(57)【要約】【課題】窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ１は、半導体基板１０上に設けられた活性層１４と、活性層１４上に設けられると共に半極性の表面１８ｓを有するｐ型半導体層１８と、表面１８ｓに接合すると共にガリウムを含有するパラジウム電極３８と、を備え、パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた活性層と、
前記活性層上に設けられると共に半極性主面を有する窒化ガリウム系半導体層と、
前記半極性主面に接合すると共にガリウムを含有するパラジウム電極と、を備え、
前記パラジウム電極における前記ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上である、半導体発光素子。
【請求項２】
前記パラジウム電極における前記ガリウムの含有量が５０ｍｏｌ％未満である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記半極性主面が、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面から前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸方向に傾斜している、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半極性主面の前記ｍ軸方向への傾斜角度が６３°以上８０°未満である、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記窒化ガリウム系半導体層がｐ型不純物を含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記窒化ガリウム系半導体層がＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記半極性主面が、前記窒化ガリウム系半導体層に形成されたリッジ部の頂面である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
活性層及び窒化ガリウム系半導体層を半導体基板上に順に形成する第１工程と、
ガリウムを含有するパラジウム電極を前記半極性主面に接合するように形成する第２工程と、を備え、
前記パラジウム電極における前記ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上である、半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記パラジウム電極における前記ガリウムの含有量が５０ｍｏｌ％未満である、請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程において、ガリウムを含有する蒸着源及びパラジウムを含有する蒸着源をそれぞれ蒸発させ、前記ガリウム及び前記パラジウムを前記半極性主面に供給して前記パラジウム電極を形成する、請求項８又は９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記半極性主面が、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面から前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸方向に傾斜している、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半極性主面の前記ｍ軸方向への傾斜角度が６３°以上８０°未満である、請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記窒化ガリウム系半導体層がｐ型不純物を含有する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記窒化ガリウム系半導体層がＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを含有する、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１工程と前記第２工程との間に、前記半極性主面がリッジ部の頂面となるように、前記窒化ガリウム系半導体層に前記リッジ部を形成する工程を更に備える、請求項８〜１４のいずれか一項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サファイア基板のｃ面上にｎ型層、発光層、ｐ型層及び電極がこの順に積層されてなる発光素子が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。特許文献１に記載された発光素子では、ｐ型層として、Ｓｉドープのｎ−ＧａＮ層が用いられており、ｐ型層に接合する電極として、主要構成材料がパラジウムである電極が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７７１３４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】BINARY  ALLOY  PHASE  DIAGRAMS  SECOND  EDITION、Volume2  Cd-Ce  to  Hf-Rb（p.1838）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、パラジウム電極が窒化ガリウム系半導体層に接合するように形成された発光素子の発光特性を充分に発揮させることが求められている。これに対し、本発明者は、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面にパラジウム電極を接合するように形成した場合には、窒化ガリウム系半導体層の極性主面（例えばｃ面（｛０００１｝面））にパラジウム電極を接合するように形成した場合と比較して、発光素子の発光特性が低下し易いことを見出した。さらに、本発明者は、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することに起因して、発光素子の発光特性が低下していることを見出した。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制可能な半導体発光素子及びその製造方法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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、パラジウム電極に接合する窒化ガリウム系半導体層中のガリウムがパラジウム電極中へ拡散することにより、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との間に高抵抗の界面が形成され、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを見出した。さらに、本発明者は、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面上に形成するパラジウム電極として、所定量のガリウムを含有するパラジウム電極を用いることにより上記課題を解決可能であることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、半導体基板上に設けられた活性層と、活性層上に設けられると共に半極性主面を有する窒化ガリウム系半導体層と、半極性主面に接合すると共にガリウムを含有するパラジウム電極と、を備え、パラジウム電極におけるガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上である半導体発光素子を提供する。
【０００９】
本発明に係る半導体発光素子では、半極性主面に接合するパラジウム電極においてガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上であり、パラジウム電極中にガリウムが充分に存在している。この場合、ガリウムが電極外部から電極内部へ移動して電極中のガリウムの含有量が更に増加しづらいため、パラジウム電極に接合している窒化ガリウム系半導体層中のガリウムがパラジウム電極中へ拡散することが抑制される。これにより、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との間に高抵抗の界面が形成されることが抑制され、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明は、活性層及び窒化ガリウム系半導体層を半導体基板上に順に形成する第１工程と、ガリウムを含有するパラジウム電極を半極性主面に接合するように形成する第２工程と、を備え、パラジウム電極におけるガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上である半導体発光素子の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法では、半極性主面に接合するように形成されるパラジウム電極においてガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上であり、パラジウム電極中にガリウムが充分に存在している。この場合、ガリウムが電極外部から電極内部へ移動して電極中のガリウムの含有量が更に増加しづらいため、パラジウム電極に接合している窒化ガリウム系半導体層中のガリウムがパラジウム電極中へ拡散することが抑制される。これにより、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との間に高抵抗の界面が形成されることが抑制され、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制することができる。
【００１２】
上記半導体発光素子及びその製造方法において、パラジウム電極におけるガリウムの含有量は、５０ｍｏｌ％未満であることが好ましい。この場合、パラジウム電極が高温（例えば５５０℃）で熱処理される場合であっても、パラジウム電極が劣化することを抑制し、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを更に抑制することができる。
【００１３】
上記半導体発光素子及びその製造方法において、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面（ｃ面｛０００１｝面））から窒化ガリウム系半導体のｍ軸方向に傾斜していることが好ましい。この場合、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを更に抑制することができる。
【００１４】
上記半導体発光素子及びその製造方法において、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面のｍ軸方向への傾斜角度は、６３°以上８０°未満であることが好ましい。この場合、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを更に抑制することができる。
【００１５】
ところで、ｐ型不純物を含有する窒化ガリウム系半導体層と、ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％未満のパラジウム電極とが接合していると、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が特に増加し易い。一方、上記半導体発光素子及びその製造方法では、窒化ガリウム系半導体層がｐ型不純物を含有している場合であっても、パラジウム電極におけるガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上であることにより、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制することができる。
【００１６】
上記半導体発光素子及びその製造方法において、窒化ガリウム系半導体層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを含有することが好ましい。この場合、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを更に抑制することができる。
【００１７】
上記半導体発光素子の製造方法は、第２工程において、ガリウムを含有する蒸着源及びパラジウムを含有する蒸着源をそれぞれ蒸発させ、ガリウム及びパラジウムを半極性主面に供給してパラジウム電極を形成することが好ましい。この場合、ガリウムの均一性の高いパラジウム電極を形成することができる。
【００１８】
上記半導体発光素子において、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面は、窒化ガリウム系半導体層に形成されたリッジ部の頂面であってもよい。上記半導体発光素子の製造方法は、第１工程と第２工程との間に、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面がリッジ部の頂面となるように、窒化ガリウム系半導体層にリッジ部を形成する工程を更に備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制することができる。本発明によれば、特に、熱処理によって窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加することを抑制することができる。このような本発明によれば、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗を、窒化ガリウム系半導体層の極性主面（例えばｃ面）にパラジウム電極が接合するように形成した場合における極性主面とパラジウム電極との接触抵抗と同程度の大きさに調整することが可能であり、優れた発光特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【図７】熱処理温度（アニール温度）と接触抵抗との関係を示すグラフである。
【図８】熱処理前後の窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層）／パラジウム電極界面近傍の濃度プロファイルである。
【図９】パラジウム及びガリウムの二元系相図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る半導体発光素子及びその製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２２】
（半導体発光素子）
図１は、本実施形態に係る半導体発光素子を示す模式断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ（半導体発光素子）１は、半導体基板１０と、ｎ型半導体層１２と、活性層１４と、光ガイド層１６と、ｐ型半導体層（窒化ガリウム系半導体層）１８と、絶縁層３２と、パラジウム電極（表面電極、ｐ電極）３８とを備えている。半導体基板１０、ｎ型半導体層１２、活性層１４、光ガイド層１６及びｐ型半導体層１８は、積層体２０を構成している。
【００２３】
半導体基板１０は、ＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体によって形成されている。半導体基板１０は、互いに対向する表面１０ａと裏面１０ｂとを有しており、半導体基板１０の表面１０ａは半極性を示す。半導体基板１０の表面１０ａ上にエピタキシャル成長する半導体層（ｎ型半導体層１２、活性層１４、光ガイド層１６、ｐ型半導体層１８）の表面は、表面１０ａの結晶方位を引き継ぐ傾向がある。
【００２４】
ｎ型半導体層１２は、半導体基板１０の表面１０ａ上に設けられており、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されている。ｎ型半導体層１２は、例えば半導体基板１０上にｎ型ＧａＮ層１２ａ（厚さ：１．１μｍ）、ｎ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１２ｂ（厚さ：１．２μｍ）、ｎ型ＧａＮ層１２ｃ（厚さ：０．２５０μｍ）、ｎ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１２ｄ（厚さ：０．１１５μｍ）がこの順に積層されて形成されている。
【００２５】
ｎ型半導体層１２は、ｎ型不純物を含有している。ｎ型不純物としては、例えばＳｉが挙げられる。ｎ型ＧａＮ層１２ａ、ｎ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１２ｂ、ｎ型ＧａＮ層１２ｃ、ｎ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１２ｄのそれぞれの不純物濃度は、例えば３×１０１８／ｃｍ３、２×１０１８／ｃｍ３、２×１０１８／ｃｍ３、５×１０１７／ｃｍ３である。
【００２６】
活性層１４は、ｎ型半導体層１２上に設けられており、例えば単一量子井戸構造（ＳＱＷ）や多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。本実施形態において活性層１４は、アンドープＩｎ０．３０ＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体からなる単一量子井戸構造を有している。活性層１４の厚さは、例えば３ｎｍである。
【００２７】
光ガイド層１６は、活性層１４上に設けられており、アンドープＩｎ０．０２５ＧａＮ等の窒化ガリウム系半導体によって形成されている。光ガイド層１６の厚さは、例えば０．０７５μｍである。
【００２８】
ｐ型半導体層１８は、光ガイド層１６を介して活性層１４上に設けられており、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層から構成されている。ｐ型半導体層１８を構成する窒化ガリウム系半導体層は、窒化ガリウム系半導体を含有する層であり、窒化ガリウム系半導体からなる層であることが好ましい。窒化ガリウム系半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかが好ましい。
【００２９】
ｐ型半導体層１８の表面１８ｓ側には、リッジ形状を有する複数のリッジ部３０が形成されている。各リッジ部３０は、半導体基板１０の表面１０ａに沿った所定方向に延びており、この所定方向は、半導体レーザ１における光導波方向となる。なお、図１は、この所定方向と直交する方向の切断面を示している。リッジ部３０は、この所定方向と直交する方向に複数配列されており、例えばストライプ構造を有している。
【００３０】
ｐ型半導体層１８は、例えば半導体基板１０上にｐ型ＧａＮ層１８ａ（厚さ：０．０２０μｍ）、ｐ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１８ｂ（厚さ：０．０５０μｍ）、ｐ型ＧａＮ層１８ｃ（厚さ：０．２５０μｍ）、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄ（隆起部の厚さ：０．４００μｍ、層状部の厚さ：０．１５０μｍ）、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅ（厚さ：０．０５０μｍ）がこの順に積層されて形成されている。ｐ型ＧａＮ層１８ａ、ｐ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１８ｂ及びｐ型ＧａＮ層１８ｃは、半導体基板１０の表面１０ａの全面を覆うように表面１０ａ上に形成されている。ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄは、半導体基板１０の表面１０ａの全面を覆うように表面１０ａ上に形成された層状部と、層状部上に形成され、リッジ部３０の一部を構成する隆起部とを有している。ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅは、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄの隆起部と共にリッジ部３０を構成している。各リッジ部３０の線幅は例えば２．０μｍであり、各リッジ部３０の高さは例えば０．３００μｍである。
【００３１】
ｐ型半導体層１８は、ｐ型不純物を含有している。ｐ型不純物としては、例えばＭｇが挙げられる。ｐ型ＧａＮ層１８ａ、ｐ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１８ｂ、ｐ型ＧａＮ層１８ｃ、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄ、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅのそれぞれの不純物濃度は、例えば１×１０１９／ｃｍ３、３×１０１８／ｃｍ３、３×１０１８／ｃｍ３、７×１０１８／ｃｍ３、３×１０２０／ｃｍ３である。
【００３２】
また、リッジ部３０の頂面３０ａを構成するｐ型半導体層１８の表面１８ｓは、半導体基板１０の表面１０ａと同じ結晶方位を有している。表面１８ｓは、半極性を示しており、例えば、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のｍ軸方向に傾斜している。表面１８ｓのｍ軸方向への傾斜角度は、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加することを更に抑制する観点から、６３°以上８０°未満が好ましく、７０°以上８０°未満がより好ましく、７１°以上７９°以下が更に好ましい。
【００３３】
絶縁層３２は、リッジ部３０を除く積層体２０上にリッジ部３０の側面が埋まるように形成されている。絶縁層３２は、絶縁性シリコン化合物からなり、例えばＳｉＯ２膜である。
【００３４】
パラジウム電極３８は、リッジ部３０の頂面３０ａと、絶縁層３２におけるリッジ部３０近傍の部分とが覆われるようにリッジ部３０の長手方向（半導体レーザ１の光導波方向）に沿って形成されている。パラジウム電極３８は、ｐ型半導体層１８のｐ＋型ＧａＮ層１８ｅに接合するように形成されている。パラジウム電極３８の膜厚は、４０Å〜１μｍが好ましい。
【００３５】
パラジウム電極３８は、構成成分としてパラジウムと共にガリウムを含有している。パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量は、パラジウム電極３８の全量を基準として１ｍｏｌ％以上である。ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％未満であると、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅ中のガリウムがパラジウム電極３８中へ拡散し易く、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加する。なお、パラジウム電極３８におけるパラジウムの含有量は、パラジウム電極３８の全量を基準として例えば５０〜９９ｍｏｌ％程度である。パラジウム電極３８におけるガリウムやパラジウムの含有量は、例えばエネルギー分散型Ｘ線分光法により測定することができる。
【００３６】
パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量の上限は、後述するようにパラジウム電極３８が高温（例えば５５０℃）で熱処理された場合にパラジウム電極３８が劣化することを抑制する観点から、パラジウム電極３８の全量を基準として５０ｍｏｌ％未満が好ましく、３４ｍｏｌ％以下がより好ましく、１２ｍｏｌ％以下が更に好ましい。ガリウムの含有量の下限は、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加することを更に抑制する観点から、パラジウム電極３８の全量を基準として１ｍｏｌ％以上が好ましく、３ｍｏｌ％以上がより好ましい。
【００３７】
パラジウム電極３８上には、チタン、白金、金等の膜が積層されていてもよく、例えばパラジウム／金、パラジウム／チタン／金、パラジウム／チタン／白金／金等の積層膜を用いてもよい。
【００３８】
（半導体発光素子の製造方法）
図２〜６，１０は、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法における一工程を示す模式断面図である。図７は、熱処理温度（アニール温度）と接触抵抗との関係を示すグラフである。図８は、熱処理前後の窒化ガリウム系半導体層（ＧａＮ層）／パラジウム電極界面近傍の濃度プロファイルである。図９は、パラジウム及びガリウムの二元系相図であり、非特許文献１に記載された相図である。
【００３９】
本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、積層体形成工程（第１工程）、マスク形成工程、エッチング工程及び表面電極形成工程（第２工程）をこの順に備える。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、表面電極形成工程の後に、裏面加工工程、裏面電極形成工程、電極パッド形成工程、劈開工程、反射防止膜形成工程、レーザ試験工程及びチップ化工程をこの順に更に備えていてもよい。
【００４０】
｛積層体形成工程｝
積層体形成工程では、まず、図２（ａ）に示すように半導体基板１０を準備する。半導体基板１０の表面１０ａの結晶方位は、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとして得ることを目的とする結晶方位に調整されている。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に示すように、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって半導体基板１０の表面１０ａ上にｎ型半導体層１２（ｎ型ＧａＮ層１２ａ、ｎ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１２ｂ、ｎ型ＧａＮ層１２ｃ、ｎ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１２ｄ）、活性層１４、光ガイド層１６、ｐ型半導体層１８（ｐ型ＧａＮ層１８ａ、ｐ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１８ｂ、ｐ型ＧａＮ層１８ｃ、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄ、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅ）をこの順に表面１０ａの法線方向にエピタキシャル成長させて積層体２０を得る。
【００４２】
｛マスク形成工程｝
マスク形成工程では、積層体２０上にエッチングマスクを形成する。すなわち、まず、図２（ｃ）に示すように、例えば電子ビーム（ＥＢ）蒸着法によって、Ａｌ膜２２（厚さ：０．１０μｍ）及びＴｉ膜２４（厚さ：０．０１０μｍ）をこの順に積層体２０上の全面に形成する。なお、以下の図面においては、積層体２０の構成の詳細な図示を場合により省略する。
【００４３】
次に、図３（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法によって、エッチングマスクのための絶縁層２６をＴｉ膜２４上の全面に形成する。絶縁層２６は、絶縁性シリコン化合物からなり、例えばＳｉＯ２膜である。絶縁層２６の厚さは、例えば１．２μｍである。
【００４４】
続いて、絶縁層２６の一部を覆うレジスト膜２８を形成する。具体的には、絶縁層２６上の全面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてこのレジスト膜を露光・現像することにより、図３（ｂ）に示すように、所望のパターンを有するレジスト膜２８を形成する。各レジスト膜２８は、半導体基板１０の表面１０ａに沿った所定方向に延びている。この所定方向は、半導体レーザ素子における光導波方向となる。レジスト膜２８は、この所定方向と直交する方向に複数配列されており、例えばストライプ構造を有している。各レジスト膜２８の線幅は、例えば２．０μｍである。
【００４５】
次に、レジスト膜２８を介して絶縁層２６に対しドライエッチングを施すことにより、Ｔｉ膜２４の一部を覆うマスク２６ａ（例えば、厚さ：１．２μｍ、線幅：２．０μｍ）を形成する。エッチャントとしては、例えばＣＨＦ３ガスが用いられる。さらに、レジスト膜２８及びマスク２６ａを介してＡｌ膜２２及びＴｉ膜２４に対しドライエッチングを施すことにより、図３（ｃ）に示すように、積層体２０の表面の一部を覆うＡｌ膜２２ａ及びＴｉ膜２４ａを形成する。エッチャントとしては、例えばＣｌ２ガスが用いられる。
【００４６】
続いて、図４（ａ）に示すように、例えばＯ２とＣＦ４の混合ガスを用いたアッシングによってレジスト膜２８を除去する。
【００４７】
｛エッチング工程｝
エッチング工程では、マスク形成工程で得られたエッチングマスクを介して、ｐ型半導体層１８をエッチングにより所定の深さまで除去することにより、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓ側に複数のリッジ部３０を形成する。すなわち、例えば誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）によるドライエッチングを施すことにより、図４（ｂ）に示すように、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅにおけるＡｌ膜２２ａにより被覆されていない部分を除去した後、厚さ０．１５０μｍの層状部が残存するように、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄにおけるＡｌ膜２２ａにより被覆されていない部分を除去する。エッチャントとしては、例えばＣｌ２ガスが用いられる。リッジ部３０は、半導体レーザ素子における光導波方向となる方向に延びており、例えばストライプ構造を有している。各リッジ部３０の線幅は例えば２．０μｍであり、各リッジ部３０の高さは例えば０．３００μｍである。
【００４８】
次に、例えばＩＣＰによるドライエッチングを施すことにより、図４（ｃ）に示すように、Ａｌ膜２２ａの側面を選択的にエッチングする。これにより、Ａｌ膜２２ａの側面が後退し、Ｔｉ膜２４ａ及びマスク２６ａからなる庇が形成される。エッチャントとしては、例えばＣｌ２ガスが用いられる。
【００４９】
続いて、図５（ａ）に示すように、例えば電子ビーム蒸着法によって、リッジ部３０を除く積層体２０上に絶縁層３２をリッジ部３０の側面が埋まるように形成する。この場合、絶縁層３２はマスク２６ａ上にも形成される。
【００５０】
次に、例えばＩＣＰによるドライエッチングを施すことにより、図５（ｂ）に示すように、Ａｌ膜２２ａを除去し、Ａｌ膜２２ａ上に積層されていたＴｉ膜２４ａ、マスク２６ａ及び絶縁層３２を除去する。エッチャントとしては、例えばＣｌ２ガスが用いられる。
【００５１】
｛表面電極形成工程｝
表面電極形成工程では、まず、図５（ｃ）に示すように、リッジ部３０と絶縁層３２におけるリッジ部３０近傍の部分とが露出する開口３４ａが形成されるように、レジスト膜３４を絶縁層３２上に形成する。具体的には、リッジ部３０及び絶縁層３２上の全面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いてこのレジスト膜を露光・現像することにより、開口３４ａを有するレジスト膜３４を形成する。
【００５２】
続いて、図６（ａ）に示すように、例えば電子ビーム蒸着法によって、レジスト膜３４の主面と開口３４ａの底面とにパラジウム膜３６を形成する。具体的には、パラジウム膜３６の構成成分毎にソース（蒸着源）を準備し、当該ソースをそれぞれ蒸発させ、複数の成分をターゲットに供給することにより、パラジウム電極３８となる領域を含むパラジウム膜３６を成膜する。この場合、複数のソースを同時に蒸発させて複数の成分を同時にターゲットに蒸着してもよい。
【００５３】
ソースとしては、パラジウムを主な構成成分とする第１ソースと、ガリウムを主な構成成分とする第２ソースとが挙げられる。このようにパラジウム及びガリウムを互いに異なるソースからターゲットに供給することにより、パラジウム及びガリウムの供給量を個々に調整することが可能であり、構成成分毎に融点が相違する場合であっても、所望の組成のパラジウム電極を容易に得ることができる。なお、蒸着時にウェーハ加熱などは行わない。
【００５４】
パラジウム膜３６におけるガリウムの含有量は、１ｍｏｌ％以上となるように調整される。ガリウムの含有量は、例えば上記各ソースからの構成成分の供給量により調整することができる。パラジウム膜３６の膜厚は、例えば４０Å〜１μｍである。
【００５５】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばＯ２とＣＦ４の混合ガスを用いたアッシングによって、レジスト膜３４を除去し、レジスト膜３４に積層されていたパラジウム膜３６を除去する。これにより、レジスト膜３４の開口３４ａの底面に形成されていたパラジウム膜３６をパラジウム電極３８として備える半導体レーザ１が得られる。
【００５６】
パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量に関して、本発明者は、ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％未満であると、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加することを見出し、特に、熱処理によってｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が著しく増加することを以下の検討により見出した。
【００５７】
まず、半導体レーザ１と同様の構成を有する半導体レーザＡを複数準備した。半導体レーザＡにおいてｐ型半導体層１８の表面１８ｓは、窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ）のｃ軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ）のｍ軸方向に７５°傾斜した｛２０−２１｝面とした。次に、熱処理していない半導体レーザＡをサンプルとして準備すると共に、２００℃、２５０℃、３００℃又は４００℃で１分間半導体レーザＡを熱処理したサンプルをそれぞれ準備した。
【００５８】
また、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓが窒化ガリウム系半導体（ＧａＮ）のｃ面（｛０００１｝面）であることを除き上記半導体レーザＡと同様の構成を有する半導体レーザＢを複数準備した。次に、熱処理していない半導体レーザＢをサンプルとして準備すると共に、２００℃又は４００℃で１分間半導体レーザＢを熱処理したサンプルをそれぞれ準備した。なお、半導体レーザＡ及び半導体レーザＢのいずれにおいても、パラジウム電極３８に接合しているｐ＋型ＧａＮ層１８ｅのガリウムの含有量は、熱処理を行う前において不純物としての含有量程度（０．０１ｍｏｌ％以下）であった。
【００５９】
続いて、それぞれのサンプルについてｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗をＴＬＭ（伝送線路モデル）法を用いて測定した。測定結果を図７に示す。なお、図７中、半導体レーザＡのサンプルを「ｍ７５（Ｐｄ）」と表記し、半導体レーザＢのサンプルを「ｃ面（Ｐｄ）」と表記する。また、熱処理していない場合の熱処理温度を「as  depo.」と表記する。
【００６０】
図７に示すように、ｃ面とパラジウム電極との接触抵抗は、熱処理温度（アニール温度）の増加に伴い緩やかに増加するのに対し、半極性主面（ｍ軸方向への傾斜角度７５°）とパラジウム電極との接触抵抗は、熱処理温度の増加に伴い増加し、２００℃以上で急激に増加することが確認される。
【００６１】
次に、熱処理していないサンプルと４００℃で熱処理したサンプルとについて、ｐ型半導体層（ＧａＮ層）１８とパラジウム電極（Ｐｄ電極）３８との界面近傍のガリウム及びパラジウムの濃度プロファイルを二次イオン放出質量（ＳＩＭＳ）分析により測定した。測定結果を図８に示す。なお、図８（ａ）はガリウムの濃度プロファイルを示し、図８（ｂ）はパラジウムの濃度プロファイルを示す。また、図８中、Ａ１，Ａ２，Ａ３は、４００℃で熱処理した半導体レーザＡのプロファイルを示し、ａ１，ａ２，ａ３は、熱処理していない半導体レーザＡのプロファイルを示し、Ｂ１，Ｂ２は、４００℃で熱処理した半導体レーザＢのプロファイルを示し、ｂ１，ｂ２は、熱処理していない半導体レーザＢのプロファイルを示す。
【００６２】
図８（ａ）に示すように、半極性主面上にパラジウム電極が形成されたサンプル（Ａ１，Ａ２）では、４００℃で熱処理することにより、パラジウム電極の界面近傍におけるガリウムの存在量が電極内部に比して多くなることが確認される。一方、ｃ面にパラジウム電極が接合するように形成されたサンプル（Ｂ１）や、熱処理していないサンプル（ａ１，ａ２，ｂ１）では、パラジウム電極の界面近傍におけるガリウムの存在量は、電極内部のガリウムの存在量と同等であることが確認される。また、図８（ｂ）に示すように、半極性主面及びｃ面のいずれに接合するようにパラジウム電極を形成した場合も、窒化ガリウム系半導体層の界面近傍におけるパラジウムの存在量が熱処理により変化しないことが確認される。
【００６３】
ガリウムの含有量が１ｍｏｌ％未満である場合において接触抵抗が増加する理由について、これらの結果に基づき本発明者は以下のように推察している。すなわち、窒化ガリウム系半導体層中のガリウムがパラジウム電極へ拡散することにより、窒化ガリウム系半導体層の界面に欠陥が生じて、パラジウム電極と窒化ガリウム系半導体層との界面に高抵抗のショットキー接合が形成され易くなることにより、接触抵抗が増加したものと考えられる。
【００６４】
これに対し本発明者は、４００℃で熱処理することによりガリウムがパラジウム電極に拡散したサンプルについて、パラジウム電極中のガリウムの含有量が約０．１ｍｏｌ％であることを確認した。そして、本発明者は、ガリウム拡散後の含有量０．１ｍｏｌ％を超える量として、１ｍｏｌ％以上のガリウムをパラジウム電極中に含有させることにより、接触抵抗の増加を抑制することができることを見出した。
【００６５】
このように接続抵抗の増加が抑制可能な理由について、本発明者は以下のように推察している。すなわち、パラジウム電極中にガリウムが充分に存在する状態では、ガリウムが電極外部から電極内部へ移動して電極中のガリウムの含有量が更に増加することが抑制されている。そのため、窒化ガリウム系半導体層中のガリウムがパラジウム電極中へ拡散しづらくなり、窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との間に高抵抗の界面が形成されることが抑制され、接触抵抗の増加を抑制することができると考えられる。以上より、パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量の下限は、パラジウム電極３８の全量を基準として１ｍｏｌ％以上である。
【００６６】
また、図９に示すように、パラジウム及びガリウムから構成される化合物について、ガリウムの含有量が５０ｍｏｌ％未満では、融点は少なくとも９６０℃程度である。一方、ガリウムの含有量が５０ｍｏｌ％以上であると、パラジウム及びガリウムから構成される化合物の融点は４６０℃以下に低下してしまう。この場合、パラジウム電極３８が高温（例えば５５０℃）で熱処理されると、パラジウム電極３８が劣化して窒化ガリウム系半導体層の半極性主面とパラジウム電極との接触抵抗が増加する傾向がある。したがって、パラジウム電極３８が劣化することを抑制する観点から、パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量の上限は、パラジウム電極３８の全量を基準として５０ｍｏｌ％未満であることが好ましい。
【００６７】
｛裏面加工工程｝
裏面加工工程では、まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板１０の裏面１０ｂを研磨・研削する。次に、例えば誘導結合型プラズマによるドライエッチングを施すことにより、研磨・研削処理により基板に蓄積されたダメージを除去する。エッチャントとしては、例えばＣｌ２ガスが用いられる。
【００６８】
｛裏面電極作製工程｝
裏面電極作製工程では、図１０（ｂ）に示すように、半導体基板１０の裏面１０ｂの全面に裏面電極（ｎ電極）５０を形成する。裏面電極５０は、例えばチタン／アルミニウム／金の積層膜である。
【００６９】
｛電極パッド形成工程｝
電極パッド形成工程では、図１０（ｃ）に示すように、パラジウム電極３８の全てが覆われるように絶縁層３２及びパラジウム電極３８上にパラジウム電極３８の長手方向に沿って電極パッド６０を形成して基板生産物７０を得る。電極パッド６０は、例えばチタン／金の積層膜である。
【００７０】
｛劈開工程・反射防止膜形成工程｝
劈開工程では、例えば、レーザを用いたスクライブによって基板生産物７０を劈開させることにより、複数の半導体レーザ部を有するレーザバー生産物を得る。反射防止膜形成工程では、レーザバー生産物における共振器となる両端面に反射防止膜（ＡＲ膜）などをコーティングする。
【００７１】
｛レーザ試験工程・チップ化工程｝
レーザ試験工程では、レーザバー生産物における各半導体レーザ部の発光特性を評価する。チップ化工程では、ダイシングやブレーキングによって、レーザバー生産物の半導体レーザ部を個々の半導体レーザチップに分割する。半導体レーザチップは、ダイボンディング、ワイヤーボンディング、パッケージング等の工程を経て基板に実装される。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅに接合するパラジウム電極３８においてガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上であり、パラジウム電極３８中にガリウムが充分に存在している。この場合、ガリウムが電極外部から電極内部へ移動してパラジウム電極３８中のガリウムの含有量が更に増加しづらいため、パラジウム電極３８に接合しているｐ＋型ＧａＮ層１８ｅ中のガリウムがパラジウム電極３８中へ拡散することが抑制される。これにより、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との間に高抵抗の界面が形成されることが抑制され、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加することを抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、パラジウム電極３８におけるガリウムの含有量が１ｍｏｌ％以上であることにより、例えば裏面加工工程、反射防止膜形成工程及びレーザ試験工程においてパラジウム電極３８が例えば２００℃以上に加熱される場合であっても、ｐ型半導体層１８の表面１８ｓとパラジウム電極３８との接触抵抗が増加することを抑制することができる。
【００７４】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上述の実施形態では、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のｍ軸の方向に表面１８ｓが傾斜しているが、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に直交する面から窒化ガリウム系半導体のａ軸の方向に表面１８ｓが傾斜していてもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態では、光ガイド層１６を設けているが、光ガイド層１６を介さずに活性層１４とｐ型半導体層１８とが接合していてもよい。また、上述の実施形態では、リッジ部３０を設けているが、リッジ部３０を設けることなくｐ型ＧａＮ層１８ａ、ｐ型Ｉｎ０．０２５ＧａＮ層１８ｂ、ｐ型ＧａＮ層１８ｃ、ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４ＧａＮ層１８ｄ、ｐ＋型ＧａＮ層１８ｅが半導体基板１０の表面１０ａの全面を覆うように積層されていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１…半導体レーザ（半導体発光素子）、１０…半導体基板、１４…活性層、１８…ｐ型半導体層（窒化ガリウム系半導体層）、１８ｓ…表面（半極性主面）、３０…リッジ部、３０ａ…頂面、３８…パラジウム電極。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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