(57)【要約】  窒化物半導体レーザ素子（１）は、第１の窒化物半導体層（２０）と、第１の窒化物半導体層（２０）の上に形成された窒化物半導体からなる発光層（３０）と、発光層（３０）の上に形成され、リッジ部（４０ａ）を有する第２の窒化物半導体層（４０）と、リッジ部（４０ａ）の上に形成されたｐ側電極（５１）と、第２の窒化物半導体層（４０）上に形成され、リッジ部（４０ａ）よりも幅広であるパッド電極（５２）とを備え、第２の窒化物半導体層（４０）は、リッジ部（４０ａ）の側方に平坦部（４０ｂ）を有し、リッジ部（４０ａ）の側面および平坦部（４０ｂ）の上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層（６０）が形成され、平坦部（４０ｂ）上の誘電体層（６０）の上には、密着層（７０）が形成され、密着層（７０）は、リッジ部（４０ａ）の側面上の誘電体層（６０）から離れ、且つ、ｐ側電極（５１）とは非接触であり、パッド電極（５２）と接触している。
2018180524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、
前記リッジ部の上に形成されたオーミック電極と、
前記オーミック電極の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広であるパッド電極とを備え、
前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、
前記リッジ部の側面及び前記平坦部の上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層が形成され、
前記平坦部上の前記誘電体層の上には、密着層が形成され、
前記密着層は、前記リッジ部の側面上の前記誘電体層から離れ、且つ、前記パッド電極と接触し、前記オーミック電極とは非接触である
窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記密着層と前記オーミック電極との距離は、０．６μｍ以上、３．０μｍ以下である
請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記パッド電極は、前記誘電体層と接触している
請求項１または２記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記密着層は、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１つを有する層を含む
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記パッド電極は、Ａｕからなる層を含む
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子と、
前記窒化物半導体レーザ素子を保持するサブマウントとを備える
窒化物半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記第１の窒化物半導体層側が前記サブマウントに接合され、
前記パッド電極にワイヤが接続されている
請求項７記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記パッド電極側が前記サブマウントに接合され、
前記パッド電極と前記サブマウントとの間には、半田層が介在している
請求項７記載の窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記パッド電極は、少なくとも前記半田層と接触するＡｕからなる層を含み、
前記半田層は、Ｓｎを含む
請求項９記載の窒化物半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体レーザ素子、および当該窒化物半導体レーザ素子を実装した窒化物半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ素子は、ディスプレイやプロジェクターなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。中でも、紫外から青色までの波長帯をカバーできる窒化物半導体レーザ素子が盛んに開発されている。また、上記用途の光源として用いられる半導体レーザ素子には、光出力が１ワットを大きく超える高出力化、および、素子寿命が数万時間以上の高寿命化が望まれている。【０００３】
特許文献１に、従来の窒化物半導体レーザ素子が開示されている。図６は、特許文献１に開示された従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。【０００４】
図６に示すように、従来の窒化物半導体レーザ素子１０００は、基板１０１０の上に、ｎ型窒化物半導体層１０２０と、活性層１０３０と、ｐ型窒化物半導体層１０４０とが順に積層された構造である。ｐ型窒化物半導体層１０４０には、リッジストライプ１０４０ａおよび平坦部１０４０ｂが形成されている。リッジストライプ１０４０ａの側面から平坦部１０４０ｂにかけて、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１０６０が形成されている。ｐ型窒化物半導体層１０４０のリッジストライプ１０４０ａの上にはｐ側電極１０５１が形成され、ｐ側電極１０５１および絶縁膜１０６０の上には金（Ａｕ）からなるパッド電極１０５２が形成されている。なお、基板１０１０の裏面にはｎ側電極１０８０が形成されている。【０００５】
しかし、Ａｕからなるパッド電極はＳｉＯ２からなる絶縁膜との密着性が低いため、半導体レーザ素子の実装時やレーザ駆動時に電極が剥がれるという課題がある。【０００６】
特許文献２に、電極と絶縁膜の密着性を向上させた窒化物半導体レーザ素子が開示されている。図７は、特許文献２に開示された従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。【０００７】
図７に示すように、従来の窒化物半導体レーザ素子２０００は、ｐ型半導体層２０４０のリッジ部２０４０ａの側面に形成される絶縁膜２０６０の表面にＴｉ等の密着層２０７０を形成し、密着層２０７０を介してリッジ部２０４０ａをｐ型電極２０５１で覆う。これによって、絶縁膜２０６０とｐ型電極２０５１との密着性を向上させ、ｐ型電極２０５１の絶縁膜２０６０からの剥離を抑制することができる。【０００８】
また、非特許文献１には、金属中の水素の拡散速度について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２４２５８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３０４２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本金属学会誌（１９７３）第３７巻  ｐ３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、Ｔｉ等の密着層によって電極の密着性を向上させた従来の窒化物半導体レーザ素子では、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇するという課題がある。【００１２】
本開示は、動作電圧の上昇を抑制できる窒化物半導体レーザ素子等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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様は、第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、前記リッジ部の上に形成されたオーミック電極と、前記オーミック電極の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広であるパッド電極とを備え、前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、前記リッジ部の側面及び前記平坦部の上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層が形成され、前記平坦部の上の前記誘電体層の上には、密着層が形成され、前記密着層は、前記リッジ部の側面の上の前記誘電体層から離れ、且つ、前記パッド電極と接触し、前記オーミック電極とは非接触である。【００１４】
この構成により、誘電体層上に形成される密着層がオーミック電極と非接触であるため、ＳｉＯ２からなる誘電体層中に含まれる水素がオーミック電極に拡散することを抑制できる。これにより、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを抑制できる。さらに、誘電体層上に形成される密着層がパッド電極と接触するため、パッド電極と誘電体層との密着性が向上し、窒化物半導体レーザ素子の実装時やレーザ駆動（動作）時のパッド電極の剥がれを抑制できる。【００１５】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記密着層と前記オーミック電極との距離は、０．６μｍ以上、３．０μｍ以下であるとよい。【００１６】
この構成により、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性を確保でき、且つ、窒化物半導体レーザ素子における水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを、より抑制できる。【００１７】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記パッド電極は、前記誘電体層と接触しているとよい。【００１８】
この構成により、パッド電極がリッジ部の近くに形成されるため、リッジ部における熱がパッド電極を介して効率よく放熱され、放熱特性が向上する。【００１９】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。【００２０】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。【００２１】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、密着層としては、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１つを有する層を含むものが適している。【００２２】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、パッド電極としては、Ａｕからなる層を含むものが適している。【００２３】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子と、前記窒化物半導体レーザ素子を保持するサブマウントとを備える。【００２４】
これらの構成により、窒化物半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱を例えば窒化物半導体レーザ素子が実装されるサブマウントに逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子を高い光出力で動作させることができる。【００２５】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子は、前記第１の窒化物半導体層側が前記サブマウントに接合され、前記パッド電極にワイヤが接続されているとよい。【００２６】
この構成により、窒化物半導体レーザ装置は、例えば外部電源とワイヤボンディングにより簡単に電気接続が可能となる。【００２７】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記窒化物半導体レーザ素子は、前記パッド電極側が前記サブマウントに接合され、前記パッド電極と前記サブマウントとの間には、半田層が介在しているとよい。【００２８】
この構成により、窒化物半導体レーザ素子の発光部の近くにサブマウントが位置するため、発光部からの熱がサブマウントより効率よく放熱され、放熱特性が向上する。【００２９】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様において、前記パッド電極は、少なくとも前記半田層と接触するＡｕからなる層を含み、前記半田層は、Ｓｎを含むとよい。【００３０】
この構成により、窒化物半導体レーザ素子とサブマウントとは、Ａｎ−Ｓｎ共晶構造となるために、接合がより強固となり、剥がれにくくなる。
【発明の効果】
【００３１】
本開示の窒化物半導体レーザ素子等によれば、動作電圧が上昇することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、第１の窒化物半導体層、発光層および第２の窒化物半導体層の各層を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、保護膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、リッジ部および平坦部を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、誘電体層を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、ｐ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、密着層を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、パッド電極を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法における、ｎ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の実装形態１を説明するための平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線における実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の実装形態１を説明するための断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の実装形態２を説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線における実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の実装形態２を説明するための断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、比較例の窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造の断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、比較例および実施の形態におけるレーザ構造の動作電圧の経時的変化を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、比較例および実施の形態におけるレーザ構造の、拡散方程式を用いて計算した水素濃度の経時変化の計算結果を示す図である。
【図６】図６は、従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図７】図７は、従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、並びに、ステップ（工程）およびステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３４】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００３５】
また、本明細書および図面において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交し、且つ、いずれもＺ軸に直交する軸である。また、以下の実施の形態において、Ｚ軸正方向側を上側、Ｚ軸負方向側を下側として記載する場合がある。
【００３６】
また、図１Ａ、図３Ａおよび図４Ａは、断面を示す図ではないが、説明のためにハッチングを付して図示している。
【００３７】
（実施の形態）
［窒化物半導体レーザ素子の構成］
まず、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の構成について、図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の構成を示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における窒化物半導体レーザ素子１の断面図である。
【００３８】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１は、窒化物半導体材料によって構成された半導体レーザ素子である。窒化物半導体レーザ素子１は、基板１０と、第１の窒化物半導体層２０と、発光層３０と、第２の窒化物半導体層４０と、電極部材５０と、誘電体層６０と、密着層７０とを備える。
【００３９】
第２の窒化物半導体層４０は、レーザ共振器長方向（Ｙ軸方向）に延在するストライプ状のリッジ部４０ａと、リッジ部４０ａの根元から横方向（Ｘ軸方向）に広がる平坦部４０ｂと有する。
【００４０】
リッジ部４０ａの幅および高さは、特に限定されるものではないが、一例として、リッジ部４０ａの幅（ストライプ幅）は１μｍ以上１００μｍ以下で、リッジ部４０ａの高さは１００ｎｍ以上１μｍ以下である。窒化物半導体レーザ素子１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、リッジ部４０ａの幅を１０μｍ以上５０μｍ以下とし、リッジ部４０ａの高さを３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下にするとよい。
【００４１】
基板１０は、例えば、ＧａＮ基板である。本実施の形態では、基板１０として、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板を用いている。
【００４２】
第１の窒化物半導体層２０は、基板１０の上に形成されている。第１の窒化物半導体層２０は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層である。
【００４３】
発光層３０は、第１の窒化物半導体層２０の上に形成されている。発光層３０は、窒化物半導体によって構成される。発光層３０は、例えば、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１と、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３２と、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３との積層構造である。
【００４４】
第２の窒化物半導体層４０は、発光層３０の上に形成されている。第２の窒化物半導体層４０は、例えば、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１と、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層４２と、ｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３との積層構造である。ｐ側コンタクト層４３は、リッジ部４０ａの最上層として形成されている。
【００４５】
ｐ側クラッド層４２は、凸部を有している。このｐ側クラッド層４２の凸部とｐ側コンタクト層４３とによってリッジ部４０ａが構成されている。また、ｐ側クラッド層４２は、リッジ部４０ａの両側方に、平坦部４０ｂとして平面部を有している。つまり、平坦部４０ｂの最上面は、ｐ側クラッド層４２の表面であり、平坦部４０ｂの最上面にはｐ側コンタクト層４３が形成されていない。
【００４６】
電極部材５０は、第２の窒化物半導体層４０の上に形成されている。電極部材５０は、リッジ部４０ａよりも幅広である。つまり、電極部材５０の幅（Ｘ軸方向の幅）は、リッジ部４０ａの幅（Ｘ軸方向の幅）よりも大きい。電極部材５０は、誘電体層６０および密着層７０、リッジ部４０ａの上面と接触している。
【００４７】
本実施の形態において、電極部材５０は、電流供給のためのｐ側電極（オーミック電極）５１と、ｐ側電極５１の上に形成されたパッド電極５２とを有する。
【００４８】
ｐ側電極５１は、リッジ部４０ａの上面と接触している。ｐ側電極５１は、リッジ部４０ａの上方においてｐ側コンタクト層４３とオーミック接触するオーミック電極であり、リッジ部４０ａの上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。ｐ側電極５１は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、ｐ側電極５１は、Ｐｄ／Ｐｔの２層構造である。
【００４９】
パッド電極５２は、リッジ部４０ａよりも幅広であって、誘電体層６０および密着層７０と接触している。つまり、パッド電極５２は、リッジ部４０ａ、誘電体層６０および密着層７０を覆うように形成されている。
【００５０】
パッド電極５２の材料は、Ａｕからなる金属材料であるとよく、パッド電極５２は、Ａｕの単層、あるいはＡｕ／Ｔｉ／Ａｕのような多層でもよい。
【００５１】
密着層７０は、誘電体層６０上の一部の領域、具体的には、リッジ部４０ａの両側において、リッジ部４０ａから離れた誘電体層６０上の領域に形成されている。密着層７０は、パッド電極５２および誘電体層６０には接触しているが、ｐ側電極５１には接触していない。具体的には、密着層７０は、平坦部４０ｂ上におけるリッジ部４０ａから離れた位置において、誘電体層６０と接触している。ここで、図１Ｂに示すように、リッジ部４０ａに対して左右の密着層７０とｐ側電極５１との距離を距離ｄ１、ｄ２とそれぞれ定義する。
【００５２】
距離ｄ１、ｄ２が大きければ、誘電体層６０から密着層７０を介したｐ側電極５１への水素拡散を抑制できるため、窒化物半導体レーザ素子１の電圧上昇を抑制できるが、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性が低下する。
【００５３】
一方、距離ｄ１、ｄ２が小さければ、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性は向上するが、水素拡散により、窒化物半導体レーザ素子１の動作電圧の上昇が生じる。非特許文献１に記載のように、金属中の水素の拡散距離は、Ｆｉｃｋの第２法則から計算できる。非特許文献１に記載の式（２）（具体的には、以下に示す式（１））は、拡散方程式と呼ばれており、この拡散方程式から水素の拡散距離を計算した結果、後述する図５Ｄに示す実験結果から、距離ｄ１、ｄ２が０．６μｍ以上あれば、窒化物半導体レーザ素子１が動作中の水素拡散を抑制できることがわかった。
【００５４】
【数１】
2018180524.tif 000003
【００５５】
なお、上記式（１）において、Ｄは拡散係数であり、Ｃ（ｘ，ｔ）は、試料内部の水素濃度分布であり、ｘは、試料内部でのアノード側となる面からの距離であり、ｔは時間である。
【００５６】
また、本願発明者らが実施した実験の結果から、距離ｄ１、ｄ２が３．０μｍ以下であれば、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性を確保できることがわかった。なお、本実施の形態では、窒化物半導体レーザ素子１の作製時の位置ばらつきも考慮して、距離ｄ１＝距離ｄ２＝１．０μｍとしている。
【００５７】
また、本実施の形態では、距離ｄ１、ｄ２を所望の値とするため、密着層７０は、平坦部４０ｂの上において、誘電体層６０のリッジ部４０ａの側面に形成された部分から離れた位置に、誘電体層６０の平坦部４０ｂ上に形成された部分を介して形成される。平坦部４０ｂ上のリッジ部４０ａの近傍においては、誘電体層６０上には、密着層７０が形成されていない部分が存在する。密着層７０とリッジ部４０ａとの間では、パッド電極５２と誘電体層６０とが直接接触している。
【００５８】
また、密着層７０とｐ側電極５１との距離に関しては、リッジ部４０ａの高さ方向（具体的には、Ｚ軸方向）に離す形態も考えられるが、窒化物半導体レーザ素子１の場合、リッジ部４０ａは電気抵抗の高いｐ側クラッド層４２で形成されているため、リッジ部４０ａを高くすると動作電圧が増加するという問題が生じる。そのため、密着層７０とｐ側電極５１とＺ軸方向に話す距離には、制限がある。
【００５９】
また、誘電体層６０を薄くすることでも、密着層７０とｐ側電極５１とをＺ軸方向に離すことができる。その場合、発光部（具体的には、発光層３０）と、電極部（具体的には、ｐ側電極５１）との距離が短くなるため、電極部（例えば、ｐ側電極５１）による光吸収が生じ、窒化物半導体レーザ素子１から出射された光の利用効率（つまり、発光効率）が低下するという課題が生じる。よって、密着層７０とｐ側電極５１との距離を離す場合、リッジ部４０ａの幅方向（具体的には、Ｘ軸方向）に離すのが有効であり、それを実現するために、密着層７０をリッジ部４０ａから離して形成している。
【００６０】
なお、本実施の形態では、距離ｄ１＝距離ｄ２としているが、距離ｄ１と距離ｄ２とは異なっていてもよい。また、距離ｄ１、ｄ２のどちらか一方が、０．６μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲にあっても、水素拡散による窒化物半導体レーザ素子１の動作電圧が上昇すること抑制、および、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性を確保する効果は得られるが、距離ｄ１、ｄ２が両方とも、０．６μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲にあるのが、より好ましい。
【００６１】
密着層７０の材料は、特に限定されるものではないが、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１つを有する層を含むとよい。例えば、密着層７０は、ＴｉあるいはＴｉ／Ｐｔの２層構造からなる金属材料である。本実施の形態において、ｐ側電極５１は、Ｔｉからなる金属材料である。
【００６２】
なお、図１Ａに示すように、パッド電極５２は、窒化物半導体レーザ素子１を個片化する際の歩留まりを向上させるために、第２の窒化物半導体層４０の内側に形成されている。すなわち、窒化物半導体レーザ素子１を上面視した場合に、パッド電極５２は、窒化物半導体レーザ素子１の端部周縁には形成されていない。つまり、窒化物半導体レーザ素子１は、端部周縁に電流が供給されない非電流注入領域を有する。また、パッド電極５２が形成されている領域の断面形状は、どの部分でも図１Ｂに示される構造となる。
【００６３】
誘電体層６０は、光を閉じ込めるために、リッジ部４０ａの側面に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁膜である。具体的には、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの側面から平坦部４０ｂにわたって連続的に形成されている。本実施の形態において、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの周辺において、ｐ側コンタクト層４３の側面とｐ側クラッド層４２の凸部の側面とｐ側クラッド層４２の上面とにわたって連続して形成されている。
【００６４】
誘電体層６０の形状は、特に限定されるものではないが、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの側面および平坦部４０ｂと接しているとよい。これにより、リッジ部４０ａの直下で発光した光を安定的に閉じ込めることができる。
【００６５】
また、高い光出力で動作させること（高出力動作）を目的とした窒化物半導体レーザ素子では、光出射端面には誘電体多層膜などの端面コート膜が形成される。この端面コート膜は、端面のみに形成することが難しく、窒化物半導体レーザ素子１の上面にも回りこむ。この場合、窒化物半導体レーザ素子１の長手方向（Ｙ軸方向）の端部では、パッド電極５２が形成されていないため、端面コート膜が上面にまで回りこんでしまうと、窒化物半導体レーザ素子１の長手方向の端部で誘電体層６０と端面コート膜とが接してしまう場合がある。この際、誘電体層６０が形成されていない、又は、誘電体層６０の膜厚が光閉じ込めに対して薄い場合には、端面コート膜の影響を受けるため、光損失の原因となる。そこで、発光層３０で発生した光を十分に閉じ込めるためには、誘電体層６０の膜厚は、１００ｎｍ以上にするとよい。一方、誘電体層６０の膜厚が厚すぎると、パッド電極５２の形成が困難となるために、誘電体層６０の膜厚は、リッジ部４０ａの高さ以下にするとよい。
【００６６】
また、リッジ部４０ａの側面および平坦部４０ｂには、リッジ部４０ａを形成する際のエッチング工程でエッチングダメージが残存してリーク電流が発生する場合があるが、リッジ部４０ａおよび平坦部４０ｂを誘電体層６０で被覆することで、不要なリーク電流の発生を低減できる。
【００６７】
なお、基板１０の下面には、基板１０とオーミック接触するオーミック電極としてｎ側電極８０が形成されている。
【００６８】
［窒化物半導体レーザ素子の製造方法］
次に、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｉを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｉは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の製造方法における各工程の断面図である。なお、図２Ａ〜図２Ｉに示す断面は、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に対応した位置における断面である。
【００６９】
まず、図２Ａに示すように、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板である基板１０上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ法）を用いて、第１の窒化物半導体層２０、発光層３０および第２の窒化物半導体層４０をこの順で順次成膜する。
【００７０】
具体的には、基板１０の上に、第１の窒化物半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層を３μｍ成長させる。続いて、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１を０．１μｍ成長させる。続いて、ＩｎＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層との３周期からなる活性層３２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３を０．１μｍ成長させる。続いて、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１を１０ｎｍ成長させる。続いて、ｐ−ＡｌＧａＮ層（１．５ｎｍ）とＧａＮ層（１．５ｎｍ）とを１６０周期繰り返して形成した０．４８μｍの歪超格子からなるｐ側クラッド層４２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３を０．０５μｍ成長させる。ここで、各層において、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎを含む有機金属原料には、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、窒素原料には、アンモニア（ＮＨ３）を用いる。
【００７１】
次に、図２Ｂに示すように、第２の窒化物半導体層４０上に、保護膜９１を成膜する。具体的には、ｐ側コンタクト層４３の上に、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、保護膜９１として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００７２】
なお、保護膜９１の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、例えば、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。また、保護膜９１の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、例えば、誘電体や金属など、後述する第２の窒化物半導体層４０（ｐ側クラッド層４２、ｐ側コンタクト層４３）のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。
【００７３】
次に、図２Ｃに示すように、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いて、保護膜９１がストライプ状に残るように、保護膜９１を選択的に除去する。エッチング法としては、例えば、ＣＦ４などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング、又は、１：１０程度に希釈した弗化水素酸（ＨＦ）などのウェットエッチングを用いることができる。
【００７４】
次に、図２Ｄに示すように、ストライプ状に形成された保護膜９１をマスクとして、ｐ側コンタクト層４３およびｐ側クラッド層４２をエッチングすることで、第２の窒化物半導体層４０にリッジ部４０ａおよび平坦部４０ｂを形成する。ｐ側コンタクト層４３およびｐ側クラッド層４２のエッチングとしては、Ｃｌ２などの塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングを用いるとよい。
【００７５】
次に、図２Ｅに示すように、ストライプ状の保護膜９１をフッ酸などのウェットエッチングによって除去した後、ｐ側コンタクト層４３およびｐ側クラッド層４２を覆うように、誘電体層６０を成膜する。つまり、リッジ部４０ａおよび平坦部４０ｂの上に誘電体層６０を形成する。誘電体層６０としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００７６】
なお、誘電体層６０の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザ成膜法などの成膜方法を用いてもよい。
【００７７】
次に、図２Ｆに示すように、フォトリソグラフィー法と、フッ酸を用いたウェットエッチングとにより、リッジ部４０ａ上の誘電体層６０のみを除去して、ｐ側コンタクト層４３の上面を露出させる。その後、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、リッジ部４０ａ上のみにＰｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１を形成する。具体的には、誘電体層６０から露出させたｐ側コンタクト層４３の上にｐ側電極５１を形成する。
【００７８】
なお、ｐ側電極５１の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザ成膜法などであってもよい。また、ｐ側電極５１の電極材料は、Ｎｉ／Ａｕ系、Ｐｔ系など、第２の窒化物半導体層４０（ｐ側コンタクト層４３）とオーミック接合する材料であればよい。
【００７９】
次に、図２Ｇに示すように、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法およびリフトオフ法を用いて、誘電体層６０上にＴｉからなる密着層７０を形成する。
【００８０】
なお、密着層７０の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザ成膜法などであってもよい。また、密着層７０の材料は、Ｔｉ以外にもＮｉ系など、誘電体層６０との密着性を向上させる材料であればよい。
【００８１】
次に、図２Ｈに示すように、ｐ側電極５１、誘電体層６０および密着層７０を覆うようにパッド電極５２を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法などによって、形成したい部分以外にレジストをパターニングし、基板１０の上方の全面に真空蒸着法などによってＡｕからなるパッド電極５２を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分の電極を除去することで、ｐ側電極５１、誘電体層６０および密着層７０の上に所定形状のパッド電極５２を形成する。これにより、ｐ側電極５１およびパッド電極５２からなる電極部材５０が形成される。
【００８２】
次に、図２Ｉに示すように、基板１０の下面にｎ側電極８０を形成する。具体的には、基板１０の裏面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極８０を形成し、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のｎ側電極８０を形成する。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１を製造することができる。
【００８３】
［窒化物半導体レーザ素子の実装形態１］
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の実装形態１（窒化物半導体レーザ装置）を説明する。図３Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の実装形態１を説明するための図である。図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ―ＩＩＩＢ線における窒化物半導体レーザ素子１の実装形態１の断面図である。
【００８４】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、窒化物半導体レーザ装置２００は、窒化物半導体レーザ素子１と、サブマウント１００とを備える。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１は、サブマウント１００に保持（実装）されている。
【００８５】
サブマウント１００は、窒化物半導体レーザ素子１が実装される実装基板である。サブマウント１００は、基台１０１と、第１電極１０２ａと、第２電極１０２ｂと、第１半田層１０３ａと、第２半田層１０３ｂとを有する。
【００８６】
基台１０１は、窒化物半導体レーザ素子１を支持する基板である。基台１０１の材料は、特に限定されるものではないが、アルミナイトライド（ＡｌＮ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などのセラミック、ＣＶＤで成膜されたダイヤモンド（Ｃ）、ＣｕやＡｌなどの金属単体、又は、ＣｕＷなどの合金など、窒化物半導体レーザ素子１と比べて熱伝導率が同等かそれ以上の材料で構成されているとよい。
【００８７】
第１電極１０２ａは、基台１０１の一方の面に形成される。また、第２電極１０２ｂは、基台１０１の他方の面に形成される。第１電極１０２ａおよび第２電極１０２ｂは、例えば、Ｔｉ（０．１μｍ）、Ｐｔ（０．２μｍ）およびＡｕ（０．２μｍ）の金属材料からなる積層膜である。
【００８８】
第１半田層１０３ａは、第１電極１０２ａ上に形成される。第２半田層１０３ｂは、第２電極１０２ｂ上に形成される。第１半田層１０３ａおよび第２半田層１０３ｂは、例えば、Ａｕ（７０％）およびＳｎ（３０％）からなるＳｎ−Ａｕ（金スズ）合金からなる共晶半田である。
【００８９】
上述したように、窒化物半導体レーザ素子１は、サブマウント１００に実装される。実装形態１では、窒化物半導体レーザ素子１は、第１の窒化物半導体層２０側がサブマウント１００に接合される。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１のｎ側がサブマウント１００に接続される実装形態、つまりジャンクションアップ実装であるので、窒化物半導体レーザ素子１のｎ側電極８０がサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。
【００９０】
また、ワイヤボンディングによって、窒化物半導体レーザ素子１のパッド電極５２およびサブマウント１００の第１電極１０２ａの各々には、金属材料によって形成されたワイヤ１１０が接続される。これにより、ワイヤ１１０によって窒化物半導体レーザ素子１に電流を供給することができる。
【００９１】
なお、図示しないが、サブマウント１００は、放熱性の向上および取り扱いの簡便化の目的で、例えば、ＣＡＮパッケージなどの金属パッケージに実装されてもよい。
【００９２】
［窒化物半導体レーザ素子の実装形態２］
次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の実装形態２（窒化物半導体レーザ装置）を説明する。
【００９３】
上述したように、実装形態１では、窒化物半導体レーザ素子１をジャンクションアップ実装する場合について説明したが、窒化物半導体レーザ素子１のｐ側の電極がサブマウント１００に接続される実装形態、すなわちジャンクションダウン実装を適用してもよい。実装形態２では、窒化物半導体レーザ素子１をジャンクションダウン実装する場合について説明する。
【００９４】
図４Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の実装形態２（窒化物半導体レーザ装置２００ａ）を説明するための平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ―ＩＶＢ線における窒化物半導体レーザ素子１の実装形態２の断面図である。
【００９５】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、窒化物半導体レーザ装置２００ａは、実装形態１と同様に、窒化物半導体レーザ素子１と、サブマウント１００とを備える。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１は、サブマウント１００に実装されている。また、窒化物半導体レーザ装置２００ａは、窒化物半導体レーザ素子１とサブマウント１００とを接合する第１半田層（半田層）１０３ａを備える。
【００９６】
また、実装形態２においては、実装形態１とは異なり、窒化物半導体レーザ素子１は、パッド電極５２側がサブマウント１００に接合される。また、第１半田層１０３ａは、パッド電極５２とサブマウント１００との間に位置する。具体的には、窒化物半導体レーザ素子１の電極部材５０がサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。このように、窒化物半導体レーザ素子１をジャンクションダウン実装することで、発熱源に近いｐ側電極５１がサブマウント１００に接続されるので、窒化物半導体レーザ素子１の放熱性を向上させることができる。また、実装形態２においては、Ａｕで構成されるパッド電極５２とＳｎ−Ａｕ（金スズ）からなる第１半田層１０３ａが接続されるため、第１半田層１０３ａ中のＳｎ（スズ）がパッド電極５２中へと拡散し第１半田層１０３ａおよびパッド電極５２にわたってＳｎ−Ａｕ（金スズ）共晶構造が形成される。この構成でも、水素の拡散は抑制されるため、レーザ発振時の動作電圧の上昇は抑制される。つまり、パッド電極５２は、少なくとも第１半田層１０３ａと接触するＡｕからなる層を含むとよい。また、第１半田層１０３ａは、Ｓｎを含むとよい。
【００９７】
なお、本実施の形態では、半田層の材料として金スズ合金を示したが、Ｓｎ−Ａｇ系半田やＳｎ−Ｃｕ系半田など、公知の半導体接合に用いられている材料を用いてもよい。
【００９８】
［窒化物半導体レーザ素子の作用効果］
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１の作用効果について、本開示の技術を得るに至った経緯も含めて、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを用いて説明する。
【００９９】
図５Ａは、比較例の窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造１０００Ｘの断面図である。図５Ｂは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１を模擬的に示すレーザ構造１Ｘの断面図である。図５Ｃは、比較例のレーザ構造１０００Ｘおよび実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１のレーザ構造１Ｘの動作電圧の経時的変化を示す図である。
【０１００】
半導体デバイスで広く使用されている誘電体材料としては、以下の表１に示されるものがある。中でも、ＳｉＯ２は、屈折率が最も低く、光に対して透明である。このため、ＳｉＯ２は、半導体レーザ素子の絶縁膜として有用である。
【０１０１】
【表１】
2018180524.tif 000004
【０１０２】
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子を開発する中で、窒化物半導体レーザ素子の絶縁膜として用いたＳｉＯ２が原因となって、連続通電時に動作電圧が上昇するという課題があることが判明した。
【０１０３】
その原因を究明するために、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造１０００Ｘおよび１Ｘを実際に作製して通電実験を行った。
【０１０４】
図５Ａに示すように、比較例の窒化物半導体レーザ素子を模擬的に示すレーザ構造（比較例のレーザ構造）１０００Ｘは、ＧａＮ基板からなる基板１０と、ｎ側ＡｌＧａＮクラッド層からなる第１の窒化物半導体層２０と、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＩｎＧａＮ活性層およびｐ側ＧａＮ光ガイド層からなる発光層３０と、ＡｌＧａＮ電子障壁層、ｐ側ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ側ＧａＮコンタクト層からなる第２の窒化物半導体層４０とを有する。さらに、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａと、リッジ部４０ａの根元から横方向に広がる平坦部４０ｂと有する。リッジ部４０ａおよび平坦部４０ｂ上にはＳｉＯ２からなる誘電体層６０が積層されている。また、誘電体層６０は開口部を有しており、この開口部には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１が形成されている。さらに、ｐ側電極５１と誘電体層６０とを覆うようにＴｉからなる密着層７０が形成されている。さらに、密着層７０上には、Ａｕからなるパッド電極５２が形成されている。なお、基板１０の下面には、ｎ側電極８０が形成されている。
【０１０５】
また、図５Ｂに示すように、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１を模擬的に示すレーザ構造（実施の形態のレーザ構造）１Ｘは、比較例のレーザ構造１０００Ｘと同様に、ＧａＮ基板からなる基板１０と、ｎ側ＡｌＧａＮクラッド層からなる第１の窒化物半導体層２０と、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＩｎＧａＮ活性層およびｐ側ＧａＮ光ガイド層からなる発光層３０と、ＡｌＧａＮ電子障壁層、ｐ側ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ側ＧａＮコンタクト層からなる第２の窒化物半導体層４０と、ｎ側電極８０とを有する。さらに、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａと、リッジ部４０ａの根元から横方向に広がる平坦部４０ｂと有する。リッジ部４０ａおよび平坦部４０ｂ上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層６０が積層されている。また、誘電体層６０は開口部を有しており、この開口部には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１が形成されている。そして、実施の形態のレーザ構造１Ｘでは、比較例のレーザ構造１０００Ｘと異なり、誘電体層６０上のみにＴｉからなる密着層７０が形成されており、密着層７０とｐ側電極５１とは接触していない。さらに、ｐ側電極５１、誘電体層６０および密着層７０を覆うようにＡｕからなるパッド電極５２が形成されている。
【０１０６】
このように作製した比較例のレーザ構造１０００Ｘ（図５Ａ参照）と実施の形態のレーザ構造１Ｘ（図５Ｂ参照）に対して連続通電を行ったところ、動作電圧に関して、図５Ｃに示す結果が得られた。
【０１０７】
図５Ｃに示すように、比較例のレーザ構造１０００Ｘでは、通電時間の経過とともに動作電圧が徐々に上昇し、通電時間が２００時間を超えると、動作電圧が急激に上昇することが分かった。一方、実施の形態のレーザ構造１Ｘでは、長時間経過しても動作電圧がほぼ上昇しておらず、比較例のレーザ構造１０００Ｘと比べて、動作電圧の上昇が大幅に抑制されることが分かった。
【０１０８】
この実験結果について本願発明者らが鋭意検討した結果、ＳｉＯ２は水素が多く含まれる材料であることから、比較例のレーザ構造１０００Ｘでは、動作中に誘電体層６０に含まれる水素が密着層７０を介してｐ側電極５１に拡散し、これが原因となって動作電圧の上昇を引き起こしていたことが分かった。また、密着層７０として使われるＴｉやＮｉなどの材料や、ｐ側電極５１として使われるＰｄやＰｔなどの材料は、水素との反応性が高いため、これらの電極同士が接することで、ＳｉＯ２を含む誘電体層６０から水素が密着層７０を介してｐ側電極５１まで拡散したと考えられる。
【０１０９】
一方、実施の形態のレーザ構造１Ｘでは、ＳｉＯ２を含む誘電体層６０と接する密着層７０は、ｐ側電極５１と接触していない。誘電体層６０と密着層７０とはパッド電極５２が接しているが、パッド電極５２の材料は、水素との反応性が極めて低いＡｕで構成されている。この構成により、誘電体層６０中の水素がｐ側電極５１まで拡散されなかったために、動作電圧が上昇しなかったと考えられる。
【０１１０】
図５Ｄに、拡散方程式を用いて計算した水素濃度の経時的変化の計算結果を示す。なお、図５Ｄに示す実験結果は、図５Ａに示す比較例のレーザ構造１０００Ｘおよび図５Ｂに示す実施の形態のレーザ構造１Ｘをそれぞれ用い、ＳｉＯ２中の水素が、密着層７０とパッド電極５２とを介してｐ側電極５１まで拡散するというモデルで計算した。また、原点の水素濃度を１Ｅ＋２１ｃｍ−３で固定し、４万時間後の水素濃度を、原点からの距離に対して計算した。つまり、図５Ｄに示すグラフにおいて、横軸は原点からの水素の拡散距離（単位：μｍ）を示し、縦軸は水素濃度（単位：ｃｍ−３）を示す。計算に用いたパラメータは、図５Ｃの実験結果から抽出し、比較例のレーザ構造１０００Ｘでは、拡散係数を１Ｅ−１１ｍ２／ｓｅｃ、実施の形態のレーザ構造１Ｘでは、１Ｅ−１８ｍ２／ｓｅｃとして計算した。
【０１１１】
図５Ｄに示す実験結果から、拡散係数が小さいほど、拡散距離が短くなることがわかる。
【０１１２】
従来、水素濃度が１Ｅ＋１７ｃｍ−３以上になると、窒化物半導体レーザ素子１の動作電圧は増加が見られることが知られている。実施の形態のレーザ構造１Ｘの場合、水素濃度が１Ｅ＋１７ｃｍ−３となる距離が０．６μｍであることから、密着層７０をｐ側電極５１から０．６μｍ以上離しておけば、窒化物半導体レーザ素子１の動作電圧の増加を抑制できる。
【０１１３】
また、誘電体層６０を構成するＳｉＯ２に水素が含まれる要因について検討した結果、ＳｉＯ２を成膜する際の原料（シラン（ＳｉＨ４））の水素がＳｉＯ２膜に残留したり、フォトリソグラフィー又はエッチングなどの製造時の水洗浄によってＳｉＯ２膜に水素が残留したりすることで、誘電体層６０に水素が含まれることが分かった。
【０１１４】
本開示の技術は、このような知見に基づいてなされたものであり、誘電体層６０に含まれる水素が電極部材５０に拡散しないようにすることで、誘電体層６０としてＳｉＯ２を用いた場合であっても、動作電圧の上昇を抑制するものである。
【０１１５】
具体的には、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１では、Ｔｉからなる密着層７０はｐ側電極５１とは接触していない。
【０１１６】
これにより、誘電体層６０から密着層７０を介したｐ側電極５１への水素の伝達経路が遮断されるので、誘電体層６０中に含まれる水素がｐ側電極５１に拡散することを抑制することができる。この結果、水素に起因して動作電圧が上昇することを抑制することができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、誘電体層６０から電極部材５０への水素拡散の抑制効果を最大化するために、密着層７０とｐ側電極５１とが完全に非接触となるようにしているが、製造ばらつきなどによって密着層７０とｐ側電極５１とが一部接触していたとしても、その接触面積が十分に小さければ、動作電圧への影響は僅かであり、動作電圧の上昇を抑制することができる。
【０１１８】
［まとめ］
以上、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１は、第１の窒化物半導体層２０と、第１の窒化物半導体層２０の上に形成された窒化物半導体からなる発光層３０と、発光層３０の上に形成され、リッジ部４０ａを有する第２の窒化物半導体層４０と、リッジ部４０ａの上に形成されたｐ側電極（オーミック電極）５１と、ｐ側電極５１の上に形成され、リッジ部４０ａよりも幅広であるパッド電極５２とを備える。第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａの側方に平坦部４０ｂを有する。リッジ部４０ａの側面および平坦部４０ｂの上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層６０が形成されている。平坦部４０ｂの上の誘電体層６０の上には、密着層７０が形成されている。密着層７０は、リッジ部４０ａの側面の上の誘電体層６０から離れ、且つ、パッド電極５２と接触し、ｐ側電極５１とは非接触である。
【０１１９】
この構成により、密着層７０とｐ側電極５１との間に形成されたパッド電極５２によって密着層７０とｐ側電極５１とが非接触となっている。これにより、誘電体層６０中に含まれる水素がｐ側電極５１に拡散することを抑制することができる。したがって、水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを抑制できる。
【０１２０】
また、この構成により、窒化物半導体レーザ素子１の駆動電流は、オーミック電極であるｐ側電極５１を通してリッジ部４０ａに流れる。また、パッド電極５２が平坦部４０ｂにまで幅広く形成されるので、ワイヤボンディングなどによる電気的接続が容易となる。
【０１２１】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１において、密着層７０とｐ側電極５１との距離ｄ１、ｄ２は、０．６μｍ以上、３．０μｍ以下であるとよい。
【０１２２】
この構成により、パッド電極５２と誘電体層６０との密着性を確保でき、且つ、窒化物半導体レーザ素子１における水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを、より抑制できる。
【０１２３】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１において、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａの最上層として形成されたｐ側コンタクト層４３を有してもよい。また、ｐ側電極５１（オーミック電極）は、リッジ部４０ａの上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。
【０１２４】
この構成により、ｐ側電極５１（オーミック電極）とリッジ部４０ａとは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部４０ａには良好に電流が供給される。
【０１２５】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１において、リッジ部４０ａの幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。
【０１２６】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザ素子１を実現することができる。
【０１２７】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１において、密着層７０は、Ｔｉ、Ｎｉの少なくとも１つを有する層を含むものが適している。
【０１２８】
この構成により、窒化物半導体レーザ素子１の駆動時に発生する熱を例えば窒化物半導体レーザ素子１が実装されるサブマウント１００に逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子１を高い光出力で動作させることができる。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１において、パッド電極５２は、Ａｕからなる層を含むものが適している。
【０１３０】
このように、高い熱伝導性を有する材料を選択することにより、窒化物半導体レーザ素子１の駆動時に発生する熱を、例えば窒化物半導体レーザ素子１が実装されるサブマウント１００に効率よく逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子１を高い光出力で動作させることができる。
【０１３１】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置２００は、窒化物半導体レーザ素子１と、窒化物半導体レーザ素子１を保持するサブマウント１００とを備える。
【０１３２】
この構成により、窒化物半導体レーザ素子１の駆動時に発生する熱を、窒化物半導体レーザ素子１が実装されるサブマウント１００に逃がすことができるので、窒化物半導体レーザ素子１を高い光出力で動作させることができる。
【０１３３】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置２００において、窒化物半導体レーザ素子１は、第１の窒化物半導体層２０側がサブマウント１００に接合され、パッド電極５２にワイヤ１１０が接続されてもよい。
【０１３４】
この構成により、窒化物半導体レーザ装置２００は、例えば外部電源とワイヤボンディングにより簡単に電気接続が可能となる。
【０１３５】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置２００ａにおいて、窒化物半導体レーザ素子１は、パッド電極５２側がサブマウント１００に接合されてもよい。この場合に、パッド電極５２とサブマウント１００との間には、半田層１０３ａが介在してもよい。
【０１３６】
この構成により、窒化物半導体レーザ素子１の発光層３０の近くにサブマウント１００が位置するため、発光層３０からの熱がサブマウント１００から効率よく放熱される。そのために、窒化物半導体レーザ装置２００ａの放熱特性は、向上される。
【０１３７】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置２００において、パッド電極５２は、少なくとも半田層１０３ａと接触するＡｕからなる層を含んでもよい。この場合に、半田層１０３ａは、Ｓｎを含んでもよい。
【０１３８】
この構成により、窒化物半導体レーザ装置２００とサブマウント１００との接合が、Ａｎ−Ｓｎ共晶構造となる。そのため、窒化物半導体レーザ素子１とサブマウント１００とは剥がれにくくなる。
【０１３９】
（変形例）
以上、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体レーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１４０】
例えば、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本開示に係る窒化物半導体レーザ素子および窒化物半導体レーザ装置は、画像表示装置、照明又は産業機器などの光源として利用することができ、特に、比較的に高い光出力を必要とする機器の光源として有用である。
【符号の説明】
【０１４２】
１  窒化物半導体レーザ素子
１０  基板
２０  第１の窒化物半導体層
３０  発光層
３１  ｎ側光ガイド層
３２  活性層
３３  ｐ側光ガイド層
４０  第２の窒化物半導体層
４０ａ  リッジ部
４０ｂ  平坦部
４１  電子障壁層
４２  ｐ側クラッド層
４３  ｐ側コンタクト層
５０  電極部材
５１  ｐ側電極（オーミック電極）
５２  パッド電極
６０  誘電体層
７０  密着層
８０  ｎ側電極
９１  保護膜
１００  サブマウント
１０１  基台
１０２ａ  第１電極
１０２ｂ  第２電極
１０３ａ  第１半田層（半田層）
１０３ｂ  第２半田層
１１０  ワイヤ
２００、２００ａ  窒化物半導体レーザ装置
ｄ１、ｄ２  距離
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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