JP2009164234A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】応力に起因する反りを抑制して、基板の薄型化を可能とし、これにより、良好な共振器端面を有することができる窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザダイオード７０は、基板１上にIII族窒化物半導体積層構造２とを備えている。III族窒化物半導体積層構造２は、発光層１０と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。ｎ型半導体層１１は、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１３、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４およびｎ型ＧａＮガイド層１５を有している。ｐ型半導体層１２は、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６、ｐ型ＧａＮガイド層１７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１９を有している。ｐ型半導体層１２の一部を除去して形成したリッジストライプ２０の両側には、III族窒化物半導体積層構造２中のＡｌを含む層を除去した除去領域５１，５２が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、III族窒化物半導体からなる半導体積層構造を備えた窒化物半導体レーザ素子に関する。

III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体は「III族窒化物半導体」と呼ばれ、その代表例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）である。一般には、Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）と表わすことができる。
青色や緑色といった短波長のレーザ光源は、ＤＶＤに代表される光ディスクへの高密度記録、画像処理、医療機器、計測機器などの分野で活用されるようになってきている。このような短波長レーザ光源は、たとえば、ＧａＮ半導体を用いたレーザダイオードで構成されている。

ＧａＮ半導体レーザダイオードは、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上にIII族窒化物半導体を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）によって成長させて製造される。より具体的には、ＧａＮ基板上に、有機金属気相成長法によって、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、発光層（活性層）、ｐ型ガイド層、ｐ型電子ブロック層、ｐ型クラッド層、およびｐ型コンタクト層が成長させられ、これらの半導体層からなる半導体積層構造が形成される。たとえば、ｎ型クラッド層は、ＡｌＧａＮ単膜、またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造とされる。ｎ型ガイド層は、ＩｎＧａＮまたはＧａＮからなる。発光層は、ＩｎＧａＮを量子井戸層に用いた多重量子井戸構造とされる。ｐ型ガイド層は、ＩｎＧａＮまたはＧａＮで構成される。ｐ型電子ブロック層は、ＡｌＧａＮで構成される。ｐ型クラッド層は、ＡｌＧａＮ単膜、またはＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造とされる。そして、ｐ型コンタクト層は、ＡｌＩｎＧａＮで構成される。

このような構成により、発光層では、ｎ型層から注入される電子とｐ型層から注入される正孔との再結合による発光が生じる。その光は、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の間に閉じ込められ、半導体積層構造の積層方向と垂直な方向に伝搬する。その伝搬方向の両端に共振器端面が形成されており、この一対の共振器端面間で、誘導放出を繰り返しながら光が共振増幅され、その一部がレーザ光として共振器端面から出射される。
特開平６−２８３７５８号公報

III族窒化物半導体は、その組成によって格子定数が異なる。つまり、たとえば、ＩｎＧａＮ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮは、互いに格子定数が異なる。したがって、これらのIII族窒化物半導体の層を積層すると、応力が発生する。この応力のために、窒化物半導体レーザ素子に反りが発生することになる。この反りは、素子厚さが薄いほど、顕著に表れる。反りが大きいと、割れが発生しやすくなるので、それに応じて歩留まりが悪くなる。

とくに、ＡｌＧａＮの格子定数は、他の組成のIII族窒化物半導体よりも小さく、しかも、ＡｌＧａＮ結晶は硬い。そのため、ＡｌＧａＮ結晶と格子整合して成長した層に対して大きな応力を与え、これが基板の反りを生じさせてしまう。したがって、ＡｌＧａＮを含む層が含まれている場合には、前述の問題が一層顕在化する。ＡｌＧａＮ結晶に限らず、一般に、Ａｌを含むIII族窒化物半導体結晶には、同様の問題がある。

一方、素子サイズを小さくすることによって、１枚のウエハから多くの素子を取れるようにすること、すなわち、ウエハからの素子取れ数を増やすことは、コストの低減を図るうえで重要な課題である。他方、半導体レーザ素子を作製するときには、劈開面を共振器ミラーとして用いるので、段差のない滑らかな劈開面を出す必要がある。経験的な事実によれば、滑らかな劈開面を得るためには、劈開面に直交する素子長（レーザ素子の共振器長または素子幅）が、基板の厚さに対して充分に大きいことが必要である。したがって、サイズの小さな半導体レーザ素子を作製する場合に、滑らかな劈開面を得るためには、素子サイズに応じて基板を薄くする必要がある。このときに、前述の反りの問題に遭遇することになる。

そこで、この発明の目的は、応力に起因する反りを抑制して、基板の薄型化を可能とし、これにより、良好な共振器端面を有することができる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、Ａｌを含まない基板上にIII族窒化物半導体積層構造を成長させた窒化物半導体レーザ素子であって、前記III族窒化物半導体積層構造が、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に挟まれた発光層とを含む構造を形成しており、前記ｎ型半導体層が、Ａｌを含むｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層よりもバンドギャップの小さなｎ型ガイド層とを含み、
前記ｐ型半導体層が、Ａｌを含むｐ型クラッド層と、このｐ型クラッド層よりもバンドギャップの小さなｐ型ガイド層とを含み、前記基板上から前記III族窒化物半導体積層構造中のＡｌを含む層を除去した除去領域が形成されている、窒化物半導体レーザ素子である。

この構成によれば、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層がＡｌを含む層となっており、そのため、III族窒化物半導体積層構造には、これらの層からの応力が働いている。この応力を緩和するために、III族窒化物半導体積層構造中のＡｌを含む層を除去した除去領域が基板上に設けられている。これにより、Ａｌを含む層に起因する応力を緩和することができるので、窒化物半導体レーザ素子の反りを抑制でき、歩留まりを向上することができる。

そして、反りを抑制できることから、素子厚さを薄くすることができ、その結果、良好な共振器ミラーを劈開によって形成することができる。これにより、発振効率の良い、窒化物半導体レーザ素子を実現できる。また、素子厚さを薄くできることから、素子サイズを小さくすることができるので、ウエハ（元基板）からの素子の取れ数を増加することができる。これにより、コスト削減に寄与することができる。

具体的には、請求項２記載に記載されているように、素子の厚さを８０μｍ以下とすることができる。これにより、ウエハからの取れ数を多くでき、かつ、劈開面による良好な共振器ミラーを形成できる。
たとえば、前記窒化物半導体レーザ素子の共振器長を３００μｍ以下とすることができる。また、前記窒化物半導体レーザ素子の素子幅を１５０μｍ以下とすることができる。このように素子サイズを小型化した場合に、素子の厚さを８０μｍ以下とすることによって、ウエハから素子を分割するときの劈開によって、滑らかな共振器端面（共振器ミラー）を形成することができる。

前記除去領域は、一方の共振器端面から他方の共振器端面まで連続した領域であってもよい。また、前記除去領域は、共振器領域を避けて配置されていることが好ましい。より具体的には、前記除去領域は、共振器方向に直交する幅方向一側縁または両側縁に設けられていてもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子としての半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。また、図２は、図１のII−II線に沿う縦断面図であり、図３は、図１のIII−III線に沿う横断面図である。
この半導体レーザダイオード７０は、III族窒化物半導体基板１と、III族窒化物半導体基板１上に結晶成長によって形成されたIII族窒化物半導体積層構造２（III族窒化物半導体層）と、III族窒化物半導体基板１の裏面（III族窒化物半導体積層構造２と反対側の表面）に接触するように形成されたｎ型電極３と、III族窒化物半導体積層構造２の表面に接触するように形成されたｐ型電極４とを備えたファブリペロー型のものである。

III族窒化物半導体基板１は、この実施形態では、ＧａＮ単結晶基板で構成されている。このIII族窒化物半導体基板１は、たとえば、ｃ面またはｍ面を主面としたものである。この主面上における結晶成長によって、III族窒化物半導体積層構造２が形成されている。したがって、III族窒化物半導体積層構造２は、III族窒化物半導体基板１の主面と同じ結晶面を成長主面とするIII族窒化物半導体からなる。非極性面（とくにｍ面）を主面とするＧａＮ単結晶基板上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、転位のほとんどない良好なIII族窒化物半導体結晶を成長させることができる。

III族窒化物半導体積層構造２は、発光層１０と、ｎ型半導体層１１と、ｐ型半導体層１２とを備えている。ｎ型半導体層１１は発光層１０に対してIII族窒化物半導体基板１側に配置されており、ｐ型半導体層１２は発光層１０に対してｐ型電極４側に配置されている。こうして、発光層１０が、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層１０には、ｎ型半導体層１１から電子が注入され、ｐ型半導体層１２から正孔が注入される。これらが発光層１０で再結合することにより、光が発生するようになっている。

ｎ型半導体層１１は、III族窒化物半導体基板１側から順に、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１３（たとえば２μｍ厚）、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４（１．５μｍ厚以下。たとえば１．０μｍ厚）およびｎ型ＧａＮガイド層１５（たとえば０．１μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｐ型半導体層１２は、発光層１０の上に、順にｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６（たとえば２０ｎｍ厚）、ｐ型ＧａＮガイド層１７（たとえば０．１μｍ厚）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８（１．５μｍ厚以下。たとえば０．４μｍ厚）およびｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１９（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。

ｎ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１３およびｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１９は、それぞれｎ型電極３およびｐ型電極４とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｎ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１３は、ＡｌＩｎＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０¹⁸ｃｍ^-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１９は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、３×１０¹⁹ｃｍ^-3）することによってｐ型半導体層とされている。

ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、発光層１０からの光をそれらの間に閉じ込める光閉じ込め効果を生じるものである。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４は、ＡｌＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3）することによってｎ型半導体とされている。また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８は、ｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０¹⁹ｃｍ^-3）することによってｐ型半導体層とされている。

ｎ型ＧａＮガイド層１５およびｐ型ＧａＮガイド層１７は、発光層１０にキャリア（電子および正孔）を閉じ込めるためのキャリア閉じ込め効果を生じる半導体層であり、それぞれ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８よりもバンドギャップの小さな半導体層である。これらのガイド層１５，１７により、発光層１０における電子および正孔の再結合の効率が高められるようになっている。ｎ型ＧａＮガイド層１５は、ＧａＮにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１×１０¹⁸ｃｍ^-3）することによりｎ型半導体とされており、ｐ型ＧａＮガイド層１７は、ＧａＮにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープする（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０¹⁸ｃｍ^-3）ことによってｐ型半導体とされている。

ｐ型ＡＩＧａＮ電子ブロック層１６は、ＡｌＧａＮにｐ型ドーパントとしてのたとえばＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５×１０¹⁸ｃｍ^-3）して形成されたｐ型半導体であり、発光層１０からの電子の流出を防いで、電子および正孔の再結合効率を高めている。
発光層１０は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造を有しており、電子と正孔とが再結合することにより光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。発光層１０は、具体的には、ＩｎＧａＮ層（たとえば３ｎｍ厚）とＧａＮ層（たとえば９ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成されている。この場合に、ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることにより、バンドギャップが比較的小さくなり、量子井戸層を構成する。一方、ＧａＮ層は、バンドギャップが比較的大きなバリア層として機能する。たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とは交互に２〜７周期繰り返し積層されて、ＭＱＷ構造の発光層１０が構成されている。発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、たとえば、４００ｎｍ〜５５０ｎｍとされている。ＧａＮ層の代わりに、量子井戸層よりもＩｎ組成の小さなＩｎＧａＮ層をバリア層として用いてもよい。

ｐ型半導体層１２は、その一部が除去されることによって、リッジストライプ２０を形成している。より具体的には、ｐ型コンタクト層１９、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＧａＮガイド層１７の一部がエッチング除去され、横断面視ほぼ台形形状のリッジストライプ２０が形成されている。このリッジストライプ２０は、基板１の主面がｃ面の場合にはｍ軸方向に沿って形成され、基板１の主面がｍ面の場合にはｃ軸方向に沿って形成される。

III族窒化物半導体積層構造２は、リッジストライプ２０の長手方向両端における劈開により形成された一対の端面２１，２２を有している。この一対の端面２１，２２は、互いに平行な劈開面である。こうして、ｎ型ＧａＮガイド層１５、発光層１０およびｐ型ＧａＮガイド層１７によって、端面２１，２２を共振器端面（共振器ミラー）とするファブリペロー共振器が形成されており、リッジストライプ２０の部分が共振器領域を形成している。発光層１０で発生した光は、共振器端面２１，２２の間を往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、増幅された光の一部が、共振器端面２１，２２からレーザ光として素子外に取り出される。

この実施形態の半導体レーザダイオード７０では、リッジストライプ２０が形成された共振器領域を避けた領域に、III族窒化物半導体積層構造２中のＡｌを含む層を除去した除去領域５１，５２が設けられている。より具体的には、除去領域５１，５２は、共振器方向（リッジストライプ２０の長手方向）に直交する素子幅方向（III族窒化物半導体積層構造２の成長主面に平行な方向）の両側縁において、素子全長に渡って、すなわち、一方の共振器端面２１から他方の共振器端面２２に至る領域に渡って形成されている。この実施形態では、除去領域５１，５２は、一定幅（たとえば、５０μｍ）の長方形領域である。

除去領域５１，５２は、この実施形態では、リッジストライプ２０の両側方において、III族窒化物半導体積層構造２を基板１が露出するまで除去して形成されている。つまり、除去領域５１，５２においては、III族窒化物半導体積層構造２がすべて除去されており、ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１３、ｎ型ＡＩＧａＮクラッド層１４、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層１６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８およびｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層１９のようなＡｌを含むIII族窒化物半導体層が存在していない。さらに具体的には、この実施形態では、除去領域５１，５２は、基板１を所定の深さまでエッチングすることにより、当該領域においてIII族窒化物半導体積層構造２の全ての構成層が排除されている。

除去領域５１，５２の幅が広ければ広いほど効果的に反りを防止できるが、III族窒化物半導体積層構造２の除去時のエッチング等によってリッジストライプ２０にダメージを与えない範囲で除去領域５１，５２の幅を定めることが好ましい。
ｎ型電極３およびｐ型電極４は、たとえばＡｌ金属からなり、それぞれｐ型コンタクト層１９およびIII族窒化物半導体基板１にオーミック接続されている。ｐ型電極４がリッジストライプ２０の頂面のｐ型ＧａＮコンタクト層１９だけに接触するように、基板１、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２の露出面を覆う絶縁層６が設けられている。これにより、リッジストライプ２０に電流を集中させることができるので、効率的なレーザ発振が可能になる。半導体レーザダイオード７０では、この電流が集中するリッジストライプ２０の直下の部分が、光を伝送するための導波路２５（光導波路）となっている。導波路２５は、たとえば、１μｍ〜２μｍ幅である。

共振器端面２１，２２には、それぞれ反射率の異なる絶縁膜２３，２４（図２参照）が形成されている。より具体的には、出射側の共振器端面２１に反射率が小さい絶縁膜２３が形成され、反対側の共振器端面２２に反射率が大きい絶縁膜２４が形成されている。したがって、出射側の共振器端面２１から、より大きなレーザ出力が出射されることになる。

このような構成によって、ｎ型電極３およびｐ型電極４を電源に接続し、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１２から電子および正孔を発光層１０に注入することによって、この発光層１０内で電子および正孔の再結合を生じさせ、波長４００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生させることができる。この光は、共振器端面２１，２２の間をガイド層１５，１７に沿って往復しながら、誘導放出によって増幅される。そして、レーザ出射端面である共振器端面２１から、より多くのレーザ出力が外部に取り出されることになる。

次に、この半導体レーザダイオード７０の製造方法について説明する。
半導体レーザダイオード７０を製造するには、まず、図４に図解的に示すように、前述のＧａＮ単結晶基板からなるIII族窒化物半導体基板１を構成するウエハ５の上に、半導体レーザダイオード７０を構成する個別素子８０（III族窒化物半導体基板）が形成される。

より具体的には、ウエハ５（ＧａＮ単結晶基板の状態）の上に、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２がエピタキシャル成長させられることによって、III族窒化物半導体積層構造２が形成される。III族窒化物半導体積層構造２が形成された後には、たとえばドライエッチングによって、リッジストライプ２０が形成され、さらに除去領域５１，５２が形成される。次いで、絶縁層６、ｐ型電極４およびｎ型電極３が形成される。こうして、個別素子８０が形成された状態のウエハ５が得られる。必要に応じて、ｎ型電極３の形成に先だって、ウエハ５を薄型化するために、その裏面側からの研削・研磨処理（たとえば、化学的機械的研磨）が行われる。たとえば、基板１からIII族窒化物半導体積層構造２までの素子厚さが８０μｍ以下となるように、ウエハ５の薄型化が行われる。

各個別素子８０は、ウエハ５上に仮想される碁盤目状の切断予定ライン７１，７２（仮想的な線）によって区画される各矩形領域に形成されている。基板１の主面がｃ面の場合、切断予定ライン７１，７２は、ｍ面およびａ面に沿うことになる。また、基板１の主面がｍ面の場合、切断予定ライン７１，７２は、ｃ面およびａ面に沿うことになる。
このような切断予定ライン７１，７２に沿って、ウエハ５が各個別素子８０へと分割される。すなわち、ウエハ５を切断予定ライン７１，７２に沿って劈開して、個別素子８０が切り出される。

図５は、ウエハ５を個別素子８０に分割する手順の概略を説明するための図解的な斜視図である。ウエハ５は、まず、共振器方向に直交する切断予定ライン７１に沿って劈開される。これにより、図５(a)に示すように、複数本のバー状体９０が得られる。このバー状体９０の両側面９１は、共振器端面２１，２２となる結晶面である。このバー状体９０の側面９１に、前述の絶縁膜２３，２４（図２参照）が形成される。

次に、各バー状体９０は、共振器方向に平行な切断予定ライン７２に沿って切断される。これにより、図５(b)に示すように、バー状体９０が個別素子８０毎に分割され、複数のチップが得られる。
図６は、除去領域５１，５２の形成工程を説明するための図解的な斜視図である。共振器方向に平行な切断予定ライン７２に沿う所定幅の領域において、III族窒化物半導体積層構造２が選択的にエッチングされる。このエッチングは、ｐ型半導体層１２および発光層１０ならびにｎ型半導体層１１を貫通し、基板１が露出する深さまで行われる。すなわち、切断予定ライン７２に沿って、基板１を露出させる深さのエッチング溝３０が形成される。たとえば、半導体レーザダイオード７０の素子幅が約１５０μｍの場合、エッチング溝３０の底面部３１（基板１の露出部）の幅３２は、１００μｍ程度（除去領域５１，５２の幅の約２倍）とされる。エッチング溝３０は、図７に示すように、共振器方向に平行な切断予定ライン７２に沿って形成される。なお、図７では、リッジストライプ２０に斜線を付して示してある。

その後は、絶縁層６およびｐ型電極４を形成した後に、切断予定ライン７１，７２に沿ってウエハ５の分割が行われる。これにより、図１等に示すように、リッジストライプ２０の両側のチップ両側縁に除去領域５１，５２を有する半導体レーザダイオード７０が得られる。
以上のように、この実施形態によれば、リッジストライプ２０の両側において、半導体レーザダイオード７０の両側縁に、除去領域５１，５２が形成されている。これらの除去領域５１，５２においては、ｎ型半導体層１１、発光層１０およびｐ型半導体層１２が除去されていて、Ａｌを含む層が存在していない。これにより、Ａｌ層を含む層、とくにｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層１３およびｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４に起因する応力を緩和することができる。その結果、半導体レーザダイオード７０の反りを抑制できるので、歩留まりを向上できる。

また、半導体レーザダイオード７０の反りを抑制できるので、その素子厚さを薄くすることができる。より具体的には、基板１を裏面から研削して薄型化を図った場合でも、半導体レーザダイオード７０に大きな反りが生じることがない。これにより、半導体レーザダイオード７０の素子サイズが小さいときであっても、ウエハ５を薄型化しておくことで、ウエハ５を劈開するときに滑らかな劈開面を得ることができる。したがって、このような滑らかな劈開面によって共振器端面２１，２２を形成することができる。これにより、発振効率のよい半導体レーザダイオード７０を実現できる。しかも、歩留まりを犠牲にすることなく素子サイズを小さくできるので、ウエハ５からの素子取れ数を多くすることができ、その結果、コストの低減を図ることができる。

より具体的には、ウエハ５の厚さを８０μｍ以下としても、半導体レーザダイオード７０に大きな反りが生じることを抑制できる。そのため、たとえば、共振器長３００μｍ以下、素子幅１５０μｍ以下のような小型の素子を作製する場合でも、切断予定ライン７１，７２に沿う劈開によって、良好な劈開面を得ることができる。これにより、ウエハ５からの素子取れ数を多くしながら、滑らかな共振器端面２１，２２を形成して、発振効率のよい半導体レーザダイオード７０を得ることができる。

図８は、ＡｌＧａＮ層に起因するウエハの反りの問題を説明するための図である。図８(a)に示すように、ＧａＮ基板６１上にＡｌＧａＮ層６２（Ａｌ組成は５％）を形成した長さ５cmのサンプルを用い、サンプルの反りによる浮き量６３を測定した結果が、図８(b)に示されている。より具体的には、図８(b)は、ＧａＮ基板６１の膜厚およびＡｌＧａＮ層６２の膜厚を異ならせた複数のサンプルを作製し、各サンプルについて浮き量６３を測定した結果である。

この図から、ＡｌＧａＮ層が存在することによってウエハに反りが生じることがわかり、さらに、ＧａＮ基板が薄くなればなるほど、反りが顕著になることが分かる。とくに、ＧａＮ基板の厚さが８０μｍ以下の領域では、１０μｍ以上の浮き量が生じている。したがって、この領域の厚さの基板を用いる場合に、前述の実施形態に従って、Ａｌを含む層を除去した除去領域を形成することで、大きな反り抑制効果を得ることができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、クラッド層１４，１８がＡｌＧａＮの単膜で構成される例について説明したが、これらの一方または両方がＡｌＧａＮ層（たとえば厚さ５ｎｍ）とＧａＮ層（たとえば厚さ５ｎｍ）とを交互に複数回積層したＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造膜で構成されていてもよい。このような構成とすることにより、クラッド層１４，１８に起因する応力を一層緩和することができ、それに応じて、半導体レーザダイオード７０に反りが生じることを抑制できる。

また、前述の実施形態では、ｎ型コンタクト層１３がＡｌＧａＮで構成される例について説明したが、このｎ型コンタクト層１３をｎ型ＧａＮで構成することとしてもよい。この場合には、除去領域５１，５２において、ｎ型コンタクト層１３の全部または一部が基板１上に残されていてもよい。
また、前述の実施形態では、ガイド層１５，１７がＧａＮで構成されている例について説明したが、これらのガイド層１５，１７は、ＩｎＧａＮで構成することもできる。

さらに、前述の実施形態は、除去領域５１，５２が共振器長の全体に渡って構成されている例であるが、除去領域は、共振器端面２１，２２間の連続した領域である必要はない。すなわち、共振器長よりも短い除去領域が形成されもよいし、分離された複数の除去領域を共振器方向に沿って配列して形成してもよい。また、除去領域５１，５２は、共振器領域（リッジストライプ２０の領域）の両側に形成する必要はなく、片側にだけ除去領域を形成してもよい。

また、III族窒化物半導体基板の主面は、ｃ面やｍ面である必要はなく、ａ面やその他の結晶面を主面としたIII族窒化物半導体基板を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、ＧａＮ単結晶基板からなるIII族窒化物半導体基板１上にIII族窒化物半導体積層構造２が形成された構成を例にとったが、ＧａＮ基板以外にも、ＩｎＧａＮ基板等のようにＡｌを含まないIII族窒化物半導体基板が適用される場合にも、この発明を適用することで、素子の反りを防止しつつ、その薄型化を図ることができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子としての半導体レーザダイオードの構成を説明するための斜視図である。 図１のII−II線に沿う縦断面図である。 図１のIII−III線に沿う構断面図である。 個別素子が形成された状態のウエハを図解的に示す斜視図である。 ウエハを個別素子に分割する手順の概略を説明するための図解的な斜視図である。 除去領域の形成工程を説明するための図解的な斜視図である。 除去領域のためのエッチング溝形成領域を説明するための図解的な平面図である。 ＡｌＧａＮ層に起因するウエハの反りの問題を説明するための図である。

符号の説明

１ III族窒化物半導体基板
２ III族窒化物半導体積層構造
３ ｎ型電極
４ ｐ型電極
５ ウエハ
６ 絶縁層
１０ 発光層
１１ ｎ型半導体層
１２ ｐ型半導体層
１３ コンタクト層
１３ ｎ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１５ ｎ型ＧａＮガイド層
１６ ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層
１７ ｐ型ＧａＮガイド層
１８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１９ ｐ型ＡｌＩｎＧａＮコンタクト層
２０ リッジストライプ
２１，２２ 共振器端面
２３，２４ 絶縁膜
２５ 導波路
３０ エッチング溝
３１ 底面部
３２ 底面部の幅
５１，５２ 除去領域
６１ ＧａＮ基板
６２ ＡｌＧａＮ層
６３ 浮き量
７０ 半導体レーザダイオード
７１ 切断予定ライン
７２ 切断予定ライン
８０ 個別素子
９０ バー状体
９１ 側面

Claims (2)

1. Ａｌを含まない基板上にIII族窒化物半導体積層構造を成長させた窒化物半導体レーザ素子であって、
   前記III族窒化物半導体積層構造が、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、前記ｎ型半導体層およびｐ型半導体層に挟まれた発光層とを含む構造を形成しており、
   前記ｎ型半導体層が、Ａｌを含むｎ型クラッド層と、このｎ型クラッド層よりもバンドギャップの小さなｎ型ガイド層とを含み、
   前記ｐ型半導体層が、Ａｌを含むｐ型クラッド層と、このｐ型クラッド層よりもバンドギャップの小さなｐ型ガイド層とを含み、
   前記基板上から前記III族窒化物半導体積層構造中のＡｌを含む層を除去した除去領域が形成されている、窒化物半導体レーザ素子。
2. 素子の厚さが８０μｍ以下である、請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。

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