JP3476636B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号灯等で最近実用化されたばかりである。ま
た、本出願人は、最近この材料を用いてパルス電流にお
いて、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例
えば、文献Ａ：Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35 (1996) pp.L2
17-L220、文献Ｂ：Appl.Phys.Lett.69(10),2 Sep.1996
pp.1477-1479等）

【０００３】窒化物半導体よりなるレーザ素子の共振面
は一般にエッチング、劈開等の技術を用いて形成され
る。前記文献Ａでは、窒化物半導体をエッチングして対
向する共振面を形成しており、またＢでは、サファイア
Ａ面上に窒化物半導体を成長させ、そのサファイアのＲ
面で劈開することにより共振面を形成している。しか
し、それらのレーザ素子の出力は未だ低く満足できるも
のではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明はこの
ような事情を鑑みて成されたものであって、その主たる
目的は、出力の向上した窒化物半導体よりなるレーザ素
子と、その製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、基板上に活性層を含む窒化物半導体が積層
されて、その窒化物半導体層端面に互いに対向する共振
面を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記共振
面の一方は窒化物半導体のエッチング面であり、もう一
方の共振面は窒化物半導体の劈開面であり、前記エッチ
ング面、及び前記劈開面にはそれぞれレーザ光を窒化物
半導体層内に反射させる反射鏡が形成されており、エッ
チング面側の反射鏡の反射率が、劈開面側の反射鏡の反
射率よりも高く調整されていることを特徴とする。

【０００６】本発明の窒化物半導体レーザ素子におい
て、前記劈開面は窒化物半導体のＭ面

【外２】 であることが望ましい。Ｍ面とは窒化物半導体を六角柱
状の六方晶系で近似した場合に、その側面に相当する四
角形の面である。Ｍ面には六角柱の側面に沿ってそれぞ
れ、６種類の面方位で示すことができるが、本明細書で
は前記

【外３】 が全てのＭ面の面方位を示しているものとする。

【０００７】本発明の窒化物半導体レーザ素子では、レ
ーザ素子のレーザ光は主として劈開面側から取り出され
る。レーザ光は両方の共振面より出射されるが、本発明
において”主として劈開面側から取り出される”とは、
劈開面より出射されるレーザ光が例えば読み取り、書き
込み等の各種光源として使用されることを意味する。な
お、もう一方のエッチング面より出射されるレーザ光
は、例えばフォトディテクター等の光検出器により検出
されて、レーザ素子が制御されるが、このエッチング面
側より出射されるレーザ光は、本発明においては”主と
して取り出される”側を意味するものではない。

【０００８】以下、本明細書ではエッチング面側に形成
する反射鏡を第１の反射鏡ということがある。

【０００９】また、本明細書では、劈開面側に形成する
反射鏡を第２の反射鏡ということがある。

【００１０】さらに、反射鏡には通常、誘電体よりなる
多層膜を形成することが望ましい。

【００１１】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、
次のような製造方法により製造することができる。すな
わち、その製造方法では、基板上に活性層を含む窒化物
半導体層を積層する工程（以下、積層工程という。）
と、その窒化物半導体層をエッチングして、対向する窒
化物半導体層のエッチング端面に、それぞれ共振面を作
製する工程（以下、エッチング工程という。）と、共振
面作成後、その共振面と共振面との間にある窒化物半導
体を劈開する工程（以下、劈開工程という。）とを含
む。

【００１２】そして、前記製造方法において、エッチン
グ工程後、劈開工程の前に、それらの共振面に誘電体よ
りなる連続した反射鏡（第１の反射鏡）を形成する工程
（以下、第１の反射鏡形成工程という。）を含む。

【００１３】さらに、前記製造方法において、劈開工程
後、エッチング面に形成された反射鏡よりも活性層の発
光波長の反射率が低い他の反射鏡（第２の反射鏡）を、
劈開面に形成する工程（以下、第２の反射鏡形成工程と
いう。）を含む。

【００１４】またさらに、前記製造方法は、基板上に活
性層を含む窒化物半導体層を積層する工程と、その窒化
物半導体層をエッチングして、対向する窒化物半導体層
のエッチング端面に、それぞれ共振面を作製する工程
と、共振面形成後、窒化物半導体層の表面と共振面と
に、連続した誘電体よりなる反射鏡を形成する工程を備
えていてもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明のレーザ素子の形状
を示す斜視図であり、図２は図１のレーザ素子を、一点
鎖線で示す位置で共振方向に平行に切断した際の概略的
な断面図である。基本構造としては、基板上に、窒化物
半導体よりなるｎ型層、活性層、ｐ型層が積層されたダ
ブルへテロ構造を有し、それらの窒化物半導体層の端面
には互いに対向する共振面を有している。それら共振面
は活性層の発光波長において異なる反射率を有してい
る。具体的な共振面としては、一方が窒化物半導体のエ
ッチング面とされており、もう一方が窒化物半導体の劈
開面とされている。

【００１６】窒化物半導体をエッチングするには、ウエ
ットエッチング、ドライエッチング等の方法があるが、
共振面となるような平滑な面を形成するには、好ましく
ドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例
えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエ
ッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等の装置
があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することに
より、窒化物半導体をエッチングして共振面を形成する
ことができる。例えば、本出願人が先に公開した特開平
８−１７８０３号公報に、窒化物半導体の具体的なエッ
チング手段が開示されている。

【００１７】一方、劈開により窒化物半導体の端面に共
振面を形成するには、例えば、本出願人が先に公開した
特開平８−１５３９３１号に記載されているような、サ
ファイアのＣ面にＣ軸配向した窒化物半導体を成長させ
た後、サファイア基板をＭ面で割る方法がある。その
他、上記文献Ｂに記載されるような、サファイアＡ面上
に窒化物半導体を成長させ、そのサファイアのＲ面で劈
開する方法等がある。本発明のレーザ素子において、窒
化物半導体の劈開面の面方位は特に問わないが、好まし
くは窒化物半導体のＭ面を共振面とすると、非常に歩留
良く、また鏡面に近い共振面が得られる。なお本発明で
いう共振面とは、図１の矢印で示すように、活性層の端
面に形成する共振面を指す。

【００１８】このように窒化物半導体の一方の共振面を
エッチング面とし、さらにもう一方の共振面をエッチン
グ面とすることにより、レーザ素子の共振面の反射率を
異なるようにすることができるので、反射率の低い共振
面より出射されるレーザ光の出力を向上させることがで
きる。特に、図１、２に示すようにエッチング面側の共
振面に活性層の発光波長を反射する第１の反射鏡を形成
すると、劈開面側の反射率がさらに小さくなるので、劈
開面よりレーザ光が直接出射されるため出力の高いレー
ザ素子が得られる。

【００１９】さらにまた、エッチングにより共振面を形
成すると、図１に示すようにエッチング共振面側には、
共振面とほぼ垂直な位置にあるｎ層の平面が露出してし
まう。この平面はレーザ光をその表面で反射して、レー
ザ光のファーフィールドパターンを乱す。つまりレーザ
出射光側に共振面よりも突出した平面が存在すると、そ
の平面でレーザ光の形状が乱される。一方劈開面であれ
ば、その突出部分がないために、楕円形に近い一定形状
のレーザ光が得られる。そのため、本発明のレーザ素子
では劈開面側から出射されるレーザ光を主として取り出
して、各種光源として使用することが望ましい。

【００２０】さらに好ましくは、図１に示すようにエッ
チング面側には第１の反射鏡を形成して、劈開面側には
反射鏡を形成しないことが最も望ましい。レーザ光は共
振面より出射される場合に反射鏡で一部が出射を阻害さ
れる。そのため、劈開面側に反射鏡を形成しないことに
より、光の取出効率が向上し、スロープ効率もよくなる
ので、高出力のレーザが得られる。さらに好ましくは反
射鏡がＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ポリイミドのよう
な高誘電体で構成されていると、本発明の製造方法にお
いても非常に都合がよい。つまり、窒化物半導体レーザ
素子の場合には、同一面側にある半導体層からｐ電極
と、ｎ電極とが取り出されることが多いため、電極形成
の際に、電極間の短絡には非常に注意を要する。しか
し、本発明のように高誘電体よりなる反射鏡を共振面と
共に形成すると、その反射鏡がｎ、ｐ電極が短絡するの
を防止する絶縁膜として作用するので、レーザ素子の信
頼性が向上する。この誘電体よりなる反射鏡の作用につ
いては、本実施例においてさらに詳説する。

【００２１】本発明のレーザ素子では、エッチング面側
に形成した第１の反射鏡の反射率よりも低い反射率を有
する第２の反射鏡を劈開面側に形成してもよい。第２の
反射鏡を形成すると、閾値が低下するという利点はある
が、劈開面側から出射されるレーザ素子の出力は、第２
の反射鏡を形成しないものに比較して、若干低下する。

【００２２】

【実施例】次に、本発明を実施例において詳説する。図
３は本発明のレーザ素子の一構造を示す模式的な断面図
であり、共振面に平行な方向で素子を切断した際の構造
を示している。図４は窒化物半導体の結晶構造を示すブ
ロックセル図である。図５、図６は本発明の実施例の一
工程において得られるレーザ素子の構造を示す部分断面
図であり、この図はレーザ光の共振方向に平行な方向で
素子を切断した際の図を示している。以下、これらの図
を元に本発明のレーザ素子、及び製造方法について説明
する。

【００２３】［実施例１］以下、図３に示す構造のレー
ザ素子を作製する方法について述べる。 （積層工程） 1) ２インチφのサファイア（Ｃ面）よりなる基板１の
上に 2) ＧａＮよりなるバッファ層２ 3) Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるコンタクト層３ 4) Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック
防止層４ 5) Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｎ型クラ
ッド層５ 6) ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型光ガイド層６ 7) ＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５
オングストロームと、ＳｉドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよ
りなる障壁層を５０オングストロームと３ペア積層して
最後に井戸層を積層した活性層７ 8) Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャ
ップ層８ 9) Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層９ 10) Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型ク
ラッド層１０ 11) Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層
１１ を順に積層する。

【００２４】１） 基板１にはサファイアＣ面の他、Ｒ
面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピネル
（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板を用いることが
できる。その他ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用い
て、本発明のような構造の素子とすることもできる。

【００２５】２） バッファ層２はＡｌＮ、ＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ等が、９００℃以下の温度で、膜厚数十オング
ストローム〜数百オングストロームで形成できる。この
バッファ層は基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩
和するために形成されるが、窒化物半導体の成長方法、
基板の種類等によっては省略することも可能である。

【００２６】３） ｎ型コンタクト層３はＩｎ_XＡｌ_YＧ
ａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成すること
ができ、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉ若し
くはＧｅをドープしたＧａＮで構成することにより、キ
ャリア濃度の高いｎ型層が得られ、またｎ電極と好まし
いオーミック接触が得られる。

【００２７】４） クラック防止層４はＩｎを含むｎ型
の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させるこ
とにより、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層を
厚膜で成長させることが可能となり、非常に好ましい。
ＬＤの場合は、光閉じ込め層となる層を、好ましくは
０．１μｍ以上の膜厚で成長させる必要がある。従来で
はＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に直接、厚膜のＡｌＧａＮ
を成長させると、後から成長させたＡｌＧａＮにクラッ
クが入るので素子作製が困難であったが、このクラック
防止層が、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層に
クラックが入るのを防止することができる。クラック防
止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の
膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロ
ームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用
しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変す
る傾向にある。なお、このクラック防止層は成長方法、
成長装置等の条件によっては省略することもできるがＬ
Ｄを作製する場合には成長させる方が望ましい。このク
ラック防止層はｎ型コンタクト層内に成長させても良
い。

【００２８】５） ｎ型クラッド層５はキャリア閉じ込
め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化
物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させることが望
ましく、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さ
らに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以
下で成長させることにより、結晶性の良いキャリア閉じ
込め層が形成できる。

【００２９】６） ｎ型光ガイド層６は、活性層の光ガ
イド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させる
ことが望ましく、通常１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましい。

【００３０】７） 活性層７は膜厚７０オングストロー
ム以下のＩｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層と、膜
厚１５０オングストローム以下の井戸層よりもバンドギ
ャップエネルギーが大きい窒化物半導体よりなる障壁層
とを積層した多重量子井戸構造とするとレーザ発振しや
すい。

【００３１】８） キャップ層８はｐ型としたが、膜厚
が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償さ
れたｉ型としても良く、最も好ましくはｐ型とする。ｐ
型キャップ層の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましく
は５００オングストローム以下、最も好ましくは３００
オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い
膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層中にクラックが入
りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しに
くいからである。またキャリアがこのエネルギーバリア
をトンネル効果により通過できなくなる。Ａｌの組成比
が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振し
やすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌ_YＧａ_1-Y
Ｎであれば５００オングストローム以下に調整すること
が望ましい。ｐ型キャップ層８の膜厚の下限は特に限定
しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成する
ことが望ましい。

【００３２】９） ｐ型光ガイド層９は、ｎ型光ガイド
層と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ま
しい。また、この層はｐ型クラッド層を成長させる際の
バッファ層としても作用し、１００オングストローム〜
５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド
層として作用する。

【００３３】１０） ｐ型クラッド層１０はｎ型クラッ
ド層と同じく、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層
として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡ
ｌＧａＮを成長させることが望ましく、１００オングス
トローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以上、１μｍ以下で成長させることによ
り、結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。さ
らに前記のようにこの層をＡｌを含む窒化物半導体層と
することにより、ｐ型コンタクト層と、ｐ電極との接触
抵抗差ができるので好ましい。

【００３４】本実施例のようにＩｎＧａＮよりなる井戸
層を有する量子構造の活性層の場合、その活性層に接し
て、膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含むｐ型キャップ層を
設け、そのｐ型キャップ層よりも活性層から離れた位置
に、ｐ型キャップ層よりもバッドギャップエネルギーが
小さいｐ型光ガイド層を設け、そのｐ型光ガイド層より
も活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層よりもバン
ドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体よりなるｐ
型クラッド層を設けることは非常に好ましい。しかもｐ
型キャップ層の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定してあ
るため、キャリアのバリアとして作用することはなく、
ｐ層から注入された正孔が、トンネル効果によりｐ型キ
ャップ層を通り抜けることができて、活性層で効率よく
再結合し、ＬＤの出力が向上する。つまり、注入された
キャリアは、ｐ型キャップ層のバンドギャップエネルギ
ーが大きいため、半導体素子の温度が上昇しても、ある
いは注入電流密度が増えても、キャリアは活性層をオー
バーフローせず、ｐ型キャップ層で阻止されるため、キ
ャリアが活性層に貯まり、効率よく発光することが可能
となる。従って、半導体素子が温度上昇しても発光効率
が低下することが少ないので、閾値電流の低いＬＤを実
現することができる。

【００３５】１１） ｐ型コンタクト層１１はｐ型のＩ
ｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構
成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ
とすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が
得られる。（積層工程終了）

【００３６】以上の構成で基板１の上に活性層７を含む
窒化物半導体層を積層後、窒素雰囲気中、ウェーハを反
応容器内において、アニーリングを行い、ｐ型層中に含
まれる水素の一部を除去し、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。

【００３７】次に、最上層のｐ型コンタクト層の表面に
所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエ
ッチング）装置で、図３に示すように、最上層のｐ型コ
ンタクト層１１と、ｐ型クラッド層１０とをメサエッチ
ングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状と
する。

【００３８】リッジ形成後、露出しているｐ型層の平面
にマスクを形成し、図３に示すようにストライプ状のリ
ッジに対して左右対称にして、ｎ型コンタクト層２２の
平面を露出させる。このようにｎ電極２２を形成すべき
ｎ型コンタクト層３をリッジストライプに対して左右対
称に設けることにより、ｎ層からの電流も活性層に対し
て均一に係るようになり、閾値が低下する。

【００３９】（エッチング工程）次に、ｎ型コンタクト
層３の表面と、露出しているｐ型層の表面に所定の形状
のマスクを形成し、同じくＲＩＥを用いて、ｎ型コンタ
クト３の平面とほぼ同じ高さになるようにエッチングを
行い、共振器長７００μｍの共振面を形成する。

【００４０】次に、リッジ最上部のｐ型コンタクト層１
１に、ＮｉとＡｕよりなるオーミック用のｐ電極２０を
ほぼ全面に形成する。一方、ＴｉとＡｌよりなるオーミ
ック用のｎ電極２２をストライプ状のｎ型コンタクト層
のほぼ全面に形成する。なお、ほぼ全面とは８０％以上
の面積をいう。このようにｎ電極も全面に形成し、さら
にリッジに対して左右対称に形成することにより閾値が
低下する。図５は、ｐ電極２０形成後のウェーハの部分
断面図であり、レーザの共振方向に平行な方向で、リッ
ジの直上からウェーハを切断した際の概略図を示してい
る。

【００４１】（第１の反射鏡形成工程）電極形成後、ウ
ェーハをＣＶＤ装置に移送し、ｐ電極２０、ｎ電極２
２、ｐ型クラッド層１０等、基板から上の表面に露出し
ている層全てに渡って、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の誘電体多層
膜よりなる第１の反射鏡３０を形成する。第１の反射鏡
３０の各層の膜厚はλ／４ｎ（λ:活性層の発光波長、
ｎ:材料の屈折率）に従うものとする。第１の反射鏡３
０形成後の断面図を図６に示す。この第１の反射鏡は共
振面側では活性層の発光を反射する反射鏡として作用
し、さらに、ｎ型コンタクト層３、ｐ型クラッド層１０
の表面では電極間の短絡を防止する絶縁膜として作用す
る。このように、第１の反射鏡３０を共振面と共振面と
の間に連続して形成することにより、非常に効果的に素
子を作製することができる。反射鏡の材料としては例え
ばＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｍ
ｇＯ、ポリイミドのような高誘電体材料を用いることが
できる。

【００４２】第１の反射鏡３０形成後、ｐ電極２０と、
ｎ電極２２の表面に形成されている第１の反射鏡３０を
除去する。除去されて露出したｐ電極２０と、ｎ電極２
２の表面には電極面積を広げ、電流を均一に拡散させる
目的で、それぞれｐパッド電極２１と、ｎパッド電極２
２とを図３に示すような構造となるように形成する。な
お、図３に示すようにｐパッド電極は、絶縁膜としての
第１の反射鏡を介して、ｐ型クラッド層１０の表面にも
渡って形成する。

【００４３】（劈開工程）次に、ウェーハを研磨装置に
移送し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を
形成していない側のサファイア基板をラッピングし、基
板の厚さを５０μｍとする。ラッピング後、さらに細か
い研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状とす
る。基板の厚さは７０μｍ以下、さらに好ましくは６０
μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下とすることによ
り、素子の放熱性が高まり素子が長寿命になる。

【００４４】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
図６に示す一点鎖線の位置で、共振面に平行な方向でバ
ー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。これによ
り、劈開面とエッチング面とで構成された共振器長５５
０μｍの共振面が作製される。なお劈開面はサファイア
基板の上に成長した窒化物半導体面のＭ面とする。Ｍ面
とは前にも説明したが、具体的には、図４に示すよう
に、窒化物半導体を正六角柱の六方晶系で近似した場合
に、その六角柱の側面に相当する四角形の面に相当する
面である。なお、Ｍ面で劈開するためには、予めエッチ
ング工程で作製する共振面がＭ面となるように作製して
おく必要がある。さらにｎ電極に平行な位置でウェーハ
を切断することにより、図２に示すような形状のレーザ
素子を得る。

【００４５】以上のようにしてレーザ素子を作製するこ
とにより、図１に示すような構造の素子を作製すること
ができる。このレーザ素子の共振面の一方は劈開により
形成されて、その劈開面には反射鏡が形成されていな
い。もう一方の共振面はエッチングにより形成され、そ
のエッチング面には反射鏡が形成されている。このレー
ザ素子をフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向
した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極を
ワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた
ところ、室温において、閾値電流密度１．５ｋＡ／c
m²、閾値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が
確認された。なお、劈開面側から出射されたレーザ光の
出力は、両方の共振面をエッチングにより形成し、さら
にその共振面に同一反射率を有する反射鏡を形成したも
のに比較して、およそ２倍に向上した。また劈開面側か
ら周されたレーザ光のファーフィールドパターンも、楕
円形であって乱れのない非常に奇麗な形状のものが得ら
れた。

【００４６】［実施例２］実施例１において、劈開工程
終了後、劈開面以外の第１の反射鏡の表面にマスクを形
成し、劈開面に同じくＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の誘電体多層膜
よりなる第２の反射鏡３１を形成する。なお第２の反射
鏡３１はその膜厚を調整することにより、第１の反射鏡
の反射率の１／１０に調整する。

【００４７】第２の反射鏡形成後、マスクを除去し、同
様にしてｐ電極２０、ｎ電極２２の表面を露出させ、後
は同様にしてレーザ素子を作製した。このレーザ素子の
構造を示す概略的な断面図を図７に示す。このレーザ素
子も同様に室温において連続発振を示し、実施例１のも
のに比較して出力がおよそ２０％低下した。

【００４８】［実施例３］実施例１のエッチング工程に
おいて、共振器長５５０μｍとなるようにエッチングす
る他は同様にしてエッチングを行う。

【００４９】次に、同様にしてｐ型コンタクト層１１に
ｐ電極２０、ｎ型コンタクト層３にｎ電極２２を形成す
る。

【００５０】電極形成後、片方の共振面となるエッチン
グ面にマスクを形成した後、ウェーハをＣＶＤ装置に移
送し、実施例１と同様に基板から上の表面に露出してい
る層全てに渡って、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の誘電体多層膜よ
りなる第１の反射鏡を形成する。このように、共振面形
成後、窒化物半導体層の表面と共振面とに、連続した誘
電体よりなる反射鏡を形成する工程を備えることによ
り、前述したように第１の反射鏡が窒化物半導体表面に
形成された絶縁膜として作用し、電極間のショートを防
止すると共に、ｐ電極２０の上にｐパッド電極２１を形
成して、実質的な電極面積を広げることができる。電極
面積が広がると閾値を低下させることができる。

【００５１】その後、マスクを除去した後、共振面と共
振面との間でウェーハを劈開する。このようにして、エ
ッチングにより両方の共振面が作製され、一方の共振面
には反射鏡が形成されて、もう一方の共振面には反射鏡
が形成されておらず、互いの共振面で反射率が異なるレ
ーザ素子が作製できる。このレーザ素子は反射鏡が形成
されていない側の共振面からレーザ光が取り出され、室
温において、同様に閾値電流密度１．５ｋＡ／cm²、閾
値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認さ
れた。なお、反射鏡を形成していない共振面側から出射
されたレーザ光の出力は、両方の共振面をエッチングに
より形成し、さらにその共振面に同一反射率を有する反
射鏡を形成したものに比較して、１．３倍に向上した。
但し、レーザ光のファーフィールドパターンは劈開面で
ないために乱れがあった。しかし、この共振面より突出
した平面部は研磨して除去するか、あるいは共振面に近
い位置で基板を劈開することにより除去できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子は互いの共振面の反射率を異ならせることにより、高
出力なレーザ素子を実現することができる。しかも片方
を劈開面、もう片方をエッチング面とすると、劈開面側
から出射されるレーザ光はほぼ楕円形に近い非常に奇麗
な形状のレーザ光が得られる。

【００５３】また本発明の製造方法では、反射鏡を作製
する工程において、絶縁膜も形成することができるた
め、同一面側にあるレーザ素子の電極間ショートを防止
でき、非常に信頼性の高い素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す概略断面図。

【図２】 図１のレーザ素子の形状を示す斜視図。

【図３】 図２のレーザ素子の構造を詳細に示す断面
図。

【図４】 窒化物半導体の結晶構造を模式的に示すユニ
ットセル図。

【図５】 本発明の製造方法の一工程において得られる
ウェーハの概略構造を示す部分断面図。

【図６】 本発明の製造方法の一工程において得られる
ウェーハの概略構造を示す部分断面図。

【図７】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す概略断面図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板 ２・・・バッファ層 ３・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・クラック防止層 ５・・・ｎ型クラッド層 ６・・・ｎ型光ガイド層 ７・・・活性層 ８・・・ｐ型キャップ層 ９・・・ｐ型光ガイド層 １０・・・ｐ型クラッド層 １１・・・ｐ型コンタクト層 ２０・・・ｐ電極 ２１・・・ｐパッド電極 ２２・・・ｎ電極 ２３・・・ｎパッド電極 ３０・・・第１の反射鏡 ３１・・・第２の反射鏡

フロントページの続き (72)発明者 中村 修二 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−315703（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−250802（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−285380（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153931（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−265888（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264886（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213692（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に活性層を含む窒化物半導体が積
   層されて、その窒化物半導体層端面に互いに対向する共
   振面を有する窒化物半導体レーザ素子において、 前記共振面の一方は窒化物半導体のエッチング面であ
   り、もう一方の共振面は窒化物半導体の劈開面であり、 前記エッチング面、及び前記劈開面にはそれぞれレーザ
   光を窒化物半導体層内に反射させる反射鏡が形成されて
   おり、エッチング面側の反射鏡の反射率が、劈開面側の
   反射鏡の反射率よりも高く調整されていることを特徴と
   する窒化物半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記劈開面が窒化物半導体のＭ面 【外１】 であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体
   レーザ素子。