(57)【要約】  【課題】  本発明は、ワイヤボンディングなどを実施した場合においても、電流のリークパスが発生することのない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提案することを目的とする。  【解決手段】  本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上部電極層表面の一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を有し、電気的接続点における上部電極層の表面から窒化物半導体成長層までの厚さが、リッジ部直上おける上部電極層から窒化物半導体成長層までの厚さよりも、厚いことを特徴とする。このような構成によると、上部電極層上にワイヤを用いてワイヤボンディングなどを実施した場合、ワイヤと上部電極層との接合部発生するにダメージの影響を受けず、電流のリークパスが発生することのない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を実現できる。【選択図】      図１
2006066660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、当該基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層と、前記窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝によって挟まれるとともに開口部が設けられたリッジ部と、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に形成された絶縁体膜と、当該絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成された上部電極層と、を備えた窒化物半導体レーザ素子において、
前記上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を有するとともに、
前記電気的接続点における前記上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上おける前記上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さよりも、厚いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記上部電極層が、
前記絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成された第１電極層と、
前記第１電極層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第２電極層と、を備え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】
前記絶縁体膜が、
前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に形成された第１絶縁体膜と、
前記第１絶縁体膜の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第２絶縁体膜と、を備え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４】
前記絶縁体膜が、
前記窒化物半導体成長層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第１絶縁体膜と、
前記第１絶縁体膜の表面と前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって形成される第２絶縁体膜と、を備え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５】
前記絶縁体膜が、
前記窒化物半導体成長層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第１絶縁体膜と、
前記第１絶縁体膜の表面と前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって形成される第２絶縁体膜と、から構成されるとともに、
前記上部電極層が、
前記リッジ部の開口部表面に形成される第１上部電極層と、
前記第２絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成される第２上部電極層と、を備え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６】
前記リッジ部が、前記電気的接続点より、３００ｎｍ以上前記基板に近い位置に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝に挟まれたリッジ部とを形成する第１ステップと、前記一対の溝と前記リッジ部が形成された前記窒化物半導体成長層表面に絶縁体膜を形成する第２ステップと、前記リッジ部上に積層された前記絶縁体膜を除去し開口部を設ける第３ステップと、前記絶縁体膜と前記開口部の表面にまたがって上部電極層を形成する第４ステップと、を備える窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
前記上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を設ける第５ステップを備え、
前記電気的接続点における前記上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上における前記上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さより厚くなるよう、前記絶縁体膜と前記上部電極層を形成することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記第４ステップにおいて、
前記上部電極層を形成する際、
前記絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって第１上部電極層を形成するとともに、
前記第１上部電極層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に第２上部電極層を形成することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２ステップにおいて、
前記絶縁体膜を形成する際、
前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に第１絶縁体膜を形成するとともに、
前記第１絶縁体膜の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に第２絶縁体膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１ステップにおいて、
第１絶縁体膜を、前記一対の溝と前記リッジ部の形成される領域以外の領域の一部における前記窒化物半導体成長層表面に形成するとともに、当該第１絶縁体膜をマスクの一部として用い、前記一対の溝と前記リッジ部を形成し、
前記第２ステップにおいて、
前記第１絶縁体膜の表面と、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって第２絶縁体膜を形成することで、前記第１絶縁体膜と前記第２絶縁体膜による前記絶縁体膜を形成することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２ステップにおいて、
前記第２絶縁体膜が、前記第１絶縁体膜の表面と、前記第１ステップで前記リッジ部を形成する際にマスクとして用いたレジストパターン表面を含む前記窒化物半導体成長層の表面とにまたがって形成されるとともに、
前記第３ステップにおいて、
前記リッジ部直上の前記レジストパターンを、当該レジストパターン上に形成された前記第２絶縁体膜とともに除去することで、前記開口部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
基板と、該基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層と、該窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝に挟まれたリッジ部とを備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
前記窒化物半導体成長層の表面に前記リッジ部を形成する領域に第１上部電極層を設けるとともに、前記一対の溝を形成する領域の外側の領域の少なくとも一部の領域に第１絶縁体膜を形成する第１ステップと、
前記第１上部電極層表面にストライプ形状のレジストパターンを形成するとともに、当該レジストパターンと前記第１絶縁体膜をマスクの一部として用い、前記一対の溝と前記リッジ部とを形成する第２ステップと、
前記第１絶縁体膜の表面と、前記第２ステップで前記リッジ部を形成する際にマスクとして用いたレジストパターン表面を含む前記窒化物半導体成長層の表面とにまたがって第２絶縁体膜を形成するとともに、前記リッジ部直上の前記レジストパターンを、当該レジストパターン上に形成された前記第２絶縁体膜とともに除去することで、開口部を形成する第３ステップと、
前記第２絶縁体膜と前記リッジ部の表面にまたがって第２上部電極層を形成する第４ステップと、
前記第２上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を設ける第５ステップとを、備え
前記電気的接続点における前記第２上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上における前記第２上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さより厚くなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ及びそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外領域から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子の作製、試作が行われている。この窒化物半導体レーザ素子の製造を行う際、従来のリッジストライプ型の導波路構造を有する窒化物半導体レーザでは、ｐ側電極形成領域における窒化物半導体成長層の上部に、平行な一対の溝を形成し、その一対の溝にはさまれた部分にリッジ部を形成し、これらリッジ部及び一対の溝にまたがってｐ電極を形成する場合がある（特許文献１参照）。このような構造をした窒化物半導体レーザ素子の概略断面図を、図９に示す。
【０００３】
図９の窒化物半導体レーザ素子は、Ｃ面を表面とするサファイア基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ層２、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１と、が順に積層されるとともに、溝１２、１３、リッジ部１４、絶縁膜１５、開口部１５ａ、１５ｂ、ｐ側電極１６、ｎ側電極１７、とから構成されている。
【０００４】
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造の活性層７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１は所定幅のメサ形状をしたメサ部を形成している。又、当該メサ部におけるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層１１には、例えば、共振器方向に互いに平行に直線状に延在する溝１２、１３が設けられており、当該溝１２、１３との間にはリッジ部１４が形成されている。
【０００５】
図９に示されているように、メサ部の表面及びメサ部以外の部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４の表面には、層厚３００ｎｍのＳｉＯ2などの絶縁膜１５が設けられている。この絶縁膜１５には、リッジ部１４の上の部分に開口部１５ａが、メサ部に隣接する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４の上の部分に開口部１５ｂが設けられている。そして、リッジ部１４及び溝１２、１３にまたがって、層厚４１０ｎｍのｐ側電極１６が設けられており、絶縁膜１５に設けられた開口部１５ａを通じて、リッジ部１４のｐ型ＧａＮコンタクト層１１とのオーミックコンタクトが取れている。又、リッジ部１４の上の部分、及び溝１２，１３以外の平坦な部分に形成されたｐ側電極１６の高さは、それぞれ部分でほぼ同一となっている。又、絶縁膜１５に設けられた開口部１５ｂにｎ側電極１７が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層４とオーミックコンタクトが取れている。
【特許文献１】特開２０００−１２９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の特許文献１による技術を用いて作製された窒化物半導体レーザ素子には、ｐ側電極１６上に、外部との電気的な接続を得るために、金などからなるワイヤを用いてワイヤボンディングを実施すると、当該ワイヤとｐ側電極１６の接合部にダメージが入り、絶縁膜１５中に電流のリークパスが発生しやすいという問題点があった。この問題は、ガリウム系化合物からなる窒化物半導体レーザ素子において、より顕著となる。以下に例により詳述する。
【０００７】
上述の問題点を確認するために、図９に示された従来構造の窒化物半導体レーザ素子から、リッジ部１４の直上の絶縁体１５に開口部１５ａを設けない構造を変更した窒化物半導体レーザを作製した。このため、当該窒化物半導体レーザ素子では、ｐ側電極１６はｐ型ＧａＮコンタクト層１１と、電気的に直接、コンタクトしている部分はない。図１０は、ｐ側電極１６とｎ側電極１７上に、金ワイヤの先端部分をアーク放電で溶解することによりボール形状に形成された金ワイヤの先端部分に超音波を印加して接合を実施するボールボンディング法により接合し、これら金ワイヤを介し、窒化物半導体レーザ素子に順方向の電圧を印加したときの電流−電圧特性を示したものである。尚、絶縁膜１５は、ＳｉＯ2から成り、その層厚は３５０ｎｍである。又、ｐ側電極１６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１側から順に、層厚１５ｎｍのＰｄ層、層厚２００ｎｍのＡｕ層とが積層された２層構造である。
【０００８】
ｐ側電極１６は全て絶縁膜１５上に設けられ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１と、電気的に直接、コンタクトしている部分はないにもかかわらず、図１０より明らかなように、印加電圧値が３ボルトを超える付近から電流が流れ始め、印加電圧値が６ボルトでは１０ミリアンペア近いリーク電流が流れている。
【０００９】
上述の現象は、ｐ側電極上に金ワイヤをボールボンディング法を用いて接合する際の条件に強く依存する。即ち、ｐ側電極と金ワイヤとの接合強度を高めるために、超音波を印加する時間を長くし、又、超音波の出力を高める。しかしながら、このように超音波の印加時間を長くしたとき、又は、超音波出力を高めたとき、リーク電流は流れやすくなる。それに対して、絶縁膜１５を、例えば、層厚８００ｎｍ程度に厚く形成する、又は、ｐ側電極１６の層厚を、例えば、６００ｎｍ程度に厚く形成した場合、リーク電流を抑制できることが判明している。
【００１０】
しかしながら、上述の現象のリーク電流を抑制するために、絶縁膜１５を、例えば、層厚８００ｎｍとして形成すると、開口部１５ａを設ける事が非常に困難となる。通常、絶縁膜１５に開口部１５ａを得る方法として、開口部を有するレジストパターンを形成し、ウェットエッチング法により、該開口部において表面が露出している絶縁膜１５を下地のｐ型ＧａＮコンタクト層１１が露出するまで除去する方法が用いられている。ところが、ウエットエッチング法を用いた場合、深さ方向だけではなく、横方向にも等方的にエッチングが進行する。
【００１１】
このような場合では、深さ方向にエッチングが８００ｎｍ進行するだけではなく、横方向へもエッチングは進行し、左右両側それぞれで８００ｎｍ、計１．６μｍ程度、もしくは、それ以上にエッチングが進行する。ところが、通常、リッジ部１４の幅は、１．４μｍから３．０μｍ程度である。このため、ウエットエッチング法により形成される開口部１５ａの幅が、リッジ部１４の幅よりも広くなってしまう可能性が高い。一方、ドライエッチング法を用いれば、異方性エッチングが可能になり、横方向へのエッチングの進行は抑制されるが、同時に、イオン衝撃などによるｐ型ＧａＮコンタクト層１１へのダメージが危惧される。
【００１２】
又、ｐ側電極１６の層厚を、例えば、６００ｎｍ程度に厚く形成した場合においても、ｐ側電極１６の材料とリッジ部１４を構成する窒化ガリウム系化合物との熱膨張係数が異なり、それを原因とした歪の影響が無視できなくなり、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層７への悪影響が懸念される。
【００１３】
このような問題を鑑みて、本発明は、窒化物半導体成長層の上に形成された上部電極と外部との電気的な接続を得るために、上部電極上に金などから成るワイヤを用いてワイヤボンディングなどを実施した場合においても、ワイヤと上部電極との接合部にダメージが発生することが抑制され、電流のリークパスが発生することのない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、基板と、当該基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層と、前記窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝によって挟まれるとともに開口部が設けられたリッジ部と、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に形成された絶縁体膜と、当該絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成された上部電極層と、を備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を有するとともに、前記電気的接続点における前記上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上おける前記上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さよりも、厚いことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によると、前記窒化物半導体成長層の上に形成された前記上部電極層と外部との電気的な接続を得るために、前記上部電極層上に金などから成るワイヤを用いてワイヤボンディングなどを実施した場合においても、ワイヤと前記上部電極層との接合部に発生するダメージの影響を受けずに、電流のリークパスが発生することのない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【００１６】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記上部電極層が、前記絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成された第１電極層と、前記第１電極層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第２電極層と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記絶縁体膜が、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に形成された第１絶縁体膜と、前記第１絶縁体膜の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第２絶縁体膜と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によると、前記上部電極層上に、外部との電気的な接続を得るために、金などからなるワイヤを用いて、ボールボンディング法によるワイヤボンディングなどを実施する際、超音波を十分に接合部に印加することができ、接合強度の低下を防ぐことができる。
【００１９】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記絶縁体膜が、前記窒化物半導体成長層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第１絶縁体膜と、前記第１絶縁体膜の表面と前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって形成される第２絶縁体膜と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記絶縁体膜が、前記窒化物半導体成長層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に形成される第１絶縁体膜と、前記第１絶縁体膜の表面と前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって形成される第２絶縁体膜と、から構成されるとともに、前記上部電極層が、前記リッジ部の開口部表面に形成される第１上部電極層と、前記第２絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって形成される第２上部電極層と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記リッジ部が、前記電気的接続点より、３００ｎｍ以上前記基板に近い位置に形成されることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によると、その表面に略２５０ｎｍの凹凸が存在し、放熱性に優れたＣｕ製のサブマウントなどを実装工程で使用することができる。
【００２３】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝に挟まれたリッジ部とを形成する第１ステップと、前記一対の溝と前記リッジ部が形成された前記窒化物半導体成長層表面に絶縁体膜を形成する第２ステップと、前記リッジ部上に積層された前記絶縁体膜を除去し開口部を設ける第３ステップと、前記絶縁体膜と前記開口部の表面にまたがって上部電極層を形成する第４ステップと、を備える窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を設ける第５ステップを備え、前記電気的接続点における前記上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上における前記上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さより厚くなるよう、前記絶縁体膜と前記上部電極層を形成することを特徴とする。
【００２４】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記第４ステップにおいて、前記上部電極層を形成する際、前記絶縁体膜及び前記リッジ部の表面にまたがって第１上部電極層を形成するとともに、前記第１上部電極層の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に第２上部電極層を形成することを特徴とする。
【００２５】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記第２ステップにおいて、前記絶縁体膜を形成する際、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層表面に第１絶縁体膜を形成するとともに、前記第１絶縁体膜の表面の前記一対の溝よりも外側の領域の少なくとも一部の領域に第２絶縁体膜を形成することを特徴とする。
【００２６】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記第１ステップにおいて、第１絶縁体膜を、前記一対の溝と前記リッジ部の形成される領域以外の領域の一部における前記窒化物半導体成長層表面に形成するとともに、当該第１絶縁体膜をマスクの一部として用い、前記一対の溝と前記リッジ部を形成し、前記第２ステップにおいて、前記第１絶縁体膜の表面と、前記リッジ部以外の前記窒化物半導体成長層とにまたがって第２絶縁体膜を形成することで、前記第１絶縁体膜と前記第２絶縁体膜による前記絶縁体膜を形成することを特徴とする。
【００２７】
このような方法によると、前記第１絶縁体膜が、前記一対の溝と前記リッジ部をエッチング技術を用いて形成する際に、マスクの一部として用いられ、エッチングを実施した後も前記第１絶縁体膜を除去しなくても構わなく、マスクを前記一対の溝と前記リッジ部を形成した後に除去し、その後に、前記第１絶縁体膜を形成する方法と比較して、工程が簡略化される。
【００２８】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記第２ステップにおいて、前記第２絶縁体膜が、前記第１絶縁体膜の表面と、前記第１ステップで前記リッジ部を形成する際にマスクとして用いたレジストパターン表面を含む前記窒化物半導体成長層の表面とにまたがって形成されるとともに、前記第３ステップにおいて、前記リッジ部直上の前記レジストパターンを、当該レジストパターン上に形成された前記第２絶縁体膜とともに除去することで、前記開口部を形成することを特徴とする。
【００２９】
このような方法は、前記レジストパターン上に形成された前記第２絶縁体膜の除去を、レジストパターンをリフトオフすることによって実施して構わない。このため、前記リッジ部上部に前記開口部を設ける手段として、等方的にエッチングがなされ、エッチングレートなどの制御性が良くないウェットエッチング法や、プラズマにさらされることでイオン衝撃などによるダメージが発生するドライエッチング法を使用する必要がない。そのため、エッチングレートのばらつきのために前記開口部の幅のばらつきが大きくなり前記窒化物半導体レーザ素子の電流−電圧特性、発振しきい値電流、発振モード等が悪影響を受けることを抑制できるだけではなく、前記リッジ部の表面がイオン衝撃などによるダメージを受けることによって発生する前記窒化物半導体レーザ素子の動作電圧の上昇や信頼性の低下を抑制できる。
【００３０】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、基板と、該基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体成長層と、該窒化物半導体成長層の表面の一対の溝と、当該一対の溝に挟まれたリッジ部とを備えた窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窒化物半導体成長層の表面に前記リッジ部を形成する領域に第１上部電極層を設けるとともに、前記一対の溝を形成する領域の外側の領域の少なくとも一部の領域に第１絶縁体膜を形成する第１ステップと、前記第１上部電極層表面にストライプ形状のレジストパターンを形成するとともに、当該レジストパターンと前記第１絶縁体膜をマスクの一部として用い、前記一対の溝と前記リッジ部とを形成する第２ステップと、前記第１絶縁体膜の表面と、前記第２ステップで前記リッジ部を形成する際にマスクとして用いたレジストパターン表面を含む前記窒化物半導体成長層の表面とにまたがって第２絶縁体膜を形成するとともに、前記リッジ部直上の前記レジストパターンを、当該レジストパターン上に形成された前記第２絶縁体膜とともに除去することで、開口部を形成する第３ステップと、前記第２絶縁体膜と前記リッジ部の表面にまたがって第２上部電極層を形成する第４ステップと、前記第２上部電極層表面の前記一対の溝より外側に設けられた外部との電気的な接続を行うための電気的接続点を設ける第５ステップとを、備え、前記電気的接続点における前記第２上部電極層の表面から前記窒化物半導体成長層までの厚さが、前記リッジ部直上における前記第２上部電極層から前記窒化物半導体成長層までの厚さより厚くなることを特徴とする。
【００３１】
このような方法によると、前記窒化物半導体成長層表面の前記リッジ部上に前記上部電極層が形成されてからは、前記リッジ部の表面をフォトレジストマスクや絶縁膜などによって被覆しなくても構わないため、被覆工程を経ることに伴う前記窒化物半導体層表面における残渣の発生と、それを原因とする前記窒化物半導体レーザ素子の電流電圧特性、及び信頼性の劣化の可能性を、抑制できる。
【００３２】
又、このような方法によると、前記第１絶縁体膜が、前記一対の溝と前記リッジ部をエッチング技術を用いて形成する際に、マスクの一部として用いられ、エッチングを実施した後も前記第１絶縁体膜を除去する必要がなく、マスクを前記一対の溝と前記リッジ部を形成した後に除去し、その後に、前記第１絶縁体膜を形成する方法と比較して、工程が簡略化される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、ワイヤが接続される領域の絶縁体膜と上部電極層を合わせた厚さが、他の領域よりも厚いため、上部電極上に、外部との電気的な接続を得るために金などからなるワイヤを用いて、ワイヤボンディングなどを実施した場合においても、ワイヤと上部電極との接合部に発生するダメージの影響を受けず、電流のリークパスが発生することのない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００３４】
特に、上部電極層ではなく絶縁体膜を厚く形成した場合、上部電極上に、外部との電気的な接続を得るために、金などからなるワイヤを用いて、ボールボンディング法によるワイヤボンディングなどを実施する際、超音波を十分に接合部に印加することができ、接合強度の低下を防ぐことができる。
【００３５】
又、本発明の窒化物半導体レーザの製造方法によると、絶縁体膜が、一対の溝とリッジ部をエッチング技術を用いて形成する際に、マスクとして用いられることができるので、エッチングを実施した後も当該絶縁体膜を除去する必要がなくなって、その製造工程を簡略化することができる。
【００３６】
又、本発明の窒化物半導体レーザの製造方法によると、リッジ部表面にレジストパターンを用いてマスクするため、リッジ部上部に開口部を設ける際にこのレジストパターンをリフトオフするのみでよい。よって、リッジ部上部に開口部を設ける手段として、ウェットエッチング法やドライエッチング法を使用しなくても構わない。そのため、エッチングレートのばらつきのために開口部幅のばらつきが大きくなり窒化物半導体レーザ素子の電流−電圧特性、発振しきい値電流、発振モード等が悪影響を受けることを、抑制できるだけではなく、リッジ部の表面がイオン衝撃などによるダメージを受けることによって発生する窒化物半導体レーザ素子の動作電圧の上昇や信頼性の低下を抑制できる。
【００３７】
又、本発明の窒化物半導体レーザの製造方法によると、窒化物半導体成長層表面のリッジ部上に上部電極が形成されてからは、リッジ部の表面をフォトレジストマスクや絶縁膜などによって被覆しなくても構わないため、被覆工程を経ることに伴う窒化物半導体層表面における残渣の発生と、それを原因とする窒化物半導体レーザ素子の電流電圧特性、及び信頼性の劣化の可能性を、抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構造を示す概略断面図である。
【００３９】
図１の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、低温成長による層厚４０ｎｍのＳｉドープＧａＮバッファ層１０１、層厚４μｍのｎ型ＧａＮ層１０２、層厚１．３μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３、層厚０．１μｍのｎ型ＧａＮ光導波層１０４、合計層厚３０ｎｍのＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層１０５、層厚１５ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層１０６、層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮ光導波層１０７、層厚１．３μｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８、層厚０．８μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０９と、が順に積層された窒化物半導体成長層１０００が形成されているとともに、幅３０μｍの溝１１２及び１１３、幅３μｍのリッジ部１１４、層厚３５０ｎｍのＳｉＯ2から成る絶縁膜１１５、幅１．５μｍの開口部１１５ａ、第１ｐ側電極１１６、ｎ側電極１１７、第２ｐ側電極１１８、金線１１９、から構成されている。
【００４０】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０９には、窒化物半導体層の[１−１００]方向（図示せず）に平行に直線状に延在する溝１１２、１１３が設けられており、当該溝１１２、１１３の間にリッジ部１１４が形成されている。溝１１２、１１３、リッジ部１１４、及びそれら以外の部分のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９の表面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜１１５が形成され、又、当該絶縁膜１１５には、リッジ部１１４の上部に、開口部１１５ａが設けられる。
【００４１】
このように形成された絶縁膜１１５及び開口部１１５ａ表面に、リッジ部１１４及び溝１１２、１１３をまたぐようにして、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）を順次蒸着し、第１ｐ側電極１１６が形成されている。又、絶縁膜１１５の開口部１１５ａを通じて、リッジ部１１４のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９と第１ｐ側電極１１６はオーミックコンタクトしている。
【００４２】
又、溝１１２を中心にして、リッジ部１１４と反対側に形成された第１ｐ側電極１１６の表面に、層厚６００ｎｍのＡｕから成る第２ｐ側電極１１８が設けられ、更に、当該第２ｐ側電極１１８上には金線１１９が接続されている。又、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面には、ｎ型ＧａＮ基板１００側より、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）が順次蒸着され、ｎ側電極１１７が形成されている。
【００４３】
次に、窒化物半導体レーザ素子の作製方法について、以下に、図面を参照し説明する。図５は、本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す概略断面図である。
【００４４】
まず、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法など、窒化物半導体素子に一般的に用いられている周知のプロセスを適宜適用し、ｎ型ＧａＮ基板１００上に図１に示すような積層構造の窒化物半導体成長層１０００を形成する。
【００４５】
このようにｎ型ＧａＮ基板１００上に窒化物半導体成長層１０００が形成されたウエーハが得られると、次に、図５（ａ）のように、窒化物半導体成長層１０００の表面に、レジスト開口部幅Ｘが３０μｍ、幅３μｍのストライプ形状のフォトレジストマスク２０１から成るフォトレジストパターンを形成する。次に、図５（ｂ）のように、形成したフォトレジストマスク２０１を用いて、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）技術により、窒化物半導体成長層１０００をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の途中までエッチングを実施し、溝１１２、１１３、リッジ部１１４を形成する。この際、エッチングに用いるプロセスガスとして、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3などの塩素系ガスを用いても構わない。
【００４６】
引き続き、有機溶剤でフォトレジストマスク２０１を剥離、除去した後、図５（ｃ）のように、層厚３５０ｎｍのＳｉＯ2より成る絶縁膜１１５を、電子ビーム蒸着法により形成する。次に、図５（ｄ）のように、通常のフォトリソグラフィー技術とＨＦ（フッ化水素酸）によるウエットエッチング技術を用いて、リッジ部１１４上部の絶縁膜１１５に幅１．５μｍの開口部１１５ａを設ける。
【００４７】
次に、図５（ｅ）のように、リッジ部１１４及び溝１１２、１１３をまたぐようにして、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により順次蒸着する。このようにして、リッジ部１１４の窒化物半導体成長層１０００上、及び絶縁膜１１５の表面上に、第１ｐ側電極１１６を形成する。更に、溝１１２を中心として、リッジ部１１４と反対側に形成された第１ｐ側電極１１６の上部に、層厚６００ｎｍのＡｕから成る第２ｐ側電極１１８を形成し、図５（ｆ）に示す形状を得る。
【００４８】
図５（ｅ）のように、特定の部位のみに第１ｐ側電極１１６を形成する場合には、まず、蒸着前にフォトリソグラフィー技術を用いて、第１ｐ側電極１１６を形成する領域を開口部とするレジストパターンを形成する。引き続き、レジストパターンを残した状態で、上述のように、ウエーハ表面全体にＰｄとＡｕを順次蒸着する。蒸着後、リフトオフにより、レジストパターン上に蒸着されたＰｄとＡｕを、レジストパターンと共に除去する。結果、開口部には、ＰｄとＡｕが残り、図５（ｅ）のような形状の第１ｐ側電極１１６が得られる。
【００４９】
同様に、図５（ｆ）のように、特定の部位のみに第２ｐ側電極１１８を形成する場合には、まず、蒸着前にフォトリソグラフィー技術を用いて、第２ｐ側電極１１８を形成する領域を開口部とするレジストパターンを形成する。引き続き、レジストパターンを残した状態で、上述のように、ウエーハ表面全体にＡｕを蒸着する。蒸着後、リフトオフにより、レジストパターン上に蒸着されたＡｕを、レジストパターンと共に除去する。結果、開口部には、ＰｄとＡｕが残り、図５（ｆ）のような形状の第２ｐ側電極１１８が得られる。
【００５０】
このようにして得られたウエーハを、ウエーハの厚みが８０μｍ程度になるまで、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面の研磨もしくはエッチングを実施する。次に、当該ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面に、基板側から順に、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により蒸着し、ｎ側電極１１７を形成した後、第２ｐ側電極１１８上に金線１１９を接続し、図１の窒化物半導体レーザ素子を得る。
【００５１】
本実施形態において、金線１１９の接続部分の下に形成される第１ｐ側電極１１６と第２ｐ側電極１１８の層厚の合計は、７７０ｎｍとなる。このため、外部との電気的な接続を得るために、第２ｐ側電極１１８表面に金ワイヤを用いてワイヤボンディング等を実施した場合に、金線１１９と第２ｐ側電極１１８とを接合することによるダメージが、絶縁膜１１５まで影響することがない。よって、絶縁膜１１５中に電流のリークパスが発生することなく、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。
【００５２】
尚、上述したように本実施形態において、図１に示すように、溝１１２を中心としてリッジ部１１４と反対側の領域に、第２ｐ側電極１１８を形成したが、これに限定されるものではない。即ち、図８に示すように、溝１１３を中心としてリッジ部１１４と反対側の領域に第２ｐ側電極１１８を設け、第２ｐ側電極１１８が、リッジ部１１４を中心にして左右対称な位置双方に、第１ｐ側電極１１６表面に形成されるようにしても構わない。
【００５３】
図８に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子は、図１に示す構造の窒化物半導体レーザ素子と異なり、金線を介して外部と電気的に接続するのではなく、第２ｐ側電極１１８側をサブマウント等に対向させて接合し、外部と電気的に接続することが可能である。この窒化物半導体レーザ素子をサブマウント等に接合する実装工程において、図８のような構造の窒化物半導体レーザ素子は、リッジ部１１４の左右に形成された第２ｐ側電極１１８の高さが等しくなるため、サブマウント等に接合する際に、接合後の当該窒化物半導体レーザ素子の傾きを抑えることができる。又、第２ｐ側電極１１８が、接合時のダメージと、それに伴う電流のリークパスの発生を抑制することができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構造を示す概略断面図である。尚、本実施形態におけるｎ型ＧａＮ基板１００上に積層される窒化物半導体成長層１０００の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして、省略する。
【００５５】
図２の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体成長層１０００が形成されるとともに、幅３０μｍの溝１１２及び１１３、幅３μｍのリッジ部１１４、層厚３５０ｎｍのＳｉＯ2から成る絶縁膜１１５、幅１．５μｍの開口部１１５ａ、ｐ側電極２１６、ｎ側電極１１７、金線１１９、層厚７００ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜２１５、から構成されている。
【００５６】
第１の実施形態と同様に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０９には、窒化物半導体層の[１−１００]方向に平行に直線状に延在する溝１１２、１１３が設けられており、当該溝１１２、１１３の間にリッジ部１１４が形成されている。溝１１２、１１３、リッジ部１１４、及びそれら以外の部分のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９の表面には、ＳｉＯ2よりなる絶縁膜１１５が形成され、又、当該絶縁膜１１５には、リッジ部１１４の上部に、開口部１１５ａが設けられる。
【００５７】
そして、第１の実施形態と異なり、溝１１２を中心として、リッジ部１１４と反対側に形成された絶縁膜１１５の表面には、層厚７００ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜２１５が設けられている。
【００５８】
このように形成された絶縁膜１１５、開口部１１５ａ及び第２絶縁膜２１５表面に、リッジ部１１４及び溝１１２、１１３をまたぐようにして、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）とを順次蒸着し、ｐ側電極２１６が形成されている。又、絶縁膜１１５の開口部１１５ａを通じて、リッジ部１１４のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９とｐ側電極２１６はオーミックコンタクトしている。更に、第２絶縁膜２１５の直上に形成されたｐ側電極２１６の上部には、金線１１９が接続されている。又、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面には、ｎ型ＧａＮ基板１００側より、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）が順次蒸着され、ｎ側電極１１７が形成されている。
【００５９】
本実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、絶縁膜１１５に開口部１５ａを形成するまでの工程については、図５（ａ）〜（ｄ）を参照し説明した第１の実施形態の窒化物半導体レーザの製造方法と同一であるので、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして省略する。そして、図５（ｄ）に示すように絶縁膜１１５に開口部１１５ａを形成すると、第１の実施形態と異なり、溝１１２を中心にしてリッジ部１１４の反対側にあたる絶縁膜１１５の表面に、層厚７００ｎｍのＳｉＯ2から成る絶縁膜を電子ビーム蒸着法により蒸着し、通常のフォトリソグラフィー技術とＨＦによるウエットエッチング技術を用いて、第２絶縁膜２１５を形成する。次に、絶縁膜１１５、開口部１１５ａ及び第２絶縁膜２１５表面に、リッジ部１１４及び溝１１２、１１３をまたぐようにして、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）とを電子ビーム法により順次蒸着し、ｐ側電極２１６を形成する。
【００６０】
このようにして得られたウエーハを、ウエーハの厚みが８０μｍ程度になるまで、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面の研磨もしくはエッチングを実施する。次に、当該ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面に、基板側から順に、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により蒸着し、ｎ側電極１１７を形成し、図２の窒化物半導体レーザ素子を得る。
【００６１】
本実施形態において、金線１１９の直下に層厚７００ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜２１５を設けることで、ｐ側電極２１６表面に金ワイヤを用いてワイヤボンディング等を実施して、金線１１９とｐ側電極２１６とを接合したときに発生するダメージが第２絶縁膜２１５で吸収される。よって、絶縁膜１１５までのダメージの影響が抑制され、絶縁膜１１５中の電流のリークパスの発生がない、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。尚、第１の実施形態における図８の構成と同様、第２絶縁膜２１５は、リッジ部１１４を中心にして左右対称な位置双方に、形成しても構わない。
【００６２】
本実施形態では、第１の実施形態の第２ｐ側電極１１８の代わりに第２絶縁膜２１５を形成することにより、電流のリークパスの発生が抑制される。このため、外部との電気的接合をするのに、ワイヤボンディングを実施する場合、ボンディングする位置の金属層の層厚が、第１の実施形態と比べて、金線１１９と接合されるｐ側電極の層厚を薄くすることができる。よって、金線１１９をｐ側電極２１６に接合する際、超音波を十分に接合部に印加することができ、接合強度の低下を防ぐことができる。
【００６３】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構造を示す概略断面図である。尚、本実施形態におけるｎ型ＧａＮ基板１００上に積層される窒化物半導体成長層１０００の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして、省略する。
【００６４】
図３の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体成長層１０００が形成されるとともに、幅３５μｍの溝３１２及び３１３、幅１．５μｍのリッジ部３１４、層厚６００ｎｍのＳｉＯ2から成る第１絶縁膜３１５、ｐ側電極３１６、層厚３５０ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜３１７、幅１．５μｍの開口部３１７ａ、ｎ側電極１１７、金線１１９、から構成されている。
【００６５】
このとき、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０９には、窒化物半導体層の[１−１００]方向に平行に直線状に延在する溝３１２、３１３が設けられており、当該溝３１２、３１３の間にリッジ部３１４が形成されている。溝３１２を中心にしてリッジ部３１４と反対側にあたる窒化物半導体成長層１０００の表面には、ＳｉＯ2から成る第１絶縁膜３１５が設けられている。又、溝３１２、３１３、リッジ部３１４、第１絶縁膜３１５、及びそれら以外の部分のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９の表面には、ＳｉＯ2から成る第２絶縁膜３１７が形成されている。又、当該第２絶縁膜３１７には、リッジ部３１４の上部に、開口部３１７ａが設けられている。
【００６６】
上述のリッジ部３１４および溝３１２、３１３をまたぐようにして、第２絶縁膜３１７及び開口部３１７ａ表面に、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）が順次蒸着され、ｐ側電極３１６が形成され、第２絶縁膜３１７の開口部３１７ａを通じて、リッジ部３１４のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９とオーミックコンタクトしている。更に、第１絶縁膜３１５の直上に形成されたｐ側電極３１６の上部には、金線１１９が接続されている。又、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面には、ｎ型ＧａＮ基板１００側から、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）が順次蒸着され、ｎ側電極１１７が形成されている。尚、第１絶縁膜３１５は、リッジ部３１４を中心にして左右対称な位置双方に形成しても構わない。
【００６７】
次に、窒化物半導体レーザ素子の作製方法について、以下に、図面を参照し説明する。図６は、本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す概略断面図である。尚、以下では、第１絶縁膜３１５を、リッジ部３１４を中心にして、左右対称な位置双方に形成するものとして説明する。
【００６８】
まず、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、窒化物半導体成長層１０００を積層する。次に、図６（ａ）のように、窒化物半導体成長層１０００の表面に、開口部幅Ｙが７０μｍの第１絶縁膜３１５を、電子ビーム蒸着法を用いて形成する。当該開口部の形成は、第１の実施形態と同様に、まず、蒸着前にフォトリソグラフィー技術を用いて、第１絶縁膜３１５を形成する領域を開口部とするレジストパターンを形成する。引き続き、レジストパターンを残した状態で、ウエーハ表面全体に第１絶縁膜３１５を、電子ビーム蒸着法を用いて蒸着する。蒸着後、リフトオフにより、レジストパターン上に蒸着された第１絶縁膜３１５を、レジストパターンと共に除去する。結果、レジストパターン開口部には、第１絶縁膜３１５が残り、図６（ａ）のような形状が得られる。
【００６９】
次に、図６（ｂ）のように、第１絶縁膜３１５の開口部の中央に、幅１．５μｍのフォトレジストマスク２０３を形成する。次に、図６（ｃ）のように、第１絶縁膜３１５、及びフォトレジストマスク２０３をマスクとして、ＲＩＥ技術を用いて、窒化物半導体成長層１０００を、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の途中までエッチングを実施し、溝３１２、３１３、リッジ部３１４を形成する。この際、エッチングに用いるプロセスガスとして、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3などの塩素系ガスを用いても構わない。
【００７０】
次に、ウエーハ全面にＳｉＯ2から成る第２絶縁膜３１７を、電子ビーム蒸着法により蒸着した後、リッジ部３１４直上のフォトレジスト２０３表面に蒸着した第２絶縁膜３１７を、上述のようにリフトオフを用いて、フォトレジストマスク２０３と同時に除去し、結果、図６（ｄ）のように、開口部３１７ａを設ける。
【００７１】
このようにして得られたウエーハを、図６（ｅ）のように、リッジ部３１４及び溝３１２、３１３をまたぐようにして、窒化物半導体成長層１０００側より、Ｐｄ（層厚２０ｎｍ）とＡｕ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により順次蒸着し、ｐ側電極３１６を形成する。このように、特定の部分へのｐ側電極３１６を形成は、上述したように、蒸着前のフォトリソグラフィー技術によるレジストマスクの形成と、蒸着後のリフトオフによるレジストマスクの除去により、実施される。
【００７２】
このようにして得られたウエーハを、ウエーハの厚みが８０μｍ程度になるまで、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面の研磨もしくはエッチングを実施する。次に、当該ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面に、基板側から順に、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により蒸着し、ｎ側電極１１７を形成した後、ｐ側電極３１６上で、溝３１２を中心にしてリッジ部３１４と反対側の領域に、金線１１９を接続し、窒化物半導体レーザ素子を得る。当該窒化物半導体レーザ素子と図３の窒化物半導体レーザ素子との相違点は、図３の窒化物半導体レーザ素子では、第１絶縁膜３１５が片側のみに形成されているのに対して、上述した窒化物半導体レーザ素子では、第１絶縁膜３１５が、リッジ部３１４を中心にして、左右対称な位置双方に形成されている。
【００７３】
本実施形態における窒化物半導体レーザ素子は、リッジ部３１４をＲＩＥにより形成する際に使用したフォトレジストマスク２０３が、その上部に蒸着された第２絶縁膜３１７とともにリフトオフにより除去されてリッジ部３１４上部に開口部３１７ａが設けられるため、ウェットエッチング技術を用いる第１の実施形態及び第２の実施形態における窒化物半導体レーザ素子と比較すると、開口部３１７ａの幅のばらつきが大幅に小さくなる。又、層厚６００ｎｍの第１絶縁膜３１５が形成されるために、リッジ部３１４が周囲よりも低い位置に形成される。
【００７４】
又、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、第１絶縁膜３１５が、溝３１２、３１３、リッジ部３１４を形成する際に、マスクとなるだけではなく、金線１１９をｐ側電極３１６に接合する際に発生するダメージと、それに伴う電流リークパスの発生を抑制する。又、マスクを溝１１２、１１３、リッジ部１１４を形成した後に除去し、その後に、絶縁膜１１５を形成する第１の実施形態や第２の実施形態のような方法と比較して、工程が簡略化される。
【００７５】
このように、本実施形態では、リッジ部上部に開口部を設ける手段として、等方的にエッチングがなされてエッチングレートなどの制御性が良くないウェットエッチング法や、プラズマにさらされることでイオン衝撃などによるダメージが発生するドライエッチング法が使用されない。そのため、エッチングレートのばらつきのために開口部３１７ａの幅のばらつきが大きくなり窒化物半導体レーザ素子の電流−電圧特性、発振しきい値電流、発振モード等が悪影響を受けることが防止できる。又、リッジ部３１４の表面がイオン衝撃などによるダメージを受けることが無く、イオン衝撃によるダメージによって発生する窒化物半導体レーザ素子の動作電圧の上昇や信頼性の低下を防止できる。
【００７６】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構造を示す概略断面図である。尚、本実施形態におけるｎ型ＧａＮ基板１００上に積層される窒化物半導体成長層１０００の構成は、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして、省略する。
【００７７】
図４の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、第１の実施形態と同様に、窒化物半導体成長層１０００が形成されているとともに、幅４０μｍの溝４１２及び４１３、幅１．５μｍのリッジ部４１４、層厚６００ｎｍのＳｉＯ2から成る第１絶縁膜４１５、第１ｐ側電極４１６、層厚３５０ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜４１７、幅１．５μｍの開口部４１７ａ、第２ｐ側電極４１８、ｎ側電極１１７、金線１１９、から構成される。
【００７８】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の上層部及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０９には、窒化物半導体層の[１−１００]方向に平行に直線状に延在する溝４１２、４１３が設けられており、当該溝４１２、４１３の間にリッジ部４１４が形成されている。溝４１２及び溝４１３を中心にしてリッジ部４１４と反対側にあたる窒化物半導体成長層１０００の表面双方には、ＳｉＯ2から成る第１絶縁膜４１５が設けられる。又、溝４１２、４１３、リッジ部４１４、及び第１絶縁膜４１５の表面には、ＳｉＯ2から成る第２絶縁膜４１７が形成されている。又、当該第２絶縁膜４１７には、リッジ部４１４の上部に、開口部４１７ａが設けられている。
【００７９】
又、リッジ部４１４の表面には、当該リッジ部４１４と略同じ幅を有するＰｄ（層厚１５ｎｍ）から成る第１ｐ側電極４１６が設けられ、第２絶縁膜４１７に設けられた開口部４１７ａを通じて、リッジ部４１４上部のｐ型ＧａＮコンタクト層１０９とオーミックコンタクトしている。
【００８０】
そして、第１ｐ側電極４１６、溝４１２、４１３をまたぐようにして、第２絶縁膜４１７及び第１ｐ側電極４１６それぞれの表面に、Ａｕ（層厚３００ｎｍ）が蒸着されて第２ｐ側電極４１８が形成される。更に、第２ｐ側電極４１８の上部には、金線１１９が接続されている。又、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面には、ｎ型ＧａＮ基板１００側から、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）が順次蒸着され、ｎ側電極１１７が形成されている。
【００８１】
次に、窒化物半導体レーザ素子の作製方法について、以下に、図面を参照し説明する。図７は、本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す概略断面図である。
【００８２】
まず、第１の実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板１００上に、窒化物半導体成長層１０００を積層する。次に、窒化物半導体成長層１０００の表面に、図７（ａ）のように、電子ビーム蒸着法を用いてＰｄ（層厚１５ｎｍ）を蒸着し、幅２０μｍでストライプ形状の第１ｐ側電極層４１６を形成する。
【００８３】
このストライプ形状の第１ｐ側電極層４１６を形成するには、まず窒化物半導体成長層１０００の表面全体にＰｄを蒸着し、次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、幅２０μｍのフォトレジストパターンを形成する。その後、フォトレジストにより被覆されていない開口部分のＰｄを、ウェットエッチング技術を用いて除去する。このようなウェットエッチングは、塩酸、硝酸、及び純水を、体積比率１対９対５の割合で混合した溶液中に、ウエーハを２０秒ほど浸漬することで実施される。
【００８４】
次に、図７（ｂ）のように、第１ｐ側電極４１６の直上と第１ｐ側電極４１６の両側それぞれからの幅Ｚが３０μｍとなる領域とを除いて、窒化物半導体成長層１０００全面に、ＳｉＯ2から成る第１絶縁膜４１５を、電子ビーム蒸着法を用いて形成する。
【００８５】
次に、図７（ｃ）のように、通常のフォトリソグラフィー技術を用い、幅１．５μｍのフォトレジストマスク２０４を、第１ｐ側電極４１６表面に形成する。引き続き、当該フォトレジストマスク２０４及び第１絶縁膜４１５をマスクとして、ＲＩＥ技術を用いて、第１ｐ側電極層４１６及び窒化物半導体成長層１０００をｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の途中までエッチングを実施し、図７（ｄ）のように、溝４１２、４１３、リッジ部１４４を形成する。尚、第１ｐ側電極４１６をエッチングする際に、エッチングの用いるガスとして、Ａｒ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、もしくは、これらに添加ガスとしてＣｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3などの塩素系ガスを体積比率で０％から５０％程度、混合したガスを用いても構わない。また、窒化物半導体成長層１０００をエッチングする際には、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3などの塩素系ガスを用いても構わない。
【００８６】
更に、このようにして得られたウエーハ全面にＳｉＯ2から成る第２絶縁膜４１７を、電子ビーム蒸着法により蒸着した後、リフトオフ法により、リッジ部４１４直上の第２絶縁膜４１７が蒸着されたフォトレジストマスク２０４を除去し、図７（ｅ）のような、開口部４１７ａが得られる。
【００８７】
引き続き、図７（ｆ）のように、第１ｐ側電極４１６および溝４１２、４１３をまたぐようにして、Ａｕ（層厚３００ｎｍ）から成る第２ｐ側電極４１８を電子ビーム蒸着法を用いて、形成する。このような、特定の部分への第２ｐ側電極４１８の形成は、上述したように、蒸着前のフォトリソグラフィー技術によるレジストマスクの形成と、蒸着後のリフトオフによるレジストマスクの除去により、実施される。
【００８８】
このようにして得られたウエーハを、ウエーハの厚みが８０μｍ程度になるまで、ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面の研磨もしくはエッチングを実施する。次に、当該ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面に、基板側から順に、Ｔｉ（層厚２５ｎｍ）とＡｌ（層厚１５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着法により蒸着し、ｎ側電極１１７を形成した後、第２ｐ側電極４１８上で溝４１２又は溝４１３を中心にしてリッジ部４１４と反対側の領域に金線１１９を接続し、図４に示すような窒化物半導体レーザ素子を得る。
【００８９】
本実施形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、最初に第１ｐ側電極４１６が形成されてからは、リッジ部４１４の表面を直接フォトレジストマスクや絶縁膜などによって被覆する工程がないため、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態、及び第３の実施形態のような、被覆工程を経ることに伴う窒化物半導体層表面における残渣の発生と、それを原因とする窒化物半導体レーザ素子の電流電圧特性、及び信頼性の劣化の可能性を、抑制できる。又、他の実施形態と同様に、絶縁膜の合計した層厚を厚くすることによりダメージを吸収し、第１絶縁膜４１５及び第２絶縁膜４１７における、電流リークパスの発生を抑制する。
【００９０】
尚、本発明の各実施形態において、上部電極上に、外部との電気的な接続を得るために、金ワイヤのワイヤボンディング等を実施した場合に、接合部にダメージが生じ、電流のリークパスの発生を抑制するために設けた層は、第１の実施の形態では層厚６００ｎｍのＡｕから成る第２ｐ側電極１１８（図１）、第２の実施の形態では層厚７００ｎｍのＳｉＯ2から成る第２絶縁膜２１５（図２）、第３の実施の形態では層厚６００ｎｍのＳｉＯ2から成る第１絶縁膜３１５（図３）、第４の実施の形態では層厚６００ｎｍのＳｉＯ2から成る第１絶縁膜４１５（図４）であるが、これらの各層の層厚は、上述の数値に限定されるものではない。又、ｐ側電極を下側にしてサブマウント等に実装する場合、例えば、放熱性に優れたＣｕ製のサブマウントでは、その表面に略２５０ｎｍの凹凸が存在することから、接合面となるｐ側電極の表面より、リッジ部が、３００ｎｍ以上ｎ型ＧａＮ基板１００側の近い位置にあることが望ましい。
【００９１】
又、本明細書において、「窒化物半導体」とは、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＧａが部分的に他のIII族元素に置き換えられた半導体、例えば、ＧａsＡｌtＩｎ1-s-tＮ（０＜s≦１、０≦t＜１、０＜s＋t≦１）を含み、各構成原子の一部が不純物原子等に置き換えられた半導体や、他の不純物が添加された半導体も含むものとする。
【００９２】
又、本発明の第１の実施形態における第１ｐ側電極１１６（図１）、及び第２の実施形態におけるｐ側電極２１６（図２）、第３の実施形態におけるｐ側電極３１６（図３）は、窒化物半導体成長層１０００側より順に、層厚２０ｎｍのＰｄと層厚１５０ｎｍのＡｕが蒸着された電極であったが、電極材料はこれらに限定されるものではなく、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いても構わないし、更に、その表面に、Ａｕ、Ｍｏなどの金属が積層された構造であっても構わない。又、各層の厚みも、上述の値に限定されるものではない。
【００９３】
又、本発明の第４の実施形態における第１ｐ側電極は層厚１５ｎｍのＰｄ、第２ｐ側電極は層厚３００ｎｍのＡｕであったが（図４）、電極材料はこれらに限定されるものではなく、それぞれ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いても構わないし、更に、その表面に、Ａｕ、Ｍｏなどの複数の金属が積層された構造であっても構わない。又、層厚も、上述の値に限定されるものではない。
【００９４】
又、本発明の各実施形態における絶縁膜の材料としてＳｉＯ2を用いたが、これに限定されるものではなく、ＴｉＯ2やＳｉＯ，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＮなどの他の無機誘電体や、ＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体などを、用いても構わない。又、その層厚も、上述した各実施形態における値に限定されるものではない。更に、その形成方法についても、上述した各実施形態において用いた電子ビーム蒸着法に限定されるものではなく、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法など、他の成膜方法を用いても構わない。
【００９５】
又、本発明の各実施形態で使用したドライエッチング技術は、ＲＩＥ技術であったが、これに限定されるものではなく、ＲＩＢＥ（Reactive Ion Beam Etching：反応性イオンビームエッチング）技術、スパッタエッチング技術などを用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の一部の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の一部の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の一部の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の変形例の構成を示す概略断面図である。
【図９】従来技術による窒化物半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。
【図１０】従来技術により製造した窒化物半導体レーザ素子の電流−電圧特性を示した図である。
【符号の説明】
【００９７】
１        サファイア基板
２        アンドープＧａＮバッファ層
３        アンドープＧａＮ層
４        ｎ型ＧａＮコンタクト層
５        ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
６        ｎ型ＧａＮ光導波層
７        ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層
８        ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
９        ｐ型ＧａＮ光導波層
１０      ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１      ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２      溝
１３      溝
１４      リッジ部
１５      絶縁膜
１５ａ    開口部
１５ｂ    開口部
１６      ｐ側電極
１７      ｎ側電極
１００    ｎ型ＧａＮ基板
１０１    ＳｉドープＧａＮバッファ層
１０２    ｎ型ＧａＮ層
１０３    ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４    ｎ型ＧａＮ光導波層
１０５    ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層
１０６    ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
１０７    ｐ型ＧａＮ光導波層
１０８    ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０９    ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１２    溝
１１３    溝
１１４    リッジ部
１１５    絶縁膜
１１５ａ  開口部
１１６    第１ｐ側電極
１１７    ｎ側電極
１１８    第２ｐ側電極
１１９    金線
２０１    フォトレジストマスク
２０３    フォトレジストマスク
２０４    フォトレジストマスク
２１５    第２絶縁膜
２１６    ｐ側電極
３１２    溝
３１３    溝
３１４    リッジ部
３１５    第１絶縁膜
３１６    ｐ側電極
３１７    第２絶縁膜
３１７ａ  開口部
４１２    溝
４１３    溝
４１４    リッジ部
４１５    第１絶縁膜
４１６    第１ｐ側電極
４１７    第２絶縁膜
４１７ａ  開口部
４１８    第２ｐ側電極
１０００  窒化物半導体成長層
【図１】
2006066660.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006066660.tif 000008
【図７】
2006066660.tif 000009
【図８】
2006066660.tif 000010
【図９】
2006066660.tif 000011
【図１０】
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