(57)【要約】【課題】トレンチから基板の裏面にかけて連続的に金属膜を形成することなく、クラッド層の薄膜化と高Ａｌ組成化とを実現して、クラックフリーの半導体発光素子を提供する。【解決手段】導電性基板１と、導電性基板１上に形成された窒化物半導体からなる第１導電型の第１クラッド層２と、第１クラッド層２上に形成された活性層４と、活性層４上に形成された第２導電型の第２クラッド層６とを備え、第２クラッド層６に光導波路７が形成される。光導波路７の少なくとも真下における導電性基板１には、導電性基板１を貫通する溝が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と、
前記導電性基板上に形成された窒化物半導体からなる第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層とを備え、
前記第２クラッド層に光導波路が形成された半導体発光素子において、
前記光導波路の少なくとも真下における前記導電性基板には、前記導電性基板を貫通する溝が形成されたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記導電性基板は、ＡｌyＧａ1-yＮ（ｙ≧０）からなり、
前記第１クラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＞０）からなり、
前記第１クラッド層のＡｌ組成比ｘから前記導電性基板のＡｌ組成比ｙを引いた値（ｘ−ｙ）が、０．１５以下であり、
前記第１クラッド層の厚さが０．３μｍ以上である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記溝の幅は、前記光導波路の幅よりも広い請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記溝に樹脂が埋め込まれた請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記溝に埋め込まれた樹脂は、素子の発光波長において屈折率が２以下である請求項４記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子の特性改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子であるＧａＮ系半導体レーザ素子は、次世代高密度光ディスク装置の光源として必要不可欠である。現在、実用化されている発光波長４０５ｎｍ帯のＧａＮ系半導体レーザ素子は、リッジ型の導波路を有している。
【０００３】
一般的に、ＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板上に、ＡｌＧａＮ層からなるｎ型クラッド層、活性層、ＡｌＧａＮ層からなるｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層が積層されて形成されている。ｐ型コンタクト層およびｐ型クラッド層の一部により、リッジ部が構成されている。このリッジ部の側面およびリッジ部以外のｐ型クラッド層上にリッジ部より低屈折率のＳｉＯ2などの誘電体膜が形成され、電流狭窄や横方向の光閉じ込めが行われる。
【０００４】
ＧａＮ基板の屈折率はｎ型クラッド層を形成するＡｌＧａＮのそれよりも高く、発振光がＧａＮ基板まで漏れて伝搬する可能性がある（基板モード）。これを防ぐために、ｎ型クラッド層は、厚さが２μｍ程度と比較的厚く形成されている。
【０００５】
ＧａＮ基板上のｎ型クラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＮの結晶成長の際に、引っ張り歪が蓄積されるため、クラックがしばしば発生する。これは、特にｎ型クラッド層の膜厚が厚い場合、またはｎ型クラッド層のＡｌ組成が高い場合に起こる。ｐ側クラッド層およびｎ側クラッド層をあわせて２．５μｍ程度の厚さが必要である。この構成において、クラックフリーを実現するためには、Ａｌ組成はｘ＝０．０３〜０．０７程度とするのが一般的である。
【０００６】
レーザ構造では、クラッド層のＡｌ組成が高いほど、発振しきい電流、および動作電流を低減でき、温度特性も向上する。この理由は、主に二つある。ひとつは、クラッド層と活性層との屈折率差が大きいほど活性層への光閉じ込め係数Γの値を大きくできるためである（光閉じ込めの観点）。もうひとつは、活性層とクラッド層とのバンド不連続量を大きくとることができ、活性層からのキャリアのオーバーフローを抑制できるためである（キャリア閉じ込めの観点）。しかし、実際のレーザ構造の設計では、上述したようにクラック抑制の観点から、あまりＡｌ組成を上げることはできない。
【０００７】
仮に、ＧａＮ基板を除去することができれば、基板モードの伝搬がないので、厚いｎ型クラッド層は必要ない。また、ｎ型クラッド層を薄くできれば、クラックフリーで実現できるＡｌ組成を上げられるので、光閉じ込めの観点やキャリア閉じ込めの観点からも有利である。しかし、レーザ構造で基板全体を除去することは技術的に困難である。また、へき開工程などではチップハンドリングが困難になる問題もある。
【０００８】
特許文献１には、基板の裏面側にトレンチが形成された構成が開示されている。トレンチの幅がレーザ発振光のニアフィールドに関係する部分のみであれば、チップハンドリング性の低下も少ない。基板は、熱伝導性の低い高抵抗性のサファイア基板である。基板裏面とトレンチ底部が連続的に金属膜で覆われることにより、活性層からの熱放出を効率的に行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−２３２００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、基板として、熱伝導率のよいＧａＮ基板を使うことが一般的となった現在では、上記放熱用に基板にトレンチを設ける構成では放熱効果が小さい。さらに、基板の厚さ分（通常１００〜４００μｍ）の深さをもつトレンチに対して、トレンチから基板の裏面にかけて連続的に金属膜を形成することは非常に困難である。
【００１０】
本発明は、トレンチから基板の裏面にかけて連続的に金属膜を形成することなく高い放熱効率を有し、クラッド層の薄膜化と高Ａｌ組成化とを実現したクラックフリーの半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、導電性基板と、前記導電性基板上に形成された窒化物半導体からなる第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層とを備え、前記第２クラッド層に光導波路が形成される。上記課題を解決するために、前記導電性基板は、導電性を有し、前記光導波路の少なくとも真下における前記導電性基板には、前記導電性基板を貫通する溝が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導電性の基板にトレンチを形成することにより、トレンチから基板の裏面にかけて連続的に金属膜を形成することなく高い放熱効率を有し、クラッド層の薄膜化と高Ａｌ組成化とを実現したクラックフリーの半導体発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、上記構成を基本として、種々の態様をとることができる。すなわち、本発明の半導体発光素子において、前記導電性基板は、ＡｌyＧａ1-yＮ（ｙ≧０）からなり、前記第１クラッド層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＞０）からなり、前記第１クラッド層のＡｌ組成比ｘから前記導電性基板のＡｌ組成比ｙを引いた値（ｘ−ｙ）が、０．１５以下であり、前記第１クラッド層の厚さが０．３μｍ以上である構成にすることができる。
【００１４】
また、前記溝の幅は、前記光導波路の幅よりも広い構成にすることができる。
【００１５】
また、前記溝に樹脂が埋め込まれた構成にすることができる。さらに、前記溝に埋め込まれた樹脂は、素子の発光波長において屈折率が２以下である構成にすることが好ましい。
【００１６】
以下、本発明の半導体発光素子について半導体レーザ素子を例にその実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（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素子の構造を示す断面図である。基板１は、ｎ型ＧａＮからなる導電性基板である。基板１の一主面（表面）上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１５）からなるｎ型クラッド層２が厚さ０．５μｍに形成されている。ｎ型クラッド層２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．００３）からなるｎ型光ガイド層３が厚さ０．１μｍに形成されている。ｎ型光ガイド層３上には、厚さ８ｎｍのＩｎzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．０２）からなる障壁層と厚さ３ｎｍのＩｎzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．０８）からなる井戸層が積層された三重量子井戸活性層４が形成されている。
【００１８】
三重量子井戸活性層４上には、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層５が厚さ０．１μｍに形成されている。ｐ型光ガイド層５上には、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１５）からなるｐ型クラッド層６が形成されている。ｐ型クラッド層６は、一部がリッジ状に形成されている。ｐ型クラッド層６の底面からリッジ状部分上端までの厚さは、０．５μｍであり、リッジ状部分以外の厚さは６０ｎｍである。ｐ型クラッド層６のリッジ状部分の上には、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層８が厚さ６０ｎｍに形成されている。以下、ｐ型クラッド層６のリッジ状部分とコンタクト層８を合わせてリッジ部７と称する。
【００１９】
リッジ部７以外のｐ型クラッド層６上およびリッジ部７の側面の一部には、ＳｉＯ2からなる誘電体膜９が形成されている。誘電体膜９は、リッジ部７よりも屈折率が小さいので、リッジ部７が導波路となる。ここで、導波路とは、電流狭窄構造の通電部分を言い、例えば、リッジ構造なら、リッジ部のことを言い、後述する第３の実施形態に示す埋め込み構造なら、電流ブロック層の開口部のことを言う。
【００２０】
コンタクト層８上には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ型オーミック電極１０が形成されている。オーミック電極１０および誘電体膜９上には、Ｔｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（３５ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）からなるｐ型パッド電極１１が形成されている。
【００２１】
基板１には、リッジ部７と対向する位置に貫通したトレンチ１２が形成されている。また、基板１のｎ型クラッド層２が形成された面の裏面にＴｉ（５ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）層からなるｎ型オーミック電極１３が形成されている。ｎ型クラッド層２には、ｎ型オーミック電極１３が形成されていない。基板１のリッジ部７と対向する位置にトレンチ１２が形成されているために、クラッド層２、６の厚さを薄くしても基板モードを抑制することができる。
【００２２】
一般的な半導体レーザ素子では、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮのクラッド層にＡｌ組成がｘ＝０．０３〜０．０７程度、厚さが２μｍ程度の層が用いられる。本実施形態に係る半導体レーザ素子においては、ｎ型クラッド層２は、Ａｌ組成がｘ＝０．１５、厚さ０．５μｍである。また、ｐ型クラッド層６のＡｌ組成もｘ＝０．１５である。ｎ型クラッド層２の厚さが薄くなっているため、Ａｌ組成をｘ＝０．１５に上げてもクラックは発生しない。
【００２３】
ここで、ｎ型クラッド層２、ｐ型クラッド層６のそれぞれの厚さは０．３μｍ程度以上あることが望ましい。これ以下になると、導波光がクラッド層外部に漏れる成分が顕著となり、導波損失を無視できなくなるためである。
【００２４】
また、ｎ型クラッド層２、ｐ型クラッド層６のＡｌ組成は、高いほど望ましいが、基板１としてＧａＮを用いる場合にはＡｌ組成はｘ＝０．１５程度が上限となる。これはクラック発生の回避という観点からである。なお、基板１としてレーザリフトオフ法等で作製したフリースタンディングのＡｌＧａＮ基板を用いる場合には、これに限らない。フリースタンディングのＡｌＧａＮ基板では、ＡｌＧａＮ基板に掛かるクラッド層２、６の成長による歪が基板１に加える力を低減できるので、クラッド層２、６のさらなる高Ａｌ組成化が可能になる。この場合、基板１（ＡｌyＧａ1-yＮ）のＡｌ組成をｙ、クラッド層２、６のＡｌ組成をｘとするとｘ＝０．１５＋ｙ程度に高めることが可能である。
【００２５】
以上のように、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、リッジ部７に対向する位置の基板１にトレンチ１２が形成されている。このため、クラッド層２、６を合わせて１μｍの厚さに薄膜化しても、導波光がクラッド層２、６外に漏れることを抑制できる。クラッド層２、６を薄膜化できることから、クラッド層２、６のＡｌ組成を高めることができる。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい電流、および動作電流を低減でき、温度特性も向上する。
【００２６】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｍは、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。本実施形態においては、ウェハ状の基板１に複数の半導体レーザ素子を形成し、その後素子ごとに分断する。
【００２７】
まず、図２Ａに示すように、ウェハ状の基板１上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いて、ｎ型クラッド層２、ｎ型光ガイド層３、三重量子井戸活性層４、ｐ型光ガイド層５、ｐ型クラッド層６、およびコンタクト層８を積層する。つぎに、コンタクト層８上に、ＳｉＯ2マスク２１を形成する。次に、ＳｉＯ2マスク２１を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、幅が１．５μｍのストライプ状にパターニングする。
【００２８】
次に、図２Ｂに示すように、誘導結合型ドライエッチング装置内でＣｌ2ガスを用いて、ＳｉＯ2マスク２１をマスクとしてコンタクト層８およびｐ型クラッド層６の一部をエッチングする。このとき、ｐ型クラッド層６のリッジ部７以外の部分が厚さ６０ｎｍとなるようにエッチングする。したがって、リッジ部７の高さは０．５μｍとなる（６０ｎｍ（コンタクト層８）＋４４０ｎｍ（ｐ型クラッド層６））。
【００２９】
なお、図２Ｂには、コンタクト層８およびｐ型クラッド層６の一部をエッチングし、リッジ部７以外の領域のｐ型クラッド層６を厚さ６０ｎｍ分だけ残してエッチングを行う場合を示したが、リッジ部７以外の領域のｐ型クラッド層６をエッチングにより完全に取り除いてもよい。
【００３０】
次に、図２Ｃに示すように、ＳｉＯ2マスク２１をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によって除去する。その後、図２Ｄに示すように、表面全体に熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＯ2からなる誘電体膜９を厚さ８００ｎｍに形成する。
【００３１】
熱ＣＶＤ法では、ＳｉＯ2からなる誘電体膜９を形成するために、原料ガスとしてモノシランＳｉＨ4を用いる。そのため、堆積した誘電体膜９には水素Ｈが混入する。水素はｐ型不純物を電気的に不活性な状態にし得るので、水素を除いておくことが望ましい。そこで、誘電体膜９を堆積させた図２Ｄに示す状態で９００℃の熱処理を４分間行う。熱処理にはＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）炉を用いる。
【００３２】
次に、図２Ｅに示すように、誘電体膜９上にレジスト２２を塗布し、リッジ部７上のレジスト２２に開口を形成する。レジスト２２の開口の幅はリッジ部７の上部の幅と同程度とする。次に、図２Ｆに示すように、レジスト２２をマスクとして、ＢＨＦを用いたウェットエッチングによってリッジ部７上の誘電体膜９を取り除く。
【００３３】
次に、図２Ｇに示すように、コンタクト層８上にＰｄ／Ｐｔからなるオーミック電極１０を蒸着する。オーミック電極１０の蒸着後にレジスト２２を除去すると、図２Ｈに示すように、リッジ部７以外のオーミック電極１０がレジスト２２ともにリフトオフされる。
【００３４】
この工程では、上述したようにレジスト２２の開口の幅がリッジ幅７と同程度であることが望ましい。レジスト２２の開口が狭すぎると、リッジ頂上部の一部分にしかオーミック電極１０を形成することができなくなり、ｐ型パッド電極１１（図１参照）との接触面積が減少し、ｐ型オーミック電極１０とｐ型電極パッド１１との接触抵抗が大きくなる。レジスト２２の必要な開口の幅は、オーミック電極１０を蒸着させる蒸着装置における蒸着材料の入射角、レジスト２２の厚さ、誘電体膜９のリッジ部７の上部での厚さ（レジスト２２の開口下端からリッジ上端までの距離）の三者の大きさで幾何学的に決定される。たとえば極端な例として、オーミック電極１０の蒸着を法線蒸着で行う場合、レジスト２２の開口の幅は、リッジ部７の上部の幅よりも大きくしなければならない。
【００３５】
次に、図２Ｉに示すように、誘電体膜９およびｐ型オーミック電極１０上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極１１を形成して、基板１の表面側の加工が終了する。
【００３６】
次に、図２Ｊに示すように、基板１のｎ型クラッド層２が形成された側の面の裏面を研削・研磨して、基板１の厚さを８０μｍ程度にする。次に、図２Ｋに示すように、基板１の裏面にレジスト２３を形成し、リッジ部７と対向する部分のレジスト２３が残るように、パターニングする。次に、基板１の裏面に、ｎ型オーミック電極１３となるＴｉ（５ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（１μｍ）を堆積する。
【００３７】
次に、図２Ｌに示すように、レジスト２３を除去して、レジスト２３と接しているｎ型オーミック電極１３をリフトオフする。その結果、基板１の裏面には、基板１の表面側に形成されたリッジ部７に対向する部分にｎ型オーミック電極１３が形成されていないパターンとなる。すなわち、導波路の真下において、ｎ型オーミック電極１３が形成されていないパターンとなる。
【００３８】
次に、図２Ｍに示すように、ｎ型オーミック電極１３をマスクにしてＣｌ2ガスを用いて、基板１を貫通してｎ型クラッド層２が露出するまでドライエッチングを行う。このとき、トレンチ１２の底部幅ａは、少なくともリッジ部７の幅（導波路の幅）ｂより広いことが望ましい。さらに、導波光のニアフィールド幅よりも広いことが好ましい。
【００３９】
また、トレンチ１２の幅は、できるだけ短いものが望ましい。前述のように、ｎ型オーミック電極１３はトレンチ１２以外の部分に形成されている。あまり、トレンチ１２の幅が広いとｎ型オーミック電極１３の面積が減少して抵抗が増大する。そのため、駆動電圧の増大を引き起こす。また、あまりトレンチ１２の幅が広いと、後述のへき開工程等でトレンチ１２を起点として基板１に割れが発生する恐れがある。
【００４０】
本実施形態に係る半導体レーザ素子では、リッジ部７の幅方向におけるニアフィールドパターンの拡がりは３μｍ程度あるので、これより大きな値としてトレンチ１２底部の幅ａは、３〜１０μｍが好ましい。
【００４１】
以上の工程により、導波路の少なくとも真下において、ウェハ状の基板１にはトレンチ（溝）１２が形成されている複数の半導体レーザ素子が完成する。
【００４２】
次に、図示しないがウェハ状の基板１を短冊状のレーザバーにへき開する（一次へき開工程）。次に、一次へき開面（共振器端面）に反射率制御と端面保護の目的で端面にコーティングを施す。次に、レーザバーを個々のチップにへき開する（二次へき開工程）。最後に、チップをパッケージングして図１に示す半導体レーザ素子が完成する。
【００４３】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子と一般的なリッジ型半導体レーザ素子をジャンクションダウン実装して特性評価を行った結果について説明する。ここで言う一般的なリッジ型半導体レーザ素子とは、本実施形態に係る半導体レーザ素子のｎ型クラッド層２をＡｌ組成ｘ＝０．０３、厚さ２．５μｍとし、ｐ型クラッド層６をＡｌ組成ｘ＝０．０３、厚さ０．５μｍとしたものである。
【００４４】
本実施形態に係る半導体レーザ素子および一般的なリッジ型半導体レーザ素子は、共振長Ｌが６００μｍであり、共振器の前面に反射率１０％、後面に反射率９０％の反射膜コーティングが施されている。このように形成した一般的なリッジ型半導体レーザ素子では、閾値電流２７ｍＡであるのに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子では２３ｍＡに低減した。また、一般的なリッジ型半導体レーザ素子では、光出力２００ｍＷ時の動作電流が１４５ｍＡであるのに対して、本実施形態に係る半導体レーザ素子では１２７ｍＡに低減した。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、リッジ部７に対向する位置の基板１にトレンチ１２が形成されている。このため、クラッド層２、６合わせて１μｍの厚さに薄膜化しても、導波光がクラッド層２、６外に漏れることを抑えられる。クラッド層２、６を薄膜化できることから、クラッド層２、６のＡｌ組成を高めることができる。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい電流、および動作電流を低減でき、温度特性も向上する。
【００４６】
なお、基板１がＧａＮで形成された構成を示したがこの構成に限定されず、ＡｌyＧａ1-yＮで形成されていてもよい。この場合、（ｘ−ｙ）の値が０より大きく（すなわちｘ＞０）、０．１５以下であれば、上記半導体素子の発振しきい電流および動作電流を低減することができ、さらに温度特性を向上させることができる。
【００４７】
また、クラックの発生を抑制し、かつ導波光の三重量子井戸活性層４への光閉じ込め係数Γを大きくするために、ｎ型クラッド層２の厚さは、０．３μｍ以上であることが好ましい。なお、ｎ型クラッド層２の厚さは、一般的な半導体レーザ素子のｎ型クラッド層の厚さ（例えば、２μｍ）以下である。
【００４８】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子のトレンチ１２にＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂１４が充填された構成である。本実施形態に係る半導体レーザ素子の他の構成要素は、第１の実施形態に係る半導体レーザ素子と同様であり、同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
上記第１の実施形態に係る半導体レーザ素子は、基板１の一部にトレンチ１２が形成されているため、へき開工程やチップハンドリング時にトレンチ１２を起点として基板１が折れるおそれがある。本実施形態に係る半導体レーザ素子は、トレンチ１２にＢＣＢ樹脂１４を充填した構成であるため、トレンチ１２部における基板１の強度が高くなり、基板１が折れることを防ぐことができる。
【００５０】
また、ＢＣＢ樹脂１４は、半導体レーザ素子の発振光（波長４０５ｎｍ）に対して屈折率が約１．６である。この値は、クラッド層２、６に用いたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎの屈折率２．４８に比べて十分小さい。したがって、導波光のＢＣＢ樹脂１４部分への漏洩は無視できるほど小さい。発振光に対する屈折率が２以下の材料であれば、ＢＣＢ樹脂以外でも補強材として用いることができる。
【００５１】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。第１の実施形態における図２Ｍに示す工程までは、第１の実施形態と同様である。次に、図４Ａに示すように、ウェハ状の基板１の裏面に対して、ＢＣＢ樹脂１４を塗布してトレンチ１２を埋める。その後、３００℃でベークしてＢＣＢ樹脂１４を硬化する。次に、図４Ｂに示すように、ＳＦ6/Ｏ2の混合ガスを用いて、ｎ型オーミック電極１３が露出するまでＢＣＢ樹脂１４に対してドライエッチングを行う。
【００５２】
次に、図示しないがウェハ状の基板１を短冊状のレーザバーにへき開する（一次へき開工程）。次に、一次へき開面（共振器端面）に反射率制御と端面保護の目的で端面にコーティングを施す。次に、レーザバーを個々のチップにへき開する（二次へき開工程）。最後に、チップをパッケージングして図３に示す半導体レーザ素子が完成する。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、リッジ部７に対向する位置の基板１に形成されたトレンチに屈折率が２以下のＢＣＢ樹脂１４が充填されている。このため、クラッド層２、６合わせて１μｍの厚さに薄膜化しても、導波光がクラッド層２、６外に漏れることを抑えられる。クラッド層２、６を薄膜化できることから、クラッド層２、６のＡｌ組成を高めることができる。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい電流、および動作電流を低減でき、温度特性も向上する。
【００５４】
さらに、基板１のトレンチをＢＣＢ樹脂１４で埋めることにより、第１の実施形態の半導体レーザ素子よりも、基板１が折れることを低減することができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図５に示す半導体レーザ素子は、埋め込み型の半導体レーザ素子である。基板３１は、ｎ型ＧａＮからなる導電性基板である。基板３１の一主面（表面）上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１０）からなるｎ型クラッド層３２が厚さ０．５μｍに形成されている。ｎ型クラッド層３２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．００３）からなるｎ型光ガイド層３３が厚さ０．１μｍに形成されている。ｎ型光ガイド層３３上には、厚さ８ｎｍのＩｎzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．０２）からなる障壁層と厚さ３ｎｍのＩｎzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．０８）からなる井戸層が積層された三重量子井戸活性層３４が形成されている。
【００５６】
三重量子井戸活性層３４上には、ｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層３５が厚さ０．１μｍに形成されている。ｐ型光ガイド層３５上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．２０）からなる電流ブロック層３６が形成されている。電流ブロック層３６には、開口部３７が形成されている。開口部３７により露出されたｐ型光ガイド層３５上および電流ブロック層３６上には、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．１０）からなるｐ型クラッド層３８が厚さ０．５μｍに形成されている。ｐ型クラッド層３８上には、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層３９が厚さ６０ｎｍに形成されている。コンタクト層３９上には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ型オーミック電極４０が形成されている。ｐ型オーミック電極４０上には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ型パッド電極４１が形成されている。
【００５７】
また、基板３１には、開口部３７と対向する位置に貫通したトレンチ４２が形成されている。また、基板３１のｎ型クラッド層３２が形成された面の裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層からなるｎ型オーミック電極４３が形成されている。ｎ型クラッド層３２には、ｎ型オーミック電極４３が形成されていない。
【００５８】
以上のような構成により、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、クラッド層３２、３８合わせて１μｍの厚さに薄膜化される。このため、Ａｌの組成を１０％の高い割合にしても、クラッド層３２、３８にクラックが生じることを低減することができる。また、発振しきい電流、動作電流を低減でき、温度特性も向上する。
【００５９】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｅは、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。まず、図６Ａに示すように、ウェハ状の基板３１上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）を用いて、ｎ型クラッド層３２、ｎ型光ガイド層３３、三重量子井戸活性層３４、ｐ型光ガイド層３５、および電流ブロック層３６を積層する。次に、電流ブロック層３６上にＳｉＯ2マスク５１を形成し、ＳｉＯ2マスク５１を半導体レーザ素子となる部分の中央部に開口が設けられるようにパターニングする。次に、図６Ｃに示すように、ＳｉＯ2マスク５１をマスクとして、フォトエレクトロケミカル（ＰＥＣ）エッチング技術を用いて、電流ブロック層３６を除去することにより、開口部３７が形成される。
【００６０】
図７は、ＰＥＣエッチングの概略を示す側面図である。ウェハ６１上に、図６Ｂに示す状態まで形成された複数の半導体レーザ素子の電流ブロック層３６を白金（Ｐｔ）等からなるカソード６２に接続し、ウェハ６１を水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のアルカリ性の溶液６３に浸漬する。さらに、溶液６３に浸漬されたウェハ６１におけるＳｉＯ2マスク５１から露出された電流ブロック層３６に紫外光を照射することによりエッチングを行う。ＰＥＣエッチングでは、ｎ型の電流ブロック層３６が選択的にエッチングされ、ｐ型の窒化物半導体層（ｐ型光ガイド層３５）はエッチングされない。電流ブロック層３６がエッチングされることにより、開口部３７が形成される。
【００６１】
次に、図６Ｃに示すように、ＳｉＯ2マスク５１を取り除く。次に、図６Ｄに示すように、開口部３７から露出したｐ型光ガイド層３５および電流ブロック層３６上に、ＭＯＣＶＤを用いて、ｐ型クラッド層３８、コンタクト層３９を積層形成する。次に、コンタクト層３９上に、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ型オーミック電極４０を形成する。次に、ｐ型オーミック電極４０上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ型パッド電極４１を形成する。
【００６２】
次に、図６Ｅに示すように、基板３１のトレンチ４２およびｎ型オーミック電極４３を形成する。トレンチ４２およびｎ型オーミック電極４３の形成は、第１の実施形態に係るトレンチ１２およびｎ型オーミック電極１３の形成方法と同様であるので、トレンチ４２およびｎ型オーミック電極４３の形成方法の説明を省略する。
【００６３】
次に、図示しないがウェハ状の基板３１を短冊状のレーザバーにへき開する（一次へき開工程）。次に、一次へき開面（共振器端面）に反射率制御と端面保護の目的で端面にコーティングを施す。次に、レーザバーを個々のチップにへき開する（二次へき開工程）。最後に、チップをパッケージングして図５に示す半導体レーザ素子が完成する。
【００６４】
以上のように、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、開口部３７に対向する位置の基板３１にトレンチ４２が形成されている。このため、クラッド層３２、３８を合わせて１μｍの厚さに薄膜化しても、導波光がクラッド層３２、３８以外に漏れることを抑えられる。クラッド層３２、３８を薄膜化できることから、クラッド層３２、３８のＡｌ組成を高めることができる。この結果、半導体レーザ素子の発振しきい電流、および動作電流を低減でき、さらに温度特性も向上する。さらに、トレンチ４２内のｎ型クラッド層３２にｎ型オーミック電極４３を形成する必要がないため、半導体レーザ素子の製造を容易にすることができる。
【００６５】
なお、基板３１がＧａＮで形成された構成を示したがこの構成に限定されず、ＡｌyＧａ1-yＮで形成されていてもよい。この場合、（ｘ−ｙ）の値が０より大きく、０．１５以下であれば、上記半導体素子の発振しきい電流および動作電流を低減することができ、さらに温度特性を向上させることができる。
【００６６】
また、クラックの発生を抑制し、かつ導波光の三重量子井戸活性層３４への光閉じ込め係数Γを大きくするために、ｎ型クラッド層３２の厚さは、０．３μｍ以上であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子の発振しきい電流、および動作電流を低減でき、さらに温度特性も向上することができるという効果を有し、光ディスク用の光源として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図
【図２Ａ】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図
【図２Ｂ】図２Ａの次の工程を示す断面図
【図２Ｃ】図２Ｂの次の工程を示す断面図
【図２Ｄ】図２Ｃの次の工程を示す断面図
【図２Ｅ】図２Ｄの次の工程を示す断面図
【図２Ｆ】図２Ｅの次の工程を示す断面図
【図２Ｇ】図２Ｆの次の工程を示す断面図
【図２Ｈ】図２Ｇの次の工程を示す断面図
【図２Ｉ】図２Ｈの次の工程を示す断面図
【図２Ｊ】図２Ｉの次の工程を示す断面図
【図２Ｋ】図２Ｊの次の工程を示す断面図
【図２Ｌ】図２Ｋの次の工程を示す断面図
【図２Ｍ】図２Ｌの次の工程を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図
【図４Ａ】第２の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図
【図４Ｂ】図４Ａの次の工程を示す断面図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を示す断面図
【図６Ａ】第１の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図
【図６Ｂ】図６Ａの次の工程を示す断面図
【図６Ｃ】図６Ｂの次の工程を示す断面図
【図６Ｄ】図６Ｃの次の工程を示す断面図
【図６Ｅ】図６Ｄの次の工程を示す断面図
【図７】ＰＥＣエッチングの概略を示す側面図
【符号の説明】
【００６９】
１、３１  基板
２、３２  ｎ型クラッド層
３、３３  ｎ型光ガイド層
４、３４  三重量子井戸活性層
５、３５  ｐ型光ガイド層
６、３８  ｐ型クラッド層
７  リッジ部
８、３９  コンタクト層
９  誘電体膜
１０、４０  ｐ型オーミック電極
１１、４１  ｐ型パッド電極
１２、４２  トレンチ
１３、４３  ｎ型オーミック電極
１４  ＢＣＢ樹脂
２１  ＳｉＯ2マスク
２２、２３  レジスト
３６  電流ブロック層
３７  開口部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2010098238.tif 000007
【図２Ｅ】
2010098238.tif 000008
【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
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【図２Ｌ】
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【図２Ｍ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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