(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、それぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層が積層されたダブルヘテロ構造を有し、その窒化物半導体層の対向する端面を共振面とする窒化物半導体レーザ素子において、
前記共振面の一方はエッチング面であり、他方は窒化物半導体の劈開面であり、
前記ｐ型層にはストライプ状のリッジが形成され、該リッジの最上部にｐ電極が形成され、
誘電体からなる反射鏡が、前記エッチング面を含む基板上にある窒化物半導体層の表面に連続して形成され、
前記ｐ電極と接続するｐパッド電極が前記反射鏡を介してｐ型層の表面にも渡って形成されたことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記劈開面には、第２の反射鏡が形成されてい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】
前記反射鏡は、ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、ポリイミドのいずれか１つ以上で形成され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。
【請求項４】
前記エッチング面には、共振面とほぼ垂直な位置にあるｎ層の平面が露出していることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記劈開面は窒化物半導体がＭ面
【外１】
0004370751.tif 000003
で劈開された面であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記劈開面にはレーザ光を窒化物半導体層内に反射させる反射鏡が形成されており、前記エッチング面に形成された反射鏡の反射率が、劈開面に形成された反射鏡の反射率よりも高く調整されていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
基板上に、それぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を積層する工程と、
前記ｐ型層をエッチングしてストライプ状のリッジを形成する工程と、
前記ｐ型層及び活性層をエッチングして、それぞれ共振面となる対向するエッチング端面を形成し、ｎ型層を露出させる工程と、
前記リッジの最上部にｐ電極を形成する工程と、
前記ｐ電極上を含む、前記基板から上に露出している層全てに渡って誘電体膜よりなる反射鏡を形成する工程と、
前記ｐ電極上の反射鏡を除去する工程と、
前記ｐ電極に接続するｐパッド電極を、前記反射鏡を介してｐ型層の表面に渡って形成する工程と、
前記互いに対向する共振面の間において窒化物半導体を劈開する工程とを備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
窒化物半導体を劈開した後、前記エッチング面に形成された反射鏡よりも活性層の発光波長の反射率が低い他の反射鏡を、前記劈開面に形成することを含む請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記窒化物半導体を劈開する工程の後に、窒化物半導体の劈開面に第２の反射鏡を設ける工程を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、交通信号灯等で最近実用化されたばかりである。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、文献Ａ：Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35 (1996) pp.L217-L220、文献Ｂ：Appl.Phys.Lett.69(10),2 Sep.1996 pp.1477-1479等）
【０００３】
窒化物半導体よりなるレーザ素子の共振面は一般にエッチング、劈開等の技術を用いて形成される。前記文献Ａでは、窒化物半導体をエッチングして対向する共振面を形成しており、またＢでは、サファイアＡ面上に窒化物半導体を成長させ、そのサファイアのＲ面で劈開することにより共振面を形成している。しかし、それらのレーザ素子の出力は未だ低く満足できるものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、その主たる目的は、出力の向上した窒化物半導体よりなるレーザ素子と、その製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、それぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層が積層されたダブルヘテロ構造を有し、その窒化物半導体層の対向する端面を共振面とする窒化物半導体レーザ素子において、
前記共振面の一方はエッチング面であり、他方は窒化物半導体の劈開面であり、
前記ｐ型層にはストライプ状のリッジが形成され、該リッジの最上部にｐ電極が形成され、
誘電体からなる反射鏡が、前記エッチング面を含む基板上にある窒化物半導体層の表面に連続して形成され、
前記ｐ電極と接続するｐパッド電極が前記反射鏡を介してｐ型層の表面にも渡って形成されたことを特徴とする。
【０００６】
前記劈開面には、第２の反射鏡が形成されていてもよい。
【０００７】
前記反射鏡は、ＳｉＯ２ 、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、ポリイミドのいずれか１つ以上で形成されていてもよい。
【０００８】
前記エッチング共振面には、共振面とほぼ垂直な位置にあるｎ層の平面が露出していてもよい。
【０００９】
前記他方の共振面は窒化物半導体がＭ面
【外１】
0004370751.tif 000002
で劈開された劈開面であることが好ましい。
【００１０】
前記劈開面にはレーザ光を窒化物半導体層内に反射させる反射鏡が形成されており、前記エッチング面に形成された反射鏡の反射率が、劈開面に形成された反射鏡の反射率よりも高く調整されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、
基板上に、それぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層を積層する工程と、
前記ｐ型層をエッチングしてストライプ状のリッジを形成する工程と、
前記ｐ型層及び活性層をエッチングして、それぞれ共振面となる対向するエッチング端面を形成し、ｎ型層を露出させる工程と、
前記リッジの最上部にｐ電極を形成する工程と、
前記ｐ電極上を含む、前記基板から上に露出している層全てに渡って誘電体膜よりなる反射鏡を形成する工程と、
前記ｐ電極上の反射鏡を除去する工程と、
前記ｐ電極に接続するｐパッド電極を、前記反射鏡を介してｐ型層の表面に渡って形成する工程と、
前記互いに対向する共振面の間において窒化物半導体を劈開する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
窒化物半導体を劈開した後、前記エッチング面に形成された反射鏡よりも活性層の発光波長の反射率が低い他の反射鏡を、前記劈開面に形成することを含んでいてもよい。
【００１３】
前記窒化物半導体を劈開する工程の後に、窒化物半導体の劈開面に第２の反射鏡を設ける工程を備えていてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のレーザ素子の形状を示す斜視図であり、図２は図１のレーザ素子を、一点鎖線で示す位置で共振方向に平行に切断した際の概略的な断面図である。基本構造としては、基板上に、窒化物半導体よりなるｎ型層、活性層、ｐ型層が積層されたダブルへテロ構造を有し、それらの窒化物半導体層の端面には互いに対向する共振面を有している。それら共振面は活性層の発光波長において異なる反射率を有している。具体的な共振面としては、一方が窒化物半導体のエッチング面とされており、もう一方が窒化物半導体の劈開面とされている。
【００１６】
窒化物半導体をエッチングするには、ウエットエッチング、ドライエッチング等の方法があるが、共振面となるような平滑な面を形成するには、好ましくドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングして共振面を形成することができる。例えば、本出願人が先に公開した特開平８−１７８０３号公報に、窒化物半導体の具体的なエッチング手段が開示されている。
【００１７】
一方、劈開により窒化物半導体の端面に共振面を形成するには、例えば、本出願人が先に公開した特開平８−１５３９３１号に記載されているような、サファイアのＣ面にＣ軸配向した窒化物半導体を成長させた後、サファイア基板をＭ面で割る方法がある。その他、上記文献Ｂに記載されるような、サファイアＡ面上に窒化物半導体を成長させ、そのサファイアのＲ面で劈開する方法等がある。本発明のレーザ素子において、窒化物半導体の劈開面の面方位は特に問わないが、好ましくは窒化物半導体のＭ面を共振面とすると、非常に歩留良く、また鏡面に近い共振面が得られる。なお本発明でいう共振面とは、図１の矢印で示すように、活性層の端面に形成する共振面を指す。
【００１８】
このように窒化物半導体の一方の共振面をエッチング面とし、さらにもう一方の共振面をエッチング面とすることにより、レーザ素子の共振面の反射率を異なるようにすることができるので、反射率の低い共振面より出射されるレーザ光の出力を向上させることができる。特に、図１、２に示すようにエッチング面側の共振面に活性層の発光波長を反射する第１の反射鏡を形成すると、劈開面側の反射率がさらに小さくなるので、劈開面よりレーザ光が直接出射されるため出力の高いレーザ素子が得られる。
【００１９】
さらにまた、エッチングにより共振面を形成すると、図１に示すようにエッチング共振面側には、共振面とほぼ垂直な位置にあるｎ層の平面が露出してしまう。この平面はレーザ光をその表面で反射して、レーザ光のファーフィールドパターンを乱す。つまりレーザ出射光側に共振面よりも突出した平面が存在すると、その平面でレーザ光の形状が乱される。一方劈開面であれば、その突出部分がないために、楕円形に近い一定形状のレーザ光が得られる。そのため、本発明のレーザ素子では劈開面側から出射されるレーザ光を主として取り出して、各種光源として使用することが望ましい。
【００２０】
さらに好ましくは、図１に示すようにエッチング面側には第１の反射鏡を形成して、劈開面側には反射鏡を形成しないことが最も望ましい。レーザ光は共振面より出射される場合に反射鏡で一部が出射を阻害される。そのため、劈開面側に反射鏡を形成しないことにより、光の取出効率が向上し、スロープ効率もよくなるので、高出力のレーザが得られる。さらに好ましくは反射鏡がＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ポリイミドのような高誘電体で構成されていると、本発明の製造方法においても非常に都合がよい。つまり、窒化物半導体レーザ素子の場合には、同一面側にある半導体層からｐ電極と、ｎ電極とが取り出されることが多いため、電極形成の際に、電極間の短絡には非常に注意を要する。しかし、本発明のように高誘電体よりなる反射鏡を共振面と共に形成すると、その反射鏡がｎ、ｐ電極が短絡するのを防止する絶縁膜として作用するので、レーザ素子の信頼性が向上する。この誘電体よりなる反射鏡の作用については、本実施例においてさらに詳説する。
【００２１】
本発明のレーザ素子では、エッチング面側に形成した第１の反射鏡の反射率よりも低い反射率を有する第２の反射鏡を劈開面側に形成してもよい。第２の反射鏡を形成すると、閾値が低下するという利点はあるが、劈開面側から出射されるレーザ素子の出力は、第２の反射鏡を形成しないものに比較して、若干低下する。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明を実施例において詳説する。図３は本発明のレーザ素子の一構造を示す模式的な断面図であり、共振面に平行な方向で素子を切断した際の構造を示している。図４は窒化物半導体の結晶構造を示すブロックセル図である。図５、図６は本発明の実施例の一工程において得られるレーザ素子の構造を示す部分断面図であり、この図はレーザ光の共振方向に平行な方向で素子を切断した際の図を示している。以下、これらの図を元に本発明のレーザ素子、及び製造方法について説明する。
【００２３】
［実施例１］
以下、図３に示す構造のレーザ素子を作製する方法について述べる。
（積層工程）
1)  ２インチφのサファイア（Ｃ面）よりなる基板１の上に
2)  ＧａＮよりなるバッファ層２
3)  Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるコンタクト層３
4)  Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４
5)  Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｎ型クラッド層５
6)  ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型光ガイド層６
7)  ＳｉドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５オングストロームと、ＳｉドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームと３ペア積層して最後に井戸層を積層した活性層７
8)  Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャップ層８
9)  Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層９
10)  Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型クラッド層１０
11)  Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１
を順に積層する。
【００２４】
１）  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を用いることができる。その他ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いて、本発明のような構造の素子とすることもできる。
【００２５】
２）  バッファ層２はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が、９００℃以下の温度で、膜厚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。
【００２６】
３）  ｎ型コンタクト層３はＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉ若しくはＧｅをドープしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得られ、またｎ電極と好ましいオーミック接触が得られる。
【００２７】
４）  クラック防止層４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、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層を厚膜で成長させることが可能となり、非常に好ましい。ＬＤの場合は、光閉じ込め層となる層を、好ましくは０．１μｍ以上の膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に直接、厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難であったが、このクラック防止層が、次に成長させるＡｌを含むｎ型クラッド層にクラックが入るのを防止することができる。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がＬＤを作製する場合には成長させる方が望ましい。このクラック防止層はｎ型コンタクト層内に成長させても良い。
【００２８】
５）  ｎ型クラッド層５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を成長させることが望ましく、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により、結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。
【００２９】
６）  ｎ型光ガイド層６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。
【００３０】
７）  活性層７は膜厚７０オングストローム以下のＩｎを含む窒化物半導体よりなる井戸層と、膜厚１５０オングストローム以下の井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体よりなる障壁層とを積層した多重量子井戸構造とするとレーザ発振しやすい。
【００３１】
８）  キャップ層８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８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。
【００３２】
９）  ｐ型光ガイド層９は、ｎ型光ガイド層と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ型クラッド層を成長させる際のバッファ層としても作用し、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により、好ましい光ガイド層として作用する。
【００３３】
１０）  ｐ型クラッド層１０はｎ型クラッド層と同じく、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させることが望ましく、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により、結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。さらに前記のようにこの層をＡｌを含む窒化物半導体層とすることにより、ｐ型コンタクト層と、ｐ電極との接触抵抗差ができるので好ましい。
【００３４】
本実施例のようにＩｎＧａＮよりなる井戸層を有する量子構造の活性層の場合、その活性層に接して、膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含むｐ型キャップ層を設け、そのｐ型キャップ層よりも活性層から離れた位置に、ｐ型キャップ層よりもバッドギャップエネルギーが小さいｐ型光ガイド層を設け、そのｐ型光ガイド層よりも活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層よりもバンドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体よりなるｐ型クラッド層を設けることは非常に好ましい。しかもｐ型キャップ層の膜厚を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。従って、半導体素子が温度上昇しても発光効率が低下することが少ないので、閾値電流の低いＬＤを実現することができる。
【００３５】
１１）  ｐ型コンタクト層１１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とすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。（積層工程終了）
【００３６】
以上の構成で基板１の上に活性層７を含む窒化物半導体層を積層後、窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、アニーリングを行い、ｐ型層中に含まれる水素の一部を除去し、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００３７】
次に、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置で、図３に示すように、最上層のｐ型コンタクト層１１と、ｐ型クラッド層１０とをメサエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とする。
【００３８】
リッジ形成後、露出しているｐ型層の平面にマスクを形成し、図３に示すようにストライプ状のリッジに対して左右対称にして、ｎ型コンタクト層２２の平面を露出させる。このようにｎ電極２２を形成すべきｎ型コンタクト層３をリッジストライプに対して左右対称に設けることにより、ｎ層からの電流も活性層に対して均一に係るようになり、閾値が低下する。
【００３９】
（エッチング工程）
次に、ｎ型コンタクト層３の表面と、露出しているｐ型層の表面に所定の形状のマスクを形成し、同じくＲＩＥを用いて、ｎ型コンタクト３の平面とほぼ同じ高さになるようにエッチングを行い、共振器長７００μｍの共振面を形成する。
【００４０】
次に、リッジ最上部のｐ型コンタクト層１１に、ＮｉとＡｕよりなるオーミック用のｐ電極２０をほぼ全面に形成する。一方、ＴｉとＡｌよりなるオーミック用のｎ電極２２をストライプ状のｎ型コンタクト層のほぼ全面に形成する。なお、ほぼ全面とは８０％以上の面積をいう。このようにｎ電極も全面に形成し、さらにリッジに対して左右対称に形成することにより閾値が低下する。図５は、ｐ電極２０形成後のウェーハの部分断面図であり、レーザの共振方向に平行な方向で、リッジの直上からウェーハを切断した際の概略図を示している。
【００４１】
（第１の反射鏡形成工程）
電極形成後、ウェーハをＣＶＤ装置に移送し、ｐ電極２０、ｎ電極２２、ｐ型クラッド層１０等、基板から上の表面に露出している層全てに渡って、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体多層膜よりなる第１の反射鏡３０を形成する。第１の反射鏡３０の各層の膜厚はλ／４ｎ（λ:活性層の発光波長、ｎ:材料の屈折率）に従うものとする。第１の反射鏡３０形成後の断面図を図６に示す。この第１の反射鏡は共振面側では活性層の発光を反射する反射鏡として作用し、さらに、ｎ型コンタクト層３、ｐ型クラッド層１０の表面では電極間の短絡を防止する絶縁膜として作用する。このように、第１の反射鏡３０を共振面と共振面との間に連続して形成することにより、非常に効果的に素子を作製することができる。反射鏡の材料としては例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ポリイミドのような高誘電体材料を用いることができる。
【００４２】
第１の反射鏡３０形成後、ｐ電極２０と、ｎ電極２２の表面に形成されている第１の反射鏡３０を除去する。除去されて露出したｐ電極２０と、ｎ電極２２の表面には電極面積を広げ、電流を均一に拡散させる目的で、それぞれｐパッド電極２１と、ｎパッド電極２２とを図３に示すような構造となるように形成する。なお、図３に示すようにｐパッド電極は、絶縁膜としての第１の反射鏡を介して、ｐ型クラッド層１０の表面にも渡って形成する。
【００４３】
（劈開工程）
次に、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サファイア基板をラッピングし、基板の厚さを５０μｍ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。基板の厚さは７０μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下とすることにより、素子の放熱性が高まり素子が長寿命になる。
【００４４】
基板研磨後、研磨面側をスクライブして、図６に示す一点鎖線の位置で、共振面に平行な方向でバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。これにより、劈開面とエッチング面とで構成された共振器長５５０μｍの共振面が作製される。なお劈開面はサファイア基板の上に成長した窒化物半導体面のＭ面とする。Ｍ面とは前にも説明したが、具体的には、図４に示すように、窒化物半導体を正六角柱の六方晶系で近似した場合に、その六角柱の側面に相当する四角形の面に相当する面である。なお、Ｍ面で劈開するためには、予めエッチング工程で作製する共振面がＭ面となるように作製しておく必要がある。さらにｎ電極に平行な位置でウェーハを切断することにより、図２に示すような形状のレーザ素子を得る。
【００４５】
以上のようにしてレーザ素子を作製することにより、図１に示すような構造の素子を作製することができる。このレーザ素子の共振面の一方は劈開により形成されて、その劈開面には反射鏡が形成されていない。もう一方の共振面はエッチングにより形成され、そのエッチング面には反射鏡が形成されている。このレーザ素子をフェースアップ（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、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度１．５ｋＡ／cm2、閾値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認された。なお、劈開面側から出射されたレーザ光の出力は、両方の共振面をエッチングにより形成し、さらにその共振面に同一反射率を有する反射鏡を形成したものに比較して、およそ２倍に向上した。また劈開面側から周されたレーザ光のファーフィールドパターンも、楕円形であって乱れのない非常に奇麗な形状のものが得られた。
【００４６】
［実施例２］
実施例１において、劈開工程終了後、劈開面以外の第１の反射鏡の表面にマスクを形成し、劈開面に同じくＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体多層膜よりなる第２の反射鏡３１を形成する。なお第２の反射鏡３１はその膜厚を調整することにより、第１の反射鏡の反射率の１／１０に調整する。
【００４７】
第２の反射鏡形成後、マスクを除去し、同様にしてｐ電極２０、ｎ電極２２の表面を露出させ、後は同様にしてレーザ素子を作製した。このレーザ素子の構造を示す概略的な断面図を図７に示す。このレーザ素子も同様に室温において連続発振を示し、実施例１のものに比較して出力がおよそ２０％低下した。
【００４８】
［実施例３］
実施例１のエッチング工程において、共振器長５５０μｍとなるようにエッチングする他は同様にしてエッチングを行う。
【００４９】
次に、同様にしてｐ型コンタクト層１１にｐ電極２０、ｎ型コンタクト層３にｎ電極２２を形成する。
【００５０】
電極形成後、片方の共振面となるエッチング面にマスクを形成した後、ウェーハをＣＶＤ装置に移送し、実施例１と同様に基板から上の表面に露出している層全てに渡って、ＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体多層膜よりなる第１の反射鏡を形成する。このように、共振面形成後、窒化物半導体層の表面と共振面とに、連続した誘電体よりなる反射鏡を形成する工程を備えることにより、前述したように第１の反射鏡が窒化物半導体表面に形成された絶縁膜として作用し、電極間のショートを防止すると共に、ｐ電極２０の上にｐパッド電極２１を形成して、実質的な電極面積を広げることができる。電極面積が広がると閾値を低下させることができる。
【００５１】
その後、マスクを除去した後、共振面と共振面との間でウェーハを劈開する。このようにして、エッチングにより両方の共振面が作製され、一方の共振面には反射鏡が形成されて、もう一方の共振面には反射鏡が形成されておらず、互いの共振面で反射率が異なるレーザ素子が作製できる。このレーザ素子は反射鏡が形成されていない側の共振面からレーザ光が取り出され、室温において、同様に閾値電流密度１．５ｋＡ／cm2、閾値電圧６Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認された。なお、反射鏡を形成していない共振面側から出射されたレーザ光の出力は、両方の共振面をエッチングにより形成し、さらにその共振面に同一反射率を有する反射鏡を形成したものに比較して、１．３倍に向上した。但し、レーザ光のファーフィールドパターンは劈開面でないために乱れがあった。しかし、この共振面より突出した平面部は研磨して除去するか、あるいは共振面に近い位置で基板を劈開することにより除去できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ素子は互いの共振面の反射率を異ならせることにより、高出力なレーザ素子を実現することができる。しかも片方を劈開面、もう片方をエッチング面とすると、劈開面側から出射されるレーザ光はほぼ楕円形に近い非常に奇麗な形状のレーザ光が得られる。
【００５３】
また本発明の製造方法では、反射鏡を作製する工程において、絶縁膜も形成することができるため、同一面側にあるレーザ素子の電極間ショートを防止でき、非常に信頼性の高い素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す概略断面図。
【図２】  図１のレーザ素子の形状を示す斜視図。
【図３】  図２のレーザ素子の構造を詳細に示す断面図。
【図４】  窒化物半導体の結晶構造を模式的に示すユニットセル図。
【図５】  本発明の製造方法の一工程において得られるウェーハの概略構造を示す部分断面図。
【図６】  本発明の製造方法の一工程において得られるウェーハの概略構造を示す部分断面図。
【図７】  本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す概略断面図。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板、
２・・・バッファ層、
３・・・ｎ型コンタクト層、
４・・・クラック防止層、
５・・・ｎ型クラッド層、
６・・・ｎ型光ガイド層、
７・・・活性層、
８・・・ｐ型キャップ層、
９・・・ｐ型光ガイド層、
１０・・・ｐ型クラッド層、
１１・・・ｐ型コンタクト層、
２０・・・ｐ電極、
２１・・・ｐパッド電極、
２２・・・ｎ電極、
２３・・・ｎパッド電極、
３０・・・第１の反射鏡、
３１・・・第２の反射鏡。
【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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