(57)【要約】【課題】動作電圧が上昇するのを抑制しながら、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離するのを抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この窒化物半導体レーザ素子は、電極層７および８を含むｐ側オーミック電極６を備えている。電極層７は、電極層８の構成材料よりもｐ型窒化物半導体に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているとともに、ｐ型窒化物半導体層４上に島状に形成されており、電極層８は、電極層７の構成材料よりもｐ型窒化物半導体に対する密着性が強い電極材料からなっているとともに、電極層７の隙間７ａを埋め込むように電極層７上に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層上に形成されたｐ側窒化物半導体層と、
前記ｐ側窒化物半導体層上に形成され、互いに異なる電極材料からなる第１電極層および第２電極層を少なくとも含むｐ側電極とを備え、
前記第１電極層は、前記第２電極層の構成材料よりも前記ｐ側窒化物半導体層に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているとともに、複数の島状部を有するように前記ｐ側窒化物半導体層上に島状に形成されており、
前記第２電極層は、前記第１電極層の構成材料よりも前記ｐ側窒化物半導体層に対する密着性が強い電極材料からなっているとともに、前記第１電極層の互いに隣接する島状部間の隙間を埋め込むように前記第１電極層上に形成されていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１電極層は、Ａｇからなっているとともに、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚みを有してい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。
【請求項３】
前記第２電極層は、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒおよびＰｔからなるグループより選択される少なくとも１つの電極材料からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２電極層は、前記第１電極層の厚みよりも大きい厚みを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、特に、ｐ側電極を備えた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｎ側窒化物半導体層、活性層およびｐ側窒化物半導体層がこの順番で積層された構造を有する窒化物半導体レーザ素子が知られている。そして、このような従来の窒化物半導体レーザ素子では、活性層に電流を注入するためのｐ側電極がｐ側窒化物半導体層上に形成されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記した従来の窒化物半導体レーザ素子では、低消費電力化や長寿命化のために、その動作電圧の上昇の抑制を図っている。具体的には、従来では、ｐ側窒化物半導体層に対して良好なオーミック接触が得られる金属をｐ側電極の構成材料として用いることによって、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのを抑制している。
【特許文献１】特開２０００−５８９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の窒化物半導体レーザ素子において、ｐ側窒化物半導体層に対して良好なオーミック接触が得られる金属をｐ側電極の構成材料として用いると、ｐ側窒化物半導体層に対するｐ側電極の密着力が弱くなる場合があるという不都合がある。その結果、動作電圧の上昇を抑制することができたとしても、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離してしまうという問題点がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、動作電圧が上昇するのを抑制しながら、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離するのを抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物半導体レーザ素子は、活性層上に形成されたｐ側窒化物半導体層と、ｐ側窒化物半導体層上に形成され、互いに異なる電極材料からなる第１電極層および第２電極層を少なくとも含むｐ側電極とを備えている。そして、第１電極層は、第２電極層の構成材料よりもｐ側窒化物半導体層に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているとともに、複数の島状部を有するようにｐ側窒化物半導体層上に島状に形成されており、第２電極層は、第１電極層の構成材料よりもｐ側窒化物半導体層に対する密着性が強い電極材料からなっているとともに、第１電極層の互いに隣接する島状部間の隙間を埋め込むように第１電極層上に形成されている。なお、本発明のｐ側窒化物半導体層はクラッド層やコンタクト層などを含んでいるが、それら全ての層にｐ型不純物がドープされている必要はない。すなわち、ｐ側電極とコンタクトするコンタクト層がアンドープコンタクト層であってもよい。
【０００７】
この一の局面による窒化物半導体レーザ素子では、上記のように、ｐ側窒化物半導体層上に第１電極層を島状に形成することによって、第１電極層はｐ側窒化物半導体層に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているので、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのを抑制することができる。さらに、第１電極層の互いに隣接する島状部間の隙間を埋め込むように第１電極層上に第２電極層を形成することによって、第２電極層の所定部分（第１電極層の互いに隣接する島状部間の隙間に埋め込まれた部分）をｐ側窒化物半導体層に接触させることができる。この場合、第２電極層はｐ側窒化物半導体層に対する密着性が強い電極材料からなっているので、ｐ側窒化物半導体層と第２電極層との間に第１電極層を挟み込んだ状態で、ｐ側窒化物半導体層と第２電極層とを強く密着させることができる。これにより、第１電極層のｐ側窒化物半導体層に対する密着性が弱かったとしても、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離するのを抑制することができる。これらの結果、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのを抑制しながら、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離するのを抑制することが可能となる。
【０００８】
上記一の局面による窒化物半導体レーザ素子において、好ましくは、第１電極層は、Ａｇからなっているとともに、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚みを有している。このように構成すれば、第１電極層のｐ側窒化物半導体層に対するオーミック接触を良好に保持したまま、容易に、第１電極層を島状にすることができる。
【０００９】
上記一の局面による窒化物半導体レーザ素子において、第２電極層は、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒおよびＰｔからなるグループより選択される少なくとも１つの電極材料からなっていることが好ましい。このように構成すれば、第２電極層のｐ側窒化物半導体層に対するオーミック接触が良好になる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのをより抑制することができる。
【００１０】
上記一の局面による窒化物半導体レーザ素子において、好ましくは、第２電極層は、第１電極層の厚みよりも大きい厚みを有している。このように構成すれば、第２電極層の電気的な特性を向上させることができ、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧の上昇のさらなる抑制を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、動作電圧が上昇するのを抑制しながら、ｐ側電極がｐ側窒化物半導体層から剥離するのを抑制することが可能な窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子の断面図であり、図２は、図１に示した一実施形態による窒化物半導体レーザ素子のｐ側オーミック電極の拡大図である。図３は、図１に示した一実施形態による窒化物半導体レーザ素子のｐ側オーミック電極を構成する電極材料の特性を説明するためのグラフである。なお、図３中の「Ｅ−０６」は、「×１０-6」を表している。以下に、図１〜図３を参照して、本実施形態による窒化物半導体レーザ素子の構成について説明する。
【００１３】
本実施形態による窒化物半導体レーザ素子では、図１に示すように、ｎ型窒化物半導体基板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がこの順番で形成されている。これら各層は、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎより選択される１つ以上の元素を含む窒化物混晶からなるエピタキシャル結晶層によって構成されている。そして、ｎ型窒化物半導体層２は、ｎ型クラッド層などを含んでおり、ｐ型窒化物半導体層４は、ｐ型クラッド層やｐ型コンタクト層などを含んでいる。なお、ｐ型窒化物半導体層４は、本発明の「ｐ側窒化物半導体層」の一例である。また、活性層３は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の活性層であって、井戸層および障壁層が積層された構造を有している。
【００１４】
また、ｐ型窒化物半導体層４の所定部分には凸部が形成されており、そのｐ型窒化物半導体層４の凸部によって、電流通路となるリッジ部５が構成されている。そして、このリッジ部５上に、ｐ型窒化物半導体層４とオーミック接触するｐ側オーミック電極６が形成されている。なお、ｐ側オーミック電極６は、本発明の「ｐ側電極」の一例である。
【００１５】
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ｐ側オーミック電極６が２層構造となっており、互いに異なる電極材料からなる２つの電極層７および８を含んでいる。具体的には、電極層７は、複数の島状部を有するようにｐ型窒化物半導体層４上に島状に形成されている。その一方、電極層８は、電極層７の互いに隣接する島状部間の隙間７ａを埋め込むように電極層７上に形成されている。そして、電極層７の隙間７ａに埋め込まれた電極層８の所定部分８ａがｐ型窒化物半導体層４に対して接触している。すなわち、本実施形態では、ｐ型窒化物半導体層４と電極層８との間に電極層７が挟み込まれた状態で、ｐ型窒化物半導体層４に対して電極層８が密着していることになる。なお、電極層７は、本発明の「第１電極層」の一例であり、電極層８は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００１６】
また、電極層７は、電極層８の構成材料よりもｐ型窒化物半導体に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているとともに、電極層８は、電極層７の構成材料よりもｐ型窒化物半導体に対する密着性が強い電極材料からなっている。なお、本実施形態では、電極層７を構成する電極材料として、図３に示すようなオーミック特性を有するＡｇを用いている。すなわち、電極層７は、ｐ型窒化物半導体に対して他の電極材料（Ｐｄ）よりも良好なオーミック接触が得られる電極材料（Ａｇ）からなっていることになる。その一方、電極層８は、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒおよびＰｔより選択される少なくとも１つの電極材料（たとえば、Ｐｄ）からなっている。
【００１７】
また、電極層７は、約１ｎｍ以上約３００ｎｍ以下の厚みを有しており、電極層８は、電極層７の厚みよりも大きい厚みを有している。
【００１８】
また、図１に示すように、ｐ型窒化物半導体層４上には、リッジ部５およびｐ側オーミック電極６のそれぞれの側面を覆うように、電流ブロック層となる絶縁膜９が形成されている。また、ｎ型窒化物半導体基板１の裏面上には、ｎ型窒化物半導体基板１とオーミック接触するｎ側電極１０が形成されている。
【００１９】
ところで、図示しないが、図１に示した窒化物半導体レーザ素子にはレーザ共振器が形成されている。このレーザ共振器の構造としては、ファブリ・ペロー型、分布帰還型およびブラッグ反射型のいずれかである。
【００２０】
本実施形態では、上記のように、ｐ型窒化物半導体層４上に電極層７を島状に形成することによって、電極層７はｐ型窒化物半導体に対するオーミック接触が良好な電極材料からなっているので、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのを抑制することができる。さらに、電極層７の互いに隣接する島状部間の隙間７ａを埋め込むように電極層７上に電極層８を形成することによって、電極層８の所定部分（電極層７の互いに隣接する島状部間の隙間７ａに埋め込まれた部分）８ａをｐ型窒化物半導体層４に接触させることができる。この場合、電極層８はｐ型窒化物半導体に対する密着性が強い電極材料からなっているので、ｐ型窒化物半導体層４と電極層８との間に電極層７を挟み込んだ状態で、ｐ型窒化物半導体層４と電極層８とを強く密着させることができる。これにより、電極層７のｐ型窒化物半導体層４に対する密着性が弱かったとしても、ｐ側オーミック電極６がｐ型窒化物半導体層４から剥離するのを抑制することができる。これらの結果、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのを抑制しながら、ｐ側オーミック電極６がｐ型窒化物半導体層４から剥離するのを抑制することが可能となる。
【００２１】
また、本実施形態では、上記のように、Ａｇからなる電極層７の厚みを１ｎｍ以上３００ｎｍ以下に設定することによって、電極層７のｐ型窒化物半導体層４に対するオーミック接触を良好に保持したまま、容易に、電極層７を島状にすることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、上記のように、電極層８を構成する電極材料として、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒおよびＰｔからなるグループより選択される少なくとも１つの電極材料を用いることによって、電極層８のｐ型窒化物半導体層４に対するオーミック接触を良好にすることができる。これにより、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧が上昇するのをより抑制することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、上記のように、電極層８の厚みを電極層７の厚みよりも大きくすることによって、電極層８の電気的な特性を向上させることができ、窒化物半導体レーザ素子の動作電圧の上昇のさらなる抑制を図ることが可能となる。
【００２４】
次に、上記した実施形態のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）を確認するために行った実験について説明する。
【００２５】
この確認実験では、まず、ｐ型ＧａＮ基板を準備し、その表面のパーティクルをアセトンにより取り除いた後、硫酸と過酸化水素水との混合溶液で有機汚染物質や重金属を除去した。さらに、ｐ型ＧａＮ基板の表面の酸化膜をフッ酸で除去した。
【００２６】
ｐ型ＧａＮ基板の表面の洗浄後、その表面の水分を窒素ブローで十分に取り除き、ｐ型ＧａＮ基板を即座に真空槽に投入した。その後、５×１０-5Ｐａ以下の高真空下において、Ａｇ層（第１電極層）、Ｐｄ層（第２電極層）およびＴｉ層をｐ型ＧａＮ基板上に順次蒸着した。この際、Ａｇ層、Ｐｄ層およびＴｉ層のそれぞれの厚みが、１０ｎｍ、３００ｎｍおよび１ｎｍとなるようにした。なお、最上層のＴｉ層は、この後の工程で堆積する薄膜の剥離を防ぐためのものである。
【００２７】
続いて、レジストで電極パターンを形成した後、その電極パターンをマスクとした異方性エッチングを行うことによって、Ａｇ層（第１電極層）およびＰｄ層（第２電極層）からなるｐ側オーミック電極を形成した。すなわち、上記した実施形態のｐ側オーミック電極６（図２参照）と同じ構造のｐ側オーミック電極を形成した。
【００２８】
そして、ｐ型ＧａＮ基板の裏面上にｎ側電極を形成し、スクライブにより個々の素子に分割した後、その素子のＩ−Ｖ特性を測定した。
【００２９】
図４は、Ｉ−Ｖ特性の測定結果を示したグラフである。なお、図４中の「Ｅ−０２」および「Ｅ−０３」は、それぞれ、「×１０-2」および「×１０-3」を表している。
【００３０】
図４を参照して、上記した実施形態のｐ側オーミック電極６（図１参照）と同じ構造のものをｐ側オーミック電極とした素子では、ＩF＝２０ｍＡにおいてＶF＝３．１Ｖという良好な低駆動電圧が得られた。この結果から、本実施形態の構成では、ｐ型窒化物半導体層４とｐ側オーミック電極６との間で良好なオーミック接触が得られていると考えられる。
【００３１】
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３２】
たとえば、上記実施形態では、ｐ側電極をｐ型窒化物半導体層とコンタクトさせるようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ側電極とコンタクトする層がアンドープであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】図１に示した一実施形態による窒化物半導体レーザ素子のｐ側オーミック電極の拡大図である。
【図３】図１に示した一実施形態による窒化物半導体レーザ素子のｐ側オーミック電極を構成する電極材料の特性を説明するためのグラフである。
【図４】Ｉ−Ｖ特性の測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
３  活性層
４  ｐ型窒化物半導体層（ｐ側窒化物半導体層）
６  ｐ側オーミック電極（ｐ側電極）
７  電極層（第１電極層）
７ａ  隙間
８  電極層（第２電極層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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