JP2006253714A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ｐ側オーミック電極とｐ型コンタクト層との接触幅を精度よく制御することができ、かつ素子特性の劣化の少ない信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】ｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層の上に形成されたｐ側オーミック電極と、ｐ側オーミック電極の上に形成されたｐ側パッド電極とを備えた窒化物半導体素子であって、ｐ側オーミック電極がＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種とＡｕとその少なくとも１種とＡｕとの合金層を含んでなり、ｐ側パッド電極がＲｈ又はＲｈＯからなりｐ側オーミック電極に接して形成された密着層と、その密着層上に接して又はＴｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、またはこれらの窒化物からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んで成り密着層の上に形成されたバリア層を介して形成されたＡｕ層とを含んでなる。
【選択図】図１

Description

本発明は窒化物半導体（Ａｌ_bＩｎ_cＧａ_1-b-cＮ、０≦ｂ、０≦ｃ、ｂ＋ｃ＜１）よりなるレーザ素子に関する。

近年、青色の波長領域でレーザ発振可能な窒化物半導体レーザ素子が注目されている。また、最近では、高出力の窒化物半導体レーザ素子が求められ、その要求に応えるため、かつＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が良好な単一の横モードとなるようにｐ型コンタクト層からｐ型クラッド層の一部までを部分的にエッチングしたリッジ構造のレーザ素子が検討されている。しかしながら、このリッジ幅は１μｍから２μｍと非常に狭く、このリッジ幅と同じだけのオーミック電極を形成するのは困難であった。そこでリッジの頂上の面と、ｎ電極形成面だけを露出させて、端面をのぞくすべての窒化物半導体を絶縁膜で覆った上で、リッジ上に大まかな幅で電極を形成することで、リッジの頂上の面にのみ窒化物半導体と接したｐ側オーミック電極が形成されていた。また、ｐ側オーミック電極の上には、Ａｕ単体又はＮｉを形成した上にＡｕを積層した２層構造のパッド電極を形成していた。
特開平０８−２７９６４３号公報

しかしながら、従来の窒化物半導体レーザ素子は、端面をのぞくすべての窒化物半導体を覆う絶縁膜は素子を保護するために一定以上の膜厚が必要となるために、リッジの上面に精度よく開口部を形成することが困難であり、ｐ側オーミック電極とｐ型コンタクト層との接触幅を精度よく制御することが困難であるという問題点があった。そのために素子特性の製造バラツキを少なくレーザ素子を作成することが困難であった。
また、レーザ素子に通電した時に発生する熱により、パッド電極のＡｕがしだいに下の層に拡散し、素子特性を劣化させるという問題点があった。特にレーザ素子をフェースダウンで実装する際、フェースダウンには３５０℃程度の熱を加えるのでＡｕの拡散は起こりやすい素子特性の劣化が顕著であった。

そこで、本発明は、ｐ側オーミック電極とｐ型コンタクト層との接触幅を精度よく制御することができ、かつ素子特性の劣化の少ない信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、ｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に形成されたｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極の上に形成されたｐ側パッド電極とを備えた窒化物半導体素子であって、
前記ｐ側オーミック電極はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種と、Ａｕと、Ａｕと、前記少なくとも１種とＡｕとの合金層とを含んでなり、
前記ｐ側パッド電極は、Ｒｈ又はＲｈＯからなり前記ｐ側オーミック電極に接して形成された密着層と、その密着層上に接して又はＴｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、またはこれらの窒化物からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んで成り前記密着層の上に形成されたバリア層を介して形成されたＡｕ層とを含んでなることを特徴とする。
本発明に係る窒化物半導体素子において、ｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性をより向上させるために、前記ｐ側オーミック電極は、最上層にＲｈＯ層を含み、前記密着層はＲｈＯからなることが好ましい。

また、窒化物半導体素子の電極形成方法は、ｐ型窒化物半導体層の上に電極を形成する方法であって、
ｐ型窒化物半導体層の上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種からなる第１層と、Ａｕ層と、ＲｈＯ層を順次形成することによりｐ側オーミック電極を形成することと、
前記ｐ側オーミック電極を熱アニーリングすること、
前記アニーリングされたｐ側オーミック電極の上にＲｈＯ層を形成することと、Ａｕ層を形成することとを含み、前記ｐ側オーミック電極の上にｐ側パッド電極を形成すること、とを含むことを特徴とする。

このように構成された本発明に係る窒化物半導体素子では、ｐ型窒化物半導体層と該ｐ型窒化物半導体層との間で良好なオーミック接触をさせることができ、かつｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性を良好にでき、長寿命の窒化物半導体素子を実現できる。
また、このように構成された本発明に係る方法により作製された窒化物半導体素子では、ｐ型窒化物半導体層と該ｐ型窒化物半導体層との間で良好なオーミック接触をさせることができ、かつｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性を良好にでき、長寿命の窒化物半導体素子を製造することができる。

本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードについて説明する。
本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、順次形成されたｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を備え、該ｐ型窒化物半導体層において少なくとも最上層のｐ型コンタクト層を含むようにリッジ部が形成されかつそのリッジ部の上面のｐ型コンタクト層にオーミック接触するｐ側オーミック電極が共振方向に略平行に形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記リッジ部の上面に開口部を有する第１の絶縁膜が少なくとも前記リッジ部の側面及びその側面の外側近傍を覆うように形成され、前記ｐ側オーミック電極は前記開口部を介して前記ｐ型コンタクト層と接するように形成されかつ、
前記第１の絶縁膜の上にさらに第２の絶縁膜が形成されていることを特徴とする。
このように構成することにより、前記第１の絶縁膜を精度良く形成することによりｐ側オーミック電極とｐ型コンタクト層との接触幅を精度よく制御し、その上に形成する第２の絶縁膜によってより効果的に素子を保護することが可能となり、安定した特性が得られかつ信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子が実現できる。

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子においては、前記第２の絶縁膜を共振端面に連続して形成し、該共振端面においてレーザ反射面を形成するようにしてもよい。
このようにすると、前記第２の絶縁膜とレーザ反射面とを１つの工程で形成することができる。

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子では、前記第１および第２の絶縁膜は酸化物で構成することが好ましい。
さらに、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子では、前記第１の絶縁膜はＺｒＯ₂で構成することが好ましい。
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子では、前記第２の絶縁膜はＴｉＯ₂またはＳｉＯ₂で構成することができ、これらの材料を用いると、前記第２の絶縁膜を共振端面に連続して形成し、該共振端面においてレーザ反射面を形成することができ、前記第２の絶縁膜とレーザ反射面とを１つの工程で形成することができる。
また、前記第２の絶縁膜を共振端面に連続して形成することにより共振単面にレーザ反射面を形成する場合、前記第２の絶縁膜はＴｉＯ₂層とＳｉＯ₂層とが交互に積層された多層膜であることがさらに好ましい。
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ側オーミック電極はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種とＡｕとを積層した後、アニーリングされた合金とすることが好ましい。
本発明に係る窒化物半導体レーザ素子においては、前記第２の絶縁膜を前記ｐ側オーミック電極上に開口部が形成されるように形成し、該開口部を介してｐ側オーミック電極に接するようにｐ側パッド電極を形成するようにできる。

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ側パッド電極をｐ側オーミック電極に接する層から順に、密着層、バリア層、Ａｕ層の３層を含むように形成し、前記密着層は前記Ａｕ層に比較して前記第２の絶縁膜および前記ｐ側オーミック電極と密着性が良い材料とし、前記バリア層は前記Ａｕ層に比較して拡散の起こりにくい材料とすることが好ましい。
このような構造とすることで、ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極との密着力を強くでき、かつｐ型窒化物半導体層側において、素子を通電した際に発生する熱による該パッド電極最上部に位置するＡｕの他の層への拡散を防ぐことができる。

さらに、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極との密着力をより強くするために、前記ｐ側パッド電極の密着層は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、ＲｕＯ₂、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｈ、ＲｈＯからなる群から選択された少なくとも１つを含むように形成することが好ましい。
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、Ａｕの他の層への拡散をより効果的に防ぐために、前記ｐ側パッド電極のバリア層は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、これらの窒化物及びＲｈＯからなる群から選ばれた少なくとも１つを含むように形成することが好ましい。

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記ｎ型窒化物半導体層は一部が露出されたｎ型コンタクト層を含み、該露出されたｎ型コンタクト層上にｎ側オーミック電極を介してｎ側パッド電極が形成されている場合、前記ｎ側パッド電極はｐ側パッド電極と同一材料とすることが好ましい。
このようにすると、前記ｎ側パッド電極はｐ側パッド電極とを同一工程で形成することができる。

また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ側オーミック電極はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種とＡｕとを積層した後、アニーリングされた合金層を含むようにし、
前記第２の絶縁膜において前記ｐ側オーミック電極上に開口部を形成し、該開口部を介して前記ｐ側オーミック電極に接するようにｐ側パッド電極を形成するようにしてもよい。

この窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ側パッド電極は、Ｒｈ又はＲｈＯからなり前記ｐ側オーミック電極に接して形成された密着層と、その密着層上に形成されたＡｕ層とによって構成してもよい。
このようにすると、ｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性を良好にできる。
この場合さらに、前記ｐ側パッド電極は、Ｒｈ又はＲｈＯからなり前記ｐ側オーミック電極に接して形成された密着層と、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、またはこれらの窒化物からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んで成り前記密着層の上に形成されたバリア層と、そのバリア層の上に形成されたＡｕ層とによって構成されていてもよい。
またさらに、ｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性をより良好にするために、前記ｐ側オーミック電極において最上層にＲｈＯ層を含むように構成し、前記密着層をＲｈＯにより構成することが好ましい。

以下に図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードについて説明する。図１は本実施の形態の半導体レーザダイオードの構成を示す模式的な断面図であり、レーザ光の共振方向に垂直な断面図を示している。

本実施の形態の半導体レーザダイオードは、図１に示すように、基板１上にバッファ層（図示せず）、ｎ型コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、ｎ型光ガイド層４、活性層５、ｐ側キャップ層６、ｐ型光ガイド層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層９が順次積層された複数の半導体層を有し、共振方向に十分長いリッジ状とされたｐ型コンタクト層９上に第１の絶縁膜３０の開口部３０ａを介してｐ型コンタクト層９と接するようにｐ側オーミック電極２０が形成され、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層２上に第１の絶縁膜３０の開口部３０ｂを介してｎ型コンタクト層２と接するようにｎ側オーミック電極２１がそれぞれ形成される。

そして、本実施の形態の半導体レーザダイオードにおいてはさらに、ｐ側オーミック電極２０及びｎ側オーミック電極２１上にそれぞれ開口部３１ａ，３１ｂを有する第２の絶縁膜３１が形成され、ｐ側オーミック電極２０及びｎ側オーミック電極２１とそれぞれ開口部３１ａ，３１ｂを介して導通するｐ側パッド電極２２とｎ側パッド電極２３が形成される。

ここで、本実施の形態の半導体レーザダイオードにおいて、第１の絶縁膜３０は、主としてｐ側オーミック電極２０をｐ型コンタクト層９の上面に精度良く接触させるため（オーミック接触させる部分の形状の精度を確保する）に形成され、ｐ側オーミック電極２０が形成された後に熱アニールすることが必要であるためにそれに耐え得る耐熱性が要求される。

また、第１の絶縁膜３０はリッジ部の両側面に形成されることから、リッジ部を構成するｐ型窒化物半導体より屈折率が低いものである必要がある（真空中の誘電率に近いほど好ましい。）。

さらに、第１の絶縁膜３０は、リッジ部及びその周辺に形成されるものであり、かつ高い精度で開口部３０ａを形成する必要があるために、その膜厚は薄くする必要がある。例えば、通常リッジ部の幅及び高さはそれぞれ１．５μｍ，０．５μｍ程度であるため、第１の絶縁膜３０の膜厚は、０．５μｍ又はそれ以下に設定される。
本実施の形態の半導体レーザダイオードにおいて、第２の絶縁膜３１は、主として素子の保護を目的として形成されるものであり、保護機能を効果的に発揮できる材料で構成される。

また、本実施の形態では、第２の絶縁膜３１において、ｐ側オーミック電極２０及びｎ側オーミック電極２１の上にそれぞれ開口部３１ａ，３１ｂを形成して、その開口部３１ａ，３１ｂを介してｐ側オーミック電極２０及びｎ側オーミック電極２１とそれぞれ導通するｐ側パッド電極及びｎ側パッド電極を形成している。
しかしながら、ｐ側オーミック電極２０とｐ側パッド電極を導通させるための開口部３１ａ及びｎ側オーミック電極２１とｎ側パッド電極を導通させるための開口部３１ｂの寸法精度は、第１の絶縁膜３０の開口部３０ａほど高くする必要はないので、第２の絶縁膜３１の膜厚は比較的厚く設定することが可能である。

さらに、第２の絶縁膜３１は、第１の絶縁膜のように形成後に熱アニールの工程を経ることがないので、第１の絶縁膜３０ほど高い耐熱性が要求されるものでもない。
したがって、第２の絶縁膜３１は、保護機能を効果的に発揮できる材料の中から、自由に半導体レーザダイオードに適したもの選択することができる。

また、本実施の形態の半導体レーザダイオードにおいて、ｐ側パッド電極２２は、ｐ側オーミック電極と接する密着層２２ａとバリア層２２ｂとＡｕ層２２ｃの３層からなる。
本実施の形態においてｐ側パッド電極２２の密着層２２ａはリッジ部に形成された第２の絶縁膜３１およびｐ側オーミック電極２０と密着性が良く、その材料自体は拡散の起こりにくい材料からなり、例えば好ましい材料としてはＮｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、ＲｕＯ₂、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｒｈ、ＲｈＯなどが挙げられる。特に第２の絶縁膜を酸化物で形成する場合には、この第２の絶縁膜と密着性の高いＮｉが最も好ましい材料として挙げられる。また、ｐ側パッド電極２２の耐熱性を向上させるためには、密着層２２ａはＲｈ、ＲｈＯで構成することが好ましい。

また、この密着層２２ａの好ましい膜厚は１００Å〜５０００Åであり、最も好ましくは５００Å〜２０００Åである。

密着層２２ａとして、Ｒｈ又はＲｈＯを用いて構成する場合、そのＲｈ層及びＲｈＯ層はそれぞれ、Ａｕ層２２ｃの拡散を防止するバリア層２２ａとしても機能する。したがって、密着層２２ａをＲｈ又はＲｈＯを用いて構成する場合、バリア層２２ａを省略して、ｐ側パッド電極２２をＲｈ層又はＲｈＯ層とＡｕ層２２ｃの２層で構成することができる。
このように、ｐ側パッド電極２２をＲｈ層又はＲｈＯ層とＡｕ層２２ｃの２層で構成すると、ｐ側パッド電極２２の耐熱特性を本実施の形態で示した他の組み合わせしたがって構成したｐ側パッド電極２２と同等又はそれ以上の耐熱特性を実現できる。

また、このような組み合わせで、ｐ側パッド電極２２を２層で構成する場合、Ｒｈ層又はＲｈＯ層の膜厚は、１００Å〜１００００Åの範囲、Ａｕ層２２ｃの膜厚は、１０００Å〜３００００Åの範囲に設定することが好ましい。

本発明においてｐ側パッド電極２２のバリア層２２ｂは最上部のＡｕが密着層以下に拡散しないような高融点金属か、またはその窒化物からなり、例えば好ましい材料としてはＴｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、ＴｉＮなどが挙げられ、最も好ましくはＴｉが挙げられる。また、好ましい膜厚としては１００Å〜５０００Å、最も好ましくは５００Å〜２０００Åとする。
尚、上述したように、密着層２２ａをＲｈ又はＲｈＯを用いて構成する場合、バリア層２２ａを省略することができる。

本発明においてｐ側パッド電極２２の最上部に位置するＡｕ層２２ｃは窒化物半導体レーザ素子をワイヤーとボンディングする際、もっとも適した材料といえる。このＡｕの好ましい膜厚としては１０００Å〜２００００Å、さらに好ましい膜厚としては５０００Å〜１００００Åとする。

本発明においてｐ側オーミック電極２０はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択した少なくとも１種とＡｕからなる。Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕはいずれも２価イオンとなりうる金属である。これらＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕから選択した１種とＡｕとを順に積層後、アニーリングすることで合金化され、ｐ型窒化物半導体層と良好なオーミック特性が得られる。アニーリング温度はオーミック電極を積層するまでに形成したＩｎＧａＮのＩｎが分解するなどの窒化物半導体に影響のない温度、好ましくは４００℃以上７００℃以下、さらに好ましくは５００℃以上６５０℃以下とする。また、ｐ側オーミック電極２０は前記金属群の中でもＮｉを選択し、ＮｉとＡｕとすることでもっとも良好なオーミック特性を得ることができる。Ｎｉ、Ａｕを順に積層後、アニーリングした合金はＮｉを含むのでｐ側オーミック電極上に一部接触して形成されるｐ側パッド電極２２の密着層２２ａをＮｉとした場合、Ｎｉ同士で密着力はさらに向上させることができるので、最も好ましい構造といえる。また、前記金属群またはＮｉとＡｕとの総膜厚は１５０Å〜５０００Å、最も好ましくは１５００Åとする。

ここで、密着層２２ａとしてＲｈＯ層を形成する場合、ｐ側オーミック電極２０のＡｕの上にさらにＲｈＯ層を形成してアニールした後にｐ側パッド電極を形成することが好ましい。
このように、ｐ側オーミック電極２０をＮｉ−Ａｕ−ＲｈＯ構造とし、密着層２２ａとしてＲｈＯ層を含むｐ側パッド電極２２を形成するとｐ側パッド電極２２の耐熱特性をさらに良好にできる。

以上説明したｐ側オーミック電極２０の構成とｐ側パッド電極の構成とを各種組み合わせた場合の電極特性を、耐熱性の面から比較した結果を以下の表１に示す。
ここでは、ｐ側パッド電極の耐熱特性は、オーミック特性が変化する温度を用いて評価した。
尚、オーミック特性変化は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上にそれぞれ、ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極からなる２つの電極を所定の間隔で形成して、その２つの電極間の抵抗を測定することにより観測した。

表１

ここで、表１に示した検討に用いたｐ側パッド電極及びｐ側オーミック電極におけるＮｉ，Ａｕ，ＲｈＯ層の各膜厚は、つぎのように設定した。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１０のｐ側オーミック電極における、Ｎｉは１００Å、Ａｕは１３００Åとした。
Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１６のｐ側オーミック電極における、Ｎｉは１００Å、Ａｕは６６０Å、ＲｈＯは１５００Åとした。

また、表１に示したｐ側パッド電極については、密着層及びバリア層に相当する層の膜厚は１５００Åとし、Ａｕ層は６０００Åとした。
尚、表１において、Ｎｏ．１，２は、比較の為に示したものである。
また、ＡｕＳｎの有無とは、通常、ＡｕＳｎで半田付けした後においては耐熱特性が劣化することが多いので、ｐ側パッド電極の上にＡｕＳｎを半田付けした場合（有り）としない場合（無し）とを示した。

このように、ｐ側パッド電極をＲｈＯ−Ａｕ又はＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕとすると、ｐ側オーミック電極との間の合金化が防止でき、かつｐ側パッド電極と他の電極との間の接続に通常、用いられるＡｕＳｎのｐ側オーミック電極への拡散を防止することができる。
したがって、ｐ側パッド電極をＲｈＯ−Ａｕ又はＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕとすると、ｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極に起因した寿命特性の劣化を防止でき、寿命の長い窒化物半導体レーザダイオードを実現できる。

このｐ側オーミック電極及びｐ側パッド電極の耐熱特性と寿命特性をとの関係を評価するために、表１のＮｏ．７に示すｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極とを備えたレーザダイオード（ＬＤ１）と、表１のＮｏ．３に示すｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極とを備えたレーザダイオード（ＬＤ２）とを作製して、５０℃、５ｍＷの連続発振条件で寿命を評価した。その結果、ワイヤーボンディングにより接続して試験をした場合、ＬＤ１では３つのサンプルの平均で５９３４時間、ＬＤ２では３つのサンプルの平均で１８０５時間であった。
フリップチップボンディングにより接続して試験をした場合、ＬＤ１では３つのサンプルの平均で３３４６時間であった。
また、ｎ側パッド電極２３は、密着層２３ａ、バリア層２３ｂ、Ａｕ２３ｃの３層からなる。

本実施の形態においてｎ側パッド電極２３の密着層２３ａはｎ型コンタクト層上に一部に形成された第２の絶縁膜３１およびｎ側オーミック電極２１と密着性が良く、その材料自体は拡散の起こりにくい材料を用いて構成する。特に第２の絶縁膜を酸化物で形成する場合には、この第２の絶縁膜３１と密着性の高いＮｉが最も好ましい材料である。また、好ましい膜厚としては１００Å〜５０００Å、最も好ましくは５００Å〜２０００Åとする。

本実施の形態においてｎ側パッド電極２３のバリア層２３ｂは最上部のＡｕが密着層以下に拡散しないような高融点金属か、またはその窒化物からなり、例えば好ましい材料としてはＴｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、ＴｉＮなどが挙げられ、最も好ましくはＴｉが挙げられる。また、好ましい膜厚としては１００Å〜５０００Å、最も好ましくは５００Å〜２０００Åとする。

本実施の形態においてｎ側パッド電極２３の最上部に位置するＡｕ２３ｃは窒化物半導体レーザ素子をワイヤーとボンディングする際、もっとも適した材料といえる。このＡｕの好ましい膜厚としては１０００Å〜２００００Å、さらに好ましい膜厚としては５０００Å〜１００００Åとする。

これら示したｎ側パッド電極２３の構成はｐ側パッド電極２２の構成と同じでもよいし違っていてもよい。しかしながら、ｎ側パッド電極とｐ側パッド電極との構成を同じにすることが、レーザ素子の製造工程が簡略化できるので好ましい。

本発明においてｎ側オーミック電極２１はｎ型窒化物半導体とオーミック性および密着性が高い材料としてＴｉ、Ａｌを順に積層したものとすることができる。さらにオーミック性を良くするためにアニーリングして合金とすることが好ましい。アニーリング温度はｐ側オーミック電極形成の際と同様に、オーミック電極を積層するまでに形成したＩｎＧａＮのＩｎが分解するなどの窒化物半導体に影響のない温度、好ましくは４００℃以上７００℃以下、さらに好ましくは５００℃以上６５０℃以下の範囲に設定する。また、ｎ側オーミック電極の膜厚としてはＴｉ／Ａｌの総膜厚として１５０Å〜１００００Å、最も好ましくは５０００Åとする。また、その他にもオーミック性および密着性に関して適した材料としてＷ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｖ／Ａｌ、Ｖ／Ａｕ等を積層後にアニーリングした合金またはＡｌ、Ｔｉ、Ｗの単体などが挙げられる。

本発明においてｐ側およびｎ側オーミック電極のアニーリングは、酸素雰囲気中でおこなうことが好ましく、酸素を供給することにより、より良好なオーミック特性が得られる。
本発明においてリッジを形成したｐ型窒化物半導体層等の窒化物半導体を覆っている第１の絶縁膜は酸化物を用い、これにはＺｒＯ₂などが適した材料といえる。

本実施の形態において、リッジを形成したｐ型窒化物半導体等の窒化物半導体を覆う第１の絶縁膜３０は熱アニール温度に耐える酸化物であることが好ましい。また、第２の絶縁膜３１も酸化物を用いることが好ましく、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などが適した材料として挙げられる。このように第２の絶縁膜３１を酸化物で構成すると、ｐ側およびｎ側パッド電極の密着層との間で高い密着力を得ることができる。また、この第２の絶縁膜は、レーザ反射面を構成するために共振端面に形成される反射膜と共通の膜として、同一の材料、同一工程で形成することができ、その場合、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の多層膜とすることが好ましい。具体例を挙げれば、例えば、７００ÅのＳｉＯ₂膜と４００ÅのＴｉＯ₂のペアー（ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂）を２回繰り返して積層することにより、端面においては反射膜として機能させそれ以外の部分においては保護膜として用いることができる。
尚、本発明では（ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂）のペアーを２ペアー以上繰り返して積層するようにしてもよく、また、レーザ反射面を構成するための反射膜と共通化できる第２の絶縁膜は、（ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂）のペアーに限定されるものではない。

以下、本実施の形態における、他の構成について説明する。いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるものではない。
基板としてはサファイアなどの異種基板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用いることができる。また基板上には、ＧａＮよりなるバッファ層を形成することが好ましく、これによって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を良好にすることができる。このバッファ層は異種基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効である。なお、異種基板とは窒化物半導体とは異なる材料からなる基板のことをいう。

本発明における窒化物半導体はどのような層構成のものであっても構わない。窒化物半導体は有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＤＣＶＤ）等の気相成長法を用いて成長される。

ｎ型コンタクト層はｎ側電極を形成するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープすることで、オーミック特性が良好となるようにする。この層は、ｐ側層を形成した後にｐ側層からエッチングしてｎ型コンタクト層の一部を露出させて、露出させたｎ型コンタクト層上にｎ側電極を形成する。

ｎ型コンタクト層上に形成するクラック防止層はアンドープとすることで基板側からのクラックを低減させるために形成されている。またこのクラック防止層は、ＩｎＧａＮなどで形成し、上部ｎ型クラッド層との屈折率差を設けることで、活性層から発せられた光が異種基板に当たって反射して再び窒化物半導体層に戻ってくるのを防ぐ層として機能させることができる。またこの層は省略してもよい。

ｎ型クラッド層を活性層への電子の供給層であると共にキャリアおよび光を活性層に閉じ込める層としてはたらき、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープした単層、また例えばアンドープ層とｎ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造とすることができる。

ｎ型光ガイド層は、多重量子井戸構造などの膜厚が薄くなった活性層の膜厚を補うことで、活性層と共に光導波路を構成するものである。従って、上部活性層と屈折率差があまりなく、ｎ型クラッド層との屈折率差を十分設けるような組成とする、またこの層は、ｎ型不純物をドープしても良く、アンドープとしても良く、ｎ型不純物がドープされた層とアンドープの層との超格子としてもよい。

活性層はＩｎＧａＮからなる単一量子井戸構造か、ＩｎＧａＮからなる井戸層と障壁層を少なくとも含んでなる多重量子井戸構造とする。多重量子井戸構造とする場合、井戸層および障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。好ましくは障壁層に不純物をドープさせると、しきい値電流が低下し好ましい。井戸層の膜厚としては３０〜６０Å、障壁層の膜厚としては９０〜１５０Åとする。

また、多重量子井戸からなる活性層は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層とのペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。

活性層上にあるｐ側キャップ層はＭｇなどのｐ型不純物を高ドープとすることで活性層に供給されるｎ側からの電子に対して不足しがちな正孔を補うことができる。またｐ型光ガイド層、ｐ型クラッド層よりもｐ型不純物濃度を高くすることで、ｐ側キャップ層上に形成されるｐ側層にｐ型不純物が拡散するようになり好ましい。さらにこの層は活性層のＩｎの分解を抑える効果もあり、その機能を主として発揮させる場合はアンドープでのよい。また、このｐ側キャップ層は省略することもできる。

ｐ型光ガイド層はＭｇなどのｐ型不純物が含まれた層であるが、意図的にｐ型不純物をドープして形成するのはもちろんのこと、ｐ側キャップ層をｐ型不純物をドープして形成した場合はｐ型不純物がｐ側キャップ層から拡散されるので、アンドープで形成してもよい。このｐ型光ガイド層はｎ型光ガイド層と同様に、光導波路を設けるための層で、下部活性層と屈折率差があまりなく、ｐ型クラッド層との屈折率差を十分に設けるような組成とする。

ｐ型クラッド層は活性層への正孔の供給層としてはたらき、例えばＭｇなどのｐ型不純物をドープした単層、また例えばアンドープ層とｐ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造を用いて構成することができる。

ｐ型コンタクト層はｐ側電極を形成する層であり、Ｍｇなどのｐ型不純物を比較的多くドープすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好となるようにする。

以上のように構成された実施の形態の半導体レーザダイオードは、ｐ側オーミック電極２０とオーミック接触されるｐ型コンタクト層９の接触部分を寸法精度良く形成するための第１の絶縁膜３０と、素子を保護するための第２の絶縁膜３１とを形成するようにしている。これによって、第１の絶縁膜３０及び第２の絶縁膜３１に対してそれぞれその機能に応じて最適な材料及び形状（厚さ等）を選択して適用することができるので、安定したレーザ発振が可能で、かつ不充分な絶縁性に起因したショートの防止やリーク電流低減等が可能となり信頼性の高い半導体レーザダイオードを構成できる。

また、実施の形態の半導体レーザダイオードは、ｐ側パッド電極２２及びｎ側パッド電極２３をそれぞれ、ｐ又はｎ側のオーミック電極及び第２の絶縁膜３１と密着性が良くかつ比較的高融点の金属又はその窒化物からなる密着層、上に形成されるＡｕ層の拡散を防止するバリア層及びＡｕ層の３層で構成している。
これにより、オーミック電極及び第２の絶縁膜３１との密着性を高くでき、かつ通電時における熱によるＡｕの拡散を防止できるので、特性劣化を防止でき信頼性を向上させることができる。

変形例．
上述の実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、ｐ側オーミック電極２０はリッジ部の上面に形成するようにしたが、本発明はこれに限られず、図２に示すように、リッジ部の全体を覆いかつその両側のｐ型クラッド層８上に延在するように形成してもよい。
以上のように形成しても実施の形態と同様の作用効果を有する。

次に本発明の実施例を示すが、本発明はこれだけに限定されるものではない。

（バッファ層）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）を用い、ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇温して同じくＧａＮより成る第２のバッファ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。

（ｎ型コンタクト層）
次にアンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを１×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層を４μｍの膜厚で成長させる。

（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎＧａＮよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。

（ｎ型クラッド層）
続いて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、１０５０℃でアンドープＡｌＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０¹⁹／ｃｍ³ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ型クラッド層を成長させる。

（ｎ型光ガイド層）
次に原料ガスにＴＭＧおよびアンモニアを用い、同様の温度でアンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。

（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩおよびアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎＧａＮよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎＧａＮよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０Åの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。

（ｐ側キャップ層）
次にＴＭＩを止め、Ｃｐ₂Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層を１００Åの膜厚で成長させる。

（ｐ型光ガイド層）
続いてＣｐ₂Ｍｇを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³となりｐ型を示す。

（ｐ型クラッド層）
続いてＣｐ₂Ｍｇを止め、ＴＭＡを流し、１０５０℃でアンドープＡｌＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ２Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³からなるアンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。

（ｐ型コンタクト層）
最後にｐ型クラッド層上に、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。

（リッジ形成）
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、ｎ型窒化物半導体層を露出するためにｐ型窒化物半導体層の一部にＳｉＯ₂マスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）にてエッチングを行い、ｎ型コンタクト層の表面を露出させる。
さらに最上層のｐ型コンタクト層の表面と、露出したｎ型窒化物半導体層の全面に、所定の形状のマスクを介して、ｐ型窒化物半導体層上に、幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ₂の保護膜を作成する。保護膜形成後、ＲＩＥを用い、図１に示すように、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路（リッジ）を形成する。

（第１の絶縁膜）
リッジ形成後、ＳｉＯ₂マスクを付けたまま、ｐ型窒化物半導体層の表面にＺｒＯ₂よりなる第１の絶縁膜を形成する、この第１の絶縁膜は図１に示すように、まずｎ側オーミック電極形成面をマスクして第１の絶縁膜を窒化物半導体層の全面に形成してもよい。第１の絶縁膜形成後、バッファードフッ酸に浸漬して、ｐ型コンタクト層上に形成したＳｉＯ₂を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ₂と共に、ｐ型コンタクト層上（さらにはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ₂を除去する。

（オーミック電極）
次にｐ型コンタクト層上のリッジ最表面と、第１の絶縁膜に接してＮｉ、Ａｕよりなるｐ側オーミック電極をストライプ状に形成する。
一方、ｎ型コンタクト層上の表面（および第１の絶縁膜に接して）にＴｉ、Ａｌよりなるｎ側オーミック電極をストライプ状に形成する。
これらを形成後、それぞれを酸素：窒素が８０：２０の割合で、６００℃でアニーリングすることでｐ側、ｎ側ともにオーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。

（第２の絶縁膜）
次にＳｉＯ₂よりなる第２の絶縁膜を全面に形成し、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極の一部を除いた全面にレジストを塗布し、ドライエッチングすることで、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極の一部を露出させる。

（パッド電極）
第２の絶縁膜形成後、パッド電極としてｐ側はｐ型窒化物半導体層上の第２の絶縁膜およびｐ側オーミック電極を覆うように、またｎ側は第２の絶縁膜の一部とｎ側オーミック電極を覆うように１つの工程でＮｉからなる密着層を１０００Åの膜厚で形成する。
さらに密着層の上にＴｉからなるバリア層を１０００Åの膜厚で、続けてＡｕを８０００Åの膜厚で形成する。

以上のようにして、ｐ側およびｎ側パッド電極形成後、窒化物半導体をチップサイズにするためにＲＩＥによって網目状に窒化物半導体をサファイア基板が露出するまでエッチングする。このとき、レーザ出射面はレーザを発振させたときのＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が良好となるようにレーザ出射端面の直前でエッチングをする。エッチング後、サファイアが露出された網目に沿って裏面からサファイアをスクライビングし、レーザチップを得る。このレーザのチップ化は出射面のみを、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角流の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してもよい。

次にそれぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温においてしきい値２．０ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

実施例１において、第２の絶縁膜をＴｉＯ₂とした他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
その結果、実施例１と同様に、室温においてしきい値２．０ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

実施例１において、ｎ側およびｐ側のパッド電極のバリア層をＰｔとした他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
その結果、実施例１とほぼ同等の、室温においてしきい値２．２ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

実施例１において、ｎ側およびｐ側のパッド電極の密着層をＴｉ、バリア層をＰｔとした他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
その結果、実施例１とほぼ同等の、室温においてしきい値２．２ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

実施例１において、ｐ側のパッド電極の構成は同様にＮｉ／Ｔｉ／Ａｕとし、ｎ側パッド電極を密着層がＴｉ、バリア層がＰｔのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕとしたほかは同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
この窒化物半導体レーザ素子は、実施例１と比べて製造工程は複雑になるが、 ほぼ同等の室温においてしきい値２．１ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

実施例１において、オーミック電極を次のように作成した。
（オーミック電極）
次にｐ型コンタクト層上のリッジ最表面と、第１の絶縁膜に接してＮｉ、Ａｕよりなるｐ側オーミック電極をストライプ状に形成する。
一方、ｎ型コンタクト層上の表面（および第１の絶縁膜に接して）にＴｉ、Ａｌよりなるｎ側オーミック電極をストライプ状に形成する。
これらを形成後、酸素１００％の雰囲気中で、６００℃でアニーリングした。
以上のように、アニーリングを酸素１００％の雰囲気中でおこなった他は実施例１と同様にして作成したところ、この窒化物半導体レーザ素子は、ほぼ同等の室温においてしきい値２．２ｋＡ／ｃｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示した。

以上説明したように本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、上述のように絶縁膜を２層とする新規な構造により、ｐ側オーミック電極とｐ型コンタクト層との接触幅を精度よく制御することができるので、特性の安定した窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体と十分なオーミック性が得られ、ワイヤーボンディングも容易にでき、さらに素子を通電させてもパッド電極のＡｕの他の層への拡散を防止できるので、素子特性の劣化の少ない信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。

本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の構造を示す模式断面図である。 本発明の変形例の窒化物半導体レーザ素子の構造を示す部分断面図である。 図１の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。

符号の説明

１ 基板、２ ｎ型コンタクト層、３ ｎ型クラッド層、４ ｎ型光ガイド層、５ 活性層、６ ｐ側キャップ層、７ ｐ型光ガイド層、８ ｐ型クラッド層、９ ｐ型コンタクト層、２０ ｐ側オーミック電極、２１ ｎ側オーミック電極、２２ ｐ側パッド電極、２２ａ 密着層、２２ｂ バリア層、２２ｃ，２３ｃ Ａｕ層、２３ ｎ側パッド電極、２３ａ 密着層、２３ｂ バリア層、３０ 第１の絶縁膜、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ 開口部、３１ 第２の絶縁膜。

Claims (3)

1. ｐ型窒化物半導体層と、該ｐ型窒化物半導体層の上に形成されたｐ側オーミック電極と、該ｐ側オーミック電極の上に形成されたｐ側パッド電極とを備えた窒化物半導体素子であって、
   前記ｐ側オーミック電極は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種と、Ａｕと、前記少なくとも１種とＡｕとの合金層とを含んでなり、
   前記ｐ側パッド電極は、Ｒｈ又はＲｈＯからなり前記ｐ側オーミック電極に接して形成された密着層と、その密着層上に接して又はＴｉ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、またはこれらの窒化物の窒化物からなる群から選ばれた少なくとも１つを含んで成り前記密着層の上に形成されたバリア層を介して形成されたＡｕ層とを含んでなることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記ｐ側オーミック電極は、最上層にＲｈＯ層を含んでなり、前記密着層はＲｈＯからなる請求項１記載の窒化物半導体素子。
3. ｐ型窒化物半導体層の上に電極を形成する方法であって、
   ｐ型窒化物半導体層の上に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕよりなる群から選択された少なくとも１種からなる第１層と、Ａｕ層と、ＲｈＯ層を順次形成することによりｐ側オーミック電極を形成することと、
   前記ｐ側オーミック電極を熱アニーリングすることと、
   前記アニーリングされたｐ側オーミック電極の上にＲｈＯ層を形成することと、Ａｕ層を形成することとを含み、前記ｐ側オーミック電極の上にｐ側パッド電極を形成することとを含むことを特徴とする含んでなることを特徴とする窒化物半導体発光素子の電極形成方法。
   

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