JP2010114430A - 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造プロセスに起因して電極層の表面に変質層が形成されるのを抑制することが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１００は、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層２２上に形成されたｐ型コンタクト層２４と、ｐ型コンタクト層２４のＭＱＷ活性層２２とは反対側の表面上に形成され、Ｐｔ電極層３１とＰｄ電極層３２とＰｔ電極層３３とを含み、平面的に見てストライプ形状を有するｐ側オーミック電極２５とを備える。そして、Ｐｔ電極層３３の厚みは、Ｐｔ電極層３１の厚みの１０倍以上３０倍以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関し、特に、窒化物系半導体層と電極層とを備えた窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
近年、窒化物系半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤに対応する光ディスク用ピックアップ装置の光源や各種ディスプレイ装置の光源としての開発が盛んに行われている。特に、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧の低減を図るために、半導体素子に形成される電極のコンタクト抵抗を低減することが要求される。この際、窒化物系半導体では、ｐ型半導体のキャリア濃度が低いため、良好なオーミック性が得られるｐ側電極を形成するのは困難であった。
そこで、従来、電極材料としてＰｄ系の材料を用いることにより良好なオーミック性を有するｐ側電極層が形成された窒化物系半導体レーザ素子およびその形成方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、窒化物系半導体からなるｐ側半導体層上にＰｔ電極層およびＰｄ系電極層がこの順に積層されたｐ側電極層を備えた窒化物系半導体レーザ素子およびその形成方法が開示されている。この窒化物系半導体レーザ素子では、ｐ側半導体層に接触するＰｔ層によってｐ側電極層とｐ側半導体層との付着力を向上させる一方、Ｐｄ系電極層によってｐ側電極層が低いコンタクト抵抗を得ることが可能なように構成されている。また、この窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、ｐ側半導体層上に所定の幅を有するようにＰｔ電極層およびＰｄ系電極層をこの順に積層した後、Ｐｄ系電極層をマスクとしてＰｄ系電極層側からｐ側半導体層に向かって所定の領域をエッチングすることにより、ｐ側半導体層に所定の幅を有するリッジストライプを形成している。その後、プラズマＣＶＤ法を用いてｐ側半導体層（ｐ側電極層の部分を含む）上にＳｉＯ２膜を形成するとともに、ｐ側電極層に対応する領域のＳｉＯ２膜を選択的に除去してＰｄ系電極層の上面を露出させている。そして、最後に、露出したＰｄ系電極層上にパッド電極を形成している。
特開２００２−３０５３５８号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の窒化物系半導体レーザ素子およびその形成方法では、パッド電極に接するＰｄ系電極層の表面が変質しやすい傾向があると考えられる。具体的には、リッジストライプ形成後の製造プロセスにおいて、たとえばドライエッチングなどを用いてｐ側電極層上のＳｉＯ２膜を選択的に除去してＰｄ系電極層の上面を露出させる場合には、フルオロカーボン系（Ｃ−Ｆ系）ガスおよびＯ２ガスを用いたエッチング処理やレジストアッシング処理の際に、炭素原子（Ｃ）や酸素原子（Ｏ）がＰｄ系電極層の表面に衝突するのに起因して、Ｐｄ系電極層の表面にＣの変質層やＰｄ酸化膜などの変質層が形成される場合が生じる。このため、上記特許文献１に記載の窒化物系半導体レーザ素子およびその形成方法では、ｐ側電極層の表面に変質層が形成されやすいという問題点がある。特に、製造プロセスにおいて形成された変質層がｐ側電極層のオーミック性（コンタクト抵抗）を悪化させるため、半導体レーザ素子の動作電圧が増大するという不具合が生じる。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、製造プロセスに起因して電極層の表面に変質層が形成されるのを抑制することが可能な窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、窒化物系半導体からなる活性層上に形成された窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層の活性層とは反対側の表面上に形成され、Ｐｔからなる第１金属層と、第１金属層の表面上に形成されたＰｄからなる第２金属層と、第２金属層の表面上に形成されたＰｔからなる第３金属層とを含み、平面的に見て所定の形状を有する電極層とを備え、第３金属層の厚みは、第１金属層の厚みの１０倍以上３０倍以下である。
この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、Ｐｄからなる第２金属層の表面上に形成されたＰｔからなる第３金属層を含む電極層を備えることによって、電極層の最表面がＰｔからなる第３金属層により形成されるので、たとえばＰｄ層を最表面とする電極層を備えた半導体レーザ素子と比較して、パッド電極などに接するＰｔからなる第３金属層の表面は、製造プロセスにおいて変質しにくい。特に、Ｐｔからなる第３金属層を最表面として電極層を形成した後に、たとえばＣ−Ｆ系ガスを用いたドライエッチングやＯ２ガスを用いたアッシングによりＰｔからなる第３金属層の上面を露出させる場合においても、ＰｔはＰｄなどよりもエッチングガスに対して化学的に反応しにくい性質を有するので、Ｐｔからなる第３金属層の表面における変質層（Ｐｔ酸化膜などの副生成物）の発生を抑制することができる。この結果、半導体レーザ素子の製造プロセスに起因して、電極層の表面に変質層が形成されるのを抑制することができる。
また、Ｐｄからなる第２金属層の表面上にＰｔからなる第３金属層を形成することによって、電極層をマスクとしてドライエッチングなどを行い窒化物系半導体層にリッジストライプを形成する際、最表面のＰｔからなる第３金属層により、エッチング処理時に飛散する電極材料がエッチングで形成された電極層側面に付着するのが抑制される。これにより、最表面にＰｔからなる第３金属層が形成されていない場合などの電極材料の付着量が顕著に多い場合と比較して、エッチングの進行とともにＰｔやＰｄからなるｐ側電極層の幅が広がるのが抑制される。これにより、窒化物系半導体層に、マスクの幅と略同じ幅を有するリッジストライプを形成することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第１金属層は、窒化物系半導体層の表面を部分的に覆うように形成され、第２金属層は、第１金属層の表面と、第１金属層により覆われていない窒化物系半導体層の表面とを覆うように形成されている。このように構成すれば、第２金属層には、第１金属層の表面を覆う部分と窒化物系半導体層の表面を覆う部分とが形成されるので、窒化物系半導体層側における第２金属層の表面積を増やすことができる分、窒化物系半導体層の表面に対する電極層の密着性を向上させることができる。
この場合、好ましくは、第１金属層は、Ｐｔが島状に分布した状態、または、Ｐｔが網状となった状態に形成されている。このように構成すれば、Ｐｄからなる第２金属層を、島状または網状となったＰｔからなる第１金属層の表面を覆うとともに、島状または網状となった第１金属層と第１金属層から露出する窒化物系半導体層との隙間に入り込んで窒化物系半導体層の表面を覆うので、第２金属層の表面積を容易に増加させることができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第１金属層は、約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、Ｐｔからなる第１金属層を、容易かつ確実に島状または網状の状態で窒化物系半導体層の表面上に形成することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第１金属層の厚みは、第２金属層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、Ｐｔを用いた第１金属層によって電極層と窒化物系半導体層との付着力を維持しつつ、Ｐｄを用いた第２金属層によって良好なオーミック性を有する電極層を形成することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第２金属層は、約５ｎｍ以上約２０ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、第２金属層の厚みが上記範囲内であることにより、第１金属層と窒化物系半導体層との付着力を維持することと、第２金属層による良好なオーミック性を有することとが両立する電極層を容易に形成することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第２金属層の厚みは、第３金属層の厚みよりも小さい。このように構成すれば、電極層をマスクとしてドライエッチングなどを行い窒化物系半導体層にリッジストライプを形成する際、エッチング処理によって飛散する電極材料をより抑制することができる。これにより、所望のリッジ幅を有するリッジストライプを形成することができる。
この場合、好ましくは、第３金属層は、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の範囲の厚みを有する。このように構成すれば、第３金属層の厚みが上記範囲内であることにより、エッチング処理の際の電極材料の飛散量を適切な範囲内に抑制することができるので、窒化物系半導体層に所望のリッジ幅を有するリッジストライプを容易に形成することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、所定の形状は、電極層の下方に形成される活性層の電流通路の平面的に見た形状と略同じ形状である。このように構成すれば、電極層（第１金属層）が有する幅で注入された電流を、電流通路が有する平面的な形状の略全ての領域にわたって活性層に供給することができる。また、電流通路が第１金属層と略同じ幅を有して形成されるので、レーザ素子の共振器方向に沿った電流通路の抵抗値がばらつくのを抑制することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、所定の形状は、電極層の下方に形成される光導波路の平面的に見た形状と略同じ形状である。このように構成すれば、活性層周辺に形成される光導波路の大きさ（断面形状）が、電極層の延びる方向に沿って実質的に一様になるので、安定したレーザ光を出射することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、窒化物系半導体層の活性層とは反対側の表面側に形成され、かつ、平面的に見て、所定の形状と略同じ形状を有するように電極層の下方に形成されたリッジをさらに備え、Ｐｔからなる第１金属層は、リッジ上に形成されている。このように構成すれば、Ｐｔからなる第１金属層によって電極層の窒化物系半導体層に対する付着力が向上されるので、電極層が窒化物系半導体層から剥れにくくなる。これにより、電流を電極層からリッジを介して活性層に確実に供給することができる。
この場合、好ましくは、第１金属層の窒化物系半導体層側の幅は、第３金属層の窒化物系半導体層と反対側の幅よりも広い。このように構成すれば、下部の窒化物系半導体層に接触する第１金属層の幅が、上層側に積層される第２金属層や第３金属層の幅よりも広い分、第１金属層を介して窒化物系半導体層の表面上に確実に付着する電極層を形成することができる。
上記第１金属層がリッジ上に形成される構成において、好ましくは、電極層は、リッジの延びる方向に沿って延びる側面を含み、側面は、第３金属層から第１金属層に向かって電極層の幅が広がるように傾斜している。このように構成すれば、下部の窒化物系半導体層に接触する第１金属層の幅が、上層側に積層される第２金属層や第３金属層の幅よりも広い分、第１金属層を介して窒化物系半導体層からなるリッジに容易に電流を供給することができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、電極層は、オーミック電極である。このように構成すれば、表面に変質層が形成されるのが抑制された電極層をオーミック電極として有効に用いることができるので、レーザ素子を駆動するための電流を、オーミック電極を介して活性層に確実に供給することができる。
この場合、好ましくは、第３金属層の第２金属層とは反対側に形成されたパッド電極をさらに備え、パッド電極は、第３金属層の表面に接触している。このように構成すれば、製造プロセスによって変質しにくいＰｔからなる第３金属層とパッド電極とのオーミック抵抗値が低減されるので、レーザ素子の電気的な特性を安定化させることができる。
上記パッド電極をさらに備える構成において、好ましくは、パッド電極は、Ａｕを含む。このように構成すれば、Ｐｔからなる第３金属層とＡｕを含むパッド電極とのオーミック抵抗値を確実に低減させることができる。
上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、窒化物系半導体層は、ｐ型半導体層を含み、電極層は、ｐ側電極である。このように構成すれば、オーミック抵抗値が低減された電極層をレーザ素子に電流を注入するためのｐ側電極として用いるので、レーザ素子の低電圧化ならびに高出力化を行うことができる。
この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物系半導体からなる活性層上に窒化物系半導体層を形成する工程と、窒化物系半導体層の活性層とは反対側の表面上に、Ｐｔからなる第１金属層と、Ｐｄからなる第２金属層と、第１金属層の厚みの１０倍以上３０倍以下の厚みを有するＰｔからなる第３金属層と、第１マスク層とをこの順に積層して、平面的に見て所定の形状を有した状態に形成する工程と、第１マスク層、第３金属層、第２金属層および第１金属層をマスクとして、窒化物系半導体層をエッチングすることにより、窒化物系半導体層に所定の形状のリッジを形成する工程とを備える。
この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、窒化物系半導体層の表面上に、Ｐｔからなる第１金属層とＰｄからなる第２金属層とＰｔからなる第３金属層と第１マスク層とをこの順に積層して、平面的に見て所定の形状を有した状態に形成する工程と、第１マスク層、第３金属層、第２金属層および第１金属層をマスクとして、窒化物系半導体層をエッチングすることにより所定の形状のリッジを形成する工程とを備えることによって、リッジ上にはＰｔからなる第３金属層が最表面となる電極層が形成されるので、たとえばＰｄ層を最表面とする電極層を備えた半導体レーザ素子と比較して、パッド電極などに接するＰｔからなる第３金属層の表面は、製造プロセスにおいて変質しにくい。特に、Ｐｔからなる第３金属層を最表面として電極層を形成した後に、たとえばＣ−Ｆ系ガスを用いたドライエッチングやＯ２ガスを用いたアッシングによりＰｔからなる第３金属層の上面を露出させる場合においても、ＰｔはＰｄなどよりもエッチングガスに対して化学的に反応しにくい性質を有するので、Ｐｔからなる第３金属層の表面における変質層（Ｐｔ酸化膜などの副生成物）の発生を抑制することができる。この結果、半導体レーザ素子の製造プロセスに起因して、電極層の表面に変質層が形成されるのを抑制することができる。
上記第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、第１金属層と第２金属層と第３金属層と第１マスク層とをこの順に積層して、平面的に見て所定の形状を有した状態に形成する工程は、第１マスク層をマスクとして、第３金属層、第２金属層および第１金属層をエッチングすることにより、第１金属層、第２金属層および第３金属層が平面的に見て所定の形状を有した状態に形成する工程を含む。このように構成すれば、下部の窒化物系半導体層に接触する第１金属層の幅が、上層側に積層される第２金属層や第３金属層の幅よりも広い分、窒化物系半導体層の表面上に確実に付着する電極層を形成することができる。
上記第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上、および、所定の形状を有する状態に形成された第３金属層、第２金属層および第１金属層の表面上に絶縁膜からなる電流ブロック層を形成する工程と、電流ブロック層の少なくともリッジの上方に位置する部分に対応するように開口部を有する第２マスク層を形成する工程と、第２マスク層をマスクとして開口部から露出する部分の電流ブロック層を除去することにより、第３金属層の表面を露出させる工程と、第２マスク層を除去する工程とをさらに備える。このように構成すれば、プラズマＣＶＤ法などによって電流ブロック層を形成する際や、ドライエッチングにより開口部から露出する部分の電流ブロック層を除去する際や、第２マスク層を除去する際、最表面の第３金属層にＰｔを用いているので、電極層の表面に変質層が形成されるのを容易に抑制することができる。
上記第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、第３金属層の表面を露出させる工程は、第２マスク層の開口部から露出する部分の電流ブロック層をドライエッチングすることにより、Ｐｔからなる第３金属層の表面を露出させる工程を含む。このように構成すれば、Ｐｔからなる第３金属層は、エッチング処理時に飛散する電極材料の飛散量が少なく、変質層の形成も少ないので、第３金属層の表面上にパッド電極などを形成した場合にも、第３金属層とパッド電極とのオーミック抵抗値を低減させることができる。
本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の詳細構造を示した拡大断面図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成した半導体レーザ素子のリッジ近傍の素子断面構造を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。 従来の半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成した半導体レーザ素子のリッジ近傍の素子断面構造を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。 本発明の第１金属層（Ｐｔ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験２の結果を示した図である。 本発明の第２金属層（Ｐｄ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験３の結果を示した図である。 本発明の第２金属層（Ｐｄ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験３の結果を示した図である。 ドライエッチング時にｐ側電極層から飛散する電極材料がｐ側電極層の側面に付着する様子を模式的に示した図である。 本発明の第３金属層（Ｐｔ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験４の結果を示した図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の構造について説明する。
本実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００では、図１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、ＡｌＧａＮからなるバッファ層２０が形成されている。バッファ層２０上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層２１、ＩｎＧａＮからなる障壁層（図示せず）とＩｎＧａＮからなる井戸層（図示せず）とが交互に積層されたＭＱＷ活性層２２、および、ＡｌＩｎＧａＮからなるとともに凸部２３ａおよび平坦部２３ｂを有するｐ型クラッド層２３が形成されている。ｐ型クラッド層２３の凸部２３ａ上には、ＩｎＧａＮからなるｐ型コンタクト層２４が形成されている。また、ｐ型クラッド層２３の凸部２３ａおよびｐ型コンタクト層２４によって、リッジ３０が形成されている。また、リッジ３０は、共振器方向と直交する素子の幅方向（Ｂ方向）に約１．５μｍの幅を有するとともに共振器方向（Ａ方向）に沿ってストライプ状に延びるように形成されている。このリッジ３０により、リッジ３０の下部のＭＱＷ活性層２２周辺に光導波路が形成される。なお、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮは、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体」の一例である。また、ＭＱＷ活性層２２は、本発明の「活性層」の一例であり、ｐ型クラッド層２３およびｐ型コンタクト層２４は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
また、ｐ型コンタクト層２４上に、ｐ側オーミック電極２５が形成されている。なお、ｐ側オーミック電極２５は、本発明の「電極層」の一例である。
ここで、本実施形態では、図１に示すように、ｐ側オーミック電極２５は、ｐ型コンタクト層２４から近い順に、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層３１と、約５ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層３２と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層３３とが積層されて構成されている。したがって、Ｐｔ電極層３３は、Ｐｔ電極層３１の厚みの略１０倍の厚みを有している。また、ｐ側オーミック電極２５は、リッジ３０のＢ方向の幅と略同じ幅を有するように凸部２３ａの上方に形成されている。なお、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３は、それぞれ、本発明の「第１金属層」、「第２金属層」および「第３金属層」の一例である。
なお、Ｐｔ電極層３１が約１ｎｍの厚みを有する場合、図２においてｐ側オーミック電極２５の断面を微視的に示すように、Ｐｔ電極層３１は、Ｐｔがｐ型コンタクト層２４の表面上に島状に分布した状態に形成されている。また、Ｐｔが島状に分布することによりＰｔ電極層３１は完全な連続膜とはなっていない。また、隣接するＰｔの島同志の一部が繋がった部分も存在するので、Ｐｔ電極層３１は、部分的にｐ型コンタクト層２４上を平面的に網状に広がるように形成されている。なお、Ｐｔ電極層３１の厚みは、約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下の範囲に形成されるのが好ましい。
また、図２に示すように、ｐ型コンタクト層２４とｐ側オーミック電極２５との界面では、島状に分布したＰｔ電極層３１に加えてＰｔ電極層３１を覆うＰｄ電極層３２も、Ｐｔ電極層３１が接触していないｐ型コンタクト層２４の表面に部分的に接触するように構成されている。したがって、ｐ側オーミック電極２５は、島状に分布したＰｔ電極層３１とＰｄ電極層３２の一部とが共にｐ型コンタクト層２４の表面に接触するように形成されている。なお、Ｐｄ電極層３２の厚みは、約５ｎｍ以上約２０ｎｍ以下の範囲に形成されるのが好ましく、Ｐｄ電極層３２の厚みをＰｔ電極層３１の厚みよりも大きく形成するのが好ましい。
また、Ｐｔ電極層３３の厚みは、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の範囲に形成されるのが好ましい。本実施形態では、Ｐｔ電極層３３の厚み（約１０ｎｍ）は、Ｐｔ電極層３１の厚み（約１ｎｍ）の略１０倍の厚みを有している。
また、本実施形態では、図１および図２に示すように、ｐ側オーミック電極２５は、共振器方向に沿って延びる一対の側面２５ａ（図１参照）が、Ｐｔ電極層３３からＰｔ電極層３１に向かって電極層のＢ方向の幅が広がる方向にそれぞれ傾斜して形成されている。すなわち、ｐ側オーミック電極２５は、リッジ３０から上方（Ｃ２方向）に向かってＢ方向の幅が若干先細りする形状を有している。また、リッジ３０（図１参照）は、ｐ側オーミック電極２５の最下層のＰｔ電極層３１のＢ方向の幅と略同じ幅を有した状態で共振器方向（Ａ方向）に沿って延びるように形成されている。
また、ｐ型クラッド層２３の平坦部の上面と、リッジ３０の側面のｐ型クラッド層２３の凸部２３ａおよびｐ型コンタクト層２４と、ｐ側オーミック電極２５の側面とを覆うように、ＳｉＯ２からなる電流ブロック層２６が形成されている。また、ｐ側オーミック電極２５の上面に接触するように、約１０ｎｍの厚みを有するＴｉ層、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層および約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるｐ側パッド電極２７が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１１の下面上に、ｎ型ＧａＮ基板１１から近い順に、約１ｎｍの厚みを有するＳｉ層、約６ｎｍの厚みを有するＡｌ層、約２ｎｍの厚みを有するＳｉ層、約６ｎｍの厚みを有するＰｄ層および約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層からなるｎ側電極２８が形成されている。
また、窒化物系半導体レーザ素子１００は、図１に示すように、共振器方向の両端部に、ｎ型ＧａＮ基板１１の主表面に対して略垂直な一対の共振器端面１０１が形成されている。また、一対の共振器端面１０１には、製造プロセスにおける端面コート処理により、ＡｌＮ膜やＡｌ２Ｏ３膜などからなる誘電体多層膜（図示せず）が形成されている。ここで、誘電体多層膜は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＯＮおよびＭｇＦ２や、これらの混成比の異なる材料であるＴｉ３Ｏ５やＮｂ２Ｏ３などからなる多層膜を用いることができる。
また、窒化物系半導体レーザ素子１００において、ｎ型クラッド層２１とＭＱＷ活性層２２との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。また、ｎ型クラッド層２１のＭＱＷ活性層２２と反対側にコンタクト層などが形成されていてもよい。また、ＭＱＷ活性層２２とｐ型クラッド層２３との間に、光ガイド層やキャリアブロック層などが形成されていてもよい。また、ＭＱＷ活性層２２は、単層または単一量子井戸構造などであってもよい。
次に、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスについて説明する。
まず、図３に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、バッファ層２０、ｎ型クラッド層２１、ＭＱＷ活性層２２、ｐ型クラッド層２３、ｐ型コンタクト層２４を順次積層する。その後、ｐ型コンタクト層２４上に、真空蒸着法を用いて、ｐ側オーミック電極２５を形成する。
この際、本実施形態では、図２に示すように、ｐ型コンタクト層２４から近い順に、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層３１と、約５ｎｍの厚みを有するＰｄ電極層３２と、約１０ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層３３とを積層してｐ側オーミック電極２５を形成する。これにより、Ｃ２方向の最表面がＰｔからなるｐ側オーミック電極２５が形成される。
その後、図３に示すように、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ側オーミック電極２５の表面上に、ＳｉＯ２からなるマスク４０を形成する。その後、フォトリソグラフィを用いて、マスク４０上に、Ａ方向にストライプ状に延びるとともにＢ方向に幅が約１．５μｍのレジストパターン４１を形成する。
その後、図４に示すように、まず、レジストパターン４１をマスクとしてマスク４０をドライエッチングすることにより、Ｂ方向の幅がレジストパターン４１と略同じ幅を有するようにマスク４０がパターニングされる。そして、パターニングされたマスク４０をマスクとして、ｐ側オーミック電極２５のＰｔ電極層３３、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３１を、ＣＨＦ３ガスなどによる異方性ドライエッチングを用いて上層から下層に向かってＣ１方向にエッチングする。この際、まず、Ｐｔ電極層３３のエッチングに伴ってレジストパターン４１およびマスク４０の側面に、保護膜４５が形成される。ここで、保護膜４５は、ＣＨＦ３ガスやＣＦ４ガスなどのフルオロカーボンガスによって生成される主にＣＦＸからなるフルオロカーボン系の物質や、エッチングの際に電極層から飛散する電極材料の付着物（主にＰｔやＰｄからなる物質）などを含んだ膜である。したがって、この保護膜４５がＰｔ電極層３３のエッチング面（一対の側面２５ａ）にも形成されながらＰｔ電極層３３がＣ１方向にエッチングされるので、図４に示すように、Ｐｔ電極層３３のエッチング面（一対の側面２５ａ）がＣ方向に対して斜めに傾斜して形成される。また、エッチングの進行とともに、エッチング面に保護膜４５が形成され続ける。これにより、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３１においてもＰｔ電極層３３のエッチング面を引き継いで側面２５ａが徐々に形成される。したがって、図６に示すように、エッチングにより形成されたｐ側オーミック電極２５は、断面的に見て、Ｐｔ電極層３３からＰｔ電極層３１に向かって（上方から下方に向かって）金属層のＢ方向の幅が広がる形状に形成される。そして、ドライエッチングがｐ型コンタクト層２４の上面（Ｃ２側）まで達した時点で、エッチングを終了する。なお、図６では、図示の関係上、側面２５ａに形成される保護膜４５（図５参照）を省略している。その後、有機溶剤による洗浄によりレジストパターン４１と保護膜４５とを除去する。なお、パターニングされたマスク４０は、本発明の「第１マスク層」の一例である。
その後、図７に示すように、パターニングされたマスク４０とｐ側オーミック電極２５とをマスクとして、ｐ型コンタクト層２４およびｐ型クラッド層２３をＣｌ２ガスなどによる異方性ドライエッチングにより、平坦部２３ｂおよび約５００ｎｍの突出高さを有する凸部２３ａからなるｐ型クラッド層２３を形成する。この際、ｐ型コンタクト層２４およびｐ型クラッド層２３は、Ｐｔ電極層３１のＢ方向の幅と略同じ幅を有してＣ２方向にエッチングされる。これにより、ｐ側オーミック電極２５のうちの最下層のＰｔ電極層３１のＢ方向の幅と略同じ幅（約１．５μｍ）を有するリッジ３０（凸部２３ａ）が形成される。
その後、図８に示すように、ウェットエッチングによりリッジ３０上に残されたマスク４０（図７参照）が除去される。そして、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ｐ型クラッド層２３の平坦部と、リッジ３０の側面と、ｐ側オーミック電極２５の側面２５ａおよび上面（Ｃ２側）とを連続して覆うように電流ブロック層２６を形成する。続いて、フォトリソグラフィを用いて、電流ブロック層２６の所定領域上を覆うレジストパターン４２を形成する。ここで、レジストパターン４２は、ｐ側オーミック電極２５（リッジ３０）が形成された領域の上方にストライプ状の開口部４２ａが形成されるようにパターニングされる。なお、レジストパターン４２は、本発明の「第２マスク層」の一例である。
その後、図９に示すように、レジストパターン４２をマスクとして、ＣＨＦ３ガスやＣＦ４ガスなどによる異方性ドライエッチングを用いてエッチングすることによって、開口部４２ａに対応する領域の電流ブロック層２６を除去する。これにより、ｐ側オーミック電極２５のＰｔ電極層３３の上面が露出する。
その後、図１０に示すように、Ｏ２ガスを用いたアッシング処理を行うことによりレジストパターン４２（図９参照）を除去する。その後、フォトリソグラフィと真空蒸着法を用いて、Ｐｔ電極層３３の上面と電流ブロック層２６の上面とを覆うとともにＡ方向（図１参照）に延びるｐ側パッド電極２７を形成する。なお、ｐ側パッド電極２７は、リッジ３０から近い順に、Ｔｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層を積層して形成される。
その後、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１１が所定の厚みを有するようにｎ型ＧａＮ基板１１の下面を研磨し、研磨による変質層などをドライエッチングなどにより除去した後、ｎ型ＧａＮ基板１１の下面上にｎ側電極２８を形成する。なお、ｎ側電極２８は、ｎ型ＧａＮ基板１１から近い順に、Ｓｉ層、Ａｌ層、Ｓｉ層、Ｐｄ層およびＡｕ層を積層して形成される。
最後に、約８００μｍの共振器長を有するようにウェハをＢ方向に沿ってバー状に劈開するとともに、破線８００の位置で共振器方向（Ａ方向（図１参照））に沿って素子分割（チップ化）を行う。これにより、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子１００が多数形成される。
本実施形態では、上記のように、Ｐｄ電極層３２の表面上に形成されたＰｔ電極層３３を含むｐ側オーミック電極２５を備えることによって、ｐ側オーミック電極２５の最表面がＰｔ電極層３３により形成されるので、Ｐｄ層を最表面とする電極層を備えた半導体レーザ素子と比較して、ｐ側パッド電極２７に接するＰｔ電極層３３の表面は、製造プロセスにおいて変質しにくくなる。特に、Ｐｔ電極層３３を最表面としてｐ側オーミック電極２５を形成した後に、シラン（ＳｉＨ４）ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により電流ブロック層２６を形成する際、Ｐｄはシリサイド化されやすい一方、Ｐｔはシリサイド化されにくい性質を有する。また、ＣＦ４ガスなどによる異方性ドライエッチングにより電流ブロック層２６の一部領域を除去してＰｔ電極層３３の上面を露出させる場合においても、ＰｔはＰｄなどよりもエッチングガスに対して化学的に反応しにくい性質を有するので、Ｐｔ電極層３３の表面における変質層の発生を抑制することができる。また、その後の製造プロセスにおいて、Ｏ２ガスを用いたアッシング処理を行うことによりレジストパターン４２を除去する際も、ＰｔはＯ２ガスとの反応性が低いので、Ｐｔ電極層３３の表面に変質層が発生するのが抑制される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスに起因して、ｐ側オーミック電極２５の表面に変質層が形成されるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、Ｐｄ電極層３２の表面上にＰｔ電極層３３を形成することによって、ｐ側オーミック電極２５をマスクとして異方性ドライエッチングなどを行いｐ型クラッド層２３およびｐ型コンタクト層２４にリッジ３０を形成する際、最表面にＰｔ電極層３３を配置することによりＰｄ電極層３２を薄膜化することができるので、エッチング時にｐ側オーミック電極２５の側壁に付着する電極材料の量を抑制することができる。この結果、最表面がＰｄからなる電極層である場合と比較して、エッチングの進行と共にｐ側オーミック電極２５の幅（Ｂ方向）が顕著に太くなるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１を、Ｐｔが島状に分布した状態、または、Ｐｔが網状となった状態に形成することによって、Ｐｄ電極層３２が、島状または網状となったＰｔ電極層３１の表面に接触して覆うとともに、島状または網状となったＰｔ電極層３１とＰｔ電極層３１から露出するｐ型コンタクト層２４との隙間に入り込んでｐ型コンタクト層２４の表面に接触して覆うので、Ｐｄ電極層３２の表面積を容易に増加させることができる。また、Ｐｄ電極層３２のｐ型コンタクト層２４との接触面積が増加するので、ｐ型コンタクト層２４の表面に対するｐ側オーミック電極２５の密着性を確実に向上させることができる。これにより、ｐ側オーミック電極２５を形成する際の温度よりも高い温度条件下で半導体素子層に所定の製造プロセスを順次施す場合にも、ｐ側オーミック電極２５の膜剥れを抑制することができる。これによっても、オーミック接触特性の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態では、島状または網状のＰｔ電極層３１の厚みを、約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下の範囲とすることによって、Ｐｔ電極層３１を、容易かつ確実に島状または網状の状態でｐ型コンタクト層２４の表面上に形成することができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１の厚み（約１ｎｍ）を、Ｐｄ電極層３２の厚み（約５ｎｍ）よりも小さく形成することによって、Ｐｔを用いたＰｔ電極層３１によってｐ側オーミック電極２５とｐ型コンタクト層２４との付着力を維持しつつ、Ｐｄを用いたＰｄ電極層３２によって良好なオーミック性を有するｐ側オーミック電極２５を容易に形成することができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１を、約１ｎｍ以上約２ｎｍ以下の範囲の厚みを有するとともに、Ｐｄ電極層３２を、約５ｎｍ以上約２０ｎｍ以下の範囲の厚みを有するように構成することによって、各電極層の厚みが上記範囲内であることにより、Ｐｔ電極層３１とｐ型コンタクト層２４との付着力を維持することと、Ｐｄ電極層３２による良好なオーミック性を有することとが両立するｐ側オーミック電極２５を容易に形成することができる。
また、本実施形態では、Ｐｄ電極層３２の厚み（約５ｎｍ）を、Ｐｔ電極層３３の厚み（約１０ｎｍ）よりも小さく形成することによって、ｐ側オーミック電極２５をマスクとして異方性ドライエッチングなどを行いｐ型クラッド層２３およびｐ型コンタクト層２４にリッジ３０を形成する際、エッチング処理によって飛散する電極材料（ｐ側オーミック電極２５の側面への電極材料の付着量）をより抑制することができる。これにより、所望のリッジ幅を有するリッジ３０を形成することができる。
また、本実施形態では、Ｐｄ電極層３２を、約５ｎｍ以上約２０ｎｍ以下の範囲の厚みを有するとともに、Ｐｔ電極層３３を、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の範囲の厚みを有するように構成することによって、各電極層の厚みが上記範囲内であることにより、エッチング処理の際の電極材料の飛散量（保護膜４５の量（厚み））を適切な範囲内に抑制することができるので、窒化物系半導体層に所望のリッジ幅を有するリッジストライプを容易に形成することができる。
また、本実施形態では、ｐ側オーミック電極２５におけるＰｔ電極層３１のＢ方向の幅と略同じ幅を有するようにリッジ３０を形成するとともに、Ｐｔ電極層３１をリッジ３０のｐ型コンタクト層２４に接触させてｐ側オーミック電極２５を形成することによって、Ｐｔ電極層３１によってｐ側オーミック電極２５のｐ型コンタクト層２４に対する付着力が向上されるので、ｐ側オーミック電極２５がｐ型コンタクト層２４から剥れにくくなる。これにより、電流をｐ側オーミック電極２５からリッジ３０を介してＭＱＷ活性層２２に確実に供給することができる。また、リッジ３０がＰｔ電極層３１と共振器方向に沿って略同じ幅を有して形成されるので、ｐ側オーミック電極２５（Ｐｔ電極層３１）が有する幅で注入された電流を、窒化物系半導体レーザ素子１００の共振器方向に沿った略全ての領域にわたってＭＱＷ活性層２２に供給することができる。
また、本実施形態では、リッジ３０がＰｔ電極層３１と共振器方向に沿って略同じ幅を有して形成されることによって、窒化物系半導体レーザ素子１００の共振器方向に沿った電流通路の抵抗値がばらつくのを抑制することができる。さらには、ＭＱＷ活性層２２周辺に形成される光導波路の大きさ（断面形状）が、ｐ側オーミック電極２５の延びる方向（共振器方向）に沿って実質的に一様になるので、窒化物系半導体レーザ素子１００から安定したレーザ光を出射することができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１のｐ型コンタクト層２４と接触する側の幅（図１０に示すＢ方向の幅）を、Ｐｔ電極層３３のｐ側パッド電極２７と接触する側の幅よりも広く構成することによって、Ｐｔ電極層３１の幅が、上層側に積層されるＰｄ電極層３２やＰｔ電極層３３の幅よりも広い分、Ｐｔ電極層３１を介してｐ型コンタクト層２４の表面上に確実に付着するｐ側オーミック電極２５を形成することができる。
また、本実施形態では、製造プロセスにおいてエッチングにより形成されたｐ側オーミック電極２５の側面が、Ｐｔ電極層３３からＰｔ電極層３１に向かって電極層の幅が広がるように傾斜することによって、下部のｐ型コンタクト層２４に接触するＰｔ電極層３１の幅が、上層側に積層されるＰｄ電極層３２やＰｔ電極層３３の幅よりも広い分、Ｐｔ電極層３１を介してリッジ３０に容易に電流を供給することができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３によってｐ側オーミック電極２５を形成することによって、表面に変質層が形成されるのが抑制されたｐ側オーミック電極２５を有効に用いることができるので、窒化物系半導体レーザ素子１００を駆動するための電流を、ｐ側オーミック電極２５を介してＭＱＷ活性層２２に確実に供給することができる。
また、本実施形態では、Ａｕを含むｐ側パッド電極２７を、Ｐｔ電極層３３の表面に接触して形成することによって、製造プロセスによって変質しにくいＰｔからなるＰｔ電極層３３とｐ側パッド電極２７とのオーミック抵抗値が確実に低減されるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の電気的な特性を安定化させることができる。
また、本実施形態では、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３によってｐ側オーミック電極２５を形成することによって、オーミック抵抗値が低減されたｐ側オーミック電極２５をレーザ素子に電流を注入するためのｐ側電極として用いるので、窒化物系半導体レーザ素子１００の低電圧化ならびに高出力化を行うことができる。
また、本実施形態の製造プロセスでは、レジストパターン４２の開口部４２ａから露出する部分の電流ブロック層２６をドライエッチングすることにより、Ｐｔ電極層３３の表面を露出させることによって、Ｐｔ電極層３３は、エッチング処理時に飛散する電極材料（主にＰｔを主成分とする付着物）が少ないので、Ｐｔ電極層３３の表面上にｐ側パッド電極２７を形成した場合にも、Ｐｔ電極層３３とｐ側パッド電極２７とのオーミック抵抗値を低減させることができる。
なお、上記実施形態では、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３の厚みを、それぞれ、約１ｎｍ、約５ｎｍおよび約１０ｎｍとなるようにしてｐ側オーミック電極２５を構成した例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、以下に示す本実施形態の第１変形例および第２変形例のように構成してもよい。
たとえば、本実施形態の第１変形例として、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３の厚みが、それぞれ、約１．５ｎｍ、約１０ｎｍおよび約３０ｎｍとなるようにｐ側オーミック電極２５を構成してもよい。なお、Ｐｔ電極層３１が約１．５ｎｍの厚みを有する場合も、図２に示すように、Ｐｔ電極層３１は、Ｐｔがｐ型コンタクト層２４の表面上に島状に分布した状態に形成され、その一部はｐ型コンタクト層２４上を平面的に網状に広がるように形成される。この第１変形例のように構成しても、Ｐｔ電極層３３の表面は、製造プロセスにおいて変質しにくいので、ｐ側オーミック電極２５の表面に変質層が形成されるのが抑制される。
また、本実施形態の第２変形例として、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３の厚みが、それぞれ、約１ｎｍ、約１５ｎｍおよび約３０ｎｍとなるようにｐ側オーミック電極２５を構成してもよい。この第２変形例のように構成しても、Ｐｔ電極層３３の表面は、製造プロセスにおいて変質しにくいので、ｐ側オーミック電極２５の表面に変質層が形成されるのが抑制される。
［確認実験］
以下、上記実施形態の効果を確認するために行った実施例と比較例とによる確認実験１、および、本発明の電極層を構成する各金属層（第１金属層、第２金属層および第３金属層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験２〜４について説明する。
まず、図１１および図１２を参照して、上記実施形態の効果を確認するために行った実施例と比較例とによる確認実験１について説明する。なお、図１１は、上記実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１００の製造プロセスを用いて形成した半導体レーザ素子のリッジ近傍の素子断面構造をＳＥＭにより観察した顕微鏡写真であり、図１２は、従来の半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて形成した半導体レーザ素子のリッジ近傍の素子断面構造をＳＥＭにより観察した顕微鏡写真である。
この確認実験１では、上記実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて上記実施形態に対応する実施例による窒化物系半導体レーザ素子を作製した。また、従来の半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて、上記実施例に対する比較例による窒化物系半導体レーザ素子を作製した。すなわち、この比較例では、窒化物系半導体からなるｐ側半導体層上にＰｔ電極層およびＰｄ電極層をこの順に積層してＰｄ系電極層を最表面とするオーミック電極層を形成した後に、上記実施形態と同様の製造プロセスを用いてリッジを形成した。
作製されたレーザ素子を観察した結果、まず、図１２に示す比較例では、窒化物系半導体層にリッジ（凸部）が形成される一方、リッジの上面の端部近傍から下部の窒化物系半導体層にかけて異常なエッチング形状を有しているのが確認された。リッジが異常な形状を有する理由としては、製造プロセスにおいて、まず、ドライエッチングを用いてオーミック電極をストライプ状にパターニングする際に、最表面にＰｄ電極層が配置されていることに起因して、Ｐｄ電極層のエッチング面（両側面）にエッチングに伴う微細な溝や穴（マイクロトレンチ）が部分的に形成されてしまうと考えられる。ここで、Ｐｄ電極層のエッチング面にはＣＨＦ３ガスなどによって生成されるフルオロカーボン系の物質や電極材料の飛散物質（主にＰｔやＰｄ）による保護膜が形成されるが、Ｐｄはエッチングに伴う微細な溝や穴（マイクロトレンチ）を生じさせやすい金属材料であるので、上記保護膜によってエッチング面が効果的に保護されない。その後、ストライプ状のオーミック電極をマスクとして半導体層をエッチングしてリッジを形成する際に、半導体層のみならず副次的に形成された上記Ｐｄ電極層の微細な溝（マイクロトレンチ）も同時にエッチングされてしまう。この結果、オーミック電極の表面から半導体層（ｐ型クラッド層）に向かってオーミック電極を貫通する溝や穴部が形成されるため、リッジが部分的に異常な形状を有して形成されてしまうと考えられる。
これに対して図１１に示す実施例では、窒化物系半導体層に形成されるリッジ（凸部）は、上記比較例に確認された異常な形状を有していないのが確認された。すなわち、オーミック電極層の最表面に、中間層であるＰｄ電極層（厚み：５ｎｍ）の５倍の厚み（２５ｎｍ）を有するＰｔ電極層を形成した状態でオーミック電極層に対するドライエッチングを行った場合、最表面にＰｄ電極層よりも微細な溝（マイクロトレンチ）などが生じにくいＰｔからなる金属材料が厚く堆積されているので、エッチングの際にＰｔ電極層などにマイクロトレンチを生じることなくオーミック電極が形成できたと考えられる。この結果、マイクロトレンチのないオーミック電極をマスクとして半導体層をエッチングするので、エッチングによって形成されるリッジにも異常な形状が形成されなかったと考えられる。
上記の確認実験１の結果から、本発明による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを用いて半導体レーザ素子を形成した場合、レーザ素子として適切な形状を有するオーミック電極およびリッジを形成することが可能であることが確認できた。
次に、図１および図１３を参照して、本発明の第１金属層（Ｐｔ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験２について説明する。
確認実験２では、図１に示した実施形態に対応する窒化物系半導体レーザ素子１００と同様の素子構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を作製した。この際、窒化物系半導体レーザ素子のｐ型コンタクト層に接する第１金属層（Ｐｔ層）の厚みを０．５ｎｍ〜４．５ｎｍまで０．５ｎｍ毎に変化させたｐ側電極層（図１のｐ側オーミック電極２５）を有する窒化物系半導体レーザ素子をそれぞれ作製した（サンプル数：ｎ＝９）。そして、各々の窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧を調べた。
実験の結果、図１３に示すように、ｐ型コンタクト層に接する第１金属層（Ｐｔ層３１）の厚みが１ｎｍ付近の場合、窒化物系半導体レーザ素子の動作電圧が最も低くなる（５．５Ｖ）のが確認された。また、第１金属層の厚みが２ｎｍ以下においても比較的低い６Ｖ以下の動作電圧が得られた。一方、第１金属層の厚みが２ｎｍを超えた付近から、動作電圧が上昇する傾向にあるのが確認された。また、第１金属層の厚みを０．５ｎｍに形成した場合は、金属膜形成時の膜の厚みを適切に制御できず、均一な厚みを有する第１金属層を形成することができなかった。したがって、この確認実験２では、第１金属層（Ｐｔ層）の厚みを１ｎｍ以上２ｎｍ以下に形成するのが好ましいことが分かった。
次に、図１および図１４〜図１６を参照して、本発明の第２金属層（Ｐｄ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験３について説明する。
確認実験３では、上記確認実験２と同様の素子構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を作製した。この際、第１金属層（Ｐｔ層）上の第２金属層（Ｐｄ層）の厚みを２ｎｍ〜３０ｎｍまで変化させたｐ側電極層（図１のｐ側オーミック電極２５）を有する窒化物系半導体レーザ素子をそれぞれ作製した（サンプル数：ｎ＝７）。そして、各々の窒化物系半導体レーザ素子の第２金属層のコンタクト抵抗値を調べた。なお、第１金属層（Ｐｔ層）および第３金属層（Ｐｔ層）の厚みは、それぞれ、１ｎｍおよび１０ｎｍの一定値として形成した。また、各々の窒化物系半導体レーザ素子を作製する製造プロセスにおいて、ｐ側電極層をマスクとして異方性ドライエッチングによりリッジを形成する際の、ｐ側電極層から飛散する電極材料の付着量（ｐ側電極層近傍の側面に付着したフルオロカーボン系の物質や、主にＰｔとＰｄとからなる電極材料の飛散物からなる膜（保護膜）の横方向の幅）を調べた。なお、エッチング処理に伴ってｐ側電極層から飛散する電極材料（保護膜）は、図１６に示すような状態でエッチングの進行と共にｐ側電極層近傍（リッジ）の側面に付着するのが確認された。なお、図１６では、Ｐｄがｐ側電極層近傍の側面に付着した部分の横方向の幅をＷ１およびＷ２で示している。また、確認実験３では、１．３μｍの幅を有するようにｐ側電極層上のマスクをパターニングした状態で異方性ドライエッチングを行った。
まず、第２金属層の厚みに対するコンタクト抵抗値の測定結果は、図１４に示すように、第２金属層の厚みが２ｎｍ程度の場合、コンタクト抵抗値は８×１０−３Ωｃｍ２であったのに対し、第２金属層の厚みが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲では、コンタクト抵抗値は３×１０−３Ωｃｍ２以上４×１０−３Ωｃｍ２以下の範囲に抑えられた。
また、第２金属層の厚みに対するドライエッチング時のＰｄの付着量の測定結果（測定は５点のみ）は、図１５に示すように、第２金属層の厚みが５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲では、付着物の横方向の幅（Ｗ１＋Ｗ２）は３０ｎｍ以下であった。これに対し、第２金属層の厚みが２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲では、付着物の横方向の幅（Ｗ１＋Ｗ２）は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲まで顕著に増加した。なお、電極材料の付着量が１００ｎｍ（図１６に図示するＷ１＋Ｗ２）では、リッジの幅（１．３μｍ）に対して無視できないほどの大きさになるので、第２金属層の厚みを３０ｎｍ未満に抑えることが必要であると考えられる。特に、電極材料の付着量（Ｗ１＋Ｗ２）を５０ｎｍ以下に抑えるためには、第２金属層の厚みを２０ｎｍ以下に抑えて形成することが必要である。
次に、図１、図１５および図１７を参照して、本発明の第３金属層（Ｐｔ層）の厚みの最適値を調べるために行った確認実験４について説明する。
確認実験４では、上記確認実験２および３と同様の素子構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を作製した。この際、ｐ側電極層（図１のｐ側オーミック電極２５）の最上面である第３金属層の厚みを１０ｎｍ〜４０ｎｍまで１０ｎｍ毎に変化させて積層した後に、電極層をマスクとして異方性ドライエッチングによりリッジをそれぞれ形成した（サンプル数：ｎ＝４）。そして、上記確認実験３と同様に、ｐ側電極層から飛散する電極材料などの付着量（ｐ側電極層近傍の側面に付着した部分の横方向の幅）を調べた。なお、第１金属層および第２金属層の厚みは、それぞれ、１ｎｍおよび５ｎｍの一定値として形成した。
実験の結果、図１７に示すように、第３金属層の厚みの増加に伴って、付着した電極材料の横方向の幅（Ｗ１＋Ｗ２）も増加する傾向にあることが確認された。なお、図１５に示す上記確認実験３の結果を考慮した場合、ドライエッチングによるリッジ形成時の電極材料の付着量（付着物の横方向の幅（Ｗ１＋Ｗ２））を目標値として５０ｎｍ以下に抑えるためには、第２金属層の厚みを５ｎｍ以上２０ｎｍ以下に形成するのが好ましいと考えられる。また、この場合、電極材料の付着量（図１７参照）は１５ｎｍ以下にする必要がある。したがって、図１７より、第３金属層の厚みを１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲で形成することが必要であると考えられる。
なお、上記確認実験２〜４の結果に基づき、ドライエッチング時の電極材料の付着量（図１６の幅Ｗ１＋Ｗ２）を５０ｎｍ以下に抑えるためには、第３金属層（Ｐｔ層）の形成条件（形成する厚み）に応じて第２金属層（Ｐｄ層）の厚みを次のように定めるのが好ましい。第１に、第３金属層（Ｐｔ層）の厚みを１０ｎｍ程度とする場合、第２金属層（Ｐｄ層）の厚みを５ｎｍ以上２０ｎｍ以下で形成されるべきと考える。第２に、第３金属層（Ｐｔ層）の厚みを２０ｎｍ程度とする場合、第２金属層（Ｐｄ層）の厚みを５ｎｍ以上１５ｎｍ以下で形成されるべきと考える。第３に、第３金属層（Ｐｔ層）の厚みを３０ｎｍ程度とする場合、第２金属層（Ｐｄ層）の厚みを５ｎｍ以上１６ｎｍ以下で形成されるべきと考える。また、上記３通りのいずれの場合においても、第１金属層（Ｐｔ層）の厚みは１ｎｍ以上２ｎｍ以下に形成されるのが好ましい。
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
たとえば、上記実施形態およびその変形例において、Ｐｔ電極層３１、Ｐｄ電極層３２およびＰｔ電極層３３の厚みを個々に組み合わせてｐ側オーミック電極２５を構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、上記実施形態およびその変形例において示した厚み以外の厚みを有するように各電極層３１、３２および３３を積層してｐ側オーミック電極２５を形成してもよい。なお、Ｐｔ電極層３３の厚みは、Ｐｔ電極層３１の厚みの１０倍以上３０倍以下となるように形成される。
また、上記実施形態およびその変形例では、Ｐｄ電極層３２の厚みをＰｔ電極層３３の厚みよりも小さくなるように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ｐｄ電極層３２の厚みをＰｔ電極層３３の厚みと略同じか、またはＰｔ電極層３３の厚みよりも若干大きくなるように形成してもよい。
また、上記実施形態およびその変形例では、Ｐｔ電極層３１をｐ型コンタクト層２４の表面上に島状に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ｐｔ電極層３１を略均一な厚みを有する層状に形成してもよい。
また、上記実施形態およびその変形例では、Ｐｔ電極層３１に接するようにＰｄ電極層３２を積層した例について示したが、本発明はこれに限らず、Ｐｔ電極層３１（第１金属層）とＰｄ電極層３２（第２金属層）との間に、Ｔｉからなる電極層を挿入してもよい。特に、この場合、Ｔｉからなる電極層の厚みは約０．５ｎｍ以上約２ｎｍ以下であるのが好ましい。
また、上記実施形態およびその変形例における製造プロセスでは、レジストパターン４１をマスクとしてマスク４０およびｐ側オーミック電極２５をパターニングした後、レジストパターン４１を除去し、その後、パターニングされたマスク４０およびｐ側オーミック電極２５をマスクとしてリッジ３０を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、マスク４０およびｐ側オーミック電極２５をパターニングした後、レジストパターン４１を除去せず、レジストパターン４１、マスク４０およびｐ側オーミック電極２５をマスクとしてリッジ３０を形成してもよい。この変形例の場合、レジストパターン４１およびマスク４０の両方が、本発明の「第１マスク層」となる。あるいは、本発明はこれに限らず、マスク４０を形成せずｐ側オーミック電極２５上に直接レジストパターン４１を形成して、レジストパターン４１をマスクとしてｐ側オーミック電極２５のパターニングを行うとともに、レジストパターン４１を除去せず、レジストパターン４１およびｐ側オーミック電極２５をマスクとしてリッジ３０を形成してもよい。この変形例の場合、レジストパターン４１のみが、本発明の「第１マスク層」となる。
また、上記実施形態およびその変形例における製造プロセスでは、所定の形状のレジストパターン４１をマスクとしてマスク４０およびｐ側オーミック電極２５をパターニングしたが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体層上に、略リッジ３０の幅の開口部を有するレジストパターンを形成した後、開口部から露出する窒化物系半導体層の部分に電極層とマスク層とをこの順に積層し、その後、レジストパターンを除去するというリフトオフ工程を用いて形成してもよい。これにより、その後、窒化物系半導体層に形成されるリッジ３０と略同じ幅を有する電極層およびマスク層を、窒化物系半導体層上に形成することができる。
また、上記実施形態およびその変形例では、ｎ型ＧａＮ基板１１（成長用基板）上に窒化物系半導体を積層して窒化物系半導体レーザ素子１００を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板１１上に窒化物系半導体を積層して窒化物系半導体レーザ素子のウェハを形成した後、ウェハのｐ側パッド電極２７側を接合面としてＧｅなどからなる支持基板に接合するとともに、ｎ型ＧａＮ基板１１を除去する貼り替え工程による窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。
また、上記実施形態およびその変形例では、１つのリッジ３０を有する窒化物系半導体レーザ素子１００を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体層に２つ以上のリッジを形成することにより、２つ以上の発光部を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。
また、上記実施形態およびその変形例では、ｎ型ＧａＮ基板１１上に１つのリッジ３０を有する窒化物系半導体レーザ素子１００を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板１１上に、所定の間隔を隔てて互いに隣接するように窒化物系半導体層を形成するとともに、各々の窒化物系半導体層にリッジを設けたモノリシック型の多波長半導体レーザ素子（たとえば、青色レーザ素子および緑色レーザ素子からなる２波長半導体レーザ素子など）を形成してもよい。
２２ ＭＱＷ活性層（活性層）
２３ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
２４ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
２５ ｐ側オーミック電極（電極層）
２６ 電流ブロック層
３０ リッジ
３１ Ｐｔ電極層（第１金属層）
３２ Ｐｄ電極層（第２金属層）
３３ Ｐｔ電極層（第３金属層）
４０ マスク（第１マスク層）
４２ レジストパターン（第２マスク層）
４２ａ 開口部

Claims (6)

  1. 窒化物系半導体からなる活性層上に形成された窒化物系半導体層と、
    前記窒化物系半導体層の前記活性層とは反対側の表面上に形成され、Ｐｔからなる第１金属層と、前記第１金属層の表面上に形成されたＰｄからなる第２金属層と、前記第２金属層の表面上に形成されたＰｔからなる第３金属層とを含み、平面的に見て所定の形状を有する電極層とを備え、
    前記第３金属層の厚みは、前記第１金属層の厚みの１０倍以上３０倍以下である、窒化物系半導体レーザ素子。
  2. 前記第１金属層の厚みは、前記第２金属層の厚みよりも小さい、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  3. 前記第２金属層の厚みは、前記第３金属層の厚みよりも小さい、請求項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  4. 前記窒化物系半導体層の前記活性層とは反対側の表面側に形成され、かつ、平面的に見て、前記電極層の前記所定の形状と略同じ形状を有するように前記電極層の下方に形成されたリッジをさらに備え、
    前記Ｐｔからなる第１金属層は、前記リッジ上に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  5. 窒化物系半導体からなる活性層上に窒化物系半導体層を形成する工程と、
    前記窒化物系半導体層の前記活性層とは反対側の表面上に、Ｐｔからなる第１金属層と、Ｐｄからなる第２金属層と、前記第１金属層の厚みの１０倍以上３０倍以下の厚みを有するＰｔからなる第３金属層と、第１マスク層とをこの順に積層して、平面的に見て所定の形状を有した状態に形成する工程と、
    前記所定の形状を有する状態に形成された第１マスク層、前記第３金属層、前記第２金属層および前記第１金属層をマスクとして、前記窒化物系半導体層の所定の領域をエッチングすることにより、前記窒化物系半導体層に前記所定の形状のリッジを形成する工程とを備える、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
  6. 前記窒化物系半導体層の表面上、および、前記所定の形状を有する状態に形成された前記第３金属層、前記第２金属層および前記第１金属層の表面上に絶縁膜からなる電流ブロック層を形成する工程と、
    前記電流ブロック層の少なくとも前記リッジの上方に位置する部分に対応するように開口部を有する第２マスク層を形成する工程と、
    前記第２マスク層をマスクとして前記開口部から露出する部分の前記電流ブロック層を除去することにより、前記第３金属層の表面を露出させる工程と、
    前記第２マスク層を除去する工程とをさらに備える、請求項５に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
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