JP4879563B2

JP4879563B2 - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光装置

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Publication number: JP4879563B2
Application number: JP2005331722A
Authority: JP
Inventors: 勝己杉浦
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2012-02-22
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Description

本発明はIII族窒化物半導体を用いた半導体発光装置に関する。

近年、次世代の高密度光ディスク用光源として青紫色光を出力する半導体レーザ装置に対する要望が高まり、禁制帯幅が１．９ｅＶから６．２ｅＶにわたる直接遷移型半導体であるIII族窒化物半導体からなる発光装置の研究開発が盛んに行われている。

III族窒化物半導体からなる発光装置のうちレーザ装置においては、光の閉じ込めを強めると共にｐ型クラッド層から活性層へのマグネシウム（Ｍｇ）の拡散を抑制するため、活性層とｐ型クラッド層との間に光ガイド層および中間層を設ける構造が採られる。さらに、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフローを抑制するためにｐ型クラッド層の直下に中間層およびｐ型クラッド層よりも電子親和力が小さい材料からなる電子ブロック層が設けられることがある。信頼性の高い青紫レーザ装置を実現するためにはしきい値電流が低い必要があり、そのためには活性層からの電子のオーバーフローを十分に抑制することが重要である。

以下、従来のIII族窒化物半導体レーザ装置について説明する。図１０は、従来のIII族窒化物半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。

同図に示すように、従来のIII族窒化物半導体レーザ装置は、サファイア基板１０１上にエピタキシャル成長されたｎ型コンタクト層１０２と、ｎ型コンタクト層１０２上に設けられたｎ型クラッド層１０３と、ｎ型クラッド層１０３の上に設けられたアンドープｎ側光ガイド層１０４、アンドープｎ側光ガイド層１０４上に設けられた多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１０５と、ＭＱＷ活性層１０５上に設けられたアンドープｐ側光ガイド層１０６と、アンドープｐ側光ガイド層１０６上に設けられたアンドープ第１中間層１０７ａと、アンドープ第１中間層１０７ａ上に設けられたアンドープ第２中間層１０７ｂと、アンドープ第２中間層１０７ｂ上に設けられたｐ型電子ブロック層１０８と、ｐ型電子ブロック層１０８上に設けられ、凸部を有するｐ型クラッド層１０９と、ｐ型クラッド層１０９の凸部上に設けられたｐ型コンタクト層１１０とを備えている。また、従来のIII族窒化物半導体レーザ装置は、ｎ型コンタクト層１０２の上面の一部およびｎ型クラッド層１０３、アンドープｎ側光ガイド層１０４、ＭＱＷ活性層１０５、アンドープｐ側光ガイド層１０６、アンドープ第１中間層１０７ａ、アンドープ第２中間層１０７ｂ、ｐ型電子ブロック層１０８、ｐ型クラッド層１０９およびｐ型コンタクト層１１０の側面とを覆う絶縁膜１１１と、ｐ型コンタクト層１１０上に設けられたｐ側電極１１２と、ｎ型コンタクト層１０２の上に設けられたｎ側電極１１３とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

次に、電子ブロック層による電子のオーバーフロー抑制効果について説明する。

図１１は、図１０に示す従来の半導体レーザ装置の主要部の伝導帯バンドダイアグラムの模式図である。ｐ型電子ブロック層１０８は、中間層１０７ａ、１０７ｂよりも電子親和力が小さい材料で構成され、伝導帯端の障壁により電子がｐ型クラッド層１０９へオーバーフローするのを抑制することができる。
特開２００３−２８９１７６号公報

しかし、III族窒化物系材料においては格子歪みによるピエゾ分極の影響が大きいため、中間層の格子歪みにも注意する必要がある。

図１２は、アンドープ第２中間層１０７ｂのａ軸方向の格子緩和時の格子定数とｐ型電子ブロック層１０８のａ軸方向の格子緩和時の格子定数との差Δａ０と、アンドープ第２中間層１０７ｂとｐ型電子ブロック層１０８との界面にピエゾ効果により誘起される固定電荷σとの関係の計算結果を示す図である。ここで、固定電荷σおよびΔａ０は、ｐ型電子ブロック層１０８がＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎで構成された場合の値である。この結果から、Δａ０が大きくなるに従い固定電荷σが単調に増加することが分かる。

図１３は、固定電荷σをパラメータとして電子ブロック層１０８周辺の伝導帯バンドダイアグラムを計算した結果である。固定電荷σの増大に伴い、伝導帯端の障壁が低くなり、電子のオーバーフローが起き易くなる可能性があることが示唆される。

なお、このような不具合は、クラッド層を備えたタイプのＬＥＤ（Light Emitting Diode）においても発生する可能性がある。

本発明は、しきい値電流が低く、高い信頼性を有するIII族窒化物半導体発光装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明のIII族窒化物半導体発光装置は、基板と、前記基板上に設けられ、ｎ型不純物を含むIII族窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層を有するｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、前記ｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さく、光を生成する活性層と、前記活性層の上または上方に設けられ、Ａｌ_xＧａ_1-x-yＩｎ_yＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）からなる中間層と、前記中間層の上に設けられ、前記中間層よりも電子親和力が小さいｐ型III族窒化物半導体からなる電子ブロック層と、前記電子ブロック層の上に設けられ、ｐ型不純物を含むIII族窒化物半導体からなり、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型クラッド層を有するｐ型窒化物半導体層とを備えている。

この構成によれば、中間層がＡｌ_xＧａ_1-x-yＩｎ_yＮにより構成されているので、各元素の混合率を調節することによって電子のオーバーフローの発生を防ぎつつしきい値を低減することが可能となる。

前記電子ブロック層はＡｌ_xbＧａ_1-xbＮ（０≦ｘｂ≦１）からなっていてもよい。

特に、前記中間層のａ軸方向の格子緩和状態での格子定数と、前記電子ブロック層のａ軸方向の格子緩和状態の格子定数との差を前記電子ブロック層の格子緩和状態での格子定数で割った値が０．４％以下であることにより、中間層と電子ブロック層との界面にピエゾ分極により生じる固定電荷を低減させることができる。そのため、しきい値の低いIII族窒化物半導体発光装置を実現することが可能となる。

また、前記中間層のバンドギャップエネルギーＥｇが、Ｅｇ≧３．２ｅＶを満たすことにより、中間層内でのキャリアの消費が抑えられるので、しきい値電流Ｉｔｈを小さく抑えることが可能となる。

また、前記中間層の電子親和力χがχ≧３．３５ｅＶを満たすことにより、電子のオーバーフローを抑えることができる。

III族窒化物半導体装置の例としては、青紫色に発光する半導体レーザ装置や半導体ＬＥＤなどが挙げられる。

本発明のIII族窒化物半導体発光装置によれば、しきい値電流を低減するとともに、安定に長時間動作させることが可能となっている。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る半導体発光装置を図１を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。また、図２は、本実施形態の半導体レーザ装置のバンドダイアグラムを示す図である。

図１に示すように、本実施形態の半導体レーザ装置は、例えばサファイアからなる基板１と、基板１上に順に設けられた、ＧａＮからなる低温バッファ層（図示せず）、ｎ型III族窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層２、ｎ型III族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層３、ｎ型III族窒化物半導体からなるｎ側光ガイド層４、アンドープのIII族窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層３よりバンドギャップエネルギーが小さい多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層５、アンドープのIII族窒化物半導体からなるｐ側光ガイド層６、Ａｌ_xＧａ_1-x-yＩｎ_yＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）からなる中間層７、中間層７よりも電子親和力が小さいｐ型III族窒化物半導体からなる電子ブロック層８、ＭＱＷ活性層５よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型III族窒化物半導体からなり、凸部を有するｐ型クラッド層９、およびｐ型III族窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層１０を備えている。また、本実施形態の半導体レーザ装置は、ｎ型コンタクト層２の上面の一部、ｎ型クラッド層３、ｎ側光ガイド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ側光ガイド層６、および中間層７の側面からｐ型コンタクト層１０の側面までを覆う絶縁膜１１と、ｎ型コンタクト層２の上面上に形成されたｎ側電極１３と、ｐ型コンタクト層１０の上に形成されたｐ側電極１２とを備えている。ｎ側光ガイド層４およびｐ側光ガイド層６はＭＱＷ活性層５への光の閉じ込めを強めるために設けられている。ただし、ｐ型不純物は拡散しやすいので、ｐ側光ガイド層６は、ｐ型クラッド層９に含まれるｐ型不純物がＭＱＷ活性層５に拡散するのを防ぐ役目も果たす。

図２に示す本実施形態の半導体レーザ装置では、ｎ型コンタクト層２は厚さ４μｍで不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮからなり、ｎ型クラッド層３は厚さ１．２μｍで不純物濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3のＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなり、ｎ側光ガイド層４は厚さが約９０ｎｍで不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮ層と厚さが約７．５ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎ層とが積層されてなる。ＭＱＷ活性層５は、厚さが約３ｎｍのＧａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎからなる計３層の歪み量子井戸と厚さが約７．５ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎからなる計２層のバリア層とが交互に積層されてなる。ｐ側光ガイド層６は、厚さが約８０ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎからなり、中間層７は、厚さ約２０ｎｍのＡｌ_0.15Ｇａ_0.82Ｉｎ_0.03Ｎからなり、電子ブロック層８は、厚さが約１０ｎｍで不純物濃度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなり、ｐ型クラッド層９は、厚さが約０．５μｍで不純物濃度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる。また、ｐ型コンタクト層１０は厚さが約５０ｎｍで不純物濃度が約１×１０²⁰ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮからなっている。本実施形態の半導体レーザ装置では、ｐ側電極１２からｎ側電極１３へと電流が流れると、ＭＱＷ活性層５内で青紫色の光が生成し、ＭＱＷ活性層５の端面から青紫色のレーザ光が出力される。

本実施形態の半導体レーザ装置の特徴は、中間層７がIII族窒化物半導体の四元混晶（ＡｌＧａＩｎＮで構成されていることである。このため、電子親和力や格子緩和状態での電子ブロック層８との格子定数の差などを適当な値に設定し、ＭＱＷ活性層５からの電子のオーバーフローを低減することができる。また、しきい値電流を低減することもできる。

特に、本実施形態の半導体レーザ装置では、中間層７のａ軸方向の格子緩和時の格子定数と電子ブロック層８のａ軸方向の格子緩和時の格子定数との差をΔａ０とすると、Δａ０が０．４％以下となっている。これにより、中間層７と電子ブロック層８との界面に生じるピエゾ分極を小さく抑えることができるので、固定電荷σの発生を低減し、装置のしきい値電流を低減することができる。ただし、Δａ０は[（中間層７の格子緩和状態での格子定数）−（電子ブロック層８の格子緩和状態での格子定数）]×１００／（電子ブロック層８の格子緩和状態での格子定数）で求めるものとする。

また、本実施形態の半導体レーザ装置では、中間層７のバンドギャップエネルギー（禁制帯幅）Ｅｇが３．２ｅＶ以上になっている。これにより、中間層７内でのキャリアの消費が抑えられるので、しきい値電流Ｉｔｈを小さく抑えることができる。

また、本実施形態の半導体レーザ装置において、中間層７の電子親和力χは３．３５ｅＶ以上となっている。このため、ＭＱＷ活性層５からの電子のオーバーフローを抑えることができ、低いしきい値電流で安定して動作させることが可能となっている。

以上のように中間層７の組成を設定する根拠について以下説明する。

図３は、半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の電子親和力χとｐ型クラッド層にオーバーフローする電子密度ｎとの関係を計算した結果を示す図である。

この結果、ＧａＮの電子親和力は３．３ｅＶであるが、これ以上の電子親和力にすることでオーバーフロー電子が大きく低減できることが分かった。中間層をＡｌＧａＩｎＮで構成すると、ピエゾ分極を抑制したままχ＞３．３ｅＶを実現することができ、低いしきい値電流を持ち、信頼性の高い青紫レーザの実現が可能になる。これに対し、中間層を従来の三元混晶のIII族窒化物半導体で構成する場合、ピエゾ分極の発生を抑えつつχ＞３．３ｅＶの条件を満たすことができない。

図４は、半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層と電子ブロック層との界面にピエゾ効果により誘起される固定電荷σとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。この結果から、σ＞３×１０¹²ｃｍ^-2になるとＩｔｈが大きく増大することが分かった。図１２において中間層のａ軸方向の格子定数と電子ブロック層の格子定数との差Δａ０と固定電荷σとの関係を示したが、同図より、σ＞３×１０¹²ｃｍ^-2となる条件はΔａ０＞０．４％に対応することが分かる。したがって、中間層の組成をΔａ０≦０．４％となるように設定することで、低いしきい値電流が実現できる。

図５は、半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の禁制帯幅Ｅｇとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。この結果から、Ｅｇ＜３．２ｅＶではＩｔｈが増大することが分かった。これは、中間層でキャリアが消費されるためと考えられる。したがって、中間層の禁制帯幅ＥｇをＥｇ≧３．２ｅＶとすることで低いしきい値電流を実現することができる。

図６は、半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の電子親和力χとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。この結果から、電子親和力χが３．３ｅＶから増大するにつれてＩｔｈは減少し、３．３５ｅＶ以上ではＩｔｈがほぼ一定値になることが分かった。したがって、中間層の電子親和力χをχ≧３．３５ｅＶとすることで、低いしきい値電流を安定して実現することが可能となる。

以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置は、しきい値電流が低く抑えられるとともに、信頼性が向上しており、ブルーレイディスク用光源など、種々の用途に利用することが可能となっている。

図７は、本実施形態の半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置において、注入電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性の測定結果を示す図である。このように、本実施形態の半導体レーザ装置は、室温下でのしきい値電流が４０ｍＡ未満と従来の半導体レーザ装置よりもしきい値電流が低く、発光効率も大幅に向上していることが確認された。

また、図８は、本実施形態の半導体レーザ装置の通電試験の結果を示す図である。ここでは、６０℃で１００ｍＷのパルス電流を用いたＡＰＣ(Automatic Power Control)通電試験の結果を示す。この試験においては、半導体レーザ装置が劣化してくるとパルス電流Ｉｏｐが上昇する。この結果、本実施形態の半導体レーザ装置では、少なくとも１０００時間経過時まではパルス電流Ｉｏｐの上昇が見られず、本実施形態の半導体レーザ装置が高温下で長時間安定して動作できることが分かった。

なお、本実施形態の半導体レーザ装置では、サファイア基板に代えてＧａＮ基板などの半導体基板を用いることもできる。その場合、ｎ側電極を基板の裏面上に設けてもよい。また、中間層を構成するＡｌＧａＩｎＮ層中の各元素の組成比は上述の条件を満たせば特に本実施形態で示した値に限られない。

また、本実施形態では半導体レーザ装置について説明したが、活性層、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層を備えたＬＥＤにも本実施形態の中間層の構成を応用することができる。これにより、長時間安定に動作させることができ、消費電力の低いＬＥＤを実現することができる。

なお、中間層７の厚みは上述した値に限られない。本発明の半導体レーザ装置において、その性能は中間層７の厚みにあまり左右されない。

また、電子ブロック層８の構成材料はＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎに限られず、Ａｌ_xbＧａ_1-xbＮ（０≦ｘｂ≦１）などの中間層７より電子親和力が小さい材料であればよい。

−半導体発光装置の製造方法−
本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を以下に説明する。

図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図９（ａ）に示すように、直径が約５１ｍｍ（２インチ）のサファイアからなる基板１を用意し、その表面を酸性の水溶液により洗浄する。続いて、洗浄された基板１を、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置の反応炉内のサセプタに保持し、反応炉内を真空に排気する。続いて、反応炉内を、圧力が約３００×１３３．３２２Ｐａ（３００Ｔｏｒｒ）の水素雰囲気とし、温度を約１１００℃まで昇温して基板１を加熱し、基板表面のサーマルクリーニングを約１０分間行う。

次に、反応炉を約５００℃にまで降温した後、基板１上に、供給量が約２５μｍｏｌ／ｍｉｎのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、供給量が約７．５Ｌ／ｍｉｎのアンモニア（ＮＨ₃）ガスと、水素からなるキャリアガスとを同時に供給することにより、厚さが約２０ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温バッファ層（図示せず）を基板１上に成長させる。このとき、V族元素の供給源であるアンモニアガスとIII族元素の供給源であるＴＭＧとの供給量比の値は、約６５００である。

続いて、反応炉内の温度を約１０００℃にまで昇温し、ｎ型ドーパントとしてシラン（ＳｉＨ₄）ガスをも供給しながら、低温バッファ層（図示せず）上に、厚さが約４μｍでシリコン（Ｓｉ）の不純物濃度が約１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２を成長させる。次いで、ｎ型コンタクト層２の上にIII族原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）をも供給しながら、厚さが約１．２μｍでＳｉの不純物濃度が約５×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｎ型クラッド層３をｎ型コンタクト層２の上に成長させる。

その後、ｎ型クラッド層３の上に、厚さが約９０ｎｍでＳｉの不純物濃度が約１×１０¹⁷ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮと厚さが約７．５ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎとを順に積層してｎ側光ガイド層４を成長させる。ここで、Ｇａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎの成長は、反応炉内の温度を約８００℃にまで降温し、キャリアガスを水素から窒素に変更した後に行う。また、Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎの成長時には、III族原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とＴＭＧとを供給する。

その後、ｎ側光ガイド層４の上に、厚さが約３ｎｍのＧａ_0.9Ｉｎ_0.1Ｎからなる合計３層の歪み量子井戸と厚さが約７．５ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎからなる合計２層のバリア層とを交互に積層して、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層５を成長させる。

その後、ＭＱＷ活性層５の上に、厚さが約８０ｎｍのＧａ_0.98Ｉｎ_0.02Ｎからなるｐ側光ガイド層６を成長させる。

その後、ｐ側光ガイド層６の上に、厚さが約２０ｎｍのＡｌ_0.15Ｇａ_0.82Ｉｎ_0.03Ｎからなる中間層７を成長させる。

その後、III族元素の供給源であるＴＭＡおよびＴＭＧと、V族元素の供給源であるアンモニアガスと、ｐ型ドーパントであるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）ガスとを反応炉内に供給しながら、中間層７の上に、厚さが約１０ｎｍでＭｇの不純物濃度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層８を成長させる。続いて、電子ブロック層８の上に、厚さが約０．５μｍでＭｇの不純物濃度が約１×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ型クラッド層９を成長させる。ｐ型クラッド層９はＡｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ／ＧａＮ超格子（ＳＬ）で構成しても良い。

その後、ｐ型クラッド層９の上に、厚さが約５０ｎｍでＭｇの不純物濃度が約１×１０²⁰ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０を成長させる。

次に、図９（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層１０までを成長させた基板１を反応炉から取り出し、ｐ型コンタクト層１０の表面を有機溶剤により洗浄し、さらにフッ酸系薬液を用いたウェットエッチングによりｐ型コンタクト層１０の表面をクリーニングする。次に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型コンタクト層１０の全面にわたって厚さが約０．１μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜５０を堆積させる。その後、絶縁膜５０上にフォトリソグラフィー法によりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより絶縁膜５０にパターンを形成する。次に、この所定形状の絶縁膜５０をマスクとして、ｎ型コンタクト層２が露出するまで、例えば塩素（Ｃｌ₂）ガスを用いたドライエッチングを行う。このエッチングにより、ｎ型コンタクト層２の上部、ｎ型クラッド層３、ｎ側光ガイド層４、ＭＱＷ活性層５、ｐ側光ガイド層６、中間層７、電子ブロック層８、ｐ型クラッド層９およびｐ型コンタクト層１０がメサ形状にパターニングされる。

次に、図９（ｃ）に示すように、エッチングマスクとして用いた絶縁膜５０を、例えばフッ酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより除去する。その後、再度、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、基板全面上に厚さが約０．２μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜６０を堆積させる。その後、絶縁膜６０上にフォトリソグラフィー法によりリッジ部の形状に対応した所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより絶縁膜６０にパターンを形成する。次に、この所定形状の絶縁膜６０をマスクとして、ｐ型クラッド層９の途中まで、例えば塩素（Ｃｌ₂）ガスを用いたドライエッチングを行い、リッジを形成する。ｐ型クラッド層９の残し厚は、光放射角やキンクレベルに対する設計により決められる。

次に、図９（ｄ）に示すように、エッチングマスクとして用いた絶縁膜を、例えばフッ酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより除去する。その後、再度、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、基板全面に厚さが約０．２μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁膜１１を堆積させる。次いで、この絶縁膜１１の上にフォトリソグラフィー法によりｎ側電極形成領域を除いた所定形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例えばフッ酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより絶縁膜１１にパターンを形成する。次に、レジストパターンを残したままの状態で基板上面の全体上に例えば真空蒸着法により、チタン（Ｔｉ）膜およびアルミニウム（Ａｌ）膜を順次形成した後、レジストパターンをその上に形成されたＴｉ膜およびＡｌ膜とともに除去する。これによって絶縁膜１１の開口を通じてｎ型コンタクト層２に接触したｎ側電極１３が形成される。続いて、ｎ側電極１３をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。

次に、同様なプロセスで、リッジ上部の絶縁膜１１を除去し、ｐ型コンタクト層１０を露出させた後、ｎ側電極１３と同様にして、ｐ型コンタクト層１０と電気的に接続したニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層体からなるｐ側電極１２を形成する。

次に、図示はしないが、レーザ素子の共振器構造をへき開などによって形成し、その後、へき開した共振器の各端面に端面コーティングを施す。ここで、共振器長は例えば６００μｍ、フロント側の端面反射率は例えば１０％、リア側の端面反射率は例えば９５％である。

以上の工程により、ＧａＮ系半導体からなる本実施形態の半導体レーザ装置が形成される。

本発明の半導体発光装置は、ブルーレイディスク用光源、あるいは照明用光源などとして種々の用途に用いることができる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置のバンドダイアグラムを示す図である。半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の電子親和力χとｐ型クラッド層にオーバーフローする電子密度ｎとの関係を計算した結果を示す図である。半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層と電子ブロック層との界面にピエゾ効果により誘起される固定電荷σとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の禁制帯幅Ｅｇとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。半導体レーザ装置において、ＧａＮと同じａ軸方向の格子定数を有し、歪みを内包したＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎからなる電子ブロック層を仮定し、中間層の電子親和力χとしきい値電流Ｉｔｈとの関係を計算した結果を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置において、注入電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性の測定結果を示す図である。本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の通電試験の結果を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を示す断面図である。従来のIII族窒化物半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。図１０に示す従来の半導体レーザ装置の主要部の伝導帯バンドダイアグラムを示す図である。アンドープ第２中間層のａ軸方向の格子緩和時の格子定数とｐ型電子ブロック層のａ軸方向の格子緩和時の格子定数との差Δａ０と、アンドープ第２中間層とｐ型電子ブロック層との界面にピエゾ効果により誘起される固定電荷σとの関係の計算結果を示す図である。従来の半導体レーザ装置において、固定電荷σをパラメータとして電子ブロック層周辺の伝導帯バンドダイアグラムを計算した結果である。

符号の説明

１基板
２ｎ型コンタクト層
３ｎ型クラッド層
４ｎ側光ガイド層
５ＭＱＷ活性層
６ｐ側光ガイド層
７中間層
８電子ブロック層
９ｐ型クラッド層
１０ｐ型コンタクト層
１１、５０、６０絶縁膜
１２ｐ側電極
１３ｎ側電極

Claims

基板と、
前記基板上に設けられ、ｎ型不純物を含むIII族窒化物半導体からなり、ｎ型クラッド層を有するｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、前記ｎ型クラッド層よりもバンドギャップエネルギーが小さく、光を生成する活性層と、
前記活性層の上または上方に設けられ、アンドープＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）からなる中間層と、
前記中間層の上に接して設けられ、前記中間層よりも電子親和力が小さいｐ型III族窒化物半導体からなる電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の上に設けられ、ｐ型不純物を含むIII族窒化物半導体からなり、前記活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型クラッド層を有するｐ型窒化物半導体層とを備え、
Δａ０（前記中間層のａ軸方向の格子緩和状態での格子定数と、前記電子ブロック層のａ軸方向の格子緩和状態の格子定数との差を前記電子ブロック層の格子緩和状態での格子定数で割った値に１００を乗じたもの）が０．４％以下であることを特徴とするIII族窒化物半導体発光装置。
前記電子ブロック層はＡｌ_ｘｂＧａ_１−ｘｂＮ（０≦ｘｂ≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光装置。
前記中間層のバンドギャップエネルギーＥｇが、Ｅｇ≧３．２ｅＶを満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体発光装置。
前記中間層の電子親和力χがχ≧３．３５ｅＶを満たすことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のIII族窒化物半導体発光装置。