JP3622045B2

JP3622045B2 - 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法

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Publication number: JP3622045B2
Application number: JP00824498A
Authority: JP
Inventors: 慎一長濱; 友弥柳本; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11204882A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体（Ｉｎ_ａＡｌ_ｂＧａ_{１−ａ−ｂ}Ｎ、０≦ａ、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）よりなるレーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我々は窒化物半導体基板の上に、活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した（ＩＣＮＳ’９７予稿集，Ｏｃｔｏｂｅｒ２７−３１，１９９７，Ｐ４４４−４４６、及びＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３６（１９９７）ｐｐ．Ｌ１５６８−１５７１、Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１２Ａ，１Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９７）。基本的な構造としてはサファイア基板上に、部分的に形成されたＳｉＯ_２膜を介して選択成長されたｎ−ＧａＮよりなる窒化物半導体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層が複数積層されてなる。（詳細はＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ参照）
【０００３】
図４はそのレーザ素子の構造を示す模式断面図である。このレーザ素子はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮよりなるＭＱＷ（多重量子井戸構造）の活性層の上に、ｐ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなるキャップ層、ｐ−ＧａＮよりなるガイド層、ｐ−Ａｌ_０．１４Ｇａ_０．８６Ｎよりなるクラッド層、ｐ−ＧａＮよりなるコンタクト層が順に積層され、前記クラッド層を含む層から上の層にリッジストライプが形成されている。リッジストライプの両側面にはＳｉＯ_２よりなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜を介して、コンタクト層の表面にｐ電極が形成された構造を有している。
【０００４】
一般にクラッド層から上に形成されたリッジストライプのストライプ幅は非常に狭く調整される。ストライプ幅が広くなると水平横モードがマルチモードになりやすいからである。従来、このようなストライプ幅の狭いコンタクト層の表面に電極を設けるのは、非常に細かいフォトマスク合わせ技術を必要とするため、工業的には難しい手法である。
【０００５】
また、リッジストライプは、窒化物半導体のエッチングによって形成されるため、窒化物半導体のエッチング面に、エッチピットと呼ばれる微細な孔が発生する可能性がある。クラッド層、コンタクト層に連続した電極を設けると、仮にクラッド層にそのエッチピットが発生していると、電流がその孔を介してｎ電極とショートしやすくなり、レーザ素子の信頼性が低下する恐れがある。
【０００６】
また他の技術として、我々は特開平９−４２６６５１号公報において、リッジ側面に、クラッド層よりも屈折率の小さい窒化物半導体よりなる埋め込み層を形成することを提案した。しかしこの技術では、埋め込み層の上に新たにＧａＮよりなるコンタクト層を成長させる必要がある。埋め込み層は単一層でＡｌ混晶比の大きい層であるために、結晶性がＧａＮに比較して悪い。そのためこの埋め込み層の上にＧａＮよりなるコンタクト層を成長しても結晶性があまり良くならないために、電極とのオーミック接触が悪くなって、閾値電圧が上昇する傾向にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的とするところは、クラッド層から上の層にリッジが設けられてなるレーザ素子において、クラッド層表面にピットが存在してもショートせず、しかもリッジ最表面にあるコンタクト層と安定してオーミックコンタクトが得られるレーザ素子とその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、少なくともクラッド層と、コンタクト層とを順に有し、前記クラッド層を含む層から上の層にリッジストライプが形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、前記クラッド層はＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層を有し、一方、リッジストライプの両側面には、クラッド層よりも薄い膜厚で第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を含む電流阻止層が形成されており、前記電流阻止層及び前記コンタクト層とに渡って連続した電極が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明のレーザ素子において、前記電流阻止層はＡｌを含む第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する多層膜を有し、前記クラッド層のＡｌの平均組成より多層膜のＡｌの平均組成が大きいことを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記クラッド層及びコンタクト層は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストライプ状に有するＧａＮよりなる基板上に、複数の窒化物半導体層を介して成長されており、前記リッジストライプは、そのＧａＮ基板の結晶欠陥の少ない領域に対応する位置にストライプ状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のレーザ素子の製造方法は、少なくともＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層を有するクラッド層の上に、同じく第１導電型の窒化物半導体層を有するコンタクト層を備えたウェーハの、そのコンタクト層の表面に、ストライプ状の保護膜を形成する第１の工程と、第１の工程後、前記コンタクト層側からエッチングを行い、前記クラッド層及びコンタクト層に前記保護膜の形状と対応したリッジストライプを形成する第２の工程と、第２の工程後、前記保護膜が形成された状態でリッジストライプの側面に、クラッド層よりも薄い膜厚で、第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する電流阻止層を形成する第３の工程とを具備することを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明の製造方法において、第３の工程後、前記コンタクト層及び埋め込み層とに渡って連続した電極を形成する第４の工程とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の製造方法において、前記クラッド層及びコンタクト層は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストライプ状に有するＧａＮよりなる基板上に複数の窒化物半導体層を介して成長されており、前記保護膜を、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板に対応したコンタクト層の表面にストライプ状に形成することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のレーザ素子において、クラッド層を構成するＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層は、ｐ型Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）層を含む超格子層とすることが望ましい。なお２種類の窒化物半導体を積層した超格子とする場合、ＡｌＧａＮはいずれか一方の層に成長してあれば良く、両方ともＡｌＧａＮとする必要はない。具体的には、一方がＡｌＧａＮ層、もう一方がＩｎＧａＮ若しくはＧａＮ層を交互に積層した超格子とすると、結晶性が良くＡｌ平均組成の大きいクラッド層を厚膜で成長させることができる。超格子を構成する窒化物半導体層の膜厚は７０オングストローム以下、好ましくは５０オングストローム以下とすると、窒化物半導体の単一層が臨界限界膜厚以下となるので、Ａｌ混晶比の大きい窒化物半導体層が成長できる。また、クラッド層を超格子とすると、そのクラッド層全体の結晶性も良くなるために、リッジ形状にエッチングした後、そのクラッド層の表面に新たに電流阻止層を形成する際、ピット、クラックがほとんどない結晶性の良い電流阻止層が成長できる。
【００１５】
クラッド層の膜厚は、２．０μｍ以下にすることが望ましい。２．０μｍよりも厚くするとクラッド層の抵抗値が高くなって閾値が上昇する。好ましい膜厚は１．５μｍ以下、さらに好ましくは１．０μｍ以下である。下限については特に限定しないが、キャリア閉じ込めとしてのクラッド層として作用させるためには、５０オングストーム以上の膜厚があることが望ましい。クラッド層を超格子とした場合には、Ａｌ平均組成としては５０％以下が望ましい。例えば、クラッド層全体の厚さを２．０μｍ以下として、かつそのクラッド層に含まれる３族元素に対するＡｌ平均組成（％）と、ｐ側クラッド層全体の厚さ（μｍ）との積が４．４以上となるように構成すると、光閉じ込めが良く、抵抗値も小さいクラッド層が形成できる。
【００１６】
一方、電流阻止層を形成する第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層は、ｎ型若しくはｉ型（ｉｎｓｕｌａｔｅｒ）のＡｌ_ＹＧａ_１−ＹＮ（０≦Ｙ＜１、但しＸ＜Ｙ）を含む層とすることが望ましく、クラッド層のように超格子層とすることもできる。さらに、クラッド層よりもＡｌ平均組成の大きい層とすると、電流阻止層の屈折率が小さくなるので、リッジ下部に導波路を形成して、水平横モードがシングルモードのレーザ光を得ることができる。
【００１７】
さらに、電流阻止層の膜厚はクラッド層の膜厚よりも薄くする必要がある。この層の膜厚を厚くすると、コンタクト層の上に形成した保護膜の上に電流阻止層が成長してしまうため、保護膜を後で除去することが難しくなる。また電流阻止層のＡｌ平均組成をクラッド層よりも大きくした場合、Ａｌ量が多い窒化物半導体は少ないものに比較して、その結晶欠陥が多い傾向にある。従って、Ａｌ混晶比の大きい電流阻止祖を厚く成長させると、結晶中にクラックが入りやすくなり、ピットが発生しやすくなる傾向にある。従って電流阻止層の好ましい膜厚としては１μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下、最も好ましくは０．５μｍ以下に調整する。
【００１８】
なお、リッジのストライプ幅は３０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下に調整する。３０μｍよりも太いとレーザ光の水平横モードがマルチモードとなりやすい傾向にある。下限は特に限定しないが通常０．５μｍ以上にする。
【００１９】
さらに、本発明のレーザ素子では電流阻止層と、コンタクト層とに渡って連続した電極が形成されている。特開平９−４２６６５１号では電流阻止層の上に後からコンタクト層が成長されているために、リッジの最上部に結晶性の良いコンタクト層が成長できなかったが、本発明のレーザ素子では、リッジ形成時に既にコンタクト層が成長されており、後から電流阻止層が形成されるため、コンタクト層の結晶性が変わらない。従って、ｐ電極に対して常に安定したオーミック接触が得られる。
【００２０】
また本発明の請求項２では、前記電流阻止層はＡｌを含む第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する多層膜を有し、前記クラッド層のＡｌの平均組成より多層膜のＡｌの平均組成が大きいことを特徴としている。これは先にも述べたように、電流阻止層のＡｌ組成を大きくすることによって、その屈折率が、クラッド層の屈折率よりも小さくなり、リッジ下部に光を集中させて導波路領域を作製することができる。Ａｌ組成がクラッド層よりも小さいと埋め込み層の方の屈折率が大きくなるため、水平横方向の屈折率差が小さくなり、リッジの効果が得られにくくなる傾向にある。また多層膜、好ましくは超格子とすることによって、Ａｌ組成の大きい層を成長できる。なお、電流阻止層はクラッド層と異なり、その上にコンタクト層のような層を成長させないため、少々結晶性は悪くても良いので、特に膜厚の薄い窒化物半導体を積層した超格子としなくても、例えば数百オングストロームの窒化物半導体を積層した多層膜としても良い。
【００２１】
本発明において、クラッド層、埋め込み層を多層膜、または超格子とする場合、その層のＡｌの平均組成は次のように求めるものとする。例えば２５オングストロームのＡｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎと、２５オングストームのＧａＮとを２００ペア（１．０μｍ）積層した超格子の場合、１ペアが５０オングストローム、Ａｌを含む層のＡｌ混晶比が０．５であるため、０．５（２５／５０）＝０．２５となり、超格子における３族元素に対するＡｌ平均組成は２５％である。一方、膜厚が異なる場合、Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５Ｎを４０オングストロームと、ＧａＮを２０オングストロームとで積層した場合、膜厚の加重平均を行い、０．５（４０／６０）＝０．３３となり、Ａｌ平均組成は３３．３％とする。即ちＡｌを含む窒化物半導体層のＡｌ混晶比を、その窒化物半導体層が超格子１ペアの膜厚に占める割合に乗じたものを本発明におけるＡｌ平均組成とする。またＡｌを両方含む場合も同様であり、例えばＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ２０オングストローム、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ３０オングストロームの場合も、０．１（２０／５０）＋０．２（３０／５０）＝０．１６、即ち１６％をＡｌ平均組成とする。なお以上の例はＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮについて説明したが、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮについても同じ算出方法を適用するものとする。従って、クラッド層、埋め込み層を成長させる場合には、以上の算出方法に基づいて成長方法を設計できる。また、Ａｌ平均組成は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）、オージェ等の分析装置を用いても検出できる。
【００２２】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式断面図であり、図２は、図１のレーザ素子の活性層から上の層を拡大して示す斜視図、図３は本発明の製造方法の第１〜第４の各工程において得られるウェーハの構造を部分的に示す模式断面図である。これらの図において、同一符号は同一部材を示している。これらの図を元に本発明の実施例を以下詳説する。
【００２３】
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板１の上に、ＭＯＶＰＥ法を用い、５００℃で、ＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層２を２μｍの膜厚で成長させる。この下地層２は保護膜を部分的に表面に形成して、次に窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として作用する。下地層２はＡｌ混晶比Ｘ値が０．５以下のＡｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０≦Ｘ≦０．５）を成長させることが望ましい。０．５を超えると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラックが入りやすくなってしまうため、結晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。基板はサファイアの他、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、ＧａＡｓ等、窒化物半導体を成長させるために知られている、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板を用いることができる。
【００２４】
下地層２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この下地層２の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ_２よりなる第１の保護膜３を１μｍの膜厚で形成する。なおストライプ状の保護膜を形成する際、窓部よりも保護膜の面積を大きくする方が、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板４が成長しやすい。第１の保護膜３の材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_Ｘ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ）、酸化チタン（ＴｉＯ_Ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_Ｘ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有している。
【００２５】
第１の保護膜３形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、アンドープＧａＮよりなるＧａＮよりなるＧａＮ基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。このように異種基板の上に成長させた窒化物半導体よりなる下地層の上に、ストライプ状の保護膜を形成し、その保護膜の窓部から保護膜上部に横方向に窒化物半導体を成長させると、基板となるような結晶欠陥の少ない半導体層が得られる。ＧａＮ基板４はこの他ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いて成長させることもできる。ＧａＮ基板はＩｎ、Ａｌを含まないアンドープのＧａＮを成長させることが結晶欠陥が最も少なくなるので最も好ましい。以上のようにして成長したＧａＮ基板は保護膜のストライプ形状に対応して、ストライプ状に結晶欠陥の多い位置と、少ない位置とを有している。
【００２６】
次に、ＧａＮ基板４の上にＳｉを３×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層５を５μｍの膜厚で成長させる。このｎ側コンタクト層はｎ電極を形成するためのコンタクト層として作用する。
【００２７】
次に、温度を８００℃にしてＩｎ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎよりなるクラック防止層６を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００２８】
続いて、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの層を交互に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側クラッド層７を成長させる。なおｎ側クラッド層に、バンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体を積層した超格子を作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと閾値が低下しやすい傾向にある。
【００２９】
続いて、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。
【００３０】
次に、温度を８００℃にして、アンドープＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。次に同一温度で、アンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。井戸層と障壁層とを順に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚４４０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層９を成長させる。活性層は本実施例のようにアンドープでもよいし、またｎ型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしても良い。不純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。
【００３１】
次に、温度を１０５０℃で、ｐ側光ガイド層１１よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ側キャップ層１０を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は０．１μｍ以下の膜厚で形成することにより素子の出力が向上する傾向にある。膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
【００３２】
続いて、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１１を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層８と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。
【００３３】
続いて、１０５０℃でＭｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、これらの層を交互に積層して総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１２を成長させる。このｐ側クラッド層はＡｌの平均組成が８％であるので、膜厚との積は４．８である。なお、ｐ側クラッド層も少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと閾値が低下しやすい傾向にある。
【００３４】
次に１０５０℃で、ｐ側クラッド層１２の上に、Ｍｇを２×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１３を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１３はｐ型のＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。
【００３５】
最後に、窒化物半導体を積層成長させたウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層をさらに低抵抗化させる。
【００３６】
（第１の工程）
以上のようにして、窒化物半導体を積層したウェーハを反応容器から取り出し、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ装置を用いて、最上層のｐ側コンタクト層１３の表面に、２μｍのストライプ幅を有するＳｉＯ_２よりなる第２の保護膜３０を１μｍの膜厚で形成する。なお先にＧａＮ基板４を成長した時に、第１の保護膜をストライプ状に形成してあるため、ＧａＮ基板の表面には表面に現れた結晶欠陥もストライプ状に現れやすい傾向にある。このため第２の保護膜を形成する際は、ＧａＮ基板表面の結晶欠陥の少ないところ（例えば１×１０^８個／ｃｍ^２以下、好ましくは１×１０^７個／ｃｍ^２以下）の上部にあるｐ側コンタクト層１３の表面に対応した位置にストライプ状に形成すると、ＧａＮ基板の結晶欠陥が活性層に転位しにくくなるためレーザ素子の寿命が向上する。
【００３７】
（第２の工程）
次にウェーハをＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に移し、図３（ｂ）に示すようにｐ側コンタクト層１３と、ｐ側クラッド層１２の一部とをエッチングして、第２の保護膜の形状に対応したリッジストライプを形成する。このエッチングにより露出したクラッド層の表面にピットが発生する可能性があるが、後で電流阻止層で埋めることができる。
【００３８】
（第３の工程）
リッジストライプ形成後、保護膜をつけたまま、再度ウェーハを反応容器内に移し、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたｎ型Ａｌ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎ層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＳｉを同量ドープしたＧａＮ層を５０オングストロームの膜厚で成長させ、これらを交互に積層して総膜厚０．５μｍの超格子よりなる電流阻止層１４を形成する。このようにｐ型コンタクト層１３がリッジに残ったまま、そのリッジ側面に電流阻止層１４を形成すると、リッジ形成後にコンタクト層を成長させるのと異なり、コンタクト層の膜質が安定しているので、電極と安定してオーミックが得られる。
【００３９】
電流阻止層１４成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第２の保護膜３０をフッ酸で除去した後、最上層の窒化物半導体層に所定の形状の保護膜を形成し、図１に示すように、ｎ側コンタクト層５の表面が露出するまでエッチングする。
【００４０】
（第４の工程）
エッチング終了後、保護膜を除去し、図３（ｄ）に示すように、電流阻止層１４及びｐ側コンタクト層１３の表面に渡って連続したＮｉ／Ａｕよりなるオーミック用のｐ電極を形成する。このｐ電極は大面積で形成できるため、ボンディングを行うのに容易となる。
【００４１】
一方、先ほど露出させたｎ側コンタクト層の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるオーミック用のｎ電極２１を形成する。
【００４２】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザ素子とする。なおサファイア基板を研磨する際に、第１の保護膜３まで研磨して除去し、ＧａＮ基板４を露出させても良い。ＧａＮ基板４を露出させる際、ＧａＮ基板の成長膜厚を８０μｍ以上に調整しないと、研磨中にウェーハが細かく割れてしまい、素子作成が難しくなる傾向にある。またＧａＮ基板を８０μｍ以上成長させた後、サファイア基板１、下地層２、第１の保護膜３を除去し、ＧａＮ基板のみとして、そのＧａＮ基板の上に前記ｎ側コンタクト層５から上の層を積層することもできる。
【００４３】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、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、室温において連続発振を示し、単レーザ光のＦＦＰは単一で、その形状も楕円形で形の良いものが得られていた。また、レーザ素子の特性に関しても、同一ウェーハから１００個無作為に抽出したところ、発振閾値、出力とも全てがほぼ同一の特性を示し、連続で１０００時間発振させても電極間でショートしたものはなかった。
【００４４】
［実施例２］
実施例１の電流阻止層１４を形成する工程において、１０５０℃で、Ｚｎを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープした半絶縁性のｉ型Ａｌ_０．２０Ｇａ_０．８０Ｎ層を０．１μｍと、Ｓｉを１×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたｎ型ＧａＮ層を０．１μｍ交互に成長させて総膜厚０．４μｍの多層膜とする他は同様にしてレーザ素子を得たところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子が得られた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ素子はリッジ側面に電流阻止層が形成されているため、エッチングによりクラッド層の表面にピットが発生していても、電流阻止層がそのピットを埋めてしまうため、電極間のショートがない。また、本発明の製造方法によると、リッジを形成してから、その狭い領域のストライプ幅に、マスクを利用して他の窒化物半導体層、あるいは電極等を形成する工程がないので、細かい作業も必要とせず、工業的にも非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式断面図。
【図２】図１のレーザ素子の活性層から上の一部の構造を拡大して示す斜視図。
【図３】本発明の製造方法の第１〜第４のそれぞれの工程を順に説明するためのガイド層から上の構造を部分的に示す模式断面図。
【図４】従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。
【符号の説明】
１・・・サファイア基板
２・・・下地層
３・・・第１の保護膜
４・・・ＧａＮ基板
５・・・ｎ側コンタクト層
６・・・クラック防止層
７・・・ｎ側クラッド層
８・・・ｎ側光ガイド層
９・・・活性層
１０・・・ｐ側キャップ層
１１・・・ｐ側光ガイド層
１２・・・ｐ側クラッド層
１３・・・ｐ側コンタクト層
１４・・・電流阻止層
２０・・・ｐ電極
２１・・・ｎ電極

Claims

少なくともクラッド層と、コンタクト層とを順に有し、前記クラッド層と前記コンタクト層とを含む層から上の層にリッジストライプが形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、前記クラッド層はＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層を有し、一方、リッジストライプの両側面には、クラッド層よりも薄い膜厚で、第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を含む超格子層からなる電流阻止層が形成されており、前記電流阻止層から前記コンタクト層に渡って連続した電極が形成されてなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
前記電流阻止層はＡｌを含む第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する超格子層からなり、前記クラッド層のＡｌの平均組成より多層膜のＡｌの平均組成が大きい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素子。
前記クラッド層及びコンタクト層は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストライプ状に有するＧａＮよりなる基板上に、複数の窒化物半導体層を介して成長されており、前記リッジストライプは、そのＧａＮ基板の結晶欠陥の少ない領域に対応する位置にストライプ状に形成されてい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素子。
少なくともＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層を有するクラッド層の上に、同じく第１導電型の窒化物半導体層を有するコンタクト層を備えたウェーハの、そのコンタクト層の表面に、ストライプ状の保護膜を形成する第１の工程と、第１の工程後、前記コンタクト層側からエッチングを行い、前記クラッド層及びコンタクト層に前記保護膜の形状と対応したリッジストライプを形成する第２の工程と、第２の工程後、前記保護膜が形成された状態でリッジストライプの側面に、クラッド層よりも薄い膜厚で、第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する超格子層からなる電流阻止層を形成する第３の工程と、第３の工程後、前記コンタクト層から電流阻止層に渡って連続した電極を形成する第４の工程とを具備することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
前記クラッド層及びコンタクト層は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストライプ状に有するＧａＮよりなる基板上に複数の窒化物半導体層を介して成長されており、前記保護膜を、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板に対応したコンタクト層の表面にストライプ状に形成することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。