JP4360071B2 - Manufacturing method of nitride semiconductor laser device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はストライプ状の導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子に係り、特に、高出力が可能な窒化物半導体レーザ素子に関する。また、その半導体レーザ素子に用いる半導体としては、特に、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、小型、長寿命、高信頼性、かつ高出力化が進み、主にパーソナルコンピュータ、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）は、比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザとして注目されている。
【０００３】
このような半導体レーザ素子は、サファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、活性層、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。また、ストライプ状の導波路領域が形成され、ｐ型コンタクト層にｐ側電極が、ｎ型コンタクト層にｎ側電極がそれぞれ設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体レーザ素子は、高出力で使用される際、活性層から発生する熱によって素子の内部や共振器面が劣化するという問題があった。特に、サファイア基板は熱伝導率が悪いために素子内部で発生する熱を放出しにくく、熱劣化しやすい構造であった。また、高出力化のために導波路を複数設けてマルチストライプ型レーザとする場合は、発生する熱量が極めて大きくなるので劣化しやすく、また、各導波路から出射されるレーザ光が不均一になりやすいという問題も生じ易い。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、放熱性に優れ、素子の内部や共振器面が熱により劣化しにくく、また、マルチストライプ型レーザとした場合でも、熱劣化しにくく均一なレーザ光を安定して得ることができる構造を有する窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、前記ｐ型半導体層側からエッチングして底面がｎ型半導体層に達する溝部を設けて共振器面を形成させる共振器面形成工程と、前記ｐ型半導体層の上面に、第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、前記溝部の底面を除去することによって互いに離間した窒化物半導体層を形成する底面除去工程と、前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、前記第２の基板を分割することにより窒化物半導体レーザ素子を得るチップ化工程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とが順に積層されてなる窒化物半導体層を、前記ｐ型半導体層側からエッチングして底面がｎ型半導体層に達する溝部を設けて共振器面を形成させる共振器面形成工程と、前記共振器面で挟まれるｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成させるリッジ形成工程と、前記窒化物半導体層を、第１の基板と接合させる第１の基板接合工程と、前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、前記溝部の底面を除去することによって互いに離間した窒化物半導体層を形成する底面除去工程と、前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、前記第２の基板を分割することにより窒化物半導体レーザ素子を得るチップ化工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程を、リッジ形成工程の後に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程は、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程と、その後に、露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程の後工程は、エッチング底面がｎ型半導体層であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジは、複数形成されることを特徴とする。これにより、高出力のレーザ光を出射可能なマルチストライプレーザとすることができる。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、共振器面に保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、リッジの表面にｐ側電極を形成して、アニールする工程を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、ｐ側電極形成後、共振器面の保護膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、エッチングにより形成された共振器面を側面とする溝部に充填剤を充填させる工程を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、ｐ型半導体層の上に、田１の基板接合前保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は、成長基板又は第２の基板と同一の材料からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は表面に接着層を有し、第１の基板接合工程は、この接着層を介して接合されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の接合前保護膜及び／又は接着層は、有機物からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板の接合前保護膜及び／又は前記第１の基板の接着部は、その表面に、拡散防止層を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は金属からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は、チタンを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体層と第２の基板とを合金共晶による導電層によって接合させることを特徴とする。
本発明の請求項１９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、前記ｐ側電極上にｐ側パッド電極が形成され、該ｐ側パッド電極の上面は略平坦な単一の面になるように形成されることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジを有する実効屈折率型の導波路領域を有し、共振器面がエッチングにより形成されているものに適している。特に、リッジが形成されている側を上方向（上面側）とすると、下方向（下面側）の窒化物半導体層側に成長基板ではない基板、すなわち支持基板が接合されている窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【００２６】
本発明によって得られる窒化物半導体レーザ素子は、詳細には、図１に示すように、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を備え、ｐ型半導体層にはリッジ（ストライプ状の凸部）が形成され、ストライプの長手方向と略垂直な両端面にエッチングにより形成されてなる共振器面を有しており、これによりストライプ方向を導波方向（共振方向）とする実効屈折率型の導波路領域が形成されている。共振器面のうち一方は、主として光を外部に出射する機能を有する光出射側共振器面（光出射面）であり、他方は、主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射側共振器面（モニター面）である。リッジの側面及びこの側面に連続するｐ型半導体層の表面には、第１の絶縁膜が形成されている。第１の絶縁膜を介してリッジの上面であるｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状のｐ側オーミック電極が設けられている。
【００２７】
更にｐ側オーミック電極の上には、ｐ側オーミック電極と接するように設けられるｐ側パッド電極が形成されている。ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極とは、電気的に接合されており、この部分から電流が供給される。ｐ側パッド電極の表面はリッジの形状に関わらず、表面が略平坦になるように形成されている。また、ｎ型半導体層の下面、すなわち活性層と接する側とは反対側の面に、支持基板（第２の基板）が設けられている。支持基板とｎ型半導体層との間にはｎ側オーミック電極を含むメタライズ層が設けられており、このメタライズ層を介して電気的に導通するように接合されている。
【００２８】
この支持基板（第２の基板）は、窒化物半導体層を積層させるときに用いる成長基板とは別のもので、窒化物半導体層が積層された後に接合されるものである。支持基板が導電体の場合は、図１のように、ｐ側電極とｎ側電極とがそれぞれ異なる面方向になるように形成される。これにより、ステムなどの導電性の基体上に容易に載置することができ、例えばｎ側電極とステムもしくはリード電極上に導電性材料の接着剤で接合させ、ｐ側電極にはワイヤをボンディングさせることができる。これは、上下が逆にすることも可能であるので、ｐ側電極側をステムにダイボンディングすることも出来る。また、支持基板が絶縁体の場合は図２のように支持基板のメタライズ層に取り出し部を設ける。このような場合は、ｎ側電極及びｐ側電極にワイヤをボンディングさせて用いる。或いは、ワイヤを用いずに、半導体層側をダイボンディングするようフェイスダウンにして用いることもできる。
【００２９】
このように、ｎ型半導体層側に設けられる基板として、成長基板とは異なる支持基板を後から貼り合わせる（接合させる）ることで、基板材料の選択肢を多くすることができる。成長基板は、導電性のものでも絶縁性のものでも用いることができるが、その上に窒化物半導体層を結晶性よく成長（積層）させることができるものを選択する必要があるので材料が限られてくる。例えば、窒化物半導体の成長基板として用いることができる好ましい材料としては、サファイア基板を挙げることができる。しかし、このサファイア基板は放熱性が悪く、また、窒化物半導体層を形成するためのバッファ層が必要であるので、積層された半導体層の膜厚が厚くなりやすい。本発明のように、成長基板と異なる基板を半導体層成長後に用いることで、半導体層の成長条件に束縛されることなく、種々の材料を用いることができるので、熱伝導のよいものや、導電性のあるものなど、材料の選択肢を増やすことができる。更に、材料の選択肢が増えることで、熱膨張係数についても種々変えることが可能となるのでチップの歪みの制御が可能になる等のメリットがある。このように本発明では、成長基板として好ましい材料と、素子駆動時に好ましい支持基板とを異なる材料とすることで、目的に応じて適した基板とすることができる。
【００３０】
（製造方法）
以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について詳述する。
【００３１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、成長基板上に成長させた半導体層から、成長基板を剥がして、剥がした部分（剥離面）に成長基板と異なる支持基板を接合させることを特徴としており、半導体層がエッチングにより形成されてなる共振器面を有することを特徴としている。特に、この共振器面は、成長基板上に窒化物半導体層が形成されている状態でエッチングにより形成されるものである。すなわち、第１及び第２の基板と接合される前の段階で既に共振器面は形成された状態である。本発明の製造方法は、このように共振器面としてエッチング端面を用いることで、後に劈開工程を経ることなく窒化物半導体レーザ素子を得ることを特徴としている。また、窒化物半導体層にレーザ構造（共振器構造及び導波路構造）が形成されるのは成長基板に接合されている状態で行われ、支持基板が接合されるのは上記レーザ構造が形成された後であることを特徴とする。以下、各工程について詳説する。
【００３２】
（共振器面形成）
本発明において、成長基板上に成長された窒化物半導体層をｐ型半導体層の表面側からエッチングして共振器面を形成させる工程を有する。この共振器面形成工程は、窒化物半導体層が成長基板上にある状態で行われるものである。エッチングの深さは、少なくとも活性層を含む発光領域の端面が露出するまで行うことが必要であるので、ｎ型半導体層の一部が露出するまで行う。その際、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程（共振端面形成）と、その後に、前記露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程との２段階の工程からなるのが好ましい。
【００３３】
このように、前工程と後工程との２段階のエッチングを行うことで、共振器面を鏡面に近い面として形成させることができる。これは、エッチングを２段階とすることで異なる条件のエッチングを行うことができるためである。エッチングは化学的に半導体層を削りながら除去するものであり、その除去する早さはエッチングガスの種類や条件、或いはマスクの選択比等によって異なる。共振器面を鏡面に近いような均一な平坦面とするために、まず最初のエッチングを行う前工程では、エッチング面ができるだけ荒れないように、エッチング速度がやや遅いエッチングガスを選択するのが好ましい。
【００３４】
このような条件で成長基板近傍まで深くエッチングすると、時間がかかり過ぎるので、工程上好ましくないだけではなく、先に形成された共振器面が、長時間エッチングガスにさらされることになるので面状態が荒れてしまう。そのため、共振器面を形成するために少なくともｎ型半導体層の一部が露出するまで前工程でゆっくりエッチングした後、別のマスクを形成して共振器面を保護して（図示せず）、後工程として、前工程とは異なる条件でエッチングを行う。この場合、エッチングされるのはｎ型半導体層のみであるので、エッチング面は共振器面のような鏡面でなくともよく、粗面になっても構わない。そのため、速度の速いエッチングガスを選択することができる。このように２段階のエッチングを行うことで、優れた共振器面を得ることができる。
【００３５】
このようにエッチングを２段階で行う場合は、後工程で形成されるエッチング端面と前工程で形成される共振器面を含むエッチング端面とに段差が生じることになるが、このような場合、共振器面から出射されるレーザ光を遮らないように、後工程のエッチングを行うのが好ましい。すなわち、前工程で形成される共振器面と、後工程で形成されるｎ型半導体層の端面との距離を少なくして、互いの面が近づくようにすることで、光を遮らないようにすることができる。好ましくはこの距離が３μｍ以内となるように設けるのがよい。これにより、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）のｙ成分（垂直成分）にリップル（凹凸）が生じない、優れたビーム特性を有する半導体レーザ素子とすることができる。リッジが複数ある場合であっても、ＦＦＰのｙ成分については、個々のリッジから出射されるレーザ光に依存しているため、単一のリッジを形成する場合と同様に、共振器面とｎ型半導体層端面の距離を近づけるのが好ましい。
【００３６】
共振器面形成工程（前工程）と、その後のｎ型半導体層の端面形成工程（後工程）とは、続けて行うこともできるし、前工程後にリッジ形成工程やミラー等の保護膜形成工程を経て、その後に後工程を行うこともでき、リッジの形状や保護膜の材料、或いは工程上の安定性等様々な要因を考慮して、適切なタイミングで行うことができる。
【００３７】
ｐ型半導体層の上面側から少なくとも活性層の端面が露出するまでエッチングすることで、共振器面を形成することができる。劈開により共振器面を形成させる場合は、半導体層の劈開面に合わせて素子を分割する必要があるが、エッチングにより共振器面を形成させる場合は、面方位に関係なく、共振器面を形成させることができるので、共振器長も任意のものを選択することができるし、１枚のウエハから得られるチップの数を多くすることができる
【００３８】
後工程としては、少なくともｎ型半導体層の途中までエッチングする、すなわち、エッチング底面がｎ型半導体層となるようにエッチングすることで優れた共振器面を形成させることができるが、さらに成長基板が露出するまで深くエッチングすることもできる。エッチング底面をｎ型半導体層とすると、共振器面系政治にエッチング溝によって分断されている半導体層がｎ型半導体層で連続している状態後となるので、後で行われる成長基板を分離工程や、第２の基板接合工程が、安定した状態で行うことができ、不純物等によって共振器面が汚染されにくくすることもできる。また、後工程は成長基板が露出するまでエッチングすることができ、この場合は支持基板を接合後に成長基板を除去するだけでチップ状に分割されることになるので、工程を少なくすることができる。
【００３９】
（リッジ形成）
本発明においては、ｐ型半導体層側からｎ型半導体層までエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、ｐ型半導体層をエッチングしてストライプ状のリッジを形成させる工程とを、有することもできる。この２つの工程によって、レーザ素子の特性を左右する共振器構造と導波路構造が形成されることになる。共振器面は先に述べたように、半導体層が成長基板に接合されている状態で形成するのが好ましいが、リッジ形成も成長基板に接合されている状態で行うのが好ましい。すなわち、本発明の請求項２に記載されている各工程を、その記載順に従って行うのが好ましい。また、共振器面形成と、リッジ形成工程を逆にしてもよい。共振器面形成工程に続いて、ストライプ状のリッジを形成させる場合について図面を用いて説明する。図５〜図８は、リッジが２本形成されてなる形態の窒化物半導体レーザの製造工程を説明する図である。図５（ｂ）では、エッチングの深さはｎ型半導体層の途中までである。そして、図５（ｃ）では、その溝を更に成長基板が露出するまでエッチングしている。その後に図５（ｄ）のようにリッジが形成され、次に図５（ｅ）のようにｐ側パッド電極が形成されている。
【００４０】
リッジの形成は、共振器面を形成後に行うことで、幅の細いリッジを形成しやすくなる。特に、共振器面形成時に、窒化物半導体層を深くエッチングする場合に有効な方法である。これは、リッジを形成するためにｐ型半導体層のみをエッチングする場合と、基板が露出するまでエッチングする場合とでは、そのエッチング深さがかなり異なるためである。リッジの形成を先に行うと、その後の端面側のエッチング時に、マスクで保護していてもリッジ端部が徐々にエッチングされてしまうので好ましくない。このようなリッジでは、ストライプ状のリッジの端部の幅が、中央部付近よりも狭くなった先細り形状の導波路領域となっており、幅が狭くなることで光の閉じ込めがきつくなってビーム形状が目的のものと異なるものになってしまう上に、共振器面の面積が小さくなるので単位面積あたりに係る負荷が大きくなりすぎて、ＣＯＤを生じやすくなる。
【００４１】
リッジを形成させるには、所望のリッジの幅にあわせてマスク（保護膜）を形成させる。リッジを複数設けてレーザアレイ（マルチストライプレーザ）とする場合も、各リッジに応じたマスクを形成させる。リッジの幅としては、１μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、これは、リッジを複数設ける場合の各リッジについても同様である。また、リッジの深さは、少なくとも活性層からなる発光層に達しない深さで、好ましくは、ｐ型ガイド層の途中までをエッチングにより除去して、ストライプ状の凸部を残し、これをリッジとする。このエッチングの深さによってレーザ素子の構造、特性が異なってくる。マスクとして用いる材料としては、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料（選択比の異なる材料）であればどのような材料でもよい。例えば、例えば、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２を含む）、フォトレジスト等が用いられ、好ましくは、後に形成する第１の絶縁層との溶解度差を設けるために、第１の絶縁膜よりも酸に対して溶解され易い性質を有している材料を選択する。酸としては、フッ酸を好ましく用いる。フッ酸を用いるためには、フッ酸に対して溶解しやすい材料としてＳｉ酸化物を用いることが好ましい。
【００４２】
（第１の保護膜の形成）
リッジの上面にｐ側電極を形成する場合は、その前にリッジの側面及びリッジの側面から連続する窒化物半導体層（ｐ型半導体層）の表面に、絶縁性の保護膜を設けるのが好ましい。このように設けられる絶縁性の保護膜（第１の保護膜）は、リッジの埋め込み層（膜）として機能するものであり、電流をリッジの上面からに集中させると共に、窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を選択することで、活性層からの光の横方向の光の閉じ込めを優れたものとするこができる。この工程は、ｐ側電極を形成させる前に行うのが好ましく、それにより、電流をリッジ部に集中させることができる。また、第１の基板接合工程を行う前に行っておくのが好ましい。
【００４３】
リッジの埋め込み層である第１の保護膜を設けるには、リッジ形成時に用いたマスクが、リッジ上部に残っている状態でｐ型半導体層表面に第１の保護膜を形成し、その後バッファード液に浸漬してリッジ上部のマスクを溶解除去し、リフトオフ法によりマスクと共にリッジ上部の第１の保護膜を除去する。これにより、リッジ上面のｐ型半導体層が露出され、リッジ側面には第１の保護膜が形成された構造とすることができる。このような方法を用いるには、第１の保護膜のバッファード液に対する溶解度がリッジ形成時のマスクよりも低いものを選択する必要があり、好ましい組み合わせとしては、マスクとしてはＳｉＯ２が、又、第１の保護膜としてはＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＨｆＯ２等を用いるのが好ましい。
【００４４】
（ｐ側オーミック電極形成）
本発明において、ストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、リッジの表面（上面）にｐ側オーミック電極を形成してアニールする工程を有することが好ましい。ｐ側オーミック電極は、リッジを形成した後であれば、どの段階でも設けることは可能であるので、工程や半導体レーザ素子の構造によっては、第１の基板接合前以外の工程で設けることもできる。
【００４５】
例えば、第２の基板（支持基板）をｎ型半導体層側に接合させた後に第１の基板を分離ししてリッジを露出させてから形成させることもできる。しかし、第１の基板を接合させる前にｐ側オーミック電極を形成させておき、オーミックアニールをすることで、ｐ型半導体層のｐ型化を同時に行うことができるというメリットがある。ｐ型半導体層はｐ型不純物をドープしただけではｐ型層にならないので、何らかの処理（ｐ型化）をする必要が、このｐ型化の処理としてはアニールが好ましく、特に熱によるアニールが好ましい。第１の基板を接合する前という比較的工程の早い段階でｐ側オーミック電極を設けて窒化物半導体層（ｐ型半導体層）とのオーミック接触を良好にするためのアニール工程を行うことで、オーミックアニールと、ｐ型化アニールとを同時に行うことができる。また、このように窒化物半導体レーザ素子の製造工程のなかの早い段階でアニール工程を経ておくことで、比較的熱に弱い材料からなる保護膜等を、これよりも後の工程で用いることが可能となる。特に、ミラー等を設ける場合には、反射率及び屈折率を制御して形成したミラーの特性を損なうことなく製造することができる。
【００４６】
（第２の保護膜の形成）
第１の保護膜形成後に、上記ｐ側オーミック電極を形成するが、このｐ側オーミック電極の上に、第２の保護膜を形成させる。この保護膜は、後に形成するｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極との接触がリッジの頂部に限定されるようにするために設けるもので、リッジ上部以外の半導体層の露出部のほぼ全面を覆うように設けることができる。特に、活性層の端面などがさらされないように保護することで、劣化を抑制することができる。また、ｐ側電極とｎ側電極との間の短絡を起こしにくくすることもできる。また、リッジストライプに平行な面（側面）だけでなく、共振器面まで連続するように設けることもでき、これにより、共振器面を保護することができる。ただし、共振器面については、第２の保護膜とは別工程で設けることが好ましく、特に高出力が必要とされる場合は、素子内部の劣化よりも保護膜の劣化によって素子寿命を損なうことがないように設ける必要がある。そのような保護膜（ミラー）を設ける場合は、最終段階でチップ化されるときに、まず、バー状に分割してから、設けることもできる。そのような方法で形成させることで、ｐ型半導体層側から、膜成分が回り込むような条件でスパッタなどの方法で形成させるのに比べて、劣化に対して耐久性のある保護膜とすることができる。尚、この第２の保護膜は、製造方法等によっては省略することもできる。
【００４７】
（共振器面保護膜）
導波路領域の共振器構造を形成するための一対の共振器面は、保護膜を設けることで、両端面の反射率に差を設けることができ、これにより、出射方向を決めることができ、また、光の共振も効率よく行うことができる。従って、どちらか一方に保護膜を設けるのでもよいし、また、両面に保護膜を設けてもよい。また、反射率差をつける機能の他に、活性層端面を保護する機能だけの保護膜を設けてもよい。このような共振器面保護膜は、先に述べたように、リッジストライプと平行な面（側面）に設ける第２の保護膜を回り込むように形成して共振器面に保護膜を形成することもできるし、また、別工程で設けることもできる。この共振器面保護膜も、成長基板上に半導体層が形成されている状態で形成させるのが好ましい。先に設けることで、各基板の接合或いは分離時に共振器面が汚染されるのを防ぐことができる。しかし、後工程での熱や外力によって特性が悪化しないようにする必要がある。また、仮の保護膜として形成させておき、後で別の保護膜を設けるようにしてもよい。共振器面の保護膜は、共振器面形成後第１の基板接合前に形成するのが好ましいが、特に、ｐ側電極形成後に設けるようにすることで、リッジストライプに平行な側面の保護膜と同一工程で形成させることができるので、工程も少なくできるというメリットがある。
【００４８】
（ｐ側パッド電極の形成）
第２の保護膜形成後に、リッジ上面のｐ側オーミック電極とオーミック接触可能なｐ側パッド電極を形成させる。ｐ側パッド電極は、リッジ形状やｐ側オーミック電極の形状などによる表面（上面）の凹凸によらず、上面が略平坦な単一の面になるように形成させるのが好ましい。そして、ｐ型半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。例えば、図１のように、リッジ側面及びそのリッジの側面から連続するｐ型半導体層の表面をほぼ覆うように第２の保護膜が設けられているが、その上にｐ型半導体層をほぼ全面に覆うようにｐ側パッド電極をに設ける。ｐ側パッド電極の形成面積を広くすることで、均一に電流を流すことができる。
【００４９】
（充填剤の充填）
本発明において、ｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、共振器面形成時のエッチングにより形成されるエッチング溝部に、充填剤を充填させる工程を有することもできる。充填剤を用いる場合は、第１の基板を接合させる前にｐ側電極を形成させる場合は、ｐ側電極、特にｐ側パッド電極形成後に充填剤を充填させるのが好ましい。ｐ側パッド電極形成前にミラー（第２の保護膜）を形成させる場合も、ｐ側パッド電極形成後に充填させるのが好ましい。充填剤は、少なくともエッチングにより露出された部分を埋めることが必要で、好ましくは、ｐ型半導体層のリッジの上部と同一面まで充填させるのがよい。また、ｐ側電極を形成後に充填剤を充填させる場合は、リッジの上に形成されたｐ側電極の上面と略同一面に達するまで充填剤を充填させるのが好ましい。いずれの場合も、第１の基板を接合時に、接合面の凹凸が少なくなるように、好ましくは略平坦な面となるようにしておくのがよい。例えば、接合面を略平坦な面とすることで、局所的に力が掛かるのを防ぐことができる。ここでは、窒化物半導体層及び／又はｐ側電極、そして充填剤とが略平坦な面を構成しているが、このように、異なる材料からなる面であっても、上面（接合面）が略平坦になっていればよい。このようにすることで、第１の基板と接合しやすくなる。
【００５０】
また、充填剤を用いて略平坦な面とすることで、接合時にリッジ上部にかかる負荷を低減させることができる。充填剤を用いなければ、リッジの上部に係る負荷が大きくなり、接合が不十分なものとなりやすい。また、このようにすることで、第１の基板と接合された後に成長基板を除去する時にも、充填剤を充填させておくことで力が不均一にかかるのを防ぐことができると共に、先に形成された半導体層の端面に不純物が付着するのを防ぐことができる。
【００５１】
また、更にその後にｎ型半導体層の裏面（成長基板を接していた側）を除去してｎ型コンタクト層が露出させるまで薄くする場合にも、エッチング部が充填剤によって埋められていることで、半導体層の端面、特に共振器端面に不純物が付着するのを防ぐことができ、更に充填剤が充填されていることで素子がぐらつくこともなく安定であるので、バラツキが減少する。また、端面の保護膜（ミラーなど）を先に形成しておいた場合でも、それらの特性を変化させることなく行うことができる。
【００５２】
（第１の基板接合前保護膜の形成）
第１の基板は、後で除去される仮の基板であるが、その仮基板と接合されるｐ側パッド電極は、後に外部との導通をはかるためにワイヤなどを接続させる必要があるものなので、第１の基板の接合及び分離によって損傷しないようにする必要がある。そこで、図６（ａ）のように、第１の基板接合（貼り合わせ）前保護膜を形成させる。少なくともｐ側パッド電極の上面に設けていればよいが、溝部に充填剤を充填させる場合は、ｐ側パッド電極上面だけでなく、充填剤の上部にも保護膜を設けて、平坦な面とすることでｐ側パッド電極を保護すると共に、第１の基板との接合性も良好なものとすることができる。第１の基板接合前保護膜の形成は、単に塗布するだけや、スパッタするなど、成膜方法としてはごく簡単で一般的な方法で形成させるのが、ｐ側パッド電極への負荷も少なく、後の除去も容易に行えるので好ましい。この第１の基板接合前保護膜は、レジスト、エポキシ樹脂などの有機物からなる樹脂系材料を用いるのが好ましい。これにより、後の分離工程が容易になり、半導体層に熱や外力などによる負荷を少なくすることができる。また、この保護膜と、これに接合される第１の基板の保護膜の接着部とは、共に有機物からなる材料を用いることで、後工程が行いやすくなる。
【００５３】
（拡散防止層）
上記のように、第１の基板の接着部と半導体層の上に設けられる第１の基板接合前保護膜は、共に有機物からなるようにすることで、後工程が行い易いというメリットがある。しかし、互いに有機物であると、密着性もよくなるので、接合時に有利な反面、後の分離工程で不良が生じやすい。第１の基板は、後で剥がすことを前提とした仮の基板であるので、互いに反応して強固に接合されて（或いは部分的に一体化して）しまうと工程上好ましくない。そこで、接着界面にそれぞれに成分が拡散していかないような拡散防止層を設けるのが好ましい。これは、第１の基板側に設けてもよく、或いは半導体層側に設けてもよい。いずれも、互いの接着剤として機能させるのが有機物であり、互いに反応しやすい（混ざりやすい）場合に必要となる層であり、材料としては金属が好ましい。用いる金属としては、比較的低温で密着性よく接合させることが可能なものであればよく、１種又は２種以上の金属を用いることができる。第１の基板接合前保護膜或いは接着部にエポキシ樹脂が用いられている場合は、チタンを用いるのが好ましい。このような拡散防止層を設けておくことで、後の分離工程での半導体層にかける負荷を低減することができる。
【００５４】
（第１の基板の接合）
本発明において、第１の基板とｐ型半導体層に設けられた保護膜とを向かい合わせるようにして図６（ａ）及び図６（ｂ）のように接合（貼り合わせ）させる。接合方法は、用いる接合剤によって選択することができるが、主として加熱しながらプレスすることによって行う。樹脂などを接合剤として用いる場合は、比較的低温で接合させることができ、例えばエポキシ系樹脂などを用いる場合は１００℃〜２００℃程度に加熱することで、接合させることが可能である。また、ＡｕＳｎなどの共晶を用いる場合は、２００℃〜３００℃程度の加熱が必要である。いずれにしても、後に分離させる第１の基板との接合なので、工程に支障のない程度に接合されていればよい。この接合は、比較的活性層に近い側の半導体層に行われるものなので、比較的低温で行うことで窒化物半導体層の内部、特に活性層が分解するのを抑制できる温度範囲が好ましい。
【００５５】
（成長基板の分離）
本発明において、窒化物半導体層を第１の基板に接合した後に、図６（ｃ）のように、成長基板を分離（除去）する工程を有する。すなわち、窒化物半導体層を成長させるのに適した成長基板は、この工程を経ることで除去されることになる。成長基板を窒化物半導体層から分離（除去）する方法としては、レーザ光照射、研磨、ケミカルポリッシュ（ＣＭＰ処理）などが挙げられる。これらの方法は、半導体層に負荷を与えにくく、成長基板を分離しやすい。これらの方法だけでも成長基板の除去は可能であるが、露出させたいｎ型半導体層の表面に、成長基板やｎ型半導体層の一部が残留する場合がある。そのような場合は、成長基板を除去した側から更にエキシマレーザを照射するか、又は研削することで、残存する成長基板を取り除いて目的とするｎ型半導体層を露出させることができる。更に、ｎ型半導体層を露出させるには、成長基板を除去後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理することでｎ型半導体層を露出させる。このように半導体層の膜厚を薄くしても、第１の基板によって強度が保持されているので破損しにくくなっている。また、ｎ型半導体層を薄くすることで、電流抵抗を下げて閾値の低い半導体レーザ素子とすることができる。特に、成長基板分離後の露出面をＣＭＰ処理することにより、分離時の外力によって形成される窒化物半導体のダメージ層を除去することができるので、ｎ側電極とのオーミック接触が得られやすくなる。
【００５６】
また、このとき、後に用いる第２の基板の材料に応じて、露出させるｎ型半導体層を選択することができる。例えば、第２の基板が導電性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するように、成長基板だけでなく、ｎ型半導体層の一部までを除去するようにすることで、ｎ型半導体層の全面（裏面）にｎ側電極を設けることができる。ｎ型コンタクト層を露出させるには、図７（ａ）のように、ｎ型半導体層を更に除去して全体的に薄くするのが好ましいが、一部だけを露出させるようにしてもよい。
【００５７】
また、第２の基板が絶縁性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するまで除去しなくてもよい。これにより、除去する部分を少なくすることもできる。しかし、このような場合も、上記のようにｎ型半導体層を薄くすることで素子内部を流れる電流の抵抗を低くすることができるので、ｎ型コンタクト層を露出させるのが好ましい。このように、露出させるｎ型半導体層の選択を、第２の基板の導電性によるのではなく、他の要因を考慮してもよい。この他にも例えば、窒化物半導体層の膜厚を考慮して応力によって割れにくい厚さになるまで除去するなど、目的に応じて対応させることができる。或いは、第１の工程で共振器面形成時のエッチング溝の底面が、成長基板ではなくｎ型半導体層であった場合は、エッチング底面を除去するまで研磨することで、窒化物半導体層が第１の基板を介して隣接している状態、すなわち、互いに離間した窒化物半導体層とすることができる。このように半導体層が離間するようにしておくことで、後のチップ化が容易になる。
【００５８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層形成）
第１の基板を除去した後、図７（ｂ）のように、ｎ側電極を設ける。この場合、方法としては、ｐ側電極と同様に、マスクを用いて目的の箇所にスパッタなどの方法で成膜することで容易に得ることができる。第２の基板が導電性であり、ｎ側電極を裏面側のｎ型コンタクト層に形成させる場合は、マスクを必要とせず、ほぼ全面に設けるのが好ましい。このような場合は、ｎ側メタライズ層を続けて形成させることができるので、工程上も非常に有利であり、また、ｐ側電極とｎ側電極とが異なる面方向に形成されることで、同一面方向に形成させる場合に比べてチップサイズを比較的小さくすることができる。また、ｎ型半導体層とは比較的オーミック接触が得られ易いので、ｐ側オーミック電極のようにアニール工程を経る必要がない。
【００５９】
（第２の基板接合）
次いで、図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、第２の基板を接合させる。第２の基板は、チップ化された後の半導体層をささえる支持基板として用いるものであるので、第１の基板と異なり、後の工程及び素子駆動時においても剥がれないように接着性よく接合させる必要がある。又、導電性の材料を用いる場合などは、電流の抵抗を低くするためにも、オーミック接触するように接合させる必要がある。ここでは、主として共晶材料を用いるのが好ましく、例えばＡｕＳｎ系、ＰｄＳｎ系、ＩｎＰｄ系などの材料を選択することができる。加熱温度は、材料によって異なり、ＡｕＳｎ系及びＰｄＳｎ系は、２３０℃〜３００℃程度、また、ＩｎＰｄ系は１３０℃〜２５０℃程度の温度範囲で行うのが好ましい。これらの温度範囲で加熱しながら、圧力を加えた熱プレス法によって接合させる。
【００６０】
（第１の基板の分離）
次いで、図８（ａ）のように、第１の基板を分離させる。第１の基板の分離は、その材料によって方法が異なる。例えば、エポキシ系樹脂などを用いて接合させている場合は、もともとが熱に対して弱い性質であるため、接合時よりも高い温度、この場合は、およそ２００℃以上に加熱することで、接着力が極端に低下するため、容易に分離することができる。また、ＡｕＳｎなどを用いて共晶させている場合は、酸に浸漬して接合部を溶解させて分離させる。また、この第１の基板を研磨で除去後、接合材料を溶解させてもよい。
【００６１】
（第１の基板接合前保護膜の除去）
上記のようにして、第１の基板を分離した後は図８（ｂ）のように、第１の基板接合前保護膜が露出した状態になっているので、この保護膜を除去することで、図８（ｃ）のようになす。この保護膜は、ｐ側パッド電極を保護する機能も有するものなので、除去時にｐ側パッド電極を損傷しないようにする必要がある。保護膜がレジストなどの場合はアッシングなどの方法で容易に除去することができる。ＳｉＯ２を用いている場合は、フッ酸などの酸を用いて除去するが、この場合は弱酸を用いるのが好ましい。
【００６２】
（チップ化）
最後に、エッチング溝で分離されている半導体層を、図８（ｃ）の矢印で示す位置で分割し、個々のチップになるようにする。本発明では、成長基板を分離後に、エッチング底面のｎ型半導体層も除去するようにするのが好ましく、このような状態で工程を進めておくことで、このチップ化工程が極めて簡易に行われる。しかも、第２の基板（支持基板）の分割位置には窒化物半導体層が形成されていないので、分割による素子の破壊等の問題が生じることはない。従来は、成長基板が劈開性を有しない場合に、支持基板として劈開性のある材料を用い、半導体層を劈開しやすくするという方法が用いられることもあったが、本発明では、半導体層は前の工程までで既に分離された状態となっているため、支持基板は劈開性を有する必要はない。そのため、劈開性を考慮せずに支持基板の材料を選択することができる。支持基板の分割方法としては、ダイシング等、機械的に力を加えて行う方法を用いることができ、支持基板の上面又は下面のいずれの側から行ってもよい。これにより、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６３】
以上のようにして、本発明の窒化物半導体レーザ素子が製造されるが、以下、窒化物半導体レーザ素子を構成する各部位について詳説する。
【００６４】
（成長基板）
成長基板としては、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であれば異種基板でも同種基板でもよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。具体的な例としては、異種基板では、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であれば同種基板である窒化物半導体基板を用いることもできる。
【００６５】
成長基板として異種基板を用いる場合は、窒化物半導体層を成長させる前にバッファ層を成長させるのが好ましい。バッファ層としては、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０．０５≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の成長温度としては、低温成長であるのが好ましい。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、前記異種基板上にＥＬＯＧ法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層を成長させてもよい。このＥＬＯＧ法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。
【００６６】
基板上に横方向成長させた窒化物半導体をＴ字形状とし、保護膜を除去させた後、さらに窒化物半導体を再成長させるものがある。本明細書においては、このような窒化物半導体層は、後工程で形成されるｎ型コンタクト層からｐ型コンタクト層までの導電層と区別して、基板に含めるものとする。窒化物半導体層を有する異種基板は、Ｔ字柱上には転位が伸びるものの、Ｔ字両翼上部、及び隣り合うＴ字両翼の開口部上には転位が大幅に低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。再成長させた接合部にも転位が低減するため、この基板は低欠陥領域がウエハ上に広範囲で存在することとなる。そのため、この基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子は寿命特性の良好なものが期待できる。またＴ字両翼下には保護膜除去により再成長後も空洞が残るため、反り抑制効果もある。
【００６７】
また、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させるには、前記ＥＬＯＧ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転位を低減させる方法もある。このＨＶＰＥ法で窒化物半導体を成長させる場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ３を形成し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応することでＧａＮを基板上に堆積させるものである。ＨＶＰＥ法による窒化物半導体の成長時に成長速度を変化させ、２段階成長させることで結晶欠陥を大幅に低減させることで効率良く窒化物半導体基板を得ることができる。
【００６８】
（第１の基板（仮基板））
第１の基板は、後に除去してしまう仮の基板であるので、平坦度、強度があれば、材質については特に問うものではない。ただし、熱膨張係数は、成長基板と近い値のものが好ましい。好ましい材料としては、サファイア、Ｗ、Ｍｇ、コバール材、インバー材、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。特に、成長基板と同一の材料か、或いは、後に接合させる第２の基板の材料と同一の材料を用いると、熱膨張係数差を小さくすることができるので、工程時の反りを生じにくくなるので好ましい。また、第１の基板と窒化物半導体層とを接合させるための接着剤（接合剤）としてはエポキシ系樹脂などの高分子材料や、レジスト、あるいは、融点が比較的低温であるＡｕＳｎなどの共晶材料が好ましい。
【００６９】
（第２の基板（支持基板））
窒化物半導体層のｐ型半導体層側に接合される第２の基板は、第１の基板のように、製造過程の途中で用いられてその後分離される仮基板ではなく、最終的に窒化物半導体層に接合される状態で残されている支持基板である。第２の基板（支持基板）は、窒化物半導体層よりも高い熱導電率を有するものが好ましい。具体的な材料としては、Ｃｕ−Ｗ系、Ｃｕ−Ｍｏ系等の合金からなるものや、Ｃｕ−ダイヤモンド系、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等が挙げられる。特に好ましいのはＣｕ−Ｗ系合金である。この材料は、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）のように示すことができるもので、組成比をこのような範囲とすることで、窒化物半導体に比較的近い熱膨張係数の合金とすることができる。これにより、接合（貼り合わせ）時の加熱、及びその後の冷却時などに生じる体積変化の影響を受けにくくすることができる。しかも、この材料は放熱性にも優れているため、より熱劣化を抑制することができる。また、Ｃｕ−Ｍｏ系合金も好ましい材料である。この材料は一般式をＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができ、組成比を選択することで熱膨張係数、放熱性ともに優れた支持基板とすることができる。また、Ｃｕ−ダイヤモンド系も好ましい。また、合金ではなく、ＡｌＮのような絶縁性材料の場合は、プリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉは上記材料に比べて熱導電率がやや劣るものの、安価でチップ化がしやすいという特性を有しているので、比較的低出力で使用する場合など、用途に応じて用いることができる。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。このような範囲に支持基板の膜厚を設定することで放熱性を向上させ、安定して歩留まりよく製作することができる。
【００７０】
第２の基板（支持基板）は導電性を示すものを用いるのが好ましい。更に、支持基板の線熱膨張係数が４〜１０（×１０−６／Ｋ）であるものが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗの中から少なくとも１つを含有するものが好ましく、それらの組成比は、好ましくはＣｕの含有量が５０％以下である。より好ましくは３０％以下である。前記Ｃｕに対して、Ｍｏを含有する場合はＭｏ含有量は５０％以上である。また、前記Ｃｕに対して、Ｗを含有する場合はＷ含有量は７０％以上である。
【００７１】
（第２の基板（支持基板）のメタライズ層）
第２の基板は、ｎ型半導体層と接合される面にはメタライズ層を形成させるのが好ましい。メタライズ層は単層で用いるよりはむしろ、異なる性質を有する金属の多層膜として用いるのが好ましく、例えば、密着層−バリア層−共晶層の多層構造にして、各層にそれぞれ好ましい材料を配することができる。共晶後には、これら多層膜は合金化されて導電層として機能させる。密着層は、支持基板と接する層であり、支持基板の材料と接合性のよい材料が好ましく、例えばＴｉ、ＲｈＯ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等が好ましい。また、共晶層は、窒化物半導体のｐ側メタライズ層と共晶化させるための層で、低温で共晶可能で、かつ、共晶後に融点が高くなるような材料の組み合わせが好ましく、例えばＡｕとＳｎ、ＰｄとＳｎ、ＡｕとＳｎＡｕ、ＡｕとＩｎ、ＰｄとＩｎ等が挙げられる。また、密着層と共晶層との間に形成されるバリア層は、共晶層の金属が拡散するのを防ぐための層であり、例えばＰｔ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＭｏＮ等が好ましい材料として挙げられる。これら多層構造のメタライズ層の好ましい材料としては、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、あるいはＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄ等の金属多層膜が挙げられる。
【００７２】
（窒化物半導体）
本発明の窒化物半導体レーザ素子として用いられる半導体層としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びこれらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が好ましい。以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子について具体的に説明する。
【００７３】
（導波路領域）
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の導波路領域は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた活性層の面内に主に形成されるものであり、この時ストライプ方向と共振器方向はほぼ一致しているものである。ここで、活性層の面内とは、活性層と、ｎ型窒化物半導体層及び型窒化物半導体層の接合面に平行な面内であって、活性層の内部を指すものである。また、ストライプ状の導波路領域は、上述した活性層だけでなく、積層構造体内部に設けられる光導波路（導波層）に設けられてもよく、例えば、後述する活性層を挟むガイド層までの領域を光導波層とし、これを導波路領域としてもよい。
【００７４】
また、ストライプ方向を共振器方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、エッチングによって形成される平坦な面である。本実施の形態においては、共振器面は、成長基板が同種基板であるか異種基板あるかによらず、エッチングにより形成されるものである。エッチング端面とすることで、基板の劈開性に左右されずに共振器面を形成することができるので、少なくとも劈開性を考慮せずに、窒化物半導体層を積層しやすい材料を選択することができる。
これにより、劈開によって容易に共振器面を形成させることができる。例えばサファイア基板などは、劈開しにくい成長基板であるが、バッファ層などを介して窒化物半導体層を積層させるのに適した材料であり、また、半導体層と剥離しやすいので、好ましく用いることができる。
【００７５】
（活性層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、特に活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を有するものが好ましい。これにより、紫外線及び可視域において紫色系から赤色系の波長のレーザ光を得ることができる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いる場合、活性層が大気に曝されると、レーザ素子駆動時において極めて重大な素子劣化を起こすことがある。これは、Ｉｎの融点が低いため、分解、蒸発が起こりやすくリッジ（ストライプ状の凸部）形成時のエッチングによって損傷し、活性層露出後の加工においてその結晶性を保つことが困難となるので、ストライプ状の凸部を活性層に達しない深さに形成することが好ましい。
【００７６】
活性層は、量子井戸構造であってもよく、その場合、単一量子井戸、多量子井戸のいずれでも良い。好ましくは量子井戸構造とすることで、発光効率に優れ、高出力のレーザ素子が得られる。
【００７７】
窒化物半導体の活性層としては、上述したように、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いることが好ましく、具体的には、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いることが好ましい。この場合、量子井戸構造の活性層においては、井戸層としてここで示した窒化物半導体を用いることが好ましいことを意味する。また、近紫外から可視光の緑色までの波長領域（３８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）では、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）を用いることが好ましく、またそれ以上の長波長領域（赤色）でも、同様にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）を用いることができ、この時、主にＩｎ混晶比ｙを変化させることにより、所望の波長を得ることができる。３８０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの禁制帯幅に相当する波長が３６５ｎｍであるため、ＧａＮとほぼ同じか若しくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとする必要があるため、例えばＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）が用いられる。
【００７８】
活性層を量子井戸構造とする場合、具体的な井戸層の膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の範囲、好ましくは２０Å以上２００Å以下の範囲とすることで、Ｖｆ、しきい値電流密度を低減させることができる。また、結晶成長の観点からは、２０Å以上であると、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２００Å以下とすることで結晶欠陥の発生を低く抑えた結晶成長が可能となる。活性層内の井戸層数としては特に限定されず、１以上であり、この時、井戸層の数が４以上である場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなって、Ｖｆの上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を１００Å以下の範囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。高出力のＬＤにおいては、井戸層の数を１以上３以下とすることで、高い発光効率の素子が得られる傾向にあり、好ましい。
【００７９】
また、井戸層にはｐ又はｎ型の不純物（アクセプター又はドナー）がドープされていても、アンドープ若しくはノンドープであっても良い。しかしながら、井戸層としてＩｎを含む窒化物半導体を用いる場合、ｎ型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、ｎ型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすることが好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするために井戸層をアンドープで成長させることが好ましく、具体的にはｎ型不純物濃度を５×１０16／ｃｍ3以下にすることが好ましい。尚、ｎ型不純物濃度を５×１０16／ｃｍ3以下の状態は、極めて不純物濃度の低い状態であり、この状態では、実質的にｎ型不純物を含まない井戸層と言える。また、井戸層にｎ型不純物をドープする場合には、ｎ型不純物濃度が１×１０18以下５×１０16／ｃｍ3以上の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃度を高くすることができる。
【００８０】
障壁層の組成としては、特に限定されないが、井戸層と同様の窒化物半導体を用いることができ、具体的には井戸層よりＩｎ混晶比の低いＩｎＧａＮなどのＩｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含む窒化物半導体などを用いることができる。この時、障壁層は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることが必要である。具体的な組成としては、ＩｎβＧａ1- βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮ、ＡｌγＧａ1- γＮ（０＜γ≦１）、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）などを用いることができ、好ましくはＩｎβＧａ1- βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮを用いることで良好な結晶性でもって障壁層が形成できる。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためである。ＡｌγＧａ1- γＮ（０＜γ≦１）を障壁層として用いる場合には、Ａｌを含む障壁層を井戸層の上に設けるようにし、井戸層の下には、ＩｎβＧａ1- βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮの障壁層を用いた多層膜の障壁層とすることでこれを回避できる。このように、多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に１層であること（井戸層／障壁層／井戸層）に限るものではなく、２層若しくはそれ以上の層の障壁層を、「井戸層／障壁層(1)／障壁層(2)／・・・／井戸層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。ここでαは井戸層のＩｎ組成比であり、α＞βとして障壁層のＩｎ組成比βを井戸層より小さくすることが好ましい。
【００８１】
障壁層は、ｎ型不純物がドープされていても、ノンドープであっても良いが、好ましくはｎ型不純物がドープされていることである。この時、障壁層中のｎ型不純物濃度としては、少なくとも５×１０16／ｃｍ3以上ドープされていることが好ましく、上限としては１×１０20／ｃｍ3である。
【００８２】
（ｐ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層には、それぞれｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層を設けることが好ましい。クラッド層に用いられる窒化物半導体としては、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていればよく、Ａｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。さらに、この層は不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、多層膜の場合はそれを構成する少なくとも１つの層にドープしたものであってもよい。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍの窒化物半導体レーザ素子では、このクラッド層はｐ型層にはｐ型不純物を、ｎ型層にはｎ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。又、膜厚としては特に限定されるものではないが、１００Å以上２μｍ以下で形成することが好ましく、更に好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで十分な光閉じ込め効果を有する。また、活性層とｐ型及びｎ型クラッド層との間に、電子閉じ込め層、光ガイド層を設けて、活性層及び光ガイド層を挟み込む構造とすることが好ましい。
【００８３】
ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ストライプ状のリッジを設ける位置を、Ａｌを含む窒化物半導体層内とし、露出した窒化物半導体表面及び凸部側面に絶縁膜を設けることで、良好な絶縁がなされ、絶縁膜の上に電極を設けても、リーク電流のないレーザ素子を得ることができる。これは、Ａｌを含む窒化物半導体には、良好なオーミックコンタクトをなし得る材料がほとんどないため、この半導体表面に絶縁膜、電極などを設けても、リーク電流の発生がほとんどない、好適な絶縁が成されることにある。逆に、Ａｌを含まない窒化物半導体表面に電極を設けると、その電極材料と窒化物半導体との間にオーミックコンタクトが形成されやすく、Ａｌを含まない窒化物半導体表面に絶縁膜を介して電極を形成すると、絶縁膜、電極の膜質により、絶縁膜に微少な孔がある場合にリークの原因となる。そのため、それらを解決するために、絶縁が十分に確保される膜厚で絶縁膜を形成するか、電極の形状、位置を露出した半導体表面にかからないようにするなどの配慮が必要となり、レーザ素子構造の設計において、大きな制約が加わることになる。また、リッジ（凸部）が設けられる位置が問題になるのは、リッジ（凸部）形成時に露出されるリッジの両側の窒化物半導体表面（平面）は、リッジ（凸部）側面に比べて、極めて大きな面積を占めるものであり、この表面において良好な絶縁性が確保されることで、様々な電極形状を適用できかつ電極形成位置を比較的自由に選べる設計自由度の高いレーザ素子となり、リッジ（凸部）の形成において極めて有利なものとなる。Ａｌを含む窒化物半導体としては、具体的には、ＡｌＧａＮ、若しくは上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜構造などが好適に用いられる。
【００８４】
また、本発明において、活性層とｐ型クラッド層との間に、後述する電子閉じ込め層、光ガイド層を設けても良い。この時、光ガイド層を設ける場合には、ｎ型クラッド層と活性層との間にも、光ガイド層を設けて、活性層を光ガイド層で挟み込む構造とすることが好ましい。この場合には、ＳＣＨ構造となり、クラッド層のＡｌ組成比をガイド層のＡｌ組成比より大きくして屈折率差を設け、クラッド層で光を閉じ込める。クラッド層とガイド層とがそれぞれ多層膜で形成される場合には、Ａｌの組成比の大小はＡｌ平均組成により決定する。
【００８５】
（ｐ型電子閉じ込め層）
活性層とｐ型クラッド層との間、好ましくは活性層とｐ型光ガイド層との間に設けられるｐ型電子閉じ込め層は、活性層へのキャリアの閉じ込めとしても機能する層であり、閾値電流を低下させることにより容易な発振に寄与し、具体的にはＡｌＧａＮを用いる。特に、ｐ型半導体層に、ｐ型クラッド層、ｐ型電子閉じ込め層を設ける構成とすることで、より効果的な電子閉じ込め効果が得られる。このｐ型電子閉じ込め層にＡｌＧａＮを用いる場合には、好ましくはｐ型不純物をドープしたものとすることでより確実に前記機能を発揮し得るが、ノンドープであっても前記キャリアの閉じ込めとして機能を有する。膜厚の下限としては、少なくとも１０Åで好ましくは２０Åである。また、膜厚としては、５００Å以下で形成し、ＡｌxＧａ1-xＮの組成としては、ｘが０以上、好ましくは０．２以上とする事で前記効果が十分に期待できる。また、ｎ型層側にも、ホールを活性層内に閉じ込めるｎ側キャリア閉じ込め層を設けても良い。ホールの閉じ込めは、電子を閉じ込める場合ほどオフセット（活性層とのバンドキャップの差）を設けなくても、閉じ込めが可能である。具体的には、ｐ側電子閉じ込め層と同様の組成を適用できる。また、結晶性を良好なものとするためには、Ａｌを含まない窒化物半導体により形成しても良く、具体的には、活性層の障壁層とほぼ同じ組成を用いることができ、この場合には、キャリア閉じ込めとなるｎ側障壁層を、活性層内で最もｎ型層側に配置させることが好ましく、若しくは活性層に接して、ｎ型層内に配置しても良い。このように、ｐ側、ｎ側のキャリア閉じ込め層は、好ましくは活性層に接して設けることで、効率良く活性層若しくは井戸層内にキャリアを注入でき、別の形態としては、活性層内において、ｐ側、ｎ側の層と接する層をキャリア閉じ込め層とすることもできる。
【００８６】
（ｐ型ガイド層）
本発明において、活性層を挟むガイド層をクラッド層より内側に設けて、光導波路を形成することで、窒化物半導体において優れた導波路を形成することができる。この時、導波路（活性層とそれを挟み込む両ガイド層）の膜厚としては、具体的には６０００Å以下とし、発振閾値電流の急激な増大を抑制し、好ましくは４５００Å以下とすることで、低く抑えられた発振閾値電流で、基本モードによる長寿命の連続発振が可能となる。また、両ガイド層は、ほぼ同じ膜厚で形成することが好ましく、ガイド層の膜厚としては１００Å以上１μｍ以下の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは５００Å以上２０００Å以下で形成することで良好な光導波路を設けることができる。更に、ガイド層としては、窒化物半導体からなり、その外側に設けられるクラッド層と比較して、導波路を形成するために十分なエネルギーバンドギャップを有していればよく、単一の膜、多層膜のどちらでも良い。また、光ガイド層として、具体的には、活性層とほぼ同じ、好ましくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとすることで良好な導波路の形成が可能であり、量子井戸構造の場合には井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、好ましくは障壁層よりも大きくすることである。さらには、活性層の発光波長よりも１０ｎｍ程度以上のバンドギャップエネルギーを光ガイド層に設けることで、光の導波に優れた導波路が形成できる。
【００８７】
ｐ型光ガイド層として具体的には、発振波長が３７０〜４７０ｎｍではアンドープのＧａＮを用い、比較的長波長な領域（４５０μｍ以上）では、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層膜構造を用いることが好ましい。これにより、長波長の領域において、活性層及び光ガイド層により構成される導波路内の屈折率を大きくでき、クラッド層との屈折率差を大きくできる。また、３７０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの吸収端が３６５ｎｍであるため、好ましくは、Ａｌを含む窒化物半導体を用いることであり、具体的にはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）を用いることが好ましく、ＡｌＧａＮ／ＧａＮからなる多層膜、これを交互に積層した多層膜、更に各層を超格子とした超格子多層膜とすることができる。ｎ型ガイド層の具体的な構成は、ｐ型ガイド層と同様であり、活性層のエネルギーバンドギャップを考慮して、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを用い、アンドープのＧａＮ、活性層に近づくに従いＩｎ混晶比を小さくしたＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜で設けると好ましい導波路となる。
【００８８】
（ｎ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ｎ型クラッド層に用いる窒化物半導体としては、ｐ型クラッド層と同様に、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Ａｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的には実施例に示すように、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。また、このｎ型クラッド層は、キャリアの閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、多層膜構造とする場合には、前述のように、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させると良い。さらに、この層は、ｎ型不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、実施例に示すように多層膜層において、それを構成する少なくとも１つの層にドープしたものであっても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子では、このクラッド層はｎ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。また、膜厚としては、ｐ型クラッド層と同様に、特に限定されるものではないが、１００Å以上２μｍ以下で形成すること、好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで、十分な光の閉じ込め層として機能する。
【００８９】
（リッジ）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、ストライプ状の導波路領域は、窒化物半導体層のｐ型窒化層にストライプ状の凸部（リッジ）を設けることにより容易に形成することができる。具体的には、ｐ型半導体層の一部をエッチング等の手段によりストライプ状の凸部が残るように除去することで実効屈折率型の導波路領域を形成することができる。このようなストライプ状の凸部は、凸部の底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆に凸部の平面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、これらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅がほぼ同じである必要はない。さらに、このような凸部を形成した後に凸部表面に結晶を再成長させた埋め込み型の窒化物半導体レーザ素子とすることもできる。
【００９０】
（ｐ側オーミック電極）
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の凸部の上に形成される電極としては特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるストライプ状の凸部に対応して形成させることで、キャリアの注入を効率よく行うことが出来る。ｐ側オーミック電極の好ましい材料としては、Ｒｈ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ等が挙げられ、これらを単層で用いてもよいし、或いは、多層膜や合金として用いてもよい。例えば、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ―Ａｕ―ＲｈＯ、Ｒｈ−Ｉｒ等のように、２層或いは３層などの多層膜とすることができる。膜厚は０．０５〜０．５μｍとするのが好ましい。
【００９１】
（ｐ側パッド電極）
本発明において、ｐ側オーミック電極上に形成された第２の保護膜を介してｐ側パッド電極を設けるのが好ましい。ｐ側パッド電極は、ｐ側オーミック電極とは少なくとも一部が接するように設けられていればいいので、好ましくは例えばリッジ上面で接していればいいので、それ以外の部分を第２の保護膜で覆うことで、ｐ側電極とｐ側オーミック電極との間に第２の絶縁層を設けることもできる。ｐ側パッド電極の好ましい材料としては、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕなどが挙げられる。好ましい膜厚としては、０．５〜３．０μｍであり、より好ましくは０．８〜２．０μｍである。
【００９２】
（第１の基板接合前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、第１の基板を接合する前に、ｐ側パッド電極上面に保護膜を設けることができる。これにより、第１の基板接合時にかかる負荷を低減させることができるとともに、後に第１の基板を除去する際にかかる負荷も低減することができる。また、ｐ側パッド電極が剥がれてしまうのを防ぐことにもなる。このような保護膜の好ましい材料としては、レジストや、ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００９３】
（第１の基板接合剤）
ｐ型半導体層側と第１の基板の接合は、仮に固定させておくことができればよいので、導電性などにこだわらずに、材料を選択することができる。好ましくは、後の第１の基板の分離工程が容易な材料であり、また、一時的な固定とはいえ、強度及び平坦性なども必要な特性である。このような材料としては、例えば、エポキシ系樹脂シート、ドライシートなどを挙げることができる。或いは、ＡｕＳｎのような共晶可能な材料であっても用いることができる。これらは主に、熱プレス等による加熱によって接合剤として機能させることができる。
【００９４】
（ｎ側電極）
ｎ側電極（ｎ側オーミック電極）は、ｎ型コンタクト層にオーミック接触するように設けられるもので、形成させる面は成長基板を除去して露出した側でもいいし、それとは反対側の面でもよい。どちらに設けるかは、裏面側のｎ型半導体層がコンタクト層であるかどうか、及び、ｎ型半導体層に接合させる第２の基板が導電性であるかどうか、によって選択することができる。好ましくは、成長基板を除去後、更にｎ型コンタクト層を露出するようにして裏面側にｎ側オーミック電極を設け、更に、後述するｎ側メタライズ層を続けて形成し、導電性の第２の基板と接合させることである。ｎ側電極をこのように裏面側に設ける場合は、成長基板を除去した後、研磨等により、裏面側に露出されたｎ型コンタクト層のほぼ全面に渡るように設ける。このようにすることで、特に、複数のリッジを有するマルチストライプレーザなどは、各リッジのｐ側電極とｎ側電極との距離をほぼ等しくすることができるので、各リッジに流れる電流が均等になって各リッジのレーザ特性が等しいものとなるため、各リッジに対応する共振器面から出射されるレーザ光が均一になりやすい。ｎ側電極の好ましい材料としては、Ｔｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌなどがある。膜厚は０．１〜１．５μｍが好ましい。
【００９５】
（ｎ側メタライズ層）
本発明において、ｎ側メタライズ層は、ｎ型半導体層とオーミック接触するｎ側オーミック電極の上に形成されるものであって、支持基板である第２の基板との間に形成される層である。第２の基板（支持基板）側にも支持基板のメタライズ層を形成させるのが好ましく、両方にメタライズ層を形成させておくことで、接着性に優れた共晶合金とすることができる。ｎ側メタライズ層の好ましい材料としては、ｎ側オーミック電極側から、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｗ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｉｎなどの順で積層させた多層膜が挙げられる。このｎ側メタライズ層は、ｎ側オーミック電極が裏面側、すなわち成長基板を除去した側に設けられる場合は、ｎ側オーミック電極形成後に続けて形成させることができる。その場合、ｎ側オーミック電極とほぼ同じ大きさで形成させるのが好ましく、ｎ側オーミック電極とともにｎ側半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。これにより、第２の基板と、より密着性よく接合（貼り合わせ）させることができる。ｎ側オーミック電極が成長基板を除去した側に設けられない場合は、ｎ側メタライズ層のみをｎ型半導体層の裏面側に設けることになるが、そのような場合でも、ほぼ全面に渡るように形成させるのが好ましい。
【００９６】
（第１の保護膜）
本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体層の一部を除去して、ストライプ状のリッジを設けて導波路を形成させるが、そのストライプ側面、及びそれに連続するリッジ両側の平面（凸部が設けられている表面）に第１の保護膜として絶縁膜を形成することが好ましい。例えば、図１に示すようなストライプ状のリッジを設けた後、そのリッジ側面から、リッジの両側のｐ型半導体層の表面にかけて連続するように設ける。
【００９７】
第１の保護膜の材料としてはＳｉＯ2以外の材料、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でもＺｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用いることが特に好ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質を有しているものもあるが、実効屈折率型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子の埋め込み層としてＳｉＯ2よりもかなり信頼性が高くなる傾向にある。また一般的にＰＶＤ、ＣＶＤのような気相で成膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量反応した酸化物となりにくいので絶縁性に対する信頼性が不十分となり易い傾向にあるが、本発明で選択した前記元素のＰＶＤ、ＣＶＤによる酸化物、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮはＳｉ酸化物よりも絶縁性に関する信頼性に優れている。しかも酸化物の屈折率を窒化物半導体よりも小さいもの（例えばＳｉＣ以外のもの）を選択すると、レーザ素子の埋め込み層として非常に都合がよい。
【００９８】
また、第１の保護膜の膜厚としては、具体的には、２００Å以上１μｍ以下の範囲が好ましく、更に２００Å以上４０００Å以下の範囲とすることがより好ましい。なぜなら、２００Å以下であると、電極の形成時に十分な絶縁性を確保することが困難であり、１μｍ以上であると、リッジの段差（リッジ高さ）を超えてしまい、保護膜を作製するのが困難となるからである。また、前記好ましい範囲にあることで、リッジ（凸部）側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を有する均一な膜が形成される。
【００９９】
（第２の保護膜）
第２の保護膜は、エッチングによって露出されたｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の側面（リッジに平行な方向の側面）などに設けられるもので、絶縁性の保護膜を用いるのが好ましい。絶縁膜とすることで一部はｐ側オーミック電極と重なるように形成させることもできる。好ましい材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を挙げることができる。また、第２の保護膜を端面にまで連続するよう形成させて、後述する端面保護膜とすることもできる。特に、多層膜として端面の共振器面にまで連続するように設けることで、ミラーとしても機能させることができる。この場合の好ましい多層膜としては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの、或いは、ＳｉＯ２−ＺｒＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの等が好ましい。
【０１００】
（共振器面保護膜）
共振器面には保護膜を設けるのが好ましい。上記のように第２の保護膜を共振器面に渡るように設けるようにすることもできるし、第２の保護膜とは別工程で、同じ材料或いは異なる材料からなる共振器面保護膜を形成させてもよい。特に、一対の共振器面を互いに異なる屈折率の保護膜を設けることで、一方を出射側、他方を反射側として機能させることができ、効率よくレーザ光を出射させることができる。具体的な材料として、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｒの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
【０１０１】
光出射側の端面をＡＲ膜とすることで、光の反射を防止することができる。ＡＲ膜とする場合、は、屈折率ｎＡＲと、窒化物半導体素子の屈折率ｎＳとの関係が、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±２５％を満たすものがよい。好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±１５％で、最も好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±７％である。このような屈折率を有する材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等がある。これらの材料を用いて、膜厚を制御することでＡＲ膜となる。ＡＲ膜とするためには、膜厚は、λ／４ｎＡＲ、もしくはλ／２ｎ＋λ／４ｎＡＲ（λ：活性層から発生する光の波長）となるようにする。
【０１０２】
端面保護膜は屈折率と膜厚とによって、様々な特性を有するので、膜厚としてはλ／４ｎとすることが好ましく、これにより共振器面が受けるダメージを低減することができる。先に述べたようにこれに屈折率をも考慮することでＡＲ膜とすることができるが、屈折率によらず膜厚をλ／４ｎとすることが好ましい。単層の場合はλ／４ｎでよいが、多層膜の場合はλ／２ｎ＋λ／４ｎとしてもよい。これにより、積層構造体端面と保護膜との界面において、定在波の電界強度が最小値を取る膜厚とすることができるので、共振器端面がダメージを受けるのを抑制し、素子寿命を向上させることができる。
【０１０３】
このように保護膜の膜厚を制御することは、光出射側の共振器面だけでなく、光反射側（モニター側）に形成される保護膜（ミラー）にも適用できる。レーザ光を出射するためには、共振器のどちらかだけ一方が劣化しても特性は悪化するので、光出射側と同様に、光反射側にも活性層からの光によってダメージを受けないように保護膜（ミラー）の膜厚を制御することで劣化を防ぎ、素子寿命を向上させることができる。
【０１０４】
また、端面保護膜は、窒化物半導体層に直接接するように形成させるのが好ましい。これにより、光が積層構造体以外、例えば絶縁膜等の内部へ導入されるのを防ぐことができ、迷光を外部に放出し易くすることができる。
【０１０５】
（充填剤）
第１の基板を接合前にエッチング溝に充填される充填剤としては、接合時の加熱温度で分解しない安定なものが好ましく、更に、後工程で除去しやすいものであればよい。具体的な材料としては、ポリイミドなどの有機系の材料や、ＳｉＯ２などの無機系の材料を用いることができる。除去する方法は材料に応じて選択することができる。
【０１０６】
【実施例】
本発明において、窒化物半導体層を構成するｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層のデバイス構造としては、特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。デバイスの具体的な構造としては、例えば後述の実施例に記載されているデバイス構造が挙げられる。また、電極、絶縁膜（保護膜）等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、これに限らず、本発明の技術的思想において、様々な半導体に実施できることは言うまでもない。
【０１０７】
［実施例１］
（バッファ層） 実施例１では、基板としてサファイアを用いる。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をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０１０８】
（下地層）
バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ ＬａｔｅｒａｌｌｙＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
【０１０９】
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／cm３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【０１１０】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【０１１１】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【０１１２】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【０１１３】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０１１４】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【０１１５】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【０１１６】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方が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、不純物はいずれも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結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【０１１７】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、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電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【０１１８】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
以上のようにして窒化物半導体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、共振器面となる活性層端面を露出させてエッチング端面を共振器端面とする。
【０１１９】
（基板露出）
次に、ＳｉＯ２をウエハ全面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面（ｐ型層と、活性層と、ｎ型層の一部と、を含む）と、共振器面と基板との間のｎ型層との２段になった端面が形成されることになる。
【０１２０】
（ストライプ状凸部（リッジ）形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に幅３μｍのストライプ形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２をエッチングしその後ＳｉＣｌ４により窒化物半導体層をｐ型ガイド層が露出するまでエッチングし、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。
【０１２１】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けてもよい。第１の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【０１２２】
（ｐ側オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面の第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極を形成させる。このｐ側オーミック電極は、ＮｉとＡｕからなる。電極形成後、それぞれを酸素：窒素が１：９９の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
【０１２３】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）とＴｉ酸化膜（ＴｉＯ２）の多層膜からなる第２の絶縁膜をλ／４ｎの膜厚で２ペア（４層）の条件で、エッチングされた底面及び側面に形成することでミラーを形成する。このときｐ側オーミック電極は露出するようにしておく。
【０１２４】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１２５】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにレジスト膜を膜厚３μｍで形成する。
【０１２６】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用いる。このサファイアと上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側との間にエポキシ樹脂系接着シートを挟んで貼り合わせる。この場合、前記窒化物半導体は、ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間、加熱することで接合させる。
【０１２７】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１２８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
次に前記ｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ｓｎの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。Ｔｉ−Ａｌ層がｎ側電極であり、その上のＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎは共晶のためのメタライズ層である。
【０１２９】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１３０】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１３１】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃まで昇温させる。これにより、エポキシ系接着シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（レジスト）を除去し、ダイシングを行ってチップ化する。
【０１３２】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３３】
［実施例２］
実施例１において、膜厚が２００μｍであってＣｕ５０％、Ｍｏ５０％から成る第２の基板を用いる。その他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＤ特性は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３４】
［実施例３］
実施例３では、オーミック電極形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１３５】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）を膜厚０．５μｍの条件で、エッチングされた底面及び側面に形成し、リフトオフすることで保護膜を形成する。このときPオーミック電極は露出するようにしておく。
【０１３６】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１３７】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにＳｉＯ２を膜厚１μｍで形成する。
【０１３８】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１３９】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４０】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１４１】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１４２】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１４３】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２５０℃まで昇温する。これにより、ＡｕＳｎ共晶の接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ＳｉＯ２）を除去した後、バー状態にダイシングを行う。その後、片側端面にＳｉＯ２とＺｒＯ２の多層膜をそれぞれλ／４ｎの膜厚で６ペア（１２層）形成する。また他方端面にＮｂ２Ｏ５よりなる保護膜を形成する。その後ダイシングによりチップ状に分離する。
【０１４４】
最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値２．０ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．６Ｖである。
【０１４５】
［実施例４］
実施例４では、第２の保護膜形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１４６】
（充填材）
ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順で積層されてなるｐ側パッド電極をｐ側オーミック電極の上に形成させる。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。次いで、エッチングされた溝部にポリイミドを塗布法により形成し、ウエハ全体の平坦化を行う。
【０１４７】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１４８】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４９】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１５０】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１５１】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１５２】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃に昇温する。これにより、エポキシ系樹脂シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ポリイミド）を除去した後、酸素プラズマによりポリイミド充填層の除去を行った後、ダイシングを行う。
【０１５３】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１５４】
［実施例５］
実施例５では、幅３μｍのリッジを、６０μｍ間隔で３０本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる以外は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであった。このとき、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されており、最大出力は１０Ｗである。
【０１５５】
また、実施例５で得られるマルチストライプ型の窒化物半導体レーザは、重ねて（スタック化）用いることもできる。例えば、図９（ａ）にマルチストライプ型の窒化物半導体レーザを示すが、ここではリッジが１５本形成されたマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子の略断面図を示しており、実施例５はこの図８のレーザ素子のリッジ本数を３０本としたものである。この図９（ａ）のように、マルチストライプ型の場合、リッジ本数が多くなることで横幅（リッジと垂直な方向の端面の幅）が大きくなり、バー状のレーザ素子となっている。リッジがこのように１次元方向に複数形成されることで、高出力を有することができる。そして、更に、図９（ｂ）のように、バー状のレーザ素子を重ねて２次元方向に複数のリッジを設けてスタック型半導体レーザとすることで、超高出力の半導体レーザ素子とすることができる。実施例５のマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子ひとつで最大出力が１０Ｗであるが、これらを１０個重ねて用いるスタック型窒化物半導体レーザ素子では、約１００Ｗという超高出力とすることができる。また、このとき、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであり、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されている。本発明のように、成長基板とは異なる支持基板を用い、かつ、導電性の材料からなる支持基板、特に金属材料からなる支持基板を用いることで、比較的容易な構造でスタック化することができる。例えば、ｎ型層側に設けられる支持基板と、ｐ型層側に設けられるｐ電極とが対向するように配置して順次接合させるという単純な構造で、容易に導通を図ることができ、スタック型のレーザ素子を実現することができ、極めて投入電力が大きくなる場合でも優れたレーザ特性を保持することができる。
【０１５６】
［実施例６］
実施例６では、実施例１の端面のエッチング工程を変更する。ｎ型層が露出するまでエッチングして共振器面を形成させるまでは実施例と同じように行い、その次にリッジを形成する。その後も同様に、ＺｒＯ２からなる第１の保護膜（リッジの埋込層）及びｐ側電極を形成し、アニール工程まで行う。そして、この後に、ｎ型層を更に深くまでエッチングする共振器面形成の後工程を行う。ここでは、基板が露出するまでは行わず、半導体層の総膜厚の２〜４割程度の厚みを残してエッチングを終了させる。これにより、エッチング底面がｎ型半導体層である溝が形成される。
【０１５７】
次いで、この溝にレジストをコートする。このレジストは、溝を埋めている充填剤であり、ｐ側電極の上にまで形成して第１の基板接合前保護膜としても機能させている。そして、この第１の基板接合前保護膜の上に、蒸着によりチタンの薄膜を形成する。チタンの膜厚は約０．１μｍ程度である。
【０１５８】
他方、第１の基板を用意する。ここでは、Ｃｕ２０％、Ｗ８０％からなる第１の保護膜を用意し、表面のほぼ全面にエポキシ樹脂からなる接着部を形成させる。第１の基板の膜厚は約２００μｍで、接着部の膜厚は約５０μｍである。
【０１５９】
上記のように用意した半導体層の拡散防止層であるチタンと、第１の基板の接着部であるエポキシ樹脂とを貼り合わせる。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間加熱することで接合される。後工程は実施例１とほぼ同様に行う。その後、成長基板を分離した面に、第２の基板として第１の基板と同一のＣｕ２０％、Ｗ８０％、膜厚２００μｍからなる基板を貼り付ける。第１の基板の膜厚を２０μｍ程度になるまで研磨し、ｎ−メチルピロリドンを用いて第１の基板及びエポキシ樹脂、チタン、そしてレジストまでを剥離する。チタンを介在させることで、互いが反応して剥がれにくくなるのを防いだことで、容易に第１の基板及び接着部、第１の基板接合前保護膜までを除去することができる。後は、ｐ側電極、第２の絶縁膜を形成した後に、ダイシングを行ってチップ化することで、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．４ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、エッチングにより形成される端面を有する窒化物半導体層と、その窒化物半導体層の成長基板とは異なる支持基板とを有するものであり、これにより、成長基板及び支持基板の劈開性に制限されることなく平滑性に優れた窒化物半導体層の端面を形成させることができる。特に、成長基板は半導体層の成長に適した基板を、また、支持基板は熱導電性に優れた基板をそれぞれ用いることで、放熱性に優れた窒化物半導体レーザ素子とすることができ、複数の導波路領域を有するレーザアレイなど、高出力を要求されるような場合、放熱性を向上させることでＣＯＤを抑制し、寿命特性に優れた窒化物半導体レーザアレイとすることができる。また、成長基板を除去した側であるｎ型半導体層に第２の基板を接合させることで、活性層から出射されるレーザ光を第２の基板によって遮られにくくすることができ、良好なＦＦＰを得やすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【図２】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図、
【図３】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図４】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図５】本発明の工程を説明する断面図
【図６】本発明の工程を説明する断面図
【図７】本発明の工程を説明する断面図
【図８】本発明の工程を説明する断面図
【図９】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【符号の簡単な説明】
１・・・ｎ型窒化物半導体層
２・・・ｐ型窒化物半導体層
３・・・活性層
４・・・ｐ側オーミック電極
５・・・ｐ側パッド電極
６・・・ｎ側電極
７・・・第１の絶縁膜
８・・・第２の絶縁膜
９・・・第１の基板（仮基板）
１０・・第１の基板の接着部
１１・・第２の基板（支持基板）
１２・・第２の基板のメタライズ層
１３・・成長基板
１４・・エッチング部
１５・・第１の基板貼り合わせ前保護膜
１６・・充填剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitride semiconductor laser device having a striped waveguide region, and more particularly to a nitride semiconductor laser device capable of high output. Further, as a semiconductor used for the semiconductor laser element, in particular, GaN, AlN, InN, or a III-V group nitride semiconductor (InxAlyGa1-xyThe present invention relates to a nitride semiconductor laser device using N, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1).
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor lasers have become small, long-life, highly reliable, and have high output, and are mainly used for electronic devices such as personal computers and DVDs, medical equipment, processing equipment, and light sources for optical fiber communication. . Above all, nitride semiconductors (InxAlyGa1-xyN) is attracting attention as a semiconductor laser capable of emitting red light from an ultraviolet region having a relatively short wavelength.
[0003]
Such a semiconductor laser device has a buffer layer, an n-type contact layer, a crack prevention layer, an n-type cladding layer, an n-type light guide layer, an active layer, a p-type light guide layer, a p-type cap layer, p on a sapphire substrate. A mold cladding layer and a p-type contact layer are formed in this order. A stripe-shaped waveguide region is formed, and a p-side electrode is provided in the p-type contact layer, and an n-side electrode is provided in the n-type contact layer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a semiconductor laser device is used at a high output, there is a problem that the inside of the device and the resonator surface deteriorate due to heat generated from the active layer. In particular, since the sapphire substrate has poor thermal conductivity, the sapphire substrate has a structure in which it is difficult to release heat generated inside the device, and is easily deteriorated. In addition, when a multi-striped laser is provided by providing a plurality of waveguides for higher output, the amount of generated heat becomes extremely large, so that it easily deteriorates, and the laser light emitted from each waveguide is not uniform. The problem of being easy to occur is also likely to occur.
[0005]
Therefore, in view of the above problems, the present invention is excellent in heat dissipation, the inside of the element and the resonator surface are not easily deteriorated by heat, and even when a multi-striped laser is used, the uniform laser beam is hardly deteriorated. It is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor laser device having a structure that can be obtained as described above, and a method for manufacturing the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention, a nitride semiconductor layer formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer is formed on a growth substrate, and the p-type is formed. Etching from the semiconductor layer sideProviding a groove part whose bottom surface reaches the n-type semiconductor layer;A resonator surface forming step for forming a resonator surface, a first substrate bonding step for bonding a first substrate to the upper surface of the p-type semiconductor layer, and the growth substrate are separated from the nitride semiconductor layer. A growth substrate separation step;A bottom surface removing step of forming nitride semiconductor layers spaced apart from each other by removing the bottom surface of the groove;A second substrate bonding step for bonding the nitride semiconductor layer exposed by separating the growth substrate to a second substrate; and a first substrate for separating the first substrate from the nitride semiconductor layer. A separation process;A chip forming step of obtaining a nitride semiconductor laser device by dividing the second substrate;It is characterized by comprising.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, comprising: a nitride semiconductor in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on a growth substrate; Etching the layer from the p-type semiconductor layer sideProviding a groove part whose bottom surface reaches the n-type semiconductor layer;A resonator surface forming step for forming a resonator surface, a ridge forming step for forming a striped ridge on the surface of a p-type semiconductor layer sandwiched between the resonator surfaces, and the nitride semiconductor layer on the first substrate. A first substrate bonding step for bonding to the growth substrate, a growth substrate separation step for separating the growth substrate from the nitride semiconductor layer,A bottom surface removing step of forming nitride semiconductor layers spaced apart from each other by removing the bottom surface of the groove;A second substrate bonding step for bonding the nitride semiconductor layer exposed by separating the growth substrate to a second substrate; and a first substrate for separating the first substrate from the nitride semiconductor layer. A separation process;A chip forming step of obtaining a nitride semiconductor laser device by dividing the second substrate;It is characterized by comprising.
[0008]
The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to
[0009]
In the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to
[0010]
The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to
[0012]
Of the present inventionClaim 6The nitride semiconductor laser device manufacturing method described in 1) is characterized in that a plurality of ridges are formed. Thereby, it can be set as the multi stripe laser which can radiate | emit a high output laser beam.
[0013]
Of the present inventionClaim 7The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) includes a step of forming a protective film on the resonator surface before the first substrate bonding step.
[0014]
Of the present inventionClaim 8The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) further includes a step of forming a p-side electrode on the surface of the ridge and annealing before the first substrate bonding step.
[0015]
Of the present inventionClaim 9The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) includes a step of forming a protective film on the resonator surface after forming the p-side electrode.
[0016]
Of the present inventionClaim 10The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to 1 includes a step of filling a groove having a cavity side surface formed by etching with a filler before bonding the first substrate after forming the ridge. It is characterized by.
[0017]
Of the present inventionClaim 11The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to 1 includes a step of forming a protective film before bonding of the
[0018]
Of the present inventionClaim 12The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the first substrate is made of the same material as the growth substrate or the second substrate.
[0019]
Of the present inventionClaim 13The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the first substrate has an adhesive layer on the surface, and the first substrate bonding step is bonded via the adhesive layer.
[0020]
Of the present inventionClaim 14The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the first pre-bonding protective film and / or the adhesive layer is made of an organic material.
[0021]
Of the present inventionClaim 15The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the protective film before bonding of the first substrate and / or the bonding portion of the first substrate has a diffusion prevention layer on the surface thereof.
[0022]
Of the present inventionClaim 16The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the diffusion prevention layer is made of metal.
[0023]
Of the present inventionClaim 17The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device described in 1) is characterized in that the diffusion preventing layer contains titanium.
[0024]
The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 18 of the present invention is characterized in that the nitride semiconductor layer and the second substrate are bonded together by a conductive layer made of an alloy eutectic.
In the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 19 of the present invention, a p-side pad electrode is formed on the p-side electrode, and an upper surface of the p-side pad electrode is a substantially flat single surface. It is formed as follows.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention is suitable for a method having an effective refractive index type waveguide region having a ridge and having a cavity surface formed by etching. In particular, assuming that the side on which the ridge is formed is upward (upper surface side), a nitride semiconductor laser in which a substrate that is not a growth substrate, that is, a support substrate is bonded to the nitride semiconductor layer side in the lower direction (lower surface side). The present invention relates to a method for manufacturing an element.
[0026]
In detail, the nitride semiconductor laser device obtained by the present invention includes a nitride semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked as shown in FIG. The p-type semiconductor layer has ridges (stripe-shaped convex portions), and has resonator faces formed by etching on both end faces substantially perpendicular to the longitudinal direction of the stripes. An effective refractive index type waveguide region having a waveguide direction (resonance direction) is formed. One of the resonator surfaces is a light emitting side resonator surface (light emitting surface) mainly having a function of emitting light to the outside, and the other is a light reflecting device mainly having a function of reflecting light into the waveguide region. This is the side resonator surface (monitor surface). A first insulating film is formed on the side surface of the ridge and the surface of the p-type semiconductor layer continuous to the side surface. A stripe-shaped p-side ohmic electrode that is in ohmic contact with the p-type semiconductor layer that is the upper surface of the ridge is provided via the first insulating film.
[0027]
Further, a p-side pad electrode provided so as to be in contact with the p-side ohmic electrode is formed on the p-side ohmic electrode. The p-side ohmic electrode and the p-side pad electrode are electrically joined, and current is supplied from this portion. The surface of the p-side pad electrode is formed so as to be substantially flat regardless of the shape of the ridge. A support substrate (second substrate) is provided on the lower surface of the n-type semiconductor layer, that is, the surface opposite to the side in contact with the active layer. A metallized layer including an n-side ohmic electrode is provided between the support substrate and the n-type semiconductor layer, and is joined so as to be electrically connected via the metallized layer.
[0028]
This support substrate (second substrate) is different from the growth substrate used when the nitride semiconductor layers are stacked, and is bonded after the nitride semiconductor layers are stacked. When the support substrate is a conductor, the p-side electrode and the n-side electrode are formed in different plane directions as shown in FIG. As a result, it can be easily placed on a conductive substrate such as a stem. For example, an n-side electrode and a stem or lead electrode are bonded with an adhesive of a conductive material, and a wire is bonded to the p-side electrode. Can be made. This can be reversed upside down, so that the p-side electrode side can be die-bonded to the stem. Further, when the support substrate is an insulator, an extraction portion is provided in the metallized layer of the support substrate as shown in FIG. In such a case, a wire is bonded to the n-side electrode and the p-side electrode. Alternatively, it is possible to use the semiconductor layer side face down so that the semiconductor layer side is die-bonded without using a wire.
[0029]
As described above, as a substrate provided on the n-type semiconductor layer side, a support substrate different from the growth substrate is attached (bonded) later, so that the choice of substrate materials can be increased. The growth substrate can be either a conductive substrate or an insulating substrate, but it is necessary to select a substrate on which a nitride semiconductor layer can be grown (laminated) with good crystallinity. It will be. For example, as a preferable material that can be used as a growth substrate for a nitride semiconductor, a sapphire substrate can be given. However, this sapphire substrate has poor heat dissipation and requires a buffer layer for forming a nitride semiconductor layer, so that the thickness of the stacked semiconductor layers tends to increase. By using a substrate different from the growth substrate after growth of the semiconductor layer as in the present invention, various materials can be used without being restricted by the growth conditions of the semiconductor layer. You can increase the choices of materials, such as those that have sex. Furthermore, since the choice of materials increases, the coefficient of thermal expansion can be variously changed, so that there is an advantage that the distortion of the chip can be controlled. As described above, in the present invention, by using different materials for the material preferable as the growth substrate and the support substrate preferable when the element is driven, a substrate suitable for the purpose can be obtained.
[0030]
(Production method)
Hereinafter, the manufacturing method of the nitride semiconductor laser device of the present invention will be described in detail.
[0031]
The nitride semiconductor laser device of the present invention is characterized in that the growth substrate is peeled off from the semiconductor layer grown on the growth substrate, and a support substrate different from the growth substrate is bonded to the peeled portion (peeling surface). The semiconductor layer has a resonator surface formed by etching. In particular, this resonator surface is formed by etching in a state where a nitride semiconductor layer is formed on the growth substrate. That is, the resonator surface has already been formed in a stage before being bonded to the first and second substrates. The manufacturing method of the present invention is characterized in that a nitride semiconductor laser device is obtained without using a cleavage step later by using an etching end face as a resonator face. Further, the laser structure (resonator structure and waveguide structure) is formed in the nitride semiconductor layer while being bonded to the growth substrate, and the support substrate is bonded to the above laser structure. It is characterized by being after. Hereinafter, each step will be described in detail.
[0032]
(Cavity plane formation)
The present invention includes a step of forming a resonator surface by etching a nitride semiconductor layer grown on a growth substrate from the surface side of the p-type semiconductor layer. This resonator surface forming step is performed in a state where the nitride semiconductor layer is on the growth substrate. The etching depth needs to be performed until at least the end face of the light emitting region including the active layer is exposed. Therefore, the etching is performed until a part of the n-type semiconductor layer is exposed. At that time, etching is performed until a part of the surface of the n-type semiconductor layer is exposed to form a resonator surface (resonance end face formation), and then a part of the surface of the exposed n-type semiconductor layer is formed. It is preferable that the etching step is further etched to form a two-step process including a post-process for forming an end face of the n-type semiconductor layer protruding from the resonator surface in the light emitting direction.
[0033]
In this way, the resonator surface can be formed as a surface close to a mirror surface by performing two-stage etching of the pre-process and the post-process. This is because etching under different conditions can be performed by performing etching in two stages. Etching is performed while chemically removing the semiconductor layer, and the speed of removal varies depending on the type and conditions of the etching gas, the mask selection ratio, and the like. In order to make the resonator surface a uniform flat surface close to a mirror surface, it is preferable to select an etching gas with a slightly low etching rate so that the etching surface is not roughed as much as possible in the first step before performing the first etching. .
[0034]
Etching deeply to the vicinity of the growth substrate under these conditions takes too much time, which is not preferable in terms of the process, and because the previously formed resonator surface is exposed to the etching gas for a long time, the surface state Will be rough. Therefore, after slowly etching in the previous process until at least a part of the n-type semiconductor layer is exposed to form the resonator surface, another mask is formed to protect the resonator surface (not shown), As a post-process, etching is performed under conditions different from those of the pre-process. In this case, since only the n-type semiconductor layer is etched, the etching surface may not be a mirror surface such as a resonator surface, but may be a rough surface. Therefore, an etching gas having a high speed can be selected. Thus, an excellent resonator surface can be obtained by performing the two-stage etching.
[0035]
When etching is performed in two stages as described above, a step is generated between the etching end face formed in the subsequent process and the etching end face including the resonator face formed in the previous process. It is preferable to perform post-etching so as not to block the laser beam emitted from the vessel surface. That is, by reducing the distance between the resonator surface formed in the previous process and the end surface of the n-type semiconductor layer formed in the subsequent process so that the surfaces come closer to each other, light is not blocked. can do. Preferably, the distance is set to be within 3 μm. Thereby, it is possible to obtain a semiconductor laser element having excellent beam characteristics in which ripple (unevenness) does not occur in the y component (vertical component) of the far field pattern (FFP). Even in the case where there are a plurality of ridges, the y component of the FFP depends on the laser light emitted from each ridge. It is preferable to reduce the distance between the end faces of the type semiconductor layers.
[0036]
The resonator surface formation step (pre-step) and the subsequent end surface formation step (post-step) of the n-type semiconductor layer can be performed continuously, or after the pre-step, a ridge formation step, a protective film formation step such as a mirror, etc. After that, a subsequent process can be performed, and can be performed at an appropriate timing in consideration of various factors such as the shape of the ridge, the material of the protective film, and the stability in the process.
[0037]
The resonator surface can be formed by etching from the upper surface side of the p-type semiconductor layer until at least the end surface of the active layer is exposed. When the resonator surface is formed by cleavage, it is necessary to divide the element according to the cleavage surface of the semiconductor layer. However, when the resonator surface is formed by etching, the resonator surface is formed regardless of the plane orientation. Therefore, any resonator length can be selected, and the number of chips obtained from one wafer can be increased.
[0038]
As a post-process, an excellent resonator surface can be formed by etching at least halfway through the n-type semiconductor layer, that is, by etching so that the bottom surface of the etching becomes an n-type semiconductor layer. It can also be etched deeply until it is exposed. When the bottom surface of the etching is an n-type semiconductor layer, the semiconductor layer separated by the etching groove in the resonator plane politics is after the state where the n-type semiconductor layer is continuous. In addition, the second substrate bonding step can be performed in a stable state, and the resonator surface can be hardly contaminated by impurities or the like. Further, the post-process can be etched until the growth substrate is exposed. In this case, it is possible to reduce the number of processes because the support substrate is divided into chips simply by removing the growth substrate after bonding. .
[0039]
(Ridge formation)
In the present invention, a resonator surface forming step of etching from the p-type semiconductor layer side to the n-type semiconductor layer to form a resonator surface, and a step of etching the p-type semiconductor layer to form a striped ridge. , Can also have. By these two steps, a resonator structure and a waveguide structure that influence the characteristics of the laser element are formed. As described above, the resonator surface is preferably formed in a state where the semiconductor layer is bonded to the growth substrate, but the ridge formation is also preferably performed in a state where the semiconductor layer is bonded to the growth substrate. That is, it is preferable to perform each process described in
[0040]
By forming the ridge after forming the resonator surface, it becomes easy to form a narrow ridge. In particular, this is an effective method when the nitride semiconductor layer is etched deeply when forming the resonator surface. This is because the etching depth is considerably different between the case where only the p-type semiconductor layer is etched to form the ridge and the case where etching is performed until the substrate is exposed. If the ridge is formed first, the edge of the ridge is gradually etched even if it is protected by a mask during subsequent etching of the end face, which is not preferable. In such a ridge, the width of the end of the striped ridge is a tapered waveguide region that is narrower than that near the center, and the narrowing of the width results in tight confinement of light. In addition to the shape being different from the intended one, the area of the resonator surface becomes small, so the load per unit area becomes too large and COD tends to occur.
[0041]
In order to form the ridge, a mask (protective film) is formed in accordance with the desired width of the ridge. Even when a plurality of ridges are provided to form a laser array (multi-stripe laser), a mask corresponding to each ridge is formed. The width of the ridge is preferably about 1 μm to 10 μm, and this is the same for each ridge when a plurality of ridges are provided. The depth of the ridge is at least a depth that does not reach the light emitting layer made of the active layer. Preferably, the middle of the p-type guide layer is removed by etching to leave a stripe-shaped convex portion, which is removed from the ridge. And The structure and characteristics of the laser element vary depending on the etching depth. The material used as the mask may be any material as long as it has a difference from the etching rate of the nitride semiconductor (a material with a different selectivity). For example, for example, Si oxide (SiO2In order to provide a difference in solubility with the first insulating layer to be formed later, it is more easily dissolved in acid than the first insulating film. Select the material. As the acid, hydrofluoric acid is preferably used. In order to use hydrofluoric acid, it is preferable to use Si oxide as a material that is easily dissolved in hydrofluoric acid.
[0042]
(Formation of first protective film)
When the p-side electrode is formed on the top surface of the ridge, it is preferable to provide an insulating protective film on the side surface of the ridge and the surface of the nitride semiconductor layer (p-type semiconductor layer) continuous from the side surface of the ridge before that. . The insulating protective film (first protective film) provided in this way functions as a buried layer (film) of the ridge, concentrates current from the upper surface of the ridge, and refracts more than the nitride semiconductor. By selecting a material with a low rate, the lateral light confinement from the active layer can be made excellent. This step is preferably performed before the p-side electrode is formed, so that current can be concentrated in the ridge portion. Moreover, it is preferable to perform before performing a 1st board | substrate joining process.
[0043]
In order to provide the first protective film which is the buried layer of the ridge, the first protective film is formed on the surface of the p-type semiconductor layer with the mask used at the time of forming the ridge remaining on the ridge, and then buffered. The mask over the ridge is dissolved and removed by immersion in a liquid, and the first protective film over the ridge is removed together with the mask by a lift-off method. As a result, the p-type semiconductor layer on the top surface of the ridge is exposed, and the first protective film is formed on the side surface of the ridge. In order to use such a method, it is necessary to select a first protective film having a lower solubility in the buffered solution than that of the mask at the time of ridge formation.2However, as the first protective film, ZrO2, Al2O3, AlN, HfO2Etc. are preferably used.
[0044]
(P-side ohmic electrode formation)
In the present invention, it is preferable to have a step of forming and annealing a p-side ohmic electrode on the surface (upper surface) of the ridge after forming the stripe-shaped ridge and before joining the first substrate. The p-side ohmic electrode can be provided at any stage after the ridge is formed. Therefore, depending on the process and the structure of the semiconductor laser element, the p-side ohmic electrode can also be provided in a process other than before the first substrate bonding. .
[0045]
For example, the second substrate (support substrate) may be bonded to the n-type semiconductor layer side, and then the first substrate may be separated to expose the ridge. However, there is an advantage that the p-type semiconductor layer can be made p-type simultaneously by forming the p-side ohmic electrode before bonding the first substrate and performing ohmic annealing. Since the p-type semiconductor layer does not become a p-type layer simply by doping a p-type impurity, it is necessary to perform some kind of treatment (p-type conversion). As the p-type conversion treatment, annealing is preferable, and thermal annealing is particularly preferable. . By performing an annealing process for providing a ohmic contact with the nitride semiconductor layer (p-type semiconductor layer) by providing a p-side ohmic electrode at a relatively early stage before bonding the first substrate, Ohmic annealing and p-type annealing can be performed simultaneously. In addition, by performing an annealing process at an early stage in the manufacturing process of the nitride semiconductor laser device in this way, a protective film made of a relatively heat-sensitive material can be used in a later process. It becomes possible. In particular, when a mirror or the like is provided, it can be manufactured without impairing the characteristics of the mirror formed by controlling the reflectance and the refractive index.
[0046]
(Formation of second protective film)
After forming the first protective film, the p-side ohmic electrode is formed, and a second protective film is formed on the p-side ohmic electrode. This protective film is provided so that the contact between the p-side pad electrode and the p-side ohmic electrode to be formed later is limited to the top of the ridge, and almost the entire exposed portion of the semiconductor layer other than the top of the ridge is covered. It can be provided to cover. In particular, the deterioration can be suppressed by protecting the active layer from being exposed to the end face. It is also possible to make it difficult for a short circuit between the p-side electrode and the n-side electrode to occur. Further, not only the surface (side surface) parallel to the ridge stripe but also the resonator surface can be provided so that the resonator surface can be protected. However, it is preferable to provide the resonator surface in a separate process from the second protective film. In particular, when a high output is required, the element life is impaired by the deterioration of the protective film rather than the deterioration inside the element. It is necessary to provide so that there is no. In the case where such a protective film (mirror) is provided, when the chip is formed at the final stage, it can be provided after first being divided into bars. By forming by such a method, a protective film that is more durable against deterioration compared to forming by sputtering or the like under conditions where the film component wraps around from the p-type semiconductor layer side. Can do. The second protective film can be omitted depending on the manufacturing method.
[0047]
(Resonator surface protective film)
A pair of resonator surfaces for forming the resonator structure of the waveguide region can provide a difference in the reflectance of both end faces by providing a protective film, thereby determining the emission direction, In addition, the resonance of light can be performed efficiently. Therefore, a protective film may be provided on either side, or a protective film may be provided on both sides. In addition to the function of providing a difference in reflectance, a protective film having only a function of protecting the end face of the active layer may be provided. As described above, the resonator surface protective film is formed so as to wrap around the second protective film provided on the surface (side surface) parallel to the ridge stripe, and the protective film is formed on the resonator surface. It can also be provided in a separate step. This resonator surface protective film is also preferably formed in a state where a semiconductor layer is formed on the growth substrate. By providing it first, it is possible to prevent the resonator surface from being contaminated when the substrates are joined or separated. However, it is necessary to prevent the characteristics from deteriorating due to heat or external force in the subsequent process. Alternatively, it may be formed as a temporary protective film, and another protective film may be provided later. The protective film on the resonator surface is preferably formed after the resonator surface is formed and before the first substrate is bonded. In particular, the protective film on the side surface parallel to the ridge stripe is provided by forming after the p-side electrode is formed. Since it can be formed in the same process, there is an advantage that the number of processes can be reduced.
[0048]
(Formation of p-side pad electrode)
After the second protective film is formed, a p-side pad electrode that can make ohmic contact with the p-side ohmic electrode on the top surface of the ridge is formed. The p-side pad electrode is preferably formed so that the upper surface becomes a substantially flat single surface regardless of the unevenness of the surface (upper surface) due to the shape of the ridge or the shape of the p-side ohmic electrode. And it is preferable to provide it so that it may cover the substantially whole surface of a p-type semiconductor layer. For example, as shown in FIG. 1, the second protective film is provided so as to substantially cover the ridge side surface and the surface of the p-type semiconductor layer continuous from the side surface of the ridge. A p-side pad electrode is provided to cover the entire surface. By increasing the formation area of the p-side pad electrode, current can flow uniformly.
[0049]
(Filler filling)
In the present invention, after forming a stripe-shaped ridge on the surface of the p-type semiconductor layer, and before bonding the first substrate, a step of filling the etching groove formed by etching at the time of forming the resonator surface with a filler Can also be included. In the case of using a filler, when forming the p-side electrode before bonding the first substrate, it is preferable to fill the filler after forming the p-side electrode, particularly the p-side pad electrode. Even when the mirror (second protective film) is formed before the p-side pad electrode is formed, it is preferably filled after the p-side pad electrode is formed. The filler needs to fill at least a portion exposed by etching, and is preferably filled up to the same surface as the upper portion of the ridge of the p-type semiconductor layer. In addition, when the filler is filled after forming the p-side electrode, it is preferable to fill the filler until it reaches substantially the same surface as the upper surface of the p-side electrode formed on the ridge. In any case, it is preferable that the first substrate be a substantially flat surface so that the unevenness of the bonding surface is reduced when the first substrate is bonded. For example, by applying a substantially flat surface to the joint surface, it is possible to prevent a force from being applied locally. Here, the nitride semiconductor layer and / or the p-side electrode and the filler constitute a substantially flat surface. However, even if the surface is made of a different material, the upper surface (joint surface) is the same. What is necessary is just to become substantially flat. By doing in this way, it becomes easy to join with the 1st substrate.
[0050]
Moreover, the load applied to the ridge upper part at the time of joining can be reduced by setting it as a substantially flat surface using a filler. If no filler is used, the load on the upper portion of the ridge is increased and the bonding tends to be insufficient. In addition, in this way, when removing the growth substrate after being bonded to the first substrate, it is possible to prevent the force from being applied unevenly by filling the filler, and to remove the growth substrate. It is possible to prevent impurities from adhering to the end face of the semiconductor layer formed on the substrate.
[0051]
Further, when the back surface of the n-type semiconductor layer (side on which the growth substrate is in contact) is further removed and the n-type contact layer is thinned until the n-type contact layer is exposed, the etched portion is filled with the filler. Further, it is possible to prevent impurities from adhering to the end face of the semiconductor layer, particularly the end face of the resonator, and further, since the element is stable without being wobbled by being filled with the filler, the variation is reduced. Moreover, even when the protective film (mirror etc.) of the end face is formed first, it can be performed without changing those characteristics.
[0052]
(Formation of first protective film before substrate bonding)
The first substrate is a temporary substrate to be removed later, but the p-side pad electrode bonded to the temporary substrate needs to be connected to a wire or the like in order to establish electrical connection with the outside later. It is necessary to prevent damage due to bonding and separation of the first substrate. Therefore, as shown in FIG. 6A, a first protective film before bonding (bonding) is formed. At least the upper surface of the p-side pad electrode may be provided. However, when filling the groove with a filler, a protective film is provided not only on the upper surface of the p-side pad electrode but also on the filler, As a result, the p-side pad electrode can be protected and the bonding property with the first substrate can be improved. The first protective film before bonding to the substrate is formed by a simple and general method as a film forming method such as simply applying or sputtering, and the load on the p-side pad electrode is small. This is preferable because it can be easily removed later. The first protective film before bonding to the substrate is preferably made of a resin-based material made of an organic material such as a resist or an epoxy resin. As a result, the subsequent separation process is facilitated, and the load on the semiconductor layer due to heat or external force can be reduced. In addition, both the protective film and the bonding portion of the protective film of the first substrate bonded to the protective film are made of an organic material, which facilitates subsequent processes.
[0053]
(Diffusion prevention layer)
As described above, the first substrate pre-bonding protective film provided on the bonding portion of the first substrate and the semiconductor layer is made of an organic material, so that there is an advantage that a post-process can be easily performed. However, if they are organic materials, the adhesion is improved, so that it is advantageous at the time of joining, but defects are likely to occur in the subsequent separation step. Since the first substrate is a temporary substrate that is supposed to be peeled off later, it is not preferable in terms of process if it reacts and is strongly bonded (or partially integrated). Therefore, it is preferable to provide a diffusion preventing layer that prevents components from diffusing at the bonding interface. This may be provided on the first substrate side or on the semiconductor layer side. In any case, it is an organic substance that functions as an adhesive for each other, and is a layer that is required when they are likely to react with each other (easy to be mixed), and the material is preferably a metal. The metal to be used may be any metal that can be bonded at a relatively low temperature with good adhesion, and one or more metals can be used. When an epoxy resin is used for the first protective film before bonding to the substrate or the bonding portion, it is preferable to use titanium. By providing such a diffusion preventing layer, it is possible to reduce the load applied to the semiconductor layer in the subsequent separation step.
[0054]
(Joining the first substrate)
In the present invention, the first substrate and the protective film provided on the p-type semiconductor layer are bonded (bonded) as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). The bonding method can be selected depending on the bonding agent to be used, but is mainly performed by pressing while heating. When using a resin or the like as a bonding agent, bonding can be performed at a relatively low temperature. For example, when using an epoxy resin or the like, bonding can be performed by heating to about 100 ° C. to 200 ° C. When eutectic such as AuSn is used, heating at about 200 ° C. to 300 ° C. is necessary. In any case, since it is bonded to the first substrate to be separated later, it is only necessary to bond to the extent that does not hinder the process. Since this bonding is performed on the semiconductor layer relatively close to the active layer, a temperature range in which decomposition of the inside of the nitride semiconductor layer, particularly the active layer, can be suppressed by performing at a relatively low temperature is preferable.
[0055]
(Separation of growth substrate)
In the present invention, after the nitride semiconductor layer is bonded to the first substrate, the growth substrate is separated (removed) as shown in FIG. That is, the growth substrate suitable for growing the nitride semiconductor layer is removed through this step. Examples of methods for separating (removing) the growth substrate from the nitride semiconductor layer include laser light irradiation, polishing, and chemical polishing (CMP treatment). These methods make it difficult to apply a load to the semiconductor layer and easily separate the growth substrate. Although the growth substrate can be removed only by these methods, a part of the growth substrate or the n-type semiconductor layer may remain on the surface of the n-type semiconductor layer to be exposed. In such a case, it is possible to remove the remaining growth substrate and expose the target n-type semiconductor layer by further irradiating or grinding an excimer laser from the side where the growth substrate is removed. Further, in order to expose the n-type semiconductor layer, after removing the growth substrate, the exposed surface of the nitride semiconductor layer is subjected to CMP treatment to expose the n-type semiconductor layer. Even if the thickness of the semiconductor layer is reduced in this way, the strength is maintained by the first substrate, so that the semiconductor layer is not easily damaged. Further, by reducing the thickness of the n-type semiconductor layer, the current resistance can be lowered and a semiconductor laser element with a low threshold value can be obtained. In particular, by performing CMP treatment on the exposed surface after separation of the growth substrate, the nitride semiconductor damage layer formed by the external force at the time of separation can be removed, so that ohmic contact with the n-side electrode is easily obtained. .
[0056]
At this time, the n-type semiconductor layer to be exposed can be selected depending on the material of the second substrate to be used later. For example, when the second substrate is conductive, the n-type semiconductor layer is removed by removing not only the growth substrate but also a part of the n-type semiconductor layer so that the n-type contact layer is exposed. An n-side electrode can be provided on the entire surface (back surface). In order to expose the n-type contact layer, it is preferable to further remove the n-type semiconductor layer to make it thinner as shown in FIG. 7A, but only a part of the n-type contact layer may be exposed.
[0057]
Further, when the second substrate is insulative, it may not be removed until the n-type contact layer is exposed. Thereby, the part to remove can also be decreased. However, even in such a case, it is preferable to expose the n-type contact layer because the resistance of the current flowing inside the device can be lowered by making the n-type semiconductor layer thinner as described above. In this way, the selection of the n-type semiconductor layer to be exposed may be determined not by the conductivity of the second substrate but by other factors. In addition to this, for example, the thickness of the nitride semiconductor layer can be taken into consideration depending on the purpose, such as removal until the thickness becomes difficult to crack due to stress. Alternatively, if the bottom surface of the etching groove when forming the resonator surface in the first step is not a growth substrate but an n-type semiconductor layer, polishing is performed until the bottom surface of the etching is removed. Nitride semiconductor layers that are adjacent to each other through one substrate, that is, separated from each other can be formed. By making the semiconductor layers separate in this way, later chip formation becomes easy.
[0058]
(N-side electrode and n-side metallization layer formation)
After removing the first substrate, an n-side electrode is provided as shown in FIG. In this case, as with the p-side electrode, the film can be easily obtained by forming a film at a target location by a method such as sputtering using a mask. In the case where the second substrate is conductive and the n-side electrode is formed on the n-type contact layer on the back surface side, it is preferable that the second substrate is provided on almost the entire surface without requiring a mask. In such a case, since the n-side metallized layer can be formed continuously, it is very advantageous in terms of process, and the p-side electrode and the n-side electrode are formed in different plane directions, The chip size can be made relatively small as compared with the case of forming in the same plane direction. In addition, since an ohmic contact can be relatively easily obtained with the n-type semiconductor layer, it is not necessary to go through an annealing step unlike a p-side ohmic electrode.
[0059]
(Second substrate bonding)
Next, as shown in FIGS. 7C and 7D, the second substrate is bonded. Since the second substrate is used as a support substrate for supporting the semiconductor layer after being formed into chips, unlike the first substrate, the second substrate is bonded with good adhesiveness so that it is not peeled off during subsequent processes and element driving. There is a need. Further, when a conductive material is used, it is necessary to join so as to make ohmic contact in order to reduce the resistance of current. Here, it is preferable to mainly use a eutectic material. For example, materials such as AuSn, PdSn, and InPd can be selected. The heating temperature varies depending on the material, and it is preferable that the AuSn system and the PdSn system are performed in a temperature range of about 230 ° C. to 300 ° C., and the InPd system is performed in a temperature range of about 130 ° C. to 250 ° C. It joins by the hot press method which added the pressure, heating in these temperature ranges.
[0060]
(Separation of the first substrate)
Next, as shown in FIG. 8A, the first substrate is separated. The method of separating the first substrate differs depending on the material. For example, when bonding is performed using an epoxy resin or the like, since it is originally a property that is weak against heat, it is bonded by heating to a temperature higher than that at the time of bonding, in this case, approximately 200 ° C. or higher. Since the force is extremely reduced, it can be easily separated. In the case of eutectic using AuSn or the like, the joint is dissolved by being immersed in an acid and separated. Further, the bonding material may be dissolved after removing the first substrate by polishing.
[0061]
(Removal of protective film before first substrate bonding)
After the first substrate is separated as described above, the protective film before bonding the first substrate is exposed as shown in FIG. 8B. By removing this protective film, As shown in FIG. Since this protective film also has a function of protecting the p-side pad electrode, it is necessary not to damage the p-side pad electrode during removal. When the protective film is a resist or the like, it can be easily removed by a method such as ashing. SiO2Is removed using an acid such as hydrofluoric acid. In this case, it is preferable to use a weak acid.
[0062]
(Chip)
Finally, the semiconductor layer separated by the etching groove is divided at a position indicated by an arrow in FIG. 8C to form individual chips. In the present invention, it is preferable to remove the n-type semiconductor layer on the bottom surface of the etching after separating the growth substrate. By proceeding in this state, this chip forming process can be performed very easily. . In addition, since the nitride semiconductor layer is not formed at the dividing position of the second substrate (supporting substrate), problems such as element destruction due to the division do not occur. Conventionally, when a growth substrate does not have a cleavage property, a method of using a material having a cleavage property as a supporting substrate and making the semiconductor layer easy to cleave has been used. Since the substrate is already separated up to the previous step, the support substrate does not need to have cleavage properties. Therefore, the material for the support substrate can be selected without considering cleavage. As a method of dividing the support substrate, a method of applying a mechanical force such as dicing can be used, and the method may be performed from either the upper surface or the lower surface of the support substrate. Thereby, the nitride semiconductor laser device of the present invention can be obtained.
[0063]
As described above, the nitride semiconductor laser element of the present invention is manufactured. Hereinafter, each part constituting the nitride semiconductor laser element will be described in detail.
[0064]
(Growth substrate)
The growth substrate may be a different substrate or the same substrate as long as the nitride semiconductor layer can be epitaxially grown, and the size, thickness, and the like are not particularly limited. As a specific example, in a dissimilar substrate, sapphire or spinel (MgA1) whose main surface is any one of C-plane, R-plane, and A-plane2OFourInsulating substrates such as silicon carbide (6H, 4H, 3C), silicon, ZnS, ZnO, Si, GaAs, diamond, and oxides such as lithium niobate and neodymium gallate that are lattice-bonded to nitride semiconductors A substrate is mentioned. Further, a nitride semiconductor substrate which is the same kind of substrate can be used as long as it is thick enough to allow device processing (several tens of μm or more).
[0065]
When a heterogeneous substrate is used as the growth substrate, it is preferable to grow the buffer layer before growing the nitride semiconductor layer. As the buffer layer, the general formula AlaGa1-aNitride semiconductor represented by N (0 ≦ a ≦ 0.8), more preferably AlaGa1-aA nitride semiconductor represented by N (0.05 ≦ a ≦ 0.5) is used. The growth temperature of the buffer layer is preferably low temperature growth. Thereby, dislocations and pits on the nitride semiconductor layer can be reduced. Further, Al is formed on the heterogeneous substrate by the ELOG method.xGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) layers may be grown. The ELOG method is to reduce dislocations by laterally growing a nitride semiconductor to bend and converge threading dislocations.
[0066]
Some nitride semiconductors grown laterally on a substrate have a T shape, and after removing the protective film, the nitride semiconductor is further regrown. In the present specification, such a nitride semiconductor layer is included in a substrate in distinction from conductive layers from an n-type contact layer to a p-type contact layer formed in a later step. A dissimilar substrate having a nitride semiconductor layer has dislocations extending on the T-shaped pillars, but the dislocations are greatly reduced on the upper portions of the T-shaped blades and on the openings of the adjacent T-shaped blades. A nitride semiconductor substrate can be obtained. Since dislocations are also reduced in the regrown junction, this substrate has a wide range of low defect areas on the wafer. Therefore, nitride semiconductor laser elements formed on this substrate can be expected to have good life characteristics. Moreover, since the cavity remains after the regrowth by removing the protective film under the T-shaped wings, there is also a warp suppressing effect.
[0067]
In order to reduce threading dislocations generated in a nitride semiconductor, there is a method of reducing dislocations by concentrating threading dislocations by growing a thick film by the HVPE method in addition to the ELOG method. When a nitride semiconductor is grown by this HVPE method, for example, if it is GaN, HCl gas and Ga metal react to react with GaCl or GaCl.3In addition, the Ga chloride reacts with ammonia to deposit GaN on the substrate. A nitride semiconductor substrate can be efficiently obtained by changing the growth rate during the growth of a nitride semiconductor by the HVPE method and by greatly reducing crystal defects by performing two-stage growth.
[0068]
(First substrate (temporary substrate))
Since the first substrate is a temporary substrate that will be removed later, the material is not particularly limited as long as it has flatness and strength. However, the thermal expansion coefficient is preferably a value close to that of the growth substrate. Preferable materials include sapphire, W, Mg, Kovar material, Invar material, polyimide resin, polyester resin, epoxy resin, and the like. In particular, if the same material as that of the growth substrate or the same material as that of the second substrate to be bonded later is used, the difference in thermal expansion coefficient can be reduced, so that warpage during the process is less likely to occur. preferable. In addition, as an adhesive (bonding agent) for bonding the first substrate and the nitride semiconductor layer, a polymer material such as an epoxy resin, a resist, or a common material such as AuSn having a relatively low melting point is used. Crystalline materials are preferred.
[0069]
(Second substrate (support substrate))
The second substrate bonded to the p-type semiconductor layer side of the nitride semiconductor layer is not a temporary substrate that is used during the manufacturing process and then separated, unlike the first substrate, but finally nitride. It is a support substrate left in a state of being bonded to the semiconductor layer. The second substrate (support substrate) preferably has a higher thermal conductivity than the nitride semiconductor layer. Specific examples of the material include those made of alloys such as Cu-W and Cu-Mo, Cu-diamond, AlN, Si, SiC, and the like. Particularly preferred is a Cu-W alloy. This material has the general formula CuxW1-x(0 ≦ x ≦ 30). By setting the composition ratio in such a range, an alloy having a thermal expansion coefficient relatively close to that of the nitride semiconductor can be obtained. Thereby, it can be made hard to receive the influence of the volume change which arises at the time of the heating at the time of joining (bonding), and subsequent cooling. And since this material is also excellent in heat dissipation, it can suppress thermal deterioration more. A Cu—Mo alloy is also a preferable material. This material has the general formula CuxMo1-x(0 ≦ x ≦ 50). By selecting the composition ratio, it is possible to obtain a support substrate that is excellent in both thermal expansion coefficient and heat dissipation. A Cu-diamond system is also preferable. Further, in the case of an insulating material such as AlN instead of an alloy, it is advantageous when a chip is mounted on a circuit such as a printed board. In addition, although Si has a slightly lower thermal conductivity than the above materials, it has a characteristic that it is inexpensive and easily formed into a chip. Therefore, it can be used depending on the application, such as when used at a relatively low output. . A preferable film thickness of the support substrate is 50 to 500 μm. By setting the film thickness of the support substrate in such a range, the heat dissipation can be improved, and it can be manufactured stably with a high yield.
[0070]
As the second substrate (support substrate), a substrate exhibiting conductivity is preferably used. Furthermore, the linear thermal expansion coefficient of the support substrate is 4 to 10 (× 10-6/ K) is preferred. Specifically, those containing at least one of Cu, Mo, and W are preferable, and the composition ratio thereof is preferably such that the content of Cu is 50% or less. More preferably, it is 30% or less. When Mo is contained with respect to Cu, the Mo content is 50% or more. Moreover, when it contains W with respect to said Cu, W content is 70% or more.
[0071]
(Metalized layer of the second substrate (support substrate))
The second substrate is preferably formed with a metallized layer on the surface bonded to the n-type semiconductor layer. The metallized layer is preferably used as a multilayer film of metals having different properties, rather than being used as a single layer. For example, a multilayer structure of an adhesion layer, a barrier layer, and a eutectic layer is formed, and a preferable material is arranged in each layer. be able to. After the eutectic, these multilayer films are alloyed to function as conductive layers. The adhesion layer is a layer in contact with the support substrate, and is preferably a material having good bonding property to the material of the support substrate. For example, Ti, RhO, Ni, W, Mo and the like are preferable. Further, the eutectic layer is a layer for eutecticization with the p-side metallization layer of the nitride semiconductor, and a combination of materials that can be eutectic at a low temperature and has a high melting point after eutectic is preferable. Examples include Au and Sn, Pd and Sn, Au and SnAu, Au and In, and Pd and In. Further, the barrier layer formed between the adhesion layer and the eutectic layer is a layer for preventing the metal of the eutectic layer from diffusing. For example, Pt, TiN, TaN, WN, MoN, etc. are preferable materials. As mentioned. A preferable material for the metallized layer having a multilayer structure includes, for example, a metal multilayer film such as Ti—Pt—Au, Ti—Pt—AuSn, or Ti—Pt—Pd.
[0072]
(Nitride semiconductor)
As the semiconductor layer used as the nitride semiconductor laser element of the present invention, GaN, AlN, InN, and a III-V group nitride semiconductor (InxAlyGa1-xyN, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) are preferable. The nitride semiconductor laser device of the present invention will be specifically described below.
[0073]
(Waveguide region)
In the semiconductor laser device of the present invention, the stripe-shaped waveguide region is mainly formed in the plane of the active layer sandwiched between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer. The vessel directions are almost the same. Here, the in-plane of the active layer refers to the inside of the active layer in a plane parallel to the active layer, the n-type nitride semiconductor layer, and the junction surface of the type nitride semiconductor layer. The stripe-shaped waveguide region may be provided not only in the active layer described above but also in an optical waveguide (waveguide layer) provided in the laminated structure, for example, up to a guide layer sandwiching the active layer described later. These regions may be optical waveguide layers, which may be waveguide regions.
[0074]
Further, in order to set the stripe direction as the resonator direction, the pair of resonator surfaces provided on the end faces are flat surfaces formed by etching. In the present embodiment, the resonator surface is formed by etching regardless of whether the growth substrate is a homogeneous substrate or a different substrate. By using the etching end face, the resonator face can be formed without being influenced by the cleavage property of the substrate. Therefore, it is possible to select a material on which the nitride semiconductor layer can be easily stacked without considering at least cleavage property. it can.
Thereby, a resonator surface can be easily formed by cleavage. For example, a sapphire substrate is a growth substrate that is difficult to cleave, but is a material suitable for laminating a nitride semiconductor layer via a buffer layer or the like, and is preferably used because it easily peels off from the semiconductor layer. it can.
[0075]
(Active layer)
In the nitride semiconductor laser element of the present invention, it is particularly preferable that the active layer has a nitride semiconductor layer containing In. This makes it possible to obtain laser light having a violet to red wavelength in the ultraviolet and visible range. In the case where a nitride semiconductor layer containing In is used, if the active layer is exposed to the atmosphere, extremely serious element degradation may occur when the laser element is driven. This is because the melting point of In is low, so that decomposition and evaporation are likely to occur, and damage is caused by etching at the time of forming a ridge (stripe-shaped convex portion), and it becomes difficult to maintain the crystallinity in processing after exposure of the active layer. It is preferable to form the stripe-shaped protrusions at a depth that does not reach the active layer.
[0076]
The active layer may have a quantum well structure, in which case either a single quantum well or a multi-quantum well may be used. A quantum well structure is preferable, so that a laser element with excellent luminous efficiency and high output can be obtained.
[0077]
As described above, it is preferable to use a nitride semiconductor containing In as the active layer of the nitride semiconductor.xInyGa1-xyIt is preferable to use a nitride semiconductor represented by N (0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1). In this case, the active layer having the quantum well structure means that the nitride semiconductor shown here is preferably used as the well layer. In the wavelength region from near ultraviolet to visible green (from 380 nm to 550 nm), InyGa1-yN (0 <y <1) is preferably used, and in the longer wavelength region (red) beyond that, In is similarly used.yGa1-yN (0 <y <1) can be used. At this time, a desired wavelength can be obtained mainly by changing the In mixed crystal ratio y. In a short wavelength region of 380 nm or less, since the wavelength corresponding to the forbidden band width of GaN is 365 nm, it is necessary to set the band gap energy to be substantially the same as or larger than that of GaN.xInyGa1-xyN (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1, x + y ≦ 1) is used.
[0078]
When the active layer has a quantum well structure, the specific well layer thickness is in the range of 10 to 300 mm, preferably in the range of 20 to 200 mm to reduce Vf and the threshold current density. Can be made. Further, from the viewpoint of crystal growth, when the thickness is 20 mm or more, a layer having a relatively uniform film quality without large unevenness in film thickness can be obtained. It becomes possible. The number of well layers in the active layer is not particularly limited and is 1 or more. At this time, when the number of well layers is 4 or more, if the thickness of each layer constituting the active layer increases, the active layer Since the entire film thickness is increased and Vf is increased, it is preferable to keep the film thickness of the active layer low by setting the film thickness of the well layer to 100 mm or less. In a high-power LD, it is preferable that the number of well layers is 1 or more and 3 or less because an element with high luminous efficiency tends to be obtained.
[0079]
The well layer may be doped with p-type or n-type impurities (acceptor or donor), or may be undoped or non-doped. However, when a nitride semiconductor containing In is used as the well layer, the crystallinity tends to deteriorate as the n-type impurity concentration increases. Therefore, the well layer should have a good crystallinity by keeping the n-type impurity concentration low. Is preferred. Specifically, the well layer is preferably grown undoped in order to maximize the crystallinity. Specifically, the n-type impurity concentration is 5 × 10 5.16/ CmThreeThe following is preferable. The n-type impurity concentration is 5 × 10.16/ CmThreeThe following state is a state where the impurity concentration is extremely low. In this state, it can be said that the well layer is substantially free of n-type impurities. When the well layer is doped with n-type impurities, the n-type impurity concentration is 1 × 10 5.18Below 5 × 1016/ CmThreeWhen doped in the above range, deterioration of crystallinity can be suppressed to a low level and the carrier concentration can be increased.
[0080]
The composition of the barrier layer is not particularly limited, and a nitride semiconductor similar to the well layer can be used. Specifically, a nitride semiconductor containing In such as InGaN having a lower In mixed crystal ratio than the well layer, or A nitride semiconductor containing Al, such as GaN or AlGaN, can be used. At this time, the barrier layer needs to have a larger band gap energy than the well layer. As a specific composition, InβGa1- βN (0 ≦ β <1, α> β), GaN, AlγGa1- γN (0 <γ ≦ 1), InxAlyGa1-xyN (x ≦ 0, y ≦ 0, x + y ≦ 1) can be used, and preferably InβGa1- βBy using N (0 ≦ β <1, α> β) and GaN, a barrier layer can be formed with good crystallinity. This is because, when a well layer made of a nitride semiconductor containing In is directly grown on a nitride semiconductor containing Al such as AlGaN, the crystallinity tends to be lowered and the function of the well layer tends to be deteriorated. Because. AlγGa1- γWhen N (0 <γ ≦ 1) is used as a barrier layer, a barrier layer containing Al is provided on the well layer, and an In layer is formed under the well layer.βGa1- βThis can be avoided by forming a barrier layer of a multilayer film using N (0 ≦ β <1, α> β) and a GaN barrier layer. As described above, in the multiple quantum well structure, the barrier layer sandwiched between the well layers is not limited to one layer (well layer / barrier layer / well layer), and may be composed of two or more layers. As the barrier layer, a plurality of barrier layers having different compositions and impurity amounts may be provided, such as “well layer / barrier layer (1) / barrier layer (2) /... / Well layer”. Here, α is the In composition ratio of the well layer, and it is preferable that the In composition ratio β of the barrier layer is smaller than that of the well layer, with α> β.
[0081]
The barrier layer may be doped with an n-type impurity or may be non-doped, but is preferably doped with an n-type impurity. At this time, the n-type impurity concentration in the barrier layer is at least 5 × 1016/ CmThreeIt is preferable to be doped above, and the upper limit is 1 × 1020/ CmThreeIt is.
[0082]
(P-type cladding layer)
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is preferable to provide a p-type cladding layer and an n-type cladding layer in the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, respectively. As the nitride semiconductor used for the cladding layer, a difference in refractive index sufficient to confine light may be provided, and a nitride semiconductor layer containing Al is preferably used. Further, this layer may be a single layer or a multilayer film, and may have a superlattice structure in which AlGaN and GaN are alternately stacked. Further, this layer may be doped with impurities or may be undoped. In the case of a multilayer film, it may be doped with at least one layer constituting the layer. In the nitride semiconductor laser element having a long oscillation wavelength of 430 to 550 nm, the cladding layer is preferably GaN doped with a p-type impurity in the p-type layer and an n-type impurity in the n-type layer. Further, although the film thickness is not particularly limited, it is preferably formed in the range of 100 to 2 μm, more preferably in the range of 500 to 1 μm, and sufficient light confinement effect is obtained. Further, it is preferable that an electron confinement layer and a light guide layer are provided between the active layer and the p-type and n-type clad layers so that the active layer and the light guide layer are sandwiched.
[0083]
Here, in the laser element using the nitride semiconductor, the position where the stripe-shaped ridge is provided is in the nitride semiconductor layer containing Al, and the insulating film is provided on the exposed nitride semiconductor surface and the convex side surface. Good insulation is achieved, and a laser element free from leakage current can be obtained even if an electrode is provided on the insulating film. This is because the nitride semiconductor containing Al has almost no material that can make a good ohmic contact, so even if an insulating film, an electrode, or the like is provided on the surface of the semiconductor, there is almost no generation of leakage current. Is to be made. Conversely, if an electrode is provided on the surface of a nitride semiconductor that does not contain Al, an ohmic contact is likely to be formed between the electrode material and the nitride semiconductor, and the electrode is provided on the surface of the nitride semiconductor that does not contain Al via an insulating film. If the insulating film is formed, the insulating film and electrode film quality may cause leakage when the insulating film has minute holes. Therefore, in order to solve them, it is necessary to consider such as forming an insulating film with a film thickness sufficient to ensure insulation, or not covering the exposed semiconductor surface with the electrode shape and position. In the design of the structure, a great restriction is added. Also, the position where the ridge (projection) is provided becomes a problem because the nitride semiconductor surface (plane) on both sides of the ridge exposed when the ridge (projection) is formed is compared to the side surface of the ridge (projection). It occupies an extremely large area, and by ensuring good insulation on this surface, it becomes a laser element with a high degree of design freedom in which various electrode shapes can be applied and the electrode formation position can be selected relatively freely, This is extremely advantageous in the formation of ridges (convex portions). Specifically, as the nitride semiconductor containing Al, specifically, AlGaN or the above-described superlattice multilayer film structure of AlGaN / GaN is preferably used.
[0084]
In the present invention, an electron confinement layer and a light guide layer, which will be described later, may be provided between the active layer and the p-type cladding layer. At this time, when the light guide layer is provided, it is preferable to provide a light guide layer also between the n-type cladding layer and the active layer so that the active layer is sandwiched between the light guide layers. In this case, the SCH structure is formed, and the Al composition ratio of the cladding layer is made larger than the Al composition ratio of the guide layer to provide a refractive index difference, so that light is confined in the cladding layer. When the cladding layer and the guide layer are each formed of a multilayer film, the magnitude of the Al composition ratio is determined by the Al average composition.
[0085]
(P-type electron confinement layer)
The p-type electron confinement layer provided between the active layer and the p-type cladding layer, preferably between the active layer and the p-type light guide layer is a layer that also functions as confinement of carriers in the active layer, and has a threshold value By reducing the current, it contributes to easy oscillation. Specifically, AlGaN is used. In particular, by providing a p-type semiconductor layer with a p-type cladding layer and a p-type electron confinement layer, a more effective electron confinement effect can be obtained. When AlGaN is used for the p-type electron confinement layer, the function can be exhibited more reliably by doping with a p-type impurity, but the function as a carrier confinement can be achieved even when non-doped. Have. The lower limit of the film thickness is at least 10 mm and preferably 20 mm. The film thickness is 500 mm or less, and AlxGa1-xAs the composition of N, the effect can be sufficiently expected when x is 0 or more, preferably 0.2 or more. An n-side carrier confinement layer that confines holes in the active layer may also be provided on the n-type layer side. Holes can be confined without providing an offset (difference in band cap from the active layer) as much as confining electrons. Specifically, the same composition as that of the p-side electron confinement layer can be applied. Further, in order to improve the crystallinity, it may be formed of a nitride semiconductor that does not contain Al. Specifically, almost the same composition as the barrier layer of the active layer can be used. In this case, the n-side barrier layer for carrier confinement is preferably disposed on the n-type layer side most in the active layer, or may be disposed in the n-type layer in contact with the active layer. Thus, the p-side and n-side carrier confinement layers are preferably provided in contact with the active layer, so that carriers can be efficiently injected into the active layer or the well layer. As another form, The layer in contact with the p-side and n-side layers can also be a carrier confinement layer.
[0086]
(P-type guide layer)
In the present invention, an excellent waveguide in a nitride semiconductor can be formed by providing an optical waveguide by providing a guide layer sandwiching the active layer inside the cladding layer. At this time, the thickness of the waveguide (the active layer and both guide layers sandwiching it) is specifically 6000 mm or less to suppress a rapid increase in the oscillation threshold current, preferably 4500 mm or less. With a low oscillation threshold current, continuous oscillation with a long life in the fundamental mode is possible. Both guide layers are preferably formed with substantially the same film thickness, and the film thickness of the guide layer is preferably set in the range of 100 mm to 1 μm, more preferably 500 mm to 2000 mm. A good optical waveguide can be provided. Furthermore, the guide layer is made of a nitride semiconductor, and may have a sufficient energy band gap for forming a waveguide as compared with a clad layer provided on the outer side thereof, a single film, Either a multilayer film may be used. In addition, it is possible to form a good waveguide by setting the optical guide layer to a band gap energy that is substantially the same as that of the active layer, preferably larger than that, and in the case of a quantum well structure, The band gap energy is made larger than that of the layer, and preferably larger than that of the barrier layer. Furthermore, by providing the light guide layer with a band gap energy of about 10 nm or more than the emission wavelength of the active layer, a waveguide excellent in light guiding can be formed.
[0087]
Specifically, as the p-type light guide layer, undoped GaN is preferably used at an oscillation wavelength of 370 to 470 nm, and an InGaN / GaN multilayer structure is preferably used in a relatively long wavelength region (450 μm or more). Thereby, in the long wavelength region, the refractive index in the waveguide constituted by the active layer and the light guide layer can be increased, and the refractive index difference from the cladding layer can be increased. In the short wavelength region of 370 nm or less, since the absorption edge of GaN is 365 nm, it is preferable to use a nitride semiconductor containing Al.xGa1-xN (0 <x <1) is preferably used, and a multilayer film made of AlGaN / GaN, a multilayer film in which these layers are alternately stacked, and a superlattice multilayer film in which each layer is a superlattice can be used. The specific configuration of the n-type guide layer is the same as that of the p-type guide layer. In consideration of the energy band gap of the active layer, GaN and InGaN are used. If a multi-layered film in which InGaN and GaN are alternately stacked is provided, a preferable waveguide is obtained.
[0088]
(N-type cladding layer)
In the laser device using the nitride semiconductor of the present invention, the nitride semiconductor used for the n-type cladding layer may be a refractive index difference sufficient to confine light, as in the p-type cladding layer. A nitride semiconductor layer containing Al is preferably used. Further, this layer may be a single layer or a multilayer film. Specifically, as shown in the embodiment, it may have a superlattice structure in which AlGaN and GaN are alternately stacked. In addition, this n-type cladding layer acts as a carrier confinement layer and an optical confinement layer, and in the case of a multilayer film structure, as described above, when a nitride semiconductor containing Al, preferably AlGaN is grown, good. Further, this layer may be doped with an n-type impurity or may be undoped. As shown in the examples, in the multilayer film layer, at least one of the layers is doped. May be. In a laser element having a long oscillation wavelength of 430 to 550 nm, the cladding layer is preferably GaN doped with an n-type impurity. Further, the film thickness is not particularly limited as in the case of the p-type cladding layer, but it is sufficient to form it in a range of 100 to 2 μm, preferably in the range of 500 to 1 μm. Functions as a confinement layer.
[0089]
(ridge)
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, the striped waveguide region can be easily formed by providing striped convex portions (ridges) on the p-type nitride layer of the nitride semiconductor layer. Specifically, an effective refractive index type waveguide region can be formed by removing a part of the p-type semiconductor layer by means of etching or the like so that a striped convex portion remains. Such a stripe-shaped convex portion is not limited to the forward mesa shape in which the width on the bottom surface side of the convex portion is wide and the stripe width decreases as it approaches the upper surface, and conversely, the stripe width decreases as it approaches the plane of the convex portion. It may be an inverted mesa shape, may be a stripe having a side surface perpendicular to the laminated surface, or may be a shape in which these are combined. Also, the striped waveguides need not have the same width. Furthermore, it is also possible to provide a buried type nitride semiconductor laser element in which a crystal is regrown on the surface of the convex portion after such a convex portion is formed.
[0090]
(P-side ohmic electrode)
In the semiconductor laser device of the present invention, the electrode formed on the stripe-shaped convex portion is not particularly limited, and a material capable of obtaining good ohmic contact with the nitride semiconductor can be preferably used. By forming it corresponding to the stripe-shaped convex portion that becomes the waveguide region, the carrier can be injected efficiently. Preferred materials for the p-side ohmic electrode include Rh, Ag, Ni, Au, Pd and the like. These may be used as a single layer, or may be used as a multilayer film or an alloy. For example, a multilayer film such as two layers or three layers such as Ni—Au, Ni—Au—RhO, and Rh—Ir can be used. The film thickness is preferably 0.05 to 0.5 μm.
[0091]
(P-side pad electrode)
In the present invention, it is preferable to provide a p-side pad electrode through a second protective film formed on the p-side ohmic electrode. The p-side pad electrode only needs to be provided so that at least a part thereof is in contact with the p-side ohmic electrode, and preferably, for example, the p-side pad electrode may be in contact with the upper surface of the ridge. It is also possible to provide a second insulating layer between the p-side electrode and the p-side ohmic electrode. Preferred materials for the p-side pad electrode include RhO—Pt—Au and Ni—Ti—Au. As a preferable film thickness, it is 0.5-3.0 micrometers, More preferably, it is 0.8-2.0 micrometers.
[0092]
(Protective film before first substrate bonding)
After the formation of the p-side pad electrode, a protective film can be provided on the upper surface of the p-side pad electrode before bonding the first substrate. As a result, the load applied when the first substrate is bonded can be reduced, and the load applied when the first substrate is removed later can also be reduced. In addition, the p-side pad electrode is prevented from peeling off. Preferred materials for such a protective film include resist and SiO.2Etc.
[0093]
(First substrate bonding agent)
Since the p-type semiconductor layer side and the first substrate may be bonded to each other as long as they can be fixed, a material can be selected regardless of conductivity. Preferably, the material is a material that facilitates the subsequent separation process of the first substrate, and strength and flatness are necessary characteristics even though it is temporarily fixed. Examples of such a material include an epoxy resin sheet and a dry sheet. Alternatively, a eutectic material such as AuSn can be used. These can be made to function as a bonding agent mainly by heating with a hot press or the like.
[0094]
(N-side electrode)
The n-side electrode (n-side ohmic electrode) is provided so as to be in ohmic contact with the n-type contact layer, and the surface to be formed may be the side exposed by removing the growth substrate, or the opposite side. Good. Which is provided can be selected depending on whether the n-type semiconductor layer on the back surface side is a contact layer and whether the second substrate to be bonded to the n-type semiconductor layer is conductive. Preferably, after removing the growth substrate, an n-side ohmic electrode is provided on the back surface side so as to further expose the n-type contact layer, and an n-side metallization layer to be described later is continuously formed to form a conductive second layer. Bonding with the substrate. When the n-side electrode is provided on the back side in this way, it is provided so as to cover almost the entire surface of the n-type contact layer exposed on the back side by polishing or the like after removing the growth substrate. In this way, particularly in a multi-stripe laser having a plurality of ridges, the distance between the p-side electrode and the n-side electrode of each ridge can be made substantially equal, so that the current flowing through each ridge is evenly distributed. As a result, the laser characteristics of each ridge are equal, so that the laser light emitted from the resonator surface corresponding to each ridge tends to be uniform. Preferred materials for the n-side electrode include Ti—Al, W—Al, and the like. The film thickness is preferably from 0.1 to 1.5 μm.
[0095]
(N-side metallized layer)
In the present invention, the n-side metallized layer is formed on the n-side ohmic electrode that is in ohmic contact with the n-type semiconductor layer, and is a layer formed between the second substrate as the support substrate. is there. It is preferable to form a metallized layer of the supporting substrate also on the second substrate (supporting substrate) side, and by forming the metallized layer on both, a eutectic alloy having excellent adhesiveness can be obtained. As a preferable material for the n-side metallized layer, a multilayer film in which Ti—Pt—Sn, W—Pt—AuSn, W—Pt—In, and the like are laminated in this order from the n side ohmic electrode side. This n-side metallized layer can be formed after the n-side ohmic electrode is formed when the n-side ohmic electrode is provided on the back side, that is, on the side where the growth substrate is removed. In that case, it is preferable that the n-side ohmic electrode be formed so as to have almost the same size as that of the n-side ohmic electrode. Accordingly, it is possible to bond (bond) the second substrate with better adhesion. When the n-side ohmic electrode is not provided on the side where the growth substrate is removed, only the n-side metallized layer is provided on the back side of the n-type semiconductor layer. Preferably it is formed.
[0096]
(First protective film)
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, a part of the nitride semiconductor layer is removed and a stripe-shaped ridge is provided to form a waveguide. The side surface of the stripe and the planes on both sides of the continuous ridge ( It is preferable to form an insulating film as the first protective film on the surface provided with the convex portion. For example, after providing a stripe-shaped ridge as shown in FIG. 1, the stripe-shaped ridge is provided continuously from the side surface of the ridge to the surface of the p-type semiconductor layer on both sides of the ridge.
[0097]
The material of the first protective film is SiO2A material other than the above, preferably an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta, SiN, BN, SiC, and AlN. Among these, Zr, Hf oxide, BN, and SiC are particularly preferable. Although some of these materials have a property of being slightly dissolved in hydrofluoric acid, SiO is used as a buried layer of a nitride semiconductor laser device having an effective refractive index type waveguide.2Tend to be much more reliable. In general, oxide-based thin films formed in the gas phase such as PVD and CVD are less likely to be oxides in which the element and oxygen are equivalently reacted, and thus the reliability with respect to insulation tends to be insufficient. The oxides obtained by PVD and CVD, BN, SiC, and AlN, which are selected in the present invention, are superior in reliability with respect to insulating properties than Si oxides. In addition, it is very convenient as a buried layer of a laser element when an oxide whose refractive index is smaller than that of a nitride semiconductor (for example, other than SiC) is selected.
[0098]
Further, the thickness of the first protective film is specifically preferably in the range of 200 to 1 μm, and more preferably in the range of 200 to 4000 μm. This is because if it is 200 mm or less, it is difficult to ensure sufficient insulation at the time of electrode formation, and if it is 1 μm or more, it exceeds the ridge step (ridge height), and a protective film is produced. This is because it becomes difficult. Moreover, by being in the preferable range, a uniform film having a good refractive index difference between the ridge (convex portion) and the ridge is formed.
[0099]
(Second protective film)
The second protective film is provided on the side surface (side surface in the direction parallel to the ridge) of the p-type semiconductor layer, the active layer, and the n-type semiconductor layer exposed by etching, and an insulating protective film is used. Is preferred. By using an insulating film, a part can be formed so as to overlap with the p-side ohmic electrode. As a preferred material, SiO2, Al2O3, ZrO2TiO2And a single layer film or a multilayer film. Further, the second protective film can be formed so as to continue to the end face, thereby forming an end face protective film to be described later. In particular, by providing a multilayer film so as to continue to the resonator surface at the end face, it can also function as a mirror. A preferable multilayer film in this case is SiO 22-TiO2A multi-layered film made of several pairs, or SiO2-ZrO2What formed several pairs of the multilayer film which consists of is preferable.
[0100]
(Resonator surface protective film)
It is preferable to provide a protective film on the resonator surface. As described above, the second protective film may be provided so as to extend over the resonator surface, or the resonator surface protective film made of the same material or a different material may be provided in a separate process from the second protective film. It may be formed. In particular, by providing protective films having different refractive indexes on the pair of resonator surfaces, one can function as an emission side and the other as a reflection side, and laser light can be emitted efficiently. As specific materials, compounds such as Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, Cr oxides, nitrides, fluorides, and the like are used. it can.
[0101]
By making the end surface on the light emitting side an AR film, reflection of light can be prevented. In the case of an AR film, the refractive index nARAnd the refractive index n of the nitride semiconductor deviceSRelationship with nAR= NS 1/2It should be within ± 25%. Preferably nAR= NS 1/2± 15%, most preferably nAR= NS 1/2± 7%. As a material having such a refractive index, Al2O3, MgO, Y2O3, SiO2, MgF2Etc. Using these materials, the AR film is formed by controlling the film thickness. In order to obtain an AR film, the film thickness is λ / 4n.AROr λ / 2n + λ / 4nAR(Λ: wavelength of light generated from the active layer).
[0102]
Since the end face protective film has various characteristics depending on the refractive index and the film thickness, the film thickness is preferably λ / 4n, which can reduce damage to the resonator surface. As described above, the AR film can be formed by taking the refractive index into consideration, but the film thickness is preferably λ / 4n regardless of the refractive index. In the case of a single layer, λ / 4n may be used, but in the case of a multilayer film, λ / 2n + λ / 4n may be used. As a result, at the interface between the end face of the multilayer structure and the protective film, the film thickness can be such that the electric field strength of the standing wave takes the minimum value, so that the resonator end face can be prevented from being damaged, and the element life can be reduced. Can be improved.
[0103]
Controlling the thickness of the protective film in this way can be applied not only to the resonator surface on the light emitting side, but also to the protective film (mirror) formed on the light reflecting side (monitor side). In order to emit laser light, even if only one of the resonators deteriorates, the characteristics deteriorate. Therefore, as with the light emitting side, the light reflecting side is not damaged by the light from the active layer. Further, by controlling the thickness of the protective film (mirror), deterioration can be prevented and the element life can be improved.
[0104]
The end face protective film is preferably formed so as to be in direct contact with the nitride semiconductor layer. Thereby, it can prevent that light is introduce | transduced into the insides, such as an insulating film other than a laminated structure, for example, and can make stray light easy to discharge | release outside.
[0105]
(filler)
The filler that fills the etching groove before bonding the first substrate is preferably a stable material that does not decompose at the heating temperature during bonding, and may be any material that can be easily removed in a subsequent process. Specific materials include organic materials such as polyimide, SiO2An inorganic material such as can be used. The removal method can be selected depending on the material.
[0106]
【Example】
In the present invention, the device structure of the p-type semiconductor layer, active layer, and n-type semiconductor layer constituting the nitride semiconductor layer is not particularly limited, and various layer structures can be used. As a specific structure of the device, for example, a device structure described in Examples described later can be given. Moreover, an electrode, an insulating film (protective film), etc. are not specifically limited, A various thing can be used. In the case of a semiconductor laser element using a nitride semiconductor, a nitride semiconductor such as GaN, AlN, or InN, or a III-V group nitride semiconductor (InxAlyGa1-xyN, 0 ≦ x, 0 ≦ y, x + y ≦ 1) can be used. Nitride semiconductor growth is known to grow nitride semiconductors such as MOVPE, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (halide vapor deposition), MBE (molecular beam vapor deposition). All methods are applicable.
Hereinafter, a semiconductor laser element using a nitride semiconductor will be described as an example. However, the semiconductor laser element of the present invention is not limited to this, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various semiconductors.
[0107]
[Example 1]
(Buffer layer) In Example 1, sapphire is used as a substrate. A heterogeneous substrate made of sapphire with a 2-inch φ and C-plane as the main surface is set in a MOVPE reaction vessel and the temperature is set to 500 ° C. Trimethylgallium (TMG), ammonia (NH3), And a buffer layer made of GaN is grown to a thickness of 200 mm.
[0108]
(Underlayer)
After forming the buffer layer, the temperature is set to 1050 ° C., and a nitride semiconductor layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 4 μm using TMG and ammonia. This layer acts as a base layer (growth substrate) in the growth of each layer forming the element structure. In addition to this, if a nitride semiconductor grown by ELOG (Epitaxially Lateral Overgrowth) is used as the underlayer, a growth substrate with good crystallinity can be obtained. As a specific example of the ELOG growth layer, a nitride region is formed on a heterogeneous substrate, a mask region formed by, for example, providing a protective film on which the nitride semiconductor layer is difficult to grow, and a nitride semiconductor A non-mask region to be grown is provided in a stripe shape, and a nitride semiconductor is grown from the non-mask region, so that growth in the lateral direction is achieved in addition to growth in the film thickness direction. Nitride semiconductors were grown and deposited, or nitride semiconductor layers grown on different substrates were provided with openings and laterally grown from the sides of the openings. And the like.
Next, each layer constituting the multilayer structure is formed on the base layer made of the nitride semiconductor.
[0109]
(N-type contact layer)
Subsequently, at 1050 ° C., similarly, TMG, ammonia gas, and silane gas are used as source gas and silane gas as impurity gas, and Si is 4.5 × 1018/cm3An n-type contact layer made of doped GaN is grown to a thickness of 2.25 μm. The film thickness of this n-type contact layer should just be 2-30 micrometers.
[0110]
(Crack prevention layer)
Next, using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia, the temperature is set to 800 ° C. and In0.06Ga0.94A crack prevention layer made of N is grown to a thickness of 0.15 μm. This crack prevention layer can be omitted.
[0111]
(N-type cladding layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA (trimethylaluminum), TMG and ammonia are used as source gases, and an A layer made of undoped AlGaN is grown to a thickness of 25 mm, and then TMA is stopped as an impurity gas. Silane is used and Si is 5 × 1018/ Cm3A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm. This operation is repeated 160 times, and the A layer and the B layer are alternately stacked to grow an n-type cladding layer made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 8000 mm. At this time, if the mixed crystal ratio of Al in the undoped AlGaN is in the range of 0.05 or more and 0.3 or less, a difference in refractive index that sufficiently functions as a cladding layer can be provided.
[0112]
(N-type light guide layer)
Next, TMG and ammonia are used as source gases at the same temperature, and an n-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.1 μm. This layer may be doped with n-type impurities.
[0113]
(Active layer)
Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI (trimethylindium), TMG and ammonia are used as raw materials, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95A barrier layer made of N is grown to a thickness of 100 mm. Subsequently, silane gas was turned off and undoped In0.1Ga0.9A well layer made of N is grown to a thickness of 50 mm. This operation is repeated three times. Finally, a barrier layer is stacked to grow an active layer having a total quantum thickness of 550 mm and having a multiple quantum well structure (MQW).
[0114]
(P-type cap layer)
Next, at the same temperature, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienylmagnesium) is used and Mg is 1 × 1019/ Cm3A p-type electron confinement layer made of doped AlGaN is grown to a thickness of 100 mm.
[0115]
(P-type light guide layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as the source gas, and a p-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 750 mm. The p-type light guide layer is grown as undoped, but may be doped with Mg.
[0116]
(P-type cladding layer)
Subsequently, undoped Al at 1050 ° C.0.16Ga0.84Grow a layer of N with a thickness of 25 mm, then stop TMG, Cp2A layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 25 mm using Mg, and a p-type cladding layer made of a superlattice layer having a total thickness of 0.6 μm is grown. When a p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one nitride semiconductor layer containing Al is included and nitride semiconductor layers having different bandgap energies are stacked, impurities are both highly doped in one layer. Although so-called modulation doping tends to improve the crystallinity, both may be doped in the same manner.
[0117]
(P-type contact layer)
Finally, 1 × 10 5 Mg on the p-type cladding layer at 1050 ° C.20/ Cm3A p-type contact layer made of doped p-type GaN is grown to a thickness of 150 mm. The p-type contact layer is p-type InxAlyGa1-xyN (x.ltoreq.0, y.ltoreq.0, x + y.ltoreq.1), preferably Mg-doped GaN provides the most preferable ohmic contact with the p-electrode. After the completion of the reaction, the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in the reaction vessel to further reduce the resistance of the p-type layer.
[0118]
(N-type layer exposure and resonator surface formation)
After the nitride semiconductor is formed as described above, the wafer is taken out of the reaction vessel, and the surface of the uppermost p-type contact layer is made of SiO.2A protective film is formed and SiCl is formed using RIE (reactive ion etching).4Etching with a gas exposes the active layer end face to be the resonator face, and the etched end face is used as the resonator end face.
[0119]
(Substrate exposure)
Next, SiO2Is formed on the entire surface of the wafer, a resist film is formed thereon except for the exposed surface of the n-type contact layer, and etching is performed until the substrate is exposed. Since the resist film is also formed on the side surface such as the resonator surface, the side surface (p-type layer, active layer, and part of the n-type layer) formed on the resonator surface is formed after etching. And an n-type layer between the resonator surface and the substrate are formed.
[0120]
(Striped ridge formation)
Next, in order to form a stripe-shaped waveguide region, a Si oxide (mainly SiO 2) is formed on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer by a CVD apparatus.2) Is formed to a thickness of 0.5 μm, and then a stripe-shaped mask having a width of 3 μm is put on the protective film, and CF is performed by an RIE apparatus.4SiO2 using gas2And then SiCl4Thus, the nitride semiconductor layer is etched until the p-type guide layer is exposed, and stripe-shaped convex portions are formed above the active layer.
[0121]
(First insulating film)
SiO2With the mask attached, the surface of the p-type semiconductor layer is ZrO2A first insulating film is formed. The first insulating film may be provided with a portion where the insulating film is not formed so as to be easily divided later. After the formation of the first insulating film, the SiO formed on the upper surface of the stripe-shaped convex part by dipping in a buffered solution2Is dissolved and removed by a lift-off method.2ZrO on the p-type contact layer (and on the n-type contact layer)2Remove. Thereby, the upper surface of the stripe-shaped convex part is exposed, and the side surface of the convex part is ZrO.2It becomes a structure covered with.
[0122]
(P-side ohmic electrode)
Next, a p-side ohmic electrode is formed on the first insulating film on the outermost surface of the convex portion on the p-type contact layer. This p-side ohmic electrode is made of Ni and Au. After electrode formation, each is annealed at 600 ° C. in an oxygen / nitrogen ratio of 1:99 to alloy the p-side ohmic electrode and obtain good ohmic characteristics.
[0123]
(Second insulating film)
Next, a resist is applied to a part of the p-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex portion, and Si oxide (mainly SiO2) And Ti oxide film (TiO2) Is formed on the etched bottom and side surfaces under the condition of 2 pairs (4 layers) with a film thickness of λ / 4n. At this time, the p-side ohmic electrode is exposed.
[0124]
(P-side pad electrode)
Next, a p-side pad electrode is formed so as to cover the insulating film. The p-side pad electrode is composed of an adhesion layer, a barrier layer, and a eutectic layer, and each layer is formed with a film thickness of 2000Å-3000Å-6000 順 に in order of RhO-Pt-Au from the p-type semiconductor layer side.
[0125]
(Protective film before first substrate bonding)
After the formation of the p-side pad electrode, a resist film is formed with a thickness of 3 μm so as to cover almost the entire surface of the wafer.
[0126]
On the other hand, a first substrate is prepared. As the first substrate, sapphire having a film thickness of 425 μm is used. An epoxy resin adhesive sheet is sandwiched between the sapphire and the nitride semiconductor layer obtained above on the p-type semiconductor layer side. In this case, the nitride semiconductor is bonded via a protective film provided after the p-side pad electrode is formed. Joining is performed by heating at a temperature of about 150 ° C. for about 1 hour by hot pressing.
[0127]
(Growth substrate separation)
The sapphire substrate which is the growth substrate is removed by polishing. Further, polishing is performed until the n-type contact layer is exposed, and KOH and colloidal silica (K2SiO3) To remove surface roughness.
[0128]
(N-side electrode and n-side metallized layer)
Next, n-type electrodes are formed on the n-type contact layer in the order of Ti—Al—Ti—Pt—Sn with a film thickness of 100Å-2500Å-1000Å-2000Å-6000Å. The Ti—Al layer is an n-side electrode, and Ti—Pt—Sn on it is a metallized layer for eutectic.
[0129]
On the other hand, a second substrate is prepared. A metallized layer is formed in the order of Ti—Pt—Au with a film thickness of 2000 mm to 3000 mm to 12000 mm on the surface of a support substrate having a film thickness of 200 μm and made of Cu 20% and W 80%.
[0130]
(Second substrate bonding)
Next, the n-side metallization layer and the metallization layer of the second substrate are bonded together and bonded together. Apply press pressure at 240 ° C. A eutectic is formed here.
[0131]
(First substrate separation)
As described above, the nitride semiconductor layer wafer sandwiched between the first substrate and the second substrate is heated to about 200 ° C. Thereby, the adhesive force of an epoxy-type adhesive sheet can be reduced and a 1st board | substrate can be isolate | separated. Thereafter, the protective film (resist) formed on the p-side pad electrode is removed, and dicing is performed to form a chip.
[0132]
The nitride semiconductor laser device obtained as described above has a threshold current density of 1.5 kA / cm.2The threshold voltage is 3.5V.
[0133]
[Example 2]
In Example 1, a second substrate having a film thickness of 200 μm and made of Cu 50% and Mo 50% is used. The other conditions are the same as in Example 1. The LD characteristics obtained by the above are as follows: threshold current density 1.5 kA / cm.2The threshold voltage is 3.5V.
[0134]
[Example 3]
In Example 3, it is formed in the same manner as in Example 1 up to the ohmic electrode formation step.
[0135]
(Second insulating film)
Next, a resist is applied to a part of the p-side ohmic electrode on the stripe-shaped convex portion, and Si oxide (mainly SiO2) Is formed on the etched bottom and side surfaces under a film thickness of 0.5 μm, and a protective film is formed by lift-off. At this time, the P ohmic electrode is exposed.
[0136]
(P-side pad electrode)
Next, a p-side pad electrode is formed so as to cover the insulating film. The p-side pad electrode includes an adhesion layer, a barrier layer, and a eutectic layer, and each layer is formed with a film thickness of 2000Å-3000Å-6000Å in the order of RhO-Pt-Au from the p-type semiconductor layer side.
[0137]
(Protective film before first substrate bonding)
After forming the p-side pad electrode, SiO is covered so as to cover almost the entire surface of the wafer.2Is formed with a film thickness of 1 μm.
[0138]
On the other hand, a first substrate is prepared. As the first substrate, sapphire having a film thickness of 425 μm is used, and a eutectic material made of AuSn is used as a bonding agent. This eutectic material is bonded to the p-type semiconductor layer side of the nitride semiconductor layer obtained above. In this case, bonding is performed via a protective film provided after the formation of the p-side pad electrode. Bonding is performed by heating at a temperature of 240 ° C. for 10 minutes by hot pressing.
[0139]
(Growth substrate separation)
The sapphire substrate which is the growth substrate is removed by polishing. Further, polishing is performed until the n-type contact layer is exposed, and KOH and colloidal silica (K2SiO3) To remove surface roughness.
[0140]
(N-side electrode and n-side metallized layer)
The Si oxide film formed as the second protective film is removed using hydrofluoric acid. Next, n-type electrodes are formed on the n-type contact layer in the order of Ti—Al—Ti—Pt—Au with a film thickness of 100Å-2500Å-1000Å-2000Å-6000Å.
[0141]
On the other hand, a second substrate is prepared. A metallized layer is formed on the surface of a support substrate having a thickness of 200 μm and made of Cu 20% and W 80% in the order of Ti—Pt—Pd with a thickness of 2000 to 3000 to 12000.
[0142]
(Second substrate bonding)
Next, the n-side metallization layer and the metallization layer of the second substrate are bonded together and bonded together. Apply press pressure at 240 ° C. A eutectic is formed here.
[0143]
(First substrate separation)
As described above, the nitride semiconductor layer wafer sandwiched between the first substrate and the second substrate is heated to about 250 ° C. Thereby, the adhesive force of AuSn eutectic can be reduced and the first substrate can be separated. After that, the protective film (SiO2) formed on the p-side pad electrode2), And then dicing into a bar state. After that, SiO on one end face2And
[0144]
Finally, the bar is cut in a direction parallel to the stripe-shaped convex portion to obtain the nitride semiconductor laser device of the present invention. The nitride semiconductor laser device obtained as described above has a threshold value of 2.0 kA / cm at room temperature.2The threshold voltage is 3.6V.
[0145]
[Example 4]
In Example 4, it is formed in the same manner as Example 1 up to the second protective film forming step.
[0146]
(Filler)
A p-side pad electrode laminated in the order of RhO—Pt—Au is formed on the p-side ohmic electrode. The p-side pad electrode is composed of an adhesion layer, a barrier layer, and a eutectic layer, and each layer is formed with a film thickness of 2000Å-3000Å-6000Å in order of RhO-Pt-Au from the p-type semiconductor layer side. Next, polyimide is formed in the etched groove by a coating method, and the entire wafer is planarized.
[0147]
On the other hand, a first substrate is prepared. As the first substrate, sapphire having a film thickness of 425 μm is used, and a eutectic material made of AuSn is used as a bonding agent. This eutectic material is bonded to the p-type semiconductor layer side of the nitride semiconductor layer obtained above. In this case, bonding is performed via a protective film provided after the formation of the p-side pad electrode. Bonding is performed by heating at a temperature of 240 ° C. for 10 minutes by hot pressing.
[0148]
(Growth substrate separation)
The sapphire substrate which is the growth substrate is removed by polishing. Further, polishing is performed until the n-type contact layer is exposed, and KOH and colloidal silica (K2SiO3) To remove surface roughness.
[0149]
(N-side electrode and n-side metallized layer)
The Si oxide film formed as the second protective film is removed using hydrofluoric acid. Next, n-type electrodes are formed on the n-type contact layer in the order of Ti—Al—Ti—Pt—Au with a film thickness of 100Å-2500Å-1000Å-2000Å-6000Å.
[0150]
On the other hand, a second substrate is prepared. A metallized layer is formed on the surface of a support substrate having a thickness of 200 μm and made of Cu 20% and W 80% in the order of Ti—Pt—Pd with a thickness of 2000 to 3000 to 12000.
[0151]
(Second substrate bonding)
Next, the n-side metallization layer and the metallization layer of the second substrate are bonded together and bonded together. Apply press pressure at 240 ° C. A eutectic is formed here.
[0152]
(First substrate separation)
As described above, the nitride semiconductor layer wafer sandwiched between the first substrate and the second substrate is heated to about 200.degree. Thereby, the adhesive force of an epoxy-type resin sheet can be reduced and a 1st board | substrate can be isolate | separated. Then, after removing the protective film (polyimide) formed on the p-side pad electrode, the polyimide filling layer is removed by oxygen plasma, and then dicing is performed.
[0153]
The nitride semiconductor laser device obtained as described above has a threshold current density of 1.5 kA / cm.2The threshold voltage is 3.5V.
[0154]
[Example 5]
In Example 5, a nitride semiconductor laser element of the present invention is obtained in the same manner as in Example 1 except that a multi-stripe nitride semiconductor laser element having 30 ridges with a width of 3 μm at intervals of 60 μm is formed. The resulting nitride semiconductor laser device is 1.5 kA / cm at room temperature.2The threshold voltage was 3.5V. At this time, laser light is oscillated uniformly from each stripe, and the maximum output is 10 W.
[0155]
Further, the multi-striped nitride semiconductor laser obtained in Example 5 can be used in a stacked manner. For example, FIG. 9A shows a multi-stripe nitride semiconductor laser. Here, a schematic cross-sectional view of a multi-stripe nitride semiconductor laser element having 15 ridges is shown. The number of ridges of the laser element of FIG. 8 is 30. As shown in FIG. 9A, in the case of the multi-strip type, the lateral width (the width of the end face in the direction perpendicular to the ridge) increases as the number of ridges increases, and a bar-shaped laser element is obtained. By forming a plurality of ridges in the one-dimensional direction in this way, high output can be obtained. Further, as shown in FIG. 9B, an ultra-high-power semiconductor laser element is obtained by stacking bar-shaped laser elements and providing a plurality of ridges in a two-dimensional direction to form a stacked semiconductor laser. Can do. One multi-strip type nitride semiconductor laser element of Example 5 has a maximum output of 10 W, but a stack type nitride semiconductor laser element in which ten of these are stacked and used can achieve an ultra-high output of about 100 W. At this time, 1.5 kA / cm at room temperature.2The threshold voltage is 3.5 V, and laser light is oscillated uniformly from each stripe. As in the present invention, by using a support substrate different from the growth substrate and using a support substrate made of a conductive material, particularly a support substrate made of a metal material, stacking can be performed with a relatively easy structure. it can. For example, a simple structure in which a support substrate provided on the n-type layer side and a p-electrode provided on the p-type layer side are arranged so as to face each other and sequentially joined can be easily conducted, and the stack Type laser element can be realized, and excellent laser characteristics can be maintained even when the input power is extremely increased.
[0156]
[Example 6]
In Example 6, the etching process of the end surface of Example 1 is changed. Etching is performed until the n-type layer is exposed to form a resonator surface, and then the same process as in the embodiment is performed, and then a ridge is formed. Similarly, ZrO2A first protective film (embedded layer of ridge) and a p-side electrode are formed, and an annealing process is performed. Then, after this, a post-process for forming a resonator surface that etches the n-type layer deeper is performed. Here, the etching is not performed until the substrate is exposed, and the etching is finished leaving a thickness of about 20 to 40% of the total thickness of the semiconductor layer. As a result, a groove whose bottom surface is an n-type semiconductor layer is formed.
[0157]
Next, a resist is coated on the groove. This resist is a filler filling the groove, and is formed even on the p-side electrode so as to function as the first protective film before bonding to the substrate. Then, a titanium thin film is formed on the first protective film before bonding to the substrate by vapor deposition. The film thickness of titanium is about 0.1 μm.
[0158]
On the other hand, a first substrate is prepared. Here, a first protective film made of Cu 20% and W 80% is prepared, and an adhesive portion made of an epoxy resin is formed on almost the entire surface. The film thickness of the first substrate is about 200 μm, and the film thickness of the adhesive portion is about 50 μm.
[0159]
Titanium, which is a diffusion preventing layer of the semiconductor layer prepared as described above, and epoxy resin, which is an adhesive portion of the first substrate, are bonded together. Joining is performed by heating at a temperature of about 150 ° C. for about 1 hour by hot pressing. The post-process is performed in substantially the same manner as in Example 1. Thereafter, a substrate made of Cu 20%, W 80%, and a film thickness of 200 μm, which is the same as the first substrate, is attached to the surface from which the growth substrate is separated. The first substrate is polished to a thickness of about 20 μm, and the first substrate, epoxy resin, titanium, and resist are peeled off using n-methylpyrrolidone. By interposing titanium, it is possible to easily remove the first substrate, the bonding portion, and the first protective film before bonding to the substrate by preventing the mutual reaction and difficulty in peeling. After that, after forming the p-side electrode and the second insulating film, dicing is performed to form a chip, thereby obtaining the nitride semiconductor laser device of the present invention. The resulting nitride semiconductor laser device has a threshold current density of 1.4 kA / cm.2The threshold voltage is 3.5V.
【The invention's effect】
The semiconductor laser device of the present invention includes a nitride semiconductor layer having an end surface formed by etching, and a support substrate different from the growth substrate of the nitride semiconductor layer. The end face of the nitride semiconductor layer having excellent smoothness can be formed without being limited by the cleavage property. In particular, by using a substrate suitable for the growth of the semiconductor layer as the growth substrate and a substrate excellent in thermal conductivity as the support substrate, a nitride semiconductor laser element with excellent heat dissipation can be obtained. When a high output is required, such as a laser array having a waveguide region, COD can be suppressed by improving heat dissipation, and a nitride semiconductor laser array having excellent lifetime characteristics can be obtained. Further, by bonding the second substrate to the n-type semiconductor layer on the side from which the growth substrate is removed, the laser light emitted from the active layer can be made difficult to be blocked by the second substrate, and good FFP can be obtained. It will be easier to get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a wafer top view illustrating a resonator surface forming process according to the present invention.
FIG. 4 is a wafer top view illustrating a resonator surface forming process according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a process of the present invention
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a process of the present invention
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a process of the present invention
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a process of the present invention
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor laser device according to another embodiment of the present invention.
[Brief description of symbols]
1 ... n-type nitride semiconductor layer
2 ... p-type nitride semiconductor layer
3 Active layer
4 ... p-side ohmic electrode
5 ... P-side pad electrode
6 ... n-side electrode
7: First insulating film
8: Second insulating film
9: First substrate (temporary substrate)
10..Adhesion of first substrate
11. Second substrate (support substrate)
12..Metalized layer of second substrate
13. Growth substrate
14. Etching part
15..Protective film before first substrate bonding
16. Filler
Claims (19)
前記ｐ型半導体層の上面に、第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、
前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、
前記溝部の底面を除去することによって互いに離間した窒化物半導体層を形成する底面除去工程と、
前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、
前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
前記第２の基板を分割することにより窒化物半導体レーザ素子を得るチップ化工程と、
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。A nitride semiconductor layer formed by sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer is formed on a growth substrate, and the bottom surface is an n-type semiconductor layer by etching from the p-type semiconductor layer side. A resonator surface forming step of forming a resonator surface by providing a groove reaching
A first substrate bonding step of bonding a first substrate to the upper surface of the p-type semiconductor layer;
A growth substrate separating step for separating the growth substrate from the nitride semiconductor layer;
A bottom surface removing step of forming nitride semiconductor layers spaced apart from each other by removing the bottom surface of the groove;
A second substrate bonding step of bonding the nitride semiconductor layer exposed by separating the growth substrate to a second substrate;
A first substrate separation step of separating the first substrate from the nitride semiconductor layer;
A chip forming step of obtaining a nitride semiconductor laser device by dividing the second substrate;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, comprising:
前記共振器面で挟まれるｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成させるリッジ形成工程と、
前記窒化物半導体層を、第１の基板と接合させる第１の基板接合工程と、
前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、
前記溝部の底面を除去することによって互いに離間した窒化物半導体層を形成する底面除去工程と、
前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、
前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
前記第２の基板を分割することにより窒化物半導体レーザ素子を得るチップ化工程と、
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。A nitride semiconductor layer in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked on a growth substrate is etched from the p-type semiconductor layer side, and the bottom surface reaches the n-type semiconductor layer. A resonator surface forming step of forming a resonator surface by providing a groove ;
A ridge forming step of forming a striped ridge on the surface of the p-type semiconductor layer sandwiched between the resonator surfaces;
A first substrate bonding step of bonding the nitride semiconductor layer to a first substrate;
A growth substrate separating step for separating the growth substrate from the nitride semiconductor layer;
A bottom surface removing step of forming nitride semiconductor layers spaced apart from each other by removing the bottom surface of the groove;
A second substrate bonding step of bonding the nitride semiconductor layer exposed by separating the growth substrate to a second substrate;
A first substrate separation step of separating the first substrate from the nitride semiconductor layer;
A chip forming step of obtaining a nitride semiconductor laser device by dividing the second substrate;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, comprising:
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