(57)【要約】  本技術の一実施形態の窒化物半導体素子は、第１半導体層と、第１半導体層の上に設けられた活性層と、活性層の上に設けられ、活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第２半導体層とを備え、第１半導体層または第２半導体層の側面には凹みまたは第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている。
2017038448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第２半導体層とを備え、
前記第１半導体層または前記第２半導体層の側面には凹みまたは第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている
窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１半導体層に接して設けられた、前記第１半導体層の素子形成基板をさらに備え、
前記第１半導体層の側面に、前記凹みまたは前記第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１半導体層には、１または複数の前記第１誘電体多層膜が埋め込まれている
請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層を間にして、前記第１半導体層に埋め込まれている１つの前記第１誘電体多層膜と対向する位置に設けられた第２誘電体多層膜をさらに備えた、請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記第１誘電体多層膜が露出している、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記凹みが形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体によって構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記素子形成基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板，窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）基板，サファイア基板およびシリコン（Ｓｉ）基板のいずれかである、請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えば、積層方向に光を射出する窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ等を構成する半導体素子は、自素子から発せられる熱を排出するためにサブマウント等に実装されている。実装の際には、一般に半田が用いられるが、半田は素子の濡れ性によってせり上がることが知られている。このせり上がりが大きい場合、所望の領域以外に半田が接し、電流リークを発生させてしまうという問題があった。【０００３】
一方、例えば、半導体材料として窒化物半導体が用いられた面発光レーザ等の発光素子は、一般に、基板上に、下部ＤＢＲ層（第２反射層）、下部スペーサ層（第２化合物半導体層）、活性層、上部スペーサ層（第１化合物半導体層）、上部ＤＢＲ層（第１反射層）およびコンタクト層（第１電極）がこの順に積層された構造を有する（例えば、特許文献１，２参照）。このような発光素子では、その諸特性が熱に強く影響を受けることから、発光素子の大部分を熱伝導率の高い半田で被覆することによって排熱性を向上させる試みがなされている。このため、上記素子の濡れ性による半田のせり上がりと併せて、リーク不良が起こりやすいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−３５５４１号公報
【特許文献２】特開２０１５−３５５４２号公報
【発明の概要】
【０００５】
これに対して、例えば、サブマウント等の窒化物半導体素子と接する部材（被実装部材）に掘り込み等を設けることで、半田のせり上がりを抑制する方法が考えられている。このように、被実装部材を加工した場合には、半田のせり上がりの抑制に対して一定の効果は得られるものの、素子表面の半田の被覆領域を制御することは難しい。そのため、この方法では、上記排熱効率を向上させることについては十分な効果が得られなくなるという問題があった。
【０００６】
従って、排熱効率を高めつつ、リーク不良の発生を低減することが可能な窒化物半導体素子を提供することが望ましい。
【０００７】
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子は、第１半導体層と、第１半導体層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第２半導体層とを備えている。第１半導体層および第２半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている。
【０００８】
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子では、活性層を間に積層された第１半導体層および第２半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている。誘電体多層膜による多数の界面や、凹みが素子の側面に形成されることにより、実装時に用いられる半田の被覆領域を制御することが可能となる。
【０００９】
本技術の一実施形態の窒化物半導体素子によれば、活性層を間に積層された第１半導体層および第２半導体層のうち、いずれか一方の側面には、凹みまたは誘電体多層膜を少なくとも１つ形成するようにしたので、実装時に用いられる半田の被覆領域を制御することが可能となる。よって、半田の被覆による排熱効率を高めつつ、半田のせり上がりが抑制され、リーク不良の発生を低減することが可能となる。なお、本技術の効果は、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本技術の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザの断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザの誘電体多層膜の平面形状を表す模式図である。
【図３】図２に示した誘電体多層膜の形成位置の一例を表す模式図である。
【図４Ａ】図１に示した半導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに続く工程について説明するための断面図である。
【図５Ａ】図４Ｂに続く工程について説明するための断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く工程について説明するための断面図である。
【図６】本技術の第２の実施の形態に係るＬＥＤの断面図である。
【図７Ａ】適用例１としてヒートシンクに半田付けされた半導体レーザの断面図の一例である。
【図７Ｂ】適用例１としてヒートシンクに半田付けされた半導体レーザの断面図の一例である。
【図８Ａ】適用例２としてヒートシンクに半田付けされたＬＥＤの断面図の一例である。
【図８Ｂ】適用例２としてヒートシンクに半田付けされたＬＥＤの断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本技術における一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（基板側の半導体層の側面に誘電体多層膜および凹みを有する半導体レーザ）
１−１．全体構成
１−２．製造方法
１−３．作用・効果
２．第２の実施の形態（基板側の半導体層の側面に誘電体多層膜および凹みを有するＬＥＤ）
３．適用例
【００１２】
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本技術の第１の実施の形態に係る面発光型の半導体素子（半導体レーザ１）の断面構成の一例を表したものである。半導体レーザ１は、基板１１と、基板１１の面Ｓ１に接する複数の誘電体多層膜４１とを有する。複数の誘電体多層膜４１は間隔をあけて基板１１上に設けられている。半導体レーザ１は、さらに、半導体層２０、絶縁膜２４、透明電極３２および第２反射層４２がこの順に積層された構成を有する。複数の誘電体多層膜４１のうち、第２反射層４２と対向する誘電体多層膜４１を第１反射層４１Ａとすると、一組の第１反射層４１Ａおよび第２反射層４２が、共振器として機能する。半導体層２０は、第１半導体層２１、活性層２２、第２半導体層２３が基板１１側からこの順に積層された構成を有する。各誘電体多層膜４１は、第１半導体層２１によって埋め込まれており、第１半導体層２１の側面には、１または複数の誘電体多層膜４１の側面が露出している。つまり、第１半導体層２１の側面には、誘電体多層膜４１が少なくとも１つ形成されている。さらに、第１半導体層２１の側面には、凹み２１Ａが少なくとも１つ形成されている。半導体レーザ１は、基板１１の面Ｓ２（面Ｓ１と対向する面）に接する第１電極３１を有する。なお、図１の半導体レーザ１は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。
【００１３】
（１−１．全体構成）
基板１１は、半導体層２０の製造に用いられた素子形成基板である。基板１１は、半導体層２０（第１半導体層２１）に接して設けられている。基板１１は、例えば、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板といった各種の基板を用いることができる。この他、ＡｌＮ等からなる絶縁性基板、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ等からなる半導体基板、金属製基板や合金製基板を用いてもよい。基板１１の積層方向の厚み（以下、単に厚みという）、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
半導体層２０は、第１半導体層２１、活性層２２および第２半導体層２３が基板１１側から順に積層された構成を有する。第１半導体層２１および第２半導体層２３は、互いに異なる導電型を有し、例えば、第１半導体層２１はｎ型の化合物半導体から形成され、第２半導体層２３はｐ型の化合物半導体から形成されている。第１半導体層２１、活性層２２および第２半導体層２３は、それぞれ、窒化物系化合物半導体によって構成されている。具体的な窒化物系化合物半導体としては、ＧａＮ系化合物半導体、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。この他、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＮおよびＩｎＮが挙げられる。更に、これらの化合物半導体には、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。活性層２２は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造（ＱＷ構造）を有していてもよいし、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していてもよい。量子井戸構造を有する活性層２２は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）、（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）、（ＡｌｚＧａ1-zＮ/ＡｌｙＧａ1-yＮ）［但し、ｙ＞ｚ］が挙げられる。
【００１５】
なお、第１半導体層２１および第２半導体層２３は、それぞれ単一構造の層であってもよいし、多層構造の層であってもよい。また、超格子構造の層であってもよい。更に、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えた層とすることもできる。
【００１６】
第１電極３１は、半導体層２０が形成された基板１１の一面とは反対側の面に設けられている。第１電極３１は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。具体的には、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ等の積層膜が挙げられる。なお、多層膜構造における「／」の前の層ほど、より活性層２２側に位置する。
【００１７】
透明電極３２は、半導体層２０上に設けられている。透明電極３２は、第２半導体層２３のうち、活性層２２から発せられた光を射出する射出窓２４Ｗに接して設けられている。透明電極３２は、光透過性を有するいわゆる透明導電性材料によって形成されている。具体的な透明導電性材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，Indium TinOxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯおよびアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）が挙げられる。この他、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を用いてもよい。但し、透明電極３２を構成する材料は、後述する第２反射層４２と透明電極３２との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を用いることもできる。透明電極３２は、これらの材料の少なくとも１種類から構成すればよい。
【００１８】
透明電極３２上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための第２電極３３が設けられている。第２電極３３は、例えば、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）のうちの少なくとも１種類の金属を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。具体的には、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕ等の積層膜が挙げられる。なお、ここでは設けていないが、第１電極３１上にもパッド電極を適宜設けてもよい。第１電極３１をＡｇ層あるいはＡｇ／Ｐｄ層から構成する場合には、第１電極３１の表面に、例えば、Ｎｉ／ＴｉＷ／Ｐｄ／ＴｉＷ／Ｎｉから成るカバーメタル層（図示せず）を形成し、カバーメタル層の上に、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕ等の多層膜からなるパッド電極を形成することが好ましい。
【００１９】
半導体層２０（具体的には、第２半導体層２３）と透明電極３２との間には、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。電流狭窄構造は、例えば、第２半導体層２３上に設けられた絶縁膜２４によって構成される。絶縁膜２４は開口２４Ａを有し、この開口が半導体層２０（第２半導体層２３）における電流注入領域となる。このとき、半導体層２０（第２半導体層２３）における電流注入領域が、上記射出窓２４Ｈと対応している。絶縁膜２４は、例えば、ＳｉＯX，ＳｉＮXあるいはＡｌＯXによって形成されている。
【００２０】
なお、電流狭窄構造は、必ずしも絶縁膜２４によって形成する必要はない。例えば、第２半導体層２３を反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは、積層された第２半導体層２３の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよい。更に、第２半導体層２３に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、更にまた、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、透明電極３２は、電流狭窄により電流が流れる第２半導体層２３の一部と電気的に接続されている必要がある。
【００２１】
誘電体多層膜４１は、例えば、基板１１の面内に複数設けられており、第１半導体層２１によって埋め込まれている。基板１１上に設けられた複数の誘電体多層膜４１の一部は、半導体層２０の端面と同一の面内に端面を有し、半導体レーザ１の側面に露出している。誘電体多層膜４１は、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＳｉＮx、ＡｌＮx、ＡｌＧａＮ、ＧａＮx、ＢＮx等）あるいはフッ化物等によって形成されている。具体的には、ＳｉＯx、ＴｉＯx、ＮｂＯx、ＺｒＯx、ＴａＯx、ＺｎＯx、ＡｌＯx、ＨｆＯx、ＳｉＮx、ＡｌＮx等が挙げられる。
【００２２】
第１反射層４１Ａは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層として機能する。第１反射層４１Ａは、上記誘電体材料のうち、屈折率が異なる誘電体材料から成る２種類以上の誘電体膜が交互に積層された構成となっていることが好ましい。これにより、光反射効果が得られる。２種類の誘電体膜の組み合わせとしては、例えば、ＳｉＯx／ＳｉＮx、ＳｉＯx／ＮｂＯx、ＳｉＯx／ＺｒＯx、ＳｉＯx／ＡｌＮx等が挙げられる。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚および積層数等を、適宜選択すればよい。各誘電体膜の厚みは、用いる材料等により適宜調整することができ、発光波長λ０、用いる材料の発光波長λ０での屈折率ｎによって決定される。具体的には、λ０／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発光波長λ０が４１０ｎｍの発光素子において、誘電体多層膜４１をＳｉＯX／ＮｂＯyから構成する場合には、各誘電体膜の厚みは４０ｎｍ〜７０ｎｍ程度であることが好ましい。積層数は、５以上であることが好ましく、より好ましくは、１５以上である。誘電体多層膜４１全体の厚みは、例えば、０．６μｍ〜３．０μｍであることが好ましい。誘電体多層膜４１は、例えば、［１１２０］方向に横方向成長するように配置または配列させることが好ましい。
【００２３】
誘電体多層膜４１の平面形状は、図２に示したように、例えば格子（矩形）状（Ａ）、正六角形を含む多角形状（Ｂ）、楕円を含む円形状（Ｃ）、ストライプ状（Ｄ）あるいは島状形状に形成されている。誘電体多層膜４１の断面形状は、図１に示したように矩形状でもよいし、あるいは台形状に形成してもよい。また、図３に示したように、一部の誘電体多層膜４１が基板１１から欠落していてもよい。この誘電体多層膜４１の欠落は、劈開による切り出し時における誘電体多層膜４１の割れや欠けによって生じる。また、例えば基板１１の線熱膨張係数と誘電体多層膜４１の線熱膨張係数の差によって生じる。この誘電体多層膜４１の欠落が基板１１の端面で起こることにより、半導体層２０の側面に凹み２１Ａが形成される。なお、誘電体多層膜４１の欠落は、意図的に形成するようにしてもよい。
【００２４】
第２反射層４２は、半導体層２０を間にして第１反射層４１Ａと対向する位置に設けられており、具体的には、透明電極３２上に設けられている。第２反射層４２は、誘電体多層膜４１と同様に、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＳｉＮX、ＡｌＮX、ＡｌＧａＮ、ＧａＮX、ＢＮX等）あるいはフッ化物等によって形成されている。第２反射層４２は、上記誘電体材料のうち、ＳｉＮxやＴａＯx等の高屈折率材料と、ＳｉＯx等の低屈折率材料とを交互に積層することで高い光反射率を得ることができる。所望の光反射率を得るためには、各誘電体膜を構成する材料のほか、膜厚および積層数等を適宜選択すればよい。各誘電体膜の厚みは、用いる材料等により適宜調整することができ、発光波長λ０、用いる材料の発光波長λ０での屈折率ｎによって決定される。具体的には、λ０／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発光波長λ０が４１０ｎｍの発光素子において、誘電体多層膜４１をＳｉＯX／ＮｂＯyから構成する場合には、各誘電体膜の厚みは４０ｎｍ〜７０ｎｍ程度であることが好ましい。積層数は２以上、好ましくは、２〜１５である。誘電体多層膜４１全体の厚みは、例えば、０．６μｍ〜３．０μｍであることが好ましい。
【００２５】
（１−２．製造方法）
本実施の形態の半導体レーザ１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２６】
図４Ａ〜図５Ｂは、半導体レーザ１の製造方法を工程順に表わしたものである。まず、図４Ａに示したように、誘電体多層膜４１Ｘを形成する。具体的には、基板１１上に、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてＳｉＯx膜およびＳｉＮx膜を交互に、例えば５層積層することで形成される。続いて、図４Ｂに示したように、誘電体多層膜４１Ｘを選択的にエッチングすることにより、側面が溝４１Ｈに囲まれた複数の誘電体多層膜４１を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、ＲＩＥ装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。
【００２７】
次に、図５Ａに示したように、基板１１および誘電体多層膜４１上に半導体層２０および絶縁膜２４を形成する。具体的には、誘電体多層膜４１を選択成長用マスクとして用い、基板１１をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属化学気相成長）装置に設置し、所望の温度に加熱した状態で、例えば、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体層２１、活性層（発光層）２２、例えば、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体層２３等を含む半導体層２０を成長させる。成長には、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ｎ型不純物のＳｉの原料としてシラン（ＳｉＨ4）、ｐ型不純物のＭｇの原料としてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ原料としてアンモニアガス（ＮＨ3）等を用いる。ここでは、例えば、第１半導体層２１を５μｍ、活性層２２を８０ｎｍ、第２半導体層２３を１００ｎｍ成長させる。続いて、例えばＳｉＯ2膜を、例えばスパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて、例えば２００ｎｍの厚みで成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、電流注入領域となる第２半導体層２３が露出した開口２４Ａを有する絶縁膜２４を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、ＲＩＥ装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。ここで、電流注入領域の面積は、対向する誘電体多層膜４１（第１反射層４１Ａ）の面積の半分以下であり、例えば、２５πｍ2程度である。
【００２８】
続いて、図５Ｂに示したように、透明電極３２、第２電極３３および第２反射層４２を形成する。具体的には、例えばＩＴＯ膜を、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の形状を有する透明電極３２を形成する。エッチング工程には塩酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。次に、例えばＡｕ、ＰｔおよびＴｉを、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてこの順に成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の部分にのみＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を残して第２電極３３を形成する。エッチング工程には酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング、ＰＲ法によるリフトオフ等を用いることができる。続いて、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてＳｉＯx膜およびＳｉＮx膜を交互に、例えば５層積層された誘電体多層膜を形成してのち、例えば、選択的にエッチングすることにより所望の形状を有する第２反射層４２を形成する。エッチング工程にはフッ化水素酸等によるウェットエッチング、ＲＩＥ装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。
【００２９】
次に、基板１１を裏面側から研削および研磨を行ったのち、第１電極３１を成膜する。最後に、基板１１から素子を劈開等によって切り出す。このとき、誘電体多層膜４１を横切るように切り出す。これにより、図１に示した半導体レーザ１が完成する。
【００３０】
半導体レーザ１は、上記のように、基板１１の一面に、複数の誘電体多層膜４１、第１半導体層２１、活性層２２、第２半導体層２３、透明電極３２および第２反射層４２がこの順に積層され、基板１１の一面に対向する他の面には第１電極３１が形成された構成を有する。第１反射層４１Ａおよび第２反射層４２のいずれか一方（ここでは、第２反射層４２側）には、活性層２２への電流注入効率を高め、閾地電流を下げるために電流注入領域を狭める電流狭窄構造（絶縁膜２４の開口２４Ａ）が設けられている。半導体レーザ１では、第１電極３１および透明電極３２から注入された電流が電流狭窄構造により狭窄されたのち、活性層２２に注入される。これにより、電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、第１反射層４１Ａおよび第２反射層４２によって反射され、所定の波長でレーザ発振が生じ、第１反射層４１Ａまたは第２反射層４２を介して外部にレーザ光として射出される。
【００３１】
（１−３．作用・効果）
前述したように、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、その諸特性が熱に強く影響を受けるため、半導体レーザは、熱を排出させるためにサブマウント等に、一般に半田を用いて実装される。また、半田は熱伝導率が高いため、半導体レーザの表面をできるだけ半田で覆うことによって排熱効率の向上が図られる傾向にある。しかしながら、一般的な半導体レーザでは、側面の濡れ性によって半田のせり上がりが起こり、この半田のせり上がりがリーク不良の原因となっていた。
【００３２】
この問題を解決する方法として、半導体レーザを実装するサブマウント等に掘り込み等を設けて半田のせり上がりを抑制する方法が考えられている。しかしながら、この方法では、半田のせり上がりを低減することはできるものの、半導体レーザ表面の半田の被覆領域を制御することは難しく、半田のせり上がりの抑制と、高い排熱効率とを両立させることは困難であった。
【００３３】
これに対して、本実施の形態の半導体レーザ１では、基板１１上の第１半導体層２１の側面に、誘電体多層膜４１の露出面または凹み２１Ａを設けるようにした。第１半導体層２１の側面に設けられる誘電体多層膜４１の露出面は、第１半導体層２１と比較してダングリングボンドの密度が小さく、これらが多層積層されることで半導体レーザ１の側面に複数の界面が形成される。これにより、実装時に用いられる半田による半導体レーザ１の側面の被覆領域を制御することが可能となる。また、凹み２１Ａは、劈開による切り出しの際の割れや欠け、あるいは、基板１１と誘電体多層膜４１との線膨張係数の差によって誘電体多層膜４１が欠落することによって形成される。この凹み２１Ａによっても実装時に用いられる半田による半導体レーザ１の側面の被覆領域を制御、具体的には、半田のせり上がりが低減される。
【００３４】
よって、本実施の形態の半導体レーザ１では、半田の被覆による排熱効率高めつつ、半田のせり上がりが抑制され、リーク不良の発生を低減することが可能となる。
【００３５】
以下に、他の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
＜２．第２の実施の形態＞
図６は、本開示の第２の実施の形態に係る面発光型の半導体素子（ＬＥＤ２）の断面構成の一例を表したものである。ＬＥＤ２は、基板１１と、基板１１の面Ｓ１に接する複数の誘電体多層膜６１とを有する。複数の誘電体多層膜６１は間隔をあけて基板１１上に設けられている。ＬＥＤ２は、さらに、半導体層２０、透明電極５２およびｎ型電極５３がこの順に積層された構成を有する。各誘電体多層膜６１は、半導体層２０の第１半導体層２１によって埋め込まれており、第１半導体層２１の側面には、１または複数の誘電体多層膜６１の側面が露出している。つまり、第１半導体層２１の側面には、誘電体多層膜６１が少なくとも１つ形成されている。さらに、第１半導体層２１の側面には、凹み２１Ａが少なくとも１つ形成されている。ＬＥＤ２は、基板１１の面Ｓ２（面Ｓ１と対向する面）に接するｐ型電極５１を有する。なお、図６の半導体レーザ１は模式的に表したものであり、実際の寸法とは異なっている。
【００３７】
ｐ型電極５１は、半導体層２０が形成された基板１１の一面とは反対側の面に設けられている。ｐ型電極５１は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）およびインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。積層膜としては、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄ等が挙げられる。
【００３８】
透明電極５２は、例えば、半導体層２０の上面（第２半導体層２３の表面）に設けられており、光透過性を有するいわゆる透明導電性材料によって形成されている。具体的な透明導電性材料としては、例えば、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯおよびアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）が挙げられる。この他、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を用いてもよい。
【００３９】
ｎ型電極５３は、透明電極５２上の一部に設けられている。ｎ型電極５３は、例えば、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）のうちの少なくとも１種類の金属を含む単層膜または積層膜であることが好ましい。積層膜としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕ等が挙げられる。
【００４０】
誘電体多層膜６１は、上記実施の形態における誘電体多層膜４１と同様に、例えば、基板１１の面内に複数設けられており、第１半導体層２１によって埋め込まれている。誘電体多層膜６１は、活性層２２で発せられた光を透明電極５２側に反射する機能を有する。基板１１上に設けられた複数の誘電体多層膜６１の一部は、半導体層２０と同一の端面を有し、ＬＥＤ２の側面に露出している。誘電体多層膜６１は、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＳｉＮx、ＡｌＮx、ＡｌＧａＮ、ＧａＮx、ＢＮx等）あるいはフッ化物等によって形成されている。具体的には、ＳｉＯx、ＴｉＯx、ＮｂＯx、ＺｒＯx、ＴａＯx、ＺｎＯx、ＡｌＯx、ＨｆＯx、ＳｉＮx、ＡｌＮx等が挙げられる。
【００４１】
誘電体多層膜６１は、上記誘電体材料のうち、必ずしも屈折率が異なる誘電体材料から成る２種類以上の誘電体膜を交互に積層する必要はないが、例えば、ＳｉＮxやＴａＯx等の高屈折率材料と、ＳｉＯx等の低屈折率材料とを交互に積層することで光の取り出し効率が向上する。具体的な誘電体材料の組み合わせとしては、ＳｉＯx／ＳｉＮxのほか、例えば、ＳｉＯx／ＮｂＯx、ＳｉＯx／ＺｒＯx、ＳｉＯx／ＡｌＮx等が挙げられる。各誘電体膜の厚みは４０ｎｍ〜７０ｎｍ程度であることが好ましい。積層数は、５以上であることが好ましく、より好ましくは、１５以上である。誘電体多層膜６１全体の厚みは、例えば、０．６μｍ〜３．０μｍであることが好ましい。誘電体多層膜６１は、例えば、［１１２０］方向に横方向成長するように配置または配列させることが好ましい。
【００４２】
誘電体多層膜６１の平面形状は、上記実施の形態と同様に、例えば格子（矩形）状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状、ストライプ状あるいは島状形状に形成されている。誘電体多層膜６１の断面形状は、図６に示したように矩形状でもよいし、あるいは台形状に形成してもよい。
【００４３】
ＬＥＤ２は、上記実施の形態と同様の方法を用いて、例えば次のようにして製造することができる。まず、上記実施の形態と同様に、基板１１上に、誘電体多層膜６１および半導体層２０を形成したのち、透明電極５２およびｎ型電極５３を形成する。具体的には、例えばＩＴＯを、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いて成膜したのち、選択的にエッチングすることにより、所望の形状を有する透明電極５２を形成する。エッチング工程には塩酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング等を用いることができる。次に、例えばＡｕ、ＰｔおよびＴｉを、例えば、スパッタ、ＣＶＤおよび蒸着等いずれの成膜方法を用いてこの順に成膜したのち、ＰＲ工程およびエッチング工程により、所望の部分にのみＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を残してｎ型電極５３を形成する。エッチング工程には酸等によるウェットエッチング、リアクティブイオンエッチング装置等を用いたドライエッチング、ＰＲ法によるリフトオフ等を用いることができる。
【００４４】
続いて、基板１１を裏面側から研削および研磨を行ったのち、ｐ型電極５１を成膜する。最後に、基板１１から素子を劈開等によって切り出す。このとき、誘電体多層膜６１を横切るように切り出すことによってことによって図６に示したＬＥＤ２が完成する。
【００４５】
＜３．適用例＞
（適用例１）
図７Ａおよび図７Ｂは、上記第１の実施の形態における半導体レーザ１をヒートシンク上に実装したものである。なお、ここでは半導体レーザ１の構造を簡略化して示している。図７Ａに示した半導体レーザ１は、ヒートシンク１０１に半田１０２を介してジャンクションアップ実装されたものであり、第２電極３３には半田１０３を介してボンディングワイヤ１０４が接続されている。図７Ｂに示した半導体レーザ１は、ヒートシンク１０１に半田１０２を介してジャンクションダウン実装されたものであり、第１電極３１には半田１０３を介してボンディングワイヤ１０４が接続されている。また、ジャンクションダウン実装する場合には、レーザ光は基板１１側から射出されるため、第１電極３１には開口３１Ａが設けられ、この開口３１Ａが射出窓となっている。このように、第１の実施の形態の半導体レーザ１では、ジャンクションアップ実装された際の半田１０２のせり上がりを、ジャンクションダウン実装された際の半田１０３のせり下がりを、半導体層２０の各側面に露出した１以上の誘電体多層膜４１および１以上の凹み２１Ａによって防ぐことが可能となる。
【００４６】
（適用例２）
図８Ａおよび図８Ｂは、上記第２の実施の形態におけるＬＥＤ２をヒートシンク上に実装したものである。なお、ここではＬＥＤ２の構造を簡略化して示している。図８Ａに示したＬＥＤ２は、ヒートシンク１０１に半田１０２を介してジャンクションアップ実装されたものであり、第２電極３３には半田１０３を介してボンディングワイヤ１０４が接続されている。図８Ｂに示したＬＥＤ２は、ヒートシンク１０１に半田１０２を介してジャンクションダウン実装されたものであり、ｐ型電極５１には半田１０３を介してボンディングワイヤ１０４が接続されている。また、ジャンクションダウン実装する場合には、レーザ光は基板１１側から射出されるため、ｐ型電極５１には開口５１Ａが設けられ、この開口３１Ａが射出窓となっている。このように、第２の実施の形態のＬＥＤ２では、このように、第１の実施の形態の半導体レーザ１では、ジャンクションアップ実装された際の半田１０２のせり上がりを、ジャンクションダウン実装された際の半田１０３のせり下がりを、半導体層２０の各側面に露出した１以上の誘電体多層膜６１および１以上の凹み２１Ａによって防ぐことが可能となる。
【００４７】
以上、第１および第２の実施の形態および適用例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第１および第２の実施の形態では、半導体レーザ１（あるいは、ＬＥＤ２）では、それぞれ半導体層２０の側面に、誘電体多層膜４１（あるいは誘電体多層膜６１）および凹み２１Ａの両方を有する例を示したが、例えば、凹み２１Ａのみ、あるいは誘電体多層膜４１（あるいは誘電体多層膜６１）のみが設けられていてもよい。
【００４８】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００４９】
なお、本技術は以下の様な構成をとることも可能である。
（１）
第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第２半導体層とを備え、
前記第１半導体層または前記第２半導体層の側面には凹みまたは第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている
窒化物半導体素子。
（２）
前記第１半導体層に接して設けられた、前記第１半導体層の素子形成基板をさらに備え、
前記第１半導体層の側面に、前記凹みまたは前記第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている、前記（１）に記載の窒化物半導体素子。
（３）
前記第１半導体層には、１または複数の前記第１誘電体多層膜が埋め込まれている、前記（２）に記載の窒化物半導体素子。
（４）
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層を間にして、前記第１半導体層に埋め込まれている１つの前記第１誘電体多層膜と対向する位置に設けられた第２誘電体多層膜をさらに備えた、前記（３）に記載の窒化物半導体素子。
（５）
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記第１誘電体多層膜が露出している、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
（６）
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記凹みが形成されている、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
（７）
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体によって構成されている、前記（１）乃至（６）のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
（８）
前記素子形成基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板，窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）基板，サファイア基板およびシリコン（Ｓｉ）基板のいずれかである、前記（２）乃至（７）のうちのいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【００５０】
本出願は、日本国特許庁において２０１５年９月２日に出願された日本特許出願番号２０１５−１７２７４９号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【００５１】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2017038448.tif 000009
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月18日(2016.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層と、
前記第１半導体層の上に設けられた活性層と、
前記活性層の上に設けられ、前記活性層から発せられた光を射出する射出窓を有する第２半導体層とを備え、
前記第１半導体層または前記第２半導体層の側面には凹みまたは矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている
窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第１半導体層に接して設けられた、前記第１半導体層の素子形成基板をさらに備え、
前記第１半導体層の側面に、前記凹みまたは前記矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜が少なくとも１つ形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１半導体層には、前記第１半導体層の側面に形成された前記矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜とは離間して設けられた１または複数の前記矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜が埋め込まれている
請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層を間にして、前記第１半導体層に埋め込まれている１つの前記矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜と対向する位置に設けられた第２誘電体多層膜をさらに備えた、請求項３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記矩形状、正六角形を含む多角形状、楕円を含む円形状または島状形状の第１誘電体多層膜が露出している、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１半導体層の各側面には、複数の前記凹みが形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１半導体層、前記活性層および前記第２半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体によって構成されている、請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記素子形成基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板，窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）基板，サファイア基板およびシリコン（Ｓｉ）基板のいずれかである、請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【国際調査報告】
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