JP2009170639A - 窒化物半導体レーザチップ及び窒化物半導体レーザ素子並びに窒化物半導体レーザチップの製造方法 - Google Patents

窒化物半導体レーザチップ及び窒化物半導体レーザ素子並びに窒化物半導体レーザチップの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】窒化物半導体レーザチップ内の歪みによる応力を緩和し、信頼性の向上を図った窒化物半導体レーザチップ及びその製造方法や、窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による窒化物半導体レーザチップ１は、共振器端面に平行となるクラックＣが少なくとも一本形成されている。レーザチップ１内にクラックＣを形成することによって歪みによる応力を緩和し、これによって信頼性の高いレーザチップを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は窒化物半導体レーザチップと当該窒化物半導体レーザチップを実装した窒化物半導体レーザ素子に関するものである。また、窒化物半導体レーザチップの製造方法に関するものである。
ＩＩＩ族元素とＶ元素とから成る所謂ＩＩＩ−Ｖ族半導体である窒化物半導体（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）は、そのバンド構造より青や青紫の光を発する発光素子としての利用が期待され、既に発光ダイオードやレーザ素子などに利用されている。
例えば、ＧａＮ（Ｉｎを微量に添加する場合を含む）とＩｎＧａＮを交互に積層することで形成される多重量子井戸構造の活性層を備える窒化物半導体レーザチップが得られており、その発光の安定性から様々な素子に用いられている（特許文献１参照）。
特開２００７−２７３９０１号公報
しかしながら、ＧａＮとＩｎＧａＮとの間に格子不整合が生じる問題がある。これは、ＩｎＧａＮが、同じウルツ鉱型構造であるが格子定数の異なるＧａＮ（ａ軸が３．１６Å）とＩｎＮ（ａ軸が３．５４Å）との混晶であることに起因しており、＜０００１＞軸方向に成長を行う場合に、Ｉｎの組成比によって活性層内の結晶格子の不整合が大きくなる。この場合、結晶に導入される歪みによる応力が大きくなり、例えばピエゾ電界により電子及び正孔が空間的に分離される問題や、多量の欠陥が導入されるなどの様々な問題が生じる。そして、これらの問題によって発光特性の低下や発熱量の増大が促進され、破壊されやすくなるためにレーザ素子の信頼性が低下するという問題が生じていた。また、活性層だけでなく、他の層（例えば、ＡｌＧａＮを用いた層など）においても同様の格子不整合の問題が発生し得る。
そこで本発明は、窒化物半導体レーザチップ内の歪みによる応力を緩和し、信頼性の向上を図った窒化物半導体レーザチップ及びその製造方法や、窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体レーザチップは、基板と、当該基板の主面上に設けられるとともに窒化物半導体から成る層が備えられる積層構造と、を備える窒化物半導体レーザチップにおいて、前記積層構造に少なくとも１本のクラックが形成されることを特徴とする。
また、上記構成の窒化物半導体レーザチップにおいて、前記クラックが、前記基板の主面に対して垂直な平板状になるとともに、前記積層構造の一方の端部から他方の端部に到達するように形成されることとしても構わない。
また、上記構成の窒化物半導体レーザチップにおいて、前記クラックが、前記積層構造内において発生する光が往復する方向と略垂直となるように形成されることとしても構わない。
このように構成することによって、レーザ発振させて生じる光が、クラックによって屈折したり、反射したりすることを抑制することが可能となる。したがって、光出力の低下を抑制し、より信頼性を向上させることが可能となる。
また、上記構成の窒化物半導体レーザチップにおいて、前記クラックが、１本または２本であることとしても構わない。
このように構成することによって、より確実にクラックを形成することによる信頼性の改善効果を得ることができるようになる。即ち、クラックを１本または２本とすると、高い確率で、クラックを形成しない同様のレーザチップと比べて信頼性を高くすることができるようになる。
また、上記構成の窒化物半導体レーザチップにおいて、前記積層構造が、ＡｌＧａＮから成るＡｌ添加層を備えるものであるとともに、当該Ａｌ添加層のＡｌ組成が、６％以上８％以下であることとしても構わない。また、前記積層構造の、前記基板の主面と垂直な方向の厚みが、２μｍ以上６μｍ以下であることとしても構わない。
このように構成することによって、積層構造を基板に形成することによって効率よくクラックが形成されることとなる。そのため、クラックを導入するための特別な工程を要しないこととなり、容易にクラックを形成することが可能となる。
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上記のレーザチップを備えることを特徴とする。
また、本発明の窒化物半導体レーザチップの製造方法は、基板の主面上に窒化物半導体から成る層を備える積層構造を形成するとともに、当該積層構造を形成する際に少なくとも一つのクラックを前記積層構造に形成することを特徴とする。
このように構成することによって、クラックを形成する工程を特に要することなく、積層構造を形成する際にクラックを形成することが可能となる。そのため、工程を増加させることなく信頼性の改善を図った窒化物半導体レーザチップを容易に得ることが可能となる。
本発明における窒化物半導体レーザチップでは、積層構造中にクラックが形成される構成とすることによって、結晶格子の歪みによる応力を緩和することを可能としている。したがって、クラックが形成されていない窒化物半導体のレーザチップと比べて、信頼性を高くすることが可能となる。
＜レーザチップの構成＞
最初に、本発明における窒化物半導体レーザチップの構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態における窒化物半導体レーザチップの構成を示す模式的な平面図及び断面図である。ここで、図１（ａ）は窒化物半導体レーザチップの模式的な平面図を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示した模式的な断面図を示している。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態におけるレーザチップ１は、基板２の｛０００１｝面上に、下方から上方に向かって、ｎ型クラッド層３、活性層４、光ガイド層５、キャップ層６、ｐ型クラッド層７及びコンタクト層８の各層が積層されている。これらの各層はエピタキシャル成長して積層されており、本例の場合、下地の結晶の方位関係を継承した結晶が成長している。なお、以下において結晶の方位関係を用いて説明を行う場合、これらの結晶の方位関係を指すものとする。
また、ｐ型クラッド層７の一部は、＜０００１＞方向と略平行な方向に突出するとともに、突出した部分が＜１−１００＞方向と略平行な方向に延在している。また、ｐ型クラッド層７の突出した部分の上面にコンタクト層８が設けられ、このコンタクト層８の上面にオーミック電極９が形成されている。そして、これらの突出した部分が電流通路部（リッジ部１０）となる。また、ｐ型クラッド層７の突出していない部分、即ち、リッジ部１０以外の部分の上面には電流ブロック層１１が形成されている。
リッジ部１０の上面及び電流ブロック層１１の上面の一部にはパッド電極１２が形成されており、基板２の下面にはｎ側電極１３が形成されている。また、図示していないが、光が出射または反射される共振器端面（＜１−１００＞方向と略垂直な端面）には保護膜が形成されている。
さらに、本実施形態におけるレーザチップ１では、＜１−１００＞方向と略垂直となる面を有するクラックＣが形成されている。換言すると、クラックＣは＜１１−２０＞方向と略平行な方向と、＜０００１＞方向と略平行な方向と、に延在する平板状となる。また、図１はクラックＣがレーザチップ１に対して２本形成された場合について示している。また、このクラックＣは窒化物半導体から成る各層３〜８にわたって形成されている。また、クラックＣの構成の詳細については後述する。
なお、図１ではパッド電極１２によってリッジ部１０の一部が覆われ、共振器端面近傍のリッジ部１０が覆われない構成としているが、リッジ部１０全体が覆われる構成としても構わない。また、保護膜が、例えばＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2などから成るものとして、反射側の端面に形成される保護膜の反射率が、出射側の端面に形成される保護膜の反射率より高くなるように構成されることとしても構わない。
＜レーザチップの作製方法＞
（ウエハの作製方法）
次に、レーザチップの作製方法について図面を参照して説明する。最初に、図２を用いて、本発明の実施形態における窒化物半導体レーザチップを作製するためのウエハの作製方法の一例について説明する。図２は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図であり、図１に示したレーザチップの断面と同様の断面を示すものとする。
まず、図２（ａ）に示すように、｛０００１｝を成長面（主面）とした、厚さ約１００μｍのｎ型ＧａＮ基板を作製する。そして、基板２の｛０００１｝面上に、ｎ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約１．５μｍのｎ型クラッド層３を積層する。そして、このｎ型クラッド層３の上面に活性層４を積層する。活性層４は、図３の活性層の構成を示す模式的な断面図に示すように、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３．２ｎｍの井戸層４ａと、アンドープのＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍの障壁層４ｂと、を交互に複数層積層することによって形成した多重量子井戸構造であるものとする。ここで、図３においては、井戸層４ａを三層、障壁層４ｂを四層積層した場合について示している。
また、この多重量子井戸構造となる活性層４の上に、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約７５ｎｍの光ガイド層５を積層し、この光ガイド層５の上にアンドープのＡｌＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍキャップ層６を積層する。このキャップ層６の上面には、ｐ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約５００ｎｍのｐ型クラッド層７を積層する。そして、このｐ型クラッド層７の上にアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３ｎｍのコンタクト層８を積層する。なお、図２（ａ）は、以上に説明した各層３〜８を基板２の成長面に積層した状態について示している。
また、以上の窒化物半導体から成る各層３〜８を積層する工程は、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行われる。そして、窒化物半導体から成る各層３〜８を積層するとともに積層を行う装置から取り出す際に、上述したようなクラックＣが形成されていることを確認することができる。そのため、クラックＣは窒化物半導体の各層３〜８の成長プロセスの最中、または、各層３〜８の成長プロセスを終了しようとする降温時に形成されることとなる。どちらの場合であっても、窒化物半導体から成る各層３〜８を作製するプロセスにおいてクラックＣが形成される。
そして、コンタクト層８の上面に、厚さ約１ｎｍのＰｔ層と厚さ約３０ｎｍのＰｄ層とから成るｐ側オーミック電極９を形成し、このｐ側オーミック電極９の上に厚さ約２３０ｎｍのＳｉＯ2層１４を形成する。このように各層を形成し、図２（ｂ）に示すような構造を得る。
次に、リッジ部１０を形成するために図２（ｂ）に示す構造をエッチングする。このとき、幅約１．５μｍであるとともに＜１−１００＞方向に延びたストライプ状のフォトレジスト（不図示）を、リッジ部１０を形成する予定の部分に形成する。そして、ＣＦ4系のガスを用いてＲＩＥ法によるエッチングを行なう。すると、フォトレジストを形成した部分のＳｉＯ2層１４及びオーミック電極９のみが残り、フォトレジストを形成していない部分のＳｉＯ2層１４及びオーミック電極９は除去される。
そして、フォトレジストを除去し、Ｃｌ2やＳｉＣｌ4などの塩素系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なう。このとき、ＳｉＯ2層１４をマスクとして、ＳｉＯ2層１４が形成されていない部分のコンタクト層８及びｐ型クラッド層７をエッチングする。そして、ｐ型クラッド層７が約８０ｎｍ残った状態となったときにエッチングを停止し、マスクとして用いたＳｉＯ2層１４を除去する。すると、図２（ｃ）に示すような、ｐ型クラッド層７の一部が突出し、そのｐ型クラッド層７の突出した部分の上にコンタクト層８、オーミック電極９が順に形成されたリッジ部１０を備える構造が得られる。
次に、図２（ｃ）に示した構造の上に厚さ約１８０ｎｍのＳｉＯ2層を形成し、フォトレジストをリッジ部１０以外の部分に形成されたＳｉＯ2層の上に形成する。そして、ＣＦ4系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行ない、リッジ部１０上に形成されたＳｉＯ2層を除去することでＳｉＯ2層から成る電流ブロック層１１を形成する。これによって、図２（ｄ）に示すような構造が得られる。
また、図２（ｄ）に示した構造に対して、電流ブロック層１１で囲まれたリッジ部１０を覆うように、厚さ約３０ｎｍのＴｉ層と厚さ約１４０ｎｍのＰｄ層と厚さ約２４００ｎｍのＡｕ層とを順に形成して成る厚さ約３μｍのパッド電極１２を複数形成する。そして、基板２の成長面と反対側の面に、厚さ約６ｎｍのＡｌ層と、厚さ約１０ｎｍのＰｄ層と、厚さ約６００ｎｍのＡｕ層とを基板２側から順に形成した構成から成るｎ側電極１３を形成することによって、図４に示すようなウエハ２０が得られる。図４は、ウエハの構成について示す模式的な平面図及び断面図である。なお、図４（ａ）に示す平面図は図１（ａ）と同様の平面について示したものであり、図４（ｂ）に示す断面図は、図１（ｂ）と同様の断面について示したものである。
図４に示すように、ウエハ２０にはリッジ部１０が複数形成されており、それぞれ＜１−１００＞方向に延在して一続きとなる形状となる。また、パッド電極１２は各リッジ部１０に沿って複数形成されており、このウエハ２０が劈開及び分割されることで、図１に示すようなレーザチップ１が得られる。なお、一例として、パッド電極１２がレーザチップ毎に一つずつ形成されるように予め分断されている場合について示したが、パッド電極１２が各リッジ部１０に沿って一続きとなるように形成されることとしても構わない。
なお、以上説明したウエハ作製方法において、窒化物半導体から成る各層３〜８の形成にＭＯＣＶＤ法を用いる場合を一例として挙げたが、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、その他の方法を用いても構わない。また、各電極層９，１２，１３の形成に、スパッタリングや蒸着などの形成方法を用いることとしても構わなく、蒸着として、電子ビーム蒸着を用いても構わないし、抵抗加熱蒸着を用いても構わない。また、ＳｉＯ2層１４や電流ブロック層１１の形成に、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法などの方法を用いても構わない。
また、図４（ａ）では簡単のためにウエハ２０を四角形のものとして示しているが、結晶方位を特定するためのオリエンテーションフラット面や切り欠き部を含む略円形の基板を用いて作製されるものとしても構わない。あるいは、完全な円形の基板を用いて作製されるものとしても構わない。
また、基板２の厚さを１００μｍとしたが、ハンドリングを容易にするために４００μｍ程度の厚さにして積層を開始することとしても構わない。この場合、遅くともｎ側電極１３を形成する前までに研磨等を行い、基板２を１００μｍ程度の厚さとなるまで薄くすることとしても構わない。また、窒化物半導体から成る各層３〜８を基板２に積層する際に基板２の厚みを十分厚くしておくことは、後述するクラックＣを適正に形成する場合においても効果がある。
（ウエハの分断方法）
次に、図４に示したウエハ２０を劈開及び分割して図１に示したレーザチップ１を得る方法について、図５を用いて説明する。図５は、バー及びチップの構成について示す模式的な平面図である。図５（ａ）、（ｂ）に示す平面図は、図１（ａ）に示す平面と同様の平面について示したものである。
図５（ａ）に示すように、まず、図４に示すウエハ２０を＜１１−２０＞方向に沿って劈開し、バー３０を得る。このとき、バー３０は劈開されることによって２つの端面（｛１−１００｝面と略平行な面）が形成され、これらの端面が共振器端面となる。また、バー３０は複数のレーザチップが＜１１−２０＞方向に一列に整列する構成となる。
また、得られたバー３０の共振器端面には、例えば、ＳｉＯ2やＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2などから成る保護膜が形成される。そして、いずれか一方の端面に形成する保護膜を、例えば１０層程度の多数の層から成るものとして反射率を高くするとともに、いずれか一方の端面に形成する保護膜を、例えば１層程度の少数の層から成るものとして反射率を低くする。そして、図５（ｂ）に示すように、得られたバー３０を＜１−１００＞方向に沿って分割することでレーザチップ１が得られる。
なお、ウエハ２０からバー３０への劈開及びバー３０からチップ１への分割において、それぞれの劈開方向及び分割方向に沿った溝をウエハ２０またはバー３０に形成するとともに、この溝に沿って劈開及び分割を行なうこととしても構わない。また、この溝は実線状であっても破線状であっても構わないし、ダイヤモンドポイントやレーザを用いて形成することとしても構わない。また、ウエハ２０やバー３０の、パッド電極１２や電流ブロック層１１が形成される方の面に溝を形成することとしても構わないし、ｎ側電極１３が形成される方の面に形成することとしても構わない。
（レーザ素子）
次に、図１に示すレーザチップ１を備えたレーザ素子の一例について図６を用いて説明する。図６は、レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。図６に示すように、レーザ素子４０は、レーザチップ１がはんだによって接続及び固定（マウント）されるサブマウント４３と、サブマウント４３と接続するヒートシンク４２と、ヒートシンク４２が所定の面に接続されるステム４１と、ステム４１の所定の面と所定の面の反対側の面とを貫通するとともにステム４１と絶縁されて設けられるピン４４ａ、４４ｂと、一方のピン４４ａとレーザチップ１のパッド電極１２とを電気的に接続するワイヤ４５ａと、他方のピン４４ｂとサブマウント４３とを電気的に接続するワイヤ４５ｂと、を備えている。
また、レーザ素子４０の構成をわかりやすく表示するため図示していないが、ステム４１の所定の面に接続されるとともに、レーザチップ１と、サブマウント４３と、ヒートシンク４２と、ピン４４ａ、４４ｂにおけるステム４１の所定の面から突出する一部と、ワイヤ４５ａ、４５ｂと、を封止するキャップを備える。
そして、この２本のピン４４ａ、４４ｂを介してレーザチップ１に電流が供給されることで発振し、レーザチップ１からレーザ光が出射される。また、キャップには出射されるレーザ光に対して透明な物質から成る窓が備えられており、この窓を透過してレーザ光が出射される。
なお、図６に示すレーザ素子４０の構成は一例に過ぎず、本発明の実施形態におけるレーザ素子はこの構成に限られるものではない。例えば、フォトダイオードなどから成り出射される光の出力を検出する検出部を備えるとともに、検出結果を電源装置にフィードバックすることでレーザチップ１から一定量の光が出力されるような構成としても構わない。また、ピンを３本にするとともに１本を検出部とレーザチップ１との共通のピンとして用いて、残りの２本がレーザチップと検出部とにそれぞれ接続される構成としても構わない。
＜クラックの構成＞
本発明の実施形態におけるレーザチップ１は、図１（ａ）に示したように、レーザチップ１内にクラックＣが形成される。以下では、このクラックＣについての説明を行う。まず、図７を用いてクラックの構成について説明する。図７は、クラックの構成を示す模式的な断面図である。また、図７は、図２（ａ）と同様の構成について示しており、＜０００１＞方向を上下方向、＜１−１００＞方向を左右方向として表示している。即ち、図７は図２（ａ）と略垂直な断面について示すものとなる。
上述したように、クラックＣは窒化物半導体から成る各層３〜８を積層させた後に形成の有無が確認される。このとき、図７に示すようにクラックＣの下端は基板まで到達するものとなる。そして、図１（ａ）に示すように、＜１１−２０＞方向に沿ってレーザチップ１の一方の端部から他方の端部に到達するようにクラックＣが形成される。即ち、上述したようにクラックＣは共振器端面に対して略平行となる平板状の形状となる。
また、このクラックＣの＜１−１００＞方向の幅、即ち平板の厚さに相当する部分の長さは、＜０００１＞方向に対して変動する場合があるが、およそ０．１μｍ〜２μｍの大きさであり、微細なものとなる。
このクラックＣが形成されたレーザチップ１を実装した窒化物半導体レーザ素子の動作試験の結果を図８に示す。図８は、本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の動作試験の結果を示すグラフであり、形成されるクラックの本数を横軸、スロープ効率及び信頼性を縦軸として、相対的な結果について示したものである。図８中、白抜きの丸はスロープ効率についてプロットしたものを示しており、白抜きの四角は信頼性についてプロットしたものを示している。ここで、信頼性とはＭＴＴＦ（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｆａｉｌｕｒｅ）を示している。本例では、出力を１０ｍＷ、動作温度を７５℃とした場合において６７％のレーザ素子が不具合なく動作することを保証する時間を示している。
図８に示すように、形成されるクラックＣの本数の増加に伴い、スロープ効率が低下する。即ち、発光効率は形成されるクラックＣの本数が多いほど低下することとなる。しかしながら、クラックＣを１、２本形成する程度であれば、クラックＣを形成しない場合よりも信頼性を向上させることが可能となる。より具体的には、発光効率の低下により信頼性が悪化する程度よりも、クラックＣを導入することによって可能となる、歪に起因する応力の緩和によって、信頼性が改善される効果の程度の方を、より大きくすることができるため、結果として信頼性を向上させることが可能となる。
したがって、クラックＣを少なくとも１本、好ましくは１または２本形成する構成とすることによって、クラックＣを形成しない場合に比して信頼性を向上させることが可能となる。特に、図８において最も信頼性が向上しているクラックＣを１本形成した場合においては、信頼性を５０００時間とすることが可能となった。
なお、図８に示すグラフは一例であり、２本より多くクラックＣを形成した場合の信頼性が、クラックＣを形成しない場合の信頼性よりも良好となる場合もあり得る。ただし、クラックＣを１本、または２本とした方が、より確実に信頼性を改善する効果を得ることができるため好ましい。
また、クラックＣが＜０００１＞方向において基板２まで到達する例について示しているが、完全に基板２まで到達しない場合であって構わない。完全に基板２まで到達しない場合であっても、歪みによる応力を緩和する効果を得ることができる。
また、上述した窒化物半導体の結晶構造はウルツ鉱型構造であり、六回対称の構造となる。そのため、｛０００１｝面内において、劈開方向である＜１１−２０＞方向で表現される等価な方向が６０°毎に合計六方向存在することなる。したがって、これらの等価な方向においてもクラックＣが形成されやすく、場合によっては共振器端面と略平行とならない方向にクラックＣが形成されることが生じる。また、共振器端面と略平行なクラックＣと、６０°ずれた方向のクラックと、が交互に発生することにより、全体として共振器端面と６０°以外の角度を成すジグザグのクラックが形成されることもある。
これらのクラックが形成されたとしても、上述した歪を緩和する効果を得ることは可能である。ただし、クラックが、光が往復する＜１−１００＞方向と略垂直な面ではなくなるため、クラックにおいて意図しない屈折や反射などが生じるおそれがある。したがって、図１（ａ）に示すような、光が往復する＜１−１００＞方向と略垂直な面を有するクラックＣが形成されていることが好ましい。
一方、クラックＣと６０°ずれたクラックとが混合されてジグザグのクラックが形成されるような場合であったとしても、例えば、光が主に往復する部分ではクラックの面が＜１−１００＞と略垂直となる場合がある。このような場合は、クラックの全体が＜１−１００＞と略垂直でなかったとしても信頼性改善の効果を得ることができる。
また、本発明の適用は、青や紫外の波長のレーザ光を出力する窒化物半導体レーザ素子に限られない。例えば、活性層４の井戸層４ａにおけるＩｎＧａＮのＩｎ組成が大きく緑の波長の光を出力する窒化物半導体レーザ素子にも適用することができる。
＜クラックの形成方法＞
また、上述したクラックを効率よく形成する方法の具体例について以下に説明する。まず、ｎ型クラッド層３やｐ型クラッド層７に用いるＡｌＧａＮのＡｌ組成について説明する。
Ａｌ組成を変化させると、ＡｌＧａＮのａ軸の長さや熱膨張係数などの特性を変化させることができる。そのため、形成されるクラックＣの密度の制御を行うことが可能となる。本例の場合では、例えば６％から８％の間の値とすると好ましい。また、７％程度の値とするとさらに好ましい。なお、このＡｌ組成はＸ線回折の測定結果に基づいて確認を行った。具体的には、（０００６）対称面における回折を測定し、その結果に基づいて結晶格子の大きさを算出するとともにＡｌ組成を確認した。
また、基板２上に成長させる窒化物半導体から成る各層３〜８の厚さや基板２の厚さを選択することにより、結晶中に生じる応力や応力への耐性を制御し、効率よくクラックＣを形成することも可能である。例えば、基板２上に積層させる窒化物半導体から成る各層３〜８の全体の厚さを調整することによって、クラックＣの密度を制御する方法がある。この場合、例えば全体の厚さを２μｍ〜６μｍ程度とすると好ましい。また、３．０μｍ〜５．０μｍ程度の値とするとさらに好ましい。また、これらの厚さとする場合、窒化物半導体から成る各層３〜８を積層する際の基板２の厚さを９０μｍ以上とすると好ましい。
以上の方法を採用することによって、クラックＣを形成するための特別な作業工程を増やすことなく、クラックＣを形成することが可能となる。特に、厚さなどのパラメータを制御するだけであるため、容易にクラックＣを形成することが可能となる。したがって、信頼性の高い窒化物半導体レーザチップ１を簡易な方法で得ることができるようになる。
なお、以上説明したパラメータについては一例に過ぎず、これ以外のパラメータを調整することによってクラックＣを形成することとしても構わない。例えば、窒化物半導体から成る各層３〜８を積層する際の温度や、基板２に用いる材料や結晶性を適宜選択することによってクラックＣを形成することとしても構わない。また、各層３〜８の積層後や、その後の他のプロセス後において所定の温度でアニール処理を行い、クラックＣを形成しても構わない。
また、共振器端面と略平行な方向となるクラックＣを優先的に形成する具体的な方法として、例えば、＜１−１００＞方向に延在する欠陥密度が高い領域が複数形成された基板を用いる方法がある。このような基板は、例えばＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒ Ｇｒｏｗｔｈ）法などの方法を用いて作製することができる。この基板を用いてレーザチップ１を作製すると、＜１−１００＞方向と略垂直な方向となるクラックＣを容易に形成することができる。なお、このような基板を用いる場合、欠陥密度が高い領域の直上となる部分を避けてリッジ部１０を形成することとしても構わない。
また、クラックＣが形成されていない窒化物半導体から成る各層３〜８に、所定の処理（例えば、各種ビームの照射や、応力の印加などの処理）を用いてクラックＣを形成することとしても構わない。また、基板２に対して所定の処理（例えば、クラックＣを形成する部分の結晶を変質させるなどの処理）を行い、意図的にクラックＣが形成されやすい場所を作るとともに、クラックＣの形成される位置を制御しても構わない。これらの方法では上述した方法に比べて工程が増えることとなるが、クラックＣの制御をより精密に行うことが可能となる。
本発明は、窒化物半導体レーザチップやその製造方法、窒化物半導体レーザチップを備える窒化物半導体レーザ素子に関するものである。また、窒化物半導体基板上に窒化物半導体を積層することによって作製される半導体レーザチップなどに適用すると好適である。
は、本発明の実施形態における窒化物半導体レーザチップの構成を示す模式的な平面図及び断面図である。 は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図である。 は、活性層の構成について示す模式的な断面図である。 は、ウエハの構成について示す模式的な平面図及び断面図である。 は、バー及びチップの構成について示す模式的な平面図である。 は、窒化物半導体レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。 は、クラックの構成を示す模式的な断面図である。 は、本発明の実施形態における窒化物半導体レーザ素子の動作試験の結果を示すグラフである。
符号の説明
１ レーザチップ
２ 基板
３ ｎ型クラッド層
４ 活性層
４ａ 井戸層
４ｂ 障壁層
５ 光ガイド層
６ キャップ層
７ ｐ型クラッド層
８ コンタクト層
９ ｐ側オーミック電極
１０ リッジ部
１１ 電流ブロック層
１２ パッド電極
１３ ｎ側電極
１４ ＳｉＯ2層
２０ ウエハ
３０ バー
４０ 窒化物半導体レーザ素子
４１ ステム
４２ ヒートシンク
４３ サブマウント
４４ａ、４４ｂ ピン
４５ａ、４５ｂ ワイヤ

Claims (8)

  1. 基板と、当該基板の主面上に設けられるとともに窒化物半導体から成る層が備えられる積層構造と、を備える窒化物半導体レーザチップにおいて、
    前記積層構造に少なくとも１本のクラックが形成されることを特徴とする窒化物半導体レーザチップ。
  2. 前記クラックが、前記基板の主面に対して垂直な平板状になるとともに、前記積層構造の一方の端部から他方の端部に到達するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザチップ。
  3. 前記クラックが、前記積層構造内において発生する光が往復する方向と略垂直となるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザチップ。
  4. 前記クラックが、１本または２本であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザチップ
  5. 前記積層構造が、ＡｌＧａＮから成るＡｌ添加層を備えるものであるとともに、当該Ａｌ添加層のＡｌ組成が、６％以上８％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザチップ。
  6. 前記積層構造の、前記基板の主面と垂直な方向の厚みが、２μｍ以上６μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザチップ。
  7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載のレーザチップを備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
  8. 基板の主面上に窒化物半導体から成る層を備える積層構造を形成するとともに、当該積層構造を形成する際に少なくとも一つのクラックを前記積層構造に形成することを特徴とする窒化物半導体レーザチップの製造方法。
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