(57)【要約】【課題】ｎ-タイプ層に比べて抵抗が大きく、オーミックコンタクト形成の難しさを持っているｐ-タイプ層のリッジ構造の代わりに、ｎ-タイプ層にリッジ構造を製作する窒化物半導体のレーザダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は基板、ドーピングされていないＧａＮ層、ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層を順次に蒸着して窒化物半導体層を形成する段階と、前記窒化物半導体層の基板及びドーピングされていないＧａＮ層をラッピングして除去する段階と、前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階とを含む窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法である。従って、本発明によると、n-タイプ層にリッジ構造を容易に形成し、素子のＩ−Ｖ特性を向上させ、熱発生の抑制及び動作寿命の延長等の改善効果がある。【選択図】図５
2005210124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、ドーピングされていないＧａＮ層、ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層を順次蒸着して窒化物半導体層を形成する段階と、
前記窒化物半導体層の基板及びドーピングされていないＧａＮ層をラッピングして除去する段階と、
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階とを含むことを特徴とする窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項２】
固定基板を用いて前記窒化物半導体層を固定させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記固定基板は前記ｐ−タイプ層の上に接着されることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体層を固定させる段階は、前記基板及びドーピングされていないＧａＮ層の除去前に行われることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記固定基板としてＧａＡｓや熱伝導率を有するＳｉを用いることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体層を固定させる段階は、
前記ｐ−タイプ層の上にｐ−オーミックメタルを蒸着する段階と、
前記ｐ−オーミックメタルの上にパッドメタル及びボンディングメタルを蒸着させる段階と、
前記固定基板にボンディングメタルを接着させる段階と、
前記蒸着されたパッドメタルとボンディングメタルとの上に前記ボンディングメタルが蒸着された固定基板を貼り合わせ、かつ熱処理して接着させる段階とを含むことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記ｐ−タイプ層の上のｐ−ＧａＮ層と前記ｐ−オーミックメタルとの間をオーミック状態にするために熱処理する段階を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項８】
前記除去された面の損傷を減らすためにＲＩＥと熱処理を行う段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階は、
前記ｎ−タイプ層の中央部分のみを残して左右をエッチングして除去する段階と、
前記除去された面に絶縁膜を蒸着する段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記左右が除去されるｎ−タイプ層はｎ−クラッド層、ＩｎＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層であることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記リッジ構造の上にｎ−パッドメタルを形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１２】
基板、ドーピングされていないＧａＮ層、ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層を順次蒸着して窒化物半導体層を形成する段階と、
前記ｐ−タイプ層の上に固定基板を接着して窒化物半導体層を固定させる段階と、
前記窒化物半導体層の基板及びドーピングされていないＧａＮ層をラッピングして除去する段階と、
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階と、
前記リッジ構造の上にｎ−パッドメタルを形成する段階とを含むことを特徴とする窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１３】
窒化物半導体層を形成する段階と、
前記窒化物半導体層を固定基板を用いて固定させる段階と、
前記窒化物半導体層のｎ−タイプ層の下部をラッピングして除去する段階と、
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階とを含むことを特徴とする窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記除去されるｎ−タイプ層の下には、基板とドーピングされていないＧａＮ層があることを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階は、
前記ｎ−タイプ層の中央部分のみを残して左右をエッチングして除去する段階と、
前記除去された面に絶縁膜を蒸着する段階とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法。
【請求項１６】
ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層が蒸着された窒化物半導体のレーザダイオードにおいて、
前記ｎ−タイプ層がリッジ構造を有することを特徴とする窒化物半導体のレーザダイオード。
【請求項１７】
前記ｎ−タイプ層は、
ｎ−ＧａＮ層、ｎ−ウェーブガイド層、ｎ−クラッド層、Ｉｎ ＧａＮ層、ｎ−Ｇａｎ層、ｎ−パッドメタル層が順次蒸着されており、前記ｎ−クラッド層、Ｉｎ ＧａＮ層、ｎ−Ｇａｎ層がリッジ構造を有することを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体のレーザダイオード。
【請求項１８】
前記リッジ構造を有するｎ−タイプ層の左右には絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体のレーザダイオード。
【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に関し、特に窒化物半導体のｎ側にリッジ(Ridge)構造を有するように窒化物半導体レーザおよびそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、窒化物半導体のレーザダイオードは大容量の情報格納装置やカラープリンタ等に適用するために開発、市販されており、最近ではこれを用いる様々な新たな応用が試みられている。
【０００３】
大容量の情報格納装置あるいはカラープリンタ等に応用するために窒化物半導体のレーザダイオードは低い閾値電流(Ith)と、高い外部量子効率(ηex)だけでなく、低消費電力と長寿命化のために低い駆動電圧(Vop)が求められている。
低い駆動電圧、即ち電流―電圧(I-V)特性の改善は、窒化物半導体のレーザダイオードで改善が求められる重要な部分である。
【０００４】
このような窒化物半導体のレーザダイオードの一般的な構造に対する一例を図１に示す。
【０００５】
図１は一般的な窒化物半導体のレーザダイオードの断面図であって、このダイオードは、サファイアあるいはＧａＮ基板(図示せず)の上に順次積層させて形成した、ドーピングされていないＧａＮ層１、ｎ−ＧａＮ層２、コンプライアンス層(ＩｎＧａＮ)３、ｎ-クラッド層(ｎ-ＡｌＧａＮ)４、ｎ−ウェーブガイド層(ＧａＮ)５、活性層(ＭＱＷ：Multi-Quantum Well)６、ＥＢＬ(Electron Blocking Layer)７、ｐ−ウェーブガイド層(ＧａＮ)８、ｐ−クラッド層(ｐ-ＡｌＧａＮ)９、キャップ層(ｐ-ＧａＮ)１０で構成され、キャップ層１０の上にp-パッドメタル層(図示せず)が形成される。
もちろん、図１に示された状態でｎ−ＧａＮ層２は基板(図示せず)と共に左側あるいは右側に延長されており、メサエッチングして露出したｎ-パッドメタル層(図示せず)が形成されている。
【０００６】
このような構造を有する窒化物半導体レーザは全体的にｐ−ｎダイオードの形態になり、光を発する活性層６を中心に、ＧａＮウェーブガイド層５、８とＡｌＧａＮクラッド層４、９とで取り囲んでいる形態となっている。
【０００７】
このような構造を有する窒化物半導体レーザは、ｐ-パッドメタル層(図示せず)から注入された電流により、活性層６で電子と正孔が結合することによって光を発生する。この光はキャップ層ｐ−ＧａＮ１０を通して外部に放出される。
この時、ＧａＮウェーブガイド層５、８とＡｌＧａＮクラッド層４、９は電子と正孔が活性層６からできるだけ外れないようにし、発生した光をガイドする。
【０００８】
このような一般的な窒化物半導体のレーザダイオード構造において、レーザ光の放射を円滑にするために、リッジ構造を採用して光特性を向上させたレーザダイオードが開発された。
【０００９】
図２は従来のリッジ構造を採用した窒化物半導体のレーザダイオードの部分断面図である。このダイオードは、図１の活性層６、ＥＢＬ７、ｐ-ウェーブガイド層８の上に中央部分が突出した形態でｐ-クラッド層９が形成されており、ｐ-クラッド層９の上にキャップ層１０及びオーミック接触メタル１１が形成されたリッジ構造となっている。
リッジ構造は一般的に幅３μｍ以下で製造され、ｐ-パッドメタル層１３から注入された電流が流れる部分である。
そして、リッジ構造の側面とｐ-ウェーブガイド層８の上に絶縁膜１２が形成され、絶縁膜１２とオーミック接触メタル層１１の上にｐ-パッドメタル層１３が形成される。
【００１０】
従来技術によると、このようなリッジ構造は一般的にｐ-タイプ層８、９、１０に形成される。
これは、ｐ-タイプ層を成長させる時、ドーパントとしてマグネシウムＭｇを用いるが、ドーパントとして用いられるマグネシウムはメモリ効果があるため、ｐ-タイプ層は、ｎ-タイプ層、ウェーブガイド層、活性層等を成長させてから、成長させることになり、ｐ-タイプ層にリッジ構造を作ることが構造的に簡単であるためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、窒化物は他系列の化合物半導体よりバンドギャップが大きく、キャリア濃度とキャリア移動性が低いため、オーミックコンタクトメタル１１の形成が難しい。
また、ｎ-タイプ層よりｐ-タイプ層でキャリア濃度と移動性が非常に低く、抵抗が大きく増加するため、オーミックコンタクトメタル１１を形成し難い。
【００１２】
このような、ｎ-タイプ層に比べたｐ-タイプ層の抵抗増加、オーミックコンタクトの形成の難しさ以外に既存構造のリッジは素子抵抗の急激な増加を誘発する(これは特にＩ−Ｖ特性に致命的である)。
【００１３】
このような抵抗の増加は、駆動電圧の増加だけでなく、ｐ-パッドメタルと接するリッジ部分の熱発生をもたらし、ｐ-オーミックメタル体系の劣化と素子特性の劣化だけでなく、素子に対する信頼性の重要項目である寿命に決定的な悪影響を及ぼすという短所がある。
【００１４】
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ｎ-タイプ層に比べて非常に大きい抵抗とオーミックコンタクト形成の難しさを有しているｐ-タイプ層のリッジ構造の代わりに、ｎ-タイプ層にリッジ構造を製作する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法は、基板、ドーピングされていないＧａＮ層、ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層を順次蒸着して窒化物半導体層を形成する段階と、窒化物半導体層の基板及びドーピングされていないＧａＮ層をラッピング(lapping)して除去する段階と、ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階とを含むことを特徴とする窒化物半導体のレーザダイオードの製造方法を提供する。
【００１６】
固定基板を用いて前記窒化物半導体層を固定させる段階を更に含み、前記固定基板がｐ−タイプ層の上に接着されることを特徴とする。
【００１７】
前記窒化物半導体層を固定させる段階は、前記ｐ−タイプ層の上部にｐ−オーミックメタルを蒸着する段階と、前記ｐ−オーミックメタルの上にパッドメタル及びボンディングメタルを蒸着させる段階と、前記固定基板にボンディングメタルを接着させる段階と、前記蒸着されたパッドメタル及びボンディングメタルの上部に前記ボンディングメタルが蒸着された固定基板を貼り合わせ、かつ熱処理をして接着させる段階とを含むことを特徴とする。
【００１８】
前記ｐ−タイプ層の上のｐ−ＧａＮ層と前記ｐ−オーミックメタルとの間をオーミック状態にするために熱処理をする段階を更に含むことを特徴とする。
【００１９】
前記ｎ−タイプ層にリッジ構造を形成する段階は、前記ｎ−タイプ層の中央部分のみを残して左右をエッチングして除去する段階と、前記除去された面に絶縁膜を蒸着する段階とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明窒化物半導体のレーザダイオードは、ｎ−タイプ層、活性層、ＥＢＬ、ｐ−タイプ層が蒸着された窒化物半導体のレーザダイオードであって、前記ｎ−タイプ層がリッジ構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の窒化物半導体のレーザダイオード及びその製造方法には次のような効果がある。
【００２２】
第一に、固定用基板を用いて窒化物半導体層を固定させることにより、ｎ-タイプ層にリッジ構造を容易に形成することができるという効果がある。
【００２３】
第二に、リッジ構造をｎ-タイプ層に形成することにより、素子のＩ−Ｖ特性を向上させ、熱発生の抑制及び動作寿命の延長等の改善効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る窒化物半導体のレーザダイオード及びその製造方法の好適な実施の形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
本発明で使用する用語は現在広く使用されている一般的な用語を選択したが、新たな技術の出現により、本発明において出願人が最も適合すると判断した用語も任意に使用する。それについては該当説明部分で用語の意味を明確に説明する。従って、本発明を理解するにおいて、単純な用語の名称ではなく、用語が有する意味として本発明を把握しなければならない。
【００２６】
図３乃至図５は本発明に係るウエハボンディング技術を用いてｎ-タイプ層にリッジ構造を有する窒化物半導体のレーザダイオードの製造段階を示す図面である。
【００２７】
先ず、図３のように、サファイア(Ａｌ2Ｏ3)、ＳｉＣ、またはＧａＮ基板１０１の上に図１のような窒化物エピ層１０２を成長させる。
即ち、基板１０１の上にドーピングされていないＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層、コンプライアンス層(ＩｎＧａＮ)、ｎ-クラッド層(ｎ-ＡｌＧａＮ)、ｎ−ウェーブガイド層(ＧａＮ)、活性層(ＭＱＷ：Multi-Quantum Well)、ＥＢＬ(Electron Blocking Layer)、ｐ−ウェーブガイド層(ＧａＮ)、ｐ−クラッド層(ｐ-ＡｌＧａＮ)、キャップ層(ｐ-ＧａＮ)の順に成長させる。
【００２８】
その後、ｐ-オーミックメタル１０３を蒸着させる。そのｐ-オーミックメタル１０３は通常メタルであるが、ｐ-層の波動関数に合わせることができる伝導性物質を含む。
【００２９】
p-オーミックメタル１０３の蒸着後、パッドメタルとボンディングメタル１０４を蒸着する。
この時、キャップ層(ｐ−ＧａＮ)とp-オーミックメタル１０３との間をオーミック状態にするための熱処理をする。しかし、後の熱処理段階で行っても構わない。
【００３０】
その後、図４のように、固定用基板１０６にボンディングメタル１０５を蒸着する。固定用基板１０６は図３のように蒸着された構造を固定させるための目的として用いられ、ＧａＡｓや熱効率が良いＳｉを用いる。
【００３１】
ボンディングメタル１０５が蒸着された固定用基板１０６と図３のような窒化物構造とを熱処理しながら貼り合わせて、図５のように接合させる。
この時、先に説明したキャップ層(ｐ−ＧａＮ)とｐ-オーミックメタル１０３との間にオーミック状態にするための熱処理をこの熱処理で置き代えることができる。
【００３２】
図５のような構造でサファイア(Ａｌ2Ｏ3)、ＳｉＣ、またはＧａＮ基板１０１と、図１のような窒化物エピ層１０２でドーピングされていないＧａＮとをラッピング（lapping）して除去することにより、ｎ-タイプ層を露出させる。
この時、ラピングによるｎ-タイプ層のダメージを少なくするために、ＲＩＥと熱処理を行う。これは、後に蒸着されるｎ-パッドメタルとｎ-タイプ層間のオーミック接触、即ち、接触比抵抗の増加を防止するためである。
【００３３】
前記のように基板とドーピンクされていないＧａＮ層とが除去されてから、露出されたｎ-タイプ層の中央部分だけ残し、左右をエッチングして除去する。
即ち、ｎ-タイプ層のｎ−Ｇａｎ層、ＩｎＧａＮ層、ｎ−クラッド層の中央部分が突出した形態のリッジ構造を有するように左右をエッチングして除去する。
除去された面、即ち、リッジ構造の左右とｎ-ウェーブガイド層の上には絶縁膜を蒸着し、リッジ構造及び絶縁膜の上にはｎ-パッドメタルを蒸着する。
【００３４】
上記した工程で製作された、ｎ-タイプ層に生成されたリッジ構造を採用した窒化物半導体のレーザダイオードの部分断面を図６に示す。
【００３５】
図６のように、本レーザダイオードはＥＢＬ１１４、活性層１１３、ｎ-ウェーブガイド(ＧａＮ)層１１２の上に中央部分が突出した形態でｎ-クラッド層１１０が形成されており、そのｎ-クラッド層１１０の上にＩｎＧａＮ層１０９、ｎ−ＧａＮ層１０８が形成されたリッジ構造となっている。
そして、リッジ構造の側面とｎ-ウェーブガイド層１１２の上には絶縁膜１１１が形成され、絶縁膜１１１とｎ−ＧａＮ層１０８の上にはｎ-パッドメタル層１０７が形成されている。
【００３６】
このような構造は、キャリア濃度とキャリア移動性がp-タイプ層より格段に優れたn-タイプ層としてリッジ構造を構成させたことになり、抵抗が減少(キャリア濃度および移動性は抵抗と反比例)し、かつオーミック接触メタル層１０８の形成が容易になる。
このような工程後にはジャンクションアップ／ダウンまたはトップダウン方式でレーザダイオードパッケージの製作のための工程を進行する。
【００３７】
以上説明した内容を通し、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることは理解できるであろう。
【００３８】
従って、本発明の技術的範囲は実施形態に記載された内容に限定されず、特許請求範囲により定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一般的な窒化物半導体のレーザダイオードの断面図である。
【図２】従来技術に係るリッジ構造を採用した窒化物半導体のレーザダイオードの部分断面図である。
【図３】本発明に係るウエハボンディング技術を用いてｎ−タイプ層にリッジ構造を有する窒化物半導体のレーザダイオードの製造段階を示す図である。
【図４】本発明に係るウエハボンディング技術を用いてｎ−タイプ層にリッジ構造を有する窒化物半導体のレーザダイオードの製造段階を示す図である。
【図５】本発明に係るウエハボンディング技術を用いてｎ−タイプ層にリッジ構造を有する窒化物半導体のレーザダイオードの製造段階を示す図である。
【図６】本発明に係るｎ−タイプ層にリッジ構造を採用した窒化物半導体のレーザダイオードの部分断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  基板、１０２ 窒化物エピ層、１０３  ｐ−オーミックメタル、１０４  パッド及びボンディングメタル、１０５  ボンディングメタル、１０６  固定用基板、１０７  ｎ−パッドメタル、１０８  ｎ−ＧａＮ、１０９  ＩｎＧａＮ、１１０  ｎ−クラッド層、１１１  絶縁膜、１１２  ｎ−ウェーブガイド層、１１３  活性層、１１４  ＥＢＬ
【図１】
2005210124.tif 000003
【図２】
2005210124.tif 000004
【図３】
2005210124.tif 000005
【図４】
2005210124.tif 000006
【図５】
2005210124.tif 000007
【図６】
2005210124.tif 000008