JP4882681B2

JP4882681B2 - 半導体レーザ、光ピックアップおよび光ディスク装置

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Publication number: JP4882681B2
Application number: JP2006303671A
Authority: JP
Inventors: 大倉本; 強藤本
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Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-11-09
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Description

この発明は、半導体レーザ、半導体レーザの製造方法、光ピックアップ、光ディスク装置、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極を形成した後に合金化（アロイ）処理を行わない、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザならびにこれを光源に用いる光ピックアップおよび光ディスク装置に適用して好適なものである。

高密度光ディスク装置では、光源として発光波長が４００ｎｍ帯のＧａＮ系半導体レーザが用いられている。図１４にこのような従来のＧａＮ系半導体レーザの一例を示す（例えば、非特許文献１参照。）。図１４に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０２、ｎ型ＧａＮ光導波層１０３、アンドープのＧａ_1-xＩｎ_xＮ（量子井戸層）／Ｇａ_1-yＩｎ_yＮ（障壁層、ｘ＞ｙ）多重量子井戸構造の活性層１０４、アンドープＩｎＧａＮ光導波層１０５、アンドープＡｌＧａＮ光導波層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層１０８およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０９が順次積層されている。ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層１０８の上部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０９には、一方向（共振器長方向）に直線状に延在してリッジストライプ１１０が形成されている。このリッジストライプ１１０の両側面およびその外側の部分のｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層１０８上に延在してＳｉＯ₂膜１１１およびその上のアンドープＳｉ膜１１２が形成されている。リッジストライプ１１０のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９にオーミックコンタクトしてｐ側電極１１３が形成されている。このｐ側電極１１３はアンドープＳｉ膜１１２上に延在して形成され、また、一方の共振器端面から他方の共振器端面にわたって、すなわち共振器長方向の全長にわたって形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面にｎ側電極１１４がオーミックコンタクトして形成されている。

従来、ＧａＮ系半導体レーザのｐ側電極としては、主としてＮｉ系の電極またはＰｄ、Ｐｔ系の電極（例えば、特許文献１、２、３参照。）が用いられている。このうちＮｉ系の電極では、電極形成後にアロイ工程を行うとｐ側電極のコンタクト抵抗の低減を図ることができるが、Ｐｄ、Ｐｔ系の電極では、３００℃以上の温度でアロイ工程を行うとｐ側電極のコンタクト抵抗が逆に増加する。このため、図１４に示すＧａＮ系半導体レーザのｐ側電極１１３としてＰｄ、Ｐｔ系の電極を用いる場合には、電極形成後にアロイ工程を行わないようにしている。

高橋清（監修）、ワイドギャップ半導体光・電子デバイス、森北出版（２００６）第２０９頁〜第２１２頁特開平１０−３０３５０４号公報特開平１０−４１２５４号公報特開２００２−３３５０４８号公報

しかしながら、本発明者らの知見によれば、上述のようにｐ側電極１１３の形成後にアロイ工程を行わない場合には、ｐ側電極１１３のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９に対する密着性が不十分であることから、レーザ構造が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０１をこのｎ型ＧａＮ基板１０１側から劈開して共振器端面を形成する際にこの共振器端面付近のｐ側電極１１３が剥がれたり、剥がれかかった状態となることにより、通電時にこのｐ側電極１１３の部分で発熱が起き、ＧａＮ系半導体レーザの故障に繋がるという問題があった。特に、ＧａＮ系半導体レーザを高出力で使用する場合にはこの問題は深刻である。一例として、ｐ側電極１１３が（Ｐｄ／Ｐｔ）／（Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎｉ）＝（５０ｎｍ／１００ｎｍ）／（１０ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ）の５層の金属膜の積層金属膜からなる場合の共振器端面付近のｐ側電極１１３およびリッジストライプ１１０の部分の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図１５に示す。図１５に示すように、劈開により形成された共振器端面付近において、ｐ側電極１１３（図１５中では単に電極と示す）に劈開時に引っ張られた形跡が観測されるとともに、ｐ側電極１１３とｐ型ＧａＮコンタクト層１０９との間に１０ｎｍ程度の厚さの隙間が観測される。また、この図１５に示す構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて高出力を得るために電流を増加させると、図１６に示すように、共振器端面付近のｐ側電極１１３がほとんど剥がれて破壊する現象が見られた。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、リッジストライプ、より一般的には窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極を形成した後にアロイ工程を行わない場合に、電極が共振器端面を形成するための劈開時などに剥がれたり、剥がれかかったりするのを有効に防止することができ、この電極に起因する故障を防止することができる、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザおよびその製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、この半導体レーザを光源に用いた光ピックアップおよび光ディスク装置を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極を形成した後にアロイ工程を行わない場合に、電極が劈開時などに剥がれたり、剥がれかかったりするのを有効に防止することができ、この電極に起因する故障を防止することができる、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザ、発光ダイオード、電子走行素子などを含む半導体装置およびその製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、この発明を案出するに至った。その概要を説明すると次のとおりである。
レーザ構造が形成されたｎ型ＧａＮ基板１０１を劈開して共振器端面を形成する際に、この共振器端面付近のｐ側電極１１３が剥がれたり、剥がれかかった状態となるのを防止するためには、（１）ｐ側電極１１３の形成後にアロイ工程を導入してｐ型ＧａＮコンタクト層１０９とｐ側電極１１３との密着性を向上させること、（２）劈開時の応力を低減すること、（３）劈開時の応力をｐ側電極１１３とｐ型ＧａＮコンタクト層１０９との界面に伝えないようにすること、などの対策が考えられる。（１）では、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９とｐ側電極１１３とのアロイ化（合金化）を行うことによって一般的には密着性を向上させることができるが、すでに述べたようにｐ側電極１１３のコンタクト抵抗が悪化するという弊害がある。また、（２）、（３）では、劈開時には硬いＧａＮ系半導体結晶を割ることになるので、ある程度の応力を発生させる必要があり応力低減には限界がある一方、ｎ型ＧａＮ基板１０１の厚さを小さくすることで応力を低減することは可能であるが、こうするとｎ型ＧａＮ基板１０１が割れやすくなり、歩留まりが著しく低下する。従って、アロイを行わない（ノンアロイ）条件で、劈開時の応力をｐ側電極１１３とｐ型ＧａＮコンタクト層１０９との界面に伝えず、かつ、ｐ側電極１１３のコンタクト抵抗の低減を実現する特有の電極構造が必要となる。

本発明者らは、この点を考慮して鋭意検討を行った結果、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にアロイ工程を伴わずに形成する電極としてｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜を用い、この金属積層膜の合計の厚さを３００ｎｍ以上にすることに加えて、この金属積層膜に対し以下のように定義される等価平均剛性率を５５ＧＰａ以下に設定することにより、劈開後の共振器端面付近のｐ側電極１１３がｐ型ＧａＮコンタクト層１０９から剥がれたり、剥がれかかったりしないようにすることができることを見出した。
この対策は、リッジストライプ１１０上にｐ側電極１１３を形成する場合だけでなく、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にアロイ工程を伴わずに電極を形成する半導体レーザであれば同様に有効であり、より一般的には、半導体レーザだけでなく、発光ダイオードやＦＥＴなどの電子走行素子を含む各種の半導体装置において窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にアロイ工程を伴わずに電極を形成する場合に有効である。

すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極がそれらの界面で合金化することなく設けられている半導体レーザにおいて、
上記電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ_e≦５５ＧＰａである
ことを特徴とするものである。

第２の発明は、
基板上にレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、合金化処理を伴うことなく電極を形成し、この際、この電極の少なくとも一部分を、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜であって、上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ_e≦５５ＧＰａであるものにより形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体レーザの製造方法である。

第３の発明は、
光源に半導体レーザを用いた光ピックアップにおいて、
上記半導体レーザとして、
レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極がそれらの界面で合金化することなく設けられている半導体レーザにおいて、
上記電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ_e≦５５ＧＰａであるものを用いた
ことを特徴とするものである。

第４の発明は、
光源に半導体レーザを用いた光ディスク装置において、
上記半導体レーザとして、
レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極がそれらの界面で合金化することなく設けられている半導体レーザにおいて、
上記電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

上記の半導体レーザにおいては、典型的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上部にリッジストライプを有し、少なくともこのリッジストライプ上に電極が設けられるが、これに限定されるものではない。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の、電極が直接接触する上部は通常コンタクト層であるが、これに限定されるものではない。このコンタクト層はｐ型であってもｎ型であってもよい。
好適には、電極を構成する金属積層膜の合計の厚さが５００ｎｍ以上であり、かつ、Ｇ_e≦５０ＧＰａであるが、これに限定されるものではない。

電極を構成する金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、Ｇ_e≦５５ＧＰａであり、合金化処理を伴わずに窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に形成してオーミックコンタクトさせることができるものである限り、この金属積層膜に含まれる金属膜の層数ｎ、各金属膜の構成金属の種類および厚さは、基本的には自由に選ぶことができる。いくつかの金属のヤング率および剛性率を挙げると下記のとおりであり、ヤング率と剛性率との関係を図示すると図１７に示すとおりである。また、参考のために、これらの金属の線膨張係数を図１８に示す。

ヤング率（×１０¹⁰Ｐａ）剛性率（×１０¹⁰Ｐａ）
Ｐｄ１１．３５．１１
Ｐｔ１６．８６．１
Ａｕ７．８２．７
Ｔｉ１１．５７４．３８
Ｎｉ２１．９８．３９
Ａｌ７．０３２．６１
Ａｇ８．２７３．０３
Ｓｎ４．９９１．８４
ＧａＮ（参考）１５

電極を構成する金属積層膜は、典型的には、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種類あるいは２種類の金属を含み、典型的には、この金属積層膜を構成するｎ層の金属膜が互いに混ざり合っていない。また、この金属積層膜に含まれるｎ層の金属膜は、互いに異なる金属からなるものであってもよいし、互いに同一の金属からなる金属膜を２層以上含むものであってもよい。この金属積層膜の最下層の金属膜は、アロイ工程を行わずに下地の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と密着してオーミックコンタクトすることができる金属からなり、典型的にはＰｄまたはＰｔからなるが、これに限定されるものではない。

電極は、典型的には、一方の共振器端面から他方の共振器端面にわたって、すなわち共振器長方向の全長にわたって設けられるが、共振器長方向に、上記の諸条件を満たさない金属多層膜により構成される部分を含んでもよい。また、電極は、共振器長方向と垂直方向にも、上記の諸条件を満たさない金属多層膜により構成される部分を含んでもよい。具体的には、例えば、電極が、合計の厚さが３００ｎｍより薄い金属多層膜により構成される部分を含んだり、Ｇ_e＞５５ＧＰａの金属多層膜により構成される部分を含んだりしてもよい。共振器端面を形成するための劈開時の電極の剥がれを有効に防止する観点から、好適には、電極のうちの共振器端面から共振器長方向に少なくとも１００μｍ以内の部分が上記の諸条件を満たす金属積層膜からなるが、これに限定されるものではない。

レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた従来公知の半導体レーザと同様な構成のものであってよく、一般的には、ｎ側クラッド層、ｎ側光導波層、活性層、ｐ側光導波層、電子障壁層、ｐ側クラッド層、コンタクト層などを含むが、これに限定されるものではない。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的には、Ａｌ_XＢ_yＧａ_1-x-y-zＩｎ_zＡｓ_uＮ_1-u-vＰ_v（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１、０≦ｕ＋ｖ＜１）からなり、より具体的には、Ａｌ_XＢ_yＧａ_1-x-y-zＩｎ_zＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ＜１）からなり、典型的には、Ａｌ_XＧａ_1-x-zＩｎ_zＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１）からなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、一般的には、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長あるいはハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの各種のエピタキシャル成長法により基板上にエピタキシャル成長させる。この基板は、導電性基板、特に導電性半導体基板であっても、サファイア基板などの絶縁性基板であってもよい。導電性半導体基板としては、例えば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板、最も典型的にはＧａＮ基板を用いることができる。

ところで、図１４に示す従来のＧａＮ系半導体レーザにおいては、内部損失の低減、すなわち、しきい値電流およびスロープ効率の改善を行うために、活性層１０４の井戸層とｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７との間の距離を１００ｎｍ程度離すようにしており、これによって内部損失を３０ｃｍ^-1から１２ｃｍ^-1まで低減することに成功している。これに伴い、しきい値電流は３８ｍＡから３０ｍＡへ低減し、スロープ効率は１Ｗ／Ａから１．４Ｗ／Ａまで向上している。しかしながら、この従来のＧａＮ系半導体レーザには、製造工程のばらつきにより、寿命が短くなってしまうという課題がある。そこで、この従来のＧａＮ系半導体レーザのうち寿命が短いものの劣化解析を行ったところ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９およびｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層１０８の上部をドライエッチングすることによりリッジストライプ１１０を形成した際に、このリッジストライプ１１０の両側の脇の部分のｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７やその下のアンドープＡｌＧａＮ光導波層１０６などにドライエッチングによるダメージが入って欠陥が形成され（図１９に、ダメージが入った領域を点描を付した領域で示す）、動作時にｐ側電極１１３とｎ側電極１１４との間に電流を流したときにこのリッジストライプ１１０の両側の脇の部分に流れる電流がｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７やその下のアンドープＡｌＧａＮ光導波層１０６などの欠陥を増殖させ、ＧａＮ系半導体レーザの劣化が促進されることを見出した。このドライエッチングによるダメージの量は、ドライエッチング工程におけるエッチングのばらつきによるダメージの入り方の違いや、レーザ構造を形成する層の結晶成長の工程における結晶品質のばらつきなどにより変動し、制御が極めて難しい。そして、独自に得た上記の知見に基づき、リッジストライプ１１０の深さを変えてＧａＮ系半導体レーザの劣化を調べた結果、リッジストライプ１１０を深く形成するほど劣化が少なくなる傾向にあり、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７を完全に突き抜け、しかもリッジストライプ１１０の両側の部分の底面がｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層１０７の下面から１０ｎｍ以上の深さになるようにすると、劣化が激減することを見出した。そこで、半導体レーザの劣化を防止するためには、第１〜第４の発明における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層として、ｎ側クラッド層と、このｎ側クラッド層上のｎ側光導波層と、このｎ側光導波層上の活性層と、この活性層上のｐ側光導波層と、このｐ側光導波層上の電子障壁層と、この電子障壁層上のｐ側クラッド層とを含むものを用いる場合に、ｐ側光導波層の上部、電子障壁層およびｐ側クラッド層にリッジストライプを形成し、電子障壁層とリッジストライプの両側の部分の底面との間の距離を１０ｎｍ以上にするのが好ましい。この場合、ｐ側電極は、典型的には、ｐ側クラッド層上に設けられるｐ型コンタクト層上に形成される。半導体レーザの劣化をより確実に防止する観点より、電子障壁層とリッジストライプの両側の部分の底面との間の距離は２０ｎｍ以上とするのが好ましい。一方、リッジストライプの形成時にこのリッジストライプの両側の部分の底面に入るダメージによる活性層の劣化を防止する観点より、リッジストライプの両側の部分の底面と活性層との間の距離は１００ｎｍ以上とするのが好ましい。また、半導体レーザの内部損失を低減し、しきい値電流を低減し、スロープ効率を向上させる観点より、電子障壁層と活性層との間の距離は１１０ｎｍ以上とするのが好ましく、一方、電子障壁層と活性層との間の距離が３００ｎｍを超えると内部量子効率が低下するため３００ｎｍ以下とするのが好ましい。ｐ側光導波層は、好適な一例では、ＩｎおよびＧａを含むアンドープまたはｎ型（好適にはライトドープのもの）の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層（例えば、アンドープまたはｎ型のＩｎＧａＮ層）とその上のＡｌおよびＧａを含むアンドープまたはｎ型（好適にはライトドープのもの）の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層（例えば、アンドープまたはｎ型のＡｌＧａＮ層）とからなるが、一般的には、アンドープまたはｎ型のＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＩｎＮ層などのうちの一層または二層以上を組み合わせたものにより構成される。電子障壁層は、一般的にはＡｌおよびＧａを含むｐ型の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であり、好適にはＡｌ_xＧａ_1-xＮ層（０．１５≦ｘ＜１）である。

一方、高密度光ディスク装置の光源として用いられるＧａＮ系半導体レーザにおいては戻り光雑音を低減する必要があり、この方策の１つとして、セルフパルセーション動作を起こさせる手法がある。このようなセルフパルセーション動作を実現するために、可飽和吸収層を光導波層やクラッド層に設け、この可飽和吸収層にドーピングを行う方法が提案されている（例えば、特開平９−１９１１６０号公報参照。）。しかし、本方式に対しては、温度に対するセルフパルセーション動作の不安定性が課題として指摘されている（例えば、特開２００３−３１８９８号公報参照。）。さらに、可飽和吸収層の厚さ、光閉じ込め係数、活性層と可飽和吸収層との距離などの選定や、活性層と可飽和吸収層との間へのワイドギャップ半導体の挿入によりセルフパルセーション動作を可能とすることが提案されている（例えば、特開２００３−３１８９８号公報および特開２００３−２１８４５８号公報参照。）。しかしながら、これらの条件を用いても、セルフパルセーション動作する半導体レーザを安定に得ることはできない。例えば、可飽和吸収層とｐ型ＡｌＧａＮ層との間にｐ型ＧａＮ層を導入しただけでセルフパルセーション動作をしなくなったことが報告されており（例えば、Appl. Phys. Lett. 83, 1098(2003)参照。）、ｐ型ＡｌＧａＮ層と可飽和吸収層との界面におけるキャリアの再結合の促進とピエゾ効果によるキャリアのトンネルとが可飽和吸収層のキャリア寿命時間を実効的に短くし、セルフパルセーション動作に寄与していると結論づけている。いずれにしても、このような不安定性は、セルフパルセーション動作をするＧａＮ系半導体レーザの量産を行う際に大きな課題となる。そこで、この課題を解決すべく鋭意検討を行った。その概要を説明すると次のとおりである。すなわち、Appl. Phys. Lett. 83, 1098(2003)において、セルフパルセーション動作が不安定になっている理由は、可飽和吸収層のキャリア寿命時間の低減が不十分であることによる。従って、上記の課題を解決するためには、可飽和吸収層におけるキャリア寿命時間を実効的に短くすることが必要である。キャリア寿命時間を短くするには、キャリア再結合過程を増やすことが重要であるが、本発明者は、このためにドライエッチングによるダメージを可飽和吸収層に積極的に導入することが最も有効かつ簡便であると考え、実験的に最適条件を見出した。具体的には、活性層とクラッド層との間に可飽和吸収層を設ける半導体レーザにおいて、横モード制御のために、クラッド層側からドライエッチングを行うことによりリッジストライプを形成する場合、このリッジストライプの両側の部分の底面から活性層の上面までの距離を１０５ｎｍ以上、かつ、リッジストライプの両側の部分の底面から可飽和吸収層の上面までの距離を１００ｎｍ以下とすることにより、平均故障寿命（mean time to failure，ＭＴＴＦ）が最大となり、安定なセルフパルセーション動作が可能で長寿命の半導体レーザを実現することができることを見出した。そこで、安定なセルフパルセーション動作が可能で長寿命の半導体レーザを得るためには、第１〜第４の発明における窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層として、第１の導電型側の第１のクラッド層と、この第１のクラッド層上の活性層と、この活性層上の可飽和吸収層と、この可飽和吸収層上の第２の導電型側の第２のクラッド層とを含むものを用い、少なくとも第２のクラッド層にリッジストライプを形成する場合、典型的には、第２のクラッド層に互いに平行にかつ互いに所定間隔離れて一対の溝を形成してその間にリッジストライプを形成する場合に、リッジストライプの両側の部分の底面から、あるいは、第２のクラッド層に互いに平行にかつ互いに所定間隔離れて一対の溝を形成してその間にリッジストライプを形成する場合にはこれらの溝の底面から活性層の上面までの距離を１０５ｎｍ以上、かつ、リッジストライプの両側の部分の底面から、あるいは、これらの溝の底面から可飽和吸収層の上面までの距離を１００ｎｍ以下とするのが好ましい。ここで、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面から活性層の上面までの距離およびリッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面から可飽和吸収層の上面までの距離は、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面の一点を原点として活性層に向かう方向を正方向とする座標系を取った場合の距離である。リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面から可飽和吸収層の上面までの距離は１００ｎｍ以下であるが、この距離は正または０の場合（０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）だけでなく、負の場合もある。この距離が負の場合には、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面が可飽和吸収層の上面と下面との間に位置している場合（下面上に位置している場合を含むものとする）と、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面が可飽和吸収層の下面よりも深く、活性層の上面よりも浅い所に位置している場合とがある。

典型的には、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面および／または側面の近傍の可飽和吸収層に損傷が生じている。この損傷の発生原因は問わないが、この損傷は、典型的には、このリッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝を少なくとも第２のクラッド層をドライエッチングすることにより形成した場合に発生するエッチングダメージである。リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面から可飽和吸収層の上面までの距離が１００ｎｍ以下０ｎｍ以上の場合には、もっぱらリッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面の近傍の可飽和吸収層に損傷が生じており、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面から可飽和吸収層の上面までの距離が０ｎｍよりも小さい場合、言い換えるとリッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面が可飽和吸収層の上面と下面との間に位置している場合、または、リッジストライプの両側の部分の底面あるいは溝の底面が可飽和吸収層の下面よりも深く、活性層の上面よりも浅い所に位置している場合には、リッジストライプの両側の部分の底面および側面下部の近傍またはリッジストライプの側面の近傍、あるいは、溝の底面および側面下部の近傍または溝の側面の近傍の可飽和吸収層に損傷が生じている。可飽和吸収層には必要に応じて不純物がドーピング（一般的には高濃度ドーピング）され、非発光再結合中心が形成される。

第１のクラッド層、活性層、可飽和吸収層および第２のクラッド層における隣接する層同士は直接接触していてもよいし、それらの間に他の何らかの機能を有する層が１層または２層以上介在していてもよい。例えば、第１のクラッド層と活性層との間に第１導電型側の光導波層が設けられ、第２のクラッド層と活性層との間に第２導電型側の光導波層が設けられていてもよい。また、キャリア寿命時間を短くするには、キャリア再結合過程を増やすことに加えて、光吸収で発生するキャリア以外のキャリアの活性層への注入を抑制することが重要であるが、このためには、活性層と第２のクラッド層との間に、第１のクラッド層側から活性層に注入されるキャリアが活性層を超えて第２のクラッド層側に移動するのを防止するための障壁層が設けられてもよい。この障壁層は、具体的には、例えば、活性層と可飽和吸収層との間に十分な障壁高さが得られる組成のアンドープ層およびｐ型層の２層を少なくとも含むように設けられる。この場合、アンドープ層は活性層側に、ｐ型層は可飽和吸収層側に設けられる。これらのアンドープ層およびｐ型層は、例えば、ＡｌＧａＮやＡｌＧａＩｎＮなどのＡｌ組成やＩｎ組成などを変えることで容易に得ることができる。アンドープ層のバンドギャップエネルギーをＥ_g1、ｐ型層のバンドギャップエネルギーをＥ_g2とすると、好適にはＥ_g1＜Ｅ_g2とする。

好適には、リッジストライプの側面、溝の内部および溝の外側の部分の層上に絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、電気絶縁性を有しあるいは十分に高抵抗の物質からなるものであれば、基本的にはどのような物質からなるものであってもよいが、半導体レーザの静電容量低減の観点からは、誘電率が低いものが好ましい。また、この絶縁膜は、単層構造であっても二層以上の多層構造であってもよい。この絶縁膜を二層構造とする場合、上層が発振波長の光に対する吸収係数が高いもの、例えばレーザ光の波長が青紫色の波長帯のときにはアンドープのＳｉ膜が好ましく、下層は例えばＳｉＯ₂膜などである。

第２の導電型側の電極は、典型的には、第２のクラッド層上に設けられるコンタクト層上に形成される。導電性半導体基板の裏面に第１の導電型側の電極を形成し、第２のクラッド層上に設けられるコンタクト層上に第２の導電型側の電極を溝の外側にまで広がった状態で形成する場合、好適には、リッジストライプの側面、溝の内部および溝の外側の部分のコンタクト層上に形成される絶縁膜のうち、溝の外側の部分のコンタクト層上の部分の厚さを十分に大きくする。このようにすることにより、溝の外側の部分における第１の導電型側の電極と第２の導電型側の電極との間隔をリッジストライプや溝の部分における間隔に比べて大きくすることができるので、これらの電極間の静電容量の低減を図ることができ、半導体レーザの高周波特性の向上を図ることができるとともに、静電リークや静電破壊を防止することができる。
光ディスク装置には、再生（読み出し）専用のもの、記録（書き込み）専用のもの、再生および記録が可能なもののいずれも含まれ、再生および／または記録の方式も特に問わない。光ピックアップはこのような光ディスク装置に用いて好適なものである。

第５の発明は、
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極がそれらの界面で合金化することなく設けられている半導体装置において、
上記電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

第６の発明は、
基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、合金化処理を伴うことなく電極を形成し、この際、この電極の少なくとも一部分を、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜であって、上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ_e≦５５ＧＰａであるものにより形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

第５および第６の発明において、半導体装置には、半導体レーザや発光ダイオードなどの半導体発光素子のほか、ＦＥＴなどの電子走行素子などの各種のものが含まれ、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の構成はこれらの素子に応じて適宜設計される。
第５および第６の発明においては、上記以外のことは、その性質に反しない限り、第１〜第４の発明に関連して説明したことが成立する。

上述のように構成された第１〜第６の発明においては、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に、合金化処理を伴うことなく電極を形成する場合に、この電極の少なくとも一部分を、ｎ層の金属膜が積層された金属積層膜であって、この金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、Ｇ_e≦５５ＧＰａであるものにより形成することにより、劈開時などにこの金属積層膜に対し窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から剥がれる方向の力が加わった場合でも、この際に発生する応力が電極と窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層との界面に伝わりにくくなる。

この発明によれば、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上に電極を形成した後にアロイ工程を行わない場合に、電極が共振器端面を形成するための劈開時などに剥がれたり、剥がれかかったりするのを有効に防止することができ、この電極に起因する故障を防止することができる、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザを得ることができる。そして、この半導体レーザを光源に用いることにより、高性能の光ディスク装置を実現することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１はこの発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す。
図１に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ｎ型ＧａＮ光導波層３、アンドープのＧａ_1-xＩｎ_xＮ（量子井戸層）／Ｇａ_1-yＩｎ_yＮ（障壁層、ｘ＞ｙ）多重量子井戸構造の活性層４、アンドープＩｎＧａＮ光導波層５、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９が順次積層されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２およびｎ型ＧａＮ光導波層３には、ｎ型不純物として例えばＳｉがドーピングされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８を構成するｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層９には、ｐ型不純物として例えばＭｇがドーピングされている。ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８の上部およびｐ型ＧａＮコンタクト層９には、一方向（共振器長方向）に直線状に延在してリッジストライプ１０が形成されている。このリッジストライプ１０の両側面およびその外側の部分のｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８上に延在してＳｉＯ₂膜１１およびその上のアンドープＳｉ膜１２が形成されている。リッジストライプ１０のｐ型ＧａＮコンタクト層９にオーミックコンタクトしてｐ側電極１３が形成されている。このｐ側電極１３はアンドープＳｉ膜１２上に延在して形成され、また、一方の共振器端面から他方の共振器端面にわたっ、すなわち共振器長方向の全長にわたって形成されている。一方、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面にｎ側電極１４がオーミックコンタクトして形成されている。

このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｐ側電極１３のうちの共振器端面から共振器長方向に少なくとも１００μｍ以内の部分、好適にはこのｐ側電極１３の全体が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、この金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上でかつＧ_e≦５５ＧＰａとなるように構成されている。こうすることで、共振器端面を形成するための劈開時にｐ側電極１３がｐ型ＧａＮコンタクト層９から剥がれるのを有効に防止することができる。

次に、このＧａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
まず、ｎ型ＧａＮ基板１上に、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ｎ型ＧａＮ光導波層３、活性層４、アンドープＩｎＧａＮ光導波層５、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９を順次エピタキシャル成長させる。ここで、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２、ｎ型ＧａＮ光導波層３、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるＧａ_1-xＩｎ_xＮ／Ｇａ_1-yＩｎ_yＮ多重量子井戸構造の活性層４およびアンドープＩｎＧａＮ光導波層５の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とするが、これに限定されるものではない。

これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、例えば、Ｇａの原料としてはトリエチルガリウム（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｇａ、ＴＥＧ）またはトリメチルガリウム（（ＣＨ₃）₃Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリエチルインジウム（（Ｃ₂Ｈ₅）₃Ｉｎ、ＴＥＩ）またはトリメチルインジウム（（ＣＨ₃）₃Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはアンモニア（ＮＨ₃）を用いる。ドーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシラン（ＳｉＨ₄）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビス（メチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（ＣＨ₃Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）、ビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ₂Ｈ₅Ｃ₅Ｈ₄）₂Ｍｇ）あるいはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｍｇ）を用いるが、これに限定されるものではない。また、上記のＧａＮ系半導体層の成長時のキャリアガス雰囲気としては、例えば、Ｈ₂ガスが用いられるが、これに限定されるものではない。

次に、例えばＳｉＯ₂膜のような絶縁膜（図示せず）を全面に形成した後、この絶縁膜をエッチングにより所定形状にパターニングする。次に、この絶縁膜をエッチングマスクとして用いて例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層９およびｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８の上部をエッチングすることによりリッジストライプ１０を形成する。次に、このエッチングマスクとして用いた絶縁膜をエッチング除去した後、全面にＳｉＯ₂膜１１およびアンドープＳｉ膜１２を順次形成した後、リッジストライプ１０上の部分にあるこれらの膜を選択的にエッチング除去し、リッジストライプ１０の上面を露出させる。次に、アンドープＳｉ膜１２上にリフトオフ法などによりｐ側電極１３を形成する。次に、必要に応じて、ｎ型ＧａＮ基板１をその裏面から研磨することにより、所定の厚さに薄膜化する。次に、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面にリフトオフ法などによりｎ側電極１４を形成する。
この後、レーザ構造が形成されたｎ型ＧａＮ基板１を劈開によりバー状に加工して一対の共振器端面を形成し、必要に応じて端面コーティングを施し、さらにこのバーをチップ化する。この共振器端面を形成するための劈開時には、ｐ側電極１３のうちの共振器端面から共振器長方向に少なくとも１００μｍ以内の部分が、上述のように合計の厚さが３００ｎｍ以上でかつＧ_e≦５５ＧＰａの金属積層膜により構成されていることにより、ｐ側電極１３が剥がれるのを有効に防止することができる。
以上により、図１に示すＧａＮ系半導体レーザが製造される。

レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さや組成などの具体例を挙げると、次のとおりである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２の厚さは１．３μｍ、Ａｌ組成は０．０７である。ｎ型ＧａＮ光導波層３の厚さは０．１μｍである。活性層４の量子井戸層を構成するＧａ_1-xＩｎ_xＮ層の厚さは３ｎｍ、Ｉｎ組成ｘは０．０８、障壁層を構成するＧａ_1-yＩｎ_yＮ層の厚さは７ｎｍ、Ｉｎ組成ｙは０．０２であり、井戸数は３である。アンドープＩｎＧａＮ光導波層５の厚さは４０ｎｍ、Ｉｎ組成は０．０２である。アンドープＡｌＧａＮ光導波層６の厚さは６０ｎｍ、Ａｌ組成は０．０２である。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７の厚さは２０ｎｍ、Ａｌ組成は０．２０である。ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８の厚さは０．５μｍ、このｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８のアンドープＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は０．１０である。ｐ型ＧａＮコンタクト層９の厚さは０．１μｍである。リッジストライプ１０の幅は例えば１．５〜２μｍである。ｎ型ＧａＮ基板１の厚さは８５μｍである。

〈実施例〉
ｐ側電極１３を（Ｐｄ／Ｐｔ）／（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ）＝（５０ｎｍ／１００ｎｍ）／（１０ｎｍ／１００ｎｍ／２００ｎｍ／１００ｎｍ）の６層の金属膜の金属多層膜により形成した。この金属多層膜の合計の厚さは５０＋１００＋１０＋１００＋２００＋１００＝５６０ｎｍ、この金属多層膜の等価平均剛性率は
Ｇ_e＝（５．１１×１０¹⁰×５０×１０^-9＋６．１×１０¹⁰×１００×１０^-9＋４．３８×１０¹⁰×１０×１０^-9＋６．１×１０¹⁰×１００×１０^-9＋２．７×１０¹⁰×２００×１０^-9＋６．１×１０¹⁰×１００×１０^-9）／（５０×１０^-9＋１００×１０^-9＋１０×１０^-9＋１００×１０^-9＋２００×１０^-9＋１００×１０^-9）
＝２６６９３／（５６０×１０^-9）
＝４．７６６×１０¹⁰Ｐａ
＝４７．６６ＧＰａ
であり、金属多層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上でかつＧ_e≦５５ＧＰａの条件を満たす。
このようにｐ側電極１３が（Ｐｄ／Ｐｔ）／（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ）＝（５０ｎｍ／１００ｎｍ）／（１０ｎｍ／１００ｎｍ／２００ｎｍ／１００ｎｍ）の６層の金属膜の金属多層膜からなる場合の共振器端面付近のｐ側電極１３およびリッジストライプ１０の部分の断面ＴＥＭ写真を図２に示す。図２に示すように、劈開により形成された共振器端面付近のｐ側電極１３（図２中では単に電極と示す）とｐ型ＧａＮコンタクト層９（図２中では単に半導体と示す）との間には隙間が観測されない。また、この図２に示す構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて高出力を得るために電流を増加させた場合の共振器端面付近のｐ側電極１３の様子を観測したところ、ｐ側電極１３の剥がれは観測されず、ｐ側電極１３の破壊は何ら観測されなかった。

〈比較例〉
ｐ側電極１３を（Ｐｄ／Ｐｔ）／（Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎｉ）＝（５０ｎｍ／１００ｎｍ）／（１０ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ）の５層の金属膜からなる従来の金属多層膜により形成した。この金属多層膜の合計の厚さは５０＋１００＋１０＋１００＋１００＝３６０ｎｍ、この金属多層膜の等価平均剛性率は
Ｇ_e＝（５．１１×１０¹⁰×５０×１０^-9＋６．１×１０¹⁰×１００×１０^-9＋４．３８×１０¹⁰×１０×１０^-9＋６．１×１０¹⁰×１００×１０^-9＋８．３９×１０¹⁰×１００×１０^-9）／（５０×１０^-9＋１００×１０^-9＋１０×１０^-9＋１００×１０^-9＋１００×１０^-9）
＝２３５８３／（３６０×１０^-9）
＝６．５５×１０¹⁰Ｐａ
＝６５．５ＧＰａ
であり、金属多層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上でかつＧ_e≦５５ＧＰａの条件を満たさない。
このようにｐ側電極１３が（Ｐｄ／Ｐｔ）／（Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎｉ）＝（５０ｎｍ／１００ｎｍ）／（１０ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ）の５層の金属膜の金属多層膜からなる場合の共振器端面付近のｐ側電極１３およびリッジストライプ１０の部分の断面ＴＥＭ写真は図１５に示すとおりであり、すでに述べたように、劈開により形成された共振器端面付近のｐ側電極１３に劈開時に引っ張られた形跡が観測されるとともに、ｐ側電極１３とｐ型ＧａＮコンタクト層９との間に１０ｎｍ程度の厚さの隙間が観測された。また、図１６に示すように、この構造のＧａＮ系半導体レーザにおいて高出力を得るために電流を増加させた場合の共振器端面付近のｐ側電極１３の様子を観測したところ、共振器端面付近のｐ側電極１３はほとんど剥がれ、破壊された。

以上のように、この第１の実施形態によれば、ｐ側電極１３のうちの共振器端面から共振器長方向に少なくとも１００μｍ以内の部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、この金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上でかつＧ_e≦５５ＧＰａとなるように構成されているので、共振器端面を形成するための劈開時にｐ側電極１３がｐ型ＧａＮコンタクト層９から剥がれたり、剥がれかかったりするのを有効に防止することができる。そして、高出力、例えば１００ｍＷ以上の出力を出すためにＧａＮ系半導体レーザに流す電流を増加させても、ｐ側電極１３がｐ型ＧａＮコンタクト層９から剥がれたり、剥がれかかったりするのを防止することができ、ｐ側電極１３の破壊を防止することができる。このため、ｐ側電極１３の破壊に起因するＧａＮ系半導体レーザの故障を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。

次に、この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。図３はこのＧａＮ系半導体レーザを示す。
図３に示すように、このＧａＮ系半導体レーザは、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６の上部、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９にリッジストライプ１０が形成されていることを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様な構成を有する。

このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７とリッジストライプ１０の両側の部分の底面との間の距離をｄ₁としたとき、ｄ₁≧１０ｎｍとなるようにリッジストライプ１０の深さが設定されている。この場合、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７はリッジストライプ１０の中に完全に含まれている。また、リッジストライプ１０の両側の部分の底面と活性層５に含まれる量子井戸層のうちのｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７に最も近いものとの間の距離をｄ₂、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７と活性層５に含まれる量子井戸層のうちのｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７に最も近いものとの間の距離をｄ₃としたとき、ｄ₂≧１００ｎｍかつ３００ｎｍ≧ｄ₃≧１１０ｎｍとなるように、リッジストライプ１０の深さならびにアンドープＩｎＧａＮ光導波層５およびアンドープＡｌＧａＮ光導波層６の厚さが設定されている。

このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、ＲＩＥなどのドライエッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層９、ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７およびアンドープＡｌＧａＮ光導波層６の上部をエッチングすることによりリッジストライプ１０を形成することを除いて、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの製造方法と同様である。

ここで、半導体レーザの電流劣化率の式Ｉ_op＝Ａ×ｔⁿ（Ｉ_opは動作電流、Ａは定数、ｔは時間）でｎ値を定義する。図４は、リッジストライプ１０の深さを種々に変えてＧａＮ系半導体レーザを製造し、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７の下面の一点を原点として活性層４から離れる方向を正方向とする座標系を取った場合の、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７の下面からリッジストライプ１０の両側の部分の底面までの距離ｄ₁とｎ値との相関を示す。ただし、ｄ₁は、ＧａＮ系半導体レーザを共振器長方向と垂直な面に沿って劈開し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察（断面ＳＥＭ観察）することにより測定したものであり、レーザ構造を形成する層の厚さあるいはリッジストライプ１０をドライエッチングにより形成する際のエッチングのばらつきがあるため、１０ｎｍ程度の誤差がある。図４より、ｄ≦−１０ｎｍでｎ値はほぼ０となり、ｄ≦−２０ｎｍではより確実にｎ値をほぼ０とすることができ、電流劣化がほとんど生じないＧａＮ系半導体レーザが得られることが分かる。

図５は、ｄ₁＝−３０ｎｍとした五つのＧａＮ系半導体レーザ（試料ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ）に対して７５℃、１７ｍＷ、ＣＷ（連続発振）条件において長期寿命試験を行った結果を示す。初期のＩ_opの値は試料ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅに対しそれぞれ４１．６９ｍＡ、４３．９５ｍＡ、４４．６２ｍＡ、４２．８６ｍＡ、４２．６８ｍＡである。図５より、これらのＧａＮ系半導体レーザでは１０００時間経過後でもＩ_opは初期値を維持しており、１０００時間も電流劣化が生じていないことが分かる。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、リッジストライプ１０をｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７を完全に突き抜けるように形成し、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７とリッジストライプ１０の両側の部分の底面との間の距離をｄ₁としたとき、ｄ₁≧１０ｎｍとなるようにリッジストライプ１０の深さを設定していることにより、リッジストライプ１０の形成時のドライエッチングによるエッチングなどのばらつきによらず、ＧａＮ系半導体レーザの電流劣化を抑えることができ、長寿命で信頼性の高いＧａＮ系半導体レーザを得ることができる。また、リッジストライプ１０の両側の部分の底面と活性層５に含まれる井戸層のうちのｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７に最も近いものとの間の距離ｄ₂をｄ₂≧１００ｎｍとしていることにより、低しきい値電流および高スロープ効率特性を得ることができる。

次に、この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。このＧａＮ系半導体レーザはセルフパルセーション型ＧａＮ系半導体レーザである。図６はこのＧａＮ系半導体レーザを示す。
図６に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７とｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８との間に、ｐ型ＧａＮ層の間にｐ型ＩｎＧａＮ層を挟んだ構造の可飽和吸収層１５が設けられている。ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８およびｐ型ＧａＮコンタクト層９に形成されたリッジストライプ１０の両側には溝１６、１７が形成されている。これらの溝１６、１７の外側の部分のｐ型ＧａＮコンタクト層９上に例えばＳｉＯ₂膜のような絶縁膜１８が形成されている。また、リッジストライプ１０の両側面、溝１６、１７およびその外側の部分の絶縁膜１８上に延在してＳｉＯ₂膜１１およびその上のアンドープＳｉ膜１２が形成されている。リッジストライプ１０のｐ型ＧａＮコンタクト層９にオーミックコンタクトしてｐ側電極１３が形成されている。このｐ側電極１３は溝１６、１７の外側の部分のアンドープＳｉ膜１２上に延在して形成されている。
このＧａＮ系半導体レーザの上記以外の構成は、第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様である。

溝１６、１７の底面の一点を原点として活性層４に向かう方向を正方向とする座標系を取った場合の溝１６、１７の底面から活性層４の上面までの距離をｔ₁、溝１６、１７の底面から可飽和吸収層１５の上面までの距離をｔ₂としたとき、ｔ₁≧１０５ｎｍかつ０≦ｔ₂≦１００ｎｍとなるように溝１６、１７の深さが設定されている。その理由については後述する。一般的にはｔ₁＜０．６μｍであり、典型的にはｔ₁＜２００ｎｍである。溝１６、１７の幅は一般的には２５０μｍ以下、より一般的には１００μｍ以下、典型的には２０μｍ以下である。

レーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さや組成などの具体例は第１の実施形態と同様であるが、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７の厚さは１０ｎｍ、Ａｌ組成は０．２０であり、可飽和吸収層１５は、厚さが３ｎｍのｐ型ＧａＮ層により厚さが２ｎｍのｐ型Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98層を挟んだ構造を有する。ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７にはＭｇが例えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上ドーピングされている。可飽和吸収層１５を構成するｐ型層にはＭｇが例えば５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下ドーピングされている。

このＧａＮ系半導体レーザを製造するには、第１の実施形態と同様にしてｐ型ＧａＮコンタクト層９の成長まで終了した後、例えばＳｉＯ₂膜のような絶縁膜１８を全面に形成し、この絶縁膜１８をエッチングにより所定形状にパターニングする。次に、この絶縁膜１８をエッチングマスクとして用いて例えばＲＩＥなどのドライエッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層９およびｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層８をエッチングすることにより溝１６、１７を形成し、これによってリッジストライプ１０を形成する。次に、このエッチングマスクとして用いた絶縁膜１８を残したまま全面に例えばＳｉＯ₂膜１１およびアンドープＳｉ膜１２を順次形成した後、リッジストライプ１０上の部分にあるこれらの膜を選択的にエッチング除去し、リッジストライプ１０の上面を露出させる。次に、リッジストライプ１０およびアンドープＳｉ膜１２上にｐ側電極１３を形成する。次に、必要に応じて、ｎ型ＧａＮ基板１をその裏面から研磨することにより、所定の厚さに薄膜化する。
この後、第１の実施形態と同様にして劈開以降の工程を進め、目的とするＧａＮ系半導体レーザを製造する。

このＧａＮ系半導体レーザにおいては、可飽和吸収層１５のキャリア寿命時間を短くするために、溝１６、１７を形成するために行うドライエッチングにより、Ｍｇがドーピングされたｐ型ＩｎＧａＮ層を含む可飽和吸収層１５にエッチングダメージを積極的に導入している。この場合、可飽和吸収層１５に確実にエッチングダメージを導入するために、上記のように０≦ｔ₂≦１００ｎｍとしている。このようにエッチングダメージが導入された可飽和吸収層１５では、より多くの中間準位が形成され、この中間順位を介した非発光再結合過程が増加し、非発光再結合寿命時間が短くなる。一般にキャリア寿命時間τ_sは、発光再結合寿命時間τ_rと非発光再結合寿命時間τ_nrとを用いて次式のように表すことができる。
１／τ_s＝１／τ_r＋１／τ_nr
この式から、非発光再結合寿命時間τ_nrが短くなると、キャリア寿命時間τ_sも短くなることが分かる。

図７に、距離ｔ₁とＧａＮ系半導体レーザのＭＴＴＦ（平均素子寿命時間）との関係を測定した結果を示す。ただし、このＧａＮ系半導体レーザにおけるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さや組成などは上記の具体例と同一である。図７から、ｔ₁≦１００ｎｍではＭＴＴＦが短くなることが分かる。これは、ｔ₁≦１００ｎｍのＧａＮ系半導体レーザでは、溝１６、１７を形成するためのドライエッチング時に活性層４にエッチングダメージが導入され、その結果、寿命が急速に悪化していることに起因する。従って、溝１６、１７の底面、すなわちドライエッチング加工面から可飽和吸収層１５の上面までの距離ｔ₂をｔ₂≦１００ｎｍ以下にすることで、可飽和吸収層１５のキャリア寿命時間を短くし、ｔ₁≧１０５ｎｍ以上にすることでＧａＮ系半導体レーザのＭＴＴＦを十分に確保することが可能となる。

また、このＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２側から活性層４に注入され、活性層４から漏れ出る電子を抑制するために、可飽和吸収層１５と活性層４との間に、例えば厚さが６０ｎｍ、Ａｌ組成が０．０２のアンドープＡｌＧａＮ光導波層６と例えば厚さが１０ｎｍ、Ａｌ組成が０．２０のｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７との２層が設けられている。ここで、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６は、アンドープであることにより活性層４付近のエネルギーバンドをフラット化させ、Ａｌ組成が低くても活性層４から漏れ出る電子から見たキャリア障壁エネルギーを実効的に大きくしており、活性層４から漏れ出る電子をブロックする役割を果たす。さらに、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７は、アンドープＡｌＧａＮ光導波層６を超えてきた電子をブロックする役割を果たす。このように、電子ブロック層がアンドープＡｌＧａＮ光導波層６とｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層７との２段に形成されていることにより、活性層４からのキャリアオーバーフローを有効に抑えることが可能となり、このオーバーフローにより可飽和吸収層１５へ注入される電子を大幅に減らすことができる。このため、実効的に可飽和吸収層１５のキャリア寿命時間を短くする効果を得ることができる。このような構成を有するＧａＮ系半導体レーザは、信頼性が高く、安定したセルフパルセーション動作をすることが可能である。

図８および図９に、このＧａＮ系半導体レーザのスペクトル特性およびコヒーレント特性の測定結果を示す。ただし、測定に用いたＧａＮ系半導体レーザにおけるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さや組成などは上記の具体例と同一であり、ｔ₁＝１４５ｎｍ、ｔ₂＝１３ｎｍである。また、コヒーレント特性の測定は光出力を１５ｍＷにして行った。γ＝２０％である。図８から明らかなように、セルフパルセーションレーザに特有の多モード発振が確認される。また、図９に示すように、同じくセルフパルセーションレーザに特有の可干渉性低下（γ特性）が確認される。

図１０および図１１に、比較例によるＧａＮ系半導体レーザのスペクトル特性およびコヒーレント特性の測定結果を示す。この比較例によるＧａＮ系半導体レーザにおけるレーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層の厚さや組成などは上記の具体例と同一であるが、ｔ₁＝１４５ｎｍ、ｔ₂＝１０２ｎｍであり、ｔ₁はｔ₁≧１０５ｎｍの条件を満たしているものの、ｔ₂は０≦ｔ₂≦１００ｎｍの条件を満たしていない。コヒーレント特性の測定は光出力を１５ｍＷにして行った。図１０から明らかなように、多モード発振が確認されることからセルフパルセーション動作はしているが、図１１から明らかなように、可干渉性低下（γ特性）は不十分であった。

この第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点を得ることができる。すなわち、安定なセルフパルセーション動作が可能で信頼性が高く長寿命のＧａＮ系半導体レーザを容易に実現することができる。また、溝１６、１７の外側の部分のｐ型ＧａＮコンタクト層９上には絶縁膜１８、ＳｉＯ₂膜１１およびアンドープＳｉ膜１２が形成されているため、これらの絶縁膜１８、ＳｉＯ₂膜１１およびアンドープＳｉ膜１２の合計の厚さだけ、溝１６、１７の外側の部分におけるｐ側電極１３とｎ側電極１４との間隔をリッジストライプ１０や溝１６、１７の部分における間隔に比べて大きくすることができる。このため、ｐ側電極１３とｎ側電極１４との間の静電容量の低減を図ることができ、ＧａＮ系半導体レーザの高周波特性の向上を図ることができるとともに、静電リークや静電破壊を防止することができる。

次に、この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。
図１２に示すように、このＧａＮ系半導体レーザは、溝１６、１７の底面が可飽和吸収層１５の上面と下面との間に位置していることを除いて、第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様な構成を有する。この場合、溝１６、１７の底面および側面下部の近傍の可飽和吸収層１５にエッチングダメージが生じている。
この第４の実施形態によれば、第１および第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。

次に、この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザについて説明する。
図１３に示すように、このＧａＮ系半導体レーザは、溝１６、１７の底面が可飽和吸収層１５の下面より下側に位置していることを除いて、第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同様な構成を有する。この場合、溝１６、１７の側面近傍の可飽和吸収層１５にエッチングダメージが生じている。
この第５の実施形態によれば、第１および第３の実施形態と同様な利点を得ることができる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、基板、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、基板、プロセスなどを用いてもよい。
また、必要に応じて、上述の第１〜第５の実施形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。
なお、溝１６、１７の底面から可飽和吸収層１５の上面までの距離ｔ₂をｔ₂＞１０５ｎｍに選び、これらの溝１６、１７にイオン注入を行うことによりこれらの溝１６、１７の底面の下方の可飽和吸収層１５に例えばドライエッチングによるエッチングダメージと同程度の損傷を生じさせることによっても、可飽和吸収層１５のキャリア寿命時間の低減を十分に図ることが可能である。

この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの実施例の断面ＴＥＭ写真を示す図面代用写真である。この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいてｄ₁とｎ値との相関を示す略線図である。この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザの長期寿命試験の結果を示す略線図である。この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおける溝の底面から活性層の上面までの距離ｔ₁とＭＴＴＦとの関係の測定結果を示す略線図である。この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのスペクトル特性の測定結果を示す略線図である。この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザのコヒーレント特性の測定結果を示す略線図である。比較例によるＧａＮ系半導体レーザのスペクトル特性の測定結果を示す略線図である。比較例によるＧａＮ系半導体レーザのコヒーレント特性の測定結果を示す略線図である。この発明の第４の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。この発明の第５の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。従来のＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。従来のＧａＮ系半導体レーザの断面ＴＥＭ写真を示す図面代用写真である。従来のＧａＮ系半導体レーザのＳＥＭ写真を示す図面代用写真である。種々の金属のヤング率と剛性率との関係を示す略線図である。種々の金属の線膨張係数を示す略線図である。従来のＧａＮ系半導体レーザを示す断面図である。

符号の説明

１…ｎ型ＧａＮ基板、２…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、３…ｎ型ＧａＮ光導波層、４…活性層、５…アンドープＩｎＧａＮ光導波層、６…アンドープＡｌＧａＮ光導波層、７…ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層、８…ｐ型ＧａＮ／アンドープＡｌＧａＮ超格子クラッド層、９…ｐ型ＧａＮコンタクト層、１０…リッジストライプ、１１…ＳｉＯ₂膜、１２…アンドープＳｉ膜、１３…ｐ側電極、１４…ｎ側電極、１５…可飽和吸収層、１６、１７…溝、１８…絶縁膜

Claims

レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を有し、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、
ｎ側クラッド層と、
上記ｎ側クラッド層上のｎ側光導波層と、
上記ｎ側光導波層上の活性層と、
上記活性層上のｐ側光導波層と、
上記ｐ側光導波層上の電子障壁層と、
上記電子障壁層上のｐ側クラッド層と、
上記ｐ側クラッド層上のｐ型コンタクト層とを有し、
上記ｐ側光導波層の上部、上記電子障壁層、上記ｐ側クラッド層および上記ｐ型コンタクト層にリッジストライプが形成されてこのリッジストライプの中に上記電子障壁層が完全に含まれており、
上記電子障壁層と上記リッジストライプの両側の部分の底面との間の距離が１０ｎｍ以上であり、
上記ｐ型コンタクト層上にｐ側電極がそれらの界面で合金化することなく設けられ、
上記ｐ側電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ_iおよびｔ_iとし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ_e≦５５ＧＰａである半導体レーザ。
上記金属積層膜の合計の厚さが５００ｎｍ以上であり、かつ、Ｇ _e ≦５０ＧＰａである請求項１記載の半導体レーザ。
上記金属積層膜がＰｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群より選ばれた少なくとも１種類の金属を含む請求項１または２記載の半導体レーザ。
上記金属積層膜を構成する上記ｎ層の金属膜が互いに混ざり合っていない請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体レーザ。
上記金属積層膜がＰｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群より選ばれた少なくとも２種類の金属を含む請求項１または２記載の半導体レーザ。
上記金属積層膜を構成する上記ｎ層の金属膜が互いに混ざり合っていない請求項５記載の半導体レーザ。
上記ｐ側電極のうちの共振器端面から共振器長方向に少なくとも１００μｍ以内の部分が上記金属積層膜からなる請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体レーザ。
光源に半導体レーザを用い、
上記半導体レーザとして、
レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を有し、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、
ｎ側クラッド層と、
上記ｎ側クラッド層上のｎ側光導波層と、
上記ｎ側光導波層上の活性層と、
上記活性層上のｐ側光導波層と、
上記ｐ側光導波層上の電子障壁層と、
上記電子障壁層上のｐ側クラッド層と、
上記ｐ側クラッド層上のｐ型コンタクト層とを有し、
上記ｐ側光導波層の上部、上記電子障壁層、上記ｐ側クラッド層および上記ｐ型コンタクト層にリッジストライプが形成されてこのリッジストライプの中に上記電子障壁層が完全に含まれており、
上記電子障壁層と上記リッジストライプの両側の部分の底面との間の距離が１０ｎｍ以上であり、
上記ｐ型コンタクト層上にｐ側電極がそれらの界面で合金化することなく設けられ、
上記ｐ側電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ _i およびｔ _i とし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ _e ≦５５ＧＰａである半導体レーザを用いた光ピックアップ。
光源に半導体レーザを用い、
上記半導体レーザとして、
レーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を有し、
上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は、
ｎ側クラッド層と、
上記ｎ側クラッド層上のｎ側光導波層と、
上記ｎ側光導波層上の活性層と、
上記活性層上のｐ側光導波層と、
上記ｐ側光導波層上の電子障壁層と、
上記電子障壁層上のｐ側クラッド層と、
上記ｐ側クラッド層上のｐ型コンタクト層とを有し、
上記ｐ側光導波層の上部、上記電子障壁層、上記ｐ側クラッド層および上記ｐ型コンタクト層にリッジストライプが形成されてこのリッジストライプの中に上記電子障壁層が完全に含まれており、
上記電子障壁層と上記リッジストライプの両側の部分の底面との間の距離が１０ｎｍ以上であり、
上記ｐ型コンタクト層上にｐ側電極がそれらの界面で合金化することなく設けられ、
上記ｐ側電極の少なくとも一部分が、ｎ層（ｎは２以上の整数）の金属膜を含む金属積層膜からなり、
上記金属積層膜の合計の厚さが３００ｎｍ以上であり、かつ、上記金属積層膜の下からｉ番目の金属膜の剛性率および厚さをそれぞれＧ _i およびｔ _i とし、上記金属積層膜の等価平均剛性率を

と定義したとき、Ｇ _e ≦５５ＧＰａである半導体レーザを用いた光ディスク装置。