(57)【要約】【課題】窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性の低下を抑制することができ、安定してジャンクションダウン接合を行なうことが可能な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】帯状に伸びる凹部を４つ以上かつ帯状に伸びる凸部を３つ以上有するとともに凹部と凸部とが１つずつ交互に形成されている支持部成長領域と凹部および凸部が形成されていないリッジ部成長領域とが交互に配列された窒化物半導体基板を作製する第１工程と、窒化物半導体基板の表面上に複数の窒化物半導体層を順次積層することによってリッジ部成長領域の上方に位置する最上面の平坦部よりも支持部成長領域の凸部の上方に位置する最上面の方が上方に突出している窒化物半導体層積層構造体を作製する第２工程と、リッジ部成長領域の上方における窒化物半導体層積層構造体の表面の一部を帯状に除去することによって窒化物半導体層積層構造体の一部に上方に突出したリッジ部を形成する第３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１
2008244281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状に伸びる凹部を４つ以上かつ帯状に伸びる凸部を３つ以上有するとともに凹部と凸部とが１つずつ交互に形成されている支持部成長領域と、前記凹部および前記凸部が形成されていないリッジ部成長領域と、が交互に配列された表面を有する窒化物半導体基板を作製する第１工程と、
前記窒化物半導体基板の前記表面上に複数の窒化物半導体層を順次積層することによって、前記リッジ部成長領域の上方に位置する最上面の平坦部よりも前記支持部成長領域の前記凸部の上方に位置する最上面の方が上方に突出している窒化物半導体層積層構造体を作製する第２工程と、
前記リッジ部成長領域の上方における前記窒化物半導体層積層構造体の表面の一部を帯状に除去することによって、前記窒化物半導体層積層構造体の一部に上方に突出したリッジ部を形成する第３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】
前記凹部の開口部の幅が３μｍ以上であり、前記凸部の上面の幅が１０μｍ以上５０μｍ以下であ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】
前記凹部の深さが１．８μｍ以上であ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】
前記窒化物半導体基板の前記表面における、前記凹部の長手方向に平行な方向のオフ角をθpとし、前記凹部の長手方向に直交する方向のオフ角をθvとしたとき、
θpが０．２°以上１°以下であって、θvが０．２°以下であり、（θv／θp）が０．７以下であ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】
前記支持部成長領域のそれぞれにおいて、前記凸部の上面の幅の最大値と最小値との差の絶対値が５μｍ以下であ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。
【請求項６】
前記リッジ部を金属膜で被覆する工程を含むことを特徴とする、請求項１から５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、窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性の低下を抑制することができ、安定してジャンクションダウン接合を行なうことが可能な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】
半導体レーザ素子を備えた半導体レーザ装置の放熱性を向上させるための手法としてはジャンクションダウン接合が知られている。ここで、ジャンクションダウン接合とは、リッジ部が形成された面をサブマウントに接合する方法である。
【０００３】
図７に、特許文献１に開示されている従来のＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。ここで、従来の半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１上に、ｎ型バッファ層２０２、ｎ型クラッド層２０３、発光層２０４、ｐ型第１クラッド層２０５、ｐ型第２クラッド層２０６、中間層２０７およびｐ型コンタクト層２０８が順次積層された構成を有している。
【０００４】
また、この従来の半導体レーザ素子においては、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、リッジ部２１２およびダミーリッジ部２１３が形成されている。
【０００５】
また、この従来の半導体レーザ素子においては、リッジ部２１２の上面を除いた部分に半導体よりなる電流ブロック層２０９が形成されており、さらに電流ブロック層２０９上にはリッジ部２１２の上面のｐ型コンタクト層２０８と接するｐ側電極２１０が形成されている。また、ｎ型ＧａＡｓ基板２０１の裏面にはｎ側電極２１１が形成されている。
【０００６】
この従来の半導体レーザ素子においては、ダミーリッジ部２１３の上方におけるｐ側電極２１０の最上面２１０ａがリッジ部２１２の上方におけるｐ側電極２１０の最上面２１０ｂよりも高さｈだけ高くなっている。
【０００７】
このような構成の半導体レーザ素子をサブマウント等の基台にジャンクションダウンで接合する際に、ダミーリッジ部２１３の上方のｐ側電極２１０の最上面２１０ａが基台に接触する支持部となり、リッジ部２１２の上方におけるｐ側電極２１０の最上面２１０ｂが基台に接触しないため、リッジ部２１２に加わる応力を低減することができるため、リッジ部２１２に加わる応力に起因する窒化物半導体レーザ素子の特性劣化を抑制することができる。
【０００８】
また、特許文献２には、基板の表面に掘り込まれた領域である少なくとも１つの凹部と掘り込まれていない領域である丘部とを形成するように加工し、その加工された表面上に窒化物半導体薄膜を成長させることによって、窒化物半導体レーザ素子の両側に１つずつリッジ部の長手方向に沿って伸びるダミーリッジ部を形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３１９９８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、窒化物半導体はＧａＡｓ系半導体と比較して欠陥が多く、特にｐ型窒化物半導体は欠陥が多いことが知られている。したがって、特許文献１に記載の技術を窒化物半導体レーザ素子に適用する場合には、リッジ部を形成するためにｐ型窒化物半導体層をエッチングすることによって欠陥を露出させてしまうことがある。
【００１０】
この欠陥が露出されたｐ型窒化物半導体層の上面に半導体よりなる電流ブロック層を形成した場合には、欠陥が多く、結晶性の良好でない電流ブロック層が形成されてしまう。そのため、電流ブロック層の上面にｐ側電極を形成した場合には電流リークの原因となり信頼性の良好な窒化物半導体レーザ素子を得ることができないという問題があった。
【００１１】
また、窒化物半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ系等の他の半導体レーザ素子と比較してキンクが発生しやすく、また、１３０ｍＷや２００ｍＷといった高出力の窒化物半導体レーザ素子を作製するためにはリッジ部の幅を狭くする必要がある。
【００１２】
しかしながら、このような幅が狭く形成されたリッジ部は製造工程等のわずかな圧力を受けることで損傷を受けやすく、窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性を低下させる原因となりやすかった。
【００１３】
また、特許文献２に開示された窒化物半導体レーザ素子においては、サブマウント等の基台にジャンクションダウン接合する際にダミーリッジ部が破壊してしまうことがあった。
【００１４】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性の低下を抑制することができ、安定してジャンクションダウン接合を行なうことが可能な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】
【００１５】
本発明は、帯状に伸びる凹部を４つ以上かつ帯状に伸びる凸部を３つ以上有するとともに凹部と凸部とが１つずつ交互に形成されている支持部成長領域と、凹部および凸部が形成されていないリッジ部成長領域と、が交互に配列された表面を有する窒化物半導体基板を作製する第１工程と、窒化物半導体基板の表面上に複数の窒化物半導体層を順次積層することによって、リッジ部成長領域の上方に位置する最上面の平坦部よりも支持部成長領域の凸部の上方に位置する最上面の方が上方に突出している窒化物半導体層積層構造体を作製する第２工程と、リッジ部成長領域の上方における窒化物半導体層積層構造体の表面の一部を帯状に除去することによって、窒化物半導体層積層構造体の一部に上方に突出したリッジ部を形成する第３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。
【００１６】
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、凹部の開口部の幅が３μｍ以上であり、凸部の上面の幅が１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
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は、凹部の深さが１．８μｍ以上であることが好ましい。
【００１８】
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は、窒化物半導体基板の表面における、凹部の長手方向に平行な方向のオフ角をθpとし、凹部の長手方向に直交する方向のオフ角をθvとしたとき、θpが０．２°以上１°以下であって、θvが０．２°以下であり、（θv／θp）が０．７以下であることが好ましい。
【００１９】
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は、支持部成長領域のそれぞれにおいて、凸部の上面の幅の最大値と最小値との差の絶対値が５μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
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は、リッジ部を金属膜で被覆する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性の低下を抑制することができ、安定してジャンクションダウン接合を行なうことが可能な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】
【００２２】
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。
【００２３】
図１に、本発明の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。ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、帯状に伸びる凹部１１を４つ以上かつ帯状に伸びる凸部１２を３つ以上有するとともに凹部１１と凸部１２とが１つずつ交互に形成されている支持部成長領域１３と、凹部１１および凸部１２が形成されていないリッジ部成長領域１４と、が交互に配列されたｎ型の窒化物半導体基板１０の表面上に、複数の窒化物半導体層を順次積層することによって形成された窒化物半導体層積層構造体１５が形成されており、窒化物半導体層積層構造体１５の表面上に絶縁膜１９およびｐ側電極２０が順次形成され、さらにｐ側電極２０の表面上に金属膜２１が形成された構成を有している。また、窒化物半導体基板１０の裏面上にはｎ側電極２２が形成されている。また、リッジ部成長領域１４の上方に位置するリッジ部１６の側方は絶縁膜１９で埋められている。
【００２４】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子においては、リッジ部成長領域１４の上方に位置するリッジ部１６の最上面よりも支持部成長領域１３の凸部の上方に位置する窒化物半導体層（支持部１７）の最上面の方が上方に突出している。ここで、支持部１７の上方に位置する金属膜２１の表面は、リッジ部１６の上方に位置する金属膜２１の表面よりもＨだけ高くなっている。
【００２５】
このように本発明により製造された窒化物半導体レーザ素子においては、リッジ部１６の最上面よりも上方に突出する３つ以上の支持部１７が形成される。
【００２６】
したがって、本発明によって製造された窒化物半導体レーザ素子を用いた場合には、サブマウント上にジャンクションダウン接合する際に、ｎ側電極２２が形成されている側の面から荷重を加えた場合でもサブマウントとの接触によってリッジ部１６が損傷を受けることを抑制することができるため、本発明によれば窒化物半導体レーザ素子の特性および信頼性の低下を抑制することができる。
【００２７】
また、３つ以上の支持部１７の最上面を覆う金属膜２１の表面でサブマウントとジャンクションダウン接合することができるため、１つの支持部１７の上方でジャンクションダウン接合を行なう従来の特許文献２の窒化物半導体レーザ素子と比べて、サブマウントへの接合面積を大きくすることができることから、安定してジャンクションダウン接合を行なうことが可能となる。
【００２８】
なお、本明細書において、「上」とは、窒化物半導体層積層構造体１５を構成する窒化物半導体層の積層方向を意味するものとする。
【００２９】
以下、図１に示す窒化物半導体レーザ素子を製造する方法の一例を図２〜図５を参照して説明する。
【００３０】
まず、図２に示す窒化物半導体基板１０を作製する。ここで、図２（ａ）は窒化物半導体基板１０の模式的な平面図を示し、図２（ｂ）は窒化物半導体基板１０の模式的な断面図を示す。以下、窒化物半導体基板１０を作製する方法（第１工程）の一例について説明する。
【００３１】
まず、Ｃ面を主面とし、＜１−１００＞方向に０．３°、＜１１−２０＞方向に０．１°のオフ角を有するｎ型ＧａＮ基板の表面の全面に１．５μｍの厚さのＳｉＯ2膜をスパッタ蒸着する。
【００３２】
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、＜１−１００＞方向に伸びる複数の帯状のフォトレジストからなるマスクのパターンをＳｉＯ2膜上に形成する。ここで、フォトレジストからなるマスクのパターンは、帯状のフォトレジストからなるマスクの形成領域とその間の帯状の開口領域とが交互に配列されたパターンである。そして、支持部成長領域１３に対応するパターンは、帯状のフォトレジストからなるマスクの間の帯状の開口領域の幅を５μｍとし、その開口領域が＜１１−２０＞方向に３０μｍの間隔で７周期配列されたものを１組としたパターンである。また、リッジ部成長領域１４に対応するパターンは、支持部成長領域１３から＜１１−２０＞方向に向かって次の支持部成長領域１３までの間隔が１８５μｍである＜１−１００＞方向に伸びる帯状のフォトレジストからなるマスクのパターンである。
【００３３】
そして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチング技術を用いて、ＳｉＯ2膜およびｎ型ＧａＮ基板のエッチングを行なうことによってｎ型ＧａＮ基板の表面に深さ５μｍに掘り込まれた帯状の凹部１１と掘り込まれていない幅３０μｍの帯状の凸部１２とを有する支持部成長領域１３が形成される。上記のエッチング後は、ＳｉＯ2膜上のフォトレジストがすべて除去される。
【００３４】
その後、エッチャントとしてＨＦ（フッ化水素）水溶液（フッ酸）等を用いてＳｉＯ2膜を除去することによって、図２に示す窒化物半導体基板１０が作製される。
【００３５】
なお、上記において、ＳｉＯ2膜の形成方法はスパッタ蒸着に限定されるものではなく、たとえば、電子ビーム蒸着法またはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いることもできる。また、上記において、凹部１１の形成方法としては、たとえば、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用いてもよく、機械的にｎ型ＧａＮ基板の表面を掘り込んで凹部１１を形成してもよい。また、ｎ型ＧａＮ基板の表面に、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮ等の窒化物半導体薄膜を成長させた後に掘り込んで凹部１１を形成してもよい。
【００３６】
支持部成長領域１３における凹部１１と凸部１２の周期は、たとえば図２に示すように、凹部１１と凸部１２とが交互に配列され、凹部１１で始まり凹部１１で終わる構成とされる。また、支持部成長領域１３は、１周期の凹部／凸部／凹部であってもよいし、複数の周期で構成されていてもよい。また、凹部１１の開口部および凸部１２の上面は個々に異なる幅を有していてもよい。
【００３７】
また、図２に示すように、窒化物半導体基板１０の表面に形成される凹部１１の開口部の幅Ｗ１は３μｍ以上であることが好ましい。また、窒化物半導体基板１０の表面に形成される凹部１１の深さＤ１は１．８μｍ以上であることが好ましい。窒化物半導体基板１０の表面に形成される凹部１１の開口部の幅Ｗ１または凹部１１の深さＤ１が１．８μｍ未満である場合には、窒化物半導体基板１０の表面上に窒化物半導体層を積層して窒化物半導体層積層構造体１５を形成する過程で凹部１１が埋め込まれてしまい、リッジ部１６よりも上方に突出する支持部１７を得ることができない傾向にあるためである。
【００３８】
また、図２に示すように、窒化物半導体基板１０の表面に形成される凸部１２の上面の幅Ｗ２は１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。凸部１２の上面の幅Ｗ２が１０μｍ未満である場合には、窒化物半導体層が積層されて形成される支持部１７の幅が狭くなるため、製造プロセス時に支持部１７が破損してしまうことがある。また、凸部１２の上面の幅Ｗ２が５０μｍを超える場合には、凸部１２の上面上に形成される窒化物半導体層の先端の全体が後述するエッジグロースを起こさずに、リッジ部成長領域１４上に形成される窒化物半導体層の表面のようにエッジグロースの間に平坦部を有する構成となる傾向にあるため好ましいとはいえない。
【００３９】
また、窒化物半導体基板１０の表面において、凹部１１の長手方向に平行な方向のオフ角をθpとし、凹部１１の長手方向に直交する方向のオフ角をθvとしたとき、θpが０．２°以上１°以下であって、θvが０．２°以下であり、（θv／θp）が０．７以下であることが好ましい。
【００４０】
たとえば、窒化物半導体基板１０の表面において、凹部１１の長手方向に平行な方向のオフ角θpを０．１°とし、凹部１１の長手方向に直交する方向のオフ角θvを１°とした場合には、それぞれの支持部１７の表面は左上がりまたは右下がりとなり、支持部成長領域１３全体としてみればノコギリの刃のような形状となる。このような形状の支持部１７をサブマウントにジャンクションダウン接合を行なった場合には、窒化物半導体レーザ素子とサブマウントとが斜めに接合され、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光の出射の際に生じる熱の拡散にバラツキが生じることによって、リッジ部に大きな歪みが生じてしまう。そこで、このような問題を解消する観点ならびに後述するエッジグロースおよび表面モフォロジの観点から、窒化物半導体基板１０の表面において、凹部１１の長手方向に平行な方向のオフ角をθpとし、凹部１１の長手方向に直交する方向のオフ角をθvとしたとき、θpが０．２°以上１°以下であって、θvが０．２°以下であり、（θv／θp）が０．７以下であることが好ましい。
【００４１】
また、窒化物半導体基板１０の表面の支持部成長領域１３のそれぞれにおいて、凸部１２の上面の幅の最大値と最小値との差の絶対値が５μｍ以下であることが好ましい。それぞれの支持部成長領域１３における凸部１２の上面の幅の最大値と最小値との差の絶対値が５μｍ以下である場合には支持部１７の高さを同等にすることができる傾向にある。したがって、このような同等の高さを有する３つ以上の支持部１７によってサブマウントにジャンクションダウン接合を行なう場合には、ジャンクションダウン接合時の支持部１７の破壊が抑制されやすくなることから、窒化物半導体レーザ素子をより安定してジャンクションダウン接合することが可能となる傾向にある。
【００４２】
また、本発明において、窒化物半導体基板１０としては、たとえば、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≠０）の組成式で表わされる窒化物半導体からなる基板を用いることができる。また、窒化物半導体基板１０を構成する窒化物半導体の窒素原子のうちその約１０％以下がＡｓ、ＰまたはＳｂ等の原子で置換されていてもよい（ただし、窒化物半導体基板１０においては六方晶系が維持されている）。また、窒化物半導体基板１０中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇまたはＢｅ等がドーピングされていてもよい。また、窒化物半導体基板１０をｎ型とする場合には、Ｓｉ、ＯまたはＣｌがドーピングされていることが好ましい。また、窒化物半導体層が積層される窒化物半導体基板１０の表面としては、たとえば、Ｃ面{０００１}、Ａ面{１１−２０}、Ｒ面{１−１０２}、Ｍ面{１−１００}、または{１−１０１}面が好ましく用いられる。
【００４３】
上記のようにして作製した窒化物半導体基板１０の表面上に複数の窒化物半導体層を順次積層することによって窒化物半導体層積層構造体を作製する（第２工程）。
【００４４】
図３に、窒化物半導体基板１０の表面上に作製された窒化物半導体層積層構造体１５の一例の模式的な拡大断面図を示す。ここで、窒化物半導体層積層構造体１５は、たとえば、窒化物半導体基板１０をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置に設置し、窒化物半導体基板１０の表面上に、厚さ０．２μｍのｎ型ＧａＮ層１０１、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層１０２、厚さ０．０２μｍのｎ型ＧａＮガイド層１０３、周期層厚を１２ｎｍとする３周期のＭＱＷ活性層１０４、厚さ０．０１μｍのｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎキャリアブロック層１０５、厚さ０．０２μｍのｐ型ＧａＮガイド層１０６、厚さ０．５５μｍのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層１０７および厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０８がＭＯＣＶＤ法により順次結晶成長させられて形成される。
【００４５】
図４に、窒化物半導体基板１０の表面上に窒化物半導体層積層構造体１５を形成した後のウエハの一例の模式的な断面図を示す。
【００４６】
ここで、図４に示すように、窒化物半導体基板１０のリッジ部成長領域１４の上方に位置する最上面においては、表面が平坦な平坦部となるリッジ形成部２５と、リッジ形成部２５の両端部にリッジ形成部２５よりも盛り上がった領域であるエッジグロース部２６と、が形成される。なお、本明細書においては、このように端部が盛り上がった結晶成長が起こることをエッジグロースといい、エッジグロースが生じている領域をエッジグロース部という。また、平坦部となるリッジ形成部２５の表面からエッジグロース部２６の最も高いところまでの段差Ｈ１は、窒化物半導体基板１０の作製条件および窒化物半導体層積層構造体１５の形成条件にもよるが、たとえば１μｍ以上３μｍ以下とすることができる。
【００４７】
まず、リッジ部成長領域１４の上方のエッジグロース部２６を例としてエッジグロース部２６が形成される経緯を説明する。ここでは、リッジ部成長領域１４の幅を上記と同様の１８５μｍとして説明する。
【００４８】
窒化物半導体基板１０の表面上に窒化物半導体層のエピタキシャル成長を開始すると、窒化物半導体層の原料となる原子および分子が窒化物半導体基板１０の表面に付着し、マイグレーション等を起こして窒化物半導体基板１０の表面を移動していく。ところが、凹部１１の埋め込みがある程度まで進行するまでは、リッジ部成長領域１４に付着した原子および分子が凹部１１に流れ込めずにリッジ部成長領域１４の端部で固着してしまうため、リッジ部成長領域１４の端部からエッジグロースが生じ始め、窒化物半導体層積層構造体１５の形成が完了した時点でたとえば２０μｍ以上３０μｍ以下の幅を有するエッジグロース部２６が形成される。
【００４９】
このように、エッジグロース部２６が窒化物半導体基板１０の表面上の全面に生じた状態で窒化物半導体層積層構造体１５の形成が完了すると、リッジ部形成領域１４上の窒化物半導体層積層構造体１５の表面はエッジグロース部２６を除いて表面モフォロジの良好な平坦な表面を有するリッジ形成部２５が得られる。この表面モフォロジが良好なリッジ形成部２５は、エッジグロースが生じることで、マイグレーション等による凹部１１への原子および分子の流れ込みが生じにくくなるため均一な結晶成長が可能となる。
【００５０】
次に、支持部成長領域１３の凸部１２上に窒化物半導体層が成長する場合について説明する。凸部１２の上面の幅はリッジ部成長領域１４と比較して狭くなっているが、窒化物半導体基板１０の表面上に窒化物半導体層のエピタキシャル成長を開始すると、凸部１２の上面上にも原子および分子が付着し、付着した原子および分子はマイグレーション等により移動する。しかしながら、凹部１１の埋め込みがある程度まで進行するまでは、リッジ部成長領域１４に付着した原子および分子が凹部１１に流れ込むことができず、また、凸部１２の上面の幅は狭くなっている。これにより、凸部１２の上面の両端からエッジグロースが始まり、窒化物半導体層が成長する過程で凸部１２の両端からのエッジグロースが干渉し合い、やがては凸部１２の上の全面でエッジグロースが生じて、厚さのある支持部１７が形成される。上述したように、凸部１２の上の全面でエッジグロースを生じさせるためには、図２に示す凸部１２の上面の幅Ｗ２が１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
また、窒化物半導体層積層構造体１５の表面モフォロジは、窒化物半導体基板１０のオフ角に影響を受ける。窒化物半導体基板１０の凹部１１の長手方向に平行な方向のオフ角θpが０．２°以上である場合にはエッジグロースが生じやすくなる傾向にあるが、オフ角θpが１°を超える場合には窒化物半導体基板１０の表面の研磨傷等の窒化物半導体基板１０に起因する表面モフォロジが現れやすくなるため、上記のオフ角θpは０．２°以上１°以下であることが好ましい。
【００５２】
また、窒化物半導体基板１０の凹部１１の長手方向に直交する方向のオフ角θvはエッジグロースの具合に影響し、オフ角θvが０．２°を超える場合には、ウエハの面内においてエッジグロースによる盛り上がりの高さに分布を生じやすくなることと、表面モフォロジが悪化しやすくなる等の問題が生じやすくなるため、上記のオフ角θvは０．２°以下であることが好ましい。
【００５３】
さらに、窒化物半導体基板１０の凹部１１の長手方向に平行な方向のオフ角θpと直交する方向のオフ角θvとが（θv／θp）≦０．７の関係を満たす場合には、エッジグロースが生じ、表面モフォロジの良好な窒化物半導体層積層構造体１５が得られる傾向にある。
【００５４】
上述した窒化物半導体基板１０の表面のオフ角によるエッジグロースの具合や表面モフォロジが影響を受けることは、窒化物半導体基板１０の表面のオフ角によってエピタキシャル成長中のマイグレーション等による原子および分子の移動が影響を受けるためと考えられる。
【００５５】
図５に、図１に示す窒化物半導体レーザ素子が横に繋がったレーザバーの一例の模式的な断面図を示す。ここで、リッジ部１６は、リッジ部成長領域１４の上方における窒化物半導体層積層構造体１５の表面の一部を帯状に除去することによって形成される（第３工程）。
【００５６】
詳細には、まず、図４に示すウエハのリッジ形成部２５の中央部にフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、リッジ部１６に対応する部分をフォトレジストからなるマスクで保護し、そのマスクの両脇をエッチングすることによってリッジ部１６が作製される。本実施の形態において、リッジ部１６は、＜１−１００＞方向に沿って凹部１１と平行になるように高さ０．４μｍ、リッジ部１６の上面の幅が１．２μｍ、リッジ部１６の底面の幅が１．５μｍの順メサ形状として形成されている。
【００５７】
リッジ部１６は、リッジ形成部２５の両端部から幅方向（凹部１１の長手方向に直交する方向）に１０μｍ以上離れた位置で形成されることが好ましい。エッジグロース部２６はエッジグロースにより窒化物半導体層積層構造体の層構造が設計通りになりにくいため、リッジ形成部２５の両端部から幅方向に１０μｍ未満の領域にリッジ部１６を形成した場合には窒化物半導体レーザ素子の特性にばらつきが生じるおそれがある。
【００５８】
リッジ部１６を作製する際には、支持部１７はマスクで被覆され、エッチングされないようにすることが好ましい。支持部１７がエッチングされてしまうと、リッジ部１６と支持部１７との間の高低差Ｈ１が小さくなってしまうためである。
【００５９】
次に、図５に示すように、リッジ部１６の上面を除いた表面部分を絶縁膜１９で保護し、続いて、ｐ側電極２０および金属膜２１が順次積層される。
【００６０】
ここで、絶縁膜１９は、たとえば以下の方法により形成することができる。まず、窒化物半導体層積層構造体１５にリッジ部１６を形成した後に、リッジ部１６の上面にのみフォトレジストによるマスクを形成し、その後、スパッタ法等を用いて窒化シリコンからなる絶縁膜１９を形成する。そして、絶縁膜１９の形成後は、フォトレジストが除去される。ここでは、絶縁膜１９としては窒化シリコンが用いられているが、その他の材質としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌからなる群から選択された少なくとも１種の酸化物若しくは窒化物、またはＳｉＯ2等の酸化シリコンを用いることができる。
【００６１】
また、絶縁膜１９は、リッジ部１６の上面を除いて窒化物半導体層積層構造体１５の表面を連続して被覆していることが好ましい。たとえば、本実施の形態において、支持部成長領域１３は、凹部１１と凸部１２とが集中して形成された領域となっているが、凸部１２に挟まれた凹部１１の上方は窒化物半導体層が形成されず、溝となっている。そのため、支持部１７の間は分断されているが、凹部１１の上方の溝を埋め込むか、エアブリッジ状に被覆されていることが好ましく、支持部１７の間の溝からの電流のリークを防止することができる。
【００６２】
また、ｐ側電極２０は、リッジ部１６の上面および絶縁膜１９の上面に形成されている。ｐ側電極２０は、リッジ部１６が形成されている側の窒化物半導体層積層構造体１５の表面全体にわたって形成されていることが好ましい。これは、ｐ側電極２０は、リッジ部１６に電流を注入する電極としての機能の他に、金属膜２１の成長を促進させる機能も兼ね備えて得るためである。このｐ側電極２０における金属膜２１の成長を促進させる機能を効果的に発現させるためには、ｐ側電極２０の最上面の材質は金属膜２１と同様の金属であることが好適である。たとえば、金属膜２１にＡｕを用いる場合には、ｐ側電極２０としては、たとえば、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、またはＰｄ／Ａｕ等の最上面がＡｕからなる構成を用いることが好適である。また、金属膜２１がＡｕ、ＡｇおよびＡｕからなる群から選択された少なくとも１種のメッキ、またはＡｇ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｏ等の単体の金属からなる場合には、ｐ側電極２０の最上面には、たとえば、Ａｇ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｏ等の金属を用いることができる。
【００６３】
なお、上記の金属膜２１の形成に用いられるメッキとしては、たとえば、シアン系金メッキまたは亜硫酸系金メッキを用いることができるが、亜硫酸系金メッキは硬度が高いために変形を引き起こしにくい点から特に好ましい。また、光沢金メッキを施した場合には、メッキ表面の粒子がより細かくなるため、サブマウントとの密着性が良好となるため好適である。
【００６４】
このようなｐ側電極２０および金属膜２１は、たとえば以下のようにして形成することができる。まず、窒化物半導体層積層構造体１５の表面上に絶縁膜１９を形成した後、ＥＢ（Electron Beam）蒸着によりｐ側電極２０を形成する。続いて、電解メッキにより、たとえば厚さ５μｍの金属膜２１を形成する。
【００６５】
また、金属膜２１を形成する方法としては、上記の電解メッキの他にも、たとえば、無電解メッキ、合金メッキ、ＥＢ蒸着、スパッタ、またはＥＣＲ（Electron cyclotron Resonance）法等を用いることができる。
【００６６】
また、金属膜２１の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。本発明においては、エッジグロースにより、支持部１７の上面とリッジ部１６の上面との間に段差が生じているため、窒化物半導体レーザ素子をジャンクションダウン接合によりサブマウントに接合した場合には支持部１７よりも窪んでいるリッジ部１６へのはんだの流れ込みが均一にならず空洞ができてしまうこと等によって、窒化物半導体レーザ素子の特性にばらつきが生じることがあるためである。
【００６７】
また、上記のｐ側電極２０および金属膜２１の形成後には、窒化物半導体基板１０の裏面の研磨若しくはエッチングを行なうことにより、窒化物半導体基板１０の厚さをたとえば８０μｍ以上２００μｍ以下に薄くすることができる。そして、窒化物半導体基板１０の裏面には、たとえばＨｆ／Ａｌの構成のｎ側電極２２がＥＢ蒸着法等によって形成される。
【００６８】
また、ｎ側電極２２としては、Ｈｆ／Ａｌの構成の他にも、たとえば、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、またはＨｆ／Ｍｏ／Ａｕ等の構成を用いてもよい。また、ｎ側電極２２としては、上記の構成において、ＨｆをＴｉまたはＺｒに置き換えた構成を用いてもよい。
【００６９】
また、図５に示すレーザバーは、たとえば、リッジ部１６、ｐ側電極２０、金属膜２１およびｎ側電極２２が形成された後のウエハをリッジ部１６の長手方向となる＜１−１００＞方向に直交する方向に劈開することにより形成される。この劈開により露出した劈開面が共振器端面を構成し、共振器長がたとえば４００μｍの導波型ファブリペロー共振器が形成される。なお、本発明において、共振器長が４００μｍに限定されることは言うまでもなく、たとえば３００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲とすることができる。
【００７０】
また、上記のようにして形成された共振器端面は窒化物半導体結晶の{１−１００}面に相当する。劈開は、ウエハの裏面全面にダイヤモンドカッタによって罫書き線を形成し、ウエハに所定の圧力を加えた状態で実施される。また、ウエハの一部、たとえば、ウエハの端部のみにダイヤモンドカッタによって罫書き線が形成され、これを起点にして劈開しても構わない。また、共振器端面の形成は、エッチングによって行なわれても構わない。
【００７１】
このように、導波型ファブリペロー共振器の前後に共振器端面を形成した後、これらの共振器端面の両面にそれぞれ、ＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とを交互に蒸着して反射率７０％の誘電体多層膜を形成することができる。なお、形成された２つの共振器端面のうち１つはレーザ光の出射面とし、レーザ光の出射面となる共振器端面に形成される誘電体多層膜の反射率をたとえば５％とし、他方の共振器端面に形成される誘電体多層膜の反射率をたとえば９５％としてもよい。なお、誘電体多層膜の反射率も上記のものに限定されないことは言うまでもない。また、誘電体多層膜の構成もＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とが交互に積層された積層体に限定されるものではなく、たとえば、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜との積層体等を用いてもよい。
【００７２】
また、図５に示す構成のレーザバーをリッジ部１６の長手方向に平行な方向沿ってたとえば図５に示す破線３１で切断して複数のチップに分割することにより、図１に示す窒化物半導体レーザ素子を作製することができる。
【００７３】
ここで、分割する方法としては、たとえば、ｎ側電極２２の形成された面を上側にしてレーザバーをステージ上に設置し、レーザバーの裏面となるｎ側電極２２の表面にダイヤモンドカッタ等によってスクライブラインを入れる。そして、レーザバーに所定の圧力を加えた状態で、スクライブラインに先端形状が鋭角な刃を当て、ブレーキング装置を用いて圧力を加えることによって、スクライブラインに沿ってレーザバーを分割する。これにより、複数の窒化物半導体レーザ素子がチップ状に分割される。なお、この方法は、スクライビング法と言われる方法である。また、窒化物半導体基板１０の表面において分割したい箇所が凹部１１の開口部内に含まれるように凹部１１の幅を広げて分割しやすくしてもよい。また、窒化物半導体レーザ素子のリッジ部１６の両側に少なくとも１つずつの支持部１７が含まれるように分割してもよい。
【００７４】
また、上記のスクライビング法以外にも、ｎ側電極２２の表面にキズまたは溝等を形成してレーザバーを分割する方法を用いることもできる。また、ワイヤソー若しくは薄板ブレード等を用いてｎ側電極２２の表面にキズ入れ若しくは切断を行なうダイシング法、エキシマレーザ光の照射による加熱とその後の急冷により照射部に生じたクラックをスクライブラインとするレーザスクライブ法、または高エネルギ密度のレーザ光を照射し、蒸発させることで溝入れ加工を行なうレーザアブレーション法等を用いることができる。
【００７５】
図６は、本発明によって製造された図１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子をサブマウントにジャンクションダウン接合により接合した状態の一例を示す模式的な断面図である。
【００７６】
図１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子をサブマウントにジャンクションダウン接合する方法としては、たとえば、以下のような方法がある。まず、マウント装置にサブマウント３２を設置し、サブマウント３２上ではんだ３３を溶融させる、次に、溶融したはんだ３３の上面側から窒化物半導体レーザ素子のリッジ部１６が形成された側の表面とサブマウント３２の表面とが向き合うようにして窒化物半導体レーザ素子をはんだ３３上に載せる。そして、窒化物半導体レーザ素子のｎ側電極２２が形成されている側の面から荷重を加えて密着させる。その後、冷却してはんだ３３を固化させる。このようにして、窒化物半導体レーザ素子をサブマウントにジャンクションダウン接合することができる。
【００７７】
ここで、本発明によって製造された窒化物半導体レーザ素子においては、たとえば、金属膜２１が形成されていることによって、窪みとなっているリッジ部１６の上方をはんだ３３で埋め込みきれずに空洞が生じたとしても、リッジ部１６の直下の窒化物半導体層で生じた熱は熱伝導率の良好な金属膜２１を伝導してサブマウント３２に逃がすことができるため、窒化物半導体レーザ素子が高出力であっても、良好に放熱することができる。そのため、窒化物半導体レーザ素子の高出力化に伴って増加する放熱性の問題も回避することができる。
【００７８】
なお、上記において、サブマウント３２の材質としては、ＳｉＣまたはＡｌＮが好適に用いられる。また、上記において、はんだ３３の材質としては、金と錫の合金を用いることが好ましく、この場合に金と錫の比率（質量比）は７０：３０であることが好ましい。
【００７９】
なお、結晶面および方向を表わす場合に、本来であれば所要の数字の上にバーを付した表現をするべきであるが、表現手段に制約があるため、本明細書においては、所要の数字の上にバーを付す表現の代わりに、所要の数字の前に「−」を付して表現している。
【００８０】
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】
【００８１】
本発明は、ジャンクションダウン接合により接合される窒化物半導体レーザ素子の製造に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の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】（ａ）は本発明に用いられる窒化物半導体基板の一例の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す窒化物半導体基板の模式的な断面図である。
【図３】本発明において、窒化物半導体基板の表面上に作製された窒化物半導体層積層構造体の一例の模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明において、窒化物半導体基板の表面上に窒化物半導体層積層構造体を形成した後のウエハの一例の模式的な断面図である。
【図５】図１に示す窒化物半導体レーザ素子が横に繋がったレーザバーの一例の模式的な断面図である。
【図６】図１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子をサブマウントにジャンクションダウン接合により接合した状態の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】従来のＡｌＧａＩｎＡｓ系の半導体レーザ素子の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  窒化物半導体基板、１１  凹部、１２  凸部、１３  支持部成長領域、１４  リッジ部成長領域、１５  窒化物半導体層積層構造体、１６  リッジ部、１７  支持部、１９  絶縁膜、２０  ｐ側電極、２１  金属膜、２２  ｎ側電極、２５  リッジ形成部、２６  エッジグロース部、３１  破線、３２  サブマウント、３３  はんだ、１０１  ｎ型ＧａＮ層、１０２  ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、１０３  ｎ型ＧａＮガイド層、１０４  ＭＱＷ活性層、１０５  ｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎキャリアブロック層、１０６  ｐ型ＧａＮガイド層、１０７  ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、１０８  ｐ型ＧａＮコンタクト層、２０１  ｎ型ＧａＡｓ基板、２０２  ｎ型バッファ層、２０３  ｎ型クラッド層、２０４  発光層、２０５  ｐ型第１クラッド層、２０６  ｐ型第２クラッド層、２０７  中間層、２０８  ｐ型コンタクト層、２０９  電流ブロック層、２１０  ｐ側電極、２１０ａ，２１０ｂ  最上面、２１１  ｎ側電極、２１２  リッジ部、２１３  ダミーリッジ部。
【図１】
2008244281.tif 000003
【図２】
2008244281.tif 000004
【図３】
2008244281.tif 000005
【図４】
2008244281.tif 000006
【図５】
2008244281.tif 000007
【図６】
2008244281.tif 000008
【図７】
2008244281.tif 000009