ｌ１の大きさは１１μｍ以上であることが好ましく、エッチング端面からのダメージの影響を 略除去することが可能となる。ただし、例外的に結晶内部の欠陥などの構造により２０°以下の角度で伝播する転位も存在しないとは言えず、Ｌ１の長さは長ければ長いほど効果的であると言える。しかし、これを長くし過ぎると、隣接する素子との間隔を広げなければならなくなり、素子当たりの面積が増大しウエハ当たりの素子数が減少するため、生産性に問題がある。また、場合によっては、n側クラッド層を水平に流れる抵抗成分の増加が懸念されるため、適当な値に設定することが必要である。２回目のエッチング深さについては、状況に応じて適当な深さを採用することができる。本実施形態ではｎ型ＧａＮ層の一部をｎ型電極形成面としたが、特に限定されず、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の一部でも良く、またｎ型ＧａＮコンタクト層を設けてここをｎ型電極形成面としても良い。エッチング深さはそれぞれの状況に応じて変えても構わないが、なるべく小さい方がＬ１の長さを長く取る必要がなくなり、効率的である。

以上の製法により得られた図１の半導体レーザ装置においては、ドライエッチングによるエッチング端面のダメージに起因する転位伝播等による結晶の劣化を抑制することが可能となる。このように、本実施形態では、活性層よりも深い位置までドライエッチングを必要とするデバイス構造（例えば、基板の同一表面に正負双方の電極を有するような半導体レーザ素子構造）においても、ドライエッチングに起因する活性層への欠陥導入を抑制し、優れたデバイス特性・信頼性を有する窒化物系半導体レーザ素子が実現されている。

（第２実施形態）
図１０は、本発明による半導体レーザ装置の第２実施形態を示す平面図である。本実施形態では、図３〜図７で説明したものと同様の製法を採用するものであるが、２回のドライエッチングによって形成される、エッチング領域の平面形状が、素子内で閉じた形状である点が異なっている。すなわち、転位伝播防止領域が、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしている。

このような構成は、本半導体レーザ装置における劈開面の形成に有利である。窒化物系材料は非常に硬いため、従来のＩｎＰ系やＧａＡｓ系材料に比べて、平坦性の高い劈開面を得ることが比較的困難である。この点、図１および図２に示した構造では、劈開面におけるストライプ両脇の構造が非対称であるため、リッジストライプ部に余分な力がかかり、劈開面の平坦性が劣化してしまう場合がある。これに対し、本実施形態では、点線Ｃ１に沿った断面の構造は、図１に示した断面と同様であるが、点線Ｃ２，Ｃ３に沿った劈開面においてはストライプ両脇付近の構造が対称であるため、平坦性の高い劈開面を得ることが可能となる。

この場合、エッチング領域において、例えば図１０に示すように、ストライプに垂直な端面に関しても転位伝播防止領域（領域Ｒ２２）を設けることが好ましい。ストライプに垂直な端面に関しても、端面におけるダメージ等からの転位が、劈開前のウエハ状態では隣接する素子のストライプ内発光領域へ伝播する可能性もあるためである。

本発明による半導体レーザ装置およびその製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、前述の実施形態においては、ｎ型ＧａＮ基板上の半導体レーザ装置を例に取ったが、サファイア基板、シリコン基板等ＧａＮ基板以外の基板上の半導体レーザ装置でも構わない。基板が導電性でない場合には、ｎ型層を積層して形成してｎ型電極コンタクト層とし、同様の形態を取ることが可能である。また、前述の実施形態においては、リッジストライプ型の半導体レーザ構造について説明したが、本発明はこのような構造に特に限定されるものではなく、インナーストライプ型の半導体レーザ装置や、メサ型の発光ダイオード素子、面発光レーザ素子等、同一表面に電極を有する発光素子・受光素子ならば、どのような構造にも適用が可能である。

また、ここでは、表面に正負両方の電極を形成する場合の課題について述べたが、活性層の電流注入領域からある程度離れた位置に、活性層以下までエッチングが必要な場合、例えば、エッチングによるレーザ端面形成、エッチングによる素子分離等のプロセスを行う場合にも、本発明と同様にエッチングを２回に分けて行い、転位伝播防止領域を設ける構造を採用することにより、エッチング端面に発生する転位の発光領域への伝播を抑制することが可能である。

また、エッチング領域および転位伝播防止領域の断面形状や、平面形状についても本発明の趣旨に基づいた構造であれば、適宜選択することが可能である。また、ここでは転位伝播防止領域をドライエッチングにより形成する実施形態について説明したが、選択成長法などを用いて予め活性層が形成されないように積層構造を形成しすることにより転位伝播防止領域を形成してもよい。また、各層構造の材料や膜厚に関してもそれぞれ適宜選択、設定できることはいうまでもない。

また、各実施の形態で、n型をｐ型に、且つｐ型をn型に変更してもよい。

また、本発明による半導体レーザ装置は、次世代の高密度光ディスク用光源や、白色光源等に使用することができる。

本発明による半導体レーザ装置の第１実施形態を示す断面図である。 図１の半導体レーザ装置を示す平面図である。 本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明による半導体レーザ装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。 本発明の効果を説明するための断面図である。 本発明の効果を説明するための断面図である。 本発明による半導体レーザ装置の第２実施形態を示す平面図である。 基板の同一表面側に正負電極を有する一般的なリッジストライプ型の窒化物系半導体レーザ装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ クラッド層
３ 活性層
５ クラッド層
６ コンタクト層
７ 電極
８ 電極
１２ 絶縁膜

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板の第１領域上に設けられた第１導電型の第１のクラッド層と、
   前記基板の前記第１領域に隣接する第２領域上に設けられた前記第１導電型の電極と、
   前記第１のクラッド層の第１領域上に設けられた活性層と、
   前記活性層上に設けられ、電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層と、を備え、
   平面視で前記第１のクラッド層の前記第１領域と前記基板の前記第２領域との間に位置する、前記第１のクラッド層の第２領域は、その上面の高さが前記活性層の下面の高さ以下であり且つ前記基板の前記第２領域の上面の高さよりも高い転位伝播防止領域であり、
   前記電流狭窄部と前記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに離間しており、
   前記第１のクラッド層の前記第１領域と前記基板の前記第２領域との間の平面視での間隔をＬ１、前記転位伝播防止領域の上面の高さと前記基板の前記第２領域の上面の高さとの差をＨ１としたとき、Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ６０°）が満たされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
   前記電流狭窄部は、前記第１のクラッド層の前記第１および第２領域の境界に沿って延在する突条形状をしている半導体レーザ装置。
3. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
   前記転位伝播防止領域は、前記電流狭窄部に沿って延在しており、
   前記転位伝播防止領域と前記電流狭窄部とは、延在方向についての長さが互いに略等しい半導体レーザ装置。
4. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
   前記転位伝播防止領域は、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしている半導体レーザ装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の半導体レーザ装置において、
   Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ２０°）が満たされている半導体レーザ装置。
6. 基板と、
   前記基板の第１領域上に設けられた第１導電型の第１のクラッド層と、
   前記基板の前記第１領域に隣接する第２領域上に設けられた前記第１導電型の電極と、
   前記第１のクラッド層の第１領域上に設けられた活性層と、
   前記活性層上に設けられ、電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層と、を備え、
   平面視で前記第１のクラッド層の前記第１領域と前記基板の前記第２領域との間に位置する、前記第１のクラッド層の第２領域は、その上面の高さが前記活性層の下面の高さ以下であり且つ前記基板の前記第２領域の上面の高さよりも高い転位伝播防止領域であり、
   前記電流狭窄部と前記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに離間しており、
   前記電流狭窄部は、前記第１のクラッド層の前記第１および第２領域の境界に沿って延在する突条形状をしており、
   前記転位伝播防止領域は、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしていることを特徴とする半導体レーザ装置。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載の半導体レーザ装置において、
   前記電流狭窄部と前記転位伝播防止領域とは、平面視で、互いに５μｍ以上離間している半導体レーザ装置。
8. 請求項１乃至７いずれかに記載の半導体レーザ装置において、
   前記基板はＧａＮ基板であり、
   前記活性層はＩｎＧａＮ層を含んでいる半導体レーザ装置。
9. 請求項１乃至８いずれかに記載の半導体レーザ装置において、
   前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型である半導体レーザ装置。
10. 基板上に第１導電型の第１のクラッド層を形成する第１クラッド層形成工程と、
    前記第１のクラッド層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
    前記活性層上に電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層を形成する第２クラッド層形成工程と、
    前記第２クラッド層形成工程よりも後に、前記活性層の一部を前記第１のクラッド層が露出するまでエッチングする第１エッチング工程と、
    前記第１エッチング工程において露出した前記第１のクラッド層の露出領域のうち、前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層に平面視で隣接する隣接領域を残して、前記露出領域を前記基板が露出するまでエッチングすることにより、前記隣接領域に転位伝播防止領域を形成する第２エッチング工程と、
    前記第２エッチング工程において露出した前記基板の領域上に前記第１導電型の電極を形成する電極形成工程と、を含み、
    前記第２クラッド層形成工程においては、前記第２エッチング工程において形成される前記転位伝播防止領域と平面視で離間する領域に、前記電流狭窄部を形成し、
    前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層と前記第２エッチング工程において露出した前記基板の前記領域との間の平面視での間隔をＬ１、前記転位伝播防止領域の上面の高さと前記第２エッチング工程において露出した前記基板の前記領域の上面の高さとの差をＨ１としたとき、Ｌ１>（Ｈ１／ｔａｎ６０°）が満たされていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
11. 基板上に第１導電型の第１のクラッド層を形成する第１クラッド層形成工程と、
    前記第１のクラッド層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
    前記活性層上に電流狭窄部を構成する第２導電型の第２のクラッド層を形成する第２クラッド層形成工程と、
    前記第２クラッド層形成工程よりも後に、前記活性層の一部を前記第１のクラッド層が露出するまでエッチングする第１エッチング工程と、
    前記第１エッチング工程において露出した前記第１のクラッド層の露出領域のうち、前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層に平面視で隣接する隣接領域を残して、前記露出領域を前記基板が露出するまでエッチングすることにより、前記隣接領域に転位伝播防止領域を形成する第２エッチング工程と、
    前記第２エッチング工程において露出した前記基板の領域上に前記第１導電型の電極を形成する電極形成工程と、を含み、
    前記第２クラッド層形成工程においては、前記第２エッチング工程において形成される前記転位伝播防止領域と平面視で離間する領域に、前記電流狭窄部を形成し、
    前記電流狭窄部は、前記第１エッチング工程においてエッチングされずに残った前記活性層と前記隣接領域との境界に沿って延在する突条形状をしており、
    前記転位伝播防止領域は、平面視で、閉じた直線または曲線で構成された形状をしていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
12. 請求項１０または１１に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
    前記第１および第２エッチング工程の一方または双方において、エッチング終点検出モニタを用いてエッチング深さを制御する半導体レーザ装置の製造方法。

Images