JP6224514B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザに好適に利用できるものである。
発光装置や電子機器の光源などとして半導体レーザの開発が進められている。
例えば、特許文献１（特開２００７−３０００１６号公報）には、セルフパルセーション動作が可能な、窒化物系III-V族化合物半導体を用いた半導体レーザが開示されている。
特開２００７−３０００１６号公報
本発明者は、窒化物半導体を用いた半導体レーザの研究開発に従事しており、その性能の向上について、鋭意検討している。その過程において、窒化物半導体を用いた半導体レーザの性能を向上させるために、その構造に関し、更なる改善の余地があることが判明した。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置は、活性層とクラッド層との間に電流ブロック層を有する。
また、本願において開示される一実施の形態に示される半導体装置は、活性層とクラッド層との間において、第１領域に部分的に第１電流ブロック層を有し、第１領域の両側の第２領域を覆う第２電流ブロック層を有する。
本願において開示される以下に示す代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、半導体装置の特性を向上させることができる。
実施の形態１の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図２に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図３に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図４に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す平面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図５に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図７に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図８に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図９に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図１０に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態１の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図１１に続く製造工程を示す断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態１の半導体レーザの電流−光出力特性を示すグラフである。 （Ａ）および（Ｂ）は、電流ブロック層の平面形状の他の例を示す平面図である。 実施の形態２の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図１６に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図１７に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図１８に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態２の半導体レーザの他の構成を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの構成を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの製造工程を示す断面図であって、図２２に続く製造工程を示す断面図である。 実施の形態３の半導体レーザの他の構成を示す断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）について詳細に説明する。図１は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す断面図である。
［構造説明］
図１に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ、活性層ＭＱＷ、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型障壁層ＰＢＡ、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ、ｐ型再成長層ＰＲＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが下から順に配置されている。このように、本実施の形態の半導体レーザは、活性層ＭＱＷが上層および下層に配置された逆導電型の窒化物半導体により挟まれた構造を有している。
そして、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。
また、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部は、ライン状に加工されている。このような積層部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ）がライン状に配置された構造をリッジストライプ構造という場合がある。以降、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部を、リッジストライプ部という場合がある。このリッジストライプ部は、活性層ＭＱＷの上方であって活性層ＭＱＷの形成領域の一部に配置される。そして、このリッジストライプ部の側壁は、絶縁層（絶縁膜）ＩＬで覆われている。この絶縁層ＩＬは、リッジストライプ部の側壁からその両側のｐ型再成長層ＰＲＧ上に配置されている。また、ｐ側電極ＰＥＬは、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよび絶縁層ＩＬ上に配置されている。
ここで、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ上に、電流ブロック層（電流ブロック膜、電流ブロック領域）ＢＬが配置されている。このように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域である電流狭窄領域に、電流ブロック層ＢＬを配置することにより、可飽和吸収領域ＳＡが形成され、半導体レーザの光出力の強弱が生じ、光出力を自励発振（セルフパルセーション）させることができる。
以下に半導体レーザの動作について簡単に説明する。
まず、ｐ側電極ＰＥＬに正電圧を印加し、ｎ側電極ＮＥＬに負電圧を印加する。これにより、ｐ側電極ＰＥＬからｎ側電極ＮＥＬに向かって順方向電流が流れ、ｐ側電極ＰＥＬからリッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）、ｐ型再成長層ＰＲＧ、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ、ｐ型障壁層ＰＢＡおよびｐ型光ガイド層ＰＬＧを介して活性層ＭＱＷに正孔が注入される。一方、ｎ側電極ＮＥＬからは、ｎ型基板ＮＳに電子が注入され、注入された電子は、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｎ型光ガイド層ＮＬＧを介して、活性層ＭＱＷに注入される。
活性層ＭＱＷでは、注入された正孔と電子によって反転分布が形成され、電子が伝導帯から価電子帯に誘導放出によって遷移することにより、位相の揃った光が発生する。そして、活性層ＭＱＷで発生した光は、活性層ＭＱＷよりも屈折率の低い周囲の半導体層（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｎ型クラッド層ＮＣＬＤ）により、活性層ＭＱＷ内に閉じ込められる。さらに、活性層ＭＱＷ内に閉じ込められている光は、半導体レーザに形成されている劈開面（レーザ端面）からなる共振器を往復することにより、さらなる誘導放出によって増幅される。その後、活性層ＭＱＷ内でレーザ光が発振して、レーザ光が射出される。このとき、リッジストライプ部が形成されていることにより、リッジストライプ部の下方に位置する活性層ＭＱＷの領域（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域）からレーザ光が射出される。
ここで、本実施の形態においては、前述したように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域に電流ブロック層ＢＬが配置されているため、ｐ側電極ＰＥＬからリッジストライプ部を介して活性層ＭＱＷに流れる電流が阻害され、活性層ＭＱＷのうち、電流の阻害領域（電流が流れ込めない領域）が、可飽和吸収領域ＳＡとして働き、レーザ光の強度が自励発振する。
即ち、この可飽和吸収領域ＳＡが吸収と透過を周期的に繰り返すことで、レーザ光の強度が、例えば数百ＭＨｚから数ＧＨｚの範囲の周波数で自動的に変動する。このため、直流駆動した状態でも、高周波電流の重畳と同じ効果が得られる。具体的には、多モード発振が可能となる。また、可干渉性の低下を図ることができる。例えば、レーザ光特有のスペックルパターンによる発光むらを抑制するため、半導体レーザを自励発振させ、レーザ光の可干渉性を下げることが望まれている。
このような自励発振の基本は、屈折率とキャリア密度が時間的に振動することにある。つまり、可飽和吸収領域の吸収の時と透過の時で、活性層の発振キャリア密度が異なるため、プラズマ効果で屈折率も異なる。そして、（１）屈折率の時間的振動の効果で軸モード１本１本が太り（波長チャープが生じ）、また、（２）キャリア密度の時間的振動で利得スペクトルに振動が生じて、時間平均でのスペクトル幅も広がる。これら、（１）と（２）の効果で可干渉性を低下する。
特に、自励発振を安定性よく実現するためには、可飽和吸収領域におけるキャリア寿命を短くする必要がある。例えば、前述の特許文献１においては、ドライエッチングにより可飽和吸収層にダメージを与えることでキャリア寿命を短くしているが、ドライエッチングによるダメージの程度は、その制御が困難である。
これに対し、本実施の形態においては、電流ブロック層ＢＬを制御性良く配置することが可能であるため、自励発振を安定性よく実現することができる。また、電流ブロック層ＢＬの形成面積や形状を調整するだけで、容易にキャリア密度を制御することができる。
以下に、本実施の形態の半導体レーザの構成を詳細に説明する。
ｎ型基板ＮＳとしては、例えば、ｎ型不純物が導入された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板（ｎ型ＧａＮ基板）を用いる。
ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとしては、例えば、ｎ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｎ型ＡｌＧａＮ層）を用いる。ｎ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば、３μｍ程度であり、Ａｌの組成比は、例えば、０．０２程度である。
ｎ型光ガイド層ＮＬＧとしては、ｎ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｎ型ＧａＮ層）を用いる。ｎ型ＧａＮ層の厚さは、例えば、０．２μｍ程度である。
上記ｎ型基板ＮＳ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｎ型光ガイド層ＮＬＧのｎ型不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いる。
活性層ＭＱＷは、例えば、窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ層）からなる井戸層と、窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ層）からなる障壁層とを交互に積層した積層体よりなる。このような積層体の構造を、多重量子井戸構造と言う。そして、量子井戸層を構成する窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ井戸層）のインジウム組成と、障壁層を構成する窒化インジウム・ガリウム層（ＩｎＧａＮ障壁層）のインジウム組成とは異なっている。所望の発振波長に応じて、これらの層のインジウム組成比と層厚を調整する。発振波長は、例えば、４００ｎｍ〜４１０ｎｍ程度に調整される。
ｐ型光ガイド層ＰＬＧとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば、０．１４μｍ程度である。
ｐ型障壁層ＰＢＡとしては、例えば、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を用いる。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば、１０ｎｍ程度であり、Ａｌの組成比は、例えば、０．２４程度である。このｐ型障壁層ＰＢＡのＡｌの組成比は、後述するｐ型クラッド層ＰＣＬＤのＡｌの組成比より大きく、ｐ型障壁層ＰＢＡは、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤよりバンドギャップが大きい。
ｐ型キャップ層ＰＣＡＰとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型キャップ層の厚さは、例えば、１０ｎｍ程度である。
ｐ型再成長層ＰＲＧとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型再成長層の厚さは、例えば、２０ｎｍ程度である。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤとしては、例えば、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を用いる。ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば、０．４μｍ程度であり、Ａｌの組成比は、例えば、０．０４程度である。または、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤとしては、ｐ型不純物が導入されたＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の超格子で構成される。この場合、ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば２．５ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さは、例えば２．５ｎｍで、周期数は８０（トータルの厚さは０．４μｍ）、Ａｌ組成比は、例えば、０．０８（平均Ａｌ組成は０．０４）程度である。
ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとしては、ｐ型不純物が導入された窒化ガリウム層（ｐ型ＧａＮ層）を用いる。ｐ型ＧａＮ層の厚さは、例えば、０．１μｍ程度である。
上記ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型障壁層ＰＢＡ、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ、ｐ型再成長層ＰＲＧ、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴのｐ型不純物としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）を用いる。
電流ブロック層ＢＬとしては、窒化アルミニウム層（ＡｌＮ層）を用いる。ＡｌＮ層の厚さは、例えば、１０ｎｍ程度である。
ここで、活性層ＭＱＷは、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤよりバンドギャップが小さい。また、活性層ＭＱＷは、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤよりバンドギャップが小さい。より具体的には、ここでは、活性層ＭＱＷの上には、ｐ型の窒化物半導体の積層部が設けられ、活性層ＭＱＷは、ｐ型の窒化物半導体の積層部を構成する各層よりバンドギャップが小さい。また、活性層ＭＱＷの下には、ｎ型の窒化物半導体の積層部が設けられ、活性層ＭＱＷは、ｎ型の窒化物半導体の積層部を構成する各層よりバンドギャップが小さい。また、ｎ型の窒化物半導体の積層部およびｐ型の窒化物半導体の積層部は、活性層ＭＱＷよりも屈折率が低い。
そして、電流ブロック層ＢＬは、窒化物半導体よりなり、活性層ＭＱＷ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤのいずれよりもバンドギャップが大きい。より具体的には、電流ブロック層ＢＬは、活性層ＭＱＷ、その上のｐ型の窒化物半導体の積層部およびその下のｎ型の窒化物半導体の積層部のいずれの層よりもバンドギャップが大きい。
リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の幅は、例えば、１．４μｍ程度である。
また、リッジストライプ部の側壁およびリッジストライプ部の両側のｐ型再成長層ＰＲＧ上に配置されている絶縁層ＩＬとしては、例えば、酸化シリコン膜を用いる。
ｐ側電極ＰＥＬとしては、例えば、プラチナ（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いる。また、ｎ側電極ＮＥＬとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）とプラチナ（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との積層膜を用いる。
なお、上記窒化物半導体層、絶縁層、電極の構成材料（組成を含む）および厚さ等は、半導体レーザ素子の所望の特性等を考慮して適宜変更することが可能である。
このように、本実施の形態の半導体レーザによれば、電流ブロック層ＢＬを設けることにより活性層ＭＱＷの一部に注入される電流が抑制されるため、その部分が可飽和吸収領域ＳＡとなり、自励発振を実現することができる（図１参照）。
［製法説明］
次いで、図２〜図１２を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図２〜図１２は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図または平面図である。
図２に示すように、ｎ型基板ＮＳとして、例えばｎ型不純物が導入された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる基板を準備し、その上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとして、ｎ型ＡｌＧａＮ層を、ｎ型光ガイド層ＮＬＧとして、ｎ型ＧａＮ層を順次堆積する。例えば、３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、有機金属気相成長）装置を用い、キャリアガスと原料ガスを、装置内に導入しながら、各層を順次成長させる。キャリアガスには、水素、または窒素、または水素と窒素の混合ガスを用いる。原料ガスには、窒化物半導体の構成元素を含むガスを用いる。例えば、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｎ型不純物の原料として、ＳｉＨ４（シラン）を用いる。ｎ型基板ＮＳを上記装置にセットし、ＮＨ３を供給しながら基板を昇温し、成長温度に到達後、原料ガスをキャリアガスとともに装置内に導入しながらｎ型クラッド層ＮＣＬＤ（ｎ型ＡｌＧａＮ層）を結晶成長させる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ（ｎ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｎ型光ガイド層ＮＬＧ（ｎ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｎ型不純物の原料として、ＳｉＨ４（シラン）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、活性層ＭＱＷ（インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造体）を結晶成長させる。活性層ＭＱＷ（ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層）の成膜の際には、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用いる。Ｉｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）の流量を切り替えることにより、インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層することができる。成長温度は、例えば、８００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を結晶成長させる。電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用いる。成長温度は、例えば、４００℃程度である。このように、比較的低温（例えば、活性層ＭＱＷより低温）で成膜することにより、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を形成することができる。
次いで、図３〜図５に示すように、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）をパターニングする。例えば、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）上に、ハードマスクＨＭ１を形成する。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）上に、酸化シリコン膜を、０．１μｍ程度の膜厚で形成する。次いで、ハードマスクＨＭ１（酸化シリコン膜）上に、フォトレジスト膜ＰＲを塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を残存させる領域にのみフォトレジスト膜ＰＲを残存させる（図３）。次いで、フォトレジスト膜ＰＲをマスクとして、ハードマスクＨＭ１（酸化シリコン膜）をエッチングする。エッチング法としては、ドライエッチング法およびウェットエッチング法のいずれを用いてもよい。次いで、フォトレジスト膜ＰＲをアッシングなどにより除去する(図４）。次いで、ハードマスクＨＭ１（酸化シリコン膜）をマスクとして、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）をエッチングし、除去する（図５）。エッチング法としては、ドライエッチング法およびウェットエッチング法のいずれを用いてもよい。前述したとおり、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を比較的低温（例えば、活性層ＭＱＷより低温）で成膜し、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を形成しておくことにより、ウェットエッチング法を用いた場合でも、容易にエッチングを行うことができる。なお、アモルファス状態の電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）は、以降の処理の熱負荷により結晶化する。また、あらかじめ電流ブロック層ＢＬの下層にｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）を形成しているため、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）のパターニングの際、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰがエッチングストッパーとなる。これにより下層の層のエッチングダメージや露出による酸化などを防止することができる。ここでは、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）に対するエッチングダメージを防止し、酸化されることを防止することができる。
電流ブロック層ＢＬの上面から見た平面形状は、例えば、略矩形状（四角形状）である（図６）。また、電流ブロック層ＢＬは、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の形成領域（ライン状（Ｙ方向に長辺を有する矩形状）の領域、図６の破線の領域）に配置される。ここでは、図６に示すように、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置された電流ブロック層ＢＬの列が、２列配置されている。この電流ブロック層ＢＬ間からは、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）が露出している。
次いで、図７に示すように、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）およびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ型再成長層ＰＲＧとして、ｐ型ＧａＮ層を堆積する。例えば、３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を用い、キャリアガスおよび原料ガスを装置内に導入しながら成膜する。例えば、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）を結晶成長させる。ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。あらかじめ下層にｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）を形成した後、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）を結晶成長させることで、２種の層（電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）およびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層））が混在する領域上に直接ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）を結晶成長させる場合よりも、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）の結晶性が向上する。特に、Ａｌを含有する窒化物半導体層上に、他のＡｌを含有する窒化物半導体層を結晶成長させる場合、結晶性が低下する恐れがあるため、ｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）を形成した後、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）を結晶成長させることで、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）の結晶性を向上させることができる。
引き続き、原料ガスを切り替え、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）の成膜の際には、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
次いで、図８および図９に示すように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）およびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）をパターニングすることにより、リッジストライプ部を形成する。例えば、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ハードマスクＨＭ２を形成する。例えば、ＣＶＤ法などを用いて、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）上に、酸化シリコン膜を、０．１μｍ程度の膜厚で形成する。次いで、ハードマスクＨＭ２（酸化シリコン膜）上に、図示しないフォトレジスト膜を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いてリッジストライプ部の形成領域（図６の破線参照）にフォトレジスト膜を残存させる。次いで、フォトレジスト膜をマスクとして、ハードマスクＨＭ２（酸化シリコン膜）をエッチングする。エッチング法としては、ドライエッチング法およびウェットエッチング法のいずれを用いてもよい。次いで、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去する(図８）。次いで、ハードマスクＨＭ２（酸化シリコン膜）をマスクとして、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）およびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）をエッチングする（図９）。エッチング法としては、ドライエッチング法およびウェットエッチング法のいずれを用いてもよい。次いで、ハードマスクＨＭ２を除去する。これにより、幅約１．４μｍのリッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）を形成することができる。ここで言う幅は、例えば、図６におけるＸ方向の幅である。このリッジストライプ部の両側には、ｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）が露出している。
次いで、図１０に示すように、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）およびｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）上に、絶縁層ＩＬとして、例えば、酸化シリコン膜をＣＶＤ法などを用いて形成する。これにより、リッジストライプ部の上面および側面は、絶縁層ＩＬ（酸化シリコン膜）で覆われる。また、リッジストライプ部の両側のｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）が、絶縁層ＩＬ（酸化シリコン膜）で覆われる。
次いで、図１１に示すように、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の上面の絶縁層ＩＬを除去する。例えば、リッジストライプ部上に開口部を有するフォトレジスト膜（図示せず）をマスクとして、絶縁層ＩＬをエッチングする。次いで、フォトレジスト膜をアッシングなどにより除去する。
次いで、図１２に示すように、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）および絶縁層ＩＬ上に、ｐ側電極を形成する。例えば、リッジストライプ部および絶縁層ＩＬ上に、例えば、パラジウム（Ｐｄ）膜およびプラチナ（Ｐｔ）膜を、蒸着法などにより順次形成する。次いで、必要に応じて、プラチナ（Ｐｔ）膜および金（Ａｕ）膜の積層膜をパターニングした後、加熱処理を施してコンタクト抵抗を低減する。これにより、ｐ側電極ＰＥＬが形成される。
次いで、ｎ型基板ＮＳの裏面側を上面とし、ｎ型基板ＮＳの裏面を研磨することにより、ｎ型基板ＮＳを薄膜化する。例えば、ｎ型基板ＮＳを１００μｍ程度の厚さとする。次いで、ｎ型基板ＮＳの裏面に、例えば、チタン（Ｔｉ）膜とプラチナ（Ｐｔ）膜および金（Ａｕ）膜を、蒸着法などにより順次形成する。次いで、加熱処理を施してコンタクト抵抗を低減することにより、ｎ側電極ＮＥＬを形成する（図１２）。
以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザを形成することができる。
このように、本実施の形態によれば、電流ブロック層ＢＬにより活性層ＭＱＷの一部に電流注入がされないため、その部分が可飽和吸収領域として働く、自励発振型の半導体レーザを製造することができる（図１参照）。
具体的には、（１）ｐ側電極ＰＥＬから活性層ＭＱＷへキャリアが注入されて利得を生ずる。しかし、電流ブロック層ＢＬによってその直下の活性層ＭＱＷ（可飽和吸収領域ＳＡ）はキャリア注入が抑制され、損失領域として働き、損失＞利得の状態でレーザ発振が抑制される。（２）注入キャリアが増加するにつれて可飽和吸収領域ＳＡへの注入キャリアも増加（損失が低下）し、最終的には損失＜利得の状態となってレーザ発振が起こる。（３）レーザ発振が起こると活性層ＭＱＷでのキャリア消費が増加する（活性層ＭＱＷでキャリア寿命が短くなる）。その結果、可飽和吸収領域ＳＡのキャリア密度が小さくなり、ロスが増加してレーザ発振が停止する。（４）レーザ発振が停止すると、活性層ＭＱＷのキャリア密度が増加し、（２）の状態になる。結果的に、（２）→（３）→（４）→（２）→・・・の変化が繰り返される。例えば、この変化を数百ＭＨｚから数ＧＨｚで繰り返すと、直流駆動した状態で、高周波電流の重畳と同じ動作（自励発振）を得ることができる。
この自励発振が得られる温度、光出力は、活性層ＭＱＷで発生する利得の大きさと可飽和吸収領域ＳＡの損失の大きさのバランスで決定される。例えば、電流ブロック層ＢＬを大きくして可飽和吸収領域ＳＡの損失を大きく設定すると、可飽和吸収領域ＳＡの損失がなくなり、高い光出力まで自励発振が得られる。しかし、高温動作では活性層ＭＱＷの利得が小さくなるため、自励発振が得られる最高温度は低くなる。一方、可飽和吸収領域ＳＡの損失が小さい場合は、自励発振が得られる光出力は低くなるが、高温での自励発振が容易となる。
この可飽和吸収領域ＳＡの大きさは、電流ブロック層ＢＬの大きさを意図的に変えることで任意にコントロールすることができる。よって、本実施の形態の半導体レーザによれば、電流ブロック層ＢＬの大きさを調整することで、活性層ＭＱＷで発生する利得の大きさと可飽和吸収領域ＳＡの損失の大きさのバランス（即ち、光出力）を容易に調整することができる。
図１３（Ａ）および（Ｂ）は、本実施の形態の半導体レーザの電流−光出力特性を示すグラフである。（Ａ）は、可飽和吸収領域ＳＡが大きい場合（Ａタイプ）を示し、（Ｂ）は、可飽和吸収領域ＳＡが小さい場合（Ｂタイプ）を示す。それぞれのグラフにおいて、横軸は電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力（ｍＷ）を示す。
図１３（Ａ）に示すように、Ａタイプの場合、２５℃から６０℃で自励発振特有の多モード発振が確認できた。また、６０℃では１５ｍＷの高出力まで自励発振を確認することができた。一方、図１３（Ｂ）に示すように、Ｂタイプの場合、２５℃から８５℃の高い温度まで自励動作を確認することができた。しかし、６０℃では、自励発振が得られる光出力は８ｍＷとＡタイプより低い光出力となった。
なお、電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）の傾き（ΔＬ／ΔＩ）が緩やかな領域において、自励動作が安定的に行われるため、図１３（Ａ）および（Ｂ）に示すグラフにおいては、電流−光出力特性の傾きの変局点までを有効な光出力としている。
この図１３（Ａ）および（Ｂ）に示すグラフからも、可飽和吸収領域ＳＡの大きさと光出力との関係が分かる。このように、本実施の形態の半導体レーザによれば、電流ブロック層ＢＬの大きさで容易に可飽和吸収領域ＳＡの大きさをコントロールでき、光出力の調整が容易となる。
これに対し、例えば、前述の特許文献１に記載の技術のように、ドライエッチングのダメージにより自励動作を生じさせる方法では、その制御が困難である。即ち、ドライエッチングのダメージを段階的に調整することは困難であるため、自励動作を制御することは困難である。また、自励動作の再現性が低下する恐れがある。これに対し、本実施の形態の半導体レーザによれば、電流ブロック層ＢＬの大きさで容易に可飽和吸収領域ＳＡの大きさをコントロールできるので、自励動作を制御が容易であり、また、再現性良く、自励動作を制御することができる。
なお、本実施の形態においては、電流ブロック層ＢＬの上面から見た平面形状を、略矩形状（図６）としたが、他の形状としてもよい。図１４（Ａ）および（Ｂ）は、電流ブロック層の平面形状の他の例を示す平面図である。
図１４（Ａ）に示すように、例えば、略円形の電流ブロック層ＢＬを、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置した電流ブロック層ＢＬの列を２列配置してもよい。
また、図１４（Ｂ）に示すように、電流ブロック層ＢＬの上面から見た平面形状を、例えば、梯子状としてもよい。別の言い方をすれば、電流ブロック層ＢＬを、Ｙ方向に延在する２本の幹線部と、これらの幹線部間を接続するようにＸ方向に延在する複数の支線部とで構成してもよい。
このように、電流ブロック層ＢＬを単一の大きな平面形状とするのではなく、複数の単位形状の集まり、または、複数の開口部を有する形状とすることで、その上層に結晶成長する層（ここでは、ｐ型再成長層ＰＲＧ）の結晶性を向上させることができる。また、電流ブロック層ＢＬの形成面積は、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の形成領域（図６の破線）に対し、例えば、５％〜３０％程度とすることが好ましい。このうち２０％〜３０％程度とすると、前述したＡタイプの半導体レーザとなり、５％〜１５％程度とすると、前述したＢタイプの半導体レーザとなる。
（実施の形態２）
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）について詳細に説明する。図１５は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、実施の形態１の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
［構造説明］
図１５に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、実施の形態１の場合と同様に、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧおよび活性層ＭＱＷが下から順に配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
そして、活性層ＭＱＷ上には、ｐ型光ガイド層ＰＬＧおよびｐ型障壁層ＰＢＡが下から順に配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
ここで、本実施の形態の半導体レーザにおいては、ｐ型障壁層ＰＢＡが、パターニングされている。言い換えれば、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域にｐ型障壁層ＰＢＡが部分的に配置されている。なお、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域の両側には、ｐ型障壁層ＰＢＡが残存している。
ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域に配置されているｐ型障壁層ＰＢＡの上面から見た平面形状は、例えば、略矩形状である（図６の電流ブロック層ＢＬと同様。図６参照）。別の言い方をすれば、このｐ型障壁層ＰＢＡは、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の形成領域（図６の破線）に配置される。例えば、図６に示すように、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置されたｐ型障壁層ＰＢＡの列が、２列配置される。このｐ型障壁層ＰＢＡ間からは、ｐ型光ガイド層ＰＬＧが露出している。
実施の形態１で詳細に説明したように、ｐ型障壁層ＰＢＡは、窒化物半導体よりなり、活性層ＭＱＷ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤのいずれよりもバンドギャップが大きい。より具体的には、ｐ型障壁層ＰＢＡは、活性層ＭＱＷ、その上のｐ型の窒化物半導体の積層部およびその下のｎ型の窒化物半導体の積層部のいずれの層よりもバンドギャップが大きい。
また、ｐ型光ガイド層ＰＬＧおよびｐ型障壁層ＰＢＡ上には、実施の形態１と同様に、ｐ型再成長層ＰＲＧが配置されている。そして、このｐ型再成長層ＰＲＧ上には、実施の形態１の場合と同様に、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤからなるリッジストライプ部が配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
このリッジストライプ部の側壁は、絶縁層（絶縁膜）ＩＬで覆われている。この絶縁層ＩＬは、リッジストライプ部の側壁からその両側のｐ型再成長層ＰＲＧ上に配置されている。
そして、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。
ここで、本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域にｐ型障壁層ＰＢＡが部分的に配置されているため、ｐ側電極ＰＥＬからリッジストライプ部を介して活性層ＭＱＷに流れる電流が阻害され、活性層ＭＱＷのうち、電流の阻害領域（電流が流れ込めない領域）が、可飽和吸収領域ＳＡとして働き、レーザ光の強度が自励発振する。よって、実施の形態１と同様の効果を奏する。
また、実施の形態１のように、電流ブロック層ＢＬを別途設けることなく、バンドギャップの大きい層であるｐ型障壁層ＰＢＡを利用して、可飽和吸収領域ＳＡを形成したので、実施の形態１の場合より簡易な構成で、自励発振型の半導体レーザを実現することができる。
［製法説明］
次いで、図１６〜図１９を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図１６〜図１９は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
図１６に示すように、ｎ型基板ＮＳとして、ｎ型ＧａＮ基板を準備し、その上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとして、ｎ型ＡｌＧａＮ層を、ｎ型光ガイド層ＮＬＧとして、ｎ型ＧａＮ層を順次堆積する。これらの層は、実施の形態１の場合と同様にして形成する。
次いで、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ上に、活性層ＭＱＷ（インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造体）を結晶成長させる。
即ち、実施の形態１と同様に、原料ガスを切り替え、活性層ＭＱＷ（インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造体）を結晶成長させる。
さらに、活性層ＭＱＷ上に、実施の形態１と同様に、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。
次いで、原料ガスを切り替え、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を結晶成長させる。ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）の成膜の際には、Ａｌ、Ｇａ、Ｎ原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３（アンモニア）をそれぞれ用い、ｐ型不純物の原料として、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を用いる。ここでの成長温度は、例えば、１１００℃程度である。
次いで、図１７に示すように、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）をパターニングする。例えば、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）上のハードマスク（図示せず）を、ｐ型障壁層ＰＢＡを残存させる領域にのみ形成する。次いで、ハードマスク（例えば、酸化シリコン膜）をマスクとして、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）をエッチングする。エッチング法としては、ドライエッチング法を用いる。
ここで、後述するリッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）の形成領域（図６の破線）には、ｐ型障壁層ＰＢＡを部分的に配置する。例えば、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）の上面から見た平面形状は、例えば、略矩形状である（図６の電流ブロック層ＢＬと同様。図６参照）。例えば、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置されたｐ型障壁層ＰＢＡの列を２列配置する（図６参照）。そして、リッジストライプ部の形成領域（図６の破線）の両側には、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）を残存させておく（図１７）。ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）間からは、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）が露出している。次いで、ハードマスクを除去する。
次いで、図１８に示すように、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）およびｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ型再成長層ＰＲＧとして、ｐ型ＧａＮ層を堆積する。例えば、実施の形態１と同様にして、ｐ型ＧａＮ層を成膜する。
次いで、図１９に示すように、実施の形態１と同様にして、ｐ型再成長層ＰＲＧ上に、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）およびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させ、これらの層をパターニングすることにより、リッジストライプ部を形成する。
次いで、実施の形態１と同様にして、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）およびｐ型再成長層ＰＲＧ（ｐ型ＧａＮ層）上に、絶縁層ＩＬを形成した後、リッジストライプ部の上面の絶縁層ＩＬを除去する。この後、実施の形態１と同様にして、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）および絶縁層ＩＬ上に、ｐ側電極ＰＥＬを形成し、さらに、ｎ型基板ＮＳの裏面を研磨し、ｎ型基板ＮＳを薄膜化した後、ｎ側電極ＮＥＬを形成する（図１９）。
以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザを形成することができる（図１５参照）。
このように、本実施の形態においても、ｐ型障壁層ＰＢＡにより活性層ＭＱＷの一部に電流注入がされないため、その部分が可飽和吸収領域として働く、自励発振型の半導体レーザを製造することができる。また、バンドギャップの大きい層であるｐ型障壁層ＰＢＡを利用して、可飽和吸収領域ＳＡを形成したので、実施の形態１の場合より簡易な工程で、自励発振型の半導体レーザを製造することができる。
なお、本実施の形態においては、リッジストライプ部の形成領域に、略矩形のｐ型障壁層ＰＢＡを、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置したｐ型障壁層ＰＢＡの列を２列配置したが、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、例えば、略円形のｐ型障壁層ＰＢＡを用いてもよく、また、ｐ型障壁層ＰＢＡを梯子状としてもよい。
また、本実施の形態においては、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域の両側のｐ型障壁層ＰＢＡを残存させたが、このｐ型障壁層ＰＢＡを除去してもよい。図２０は、本実施の形態の半導体レーザの他の構成を示す断面図である。図２０に示すように、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域の両側のｐ型障壁層ＰＢＡを除去し、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域にのみｐ型障壁層ＰＢＡを部分的に配置してもよい。このｐ型障壁層ＰＢＡは、活性層ＭＱＷからオーバーフローした電子を閉じ込める役割を有する。このため、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域の両側においては、ｐ型障壁層ＰＢＡは必要ではなく、除去しても問題はない。
また、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤと活性層ＭＱＷとの重なり領域において、ｐ型障壁層ＰＢＡの一部を除去することにより、上記電子の閉じ込め機能が低下するが、例えば、７０℃以下の使用環境においては、活性層ＭＱＷからのオーバーフロー量が少ないため、本実施の形態の構成の半導体レーザを用いて好適である。
（実施の形態３）
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）について詳細に説明する。図２１は、本実施の形態の半導体レーザの構成を示す断面図である。なお、実施の形態１の場合と同様の箇所には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
［構造説明］
図２１に示すように、本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１や２で説明したリッジ構造の半導体レーザではなく、プレーナ構造の半導体レーザである。以下に詳細に説明する。
本実施の形態の半導体レーザは、実施の形態１と同様に、基板としてｎ型基板ＮＳを用い、その上に順次積層された、複数の窒化物半導体層を有する。具体的には、実施の形態１の場合と同様に、ｎ型基板ＮＳ上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤ、ｎ型光ガイド層ＮＬＧおよび活性層ＭＱＷが下から順に配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
そして、活性層ＭＱＷ上には、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ、ｐ型障壁層ＰＢＡおよびｐ型キャップ層ＰＣＡＰが下から順に配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
さらに、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ上には、電流ブロック層ＢＬ、ＣＢＬが配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１の電流ブロック層ＢＬと同様の材料を用いることができる。
ここで、本実施の形態の半導体レーザにおいては、電流ブロック層ＢＬが、領域１Ａ（幅は、約１．４μｍ）に部分的に配置されつつ、さらに、この領域１Ａの両側にも配置されている。ここでは、領域１Ａの両側に配置されている電流ブロック層を“ＣＢＬ”で示す。
このように、領域１Ａに電流ブロック層ＢＬを部分的に配置し、さらに、領域１Ａの両側の領域２Ａを、電流ブロック層ＣＢＬで覆っている。
例えば、電流ブロック層ＢＬの上面から見た平面形状は、略矩形状である（図６参照）。例えば、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置された電流ブロック層ＢＬの列が、２列配置される（図６参照）。この電流ブロック層ＢＬ間からは、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰが露出している。
実施の形態１で詳細に説明したように、電流ブロック層ＢＬは、窒化物半導体よりなり、活性層ＭＱＷ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤのいずれよりもバンドギャップが大きい。より具体的には、電流ブロック層ＢＬは、活性層ＭＱＷ、その上のｐ型の窒化物半導体の積層部およびその下のｎ型の窒化物半導体の積層部のいずれの層よりもバンドギャップが大きい。
また、電流ブロック層ＣＢＬは、領域１Ａの両側（領域２Ａ）に配置される。例えば、領域１Ａの両側を覆うように配置される。この電流ブロック層ＣＢＬは、電流ブロック層ＢＬと同様に、窒化物半導体よりなり、活性層ＭＱＷ、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤのいずれよりもバンドギャップが大きい。より具体的には、電流ブロック層ＣＢＬは、活性層ＭＱＷ、その上のｐ型の窒化物半導体の積層部およびその下のｎ型の窒化物半導体の積層部のいずれの層よりもバンドギャップが大きい。
このため、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤからなるリッジストライプ部を設けなくても、電流ブロック層ＣＢＬによりｐ側電極ＰＥＬからｎ側電極ＮＥＬに向かって流れる順方向電流の領域が制約される。電流ブロック層ＣＢＬ間、即ち、領域１Ａが電流狭窄領域となる。
一方、領域１Ａには、部分的に電流ブロック層ＢＬが配置されているため、実施の形態１の場合と同様に、可飽和吸収領域ＳＡが形成され、光出力を自動発振させることができる。
上記ｐ型キャップ層ＰＣＡＰおよび電流ブロック層ＢＬ、ＣＢＬ上には、実施の形態１と同様に、ｐ型再成長層ＰＲＧが配置されている。そして、このｐ型再成長層ＰＲＧ上には、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴが配置されている。これらの層の構成材料としては、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
このように、ｐ型再成長層ＰＲＧ上のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴおよびｐ型クラッド層ＰＣＬＤは、パターニングされておらず、プレーナ構造となっている。
そして、最上層のｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ上には、ｐ側電極ＰＥＬが配置され、ｎ型基板ＮＳの裏面には、ｎ側電極ＮＥＬが配置されている。
ここで、本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、領域１Ａに電流ブロック層ＢＬが部分的に配置されているため、ｐ側電極ＰＥＬから電流ブロック層ＣＢＬ間で規定される電流狭窄領域（領域１Ａ）に流れる電流が阻害され、可飽和吸収領域ＳＡが生じ、レーザ光の強度が自励発振する。よって、実施の形態１と同様の効果を奏する。
また、実施の形態１のように、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ）を形成する必要がないため、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとの接触面積が大きくなる。このため、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとの接続抵抗が低減でき、半導体レーザの特性を向上させることができる。また、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤの電流注入経路を広くとることができるので、実施の形態１や実施の形態２の構造に比べて、素子抵抗を低減することが可能である。その結果、低電圧動作可能な自励発振型窒化物系半導体レーザを実現することができる。
［製法説明］
次いで、図２２〜図２４を参照しながら、本実施の形態の半導体レーザの製造方法を説明するとともに、当該半導体レーザの構成をより明確にする。図２２〜図２４は、本実施の形態の半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
図２２に示すように、ｎ型基板ＮＳとして、ｎ型ＧａＮ基板を準備し、その上に、ｎ型クラッド層ＮＣＬＤとして、ｎ型ＡｌＧａＮ層を、ｎ型光ガイド層ＮＬＧとして、ｎ型ＧａＮ層を順次堆積する。これらの層は、実施の形態１の場合と同様にして形成する。
次いで、ｎ型光ガイド層ＮＬＧ上に、活性層ＭＱＷ（インジウム組成の異なるＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造体）を、実施の形態１と同様に結晶成長させる。
さらに、活性層ＭＱＷ上に、実施の形態１と同様に、ｐ型光ガイド層ＰＬＧ（ｐ型ＧａＮ層）、ｐ型障壁層ＰＢＡ（ｐ型ＡｌＧａＮ層）およびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）を順次結晶成長させる。
次いで、実施の形態１の場合と同様に、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）上に、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）を結晶成長させる。次いで、電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）をパターニングする。領域１Ａに配置される電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）の上面から見た平面形状は、例えば、略矩形状である（図６参照）。例えば、Ｙ方向に一定の間隔を置いて配置された電流ブロック層ＢＬの列を２列配置する（図６参照）。そして、領域１Ａ（図６の破線部に対応）の両側を覆うように、電流ブロック層ＣＢＬ（ＡｌＮ層）を残存させておく（図２２）。電流ブロック層ＢＬ（ＡｌＮ層）間からは、ｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）が露出している。
次いで、図２３に示すように、電流ブロック層（ＡｌＮ層）ＢＬ、ＣＢＬおよびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ型再成長層ＰＲＧとして、ｐ型ＧａＮ層を堆積する。例えば、実施の形態１と同様にして、ｐ型ＧａＮ層を成膜する。
次いで、実施の形態１と同様にして、ｐ型再成長層ＰＲＧ上に、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）およびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）を結晶成長させる。
この後、実施の形態１と同様にして、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ側電極ＰＥＬを形成し、さらに、ｎ型基板ＮＳの裏面を研磨し、ｎ型基板ＮＳを薄膜化した後、ｎ側電極ＮＥＬを形成する（図２３）。
以上の工程により、本実施の形態の半導体レーザ（半導体装置）を形成することができる（図２１参照）。
このように、本実施の形態においても、電流ブロック層ＢＬにより活性層ＭＱＷの一部に電流注入がされないため、その部分が可飽和吸収領域として働く、自励発振型の半導体レーザを製造することができる。また、バンドギャップの大きい層である電流ブロック層ＣＢＬを利用して、電流狭窄領域を設けたので、リッジストライプ部（ｐ型クラッド層ＰＣＬＤおよびｐ型コンタクト層ＰＣＮＴの積層部）を設ける必要がなく、より簡易な工程で、自励発振型の半導体レーザを製造することができる。また、リッジストライプ部を形成する必要がないため、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとの接触面積が大きくなる。このため、ｐ型コンタクト層ＰＣＮＴとｐ側電極ＰＥＬとの接続抵抗が低減でき、半導体レーザの特性を向上させることができる。
なお、本実施の形態においては、電流ブロック層（ＡｌＮ層）ＢＬ、ＣＢＬおよびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ型再成長層ＰＲＧを設けたが、この層を省略してもよい。図２４は、本実施の形態の半導体レーザの他の構成を示す断面図である。図２４に示すように、電流ブロック層（ＡｌＮ層）ＢＬ、ＣＢＬおよびｐ型キャップ層ＰＣＡＰ（ｐ型ＧａＮ層）上に、ｐ型クラッド層ＰＣＬＤ（ｐ型ＡｌＧａＮ）を配置してもよい。
（応用例）
上記実施の形態において説明した半導体レーザの適用範囲に制限はないが、例えば、光ディスク装置に適用することができる。光ディスク装置は、ＣＤ（compact disc）やＤＶＤ（digital versatile disc）などの光ディスクから情報を読み取る装置である。光ディスクに記録されている信号の読み出し動作は、光ピックアップで行われる。光ピックアップは、光ディスクのデータの読み出しを行うための光源および受光部を有する。この光ピックアップの光源として、半導体レーザを用いることができる。この半導体レーザを光源として用いる際、光ディスクにより反射されて半導体レーザに戻る光、いわゆる戻り光が問題となる。即ち、この戻り光が、半導体レーザ内の発振状態に擾乱を与えて雑音を発生し、データの読み出しエラーの原因となる。そこで、光ディスク装置に用いられる光ピックアップの光源として、上記実施の形態において説明した半導体レーザを用いることで、セルフパルセーション（自励発振）動作により戻り光誘起雑音を低減することができる。即ち、セルフパルセーション動作により、レーザ光の可干渉性を低下させることで、戻り光による半導体レーザの擾乱を抑え、光ディスクのデータの読み出しを精度良く行うことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、上記実施の形態１〜３においては、III-V族化合物半導体のうち、窒化物半導体を用いた半導体レーザ（青紫色）の場合について説明したが、上記実施の形態１〜３を他のIII-V族化合物半導体を用いた半導体レーザに適用することができる。例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色レーザや長波長帯半導体レーザ（ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡｌＩｎＧａＡｓ系）にも適用することができる。その場合、電流ブロック層として用いられる半導体としては、ＡｌＧａＩｎＰ系の場合、高Ａｌ組成のＡｌＧａＩｎＰやＡｌＩｎＰを、長波長帯の場合は、高Ａｌ組成のＡｌＧａＩｎＡｓやＡｌＩｎＡｓを用いることができる。
[付記１]
第１III-V族化合物半導体層と、
前記第１III-V族化合物半導体層の上方に配置された第２III-V族化合物半導体層と、
前記第２III-V族化合物半導体層の上方であって前記第２III-V族化合物半導体層の形成領域の一部に配置された第３III-V族化合物半導体層と、
前記第３III-V族化合物半導体層と前記第２III-V族化合物半導体層との間であって、前記第３III-V族化合物半導体層と前記第２III-V族化合物半導体層との重なり領域に、部分的に配置された第４III-V族化合物半導体層と、
を有し、
前記第１III-V族化合物半導体層は、前記第２III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
前記第３III-V族化合物半導体層は、前記第２III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
前記第４III-V族化合物半導体層は、前記第３III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きい、半導体装置。
[付記２]
第１III-V族化合物半導体層と、
前記第１III-V族化合物半導体層の上方に配置された第２III-V族化合物半導体層と、
前記第２III-V族化合物半導体層の上方に配置された第３III-V族化合物半導体層と、
前記第３III-V族化合物半導体層と前記第２III-V族化合物半導体層との間に配置され、第４III-V族化合物半導体層よりなる第１膜および第２膜と、
を有し、
前記第１膜は、第１領域に、部分的に配置され、前記第２膜は、前記第１領域の両側に位置する第２領域に配置され、
前記第１III-V族化合物半導体層は、前記第２III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
前記第３III-V族化合物半導体層は、前記第２III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
前記第４III-V族化合物半導体層は、前記第３III-V族化合物半導体層よりバンドギャップが大きい、半導体装置。
１Ａ 領域
２Ａ 領域
ＢＬ 電流ブロック層
ＣＢＬ 電流ブロック層
ＨＭ１ ハードマスク
ＨＭ２ ハードマスク
ＩＬ 絶縁層
ＭＱＷ 活性層
ＮＣＬＤ ｎ型クラッド層
ＮＥＬ ｎ側電極
ＮＬＧ ｎ型光ガイド層
ＮＳ ｎ型基板
ＰＢＡ ｐ型障壁層
ＰＣＡＰ ｐ型キャップ層
ＰＣＬＤ ｐ型クラッド層
ＰＣＮＴ ｐ型コンタクト層
ＰＥＬ ｐ側電極
ＰＬＧ ｐ型光ガイド層
ＰＲ フォトレジスト膜
ＰＲＧ ｐ型再成長層
ＳＡ 可飽和吸収領域

Claims (8)

  1. 第１窒化物半導体層と、
    前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
    前記第２窒化物半導体層の上方であって前記第２窒化物半導体層の形成領域の一部上に第１方向に延在するストライプ状に配置された第３窒化物半導体層と、
    前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間であって、前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との重なり領域内に、部分的に配置された第４窒化物半導体層と、
    を有し、
    前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第３窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、
    前記第４窒化物半導体層は、第１パターン群および第２パターン群を有し、
    前記第１パターン群は、前記第１方向に一定の間隔を置いて配置された複数のパターンを有し、
    前記第２パターン群は、前記第１方向に一定の間隔を置いて配置された複数のパターンを有する、半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第２窒化物半導体層と前記第４窒化物半導体層との間に配置された第５窒化物半導体層を有し、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第５窒化物半導体層上に配置されている、半導体装置。
  3. 請求項２記載の半導体装置において、
    前記第５窒化物半導体層より下に、第６窒化物半導体層が配置されている、半導体装置。
  4. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第４窒化物半導体層と前記第３窒化物半導体層との間に配置された第７窒化物半導体層を有し、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第７窒化物半導体層上に配置されている、半導体装置。
  5. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第４窒化物半導体層の平面形状は、円形または四角形である、半導体装置。
  6. 請求項１記載の半導体装置において、
    前記第１窒化物半導体層は、ｎ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層であり、
    前記第２窒化物半導体層は、インジウム組成の異なる第１窒化インジウム・ガリウム層と第２窒化インジウム・ガリウム層とを交互に積層した積層体であり、
    前記第３窒化物半導体層は、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層であり、
    前記第４窒化物半導体層は、窒化アルミニウム層またはｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層である、半導体装置。
  7. 第１窒化物半導体層と、
    前記第１窒化物半導体層の上方に配置された第２窒化物半導体層と、
    前記第２窒化物半導体層の上方であって前記第２窒化物半導体層の形成領域の一部上に第１方向に延在するストライプ状に配置された第３窒化物半導体層と、
    前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との間であって、前記第３窒化物半導体層と前記第２窒化物半導体層との重なり領域内に、部分的に配置された第４窒化物半導体層と、
    を有し、
    前記第１窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、第１導電型であり、
    前記第３窒化物半導体層は、前記第２窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、前記第１導電型と逆導電型の第２導電型であり、
    前記第４窒化物半導体層は、前記第３窒化物半導体層よりバンドギャップが大きく、
    前記第４窒化物半導体層は、第１パターン群および第２パターン群を有し、
    前記第１パターン群は、前記第１方向に一定の間隔を置いて配置された複数のパターンを有し、
    前記第２パターン群は、前記第１方向に一定の間隔を置いて配置された複数のパターンを有し、
    前記第４窒化物半導体層は、前記重なり領域の両側にも配置されている、半導体装置。
  8. 請求項７記載の半導体装置において、
    前記第１窒化物半導体層は、ｎ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層であり、
    前記第２窒化物半導体層は、インジウム組成の異なる第１窒化インジウム・ガリウム層と第２窒化インジウム・ガリウム層とを交互に積層した積層体であり、
    前記第３窒化物半導体層は、ｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層であり、
    前記第４窒化物半導体層は、窒化アルミニウム層またはｐ型不純物が導入された窒化アルミニウム・ガリウム層である、半導体装置。
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