JP4890755B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体レーザおよびその製造方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザに適用して好適なものである。

ＡｌＧａＩｎＮ系材料では、混晶組成を制御することにより、紫外から赤外にわたる直接遷移型のバンドギャップエネルギをもつ結晶が得られ、このエネルギに相当する波長域の発光素子に応用できる。実際、この材料系を用い、現在、紫外光、青色光を放出する半導体レーザや、紫外光、青色光、緑色光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されている。これらの発光素子の活性層（発光層）は、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮ混晶が用いられることが多い。活性層のＩｎ組成を上げると発光波長を長くすることができ、表示デバイスの光源として用いることができ、青色発光半導体レーザも登場するようになった（非特許文献１）。
Jpn. J. Appl. Phys. Vol.40 (2001) p.3075

しかしながら、発光波長の長波長化にともない、下に述べるように、Ｉｎ組成の低い活性層では起こらなかった、格子欠陥に関連した問題が生じる。まず、活性層に含まれるＩｎの組成が比較的低い紫外発光半導体レーザで、欠陥の問題をどのように解決してきたかについて説明する。この半導体レーザは、研究開発の初期の段階では、サファイア基板上に結晶成長が行われ、作製されることが多かった。これはサファイア基板が比較的容易に入手可能であり、材料についての探索的なレベルでの開発には役立ったためである。しかし、実用レベルの半導体レーザを得るためには、成長された結晶中に発生する転位の密度を十分に低減する必要があることが分かってきた。転位の発生を抑制するためには、基板または下地層中の転位密度を十分に下げることが有効である。成長層中には、下地からの転位が伸びていくため、その本数を減らすことができるからである。このような方針のもとに、まず、下地として、横方向成長を利用することにより転位密度を下げることが行われた。たとえば、この横方向成長技術としてＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）と呼ばれる方法が用いられた。この方法により、半導体レーザを形成する半導体層の成長の下地層として、１０⁶ ｃｍ^-2程度の低転位密度のＧａＮ結晶を得ることができるようになった。さらに、低転位密度の領域をもつＧａＮ基板が開発され、半導体レーザのための成長基板として用いられるようになった。上に述べた、転位密度の低減にともない半導体レーザの寿命も長くなった。図５に転位密度と半導体レーザの推定寿命との関係を示す（非特許文献２）。この図は、発振波長４０５ｎｍの半導体レーザについてのものである。この波長では、基板または下地層の転位密度を下げることにより、活性層中を貫く転位の密度も低減でき、寿命を長くすることが可能となっており、１０万時間以上の推定寿命が得られている。
応用物理学会 応用電子物性分科会研究例会「窒化物半導体のニューホライズン」、２００３年１月２２日（水）、島津製作所・関西支社・マルチホール

特許文献１には、ＧａＮ基板の作製法およびこれを用いた半導体レーザが開示されている。特許文献２にはＧａＮ基板の作製法が開示されている。特許文献３には、ＧａＮ基板のストライプコア（転位の集中した部分）からレーザストライプを４０μｍ以上離した半導体レーザが開示されている。また、非特許文献３には、低転位密度のＧａＮ基板にレーザ構造を形成するＡｌＧａＩｎＮ層を成長させ、ＧａＮ基板の寿命の観点からの優位性が示されている。

特開２００３−１２４５７２号公報

特開２００３−２２９６３９号公報

特開２００３−１３３６５０号公報

Matsumoto, S. Goto, T. Sasaki, Y. Yabuki, T. Tojyo, S. Tomiya, K. Naganuma, T. Asatsuma, K. Tamamura, S. Uchida, and M. Ikeda, Ext. Abst. SSDM 2002, Nagoya, pp.832(2002)

しかしながら、４０５ｎｍより長波長で発振する半導体レーザを実現しようとすると、新たな問題が生じる。ＧａＮ系半導体レーザでは、活性層としてＧａＩｎＮが用いられることが多い。発振波長を長くするためには、このＧａＩｎＮのＩｎ組成を増大させる必要がある。ところが一般に、Ｉｎ組成の高いＧａＩｎＮは熱力学的に不安定であり、結晶成長中に組成の空間的な不均一性やＩｎドロップレット（droplet)を生じやすく、結晶中に欠陥が生じる可能性が高くなる。したがって、低転位の下地層または基板を用いても活性層付近から結晶欠陥が生じてしまう可能性がある。実際、本発明者らが、純青色発光半導体レーザ（発振波長４４０ｎｍ）をつくるために、ＧａＮ基板上に成長を行ったところ、基板の低転位密度領域（この領域の転位密度は１０⁵ ｃｍ^-2程度）の上の部分に、欠陥の生成を確認した。図１は、ＧａＮ基板上にレーザ構造を形成するＡｌＧａＩｎＮ系半導体層を成長させた半導体レーザウェハを蛍光顕微鏡で撮影したフォトルミネッセンス（ＰＬ）像であり、活性層からの波長４５０ｎｍの発光の強度を画像にして空間分布を示したものである。観察の範囲は縦５９μｍ×横７９μｍである。○で囲まれた部分に暗点が観測されている（すべての暗点にマークを付けてはいない）。このＰＬ像には、暗点が明瞭に観察されており、活性層中に非輻射中心としてはたらく欠陥が生成されていることを示している。しかも、その密度は１０⁶ ｃｍ^-2台であり、基板のもつ転位密度よりも大きい。これらのことより、Ｉｎ組成の高い活性層中には、活性層自身から欠陥が生じていることが分かる。したがって、高信頼性の半導体レーザを作るには、基板や下地層に含まれる転位密度を下げる以外の工夫が必要となる。

したがって、この発明が解決しようとする課題は、低欠点密度領域を有するＧａＮ基板などの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させて半導体レーザを作る場合に、レーザストライプの位置を適切に選ぶことにより、長寿命かつ高信頼性で特性も良好な、発振波長が４０５ｎｍより長い半導体レーザを得ることができる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。

上記課題を解決するために、第１の発明は、
第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上にレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長された、発振波長が４０５ｎｍより長い半導体レーザであって、
レーザストライプの端と最近接の第２の領域の端との間の距離が０μｍ以上６０μｍ以下である
ことを特徴とするものである。

第２の発明は、
第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体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、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にレーザストライプを形成する、発振波長が４０５ｎｍより長い半導体レーザの製造方法であって、
レーザストライプの端と最近接の第２の領域の端との間の距離が０μｍ以上６０μｍ以下になるようにした
ことを特徴とするものである。

第１および第２の発明において、第１の平均欠陥密度は、好適には２×１０⁶ ｃｍ^-2以下、より好適には１×１０⁶ ｃｍ^-2以下である。典型的には、活性層はＩｎを含み、そのＩｎ組成が０．１以上である。活性層は典型的にはＧａＩｎＮからなるが、ＡｌＧａＩｎＮからなるものであってもよい。この半導体レーザは、好適には、活性層の上下にＩｎを含む光導波層を有し、そのＩｎ組成が０．０１５以上である。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の主面は、典型的にはＣ面であるが、このＣ面にはこれに対して５〜６°程度までオフしていて実質的にＣ面とみなすことができる結晶面も含むものとする。

窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、最も一般的にはＡｌ_X Ｂ_y Ｇａ_1-x-y-z Ｉｎ_z Ａｓ_u Ｎ_1-u-v Ｐ_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_X Ｂ_y Ｇａ_1-x-y-z Ｉｎ_z Ｎ（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_X Ｇａ_1-x-z Ｉｎ_z Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１）からなる。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどである。
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の成長方法としては、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また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）等を用いることができる。

第３の発明は、
第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板上にレーザ構造を形成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長された半導体レーザであって、
レーザストライプの端と最近接の第２の領域の端との間の距離が１０μｍ以上５０μｍ以下である
ことを特徴とするものである。

第４の発明は、
第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体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、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にレーザストライプを形成する半導体レーザの製造方法であって、
レーザストライプの端と最近接の第２の領域の端との間の距離が１０μｍ以上５０μｍ以下になるようにした
ことを特徴とするものである。
第３および第４の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第２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この発明においては、レーザストライプの端と最近接の第２の領域の端との間の距離を０μｍ以上６０μｍ以下あるいは１０μｍ以上５０μｍ以下とすることにより、活性層のＩｎ組成を例えば０．１以上に高くしても、レーザストライプに含まれる結晶欠陥を大幅に低減することができる。

この発明によれば、活性層のＩｎ組成を例えば０．１以上に高くしても、レーザストライプに含まれる結晶欠陥を大幅に低減することができることにより、長寿命かつ高信頼性で特性も良好な、発振波長が４０５ｎｍより長い半導体レーザを得ることができる。

以下、この発明の一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２Ａは、ＧａＮ基板上に、発振波長４４５ｎｍのレーザ構造を形成するＡｌＧａＩｎＮ系半導体層を成長させた半導体レーザウェハのＰＬ像を示し、撮影している領域は隣接する２本のストライプマスクにはさまれた領域である。これは波長４４５ｎｍでの発光強度の分布を示している。観察している領域は縦方向（ストライプマスクの方向）に５９μｍ、横方向に４００μｍである。図２Ｂは図２Ａに示すＰＬ像に対応するグラフで、暗点の密度の場所依存性を示す。横軸はストライプマスクに直交する方向の座標の値を示し、０μｍおよび４００μｍはストライプマスクの中央の位置に対応する。図２Ｂより、位置が６０μｍ以下の領域および４４０μｍ以上の領域で、暗点の密度が激減していることが分かる。この暗点が少ない領域はレーザストライプを形成するのに好適な領域である。
そこで、この発明の一実施形態においては、この暗点が少ない領域にレーザストライプを形成する。

この一実施形態においては、まず、次のようにして単結晶ＧａＮ基板を作製する（特許文献２参照）。
単結晶ＧａＮの基本的な結晶成長メカニズムは、ファセット面からなる斜面を有して成長し、そのファセット面斜面を維持して成長することで、転位を伝播させ、所定の位置に転位を集合させる。このファセット面により成長した領域は、転位の移動により、低欠陥領域となる。一方、そのファセット面斜面下部には、明確な境界を持った高密度の欠陥領域を有して成長が行われ、転位は、高密度の欠陥領域の境界あるいはその内部に集合し、ここで消滅あるいは蓄積する。この高密度の欠陥領域の形状によって、ファセット面の形状も異なる。欠陥領域がドット状の場合は、そのドットを底として、ファセット面が取り巻き、ファセット面からなるピットを形成する。また、欠陥領域がストライプ状の場合は、ストライプを谷底として、その両側にファセット面傾斜面を有し、横に倒した３角形のプリズム状のファセット面となる。この高密度の欠陥領域は、周りの低欠陥領域に対して、結晶の極性が反転している。こうして、この高密度の欠陥領域は、明確な境界を有しており、周りと区別される。この高欠陥密度領域を有して成長することにより、その周りのファセット面を埋め込むことなく、ファセット面を維持して成長を進行することができる。その後、ＧａＮ成長層の表面に研削、研磨を施すことにより表面を平坦化し、基板として使用できる形態とすることができる。高密度の欠陥領域を形成する方法は、下地基板上に、ＧａＮを結晶成長する際に、高密度欠陥領域を形成する場所に、種を予め形成しておくことにより、発生させることができる。その種としては、種となる微小領域に非晶質、あるいは多結晶の層を形成する。その上から、ＧａＮを成長することで、丁度その種の領域に、高密度の欠陥領域を形成することができる。

単結晶ＧａＮ基板の具体的な製造方法は、次のとおりである。まず、ＧａＮ層を成長させる下地基板を用いる。下地基板は、種々のものを用いることができ、一般的なサファイア基板でも良いが、後工程で下地基板を除去することを考慮すると、ＧａＡｓ基板等が好ましい。下地基板の上に、例えば、ＳｉＯ₂ 層からなる種を周期的に形成する。種の形状は、ストライプ状である。その後、例えばハイドライド気相エピタキシー（Hydride Vapor Phase Epitaxy,ＨＶＰＥ）にて、ＧａＮを厚膜成長する。成長後、表面には、ストライプ状の種に対応したプリズム状のファセット面が形成される。ＧａＮ層を成長させた後、下地基板を除去し、さらにＧａＮの厚膜層を研削加工、研磨加工して表面を平坦化する。それによって、ＧａＮ基板を製造することができる。ＧａＮ基板の厚さは自由に設定することができる。

図３に、このようにして得られるＧａＮ基板１の構造を模式的に示す。このＧａＮ基板１はＣ面が主面であり、その中に、所定のサイズのストライプ状の高欠陥密度領域２が規則正しく形成された基板となっている。高欠陥密度領域２以外の単結晶領域は、高欠陥密度領域２に比べて転位密度が著しく低い低欠陥密度領域３となっている。高欠陥密度領域２の幅は例えば２０μｍ程度、周期は例えば４００μｍである。

このＧａＮ基板１を用いてＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを製造する方法について説明する。
図４に示すように、まず、ＧａＮ基板１の表面をサーマルクリーニングなどにより清浄化した後、その上に有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型ＧａＮ層１１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｎ型ＧａＮ光導波層１３、アンドープＧａＩｎＮ光導波層１４、アンドープのＧａ_1-x Ｉｎ_x Ｎ／Ｇａ_1-y Ｉｎ_y Ｎ多重量子井戸構造の活性層１５、アンドープＧａＩｎＮ光導波層１６、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１７、ｐ型ＧａＮ光導波層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０およびｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層２１を順次エピタキシャル成長させる。

ここで、ｎ型ＧａＮ層１１は厚さが例えば４０００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２は厚さが例えば１５００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０６５である。ｎ型ＧａＮ光導波層１３は厚さが例えば１００ｎｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉがドープされている。アンドープＧａＩｎＮ光導波層１４は厚さが例えば１００ｎｍであり、Ｉｎ組成は例えば０．０２である。アンドープＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ／Ｉｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層１５は、発振波長が例えば４４５ｎｍの場合、井戸層としてのＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ層の厚さが３ｎｍでｘ＝０．１６、障壁層としてのＩｎ_y Ｇａ_1-y Ｎ層の厚さが６ｎｍでｙ＝０．０２、井戸数が３である。アンドープＧａＩｎＮ光導波層１６は厚さが例えば１００ｎｍであり、Ｉｎ組成は例えば０．０２である。ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１７は厚さが例えば１０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばマグネシウム（Ｍｇ）がドープされ、Ａｌ組成は例えば０．１８である。ｐ型ＧａＮ光導波層１８は厚さが例えば６５ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９は厚さが例えば４００ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされ、Ａｌ組成は例えば０．０６である。ｐ型ＧａＮコンタクト層２０は厚さが例えば５０ｎｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされている。ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層２１は厚さが例えば２ｎｍであり、Ｉｎ組成は例えば０．１６である。

また、Ｉｎを含まない層であるｎ型ＧａＮ層１１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２、ｎ型ＧａＮ光導波層１３、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１７、ｐ型ＧａＮ光導波層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９およびｐ型ＧａＮコンタクト層２０の成長温度は例えば１０００℃程度とし、Ｉｎを含む層であるアンドープＧａＩｎＮ光導波層１４、活性層１５、アンドープＧａＩｎＮ光導波層１６およびｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層２１の成長温度は例えば７００〜８００℃、例えば７３０℃とする。

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メチルガリウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｇａ、ＴＭＧ）あるいはトリエチルガリウム（（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ Ｇａ、ＴＥＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチルアルミニウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ₃ ）₃ Ｉｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ₃ を用いる。また、キャリアガスとしては、例えば、Ｈ₂ 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モノシラン（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（（ＣＨ₃ Ｃ₅ Ｈ₄ ）₂ Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ）を用いる。

次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層を成長させたＧａＮ基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１３の全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ₂ 膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ₂ 膜上にリソグラフィー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、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチング、または、ＣＦ₄ やＣＨＦ₃ などのフッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ₂ 膜をエッチングし、リッジ部に対応する形状とする。

次に、このＳｉＯ₂ 膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことにより、例えば〈１−１００〉方向に延在するリッジ２２、すなわちレーザストライプを形成する。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩素系ガスを用いる。このリッジ２２の幅は例えば３μｍである。
ここで重要なことは、このリッジ２２、すなわちレーザストライプの端とＧａＮ基板１の高欠陥密度領域２の端との間の距離ｄを０μｍ以上６０μｍ以下、好適には１０μｍ以上５０μｍ以下とすることである。

次に、エッチングマスクとして用いたＳｉＯ₂ 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば厚さが０．３μｍのＳｉＯ₂ 膜のような絶縁膜２３を成膜する。この絶縁膜２３は電気絶縁および表面保護のためのものである。
次に、リソグラフィーによりｐ側電極形成領域を除いた領域の絶縁膜２３の表面を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。
次に、このレジストパターンをマスクとして絶縁膜２３をエッチングすることにより、開口２３ａ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、基板全面に例えば真空蒸着法により例えばＰｄ膜およびＰｔ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Ｐｄ膜およびＰｔ膜とともに除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜２３の開口２３ａを通じてｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層２１にコンタクトしたｐ側電極２４が形成される。ここで、このｐ側電極２４を構成するＰｄ膜およびＰｔ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍおよび１００ｎｍとする。次に、ｐ側電極２４をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。次に、同様にして、ｐ側電極２４およびその両側の部分の絶縁膜２３を覆うようにパッド電極２５を形成する。

次に、ＧａＮ基板１の裏面に例えば真空蒸着法により例えばＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次形成し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｎ側電極２６を形成する。ここで、このｎ側電極２６を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍとする。次に、ｎ側電極２６をオーミック接触させるためのアロイ処理を行う。

次に、上述のようにしてレーザ構造が形成されたＧａＮ基板１のスクライビングを劈開により行ってレーザバーに加工して両共振器端面を形成する。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施す。この場合、リア側の端面には例えばＡｌ₂ Ｏ₃ ／ＴｉＯ₂ 膜をコーティングし、フロント側の端面には例えばＡｌ₂ Ｏ₃ 膜をコーティングする。この後、再びこのレーザバーのスクライビングを劈開などにより行ってチップ化する。
以上により、目的とするＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザが製造される。

以上のように、この一実施形態によれば、発振波長が例えば４４５ｎｍと長波長のＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザにおいて、リッジ２２、すなわちレーザストライプの端とＧａＮ基板１の高欠陥密度領域２の端との間の距離ｄを０μｍ以上６０μｍ以下としていることにより、図２から分かるように、レーザストライプ中の半導体結晶に含まれる結晶欠陥の密度を１×１０⁶ ｃｍ^-2以下に低減することができ、レーザの寿命を長くすることができる。このレーザストライプの結晶欠陥低減の効果は、レーザストライプが広いＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを製造する場合に有利であり、レーザストライプ中に含まれる欠陥総数を少なくすることができ、それによってレーザの長寿命化を実現することができる。また、レーザストライプにおいて非輻射中心として働く結晶欠陥の密度を低減することができるため、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザのしきい値電流密度が下がり、スロープ効率を高くすることができるとともに、一定の光出力を得るために電流を注入したときの活性層１５の温度上昇を抑えることができため、光出力を変化させたときの、発振波長の変化を小さくすることができる。
以上により、発振波長が例えば４４５ｎｍと長波長で長寿命かつ高信頼性で特性も良好なＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを実現することができる。

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、材料、構造、形状、基板、原料、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、材料、構造、形状、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。

ＧａＮ基板上にレーザ構造を形成するＡｌＧａＩｎＮ系半導体層を成長させた半導体レーザウェハのＰＬ像を示す図面代用写真である。 ＧａＮ基板上にレーザ構造を形成するＡｌＧａＩｎＮ系半導体層を成長させた半導体レーザウェハのＰＬ像を示す図面代用写真および暗点密度の場所依存性を示す略線図である。 この発明の一実施形態において用いるＧａＮ基板を示す平面図および断面図である。 この発明の一実施形態によるＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザを示す断面図である。 ＧａＮ基板の転位密度とＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザの推定寿命との関係を示す略線図である。

符号の説明

１…ＧａＮ基板、２…高欠陥密度領域、３…低欠陥密度領域、１１…ｎ型ＧａＮ層、１２…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１３…ｎ型ＧａＮ光導波層、１４…アンドープＧａＩｎＮ光導波層１４、１５…活性層、１６…アンドープＧａＩｎＮ光導波層、１７…ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１８…ｐ型ＧａＮ光導波層、１９…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２０…ｐ型ＧａＮコンタクト層、２１…ｐ型ＧａＩｎＮコンタクト層、２２…リッジ、２３…絶縁膜、２４…ｐ側電極、２５…パッド電極、２６…ｎ側電極

Claims (7)

1. ２×１０⁶ ｃｍ^-2以下の第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に上記第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有するＧａＮ基板であって、下地基板上の上記第２の領域を形成する場所に非晶質または多結晶の層からなる種を形成し、この種が形成された上記下地基板上に単結晶ＧａＮ層をファセット面からなる斜面を維持して成長させることにより転位を伝播させ、上記種の領域に集合させた後、上記下地基板を除去し、さらに上記単結晶ＧａＮ層の表面を平坦化することにより製造されたものの上に、レーザ構造を形成し、ＧａＩｎＮからなる活性層を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層が成長され、
   レーザストライプの最近接の上記第２の領域側の端と最近接の上記第２の領域の上記レーザストライプ側の端との間の距離が１０μｍ以上５０μｍ以下であり、上記レーザストライプ中の上記活性層の暗点密度が１×１０ ⁶ ｃｍ ^-2 以下であり、発振波長が４４０ｎｍ以上の半導体レーザ。
2. 発振波長が４４５ｎｍ以上である請求項１記載の半導体レーザ。
3. 上記半導体レーザはＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザである請求項１または２記載の半導体レーザ。
4. 上記第１の平均欠陥密度が１×１０ ⁶ ｃｍ ^-2 以下である請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体レーザ。
5. ２×１０ ⁶ ｃｍ ^-2 以下の第１の平均欠陥密度を有する結晶からなる第１の領域中に上記第１の平均欠陥密度より高い第２の平均欠陥密度を有するストライプ状の第２の領域を有するＧａＮ基板であって、下地基板上の上記第２の領域を形成する場所に非晶質または多結晶の層からなる種を形成し、この種が形成された上記下地基板上に単結晶ＧａＮ層をファセット面からなる斜面を維持して成長させることにより転位を伝播させ、上記種の領域に集合させた後、上記下地基板を除去し、さらに上記単結晶ＧａＮ層の表面を平坦化することにより製造されたものの上に、レーザ構造を形成し、ＧａＩｎＮからなる活性層を有する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させ、この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にレーザストライプを形成する、発振波長が４４０ｎｍ以上の半導体レーザを製造する場合に、
   レーザストライプの最近接の上記第２の領域側の端と最近接の上記第２の領域の上記レーザストライプ側の端との間の距離が１０μｍ以上５０μｍ以下になるようにし、上記レーザストライプ中の上記活性層の暗点密度が１×１０ ⁶ ｃｍ ^-2 以下になるようにした半導体レーザの製造方法。
6. 発振波長が４４５ｎｍ以上である請求項５記載の半導体レーザの製造方法。
7. 上記半導体レーザはＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザである請求項５または６記載の半導体レーザの製造方法。