(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、
前記窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、
前記窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、
前記突起部は、窒化物系半導体からなり、前記光導波領域と略平行な方向に延びることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記突起部は、前記光導波領域に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光導波領域に対向する位置における前記窒化物系半導体層の領域の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記窒化物系半導体層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記光導波領域に対向する位置における前記融着層の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記融着層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記融着層は、前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第１の層、第２の層および第３の層を順に含み、
前記第１の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第２の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第３の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第２の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、
前記第２の層の融点は、前記第１および第３の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
窒化物系半導体基板を用意する工程と、
光導波領域を含む窒化物系半導体層を前記窒化物系半導体基板上に形成する工程と、
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記窒化物系半導体基板の一部を前記光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として前記窒化物系半導体層上に残すように前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第１の領域を複数有するとともに、隣り合う第１の領域間に位置するストライプ状の第２の領域を複数有し、
前記複数の第１の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、前記複数の第２の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発生可能であり、
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、前記窒化物系半導体基板の前記第２の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、
前記窒化物系半導体基板を剥離する工程は、前記窒化物系半導体基板を通して前記窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第１の層、第２の層および第３の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、
前記第１の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第２の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第３の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第２の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第２の層の融点は、前記第１および第３の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項６または７記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記成長用基板が剥離された前記窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、
前記窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の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、成長基板から支持基板への貼り替えによって形成される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、波長４０５ｎｍ程度の青紫色光を用いて記録および再生可能なＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）が実用化されている。このようなＤＶＤの記録および再生のために、波長４０５ｎｍ程度の青紫色光を出射する半導体レーザ素子（青紫色半導体レーザ素子）を用いたＤＶＤドライブも実用化されている。
【０００３】
青紫色半導体レーザ素子は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）基板またはサファイア基板等の基板上に窒化物系半導体層を形成することにより作製される。
【０００４】
窒化物系半導体層を形成するための基板としては、ＧａＮ基板を用いることが好ましい。ＧａＮ基板上に窒化物系半導体層を形成する場合、サファイア基板等の他の基板上に窒化物系半導体層を形成する場合に比べて、窒化物系半導体層の形成時に窒化物系半導体層に発生する歪みおよび結晶欠陥を低減することができる。したがって、ＧａＮ基板を用いることにより、高い信頼性を有する高出力の青紫色半導体レーザ素子を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ基板は窒化物系半導体層を形成可能な他の基板（例えば、サファイア基板等）に比べて高価である。
【０００６】
そこで、特許文献１には、窒化物系半導体層の成長基板としてＧａＮ基板を繰り返し利用することができる半導体発光素子の製造方法が記載されている。この製造方法においては、成長基板としてのＧａＮ基板上に、ＧａＮ基板のバンドギャップエネルギーよりも低いバンドギャップエネルギーを有する剥離層が形成される。さらに、その剥離層上に窒化物系半導体層が形成される。その後、剥離層のバンドギャップエネルギーよりも高くＧａＮ基板のバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーを有するレーザビームがＧａＮ基板を通して剥離層に照射される。これにより、ＧａＮ基板が窒化物系半導体層から分離される（レーザリフトオフ）。
【０００７】
このように、特許文献１の半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物系半導体層の形成後、レーザリフトオフにより分離されたＧａＮ基板を窒化物系半導体層の成長基板として繰り返し利用することができる。したがって、特許文献１の製造方法を用いることにより、青紫色半導体レーザ素子の低コスト化が実現できる。
【特許文献１】特開２００５−９３９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、成長基板上に形成された窒化物系半導体層は、はんだ等からなる融着層を介して、ヒートシンクとしての支持基板に接合される。
【０００９】
その状態で、半導体レーザ素子を駆動すると、半導体レーザ素子の温度が上昇し、窒化物系半導体層、融着層および支持基板を含む複数の層が膨張する。その場合、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子の各部に応力が発生する。
【００１０】
窒化物系半導体層の単位体積当りに発生する応力が大きい場合には、窒化物系半導体層に大きな歪みが発生することがある。その場合、半導体レーザ素子の特性が低下し、レーザ光の出力が低下したり、レーザ光の波長が不安定になる。
【００１１】
本発明の目的は、歪みが抑制されることにより特性の低下が防止された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）第１の発明に係る半導体レーザ素子は、ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、突起部は、窒化物系半導体からなり、光導波領域と略平行な方向に延びるものである。
【００１３】
その半導体レーザ素子においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【００１４】
（２）突起部は、光導波領域に対向する位置に設けられてもよい。
【００１５】
この場合、突起部の存在により窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力をより確実に低減することができる。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【００１６】
（３）光導波領域に対向する位置における窒化物系半導体層の領域の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における窒化物系半導体層の厚みよりも大きくてもよい。
【００１７】
この場合、窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力が窒化物系半導体層の他の領域に発生する単位体積当りの応力に比べて十分に低減される。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【００１８】
（４）半導体レーザ素子は、窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における融着層の厚みよりも小さくてもよい。
【００１９】
この場合、融着層によって窒化物系半導体層と支持基板とが確実に接着される。また、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みを小さくすることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力によって光導波領域に歪みが生じることを抑制することができる。
【００２０】
（５）窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、融着層は、窒化物系半導体層側から支持基板側に第１の層、第２の層および第３の層を順に含み、第１の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第２の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第３の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第２の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第２の層の融点は、第１および第３の層の融点よりも低くてもよい。
【００２１】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第１の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第３の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【００２２】
さらに、比較的融点が低い第２の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【００２３】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【００２４】
（６）第２の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物系半導体基板を用意する工程と、光導波領域を含む窒化物系半導体層を窒化物系半導体基板上に形成する工程と、窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、窒化物系半導体基板の一部を光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残すように窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えるものである。
【００２５】
その半導体レーザ素子の製造方法においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【００２６】
（７）窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第１の領域を複数有するとともに、隣り合う第１の領域間に位置するストライプ状の第２の領域を複数有し、複数の第１の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、複数の第２の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発光可能であり、窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体基板の第２の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、窒化物系半導体基板を剥離する工程は、窒化物系半導体基板を通して窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程を含んでもよい。
【００２７】
この場合、窒化物系半導体基板を剥離する工程において、窒化物系半導体基板の第２の領域では、他の領域に比べてレーザビームが吸収されやすい。それにより、窒化物系半導体基板の第２の領域の一部が窒化物系半導体基板から分離される。
【００２８】
窒化物系半導体層の光導波領域は窒化物系半導体基板の第２の領域に対向する位置に形成される。そのため、分離された窒化物系半導体基板の第２の領域の一部が、光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残る。このように、窒化物系半導体層上に突起部を容易に形成することができる。
【００２９】
（８）窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、窒化物系半導体層と支持基板との間に窒化物系半導体層側から支持基板側に第１の層、第２の層および第３の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、第１の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第２の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第３の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第２の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第２の層の融点は、第１および第３の層の融点よりも低くてもよい。
【００３０】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第１の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第３の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【００３１】
さらに、比較的融点が低い第２の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【００３２】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【００３３】
（９）成長用基板が剥離された窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えてもよい。この場合、電極の良好なオーミック特性が得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（１）第１の実施の形態
（１−１）半導体レーザ素子の製造方法
図１〜図６は、第１の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。なお、図１（ａ）、図２〜図５および図６（ｉ）は断面図であり、図１（ｂ）および図６（ｊ）は平面図である。
【００３７】
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すＧａＮ（窒化ガリウム）基板１を用意する。本実施の形態では、転位がストライプ状の領域Ｒ１に集中するように作製されたＧａＮ基板１を用いる。このようなＧａＮ基板１は、例えばＶＡＳ（Void Assisted Separation）法またはＤＥＥＰ（Dislocation Elimination by the Epi-growth with inverted-Pyramidal pits）法等により作製される。以下、領域Ｒ１を転位集中領域Ｒ１と呼ぶ。
【００３８】
このＧａＮ基板１の表面に紫外線を照射して、蛍光顕微鏡により蛍光発光を観察すると、隣り合う転位集中領域Ｒ１間の中心部付近に、周囲と発光のコントラストが異なるストライプ状の領域Ｒ２を確認することができる。領域Ｒ２の幅Ｈ１は例えば約０．１μｍ以上４０μｍ以下の範囲であり、均一であっても不均一であってもよい。
【００３９】
この領域Ｒ２は、周囲よりも蛍光発光が強く、黄味を帯びた明るい発光を示す。これは、結晶成長時において酸素の取り込み量が周囲と異なるためであると考えられる。また、領域Ｒ２は、高抵抗であるとともに良好な結晶性を有する。以下、領域Ｒ２を高ルミネッセンス領域Ｒ２と呼ぶ。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、このＧａＮ（窒化ガリウム）基板１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）を用いてバッファ層、剥離層２、ｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、ｎ型キャリアブロック層、ｎ型光ガイド層、活性層５、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７を順に結晶成長させる。なお、バッファ層、ｎ型キャリアブロック層、ｎ型光ガイド層、ｐ型光ガイド層およびｐ型キャップ層に関しては、図示を省略している。
【００４１】
まず、ＧａＮ基板１上に、例えば膜厚約２０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を形成する。続いて、バッファ層上に、膜厚約３０ｎｍのＩｎＧａＮからなる剥離層２を形成する。
【００４２】
続いて、剥離層２上に、約５×１０１８ｃｍ−３のＳｉ（ケイ素）がドープされたＧａＮからなるｎ型コンタクト層３を形成する。ｎ型コンタクト層３の膜厚は約５μｍであり、キャリア濃度は約５×１０１８ｃｍ−３である。続いて、ｎ型コンタクト層３上に、約５×１０１８ｃｍ−３のＳｉがドープされたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層４を形成する。ｎ型クラッド層４の膜厚は約４００ｎｍであり、キャリア濃度は約５×１０１８ｃｍ−３である。
【００４３】
続いて、ｎ型クラッド層４上に、約５×１０１８ｃｍ−３のＳｉがドープされたＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層を形成する。ｎ型キャリアブロック層の膜厚は約５ｎｍであり、キャリア濃度は約５×１０１８ｃｍ−３である。続いて、ｎ型キャリアブロック層上に、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型光ガイド層を形成する。ｎ型光ガイド層の膜厚は約１００ｎｍである。
【００４４】
ｎ型光ガイド層上に、膜厚約２０ｎｍのアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる複数（例えば４つ）の障壁層と、膜厚約３ｎｍのアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる複数（例えば３つ）の量子井戸層とを交互に成長させ、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造の活性層５を形成する。
【００４５】
なお、本例では、ＭＱＷ構造を有する活性層５を用いているが、これに代えて、ＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する活性層５を用いてもよい。
【００４６】
続いて、活性層５上に、約４×１０１９ｃｍ−３のＭｇ（マグネシウム）がドープされたＧａＮからなるｐ型光ガイド層を形成する。ｐ型光ガイド層の膜厚は約１００ｎｍである。続いて、ｐ型光ガイド層上に、約４×１０１９ｃｍ―３のＭｇがドープされたＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎからなるｐ型キャップ層を形成する。ｐ型キャップ層の膜厚は約２０ｎｍである。
【００４７】
続いて、ｐ型キャップ層上に、約４×１０１９ｃｍ−３のＭｇがドープされたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層６を形成する。ｐ型クラッド層６の膜厚は約４００ｎｍであり、キャリア濃度は約５×１０１７ｃｍ−３である。続いて、ｐ型クラッド層６上に、約４×１０１９ｃｍ−３のＭｇがドープされたＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層７を形成する。ｐ型コンタクト層７の膜厚は約１０ｎｍであり、キャリア濃度は約５×１０１７ｃｍ−３である。
【００４８】
これらｎ型コンタクト層３、ｎ型クラッド層４、ｎ型キャリアブロック層、ｎ型光ガイド層、活性層５、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層６およびｐ型コンタクト層７により、ＧａＮを主成分とするＧａＮ半導体層２０が構成される。
【００４９】
続いて、ｐ型コンタクト層７上に、ＣＶＤ法（化学気相成長法）およびフォトリソグラフィを用いてＳｉＯ２からなるストライプ状のエッチングマスクを形成する。そして、Ｃｌ２（塩素）ガスを用いてｐ型コンタクト層７およびｐ型クラッド層６の一部をエッチングする。それにより、図２（ｂ）に示すように、ストライプ状のリッジ部Ｒｉが形成される。リッジ部Ｒｉを除くｐ型クラッド層６の部分の膜厚は約８０ｎｍとなる。なお、エッチングマスクはエッチング後に除去される。
【００５０】
本実施の形態では、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の上方にリッジ部Ｒｉが形成されるように、ｐ型コンタクト層７およびｐ型クラッド層６のエッチング領域が設定される。リッジ部Ｒｉの幅は例えば約１．５μｍであり、高さは例えば約３２０ｎｍである。
【００５１】
続いて、図３（ｃ）に示すように、ｐ型クラッド層６の上面およびリッジ部Ｒｉの側面に例えばＳｉＯ２からなる電流ブロック層８を形成する。続いて、ｐ型コンタクト層７上にｐ側オーミック電極９を形成する。ｐ側オーミック電極９は、膜厚約５ｎｍのＰｔ（白金）層、膜厚約１００ｎｍのＰｄ（パラジウム）層および膜厚１５０ｎｍのＡｕ（金）層を順に含む積層膜である。
【００５２】
続いて、隣り合うリッジ部Ｒｉ間の中心部を除いた電流ブロック層８およびｐ側オーミック電極９上の領域に、ｐ側パッド電極１０を形成する。ｐ側パッド電極１０は、膜厚３ｎｍのＴｉ（チタン）層、膜厚１００ｎｍのＰｄ層および膜厚３００ｎｍのＡｕ層を含む積層膜である。
【００５３】
続いて、ｐ側パッド電極１０上に、融着層１１を形成する。融着層１１は、８８重量％のＡｕおよび１２重量％のＧｅ（ゲルマニウム）からなる合金層（以下、Ａ合金層と呼ぶ）、１０重量％のＡｕおよび９０重量％のＳｎ（錫）からなる合金層（以下、Ｂ合金層と呼ぶ）、および８８重量％のＡｕおよび１２重量％のＧｅからなる合金層（以下、Ｃ合金層と呼ぶ）を順に含む積層膜である。Ａ合金層の膜厚は約１μｍであり、Ｂ合金層の厚みは３μｍであり、Ｃ合金層の厚みは１μｍである。なお、Ａ合金層が請求項における融着層の第１の層の例であり、Ｂ合金層が第２の層の例であり、Ｃ合金層が第３の層の例である。
【００５４】
一方、図３（ｄ）に示すように、Ｇｅ（ゲルマニウム）基板３０上に、膜厚１５０ｎｍのＮｉ層および膜厚３００ｎｍのＡｕ層を順に含む積層膜からなるコンタクト金属層３１をＥＢ法（電子ビーム蒸着法）により形成する。
【００５５】
そして、真空状態において２９５℃の温度で加圧することにより、図４（ｅ）に示すように、Ｇｅ基板３０上のコンタクト金属層３１とＧａＮ半導体層２０上の融着層１１とを貼り合わせる。これにより、Ｇｅ基板３０とＧａＮ半導体層２０とが接合される。
【００５６】
続いて、ＧａＮ基板１の露出面（図４において上面）に鏡面研磨を施す。そして、図４（ｆ）に示すように、ＧａＮ基板１を通して剥離層２に向けてレーザビームＬＡを照射する。具体的には、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウム：ヤグ（イットリウムアルミニウムガーネット））またはＮｄ：ＹＶＯ４（ネオジウム：イットリウムバナデート）等のパルスレーザの第２高調波（波長：約５３２ｎｍ）を、約５００ｍＪ／ｃｍ２以上約１０００ｍＪ／ｃｍ２以下のエネルギー密度で断続的に照射する。その場合、剥離層２上において隣接する照射スポットが重なり合うように、レーザビームＬＡを照射ごとに約３０μｍずつ走査させる。これにより、剥離層２のＩｎＧａＮが分解される。
【００５７】
続いて、図５（ｇ）に示すように、ＧａＮ基板１をＧａＮ半導体層２０から剥離する。この場合、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の一部が、ＧａＮ半導体層２０の表面に残留する。それにより、ＧａＮ半導体層２０の表面にＧａＮからなる断面凸状の突起部２１がストライプ状に形成される。
【００５８】
突起部２１が形成される理由は、次のように考えられる。上記のように、ＧａＮ基板１の酸素の取り込み量は、高ルミネッセンス領域Ｒ２と他の領域とで異なると考えられる。それにより、高ルミネッセンス領域Ｒ２においては、屈折率がＧａＮ基板１の他の領域よりも大きくなり、レーザビームＬＡが照射される際に、レーザビームＬＡの焦点位置が光源に近くなる。
【００５９】
したがって、レーザビームＬＡの照射条件を上記のように設定した場合、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２を除く領域に照射されるレーザビームＬＡは、ＧａＮ基板１を透過して剥離層２に吸収される。一方、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２に照射されるレーザビームＬＡは、ＧａＮ基板１内で吸収され、ＧａＮ基板１の一部が分解される。その結果、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２が上下に分断され、その一部がＧａＮ半導体層２０の表面に残留すると考えられる。
【００６０】
本実施の形態では、蛍光顕微鏡等により、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の位置が予め確認される。そして、ＧａＮ半導体層２０の形成工程において、図２（ｂ）に示したように、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の上方にＧａＮ半導体層２０のリッジ部Ｒｉが形成される。それにより、ＧａＮ基板１の剥離時に、図５（ｇ）に示すように、リッジ部Ｒｉの上方に突起部２１が形成される。
【００６１】
ＧａＮ基板１の剥離後、突起部２１を除く剥離層２の部分をドライエッチングにより除去する。続いて、露出する突起部２１およびｎ型コンタクト層３の表面の清浄化を行い、図５（ｈ）に示すように、突起部２１およびその周辺部を覆うようにｎ側電極２２を形成する。ｎ側電極２２は、膜厚６ｎｍのＡｌ（アルミニウム）層、膜厚１０ｎｍのＰｄ層および膜厚３００ｎｍのＡｕ層を順に含む積層膜である。
【００６２】
続いて、ｎ側電極２２が形成されていないｎ型コンタクト層３上の領域に、ＳｉＯ２からなる絶縁層２３を形成する。その後、Ｇｅ基板３０の膜厚が１００μｍ程度になるようにＧｅ基板３０の裏面（図５（ｈ）において下面）を研磨し、そのＧｅ基板３０の裏面に裏面電極２４を形成する。裏面電極２４は、膜厚１００ｎｍのＮｉ層および膜厚３００ｎｍのＡｕ層を順に含む。
【００６３】
このようにして形成された積層体を、図６（ｉ）および図６（ｊ）に示すように、ダイシング、レーザスクライブまたは選択エッチングにより複数の素子に分離する。これにより、半導体レーザ素子１００が完成する。
【００６４】
図７は、上記の工程を経て形成された半導体レーザ素子１００の断面図である。図７（ａ）に示すように、半導体レーザ素子１００においては、リッジ部Ｒｉの上方の活性層５周辺の領域が光導波領域ＬＰとなる。
【００６５】
ＧａＮ半導体層２０の光導波領域ＬＰ上には、突起部２１が形成されている。図７（ｂ）に示すように、突起部２１の高さＨＡは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、突起部２１の幅ＷＡは、３０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、突起部２１の形成範囲は、リッジ部Ｒｉの中心を通る鉛直面ＳＡから両側方にそれぞれ３０μｍ以内であることが好ましい。
【００６６】
（１−２）第１の実施の形態の効果
半導体レーザ素子１００は、種々の熱膨張係数を有する複数の層を含む積層構造を有する。半導体レーザ素子１００の駆動時等において、半導体レーザ素子１００の温度が上昇すると、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子１００の各部に応力が発生する。この場合、ＧａＮ半導体層２０の光導波領域ＬＰに大きな応力が発生すると、光導波領域ＬＰに大きな歪みが生じて、半導体レーザ素子１００の特性が低下することがある。
【００６７】
本実施の形態では、ＧａＮ半導体層２０の光導波領域ＬＰ上に、突起部２１が形成される。ＧａＮ半導体層２０および突起部２１はともにＧａＮを主成分とするので、熱膨張係数の違いがほとんどない。熱膨張係数が共通の部分においては、その厚みが大きいほど、単位体積当りに発生する応力が小さい。
【００６８】
そのため、突起部２１が形成されたＧａＮ半導体層２０の部分、すなわち光導波領域ＬＰの周辺部分に発生する単位体積当りの応力は、突起部２１が形成されていないＧａＮ半導体層２０の部分に比べて低減される。したがって、ＧａＮ半導体層２０の光導波領域ＬＰの歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子１００の特性の低下が防止される。
【００６９】
また、本実施の形態では、融着層１１として、８８重量％のＡｕおよび１２重量％のＧｅからなる合金層（Ａ合金層）、１０重量％のＡｕおよび９０重量％のＳｎからなる合金層（Ｂ合金層）、および８８重量％のＡｕおよび１２重量％のＧｅからなる合金層（Ｃ合金層）を順に含む積層膜が用いられる。ここで、Ａ合金層およびＣ合金層の融点は３５６℃であり、Ｂ合金層の融点は２１７℃である。また、Ａ合金層およびＣ合金層の熱膨張係数は１２．０×１０−６／Ｋであり、Ｂ合金層の熱膨張係数は１３．６×１０−６／Ｋである。なお、ＧａＮの熱膨張係数は５．５９×１０−６／Ｋであり、Ｇｅの熱膨張係数は５．７５×１０−６／Ｋである。
【００７０】
この場合、比較的熱膨張係数がＧｅ基板３０およびＧａＮ半導体層２０と近いＡ合金層およびＣ合金層を用いることにより、Ｇｅ基板３０とＧａＮ半導体層２０との接合時に、融着層１１とＧｅ基板３０との間および融着層１１とＧａＮ半導体層２０との間に発生する応力を低減することができる。
【００７１】
また、比較的融点が低いＢ合金層を用いることにより、比較的低い温度でＧｅ基板３０と半導体層２０とを接合することができる。そのため、各層の膨張を抑制することができ、発生する応力を低減することができる。
【００７２】
このように、Ａ合金層、Ｂ合金層およびＣ合金層からなる融着層１１を用いることにより、ＧａＮ半導体層２０に生じる歪みを十分に抑制することができる。
【００７３】
（２）第２の実施の形態
図８は、第２の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図８の半導体レーザ素子１１０が図７の半導体レーザ素子１００と異なる点は、リッジ部Ｒｉから両側方に一定幅離間した領域におけるＧａＮ半導体層２０の厚みが、リッジ部Ｒｉを含む領域におけるＧａＮ半導体層２０の厚みとほぼ等しく形成される点である。
【００７４】
半導体レーザ素子１１０の製造時には、図２（ｂ）に示したリッジ部Ｒｉの形成工程において、リッジ部Ｒｉの両側の一定幅の領域のみにエッチングを行う。なお、エッチングを行う領域の幅Ｈ２は、それぞれ例えば１０μｍである。
【００７５】
この半導体レーザ素子１１０においては、光導波領域ＬＰの側方におけるＧａＮ半導体層２０の厚みが十分に確保される。それにより、ＧａＮ半導体層２０の広い領域において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、ＧａＮ半導体層２０の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子１００の特性の低下が十分に防止される。
【００７６】
また、光導波領域ＬＰの側方におけるＧａＮ半導体層２０の厚みが大きく形成される分だけ融着層１１の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層１１の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【００７７】
（３）第３の実施の形態
図９は、第３の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図９の半導体レーザ素子１２０が図７の半導体レーザ素子１００と異なるのは、以下の点である。
【００７８】
半導体レーザ素子１２０においては、ＧａＮ半導体層２０に断面凸状のリッジ部Ｒｉが形成される代わりに、電流ブロック層８に断面凹状のストライプ状の溝８ａが形成される。溝８ａは、図７の半導体レーザ素子１００のリッジ部Ｒｉと同じ方向に延びている。溝８ａ上方の活性層５周辺の領域が光導波領域ＬＰとなる。溝８ａの底部にはストライプ状の開口部８１が形成されており、開口部８１内にはｐ側オーミック電極９が形成されている。
【００７９】
また、ＧａＮ半導体層２０上には、２つの断面凸状の突起部２１ａが互いに近接して形成されている。２つの突起部２１ａは、溝８ａの上方に位置する。
【００８０】
溝８ａの形成工程および突起部２１ａの形成工程について説明する。図１０は溝８ａの形成工程を示す断面図である。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、ＧａＮ半導体層２０上に電流ブロック層８を形成する。続いて、図１０（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の上方における電流ブロック層８ａの領域をエッチングし、ストライプ状の溝８ａを形成する。溝８ａの幅は、例えば１０μｍに設定される。続いて、図１０（ｃ）に示すように、溝８ａの略中心部にストライプ状の開口部８１を形成する。
【００８２】
このように、ＧａＮ基板１の高ルミネッセンス領域Ｒ２の上方に溝８ａを形成することにより、ＧａＮ基板１の剥離時に（図５（ａ）参照）、開口部８１の上方に突起部２１ａが形成される。本実施の形態では、開口部８１の上方に２つの突起部２１ａが近接して形成される。
【００８３】
突起部２１ａの高さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、突起部２１ａの幅の合計は、３０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、突起部２１ａの形成範囲は、開口部８１の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ３０μｍ以内であることが好ましい。
【００８４】
この半導体レーザ素子１２０においては、ＧａＮ半導体層２０にリッジ部Ｒｉが形成されないことによりＧａＮ半導体層２０の厚みが十分に確保される。それにより、ＧａＮ半導体層２０の全体において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、ＧａＮ半導体層２０の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子１２０の特性の低下が十分に防止される。
【００８５】
また、ＧａＮ半導体層２０の厚みが大きく形成される分だけ融着層１１の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層１１の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【００８６】
また、２つの突起部２１ａが形成されることにより、光導波領域ＬＰ周辺のより広い領域において、単位面積当りに発生する応力をより確実に低減することができる。それにより、半導体レーザ素子１２０の特性の低下を確実に防止することができる。
【００８７】
なお、図９では、２つの突起部２１ａが互いに近接するように形成されるが、開口部８１の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ３０μｍ以内において、２つの突起部２１ａが離間するように形成されてもよい。
【００８８】
（４）第４の実施の形態
図１１は、第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。以下、図１１の半導体レーザ素子１３０が図８の半導体レーザ素子１１０と異なる点を説明する。
【００８９】
半導体レーザ素子１３０においては、突起部２１上にＳｉＯ２からなる絶縁層２３ａが形成される。この絶縁層２３ａを覆うように、ｎ側電極２２が形成される。
【００９０】
ここで、ＳｉＯ２からなる絶縁層２３ａの熱膨張係数は０．４×１０−６／Ｋであり、突起部２１およびＧａＮ半導体層２０（ＧａＮ）の熱膨張係数は５．５９×１０−６／Ｋであり、ｎ側電極２２のＡｌ層の熱膨張係数は２３．５×１０−６／Ｋである。この場合、絶縁層２３ａの熱膨張係数と突起部２１およびＧａＮ半導体層２０の熱膨張係数との差は、ｎ側電極２２の熱膨張係数と突起部２１およびＧａＮ半導体層２０の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、突起部２１およびＧａＮ半導体層に発生する応力を低減することができる。
【００９１】
なお、絶縁層２３ａの材料として、ＳｉＯ２の代わりにＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）またはＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を用いてもよい。その場合にも、同様の効果が得られる。
【００９２】
また、ＧａＮ半導体層２０の上面側に形成される層と下面側に形成される層とが同様の熱膨張係数を有する場合には、ＧａＮ半導体層２０に加わる応力の方向が一致する。
【００９３】
具体的には、ＧａＮ半導体層２０の上面側および下面側に、ＧａＮ半導体層２０よりも熱膨張係数が大きい層が形成された場合には、ＧａＮ半導体層２０の上面側および下面側から、ＧａＮ半導体層２０を幅方向に引っ張る方向の応力が発生する。一方、ＧａＮ半導体層２０の上面側および下面側に、ＧａＮ半導体層２０よりも熱膨張係数が小さい層が形成された場合には、ＧａＮ半導体層２０の上面側および下面側から、ＧａＮ半導体層２０を幅方向に縮める方向の応力が発生する。このような場合には、ＧａＮ半導体層２０の歪みが抑制される。
【００９４】
（５）他の実施の形態
また、上記実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ半導体層２０の各層を結晶成長させたが、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシャル成長）法またはガスソースＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法等を用いてＧａＮ半導体層２０の各層を結晶成長させてもよい。また、ＧａＮ半導体層２０の結晶構造は、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、結晶成長の面方位は[０００１]であってもよく、あるいは［１１−２０］または［１−１００］であってもよい。
【００９５】
また、レーザビームＬＡとして、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４の基本波を用いてもよい。また、Ｔｉサファイアレーザを用いた超短パルスのフェムト秒パルスレーザを用いてもよい。その場合、レーザビームＬＡの照射時に、ＧａＮ半導体層２０が発熱によって歪むことが抑制され、半導体レーザ素子１００，１１０，１２０，１３０の素子特性の低下が防止される。
【００９６】
また、Ｇｅ基板３０の代わりに、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の導電性半導体、金属、Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｗ（タングステン）、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）等の複合金属、またはＣｕ−ＣｕＯ等の金属−金属酸化物の複合材料を用いてもよい。
【００９７】
また、ＧａＮ半導体層２０には、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｔｌ（タリウム）およびＢ（ホウ素）のうち少なくとも一つを含む１３族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、窒化物系半導体層１０として、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図２】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図３】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図４】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図５】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図６】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】図１〜図６の工程を経て形成された半導体レーザ素子の断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図９】第３の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図１０】図９の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  ＧａＮ基板
２  剥離層
５  活性層
１１  融着層
２０  ＧａＮ半導体層
２１，２１ａ  突起部
３０  Ｇｅ基板
１００，１１０，１２０，１３０  半導体レーザ素子
ＬＰ  光導波領域
Ｒ１  転位集中領域
Ｒ２  高ルミネッセンス領域
Ｒｉ  リッジ部
【図１】
0004937025.tif 000002
【図２】
0004937025.tif 000003
【図３】
0004937025.tif 000004
【図４】
0004937025.tif 000005
【図５】
0004937025.tif 000006
【図６】
0004937025.tif 000007
【図７】
0004937025.tif 000008
【図８】
0004937025.tif 000009
【図９】
0004937025.tif 000010
【図１０】
0004937025.tif 000011
【図１１】
0004937025.tif 000012