(57)【要約】【課題】連続発振して、長寿命を保持できる窒化物半導体レーザを提供する。【解決手段】窒化物半導体レーザ素子は、サファイア基板１上部に、ｎ型窒化物半導体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４を順に有し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成されたリッジストライプの幅の中央線ａは、サファイア基板に向かう鉛直方向で、活性層の中央線ｂとずれてなり、且つ正電極５とｎ型窒化物半導体層側に有する負電極７とを同一面側に備える。この窒化物半導体レーザ素子は、少なくとも窒化物半導体層にはＩｎを含有する層を有しており、かつ正電極上にパッド電極６を有し、該パッド電極６と電気的に接続されるボンディングワイヤーは、ボンディングの中心から基板に向かう鉛直線ｃがリッジストライプの中央線とずれるように、負電極７と離れた側にワイヤーボンディングされている。【選択図】図１
2004146854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　サファイア基板(1)上部に、ｎ型窒化物半導体層(2)と、活性層(3)と、ｐ型窒化物半導体層(4)を順に有し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成されたリッジストライプの幅の中央線(a)は、前記サファイア基板に向かう鉛直方向で、活性層の中央線(b)とずれてなり、且つ正電極(5)とｎ型窒化物半導体層側に有する負電極(7)とを同一面側に備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
　少なくとも前記窒化物半導体層にはＩｎを含有する層を有しており、かつ前記正電極上にパッド電極(6)を有し、該パッド電極(6)と電気的に接続されるボンディングワイヤーは、ボンディングの中心から基板に向かう鉛直線(c)が前記リッジストライプの中央線とずれるように、負電極(7)と離れた側にワイヤーボンディング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】
　前記リッジストライプ幅の中央線(a)が、活性層幅の中央線(b)よりも負電極側に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３】
　前記Ｉｎを含有する層は、ｎ型窒化物半導体層(2)内に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
　窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これらの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）のＩｎＧａＮよりなる活性層を有するダブルへテロ構造を有している。青色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を増減することで決定されている。
【０００３】
　また、本出願人は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温での４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Appl.Phys.Lett., Vol.69, No.10, 2 Sep. 1996, p.1477-1479）。このレーザ素子はサファイアＡ面上に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に形成され、そのｐ型窒化物半導体層の一部にリッジストライプが形成された構造を有しており、例えばパルス電流（パルス幅１μｓ、パルス周期１ｍｓ、デューティー比０．１％）で、閾値電流１８７ｍＡ、閾値電流密度３ｋＡ／cm2において、４１０ｎｍのレーザ光を発振する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　このように世界で初めて窒化物半導体により短波長のレーザ光源が出現したわけであるが、未だパルス発振であり、連続発振させるためには、さらに改良が必要である。具体的には閾値電流をもっと下げて発熱量を少なくして、長寿命とする必要がある。従って、本発明はこのような事情を鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、連続発振して、長寿命を保持できる新規な窒化物半導体の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　本発明の窒化物半導体レーザ素子は、サファイア基板１上部に、ｎ型窒化物半導体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４を順に有し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成されたリッジストライプの幅の中央線ａは、サファイア基板に向かう鉛直方向で、活性層の中央線ｂとずれてなり、且つ正電極５とｎ型窒化物半導体層側に有する負電極７とを同一面側に備える。この窒化物半導体レーザ素子は、少なくとも窒化物半導体層にはＩｎを含有する層を有しており、かつ正電極上にパッド電極６を有し、該パッド電極６と電気的に接続されるボンディングワイヤーは、ボンディングの中心から基板に向かう鉛直線ｃがリッジストライプの中央線とずれるように、負電極７と離れた側にワイヤーボンディングされている。リッジストライプ幅の中央線ａは、活性層幅の中央線ｂよりも負電極側とすることができる。またＩｎを含有する層は、ｎ型窒化物半導体層２内に備えることができる。
【発明の効果】
【０００６】
　本発明によると、絶縁膜形成後、正電極の上に接続したパッド電極は、絶縁膜を介して正電極の表面積よりも広い面積で形成することより、コンタクト層とオーミック接触が得られていなくてもよく、単に正電極と電気的に接続するだけでよい。また両方の電極が同一面側にある場合には、実質的な電極間距離が短くなって閾値が低下する。さらにまた、本発明の好ましい態様として、実施例に述べたように活性層以外のｎ型層、ｐ型層の少なくとも一方に膜厚１００オングストローム以下の窒化物半導体層よりなる第１の層と、第１の層と異なる組成を有する第２の層とが積層されてなる超格子層を有することにより、結晶性が良くなるため、長寿命なレーザ素子を実現できる。このように本発明によると、短波長のレーザ素子が実現できるようになり、ＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読みとり光源として、また光ファイバー等の通信用光源としてその産業上の利用価値は多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
　図１及び図２は本発明のレーザ素子を説明するためのレーザ素子の構造を示す斜視図である。図１は基板１にサファイア、スピネルのような絶縁性基板を使用した場合のレーザ素子を示し、図２は基板１にＧａＮ、Ｓｉ、ＧａＡｓのような導電性、若しくは半導体基板を使用した場合のレーザ素子を示しており、同一符号は同一部材を示している。
【０００８】
　本発明において、活性層３と基板１との間に形成されるｎ型窒化物半導体層２は、ｎ型の窒化物半導体層を少なくとも１層有していれば良いし、また複数層を有していても良い。例えばレーザ素子であれば、活性層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ型窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込め層等が形成されて、複数のｎ型層からなるのが通常である。同様に活性層３と正電極５との間に形成されるｐ型窒化物半導体層４も少なくとも一層、若しくは複数層を有していれば良く、通常はｎ層側と同じく、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいｐ型窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込め層が形成され、一般に分離閉じ込め型のダブルへテロ構造とされている。活性層３は通常、その活性層が接するｎ型窒化物半導体層、及びｐ型窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体で形成され、レーザ素子の場合では互いにバンドギャップエネルギーの異なる膜厚１００オングストローム以下の窒化物半導体層が積層された多重量子井戸構造とされる。
【０００９】
　ｐ型窒化物半導体層４の一部に形成されるリッジストライプ４’は活性層の発光をリッジ下部に集中させて閾値電流を低下させる作用がある。図では台形で示した４’部分がリッジストライプに相当する。なお、この図ではｐ型窒化物半導体層の一部が順メサエッチされて台形のリッジ部を有しているが、特に台形でなくても長方形、また逆メサエッチによる逆台形でも良い。リッジのストライプ幅は３０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下に調整する。なお本発明においてリッジのストライプ幅とは、図のように台形のリッジであれば下底の広い辺（下底）の方の幅を指すものとする。本発明のレーザ素子ではリッジストライプに沿ったｎ型、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層領域、活性層領域が導波路領域に相当する。ｐ型窒化物半導体層のリッジ部分はＡｌを含む窒化物半導体層から上、望ましくはｐ型の窒化物半導体よりなる光閉じ込め層を含んでその層から上のｐ型窒化物半導体層をリッジストライプとすることが好ましい。
【００１０】
　次に本発明の請求項でいうリッジストライプの中央線ａとは、図１及び図２に示すようにX1＝X2に相当するストライプ幅の中心点から、ストライプに沿った線を指す。
【００１１】
　一方、活性層幅の中央線ｂとは、同じく図１及び図２に示すように、リッジ下部にある活性層３の短辺に相当する中心点、即ち、Y1＝Y2に相当する点から、リッジストライプの中央線ａと平行な活性層の中央線を指す。
【００１２】
　図３は図１のレーザ素子の断面図を示し、図４は図２のレーザ素子の断面図を示し、いずれもリッジストライプに対して垂直な方向で素子を切断した際の図を示している。本発明の請求項でいうリッジストライプ幅の中央線（ａ）が、基板に向かう鉛直方向で、活性層幅の中央線（ｂ）とずれているとは、即ち、図３乃至図４に示すように、リッジストライプの中央線（ａ）から基板に向かって降ろした鉛直線（ａ’）と、活性層幅の中央線（ｂ）から基板に向かって降ろした鉛直線（ｂ’）とが、ストライプに垂直な断面において全てずれていることである。このように、リッジストライプの中心を活性層の中心からずらすことにより、リッジ部に外部からの応力が加わるのを少なくしてリッジ部の結晶を破壊しないので、レーザ素子の寿命を長くすると共に、低閾値で発振可能となる。
【００１３】
　さらに、本発明のレーザ素子ではリッジ最上部に形成した正電極５と電気的に接続したボンディング用のパッド電極６を設けている。パッド電極６は実質的に正電極５の表面積を大きくしてワイヤーボンディング、ダイボンディング等のボンディング時にレーザ素子を他の部材と接続しやすくしている。本発明に係る素子では、このパッド電極６に例えば金線、アルミニウム線、銀線等よりなるワイヤー８でもってワイヤーボンディングされており、このワイヤーボンディングの中心からの鉛直線ｃが前記リッジストライプの中央線ａとずれるようにされている。なおワイヤーボンディングの中心とは、図３及び図４に示すようにワイヤーがボールと接する点を指し、その点からの鉛直線ｃが、リッジストライプの中央線ａと断面方向で一致していないことを特徴としている。レーザ素子の正電極側にワイヤーボンディングすると、ワイヤー接続時に衝撃が係る。この衝撃がリッジストライプの真上に係ると、リッジ部の窒化物半導体の結晶が損ねられる可能性がある。特に窒化物半導体はダイヤモンドに近い非常に硬い物質であるため、衝撃が直接リッジのような微小領域に係ると、そのリッジ内部の結晶が他の半導体に比べて壊れやすい。しかしながら、本発明のレーザ素子ではリッジ部とボンディング部をずらしてあるため、リッジには直接真上から衝撃を受けないので、結晶が壊れにくくなって、素子寿命が長くなる。
【００１４】
　さらにまた、請求項のレーザ素子は図１及び図３に示すように、ｐ型窒化物半導体層４側には正電極５と、ｎ型窒化物半導体層２側には負電極７とが形成されており、その正電極５と負電極７とが同一面側にある。同一面側に正電極５と負電極７とがある場合、リッジストライプ幅の中央線ａを活性層幅の中央線ｂよりも負電極７側に接近させることにより、閾値が低下する。図３で示すと、リッジ中央の鉛直線ａ’が活性層幅中央の鉛直線ｂ’よりも負電極７に接近していることを意味する。これは正電極５と負電極７との間の距離が実質的に短くなって、窒化物半導体電極間のシリーズ抵抗が小さくなるために、閾値電流が低下する。正電極５に接近した側にある負電極７の端面と、リッジ中央の鉛直線ａ’との距離は２００μｍ以下、さらに好ましくは１５０μｍ以下、最も好ましくは１００μｍ以下に調整することが望ましい。
【実施例】
【００１５】
　以下実施例において本発明を詳説する。図５は本発明の一実施例のレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図３及び図４と同じく、リッジストライプに垂直な方向、即ちレーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の構造を示すものである。以下、この図面を元に本発明の素子を説明する。なお、本明細書において示す一般式ＩｎXＡｌYＧａ1−X−YＮは単に窒化物半導体の組成比を示すものであって、例えば異なる層が同一の一般式で示されていても、それらの層のX値、Y値等が一致しているものではない。
［実施例１］
【００１６】
　サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。基板１にはサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。絶縁性基板を用いた場合は、正電極と負電極とは同一面側から取り出されるが、導電性基板の場合は図２、図４に示すように基板裏面側から負電極を形成することもできる。但し導電性基板を用いても、同一面側に正と負の電極を取り出す構造としても良い。
（バッファ層２０１）
【００１７】
　続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２０１を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層２０１はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が、９００℃以下の温度で、０．１μｍ以下、好ましくは数十オングストローム〜数百オングストロームで形成できる。このバッファ層は基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和するために形成されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の種類等によっては省略することも可能である。
（ｎ型コンタクト層２０２）
【００１８】
　バッファ層２０成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２０２を６μｍの膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層２０２はｎ型のＩｎXＡｌYＧａ1−X−YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成でき、その組成は特に問うものではないが、好ましくはｎ型ＧａＮ、Y値が０．１以下のＡｌXＧａ1−XＮとすると負電極７と良好なオーミックが得られやすい。
（クラック防止層２０３）
【００１９】
　次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層２０３を５００オングストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層２０３はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。なおこのクラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層２０３は成長方法、成長装置等の条件によっては省略することもできる。
（ｎ型クラッド層２０４）
【００２０】
　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、ＮＨ3、ＳｉＨ4を用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オングストロームとＳｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の多層膜よりなるｎ型クラッド層２０４を成長させる。このｎ型クラッド層２０４はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮ、若しくはＧａＮまたはＩｎＧａＮを含む第１の層と、第１の層と組成の異なる窒化物半導体よりなる第２の層との積層構造からなる多層膜層を成長させることが望ましい。このように単一膜厚が１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム以下の互いに組成の異なる窒化物半導体層を積層成長させた超格子構造とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連続発振する。このクラッド層としての超格子層は、活性層よりも外側にあるｎ型窒化物半導体層、若しくはｐ型窒化物半導体層の内の少なくとも一方の層に存在させ、好ましくは両方の層に存在させることが望ましい。ｎ型クラッド層２０４全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。
（ｎ型光ガイド層２０５）
【００２１】
　続いて、１０５０℃でＳｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層２０５を０．２μｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層２０５は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。以上説明したように、本発明の請求項において基板上部のｎ型窒化物半導体層２とは、多層のｎ型窒化物半導体層（２０２〜２０５）よりなるものも含む。なお本実施例のように基板とｎ型窒化物半導体層との間にバッファ層２０１を介しても良い。
（活性層３）
【００２２】
　次に、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いて活性層３を成長させる。活性層３は温度を８００℃に保持して、まずＳｉを８×１０18／cm3でドープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度で、Ｓｉを８×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造とする。活性層にドープする不純物は本実施例のように井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。なおｎ型不純物をドープすると閾値が低下する傾向にある。
（ｐ型キャップ層４０１）
【００２３】
　次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャップ層４０１を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層４０１はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、最も好ましくはｐ型とする。ｐ型キャップ層２８の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ型キャップ層４０１中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。またキャリアがこのエネルギーバリアをトンネル効果により通過できなくなる。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1−YＮであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ型キャップ層４０１の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
（ｐ型光ガイド層４０２）
【００２４】
　続いて、１０５０℃で、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたキャップ層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層４０２を０．２μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層４０２は、ｎ型光ガイド層２０５と同じく、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。
（ｐ型クラッド層４０３）
【００２５】
　続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００オングストローム）の多層膜よりなるｐ型クラッド層４０３を成長させる。このｐ型クラッド層４０３も、ｎ型クラッド層２０４と同じく、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、ＡｌＧａＮ若しくはＧａＮ又はＩｎＧａＮよりなる第１の層と、第１の層と異なる組成を有する窒化物半導体よりなる第２の層との積層構造からなる多層膜層を成長させることが望ましい。このようにクラッド層を超格子構造とすると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連続発振する。また活性層の発光を閉じ込めるための光閉じ込め層としても非常に効果的である。ｐ型クラッド層４０３全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。
【００２６】
　本実施例のように量子構造の井戸層を有する活性層を有するダブルへテロ構造の半導体素子の場合、その活性層３に接して、活性層３よりもバンドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒化物半導体よりなるキャップ層、好ましくはＡｌを含む窒化物半導体よりなるｐ型キャップ層４０１を設け、そのｐ型キャップ層４０１よりも活性層から離れた位置に、ｐ型キャップ層４０１よりもバンドギャップエネルギーが小さいｐ型光ガイド層４０２を設け、そのｐ型光ガイド層４０２よりも活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層４０２よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含むｐ型クラッド層４０３を設けることは非常に好ましい。しかもｐ型キャップ層４０１の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定してあるため、キャリアのバリアとして作用することはなく、ｐ層から注入された正孔が、トンネル効果によりｐ型キャップ層４０１を通り抜けることができて、活性層で効率よく再結合し、ＬＤの出力が向上する。つまり、注入されたキャリアは、ｐ型キャップ層４０１のバンドギャップエネルギーが大きいため、半導体素子の温度が上昇しても、あるいは注入電流密度が増えても、キャリアは活性層をオーバーフローせず、ｐ型キャップ層４０１で阻止されるため、キャリアが活性層に貯まり、効率よく発光することが可能となる。
（ｐ型コンタクト層４０４）
【００２７】
　最後に、ｐ型クラッド層４０３の上に、１０５０℃でＭｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層４０４を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層４０４はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1−X−YＮ（０≦X、０≦Y、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、若しくはＭｇをドープしたY値が０．１以下のＡｌYＧａ1−YＮとすれば、正電極５と最も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ型コンタクト層４０４の膜厚は５００オングストローム以下、さらに好ましくは３００オングストローム以下、最も好ましくは２００オングストローム以下に調整することが望ましい。なぜなら、抵抗率が高いｐ型窒化物半導体層の膜厚を５００オングストローム以下に調整することにより、さらに抵抗率が低下するため、閾値での電流、電圧が低下する。またアニール時にｐ型層から除去される水素が多くなって抵抗率が低下しやすい傾向にある。さらに、このコンタクト層４０４を薄くする効果には、次のようなことがある。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層に、膜厚が５００オングストロームより厚いｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層が接して形成されており、仮にクラッド層とコンタクト層の不純物濃度が同じで、キャリア濃度が同じである場合、ｐ型コンタクト層の膜厚を５００オングストロームよりも薄くすると、クラッド層側のキャリアがコンタクト層側に移動しやすくなって、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度が高くなる傾向にある。そのためキャリア濃度の高いコンタクト層に電極を形成すると良好なオーミックが得られる。以上説明したように、本発明の請求項では、活性層から上のｐ型窒化物半導体層４が複数のｐ層（４０１〜４０４）からなるものも含まれる。
【００２８】
　反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００２９】
　アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、ＲＩＥ装置でエッチングを行い、図５に示すように最上層のｐ型コンタクト層４０４と、ｐ型クラッド層４０３とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジストライプを形成する。リッジストライプを形成する際は、予めストライプ幅の中心が後に形成する負電極７に接近しているように設計する。リッジストライプを形成する場合、特に活性層よりも上にあるＡｌを含むｐ型窒化物半導体層以上の層をリッジ形状とすることにより、活性層の発光がリッジ下部に集中して、横モードが単一化しやすく、閾値が低下しやすい。
【００３０】
　次に、リッジストライプの表面と露出しているｐ型クラッド層４０３の表面とにマスクを形成し、同じくＲＩＥでエッチングを行い、図５に示すように負電極７を形成すべきｎ型コンタクト層２０２の表面を露出させる。表面露出後、図５に示すように最上層にあるｐ型コンタクト層４０４のリッジストライプの最上層全面にＮｉとＡｕよりなる正電極５を形成する。なお、ｐ型コンタクト層４０４と好ましいオーミックが得られる正電極５の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙げることができる。一方、先ほど露出させたｎ型コンタクト層２０２に、ＴｉとＡｌよりなる負電極７をリッジストライプと平行に形成する。ｎ型コンタクト層２０２と好ましいオーミックが得られる負電極７の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金を挙げることができる。
【００３１】
　次に、正電極５及び負電極７を形成した位置を除く窒化物半導体層の表面全面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜９を形成する。絶縁膜９形成後、正電極５の上にその正電極５と電気的に接続したＡｕよりなるパッド電極６を、絶縁膜９を介して、正電極の表面積よりも広い面積で形成する。パッド電極６はｐ型コンタクト層と４０４とオーミック接触が得られていなくても良く、単に正電極５と電気的に接続するだけでよい。
【００３２】
　以上のようにして、負電極７と正電極５とを形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側の基板１をラッピングし、基板の厚さを１００μｍとする。ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状とする。このように基板の厚さを１００μｍ以下に薄くすることによって、レーザ素子の放熱性が高まる。
【００３３】
　基板研磨後、研磨面側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に共振器長５００μｍの共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切断してレーザチップとする。このレーザチップの断面図が図５である。この図に示すように、リッジストライプのストライプ幅中央の鉛直線ａ’は活性層幅の中央の鉛直線ｂ’とずれており、さらにリッジストライプのストライプ幅中央の鉛直線ａ’はｂ’よりも負電極７側に接近している。なおリッジストライプ幅中央の鉛直線ａ’と負電極７の端面との距離は５０μｍにしてある。
【００３４】
　さらにこのレーザチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、それぞれの電極を金線よりなるワイヤー８でボンディングする。なおワイヤーボンディング時の位置ｃは、図５に示すようにリッジストライプの位置から離れた位置とする。このレーザチップのレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度３．９ｋＡ／cm2、閾値電圧４．３Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、５０時間以上の寿命を示した。それに対し、リッジストライプを活性層幅の中心位置と一致させ、その真上からワイヤボンディングしたものは、閾値電流、電圧でおよそ５％の上昇が見られ、３０時間以上の寿命であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
　本発明の窒化物半導体レーザを利用して、短波長のレーザ素子としてＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読みとり光源や光ファイバー等の通信用光源として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す斜視図。
【図２】本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す斜視図。
【図３】図１のレーザ素子の断面図。
【図４】図２のレーザ素子の断面図。
【図５】本発明の実施例を説明するためのレーザ素子の構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・基板
２・・・・ｎ型窒化物半導体層
３・・・・活性層
４・・・・ｐ型窒化物半導体層
５・・・・正電極
６・・・・パッド電極
７・・・・負電極
８・・・・ワイヤー
９・・・・絶縁膜
【図１】
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【図２】
2004146854.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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