JP3896723B2

JP3896723B2 - Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3896723B2
Application number: JP8333699A
Authority: JP
Inventors: 信一郎金子; 秀俊松本; 竜也樋渡; 振一郎矢野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000277846A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体よりなるレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの記録密度は、光ディスクに集光される光ビームのスポットサイズが小さい程高くなり、光ビームのスポットサイズは光の波長の二乗に比例する。このため、光ディスクの記録密度を上げるためには光源である半導体レーザ装置の発振波長を短くすることが必要である。
【０００３】
現在ＣＤには、主として波長７８０ｎｍ（赤外）領域で発光するＧａＡｌＡｓ半導体レーザ装置が用いられ、ＣＤより記録密度の高いＤＶＤには、波長６５０ｎｍ（赤色）領域で発光するＩｎＧａＡｌＰ半導体レーザ装置が用いられている。さらにＤＶＤの記録密度を上げて高い品質の画像等を記録するためには、波長の短い青色領域で発光する半導体レーザ装置が必要である。
【０００４】
このような半導体レーザ装置を実現できる半導体レーザ素子に用いる半導体レーザ材料として、近年開発された窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）が注目を浴びている。
【０００５】
窒化物半導体レーザ素子は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の異種材料よりなる基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させることにより形成されることが多い。サファイアやＺｎＯのような絶縁性の基板上に窒化物半導体レーザ材料をエピタキシャル成長させてレーザ素子を作る場合は、ｐ型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層のそれぞれからｐ電極、ｎ電極を同一面側に形成しなければならない。
【０００６】
しかし最近では、窒化物半導体そのもの（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ，０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）で基板を作製できる技術開発が行われており、この場合は基板の裏面にｎ電極を設けることができる。
【０００７】
図１１は従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１２は図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図である。
【０００８】
従来の窒化物半導体レーザ素子は、図１１および図１２に示すように、基板２１上にｎ型窒化物半導体層２２、活性層２３、およびｐ型窒化物半導体層２４が順に積層された構造を有している。このｐ型窒化物半導体層２４上面にＳｉＯ₂等よりなる電流狭窄用絶縁膜２５を介して、ｐ電極２６を形成する。さらに、ｎ型窒化物半導体層２２が露出するように、ｐ型窒化物半導体層２４、活性層２３、およびｎ型窒化物半導体層２２の一部をエッチングして除去し、露出した活性層２３より発光する帯状のレーザ共振器を形成する。そして、露出したｎ型窒化物半導体層２２上にｎ電極２７を形成する。このようにして、帯状のレーザ共振器と直交する窒化物半導体の裂開面、もしくは化学的異方性エッチング面のいずれかをレーザの発光端面とした窒化物半導体レーザ素子が形成される。
【０００９】
ところで、半導体レーザ素子を形成するには、半導体層にレーザを発振させるための光共振面を形成することが重要である。光共振面はレーザを発振させるために平坦な鏡面状であることが必要であり、従来のＧａＡｓ系及びＩｎＧａＡｌＰ系の化合物半導体よりなる半導体レーザ素子は、結晶の性質上へき開性を有しているため、このへき開性を利用してへき開した面を半導体レーザ素子の光共振面として形成する。
【００１０】
一方、窒化物半導体は六方晶系であり、従来のＧａＡｓ系と異なり、へき開性を有していない。さらに、窒化物半導体はサファイア基板の表面に成長形成されることが多く、サファイアもまた結晶の性質上、へき開性を有していない。従って、窒化物半導体でレーザ素子を作成する場合、ＧａＡｓ系のようにへき開面を光共振面とすることは困難である。
【００１１】
そこで、このような問題点を解消し、へき開性を有さない窒化物半導体に光共振面を形成する技術が、特開平８−１５３９３１号公報等に提案されている。
【００１２】
特開平８−１５３９３１号公報記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法は、サファイア基板を特定の面方位で割ることによって窒化物半導体層に光共振面を形成することができるという知見に基づいて案出されたものである。これは、サファイア基板の（０００１）面の表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層した後、そのサファイア基板を各側面の内のいずれかの面方位で割ることにより半導体レーザ素子の光共振面を作製するものである。これにより、へき開性のないサファイア基板上に積層した窒化物半導体層からへき開面と同様の光共振面が得られレーザ発振が可能となることが示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−１５３９３１号公報等に記載されているように、サファイア基板を特定の面方位で割ること、すなわち裂開により窒化物半導体層の光共振面を形成する方法で製造される窒化物半導体レーザ素子においては、裂開時の衝撃により、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極が浮いたり、剥がれたり、光共振面にだれたりしやすくなってしまう。そして、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、このように電極が半導体層から浮いた部分は可飽和吸収領域となるので、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくため、レーザ特性が不安定になってしまい信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができない。また光共振面にｐ電極がだれると、１ミクロン程度あるレーザスポット径にかかってしまう可能性が高いので良好なレーザパターンが得られない。
【００１４】
そこで、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれを防止する技術が特開平１０−２７９３９号公報に開示されている。特開平１０−２７９３９号公報記載の技術は、裂開面側のｐ電極端面が裂開面よりも内側にあることにより、裂開時のブレークによる衝撃が電極端面に伝わらないようにし、電極の剥がれ等を防止したものである。ところが、このようにｐ電極端面を裂開面よりも内側に形成すると、窒化物半導体は、電流が厚み方向に垂直な方向に広がりにくい傾向にあるため、ｐ電極が光共振面まで形成されていない部分は可飽和吸収領域となりやすい。そうなると閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくためレーザ特性が不安定になってしまう。
【００１５】
また、裂開面である光共振面の上部に形成されているｐ電極の密着性が強固であり、かつｐ電極そのものの硬度が大きいまたは延性や展性が小さい場合、これによって裂開面が乱されて、均一で良好な光共振面が得られないことがある。
【００１６】
本発明は、裂開により光共振面を形成する窒化物半導体レーザ素子において、上記のような課題が生じない、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され前記裂開面に臨む接触部ｐ電極と、前記接触部ｐ電極に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されることを特徴としたものである。
【００１８】
これにより、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１９】
また、本発明の２番目の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、絶縁膜を介して前記ｐ型窒化物半導体層と電気的に接続された前記裂開面に臨む薄膜部ｐ電極及び前記裂開面よりも内側に端面を持つ厚膜部ｐ電極から構成されることを特徴としたものである。
【００２０】
薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極はもともと一体であり、かつ真空中で成膜した後、薄膜部ｐ電極をエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良い。また薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極を別々に成膜した場合と比較すると相互の電気的接触は格段に良好である。そして、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を非常に少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止して、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。更に薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極とを一体で成膜して一括してエッチングするので電極工程を半分に減らすことができ、容易な製造プロセスで作成が可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、基板上にｎ型窒化物半導体層と活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層され、前記ｐ型窒化物半導体層上には電流狭窄用絶縁膜が形成され、前記基板裏面または前記ｎ型窒化物半導体層、およびｐ型窒化物半導体層にそれぞれｎ電極およびｐ電極がそれぞれ積層され、積層方向に裂開した裂開面が光共振面とされる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ電極は、前記裂開面に臨み前記ｐ型窒化物半導体層の表面の前記電流狭窄用絶縁膜に挟まれた部分に積層された接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極の上面に形成され前記裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成され、前記接触部ｐ電極の厚みが前記主ｐ電極の厚みより薄く、かつ前記電流狭窄用絶縁膜の厚みより薄いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子であり、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極のｐ型窒化物半導体層との接触面の端部が裂開面にあることによってｐ電極とｐ型窒化物半導体層との電気的接触を損なうことなく接触面積を保ちつつ、ｐ電極を構成する主ｐ電極が裂開面よりも内側にあることによってｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、前記接触部ｐ電極の厚みが、１０〜１０００オングストロームである請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子であり、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚み５０００オングストローム程度に対して接触面の端部のｐ電極の厚みが１０〜１０００オングストローム、好ましくは２０〜５００オングストロームであることから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。このような裂開異常を防止することにより、光共振面からのレーザ発振へ悪影響を及ぼすことがなくなる。この接触面の端部のｐ電極の厚みが１０オングストロームより小さい場合には、接触部ｐ電極とｐ型窒化物半導体層表面間の電気抵抗が大きくなり、上面に主ｐ電極が形成されていない箇所は、電気的にバリアが発生することになり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、可飽和吸収領域となったり、閾値電圧がばらついたりしてレーザ特性が不安定になってしまうことがある。一方、１０００オングストロームより大きい場合には、この厚みが大きくなるにつれ、ｐ型窒化物半導体層表面への密着力よりも接触部ｐ電極の裂開時に受ける衝撃力が大きくなってくるので、ｐ電極の浮きや剥がれ等を完全に防止することができなくなる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、前記主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、前記裂開面から１〜５００μｍの範囲にある請求項１から２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子であり、これによって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となる。この主ｐ電極の前記裂開面側の端面が、裂開面から１μｍより近い場合には、裂開の位置精度がそれほど高くないことと、裂開時の衝撃が主ｐ電極に伝わってしまうことになって裂開異常や浮きや剥がれ等が生じることがあり、５００μｍより遠い場合は、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さが少なくなって、ワイヤーボンディングが困難となる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面が、前記裂開面よりも内側となるように形成された請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、ｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、前記裂開面側のｎ電極端面と前記裂開面との間に、前記ｎ型窒化物半導体層の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部が形成された請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子としたものであり、裂開したい光共振面の面積を減らすことができるので、精度良く光共振面を作成できる。また裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができる。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図２は図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００３５】
図に示すように、本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００３６】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ₂よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００３７】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６が配置されている。または、ｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を帯状に配置した後、絶縁膜５を成膜し接触部ｐ電極６上の絶縁膜５を帯状に除去してもよい。それからＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を配置する。同様に、ｎ型窒化物半導体層２の上面にはＴｉとＡｕの積層構造からなるｎ電極８が配置されている。
【００３８】
ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面７ａを持つ主ｐ電極７から構成される。
【００３９】
このように、ｐ電極を構成する接触部ｐ電極６とｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。また、ｐ電極を構成する主ｐ電極７の裂開面Ｓ側の端面７ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００４０】
また、接触部ｐ電極６の厚みは、主ｐ電極７の厚みよりも薄くなるように、主ｐ電極７の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００４１】
このように、裂開面Ｓまで形成された接触部ｐ電極６の厚みを主ｐ電極７の厚みよりも薄くすることによって、裂開時に接触部ｐ電極６が受ける衝撃は、接触部ｐ電極６が主ｐ電極７と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、裂開時に接触部ｐ電極６の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００４２】
一方、主ｐ電極７は裂開時の衝撃の影響を受けることがなく、主ｐ電極７へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極７が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。
【００４３】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態１においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００４５】
（実施の形態２）
図３は本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図４は図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００４６】
本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したものである。
【００４７】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成するようにするとｎ電極８が受ける衝撃が少なくなり、浮きや剥がれが生じにくくなり、窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれが原因となる電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがない。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られるようになる。
【００４８】
ｎ電極は裂開面Ｓより内側に形成すると、電流が流れ込む面積が減少して抵抗が高くなりがちなのであるが、ｎ電極８は、ｐ電極よりも比較的面積が大きいため、裂開面Ｓより内側に形成しても、閾値が上昇したり、不安定になったりする影響は少なく、むしろｎ電極８の浮きや剥がれが少ないことによる高信頼性の窒化物半導体レーザ素子が得られることになる。
【００４９】
（実施の形態３）
図５は本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図６は図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５０】
本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａを、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成したのち、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成する。
【００５１】
裂開により光共振面を形成する際に、光共振面として裂開したいライン上にｎ電極８が存在していると、裂開時の衝撃をｎ電極８が受けてしまい、浮きや剥がれを生じたりするのであるが、このように、あらかじめ裂開面Ｓとなる位置より内側に形成し、さらに裂開面Ｓとｎ電極８の裂開面Ｓ側の端面８ａとの間に、ｎ型窒化物半導体層２の一部または全部が除去された割溝形成用切欠部９を形成してから裂開するようにすると裂開時の衝撃の影響を全く受けなくなるため、ｎ電極８は浮いたり剥がれたりすることが全くなくなり、電流の可飽和吸収領域が発生しないため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。すなわち、レーザ発振時の閾値電圧を低くして、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な信頼性の高い窒化物半導体素子が得られる。
【００５２】
（実施の形態４）
図７は本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図８は図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図である。
【００５３】
本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、その主な部分は第１実施の形態と同様の構造であるが、ｐ電極は、ｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極６と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面Ｓよりも内側に端面を持つ主ｐ電極とから構成されている。
【００５４】
このように、ｐ型窒化物半導体層の表面に積層され裂開面Ｓに臨む接触部ｐ電極と、接触部ｐ電極６に電気的に接続可能な開口部を備える絶縁膜を介してその上面に形成され裂開面よりも内側に端面を持つ主ｐ電極７とからｐ電極を構成することにより、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極６がこの絶縁膜５によって押さえ込まれることになり、接触部ｐ電極６が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができるようになる。すなわち、電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。これによって、室温のみならず８０℃を超えるような高温動作環境にあってもしきい値の温度変化量を一定範囲内に収めることができ、光ディスクなど種々の情報機器用の光源として十分な信頼性を確保することができる。
【００５５】
（実施の形態５）
図９は本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図、図１０は図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図である。
【００５６】
図に示すように、本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子は、基板１上にｎ型窒化物半導体層２、活性層３、およびｐ型窒化物半導体層４が順に積層され、積層方向の裂開面Ｓが光共振面とされ、活性層３より発光する帯状のレーザ共振器を構成している。
【００５７】
ｐ型窒化物半導体層４上面には、ＳｉＯ₂よりなる絶縁膜５を形成し、さらに、ｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部をエッチングしてｎ型窒化物半導体層２を露出させてある。
【００５８】
ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５は、活性層３に電流を狭窄して注入するために帯状に除去され、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００５９】
すなわち、ｐ電極は、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面に積層され裂開面Ｓに臨む薄膜部ｐ電極１０ｂと、その上面に形成され裂開面Ｓよりも１〜５００μｍ程度内側に端面１０ａを持つ厚膜部ｐ電極１０から構成される。
【００６０】
このように、ｐ電極を構成する薄膜部ｐ電極１０ｂとｐ型窒化物半導体層４との接触面が裂開面Ｓまであることによって、ｐ電極とｐ型窒化物半導体層４との接触面積が保たれ、電流を安定して伝わらせることが可能となる。一方、ｐ電極を構成する厚膜部ｐ電極１０の裂開面Ｓ側の端面１０ａが裂開面Ｓよりも内側に形成されることによって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることができ、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。
【００６１】
また、薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みは、厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くなるように、厚膜部ｐ電極１０の厚み５０００オングストローム程度に対して１００〜２００オングストローム程度となるようにしている。
【００６２】
このように、裂開面Ｓまで形成された薄膜部ｐ電極１０ｂの厚みを厚膜部ｐ電極１０の厚みよりも薄くすることによって、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしないときに比べて少なくなり、ｐ型窒化物半導体層４との接触面積が同じでありながら、裂開時に受ける衝撃をより小さな体積で受けることができるので、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０は真空中で成膜された後、薄膜部ｐ電極１０ｂをエッチングしてｐ電極として一括形成するから、相互の物理的密着性は非常に良いため裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂが受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極１０に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができる。
【００６３】
したがって、裂開時に薄膜部ｐ電極１０ｂの端部が変形してｐ型窒化物半導体層４側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがないため、光共振面からのレーザ発振に悪影響を及ぼすことがない。
【００６４】
また厚膜部ｐ電極１０は、ｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みの５０００オングストローム程度とすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極１０が変形することがなく、電流を安定して伝えることができる。また接触式で外部からｐ電極にコンタクトをとる場合でも、厚膜部ｐ電極１０はそれに必要な面積を取ることが可能である。また更に薄膜部ｐ電極１０ｂと厚膜部ｐ電極１０はもともと一体であるので相互の電気的接触は格段に良好である。
【００６５】
以上のように、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくすることによって、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができ、電流の過飽和領域が発生しなくなるため、閾値が上昇したり、不安定になったりすることがなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態５においては、ｎ電極８がｎ型窒化物半導体層２の上面に配置されているが、基板１を窒化物半導体そのもので作製し、ｎ電極８を基板１の裏面に設けておくことも可能である。
【００６７】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
【００６８】
本実施例は、有機金属気相成長法を用いて成長した窒化ガリウム系半導体層により作製される窒化物半導体レーザ素子を示すものである。
【００６９】
（実施例１）
本実施例を図１および図２を参照しながら説明する。
【００７０】
まず、基板表面がＣ面であって表面を鏡面に仕上げたサファイア等の基板１を反応管内の基板ホルダーに載置した後、基板１の表面温度を１１００℃に１０分間保ち、水素ガスを流しながら基板１を加熱することにより、基板１の表面に付着している有機物の汚れや水分を取り除くクリーニングを行う。
【００７１】
次に、基板１の表面温度を６００℃まで降下させ、主キャリアガスとしての窒素ガスを１０リットル／分、アンモニアを５リットル／分、トリメチルアルミニウム（以下、「ＴＭＡ」と記す）を含むＴＭＡ用のキャリアガスを２０ｃｃ／分で流しながら、ＡｌＮからなるバッファ層であるｎ型窒化物半導体層２を２５ｎｍの厚さとなるように成長させる。その後、ＴＭＡのキャリアガスの供給を止めて１０５０℃まで昇温させた後、主キャリアガスとして、窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９５リットル／分で流しながら、新たにトリメチルガリウム（以下、「ＴＭＧ」と記す）用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｓｉ源である１０ｐｐｍのＳｉＨ₄（モノシラン）ガスを１０ｃｃ／分で流しながら６０分間成長させて、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第１のｎ型層を２μｍの厚さで成長させる。このとき、第１のｎ型層のキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ^-3とする。
【００７２】
第１のｎ型層の成長後、引き続いて主キャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスとをそのままの流量で流しながら、ＳｉＨ₄ガスの流量のみを５０ｃｃ／分に変更して６分間流して、ＳｉをドープしたＧａＮからなる第２のｎ型層を０．２μｍの厚さで成長させる。このとき、第２のｎ型層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ^-3とする。
【００７３】
第１のｎ型層と第２のｎ型層でｎ型窒化物半導体層２が形成される。
【００７４】
ｎ型窒化物半導体層２を成長形成後、ＴＭＧ用のキャリアガスとＳｉＨ₄ガスを止め、基板１の表面温度を７５０℃まで降下させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを１０リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを２ｃｃ／分、トリメチルインジウム（以下、「ＴＭＩ」と記す）用のキャリアガスを２００ｃｃ／分で流しながら３０秒間成長させて、ノンドープのＩｎＧａＮからなる活性層３を６ｎｍの厚さで成長させる。
【００７５】
さらに、活性層３の成膜後、ＴＭＩ用のキャリアガスとＴＭＧ用のキャリアガスを止め、基板１の表面温度を１０５０℃まで上昇させ、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９４リットル／分、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、ＴＭＡ用のキャリアガスを６ｃｃ／分、Ｍｇ源であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ₂Ｍｇ」と記す）用のキャリアガスを５０ｃｃ／分で流しながら４分間成長させて、ＭｇをドープしたＡｌＧａＮからなる第１のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７６】
引き続き、ＴＭＡ用のキャリアガスのみを止め、１０５０℃にて、新たに主キャリアガスとして窒素ガスを９リットル／分、水素ガスを０．９０リットル／分と、ＴＭＧ用のキャリアガスを４ｃｃ／分、Ｃｐ₂Ｍｇ用のキャリアガスを１００ｃｃ／分で流しながら３分間成長させ、ＭｇをドープしたＧａＮからなる第２のｐ型層を０．１μｍの厚さで成長させる。
【００７７】
この第１のｐ型層と第２のｐ型層でｐ型窒化物半導体層４が形成される。
【００７８】
そして、ｐ型窒化物半導体層４成長後には、原料ガスであるＴＭＧ用のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウエハを反応管から取り出す。
【００７９】
このようにして形成した窒化ガリウム系化合物半導体からなる量子井戸構造を含む積層構造に対して、その表面上にＳｉＯ₂膜からなる絶縁膜５をプラズマＣＶＤ法により堆積させる。絶縁膜５の成膜条件は、基板温度を３５０℃とし、酸素ガスを４ｃｃ／分、テトラエチルオルソシリケートを１００ｃｃ／分で流しながら、ＲＦパワー２５０Ｗで３０分成膜し、１μｍの厚さのＳｉＯ₂膜を形成する。
【００８０】
次に、このように形成したウェハにレーザ構造を形成し、窒化物半導体レーザ素子を作製する。
【００８１】
まず、窒化物半導体層を所望のパターンで形成する方法として、まず除去する部分の絶縁膜５をバッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより除去し、所定の形状のマスクを形成する。その後、化学的異方性のドライエッチングによりｐ型窒化物半導体層４、活性層３、およびｎ型窒化物半導体層２の一部を除去し、基板にほぼ平行な平面を露出させる。
【００８２】
それから、活性層３に電流を狭窄して注入するために、ｐ型窒化物半導体層４上の絶縁膜５を帯状に除去する。絶縁膜５の除去は、所定のストライプ形状のマスクを形成し、バッファードフッ酸等のウェットエッチャントにより行う。まず、レジストを塗付し、接触部ｐ電極６を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、ＮｉとＡｕの積層構造からなる接触部ｐ電極６を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の接触部ｐ電極６は同時に除去され、所望のパターンの接触部ｐ電極６が残る。それから、再度レジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、所望のパターンの主ｐ電極７が残る。
【００８３】
次に、ｎ電極８を露出させたｎ型窒化物半導体層２上に形成する。このとき、ｎ電極８の厚みは３０００〜５０００オングストロームとなるようにする。ｎ電極８はＴｉとＡｕの積層構造となるように蒸着法で形成する。
【００８４】
この後、基板１の裏面を研磨して５０μｍにまで薄くする。研磨後、窒化物半導体レーザ構造が形成されたウェハをレーザ素子に分割する。
【００８５】
まず、スクライブ装置を用いてｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンのストライプ方向に対して垂直方向に第１の割溝を形成する。第１の割溝は溝幅５μｍ、溝深さ１μｍ程度である。この第１の割溝に沿って、第１の割溝の反対側からブレーキング装置を用いてウェハを圧し割る。このようにして形成した端面をレーザ素子の光共振面とする。第１の割溝は平行方向に６００μｍピッチで形成してレーザ素子の共振器長を６００μｍとする。
【００８６】
次に、ｐ型窒化物半導体層４上に形成した帯状のパターンに対して平行な方向に、レーザ素子単体に分割できるように４００μｍピッチでスクライブ装置を用いて第２の割溝を形成する。この割溝に沿って割り溝の反対側からブレーキング装置を用いて圧し割り、窒化物半導体レーザ素子を作製する。これにより６００μｍ×４００μｍサイズの窒化物半導体レーザ素子が作製される。
【００８７】
このとき、接触部ｐ電極６は光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００８８】
（実施例２）
実施例１と同様の手順により、第２実施の形態において説明した図３および図４に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ電極８は光共振面から２０μｍ内側となるように形成する。
【００８９】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極８の浮きはほとんど確認されず、剥離は全くなかった。
【００９０】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８５％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９１】
（実施例３）
実施例１と同様の手順により、第３実施の形態において説明した図５および図６に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、ｎ型窒化物半導体層２に設けた割溝形成用切欠部９の深さは１．５〜２．０μｍとなるように形成する。
【００９２】
この窒化物半導体レーザ素子の光共振面を裂開法で形成しても、ｎ電極の浮きは全く確認されず、剥離も全くなかった。
【００９３】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の８０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９４】
（実施例４）
実施例１と同様の手順により、第４実施の形態において説明した図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、接触部ｐ電極６を形成した後は次のように作製する。
【００９５】
まず、接触部ｐ電極６全体を覆うように絶縁膜５を成膜する。それからレジストを塗付し、主ｐ電極７を成膜したい領域にレジストが残らないようにパターンニングする。次に、接触部ｐ電極６と主ｐ電極７がコンタクトする領域をあけるために、絶縁膜５をフッ酸等のウエットエッチャントでエッチングする。または、ドライエッチングを行ってもよい。さらに、ＴｉとＡｕの積層構造からなる主ｐ電極７を蒸着法により連続成膜した後、溶剤でレジストを除去するとレジスト上の主ｐ電極７は同時に除去され、図７および図８に示す窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００９６】
この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流１００〜２００ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９７】
（実施例５）
実施例１と同様の手順により、第５実施の形態において説明した図９および図１０に示す窒化物半導体レーザ素子を作製する。但し、窒化物半導体層をストライプ状にエッチングした後、露出させたｐ型窒化物半導体層４の表面上にＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０が配置される。それから、厚膜部ｐ電極１０はエッチングにより、端面１０ａを持ちＮｉとＡｕの積層構造からなる厚膜部ｐ電極１０と、ＮｉまたはＮｉとＡｕの積層構造からなる薄膜部ｐ電極１０ｂとに区分される。
【００９８】
このとき、薄膜部ｐ電極１０ｂは光共振面に全くだれていなかった。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、室温で通電を行いレーザ発振を試みたところ、同一ウエハから得られたレーザ素子の９０％以上について、閾値電流８０〜９０ｍＡ、ばらつき±１０％以内の収率で、発振波長４１０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏することができる。
【０１００】
（１）請求項１記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、浮きや剥がれを防止することにより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０１】
（２）請求項２記載の発明によって、裂開時にｐ電極が受ける衝撃は接触部ｐ電極に吸収させ、ｐ型窒化物半導体層からの電流は接触部ｐ電極を介して主ｐ電極へと伝わらせることができるようになり、安定した電流によって安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０２】
（３）請求項３記載の発明によって、裂開時に接触部ｐ電極が受ける衝撃は、接触部ｐ電極が主ｐ電極と同じ厚みのときよりも少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。また、主ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に主ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０３】
（４）請求項４記載の発明によって、裂開時にだれが生じることがなくなるため、光共振面からのレーザ発信に悪影響を及ぼすことがなく、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０４】
（５）請求項５記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な主ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０５】
（６）請求項６記載の発明によって、絶縁膜の開口部を前記裂開面よりも内側に形成することにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることを更に防止することができる。
【０１０６】
（７）請求項７記載の発明によって、裂開時の衝撃を受ける接触部ｐ電極の少なくとも一部を絶縁膜で覆って押さえ込むことにより、接触部ｐ電極が裂開時の衝撃で浮いたり、剥がれたりすることをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０７】
（８）請求項８記載の発明によって、裂開時にｎ電極に直接衝撃が伝わることがなくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのを防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０８】
（９）請求項９記載の発明によって、裂開時にｎ電極に伝わる衝撃が少なくなるため、裂開時にｎ電極が浮いたり、剥がれたりするのをさらに防止することができ、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１０９】
（１０）請求項１０記載の発明によって、ｐ電極が裂開時に受ける衝撃を少なくして、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれ等を防止することができる。窒化物半導体系レーザでは水平方向の電流広がりが極めて小さいため、こうすることより電流の可飽和吸収領域が発生しなくなるため、閾値が変動して高くなったり、ヒステリシス特性を持ったりしてばらつくような不安定なレーザ特性がなくなる。したがって、レーザ発振時の閾値電圧を低くすることができ、発熱量が少なく室温での連続発振が可能な安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１０】
（１１）請求項１１に記載の発明によって、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃は、薄膜部ｐ電極をエッチングしないときに比べて少なくなり、裂開時の衝撃によるｐ電極の浮きや剥がれやだれ等の裂開異常を防止することができる。またもともと一体である薄膜部ｐ電極と厚膜部ｐ電極は相互の物理的密着性は非常に良いため、裂開時に薄膜部ｐ電極が受ける衝撃を、膜厚の厚い厚膜部ｐ電極に迅速かつ自然に伝達して急速に緩和することができるので、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１１】
（１２）請求項１２に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要なｐ電極の厚みに対して接触面の端部のｐ電極の厚みが薄いことから、裂開時にｐ電極の端部が変形してｐ型窒化物半導体層側に垂れ下がる、いわゆるだれが生じることがなくなる。また、厚膜部ｐ電極はｐ電極へワイヤーボンディングする際に必要な厚みとすることができるため、ワイヤーボンディング時に厚膜部ｐ電極が変形することがなく、電流を安定して伝えることができるようになり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１１２】
（１３）請求項１３に記載の発明によって、ワイヤーボンディングに必要な厚膜部ｐ電極の長さを保持し、安定して電流を伝えることが可能となり、安定したレーザ特性を持つ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図２】図１の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図３】本発明の第２実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図４】図３の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図５】本発明の第３実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図６】図５の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図７】本発明の第４実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図８】図７のレーザ共振器長手方向の中央部の断面図
【図９】本発明の第５実施の形態における窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１０】図９の窒化物半導体レーザ素子を裂開面Ｓ側からみた正面図
【図１１】従来の窒化物半導体レーザ素子を示す斜視図
【図１２】図１１の窒化物半導体レーザ素子を光共振面側からみた正面図
【符号の説明】
１基板
２ｎ型窒化物半導体層
３活性層
４ｐ型窒化物半導体層
５絶縁膜
６接触部ｐ電極
７主ｐ電極
７ａ端面
８ｎ電極
８ａ端面
９割溝形成用切欠部
１０厚膜部ｐ電極
１０ａ端面
１０ｂ薄膜部ｐ電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser element made of a nitride semiconductor.
[0002]
[Prior art]
The recording density of the optical disc increases as the spot size of the light beam focused on the optical disc decreases, and the spot size of the light beam is proportional to the square of the wavelength of the light. For this reason, in order to increase the recording density of the optical disc, it is necessary to shorten the oscillation wavelength of the semiconductor laser device which is a light source.
[0003]
Currently, a GaAlAs semiconductor laser device that emits light mainly in the wavelength region of 780 nm (infrared) is used for CDs, and an InGaAlP semiconductor laser device that emits light in the wavelength region of 650 nm (red) is used for DVDs with higher recording density than CDs. ing. Further, in order to increase the recording density of the DVD and record a high quality image or the like, a semiconductor laser device that emits light in a blue region having a short wavelength is required.
[0004]
As a semiconductor laser material used for a semiconductor laser element capable of realizing such a semiconductor laser device, a nitride semiconductor (InX AlY Ga1-XYN, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) that has been recently developed is attracting attention. Have been bathed.
[0005]
A nitride semiconductor laser element is often formed by epitaxially growing a nitride semiconductor laser material on a substrate made of a different material such as sapphire, SiC, ZnO or the like. When a laser element is formed by epitaxially growing a nitride semiconductor laser material on an insulating substrate such as sapphire or ZnO, a p-electrode and an n-electrode are formed from the p-type nitride semiconductor layer and the n-type nitride semiconductor layer, respectively. Must be formed on the same side.
[0006]
Recently, however, technology development has been carried out in which the substrate can be fabricated with the nitride semiconductor itself (InXAlYGa1-XYN, 0≤X, 0≤Y, X + Y≤1). An n-electrode can be provided.
[0007]
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional nitride semiconductor laser device, and FIG. 12 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 11 viewed from the optical resonance surface side.
[0008]
As shown in FIGS. 11 and 12, the conventional nitride semiconductor laser element has a structure in which an n-type nitride semiconductor layer 22, an active layer 23, and a p-type nitride semiconductor layer 24 are sequentially stacked on a substrate 21. Have. SiO is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 24. ₂ A p-electrode 26 is formed through a current confinement insulating film 25 made of, for example. Further, the p-type nitride semiconductor layer 24, the active layer 23, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 22 are removed by etching so that the n-type nitride semiconductor layer 22 is exposed, and the exposed active layer 23 is exposed. A band-shaped laser resonator that emits light more is formed. Then, an n electrode 27 is formed on the exposed n-type nitride semiconductor layer 22. In this way, a nitride semiconductor laser element is formed in which either the cleavage surface of the nitride semiconductor perpendicular to the belt-shaped laser resonator or the chemically anisotropic etching surface is used as the laser emission end face.
[0009]
By the way, in order to form a semiconductor laser element, it is important to form an optical resonant surface for oscillating a laser in a semiconductor layer. The optical resonant surface needs to be a flat mirror surface in order to oscillate the laser, and conventional semiconductor laser elements made of GaAs-based and InGaAlP-based compound semiconductors have cleavage properties due to the nature of crystals. Therefore, the cleaved surface is formed as an optical resonant surface of the semiconductor laser element by utilizing this cleavage property.
[0010]
On the other hand, nitride semiconductors are hexagonal and do not have cleavage properties unlike conventional GaAs. Further, nitride semiconductors are often grown and formed on the surface of a sapphire substrate, and sapphire also has no cleavage property due to the nature of the crystal. Therefore, when a laser element is made of a nitride semiconductor, it is difficult to use a cleavage plane as an optical resonant surface as in GaAs.
[0011]
Therefore, a technique for solving such problems and forming an optical resonant surface in a nitride semiconductor having no cleavage property has been proposed in JP-A-8-153931.
[0012]
The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser device described in JP-A-8-153931 is based on the knowledge that an optical resonant surface can be formed in a nitride semiconductor layer by dividing a sapphire substrate by a specific plane orientation. Was devised. This is because a gallium nitride compound semiconductor is laminated on the surface of the (0001) surface of the sapphire substrate and then divided by one of the surface orientations of each side surface of the semiconductor laser device. An optical resonant surface is produced. This shows that an optical resonant surface similar to the cleavage plane is obtained from the nitride semiconductor layer laminated on the sapphire substrate having no cleavage property, and laser oscillation is possible.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153931, etc., nitridation manufactured by a method of dividing the sapphire substrate by a specific plane orientation, that is, forming a light resonant surface of the nitride semiconductor layer by cleavage. In a semiconductor laser device, a p-electrode formed on the upper part of the optical resonance surface, which is a cleavage plane, is likely to float, peel off, or lean on the optical resonance surface due to an impact at the time of cleavage. Since the current spread in the horizontal direction is extremely small in a nitride semiconductor laser, the portion where the electrode floats from the semiconductor layer becomes a saturable absorption region. Therefore, the laser characteristics become unstable, and a highly reliable nitride semiconductor laser device cannot be obtained. Further, if the p-electrode falls on the optical resonance surface, there is a high possibility that the laser spot diameter is about 1 micron, so that a good laser pattern cannot be obtained.
[0014]
In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-27939 discloses a technique for preventing the p-electrode from floating or peeling off due to an impact at the time of tearing. In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-27939, the p-electrode end surface on the cleaved surface side is on the inner side of the cleaved surface, so that the impact due to the break at the time of cleavage is not transmitted to the electrode end surface. This prevents peeling and the like. However, when the p-electrode end face is formed on the inner side of the cleavage plane in this way, the nitride semiconductor has a tendency that the current does not easily spread in the direction perpendicular to the thickness direction, and therefore the p-electrode is formed up to the optical resonance surface. The part that does not exist is likely to be a saturable absorption region. In this case, the threshold value fluctuates and becomes high, or has a hysteresis characteristic and varies, so that the laser characteristic becomes unstable.
[0015]
In addition, when the adhesion of the p-electrode formed on the upper part of the optical resonance surface, which is the cleavage plane, is strong and the hardness of the p-electrode itself is large or the ductility and malleability are small, this causes the cleavage plane to It may be disturbed and a uniform and good optical resonance surface may not be obtained.
[0016]
An object of the present invention is to obtain a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics in which the above-described problems do not occur in a nitride semiconductor laser device that forms an optical resonant surface by cleavage. To do.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In a first nitride semiconductor laser element of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, and the back surface of the substrate or the n-type nitride semiconductor layer, And a p-type nitride semiconductor layer in which a n-electrode and a p-electrode are respectively laminated, and a cleavage surface that is cleaved in the lamination direction is an optical resonant surface, the p-electrode is the p-type A contact portion p electrode stacked on the surface of the nitride semiconductor layer and facing the cleavage surface, and an insulating film having an opening electrically connectable to the contact portion p electrode, is formed on the upper surface of the cleavage portion p electrode. It is characterized by comprising a main p-electrode having an end face inside the face.
[0018]
As a result, the end of the contact surface between the contact portion of the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer on the p-type nitride semiconductor layer is in the cleavage plane, thereby impairing the electrical contact between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer. The main p electrode constituting the p electrode is on the inner side of the cleavage plane while maintaining the contact area without any impact, so that the impact received by the p electrode at the time of cleavage can be reduced. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics by preventing abnormal cracking such as floating, peeling and dripping.
[0019]
In the second nitride semiconductor laser element of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, and the back surface of the substrate or the n-type nitride semiconductor is stacked. In a nitride semiconductor laser device in which an n-electrode and a p-electrode are respectively stacked on a layer and a p-type nitride semiconductor layer, and a cleavage plane that is cleaved in the stacking direction is an optical resonant surface, the p-electrode is insulated A thin film portion p-electrode facing the cleavage plane electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer through a film, and a thick-film portion p-electrode having an end face on the inner side of the cleavage plane It is characterized by.
[0020]
The thin film portion p electrode and the thick film portion p electrode are originally integrated, and after forming the film in a vacuum, the thin film portion p electrode is etched and formed as a p electrode at a time. good. Also, the electrical contact between the thin film portion p electrode and the thick film portion p electrode is much better than when the thin film portion p electrode and the thick film portion p electrode are formed separately. Further, the contact between the p-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer is impaired by the end of the contact surface between the thin-film portion p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer constituting the p-electrode. Since the thick film part p-electrode constituting the p-electrode is on the inner side of the cleavage plane while maintaining the contact area, the impact received by the p-electrode at the time of cleavage can be greatly reduced. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics by preventing the p-electrode from being lifted, peeled off or drooling due to the above. Further, since the thin film portion p electrode and the thick film portion p electrode are integrally formed and etched together, the number of electrode processes can be reduced to half and can be produced by an easy manufacturing process.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the first aspect of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a substrate, An insulating film for current confinement is formed on the p-type nitride semiconductor layer, A nitride semiconductor in which an n-electrode and a p-electrode are respectively stacked on the back surface of the substrate or the n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer, and a cleavage surface that is cleaved in the stacking direction is an optical resonance surface In the laser element, the p-electrode is Facing the cleavage plane The surface of the p-type nitride semiconductor layer The portion sandwiched between the current confinement insulating films Laminated to Contact part p-electrode and upper surface of contact part p-electrode And a main p-electrode having an end face inside the cleavage plane. The contact portion p-electrode is thinner than the main p-electrode and thinner than the current confinement insulating film. And a p-type nitride semiconductor laser device, wherein an end portion of a contact surface of a contact portion p-electrode constituting the p-electrode with a p-type nitride semiconductor layer is a cleavage plane. The main p electrode constituting the p electrode is located inside the cleavage plane while maintaining the contact area without impairing the electrical contact with the physical semiconductor layer, thereby reducing the impact that the p electrode receives during the cleavage. In addition, it is possible to prevent abnormal tearing such as floating, peeling or drooling of the p-electrode due to impact at the time of tearing.
[0024]
Claim 2 The thickness of the contact part p electrode is 10 to 1000 angstroms Claim 1 Nitride semiconductor laser element, and the thickness of the p-electrode at the end of the contact surface is 10 to 1000 angstrom, preferably 20 to 500 angstrom, with respect to the thickness of p-electrode necessary for wire bonding of about 5000 angstrom The end of the p-electrode is deformed at the time of cleavage, and no so-called drooling occurs that hangs down to the p-type nitride semiconductor layer side. By preventing such a tearing abnormality, the laser oscillation from the optical resonance surface is not adversely affected. When the thickness of the p-electrode at the end of the contact surface is smaller than 10 angstroms, the electrical resistance between the contact-portion p-electrode and the surface of the p-type nitride semiconductor layer increases, and the main p-electrode is not formed on the upper surface. In this area, a barrier is generated electrically, and in the nitride semiconductor laser, the horizontal current spread is extremely small, so that it becomes a saturable absorption region or the threshold voltage varies, resulting in unstable laser characteristics. It may become. On the other hand, when the thickness is larger than 1000 angstroms, as the thickness increases, the impact force received at the time of cleavage of the contact portion p electrode becomes larger than the adhesion force to the surface of the p-type nitride semiconductor layer. It is impossible to completely prevent the floating or peeling of the film.
[0025]
Claim 3 The invention according to claim 1, wherein an end surface of the main p-electrode on the side of the cleavage plane is in a range of 1 to 500 μm from the cleavage plane. 2 Thus, the length of the main p-electrode necessary for wire bonding can be maintained and current can be stably transmitted. When the end surface of the main p electrode on the side of the cleavage plane is closer than 1 μm from the cleavage plane, the positional accuracy of the cleavage is not so high, and the impact at the time of cleavage is transmitted to the main p electrode. As a result, abnormal tearing, floating, peeling, etc. may occur. When the distance is more than 500 μm, the length of the main p-electrode necessary for wire bonding is reduced, and wire bonding becomes difficult.
[0028]
Claim 4 The invention according to claim 1, wherein the n-electrode end face on the cleavage surface side is formed so as to be inside the cleavage surface. 3 Since the nitride semiconductor laser element according to any one of the above is not subjected to a direct impact on the n-electrode at the time of cleavage, the n-electrode can be prevented from floating or peeling off.
[0029]
Claim 5 According to the present invention, a split groove forming notch part in which a part or all of the n-type nitride semiconductor layer is removed is formed between the n-electrode end face on the cleavage plane side and the cleavage plane. Claims 4 The nitride semiconductor laser element described above can be used, and since the area of the optical resonant surface to be cleaved can be reduced, the optical resonant surface can be created with high accuracy. In addition, since the impact transmitted to the n-electrode at the time of cleavage is reduced, it is possible to further prevent the n-electrode from floating or peeling off at the time of cleavage.
[0034]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 1 viewed from the cleavage plane S side.
[0035]
As shown in the figure, in the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer 2, an active layer 3, and a p-type nitride semiconductor layer 4 are sequentially stacked on a substrate 1. The cleavage surface S in the stacking direction serves as an optical resonance surface, and constitutes a belt-like laser resonator that emits light from the active layer 3.
[0036]
On the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 4, SiO ₂ An insulating film 5 is formed, and the p-type nitride semiconductor layer 4, the active layer 3, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 are etched to expose the n-type nitride semiconductor layer 2. .
[0037]
The insulating film 5 on the p-type nitride semiconductor layer 4 is removed in a band shape so as to condense and inject current into the active layer 3, and Ni and Au are formed on the exposed surface of the p-type nitride semiconductor layer 4. A contact portion p-electrode 6 having a laminated structure is disposed. Alternatively, after the contact portion p electrode 6 having a laminated structure of Ni and Au is disposed on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 4 in a strip shape, the insulating film 5 is formed and the insulating film 5 on the contact portion p electrode 6 is formed. May be removed in a strip shape. Then, a main p electrode 7 having a laminated structure of Ti and Au is disposed. Similarly, an n electrode 8 having a laminated structure of Ti and Au is disposed on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 2.
[0038]
The p-electrode is laminated on the exposed surface of the p-type nitride semiconductor layer 4 and has a contact portion p-electrode 6 facing the cleavage surface S, and an end surface formed on the upper surface thereof by about 1 to 500 μm from the cleavage surface S. It is composed of a main p-electrode 7 having 7a.
[0039]
Thus, the contact area between the contact portion p-electrode 6 and the p-type nitride semiconductor layer 4 constituting the p-electrode is up to the cleavage plane S, so that the contact area between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer 4 is increased. Is maintained, and the current can be transmitted stably. In addition, since the end surface 7a on the cleavage surface S side of the main p electrode 7 constituting the p electrode is formed inside the cleavage surface S, it is possible to reduce the impact that the p electrode receives at the time of cleavage, It is possible to prevent the p-electrode from floating or peeling off due to an impact at the time of cleavage.
[0040]
Further, the thickness of the contact portion p-electrode 6 is about 100 to 200 angstroms with respect to the thickness of about 5000 angstroms of the main p-electrode 7 so as to be thinner than the thickness of the main p-electrode 7.
[0041]
Thus, by making the thickness of the contact portion p electrode 6 formed up to the cleavage surface S smaller than the thickness of the main p electrode 7, the impact received by the contact portion p electrode 6 at the time of cleavage is the contact portion p electrode. 6 is smaller than when the thickness is the same as that of the main p-electrode 7, and the p-electrode can be prevented from being lifted or peeled off due to an impact at the time of cleavage. Further, since the end portion of the contact portion p-electrode 6 is deformed and hangs down to the p-type nitride semiconductor layer side at the time of cleavage, so-called no-sink does not occur, so that laser oscillation from the optical resonance surface is not adversely affected. .
[0042]
On the other hand, the main p electrode 7 is not affected by the impact at the time of tearing, and can be made to have a thickness of about 5000 angstroms necessary for wire bonding to the main p electrode 7. 7 is not deformed, and the current can be transmitted stably.
[0043]
As described above, by reducing the impact of the p-electrode upon tearing, it is possible to prevent the p-electrode from being lifted or peeled off due to the impact at the time of tearing, and no current supersaturation region is generated. Will no longer rise or become unstable. Therefore, the threshold voltage at the time of laser oscillation can be lowered, and a highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics that can generate continuous heat at room temperature with little heat generation can be obtained.
[0044]
In the first embodiment, the n electrode 8 is arranged on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 2, but the substrate 1 is made of the nitride semiconductor itself and the n electrode 8 is placed on the back surface of the substrate 1. It is also possible to provide it.
[0045]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 3 as viewed from the cleavage plane S side.
[0046]
The nitride semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention has the same main structure as that of the first embodiment, except that the end surface 8a on the cleavage surface S side of the n-electrode 8 is cracked in advance. It is formed on the inner side from the position to be the open surface S.
[0047]
When the optical resonance surface is formed by cleavage, if the n electrode 8 is present on the line to be cleaved as the optical resonance surface, the n electrode 8 receives an impact at the time of cleavage, and is lifted or peeled off. In this way, if it is formed in advance from the position where it becomes the cleavage surface S in advance, the impact received by the n-electrode 8 is reduced, and it becomes difficult for floating and peeling to occur. However, since the current spread in the horizontal direction is extremely small, a saturable absorption region of current that causes floating or peeling does not occur, so that the threshold value does not increase or become unstable. That is, by reducing the threshold voltage at the time of laser oscillation, a highly reliable nitride semiconductor element that generates a small amount of heat and can continuously oscillate at room temperature can be obtained.
[0048]
If the n electrode is formed on the inner side of the cleavage plane S, the area through which current flows decreases and the resistance tends to increase. However, since the n electrode 8 has a relatively larger area than the p electrode, the cleavage plane S. Even if it is formed on the inner side, there is little influence that the threshold value rises or becomes unstable, but rather, a highly reliable nitride semiconductor laser device can be obtained by the fact that the n electrode 8 is less lifted or peeled off. Become.
[0049]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 5 viewed from the cleavage plane S side.
[0050]
The nitride semiconductor laser device according to the third embodiment of the present invention has the same main structure as that of the first embodiment, except that the end surface 8a on the cleaved surface S side of the n-electrode 8 is cracked in advance. After forming inside the position to be the open surface S, the dividing groove forming notch 9 from which part or all of the n-type nitride semiconductor layer 2 is removed is formed.
[0051]
When the optical resonance surface is formed by cleavage, if the n electrode 8 is present on the line to be cleaved as the optical resonance surface, the n electrode 8 receives an impact at the time of cleavage, and is lifted or peeled off. In this way, it is formed in advance from the position to be the cleavage plane S in advance, and further between the cleavage plane S and the end face 8a on the cleavage plane S side of the n-electrode 8, n-type. If the split groove forming notch 9 from which a part or all of the nitride semiconductor layer 2 has been removed is formed and then the cleavage is performed, the n electrode 8 is lifted because it is not affected by the impact at the time of the cleavage. Since no saturable absorption region of current is generated, the threshold value does not increase or become unstable. That is, by reducing the threshold voltage at the time of laser oscillation, a highly reliable nitride semiconductor element that generates a small amount of heat and can continuously oscillate at room temperature can be obtained.
[0052]
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the central portion of the laser resonator in the longitudinal direction of FIG.
[0053]
The nitride semiconductor laser device according to the fourth embodiment of the present invention has the same main structure as that of the first embodiment, but the p-electrode is stacked on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 4. A contact portion p-electrode 6 facing the cleavage surface S and an insulating film having an opening that can be electrically connected to the contact portion p-electrode 6 are formed on the upper surface of the contact portion p-electrode 6 and have an end surface inside the cleavage surface S. And a main p-electrode.
[0054]
As described above, the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer via the insulating film including the contact portion p electrode stacked on the surface of the p-type nitride semiconductor layer and facing the cleavage surface S and the opening portion that can be electrically connected to the contact portion p electrode 6. By forming the p electrode from the main p electrode 7 having an end face on the inner side of the cleavage plane, the contact p electrode 6 that receives an impact at the time of the cleavage is pressed by the insulating film 5. Further, it is possible to further prevent the contact portion p-electrode 6 from floating or peeling off due to an impact at the time of tearing. That is, the saturable absorption region of the current does not occur, so that the threshold value does not increase or become unstable. As a result, the temperature change amount of the threshold can be kept within a certain range even in a high-temperature operating environment exceeding 80 ° C. as well as room temperature, and it is sufficiently reliable as a light source for various information devices such as optical disks. Can be secured.
[0055]
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 9 viewed from the cleavage plane S side.
[0056]
As shown in the figure, in the nitride semiconductor laser device according to the fifth embodiment of the present invention, an n-type nitride semiconductor layer 2, an active layer 3, and a p-type nitride semiconductor layer 4 are sequentially stacked on a substrate 1. The cleavage surface S in the stacking direction serves as an optical resonance surface, and constitutes a belt-like laser resonator that emits light from the active layer 3.
[0057]
On the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 4, SiO ₂ An insulating film 5 is formed, and the p-type nitride semiconductor layer 4, the active layer 3, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 are etched to expose the n-type nitride semiconductor layer 2. .
[0058]
The insulating film 5 on the p-type nitride semiconductor layer 4 is removed in a band shape so as to condense and inject current into the active layer 3, and Ni and Au are formed on the exposed surface of the p-type nitride semiconductor layer 4. A thick film p-electrode 10 having a laminated structure is disposed. Then, the thick film portion p electrode 10 is divided into a thick film portion p electrode 10 having an end face 10a and having a laminated structure of Ni and Au, and a thin film portion p electrode 10b having a laminated structure of Ni or Ni and Au by etching. The
[0059]
That is, the p-electrode is laminated on the exposed surface of the p-type nitride semiconductor layer 4 and the thin-film portion p-electrode 10b facing the cleavage surface S, and is formed on the upper surface by about 1 to 500 μm inside the cleavage surface S. And a thick film portion p-electrode 10 having an end face 10a.
[0060]
Thus, the contact area between the thin film portion p-electrode 10b and the p-type nitride semiconductor layer 4 constituting the p-electrode is up to the cleavage plane S, so that the contact area between the p-electrode and the p-type nitride semiconductor layer 4 is increased. Is maintained, and the current can be transmitted stably. On the other hand, the end face 10a on the cleavage plane S side of the thick film portion p-electrode 10 constituting the p-electrode is formed on the inner side of the cleavage plane S, thereby reducing the impact that the p-electrode receives upon cleavage. In addition, it is possible to prevent the p-electrode from floating or peeling off due to an impact at the time of tearing.
[0061]
Further, the thickness of the thin film portion p-electrode 10b is set to be about 100 to 200 angstroms with respect to the thickness of about 5000 angstroms of the thick film portion p-electrode 10 so as to be thinner than the thickness of the thick film portion p-electrode 10. Yes.
[0062]
Thus, by making the thickness of the thin film portion p-electrode 10b formed up to the cleavage plane S thinner than the thickness of the thick film portion p-electrode 10, it is less than when the thin-film portion p-electrode 10b is not etched, Although the contact area with the p-type nitride semiconductor layer 4 is the same, the impact received at the time of cleavage can be received in a smaller volume, so that the p-electrode may be lifted or peeled off or cracked due to the impact at the time of cleavage. Opening abnormality can be prevented. Also, since the thin film portion p-electrode 10b and the thick film portion p-electrode 10 are originally formed in a vacuum, the thin-film portion p-electrode 10b is etched to form a p-electrode at a time. Therefore, the impact received by the thin film portion p-electrode 10b at the time of tearing can be quickly and naturally transmitted to the thick-film portion p-electrode 10 and can be quickly relaxed.
[0063]
Therefore, the edge of the thin film portion p-electrode 10b is deformed at the time of tearing and hangs down to the p-type nitride semiconductor layer 4 side, so that no so-called drooling occurs, which may adversely affect laser oscillation from the optical resonance surface. Absent.
[0064]
Further, since the thick film portion p-electrode 10 can have a thickness of about 5000 angstroms required for wire bonding to the p-electrode, the thick-film portion p-electrode 10 is not deformed at the time of wire bonding, and the current is stabilized. Can tell. Even when the p-electrode is contacted from the outside by the contact method, the thick film portion p-electrode 10 can take a necessary area. Furthermore, since the thin film portion p-electrode 10b and the thick film portion p-electrode 10 are originally integral, the electrical contact between them is extremely good.
[0065]
As described above, by reducing the impact of the p-electrode upon tearing, it is possible to prevent the p-electrode from being lifted or peeled off due to the impact at the time of tearing, and no current supersaturation region is generated. Will no longer rise or become unstable. Therefore, the threshold voltage at the time of laser oscillation can be lowered, and a highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics that can generate continuous heat at room temperature with little heat generation can be obtained.
[0066]
In the fifth embodiment, the n-electrode 8 is arranged on the upper surface of the n-type nitride semiconductor layer 2, but the substrate 1 is made of the nitride semiconductor itself and the n-electrode 8 is placed on the back surface of the substrate 1. It is also possible to provide it.
[0067]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0068]
This example shows a nitride semiconductor laser device manufactured by a gallium nitride based semiconductor layer grown by metal organic vapor phase epitaxy.
[0069]
Example 1
This embodiment will be described with reference to FIGS.
[0070]
First, after placing the substrate 1 such as sapphire whose surface is a C surface and having a mirror finish on the substrate holder in the reaction tube, the surface temperature of the substrate 1 is kept at 1100 ° C. for 10 minutes and hydrogen gas is allowed to flow. While cleaning the substrate 1, cleaning is performed to remove organic dirt and moisture adhering to the surface of the substrate 1.
[0071]
Next, the surface temperature of the substrate 1 is lowered to 600 ° C., the nitrogen gas as the main carrier gas is 10 liters / minute, the ammonia is 5 liters / minute, and for TMA containing trimethylaluminum (hereinafter referred to as “TMA”). The n-type nitride semiconductor layer 2 which is a buffer layer made of AlN is grown to a thickness of 25 nm while flowing a carrier gas of 20 cc / min. Thereafter, the supply of TMA carrier gas was stopped and the temperature was raised to 1050 ° C. Then, as the main carrier gas, nitrogen gas was supplied at 9 liters / minute, hydrogen gas was supplied at 0.95 liters / minute, and new trimethylgallium was added. (Hereinafter referred to as "TMG") carrier gas for 4 cc / min, Si source 10 ppm SiH _Four The first n-type layer made of GaN doped with Si is grown to a thickness of 2 μm by growing for 60 minutes while flowing (monosilane) gas at 10 cc / min. At this time, the carrier concentration of the first n-type layer is 1 × 10 18 cm. ^-3 And
[0072]
After the growth of the first n-type layer, the main carrier gas and the TMG carrier gas are allowed to flow at the same flow rate while the SiH is kept flowing. _Four Only the gas flow rate is changed to 50 cc / min and flowed for 6 minutes to grow a second n-type layer made of Si-doped GaN with a thickness of 0.2 μm. At this time, the carrier concentration of the second n-type layer is 5 × 10 18 cm. ^-3 And
[0073]
An n-type nitride semiconductor layer 2 is formed of the first n-type layer and the second n-type layer.
[0074]
After the n-type nitride semiconductor layer 2 is grown and formed, TMG carrier gas and SiH _Four The gas was stopped, the surface temperature of the substrate 1 was lowered to 750 ° C., nitrogen gas was newly added as a main carrier gas at 10 liter / min, carrier gas for TMG was 2 cc / min, and trimethylindium (hereinafter referred to as “TMI”). The active layer 3 made of non-doped InGaN is grown to a thickness of 6 nm.
[0075]
Further, after the formation of the active layer 3, the carrier gas for TMI and the carrier gas for TMG are stopped, the surface temperature of the substrate 1 is increased to 1050 ° C., and nitrogen gas is newly added as a main carrier gas at 9 liters / minute, Hydrogen gas is 0.94 liter / min, TMG carrier gas is 4 cc / min, TMA carrier gas is 6 cc / min, Mg source biscyclopentadienyl magnesium (hereinafter referred to as “Cp”). ₂ The first p-type layer made of AlGaN doped with Mg is grown to a thickness of 0.1 μm while growing a carrier gas for Mg) at 50 cc / min.
[0076]
Subsequently, only the carrier gas for TMA was stopped, and at 1050 ° C., nitrogen gas was newly added as a main carrier gas at 9 liters / minute, hydrogen gas at 0.90 liters / minute, and carrier gas for TMG at 4 cc / minute. , Cp ₂ Growth is performed for 3 minutes while flowing a carrier gas for Mg at 100 cc / min, and a second p-type layer made of GaN doped with Mg is grown to a thickness of 0.1 μm.
[0077]
A p-type nitride semiconductor layer 4 is formed by the first p-type layer and the second p-type layer.
[0078]
After the growth of the p-type nitride semiconductor layer 4, the carrier gas for TMG, which is the source gas, and ammonia are stopped, the nitrogen gas and the hydrogen gas are allowed to flow at the same flow rate, and the wafer is cooled from the reaction tube. Take out.
[0079]
For the laminated structure including the quantum well structure made of the gallium nitride compound semiconductor formed in this way, the SiO 2 is formed on the surface thereof. ₂ An insulating film 5 made of a film is deposited by plasma CVD. The insulating film 5 is formed under the following conditions: the substrate temperature is set to 350 ° C., oxygen gas is supplied at 4 cc / min, and tetraethyl orthosilicate is supplied at 100 cc / min, and the film is formed at RF power of 250 W for 30 minutes. ₂ A film is formed.
[0080]
Next, a laser structure is formed on the wafer thus formed, and a nitride semiconductor laser device is manufactured.
[0081]
First, as a method of forming a nitride semiconductor layer in a desired pattern, first, a portion of the insulating film 5 to be removed is removed with a wet etchant such as buffered hydrofluoric acid to form a mask having a predetermined shape. Thereafter, the p-type nitride semiconductor layer 4, the active layer 3, and a part of the n-type nitride semiconductor layer 2 are removed by chemical anisotropic dry etching to expose a plane substantially parallel to the substrate.
[0082]
Then, the insulating film 5 on the p-type nitride semiconductor layer 4 is removed in a strip shape in order to confine and inject current into the active layer 3. The insulating film 5 is removed by forming a mask having a predetermined stripe shape and using a wet etchant such as buffered hydrofluoric acid. First, a resist is applied, and patterning is performed so that the resist does not remain in a region where the contact portion p-electrode 6 is desired to be formed. Next, after the contact portion p electrode 6 having a laminated structure of Ni and Au is continuously formed by vapor deposition, when the resist is removed with a solvent, the contact portion p electrode 6 on the resist is removed at the same time, and a desired pattern contact is obtained. Part p electrode 6 remains. Then, resist is applied again, and patterning is performed so that the resist does not remain in the region where the main p-electrode 7 is to be formed. Further, after the main p-electrode 7 having a laminated structure of Ti and Au is continuously formed by vapor deposition, when the resist is removed with a solvent, the main p-electrode 7 on the resist is simultaneously removed, and the main p-electrode 7 having a desired pattern is obtained. Remains.
[0083]
Next, the n-electrode 8 is formed on the exposed n-type nitride semiconductor layer 2. At this time, the thickness of the n-electrode 8 is set to 3000 to 5000 angstroms. The n electrode 8 is formed by vapor deposition so as to have a laminated structure of Ti and Au.
[0084]
Thereafter, the back surface of the substrate 1 is polished and thinned to 50 μm. After polishing, the wafer on which the nitride semiconductor laser structure is formed is divided into laser elements.
[0085]
First, a first dividing groove is formed in a direction perpendicular to the stripe direction of the strip-shaped pattern formed on the p-type nitride semiconductor layer 4 using a scribe device. The first dividing groove has a groove width of about 5 μm and a groove depth of about 1 μm. Along the first dividing groove, the wafer is pressed and broken from the opposite side of the first dividing groove using a braking device. The end face thus formed is used as an optical resonance surface of the laser element. The first dividing grooves are formed at a pitch of 600 μm in the parallel direction so that the resonator length of the laser element is 600 μm.
[0086]
Next, a second split groove is formed using a scribe device at a pitch of 400 μm so that the laser element can be divided in a direction parallel to the band-shaped pattern formed on the p-type nitride semiconductor layer 4. A nitride semiconductor laser device is manufactured by pressing and breaking along the split groove from the opposite side of the split groove using a braking device. Thereby, a nitride semiconductor laser element having a size of 600 μm × 400 μm is manufactured.
[0087]
At this time, the contact portion p-electrode 6 was not at all on the optical resonance surface. When this nitride semiconductor laser element was placed on a heat sink and energized at room temperature to attempt laser oscillation, 80% or more of laser elements obtained from the same wafer had a threshold current of 100 to 200 mA and a variation within ± 10%. As a yield, laser oscillation with an oscillation wavelength of 410 nm was confirmed.
[0088]
(Example 2)
The nitride semiconductor laser element shown in FIG. 3 and FIG. 4 described in the second embodiment is manufactured by the same procedure as in Example 1. However, the n-electrode 8 is formed so as to be 20 μm inside from the optical resonance surface.
[0089]
Even when the optical resonant surface of the nitride semiconductor laser element was formed by the cleavage method, the n-electrode 8 was hardly lifted, and no peeling occurred.
[0090]
When this nitride semiconductor laser device was placed on a heat sink and energized at room temperature to attempt laser oscillation, 85% or more of the laser devices obtained from the same wafer had a threshold current of 100 to 200 mA and variation within ± 10%. As a yield, laser oscillation with an oscillation wavelength of 410 nm was confirmed.
[0091]
(Example 3)
The nitride semiconductor laser element shown in FIGS. 5 and 6 described in the third embodiment is manufactured by the same procedure as in Example 1. However, the dividing groove forming notch 9 provided in the n-type nitride semiconductor layer 2 is formed to have a depth of 1.5 to 2.0 μm.
[0092]
Even when the optical resonant surface of this nitride semiconductor laser element was formed by the cleavage method, the n-electrode was not lifted up at all and no peeling occurred.
[0093]
When this nitride semiconductor laser element was placed on a heat sink and energized at room temperature to attempt laser oscillation, 80% or more of laser elements obtained from the same wafer had a threshold current of 100 to 200 mA and a variation within ± 10%. As a yield, laser oscillation with an oscillation wavelength of 410 nm was confirmed.
[0094]
Example 4
The nitride semiconductor laser element shown in FIGS. 7 and 8 described in the fourth embodiment is manufactured by the same procedure as in Example 1. However, after the contact portion p-electrode 6 is formed, it is manufactured as follows.
[0095]
First, the insulating film 5 is formed so as to cover the entire contact portion p-electrode 6. Then, a resist is applied, and patterning is performed so that the resist does not remain in a region where the main p-electrode 7 is to be formed. Next, the insulating film 5 is etched with a wet etchant such as hydrofluoric acid in order to open a region where the contact portion p-electrode 6 and the main p-electrode 7 are in contact with each other. Alternatively, dry etching may be performed. Further, after the main p-electrode 7 having a laminated structure of Ti and Au is continuously formed by vapor deposition, the resist is removed with a solvent, so that the main p-electrode 7 on the resist is simultaneously removed, and the nitriding shown in FIGS. A semiconductor laser device can be obtained.
[0096]
When this nitride semiconductor laser element was placed on a heat sink and energized at room temperature to attempt laser oscillation, 90% or more of the laser elements obtained from the same wafer had a threshold current of 100 to 200 mA and variation within ± 10%. As a yield, laser oscillation with an oscillation wavelength of 410 nm was confirmed.
[0097]
(Example 5)
The nitride semiconductor laser element shown in FIGS. 9 and 10 described in the fifth embodiment is manufactured by the same procedure as in Example 1. However, after etching the nitride semiconductor layer in a stripe shape, the thick film portion p-electrode 10 having a laminated structure of Ni and Au is disposed on the exposed surface of the p-type nitride semiconductor layer 4. Then, the thick film portion p electrode 10 is divided into a thick film portion p electrode 10 having an end face 10a and having a laminated structure of Ni and Au, and a thin film portion p electrode 10b having a laminated structure of Ni or Ni and Au by etching. Is done.
[0098]
At this time, the thin film portion p-electrode 10b was not at all on the optical resonance surface. When this nitride semiconductor laser element was placed on a heat sink and energized at room temperature to attempt laser oscillation, 90% or more of the laser elements obtained from the same wafer had a threshold current of 80 to 90 mA and a variation within ± 10%. As a yield, laser oscillation with an oscillation wavelength of 410 nm was confirmed.
[0099]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0100]
(1) According to the first aspect of the present invention, it is possible to reduce the impact of the p-electrode when it is split, and to prevent the p-electrode from being lifted or peeled off due to the impact when it is split. Nitride-semiconductor lasers have a very small horizontal current spread, so that a saturable absorption region for the current does not occur by preventing floating and peeling. As a result, unstable laser characteristics that vary will disappear. Therefore, the threshold voltage at the time of laser oscillation can be lowered, and a highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics that can generate continuous heat at room temperature with little heat generation can be obtained.
[0101]
(2) According to the invention of claim 2, the impact received by the p-electrode at the time of cleavage is absorbed by the contact portion p-electrode, and the current from the p-type nitride semiconductor layer is passed through the contact-portion p-electrode to the main p-electrode. Thus, a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics with a stable current can be obtained.
[0102]
(3) According to the third aspect of the present invention, the impact received by the contact portion p electrode at the time of tearing is less than when the contact portion p electrode has the same thickness as the main p electrode. It is possible to prevent floating and peeling. In addition, since the main p electrode can have a thickness necessary for wire bonding to the p electrode, the main p electrode is not deformed during wire bonding, and the current can be stably transmitted. A highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics can be obtained.
[0103]
(4) According to the invention described in claim 4, since no dripping occurs at the time of cleavage, a highly reliable nitride semiconductor having stable laser characteristics without adversely affecting laser transmission from the optical resonance surface A laser element can be obtained.
[0104]
(5) According to the invention described in claim 5, it is possible to maintain the length of the main p-electrode necessary for wire bonding and to transmit a current stably, and to provide a highly reliable nitride semiconductor having stable laser characteristics. A laser element can be obtained.
[0105]
(6) According to the invention described in claim 6, it is further possible that the contact portion p-electrode is floated or peeled off by the impact at the time of cleavage by forming the opening of the insulating film inside the cleavage surface. Can be prevented.
[0106]
(7) According to the invention of claim 7, by covering and pressing down at least a part of the contact portion p electrode that receives an impact at the time of cleavage with an insulating film, the contact portion p electrode floats due to the impact at the time of cleavage, It is possible to further prevent peeling, and to obtain a highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics.
[0107]
(8) According to the invention described in claim 8, since an impact is not directly transmitted to the n-electrode at the time of cleavage, it is possible to prevent the n-electrode from floating or peeling at the time of cleavage, and stable laser characteristics A highly reliable nitride semiconductor laser device having the above can be obtained.
[0108]
(9) According to the ninth aspect of the invention, since the impact transmitted to the n-electrode at the time of cleavage is reduced, it is possible to further prevent the n-electrode from floating or peeling off at the time of cleavage, and stable laser characteristics can be obtained. A highly reliable nitride semiconductor laser device can be obtained.
[0109]
(10) According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to reduce the impact that the p-electrode receives at the time of cleavage, and to prevent the p-electrode from floating or peeling off due to the impact at the time of cleavage. Nitride semiconductor lasers have a very small horizontal current spread, which prevents the generation of a saturable absorption region of current, so that the threshold value fluctuates and becomes high or has hysteresis characteristics. Unstable laser characteristics are lost. Therefore, the threshold voltage at the time of laser oscillation can be lowered, and a highly reliable nitride semiconductor laser element having stable laser characteristics that can generate continuous heat at room temperature with little heat generation can be obtained.
[0110]
(11) According to the eleventh aspect of the present invention, the impact received by the thin film portion p electrode at the time of tearing is less than when the thin film portion p electrode is not etched, and the p electrode is lifted or peeled off by the impact at the time of tearing. Abnormal dehiscence such as drooling can be prevented. Also, since the thin film portion p electrode and the thick film portion p electrode that are originally integral have very good physical adhesion, the impact received by the thin film portion p electrode at the time of tearing is applied to the thick film portion p electrode. Since it can be quickly and naturally transmitted and relaxed quickly, a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics can be obtained.
[0111]
(12) According to the invention of claim 12, since the thickness of the p-electrode at the end of the contact surface is smaller than the thickness of the p-electrode necessary for wire bonding, the end of the p-electrode is deformed at the time of cleavage. Thus, no so-called dripping occurs on the p-type nitride semiconductor layer side. In addition, since the thick film portion p-electrode can have a thickness necessary for wire bonding to the p-electrode, the thick-film portion p-electrode is not deformed during wire bonding, and current can be transmitted stably. Thus, a highly reliable nitride semiconductor laser device having stable laser characteristics can be obtained.
[0112]
(13) According to the invention described in claim 13, it is possible to maintain the length of the thick film portion p-electrode necessary for wire bonding, stably transmit a current, and have a stable laser characteristic and high reliability. A nitride semiconductor laser device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the invention.
2 is a front view of the nitride semiconductor laser element of FIG. 1 as viewed from the cleavage plane S side. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to a second embodiment of the invention.
4 is a front view of the nitride semiconductor laser element of FIG. 3 as viewed from the cleavage plane S side.
FIG. 5 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser device according to a third embodiment of the invention.
6 is a front view of the nitride semiconductor laser element of FIG. 5 viewed from the cleavage plane S side.
FIG. 7 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser element in a fourth embodiment of the invention.
8 is a cross-sectional view of the central portion in the longitudinal direction of the laser resonator in FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a nitride semiconductor laser element in a fifth embodiment of the invention.
10 is a front view of the nitride semiconductor laser device of FIG. 9 as viewed from the cleavage plane S side.
FIG. 11 is a perspective view showing a conventional nitride semiconductor laser device.
12 is a front view of the nitride semiconductor laser element of FIG. 11 as viewed from the optical resonance surface side.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 n-type nitride semiconductor layer
3 Active layer
4 p-type nitride semiconductor layer
5 Insulating film
6 contact part p electrode
7 Main p-electrode
7a End face
8 n electrode
8a End face
9 Notch for split groove formation
10 Thick film part p electrode
10a End face
10b Thin film part p-electrode

Claims

An n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the substrate, and an insulating film for current confinement is formed on the p-type nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor laser device in which an n-electrode and a p-electrode are respectively stacked on a p-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer, and a cleavage plane that is cleaved in the stacking direction is an optical resonant surface. An electrode is formed on the upper surface of the contact portion p electrode, the contact portion p electrode stacked on a portion of the surface of the p-type nitride semiconductor layer sandwiched between the current confinement insulating films facing the cleavage surface, and And a main p-electrode having an end face on the inner side of the cleavage plane , wherein the contact portion p-electrode is thinner than the main p-electrode and thinner than the current confinement insulating film. Nitride semiconductor laser device.

2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the contact portion p-electrode is 10 to 1000 angstroms .

3. The nitride semiconductor laser device according to claim 1 , wherein an end face of the main p-electrode on the cleavage plane side is in a range of 1 to 500 μm from the cleavage plane .

4. The nitride semiconductor laser device according to claim 1 , wherein an end face of the n-electrode on the side of the cleavage plane is formed so as to be inside of the cleavage plane . 5.

A split groove forming notch part in which a part or all of the n-type nitride semiconductor layer is removed is formed between the n-electrode end face on the cleavage plane side and the cleavage plane. The nitride semiconductor laser device according to claim 4 .

An n-type nitride semiconductor layer, an active layer, and a p-type nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the substrate. On the p-type nitride semiconductor layer, an insulating film for current confinement, a contact p electrode, and a main p electrode Of a nitride semiconductor laser device in which a p-electrode comprising: an n-electrode is laminated on the back surface of the substrate or the n-type nitride semiconductor layer, and a cleavage plane cleaved in the lamination direction is an optical resonant surface In the method
forming an insulating film on the surface of the p-type nitride semiconductor layer;
applying a resist on the surface of the p-type nitride semiconductor layer and the insulating film;
Patterning the resist so that no resist remains in the region where the contact portion p-electrode is formed;
Removing the insulating film in a region where the contact portion p-electrode facing the cleavage surface is to be formed, and forming an insulating film for current confinement;
An electrode material on the resist is formed by forming a resist having a thickness thinner than the current confinement insulating film on the surface of the resist and p-type nitride semiconductor layer patterned with the electrode material to be the contact portion p-electrode, and then removing the resist. Removing the contact and forming a contact portion p-electrode,
Applying a resist again, and patterning so that the resist does not remain in a region where a main p-electrode having an end face inside the cleavage plane is to be formed;
A step of forming a main p-electrode by removing the resist by removing the resist after forming a resist on the patterned p-electrode and a resist patterned with the electrode material to be the main p-electrode;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device , comprising: