JP3529286B2 - 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ
ＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）
よりなるレーザ素子の製造方法に係り、特に電極ストラ
イプ型のレーザ素子の製造方法に関する。
ＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）
よりなるレーザ素子の製造方法に係り、特に電極ストラ
イプ型のレーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップが１．９
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。
【０００３】従来の窒化物半導体レーザ素子の代表的な
構造を示す模式的な断面図を図３に示す。このレーザ素
子は電極ストライプ型の構造を示している。基本的に
は、サファイア基板３１の表面にｎ型クラッド層３２と
活性層３３とｐ型クラッド層３４とが順に積層されたダ
ブルヘテロ構造を有している。ｐ型クラッド層３４、活
性層３３、およびｎ型クラッド層３２の一部はストライ
プ状にエッチングされてｎ型クラッド層３２の水平面が
露出されている。ｎ型クラッド層３２の水平面にはスト
ライプ状の負電極４１が形成され、最上層のｐ型クラッ
ド層３４にもストライプ状の正電極４２が形成されたい
わゆるフリップチップ方式となっている。さらに、正電
極４２とｐ型クラッド層３４との間には、電流狭窄層と
してＳｉＯ 2よりなる絶縁層３５が形成され、その絶縁
層３５で電流を活性層３３に集中させて発振を起こす構
造とされている。
構造を示す模式的な断面図を図３に示す。このレーザ素
子は電極ストライプ型の構造を示している。基本的に
は、サファイア基板３１の表面にｎ型クラッド層３２と
活性層３３とｐ型クラッド層３４とが順に積層されたダ
ブルヘテロ構造を有している。ｐ型クラッド層３４、活
性層３３、およびｎ型クラッド層３２の一部はストライ
プ状にエッチングされてｎ型クラッド層３２の水平面が
露出されている。ｎ型クラッド層３２の水平面にはスト
ライプ状の負電極４１が形成され、最上層のｐ型クラッ
ド層３４にもストライプ状の正電極４２が形成されたい
わゆるフリップチップ方式となっている。さらに、正電
極４２とｐ型クラッド層３４との間には、電流狭窄層と
してＳｉＯ 2よりなる絶縁層３５が形成され、その絶縁
層３５で電流を活性層３３に集中させて発振を起こす構
造とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図３の矢
印に示すように、従来のレーザ素子では絶縁層３５で狭
窄した電流がｐ型クラッド層３４中、あるいは活性層３
３中で広がってしまい、活性層３３に部分的に電流を集
中させることが困難であった。電流が集中できないの
で、活性層３３が均一に発光し、従来の構造ではＬＥＤ
としての特性しか示さないのが実状であった。
印に示すように、従来のレーザ素子では絶縁層３５で狭
窄した電流がｐ型クラッド層３４中、あるいは活性層３
３中で広がってしまい、活性層３３に部分的に電流を集
中させることが困難であった。電流が集中できないの
で、活性層３３が均一に発光し、従来の構造ではＬＥＤ
としての特性しか示さないのが実状であった。
【０００５】 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、その目的とするところは、活性
層に電流を集中させることができ、さらにレーザ発振す
る窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することに
ある。
成されたものであって、その目的とするところは、活性
層に電流を集中させることができ、さらにレーザ発振す
る窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子の製造方法は、サファイア基板上に少なくとも
ｎ型層と活性層とｐ型層の窒化物半導体層を順次積層
後、前記積層された窒化物半導体をｎ型層の一部が残る
ように５０μｍ以下の幅でストライプ状にエッチングし
た後、そのストライプ状にエッチングされて露出した窒
化物半導体層の側面及び平面に連続した絶縁膜を形成
し、さらにｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接す
る正電極をｐ型層から絶縁膜の表面に渡って形成する工
程と、前記正電極形成後、サファイア基板を研磨して薄
くした後、そのサファイア基板にスクライブラインを形
成してサファイア基板を劈開することにより、前記窒化
物半導体に共振面を作製する工程と、正電極のストライ
プと離れた平面にワイヤーボンディングする工程とを備
えることを特徴とする。
ーザ素子の製造方法は、サファイア基板上に少なくとも
ｎ型層と活性層とｐ型層の窒化物半導体層を順次積層
後、前記積層された窒化物半導体をｎ型層の一部が残る
ように５０μｍ以下の幅でストライプ状にエッチングし
た後、そのストライプ状にエッチングされて露出した窒
化物半導体層の側面及び平面に連続した絶縁膜を形成
し、さらにｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接す
る正電極をｐ型層から絶縁膜の表面に渡って形成する工
程と、前記正電極形成後、サファイア基板を研磨して薄
くした後、そのサファイア基板にスクライブラインを形
成してサファイア基板を劈開することにより、前記窒化
物半導体に共振面を作製する工程と、正電極のストライ
プと離れた平面にワイヤーボンディングする工程とを備
えることを特徴とする。
【０００７】図１に本発明の一実施例により得られたレ
ーザ素子の形状を示す斜視図を示し、図２に図１の斜視
図をストライプに垂直な方向で切断した模式断面図を示
す。これらの図に示すように、本発明のレーザ素子はス
トライプ状にエッチングされたｐ層のストライプ幅とほ
ぼ同一の幅を有する正電極をｐ層に直接接して形成する
ことにより、電流の広がりをなくして活性層に直接電流
が集中するようにしている。その電流の広がりをなくし
て活性層に電流を集中できる好ましいストライプ幅は５
０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下、最も好ま
しくは１０μｍ以下である。５０μｍよりも広いと、レ
ーザ発振のしきい値電流が高くなりレーザ発振しなくな
る傾向にあるからである。なお、本発明においてほぼ同
一の幅とは、−１０％以内の幅で電極幅がｐ型層の幅に
近似していることを示すものとする。
ーザ素子の形状を示す斜視図を示し、図２に図１の斜視
図をストライプに垂直な方向で切断した模式断面図を示
す。これらの図に示すように、本発明のレーザ素子はス
トライプ状にエッチングされたｐ層のストライプ幅とほ
ぼ同一の幅を有する正電極をｐ層に直接接して形成する
ことにより、電流の広がりをなくして活性層に直接電流
が集中するようにしている。その電流の広がりをなくし
て活性層に電流を集中できる好ましいストライプ幅は５
０μｍ以下、さらに好ましくは３０μｍ以下、最も好ま
しくは１０μｍ以下である。５０μｍよりも広いと、レ
ーザ発振のしきい値電流が高くなりレーザ発振しなくな
る傾向にあるからである。なお、本発明においてほぼ同
一の幅とは、−１０％以内の幅で電極幅がｐ型層の幅に
近似していることを示すものとする。
【０００８】図２はレーザ素子の基本的な構造は活性層
をｎ型とｐ型の窒化物半導体層で挟んだダブルへテロ構
造であるが、特にレーザ発振しやすい構造として図２に
示す構造を推奨する。
をｎ型とｐ型の窒化物半導体層で挟んだダブルへテロ構
造であるが、特にレーザ発振しやすい構造として図２に
示す構造を推奨する。
【０００９】図２は基板１の表面に、ｎ型コンタクト層
２、第一のｎ型クラッド層３、第二のｎ型クラッド層
４、活性層５、第一のｐ型クラッド層６、ｐ型コンタク
ト層７とを順に積層した、いわゆる分離閉じ込め型のダ
ブルへテロ構造を示している。ｐ型コンタクト層７、第
一のｐ型クラッド層６、活性層５、第二のｎ型クラッド
層４、第一のｎ型クラッド層３、およびｎ型コンタクト
層２の一部がエッチングされてストライプ状の負電極１
１が形成され、さらに、エッチングにより残されたスト
ライプ状のｐ型コンタクト層７の表面に、ｐ型コンタク
ト層７のストライプ幅とほぼ同一の幅を有する正電極１
２が直接接して形成されている。
２、第一のｎ型クラッド層３、第二のｎ型クラッド層
４、活性層５、第一のｐ型クラッド層６、ｐ型コンタク
ト層７とを順に積層した、いわゆる分離閉じ込め型のダ
ブルへテロ構造を示している。ｐ型コンタクト層７、第
一のｐ型クラッド層６、活性層５、第二のｎ型クラッド
層４、第一のｎ型クラッド層３、およびｎ型コンタクト
層２の一部がエッチングされてストライプ状の負電極１
１が形成され、さらに、エッチングにより残されたスト
ライプ状のｐ型コンタクト層７の表面に、ｐ型コンタク
ト層７のストライプ幅とほぼ同一の幅を有する正電極１
２が直接接して形成されている。
【００１０】基板１にはサファイア（Ｃ面、Ｒ面、Ａ面
を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、Ｓｉ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ等が使用できるが、一般的にはサファイ
ア、またはＳｉＣを使用する。
を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、Ｓｉ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ等が使用できるが、一般的にはサファイ
ア、またはＳｉＣを使用する。
【００１１】ｎ型コンタクト層２としてはＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結晶
性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると負電極材
料と好ましいオーミックが得られる。ｎ型とするには半
導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。また基板１とｎ型コンタクト層２との間に、格子定
数不整を緩和するためにＧａＮ、ＡｌＮ等がバッファ層
を形成しても良い。
ＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結晶
性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると負電極材
料と好ましいオーミックが得られる。ｎ型とするには半
導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。また基板１とｎ型コンタクト層２との間に、格子定
数不整を緩和するためにＧａＮ、ＡｌＮ等がバッファ層
を形成しても良い。
【００１２】次の第一のｎ型クラッド層３は第二のｎ型
クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体
を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型Ａｌ
ＧａＮは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半
導体層が得られる。
クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体
を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型Ａｌ
ＧａＮは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半
導体層が得られる。
【００１３】次の第二のｎ型クラッド層４は活性層５よ
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成し、
特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＮ、ま
たはｎ型ＧａＮが好ましい。また後に述べるように、第
二のｎ型クラッド層４は活性層５との組み合わせにおい
てもＩｎＧａＮ、ＧａＮが好ましく、レーザ発振させる
ためにはＩｎＧａＮ、ＧａＮよりなるこの第二のｎ型ク
ラッド層４を形成することは特に好ましい。
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成し、
特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＮ、ま
たはｎ型ＧａＮが好ましい。また後に述べるように、第
二のｎ型クラッド層４は活性層５との組み合わせにおい
てもＩｎＧａＮ、ＧａＮが好ましく、レーザ発振させる
ためにはＩｎＧａＮ、ＧａＮよりなるこの第二のｎ型ク
ラッド層４を形成することは特に好ましい。
【００１４】次の活性層５はノンドープのＩｎＧａＮと
すると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近のバンド間
発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガリ
ウムに対して半分以下にしたＩｎＧａＮが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で２層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多
重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はｎ
型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）
とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発
光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ素子、
ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量
子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは
多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とす
ると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、Ｍ
ＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発
光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活
性層を単一組成のＩｎXＧａ1 -XＮ（０≦X＜１）で構成
した層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングス
トローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム
以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られ
る。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この
場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜
とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすること
により量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍま
での発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとして
は、前記のように７０オングストローム以下が好まし
い。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎ XＧａ1-XＮで構
成し、障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合
Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好まし
くは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度
で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁
層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好まし
くは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光
素子が得られる。また、活性層５にドナー不純物および
／またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純
物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであ
れば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに
比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができ
る。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光の
ピーク波長よりも約０．５ｅＶ低エネルギー側にピーク
波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープする
と、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強
度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター
不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物を同時にドープしてｎ型と
することが好ましい。活性層５は例えば数オングストロ
ーム〜０．５μｍの膜厚で成長させることができる。
すると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近のバンド間
発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガリ
ウムに対して半分以下にしたＩｎＧａＮが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で２層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多
重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はｎ
型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）
とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発
光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ素子、
ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量
子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは
多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とす
ると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、Ｍ
ＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発
光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活
性層を単一組成のＩｎXＧａ1 -XＮ（０≦X＜１）で構成
した層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングス
トローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム
以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られ
る。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この
場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜
とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすること
により量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍま
での発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとして
は、前記のように７０オングストローム以下が好まし
い。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎ XＧａ1-XＮで構
成し、障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合
Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好まし
くは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度
で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁
層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好まし
くは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光
素子が得られる。また、活性層５にドナー不純物および
／またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純
物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであ
れば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに
比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができ
る。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光の
ピーク波長よりも約０．５ｅＶ低エネルギー側にピーク
波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープする
と、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強
度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター
不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物を同時にドープしてｎ型と
することが好ましい。活性層５は例えば数オングストロ
ーム〜０．５μｍの膜厚で成長させることができる。
【００１５】次に、第一のｐ型クラッド層６は活性層５
よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成し、
特に好ましくはアクセプター不純物をドープしたｐ型Ａ
ｌＧａＮにすると結晶性が良く、またバンドギャップの
大きい半導体層が得られる。またアクセプター不純物ド
ープ後、さらに低抵抗なｐ型にする目的で４００℃以上
でアニーリングを行っても良い。アクセプター不純物と
しては例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のII族元素、Ｃ（カー
ボン）等がある。
よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成し、
特に好ましくはアクセプター不純物をドープしたｐ型Ａ
ｌＧａＮにすると結晶性が良く、またバンドギャップの
大きい半導体層が得られる。またアクセプター不純物ド
ープ後、さらに低抵抗なｐ型にする目的で４００℃以上
でアニーリングを行っても良い。アクセプター不純物と
しては例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のII族元素、Ｃ（カー
ボン）等がある。
【００１６】また第一のｐ型クラッド層６と活性層５と
の間に、活性層５よりもバンドギャップが大きく、第一
のクラッド層６よりもバンドギャップが小さい第二のｐ
型クラッド層を挿入しても良い。第二のｐ型クラッド層
はアクセプター不純物をドープしたｐ型ＩｎＧａＮが好
ましい。ここで、第二のｎ型クラッド層４と活性層５と
第二のｐ型クラッド層（第二のｐ型クラッド層は特に成
長しなくても良い。）との組み合わせにおいて、活性層
５を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造とし
て、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くする
ことにより、第二のｎ型クラッド層４との界面に、弾性
的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現さ
れるので、レーザ発振が容易となる。特にこの弾性的な
歪は活性層５をＩｎＧａＮとし、第二のｎ型クラッド層
４を活性層６よりもバンドギャップの大きいｎ型ＩｎＧ
ａＮ、またはｎ型ＧａＮとした際に発生する傾向にあ
る。
の間に、活性層５よりもバンドギャップが大きく、第一
のクラッド層６よりもバンドギャップが小さい第二のｐ
型クラッド層を挿入しても良い。第二のｐ型クラッド層
はアクセプター不純物をドープしたｐ型ＩｎＧａＮが好
ましい。ここで、第二のｎ型クラッド層４と活性層５と
第二のｐ型クラッド層（第二のｐ型クラッド層は特に成
長しなくても良い。）との組み合わせにおいて、活性層
５を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造とし
て、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くする
ことにより、第二のｎ型クラッド層４との界面に、弾性
的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現さ
れるので、レーザ発振が容易となる。特にこの弾性的な
歪は活性層５をＩｎＧａＮとし、第二のｎ型クラッド層
４を活性層６よりもバンドギャップの大きいｎ型ＩｎＧ
ａＮ、またはｎ型ＧａＮとした際に発生する傾向にあ
る。
【００１７】次に、ｐ型コンタクト層８は第一のｐ型ク
ラッド層７と同じくアクセプター不純物をドープしたｐ
型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧａ
Ｎとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。
ラッド層７と同じくアクセプター不純物をドープしたｐ
型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧａ
Ｎとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。
【００１８】窒化物半導体のエッチング手段としては、
ドライエッチング、ウェットエッチング両方の手段があ
るが、エッチング端面を垂直にしたストライプを形成す
るにはドライエッチングが好ましい。ドライエッチング
では例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリン
グ、イオンビームアシストエッチング、集束イオンビー
ムエッチング等の手段を用いることができる。
ドライエッチング、ウェットエッチング両方の手段があ
るが、エッチング端面を垂直にしたストライプを形成す
るにはドライエッチングが好ましい。ドライエッチング
では例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリン
グ、イオンビームアシストエッチング、集束イオンビー
ムエッチング等の手段を用いることができる。
【００１９】また図４は本発明の他のレーザ素子の構造
を示す模式断面図であるが、図２の断面図と異なる点
は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層の側面に絶
縁膜２０を形成し、さらにそのｐ型層のストライプ幅と
ほぼ同一の幅で接するストライプ状の正電極１２をｐ型
層に接して形成し、さらに、正電極１２をｐ型層から絶
縁膜２０の表面に亙って形成していることである。つま
り正電極１２にワイヤーボンディングする際、図２に示
すようなストライプ状の正電極１２ではその幅が狭いた
めに、ワイヤーボンディングするのはほとんど不可能で
ある。そこで、正電極１２の幅を広くとるために、ｐ型
層の側面にＳｉＯ2のような絶縁体よりなる絶縁膜２０
を新たに形成し、その絶縁膜２０の表面に、ｐ型層と電
気的に接続した正電極１２を形成している。図１のよう
な構造であると電極がワイヤーボンディングできず、フ
ェイスダウンの構造となるが、図４のような構造にする
とフェイスアップの構造とできるので、チップサイズを
小さくすることができる。
を示す模式断面図であるが、図２の断面図と異なる点
は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層の側面に絶
縁膜２０を形成し、さらにそのｐ型層のストライプ幅と
ほぼ同一の幅で接するストライプ状の正電極１２をｐ型
層に接して形成し、さらに、正電極１２をｐ型層から絶
縁膜２０の表面に亙って形成していることである。つま
り正電極１２にワイヤーボンディングする際、図２に示
すようなストライプ状の正電極１２ではその幅が狭いた
めに、ワイヤーボンディングするのはほとんど不可能で
ある。そこで、正電極１２の幅を広くとるために、ｐ型
層の側面にＳｉＯ2のような絶縁体よりなる絶縁膜２０
を新たに形成し、その絶縁膜２０の表面に、ｐ型層と電
気的に接続した正電極１２を形成している。図１のよう
な構造であると電極がワイヤーボンディングできず、フ
ェイスダウンの構造となるが、図４のような構造にする
とフェイスアップの構造とできるので、チップサイズを
小さくすることができる。
【００２０】
【作用】本発明の方法ではｐ型層のストライプ幅を狭く
して活性層に電流が集中するようにしている。つまり、
ストライプ状にエッチングされたｐ型層に、ほぼ同一の
ストライプ幅を有する正電極を形成すると、ｐ型層中で
電流が広がってもストライプ幅が狭いので活性層の電流
密度が上がり容易にレーザ発振しやすくなる。またさら
にエッチングを進めると、活性層から基板と平行方向に
出る光に関しても、活性層のストライプ幅が狭いので、
窒化物半導体と屈折率差の大きい大気との距離が短くな
り、この狭い領域で光が閉じ込められるので、容易にレ
ーザ発振する。
して活性層に電流が集中するようにしている。つまり、
ストライプ状にエッチングされたｐ型層に、ほぼ同一の
ストライプ幅を有する正電極を形成すると、ｐ型層中で
電流が広がってもストライプ幅が狭いので活性層の電流
密度が上がり容易にレーザ発振しやすくなる。またさら
にエッチングを進めると、活性層から基板と平行方向に
出る光に関しても、活性層のストライプ幅が狭いので、
窒化物半導体と屈折率差の大きい大気との距離が短くな
り、この狭い領域で光が閉じ込められるので、容易にレ
ーザ発振する。
【００２１】また本発明の方法であると従来のようにｐ
型層の表面に電流狭窄のための絶縁層を形成するプロセ
スが必要ないので、製造工程を短縮できる。
型層の表面に電流狭窄のための絶縁層を形成するプロセ
スが必要ないので、製造工程を短縮できる。
【００２２】
【実施例】［実施例１］厚さ３５０μｍのサファイア基
板１上に、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングス
トローム、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層２を５μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎより
なるｎ型クラッド層３を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４を５
００オングストローム、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ
よりなる活性層５を１００オングストローム、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型クラッド層６を
０．１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタ
クト層７を０．５μｍの膜厚で順に成長させたウェーハ
を用意する。
板１上に、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングス
トローム、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層２を５μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎより
なるｎ型クラッド層３を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉ
ｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４を５
００オングストローム、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ
よりなる活性層５を１００オングストローム、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型クラッド層６を
０．１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタ
クト層７を０．５μｍの膜厚で順に成長させたウェーハ
を用意する。
【００２３】次に、このウェーハのｐ型コンタクト層７
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）を用いて、窒化物半導体層を１
０μｍのストライプ幅でエッチングする。エッチング
後、露出したｎ型コンタクト層３にはＴｉ／Ａｌよりな
る負電極１１を２０μｍの幅でストライプ状に形成し、
ストライプ状のｐ型コンタクト層７の全面にＮｉ／Ａｕ
よりなる正電極１２を形成する。
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）を用いて、窒化物半導体層を１
０μｍのストライプ幅でエッチングする。エッチング
後、露出したｎ型コンタクト層３にはＴｉ／Ａｌよりな
る負電極１１を２０μｍの幅でストライプ状に形成し、
ストライプ状のｐ型コンタクト層７の全面にＮｉ／Ａｕ
よりなる正電極１２を形成する。
【００２４】次に、サファイア基板１の窒化物半導体層
を形成していない方の面を研磨機で８０μｍの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するラインと、もう一方のスクライブラインは
電極と平行な方向とする。スクライブライン形成後、ウ
ェーハをローラで押し割り、電極に垂直な方向で劈開し
た窒化物半導体層面を光共振器とする共振器長５００μ
ｍのレーザチップとする。このようにサファイア基板を
研磨して薄くした後、サファイア基板を劈開すると、窒
化物半導体の共振面を容易に得ることができる。
を形成していない方の面を研磨機で８０μｍの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するラインと、もう一方のスクライブラインは
電極と平行な方向とする。スクライブライン形成後、ウ
ェーハをローラで押し割り、電極に垂直な方向で劈開し
た窒化物半導体層面を光共振器とする共振器長５００μ
ｍのレーザチップとする。このようにサファイア基板を
研磨して薄くした後、サファイア基板を劈開すると、窒
化物半導体の共振面を容易に得ることができる。
【００２５】次にレーザチップの窒化物半導体層面にマ
スクを施したのち、スパッタ装置で劈開面にＳｉＯ2と
ＺｒＯ2よりなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体
多層膜は活性層の波長を９０％以上反射させる作用を有
している。
スクを施したのち、スパッタ装置で劈開面にＳｉＯ2と
ＺｒＯ2よりなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体
多層膜は活性層の波長を９０％以上反射させる作用を有
している。
【００２６】このようにして得られたレーザチップをフ
ェースダウン（電極とヒートシンク面が対向する）して
ヒートシンクに設置した後、室温でレーザ発振を試みた
ところ、しきい値電流密度１．０ｋＡ／cm2以上で発振
波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認された。
ェースダウン（電極とヒートシンク面が対向する）して
ヒートシンクに設置した後、室温でレーザ発振を試みた
ところ、しきい値電流密度１．０ｋＡ／cm2以上で発振
波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００２７】［実施例２］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を３０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温にお
いてしきい値電流密度３．０ｋＡ／cm2以上でレーザ発
振が確認された。
導体層のエッチング時にストライプ幅を３０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温にお
いてしきい値電流密度３．０ｋＡ／cm2以上でレーザ発
振が確認された。
【００２８】［実施例３］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を５０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度５．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認された。
導体層のエッチング時にストライプ幅を５０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度５．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認された。
【００２９】［実施例４］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を６０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度６．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認されたが、すぐに素子が破壊してしま
った。
導体層のエッチング時にストライプ幅を６０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度６．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認されたが、すぐに素子が破壊してしま
った。
【００３０】［実施例５］実施例１において、活性層５
の組成をノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる井戸層
を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.
99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を１３回繰り返し、最後に井戸層を
積層して総厚１０００オングストロームの活性層６を成
長させた。後は実施例１と同様にして室温でレーザ発振
を試みたところ、同じくしきい値電流密度１．０ｋＡ／
cm2以上で発振波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
の組成をノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる井戸層
を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.
99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を１３回繰り返し、最後に井戸層を
積層して総厚１０００オングストロームの活性層６を成
長させた。後は実施例１と同様にして室温でレーザ発振
を試みたところ、同じくしきい値電流密度１．０ｋＡ／
cm2以上で発振波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
【００３１】［比較例］実施例１において、窒化物半導
体層のエッチング時にストライプ幅を１００μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてもレーザ発振を示さず、すぐに素子が破壊
してしまった。
体層のエッチング時にストライプ幅を１００μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてもレーザ発振を示さず、すぐに素子が破壊
してしまった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
ると、５０μｍ以下の幅でストライプ状にエッチングさ
れたｐ型層の表面に、ストライプと同一の幅で接する正
電極が形成されており、この電極が直接電流狭窄の作用
をする。つまりｐ型層に電流が広がってもレーザ発振す
るのに十分電流密度が上昇するだけのストライプ幅を有
しているため、容易に光閉じ込めができて、常温で発振
する。また、従来のように、ｐ型層の表面に絶縁体で電
流狭窄層を形成する必要がなくなる。従って、絶縁体形
成時の細かいマスク合わせの技術が必要なくなるので、
製造歩留が向上する。このように窒化物半導体で常温で
短波長域のレーザ素子が実現されたことにより、書き込
み用光源、コンパクトディスクの光源として記録密度が
飛躍的に向上し、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
ると、５０μｍ以下の幅でストライプ状にエッチングさ
れたｐ型層の表面に、ストライプと同一の幅で接する正
電極が形成されており、この電極が直接電流狭窄の作用
をする。つまりｐ型層に電流が広がってもレーザ発振す
るのに十分電流密度が上昇するだけのストライプ幅を有
しているため、容易に光閉じ込めができて、常温で発振
する。また、従来のように、ｐ型層の表面に絶縁体で電
流狭窄層を形成する必要がなくなる。従って、絶縁体形
成時の細かいマスク合わせの技術が必要なくなるので、
製造歩留が向上する。このように窒化物半導体で常温で
短波長域のレーザ素子が実現されたことにより、書き込
み用光源、コンパクトディスクの光源として記録密度が
飛躍的に向上し、その産業上の利用価値は非常に大き
い。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の形状を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図２】 図１のレーザ素子をストライプに垂直な方向
で切断した模式断面図。
で切断した模式断面図。
【図３】 従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。
【図４】 本発明に係るレーザ素子の構造を示す模式断
面図。
面図。
１・・・・基板
２・・・・ｎ型コンタクト層
３・・・・第一のｎ型クラッド層
４・・・・第二のｎ型クラッド層
５・・・・活性層
６・・・・第一のｐ型クラッド層
７・・・・ｐ型コンタクト層
１２・・・・正電極
１１・・・・負電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭48−26384（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−142985（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−64912（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−106923（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−272583（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−176826（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/30
Claims (2)
- 【請求項１】サファイア基板上に少なくともｎ型層と活
性層とｐ型層の窒化物半導体層を順次積層後、前記積層
された窒化物半導体をｎ型層の一部が残るように５０μ
ｍ以下の幅でストライプ状にエッチングした後、そのス
トライプ状にエッチングされて露出した窒化物半導体層
の側面及び平面に連続した絶縁膜を形成し、さらにｐ型
層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接する正電極をｐ型
層から絶縁膜の表面に渡って形成する工程と、前記正電極形成後、サファイア基板を研磨して薄くした
後、そのサファイア基板にスクライブラインを形成して
サファイア基板を劈開することにより、前記窒化物半導
体に共振面を作製する工程と、 正電極のストライプと離れた平面にワイヤーボンディン
グする工程とを備えることを特徴とする窒化物半導体レ
ーザ素子の製造方法。 - 【請求項２】前記共振面作成後、その共振面に誘電体多
層膜を形成する工程を備え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の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33542598A JP3529286B2 (ja) | 1995-12-06 | 1998-11-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31784695A JP2921746B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-12-06 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP33542598A JP3529286B2 (ja) | 1995-12-06 | 1998-11-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31784695A Division JP2921746B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-12-06 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002017613A Division JP3888170B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224971A JPH11224971A (ja) | 1999-08-17 |
| JP3529286B2 true JP3529286B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=32510517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33542598A Expired - Lifetime JP3529286B2 (ja) | 1995-12-06 | 1998-11-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3529286B2 (ja) |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP33542598A patent/JP3529286B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11224971A (ja) | 1999-08-17 |
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