JP3693142B2 - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｌＮ系化合物半導体は、直接遷移型のワイドギャップ半導体であり、青色の半導体レーザの材料として研究開発が進められている。図７は特開平７−２５４７３３号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す図である。この半導体発光素子は、絶縁性基板１上に、ｎ型ＧａＮ層２と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３と、ＩｎＧａＮ活性層４と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５と、ｐ型ＧａＮコンタクト層６とが順に積層された構造となっている。ｎ型ＧａＮ層２は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ＩｎＧａＮ活性層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３がエッチングされて、電極を形成するのに必要な面積が露出されている。それぞれの導電型のコンタクト層にはオーミック接触が得られるような電極が形成されている。ｐ電極はＮｉ−Ａｕからなり、ｎ電極７はＴｉ−Ａｕからなっている。８はボールボンディングのボールであり、９は金ワイヤーとなっている。
【０００３】
図７において、ｎ電極７はＴｉを１００ÅとＡｕを０．５μｍの膜厚で蒸着し、その後窒素雰囲気中６００℃で５分間アニーリングして形成している。これにより、ｎ電極７はオーミック接触が得られ、またｎ電極７にボールボンディングしたときに、ｎ電極７とボール８が剥離することを防止している。
【０００４】
また、図８は特開平８−６４８７１号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のｐ電極を拡大して示す図である。この発光素子は、ｐ型ＧａＮ層１１表面に、ｐ電極１３が形成されている。ｐ電極１３は、ＭｇまたはＭｇを含む合金の上に、さらにＡｕが積層された少なくとも２層構造となっている。Ｍｇの表面にＡｕを積層した構造にすることによってＭｇが酸化により変質するのを防止する作用があると共に、ｐ電極１３をワイヤーボンディングで接続した際に、ボール１２とｐ電極１３との接着性を高めて、金ワイヤーが電極から剥がれるのを防止している。
【０００５】
また、図９は特開平７−１７６８２６号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す図である。この半導体発光素子は、サファイア基板１４上にＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮバッファ層１５を２００Å成長させ、次いで、バッファ層１５上に、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層１６を４μｍの膜厚に形成し、その上に、ストライプ状導波路として、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７を０．２μｍの膜厚に形成し、Ｓｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層１８を２００Åの膜厚に形成し、さらに、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９を０．２μｍの膜厚に形成し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層２０を０．５μｍの膜厚に形成する。
【０００６】
次いで、最上層のＭｇドープｐ型ＧａＮ層２０上に所望の形状のマスクを形成し、ｎ型ＧａＮ層１６が露出するまでエッチングしてストライプ幅５０μｍ以下の導波路を得る。エッチング終了後、マスクを剥離し、６００℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコンタクト層２０およびＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層１９を低抵抗化させる。アニーリング後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にＮｉ／Ａｕを蒸着してｐ電極２１を形成し、続いてｎ型ＧａＮコンタクト層１６上にＡｌを蒸着してｎ電極２２を形成する。
【０００７】
図９の構造では、導波路のストライプ幅を５０μｍ以下と狭くすることにより、電流注入領域を狭窄している。また、ｐ型半導体層中の水素が導波路側面から放出されやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ層２０およびｐ型ＡｌＧａＮ層１９を得ることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、半導体レーザにおいては、閾電流を低減するために電流注入幅を狭くする必要がある。図９に示した従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子においては導波路幅を５０μｍ以下としているが、より低閾電流で動作されるには、電流注入幅は２０μｍ以下とすることが望ましい。
【０００９】
この半導体レーザを駆動回路と電気的に接続する方法としては、図７，図８に示したように、ｐ電極およびｎ電極からそれぞれワイヤーボンディングによってＡｕワイヤーを引き出す方法が用いられる。しかし、ｐ電極幅が２０μｍ以下と狭くなってしまうと、図８に示すようにｐ電極の上に直接ボールを形成してワイヤーボンディングを行うことは困難となる。
【００１０】
そこで、幅２０μｍ以下のストライプ状の窓領域を除いてＳｉＯ2等の絶縁膜で積層構造表面を被覆して狭い電流注入領域を形成し、ｐ電極をｐ型ＧａＮコンタクト層と上記絶縁膜の上に形成する方法が用いられる。そしてＡｕワイヤーをストライプ領域に隣接した位置にある絶縁膜上のボンディング領域にボンディングさせる。しかし、この場合には、絶縁膜上に形成されたＮｉ／Ａｕ等のｐ電極は密着力が弱く、ボンディング時に絶縁膜上のｐ電極が剥がれてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、窒化ガリウム系化合物の半導体レーザ装置において、ボンディング時に電極剥がれが生じない電極構造をより簡便に形成することの可能な半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１，請求項６記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２，請求項７記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、ｐ側オーミック電極からｎ側オーミック電極方向に傾いた斜め方向から蒸着することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３，請求項８記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対し垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向から蒸着することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４，請求項９記載の発明は、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にストライプ形状のｐ側オーミック電極およびドライエッチング用メタルマスクを形成し、上記ドライエッチング用メタルマスクを用いてＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す図である。図１の半導体レーザ装置は、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成することで、作製されるようになっている。
【００１８】
具体例として、図１の半導体レーザ装置は、サファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が順に積層されており、また、絶縁膜１０８がＳｉＯ2絶縁膜として形成され、ｐ側オーミック電極１０９がＮｉ／Ａｕで形成され、ｎ側オーミック電極１１０がＴｉ／Ａｌ／Ａｕで形成され、ｐ側ボンディング用配線電極がＴｉ／Ａｌ／Ａｕで形成されている。また、図１において、ｐ側ボンディング用配線電極１１１およびｎ側オーミック電極１１０上には、Ａｕワイヤー１１２がワイヤーボンディングにより形成されている。なお、上記スラッシュ“／”は、下地の層に対して、最初に、スラッシュ“／”の左側の材料を蒸着し、次いで、スラッシュ“／”の右側の材料を蒸着することを意味している。例えば、Ｎｉ／Ａｕは、下地の層に対して最初にＮｉを蒸着し、次にＮｉの上にＡｕを重ねて蒸着することを意味している。
【００１９】
図１の半導体レーザ装置では、図示していない駆動回路からＡｕワイヤー１１２を通してｐ側オーミック電極１１１とｎ側オーミック電極１１０に電流が通電される。電流はＳｉＯ2絶縁膜１０８によって幅１０μｍのストライプ状領域に制限されてＧａＮ系半導体積層構造に注入される。注入されたキャリアはＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５で発光再結合して波長約４００ｎｍの光を発し、素子の両端面の反射鏡で共振して図１中の矢印の方向Ｒにレーザ光が出射される。
【００２０】
一般に、ＳｉＯ2等の絶縁性酸化膜１０８上に形成されたＴｉまたはＡｌは、絶縁性酸化膜１０８との界面に酸化物層を形成するため、絶縁性酸化膜１０８とＴｉまたはＡｌとの接着力が非常に強くなる。従って、ＴｉまたはＡｌは絶縁性酸化膜と電極金属との密着層としての働きをする。一方、ＴｉまたはＡｌをｐ型ＧａＮ層上に直接形成した場合には、接触抵抗が高くなり、良好なオーミック接触が得られなくなる。そこで図１の半導体レーザ装置では、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に、Ｎｉ／Ａｕ等のｐ側オーミック電極１０９を形成し、さらにｐ側オーミック電極１０９および絶縁膜１０８上にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる配線電極を形成している。これにより、ｐ側電極１０９について良好なオーミック接触が得られ、かつｐ側電極１０９のボンディングを絶縁膜１０８上の配線電極上に行っても、絶縁膜１０８から電極金属が剥がれることが防止できる。
【００２１】
また、Ｔｉ，Ａｌはｎ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触が得られることが知られており、ｎ側オーミック電極として使用することもできる。そこで、図１の半導体レーザ装置では、ｎ側オーミック電極１１０の形成をｐ側ボンディング用配線電極１１１と同じ金属材料でｐ側ボンディング用配線電極１１１の形成と同時に行なっている。従って、半導体レーザ素子の製造工程において、電極蒸着工程はｐ側オーミック電極の蒸着工程とｎ側オーミック電極およびｐ側ボンディング用配線電極の蒸着工程の２回で行うことができ、従来の半導体レーザの製造方法と比較して蒸着工程が増加することがない。
【００２２】
ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の電極材料としては、例えばＡｌ，Ｔｉ／Ａｌ，Ｔｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ等が用いられる。特にＴｉ／Ａｌ／Ａｕは、ｎ側オーミック電極として低い接触抵抗が得られ、また表面がＡｕなのでＡｕワイヤー１１２の接着強度が強くなり好ましい。
【００２３】
図２は、図１の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。図２の工程例では、まず、図２(ａ)に示すように、絶縁性のサファイヤ基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順にエピタキシャル成長させる。結晶成長方法としては有機金属気相成長法を用いた。
【００２４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして、ｎ側コンタクト領域を形成する(図２(ｂ))。その後、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８を堆積させる(図２(ｃ))。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のＳｉＯ2絶縁膜１０８およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０１，２０２を形成する(図２(ｄ))。ここで、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のストライプ窓２０１の幅は１０μｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のストライプ窓２０２の幅は５０μｍとした。そして、ストライプ窓２０１にＮｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９を蒸着し、リフトオフ技術を用いてパターンを形成する(図２(ｅ))。
【００２５】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を形成する(図２(ｆ))。このとき、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１は同じ材料からなっており、同時に蒸着して形成する。それぞれの電極の分離はリフトオフ技術を用いて行った。これにより、図１の半導体レーザ装置を作製できる。
【００２６】
このような半導体レーザ装置においては、ＳｉＯ2絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９が形成されており、さらにｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるボンディング用配線電極１１１が形成されており、Ｎｉ／Ａｕはｐ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触を得ることができる。そしてＮｉ／Ａｕ電極１０９と電気的に接続されたＳｉＯ2絶縁膜１０８上のＴｉ(ボンディング用配線電極１１１)は、ＳｉＯ2絶縁膜１０８との界面においては酸化チタンとして形成されて、ＳｉＯ2絶縁膜１０８とＴｉ(ボンディング用配線電極１１１)との接着力が非常に強くなる。従って、ＴｉはＳｉＯ2絶縁膜１０８と電極金属との密着層としての働きをする。これにより、ＳｉＯ2絶縁膜１０８上の配線電極１１１にワイヤーボンディングを行ったときに、ＳｉＯ2絶縁膜から配線電極１１１が剥がれるのを防止できる。そして、配線電極１１１表面はＡｕになっており、Ａｕワイヤー１１２との接着強度が強くなっている。よって、ワイヤーボンディング時にボールが配線電極から剥がれにくくなっている。
【００２７】
また、Ｔｉ／Ａｌはｎ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触が得られ、接触抵抗が低い材料系である。そこで、ｎ側オーミック電極１１０の形成をｐ側ボンディング用配線電極１１１と同じＴｉ／Ａｌ／Ａｕで同時に形成している。従って、半導体レーザ素子の製造工程において、電極蒸着工程はｐ側オーミック電極１０９の蒸着工程とｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の蒸着工程との２回で行うことができ、従来の半導体レーザの製造方法と比較して蒸着工程が増加することがない。
【００２８】
図３は本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。なお、図３において、図１と対応する箇所には同じ符号を付している。図３の半導体レーザ装置は、第１の作製方法として、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを同時に形成するときに、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着することで、作製されるようになっている。
【００２９】
この第１の作製方法で作製される半導体レーザ装置は、図１の半導体レーザ装置に対し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでほぼ垂直にエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用の配線電極１１１を形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極をｐ側オーミック電極からｎ側オーミック電極方向に傾いた斜め方向から蒸着している点で異なり、そのため、レジストマスクを形成せずに全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着しても、蒸着方向と反対側のメサ側面には電極が蒸着されなくなる。これにより、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００３０】
あるいは、図３の半導体レーザ装置は、第２の作製方法として、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで、基板に対し垂直方向から所定角度(θ)で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向(ドライエッチングの傾き方向と垂直方向に対して反対側に傾いた方向(φ))から蒸着することで、作製されるようになっている。
【００３１】
この第２の作製方法で作製される半導体レーザ装置は、図１の半導体レーザ装置に対し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで、基板に対し垂直方向から所定角度(θ)で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用の配線電極１１１を形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向(φ)から蒸着している点で異なっている。この場合も、前記第１の製造方法と同様に、レジストマスクを形成せずに全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着したときに、逆テーパ状にドライエッチングされたメサ側面でｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００３２】
なお、図３の半導体レーザ装置では、例えば第２の作製方法によってこれを作製する場合、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を形成するドライエッチングのときに、エッチング側面が基板に対して垂直の方向から角度θ＝約１０度で傾くようにエッチングしており、またｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１を蒸着するときに、基板に対して垂直の方向から角度φ＝約３０度で傾いた方向から蒸着している。なお、角度θとφは、上記の角度に限定されるものではなく、メサ側面で電極が切断されてｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離されていればよい。従って、ドライエッチングを基板に対して垂直に行なってθ＝０度とした場合でも、電極蒸着する傾き角度φを例えば４５度と大きくとることによって実現することができる。また、エッチング側面の角度θを例えば４５度と大きく設定した場合には、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の蒸着を基板に対して垂直の方向(φ＝０度)から行っても電極を分離することが可能である。
【００３３】
図４は、図３の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。なお、図４の工程例は、第２の作製方法により作製されるものとしている。図４の工程例では、まず、図４(ａ)に示すように、絶縁性のサファイヤ基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長させる。
【００３４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を同時に形成する(図４(ｂ))。ここで、エッチングは反応性イオンビームエッチング法を用いており、基板をイオンビームに垂直方向から所定角度θで傾けて保持することにより、エッチング側面が基板に対して垂直方向から角度θで傾いた形状でエッチングされる。図４の例では、この傾き角度θは約１０度とした。次に、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８をプラズマＣＶＤ法で堆積させる(図４(ｃ))。プラズマＣＶＤ法を用いることによって、角度θで斜めにエッチングされた側面もＳｉＯ2絶縁膜１０８で被覆される。そして、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のＳｉＯ2絶縁膜１０８およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０１，２０２を形成する(図４(ｄ))。次に、ストライプ窓２０１にＮｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９を蒸着し、リフトオフ技術を用いてパターン形成する(図４(ｅ))。
【００３５】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を同時に形成する(図４(ｆ))。このとき、基板をドライエッチング時と逆方向に傾けて、基板に対して垂直方向からφ＝約３０度の方向で蒸着を行った。これにより、蒸着方向と反対側のメサ側面は影になって電極が蒸着されなくなるため、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離される。従って、リフトオフ工程を使わずに蒸着だけで電極配線パターンを形成することができるため、図２に示した製造工程と比較して製造が容易となる。
【００３６】
図５は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。なお、図５において、図３と対応する箇所には同じ符号を付している。
【００３７】
図５の半導体レーザ装置は、図３に示した半導体レーザ装置(第１あるいは第２の作製方法で作製される半導体装置)に対し、積層構造の表面(ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面)からＩｎＧａＮ活性層(ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層)１０５の上までエッチングしてリッジストライプ構造５０１を形成している点で、図３に示した半導体レーザ装置と相違している。ここで、リッジストライプ構造５０１のリッジの幅は３μｍと狭くなっており、このリッジストライプ構造５０１によって、ｐ側オーミック電極１０９から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層１０７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６中で横方向に広がることを抑制できる。従って、図３に示した半導体レーザ装置と比較して、より狭い幅で電流を活性層１０５に注入することが可能となり、閾電流を低減することが可能となる。
【００３８】
図５の半導体レーザ装置は、より具体的には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上にストライプ形状のｐ側オーミック電極およびドライエッチング用メタルマスクを形成し、ドライエッチング用メタルマスクを用いてＩｎＧａＮ活性層１０５の上までエッチングしてリッジ構造を形成することで、作製できる。
【００３９】
図６は、図５の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。図６の工程例では、先ず、図６(ａ)に示すように、絶縁性のサファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９とＣｒからなるエッチング用メタルマスク６０１を蒸着し、リフトオフ技術を用いて幅３μｍのストライプパターン形成する(図６(ｂ))。続いて、上記メタルマスク６０１を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５の上までエッチングして、リッジストライプ構造５０１を形成する(図６(ｃ))。次に、メタルマスク６０１を除去した後に、反応性イオンビームエッチング法を用いて、積層構造表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでドライエッチングして、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を形成する(図６(ｄ))。このとき、基板を垂直方向から所定角度傾けて保持することにより(基板をイオンビームに対して所定角度傾けて保持することにより)、エッチング側面が基板に対して垂直方向から約１０度傾いた形状でエッチングしている。次に、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８を堆積させ、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、リッジストライプ５０１上のＳｉＯ2絶縁膜１０８を除去し、また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０２を形成する(図６(ｅ))。
【００４１】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を同時に形成する(図６(ｆ))。このとき、基板をドライエッチング時と逆方向に傾けて、約３０度の方向から蒸着を行うことにより、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離される。
【００４２】
このように、図５の半導体レーザ装置の作製工程(図６の作製工程)は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで基板に垂直方向から傾いた斜め方向にドライエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成する図４の工程に加えて、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層１０５の上までエッチングしてリッジ構造５０１を形成する点で、図４の工程と異なっており、このようにして作製された図５の半導体レーザ装置は、リッジ構造５０１によって、ｐ側オーミック電極から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中で横方向に広がることを抑制し、より狭い幅で電流を活性層に注入することができる。これによって、半導体レーザの閾電流を低減することができる。
【００４３】
特に、図６の作製工程例では、ＩｎＧａＮ活性層１０５の上までドライエッチングしてリッジ構造５０１を形成するときのドライエッチング用メタルマスク６０１とｐ側オーミック電極１０９とをｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に蒸着して、ドライエッチング用メタルマスク６０１とｐ側オーミック電極１０９を同時にストライプパターンに形成しており、これにより、リッジ構造５０１のストライプとｐ側オーミック電極１０９のストライプを自己整合プロセスで形成できるため、リッジ構造のストライプ幅を５μｍ以下と狭くした場合でも(例えば３μｍと狭くても)、リッジ頂上部のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に形成されるｐ側オーミック電極１０９の位置ずれの発生を防止することができる。従って、リッジ構造５０１のストライプ幅をより狭く形成でき(狭いリッジストライプ構造５０１を安定して形成することが可能となり)、半導体レーザ素子の閾電流をより一層低減することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，請求項６記載の発明によれば、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層上にｐ側オーミック電極を形成し、さらにｐ側オーミック電極および絶縁膜上にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる配線電極を形成しているため、ｐ側電極のボンディングを絶縁膜上の配線電極上に行なうときに絶縁膜から電極金属が剥がれることを防止できる。また、ｎ側オーミック電極の形成をｐ側ボンディング用配線電極と同じ金属材料で同時に形成することができ、２回の電極蒸着工程で半導体レーザ装置を製造することができる。
【００４５】
また、請求項２，請求項７記載の発明によれば、ｎ側オーミック電極およびｐ側ボンディング用の配線電極を形成するときに、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着することによって、全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着しても、ｎ側オーミック電極とｐ側ボンディング用配線電極とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００４６】
また、請求項３，請求項８記載の発明によれば、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対して垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成することにより、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着したときに、逆テーパ状にドライエッチングされたメサ側面でｎ側オーミック電極とｐ側ボンディング用配線電極とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００４７】
また、請求項４，請求項９記載の発明によれば、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成しているため、ｐ側オーミック電極から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中で横方向に広がることを抑制し、半導体レーザの閾電流をより低減することができる。
【００４８】
また、請求項５記載の発明によれば、さらに、ＩｎＧａＮ活性層の上までドライエッチングしてリッジ構造を形成するときのドライエッチング用メタルマスクをｐ側オーミック電極の上に同時に形成することによって、リッジ構造のストライプ幅を５μｍ以下と狭くした場合でもリッジ頂上部のｐ型ＧａＮコンタクト層上に形成するｐ側オーミック電極の位置ずれの発生を防止することができる。従って、リッジストライプ幅をより狭く形成でき、半導体レーザ素子の閾電流をより一層低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。
【図４】図３の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。
【図６】図５の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図９】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ サファイア基板
１０２ バッファ層
１０３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５ ＩｎＧａＮ活性層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０８ ＳｉＯ2絶縁膜
１０９ ｐ側オーミック電極
１１０ ｎ側オーミック電極
１１２ Ａｕワイヤー
２０１ ｐ側コンタクト用ストライプ窓
２０２ ｎ側コンタクト用ストライプ窓
３０１ 電極分離溝
５０１ リッジストライプ
６０１ ドライエッチング用メタルマスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｌＮ系化合物半導体は、直接遷移型のワイドギャップ半導体であり、青色の半導体レーザの材料として研究開発が進められている。図７は特開平７−２５４７３３号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す図である。この半導体発光素子は、絶縁性基板１上に、ｎ型ＧａＮ層２と、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３と、ＩｎＧａＮ活性層４と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５と、ｐ型ＧａＮコンタクト層６とが順に積層された構造となっている。ｎ型ＧａＮ層２は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ＩｎＧａＮ活性層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３がエッチングされて、電極を形成するのに必要な面積が露出されている。それぞれの導電型のコンタクト層にはオーミック接触が得られるような電極が形成されている。ｐ電極はＮｉ−Ａｕからなり、ｎ電極７はＴｉ−Ａｕからなっている。８はボールボンディングのボールであり、９は金ワイヤーとなっている。
【０００３】
図７において、ｎ電極７はＴｉを１００ÅとＡｕを０．５μｍの膜厚で蒸着し、その後窒素雰囲気中６００℃で５分間アニーリングして形成している。これにより、ｎ電極７はオーミック接触が得られ、またｎ電極７にボールボンディングしたときに、ｎ電極７とボール８が剥離することを防止している。
【０００４】
また、図８は特開平８−６４８７１号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のｐ電極を拡大して示す図である。この発光素子は、ｐ型ＧａＮ層１１表面に、ｐ電極１３が形成されている。ｐ電極１３は、ＭｇまたはＭｇを含む合金の上に、さらにＡｕが積層された少なくとも２層構造となっている。Ｍｇの表面にＡｕを積層した構造にすることによってＭｇが酸化により変質するのを防止する作用があると共に、ｐ電極１３をワイヤーボンディングで接続した際に、ボール１２とｐ電極１３との接着性を高めて、金ワイヤーが電極から剥がれるのを防止している。
【０００５】
また、図９は特開平７−１７６８２６号に示されている従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を示す図である。この半導体発光素子は、サファイア基板１４上にＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮバッファ層１５を２００Å成長させ、次いで、バッファ層１５上に、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層１６を４μｍの膜厚に形成し、その上に、ストライプ状導波路として、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７を０．２μｍの膜厚に形成し、Ｓｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層１８を２００Åの膜厚に形成し、さらに、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９を０．２μｍの膜厚に形成し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層２０を０．５μｍの膜厚に形成する。
【０００６】
次いで、最上層のＭｇドープｐ型ＧａＮ層２０上に所望の形状のマスクを形成し、ｎ型ＧａＮ層１６が露出するまでエッチングしてストライプ幅５０μｍ以下の導波路を得る。エッチング終了後、マスクを剥離し、６００℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコンタクト層２０およびＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層１９を低抵抗化させる。アニーリング後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にＮｉ／Ａｕを蒸着してｐ電極２１を形成し、続いてｎ型ＧａＮコンタクト層１６上にＡｌを蒸着してｎ電極２２を形成する。
【０００７】
図９の構造では、導波路のストライプ幅を５０μｍ以下と狭くすることにより、電流注入領域を狭窄している。また、ｐ型半導体層中の水素が導波路側面から放出されやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ層２０およびｐ型ＡｌＧａＮ層１９を得ることが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、半導体レーザにおいては、閾電流を低減するために電流注入幅を狭くする必要がある。図９に示した従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子においては導波路幅を５０μｍ以下としているが、より低閾電流で動作されるには、電流注入幅は２０μｍ以下とすることが望ましい。
【０００９】
この半導体レーザを駆動回路と電気的に接続する方法としては、図７，図８に示したように、ｐ電極およびｎ電極からそれぞれワイヤーボンディングによってＡｕワイヤーを引き出す方法が用いられる。しかし、ｐ電極幅が２０μｍ以下と狭くなってしまうと、図８に示すようにｐ電極の上に直接ボールを形成してワイヤーボンディングを行うことは困難となる。
【００１０】
そこで、幅２０μｍ以下のストライプ状の窓領域を除いてＳｉＯ2等の絶縁膜で積層構造表面を被覆して狭い電流注入領域を形成し、ｐ電極をｐ型ＧａＮコンタクト層と上記絶縁膜の上に形成する方法が用いられる。そしてＡｕワイヤーをストライプ領域に隣接した位置にある絶縁膜上のボンディング領域にボンディングさせる。しかし、この場合には、絶縁膜上に形成されたＮｉ／Ａｕ等のｐ電極は密着力が弱く、ボンディング時に絶縁膜上のｐ電極が剥がれてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は、窒化ガリウム系化合物の半導体レーザ装置において、ボンディング時に電極剥がれが生じない電極構造をより簡便に形成することの可能な半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１，請求項６記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２，請求項７記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、ｐ側オーミック電極からｎ側オーミック電極方向に傾いた斜め方向から蒸着することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３，請求項８記載の発明は、絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対し垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向から蒸着することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項４，請求項９記載の発明は、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項５記載の発明は、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にストライプ形状のｐ側オーミック電極およびドライエッチング用メタルマスクを形成し、上記ドライエッチング用メタルマスクを用いてＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す図である。図１の半導体レーザ装置は、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成することで、作製されるようになっている。
【００１８】
具体例として、図１の半導体レーザ装置は、サファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４、ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７が順に積層されており、また、絶縁膜１０８がＳｉＯ2絶縁膜として形成され、ｐ側オーミック電極１０９がＮｉ／Ａｕで形成され、ｎ側オーミック電極１１０がＴｉ／Ａｌ／Ａｕで形成され、ｐ側ボンディング用配線電極がＴｉ／Ａｌ／Ａｕで形成されている。また、図１において、ｐ側ボンディング用配線電極１１１およびｎ側オーミック電極１１０上には、Ａｕワイヤー１１２がワイヤーボンディングにより形成されている。なお、上記スラッシュ“／”は、下地の層に対して、最初に、スラッシュ“／”の左側の材料を蒸着し、次いで、スラッシュ“／”の右側の材料を蒸着することを意味している。例えば、Ｎｉ／Ａｕは、下地の層に対して最初にＮｉを蒸着し、次にＮｉの上にＡｕを重ねて蒸着することを意味している。
【００１９】
図１の半導体レーザ装置では、図示していない駆動回路からＡｕワイヤー１１２を通してｐ側オーミック電極１１１とｎ側オーミック電極１１０に電流が通電される。電流はＳｉＯ2絶縁膜１０８によって幅１０μｍのストライプ状領域に制限されてＧａＮ系半導体積層構造に注入される。注入されたキャリアはＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５で発光再結合して波長約４００ｎｍの光を発し、素子の両端面の反射鏡で共振して図１中の矢印の方向Ｒにレーザ光が出射される。
【００２０】
一般に、ＳｉＯ2等の絶縁性酸化膜１０８上に形成されたＴｉまたはＡｌは、絶縁性酸化膜１０８との界面に酸化物層を形成するため、絶縁性酸化膜１０８とＴｉまたはＡｌとの接着力が非常に強くなる。従って、ＴｉまたはＡｌは絶縁性酸化膜と電極金属との密着層としての働きをする。一方、ＴｉまたはＡｌをｐ型ＧａＮ層上に直接形成した場合には、接触抵抗が高くなり、良好なオーミック接触が得られなくなる。そこで図１の半導体レーザ装置では、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に、Ｎｉ／Ａｕ等のｐ側オーミック電極１０９を形成し、さらにｐ側オーミック電極１０９および絶縁膜１０８上にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる配線電極を形成している。これにより、ｐ側電極１０９について良好なオーミック接触が得られ、かつｐ側電極１０９のボンディングを絶縁膜１０８上の配線電極上に行っても、絶縁膜１０８から電極金属が剥がれることが防止できる。
【００２１】
また、Ｔｉ，Ａｌはｎ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触が得られることが知られており、ｎ側オーミック電極として使用することもできる。そこで、図１の半導体レーザ装置では、ｎ側オーミック電極１１０の形成をｐ側ボンディング用配線電極１１１と同じ金属材料でｐ側ボンディング用配線電極１１１の形成と同時に行なっている。従って、半導体レーザ素子の製造工程において、電極蒸着工程はｐ側オーミック電極の蒸着工程とｎ側オーミック電極およびｐ側ボンディング用配線電極の蒸着工程の２回で行うことができ、従来の半導体レーザの製造方法と比較して蒸着工程が増加することがない。
【００２２】
ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の電極材料としては、例えばＡｌ，Ｔｉ／Ａｌ，Ｔｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ等が用いられる。特にＴｉ／Ａｌ／Ａｕは、ｎ側オーミック電極として低い接触抵抗が得られ、また表面がＡｕなのでＡｕワイヤー１１２の接着強度が強くなり好ましい。
【００２３】
図２は、図１の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。図２の工程例では、まず、図２(ａ)に示すように、絶縁性のサファイヤ基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順にエピタキシャル成長させる。結晶成長方法としては有機金属気相成長法を用いた。
【００２４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして、ｎ側コンタクト領域を形成する(図２(ｂ))。その後、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８を堆積させる(図２(ｃ))。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のＳｉＯ2絶縁膜１０８およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０１，２０２を形成する(図２(ｄ))。ここで、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のストライプ窓２０１の幅は１０μｍ、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のストライプ窓２０２の幅は５０μｍとした。そして、ストライプ窓２０１にＮｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９を蒸着し、リフトオフ技術を用いてパターンを形成する(図２(ｅ))。
【００２５】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を形成する(図２(ｆ))。このとき、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１は同じ材料からなっており、同時に蒸着して形成する。それぞれの電極の分離はリフトオフ技術を用いて行った。これにより、図１の半導体レーザ装置を作製できる。
【００２６】
このような半導体レーザ装置においては、ＳｉＯ2絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９が形成されており、さらにｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるボンディング用配線電極１１１が形成されており、Ｎｉ／Ａｕはｐ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触を得ることができる。そしてＮｉ／Ａｕ電極１０９と電気的に接続されたＳｉＯ2絶縁膜１０８上のＴｉ(ボンディング用配線電極１１１)は、ＳｉＯ2絶縁膜１０８との界面においては酸化チタンとして形成されて、ＳｉＯ2絶縁膜１０８とＴｉ(ボンディング用配線電極１１１)との接着力が非常に強くなる。従って、ＴｉはＳｉＯ2絶縁膜１０８と電極金属との密着層としての働きをする。これにより、ＳｉＯ2絶縁膜１０８上の配線電極１１１にワイヤーボンディングを行ったときに、ＳｉＯ2絶縁膜から配線電極１１１が剥がれるのを防止できる。そして、配線電極１１１表面はＡｕになっており、Ａｕワイヤー１１２との接着強度が強くなっている。よって、ワイヤーボンディング時にボールが配線電極から剥がれにくくなっている。
【００２７】
また、Ｔｉ／Ａｌはｎ型ＧａＮに対して良好なオーミック接触が得られ、接触抵抗が低い材料系である。そこで、ｎ側オーミック電極１１０の形成をｐ側ボンディング用配線電極１１１と同じＴｉ／Ａｌ／Ａｕで同時に形成している。従って、半導体レーザ素子の製造工程において、電極蒸着工程はｐ側オーミック電極１０９の蒸着工程とｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の蒸着工程との２回で行うことができ、従来の半導体レーザの製造方法と比較して蒸着工程が増加することがない。
【００２８】
図３は本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。なお、図３において、図１と対応する箇所には同じ符号を付している。図３の半導体レーザ装置は、第１の作製方法として、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを同時に形成するときに、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着することで、作製されるようになっている。
【００２９】
この第１の作製方法で作製される半導体レーザ装置は、図１の半導体レーザ装置に対し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでほぼ垂直にエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用の配線電極１１１を形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極をｐ側オーミック電極からｎ側オーミック電極方向に傾いた斜め方向から蒸着している点で異なり、そのため、レジストマスクを形成せずに全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着しても、蒸着方向と反対側のメサ側面には電極が蒸着されなくなる。これにより、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００３０】
あるいは、図３の半導体レーザ装置は、第２の作製方法として、絶縁性の基板１０１上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０４(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層１０５(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層１０６，ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで、基板に対し垂直方向から所定角度(θ)で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層１０３表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜１０８を被覆し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７表面にｐ側オーミック電極１０９を形成し、絶縁膜１０８で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層１０３表面に形成されるべきｎ側オーミック電極１１０とｐ側電極１０９および絶縁膜１０８上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極１１１とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向(ドライエッチングの傾き方向と垂直方向に対して反対側に傾いた方向(φ))から蒸着することで、作製されるようになっている。
【００３１】
この第２の作製方法で作製される半導体レーザ装置は、図１の半導体レーザ装置に対し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで、基板に対し垂直方向から所定角度(θ)で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成し、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用の配線電極１１１を形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向(φ)から蒸着している点で異なっている。この場合も、前記第１の製造方法と同様に、レジストマスクを形成せずに全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着したときに、逆テーパ状にドライエッチングされたメサ側面でｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００３２】
なお、図３の半導体レーザ装置では、例えば第２の作製方法によってこれを作製する場合、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を形成するドライエッチングのときに、エッチング側面が基板に対して垂直の方向から角度θ＝約１０度で傾くようにエッチングしており、またｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１を蒸着するときに、基板に対して垂直の方向から角度φ＝約３０度で傾いた方向から蒸着している。なお、角度θとφは、上記の角度に限定されるものではなく、メサ側面で電極が切断されてｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離されていればよい。従って、ドライエッチングを基板に対して垂直に行なってθ＝０度とした場合でも、電極蒸着する傾き角度φを例えば４５度と大きくとることによって実現することができる。また、エッチング側面の角度θを例えば４５度と大きく設定した場合には、ｎ側オーミック電極１１０およびｐ側ボンディング用配線電極１１１の蒸着を基板に対して垂直の方向(φ＝０度)から行っても電極を分離することが可能である。
【００３３】
図４は、図３の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。なお、図４の工程例は、第２の作製方法により作製されるものとしている。図４の工程例では、まず、図４(ａ)に示すように、絶縁性のサファイヤ基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長させる。
【００３４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでエッチングして、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を同時に形成する(図４(ｂ))。ここで、エッチングは反応性イオンビームエッチング法を用いており、基板をイオンビームに垂直方向から所定角度θで傾けて保持することにより、エッチング側面が基板に対して垂直方向から角度θで傾いた形状でエッチングされる。図４の例では、この傾き角度θは約１０度とした。次に、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８をプラズマＣＶＤ法で堆積させる(図４(ｃ))。プラズマＣＶＤ法を用いることによって、角度θで斜めにエッチングされた側面もＳｉＯ2絶縁膜１０８で被覆される。そして、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上のＳｉＯ2絶縁膜１０８およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０１，２０２を形成する(図４(ｄ))。次に、ストライプ窓２０１にＮｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９を蒸着し、リフトオフ技術を用いてパターン形成する(図４(ｅ))。
【００３５】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を同時に形成する(図４(ｆ))。このとき、基板をドライエッチング時と逆方向に傾けて、基板に対して垂直方向からφ＝約３０度の方向で蒸着を行った。これにより、蒸着方向と反対側のメサ側面は影になって電極が蒸着されなくなるため、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離される。従って、リフトオフ工程を使わずに蒸着だけで電極配線パターンを形成することができるため、図２に示した製造工程と比較して製造が容易となる。
【００３６】
図５は、本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。なお、図５において、図３と対応する箇所には同じ符号を付している。
【００３７】
図５の半導体レーザ装置は、図３に示した半導体レーザ装置(第１あるいは第２の作製方法で作製される半導体装置)に対し、積層構造の表面(ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面)からＩｎＧａＮ活性層(ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層)１０５の上までエッチングしてリッジストライプ構造５０１を形成している点で、図３に示した半導体レーザ装置と相違している。ここで、リッジストライプ構造５０１のリッジの幅は３μｍと狭くなっており、このリッジストライプ構造５０１によって、ｐ側オーミック電極１０９から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層１０７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６中で横方向に広がることを抑制できる。従って、図３に示した半導体レーザ装置と比較して、より狭い幅で電流を活性層１０５に注入することが可能となり、閾電流を低減することが可能となる。
【００３８】
図５の半導体レーザ装置は、より具体的には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上にストライプ形状のｐ側オーミック電極およびドライエッチング用メタルマスクを形成し、ドライエッチング用メタルマスクを用いてＩｎＧａＮ活性層１０５の上までエッチングしてリッジ構造を形成することで、作製できる。
【００３９】
図６は、図５の半導体レーザ装置の具体的な製造工程例を示す図である。図６の工程例では、先ず、図６(ａ)に示すように、絶縁性のサファイア基板１０１上に、ＡｌＮバッファ層１０２を２００Åの膜厚、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を２μｍの膜厚、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を０．５μｍの膜厚、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０６を０．５μｍの膜厚、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７を０．２μｍの膜厚で、順に有機金属気相成長法でエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側オーミック電極１０９とＣｒからなるエッチング用メタルマスク６０１を蒸着し、リフトオフ技術を用いて幅３μｍのストライプパターン形成する(図６(ｂ))。続いて、上記メタルマスク６０１を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の表面からＩｎＧａＮ−ＭＱＷ活性層１０５の上までエッチングして、リッジストライプ構造５０１を形成する(図６(ｃ))。次に、メタルマスク６０１を除去した後に、反応性イオンビームエッチング法を用いて、積層構造表面からｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまでドライエッチングして、ｎ側コンタクト領域と電極分離溝３０１を形成する(図６(ｄ))。このとき、基板を垂直方向から所定角度傾けて保持することにより(基板をイオンビームに対して所定角度傾けて保持することにより)、エッチング側面が基板に対して垂直方向から約１０度傾いた形状でエッチングしている。次に、基板表面全体にＳｉＯ2絶縁膜１０８を堆積させ、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、リッジストライプ５０１上のＳｉＯ2絶縁膜１０８を除去し、また、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３上のＳｉＯ2絶縁膜１０８をストライプ状に除去してストライプ窓２０２を形成する(図６(ｅ))。
【００４１】
最後に、ストライプ窓２０２上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｎ側オーミック電極１１０を、またｐ側オーミック電極１０９およびＳｉＯ2絶縁膜１０８上にＴｉ／Ａｌ／Ａｕからなるｐ側ボンディング用配線電極１１１を同時に形成する(図６(ｆ))。このとき、基板をドライエッチング時と逆方向に傾けて、約３０度の方向から蒸着を行うことにより、ｎ側オーミック電極１１０とｐ側ボンディング用配線電極１１１が分離される。
【００４２】
このように、図５の半導体レーザ装置の作製工程(図６の作製工程)は、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０３に達するまで基板に垂直方向から傾いた斜め方向にドライエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝３０１を形成する図４の工程に加えて、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層１０５の上までエッチングしてリッジ構造５０１を形成する点で、図４の工程と異なっており、このようにして作製された図５の半導体レーザ装置は、リッジ構造５０１によって、ｐ側オーミック電極から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中で横方向に広がることを抑制し、より狭い幅で電流を活性層に注入することができる。これによって、半導体レーザの閾電流を低減することができる。
【００４３】
特に、図６の作製工程例では、ＩｎＧａＮ活性層１０５の上までドライエッチングしてリッジ構造５０１を形成するときのドライエッチング用メタルマスク６０１とｐ側オーミック電極１０９とをｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に蒸着して、ドライエッチング用メタルマスク６０１とｐ側オーミック電極１０９を同時にストライプパターンに形成しており、これにより、リッジ構造５０１のストライプとｐ側オーミック電極１０９のストライプを自己整合プロセスで形成できるため、リッジ構造のストライプ幅を５μｍ以下と狭くした場合でも(例えば３μｍと狭くても)、リッジ頂上部のｐ型ＧａＮコンタクト層１０７上に形成されるｐ側オーミック電極１０９の位置ずれの発生を防止することができる。従って、リッジ構造５０１のストライプ幅をより狭く形成でき(狭いリッジストライプ構造５０１を安定して形成することが可能となり)、半導体レーザ素子の閾電流をより一層低減することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，請求項６記載の発明によれば、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層上にｐ側オーミック電極を形成し、さらにｐ側オーミック電極および絶縁膜上にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる配線電極を形成しているため、ｐ側電極のボンディングを絶縁膜上の配線電極上に行なうときに絶縁膜から電極金属が剥がれることを防止できる。また、ｎ側オーミック電極の形成をｐ側ボンディング用配線電極と同じ金属材料で同時に形成することができ、２回の電極蒸着工程で半導体レーザ装置を製造することができる。
【００４５】
また、請求項２，請求項７記載の発明によれば、ｎ側オーミック電極およびｐ側ボンディング用の配線電極を形成するときに、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着することによって、全面にＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着しても、ｎ側オーミック電極とｐ側ボンディング用配線電極とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００４６】
また、請求項３，請求項８記載の発明によれば、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対して垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングしてｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成することにより、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を蒸着したときに、逆テーパ状にドライエッチングされたメサ側面でｎ側オーミック電極とｐ側ボンディング用配線電極とを電気的に分離できる。従って、リフトオフ工程を使わずに電極配線パターンを形成することができ、製造が容易となる。
【００４７】
また、請求項４，請求項９記載の発明によれば、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成しているため、ｐ側オーミック電極から注入された電流がｐ型ＧａＮコンタクト層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中で横方向に広がることを抑制し、半導体レーザの閾電流をより低減することができる。
【００４８】
また、請求項５記載の発明によれば、さらに、ＩｎＧａＮ活性層の上までドライエッチングしてリッジ構造を形成するときのドライエッチング用メタルマスクをｐ側オーミック電極の上に同時に形成することによって、リッジ構造のストライプ幅を５μｍ以下と狭くした場合でもリッジ頂上部のｐ型ＧａＮコンタクト層上に形成するｐ側オーミック電極の位置ずれの発生を防止することができる。従って、リッジストライプ幅をより狭く形成でき、半導体レーザ素子の閾電流をより一層低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図２】図１の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。
【図４】図３の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザ装置の他の構成例を示す図である。
【図６】図５の半導体レーザ装置の製造工程例を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図８】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図９】従来の半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ サファイア基板
１０２ バッファ層
１０３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
１０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５ ＩｎＧａＮ活性層
１０６ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０７ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０８ ＳｉＯ2絶縁膜
１０９ ｐ側オーミック電極
１１０ ｎ側オーミック電極
１１２ Ａｕワイヤー
２０１ ｐ側コンタクト用ストライプ窓
２０２ ｎ側コンタクト用ストライプ窓
３０１ 電極分離溝
５０１ リッジストライプ
６０１ ドライエッチング用メタルマスク
Claims (9)
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対し垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極を形成し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とを同時に形成するときに、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向から蒸着することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
- 請求項２または請求項３記載の半導体レーザ装置の製造方法において、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
- 請求項４記載の半導体レーザ装置の製造方法において、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にストライプ形状のｐ側オーミック電極およびドライエッチング用メタルマスクを形成し、上記ドライエッチング用メタルマスクを用いてＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造を形成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングして除去し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極が形成され、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面に形成されるべきｎ側オーミック電極とｐ側電極および絶縁膜上に形成されるべきｐ側ボンディング用の配線電極とが、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極で同時に形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の一部を表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまでほぼ垂直にエッチングして除去して、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極が形成されており、ｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極とを短絡させないように、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から所定角度傾いた方向から蒸着して、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ側電極および絶縁膜上にｐ側ボンディング用の配線電極が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 絶縁性の基板上に、少なくとも、ｎ型ＧａＮコンタクト層，ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層(０＜ｘ≦１)、ｎ型またはｐ型またはノンドープＩｎyＧａ1-yＮ活性層(０≦ｙ≦１)，ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮクラッド層，ｐ型ＧａＮコンタクト層を含む積層構造をエピタキシャル成長し、積層構造の表面からｎ型ＧａＮコンタクト層に達するまで、基板に対し垂直方向から所定の角度で傾いた斜め方向にドライエッチングして、ｎ側オーミック電極を形成する領域と電極分離溝を形成し、ｐ型ＧａＮコンタクト層表面およびエッチングで除去して表面が露出したｎ型コンタクト層表面のストライプ状領域を除いて積層構造表面に絶縁膜を被覆し、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｐ型ＧａＮコンタクト層表面にｐ側オーミック電極が形成されており、ＴｉまたはＡｌと金属との積層構造、あるいはＴｉまたはＡｌを含む合金からなる電極を、基板に対して垂直方向から、あるいは、ドライエッチングの傾き方向と逆方向に傾いた斜め方向から蒸着して、絶縁膜で被覆されていないストライプ状のｎ型コンタクト層表面にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ側電極および絶縁膜上にｐ側ボンディング用の配線電極が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 請求項７または請求項８記載の半導体レーザ装置において、さらに、積層構造の表面からＩｎＧａＮ活性層の上までエッチングしてリッジ構造が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
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