(57)【要約】【課題】大電流を投入した駆動時においても電極と半導体層との接触抵抗が低く、且つ密着性もよく、更に絶縁膜と電極との界面において、密着性や機械的強度に極めて優れており、リッジのストライプ方向における電極での光閉じ込めが安定であるレーザ素子特性を有する窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体レーザ素子は、積層された窒化物半導体にリッジ構造が形成され、リッジ側面から連続する半導体層の平面上に延在して形成されている絶縁膜１１３と、リッジ上面と絶縁膜１１３とを被覆しているｐ側電極１２０とを備え、電極１２０は、絶縁膜１１３と接している領域には白金族元素から成る金属層を備えており、且つ絶縁膜１１３と接している界面には白金族元素の単結晶が存在している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された窒化物半導体にリッジ構造を形成している窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から連続する半導体層の平面上に延在して形成されている絶縁膜と、前記リッジ上面と絶縁膜とを被覆している電極とを備えており、
前記電極は、絶縁膜と接している領域には白金族元素から成る金属層を備えており、且つ絶縁膜と接している界面には白金族元素の単結晶が存在し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】
前記絶縁膜は、電極で覆われている被覆領域と、電極から露出されている露出領域とを有す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】
前記絶縁膜は、酸化膜、窒化膜又はＭｇＦ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。
【請求項４】
前記電極は、少なくとも２層以上からなる多層構成を有し、該電極の最上層が白金族元素から成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】
前記電極を構成する半導体との界面にある金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕから成る群から選択された少なくとも１種類の白金族元素から成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】
前記電極を構成する最上層の金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕから成る群から選択された少なくとも１種類の白金族元素から成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７】
積層された窒化物半導体にリッジ構造を形成している窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記積層された窒化物半導体をエッチングしてリッジ構造を形成し、該リッジ側面から連続する半導体層平面上に延在して絶縁膜を形成する工程と、
前記リッジ上面と、絶縁膜の少なくとも一部と、を被覆する電極であって、該電極は、絶縁層と接している領域には少なくとも白金族元素から成る金属層を備えて電極を形成する工程と、
前記電極を形成した工程後、前記窒化物半導体を熱処理する工程、
を具備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】
前記電極は、少なくとも２層以上からなる多層構成であって、リッジ上面と絶縁膜とに接する第１の金属層、かつ該電極の最上層である第２の金属層が白金族元素から成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】
前記積層された窒化物半導体は、第１コンタクト層、第１クラッド層、活性層を有し、該活性層上に、第２クラッド層、第２コンタクト層を順に備えた構成であって、リッジ構造の形成時には少なくとも第２クラッド層までエッチングされてい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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体を積層した半導体層を用いてリッジ構造を形成した窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、更に詳しくは、大電流駆動が可能であり、高出力の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を積層してなる半導体素子は、紫外線領域から緑色、更には赤色までの可視光領域に至る短波長域の光を発光する発光素子として期待されている。その中でも、半導体レーザ素子は、パーソナルコンピューターや情報記録媒体等の電子機器、医療機器、加工機器、または光ファイバ通信に用いる光源として、その用途は注目されている。
【０００３】
窒化物半導体レーザ素子は、サファイア基板やＧａＮ基板上に窒化物半導体を積層し、該積層体にリッジ構造を形成し、さらにｐ側電極とｎ側電極とを形成することで構成される。積層された窒化物半導体には、少なくとも電極とオーミック接触させるコンタクト層、光閉じ込め層として機能するクラッド層、また、レーザ光を発振させる活性層を備えている。
【０００４】
上述した窒化物半導体レーザ素子では、安定した動作を確保するために半導体層中のコンタクト層とオーミック接触させるオーミック電極が極めて重要となる。このようなオーミック電極には、主として仕事関数の大きい金属の単層膜や多層膜、或いは合金を用いている。例えば、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等の多層膜からなるオーミック電極が用いられてきた。尚、前記電極の多層膜は、Ｎｉ／Ａｕであれば、Ｎｉが下層、Ａｕが上層となる。「／」の前の材料が下側の層を構成し、「／」の後ろの材料が上側の層を構成する。以下においても同様とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９９５２８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３５０４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許２０００−２９９５２８号公報に開示された窒化物半導体レーザ素子には以下のような問題がある。
【０００７】
Ｎｉ／Ａｕ電極の場合には、該電極を形成した後、熱処理（アニール処理）工程を有する。ここで、熱処理とは、高温雰囲気下に一定期間保持することであって、Ｎｉ／Ａｕ電極を形成するには熱処理をしなければ、オーミック特性を得ることが難しい。そのため、該電極材質を用いる場合には熱処理は必須工程となる。
【０００８】
しかしながら、図５に示すように、半導体層２とのオーミック特性を得るために電極４を熱処理することによって、電極４の上側層であるＡｕ電極の表面が荒れてしまい、クレーター状の穴が発生する。これでは、リッジ部２ａのストライプ方向における電極での光閉じ込めが不安定となる。また、パッド電極（不図示）との界面で抵抗が高くなる場合があり、大電流駆動をすることは難しい。
【０００９】
またＰｄ／Ｐｔ電極やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極は、特開２００２−３３５０４８号公報等に記載があるが、このような電極では、窒化物半導体との密着性が十分ではないため動作時に電極自体が剥れてしまう。これでは、大電流駆動の半導体レーザ素子を形成するどころか、安定した寿命特性すら実現できない。
【００１０】
そこで、本件発明は上記問題を鑑み、大電流を投入した駆動時においても電極と半導体層との接触抵抗が低く、且つ密着性もよく、更に絶縁膜と電極との界面において、密着性や機械的強度に極めて優れており、リッジのストライプ方向における電極での光閉じ込めが安定であるレーザ素子特性を有する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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体レーザ素子は、積層された窒化物半導体にリッジ構造を形成している窒化物半導体レーザ素子であって、前記リッジ側面から連続する半導体層の平面上に延在して形成されている絶縁膜、前記リッジ上面と絶縁膜とを被覆している電極、を備えており、前記電極は、絶縁膜と接している領域には白金族元素から成る金属層を備えており、且つ絶縁膜と接している界面には白金族元素の単結晶が存在していることを特徴とする。
【００１２】
エッチング等によりリッジを形成することで、図５に示すように、リッジ上面Ｒｓ、リッジ側面Ｒｔ、そして新たに露出した半導体面Ｆを備えた窒化物半導体レーザ素子は、リッジ上面Ｒｓには電極が接触するため、窒化物半導体層のリッジ上面Ｒｓと電極との界面（以下、界面Ｂｓと呼ぶ。）での密着性と接触抵抗がレーザ素子特性に大きな影響を及ぼす。
【００１３】
本発明におけるリッジ構造の窒化物半導体レーザ素子では、絶縁膜をリッジ側面等に形成している。この絶縁膜と半導体層との屈折率差によって、絶縁膜は横方向の実効屈折率差Δｎを生じさせて光閉じ込めを行っている。また、絶縁性を特性に有するのは、リッジ上面のみを電流投入領域とするための狭窄層としても機能させるためである。
【００１４】
前記絶縁膜はリッジ側面から連続する半導体層の平面上に延在して形成されているとは、絶縁膜がリッジ側面と露出した半導体面とに密着形成されていることを意味する。前記リッジ上面と絶縁膜とを被覆している電極とは、該電極がリッジ上面ａ及び絶縁膜と密着形成されていることを意味する。この絶縁膜と電極とが密着形成された界面（以下、界面Ｂｔと呼ぶ。）での密着性が不充分であれば、動作時の電極剥れが生じる等の理由により安定した寿命特性が得られない。また絶縁膜と電極との密着性が不充分であれば、リッジのストライプ方向における電極での光閉じ込めが不安定となる。これらの問題は電極と窒化物半導体層との界面でも同様である。そのため本発明における窒化物半導体レーザ素子では、電極構成においては界面Ｂｓにおける密着性も向上させるものである。
【００１５】
本願発明では、界面Ｂｔでの密着性の向上を実現させ、界面Ｂｓでの密着性や光閉じ込めを安定させることを目的として窒化物半導体レーザ素子を形成している。
【００１６】
前記電極は、絶縁膜と接している領域には白金族元素から成る金属層を備えている。これは、白金族元素が酸化、合金化といった変質をおこしにくいため熱処理後も安定であり、窒化物半導体と安定な界面を形成することができるからである。更に前記界面Ｂｔは絶縁膜と電極との界面であって、該接触界面の電極材料は白金族元素からなる金属層であって、単結晶が存在している。界面Ｂｔにおいて、絶縁膜の表面に形成される金属層は、本来多結晶であるから、金属層内での白金族元素の原子間の結合は不規則であって、その原子間の結合力は弱く、絶縁膜との密着性が悪い。
【００１７】
そのため、本願発明では、前記白金族元素からなる金属層に単結晶を存在させることで、白金族元素の原子間の結合力を向上させて、絶縁膜との密着性を高めたものである。
【００１８】
ここで、前記電極を構成している白金族元素からなる金属膜における白金族元素の単結晶の割合は特に限定しないが、１％以上、好ましくは５％以上であればよい。これは界面Ｂｔにおける数値とする。
【００１９】
白金族元素の単結晶を形成するには、熱処理を行うことである。前記電極の金属層の材料を白金族元素として熱処理を行うことで、界面Ｂｓにおける接触抵抗を下げることができる。これは白金族元素が熱処理によって酸化や合金化といった変質を起こさない安定な材質であるため、窒化物半導体と安定な界面を形成することができるからである。そのため、大電流駆動時に連続発振が可能な窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【００２０】
本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記絶縁膜は、電極で覆われている被覆領域と、電極から露出されている露出領域とを有することを特徴とする。窒化物半導体レーザ素子を形成後、フェイスアップ型の実装を行うのであれば、前記電極上にパッド電極を介してワイヤーボンディングを行う。またフェイスダウン型の実装を行うのであれば、前記電極上に共晶材料を設けて実装を行う。ここで、ワイヤーボンディングであっても、共晶をする場合であっても、共晶材料等のメタルが電極外に流出してくる。このメタルが半導体層の側面まで到達すれば、ショートが発生する可能性がある。
【００２１】
そこで、絶縁膜には、電極で覆われていない露出領域を形成しているのである。ワイヤーボンディング材（例えば、Ａｕ線）等は濡れ性が悪く、電極から外に延びやすいが、絶縁膜上では止まる。そのため、該絶縁膜の露出領域を有することが好ましい。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記絶縁膜は、酸化膜、窒化膜又はＭｇＦであることを特徴とする。これは、絶縁膜の露出領域でメタルの流出を止めるには、酸化膜や窒化膜が効果的だからである。酸化膜の一例としては、ＺｒＯ２、窒化膜はＡｌＮがあるが、それ以外にＭｇＦがある。ＭｇＦは絶縁性と密着性を兼ね備えた材質であり、絶縁膜としては好ましい。
【００２３】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記電極は、少なくとも２層以上からなる多層構成を有し、該電極の最上層が白金族元素から成ることを特徴とする。
【００２４】
電極の最上層が白金族元素であれば熱処理時における電極表面の変質を防ぐ作用がある。これは白金族元素が反応しにくい安定な材料であるからである。更に白金族元素は触媒作用も有しており、Ｏ２の介入を妨げることが無いため安定したオーミック特性を得ることも可能である。また、光の閉じ込めを安定するには熱処理時においてもクレーター等が発生せず全体的に安定な層構造（リッジストライプ方向に対して同じ屈折率差Δｎを有している）であるのがよい。そのため、白金族元素を用いれば、クレーター等の発生がなく全体的に安定な光閉じ込めが可能であるため好ましい。
【００２５】
前記電極を構成する半導体との界面にある金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕから成る群から選択された少なくとも１種類の白金族元素から成ることを特徴とする。
【００２６】
また、前記電極を構成する最上層の金属層は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕから成る群から選択された少なくとも１種類の白金族元素から成ることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、積層された窒化物半導体にリッジ構造を形成している窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、前記積層された窒化物半導体をエッチングしてリッジ構造を形成し、該リッジ側面から連続する半導体層平面上に延在して絶縁膜を形成する工程と、前記リッジ上面と、絶縁膜の少なくとも一部と、を被覆する電極であって、該電極は、絶縁膜と接している領域には少なくとも白金族元素から成る金属層を備えて電極を形成する工程と、前記電極を形成した後、前記窒化物半導体を熱処理する工程、を具備することを特徴とする。
【００２８】
絶縁膜を形成後に、電極を形成するが、該電極は半導体層との界面Ｂｓにおける接触抵抗が低い材質であって、剥れ等がない安定材料が望まれる。そこで、リッジ上面と、絶縁膜の少なくとも一部を被覆しており、且つ電極の第１層には白金族元素から成る金属層を備えて熱処理を施すことによって、安定した界面とオーミック特性が得られる。このような構造と方法を用いれば熱処理により前記界面Ｂｓおよび界面Ｂｔの密着性を向上することが可能となる。また、界面Ｂｔは界面Ｂｓと連続しているため、前記絶縁膜と白金族元素から成る金属層との界面Ｂｔの密着性を向上させることは前記界面Ｂｓにおける密着性を安定させることにもつながる。
【００２９】
そこで、前記電極を形成した後、窒化物半導体を熱処理することで、絶縁膜と白金族元素から成る金属膜との界面Ｂｔにおける密着性を向上させるのである。熱処理温度は、３００℃以上であればよく、雰囲気は窒素もしくは酸素を含む雰囲気としてあればよい。以上の条件で熱処理をすることで白金族元素から成る同一金属材料における結晶同士の結合力が強くなり、単結晶が存在する電極となり、絶縁膜また窒化物半導体層との密着性を向上させているのである。
【００３０】
本発明の請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記電極は、少なくとも２層以上からなる多層構成であって、リッジ上面と絶縁膜とに接する第１の金属層、かつ該電極の最上層である第２の金属層が白金族元素から成ることを特徴とする。第１層は主に窒化物半導体層とのオーミック界面を得るための役割を目的とし、第２層は第１層の作用を阻害しようとする周りの雰囲気を防ぐためのキャップ作用を有している。
【００３１】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記積層された窒化物半導体は、第１コンタクト層、第１クラッド層、活性層を有し、該活性層上に、第２クラッド層、第２コンタクト層を順に備えた構成であって、リッジ構造の形成時には少なくとも第２クラッド層までエッチングされていることを特徴とする。
【００３２】
ここで、第１コンタクト層とは、ｎ側コンタクト層であっても、ｐ側コンタクト層であってもよい。第１クラッド層、第２クラッド層、第２コンタクト層についてもｎ側、ｐ側を限定しない。本発明の窒化物半導体は上記層構成を少なくとも備えているものであって、前記層間に他の機能を有する層、例えばクラック防止層や光ガイド層を介してもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の構成について以下に説明するが、本発明は、以下に示す実施の形態に示される窒化物半導体レーザ素子構造に限定されるものではない。
【００３４】
本実施形態における窒化物半導体レーザ素子は、積層された窒化物半導体にリッジ構造を形成している窒化物半導体レーザ素子であって、リッジ側面に設けられた絶縁膜およびリッジ凸部に設けられた電極の密着性に優れ、且つ半導体層とオーミック接触させる界面での抵抗の低い電極構造とするものである。
【００３５】
（電極１２０，１３０）
本発明における電極は、ｐ側電極１２０、ｎ側電極１３０に限定しない。そのため、窒化物半導体レーザ素子のｐ側電極１２０とｎ側電極１３０の両方に設けても良く、どちらか一方でもよい。図２は、ｐ側電極１２０について例示しているが、ｎ側電極１３０についても本発明は同様に適用可能である。
【００３６】
該電極１２０は、金属層を少なくとも２層以上積層した多層構成としており、具体的には半導体層（窒化物半導体）と接した界面にある金属層１２１は、白金属元素からなる（図２）。単一元素から成る金属層に限らず、白金族元素における同族元素で構成された合金化層（Ｒｕ−Ｏｓ層、Ｒｈ−Ｉｒ層、Ｐｄ−Ｐｔ層）であってもよい。前記電極１２０を多層構成とする場合、白金属元素からなる金属層１２１上には、中間層１２２として多層膜又は合金膜としてもよい（図２）。好ましくは、前記電極を構成する最上層の金属層１２３は白金族元素から成ることである。以上より、本発明の電極１２０は、金属膜１２１からなる単層構成、金属膜１２１／中間層１２２／最上層の金属膜１２３からなる３層構成、あるいは金属膜１２１／最上層の金属膜１２３からなる２層構成をとることができる。
【００３７】
電極１２０の金属膜１２１は、白金族元素からなる。白金族元素は安定材料であって、それ自身が変質しにくいため半導体層とのオーミック接触が可能であり、また窒化物半導体との密着性もよい。しかしながら、絶縁膜１１３との密着性は必ずしも良くなく、特に、酸化物系の絶縁膜とは密着性が低く、前記界面Ｂｔで剥がれが生じやすいという性質を有する。そこで、本発明では熱処理工程で前記金属層１２１と絶縁膜１１３との密着性を向上させる。
【００３８】
電極１２０の中間層１２２は、上下を安定な白金属元素からなる金属層１２１、最上層１２３で挟まれているため、金属層１２１等と同一の白金属元素からなる材料に限定されず、白金属元素と異なる材料であっても構わない。中間層１２２には金属層１２１として用いることができない材料であっても、白金族元素から成る金属層１２１，１２３に挟まれることで安定となり、電極特性を向上させる材料等を用いることもできる。中間層１２２として好ましい材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ及びこれらの酸化物、窒化物等を用いた単層膜、或いは多層膜とすることができる。
【００３９】
中間層１２２は、白金族元素からなる金属層１２１、最上層１２３との界面に最適な材料を配して前記金属層１２１と最上層１２３との特性を落とさずに機能分離をするものである。また白金族元素系の層だけでは十分ではない特性を補う層として機能させることができる。例えば、中間層１２２を介在させることで電極の膜厚を厚くして放熱性を向上させることができる。該電極を３層以上の多層膜とすることで、単一組成の層で膜厚を厚くする場合に比べて応力を緩和させることもできる。特に、ＬＤのリッジに形成される電極（例えば、ｐ側電極１２０）は、極めて幅の狭い領域に形成され、しかも、その膜質によりリッジにかかる負荷が大きく左右されるが、多層構造としてリッジにかかる応力を緩和することで信頼性に優れたＬＤ特性を得ることができる。また、光吸収係数を変化させることができるため、光学特性を制御することもできる。
【００４０】
電極１２０を形成後の最上層１２３の表面は、熱処理時に外気に曝露されているため、外気とも反応することになる（図２）。但し、最上層１２３が上記のような白金族元素系の層であると、外気と反応しにくく、特に、絶縁性の高い酸化物を形成しにくい。そのため最上層１２３は、該電極１２０上に接して形成されるパッド電極１４０との界面に不純物が存在しにくい構造となり、安定した駆動特性を可能とする。
【００４１】
また最上層１２３が白金族元素からなる層であるため、該最上層１２３には触媒作用がある。その触媒作用によって、系外への酸素の移動を金属層１２１や中間層１２２と最上層１２３との界面付近で行うことができる。これにより、最上層１２３の内部反応や、金属層１２１と半導体層との反応に関与する酸素（外気）を適正な量に制御して、電極層内の界面を安定にすることができる。このように、表面に形成される白金族元素の最上層１２３は、熱処理時に下層の合金化を安定に行うためのキャップ層として作用する。更に白金族元素からなる最上層１２３は、パッド電極１４０と安定した界面を形成する。しかしながら、絶縁膜１１３との密着性は必ずしも良くなく、特に、酸化物系の絶縁膜とは密着性が低く、剥がれやすいという性質を有する。
【００４２】
例えば、半導体層の上に、Ｐｄから成る金属層１２１、Ｎｉ／Ａｕからなる中間層１２２、Ｐｔからなる最上層１２３とからなる電極１２０とする。該電極１２０の構成であれば、金属層１２１が白金族元素のＰｄであるため界面Ｂｓにおける熱変質を低減して、信頼性に優れた素子とすることができ、また、中間層１２２の上に設けられる最上層１２３上の白金族元素層によって、酸素の介在確率の極めてすくない界面をパッド電極１４０との間に形成し、低抵抗な電極構造とすることができる。
【００４３】
電極１２０，１３０を多層構造にする場合の好ましい組み合わせとしては、Ｐｄ／Ｐｔ、Ｉｒ／Ｐｔ、Ｒｕ／Ｐｔ、Ｒｒ／Ｐｔ、Ｏｓ／Ｒｕ、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ、Ｐｔ／Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ａｕ／Ｒｈ、Ｒｈ／Ｎｉ／Ｖ／Ｉｒ等を挙げることができる。
【００４４】
電極１２０，１３０を構成する膜厚としては、多層構成としても総膜厚では３００Å〜１００００Å、好ましくは３００Å〜５０００Åとする。総膜厚を３００Å〜５０００Åとすることで、シート抵抗を低くすることができる。
【００４５】
電極１２０と界面Ｂｓを形成する半導体層（窒化物半導体）をｐ型窒化物半導体層とすれば、該半導体層の最上層はｐ型コンタクト層１１２となる。ｐ型コンタクト層１１２上に形成される金属層１２１の膜厚としては、１００Å〜５０００Åが好ましく、更に好ましくは５００Å〜３０００Åであり、特に好ましくは１０００Å〜２５００Åである。金属層１２１の膜厚が上記範囲内を外れると、オーミック特性が損なわれるので好ましくない。最上層１２３の膜厚は１００Å〜５０００Åが好ましい。この範囲であれば、最上層１２３はキャップ作用と触媒作用を有するからである。また中間層１２２の膜厚は、電極１２０の総膜厚から金属層１２１、最上層１２３の膜厚を除いた膜厚範囲内であれば、特に限定されない。
【００４６】
これらの電極材料は、熱処理を行うことで、合金化されると共に、半導体層と良好なオーミック接触を得ることができ、また絶縁膜１１３との界面Ｂｔにおける密着性も向上する。熱処理温度としては、３５０℃〜１２００℃の範囲が好ましく、更に４００℃〜７００℃が好ましく、特に好ましくは４５０℃〜６５０℃の範囲である。
【００４７】
上記以外の熱処理の条件としては、雰囲気ガスを酸素、及び／又は窒素を含有する雰囲気とする。そのため、不活性ガス、例えばＡｒを含有する雰囲気や大気条件での熱処理も可能である。
【００４８】
絶縁膜１１３の材料としては上記Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でもＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂの酸化物、ＢＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮを用いることが特に好ましい。また、絶縁膜１１３の膜厚としては、具体的には、１００Å以上１μｍ以下の範囲、好ましくは５００Å以上５０００Å以下の範囲とすることである。なぜなら、絶縁膜１１３の膜厚が１００Å未満であると、電極の形成時に、十分な絶縁性を確保することが困難だからである。また、１μｍ以上であると、絶縁膜にクラックが発生して膜の均一性が失われ、良好な絶縁膜とならないからである。また、前記好ましい膜厚の範囲にあることで、絶縁膜１１３はリッジ側面Ｒｔから半導体層の表面Ｆにおいて、リッジとの間に屈折率差を安定させた均一な膜質で形成される。
【００４９】
また、半導体層と接する電極１２０，１３０とは別に、ワイヤをボンディングさせるための引き出し用の電極としてパッド電極１４０，１４１が各電極上に設けられている。絶縁性の基板１０１を用いている場合はｐ側電極１２０とｎ側電極１３０が同一面側に設けられているので、その両方にパッド電極１４０，１４１が設けられる。ｎ側電極１３０の場合は、比較的オーミック接触させやすいので、オーミック電極を取り出し用の電極としてワイヤを設けたり、或いはパッド電極を直接半導体層に形成することも可能である。また、パッド電極の上に、ワイヤではなく、外部電極等と接続させるためのメタライズ層を形成させることで、フェイスダウンでも用いることができる。
【００５０】
パッド電極１４０は、電極１２０と動作部において接するように形成されていればよく、それぞれの全面において接続されていなくてもよい。レーザ素子は電極１２０とパッド電極１４０とがリッジ上部で接合されるようにすることで、界面抵抗による動作電圧上昇を抑制することができる。電極よりも後工程で設けられるオーミック電極は、その底面全面と電極とが接するように形成してもよく、或いは、その一部が電極の上に形成され、他の部分が半導体層上若しくは絶縁膜１１３上に接するように設けてもよい。
【００５１】
また、ｎ側及びｐ側のパッド電極１４０，１４１の電極材料としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ、及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。最上層はワイヤ等を接続させるのでＡｕを用いるのが好ましい。そして、このＡｕが拡散しないようにその下層には拡散防止層として機能する比較的高融点の材料を用いるのが好ましい。
【００５２】
パッド電極１４０を多層構成する場合に、電極１２０の最上層ｃをＰｔとすれば、パッド電極１４０の最初の層にＰｔを用いることが好ましい。電極１２０の最上層１２３とパッド電極１４０の最初の層に同一材料を用いることで、電極とパッド電極間の界面抵抗が発生することを抑制し、優れた密着性を実現できるからである。パッド電極１４０，１４１の膜厚としては、総膜厚として１０００Å〜２００００Åが好ましく、更に好ましくは５０００Å〜１５０００Åの範囲である。
【００５３】
窒化物半導体レーザ素子では、半導体層に形成されるリッジのストライプ方向においては、電極はストライプ状の導波路領域と平行になるようストライプ状に形成するのが好ましいが、これに限られるものではない。すなわち、電極の形状がストライプ状でなくても、半導体層との接触領域がストライプとなるように形成されていればよい。また、ストライプと平行な方向の導波路領域の全領域に渡るように設けるのが好ましいが、電極形成時のフォトリソ工程や、後工程でのチップ化工程等を考慮して、端部から離間するようにするなど、好ましい大きさ及び形状を選択することができる。
【００５４】
また、本発明の電極構成であれば、電極やパッド電極が分解等をすることはない。リッジ上部を接続部とすることで、パッド電極に注入された電流を、該電極を介して効率よく半導体層に流すことができる。そのため、導波路領域への光の閉じ込めを安定にしてレーザ光のビーム形状を良好に維持することができ、閾値が安定になると共に、動作電圧も安定にすることができる。
【００５５】
リッジと垂直な方向においては、電極１２０はリッジ上部に形成されているのが必要である。また、電極１２０は、リッジから遠く離間する領域にまで形成しなくてもよく、リッジの幅と同一、或いは、それよりも大きい幅で形成させる。また、リッジの左右で同一長さとなるように形成するのが好ましい。また、ストライプの全領域に渡って、同一幅で形成するのが好ましい。
【００５６】
以上の構成（材料）により形成されたレーザ素子（図１）は、絶縁性に優れた素子とすることができるので、高出力時の信頼性に優れた素子とすることができる。
【００５７】
実施の形態１
図１は本発明の一実施形態を示す断面図であり、図２はリッジ構造および電極構造の一例を示す部分拡大図である。図３は、本発明に係る製造工程の一例を示す断面図である。基板１０１上に、ｎ型窒化物半導体層Ｑｎ、活性層Ｑａ、ｐ型窒化物半導体層Ｑｐが積層され、ｐ型窒化物半導体層Ｑｐにストライプ状のリッジが設けられた半導体レーザ素子（ＬＤ）である。リッジは、ｐ型窒化物半導体層Ｑｐの一部をエッチング等の手段により除去することで形成することができ、これにより実効屈折率型の導波路を形成することができる。リッジは、底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆にリッジ底面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、これらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅がほぼ同じである必要はない。また、このようなリッジを形成した後にリッジ表面に半導体層を再成長させた埋め込み型のレーザ素子であってもよい。
【００５８】
リッジの側面及びそのリッジから連続するｐ型窒化物半導体層Ｑｐの上面にかけて絶縁膜１１３が形成されている。リッジ上面Ｒｓ及び絶縁膜１１３の上面にはｐ側電極１２０が設けられている。また、ｎ型窒化物半導体層Ｑｎの上面にはｎ側電極１３０が設けられている。ｎ側電極１３０の上部に開口部を有する第２の絶縁膜１１４が、絶縁膜１１３の上部にまで連続するよう設けられている。ｐ型窒化物半導体層Ｑｐの上部には、第２の絶縁膜１１４及びｐ側電極１２０と接するｐ側のパッド電極１４０が設けられている。また、ｎ側電極１３０上にもｎ側のパッド電極１４１が設けられている。
【００５９】
ｐ側電極１２０は、絶縁膜１１３上を広く覆う領域に形成され、ｐ側電極１２０のリッジ以外から離間する領域の上の一部を被覆するよう第２の絶縁膜１１４が形成されている。そして、ｐ側のパッド電極１４０は、ｐ側電極１２０と第２の絶縁膜１１４との上に渡って形成されている。すなわち、本実施形態においては、ｐ側のパッド電極１４０は絶縁膜１１３とは接しないように設けられている。リッジの深さ（高さ）や絶縁膜１１３の光学特性によって、導波路領域への光の閉じ込めは変化するが、絶縁膜１１３を厚くすることでそれらを制御可能な場合は、ｐ側電極１２０の形成領域を大きくし、広い範囲に渡ってパッド電極１４０と密着させることで、熱が集中するのを抑制し、電極１２０とパッド電極１４０との間の接合層領域を大きくして、密着性に優れた電極とすることができる。
【００６０】
また、上記リッジのストライプ方向を共振器方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、劈開又はエッチング等によって形成することができる。劈開で形成させる場合は、基板や半導体層が劈開性を有していることが必要であり、その劈開性を利用すると優れた鏡面を容易に得ることができる。また、劈開性がなくても、エッチングによって共振器面を形成させることができ、この場合はｎ電極形成面を露出させる際に同時に行うことで、少ない工程で得ることができる。また、リッジ形成と同時に形成することもできる。このように各工程と同時に形成させることで工程を少なくすることができるが、より優れた共振器面を得るためには、別工程を設けるのがよい。また、このように劈開やエッチングによって形成した共振器面は、活性層の発光波長を効率良く反射させるために、単一膜又は多層膜からなる反射膜を形成させることもできる。共振器面の一方は比較的高反射率の面からなり主として光を導波路領域内に反射する光反射側共振器面として、もう一方は比較的低反射率の面からなり主として外部に光を出射する光出射側共振器面として機能している。
【００６１】
本実施形態では、絶縁膜１１４はｐ側電極１２０を部分的に覆うように設けられている。ｐ側電極１２０の形成領域は、ｐ型窒化物半導体層Ｑｐの上面を広い範囲に渡って覆うように形成することができる。このとき、絶縁膜１１４と、ｐ側電極１２０との密着性が良好であれば問題はないが、密着性が悪い場合は、ｐ側電極１２０の形成領域を大きくすることで、剥がれやすくなるという問題が生じる場合がある。
【００６２】
絶縁膜１１３は、電流の注入領域をリッジ上面に限定するために設けているものであるが、導波路領域に近接して設けられているため光の閉じ込め効率にも作用するものであるので、むやみに膜厚を厚く形成することもできない。用いる絶縁膜材料によっては、膜厚を薄くする必要がある。絶縁膜１１３を薄く形成する場合は、絶縁性がやや弱くなる部分が存在することもあるが、そのような場合でも、本実施形態のようにｐ側のパッド電極１４０と絶縁膜１１３との間の、第２の絶縁膜１１４を比較的リッジに近い領域まで介在させることで、電流注入領域をリッジ近傍に制御することができる。
【００６３】
また、パッド電極１４０は、第２の絶縁膜１１４と接しないように形成することもできる。特に、フェイスダウンで用いる場合、パッド電極に熱が加わるが、その際に、体積が大きくなり、また、圧力が加わることでパッド電極材料が側面方向に流出しやすくなる。そのため、第２の絶縁膜１１４と離間させるようにすることで、ｐ側のパッド電極材料が側面方向に流出して短絡が生じるのを防ぐことができる。
【００６４】
絶縁膜１１３の材料としてはＳｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でもＺｒ、Ｈｆ、Ｎｂの酸化物、ＢＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮを用いることが特に好ましい。
【００６５】
また、絶縁膜１１３の膜厚としては、具体的には、１０Å以上１００００Å以下の範囲、好ましくは１００Å以上５０００Å以下の範囲とすることである。なぜなら、１０Å以下であると、電極１２０の形成時に、十分な絶縁性を確保することが困難で、１００００Å以上であると、かえって保護膜の均一性が失われ、良好な絶縁膜とならないからである。また、前記好ましい範囲にあることで、リッジ側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を有する均一な膜が形成される。
【００６６】
第２の絶縁膜１１４は、ｐ側電極１２０の、リッジ上部を除く全面に設けることができ、エッチングによって露出されたｐ型半導体層Ｑｐ及び活性層Ｑａの側部端面にも連続するように設けるのが好ましい。好ましい材料としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でも特に好ましい材料として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を挙げることができる。
【００６７】
【実施例】
以下、実施例として窒化物半導体レーザ素子について説明するが、本発明において、半導体層を構成するｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層のデバイス構造としては特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。デバイスの構造としては、例えば後述の実施例に記載されているレーザのデバイス構造等が挙げられる。窒化物半導体の具体的な例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体、更には、これらにＢ、Ｐ、Ａｓ等が含まれるもの等を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【００６８】
［実施例１］
（基板１０１）
基板１０１は、Ｃ面を主面とするサファイア基板を用いる。基板１０１としては特にこれに限定されるものではなく、必要に応じてＲ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、ＧａＮ基板等種々の基板を用いることができる。
【００６９】
（バッファ層１０２）
次いで、温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＳｉドープのＧａＮよりなるバッファ層１０２を２００Åの膜厚で成長させる。
【００７０】
（下地層１０３）
バッファ層１０２を成長後、温度１０５０℃でアンドープのＧａＮ層を２．５μｍで成長させ、ＳｉＯ２よりなる保護膜を０．２７μｍの膜厚で形成する。このＳｉＯ２保護膜は、エッチングによりストライプ状の開口部（非マスク領域）を形成する。この保護膜は、ストライプ幅が６μｍでオリフラ面と略垂直（垂直から左右に±０．０１〜０．５°の範囲以内）な方向になるよう形成し、保護膜と開口部との割合は、６：１４となるようにする。次いで、アンドープのＧａＮ層を１５μｍの膜厚で成長させる。このとき、開口部上に成長されたＧａＮ層は、ＳｉＯ２上に横方向成長しており、最終的にはＳｉＯ２上方向でＧａＮが合わさるように成長されている。その他の下地層１０３としては、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体層に凹凸を形成した後、その上に窒化物半導体層を横方向成長させたものでもよい。
【００７１】
（ｎ型コンタクト層１０４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープのｎ−Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０４を第１コンタクト層として３．５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層１０４の膜厚は２〜３０μｍであればよい。また、ｎ型コンタクト層１０４は２層構造として、最初の第１のｎ型コンタクト層をアンドープ層とし、次に第２のｎ型コンタクト層をｎ型不純物であるＳｉドープ層としてもよい。
【００７２】
（クラック防止層１０５）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＳｉドープのｎ−Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるクラック防止層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層１０５は省略可能である。
【００７３】
（ｎ型クラッド層１０６）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．０５Ｇａ０．０９５ＮよりなるＡ層と、ＳｉをドープしたＧａＮよりなるＢ層をそれぞれ５０Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１１０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層して総膜厚１．１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を第１クラッド層として成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【００７４】
（ｎ型光ガイド層１０７）
次に、前記クラッド層と同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０７を０．１５μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【００７５】
（活性層１０８）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、ＳｉドープのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後にＳｉドープのＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させて総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１０８を成長させる。
【００７６】
（ｐ型電子閉じ込め層１０９）
次に活性層と同様の温度で、Ｎ２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層１０９を３０Åの膜厚で成長させる。次いで、Ｈ２雰囲気中で、ＭｇドープのＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層１０９を７０Åの膜厚で成長させる。
【００７７】
（ｐ型光ガイド層１１０）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層１１０を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１１０はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【００７８】
（ｐ型クラッド層１１１）
続いて、温度を１０５０℃、アンドープのＡｌ０．０８Ｇａ０．９２ＮよりなるＡ層を８０Åの膜厚で成長させ、その上にＭｇドープのＧａＮよりなるＢ層を８０Åの膜厚で成長させる。これを２８回繰り返してＡ層とＢ層とを交互に積層させて、総膜厚０．４５μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層１１１を第２クラッド層として成長させる。ｐ型クラッド層１１１は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【００７９】
（ｐ型コンタクト層１１２）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層１１１の上にＭｇドープのＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１２を第２コンタクト層として１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層１１２はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ側電極１２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層Ｑｐを更に低抵抗化する。
【００８０】
（ｎ型半導体層露出）
以上のようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、図３（ａ）に示すように、最上層のｐ型コンタクト層１１２の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜Ｍ１を形成してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＣｌ２ガスによりエッチングし、ｎ側電極１３０を形成させるｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる。また、このとき、エッチングにより共振器面を形成させてもよい。ｎ型コンタクト層１０４の露出と同時に行うのが好ましいが、別工程で行うこともできる。
【００８１】
（リッジ形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層１１２のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＨＦ３ガスを用いたフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のＳｉ酸化物からなる保護膜を形成する。このＳｉ酸化物の保護膜をマスクとしてＳｉＣｌ４ガスを用いて半導体層１１１，１１２をエッチングする。リッジは、少なくともｐ型クラッド層１１１までエッチングされており、活性層１０８よりも上にリッジストライプが形成される。このとき、リッジの幅は１〜１５μｍの範囲であって、本実施例では１．６μｍとなるようにする。
【００８２】
（絶縁膜１１３）
ＳｉＯ２マスクを形成させた状態で、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる絶縁膜１１３を形成する。この絶縁膜１１３は、ｎ側の電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割され易いように絶縁膜１１３を形成させない部分を設ける。第１の絶縁膜１１３形成後、バッファード液に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、図３（ｂ）に示すように、リッジの上面は露出され、リッジの側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【００８３】
絶縁膜１１３を形成後、ウエハを６００℃で熱処理する。このように、ＳｉＯ２以外の材料を絶縁膜１１３として形成する場合、絶縁膜１１３を形成した後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、絶縁膜１１３が後工程のマスク（主としてＳｉＯ２等）の溶解材料に対して溶解しにくくすることができる。
【００８４】
（ｐ側電極１２０）
次に、ｐ型コンタクト層１１２上のリッジ凸部及び絶縁膜１１３上にｐ側電極１２０をスパッタにより形成する。本実施例では、図２に示したように、ｐ側電極１２０を金属層１２１、中間層１２２、最上層１２３の３層構成とする。まず、ｐ型コンタクト層１１２との接触面には金属層１２１とオーミック接触を取るためにＰｄ（１００Å）で形成させる。次に中間層１２０としてＮｉ（３００Å）、最上層１２３としてＰｔ（１５００Å）を用いる。また、ｎ型コンタクト層１０４面にもｎ側のオーミック接触を取るためのｎ側電極１３０を形成させる。ｎ側電極１３０はＴｉ／Ａｌ（２００Å／８０００Å）からなり、リッジと平行で、かつ、同程度の長さのストライプ状に形成されている。
【００８５】
（熱処理工程）
ｐ側電極１２０とｎ側電極１３０を形成後、酸素と窒素の混合雰囲気中で、６００℃で熱処理する。これにより絶縁膜１１３とｐ側電極１２０との密着性が向上する。
【００８６】
（第２の絶縁膜１１４）
次いで、リッジ上のｐ側電極１２０の全面と、ｎ側電極１３０の上部の一部を覆うレジストを形成する。次いで、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１１４を、ほぼ全面に形成し、リフトオフすることで、ｐ側電極１２０の上面全面とｎ側電極１３０の一部が露出された絶縁膜１１４が、図３（ｃ）に示すように形成される。絶縁膜１１４はｐ側電極１２０を部分的に覆うように形成していが、ｐ側電極１２０から離間するように形成してもよい。
【００８７】
（パッド電極１４０，１４１）
次に、電極１２０，１３０をそれぞれ覆うようにパッド電極１４０，１４１を形成する。このとき、第２の絶縁膜１１４を覆うように形成させるのが好ましい。ｐ側のパッド電極１４０は、最下層がＰｔ（１０００Å）で、その上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（５０〜１０００Å／１０００Å／６０００Å）の順に積層される。また、ｎ側のパッド電極１４１は、下からＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å／１０００Å／８０００Å）で形成される。これらのパッド電極１４０，１４１は、第２の絶縁膜１１４を介してｐ側電極１２０及びｎ側電極１３０にそれぞれストライプ状に接している。ｐ側電極１２０のリッジ部を含む領域が露出するようにレジストを形成し、最下層であるＰｔを形成した後、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる金属層を積層させる。その後、リフトオフによりｐ側のパッド電極１４０を形成する。このとき、ｎ側電極１３０の上にも開口部を有するレジストとすることで、ｐ側パッド電極１４０とｎ側パッド電極１４１を同時に形成させる。また、ｎ側電極１３０の上にも開口部を有するレジストを形成し、ｎ側のパッド電極をＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å／１０００Å／８０００Å）で形成した後、リフトオフによりｎ側のパッド電極１４１が形成される。
【００８８】
（劈開及び共振器面形成）
次いで、前記窒化物半導体が成長した基板を研磨して約１５０μｍの膜厚になるよう調整後、基板裏面にスクライブ溝を形成し、窒化物半導体層側からブレーキングして、劈開することでバー状のレーザとする。窒化物半導体層の劈開面は、窒化物半導体のＭ面（１１−００面）となっており、この面を共振器面とする。
【００８９】
（端面保護膜形成）
上記のように形成された共振器面には、活性層１０８で発生する光を効率よく共振させるために、その表面に端面保護膜を設けるのが好ましい。特に、モニター側の共振器面には、出射側の共振器面と屈折率差を設けるためにも端面保護膜を設けるのが好ましい。具体的な材料として、導体材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、更にはこれらの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物から選ばれたいずれかから選ばれたものを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせた化合物或いは多層膜として用いてもよい。好ましい材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｇａを用いた材料である。また、また、半導体材料としてはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮなどを用いることができる。絶縁体材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮなどの半導体も用いることができる。
【００９０】
本実施例では、端面保護膜としてＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体多層膜を形成させる。光反射側（モニター側）の共振器面には、スパッタ装置を用いてＺｒＯ２からなる保護膜を形成し、次いでＳｉＯ２とＺｒＯ２とを交互に６ペア積層して高反射膜を形成する。ここで、保護膜と、高反射膜を構成するＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜の膜厚は、それぞれ活性層からの発光波長に応じて好ましい厚さに設定することができる。また、光出射側の共振器面には、何も設けなくてもよいし、スパッタ装置を用いてＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２よりなる第１の低反射膜とＳｉＯ２よりなる第２の低反射膜とを形成させてもよい。
【００９１】
最後に、リッジストライプと略平行になるようにスクライブにより溝を形成し、その溝部でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。上記のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、電極の剥がれがなく、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、６５ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９２】
［実施例２］
実施例２では、ｐ側電極１２０をＰｄ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ（３０Å／１００Å／１００Å／１５００Å）の順に形成させる。ｐ側電極１２０を以下のように形成する以外は、実施例１と同様に行う。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、電極の剥がれは確認されず、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、６５ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９３】
［実施例３］
実施例３では、密着層を形成させる。実施例１において、第１の絶縁膜１１３上に、ｐ側電極１２０をＰｄ／Ｐｔ（３００Å／５００Å）で形成させる。次いで、第２の絶縁膜１１４としてＳｉＯ２／ＴｉＯ２（５００Å／８００Å）の２ペアからなる多層膜を形成させるが、このとき本実施例ではｐ側電極１２０と約５μｍ離間するよう形成させる。次いで、密着層としてＴｉ／Ｐｔ（１００Å／５００Å）を、ｐ側電極１２０の一部の上と、ｐ側電極１２０と第２の絶縁膜１１４との間に露出している第１の絶縁膜１１３上と、第２の絶縁膜１１４上とに渡るように形成させる。そして、ｐ側電極１２０の上から密着層上に渡ってｐ側のパッド電極１４０としてＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（１０００Å／１００Å／１０００Å／６０００Å）で形成させる。他の工程は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。上記のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、電極の剥がれは確認されず、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、６５ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９４】
［実施例４］
実施例４では、実施例１において、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃で熱処理して、ｐ型層Ｑｐを更に低抵抗化する以外は、実施例１と同様に行う。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、６５ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９５】
［実施例５］
実施例５では、実施例１において、ｐ側のパッド電極１４０を以下の条件で形成する。第２の絶縁膜１１４を覆うようにスパッタによりｐ側のパッド電極１４０を形成させる。ｐ側のパッド電極１４０は、最下層がＰｔ（１０００Å）で、その上にＴｉ／Ａｕ（１０００Å／６０００Å）が形成される。また、ｎ側のパッド電極１４１は、下からＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å／１０００Å／６０００Å）で形成される。パッド電極１４０，１４１は、第２の絶縁膜１１４を介してｐ側電極１２０及びｎ側電極１３０にそれぞれストライプ状に接している。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、電極の剥がれは確認されず、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、６５ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。
【００９６】
［実施例６］
実施例６では、図４に示すように、基板１０１に導電性のＧａＮ基板を用いる。ＧａＮ基板１０１の膜厚は３００μｍであって、単位面積あたりの結晶欠陥は１×１０６個／ｃｍ２以下である。該ＧａＮ基板１０１の裏面にｎ側電極１３０及びｎ側のパッド電極１４１を実施例１と同様の条件で形成する。また、他の条件も実施例１と同様とすることで、６５ｍＷ以上の高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能な半導体レーザ素子を得る。
【００９７】
以上の説明では、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子を例示したが、、本発明は発光ダイオード等の発光素子、フォトダイオードなどの受光素子やＦＥＴなどの回路素子など、各種の半導体素子にも適用可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳説したように、大電流を投入した駆動時においても電極と半導体層との接触抵抗が低く、且つ密着性もよく、更に絶縁膜と電極との界面において、密着性や機械的強度に極めて優れており、リッジのストライプ方向における電極での光閉じ込めが安定であるレーザ素子特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るリッジ構造および電極構造の一例を示す部分拡大図である。
【図３】本発明に係る製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】導電性基板を用いた半導体レーザ素子の一例を示す断面図である。
【図５】リッジ構造および電極構造の典型例を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
１０１・・・基板、１０２・・・バッファ層、１０３・・・下地層、１０４・・・ｎ型コンタクト層、１０５・・・クラック防止層、１０６・・・ｎ型クラッド層、１０７・・・ｎ型光ガイド層、１０８・・・活性層、１０９・・・ｐ型電子閉じ込め層、１１０・・・ｐ型光ガイド層、１１１・・・ｐ型クラッド層、１１２・・・ｐ型コンタクト層、１１３・・・絶縁膜、１１４・・・第２の絶縁膜、１０８・・・活性層、１２０・・・ｐ側電極、１４０，１４１・・・パッド電極
【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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