(57)【要約】【課題】リッジの放熱性を確保するとともに、リッジ直下の活性層に発生する圧縮歪みを抑制することができる窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１０と、基板１０の一方の面の上方に形成された第一導電型クラッド層１１と、第一導電型クラッド層１１の上方に形成された活性層１３と、活性層１３の上方に形成され、表面にリッジ１５ａおよび平坦部１５ｂを有する第二導電型クラッド層１５と、リッジ１５ａの側面の下方部および平坦部１５ｂ上に形成された誘電体膜１７と、基板１０の他方の面に形成された第一電極１９と、リッジ１５ａの上方に形成された第二電極２０と、リッジ１５ａおよび平坦部１５ｂを覆うようにして第二電極２０上および誘電体膜１７上に形成された第三電極２１とを有し、リッジ１５ａの側面の少なくとも一部と第三電極２１との間に空洞部１８が介在している。【選択図】図１
2012094564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の面の上方に形成された第一導電型クラッド層と、
前記第一導電型クラッド層の上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成され、表面にリッジおよび平坦部を有する第二導電型クラッド層と、
前記リッジの側面の下方部および前記平坦部上に形成された誘電体膜と、
前記基板の他方の面に形成された第一電極と、
前記リッジの上方に形成された第二電極と、
前記リッジおよび前記平坦部を覆うようにして前記第二電極上および前記誘電体膜上に形成された第三電極とを有し、
前記リッジの側面の少なくとも一部と前記第三電極との間に空洞部が介在している
半導体レーザ素子。
【請求項２】
さらに、前記第二導電型クラッド層の前記リッジと前記第二電極との間に形成された第二導電型コンタクト層を有し、
前記空洞部は、前記第二導電型コンタクト層の側面と前記第三電極との間にも介在している
請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子は、ＩｎＡｌＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料からなる
請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第二導電型クラッド層は、ＡｌＧａＮからなる
請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層は、ＩｎＧａＮからなる
請求項３または４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第二電極は、ＰｄもしくはＮｉからなる単層膜、または、ＰｄおよびＮｉからなる多層膜である
請求項１〜５のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第三電極は、ＰｄおよびＮｉ以外の金属からなる多層膜であり、
前記多層膜における少なくとも最外層金属は、前記リッジの上部から前記誘電体膜にかけて連続形成される
請求項１〜６のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜、ＡｌＮ膜もしくはＡｌ2Ｏ3膜からなる単層膜、または、ＳｉＯ2膜、ＡｌＮ膜およびＡｌ2Ｏ3膜の中から少なくとも２種選択されて構成される多層膜からなる
請求項１〜７のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第二電極の幅は、前記リッジの幅よりも広い
請求項１〜８のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層および第二導電型コンタクト層を順次形成する工程と、
前記第二導電型クラッド層および前記第二導電型コンタクト層をエッチングすることにより、リッジ部を形成する工程と、
前記リッジ部を覆うように誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜をエッチングすることにより前記リッジ部の側面を選択的に露出させる工程と、
前記リッジ部の上方に第二電極を形成する工程と、
前記第二電極の上方に第三電極を形成する工程とを有し、
前記第二電極を形成する工程において、当該第二電極は、自公転成膜方法によって前記リッジ部の露出させた部分に形成されることなく前記第二導電型コンタクト層上に形成され、かつ、当該第二電極の幅が前記第二導電型コンタクト層の上面の幅よりも広くなるように形成され、
前記第三電極を形成する工程において、当該第三電極は、公転成膜方法によって、当該第三電極と前記リッジ部の露出させた部分との間に空洞部が介在するように形成される
半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体を用いた半導体発光素子が、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）として急速に普及している。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を用いたＧａＮ半導体レーザダイオードは、高密度高速記録光ディスクシステムにおける光ピックアップ装置のキーデバイスとして産業上の重要性が増してきている。
【０００３】
ＧａＮ半導体レーザダイオードでは、通常、ＧａＮ基板上に活性層としてＩｎＧａＮが用いられ、活性層の上下に形成されるクラッド層としてＡｌＧａＮが用いられる。この場合、活性層には圧縮歪みが発生し、クラッド層には引張歪みが発生する。そして、活性層上部のｐ型クラッド層にストライプ状のリッジを設けたリッジ構造を有する半導体レーザ素子においては、そのリッジ直下の活性層にクラッド層の引張歪みの反作用として、レーザ共振器の共振方向と直交する方向に、より大きな圧縮歪みが発生することになる。このような現象を利用すると、しきい値電流の低い高性能な半導体発光素子を簡素な構造で実現できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２５５９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、リッジ直下の活性層に発生する歪みは、高出力動作時の寿命特性に悪影響を及ぼすという問題がある。リッジ直下の活性層に発生する歪みは、活性層の上方に設けられる電流ブロック層となる誘電体膜やｐ側電極の応力が起因する。
【０００６】
例えば、ＧａＮ半導体レーザダイオードにおけるｐ側電極に用いられる主な金属は、オーミック電極として用いられるＮｉ（ニッケル）やＰｄ（パラジウム）を含めて殆どの金属が引張応力を有している。従って、当該ｐ側電極がリッジ側面に接触する場合、リッジ直下の活性層に発生する圧縮歪を増加させるように働く。また、ｐ側電極として熱膨張係数の大きい金属を用いた場合、自己発熱等の温度上昇により、活性層に発生する圧縮歪は更に増加する。表１にｐ側電極に用いられる主な金属の熱膨張係数を示す。
【０００７】
【表１】
2012094564.tif 000003
【０００８】
表1に示すように、オーミック電極として用いられるＮｉやＰｄは、熱膨張係数が１０×１０-6（℃）を越える大きな値を有するため、温度上昇による活性層への圧縮歪の増加は避けられない。
【０００９】
ここで、半導体レーザダイオードにおける半導体積層体における応力を抑制する方法の一例が、特許文献２（特開２００７−２８８１４９号公報）又は特許文献３（特開平３−１４２９８５号公報）に開示されている。
【００１０】
特許文献２によれば、ＧａＮ半導体レーザダイオードにおいて、ｐ側半導体層のリッジの両側面と絶縁保護膜との間に空隙を形成することにより、リッジと当該リッジに接する絶縁保護膜との界面にかかる応力を抑制することが開示されている。
【００１１】
また、特許文献３によれば、半導体レーザダイオードにおいて、クラッド層のメサ部（リッジ）の両側に溝を形成するとともにメサ部（リッジ）側面には電極を形成せず、かつ、発光領域から電極を離すことにより、電極に関与する歪みを低減できることが開示されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献２、３は、クラッド層のリッジ側部の全面および平坦部（クラッド層のリッジが形成されていない部分）に空隙が存在する構成であり、高出力動作による発熱が最も大きいリッジ直下での放熱が阻害されるという問題がある。
【００１３】
本発明は、リッジの放熱性を確保した上で、熱膨張係数が大きいオーミック電極を用いたとしてもリッジ直下の活性層に発生する圧縮歪みを抑制することができる窒化物半導体レーザ素子およ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】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様は、基板と、前記基板の一方の面の上方に形成された第一導電型クラッド層と、前記第一導電型クラッド層の上方に形成された活性層と、前記活性層の上方に形成され、表面にリッジおよび平坦部を有する第二導電型クラッド層と、前記リッジの側面の下方部および前記平坦部上に形成された誘電体膜と、前記基板の他方の面に形成された第一電極と、前記リッジの上方に形成された第二電極と、前記リッジおよび前記平坦部を覆うようにして前記第二電極上および前記誘電体膜上に形成された第三電極とを有し、前記リッジの側面の少なくとも一部と前記第三電極との間に空洞部が介在しているものである。
【００１５】
本態様によれば、第二導電型クラッド層のリッジの側面の下方部は誘電体膜を介して第三電極と接続されている。これにより、高出力動作による発熱が最も大きいリッジ直下での放熱を効率的に行うことが可能となる。さらに、本態様によれば、前記空洞部が介在するので、第三電極は、第二導電型クラッド層の一部と接しないように構成されている。これにより、第二電極として、熱膨張係数が大きい電極材料を用いたとしても、活性層に加わる圧縮歪みを抑制することが可能である。
【００１６】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記第二導電型クラッド層の前記リッジと前記第二電極との間に形成された第二導電型コンタクト層を有し、前記空洞部は、前記第二導電型コンタクト層の側面と前記第三電極との間にも介在していることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記半導体レーザ素子は、ＩｎＡｌＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料からなることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記第二導電型クラッド層は、ＡｌＧａＮからなることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記活性層は、ＩｎＧａＮからなることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記第二電極は、ＰｄもしくはＮｉからなる単層膜、または、ＰｄおよびＮｉからなる多層膜であることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記第三電極は、ＰｄおよびＮｉ以外の金属からなる多層膜であり、前記多層膜における少なくとも最外層金属は、前記リッジの上部から前記誘電体膜にかけて連続形成されることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記誘電体膜は、ＳｉＯ2膜、ＡｌＮ膜もしくはＡｌ2Ｏ3膜からなる単層膜、または、ＳｉＯ2膜、ＡｌＮ膜およびＡｌ2Ｏ3膜の中から少なくとも２種選択されて構成される多層膜からなることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の一態様において、前記第二電極の幅は、前記リッジの幅よりも広いことが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の一態様は、基板上に、第一導電型クラッド層、活性層、第二導電型クラッド層および第二導電型コンタクト層を順次形成する工程と、前記第二導電型クラッド層および前記第二導電型コンタクト層をエッチングすることにより、リッジ部を形成する工程と、前記リッジ部を覆うように誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜をエッチングすることにより前記リッジ部の側面を選択的に露出させる工程と、前記リッジ部の上方に第二電極を形成する工程と、前記第二電極の上方に第三電極を形成する工程とを有し、前記第二電極を形成する工程において、当該第二電極は、自公転成膜方法によって前記リッジ部の露出させた部分に形成されることなく前記第二導電型コンタクト層上に形成され、かつ、当該第二電極の幅が前記第二導電型コンタクト層の上面の幅よりも広くなるように形成され、前記第三電極を形成する工程において、当該第三電極は、公転成膜方法によって、当該第三電極と前記リッジ部の露出させた部分との間に空洞部が介在するように形成されるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法によれば、リッジの放熱性を確保することができるとともに、熱膨張係数が大きい電極材料を用いたとしても活性層に発生する圧縮歪みを抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子に製造方法における各製造工程の断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子における時間変化と動作電圧変化との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、比較例に係る半導体レーザ素子の要部拡大断面図であり、図４（ｂ）は、当該比較例に係る半導体レーザ素子における時間変化と動作電圧変化との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、ＧａＮ半導体レーザダイオードに適用した場合について説明する。
【００２８】
まず、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の断面図（レーザ共振器の共振方向に垂直な断面図）である。
【００２９】
本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子１は、ＩｎＡｌＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料からなるＧａＮ半導体レーザダイオードであって、図１に示すように、基板１０と、第一導電型クラッド層１１、第一導電型光ガイド層１２、活性層１３、第二導電型光ガイド層１４、第二導電型クラッド層１５、および、第二導電型コンタクト層１６を有する半導体積層体と、誘電体膜１７と、空洞部１８と、第一電極１９と、第二電極２０と、第三電極２１とを備える。以下、半導体レーザ素子１の各構成要素ついて、詳述する。
【００３０】
基板１０は、一方の面と当該一方の面に対向する他方の面を有する半導体基板であって、例えば、ｎ型ＧａＮ基板を用いることができる。
【００３１】
第一導電型クラッド層１１は、第一導電型であるｎ型のＡｌxＧａ1-xＮで構成され、基板１０の一方の面（表面）上に形成される。本実施形態において、第一導電型クラッド層１１は、膜厚が２．５μｍのｎ型Ａｌ0.03Ｇａ9.97Ｎ（ｘ＝０．０３）で構成した。
【００３２】
第一導電型光ガイド層１２は、ｎ型の窒化物半導体で構成され、第一導電型クラッド層１１上に形成される。本実施形態において、第一導電型光ガイド層１２は、膜厚が０．１μｍのｎ型ＧａＮで構成した。
【００３３】
活性層１３は、ＩｎyＧａ1-yＮからなる障壁層とＩｎsＧａ1-sＮからなる井戸層とによって構成される量子井戸活性層であって、第一導電型光ガイド層１２上に形成される。本実施形態において、活性層１３は、Ｉｎ0.08Ｇａ9.92Ｎ（ｙ＝０．０８）からなる障壁層とＩｎ0.03Ｇａ9.97Ｎ（ｓ＝０．０３）からなる井戸層とによって構成される量子井戸活性層で構成した。
【００３４】
第二導電型光ガイド層１４は、第一導電型とは異なる第二導電型であるｐ型の窒化物半導体で構成され、活性層１３上に形成される。本実施形態において、第二導電型光ガイド層１４は、膜厚が０．１μｍのｐ型ＧａＮで構成した。
【００３５】
第二導電型クラッド層１５は、ｐ型のＡｌtＧａ1-tＮで構成され、第二導電型光ガイド層１４上に形成される。本実施形態において、第二導電型クラッド層１５は、膜厚が０．５μｍのｐ型Ａｌ0.03Ｇａ9.97Ｎ（ｔ＝０．０３）で構成した。
【００３６】
また、第二導電型クラッド層１５は、表面にリッジ１５ａと平坦部１５ｂとを有する。リッジ１５ａは、断面が凸状であり、レーザ共振器の共振方向に沿って延びるストライプ状に形成されている。リッジ１５ａのストライプ幅は、例えば、１．４μｍ程度とすることができる。平坦部１５ｂは、第二導電型クラッド層１５においてリッジ１５ａが形成されていない領域であって、リッジ１５ａの両側に形成される平面である。従って、第二導電型クラッド層１５において、平坦部１５ｂの膜厚は、リッジ１５ａの膜厚（リッジの高さ）よりも薄くなるように構成される。
【００３７】
第二導電型コンタクト層１６は、ｐ型の窒化物半導体で構成され、第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａ上に形成される。本実施形態において、第二導電型コンタクト層１６は、リッジ１５ａと同じ幅で、膜厚が５０ｎｍのｐ＋型ＧａＮで構成した。
【００３８】
本実施形態において、第二導電型クラッド層１５の一部および第二導電型コンタクト層１６は、レーザ共振器の共振方向に沿って延びるリッジストライプに加工され、第二導電型コンタクト層１６は、第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａとともにリッジ部を構成している。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザ素子１では、第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａと第二導電型コンタクト層１６とによってリッジ部が構成されている。
【００３９】
誘電体膜１７は、電流ブロック層であり、第二導電型クラッド層１５の平坦部１５ｂ上およびリッジ１５ａの側部（側面）の一部に形成される。また、誘電体膜１７は、平坦部１５ｂからリッジ１５ａにかけて連続するようにして形成されている。
【００４０】
本実施形態において、誘電体膜１７は、リッジ１５ａの側面の下方部（基底部）に形成されているが、リッジ１５ａの側面の上方部および第二導電型コンタクト層１６の側面には形成されていない。このため、誘電体膜１７に対してリッジ部の一部が露出するように、すなわち、リッジ１５ａの側面の上方部と第二導電型コンタクト層１６とが露出するように構成されており、リッジ１５ａの側面の上方部と第二導電型コンタクト層１６とは誘電体膜１７と接していない。
【００４１】
リッジ部側面に接する誘電体膜１７の形成領域（誘電体膜の高さ）としては、上限は第二導電型コンタクト層１６の側面に接しない程度の高さであり、下限はリッジ平坦部が露出しない程度であり、好ましくはリッジ１５ａの高さの半分程度の高さである。誘電体膜１７は、この範囲内に形成すればよい。
【００４２】
誘電体膜１７は、例えば、ＳｉＯ2膜、ＡｌＮ膜もしくはＡｌ2Ｏ3膜の単層膜、または、これらの中から少なくとも２種選択して２層以上積層した多層膜で構成することができる。本実施形態において、誘電体膜１７は、ＳｉＯ2膜の単層膜で構成した。
【００４３】
第一電極１９は、ｎ型コンタクト電極（ｎ側電極）であって、基板１０の他方の面（裏面）に形成される。本実施形態において、第一電極１９は、ｎ型ＧａＮ基板の基板１０とコンタクト接続するように形成されており、基板１０側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層の金属膜からなる多層膜で構成した。
【００４４】
第二電極２０は、ｐ型コンタクト電極（ｐ側電極）であって、第二導電型コンタクト層１６の上面に形成される。第二電極２０は、ｐ+型ＧａＮ層と良好なコンタクトを形成できる金属で構成することが好ましく、ＰｄもしくはＮｉの単層膜、または、これらを２層以上積層した多層膜で構成することができる。
【００４５】
さらに、本実施形態において、第二電極２０の幅は、第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａの幅および第二導電型コンタクト層１６の幅よりも広くなるように構成されており、第二電極２０には、リッジ部の上面（第二導電型コンタクト層１６の上面）から横方向に突出する庇（突出部）が形成されている。なお、本実施形態において、第二電極２０の庇は、リッジ１５ａの側面の下方部に形成された誘電体膜１７の膜厚の分だけ突出するように構成されている。
【００４６】
第三電極２１は、ｐ側のパッド電極であって、第二電極２０およびリッジ部（リッジ１５ａ、第二導電型コンタクト層１６）を覆うように、第二電極２０の上面および誘電体膜１７の上面に形成されている。本実施形態において、第三電極２１は、リッジ１５ａの上部の第二電極２０から平坦部１５ｂ上の誘電体膜１７にかけて連続形成されている。
【００４７】
第三電極２１は、第二電極２０又は誘電体膜１７との密着性がよく金属の相互拡散を抑止できる積層構造であることが好ましく、第三電極２１を構成する金属の熱膨張係数が第二電極２０を構成する金属の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。第三電極２１は、熱膨張係数がＰｄまたはＮｉよりも小さい金属で構成することができ、例えば、第二電極２０側から、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層の金属膜からなる多層膜で構成することができる。この場合、多層膜における少なくとも最外層金属は、リッジ１５ａの上部から平坦部１５ｂにかけて連続形成されることが好ましい。
【００４８】
そして、本実施形態では、第二電極２０にはリッジ部から突出する庇が形成されているので、庇の直下には、誘電体膜１７から露出するように構成されたリッジ１５ａの側面の上方部である第二導電型クラッド層１５の一部と、第二導電型コンタクト層１６の側面と、第三電極２１の内側面（リッジ部側の面）とで囲まれる空洞部１８が設けられている。空洞部１８は、リッジ１５ａのストライプ方向に沿ってストライプ状に形成されている。
【００４９】
なお、本実施形態においては、第二電極２０と第三電極２１は、図１に示すように、リッジ１５ａの側面の上方部と第二導電型コンタクト層１６の側面とのいずれとも接しないように構成されているが、本発明の主旨を逸脱しない程度に少なくとも第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａと接していない領域を設ければよい。また、第二電極２０は、リッジ１５ａの側面および平坦部１５ｂ上に形成された誘電体膜１７上には形成されてないが、第二電極２０は、第二導電型コンタクト層１６上の庇とは切断されるように構成すれば、誘電体膜１７上に形成されていてもよい。この場合、第二電極２０は、第二導電型コンタクト層１６上と第二導電型クラッド層１５の平坦部１５ｂ上とに分離形成される。
【００５０】
なお、このように構成される本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、共振器長が例えば８００μｍであり、チップ幅が例えば２００μｍである。
【００５１】
以上、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子１によれば、第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａの側面の下方部は誘電体膜１７を介して第三電極２１と接続されている。これにより、高出力動作による発熱が最も大きいリッジ１５ａ直下（リッジ部直下）での放熱を効率的に行うことが可能となる。しかも、第二導電型クラッド層１５の平坦部１５ｂも誘電体膜１７を介して第三電極２１と接続されている。これにより、リッジ１５ａでの発熱は平坦部１５ｂからも放熱する。従って、リッジ１５ａ（リッジ部）の放熱性を確保することができる。
【００５２】
さらに、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子１によれば、空洞部１８が介在するので、ｐ側の第三電極２１は、第二導電型クラッド層１５の一部と接しないように構成されている。これにより、第二電極２０として、熱膨張係数が大きい電極材料を用いたとしても、活性層１３に加わる圧縮歪みを抑制することが可能である。
【００５３】
また、本実施形態では、さらに、リッジ１５ａと第二電極２０との間に第二導電型コンタクト層１６が形成されており、空洞部１８は第二導電型コンタクト層１６の側面と第三電極２１との間にも介在している。これにより、第三電極２１は、第二導電型コンタクト層１６の側面にも接しないように構成されるので、活性層１３に加わる圧縮歪みを抑制できる。
【００５４】
このように、本実施形態に係る半導体レーザ素子１によれば、リッジの放熱性を確保することができるとともに、熱膨張係数が大きい電極材料を用いたとしても活性層に発生する圧縮歪みを抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
【００５５】
次に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について、図２（ａ）〜図（ｈ）を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子に製造方法における各製造工程の断面図である。なお、図２は、半導体レーザの電流注入領域における断面図である。
【００５６】
先ず、図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板からなる基板１０の上に、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘ＝０．０３）からなる第一導電型クラッド層１１、ｎ型ＧａＮ光ガイド層からなる第一導電型光ガイド層１２、ＩｎyＧａ1-yＮ（ｙ＝０．０８）からなる障壁層とＩｎsＧａ1-sＮ（ｓ＝０．０３）からなる井戸層とによって構成される多重量子井戸構造の活性層１３、ｐ型ＧａＮ光ガイド層からなる第二導電型光ガイド層１４、ｐ型ＡｌtＧａ1-tＮ（ｔ＝０．０３）からなる第二導電型クラッド層１５、および、ｐ+型ＧａＮコンタクト層からなる第二導電型コンタクト層１６を順次形成することにより、基板１０上に半導体積層体を形成する。
【００５７】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体積層体表面の第二導電型コンタクト層１６上に、レジストパターンを用いて所望膜厚のＳｉＯ2からなるストライプ状のマスクパターン２２をドライエッチングあるいはウエットエッチングにより形成し、マスクパターン２２を用いて、塩素ガス（Ｃｌ2）を利用したドライエッチングにより、第二導電型クラッド層１５の一部および第二導電型コンタクト層１６をエッチングしてストライプ状のリッジ部（リッジ１５ａ、第二導電型コンタクト層１６）を形成する。その後、バッファードフッ酸等を用いたウエットエッチングにより、マスクパターン２２を除去する。なお、リッジ部の形状は、側面の傾斜角度が７０°から９０°の順メサであって、ボトム（リッジ部の基底面）寸法は所望の幅で構成することができる。なお、リッジ部の形状としては、第二導電型コンタクト層１６近傍において一部逆メサ形状を有していても構わない。
【００５８】
次に、図２（ｃ）に示すように、化学気相成長（ＣＶＤ）法により、リッジ部を覆うようにして、第二導電型コンタクト層１６の露出部分（上面および側面）と第二導電型クラッド層１５の露出部分（リッジ１５ａの全側面および平坦部１５ｂ全面）にＳｉＯ2からなる誘電体膜１７を形成する。この誘電体膜１７は、半導体レーザ素子１の電流ブロック層として使用される。なお、誘電体膜１７を形成する手法としては、ＣＶＤ法以外に、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の工法を用いてもよい。また、誘電体膜１７の膜厚は、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であれば良く、誘電体膜１７による光閉じ込め効果を加味すると、５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度が好ましい。
【００５９】
また、リッジ部の側面に堆積させる誘電体膜１７は、アルゴン等の不活性ガスを用いるＲＩＥ法により、垂直方向から略７０°〜略８５°程度の所望の傾斜角度を有する順メサ形状に整形加工することが好ましい。これにより、第三電極２１を形成する際において、リッジ部に伴う段差部位における電極の段切れを防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、誘電体膜１７の材料として、ＳｉＯ2を用いたが、容易にエッチングが可能なＡｌＮまたはＡｌ2Ｏ3を用いても構わない。
【００６１】
次に、誘電体膜１７上に第１のレジスト膜２３を形成し、図２（ｄ）に示すように、リッジ部上の誘電体膜１７の頭頂部が露出するように、第１のレジスト膜２３に開口部を形成する。この開口部の形成には、例えば酸素プラズマ処理によるレジストエッチバック法を用いることができる。
【００６２】
続いて、図２（ｅ）に示すように、例えばバッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより、第１のレジスト膜２３の開口部から露出する誘電体膜１７をエッチングする。このとき、リッジ部の側面の上方部に接する誘電体膜１７のみを選択的に除去し、リッジ部の側面の一部を露出させる。
【００６３】
本実施形態では、リッジ部の側面の一部を露出させて空洞部１８を形成するために、リッジ部の側面の上方部に接する誘電体膜１７を除去し、かつ、リッジ部の基底部の放熱性を得るために、リッジ部の側面の下方部に接する誘電体膜１７は残存させるようにエッチングする。
【００６４】
より具体的には、第二導電型コンタクト層１６については、上面（第二電極２０を形成する領域）および側面の誘電体膜１７を除去するとともに、第二導電型クラッド層１５については、リッジ１５ａの側面の一部が誘電体膜１７から所望の高さで露呈するように、リッジ１５ａの側面の上部の誘電体膜１７を除去する。これにより、リッジ部の側面の上方部に接する誘電体膜１７のみが選択的に除去されて、リッジ１５ａの側面の下方部（基底部）と平坦部１５ｂとを覆うようにして誘電体膜１７が残存する。
【００６５】
次に、図２（ｆ）に示すように、レジストエッチバック後の第１のレジスト膜２３上に、第２のレジスト膜２４をパターン形成する。このような二層レジスト工法を用いることにより、後に行う第二電極２０のリフトオフ時に、第二電極２０を第二導電型コンタクト層１６上に選択的に安定して形成できる。また、第２のレジスト膜２４を用いて、リッジ部の一部を被覆することで、誘電体膜１７を開口しない領域を設けることもでき、例えば端面非注入構造として使用することもできる。
【００６６】
なお、第２のレジスト膜２４を形成するこの工程は必須の行程ではないが、このように二層レジスト工法を用いる場合は、誘電体膜１７上の全面において、第１のレジスト膜２３がリッジ部近傍で平坦となるように所望の膜厚で塗布し、１５０℃以上の加熱処理により失活処理をしておくことが好ましい。なお、失活処理をする手法は、ＵＶキュア等の的確な失活法であれば良い。
【００６７】
次に、自公転（プラネタリードーム型）成膜方法の１つである自公転蒸着法を用いてウエハ全面にｐ型コンタクト電極である第二電極２０を形成し、図２（ｇ）に示すように、第１のレジスト膜２３および第２のレジスト膜２４上の不要な蒸着膜をリフトオフにより除去して、第二導電型コンタクト層１６の上部に第二電極２０を選択形成する。
【００６８】
ここで、蒸着粒子の斜め入射が可能となる自公転蒸着法を採用することにより、リッジ部の露出させた部分に第二電極２０が形成されることなく、かつ、第二導電型コンタクト層１６上に形成された第二電極２０の電極幅がリッジ部の上面幅（第二導電型コンタクト層１６の幅）よりも広くなるようにして第二電極２０を形成することができる。これにより、第二電極２０によってリッジ部の上部にのみ庇を設けることが可能になり、次工程で第三電極２１を蒸着する際にリッジ部の側面に空洞部１８を容易にかつ安定に形成できる。また、ウエットエッチングで開口した誘電体膜１７上に第二電極２０が形成されていても構わない。
【００６９】
ここで、第二電極２０は、第二導電型コンタクト層１６に対して低接触抵抗で接続する金属を用いて所望の膜厚で形成すれば良く、例えば、ＰｄまたはＮｉから選択される単層または二層以上の金属と、第三電極２１との接合が容易となる最表面層よりなる膜であれば良い。更に、安定したコンタクト特性を得るためには、第二電極２０を形成した後に、オーミックアニールを行うことが好ましい。
【００７０】
続いて、図２（ｈ）に示すように、公転（法線ドーム型）成膜方法の１つである公転蒸着法を用いて、第二電極２０上に第三電極２１を形成する。第三電極２１は、第二電極２０より広範囲に形成し、ダイスボンドやワイヤーボンド等の工程で接合面の役割を果たすパッド電極として使用する。第三電極２１は、Ａｕ等の金属相互拡散を抑止できる二層以上の多層膜で構成することが好ましく、更には熱膨張係数が大きく、残存応力が存在するＰｄおよびＮｉ以外の電極材料によって構成される積層構造であることがより好ましい。このような第三電極２１としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜を用いることができる。
【００７１】
ここで、第三電極２１の形成に、蒸着粒子を垂直入射する公転蒸着法を用いることにより、第二電極２０で形成された庇を利用して、リッジ部の露出させた側面と第三電極２１との間にストライプ状の空洞部１８を安定して形成することができる。また、空洞部１８を形成する第三電極２１については、多層膜における少なくとも最外層金属がリッジ部の上部から平坦部にかけて連続形成されていれば、その他の電極層金属は第二導電型クラッド層１５の側面に不連続部が存在しても構わない。例えば、第三電極２１をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜で構成する場合は、最外層であるＡｕが連続形成されていればよい。
【００７２】
なお、パッド電極である第三電極２１の上に第四電極として厚膜のメッキを形成しても構わない（図示せず）。この場合、第三電極２１を給電膜として電界メッキ形成することが好ましく、例えば、上述のように最外層に連続形成されたＡｕ層を用いることにより、空洞部１８は安定して形成することができる。メッキは、所定のメッキ処理によって形成すすることができる。
【００７３】
このように、リッジ部の側面と第三電極２１との間にストライプ状に介在する空洞部１８を形成することにより、緩衝作用により電極が活性層１３に及ぼす応力を緩和することができる。
【００７４】
最後に、基板１０を所望の厚さ（１００μｍ以下）に研削および研磨し、基板１０の裏面にコンタクト接続する第一電極１９を形成する。これにより、図１に示すようなＧａＮ半導体レーザダイオードを作製することができる。
【００７５】
その後、図示しないが、バー状に劈開加工し、共振器の端面に誘電体膜を所望の反射率になるようコートし、チップ化する。
【００７６】
次に、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の寿命特性について実験を行ったので、その実験結果について図３および図４を用いて説明する。
【００７７】
図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子における時間変化と動作電圧変化との関係を示す図である。なお、図３（ａ）は、空洞部１８周辺部の拡大図であり、図１と同じ構成要素については同じ符号を付している。また、図３（ｂ）は、動作電圧（Ｖｏｐ）値の変動量の試験時間依存性を示したものであり、上述の製造方法によって作製した半導体レーザ素子のチップをヒートシンクにダイスボンド実装した後、一定光出力における通電試験を実施したときの結果を示している。本実施形態では、半導体レーザ素子を５個作製し、３００時間連続発振させたときにおける動作電圧（Ｖｏｐ）の変動を測定した。
【００７８】
また、図４（ａ）は、比較例に係る半導体レーザ素子の要部拡大断面図であり、図４（ｂ）は、当該比較例に係る半導体レーザ素子における時間変化と動作電圧変化との関係を示す図である。なお、図４（ａ）の構成は、図３（ａ）の空洞部１８が第二電極２０Ａによって埋め込まれた構成であり、第二電極の蒸着方法を公転（法線ドーム型）蒸着法にすることによって作製した。また、図４（ｂ）は、図３（ｂ）と同様の方法によって測定した。
【００７９】
まず、図３（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子よれば、３００時間通電中においても３００時間経過後の動作電圧においても電圧の上昇率は２〜３％である。従って、本実施形態に係る半導体レーザ素子は、長時間に渡って安定した動作電圧が得られ、良好な寿命特性を有する。
【００８０】
これに対して、図４（ｂ）に示すように、比較例に係る半導体レーザ素子によれば、３００時間通電中において時間の経過と共に動作電圧が上昇し、３００時間経過後には電圧の上昇率は１６％以上に達し、良好な寿命特性を得ることができなかった。
【００８１】
以上のように、ｐクラッド層である第二導電型クラッド層１５のリッジ１５ａの側面とパッド電極である第三電極２１との間にストライプ状の空洞部１８を介在させることにより、リッジ１５ａの側面およびリッジ基底部での放熱性を確保した上で、第二導電型クラッド層１５に発生する引張歪みと同じ方向に応力を発生させることができる。これにより、第三電極２１に熱膨張係数が大きい電極材料を用いたとしても、活性層１３に加わる圧縮歪みを抑制することができるので、半導体レーザ素子の寿命特性の向上を図ることができる。
【００８２】
以上、本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、光ディスクシステムにおける光ピックアップ装置等に用いられる半導体レーザ素子として有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  基板
１１  第一導電型クラッド層
１２  第一導電型光ガイド層
１３  活性層
１４  第二導電型光ガイド層
１５  第二導電型クラッド層
１５ａ  リッジ
１５ｂ  平坦部
１６  第二導電型コンタクト層
１７  誘電体膜
１８  空洞部
１９  第一電極
２０、２０Ａ  第二電極
２１  第三電極
２２  マスクパターン
２３  第１のレジスト膜
２４  第２のレジスト膜
【図１】
2012094564.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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