JP2009004645A - 窒化物系半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い熱伝導率を有し、膜応力の小さい埋め込み層を有する窒化物系半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置であって、リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有することを特徴とする。
【選択図】図１７

Description

本発明は、熱的特性と信頼性に優れた窒化物系半導体レーザ装置とその製造方法に関する。

近年、半導体レーザまたはＬＥＤ（発光ダイオード）などの短波長発光素子材料として、ＧａＮ系などの窒化物系半導体材料の研究開発が行なわれ、窒化物系ＬＥＤに関しては、すでに量産化されている。半導体レーザにおいても、鋭意、研究開発が行なわれており、実用化は目前に迫っているが、素子特性と信頼性などにおいて、いくつかの問題が残存しており、量産化されるには至っていない。より高い信頼性を追及し、歩留りの改善などを通じて、製造コストを低減することが、量産化および事業化を行なう上での最終的な課題となっている。

図１８に、従来の窒化物系半導体レーザ素子の模式的な断面図を示す。この窒化物系半導体レーザ素子５０は、ｎ型ＧａＮ基板５０１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、ｎ型ＧａＮからなる下部コンタクト層５０２、ｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮの超格子構造からなる下部クラッド層５０３、ｎ型ＧａＮからなる下部ガイド層５０４、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸活性層５０５、ｐ型ＡｌＧａＮからなる蒸発防止層５０６、ｐ型ＧａＮからなる上部ガイド層５０７、ｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮの超格子構造からなる上部クラッド層５０８およびｐ型ＧａＮからなる上部コンタクト層５０９がこの順序で積層された構造を有し、窒化物系半導体層積層構造体５００を備える。

この窒化物系半導体レーザ素子５０には、窒化物系半導体層積層構造体の一部が上方に突出したストライプ状のリッジストライプ５１０が形成されている。リッジストライプ５１０は、上部クラッド層５０８の凸部とその上の上部コンタクト層５０９から構成され、リッジストライプ５１０の下方に位置する活性層５０５の部分がストライプ状導波路５０５ａとなっている。

また、リッジストライプ５１０の両側面および上部クラッド層５０８の上方の露出面は、ＳｉＯ₂からなる絶縁性の埋め込み層５１１により、多重量子井戸活性層５０５と平行な方向にステップ状の屈折率分布を作り、水平横モードの閉じ込めを行なっている。また、埋め込み層５１１は、電流狭窄層の役割も果たし、リッジストライプ５１０の頂上のみから電流を供給することができる。なお、窒化物系半導体レーザ素子５０に電流を供給するために、ｎ型ＧａＮ基板５０１の下面にｎ電極５１３が形成され、上部コンタクト層５０９および埋め込み層５１１の上面にｐ電極５１２が形成されている。この窒化物系半導体レーザ素子５０においては、上記のステップ状の屈折率分布によって光閉じ込めを行ない、安定した水平横モードでのレーザ光の発振が得られている。

なお、本発明についての従来技術を、出願人の知得した一般的な技術情報に基いて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前に先行技術文献として開示すべき情報を出願人は有していない。

埋め込み層５１１は、通常、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物誘電体、あるいは、ＡｌＮなどの窒化物誘電体などで形成される。ＳｉＯ₂などの酸化物誘電体は、熱伝導率が低いため、レーザ出力のハイパワー化に伴い、端面のＣＯＤ、レーザ出力の熱飽和などの悪影響を引き起こす可能性がある。さらに、スパッタリング法または真空蒸着法などを用いて形成されたＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂は絶縁性が十分でなく、ピンホールなどの発生により、絶縁層として十分機能しない場合も多い。また、製膜方法によっては、誘電体とエッチング面との密着性が十分でなく、絶縁膜の剥がれなどが発生することも少なくない。一方、熱伝導率の高いＡｌＮを埋め込み層として用いた場合には、ＡｌＮは、膜応力が強いために、半導体層に応力が加わり、微小クラックなどが半導体膜中に発生するため、半導体レーザ素子の信頼性に悪影響を与える。

本発明の課題は、高い熱伝導率を有し、膜応力の小さい埋め込み層を有する窒化物系半導体レーザ装置と、その製造方法を提供することにある。

本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置であって、リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有することを特徴とする。酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層は、０＜ｘ≦１．０である態様が好ましい。また、酸窒化アルミニウムは、結晶化されている態様が好ましく、特に、結晶がｃ軸配向している態様が好ましい。

本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置の製造方法であって、リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有し、埋め込み層は、酸素と窒素を含むガスを原料として電子サイクロトロン共鳴により生成した酸素プラズマと窒素プラズマの雰囲気中において形成することを特徴とする。電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマ生成のマイクロ波パワーは、２００Ｗ〜８００Ｗが好適である。また、リッジストライプ構造は、ドライエッチングにより形成する態様が好ましく、ドライエッチングにより形成したエッチング面を、窒素プラズマを含む雰囲気中でプラズマ処理した後に、埋め込み層を形成する態様がより好ましい。

高出力動作時においても放熱性が高く、活性層に応力による劣化を生じさせない窒化物系半導体レーザ装置を提供できる。

本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置であって、リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有することを特徴とする。ＡｌＮの窒素原子の一部を、酸素原子に置換することにより得られる酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）は、ＡｌＮの高い熱伝導性を有し、膜応力が大幅に小さくなるため、特に活性層にかかる膜応力を大幅に低減できる。また、Ａｌ₂Ｏ₃の酸素原子を窒素原子に置換することにより、Ａｌ₂Ｏ₃に比べてＣＯＤおよび光出力の熱飽和などの熱に起因する特性の劣化を抑制することができる。したがって、リッジ構造を有する半導体レーザのリッジ部の埋め込み層として、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）を用いることにより、高出力動作時において、高い放熱性を維持し、活性層の応力による劣化を抑えることが可能となり、半導体レーザの高出力特性と信頼性を向上させることできる。

ＡｌＯ_xＮ_yにおいて、Ｎに対するＯの濃度をあげた場合、膜応力は一様に低下していくが、熱伝導率も低下するため、ハイパワー動作時の放熱特性が悪化し、高出力動作特性の悪化をもたらす可能性がある。また、Ｏに対するＮの濃度をあげた場合、逆に、熱伝導率が上がるが、膜応力も大きくなり、埋め込まれたリッジ周辺の半導体層に応力によるダメージを与えやすくなる。このため、０＜ｘ≦１が好ましく、０＜ｘ≦０．５がより好ましい。なお、ＡｌＯ_xＮ_y膜中の全原子に対する酸素原子の割合（％）は、４０％以下であることが好ましく、より好ましくは２％〜２５％の範囲である。

ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）が結晶化している場合、アモルファス状態で形成されている場合と比較して、光の吸収がほとんど発生せず、レーザの高出力動作時の熱的特性および信頼性を一層高めることが可能となる点で好ましい。また、ＡｌＯ_xＮ_yは、Ａｌ₂Ｏ₃とＡｌＮの混晶であるため、形成方法によっては、酸素空孔および窒素空孔が大量に発生し、それらの欠陥のため、レーザ光が吸収されてしまう可能性がある。このため、窒素原料比、酸素原料比と温度を適切に制御して、ｃ軸配向の結晶を形成することにより、光の吸収を抑えることができる。

本発明は、リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置の製造方法であって、リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有し、埋め込み層は、酸素と窒素を含むガスを原料として電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance）（以下、「ＥＣＲ」という）により生成した酸素プラズマと窒素プラズマの雰囲気中において形成することを特徴とする。ＥＣＲスパッタリング装置を用い、２００℃程度の炉内温度で埋め込み層を形成することで、結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜を形成することが可能である。

ＥＣＲスパッタリング装置以外の装置でも、結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）の形成は可能であるが、数百度程度の高温が必要であり、２００℃程度の比較的低温領域で、良好に結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜を形成するには、ＥＣＲスパッタリング装置を用いるのが最適である。また、酸素ガス流量と窒素ガス流量に関しては、酸素空孔と窒素空孔を生じないように、ガスを供給することが必要であり、所望の組成比を得るためには、窒素流量と酸素流量との流量比の最適化が必要となる。また、ＥＣＲにおけるプラズマ生成のマイクロ波パワーは、結晶化したＡｌＯＮを得るためには２００Ｗ以上が好ましい。一方、プラズマによるダメージを避けるためには８００Ｗ以下であることが好ましい。

リッジストライプ構造は、エッチング深さ等の制御性が優れることから、ドライエッチングにより形成する態様が好ましい。また、窒化物系半導体に、ドライエッチングを行なった場合、エッチング面に欠陥および窒素空孔が形成され、エッチング面に荒れなどが生じる可能性があるが、欠陥または窒素空孔が発生すると、その部分において、光の吸収が起こり、熱特性の劣化を引き起こす。また、エッチング面に荒れが発生した場合、その後に形成する誘電体に剥がれが発生し、電流リークなどの原因となる。しかし、誘電体を形成する前に、リッジ部のエッチング底面に窒素プラズマ処理を行なうことで、エッチング底面のエッチングダメージを軽減することが可能となり、その後に形成する埋め込み層の膜質と結晶性を大幅に向上させ、また高い密着性を得ることを可能とする。

（実施例１）
本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程を図１〜図１６に示す。この窒化物系半導体レーザ装置は、複数の窒化物系半導体層を含み、各層はＭＯＣＶＤ法で堆積した。

（エピ成長による各層の形成）
まず、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１０１の第一主面上に、０．１〜１０μｍ（たとえば４μｍ）のｎ型ＧａＮ下部コンタクト層１０２、０．５〜３．０μｍ（たとえば０．１μｍ）のｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ下部クラッド層１０３、０〜０．２μｍ（たとえば０．１μｍ）のｎ型ＧａＮ下部ガイド層１０４、Ｉｎ_x1Ｇａ_1-x1Ｎの量子井戸層とＩｎ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ障壁層（ただしｘ１＞ｘ２）の交互積層構造からなる多重量子井戸構造の活性層１０５、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎからなる蒸発防止層１０６、０〜０．２μｍ（たとえば０．１μｍ）のｐ型ＧａＮ上部ガイド層１０７、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ上部クラッド層１０８、およびｐ型ＧａＮ上部コンタクト層１０９を順に積層した。

ｎ型ＧａＮ基板１０１は、窒化物系半導体を積層できるものであれば、サファイア基板、ＳｉＣ基板などを使用してもよい。下部クラッド層１０３は、ｎ型ＧａＮとｎ型ＡｌＧａＮとの超格子構造、または何層かの組成の異なったＡｌＧａＮを組み合わせた構造など、所望の光学特性に合うものを使用することができる。下部ガイド層１０４あるいは上部ガイド層１０７については、ｎ型あるいはｐ型ＧａＮのほかに、ｎ型あるいはｐ型のＩｎＧａＮやＡｌＧａＮを使用してもよく、設計上、必要なければなくてもよい。活性層１０５は、波長約４０５ｎｍの光を放射するように組成と構造を設定すればよい。蒸発防止層１０６は、活性層成長後、上部クラッド層成長までの間に活性層が劣化するのを防止する役割を果たせるものであれば、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎ以外のものでも構わない。上部クラッド層１０８も下部クラッド層と同様、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎのみならず、ｐ型ＧａＮとｐ型ＡｌＧａＮとの超格子構造や、何層かの組成の異なったＡｌＧａＮを組み合わせた構造など、所望の光学特性に合うものを使用すればよい。上部コンタクト層１０９は、ｐ型ＧａＮにみならず、ｐ型ＩｎＧａＮ、ＧａＩｎＮＡｓまたはＧａＩｎＮＰなどを用いてもよい。

（リッジストライプの形成）
つぎに、図２に示すように、ＳｉＯ₂などのマスク材１１５をスパッタリングや真空蒸着などにより形成した。つづいて、図３に示すように、フォト工程を利用して幅１〜３μｍ（たとえば１．５μｍ）のストライプ状レジスト１１４を形成した。つぎに、図４に示すように、ＣＨＦ₃などのエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはウェットエッチングにより、ストライプ状のマスク材１１５を形成し、レジストを剥離した。つづいて、図５に示すように、ＳｉＣｌ₄またはＣｌ₂ガスによるＲＩＥなどにより、上部コンタクト層１０９から上部クラッド層１０８の少なくとも一部までを掘り込んで、リッジストライプ１１０を形成し、光の導波が可能なストライプ状導波路を形成した。この時、エッチングは、上部クラッド層１０８の下面から上部クラッド層１０８の層厚方向に−０．２μｍ〜０．２μｍの位置でストップするのが好ましい。ここで、上部クラッド層の成長方向を正とすると、エッチングを正の位置でストップすれば、半導体レーザの発振閾値は上昇する傾向があるが、キンクレベルが向上する利点がある。また、負の位置でストップすれば、キンクレベルは下がるが、発振閾値は低下する利点がある。しかしながら、エッチングを−０．２μｍ位置よりも小さく、あるいは０．２μｍ位置よりも大きくすると、レーザのファーフィールドパターン（ＦＦＰ）などの光学特性を制御することが難しくなる。

なお、マスク材１１５の作製前に電極金属の少なくとも一部を形成してもよい。この場合、図１３に示すように、エピ成長による各層の形成直後に、たとえばＰｄまたはＮｉなどを主成分とする第一の電極金属層１１２ａを真空蒸着などにより形成し、つぎにマスク材１１５の形成とフォト・エッチングを行なった。その後、図１４に示すように、第一の電極金属層１１２ａ、上部コンタクト層１０９と上部クラッド層１０８をイオンエッチングまたはウェットエッチングし、ストライプ状マスク１１５の下部以外の領域を除去してリッジストライプを形成してもよい。

つづいて、つぎのようにして、リッジ脇を掘り込んだ。まず、図６に示すように、リッジストライプ１１０上を覆うように、３〜２０μｍ（たとえば１０μｍ）のストライプ状のレジスト１１８を形成した。その後、ドライエッチングにより少なくとも活性層１０５の一部までをエッチングし、レジスト１１８を剥離し、図７に示すようなリッジ脇掘り込み構造１１６を形成し、リッジストライプ１１０の側面より１〜９．５μｍ離れた位置に掘り込みを形成した。このような構造を形成すると、活性層の寄生容量を減少させることができるため、レーザの高速応答特性を向上させることが可能となる。また、リッジからのモレ光が外部に出力されるのを防止することで、ＦＦＰの整形効果を持たせることも可能であるため、特性上のメリットは大きい。

掘り込みを行なう位置は、リッジストライプ１１０の側面に近い方が大きな効果が得られるが、１μｍ未満の距離ではＦＦＰの半値幅および発振閾値などのレーザ特性そのものに悪影響を与える可能性がある。また、１０μｍを超える距離になると、寄生容量減少の効果は期待できるものの、ＦＦＰ整形の効果は得られなくなる。リッジ脇掘り込み構造１１６のエッチング時には、少なくとも活性層の量子井戸層の一層を完全に切断するまで掘り込む必要があり、また好ましくは、活性層中の量子井戸層すべてを完全に切断し、かつ、活性層を切断するエッチング面が活性層と４°以上の角度を持つようにするのが好ましい。

なお、レーザの高速応答性およびＦＦＰ整形の効果を別手法で実現したり、こういった特性が特に重要でない場合には、リッジ脇掘り込み構造１１６を省いてもよい。一方、リッジストライプの形成においては、誘電体マスク材の代わりにレジストを用いることも可能である。その場合、図１５に示すように、エピ成長による各層の形成直後に、リッジ脇掘り込み構造のために、３〜２０μｍのレジスト１１８を作製し、窒化物系半導体層を掘り込んだ後、レジスト１１８を剥離し、その後、図１６に示すように、掘り込まれていない領域の中央にストライプ状レジスト１１４を形成する。この場合、リッジ脇掘り込み構造のためのエッチング量は、リッジストライプのためのエッチング量を考慮して決定する必要がある。なお、この方法においても、レジストストライプの作製前に電極金属の少なくとも一部を形成してもよい。

（埋め込み層の形成）
つぎに、図８に示すように、リッジストライプ１１０の形成が終わったウェハに、厚さ０．１〜０．３μｍ（たとえば０．１５μｍ）の埋め込み層１１１を形成する。埋め込み層としては、ＡｌＮの窒素の一部を酸素に置換したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３、０＜ｘ≦１．０）を形成するのが好ましい。ＡｌＮの窒素の一部を酸素で置換することにより、ＡｌＮの熱伝導性を維持しつつ、膜応力を弱めることができる。また、従来のＡｌ₂Ｏ₃と比較して、ＣＯＤまたは光出力の熱飽和といった熱に起因する特性の劣化を防止することが可能となる。一方、ＡｌＮの窒素原子を酸素原子に置換することで、埋め込み層の膜応力が大幅に減少するため、半導体膜、特に活性層にかかる膜応力を大幅に減少することができる。

本実施例においては、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層は、ＥＣＲスパッタリング装置を用いて形成し、酸素と窒素を含むガスを原料とし、ＥＣＲにより生成した酸素プラズマと窒素プラズマの雰囲気中で形成した。また、ＥＣＲ装置に導入する窒素と酸素の流量を調整することで、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３：ｘ＝０．１）の形成を行なった。具体的には、窒素ガスを５．５ｓｃｃｍの流量で導入し、酸素ガスを０．５ｓｃｃｍの流量で導入し、さらに、プラズマを効率よく発生させて成膜速度を大きくするためにアルゴンガスを２０ｓｃｃｍの流量で導入した。このような組成にすることで、埋め込み層の材料をＡｌ₂Ｏ₃とした場合と比較して、絶縁膜剥がれなどの発生が飛躍的に減少しただけではなく、ハイパワー駆動時において発生した熱が誘電体膜を通して、効率的に除去され、素子のＣＯＤレベルが向上するなどの効果が見られた。たとえば、ＥＣＲにおけるプラズマ生成のマイクロ波パワーを５００Ｗとした場合の成膜速度は、１．１Å／秒であった。

埋め込み層１１１の形成は、ＥＣＲスパッタリングのほか、各種のスパッタリングまたはＣＶＤにより行なうことができる。いずれも成膜時に流すガスの組成を変化させることで、形成されるＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜の組成をコントロールすることが可能である。なお、このＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜に、他の不純物として不活性ガス、Ｃ、金属などが含まれていてもよい。

（リッジの頭出し）
つづいて、リッジ上部のマスク材１１５と埋め込み層１１１とを除去して、リッジの頭出しを行なった。まず、図９に示すように、ウェハ全面に保護レジスト１１７を塗布した。この時、レジストは、リッジ上部のような尖った地点で薄く塗布されるため、図１０に示すように、ウェハ全面に微弱な露光を施してレジスト１１７の上部を溶解させると、リッジ上部のみを露出させることができた。その後、図１１に示すように、ＨＦまたはＢＨＦにより埋め込み層１１１およびマスク材１１５をリッジ上のみ溶解し、レジストを剥離するとリッジストライプ１１０の頂上を露出させることができた。なお、リッジストライプ１１０の形成にレジストを用いた場合には、溶剤でレジストを溶解させてリフトオフすることでリッジストライプ１１０の頂上を露出させることが可能である。

（電極の形成）
つづいて、図１２に示すように、Ｎｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｍｏ／Ａｕなどを、この順に埋め込み層１１１の上から真空蒸着などにより成膜し、ｐ電極１１２を形成した。なお、リッジストライプ形成前に第一の金属電極を作製した場合には、外部から電力を供給するためのパッド電極としてＭｏ／ＡｕまたはＷ／Ａｕなどを成膜するのが好ましい。また、埋め込み層１１１と、ｐ電極１１２もしくはパッド電極との密着性に問題がある場合には、これら電極層と埋め込み層１１１の間に密着層を挿入するのが好ましい。埋め込み層１１１の形成後につづいて密着層を形成し、その後リッジの頭だしを行なえば容易にこのような構造を作製することが可能である。

さらに、パッド電極の大きさを調整することができる。後の工程でチップ化を行なう際に、パッド電極が分割面に近い領域にあると、リークと電極剥がれの危険性があるため、このような危険性を防止できる。パッド電極の大きさは、フォトを用いてリフトオフにより調整するか、エッチングにより調整することが可能である。ｐ電極１１２の形成後、ウェハの裏面を研磨研削することにより、厚みを１００〜２００μｍ（たとえば１３０μｍ）程度に減少させ、研磨研削を行なった面にＨｆ／ＡｌまたはＴｉ／Ａｌを、この順に真空蒸着などで成膜し、図１２に示すように、ｎ電極１１３を形成した。また、マウントを容易にするために、ｎ電極１１３の上にＡｕなどのパッド層を設けることもできる。

（ミラー面の作製）
つづいて、リッジストライプにほぼ垂直に劈開し、ウェハを幅５００〜８００μｍ（たとえば６５０μｍ）の複数のレーザバーとし、レーザのミラー面を形成した。ウェハの厚みが薄くなっているため、劈開は容易に行なうことができた。劈開を行なうためには、スクライブ／ブレーク法またはレーザスクライブによる活断などを用いることができる。また、レーザのミラー面はエッチングなどによっても形成することができる。つぎに、レーザバーのリア側に、２層以上の積層体からなる高反射膜（図示せず）を形成し、フロント側には、１層以上の積層体からなる低反射膜（図示せず）を形成し、レーザ光を共振器のフロント側から取り出せるようにした。

（レーザチップ化）
得られたレーザバーを、幅２００〜３００μｍ程度のチップに分割した。図１７に、本実施例で製造した窒化物系半導体レーザ素子１０の模式的な断面図を示す。分割されたレーザ素子は、ステム上にマウントし、ワイヤにより外部からｐ電極１１２およびｎ電極１１３に接続し、キャップを施し、窒化物系半導体レーザ装置を得た。本明細書においては、レーザを光ピックアップに使用する場合について説明を行なったが、本発明の効果は、他の目的で使用されるレーザにおいても得られる。たとえば、照明用に用いられるブロードエリア半導体レーザは、ＦＦＰなどの光学特性の制御に係る制約は弱いものの、出力が数Ｗと大変な高出力であるため、いっそうリッジ周辺での発熱も大きくなる。したがって、ブロードエリア半導体レーザのリッジ脇をＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）で埋め込めば、信頼性の向上が期待できる。ブロードエリア半導体レーザの作製方法は、本明細書中のリッジストライプの形成において、リッジストライプ幅を１０〜１００μｍとすればよい。また、本明細書ではリッジ型の半導体レーザを例にとって述べたが、リッジ型以外のＢＨ型またはＲｉＳ型などのレーザにも本発明を適用することも可能である。さらに、本発明のレーザのｐ型およびｎ型を反転してｎ型半導体側に導波路を作製することもできる。

（実施例２）
本実施例においては、形成するＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）を結晶化させることによって、さらなる熱伝導率の向上を図った。埋め込み層の形成以外は、実施例１と同様に製造した。

（埋め込み層の形成）
図８に示すように、リッジストライプ１１０の形成が終わったウェハに厚さ０．１０〜０．３μｍ（たとえば０．１５μｍ）の埋め込み層１１１を成膜し、リッジを埋め込んだ。この時、形成する埋め込み層ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）が、結晶化していることが望ましい。また、結晶がｃ軸配向している態様がより望ましい。ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）が結晶化している場合、特に、結晶がｃ軸配向しているときは、アモルファス状態で形成されている場合と比較して、光の吸収がほとんど発生せず、レーザの高出力動作時の熱的特性および信頼性を一層高めることが可能となる。

ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）は、Ａｌ₂Ｏ₃とＡｌＮの混晶であるため、形成方法によっては、酸素空孔および窒素空孔が大量に発生し、それらの欠陥のため、レーザ光が吸収されてしまう可能性がある。これらの現象を防ぐには、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）の形成条件を最適化し、窒素原料比、酸素原料比と温度を適切に制御することにより、ｃ軸配向のＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）を形成することが可能である。本実施例では、ＥＣＲスパッタリング装置を用いて、２００℃の炉内温度において製膜することにより、結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜を形成した。ＥＣＲスパッタリング装置以外の装置でも、結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）を形成できるが、数百度程度の高温が必要である。したがって、２００℃程度の比較的低温領域で、良好に結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜を形成するには、ＥＣＲスパッタリング装置を用いるのが最適である。

また、酸素ガス流量と窒素ガス流量に関しては、酸素空孔と窒素空孔が生じないように、ガスを供給することが必要であり、所望の組成比を得るためには、窒素流量と酸素流量との流量比の最適化が必要となる。本実施例においては、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）の組成は、ｘ＝０．１となるように調整し、具体的な条件は、炉内温度を２００℃とした以外は実施例１と同一の条件でおこなった。また、結晶化したＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）を形成することで、熱伝導率をさらに向上させ、誘電体での光吸収を低減し、高出力動作時の熱的特性および信頼性を一層高めることができた。なお、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）膜に、不純物として不活性ガス、Ｃ、金属などが含まれていてもよい。

（実施例３）
本実施例においては、ドライエッチングによりリッジ形成後、ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を形成する前に、窒素プラズマを含む雰囲気中でエッチング面をプラズマ処理した。窒化物系半導体に、ドライエッチングを行なった場合、エッチング面に欠陥と窒素空孔が形成され、エッチング面に荒れなどが生じる可能性が高い。欠陥と窒素空孔が発生すると、その部分で光の吸収が起こり、熱特性の劣化を引き起こし易い。また、エッチング底面に荒れが発生した場合、その後に形成する誘電体に剥がれが発生し、電流リークなどの原因となる。しかし、ドライエッチングによりリッジを形成した後、埋め込み層を形成する前に、リッジ部のエッチング底面に窒素プラズマ処理を行なうことで、エッチング底面のエッチングダメージを軽減することができ、その後に形成する誘電体層の膜質と結晶性を大幅に向上させ、さらに高い密着性を得ることを可能とする。本実施例では、埋め込み層の形成以外は、実施例１と同様にしてレーザ装置を製造した。

（埋め込み層の形成）
図８に示すように、リッジストライプ１１０の形成が終わったウェハに、エッチングによって発生したダメージを回復するために、窒素プラズマ処理を行なった。窒素プラズマ処理はＥＣＲスパッタリング装置を用いて行ない、その後、誘電体ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）の形成を行なった。また、処理雰囲気は、窒素プラズマとアルゴンプラズマの混合雰囲気とし、室温で５分間処理した。プラズマ処理終了後、引き続いて、厚さ０．１〜０．３μｍ（たとえば０．１５μｍ）の埋め込み層１１１を形成し、リッジを埋め込んだ。形成する埋め込み層ＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）は、結晶化し、結晶がｃ軸配向している態様が望ましい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、高出力動作時においても放熱性が優れ、信頼性の高い窒化物系半導体レーザ装置を提供できる。

本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（窒化物系半導体層の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（マスク材の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（ストライプ状レジストの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（ストライプ状マスク材の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（リッジストライプの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（レジストストライプの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（リッジ脇掘り込み構造の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（埋め込み層の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（保護レジストの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（リッジ上部の露出）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（リッジストライプの露出）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（電極の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（電極金属層の形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（リッジストライプの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（レジストの作製）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ装置の製造工程（ストライプ状レジストの形成）を示す図である。 本実施例において製造した窒化物系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。 従来の窒化物系半導体レーザ素子の模式的な断面図である。

符号の説明

１０，５０ 窒化物系半導体レーザ素子、１００，５００ 窒化物系半導体層積層構造体、１０１，５０１ 基板、１０２，５０２ 下部コンタクト層、１０３，５０３ 下部クラッド層、１０４，５０４ 下部ガイド層、１０５，５０５ 活性層、１０６，５０６ 蒸発防止層、１０７，５０７ 上部ガイド層、１０８，５０８ 上部クラッド層、１０９，５０９ 上部コンタクト層、１１０，５１０ リッジストライプ、１１１，５１１ 埋め込み層、１１２，５１２ ｐ電極、１１３，５１３ ｎ電極、１１４，１１８ ストライプ状レジスト、１１５ マスク材、１１６ 掘り込み、１１７ レジスト、５０５ａ ストライプ状導波路。

Claims (8)

1. リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置であって、前記リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有することを特徴とする窒化物系半導体レーザ装置。
2. 酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる前記埋め込み層は、０＜ｘ≦１．０であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ装置。
3. 前記酸窒化アルミニウムは、結晶化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ装置。
4. 前記酸窒化アルミニウムは、結晶がｃ軸配向していることを特徴とする請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ装置。
5. リッジストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ装置の製造方法であって、前記リッジストライプが、酸窒化アルミニウムＡｌＯ_xＮ_y（ｙ＝１−２ｘ／３）からなる埋め込み層を有し、前記埋め込み層は、酸素と窒素を含むガスを原料として電子サイクロトロン共鳴により生成した酸素プラズマと窒素プラズマの雰囲気中において形成することを特徴とする窒化物系半導体レーザ装置の製造方法。
6. 前記電子サイクロトロン共鳴におけるプラズマ生成のマイクロ波パワーが、２００Ｗ〜８００Ｗであることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザ装置の製造方法。
7. 前記リッジストライプ構造は、ドライエッチングにより形成することを特徴とする請求項５または６に記載の窒化物系半導体レーザ装置の製造方法。
8. ドライエッチングにより形成したエッチング面を、窒素プラズマを含む雰囲気中でプラズマ処理を行なった後に、前記埋め込み層を形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ装置の製造方法。

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