(57)【要約】【課題】リッジ型の半導体レーザにおいて、共振器からの放熱と、ｐ電極の共振器に対する確実な接着とを効果的に両立させること。【解決手段】ｐ型コンタクト層１０５ｂの平頂面Σは、ジャンクション側に一旦略一様に積層した絶縁壁１１０の不要部分（共振器の平頂部の上の部位）をエッチング処理によって除去した際に露出した面である。第１金属層１０６ａはニッケル（Ｎｉ）をこの平頂面Σ及び絶縁壁１１０の上に蒸着して形成したものであり、その膜厚は約２５０ｎｍとした。その後、リフトオフ法によって、第１金属層１０６ａの平頂部に共振方向に伸びるストライプ状のＡｌ2 Ｏ3 から成る遮蔽膜Ｓを膜厚約１８０ｎｍで形成した。その後、露出している第１金属層１０６ａと遮蔽膜Ｓの上に、ニッケル（Ｎｉ）から成る膜厚約２５０ｎｍの第２金属層１０６ｂを蒸着によって積層した。【選択図】図２
2006190713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物系化合物半導体を積層して形成される、リッジ型の共振器を有するジャンクションダウン方式の半導体レーザにおいて、
ｐ電極の内の少なくとも前記共振器の平頂部に形成された頂上部分と、前記共振器をマウントまたはサブマウントに固定するソルダーとの間に、絶縁体または半導体から成る遮蔽膜を有する
ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記遮蔽膜は、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）のうち少なくとも１つから成る
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記遮蔽膜の膜厚は、
５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記遮蔽膜と直接接触する部位の少なくとも一部分は、
ニッケル（Ｎｉ）またはチタン（Ｔｉ）から形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、 III族窒化物系化合物半導体を積層して形成される、ジャンクションダウン方式のリッジ型の半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物系化合物半導体を積層して形成される、ジャンクションダウン方式のリッジ型の半導体レーザとしては、例えば下記の特許文献１、２に記載されているものが知られている。
例えば、特許文献１に記載されている III族窒化物系化合物半導体レーザ４００（同文献の図４）などでは、共振器で発生した熱をサブマウントに効率よく逃がすためにジャンクションダウン方式の素子構造が採用されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されている III族窒化物系化合物半導体レーザ１００（同文献の図１）などでは、融点が低く柔らかい金属であるインジウム（Ｉｎ）を多く含んだソルダーを用いてｐ電極をサブマウントに固定することにより、ｐ電極の剥離現象を効果的に防止している。
【０００４】
例えばこれらの従来技術に見られる様に、リッジ型の半導体レーザにおいては、共振器で発生した熱の放熱性を確保することと、ｐ電極の剥離現象を効果的に防止することの２点が重要である。
【特許文献１】特開２００１−２５１０１８
【特許文献２】特開２００１−２３０４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている上記の素子構造においては、高い放熱性が確保できてはいるものの、共振器の平頂部に形成されているｐ電極の部分がサブマウントなどに対してソルダーを用いて共振方向全長に渡って幅広く固定されているため、ｐ電極の剥離現象が非常に起り易い。これは、ソルダーを用いてｐ電極をサブマウントなどに固定する際に、熱でｐ電極が溶けてソルダーと混ざり合い、その溶融物が降温に伴って固まる時にｐ電極が元の大きさよりも縮んでしまうためである。この様な剥離現象が起ると、ｐ電極近傍において電流密度の空間的な偏りが生じて、閾値電流が上昇したり、或いは共振器からの発振が停止したりするので、半導体レーザの歩留りや信頼性の面で大きな問題となる。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているインジウム（Ｉｎ）を含んだソルダーを用いる方法ではｐ電極は共振器からは剥離し難くなるものの、ｐ電極に金（Ａｕ）を使用するとその金（Ａｕ）とソルダー中のインジウム（Ｉｎ）とが反応して熱伝導率の低い合金を形成してしまうので、その熱伝導率の低い合金によって必要な放熱効果が確保できなくなってしまうなどの派生問題が生じ得る。或いは、半導体結晶中にインジウム（Ｉｎ）が侵入するなど新たな問題の発生も予想される。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、共振器からの放熱と、ｐ電極の共振器に対する確実な接着とを効果的に両立させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、 III族窒化物系化合物半導体を積層して形成される、リッジ型の共振器を有するジャンクションダウン方式の半導体レーザにおいて、ｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分と、共振器をマウントまたはサブマウントに固定するソルダーとの間に、絶縁体または半導体から成る遮蔽膜を設けることである。
【０００９】
ただし、共振器の平頂部に形成されたｐ電極頂上部分とソルダーとの間には、上記の遮蔽膜以外のものが介在していても良い。その様な構成要素（介在物）としては、例えば、サブマウント上に半導体チップを固定するソルダーと上記の遮蔽膜との間に介在させる電極パッドなどを考えることができる。
【００１０】
また、この遮蔽膜は多層構造に形成しても良いし、複数の膜を具備しても良い。
また、上記の共振器は、側面発光型の共振器であっても平面発光型の共振器であっても良い。
【００１１】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の遮蔽膜を、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化シリコン（Ｓｉx Ｎy ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、炭化ゲルマニウム（ＧｅＣ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又は二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）のうちの少なくとも１つから形成することである。
【００１２】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記の遮蔽膜の膜厚を５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下にすることである。ただし、この遮蔽膜の膜厚は、より望ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が良い。この膜厚が薄過ぎると膜が破断するなどして、ソルダーとｐ電極とが混ざり合う恐れが大きくなる。また、膜厚が厚過ぎると共振器の平頂部付近からの放熱作用が阻害される恐れが生じる。或いは、遮蔽膜の成膜時間が必要以上に長くなってしまい素子の生産性が低下する。
【００１３】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、上記の遮蔽膜と直接接触する部位の少なくとも一部分をニッケル（Ｎｉ）またはチタン（Ｔｉ）から形成することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、遮蔽膜はソルダーとは溶融し難いので、ソルダーとｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分との間にこの様な遮蔽膜を介在させることによって、半田付け工程の前後でｐ電極の頂上部分の組成が大きく変化することが防止される。このため、半田付けの際にたとえｐ電極の頂上部分の一部が溶融したとしても、半田付け工程の前後でｐ電極の大きさが変化したり、或いは、素子を形成する半導体層との間でｐ電極の縮小方向に大きな張力が発生したりすることはない。
したがって、本発明の第１の手段によれば、半導体層とｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分との間には、従来の様な歪みが発生しなくなるので、これによって、上記の剥離現象を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、通常、遮蔽膜を構成する絶縁体や半導体の熱伝導率は金属よりも低いので、本発明の第１の手段によれば、ｐ電極の溶融も従来より生じ難くなる。
また、同時に、ジャンクションダウン方式の素子構造を採用することにより、大きな放熱効果を獲得することができる。
したがって、本発明の第１の手段によれば、共振器からの放熱と、ｐ電極の共振器に対する確実な接着とを効果的に両立させることができる。
【００１６】
また、上記の本発明の第２の手段に例示した各種の材料は一般の絶縁体や半導体の中では熱伝導率が比較的高い部類なので、これらの材料で上記の遮蔽膜を形成すれば、共振器の平頂部付近からの放熱作用を効果的に確保することができる。また、この様な熱伝導の制御は、遮蔽膜の材料の熱伝導率だけでなく、遮蔽膜の厚さや大きさや形などによっても実施することができる。
【００１７】
即ち、例えば、本発明の第３の手段によれば、遮蔽膜の厚さがより望ましい範囲内に設定されるので、ソルダーとｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分との溶融現象を確実に防止することができると同時に、共振器の平頂部付近からの放熱作用を大きく確保することができる。このため、本発明の第３の手段によれば、共振器からの放熱とｐ電極の共振器に対する確実な接着とをより効果的に両立させることができる。この遮蔽膜の膜厚は、更に望ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下が良く、経験的には幾らか材料にも依存するものの概ね１５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内が最適である。
この膜厚が薄過ぎると膜が破断するなどして、ソルダーとｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分との溶融を生じ、歩留りや信頼性が劣化する原因となり得る。
また、この膜厚が厚過ぎると共振器の平頂部付近からの放熱作用が阻害される恐れが生じ、これによっても歩留りや信頼性が劣化する場合がある。或いは、この膜厚が厚過ぎると遮蔽膜の成膜時間が必要以上に長くなってしまい、素子の生産性が低下する。
【００１８】
また、ニッケル（Ｎｉ）やチタン（Ｔｉ）は、絶縁体または半導体から成る上記の遮蔽膜に対する密着性が良好な場合が多いので、本発明の第４の手段によれば、上記の遮蔽膜はその周辺の金属と良好に密着することが期待できる。即ち、本発明の第４の手段によれば、共振器の平頂部をサブマウント（若しくはマウント）に確実に固定することができると同時に、共振器の平頂部からの良好な放熱作用を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１に本実施例１の半導体レーザ１０の断面図を示す。この半導体レーザはリッジ型であり、そのｐ電極１０６は、図２に示すように、蒸着によって積層されたニッケル（Ｎｉ）から成る第１金属層１０６ａ（ｐ電極の内の少なくとも共振器の平頂部に形成された頂上部分）とＡｌ2 Ｏ3 から成る遮蔽膜Ｓと第２金属層１０６ｂとを有して成る。そして、この半導体レーザ１０は、以下の構造を有する半導体チップ１００を作成後、図１に図示する様に上下逆さまにして、サブマウント１３上に半田１１を用いて固定したものである。
即ち、この半導体チップ１００は、サファイア基板１０１の結晶成長面上に、 III族窒化物系化合物半導体の結晶成長によってバッファ層１０２、ｎ型半導体層１０３、活性層１０４、ｐ型クラッド層１０５ａ、及びｐ型コンタクト層１０５ｂを順次積層したもので、その後エッチングによってリッジなどを形成し、それから更に、ｎ電極１０７、絶縁膜１１０、ｐ電極１０６の順にそれぞれ順次形成したものである。
【００２１】
以下、上下関係を図１とは逆にして、この半導体チップ１００の構造を詳しく説明する。サファイヤ基板１０１の上には、窒化アルミニウム（AlＮ）から成るバッファ層１０２が積層されている。更にその上には、シリコン(Si)ドープのGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１０３ａ、ノンドープのIn0.03Ga0.97N から成る中間層１０３ｂ、GaN から成るｎ型クラッド層１０３ｃ、及びAl0.01Ga0.99Nより成るｎ型の光ガイド層１０３ｄの順に積層された、計４層より成るｎ型半導体層１０３が形成されている。
更にその光ガイド層１０３ｄの上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１０４が形成されている。
この活性層１０４の直ぐ上には、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.01Ga0.99Nから成るｐ型の光ガイド層１０８があり、その上には、ｐ型Al0.12Ga0.88N から成るｐ型クラッド層１０５ａ、及びＭｇドープのｐ型Al0.05Ga0.95N から成るｐ型コンタクト層１０５ｂが、それぞれ順次積層されている。
【００２２】
ｎ型半導体層１０３の高キャリア濃度ｎ+ 層１０３ａは、上方（ｐ型半導体層側）からのエッチングにより共振器（リッジ）の共振方向に平行にその中央部分がエッチングされて露出しており、本エッチングにより、基板に対して略垂直に立脚した平頂な共振器部分（リッジ）が形成されている。また、ｎ型半導体層１０３の高キャリア濃度ｎ+ 層１０３ａの露出部には、バナジウムとアルミニウム（Ｖ／Ａｌ）より成る負電極１０７が、蒸着により成膜されている。また、この共振器の両脇には、屈折率約 1.4のＳｉＯ2 より成る絶縁壁１１０がＣＶＤにより形成されている。この絶縁壁１１０は、共振器側壁の略全面にわたって密着して形成されている。
【００２３】
以上の構造を有する半導体チップ１００は、電極形成部位を下向きにしてマウントするジャンクションダウン方式でサブマウント１３に固定されている（図１）。このサブマウント１３は銅基板１４と電気的絶縁部材１５とリード電極１６Ａ，１６Ｂから構成されており、絶縁部材１５は例えば炭化珪素（ＳｉＣ）等の熱伝導性の高い電気的絶縁材料より構成されている。絶縁部材１５の上面には、図面の左右２カ所に相隔てて、金（Ａｕ）より成るリード電極１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ積層されている。上記のｎ電極１０７及びｐ電極１０６は、熱伝導性に優れる金（Ａｕ）又はＡｕ／Ｓｎより成る半田１１を用いて、各リード電極１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ固定されている。
なお、符号ｗは給電用のワイヤーを示しており、これらのワイヤーｗも、それぞれ対応するリード電極１６Ａ，１６Ｂに接続されている。
【００２４】
図２に、上記の半導体レーザ１０のｐ電極１０６の断面図を示す。ｐ型コンタクト層１０５ｂの平頂面Σは、ジャンクション側に一旦略一様に積層した絶縁壁１１０の不要部分（共振器の平頂部の上の部位）をエッチング処理によって除去した際に露出した面である。第１金属層１０６ａはニッケル（Ｎｉ）をこの平頂面Σ及び絶縁壁１１０の上に蒸着して形成したものであり、その膜厚は約２５０ｎｍとした。その後、リフトオフ法によって、第１金属層１０６ａの平頂部に共振方向に伸びるストライプ状のＡｌ2 Ｏ3 から成る遮蔽膜Ｓを膜厚約１８０ｎｍで形成した。その後、露出している第１金属層１０６ａと遮蔽膜Ｓの上に、ニッケル（Ｎｉ）から成る膜厚約２５０ｎｍの第２金属層１０６ｂを蒸着によって積層した。以下、この第２金属層１０６ｂのことをｐパッド電極１０６ｂと言うことがある。図１では、このｐパッド電極１０６ｂと遮蔽膜Ｓと第１金属層１０６ａを総括的にｐ電極１０６として図示している。
【００２５】
以上の様な構成に従えば、図１のｐ電極１０６を半田１１を用いてサブマウント１３に接着する際に、第１金属層１０６ａと半田１１とが混ざり合うことが回避されるので、リッジの平頂部の第１金属層１０６ａが縮むことが効果的に防止され、その結果、第１金属層１０６ａはｐ型コンタクト層１０５ｂの平頂面Σに良好に接続されたまま維持される。また、以上の様な構成に従えば、図１のｐ電極１０６及びｎ電極１０７の熱は、サブマウント１３に効果的に伝導されるので、半導体チップ１００からの放熱効果を十分に得ることができる。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本実施例２の半導体チップ２００の断面図である。サファイア基板２０１上に図略のバッファ層が形成され、そのバッファ層上に実施例１のｎ型半導体層１０３と同一構成や組成の４層から成るｎ型半導体層２０３が形成されている。そのｎ型半導体層２０３の上に、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層２０４や、実施例１のｐ型の光ガイド層１０８と同一構成や組成の図略のｐ型の光ガイド層が形成されている。そして、そのｐ型の光ガイド層の上には、ｐ型Al0.12Ga0.88N から成るｐ型クラッド層２０５ａと、Ｍｇドープのｐ型Al0.05Ga0.95N から成るｐ型コンタクト層２０５ｂが、それぞれ順次積層されている。
【００２７】
また、これらのｐ型クラッド層２０５ａ及びｐ型コンタクト層２０５ｂは上方よりドライエッチングされており、そのエッチングによって共振器の平頂部Σを頂とするリッジＲと、その共振方向に伸びる幅広のストライプ状の溝を構成する中央凹部Ｑが形成されている。このエッチングの深さは、中央凹部Ｑでは約２．９μｍであり、リッジＲの左右両脇では約０．９μｍである。また、半導体チップ２００の全幅Ｄは約３７０μｍとした。
ｐ電極２０６は、Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉから成る膜厚約１５０ｎｍのｐメタル層（第１金属層２０６ａ）と、Ｎｉ／Ａｕから成る膜厚約２５０ｎｍのパッド電極（第２金属層２０６ｂ）から構成されている。また、Ｖから成る金属層２０７ａとＡｌから成る金属層２０７ｂとの二層構造を採るｎ電極の上には、パッド電極２０７ｃが積層されている。
【００２８】
一方、絶縁膜については、二層構造の部位と単層構造の部位とが混在した構造が採られている。そして、その１層目はＳｉＯ2 から成る膜厚約１５０ｎｍの絶縁膜２１０ａで構成されており、２層目はＳｉＯ2 から成る膜厚約１００ｎｍの絶縁膜２１０ｂで構成されている。ただし、単層構造の部位については、ｐ電極側では絶縁膜２１０ｂのみで構成されており、ｎ電極側では絶縁膜２１０ｂのみで構成されている。
【００２９】
上記のチップ構造において、最も特徴的な部分は、絶縁膜２１０ｂの一部が第１金属層２０６ａと第２金属層２０６ｂとの層間にまで延びてきており、かつ、この層間に介在する絶縁膜２１０ｂの延長部分の内、特にリッジＲの上方に位置する部分によって、本発明の遮蔽膜Ｓが具現されている点である。即ち、本実施例２の半導体チップ２００における本願発明の遮蔽膜Ｓは、ＳｉＯ2 から成る絶縁膜２１０ａの一部分から構成されている。
【００３０】
そして、以上の様なチップ構造を採用した場合においても、本発明の手段に基づいて本発明の作用・効果を得ることができる。
なお、上記の絶縁膜２１０ａ、２１０ｂは、何れもその他の例えば絶縁体などから形成しても良い。特に、ここで本発明の第２の手段に記載した材料を用いれば、高い放熱作用を得ることができる。ただし、本実施例２の半導体チップ２００の場合、前述の第２の手段の材料の内の特に半導体については、電極間の短絡を防止するために、ｐ型の不純物やｎ型の不純物が添加されない様に注意する必要がある。
【００３１】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、ｐ電極１０６を構成する第１金属層１０６ａや第２金属層１０６ｂ（ｐパッド電極１０６ｂ）を何れもニッケル（Ｎｉ）から構成したが、これらの金属層はチタン（Ｔｉ）やコバルト（Ｃｏ）などから形成しても良い。特に、ニッケル（Ｎｉ）や或いはチタン（Ｔｉ）からこれらの金属層を形成した場合には、遮蔽膜との密着性が確保し易いので、より高い放熱作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１の半導体レーザ１０の断面図
【図２】半導体レーザ１０のｐ電極１０６の断面図
【図３】実施例２の半導体チップ２００の断面図
【符号の説明】
【００３３】
１０    ：  半導体レーザ（実施例１）
１００  ：  半導体チップ（実施例１）
１０１  ：  サファイア基板
１０２  ：  バッファ層
１０３  ：  ｎ型半導体層
１０４  ：  活性層
１０５ａ：  ｐ型クラッド層
１０５ｂ：  ｐ型コンタクト層
１０６  ：  ｐ電極
１０６ａ：  第１金属層
１０６ｂ：  第２金属層（パッド電極）
１０７  ：  ｎ電極
１１０  ：  絶縁膜
１１  ：  半田
１３  ：  サブマウント
１４  ：  銅基板
１５  ：  絶縁部材
１６Ｂ：  リード電極
Ｓ  ：  遮蔽膜
ｗ  ：  ワイヤー
２００  ：  半導体チップ（実施例２）
２０５ａ：  ｐ型クラッド層
２０５ｂ：  ｐ型コンタクト層
２０６  ：  ｐ電極
２０６ａ：  第１金属層
２０６ｂ：  第２金属層（パッド電極）
２０７  ：  ｎ電極
２０７ａ：  金属層（ｎ電極の１層目）
２０７ｂ：  金属層（ｎ電極の２層目）
２０７ｃ：  ｎ電極側のパッド電極
２１０ａ：  絶縁膜（１層目）
２１０ｂ：  絶縁膜（２層目）
【図１】
2006190713.tif 000003
【図２】
2006190713.tif 000004
【図３】
2006190713.tif 000005