JP4046582B2 - 窒化物系半導体発光素子およびその形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系半導体発光素子およびその形成方法に関し、特に、電極層を含む窒化物系半導体発光素子およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物系半導体発光素子の一例である窒化物系半導体レーザ素子は、次世代の大容量光ディスク用光源としての利用が期待され、その開発が盛んに行われている。この窒化物系半導体レーザ素子の低動作電圧化および高信頼性化のためには、電極の低コンタクト抵抗化は不可欠である。特に、窒化物系半導体は、ｐ型のキャリア濃度が低いため、ｐ側電極に関しては、良好なオーミック性（低いコンタクト抵抗）を得ることが困難である。これに対処するために、近年では、ｐ側電極として、良好なオーミック性を有するＰｄを含むＰｄ／Ａｕ電極やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極などのＰｄ系の電極材料が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９６２０１号公報
図２８は、従来のＰｄ系電極を有する窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。まず、図２８を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子１５０の構造について説明する。この従来の窒化物系半導体レーザ素子１５０では、サファイア基板１０１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２が形成されている。ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層１０３が形成されている。アンドープＧａＮ層１０３上には、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が約５μｍの厚みで形成されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上には、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）発光層１０６、および、凸部を有する約３００ｎｍの厚みのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８が形成されている。
【０００４】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上には、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みのＮｉ層との３層構造のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９が形成されている。また、ｐ側電極１０９の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１０が形成されている。また、ＳｉＯ2膜１１０を覆うとともに、ｐ側電極１０９の上面に接触するように、パッド電極１１１が形成されている。
【０００５】
また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域が除去されている。その露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接触するように、ｎ側電極１１２が形成されている。また、ｎ側電極１１２に接触するように、パッド電極１１３が形成されている。
【０００６】
図２９〜図３３は、図２８に示した従来のＰｄ系電極を有す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断面図である。また、図３４は、図２８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子を活性層側からジャンクションアップ方式でサブマウントに取り付けた状態を示した断面図である。次に、図２８〜図３４を参照して、従来のＰｄ系電極を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０の製造プロセスについて説明する。
【０００７】
まず、図２９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１０１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下でＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。そして、ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約３μｍの厚みでアンドープＧａＮ層１０３を形成する。
【０００８】
その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層１０３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層１０６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８を順次形成する。
【０００９】
次に、図３０に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去する。
【００１０】
次に、図３１に示すように、リフトオフ法などを用いて、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の積層膜を約２μｍ幅のストライプ状に形成することによって、Ｐｄ層、Ａｕ層およびＮｉ層の３層構造のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を形成する。この後、ｐ側電極１０９の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層１０８をエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７を約１５０ｎｍだけエッチングする。これにより、図３２に示されるようなリッジ部が形成される。
【００１１】
次に、図３３に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ2膜１１０を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１０を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１０を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上に、ｎ側電極１１２を形成する。
【００１２】
最後に、図２８に示したように、Ｐｄ系電極からなるｐ側電極１０９の上面上に位置するＳｉＯ2膜１１０を除去した後、ｐ側電極１０９およびｎ側電極１１２上に、それぞれ、パッド電極１１１および１１３を形成する。
【００１３】
そして、図２８に示すような窒化物系半導体レーザ素子１５０を、図３４に示すように、ステム１７１に固定したサブマウント（放熱基台）１７０上に、半田などの融着材１６０を用いて固定する。この場合、素子のリッジ部と反対の面（サファイア基板１０１の裏面側）をサブマウント１７０に融着するジャンクションアップ方式を用いる。
【００１４】
従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子は、上記のように形成されていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０では、Ｐｄ系電極からなるｐ側電極１０９は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８に対する付着力が弱いため、製造プロセスの途中でＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９が膜剥がれを起こしやすいという不都合があった。このため、素子の信頼性を向上させるのが困難であるといった問題点があった。
【００１６】
また、従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０では、ｐ側電極１０９上にパッド電極１１２を形成する工程や組立工程における熱または応力によって、ｐ側電極１０９のコンタクト特性が劣化するという不都合が生じる。この場合、コンタクト抵抗が高くなるので、動作電圧が高くなるという問題点があった。
【００１７】
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、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を提供することである。
【００１８】
この発明のもう１つの目的は、上記の窒化物系半導体発光素子において、低コンタクト性を損なうことなく、電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることである。
【００１９】
この発明のさらにもう１つの目的は、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を容易に形成することが可能な窒化物系半導体発光素子の形成方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光素子は、活性層上に形成されたｐ側のコンタクト層としての窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層上に部分的に形成された電極層とを備え、電極層は、Ｐｔを含む第１電極層と、第１電極層上に、前記窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように形成され、Ｐｄを含む第２電極層とを備えている。
【００２１】
この第１の局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、Ｐｔを含む第１電極層を窒化物系半導体層上に部分的に設けるとともに、第１電極層上に、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を設けることによって、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００２４】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、第１電極層は、窒化物系半導体層上に、薄い膜厚で形成されることにより、自然発生的に、不均一な分布で、部分的に形成することができる。このように構成すれば、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に接触させることができるので、第２電極層によるコンタクト抵抗を容易に低減することができる。
【００２５】
この場合、好ましくは、第１電極層は、窒化物系半導体層上に、３ｎｍ以下の膜厚で形成されている。このように構成すれば、窒化物系半導体層上に、島状の不均一な分布の第１電極層を容易に形成することができる。
【００２６】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、第１電極層は、パターニングによって形成されている。このように構成すれば、窒化物系半導体層上の所定領域に、第１電極層を部分的に形成することができる。
【００２７】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体層は、凹凸形状の表面を有する。このように構成すれば、窒化物系半導体層と、第１電極層および第２電極層との接触面積を増加することができるので、窒化物系半導体層上に第１電極層を介して第２電極層を形成することによる窒化物系半導体層と第２電極層との接触面積の減少を抑制することができる。これにより、コンタクト抵抗を安定的に低減することができる。この場合、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層は、３％以上のＩｎ組成と、２０ｎｍ以下の膜厚とを有する。このような組成および膜厚で窒化物系半導体層を形成すれば、容易に、窒化物系半導体層の表面を、凹凸形状にすることができる。
【００２８】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体層は、クラッド層の凸部上に形成されたコンタクト層を含み、クラッド層の凸部とコンタクト層とによってリッジ部が構成されている。このような構成では、狭い面積のコンタクト層上に電極を形成する必要があるが、リッジ部を構成するコンタクト層に対する電極層全体の付着力を第１電極層により強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。その結果、動作電流および動作電圧を低減できるため、素子の信頼性を向上することができる。
【００３１】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法は、活性層上にｐ側のコンタクト層としての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表面上に、部分的に、Ｐｔを含む第１電極層を形成する工程と、第１電極層上に、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を形成する工程とを備えている。
【００３２】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法では、上記のように、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、Ｐｔを含む第１電極層を形成するとともに、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を形成することによって、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することが可能な窒化物系半導体発光素子を容易に形成することができる。
【００３３】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に開口部が形成されるような薄い厚みで第１電極層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層の表面上に、容易に、部分的に、第１電極層を形成することができる。
【００３４】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、第１電極層および第２電極層を形成した後、第２電極層と窒化物系半導体層との間に、電流を流すことによって、第２電極層の一部を窒化物系半導体層の表面に接触するように移動させる工程を含む。このように構成すれば、第１電極層による窒化物系半導体層に対する付着力を損なうことなく、第２電極層の低コンタクト性を確実に発揮させることができる。
【００３５】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、レジストパターンを形成する工程と、レジストパターン上に、第１電極層を形成した後、レジストパターンを除去することによって、第１電極層をパターニングする工程とを含む。このようにリフトオフ法を用いれば、窒化物系半導体層の表面上に、容易に、部分的に、第１電極層を形成することができる。これにより、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３６】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、第１電極層を形成した後、第１電極層上に、レジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして、第１電極層をエッチングすることによって、第１電極層をパターニングする工程とを含む。このように構成すれば、より確実に、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に第１電極層を形成することができる。これにより、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３７】
上記の第１電極層をパターニングする窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第１電極層を形成する工程は、第１電極層をパターニングすることによって、平面的に見て、格子状の第１電極層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層の表面上に、均一な分布で、部分的に、第１電極層を形成することができるので、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を、窒化物系半導体層の面内方向において、均一に強くすることができる。また、格子状の第１電極層を形成することによって、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３８】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第１電極層を形成する工程は、電子線加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法およびスパッタ蒸着法のいずれかを用いて第１電極層を形成する工程を含む。このような蒸着法を用いれば、容易に、窒化物系半導体層に対する付着力の強い材料を含む第１電極層を形成することができる。また、窒化物系半導体層上に島状の不均一な分布の第１電極層を容易に形成することができる。
【００３９】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第２電極層を形成する工程は、第１電極層上に第２電極層を形成した後、熱処理を行う工程を含む。このように構成すれば、第２電極層のコンタクト抵抗をより低くすることができる。
【００４０】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層は、クラッド層上に形成されたコンタクト層を含み、第２電極層を形成する工程は、リフトオフ法を用いて、第１電極層の上面上の所定領域に第２電極層を形成する工程を含み、第２電極層を形成した後、第２電極層をマスクとして、第１電極層、コンタクト層およびクラッド層の一部をエッチングすることによって、リッジ部を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、容易に、クラッド層の凸部およびコンタクト層からなるリッジを形成することができる。また、第１電極層をリフトオフ法ではなく、エッチングによりパターニングすることによって、リフトオフ法で生じやすいパターン剥がれを防止することができる。
【００４２】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層を形成する工程は、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層と、第１電極層および第２電極層との接触面積を増加することができるので、窒化物系半導体層上に第１電極層を介して第２電極層を形成することによる窒化物系半導体層と第２電極層との接触面積の減少を抑制することができる。これにより、コンタクト抵抗を安定的に低減することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。図３は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【００４５】
まず、図１および図２を参照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０の構造について説明する。この第１実施形態では、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。アンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに凸部を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７が順次形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が形成されている。なお、ＭＱＷ発光層６は、本発明の「活性層」の一例であり、ｐ型ＧａＮコンタクト層８は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００４６】
ここで、第１実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層９が形成されている。Ｐｔ電極層９上には、下から、約２０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造からなるＰｄ系電極層１０が形成されている。このＰｄ系電極層１０の最下層のＰｄ層は、Ｐｔ電極層９の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成されている。これらのＰｔ電極層９とＰｄ系電極層１０とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層９は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層１０は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００４７】
また、Ｐｄ系電極層１０の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層１０の上面に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上には、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３に接触するように、パッド電極１４が形成されている。
【００４８】
第１実施形態では、上記のようにｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力の強い材料であるＰｔからなるＰｔ電極層９を形成するとともに、そのＰｔ電極層９上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対するコンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低い材料であるＰｄを含むＰｄ系電極層１０を、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成することによって、Ｐｔ電極層９によりｐ側電極のｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層１０のＰｄ層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００４９】
図３には、窒化物系半導体レーザ素子を熱処理した後の動作電圧の変化が示されている。窒化物系半導体レーザチップをパッケージ上に固定し、半田付けによる配線を行う際には、３５０℃程度の加熱が必要になる。従来のＰｄ系電極（Ｐｄ１０ｎｍ／Ａｕ１００ｎｍ／Ｎｉ２００ｎｍ）を含むレーザ素子では、素子作製後に３５０℃の熱処理を行ったときには、図３に示すように、電極のオーミック性の劣化により動作電圧が７Ｖから２０Ｖに増大する。その一方、第１実施形態のＰｔ電極層とＰｄ系電極層とを含む窒化物系半導体レーザ素子５０では、３５０℃の熱処理後も、良好なオーミック性を維持することができ、その結果、図３に示すように、動作電圧はほとんど増加しない。したがって、第１実施形態では、低い動作電圧を得ることができる。
【００５０】
図４〜図８は、図１に示した第１実施形態の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断面図である。また、図９は、図１に示した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子を発光層側からジャンクションダウン方式でサブマウントに取り付けた状態を示した断面図である。以下、図１、図２、図４〜図９を参照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスについて説明する。
【００５１】
まず、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を低温成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、アンドープＧａＮ層３を約３μｍの厚みで成長させる。
【００５２】
その後、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を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、図５に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００５３】
次に、王水煮沸による洗浄を行った後、図６に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、Ｐｔ電極層９を約１ｎｍの厚みで形成するとともに、そのＰｔ電極層９上にＰｄ層１０ａを約１０ｎｍの厚みで形成する。この場合、ＥＢ蒸着法により形成される膜は、比較的不均一な膜厚で形成されるため、約１ｎｍの薄い厚みで形成されるＰｔ電極層９は、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に、不均一な膜厚で、かつ、部分的に開口部を有するように形成される。そして、Ｐｔ電極層９上に形成されるＰｄ層１０ａは、Ｐｔ電極層９の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上面に接触するように形成される。その後、リフトオフ法を用いて、Ｐｄ層１０ａ上のリッジ部に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層からなる積層膜１０ｂを、約２μｍ幅のストライプ状（細長状）に形成する。
【００５４】
そして、積層膜１０ｂの最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｄ層１０ａ、Ｐｔ電極層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層８をエッチングした後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図７に示されるようなリッジ部が形成される。また、Ｐｔ電極層９と、下からＰｄ層（約２０ｎｍ）／Ａｕ層（約１００ｎｍ）／Ｎｉ層（約２００ｎｍ）が順次積層されたＰｄ系電極層１０とが形成される。このＰｔ電極層９とＰｄ系電極層１０とによって、第１実施形態のｐ側電極が構成される。
【００５５】
次に、図８に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2膜１１を堆積した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００５６】
最後に、図１に示したように、Ｐｄ系電極層１０の上面上のＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層１０に接触するように、パッド電極１２を形成するとともに、ｎ側電極１３に接触するように、パッド電極１４を形成する。このようにして、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０が形成される。
【００５７】
上記のように、第１実施形態の製造プロセスでは、付着力の強いＰｔ電極層９が、低コンタクト材料（低界面エネルギ障壁材料）であるＰｄを含むＰｄ系電極層１０と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８との間に、部分的に存在するので、Ｐｄ系電極１０とｐ型ＧａＮコンタクト層８とが部分的に接触する。このため、Ｐｄ系電極層１０により電極部での電圧降下を小さくすることができるとともに、Ｐｔ電極層９により剥がれを防止することができる。その結果、低動作電圧で、かつ、高信頼性の素子を形成することができる。ここで、Ｐｔは、Ｐｄよりも接触抵抗が半導体の表面状態に左右されやすく不安定である。第１実施形態では、Ｐｔ／Ｐｄの積層構造にすることによって、Ｐｄの低コンタクト性を損なうことなく、かつ、Ｐｄの存在によりＰｔ自体の不安定性も改善されるので、相乗効果的にコンタクト抵抗を低減することができる。
【００５８】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、Ｐｔ電極層９およびＰｄ層１０ａをリフトオフ法ではなく、全面に堆積およびエッチングする方法によってパターニングすることによって、リフトオフ法で生じやすいパターン剥がれを抑制することができる。
【００５９】
また、上記第１実施形態の製造プロセスでは、電極材料（Ｐｔ電極層９）を蒸着する直前に、塩酸や王水などの強酸による洗浄を行うことによって、接触抵抗をより低減することができる。
【００６０】
図１に示した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０を、リッジ部側からジャンクションダウン方式でステム７１に設けられたサブマウント７０に取り付けた状態が図９に示されている。ジャンクションダウン方式で放熱用のサブマウント７０に第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０を取り付ける場合、半田などの融着材６０を用いて取り付けられる。このようにジャンクションダウン方式を用いることにより、ＭＱＷ発光層６の発熱領域がジャンクションアップ方式の場合よりもサブマウント７０に接近するとともに、熱伝導の悪いサファイア基板１を間に介さなくてよいので、素子の放熱特性を向上させることができる。その結果、放熱特性の悪化に起因して発生するしきい値電流の上昇を防止することができるので、窒化物系半導体レーザ素子の動作電流および消費電力を低減することができる。
【００６１】
なお、第１実施形態では、Ｐｔ電極層９によってｐ側電極の付着力を向上させることができるので、ジャンクションダウン方式を用いたとしても、融着時の熱または応力によってｐ側電極のオーミック性が劣化するのを抑制することができる。これにより、放熱効果に優れ、かつ、低消費電力のデバイスを実現することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図１１は、図１０に示した第２実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【００６３】
まず、図１０および図１１を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この第２実施形態では、第１実施形態と同様、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が順次形成されている。
【００６４】
ここで、第２実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、Ｐｔ電極層２１が形成されている。Ｐｔ電極層２１上には、下から、約２０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造からなるＰｄ系電極層２２が形成されている。このＰｄ系電極層２２の最下層のＰｄ層は、Ｐｔ電極層２１の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上面に接触するように形成されている。これらのＰｔ電極層２１とＰｄ系電極層２２とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層２１は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層２２は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００６５】
また、Ｐｄ系電極層２２の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された上面の一部を除く領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層２２の上面に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された上面上には、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３上には、パッド電極１４が形成されている。
【００６６】
第２実施形態では、第１実施形態と同様、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力の強い材料であるＰｔからなるＰｔ電極層２１を形成するとともに、そのＰｔ電極層２１上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対するコンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低い材料であるＰｄを含むＰｄ系電極層２２を、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成することによって、Ｐｔ電極層２１によりｐ側電極のｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層２２のＰｄ層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００６７】
図１２〜図１８は、図１０に示した第２実施形態の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断面図である。以下、図１０〜図１８を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００６８】
まず、図１２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を低温成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、アンドープＧａＮ層を約３μｍの厚みで形成する。そして、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。
【００６９】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域までを異方性ドライエッチングすることによって、図１３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００７０】
次に、王水煮沸による洗浄を行った後、図１４に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、約３ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層２１ａと、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層２２ａを順次形成する。この場合、Ｐｔ電極層２１ａは、第１実施形態の膜厚（約１ｎｍ）に比べて大きな膜厚（約３ｎｍ）で形成されるため、この状態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上のほぼ全面が、不均一な膜厚のＰｔ電極層２１ａによって覆われている。そして、リフトオフ法を用いて、Ｐｄ層２２ａの上のリッジ部が形成される領域に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造の積層膜２２ｂを約２μｍ幅のストライプ状に形成する。
【００７１】
そして、積層膜２２ｂの最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、Ｐｄ層２２ａ、Ｐｔ電極層２１ａおよびｐ型ＧａＮコンタクト層８を、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングによりエッチングした後、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７も約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図１５に示されるようなリッジ部が形成される。また、Ｐｔ電極層２１ａと、下からＰｄ層（約２０ｎｍ）／Ａｕ層（約１００ｎｍ）／Ｎｉ層（約２００ｎｍ）が順次積層されたＰｄ系電極層２２とが形成される。
【００７２】
次に、図１６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ2膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００７３】
次に、図１７に示すように、Ｐｄ系電極層２２の上面上のＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層２２の上面に接触するようにパッド電極１２を形成するとともに、ｎ側電極１３の上面に接触するようにパッド電極１４を形成する。
【００７４】
次に、図１８に示すように、ｐ側のパッド電極１２と、ｎ側のパッド電極１４との間に、約０．６Ａの電流を印加することによって、ｐ側電極（Ｐｔ電極層２１ａ）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８との接触面での電流密度を３０ｋＡ／ｃｍ2にする。そして、約５秒間保持する。ただし、共振器長は１ｍｍとする。この場合、上記の電流密度３０ｋＡ／ｃｍ2は、以下の式（１）によって求められる。
【００７５】
０．６Ａ／（１ｍｍ×リッジ部幅２μｍ）＝３０ｋＡ／ｃｍ2 ・・・（１）
なお、上記の電流密度３０ｋＡ／ｃｍ2は、動作時の電流密度（５ｋＡ／ｃｍ2程度）より大きく、かつ、素子許容電流密度である１００ｋＡ／ｃｍ2以下である必要がある。特に、電流密度は、２０ｋＡ／ｃｍ2〜４０ｋＡ／ｃｍ2の範囲が効果的である。この点を考慮して、第２実施形態では、３０ｋＡ／ｃｍ2としている。上記のような電流の印加によって、Ｐｔ電極層２１ａとＰｄ系電極層２２のＰｄ層との間において、Ｐｄ層中のＰｄがマイグレーション効果によってＰｔ側に移動することにより、Ｐｄ層中のＰｄの一部が、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面に到達する。このため、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上の所定領域のほぼ全面を覆うように形成されていたＰｔ電極層２１ａ（図１７参照）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上の所定領域に部分的に形成された開口部を有するＰｔ電極層２１（図１８、図１１参照）となる。
【００７６】
第２実施形態では、上記のように、ｐ側電極とｎ側電極との間に電流を印加することによって、Ｐｄ系電極層２２中のＰｄをｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面に到達させることにより、Ｐｔ電極層２１による付着力を損なうことなく、Ｐｄの低コンタクト性を確実に発揮させることができる。
【００７７】
（第３実施形態）
図１９は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図２０は、図１９に示した第３実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。また、図２１は、図１９に示した第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子のＰｔ電極層の構造を説明するための平面図である。この第３実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層とＰｔ電極層との間に、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層を設けた例について説明する。
【００７８】
この第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子では、第１実施形態と同様、図１９に示すように、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が順次形成されている。
【００７９】
ここで、この第３実施形態では、図２０に示すように、リッジ部を構成するｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、約３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１が形成されている。このｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１のＩｎ組成は、１５％である。このように膜厚が薄く、かつ、Ｉｎ組成の高いｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１の表面は、図２０に示すように、多数の凹凸形状を有する形状になる。このようなｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１上に、約１０ｎｍの厚みを有する平面的に見て格子状（図２１参照）にパターニングされたＰｔ電極層３２が形成されている。そのＰｔ電極層３２上には、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の積層膜からなるＰｄ系電極層３３が形成されている。Ｐｔ電極層３２とＰｄ系電極層３３とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層３２は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層３３は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００８０】
Ｐｄ系電極層３３の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層３３に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された表面上に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３の上面に接触するように、パッド電極１４が形成されている。
【００８１】
第３実施形態では、上記のように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、厚みが薄く（３ｎｍ）、かつ、Ｉｎ組成の高い（１５％）ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１を形成することによって、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１の表面の凹凸を増加させることができる。これにより、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１と、Ｐｔ電極層３２およびＰｄ系電極層３３との接触面積を増加させることができるので、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｔ電極層３２を介してＰｄ系電極層３３を形成する場合よりもｐ型ＧａＮコンタクト層８とＰｄ系電極層３３との接触面積の減少を抑制することができる。その結果、接触抵抗を安定的に低下させることができるとともに、Ｐｔ電極層３２とｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１との付着力をｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｔ電極層３２を介してＰｄ系電極層３３を形成する場合よりもさらに向上させることができる。
【００８２】
なお、この第３実施形態においても、第１および第２実施形態と同様、付着力の強いＰｔ電極層３２を設けるとともに、そのＰｔ電極層３２上に、コンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低いＰｄ層を含むＰｄ系電極層３３を設けることによって、Ｐｔ電極層３２によりｐ側電極全体の付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層３３のＰｄ層により低いコンタクト抵抗値を得ることができる。
【００８３】
図２２〜図２６は、図１９に示した第３実施形態の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断面図である。以下、図１９〜図２６を参照して、第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００８４】
まず、図２２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を形成する。そして、そのＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、Ｉｎ組成が１５％の約３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１を形成する。
【００８５】
次に、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１からｎ型ＧａＮコンタクト層４の領域の一部までを異方性ドライエッチングすることによって、図２３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００８６】
次に、約０．５μｍ×約０．５μｍの大きさの格子状にレジストパターン（図示せず）を形成した後、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１上およびレジストパターン（図示せず）上に、ＥＢ蒸着法を用いて、Ｐｔ膜（図示せず）を約１０ｎｍの厚みで形成する。その後、レジストパターン（図示せず）を除去することにより、図２４（図２１）に示すような、格子状にパターニングされたＰｔ電極層３２が形成される。その後、リフトオフ法を用いて、Ｐｔ電極層３２上のリッジ部が形成される領域に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造のＰｄ系電極層３３を約２μｍの幅のストライプ状に形成する。その後、窒素雰囲気中で、約４００℃に昇温することにより、熱処理を行う。
【００８７】
ここで、図２７には、ＰｔおよびＰｄの熱処理温度と接触抵抗との関係が示されている。図２７から明らかなように、約４００℃の温度で熱処理を行うと、Ｐｄの接触抵抗は低減される。また、約４００℃の温度で熱処理を行う場合、Ｐｔの接触抵抗は、大きく増加することはない。したがって、第３実施形態では、接触抵抗を低減するために、約４００℃の温度で熱処理を行う。
【００８８】
そして、Ｐｄ系電極層３３の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性エッチングにより、Ｐｄ系電極層３３、Ｐｔ電極層３２、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１およびｐ型ＧａＮコンタクト層８をエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図２５に示されるような、リッジ部が形成される。
【００８９】
次に、図２６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2膜１１を堆積した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００９０】
最後に、図１９に示したように、Ｐｄ系電極層３３の上面上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層３３上およびｎ側電極１３上に、それぞれ、パッド電極１２および１４を形成する。
【００９１】
このようにして、第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００９２】
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。
【００９４】
また、上記実施形態では、窒化物系半導体発光素子の一例として、窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の構造および作製方法を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体発光ダイオード素子（ＬＥＤ）のような他の窒化物系半導体発光素子の構造および作製方法にも同様に適用可能である。
【００９５】
また、上記実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子の表面側にｐ側電極とｎ側電極との両方が設けられる場合の構造を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体レーザ素子の表面側にｐ側電極が設けられるとともに、裏面側にｎ側電極が設けられる場合の構造にも同様に適用可能である。この場合には、基板として、絶縁性のサファイア基板に代えて、導電性のＧａＮ基板などを用いればよい。
【００９６】
また、上記第１実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションダウン方式で組み立てる例を示したが、本発明はこれに限らず、ジャンクションアップ方式で組み立てる場合にも同様に適用可能である。
【００９７】
また、第３実施形態では、Ｉｎ組成が１５％で３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮ層３１を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、３％以上のＩｎ組成と、２０ｎｍ以下の厚みとを有するｐ型ＩｎＧａＮ層であれば、表面を凹凸形状にすることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記実施形態では、ｐ側のコンタクト層として、ｐ型ＧａＮコンタクト層を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ側コンタクト層として、アンドープのコンタクト層を用いてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コンタクト性を損なうことなく、電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるので、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【図４】図１に示した第１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断面図である。
【図５】図１に示した第１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断面図である。
【図６】図１に示した第１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断面図である。
【図７】図１に示した第１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断面図である。
【図８】図１に示した第１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断面図である。
【図９】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションダウン方式でサブマウントに取り付けた状態を示した斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図１１】図１０に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【図１２】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１３】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１４】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１５】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１６】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１７】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１８】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２０】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極部分の拡大断面図である。
【図２１】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のＰｔ電極層の構造を説明するための平面図である。
【図２２】図１９に示した第３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断面図である。
【図２３】図１９に示した第３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断面図である。
【図２４】図１９に示した第３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断面図である。
【図２５】図１９に示した第３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断面図である。
【図２６】図１９に示した第３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断面図である。
【図２７】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【図２８】従来の窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２９】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３０】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３１】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３２】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３３】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３４】図２８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションアップ方式でサブマウントに取り付けた状態を示した斜視図である。
【符号の説明】
６ ＭＱＷ発光層（活性層）
８ ｐ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
９、２１、３２ Ｐｔ電極層（第１電極層）
１０、２２、３３ Ｐｄ系電極層（第２電極層）
３１ ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
【発明の属する技術分野】
この発明は、窒化物系半導体発光素子およびその形成方法に関し、特に、電極層を含む窒化物系半導体発光素子およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物系半導体発光素子の一例である窒化物系半導体レーザ素子は、次世代の大容量光ディスク用光源としての利用が期待され、その開発が盛んに行われている。この窒化物系半導体レーザ素子の低動作電圧化および高信頼性化のためには、電極の低コンタクト抵抗化は不可欠である。特に、窒化物系半導体は、ｐ型のキャリア濃度が低いため、ｐ側電極に関しては、良好なオーミック性（低いコンタクト抵抗）を得ることが困難である。これに対処するために、近年では、ｐ側電極として、良好なオーミック性を有するＰｄを含むＰｄ／Ａｕ電極やＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極などのＰｄ系の電極材料が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９６２０１号公報
図２８は、従来のＰｄ系電極を有する窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。まず、図２８を参照して、従来の窒化物系半導体レーザ素子１５０の構造について説明する。この従来の窒化物系半導体レーザ素子１５０では、サファイア基板１０１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２が形成されている。ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層１０３が形成されている。アンドープＧａＮ層１０３上には、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が約５μｍの厚みで形成されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上には、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮからなるＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）発光層１０６、および、凸部を有する約３００ｎｍの厚みのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８が形成されている。
【０００４】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上には、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層と、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層と、約２００ｎｍの厚みのＮｉ層との３層構造のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９が形成されている。また、ｐ側電極１０９の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１０が形成されている。また、ＳｉＯ2膜１１０を覆うとともに、ｐ側電極１０９の上面に接触するように、パッド電極１１１が形成されている。
【０００５】
また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域が除去されている。その露出されたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接触するように、ｎ側電極１１２が形成されている。また、ｎ側電極１１２に接触するように、パッド電極１１３が形成されている。
【０００６】
図２９〜図３３は、図２８に示した従来のＰｄ系電極を有す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断面図である。また、図３４は、図２８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子を活性層側からジャンクションアップ方式でサブマウントに取り付けた状態を示した断面図である。次に、図２８〜図３４を参照して、従来のＰｄ系電極を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０の製造プロセスについて説明する。
【０００７】
まず、図２９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１０１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下でＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２を約１５ｎｍの厚みで低温成長させる。そして、ＡｌＧａＮ低温バッファ層１０２上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約３μｍの厚みでアンドープＧａＮ層１０３を形成する。
【０００８】
その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アンドープＧａＮ層１０３上に、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層１０６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層１０８を順次形成する。
【０００９】
次に、図３０に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４までの一部領域を異方性ドライエッチングを用いて除去する。
【００１０】
次に、図３１に示すように、リフトオフ法などを用いて、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の積層膜を約２μｍ幅のストライプ状に形成することによって、Ｐｄ層、Ａｕ層およびＮｉ層の３層構造のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を形成する。この後、ｐ側電極１０９の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層１０８をエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７を約１５０ｎｍだけエッチングする。これにより、図３２に示されるようなリッジ部が形成される。
【００１１】
次に、図３３に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ2膜１１０を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１０を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１０を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上に、ｎ側電極１１２を形成する。
【００１２】
最後に、図２８に示したように、Ｐｄ系電極からなるｐ側電極１０９の上面上に位置するＳｉＯ2膜１１０を除去した後、ｐ側電極１０９およびｎ側電極１１２上に、それぞれ、パッド電極１１１および１１３を形成する。
【００１３】
そして、図２８に示すような窒化物系半導体レーザ素子１５０を、図３４に示すように、ステム１７１に固定したサブマウント（放熱基台）１７０上に、半田などの融着材１６０を用いて固定する。この場合、素子のリッジ部と反対の面（サファイア基板１０１の裏面側）をサブマウント１７０に融着するジャンクションアップ方式を用いる。
【００１４】
従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子は、上記のように形成されていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０では、Ｐｄ系電極からなるｐ側電極１０９は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８に対する付着力が弱いため、製造プロセスの途中でＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９が膜剥がれを起こしやすいという不都合があった。このため、素子の信頼性を向上させるのが困難であるといった問題点があった。
【００１６】
また、従来のＰｄ系電極からなるｐ側電極１０９を有する窒化物系半導体レーザ素子１５０では、ｐ側電極１０９上にパッド電極１１２を形成する工程や組立工程における熱または応力によって、ｐ側電極１０９のコンタクト特性が劣化するという不都合が生じる。この場合、コンタクト抵抗が高くなるので、動作電圧が高くなるという問題点があった。
【００１７】
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、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を提供することである。
【００１８】
この発明のもう１つの目的は、上記の窒化物系半導体発光素子において、低コンタクト性を損なうことなく、電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることである。
【００１９】
この発明のさらにもう１つの目的は、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を容易に形成することが可能な窒化物系半導体発光素子の形成方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光素子は、活性層上に形成されたｐ側のコンタクト層としての窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層上に部分的に形成された電極層とを備え、電極層は、Ｐｔを含む第１電極層と、第１電極層上に、前記窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように形成され、Ｐｄを含む第２電極層とを備えている。
【００２１】
この第１の局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、Ｐｔを含む第１電極層を窒化物系半導体層上に部分的に設けるとともに、第１電極層上に、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を設けることによって、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００２４】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、第１電極層は、窒化物系半導体層上に、薄い膜厚で形成されることにより、自然発生的に、不均一な分布で、部分的に形成することができる。このように構成すれば、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に接触させることができるので、第２電極層によるコンタクト抵抗を容易に低減することができる。
【００２５】
この場合、好ましくは、第１電極層は、窒化物系半導体層上に、３ｎｍ以下の膜厚で形成されている。このように構成すれば、窒化物系半導体層上に、島状の不均一な分布の第１電極層を容易に形成することができる。
【００２６】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、第１電極層は、パターニングによって形成されている。このように構成すれば、窒化物系半導体層上の所定領域に、第１電極層を部分的に形成することができる。
【００２７】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体層は、凹凸形状の表面を有する。このように構成すれば、窒化物系半導体層と、第１電極層および第２電極層との接触面積を増加することができるので、窒化物系半導体層上に第１電極層を介して第２電極層を形成することによる窒化物系半導体層と第２電極層との接触面積の減少を抑制することができる。これにより、コンタクト抵抗を安定的に低減することができる。この場合、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層は、３％以上のＩｎ組成と、２０ｎｍ以下の膜厚とを有する。このような組成および膜厚で窒化物系半導体層を形成すれば、容易に、窒化物系半導体層の表面を、凹凸形状にすることができる。
【００２８】
上記の窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体層は、クラッド層の凸部上に形成されたコンタクト層を含み、クラッド層の凸部とコンタクト層とによってリッジ部が構成されている。このような構成では、狭い面積のコンタクト層上に電極を形成する必要があるが、リッジ部を構成するコンタクト層に対する電極層全体の付着力を第１電極層により強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。その結果、動作電流および動作電圧を低減できるため、素子の信頼性を向上することができる。
【００３１】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法は、活性層上にｐ側のコンタクト層としての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表面上に、部分的に、Ｐｔを含む第１電極層を形成する工程と、第１電極層上に、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を形成する工程とを備えている。
【００３２】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法では、上記のように、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、Ｐｔを含む第１電極層を形成するとともに、窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を形成することによって、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるとともに、第２電極層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することが可能な窒化物系半導体発光素子を容易に形成することができる。
【００３３】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に開口部が形成されるような薄い厚みで第１電極層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層の表面上に、容易に、部分的に、第１電極層を形成することができる。
【００３４】
この第２の局面による窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、第１電極層および第２電極層を形成した後、第２電極層と窒化物系半導体層との間に、電流を流すことによって、第２電極層の一部を窒化物系半導体層の表面に接触するように移動させる工程を含む。このように構成すれば、第１電極層による窒化物系半導体層に対する付着力を損なうことなく、第２電極層の低コンタクト性を確実に発揮させることができる。
【００３５】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、レジストパターンを形成する工程と、レジストパターン上に、第１電極層を形成した後、レジストパターンを除去することによって、第１電極層をパターニングする工程とを含む。このようにリフトオフ法を用いれば、窒化物系半導体層の表面上に、容易に、部分的に、第１電極層を形成することができる。これにより、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３６】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、第１電極層を形成する工程は、窒化物系半導体層の表面上に、第１電極層を形成した後、第１電極層上に、レジストパターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクとして、第１電極層をエッチングすることによって、第１電極層をパターニングする工程とを含む。このように構成すれば、より確実に、窒化物系半導体層の表面上に、部分的に第１電極層を形成することができる。これにより、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３７】
上記の第１電極層をパターニングする窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第１電極層を形成する工程は、第１電極層をパターニングすることによって、平面的に見て、格子状の第１電極層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層の表面上に、均一な分布で、部分的に、第１電極層を形成することができるので、第１電極層により電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を、窒化物系半導体層の面内方向において、均一に強くすることができる。また、格子状の第１電極層を形成することによって、窒化物系半導体層上の第１電極層が形成されていない領域において、第２電極層を窒化物系半導体層に確実に接触させることができる。
【００３８】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第１電極層を形成する工程は、電子線加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法およびスパッタ蒸着法のいずれかを用いて第１電極層を形成する工程を含む。このような蒸着法を用いれば、容易に、窒化物系半導体層に対する付着力の強い材料を含む第１電極層を形成することができる。また、窒化物系半導体層上に島状の不均一な分布の第１電極層を容易に形成することができる。
【００３９】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、第２電極層を形成する工程は、第１電極層上に第２電極層を形成した後、熱処理を行う工程を含む。このように構成すれば、第２電極層のコンタクト抵抗をより低くすることができる。
【００４０】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層は、クラッド層上に形成されたコンタクト層を含み、第２電極層を形成する工程は、リフトオフ法を用いて、第１電極層の上面上の所定領域に第２電極層を形成する工程を含み、第２電極層を形成した後、第２電極層をマスクとして、第１電極層、コンタクト層およびクラッド層の一部をエッチングすることによって、リッジ部を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、容易に、クラッド層の凸部およびコンタクト層からなるリッジを形成することができる。また、第１電極層をリフトオフ法ではなく、エッチングによりパターニングすることによって、リフトオフ法で生じやすいパターン剥がれを防止することができる。
【００４２】
上記の窒化物系半導体発光素子の形成方法において、好ましくは、窒化物系半導体層を形成する工程は、凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層を形成する工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層と、第１電極層および第２電極層との接触面積を増加することができるので、窒化物系半導体層上に第１電極層を介して第２電極層を形成することによる窒化物系半導体層と第２電極層との接触面積の減少を抑制することができる。これにより、コンタクト抵抗を安定的に低減することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。図３は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【００４５】
まず、図１および図２を参照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０の構造について説明する。この第１実施形態では、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２が形成されている。ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上には、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３が形成されている。アンドープＧａＮ層３上には、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、および、約３００ｎｍの厚みを有するとともに凸部を有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７が順次形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７の凸部上には、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が形成されている。なお、ＭＱＷ発光層６は、本発明の「活性層」の一例であり、ｐ型ＧａＮコンタクト層８は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。
【００４６】
ここで、第１実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、約１ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層９が形成されている。Ｐｔ電極層９上には、下から、約２０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造からなるＰｄ系電極層１０が形成されている。このＰｄ系電極層１０の最下層のＰｄ層は、Ｐｔ電極層９の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成されている。これらのＰｔ電極層９とＰｄ系電極層１０とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層９は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層１０は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００４７】
また、Ｐｄ系電極層１０の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層１０の上面に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上には、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３に接触するように、パッド電極１４が形成されている。
【００４８】
第１実施形態では、上記のようにｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力の強い材料であるＰｔからなるＰｔ電極層９を形成するとともに、そのＰｔ電極層９上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対するコンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低い材料であるＰｄを含むＰｄ系電極層１０を、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成することによって、Ｐｔ電極層９によりｐ側電極のｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層１０のＰｄ層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００４９】
図３には、窒化物系半導体レーザ素子を熱処理した後の動作電圧の変化が示されている。窒化物系半導体レーザチップをパッケージ上に固定し、半田付けによる配線を行う際には、３５０℃程度の加熱が必要になる。従来のＰｄ系電極（Ｐｄ１０ｎｍ／Ａｕ１００ｎｍ／Ｎｉ２００ｎｍ）を含むレーザ素子では、素子作製後に３５０℃の熱処理を行ったときには、図３に示すように、電極のオーミック性の劣化により動作電圧が７Ｖから２０Ｖに増大する。その一方、第１実施形態のＰｔ電極層とＰｄ系電極層とを含む窒化物系半導体レーザ素子５０では、３５０℃の熱処理後も、良好なオーミック性を維持することができ、その結果、図３に示すように、動作電圧はほとんど増加しない。したがって、第１実施形態では、低い動作電圧を得ることができる。
【００５０】
図４〜図８は、図１に示した第１実施形態の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断面図である。また、図９は、図１に示した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子を発光層側からジャンクションダウン方式でサブマウントに取り付けた状態を示した断面図である。以下、図１、図２、図４〜図９を参照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスについて説明する。
【００５１】
まず、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を低温成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、アンドープＧａＮ層３を約３μｍの厚みで成長させる。
【００５２】
その後、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を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、図５に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００５３】
次に、王水煮沸による洗浄を行った後、図６に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、Ｐｔ電極層９を約１ｎｍの厚みで形成するとともに、そのＰｔ電極層９上にＰｄ層１０ａを約１０ｎｍの厚みで形成する。この場合、ＥＢ蒸着法により形成される膜は、比較的不均一な膜厚で形成されるため、約１ｎｍの薄い厚みで形成されるＰｔ電極層９は、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上に、不均一な膜厚で、かつ、部分的に開口部を有するように形成される。そして、Ｐｔ電極層９上に形成されるＰｄ層１０ａは、Ｐｔ電極層９の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上面に接触するように形成される。その後、リフトオフ法を用いて、Ｐｄ層１０ａ上のリッジ部に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層からなる積層膜１０ｂを、約２μｍ幅のストライプ状（細長状）に形成する。
【００５４】
そして、積層膜１０ｂの最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングにより、Ｐｄ層１０ａ、Ｐｔ電極層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層８をエッチングした後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図７に示されるようなリッジ部が形成される。また、Ｐｔ電極層９と、下からＰｄ層（約２０ｎｍ）／Ａｕ層（約１００ｎｍ）／Ｎｉ層（約２００ｎｍ）が順次積層されたＰｄ系電極層１０とが形成される。このＰｔ電極層９とＰｄ系電極層１０とによって、第１実施形態のｐ側電極が構成される。
【００５５】
次に、図８に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2膜１１を堆積した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００５６】
最後に、図１に示したように、Ｐｄ系電極層１０の上面上のＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層１０に接触するように、パッド電極１２を形成するとともに、ｎ側電極１３に接触するように、パッド電極１４を形成する。このようにして、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０が形成される。
【００５７】
上記のように、第１実施形態の製造プロセスでは、付着力の強いＰｔ電極層９が、低コンタクト材料（低界面エネルギ障壁材料）であるＰｄを含むＰｄ系電極層１０と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８との間に、部分的に存在するので、Ｐｄ系電極１０とｐ型ＧａＮコンタクト層８とが部分的に接触する。このため、Ｐｄ系電極層１０により電極部での電圧降下を小さくすることができるとともに、Ｐｔ電極層９により剥がれを防止することができる。その結果、低動作電圧で、かつ、高信頼性の素子を形成することができる。ここで、Ｐｔは、Ｐｄよりも接触抵抗が半導体の表面状態に左右されやすく不安定である。第１実施形態では、Ｐｔ／Ｐｄの積層構造にすることによって、Ｐｄの低コンタクト性を損なうことなく、かつ、Ｐｄの存在によりＰｔ自体の不安定性も改善されるので、相乗効果的にコンタクト抵抗を低減することができる。
【００５８】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、Ｐｔ電極層９およびＰｄ層１０ａをリフトオフ法ではなく、全面に堆積およびエッチングする方法によってパターニングすることによって、リフトオフ法で生じやすいパターン剥がれを抑制することができる。
【００５９】
また、上記第１実施形態の製造プロセスでは、電極材料（Ｐｔ電極層９）を蒸着する直前に、塩酸や王水などの強酸による洗浄を行うことによって、接触抵抗をより低減することができる。
【００６０】
図１に示した第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０を、リッジ部側からジャンクションダウン方式でステム７１に設けられたサブマウント７０に取り付けた状態が図９に示されている。ジャンクションダウン方式で放熱用のサブマウント７０に第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子５０を取り付ける場合、半田などの融着材６０を用いて取り付けられる。このようにジャンクションダウン方式を用いることにより、ＭＱＷ発光層６の発熱領域がジャンクションアップ方式の場合よりもサブマウント７０に接近するとともに、熱伝導の悪いサファイア基板１を間に介さなくてよいので、素子の放熱特性を向上させることができる。その結果、放熱特性の悪化に起因して発生するしきい値電流の上昇を防止することができるので、窒化物系半導体レーザ素子の動作電流および消費電力を低減することができる。
【００６１】
なお、第１実施形態では、Ｐｔ電極層９によってｐ側電極の付着力を向上させることができるので、ジャンクションダウン方式を用いたとしても、融着時の熱または応力によってｐ側電極のオーミック性が劣化するのを抑制することができる。これにより、放熱効果に優れ、かつ、低消費電力のデバイスを実現することができる。
【００６２】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図１１は、図１０に示した第２実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【００６３】
まず、図１０および図１１を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。この第２実施形態では、第１実施形態と同様、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が順次形成されている。
【００６４】
ここで、第２実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、Ｐｔ電極層２１が形成されている。Ｐｔ電極層２１上には、下から、約２０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造からなるＰｄ系電極層２２が形成されている。このＰｄ系電極層２２の最下層のＰｄ層は、Ｐｔ電極層２１の開口部を介して、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上面に接触するように形成されている。これらのＰｔ電極層２１とＰｄ系電極層２２とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層２１は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層２２は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００６５】
また、Ｐｄ系電極層２２の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された上面の一部を除く領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層２２の上面に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された上面上には、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３上には、パッド電極１４が形成されている。
【００６６】
第２実施形態では、第１実施形態と同様、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、部分的に開口部を有するように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力の強い材料であるＰｔからなるＰｔ電極層２１を形成するとともに、そのＰｔ電極層２１上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に対するコンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低い材料であるＰｄを含むＰｄ系電極層２２を、ｐ型ＧａＮコンタクト層８に接触するように形成することによって、Ｐｔ電極層２１によりｐ側電極のｐ型ＧａＮコンタクト層８に対する付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層２２のＰｄ層により低いコンタクト抵抗を得ることができる。これにより、素子の信頼性を向上することができるとともに、動作電圧を低減することができる。
【００６７】
図１２〜図１８は、図１０に示した第２実施形態の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断面図である。以下、図１０〜図１８を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００６８】
まず、図１２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を低温成長させる。その後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、アンドープＧａＮ層を約３μｍの厚みで形成する。そして、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。
【００６９】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層８からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域までを異方性ドライエッチングすることによって、図１３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００７０】
次に、王水煮沸による洗浄を行った後、図１４に示すように、ＥＢ蒸着法を用いて、約３ｎｍの厚みを有するＰｔ電極層２１ａと、約１０ｎｍの厚みを有するＰｄ層２２ａを順次形成する。この場合、Ｐｔ電極層２１ａは、第１実施形態の膜厚（約１ｎｍ）に比べて大きな膜厚（約３ｎｍ）で形成されるため、この状態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層８およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面上のほぼ全面が、不均一な膜厚のＰｔ電極層２１ａによって覆われている。そして、リフトオフ法を用いて、Ｐｄ層２２ａの上のリッジ部が形成される領域に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造の積層膜２２ｂを約２μｍ幅のストライプ状に形成する。
【００７１】
そして、積層膜２２ｂの最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、Ｐｄ層２２ａ、Ｐｔ電極層２１ａおよびｐ型ＧａＮコンタクト層８を、ＣＦ4ガスを用いた異方性ドライエッチングによりエッチングした後、さらに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７も約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図１５に示されるようなリッジ部が形成される。また、Ｐｔ電極層２１ａと、下からＰｄ層（約２０ｎｍ）／Ａｕ層（約１００ｎｍ）／Ｎｉ層（約２００ｎｍ）が順次積層されたＰｄ系電極層２２とが形成される。
【００７２】
次に、図１６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面にＳｉＯ2膜１１を形成した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００７３】
次に、図１７に示すように、Ｐｄ系電極層２２の上面上のＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層２２の上面に接触するようにパッド電極１２を形成するとともに、ｎ側電極１３の上面に接触するようにパッド電極１４を形成する。
【００７４】
次に、図１８に示すように、ｐ側のパッド電極１２と、ｎ側のパッド電極１４との間に、約０．６Ａの電流を印加することによって、ｐ側電極（Ｐｔ電極層２１ａ）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層８との接触面での電流密度を３０ｋＡ／ｃｍ2にする。そして、約５秒間保持する。ただし、共振器長は１ｍｍとする。この場合、上記の電流密度３０ｋＡ／ｃｍ2は、以下の式（１）によって求められる。
【００７５】
０．６Ａ／（１ｍｍ×リッジ部幅２μｍ）＝３０ｋＡ／ｃｍ2 ・・・（１）
なお、上記の電流密度３０ｋＡ／ｃｍ2は、動作時の電流密度（５ｋＡ／ｃｍ2程度）より大きく、かつ、素子許容電流密度である１００ｋＡ／ｃｍ2以下である必要がある。特に、電流密度は、２０ｋＡ／ｃｍ2〜４０ｋＡ／ｃｍ2の範囲が効果的である。この点を考慮して、第２実施形態では、３０ｋＡ／ｃｍ2としている。上記のような電流の印加によって、Ｐｔ電極層２１ａとＰｄ系電極層２２のＰｄ層との間において、Ｐｄ層中のＰｄがマイグレーション効果によってＰｔ側に移動することにより、Ｐｄ層中のＰｄの一部が、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面に到達する。このため、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上の所定領域のほぼ全面を覆うように形成されていたＰｔ電極層２１ａ（図１７参照）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の上の所定領域に部分的に形成された開口部を有するＰｔ電極層２１（図１８、図１１参照）となる。
【００７６】
第２実施形態では、上記のように、ｐ側電極とｎ側電極との間に電流を印加することによって、Ｐｄ系電極層２２中のＰｄをｐ型ＧａＮコンタクト層８の表面に到達させることにより、Ｐｔ電極層２１による付着力を損なうことなく、Ｐｄの低コンタクト性を確実に発揮させることができる。
【００７７】
（第３実施形態）
図１９は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。図２０は、図１９に示した第３実施形態のｐ側電極周辺の拡大断面図である。また、図２１は、図１９に示した第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子のＰｔ電極層の構造を説明するための平面図である。この第３実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層とＰｔ電極層との間に、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層を設けた例について説明する。
【００７８】
この第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子では、第１実施形態と同様、図１９に示すように、サファイア基板１上に、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８が順次形成されている。
【００７９】
ここで、この第３実施形態では、図２０に示すように、リッジ部を構成するｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、約３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１が形成されている。このｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１のＩｎ組成は、１５％である。このように膜厚が薄く、かつ、Ｉｎ組成の高いｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１の表面は、図２０に示すように、多数の凹凸形状を有する形状になる。このようなｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１上に、約１０ｎｍの厚みを有する平面的に見て格子状（図２１参照）にパターニングされたＰｔ電極層３２が形成されている。そのＰｔ電極層３２上には、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の積層膜からなるＰｄ系電極層３３が形成されている。Ｐｔ電極層３２とＰｄ系電極層３３とによって、ｐ側電極が構成されている。なお、Ｐｔ電極層３２は、本発明の「第１電極層」の一例であり、Ｐｄ系電極層３３は、本発明の「第２電極層」の一例である。
【００８０】
Ｐｄ系電極層３３の上面およびｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面の一部以外の領域を覆うように、ＳｉＯ2膜１１が形成されている。Ｐｄ系電極層３３に接触するように、パッド電極１２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の露出された表面上に接触するように、ｎ側電極１３が形成されている。ｎ側電極１３の上面に接触するように、パッド電極１４が形成されている。
【００８１】
第３実施形態では、上記のように、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、厚みが薄く（３ｎｍ）、かつ、Ｉｎ組成の高い（１５％）ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１を形成することによって、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１の表面の凹凸を増加させることができる。これにより、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１と、Ｐｔ電極層３２およびＰｄ系電極層３３との接触面積を増加させることができるので、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｔ電極層３２を介してＰｄ系電極層３３を形成する場合よりもｐ型ＧａＮコンタクト層８とＰｄ系電極層３３との接触面積の減少を抑制することができる。その結果、接触抵抗を安定的に低下させることができるとともに、Ｐｔ電極層３２とｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１との付着力をｐ型ＧａＮコンタクト層８上にＰｔ電極層３２を介してＰｄ系電極層３３を形成する場合よりもさらに向上させることができる。
【００８２】
なお、この第３実施形態においても、第１および第２実施形態と同様、付着力の強いＰｔ電極層３２を設けるとともに、そのＰｔ電極層３２上に、コンタクト抵抗（界面エネルギ障壁）が低いＰｄ層を含むＰｄ系電極層３３を設けることによって、Ｐｔ電極層３２によりｐ側電極全体の付着力を強くすることができるとともに、Ｐｄ系電極層３３のＰｄ層により低いコンタクト抵抗値を得ることができる。
【００８３】
図２２〜図２６は、図１９に示した第３実施形態の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断面図である。以下、図１９〜図２６を参照して、第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００８４】
まず、図２２に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１上に、格子不整合を緩和するために、約６００℃の温度条件下で、約１５ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ低温バッファ層２を形成する。そして、そのＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮ層３を形成する。その後、アンドープＧａＮ層３上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約５μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮコンタクト層４、約１μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、約５０ｎｍの厚みを有するＭＱＷ発光層６、約３００ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７、および、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮコンタクト層８を順次形成する。さらに、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層８上に、Ｉｎ組成が１５％の約３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１を形成する。
【００８５】
次に、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１からｎ型ＧａＮコンタクト層４の領域の一部までを異方性ドライエッチングすることによって、図２３に示すように、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域を露出させる。
【００８６】
次に、約０．５μｍ×約０．５μｍの大きさの格子状にレジストパターン（図示せず）を形成した後、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１上およびレジストパターン（図示せず）上に、ＥＢ蒸着法を用いて、Ｐｔ膜（図示せず）を約１０ｎｍの厚みで形成する。その後、レジストパターン（図示せず）を除去することにより、図２４（図２１）に示すような、格子状にパターニングされたＰｔ電極層３２が形成される。その後、リフトオフ法を用いて、Ｐｔ電極層３２上のリッジ部が形成される領域に対応する領域に、下から、約１０ｎｍの厚みのＰｄ層、約１００ｎｍの厚みのＡｕ層および約２００ｎｍの厚みのＮｉ層の３層構造のＰｄ系電極層３３を約２μｍの幅のストライプ状に形成する。その後、窒素雰囲気中で、約４００℃に昇温することにより、熱処理を行う。
【００８７】
ここで、図２７には、ＰｔおよびＰｄの熱処理温度と接触抵抗との関係が示されている。図２７から明らかなように、約４００℃の温度で熱処理を行うと、Ｐｄの接触抵抗は低減される。また、約４００℃の温度で熱処理を行う場合、Ｐｔの接触抵抗は、大きく増加することはない。したがって、第３実施形態では、接触抵抗を低減するために、約４００℃の温度で熱処理を行う。
【００８８】
そして、Ｐｄ系電極層３３の最上層のＮｉ層をエッチングマスクとして、ＣＦ4ガスを用いた異方性エッチングにより、Ｐｄ系電極層３３、Ｐｔ電極層３２、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層３１およびｐ型ＧａＮコンタクト層８をエッチングするとともに、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７を約１５０ｎｍの厚み分だけエッチングする。これにより、図２５に示されるような、リッジ部が形成される。
【００８９】
次に、図２６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2膜１１を堆積した後、ｎ型ＧａＮコンタクト層４上の一部上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去する。そして、そのＳｉＯ2膜１１を除去した部分のｎ型ＧａＮコンタクト層４上に、ｎ側電極１３を形成する。
【００９０】
最後に、図１９に示したように、Ｐｄ系電極層３３の上面上に位置するＳｉＯ2膜１１を除去した後、Ｐｄ系電極層３３上およびｎ側電極１３上に、それぞれ、パッド電極１２および１４を形成する。
【００９１】
このようにして、第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００９２】
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。
【００９４】
また、上記実施形態では、窒化物系半導体発光素子の一例として、窒化物系半導体レーザ素子（ＬＤ）の構造および作製方法を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体発光ダイオード素子（ＬＥＤ）のような他の窒化物系半導体発光素子の構造および作製方法にも同様に適用可能である。
【００９５】
また、上記実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子の表面側にｐ側電極とｎ側電極との両方が設けられる場合の構造を示したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体レーザ素子の表面側にｐ側電極が設けられるとともに、裏面側にｎ側電極が設けられる場合の構造にも同様に適用可能である。この場合には、基板として、絶縁性のサファイア基板に代えて、導電性のＧａＮ基板などを用いればよい。
【００９６】
また、上記第１実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションダウン方式で組み立てる例を示したが、本発明はこれに限らず、ジャンクションアップ方式で組み立てる場合にも同様に適用可能である。
【００９７】
また、第３実施形態では、Ｉｎ組成が１５％で３ｎｍの厚みを有するｐ型ＩｎＧａＮ層３１を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、３％以上のＩｎ組成と、２０ｎｍ以下の厚みとを有するｐ型ＩｎＧａＮ層であれば、表面を凹凸形状にすることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記実施形態では、ｐ側のコンタクト層として、ｐ型ＧａＮコンタクト層を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ側コンタクト層として、アンドープのコンタクト層を用いてもよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コンタクト性を損なうことなく、電極層全体の窒化物系半導体層に対する付着力を強くすることができるので、低動作電圧で、かつ、信頼性の高い窒化物系半導体発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【図４】図１に示した第１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断面図である。
【図５】図１に示した第１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断面図である。
【図６】図１に示した第１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断面図である。
【図７】図１に示した第１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断面図である。
【図８】図１に示した第１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断面図である。
【図９】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションダウン方式でサブマウントに取り付けた状態を示した斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図１１】図１０に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極周辺の拡大断面図である。
【図１２】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１３】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１４】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１５】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１６】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１７】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１８】図１０に示した第２実施形態の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断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２０】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のｐ側電極部分の拡大断面図である。
【図２１】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のＰｔ電極層の構造を説明するための平面図である。
【図２２】図１９に示した第３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断面図である。
【図２３】図１９に示した第３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断面図である。
【図２４】図１９に示した第３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断面図である。
【図２５】図１９に示した第３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断面図である。
【図２６】図１９に示した第３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断面図である。
【図２７】図１９に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の効果を説明するための特性図である。
【図２８】従来の窒化物系半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図２９】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３０】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３１】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３２】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３３】図２８に示した従来の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断面図である。
【図３４】図２８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子をジャンクションアップ方式でサブマウントに取り付けた状態を示した斜視図である。
【符号の説明】
６ ＭＱＷ発光層（活性層）
８ ｐ型ＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
９、２１、３２ Ｐｔ電極層（第１電極層）
１０、２２、３３ Ｐｄ系電極層（第２電極層）
３１ ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層（窒化物系半導体層）
Claims (16)
- 活性層上に形成されたｐ側のコンタクト層としての窒化物系半導体層と、
前記窒化物系半導体層上に部分的に形成された電極層とを備え、
前記電極層は、
Ｐｔを含む第１電極層と、
前記第１電極層上に、前記窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように形成され、Ｐｄを含む第２電極層とを備えた、窒化物系半導体発光素子。 - 前記第１電極層は、前記窒化物系半導体層上に、不均一な分布で、部分的に形成されている、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記第１電極層は、前記窒化物系半導体層上に、３ｎｍ以下の膜厚で形成されている、請求項２に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記第１電極層は、パターニングによって形成されている、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記窒化物系半導体層は、凹凸形状の表面を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記凹凸形状の表面を有する窒化物系半導体層は、３％以上のＩｎ組成と、２０ｎｍ以下の膜厚とを有する、請求項５に記載の窒化物系半導体発光素子。
- 前記窒化物系半導体層は、クラッド層の凸部上に形成されたコンタクト層を含み、
前記クラッド層の凸部と、前記コンタクト層とによってリッジ部が構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。 - 活性層上にｐ側のコンタクト層としての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表面上に、部分的に、Ｐｔを含む第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層上に、前記窒化物系半導体層の表面と接触する部分を有するように、Ｐｄを含む第２電極層を形成する工程とを備えた、窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、前記第１電極層を形成する工程は、
前記窒化物系半導体層の表面上に、部分的に開口部が形成されるような薄い厚みで前記第１電極層を形成する工程を含む、請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、前記第１電極層を形成する工程は、
前記窒化物系半導体層の表面上に、前記第１電極層および前記第２電極層を形成した後、前記第２電極層と前記窒化物系半導体層との間に、電流を流すことによって、前記第２電極層の一部を前記窒化物系半導体層の表面に接触するように移動させる工程を含む、請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、前記第１電極層を形成する工程は、
前記窒化物系半導体層の表面上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターン上に、前記第１電極層を形成した後、前記レジストパターンを除去することによって、前記第１電極層をパターニングする工程とを含む、請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層の表面上に、部分的に、前記第１電極層を形成する工程は、
前記窒化物系半導体層の表面上に、第１電極層を形成した後、前記第１電極層上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして、前記第１電極層をエッチングすることによって、前記第１電極層をパターニングする工程とを含む、請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記第１電極層を形成する工程は、
前記第１電極層をパターニングすることによって、平面的に見て、格子状の前記第１電極層を形成する工程を含む、請求項１１または１２に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記第２電極層を形成する工程は、
前記第１電極層上に前記第２電極層を形成した後、熱処理を行う工程を含む、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層は、クラッド層上に形成されたコンタクト層を含み、
前記第２電極層を形成する工程は、
リフトオフ法を用いて、前記第１電極層の上面上の所定領域に前記第２電極層を形成する工程を含み、
前記第２電極層を形成した後、前記第２電極層をマスクとして、前記第１電極層、前記コンタクト層および前記クラッド層の一部をエッチングすることによって、リッジ部を形成する工程をさらに備える、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。 - 前記窒化物系半導体層を形成する工程は、
凹凸形状の表面を有する前記窒化物系半導体層を形成する工程を含む、請求項８〜１５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子の形成方法。
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