(57)【要約】【課題】電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に、第１のｎ型窒化物半導体層と、ｐ型の窒化物半導体または前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高抵抗な窒化物半導体からなる電流阻止層と、をこの順序で含む第１の層構造を結晶成長により形成する第１工程と、電流阻止層の一部を溝状に除去する第２工程と、溝状に除去された部分を埋め込むようにして電流阻止層上に第２のｎ型窒化物半導体層をその表面が概ね平坦になるまで結晶成長させる第３工程と、第２のｎ型窒化物半導体層の一部を除去する第４工程と、除去後の第２のｎ型窒化物半導体層の表面上に、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、をこの順序で含む第２の層構造を結晶成長により形成する第５工程と、を含む、窒化物半導体レーザ素子の製造方法である。【選択図】図２
2008108894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１のｎ型窒化物半導体層と、ｐ型の窒化物半導体または前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高抵抗な窒化物半導体からなる電流阻止層と、をこの順序で含む第１の層構造を結晶成長により形成する第１工程と、
前記電流阻止層の一部を溝状に除去する第２工程と、
前記溝状に除去された部分を埋め込むようにして前記電流阻止層上に第２のｎ型窒化物半導体層をその表面が概ね平坦になるまで結晶成長させる第３工程と、
前記第２のｎ型窒化物半導体層の一部を除去する第４工程と、
前記除去後の前記第２のｎ型窒化物半導体層の表面上に、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、をこの順序で含む第２の層構造を結晶成長により形成する第５工程と、
を含む、窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記第２のｎ型窒化物半導体層は、前記第２のｎ型窒化物半導体層の表面において結晶成長方向に最も突出した箇所と結晶成長方向に最も突出していない箇所との結晶成長方向における高さの差が０．１μｍ以下となるまで結晶成長され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の製造方法。
【請求項３】
前記第２のｎ型窒化物半導体層は、アルミニウムおよびガリウムの少なくとも一方を含むｎ型の窒化物半導体からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記第４工程においては、前記第２のｎ型窒化物半導体層の一部を除去することによって前記電流阻止層の表面を露出させることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記電流阻止層と前記活性層との間の距離が前記第５工程における結晶成長により制御されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の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、窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関し、特に、電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青緑色〜紫外にかけての波長域のレーザ光を発振する半導体レーザ素子の開発が進められており、特に、波長４０５ｎｍ付近のレーザ光を発振する窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザ素子については光ピックアップ用光源として実用化段階に入りつつある。青緑色〜紫外にかけての波長域でワット級の大きな光出力を得ることができれば、照明分野、画像表示機器分野、加工分野および医療分野などにおいて窒化物半導体レーザ素子の利用範囲がさらに広がることが期待される。
【０００３】
従来、窒化物半導体レーザ素子には電流狭窄構造が設けられることがあるが、その電流狭窄構造としては、リッジ型の電流狭窄構造および内部狭窄型の電流狭窄構造がある。
【０００４】
内部狭窄型の電流狭窄構造のなかでも、低抵抗であるｎ型窒化物半導体層内に電流狭窄部を形成する電流狭窄構造を用いた場合には、電流狭窄部での消費電力の損失や発熱がほとんど生じず、また、ｐ型窒化物半導体層側のｐ側電極の接触面積を大きくして接触抵抗を低減することができる。
【０００５】
たとえば、特許文献１〜３には、ｎ型の基板上に、ｎ型窒化物半導体クラッド層を形成し、そのｎ型窒化物半導体クラッド層中に電流狭窄部を設け、その上に活性層およびｐ型窒化物半導体クラッド層を順次形成した構造の窒化物半導体レーザ素子が記載されている。
【０００６】
これらの窒化物半導体レーザ素子は、基板上に結晶成長させたｎ型窒化物半導体クラッド層の表面上に開口部を有する電流阻止層を設け、その開口部を含む凹凸面上に窒化物半導体層を再成長または選択成長させて作製される。しかしながら、凹凸面上に再成長または選択成長させて得られる窒化物半導体の結晶は、平坦な表面上に成長させた窒化物半導体の結晶と比べて、結晶の品質の点で大きく劣るために、これらの窒化物半導体レーザ素子においては、良好な特性を示す高品質な活性層を得ることができないという問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献４には、ｎ型窒化物半導体クラッド層の表面上に設けられた電流阻止層の開口部上にｎ型窒化物半導体層を結晶成長させ、成長条件の調整、ガスエッチングまたは研磨によってそのｎ型窒化物半導体層の表面を平坦にした後に、その平坦な表面上に活性層およびｐ型窒化物半導体クラッド層を順次結晶成長させる方法が記載されている。
【特許文献１】特開平９−２８３８５４号公報
【特許文献２】特開２００２−８４０３５号公報
【特許文献３】特開２００１−２９１９３０号公報
【特許文献４】特開２００６−４１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献４に記載の方法により作製された窒化物半導体発光素子においては、電流阻止層上に成長させられたｎ型窒化物半導体層により、電流阻止層から活性層までの距離が大きくなり、電流が電流阻止層上のｎ型窒化物半導体層において広がってしまい、電流狭窄が十分に行なわれていない状態で活性層に電流が注入されるため、その電流の広がりによるロスが生じるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板上に、第１のｎ型窒化物半導体層と、ｐ型の窒化物半導体または前記第１のｎ型窒化物半導体層よりも高抵抗な窒化物半導体からなる電流阻止層と、をこの順序で含む第１の層構造を結晶成長により形成する第１工程と、電流阻止層の一部を溝状に除去する第２工程と、溝状に除去された部分を埋め込むようにして電流阻止層上に第２のｎ型窒化物半導体層をその表面が概ね平坦になるまで結晶成長させる第３工程と、第２のｎ型窒化物半導体層の一部を除去する第４工程と、除去後の第２のｎ型窒化物半導体層の表面上に、活性層と、ｐ型窒化物半導体層と、をこの順序で含む第２の層構造を結晶成長により形成する第５工程と、を含む、窒化物半導体レーザ素子の製造方法である。
【００１１】
ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、第３工程において、第２のｎ型窒化物半導体層は第２のｎ型窒化物半導体層の表面において結晶成長方向に最も突出した箇所と結晶成長方向に最も突出していない箇所との結晶成長方向における高さの差が０．１μｍ以下となるまで結晶成長されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、第２のｎ型窒化物半導体層は、アルミニウムおよびガリウムの少なくとも一方を含むｎ型の窒化物半導体からなっていてもよい。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、第４工程においては、第２のｎ型窒化物半導体層の一部を除去することによって電流阻止層の表面を露出させることができる。
【００１４】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、電流阻止層と活性層との間の距離を第５工程における結晶成長により制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１７】
図１に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により製造される窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図を示す。この窒化物半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮからなる導電性基板１０１を含み、その導電性基板１０１上に、層厚０．５μｍのｎ型ＧａＮからなるバッファ層１０２、層厚２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる第１下クラッド層１０３ａ、層厚０．５μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる第２下クラッド層１０３ｂ、層厚０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮからなる電流阻止層１０４、層厚１５ｎｍのＧａＮからなるガイド層と層厚６ｎｍのＩｎＧａＮからなる井戸層と層厚６ｎｍのＩｎＧａＮからなる障壁層とからなる三重量子井戸構造の活性層１０５、層厚０．５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる上クラッド層１０６および層厚０．１μｍのｐ+型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０７を含む構成を有している。
【００１８】
ここで、電流阻止層１０４には開口部が設けられており、その開口部に第２下クラッド層１０３ｂが埋め込まれている。また、ｐ型コンタクト層１０７上には、層厚１５ｎｍのＰｄ層と層厚１５ｎｍのＭｏ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極１０８が形成されており、導電性基板１０１の裏面には、層厚５ｎｍのＨｆ層と層厚１５ｎｍのＡｌ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極１０９が形成されている。
【００１９】
以下、図２（ａ）〜図２（ｆ）の模式的断面図を参照して、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００の製造方法の一例について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＮからなる導電性基板１０１上に層厚０．５μｍのｎ型ＧａＮからなるバッファ層１０２、層厚２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる第１下クラッド層１０３ａおよび層厚０．５μｍのｐ型ＡｌＧａＮからなる電流阻止層１０４をこの順序でたとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの気相成長法により第１回目の結晶成長を行なって形成する（第１工程）。
【００２０】
次に、上記の第１回目の結晶成長後の導電性基板１０１を成長炉内から取り出し、フォトリソグラフィ技術を利用して幅１０μｍのストライプ状に電流阻止層１０４の表面が露出するようにフォトレジストマスクを形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング法によって、電流阻止層１０４の露出部分をエッチングにより除去することによってストライプ状の溝である開口部１１０を形成し、溝の底面となる第１下クラッド層１０３ａの表面を露出させる（第２工程）。その後、フォトレジストマスクを除去する。
【００２１】
そして、フォトレジストマスクを完全に除去した後に、図２（ｃ）に示すように、露出した第１下クラッド層１０３ａの表面上にたとえばＭＯＣＶＤ法などの気相成長法により第２回目の結晶成長を行なって、ストライプ状の溝である開口部１１０を埋め込むようにして、ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる第２下クラッド層１０３ｂを形成する（第３工程）。ここで、第２下クラッド層１０３ｂは、開口部１１０と電流阻止層１０４との凹凸がなくなるまで結晶成長することによって、その表面が概ね平坦になるように形成される。
【００２２】
ここで、第２下クラッド層１０３ｂは、たとえば、図３の模式的拡大断面図に示すように、第２下クラッド層１０３ｂの表面において結晶成長方向に最も突出した箇所Ａ点と結晶成長方向に最も突出していない箇所Ｂ点との結晶成長方向における高さの差Ｌが０．１μｍ以下、より好ましくは０．０５μｍ以下になるまで結晶成長されることが好ましい。この場合には、窒化物半導体レーザ素子の製造再現性が向上する傾向にある。
【００２３】
なお、実験では、第２下クラッド層１０３ｂを開口部１１０以外の領域に３μｍの厚さだけ結晶成長させることにより、開口部１１０と電流阻止層１０４との凹凸がなくなるまで平坦になった。
【００２４】
続いて、上記の第２回目の結晶成長後の導電性基板１０１を成長炉内から取り出し、平坦になった第２下クラッド層１０３ｂの表面の全面をドライエッチング法によりエッチングして除去することによって、図２（ｄ）に示すように、平坦な電流阻止層１０４の表面を露出させる（第４工程）。ここで、第２下クラッド層１０３ｂは、電流阻止層１０４の開口部に埋め込まれた状態で表面が露出している。
【００２５】
続いて、図２（ｅ）に示すように、電流阻止層１０４の表面と電流阻止層１０４の開口部に埋め込まれた第２下クラッド層１０３ｂの表面上に、層厚１５ｎｍのＧａＮからなるガイド層と層厚６ｎｍのＩｎＧａＮからなる井戸層と層厚６ｎｍのＩｎＧａＮからなる障壁層とからなる三重量子井戸構造の活性層１０５、層厚０．５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる上クラッド層１０６および層厚０．１μｍのｐ+型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０７をたとえばＭＯＣＶＤ法などの気相成長法により第３回目の結晶成長を行なって形成する（第５工程）。
【００２６】
そして、上記の第３回目の結晶成長後の導電性基板１０１を成長炉内から取り出し、導電性基板１０１の厚さを薄型化した後に、図２（ｆ）に示すように、ｐ型コンタクト層１０７上には、層厚１５ｎｍのＰｄ層と層厚１５ｎｍのＭｏ層とをこの順序で積層してオーミック電極１０８を形成し、薄型化された導電性基板１０１の裏面には、層厚５ｎｍのＨｆ層と層厚１５ｎｍのＡｌ層とをこの順序で積層してオーミック電極１０９を形成する。
【００２７】
そして、オーミック電極１０８およびオーミック電極１０９の形成後のウエハを個々のチップに分割することによって、図１に示す窒化物半導体レーザ素子１００が作製される。
【００２８】
このように、本発明においては、導電性基板１０１上に結晶成長した第１下クラッド層１０３ａの表面上に形成された電流阻止層１０４にドライエッチング法により開口部１１０を形成し、電流阻止層１０４と開口部１１０とによって形成される表面の凹凸がなくなるように第２下クラッド層１０３ｂの表面が概ね平坦になるまで第２下クラッド層１０３ｂを結晶成長させ、さらに第２下クラッド層１０３ｂの全面をドライエッチングすることによって電流阻止層１０４の層厚の制御を行なうため、電流阻止層１０４の上部に形成される活性層１０５と電流阻止層１０４との間の距離を精密に制御することができる。
【００２９】
また、本発明によって製造される窒化物半導体レーザ素子１００においては、活性層１０５が電流阻止層１０４に接触するようにして形成されており、電流阻止層１０４によって狭窄された電流は広がる前に活性層１０５に注入される。これにより、この窒化物半導体レーザ素子１００においては、狭窄後の電流の広がりによるロスを抑えることができる。
【００３０】
したがって、本発明によれば、電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができるのである。
【００３１】
本発明によって製造される窒化物半導体レーザ素子１００には、低抵抗のｎ型層の部分に電流狭窄構造が設けられているので、電流狭窄構造部での消費電力の損失や発熱がほとんど生じず、また、ｐ側電極の面積を大きくすることができるために電極の接触抵抗を低減することができる。
【００３２】
なお、上記において、第２回目の結晶成長において平坦化された第２下クラッド層１０３ｂの表面をドライエッチング法でエッチングする際、そのエッチング量を制御することにより、電流阻止層１０４の表面に達するまでエッチングして、電流阻止層１０４の層厚を制御してもよく、電流阻止層１０４の上部に位置する第２下クラッド層１０３ｂの層厚を最適な層厚だけ残すことも可能である。
【００３３】
また、電流阻止層１０４の表面に達するまでエッチングした場合には、電流阻止層１０４と活性層１０５との間の距離を第３回目の結晶成長によって精密に制御することができるため、窒化物半導体レーザ素子の製造再現性が向上し、そのばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また、本発明の半導体レーザ素子の構造は上記のものに限定されない。また、本発明の半導体レーザ素子を構成する基板および層の材質ならびに層厚は上記のものに限定されない。本発明に用いられる窒化物半導体としては、たとえばＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≠１）の組成式で表わされる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いることができる。なお、この組成式において、ｘはＡｌ（アルミニウム）の混晶比を示し、ｙはＧａ（ガリウム）の混晶比を示し、ｚはＩｎ（インジウム）の混晶比を示す。また、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≠１）の組成式で表わされる窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体については、適宜、組成式に表記された元素以外のＩＩＩ族元素（ボロンなど）およびＶ族元素（砒素、リンまたはビスマスなど）が混晶化されていてもよく、不純物元素（亜鉛、ベリリウム、テルル、マグネシウム、硫黄、セレンまたはシリコンなど）が適宜添加されていてもよい。
【００３５】
また、上記においては、電流阻止層１０４の材料としてｎ型の第２下クラッド層１０３ｂよりも電気抵抗の大きいｐ型の窒化物半導体を用いたが、本発明においては、電流阻止層の材料としてｐ型の窒化物半導体以外にも、第１のｎ型窒化物半導体層（上記の実施の形態においては、第１下クラッド層１０３ａ）よりも電気抵抗の大きい高抵抗の窒化物半導体を用いることができる。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、電流の広がりによるロスを抑えることができる窒化物半導体レーザ素子を再現性良く製造することができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法により製造される窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法の一例の製造工程を図解する模式的な断面図である。
【図３】本発明における第２回目の結晶成長後の第２のｎ型窒化物半導体層の表面の平坦性について図解する模式的な拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  窒化物半導体レーザ素子、１０１  導電性基板、１０２  バッファ層、１０３ａ  第１下クラッド層、１０３ｂ  第２下クラッド層、１０４  電流阻止層、１０５  活性層、１０６  上クラッド層、１０７  ｐ型コンタクト層、１０８，１０９  オーミック電極。
【図１】
2008108894.tif 000003
【図２】
2008108894.tif 000004
【図３】
2008108894.tif 000005