(57)【要約】【課題】素子分離溝や劈開導入溝等の凹部を形成することによって発生するレーザ素子の発振しきい値の変動現象を抑制し、正確な素子分離や劈開をすることができ、かつ、動作特性に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ること。【解決手段】基板１０１上に、窒化物半導体層を結晶成長させて積層形成された、ｎ型層１０５と、活性層１０８と、電子障壁層１０９と、ｐ型層１１２とを有する積層体１０３を備え、前記積層体１０３内に、ストライプ状の光導波路１１５と、前記基板１０１および前記積層体１０３の分離に用いられる凹部１０４とが形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記基板１０１上における前記光導波路１１５の形成位置と、前記基板１０１上における前記凹部１０４の形成位置との間の前記基板１０１上に、前記窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部１０２が形成されている。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、窒化物半導体層を結晶成長させて積層形成された、ｎ型層と、活性層と、電子障壁層と、ｐ型層とを有する積層体を備え、
前記積層体内に、ストライプ状の光導波路と、前記基板および前記積層体の分離に用いられる凹部とが形成された窒化物半導体レーザ素子であって、
前記基板上における前記光導波路の形成位置と、前記基板上における前記凹部の形成位置との間の前記基板上に、前記窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部が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】
前記凹部の底面が、前記電子障壁層の前記活性層側の界面よりも前記基板側に位置する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記凹部が、ドライエッチングによって形成されたものである請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記マスク部上に、熱伝導性の高い材料が埋め込まれている請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記マスク部上に、発振する波長を光吸収する材料が埋め込まれている請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体材料を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤやＤＶＤよりも高密度の情報の記録・再生が可能である、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクの記録用・再生用光源として、窒化物半導体を用いた青紫色レーザ素子の需要が高まっている。今後も、Ｂｌｕ−ｒａｙディスクの市場は増大し、青紫色レーザ素子の需要もさらに大きくなると考えられる。
【０００３】
しかしながら、青紫色レーザ素子に用いられる窒化物半導体は、赤色レーザ素子に用いられるＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰとは材料特性が大きく異なることから、青紫色レーザ素子に対して赤色レーザ素子等に用いられている製造技術をそのまま転用することができず、歩留まりの向上が困難である。そのため、歩留まり良く窒化物半導体レーザ素子を作製する技術の成熟が望まれている。
【０００４】
窒化物半導体レーザ素子（レーザチップ）は、レーザ光、または、ダイヤモンドスクライバ等によってウェハに傷をつけ、ブレーキングすることによって光学的端面を形成するための劈開や、素子ごとの分離が行われる。しかし、例えばレーザスクライブやダイヤモンドスクライブのみで劈開を行った場合に、所望の結晶軸である＜１１−２０＞方向から劈開ずれが発生して、＜１１−２０＞方向に沿った良好な劈開面が得られない場合がある。このような劈開ずれが発生すると、遠視野像（ＦＦＰ：Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の形状が悪化したり、素子端面の端面反射率の低下による素子特性が変動したりして、歩留まりが著しく低下する。また、素子分離が正しくできないことは、窒化物半導体レーザ素子の生産歩留まりの低下などの問題を生じさせる。
【０００５】
そこで、窒化物半導体レーザ素子において、ドライエッチング法により素子分離のための溝や、劈開のための導入溝を形成することが提案されており、例えば、結晶軸の＜１１−２０＞方向に劈開導入溝を形成して、劈開位置の高精度化を図る手法が開示されている（特許文献１など）。
【０００６】
なお、以下本明細書において、結晶軸の指数に付した負符号“−”は、該負符号に続く指数の反転を便宜的に表すこととする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−  １７７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、窒化物半導体レーザ素子において、ドライエッチングによって素子分離溝や劈開導入溝等の凹部を形成する上記従来の方法では、レーザ素子への通電の前後において発振しきい値電流が変動するという現象が発生し、窒化物半導体レーザ素子の動作特性に対し大きな問題となることがわかった。
【０００９】
一例として、ドライエッチング法によって素子分離溝が形成された窒化物半導体レーザ素子の平面図を図１２に、断面構成図を図１３に示す。
【００１０】
図１２および図１３に示すように、ドライエッチング法によって素子分離溝が形成された窒化物半導体レーザ素子５００は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって窒化ガリウム（ＧａＮ）基板５０１の上に順次積層された、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ＧａＮ層５０２、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層５０３、ｎ型ＧａＮからなるｎ型ガイド層５０４、ＩｎＧａＮからなる活性層５０５、ｐ型ＡｌＧａＮからなる電子障壁層５０６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層５０７、ｎ型ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層５０８、ｐ型ＧａＮからなるｐ型ガイド層５０９、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層５１０、ｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層５１１を有している。ここで、電流ブロック層５０８には、エッチングによって、結晶軸の＜１−１００＞方向にストライプ状の溝が形成され、電流注入部５１２となっている。
【００１１】
電流注入部５１２の外側には、電流注入部５１２と平行な方向、すなわち＜１−１００＞方向に、ｎ型ガイド層５０４に達する素子分離溝５１３がドライエッチング法で形成され、この素子分離溝５１３に対するブレーキングによって、窒化物半導体レーザ素子５００を、結晶軸の＜１１−２０＞方向に容易に個別分離できるようになっている。なお、ｐ型コンタクト層５１１上にはｐ側電極５１４が、基板５０１の裏面にはｎ側電極５１５が形成され、素子分離溝５１３の内側部分とｐ型コンタクト層５１１におけるｐ側電極５１４形成領域を除く部分には、ＳｉＯ2等からなる絶縁膜５１６が形成されている。
【００１２】
図１４は、ドライエッチング法によって素子分離溝が形成された窒化物半導体レーザ素子５００の、通電時における電流−光出力特性を示している。図１４より、窒化物半導体レーザ素子５００では、１回目の通電時の発振しきい値電流は、約７０ｍＡであるのに対し、２回目の通電での発振しきい値電流は、約４０ｍＡと大きく変動していることが分かる。また、図１５に示す、通電時における電流−電圧特性を見ても、窒化物半導体レーザ素子５００の通電時における電流−電圧特性は、１回目の通電時よりも２回目の通電時の動作電圧が大きくなっている。
【００１３】
図１６は、窒化物半導体レーザ素子５００における、素子分離溝５１３の側面から電流注入部５１２までの距離と、発振しきい値電流の変動量との相関を示す図である。図１６から、素子分離溝５１３の側面と電流注入部５１２との距離が小さくなるほど、発振しきい値電流の変動量が大きくなっていることが分かる。また、図１７は、窒化物半導体レーザ素子５００における、発振しきい値電流の変動量と素子分離溝５１３の底部の位置との相関を示す図である。図１７から、素子分離溝５１３の底部の位置が、窒化物半導体レーザ素子５００の電子障壁層５０６を越えた途端に、すなわち、素子分離溝５１３が電子障壁層５０６を貫通して電子障壁層５０６よりも深く形成されると、発振しきい値電流の変動量が増大し、素子分離溝５１３の底部が基板５０１に近づくにつれて、発振しきい値電流の変動量が大きくなっていることが分かる。
【００１４】
このように、ドライエッチング法によって素子分離溝が形成された窒化物半導体レーザ素子では、その動作時に発振しきい値電流の変動現象が生じ、かつ、そのしきい値電流の変動現象は、形成される素子分離溝が深いほど、その程度が大きくなることが分かった。一方で、素子分離溝が十分な深さを有していないと、窒化物半導体レーザ素子を正確に劈開、分離することが困難となる。
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決し、素子分離溝や劈開導入溝等の凹部を形成することによって発生するレーザ素子の発振しきい値の変動現象を抑制し、正確な素子分離や劈開をすることができ、かつ、動作特性に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、窒化物半導体層を結晶成長させて積層形成された、ｎ型層と、活性層と、電子障壁層と、ｐ型層とを有する積層体を備え、前記積層体内に、ストライプ状の光導波路と、前記基板および前記積層体の分離に用いられる凹部とが形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記基板上における前記光導波路の形成位置と、前記基板上における前記凹部の形成位置との間の前記基板上に、前記窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上における、光導波路が形成された位置と、凹部が形成された位置との間にマスク部が形成されているため、積層体内において、光導波路と凹部との間の結晶成長を抑制することができる。このため、素子分離や劈開導入のための凹部を形成したことに起因する電流リークの経路を遮断することが可能となり、発振しきい値電流の変動を抑えた、動作特性に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施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２】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の作製過程を示す断面構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の作製過程を示す断面構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子における劈開、分離前の状態を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第２の実施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７】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の作製過程を示す断面構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の作製過程を示す断面構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の作製過程を示す断面構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子における劈開、分離前の状態を模式的に示す平面図である。
【図１２】従来の青紫色レーザ素子の構成を示す平面図である。
【図１３】従来の青紫色レーザ素子の構成を示す断面構成図である。
【図１４】従来の青紫色レーザ素子の光出力と電流との関係を示す特性図である。
【図１５】従来の青紫色レーザ素子の電圧と電流との関係を示す特性図である。
【図１６】従来の青紫色レーザ素子における発振しきい値電流の変動量と、電流注入部から凹部底面までの距離との関係を示す図である。
【図１７】従来の青紫色レーザ素子における発振しきい値電流の変動量と、凹部底面の深さとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、窒化物半導体層を結晶成長させて積層形成された、ｎ型層と、活性層と、電子障壁層と、ｐ型層とを有する積層体を備え、前記積層体内に、ストライプ状の光導波路と、前記基板および前記積層体の分離に用いられる凹部とが形成された窒化物半導体レーザ素子であって、前記基板上における前記光導波路の形成位置と、前記基板上における前記凹部の形成位置との間の前記基板上に、前記窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部が形成されている。
【００２０】
このようにすることで、マスク部上の窒化物半導体層の結晶成長が抑制されるため、この部分で、基板上に積層・形成される窒化物半導体層の基板平面方向の連続性を遮断することができる。このため、窒化物半導体層に形成された光導波路と、窒化物半導体レーザ素子の素子分離や劈開のために形成された凹部との間に、凹部を形成したことに起因して、電流リークの経路が生じることを防止することが可能となる。その結果、窒化物半導体レーザ素子を動作させたときに生じる発振しきい値電流の変動を抑えた、動作特性に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２１】
なお本明細書において、基板および積層体の分離に用いられる凹部とは、光学的端面を形成するための劈開に用いられる劈開導入溝と、半導体基板上に複数個同時に積層形成された窒化物半導体レーザ素子を、個別に分離するための素子分離溝との両方を含む概念である。
【００２２】
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、前記凹部の底面が、前記電子障壁層の前記活性層側の界面よりも前記基板側に位置することが好ましい。このようにすることで、発振しきい値電流の変動を抑えながら必要十分な深さの凹部を形成することができ、所定位置での素子分離や劈開を容易かつ正確に行うことができる、窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２３】
また、前記凹部が、ドライエッチングによって形成されたものであることが好ましい。このようにすることで、所定位置に正確、かつ、容易に凹部が形成できる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２４】
さらに、前記マスク部上に、熱伝導性の高い材料が埋め込まれていることが好ましい。このようにすることで、素子自体の発熱の抑制効果を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２５】
また、前記マスク部上に、発振する波長を光吸収する材料が埋め込まれていることが好ましい。このようにすることで、余分な光漏れを防ぐことが可能となり、高い品質の近視野像や遠視野像が得られる、窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２６】
（実施形態１）
以下、本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる、埋め込み型の窒化物半導体レーザ素子１００の平面図であり、図２は、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の断面構成図である。図２は、図１におけるＩ−Ｉ矢視線部分の断面構成を示している。
【００２８】
図１、図２に示すように、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体からなる基板１０１上に、ＳｉＯ2などの絶縁性材料によるマスク部である成長抑制膜１０２が形成されている。また、成長抑制膜１０２が形成されていない部分には、窒化物半導体層が結晶成長によって積層形成された、積層体１０３が形成されている。
【００２９】
本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、積層体１０３として、ｎ型層としての、ｎ型ＧａＮ層１０５と、ｎ型クラッド層１０６、ｎ型光ガイド層１０７、活性層としての量子井戸活性層１０８、電子障壁層としてのｐ型電子障壁層１０９、さらに、ｐ型ガイド層１１０、さらに、ｎ型電流ブロック層１１１、第２のｐ型光ガイド層１１２、ｐ型層としてのｐ型クラッド層１１３、ｐ型コンタクト層１１４が順次形成されている。
【００３０】
ｎ型電流ブロック層１１１には、リソグラフィ法により、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びる開口部が形成されていて、この開口部は、光導波路としてのストライプ状の電流注入部１１５となっている。また、埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００は、積層体１０３に対して形成された凹部である素子分離溝１０４と、劈開導入溝１２０とによって、劈開、分離されている。
【００３１】
ｐ型コンタクト層１１４の上部にはｐ側電極１１６が、また、基板１０１の裏面にはｎ側電極１１７がそれぞれ形成されている。また、成長抑制膜１０２上の部分は、結晶成長が行われていないために積層体１０３に対する開口溝部分１１８となっているが、この開口溝部分１１８の表面を含めたｐ側電極１１６の周辺部分には、ＳｉＯ2などによる絶縁膜１１９が形成されている。
【００３２】
本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、基板１０１上の成長抑制膜１０２が、ストライプ状の電流注入部１１５の両側に、かつ、平行となるように形成されている。したがって、窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部である成長抑制膜１０２が、光導波路である電流注入部１１５の基板１０１上の形成位置と、窒化物半導体レーザ素子を劈開、分離するための凹部である素子分離溝１０４や劈開導入溝１２０の基板１０１上の形成位置との間の、基板１０１上の位置に形成されていることとなる。
【００３３】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の製造プロセスを説明する。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示すように、基板１０１上の所定位置に、ＳｉＯ2などの絶縁物で構成される、膜厚２００ｎｍの成長抑制膜１０２を形成する。
【００３５】
次に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる基板１０１の主面上に、結晶成長を行う。すると、図３（ｂ）に示すように、成長抑制膜１０２上には結晶成長が生じないため、この部分を除いて積層体１０３が形成される。なお、成長抑制膜１０２上には、結晶成長が全く行われない場合以外も、絶縁性の非晶質が成長する場合もある。この場合、成長抑制膜１０２上に開口溝部分１１８は形成されないが、この非晶質が形成されたとしても、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００における、動作開始時の発振しきい値電流の変動を抑えることができるという効果は、成長抑制膜１０２上に、空洞の開口溝部分１１８が形成される場合と同様に発揮される。
【００３６】
積層体１０３は、基板１０１上に、まず、膜厚が２μｍのｎ型ＧａＮ層１０５、膜厚が１．６μｍの例えばｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層１０６、膜厚が１５０ｎｍの例えばｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層１０７、例えば膜厚が３ｎｍでＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる井戸層と、膜厚が７．５ｎｍでＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とからなる量子井戸活性層１０８、膜厚が１０ｎｍの例えばｐ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎからなるｐ型電子障壁層１０９、膜厚が１０ｎｍの例えばｐ型ＧａＮからなる第１のｐ型ガイド層１１０、および、膜厚が１４０ｎｍの例えばｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎからなるｎ型電流ブロック層１１１が順次成長されて形成される。
【００３７】
次に、ｎ型電流ブロック層１１１の上に、リソグラフィ法により、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びる開口部を有するレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、ｎ型電流ブロック層１１１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液によってウェットエッチングを行うことにより、レジストパターンの開口部が転写された電流注入部１１５が形成される。
【００３８】
なお、ｎ型電流ブロック層１１１に対する開口部のエッチング方法としては、上記例示したウェットエッチング法が、形成されている積層体の窒化物半導体に余分な結晶成長を生じさせないという観点から好ましい。しかし、このことは、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の、電流注入部１１５の形成方法を限定するものではなく、ドライエッチング法などの他の方法を用いてもよい。
【００３９】
次に、再度ＭＯＣＶＤ法により、電流注入部１１５を含むｎ型電流ブロック層１１１の上に、膜厚が１０ｎｍの例えばｐ型ＧａＮからなる第２のｐ型光ガイド層１１２と、膜厚が４８０ｎｍの例えばｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎからなるｐ型クラッド層１１３、および、膜厚が４０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１４を順次成長させる。
【００４０】
このようにして、図３（ｂ）に示すように、成長抑制膜１０２が形成されていない基板１０１上の部分に、ｎ型ＧａＮ層１０５からｐ型コンタクト層１１２まで、それぞれの窒化物半導体層により構成された積層体１０３が形成される。
【００４１】
次に、図４（ａ）に示すように、その間に電流注入部１１５が形成されていない成長抑制膜１０２同士の間隔部分に、ｐ型コンタクト層１１４からの深さがおよそ１．３μｍで、その底部がｎ型クラッド層１０６に到達する素子分離溝１０４を、結晶軸の＜１−１００＞方向、すなわち図４（ａ）における紙面の厚さ方向に、ドライエッチングによって形成する。
【００４２】
また、結晶軸の＜１−１２０＞方向、すなわち、図４（ａ）における図中左右方向に、素子分離溝１０４と交差し、かつ、成長抑制膜１０２とは交差しないように断続的に、素子分離溝１０４とほぼ同じ深さの劈開導入溝１２０を、ドライエッチングによって形成する。
【００４３】
本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の、製造ステップでの平面図である図５に示すように、素子分離溝１０４と劈開導入溝１２０を設けることで、ブレーキングやスクライビングによって、レーザチップを個別に分離することを容易に行うことができ、また、素子の光学的端面を劈開によって正確に形成できるようになる。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層１１２の上の所定領域に、例えばニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層膜からなるｐ側電極１１６を形成する。また、基板１０１のｎ型ＧａＮ層１０５と反対側の裏側面上に、例えばチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極１１７を形成する。
【００４５】
また、ｐ側電極１１６が形成されていない部分には、ＳｉＯ2などの絶縁膜１１９を形成する。なお、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、成長抑制膜１０２上の部分は、積層体１０３に対する開口溝部分１１８となっているため、この開口部分１１８の表面にも絶縁膜１１９が形成されている。
【００４６】
図５は、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の、製造ステップでの平面図であり、図４（ｂ）に示す、レーザチップの分割前の状態を示す図である。上記したように、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００は、図４（ｂ）および図５に示す状態とした後に、素子分離溝１０４と劈開導入溝１２０を用いて劈開、分離されて、一つ一つのレーザチップとなる。このため、図５に示す、一点鎖線で区切られた領域Ａと領域Ｂが、それぞれ、基板１０１の横方向および縦方向における１チップ分に相当する。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、ｎ側電極を基板の裏側面に形成する例を示したが、本発明の窒化物半導体レーザ素子１００はこれに限られるものではなく、積層体１０３の上側からｎ型半導体層であるｎ型ＧａＮ層１０５を露出させ、この露出させたｎ型ＧａＮ層１０５にｎ側電極を形成してもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態では、成長抑制膜１０２上の開口溝部分１１８はそのまま空洞の状態に保ったものを例示したが、この開口溝部分１１８に、絶縁膜１１９を堆積後、窒化アルミニウムや金などの高熱伝導性の物質を埋め込むことで、窒化物半導体レーザ素子１００の放熱特性を向上させることができる。
【００４９】
また、この開口溝部分１１８に、絶縁膜１１９を堆積後、ａ―Ｓｉなどのレーザ発振波長近傍の光を吸収する物質を埋め込むことで、余分な光の漏れを防ぐことが可能となり、高い品質の近視野像や遠視野像を容易に得ることができるようになる。その結果として、窒化物半導体レーザ素子の歩留まりを向上させることができる。
【００５０】
上記のように、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、素子分離溝１０４や劈開導入溝１２０といった、窒化物半導体層の積層体１０２に形成される、レーザ素子を分離するための凹部の底面が、電子障壁層１０９よりも基板１０１側に位置している。このため、レーザ素子のチップごとの分離や劈開を容易かつ正確に行うことができる。そして、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、基板１０１上に成長抑制膜１０２を形成することによって、その上部で凹部と光導波路である電流注入部１１５とが、電気的に絶縁された状態となるために、電子障壁層１０９を経路とした電流リークが本質的に発生しない。このため、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００では、電流リークが原因と考えられる、動作開始時の発振しきい値電流の変動が発生せず、良好な素子特性を示す。
【００５１】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態として、本発明の窒化物半導体レーザ素子を、リッジ型レーザ素子として用いた場合について説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態にかかる、リッジ型の窒化物半導体レーザ素子２００の平面図であり、図７は、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の断面構成図である。図７は、図６におけるII−II矢視線部分の断面構成を示している。
【００５３】
図６、図７に示すように、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００は、窒化物半導体からなる基板２０１上に、マスク部としてのＳｉＯ2などの絶縁性材料による成長抑制膜２０２が形成されている。また、成長抑制膜２０２が形成されていない部分には、窒化物半導体層が結晶成長によって積層形成された、積層体２０３が形成されている。
【００５４】
本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００では、たとえばＧａＮからなる基板２０１の上に積層体２０３として、ｎ型層としての、ｎ型ＧａＮ層２０５と、ｎ型クラッド層２０６、ｎ型光ガイド層２０７、活性層としての量子井戸活性層２０８、ｐ型ガイド層２０９、電子障壁層としてのｐ型電子障壁層２１０、ｐ型層としてのｐ型クラッド層２１１と、ｐ型コンタクト層２１２が順次形成されている。
【００５５】
ｐ型クラッド層２１１、ｐ型コンタクト層２１２は、フォトリソグラフィなどによって、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びる凸状部となっていて、光導波路としてのリッジストライプ部２１３となっている。窒化物半導体素子２００としての共振器は、基板２０１を結晶軸の＜１１−２０＞方向に劈開することにより形成されている。また、積層体２０３に対して形成された凹部である素子分離溝２０４と、劈開導入溝２１８とによって、劈開、分離されている。
【００５６】
ｐ型コンタクト層２１２の上部にはｐ側電極２１４が、また、基板２０１の裏面にはｎ側電極２１５がそれぞれ形成されている。また、成長抑制膜２０２上の部分は、結晶成長が行われていないために積層体２０３に対する開口溝部分２１６となっているが、この開口溝部分２１６の表面を含めたｐ側電極２１４の周辺部分には、ＳｉＯ2などによる絶縁膜２１７が形成されている。
【００５７】
本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００では、基板２０１上の成長抑制膜２０２が、凸状のリッジストライプ部２１３となっているｐ型コンタクト層２１２の両側に、かつ、平行となるように形成されている。したがって、窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部である成長抑制膜２０２が、光導波路であるリッジストライプ部２１３の基板２０１上の形成位置と、窒化物半導体レーザ素子を劈開、分離するための凹部である素子分離溝２０４や劈開導入溝２１８の基板２０１上の形成位置との間の、基板２０１上の位置に形成されていることとなる。
【００５８】
このため、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００では、リッジストライプ部２１３や素子分離溝２０４、劈開導入溝２１８といったドライエッチングで形成される部分で結晶欠陥が生じ、この欠陥部がｎ型化しても、成長抑制膜２０２上の部分で結晶成長が行われないために、この部分が積層体２０３に対する開口溝部分２１６となって電気的に絶縁された状態となり、電流リークの発生を本質的に排除することができる。
【００５９】
次に、図８〜図１０を用いて、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の製造プロセスを説明する。
【００６０】
まず、図８（ａ）に示すように、基板２０１上の所定位置に、ＳｉＯ2などの絶縁物で構成される、膜厚２００ｎｍの成長抑制膜２０２を形成する。
【００６１】
次に、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、窒化ガリウム（ＧａＮ）または窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなる基板２０１の主面上に、結晶成長を行う。すると、図８（ｂ）に示すように、成長抑制膜２０２上には結晶成長が生じないため、この部分を除いて積層体２０３が形成される。なお、成長抑制膜２０２上に、結晶成長が全く行われない場合以外に絶縁性の非晶質が成長する場合もあることや、そのような非晶質が形成された場合でも、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００において、動作開始時の発振しきい値電流の変動を抑えることができるという効果が保たれることは、上記第１の実施形態における埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００の場合と同様である。
【００６２】
積層体２０３は、基板２０１上に、まず、膜厚が２μｍのｎ型ＧａＮ層２０５、膜厚が１．６μｍの例えばｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ型クラッド層２０６、膜厚が１５０ｎｍの例えばｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層２０７、例えば膜厚が３ｎｍでＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる井戸層と、膜厚が７．５ｎｍでＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とからなる量子井戸活性層２０８、膜厚が１２０ｎｍの例えばｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層２０９、および、膜厚が１０ｎｍの例えばＰ型Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎからなるｐ型電子障壁層２１０、膜厚が４８０ｎｍの例えばｐ型Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ｎからなるｐ型クラッド層２１１、および、膜厚が４０ｎｍのｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２１２が順次成長されて形成される。
【００６３】
次に、ｐ型コンタクト層２１２の上に、フォトリソグラフィ、およびＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、結晶軸の＜１−１００＞方向に延びるリッジストライプ部２１３となる部分に、例えばＳｉＯ2からなるマスク部を形成する。そして、ドライエッチングにより、マスク部以外のエッチングを約５００ｎｍの深さだけ行うことで、図９（ａ）に示すように、リッジストライプ部２１３が形成される。
【００６４】
次に、図９（ｂ）に示すように、成長抑制膜２０２が形成されている部分の間の部分であってリッジストライプ部２１３が形成されていない部分に、結晶軸の＜１−１００＞方向に、ドライエッチングによって素子分離溝２０４を形成する。この素子分離溝２０４は、ｐ型コンタクト層２１２からの深さがおよそ約１μｍで、その底部がｎ型クラッド層２０６またはｎ型ＧａＮ層２０５に到達するように形成される。
【００６５】
また、結晶軸の＜１−１２０＞方向、すなわち、図９（ｂ）における図中左右方向に、素子分離溝２０４と交差し、かつ、成長抑制膜２０２とは交差しないように断続的に、素子分離溝２０４とほぼ同じ深さの劈開導入溝２１８を、ドライエッチングによって形成する。
【００６６】
本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の、製造ステップでの平面図である図１０に示すように、素子分離溝２０４と劈開導入溝２１８を設けることで、ブレーキングやスクライビングによって、レーザチップを個別に分離することを容易に行うことができるようになり、また、素子の光学的端面を劈開によって正確に形成できるようになる。
【００６７】
次に、図１０に示すように、ｐ型コンタクト層２１２上に、例えばニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層膜からなるｐ側電極２１４を形成する。また、基板２０１のｎ型ＧａＮ層２０５と反対側の裏側面上に、例えばチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層膜からなるｎ側電極２１５を形成する。
【００６８】
また、リッジストライプ部２１３に相当する部分以外の、ｐ型クラッド層２１１上の部分には、ＳｉＯ2などの絶縁膜２１７を形成する。なお、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００でも、第１の実施形態で示した埋め込み型窒化物半導体レーザ素子１００と同様に、成長抑制膜２０２上の部分は、積層体２０３に対する開口溝部分２１６となっているため、この開口溝部分２１６の表面にも絶縁膜２１７が形成されている。
【００６９】
図１１は、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の、製造ステップでの平面図であり、図１０に示す、レーザチップの分割前の状態を示す図である。上記したように、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００は、図１０および図１１に示す状態とした後に、素子分離溝２０４と劈開導入溝２１８を用いて劈開、分離されて、一つ一つのレーザチップとなる。
【００７０】
このように、劈開導入溝２１８を用いて、基板２０１を結晶軸の＜１１−２０＞方向に劈開することにより、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００における共振器が形成される。また、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００では、図１１に示す、一点鎖線で区切られた領域Ｃと領域Ｄが、それぞれ、基板２０１の横方向および縦方向における１チップ分に相当する。
【００７１】
上記第２の実施形態では、ｎ側電極２１５を基板２０１の裏側面に形成する例を示したが、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００も、第１の実施形態の埋め込み型窒化物半導体素子１００と同様に、ｎ側電極の構成はこれに限られるものではない。例えば、積層体２０３の上側からｎ型半導体層であるｎ型ＧａＮ層２０５を露出させ、この露出させたｎ型ＧａＮ層２０５にｎ側電極を形成してもよい。
【００７２】
また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、成長抑制膜１０２上の開口溝部分２１６に、絶縁膜２１７を堆積後、窒化アルミニウムや金などの高熱伝導性の物質を埋め込むことで、リッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の放熱特性を向上させることができる。また、この開口溝部分２１６に、絶縁膜２１７を堆積後、ａ―Ｓｉなどのレーザ発振波長近傍の光を吸収する物質を埋め込むことで、余分な光の漏れを防ぐことが可能となり、高い品質の近視野像や遠視野像を容易に得ることができるようになる。その結果として、リッジ型窒化物半導体レーザ素子２００の歩留まりを向上させることができる。
【００７３】
上記のように、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００においても、素子分離溝２０４や劈開導入溝２１８といった、窒化物半導体層の積層体２０２に形成される、レーザ素子を分離、劈開するための凹部の底面が、電子障壁層２１０よりも基板２０１側に位置している。しかし、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００では、基板２０１上に成長抑制膜２０２を形成することによって、その上部で凹部と光導波路であるリッジストライプ部２１３とが、電気的に絶縁された状態となるために、電子障壁層２１０を経路とした電流リークが本質的に発生しない。このため、本実施形態のリッジ型窒化物半導体レーザ素子２００においても、電流リークが原因と考えられる、動作開始時の発振しきい値電流の変動が発生せず、良好な素子特性を示す。
【００７４】
以上説明したように、本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子では、基板上におけるストライプ状の光導波路の形成位置と、基板および積層体を分離する際に用いられる凹部の基板上の形成位置との間の基板上に、窒化物半導体層の結晶成長を抑制するマスク部が形成されている。このようにすることで、成長抑制膜上で積層体が連続な膜とならず、光導波路と凹部とが、成長抑制膜によって電気的に遮断される。このため、半導体レーザチップの分離、劈開を容易かつ確実に行うため、電子障壁層を貫通するような深さの凹部を形成した場合でも、電流リークが発生しなくなって、窒化物半導体レーザ素子の発振しきい値の変動現象を抑えることができる。
【００７５】
特に、窒化物半導体レーザ素子をチップシュリンクした場合や、電流注入量が多い場合に発生しやすくなる電流リークを抑止できるため、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、良好な素子特性を示すことができる。
【００７６】
以上、本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、素子の分離、劈開が容易かつ正確に行うことができる深さの凹部を設けると、その結果生じる電流リークに起因する素子特性の低下が生じるという課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子は、チップ毎の劈開、分離が容易でかつ、良好な素子特性を示すことができるレーザ素子として、有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１００、２００    窒化物半導体レーザ素子
１０１、２０１    ｎ−ＧａＮ基板（基板）
１０２、２０２    成長抑制膜（マスク部）
１０３、２０３    積層体
１０４，２０４    素子分離溝（凹部）
１０５，２０５    ｎ型ＧａＮ層（ｎ型層）
１０６，２０６    ｎ型クラッド層（ｎ型層）
１０７，２０７    ｎ型光ガイド層
１０８，２０８    量子井戸活性層（活性層）
１０９，２１０    ｐ型電子障壁層（電子障壁層）
１１０、２０９    ｐ型ガイド層
１１１            ｎ型電流ブロック層
１１２            第２のｐ型光ガイド層
１１３、２１１    ｐ型クラッド層（ｐ型層）
１１４、２１２    ｐ型コンタクト層（ｐ型層）
１１５            電流注入部（光導波路）
２１３            リッジストライプ部（光導波路）
１１６、２１４    ｐ側電極
１１７、２１５    ｎ側電極
１１８、２１６    開口部
１１９、２１７    絶縁膜
１２０、２１８    劈開導入溝（凹部）
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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