JPH1093140A - ＧａＮ系発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＧａＮ系発光装置の特性を改善する最適なメサ
の形状を得ること、及びメサ上に成長するＧａＮ及び多
層構造の結晶性を改善すること。 【解決手段】ＧａＮ系発光装置において、特にＧａＮ／
ＡｌＧａＮからなる層状のエッチング領域を設け、これ
と電気化学的エッチング法を組み合わせることにより、
ＧａＮ系発光装置の高性能化に必要な任意の断面形状を
有するメサストライプを得ることができる。前記エッチ
ング領域を加工要素として用いれば、最適な特性を示す
に必要なメサストライプを含むＧａＮ系発光装置の多層
構造を容易に形成することができるため、低電圧でかつ
低しきい値電流で動作する高性能で長寿命なＧａＮ系発
光装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＧａＮ系半導体レー
ザ又はＧａＮ系発光ダイオード等のＧａＮ系発光装置に
係り、特に電流と光の閉じ込め領域を有する装置におい
て、あらかじめ層状のエッチング領域を用意し、これを
ウエットエッチングすることにより閉じ込め領域の形状
を最適化することを特徴としている。前記層状のエッチ
ング領域を具備することにより、低電圧でかつ低しきい
値電流で動作する装置を得ると同時に、エッチング領域
上に再成長したＧａＮ系多層構造の界面特性と結晶性が
向上することにより、長寿命な装置を得ることができ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来ＧａＮ系発光装置は、ＧａＮのＰ型
不純物としてＭｇの添加に成功して以来、紫外又は可視
青色領域における半導体レーザあるいは発光ダイオード
として、商品化をめざした多くの研究開発が進められ
た。しかし、一定の限定された範囲でレーザ作用が見ら
れたものの、克服すべき多くの課題が残され、まだ商品
化には至っていない。

【０００３】その１つは、良好な球面波を有する光ビー
ム放射を可能とするよう、ＧａＮ系半導体レーザ装置の
電流及び光の閉じ込め領域を形成することである。現状
においては、前記レーザは極めて非対称な、もしくは位
相が揃っていないビームを放射することしかできないた
め、実用的なレーザ特性が得られていない。これは前記
ＧａＮ系半導体レーザ装置の特性向上にとって、オーミ
ックコンタクト抵抗の低減と同様に重要な検討課題とな
っている。

【０００４】従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザ装
置においては、これらの課題は活性層を含む多層構造を
メサ型にエッチングした後、上部コンタクト領域を再成
長により形成する埋め込みストライプ構造、例えばＢＨ
（Burried Hetero）、ＣＤＨ（Constricted Double Het
ero)、ＳＢＲ（Selectively Buried Ridge Waveguide）
等の構造を用いることにより達成されてきた。

【０００５】しかし、ＧａＮ系化合物半導体材料は化学
的に不活性な性質があり、ウエットエッチングを行うこ
とが極めて困難であるため、従来ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体レーザ及び発光ダイオードを対象として開発されて
きた大部分の技術が、ＧａＮ系システムには移転できな
いという問題がある。すなわちＧａＮ系では、メサ加工
には主としてドライエッチングしか用いることができな
いため、ＧａＮ系半導体レーザ装置に前記埋め込みスト
ライプ型ＣＤＨ構造を形成し、良好なレーザ特性を得る
ことはいちじるしく困難であった。

【０００６】ドライエッチング法では、主として入射面
に垂直方向にエッチングが進行する。従ってドライエッ
チング法を用いて形成されたメサの側面は、メサの上面
に対して９０°の角度を持つ。用途によってはこのよう
な形状が望ましい場合もあるが、ＧａＮ系半導体レーザ
装置等に対しては、前記のような角型の断面構造の部分
を含まない、上面からなだらかに裾野が広がるメサ型形
状の方が望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ＧａＮ系発光装置は、主としてドライエッチング法を用
いて、電流と光の閉じ込め率が低い、角型の断面形状を
有するメサ型構造の形成が試みられていたため、動作電
圧とレーザ発光のしきい値電流の大きい、実用に耐えな
い装置しか得られなかった。

【０００８】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たものであり、メサ加工面を電流と光の閉じ込めにとっ
て最適な形状に制御するエッチング方法を見い出し、Ｇ
ａＮ系発光装置について最適設計されたメサストライプ
の断面形状の加工に、この制御方法を用いることによ
り、これらの装置の動作電圧としきい値電流を大幅に低
減することを目的としている。

【０００９】さらにメサ加工面の形状を制御するエッチ
ング方法を適用することにより、従来に比べてＧａＮ系
半導体表面に形成される点欠陥の数を減少させ、平滑な
界面を有するＧａＮ系結晶上の多層構造の成長を可能と
し、長寿命で結晶性に優れた装置を得ようとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ系発光装
置は、少なくとも電流及び光のいずれか１つの閉じ込め
領域を具備し、かつ前記閉じ込め領域は少なくとも１層
からなる層状のエッチング領域を構成要素として含むも
のであり、前記閉じ込め領域をメサエッチングすること
により所望のメサ型形状を有する閉じ込め領域を形成し
たものである。

【００１１】好ましくは、前記層状のエッチング領域の
エッチングは、電気化学的方法により行われることを特
徴とする。また、前記層状のエッチング領域を構成する
少なくとも１つの層の抵抗率が、隣接する層の抵抗率と
異なる値を有することを特徴とする。

【００１２】上記のように本発明は、特別に形成された
層状のエッチング領域を設けること、及びこれにメサ加
工面のエッチング率を制御することができる電気化学的
エッチングを併用することにより、良好なメサ型加工面
を有するＧａＮ系発光装置を提供することができる。ま
た、前記層状のエッチング領域を用いることにより、動
作電圧としきい値電流を大幅に低減したＧａＮ系レーザ
装置を構成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の第１
の実施の形態における、利得ガイド型ＧａＮ系半導体レ
ーザ装置の製造工程の中間段階における構造を示す断面
図である。

【００１４】図１（ａ）に示すＧａＮ系半導体レーザ装
置は、サファイヤ基板１の上にＮ型ＧａＮバッファ層２
を成長した後、レーザ装置の主要部であるＮ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層３、Ｎ型ＧａＮ光ガイド層４、ｕｎｄｏｐ
ｅ−ＩｎＧａＮ活性層５を成長し、引き続きその上にＰ
型ＧａＮ光ガイド層６と、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７
を成長する。この段階までは従来のＧａＮ系半導体レー
ザ装置、発光ダイオードと同様な構造に形成される。

【００１５】ここで各層の成長には通常ＧａＮ系材料の
エピタキシヤル成長に用いるＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）法が適用される。Ｉｎ
ＧａＮ活性層５よりも禁制帯幅の大きいＧａＮ光ガイド
層４、６、更に禁制帯幅が大きく屈折率の小さいＡｌＧ
ａＮクラッド層３、７を用いることにより、そのヘテロ
接合面において、活性領域５への縦方向のキャリヤ閉じ
込めと、これに伴う活性領域への縦方向への光閉じ込め
を有効に行うことができる。

【００１６】さらに良好な球面波を有する光ビーム放射
を可能にするため、横方向の電流閉じ込めと、これに伴
う光の横モードの制御が必要となる。これを実現するた
め、エッチングマスクを用いて、通常十分厚く成長した
上部クラッド層７を、メサ型断面形状を有するメサスト
ライプ状に形成し、メサの側面上に電流狭窄（電流ブロ
ック）層を設けて、平坦なメサの上部より電流を供給す
る構造が用いられる。

【００１７】本発明の構造は、前記メサ型断面形状を有
するメサストライプをＰ型ＡｌＧａＮクラッド層７に形
成するに当り、前記ＡｌＧａＮクラッド層７の上にＰ型
ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層８からなる層状のエッチ
ング領域を成長し、更にその上に光の横方向閉じ込め効
果を高めるためＡｌＧａＮクラッド層９を成長した後、
前記メサストライプを加工することにある。

【００１８】図１（ａ）に示す構造は、メサ型の形成前
の本発明のＧａＮ系半導体レーザの多層構造を示してい
る。標準的な光蝕刻技術を用いてＰ型ＡｌＧａＮ層９の
メサとする領域をマスクし、その他の部分をメサエッチ
ングする。

【００１９】Ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層８から
なる層状のエッチング領域は、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層７と９の間に介在し、クラッド層７に接するＰ型Ｇａ
Ｎ層から上向きにＡｌ組成を徐々に増加して上部に隣接
するクラッド層９の組成に達するよう層状のエッチング
領域のＡｌ組成のグレード付けを行う。

【００２０】前記グレード付けは必ずしも連続的に行う
必要はなく、前記層状のエッチング領域をステップ状に
Ａｌ組成が増加する多層構造を用いて形成するようにし
ても良い。例えばＧａＮとＡｌＧａＮからなる超格子や
下部にＧａＮ層を有する１層のＡｌＧａＮをこの目的に
用いることもできる。

【００２１】前記層状のエッチング領域において、Ａｌ
ＧａＮのエッチングは下層のＧａＮより速いので、グレ
ード付けされた上部のＡｌＧａＮから下部のＧａＮに向
けて次第にエッチング率が低下し、最後にＧａＮが事実
上のエッチング停止層として働くため、図１（ｂ）に示
すようなウェッジ型の裾野を有するメサストライプ８、
９が形成される。

【００２２】図２は、ドライエッチングを用いてＰ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層９に形成された、従来のＧａＮ系半
導体レーザ装置に用いられた角型のメサストライプの断
面構造を示す図である。ドライエッチングを用いる場合
には、Ａｌ組成を変化することによりエッチング率を変
化させても、メサストライプ構造の断面形状は図２に示
すように角型になり変化しない。従って、本発明のＰ型
ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層８を設けても、メサの断
面形状をなだらかにする効果は得られない。

【００２３】次に、図２に示すようにメサストライプの
断面形状が角型である場合に、レーザ特性に生ずる問題
点について説明する。図３に示すように、レーザ装置を
形成するための次の段階は、電流ブロックと光の横モー
ド制御を行うため、Ｎ型のＩｎＧａＮ又はＧａＮからな
る領域１０を成長することである。このとき、ドライエ
ッチングによりメサ型を形成したＧａＮ系半導体レーザ
装置では、２つの大きい問題が生ずる。

【００２４】第１の問題は、図２のようにドライエッチ
されたＡｌＧａＮ層９の表面は粗な面となり、例えば電
流ブロック領域１０としてＮ型ＧａＮを用いた場合、Ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層９とＮ型ＧａＮ電流ブロック領
域１０との界面の形状は極めて劣悪なものとなる。従っ
て、界面に生じた高密度の欠陥により低抵抗なリークパ
スが発生し、レーザ装置のリーク電流を増加させる。

【００２５】第２の問題は、メサエッジの側面が垂直で
あることより生ずる。図２に示すメサエッジ９の基底部
分との角型のコーナーの部分には、均一に結晶生長させ
ることがいちじるしく困難であり、通常前記メサの基底
部分には高密度の欠陥を含む領域が形成される。この領
域ではリーク電流が極めて大きいため十分な電流ブロッ
クが行われず、また注入されたキャリヤの再結合率が大
きいためレーザ発光の出力が大幅に低下する。

【００２６】これに対して、層状のエッチング領域を形
成した上で、ウエットエッチングによりメサストライプ
を形成した本発明のＧａＮ系半導体レーザの構造を用い
れば、メサストライプの基底部分がなだらかで、かつ平
滑性に優れているため過剰の欠陥を生ずることがなく、
Ｎ型ＧａＮ又はＮ型ＩｎＧａＮからなる電流ブロック領
域１０を容易に成長することができる。

【００２７】また、ウエットエッチング法を用いれば、
ドライエッチングのようにエッチ面に表面損傷を受ける
ことがないので、ドライエッチングに比べて極めて平滑
な界面形状が得られる。

【００２８】最後に図３に示すように、前記Ｎ型ＩｎＧ
ａＮ又はＧａＮからなる電流ブロック層１０とＰ型Ａｌ
ＧａＮ層９の上部に、Ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層
１１をＭＯＣＶＤ法により成長し、その上にＮｉ／Ａｕ
又はＰｄ／Ａｕからなるアノード電極１２と、サファイ
ヤ基板上に隣接して形成されたＧａＮバッファ層２の上
にＴｉ／Ａｕからなるカソード電極１４をそれぞれスパ
ッタ法を用いて形成することにより、ＧａＮ系半導体レ
ーザ装置を完成することができる。

【００２９】本発明の方法は、上記電流ブロック層を用
いる埋め込みＣＤＨ型レーザの他、単純なメサ型構造を
有するレーザの形成にも応用することができる。このほ
か、ドライエッチング法で得られる角型のメサの形状と
は異なる、種々のメサ形状を有するその他のレーザ構造
にも適用することができる。また同様な構造をＧａＮ系
高輝度発光ダイオードにも適用できることはいうまでも
ない。

【００３０】次に図４に基づき、本発明の第２の実施の
形態について説明する。図４は、本発明の層状のエッチ
ング領域を用いたウエットエッチング方法を、単純なメ
サストライプ型レーザの形成に用いた場合の装置の断面
構造を示す図である。サファイヤ基板１の上にＭＯＣＶ
Ｄ法を用いてＮ型ＧａＮバッファ層２を形成し、引き続
き本発明の層状のエッチング領域としてＮ型ＧａＮ／Ａ
ｌＧａＮグレード層１５を成長する。Ｎ型ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮグレード層１５の材料構成は第１の実施の形態に
おいて説明したものと同様である。

【００３１】引き続きＮ型ＡｌＧａＮクラッド層３、Ｎ
型ＧａＮ光ガイド層４、ｕｎｄｏｐｅ−ＩｎＧａＮ活性
層５、Ｐ型ＧａＮ光ガイド層６、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層７、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１１からなるレーザ装
置の多層構造をＭＯＣＶＤ法により成長する。

【００３２】次に図４に示すように、前記ＧａＮ系半導
体レーザを構成する多層構造をメサストライプ型に加工
することにより、ビーム状のレーザ発光を得ることが可
能になる。通常メサストライプ型のレーザでは、メサ加
工により露出した側面を保護するため、保護絶縁膜１３
を用いて被覆する。

【００３３】このようなメサストライプの形成に、図２
で説明したドライエッチング法を用いれば、メサの側面
が基板表面に対して９０°にエッチングされるため、理
想的な形状が得られるように思われる。

【００３４】しかし、第１の実施の形態において説明し
たように、ドライエッチングによりメサ加工された側面
は表面損傷が大きいため、表面におけるリーク電流と注
入キャリヤの再結合率がいちじるしく大きくなり、レー
ザ発光のしきい値電流が大幅に増加する。また、このよ
うに表面リーク電流の増加したレーザ装置は、保護絶縁
膜１３で被覆しても十分な装置の信頼性を確保すること
ができない。

【００３５】ドライエッチングによる表面損傷により発
生する欠陥密度は、メサストライプの角型の基底部分に
おいて最大となり、またこの部分には、前記保護絶縁膜
を密着させることが困難となる。これらの問題を回避す
るため、メサエッチングをウェット法を用いて行うこと
と、メサストライプの基底部分における角型形状を、な
だらかに裾野を引く形にすることが必要である。

【００３６】このため図４に示すように、本発明の層状
のエッチング領域であるＮ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレー
ド層１５は、メサの基底部に設けられ、レーザ装置を構
成する多層構造の最上層にストライプ状のマスクを設け
て、ウエットエッチングすることにより、メサの基底部
になだらかな裾野を形成する。このなだらかな形状は、
メサ基底部へのより密着性の高い絶縁膜１３の形成を可
能とし、装置の信頼性を向上させる。またウエットエッ
チングにより表面再結合中心を低減することにより、し
きい値電流が小さく、また低消費電力なＧａＮ系半導体
レーザ装置を得ることができる。

【００３７】次に図５に基づき本発明の第３の実施の形
態について説明する。図５は第１の実施の形態とは構造
の異なるＣＤＨレーザに、本発明の層状のエッチング領
域を用いた例が示されている。この例では前述の例と異
なり、最もエッチングされ難いＧａＮがＧａＮ／ＡｌＧ
ａＮグレード層１６の上部に設けられている。

【００３８】サファイヤ基板１の上にＮ型ＧａＮバッフ
ァ層２を成長し、引き続き本発明のＮ型ＧａＮ／ＡｌＧ
ａＮグレード層１６からなる層状のエッチング領域を成
長する。このときクレード層１６の構成は、前記Ｎ型Ｇ
ａＮバッファ層２に隣接する部分でＡｌ組成が最大であ
り、上方に向けてＡｌ組成が減少し、最後にもっともエ
ッチング率の小さいＧａＮとなるように設計されてい
る。

【００３９】このように設計されたＮ型ＧａＮ／ＡｌＧ
ａＮグレード層１６をウエットエッチングすることによ
り、図５に示すような、角の部分が丸められた断面形状
の、逆メサ形状のＮ型ストライプ１６を、Ｎ型ＧａＮバ
ッファ層上に形成することができる。角が平滑な曲面で
構成されることにより、前記逆メサ状のメサストライプ
１６が、その上に成長するＮ型ＧａＮ層２ａにより、バ
ッファ層２を含めて界面に欠陥を生ずることなく埋め込
まれる。

【００４０】このとき逆メサ１６の中央部は凸型に、周
辺部には逆メサが存在しないので凹型にＧａＮ層２ａが
成長する。このような凹凸のある下地の上に、原料ガス
の流量等を最適化して、ＭＯＣＶＤ法を用いて多層構造
をエピタキシヤル成長することにより、図５に示すよう
な、複数の曲面状のヘテロ接合界面を有するＣＤＨ型の
ＧａＮ系半導体レーザを形成することができる。

【００４１】前記ＣＤＨ型レーザにおいては、前記ヘテ
ロ界面で構成される曲面群を利用して、Ｐ型ＧａＮコン
タクト層１１の上に設けた絶縁膜１３の、ストライプ状
の開孔を介して、再上層のアノード電極１２から活性５
の凹部に電流を集中させれば、曲面状に形成されたＡｌ
ＧａＮクラッド３、７及びＧａＮ光ガイド層４による、
横方向の光閉じ込め効果が発生し、特に電流ブロック層
を設けることなく、レーザ光の横モード制御を行うこと
ができる。

【００４２】良好なレーザ発光特性を有するＣＤＨ型の
ＧａＮ系半導体レーザを形成するためには、断面形状が
図５の１６に示すような、平滑な曲面で囲まれた逆メサ
型のメサストライプを埋め込むことが必須の技術であ
り、この部分に最適形状に設計された本発明の層状のエ
ッチング領域を用いることができる。

【００４３】次に図６に基づき本発明の第４の実施の形
態を説明する。図６は埋め込みストライプ型レーザに本
発明のウエットエッチング法を適用した例が示されてい
る。この構造は図３と異なり、活性層５自身が電流ブロ
ック層１７によりストライプ状に限定された形状となっ
ている。

【００４４】サファイヤ基板１の上にＮ型ＧａＮバッフ
ァ層２を成長し、その上に本発明の層状のエッチング領
域であるＮ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層１５を成長
する。ここでＮ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層１５
は、下部のＮ型ＧａＮバッファ層に隣接するＮ型ＧａＮ
から上部に向けて、Ａｌ組成が増加するように設計され
ている。引き続きＮ型ＡｌＧａＮクラッド層３、ｕｎｄ
ｏｐｅ−ＩｎＧａＮ活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層７、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１１を成長する。

【００４５】次に前記Ｐ型ＧａＮコンタクト層上に酸化
膜からなるストライプ状のエッチングマスクを設け、下
層に設けた本発明のＮ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層
１５までウエットエッチングする。このようにすればＮ
型ＧａＮバッファ層２に隣接するＮ型ＧａＮがエッチン
グの停止層として働くため、前記Ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａ
Ｎグレード層は図６の１５に示すように、なだらかに裾
野を引く断面形状を持ったメサストライプとして形成さ
れる。

【００４６】メサの側面にＮ型ＡｌＧａＮからなる電流
のブロック層１７を形成し、このようにして形成された
メサ型の頂上部を含む多層構造全体の上面に絶縁膜１３
を形成し、Ｐ型ＧａＮコンタクト層の部分をストライプ
状に開孔して、アノード電極となるＮｉ／Ａｕ又はＰｄ
／Ａｕをスパッタする。さらにＮ型ＧａＮバッファ層上
にＴｉ／Ａｕからなるカソード電極を設けて、それぞれ
リフトオフすることにより、埋め込みストライプ型Ｇａ
Ｎ系半導体レーザを完成する。

【００４７】このようにして形成されたレーザ装置で
は、Ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層１５の上のＮ型
ＡｌＧａＮ電流ブロック層１７の成長界面が滑らかに接
続され、またＧａＮ系レーザの主要構成部となるｕｎｄ
ｏｐｅ−ＩｎＧａＮ活性層５を含む多層構造からなる側
壁部と前記電流ブロック層１７との接続も滑らかになる
ので良好なレーザ特性を得ることができる。

【００４８】ここで、種々の形状のメサを形成するのに
用いることのできる、前記層状のエッチング領域の基本
的な構成を図７及び図８に示す。図７（ａ）に示すよう
に、下部から上方に向けて徐々にＡｌ組成が増加するＧ
ａＮ／ＡｌＧａＮからなのグレード層を用いて、下部の
ＧａＮ層と上部ＡｌＧａＮ層を接続すれば、第１、第２
及び第４の実施の形態で説明したように、上層から下層
までなだらかに接続した理想的なエッチングプロファイ
ルが得られる。図７（ａ）の右側にこのようにして形成
されたメサ側面のエッチングプロファイルを示す。

【００４９】しかし、Ａｌ組成を徐々に変化したグレー
ド層の形成は、結晶成長技術として必ずしも容易ではな
い。そこで、下部のＧａＮ層と上部のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ
層との間に、上層に比べてＡｌ組成の小さいＡｌ_y Ｇａ
_1-y Ｎ層（ｘ＞ｙ）を１層のみ挿入して、図７（ｂ）の
右に示すような多少キンクが含まれるエッチングプロフ
ァイルとすることも実用上は重要な方法である。

【００５０】このとき図８に示すように、挿入した１層
のＡｌ_y Ｇａ_1-y ＮのＡｌ組成が上層のＡｌ_x Ｇａ_1-x
Ｎ層（ｘ＜ｙ）のＡｌ組成よりも大きい場合には、図８
の右に示すようなオーバーハング型のエッチングプロフ
ァイルを得ることもできる。

【００５１】次に本発明のウエットエッチングの方法に
ついて詳細に説明する。ウエットエッチングの溶液とし
て、ＮａＯＨ、ＨＦ系の溶液や、ＨＰＯ₃ 溶液、ＫＯＨ
等の溶液を用いることができる。しかし、これらのエッ
チング溶液は、結晶化したＧａＮ系材料を、ある程度ま
でしかエッチングすることができない。ＡｌＧａＮのよ
うなＡｌを含む混晶ではエッチングは僅かに進むが、十
分なエッチングを行うためには、次にのべるような電気
化学的方法を用いなければならない。

【００５２】図９に、本発明の層状のエッチング領域の
電気化学的方法によるエッチング装置の概念図を示す。
１８は、ＧａＮ系多層構造を形成した基板であり、Ｎａ
ＯＨの溶液１９に浸される。２０は直流電源であり、前
記ＧａＮ系多層構造に含まれる層状のエッチング領域が
正、ＮａＯＨ溶液１９が負となるように接続される。ま
た、ビーカーの側壁に沿ってコイル状の金属電極２１が
設けられ、直流電源２０の負側に接続される。２２はス
ターラーであり、ビーカーの外部に設けたコントローラ
の回転磁場を用いてＮａＯＨ溶液１９を攪拌する。

【００５３】ＧａＮ系多層構造を形成した基板１８の支
持部等、エッチングの対象外である部分の表面は、ワッ
クス等で保護し、電流が流れないようにされている。こ
のように、エッチング溶液中でＧａＮ系半導体を正にバ
イアスすれば、表面の原子が酸化するか、又は複合化合
物を形成してエッチング溶液中に溶出する。ＧａＮ系半
導体がＰ型の場合には、エッチング率は電流に比例す
る。しかし、Ｎ型の場合には、エッチング溶液と半導体
表面との間に生ずる障壁が逆バイアスされることになる
ので、Ｐ型の場合のように、電流との間に単純な比例関
係が成り立たない。Ｎ型ＧａＮ系半導体に対してエッチ
ングを進行させるためには、ビーカーを通して、その禁
制帯幅よりも大きなエネルギーの光照射をすることが必
要である。

【００５４】また、エッチングの際に、スターラーを用
いて液を攪拌することがエッチングを進行させるための
必須の条件である。エッチング液を攪拌しなければ、Ｇ
ａＮ表面が準安定な酸化層で覆われるため、エッチング
が停止してしまう。

【００５５】この他、前記電気化学的エッチングのみに
より、エッチングプロファイルを変化することも可能で
ある。例えば層状のエッチング領域のＡｌ組成を変化す
る代りに、層の厚さ方向の抵抗率を変化して電気化学的
エッチングを行えば、厚さ方向にエッチングの電流密度
分布が変化し、これに応じてエッチングプロファイルを
変化することができる。

【００５６】Ｎ型ＧａＮとＰ型ＧａＮのように、導電型
の異なる層の抵抗の差も、電気化学的エッチングに利用
することができる。例えば図１０に示すようなストライ
プ型のレーザ構造において、隣接するＰ型ＧａＮ層１１
を全くエッチングすることなく、上部のＮ型ＧａＮ層２
のみを選択的にエッチングし、Ｐ型ＧａＮ層１１を露出
させることができる。

【００５７】このとき、もし電気化学的方法を用いない
通常のエッチングを行えば、エッチング停止の検出が困
難であり、アンダエッチやオーバエッチの問題を避ける
ことができない。しかし、電気化学的エッチングの場合
には、Ｐ型ＧａＮの電気抵抗がＮ型ＧａＮ層に比べて非
常に大きいため、Ｐ型ＧａＮ層をエッチングの停止層と
して有効に用いることができる。

【００５８】なお本発明は上記の実施の形態に限定され
ることはない。例えば本発明の層状のエッチング領域を
形成するに当り、組成の変化と抵抗率の変化を組み合わ
せることにより、他の方法では得られないエッチング形
状を形成することができる。このような特殊な形状は必
ずしもレーザのメサストライプの側面形状の制御ばかり
でなく、化合物半導体装置の構成上重要な役割を果たす
加工の困難な任意の構成部分に適用可能なものである。

【００５９】同様に本発明の層状のエッチング領域に、
導電型の異なる層と抵抗率の異なる層及び組成の異なる
層とを組み合わて用いるようにしても良い。その他本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施する
ことができる。

【００６０】

【発明の効果】上述したように本発明のＧａＮ系発光装
置によれば、特に設けられた層状のエッチング領域と、
これに電気化学的エッチング法を併用することにより、
発光装置の動作電圧としきい値電流を低減することがで
きる。またエッチされた表面と、その上に成長した多層
構造との界面の平滑性が改善されることにより、ＧａＮ
系多層構造の結晶性が改善され、長寿命のＧａＮ発光装
置を得ることができる。また本発明によれば、従来のエ
ッチング法では不可能であった構造を有するＧａＮ系発
光装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るメサエッチン
グを行う前後におけるＧａＮ系半導体レーザ装置の部分
構造を示す断面図。

【図２】上部クラッド層を標準的なドライエッチング法
で加工したときのメサ型の形状を示す断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング領
域を用いたＧａＮ系半導体レーザ装置の断面図。

【図４】本発明のエッチング領域を用いたメサ型ＧａＮ
系半導体レーザ装置の断面図。

【図５】本発明のエッチング領域を下層に設けたＣＤＨ
型ＧａＮ系半導体レーザ装置の断面図。

【図６】本発明のエッチング領域を用いた埋め込みスト
ライプ型ＧａＮ系半導体レーザ装置の断面図。

【図７】本発明のエッチング領域を用いて形成したエッ
チングプロファイルを示す図。

【図８】本発明のエッチング領域を用いて形成した他の
エッチングプロファイルを示す図。

【図９】電気化学的方法を用いたエッチング装置の概念
図。

【図１０】本発明のエッチングを導電型の異なる層の選
択エッチングに用いた例を示す断面図。

【符号の説明】

１…サファイヤ基板 ２…Ｎ型ＧａＮ層 ２ａ…Ｎ型ＧａＮ層 ３…Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 ４…Ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ５…ＩｎＧａＮ活性層 ６…Ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ７…Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 ８…Ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層 ９…Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １０…Ｎ型ＧａＮ又はＮ型ＩｎＧａＮからなる電流ブロ
ック領域 １１…Ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２…Ｎｉ／Ａｕ又はＰｄ／Ａｕからなる電極 １３…絶縁層 １３ａ…空乏層 １４…ＴｉＡｕ電極 １５…Ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層 １６…逆メサ型Ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮグレード層 １７…Ｎ型ＡｌＧａＮ電流ブロック領域 １８…ＧａＮ系多層構造を形成した基板 １９…ＮａＯＨ溶液 ２０…直流電源 ２１…コイル状の金属電極 ２２…スターラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電流及び光のいずれか１つの
   閉じ込め領域を有するＧａＮ系発光装置において、 少なくとも１層からなる層状のエッチング領域を構成要
   素として含む閉じ込め領域を形成した後、前記閉じ込め
   領域を所望の形状にメサエッチングしたことを特徴とす
   るＧａＮ系発光装置。
2. 【請求項２】 前記層状のエッチング領域のメサエッチ
   ングが電気化学的方法により行われたことを特徴とする
   請求項１記載のＧａＮ系発光装置。
3. 【請求項３】 前記層状のエッチング領域を構成する少
   なくとも１つの層の抵抗率が、隣接する層の抵抗率と異
   なる値を有することを特徴とする請求項２記載のＧａＮ
   系発光装置。