JP6140101B2 - 半導体光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体光装置に関する。

従来、半導体レーザ装置等の半導体光装置は、活性層及び複数の半導体層と、当該半導体層に電気的に接続されるｐ型電極及びｎ型電極とをそれぞれ有する。半導体光装置は、ｐ型電極とｎ型電極との間に順方向電圧を印加することで、活性層より光を発する。

ここで、ｐ型電極とｎ型電極との間に逆方向電圧を印加すると、印加する逆方向電圧の大きさがいわゆる降伏電圧以下の場合、半導体光装置の半導体層にはほとんど電流が流れない。

下記特許文献１には、ｎ型窒化物半導体に対してオーミック接続を得るための熱処理を施したｎ電極を用いる、窒化物半導体発光装置が記載されている。

また、特許文献２には、第１の電極と第２の電極との間に素子本体部と逆方向でかつ並列に設けられ、素子本体部とは溝で分離されるダイオード部を備えるＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が記載されている。

特開２００９−１９４２９５号公報 特開２００３−２４３７０１号公報

しかし、静電気放電（以下、ＥＳＤ：Electrostatic Dischargeと呼ぶ。）等により、ｐ型電極とｎ型電極との間に降伏電圧を上回る大きさの逆方向電圧が印加されると、活性層等に、瞬間的に大きな逆方向電流が流れる場合がある。そのような逆方向電流は、活性層等に損傷を与える場合があり、半導体光装置の寿命を著しく短くする場合があった。

そこで、本発明は、ｐ型電極とｎ型電極との間に逆方向電圧が印加される場合であっても、活性層等の損傷が抑制される半導体光装置を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る半導体光装置は、ｐ型電極と、ｎ型電極と、前記ｎ型電極と導電体を介して電気的に接続される放電電極と、前記ｐ型電極と前記ｎ型電極との間に順方向電圧が印加される駆動状態において、順方向電流が流れ、端面より光を出射する活性層と、前記ｐ型電極と前記放電電極との間に電気的に接続される抵抗体と、を備える、半導体光装置であって、前記順方向電圧が印加される場合は、前記ｐ型電極と前記ｎ型電極との間の電気抵抗は、前記抵抗体の電気抵抗より小さく、前記順方向電圧とは反対方向の逆方向電圧が印加される場合に、前記ｐ型電極と前記ｎ型電極との間の電気抵抗は、前記抵抗体の電気抵抗より大きい、ことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の半導体光装置であって、前記活性層の上に積層されるｐ型半導体層をさらに備え、前記ｐ型半導体層の上面に、前記ｐ型電極及び前記放電電極が互いに離間して配置され、前記抵抗体は、前記ｐ型半導体層である、ことを特徴とする。

（３）上記（２）に記載の半導体光装置であって、基板と、前記基板上に積層され、前記活性層の下側に配置されるｎ型半導体層と、をさらに備え、前記ｐ型半導体層は、前記活性層に形成される光導波路の上側に形成されるリッジ部を有し、前記ｐ型電極は、前記リッジ部の上面に形成される部分を含み、前記放電電極は、前記リッジ部の第１の側方に配置され、前記ｎ型電極は、前記リッジ部の前記第１の側方であって、前記ｎ型半導体層のうち、前記活性層及び前記ｐ型半導体層が形成されない領域に形成されるパッド部分を含む、ことを特徴とする。

（４）上記（３）に記載の半導体光装置であって、前記放電電極の形状は、前記リッジ部側に、前記リッジ部の延伸方向に並行して延伸する第１の辺を有し、平面視において、前記第１の辺の長さは、前記リッジ部の延伸方向の長さより短い、ことを特徴とする。

（５）上記（４）に記載の半導体光装置であって、前記放電電極の形状は、前記第１の辺を外縁に含む矩形状である、ことを特徴とする。

（６）上記（４）又は（５）のいずれかに記載の半導体光装置であって、前記パッド部分の形状は、前記リッジ部側に、前記リッジ部の延伸方向に並行して延伸する第２の辺を有し、平面視において、前記第１の辺の長さは、前記第２の辺の長さより短い、ことを特徴とする。

（７）上記（２）乃至（６）のいずれかに記載の半導体光装置であって、前記ｐ型半導体層は、前記第１の側方に形成されるバンク部を有し、前記放電電極は、前記バンク部の上面に形成される、ことを特徴とする。

（８）上記（７）に記載の半導体光装置であって、前記バンク部は、前記活性層の端面から離間して形成される、ことを特徴とする。

（９）上記（２）乃至（８）のいずれかに記載の半導体光装置であって、前記放電電極と、前記活性層の端面との間に、少なくとも前記活性層の下面にまで達する、溝が形成される、ことを特徴とする。

（１０）上記（３）乃至（９）のいずれかに記載の半導体光装置であって、前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体により形成される、ことを特徴とする。

本発明により、ｐ型電極とｎ型電極との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層等の損傷が抑制される半導体光装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子における電流経路を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の上面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子における電流経路を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置の上面図である。 本発明の第８の実施形態に係る発光ダイオード素子の上面図である。 本発明の第８の実施形態に係る発光ダイオード素子の断面図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００の上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１、サブマウント５０、ｐ型リード５２、ｎ型リード５４、ワイヤ６０、ワイヤ６２、及びワイヤ６４を備えており、半導体レーザ素子１はサブマウント５０に搭載されている。半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。

本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、ｐ型電極４及びｎ型電極６を備えている。ｐ型電極４は、半導体レーザ素子１のｐ型レーザ電極１０、ｐ型リード５２、及びワイヤ６０を含んでいる。また、ｎ型電極６は、半導体レーザ素子１のｎ型レーザ電極１２、ｎ型リード５４、及びワイヤ６２を含んでいる。本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、リッジ型半導体レーザ素子であり、基板の上表面（一方の表面）にｐ型レーザ電極１０及びｎ型レーザ電極１２がともに形成される。

ｐ型リード５２及びｎ型リード５４は、例えば金属等の導電体で形成し、外部電源に接続する。ｐ型リード５２は、導電体であるワイヤ６０によりｐ型レーザ電極１０と電気的に接続される。また、ｎ型リード５４は、導電体であるワイヤ６２によりｎ型レーザ電極１２と電気的に接続される。

半導体レーザ素子１の放電電極１４は、導電体であるワイヤ６４を介してｎ型リード５４と電気的に接続される。よって、放電電極１４は、導電体を介してｎ型電極６と電気的に接続されており、半導体レーザ素子１の放電電極１４は、ｎ型電極６と導電体を介して電気的に接続するために設けられる。

本発明に係る半導体光装置の主な特徴は、ｐ型電極４と、ｎ型電極６と、ｎ型電極６と導電体を介して電気的に接続される放電電極１４と、ｐ型電極４と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体と、を備え、順方向電圧が印加される場合は、ｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体の電気抵抗より小さく、逆方向電圧が印加される場合に、ｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体の電気抵抗より大きいことにある。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、半導体光装置の一つであり、本実施形態において、後述する通り、抵抗体はｐ型半導体層である。

本明細書において抵抗体とは、印加される電圧と抵抗体を流れる電流とが比例する関係を有するか、又は印加される電圧と抵抗体を流れる電流とが非線形な関係を有する電気抵抗体をいい、印加する電圧の極性によって電気抵抗が変化しないものをいうこととする。例えば、整流機能を有するダイオード等は、本明細書における抵抗体に含まれないものとする。抵抗体は、半導体により形成されてよいが、半導体のｐｎ接合又はｐｉｎ接合等は含まないこととする。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１の上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０と、ｎ型レーザ電極１２との間に電圧を印加することにより、レーザ発振を行う。帯状のリッジ部２０は、上部に位置する半導体層のうち、光導波路の上方に形成される。また、矩形状のバンク部２２は、上部に位置する半導体層のうち、リッジ部２０の第１の側方（図の左側）に、リッジ部２０と離間して形成される。ここで、リッジ部２０の第２の側方（図の右側）は、リッジ部２０やバンク部２２よりも一段低い平坦部となっている。リッジ部２０の第１の側方には、ｎ型レーザ電極１２が形成される。ｎ型レーザ電極１２は、リッジ部２０の第２の側方に拡がる平坦部よりも、さらに一段低い平坦部に形成される。

図３乃至図５は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線、及びＶ−Ｖ線における断面を矢印の方向から平面視した様子をそれぞれ示している。以下に、図２乃至図５を用いて、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の構造、及び本発明の特徴について説明する。

図３に示す通り、本実施形態に係る半導体レーザ素子１には、ＧａＮ基板３０の上に、ｎ型バッファ層３１、ｎ型クラッド層３２、ｎ型ガイド層３３、活性層３４、電子ブロック層３５、ｐ型クラッド層３６、及びｐ型コンタクト層３８が順に積層される半導体多層（半導体層）が形成される。半導体多層の上表面に、所定の形状にパッシベーション膜３７が形成されている。なお、所定の形状は、リッジ部２０の上面となる領域（の少なくとも一部）及びバンク部２２の上面となる領域（の少なくとも一部）を含んでいない。

電子ブロック層３５、ｐ型クラッド層３６、及びｐ型コンタクト層３８は、ｐ型半導体層である。ｐ型半導体層は、活性層３４の上に積層される。また、ｎ型バッファ層３１、ｎ型クラッド層３２、及びｎ型ガイド層３３は、ｎ型半導体層である。ｎ型半導体層は、ＧａＮ基板３０上に積層され、活性層３４の下側に配置される。本実施形態に係る半導体レーザ素子１のｐ型半導体層及びｎ型半導体層は、窒化物半導体により形成される。

リッジ部２０の上面を覆うように、ｐ型レーザ電極１０が形成される。ｐ型レーザ電極１０は、第１のｐ型レーザ電極１０ａと第２のｐ型レーザ電極１０ｂとを含んでいる。リッジ部２０の最上層はｐ型コンタクト層３８であり、リッジ部２０の上面の上には第１のｐ型レーザ電極１０ａが形成され、第１のｐ型レーザ電極１０ａ（ｐ型レーザ電極１０）はリッジ部２０の上面と電気的に接続される。第１のｐ型レーザ電極１０ａはリッジ部２０の上面の両側へ広がっており、リッジ部２０の両側面、さらに第１の側方及び第２の側方に広がって形成され、バンク部２２の側面及び上面の一部にも形成される。第１のｐ型レーザ電極１０ａの上には、第２のｐ型レーザ電極１０ｂが形成される。第２のｐ型レーザ電極１０ｂは、リッジ部２０の第１の側方については第１のｐ型レーザ電極１０ａの端部まで延伸し、リッジ部２０の第２の側方については第１のｐ型レーザ電極１０ａの端部を越えてさらに半導体レーザ素子１の端面付近まで延伸し、ワイヤ６０をボンディングするためのパッド部分を形成する。

バンク部２２の最上層はｐ型コンタクト層３８であり、バンク部２２の上面の上に、ｐ型レーザ電極１０と離間して、放電電極１４が形成される。放電電極１４は、第１の放電電極１４ａと第２の放電電極１４ｂとを含む２層構造となっている。すなわち、バンク部２２の上面の上に、第１の放電電極１４ａが形成され、第１の放電電極１４ａの上には、第２の放電電極１４ｂが形成される。なお、本実施形態では、ｐ型レーザ電極１０、及び放電電極１４を複数層からなるものとしたが、単層で形成することとしてもよい。

前述の通り、バンク部２２の上面にはパッシベーション膜３７は形成されず、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４とは、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８により電気的に接続される。ここで、ｐ型コンタクト層３８は、ｐ型半導体で形成され、抵抗体とみなせる。すなわち、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間には、抵抗体が電気的に接続されている。

図４には、ｐ型レーザ電極１０と、ｎ型レーザ電極１２との位置関係が示されている。前述の半導体多層は、ｎ型レーザ電極１２となる領域において、ｎ型バッファ層３１の途中まで除去されており、ｎ型レーザ電極１２は、ｎ型バッファ層３１の上面に形成される。本実施形態に係る半導体レーザ素子１を含む半導体レーザ装置１００の駆動状態では、ｐ型電極４とｎ型電極６とに順方向電圧が印加され、ｐ型電極４（ｐ型レーザ電極１０）から活性層３４にホールが供給され、ｎ型電極６（ｎ型レーザ電極１２）から活性層３４に電子が供給されることとなる。

図５には、主な３つの電流経路が矢印Ａ、矢印Ｂ、及び両矢印Ｃを用いて示されている。矢印Ａは、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に順方向電圧が印加される場合に活性層３４（の光導波路となる部分）を通って流れる、順方向電流の経路を表すものである。すなわち、矢印Ａは、半導体レーザ装置１００の通常の駆動状態における電流経路である。矢印Ａが示す向きは電流の向きを示しており、すなわち、電子の流れとは逆向き、ホールの流れと同じ向きである。駆動状態において、ｐ型レーザ電極１０は高電位に保たれ、ｐ型半導体層から活性層３４にホールが供給される。また、ｎ型レーザ電極１２は低電位に保たれ、ｎ型半導体層から活性層３４に電子が供給される。活性層３４において、電子とホールの再結合が起こり、光が発生する。本実施形態に係る半導体レーザ素子１では、活性層３４で発生した光を活性層３４の両端面に形成した反射膜により反射させ、リッジ部２０下方の光導波路を往復させつつ増幅して、レーザ発振を行う。

矢印Ｂは、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に、逆方向電圧を印加した場合に活性層３４（の光導波路となる部分）を通って流れる、逆方向電流の経路を表すものである。逆方向電圧を印加した場合、逆方向電圧が降伏電圧より小さい電圧であれば、ごく僅かしか逆方向電流は流れない。しかし、逆方向電圧が降伏電圧より大きな電圧であれば、飛躍的に大きな逆方向電流が流れ、活性層３４等に損傷が起き得る。逆方向電圧の印加は、通常の駆動状態において意図して行われることはないが、ＥＳＤ等により意図せずに印加される場合がある。本実施形態のように半導体レーザ素子１の半導体層を窒化物半導体で形成する場合、ＩｎＰやＧａＡｓで半導体層を形成する場合と比較して降伏電圧が低くなる傾向にあるため、ＥＳＤ等による逆方向電圧に対する耐久性がより求められる。

矢印Ｃは、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に順方向電圧が印加される場合に抵抗体（ｐ型半導体層）を通って流れる順方向電流の経路と、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加される場合に抵抗体を通って流れる逆方向電流の経路の両方を表す両矢印である。順方向電圧を印加する場合、ｐ型レーザ電極１０のうちバンク部２２の上面に形成される部分から、放電電極１４に向かってホールが流れることにより、順方向電流が流れる。ここで、ホールは、主としてバンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８を流れ、部分的にｐ型クラッド層３６を流れる。また、逆方向電圧を印加する場合、放電電極１４から、ｐ型レーザ電極１０のうちバンク部２２の上面に形成される部分に向かってホールが流れることにより、逆方向電流が流れる。

本実施形態では、ｐ型クラッド層３６及びｐ型コンタクト層３８をＭｇが添加されるＡｌＧａＮで形成するため、例えばＩｎＰでｐ型クラッド層を形成しＩｎＧａＡｓでｐ型コンタクト層を形成する場合と比較して、両層の電気抵抗は大きい。そのため、ｐ型レーザ電極１０のうちバンク部２２の上面に形成される部分と、放電電極１４との間は、抵抗体（ｐ型半導体層）で電気的に接続された状態となっている。ここで、当該抵抗体の電気抵抗の値は、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の距離、ｐ型レーザ電極１０のバンク部２２に形成される部分の面積（ｐ型半導体層との接触面積）、放電電極１４（のバンク部２２に形成される部分）の面積（ｐ型半導体層との接触面積）、バンク部２２におけるｐ型半導体層の厚み（ｐ型コンタクト層３８の厚さ及びｐ型クラッド層３６の厚さ）、等を調整することで設計する。

ｐ型電極４と放電電極１４とは、ｐ型半導体層という抵抗体を介して電気的に接続され、放電電極１４とｎ型電極６とは、ワイヤ６４という導電体を介して電気的に接続される。よって、ｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気的接続は、活性層３４を介する経路とは別に、抵抗体を介する経路でも行われる。

本実施形態では、図２に示すように、放電電極１４の形状は、リッジ部２０側に、リッジ部２０の延伸方向に並行して延伸する第１の辺Ｅ１を有する。また、放電電極１４の形状は、第１の辺Ｅ１を外縁に含む矩形状である。第１の辺Ｅ１の長さＬ１は、平面視において、リッジ部２０の延伸方向の長さＬ０より短い。そのため、ｐ型レーザ電極１０から流入する電流は、放電電極１４に至るまでに狭窄され、第１の辺Ｅ１の長さＬ１をリッジ部２０の延伸方向の長さＬ０と同程度とする場合に比べて、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗は上昇する。

なお、放電電極１４の形状は矩形状に限られない。その場合であっても、放電電極１４の辺のうちリッジ部２０の延伸方向に並行して延伸する辺の長さが、リッジ部２０の延伸方向の長さＬ０より短いことが望ましい。もっとも、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗として所望の値を得ることができるのであれば、放電電極１４の形状はどのようなものであってもよい。本実施形態では、電気抵抗の調整を容易とするため、放電電極１４の形状を矩形状とし、第１の辺Ｅ１の長さＬ１を、電気抵抗を調整するためのパラメータの１つとしている。またここで言う矩形状とは放電電極１４全体の大まかな形状を示し、例えば角部を応力低減のために少し丸めた形状のものも含むとする。さらに、放電電極１４へのワイヤボンディグ性を考慮し、その面積は５０〜２００μｍ^２が望ましい。

ｎ型レーザ電極１２の形状は、リッジ部２０側に、リッジ部２０の延伸方向に並行して延伸する第２の辺Ｅ２を有する。また、ｎ型レーザ電極１２の形状は、第２の辺Ｅ２を外縁に含む矩形状である。第１の辺Ｅ１と第２の辺Ｅ２の長さを平面視において比較すると、第１の辺Ｅ１の長さＬ１は、第２の辺Ｅ２の長さＬ２より短い。そのため、ｐ型レーザ電極１０から流入する電流は、放電電極１４に至るまでに狭窄され、第１の辺Ｅ１の長さＬ１を第２の辺Ｅ２の長さＬ２と同程度とする場合に比べて、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗は上昇する。

なお、ｎ型レーザ電極１２の形状が矩形状に限られない点は、放電電極１４の形状と同様である。また、上述のように、第１の辺Ｅ１の長さＬ１は、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗として所望の値を得るように調整されるのであって、必ずしも第２の辺Ｅ２の長さＬ２より短くなければならないわけではない。例えば、第１の辺Ｅ１の長さＬ１を、半導体レーザ素子１の幅（リッジ部２０と直交する方向についての半導体レーザ素子１の長さ）より短くすることとしてもよい。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０と、放電電極１４との間の電気抵抗を調整して形成する結果、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗より小さい。ここで、ｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、放電電極１４とｎ型電極６との接続を断った場合における電気抵抗を意味する。また、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗とは、放電電極１４とｎ型電極６との接続を断った場合のｐ型電極４と放電電極１４との間の電気抵抗であり、矢印Ｃで表される電流経路における、実質的な電気抵抗を意味する。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１では、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層（ｐ型半導体層のうち、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電流経路となる部分）の電気抵抗より小さいため、通常の駆動状態において、電流は主として矢印Ａの経路で流れる。もっとも、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗の値によっては、矢印Ｃの経路で電流が流れることとなる。本実施形態では、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗が、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗の約６千倍となるよう設計している。そのため、通常の駆動状態において、矢印Ｃで表される経路に流れる電流はほとんどなく、矢印Ａで表される経路に大部分の電流が流れ、高効率な発光が実現される。

一方、本実施形態において、逆方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗より大きい。そのため、ＥＳＤ等により逆方向電圧が印加された場合には、電流は主として矢印Ｃの経路で流れる。本実施形態では、逆方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗の約２万倍である。すなわち、逆方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗の約３．３倍である。そのため、ＥＳＤ等により逆方向電圧が印加された場合であっても、矢印Ｂで表される経路に流れる電流はほとんどなく、矢印Ｃで表される経路に大部分の電流が流れる。よって、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４に流れる電流はほとんどなく、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制される。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１の半導体層は窒化物半導体で形成されており、降伏電圧が比較的低く、本発明には最適であるが、窒化物半導体を用いる半導体レーザ素子１に限定されないことは言うまでもない。他の半導体材料、例えば、ＩｎＰ又はＧａＡｓで半導体層を形成する場合であっても、本発明を適用することが出来る。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１の構成は、以下に説明するように、一般的な製造工程により得られるものである。一方で、例えば、引用文献２に記載の発明では、熱処理を行うことで電極と半導体層の接続を変質させるといった特殊な工程を要する。本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、製造において特殊な工程を要する構成を有しないため、製品間のばらつきなく、安定的に、ＥＳＤ等による活性層３４等の損傷が抑止されるという効果を奏することができる。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１では、ｐ型半導体層を抵抗体として用いるため、抵抗体となる新たな層を形成する必要がない。また、引用文献２に記載の発明のように、素子上にダイオードを形成する必要がないため、本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、比較的簡単な工程により製造することができる。

なお、順方向電圧が印加される場合に、順方向電流はリッジ部２０のみに流れるのではなく、順方向電流の一部が、バンク部２２を経由してバンク部２２の下方に流れ、バンク部２２下方の活性層３４に僅かに流れ得る。その場合、バンク部２２下方（放電電極１４下方）の活性層３４が発光し得る。そのような発光が半導体レーザ装置１００の光学特性に影響することを抑制するために、バンク部２２（放電電極１４）を活性層３４の端面から離間して内側に形成するのが望ましい。バンク部２２を半導体レーザ素子１の端面から離間させて内側に配置することにより、放電電極１４下方に位置する活性層３４端面における発光強度が弱まり、半導体レーザ装置１００の光学特性が安定する。また、放電電極１４と、半導体レーザ素子１の端面（活性層３４の端面）との間に、少なくとも活性層３４の下面にまで達する溝を形成することとしてもよい。当該溝を形成することにより、放電電極１４下方に位置する活性層３４で発生する光が半導体レーザ素子１の端面より出射することがさらに抑止され、半導体レーザ装置１００の光学特性がさらに安定する。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、以下の工程により形成する。なお、以下の工程は１枚のウェハ上で行い、複数の半導体レーザ素子１を１枚のウェハ上に形成することとしてよい。すなわち、第１の工程では、ＧａＮ基板３０上に、Ｓｉが添加（ドープ）されるＧａＮからなるｎ型バッファ層３１、Ｓｉが添加されるＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３２、Ｓｉが添加されるＧａＮからなるｎ型ガイド層３３、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造からなる活性層３４、Ｍｇが添加されるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比＝１０％）からなる電子ブロック層３５、Ｍｇが添加されるＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比＝４％）からなるｐ型クラッド層３６、及びＭｇが高濃度に添加されるＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層３８を、有機金属気相成長法を用いて順次成長させる。

第２の工程では、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてｐ型コンタクト層３８の上部にＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）膜等を堆積した後、ＰＳＧ膜の上部に形成したフォトレジスト膜をマスクにしたエッチングでＰＳＧ膜をリッジ部２２となる領域（ストライプ状の領域）にパターニングする。また、リッジ部２０の第１の側方に、リッジ部２０を形成するためのストライプ状のパターニングと離間して、矩形状のバンク部２２を形成するためのＰＳＧ膜をバンク部２２となる領域にパターニングする。

第３の工程では、パターニングされたＰＳＧ膜をマスクに用いて、ＧａＮ基板３０の上面に成長させた半導体多層を、ｐ型クラッド層３６の途中まで、具体的にはｐ型クラッド層３６を３０〜４０ｎｍ程度残す深さまでエッチングする。ここで、ｐ型コンタクト層３８やｐ型クラッド層３６はＭｇが添加されるＡｌＧａＮによって形成されており、Ｍｇが添加されるＡｌＧａＮをドライエッチングするには、例えば塩素系のガスを使用する。ドライエッチングにより、ｐ型コンタクト層３８を頂上部とする共振器幅７μｍ程度の、凸状のリッジ部２０を形成するとともに、リッジ部２０と離間した位置にバンク部２２を形成する。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１のｐ型半導体層は、活性層３４に形成される光導波路の上側に形成されるリッジ部２０を有する。光導波路は、ｎ型クラッド層３２及びｎ型ガイド層３３と、電子ブロック層３５及びｐ型クラッド層３６とに囲まれる領域であり、図２の紙面に垂直な方向に延伸する。光導波路は、活性層３４を含んで形成され、活性層３４で発生した光を増幅する共振器の一部となる。

第４の工程では、例えばＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ法で、厚さ１６０ｎｍ程度のＳｉＮ等によりパッシベーション膜３７を保護膜として全面に形成する。

第５の工程では、リッジ部２０の上面及びバンク部２２の上面以外にフォトレジスト膜を形成し、そのレジストをマスクとしてフッ酸系のエッチング液でリッジ部２０の上面に形成されたＰＳＧ膜を除去する。第４の工程を経たリッジ部２０及びバンク部２２は、頂上部にＰＳＧ膜とパッシベーション膜３７とが積層されているが、このエッチングにより、リッジ部２０及びバンク部２２の上面に形成されたＰＳＧ膜及びパッシベーション膜３７は除去されて、リッジ部２０及びバンク部２２の上面が露出する。

第６の工程では、例えばＰｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着し、リフトオフ法でパターニングして、リッジ部２０の上面、リッジ部２０の側面、及びリッジ部２０の第１の側方及び第２の側方に第１のｐ型レーザ電極１０ａを形成する。同時に、バンク部２２の上面に、第１のｐ型レーザ電極１０ａと離間して、第１の放電電極１４ａを形成する。さらに、第１のｐ型レーザ電極１０ａの上面、及びリッジ部２０の第２の側方に、例えばＭｏ／Ａｕをこの順に蒸着し、リフトオフ法でパターニングして第２のｐ型レーザ電極１０ｂを形成する。同時に、第１の放電電極１４ａの上面に第２の放電電極１４ｂを形成する。

本実施形態に係る半導体レーザ素子１のｐ型半導体層は、リッジ部２０の第１の側方に形成されるバンク部２２を有する。バンク部２２は、リッジ部２０の第１の側方にのみ形成され、リッジ部２０の延伸方向についての長さが、リッジ部２０よりも短いことを特徴とする。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の放電電極１４は、バンク部２２の上面に形成される。より具体的には、放電電極１４は、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８の上面に形成される。バンク部２２は、活性層３４の端面を含む劈開面から離間して形成する。

ｐ型レーザ電極１０は、リッジ部２０の上面に形成される部分を含み、リッジ部２０の上面に形成される部分から連続して、バンク部２２の上面の一部に形成する。本実施形態において、ｐ型レーザ電極１０は、リッジ部２０の上面（リッジ部２０の最上層であるｐ型コンタクト層３８の上面）と、リッジ部２０の側面と、リッジ部２０の第１の側方及び第２の側方に配置されるパッシベーション膜３７の上面と、バンク部２２のリッジ部２０側の側面と、バンク部２２の上面の一部（バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８の上面の一部）と、に形成する。

ｐ型レーザ電極１０の一部は、バンク部２２の上面に、放電電極１４と離間して形成する。ｐ型レーザ電極１０のうちバンク部２２の上面に形成される部分と、放電電極１４とをどの程度離間させるかについては、放電電極１４とｐ型レーザ電極１０との間の電気抵抗をどのような値とするかに応じて設計することとなる。

第７の工程では、パッシベーション膜３７の上面の一部の領域を除いて、半導体レーザ素子１の上面にフォトレジスト膜を形成してマスクとし、ドライエッチング又はイオンミリングを行って、フォトレジスト膜を形成しない領域の半導体多層を、ｎ型バッファ層３１の途中まで除去し、ｎ型バッファ層３１を露出させる。本実施形態では、リッジ部２０の第１の側方であって、平面視においてバンク部２２と離間した領域に、フォトレジスト膜を形成せず、かかる領域の半導体多層を除去している。

第８の工程では、ｎ型バッファ層３１の上面を露出した領域に例えばＮｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着し、リフトオフ法でパターニングしてｎ型レーザ電極１２を形成する。ｎ型レーザ電極１２は、第７の工程において半導体多層が除去されて、露出されたｎ型バッファ層３１の上面に形成される。すなわち、ｎ型レーザ電極１２が形成される領域は、平面視して、リッジ部２０の第１の側方であって、ｎ型半導体層のうち、活性層３４及びｐ型半導体層が形成されない領域である。

第９の工程では、基板厚が８０μｍ程度になるように、ＧａＮ基板３０を裏面（リッジ部２０等が形成される側とは反対側の面）側から切削加工し、ＧａＮ基板３０の裏面に例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着し、ダイボンディングパッド４０を形成する。ダイボンディングパッド４０形成後、電気的特性安定化のため、例えば５００℃、１０分のアニール処理を行なう。

第１０の工程では、完成したウェハを矩形に整形し、リッジ部２０の延伸方向と直交する方向に、劈開用のキズを入れ、バー状に劈開する。バーの幅、すなわち共振器長は、例えば８００μｍとする。

第１１の工程では、第１０の工程で作成したバーの劈開面の内、レーザ出射側の端面に反射率４％程度の低反射膜を形成し、出射側と反対の端面に反射率９５％程度の高反射膜を形成する。

第１２の工程では、リッジ部２０の延伸方向と並行する方向に、チップ分割用のキズを入れ、チップ分割することで半導体レーザ素子１を得る。

本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１のダイボンディングパッド４０をサブマウント５０に半田付けし、ｐ型レーザ電極１０とｐ型リード５２とをワイヤ６０でワイヤボンディングし、ｎ型レーザ電極１２とｎ型リード５４とをワイヤ６２でワイヤボンディングし、放電電極１４とｎ型リード５４とをワイヤ６４でワイヤボンディングすることにより得られる。

図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００の断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００では、半導体レーザ素子１のダイボンディングパッド４０と、サブマウント５０とが、ダイボンディングソルダ４２により半田付けされる。ここで、ダイボンディングソルダ４２は、例えばＡｕＳｎである。また、サブマウント５０は、例えばＡｌＮで形成する。

図７は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体レーザ装置１００の断面図である。変形例では、ｐ型パターン５３及びｎ型パターン５５がサブマウント５０上にパターニングされ、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４の上面に、それぞれｐ型メッキパターン７０、ｎ型メッキパターン７２、及び放電電極メッキパターン（図示せず）が形成される。ｐ型メッキパターン７０、ｎ型メッキパターン７２、及び放電電極メッキパターンは、それぞれの電極上に開口を有するようにフォトレジスト膜を形成し、例えば亜硫酸系Ａｕメッキ液に浸漬し通電することで、Ａｕメッキパターンとして形成する。そして、ｐ型メッキパターン７０をサブマウント５０のｐ型パターン５３に半田付けし、ｎ型メッキパターン７２及び放電電極メッキパターンを、ｎ型パターン５５に半田付けする。ここで、ｐ型メッキパターン７０、ｎ型メッキパターン７２、及び放電電極メッキパターンの高さは、リッジ部２０の高さより高いことが望ましい。リッジ部２０がサブマウント５０に接触して損傷することを避けるためである。また、ｐ型メッキパターン７０、ｎ型メッキパターン７２、及び放電電極メッキパターンの高さは、それぞれ同程度であることが望ましい。半導体レーザ素子１を、サブマウント５０に水平にマウントするためである。

第１の実施形態の変形例において、ｐ型電極４は、ｐ型レーザ電極１０と、ｐ型メッキパターン７０と、ｐ型パターン５３とを含む。また、ｎ型電極６は、ｎ型レーザ電極１２と、ｎ型メッキパターン７２と、ｎ型パターン５５とを含む。放電電極１４は、導電体である放電電極メッキパターンを介してｎ型電極６と電気的に接続される。放電電極１４とｐ型電極４は、抵抗体であるｐ型半導体層（ｐ型半導体層のうち、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電流経路となる部分）により電気的に接続される。このような構成を採用する場合でも、第１の実施形態の場合と同じく、ＥＳＤ等により、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の損傷が抑制されるという効果を奏する。

なお、変形例の場合、ダイボンディングパッドは不要である。変形例のように配線を行うことで、ワイヤボンディングを排することが可能となり、半導体レーザ装置１００の製造工程が簡単化されるという利点がある。またｐ型レーザ電極１０およびｎ型レーザ電極１２の幅設計にあたってワイヤボンディングに必要となる面積を考慮する必要がなくなり、チップ幅を小さくできる利点がある。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１の上面図である。本実施形態に係る半導体光装置は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置１００である。第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。本実施形態に係る半導体レーザ素子１のバンク部２２は矩形状の主要部分に橋部分が繋がった形状を有し、橋部分によってリッジ部２０と繋がっている。図８では、リッジ部２０とバンク部２２の境界を想像線である二点鎖線で表している。第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０の形状と、バンク部２２の位置及び形状と、放電電極１４の位置及び大きさ以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。

本実施形態では、ｐ型レーザ電極１０がバンク部２２の橋部分の上面に形成され、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４とは、当該橋部分の最上層であるｐ型コンタクト層３８を介して電気的に接続される。ここで、バンク部２２の橋部分の最上層であるｐ型コンタクト層３８は、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。本実施形態において、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗は、主として、バンク部２２の橋部分の幅と、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との離間距離によって調整される。

バンク部２２の橋部分は、リッジ部２０のうち、半導体レーザ素子１の劈開面側に偏って配置することが好ましい。半導体レーザ素子１の光導波路はリッジ部２０の下方にあるため、リッジ部２０の中央に橋部分を形成すると、半導体レーザ素子１の光学特性に影響を及ぼすおそれがあるためである。

第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様に、ｐ型レーザ電極１０とｎ型レーザ電極１２との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制されるという効果を奏する。

第２の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第２の工程において相違する。他の工程については同様である。

本実施形態では、第２の工程において、リッジ部２０の第１の側方に、リッジ部２０となる領域（ストライプ状の領域）のパターニングと連続して、バンク部２２となる領域にＰＳＧ膜をパターニングする。ＰＳＧ膜は、リッジ部２０となる領域に形成されるストライプ状の部分と、バンク部２２の矩形状の部分となる領域に形成される部分と、両者を橋渡しするバンク部２２の橋部分となる領域に形成される部分とからなる。

第３の工程では、ドライエッチングにより、リッジ部２０と、リッジ部２０と橋部分により繋がったバンク部２２とを形成する。第４の工程でパッシベーション膜３７を全面に形成し、第５の工程でリッジ部２０及びバンク部２２の上面以外にフォトレジスト膜を形成し、そのレジストをマスクとしてウェットエッチングにより、リッジ部２０及びバンク部２２の上面に形成されたＰＳＧ膜及びパッシベーション膜３７を除去する。第６の工程では、ｐ型レーザ電極１０を形成するとともに、バンク部２２の上面に矩形状の放電電極１４を形成する。

［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１の上面図である。本実施形態に係る半導体光装置は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置１００である。第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。本実施形態に係る半導体レーザ素子１のバンク部２２は、リッジ部２０と繋がる橋部分のみからなる。図９では、リッジ部２０とバンク部２２の境界を仮想的に二点鎖線で表している。第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０の形状と、バンク部２２の位置及び形状と、放電電極１４の位置及び大きさ以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。

本実施形態では、ｐ型レーザ電極１０が、バンク部２２である橋部分の上面に形成され、放電電極１４と当該橋部分の最上層であるｐ型コンタクト層３８を介して電気的に接続される。ここで、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８は、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。本実施形態において、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗は、主として、バンク部２２である橋部分の幅とｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との離間距離によって調整される。また、放電電極１４のうちバンク部２２に重畳する部分の大きさによっても調整される。バンク部２２は、第２の実施形態の場合と同様に、リッジ部２０のうち、半導体レーザ素子１の劈開面側に偏って配置することが好ましい。

第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様に、ｐ型レーザ電極１０とｎ型レーザ電極１２との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制されるという効果を奏する。

第３の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第２の工程において相違する。他の工程については同様である。

本実施形態では、第２の工程において、リッジ部２０の第１の側方に、リッジ部２０となる領域（ストライプ状の領域）に形成するパターニングと連続して、バンク部２２となる領域にＰＳＧ膜をパターニングする。ＰＳＧ膜は、リッジ部２０となる領域に形成するストライプ状の部分と、バンク部２２となる領域に形成する橋部分とからなる。

第３の工程では、ドライエッチングにより、リッジ部２０と、リッジ部２０と繋がった橋部分であるバンク部２２とを形成する。第４の工程でパッシベーション膜３７を全面に形成し、第５の工程でリッジ部２０及びバンク部２２の上面以外にフォトレジスト膜を形成し、そのレジストをマスクとしてウェットエッチングにより、リッジ部２０及びバンク部２２の上面に形成されたＰＳＧ膜及びパッシベーション膜３７を除去する。第６の工程では、ｐ型レーザ電極１０を形成するとともに、バンク部２２の上面、側面、及びパッシベーション膜３７の上面に放電電極１４を形成する。放電電極１４は、平面視において矩形状であり、バンク部２２と重畳する部分を含み、バンク部２２の周囲に広がって形成される。

［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザ装置１００の上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１、サブマウント５０、ｐ型リード５２、ｎ型リード５４、ワイヤ６０、ワイヤ６２、ワイヤ６４、及びワイヤ６６を備えており、半導体レーザ素子１はサブマウント５０に搭載されている。半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、放電電極１４、及びｐ型補助電極１６を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、ｐ型補助電極１６を有し、バンク部２２の上面以外にも放電電極１４が形成される。本実施形態では、ｐ型電極４は、ｐ型レーザ電極１０、ｐ型補助電極１６、ｐ型リード５２、ワイヤ６０、及びワイヤ６６を含んでいる。また、ｎ型電極６は、ｎ型レーザ電極１２、ｎ型リード５４、及びワイヤ６２を含んでいる。放電電極１４とｎ型電極６とは、導電体であるワイヤ６４を介して電気的に接続されている。第４の実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１と、ワイヤ６６以外の構成について、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００と同様の構成を有する。また、第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０の形状と、バンク部２２の位置及び形状と、放電電極１４の位置及び大きさと、ｐ型補助電極１６の有無以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。

本実施形態では、放電電極１４とｐ型補助電極１６とが、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８を介して電気的に接続される。また、ｐ型補助電極１６は、ｐ型リード５２と、ワイヤ６６を介して電気的に接続される。そのため、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８は、ｐ型電極４と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。

本実施形態において、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との間の電気抵抗は、主として、ｐ型レーザ電極１０及び放電電極１４のうちバンク部２２の上面に形成される部分の幅（バンク部２２の有する辺のうち、リッジ部２０の延伸方向と直交する方向に延伸する辺の長さ）と、ｐ型レーザ電極１０と放電電極１４との離間距離によって調整される。また、放電電極１４及びｐ型補助電極１６のうちバンク部２２の上面に形成される部分の大きさによっても調整される。本実施形態では、放電電極１４及びｐ型補助電極１６の大きさを同程度としたが、いずれか一方を大きく形成することとしてもよい。また、バンク部２２の平面視における形状を矩形状としたが、異なる形状であってもよい。それらの事項は、ｐ型電極４と放電電極１４との間の電気抵抗を所望の値とするために調整することができる。

第４の実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００と同様に、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制されるという効果を奏する。

第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第２の工程において相違する。本実施形態では、第２の工程において、リッジ部２０の第１の側方に、リッジ部２０となる領域（ストライプ状の領域）に形成するパターニングと離間して、バンク部２２となる領域にＰＳＧ膜を矩形状にパターニングする。ＰＳＧ膜は、リッジ部２０となる領域に形成するストライプ状の部分と、バンク部２２となる領域に形成する矩形状の部分とからなる。

第３の工程では、ドライエッチングにより、リッジ部２０と、バンク部２２とを形成する。第４の工程でパッシベーション膜３７を全面に形成し、第５の工程でリッジ部２０及びバンク部２２の上面以外にフォトレジスト膜を形成し、そのレジストをマスクとしてウェットエッチングにより、リッジ部２０及びバンク部２２の上面に形成されたＰＳＧ膜及びパッシベーション膜３７を除去する。第６の工程では、ｐ型レーザ電極１０を形成するとともに、バンク部２２の上面、側面、及びパッシベーション膜３７の上面に放電電極１４を形成し、放電電極１４とは接触させずに、バンク部２２の上面、側面、及びパッシベーション膜３７の上面にｐ型補助電極１６を形成する。放電電極１４は、平面視において矩形状であり、バンク部２２の有する辺のうちリッジ部２０の延伸方向と直交して延伸する１辺を覆い、バンク部２２の周囲に広がって形成される。ｐ型補助電極１６は、平面視において矩形状であり、放電電極１４とは離間して、バンク部２２の有する辺のうちリッジ部２０の延伸方向と直交して延伸する１辺（ｐ型放電電極１６に覆われる辺の対辺）を覆い、バンク部２２の周囲に広がって形成される。

［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る半導体レーザ装置１００の上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１、サブマウント５０、ｐ型リード５２、ｎ型リード５４、ワイヤ６０、及びワイヤ６２を備えており、半導体レーザ素子１はサブマウント５０に搭載されている。半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１以外の構成において、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｎ型レーザ電極１２が突出部を有し、当該突出部の一部は、放電電極１４と重畳して形成される点で、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１の構成と相違する。本実施形態に係る半導体レーザ素子１の構成のうちｎ型レーザ電極１２以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１の構成と同様である。

第５の実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００と同様に、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制されるという効果を奏する。

本実施形態では、放電電極１４とｎ型レーザ電極１２とが、導電体であるｎ型レーザ電極１２自体を介して電気的に接続される。このような構成を採用することで、ワイヤ６４を排することができ、ワイヤボンディングの工程を１つ減らして、半導体レーザ装置１００の製造工程を簡単化することができる。

第５の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第８の工程において相違する。本実施形態では、第８の工程において、放電電極１４と重畳する部分を有するようにｎ型レーザ電極１２を形成する。ｎ型レーザ電極１２は、リッジ部２０の第１の側方であって、ｎ型半導体層のうち、活性層３４及びｐ型半導体層が形成されない領域に形成されるとともに、ｎ型バッファ層３１の側面、ｎ型クラッド層３２の側面、ｎ型ガイド層３３の側面、活性層３４の側面、電子ブロック層３５の側面、ｐ型クラッド層３６の側面、パッシベーション膜３７の側面及び上面、放電電極１４の上面に形成される。

［第６の実施形態］
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１の上面図である。本実施形態に係る半導体光装置は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１を備える半導体レーザ装置１００である。図１２では、本実施形態に係る半導体レーザ素子１を半導体レーザ装置とした場合の構成を想像線である二点鎖線により示し、各電極についての配線関係を示している。本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、放電電極１４、及びｐ型補助電極１６を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。図１２では、各電極の配線関係を示すため、サブマウント５０、ｐ型リード５２、ｎ型リード５４、ワイヤ６０、ワイヤ６２、ワイヤ６４、及びワイヤ６６を仮想的に図示している。第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０の形状と、バンク部２２の位置及び形状と、放電電極１４の位置及び大きさと、ｐ型補助電極１６の有無以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。

本実施形態では、放電電極１４は、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８の上面に形成され、ｐ型補助電極１６は、ｐ型クラッド層３６の上面に形成される。そのため、放電電極１４とｐ型補助電極１６とは、ｐ型コンタクト層３８及びｐ型クラッド層３６を介して電気的に接続される。また、ｐ型補助電極１６は、ｐ型リード５２と、ワイヤ６６を介して電気的に接続される。そのため、ｐ型コンタクト層３８及びｐ型クラッド層３６は、ｐ型電極４と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。

本実施形態において、ｐ型電極４と放電電極１４とのとの間の電気抵抗は、主として、放電電極１４とｐ型補助電極１６との平面視における離間距離によって調整される。また、放電電極１４とｐ型補助電極１６とがそれぞれ有する、互いに向かい合う辺の長さによっても調整される。また、バンク部２２の高さ（第３の工程における、ｐ型クラッド層３６のエッチング深さ）によっても調整される。

第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第２の工程において相違する。本実施形態では、第２の工程において、リッジ部２０の第１の側方に、リッジ部２０となる領域（ストライプ状の領域）に形成するパターニングと離間して、バンク部２２となる領域にＰＳＧ膜を矩形状にパターニングする。ＰＳＧ膜は、リッジ部２０となる領域に形成するストライプ状の部分と、バンク部２２となる領域に形成する矩形状の部分とからなる。

第３の工程では、ドライエッチングにより、リッジ部２０と、バンク部２２とを形成する。第４の工程でｐ型補助電極１６を形成する領域を除いてパッシベーション膜３７を形成し、第５の工程でリッジ部２０及びバンク部２２の上面以外にフォトレジスト膜を形成し、そのレジストをマスクとしてウェットエッチングにより、リッジ部２０及びバンク部２２の上面に形成されたＰＳＧ膜及びパッシベーション膜３７を除去する。第６の工程では、ｐ型レーザ電極１０を形成するとともに、バンク部２２の上面（バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８の上面）に矩形状の放電電極１４を形成し、放電電極１４と離間して、ｐ型クラッド層３６の上面に矩形状のｐ型補助電極１６を形成する。ｐ型補助電極１６は、バンク部２２とも離間して形成する。

図１３は、本発明の第６の実施形態に係る半導体レーザ素子１における電流経路を示す図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線における断面を矢印の方向から平面視した様子を示す図である。図６には、電流経路を示す矢印として、矢印Ａ、矢印Ｂ、及び両矢印Ｄを示している。ここで、矢印Ａ及び矢印Ｂについては、第１の実施形態において説明したものと同じである。

矢印Ｄは、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に順方向電圧が印加される場合に抵抗体（ｐ型半導体層）を通って流れる順方向電流の経路と、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加される場合に抵抗体を通って流れる逆方向電流の経路の両方を表す両矢印である。順方向電圧を印加する場合、ｐ型電極４に導電体を介して電気的に接続されたｐ型補助電極１６と、ｎ型電極６に導電体を介して電気的に接続された放電電極１４との間に順方向電圧が印加されることとなる。そのため、ｐ型補助電極１６から、放電電極１４に向かってホールが流れることにより、順方向電流が流れる。ここで、ホールが流れる主な経路は、ｐ型クラッド層３６と、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８である。また、逆方向電圧を印加する場合におけるホールが流れる主な経路は順方向電圧を印加する場合と同様である。すなわち、放電電極１４から、バンク部２２の最上層であるｐ型コンタクト層３８及びｐ型クラッド層３６を通り、ｐ型補助電極１６に向かってホールが流れることにより、逆方向電流が流れる。

ｐ型補助電極１６と放電電極１４とは、ｐ型半導体層（ｐ型クラッド層３６及びｐ型コンタクト層３８）という抵抗体を介して電気的に接続され、放電電極１４とｎ型電極６とは、ワイヤ６４という導電体を介して電気的に接続される。本実施形態に係る半導体レーザ素子１では、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗より小さいため、通常の駆動状態において、電流は主として矢印Ａの経路で流れる。

一方、本実施形態において、逆方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極４とｎ型電極６との間の電気抵抗は、抵抗体であるｐ型半導体層の電気抵抗より大きい。そのため、ＥＳＤ等により逆方向電圧が印加された場合には、電流は主として矢印Ｄの経路で流れる。そのため、ＥＳＤ等により逆方向電圧が印加された場合であっても、矢印Ｂで表される経路に流れる電流はほとんどなく、矢印Ｄで表される経路に大部分の電流が流れる。よって、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４に流れる電流はほとんどなく、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制される。

［第７の実施形態］
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る半導体レーザ装置１００の上面図である。本実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、本実施形態に係る半導体レーザ素子１、放電電極１４、サブマウント５０、ｐ型リード５２、ｎ型リード５４、シート抵抗５６、ワイヤ６０、ワイヤ６２、ワイヤ６４、及びワイヤ６８を備えており、半導体レーザ素子１はサブマウント５０に搭載されている。半導体レーザ素子１は、基板の表面に、ｐ型レーザ電極１０、及びｎ型レーザ電極１２を備えている。また、本実施形態に係る半導体レーザ素子１の上部に位置する半導体層に、リッジ部２０、及びバンク部２２が形成される。第７の実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子１と、放電電極１４と、シート抵抗５６と、ワイヤ６８以外の構成について、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００と同様の構成を有する。また、第４の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ｐ型レーザ電極１０の形状と、放電電極１４の有無と、バンク部２２の有無以外の構成については、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１と同様の構成を有する。

本実施形態では、放電電極１４はｎ型リード５４の一部として構成される。放電電極１４とｐ型リード５２とは、シート抵抗５６を介して電気的に接続される。より具体的には、放電電極１４とシート抵抗５６は導電体であるワイヤ６４により電気的に接続され、シート抵抗５６とｐ型リード５２は導電体であるワイヤ６８により電気的に接続される。シート抵抗５６は、ｐ型電極４と放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。

本実施形態において、ｐ型電極４と放電電極１４との間の電気抵抗は、シート抵抗５６の厚さや材質によって調整される。本実施形態では、抵抗体としてシート抵抗５６を用いるが、抵抗体はこれに限られず、種々のものを採用することができる。もっとも、抵抗体以外のもの、例えば整流機能を有するダイオード等、をシート抵抗５６の代わりに用いることは意図されていない。

第７の実施形態に係る半導体レーザ装置１００は、第１の実施形態に係る半導体レーザ装置１００と同様に、ｐ型電極４とｎ型電極６との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制されるという効果を奏する。

第７の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１を製造する工程と、第２、第３、及び第６の工程において相違する。本実施形態では、第２の工程において、リッジ部２０となる領域（ストライプ状の領域）に形成するストライプ状のＰＳＧ膜のみをパターニングする。また、第３の工程においてバンク部２２を形成せず、第６の工程で放電電極１４を形成しない。

［第８の実施形態］
図１５は、本発明の第８の実施形態に係る発光ダイオード素子２の上面図である。本実施形態に係る半導体光装置は、本実施形態に係る発光ダイオード素子２を備えている。本実施形態に係る発光ダイオード素子２は、ｐ型ダイオード電極１０ｃ、ｎ型ダイオード電極１２ｃ、及び放電電極１４を含む。本実施形態では、発光ダイオード素子２は、サブマウント５０に搭載され、ｐ型ダイオード電極１０ｃは、ワイヤ６０を介してｐ型リード５２に電気的に接続され、ｎ型ダイオード電極１２ｃは、ワイヤ６２を介してｎ型リード５４に電気的に接続され、放電電極１４は、ワイヤ６４を介してｎ型リード５４に電気的に接続されて、半導体光装置となる。ここで、ｐ型電極４は、ｐ型ダイオード電極１０ｃ、ｐ型リード５２、ワイヤ６０、及びワイヤ６６を含むものである。また、ｎ型電極６は、ｎ型ダイオード電極１２ｃ、ｎ型リード５４、及びワイヤ６２を含む。放電電極１４とｎ型電極６とは、導電体であるワイヤ６４を介して電気的に接続される。本実施形態の半導体光装置の構造は、半導体レーザ素子１を発光ダイオード素子２に置換した以外は、第１の実施形態の半導体レーザ装置１００と同様の構造を有している。本実施形態に係る発光ダイオード素子２のｐ型ダイオード電極１０ｃ、及びｎ型ダイオード電極１２ｃは、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子１のｐ型レーザ電極１０、及びｎ型レーザ電極１２とそれぞれ対応しており、ワイヤ６０、及びワイヤ６２をそれぞれ介して、ｐ型リード５２、及びｎ型リード５４と電気的に接続される。

図１６は、本発明の第８の実施形態に係る発光ダイオード素子２の断面図である。図１６は、図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線における断面を矢印の方向から平面視した様子を示す図である。本実施形態に係る発光ダイオード素子２は、ＧａＮ基板３０の上に、ｎ型バッファ層３１、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、ｐ型クラッド層３６、パッシベーション膜３７、及びｐ型コンタクト層３８を積層することによって形成される。

ｐ型ダイオード電極１０ｃは、ｐ型コンタクト層３８の上面に形成され、放電電極１４は、ｐ型ダイオード電極１０ｃと離間して、ｐ型コンタクト層３８の上面に形成される。また、ｎ型ダイオード電極１２ｃは、ｎ型バッファ層３１の上面に形成される。また、ｎ型ダイオード電極１２ｃと放電電極１４とは、導電体を介して電気的に接続される。ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４とは、主としてｐ型コンタクト層３８により電気的に接続される。ｐ型コンタクト層３８は、ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４との間に電気的に接続される抵抗体となる。

本実施形態では、ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４との間の電気抵抗を、ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４との間の距離、ｎ型ダイオード電極１２ｃとｐ型コンタクト層３８との接触面積、放電電極１４とｐ型コンタクト層３８との接触面積、ｐ型コンタクト層３８の厚さ、等を調整することで、順方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極とｎ型電極との間の電気抵抗より大きくする。また、ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４との間の電気抵抗を、逆方向電圧が印加される場合におけるｐ型電極とｎ型電極との間の電気抵抗より小さくする。

ｐ型ダイオード電極１０ｃと放電電極１４との間の電気抵抗を上記のように調整することで、順方向電圧を印加した場合には、主としてｐ型ダイオード電極１０ｃから活性層３４を通ってｎ型ダイオード電極１２ｃへ電流が流れ、高効率の発光が実現できる。

また、ＥＳＤ等により意図せず逆方向電圧が印加された場合であっても、主として放電電極１４からｐ型半導体層を介してｐ型ダイオード電極１０ｃに電流が流れる。そのため、ｐ型電極とｎ型電極との間に逆方向電圧が印加された場合であっても、活性層３４に流れる電流はほとんどなく、活性層３４等の半導体層の損傷が抑制される。

以上説明した第１乃至第８の実施形態では、ｎ型レーザ電極１２（又はｎ型ダイオード電極１２ｃ）をｐ型レーザ電極１０（又はｐ型ダイオード電極１０ｃ）と同じ側に形成することとしたが、ｎ型レーザ電極１２（又はｎ型ダイオード電極１２ｃ）をＧａＮ基板３０の裏面に形成することとしてもよい。

また、第１乃至第７の実施形態では、１つのリッジ部２０を有する場合を説明したが、リッジ部２０を複数並列して形成することして、複数本のレーザを発生させることとしてもよい。

なお、第１乃至第８の実施形態に示した具体的な材料名および構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。また平面図での説明においてリッジ部２０の左側を第1の側方、右側を第２の側方として説明したが、右および左の位置関係はこれに限定することは意図されていない。リッジ部２０の同一の側方にｐ型レーザ電極１０、ｎ型レーザ電極１２、及び放電電極１４を配置する等、当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

１ 半導体レーザ素子、２ 発光ダイオード素子、４ ｐ型電極、６ ｎ型電極、１０ ｐ型レーザ電極、１０ａ 第１のｐ型レーザ電極、１０ｂ 第２のｐ型レーザ電極、１０ｃ ｐ型ダイオード電極、１２ ｎ型レーザ電極、１２ｃ ｎ型ダイオード電極、１４ 放電電極、１４ａ 第１の放電電極、１４ｂ 第２の放電電極、１６ ｐ型補助電極、２０ リッジ部、２２ バンク部、３０ ＧａＮ基板、３１ ｎ型バッファ層、３２ ｎ型クラッド層、３３ｎ型ガイド層、３４ 活性層、３５ 電子ブロック層、３６ ｐ型クラッド層、３７ パッシベーション膜、３８ ｐ型コンタクト層、４０ ダイボンディングパッド、４２ ダイボンディングソルダ、５０ サブマウント、５２ ｐ型リード、５３ ｐ型パターン、５４ ｎ型リード、５５ ｎ型パターン、５６ シート抵抗、６０ ワイヤ、６２ ワイヤ、６４ ワイヤ、６６ ワイヤ、６８ ワイヤ、７０ ｐ型メッキパターン、７２ ｎ型メッキパターン、１００ 半導体レーザ装置。

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に積層されるｎ型半導体層と、
   前記ｎ型半導体層の上側に積層され、端面より光を出射する活性層と、
   前記活性層の上に積層されるｐ型半導体層と、
   ｐ型電極と、
   ｎ型電極と、
   前記ｎ型電極と少なくともワイヤを介して電気的に接続される放電電極と、
   前記ｐ型電極と前記放電電極との間に電気的に接続される抵抗体と、
   を備える、半導体光装置であって、
   前記ｐ型半導体層は、前記活性層に形成される光導波路の上側に形成されるリッジ部と、前記リッジ部の第１の側方に形成され前記リッジ部から離間するとともに上面の少なくとも一部にパッシベーション膜が形成されないバンク部と、前記リッジ部の第２の側方に形成され前記リッジ部及び前記バンク部よりも高さが低い平坦部と、を備え、
   前記ｐ型電極は、前記リッジ部の上面に形成される部分と、前記バンク部の上面のうちパッシベーション膜が形成されない部分に形成される部分とを含み、
   前記放電電極は、前記ｐ型電極から離間して、前記バンク部の上面のうちパッシベーション膜が形成されない部分を含んで形成され、
   前記抵抗体は、前記ｐ型半導体層であり、前記バンク部の上面において前記ｐ型電極と前記放電電極との間に電気的に接続され、
   前記順方向電圧が印加される場合は、前記ｐ型電極と前記ｎ型電極との間の電気抵抗は、前記抵抗体の電気抵抗より小さく、
   前記順方向電圧とは反対方向の逆方向電圧が印加される場合に、前記ｐ型電極と前記ｎ型電極との間の電気抵抗は、前記抵抗体の電気抵抗より大きい、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
2. 請求項１に記載の半導体光装置であって、
   前記ｎ型電極は、前記リッジ部の前記第１の側方であって、前記ｎ型半導体層のうち、前記活性層及び前記ｐ型半導体層が形成されない領域に形成されるパッド部分を含む、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
3. 請求項２に記載の半導体光装置であって、
   前記放電電極の形状は、前記リッジ部側に、前記リッジ部の延伸方向に並行して延伸する第１の辺を有し、
   平面視において、前記第１の辺の長さは、前記リッジ部の延伸方向の長さより短い、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
4. 請求項３に記載の半導体光装置であって、
   前記放電電極の形状は、前記第１の辺を外縁に含む矩形状である、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
5. 請求項３又は４のいずれかに記載の半導体光装置であって、
   前記パッド部分の形状は、前記リッジ部側に、前記リッジ部の延伸方向に並行して延伸する第２の辺を有し、
   平面視において、前記第１の辺の長さは、前記第２の辺の長さより短い、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体光装置であって、
   前記バンク部は、前記活性層の端面から離間して形成される、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体光装置であって、
   前記放電電極と、前記活性層の端面との間に、少なくとも前記活性層の下面にまで達する、溝が形成される、
   ことを特徴とする、半導体光装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体光装置であって、
   前記ｐ型半導体層及び前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体により形成される、
   ことを特徴とする、半導体光装置。

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