JP3896723B2 - 窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体よりなるレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの記録密度は、光ディスクに集光される光ビームのスポットサイズが小さい程高くなり、光ビームのスポットサイズは光の波長の二乗に比例する。このため、光ディスクの記録密度を上げるためには光源である半導体レーザ装置の発振波長を短くすることが必要である。
【０００３】
現在ＣＤには、主として波長７８０ｎｍ（赤外）領域で発光するＧａＡｌＡｓ半導体レーザ装置が用いられ、ＣＤより記録密度の高いＤＶＤには、波長６５０ｎｍ（赤色）領域で発光するＩｎＧａＡｌＰ半導体レーザ装置が用いられている。さらにＤＶＤの記録密度を上げて高い品質の画像等を記録するためには、波長の短い青色領域で発光する半導体レーザ装置が必要である。
【０００４】
このような半導体レーザ装置を実現できる半導体レーザ素子に用いる半導体レーザ材料として、近年開発された窒化物半導体（ＩｎＸ ＡｌＹ Ｇａ１−Ｘ−Ｙ Ｎ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）が注目を浴びている。
【０００５】
窒化物半導体レーザ素子は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の異種材料よりなる基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させることにより形成されることが多い。サファイアやＺｎＯのような絶縁性の基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させてレーザ素子を作る場合は、ｐ型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層のそれぞれからｐ電極、ｎ電極を同一面側に形成しなければならない。
【０００６】
しかし最近では、窒化物半導体そのもの（ＩｎＸ ＡｌＹ Ｇａ１−Ｘ−Ｙ Ｎ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）で基板を作製できる技術開発が行われており、この場合は基板の裏面にｎ電極を設けることができる。
【０００７】
図１１は従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１２は図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図である。
【０００８】
従来の窒化物半導体レーザ素子は、図１１および図１２に示すように、基板２１上にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、およびｐ型窒化物半導体層２４が順に積層された構造を有している。このｐ型窒化物半導体層２４上面にＳｉＯ2等よりなる電流狭窄用絶縁膜２５を介して、ｐ電極２６を形成する。さらに、ｎ型窒化物半導体層２２が露出するように、ｐ型窒化物半導体層２４、活性層２３、およびｎ型窒化物半導体層２２の一部をエッチングして除去し、露出した活性層２３より発光する帯状のレーザ共振器を形成する。そして、露出したｎ型窒化物半導体層２２上にｎ電極２７を形成する。このようにして、帯状のレーザ共振器と直交する窒化物半導体の裂開面、もしくは化学的異方性エッチング面のいずれかをレーザの発光端面とした窒化物半導体レーザ素子が形成される。
【０００９】
ところで、半導体レーザ素子を形成するには、半導体層にレーザを発振させるための光共振面を形成することが重要である。光共振面はレーザを発振させるために平坦な鏡面状であることが必要であり、従来のＧａＡｓ系及びＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体よりなる半導体レーザ素子は、結晶の性質上へき開性を有しているため、このへき開性を利用してへき開した面を半導体レーザ素子の光共振面として形成する。
【００１０】
一方、窒化物半導体は六方晶系であり、従来のＧａＡｓ系と異なり、へき開性を有していない。さらに、窒化物半導体はサファイア基板の表面に成長形成されることが多く、サファイアもまた結晶の性質上、へき開性を有していない。従って、窒化物半導体でレーザ素子を作成する場合、ＧａＡｓ系のようにへき開面を光共振面とすることは困難である。
【００１１】
そこで、このような問題点を解消し、へき開性を有さない窒化物半導体に光共振面を形成する技術が、特開平８−１５３９３１号公報等に提案されている。
【００１２】
特開平８−１５３９３１号公報記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法は、サファイア基板を特定の面方位で割ることによって窒化物半導体層に光共振面を形成することができるという知見に基づいて案出されたものである。これは、サファイア基板の（０００１）面の表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層した後、そのサファイア基板を各側面の内のいずれかの面方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共振面を作製するものである。これにより、へき開性のないサファイア基板上に積層した窒化物半導体層からへき開面と同様の光共振面が得られレーザ発振が可能となることが示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−１５３９３１号公報等に記載されているように、サファイア基板を特定の面方位で割ること、すなわち裂開により窒化物半導体層の光共振面を形成する方法で製造される窒化物半導体レーザ素子においては、裂開時の衝撃により、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極が浮いたり、剥がれたり、光共振面にだれたりしやすくなってしまう。そして、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、このように電極が半導体層から浮いた部分は可飽和吸収領域となるので、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくため、レーザ特性が不安定になってしまい信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができない。また光共振面にｐ電極がだれると、１ミクロン程度あるレーザスポット径にかかってしまう可能性が高いので良好なレーザパターンが得られない。
【００１４】
そこで、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれを防止する技術が特開平１０−２７９３９号公報に開示されている。特開平１０−２７９３９号公報記載の技術は、裂開面側のｐ電極端面が裂開面よりも内側にあることにより、裂開時のブレークによる衝撃が電極端面に伝わらないようにし、電極の剥がれ等を防止したものである。ところが、このようにｐ電極端面を裂開面よりも内側に形成すると、窒化物半導体は、電流が厚み方向に垂直な方向に広がりにくい傾向にあるため、ｐ電極が光共振面まで形成されていない部分は可飽和吸収領域となりやすい。そうなると閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくためレーザ特性が不安定になってしまう。
【００１５】
また、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極の密着性が強固であり、かつｐ電極そのものの硬度が大きいまたは延性や展性が小さい場合、これによって裂開面が乱されて、均一で良好な光共振面が得られないことがある。
【００１６】
本発明は、裂開により光共振面を形成する窒化物半導体レーザ素子において、上記のような課題が生じない、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され前記裂開面に臨む接触部ｐ電極と、前記接触部ｐ電極に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されることを特徴としたものである。
【００１８】
これにより、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の２番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、絶縁膜を介して前記ｐ型窒化物半導体層と電気的に接続された前記裂開面に臨む薄膜部ｐ電極及び前記裂開面よりも内側に端面を持つ厚膜部ｐ電極から構成されることを特徴としたものである。
【００２０】
薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極はもともと一体であり、かつ真空中で成膜した後、薄膜部ｐ電極をエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良い。また薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極を別々に成膜した場合と比較すると相互の電気的接触は格段に良好である。そして、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を非常に少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。更に薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極とを一体で成膜して一括してエッチングするので電極工程を半分に減らすことができ、容易な製造プロセスで作成が可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記ｐ型窒化物半導体層上には電流狭窄用絶縁膜が形成され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記裂開面に臨み前記ｐ型窒化物半導体層の表面の前記電流狭窄用絶縁膜に挟まれた部分に積層された接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極の上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成され、前記接触部ｐ電極の厚みが前記主ｐ電極の厚みより薄く、かつ前記電流狭窄用絶縁膜の厚みより薄いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子であり、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、前記接触部ｐ電極の厚みが、１０〜１０００オングストロームである請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子であり、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚み５０００オングストローム程度に対して接触面の端部のｐ電極の厚みが１０〜１０００オングストローム、好ましくは２０〜５００オングストロームであることから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。このような裂開異常を防止することにより、光共振面からのレーザ発振へ悪影響を及ぼすことがなくなる。この接触面の端部のｐ電極の厚みが１０オングストロームより小さい場合には、接触部ｐ電極とｐ型窒化物半導体層表面間の電気抵抗が大きくなり、上面に主ｐ電極が形成されていない箇所は、電気的にバリアが発生することになり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、可飽和吸収領域となったり、閾値電圧がばらついたりしてレーザ特性が不安定になってしまうことがある。一方、１０００オングストロームより大きい場合には、この厚みが大きくなるにつれ、ｐ型窒化物半導体層表面への密着力よりも接触部ｐ電極の裂開時に受ける衝撃力が大きくなってくるので、ｐ電極の浮きや剥がれ等を完全に防止することができなくなる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、前記裂開面から１〜５００μｍの範囲にある請求項１から２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子であり、これによって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となる。この主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、裂開面から１μｍより近い場合には、裂開の位置精度がそれほど高くないことと、裂開時の衝撃が主ｐ電極に伝わってしまうことになって裂開異常や浮きや剥がれ等が生じることがあり、５００μｍより遠い場合は、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さが少なくなって、ワイヤーボンディングが困難となる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面が、前記裂開面よりも内側となるように形成された請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、ｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面と前記裂開面との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部が形成された請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開したい光共振面の面積を減らすことができるので、精度良く光共振面を作成できる。また裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができる。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００３５】
図に示すように、本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００３６】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００３７】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６が配置されている。または、ｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を帯状に配置した後、絶縁膜５を成膜し接触部ｐ電極６上の絶縁膜５を帯状に除去してもよい。それからＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を配置する。同様に、ｎ型窒化物半導体層２の上面にはＴｉとＡｕの積層構造からなるｎ電極８が配置されている。
【００３８】
ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面７ａを持つ主ｐ電極７から構成される。
【００３９】
このように、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極６とｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。また、ｐ電極を構成する主ｐ電極７の裂開面Ｓ側の端面７ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００４０】
また、接触部ｐ電極６の厚みは、主ｐ電極７の厚みよりも薄くなるように、主ｐ電極７の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００４１】
このように、裂開面Ｓまで形成された接触部ｐ電極６の厚みを主ｐ電極７の厚みよりも薄くすることによって、裂開時に接触部ｐ電極６が受ける衝撃は、接触部ｐ電極６が主ｐ電極７と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、裂開時に接触部ｐ電極６の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００４２】
一方、主ｐ電極７は裂開時の衝撃の影響を受けることがなく、主ｐ電極７へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極７が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。
【００４３】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態１においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００４５】
（実施の形態２）
図３は本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図４は図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００４６】
本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したものである。
【００４７】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成するようにするとｎ電極８が受ける衝撃が少なくなり、浮きや剥がれが生じにくくなり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれが原因となる電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがない。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られるようになる。
【００４８】
ｎ電極は裂開面Ｓより内側に形成すると、電流が流れ込む面積が減少して抵抗が高くなりがちなのであるが、ｎ電極８は、ｐ電極よりも比較的面積が大きいため、裂開面Ｓより内側に形成しても、閾値が上昇したり、不安定になったりする影響は少なく、むしろｎ電極８の浮きや剥がれが少ないことによる高信頼性の窒化物半導体レーザ素子が得られることになる。
【００４９】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図６は図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５０】
本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したのち、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成する。
【００５１】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成し、さらに裂開面Ｓとｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａとの間に、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成してから裂開するようにすると裂開時の衝撃の影響を全く受けなくなるため、ｎ電極８は浮いたり剥がれたりすることが全くなくなり、電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られる。
【００５２】
（実施の形態４）
図７は本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図８は図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図である。
【００５３】
本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｐ電極は、ｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面Ｓよりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されている。
【００５４】
このように、ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極７とからｐ電極を構成することにより、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極６がこの絶縁膜５によって押さえ込まれることになり、接触部ｐ電極６が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができるようになる。すなわち、電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。これによって、室温のみならず８０℃を超えるような高温動作環境にあってもしきい値の温度変化量を一定範囲内に収めることができ、光ディスクなど種々の情報機器用の光源として十分な信頼性を確保することができる。
【００５５】
（実施の形態５）
図９は本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１０は図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５６】
図に示すように、本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００５７】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００５８】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００５９】
すなわち、ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む薄膜部ｐ電極１０ｂと、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面１０ａを持つ厚膜部ｐ電極１０から構成される。
【００６０】
このように、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極１０ｂとｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。一方、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極１０の裂開面Ｓ側の端面１０ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００６１】
また、薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みは、厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くなるように、厚膜部ｐ電極１０の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００６２】
このように、裂開面Ｓまで形成された薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みを厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くすることによって、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしないときに比べて少なくなり、ｐ型窒化物半導体層４との接触面積が同じでありながら、裂開時に受ける衝撃をより小さな体積で受けることができるので、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０は真空中で成膜された後、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良いため裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂが受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極１０に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができる。
【００６３】
したがって、裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂの端部が変形してｐ型窒化物半導体層４側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００６４】
また厚膜部ｐ電極１０は、ｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極１０が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。また接触式で外部からｐ電極にコンタクトをとる場合でも、厚膜部ｐ電極１０はそれに必要な面積を取ることが可能である。また更に薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０はもともと一体であるので相互の電気的接触は格段に良好である。
【００６５】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態５においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００６７】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００６８】
本実施例は、有機金属気相成長法を用いて成長した窒化ガリウム系半導体層により作製される窒化物半導体レーザ素子を示すものである。
【００６９】
（実施例１）
本実施例を図１および図２を参照しながら説明する。
【００７０】
まず、基板表面がＣ面であって表面を鏡面に仕上げたサファイア等の基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガスを流しながら基板１を加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物の汚れや水分を取り除くクリーニングを行う。
【００７１】
次に、基板１の表面温度を６００℃まで降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リットル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮからなるバッファ層であるｎ型窒化物半導体層２を２５ｎｍの厚さとなるように成長させる。その後、ＴＭＡのキャリアガスの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ4（モノシラン）ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のｎ型層を２μｍの厚さで成長させる。このとき、第１のｎ型層のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ-3とする。
【００７２】
第１のｎ型層の成長後、引き続いて主キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのままの流量で流しながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを５０ｃｃ／分に変更して６分間流して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第２のｎ型層を０．２μｍの厚さで成長させる。このとき、第２のｎ型層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ-3とする。
【００７３】
第１のｎ型層と第２のｎ型層でｎ型窒化物半導体層２が形成される。
【００７４】
ｎ型窒化物半導体層２を成長形成後、ＴＭＧ用のキャリアガスとＳｉＨ4ガスを止め、基板１の表面温度を７５０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と記す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流しながら３０秒間成長させて、ノンドープのＩｎＧａＮからなる活性層３を６ｎｍの厚さで成長させる。
【００７５】
さらに、活性層３の成膜後、ＴＭＩ用のキャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板１の表面温度を１０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９４リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＡ用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ2Ｍｇ」と記す）用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で流しながら４分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなる第１のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７６】
引き続き、ＴＭＡ用のキャリアガスのみを止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇ用のキャリアガスを１００ｃｃ／分で流しながら３分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮからなる第２のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７７】
この第１のｐ型層と第２のｐ型層でｐ型窒化物半導体層４が形成される。
【００７８】
そして、ｐ型窒化物半導体層４成長後には、原料ガスであるＴＭＧ用のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウエハを反応管から取り出す。
【００７９】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる量子井戸構造を含む積層構造に対して、その表面上にＳｉＯ2膜からなる絶縁膜５をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。絶縁膜５の成膜条件は、基板温度を３５０℃とし、酸素ガスを４ｃｃ／分、テトラエチルオルソシリケートを１００ｃｃ／分で流しながら、ＲＦパワー２５０Ｗで３０分成膜し、１μｍの厚さのＳｉＯ2膜を形成する。
【００８０】
次に、このように形成したウェハにレーザ構造を形成し、窒化物半導体レーザ素子を作製する。
【００８１】
まず、窒化物半導体層を所望のパターンで形成する方法として、まず除去する部分の絶縁膜５をバッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより除去し、所定の形状のマスクを形成する。その後、化学的異方性のドライエッチングによりｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部を除去し、基板にほぼ平行な平面を露出させる。
【００８２】
それから、活性層３に電流を狭窄して注入するために、ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５を帯状に除去する。絶縁膜５の除去は、所定のストライプ形状のマスクを形成し、バッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより行う。まず、レジストを塗付し、接触部ｐ電極６を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、ＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の接触部ｐ電極６は同時に除去され、所望のパターンの接触部ｐ電極６が残る。それから、再度レジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、所望のパターンの主ｐ電極７が残る。
【００８３】
次に、ｎ電極８を露出させたｎ型窒化物半導体層２上に形成する。このとき、ｎ電極８の厚みは３０００〜５０００オングストロームとなるようにする。ｎ電極８はＴｉとＡｕの積層構造となるように蒸着法で形成する。
【００８４】
この後、基板１の裏面を研磨して５０μｍにまで薄くする。研磨後、窒化物半導体レーザ構造が形成されたウェハをレーザ素子に分割する。
【００８５】
まず、スクライブ装置を用いてｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンのストライプ方向に対して垂直方向に第１の割溝を形成する。第１の割溝は溝幅５μｍ、溝深さ１μｍ程度である。この第１の割溝に沿って、第１の割溝の反対側からブレーキング装置を用いてウェハを圧し割る。このようにして形成した端面をレーザ素子の光共振面とする。第１の割溝は平行方向に６００μｍピッチで形成してレーザ素子の共振器長を６００μｍとする。
【００８６】
次に、ｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンに対して平行な方向に、レーザ素子単体に分割できるように４００μｍピッチでスクライブ装置を用いて第２の割溝を形成する。この割溝に沿って割り溝の反対側からブレーキング装置を用いて圧し割り、窒化物半導体レーザ素子を作製する。これにより６００μｍ×４００μｍサイズの窒化物半導体レーザ素子が作製される。
【００８７】
このとき、接触部ｐ電極６は光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００８８】
（実施例２）
実施例１と同様の手順により、第２実施の形態において説明した図３および図４に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ電極８は光共振面から２０μｍ内側となるように形成する。
【００８９】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極８の浮きはほとんど確認されず、剥離は全くなかった。
【００９０】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８５％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９１】
（実施例３）
実施例１と同様の手順により、第３実施の形態において説明した図５および図６に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ型窒化物半導体層２に設けた割溝形成用切欠部９の深さは１．５〜２．０μｍとなるように形成する。
【００９２】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極の浮きは全く確認されず、剥離も全くなかった。
【００９３】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９４】
（実施例４）
実施例１と同様の手順により、第４実施の形態において説明した図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、接触部ｐ電極６を形成した後は次のように作製する。
【００９５】
まず、接触部ｐ電極６全体を覆うように絶縁膜５を成膜する。それからレジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、接触部ｐ電極６と主ｐ電極７がコンタクトする領域をあけるために、絶縁膜５をフッ酸等のウエットエッチャントでエッチングする。または、ドライエッチングを行ってもよい。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００９６】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９７】
（実施例５）
実施例１と同様の手順により、第５実施の形態において説明した図９および図１０に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、窒化物半導体層をストライプ状にエッチングした後、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから、厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００９８】
このとき、薄膜部ｐ電極１０ｂは光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流８０〜９０ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏することができる。
【０１００】
（１）請求項１記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれを防止することにより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０１】
（２）請求項２記載の発明によって、裂開時にｐ電極が受ける衝撃は接触部ｐ電極に吸収させ、ｐ型窒化物半導体層からの電流は接触部ｐ電極を介して主ｐ電極へと伝わらせることができるようになり、安定した電流によって安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０２】
（３）請求項３記載の発明によって、裂開時に接触部ｐ電極が受ける衝撃は、接触部ｐ電極が主ｐ電極と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、主ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０３】
（４）請求項４記載の発明によって、裂開時にだれが生じることがなくなるため、光共振面からのレーザ発信に悪影響を及ぼすことがなく、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０４】
（５）請求項５記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０５】
（６）請求項６記載の発明によって、絶縁膜の開口部を前記裂開面よりも内側に形成することにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることを更に防止することができる。
【０１０６】
（７）請求項７記載の発明によって、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極の少なくとも一部を絶縁膜で覆って押さえ込むことにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０７】
（８）請求項８記載の発明によって、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０８】
（９）請求項９記載の発明によって、裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０９】
（１０）請求項１０記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、こうすることより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１０】
（１１）請求項１１に記載の発明によって、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃は、薄膜部ｐ電極をエッチングしないときに比べて少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極は相互の物理的密着性は非常に良いため、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができるので、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１１】
（１２）請求項１２に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚みに対して接触面の端部のｐ電極の厚みが薄いことから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。また、厚膜部ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１２】
（１３）請求項１３に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な厚膜部ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図２】図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図３】本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図４】図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図５】本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図６】図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図７】本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図８】図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図
【図９】本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１０】図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図１１】従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１２】図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図
【符号の説明】
１ 基板
２ ｎ型窒化物半導体層
３ 活性層
４ ｐ型窒化物半導体層
５ 絶縁膜
６ 接触部ｐ電極
７ 主ｐ電極
７ａ 端面
８ ｎ電極
８ａ 端面
９ 割溝形成用切欠部
１０ 厚膜部ｐ電極
１０ａ 端面
１０ｂ 薄膜部ｐ電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体よりなるレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの記録密度は、光ディスクに集光される光ビームのスポットサイズが小さい程高くなり、光ビームのスポットサイズは光の波長の二乗に比例する。このため、光ディスクの記録密度を上げるためには光源である半導体レーザ装置の発振波長を短くすることが必要である。
【０００３】
現在ＣＤには、主として波長７８０ｎｍ（赤外）領域で発光するＧａＡｌＡｓ半導体レーザ装置が用いられ、ＣＤより記録密度の高いＤＶＤには、波長６５０ｎｍ（赤色）領域で発光するＩｎＧａＡｌＰ半導体レーザ装置が用いられている。さらにＤＶＤの記録密度を上げて高い品質の画像等を記録するためには、波長の短い青色領域で発光する半導体レーザ装置が必要である。
【０００４】
このような半導体レーザ装置を実現できる半導体レーザ素子に用いる半導体レーザ材料として、近年開発された窒化物半導体（ＩｎＸ ＡｌＹ Ｇａ１−Ｘ−Ｙ Ｎ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）が注目を浴びている。
【０００５】
窒化物半導体レーザ素子は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の異種材料よりなる基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させることにより形成されることが多い。サファイアやＺｎＯのような絶縁性の基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させてレーザ素子を作る場合は、ｐ型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層のそれぞれからｐ電極、ｎ電極を同一面側に形成しなければならない。
【０００６】
しかし最近では、窒化物半導体そのもの（ＩｎＸ ＡｌＹ Ｇａ１−Ｘ−Ｙ Ｎ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）で基板を作製できる技術開発が行われており、この場合は基板の裏面にｎ電極を設けることができる。
【０００７】
図１１は従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１２は図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図である。
【０００８】
従来の窒化物半導体レーザ素子は、図１１および図１２に示すように、基板２１上にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、およびｐ型窒化物半導体層２４が順に積層された構造を有している。このｐ型窒化物半導体層２４上面にＳｉＯ2等よりなる電流狭窄用絶縁膜２５を介して、ｐ電極２６を形成する。さらに、ｎ型窒化物半導体層２２が露出するように、ｐ型窒化物半導体層２４、活性層２３、およびｎ型窒化物半導体層２２の一部をエッチングして除去し、露出した活性層２３より発光する帯状のレーザ共振器を形成する。そして、露出したｎ型窒化物半導体層２２上にｎ電極２７を形成する。このようにして、帯状のレーザ共振器と直交する窒化物半導体の裂開面、もしくは化学的異方性エッチング面のいずれかをレーザの発光端面とした窒化物半導体レーザ素子が形成される。
【０００９】
ところで、半導体レーザ素子を形成するには、半導体層にレーザを発振させるための光共振面を形成することが重要である。光共振面はレーザを発振させるために平坦な鏡面状であることが必要であり、従来のＧａＡｓ系及びＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体よりなる半導体レーザ素子は、結晶の性質上へき開性を有しているため、このへき開性を利用してへき開した面を半導体レーザ素子の光共振面として形成する。
【００１０】
一方、窒化物半導体は六方晶系であり、従来のＧａＡｓ系と異なり、へき開性を有していない。さらに、窒化物半導体はサファイア基板の表面に成長形成されることが多く、サファイアもまた結晶の性質上、へき開性を有していない。従って、窒化物半導体でレーザ素子を作成する場合、ＧａＡｓ系のようにへき開面を光共振面とすることは困難である。
【００１１】
そこで、このような問題点を解消し、へき開性を有さない窒化物半導体に光共振面を形成する技術が、特開平８−１５３９３１号公報等に提案されている。
【００１２】
特開平８−１５３９３１号公報記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法は、サファイア基板を特定の面方位で割ることによって窒化物半導体層に光共振面を形成することができるという知見に基づいて案出されたものである。これは、サファイア基板の（０００１）面の表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層した後、そのサファイア基板を各側面の内のいずれかの面方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共振面を作製するものである。これにより、へき開性のないサファイア基板上に積層した窒化物半導体層からへき開面と同様の光共振面が得られレーザ発振が可能となることが示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−１５３９３１号公報等に記載されているように、サファイア基板を特定の面方位で割ること、すなわち裂開により窒化物半導体層の光共振面を形成する方法で製造される窒化物半導体レーザ素子においては、裂開時の衝撃により、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極が浮いたり、剥がれたり、光共振面にだれたりしやすくなってしまう。そして、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、このように電極が半導体層から浮いた部分は可飽和吸収領域となるので、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくため、レーザ特性が不安定になってしまい信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができない。また光共振面にｐ電極がだれると、１ミクロン程度あるレーザスポット径にかかってしまう可能性が高いので良好なレーザパターンが得られない。
【００１４】
そこで、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれを防止する技術が特開平１０−２７９３９号公報に開示されている。特開平１０−２７９３９号公報記載の技術は、裂開面側のｐ電極端面が裂開面よりも内側にあることにより、裂開時のブレークによる衝撃が電極端面に伝わらないようにし、電極の剥がれ等を防止したものである。ところが、このようにｐ電極端面を裂開面よりも内側に形成すると、窒化物半導体は、電流が厚み方向に垂直な方向に広がりにくい傾向にあるため、ｐ電極が光共振面まで形成されていない部分は可飽和吸収領域となりやすい。そうなると閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくためレーザ特性が不安定になってしまう。
【００１５】
また、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極の密着性が強固であり、かつｐ電極そのものの硬度が大きいまたは延性や展性が小さい場合、これによって裂開面が乱されて、均一で良好な光共振面が得られないことがある。
【００１６】
本発明は、裂開により光共振面を形成する窒化物半導体レーザ素子において、上記のような課題が生じない、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され前記裂開面に臨む接触部ｐ電極と、前記接触部ｐ電極に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されることを特徴としたものである。
【００１８】
これにより、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の２番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、絶縁膜を介して前記ｐ型窒化物半導体層と電気的に接続された前記裂開面に臨む薄膜部ｐ電極及び前記裂開面よりも内側に端面を持つ厚膜部ｐ電極から構成されることを特徴としたものである。
【００２０】
薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極はもともと一体であり、かつ真空中で成膜した後、薄膜部ｐ電極をエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良い。また薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極を別々に成膜した場合と比較すると相互の電気的接触は格段に良好である。そして、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を非常に少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。更に薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極とを一体で成膜して一括してエッチングするので電極工程を半分に減らすことができ、容易な製造プロセスで作成が可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記ｐ型窒化物半導体層上には電流狭窄用絶縁膜が形成され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記裂開面に臨み前記ｐ型窒化物半導体層の表面の前記電流狭窄用絶縁膜に挟まれた部分に積層された接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極の上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成され、前記接触部ｐ電極の厚みが前記主ｐ電極の厚みより薄く、かつ前記電流狭窄用絶縁膜の厚みより薄いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子であり、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、前記接触部ｐ電極の厚みが、１０〜１０００オングストロームである請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子であり、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚み５０００オングストローム程度に対して接触面の端部のｐ電極の厚みが１０〜１０００オングストローム、好ましくは２０〜５００オングストロームであることから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。このような裂開異常を防止することにより、光共振面からのレーザ発振へ悪影響を及ぼすことがなくなる。この接触面の端部のｐ電極の厚みが１０オングストロームより小さい場合には、接触部ｐ電極とｐ型窒化物半導体層表面間の電気抵抗が大きくなり、上面に主ｐ電極が形成されていない箇所は、電気的にバリアが発生することになり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、可飽和吸収領域となったり、閾値電圧がばらついたりしてレーザ特性が不安定になってしまうことがある。一方、１０００オングストロームより大きい場合には、この厚みが大きくなるにつれ、ｐ型窒化物半導体層表面への密着力よりも接触部ｐ電極の裂開時に受ける衝撃力が大きくなってくるので、ｐ電極の浮きや剥がれ等を完全に防止することができなくなる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、前記裂開面から１〜５００μｍの範囲にある請求項１から２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子であり、これによって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となる。この主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、裂開面から１μｍより近い場合には、裂開の位置精度がそれほど高くないことと、裂開時の衝撃が主ｐ電極に伝わってしまうことになって裂開異常や浮きや剥がれ等が生じることがあり、５００μｍより遠い場合は、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さが少なくなって、ワイヤーボンディングが困難となる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面が、前記裂開面よりも内側となるように形成された請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、ｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面と前記裂開面との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部が形成された請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開したい光共振面の面積を減らすことができるので、精度良く光共振面を作成できる。また裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができる。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００３５】
図に示すように、本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００３６】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００３７】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６が配置されている。または、ｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を帯状に配置した後、絶縁膜５を成膜し接触部ｐ電極６上の絶縁膜５を帯状に除去してもよい。それからＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を配置する。同様に、ｎ型窒化物半導体層２の上面にはＴｉとＡｕの積層構造からなるｎ電極８が配置されている。
【００３８】
ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面７ａを持つ主ｐ電極７から構成される。
【００３９】
このように、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極６とｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。また、ｐ電極を構成する主ｐ電極７の裂開面Ｓ側の端面７ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００４０】
また、接触部ｐ電極６の厚みは、主ｐ電極７の厚みよりも薄くなるように、主ｐ電極７の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００４１】
このように、裂開面Ｓまで形成された接触部ｐ電極６の厚みを主ｐ電極７の厚みよりも薄くすることによって、裂開時に接触部ｐ電極６が受ける衝撃は、接触部ｐ電極６が主ｐ電極７と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、裂開時に接触部ｐ電極６の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００４２】
一方、主ｐ電極７は裂開時の衝撃の影響を受けることがなく、主ｐ電極７へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極７が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。
【００４３】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態１においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００４５】
（実施の形態２）
図３は本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図４は図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００４６】
本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したものである。
【００４７】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成するようにするとｎ電極８が受ける衝撃が少なくなり、浮きや剥がれが生じにくくなり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれが原因となる電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがない。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られるようになる。
【００４８】
ｎ電極は裂開面Ｓより内側に形成すると、電流が流れ込む面積が減少して抵抗が高くなりがちなのであるが、ｎ電極８は、ｐ電極よりも比較的面積が大きいため、裂開面Ｓより内側に形成しても、閾値が上昇したり、不安定になったりする影響は少なく、むしろｎ電極８の浮きや剥がれが少ないことによる高信頼性の窒化物半導体レーザ素子が得られることになる。
【００４９】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図６は図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５０】
本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したのち、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成する。
【００５１】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成し、さらに裂開面Ｓとｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａとの間に、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成してから裂開するようにすると裂開時の衝撃の影響を全く受けなくなるため、ｎ電極８は浮いたり剥がれたりすることが全くなくなり、電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られる。
【００５２】
（実施の形態４）
図７は本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図８は図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図である。
【００５３】
本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｐ電極は、ｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面Ｓよりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されている。
【００５４】
このように、ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極７とからｐ電極を構成することにより、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極６がこの絶縁膜５によって押さえ込まれることになり、接触部ｐ電極６が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができるようになる。すなわち、電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。これによって、室温のみならず８０℃を超えるような高温動作環境にあってもしきい値の温度変化量を一定範囲内に収めることができ、光ディスクなど種々の情報機器用の光源として十分な信頼性を確保することができる。
【００５５】
（実施の形態５）
図９は本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１０は図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５６】
図に示すように、本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００５７】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００５８】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００５９】
すなわち、ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む薄膜部ｐ電極１０ｂと、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面１０ａを持つ厚膜部ｐ電極１０から構成される。
【００６０】
このように、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極１０ｂとｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。一方、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極１０の裂開面Ｓ側の端面１０ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００６１】
また、薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みは、厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くなるように、厚膜部ｐ電極１０の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００６２】
このように、裂開面Ｓまで形成された薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みを厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くすることによって、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしないときに比べて少なくなり、ｐ型窒化物半導体層４との接触面積が同じでありながら、裂開時に受ける衝撃をより小さな体積で受けることができるので、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０は真空中で成膜された後、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良いため裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂが受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極１０に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができる。
【００６３】
したがって、裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂの端部が変形してｐ型窒化物半導体層４側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００６４】
また厚膜部ｐ電極１０は、ｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極１０が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。また接触式で外部からｐ電極にコンタクトをとる場合でも、厚膜部ｐ電極１０はそれに必要な面積を取ることが可能である。また更に薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０はもともと一体であるので相互の電気的接触は格段に良好である。
【００６５】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態５においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００６７】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００６８】
本実施例は、有機金属気相成長法を用いて成長した窒化ガリウム系半導体層により作製される窒化物半導体レーザ素子を示すものである。
【００６９】
（実施例１）
本実施例を図１および図２を参照しながら説明する。
【００７０】
まず、基板表面がＣ面であって表面を鏡面に仕上げたサファイア等の基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガスを流しながら基板１を加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物の汚れや水分を取り除くクリーニングを行う。
【００７１】
次に、基板１の表面温度を６００℃まで降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リットル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮからなるバッファ層であるｎ型窒化物半導体層２を２５ｎｍの厚さとなるように成長させる。その後、ＴＭＡのキャリアガスの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ4（モノシラン）ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のｎ型層を２μｍの厚さで成長させる。このとき、第１のｎ型層のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ-3とする。
【００７２】
第１のｎ型層の成長後、引き続いて主キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのままの流量で流しながら、ＳｉＨ4ガスの流量のみを５０ｃｃ／分に変更して６分間流して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第２のｎ型層を０．２μｍの厚さで成長させる。このとき、第２のｎ型層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ-3とする。
【００７３】
第１のｎ型層と第２のｎ型層でｎ型窒化物半導体層２が形成される。
【００７４】
ｎ型窒化物半導体層２を成長形成後、ＴＭＧ用のキャリアガスとＳｉＨ4ガスを止め、基板１の表面温度を７５０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と記す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流しながら３０秒間成長させて、ノンドープのＩｎＧａＮからなる活性層３を６ｎｍの厚さで成長させる。
【００７５】
さらに、活性層３の成膜後、ＴＭＩ用のキャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板１の表面温度を１０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９４リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＡ用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ2Ｍｇ」と記す）用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で流しながら４分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなる第１のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７６】
引き続き、ＴＭＡ用のキャリアガスのみを止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ2Ｍｇ用のキャリアガスを１００ｃｃ／分で流しながら３分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮからなる第２のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７７】
この第１のｐ型層と第２のｐ型層でｐ型窒化物半導体層４が形成される。
【００７８】
そして、ｐ型窒化物半導体層４成長後には、原料ガスであるＴＭＧ用のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウエハを反応管から取り出す。
【００７９】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる量子井戸構造を含む積層構造に対して、その表面上にＳｉＯ2膜からなる絶縁膜５をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。絶縁膜５の成膜条件は、基板温度を３５０℃とし、酸素ガスを４ｃｃ／分、テトラエチルオルソシリケートを１００ｃｃ／分で流しながら、ＲＦパワー２５０Ｗで３０分成膜し、１μｍの厚さのＳｉＯ2膜を形成する。
【００８０】
次に、このように形成したウェハにレーザ構造を形成し、窒化物半導体レーザ素子を作製する。
【００８１】
まず、窒化物半導体層を所望のパターンで形成する方法として、まず除去する部分の絶縁膜５をバッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより除去し、所定の形状のマスクを形成する。その後、化学的異方性のドライエッチングによりｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部を除去し、基板にほぼ平行な平面を露出させる。
【００８２】
それから、活性層３に電流を狭窄して注入するために、ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５を帯状に除去する。絶縁膜５の除去は、所定のストライプ形状のマスクを形成し、バッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより行う。まず、レジストを塗付し、接触部ｐ電極６を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、ＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の接触部ｐ電極６は同時に除去され、所望のパターンの接触部ｐ電極６が残る。それから、再度レジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、所望のパターンの主ｐ電極７が残る。
【００８３】
次に、ｎ電極８を露出させたｎ型窒化物半導体層２上に形成する。このとき、ｎ電極８の厚みは３０００〜５０００オングストロームとなるようにする。ｎ電極８はＴｉとＡｕの積層構造となるように蒸着法で形成する。
【００８４】
この後、基板１の裏面を研磨して５０μｍにまで薄くする。研磨後、窒化物半導体レーザ構造が形成されたウェハをレーザ素子に分割する。
【００８５】
まず、スクライブ装置を用いてｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンのストライプ方向に対して垂直方向に第１の割溝を形成する。第１の割溝は溝幅５μｍ、溝深さ１μｍ程度である。この第１の割溝に沿って、第１の割溝の反対側からブレーキング装置を用いてウェハを圧し割る。このようにして形成した端面をレーザ素子の光共振面とする。第１の割溝は平行方向に６００μｍピッチで形成してレーザ素子の共振器長を６００μｍとする。
【００８６】
次に、ｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンに対して平行な方向に、レーザ素子単体に分割できるように４００μｍピッチでスクライブ装置を用いて第２の割溝を形成する。この割溝に沿って割り溝の反対側からブレーキング装置を用いて圧し割り、窒化物半導体レーザ素子を作製する。これにより６００μｍ×４００μｍサイズの窒化物半導体レーザ素子が作製される。
【００８７】
このとき、接触部ｐ電極６は光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００８８】
（実施例２）
実施例１と同様の手順により、第２実施の形態において説明した図３および図４に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ電極８は光共振面から２０μｍ内側となるように形成する。
【００８９】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極８の浮きはほとんど確認されず、剥離は全くなかった。
【００９０】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８５％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９１】
（実施例３）
実施例１と同様の手順により、第３実施の形態において説明した図５および図６に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ型窒化物半導体層２に設けた割溝形成用切欠部９の深さは１．５〜２．０μｍとなるように形成する。
【００９２】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極の浮きは全く確認されず、剥離も全くなかった。
【００９３】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９４】
（実施例４）
実施例１と同様の手順により、第４実施の形態において説明した図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、接触部ｐ電極６を形成した後は次のように作製する。
【００９５】
まず、接触部ｐ電極６全体を覆うように絶縁膜５を成膜する。それからレジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、接触部ｐ電極６と主ｐ電極７がコンタクトする領域をあけるために、絶縁膜５をフッ酸等のウエットエッチャントでエッチングする。または、ドライエッチングを行ってもよい。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００９６】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９７】
（実施例５）
実施例１と同様の手順により、第５実施の形態において説明した図９および図１０に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、窒化物半導体層をストライプ状にエッチングした後、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから、厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００９８】
このとき、薄膜部ｐ電極１０ｂは光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流８０〜９０ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏することができる。
【０１００】
（１）請求項１記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれを防止することにより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０１】
（２）請求項２記載の発明によって、裂開時にｐ電極が受ける衝撃は接触部ｐ電極に吸収させ、ｐ型窒化物半導体層からの電流は接触部ｐ電極を介して主ｐ電極へと伝わらせることができるようになり、安定した電流によって安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０２】
（３）請求項３記載の発明によって、裂開時に接触部ｐ電極が受ける衝撃は、接触部ｐ電極が主ｐ電極と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、主ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０３】
（４）請求項４記載の発明によって、裂開時にだれが生じることがなくなるため、光共振面からのレーザ発信に悪影響を及ぼすことがなく、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０４】
（５）請求項５記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０５】
（６）請求項６記載の発明によって、絶縁膜の開口部を前記裂開面よりも内側に形成することにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることを更に防止することができる。
【０１０６】
（７）請求項７記載の発明によって、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極の少なくとも一部を絶縁膜で覆って押さえ込むことにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０７】
（８）請求項８記載の発明によって、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０８】
（９）請求項９記載の発明によって、裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０９】
（１０）請求項１０記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、こうすることより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１０】
（１１）請求項１１に記載の発明によって、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃は、薄膜部ｐ電極をエッチングしないときに比べて少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極は相互の物理的密着性は非常に良いため、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができるので、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１１】
（１２）請求項１２に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚みに対して接触面の端部のｐ電極の厚みが薄いことから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。また、厚膜部ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１２】
（１３）請求項１３に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な厚膜部ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図２】図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図３】本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図４】図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図５】本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図６】図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図７】本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図８】図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図
【図９】本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１０】図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図１１】従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１２】図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図
【符号の説明】
１ 基板
２ ｎ型窒化物半導体層
３ 活性層
４ ｐ型窒化物半導体層
５ 絶縁膜
６ 接触部ｐ電極
７ 主ｐ電極
７ａ 端面
８ ｎ電極
８ａ 端面
９ 割溝形成用切欠部
１０ 厚膜部ｐ電極
１０ａ 端面
１０ｂ 薄膜部ｐ電極
Claims (6)
- 基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記ｐ型窒化物半導体層上には電流狭窄用絶縁膜が形成され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記裂開面に臨み前記ｐ型窒化物半導体層の表面の前記電流狭窄用絶縁膜に挟まれた部分に積層された接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極の上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成され、前記接触部ｐ電極の厚みが前記主ｐ電極の厚みより薄く、かつ前記電流狭窄用絶縁膜の厚みより薄いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
- 前記接触部ｐ電極の厚みが、１０〜１０００オングストローム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。
- 前記主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、前記裂開面から１〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 前記裂開面側のｎ電極端面が、前記裂開面よりも内側となるように形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 前記裂開面側のｎ電極端面と前記裂開面との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部が形成されたことを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記ｐ型窒化物半導体層上には電流狭窄用絶縁膜と、接触部ｐ電極と主ｐ電極とからなるｐ電極が積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層にｎ電極が積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
ｐ型窒化物半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程と、
ｐ型窒化物半導体層の表面と前記絶縁膜上にレジストを塗布する工程と、
接触部ｐ電極を成膜する領域にレジストが残らないようにパターンニングする工程と、
前記裂開面に臨む接触部ｐ電極を成膜する領域の前記絶縁膜を除去し、電流狭窄用絶縁膜を形成する工程と、
接触部ｐ電極となる電極材料をパターンニングしたレジストとｐ型窒化物半導体層の表面上に前記電流狭窄用絶縁膜より薄い厚みで成膜した後、レジストを除去することによりレジスト上の電極材料を除去し、接触部ｐ電極を成膜する工程と、
再度レジストを塗布し、前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする工程と、
主ｐ電極となる電極材料をパターンニングしたレジストと前記接触部ｐ電極上に成膜した後、レジストを除去することによりレジスト上の電極材料を除去し、主ｐ電極を成膜する工程と、
を少なくとも順に有す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。
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