(57)【要約】  窒化物半導体レーザ（１）は、第１の窒化物半導体層（２０）と、第１の窒化物半導体層（２０）の上に形成された窒化物半導体からなる発光層（３０）と、発光層（３０）の上に形成され、リッジ部（４０ａ）を有する第２の窒化物半導体層（４０）と、第２の窒化物半導体層（４０）の上に形成され、リッジ部（４０ａ）よりも幅広である電極部材（５０）と、リッジ部（４０ａ）の側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層（６０）とを備え、電極部材（５０）と誘電体層（６０）との間には、空間部（７０）が形成され、電極部材（５０）は、空間部（７０）により誘電体層（６０）とは非接触であり、リッジ部（４０ａ）の上面と接触している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広である電極部材と、
前記リッジ部の側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層と
を備え、
前記電極部材と前記誘電体層との間には、空間部が形成され、
前記電極部材は、前記空間部により前記誘電体層とは非接触であり、前記リッジ部の上面と接触している
窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、
前記電極部材は、オーミック電極と、該オーミック電極の上に形成されたパッド電極とを有し、
前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面と接触し、
前記パッド電極は、前記リッジ部よりも幅広であって、前記平坦部の上面と接触している
請求項１記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の最上層として形成されたコンタクト層を有し、
前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面である前記コンタクト層の上面と接触している
請求項２記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記パッド電極は、前記空間部に連通する開口部を有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、
前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成された電極部材と、
前記リッジ部の側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層と、
前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、前記電極部材を構成する材料と同じ材料で構成されたパッド部材と
を備え、
前記パッド部材は、前記誘電体層とは非接触であり、
前記電極部材は、前記誘電体層とは非接触であり、前記リッジ部の上面と接触している
窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記電極部材は、オーミック電極と、該オーミック電極の上に形成されたパッド電極とを有し、
前記パッド部材は、前記電極部材のうち前記パッド電極と同じ材料で構成されている
請求項６記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の最上層として形成されたコンタクト層と、前記リッジ部の側方に形成された平坦部とを有し、
前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面である前記コンタクト層の上面と接触し、
前記パッド部材は、前記平坦部の上面と接触している
請求項６又は７に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下である
請求項６〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザと、
前記窒化物半導体レーザを保持するサブマウントとを備える
窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザと、
前記窒化物半導体レーザを保持するサブマウントとを備え、
前記電極部材及び前記パッド部材が前記サブマウントに接続されている
窒化物半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記サブマウントは、基台と、該基台の一方の面に形成された電極と、該電極の上に形成された半田層とを有し、
前記電極部材及び前記パッド部材が前記半田層に接続されている
請求項１１記載の窒化物半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザは、ディスプレイやプロジェクターなどの画像表示装置の光源、車載ヘッドランプの光源、産業用照明や民生用照明の光源、又は、レーザ溶接装置や薄膜アニール装置、レーザ加工装置などの産業機器の光源など、様々な用途の光源として注目されている。中でも、紫外から青色までの波長帯をカバーできる窒化物半導体レーザが盛んに開発されている。また、上記用途の光源として用いられる半導体レーザには、光出力が１ワットを大きく超える高出力化、及び、素子寿命が数万時間以上の高寿命化が望まれている。【０００３】
特許文献１に、従来の窒化物半導体レーザが開示されている。図１１は、特許文献１に開示された従来の窒化物半導体レーザの断面図である。【０００４】
図１１に示すように、従来の窒化物半導体レーザ１０００は、基板１０１０の上に、ｎ型窒化物半導体層１０２０と、活性層１０３０と、ｐ型窒化物半導体層１０４０とが順に積層された構造である。ｐ型窒化物半導体層１０４０には、リッジストライプ１０４０ａ及び平坦部１０４０ｂが形成されている。リッジストライプ１０４０ａの側面から平坦部１０４０ｂにかけて、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１０６０が形成されている。ｐ型窒化物半導体層１０４０のリッジストライプ１０４０ａの上にはｐ側電極１０５１が形成され、ｐ側電極１０５１及び絶縁膜１０６０の上にはパッド電極１０５２が形成されている。なお、基板１０１０の裏面にはｎ側電極１０８０が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４２５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の窒化物半導体レーザでは、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇するという課題がある。【０００７】
本開示は、動作電圧の上昇を抑制できる窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示に係る窒化物半導体レーザの一態様は、第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、前記リッジ部よりも幅広である電極部材と、前記リッジ部の側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層とを備え、前記電極部材と前記誘電体層との間には、空間部が形成され、前記電極部材は、前記空間部により前記誘電体層とは非接触であり、前記リッジ部の上面と接触している。【０００９】
このように、空間部によって電極部材と誘電体層とが非接触であるため、ＳｉＯ２からなる誘電体層中に含まれる水素が電極部材に拡散することを抑制できる。これにより、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを抑制できる。【００１０】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの一態様において、前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の側方に平坦部を有し、前記電極部材は、オーミック電極と、該オーミック電極の上に形成されたパッド電極とを有し、前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面と接触し、前記パッド電極は、前記リッジ部よりも幅広であって、前記平坦部の上面と接触しているとよい。【００１１】
この構成により、窒化物半導体レーザの駆動電流は、オーミック電極を通してリッジ部に流れる。また、パッド電極は、平坦部にまで幅広く形成されるので、ワイヤボンディングなどによる電気的接続が容易となる。【００１２】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの一態様において、前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の最上層として形成されたコンタクト層を有し、前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面である前記コンタクト層の上面と接触しているとよい。【００１３】
この構成により、オーミック電極とリッジ部とは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部には良好に電流が供給される。【００１４】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの一態様において、前記パッド電極は、前記空間部に連通する開口部を有するとよい。【００１５】
これにより、パッド電極の剥がれなどを抑制することができるので、動作電圧が上昇することを一層抑制することができる。また、窒化物半導体レーザの製造時間を短縮することができるとともに、信頼性の高い窒化物半導体レーザを実現することができる。【００１６】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの一態様において、前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。【００１７】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザを実現することができる。【００１８】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの他の一態様は、第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上に形成された窒化物半導体からなる発光層と、前記発光層の上に形成され、リッジ部を有する第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層の上に形成された電極部材と、前記リッジ部の側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層と、前記第２の窒化物半導体層の上に形成され、前記電極部材を構成する材料と同じ材料で構成されたパッド部材とを備え、前記パッド部材は、前記誘電体層とは非接触であり、前記電極部材は、前記誘電体層とは非接触であり、前記リッジ部の上面と接触している。【００１９】
この構成により、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを抑制できる。さらに、窒化物半導体レーザの製造時間を短縮することができるとともに、信頼性の高い窒化物半導体レーザを実現することができる。【００２０】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの他の一態様において、前記電極部材は、オーミック電極と、該オーミック電極の上に形成されたパッド電極とを有し、前記パッド部材は、前記電極部材のうち前記パッド電極と同じ材料で構成されているとよい。【００２１】
この構成により、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを一層抑制できる。また、パッド部材をパッド電極と同じ材料にすることで、パッド部材及びパッド電極を容易に形成することができる。【００２２】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの他の一態様において、前記第２の窒化物半導体層は、前記リッジ部の最上層として形成されたコンタクト層と、前記リッジ部の側方に形成された平坦部とを有し、前記オーミック電極は、前記リッジ部の上面である前記コンタクト層の上面と接触し、前記パッド部材は、前記平坦部の上面と接触しているとよい。【００２３】
この構成により、窒化物半導体レーザの駆動電流は、オーミック電極を通してリッジ部に流れる。しかも、オーミック電極とリッジ部とは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部には良好に電流が供給される。【００２４】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザの他の一態様において、前記リッジ部の幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。【００２５】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザを実現することができる。【００２６】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の一態様は、上記窒化物半導体レーザの一態様又は上記窒化物半導体レーザの他の一態様と、前記窒化物半導体レーザを保持するサブマウントとを備える。【００２７】
この構成により、窒化物半導体レーザで発生した熱をサブマウントに伝導して放熱することができるので、信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を実現することができる。【００２８】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の他の一態様は、上記窒化物半導体レーザの他の一態様と、前記窒化物半導体レーザを保持するサブマウントとを備え、前記電極部材及び前記パッド部材が前記サブマウントに接続されている。【００２９】
この構成により、窒化物半導体レーザで発生した熱を電極部材及びパッド部材を介して効率よくサブマウントに伝導して放熱することができるので、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を実現することができる。【００３０】
また、本開示に係る窒化物半導体レーザ装置の他の一態様において、前記サブマウウントは、基台と、該基台の一方の面に形成された電極と、該電極の上に形成された半田層とを有し、前記電極部材及び前記パッド部材が前記半田層に接続されている。【００３１】
この構成により、サブマウントから窒化物半導体レーザへの給電を容易に行うことができるとともに、窒化物半導体レーザの放熱性をより向上させることができる。したがって、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００３２】
動作電圧が上昇することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における、第１の窒化物半導体層、発光層及び第２の窒化物半導体層の各層を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における第１保護膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における第１保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法におけるリッジ部及び平坦部を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における誘電体層を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法におけるｐ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における誘電体層をパターニングする工程を示す断面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における第２保護膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図２Ｉ】図２Ｉは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における第２保護膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図２Ｊ】図２Ｊは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法におけるパッド電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｋ】図２Ｋは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における空間部を形成する工程を示す断面図である。
【図２Ｌ】図２Ｌは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法におけるｎ側電極を形成する工程を示す断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの実装形態を説明するための図である。
【図４Ａ】図４Ａは、比較例の窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１の窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、比較例及び実施の形態１におけるレーザ構造の動作電圧の経時的変化を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザの構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザの製造方法における空間部を形成する工程を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザの製造方法における空間部を形成する工程を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザの実装形態を説明するための図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザの実装形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、従来の窒化物半導体レーザの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３５】
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００３６】
また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を表している。Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交し、且つ、いずれもＺ軸に直交する軸である。
【００３７】
（実施の形態１）
［窒化物半導体レーザの構成］
まず、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の構成を示す図である。図１（ａ）は、同窒化物半導体レーザ１の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のIb−Ib線における同窒化物半導体レーザ１の断面図である。
【００３８】
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１は、窒化物半導体材料によって構成された半導体レーザ素子であって、基板１０と、第１の窒化物半導体層２０と、発光層３０と、第２の窒化物半導体層４０と、電極部材５０と、誘電体層６０とを備える。電極部材５０と誘電体層６０との間には、空間部７０が形成されている。
【００３９】
第２の窒化物半導体層４０は、レーザ共振器長方向（Ｙ軸方向）に延在するストライプ状のリッジ部４０ａと、リッジ部４０ａの根元から横方向（Ｘ軸方向）に広がる平坦部４０ｂと有する。
【００４０】
リッジ部４０ａの幅及び高さは、特に限定されるものではないが、一例として、リッジ部４０ａの幅（ストライプ幅）は１μｍ以上１００μｍ以下で、リッジ部４０ａの高さは１００ｎｍ以上１μｍ以下である。窒化物半導体レーザ１を高い光出力（例えばワットクラス）で動作させるには、リッジ部４０ａの幅を１０μｍ以上５０μｍ以下とし、リッジ部４０ａ高さを３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下にするとよい。
【００４１】
基板１０は、例えば、ＧａＮ基板である。本実施の形態では、基板１０として、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板を用いている。
【００４２】
第１の窒化物半導体層２０は、基板１０の上に形成されている。第１の窒化物半導体層２０は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層である。
【００４３】
発光層３０は、第１の窒化物半導体層２０の上に形成されている。発光層３０は、窒化物半導体によって構成される。発光層３０は、例えば、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１と、ＩｎＧａＮ量子井戸層からなる活性層３２と、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３との積層構造である。
【００４４】
第２の窒化物半導体層４０は、発光層３０の上に形成されている。第２の窒化物半導体層４０は、例えば、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１と、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ側クラッド層４２と、ｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３との積層構造である。ｐ側コンタクト層４３は、リッジ部４０ａの最上層として形成されている。
【００４５】
ｐ側クラッド層４２は、凸部を有している。このｐ側クラッド層４２の凸部とｐ側コンタクト層４３とによってリッジ部４０ａが構成されている。また、ｐ側クラッド層４２は、リッジ部４０ａの両側方に、平坦部４０ｂとして平面部を有している。つまり、平坦部４０ｂの最上面は、ｐ側クラッド層４２の表面であり、平坦部４０ｂの最上面にはｐ側コンタクト層４３が形成されていない。
【００４６】
電極部材５０は、第２の窒化物半導体層４０の上に形成されている。電極部材５０は、リッジ部４０ａよりも幅広である。つまり、電極部材５０の幅（Ｘ軸方向の幅）は、リッジ部４０ａの幅（Ｘ軸方向の幅）よりも大きい。電極部材５０は、空間部７０により誘電体層６０とは非接触である。空間部７０は、例えば空気層である。また、電極部材５０は、リッジ部４０ａの上面と接触している。
【００４７】
本実施の形態において、電極部材５０は、電流供給のためのｐ側電極５１と、ｐ側電極５１の上に形成されたパッド電極５２とを有する。
【００４８】
ｐ側電極５１は、リッジ部４０ａの上面と接触している。ｐ側電極５１は、リッジ部４０ａの上方においてｐ側コンタクト層４３とオーミック接触するオーミック電極であり、リッジ部４０ａの上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。ｐ側電極５１は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどの金属材料を用いて形成される。本実施の形態において、ｐ側電極５１は、Ｐｄ／Ｐｔの２層構造である。
【００４９】
パッド電極５２は、リッジ部４０ａよりも幅広であって、平坦部４０ｂの上面と接触している。つまり、パッド電極５２は、リッジ部４０ａ及び平坦部４０ｂを覆うように形成されている。パッド電極５２の材料は、例えばＴｉなどの金属である。
【００５０】
また、パッド電極５２は、ｐ側電極５１には接触しているが、誘電体層６０には接触しないようにして、ｐ側電極５１から平坦部４０ｂにわたって形成されている。パッド電極５２は、空間部７０により誘電体層６０と非接触となっている。つまり、パッド電極５２と誘電体層６０との間には、パッド電極５２と誘電体層６０とを離間させるための空間部７０が存在する。パッド電極５２は、空間部７０の外側において、平坦部４０ｂにおいてｐ側クラッド層４２と直に接触している。
【００５１】
ｐ側クラッド層４２の平坦部４０ｂの最上面にはコンタクト層が存在しないため、パッド電極５２とｐ側クラッド層４２（平坦部４０ｂ）とは、例えばショットキー接触の状態になっており、パッド電極５２から第２の窒化物半導体層４０への電流の供給は抑制されている。
【００５２】
なお、図１の（ａ）に示すように、パッド電極５２は、窒化物半導体レーザ１を個片化する際の歩留まりを向上させるために、第２の窒化物半導体層４０の内側に形成されている。すなわち、窒化物半導体レーザ１を上面視した場合に、パッド電極５２は、窒化物半導体レーザ１の端部周縁には形成されていない。つまり、窒化物半導体レーザ１は、端部周縁に電流が供給されない非電流注入領域を有する。また、パッド電極５２が形成されている領域の断面形状は、どの部分でも図１の（ｂ）に示される構造となる。
【００５３】
誘電体層６０は、光を閉じ込めるために、リッジ部４０ａの側面に形成されたＳｉＯ２からなる絶縁膜である。具体的には、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの側面から平坦部４０ｂにわたって連続的に形成されている。本実施の形態において、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの周辺において、ｐ側コンタクト層４３の側面とｐ側クラッド層４２の凸部の側面とｐ側クラッド層４２の上面とにわたって連続して形成されている。
【００５４】
誘電体層６０の形状は、特に限定されるものではないが、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの側面及び平坦部４０ｂと接しているとよい。これにより、リッジ部４０ａの直下で発光した光を安定的に閉じ込めることができる。
【００５５】
また、高い光出力で動作させること（高出力動作）を目的とした窒化物半導体レーザでは、光出射端面には誘電体多層膜などの端面コート膜が形成される。この端面コート膜は、端面のみに形成することが難しく、窒化物半導体レーザ１の上面にも回りこむ。この場合、窒化物半導体レーザ１の長手方向（Ｙ軸方向）の端部では、パッド電極５２が形成されていないため、端面コート膜が上面にまで回りこんでしまうと、窒化物半導体レーザ１の長手方向の端部で誘電体層６０と端面コート膜とが接してしまう場合がある。この際、誘電体層６０が形成されていない又は誘電体層６０の膜厚が光閉じ込めに対して薄いと、端面コート膜の影響を受けるため、光損失の原因となる。そこで、発光層３０で発生した光を十分に閉じ込めるには、誘電体層６０の膜厚は、１００ｎｍ以上にするとよい。一方、誘電体層６０の膜厚が厚すぎると、空間部７０の形成が困難となるため、誘電体層６０の膜厚は、リッジ部４０ａの高さ以下にすることよい。
【００５６】
また、リッジ部４０ａの側面及び平坦部４０ｂには、リッジ部４０ａを形成する際のエッチング工程でエッチングダメージが残存してリーク電流が発生する場合があるが、リッジ部４０ａを誘電体層６０で被覆することで、不要なリーク電流の発生を低減できる。
【００５７】
なお、基板１０の下面には、基板１０とオーミック接触するオーミック電極としてｎ側電極８０が形成されている。
【００５８】
［窒化物半導体レーザの製造方法］
次に、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｌを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｌは、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の製造方法における各工程の断面図である。
【００５９】
まず、図２Ａに示すように、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板である基板１０上に、有機金属気層成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ法）を用いて、第１の窒化物半導体層２０、発光層３０及び第２の窒化物半導体層４０を順次成膜する。
【００６０】
具体的には、基板１０の上に、第１の窒化物半導体層２０としてｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層を３μｍ成長させる。続いて、ｎ−ＧａＮからなるｎ側光ガイド層３１を０．１μｍ成長させる。続いて、ＩｎＧａＮからなるバリア層とＩｎＧａＮ量子井戸層との３周期からなる活性層３２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側光ガイド層３３を０．１μｍ成長させる。続いて、ＡｌＧａＮからなる電子障壁層４１を１０ｎｍ成長させる。続いて、ｐ−ＡｌＧａＮ層（１．５ｎｍ）とＧａＮ層（１．５ｎｍ）とを１６０周期繰り返して形成した０．４８μｍの歪超格子からなるｐ側クラッド層４２を成長させる。続いて、ｐ−ＧａＮからなるｐ側コンタクト層４３を０．０５μｍ成長させる。ここで、各層において、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎを含む有機金属原料には、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、窒素原料には、アンモニア（ＮＨ３）を用いる。
【００６１】
次に、図２Ｂに示すように、第２の窒化物半導体層４０上に、第１保護膜９１を成膜する。具体的には、ｐ側コンタクト層４３の上に、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、第１保護膜９１として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００６２】
なお、第１保護膜９１の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、例えば、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザー成膜法など、公知の成膜方法を用いることができる。また、第１保護膜９１の成膜材料は、上記のものに限るものではなく、例えば、誘電体や金属など、後述する第２の窒化物半導体層４０（ｐ側クラッド層４２、ｐ側コンタクト層４３）のエッチングに対して、選択性のある材料であればよい。
【００６３】
次に、図２Ｃに示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、第１保護膜９１がストライプ状に残るように、第１保護膜９１を選択的に除去する。エッチング法としては、例えば、ＣＦ４などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によるドライエッチング、又は、１：１０程度に希釈した弗化水素酸（ＨＦ）などのウェットエッチングを用いることができる。
【００６４】
次に、図２Ｄに示すように、ストライプ状に形成された第１保護膜９１をマスクとして、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２をエッチングすることで、第２の窒化物半導体層４０にリッジ部４０ａ及び平坦部４０ｂを形成する。ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２のエッチングとしては、Ｃｌ２などの塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングを用いるとよい。
【００６５】
次に、図２Ｅに示すように、ストライプ状の第１保護膜９１をフッ酸などのウェットエッチングによって除去した後、ｐ側コンタクト層４３及びｐ側クラッド層４２を覆うように、誘電体層６０を成膜する。つまり、リッジ部４０ａ及び平坦部４０ｂの上に誘電体層６０を形成する。誘電体層６０としては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を用いたプラズマＣＶＤ法によって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を３００ｎｍ成膜する。
【００６６】
なお、誘電体層６０の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限るものではなく、熱ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、又は、パルスレーザー成膜法などの成膜方法を用いてもよい。
【００６７】
次に、図２Ｆに示すように、フォトリソグラフィー法とフッ酸を用いたウェットエッチングにより、リッジ部４０ａ上の誘電体層６０のみを除去して、ｐ側コンタクト層４３の上面を露出させる（誘電体層６０の１回目のパターニング）。その後、真空蒸着法及びリフトオフ法を用いて、リッジ部４０ａ上のみにＰｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１を形成する。具体的には、誘電体層６０から露出させたｐ側コンタクト層４３の上にｐ側電極５１を形成する。
【００６８】
なお、ｐ側電極５１の成膜方法は、真空蒸着法に限るものではなく、スパッタ法又はパルスレーザー成膜法などであってもよい。また、ｐ側電極５１の電極材料は、Ｎｉ／Ａｕ系、Ｐｔ系など、第２の窒化物半導体層４０（ｐ側コンタクト層４３）とオーミック接合する材料であればよい。
【００６９】
次に、図２Ｇに示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、リッジ部４０ａ周辺以外の誘電体層６０を除去する（誘電体層６０の２回目のパターニング）。つまり、リッジ部４０ａの側面及びリッジ部４０ａの根元部分の平坦部４０ｂのみに誘電体層６０を残すように、誘電体層６０を選択的に除去する。これにより、平坦部４０ｂが露出する。
【００７０】
図２Ｈに示すように、誘電体層６０上のみに空間部７０を形成するために第２保護膜９２を形成する。具体的には、ｐ側電極５１、誘電体層６０及びｐ側クラッド層４２の上に誘電体層６０を形成する。
【００７１】
第２保護膜９２の材料としては、いくつか考えられるが、本実施の形態では、レジストを用いた。また、第２保護膜９２の材料としては、誘電体層６０及びｐ側電極５１よりもエッチング速度が十分速い材料を用いるとよい。本実施の形態では、東京応化工業（株）製のｉ線ポジ型フォトレジスト（ＴＨＭＲ−８９００）を用いた。第２保護膜９２としてレジストを用いる場合、基板１０の上方の全面にレジスト材料をスピンコート法で成膜し、１５０〜２００℃の温度でベーキングすることで、第２保護膜９２を形成することができる。
【００７２】
なお、第２保護膜９２は、レジストなどの有機材料に限るものではなく、ＳｉＯ２からなる誘電体層６０とのエッチング選択性があれば任意の材料を用いることができ、例えば、ＡｌＮなどの無機材料であってもよい。この場合、スパッタ法などでＡｌＮからなる第２保護膜９２を成膜することができる。
【００７３】
次に、図２Ｉに示すように、第２保護膜９２をエッチングすることで、リッジ部４０ａの側面の上にある第２保護膜９２以外に存在する第２保護膜９２を除去して、第２保護膜９２を所定形状にパターニングする。具体的には、誘電体層６０を覆う第２保護膜９２のみを残すようにして、リッジ部４０ａの上方の第２保護膜９２及び平坦部４０ｂ上の第２保護膜９２を除去する。これにより、ｐ側電極５１の上面及び平坦部４０ｂが露出する。
【００７４】
例えば、第２保護膜９２がレジストである場合、例えば、酸素（Ｏ２）を用いたドライエッチング法によって、第２保護膜９２を除去することができる。このとき、リッジ部４０ａの側面の上に形成された第２保護膜９２は、リッジ部４０ａ上及び平坦部４０ｂ上に形成された第２保護膜９２と比べて膜厚が厚くなるため、リッジ部４０ａ上の第２保護膜９２がなくなった時点でエッチングを終了すれば、図２Ｉに示すように、リッジ部４０ａの側面の上にのみ第２保護膜９２を残すことができる。
【００７５】
なお、第２保護膜９２がＡｌＮなどの無機膜である場合、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いることで、第２保護膜９２を所定形状にパターニングすることができる。
【００７６】
次に、図２Ｊに示すように、ｐ側電極５１、第２保護膜９２及びｐ側クラッド層４２の露出部を覆うようにパッド電極５２を形成する。具体的には、基板１０の上方の全面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極５２を形成し、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングすることで、ｐ側電極５１、第２保護膜９２及びｐ側クラッド層４２の露出部の上に所定形状のパッド電極５２を形成する。これにより、ｐ側電極５１及びパッド電極５２からなる電極部材５０が形成される。
【００７７】
なお、パッド電極５２は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構造に限るものではなく、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕの任意の金属材料を組み合わせてもよい。
【００７８】
次に、図２Ｋに示すように、電極部材５０と誘電体層６０との間に存在する第２保護膜９２を除去することで空間部７０を形成する。例えば、第２保護膜９２がレジストである場合、第２保護膜９２を除去するための除去液としてアセトンなどの有機溶剤を用いて、第２保護膜９２を除去する。この場合、パッド電極５２が形成されていない第２の窒化物半導体層４０の長手方向の端部から有機溶剤（除去液）を浸透させることで、第２保護膜９２のみを除去する。このように、パッド電極５２と誘電体層６０との間に空間部７０を形成することで、パッド電極５２と誘電体層６０とを非接触状態にすることができる。
【００７９】
なお、第２保護膜９２がＡｌＮなどの無機膜である場合、第２保護膜９２を除去するための除去液としてアルカリ液を用いることで、第２保護膜９２を除去することができる。
【００８０】
次に、図２Ｌに示すように、基板１０の下面にｎ側電極８０を形成する。具体的には、基板１０の裏面に真空蒸着法などによってＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極８０を形成し、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いてパターニングすることで、所定形状のｎ側電極８０を形成する。これにより、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１を製造することができる。
【００８１】
［窒化物半導体レーザの実装形態］
次に、図３を用いて、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の実装形態を説明する。図３は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の実装形態を説明するための図である。図３（ａ）は、同窒化物半導体レーザ１の実装形態の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIb−IIIb線における同窒化物半導体レーザ１の実装形態の断面図である。
【００８２】
図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、サブマウント１００は、基台１０１と、第１電極１０２ａと、第２電極１０２ｂと、第１半田層１０３ａと、第２半田層１０３ｂとを有する。
【００８３】
基台１０１の材料は、特に限定されるものではないが、アルミナイトライド（ＡｌＮ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などのセラミック、ＣＶＤで成膜されたダイヤモンド（Ｃ）、ＣｕやＡｌなどの金属単体、又は、ＣｕＷなどの合金など、窒化物半導体レーザ１と比べて熱伝導率が同等かそれ以上の材料で構成されているとよい。
【００８４】
第１電極１０２ａは、基台１０１の一方の面に形成される。また、第２電極１０２ｂは、基台１０１の他方の面に形成される。第１電極１０２ａ及び第２電極１０２ｂは、例えば、Ｔｉ（０．１μｍ）、Ｐｔ（０．２μｍ）及びＡｕ（０．２μｍ）の金属からなる積層膜である。
【００８５】
第１半田層１０３ａは、第１電極１０２ａ上に形成される。第２半田層１０３ｂは、第２電極１０２ｂ上に形成される。第１半田層１０３ａ及び第２半田層１０３ｂは、例えば、Ａｕ（７０％）及びＳｎ（３０％）の金スズ合金からなる共晶はんだである。
【００８６】
窒化物半導体レーザ１は、サブマウント１００に実装される。つまり、サブマウント１００は、窒化物半導体レーザ１を保持する。本実施の形態では、窒化物半導体レーザ１のｎ側がサブマウント１００に接続される実装形態、つまりジャンクションアップ実装であるので、窒化物半導体レーザ１のｎ側電極８０がサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。
【００８７】
また、ワイヤボンディングによって、窒化物半導体レーザ１のパッド電極５２及びサブマウント１００の第１電極１０２ａの各々には、ワイヤ１１０が接続される。これにより、ワイヤ１１０によって窒化物半導体レーザ１に電流を供給することができる。
【００８８】
なお、図示しないが、サブマウント１００は、放熱性の向上及び取り扱いの簡便化の目的で、例えば、ＣＡＮパッケージなどの金属パッケージに実装される。
【００８９】
また、本実施の形態では、窒化物半導体レーザ１をジャンクションアップ実装する場合について説明したが、窒化物半導体レーザ１のｐ側がサブマウント１００に接続される実装形態、すなわちジャンクションダウン実装を適用してもよい。このように、窒化物半導体レーザ１をジャンクションダウン実装することで、発熱源に近いｐ側がサブマウント１００に接続されるので、窒化物半導体レーザ１の放熱性を向上させることができる。
【００９０】
［窒化物半導体レーザの作用効果］
次に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１の作用効果について、本開示の技術を得るに至った経緯も含めて、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、比較例の窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造１０００Ｘの断面図である。図４Ｂは、実施の形態１の窒化物半導体レーザ１を模擬的に示すレーザ構造１Ｘの断面図である。図４Ｃは、比較例及び実施の形態１におけるレーザ構造１０００Ｘ及び１Ｘの動作電圧の経時的変化を示す図である。
【００９１】
半導体デバイスで広く使用されている誘電体材料としては、以下の表１に示されるものがある。中でも、ＳｉＯ２は、屈折率が最も低く、光に対して透明である。このため、ＳｉＯ２は、半導体レーザの絶縁膜として有用である。
【００９２】
【表１】
2018012289.tif 000003
【００９３】
しかしながら、窒化物半導体レーザを開発する中で、窒化物半導体レーザの絶縁膜として用いたＳｉＯ２が原因となって、連続通電時に動作電圧が上昇するという課題があることが判明した。
【００９４】
その原因を究明するために、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造１０００Ｘ及び１Ｘを実際に作製して通電実験を行った。なお、本実験では、窒化物半導体レーザへの通電による電圧変化を検証するために、光閉じ込めに寄与するリッジ部は形成していないが、リッジ部を有する構造でも同様の結果が得られる。
【００９５】
図４Ａに示すように、比較例の窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造（比較例のレーザ構造）１０００Ｘは、ＧａＮ基板からなる基板１０と、ｎ側ＡｌＧａＮクラッド層からなる第１の窒化物半導体層２０と、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＩｎＧａＮ活性層及びｐ側ＧａＮ光ガイド層からなる発光層３０と、ＡｌＧａＮ電子障壁層、ｐ側ＡｌＧａＮクラッド層及びｐ側ＧａＮコンタクト層からなる第２の窒化物半導体層４０とを有する。さらに、第２の窒化物半導体層４０上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層６０が積層されている。また、誘電体層６０は開口部を有しており、この開口部には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１が形成されている。さらに、ｐ側電極５１と誘電体層６０を覆うようにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極５２が形成されている。なお、基板１０の下面には、ｎ側電極８０が形成されている。
【００９６】
また、図４Ｂに示すように、実施の形態１の窒化物半導体レーザを模擬的に示すレーザ構造（実施の形態１のレーザ構造）１Ｘは、比較例１のレーザ構造１０００Ｘと同様に、ＧａＮ基板からなる基板１０と、ｎ側ＡｌＧａＮクラッド層からなる第１の窒化物半導体層２０と、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＩｎＧａＮ活性層及びｐ側ＧａＮ光ガイド層からなる発光層３０と、ＡｌＧａＮ電子障壁層、ｐ側ＡｌＧａＮクラッド層及びｐ側ＧａＮコンタクト層からなる第２の窒化物半導体層４０と、ｎ側電極８０とを有する。さらに、第２の窒化物半導体層４０上には、ＳｉＯ２からなる誘電体層６０が積層されている。また、誘電体層６０は開口部を有しており、この開口部には、Ｐｄ／Ｐｔからなるｐ側電極５１が形成されている。そして、実施の形態１のレーザ構造１Ｘでは、比較例のレーザ構造１０００Ｘと異なり、ｐ側電極５１上のみにＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるパッド電極５２が形成されており、パッド電極５２と誘電体層６０とが接触していない。パッド電極５２は、ｐ側電極５１の上面の内側に形成されている。
【００９７】
このように作製した比較例のレーザ構造１０００Ｘ（図４Ａ）と実施の形態１のレーザ構造１Ｘ（図４Ｂ）に対して連続通電を行ったところ、動作電圧に関して、図４Ｃに示す結果が得られた。
【００９８】
図４Ｃに示すように、比較例のレーザ構造１０００Ｘでは、通電時間の経過とともに動作電圧が徐々に上昇し、通電時間が１００時間を超えると、動作電圧が急激に上昇することが分かった。一方、実施の形態１のレーザ構造１Ｘでは、長時間経過しても動作電圧がほぼ上昇しておらず、比較例のレーザ構造１０００Ｘと比べて、動作電圧の上昇が大幅に抑制されることが分かった。
【００９９】
この実験結果について本願発明者らが鋭意検討した結果、ＳｉＯ２は水素を多く含む材料であることから、比較例のレーザ構造１０００Ｘでは、動作中に誘電体層６０に含まれる水素がｐ側電極５１及びパッド電極５２に拡散し、これが原因となって動作電圧の上昇を引き起こしていたことが分かった。
【０１００】
一方、実施の形態１のレーザ構造１Ｘでは、ＳｉＯ２を含む誘電体層６０と電極部材５０（ｐ側電極５１及びパッド電極５２）とが接触していないので、誘電体層６０中の水素が電極部材５０に拡散されなかったために、動作電圧が上昇しなかったと考えられる。
【０１０１】
また、誘電体層６０を構成するＳｉＯ２に水素が含まれる要因について検討した結果、ＳｉＯ２を成膜する際の原料（シラン（ＳｉＨ４））の水素がＳｉＯ２膜に残留したり、フォトリソグラフィー又はエッチングなどの製造時の水洗浄によってＳｉＯ２膜に水素が残留したりすることで、誘電体層６０に水素が含まれることが分かった。
【０１０２】
本開示の技術は、このような知見に基づいてなされたものであり、誘電体層６０に含まれる水素が電極部材５０に拡散しないようにすることで、誘電体層６０としてＳｉＯ２を用いた場合であっても、動作電圧の上昇を抑制するものである。
【０１０３】
具体的には、図１に示すように、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１では、電極部材５０と誘電体層６０との間に空間部７０を介在させることで、電極部材５０と誘電体層６０とが非接触しないようにしている。具体的には、パッド電極５２と誘電体層６０とが接触しないようにしている。
【０１０４】
これにより、空間部７０によって誘電体層６０から電極部材５０への水素の伝達経路が遮断されるので、誘電体層６０中に含まれる水素が電極部材５０に拡散することを抑制することができる。この結果、水素に起因して動作電圧が上昇することを抑制することができる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、誘電体層６０から電極部材５０への水素拡散の抑制効果を最大化するために、誘電体層６０とパッド電極５２とが完全に非接触となるようにしているが、製造ばらつきなどによって誘電体層６０とパッド電極５２とが一部接触していたとしても、その接触面積が十分に小さければ、動作電圧への影響は僅かであり、動作電圧の上昇を抑制することができる。
【０１０６】
また、リッジ部４０ａ近傍に形成された空間部７０は、パッケージ時の雰囲気ガス（例えば空気）によって構成されるため、熱伝導率は低くなる。この影響は、ｐ側をサブマウント１００に接続するジャンクションダウン実装時に顕著となるが、検討した結果、リッジ部４０ａの高さが１μｍ以下でリッジ部４０ａの幅が１０μｍ以上あれば、空間部７０の熱伝導率の影響はほとんど受けなくなることが分かった。これは、リッジ部４０ａの幅がリッジ部４０ａの高さに対して十分に大きい場合、発光層３０で発生した熱がリッジ部４０ａから電極部材５０を経由してサブマウント１００へと放熱されるためであると考えられる。
【０１０７】
また、本実施の形態における窒化物半導体レーザ１において、パッド電極５２は、ｐ側電極５１を介してリッジ部４０ａに接触しているだけではなく、平坦部４０ｂにも接触している。ここで、パッド電極５２からｐ側クラッド層４２への電流注入について、以下説明する。
【０１０８】
窒化物半導体レーザ１では、ｐ側にコンタクト接続する構造として、リッジ部４０ａの上に、意図的にドーピング濃度を高くした層としてｐ側コンタクト層４３を形成している。そして、このｐ側コンタクト層４３に、仕事関数が大きい、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉなどからなるｐ側電極５１を接触させることで、オーミック接触を実現している。
【０１０９】
一方、リッジ部４０ａの側方の平坦部４０ｂにはｐ側コンタクト層４３が存在しておらず、オーミック接触になっていない。また、リッジ部４０ａを形成する際に発生する窒素（Ｎ）抜けに起因するダメージによってｐ側クラッド層４２の表面がｎ型化している場合もあり、平坦部４０ｂ上のオーミック接触は困難である。さらに、本実施の形態では、パッド電極５２の材料として仕事関数が低いＴｉを用いているので、オーミック接触は一層困難となる。
【０１１０】
このように、本実施の形態における窒化物半導体レーザ１では、リッジ部４０ａ上がオーミック接触となっている一方で、平坦部４０ｂ上はショットキー接触となっている。このため、パッド電極５２から第２の窒化物半導体層４０への電流供給が抑制される。具体的には、パッド電極５２から第２の窒化物半導体層４０への電流供給は、リッジ部４０ａのみから電流が供給され、平坦部４０ｂからは電流が供給されない。なお、パッド電極５２と平坦部４０ｂとの接触部分のｐ側クラッド層４２を意図的に高抵抗化することで、平坦部４０ｂでの電流供給を抑制してもよい。
【０１１１】
［まとめ］
以上、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１によれば、第１の窒化物半導体層２０と、第１の窒化物半導体層２０の上に形成された窒化物半導体からなる発光層３０と、発光層３０の上に形成され、リッジ部４０ａを有する第２の窒化物半導体層４０と、第２の窒化物半導体層４０の上に形成され、リッジ部４０ａよりも幅広である電極部材５０と、リッジ部４０ａの側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層６０とを備えている。そして、電極部材５０と誘電体層６０との間には、空間部７０が形成されており、電極部材５０は、空間部７０により誘電体層６０とは非接触であり、リッジ部４０ａの上面と接触している。
【０１１２】
このように、電極部材５０と誘電体層６０との間に形成された空間部７０によって電極部材５０と誘電体層６０とが非接触となっている。これにより、誘電体層６０中に含まれる水素が電極部材５０に拡散することを抑制することができる。したがって、水素に起因して動作電圧が上昇してしまうことを抑制できる。
【０１１３】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１において、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａの側方に平坦部４０ｂを有し、電極部材５０は、オーミック電極であるｐ側電極５１と、ｐ側電極５１（オーミック電極）の上に形成されたパッド電極５２とを有している。そして、ｐ側電極５１は、リッジ部４０ａの上面と接触し、パッド電極５２は、リッジ部４０ａよりも幅広であって、平坦部４０ｂの上面と接触している。
【０１１４】
この構成により、窒化物半導体レーザ１の駆動電流は、オーミック電極であるｐ側電極５１を通してリッジ部４０ａに流れる。また、パッド電極５２が平坦部４０ｂにまで幅広く形成されるので、ワイヤボンディングなどによる電気的接続が容易となる。
【０１１５】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１において、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａの最上層として形成されたｐ側コンタクト層４３を有し、ｐ側電極５１（オーミック電極）は、リッジ部４０ａの上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触している。
【０１１６】
この構成により、ｐ側電極５１（オーミック電極）とリッジ部４０ａとは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部４０ａには良好に電流が供給される。
【０１１７】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ１において、リッジ部４０ａの幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。
【０１１８】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザを実現することができる。
【０１１９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２の構成を示す図である。図５（ａ）は、同窒化物半導体レーザ２の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のVb−Vb線における同窒化物半導体レーザ２の断面図である。なお、図５（ａ）のVa−Va線における同窒化物半導体レーザ２の断面図は、図１（ｂ）の断面図と同じである。
【０１２０】
図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２が実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１と異なる点は、電極部材５０の構成である。具体的には、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１において、電極部材５０のパッド電極５２に開口部５２ａが形成された構成となっている。つまり、パッド電極５２は、パッド電極５２が部分的に形成されない領域を有している。
【０１２１】
開口部５２ａは、空間部７０に連通している。また、開口部５２ａは、リッジ部４０ａ近傍に形成されている。具体的には、開口部５２ａは、平面視において、誘電体層６０と重なる位置において、パッド電極５２の内側領域である空間部７０とパッド電極５２の外側領域の空間部とを連通するように形成されている。
【０１２２】
本実施の形態において、開口部５２ａは、複数形成されている。具体的には、開口部５２ａは、平面視においてリッジ部４０ａの両側の各々に形成されるとともに、リッジ部４０ａのストライプ方向に沿って断続的に複数形成されている。
【０１２３】
このように、窒化物半導体レーザ２では、パッド電極５２に開口部５２ａが形成されている。これにより、リッジ部４０ａに加わる応力を低減することができるので、パッド電極５２の剥がれなどを抑制できる。これにより、パッド電極５２の剥がれなどによる動作電圧の上昇を抑制することができる。
【０１２４】
また、窒化物半導体レーザ２では、図５（ａ）のVb−Vb線の断面においては、開口部５２ａによってパッド電極５２がリッジ部４０ａ上と平坦部４０ｂ上とで空間的に分離されているが、図５（ａ）のVa−Va線の断面においては、パッド電極５２には開口部５２ａが形成されており、パッド電極５２はリッジ部４０ａ上と平坦部４０ｂ上とで連続している。
【０１２５】
この構成により、電流供給のためのワイヤをパッド電極５２のリッジ部４０ａの上方以外（つまり平坦部４０ｂの上方）に接続したとしても、パッド電極５２がリッジ部４０ａ上にまで繋がっているので、リッジ部４０ａに電流を供給することができる。したがって、パッド電極５２のリッジ部４０ａの上方以外の部分にワイヤをボンディングできるので、ワイヤをボンディングすることによる素子劣化を抑制できる。
【０１２６】
さらに、パッド電極５２に開口部５２ａを形成することによって、空間部７０を形成するために要する時間を短縮することができる。この点について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、図１に示す実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１の製造方法において、第２保護膜９２を除去して空間部７０を形成するときの工程を示す図である。図７は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２の製造方法において、第２保護膜９２を除去して空間部７０を形成するときの工程を示す図である。
【０１２７】
本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２は、図２Ａ〜図２Ｌで説明したように、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１と同様の方法で製造することができる。
【０１２８】
具体的には、図２Ｊにおいて、リフトオフ法を用いてパッド電極５２を形成することで、開口部５２ａを有するパッド電極５２を形成することができる。その後、図２Ｋにおいて、電極部材５０と誘電体層６０との間に存在する第２保護膜９２を除去することで、空間部７０を形成することができる。
【０１２９】
この場合、図６に示すように、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１では、パッド電極５２に開口部５２ａが形成されていない。このため、電極部材５０と誘電体層６０との間に存在する第２保護膜９２を除去する工程（図２Ｋの工程）では、第２保護膜９２を除去するための除去液が、図６に示す矢印の方向に流れることになる。つまり、リッジ部４０ａのストライプ方向（Ｙ軸方向）のみに除去液が流れる。
【０１３０】
一方、図７に示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２では、パッド電極５２に開口部５２ａが形成されている。このため、電極部材５０と誘電体層６０との間に存在する第２保護膜９２を除去する工程（図２Ｋの工程）では、第２保護膜９２を除去するための除去液が、図７に示す矢印で示すように、リッジ部４０ａのストライプ方向（Ｙ軸方向）だけではなく、リッジ部４０ａの突出方向（Ｚ軸方向）にも流れることになる。
【０１３１】
したがって、本実施の形態では、実施の形態１と比べて、第２保護膜９２を除去するための除去液の通り道を増やすことができるので、短時間で第２保護膜９２を除去することができる。したがって、実施の形態１と比べて、窒化物半導体レーザ２の製造時間を短縮することができる。
【０１３２】
しかも、第２保護膜９２を除去するための除去液は、リッジ部４０ａのストライプ方向（Ｙ軸方向）に流れるだけではなく、その流れの途中でストライプ方向に交差する方向（Ｚ軸方向）に、しかも複数の開口部５２ａを通じて流れ出ることになる。これにより、プロセスばらつきなどによって空間部７０に残る第２保護膜９２の残渣をなくすことができる。したがって、信頼性の高い窒化物半導体レーザ２を実現することができる。
【０１３３】
次に、図８を用いて、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２の実装形態を説明する。図８は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２の実装形態を説明するための図である。図８（ａ）は、同窒化物半導体レーザ２の実装形態の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のVIIIb−VIIIb線における同窒化物半導体レーザ２の実装形態の断面図である。
【０１３４】
図８に示すように、本実施の形態でも、実施の形態１と同様のサブマウント１００を用いて窒化物半導体レーザ２を実装することができる。
【０１３５】
また、本実施の形態でも、窒化物半導体レーザ２のｎ側がサブマウント１００に接続されるジャンクションアップ実装としているので、窒化物半導体レーザ２のｎ側電極８０がサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。
【０１３６】
また、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、窒化物半導体レーザ２のパッド電極５２及びサブマウント１００の第１電極１０２ａの各々にワイヤ１１０が接続される。これにより、ワイヤ１１０によって窒化物半導体レーザ２に電流を供給することができる。
【０１３７】
なお、窒化物半導体レーザ２をジャンクションアップ実装するのではなく、窒化物半導体レーザ２をジャンクションダウン実装してもよい。
【０１３８】
以上、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。例えば、本実施の形態でも、電極部材５０と誘電体層６０との間に形成された空間部７０によって電極部材５０と誘電体層６０とが非接触となっているので、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇してしまうことを抑制できるなどの効果を奏することができる。
【０１３９】
また、本実施の形態では、実施の形態１における窒化物半導体レーザ１に対して、さらに、パッド電極５２が、空間部７０に連通する開口部５２ａを有している。
【０１４０】
これにより、パッド電極５２の剥がれなどを抑制することができるので、動作電圧が上昇することを一層抑制することができる。また、パッド電極５２に開口部５２ａを形成することで、第２保護膜９２を除去するための除去液の通り道が増えて短時間で第２保護膜９２を除去することができ、窒化物半導体レーザ２の製造時間を短縮することができる。しかも、パッド電極５２に開口部５２ａを形成することで、空間部７０における第２保護膜９２の残渣をなくすことができるので、信頼性の高い窒化物半導体レーザ２を実現することができる。
【０１４１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザ３について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザ３の構成を示す図である。図９（ａ）は、同窒化物半導体レーザ３の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のIXb−IXb線における同窒化物半導体レーザ３の断面図である。
【０１４２】
図９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３が実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１と異なる点は、電極部材５０の構成である。具体的には、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３は、実施の形態１に係る窒化物半導体レーザ１において、電極部材５０が、リッジ部４０ａ上の部分と平坦部４０ｂ上の部分とで完全に分離した構成となっている。具体的には、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３では、リッジ部４０ａ上の部材は、電流供給を行うための電極部材５０として機能し、平坦部４０ｂ上の部材は、電極部材５０と同じ材料によって構成されるが、電流供給を行わないパッド部材５３として機能する。パッド部材５３は、平坦部４０ｂの上面と接触しているが、誘電体層６０とは非接触である。
【０１４３】
本実施の形態においても、電極部材５０は、誘電体層６０とは非接触であり、リッジ部４０ａの上面と接触している。具体的には、電極部材５０は、リッジ部４０ａの上面に接触し、かつ、リッジ部４０ａ上のみに形成されたｐ側電極５１と、ｐ側電極５１の上面に接触し、かつ、ｐ側電極５１上のみに形成されたパッド電極５２とによって構成されている。つまり、本実施の形態におけるパッド電極５２は、実施の形態１におけるパッド電極５２とは異なり、リッジ部４０ａの上方のみに形成されており、リッジ部４０ａよりも幅広になっていない。また、本実施の形態におけるパッド電極５２は、Ｙ軸方向に延在するストライプ状である。
【０１４４】
なお、本実施の形態でも、電極部材５０と誘電体層６０との間には空間部７０が形成されており、電極部材５０は、空間部７０により誘電体層６０と接触しないように形成されている。具体的には、空間部７０によって、パッド電極５２と誘電体層６０とが非接触となっている。
【０１４５】
パッド部材５３は、電極部材５０のうちパッド電極５２と同じ材料によって構成されている。本実施の形態において、パッド部材５３は、２つ形成されている。２つのパッド部材５３は、リッジ部４０ａを中心にして形成されている。各パッド部材５３は、リッジ部４０ａと並行するように、リッジ部４０ａのストライプ方向（Ｙ軸方向）に沿って延在している。各パッド部材５３は、空間部７０によって誘電体層６０とは非接触である。
【０１４６】
なお、本実施の形態において、誘電体層６０は、リッジ部４０ａの側面だけに形成されているのではなく、リッジ部４０ａの側面から平坦部４０ｂの上面を覆うようにパッド部材５３の近傍まで形成されている。
【０１４７】
次に、図１０を用いて、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザ３の実装形態を説明する。図１０は、実施の形態３に係る窒化物半導体レーザ３の実装形態を示す断面図である。
【０１４８】
図１０に示すように、本実施の形態でも、実施の形態１と同様のサブマウント１００を用いて窒化物半導体レーザ３を実装しているが、本実施の形態では、実施の形態１と異なり、窒化物半導体レーザ３のｐ側がサブマウント１００に接続される実装形態、つまりジャンクションダウン実装であるので、窒化物半導体レーザ３の電極部材５０がサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。
【０１４９】
このように、ジャンクションダウン実装とすることで、発光層３０及び第２の窒化物半導体層４０で発生した熱を効率よくサブマウント１００に放熱することができる。
【０１５０】
また、本実施の形態では、パッド部材５３もサブマウント１００の第１半田層１０３ａに接続される。このとき、パッド部材５３は、窒化物半導体レーザ３を支持するサポート部材として機能する。つまり、パッド部材５３を設けることで、窒化物半導体レーザ３を安定して実装することができる。
【０１５１】
なお、パッド部材５３は、パッド電極５２と同じ材料、つまり導電材料であるが、パッド部材５３と平坦部４０ｂとはショットキー接触となっている。このため、パッド部材５３から第２の窒化物半導体層４０（ｐ側クラッド層４２）への電流供給が抑制される。具体的には、ワイヤ１１０を通じて第１半田層１０３ａに流れる電流は、電極部材５０のみを介して第２の窒化物半導体層４０に供給され、パッド部材５３を介しては第２の窒化物半導体層４０に供給されない。
【０１５２】
なお、窒化物半導体レーザ３をジャンクションダウン実装するのではなく、窒化物半導体レーザ３をジャンクションアップ実装してもよい。
【０１５３】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３は、実施の形態２に係る窒化物半導体レーザ２の製造方法に準じて製造することができる。具体的には、パッド電極５２を形成する工程において、リフトオフ法により、ストライプ状の１つのパッド電極５２とストライプ状の２つのパッド部材５３とを形成すればよい。
【０１５４】
以上、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３によれば、第１の窒化物半導体層２０と、第１の窒化物半導体層２０の上に形成された窒化物半導体からなる発光層３０と、発光層３０の上に形成され、リッジ部４０ａを有する第２の窒化物半導体層４０と、第２の窒化物半導体層４０の上に形成された電極部材５０と、リッジ部４０ａの側面に形成されたＳｉＯ２からなる誘電体層６０と、第２の窒化物半導体層４０の上に形成され、電極部材５０を構成する材料と同じ材料で構成されたパッド部材５３とを備えている。そして、パッド部材５３は、誘電体層６０とは非接触であり、また、電極部材５０は、誘電体層６０とは非接触であり、リッジ部４０ａの上面と接触している。
【０１５５】
これにより、誘電体層６０中に含まれる水素が電極部材５０に拡散することを抑制することができる。したがって、水素に起因して時間経過にともなって動作電圧が上昇してしまうことを抑制できる。
【０１５６】
特に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３では、電極部材５０だけではなく、パッド部材５３も、誘電体層６０と非接触であるので、図１０に示すように、ジャンクションダウン実装したとしても、誘電体層６０から電極部材５０に水素が拡誘することを抑制できる。つまり、仮にパッド部材５３と誘電体層６０とが接触していると、電極部材５０と誘電体層６０とが接触していなくても、窒化物半導体レーザ３をジャンクションダウン実装したときに、誘電体層６０の水素がパッド部材５３及び第１半田層１０３ａを経由して電極部材５０に到達するおそれがある。つまり、誘電体層６０の水素がパッド部材５３及びサブマウント１００を経由して電極部材５０に到達し、動作電圧が上昇する可能性がある。これに対して、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３のように、パッド部材５３と誘電体層６０とを非接触にすることで、誘電体層６０の水素がパッド部材５３及びサブマウント１００を経由して電極部材５０に到達することを回避することができるので、誘電体層６０から電極部材５０に水素が拡誘することを抑制できる。したがって、水素に起因し動作電圧が上昇することを効果的に抑制することができる。
【０１５７】
また、本実施の形態では、実施の形態２と比べて、第２保護膜９２を除去するための除去液の通り道をさらに大きくすることができるので、さらに短時間で第２保護膜９２を除去することができる。したがって、実施の形態２と比べて、窒化物半導体レーザ２の製造時間を短縮することができる。しかも、空間部７０における第２保護膜９２の残渣を確実になくすことができるので、さらに信頼性の高い窒化物半導体レーザ３を実現することができる。
【０１５８】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３において、電極部材５０は、オーミック電極であるｐ側電極５１と、ｐ側電極５１（オーミック電極）の上に形成されたパッド電極５２とを有し、パッド部材５３は、電極部材５０のうちパッド電極５２と同じ材料で構成されている。
【０１５９】
この構成により、通電時間の経過にともなって動作電圧が上昇することを一層抑制できる。また、パッド部材５３をパッド電極５２と同じ材料にすることで、パッド部材５３及びパッド電極５２を容易に形成することができる。
【０１６０】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３において、第２の窒化物半導体層４０は、リッジ部４０ａの最上層として形成されたｐ側コンタクト層４３と、リッジ部４０ａの側方に形成された平坦部４０ｂとを有し、ｐ側電極５１（オーミック電極）は、リッジ部４０ａの上面であるｐ側コンタクト層４３の上面と接触し、パッド部材５３は、平坦部４０ｂの上面と接触しているとよい。
【０１６１】
この構成により、窒化物半導体レーザの駆動電流は、オーミック電極であるｐ側電極５１を通してリッジ部４０ａに流れる。しかも、ｐ側電極５１とリッジ部４０ａとは、良好なオーミック接触の状態になるため、リッジ部４０ａには良好に電流が供給される。
【０１６２】
また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ３において、リッジ部４０ａの幅は、１０μｍ以上５０μｍ以下であるとよい。
【０１６３】
この構成により、高い光出力で動作させることができる窒化物半導体レーザを実現することができる。
【０１６４】
なお、本実施の形態における窒化物半導体レーザ３は、第２保護膜９２を形成することなく製造することも可能である。
【０１６５】
（変形例）
以上、本開示に係る窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１６６】
例えば、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本開示に係る窒化物半導体レーザ及び窒化物半導体レーザ装置は、画像表示装置、照明又は産業機器などの光源として利用することができ、特に、比較的に高い光出力を必要とする機器の光源として有用である。
【符号の説明】
【０１６８】
１、２、３  窒化物半導体レーザ
１０  基板
２０  第１の窒化物半導体層
３０  発光層
３１  ｎ側光ガイド層
３２  活性層
３３  ｐ側光ガイド層
４０  第２の窒化物半導体層
４０ａ  リッジ部
４０ｂ  平坦部
４１  電子障壁層
４２  ｐ側クラッド層
４３  ｐ側コンタクト層
５０  電極部材
５１  ｐ側電極
５２  パッド電極
５２ａ  開口部
５３  パッド部材
６０  誘電体層
７０  空間部
８０  ｎ側電極
９１  第１保護膜
９２  第２保護膜
１００  サブマウント
１０１  基台
１０２ａ  第１電極
１０２ｂ  第２電極
１０３ａ  第１半田層
１０３ｂ  第２半田層
１１０  ワイヤ
【図１】
2018012289.tif 000004
【図２Ａ】
2018012289.tif 000005
【図２Ｂ】
2018012289.tif 000006
【図２Ｃ】
2018012289.tif 000007
【図２Ｄ】
2018012289.tif 000008
【図２Ｅ】
2018012289.tif 000009
【図２Ｆ】
2018012289.tif 000010
【図２Ｇ】
2018012289.tif 000011
【図２Ｈ】
2018012289.tif 000012
【図２Ｉ】
2018012289.tif 000013
【図２Ｊ】
2018012289.tif 000014
【図２Ｋ】
2018012289.tif 000015
【図２Ｌ】
2018012289.tif 000016
【図３】
2018012289.tif 000017
【図４Ａ】
2018012289.tif 000018
【図４Ｂ】
2018012289.tif 000019
【図４Ｃ】
2018012289.tif 000020
【図５】
2018012289.tif 000021
【図６】
2018012289.tif 000022
【図７】
2018012289.tif 000023
【図８】
2018012289.tif 000024
【図９】
2018012289.tif 000025
【図１０】
2018012289.tif 000026
【図１１】
2018012289.tif 000027
【国際調査報告】
2018012289.tif 000028
2018012289.tif 000029
2018012289.tif 000030
2018012289.tif 000031
2018012289.tif 000032
2018012289.tif 000033