JP4240085B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に係わり、特に半導体レーザとして好適な、リッジ型ストライプ構造を有する半導体発光装置及びその製造方法に関するものである。

従来型のリッジ導波路型ストライプ構造半導体レーザの構造及びその作成方法を図４に示す。図４（ａ）に示す様に、基板２１上に第１導電型第１クラッド層１１、活性層１２及び第２導電型第２クラッド層１３及び第２導電型コンタクト層１４を成長した後、図４（ｂ）の様にエッチングにより第２導電型コンタクト層１４及び第２導電型第２クラッド層１３をエッチングすることによってリッジ部を形成する。この際、リッジ以外の部分は活性層１２の上部にある第２導電型第２クラッド層１３の途中までエッチングし、その後、このリッジ部側面およびリッジ以外の部分の表面を絶縁層３１を用いて電流が流れないようにし、その上にリッジ上部を含めて電極３２を形成する事により作成する（図４（ｃ））。

このような構造にすることで、電流はリッジ部を通じて活性層１２に注入され、リッジ部の下の活性層１２で活性層１２の組成に対応した光が発生する。一方、半導体部分に比べて屈折率の小さい絶縁層３１を形成しているため、リッジ以外の部分の活性層の実効屈折率はリッジ部の実効屈折率より小さくなる。その結果、発生した光はリッジ下部の光導波路に閉じこめられることになる。

このリッジ導波路型ストライプ構造半導体発光装置はリッジ部分をエッチングにて形成しているため、活性層上のリッジ以外の部分のエッチングされたクラッド層部分の厚みを一定にすることが困難であった。その結果、このリッジ以外の部分のクラッド層の厚みのわずかな違いにより、この部分の活性層の実効屈折率が大きく変動する。また電流注入の幅を決定するリッジ底部の幅も変動し、そのために、低しきい値で光広がり角を一定にしたレーザを再現性良く作成することは困難であった。

このような問題を解決するために、活性層上部のクラッド層の厚みを結晶成長時の結晶成長速度を用いて決定し、リッジ部分以外に保護膜を作成して、リッジ部分を再成長する方法が提案されている（特開平５−１２１８２２号公報、特開平９−１９９７９１号公報等）。 このようなレーザの構造とその作成方法を図５に示す。まず、基板２１上に、第
１導電型第１クラッド層１１、活性層１２及び第２導電型第１クラッド層１３を成長した（図５(a））後、該第２導電型第１クラッド層１３表面をＳｉＯ₂ 等の保護膜３１で被覆し、フォトリソグラフィ法でストライプ状の窓を開け、該ストライプ領域にのみ第２導電型第２クラッド層１３ａと第２導電型コンタクト層１４を選択成長する（図５（ｂ））。次いで、リッジ以外の部分を覆う保護膜３１、リッジを形成する第２導電型第２クラッド層１３ａの側面及び第２導電型コンタクト層１４の表面全体をＳｉＮx 等の絶縁層３１ａで被覆し、再度リッジ頂部のＳｉＮx 絶縁層をフォトリソグラフィ法で除去した後、表面全体に電極３２を形成する（図５（ｃ））。

このように絶縁層で、リッジ以外の部分に電流が流れないようにすると表面は絶縁層で覆われてしまい劈開がしずらく、また電極剥がれなどの問題があった。また、絶縁層にピンホール等が存在した場合に、リッジ以外の部分に、電流が流れてしまいリッジ部分で十分に電流を狭窄できないという問題もあった。さらに図９（ｂ）のように、基板側を上にエピタキシャル層側を下にするｊ−ｄｏｗｎ（ジャンクションダウン）で組み立てた際に
は、半田材が電極と保護膜の厚み分回り込むだけでその下の化合物半導体層に達してしまい電流漏れを生じやすく、リッジ部分が他の部分に比べて、とびだしているためストレスによる劣化を招きやすい等の問題があり好ましい状態ではない。

このように従来型のリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置は、再成長を用いて作成する場合でも、絶縁層等でリッジ以外の部分に電流が流れないようにしたＬＤでは、劈開、組立がしづらくまた、保護膜等で十分に電流が狭窄されずに歩留まりが低下する場合があった。またｊ−ｄｏｗｎに組み立てた場合には、リッジ以外の部分への電流漏れやストレスによる劣化を招き、十分なＬＤ特性が得られない場合があった。

本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、リッジの外側にある保護膜のさらに外側に、電流ブロック層となる半導体層を形成した構造を有する半導体発光装置とすることで、保護膜の存在を最小限にし、劈開、組立等の歩留まりを向上することを見いだし、また、ｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合に十分なＬＤ特性が得られることを見いだし、本発明に到達した。

即ち、本発明の要旨は、図１にその構造及び製法の一例を示したようなリッジストライプ型導波路構造を持つ半導体発光装置及びその製造方法である。具体的には、基板上に、活性層を含む化合物半導体層、電流が注入される開口部上に形成されたリッジ型の化合物半導体層、該開口部の両側を覆う保護膜を有する半導体発光装置において該保護膜の外側に形成された電流ブロック層を有することを特徴とする半導体発光装置、基板上に活性層を含む化合物半導体層及び開口部を有する保護膜をこの順に形成する工程、該保護膜の両側に電流ブロック層を選択成長する工程、該保護膜の開口部に対応する部分を除去する工程、開口部にリッジ型の化合物半導体層を選択成長する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法、並びに基板上に、活性層を含む化合物半導体層及び電流ブロック層をこの順に積層する工程、該電流ブロック層の一部を除去する工程、その除去された部分に該開口部を有する保護膜を形成する工程、開口部にリッジ型の化合物半導体層を選択成長する工程を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法である。

本発明によれば、リッジストライプ型導波路構造半導体発光装置の電流狭窄を目的とした絶縁層を使用しないことから劈開、組立による歩留まりが向上し、リッジストライプの外側には電流ブロック層が存在し、リッジストライプ部分よりも厚いためｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合にリッジストライプ部分へのストレスを軽減し、高出力、長寿命が達成できる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の構造は再成長によって作成されるものである。すなわち、図１にあるように、最初に基板上に形成される、活性層を含む化合物半導体層は、通常、活性層の上下に活性層より屈折率の小さい層を含んでおり、そのうち基板側の層は第１導電型クラッド層、他方のエピタキシャル側の層は第２導電型第１クラッド層として機能する。このほか光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。通常は、２層のクラッド層で活性層を挟んでなるダブルへテロ（ＤＨ）構造であり、基板２１上に第１導電型クラッド層１１、活性層１２、第２導電型クラッド層１３を順次積層する。このとき、第２導電型クラッド層１３の上にさらに表面酸化を防止する機能をもつ酸化防止層を含んでいてもよく、例えば直接酸化防止層１５を積層することができ、これは好ましいものである（図１（ａ））。次に絶縁層である保護膜３１を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこの保護膜の外側部分にリッジダミー領域の保護膜を除去する。リッジダミー領域とは、図８に示すようにエピタキシャル層側から見て、保護膜の外側部分を基板からエピタキシャル層を含んで、リッジダミー領域と称することとする。それには保護膜３１に乗りかかるように成長したエピタキシャル層も含むこととする。リッジダミー領域に電流ブロック層１６を形成する（図（ｂ））。さらにフォトリソグラフィー法により保護膜の中心部分にリッジ形成用の開口部を開ける。開口部の形状としては、ストライプに限定されず、例えばその一部が広がっていたり、狭くなっていてもよい。この上にリッジ型の化合物半導体層、即ち、通常は活性層よりも屈折率の低い化合物半導体層である第２導電型第２クラッド層と抵抗低減のためのコンタクト層を形成する。このほかに光ガイド層として機能する層を含んでいてもよい。そうする事により、リッジ部分に第２導電型クラッド層１３ａとコンタクト層１４が、リッジダミー領域にはこれと対応するようなそれぞれの層１３ｂと１４ｂが堆積する。

また、図２にあるように最初に基板２１上に第１導電型クラッド層１１、活性層１２、第２導電型クラッド層１３、必要により酸化防止層１５、電流ブロック層になる１６を形成する（図（ａ））。次にフォトリソグラフィー法とエッチング技術を用いて、リッジ部と保護膜を形成する部分を除去する（図（ｂ））、次いで絶縁体である保護膜３１を堆積させ、フォトリソグラフィー法によりリッジダミー領域とリッジ部分に開口部を開ける。この上に第２導電型クラッド層とコンタクト層を形成する。そうする事により、リッジ部分に第２導電型クラッド層１３ａとコンタクト層１４が、リッジダミー領域にはこれと対応するようなそれぞれの層１３ｂと１４ｂが堆積する（図（ｃ））。尚、図１（ｄ）及び図２（ｄ）において、３２及び３３は電極であり、公知の方法で堆積させて形成される。

このダブルヘテロ構造の作成や再成長にはＭＯＣＶＤやＭＢＥなどの公知の成長方法を用いればよい。また、基板についても導電性があるものであれば使用できるが、望ましくはその上に結晶薄膜を成長するため、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉ、ＺｎＳｅといった半導体単結晶基板、特に閃亜鉛鉱型構造を有する半導体結晶基板を用いるのが良く、その場合基板の結晶成長面は（１００）面またはそれと結晶学的に等価な面が好ましい。なお、本明細書において（１００）面という場合、必ずしも厳密に（１００）の面である必要はなく、最大１５°程度のオフアングルを有する場合までを包含することとする。

また、基板は六方晶型の基板でもよく、その場合はAl₂O₃ 、6H-SiC等の上にも形成されるものである。
クラッド層や活性層、電流ブロック層、必要に応じて接触抵抗低減のために第２導電型第２クラッド層上に形成される第２導電型コンタクト層についても限定はしないが、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢｅＭｇＺｎＳＳｅ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ等の一般的なIII-Ｖ族、II−VI族半導体を用いてＤＨ構造を作成すればよい。また、このとき、電流ブロック層は、リッジ部分に電流を集中させ、リッジ部分でのみレーザー発振を起こせるような材料であればよいが、厚みに関しては厚すぎると、例えばリッジストライプ幅の制御性が悪くなり、薄いとｊ−ｄｏｗｎに組立てた場合にリッジストライプ部分へのストレスを回避する効果が薄れる。そのため電流ブロック層の厚みの下限値は、１００ｎｍ以上が好ましく、３００ｎｍ以上がより好ましく、５００ｎｍ以上が最も好ましい。またその上限値は、２０００ｎｍ以下が好ましく、１５００ｎｍ以下がより好ましく、１０００ｎｍ以下が最も好ましい。電流ブロック層は、絶縁層でもよいが、半導体層であることが好ましい。この場合、導電型としては第１導電型であるかまたは高抵抗であり、キャリア濃度の下限値は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が好ましく、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上がより好ましく、７×１０¹⁷ｃｍ^-3以上が最も好ましい。またその上限値は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下がより好ましく、３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下が最も好ましい。また、保護膜と電流ブロック層の境界部分での電流の漏れを防ぐためには、電流ブロック層は保護膜上にのりかかる様に形成されることがより好ましい。

電流ブロック層を成長する際の保護膜の幅ｄ（図１（ｂ））とこの保護膜の繰り返し幅Ｌ（図１（ｂ））については、特に限定しないが、この保護膜の幅ｄとこの保護膜の繰り返し幅Ｌの比ｄ／Ｌが、０．００２以上０．５以下である場合にはリッジのあつみや、キャリア濃度の制御が容易となるので好ましい。又、この保護膜に、リッジ形成用の開口部を開ける必要があることから、保護膜の幅ｄが、開口部の幅Ｗに近いと、精度良く開口部を空けることが難かしく、保護膜にリッジ部分やリッジダミー領域が乗りかかるような選択成長をすることが不可能となる。この時、リッジ再成長用の保護膜の幅Ｄ（図１（ｃ））はｄ＝２Ｄ＋Ｗとなる。保護膜Ｄの幅についても特に限定しないが、上記の理由により、下限は好ましくは５μｍ以上、より好ましくは７μｍ以上、最も好ましくは１０μｍ以上であり上限については、ｄ／Ｌの比を満たしていれば好ましい。

また、このとき、クラッド層は、活性層より屈折率が小さい材料が選択される。コンタクト層としては、通常、バンドギャップがクラッド層のそれよりも小さい材料が選択され、金属電極とのオーミック性を取るための低抵抗で、適当なキャリア密度、キャリア濃度の下限値は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上が好ましく、５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上がより好ましい。またその上限値は、５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下が好ましく、２×１０¹⁹ｃｍ^-3以下がより好ましい。

第２導電型第２クラッド層と同一材料でも、よりキャリア濃度の高い層をコンタクト層として用いてもよいし、或いは第２導電型第２クラッド層の表面側の一部にキャリア濃度の高い部分を作り、キャリア濃度の高い部分をコンタクト層として用いてもよい。また、活性層は、単一の層からなる場合に限定されず、量子井戸層および該量子井戸層を上下から挟む光ガイド層からなる単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や、複数の量子井戸層およびそれらに挟まれたバリア層ならびに最上の量子井戸層の上および最下の量子井戸層の下に積層された光ガイド層からなる多量子井戸構造（ＭＱＷ）をも包含することとする。さらに、リッジ部分のクラッド層の屈折率を活性層の上にあるクラッド層の屈折率よりも低い構造としてレーザ作製時の組成のバラツキが原因となる光の拡がり角のバラツキを小さくすることができる。

保護膜についても特に限定しないが、保護膜の開口部上に形成されたリッジ部の下の活性層の領域にのみ電流注入を行えるように、開口部両脇の保護膜で電流狭窄を行うために絶縁性を有する必要があり、また、活性層に水平方向にリッジ部、保護膜の間で実効屈折率差をつけ、レーザ発振の横モードの安定化を図るために、保護膜の屈折率はクラッド層の屈折率よりも小さいことが好ましい。しかし、実用上は、屈折率差が大きすぎると活性層内での横方向の有効屈折率段差が大きくなり易いために、リッジ下の第１クラッド層を厚くしなければならなくなる。一方、屈折率差が小さすぎる場合、保護膜の外側へ光が漏れやすくなるために保護膜をある程度厚くする必要があるが、このことにより劈開性が悪くなるという問題が生じる。これらのことを考え併せて、保護膜とクラッド層との屈折率差の下限値は０．１以上が好ましく、０．２以上がより好ましく、０．７以上が最も好ましい。またその上限値は２．５以下が好ましく、２．０以下がより好ましく、１．８以下が最も好ましい。

また、保護膜の厚みは、絶縁特性を充分に示すことができ、かつ保護膜の外側に光が漏れない程度の厚さがあれば、特に問題はない。保護膜の厚みの下限値は、１０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、１００ｎｍ以上が最も好ましい。またその上限値は、５０ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下が最も好ましい。また、保護膜の幅Ｄとリッジ部分の繰り返し幅Ｌについては特に限定しないが、この保護膜の幅Ｄとリッジ部分の繰り返し幅Ｌとの比Ｄ／Ｌが０．００１以上０．２５
以下である場合には、リッジ部分の厚みやキャリア濃度の制御が容易となるので好ましい。ここで保護膜の幅Ｄやリッジ部分の繰り返し幅Ｌは、それぞれの繰り返し単位中での幅が同一ならその同一の幅を、各繰り返し単位中での幅にばらつきがあれば、それぞれの幅の平均値を用いればよい。

保護膜は、絶縁層として作用するが誘電体であることが好ましく、具体的には、SiNx膜、SiO₂膜、SiON膜、Al₂O₃ 膜、ZnO 膜、SiC 膜及びアモルファスSiからなる群から選択される。保護膜は、マスクとしてMOCVD などを用いてリッジ部を選択再成長により形成する場合に用いられるとともに、電流狭窄の目的でも用いられる。プロセスの簡便さから、電流狭窄用の保護膜と選択成長用の保護膜は同一組成のものを使用することが好ましいが、組成が異っていてもよく、また必要に応じて組成の異なる層を多層に成膜してもよい。

閃亜鉛鉱型基板を用い、かつ基板表面が（１００）面又はそれと結晶学的に等価な面の場合、リッジ部側面に後述するコンタクト層が成長しやすくするためには、保護膜の開口部として好ましく用いられるストライプ領域長手方向が［０１−１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びていることが好ましい。その場合リッジ側面の大部分が（３１１）Ａ面となることが多く、リッジを形成する第２導電型第２クラッド層上の成長可能な実質的全面にコンタクト層を成長させることができる。 同様の理由により、ウルツァイト型の基板を用いた場合には、ストライプ領域の伸びる方向は、例えば（０００１）面上では[ １１−２０]又は[ １−１００] が好ましい。HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) ではどちらの方向でもよいが、MOVPE では[ １１−２０] 方向がより好ましい。

この傾向は、例えばAl、Ga及びAsを構成元素として含む化合物半導体、より具体的にはAlGaAs系化合物半導体をクラッド層として用いた場合、第２導電型第２クラッド層がＡｌＧａＡｓ特にＡｌＡｓ混晶比の下限値は０．２以上が好ましく、０．３以上がより好ましく、０．４以上が最も好ましい。またその上限値は、１．０以下が好ましく、０．９以下がより好ましく、０．８以下が最も好ましい。なお、本明細書において「［０１−１］方向」という場合は、一般的なIII −Ｖ族、II−VI族半導体において、（１００）面と［０１−１］面との間に存在する［１１−１］面が、それぞれＶ族又はVI族元素が現れる面であるように［０１−１］方向を定義する。また、必ずしも［０１−１］ジャストの方向である必要はなく、［０１−１］方向から±１０°程度方向がずれた方向までを包含するものとする。

本発明の実施態様は上記の開口部がストライプ形状である場合のストライプ領域が［０１−１］方向の場合に限定されない。以下に他の実施態様を説明する。ストライプ領域が［０１１］方向又はそれと結晶学的に等価な方向に伸びている場合、例えば、成長条件により、成長速度に異方性をもたせることができ、（１００）面では速く、（１１１）Ｂ面ではほとんど成長しないようにすることができる。その場合、ストライプ状の窓部（１００）面に選択的に成長を行うと、（１１１）Ｂ面を側面とするリッジ状第２導電型第２クラッド層が形成される。この場合も次にコンタクト層を形成する際、より等方性の強い成長が起こる条件を選ぶことにより、（１００）面のリッジ頂部とともに（１１１）Ｂ面からなるリッジ側面にも全面的にコンタクト層が形成される。ＭＯＣＶＤ法を用いてIII-Ｖ族化合物半導体層を成長する場合、ダブルヘテロ構造は、成長温度７００°Ｃ前後、Ｖ/III比２５〜４５程度、リッジ部分は成長温度６３０〜７００°Ｃ、Ｖ/III比４５〜５５程度で行うのが好ましい。特に保護膜を用いて選択成長するリッジ部分がＡｌＧａＡｓ等のＡｌを含むIII-Ｖ族化合物半導体である場合、成長中に微量のＨＣｌガスを導入することにより、保護膜上へのポリの堆積が防止され、非常に好ましい。その場合、ＨＣｌガスの導入量が多すぎるとＡｌＧａＡｓ層の成長が起こらず、逆に半導体層がエッチングされてしまう（エッチングモード）が、最適なＨＣｌ導入量はトリメチルアルミニウム等のＡｌを含んだIII族原料供給モル数に大きく依存する。具体的には、ＨＣｌの供給モル数とＡｌを含んだIII 族原料供給モル数の比（ＨＣｌ／III 族）の下限値は、０．０１以上が好ましく、０．０５以上がより好ましく、０．１以上が最も好ましい。またその上限値は、５０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、５以下が最も好ましい。

本発明の構造に加えて、ダブルヘテロ構造表面の再成長表面を酸化しづらいもしくは酸化しても容易に酸化膜を除去できるような酸化防止層を形成することも可能である。また、リッジ部分のクラッド層の屈折率を活性層の上にあるクラッド層の屈折率よりも低くなる構造として、レーザ作成時の組成のばらつきにより光の拡がり角のばらつきを小さくすることもできる。さらには、上記ＭＯＣＶＤ法等公知の手法を使用して再成長部のクラッド層を保護膜の上面にかかるように成長し、保護膜とリッジ部の近傍にしみ出す光の分布の制御性を良くしたり、再成長部のコンタクト層を保護膜の上面にかかるように成長し、クラッド層側面の酸化防止やエピタキシャル面側の電極との接触面積の増加を行うこともできる。これら再成長部のクラッド層やコンタクト層を保護膜上部にかかるように成長することはそれぞれ単独に行っても良いし、両方を組み合わせても良い。このように、本発明は様々なリッジストライプ型導波路構造半導体発光装置に応用が可能である。またこの構造は、端面発光型のＬＥＤとしても応用可能である。

本発明においては、絶縁膜である保護膜の外側に電流ブロック層を形成することで絶縁膜を使用する面積を最小限にしたことを特徴とし、これにより、劈開の際に共振器に平行な方向には保護膜が存在せず、また、垂直方向には最小限の保護膜しか存在しないため劈開が容易となる。また、電流ブロック層の存在によりリッジダミー領域がリッジストライプ部分より厚くすることができ、図９（ａ）に示すようにｊ−ｄｏｗｎで組み立てた場合に中央のリッジに大きなストレスがはいらず、劣化を防ぐという利点がある。また電流ブロック層の存在により、リッジダミー領域がサイリスタ構造となるためｊ−ｄｏｗｎ構造で組みたてた場合の半田材のまわりこみによる電流もれを防ぐという利点がある。

本発明を適用した最も望ましい形態としては、図３に示すようにＤＨ表面に酸化防止層１５を設け、再成長したクラッド層１３ａとコンタクト層１４ａは保護膜３１上部までかかるように成長させ、さらにリッジ部クラッド層１３ａの屈折率を活性層の上にあるクラッド層１３の屈折率よりも低くなる構造にし、電流ブロック層１６も同様に保護膜３１の上部にかかる構造にしたものである。

また、リッジ型の化合物半導体層は、通常、大部分が第２導電型第２クラッド層であるが、その側面及び上面等の実質的全面に、リッジ型化合物半導体層の他の部分より低抵抗のコンタクト層が形成されていることが好ましい。この様に、コンタクト層を介して、隣接する電極及び第２導電型第２クラッド層との間に十分な接触面積を持たせることにより、装置全体の抵抗を低く抑えることができる。

なお、コンタクト層が形成されたリッジの側面及び上面の一部を更に酸化防止等の目的の層で覆うことも可能である。その場合も、リッジ側面にコンタクト層を形成せずに電極を形成するよりは装置全体の抵抗を小さく抑えることができ、その限りにおいて、本発明に包含されるものである。特に、AlGaInP 系やAlGaInN 系など比抵抗の高い材料（とりわけｐ型において）において、装置全体の抵抗低減には有効である。

前述のＭＯＣＶＤ法等の公知の手法を使用して再成長した第２導電型第２クラッド層であるリッジ型の化合物半導体層の一部が、保護膜上にのりかかるように形成されている構造が好ましい。第２導電型、第２クラッド層の保護膜上への重なりの部分の下限値は、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。またその上限値は、２．０μｍ未満が好ましく、１．０μｍ以下がより好ましい。上記の様に形成されることによりコンタクト層と電極との接触面積を増大させることができ、コンタクト層と電極との接触抵抗が下がるとともに、保護膜とリッジ底部との境界近傍にしみ出す光分布の制御性を向上させることができる。また、活性層から発光する光のエネルギーより小さいバンドギャップを有するコンタクト層を使用した場合には、リッジ側面に形成されるコンタクト層の光吸収を低減することができ、レーザ特性や信頼性の向上が実現できる。この場合、従来のリッジ導波型レーザのように必ずしもリッジ型の化合物半導体層の側面に保護膜を形成されていなくてもよく、本発明においては、前記リッジ形状部の側面の底部に保護膜が接してあればよいのでプロセスの簡素化、コスト低減においても有効である。

本発明の望ましい実施様態では、第２導電型第１クラッド層の屈折率が第２導電型第２クラッド層の屈折率よりも大きい。この第２導電型第１クラッド層と第２導電型第２クラッド層の屈折率差の下限値は、０．００５以上が好ましく、０．０１以上がより好ましく、０．０２以上が最も好ましい。またその上限値は、０．１５以下が好ましく、０．１以下がより好ましく、０．０８以下が最も好ましい。これにより、リッジ部分への光分布（近視野像）の裾引きを抑制することができ、垂直広がり角（遠視野像）の対象性向上、水平広がり角（遠視野像）のサイドピーク抑制、あるいはコントクト層での光吸収抑制によるレーザ特性や信頼性の向上を達成できる。

本発明の望ましい別の実施様態では、第２導電型第１クラッド層上の少なくとも保護膜開口部直下、即ち、ストライプ領域及び好ましくはその両側にも酸化防止層を有する。これによりリッジ部のクラッド層を再成長により形成する場合、再成長界面で通過抵抗を増大させるような高抵抗層の発生を防ぐことが可能になる。また、再成長界面に酸素等の不純物が多量に存在すると、結晶品質低下による界面での光吸収（発熱）や欠陥を介した不純物拡散の促進などを引き起こし、特性や信頼性の劣化を招いてしまう。酸化防止層を設けると、これらの界面における結晶品質低下を少なくすることができる。

上記以外に、以下に列挙する様な実施態様と組み合わせることが可能である等、本発明は様々なリッジ導波型半導体発光装置に応用可能である。
（１）ストライプ領域の両側を覆う保護膜の更に外側に半導体、誘電体等好ましくは半導体の電流ブロック層を形成することにより、劈開、組立時の歩留まりを向上させ、ジャンクションダウンで組み立てた際のリッジ部へのストレスを軽減して長寿命とすることができる。
（２）表面が低次の面方位に対してオフアングルを有する基板を採用することにより、再成長リッジ部が左右非対称の形状となっても光密度分布（あるいはビームプロファイル）の横方向の対称性は良好となる様にし、高出力まで安定な基本横モードで発振可能とし、素子歩留まり及び信頼性を向上させることができる。
（３）ストライプ領域の両側を覆う保護膜の更に外側に電流ブロック層が形成されるリッジダミー領域を有する構造を形成することにより、ストライプ部分の厚みや組成、キャリア濃度の制御を容易に行う。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施例により限定されるものではない。
（実施例）
この実施例は図１に示すものである。表面が（１００）面である厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）基板２１上に、ＭＯＣＶＤ法によりＳｉドープＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（ｘ＝０．５５：ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ１．５μｍのｎ型第１クラッド層１１、ノンドープＡｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ（ｘ＝０．１４）で厚さ０．０６μｍの活性層１２、ＺｎドープＡｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ（ｘ＝０．５５：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ０．２５μｍのｐ型第１クラッド層１３、厚さ１０ｎｍのＺｎドープＡｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ（ｘ＝０．２：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）を順次積層した。次に保護膜としてＳｉＮ_X 膜３１を２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこのＳｉＮ_X 保護膜に［０１−１］Ｂ方向に幅２２μｍのストライプ状にＳｉＮ_X膜を残した。ここで［０１−１］Ｂ方
向とは（１００）面と［０１−１］面の間に存在する［１１−１］がＡｓ面が表面に表れるように定義される。また、このリッジ部分の繰り返し幅Ｌは２５０μｍごととした。（Ｄ／Ｌ＝０．０８８）。この上にＭＯＣＶＤ法により、厚さ０．５μｍのＳｉドープＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁸c ｍ^-3）電流ブロック層１６を選択成長させた。次に、フォトリソグラフィー法により、ストライプ状のＳｉＮ_X膜の中心に［０１−１］Ｂ方向に幅２．２
μｍのストライプ状の窓を開けた。この上に、ＭＯＣＶＤ法により選択成長を行い、リッジストライプ状に、ふつうの基板上への全面成長を行った場合に、ＺｎドープＡｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ（ｘ＝０．５７：ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3）で厚さ１．２５μｍとなるようなｐ型第２クラッド層１３ａとキャリア濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3のＺｎドープＧａＡｓて厚さ０．５μｍとなるようなｐ型コンタクト層１４を形成した。リッジ部分に成長したクラッド層やコンタクト層の厚みを断面観察により測定した結果、その厚みはふつうの基板に全面成長した場合と誤差の範囲で一致した。この後、ｐ側の電極を蒸着し、基板を１００μｍまで薄くした後にｎ側の電極を蒸着した。図１０に本実施例の半導体発光装置の断面図を示した。こうして作成したウエハーより劈開でチップを切り出したところ、劈開による損傷がなく、組立による電極剥がれもなかった。近視野像を確認した所、リッジ部分でのみ発光が観察され、電流ブロックにより、リッジ部分のみに電流狭窄されているのが確認された。また、図９（ａ）のようにｊ−ｄｏｗｎで組立を行ったところ、図６に示す通り非常に良好な電流−電圧特性を示し、非リッジ部分への電流もれがないことを確認し、製品歩留まりも良好で有ることを確認した。
（比較例）
実施例と同様の工程でレーザを作成した。この際、電流ブロック層としての半導体層１６の選択成長をせずにｐ型コンタクト層１４の上にＳｉＮ_X 絶縁膜ＸＹを２００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィー法によりこのＳｉＮ_X 絶縁膜に［０−１−１］Ａ方向にリッジストライプ上に幅１０μｍにストライプ状の窓を開けた。これ以外は全く実施例と同じにした。図１１に本比較例の半導体発光装置の断面図を示した。劈開、組立を行った結果、p-側表面にＳｉＮ_X膜、電極が形成されるために劈開性が悪くなったり、電極、ＳｉＮ_X膜が剥がれるなどの問題が起こった。近視野像を確認した所、リッジダミー領域での電流もれにより活性層全体が発光している様子が確認されＳｉＮ_x絶縁膜により十分に電流が狭窄されないレーザーが多数認められた。また、図９（ｂ）のようにj-downで組み立てた場合は、電流漏れを生じ、図７に示す通り、電流−電圧特性のとれないものが多数発生し、リッジストライプとその両側に成長した部分の厚みが同じであるため半田材からのストレス等での劣化を招きやすく十分なレーザー特性が得られず、また、歩留まりが低下した。

ａはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のダブルヘテロ構造の成長が終わった段階での断面図。ｂはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の電流ブロック層再成長が終わった段階での断面図。ｃはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。ｄはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。 ａはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のダブルヘテロ構造の成長が終わった段階での断面図。ｂはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の電流ブロック層の形成が終わった段階での断面図。ｃはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。ｄはリッジ部を再成長により作成する本発明実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。 リッジ部を再成長により作成する本発明のうち、あるひとつの実施例の半導体発光装置の完成したものの断面図。 ａはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置のＤＨ成長が終わった段階での断面図。ｂはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置のリッジエッチングが終わった段階での断面図。ｃはリッジ部をエッチングにより作成する従来の半導体発光装置の完成したものの断面図。 ａはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置のＤＨ成長が終わった段階での断面図。ｂはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置のリッジ再成長が終わった段階での断面図。ｃはリッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置の完成したものの断面図。 リッジ部を再成長により作成する本発明の実施例で作製した半導体発光装置の電流−電圧特性。 リッジ部を再成長により作成する従来の半導体発光装置を比較例として作製した電流−電圧特性。 本発明の半導体発光装置をエピタキシャル層側から見た図であり、保護膜、リッジダミー領域を示した図。 （ａ）本発明の半導体発光装置をジャンクションダウン型に組みたてた様子を示した図、（ｂ）本発明の半導体発光装置の比較例をジャンクションダウン型に組みたてた様子を示した図。 本発明の最も好ましい半導体発光装置の完成したもので、実施例に使用した発導体発光装置の断面図。 比較例に使用した半導体発光装置の完成したものの断面図。

符号の説明

１１ 第１導電型第１クラッド層
１２ 活性層
１３ 第２導電型第１クラッド層
１３ａ 第２導電型第２クラッド層
１３ｂ リッジダミー領域に出来た第２導電型第２クラッド層
１４ 第２導電型コンタクト層
１４ａ リッジ部分に出来た第２導電型コンタクト層
１４ｂ リッジダミー領域に出来た第２導電型コンタクト層
１５ 酸化防止層
１６ 電流ブロック層
２１ 基板
３１ 保護膜
３１ａ 絶縁層
３２ エピタキシャル層側電極
３３ 基板側電極
３４ はんだ材
３５ ヒートシンク
３６ ボンディングワイヤー

Claims (12)

1. 基板上に、活性層を含む化合物半導体層、開口部上に形成されたリッジ型の化合物半導体層、該開口部の両側に形成された保護膜、および該保護膜の外側のリッジダミー領域に電流ブロック層とリッジ型化合物半導体層に対応する化合物半導体層を有し、
   基板上に、該電流ブロック層と該リッジ型化合物半導体層に対応する化合物半導体層がこの順に積層されており、かつ、リッジダミー領域がリッジ部分より厚いことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記リッジ型の化合物半導体の一部が、保護膜上にのりかかることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記の活性層を含む化合物半導体層が、活性層の上下にそれぞれ活性層より屈折率の小さい層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記の活性層の上下の活性層より屈折率の小さい層のうち、基板側の層が第１導電型クラッド層であり、他方の層が第２導電型第１クラッド層であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記のリッジ型の化合物半導体層が、活性層より屈折率の小さい層を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記の活性層より屈折率の小さい層が、第２導電型第２クラッド層であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光装置。
7. 前記のリッジ型の化合物半導体層が、活性層より屈折率の小さい層とコンタクト層を含み、かつこの順に積層されていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体発光装置。
8. 前記電流ブロック層が、半導体層であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
9. 前記電流ブロック層が、第１導電型の半導体層または高抵抗の半導体層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光装置。
10. 前記電流ブロック層の厚みが、１００ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
11. 前記電流ブロック層のキャリア濃度が、１×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以上かつ１×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
12. 前記半導体発光装置をｊ−ｄｏｗｎ（ジャンクションダウン）で組み立てたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光装置。

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